TW201737962A - 粒子射線治療裝置 - Google Patents

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Abstract

藉由四極電磁鐵2g、2h、2i將帶電粒子射束的射束直徑按照預定的射束直徑縮小係數c縮小成比目標的射束直徑更小之後，使用掃描電磁鐵7a、7b的下游側具備的散射體8，將已縮小成比目標的射束直徑更小之帶電粒子射束的射束直徑擴大至目標的射束直徑，而簡便地使射束直徑穩定化。

Description

粒子射線治療裝置
本發明係關於以掃描照射來照射粒子射線而進行癌症治療之粒子射線治療裝置。
在以往的粒子射線治療裝置中，從加速器的出射點到照射點(等中心(isocenter))，只要媒體的散射之影響小，則依照偏向電磁鐵、四極電磁鐵、漂移空間的射束光學，射束半徑r可表示如下。
r=√(ε．β)
於此，ε為射束發射度，β為貝他加速器函數。來自加速器之射束不隨時間變化而為一定，只要射束輸送系統電磁鐵的參數於xy方向(與射束行進方向正交之方向)為一定，則在等中心之半徑係不會隨時間變化而為一定。配合在等中心之射束半徑r，控制射束輸送系統的光學參數(四極電磁鐵電流)，並設定β。
然而，在取出射束時，若依照出射控制而隨著時間產生能量變更時，則射束中心位置產生變化，例如偏向電磁鐵的四極成分產生變化等，射束半徑r係表示如下。
r(t)=√(ε．β(t))
於此，隨著時間t變化之貝他加速器函數β(t)設為β(t)=β0(1+k(t))，β(0)=β0，並且，將時間t=0之射束半徑r(0)設為r(0)=r0=√(ε．β0)時，r(t)會成為如下述。
r(t)=√(ε．β(t))=√(ε．β0(1+k(t)))=r0√(1+k(t))
結果，由於射束半徑r會隨著時間產生變化，故有在等中心之照射劑量得不到所計畫之值之問題。因此，例如在專利文獻1中，揭露有以四極電磁鐵控制電流而使射束直徑穩定之方法。
[先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本特開2008-503067號公報(第0046段、第2圖)
然而，以四極電磁鐵控制電流時，為了由射束直徑變動資料使射束直徑穩定化，需要：算出如何使四極電磁鐵電流變化之計算機(模式資料製作計算機系統)； 將其資料逐次設定於四極電磁鐵之裝置(模式資料設定控制裝置)；以及立即對設定變動產生反應之快速的電源裝置(模式電源)，因而有裝置變得複雜之問題。
本發明係為了解決上述課題所研創者，目的在於獲得一種粒子射線治療裝置，即便是在以四極電磁鐵控制電流之情形下，亦能夠以簡便的裝置，精確度良好地獲得照射劑量。
本發明之粒子射線治療裝置係包括：電磁鐵，係將帶電粒子射束縮小；掃描電磁鐵，係將前述帶電粒子射束往與射束軸正交之方向掃描；以及散射體，將藉由前述掃描電磁鐵掃描之前述帶電粒子射束在藉由前述電磁鐵按照預定的縮小係數縮小成比目標射束直徑更小的射束直徑之後，擴大至前述目標射束直徑。
依據本發明，將帶電粒子射束的射束直徑縮小成較小後，使用散射體來擴大至目的之射束直徑，而能藉以簡便地使射束直徑穩定化。
1‧‧‧前段加速器
2a、2b、2c、2d、2e、2f、2g、2h、2i、2j、2k、2l‧‧‧四極電磁鐵
3‧‧‧入射裝置
4、4a、4b、4c、4d、4e、4f、4g、4h、4i‧‧‧偏向電磁鐵
5‧‧‧出射裝置
7a、7b‧‧‧掃描電磁鐵
8‧‧‧散射體
10‧‧‧照射點
11、12‧‧‧真空導管
13‧‧‧照射裝置
14、15‧‧‧射束直徑的變動
20‧‧‧圓形加速器
30、31‧‧‧輸送系統
40、41、42‧‧‧照射系統
100、101、102‧‧‧粒子射線治療裝置
D1、D2、D3‧‧‧帶電粒子射束
第1圖係顯示本發明實施形態1之粒子射線治療裝置的概略構成之示意圖。
第2圖係用以說明以往的粒子射線治療裝置中，帶電粒子射束的射束直徑的變動之圖。
第3圖係用以說明本發明實施形態1之粒子射線治療裝置中，帶電粒子射束的射束直徑的控制狀態。
第4圖係顯示進行了均勻照射時之劑量分布之圖。
第5圖係顯示進行了不均勻照射時之劑量分布之圖。
第6圖係顯示射束直徑與射束直徑縮小係數的關係之圖。
第7圖係顯示本發明實施形態1之粒子射線治療裝置中，射束直徑的變動之一例之圖。
第8圖係顯示本發明實施形態2之粒子射線治療裝置的概略構成之示意圖。
第9圖係顯示本發明實施形態3之粒子射線治療裝置的概略構成之示意圖。
第10圖係用以說明本發明實施形態3之粒子射線治療裝置中，偏向電磁鐵的動作之圖。
實施形態1.
第1圖係本發明實施形態1之粒子射線治療裝置100的構成之示意圖。如第1圖所示，粒子射線治療裝置100係具備：作為帶電粒子射束的供應源之屬於同步加速器之圓形加速器20(以後簡稱為加速器)；具備於每個治療室設置之照射裝置13之照射系統40；以及將加速器20與各治療室連接，並將來自加速器20之帶電粒子射束輸送至各治療室的照射裝置13之輸送系統30。並且，本發明實施形 態1之粒子射線治療裝置100中之特徵性的構成，係在具備設置於各治療室之照射裝置13之照射系統40中，以四極電磁鐵2g、2h、2i將來自輸送系統30之帶電粒子射束縮小，並在藉由掃描電磁鐵7a、7b往與射束軸正交之方向掃描後，藉由散射體8調整散射量而擴大至目標的射束直徑，從而將經過穩定化之射束引導至照射點10。
加速器20係具備：成為帶電粒子射束旋繞之軌道路徑之真空導管11；用以將從前段加速器1供應來的帶電粒子入射至真空導管11之入射裝置3；用以使帶電粒子的軌道偏向，以使帶電粒子沿著真空導管11內的旋繞軌道進行旋繞之帶電粒子射束形成之偏向電磁鐵4a、4b、4c、4d、4e、4f；以及用以將在加速器20內經過加速之帶電粒子射束取出至加速器20外，並出射至輸送系統30之出射裝置5等。另外，偏向電磁鐵4係具備如控制偏向電磁鐵4的激磁電流之偏向電磁鐵控制裝置之用以控制各部的未圖示之裝置，並具備控制偏向電磁鐵控制裝置等其他構成要素從而控制加速器20整體之加速器控制裝置。然而，在本發明之技術思維中，由於並非限定加速器20本身的控制者，故並未限定於上述構成，只要為能夠穩定的將帶電粒子射束出射至輸送系統30者，當然亦容許各種變形。再者，前段加速器1在圖中雖為了簡化而以單一機器之方式記載，惟實際上係具備產生質子、炭(重粒子)等帶電粒子(離子)之離子源(離子射束產生裝置)，以及對所產生之帶電粒子進行初始加速之線性加速器系統。並且，從前段加速 器1入射至加速器20之帶電粒子係在藉由高頻電場加速且藉由磁鐵轉向之下，加速至光速的約70至80%。
藉由加速器20所加速之帶電粒子射束係被出射至所謂HEBT(高能量射束輸送：High Energy Beam Transport)之輸送系統30。輸送系統30係具備：成為帶電粒子射束的輸送路徑之真空導管12；使帶電粒子射束收斂之四極電磁鐵2c、2d、2e、2f；以及使射束偏向至預定角度之偏向電磁鐵4g。然後將藉由加速器20賦予充分的能量且於真空導管12所作出之輸送路徑內行進之帶電粒子射束，藉由四極電磁鐵2c、2d、2e、2f予以收斂，並同時藉由偏向電磁鐵4g因應需要而改變軌道，從而引導至設置於所指定的治療室之照射裝置。
照射系統40係具備照射裝置13，該照射裝置13係將從輸送系統30供應之帶電粒子射束，因應屬於照射對象之患者的患部的大小及深度而形成照射區域，並對患部進行照射。首先，在照射裝置13中係藉由四極電磁鐵2g、2h、2i使來自輸送系統30之帶電粒子射束收斂而縮小，惟若直接使用，則射束半徑r會於照射點10隨時間t而產生變化。
第2圖係顯示僅使用以往的四極電磁鐵2g、2h、2i控制射束直徑之粒子射線治療裝置中，帶電粒子射束在照射點10之射束半徑的變化。如第2圖所示，於照射點10，帶電粒子射束的射束半徑在時間t1雖為r11，但在時間t3則變化成r13。亦即，可知帶電粒子射束的射束半徑係 在rb至最大徑rb+△rb間變動，射束直徑係隨著時間產生變化。
第3圖係顯示本發明實施形態1之粒子射線治療裝置100中，帶電粒子射束在照射點10之射束半徑的控制狀態。第3圖(a)係顯示帶電粒子射束在通過散射體8前之藉由四極電磁鐵2g、2h、2i調整之射束半徑，第3圖(b)係顯示將藉由四極電磁鐵2g、2h、2i調整後之帶電粒子射束通過散射體8後之射束半徑的變化。
首先，如第3圖(a)所示，藉由四極電磁鐵2g、2h、2i將帶電粒子射束的射束直徑依照射束直徑縮小係數c而縮小成比目標的射束直徑更小。此時，於照射點10，帶電粒子射束的射束半徑在時間t1雖為r21，但在時間t3則變化成r23。亦即，帶電粒子射束的射束半徑係在crb至最大半徑c(rb+c△rb)間變動。
另外，於粒子射線治療裝置中，例如在實施均勻照射時，「射線治療裝置的物理、技術性QA系統指導原則(粒子射線QA2015)」(http：//www.jastro.or.jp/news/detail.php？eid=00371)中揭示了在照射結束時目標內的劑量分布的平坦度為±3%之規格。就射束直徑的變動之相關效果來看，若以σ=3mm的分布，△x、△y=3mm間隔，且各點同量來照射高斯射束時，則如第4圖所示成為均勻。第4圖(a)係顯示以上述條件進行照射時的劑量分布(區域Sa)，第4圖(b)係顯示第4圖(a)的BB線上的劑量的輪廓。
然而，在僅將中央的點射束變細成σ=2.76mm時，中央會升高，而如第5圖所示無法進行均勻的照射。第5圖(a)係僅將中央的點射束設為σ=2.76mm時的劑量分布(區域Sb)，第5圖(b)係顯示在第5圖(a)之CC線上之劑量的輪廓。由圖可知，由於劑量上升量成為3%，故必須將射束直徑的變動抑制在約8%以內(σ=3mm±0.24mm)。
於第6圖顯示使射束直徑縮小係數變化時之最大射束直徑之值。射束直徑縮小係數c係表示將縮小前的射束直徑設為1時的在照射點之射束直徑的比率。設為rb=3mm，△rb=0.6mm。縱軸係插入散射體時之在照射點之最大射束直徑。如第6圖所示，為了滿足上述規格，必須將縮小係數限制在c=0.6以下。
藉由四極電磁鐵2g、2h、2i將帶電粒子射束的射束直徑按照預定的射束直徑縮小係數c縮小成比目標的射束直徑更小之後，如第3圖(b)所示，使用於掃描電磁鐵7a、7b之後具備的散射體8，將縮小成比目標的射束直徑更小之帶電粒子射束的射束直徑，擴大至目標的射束直徑。
散射體8之散射半徑rs可由下式求得。
rs=L<θ>L係照射點至散射體之距離，<θ>係在散射體之散射角度。此時，在穿透散射體後之在照射點之射束半徑係在√((crb)2+rs 2)至最大半徑√((crb+c△rb)2+rs 2)間變動。
亦即，調整散射體的厚度或散射體至照射點 之距離，而使初始的射束半徑成為√((crb)2+rs 2)=rb時，在穿透散射體後之在照射點的射束半徑會成為在rb至最大半徑√(rb 2+c2△rb(2rb+△rb))間變動。
第7圖係顯示以往僅使用四極電磁鐵2g、2h、2i來控制射束直徑之粒子射線治療裝置之射束直徑的變動14，以及本發明實施形態1之粒子射線治療裝置100之射束直徑的變動15之一例。相較於以往的粒子射線治療裝置，可知本發明實施形態之粒子射線治療裝置100其射束直徑的變動較小。
如此，在最初設定預定的射束直徑縮小係數c，並在藉由四極電磁鐵2g、2h、2i將帶電粒子射束的射束直徑縮小成較小後，選擇能夠擴大至目的的射束直徑之散射體8並設定，藉此能簡便地使射束直徑穩定化。
如上述，本發明實施形態1之粒子射線治療裝置100係藉由四極電磁鐵2g、2h、2i將帶電粒子射束的射束直徑按照預定的射束直徑縮小係數c縮小成比目標的射束直徑更小之後，使用於掃描電磁鐵7a、7b的下游側具備的散射體8，將已縮小成比目標的射束直徑更小之帶電粒子射束的射束直徑擴大至目標的射束直徑，故能夠簡便地使射束直徑穩定化。再者，藉由抑制射束直徑的變動，可按照計畫進行照射。
實施形態2.
在實施形態1中，係在掃描電磁鐵7a、7b的下游側設置散射體8，惟在實施形態2中顯示在掃描電磁鐵的上游側設置散射體。
第8圖係顯示本發明實施形態2之粒子射線治療裝置101的構成之示意圖。如第8圖所示，粒子射線治療裝置101係在掃描電磁鐵7a、7b的上游側且在四極電磁鐵2i與掃描電磁鐵7a之間具備散射體8。關於粒子射線治療裝置101的其他構成係與實施形態1之粒子射線治療裝置100相同，對於對應之部分係附記相同之符號並省略其說明。
在將散射體8設置於掃描電磁鐵7a、7b的上游側時，由於可拉長到照射點10之距離，故可採用更薄的散射體，而可減低能量損失。
如上述，本發明實施形態2之粒子射線治療裝置101係藉由四極電磁鐵2g、2h、2i將帶電粒子射束的射束直徑按照預定的射束直徑縮小係數c縮小成比目標的射束直徑更小之後，使用於掃描電磁鐵7a、7b的上游側具備的散射體8，將已縮小成比目標的射束直徑更小之帶電粒子射束的射束直徑擴大至目標的射束直徑，故不僅能夠簡便地使射束直徑穩定化，亦可採用更薄的散射體，而可減低能量損失。再者，藉由抑制射束直徑的變動，而能按照計畫進行照射。
實施形態3.
在實施形態1及實施形態2中，顯示了藉由四極電磁鐵2g、2h、2i將帶電粒子射束的射束直徑縮小之後藉由散射體8擴大之態樣，惟在實施形態3中，係顯示藉由偏向電磁鐵取代四極電磁鐵來將射束直徑縮小之態樣。
第9圖係顯示本發明實施形態3之粒子射線治療裝置102的構成之示意圖。如第9圖所示，在粒子射線治療裝置102中，為了將帶電粒子射束偏向，係於輸送系統31的下游端部設有四極電磁鐵2j、2k、2l及偏向電磁鐵4h、4i。於照射系統42中，係將以偏向電磁鐵4i偏向並同時被縮小成比目標的射束直徑更小之帶電粒子射束，直接經由掃描電磁鐵7a、7b之後，藉由散射體8調整散射量而擴大至目標的射束直徑，並引導至照射點10。關於粒子射線治療裝置102之其他構成係與實施形態1之粒子射線治療裝置100相同，對於對應之部分係附記相同之符號並省略其說明。
接著，針對本發明實施形態3之粒子射線治療裝置102的動作，利用圖式進行說明。第10圖係用以說明粒子射線治療裝置102中，偏向電磁鐵4i將帶電粒子射束的射束直徑縮小成較小之動作的說明圖。第10圖(b)係偏向電磁鐵4i的俯視圖，第10圖(a)係第10圖(b)之AA線的箭號剖面圖。
如第10圖(b)所示，帶電粒子射束D1、D2、D3係被偏向電磁鐵4i偏向，並藉由收斂效應使帶電粒子射束的徑縮小成較小。此係如第10圖(a)所示，於偏向電 磁鐵4i中，藉由在相對於帶電粒子射束的行進方向垂直之橫方向調整磁通量M的密度，使通過偏向電磁鐵4i之帶電粒子射束D1、D2、D3收斂。
藉此，由於可藉由偏向電磁鐵4i將帶電粒子射束縮小，故在照射系統42中無需四極電磁鐵，而可使裝置簡化。
如上述，本發明實施形態3之粒子射線治療裝置102係藉由偏向電磁鐵4i將帶電粒子射束的射束直徑按照預定的射束直徑縮小係數c縮小成比目標的射束直徑更小之後，使用於掃描電磁鐵7a、7b的上游側具備的散射體8，將已縮小成比目標的射束直徑更小之帶電粒子射束的射束直徑擴大至目標的射束直徑，故不僅能夠簡便地使射束直徑穩定化，亦能夠更進一步使裝置簡化。再者，藉由抑制射束直徑的變動，而能按照計畫進行照射。
另外，本發明在其發明的範疇內可將各實施形態組合，或將各實施形態適當地變形、省略。
1‧‧‧前段加速器
2a、2b、2c、2d、2e、2f、2g、2h、2i‧‧‧四極電磁鐵
3‧‧‧入射裝置
4a、4b、4c、4d、4e、4f、4g‧‧‧偏向電磁鐵
5‧‧‧出射裝置
7a、7b‧‧‧掃描電磁鐵
8‧‧‧散射體
10‧‧‧照射點
11、12‧‧‧真空導管
13‧‧‧照射裝置
20‧‧‧圓形加速器
30‧‧‧輸送系統
40‧‧‧照射系統
100‧‧‧粒子射線治療裝置

Claims (5)

  1. 一種粒子射線治療裝置，係包括：四極電磁鐵，係將帶電粒子射束縮小；掃描電磁鐵，係將前述帶電粒子射束往與射束軸正交之方向掃描；以及散射體，將藉由前述掃描電磁鐵掃描之前述帶電粒子射束在藉由前述四極電磁鐵按照預定的縮小係數縮小成比於等中心之目標射束直徑更小的射束直徑之後，擴大至於前述等中心之目標射束直徑。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之粒子射線治療裝置，其中，前述散射體係備置於前述掃描電磁鐵的上游側。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之粒子射線治療裝置，其中，前述散射體係備置於前述掃描電磁鐵的下游側。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之粒子射線治療裝置，其中，前述散射體係備置於前述掃描電磁鐵的下游側。
  5. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述之粒子射線治療裝置，其中，前述縮小係數係0.6以下。
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FR2357989A1 (fr) * 1976-07-09 1978-02-03 Cgr Mev Dispositif d'irradiation utilisant un faisceau de particules chargees
JP3178381B2 (ja) * 1997-02-07 2001-06-18 株式会社日立製作所 荷電粒子照射装置
WO2008081480A1 (en) * 2006-12-28 2008-07-10 Fondazione Per Adroterapia Oncologica - Tera Ion acceleration system for medical and/or other applications
WO2013069090A1 (ja) * 2011-11-08 2013-05-16 三菱電機株式会社 粒子線治療システムおよびそのビーム位置補正方法
JP5996470B2 (ja) * 2013-03-29 2016-09-21 住友重機械工業株式会社 中性子捕捉療法装置
JP2015047260A (ja) * 2013-08-30 2015-03-16 株式会社日立製作所 粒子線照射システムとその運転方法

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