TWI480894B - Charged particle beam irradiation device - Google Patents

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TWI480894B
TWI480894B TW101113946A TW101113946A TWI480894B TW I480894 B TWI480894 B TW I480894B TW 101113946 A TW101113946 A TW 101113946A TW 101113946 A TW101113946 A TW 101113946A TW I480894 B TWI480894 B TW I480894B
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Sumitomo Heavy Industries
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Description

帶電粒子束照射裝置
本發明係有關一種照射帶電粒子束之帶電粒子束照射裝置。
向患者照射質子射束等帶電粒子束來進行癌症治療之設備是廣為人知的。該類設備具備加速帶電粒子而射出帶電粒子束之迴旋加速器(加速器)、安裝有從任意方向對患者照射帶電粒子束之旋轉自如的照射部之旋轉機架(旋轉體)及將從迴旋加速器射出之帶電粒子束傳輸至照射部之傳輸線路。
照射部成為相對於患者旋轉自如之結構，向照射部傳輸帶電粒子束之傳輸線路的方式已知有各種態樣。例如專利文獻1所記載的安裝於旋轉機架之射束傳輸線路配置成如下：使在旋轉機架的旋轉軸線方向上行進之帶電粒子束以與旋轉軸線分開的方式傾斜行進之後，使帶電粒子束沿旋轉軸線的旋轉方向迴轉而行進預定距離，使行進預定距離之該帶電粒子束彎向旋轉軸線側而傳輸至照射部(nozzle 32)。而且，如此配置之射束傳輸線路支撐於桁架狀結構體(旋轉機架)。
〔先前技術文獻〕 〔專利文獻〕
專利文獻1：美國專利第5039057號說明書
然而，專利文獻1記載的射束傳輸線路雖然旋轉軸線方向的長度被縮短而實現了小型化，但是與旋轉軸線交叉之方向亦即徑向上的大小變成非常大。而且，形成射束傳輸線路之電磁鐵等藉由以向徑向的外側突出的方式形成之桁架狀結構體支撐，因此整個旋轉機架裝置在徑向上變成非常大。因此，容納旋轉機架之容納空間亦變得較寬，且導致設置旋轉機架之建築物的大型化，很難降低建設成本。
本發明以解決以上課題為目的，其目的在於謀求帶電粒子束照射裝置的小型化。
本發明係一種帶電粒子束照射裝置，其向被照射體照射帶電粒子束；其特徵為，具備：傳輸帶電粒子束之傳輸線路；以及可繞預定之旋轉軸線旋轉之旋轉機架；傳輸線路具有使在旋轉軸線方向上行進之帶電粒子束以與旋轉軸線分開那樣般地傾斜行進之傾斜部，且形成為使在傾斜部內行進之帶電粒子束沿旋轉軸線的旋轉方向迴轉，並使沿旋轉方向迴轉之帶電粒子束向旋轉軸線側彎曲；旋轉機架可容納被照射體，並且以支撐傳輸線路之筒體形成；傳輸 線路的前述傾斜部以通過旋轉機架的筒體內那樣般地做配置。
本發明之帶電粒子束照射裝置具備具有可繞旋轉軸線旋轉之筒體之旋轉機架，以傳輸帶電粒子束之傳輸線路的一部份通過旋轉機架的筒體內的方式形成。作為傳輸線路的一部份，使在旋轉軸線方向上行進之帶電粒子束以與旋轉軸線分開的方式傾斜行進之傾斜部以通過筒體內的方式配置。如此，若從旋轉軸線向徑向分開之傳輸線路的傾斜部以通過旋轉機架的筒體內的方式配置，則與傳輸線路避開筒體內(例如外殼、照射室)而配置之情況相比，能夠抑制傳輸線路在徑向上的突出量，並能夠減小整個裝置在徑向上的大小。因此，能夠縮小用於容納帶電粒子束照射裝置之空間且謀求建築物的小型化。由於能夠藉由小型化建築物來例如縮減用於放射線屏蔽壁之混凝土的使用量，因此可降低建築物之建設成本。
而且，作為傳輸線路的具體結構可例舉具備如下之結構，改變在旋轉軸線方向上行進之帶電粒子束的行進方向，而讓帶電粒子束導入到傾斜部之第1彎曲部；設置於傾斜部的下游，朝向與旋轉軸線正交之方向改變帶電粒子束的行進方向之第2彎曲部；設置於第2彎曲部的下游，朝向旋轉軸線的旋轉方向改變帶電粒子束的行進方向之第3彎曲部；以及使通過第3彎曲部內之帶電粒子束向旋轉軸線側彎曲之第4彎曲部。藉由如此構成之傳輸線路，能夠抑制傳輸線路向徑向的突出，且謀求帶電粒子束照射裝置 的小型化。
而且，本發明係一種帶電粒子束照射裝置，其向被照射體照射帶電粒子束；其特徵為，具備：傳輸帶電粒子束之傳輸線路；以及可繞預定的旋轉軸線旋轉之旋轉機架；傳輸線路至少具有使在旋轉軸線方向上行進之帶電粒子束以與旋轉軸線分開的方式傾斜行進之傾斜部；旋轉機架具有旋轉軸線延伸之方向的一端側被背面板封閉之筒體照射室；傳輸線路的傾斜部以通過旋轉機架的背面板及筒體內那樣般地做配置。
本發明之帶電粒子束照射裝置具備具有可繞旋轉軸線旋轉之筒體之旋轉機架。旋轉機架成為具有旋轉軸線延伸之方向的一端側被背面板封閉之為筒體之照射室之結構。該旋轉機架以傳輸帶電粒子束之傳輸線路的一部份以通過旋轉機架的背面板及筒體內的方式形成。作為傳輸線路的一部份，使在旋轉軸線方向上行進之帶電粒子束以與旋轉軸線分開的方式傾斜行進之傾斜部以通過背面板及筒體內那樣般地做配置。
如此，若從旋轉軸線向徑向分開之傳輸線路的傾斜部以通過旋轉機架的背面板及筒體內的方式配置，則與傳輸線路避開背面板及筒體內(例如外殼、照射室)而配置之情況相比，能夠抑制傳輸線路在徑向上的突出量，並能夠減小整個裝置在徑向上的大小。因此，能夠縮小用於容納帶電粒子束照射裝置之空間且謀求建築物的小型化。由於能夠藉由小型化建築物來例如縮減用於放射線屏蔽壁之混 凝土的使用量，因此可降低建築物之建設成本。
依本發明能夠謀求帶電粒子束照射裝置的小型化，並抑制裝置的容納空間，謀求建築物的小型化。因此，有益於降低設置帶電粒子束照射裝置之建築物的建設成本。
以下，參考附圖對本發明之帶電粒子束照射裝置的較佳實施方式進行說明。本實施方式中對具備質子束治療裝置(帶電粒子束照射裝置)之質子束治療系統進行說明。質子束治療裝置係適用於例如癌症治療者，係對患者體內的腫瘤(被照射體)照射質子射束(帶電粒子束)之裝置。
如第1圖所示，質子束治療系統1具有生成質子射束之迴旋加速器(粒子加速器)2、傳輸從迴旋加速器2射出之質子射束之射束傳輸線路3、以及向被照射體照射藉由射束傳輸線路3傳輸之質子射束之質子束治療裝置10。而且，質子束治療系統1的各個機器容納於建築物5內。
以迴旋加速器2加速之質子射束，沿射束傳輸線路3偏轉並供給於質子束治療裝置10。射束傳輸線路3設置有用於偏轉質子射束的路徑之偏轉磁鐵或進行射束成形之四極電磁鐵等。
如第2圖~第8圖所示，質子束治療裝置10具備：傳輸藉由射束傳輸線路3導入的質子射束之射束導入線路31、向被照射體照射藉由射束導入線路31傳輸之質子射束之射束照射噴嘴11、以及支撐射束導入線路31和射束照射噴嘴11並且可繞預定之旋轉軸線路P旋轉之旋轉機架12。
如第7圖所示，旋轉機架12具有在旋轉軸線P方向上依次配置之圓筒主體部13、錐狀部14、以及第2圓筒部15。這些圓筒主體部13、錐狀部14、以及第2圓筒部15配置在同軸(旋轉軸線P)上而連結。另外，將配置有圓筒主體部13之側方設為旋轉機架12的正面側，將配置有第2圓筒部15之側方設為旋轉機架12的背面側。
圓筒主體部13及第2圓筒部15為薄壁結構的圓筒體，構成為既能夠保證剛性又實現輕量化。第2圓筒部15的直徑小於圓筒主體部13，錐狀部14形成為圓錐狀，以便連結圓筒主體部13及第2圓筒部15。錐狀部14為薄壁結構的筒體，且以內徑隨著從正面側朝向背面側而變小的方式形成。而且，旋轉機架12在旋轉軸線P方向上之長度(從圓筒主體部13的正面側的端部到第2圓筒部15的背面側的端部之長度)例如設為L2 =4.6m左右。
於圓筒主體部13的旋轉軸線P方向的兩端部，設置有截面形狀例如為矩形之環狀部13a，13b。如第2圖~第5圖所示，圓筒主體部13藉由配置於圓筒主體部13的下方之滾輪裝置20來支撐成可旋轉。滾輪裝置20作為使 旋轉機架12旋轉之驅動裝置來發揮作用。
開放圓筒主體部13的正面側，且成為可進入圓筒主體部13內之結構。另一方面，於圓筒主體部13的背面側設置有背面板(隔壁)16。而且，藉由圓筒主體部13及背面板16構成照射室21。照射室21內可配置供患者躺臥之床台(治療台)22。床台22可藉由機械手臂23移動。不實施治療之一般情況下，床台22配置於旋轉機架12(照射室21)的外面，實施治療時床台22配置於照射室21內。另外，第7圖中省略床台22的圖示。
照射噴嘴11固定於圓筒主體部13的內面側，且隨著圓筒主體部13繞旋轉軸線P旋轉。照射噴嘴11隨著圓筒主體部13的旋轉而移動，並且改變質子射束的射出方向。
作為質子束治療裝置10的射束傳輸線路之射束導入線路31，是與傳輸從迴旋加速器2射出之質子射束之射束傳輸線路3相連接，且向照射噴嘴11導入藉由射束傳輸線路3傳輸之質子射束。
第8圖係表示安裝於旋轉機架之射束導入線路及射束照射噴嘴之立體圖。射束導入線路31具備：偏轉在旋轉機架12的旋轉軸線P方向上行進之質子射束的行進方向之第1彎曲部32、設置於第1彎曲部32的下游且使質子射束B相對於旋轉軸線P方向傾斜行進之傾斜部33、設置於傾斜部33的下游且向與旋轉軸線P正交之方向偏轉質子射束B的行進方向之第2彎曲部34、設置於第2彎 曲部34的下游且向旋轉軸線P的旋轉方向迴轉質子射束B的行進方向之第3彎曲部35、設置於第3彎曲部35的下游且使質子射束B向照射噴嘴11的上方(如第2圖所示的狀態的上方)行進之直線部36、設置於直線部36的下游且使質子射束B向軸心側(旋轉軸線P側)彎曲之第4彎曲部37、以及設置於第4彎曲部37的下游且使質子射束B向照射噴嘴11行進之直線部38。
第1彎曲部32由彎曲質子射束B而使行進方向偏轉45度之45度偏轉電磁鐵構成。傾斜部33成為具有四極電磁鐵41、轉向電磁鐵(steering electromagnet)42、及剖面監視器(profile monitor)43等光學要件之結構。四極電磁鐵41具有調整質子射束B在照射位置上的尺寸或光學上的焦點位置之功能。轉向電磁鐵42具有平行移動射束軸之功能。剖面監視器43具有檢測所通過之質子射束B的形狀與位置之功能。
第2彎曲部34由彎曲質子射束B而使行進方向偏轉45度之45度偏轉電磁鐵構成。而且，第2彎曲部34與第3彎曲部35之間配置有剖面監視器43。第3彎曲部35由彎曲質子射束B而使行進方向偏轉135度之135度偏轉電磁鐵構成。
直線部36具有四極電磁鐵41、轉向電磁鐵42、以及剖面監視器43。第4彎曲部37由彎曲質子射束B而使行進方向偏轉135度之135度偏轉電磁鐵構成。直線部38具有四極電磁鐵41和剖面監視器43。
在此，本實施方式的質子束治療裝置10中，安裝於旋轉機架12之射束導入線路31的一部份，是以通過旋轉機架12的筒體(圓筒主體部13、錐狀部14、第2圓筒部15)內的方式配置。藉由射束傳輸線路3傳輸之質子射束B從第2圓筒部15的背面側朝向內部導入，通過第2圓筒部15內、錐狀部14內、背面板16及圓筒主體部13內來貫穿圓筒主體部13而向圓筒主體部13的外部導出。
旋轉機架12具備支撐射束導入線路31之第1~第3支撐構件51~53。第1彎曲部32藉由第1支撐構件51固定於第2圓筒部15，且藉由第2支撐構件52固定於錐狀部14。傾斜部33藉由第3支撐構件53固定於錐狀部14。第2彎曲部34貫穿圓筒主體部13且藉由圓筒主體部13支撐。
射束導入線路31以貫穿背面板16而進入圓筒主體部13內且通過照射室21內的方式配置。而且，旋轉機架12具備容納通過內部之射束導入線路31之殼體55。殼體55沿射束導入線路31配置且覆蓋射束導入線路31。殼體55利用第1~第3支撐構件51~53或者直接固定於圓筒主體部13、錐狀部14、以及第2圓筒部15。而且，殼體55由屏蔽中子束等放射線之屏蔽材料(例如聚乙烯或鉛、不銹鋼等)構成者為佳。
而且，圓筒主體部13的外周面設置有用於支撐比圓筒主體部13更向外側突出之射束導入線路31之基座17。另外，將比圓筒主體部13更向外側突出之射束導入線 路31稱為射束導入線路突出部31a。第3彎曲部35、直線部36、以及第4彎曲部37包含於導入線路突出部31a。基座17固定於圓筒主體部13的外面且向徑向的外側突出。基座17從徑向的內側支撐射束導入線路突出部31a。由此，能夠藉由圓筒主體部13承受電磁鐵(四極電磁鐵41、135度偏轉電磁鐵)等的荷重。
而且，圓筒主體部13的外周面設置有夾著旋轉軸線P而對向配置之平衡配重18。藉由設置平衡配重18來確保相對於配置在圓筒主體部13的外面之第3彎曲部35、直線部36、第4彎曲部37、以及基座17之重量平衡。
而且，旋轉機架12藉由未圖示之馬達旋轉驅動，並且藉由未圖示之制動裝置停止旋轉。
這種質子束治療系統1中，從迴旋加速器2射出之質子射束B藉由射束傳輸線路3傳輸並到達至質子束治療裝置10。到達至質子束治療裝置10之質子射束B藉由射束導入線路31傳輸而到達至照射噴嘴11並對患者的腫瘤進行照射。從照射噴嘴11照射之質子射束B的照射方向能夠藉由旋轉旋轉機架12來進行調整。
這種質子束治療裝置10中以傳輸質子射束B之射束導入線路31的一部份通過旋轉機架12的第2圓筒部15、錐狀部14以及圓筒主體部13內的方式形成。尤其，能夠以通過照射室21(圓筒主體部13)內的方式傾斜配置射束導入線路31的傾斜部33，並從旋轉機架12的側部導出從旋轉機架12的背面側導入之射束導入線路31。因 此，與避開照射室21而形成射束傳輸線路之情況相比，能夠縮小射束線路的突出量(從軸心之最大外徑)。由此，能夠謀求質子束治療裝置10的小型化，且縮小設置質子束治療裝置10之設置空間。其結果，能夠謀求容納質子束治療裝置10之建築物5的小型化。藉由小型化建築物，能夠例如縮減用於建築物的放射線屏蔽壁之混凝土的使用量，因此可降低建築物的建設成本。另外，如第2圖所示，質子束治療裝置10的最大旋轉外徑能夠設為10.6m(L1 ×2)。
而且，質子束治療裝置10中，射束導入線路31的一部份(傾斜部)以通過背面板及照射室21內的方式傾斜配置，因此與以避開照射室21的方式配置射束導入線路31之情況相比，能夠縮短配置於照射室21的背面側之射束導入線路的長度。亦即，質子束治療裝置10中，整個裝置在旋轉軸線P方向上亦被小型化。
而且，本實施方式之質子束治療裝置10中，射束導入線路(射束傳輸線路)31藉由旋轉機架12的圓筒主體部(筒體)13支撐。由此，作為構成射束導入線路31之光學要件之複數個電磁鐵藉由作為強度構件發揮作用之圓筒主體部13支撐，能夠藉由圓筒主體部13承受電磁鐵的重量，因此可以適宜分散作用於圓筒主體部13之力。而且，由於背面板16設置於圓筒主體部13的一端側，因此能夠使該背面板16作為強度構件發揮作用。
以上依該實施方式具體說明了本發明，但本發明並不 限定於上述實施方式。例如能夠按照所希望之射束設計適當改變構成射束導入線路31之各要件的配置或個數。
而且，粒子加速器不限定於迴旋加速器，亦可為同步加速器或同步迴旋加速器。而且，帶電粒子束不限定於質子射束，亦可為碳射束(重粒子射束)等。而且，旋轉機架12的筒體不限定於圓筒，亦可為其它筒形狀。而且，旋轉機架12的筒體可以在旋轉軸線P方向上為相同形狀。
旋轉機架12不限定於360°旋轉(擺動)者，亦可為進行不足360°之擺動者。
而且，亦可為在筒體的一部份例如側壁設置有缺口部之結構。另外，以通過筒體的方式配置之情況還包括在設置於筒體之缺口部配置有射束導入線路31者。
而且，亦可為在背面板設置有缺口部之結構。另外，以通過背面板的方式配置之情況還包括在設置於背面板之缺口部配置有射束導入線路31者。只要以通過設置於背面板之缺口部或開口部的方式配置有射束導入線路31即可。
而且，在上述實施方式中，傾斜部形成為直線狀，但亦可為例如彎度較小的傾斜部。
支撐射束導入線路31之射束導入線路支撐部不限定於上述之結構，亦可為其他結構。射束導入線路支撐部例如可以為第1支撐構件51、第2支撐構件52、以及第3支撐構件53相互連結而成為一體之結構。而且，射束導 入線路支撐部亦可為不使用上述的第2支撐構件52而藉由第1支撐構件51及第3支撐構件53支撐射束導入線路31之結構。而且，亦可為第1支撐構件51固定於錐狀部14之結構。射束導入線路支撐部亦可為夾著射束導入線路31在兩側配置有支撐構件之結構。
四極電磁鐵41、轉向電磁鐵42、及剖面監視器43之配置不限定於上述實施方式中記載者，能夠適當改變。而且，不限定於具有四極電磁鐵41、轉向電磁鐵42、及剖面監視器43者，亦可為不具備該些構件中之某一個之帶電粒子束照射裝置。
帶電粒子束照射裝置不限定於射束導入線路31的一部份(傾斜部)通過背面板16及照射室21內之結構。例如亦可為在照射室21與圓筒主體部13及錐狀部14之間有用於射束導入線路31所通過之充份之空間時在照射室21與圓筒主體部13以及錐狀部14之間配置射束導入線路31之帶電粒子束照射裝置。
〔產業上的可利用性〕
本發明之帶電粒子束照射裝置由於實現了小型化，因此可以縮小裝置的容納空間，並能夠謀求設置帶電粒子束照射裝置之建築物的小型化。本發明之帶電粒子束照射裝置有益於降低建築物的建設成本。
1‧‧‧質子束治療系統
2‧‧‧迴旋加速器
3‧‧‧射束傳輸線路
5‧‧‧建築物
10‧‧‧質子束治療裝置(帶電粒子束照射裝置)
11‧‧‧照射噴嘴(照射部)
12‧‧‧旋轉機架
13‧‧‧圓筒主體部
14‧‧‧錐狀部
15‧‧‧第2圓筒部
16‧‧‧背面板
21‧‧‧照射室
31‧‧‧射束導入線路(旋轉機架的射束傳輸線路)
31a‧‧‧射束導入線路突出部
32‧‧‧第1灣曲部
33‧‧‧傾斜部
34‧‧‧第2彎曲部
35‧‧‧第3彎曲部
36‧‧‧直線部
37‧‧‧第4彎曲部
38‧‧‧直線部
51~53‧‧‧支撐構件
55‧‧‧殼體
B‧‧‧質子射束
P‧‧‧旋轉軸線
第1圖係具備本發明的實施方式之質子束治療裝置之質子束治療系統的概略結構圖。
第2圖係本發明的實施方式之質子束治療裝置的主視圖。
第3圖係本發明的實施方式之質子束治療裝置的後視圖。
第4圖係本發明的實施方式之質子束治療裝置的右側視圖。
第5圖係本發明的實施方式之質子束治療裝置的左側視圖。
第6圖係從斜後方表示本發明的實施方式之質子束治療裝置之立體圖。
第7圖係沿旋轉軸線向水平方向切開本發明的實施方式之質子束治療裝置的旋轉機架之概略截面圖。
第8圖係表示安裝於旋轉機架之射束傳輸線路及射束照射噴嘴之立體圖。
12(10)‧‧‧旋轉機架(質子束治療裝置)
55‧‧‧殼體
33(31)‧‧‧傾斜部(射束導入線路)
21‧‧‧照射室
13a‧‧‧環狀部
34(31)‧‧‧第2彎曲部(射束導入線路)
13‧‧‧圓筒主體部
18‧‧‧平衡配重
41‧‧‧四極電磁鐵
53‧‧‧第3支撐構件
13b‧‧‧環狀部
L2 ‧‧‧旋轉機架12在旋轉軸線P方向之長度
14‧‧‧錐狀部
16‧‧‧背面板
52‧‧‧第2支撐構件
15‧‧‧第2圓筒部
51‧‧‧第1支撐構件
32(31)‧‧‧第1彎曲部(射束導入線路)
P‧‧‧旋轉軸線

Claims (2)

  1. 一種帶電粒子束照射裝置，其向被照射體照射帶電粒子束；其特徵為：具備：傳輸前述帶電粒子束之傳輸線路；可繞旋轉軸線旋轉之旋轉機架；以及把藉由前述傳輸線路所傳輸的帶電粒子，向設在前述旋轉機架內的照射室中的前述被照射體進行照射之照射噴嘴；前述傳輸線路具有使在前述旋轉軸線方向上行進之前述帶電粒子束以與前述旋轉軸線分開那樣般地傾斜行進之傾斜部，且形成為使在前述傾斜部內行進之前述帶電粒子束沿前述旋轉軸線的旋轉方向迴轉，並使沿前述旋轉方向迴轉之前述帶電粒子束向前述旋轉軸線側彎曲；前述旋轉機架可容納前述被照射體，並且以支撐前述傳輸線路之筒體形成；前述照射室，係藉由前述筒體及設在該筒體的背面側之背面板所構成；前述傳輸線路的前述傾斜部配置成通過前述旋轉機架的前述筒體內，且配置成貫通前述背面板並通過前述照射室內。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之帶電粒子束照射裝置，其中，前述傳輸線路具備：第1彎曲部，乃是改變在前述旋轉軸線方向上行進之 帶電粒子束的行進方向，而讓前述帶電粒子束導入到前述傾斜部；第2彎曲部，乃是設置於前述傾斜部的下游，朝向與前述旋轉軸線正交之方向改變前述帶電粒子束的行進方向；第3彎曲部，乃是設置於前述第2彎曲部的下游，朝向前述旋轉軸線的旋轉方向改變前述帶電粒子束的行進方向；以及第4彎曲部，乃是使通過前述第3彎曲部內之帶電粒子束，朝向前述旋轉軸線側彎曲。
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