DE102010036046B4

DE102010036046B4 - Teilchenstrahlbestrahlungsvorrichtung und Teilchenstrahlbestrahlungsverfahren

Info

Publication number: DE102010036046B4
Application number: DE102010036046A
Authority: DE
Inventors: Yasushi Iseki; Masao Takahashi; Katsushi Hanawa; Kazunao MAEDA; Atsuo Inoue; Teruyasu NAGAFUCHI; Nobukazu Kakutani
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2009-09-02
Filing date: 2010-09-01
Publication date: 2013-02-28
Anticipated expiration: 2030-09-02
Also published as: CN102000398A; US8334509B2; US20110049372A1; JP2011050585A; CN102000398B; DE102010036046A1; JP5023122B2

Abstract

Teilchenstrahbestrahlungsvorrichtung, mit: einer Strahlerzeugungseinheit (10), die einen Teilchenstrahl erzeugt; einer Strahlemissionssteuerungseinheit (20), die die Emission des Teilchenstrahls steuert; einer Strahlabtastanzeigeeinheit (40), die eine Position des Teilchenstrahls der Reihe nach für jeden von Schnitten zweidimensional angibt, die durch Teilen eines betroffenen Bereichs (200), der zu bestrahlen ist, in axialer Richtung des Teilchenstrahls erhalten werden; einer Strahlabtasteinheit (30), die mit dem Teilchenstrahl zweidimensional abtastet, basierend auf einem Anzeigesignal der Strahlabtastanzeigeeinheit (40); einem Phosphorfilm (90), der zwischen der Strahlabtasteinheit (40) und einem Patienten (100) bereitgestellt ist und Licht in einem Ausmaß entsprechend der Teilchendosis des hindurchgesendeten Teilchenstrahls emittiert; einer Bildgebungseinheit (91), die den Phosphorfilm (90) für jeden der Schnitte abbildet; und einer Anzeigeneinheit (92), die eine Bestrahlungsdosisverteilung von jedem der Schnitte aus Bilddaten gewinnt, die durch die Bildgebungseinheit abgebildet werden, und die gewonnene Bestrahlungsdosisverteilung, die zu einer Abtastposition des Teilchenstrahls gehört, anzeigt.

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Teilchenstrahlbestrahlungsvorrichtung und ein Teilchenstrahlbestrahlungsverfahren, und insbesondere eine Teilchenstrahlbestrahlungsvorrichtung und ein Teilchenstrahlbestrahlungsverfahren zur Krebsbehandlung durch Bestrahlen eines betroffenen Bereichs mit einen schweren Teilchenstrahl, wie beispielsweise Kohlenstoff, Protonenstrahl, oder dergleichen.
Beschreibung des zugehörigen Standes der Technik
JP 2008-049145 A offenbart ein Dosimetriesystem, das in einer drahtlosen Art und Weise eine Echtzeitmessung einer Strahlendosis erlaubt, die an einen lebenden Körper gegeben wird.
US 5 142559 A betrifft die Ausrichtung von Bestrahlungsinstrumenten, beispielsweise therapeutische Maschinen und Simulatoren, die zur Krebsbehandlung verwendet werden.
D. G. Drake et al.: Characterization of a fluoroscopic imaging system for kV and MV radiography, Med. Phys., 27, 2000, S. 898–905 beschreibt die Charakterisierung eines Fluoreszenz-Bildgebungssystems für die kV- und MV-Radiographie.
DE 196 06 809 C1 betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung der drei-dimensionalen mittleren Energieverteilung im Photonenfeld von Linearbeschleunigem.
Gegenwärtig ist Krebs die führende Todesursache in Japan, und mehr als 300.000 Menschen sterben jährlich an Krebs. Angesichts derartiger Umstände ist der Teilchenradiotherapie sehr viel Aufmerksamkeit geschenkt worden, bei der ein schwerer Teilchenstrahl, wie beispielsweise ein Kohlenstoffstrahl, Protonenstrahl oder dergleichen, verwendet wird, der hervorragende Eigenschaften aufweist, wie beispielsweise eine hohe therapeutische Wirkung, wenig Nebenwirkungen, wenig Belastung für den Körper, und dergleichen. Gemäß diesem Behandlungsverfahren wird eine Krebszelle mit einem Teilchenstrahl bestrahlt, der von einem Beschleuniger ausgesendet wird, wodurch die Krebszelle getötet werden kann, während gesunde Zellen wenig beeinträchtigt werden.
Ein derartiges Behandlungsverfahren ist ein gegenwärtig verfügbares Teilchenstrahlbestrahlungsverfahren, das Breitstrahlverfahren genannt wird. Dieses Breitstrahlverfahren weitet einen Teilchenstrahl durch ein Verfahren, das Wobbler-Verfahren oder Doppelstreuverfahren genannt wird, zu einem Strahldurchmesser auf, der gleich oder größer ist als eine Größe eines betroffenen Bereichs. Ein Messingkollimator, der Formungskollimator bzw. formgebender Kollimator genannt wird, wird dann verwendet, um ein Bestrahlungsfeld zu begrenzen, wodurch die Strahlform im Wesentlichen an die Form des betroffenen Bereichs angepasst wird. Darüber hinaus wird die Reichweite des Strahls durch eine Strahlbereichaufweitungsvorrichtung, die als „Ridge-Filter” bezeichnet wird, in Strahlverlaufsrichtung (in Strahlachsenrichtung) aufgeweitet; die Strahlstoppposition wird an die Form des betroffenen Bereichs (Umriss) an einer tieferen Position angepasst durch eine Strahlreichweiteneinstellungsvorrichtung aus Polyethylen, die Bolus genannt wird.
Das oben genannte Breitstrahlverfahren kann jedoch nicht exakt den Strahl an die Form des betroffenen Bereichs dreidimensional angepasst werden und ist folglich begrenzt auf das Reduzieren der Wirkung auf gesunde Zellen um den betroffenen Bereich herum. Darüber hinaus gibt es ein anderes Problem dahingehend, dass der Formungskollimator und der Bolus für jeden betroffenen Bereich (sowie für jede Bestrahlungsrichtung zu dem betroffenen Bereich hin) hergestellt werden, und folglich bleiben diese als radioaktiver Abfall nach der Behandlungsbestrahlung übrig.
Angesichts dieser Tatsachen ist als ein weiteres fortgeschrittenes Bestrahlungsverfahren für die Teilchenradiotherapie ein 3D-Bestrahlungsverfahren entwickelt worden, um die Krebszellen mit größerer Genauigkeit, durch dreidimensionales Bestrahlen des betroffenen Bereichs in dem Körper, zu eliminieren (siehe Patentdokument 1 (Japanische Patentoffenlegung Nr. JP 2009-66106 A )).
Dieses Verfahren schneidet virtuell einen Behandlungsbereich in kleine rechteckige Festkörper bzw. Teile, die 3D-Gitterpunkte haben, und bestrahlt jeden Gitterpunkt. Ein derartiges 3D-Bestrahlungsverfahren erlaubt eine Anpassung des Strahls an den betroffenen Bereich mit guter Genauigkeit, auch in Strahlachsenrichtung, ohne die Verwendung eines Formungskollimators oder eines Bolus, und kann folglich verhindern, dass gesunde Zellen bestrahlt werden, verglichen mit einem herkömmlichen 2D-Bestrahlungsverfahren.
Dieses 3D-Abtastbestrahlungsverfahren bestrahlt einen betroffenen Bereich folgendermaßen: Um von einer Körperoberfläche aus die Tiefenposition einzustellen, die die Strahlenergie erreicht, wird zuerst die Bestrahlungsstrahlenergie ausgewählt. Dann wird ein Abtastelektromagnet verwendet, um eine Oberfläche (Schnitt) senkrecht zu der Strahlachse bei der Tiefe in X- und Y-Richtung zweidimensional abzutasten, um einen entsprechenden Schnitt des betroffenen Bereichs mit Strahlen zu bestrahlen. Wenn alle Regionen des betroffenen Bereichs auf dem Schnitt abgetastet sind, dann wird die Strahlenergie derart geändert, dass die Strahltiefenposition auf den nächsten Schnitt eingestellt wird, und die Regionen des betroffenen Bereichs auf dem Schnitt werden in der gleichen Art und Weise abgetastet. Eine derartige Bestrahlung wird für alle Schnitte wiederholt, die durch Schneiden des betroffenen Bereichs in Tiefenrichtung erhalten werden, bis die Bestrahlung des gesamten betroffenen Bereichs beendet ist.
Wenn die Bestrahlung durchgeführt wird, ist es bezüglich der Sicherstellung der Behandlungssicherheit wichtig, zu bestätigen, wie die Bestrahlung durchgeführt wird. Als eines der Verfahren wird ein Spotpositionsüberwacher bzw. Fleckpositionsüberwacher zur Überprüfung der Strahlposition bei Bedarf stromabwärts- bzw. strahlabwärtsseitig von dem Abtastelektromagneten bereitgestellt. Beispiele für Spotpositionsüberwacher enthalten einen Überwacher, der ein Ionisierungskammersystem verwendet, das eine Signalelektrode in ein Mehrband (Mehrbandelektrode) unterteilt, oder einen Überwacher, der ein Multiwire Proportional Counter(MWPC)-System verwendet.
Die Information, die man von diesen Überwachern erhält, ist jedoch lediglich Positionsinformation, die das Zentrum jedes Strahlspots diskret angibt, und folglich kann man keine kontinuierliche Dosisverteilung, die als eine überlappte Spotstrahlform gebildet wird, von dem Spotpositionsüberwacher erhalten.
Für einen Arzt oder einen Benutzer ist es eigentlich wünschenswert, in der Lage zu sein, ein Dosisprofil (eine zweidimensionale Verteilung der Dosis in X- und Y-Richtung oder eine 1D-Verteilung der Dosis in X- oder Y-Richtung, die aus der 2D-Verteilung extrahiert worden ist) visuell während der Bestrahlung zu bestätigen. Wenn beispielsweise ein Dosisprofil für jeden Schnitt angezeigt wird, kann der Arzt oder der Benutzer die Behandlung durchführen, während er bestätigt, dass die Bestrahlung korrekt durchgeführt wird, und folglich kann der Arzt oder der Benutzer die Behandlung mit einem sicheren Gefühl durchführen. Ein derartiges Verfahren der Überwachung des Dosisprofils während der Bestrahlung ist jedoch gegenwärtig nicht verfügbar.
Angesichts derartiger Umstände ist die vorliegende Erfindung gemacht worden, und die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Teilchenstrahlbestrahlungsvorrichtung und eines Teilchenstrahlbestrahlungsverfahrens, die eine visuelle und quantitative Bestätigung bereitstellen, inwieweit die Bestrahlung tatsächlich durchgeführt wird, indem eine 2D- oder 1D-Verteilung der Dosis während der Teilchenstrahlbestrahlung überwacht wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Um die obigen Probleme zu lösen, enthält eine Teilchenstrahlbestrahlungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung: Eine Strahlerzeugungseinheit, die einen Teilchenstrahl erzeugt; eine Strahlemissionssteuerungseinheit, die die Emission des Teilchenstrahls steuert; eine Strahlabtastanzeigeneinheit, die eine Position des Teilchenstrahls der Reihe nach für jeden der Schnitte zweidimensional angibt, die erhalten werden durch Teilen eines betroffenen Bereichs, der zu bestrahlen ist, in axialer Richtung des Teilchenstrahls; eine Strahlabtasteinheit, die den Teilchenstrahl basierend auf einem Anzeigesignal von der Strahlabtastanzeigeeinheit zweidimensional scannt; einen Phosphorfilm, der zwischen der Strahlabtasteinheit und einem Patienten bereitgestellt ist und Licht in einem Ausmaß entsprechend einer Teilchendosis des durch ihn hindurch gesendeten Teilchenstrahls emittiert; eine Bildgebungseinheit, die den Phosphorfilm für jeden der Schnitte abbildet; und eine Anzeigeneinheit, die eine Strahlungsdosisverteilung von jedem der Schnitte von Bilddaten gewinnt, die durch die Bildgebungseinheit abgebildet werden, und die die gewonnene Strahlungsdosisverteilung, die zu einer Abtastposition des Teilchenstrahls gehört, anzeigt.
Darüber hinaus enthält ein Teilchenstrahlbestrahlungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung die Schritte: Erzeugen eines Teilchenstrahls; Steuern einer Emission des Teilchenstrahls; zweidimensionales Anzeigen einer Position des Teilchenstrahls der Reihe nach für jeden der Schnitte, die erhalten werden durch Teilen eines betroffenen Bereichs, der zu bestrahlen ist, in axialer Richtung des Teilchenstrahls; zweidimensionales Abtasten mit dem Teilchenstrahl basierend auf der angegebenen Position des Teilchenstrahls; Abbilden eines Phosphorfilms für jeden der Schnitte, der zwischen der Strahlabtasteinheit und einem Patienten bereitgestellt ist und Licht in einem Ausmaß entsprechend einer Teilchendosis des durch ihn hindurch gesendeten Teilchenstrahls emittiert; Gewinnen einer Strahlungsdosisverteilung von jedem der Schnitte aus Bilddaten, die erhalten werden durch Abbilden des Phosphorfilms; und Anzeigen der gewonnenen Bestrahlungsdosisverteilung, die zu einer Abtastposition des Teilchenstrahls gehört.
Die Teilchenstrahlbestrahlungsvorrichtung und das Teilchenstrahlbestrahlungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung können eine visuelle und quantitative Bestätigung, inwieweit die Bestrahlung tatsächlich durchgeführt wird, bereitstellen, indem eine 2D- oder 1D-Verteilung der Dosis während der Teilchenstrahlbestrahlung überwacht wird.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 zeigt ein Anordnungsbeispiel einer herkömmlichen Teilchenstrahlbestrahlungsvorrichtung;
2 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Beispiel eines herkömmlichen Teilchenstrahlbestrahlungsverfahrens zeigt;
3 zeigt ein Beispiel eines bekannten Strahlbestrahlungsmusters für einen Schnitt;
4 zeigt ein Beispiel eines Strahlpositionsüberwachungsverfahrens gemäß dem herkömmlichen Teilchenstrahlbestrahlungsverfahren;
5 zeigt ein Anordnungsbeispiel einer Teilchenstrahlbestrahlungsvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
6 zeigt schematisch ein Anordnungsbeispiel einer Bildgebungseinheit;
7 zeigt eine erste Abbildung, die ein Beispiel der Wellenlänge von Raumlicht und Phosphor und ein Wellenlängenauswahlfilter verdeutlicht;
8 zeigt eine zweite Abbildung, die ein Beispiel der Wellenlänge von Raumlicht und Phosphor und ein Wellenlängenauswahlfilter verdeutlicht;
9 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Beispiel eines Teilchenstrahlbestrahlungsverfahren gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel verdeutlicht;
10A–10E zeigen Zeitablaufdiagramme, die ein Beispiel des Teilchenstrahlbestrahlungsverfahrens gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel verdeutlichen;
11A–11C zeigen ein Anzeigebeispiel eines Dosisprofils und ein Konzept eines Bestrahlungsstatusüberwachungsverfahrens;
12 zeigt ein Anordnungsbeispiel einer Teilchenstrahlbestrahlungsvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
13A–13G zeigen Zeitablaufdiagramme, die ein Beispiel des Teilchenstrahlbestrahlungsverfahrens gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel verdeutlichen; und
14 zeigt ein Anordnungsbeispiel einer Teilchenstrahlbestrahlungsvorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.
Detaillierte Beschreibung
Unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Teilchenstrahlbestrahlungsvorrichtung und des Teilchenstrahlbestrahlungsverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
(1) Anordnung und Betrieb einer herkömmlichen Vorrichtung
1 zeigt ein Anordnungsbeispiel einer herkömmlichen Teilchenstrahlbestrahlungsvorrichtung 300 für einen Vergleich mit der Teilchenstrahlbestrahlungsvorrichtung 1 (5) gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Teilchenstrahlbestrahlungsvorrichtung 300 ist aufgebaut, um eine Strahlerzeugungseinheit 10, eine Strahlemissionssteuerungseinheit 20, eine Strahlabtasteinheit 30, eine Vakuumröhre 31, eine Strahlabtastanzeigeeinheit 40, eine Dosissüberwachungseinheit 50, eine Positionsüberwachungseinheit 51, einen Ridge-Filter 60 und einen Bereichsverschieber 70 bzw. Reichweitenverschieber zu enthalten.
Die Teilchenstrahlbestrahlungsvorrichtung 300 ist eine Krebsbehandlungsvorrichtung, die einen betroffenen Bereich 200 eines Krebspatienten 100 mit einem Teilchenstrahl mit hoher Geschwindigkeit bestrahlt, der erhalten wird durch Beschleunigen von Teilchen, wie beispielsweise Kohlenstoff, Protonen oder dergleichen. Die Teilchenstrahlbeschleunigungsvorrichtung 300 kann ein 3D-Abtastbestrahlungsverfahren ausüben, durch welches der betroffene Bereich 200 in 3D-Gitterpunkte diskretisiert wird, und ein Teilchenstrahl mit kleinem Durchmesser sequentiell über jeden Gitterpunkt abtastet bzw. scannt. Spezieller wird der betroffene Bereich 200 in Schnitte oder flache plattenähnliche Einheiten in axialer Richtung des Teilchenstrahls (in z-Achsenrichtung in dem Koordinatensystem, das in dem oberen rechten Bereich von 1 gezeigt ist) unterteilt. Dann wird ein 3D-Abtasten durchgeführt durch sequentielles Abtasten eines 2D-Gitterpunkts (Gitterpunkt in X- und Y-Achsenrichtung in dem Koordinatensystem, das in dem oberen rechten Bereich von 1 gezeigt ist) jedes Schnitts, wie beispielsweise eines unterteilten Schnitts Z_i, eines Schnitts Z_i+1 und eines Schnitts Z_i+2.
Die Strahlerzeugungseinheit 100 erzeugt Teilchen, wie beispielsweise Kohlenstoffionen und Protonen, und erzeugt einen Teilchenstrahl, indem ein Beschleuniger (Hauptbeschleuniger) verwendet wird, wie beispielsweise ein Synchrotron, um die Teilchen auf eine Energie zu beschleunigen, mit der tief in den betroffenen Bereich 200 eingedrungen werden kann.
Die Strahlemissionssteuerungseinheit 20 führt eine EIN/AUS-Steuerung der Emission des erzeugten Teilchenstrahls basierend auf einem Steuerungssignal durch, das von der Steuerungseinheit 80 ausgegeben wird.
Die Strahlabtasteinheit 30 scannt eine Schnittoberfläche zweidimensional durch Ablenken des Teilchenstrahls in X- und Y-Achsenrichtung. Die Strahlabtasteinheit 30 enthält einen Y-Elektromagneten 30a zum Abtasten in der Y-Richtung und einen X-Elektromagneten 30b zum Abtasten in der X-Richtung. Ein Ansteuerstrom jedes Elektromagneten wird als Anzeigensignal, das eine Abtastposition angibt, an den Y-Elektromagneten 30a und den X-Elektromagneten 30b von der Strahlabtastanzeigeneinheit 40 angelegt.
Der Bereichsverschieber 70, der auch Reichweitenverschieber genannt wird, steuert die Position in der Z-Achsenrichtung des betroffenen Bereichs 200. Der Bereichsverschieber 70 ist aufgebaut aus beispielsweise einer Mehrzahl von Acrylplatten mit unterschiedlichen Dicken. Eine Kombination dieser Acrylplatten kann schrittweise die Energie oder den inneren Bereich des Teilchenstrahls, der durch den Bereichsverschieber 70 verläuft, gemäß der Position eines Schnitts in der Z-Richtung des betroffenen Bereichs 200 ändern. Der innere Bereich wird im Allgemeinen durch den Bereichsverschieber 70 derart gesteuert, um mit gleichem Intervall geändert zu werden. Dieses Intervall entspricht dem Intervall zwischen Gitterpunkten in der Z-Achsenrichtung. Man beachte, dass das Verfahren zum Steuern des inneren Bereichs nicht nur das Verfahren zum Einfügen eines Dämpfungsobjekts, wie beispielsweise des Bereichsverschiebers 70, entlang des Pfads des Teilchenstrahls umfasst, sondern auch ein Verfahren zum Ändern der Energie des Teilchenstrahls selbst, indem eine stromaufwärts- bzw. strahlaufwärtsseitige Vorrichtung gesteuert wird.
Das Ridge-Filter 60 ist bereitgestellt zum Spreizen eines scharfen Dosispeaks in einer internen Tiefenrichtung, der als Bragg-Peak bezeichnet wird. Das Ridge-Filter 60 stellt die Spreizbreite des Bragg-Peaks so ein, dass sie gleich der Dicke des Schnitts ist, oder dem Gitterpunktintervall in Z-Achsenrichtung. Das Ridge-Filter 60 für die 3D-Abtastbestrahlung ist aufgebaut durch Anordnen einer Mehrzahl von stangenförmigen Aluminiumbauteilen, die eine Querschnittsform aufweisen, die im Wesentlichen einem gleichschenkligen Dreieck entspricht. Der Unterschied in der Pfadlänge, der auftritt, wenn ein Teilchenstrahl durch das gleichschenklige Dreieck verläuft, kann verwendet werden, um den Bragg-Peak aufzuspreizen, und die gleichschenklige Dreiecksform kann verwendet werden, um die Spreizbreite auf einen gewünschten Wert einzustellen.
Die Dosisüberwachungseinheit 50 überwacht eine Bestrahlungsdosis und ist derart aufgebaut, dass eine Ionisierungskammer, die Ladungen sammelt, die durch Ionisierung eines Teilchenstrahls durch parallele Elektroden erzeugt werden, in ihrem Gehäuse bereit gestellt ist, und eine SEM(Secondary Electron Monitor)-Vorrichtung, die Sekundärelektronen misst, die von einem Sekundärelektronenfreigabefilm freigegeben werden, der in dem Gehäuse angeordnet ist.
Die Positionsüberwachungseinheit 51 bestimmt, ob ein Teilchenstrahl, der durch die Strahlabtasteinheit 30 abtastet, sich an einer korrekten Position befindet. Mit einem Aufbau ähnlich dem Aufbau der Dosisüberwachungseinheit 50 kann die Positionsüberwachungseinheit 51 Elektroden haben zum Sammeln von Ladungen, die beispielsweise unterteilt sind in eine Streifenform, oder kann Elektroden aufweisen, die gebildet sind aus einer Mehrzahl von Drähten, die Seite an Seite in X- und Y-Richtung angeordnet sind.
Die Steuerungseinheit 80 hat die vollständige Kontrolle über die Teilchenstrahlbestrahlungsvorrichtung 1, und führt eine EIN/AUS-Steuerung der Strahlemission für die Strahlemissionssteuerungseinheit 20 durch, liefert eine Strahlabtastanzeige für die Strahlabtastanzeigeneinheit 40, und führt eine Bereichsverschiebungssteuerung (Reichweiten- bzw. Eindringtiefensteuerung) auf Grund einer Schnittänderung für den Bereichsverschieber 70 durch, und dergleichen.
Die Strahlabtastanzeigeeinheit 40 bestimmt eine Abtastposition und eine Abtastzeitgebung in X- und X-Richtung jedes Schnitts basierend auf einer Anzeige von der Steuerungseinheit 80, und gibt einen Ansteuerstrom für den Y-Elektromagneten 30a und den X-Elektromagneten 30b an die Strahlabtasteinheit 30.
2 zeigt ein Flussdiagramm, das ein grundlegendes Beispiel einer 3D-Abtastbestrahlung durch eine herkömmliche Vorrichtung verdeutlicht.
Zuerst wird ein betroffener Bereich virtuell in eine Mehrzahl von Schnitte bezüglich einer Strahlachse unterteilt, und einer der unterteilten Schnitte wird ausgewählt. Beispielsweise wird zuerst ein Schnitt Zi, der sich an der tiefsten Position des betroffenen Bereichs befindet, ausgewählt. Gemäß der Position des ausgewählten Schnitts werden darüber hinaus eine Teilchenstrahlschallenergie und eine Kombination der Acrylplatten in dem Bereichsverschieber 70 ausgewählt und eingestellt (Schritt ST1).
Dann wird gemäß der Form des betroffenen Bereichs in dem tiefsten Schnitt die Anzahl von Gitterpunkten (M), die mit einem Teilchenstrahl bestrahlt werden, und die Position eines Gitterpunkts (Xi, Yi [i = 1 bis M], also ein Bestrahlungszielspot, ausgewählt, und die Strahlabtasteinheit 30 stellt eine Teilchenstrahlrichtung zu der Gitterpunktposition (Xi, Yi) auf dem Schnitt ein (Schritt ST2). Anschließend beginnt eine Teilchenstrahlemission (Schritt ST3). Ein Teilchenstrahl, der von der Strahlabtasteinheit 30 ausgegeben wird, wird durch das Ridge-Filter 60 derart aufgeweitet, dass die Energieverteilung in Z-Achsenrichtung erweitert wird, um eine interne Bereichsverteilungsbreite (Reichweitenverteilungsbreite) an die Schnittbreite anzupassen.
Die Bestrahlungsdosis zu dem Gitterpunkt (Xi, Yi) wird durch die Dosisüberwachungseinheit 50 überwacht. Wenn die Bestrahlungsdosis für den Zielgitterpunkt eine geplante Dosisgröße erreicht, wird ein Dosisendesignal an die Steuerungseinheit 80 ausgegeben. Dann empfängt die Steuerungseinheit 80 dieses Signal (Schritt ST4).
Das 3D-Abtastbestrahlungsverfahren ist grob unterteilt in ein Spotabtastverfahren und ein Rasterabtastverfahren. Das Spotabtastverfahren stoppt die Strahlemission, während die Teilchenstrahlposition von einem zum nächsten Gitterpunkt bewegt wird, und setzt die Strahlemission fort, nachdem die Bewegung beendet ist. Folglich wird die Strahlemission unterbrochen, während der gleiche Schnitt abgetastet wird.
Im Gegensatz dazu setzt das Rasterabtastverfahren die Strahlemission ohne zu stoppen fort, während eine Teilchenstrahlposition von einem Gitterpunkt zu einem nächsten Gitterpunkt bewegt wird. Mit anderen Worten, die Strahlemission wird fortgesetzt ohne anzuhalten, während der gleiche Schnitt abgetastet wird.
Man beachte, dass unabhängig davon, ob das Verfahren das Spotabtastverfahren oder das Rasterabtastverfahren ist, die Teilchenstrahlposition an jedem Gitterpunkt anhält, bis der Teilchenstrahl eine geplante Dosis erreicht, und zu einem nächsten Gitterpunkt sich bewegt, wenn der Teilchenstrahl die geplante Dosis erreicht hat.
In Schritt ST5 erfolgt eine Bestimmung, ob das Verfahren ein Spotabtastverfahren oder ein Rasterabtastverfahren ist. Wenn das Verfahren ein Spotabtastverfahren ist, wird die Strahlemission vorübergehend angehalten (Schritt ST6), und die Strahlposition wird zu einem nächsten Spot bewegt. Dieser Prozess wird wiederholt, bis ein Endspot des Zielschnitts erreicht ist (Schritt ST7).
Wenn das Verfahren kein Spotabtastverfahren ist, also wenn das Verfahren ein Rasterabtastverfahren ist, wird die Strahlemission dagegen fortgesetzt, ohne die Strahlemission anzuhalten, bis ein Endspot erreicht ist.
Wenn die Bestrahlung eines Schnitts beendet ist (ST7: JA), wird unabhängig davon, ob das Verfahren das Spotabtastverfahren oder das Rasterabtastverfahren ist, die Strahlemission vorübergehend angehalten (ST8), und der Prozess kehrt zu Schritt ST1 zurück, wo ein nächster Schnitt ausgewählt und die Einsstellung des Bereichsverschiebers 70 geändert wird. Der obige Prozess wird wiederholt, bis ein Endschnitt erreicht ist (Schritt ST9).
Jeder Parameter, der für die obige Bestrahlungsprozedur erforderlich ist, ist in einer Datendatei gespeichert, die als Bestrahlungsmusterdatei bezeichnet wird, und wird an die Steuerungseinheit 80 übertragen, bevor die Behandlungsbestrahlung startet. Die Bestrahlungsmusterdatei enthält eine Bereichsverschieberdicke, die eine Schnittposition für jeden Gitterpunkt bereitstellt, einen Ansteuerstromwert für den Y-Elektromagneten 30a und den X-Elektromagneten 30b, die eine Strahlposition bereitstellten, die einem Gitterpunkt (XY) entspricht, eine Bestrahlungsdosis jedes Gitterpunkts, und dergleichen, die in der Reihenfolge der Bestrahlung geschrieben bzw. gespeichert sind.
3 zeigt ein Beispiel eines Abtastmusters auf einem Schnitt. Ein Spurenmuster von einem Startgitterpunkt „A” bis zu Endgitterpunkt „B” wird durch einen Behandlungsplan bestimmt, und ein Teilchenstrahl tastet sequentiell unidirektional entlang des Spurenmusters ab.
4 verdeutlicht ein Konzept eines herkömmlichen Teilchenstrahlpositionsüberwachungsverfahrens. Wie oben beschrieben, wird eine Strahlposition basierend auf einem Signal von der Positionsüberwachungseinheit 51 überwacht. 4a zeigt schematisch die Positionsüberwachungseinheit 51, die ein Ionisierungskammersystem verwendet, das eine Signalelektrode in einen Multistreifen unterteilt. In diesem System ist eine große Anzahl von Elektroden auf einem Streifen in X- und Y-Richtung angeordnet, und ein Signal mit einem Pegel, der der Dosis des übertragenen Teilchenstrahls entspricht, wird von jedem Streifen ausgegeben. Ein Teilchenstrahl verläuft durch eine Mehrzahl von Streifen, und folglich wird ein Signal von der Mehrzahl von Streifen ausgegeben. Die Steuerungseinheit 80 schätzt eine Zentrumsposition des Teilchenstrahls in X- und Y-Richtung, indem das Zentrum der Gravitation der Mehrzahl von Signalen berechnet wird. Ferner, wie in 4B gezeigt, kann eine geschätzte Zentrumsposition visuell mit einem geplanten Wert (Sollwert) einer Strahlabtastposition verglichen werden.
Information, die von der Positionsüberwachungseinheit 51 erhalten wird, ist jedoch lediglich Information, die diskret eine geschätzte Zentrumsposition jedes Strahlspots angibt, und folglich kann keine kontinuierliche Dosisverteilung, die als eine überlappte Spotstrahlform gebildet ist, von der Positionsüberwachungseinheit 51 erhalten werden.
Ein Arzt oder ein anderer Benutzer möchte eigentlich in der Lage sein, ein Dosisprofil (eine 2D-Verteilung der Dosis in X- und Y-Richtung oder eine 1D-Verteilung der Dosis in X- und Y-Richtung, die aus der 2D-Verteilung extrahiert wird) während der Bestrahlung visuell zu bestätigen. Wenn beispielsweise ein Dosisprofil für jeden Schnitt angezeigt wird, kann der Arzt oder der Benutzer die Behandlung durchführen, während er bestätigt, dass die Bestrahlung korrekt durchgeführt wird, und folglich kann der Arzt oder der andere Benutzer die Behandlung mit einem sicheren Gefühl durchführen.
Um ein Dosisprofil jedes Schnitts zu erhalten, ist ein anderer Positionsüberwacher notwendig, um ein Signal, das von jedem Kanal (jeder Streifen) während der Verarbeitung eines Schnitts (von ST1 bis ST9) ausgegeben wird, zu integrieren. Als Ergebnis nehmen die Kosten stark zu. Darüber hinaus ist es schwierig, da die Strahlstreuung durch den Positionsüberwacher zunimmt, schwierig, eine scharfe Dosisverteilung an der Bestrahlungszielregion zu erhalten.
Angesichts dieser Tatsache schafft die Teilchenstrahlbestrahlungsvorrichtung 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Überwachungseinheit, die von der Positionsüberwachungseinheit 51 verschieden ist und ein kontinuierliches Dosisprofil mit hoher Präzision während der Bestrahlung überwacht.
(2) Teilchenstrahlbestrahlungsvorrichtung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel (erstes Ausführungsbeispiel).
5 zeigt ein Anordnungsbeispiel der Teilchenstrahlbestrahlungsvorrichtung 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Zusätzlich zu dem Aufbau gemäß der herkömmlichen Teilchenstrahlbestrahlungsvorrichtung 300 hat die Teilchenstrahlbestrahlungsvorrichtung 1 einen Phosphorfilm 90, eine Bildgebungseinheit 91, eine Anzeigeneinheit 92 und eine Bestrahlungsstatusüberwachungseinheit 93.
Der Phosphorfilm 90 ist zwischen der Strahlabtasteinheit und einem Patienten bereitgestellt, und ist beispielsweise an einem Gehäuse (nicht gezeigt) angebracht, das den Bereichsverschieber 70 enthält, derart, dass er im Wesentlichen vertikal zu der Strahlachse ist. Der Phosphorfilm 90 ist derart aufgebaut, dass Phosphor wie beispielsweise blauer Phosphor (ZnS:Ag) und roter Phosphor (Y₂O₃:Eu) auf einer dünnen Platte mit einer Dicke von einigen Micrometern, die aus PET (Polyethylenterephthalat), Zellstoff oder dergleichen gebildet ist, aufgebracht ist. Wenn ein Teilchenstrahl durch den Phosphorfilm 90 verläuft, emittieren diese Phosphore Licht in einem Ausmaß, das einer Teilchendosis des Teilchenstrahls entspricht, und das Licht hat bei einer spezifischen Wellenlänge einen Scheitelwert bzw. Peak.
Die Bildgebungseinheit 91 ist beispielsweise nahe einem Behandlungstisch des Patienten bereitgestellt, und eine Lichtempfangseinheit davon ist in Richtung Phosphorfilm 90 ausgerichtet.
6 zeigt schematisch ein Aufbaubeispiel der Bildgebungseinheit 91. Die Bildgebungseinheit 91 hat ein Wellenlängenauswahlfilter 910, eine Linse 911, einen Bildverstärker 912, der Licht verstärkt, ein Bildgebungsbauteil 913, wie beispielsweise ein CCD oder CMOS, eine Bildgebungssteuerungseinheit 914, und dergleichen. Man beachte, dass anstelle oder zusätzlich zu dem Bildverstärker 912 der Aufbau derart sein kann, dass eine Blende vor dem Bildgebungsbauteil 913 bereitgestellt ist.
Die Bildgebungssteuerungseinheit 914 steuert das Bildgebungsbauteil 913 und den Bildverstärker 912 (oder die Blende). Das Bildgebungsbauteil 913 ist gegenüber Strahlung nicht resistent. Folglich befindet sich die Bildgebungseinheit 91 außerhalb der Teilchenstrahlachse, um soweit wie möglich zu verhindern, dass das Bildgebungsbauteil 913 einem gestreutem Teilchenstrahl oder sekundär erzeugter Strahlung ausgesetzt wird. Folglich bildet die Bildgebungseinheit 913 die Oberfläche des Phosphorfilms 90 unter einem vorbestimmten Neigungswinkel ab.
Wenn ein Teilchenstrahl durch den Phosphorfilm 90 hindurch verläuft, emittiert der Phosphor Licht. Folglich kann das Dosisprofil durch Fotografieren des Lichts, das von dem Phosphor emittiert wird, gemessen werden.
Der Zustand eines Patienten in einem Behandlungsraum muss jedoch durch eine Überwachungskamera überwacht werden, und folglich kann das Raumlicht nicht ausgeschaltet werden. Wenn der Phosphorfilm 90 jedoch fotografiert wird, während das Raumlicht eingeschaltet ist, wird das Licht, das von dem Phosphorfilm 90 emittiert wird, mit dem Licht von dem Raumlicht gemischt, was ein Bild mit einem sehr schlechten S/N-Verhältnis und Unschärfe zur Folge hat.
Angesichts dieser Tatsache ist die Bildgebungseinheit 91 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel derart aufgebaut, dass das Wellenlängenauswahlfilter 910 vor der Linse 911 bereitgestellt ist. Eine Durchlasswellenlänge des Wellenlängenauswahlfilters 910 wird basierend auf der Wellenlänge eines Behandlungsraumlichts, das als Hintergrund dient, der Wellenlänge des Lichts, das von dem Phosphorfilm 90 emittiert wird, und der Wellenlängenempfindlichkeit des Bildgebungsbauteil 913 bestimmt.
Die 7 und 8 zeigen eine Intensitätsverteilung des Behandlungsraumlichts und des Lichts, das von dem Phosphorfilm 90 emittiert wird, und ein Durchlasswellenlängenband des Wellenlängenauswahlfilters. Im Allgemeinen kann das S/N-Verhältnis verbessert werden, indem die Peak-Wellenlänge des Phosphors auf das Durchlasswellenlängenband des Wellenlängenauswahlfilters 910 abestimmt wird.
7 zeigt eine Darstellung, die ein Verhältnis zwischen der Wellenlänge des Raumlichts, der Wellenlange von blauem Phosphor (beispielsweise ZnS:Ag) und dem Durchlasswellenlängenband eines Wellenlängenauswahlfilters verdeutlicht. 7 zeigt, dass das S/N-Verhältnis verbessert wird, wenn die Durchlasswellenlänge des Wellenlängenauswahlfilters 910 außerhalb des Wellenlängen-Peaks des Raumlichts (eine Glühlampe und eine Fluoreszenz-Lampe) eingestellt wird, und dessen Durchlasswellenlänge auf die Wellenlänge des blauen Phosphors ausgerichtet bzw. abgestimmt wird.
Wenn nur eine Fluoreszenz-Lampe als Behandlungsraumlicht verwendet wird, reduziert sich drastisch die Intensität im infraroten Bereich. In diesem Fall wird roter Phosphor (Y₂O₃:Eu) als Phosphor verwendet, und das Wellenlängenauswahlfilter 910 wird derart eingestellt, dass der (infra)rote Bereich (eine Wellenlänge von ungefähr 700 nm) durchgelassen wird. Dann, wie in 8 gezeigt, kann das S/N-Verhältnis stark verbessert werden. Alternativ wird vorzugsweise ein Phosphor verwendet, wie beispielsweise CdS:Ag, mit einem Intensitäts-Peak im infraroten Bereich.
Das erste Ausführungsbeispiel, wie in 5 gezeigt, ist aufgebaut, um den Bereichsverschieber 70 zu enthalten, um den internen Bereich, also den Tiefenbereich einzustellen. Die aktuellste Teilchenstrahlbestrahlungsvorrichtung kann jedoch den internen Bereich einstellen, indem die Strahlenergie, die von dem Hauptbeschleuniger emittiert wird, eingestellt wird, ohne den Bereichsverschieber 70 zu verwenden. In einem derartigen Fall kann der Phosphorfilm 90 an einer Oberfläche auf einer Emissionsseite des Ridge-Filters 60 angebracht sein, der sich vor dem Bereichsverschieber 70 in 5 befindet.
Als nächstes wird das Bestrahlungsverfahren der Teilchenstrahlbestrahlungsvorrichtung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel speziell unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm, wie in 9 gezeigt, und ein Zeitablaufdiagramm, wie in 10 gezeigt, beschrieben. In dem Flussdiagramm, wie in 9 gezeigt, ist die gleiche Schrittnummerierung dem gleichen Prozess zugeordnet, wie bei dem Prozess gemäß dem herkömmlichen Bestrahlungsverfahren (Flussdiagramm von 2).
In Schritt ST1 werden ein Auswählen und ein Schalten bzw. Wechseln eines Schnitts durchgeführt. Während der Periode des Auswählens und Schaltens eines Schnitts wird eine Kombination von Acrylplatten in dem Bereichsverschieber 70 eingestellt. Diese Periode entspricht einer EIN-Periode des „Schnittschaltsignals”, das in 10B gezeigt ist. Wenn das Schnittschalten beendet ist (also wenn das Schnittschaltsignal von EIN auf AUS geändert wird), wird eine Bestrahlungsstartanweisung von der Steuerungseinheit 80 an die Bildgebungseinheit 91 ausgegeben. Wenn das Abtasten für einen Schnitt beendet ist, wird das Schnittschaltsignal von AUS auf EIN geändert, und eine Bestrahlungsendeanweisung wird von der Steuerungseinheit 80 an die Bildgebungseinheit 91 ausgegeben. Die Bestrahlungsstartanweisung und die Bestrahlungsendeanweisung sind in den Steuerungssignalen enthalten, die von der Steuerungseinheit 80 an die Bildgebungseinheit 91 ausgegeben werden.
Die Bildgebung durch das Bildgebungselement 913 der Bildgebungseinheit 91 wird durchgeführt zwischen einer Bestrahlungsstartanweisung und einer Bestrahlungsendeanweisung, um ein Bild jedes Schnitts zu erzeugen (10D). Spezieller, wie in 9 gezeigt, wenn eine Strahlemission beginnt (Schritt ST3), beginnt die Messung eines Schnitts (Schritt ST10), und wenn die Messung des Schnitts beendet ist (Schritt ST11), wird das Dosisprofil des Schnitts angezeigt (Schritt ST12). Dann wird das angezeigte Dosisprofil überprüft (Schritt ST13). Wenn es keine Abnormalität in dem Dosisprofil gibt (Schritt ST14: Nein), wird ein nächster Schnitt ausgewählt. Andererseits, falls es eine Abnormalität im Dosisprofil gibt (Schritt ST14: Ja), wie später beschrieben, wird ein Verriegelungssignal von der Bestrahlungsstatusüberwachungseinheit 93 an die Steuerungseinheit 80 ausgegeben (Schritt ST15).
In der Zwischenzeit wird ein „Hauptbeschleunigerstrahlstatussignal” (10A), das den Strahlstatus des Hauptbeschleunigers angibt, von der Strahlerzeugungseinheit 10 in die Steuerungseinheit 80 eingegeben. Die Steuerungseinheit 80 erzeugt ein „Strahlemissionseinschaltsignal” (10C), das eingeschaltet wird, wenn das „Hauptbeschleunigerstrahlstatussignal” EIN und das „Schnittschaltsignal AUS ist. Die Periode, während der das „Strahlemissionseinschaltsignal „EIN” ist, entspricht der Periode, während der ein Teilchenstrahl tatsächlich an den Patienten emittiert wird. Die Steuerungseinheit 80 gibt das „Strahlemissionseinschaltsignal” als Teil des Steuerungssignals an die Bildgebungseinheit 91 aus.
Die Bildgebungseinheit 91 schaltet den Bildverstärker 912 ein, wenn das „Stahlemissionseinschaltsignal” ein ist, und schaltet den Bildverstärker 912 aus, wenn das „Strahlemissionseinschaltsignal” aus ist (10E). Folglich kann das S/N-Verhältnis des Bildgebungsbauteils 913 verbessert werden, indem der Bildverstärker 912 in Verbindung mit dem „ein” oder „aus” des „Strahlemissionseinschaltsignals” ein- oder ausgeschaltet wird. Alternativ kann anstelle des Ein- oder Ausschaltens des Bildverstärker 912 das S/N-Verhältnis verbessert werden, indem eine Blende in Verbindung mit dem ein oder aus des „Strahlemissionseinschaltsignals” ein- oder ausgeschaltet bzw. geöffnet oder geschlossen wird.
Man beachte, dass das „Hauptbeschleunigerstrahlstatussignal” und das „Schnittschaltsignal” in die Bildgebungseinheit 91 eingegeben werden können, und dass dann das „Strahlemissionseinschaltsignal” in der Bildgebungseinheit 91 erzeugt werden kann.
Der Faktor der Lichtverstärkung durch den Bildverstärker 912 kann geändert werden, indem eine Spannung an den Bildverstärker 912 angelegt wird. Der Faktor wird für jeden Schnitt basierend auf einer vorläufig bestimmten Strahlintensität und einer Schnittbestrahlungszeit, die von einem vorgesetzten Wert jedes Punkts in dem Schnitt berechnet wird, eingestellt. Die Empfindlichkeit und die Auflösung des Bildgebungsbauteils 913 können folglich verbessert werden, genauso wie eine Ausgangssättigung des Bildgebungselements 913 verhindert werden kann durch optimale Steuerung des Faktors des Bildverstärkers 912 für jeden Schnitt. Dieses Faktorsteuerungssignal wird auch als Teil des Steuerungssignals von der Steuerungseinheit 80 an die Bildgebungseinheit 91 ausgegeben.
Die Bilddaten eines Bilds, das durch die Bildgebungseinheit 91 erzeugt wird, werden von der Bildgebungseinheit 91 an die Anzeigeneinheit 91 während der Periode ausgegeben, während der von einem Schnitt zu einem nächsten Schnitt geschaltet wird. Die Anzeigeneinheit 92 zeigt das Dosisprofil als eine 2D-Verteilung.
Wie oben beschrieben, bildet die Bildgebungseinheit 91 den Phosphorfilm 90 unter einem vorbestimmten Neigungswinkel ab. Folglich erscheint das Rohbild entsprechend dem Neigungswinkel, wie in 11A gezeigt, komprimiert. Um das Dosisprofil entsprechend dem Abtastwinkel anzuzeigen, muss der Neigungswinkel korrigiert werden, um das Rohbild in ein Bild (11B) umzuwandeln, dessen horizontale Achse und dessen vertikale Achse den Strahlabtastwinkeln (in X- und Y-Richtung) entsprechen. Darüber hinaus werden Kalibrierungsdaten zum Kalibrieren der Beziehung zwischen der Helligkeit des Bilds und der Dosis des Teilchenstrahls im Voraus erfasst, und die Kalibrierungsdaten müssen verwendet werden, um von der Helligkeit des Bilds zu der Dosis des Teilchenstrahls umzuwandeln. Man beachte, dass eine derartige Korrektur und Umwandlung durch die Bildgebungseinheit 91 oder die Anzeigeneinheit 92 durchgeführt werden kann. Eine derartige Korrektur und Umwandlung kann alternativ durch die Bestrahlungsstatusüberwachungseinheit 93 durchgeführt werden, wie später geschrieben.
Die Bestrahlungsstatusüberwachungseinheit 93 gewinnt eine Bestrahlungsdosisverteilung, die der Teilchenstrahlabtastposition für jeden Schnitt entspricht, aus den Bilddaten, die durch die Bildgebungseinheit 91 abgebildet werden. Dann erfolgt ein Vergleich zwischen einer Referenzbestrahlungsdosisverteilung jedes Schnitts, die als ein geplanter Wert im Voraus eingestellt wird, und der erhaltenen Bestrahlungsdosisverteilung. Wenn bestimmt wird, dass die Differenz zwischen diesen größer ist als ein vorbestimmter Schwellenwert, wird ein Verriegelungssignal zum Stoppen der Teilchenstrahlemission an die Steuerungseinheit 80 ausgegeben. Das Verriegelungssignal kann direkt an die Strahlemissionssteuerungseinheit 20 ausgegeben werden.
11C zeigt schematisch ein eindimensionales Dosisprofil. Der Vergleich zwischen der gemessenen Bestrahlungsdosisverteilung (Dosisprofil) und der Referenzbestrahlungsdosisverteilung erfolgt beispielsweise folgendermaßen:
Zuerst werden die Ausgangssignale aller Kanäle (alle Pixel) des gemessenen Dosisprofils integriert, und die Ausgabe jedes Kanals wird durch den integrierten Wert geteilt, um eine normalisierte gemessene Dosis zu erhalten. In ähnlicher Weise werden Ausgaben aller Kanäle (Pixel) der Referenzbestrahlungsdosisverteilung integriert, und die Referenzbestrahlungsdosis jedes Kanals wird durch den integrierten Wert dividiert, um eine normalisierte Referenzdosis zu erhalten. Wenn der Quadratsummendurchschnittswert aller Kanäle der Abweichung zwischen der normalisierten gemessenen Dosis und der normalisierten Referenzdosis einen vorläufig bestimmten Stellenwert überschreitet, wird das Verriegelungssignal ausgegeben. Die obige Bestimmung kann durch die folgende Formel ausgedrückt werden Σ(P(i) – R(i))2/N > K (Formel 1).
Wenn die obige Formel wahr ist, wird eine Abnormalität bestimmt und das Verriegelungssignal ausgegeben. P(i) kennzeichnet hier eine normalisierte gemessene Dosis jedes Kanals (für jedes Pixel), R(i) kennzeichnet eine normalisierte Referenzdosis jedes Kanals (für jedes Pixel), N kennzeichnet eine gesamte Anzahl von Kanälen (Pixeln), und Σ ist ein Summenoperator. K ist ein Schwellenwert und ist beispielsweise derart eingestellt, dass K = (0,1)² gilt.
Man beachte, dass das gemessene Dosisprofil ein Dosisprofil an der Position des Phosphorfilms 90 ist, aber nicht das Profil auf einem Schnitt. Die Referenzbestrahlungsdosisverteilung an der Position des Phosphorfilms 90 kann jedoch basierend auf jeder Position der Abtastelektromagneten, des Phosphorfilms 90 und des betroffenen Bereichs berechnet werden; und eine Abweichungsposition (Xi, Yi) des betroffenen Bereichs und der Referenzbestrahlungsdosis, sind jeweils an der Abweichungspositon spezifiziert.
(3) Andere Ausführungsbeispiele:
12 zeigt ein Aufbaubeispiel einer Teilchenstrahlbestrahlunsgvorrichtung 1a gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Der Unterschied zu der Teilchenstrahlbestrahlungsvorrichtung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel liegt darin, dass sie ferner eine Atmungstakteinheit 94 enthält.
Wenn der betroffene Bereich auf Grund des menschlichen Atmens bewegt wird, wie es beispielsweise für die Lunge und die Leber der Fall ist, ist vom Standpunkt des Bestrahlens der Strahlposition mit guter Präzision ein Verfahren des Emittierens eines Teilchenstrahls zu einem Zeitpunkt effektiv, bei dem es durch das Atmen weniger beeinträchtigt wird. Aus diesem Grund ist eine LED oder dergleichen an dem Patienten angebracht, die Position der LED wird durch eine Kamera oder dergleichen überwacht, und ein „Atmungstaktsignal” wird aus dem überwachten Signal durch die Atmungstakteinheit 94 erzeugt. Die Periode, während der das „Atmungstaktsignal” ein ist, bezeichnet die Periode, während der der betroffene Bereich als durch das Atmen weniger beeinträchtigt angesehen wird. Folglich ist ein „Atmungstaktsignal”, das ein ist, eines der Bedingungen für das Emittieren eines Teilchenstrahls an einen Patienten.
Wie in 13 gezeigt, erzeugt die Teilchenstrahlbestrahlungsvorrichtung 1a gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ein „externes Strahlemissionseinschaltsignal” (13C), das eingeschaltet wird, wenn das „Atmungstaktsignal” ein ist und das „Hauptbeschleunigerstrahlstatussignal” ein ist. Wenn das „externe Strahlemissionseinschaltsignal” ein ist und das „Schnittschaltsignal” aus ist (13D), ist das „Strahlemissionseinschaltsignal”, das eine tatsächliche Strahlbestrahlungsperiode angibt, ein. Der Bildverstärker 912 oder die Blende werden in Verbindung mit dem „Strahlemissionseinschaltsignal” in der gleichen Weise wie in dem ersten Ausführungsbeispiel ein- oder ausgeschaltet.
14 zeigt ein Aufbaubeispiel einer Teilchenstrahlbestrahlungsvorrichtung 1b gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. Der Unterschied zu der Teilchenstrahlbestrahlungsvorrichtung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel liegt in der Position des Phosphorfilms 90 und der Bildgebungseinheit 91.
Gemäß der Teilchenstrahlbestrahlungsvorrichtung 1b des dritten Ausführungsbeispiels ist der Phosphorfilm 90 schrägt geneigt unter einem Winkel von ungefähr 45° in der Vakuumröhre 31 montiert, die sich stromabwärts- bzw. strahlabwärtsseitig von der Strahlabtasteinheit 30 befindet. Darüber hinaus ist ein Bildgebungsfenster 31a auf einem Teil der Seitenwand der Vakuumröhre 31 bereitgestellt. Die Bildgebungseinheit 91 ist aufgebaut, um den Phosphorfilm 90 in der Vakuumröhre 31 durch das Bildgebungsfenster 31a abzubilden. Die Beleuchtung des Behandlungsraums erreicht nicht das Innere der Vakuumröhre 31. Folglich kann die Bildgebungseinheit 91 nur das Licht abbilden, das von dem Phosphorfilm 90 emittiert wird, ohne Beeinträchtigung durch das Raumlicht, und kann ein Bild mit einem guten S/N-Verhältnis gewinnen ohne Verwendung des Wellenlängenauswahlfilters 910.
Wie oben beschrieben, können die Teilchenstrahlbestrahlungsvorrichtungen 1, 1a, 1b und das Teilchenstrahlbestrahlungsverfahren gemäß dem ersten bis dritten Ausführungsbeispiel eine visuelle und quantitative Bestätigung bereitstellen, inwieweit die Bestrahlung tatsächlich durchgeführt wird, indem ein Dosisprofil während der Teilchenstrahlbestrahlung überwacht wird. Wenn die Differenz zwischen einer geplanten Bestrahlungsdosis und einer tatsächlichen Bestrahlungsdosis zunimmt, wird folglich die Teilchenstrahlbestrahlung gestoppt, was die Sicherheit erhöhen kann.
Man beachte, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die obigen Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern in einer Ausführungsphase kann die vorliegende Erfindung implementiert werden durch Modifizieren von Komponenten. Darüber hinaus können durch entsprechendes Kombinieren einer Mehrzahl von Komponenten, die in den obigen Ausführungsbeispielen offenbart sind, verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung gebildet werden. Beispielsweise können einige Komponenten von allen Komponenten, die in den Ausführungsbeispielen offenbart sind, weggelassen werden. Ferner können Komponenten, die in verschiedenen Ausführungsbeispielen verwendet werden, entsprechend kombiniert werden.

Claims

Teilchenstrahbestrahlungsvorrichtung, mit: einer Strahlerzeugungseinheit (10), die einen Teilchenstrahl erzeugt; einer Strahlemissionssteuerungseinheit (20), die die Emission des Teilchenstrahls steuert; einer Strahlabtastanzeigeeinheit (40), die eine Position des Teilchenstrahls der Reihe nach für jeden von Schnitten zweidimensional angibt, die durch Teilen eines betroffenen Bereichs (200), der zu bestrahlen ist, in axialer Richtung des Teilchenstrahls erhalten werden; einer Strahlabtasteinheit (30), die mit dem Teilchenstrahl zweidimensional abtastet, basierend auf einem Anzeigesignal der Strahlabtastanzeigeeinheit (40); einem Phosphorfilm (90), der zwischen der Strahlabtasteinheit (40) und einem Patienten (100) bereitgestellt ist und Licht in einem Ausmaß entsprechend der Teilchendosis des hindurchgesendeten Teilchenstrahls emittiert; einer Bildgebungseinheit (91), die den Phosphorfilm (90) für jeden der Schnitte abbildet; und einer Anzeigeneinheit (92), die eine Bestrahlungsdosisverteilung von jedem der Schnitte aus Bilddaten gewinnt, die durch die Bildgebungseinheit abgebildet werden, und die gewonnene Bestrahlungsdosisverteilung, die zu einer Abtastposition des Teilchenstrahls gehört, anzeigt.
Teilchenstrahlbestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Phosphorfilm (90) im Wesentlichen senkrecht zur axialen Richtung des Teilchenstrahls angeordnet ist; und die Bildgebungseinheit (91) an einer Position, die von der Abtastregion des Teilchenstrahls isoliert ist, zwischen dem Phosphorfilm (90) und dem Patienten (100) angeordnet ist, und eine Oberfläche des Phosphorfilms (90), die dem Patienten (100) gegenüberliegt, unter einem vorbestimmten Neigungswinkel abbildet.
Teilchenstrahlbestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der ein Phosphor (90) mit einem Intensitäts-Peak bei einer spezifischen Wellenlänge an dem Phosphorfilm (90) aufgebracht ist; und ein Filter (910), das die spezifische Wellenlänge selektiv durchlässt, an der Bildgebungseinheit (91) angebracht ist.
Teilchenstrahlbestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 3, bei der das Filter (910) ein Filter ist, das selektiv eine Wellenlänge im Infrarotbereich durchlässt.
Teilchenstrahlbestrahlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Bildgebungseinheit (91) ein Bildgebungsbauteil (913) und eine Blende enthält, die sich öffnet und schließt zum Belichten des Bildgebungsbauteils (913); ein Emissionseinschaltsignal empfängt, das eingeschaltet ist, wenn der Teilchenstrahl tatsächlich emittiert wird, und das ausgeschaltet ist, wenn der Teilchenstrahl nicht emittiert wird, während einer Bildgebung für jeden von den Schnitten; und die Blende öffnet während einer Periode, während der das Emissionseinschaltsignal ein ist, und die Blende während einer Periode schließt, während der das Emissioneinschaltsignal aus ist.
Teilchenstrahlbestrahlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die Bildgebungseinheit (91) ein Bildgebungsbauteil (913) und einen Bildverstärker (912) enthält, der eine Lichtmenge, die in das Bildgebungsbauteil (913) eingegeben wird, verstärkt; ein Emissionseinschaltsignal empfängt, das eingeschaltet ist, wenn der Teilchenstrahl tatsächlich emittiert wird, und das ausgeschaltet ist, wenn der Teilchenstrahl nicht emittiert wird, während einer Bildgebung für jeden von den Schnitten; und den Bildverstärker (912) während einer Periode, in der das Emissionseinschaltsignal ein ist, einschaltet, und während einer Periode, in der das Emissioneinschaltsignal aus ist, den Bildverstärker (912) ausschaltet.
Teilchenstrahlbestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 6, bei der der Bildverstärker (912) einen Lichtverstärkungsgewinn hat, der sich für jeden der Schnitte basierend auf einer Strahlintensität des Teilchenstrahls und einer vorläufig gesetzten Schnittbestrahlungszeit ändert.
Teilchenstrahlbestrahlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, ferner mit einer Bestrahlungsstatusüberwachungseinheit (93), die eine Bestrahlungsdosisverteilung entsprechend einer Abtastposition des Teilchenstrahls für jeden der Schnitte aus Bilddaten gewinnt, die durch die Bildgebungseinheit abgebildet werden; zwischen einer Referenzbestrahlungsdosisverteilung jedes Schnitts, die im Voraus als ein geplanter Wert gesetzt ist, und der gewonnenen Bestrahlungsdosisverteilung vergleicht; und ein Verriegelungssignal zum Anhalten der Emission des Teilchenstrahls ausgibt, wenn bestimmt wird, dass die Differenz zwischen diesen größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist.
Teilchenstrahlbestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 8, bei der die Bestrahlungsstatusüberwachungseinheit (93) ein Verriegelungssignal zum Anhalten der Emission des Teilchenstrahls ausgibt, wenn bestimmt wird, dass eine Quadratsumme einer Abweichung zwischen einer Bestrahlungsdosis jedes Pixels der Bilddaten und einer Bestrahlungsdosis jedes Pixels in der Referenzbestrahlungsdosisverteilung einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet.
Teilchenstrahlbestrahlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der eine Vakuumröhre (31), die den Teilchenstrahl überträgt und gegenüber externem Licht abgeschirmt ist, stromabwärts- bzw. strahlabwärtsseitig von der Strahlabtasteinheit (30) angeordnet ist; der Phosphorfilm (90) innerhalb der Vakuumröhre (31) angeordnet ist, wobei der Phosphorfilm (90) bezüglich einer Axialrichtung des Teilchenstrahls geneigt ist; und die Bildgebungseinheit (91) den Phosphorfilm (90) durch ein Bildgebungsfenster, das sich auf einer Seitenwand der Vakuumröhre (31) befindet, abbildet.
Teilchenstrahlbestrahlungsverfahren mit den Schritten: Erzeugen eines Teilchenstrahls; Steuern der Emission des Teilchenstrahls; zweidimensionales Anzeigen einer Position des Teilchenstrahls der Reihe nach für jeden von Schnitten, die erhalten werden, indem ein betroffener Bereich, der zu bestrahlen ist, in axialer Richtung des Teilchenstrahls unterteilt wird; zweidimensionales Abtasten mit dem Teilchenstrahl basierend auf der angegebenen Position des Teilchenstrahls; Abbilden eines Phosphorfilms (90) für jeden der Schnitte, wobei der Phosphorfilm (90) bereitgestellt ist zwischen der Strahlabtasteinheit (30) und einem Patienten (100) und Licht in einem Ausmaß emittiert, das einer Teilchendosis des hindurchgesendeten Teilchenstrahls entspricht; und Gewinnen einer Bestrahlungsdosisverteilung für jeden der Schnitte aus Bilddaten, die durch Abbilden des Phosphorfilms (90) gewonnen werden, und Anzeigen der gewonnenen Bestrahlungsdosisverteilung, die zu einer Abtastposition des Teilchenstrahls gehört.