TW201440838A - 粒子線治療裝置及其運轉方法 - Google Patents

粒子線治療裝置及其運轉方法 Download PDF

Info

Publication number
TW201440838A
TW201440838A TW102122936A TW102122936A TW201440838A TW 201440838 A TW201440838 A TW 201440838A TW 102122936 A TW102122936 A TW 102122936A TW 102122936 A TW102122936 A TW 102122936A TW 201440838 A TW201440838 A TW 201440838A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
slice
particle beam
energy
slice group
thickness
Prior art date
Application number
TW102122936A
Other languages
English (en)
Other versions
TWI517874B (zh
Inventor
Tadashi Katayose
Kengo Sugahara
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Publication of TW201440838A publication Critical patent/TW201440838A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI517874B publication Critical patent/TWI517874B/zh

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00—Radiation therapy
    • A61N5/10—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy
    • A61N5/1048—Monitoring, verifying, controlling systems and methods
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00—Radiation therapy
    • A61N5/10—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy
    • A61N5/1042—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy with spatial modulation of the radiation beam within the treatment head
    • A61N5/1043—Scanning the radiation beam, e.g. spot scanning or raster scanning
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00—Radiation therapy
    • A61N5/10—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy
    • A61N5/1048—Monitoring, verifying, controlling systems and methods
    • A61N2005/1074—Details of the control system, e.g. user interfaces
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00—Radiation therapy
    • A61N5/10—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy
    • A61N2005/1085—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy characterised by the type of particles applied to the patient
    • A61N2005/1087—Ions; Protons

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Radiation-Therapy Devices (AREA)

Abstract

在依各個包含相鄰接的兩個以上切片(S)之切片群(F)設定從加速器(1)射出之粒子線的能量，且依該切片群(F)內的各切片(S)設定衰減量之際，依各個切片群(F)，以針對該切片群(F)內位置最深的切片(S)，穿透板會具有預定的厚度之方式，將從加速器(1)射出之能量設定為比位置最深的切片(S)所對應之能量高之值，並且依各個切片群(F)而設定之穿透板的厚度，係針對位置深的切片群(F)而設定之厚度大於等於針對位置淺的切片群(F)而設定之厚度，且針對位置最深的切片群(F)而設定之厚度比針對位置最淺的切片群(F)而設定之厚度厚。

Description

粒子線治療裝置及其運轉方法
本發明係關於對腫瘤等患部照射粒子線而進行治療之粒子線治療裝置，尤其是進行三維照射之粒子線治療裝置及其運轉方法。
就粒子線治療裝置而言，由環形加速器予以加速到預定的能量(energy)然後射出之粒子束(beam)(粒子線)，係經由輸送路徑而輸送到設於照射室中之粒子線治療裝置。粒子線治療裝置使供給來的粒子線成形成為與照射對象對應之形狀而照射粒子線。為了減低對於正常細胞之不必要的線量、以及為了有效率地利用放射線，近年來將重點放在三維照射。三維照射係不僅出利用掃描電磁鐵而成形之x-y方向(與粒子束行進方向正交之斷面)的形狀，也藉由使能量變化而成形出z方向(粒子束行進方向)的形狀。
在此，考量以下兩種使能量變化之方法。亦即，使利用同步加速器(synchrotron)(環形加速器)而加速之到達能量變化之手段、以及使用可調整穿透板的等效水 厚度(water equivalent thickness)而變更衰減量之可變範圍變換器(range shifter)來使粒子線減速之手段。要實現三維照射，必需要有例如100階段的能量段數。此100段的間隔係利用等效水厚度(水中的布拉格峰(Bragg peak)的深度)而決定成為等間隔。若想單靠使同步加速器的加速能量變化之手段來實現此100段的間隔，就要進行100次之同步加速器的出射調整及輸送系統的調整，而有要花很多時間之問題。另一方面，可變範圍變換器因為厚度越增大，散射及射束損耗(beam loss)就會變得越大，所以並無法期待能夠單靠可變範圍變換器來實現必要的段數(100階段)的所有能量。
因此，可考慮例如：在同步加速器方面準備必要的段數的一半(50段)的出射能量，至於其間的值，則採用使可變範圍變換器所造成的衰減量變化來加以調整之手段。其中，為了使由於通過可變範圍變換器之際之散射而發散的粒子束收斂，可考慮採用配置四極電磁鐵的粒子線照射裝置(參照例如專利文獻1)之技術。
[先前技術文獻] 〔專利文獻〕
(專利文獻1)日本特開2007-185423號公報(段落0008至0016，第1圖)
(專利文獻2)日本特開平3-236862號公報(頁2右上欄~左下欄，第1圖至第3圖)
(專利文獻3)日本特開平8-298200號公報(段落0010至0019，第1圖至第5圖)
然而，如此之構成，在依序使能量變化之時，由於可變範圍變換器的等效水厚度的增減，散射的程度也重複增減。因此，若要如例如專利文獻2或專利文獻3所揭示地，抑制磁性體的磁滯現象(hysteresis)的影響，就無法進行使如四極電磁鐵的強度單調減少(或增加)之控制。因此，供給至掃描電磁鐵之粒子束的狀態會不穩定，而難以進行正確的照射。
本發明係為了解決如上述之課題而完成者，其目的在實現粒子束的狀態穩定，可正確地進行三維照射之粒子線治療。
本發明之粒子線治療裝置，係在將照射對象沿著深度方向分割為複數個切片(slice)，然後按深度的順序照射依各切片成形的粒子線之際，依各個包含相鄰接的兩個以上切片之切片群設定從加速器射出之粒子線的能量，且依該切片群內的各切片設定衰減量，該粒子線治療裝置具備有：藉由使讓粒子線穿透之穿透板的厚度變化，來調整前述衰減量之可變範圍變換器(range shifter)；具有掃描電磁鐵，使調整過前述衰減量之粒子線按照前述切片而成形之照射噴嘴(irradiation nozzle)；設置於前述可變範 圍變換器與前述照射噴嘴之間，以讓由於前述穿透板而發散的粒子線收斂的方式進行動作之四極電磁鐵；以及決定前述加速器及前述可變範圍變換器的設定值，並且按照設定值而控制前述四極電磁鐵的激磁量之控制部；且前述控制部係依各個前述切片群，以針對該切片群內位置最深的切片，前述穿透板會具有預定的厚度之方式，將從前述加速器射出之能量設定為比前述位置最深的切片所對應之能量高之值，而且依各個前述切片群而設定之前述穿透板的厚度，係針對位置深的切片群而設定之厚度大於等於針對位置淺的切片群而設定之厚度，且針對位置最深的切片群而設定之厚度比針對位置最淺的切片群而設定之厚度厚。
本發明之粒子線治療裝置的運轉方法，係在將照射對象沿著深度方向分割為複數個切片，然後按深度的順序照射依各切片以照射噴嘴而成形的粒子線之際，依各個包含相鄰接的兩個以上切片之切片群設定從加速器射出之粒子線的能量，且依該切片群內的各切片利用可變範圍變換器來設定衰減量，並且藉由設置於前述可變範圍變換器與前述照射噴嘴之間之四極電磁鐵，來使入射至前述照射噴嘴之粒子線收斂之粒子線治療裝置的運轉方法，且前述加速器的能量設定值，係依各個前述切片群，以針對該切片群內位置最深的切片，前述可變範圍變換器會具有預定的衰減量之方式，設定為比前述位置最深的切片所對應之能量高之值，而且依各個前述切片群而設定之衰減量，係設定為針對位置深的切片群而設定之值大於等於針 對位置淺的切片群而設定之值，且針對位置最深的切片群而設定之值比針對位置最淺的切片群而設定之值大，且因應前述加速器的能量設定值及前述可變範圍變換器的衰減量來控制前述四極電磁鐵的激磁量。
根據本發明之粒子線治療裝置或粒子線治療裝置的運轉方法，可在使能量變化之際，使四極電磁鐵的強度單調地變化而使發散的粒子束收斂，所以粒子束的狀態穩定，可正確地進行三維照射之粒子線治療。
1‧‧‧加速器
2‧‧‧輸送系統
3‧‧‧能量調整系統
4‧‧‧照射噴嘴
5‧‧‧粒子線照射裝置
6‧‧‧控制部
11‧‧‧真空管道
12‧‧‧入射裝置
13‧‧‧偏向電磁鐵
14‧‧‧四極電磁鐵
15‧‧‧高頻加速空洞
16‧‧‧出射裝置
17‧‧‧六極電磁鐵
18‧‧‧前段加速器
21‧‧‧真空管道
23‧‧‧偏向電磁鐵
34‧‧‧可變範圍變換器
34b‧‧‧基礎穿透板
34s‧‧‧能量調整用穿透板
35‧‧‧準直器
36‧‧‧四極電磁鐵
36a、36b、36c、36d‧‧‧單位四極電磁鐵
F‧‧‧切片群
S、S1、S2、…、Sm‧‧‧切片
Vt‧‧‧照射區域
第1圖係用來說明本發明實施形態1之粒子線治療裝置的構成之機器配置圖。
第2圖係顯示使用本發明實施形態1之粒子線治療裝置進行三維照射之際的照射區域之模式圖。
第3圖係顯示可變範圍變換器的穿透板之厚度、與射束的散射角之擴大的關係之圖。
第4圖係用來說明傳統的粒子線治療裝置中之調整能量之際所需的四極電磁鐵的強度之圖。
第5圖係用來說明傳統的粒子線治療裝置中之調整能量之際所需的四極電磁鐵的強度之圖。
第6圖係用來說明本發明實施形態1之粒子線治療裝置及粒子線治療裝置的運轉方法中之調整能量之際所需的四極電磁鐵的強度之圖。
實施形態1.
以下，針對本發明實施形態1之粒子線治療裝置及粒子線治療裝置的運轉方法進行說明。第1圖係用來針對本發明實施形態1之粒子線治療裝置的構成進行說明之模式的機器配置圖，第2圖係顯示進行三維照射之際之在深度方向分割出預定厚度的切片而設定出的照射區域之示意圖。第3圖係顯示用來使能量變化之可變範圍變換器的穿透板之厚度、與粒子線束的散射角之擴大的關係之圖，第4及第5圖係用來說明使用傳統構成的粒子線治療裝置來進行三維照射之際之粒子束的運動量(與能量具有一對一的關係之量)與四極電磁鐵的強度的關係之圖。第6圖係用來說明使用本實施形態1之粒子線治療裝置或粒子線治療裝置的運轉方法來進行三維照射之際之粒子束的運動量與四極電磁鐵的強度的關係之圖。
本發明實施形態1之粒子線治療裝置或粒子線治療裝置的運轉方法之特徵，係在於用來調整三維照射中的能量之構成或調整的方法。但是，在說明該構成及方法之前，先利用第1圖來說明粒子線治療裝置的全體構成。
圖中，粒子線治療裝置係具備有：作為粒子線的供給源，屬於一種同步加速器之環形加速器(以下，簡稱為加速器1)；可進行三維照射之粒子線照射裝置5；以及連結加速器1與粒子線照射裝置5，將粒子線從加速 器1輸送至粒子線照射裝置5之輸送系統2。輸送系統2係具有除了連結粒子線照射裝置5之外，也連結未圖示的其他複數個粒子線照射裝置之輸送路徑。而且，可藉由切換電磁鐵來切換軌道，而將從加速器1射出的粒子束供給至需要的粒子線照射裝置。另外，關於其他的未圖示的粒子線照射裝置，並不一定需要具有三維照射之機能。接著，進行各構成之說明。
加速器1具備有：形成為用來使帶電粒子繞圈轉的軌道路徑之真空管道(duct)11；用來使從前段加速器18供給來的帶電粒子入射至真空管道11內之入射裝置12；以讓帶電粒子在真空管道11內的環繞軌道環繞之方式，使帶電粒子的軌道偏向之偏向電磁鐵13；使環繞軌道上的帶電粒子收斂而不會發散之四極電磁鐵14；供給與環繞的帶電粒子同步之高頻電壓來使帶電粒子加速之高頻加速空洞15；用以使在加速器1內加速而形成為具有預定能量的粒子束之帶電粒子取出到加速器1外，並使之射出到輸送系統2內之出射裝置16；以及為了使粒子束從出射裝置16出射而在環繞軌道內激發共振之六極電磁鐵17。而且，在環繞軌道內之帶電粒子係由高頻電場使之加速，由磁鐵使之轉向而加速到光速的大約60~80%才射出至輸送系統2。
輸送系統2係稱為HEBT(高能射束輸送：High Energy Beam Transport)系統，具備有：形成為粒子束的輸送路徑之真空管道21；作為切換粒子束的軌道之切換 裝置之未圖示的切換電磁鐵；以及使粒子束偏向預定角度之偏向電磁鐵23。
粒子線照射裝置5係進行使從輸送系統2供給來的粒子束成形成為與照射對象的大小及深度對應的照射野而照射患部之三維照射者。另外，在以下的說明中，假設粒子束的行進方向為z方向，且將規定與行進方向垂直的面之方向設為x方向及y方向。粒子線照射裝置5中，具備有：發揮作為為了形成z方向的形狀而調整粒子束的能量之能量調整系統3的機能之可變範圍變換器(range shifter)34；準直器(collimator)35；以及四極電磁鐵36。以及，具備有：用來使布拉格峰的寬度按照切片的厚度而擴大之脊狀濾波器(ridge filter)；以及具有為了形成x-y面上的二維形狀而在x方向掃描的掃描電磁鐵及在y方向掃描的掃描電磁鐵之照射噴嘴(irradiation nozzle)4。
可變範圍變換器34係用來使粒子束的能量變化之裝置。具有使調整為預定的等效水厚度之穿透板(例如，在圖中為具有等效水厚度tb之基礎(base)穿透板34b、及具有等效水厚度ts之能量調整用穿透板34s)相對於粒子束入射範圍而進入、退避之機能。因此，可使入射的粒子束的能量衰減相當於等效水厚度的能量份而調整粒子束的能量。例如，密度為0.94~0.96g/cm3之聚乙烯板的情況，只要設定為將等效水厚度除以密度而得出的厚度，就可得到所想要的等效水厚度。
準直器35係設有預定的通過孔之金屬塊 (block)等，係限制照射野的平面方向(xy面)的擴大者，相當於光學機器中的狹縫(slit)。脊狀濾波器係形成為將例如錐狀體或剖面為三角形的板在面內排列多數個，且若將照射野分割成例如多數個小區域，則係形成為會在各個小區域有通過不同的厚度之射束存在者。藉此，而得到將布拉格峰的範圍擴大之SOBP(Spread-Out Bragg Peak)。亦即，藉由脊狀濾波器，而將在z方向的照射範圍(厚度)調整成與後述的切片一致。但是，本例雖然揭示的是藉由脊狀濾波器來按照切片的厚度進行調整之例，但也有不使用脊狀濾波器之情況。
四極電磁鐵36係配置成從粒子束的行進方向觀看時，兩個N極及兩個S極交錯排列成圓周狀之形態，且在xy面之中的一方向係發揮如同光學機器中的凸透鏡(lens)之功能，而在正交的方向係發揮如同凹透鏡之功能。因此，例如，在射束的行進方向使複數個單位四極電磁鐵36a、36b、36c、36d的極性相交錯而排列，藉此使射束的軌道收斂在一定的範圍內。另外，在本實施形態1中，雖揭示排列四台單位四極電磁鐵36a至36d之例，但並不限於此，亦可依據設計條件而適當地增減。
再者，藉由具備有控制加速器1及能量調整系統3及照射噴嘴4使之相互合作之控制部6，來執行後述之三維照射。
接著，針對使用上述構成的粒子線照射裝置5之三維照射進行說明。
此情況係如第2圖所示，沿著粒子束B的行進方向(z方向：深度)將與照射對象對應之照射區域Vt分割為預定厚度的切片S1、S2、S3、…Sm、…(通稱為切片S)。而且，以讓調整成與各切片S的飛程相當的能量之粒子束供給至照射噴嘴4之方式，在能量調整系統3中調整從加速器1供給來的粒子束的能量。
此時，特別是在要提供如三維照射之高品質的治療之情況，如何忠實地再現治療計畫中設定的照射很重要。因此，對於能量調整系統3有：在各切片S，要抑制供給至照射噴嘴4的粒子束的寬度(利用擴大的標準偏差σ來評估)及射束強度(利用表示每單位時間的線量之電流值來評估)的變動之要求。具體而言，在粒子束的寬度方面，在照射某一切片Sm之際所供給的粒子束的標準偏差1 σ為5mm之情況，在相鄰的切片Sm+1的標準偏差1 σ要落在6mm程度。另外，在射束強度方面，在照射某一切片Sm之際的電流值為2nA之情況，在相鄰的切片Sm+1的電流值只要落在3nA程度的範圍內就可實現高精度的照射。
然而，例如，在照射某一切片Sm之際所供給的粒子束的標準偏差1 σ為5mm之情況，在相鄰的切片Sm+1的標準偏差1 σ若變化到10mm，或者在射束強度方面，照射某一切片Sm之際的電流值為2nA，在相鄰的切片Sm+1的電流值若變化到6nA程度時，就很難實現高精度的照射。
此處，對於利用第2圖說明之照射區域Vt進行三維照射(積層原體照射)之情況，係例如設計成切片S都為等效水厚度且等間隔，然後從在射束的行進方向之最深部的切片S1開始往淺的方向依序照射。亦即，三維照射係一次一個切片S且從高能量依序變換到低能量而進行照射。另外，也有一次一個切片S且從低能量依序變換到高能量而進行照射之情況。
此時，如在先前技術中說明過的，加速器1要準備必要段數的n分之一段數的出射能量。然後在各段之間之(n-1)個份的值方面，藉由使可變範圍變換器34的穿透板進入或脫離入射範圍來進行調整。亦即，針對各個包含相鄰接的兩個以上的切片S之切片群F，設定從加速器1射出之粒子線的能量，並針對切片群F內的各切片S而設定衰減量。在此情況，由於各段之間的值也為等間隔，所以只要準備(n-1)片與各段的能量的n分之一的等效水厚度相當之穿透板，且就各段使穿透板的片數從(n-1)片減到0，來使可變範圍變換器34的厚度依序變化即可。
為了簡化說明，在以下的說明中，令n=2，而在加速器1準備必要段數的二分之一段數的出射能量，且利用可變範圍變換器34來設定各段(切片群F)之間之一個份的值(中間值)之情況進行說明。亦即，分別針對各個包含兩個切片S之切片群F設定加速器1的出射能量，並針對切片群F內的兩個切片S的每一個，調整可變範圍變換器34的穿透板的厚度來與之對應。
如上述，通過如可變範圍變換器34之實際的穿透板之際之粒子束的散射角之擴大程度，會如第3圖所示，隨著厚度之增加而變大。此外，如上述之調整方法，就算依序使能量單調地減少，由於仍按各加速器1的各個出射能量(切片群F)而進行會通過穿透板、或未通過穿透板之切換，而有散射量重複變動的情形。
通常，在未使用可變範圍變換器34之類的穿透板之情況之HEBT的光學設計中，利用與能量一對一對應之運動量加以標準化後之磁場強度(激磁強度)係為固定。另一方面，在使粒子束通過穿透板之情況，則低能量變得越低散射就會越變強，運動量(能量)與磁場強度的關係就變得並非線性，但在運動量越變小，四極電磁鐵的強度可越減小之現象則相同。不過，如第4圖所示，與不通過穿透板之情況之曲線(N)相比較，通過穿透板之情況之曲線(ts)會較往四極電磁鐵變高之方向偏移。
亦即，即使運動量為固定，當粒子線所穿過的穿透板的厚度加厚，四極電磁鐵36的磁場強度也必須提高。結果，要使發散的射束收斂所需之四極電磁鐵36的強度，就算使能量單調地減少，也會重複地做強弱之變動。就一具體的例子而言，從某一段(切片群F)之未使粒子束通過穿透板之狀態(圖中以△符號表示者)切換到下一段之使粒子束通過穿透板之狀態(圖中以◇符號表示者)之際，要提高四極電磁鐵36的強度。
此處，也可考慮採用例如專利文獻1(段落 0021，圖3)所記載的，在恆常地讓等效水厚度薄的基礎穿透板34b插入，以使將用來調整至中間值之能量調整用穿透板34s插入之際之發散角的變化減小之技術。此情況係如第5圖所示，使用基礎穿透板34b之情況之曲線(tb)、與追加了用來調整至中間值之能量調整用穿透板34s(與第4圖相同的厚度(ts)份)之情況之曲線(tb+ts)之差(四極電磁鐵36的強度)，會變得比第4圖小。
如此，使用基礎穿透板34b來使必要的強度之差減小之情況，在使可變範圍變換器34的穿透板的等效水厚度增大(圖中，在運動量下降之方向從○變到◇時)之際，就可能在一部份的能量區域以不使四極電磁鐵36的強度增加之方式進行調整。不過，要在形成各患者之SOBP的整個能量範圍(energy range)中，都不使四極電磁鐵36的強度增加而調整能量卻有困難。
因此，在本實施形態1之粒子線治療裝置中，係設定成使用於能量設定值小(位置淺)的切片群F之基礎穿透板34b的厚度，會比使用於能量設定值大(位置深)的切片群F之基礎穿透板34b的厚度薄。表1顯示與上述的第4圖相當之傳統例1、與第5圖相當之傳統例2、及本實施形態1之粒子線治療裝置或粒子線治療裝置的運轉方法的實施例之能量調整方法的具體例。
表1中，最上段為切片S的編號，下一段為切片群F的編號，再下一段為各個切片S的能量設定值。能量設定值E1、E2、...係設定為隨著編號變大，依序每次減少△E之能量，亦即等間隔地從深的地方前往淺的方向。而且，設定值之中，E1及E2表示將全部能量分為三個區域時之在最大的能量範圍之設定值，Ei及Ei+1表示在中間的能量範圍之設定值，Ej及Ej+1表示在最小的能量範圍之設定值。除此之外的設定值之記載則予以省略。
例如，在傳統例1中，針對切片群F內的兩個能量設定值(Ek及Ek+1)，從加速器1射出相同的能量(Ek)之粒子射束(A欄)。然後，顯示藉由插入或取出相當於△E的等效水厚度ts之能量調整用穿透板34s(RS欄)，來調整至按照切片群F內的各切片S的能量設定值之能量。
另外，在傳統例2中，針對切片群F內的兩個能量設定值(Ek及Ek+1)，從加速器1射出為了補償經基礎穿透板34b而衰減的能量份而設定得比設定值(Ek)高之相同能量(Ek+Eb)之粒子束(A欄)。然後，藉由插入或取出相當於△E的等效水厚度ts之能量調整用穿透板34s(RS欄)，來調整至按照切片群F內的各切片S的能量設定值之能量。
另一方面，在實施例中，將能量範圍(區域)分為三個，且在最大範圍之區域(稱為t1域)使用具有第一等效水厚度t1之基礎穿透板34b，在中間範圍之區域(稱為t2域)使用具有比第一等效水厚度薄之第二等效水厚度t2之基礎穿透板34b，在最小範圍之區域(稱為t3域)使用具有比第二等效水厚度薄之第三等效水厚度t3之基礎穿透板34b。
因此，針對切片群F內的兩個能量設定值(Ek及Ek+1)，從加速器1射出的相同能量的粒子束，在t1域係為了補償因在該範圍使用的基礎穿透板34b而衰減的能量份而設定成射出比設定值(Ek)高之(Ek+Et1)之粒子射束，在t2域係為了補償因在該範圍使用的基礎穿透板34b而衰減的能量份而設定成射出比設定值(Ek)高之(Ek+Et2)之粒子射束，在t3域係為了補償因在該範圍使用的基礎穿透板34b而衰減的能量份而設定成射出比設定值(Ek)高之(Ek+Et3)之粒子射束(A欄)。然後，藉由插入或取出相當於△E的等效水厚度ts之能量調整用穿透板34s(RS欄)，來調整至按照 切片群F內的各切片S的能量設定值之能量。
亦即，如第6圖所示，在t1域係如曲線(t1)及曲線(t1+ts)所示的，在t2域係如曲線(t2)及曲線(t2+ts)所示的，在t3域係如曲線(t3)及曲線(t3+ts)所示的，根據隨著各區域而可變範圍變換器34的穿透板的厚度的組合不同之曲線，來調整能量。藉此，而使得在形成各患者之SOBP的整個能量範圍(energy range)中，能夠不使四極電磁鐵36的強度增加，而以包含不使強度變化之情況，使強度單調地減少之方式來進行調整。
結果，就可抑制磁滯現象之影響，而正確地控制四極電磁鐵36的磁場強度，可執行粒子束的狀態穩定而能正確進行三維照射之粒子線治療。
另外，在如上述的構成之情況，只要從低能量到高能量將各切片S逐一切換並進行照射，就能夠不使四極電磁鐵36的強度減少，而以包含不使強度變化之情況，使強度單調地增加之方式來進行調整。因此，在該情況也可抑制磁滯現象之影響，而正確地控制四極電磁鐵36的磁場強度，可執行粒子束的狀態穩定，而能正確進行三維照射之粒子線治療。
另外，在上述說明中，雖針對將能量分為三個區域之情況進行說明，但不限於此。只要磁場強度為可控制成單調減少的，就可分為兩個以上之適當的數目。此外，亦可使加速器1的出射能量變化。又，在上述說明中，雖針對依區域之不同而使用等效水厚度不同之基礎穿 透板34b之情況進行說明，但不限於此。作為可變範圍變換器34之等效水厚度(衰減量)之調整，可準備分別調整到希望的等效水厚度之穿透板，或藉由將複數個穿透板組合成各穿透板的厚度為2倍之關係，以得到希望的等效水厚度，亦即藉由所謂的二元(binary)方式的手段來實現。
又，在本實施形態1之粒子線治療裝置中，雖揭示的是將能量調整系統3設置成按各照射室設置之粒子線照射裝置5的一部份之形態，但不限於此。亦可例如將之設於各照射室所共通之輸送系統2的部份。
再者，本實施形態1之粒子線治療裝置所記載之例子雖為在用來形成在與射束的行進方向垂直之面內之照射形狀之照射噴嘴4，進行對於供給而來之粒子束的精度有要求之掃描照射，但並不限於此。例如，就算是在利用多葉式準直器(multi-leaf collimator)等具有實際的穿透形狀之限制器來使經掃描電磁鐵加以擴大之照射野形成照射形狀之擺動法(wobbling method)之類的情況，也可藉由提高供給至掃描電磁鐵之射束的精度，而用正確的線量分佈進行照射。
如以上所述，根據本實施形態1之粒子線治療裝置，係構成如下述：一種在將照射對象沿著深度方向分割為複數個切片S，然後按深度的順序照射依各切片成形的粒子線(粒子束)之際，依各個包含相鄰接的兩個以上切片之切片群F設定從加速器射出之粒子線的能量，且依該切片群F內的各切片設定衰減量者，該粒子線治療裝置 具備有：藉由使讓粒子線穿透之穿透板的厚度變化，來調整衰減量之可變範圍變換器34；具有掃描電磁鐵，使調整過衰減量之粒子線按照前述切片S而成形之照射噴嘴4；設置於可變範圍變換器34與照射噴嘴4之間，進行讓由於穿透板而發散的粒子線收斂的動作之四極電磁鐵36；以及決定加速器1及可變範圍變換器34的設定值，並且按照設定值而控制四極電磁鐵36的激磁量之控制部6，且控制部6係依各個切片群F，以針對該切片群F內位置最深的切片S，穿透板會具有預定的厚度之方式，將從加速器1射出之能量設定為比位置最深的切片S所對應之能量高之值，而且依各個切片群F而設定之穿透板的厚度，係針對位置深的切片群F而設定之厚度大於等於針對位置淺的切片群F而設定之厚度，且針對位置最深的切片群F而設定之厚度比針對位置最淺的切片群F而設定之厚度厚，因此可利用使四極電磁鐵36的強度單調地減少(或增加)之控制來使發散的粒子線收斂，所以可進行粒子束的狀態穩定，能正確地進行三維照射之粒子線治療。
尤其，照射噴嘴4係藉由掃描法來進行按照切片S之成形者，因此在特別是入射至照射噴嘴4之射束的穩定性為必要的之情況，本發明的效果會更顯著呈現。
又，在可變範圍變換器34與四極電磁鐵36之間，設置限制發散程度在預定以上的粒子線通過之準直器35，因此更容易利用使四極電磁鐵36的強度單調地減少(或增加)之控制來使發散的粒子線收斂。
又，根據本實施形態1之粒子線治療裝置的運轉方法，係構成如下述：一種在將照射對象沿著深度方向分割為複數個切片S，然後按深度的順序照射依各切片S以照射噴嘴4成形的粒子線之際，依各個包含相鄰接的兩個以上切片S之切片群F設定從加速器1射出之粒子線的能量，且依該切片群F內的各切片S利用可變範圍變換器34來設定衰減量，並且藉由設置於可變範圍變換器34與照射噴嘴4之間之四極電磁鐵36，來使入射至照射噴嘴4之粒子線收斂之粒子線治療裝置的運轉方法，且加速器1的能量設定值，係依各個切片群F，以針對該切片群F內位置最深的切片S，可變範圍變換器34會具有預定的衰減量之方式，設定為比位置最深的切片S所對應之能量高之值，而且依各個切片群F而設定之衰減量，係設定為針對位置深的切片群F而設定之值大於等於針對位置淺的切片群F而設定之值，且針對位置最深的切片群F而設定之值比針對位置最淺的切片群F而設定之值大，且因應加速器1的能量設定值及可變範圍變換器34的衰減量來控制四極電磁鐵36的激磁量，因此可利用使四極電磁鐵36的強度單調地減少(或增加)之控制來使發散的粒子線收斂，所以可進行粒子束的狀態穩定，能正確地進行三維照射之粒子線治療。
1‧‧‧加速器
2‧‧‧輸送系統
3‧‧‧能量調整系統
4‧‧‧照射噴嘴
5‧‧‧粒子線照射裝置
6‧‧‧控制部
11‧‧‧真空管道
12‧‧‧入射裝置
13‧‧‧偏向電磁鐵
14‧‧‧四極電磁鐵
15‧‧‧高頻加速空洞
16‧‧‧出射裝置
17‧‧‧六極電磁鐵
18‧‧‧前段加速器
21‧‧‧真空管道
23‧‧‧偏向電磁鐵
34‧‧‧可變範圍變換器
34b‧‧‧基礎穿透板
34s‧‧‧能量調整用穿透板
35‧‧‧準直器
36‧‧‧四極電磁鐵
36a、36b、36c、36d‧‧‧單位四極電磁鐵

Claims (4)

  1. 一種粒子線治療裝置，係在將照射對象沿著深度方向分割為複數個切片，然後按深度的順序照射依各切片成形的粒子線之際，依各個包含相鄰接的兩個以上切片之切片群設定從加速器射出之粒子線的能量，且依該切片群內的各切片設定衰減量，該粒子線治療裝置具備有：可變範圍變換器，藉由使讓粒子線穿透之穿透板的厚度變化，來調整前述衰減量；照射噴嘴，具有掃描電磁鐵，使調整過前述衰減量之粒子線按照前述切片而成形；四極電磁鐵，設置於前述可變範圍變換器與前述照射噴嘴之間，以讓由於前述穿透板而發散的粒子線收斂的方式進行動作；以及控制部，決定前述加速器及前述可變範圍變換器的設定值，並且按照設定值而控制前述四極電磁鐵的激磁量，且前述控制部係依各個前述切片群，以針對該切片群內位置最深的切片，前述穿透板會具有預定的厚度之方式，將從前述加速器射出之能量設定為比前述位置最深的切片所對應之能量高之值，而且依各個前述切片群而設定之前述穿透板的厚度，係針對位置深的切片群而設定之厚度大於等於針對位置淺的切片群而設定之厚度，且針對位置最深的 切片群而設定之厚度比針對位置最淺的切片群而設定之厚度厚。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之粒子線治療裝置，其中，前述照射噴嘴係藉由掃描法而進行按照前述切片之成形。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所述之粒子線治療裝置，其中，前述可變範圍變換器與前述四極電磁鐵之間，設有限制發散程度在預定以上之粒子線通過之準直器。
  4. 一種粒子線治療裝置的運轉方法，係在將照射對象沿著深度方向分割為複數個切片，然後按深度的順序照射依各切片以照射噴嘴成形的粒子線之際，依各個包含相鄰接的兩個以上切片之切片群設定從加速器射出之粒子線的能量，且依該切片群內的各切片利用可變範圍變換器來設定衰減量，並且藉由設置於前述可變範圍變換器與前述照射噴嘴之間之四極電磁鐵，來使入射至前述照射噴嘴之粒子線收斂之粒子線治療裝置的運轉方法，其中，前述加速器的能量設定值，係依各個前述切片群，以針對該切片群內位置最深的切片，前述可變範圍變換器會具有預定的衰減量之方式，設定為比前述位置最深的切片所對應之能量高之值，而且依各個前述切片群而設定之衰減量係設定為，針對位置深的切片群而設定之值大於等於針對位 置淺的切片群而設定之值，且針對位置最深的切片群而設定之值比針對位置最淺的切片群而設定之值大，且因應前述加速器的能量設定值及前述可變範圍變換器的衰減量，來控制前述四極電磁鐵的激磁量。
TW102122936A 2013-04-23 2013-06-27 粒子線治療裝置及其運轉方法 TWI517874B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2013/061920 WO2014174592A1 (ja) 2013-04-23 2013-04-23 粒子線治療装置およびその運転方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201440838A true TW201440838A (zh) 2014-11-01
TWI517874B TWI517874B (zh) 2016-01-21

Family

ID=51791203

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW102122936A TWI517874B (zh) 2013-04-23 2013-06-27 粒子線治療裝置及其運轉方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US9403036B2 (zh)
EP (1) EP2990077B1 (zh)
JP (1) JP6022042B2 (zh)
CN (1) CN105142723A (zh)
TW (1) TWI517874B (zh)
WO (1) WO2014174592A1 (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014174592A1 (ja) * 2013-04-23 2014-10-30 三菱電機株式会社 粒子線治療装置およびその運転方法
WO2017187593A1 (ja) * 2016-04-28 2017-11-02 三菱電機株式会社 粒子線治療装置
JP6787771B2 (ja) * 2016-12-14 2020-11-18 住友重機械工業株式会社 荷電粒子線治療装置
CN112834536A (zh) * 2021-01-05 2021-05-25 中国原子能科学研究院 用于调节粒子射程和测量粒子布拉格曲线的装置及方法

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03236862A (ja) 1990-02-13 1991-10-22 Nec Corp 医用電子加速装置
JP2857598B2 (ja) 1995-04-26 1999-02-17 株式会社日立製作所 加速器の運転方法
JP4490198B2 (ja) 2004-07-27 2010-06-23 三菱電機株式会社 粒子線照射装置
JP3806723B2 (ja) * 2004-11-16 2006-08-09 株式会社日立製作所 粒子線照射システム
JP4646069B2 (ja) 2005-11-14 2011-03-09 株式会社日立製作所 粒子線照射システム
JP4591356B2 (ja) 2006-01-16 2010-12-01 三菱電機株式会社 粒子線照射装置及び粒子線治療装置
JP4335290B2 (ja) * 2008-03-26 2009-09-30 三菱電機株式会社 粒子線治療装置
JP5002612B2 (ja) 2009-03-31 2012-08-15 株式会社日立製作所 荷電粒子ビーム照射装置
WO2010122662A1 (ja) * 2009-04-24 2010-10-28 三菱電機株式会社 粒子線治療装置
US8421031B2 (en) * 2011-03-10 2013-04-16 Mitsubishi Electric Corporation Particle beam therapy system
EP2832399A4 (en) * 2012-03-27 2015-11-25 Mitsubishi Electric Corp PARTICLE BEAM THERAPY DEVICE AND METHOD OF OPERATING PARTICLE BEAM THERAPY DEVICE
WO2014174592A1 (ja) * 2013-04-23 2014-10-30 三菱電機株式会社 粒子線治療装置およびその運転方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP2990077B1 (en) 2018-03-21
WO2014174592A1 (ja) 2014-10-30
TWI517874B (zh) 2016-01-21
EP2990077A4 (en) 2016-11-23
US20160101297A1 (en) 2016-04-14
CN105142723A (zh) 2015-12-09
EP2990077A1 (en) 2016-03-02
US9403036B2 (en) 2016-08-02
JP6022042B2 (ja) 2016-11-09
JPWO2014174592A1 (ja) 2017-02-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102421481B (zh) 粒子射线照射装置
US7071479B2 (en) Particle beam irradiation system and method of adjusting irradiation apparatus
JP4873563B2 (ja) 粒子加速器およびその運転方法、ならびに粒子線照射装置
TWI517874B (zh) 粒子線治療裝置及其運轉方法
KR20190085914A (ko) 방사선 전자 빔의 자기 제어를 위한 장치 및 방법
JP2003255093A (ja) 荷電粒子ビーム照射装置
WO2009139037A1 (ja) 荷電粒子ビーム照射装置
JP2008279159A (ja) 粒子線照射装置及び粒子線照射方法
JP2015084886A (ja) 荷電粒子ビームシステム
JP2010238463A (ja) 荷電粒子ビーム照射装置
TW201338823A (zh) 粒子線治療裝置及粒子線治療裝置的運轉方法
JP5542703B2 (ja) 荷電粒子ビーム照射システムおよび円形加速器の運転方法
JP2008272139A (ja) 荷電粒子ビーム照射システム及び荷電粒子ビーム出射方法
Schell et al. Modifying proton fluence spectra to generate spread-out Bragg peaks with laser accelerated proton beams
JP2010279702A (ja) 粒子線照射装置
CN107427694B (zh) 带电粒子束治疗装置
US9681530B2 (en) Particle beam therapy device
CN107115596B (zh) 粒子线治疗系统、脊形过滤器及脊形过滤器的制造方法
JP6787771B2 (ja) 荷電粒子線治療装置
JP3964769B2 (ja) 医療用荷電粒子照射装置
JP2019191031A (ja) 粒子線照射装置および粒子線治療システム
JP2015062605A (ja) 荷電粒子ビーム照射システム及び照射計画システム
JP2009028500A (ja) 積層原体照射システム及びこれを用いた粒子線治療装置
TWI622418B (zh) 粒子射線治療裝置
JP2000162391A (ja) 荷電粒子ビーム出射装置及び荷電粒子ビーム照射方法

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees