CN104922804A - 带电粒子线治疗装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种带电粒子线治疗装置，其在进行扫描时抑制带电粒子线的照射剂量的变动。本发明的带电粒子线治疗装置具备：回旋加速器，使带电粒子沿着规定轨道面进行回转的同时加速；照射部，使从回旋加速器射出的带电粒子线扫描的同时照射被照射体；测定部，测定从回旋加速器射出的带电粒子线的剂量；及控制部。回旋加速器具有：一对斩波电极，能够通过改变通过其之间的带电粒子的轨道来切换来自回旋加速器的带电粒子线的导通截止；及电源，对一对斩波电极施加电压。控制部根据由测定部测定的剂量来控制一对斩波电极中的至少一个的电压大小。

Description

带电粒子线治疗装置
技术领域
本申请主张基于2014年3月19日申请的日本专利申请第2014-055977号的优先权。其申请的全部内容通过参考援用于本说明书中。
本发明涉及一种带电粒子线治疗装置。
背景技术
专利文献1公开了一种具备照射带电粒子线(行扫描射束)的照射部、使该带电粒子线扫描的扫描电磁铁、及控制扫描电磁铁的动作的控制部的带电粒子线治疗装置。
专利文献1：日本特开2011-191184号公报
如上所述的带电粒子线治疗装置一边沿着规定的线进行扫描(Scan)一边向照射对象照射带电粒子线。照射至照射对象的带电粒子线的剂量整体均匀为佳，但若在使带电粒子线扫描时带电粒子线的照射剂量发生变动，则导致照射至照射对象的带电粒子线的剂量产生不均。
可以考虑与带电粒子线的照射剂量的变动相应地控制在离子源内生成的电弧的产生量，并且调整从离子源射出的离子(带电粒子)的量。然而，很难高精度且响应性良好地控制离子源内的等离子体的浓度。
发明内容
因此，本发明提供一种能够在进行扫描时抑制带电粒子线的照射剂量的变动的带电粒子线治疗装置。
本发明的一个观点的带电粒子线治疗装置具备：回旋加速器，使带电粒子沿着规定轨道面进行回转的同时加速；照射部，使从回旋加速器射出的带电粒子线扫描的同时照射被照射体；测定部，测定从回旋加速器射出的带电粒子线的剂量；及控制部，控制回旋加速器的动作，回旋加速器具有：一对斩波电极，能够通过改变通过其之间的带电粒子的轨道来切换来自回旋加速器的带电粒子线的导通截止；及电源，对一对斩波电极施加电压，控制部根据由测定部测定的剂量来控制一对斩波电极中的至少一个的电压大小。
在本发明的一个观点的带电粒子线治疗装置中，根据由测定部测定的剂量，控制部控制一对斩波电极中的至少一个的电压大小。因此，当由测定部测定的剂量发生变动时，一对斩波电极中的至少一个的电压大小高精度且响应性良好地被改变。由此，一对斩波电极之间的电场发生改变，因此通过一对斩波电极之间的带电粒子的轨道被改变。由此，伴随回旋加速器内的带电粒子的轨道的改变，从回旋加速器射出的带电粒子线的剂量也发生改变。因此，能够在进行扫描时抑制带电粒子线的照射剂量的变动。
一对斩波电极可以在回旋加速器内配置成在其之间隔着轨道面。此时，斩波电极不会与轨道面交叉，因此能够防止回旋加速器内的带电粒子的移动受到斩波电极的阻碍。
控制部可以根据由测定部测定的剂量来控制一对斩波电极之间的电压之差。此时，能够进一步高精度且响应性良好地抑制带电粒子线的照射剂量的变动。
本发明的一个观点的带电粒子线治疗装置可以进一步具备配置于电源与斩波电极之间的开关，并且控制部控制开关的导通截止。此时，能够进一步高精度且响应性良好地抑制带电粒子线的照射剂量的变动。
控制部可以控制开关的导通截止的占空比。
发明的效果
根据本发明的带电粒子线治疗装置，能够在进行扫描时抑制带电粒子线的照射剂量的变动。
附图说明
图1是表示带电粒子线治疗装置的立体图。
图2是概略表示带电粒子线治疗装置的结构的图。
图3是概略表示回旋加速器的截面的图。
图4是概略表示从上方观察到的回旋加速器内部的状态的图。
图5是用于说明开关的导通/截止控制的功能框图。
图6是作为一个例子示出照射剂量相对于时间的变动的图。
符号的说明
1-带电粒子线治疗装置，5-扫描电磁铁，8-照射喷嘴，10-剂量测定装置，100-回旋加速器，114b-斩波电极，114c-电源，C-控制部，R-带电粒子线，SW-开关。
具体实施方式
参考附图对本发明的实施方式进行说明，但以下的本实施方式为用于说明本发明的示例，并不意味着将本发明限定于以下内容。在说明中，对于相同要件或具有相同功能的要件使用相同符号，并省略重复说明。
如图1及图2所示，带电粒子线治疗装置1具备离子源装置2、回旋加速器100、射束传输部3、旋转支架52及照射喷嘴8(照射部)。回旋加速器100为加速由离子源装置2生成的带电粒子并制成带电粒子线R的加速器。带电粒子线R为将带有电荷的粒子加速为高速而得到的粒子线。作为带电粒子线R例如可以举出质子线、重粒子(重离子)线、电子线等。
从回旋加速器100射出的带电粒子线R通过射束传输部3照射于治疗台51上的患者50。在射束传输部3的周围，从上游侧(回旋加速器100侧)朝向下游侧(治疗台51侧)设置有四极电磁铁4、射束位置监示器6、四极电磁铁4、扫描电磁铁5、5及剂量测定装置10。四极电磁铁4、射束位置监示器6、四极电磁铁4、扫描电磁铁5、5及剂量测定装置10与射束传输部3一同容纳于照射喷嘴8(照射部)内。
如图1所示，照射喷嘴8安装于以围住治疗台51的方式设置的旋转支架52。照射喷嘴8可通过旋转支架52绕治疗台51旋转。照射喷嘴8对存在于躺在治疗台51上的患者50(参考图2)体内的肿瘤TU(参考图2)等被照射体照射带电粒子线R。
四极电磁铁4抑制从回旋加速器100射出至射束传输部3的带电粒子线R发散并使其收敛。
扫描电磁铁5使带电粒子线R在X轴方向与Y轴方向上扫描。因此，从照射喷嘴8的前端部8a通过扫描方式朝向存在于患者50体内的肿瘤TU沿着规定的照射路线连续照射带电粒子线R。更具体而言，当在深度方向(照射方向)上将肿瘤TU分成多个层时，带电粒子线R在被设定于肿瘤TU的各层的照射范围内通过扫描电磁铁5进行扫描的同时进行连续照射(所谓的光栅扫描或行扫描)。带电粒子线R为以扫描方式使用的锐方向性射束。
射束位置监示器6检测带电粒子线R在X轴方向与Y轴方向上的照射位置。剂量测定装置10测定照射于治疗台51上的患者50的带电粒子线R的剂量及剂量分布。
带电粒子线治疗装置1具备控制部C。控制部C为具有CPU、ROM、RAM等的电子控制单元，并且综合控制带电粒子线治疗装置1。
接着，参考图3～图5对回旋加速器100的结构进行说明。如图3所示，回旋加速器100具备磁芯110、线圈112及高频发生装置114。磁芯110具有彼此相对而形成主磁场的一对上磁极部110a与下磁极部110b、及磁连接上磁极部110a与下磁极部110b的磁轭部110c。上磁极部110a及下磁极部110b位于内部设为真空状态的真空箱(未图示)内。
若由离子源装置2生成的带电粒子通过导管2a抵达回旋加速器100的中心部，则其方向通过位于导管2a前端部的偏转器2b从上下方向弯曲成水平方向。接着，通过由磁芯110及线圈112形成的磁场，带电粒子线一边沿着规定的轨道面(正中面)描绘圆轨道(从回旋加速器100的中心部朝向外侧的旋涡形状的轨道)T一边进行回转的同时加速(参考图4)。即，在真空箱内，上磁极部110a与下磁极部110b之间的区域作为带电粒子的加速空间S(参考图3)而发挥功能。其后，带电粒子的轨道T通过致偏板116和磁通道118被微调，经由射束出口120而射出的带电粒子线R导入至射束传输部3(参考图4)。另外，离子源装置2可以配置于回旋加速器100的内部。此时，无需设置偏转器2b等。
回到图3，线圈112用于形成主磁场。线圈112包括第1部分与第2部分，所述第1部分配置成围住上磁极部110a的外周，所述第2部分配置成围住下磁极部110b的外周。第1部分及第2部分以串联的方式被电连接。
高频发生装置114例如具有呈扇形状的一对D形电极114a与一对斩波电极114b。一对D形电极114a与一对斩波电极114b均配置于上磁极部110a与下磁极部110b之间即加速空间S内。一对D形电极114a在中间隔着轨道面而相对。一对斩波电极114b在中间隔着轨道面而相对，并且从垂直于轨道面的方向观察时位于一对D形电极114a之间(参考图3及图4)。
D形电极114a连接于高频电源(未图示)。高频电源向D形电极114a供给高频电力，并且在D形电极114a之间产生电场周期以一定的周期切换的交流电场(高频电场)。通过使带电粒子通过D形电极114a之间的时刻与高频电场的周期同步，带电粒子每通过D形电极114a时都会被加速。
如图5所示，在各个斩波电极114b分别连接有电源114c。也可以是1台电源114c连接于各个斩波电极114b。电源114c例如向各个斩波电极114b施加5kV的电压。作为电源114c也可以使用可高速响应的电源。在一个斩波电极114b与电源114c之间配置有开关SW。开关SW可根据来自控制部C的控制信号切换导通/截止。当开关SW完全成为截止时，一对斩波电极114b之间的电压之差变大，因此通过一对斩波电极114b之间的带电粒子大幅弯曲。因此，无法从加速器100射出带电粒子线R。由此，控制部C通过切换开关SW的导通/截止来控制来自回旋加速器100的带电粒子线R的射出状态，即带电粒子线R的导通/截止。
另一方面，当通过控制部C进行所谓的斩波控制且开关SW的导通/截止被高速切换时，产生于连接有开关SW的斩波电极114b的电压有效值成为与电源114c的电压(5kV)不同的值。具体而言，当在开关SW周围构成有降压斩波电路时，产生于该斩波电极114b的电压有效值小于电源114c的电压(5kV)。另一方面，当在开关SW周围构成有升压斩波电路时，产生于该斩波电极114b的电压有效值大于电源114c的电压(5kV)。控制部C可以与斩波控制一同进行PWM控制，所述PWM控制调整开关SW的导通/截止的占空比来任意变更脉冲宽度。当并用PWM控制时，能够抑制过度响应，因此能够稳定控制系统。
若如上所述通过控制部C进行斩波控制，则与一对斩波电极114b之间的电压之差相应地，通过一对斩波电极114b之间的带电粒子会直线前进(参考图5的实线L1)或被偏转(参考图5的虚线L2)。若带电粒子的轨道通过一对斩波电极114b被改变，则与该变化程度相应地，回旋加速器100内的带电粒子的加速效率也会改变。其结果，使用剂量测定装置10测定的带电粒子线R的剂量也会改变。
控制部C若接收有关使用剂量测定装置10测定出的带电粒子线R的剂量的数据，则将所接收的该剂量与目标值进行比较。比较结果，当所接收的该剂量超过目标值时，控制部C切换开关SW的导通/截止以使使用剂量测定装置10测定的带电粒子线R的剂量变小。如此，控制部C对开关SW进行反馈控制以使使用剂量测定装置10测定的带电粒子线R接近目标值。
在图6中作为一个例子示出了基于上述反馈控制的有无的照射剂量的变动的不同。在图6中，单点划线表示目标值，虚线表示没有反馈控制时的照射剂量的变动，实线表示有反馈控制时的照射剂量的变动。如图6所示，通过由控制部C进行上述反馈控制，照射剂量的变动得到抑制以使照射剂量接近目标值。
在如上所述的本实施方式中，根据由剂量测定装置10测定的剂量，控制部C控制一对斩波电极114b中的至少一个的电压大小。因此，当由剂量测定装置10测定的剂量发生变动时，一对斩波电极114b中的至少一个的电压大小高精度且响应性良好地被改变。由此，一对斩波电极114b之间的电场发生变化，因此通过一对斩波电极114b之间的带电粒子的轨道被改变。由此，伴随回旋加速器100内的带电粒子的轨道的变化，从回旋加速器100射出的带电粒子线R的剂量也发生变化。由此，能够在扫描时抑制带电粒子线R的照射剂量的变动。
在本实施方式中，一对斩波电极114b在回旋加速器100内配置成在其之间隔着轨道面(正中面)。因此，斩波电极114b不会与轨道面交叉，由此能够防止回旋加速器100内的带电粒子的移动受到斩波电极114b的阻碍。
在本实施方式中，根据由剂量测定装置10测定的剂量，控制部C斩波控制一对斩波电极114b之间的电压之差。因此，能够进一步高精度且响应性良好地抑制带电粒子线R的照射剂量。
以上，对实施方式进行了详细说明，但本发明并不限定于上述实施方式。例如，也可以为，一对斩波电极114b以与轨道面(正中面)交叉的方式在回旋加速器100内相对。
在上述实施方式中，控制部C切换开关SW的导通/截止而改变产生于与开关SW连接的斩波电极114b的电压的有效值，但也可以将能够改变输出电压的电源(例如滴管电源)连接于斩波电极114b，并且使控制部C控制该电源以改变输出电压。

Claims (5)

1.一种带电粒子线治疗装置，其具备：
回旋加速器，使带电粒子沿着规定轨道面进行回转的同时加速；
照射部，使从所述回旋加速器射出的带电粒子线扫描的同时照射被照射体；
测定部，测定从所述回旋加速器射出的带电粒子线的剂量；及
控制部，控制所述回旋加速器的动作，
所述回旋加速器具有：一对斩波电极，能够通过改变通过其之间的所述带电粒子的轨道来切换来自所述回旋加速器的带电粒子线的导通截止；及电源，对所述一对斩波电极施加电压，
所述控制部根据由所述测定部测定的剂量来控制所述一对斩波电极中的至少一个的电压大小。
2.根据权利要求1所述的带电粒子线治疗装置，其中，
所述一对斩波电极在所述回旋加速器内配置成在其之间隔着所述轨道面。
3.根据权利要求1或2所述的带电粒子线治疗装置，其中，
所述控制部根据由所述测定部测定的剂量来控制所述一对斩波电极之间的电压之差。
4.根据权利要求3所述的带电粒子线治疗装置，其中，
所述带电粒子线治疗装置进一步具备配置于所述电源与所述斩波电极之间的开关，
所述控制部控制所述开关的导通截止。
5.根据权利要求4所述的带电粒子线治疗装置，其中，
所述控制部控制所述开关的导通截止的占空比。
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