CN104941075A - 带电粒子束治疗装置及带电粒子束治疗装置的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够减轻患者的治疗负担的带电粒子束治疗装置及带电粒子束治疗装置的控制方法。本发明的带电粒子束治疗装置(1)被设定为，在控制部(30)所存储的一次治疗时的控制模式中，照射喷嘴(12)中断带电粒子束的照射中断时间的总和即对切换工序的照射中断时间t2的总和设定为比由照射喷嘴(12)照射带电粒子束的照射时间的总和短，即比照射时间t1的总和短。如此，通过将一次治疗时的照射中断时间的总和设定为比照射时间的总和短，能够缩短一次总体治疗所需的时间。由此，带电粒子束治疗装置(1)能够在患者屏住一次呼吸的期间结束治疗，从而能够减轻患者的治疗负担。

Description

带电粒子束治疗装置及带电粒子束治疗装置的控制方法

技术领域

本申请主张基于2014年3月24日申请的日本专利申请第2014-060020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束治疗装置及带电粒子束治疗装置的控制方法。

被景技术

以往，作为通过向被照射体照射带电粒子束来进行治疗的带电粒子束治疗装置，例如，已知有专利文献1中所记载的扫描式带电粒子束治疗装置。专利文献1中记载有如下带电粒子束治疗装置，即，针对被照射体，按照规定的扫描图案向所设定的一个层照射带电粒子束，结束对一个层的带电粒子束的照射以后，改变带电粒子束的能量以进行对下一个层的带电粒子束的照射。专利文献1的带电粒子束治疗装置配合患者的呼吸等引起的被照射体的动作控制带电粒子束的照射。

专利文献1：日本特开2011-130859号公报

然而，如上所述，与患者的呼吸同步控制带电粒子束时存在控制变复杂的问题。另一方面，若不与呼吸同步控制照射时刻，则考虑在患者屏住呼吸的期间照射带电粒子束。但是，由于带电粒子束的照射及被照射体的层切换所需的时间较长，不能在患者屏住一次呼吸的时间内结束治疗，因此需要进行如下控制。即，需要反复进行如下工序：在患者屏住呼吸期间进行带电粒子束的照射及层切换，而后中断照射使患者呼吸并调整姿势，并且在再次屏住呼吸的期间照射带电粒子束。当进行这种控制时，患者不得不多次屏住呼吸，从而加重患者的负担。因此，要求减轻利用带电粒子束照射装置进行治疗期间的患者的负担。

发明内容

本发明是为了解决这种课题而完成的，其目的在于提供一种能够减轻患者的治疗负担的带电粒子束治疗装置及带电粒子束治疗装置的控制方法。

本发明所涉及的带电粒子束治疗装置具备：加速器，加速带电粒子，并射出带电粒子束；照射部，通过扫描法向被照射体照射带电粒子束；及控制部，控制部存储一次治疗时的装置的控制模式，在控制模式中，照射部的中断带电粒子束的照射中断时间被设定，并且由照射部照射带电粒子束的照射时间被设定，且一次治疗时的照射中断时间的总和设定为比一次治疗时的照射时间的总和短。

在此，经本发明人等深入研究后发现，能够通过缩短一次治疗时的照射中断时间缩短总体治疗时间。因此，在本发明所涉及的带电粒子束治疗装置的控制部所存储的一次治疗时的控制模式中，照射部中断带电粒子束的照射中断时间的总和设定为比由照射部照射带电粒子束的照射时间的总和短。如此，通过将一次治疗中的照射中断时间的总和设定为比照射时间的总和短，能够缩短一次总体治疗所需的时间。如此，若缩短一次治疗的时间，则带电粒子束治疗装置能够在患者屏住一次呼吸的期间结束治疗，因此能够减轻患者的治疗负担。

并且，在本发明所涉及的带单粒子束治疗装置中，控制部交替反复执行对于设定在被照射体上的一个层照射带电粒子束的照射工序与将照射对象切换为下一个层的工序，在控制模式中，对每一照射工序设定照射时间，并且对每一切换工序设定照射中断时间，对于每个照射工序的照射时间与对于每个切换工序的照射中断时间被连续地设定。如此，在控制模式中，对于照射工序设定的照射时间与对于切换工序设定的照射中断时间被交替地连续设定。即，在各工序中途无需确保用于患者调整呼吸的时间，而在结束层切换后立即对下一个层进行照射，从而能够缩短治疗时间。

并且，在本发明所涉及的带电粒子束治疗装置中，照射部可以在10秒以内完成对设定在被照射体上的所有层的照射。由此，能够在患者屏住一次呼吸的期间结束治疗，能够减轻患者的治疗负担。

本发明所涉及的带电粒子束治疗装置的控制方法为，一种具备通过扫描法向被照射体照射带电粒子束的照射部及控制部的带电粒子束治疗装置的控制方法，其中，控制部根据一次治疗时的装置的控制模式控制带电粒子束的照射，在控制模式中，照射部的中断带电粒子束的照射中断时间被设定，并且由照射部照射带电粒子束的照射时间被设定，且一次治疗时的照射中断时间的总和设定为比一次治疗时的照射时间的总和短。

根据本发明所涉及的带电粒子束治疗装置的控制方法，能够获得与上述带电粒子束治疗装置相同的作用及效果。

发明效果

根据本发明，能够减轻患者的治疗负担。

附图说明

图1是表示本发明所涉及的带电粒子束照射装置的一实施方式的概要图。

图2是表示控制部功能的框图。

图3是表示参数准备阶段的处理内容的流程图。

图4是表示层切换时的处理内容的流程图。

图5是参数设定及带电粒子束的照射图像的图。

图6(a)是表示实施方式所涉及的带电粒子束照射装置的控制模式的概念图，图6(b)是表示比较例所涉及的带电粒子束照射装置的控制模式的概念图。

图7是表示实施例及比较例所涉及的照射时间与照射中断时间之间的关系的曲线图。

图8是表示本发明所涉及的带电粒子束照射装置的一实施方式的概要图。

图9是表示控制部及电磁铁周边结构的框图。

图10是表示电磁铁电源及半导体周边的电路结构的方块图。

图11是表示流向电磁铁的电流与半导体电阻的关系的概念图。

图12是表示在带电粒子束治疗装置的控制部执行的处理内容的流程图。

图13是表示流向电磁铁的电流与半导体电阻的关系的概念图。

图中：1、100-带电粒子束照射装置，11-加速器，12-照射喷嘴，13-射束传输线路，18-降能器，25-电磁铁，27-电磁铁电源，27a-存储部，30、130-控制部。

具体实施方式

以下，参考附图对本发明的实施方式进行详细说明。另外，“上游”与“下游”分别表示所射出的带电粒子束的上游(加速器侧)、下游(患者侧)之意。

如图1所示，带电粒子束治疗装置1为用于通过放射线治疗法来治疗癌症等的装置，其具备：加速带电粒子束并射出带电粒子束的加速器11、向被照射体照射带电粒子束的照射喷嘴12(照射部)、将从加速器11射出的带电粒子束传输至照射喷嘴12的射束传输线路13(传输线路)、设置于射束传输线路13且降低带电粒子束能量来调整带电粒子束射程的降能器(能量调整部)18、设置于射束传输线路13的多个电磁铁25、与多个电磁铁25分别对应而设置的电磁铁电源27、及控制总体带电粒子束治疗装置1的控制部30。在本实施方式中，作为加速器11采用回旋加速器，但并不限定于此，也可以为产生带电粒子束的其他产生源，例如同步加速器、同步回旋加速器、直线加速器等。

在带电粒子束治疗装置1中，对治疗台22上的患者P的肿瘤(被照射体)照射从加速器11射出的带电粒子束。带电粒子束为高速加速带有电荷的粒子而得到的粒子束，例如有质子线、重粒子(重离子)束等。本实施方式所涉及的带电粒子束治疗装置1为通过所谓的扫描法进行带电粒子束照射的装置，其在深度方向上虚拟分割(划分)被照射体，并在每个划分平面(层)上，对层上的照射范围进行带电粒子束的照射(例如参考图5)。

另外，作为利用扫描法的照射方式，例如有点扫描照射及光栅扫描照射。点扫描照射为，结束对于作为照射范围的一个点的照射之后，暂时停止射束(带电粒子束)的照射，待做好对于下一个点的照射准备以后进行对于下一个点的照射的方式。而光栅扫描照射为，对同一层的照射范围无需中途停止照射而连续进行射束照射的方式。如此，光栅扫描照射为对同一层的照射范围连续进行射束照射的方式，因此，与点扫描照射不同，照射范围并不是由多个点构成的。以下，对通过点扫描照射进行照射的例子进行说明，假定同一层上的照射范围由多个点构成而进行说明，但并不限定于此，当通过光栅扫描照射进行照射时，如上所述，照射范围也可以不是由点构成。

照射喷嘴12安装于可绕治疗台22旋转360度的旋转机架23的内侧，并且被设定为可通过旋转机架23移动到任意旋转位置。照射喷嘴12包括聚焦电磁铁19(详细后述)、扫描电磁铁21及真空导管28。扫描电磁铁21设置于照射喷嘴12中。扫描电磁铁21具有X方向扫描电磁铁及Y方向扫描电磁铁，所述X方向扫描电磁铁在与带电粒子束的照射方向交叉的面向X方向扫描带电粒子束；所述Y方向扫描电磁铁在与带电粒子束的照射方向交叉的面向与X方向交叉的Y方向扫描带电粒子束。并且，通过扫描电磁铁21扫描的带电粒子束向X方向及/或Y方向偏转，因此位于扫描电磁铁下游侧的真空导管28的直径向下游侧扩大。

射束传输线路13具有供带电粒子束通过的真空导管14。真空导管14的内部维持为真空状态，抑制传输中的构成带电粒子束的带电粒子被空气等散射。

并且，射束传输线路13具有ESS(Energy Selection System)15、BTS(Beam Transport System)16及GTS(Gantry Transport System)17，所述ESS从具有自加速器11射出的规定能量宽度的带电粒子束中选择性地取出能量宽度窄于规定能量宽度的带电粒子束，所述BTS以维持能量的状态传输具有由ESS15选择的能量宽度的带电粒子束，所述GTS将所述带电粒子束从BTS16传输至旋转机架23。

降能器18降低所通过的带电粒子束的能量来调整该带电粒子束的射程。由于每个患者的身体表面至作为被照射体的肿瘤的深度不同，因此在对患者照射带电粒子束时，需要调整带电粒子束所抵达的深度即射程。降能器18通过调整以一定的能量从加速器11射出的带电粒子束的能量来进行调整以使带电粒子束适当地抵达患者体内规定深度的被照射体。在对于划分被照射体的每一层进行利用这种由降能器18进行的带电粒子束的能量的调整。

电磁铁25在射束传输线路13上设置有多个，进行该带电粒子束的调整以能够通过磁场由射束传输线路13传送带电粒子束。作为电磁铁25采用会聚传输中的带电粒子束的射束直径的聚焦电磁铁19、及使带电粒子束偏转的偏转电磁铁20。另外，以下有时不区分聚焦电磁铁19及偏转电磁铁20而记为电磁铁25。并且，电磁铁25至少在射束传输线路13的降能器18的下游侧设置有多个。但是，在本实施方式中，电磁铁25设置于降能器18的上游侧。其中，为了会聚被降能器18调整能量之前的带电粒子束的射束直径，在降能器18的上游侧作为电磁铁25设置有聚焦电磁铁19。电磁铁25的总数可根据射束传输线路13的长度等而灵活地进行变更，例如为10～40左右的数量。另外，在图1中仅记载有一部分电磁铁电源27，而实际上，设置有与电磁铁25同样的数量。

对降能器18及电磁铁25的在射束传输线路13中所处的位置没有特别限定，但在本实施方式中，在ESS15中设置有降能器18、聚焦电磁铁19及偏转电磁铁20。并且，在BTS16中设置有聚焦电磁铁19，在CTS17中设置有聚焦电磁铁19及偏转电磁铁20。另外，降能器18如上所述，设置于加速器11与旋转机架23之间即ESS15中，更详细而言，设置在ESS15中相比旋转机架23更靠加速器11侧(上游侧)。

电磁铁电源27通过向所对应的电磁铁25供给电流来生成电磁铁25的磁场。电磁铁电源27通过调整供给至所对应的电磁铁25的电流，能够设定所对应的电磁铁25的磁场强度。电磁铁电源27根据来自控制部30的信号调整供给至电磁铁25的电流(详细后述)。电磁铁电源27被设置成分别与各个电磁铁25一一对应。即，电磁铁电源27与电磁铁25的设置数量相同。

被照射体各层的深度与供给至电磁铁25的电流的关系如下。即，由各层的深度决定用于向各层照射带电粒子束时所需的带电粒子束的能量，并且决定由降能器18进行的能量调整量。其中，若带电粒子束的能量发生改变，则用于偏转、汇聚该带电粒子束时所需的磁场强度也发生改变。因此，以使电磁铁25的磁场强度成为与由降能器18进行的能量调整量相对应的强度的方式决定供给至电磁铁25的电流。

接着，进一步参考图2对控制部30及电磁铁电源27进行详细说明。另外，在图2中仅记载有3个电磁铁电源27，而实际上设置有与设置于带电粒子束治疗装置1中的电磁铁25同等数量的相应电磁铁电源27。并且，在图2中未记载电磁铁25，而实际上设置有与电磁铁电源27电性连接的电磁铁25。

控制部30控制从加速器11射出的带电粒子束对于被照射体的照射。控制部30具有主控制部31、射束控制部32、ESS控制部33、BTS控制部34、GTS控制部35、扫描控制部36及层控制部37。

主控制部31控制射束控制部32及扫描控制部36。具体而言，主控制部31通过向射束控制部32及扫描控制部36发送处理开始信号来开始进行处理，并通过发送处理结束信号来结束处理。

射束控制部32控制各功能以使带电粒子束能够照射到被照射体。具体而言，射束控制部32根据来自主控制部31的处理开始信号向回旋加速器控制部(未图示)发送处理开始信号，并且使加速器11射出带电粒子束。并且，射束控制装置32根据来自主控制部31的处理开始信号向ESS控制部33、BTS控制部34、及GTS控制部35发送处理开始信号。

ESS控制部33根据来自射束控制部32的处理开始信号接通与设置于ESS15的电磁铁25对应的电磁铁电源27的电源。同样地，BTS控制部34根据来自射束控制部32的处理开始信号接通与设置于BTS16的电磁铁25对应的电磁铁电源27的电源。同样地，GTS控制部35根据来自射束控制部32的处理开始信号接通与设置于GTS17的电磁铁25对应的电磁铁电源27的电源。通过这种射束控制部32对加速器11的控制及由ESS控制部33、BTS控制部34、GTS控制部35对电磁铁电源27进行的控制，成为能够向被照射体照射从加速器11射出的带电粒子束的状态，其后，进行由扫描控制部36进行的控制。

扫描控制部36控制对于被照射体的带电粒子束的扫描(Scanning)。扫描控制部36根据来自主控制部31的处理开始信号向扫描电磁铁21发送照射开始信号，并且使其进行对于与扫描电磁铁21同一层上的多个照射点的照射。有关各层的照射点的信息预先存储于扫描控制部36中。并且，若扫描电磁铁21对于一个层上的所有点的照射结束，则扫描控制部36向层控制部37发送层切换信号。该层切换信息中包含确定切换后的层的信息(例如第2层等)。

参考图5(b)及图5(c)，对与扫描控制部36的控制相应的扫描电磁铁21的带电粒子束照射图像进行说明。图5(b)表示在深度方向上被虚拟划分成多个层的被照射体，图5(c)表示从带电粒子束的照射方向观察的一个层的带电粒子束的扫描图像。

如图5(b)所示，被照射体在深度方向上被虚拟划分成多个层，在本例子中，被虚拟划分成如下N层，即，从深(带电粒子束的照射射束B的射程长的)层依次为层L₁、层L₂、层L_n-1、层L_n、层L_n+1、……层L_N-1、层L_N。并且，如图5(c)所示，照射射束B一边描绘射束轨道TL一边对层L_n的多个照射点进行照射。即，被扫描控制部36控制的照射喷嘴12在射束轨道TL上进行移动。

再回到图2，层控制部37根据来自扫描控制部36的层切换信号进行层切换的相关处理。层切换的相关处里是指变更降能器18的能量调整量的降能器设定处理、及使电磁铁25的参数与降能器设定处理后的降能器18的能量调整量相对应的电磁铁设定处理。电磁铁25的参数是指供给至电磁铁25的电流的目标值。

在此，在带电粒子束治疗中，当对某一患者进行治疗时，制定如何向该患者照射带电粒子束的计划(治疗计划)。进行该治疗计划时所确定的治疗计划数据在进行治疗之前从治疗计划装置(未图示)发送至控制部30的层控制部37，被存储于层切换控制部37。该治疗计划数据中包含用于向被照射体的各层照射带电粒子束的降能器18的能量调整量、及用于向与降能器18的能量照射量相应的所有层进行照射的电磁铁25的参数等。

层控制部37作为层切换的相关处理，首先进行降能器设定处理。如上所述，在层控制部37中预先存储有用于向被照射体的各层照射带电粒子束的降能器18的能量调整量。并且，层控制部37根据来自扫描控制部36的层切换信号将降能器18的能量调整量设定为与切换后的层相应的值。

层控制部37在降能器设定处理后进行电磁铁设定处理。具体而言，层控制部37通过向各电磁铁电源27同时发送层切换信号，使电磁铁25的参数与降能器设定处理后的降能器18的能量调整量对应。其中，层控制部37向电磁铁电源27发送的层切换信号仅包含确定切换后的层的信息，不包含与切换后的层对应的电磁铁25的参数(与降能器设定处理后的降能器18的能量调整量对应的电磁铁25的参数)。电磁铁25的参数变更由电磁铁电源27进行。作为其前提，层控制部37在照射开始之前(是开始治疗之前，而不是即将向层进行照射(切换)之前)向电磁铁电源27发送上述治疗计划数据中用于向与降能器18的能量调整量相应的所有层进行照射的电磁铁25的参数。

电磁铁电源27根据从层控制部37接收的层切换信号设定与切换后的层对应的电磁铁25的参数(与降能器设定处理后的降能器18的能量调整量相应的电磁铁25的参数)。具体而言，电磁铁电源27具有存储与各层对应的电磁铁25的参数的存储部27a，当从层控制部37接收层切换信号时，设定包含于该层切换信号的与切换后的层对应的参数。由此，向电磁铁25供给与切换后的层对应的电流。

参考图5(a)对由电磁铁电源27进行的参数设定进行说明。如图5(a)所示，在所有电磁铁电源27存储有与被照射体的各层对应的、具体而言与层L₁～L_N(参考图5(b))对应的电磁铁25的参数D₁～D_N。并且，电磁铁电源27根据从层控制部37发送的包含于层切换信号SG中的确定切换后的层的信息(L＝n)设定参数D_n。

另外，层控制部37将层切换信号发送至电磁铁电源27之后经过规定时间(例如50msec～200msec)之后，判定为电磁铁电源27的参数设定已结束，而向扫描控制部36发送切换结束信号。并且，扫描控制部36根据该切换结束信号向扫描电磁铁21发送照射开始信号。

接着，参考图3对在电磁铁电源27的存储部27a准备(储存)电磁铁25的参数的处理进行说明。

首先，通过层控制部37从治疗计划装置读取扫描数据表(S101)。每一层的电磁铁25的参数是考虑与被照射体相应的带电粒子束能量而预先设定的值。

接着，由层控制部37对电磁铁25的参数进行选择，以作为发送至电磁铁电源27的信息(S102)。另外，对电磁铁25的参数进行分层管理。

接着，由层控制部37向电磁铁电源27发送电磁铁25的参数(S103)。关于参数，例如，对所有层的电磁铁25的参数进行统一管理，并依次发送至各电磁铁电源27。

最后，从层控制部37发送的所有层的电磁铁25的参数被储存并存储于电磁铁电源27的存储部27a。以上是在存储部27a储存电磁铁25的参数的处理。若该储存处理结束，则能够在层切换时进行由层控制部37与电磁铁电源27协同进行的电磁铁25的参数设定处理。

接着，参考图4及图5对层切换时的参数设定处理进行说明。另外，作为进行该处理的前提，需要在电磁铁电源27的存储部27a准备(储存)电磁铁25的参数，并且需要通过射束控制部32对加速器11的控制、及ESS控制部33、BTS控制部34、GTS控制部35对电磁铁电源27的控制来使从加速器11射出的带电粒子束能够照射至被照射体。

以对图5(b)所示的被照射体的层L₁～L_N照射带电粒子束的例子进行说明。作为以下所示的处理的前提，进行用于向被照射体的最深层L₁照射带电粒子束的设定。具体而言，由电磁铁电源27设定与层L₁对应的电磁铁25的参数D₁。

首先，根据来自扫描控制部36的照射开始信号，由扫描电磁铁21向被照射体的层L₁的所有照射点照射带电粒子束(S201)。若向该层L₁的所有照射点的照射结束，则由扫描控制部36向层控制部37发送层切换信号SG(S202)。另外，该层切换信号SG中包含确定切换后的层L₂的信息(L＝2)。

接着，层控制部37根据来自扫描控制部36的层切换信号SG进行降能器18的能量调整量变更(S203)。具体而言，层控制部37根据包含于层切换信号SG的确定切换后的层L₂的信息(L＝2)和被预先存储的与用于向被照射体的各层照射带电粒子束的降能器18的能量调整量有关的信息，将降能器18的能量调整量变更为与切换后的层L₂相应的值。

接着，层控制部37向各电磁铁电源27发送层切换信号SG(S204)。另外，层控制部37向电磁铁电源27发送的层切换信号SG仅包含确定切换后的层L₂的信息(L＝2)，不包含与切换后的层L₂对应的电磁铁25的参数D₂(与降能器设定处理后的降能器18的能量调整量相应的电磁铁25的参数D₂)。

接着，电磁铁电源27根据来自层控制部37的层切换信号SG设定与切换后的层L₂对应的电磁铁25的参数D₂(与降能器设定处理后的降能器18的能量调整量对应的电磁铁25的参数D₂)(S205)。由此，能够将与切换后的层L₂对应的电流供给至电磁铁25，并且能够对切换后的层L₂适当地照射带电粒子束。

最后，层控制部37向扫描控制部36发送切换结束信号(S206)。以上是层切换时的参数设定处理。以层控制部37发送切换结束信号为转机，扫描控制部36向扫描电磁铁21发送照射开始信号。通过反复进行这种S201～S206的处理来进行切换为各层时的参数设定处理。即，例如，通过在从层L_n-1切换成层L_n时也进行上述的S201～S206的处理来进行切换后的层L_n的参数设定。并且，最后，若对层L_N的S201处理(向所有点的照射)结束，则扫描控制部36向主控制部31发送表示向被照射体的所有层的照射已结束的照射结束信号，从而结束对该患者的放射线治疗。

接着，对本实施方式的作用效果进行说明。在本实施方式所涉及的带电粒子束治疗装置1中，在切换照射带电粒子束的被照射体的层时，从层控制部37向电磁铁电源27发送包含确定切换后的层的信息的层切换信号。

在带电粒子束治疗装置中切换被照射体的层时，为了使带电粒子束的能量变更为与切换后的层相应，且为了将该能量变更后的带电粒子束适当地照射到切换后的层，需要变更电磁铁的参数(供给至电磁铁的电流等)。以往，在每次切换被照射体的层时，从控制电磁铁电源的装置向各电磁铁电源发送与所对应的电磁铁的切换后的层有关的参数。电磁铁的参数为根据每个电磁铁而不同的值，并且，参数中包含供给至电磁铁的电流等的多个信息，因此，在控制电磁铁电源的装置与各电磁铁电源之间进行数据通信时需要较长的时间(例如1秒左右)。因此层切换时要花费时间。

关于这一点，在本实施方式所涉及的带电粒子束治疗装置1中，电磁铁电源27具有存储被照射体的每一层的电磁铁25的参数的存储部27a。并且，如上所述，在切换层时，层控制部37向电磁铁电源27发送包含确定切换后的层的信息的层切换信号。因此，在电磁铁电源27中，根据从层控制部37发送的层切换信号能够设定存储部27a所存储的切换后的层的电磁铁25的参数。如此，通过使各层的电磁铁25的参数存储于电磁铁电源27的存储部27a，因此，在层切换时无需从控制电磁铁电源的装置(层控制部37)向电磁铁电源27发送各层的参数，而仅发送通知切换时刻的信号(包含确定切换后的层的信息的层切换信号)即可。由此，能够大幅缩短(例如10msec)层控制部37与各电磁铁电源27之间的数据通信时间。由此，能够缩短层切换时间从而缩短照射时间。

并且，如上所述，从层控制部37向电磁铁电源27发送的层切换信号中包含确定层的信息。并且，电磁铁电源27根据包含于层切换信号的确定层的信息和存储部27a所存储的与各层对应的电磁铁25的参数，设定与所确定的层对应的电磁铁25的参数。如此，层切换信号中包含有确定层的信息，因此，电磁铁电源27能够专门确定在切换后所设定的层的参数，从而使得层切换处理变得轻松。

并且，通过在能够绕被照射体进行旋转的旋转机架23上安装照射喷嘴12，能够从多个方向对被照射体照射带电粒子束。由此，能够更有效地向被照射体照射带电粒子束。

并且，降能器18设置于加速器11与旋转机架23之间，因此能够在将从加速器11射出的带电粒子束照射至被照射体之前，可靠地调整能量。

在此，降能器18接收带电粒子束而降低该带电粒子束的能量，并且被高度放射化而发出伽马射线或中子束，因此若降能器18配置于靠近旋转机架23侧(即被照射体侧)，则在被照射体侧涉及到照射的结构内的放射线量有可能变高。关于这一点，降能器18设置于相对于旋转机架23更靠加速器11的位置，从而在充分远离被照射体的位置进行能量调整，因此，能够抑制在被照射体侧涉及到照射的结构内的放射线量变高。

另外，带电粒子束治疗装置的结构并不限定于上述实施方式，可在不变更各权利要求所记载的宗旨的范围内进行变形或应用于其他实施方式。

例如，将扫描控制部36及层控制部37作为不同的结构而进行了说明，但也可以为同时具备扫描控制部与层控制部功能的一个结构。同样地，将射束控制部32与扫描控制部36作为不同的结构而进行了说明，但也可以为同时具备射束控制部与扫描控制部功能的结构。并且，将从层控制部37发送至电磁铁电源27的层切换信号设为包含确定层的信息而进行了说明，但未必一定要包含确定层的信息，也可以为仅通知层切换时刻的信号。此时，需要在电磁铁电源的存储部存储各层的照射顺序，并且需要始终对电磁铁电源所设定的参数进行管理。由此，即使层切换信号仅为通知层切换时刻的信号，也能够确定并设定与切换后的层对应的电磁铁的参数。

并且，也可以为固定照射喷嘴后进行固定照射，而无需使用旋转机架23。并且，也可以在相对于回旋加速器更靠旋转机架的位置设置其他降能器来代替降能器18。

接着，对本实施方式所涉及的带电粒子束治疗装置1的控制方法进行说明。带电粒子束治疗装置1的控制部30存储一次治疗时的装置的控制模式。另外“一次治疗”是指对被照射体的所有层L₁～L_N照射带电粒子束。一次治疗开始对层L₁进行扫描，并完成对最后一个层L_N的扫描，以此结束。控制模式为包含于由所述治疗计划装置(未图示)制定的治疗计划数据中的信息。由此，控制部30通过接收从治疗计划装置发送的治疗计划数据来存储带电粒子束治疗装置的治疗控制模式。

图6(a)是表示实施方式所涉及的带电粒子束治疗装置1的控制模式的概念图。控制部30交替反复地执行对于设定在被照射体上的一个层L_n照射带电粒子束的照射工序及将照射对象切换为下一个层L_n+1的切换工序。并且，在控制模式中，对于每一照射工序设定照射时间t1，并且对每一切换工序设定照射中断时间t2。并且，在控制模式中，对于每一照射工序的照射时间t1与对于每一切换工序的照射中断时间t2被连续地设定。所谓的照射时间t1与照射中断时间t2被连续地设定是指在一个照射工序与一个切换工序之间没有其他工序的意思。即，在过了照射时间t1而结束一个照射工序之后，立即开始进行切换工序，在经过照射中断时间t2而结束一个切换工序之后，立即开始下一个照射工序。

并且，在控制模式中，对一个切换工序的照射中断时间t2设定为比对一个照射工序的照射时间t1短。例如，照射中断时间t2设定为100毫秒左右。并且，在本实施方式的控制模式中，交替反复地执行照射工序与切换工序，未包含患者的屏气调整工序。因此，总体控制模式中的照射中断时间仅由切换工序的时间(照射中断时间t2)构成。因此，如图7所示，一次治疗中的照射中断时间的总和设定为比一次治疗中的照射时间的总和短。如图7所示，照射喷嘴12能够在10秒以内结束对于设定在被照射体上的所有层的照射。即，由于一次治疗在10秒以内结束，因此能够在患者屏住一次呼吸的期间结束治疗。当利用本实施方式所涉及的带电粒子束治疗装置1来进行治疗时，能够省略患者进行屏气调整的工序。另外，在图7的曲线图中，“扫描时间”表示各照射时间t1的总合，“层切换时间”表示每个照射中断时间t2的总和。

在此，作为比较例参考图6(b)对以往的带电粒子束治疗装置的控制模式进行说明。在比较例所涉及的带电粒子束治疗装置的控制模式中，对一个切换工序的照射中断时间t2设定为比对一个照射工序的照射时间t1长。例如，照射中断时间t2被设定为2秒左右。并且，在比较例所涉及的控制模式中，照射工序与切换工序被交替反复地执行规定次数，在经过一定时间的时刻介入屏息调整工序。在屏息调整工序中，屏住呼吸的患者进行呼吸，为了再次屏住呼吸而调整姿势等。对于屏气调整工序设定照射中断时间t3。因此，总体控制模式中的照射中断时间由切换工序的时间(照射中断时间t2)及屏气调整时间(照射中断时间t3)构成。因此，如图7所示，一次治疗中的照射中断时间的总和设定为长于一次治疗中的照射时间的总和。在比较例所涉及的带电粒子束治疗装置中，切换工序尤其需要较长时间，因此在患者屏住一次呼吸的期间不能结束对于所有层的照射。因此，需要在治疗中确保屏气调整时间，从而治疗时间变得更长。如图7所示，需要进行多次的屏气调整，从而在一次治疗中花费110秒以上的时间。另外，图7中示出的比较例的曲线图为概念图。

如上所述，在本实施方式所涉及的带电粒子束治疗装置1的存储于控制部30的一次治疗中的控制模式中，照射喷嘴12中断带电粒子束的照射的照射中断时间的总和(在此为对切换工序的照射中断时间t2的总和)设为比由照射喷嘴12照射带电粒子束的照射时间的总和(照射时间t1的总和)短。如此，通过将一次治疗中的照射中断时间的总和设为短于照射时间的总和，能够缩短一次总体治疗所需的时间。因此，带电粒子束治疗装置1能够在患者屏住一次呼吸的期间结束治疗，并且能够减轻患者的治疗负担。

并且，在本实施方式所涉及的带电粒子束治疗装置1中，控制部30交替反复地执行对于设定在被照射体上的一个层照射带电粒子束的照射工序及将照射对象切换为下一个层的切换工序。并且，在控制模式中，对每一照射工序设定照射时间t1，对每一切换工序设定照射中断时间t2，并且对每一照射工序的照射时间t1与对每一切换工序的照射中断时间t2被连续地设定。如此，在控制模式中，对照射工序设定的照射时间t1与对切换工序设定的照射中断时间t2被交替连续地设定。即，无需在各工序的中途确保供患者调整呼吸的时间，通过在结束层切换工序之后立即进行对下一个层的照射，能够缩短治疗时间。

并且，在本发明所涉及的带电粒子束治疗装置1中，照射喷嘴12能够在10秒以内结束对于设定在被照射体上的所有层的照射。由此，能够在患者屏住一次呼吸的期间结束治疗，而能够减轻患者的治疗负担。

用于将一次治疗中的照射中断时间的总和设定为比照射时间的总和短的技术并不限定于如上述带电粒子束治疗装置1那样缩短向电磁铁的发送信号时间。例如，也可以采用缩短至消耗电磁铁内的能量的时间。作为具体例子，如图8所示，带电粒子束治疗装置100为用于通过放射线疗法治疗癌症等的装置，其具备：加速带电粒子束并射出带电粒子束的加速器11、向被照射体照射带电粒子束的照射喷嘴12(照射部)、将从加速器11射出的带电粒子束传输至照射喷嘴12的射束传输线路13(传输线路)、设置于射束传输线路13且降低带电粒子束的能量来调整带电粒子束射程的降能器(能量调整部)18、设置于照射喷嘴12及射束传输线路13的多个电磁铁25、与多个电磁铁25分别对应而设置的电磁铁电源27、及控制总体带电粒子束治疗装置100的控制部130。在本实施方式中，作为加速器11采用回旋加速器，但并不限定于此，产生带电粒子束的其他产生源，例如同步加速器、同步回旋加速器、直线加速器等也可。另外，图8所示的带电粒子束治疗装置100的结构除控制部130以外与图1所示的带电粒子束治疗装置100相同，因此省略说明。

接着，进一步参考图9对控制部130及电磁铁电源27进行详细说明。另外，在图9中仅记载有一部分电磁铁电源27，而实际上设置有与设置于带电粒子束治疗装置100中的电磁铁25同等数量的相应电磁铁电源27。

控制部130控制从加速器11射出的带电粒子束对于被照射体的照射。控制部130通过控制扫描电磁铁21按照规定的扫描参数对于设定在被照射体上的层照射带电粒子束。并且，控制部130通过控制降能器18来调整带电粒子束的能量，从而调整带电粒子束的射程。由此，控制部130能够切换照射带电粒子束的层。

在电磁铁电源27与电磁铁25之间串联连接有半导体(晶体管)50。控制部130通过控制输入至半导体50的电流能够控制半导体50中的电阻。在此，若切换照射带电粒子束的层，则控制部130控制降能器18，并且为了缩短射程而降低带电粒子束的能量。此时，为了与带电粒子束的能量的降低相应地降低向电磁铁25的励磁量，控制部130降低从电磁铁电源27输入至电磁铁25的电流。此时，为了吸收残留于电磁铁25的能量，控制部130提高半导体50的电阻。

接着，参考图10对电磁铁电源27及半导体50周边的电路结构进行详细说明。如图10所示，在电磁铁电源27中，电流设定值被设定为I.set的电流通过线路L1，经由电流反馈部51、线路L2及半导体52流过线路L4。在线路L4设置有作为电阻的半导体50，电流经由半导体50流向电磁铁25。在线路L4设置有电流监控器53，电流监控器53通过检测电流后经由线路L3向电流反馈部51发送信息，由此进行电流反馈。另一方面，从线路L1分支出线路L5，在线路L5设置有信号生成电路54及门控电路55。线路L5连接于半导体50。在这种电路结构中，若电流设定值被设定为I.set的电流流过线路L1，则信号生成电路54将设定与该电流设定值I.set对应的电阻设定值Tr.set并生成信号。并且，门控电路55向半导体50输入与电阻设定值Tr.set对应的电流。

接着，参考图11及图12对带电粒子束的射程调整方法进行说明。图11是表示流向电磁铁25的电流与半导体50的电阻之间的关系的概念图。图12是表示由带电粒子束治疗装置100的控制部130执行的处理内容的流程图。如图12所示，控制部130控制照射喷嘴12，并按照扫描图案对层L_n照射带电粒子束(步骤S10)。此时，控制部130控制电磁铁电源27使一定电流(即电流设定值I.set恒定)流向电磁铁25，并且将电阻设定值Tr.set设定为开启以使半导体50成为较低的电阻(参考图11)。接着，控制部130进行对所有层L₁～L_N的照射是否结束的判定(步骤S20)。若判定为未结束，则控制部130进行切换照射的层的处理。

具体而言，控制部130通过控制降能器18来降低带电粒子束的能量(步骤S30)。并且，控制部130通过控制电磁铁电源27来降低电流设定值I.set，从而降低流向电磁铁25的电流(步骤S40)。此时，控制部130将电阻设定值Tr.set设定为关闭，从而提高半导体50的电阻(步骤S50)。由此，半导体50吸收残留于电磁铁25的能量。如此，通过反复进行所照射层的切换，电流设定值I.set描绘出呈阶梯状下降的波形。并且，电阻设定值Tr.set在电流设定值I.set设定为恒定值时设定为开启，仅在电流设定值I.set下降时局部性地被设定为关闭。如对所有层L₁～L_N的带电粒子束的照射结束，则在S20中被判定为NO，图12所示的处理结束。

接着，对本实施方式所涉及的带电粒子束治疗装置100的作用效果进行说明。

在带电粒子束治疗装置100中，当切换照射带电粒子束的被照射体的层时，控制部130通过控制降能器18来降低带电粒子束的能量，以缩短带电粒子束的射程。此时，由于带电粒子束的能量下降，因此与此相应地也需要降低从电磁铁电源27流向电磁铁25的电流。为了加快电磁铁25的电流减少速度需要加大负载时间常数。在此，可以考虑在电磁铁电源27与电磁铁25之间串联设置电阻器，并且在该电阻器中消耗负载(电磁铁25)的能量的结构。然而，在这种结构中存在如下问题：电阻器的电阻变得极其大，从而在没有必要时(照射带电粒子束时)也有较大的电阻起到作用，因此需要较大电力。并且，存在如下问题：通过在电磁铁电源27与电磁铁25之间并联设置电容器来使电磁铁25的能量再生时，由于电磁铁25的电感较大，因此需要设置非常大的电容器。

另一方面，在本实施方式中，在切换照射带电粒子束的被照射体的层时，控制部130通过控制降能器18来降低带电粒子束的能量，并且增加在电磁铁电源27与电磁铁25之间串联连接的半导体50的电阻。半导体50由于能够在减少流向电磁铁25的电流时在必要时刻增加电阻来加大负载时间常数，因此能够缩短降低电流所需的时间。即，能够缩短切换照射带电粒子束的层时的切换时间，能够缩短带电粒子束治疗时间。例如，以往的带电粒子束治疗装置切换层需要2秒左右的时间，而本实施方式所涉及的带电粒子束治疗装置100能够以100毫秒左右的时间切换层。通常，设定几十个层，因此能够大幅缩短切换层的总时间。其结果，能够大幅缩短带电粒子束治疗的时间。并且，在无需加大电阻的时刻，控制部130能够将半导体50的电阻设为较低，因此不会产生配置电阻器和电容器时的问题。

在本实施方式所涉及的带电粒子束治疗装置100中，降能器18设置于加速器11与照射喷嘴12之间，电磁铁25至少包括配置于射束传输线路13的聚焦电磁铁19或偏转电磁铁20。由此，能够缩短在切换层时降低对聚焦电磁铁19或偏转电磁铁20的电流所需的时间。

本发明并不限定于上述的实施方式。例如，电磁铁电源周边的电路结构不限定于图10所示的结构。并且，也可以为固定照射喷嘴后进行固定照射，而无需使用旋转机架23。并且，也可以在相比回旋加速器更靠旋转机架的位置设置其他降能器来代替降能器18。并且，也可以是加速器11为同步加速器，降能器18设置于加速器11内。

并且，半导体50的电阻模式并不限定于图11所示的模式。例如，也可以采用如图13所示的电阻模式。如图13所示，可以在通过电磁铁25电流较高的状态下，将半导体50的电阻设为较低，在电流下降几个阶段的时刻将半导体50的电阻设定为中间值，在电流进一步下降几个阶段的时刻将半导体50的电阻设定为较高。

如图8所示的带电粒子束治疗装置100能够发挥与图1所示的带电粒子束治疗装置1相同的作用、效果。即，在控制部130所存储的一次治疗中的控制模式中，照射喷嘴12中断带电粒子束的照射中断时间的总和(在此为对切换工序的照射中断时间t2的总和)设定为比由照射喷嘴12照射带电粒子束的照射时间的总和(照射时间t1的总和)短。如此，通过将一次治疗中的照射中断时间的总和设定为比照射时间的总和短，能够缩短一次总体治疗所需的时间。由此，带电粒子束治疗装置1能够在患者屏住一次呼吸的期间结束治疗，并且能够减轻患者的治疗负担。

并且，在本实施方式所涉及的带电粒子束治疗装置100中，控制部130交替反复地执行对于设定在被照射体上的一个层照射带电粒子束的照射工序、及将照射对象切换为下一个层的切换工序。并且，在控制模式中，对每一照射工序设定有照射时间t1，对每一切换工序设定有照射中断时间t2，并且对于每一照射工序的照射时间t1与对于每一切换工序的照射中断时间t2被连续设定。如此，在控制模式中，对照射工序设定的照射时间t1与对切换工序设定的照射中断时间t2被交替连续设定。即，能够在结束层切换后立即进行向下一个层的照射，从而缩短治疗时间，而无需确保在各工序的中途供患者调整呼吸的时间。

并且，在本实施方式所涉及的带电粒子束治疗装置100中，照射喷嘴12能够在10秒以内结束对于设定在被照射体上的所有层的照射。由此，能够在患者屏住一次呼吸的期间结束治疗，能够减轻患者的治疗负担。

另外，在本发明中，用于缩短一次治疗所需的时间的方法并不限定于上述图1或图8中所记载的方法。例如，在被照射体的层的切换工序中，也可以通过提高降能器的切换速度(通过提高用于移动降能器的马达的转速来高速移动)来缩短照射中断时间。

Claims (4)

1.一种带电粒子束治疗装置，其特征在于，具备：

加速器，加速带电粒子，并射出带电粒子束；

照射部，通过扫描法向被照射体照射所述带电粒子束；及

控制部，

所述控制部存储一次治疗时的装置的控制模式，

在所述控制模式中，所述照射部中断所述带电粒子束的照射中断时间被设定，并且由所述照射部照射所述带电粒子束的照射时间被设定，

一次治疗时的所述照射中断时间的总和设定为比一次治疗时的所述照射时间的总和短。

2.根据权利要求1所述的带电粒子束治疗装置，其中，

所述控制部交替反复执行对于设定在所述被照射体上的一个层照射所述带电粒子束的照射工序及将照射对象切换为下一个层的切换工序，

在所述控制模式中，

对每个所述照射工序设定所述照射时间，并且对每个所述切换工序设定所述照射中断时间，

对于每个所述照射工序的所述照射时间与对于每个所述切换工序的所述照射中断时间被连续地设定。

3.根据权利要求1或2所述的带电粒子束治疗装置，其中，

所述照射部能够在10秒以内完成对于设定在所述被照射体上的所有层的照射。

4.一种带电粒子束治疗装置的控制方法，其中，该装置具备通过扫描法向被照射体照射带电粒子束的照射部、及控制部，该带电粒子束治疗装置的控制方法的特征在于，

所述控制部根据一次治疗时的装置的控制模式控制所述带电粒子束的照射，

在所述控制模式中，所述照射部中断所述带电粒子束的照射中断时间被设定，并且由所述照射部照射所述带电粒子束的照射时间被设定，

一次治疗时的所述照射中断时间的总和设定为比一次治疗时的所述照射时间的总和短。