TW201338823A - 粒子線治療裝置及粒子線治療裝置的運轉方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種粒子線治療裝置。控制部(20)以設置有下述構件之方式所構成：運轉模式保持部(25)，用來保持複數個運轉模式(OP-S、OP-L)，以作為加速器(10)週期性地反覆進行的運轉模式，該複數個運轉模式(OP-S、OP-L)之能夠射出粒子線B之時間(To)不同，並且即使存在磁滯現象下，亦以加速器(10)之偏向電磁鐵(13)形成期望之磁場強度之方式，分別調整操作條件；照射條件讀入部(22)，對於朝深度方向劃分照射對象的複數個分層，讀入每一分層的照射條件；運轉模式選擇部(23)，根據讀入之照射條件，選擇複數個運轉模式之中，適合於該分層的運轉模式；以及主控制部(21)，對每一分層，根據選擇的運轉模式控制加速器(10)，並且根據照射條件控制照射裝置(40)。

Description

粒子線治療裝置及粒子線治療裝置的運轉方法
本發明係關於一種粒子線治療，係將粒子線照射在患者的病變部而進行治療者，尤其關於對每一不同深度之層進行照射的粒子線治療裝置及其運轉方法。
粒子線治療係為對患部組織照射粒子線而施加破壞，從而進行治療者，為廣義之放射線治療之一者。惟與稱為γ線、X線之其他的放射線不同，於質子線及/或重離子線等的粒子線在物質內前進時，受到與速度之平方成反比的阻力而使速度降低，並且在一定速度以下急速地停止，此時授予線量(dose：劑量)為最大。因此，在粒子線治療中，藉由調節進入體內時的速度(energy：能量)，可控制於深度方向的照射範圍。因此，在粒子線治療中，在體內的深度方向劃分患部，且對每一劃分層(slice：分層)，形成照射形狀，藉此能夠進行稱為積層原體照射之用以進行與患部之立體形狀相對應之授予線量的照射。
惟，關於從稱之為布拉格曲線(bragg curve)之深度與線量分佈的關係，對某分層匹配峰值(布拉格峰(bragg peak))而進行照射時之該分層以外之部分的授予線量而言，較該分層淺之側者，係較深側者為大。因此，進行積層原體照射時，在淺分層所設定之照射時間者較在深分層所設定之照射時間短(例如，參照專利文獻1)。另一方面，基本上作為粒子線之線源之加速器的運轉，係週期性地反 覆進行由射入、加速、射出、以及減速所構成之步驟，從而射出粒子線，惟運轉週期一般係為固定。因此，若使運轉週期配合淺分層時，在照射深分層時將會跨及複數個運轉週期進行照射，而使運轉週期的待機時間增加而延長了治療時間。或者，若使運轉週期配合深分層時，在淺分層進行照射時，即使照射結束亦必須等待至運轉週期結束為止，在任一種情況下均會使治療時間延長。
因此，亦可考慮採用例如在運轉週期的途中使能量變更之粒子線加速器的運轉方法(例如，參照專利文獻2)，或與加速器內的電荷量相對應，在運轉中變更運轉模式(pattern)(與運轉週期相對應)之技術(參照專利文獻3)。
(先前技術文獻) (專利文獻)
專利文獻1：日本特開2010-201099號公報(段落0018、第5圖、第6圖)。
專利文獻2：日本特開2008-226740號公報(段落0041至0043、第1圖、第2圖)。
專利文獻3：日本特開2010-238463號公報(段落0052至0055、第10圖)。
然而，就運轉週期者而言，係為藉由亦考慮磁性後效等而調整在各步驟的細微操作條件所決定者，俾使加速器能穩定地將粒子線射出。因此，在運轉途中輕易地改變週 期及/或能量時，即例如使偏向磁鐵的磁滯現象(hysteresis)改變，而難以根據設定保持粒子線的軌道。因此，例如，以藉由掃瞄而形成照射場之掃瞄(scanning)法之方式，在要求正確軌道之粒子線之供給的照射法中，成為難以按治療計劃進行正確的照射。
本發明為解決前述之問題點而開發者，目的在於獲得一種粒子線治療裝置，係能縮短治療時間，並且能夠正確地進行照射。
本發明的粒子線治療裝置，係具備有：加速器，具有採用磁性體之鐵芯的偏向電磁鐵，且將粒子線調整為預定能量並射出；照射裝置，將從前述加速器所供給之粒子線以與照射對象的形狀相對應之方式進行照射；以及控制部，用來統合前述加速器與前述照射裝置而進行控制；並且設置有：運轉模式保持部，用來保持複數個運轉模式，以作為前述加速器週期性地反覆進行的運轉模式，該複數個運轉模式之能夠射出前述粒子線之時間不同，並且即使存在前述磁性體之磁滯現象下，亦以前述加速器之偏向電磁鐵形成期望之磁場強度之方式分別調整操作條件；照射條件讀入部，對於朝深度方向劃分前述照射對象的複數個分層，讀入每一分層的照射條件；運轉模式選擇部，根據前述照射條件讀入部所讀入之照射條件，選擇前述複數個運轉模式之中，適合於該分層的運轉模式；以及主控制部，對前述每一分層，根據前述選擇的運轉模式控制前述加速 器，並且根據前述照射條件控制前述照射裝置。
根據本發明之粒子線治療裝置，由於作成依據分層的照射條件來分別運用預先調整為能夠射出粒子線之時間不同的運轉模式，故能夠獲得一種粒子線治療裝置，其係能縮短治療時間，並且能夠正確地控制粒子線的軌道。
實施形態1
以下，針對本發明之實施形態1之粒子線治療裝置的構成及動作加以說明。第1圖至第6圖係為用以針對本發明之實施形態1之粒子線治療裝置加以說明之圖，第1圖(a)與(b)，係為第1圖(a)顯示粒子線治療裝置之全體構成、而第1圖(b)用以說明針對作為粒子線治療裝置之線源的加速器預先準備有2個運轉模式。第2圖係為用以說明照射裝置的構成之圖；第3圖(a)與(b)，係為用以說明加速器的週期性運轉模式和其週期中的磁性體鐵芯(core)的磁滯現象之圖，第3圖(a)係為顯示顯示偏向電磁鐵之磁場的變化之圖，第3圖(b)係為顯示以第3圖(a)之運轉模式進行運轉時的構成加速器之偏向電磁鐵的磁滯迴圈(hysteresis loop)之圖。第4圖係為顯示進行積層原體照射時，根據每一分層的照射離體表面之深度與線量的關係，以及累計每一分層之照射後的離體表面之深度與線量的關係之圖。第5圖係為用以說明粒子線治療裝置之運轉方法的流程圖。此外，第6圖(a)與(b)，係為針對與分層之深度相對應而 選擇運轉模式時，用以說明其運轉週期中的照射狀況之圖，第6圖(a)係為顯示選擇短週期的運轉模式之情形，而第6圖(b)係為顯示選擇長週期的運轉模式之情形。
如第1圖(a)所示，本實施形態1之粒子線治療裝置1，係具備圓形加速器10(以下，簡稱加速器)、輸送系統30、照射裝置40、治療室50、以及控制部20，該圓形加速器10係作為粒子線B的供給源，且為同步加速器(synchrotron)；該輸送系統30係為用以輸送從加速器10所供給之粒子線B；該照射裝置40係用以針對患者照射由輸送系統30所搬運之粒子線B；該治療室50係具備有照射裝置40；而該控制部20係用以控制諸該各機器。並且，如第1圖(b)所示，在控制部20中係保持有至少兩個運轉模式作為資料，該至少兩個運轉模式之運轉週期不同，並且各步驟之操作參數係預先經調整，且構成為選擇對應於分層所必要的照射時間之運轉模式而進行照射。在針對控制器20之詳細的構成及控制加以描述前，針對構成粒子線治療裝置的主要機器加以說明。
<加速器>
加速器10包含有：真空導管11，成為供粒子線B環繞之軌道路徑；射入裝置18A，用以使從前段加速器19供給之粒子線B射入到環繞軌道內；偏向電磁鐵13a至13d(統稱為13)，用以使粒子線B沿真空導管11內的環繞軌道進行環繞之方式，使粒子線B之軌道偏向；收斂用電磁鐵14a至14d(統稱為14)，以使形成在環繞軌道上之粒 子線B不會發散之方式進行收斂；高頻加速空洞15，對環繞之粒子線B施加同步之高頻電壓而進行加速；射出裝置18B，用以使在加速器10內被加速之粒子線B取出到加速器10外，並射出至輸送系統30；以及六極電磁鐵17，為使從射出裝置18B射出粒子線B而在粒子線B之環繞軌道激發共鳴。並且，如後述，因諸該電磁鐵類係採用磁性體之鐵芯，故顯現與磁場強度之歷程相對應之磁滯現象。
在偏向電磁鐵13具備有用來控制偏向電磁鐵13之激磁電流之偏向電磁鐵控制裝置，且在高頻加速空洞15具備有用來對高頻加速空洞15供給高頻電壓之高頻源、及用來控制高頻源之高頻控制裝置等之用以控制各部分之未圖示之裝置，在控制部20內亦具備有加速器控制裝置等，其係用來控制偏向電磁鐵控制裝置、高頻控制裝置及收斂用電磁鐵14等其他之組件，而控制加速器10整體。
此外，前段加速器19在圖中為了簡化記載成為一個機器，惟實際上具備離子源(離子射束產生裝置)、以及線性加速器系統，該離子源係用來產生質子、碳(重粒子)等之帶電粒子(離子)，而該線性加速器系統係用來對所產生之帶電粒子進行初期加速。並且，從前段加速器19射入到加速器10之帶電粒子係被高頻之電場加速，利用磁鐵使其彎曲，同時加速至光速的約70至80%為止。
<輸送系統>
由加速器10所加速之粒子線B係射出到被稱為HEBT(高能量射束輸送：High Energy Beam Transport)系統之 輸送系統30。輸送系統30具備有：真空導管31，成為粒子線B之輸送路徑；切換電磁鐵32，作為用來切換粒子線B之射束軌道的切換裝置；以及偏向電磁鐵33，用來使粒子線B偏向預定角度。並且，藉由加速器10施加預行之能量，使由射出裝置18B所射出並在真空導管31內前進之粒子線B，利用切換電磁鐵32依照需要切換成朝未圖示之其他治療裝置之輸送路徑，並引導至設置在指定之治療室50之照射裝置40。
<照射裝置>
照射裝置40係為將從輸送系統30所供給之粒子線B照射在患部之裝置，該患部係與作為照射對象之患者K之患部的大小及深度相對應所形成之照射場。形成照射場之方法有複數個，惟在本實施形態中，係採用使粒子線B進行掃瞄而形成照射場之掃瞄照射法之例子加以說明。另外，掃瞄照射法，與利用物理性限制器形成照射場之寬(broad)照射相較，特別是射入時之軌道準確度對形成照射野之準確度有很大的影響。因此，所供給之粒子線B之軌道的正確度，係成為對是否正確地形成照射場而能夠根據治療計劃授予線量造成很大的影響。
如第2圖所示，照射裝置40具備有：掃瞄電磁鐵41，用以將從線源所供給之粒子線B進行掃瞄，藉此形成照射場；散射體(scatterer)42，利用鉛等所構成，且用以使粒子線B進行散射；脊形過濾器(ridge filter)43，利用鋁等所構成，且用以與照射對應之厚度相對應，使布拉格峰 之寬度擴大；以及幅度變換器(range shifter)44，用以使粒子線B的能量衰減預定量。
<治療室>
治療室50係為供以對患者K實際地照射粒子線B而進行治療之房間，雖未圖示，惟基本上，例如設置在由第1圖中的切換裝置32分波之目的地之其他的治療室50亦於每一治療室50同樣具備有前述的照射裝置40。此外，在第1圖中，係顯示旋轉照射室(亦稱為旋轉筒架(gantry))50之例子，該旋轉照射室係使照射裝置40全體以患者K(治療台51)為中心進行旋轉，而可自由地設定從偏向電磁鐵33r部分對患者K之粒子線B的照射角度。通常，對於一個加速器10而言，例如具備有複數的水平照射室50，用以對固定在能夠自如地設定角度及位置的治療台51之患者K，從照射裝置40照射朝水平方向之粒子線B；及/或其他不同型式的治療室50。
<控制部>
就具備如前述之方式的複數個機器(加速器10、輸送系統30、每一治療室50的照射裝置40等)之系統的控制系統而言，大多採用階層型之控制系統，其係由專門控制各機器(sub system：副系統)的副控制器、以及指揮並控制全體的主控制器所構成。在本發明之實施形態1之粒子線B治療裝置的控制部20中，亦採用該主控制器、以及副控制器之構成。並且，可在副系統內進行控制之動作係由副控制器，而進行統合複數個系統之控制的動作係以主控 制器進行控制的方式分擔在控制系統內的功能。惟，在本發明之實施形態1之粒子線治療裝置的說明中，係具體特定選擇運轉模式之功能的說明，而以一個控制部20控制全體之方式的形態加以記載。
如第1圖所示，控制部20具有：主控制部21，用來進行全體控制；照射條件保持部24，用來保持複數個分層之照射形狀/線量等之照射條件；運轉模式保持部25，用來保持不同周期之複數個加速器運轉模式(簡稱運轉模式)；照射條件讀入部22，根據主控制部21的指示，從保持在照射條件保持部24的照射條件讀入每一分層的照射條件；以及運轉模式選擇部23，從運轉模式保持部25所保持之運轉模式之中，對每分層選擇適合於該分層之照射條件的運轉模式。
如第1圖(b)所示，運轉模式保持部25所保持之運轉模式至少有短週期模式OP-S、以及長週期模式OP-L；該短週期模式OP-S係能量小，且短照射時間(可射出粒子線之時間)TO，而該長週期模式OP-L係能量大，且長照射時間TO。另外，在第1圖(b)中橫軸係表示時間，縱軸係表示加速器10之偏向電磁鐵13的磁場強度Imf。此乃因粒子線B能量大時，亦即速度快時，若以相同曲率彎曲，則必須增強偏向電磁鐵13的磁場強度Imf，故藉由磁場強度Imf來表現在環繞軌道內進行環繞之粒子線B的能量。
在此，使用第3圖與第4圖針對粒子線治療裝置1所選擇之加速器10的運轉模式加以說明。如第3圖(a)所示， 加速器10的運轉係為將複數個步驟作為1週期Cop，並將其反覆進行者，而該複數個步驟係包含有：來自前段加速器19的射入步驟Pi；加速步驟Pa，將粒子線B加速至預定速度(能量)為止；射出步驟Po，將粒子線B射出；以及減速步驟Pd，將粒子線B之速度予以降低。在該步驟中，隨著偏向電磁鐵13之磁場強度Imf的改變，採用磁性體之鐵芯的偏向電磁鐵13的磁滯現象，係如第3圖(b)所示進行變化。此時，藉由預先量側磁性後效的影響，以即使存在有磁滯現象亦能夠實現期望之磁場強度之方式，進行調整運轉模式。
例如在磁滯現象的存在下，即使施加在偏向電磁鐵13之電流量相同，因偏向電磁鐵13而形成之磁場強度也不一定為相同。因此，預先量側磁性後效，而作成連續2個週期的週期長與每一磁場強度所施加在偏向電磁鐵13之電流量的表格。並且，從前述表格選擇在加速運轉時，從其週期與前一個週期之週期長與磁場強度的關係所導出之在該週期所必需之電流量。另外，在此雖令2個以上之前的週期的磁滯現象之影響小，而作成連續2個週期的表格，惟亦有不能忽略2個以上之前的週期的磁滯現象之影響的情形。該情形下，係作成連續3個以上週期的週期長與每一磁場強度所施加在偏向電磁鐵13之電流量的表格。
如此，在侷限使用調校(tuning)後之運轉模式下，因可施加期望的磁場強度，故能夠使粒子線B的軌道為固定，且能夠以正確的軌道進行射出。另一方面，如先前技 術中所陳述，若僅因線量期滿就不經易地改變步驟的長度(在專利文獻中照射步驟Po的長度)，或採用未調校的運轉模式時，將會因磁性後效的影響，而使下一個週期在不同磁場強度Imf之下進行操作，故會使粒子線B的軌道改變，而難以利用正確的軌道進行射出。
復根據前述，使用預先調校之運轉模式的方法，相對於使用習知之固定周期的運轉模式的方法，能夠實現增加準備之運轉模式的數量、且追加選擇適當的運轉模式的部分。因此，相較於習知的控制系統變更點少，為單純且價廉者。另一方面，縱然亦考慮磁性後效的影響，作成可任易地改變步驟長度的運轉系統，亦會使控制系統變得複雜，且導致構件數量增加而昂貴。
另一方面，於第4圖所示者係為稱為布拉格曲線之深度與線量分佈的關係。在第4圖中，橫軸係顯示相當於離體表面之深度的水深Dw，而縱軸係顯示線量D。並且，各線係為：患部之中的深(distal：末端)層(分層)的線量分佈Ddt、淺(proximal：近體表面端)分層的線量分佈Dpr、以及累計各分層之線量的線量分佈Dt。如第4圖所示，就全體而言為了獲致從淺之部分至深之部分為止一樣的線量分佈Dt，在淺分層所授予之線量為較少於在深分層所授予之線量。換言之，淺分層的照射時間為較短於深分層的照射時間。
因此，在本實施形態1之粒子線治療裝置1中，係以在運轉模式保持部25具備有如第1圖(b)所示之運轉模式 OP-S、以及運轉模式OP-L之方式，作為預先調校之運轉模式；該運轉模式OP-S係作為淺部分層用，相對於深部分層用能量小，而1週期中之能夠射出粒子線B的時間(照射時間)To短；而該運轉模式OP-L係作為深部分層用，相對於淺部分層用能量大，而照射時間To長。
並且，運轉模式選擇部23係與每一分層的照射條件(能量、照射時間To)相對應，選擇2個運轉模式之中適合的運轉模式，而控制部20係以適合於每一分層之運轉模式進行運轉之方式，控制加速器10的運轉模式。
另外，在粒子線治療裝置1中，在控制部20一般採用工作站(workstation)或電腦。因此，構成控制部20之各部，係成為由軟體等來呈現，且並不一定侷限收納於特定的硬體。因此，雖在第1圖中彙集諸者加以記載為控制部20，惟此並非表示控制部20係作為物理性地彙集一體之硬體而存在者。
接著，針對利用前述之控制所運轉之粒子線治療裝置1的動作加以說明。
從藉由根據控制部20所選擇之運轉模式而進行運轉控制的加速器10，其供給至照射裝置40之預定能量的粒子線B，係為直徑數毫米(mm)以下之所謂的錐束(pencilbeam)的狀態。粒子線B，係藉由掃瞄電磁鐵41而掃描於射束呈垂直的面內(例如，令射束軸為z時則為xy面)方向進行掃瞄，而形成在面的延伸方向的照射場。此外，藉由根據散射體42所進行之散射，調整射束的粗細。形成面方向之照 射場的粒子線B，係通過脊形過濾器43，與分層的厚度相對應，而成為具有使布拉格峰擴大，且依預定寬度擴大的布拉格峰SOBP(Spread-Out Bragg Peak)。
接著，粒子線B係通過幅度變換器44。幅度變換器44係藉由將預定厚度之壓克力(acrylic)等之板配置在射入範圍內，使粒子線B的能量衰減從而進行調整。粒子線B的能量雖藉由加速器10而進行調整，惟根據前述，調校加速器10的運轉模式會花費時間精力。因此，由於藉由加速器10進行之能量的調整節距(pitch)係較大於分層之厚度，故藉由幅度變換器44微調整粒子線B的能量，而能夠藉此對期望的分層(體內深度)進行照射(授予線量)。
採用如前述之照射裝置40，利用積層原體照射法進行照射時，係形成對深度方向劃分空間性的授予線量而進行投與。在照射開始時，配合包含最深部之層(分層)的照射條件，選擇加速器10的運轉模式，並對該運轉模式，以能夠形成該分層的照射場之方式，設定掃瞄電磁鐵41、幅度變換器44，而對患部K照射粒子線B。結束最深部之層(分層)的照射時，自動地以與SOBP相當之深度分量、配合淺位置(從照射源觀看之前側)之分層的照射條件，選擇加速器10的運轉模式，並對該運轉模式，以能夠形成該分層的照射場之方式，設定掃瞄電磁鐵41、幅度變換器44，而進行對患部K之粒子線B的照射。之後，同樣地依序一邊使分層移動，一邊就全體配合患部的立體形狀進行授予線量。
針對在一連串之照射中的控制動作，使用第5圖的流 程圖及第6圖的運轉模式圖加以說明。
首先，照射條件讀入部22係讀入保持在照射條件保持部24之照射角度、分層數量、每分層之照射形狀/線量等照射條件(步驟S10)。另外，照射條件並不一定必須保持在控制部20內，例如亦可設成藉由通信等進行取得。並且，主控制部21例如以從最深部開始進行之上述例的方式，從讀入的照射條件，設定最初進行照射的分層(步驟S20)。接著，運轉模式選擇部23係從運轉模式保持部25所保持之運轉模式之中，選擇適合於該分層之照射條件的運轉模式(步驟S30)。然後，主控制部21係以利用選擇的運轉模式進行運轉之方式控制加速器10，並且與來自根據該運轉模式的加速器10之粒子線B的射出相對應，控制輸送系統30、照射裝置40以進行在該分層的照射(步驟S40)；之後，反覆進行諸該動作至最後分層為止(直至在步驟S50為「Y」為止)。
另外，使分層從深部分層朝向淺部分層進行移動時，令最初的分層(最深部)為預設(default)，並選擇第5圖(b)所示之長週期模式OP-L。基本上長週期模式OP-L的照射時間ToL，係因設定成較長於最深部之分層至照射期滿Ed的照射時間Pe1，故能夠使最深部之分層的照射在1個運轉週期結束。並且，下一個分層的照射時間Pe2，係因通常較短於最深部的照射時間Pe1，故同樣地能夠在1個運轉週期使照射結束。
另一方面，當分層朝淺方前進時，例如在第i號的分 層至線量期滿所必需的照射時間Pei，較短於短週期模式OP-S的照射時間ToS時，選擇短週期模式OP-S。在之後的分層(i+1之後)至線量期滿所必需的照射時間Pei+1，基本上因會朝向更短，故同樣地選擇短週期模式OP-S。
據此，例如，與在全部的分層選擇長週期模式OP-L時相比，可縮短在週期內的等待時間，且就全體而言能夠縮短治療時間。或者，當在全部的分層選擇短週期模式OP-S時，會產生在深部分層中進行1次的週期的照射並不期滿，而要分成複數次進行照射的情形，以致使治療時間延長，惟在本實施形態中藉由使整體花費在一個分層中的週期次數減少，即能夠就全體縮短治療時間。其效果係為即使將長週期模式OP-L的照射時間ToL，設定較短於最深部之分層至照射期滿Ed的照射時間Pel時，亦會達成者。
另外，前述例子為了簡化，針對具有2個運轉模式之例子加以說明，惟並不限定於該說明。亦可藉由花費調校等之時間精力，預先預備更加細分化的運轉模式。此外，運轉模式的選擇，並不侷限為如前述比較週期與照射時間的結果。例如，在藉由幅度變換器44的衰減量中，無法調整能量時，亦可以切換運轉模式之方式，根據粒子線的能量幅度進行選擇。
實施形態1的變形例
另外，前述的例子，係長週期模式能量大於短週期模式之例子，換言之，係針對具有不同週期與不同能量之運轉模式的例子加以說明。另一方面，在本變形例中，係對 於相同能量預備了不同週期的運轉模式。
第7圖係供以針對適用本變形例之形態加以說明之圖，例如針對相同形狀患部位於離體表面不同深度時之體內深度與授予線量的關係、以及適用的運轉模式加以說明者。在第7圖中，上段係為患部位於離體表面淺之位置時的線量分佈，而下段係為患部位於離體表面深之位置時的線量分佈。連接上段與下段的虛線雖例示為離體表面相同深度的位置，換言之為必需進行相同能量的位置，惟在上段係因最深部故確保與需要的線量多，且必須延長照射時間之分層相對應的運轉模式OP-1，而在下段因最淺部故確保與所需的線量少，且照射時間短即可之分層相對應的運轉模式OP-2。
如前述的情形下，例如，對於相同能量、或者近似的能量，預備不同長度之複數個運轉模式，從而根據分層的照射條件選擇適合的運轉模式，可正確進行短治療時間的照射。
如前述根據本實施形態1之粒子線治療裝置1，係具備有：加速器10，具有採用磁性體之鐵芯的電磁鐵(例如，偏向電磁鐵13)，且將粒子線B調整為預定能量並射出；照射裝置40，將從加速器10所供給之粒子線B與照射對象的形狀相對應而進行照射；以及控制部20，用來統合加速器10與照射裝置40而進行控制；並且在控制部20設置有：運轉模式保持部25，用來保持複數個運轉模式OP-L、OP-S，以作為加速器10週期性地反覆進行的運轉模式OP， 該複數個運轉模式OP-L、OP-S即使在能夠射出粒子線B之時間(照射時間)To不同，並且存在磁性體之磁滯現象下，亦以加速器10之偏向電磁鐵13形成期望之磁場強度之方式，分別調整操作條件；照射條件讀入部22，對於朝深度方向劃分照射對象的複數個分層，讀入每一分層的照射條件；運轉模式選擇部23，根據照射條件讀入部22所讀入之照射條件，選擇複數個運轉模式之中，適合於該分層的運轉模式；以及主控制部21，對每一分層，根據選擇的運轉模式加以控制加速器10，並且根據照射條件控制照射裝置40；因以此方式構成，且因能夠對每一分層，選擇施加期望之磁場強度之最合適的運轉模式，故能夠縮短治療時間，並且進行正確的照射。
特別是，運轉模式選擇部23係構成為：在複數個運轉模式OP-S、OP-L之中的對在該分層之授予線量所需的週期數少的運轉模式(例如，在一週期可授予的運轉模式)之中，選擇能夠射出粒子線B之時間To最短的運轉模式，故能夠最短地進行各分層的照射。
再者，複數個運轉模式之中，至少2個運轉模式OP-S、OP-L係以設定成預定能量大之運轉模式OP-L者，形成能夠延長射出粒子線B之時間To的長度之方式來設定，故對於深部的分層而言，確保對射出所需的線量並確保能夠在少週期使線量期滿的運轉模式，而對於淺部的分層而言，能夠確保在短時間使照射結束的運轉模式，而就全體縮短治療時間。
再者，複數個運轉模式之中，至少2個運轉模式OP-1、OP-2，係設成以在預定能量相同，且能夠射出粒子線B之時間To不同之方式所設定，故即使患部之離體表面的位置相同，亦對於成為深部的分層而言，確保對射出所需的線量而確保能夠在少週期使線量期滿的運轉模式OP-1，而對於即使相同深度成為淺部的分層而言，能夠確保在短時間使照射結束的運轉模式OP-2，而就全體縮短治療時間。
再者本實施形態1之粒子線治療裝置1的運轉方法，係進行運轉具備有加速器10、以及運轉模式保持部25之粒子線治療裝置1的方法，該加速器10，具有採用磁性體之鐵芯，例如偏向電磁鐵13的電磁鐵，且將粒子線B調整為預定能量並射出，該運轉模式保持部25，用來保持複數個運轉模式OP-L、OP-S，以作為加速器10週期性地反覆進行的運轉模式OP，該複數個運轉模式OP-L、OP-S能夠射出粒子線B之時間(照射時間)To不同，並且即使存在前述磁性體之磁滯現象下，亦以加速器10之偏向電磁鐵13形成期望之磁場強度之方式，分別調整操作條件；該粒子線治療裝置1的運轉方法係含有：照射條件讀入步驟S10，對於朝深度方向劃分照射對象的複數個分層，讀入每一分層的照射條件；運轉模式選擇步驟S30，根據在照射條件讀入步驟S10所讀入之照射條件，選擇複數個運轉模式OP-S、OP-L之中，適合於該分層的運轉模式；以及步驟S40，對每一分層，根據選擇的運轉模式加以控制加速器10；因以此方式構成，且因對每一分層，施加期望的磁場 強度，故能夠縮短治療時間，並且進行正確的照射。
1‧‧‧粒子線治療裝置
10‧‧‧加速器
13‧‧‧偏向電磁鐵(具有磁性體之鐵芯的電磁鐵)
11‧‧‧真空導管
13a至13d‧‧‧偏向電磁鐵
14a至14d‧‧‧收斂用電磁鐵
15‧‧‧高頻加速空洞
17‧‧‧六極電磁鐵
18A‧‧‧射入裝置
18B‧‧‧射出裝置
19‧‧‧前段加速器
20‧‧‧控制部
21‧‧‧主控制部
22‧‧‧照射條件讀入部
23‧‧‧運轉模式選擇部
24‧‧‧照射條件保持部
25‧‧‧運轉模式保持部
30‧‧‧輸送系統
31‧‧‧真空導管
32‧‧‧切換電磁鐵
33‧‧‧偏向電磁鐵
33r‧‧‧偏向電磁鐵
40‧‧‧照射裝置
41‧‧‧掃瞄電磁鐵
42‧‧‧散射體
43‧‧‧脊形過濾器
44‧‧‧幅度變換器
50‧‧‧治療室
51‧‧‧治療台
B‧‧‧粒子線
Cop‧‧‧週期
Ddt、Dpr、Dt‧‧‧線量分佈
Imf‧‧‧磁場強度
K‧‧‧患部
OP‧‧‧運轉模式
OP-L‧‧‧長週期模式
OP-S‧‧‧短週期模式
Pa‧‧‧加速步驟
Pd‧‧‧減速步驟
Pi‧‧‧射入步驟
Po‧‧‧射出步驟
To‧‧‧1週期中之能夠射出粒子線的時間
ToS‧‧‧短週期模式OP-S的照射時間
ToL‧‧‧長週期模式OP-L的照射時間
Pe‧‧‧至照射期滿的照射時間
第1圖(a)及(b)係為顯示用以說明本發明之實施形態1之粒子線治療裝置之構成的全體圖，以及加速器之2個運轉模式之圖。
第2圖係為用以說明本發明之實施形態1之粒子線治療裝之中，照射裝置的構成之圖。
第3圖(a)及(b)係為顯示用以針對本發明之實施形態1之粒子線治療裝置之加速器的運轉模式加以說明之圖，以及構成在該運轉模式運轉時之加速器之偏向電磁鐵的磁滯迴圈之圖。
第4圖係為顯示在積層原體照射中，離體表面之深度與線量的關係之圖。
第5圖係為用以說明本發明之實施形態1之粒子線治療裝置的運轉方法的流程圖。
第6圖(a)及(b)係為用以說明針對選擇與分層之深度相對應的運轉模式時，其運轉週期中的照射狀況之圖。
第7圖係為顯示本發明之實施形態1之應用例之加速器的2個運轉模式之圖。
1‧‧‧粒子線治療裝置
10‧‧‧加速器
11‧‧‧真空導管
13a至13d‧‧‧偏向電磁鐵
14a至14d‧‧‧收斂用電磁鐵
15‧‧‧高頻加速空洞
17‧‧‧六極電磁鐵
18A‧‧‧射入裝置
18B‧‧‧射出裝置
19‧‧‧前段加速器
20‧‧‧控制部
21‧‧‧主控制部
22‧‧‧照射條件讀入部
23‧‧‧運轉模式選擇部
24‧‧‧照射條件保持部
25‧‧‧運轉模式保持部
30‧‧‧輸送系統
31‧‧‧真空導管
32‧‧‧切換電磁鐵
33‧‧‧偏向電磁鐵
33r‧‧‧偏向電磁鐵
40‧‧‧照射裝置
50‧‧‧治療室
51‧‧‧治療台
Imf‧‧‧磁場強度
K‧‧‧患部
OP-L‧‧‧長週期模式
OP-S‧‧‧短週期模式
ToS‧‧‧短週期模式OP-S的照射時間
ToL‧‧‧長週期模式OP-L的照射時間

Claims (6)

  1. 一種粒子線治療裝置，係具備有：加速器，具有採用磁性體之鐵芯的偏向電磁鐵，且將粒子線調整為預定能量並予以射出；照射裝置，將從前述加速器所供給之粒子線以與照射對象的形狀相對應之方式進行照射；以及控制部，用來統合前述加速器與前述照射裝置而進行控制；並且在前述控制部設置有：運轉模式保持部，用來保持複數個運轉模式，以作為前述加速器週期性地反覆進行的運轉模式，該複數個運轉模式之能夠射出前述粒子線之時間不同，並且即使存在前述磁性體之磁滯現象下，亦以前述加速器之偏向電磁鐵形成期望之磁場強度之方式，分別調整操作條件；照射條件讀入部，對於朝深度方向劃分前述照射對象的複數個分層，讀入每一分層的照射條件；運轉模式選擇部，根據前述照射條件讀入部所讀入之照射條件，選擇前述複數個運轉模式之中，適合於該分層的運轉模式；以及主控制部，對前述每一分層，根據前述選擇的運轉模式控制前述加速器，並且根據前述照射條件控制前述照射裝置。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之粒子線治療裝，其中，前 述運轉模式選擇部，係在前述複數個運轉模式之中的對在該分層之授予線量所需的週期數少的運轉模式之中，選擇能夠射出前述粒子線之時間最短的運轉模式。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之粒子線治療裝，其中，前述複數個運轉模式之中，至少2個運轉模式係設定成，前述預定能量被設成較大之運轉模式者之能夠射出前述粒子線之時間較長。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之粒子線治療裝，其中，前述複數個運轉模式之中，至少2個運轉模式係以設定成，前述預定能量被設成較大之運轉模式者之能夠射出前述粒子線之時間較長。
  5. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述之粒子線治療裝，其中，前述複數個運轉模式之中，至少2個運轉模式係以前述預定能量相同，且能夠射出前述粒子線之時間不同之方式所設定。
  6. 一種粒子線治療裝置的運轉方法，係使具備有加速器以及運轉模式保持部之粒子線治療裝置進行運轉的方法，該加速器係具有採用磁性體之鐵芯的偏向電磁鐵，且將粒子線調整為預定能量並予以射出，該運轉模式保持部係用來保持複數個運轉模式，以作為前述加速器週期性地反覆進行的運轉模式，該複數個運轉模式之能夠射出前述粒子線之時間不同，並且即使存在前述磁性體之磁滯現象下，亦以前述加速器之偏向電磁鐵形成期望之磁場強度之方式分別調整操作條件； 該粒子線治療裝置的運轉方法係含有：照射條件讀入步驟，對於朝深度方向劃分照射對象的複數個分層，讀入每一分層的照射條件；運轉模式選擇步驟，根據在前述照射條件讀入步驟所讀入之照射條件，選擇前述複數個運轉模式之中，適合於該分層的運轉模式；以及對前述每一分層，根據所選擇的運轉模式控制前述加速器之步驟。
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