TWI398239B - 粒子射線治療裝置 - Google Patents

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Hisashi Harada
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Yuichi Yamamoto
Takaaki Iwata
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Description

粒子射線治療裝置
本發明係有關一種使用於醫療用或研究用的粒子射線治療裝置，尤其有關一種點掃描(spot scanning)或行式掃描(raster scanning)之掃描型的粒子射線治療裝置。
一般而言，粒子射線治療裝置係具備有：射束(beam)產生裝置，係產生荷電粒子射束；加速器，係連接至射束產生裝置，用以加速所產生的荷電粒子射束；射束輸送系統，輸送加速達至加速器所設定的能量後予以射出的荷電粒子射束；以及粒子射線照射裝置，係設置於射束輸送系統的下游側，用以將荷電粒子射束照射至照射對象。於粒子射線照射裝置中，係大致存在有下述照射方式：寬廣(broad)照射方式，以散射體將荷電粒子射束予以散射擴大，將擴大的荷電粒子射束配合照射對象的形狀而形成照射區域；以及掃描(scanning)照射方式(點掃描、行式掃描等)，係以配合照射對象的形狀之方式，掃描細筆狀(pencil)的射束以形成照射區域。
寬廣照射方式係使用準直儀(collimator)或病灶模裝置(bolus)形成配合患部形狀的照射區域。形成配合患部形狀的照射區域而防止對於正常組織的不必要照射，是最廣泛使用之良好的照射方式。然而，必須依據每位患者製作病灶模裝置、或配合患部使準直儀變形等。
另一方面，掃描照射方式係無須準直儀和病灶模裝置這類裝置之自由度高的照射方式。然而，由於未使用防止對於患部以外的正常組織之照射的構件，因此要求比寬廣照射方式還高的射束照射位置精確度。
專利文獻1的目的係提供一種能正確地照射患部之粒子射線治療裝置，係揭示有下述發明。亦即，專利文獻1的發明係將掃描裝置所產生的荷電粒子射束的掃描量與此時藉由射束位置檢測器所檢測出的荷電粒子射束的射束位置記憶至記憶裝置，使用該記憶的掃描量及射束位置，藉由控制裝置對應於根據治療計劃資訊的射束位置來設定掃描裝置的掃描量。由於實際照射所得到的掃描量與射束位置的關係係記憶於記憶裝置，故能期待正確地照射患部。
專利文獻1：日本特開2005-296162號公報
在專利文獻1所揭示的發明中，依據實際照射所得到的荷電粒子射束的掃描量與射束位置之實際資料作成轉換表，使用該轉換表運算掃描電磁鐵的設定電流值。
然而，實際上在掃描電磁鐵的電流與磁場之間存在磁滯(hysteresis)特性，且在電流值增加中時與電流值減少中時，會形成不同的磁場。由於實際照射患部之正式照射中之屬於掃描電磁鐵的電流值的增減型樣(pattern)之激磁型樣係與作成轉換表時的照射中的掃描電磁鐵的激磁型樣不同，因此存在有因為電磁鐵的磁滯影響而無法正確地照射患部之問題。
本發明乃為解決上述課題而研創者，其目的係提供一種能降低掃描電磁鐵的磁滯影響而實現高精確度的射束照射之粒子射線治療裝置。
本發明之粒子射線治療裝置係具有：照射管理裝置，係依據荷電粒子射束的目標照射位置座標來控制掃描電磁鐵；以及位置監視器，係測量荷電粒子射束的測量位置座標；照射管理裝置係具有指令值產生器，該指令值產生器係依據修正資料與目標照射位置座標對掃描電磁鐵輸出控制輸入，其中該修正資料係依據在掃描電磁鐵的激磁型樣與正式照射計劃相同之事前照射中位置監視器所測量的測量位置座標及目標照射位置座標而產生。
本發明之粒子射線治療裝置，由於掃描電磁鐵的激磁型樣在事前照射與正式照射計劃中為相同，並依據事前照射所獲得的結果來修正對於掃描電磁鐵的控制輸入，因此能排除掃描電磁鐵的磁滯影響而實現高精確度的射束照射。
實施形態一
第1圖係本發明實施形態一的粒子射線治療裝置的概略構成圖。粒子射線治療裝置係具備有：射束產生裝置51、加速器52、射束輸送裝置53、射束加速輸送控制裝置50、粒子射線照射裝置54、治療計劃裝置55、以及患者檔案伺服器56。射束產生裝置51係將離子源所產生的荷電粒子予以加速而產生荷電粒子射束1。加速器52係連接至射束產生裝置51，將所產生的荷電粒子射束1加速達至預定的能量。射束輸送裝置53係將加速達至加速器52所設定的能量後而射出的荷電粒子射束1予以輸送。射束加速輸送控制裝置50係分別控制射束產生裝置51、加速器52、以及射束輸送裝置53。粒子射線照射裝置54係設置於射束輸送系統53的下游，將荷電粒子射束1照射至照射對象15。治療計劃裝置55係依據X射線CT(Computed Tomography；電腦斷層掃描)等所攝影的影像資訊來決定患者的照射對象15，並產生屬於針對照射對象15的治療計劃資料F0之目標照射位置座標Pi0、目標線量Di0、目標射束尺寸Si0、目標加速器設定Bi0、以及範圍移位器(range shifter)插入量Ri0等。目標加速器設定Bi0係包含有加速器52的射束能量及射束電流的設定值。患者檔案伺服器56係記憶治療計劃裝置55依據每位患者所產生的治療計劃資料F0。
粒子射線照射裝置54係具備有：射束輸送導管(duct)2，係輸送從射束輸送裝置53所射入的射入荷電粒子射束1a；掃描電磁鐵3a、3b，係於屬於與射入荷電粒子射束1a垂直的方向之X方向及Y方向掃描射入荷電粒子射束1a；位置監視器7；前置放大器(Preamp)9，係放大位置監視器7的信號；位置監視器單元8；線量監視器11；前置放大器13，係放大線量監視器11的信號；線量監視器單元12；照射管理裝置32；掃描電磁鐵電源4；射束擴大裝置16；射束擴大控制裝置17；伸縮軟管(bellows)18；真空導管19；漣波濾波器(ripple filter)20；範圍移位器21；以及範圍移位器單元23。此外，如第1圖所示，射入荷電粒子射束1a的行進方向係Z方向。
掃描電磁鐵3a係用以將射入荷電粒子射束1a朝X方向掃描之X方向掃描電磁鐵，掃描電磁鐵3b係用以將射入荷電粒子射束1a朝Y方向掃描之Y方向掃描電磁鐵。位置監視器7係檢測由掃描電磁鐵3a、3b所偏向的射出荷電粒子射束1b所通過的通過位置(重心位置)及射束尺寸。前置放大器9係將位置監視器7所檢測出的通過位置及射束尺寸的類比資料予以放大。在此，射束尺寸係通過與射出荷電粒子射束1b的Z方向垂直的XY面之面積。位置監視器單元8係透過前置放大器9接收位置監視器7所檢測出的通過位置及射束尺寸，並將該通過位置及射束尺寸轉換成數位資料，並產生測量位置座標Ps及測量射束尺寸Ss。
線量監視器11係檢測射出荷電粒子射束1b的線量。前置放大器13係將線量監視器11所檢測出的線量的類比資料予以放大。線量監視器單元12係透過前置放大器13接收線量監視器11所檢測出的線量，並將該線量轉換成數位資料而產生測量線量Ds。
射束擴大裝置16係擴大射出荷電粒子射束1b的射束尺寸。真空導管19係確保通過射出荷電粒子射束1b之真空區域。伸縮軟管18係伸縮自如地連接射束輸送導管2與真空導管19，將真空區域延長至照射對象15。漣波濾波器20亦稱為隆起濾波器(ridge filter)，呈凸形的形狀。漣波濾波器20係使從加速器25傳送而來之具有大致單一能量之屬於單色射束之荷電粒子射束1能量耗損(energy loss)，而使能量具有寬度。
照射對象15中的深度方向(Z方向)的位置座標的控制係藉由變更加速器52的加速能量而變更射入荷電粒子射束1a的能量、以及藉由範圍移位器21變更射出荷電粒子射束1b的能量而進行。範圍移位器21係小刻度地調整荷電粒子射束1的射程。大幅度的荷電粒子射束1的射程變更係以加速器52的加速能量的變更來進行，小幅度的荷電粒子射束1的射程變更係以範圍移位器21的設定變更來進行。
照射管理裝置32係具備有照射控制裝置5與照射控制計算機22。照射控制計算機22係從患者檔案伺服器56讀出治療計劃資料F0，並產生為了控制照射線量而分割之屬於照射單位之照射點的依照射順序排列變更過的設定資料Fi。亦即，設定資料Fi係經過序列(sequence)化的治療計劃資料。依據設定資料Fi輸出針對各機器之屬於指令之設定資料Fo。
設定資料Fi的要素係目標照射位置座標Pi、目標線量Di、目標射束尺寸Si、目標加速器設定Bi、範圍移位器插入量Ri，且設定資料Fi的各要素係分別為屬於治療計劃資料F0的要素之目標照射位置座標Pi0、目標線量Di0、目標射束尺寸Si0、目標加速器設定Bi0、範圍移位器插入量Ri0經過序列化的資料。設定資料Fo係加速器設定指令Bo、範圍移位器指令Ro、指令電流Io、指令電流Ir、射束尺寸指令So、目標線量Do。
照射控制計算機22係接收在無患者之狀態下所進行的事前照射中的測量位置座標Ps、測量線量Ds、測量射束尺寸Ss等照射紀錄，並進行照射紀錄的評價。照射控制計算機22係依據測量位置座標Ps產生已修正過指令電流Io的指令電流Ir，並對掃描電磁鐵電源4發送指令電流Io或指令電流Ir。此外，照射控制計算機22係接收實際照射患者之正式照射中的測量位置座標Ps、測量線量Ds、測量射束尺寸Ss等照射紀錄，並將正式照射中的照射紀錄記憶至患者檔案伺服器56。
照射控制裝置5係輸出觸發信號sigc、計數開始信號sigh、射束供給指令Con、射束停止指令Coff，且控制照射對象15中的照射點及照射線量。照射控制裝置5係藉由觸發信號sigc變更針對各照射點之各機器的設定，藉由計數開始信號sigh開始照射點的照射線量的測量，當測量線量Ds達到目標線量Do時，進行對於下一個照射點之控制，當結束對於已將照射對象分割成複數個照射區分(後述之切片(slice))的各個照射區分之照射時，對射束加速輸送控制裝置50輸出射束停止指令Coff，使荷電粒子射束停止。
掃描電磁鐵電源4係依據照射控制裝置5所輸出之針對掃描電磁鐵3之屬於控制輸入的指令電流Io(Ir)，使掃描電磁鐵3a、3b的設定電流變化。射束擴大控制裝置17係對射束擴大裝置16輸出用以設定位置監視器7中的射束尺寸之射束尺寸指令So。範圍移位器單元23係對範圍移位器21輸出用以變更射出荷電粒子射束1b的能量之範圍移位器指令Ro。
第2圖係顯示實施形態一中的照射順序之流程圖。照射控制計算機22係從患者檔案伺服器56讀出治療計劃資料F0，並產生設定資料Fo。設定資料Fo係輸出至射束加速輸送控制裝置50、掃描電磁鐵電源4、射束擴大控制裝置17、範圍移位器單元23、位置監視器單元8、線量監視器單元12，並記憶於各者的記憶體。於射束加速輸送控制裝置50記憶有加速器設定指令Bo。於掃描電磁鐵電源4記憶有指令電流Io。於射束擴大控制裝置17記憶有射束尺寸指令So。於範圍移位器單元23記憶有範圍移位器指令Ro。於位置監視器單元8記憶有目標照射位置座標Pi及目標射束尺寸Si。於線量監視器單元12記憶有目標線量Do(步驟S001)。
照射控制裝置5係依每一點輸出觸發信號sigc，並依序變更根據設定資料Fo之指令電流Io、射束尺寸指令So、加速器設定指令Bo、範圍移位器指令Ro，並進行事前照射(步驟S002)。照射控制計算機22係收集事前照射中的測量位置座標Ps、測量線量Ds、測量射束尺寸Ss等照射紀錄(步驟S003)。
照射控制計算機22係依據測量位置座標Ps產生用以修正指令電流Io之電流修正資料Ia(步驟S004)。照射控制計算機22係依據電流修正資料Ia修正指令電流Io，產生經過修正的指令電流Ir。指令電流Ir係輸出至掃描電磁鐵電源4，並覆寫保存於記憶體(步驟S005)。照射控制裝置5係輸出觸發信號sigc，並依序變更經過修正的指令電流Ir、射束尺寸指令So、加速器設定指令Bo、範圍移位器指令Ro，進行事前照射、修正的確認(步驟S006)。若修正的結果沒有問題，照射控制裝置5係輸出觸發信號sigc，依序變更經過修正的指令電流Ir、射束尺寸指令So、加速器設定指令Bo、範圍移位器指令Ro，進行正式照射(步驟S007)。
第3圖係用以產生照射控制計算機22中的設定資料Fo之設定資料產生部的概略構成圖。照射控制計算機22係具有設定資料產生器29、掃描電磁鐵指令值產生器6、指令值產生器25、以及修正資料產生器30。第4圖係照射控制裝置5中的信號產生的時序圖。
針對照射控制計算機22及照射控制裝置5的動作進行說明。在此，係以下述之照射方法做說明：照射點係被分割成於Z方向所分割的層之切片與各切片中的XY方向，在變更切片時停止荷電粒子射束1，於照射同一切片內時持續照射荷電粒子射束1。首先針對事前照射的動作進行說明。以照射前的準備而言，將掃描電磁鐵3激磁達至飽和磁通密度。設定資料產生器29係從患者檔案伺服器56讀出治療計劃資料F0。修正資料產生器30係將事前照射用的電流修正資料Ia輸出至指令值產生器25(步驟S101)。由於在事前照射時未修正指令電流Io，因此事前照射用的電流修正資料Ia為0。設定資料產生器29係將重新排列過經分割之屬於照射單位之照射點的照射順序的目標照射位置座標Pi(xi,yi)輸出至掃描電磁鐵指令值產生器6。設定資料產生器29係將重新排列過經分割之屬於照射單位之照射點的照射順序的加速器設定指令Bo、範圍移位器指令Ro、射束尺寸指令So、目標線量Do、目標照射位置座標Pi、目標射束尺寸Si分別輸出至射束加速輸送控制裝置50、範圍移位器單元23、射束擴大控制裝置17、線量監視器單元12、以及位置監視器單元8(步驟S102)。
掃描電磁鐵指令值產生器6係從目標照射位置座標Pi(xi,yi)產生成為基礎之指令電流Ig(Ixg,Iyg)(步驟S103)。指令值產生器25係將成為基礎之指令電流Ig作為指令電流Io(Ixo,Iyo)輸出至掃描電磁鐵電源4(步驟S104)。照射控制裝置5係將觸發信號sigc輸出至射束加速輸送控制裝置50、掃描電磁鐵電源4、射束擴大控制裝置17、範圍移位器單元23、線量監視器單元12、位置監視器單元18，開始對於照射順序第一號的照射點之設定(步驟S105)。在此，由於照射點係分割成於Z方向經過分割之屬於層的切片與各切片中的XY方向，因此各照射點係設成以切片號碼與各切片中的分割號碼來表示。如第4圖所示，輸出針對切片1(最初的切片)中的最初照射點之觸發信號sigc的脈波c1(1)。射束加速輸送控制裝置50係在結束加速器設定指令Bo的設定時將結束信號siga的脈波輸出至照射控制裝置5。掃描電磁鐵電源4、射束擴大控制裝置17、範圍移位器單元23、線量監視器單元12、位置監視器單元18係在結束各者的設定時將機器結束信號sigb的脈波輸出至照射控制裝置5。此外，在第4圖中，為了避免複雜化，僅記載一個機器結束信號sigb，而在第1圖中係省略機器結束信號sigb。
照射控制裝置5係接收結束信號siga的脈波及機器結束信號sigb的脈波b1(1)，將用以指示線量測量的開始之計數開始信號sigh的脈波輸出至線量監視器單元12及位置監視器單元8，並對射束加速輸送控制裝置50輸出用以指示射束的產生之射束供給指令Con的脈波。射束加速輸送控制裝置50係控制射束產生裝置51、加速器52、射束輸送裝置53，開始荷電粒子射束的照射(步驟S106)。
位置監視器單元8係接收計數開始信號sigh的脈波，將此時的測量位置座標Ps及測量射束尺寸Ss與目標照射位置座標Pi及目標射束尺寸Si予以比較，並將測量位置座標Ps及測量射束尺寸Ss記憶至記憶體。當測量位置座標Ps及測量射束尺寸Ss超過容許值時，使進行聯鎖(interlock)動作而停止照射。由線量監視器11所測量的射出荷電粒子射束1b的測量線量Ds係於線量監視器單元12比較目標線量Do與測量線量Ds，當測量線量Ds超過目標線量Do時，將線量額滿信號sigd的脈波d1(1)輸出至照射控制裝置5及位置監視器單元8。線量監視器11係將輸出線量額滿信號sigd的脈波時之測量線量Ds記憶至記憶體(步驟S107)。
接著，開始對於照射順序第2號的照射點之設定(步驟S108)。輸出對於切片1中的第2號的照射點之觸發信號sigc的脈波c1(2)。由於是相同切片中的照射點，因此加速器設定指令Bo、範圍移位器指令Ro不會變更。掃描電磁鐵電源4、射束擴大控制裝置17、線量監視器單元12、位置監視器單元8係當各者的設定結束時，將機器結束信號sigb的脈波b1(2)輸出至照射控制裝置5。
照射控制裝置5係接收機器結束信號sigb的脈波b1(2)，將用以指示線量測量開始之計數開始信號sigh的脈波輸出至線量監視器單元12及位置監視器單元8。線量監視器單元12係測量第2號的照射點的照射線量(步驟S109)。此外，線量監視器單元12係具有用以測量各照射點的照射線量之點計數器、以及用以測量移動於點間中的照射線量之點間計數器。在輸出線量額滿信號sigd的脈波後至接收到計數開始信號sigh的脈波為止之測量線量係相當於荷電粒子射束1朝下一個點移動中的照射線量(點間照射線量)。該點間照射線量係接收計數開始信號sigh的脈波，並記錄至記憶體。
位置監視器單元8係接收計數開始信號sigh的脈波，將此時的測量位置座標Ps及測量射束尺寸Ss與目標照射位置座標Pi及目標射束尺寸Si予以比較，並將測量位置座標Ps及測量射束尺寸Ss記憶至記憶體。當測量位置座標Ps及測量射束尺寸Ss超過容許值時，使進行聯鎖動作而停止照射。由線量監視器11所測量的射出荷電粒子射束1b的測量線量Ds係於線量監視器單元12比較目標線量Do與測量線量Ds，當測量線量Ds超過目標線量Do時，將線量額滿信號sigd的脈波d1(2)輸出至照射控制裝置5及位置監視器單元8。線量監視器11係將輸出線量額滿信號sigd的脈波時的測量線量Ds記憶至記憶體(步驟S110)。
依序變更照射順序，反覆進行步驟S108至步驟S110，直至切片的最後照射點為止(設為號碼n)。此外，在切片的最後照射點中，線量監視器11係接收觸發信號sigc的脈波c1(n)，並將切片最後信號sigs的脈波輸出至照射控制裝置5。線量監視器11係將每個切片號碼的點數的資訊作為基準，而能檢測出設定至切片的最後照射點。
照射控制裝置5係在接收切片最後信號sigs的脈波及線量額滿信號sigd的脈波d1(n)時，對射束加速輸送控制裝置50輸出用以指示射束的停止之射束停止指令Coff。此外，輸出對於第2號的切片中的最初照射點之觸發信號sigc的脈波c2(1)(步驟S112)。
反覆進行步驟S006至步驟S112，進行各切片的照射(步驟S113)。此外，在最後切片(設為號碼q)中的最後照射點(設為號碼m)中，線量監視器11係在輸出線量額滿信號sigd的脈波dq(m)時將照射結束信號sige的脈波輸出至照射控制計算機22。此外，在最後切片(設為號碼q)中的最後照射點中，不輸出觸發信號sigc的脈波。
照射控制計算機22係當接收照射結束信號sige的脈波時，從線量監視器單元12收集測量線量Ds。此外，照射控制計算機22係從位置監視器單元8收集射出荷電粒子射束1b的測量位置座標Ps(xs,ys)及測量射束尺寸Ss(步驟S114)。
接著，說明使用了修正後的指令電流Ir的事前照射和正式照射的動作。此外，由於使用了修正後的指令電流Ir的事前照射與正式照射為相同的動作，因此以正式照射進行說明。以照射前的準備而言，將掃描電磁鐵3激磁達至飽和磁通密度。設定資料產生器29係從患者檔案伺服器56讀出治療計劃資料F0。此外，於照射控制計算機22儲存有治療計劃資料F0的情形中，亦可使用儲存資料。修正資料產生器30係產生正式照射用的電流修正資料Ia(步驟S115)。產生用以修正指令電流Io的電流修正資料Ia之方法容後述。設定資料產生器29係將重新排列過經分割之屬於照射單位之照射點的照射順序的目標照射位置座標Pi(xi,yi)輸出至掃描電磁鐵指令值產生器6。設定資料產生器29係將重新排列過經分割之屬於照射單位之照射點的照射順序的加速器設定指令Bo、範圍移位器指令Ro、射束尺寸指令So、目標線量Do、目標照射位置座標Pi、目標射束尺寸Si分別輸出至射束加速輸送控制裝置50、範圍移位器單元23、射束擴大控制裝置17、線量監視器單元12、位置監視器單元8(步驟S116)。
掃描電磁鐵指令值產生器6係從目標照射位置座標Pi(xi,yi)產生成為基礎的指令電流Ig(Ixg,Iyg)(步驟S117)。指令值產生器25係將以電流修正資料Ia將成為基礎的指令電流Ig修正後的指令電流Ig-Ia作為指令電流Ir(Ixr,Iyr)輸出至掃描電磁鐵電源4(步驟S118)。之後的動作係將指令電流Io改讀為指令電流Ir，從步驟S105至步驟S114的動作係相同。
接著說明產生電流修正資料Ia的方法。第5圖係用以說明指令電流的修正方法之圖示。測量BL積對因使用於掃描電磁鐵電源4的指令電流Io而輸出至掃描電磁鐵3的電流I之關係。BL積係磁場的強度B與掃描電磁鐵3的磁極的有效長度L之積。描繪通過飽和磁通密度的最大磁滯曲線α。求取最大磁滯曲線α的電流增加方向與電流減少方向的平均，求出磁滯迴圈(loop)的中心線β。
由指令電流Io所設定的電流值I(id)係藉由屬於照射預定位置之目標照射位置座標Pi、磁滯迴圈的中心線β、射出荷電粒子射束1b的能量、從掃描電磁鐵3的設置位置至照射位置為止的距離所求出。考量作用於荷電粒子射束1的勞侖茲(Lorentz)力(佛來明左手法則)，能從荷電粒子射束1的位置座標求出BL積的值。指令電流Io係與從目標照射位置座標Pi計算出的理想BL積的值BL(id)與磁滯迴圈的中心線之交叉點P’(未圖示)中的電流I(id)對應之指令值。該BL(id)係為所測量的BL積的值的期待值BL(ex)。
從測量過的測量位置座標Ps計算出BL積的值BL(me)。第5圖的P點為實測值。經過測量的BL積的值BL(me)係考量從期待值BL(ex)產生偏移達至ΔBL的情形。使用具有求出的指令電流Io的交叉點P’中的切線(tangential line)的斜率K的直線予以位移達至ΔBL以修正電流。修正只要求得BL積成為BL(ex)的電流值I1即可。若求出電流值I1，則能產生於成為BL(id)的電流值I1所設定的指令電流Ir。藉由此種方法，能將掃描電磁鐵的磁滯影響所造成的荷電粒子射束1的位置偏移控制在容許範圍內。
一點鏈線的直線γ係與電流值I(id)中的中心線β的切線相同斜率K的直線。斜率K係如數學式(1)所表示，修正後的電流值I1係如數學式(2)所表示。
I1=I(id)-ΔBL/K　…數學式(2)
在此，ΔBL係BL(me)-BL(ex)。藉由電流修正資料Ia所設定的修正電流值ΔI係ΔBL/K。
由於實施形態一的粒子射線治療裝置係以與依據治療計劃資料F0的設定資料Fo所進行的正式照射計劃中的掃描電磁鐵的激磁型樣相同的激磁型樣來實施事前照射，亦即以用以控制照射線量的照射點的照射順序為與正式照射相同的照射順序來實施事前照射，因此能取得反映有掃描電磁鐵3的磁滯影響的荷電粒子射束1b的測量位置座標Ps。由於依據根據反映有掃描電磁鐵3的磁滯影響的荷電粒子射束1b的測量位置座標Ps所產生的電流修正資料Ia及設定資料Fo來修正指令電流Io，因此能修正掃描電磁鐵3的磁滯所造成的荷電粒子射束1b的位置偏移。因此，能降低掃描電磁鐵3的磁滯影響，而實現高精確度的射束照射。
由於實施形態一的粒子射線治療裝置的照射前的準備係將掃描電磁鐵3激磁達至飽和磁通密度，因此能將荷電粒子射束1的最初照射點中的掃描電磁鐵3的磁滯影響控制成大致相同。藉此，在進行照射的全照射點中，能將以與正式照射計劃中的掃描電磁鐵的激磁型樣相同的激磁型樣予以實施的事前照射的掃描電磁鐵3的磁滯影響控制在大致相同。因此，即使在以相同的激磁型樣進行複數次正式照射的情形中，縱使在每次照射未以事前照射進行修正，亦能實現高精確度的射束照射。
由於實施形態一的粒子射線治療裝置係變更加速器52的加速能量而變更射入荷電粒子射束1b的能量、以及藉由範圍移位器21變更射出荷電粒子射束1b的能量，而進行照射對象15中的深度方向(Z方向)的位置座標的控制，因此能將加速器52的加速能量的變更控制在最低限度，故能縮短照射時間，而能縮短在進行正式照射前的工作時間。
如上所述，依據實施形態一的粒子射線治療裝置，由於具備有：照射管理裝置32，係依據荷電粒子射束1b的目標照射位置座標Pi來控制掃描電磁鐵3；以及位置監視器7，係測量荷電粒子射束1b的測量位置座標Ps；且照射管理裝置32係具有指令值產生器25，該指令值產生器25係在掃描電磁鐵的激磁型樣與正式照射計劃相同之事前照射中，依據修正資料Ia與目標照射位置座標Pi對掃描電磁鐵3輸出控制輸入Io(Ir)，其中該修正資料Ia係依據位置監視器7所測量的測量位置座標Ps及目標照射位置座標Pi而產生，因此，能降低掃描電磁鐵3的磁滯影響，而實現高精確度的射束照射。
此外，亦可於進行第2圖的修正的確認之步驟S006之後，將電流修正資料Ia儲存至照射控制計算機22的記憶體或患者檔案伺服器56，將所儲存的電流修正資料Ia予以讀出並供給至指令值產生器25。藉此，能在正式照射前進行中斷與再進行，而能進行有效率的粒子射線治療裝置的運用。
實施形態二
第6圖係顯示本發明實施形態二中的照射順序之流程圖。與實施形態一的照射順序的不同點在於：以指令電流Io所進行的事前照射的確認來評價照射位置偏差，反覆進行依據電流修正資料Ia的修正直至照射位置偏差位於預定的容許範圍內。
在第6圖中，步驟S001至步驟S007係與實施形態一相同，並追加步驟S008至步驟S012。在步驟S008中，依據在步驟S003所收集的照射記錄，判斷各照射點中的測量位置座標Ps與目標照射位置座標Pi之位置偏差是否位於容許範圍內。在位置偏差位於容許範圍內的情形，移行至步驟S007，不進行修正而直接進行正式照射。
在位置偏差未位於容許範圍內的情形，移行至步驟S004，依據測量位置座標Ps產生用以修正指令電流Io之電流修正資料Ia。在步驟S005中產生經過修正的指令電流Ir，在步驟S009中依序變更經過修正的指令電流Ir、射束尺寸指令So、加速器設定指令Bo、範圍移位器指令Ro，進行事前照射。在步驟S010中，照射控制計算機22係收集事前照射中的測量位置座標Ps、測量線量Ds、測量射束尺寸Ss等照射紀錄。於步驟S011中，依據在步驟S010中收集的照射記錄，判斷各照射點中的測量位置座標Ps與目標照射位置座標Pi之位置偏差是否位於容許範圍內。當位置偏差位於容許範圍內時，移行至步驟S007，不進行再次修正而進行正式照射。
當位置偏差未位於容許範圍內時，移行至步驟S012，依據步驟S010的照射記錄，反覆進行步驟S004至步驟S011。
用以進行步驟S008及步驟S011中的判斷之判斷器40係藉由照射控制計算機22的CPU 41及記憶體42來實現。
由於實施形態二的粒子射線治療裝置係評價依據指令電流Io所進行的事前照射中的位置偏差，並反覆進行依據電流修正資料Ia的修正直至位於預定的範圍內，因此相較於實施形態一，能高精確度地修正掃描電磁鐵3的磁滯所導致的荷電粒子射束1b的位置偏移。因此，能降低掃描電磁鐵3的磁滯影響，而能進一步實現高精確度的射束照射。此外，由於在依據指令電流Io所進行的事前照射中當位置偏差位於容許範圍內時不進行修正，因此能縮短用以確定適用於正式照射的設定資料Fo之時間。
此外，在實施形態一中，雖以在進行正式照射前再次進行事前照射為例進行說明，但亦可藉由用以進行粒子射線治療裝置的確認之照射來實施依據電流修正資料Ia的確認照射，而省略步驟S006的程序。
此外，雖以在變更切片時使荷電粒子射束1停止、在照射相同切片內時繼續照射荷電粒子射束1之照射方法進行說明，但並不限定於此，亦可適用於在每個照射點停止荷電粒子射束1之點掃描、行式掃描等其他照射方法。此外，在行式掃描中，即使不存在作為射束停止之離散性的位置之照射點，用以控制照射線量之照射對象15的位置亦可視為用以控制照射線量之照射點。此外，在行式掃描中，亦可為荷電粒子射束1的折返點等為掃描電磁鐵3的電流值的增減型樣的變化點，並依據與掃描電磁鐵3的電流值的增減型樣的變化點對應之測量位置座標及目標照射位置座標來產生電流修正資料Ia。
(產業上的可利用性)
本發明的粒子射線治療裝置係能應用於醫療用和研究用所使用的粒子射線治療裝置。
1．．．荷電粒子射束
1a．．．射入荷電粒子射束
1b．．．射出荷電粒子射束
2．．．射束輸送導管
3．．．掃描電磁鐵
3a．．．X方向掃描電磁鐵
3b．．．Y方向掃描電磁鐵
4．．．掃描電磁鐵電源
5．．．照射控制裝置
6．．．掃描電磁鐵指令值產生器
7．．．位置監視器
8．．．位置監視器單元
9、13．．．前置放大器
11．．．線量監視器
12．．．線量監視器單元
15．．．照射對象
16．．．射束擴大裝置
17．．．射束擴大控制裝置
18．．．伸縮軟管
19．．．真空導管
20．．．漣波濾波器
21．．．範圍移位器
22．．．照射控制計算機
23．．．範圍移位器單元
25．．．指令值產生器
29．．．資料產生器
30．．．修正資料產生器
32．．．照射管理裝置
40．．．判斷器
50．．．射束加速輸送控制裝置
51．．．射束產生裝置
52．．．加速器
53．．．射束輸送裝置
54．．．粒子射線照射裝置
55．．．治療計劃裝置
56．．．患者檔案伺服器
Bio．．．目標加速器設定
Bo．．．加速器設定指令
Con．．．射束供給指令
Coff．．．射束停止指令
Dio、Do．．．目標線量
Ds．．．測量線量
F0．．．治療計劃資料
Fi、Fo．．．設定資料
Io、Ir、Io．．．指令電流
Ia．．．電流修正資料
Pi、Pio．．．目標照射位置座標
Ps．．．測量位置座標
Sio、Si．．．目標射束尺寸
siga．．．結束信號
sigb．．．機器結束信號
sigc．．．觸發信號
sigd．．．線量額滿信號
sige．．．照射結束信號
sigh．．．計數開始信號
sigs．．．切片最後信號
So．．．射束尺寸指令
Ss．．．測量射束尺寸
Rio．．．範圍移位器插入量
Ro．．．範圍移位器指令
α．．．最大磁滯曲線
β．．．中心線
γ．．．直線
第1圖係本發明實施形態一的粒子射線治療裝置的概略構成圖。
第2圖係顯示實施形態一的照射順序之流程圖。
第3圖係第1圖的照射控制計算機的概略構成圖。
第4圖係第1圖的照射控制裝置中的信號產生的時序圖。
第5圖係說明指令電流的修正方法之圖。
第6圖係顯示本發明實施形態二中的照射順序之流程圖。
1a．．．射入荷電粒子射束
1b．．．射出荷電粒子射束
2．．．射束輸送導管
3a．．．X方向掃描電磁鐵
3b．．．Y方向掃描電磁鐵
4．．．掃描電磁鐵電源
5．．．照射控制裝置
7．．．位置監視器
8．．．位置監視器單元
9、13．．．前置放大器
11．．．線量監視器
12．．．線量監視器單元
15．．．照射對象
16．．．射束擴大裝置
17．．．射束擴大控制裝置
18．．．伸縮軟管
19．．．真空導管
20．．．漣波濾波器
21．．．範圍移位器
22．．．照射控制計算機
23．．．範圍移位器單元
32．．．照射管理裝置
50．．．射束加速輸送控制裝置
51．．．射束產生裝置
52．．．加速器
53．．．射束輸送裝置
54．．．粒子射線照射裝置
55．．．治療計劃裝置
56．．．患者檔案伺服器
Bo．．．加速器設定指令
Con．．．射束供給指令
Coff．．．射束停止指令
Do．．．目標線量
Ds．．．測量線量
Io、Ir．．．指令電流
Pi．．．目標照射位置座標
Ps．．．測量位置座標
Si．．．目標射束尺寸
siga．．．結束信號
sigc．．．觸發信號
sigd．．．線量額滿信號
sige．．．照射結束信號
sigh．．．計數開始信號
sigs．．．切片最後信號
So．．．射束尺寸指令
Ss．．．測量射束尺寸
Ro．．．範圍移位器指令

Claims (5)

  1. 一種粒子射線治療裝置，係將藉由加速器加速，且經過掃描電磁鐵掃描的荷電粒子射束照射至照射對象，該粒子射線治療裝置具有：照射管理裝置，係依據前述荷電粒子射束的目標照射位置座標來控制前述掃描電磁鐵；以及位置監視器，係測量前述荷電粒子射束的測量位置座標；前述照射管理裝置係具有指令值產生器，該指令值產生器係依據修正資料與前述目標照射位置座標對前述掃描電磁鐵輸出控制輸入，其中該修正資料係依據在前述掃描電磁鐵的激磁型樣與正式照射計劃相同之事前照射中前述位置監視器所測量的前述測量位置座標及前述目標照射位置座標而產生。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之粒子射線治療裝置，其中，前述照射管理裝置係具有：修正資料產生器，係依據前述測量位置座標及前述目標照射位置座標產生前述修正資料；以及掃描電磁鐵指令值產生器，係從前述測量位置座標產生作為基礎之控制輸入(control input)；前述指令值產生器係依由前述修正資料產生器所產生的前述修正資料將前述掃描電磁鐵指令值產生器所產生之作為前述基礎的控制輸入予以修正成為修正控制輸入(corrected control input)，將該修正控制輸入作為控制輸入而輸出。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之粒子射線治療裝置，其中，前述修正資料係依據將藉由前述事前照射所測量的前述測量位置座標所計算出的前述掃描電磁鐵的BL積的值BL(me)與藉由前述目標照射位置座標所計算出的前述掃描電磁鐵的BL積的值BL(ex)之差ΔBL除以係數K所得之值而產生；前述係數K係前述掃描電磁鐵的BL積與電流值之磁滯迴圈的中心線的成為前述BL積的值BL(ex)的點中的切線(tangential line)之斜率。
  4. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之粒子射線治療裝置，其中，前述照射管理裝置係具有用以判斷前述測量位置座標與前述目標照射位置座標之位置偏差是否位於預定的容許範圍內之判斷器；當前述位置偏差未位於前述預定的容許範圍內時，產生前述修正資料；當前述位置偏差位於前述預定的容許範圍內時，將針對前述掃描電磁鐵之控制輸入設定成與前述事前照射相同的值。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之粒子射線治療裝置，其中，前述照射管理裝置係具有用以判斷前述測量位置座標與前述目標照射位置座標之位置偏差是否位於預定的容許範圍內之判斷器；當前述位置偏差未位於前述預定的容許範圍內時，產生前述修正資料；當前述位置偏差位於前述預定的容許範圍內時，將針對前述掃描電磁鐵之控制輸入設定成與前述事前照射相同的值。
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