TW201609216A - 射束輸送系統及粒子線治療裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明之目的為不會將射束尺寸增大為不必要的程度，而可輸送其端部之粒子數的變化和緩之分布的帶電粒子射束。射束輸送系統(30)所具備之射束整形裝置(10)係具備：前段四極電磁鐵(3)，當將垂直於帶電粒子射束的行進方向且從射束的中心通過急端部的方向定為x方向時，前段四極電磁鐵(3)係將射束中之帶電粒子之相對於x方向之行進方向之斜率的x角度成分(x’)的分布寬度減小；半影放大器(1)，用以使通過前段四極電磁鐵(3)之射束中之x角度成分(x’)之粒子數分布的端部形狀和緩；及後段四極電磁鐵(4)，用以調整通過半影放大器(1)之射束之x方向之相位空間分布中的β加速器相位；後段四極電磁鐵(4)係用以將從半影放大器(1)至等中心(IC)的β加速器相位的相位進角調整為90度的奇數倍數±45度的範圍。

Description

射束輸送系統及粒子線治療裝置
本發明係關於一種輸送由質子或重粒子等之帶電粒子所構成之帶電粒子射束的射束輸送系統、及將所輸送的帶電粒子射束照射於物體、人體等之被照射體的粒子線治療裝置。
一般而言，粒子線治療裝置係具備：射束產生裝置，用以產生帶電粒子射束；加速器，連接於射束產生裝置，用以將所產生的帶電粒子射束進行加速；帶電粒子射束輸送系統，將被加速器加速至所設定之能量之後而射出的帶電粒子射束進行輸送；及粒子線照射裝置，設置於射束輸送系統的下游側，用以將帶電粒子射束照射於照射對象。
在從作為加速器的同步加速器(synchrotron)使用共鳴射出而取出射束時、或從作為加速器的迴旋加速器(cyclotron)取出射束，且於射束輸送系統設置準直儀(collimator)時，射束之剖面方向的粒子分布會如矩形般的形成帶電粒子數在端部急遽減少的形狀。如點掃描(spot scanning)照射方式或格柵掃描(luster scanning)照射方式，在進行射束掃描而形成照射區域時，如第2圖、第3圖所示，在帶電粒子數在線量分布的端部急遽減少的情形下，會產生如下的問題。第2圖、第3圖係用以說明射束位置偏移與可靠度(robustness)的圖。第2圖係為粒子線分布的端部和緩的情形，第3圖係為粒子線分布的端部急遽地變化的情形。在第2圖、第3圖中，橫軸為照射對象中之射束的掃描方向X，而縱軸則為線量(帶電粒子數)。虛線所示的線量分布81、86係點掃描照射方式中的1個照射位置。第3圖的線量分布87、88之射束形狀、射束照射位置依原先規劃，為無射束照射位置偏移的情形。第3圖之線量分布89、90之射束形狀、射束照射位置未如原先計劃，為產生了射束照射位置偏移的情形。第3圖之線量分布87、89係每一照射位置的線量分布，而第3圖之線量分布88、90係照射區域整體之經過累計後的線量分布。如第3圖所示，當照射具有在端部急遽地變化之線量分布的射束時，相對於射束形狀、射束照射位置的偏移，所形成之照射區域中之線量分布90的平坦度會大幅惡化。
相對於此，如第2圖所示，在如高斯分布之端部之帶電粒子數的變化和緩的分布時，可使照射區域中之線量分布85的平坦度較第3圖佳。第2圖的線量分布82、83係與第3圖同樣地，射束形狀、射束照射位置如原先規劃，為無射束照射位置偏移的情形。第2圖之線量分布84、85與第3圖同樣地，射束形狀、射束照射位置未如 原先規劃，為產生了射束照射位置偏移的情形。第2圖之線量分布82、84係每一照射位置的線量分布，而第2圖之線量分布83、85係照射區域整體之經過累計後的線量分布。如第2圖所示，在照射具有如高斯分布之端部之帶電粒子數的變化和緩之分布的射束時，相對於射束形狀、射束照射位置的偏移，所形成之照射區域中之線量分布85的平坦度會較第3圖的線量分布90更佳。
在進行射束掃描而形成照射區域之情形下，當帶電粒子在線量分布的端部急遽減少時，即會失去相對於照射位置、射束形狀的變化、照射位置之偏移的可靠度，而難以形成線量分布平坦的照射區域。在帶電粒子數在線量分布的端部急遽減少的情形下，則必須例如，控制0.1mm以下的照射位置、射束尺寸。
在專利文獻1中已揭示一種帶電粒子照射裝置，其係將相當於帶電粒子數在線量分布的端部急遽減少時之X方向、Y方向的發射度(emittance)橢圓為非對稱的帶電粒子分布，在X方向、Y方向均變更為高斯分布。專利文獻1的帶電粒子照射裝置係在從加速器至照射部的射束輸送系統具備：由4個四極電磁鐵所構成的上游側電磁鐵；設於其下游的散射體；及由設於其下游的4個四極電磁鐵所構成的下游側電磁鐵。在專利文獻1的帶電粒子照射裝置中，X、Y方向的發射度橢圓中，非對稱的射束藉由上游側電磁鐵，將發射度橢圓的位置成分X、Y設為相同，且藉由散射體，將Y方向的角度成分以多重散射方 式放大，而將X、Y方向的發射度設為相同。之後，以下游側電磁鐵來調整X、Y方向的發射度，藉此而調整為所希望的射束直徑。
[先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本特許4639401號公報(第0020、0044至0046段落、第1圖、第7圖)
為了獲得如高斯分布般端部之粒子數的變化和緩的分布，在使用如專利文獻1的散射體而變更分布形狀時，在專利文獻1中，係將進入至用以變更分布之散射體的射束的實際空間形狀，變更成為較小之y方向之射束尺寸與較大之x方向之射束尺寸相同。然而，由於並未將進入之射束的實際空間形狀予以最佳化，因此若要大幅地放大發射度較小之x方向的角度成分x’，必須使用散射角較大的散射體。在專利文獻1中，由於將發射度大幅放大，因此難以照射如高精確度掃描照射所需之5mm以下之尺寸較小且分布之端部之帶電粒子數變化和緩的射束。再者，在專利文獻1中，由於發射度的增大極大，因此從散射體至照射位置的區間中的射束輸送中，射束尺寸的增大也會變得極大，因此為了避免此問題而不易將散射體配置於遠離照射位置的位置。在散射體距離照射位置較近時， 從散射體所產生之中子所導致之不必要的暴露、用以確保機器設置空間之裝置尺寸的增大即成為問題。
此外，射束剖面方向中僅一方之端部的帶電粒子數變化急遽，而欲最佳化成為將照射位置中的分布形狀藉由普通的等向性散射體使端部的粒子數的變化和緩時，在專利文獻1的方法中，必須忽視散射體通過前之角度方向之分布形狀相對於散射體通過後之角度方向的分布形狀，因此需使用散射角極大的散射體，亦大幅增加了不需使分布變化之方向的分布。
本發明係有鑑於解決上述問題而研創者，其第一目的為獲得一種具備射束整形裝置的射束輸送系統，該射束整形裝置不會將射束尺寸增大為不必要的程度，而可將射束尺寸整形為端部之粒子數的變化和緩之分布的帶電粒子射束。此外，第二目的為獲得一種具備射束整形裝置的射束輸送系統，該射束整形裝置可配置於遠離照射位置的位置。
本發明之射束輸送系統係具備射束整形裝置，且將帶電粒子射束輸送至被定位成包含屬於照射位置之基準之等中心(isocenter)的照射對象，該射束整形裝置為用以將在射束剖面方向的端部中具有粒子數之變化急遽之急端部之帶電粒子射束的分布形狀，整形為和緩。射束輸送系統的射束整形裝置係將垂直於帶電粒子射束的行進方向且從帶電粒子的中心通過急端部的方向定為x方向，且 將構成帶電粒子射束之帶電粒子中之相對於行進方向的斜率定為角度成分，該射束整形裝置係具備：前段四極電磁鐵，用以將帶電粒子射束中之x方向之角度成分，亦即x角度成分的分布寬度減小；半影(penumbra)放大器，用以使通過前段四極電磁鐵後之帶電粒子射束中之x角度成分之粒子數分布的端部形狀和緩；及後段四極電磁鐵，用以調整通過半影放大器後之帶電粒子射束之x方向之相位空間分布中的β加速器(betatron)相位；後段四極電磁鐵係用以將從半影放大器至等中心的β加速器相位的相位進角調整為90度的奇數倍數±45度的範圍。
本發明之射束輸送系統係由於在將輸入於半影放大器的帶電粒子射束之x方向之角度成分的分布寬度減小之後，藉由半影放大器使端部形狀和緩，且調整β加速器相位前進至等中心的相位進角，因此不會將射束尺寸增大為不必要的程度，而可輸送端部之粒子數之變化和緩之分布的帶電粒子射束。
1‧‧‧半影放大器
2‧‧‧四極電磁鐵
3‧‧‧前段四極電磁鐵
4‧‧‧後段四極電磁鐵
5‧‧‧射束形狀確認裝置
6‧‧‧散射體
7‧‧‧二極電極
8‧‧‧二極電磁鐵
9‧‧‧射束路徑
10‧‧‧射束整形裝置
11‧‧‧真空導管
12‧‧‧旋轉機架
13‧‧‧散射體
14‧‧‧準直儀
15‧‧‧相位空間分布
16‧‧‧實際空間方向特性
17‧‧‧角度方向特性
18‧‧‧相位空間分布
19‧‧‧實際空間方向特性
20‧‧‧角度方向特性
21‧‧‧相位空間分布
22‧‧‧實際空間方向特性
23‧‧‧角度方向特性
24‧‧‧實際空間分布
25‧‧‧實際空間分布
26‧‧‧實際空間分布
27‧‧‧射束尺寸特性
28‧‧‧射束尺寸特性
29‧‧‧四極電磁鐵配置
30‧‧‧射束輸送系統
31‧‧‧帶電粒子射束
32‧‧‧X方向掃描電磁鐵
33‧‧‧Y方向掃描電磁鐵
34‧‧‧位置監視器
35‧‧‧線量監視器
36‧‧‧線量資料變換器
37‧‧‧掃描電磁鐵電源
38‧‧‧照射管理裝置
39‧‧‧照射控制計算機
40‧‧‧照射控制裝置
41‧‧‧射束資料處理裝置
42‧‧‧觸發產生部
43‧‧‧光點計數器
44‧‧‧光點間計數器
45‧‧‧照射對象
46‧‧‧入射裝置
47‧‧‧射出裝置
51‧‧‧粒子線治療裝置
52‧‧‧射束產生裝置
53‧‧‧前段加速器
54‧‧‧同步加速器
55‧‧‧偏向電磁鐵
57‧‧‧偏向電磁鐵
58‧‧‧粒子線照射裝置
58a‧‧‧粒子線照射裝置
58b‧‧‧粒子線照射裝置
59‧‧‧迴旋加速器
61‧‧‧相位空間分布
62‧‧‧實際空間方向特性
63‧‧‧角度方向特性
64‧‧‧相位空間分布
65‧‧‧實際空間方向特性
66‧‧‧角度方向特性
67‧‧‧相位空間分布
68‧‧‧實際空間方向特性
69‧‧‧角度方向特性
70‧‧‧電場特性
71‧‧‧磁場特性
72‧‧‧相位空間分布
73‧‧‧相位空間分布
74‧‧‧相位空間分布
75‧‧‧縱線
81‧‧‧線量分布
82‧‧‧線量分布
83‧‧‧線量分布
84‧‧‧線量分布
85‧‧‧線量分布
86‧‧‧線量分布
87‧‧‧線量分布
88‧‧‧線量分布
89‧‧‧線量分布
90‧‧‧線量分布
91‧‧‧相位空間分布
92‧‧‧相位空間分布
93‧‧‧角度方向特性
95‧‧‧角度方向特性
96‧‧‧角度方向特性
97‧‧‧角度方向特性
94‧‧‧角度成分變化作用
c‧‧‧帶電粒子數
E‧‧‧電場
H‧‧‧磁場
IC‧‧‧等中心
s‧‧‧行進方向
t‧‧‧時間
T1‧‧‧期間
T2‧‧‧期間
第1圖係顯示本發明之實施形態1之射束輸送系統的圖。
第2圖係說明射束位置偏移與可靠度的圖。
第3圖係說明射束位置偏移與可靠度的圖。
第4圖係說明第1圖之射束輸送系統中之射束輸送之 概念的圖。
第5圖係說明第1圖之後段四極電磁鐵所導致之β加速器相位之變化的圖。
第6圖係說明半影放大器之通過前後之相位空間分布變化的圖。
第7圖係說明半影放大器之通過前後之相位空間分布變化的圖。
第8圖係顯示輸入於第1圖之半影放大器之射束之x方向中之規格化相位空間分布的圖。
第9圖係顯示第8圖中之實際空間方向之粒子數分布的圖。
第10圖係顯示第8圖中之角度方向之粒子數分布的圖。
第11圖係顯示通過第1圖之半影放大器之射束之x方向中之規格化相位空間分布的圖。
第12圖係顯示第11圖中之實際空間方向之粒子數分布的圖。
第13圖係顯示第11圖中之角度方向之粒子數分布的圖。
第14圖係顯示第1圖之等中心之x方向之規格化相位空間分布的圖。
第15圖係顯示第14圖中之實際空間方向之粒子數分布的圖。
第16圖係顯示第14圖中之角度方向之粒子數分布的 圖。
第17圖係顯示輸入於第1圖之半影放大器之射束之實際空間方向的圖。
第18圖係顯示通過第1圖之半影放大器之射束之實際空間分布的圖。
第19圖係顯示第1圖之等中心之射束之實際空間分布的圖。
第20圖係顯示本發明之實施形態2之射束輸送系統圖。
第21圖係顯示第20圖之射束輸送系統中之射束輸送之射束寬度的圖。
第22圖係顯示輸入於第20圖之半影放大器之射束之y方向中之規格化相位空間分布的圖。
第23圖係顯示第22圖中之實際空間方向之粒子數分布的圖。
第24圖係顯示第22圖中之角度方向之粒子數分布的圖。
第25圖係顯示通過第20圖之半影放大器之射束之y方向中之規格化相位空間分布的圖。
第26圖係顯示第25圖中之實際空間方向之粒子數分布的圖。
第27圖係顯示第25圖中之角度方向之粒子數分布的圖。
第28圖係顯示第20圖之等中心中之y方向之規格化 相位空間分布的圖。
第29圖係顯示第28圖中之實際空間方向之粒子數分布的圖。
第30圖係顯示第28圖中之角度方向之粒子數分布的圖。
第31圖係顯示本發明之實施形態3之射束輸送系統的圖。
第32圖係顯示本發明之實施形態4之射束輸送系統的圖。
第33圖係顯示本發明之實施形態5之半影放大器的圖。
第34圖係顯示第33圖之半影放大器中之電場分布的圖。
第35圖係顯示本發明之實施形態5之其他的半影放大器的圖。
第36圖係顯示第35圖之半影放大器中之磁場分布的圖。
第37圖係本發明之實施形態6之粒子線治療裝置的概略構成圖。
第38圖係顯示第37圖之粒子線照射裝置之構成的圖。
第39圖係本發明之實施形態7之粒子線治療裝置的概略構成圖。
(實施形態1)
在此，假設射束之剖面方向(相對於射束行進方向為垂直的方向)之粒子分布中之一方向(x方向)的端部係為例如矩形般的成為帶電粒子數急遽減少的形狀，而另一方向(y方向)的端部則成為帶電粒子和緩減少的形狀的情形。在射束剖面方向之端部中粒子數之變化急遽的部分係為急端部。第1圖係顯示本發明之實施形態1之射束輸送系統的圖。第4圖係說明第1圖之射束輸送系統中之射束輸送之概念的圖，第5圖係說明第1圖之後段四極電磁鐵所導致之β加速器(betatron)相位之變化的圖。第6、7圖係說明半影放大器之通過前後之相位空間分布變化的圖。用以將射束產生裝置所產生及加速的帶電粒子射束輸送至粒子線照射裝置的射束輸送系統30係具備射束整形裝置10。射束整形裝置10係具備：半影放大器1，係使1擊發(shot)之帶電粒子射束中之線量分布之端部形狀和緩；前段四極電磁鐵3，係配置於半影放大器1的上游側；及後段四極電磁鐵4，係配置於半影放大器1的下游側。帶電粒子射束係沿著射束輸送系統的射束路徑9而被引導至屬於粒子線照射位置之基準的等中心IC。射束輸送系統30係用以輸送帶電粒子射束至被定位成包含等中心IC的照射對象。半影係如第2圖之線量分布81之帶電粒子射束之線量分布(粒子數分布)中之最大值的20%至80%的寬度，半影的值愈大，線量分布的端部形狀就愈和緩。半影放大器1係用以將線量分布之端部形狀急遽且極小的半影的值放大成較大的值。
前段四極電磁鐵3係具備至少2個四極電磁鐵2，且後段四極電磁鐵4係具備至少2個四極電磁鐵2。半影放大器1係例如為散射體6。散射體6係使用厚度為0.01mm至0.1mm左右的鋁。前段四極電磁鐵3係用以將欲使1擊發之帶電粒子射束中之線量分布的端部形狀，亦即1擊發之帶電粒子射束中之端部之粒子數變化和緩之方向之角度成分的分布予以縮減者。後段四極電磁鐵4係用以調整散射體6與位於散射體6下游之屬於粒子線照射位置之等中心IC之間的β加速器相位的進角者，例如使之成為90度之奇數倍者。角度成分係相位空間分布中之相對於射束之行進方向s的斜率。亦即，x方向的角度成分係x’(dx/ds)，y方向的角度成分係y’(dy/ds)。x方向、y方向係垂直於射束的行進方向s，而x方向、y方向係彼此垂直。
在此使用第4圖來說明使用射束整形裝置10之射束輸送的概念。將欲使1擊發之帶電粒子射束中之端部之粒子數變化和緩的方向設為x進行說明。第4圖之相位空間分布72係為經由前段四極電磁鐵3所整形的相位空間分布，亦即散射體6之入口側的相位空間分布。第4圖之相位空間分布73係為經由散射體6所整形的相位空間分布，亦即散射體6之出口側的相位空間分布。第4圖之相位空間分布74係為藉由後段四極電磁鐵4調整過β加速器相位的相位空間分布，亦即等中心IC中的相位空間分布。第4圖之3個相位空間分布係將實際空間成分x、角度成分x’一同規格化，且以來自某值的相對值來顯示。實 際空間成分x、角度成分x’係可適當簡稱為x成分、x’成分。使用前段四極電磁鐵3，將欲使1擊發之帶電粒子射束中之線量分布的端部形狀和緩之方向的角度成分x’的分布，如相位空間分布72，將屬於分布展開範圍的分布寬度縮減成使之盡量較小。角度成分x’的分布寬度較佳為在散射體6的位置藉由四極電磁鐵2的參數變更使之成為極小。
使用屬於半影放大器1的散射體6，將角度成分x’的分布放大成如相位空間分布73。使用散射體6之下游的後段四極電磁鐵4來控制β加速器相位，以使因為散射體6而變化變得和緩的角度成分x’的分布出現在等中心IC中之相位空間分布的實際空間方向x的分布上。第5圖係說明第1圖之後段四極電磁鐵所導致之β加速器相位之變化的圖。相位空間分布92係為後段四極電磁鐵4之上游側(入口側)之相位空間分布的一例，而相位空間分布91則為後段四極電磁鐵4之下游側(出口側)之相位空間分布的一例。相位空間分布91之β加速器相位係較相位空間分布92前進了達△。
藉由後段四極電磁鐵4的四極電磁鐵2來調整β加速器相位，並且將相位空間分布中之屬於x方向之實際空間成分的射束寬度整形為預定的大小。如上所述，具備有射束整形裝置10之射束輸送系統係可藉由射束整形裝置10供給具有端部之粒子數變化和緩的實際空間分布的射束至照射位置(等中心IC)。另外，第4圖的相位空間分布74係為使相位空間分布73之β加速器相位前進為 90度之奇數倍之例。β加速器相位進度為0度或180度時，實際空間分布中之端部的粒子數變化仍舊急遽，而β加速器相位進度的角度愈接近90度或270度，實際空間分布中之端部的粒子數變化就愈和緩。β加速器相位進度的角度為90度或270度時，實際空間分布中之左右的半影可大致均等且為中央無平坦部的形狀，亦即可使實際空間分布接近高斯分布形狀。換言之，使β加速器相位前進為90度的奇數倍時，可使實際空間分布中之左右的半影大致均等而且成為中央無平坦部的形狀，亦即可使實際空間分布接近高斯分布形狀。使β加速器相位前進的角度，係將基準角度設為90度，雖以基準角度的奇數倍為最佳，但亦可為90度(基準角度)的奇數倍±45度的範圍。
在此說明輸入至散射體6之前將相位空間分布之角度成分x’極小化的理由。第6圖、第7圖係說明半影放大器之通過前後之相位空間分布變化的圖。第6圖係為將角度成分x’較大之射束輸入於散射體6的情形，第7圖係為將角度成分x’較小之射束輸入於散射體6的情形。角度方向特性93、96係為輸入於散射體6之射束的角度方向特性，縱軸為角度成分x’，橫軸為射束的帶電粒子數c。角度成分變化作用94係表現出用以使角度成分x’和緩之散射體6的作用者，縱軸為角度成分x’，橫軸為射束的帶電粒子數c。角度方向特性95、97係為通過散射體6之射束的角度方向特性，縱軸為角度成分x’，橫軸為射束的帶電粒子數c。在第6圖中，係顯示了角度成分變化 作用94的高斯分布疊入於角度方向特性93的矩形分布，而成為屬於具有半影之分布的角度方向特性95。在第7圖中，係顯示了角度成分變化作用94的高斯分布疊入於角度方向特性96的矩形分布，而成為屬於具有半影之分布的角度方向特性97。另外，在第6圖、第7圖中，為了表現出如前所述的疊入，乃使用了＊。
散射體6薄至0.01mm至0.1mm左右時，通過散射體6的分布，亦即散射後的分布成為疊入了散射體6之角度成分變化作用94的結果。如第7圖所示，散射前之角度成分x’的展開範圍遠較散射體6之角度成分變化作用94還小時，散射後的角度成分x’的分布形狀，係主要取決於以角度成分變化作用94所形成的展開範圍。相對於此，如第6圖所示，散射前的角度成分x’的展開範圍遠較角度成分變化作用94還大時，角度成分x’的最大值及最小值的部分即變得和緩，因此散射前後之角度成分x’的分布形狀的變化比例會比第7圖還小。在本發明中，如第4圖之相位空間分布72，將散射前之角度成分x’的展開範圍設為較散射體6之角度成分變化作用94還小，藉此可使藉由散射體6所形成之角度成分x’的分布的變化成為最大。藉由將輸入於散射體6之射束的角度成分x’極小化，即使藉由散射體6所形成之角度方向分布的變化作用為較小者，亦可獲得充分的半影放大效果。亦即，既可獲得充分的半影放大效果，又可將散射體6的厚度薄化。由於散射體6的厚度較薄，因此可使散射體6所導致之射束能量的 變化(能量降低)為最小限度。
以專利文獻1之情形而言，係設為x方向及y方向之實際空間方向射束尺寸在散射體的正前方為一致的相位空間分布，而且對於散射前之角度方向的分布形狀賦予極大的散射作用，藉此而消除散射前之分布形狀相對於散射後之分布形狀的影響，而打消了分布形狀的方向依存性。亦即，以專利文獻1之情形而言，需要散射體之散射作用較大者，面積會變大而且厚度會變厚，而使散射體所導致的能量降低增大。與專利文獻1之情形不同地，本發明之實施形態1之射束整形裝置10，係將散射前的角度成分x’的展開範圍設為較散射體6之角度成分變化作用94更小，故即使是薄的散射體也可充分利用散射體6所形成之角度成分x’分布的變化作用。本發明之實施形態1之射束整形裝置10，係與專利文獻1的情形不同，由於散射體6的厚度較薄，因此可使散射體6所導致之射束能量的變化(能量降低)為最小限度。
在此說明不需要使1擊發之帶電粒子射束中之端部的粒子數變化和緩地變化的方向，例如y方向。不需要使端部之粒子數變化和緩地變化的y方向，由於粒子數變化已在端部變得和緩，因此不進行前述的處理。然而，如角度成分x’分布因為散射體6而擴展，角度成分y’分布也會因為散射體6而擴展，因此會有要預防y方向之射束尺寸增大的情形。此時，以使角度方向的擴展，亦即角度成分y’在散射體6的位置增大之方式，使相位分布旋 轉，藉此減小散射體6通過前後的發射度(相位空間分布中的面積)的變化，而可防止射束尺寸的增大。
接著，顯示藉由第1圖之射束整形裝置10所進行之射束的相位空間分布與實際空間分布之例。之後所示的分布例係屬於半影放大器1之散射體6的入口及出口、以及等中心中的分布例。由於藉由射束整形裝置10僅在x方向進行射束形狀的整形，因此射束的相位空間分布僅顯示x方向。第8圖係為輸入於第1圖之半影放大器之射束之x方向中之規格化相位空間分布。第9圖係為顯示第8圖中之實際空間方向之粒子數分布的圖，第10圖係為顯示第8圖中之角度方向之粒子數分布的圖。第11圖係為顯示通過第1圖之半影放大器之射束之x方向中之規格化相位空間分布的圖。第12圖係顯示第11圖中之實際空間方向之粒子數分布的圖，第13圖係顯示第11圖中之角度方向之粒子數分布的圖。第14圖係顯示第1圖之等中心之x方向之規格化相位空間分布的圖。第15圖係顯示第14圖中之實際空間方向之粒子數分布的圖，第16圖係顯示第14圖中之角度方向之粒子數分布的圖。第17圖係顯示輸入於第1圖之半影放大器之射束之實際空間分布的圖，第18圖係顯示通過第1圖之半影放大器之射束之實際空間分布的圖。第19圖係顯示第1圖之等中心之射束之實際空間分布的圖。在第8圖至第19圖中，係顯示在等中心IC中，x方向之射束尺寸與y方向之射束尺寸大致相等之例。
首先，使用第17圖至第19圖來說明射束尺寸。在第17圖至第19圖中，橫軸係x方向的長度(mm)，而縱軸係y方向的長度(mm)。在散射體6的入口中，如第17圖之實際空間分布24，x方向的粒子分布較y方向的粒子分布更長。在x方向的粒子分布中，係粒子數變化在端部變得急遽。在y方向的粒子分布中，係在端部中黑白混合，粒子數變化變得和緩。在散射體6的出口中，如第18圖之實際空間分布25，無論在x方向的粒子分布、y方向的粒子分布，都與第17圖的分布幾乎相同。在等中心IC中，如前所述，將x方向的相位分布的β加速器相位前進為90度的奇數倍，藉此而如第19圖的實際空間分布26，粒子數變化在x方向的粒子分布中變得和緩。此外，在等中心IC中，如第19圖之實際空間分布26，粒子數變化在y方向的粒子分布亦變得和緩。另外，射束的實際空間分布係為射束之剖面方向的粒子分布。
在第8圖、第11圖、第14圖中，橫軸係為經規格化的實際空間成分x，而縱軸係為經規格化的角度成分x’。在第9圖、第12圖、第15圖中，橫軸係為經規格化的實際空間成分x，而縱軸係為經規格化的粒子數(c/bin)。bin係筐(bin)寬度，在此係0.04mm。在第10圖、第13圖、第16圖中，橫軸係為經規格化的粒子數(c/bin)，而縱軸係為經規格化的角度成分x’。在散射體6的入口中，欲使1擊發之帶電粒子射束中之線量分布的端部形狀和緩之方向的角度成分x’的分布，係如第8圖之相位空間 分布15，藉由前段四極電磁鐵3將分布寬度縮減成使之盡量較小。角度成分x’的分布寬度係例如在散射體6的位置中藉由四極電磁鐵2的參數變更而設為極小。如第9圖之實際空間方向特性16，相位空間分布15之實際空間成分x中之端部的粒子數變化急遽地變化，而實際空間成分x中之中間部的粒子數則固定。如第10圖之角度方向特性17，相位空間分布15之角度成分x’中之端部的粒子數變化急遽地變化，而角度成分x’中之中間部的粒子數則固定。
在散射體6的出口中，欲使1擊發之帶電粒子射束中之線量分布之端部形狀和緩之方向的角度成分x’的分布，係如第11圖之相位空間分布18，分布寬度因散射體6而擴展。第12圖之實際空間方向特性19係與第9圖之實際空間方向特性16同樣地，相位空間分布18之實際空間成分x之端部的粒子數變化急遽地變化，而實際空間成分x中之中間部之粒子數則固定。第13圖之角度方向特性20係由於散射體6而使粒子數從中心(x’=0的位置)至端部和緩地變化。散射體6係如第12圖、第13圖所示，僅相位空間分布中之角度成分x’使粒子數變化和緩地變化。在實施形態1中，由於在散射體6的入口，使帶電粒子射束之相位空間分布中的角度成分x’如第8圖為極小，因此在散射體6的出口中，帶電粒子射束之相位空間分布中的角度成分x’，可如第13圖所示，在中間部中，將粒子數成為固定的部分消除。
在等中心IC中，欲使1擊發之帶電粒子射 束中之線量分布之端部形狀和緩之方向之實際空間成分x的分布，係如第14圖之相位空間分布21，藉由後段四極電磁鐵4將β加速器相位調整成為90度的奇數倍，且在實際空間分布的端部中混合黑白，而使粒子數變化和緩。第15圖之實際空間方向特性22係與第13圖之角度方向特性20之分布形狀同樣地，由於後段四極電磁鐵4而使粒子數從中心(x=0的位置)至端部和緩地變化。第16圖之角度方向特性23係與第12圖之實際空間方向特性19之分布形狀同樣地，由於後段四極電磁鐵4而使相位空間分布21中之角度方向之端部中之角度成分x’的粒子數變化急遽地變化，而中間部的角度成分x’的粒子數則固定。
綜上所述，實施形態1之射束輸送系統30，由於其特徵為具備射束整形裝置10，且用以將帶電粒子射束輸送至被定位成包含屬於照射位置之基準之等中心IC之照射對象的射束輸送系統，該射束整形裝置10係用以將在射束剖面方向之端部中具有粒子數之變化急遽之急端部之帶電粒子射束之分布形狀整形為和緩。實施形態1之射束輸送系統30的射束整形裝置10係具備：前段四極電磁鐵3，係垂直於帶電粒子射束的行進方向(s方向)，將從帶電粒子射束的中心通過急端部的方向定為x方向，且將構成帶電粒子射束之帶電粒子中之相對於行進方向(s方向)的斜率定為角度成分，用以將帶電粒子射束中之x方向之角度成分x’的x角度成分x’的分布寬度減小；半影(penumbra)放大器1，用以使通過前段四極電磁鐵3之帶電 粒子射束中之x角度成分x’之粒子數分布的端部形狀和緩；及後段四極電磁鐵4，用以調整通過半影放大器1之帶電粒子射束之x方向之相位空間分布中的β加速器(betatron)相位，後段四極電磁鐵4係用以將β加速器相位從半影放大器1至等中心IC的相位進角調整為90度的奇數倍數±45度的範圍，因此，亦即，在將輸入於半影放大器1之帶電粒子射束之x方向之角度成分的分布寬度減小之後，藉由半影放大器1使端部形狀和緩，來調整β加速器相位朝等中心IC的相位進角，因此不會將射束尺寸增大為不必要的程度，而可形成端部之粒子數之變化和緩之分布的照射區域。
此外，實施形態1之射束整形裝置10並不限定於射束輸送系統30中的配置位置，射束整形裝置10之配置位置的自由度高。因此，實施形態1的射束輸送系統30，係可將射束整形裝置10配置在較用以照射帶電粒子射束至等中心IC的粒子線照射裝置更上游側。實施形態1之射束輸送系統30，係藉由將射束整形裝置10配置在較用以照射帶電粒子射束至等中心IC的粒子線照射裝置更上游側，不同於專利文獻1的裝置，不會伴隨射束整形裝置10之裝置尺寸的增大化，而可防止從散射體6所產生之中子所導致之不必要的照射。
(實施形態2)
在實施形態1中，係對於垂直於射束之行進方向s的x方向、y方向中之一方的x方向，將相位空間分布的角度 成分x’的擴展作了最佳化。在實施形態2中，係說明為了使散射體6所形成之y方向之粒子分布的變化為最小化而在散射體6的設置位置中縮減y方向之射束尺寸之例。
第20圖係顯示本發明之實施形態2之射束輸送系統之圖。實施形態2之射束輸送系統30之射束整形裝置10，係在前段四極電磁鐵3具備有3個四極電磁鐵2之點，與第1圖之射束輸送系統30之射束整形裝置10不同。前段四極電磁鐵3之2個四極電磁鐵2係與實施形態1同樣地用以將相位空間分布之角度成分x’縮減成使之盡量較小者，而1個四極電磁鐵2用以將相位空間分布的實際空間成分y縮減成使之盡量較小者。
第21圖係顯示射束尺寸的變化例。第21圖係顯示第20圖之射束輸送系統中之射束輸送之射束寬度的圖。橫軸係射束之行進方向s的長度(m)，縱軸係RMS射束寬度(mm)。RMS(Root Mean Square)係均方根。射束尺寸特性27係x方向之射束尺寸的變化特性，射束尺寸特性28係y方向之射束尺寸的變化特性。在第21圖中亦顯示了四極電磁鐵配置29。四極電磁鐵配置29中的四角形係顯示四極電磁鐵2的配置位置，在縱線75的位置配置有散射體6。四極電磁鐵配置29中之上側所配置的四角形，係用以使射束收斂的四極電磁鐵，而下側所配置的四角形係用以使射束發散的四極電磁鐵。例如，前段四極電磁鐵3中之使左端的射束收斂的四極電磁鐵2，係為將相位空間分布之實際空間成分y縮減成使之盡量較小的四極電磁 鐵。
第21圖之射束尺寸的變化例係使用相對於250MeV之質子射束厚度為0.01mm之鋁作為散射體6之例。與實施形態1同樣地，欲使端部之粒子數的變化和緩的方向係x。實施形態2之射束整形裝置10係在散射體6的位置(縱線75的位置)，縮減了y方向的射束尺寸。藉由以此方式，實施形態2的射束整形裝置10，係可使藉由散射體6所形成之y方向之粒子分布(實際方向空間成分)的變化為最小。實施形態2的射束整形裝置10，相較於實施形態1的射束整形裝置10，係在散射體6之上游所配置的前段四極電磁鐵3追加1台四極電磁鐵2，藉此而確保了散射體6之設置場所中之y方向之射束尺寸調整為較小的自由度。在實施形態1的射束整形裝置10中，於使用相對於250MeV之質子射束厚度為0.01mm之鋁作為散射體6，而且如四極電磁鐵配置29之配置(最左側之四極電磁鐵除外)配置四極電磁鐵2時，實施形態1之射束輸送系統30中之x方向的射束尺寸特性，係與第21圖中之x方向的射束尺寸特性27相同。
接著顯示第20圖之射束整形裝置10所形成之射束之相位空間分布之例。之後所示的分布例，係屬於半影放大器1之散射體6之入口及出口、以及等中心中的分布例。x方向的相位空間分布，係與實施形態1中所說明的第8圖至第16圖相同，故說明從略。於第22圖至第30圖中顯示y方向的相位空間分布。第22圖係輸入於第 20圖之半影放大器之射束之y方向中之規格化相位空間分布。第23圖係顯示第22圖中之實際空間方向之粒子數分布的圖，第24圖係顯示第22圖中之角度方向之粒子數分布的圖。第25圖係顯示通過第20圖之半影放大器之射束之y方向中之規格化相位空間分布的圖。第26圖係顯示第25圖中之實際空間方向之粒子數分布的圖。第27圖係顯示第25圖中之角度方向之粒子數分布的圖。第28圖係顯示第20圖之等中心中之y方向之規格化相位空間分布的圖。第29圖係顯示第28圖中之實際空間方向之粒子數分布的圖。第30圖係顯示第28圖中之角度方向之粒子數分布的圖。
在第22圖、第25圖、第28圖中，橫軸係經規格化的實際空間成分y，縱軸係經規格化的角度成分y’。在第23圖、第26圖、第29圖中，橫軸係經規格化的實際空間成分y，縱軸係經規格化的粒子數(c/bin)。在第24圖、第27圖、第30圖中，橫軸係經規格化的粒子數(c/bin)，縱軸係經規格化的角度成分y’。在散射體6的入口中，第22圖之相位空間分布61中之實際空間成分y及角度成分y’為在端部中混合有黑白，而使粒子數變化變得和緩。如第23圖所示，實際空間方向特性62係粒子數從中心(y=0的位置)至端部和緩地變化。如第24圖所示，角度方向特性63係粒子數從中心(y’=0的位置)至端部和緩地變化。
在散射體6的出口中，第25圖之相位空間 分布64中之實際空間成分y及角度成分y’為在端部中混合有黑白，而使粒子數變化變得和緩。如第26圖之實際空間方向特性65，粒子數從中心(y=0的位置)至端部和緩地變化。如第27圖之角度方向特性66，粒子數從中心(y’=0的位置)至端部和緩地變化。散射體6之出口中之相位空間分布64，係與入口中之相位空間分布61幾無不同，幾乎沒有散射體6的影響。
在等中心IC中，第28圖之相位空間分布67中之實際空間成分y及角度成分y’為在端部混合有黑白，而使粒子數變化變得和緩。如第29圖所示，實際空間方向特性68係粒子數從中心(y=0的位置)至端部和緩地變化。如第27圖所示，角度方向特性69係粒子數從中心(y’=0的位置)至端部和緩地變化。
實施形態2的射束輸送系統30係具備四極電磁鐵2，該四極電磁鐵2係使射束整形裝置10之前段四極電磁鐵3中在散射體6的設置位置用以將y方向之射束尺寸，亦即相位空間分布的實際空間成分y減小。因此相較於實施形態1的射束輸送系統30，可減小散射體6所形成之y方向之角度成分y’的變化，最終可減小等中心IC中之y方向之實際空間成分y的變化。
(實施形態3)
在實施形態3中，係顯示射束輸送系統30之下游側搭載於旋轉機架12之例。旋轉機架12係構成為使照射帶電粒子射束的粒子線照射裝置以等中心IC為中心旋轉，而可 對於患者從任意的旋轉角度照射帶電粒子射束。第31圖係顯示本發明之實施形態3之射束輸送系統的圖。等中心IC係旋轉機架12之旋轉軸與粒子線照射裝置之射束軸的交點。在第31圖中，雖已記載了實施形態1之射束整形裝置10之例，但亦可為實施形態2的射束整形裝置10。另外，在第31圖中，係揭示在旋轉機架12中將射束路徑9彎曲成直角。
本發明之射束整形裝置10係可配置於射束輸送系統30的上游側，因此可將未配置有射束整形裝置10之射束輸送系統30的下游側搭載於旋轉機架12。實施形態3的射束輸送系統30，即使下游側搭載於旋轉機架12時，也不會因為射束整形裝置10而使射束尺寸增大為不必要的程度，而可輸送端部之粒子數之變化和緩之分布的帶電粒子射束。
(實施形態4)
在實施形態4中，係顯示在自散射體6之β加速器相位之進度的△成為90度的奇數倍的位置，配置有螢幕監視器(screen monitor)、線柵(wire grid)監視器等的射束形狀確認裝置5之例。在第32圖中，△係記載為90＊(2n-1)。n係自然數。實施形態4之射束輸送系統30係使用射束形狀確認裝置5，藉此可確認是否形成有端部之端子數變化和緩的分布。實施形態4的射束輸送系統30，由於可使用射束形狀確認裝置5來確認射束形狀，因此可使射束整形裝置10的調整易於進行，而可易於判斷是否需要維修射束 整形裝置10。
(實施形態5)
在實施形態5中，係說明應用二極電極7或二極電磁鐵8作為半影放大器1以取代散射體6之例。第33圖係顯示本發明之實施形態5之半影放大器的圖，第34圖係顯示第33圖之半影放大器中之電場分布的圖。二極電極7係例如為平行平板電極，配置於射束輸送系統30之真空導管11的內部。在第34圖中，橫軸係時間t，縱軸係電場E。電場特性70係縮短電場E大幅變化的期間，亦即反向(kick)角度大的期間T1，而增長電場E小的期間T2。藉由將此種二極電極7配置成使電場E成為x方向，即可形成x方向中之端部之粒子數變化和緩的分布。如第33圖所示，當將二極電極7配置成使電場E成為y方向，即可形成y方向中之端部之粒子數變化和緩的分布。二極電極7所形成之電場E的時間變化係遠較等中心IC中用以形成照射區域之射束掃描速度還要更快。具體而言，係以1MHz以上使電場E變化。
第35圖係顯示本發明之實施形態5之其他的半影放大器的圖，第36圖係顯示第35圖之半影放大器中之磁場分布的圖。二極電磁鐵8係配置於射束輸送系統30之真空導管11的外部。在第36圖中，橫軸係時間t，縱軸係磁場H。磁場特性71係與電場特性70同樣地，縮短磁場H大幅變化的時間，亦即反向角度大的期間T1，而增長磁場H小的期間T2。如第35圖所示，藉由將二極電 磁鐵8配置成使磁場H成為y方向，即可形成x方向中之端部之粒子數變化和緩的分布。當將二極電磁鐵8配置成使磁場H成為x方向時，即可形成y方向中之端部之粒子數變化和緩的分布。二極電磁鐵8所形成之磁場H的時間變化，係與二極電極7之電場E同樣地，遠較在等中心IC中用以形成照射區域之射束掃描速度更快。具體而言，係以1MHz以上使磁場H變化。
藉由將實施形態5之半影放大器1使用於射束整形裝置10，與實施形態2同樣地，僅在必要的方向，可形成端部之粒子數變化和緩的分布。實施形態5之射束輸送系統30，由於射束整形裝置10具備由二極電極7或二極電磁鐵8所構成的半影放大器1，因此與實施形態2同樣地，相較於實施形態1的射束輸送系統30，可減小散射體6所形成之y方向之實際空間成分y的變化。
(實施形態6)
在實施形態6中，係使用同步加速器作為射束產生裝置的加速器來說明在同步加速器之射出裝置更下游的射束輸送系統30設置有實施形態1至實施形態5所示之射束整形裝置10的粒子線治療裝置，該同步加速器係使用射束射出方式(延遲取出方式)，該射束射出方式係使用β加速器共鳴。
第37圖係為本發明之粒子線治療裝置的概略構成圖，第38圖係為顯示本發明之粒子線照射裝置的構成圖。粒子線治療裝置51係具備射束產生裝置52、射束 輸送系統30、及粒子線照射裝置58a、58b。射束產生裝置52係具有離子源(未圖示)、前段加速器53、及屬於加速器的同步加速器54。粒子線照射裝置58b係設置於旋轉機架12。粒子線照射裝置58a係設置於不具有旋轉機架12的治療室。射束輸送系統30的作用係在於同步加速器54與粒子線照射裝置58a、58b的聯繫。射束輸送系統30係具備：帶電粒子射束通過的真空導管11；用以使帶電粒子射束偏向的複數個偏向電磁鐵57；射束整形裝置10；射束輸送系統30之一部分且設置於旋轉機架12的複數個偏向電磁鐵55；及未圖示的複數個四極電磁鐵。四極電磁鐵係用以使帶電粒子射束收斂或發散。
在離子源所產生之屬於質子線等之粒子線的帶電粒子射束，係在前段加速器53被加速而從入射裝置46被射入至同步加速器54。帶電粒子射束係被加速至預定的能量。從同步加速器54之射出裝置47射出的帶電粒子射束，係經過射束輸送系統30而被輸送至粒子線照射裝置58a、58b。粒子線照射裝置58a、58b係將帶電粒子射束照射至照射對象45(參照第38圖)。粒子線照射裝置的符號係統一使用58，而在加以區別進行說明時則使用58a、58b。
在射束產生裝置52產生且被加速至預定之能量的帶電粒子射束31，係經由射束輸送系統30而被導入至粒子線照射裝置58。在第38圖中，粒子線照射裝置58係具備：使帶電粒子射束31往垂直於帶電粒子射束31之方向的x方向及y方向掃描的X方向掃描電磁鐵32及Y 方向掃描電磁鐵33；位置監視器34；線量監視器35；線量資料變換器36；射束資料處理裝置41；掃描電磁鐵電源37；及控制粒子線照射裝置58的照射管理裝置38。照射管理裝置38係具備照射控制計算機39及照射控制裝置40。線量資料變換器36係具備：觸發產生部42；光點計數器43；及光點間計數器44。另外，帶電粒子射束31的行進方向係-Z方向。
X方向掃描電磁鐵32係為將帶電粒子射束31朝X方向掃描的掃描電磁鐵，Y方向掃描電磁鐵33係為將帶電粒子射束31朝Y方向掃描的掃描電磁鐵。位置監視器34係檢測用以運算經X方向掃描電磁鐵32及Y方向掃描電磁鐵33所掃描之帶電粒子射束31所通過之射束中之通過位置(重心位置)或尺寸的射束資訊。射束資料處理裝置41係根據由位置監視器34所檢出的複數個類比信號(射束資訊)所構成的射束資訊來運算帶電粒子射束31的通過位置(重心位置)或尺寸。此外，射束資料處理裝置41係產生顯示帶電粒子射束31之位置異常或尺寸異常的異常檢測信號，且將該異常檢測信號輸出於照射管理裝置38。
線量監視器35係檢測帶電粒子射束31的線量。照射管理裝置38係根據在未圖示之治療計劃裝置所作成的治療計劃資料而控制照射對象45中之帶電粒子射束31的照射位置，當在線量監視器35被測量且在線量資料變換器36被轉換成數位資料的線量達到目標線量時，就將 帶電粒子射束31移動至下一個照射位置。掃描電磁鐵電源37係根據從照射管理裝置38所輸出的X方向掃描電磁鐵32及對於Y方向掃描電磁鐵33的控制輸入(指令)而使X方向掃描電磁鐵32及Y方向掃描電磁鐵33的設定電流變化。
在此，係將粒子線照射裝置58的掃描照射方式，設為改變帶電粒子射束31的照射位置時不使帶電粒子射束31停止的光柵掃描(luster scan)照射方式，且為如光點掃描照射方式般地，射束照射位置連續地移動於光點位置間的方式。光點計數器43係用以測量帶電粒子射束31之射束照射位置停留期間的照射線量者。光點間計數器44係用以測量帶電粒子射束31之射束照射位置移動期間的照射線量者。觸發產生部42係在射束照射位置中之帶電粒子射束31之線量達到目標照射線量時，用以產生線量額滿信號者。
實施形態6的粒子線治療裝置51係具備：用以使帶電粒子射束31產生，且藉由同步加速器54加速至預定之能量的射束產生裝置52；用以輸送經由射束產生裝置52所加速之帶電粒子射束31的射束輸送系統30；及將經由射束輸送系統30所輸送之帶電粒子射束31照射至照射對象45的粒子線照射裝置58，其中射束輸送系統30係具備射束整形裝置10。射束整形裝置10係如實施形態1至5所示者。實施形態6的粒子線治療裝置51係在射束輸送系統30具備射束整形裝置10，因此不會將射束尺寸增 大為不必要的程度，而可將端部之粒子數之變化和緩的分布的帶電粒子射束照射至照射對象，而可將端部之粒子數之變化和緩之分布的照射區域形成於照射對象。
實施形態6的粒子線治療裝置51係將射束整形裝置10配置在較粒子線照射裝置58a、58b更上游側，因此不同於專利文獻1的治療裝置，即使使用散射體6在半影放大器1，也不會伴隨射束整形裝置10之裝置尺寸的增大化，而可防止從散射體6所產生之中子所導致的不必要的照射。此外，如第37圖所示，可將射束整形裝置10配置在較朝複數個粒子線照射裝置58a、58b分歧之偏向電磁鐵57更上游側。如此，實施形態6的粒子線治療裝置51，只要配置1個射束整形裝置10即可，不會伴隨裝置的增大化或複雜化，而可將射束尺寸不會增大為不必要的程度且端部之粒子數之變化和緩之分布的帶電粒子射束，輸送至複數個粒子線照射裝置58。另外，在第37圖中，雖已顯示了將射束整形裝置10之後段四極電磁鐵4配置於半影放大器1與接近下游側之偏向電磁鐵57之間之例，但亦可分散配置於接近下游側之偏向電磁鐵57與粒子線照射裝置58a之間。同樣地，對於粒子線照射裝置58b輸送射束時，亦可將射束整形裝置10的後段四極電磁鐵4分散配置在接近下游側之偏向電磁鐵57與粒子線照射裝置58b之間。
(實施形態7)
在實施形態7中，係說明使用同步加速器作為射束產 生裝置52的加速器，且在射束輸送系統30設置有作為能量變更器的散射體、用以限制射束尺寸的準直儀、及實施形態1至實施形態5所示之射束整形裝置10的粒子線治療裝置。
第39圖係本發明之實施形態7之粒子線治療裝置的概略構成圖。實施形態7的粒子線治療裝置51中，射束產生裝置52的加速器為迴旋加速器59，在迴旋加速器59與射束整形裝置10之間具備有散射體13及準直儀14的點上，與實施形態6的粒子線治療裝置51不同。準直儀14係配置於散射體13的下游側，用以限制因為散射體而擴展的射束尺寸。射束整形裝置10係用以整形被準直儀14切割而成為急遽之端部的分布形狀。在自準直儀14之β加速器相位的進度成為90度的位置，配置半影放大器1。藉由以此方式，半影放大器1可使相位空間分布之角度成分x’中之端部之粒子數變化和緩。
實施形態7的粒子線治療裝置51係可獲得與實施形態6之粒子線治療裝置51相同的效果。
另外，在實施形態6、7中，雖以變更切片(slice)時停止帶電粒子射束31，而於照射相同切片內時持續照射帶電粒子射束31的照射方法進行了說明，但不限定於此，亦可適用在依每一照射光點停止帶電粒子射束31的光點掃描、或光柵掃描等之其他的照射方法。此外，本發明係可在該發明的範圍內，組合各實施的形態，或適當變更、省略各實施的形態。
1‧‧‧半影放大器
2‧‧‧四極電磁鐵
3‧‧‧前段四極電磁鐵
4‧‧‧後段四極電磁鐵
6‧‧‧散射體
9‧‧‧射束路徑
10‧‧‧射束整形裝置
30‧‧‧射束輸送系統
IC‧‧‧等中心

Claims (21)

  1. 一種射束輸送系統，係具備射束整形裝置，該射束整形裝置為用以將在射束剖面方向的端部中具有粒子數之變化急遽之急端部之帶電粒子射束的分布形狀予以整形為和緩；且該射束輸送系統係且將前述帶電粒子射束輸送至被定位成包含屬於照射位置之基準之等中心(isocenter)的照射對象；前述射束整形裝置係將垂直於前述帶電粒子射束的行進方向且從前述帶電粒子射束的中心通過前述急端部的方向定為x方向，且將構成前述帶電粒子射束之帶電粒子中之相對於前述行進方向的斜率定為角度成分，前述射束整形裝置係具備：前段四極電磁鐵，用以將前述帶電粒子射束中之前述x方向之角度成分，亦即x角度成分的分布寬度減小；半影(penumbra)放大器，用以使通過前述前段四極電磁鐵後之前述帶電粒子射束中之前述x角度成分之粒子數分布的端部形狀和緩；及後段四極電磁鐵，用以調整通過前述半影放大器後之前述帶電粒子射束之前述x方向之相位空間分布中的β加速器(betatron)相位；前述後段四極電磁鐵係用以將從前述半影放大器至前述等中心的前述β加速器相位的相位進角調整為 90度的奇數倍數±45度的範圍。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之射束輸送系統，其中，前述前段四極電磁鐵係具備：至少2個四極電磁鐵，用以將前述帶電粒子射束中之前述x角度成分的分布寬度減小；及四極電磁鐵，用以將垂直於前述帶電粒子射束之行進方向且垂直於前述x方向之y方向中的射束尺寸減小。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之射束輸送系統，其中，在自前述半影放大器算起之β加速器相位的相位進角成為90度之奇數倍的位置，具備有確認射束形狀的射束形狀確認裝置。
  4. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之射束輸送系統，其中，前述半影放大器係厚度為0.1mm以下的散射體。
  5. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之射束輸送系統，其中，前述半影放大器係具備二極電極；前述二極電極係產生周期性變化的電場；前述電場之變化大的期間係較變化小的期間為短，而且周期為1MHz以上。
  6. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之射束輸送系統，其中，前述半影放大器係具備二極電磁鐵；前述二極電磁鐵係產生周期性變化的磁場；前述磁場之變化大的期間係較變化小的期間為 短，而且周期為1MHz以上。
  7. 如申請專利範圍第3項所述之射束輸送系統，其中，前述半影放大器係厚度為0.1mm以下的散射體。
  8. 如申請專利範圍第3項所述之射束輸送系統，其中，前述半影放大器係具備二極電極；前述二極電極係產生周期性變化的電場；前述電場之變化大的期間係較變化小的期間為短，而且周期為1MHz以上。
  9. 如申請專利範圍第3項所述之射束輸送系統，其中，前述半影放大器係具備二極電磁鐵；前述二極電磁鐵係產生周期性變化的磁場；前述磁場之變化大的期間係較變化小的期間為短，而且周期為1MHz以上。
  10. 一種粒子線治療裝置，係具備：射束產生裝置，產生帶電粒子射束，且藉由同步加速器加速至預定的能量；射束輸送系統，將藉由前述射束產生裝置所加速的前述帶電粒子射束進行輸送；及粒子線照射裝置，將經由前述射束輸送系統所輸送的前述帶電粒子射束照射於照射對象；前述射束輸送系統係申請專利範圍第1項或第2項所述之射束輸送系統。
  11. 一種粒子線治療裝置，係具備：射束產生裝置，產生帶電粒子射束，且藉由同步加速器加速至預定的能量；射束輸送系統，將藉由前 述射束產生裝置所加速的前述帶電粒子射束進行輸送；及粒子線照射裝置，將經由前述射束輸送系統所輸送的前述帶電粒子射束照射於照射對象；前述射束輸送系統係申請專利範圍第3項所述之射束輸送系統。
  12. 一種粒子線治療裝置，係具備：射束產生裝置，產生帶電粒子射束，且藉由同步加速器加速至預定的能量；射束輸送系統，將藉由前述射束產生裝置所加速的前述帶電粒子射束進行輸送；及粒子線照射裝置，將經由前述射束輸送系統所輸送的前述帶電粒子射束照射於照射對象；前述射束輸送系統係申請專利範圍第4項所述之射束輸送系統。
  13. 一種粒子線治療裝置，係具備：射束產生裝置，產生帶電粒子射束，且藉由同步加速器加速至預定的能量；射束輸送系統，將藉由前述射束產生裝置所加速的前述帶電粒子射束進行輸送；及粒子線照射裝置，將經由前述射束輸送系統所輸送的前述帶電粒子射束照射於照射對象；前述射束輸送系統係申請專利範圍第5項所述之射束輸送系統。
  14. 一種粒子線治療裝置，係具備：射束產生裝置，產生帶電粒子射束，且藉由同步加速器加速至預定的能量；射束輸送系統，將藉由前 述射束產生裝置所加速的前述帶電粒子射束進行輸送；及粒子線照射裝置，將經由前述射束輸送系統所輸送的前述帶電粒子射束照射於照射對象；前述射束輸送系統係申請專利範圍第6項所述之射束輸送系統。
  15. 一種粒子線治療裝置，係具備：射束產生裝置，產生帶電粒子射束，且藉由迴旋加速器加速至預定的能量；射束輸送系統，將藉由前述射束產生裝置所加速的前述帶電粒子射束進行輸送；及粒子線照射裝置，將經由前述射束輸送系統所輸送的前述帶電粒子射束照射於照射對象；前述射束輸送系統係申請專利範圍第1項或第2項所述之射束輸送系統；在前述迴旋加速器與前述射束整形裝置之間，具有變更前述帶電粒子射束之能量的散射體、及限制因為前述散射體而擴展的射束尺寸的準直儀；前述射束整形裝置之前述半影放大器係配置在從前述準直儀算起之β加速器相位的相位進角成為90度的位置。
  16. 一種粒子線治療裝置，係具備：射束產生裝置，產生帶電粒子射束，且藉由迴旋加速器加速至預定的能量；射束輸送系統，將藉由前述射束產生裝置所加速的前述帶電粒子射束進行輸送；及粒子線照射裝置，將經由前述射束輸送系統所 輸送的前述帶電粒子射束照射於照射對象；前述射束輸送系統係申請專利範圍第3項所述之射束輸送系統；在前述迴旋加速器與前述射束整形裝置之間，具有變更前述帶電粒子射束之能量的散射體、及限制因為前述散射體而擴展的射束尺寸的準直儀；前述射束整形裝置之前述半影放大器係配置在從前述準直儀算起之β加速器相位的相位進角成為90度的位置。
  17. 一種粒子線治療裝置，係具備：射束產生裝置，產生帶電粒子射束，且藉由迴旋加速器加速至預定的能量；射束輸送系統，將藉由前述射束產生裝置所加速的前述帶電粒子射束進行輸送；及粒子線照射裝置，將經由前述射束輸送系統所輸送的前述帶電粒子射束照射於照射對象；前述射束輸送系統係申請專利範圍第4項所述之射束輸送系統；在前述迴旋加速器與前述射束整形裝置之間，具有變更前述帶電粒子射束之能量的散射體、及限制因為前述散射體而擴展的射束尺寸的準直儀；前述射束整形裝置之前述半影放大器係配置在從前述準直儀算起之β加速器相位的相位進角成為90度的位置。
  18. 一種粒子線治療裝置，係具備： 射束產生裝置，產生帶電粒子射束，且藉由迴旋加速器加速至預定的能量；射束輸送系統，將藉由前述射束產生裝置所加速的前述帶電粒子射束進行輸送；及粒子線照射裝置，將經由前述射束輸送系統所輸送的前述帶電粒子射束照射於照射對象；前述射束輸送系統係申請專利範圍第5項所述之射束輸送系統；在前述迴旋加速器與前述射束整形裝置之間，具有變更前述帶電粒子射束之能量的散射體、及限制因為前述散射體而擴展的射束尺寸的準直儀；前述射束整形裝置之前述半影放大器係配置在從前述準直儀算起之β加速器相位的相位進角成為90度的位置。
  19. 一種粒子線治療裝置，係具備：射束產生裝置，產生帶電粒子射束，且藉由迴旋加速器加速至預定的能量；射束輸送系統，將藉由前述射束產生裝置所加速的前述帶電粒子射束進行輸送；及粒子線照射裝置，將經由前述射束輸送系統所輸送的前述帶電粒子射束照射於照射對象；前述射束輸送系統係申請專利範圍第6項所述之射束輸送系統；在前述迴旋加速器與前述射束整形裝置之間，具有變更前述帶電粒子射束之能量的散射體、及限制因為前述散射體而擴展的射束尺寸的準直儀； 前述射束整形裝置之前述半影放大器係配置在從前述準直儀算起之β加速器相位的相位進角成為90度的位置。
  20. 如申請專利範圍第10項所述之粒子線治療裝置，具備旋轉機架(gantry)，用以使前述粒子線照射裝置以前述等中心為中心旋轉；前述半影放大器係配置於較前述旋轉機架更上游側。
  21. 如申請專利範圍第15項所述之粒子線治療裝置，具備旋轉機架(gantry)，用以使前述粒子線照射裝置以前述等中心為中心旋轉；前述半影放大器係配置於較前述旋轉機架更上游側。
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