TWI459987B - Charged particle beam irradiation device - Google Patents

Description

帶電粒子束照射裝置

本發明係關於對被照射體照射帶電粒子束之帶電粒子束照射裝置。

以往，被用來作為放射線治療之帶電粒子束照射裝置，被揭露在專利文獻1中已為皆為人知。專利文獻1中，記載之其特徵具備有：粒子束治療裝置，藉由掃描方式來掃描帶電粒子束，且對癌等被照射體進行照射；惰性氣體腔室，設置於帶電粒子束的路徑上；一根氣體供給管，向惰性氣體腔室內供給惰性氣體；及控制裝置，根據惰性氣體腔室內外的壓力差來控制氣體供給管的氣體供給量。

前述之帶電粒子束治療裝置中，在筒狀的惰性氣體腔室的入口及出口，設置隔離膜來確保氣密性，並且向內部供給惰性氣體，從而防止由內外的壓力差引起之隔離膜的破損。而且，藉由在帶電粒子束的路徑上配置該惰性氣體腔室，來回避由空氣影響引起之帶電粒子束的散射而提高照射位置精確度。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2007-229025號專利公報

然而，在前述之習知之帶電粒子束照射裝置中，為了實現惰性氣體之供給量控制，存在著需要根據惰性氣體腔室內外的壓力差，來設置決定氣體流量之控制裝置或是用以驅動氣體供給管的流量調節閥之致動器等裝置構成或控制複雜化等問題。

因此，本發明的目的在於提供能夠藉由簡單的構成，來管理向筒體之氣體供給量之帶電粒子束照射裝置。

為了解決上述課題，關於本發明之帶電粒子束照射裝置的特徵具備有：加速器，加速帶電粒子而射出帶電粒子束；照射部，向被照射體照射帶電粒子束；導管，向照射部輸送從加速器射出之帶電粒子束；筒體，在照射部內配置於帶電粒子束的進路上，內部填充有惰性氣體，並且在入口及出口處，具有使帶電粒子束透過之粒子束透射薄膜；氣體供給手段，向筒體內供給惰性氣體；及漏洩閥，當筒體的內部壓力為設定壓以上時，使筒體內的惰性氣體洩漏到外部，氣體供給手段係具有：惰性氣體供給量分別不同於複數個供給管線。

依本發明相關之帶電粒子束照射裝置，因為在一般使用下，幾乎無需改變向筒體的惰性氣體供給量，因此根據情況來選擇從複數個供給管線中，適當的供給量的管線結 構，能夠容易地管理向筒體之氣體供給量。並且，依該帶電粒子束照射裝置，與經常控制供給量之習知之結構相比，能夠藉由非常簡單的結構來管理對筒體之惰性氣體供給量。並且，當筒體的內部壓力昇高過多時，因為惰性氣體藉由漏洩閥來洩漏，因此能夠容易地管理筒體的內部壓力在所希望的範圍內。

關於本發明之帶電粒子束照射裝置中，複數個供給管線包含：壓力維持用供給管線，用以將筒體內的壓力維持在預定值；調整用供給管線，用以調整筒體內的壓力；及置換用供給管線，用以將筒體內的空氣置換為惰性氣體；調整用供給管線的惰性氣體之供給量比壓力維持用供給管線的惰性氣體的供給量還大，且置換用供給管線的惰性氣體之供給量比調整用供給管線的惰性氣體之供給量大為最佳。

依本發明相關之帶電粒子束照射裝置，在一般下，進行基於壓力維持用供給管線之氣體供給，在維護等調整時，供給量會使用稍大的調整用供給管線，藉此能夠實現符合情況之氣體供給量的管理。並且，在設置裝置時等，將筒體內的空氣置換為惰性氣體時，藉由使用供給量較大的置換用供給管線，來能夠有效地置換惰性氣體。

關於本發明之帶電粒子束照射裝置中，更具備有吸引筒體內部的空氣之吸引泵，吸引泵利用複數個供給管線中的至少一個供給管線來吸引筒體內部的空氣為較佳。

依本發明相關之帶電粒子束照射裝置，將筒體內的空 氣置換為惰性氣體時，因為能夠利用氣體供給手段的供給管線來吸引筒體內部的空氣，因此無需另行設置泵用管線，即能夠實現配管數量的縮減及裝置結構的簡單化。

依本發明，能夠藉由簡單的構成來管理對筒體之惰性氣體供給量。

以下，參閱圖式來詳細說明關於本發明之較佳的實施形態。另外，單詞“上游”、“下游”分別是指射出之帶電粒子束的上游(迴旋加速器側)、下游(患者側)的意思。

如圖1所示，帶電粒子束照射裝置1係用以基於放射線療法之癌治療等之裝置，具備有放置患者之治療台2。帶電粒子束照射裝置1中，對治療台2上的患者的腫瘤(被照射體)照射從迴旋加速器(加速器)3射出之帶電粒子束P。帶電粒子束P係高速來加速帶電荷之粒子，例如有質子束、重粒子(重離子)束等。

帶電粒子束照射裝置1具備有：旋轉支架4，能夠以旋轉軸R為中心繞治療台2旋轉360度；及照射噴嘴(照射部)5，安裝於旋轉支架4的內側，能夠藉由旋轉支架4移動到任意旋轉位置；及射束輸送管線6，連接迴旋加速器3和照射噴嘴5。

射束輸送管線6係將從迴旋加速器3射出之帶電粒子束P輸送至照射噴嘴5之路徑。射束輸送管線6具備有帶電粒子束P通過之真空導管7。真空導管7的內部維持真空狀態，來防止輸送中的帶電粒子束P因空氣等散射。

並且，射束輸送管線6具備有：偏轉磁鐵8，使帶電粒子束P沿著真空導管7偏轉；及收斂磁鐵9，使輸送中的帶電粒子束P的射束束徑收斂。

照射噴嘴5係，對治療台2上之患者的患部照射帶電粒子束P者。照射噴嘴5係構成能夠對旋轉支架4之裝卸。照射噴嘴5具有：延長導管(筒體)10，連接於射束輸送管線6的真空導管7；及四極磁鐵11和掃描磁鐵12，配置於延長導管10的周圍。

四極磁鐵11係用以收斂藉由磁場入射到延長導管10之帶電粒子束P的射束徑者。掃描磁鐵12係用以掃描入射到延長導管10之帶電粒子束P，來作為掃描射束且進行處理者。

如圖1及圖2所示，延長導管10係在照射噴嘴5內配置於帶電粒子束P的進路上之空心構件。在延長導管10內填充氦氣(惰性氣體)。

延長導管10係利用帶電粒子束P從真空導管7入射之入口部10a；及藉由掃描磁鐵12掃描帶電粒子束P之中央部10b；及朝向患者照射帶電粒子束P之出口部10c來構成。

入口部10a、中央部10b及出口部10c分別為圓筒形 狀的部位，直徑(粗細)依入口部10a、中央部10b、出口部10c的順序變大。延長導管10係，為了需要確保越接近患者其掃描射束的掃描空間是寬廣的，因此內部空間依入口部10a、中央部10b、出口部10c的順序寬廣地被形成。

入口部10a的入口及出口部10c的出口，配置有為了將氦氣封入到延長管線10內的聚醯亞胺薄膜(粒子束透射薄膜)[kapton為註冊商標]13、14。聚醯亞胺薄膜13、14具有從外部的大氣隔離延長導管10內的氦氣，並且有透過帶電粒子束P之性質。

聚醯亞胺薄膜13、14雖然越薄越能夠使帶電粒子束P不需衰減即可使其透過，但因為根據薄厚而降低了強度，因此，當延長導管10內外的壓力差變大時，恐怕會破損。尤其是在剖面直徑較大的出口側的聚醯亞胺薄膜14中，產生破損之可能性較大。另外，因為微量的氦氣從延長導管10通過聚醯亞胺薄膜13、14洩漏，因此向延長導管10內供給氦氣是必要的。

帶電粒子束照射裝置1具有向延長導管10內供給氣體之氣體供給部(氣體供給手段)20。氣體供給部20係利用氦氣容器22，設置於旋轉支架4外部的層板21；及供給管23，連接氦氣容器22和延長導管10來構成。

層板21與旋轉支架4獨立地被設置，氦氣容器22的位置係與旋轉支架4的旋轉無關，為固定的。另外，也可將氦氣容器22固定於旋轉支架上。

供給管23係利用氣體容器側配管24、導管側配管25及第1~第3配管26~28來構成。氣體容器側配管24連接於氦氣容器22，氦氣從氦氣容器22導入。導管側配管25連接於延長導管10的出口部10c，向延長導管10供給導入之氦氣。

第1配管26、第2配管27及第3配管28係在氣體容器側配管24與導管側配管25之間，並列設置之配管。第1~第3配管26~28的其中一端，係以設置於氣體容器側配管24一端之三通閥32為起點，向三方分叉，第1~第3配管26~28的另一端則聚集而連接於導管側配管25。藉由操作該三通閥32可以切換氦氣流入之配管。並且，第1~第3配管26~28分別具備有決定氣體供給量之閥29、30、31。

氣體供給部20具有壓力維持用供給管線A、調整用供給管線B及置換用供給管線C。在此，供給管線不是配管本身，而是指氦氣流過之流路。

在一般，壓力維持用供給管線A係用以將延長導管10內的壓力維持預定值之供給管線。作為該預定值例如選擇僅高於大氣壓的壓力。壓力維持用供給管線A是利用氣體容器側配管24、導管側配管25及第1配管26來構成。

在該壓力維持用供給管線A中，氦氣容器22的氦氣以氣體容器側配管24、第1配管26、導管側配管25的順序進行移動，而供給到延長導管10內。另外，氣體容器 侧配管24及導管側配管25係，在各供給管線中共用之配管。

基於壓力維持用供給管線A之氦氣供給量，係設定為能夠將延長導管10內的壓力維持在僅高於大氣壓的程度之量(例如0.5L/min)。該供給量藉由第1配管26的閥29固定為一定值。

調整用供給管線B係，在維護等延長導管10的壓力調整時，所被使用之供給管線。調整用供給管線B係利用氣體容器側配管24、導管側配管25及第2配管27來構成。

在該調整用供給管線B中，氦氣容器22的氦氣以氣體容器側配管24、第2配管27、導管側配管25的順序進行移動而供給到延長導管10內。調整用供給管線B中的氦氣供給量，被設定為大於壓力維持用供給管線A的氣體供給量的值(例如2.0L/min)。該供給量藉由第2配管27的閥30固定為一定值。

置換用供給管線C係將延長導管10內的空氣置換為氦氣時，使用之供給管線。置換用供給管線C係由氣體容器側配管24、導管側配管25及第3配管28所構成。

在該置換用供給管線C中，氦氣容器22的氦氣以氣體容器側配管24、第3配管28、導管側配管25的順序進行移動而供給到延長導管10內。置換用供給管線C中的氦氣供給量，被設定為大於調整用供給管線B的值(例如10L/min)。該供給量藉由第3配管28的閥31固定為一 定值。置換用供給管線C中的氦氣供給量為壓力維持用供給管線A的供給量的10倍以上為較佳。

藉由三通閥32的切換，只可選擇壓力維持用供給管線A、調整用供給管線B及置換用供給管線C中的其中一管線來使用。另外，壓力維持用供給管線A、調整用供給管線B及置換用供給管線C的配置或構成不限於圖2所表示。

帶電粒子束照射裝置1係具備有為了吸引延長導管10內的空氣之吸引泵33。吸引泵33係可以在延長導管10內的空氣置換為氦氣時使用。

吸引泵33的吸引口連接有吸引配管34，吸引配管34與設置在氣體容器側配管24中途處之切換閥35連接。藉由切換該切換閥35，連結於氦氣容器22之流路被關閉，而連結於吸引泵33之流路被打開。藉由在該狀態來驅動吸引泵33，使吸引延長導管10內的空氣。吸引泵33係利用壓力維持用供給管線A、調整用供給管線B及置換用供給管線C的其中一管線，來吸引延長導管10內的空氣。

另外，帶電粒子束照射裝置1具備有當內部壓力為設定壓以上時，使延長導管10內的氦氣洩漏到外部之漏洩閥36。漏洩閥36設置於延長導管10的出口部10c。漏洩閥36的設定壓，制定在大氣壓的1.5倍到2倍的範圍內為較佳。藉由設置這種漏洩閥36，能夠防止氦氣過量被供給到延長導管10內時，延長導管10內外的壓力差增加 ，而使聚醯亞胺薄膜13、14之破損。

並且，帶電粒子束照射裝置1具備有顯示延長導管10的內部壓力之壓力計37。壓力計37安裝於延長導管10的出口部10c的側面。壓力計37的儀錶顯示部比照射噴嘴5突出，且配置於容易從旋轉支架4內的治療室觀察之位置。

在一般下，該壓力計37的儀錶顯示部，係藉由來自壓力維持用供給管線A的氣體供給來顯示高於大氣壓的值。當在延長導管10發生氣體洩漏等異常時，則壓力計37的儀錶顯示部將下降至大氣壓，藉此來檢測延長導管10的異常。另外，可採用各種內壓感測器來代替壓力計。

關於以上說明之本實施形態之帶電粒子束照射裝置1，在一般使用時，因為幾乎無需改變向延長導管10的氦氣供給量，因此根據情況，從3個供給管線A~C中來選擇適當的供給量的管線之結構，從而能夠容易地管理向延長導管10之氣體供給量。另外，當延長導管10的內部壓力過於昇高時，因為氦氣藉由漏洩閥來洩漏，因此能夠容易地將延長導管10的內部壓力管理在所希望的範圍內。

並且，依該帶電粒子束照射裝置1，與經常控制供給量之習知之結構相比，複雜的控制裝置或驅動閥之致動器等設置是不必要的，能夠藉由非常簡單的結構來管理對延長導管10之氦氣供給量。並且，由於不使用複雜的控制裝置，因此能夠避免控制系統故障，而能夠實現可靠性較 高的氣體供給量的管理，並且能夠藉由簡單化來實現縮減裝置的製造成本。

並且，在該帶電粒子束照射裝置1中，在一般下，進行基於壓力維持用供給管線A之氣體供給，在維護等調整時，藉由使用供給量稍大的調整用供給管線B，來實現能夠符合情況之氣體供給量的管理。並且，設置裝置時等，將延長導管10內的空氣置換為氦氣時，藉由使用供給量較大的置換用供給管線C，使能夠有效地置換氦氣。

並且，依該帶電粒子束照射裝置1，藉由吸引泵33吸引延長導管10內的空氣時，因為能夠利用氦氣供給管線A~C來吸引空氣，因此無需另行設置泵用管線，而可實現配管數量的縮減及裝置結構之簡單化。

本發明係不限於上述之實施形態。

例如，帶電粒子束照射裝置1可使用在只能擺動小於360度(例如180度)之支架，而不是旋轉360度之旋轉支架4。並且，也可使用不利用旋轉支架而固定照射噴嘴之固定照射來代替使用旋轉支架之旋轉照射。本發明亦能夠有效地應用於固定照射。

並且，加速器可為同步加速器、同步迴旋加速器、直線加速器等。

並且，帶電粒子束照射裝置1中的氣體供給量管理，主要能夠以手動進行，但可根據延長導管10內外的壓力差，切換供給管線等自動控制之形態。

並且，隔開延長導管10的內外之膜不限於聚醯亞胺 薄膜13、14。如果在通過之帶電粒子束P的強度不產生影響之程度較薄，且能夠確保延長導管10內的氣密性，則使用膜或片即可。並且，填充於延長導管10內之氣體不限於氦氣，可使用稀有氣體和其他適當的惰性氣體。

1‧‧‧帶電粒子束照射裝置

2‧‧‧治療台

3‧‧‧迴旋加速器(加速器)

4‧‧‧旋轉支架

5‧‧‧照射噴嘴(照射部)

6‧‧‧射束輸送管線

7‧‧‧真空導管

8‧‧‧偏轉磁鐵

9‧‧‧收斂磁鐵

10‧‧‧延長導管(筒體)

11‧‧‧四極磁鐵

12‧‧‧掃描磁鐵

13、14‧‧‧聚醯亞胺薄膜(粒子束透射薄膜)

20‧‧‧氣體供給部(氣體供給手段)

21‧‧‧層板

22‧‧‧氦氣容器

23‧‧‧供給管

24‧‧‧氣體容器側配管

25‧‧‧導管側配管

26‧‧‧第1配管

27‧‧‧第2配管

28‧‧‧第3配管

29、30、31‧‧‧閥

32‧‧‧三通閥

33‧‧‧吸引泵

34‧‧‧吸引配管

35‧‧‧切換閥

36‧‧‧漏洩閥

37‧‧‧壓力計

A‧‧‧壓力維持用供給管線

B‧‧‧調整用供給管線

C‧‧‧置換用供給管線

P‧‧‧帶電粒子束

R‧‧‧旋轉軸

圖1係表示關於本發明之帶電粒子束照射裝置的一實施形態之概要圖。

圖2係用以說明圖1的延長導管及氣體供給管線之圖。

6‧‧‧射束輸送管線

7‧‧‧真空導管

8‧‧‧偏轉磁鐵

13、14‧‧‧聚醯亞胺薄膜

10‧‧‧延長導管

10a‧‧‧入口部

10b‧‧‧中央部

10c‧‧‧出口部

20‧‧‧氣體供給部

22‧‧‧氦氣容器

23‧‧‧供給管

24‧‧‧氣體容器側配管

25‧‧‧導管側配管

26‧‧‧第1配管

27‧‧‧第2配管

28‧‧‧第3配管

29、30、31‧‧‧閥

32‧‧‧三通閥

33‧‧‧吸引泵

34‧‧‧吸引配管

35‧‧‧切換閥

36‧‧‧漏洩閥

37‧‧‧壓力計

P‧‧‧帶電粒子束

He‧‧‧氦氣

A‧‧‧壓力維持用供給管線

B‧‧‧調整用供給管線

C‧‧‧置換用供給管線

Claims (3)

1. 一種帶電粒子束照射裝置，具備有：加速器，加速帶電粒子而射出帶電粒子束；照射部，向被照射體照射前述帶電粒子束；導管，向前述照射部輸送從前述加速器射出之前述帶電粒子束；筒體，在前述照射部內配置於前述帶電粒子束的進路上，內部填充有惰性氣體，並且在入口及出口具有使帶電粒子束透過之粒子束透射薄膜；氣體供給機構，向前述筒體內供給惰性氣體；及漏洩閥，當前述筒體的內部壓力為設定壓以上時，使前述筒體內的惰性氣體洩漏到外部，前述氣體供給機構具有：惰性氣體供給量分別不同之複數個供給管線。
2. 如請求項1之帶電粒子束照射裝置，其中，前述複數個供給管線包含：壓力維持用供給管線，用以將前述筒體的內部壓力維持在預定值；調整用供給管線，用以調整前述筒體內的壓力；及置換用供給管線，用以將前述筒體內的空氣置換為惰性氣體，前述調整用供給管線的惰性氣體供給量比前述壓力維持用供給管線的惰性氣體供給量還大，前述置換用供給管線的惰性氣體供給量比前述調整用供給管線的惰性氣體供 給量還大。
3. 如請求項1或2之帶電粒子束照射裝置，其中，更具備有：吸引泵，為了吸引前述筒體內部的空氣，前述吸引泵利用前述複數個供給管線中的至少一個供給管線來吸引前述筒體內部的空氣。