CN111569274B - 粒子束治疗装置以及照射野形成方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种粒子束治疗装置以及照射野形成方法，其课题在于在粒子束治疗装置中，避免扫描部或者包含该扫描部的照射装置的大型化，并且将照射野扩大。在扫描部(34)的下游侧设置有移位部(36)。移位部(36)使作为粒子束的碳束偏转而使照射野移位，由此产生扩大照射野。移位部(36)包含使照射野沿Y方向移位的第1移位电磁铁(42)和使照射野沿X方向移位的第2移位电磁铁(44)。扫描部(34)被动态地控制，移位部(36)被静态地控制。

Description

粒子束治疗装置以及照射野形成方法

技术领域

本发明涉及粒子束治疗装置以及照射野形成方法，特别是涉及将照射野扩大的技术。

背景技术

粒子束治疗装置是通过向恶性肿瘤等患部照射粒子束，而对患部进行治疗的装置。作为构成粒子束的粒子，列举电子、质子、氦离子、碳离子等带电粒子。利用了碳离子以及比碳离子重的离子的粒子束治疗装置通常被称为重粒子束治疗装置。根据重粒子束治疗装置，能够减少正常组织的损伤，并且期待较高的治疗效果。以下，以碳束治疗装置为例，对其结构进行说明。

碳束治疗装置例如由离子源、直线加速器、同步加速器、输送装置、照射装置等构成。由离子源生成的碳离子在直线加速器中被加速，被加速的碳离子在同步加速器中进一步被加速。在同步加速器中，碳离子的能量被提高至其照射所需的能量。从同步加速器连续或者作为脉冲列而取出的具有恒定能量的碳离子群作为碳束经由输送装置向照射装置引导。从照射装置离开的碳束向生物体中的患部进行照射。

照射装置具备扫描部，通过该扫描部，沿与照射中心轴正交的X方向以及Y方向扫描碳束。扫描部通常由X方向扫描用电磁铁以及Y方向扫描电磁铁构成。例如，如专利文献1记载的那样，照射碳束的三维的照射领域沿碳束的行进方向被分割为多个层，对于在各层上配置的多个照射点，根据决定的顺序，按点单位依次照射扫描的碳束。有时也以能够在±180度的范围内从各种角度对生物体照射碳束的方式使用旋转机架。旋转机架是搭载输送装置的一部分以及照射装置的进行旋转运动的大型构造体。

此外，在专利文献2所记载的粒子束治疗装置中，利用沿粒子束的轴向并排配置的频率响应特性不同的2个扫描部。该2个扫描部联合地进行动作，该2个扫描部同时被动态地控制。在专利文献3所记载的粒子束治疗装置中，在扫描用电磁铁的上游侧设置有照射野移动用电磁铁。下游侧的扫描用电磁铁伴随着照射野移动而机械式地移动，其结构被认为是不现实的。

专利文献1：日本特开2017－131399号公报

专利文献2：国际公开2012/008190号公报

专利文献3：日本特开平8－257148号公报

发明内容

在粒子束治疗中，出于较大的患部的治疗以外的目的，要求扩大作为进行粒子束的照射的范围的照射野(radiation field)。作为用于将照射野扩大的第1方法，列举增大扫描用磁场的强度的方法。但是，根据第1方法，产生扫描部的大型化、扫描部的磁场的稳定(静定)时间的增大等的问题。另外，作为用于将照射野扩大的第2方法，列举增大扫描部与目标中心点之间的距离的方法。但是，根据第2方法，产生具备了扫描部的照射装置的大型化的问题。

本公开的目的在于，在粒子束治疗中，形成大于由扫描部单体形成的照射野的照射野。或者，本发明的目的在于，在粒子束治疗中，实现与上述第1方法以及上述第2方法不同的照射野扩大方法。

本公开的粒子束治疗装置的特征在于，包含：扫描部，其扫描粒子束而产生照射野；以及移位部，其通过从上述扫描部离开的粒子束的偏转使上述照射野移位而产生扩大照射野。

本公开的照射野形成方法的特征在于，包含：通过治疗用的粒子束的扫描产生照射野的工序、以及通过上述扫描后的粒子束的偏转使上述照射野移位而产生扩大照射野的工序。

根据本公开的装置以及方法，能够形成比由扫描部单体形成的照射野大的照射野。

附图说明

图1是表示实施方式的粒子束治疗装置的示意图。

图2是表示比较例的照射野的形成的图。

图3是表示比较例的照射野的图。

图4是表示第1实施例的扩大照射野的形成的图。

图5是表示第1实施例的扩大照射野的图。

图6是用于对第1实施例中的移位部的动作进行说明的图。

图7是表示照射序列的一个例子的图。

图8是表示实施方式的粒子束治疗装置的动作的流程图。

图9是表示第2实施例的示意图。

图10是表示第3实施例的示意图。

图11是表示由第3实施例形成的扩大照射野的图。

图12是表示由第4实施例形成的扩大照射野的图。

图13是表示由第5实施例形成的扩大照射野的图。

图14是表示治疗计划装置的框图。

图15是表示在治疗计划阶段显示的参照图像的一个例子的图。

图16是表示第1变形例的图。

图17是表示第2变形例的图。

具体实施方式

以下，基于附图对实施方式进行说明。

(1)实施方式的概要

实施方式的粒子束治疗装置包含扫描部以及移位(shift)部。扫描部是扫描粒子束而产生照射野的机构。移位部是通过从扫描部离开的粒子束的偏转使照射野移位而产生扩大照射野的机构。

根据上述结构，通过设置于扫描部的后段的移位部能够产生扩大照射野。因此，在照射野扩大时，能够避免扫描部的大型化等，另外，也可以不增大从扫描部至目标中心点的距离。当然，也可以在变更扫描部的结构、从扫描部至目标中心点的距离后，进行照射野的移位。若改变看法，则根据上述结构，只要能够获得必要的尺寸的扩大照射野，则能够减小由扫描部单体形成的照射野，因此能够获得扫描部或者包含该扫描部的照射装置的小型化的优点。

实施方式的粒子束治疗装置包含控制部，该控制部在进行粒子束的扫描的扫描期间动态地切换扫描部的动作条件，在不进行粒子束的照射的中断期间静态地切换移位部的动作条件。后述的控制装置是控制部的一个方式。

为了动态地变更照射位置，而进行扫描部的动作条件的动态切换。在实施方式中，在扫描期间断续或者连续地反复切换扫描部的动作条件。移位部的动作条件的静态切换与上述的动态切换进行对比，在实施方式中，意味着在中断期间进行的照射野移位单位中的1次动作条件的切换。在实施方式中，在照射野移位后，维持移位部的动作条件直至下一个照射野移位。若在停止了照射的中断期间进行照射野移位，则能够防止或者减少生物体的无用的被曝光，换句话说能够照射按照治疗计划的剂量，而提高照射精度。

此外，根据粒子束轨道的校正以外的理由，也考虑缓慢地换句话说静态地变更移位部的动作条件的变形例。各动作条件例如包含规定磁场强度的电流的大小。

在实施方式中，扫描部具有：第1扫描电磁铁，其沿与扫描中心轴方向正交的第1扫描方向扫描粒子束；以及第2扫描电磁铁，其沿与扫描中心轴方向以及第1扫描方向正交的第2扫描方向扫描粒子束，移位部具有使照射野沿第1扫描方向移位的第1移位电磁铁。

上述结构至少向第1扫描方向扩大照射野。第1扫描方向是后述的X方向以及Y方向中的一个方向，第2扫描方向是后述的X方向以及Y方向中的另一个方向。

在实施方式中，由第1扫描电磁铁形成的磁场的稳定时间短于由第1移位电磁铁形成的磁场的稳定时间。若采用其他的表现，则第1扫描电磁铁的电感小于第1移位电磁铁的电感。通常，若电感变大，则磁场的稳定时间变长。

这样，实施方式的结构并用使响应特性优先的扫描电磁铁与使偏转特性优先的移位电磁铁，从而兼顾照射装置的小型化与照射野的扩大。特别是，在动态地控制的扫描部的后段设置了静态地控制的移位部，因此大幅减少照射装置的设计、制作以及控制时产生的诸多困难。

在实施方式中，移位部的第1扫描方向的移位级数为m个(其中，m为3以上的奇数)。在实施方式中，使电流的朝向不同，由此能够切换移位方向(正方向或者负方向)，通过电流的接通断开切换移位的有无。即，通过简便的控制，能够实现照射野的移位。

在实施方式中，移位部具有使照射野沿第2扫描方向移位的第2移位电磁铁。根据该结构，利用第1移位电磁铁以及第2移位电磁铁，能够使照射野沿第1扫描方向以及第2扫描方向移动。各扫描方向的移位量阶梯状可变，或者连续可变。在后者的情况下，能够任意地决定照射野的移位方向以及移位量。

在实施方式中，移位部的第1扫描方向的移位级数为m个(其中，m为3以上的奇数)，移位部的第2扫描方向的移位级数为n个(其中，n为3以上的奇数)，扩大照射野相当于m×n个照射野区域的集合。当在移位级数中包含电流断开的情况下的无移位的情况的情况下，通常，m以及n均成为奇数。此外，照射野区域是构成扩大照射野的1个单位，其实质是照射野。

在实施方式中，根据粒子束的能量，判断是否需要照射野的移位。当粒子束在磁场中通过的情况下，粒子束的轨道的弯曲程度取决于该粒子束(准确地为粒子)的能量而进行变化。若粒子束的能量较低，则能够形成具有仅是扫描部的程度的尺寸的照射野，但若粒子束的能量变高，则较大的照射野的形成变得困难。因此，上述结构与粒子束的能量对应地切换照射野的移位的有无。可以在治疗执行过程中判断是否需要移位，也可以在治疗计划阶段判断是否需要移位。在任意的情况下，进行上述的判断的部分均视为控制部的一部分。

实施方式的粒子束治疗装置包括形成包含组织像的参照图像的参照图像形成部，参照图像包含合成于组织像的像，即表示由照射野的移位形成的多个照射野区域的区图像，在治疗计划阶段以及治疗中的至少一方显示参照图像。

根据上述结构，能够以治疗中的照射野的移位为前提制定治疗计划，或者，能够通过与在治疗中由照射野的移位设定的多个照射野区域的对比观察组织像。

实施方式的照射野形成方法包含通过治疗用的粒子束的扫描而产生照射野的工序与通过扫描后的粒子束的偏转使照射野移位而产生扩大照射野的工序。

(2)实施方式的详细

图1中作为示意图示出了实施方式的粒子束治疗装置的整体结构。具体而言，图示的粒子束治疗装置是碳束治疗装置10。碳束治疗装置10是向生物体中的患部照射碳束而进行其治疗的医疗装置。在碳束治疗装置10中，实施以下说明的照射野形成方法。此外，以下说明的结构也可以应用于质子束治疗装置等其他的粒子束治疗装置。

在图示的构成例中，碳束治疗装置10具有离子源12、直线加速器14、作为圆形加速器的同步加速器15、输送装置16、照射装置18、控制装置20等。输送装置16的一部分以及照射装置18安装于旋转机架22的壳体。旋转机架22是用于在±180度的范围内从任意的方向对生物体照射碳束的旋转构造体。作为旋转机架的代替，也可以对具备能够在270度以下的范围内从任意的方向照射碳束的半机架(Half gantry)的粒子束治疗装置、不具备旋转机架的粒子束治疗装置，应用以下的结构。

在离子源12中生成碳离子。直线加速器14预备将碳离子加速。离子源12以及直线加速器14被称为入射系统。也可以采用图示的结构以外的入射系统。

同步加速器15作为主加速器发挥功能。具体而言，同步加速器15是将碳离子加速而提高其能量的装置。生物体内的碳束的到达深度取决于碳离子的能量。在同步加速器15中，碳离子的能量被提高至与照射点深度(层深度)对应的等级。能量的可变通过规定回转时间的频率的可变而进行。代替同步加速器15，也可以利用回旋加速器、同步回旋加速器等其他的加速器。作为碳束，从同步加速器15的射束取出器24取出具有恒定的能量的碳离子群。在该情况下，根据照射方式，连续地取出碳束，或者，取出碳束作为脉冲列。控制同步加速器15的动作，由此切换碳束的照射以及不照射。

经由包含输送管26等的输送装置16向照射装置18输送碳束。在图示的构成例中，输送装置16具有3个偏转电磁铁28、30、32。通过各个偏转电磁铁28、30、32，使碳束的轨道弯曲。输送装置16具备对碳束进行集束或者整形的多个四极电磁铁，但省略了它们的图示。此外，在各个电磁铁连接有电源，但也省略了它们的图示。

在图示的构成例中，在从同步加速器15出射的碳束的行进方向，在最终段的偏转电磁铁32的后段，即下游侧设置有照射装置18。图1表示照射装置18的第1实施例。照射装置18具有扫描部34以及移位部36。具体而言，在扫描部34的下游侧设置有移位部36。

此外，在图1中，Z方向为与碳束的行进方向(具体而言扫描中心轴方向)平行的方向。与Z方向正交的Y方向为与机架的旋转中心轴平行的方向。X方向为与Z方向以及Y方向正交的方向。等中心点(isocenter)O为目标中心点，其被定义为扫描中心轴与旋转机架22的旋转中心轴的交点。

扫描部34为进行碳束的二维扫描的机构。即，是沿Y方向以及X方向扫描碳束的机构。通过碳束的二维扫描，形成作为二维扫描领域的照射野。照射野通常能够定义为与扫描中心轴正交且横穿等中心点O的平面上的二维扫描领域。

具体而言，扫描部34具有从碳束的行进方向的上游侧按顺序配置的第1扫描电磁铁38以及第2扫描电磁铁40。例如，第1扫描电磁铁38是通过磁场的作用使碳束向Y方向偏转而进行扫描的电磁铁，第2扫描电磁铁40是通过磁场的作用使碳束向X方向偏转而进行扫描的电磁铁。在实施方式中，第1扫描电磁铁38与第2扫描电磁铁40相比进行更高速的扫描。也可以使第1扫描电磁铁38的性能与第2扫描电磁铁40的性能相同。另外，也可以在第1扫描电磁铁38以及第2扫描电磁铁40之间更换扫描方向、扫描速度。

移位部36是通过磁场导致的粒子束的轨道的弯曲，使由扫描部34形成的照射野移位的机构。换言之，移位部36是产生在扫描部34单体中无法获得的较大的照射野的机构。具体而言，在第1实施例中，移位部36由从碳束的行进方向的上游侧按顺序配置的第1移位电磁铁42与第2移位电磁铁44构成。例如，第1移位电磁铁42是通过磁场的作用使被扫描部34偏转的碳束进一步偏转而使照射野向Y方向移位的电磁铁。第2移位电磁铁44是通过磁场的作用使被扫描部34偏转的碳束进一步偏转而使照射野向X方向移位的电磁铁。也可以更换第1移位电磁铁42与第2移位电磁铁44的扫描方向。此外，将移位部36使由扫描部34形成的照射野移位而获得的较大的照射野称为扩大照射野。

通过向第1移位电磁铁42的电流供给的接通断开以及向第1移位电磁铁42供给的电流的朝向的切换，选择+Y方向移位、－Y方向移位以及无移位中的任一个。该情况下的移位级数(m)为3。同样地，通过向第2移位电磁铁44的电流供给的接通断开以及向第2移位电磁铁44供给的电流的朝向的切换，关于X方向，选择+X方向移位、－X方向移位以及无移位中的任一个。该情况下的移位层级数(n)为3。

在第1实施例中，通过移位部36，能够包含无移位的情况在内实现9组移位方式。由此，能够产生具有由扫描部34形成的照射野的9倍的大小的扩大照射野。因此，无需患者的位置的变更，便能够针对能够进入扩大照射野的较大的患部进行碳束的照射。

第1扫描电磁铁38与第1移位电磁铁42在进行向Y方向的碳束的偏转这点具有相同的功能，但第1扫描电磁铁38是高速进行动作的电磁铁，换言之是动态地控制的电磁铁。在与之的比较中，第1移位电磁铁42是低速进行动作的电磁铁，换言之是静态地控制的电磁铁。

若定量地进行比较，则第1扫描电磁铁38的磁场的稳定时间短于第1移位电磁铁42的磁场的稳定时间。第1扫描电磁铁38的磁场的稳定时间例如为数十μs左右，第1移位电磁铁42的磁场的稳定时间例如为数ms左右。磁场的稳定时间通常是从设定或者变更磁场生成的条件起至磁场的变动在将目标值规定为基准的恒定的范围内的时间。

若从其他的观点进行说明，则第1扫描电磁铁38的电感小于第1移位电磁铁42的电感。第1扫描电磁铁38的线圈匝数相当少，例如为10匝左右。对于这样的第1扫描电磁铁38流动较大的电流，由此生成具有碳束的扫描所需的强度的扫描磁场。第1移位电磁铁42的线圈匝数相对地看较多，例如为100匝左右。对于这样的第1移位电磁铁42流动相对地看较小的电流，由此生成具有碳束的弯曲所需的强度的移位磁场。此外，本申请说明书所记载的数值均只不过是例示。

第2扫描电磁铁40与第2移位电磁铁44的关系也和上述的第1扫描电磁铁38与第1移位电磁铁42的关系相同。即，第2扫描电磁铁40与第2移位电磁铁44在进行向X方向的碳束的偏转这点具有相同的功能，但第2扫描电磁铁40是高速进行动作的电磁铁，换言之是动态地控制的电磁铁。在与之的比较中，第2移位电磁铁44是低速进行动作的电磁铁，换言之是静态地控制的电磁铁。第2扫描电磁铁40的磁场的稳定时间短于第2移位电磁铁44的磁场的稳定时间。第2扫描电磁铁40的电感小于第2移位电磁铁44的电感。此外，在照射野尺寸或者倍率因照射野的移位而变化的情况下，应用校正。

在照射装置18中，在移位部36的下游侧设置有剂量监视器、碳束位置监视器、脊形过滤器(ridge filter)等，但在图1中，省略了它们的图示。相同地，在图1中，省略了载置生物体的治疗台、X射线照射装置、X射线检测装置等的图示。

此外，可以使第1扫描电磁铁38以及第2扫描电磁铁40一体化，也可以使第1移位电磁铁42以及第2移位电磁铁44一体化。在图1中，扫描部34与移位部36分离，但也可以使移位部36相对于扫描部34接近。

控制装置20通常由多台信息处理装置构成。各个信息处理装置具备根据程序进行动作的CPU。在图示的构成例中，控制装置20具有主控制部46以及多个个别控制部。主控制部46经由多个个别控制部控制碳束治疗装置10的整体。向主控制部46给予来自治疗计划装置的治疗计划信息54。在主控制部46中也可以包含治疗计划装置。在主控制部46也可以设置后述的参照图像形成部。

多个个别控制部包含有同步加速器控制部48、输送控制部50以及照射控制部52。对于其他的个别控制部，省略了其图示。同步加速器控制部48通过频率控制来控制碳束的能量。同步加速器控制部48也进行碳束的照射以及不照射的控制。照射控制部52进行扫描部34的控制以及移位部36的控制。在进行移位部36的控制时，照射控制部52进行向第1移位电磁铁42的电流供给的接通断开、向第1移位电磁铁42供给的电流的朝向的切换、向第2移位电磁铁44的电流供给的接通断开以及向第2移位电磁铁44供给的电流的朝向的切换。由此，照射野被阶段性地移位，而形成扩大照射野。

话虽如此，在碳束的能量较低的情况下，能够由扫描部34形成具有较大的尺寸的照射野，因此照射野移位的必要性变少。照射控制部52在碳束的能量为固定值以上的情况下执行照射野移位。当然，在不移位的状态下的照射野内含患部的情况下，不需要进行照射野的移位。

图2以及图3示出了比较例。图2示出了由扫描部形成的扫描磁场60。扫描磁场60是Y方向扫描磁场，省略X方向扫描磁场的图示。通过Y方向的碳束的扫描62，以及虽未示于图2但通过X方向的碳束的扫描，在照射面64上划分照射野。照射面64是通过等中心点O且与扫描中心轴正交的假想的面。

图3示出了比较例的照射野66。在图3中，横轴与X方向对应，纵轴与Y方向对应。符号68示出了照射点的Y方向扫描。在图示的例子中，Y方向为高速扫描方向(主扫描方向)，X方向为低速扫描方向(副扫描方向)。如该比较例所示，为了通过扫描部扩大照射野，需要进行用于增大扫描部的碳束的偏转角的磁场的强度的提高、或者扫描部与等中心点O之间的距离的增大。但是，根据前者的方法，为了使较大地偏转的碳束通过需要扩大磁极之间的距离、为了提高磁场强度而需要增加线圈的匝数，从而导致扫描部大型化。另外，存在因线圈的匝数增加而电感变高，磁场的稳定时间增大，即扫描速度下降的问题。另一方面，根据后者的方法，为了确保扫描部与等中心点O之间的距离，导致照射装置以及包含其在内的旋转机架大型化。因照射装置以及旋转机架的大型化，也产生制造成本的增加、碳束的照射位置精度的恶化的问题。

图4以及图5示出了第1实施例。图4利用符号60示出了由扫描部形成的扫描磁场，利用符号70示出了由移位部形成的移位磁场。扫描磁场60为Y方向扫描磁场，移位磁场70为Y方向移位磁场。省略了X方向扫描磁场以及X方向移位磁场的图示。

符号62示出了Y方向的无移位的情况下的碳束的扫描范围，符号72示出了进行向+Y方向的移位的情况下的碳束的扫描范围，符号74示出了进行向－Y方向的移位的情况下的碳束的扫描范围。即使在X方向，也应用同样的切换控制。

其结果，如图5所示，能够形成具有原来的照射野80的9倍的尺寸的扩大照射野78。扩大照射野78构成为9个照射野区域#1～#9的集合体。各个照射野区域#1～#9是构成扩大照射野78的1个单位，其实质是照射野。符号82示出了一个照射野区域内的照射点的Y方向扫描。

图6示出了第1实施例的移位部的控制方法。符号84示出了进行向Y方向的移位的第1移位电磁铁的控制条件。如已经说明的那样，若不向第1移位电磁铁流动电流(断开的情况下)，则不进行向Y方向的移位。若将向第1移位电磁铁流动的电流的朝向设为正方向(+的情况下)，则产生使碳束向+Y方向弯曲的磁场。若将向第1移位电磁铁流动的电流的朝向设为负方向(－的情况下)，则产生使碳束向－Y方向弯曲的磁场。

符号86示出了进行向X方向的移位的第2移位电磁铁的控制条件。如已经说明的那样，若不向第2移位电磁铁流动电流(断开的情况下)，则不进行向X方向的移位。若将向第2移位电磁铁流动的电流的朝向设为正方向(+的情况下)，则产生使碳束向+X方向弯曲的磁场。若将向第2移位电磁铁流动的电流的朝向设为负方向(－的情况下)，则产生使碳束向－X方向弯曲的磁场。通过Y方向的移位级数3以及X方向的移位级数3，如已经说明的那样，形成有9个照射野区域#1～#9。通过电流控制这样的简便的方法，能够从9个照射野区域#1～#9中选择所希望的照射野区域。

如以上那样，根据第1实施例，在与比较例的对比中，能够既维持扫描部的结构，又形成在X方向以及Y方向上3倍扩大的扩大照射野。移位部被静态地控制，因此制作移位部比较容易。

图7示出了照射序列。图示的照射序列在第1实施例中被执行，但即便在后述的其他的实施例中，也能够应用相同的照射序列。在各个扫描期间90，在选择的照射野区域内进行碳束的扫描(照射)。此时，对于扫描部应用动态的控制。即，以连续或者断续地反复变更照射位置的方式控制扫描部。

在相邻的2个扫描期间90之间设置有中断期间92。在各个中断期间92，为了防止生物体的无用的被曝光，而停止碳束的照射。如利用符号94表示的那样，在这样的照射停止状态下，切换移位部的动作条件，使照射野移位。即，进行从当前的照射野区域向接下来的照射野区域的变更。这在与上述的动态的控制的对比中能够称为静态的控制。针对移位部的动作条件的设定结束，在磁场稳定后，重新开始碳束的照射。在各个扫描期间，维持移位部的动作条件。其中，也可以根据磁场校正以外的需要，静态换句话说缓慢地变更其动作条件。各个扫描期间90例如在数百ms～数s的范围内，各个中断期间92例如为数ms。

图8中，作为流程图示出了第1实施例的动作。即使在以下说明的其他的实施例中也执行图8所示的各工序。

在S10中，通过主控制部的控制，设定深度。由此设定碳束的能量E。在能量E不到阈值E1的情况下，能够形成某种程度较大的照射野，因此判断为无需进行移位动作，执行S14。在S14中，通过扫描部34执行碳束的扫描。

另一方面，在S12中，在判断为能量E为阈值E1以上的情况下，在S16中，考虑作为照射对象的患部的尺寸，判断是否需要照射野移位，换句话说是否需要扩大照射野的形成。若不需要照射野移位，则执行上述的S14。若需要照射野移位，则执行S18。在S18中，选择照射野区域。即，选择移位方式。在移位部的设定结束后，在S20中，在被选择的照射野区域内执行碳束的扫描。在其结束后，在S22中，若需要针对其他的照射野区域的照射，则在S18中，在选择新的照射野区域后，在S20中执行针对该照射野区域的碳束的扫描。反复执行这样的过程直至在当前选择的层中对患部整体照射碳束为止。

在S24中，判断是否需要向其他层的变更，若需要其变更，则在S10中，设定与接下来的层的深度对应的碳束的能量。之后，反复执行S12以后的工序。

此外，也可以在治疗计划阶段执行S10。在上述的情况下，根据碳束的能量判断了是否需要移位的结果，执行实际的照射控制。

图9示出了第2实施例的照射装置。此外，对与图1所示的要素相同的要素赋予了同一符号，并省略了其说明。该情况即使在图10以后的各图中也同样如此。

在图9所示的第2实施例中，在偏转电磁铁30与偏转电磁铁32之间设置有扫描部34A。扫描部34A包含第1扫描电磁铁38A与第2扫描电磁铁40A。第1扫描电磁铁38A相当于图1所示的第1扫描电磁铁38，第2扫描电磁铁40A相当于图1所示的第2扫描电磁铁40。

在偏转电磁铁32的下游侧不经由扫描部而设置有移位部36A。与第1实施例相同地，移位部36A包含第1移位电磁铁42与第2移位电磁铁44。通过这样的结构，也能够通过扫描部的照射野移位而产生扩大照射野。

在不设置移位部36A而由扫描部34A单体形成较大的照射野的情况下，需要使扫描部34A中的最大扫描角度变大，与此对应，需要利用具有较大的间隙宽度的偏转电磁铁作为偏转电磁铁32。与此相对，根据第2实施例，能够使扫描部34A中的扫描角度变小，因此作为偏转电磁铁32，能够利用具有较小的间隙宽度的偏转电磁铁。即使在该情况下，也能够形成较大的照射野。此外，间隙宽度是一对磁极之间的尺寸或者距离。

图10示出了第3实施例的照射装置。在第3实施例中，扫描部96仅具备一个移位电磁铁98。移位电磁铁98在Y方向以及X方向内针对一个方向进行照射野移位。例如，移位电磁铁98是进行向Y方向的照射野移位的电磁铁。

在采用上述的结构的情况下，能够形成图11所示的扩大照射野100。扩大照射野100由3个照射野区域#1～#3构成。各个照射野区域#1～#3即各个照射野在图示的例子中，具有沿X方向伸长的形态。在图示的例子中，Y方向为高速扫描方向(参照符号102)。

图12示出了第4实施例的扩大照射野104。在第4实施例中，采用与图13所示的结构基本相同的结构。其中，移位电磁铁98进行向X方向的照射野移位。扩大照射野104由3个照射野区域#1～#3构成。各个照射野区域#1～#3即各个照射野在图示的例子中，具有沿Y方向伸长的形态。在图示的例子中，Y方向为高速扫描方向(参照符号108)。

此外，在第3实施例以及第4实施例中，也可以更换进行X方向扫描的扫描电磁铁与进行Y方向扫描的扫描电磁铁的顺序。或者，也可以更换进行高速扫描的扫描电磁铁与进行低速扫描的扫描电磁铁的顺序。也可以使各个照射野区域的形态或者尺寸彼此不同。

图13示出了第5实施例的扩大照射野110。在第5实施例中，X方向的移位级数(m)为5，Y方向的移位级数(n)也为5。由此形成有由25个照射野区域构成的扩大照射野110。在X方向，电流的值在5个级数(+2、+1、0、－1、－2)切换，在Y方向，电流的值也在5个级数(+2、+1、0、－1、－2)切换。通常，m为3以上的奇数，n也为3以上的奇数。

图14例示了治疗计划装置200。治疗计划装置200例如由信息处理装置构成。来自X射线CT装置、MRI装置等的生物体的图像信息204被发送至治疗计划装置200。基于该图像信息204制定治疗计划。在治疗计划装置200中生成的治疗计划信息54被发送至图1所示的主控制部。治疗计划装置200具有图像形成部202。图像形成部202是在治疗计划的过程中，在患部的组织像(剖面图像)合成区图像，由此形成参照图像的模块。图像形成部202例如由进行程序动作的CPU、图像形成处理器等构成。

图15例示了显示于显示器的显示图像114。显示图像114包含上述的参照图像116。参照图像116包含表示患部等的组织的组织像118与表示多个照射野区域的区图像120。在区图像120内，进行照射的照射野区域122a被高亮表现，另一方面，不进行照射，换句话说不进行基于移位的选择的照射野区域122b被半透明表现。这样，也可以识别显示是否是被进行照射的照射野区域。也可以在治疗中显示参照图像116。

图16示出了第1变形例。符号128示出了不进行移位的情况下的照射野。符号124示出了通过移位而形成的扩大照射野。在扩大照射野124的范围内，也可以根据患部126的位置以及尺寸，通过移位，形成照射野130。患部126虽不被照射野128覆盖，但被具有与其相同的尺寸的照射野130覆盖。根据该结构，在通过移位设定照射野后，也可以不使其进一步移位。

图17示出了第2变形例。在扩大照射野124的范围内，根据患部132的位置以及大小，设定由相互紧密连结的4个照射野构成的照射野集合134。照射野集合134在某意思中是扩大照射野，从该观点来看，其由4个照射野区域#1～#4构成。根据第2变形例，能够减少移位的次数。

根据以上说明的实施方式，并用使响应特性优先的扫描部与使偏转特性优先的移位部，由此能够兼顾照射装置的小型化与照射野的扩大。特别是，在被动态地控制的扫描部的后段设置被静态地控制的移位部，因此能够大幅减少照射装置的设计、制作以及控制时产生的诸多困难。上述实施方式的结构特别期望应用于具备了旋转机架的重粒子束治疗装置，但上述实施方式的结构也可以应用于其他的粒子束治疗装置。

符号的说明

10－碳束治疗装置，

12－离子源，

14－线性加速器，

15－同步加速器，

16－输送装置，

18－照射装置，

20－控制装置，

22－旋转机架，

34－扫描部，

36－移位部，

38－第1扫描电磁铁，

40－第2扫描电磁铁，

42－第1移位电磁铁，

44－第2移位电磁铁，

78－扩大照射野，

80－照射野。

Claims (10)

1.一种粒子束治疗装置，其特征在于，包括：

扫描部，其扫描粒子束而产生照射野；

移位部，其通过从所述扫描部离开的粒子束的偏转使所述照射野移位而产生扩大照射野；以及

控制部，其在进行所述粒子束的扫描的扫描期间动态地切换所述扫描部的动作条件，在不进行所述粒子束的照射的中断期间静态地切换所述移位部的动作条件。

2.根据权利要求1所述的粒子束治疗装置，其特征在于，

所述扫描部具有：

第1扫描电磁铁，其沿与扫描中心轴方向正交的第1扫描方向扫描所述粒子束；以及

第2扫描电磁铁，其沿与所述扫描中心轴方向以及所述第1扫描方向正交的第2扫描方向扫描所述粒子束，

所述移位部具有使所述照射野沿所述第1扫描方向移位的第1移位电磁铁。

3.根据权利要求2所述的粒子束治疗装置，其特征在于，

由所述第1扫描电磁铁形成的磁场的稳定时间短于由所述第1移位电磁铁形成的磁场的稳定时间。

4.根据权利要求2所述的粒子束治疗装置，其特征在于，

所述第1扫描电磁铁的电感小于所述第1移位电磁铁的电感。

5.根据权利要求2所述的粒子束治疗装置，其特征在于，

所述移位部的所述第1扫描方向的移位级数为m个，其中，m为3以上的奇数。

6.根据权利要求2所述的粒子束治疗装置，其特征在于，

所述移位部具有使所述照射野沿所述第2扫描方向移位的第2移位电磁铁。

7.根据权利要求6所述的粒子束治疗装置，其特征在于，

所述移位部的所述第1扫描方向的移位级数为m个，其中，m为3以上的奇数，

所述移位部的所述第2扫描方向的移位级数为n个，其中，n为3以上的奇数，

所述扩大照射野相当于m×n个照射野区域的集合。

8.根据权利要求1所述的粒子束治疗装置，其特征在于，

根据所述粒子束的能量，判断是否需要进行所述照射野的移位。

9.根据权利要求1所述的粒子束治疗装置，其特征在于，

所述粒子束治疗装置包括形成包含组织像的参照图像的参照图像形成部，

所述参照图像包含区图像，所述区图像是合成于所述组织像的像，且表示由所述照射野的移位形成的多个照射野区域，

在治疗计划阶段以及治疗中的至少一方显示所述参照图像。

10.一种照射野形成方法，其特征在于，包括：

通过治疗用的粒子束的扫描产生照射野的工序、以及

通过扫描后的所述粒子束的偏转使所述照射野移位而产生扩大照射野的工序，

在进行所述粒子束的扫描的扫描期间动态地切换动作条件，在不进行所述粒子束的照射的中断期间静态地切换动作条件。

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