CN104023791A - 粒子射线照射装置及粒子射线治疗装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于，即使带电粒子束为低能量，也以较小的射束尺寸对照射对象进行照射。本发明的粒子射线照射装置(58)的特征在于，包括：形成供带电粒子束(1)通过的真空区域的真空管道(6、7)；从真空区域释放带电粒子束(1)的真空窗8；在与射束轴垂直的方向上扫描带电粒子束(1)的扫描电磁铁(2、3)；具有对带电粒子束(1)的通过位置以及射束尺寸进行检测的位置监视器(5)的监视器装置(67)；覆盖真空窗(8)、并在下游侧配置有监视器装置(67)的低散射气体填充室(39)；以及对带电粒子束(1)的照射进行控制的照射管理装置(20)，低散射气体填充室(39)配置成使得监视器装置(67)与真空窗(8)在射束轴向上的相对位置能变更为规定位置，在照射带电粒子束(1)时，填充有散射比空气小的低散射气体。

Description

粒子射线照射装置及粒子射线治疗装置

技术领域

本发明涉及一种利用粒子射线治疗癌症等的粒子射线照射装置及粒子射线治疗装置。

背景技术

一般而言，粒子射线治疗装置包括：射束产生装置，该射束产生装置产生带电粒子束；加速器，该加速器与射束产生装置相连接，且对所产生的带电粒子束进行加速；射束输送系统，该射束输送系统输送加速到在加速器中所设定的能量为止之后射出的带电粒子束；以及粒子射线照射装置，该粒子射线照射装置设置在射束输送系统的下游，且用于将带电粒子束射向照射对象。粒子射线照射装置大致分为广域照射方式和扫描照射方式(点扫描、光栅扫描等)，广域照射方式是利用散射体将带电粒子束进行散射放大，使得经放大的带电粒子束与照射对象的形状相一致来形成照射野，而扫描照射方式是以细束状射束进行扫描来形成照射野，以使其与照射对象的形状相一致。

广域照射方式利用准直器(collimator)和团块(borus)来形成与患部形状相一致的照射野。广域照射方式形成与患部形状相一致的照射野，防止向正常组织进行不需要的照射，因此成为了最广泛采用的、优异的照射方式。然而，需要针对每一位患者制作团块，或与患部相配合地使准直器进行变形。

另一方面，扫描照射方式是不需要准直器和团块的、自由度较高的照射方式。然而，由于不使用防止向患部以外的正常组织进行照射的这些部件，因此要求高于广域照射方式的射束照射位置精度。

近年来，为了治疗复杂形状的患部，对射束成形的自由度的要求越来越高。头颈部有眼球、视神经、脊髓、脑等众多重要脏器，因而存在应用扫描照射方式的需求。头颈部与躯干部分不同，由于头颈部的尺寸较小，因此到患部为止的深度较浅，所需的射束能量也较低。带电粒子束的能量与射束尺寸的关系如图17所示。横轴为带电粒子束的射束能量E(MeV)，纵轴为带电粒子束的射束尺寸S(mm)。射束尺寸以标准偏差计算的方式来计算。图17的射束尺寸S是在水中的等中心点的射束尺寸。特性92是由水散射引起的物理极限的射束尺寸，特性91是从现有的粒子射线照射装置的射束射出窗释放出的带电粒子束通过空气而进入患者身体时的射束尺寸。放射线在人体内部的照射特性与在水中相同，因而对在水中的照射特性进行探讨。

例如在150MeV的质子射线的情况下，若忽略射束射出窗、位置监视器、空气等的损耗，则具有16cm左右的射程，而对于头颈部的情况，射程大多小于该射程。即，在考虑症例的情况下，尽管需要在比图17的150MeV更低的能量下较小的射束尺寸，但在现有技术的情况下，在比150MeV低的能量下，进入水之前的射束射出窗、位置监视器、空气所引起的散射(角)会带来较大影响，因此会变成非常大的射束尺寸。作为用于减小射束尺寸的方法，考虑缩小使带电粒子束散射的物质与被照射体(患部)的距离的方法。

专利文献1公开了以下发明：在使用射束照射位置精度的要求较高的扫描照射方式的粒子射线治疗装置中，尽可能将会产生射束散射的障碍物放置在射束下游侧，从而减小射束尺寸。专利文献1的发明包括：照射装置，该照射装置具有对带电粒子束进行扫描的射束扫描装置以及在该射束扫描装置的下游侧设有射束射出窗的第一管道，使带电粒子束通过该第一管道内部，向照射对象照射带电粒子束；以及射束输送装置，该射束输送装置具有第二管道，使从加速器射出的带电粒子束通过第二管道的内部并输送给照射装置，对带电粒子束的位置进行测定的射束位置监视器(以下简称为位置监视器)经由保持构件安装在射束射出窗上，第一管道内部的真空区域与第二管道内部的真空区域连通。

第一管道由两个管道构成，这两个管道通过波纹管密封接合。利用使第一管道沿射束轴向伸缩的管道伸缩单元和驱动单元使波纹管伸缩，使设置在射束射出窗附近的下游位置的位置监视器向管道的射束轴向移动，从而抑制患者与射束射出窗之间的气隙不必要地变大，从而缩小射束尺寸。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第4393581号公报(0014段、0027段～0029段、图2)

发明内容

发明所要解决的技术问题

专利文献1的粒子射线治疗装置为了使射束射出窗靠近患者，使用将作为第一管道的两个管道可伸缩地密封接合的波纹管。当用于使波纹管的内表面侧保持真空的真空波纹管如图18所示那样在保持内部的真空状态的同时、长期执行伸缩动作时，其可动范围受到限制。波纹管95呈现出最缩小状态，其长度为L2。波纹管94呈现出最伸长状态，其长度为L1。长度L3是长度L1与长度L2之差，该长度L3为可伸缩长度。可伸缩长度L3为最大长度L1的1/3左右，若要增大可伸缩长度，则整个真空波纹管的长度会变长。

为了对躺在患者台上的患者的患部进行定位，患者在射束轴向的移动长度最少需要为370mm左右。在使真空波纹管伸缩来移动射束射出窗以及位置监视器的情况下，需要可伸缩长度L3在370mm以上。不仅是患者的射束轴向的移动长度，而且还需要根据与为了对患部进行定位而使用的X射线管以及X射线摄像装置的配置位置之间的位置关系，使射束射出窗以及位置监视器进一步避开患者。在使照射嘴前端部(安装有位置监视器的部分等前端部)移动到几乎接触到身体表面的位置的情况下，距离等中心为40mm，若将最大退避长度设为650mm，则需要610mm的可伸缩长度。此外，在扫描照射方式中，由于带电粒子束的扫描范围越向下游越大，因此需要增大真空波纹管的口径。但制造大口径且较长的真空波纹管是较为困难的。

专利文献1的粒子射线治疗装置中，使带电粒子束通过真空时的真空通过长度可变来尽可能地缩小照射到患部的射束尺寸，但由于要设置真空波纹管，因此装置较为复杂。此外，在无法获得足够的可伸缩长度的情况下，无法使射束射出窗以及位置监视器充分靠近患者，其结果是，可能无法在头颈部的治疗所需的低能量下，使照射到患部的射束尺寸足够小。

本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于获得一种粒子射线照射装置，即使带电粒子束是低能量，也能以较小的射束尺寸对照射对象进行照射。

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照射装置包括：真空管道，该真空管道形成供带电粒子束通过的真空区域；真空窗，该真空窗设置在真空管道的下游侧，并从真空区域释放出带电粒子束；扫描电磁铁，该扫描电磁铁在与射束轴垂直的方向上扫描带电粒子束；监视器装置，该监视装置具有对带电粒子束的通过位置以及射束尺寸进行检测的位置监视器；低散射气体填充室，该低散射气体填充室覆盖真空窗，并在下游侧配置有监视器装置；以及照射管理装置，该照射管理装置对带电粒子束的照射进行控制。低散射气体填充室配置成能使监视器装置与真空窗在射束轴向上的相对位置变更为所期望的位置，在照射带电粒子束时，填充有散射比空气小的低散射气体。

发明效果

根据本发明所涉及的粒子射线照射装置，由于配置成监视器装置与真空窗在射束轴向上的相对位置能变更为所期望的位置、且电荷粒子束通过填充有散射比空气小的低散射气体的低散射气体填充室，因此即使是低能量，也能以较小的射束尺寸对照射对象照射带电粒子束。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1中的粒子射线照射装置的结构图。

图2是本发明的粒子射线治疗装置的简要结构图。

图3是说明图1的照射系统设备的退避状态的图。

图4是说明图1的照射系统设备的照射状态的图。

图5是对实施方式1的低散射气体的供给以及排出结构进行说明的图。

图6是表示图1的真空窗的结构的图。

图7是表示图6的A1-A1剖面的图。

图8是表示图1的监视器装置的图。

图9是表示图8的A2-A2剖面的图。

图10是图9的左上部的放大图。

图11是说明图1的监视器装置的安装方法的图。

图12是表示图11的A3-A3剖面的图。

图13是表示本发明的射束尺寸特性的图。

图14是对实施方式2的低散射气体的供给以及排出结构进行说明的图。

图15是对实施方式3的射束尺寸异常判定处理进行说明的图。

图16是对实施方式3的其它射束尺寸异常判定处理进行说明的图。

图17是对带电粒子束的能量与射束尺寸的关系进行说明的图。

图18是说明真空波纹管的问题的图。

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中的粒子射线照射装置的结构图。图2是本发明的粒子射线治疗装置的简要结构图。图2中，粒子射线治疗装置51包括射束产生装置52、射束输送系统59、以及粒子射线照射装置58a、58b。射束产生装置52包括离子源(未图示)、前级加速器53、及同步加速器54。粒子射线照射装置58b设置于旋转机架(未图示)。粒子射线照射装置58a设置于不具有旋转机架的治疗室中。射束输送系统59的作用是联系同步加速器54和粒子射线照射装置58a、58b。射束输送系统59的一部分设置于旋转机架(未图示)，该部分具有多个偏转电磁铁55a、55b、55c。

由离子源产生的质子射线等粒子射线即带电粒子束由前级加速器53进行加速，并入射到作为加速器的同步加速器54中。带电粒子束被加速到规定的能量。从同步加速器54射出的带电粒子束经过射束输送系统59而输送给粒子射线照射装置58a、58b。粒子射线照射装置58a、58b将带电粒子束照射到照射目标25(参照图1)上。

由射束产生装置52产生的、被加速至规定能量的带电粒子束1经过射束输送系统59，被引导至粒子射线照射装置58。图1中，粒子射线照射装置58包括：从射束输送系统59起形成真空区域并且连通的上部真空管道6以及下部真空管道7；将带电粒子束1从真空区域释放出的真空窗8；在与带电粒子束1垂直的方向、即X方向以及Y方向上对带电粒子束1进行扫描的X方向扫描电磁铁2以及Y方向扫描电磁铁3；剂量监视器4；位置监视器5；上部密封件29；监视器保持部9；使上部密封件29与监视器保持部9以可移动方式相连的风箱10；配置在监视器保持部9的外周的延伸部23；在射束轴向上驱动监视器保持部9的监视器保持部驱动装置80；剂量数据转换器16；位置数据转换器17；射束数据处理装置18；扫描电磁铁电源19；以及对粒子射线照射装置58进行控制的照射管理装置20。照射管理装置20包括照射控制计算机21和照射控制装置22。带电粒子束1沿着图中所示的中心轴27进行照射，并且调整为若不通过X方向扫描电磁铁2以及Y方向扫描电磁铁3进行任何控制，则最终朝向等中心点(照射基准点)26。带电粒子束1照射到躺在患者台28上的患者24的作为照射对象25的患部。此外，带电粒子束1的前进方向是-Z方向。

X方向扫描电磁铁2是沿X方向对带电粒子束1进行扫描的电磁铁，Y方向扫描电磁铁3是沿Y方向对带电粒子束1进行扫描的电磁铁。位置监视器5检测出利用X方向扫描电磁铁2及Y方向扫描电磁铁3进行扫描的带电粒子束1通过的射束中的通过位置(重心位置)、尺寸。剂量监视器4检测带电粒子束1的剂量。照射管理装置20基于利用未图示的治疗计划装置所生成的治疗计划数据，来控制照射目标25中带电粒子束1的照射位置，若由剂量监视器4测定的、由剂量数据转换器16转换为数字数据的剂量达到目标剂量，则使带电粒子束1停止。扫描电磁铁电源19基于照射管理装置20输出到X方向扫描电磁铁2及Y方向扫描电磁铁3的控制输入(指令)，来改变X方向扫描电磁铁2及Y方向扫描电磁铁3的设定电流。

监视器保持部驱动装置80包括固定在延伸部23上的齿条11；与齿条11咬合的小齿轮12；使小齿轮12旋转的电动机13；固定在延伸部23上的导轨14；供导轨14插入的导向套15。小齿轮12固定在粒子射线照射装置58的设置部位，相对于上部真空管道6以及下部真空管带7满足规定的位置关系。通过利用电动机13进行旋转的小齿轮12、以及通过小齿轮12的旋转而在Z轴方向上移动的齿条11来使监视器保持部9移动。将剂量监视器4以及位置监视器5统称为监视器装置67。监视器装置67固定在监视器保持部9的前端部。监视器装置67与监视器保持部9的固定方法在后面进行阐述。由上部密封件29、风箱10、监视器保持部9以及监视器装置67构成低散射气体填充室39。低散射气体填充室39中填充有氦气等低散射气体。低散射气体填充室39配置成使得监视器装置67与真空窗8在射束轴向上的相对位置能变更为所期望的位置。监视器保持部驱动装置80是如下驱动装置：对形成真空区域的上部真空管道6、下部真空管道7、以及真空窗8与监视器装置67在射束轴向(Z方向)上的相对位置进行变更，并通过风箱10的伸缩来变更低散射气体填充室39的容积。将上部真空管道6、下部真空管道7、真空窗8、低散射气体填充室39、监视器装置67、X方向扫描电磁铁2、Y方向扫描电磁铁3统称为照射系统设备30。

位置监视器5例如由多线式比例计数管构成，该多线式比例计数管中的垂直引线组在例如由带电粒子电离的气体中拉伸。位置监视器5上的射束的位置信息即电流信号为模拟数据siga。将模拟数据siga输入到位置数据转换器17。在位置数据转换器17中，作为射束的通过位置信息的电流信号通过I/V转换器，被转换为电压，经放大器放大，由AD转换器从模拟信号转换为数字信号。转换为数字信号的数字数据sigd被输入到射束数据处理装置18。I/V转换器、放大器、AD转换器构成位置数据转换器17。剂量监视器4例如由在对粒子射线进行电离的空气中设置平行平板的电极而得到的电离箱构成。

图3是说明照射系统设备的退避状态的图，图4是说明照射系统设备的照射状态的图。示出了照射系统设备30设置在旋转机架框31上的示例。如图3所示，在退避状态下，监视器装置67靠近真空窗8，远离患者24。在该退避状态下使患者24躺在患者台28上，进行患部的定位作业。在患部的定位作业结束之后，由监视器保持部驱动装置80驱动监视器保持部9，使监视器装置67尽可能地接近患者24。使监视器装置67尽可能接近患者24的状态如图4所示，并且如图3的虚线所示。剂量监视器104、位置监视器105分别是尽可能接近患者24的状态下的剂量监视器、位置监视器。

实施方式1的粒子射线照射装置58能在固定上部真空管道6、下部真空管道7、真空窗8的状态下，确保监视器67与患者24之间足够的移动距离。通过在低散射气体填充室39中填充散射比空气小的低散射气体，从而能缩小通过低散射气体填充室39内的带电粒子束1的射束尺寸。

接着，对低散射气体的供给以及排出结构、缩小通过时的散射的真空窗8的结构、相当于低散射气体填充室39的盖部的监视器装置67的结构进行说明。图5是对实施方式1的低散射气体的供给以及排出结构进行说明的图。低散射气体装置40对低散射气体填充室39执行低散射气体的供给以及释放。低散射气体装置40具有气体供给部41、容积变动吸收部42、以及气体放出部43。低散射气体由气体供给部41提供给低散射气体填充室39。低散射气体填充室39的低散射气体的压力的变动由容积变动吸收部42以及气体放出部43调整到规定的压力范围。

气体供给部41由填充有低散射气体的气瓶33、对供给气体压力进行调整的调节器34、对提供给低散射气体填充室39的气体流量进行调整的流量调整阀35、以及配管32构成。气体供给部41的配管32例如与上部密封件29相连。容积变动吸收部42由调整腔室36以及配管32构成。容积变动吸收部42根据低散射气体填充室39的气体压力来使低散射气体从低散射气体填充室39向调整腔室36移动。若低散射气体填充室39的气体压力下降，则调整腔室36内的低散射气体会流入低散射气体填充室39。容积变动吸收部42根据低散射气体填充室的气体压力的变动来改变容积，从而调整低散射气体填充室39的低散射气体的压力的变动。气体放出部43由注入有油38的油容器37以及配管32构成。在向低散射气体填充室39提供低散射气体，并且超过调整腔室36所能吸收变动的压力导致低散射气体填充室39的气体压力上升时，从气体放出部43的配管32将低散射气体释放到油内。释放到油内的低散射气体从油容器37的开放口释放到外部。低散射气体因流量调整阀35而以一定流量流动，因此从油容器37的开放口以一定流量释放低散射气体。

图6是表示真空窗的结构的图，图7是表示图6的A1-A1剖面的图。真空窗8利用安装凸缘48以及窗按压凸缘46来按压窗板47以进行固定。图6、图7所示的真空窗8为圆形的示例。窗板47例如是厚度为200μｍ的聚酰亚胺的板。金属的安装凸缘48以及金属的窗按压凸缘46形成有贯通孔。窗板47配置成覆盖安装凸缘48的贯通孔。窗按压凸缘46与窗板47的外周部重叠配置，并通过螺栓49固定在安装凸缘48上。真空窗8通过螺栓49固定在金属的下部真空管道7上。利用上述那样的真空窗8，能确保真空区域的真空度，并且能尽可能地抑制窗板47引起的带电粒子束1的散射。

图8是表示监视器装置的图。图9是表示图8的A2-A2剖面的图，图10是表示图9的左上部分的放大图。图8至图10所示的监视器装置67为圆形的示例。图8至图10所示的监视器装置67是将剂量监视器4的电极部与位置监视器5的电极部重叠配置的监视器电极部76配置在具有贯通孔的上框70与具有贯通孔的下框75之间的示例。监视器电极部76在外周侧配置有例如八个绝缘套管74。螺栓49插入到上框70的螺栓孔与绝缘套管74的贯通孔中，螺栓49拧入到下框75的内螺纹部，使得上框70、下框75以及监视器电极部76成为一体。

配置在低散射气体填充室39的内表面侧的上框70上固定有窗板71。将窗板71配置成覆盖上框70的贯通孔。将窗板按压框72重叠配置在窗板71的外周部，利用螺钉73将窗板71以及窗板按压框72固定在上框70的内周侧。窗板71例如是厚度100μｍ的薄云母板(麦拉(Mylar)膜)。窗板71配置在位于低散射气体填充室39内侧的一面侧，防止低散射气体通过到下游侧。

对监视器保持部9与监视装置67的连接方法进行说明。图11是对监视器装置的安装方法进行说明的图，图12是表示图11的A3-A3剖面的图。图11是从带电粒子束1的照射方向的下游侧观察上游侧时的监视器装置67的图。在监视器装置67的上框70的外周侧配置密封材料78、监视器保持部9、密封材料79、以及按压器具77。通过用螺栓49和螺母50来紧固两个按压器具77的端部，从而按压并连接在监视器装置67上，因此能使监视器保持部9与监视器装置67的连接具有气密性。由于监视器保持部9与监视器装置67的连接的气密性较高，因此由上部密封件29、风箱10、监视器保持部9、以及监视器装置67构成的低散射气体填充室39能具备足以填充低散射气体的气密性。

图13是表示本发明的射束尺寸特性的图。横轴为带电粒子束的射束能量E(MeV)，纵轴为带电粒子束的射束尺寸S(mm)。射束尺寸S以标准偏差计算的方式来计算。图13的射束尺寸S是在水中的等中心点的射束尺寸。特性93是使用氦(He)气作为低散射气体、并在低散射气体填充室39中填充氦气的情况。图13的特性是真空窗8与等中心点26的距离为770mm、监视器装置67的上表面与水面的距离为110mm、真空窗8的窗板47的厚度为200μｍｍ的示例。在变更带电粒子束1的能量来变更水中的布拉格峰位置时，移动水面以及监视器装置67，使得真空窗8与等中心点的距离为770mm，监视器装置67的上表面与水面的距离为110mm。若带电粒子束1的能量被改变，则低散射气体填充室39的Z轴方向的长度会改变。为了进行比较，添加特性91以及特性92。特性92是由水散射引起的物理极限的射束尺寸，特性91是从现有的粒子射线照射装置的射束射出窗释放出的带电粒子束通过空气而进入患者身体时的射束尺寸。

在低散射气体填充室39中填充氦气，使监视器装置67的上表面与水面的距离为110mm，从而在射束能量为70MeV到235MeV之间，能使射束尺寸接近水散射引起的物理极限的射束尺寸。本发明的特性93在70MeV到235MeV之间，与现有的射束尺寸的特性91相比，能充分缩小射束尺寸。在现有的射束尺寸变大的低能量范围(150MeV以下)内，本发明的特性93与现有的特性91不同，即使射束能量下降，也能缩小射束尺寸。本发明的特性93在70MeV左右，即使射束能量下降，射束尺寸也不会下降，但能获得比现有技术明显要小的射束尺寸。本发明的特性93在射束能量为70MeV到235MeV之间能接近物理极限的特性92。

在实施方式1的粒子射线照射装置58中，带电粒子束1通过真空的真空通过长度固定，覆盖真空窗8，具备填充有低散射气体的低散射气体填充室39，并使位于低散射气体填充室39的前端部分的监视器装置67尽可能地靠近患者，因此即使带电粒子束1为低能量，也能以较小的射束尺寸对照射对象25进行照射。此外，由于在粒子射线照射装置58中，带电粒子束1通过真空时的真空通过长度固定，因此无需如现有技术那样使用真空波纹管来使真空通过长度可变，因此能简化照射系统设备30的结构。由于照射系统设备30的结构简单，因此能自由地进行监视器装置67的移动距离、即监视器保持部9的移动距离的设计，而不会被真空波纹管的制约条件所限制。

低散射气体填充室39填充低散射气体即可，因此无需使内部成为真空那样的气密设定，也可以利用塑料等树脂材料来形成。风箱10也可以利用塑料等树脂材料来形成，或者在布上涂布树脂来使用。

由于将剂量监视器4和位置监视器5一体化为监视器装置67，因此与将剂量监视器4和位置监视器5单独重叠的情况相比，能缩小监视器装置67的射束照射方向(Z方向)的长度。剂量监视器4与位置监视器5一体化的监视器装置67的射束照射方向(Z方向)的长度较小，因此能轻量化，并能尽可能减薄会使带电粒子束1散射的原因物体。

如上所述，实施方式1的粒子射线照射装置58包括：形成供带电粒子束1通过的真空区域的真空管道6、7；设置在真空管道6、7的下游侧、从真空区域释放带电粒子束1的真空窗8；在与射束轴垂直的方向上扫描带电粒子束1的扫描电磁铁2、3；具有对带电粒子束1的通过位置以及射束尺寸进行检测的位置监视器5的监视器装置67；覆盖真空窗8、并在下游侧配置有监视器装置67的低散射气体填充室39；以及对带电粒子束1的照射进行控制的照射管理装置20，低散射气体填充室39配置成使得监视器装置67与真空窗8在射束轴向上的相对位置能变更为规定位置，在照射带电粒子束1时，由于填充有散射比空气小的低散射气体，因此配置成监视器装置与真空窗在射束轴向上的相对位置能变更为规定位置，带电粒子束能通过填充有散射比空气小的低散射气体的低散射气体填充室，即使带电粒子束1为低能量，也能以较小的射束尺寸对照射对象25进行照射。

实施方式1的粒子射线治疗装置包括：产生带电粒子束1、并经由加速器54对该带电粒子束1进行加速的射束产生装置52；对经由加速器54加速后的带电粒子束1进行输送的射束输送系统59；以及将由射束输送系统59输送的带电粒子束1照射到照射对象25的粒子射线照射装置58，粒子射线照射装置58包括：形成供带电粒子束1通过的真空区域的真空管道6、7；设置在真空管道6、7的下游侧、从真空区域释放带电粒子束1的真空窗8；在与射束轴垂直的方向上扫描带电粒子束1的扫描电磁铁2、3；具有对带电粒子束1的通过位置以及射束尺寸进行检测的位置监视器5的监视器装置67；覆盖真空窗8、并在下游侧配置有监视器装置67的低散射气体填充室39；以及对带电粒子束1的照射进行控制的照射管理装置20，低散射气体填充室39配置成使得监视器装置67与真空窗8在射束轴向上的相对位置能变更为规定位置，在照射带电粒子束1时，由于填充有散射比空气小的低散射气体，因此配置成使得监视器装置与真空窗在射束轴向上的相对位置能变更为规定位置，带电粒子束能通过填充有散射比空气小的低散射气体的低散射气体填充室，即使带电粒子束1为低能量，也能以较小的射束尺寸对照射对象25进行照射。

实施方式2

在实施方式1中，作为低散射气体填充室39中的低散射气体的排出结构，对由注入有油38的油容器37和配管32构成的气体放出部43的示例进行了说明。实施方式2中，对从气体放出部43向监视器装置67的患者侧释放的示例进行说明。

图14是对实施方式2的低散射气体的供给以及排出结构进行说明的图。与图5的气体放出部43的不同点在于，不存在注入有油38的油容器37，而将配管32配置在监视器装置67的射束照射方向(Z方向)，使低散射气体填充室39的低散射气体流向监视器装置67的患者侧。从配管32的前端部向患者侧释放低散射气体的释放气体45。由于释放出的低散射气体会流入监视器装置67与患者24之间，因此与监视器装置67与患者24之间为空气的情况相比，低散射气体的浓度变高，能降低带电粒子束1的射束尺寸在监视器装置67与患者24之间变大的散射。因此，能使射束尺寸比实施方式2的粒子射线照射装置58更小。

实施方式3

在实施方式3中，对具备在低散射气体填充室39的低填充气体的浓度产生异常的情况下、对低散射气体填充室39的异常进行检测的功能的粒子射线照射装置58的示例进行说明。若低散射气体填充室39产生异常，则低散射气体填充室39的低填充气体的浓度会下降，带电粒子束1的射束尺寸会变大，因此利用这一点来检测低散射气体填充室39的异常。图15是对实施方式3的射束尺寸异常判定处理进行说明的图。射束尺寸异常判定处理由射束数据处理装置18进行。射束数据处理装置18基于由位置监视器5检测到的带电粒子束1的通过位置信息来判定射束尺寸。

射束数据处理装置18包括：计算射束尺寸S的射束尺寸计算部61；对照射到照射对象25的带电粒子束1的计划后的目标射束尺寸Ｓ0进行存储的射束尺寸存储部64；对针对目标射束尺寸Ｓ0的异常判定的判定阈值B进行存储的判定阈值存储器65；对射束尺寸S和目标射束尺寸Ｓ0进行比较并输出射束尺寸S与目标射束尺寸Ｓ0之差即尺寸差sigb的比较部62；以及判定尺寸差sigb是否在判定阈值B的范围内的异常判定部63。

若由异常判定部63检测到射束尺寸S的异常，即，在尺寸差sigb不在判定阈值B的范围内的情况下，射束数据处理装置18向照射管理装置20发送异常通知信号sige。照射管理装置20在接受到异常通知信号sige时，例如进行紧急停止处理即联锁处理，停止带电粒子束1的照射。

如上所述，实施方式3的粒子射线照射装置58能在低散射气体填充室39产生异常时，检测带电粒子束1的射束尺寸S的异常，进行紧急停止处理即联锁处理，停止带电粒子束1的照射。

另外，对照射管理装置20从射束数据处理装置18接收异常通知信号sige并进行紧急停止处理即联锁处理的示例进行了说明，但也可以由射束数据处理装置18发送与多个异常等级相对应的异常通知信号sige，由照射管理装置20根据异常通知信号sige的等级来调整气体供给部41的气体供给量。

例如，对射束数据处理装置18生成两个异常通知信号sige1以及sige2的情况进行说明。图16是对实施方式3的其它射束尺寸异常判定处理进行说明的图。该情况下，判定阈值存储器65中存储有两个阈值B1、B2。这里，假设Ｂ1＜Ｂ2。异常判定部63在尺寸差sigb不在判定阈值B2的范围内时，向照射管理装置20发送异常通知信号sige2。异常判定部63在尺寸差sigb在判定阈值B2的范围内但不在判定阈值B1的范围内时，向照射管理装置20发送异常通知信号sige1。照射管理装置20在接受到异常通知信号sige2时，进行紧急停止处理即联锁处理，停止带电粒子束1的照射。此外，照射管理装置20在接受到异常通知信号sige1时，向气体供给部41发送控制信号，以对气体供给部41的气体供给量进行调整。

另外，通过对异常通知信号sige的等级进行更为细致的设定，从而能精细地调整气体供给部41的气体供给量。

至此，对不使用真空波纹管的示例进行了说明，但也可以同时使用可进行短距离移动的真空波纹管和低散射气体填充室。

标号说明

1  带电粒子束

2  X方向扫描电磁铁

3  Y方向扫描电磁铁

5  位置监视器

6   上部真空管道

7   下部真空管道

8   真空窗

9   监视器保持部

10  风箱

18  射束数据处理装置

20  照射管理装置

25  照射对象

29  上部密封件

32  配管

37  油容器

38  油

39  低散射气体填充室

40  低散射气体装置

41  气体供给部

42  容积变动吸收部

43  气体放出部

61  射束尺寸计算部

63  异常判定部

67  监视器装置

71  窗板

51  粒子射线治疗装置

52  射束产生装置

54  同步加速器(加速器)

58、58a、58b 粒子射线照射装置

59  射束输送系统

sige、sige1、sige2  异常通知信号

S   射束尺寸

Ｓ₀  目标射束尺寸

B、B1、B2  判定阈值

Claims (8)

1.一种粒子射线照射装置，将经由加速器加速后的带电粒子束照射到照射对象，其特征在于，包括：

真空管道，该真空管道形成供所述带电粒子束通过的真空区域；

真空窗，该真空窗设置在所述真空管道的下游侧，并从所述真空区域释放出所述带电粒子束；

扫描电磁铁，该扫描电磁铁在与射束轴垂直的方向上扫描所述带电粒子束；

监视器装置，该监视装置具有对所述带电粒子束的通过位置以及射束尺寸进行检测的位置监视器；

低散射气体填充室，该低散射气体填充室覆盖所述真空窗，并在下游侧配置有所述监视器装置；以及

照射管理装置，该照射管理装置对所述带电粒子束的照射进行控制，

所述低散射气体填充室配置成使得所述监视器装置与所述真空窗在所述射束轴向上的相对位置能变更为所期望的位置，

在照射所述带电粒子束时，填充有散射比空气小的低散射气体。

2.如权利要求1所述的粒子射线照射装置，其特征在于，所述低散射气体填充室包括：配置在下游侧的所述监视器装置；对所述监视器装置进行保持的监视器保持部；配置在所述真空管道的外周的上部密封件；以及以可移动方式对所述上部密封件和所述监视器保持部进行连接的风箱。

3.如权利要求1或2所述的粒子射线照射装置，其特征在于，所述监视器装置具有窗板，该窗板配置在位于所述低散射气体填充室的内侧的一面侧，防止所述低散射气体通过到下游侧。

4.如权利要求1至3的任一项所述的粒子射线照射装置，其特征在于，包括低散射气体装置，该低散射气体装置对所述低散射气体填充室执行所述低散射气体的供给以及释放，

所述低散射气体装置包括：

向所述低散射气体填充室提供所述低散射气体的气体供给部；

根据所述低散射气体填充室的气体压力的变动来改变容积的容积变动吸收部；以及

从所述低散射气体填充室释放低散射气体的气体放出部。

5.如权利要求4所述的粒子射线照射装置，其特征在于，所述气体放出部具有：注入有油的油容器、以及对所述低散射气体填充室和所述油容器进行连接的配管。

6.如权利要求4所述的粒子射线照射装置，其特征在于，所述气体放出部具有从所述低散射气体填充室朝所述监视器装置的下游侧释放所述低散射气体的配管。

7.如权利要求1至6的任一项所述的粒子射线照射装置，其特征在于，包括射束数据处理装置，该射束数据处理装置基于由所述位置监视器检测到的所述带电粒子束的通过位置信息来判定所述射束尺寸，

所述射束数据处理装置具有：

射束尺寸计算部，该射束尺寸及算基于所述通过位置信息来计算所述射束尺寸；以及

异常判定部，该异常判定部在所述带电粒子束的计划后的目标射束尺寸与由所述射束尺寸计算部计算出的射束尺寸之差不在判定阈值的范围内时，向所述照射管理装置发送异常通知信号。

8.一种粒子射线治疗装置，其特征在于，包括：射束产生装置，该射束产生装置产生带电粒子束，并利用加速器使该带电粒子束加速；射束输送系统，该射束输送系统输送经过所述加速器加速的带电粒子束；以及粒子射线照射装置，该粒子射线照射装置将利用所述射束输送系统输送而来的带电粒子束照射到照射对象上，

所述粒子射线照射装置是权利要求1至7中任一项所述的粒子射线照射装置。