CN107004453A - 粒子线束调整装置以及方法、粒子线治疗装置 - Google Patents

Abstract

根据实施方式，粒子线束调整装置具有：对从束输送部输送的粒子线束的位置偏移进行检测的位置监视器(91)、对粒子线束的轴的位置以及角度进行测量的成对的屏幕监视器(61、62)、基于表示由屏幕监视器(61、62)测量的粒子线束的轴的位置以及角度的信号对磁场进行调整从而调整粒子线束的轴的修正电磁铁(51，52)、对照射对象照射粒子线的束扫描电磁铁(71，72)，将屏幕监视器(61)设置在治疗室(50)外，并且将屏幕监视器(62)设置在治疗室(50)内。

Description

粒子线束调整装置以及方法、粒子线治疗装置

技术领域

本发明的实施方式涉及对照射对象调整碳或者质子等粒子线束的轨道的粒子线束调整装置以及方法、使用了该粒子线束调整装置的粒子线治疗装置。

背景技术

一般而言，为了对癌症患者的患部照射碳或者质子等粒子线束(以下也简称为“束”)而利用粒子线治疗装置。在现在使用的粒子线照射方法中，有将束的直径放大到癌症患者的患部尺寸以上的放大束法。该放大束法，严格来说由于无法三维地正确地与患部形状一致，因此，减小对患部周围的正常细胞的影响存在极限。

因此，作为粒子线治疗的更先进的照射方法，正在推进假想地将患者的体内患部以三维格子状切分并进行照射的扫描照射法的运用。该扫描照射法例如有被称为点扫描照射法的三维照射法。该点扫描照射法如下所述地进行各点(spot)的照射。

对患部的某个点照射预先决定的剂量时，扫描控制装置从剂量监视器得到剂量已满信号而输出点切换指令信号。基于该点切换指令信号，束出射控制装置停止束的出射。

同时，电磁铁电源开始与接下来的照射点的坐标对应的电流值的设定，该电磁铁电源用于使励磁电流流过进行束扫描的照射区形成电磁铁。上述扫描控制装置取得上述电磁铁电源的电流值的设定的结束信号后，对上述束出射控制装置输出束开始命令信号，开始对接下来的点进行照射。依次反复进行上面的操作，进行对一个照射切片的治疗部位的照射。

然后，对一个照射切片的照射结束后，暂停束的出射，改变从加速器出射的束的能量，或者通过控制称为射程移位器(range shifter)的飞程调整装置来改变束行进方向的束停止轨道(切片)。通过这样地依次进行扫描照射和切片切换，而对治疗部位整个区域进行束照射。

然而，在上述扫描照射法中，为了确认是在正确的位置照射束，而在照射端口配备位置监视器。万一，产生在上述照射区形成电磁铁流过励磁电流的电磁铁电源的电流设定异常、在束输送方向上从上游侧的加速器到下游侧的扫描照射装置的束轨道偏移等时，预先确定的照射轨道和由上述位置监视器测量的轨道会不同。此时，从上述扫描控制装置内设置的位置监视器控制装置输出联锁信号(紧急停止信号)，治疗照射被中断。

作为束的轨道偏移产生的重要因素，例如有从加速器向治疗室输送束的路线的电磁铁的磁场变化。产生这样的磁场变化时，束变得不能在正确的轨道上输送，结果会产生不能保证作为治疗束的品质的问题。

作为使用扫描照射法的粒子线治疗装置的运用，每天早上，按照射束的设定能量，确认束的轨道的同时修正用于操作束的操作装置的设定值，进行当天治疗所使用的束品质的确认。

具体地说，在束轨道上隔开规定的距离配置一对形成了荧光膜的屏幕监视器。根据从这些屏幕监视器的输出值计算出的束轨道的偏移量(自没有束轨道偏移的理想的中心轨道的偏移量)调整修正电磁铁的电流值，从而实施束轨道的修正。

而且，即使用于操作束的操作装置的设定值是相同的，例如上午的束轨道的偏移量和下午的束轨道的偏移量因温度变化等而不一定是相同的。因此，在照射开始时或者照射中由位置监视器检测束位置异常时，会引起无法结束治疗照射。

再者，专利文献1所记载的技术是，设置有照射喷嘴上游侧的检测束的通过位置的第一束位置监视器、和照射喷嘴下游侧的检测束的通过位置的第二束位置监视器。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2003-282300号公报

发明内容

发明要解决的课题

然而，在使用上述的扫描照射法的粒子线治疗装置中，一对屏幕监视器配置在治疗室外，由从对于患者的轨道离开了距离的轨道来实施束轨道的修正，因此对于一对屏幕监视器的距离，下游侧屏幕监视器和患者的距离变大，得到的束轨道精度有极限。作为其结果，因温度等环境的变化而束轨道进一步偏移的情况下由位置监视器检测该偏移而引起治疗照射的中断的可能性变大。

而且，在治疗照射中位置监视器检测到了束的位置偏移的情况下，治疗中断时并没有使患者从照射位置退避，在进行束轨道的修正时，首先在治疗室的束导入口设置堵住该束导入口那样大小的束挡(beam block)。

然后，在上述束挡的束输送方向上游侧，配置一对上述屏幕监视器。在这种情况下，若不是离开规定的距离地配置的话，上述屏幕监视器无法正确地确认束轴的偏移。

在如上述那样大的束挡的束输送方向上游侧配置了一对屏幕监视器的情况下，有因装置整体大小的制约而无法离开规定的距离地配置上述一对屏幕监视器的情况。因此，有无法正确地确认束轴的偏移，无法高精度地调整束轴的偏移的问题。

实施方式所要解决的课题是，提供能够提高束轨道的精度的粒子线束调整装置以及方法、粒子线治疗装置。

用于解决课题的手段

为了实现上述目的，实施方式的粒子线束调整装置，其特征在于，具有：位置监视器，对从束输送部输送的粒子线束的位置偏移进行检测；成对的屏幕监视器，对上述粒子线束的轴的位置以及角度进行测量；修正电磁铁，基于表示由上述屏幕监视器测量的上述粒子线束的轴的位置以及角度的信号，调整磁场从而调整上述粒子线束的轴；以及束扫描电磁铁，对照射对象照射上述粒子线束，将上述成对的屏幕监视器的一个设置在治疗室外，并且将上述屏幕监视器的另一个设置在上述治疗室内。

而且，实施方式的粒子线束调整装置，其特征在于，具有：位置监视器，对从束输送部输送的粒子线束的位置偏移进行检测；束扫描电磁铁，对照射对象照射上述粒子线束；以及束挡，在上述粒子线束的轴的调整时，使到达治疗室内的照射对象的上述粒子线束停止，上述束挡设置在上述治疗室内。

实施方式的粒子线束调整方法，其特征在于，具有：束位置偏移检测工序，对从束输送部输送的粒子线束的轴的偏移进行检测；测量工序，由设置在治疗室外的一个屏幕监视器和设置在上述治疗室内的另一个屏幕监视器测量上述粒子线束的轴的位置以及角度；以及束轴调整工序，基于在上述测量工序中测量的上述粒子线束的轴的位置以及角度对磁场进行调整从而调整上述粒子线束的轴。

实施方式的粒子线照射装置，其特征在于，具有：束生成部，生成粒子线束；束出射控制装置，对上述粒子线束的出射进行控制；束输送部，将上述粒子线束输送到治疗室的照射对象；位置监视器，对从上述束输送部输送的粒子线束的位置偏移进行检测；成对的屏幕监视器，对上述粒子线束的轴的位置以及角度进行测量；修正电磁铁，基于表示由上述屏幕监视器测量的上述粒子线束的轴的位置以及角度的信号对磁场进行调整从而调整上述粒子线束的轴；以及束扫描电磁铁，对照射对象照射上述粒子线束，将上述成对的屏幕监视器的一个设置在上述治疗室外，并且将上述屏幕监视器的另一个设置在上述治疗室内。

发明效果

根据实施方式，能够提高束轨道的精度。

附图说明

图1是表示适用了实施方式的粒子线治疗装置的整体构成的概略俯视图。

图2是表示图1的照射装置部以及其相关装置的构成的框图。

图3是在实施方式中表示一对屏幕监视器的说明图。

图4是使用图3的屏幕监视器来表示束轨道调整方法的说明图。

图5是在实施方式中表示用于修正束轨道的顺序的流程图。

具体实施方式

以下，实施方式的加速器的束调整装置中，对于使用了该束调整装置的粒子线治疗装置，参照附图来说明。

图1是表示适用了实施方式的粒子线治疗装置的整体构成的概略俯视图。图2是表示图1的照射装置部以及其相关装置的构成的框图。

如图1所示那样，本实施方式的粒子线治疗装置具有：束生成部10、束出射控制部20、束输送部30、具有本实施方式的主要构成的设备的照射装置部40、以及治疗室50。束生成部10具有未图示的离子源、束入射系统11以及圆形加速器12。

如图2所示那样，照射装置部40具有：水平用修正电磁铁51、水平用修正电磁铁电源51a、垂直用修正电磁铁52、垂直用修正电磁铁电源52a、屏幕监视器61、电源及监视器控制装置60、作为束扫描电磁铁的水平用照射区形成电磁铁71、水平用照射区形成电磁铁电源71a、作为束扫描电磁铁的垂直用照射区形成电磁铁72、垂直用照射区形成电磁铁电源72a、扫描照射控制装置70、联锁装置95。

照射装置部40具有设置在治疗室50内的照射端口(port)90。在照射端口90内设置真空管道(duct)80。在该真空管道80内设置屏幕监视器62。

而且，在照射端口90内设置位置监视器91、束挡92、脊形过滤器(ridge filter)93、以及射程移位器94。位置监视器91经由位置监视器控制装置91a与联锁装置95电连接。

屏幕监视器61、62成对配置。屏幕监视器61、62仅在束轴的调整中插入到束线(beam line)内，在治疗照射时从束线内退避。由此，屏幕监视器61、62能够相对于束线内在未图示的驱动机构的驱动下进退。

屏幕监视器61、62用于在束轴调整中测量束位置，通过成为一对而能够求出束轨道(束位置以及束角度)。表示由屏幕监视器61、62测量的束位置以及束角度的信号被输出至电源及监视器控制装置60。

水平用修正电磁铁51以及垂直用修正电磁铁52是，基于表示由屏幕监视器61、62测量的束位置以及束角度的信号来调整磁场以使束轴与作为照射对象的患者的患部的照射坐标基准点(以下，称为等中心点(isocenter))96一致的电磁铁。水平用修正电磁铁51以及垂直用修正电磁铁52通过调整相对于水平用以及垂直用的各个而分别独立地对应的水平用修正电磁铁电源51a以及垂直用修正电磁铁电源52a的电流值来使磁场变化。

照射区形成电磁铁由一对的水平用照射区形成电磁铁71以及垂直用照射区形成电磁铁72构成，这些水平用照射区形成电磁铁71以及垂直用照射区形成电磁铁72配置在屏幕监视器61、62之间。水平用照射区形成电磁铁71以及垂直用照射区形成电磁铁72是，治疗照射时与患部形状相吻合地二维扫描束的电磁铁。由分别对应的水平用照射区形成电磁铁电源71a和垂直用照射区形成电磁铁电源72a对水平用照射区形成电磁铁71以及垂直用照射区形成电磁铁72提供电流。

位置监视器91对治疗照射中被扫描的束位置进行检测，监视是否有从预先设定的位置的有意的偏移。若认为是有意的偏移的情况下，则通过位置监视器控制装置91a对联锁装置95输出联锁信号。

脊形过滤器93与照射切片的间隔相一致地调整束的深度方向分布。脊形过滤器93是使用铝等金属将杆状的棒形成为大致三角形状并横向排列而成。

射程移位器94用于使束能量即束的体内停止位置的深度变化。射程移位器94由丙烯酸树脂等材质制成，由多个厚度的板构成。通过改变这些多个厚度的板的组合，而能够使束停止点变化。

束挡92构成为与屏幕监视器61、62相同地在驱动机构97的驱动下能够相对于束线内插入/退避。束挡92通过在束轴的调整中插入到束线内，从而使束停止，使束不到达等中心点96。在此，由位置监视器91检测束位置，在认为是有意的偏移的情况下由，联锁装置95输出联锁信号，该联锁装置95对驱动机构97输出工作信号。通过该驱动机构97工作，束挡92插入到束线内。而且，在治疗照射时驱动机构97工作从而束挡92从束线内退避。

接下来，对本实施方式的加速器的动作进行说明。

首先，束生成部10中的上述离子源生成束。束入射系统11将所生成的束加速到可加速的能量等级。该加速的束入射到圆形加速器12。

接着，入射到圆形加速器12的束以预先设定的设定次数反复地围绕入射。该围绕入射结束了以后，再将束加速到癌症治疗所需的能量。

然后，束的加速结束后，该束通过束出射控制部20而从出射轨道被取出，由束输送部30被输送到照射装置部40。由该照射装置部40照射到照射对象即等中心点96而使用于癌症治疗。

接下来，对于本实施方式的束轴调整的动作进行说明。

使未图示的驱动机构工作，将屏幕监视器61、62插入到束线上，并且，使驱动机构97工作，将束挡92插入到束线上。而且，通过用于消磁的电流模式，从分别对应的水平用照射区形成电磁铁电源71a、垂直用照射区形成电磁铁电源72a对一对水平用照射区形成电磁铁71以及垂直用照射区形成电磁铁72提供电流，使各自的磁场几乎为零。在该状态下将束导入到照射装置部40，以各自的屏幕监视器61、62检测束轴位置。基于图3以及图4对此进行说明。

图3是在实施方式中表示一对屏幕监视器的说明图。图4是使用图3的屏幕监视器来表示束轨道调整方法的说明图。

如图3所示那样，以未图示的CCD摄像机观测映到各自的屏幕监视器61、62内的荧光膜上的束外形，对其图像进行解析，计算束中心和监视器中心的偏移量X1，X2。

这些偏移量X1，X2超过预先设定的阈值的情况下，从偏移量X1，X2通过电源及监视器控制装置60求出水平用修正电磁铁电源51a以及垂直用修正电磁铁电源52a的电流修正量，将该修正后的电流值信号输出到水平用修正电磁铁电源51a以及垂直用修正电磁铁电源52a。在此，所谓上述阈值是为了进行治疗而允许的束轴的偏移量。

由此，水平用修正电磁铁51以及垂直用修正电磁铁52使磁场变化，从而能够使束轴与等中心点96相一致。

然而，只要上述CCD摄像机的分辨率、设置在束线上的屏幕监视器61、62的对准错误(设置位置的偏移)存在，以屏幕监视器61、62观测的同时调整束轨道的精度就存在极限。

因此，如本实施方式那样，将屏幕监视器62靠近患部与提高也称为粒子线治疗装置的性能的束轨道的精度相关。具体地说，在本实施方式中，通过相对于束输送方向将下游侧的屏幕监视器62配置在治疗室50内，能够使2个屏幕监视器61、62之间的距离足够。而且，能够使下游侧的屏幕监视器62接近等中心点96。

这样在本实施方式中，由于2个屏幕监视器61、62之间的距离能够足够地取得，因此能够正确地确认束轴的偏移，并能够提高束轨道的精度。

而且，由于能够使下游侧的屏幕监视器62接近等中心点96，因此更能够提高束轨道相对于等中心点96的精度。

进一步，通过将这些屏幕监视器61、62收纳于真空管道80内，能够使真空区域尽可能地接近等中心点96附近，无需在大气中跨域长距离地输送束，能够抑制束的散射。由此，治疗照射时能够用细的束对患部进行照射。

然后，为了在束轴的调整时，抑制相对于束输送方向而向下游的患部一侧的束泄露，在照射端口90内设置束挡92。由此，在实施束轨道的修正时，束挡92插入到束线上，遮挡束(通常的治疗时，从束轨道上退避)。

束挡92设计成，在束轨道的调整时对照射的束进行遮挡、不对束输送方向上的下游侧的患部带来被辐射的影响的最佳厚度。因此，万一，在治疗照射中位置监视器91检测到了束的位置偏移的情况下，也无需在治疗中断时使患者从照射位置退避，能够以以下的顺序进行束轨道的修正。

图5是表示在实施方式中用于修正束轨道的顺序的流程图。

此外，预先将患者载置在治疗室50内所设置的治疗台上以后，将患者定位好。

首先，开始束的照射(步骤S1)。然后，在步骤S2中对束进行照射直到由位置监视器91检测到束的位置偏移为止。检测到了束的位置偏移的情况下(步骤S2：是)，进入步骤S3，使联锁装置95工作。于是，联锁装置95输出联锁信号，中断束的照射(步骤S4)。

接下来，使未图示的驱动机构工作将屏幕监视器61、62插入到束线上，并且，使驱动机构97工作将束挡92插入到束线上(步骤S5)。

进一步，在步骤S6中进行束轴的调整。束轴的调整处理在上述的状态下将束导入到照射装置部40，以各自的屏幕监视器61、62检测束轴位置。由屏幕监视器61、62检测到的表示束的偏移量的信号被输出到电源及监视器控制装置60。该电源及监视器控制装置60，求出水平用修正电磁铁电源51a以及垂直用修正电磁铁电源52a的电流修正量，将该修正后的电流值信号输出并设定至水平用修正电磁铁电源51a以及垂直用修正电磁铁电源52a。由此，水平用修正电磁铁51以及垂直用修正电磁铁52使磁场变化而进行束轴的调整。

然后，束轴的调整结束了的情况下(步骤S7：是)，进入步骤S8。在步骤S8中，再度使未图示的驱动机构工作从束线上使屏幕监视器61、62退避，并且，使驱动机构97工作从束线上使束挡92退避，结束束轨道的修正，再次开始束的照射。

此外，在照射中途停止了照射的情况下，在水平用照射区形成电磁铁71以及垂直用照射区形成电磁铁72中，有残余磁场残留的情况。由此，在步骤S5和步骤S6之间，插入进行水平用照射区形成电磁铁71以及垂直用照射区形成电磁铁72的消磁的步骤比较适合。作为该消磁的一个例子，能够通过由水平用照射区形成电磁铁电源71a、垂直用照射区形成电磁铁电源72a以用于消磁而定义的电流模式流动电流来进行。

然而，在一般的粒子线治疗装置中，为了避免患者的被辐射而患者需要暂时从治疗台上下来。但是，在本实施方式中，由束挡92遮挡束，能够避免患者被辐射，患者无需从治疗台上下来。因此，能够在短时间内再次开始用于癌症治疗的束的照射，能够大幅地减少患者的负担。

而且，在本实施方式中，由于束挡92配置在位置监视器91的下游侧以便在实施束的遮挡时位置监视器91也能进行束的监视，因此能够由位置监视器91和下游侧的屏幕监视器62双方确认(交叉检查)束轨道。因此，能够提高束位置的可靠性。

进而，在本实施方式中，在束挡92的下游侧配置射程移位器94，在束的遮挡时通过整个插入射程移位器94，而能够进一步提高束的遮挡效果。

然后，在本实施方式中，配置在治疗室50内的屏幕监视器62储存于真空管道80内，能够确保真空直到与位置监视器91紧挨的上游，因此能够减少粒子线束的散射的影响，也能确保束的品质。

这样地在点照射法中，束本身的性能提高直接体现在治疗效果中，因此根据本实施方式，能够提高束轨道的调整精度、束中断后到再次开始为止的操作性、以及治疗束的品质。

(其它的实施方式)

说明了本发明的若干个实施方式，但这些实施方式是作为例子而提示的，并不意在限定发明的范围。这些实施方式能够以其它的各种形态实施，在不脱离发明的要旨的范围内，能够进行各种的省略、置换、变更、组合。这些实施方式及其变形包含于发明的范围、要旨中，同样包含于权利要求书所记载的发明及其等同的范围内。

例如，在上述实施方式中，在治疗照射中位置监视器91检测到了束的位置偏移的情况下，在治疗中断时没有使患者从照射位置退避，为了进行束轨道的修正，将束挡92插入到了束线，但若使患者从照射位置退避的话，则无需束挡92。

附图标记说明

10…束生成部，11…束入射系统，12…圆形加速器，20…束出射控制部，30…束输送部，40…照射装置部，50…治疗室，51…水平用修正电磁铁，51a…水平用修正电磁铁电源，52…垂直用修正电磁铁，52a…垂直用修正电磁铁电源，60…电源及监视器控制装置，61…屏幕监视器，62…屏幕监视器，70…扫描照射控制装置，71…水平用照射区形成电磁铁(束扫描电磁铁)，71a…水平用照射区形成电磁铁电源，72…垂直用照射区形成电磁铁(束扫描电磁铁)，72a…垂直用照射区形成电磁铁电源，80…真空管道，90…照射端口，91…位置监视器，91a…位置监视器控制装置，92…束挡，93…脊形过滤器，94…射程移位器，95…联锁装置，96…等中心点(照射对象)，97…驱动机构。

Claims (12)

1.一种粒子线束调整装置，其特征在于，

具有：

位置监视器，对从束输送部输送的粒子线束的位置偏移进行检测；

成对的屏幕监视器，对上述粒子线束的轴的位置以及角度进行测量；

修正电磁铁，基于表示由上述屏幕监视器测量的上述粒子线束的轴的位置以及角度的信号，对磁场进行调整从而调整上述粒子线束的轴；以及

束扫描电磁铁，对照射对象照射上述粒子线束，

将上述成对的屏幕监视器的一个设置在治疗室外，并且将上述屏幕监视器的另一个设置在上述治疗室内。

2.如权利要求1所述的粒子线束调整装置，其特征在于，具有束挡，在对上述粒子线束的轴进行调整时，该束挡使到达上述治疗室内的照射对象的上述粒子线束停止。

3.如权利要求2所述的粒子线束调整装置，其特征在于，上述束挡设置于被设置在上述治疗室内的上述屏幕监视器的上述粒子线束的输送方向下游侧。

4.如权利要求2或3所述的粒子线束调整装置，其特征在于，在上述束挡的上述粒子线束的输送方向下游侧设置有使上述粒子线束的停止点变化的射程移位器。

5.如权利要求1～4中任一项所述的粒子线束调整装置，其特征在于，上述成对的屏幕监视器收纳于真空管道内。

6.如权利要求1～5中任一项所述的粒子线束调整装置，其特征在于，上述成对的屏幕监视器以及上述束挡构成为相对于输送上述粒子线束的束线能够插入或退避。

7.一种粒子线束调整装置，其特征在于，

具有：

位置监视器，对从束输送部输送的粒子线束的位置偏移进行检测；

束扫描电磁铁，对照射对象照射上述粒子线束；以及

束挡，在对上述粒子线束的轴进行调整时，使到达治疗室内的照射对象的上述粒子线束停止，

上述束挡设置在上述治疗室内。

8.如权利要求7所述的粒子线束调整装置，其特征在于，在上述束挡的上述粒子线束的输送方向上游侧设置有上述位置监视器。

9.如权利要求7所述的粒子线束调整装置，其特征在于，在上述束挡的上述粒子线束的输送方向下游侧设置有使上述粒子线束的停止点变化的射程移位器。

10.一种粒子线束调整方法，其特征在于，具有：

束位置偏移检测工序，对从束输送部输送的粒子线束的轴的偏移进行检测；

测量工序，由设置在治疗室外的一个屏幕监视器和设置在上述治疗室内的另一个屏幕监视器测量上述粒子线束的轴的位置以及角度；以及

束轴调整工序，基于在上述测量工序中测量的上述粒子线束的轴的位置以及角度，对磁场进行调整从而调整上述粒子线束的轴。

11.如权利要求10所述的粒子线束调整方法，其特征在于，还具有对扫描上述粒子线束的束扫描电磁铁进行消磁的束扫描电磁铁消磁工序。

12.一种粒子线照射装置，其特征在于，

具有：

束生成部，生成粒子线束；

束出射控制装置，对上述粒子线束的出射进行控制；

束输送部，将上述粒子线束输送到治疗室的照射对象；

位置监视器，对从上述束输送部输送的粒子线束的位置偏移进行检测；

成对的屏幕监视器，对上述粒子线束的轴的位置以及角度进行测量；

修正电磁铁，基于表示由上述屏幕监视器测量的上述粒子线束的轴的位置以及角度的信号，对磁场进行调整从而调整上述粒子线束的轴；以及

束扫描电磁铁，对照射对象照射上述粒子线束，

将上述成对的屏幕监视器的一个设置在上述治疗室外，并且将上述屏幕监视器的另一个设置在上述治疗室内。