CN103974745A - 粒子束照射装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种粒子束照射装置，其目的在于进行高精确度的粒子束的扫描控制。本发明的带电粒子束治疗装置(1)对患者(50)的肿瘤(51)照射带电粒子束(R)，其具备：扫描电磁铁(6)，其扫描带电粒子束(R)；扫描仪电源(7)，其向扫描电磁铁(6)供给电流；及扫描控制器(10)，其通过向扫描仪电源(7)传送电流指令值来控制由扫描电磁铁(6)进行的带电粒子束(R)的扫描，扫描控制器(10)的动作时钟的周期与扫描仪电源(7)的动作时钟的周期相等。

Description

粒子束照射装置
技术领域
本发明涉及一种对被照射体照射粒子束的粒子束照射装置。
背景技术
以往，作为用于对肿瘤等的进行放射线治疗的粒子束照射装置已知有例如专利文献1所记载的装置。该粒子束照射装置具备：扫描机构(电磁铁)，其扫描粒子束；电流供给机构(电源)，其向扫描机构供给电流；及扫描控制机构(指令值发送部)，其通过向电流供给机构传送电流指令值来控制由扫描机构进行的粒子束的扫描。该粒子束照射装置中，扫描控制机构根据预先制定的治疗计划向电流供给机构传送电流指令值，从而改变电流供给机构对扫描机构进行的电流供给，并按照治疗计划进行粒子束的扫描控制。
以往技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2006-288875号公报
发明的概要
发明要解决的技术课题
然而，粒子束治疗中，若在预先制定的治疗计划中的粒子束的扫描与实际粒子束的扫描之间产生偏差，则会产生因肿瘤部位的不同而产生照射剂量的余缺，并无法得到充分的治疗效果等问题。因此，在粒子束照射装置中极其需要提高粒子束的扫描控制的精确度。
因此，本发明的目的在于，提供一种能够进行高精确度的粒子束的扫描控制的粒子束照射装置。
用于解决技术课题的手段
本发明人等，经过不断锐意研究，发现在扫描控制机构向电流供给机构传送电流指令值以后至由电流供给机构供给电流的扫描机构实际扫描粒子束为止的延迟时间上存在偏差。这种延迟时间的偏差成为扫描控制精确度下降的一个原因。
进一步反复研究之后，本发明人等查明了延迟时间的偏差是由于扫描控制机构的动作时钟与电流供给机构的动作时钟的不同而导致的。即，查明自扫描控制机构传送电流指令值以后至扫描机构实际扫描粒子束的延迟时间中，由扫描控制机构的动作时钟与电流供给机构的动作时钟的不同导致的偏差导致整个延迟时间的偏差。
图5是用于说明时钟延迟时间的偏差的图。图5中传送侧动作时钟中的电流指令值的传送时刻用s0～s2表示。并且，接收侧动作时钟中的电流指令值的接收时刻用r0～r2表示。如图5所示，当传送侧动作时钟的周期与接收侧动作时钟的周期不同时，扫描控制机构的电流指令值的传送时刻与电流供给机构的电流指令值的接收时刻之间产生带有偏差的延迟时间。
因此，本发明的一个方面是一种对被照射体照射粒子束的粒子束照射装置，其具备：扫描机构，其扫描粒子束；电流供给机构，其向扫描机构供给电流；及扫描控制装置，其通过向电流供给机构传送电流指令值来控制由扫描机构进行的粒子束的扫描，其中，扫描控制机构的动作时钟的周期与电流供给机构的动作时钟的周期相等。
根据本发明所涉及的粒子束照射装置，扫描控制机构的动作时钟的周期与电流供给机构的动作时钟的周期相等，因此，能够使扫描控制机构及电流供给机构的动作时钟的延迟时间恒定，并能够避免产生从扫描控制机构传送电流指令值开始至扫描机构实际扫描粒子束为止的延迟时间的偏差。因此，根据上述粒子束照射装置，能够避免因延迟时间的偏差而导致在某一照射位置照射粒子束的时间比治疗计划长,而在另一照射位置照射粒子束的时间比治疗计划短的情况发生。因此，根据上述粒子束照射装置，能够按照治疗计划进行精确地控制各照射位置的照射时间的高精确度的粒子束扫描控制。
上述粒子束照射装置的方式也可以如下，即，扫描控制机构具有向电流供给机构传送动作时钟信号的发送部，电流供给机构具有接收由发送部传送的动作时钟信号的接收部。
根据上述粒子束照射装置，通过从扫描控制机构的发送部向电流供给机构的接收部传送动作时钟信号，能够以与扫描控制机构的动作时钟相等的周期的动作时钟驱动电流供给机构。因此，上述粒子束照射装置中，无需另设用于调谐扫描控制机构的动作时钟及电流供给机构的动作时钟的周期的动作时钟信号发送部，因此能够简化装置的结构。
上述粒子束照射装置也可以如下，即，还具备测定由扫描机构扫描的粒子束的位置的位置测定机构，扫描控制机构根据与电流指令值对应的粒子束的计划位置与由位置测定机构测定的粒子束的测定位置的比较结果，判定粒子束的扫描是否有异常。
根据上述粒子束照射装置，通过抑制延迟时间的偏差来使延迟时间大致恒定，因此，能够通过计算求出延迟时间对粒子束的位置的影响，从而能够准确地比较粒子束的计划位置与实际的测定位置。因此，根据上述粒子束照射装置，能够根据粒子束的计划位置及测定位置的比较结果，适当地判定粒子束的扫描控制是否有异常。
发明效果
根据本发明，能够进行高精确度的粒子束的扫描控制。
附图说明
图1是表示本发明所涉及的粒子束照射装置的一实施方式的图。
图2是用于说明利用粒子束进行扫描照射的图。
图3是用于说明扫描控制器向扫描仪电源传送的信号的图。
图4是表示扫描控制器的动作时钟及扫描仪电源的动作时钟的图。
图5是用于说明时钟延迟时间的偏差的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明所涉及的粒子束照射装置的优选实施方式进行详细说明。
如图1及图2所示，本实施方式所涉及的带电粒子束治疗装置(粒子束照射装置)1为通过对治疗台100上的患者50的肿瘤(被照射体)51照射带电粒子束R来进行放射线治疗的装置。作为带电粒子束R，可以列举质子束及重粒子(重离子)束等。
带电粒子束治疗装置1进行扫描方式的带电粒子束R的连续照射或间断照射。具体而言，带电粒子束治疗装置1在深度方向上将肿瘤51虚拟地分成多个层，并沿设定于各层的扫描图案L扫描带电粒子束R的同时，进行连续照射(光栅扫描或行扫描)或间断照射(点扫描)、线性加速器。
带电粒子束治疗装置1具备：加速器2，其加速带电粒子并射出带电粒子束R；传输线路3，其传输从加速器2射出的带电粒子束R；照射部4，其向患者的肿瘤照射由传输线路3传输的带电粒子束R；及位置测定监控器(位置测定机构)5，其用于测定从照射部4照射的带电粒子束R的照射位置。
加速器2通过加速带有电荷的粒子来射出带电粒子束R。作为加速器2，例如可以使用回旋加速器、同步加速器、同步回旋加速器。
从加速器2射出的带电粒子束R通过传输线路3传输到照射部4。从传输线路3传输到照射部4内的带电粒子束R的行进方向用箭头A表示。
照射部4向治疗台100上的患者50体内的肿瘤51照射带电粒子束R。照射部4具备用于扫描带电粒子束R的扫描电磁铁(扫描机构)6。扫描电磁铁6中，通过改变磁场来进行带电粒子束R的扫描。扫描电磁铁6具有沿垂直于行进方向A的X方向扫描带电粒子束R的第1扫描电磁铁6A、及沿垂直于行进方向A及X方向的Y方向扫描带电粒子束R的第2扫描电磁铁6B。
扫描电磁铁6从配置于照射部4外部的扫描仪电源(电流供给机构)7被供给电流。扫描仪电源7根据来自后述的扫描控制器10的电流指令值改变向扫描电磁铁6供给的电流。扫描仪电源7具有向第1扫描电磁铁6A供给电流的第1电源(X电源)7A、及向第2扫描电磁铁6B供给电流的第2电源(Y电源)7B。
位置测定监控器5测定用扫描电磁铁6扫描的带电粒子束R的照射位置(垂直于带电粒子束R的行进方向A的XY平面内的位置)。位置测定监控器5具备由向X方向或Y方向延伸的多条丝线构成的格子状的线栅，并通过检测带电粒子束R与线栅接触而产生的电荷来测定带电粒子束R的照射位置。
接着，对带电粒子束治疗装置1中的带电粒子束R的照射控制进行说明。带电粒子束治疗装置1具有治疗计划部8、照射控制部9、扫描控制器(扫描控制机构)10、及射束控制部11。
治疗计划部8中，制定用于治疗患者50的肿瘤51的治疗计划。治疗计划部8根据所输入的各种数据制定治疗计划。治疗计划中包括对在深度方向上将肿瘤51虚拟分成多个层的各层的带电粒子束R的扫描图案L。扫描图案L中包括每规定时间的带电粒子束R的扫描位置的信息。
照射控制部9根据治疗计划部8制定的治疗计划，控制带电粒子束R的照射。照射控制部9向扫描控制器10传送从治疗计划部8获得的与治疗计划有关的信息。
并且，照射控制部9根据来自扫描控制器10的要求信号，向射束控制部11传送射出准备信号。射束控制部11在接收到射出准备信号的情况下，控制加速器2而开始带电粒子束R的射出准备。射束控制部11在结束带电粒子束R的射出准备的情况下，向照射控制部9及扫描控制器10传送射出准备结束信号。
如图1及图3所示，扫描控制器10根据从照射控制部9传送的治疗计划的信息，进行带电粒子束R的扫描控制。扫描控制器10向扫描仪电源7传送(发送)对应于治疗计划的电流指令值。扫描控制器10通过电流指令值改变从扫描仪电源7向扫描电磁铁6供给的电流，从而间接地控制由扫描电磁铁6进行的带电粒子束R的扫描。
扫描控制器10对第1电源7A传送用于沿X方向扫描带电粒子束R的第1电流指令值(X电流指令值)。同样地，扫描控制器10对第2电源7B传送用于沿Y方向扫描带电粒子束R的第2电流指令值(Y电流指令值)。
并且，扫描控制器10将其内部的基本时钟作为动作时钟来驱动。扫描控制器10具有向扫描仪电源7传送其本身的动作时钟信号的发送部12。发送部12为了使扫描仪电源7的动作时钟周期与扫描控制器10的动作时钟的周期相等，向扫描仪电源7传送动作时钟信号。
另一方面，扫描仪电源7的X电源7A及Y电源7B分别具有接收动作时钟信号的接收部13A、13B。X电源7A及Y电源7B中，在接收部13A、13B接收从发送部12传送的动作时钟信号，并以与扫描控制器10的动作时钟周期相等周期的动作时钟进行对扫描电磁铁6的电流的供给。具体而言，将由接收部13A、13B接收的动作时钟信号的动作时钟作为X电源7A及Y电源7B的动作时钟。并且，使X电源7A及Y电源7B的动作时钟与接收部13A、13B所接收的动作时钟信号的动作时钟同步化。另外，所谓周期相等，不限于周期完全相等，容许有10μs以下的误差。
并且，扫描控制器10从位置测定监控器5获得与带电粒子束R的测定位置有关的信息。扫描控制器10比较与治疗计划对应的带电粒子束R的计划位置(与电流指令值对应的带电粒子束R的计划位置)与从位置测定监控器5获得的带电粒子束R的测定位置。
扫描控制器10根据带电粒子束R的计划位置与测定位置的比较结果，判定带电粒子束R的扫描控制是否有异常。具体而言，扫描控制器10通过判定带电粒子束R的测定位置与带电粒子束R的计划位置的偏差是否在容许的范围之内，来判定扫描控制是否有异常。
扫描控制器10在判定扫描控制有异常的情况下，向射束控制部11传送照射停止信号来停止照射带电粒子束R。
根据以上说明的本实施方式所涉及的带电粒子束治疗装置1，扫描控制器10的动作时钟的周期与扫描仪电源7的动作时钟的周期相等，因此，能够不产生由动作时钟的不同而导致的延迟时间的偏差，而使从扫描控制器10传送电流指令值开始至扫描机构实际扫描粒子束为止的延迟时间恒定。
在此，图4是表示扫描控制器10的动作时钟及扫描仪电源7的动作时钟的图。图4中，将扫描控制器10的动作时钟中的电流指令值的传送时刻用s0～s2表示。并且，将扫描仪电源7的动作时钟中的电流指令值的接收时刻用r0～r2表示。另外，将传送时刻s0与接收时刻r0之间的延迟时间用t0，传送时刻s1与接收时刻r1之间的延迟时间用t1，传送时刻s2与接收时刻r2之间的延迟时间用t2表示。
如图4所示，本实施方式所涉及的带电粒子束治疗装置1中，扫描控制器10的动作时钟的周期与扫描仪电源7的动作时钟的周期相等，因此，能够使扫描控制器10及扫描仪电源7的动作时钟的延迟时间t0～t2恒定，并且能够避免产生从扫描控制器10传送电流指令值开始至扫描电磁铁6实际扫描粒子束为止的延迟时间的偏差。因此，根据带电粒子束治疗装置1，能够避免产生以下情况，由于延迟时间的偏差而在某一位置粒子束照射时间比治疗计划时间长，而在其他的照射位置粒子束照射时间比治疗计划时间短的情况。因此，根据带电粒子束治疗装置1，能够根据治疗计划进行精确地控制各照射位置的照射时间的高精确度的粒子束的扫描控制。
并且，带电粒子束治疗装置1中，通过从扫描控制器10向扫描仪电源7传送动作时钟信号，能够以与扫描控制器10的动作时钟相等的周期的动作时钟驱动扫描仪电源7。因此，根据带电粒子束治疗装置1，无需另设用于调谐扫描控制器10的动作时钟及扫描仪电源7的动作时钟的周期的动作时钟信号发送部，从而能够简化装置的结构。
而且，带电粒子束治疗装置1中，能够通过抑制从扫描控制器10传送电流指令值开始至扫描电磁铁6扫描粒子束R为止的延迟时间的偏差来使延迟时间大致恒定，因此，能够通过计算求出延迟时间对带电粒子束R的照射位置的影响。因此，根据带电粒子束治疗装置1，能够准确地比较带电粒子束R的计划位置与实际测定位置，因此能够判定带电粒子束R是否超过所容许的范围而偏离计划位置，并能够适当地判定带电粒子束R的扫描控制中是否有异常。
本发明并不限于上述实施方式。上述的实施方式中，对照射质子束或重粒子(重离子)束等的带电粒子束治疗装置1进行了说明，但是，本发明也能够适用于照射其他粒子束的粒子束照射装置中。
并且，可以为如下结构，即，与扫描控制器及扫描仪电源另行地设置传送动作时钟信号的发送部，并且扫描控制器及扫描仪电源均具有接收部。
产业上的可利用性
本发明可用于能够进行高精确度的粒子束的扫描控制的粒子束照射装置中。
符号说明
1-带电粒子束治疗装置(粒子束照射装置)，2-加速器，3-传输线路，4-照射部，5-位置测定监控器(位置测定机构)，6-扫描电磁铁(扫描机构)，7-扫描仪电源(电流供给机构)，8-治疗计划部，9-照射控制部，10-扫描控制器(扫描控制机构)，11-射束控制部，12-发送部，13A、13B-接收部，50-患者，51-肿瘤(被照射体)，100-治疗台，A-行进方向，L-扫描图案，R-带电粒子束。

Claims (3)

1.一种粒子束照射装置，其对被照射体照射粒子束，其具备：
扫描机构，其扫描所述粒子束；
电流供给机构，其向所述扫描机构供给电流；及
扫描控制机构，其通过向所述电流供给机构传送电流指令值，来控制由所述扫描机构进行的对所述粒子束的扫描，
所述扫描控制机构的动作时钟的周期与所述电流供给机构的动作时钟的周期相等。
2.根据权利要求1所述的粒子束照射装置，其中，
所述扫描控制机构具有向所述电流供给机构传送动作时钟信号的发送部，
所述电流供给机构具有接收由所述发送部传送的所述动作时钟信号的接收部。
3.根据权利要求1或2所述的粒子束照射装置，其还具备：
位置测定机构，其测定由所述扫描机构扫描的所述粒子束的位置，
所述扫描控制机构根据与所述电流指令值对应的所述粒子束的计划位置与通过所述位置测定机构测定的所述粒子束的测定位置的比较结果，判定所述粒子束的扫描是否有异常。
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