TWI511757B - 掃描電磁鐵用控制裝置及粒子射線治療裝置 - Google Patents

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Description

掃描電磁鐵用控制裝置及粒子射線治療裝置
本發明係關於癌症治療等所用的粒子射線治療裝置，特別是關於使用於掃描照射型之粒子射線治療裝置的掃描電磁鐵用控制裝置及使用此控制裝置之粒子射線治療裝置。
粒子射線治療係將荷電粒子的射束(粒子射線)照射於治療對象的患部，且藉由使患部組織遭受損傷而進行治療者。該情形時，為了不使周邊組織受損，且提供充分的劑量給患部組織，則被要求適當地控制照射劑量及照射範圍(照射區域)。控制照射區域之方式係有：寬射束照射型，係透過習知技術所使用之物理性限制器，藉此而形成照射區域；以及掃描照射型，係藉由最近受矚目的掃描而直接形成照射區域(例如，參照專利文獻1至3。)。
特別是在掃描照射型亦能自在地控制面內的劑量分布，且能進行因應於患部狀態之劑量供應。
不管在任何一種情形，由於為了控制粒子射線的軌道與照射範圍，至少要將用以控制電磁鐵的控制 器配置於產生多量之中子等的環境中，故容易發生故障。因此，如專利文獻4至7所示，可考慮使控制器的系統冗長化而檢測故障之方法。
[先前技術文獻] (專利文獻)
專利文獻1：日本特開平11-114078號公報(段落0026至0039、第1圖至第4圖)
專利文獻2：日本特開2001-212253號公報(段落0052至0055、第1圖)
專利文獻3：日本特開2005-296162號公報(段落0023至0038、第1圖至第4圖、段落0039至0045、第5圖)
專利文獻4：日本特開平5-94381號公報(段落0007、第1圖)
專利文獻5：日本特開平8-241217號公報(段落0025至0026、第1圖)
專利文獻6：日本特開2003-316599號公報(段落0015至0019、第1圖)
專利文獻7：日本特開2008-299767號公報(段落0008至0016、第1圖、第2圖)
但，上述文獻對於粒子射線治療裝置並未具體地記載應如何使何種系統被冗長化。另一方面，由於 粒子射線治療裝置的系統巨大，而且就算處於產生中子等之環境下，亦必需多數的控制器，故將此等之全部的控制器進行冗長化則並不實際。因此，本發明人即檢討有關粒子射線治療裝置的故障之影響。結果，了解到特別是進行掃描照射型的粒子射線治療裝置之指令值的處理之系統為應將故障對策作成最優先之對象。
例如，於寬射束照射型，為了網羅物理性的限制器之穿透形狀，且為了擴大照射範圍而使用了掃描粒子射線的電磁鐵(搖擺電磁鐵)，其下游係設置有用以擴散粒子射線的散射體。因此，即使於控制搖擺電磁鐵的系統產生故障，且不能進行粒子射線的控制時，亦可藉由下游之散射體而予以擴散。因此，劑量的集中程度低，且對產生故障時的over dose(過剩劑量)之對於患者的影響，並不覺得有那樣程度的嚴重。
另一方面，於掃描照射型，其掃描粒子射線的電磁鐵(掃描電磁鐵)係藉由掃描稱為筆狀射束之微細的粒子射線而形成直接照射區域。因此，控制掃描電磁鐵的系統產生故障，且不能進行控制之粒子射線係直接朝向患者照射。因此，相較於寬射束照射型，則掃描照射型對於照射系統電磁鐵的控制器產生故障時的過剩劑量之對於患者的影響乃很嚴重。
而且，於掃描照射型中，即使依指令值控制了掃描電磁鐵，若於指令值本身產生錯誤時，亦和電磁鐵故障時同樣地產生嚴重的影響。因此，例如專利文獻7 所記載，即使設置量測粒子射線的位置之監視器，而能檢測指令值和實際的粒子射線的位置之偏離情形，亦無法迴避因過剩劑量而對於患者的影響。
本發明係為了解決上述之課題而完成者，其目的為求得可抑制因過剩劑量而導致的影響，且能進行適當的劑量供應之粒子射線治療。
本發明之掃描電磁鐵用控制裝置係使用於控制將由加速器所供應的粒子射線成形為因應於治療計劃的照射區域之掃描照射用之掃描電磁鐵的掃描電磁鐵用控制裝置，其特徵在於：具備：指令值處理部，係根據前述治療計劃而產生用以驅動前述掃描電磁鐵的指令值，並使產生的指令值和前述加速器同步而輸出；以及錯誤檢測部，係檢測前述指令值處理部之處理的錯誤，前述指令值處理部之至少一部分的電路係被冗長化，前述錯誤檢測部係於來自前述被冗長化的電路之輸出為不一致時，則檢測前述處理有產生錯誤。
根據本發明之掃描電磁鐵用控制裝置及使用此控制裝置之粒子射線治療裝置，由於能迅速檢測用以進行掃描之指令值之處理的錯誤，故能抑制因劑量集中所產生之過剩劑量，且能進行適當的劑量供應之粒子射線治療。
1‧‧‧粒子射線治療裝置
2‧‧‧輸送系統
3‧‧‧照射裝置
4‧‧‧局部控制部(掃描電磁鐵用控制裝置)
5‧‧‧局部控制部(加速器用控制裝置)
6‧‧‧主控制部(協調控制部)
7‧‧‧治療室
10‧‧‧加速器
11‧‧‧真空導管
12‧‧‧射入裝置
13a‧‧‧偏向電磁鐵
13b‧‧‧偏向電磁鐵
13c‧‧‧偏向電磁鐵
13d‧‧‧偏向電磁鐵
14a‧‧‧收斂用電磁鐵
14b‧‧‧收斂用電磁鐵
14c‧‧‧收斂用電磁鐵
14d‧‧‧收斂用電磁鐵
15‧‧‧高頻加速空洞
16‧‧‧射出裝置
17‧‧‧六極電磁鐵
20‧‧‧治療計劃裝置
31‧‧‧掃描電磁鐵
31a‧‧‧單方向掃描電磁鐵
31b‧‧‧單方向掃描電磁鐵
32‧‧‧驅動電源
33‧‧‧脊形濾波器
34‧‧‧射程移位器
41‧‧‧介面
42‧‧‧記憶體
43‧‧‧演算電路
43A‧‧‧第1演算電路
43B‧‧‧第2演算電路
43C‧‧‧第3演算電路
45‧‧‧比較部(錯誤檢測部)
46‧‧‧介面
47、326‧‧‧時序調整電路
47A‧‧‧時序調整電路
47B‧‧‧時序調整電路
204‧‧‧控制部
220‧‧‧治療計劃裝置
326‧‧‧錯誤輸出部
243‧‧‧演算電路
345‧‧‧比較部
346‧‧‧介面
404‧‧‧控制部
445‧‧‧比較部
446‧‧‧介面
百位的數字係表示實施形態的變形例。
第1圖係用以說明本發明之實施形態1的粒子射線治療裝置之構成的圖。
第2圖係用以說明本發明之實施形態1的粒子射線治療裝置之照射裝置之構成的圖。
第3圖係用以說明本發明之實施形態1的粒子射線治療裝置之掃描電磁鐵用控制裝置之構成的方塊圖。
第4圖係用以說明本發明之實施形態2的粒子射線治療裝置之掃描電磁鐵用控制裝置的方塊圖。
第5圖係用以說明本發明之實施形態3的粒子射線治療裝置之掃描電磁鐵用控制裝置的方塊圖。
第6圖係用以說明本發明之實施形態4的粒子射線治療裝置之掃描電磁鐵用控制裝置的方塊圖。
第7圖(a)及(b)係用以說明關於本發明之實施形態4的粒子射線治療裝置之各分層(slice)的掃描照射之示意圖。
第8圖係用以說明關於掃描照射之射點位置偏離時的劑量分布之圖。
第9圖係用以說明本發明之實施形態4的粒子射線治療裝置的動作之波形圖。
第10圖係用以說明本發明之實施形態4的粒子射線治療裝置的動作之流程圖。
 實施形態1
以下，說明有關本發明之實施形態1的粒子射線治療裝置之構成。第1圖至第3圖係用以說明關於本發明之實施形態1的粒子射線治療裝置之構成，第1圖係用以說明粒子射線治療裝置之全體構成的圖，第2圖係顯示粒子射線治療裝置之照射裝置之構成的圖，第3圖係顯示控制掃描電磁鐵用之控制器(控制部)之構成的方塊圖。
本發明之實施形態1的粒子射線治療裝置1之特徵為控制用以進行掃描照射之掃描電磁鐵的控制裝置之構成。具體而言，使用以驅動掃描電磁鐵的指令值之處理系統冗長化，且將來自被冗長化之複數個處理系統之輸出進行比較，藉由輸出是否為一致而檢測故障之情形。但在說明檢測該故障的構成及動作之前，先使用第1圖說明粒子射線治療裝置1之大致上的構成。
在圖中，粒子射線治療裝置1係具備：圓形加速器10(以下，簡稱為加速器)，係作為粒子射線的供應源而為同步加速器；照射裝置3，係設置於各治療室7；輸送系統2，係連接加速器10和照射裝置3，並由加速器10將粒子射線輸送於各治療室7的照射裝置3；以及控制系統，係控制此等之各系統。
又，圖中為了簡化而在複數個治療室與照射裝置中，僅顯示1個治療室7和照射裝置3。此外，控制系統雖具備控制整體粒子射線治療裝置1之主控制器、以及設置於各個系統之複數個局部控制器，但此等之中， 則僅顯示屬於加速器10用之局部控制器的控制部5、屬於照射裝置3用之局部控制器的控制部4、以及屬於將整體粒子射線治療裝置1予以協調控制之主控制器的主控制部6。繼而轉向於說明各構成。
加速器10係具備：真空導管11，係用以使荷電粒子繞行之軌道路徑；射入裝置12，係將由前段加速器8所供應的荷電粒子射入於真空導管11；偏向電磁鐵13a、13b、13c、13d(統稱為13)，係以荷電粒子沿著真空導管11內的繞行軌道而繞行之方式，使荷電粒子的軌道偏向；收斂用電磁鐵14a、14b、14c、14d(統稱為14)，係以不會使繞行軌道上的荷電粒子發散之方式而予以收斂；高頻加速空洞15，係供應同步於繞行的荷電粒子之高頻電壓而進行加速；射出裝置16，係將於加速器10內經加速的荷電粒子作為具有預定能量之粒子射線而取出於加速器10外，並射出於輸送系統2；以及六極電磁鐵17，係為了由射出裝置16射出粒子射線，而在繞行軌道內激發共鳴。
又，於偏向電磁鐵13係設有控制偏向電磁鐵13的激磁電流之偏向電磁鐵控制裝置、於高頻加速空洞15係設有用以將高頻電壓供應於高頻加速空洞15的高頻源，且用以控制高頻源之高頻控制裝置等，用以控制各部 之未圖示的裝置，控制偏向電磁鐵控制裝置、高頻控制裝置、及收斂用電磁鐵14等另外的構件，且控制整體加速器10的控制器等亦設置於控制部5內。
此外，為了簡化而在圖中將前段加速器8記載成1個機器，但實際上係具備：離子源(離子射束產生裝置)，係產生質子、碳(重粒子)等之荷電粒子(離子)；以及線形加速器系統，係將產生的荷電粒子進行初期加速。此外，由前段加速器8射入於加速器10之荷電粒子係藉由高頻之電場而予以加速，且由磁鐵使其轉彎，並加速至光速的大約70至80%為止。
藉由加速器10進行加速而射出之粒子射線係射出於稱為HEBT(高能量射束輸送：High Energy Beam Transport)系統之輸送系統2。輸送系統2係具備：真空導管，係形成粒子射線的輸送路徑；切換電磁鐵，係切換粒子射線的射束軌道之切換裝置；以及偏向電磁鐵，係將粒子射線偏向於預定角度。
又，如上述，圖中雖僅顯示1個照射裝置，且未記載切換電磁鐵等，但以切換電磁鐵因應於需求而切換軌道，藉此即可將由1個加速器10所射出之粒子射線供應於任意的治療室之照射裝置。
照射裝置3係將由輸送系統2所供應的粒子射線成形於因應於照射對象的大小與深度之照射區域，並 照射於患部。如第2圖所示，照射裝置3係具備：掃描電磁鐵31，係將由加速器10經由輸送系統2而供應的筆狀之粒子射線，相對於射束軸XB 朝向略為垂直的面內之任意的方向偏向；脊形濾波器33，係因應於照射對象T的厚度，將布拉格峰的寬幅予以擴大；以及射程移位器34，係因應於照射對象的深度(照射深度)，將粒子射線的能量(射程)予以改變。
掃描電磁鐵31係沿著射束軸XB 而配置者，以使在垂直於射束軸XB 的面(xy)內，進行一維內掃描的單方向掃描電磁鐵31a和單方向掃描電磁鐵31b的偏向方向為互相成為不同(例如，在圖中為正交的x方向和y方向)。將各單方向掃描電磁鐵31a、31b之激磁量予以調整，藉此即可使射入的粒子射線相對於射束軸XB 而偏向於預定的方向，而能朝向屬於照射對象之患部T的xy面內的預定位置而射出粒子射線。
脊形濾波器33係例如以將多數的錐狀體或剖面為三角形的板排列於面內的方式而形成者，當例如將粒子射線通過的面分割成多數個小區域時，則於各小區域存在著通過多樣的厚度之粒子射線。圖示係以易於理解之方式記載成將圓錐排列於面內。據此而能使布拉格峰的寬幅擴大，而形成具有所謂的SOBP(Spread-Out Bragg Peak)之粒子射線。亦即，藉由脊形濾波器33即可將能提供劑量的深度方向之寬幅予以擴大。射程移位器34係用以將射入 之粒子射線的能量進行預定量衰減者，例如，具備複數片具有預定厚度之樹脂的板材，並藉由該板材的組合(總厚度)而能規定衰減量。
亦即，藉由掃描照射法照射患部T時，對應於平行於患部T的射束軸XB 之方向，亦即對應於深度(z)方向的形狀之照射區域係由上述之脊形濾波器33或射程移位器34而形成。此外，對應於垂直於患部T的射束軸XB 之面(xy)平行的形狀之照射區域係由掃描電磁鐵31而形成。該情形時，基本上係於規定深度方向的照射區域之狀態下，使2個單方向掃描電磁鐵31a、31b的偏向角度之組合產生變化，並形成面(xy)方向之2次元的照射區域。
該偏向角度係根據因應於流通於各掃描電磁鐵(31a、31b)的電流而產生之磁場的強度而決定。此外，各電流係根據對應於各單方向掃描電磁鐵31a、31b而設置之驅動電源32(實際上雖有31a用之驅動電源32a、以及31b用之驅動電源32b，但歸納而以32予以表記)所輸出的指令值而決定。此外，指令值係以保存於治療計劃裝置的照射對象之座標資料而計算。
此外，本發明之實施形態1之粒子射線治療裝置1，其特徵為掃描照射型之照射裝置3的局部控制器之中，屬於進行掃描之掃描電磁鐵31用的控制器之控制部4。亦即，進行變換(產生)成來自照射對象之座標資料的指令值，並將產生的指令值和加速器10同步而輸出之輸出時序的調整等之指令值處理的控制部4內的電路之中，將其 中之至少一部分予以冗長化，並藉由來自被冗長化的電路之各輸出是否為一致而判斷處理是否產生錯誤之情形。詳細說明如下。
如第3圖所示，控制部4係具有：介面41，係具有接收由治療計劃裝置20所作成的治療計劃資料之資料接收部的功能；以及記憶體42，係用以保存介面41所接收之治療計劃資料。 此外，其係構成有將記憶體42所輸出之治療計劃資料(次元為照射位置及該位置之照射劑量)、執行變換成掃描電磁鐵31(之驅動電源32)的指令值(次元為電流和時間)用的演算之演算電路43，且構成為將該演算電路43冗長化為執行相同的演算(處理)之第1演算電路43A和第2演算電路43B。
由被冗長化之第1演算電路43A和第2演算電路43B所算出的指令值係分別輸出於比較部45。比較部45係將由第1演算電路43A所輸出的演算結果(指令值)和由第2演算電路43B所輸出的演算結果(指令值)進行比較。然後，於比較之各演算結果(指令值)為一致時將指令值、而於演算結果(指令值)為不一致時將表示該宗旨的信號(錯誤產生觸發信號)輸出於具有指令值傳送部的功能之介面46。亦即，比較部45係具有檢測被冗長化之指令值處理系統之中之任意一個是否產生錯誤之錯誤檢測部的功能。
當指令值輸出於介面46時，介面46則將指令值和加速器10(之控制部5)同步而輸出於驅動電源32，驅動電源32則根據輸出之指令值驅動掃描電磁鐵31。另一方面，當錯誤產生觸發信號輸出於介面46時，介面46則將錯誤產生觸發信號輸出於主控制部6。亦即，介面46係具有將指令值和加速器10同步而輸出之時序調整部之功能、以及於處理指令值的系統產生錯誤時，將錯誤的產生通知給其他的控制器等之錯誤通知部之功能。
當錯誤產生觸發信號輸出於主控制部6時，主控制部6係將表示錯誤的產生之警報顯示顯示於各系統用的信號、或用以停止粒子射線的信號輸出於對應之控制器(例如，控制部4、5等)。
照射裝置3系統的控制器若使用如上述的構成之控制部4，則由於當被冗長化之演算電路43A、43B之中之任意一個產生錯誤時，能即時檢測錯誤，故能立即停止粒子射線而防止過剩劑量之情形。此時，如專利文獻7所記載，即使檢測出粒子射線之照射位置偏離指令值，而亦無法檢測於指令值本身產生錯誤之情形。因此，例如，若指令值一直停止於一個值時，則稱為筆狀射束之細微的粒子射線將會集中照射於一點，因而產生嚴重的過剩劑量。此於指令值為0時亦相同。
一般的控制之情形時，藉由於故障時將指令值設成0，而能保障其安全，且形成故障安全防護之情形很多。但若將此作法使用於掃描照射型之粒子射線治療 裝置時，則故障時粒子射線將會持續照射於稱為等照射中心(isocenter)的標的中心，而於安全面不僅不具備功能，反而會招致重大的事態。但，本實施形態1之粒子射線治療裝置1係僅藉由將掃描電磁鐵31之驅動電源32的指令值之處理系統予以冗長化，即能立即檢測指令值之處理是否產生錯誤之情形。因此，無需將裝置複雜化，而能抑制因過剩劑量而導致的影響，且能進行最佳之劑量供應。
又如上述，掃描電磁鐵31為由x方向用之單方向掃描電磁鐵31a、以及y方向用之單方向掃描電磁鐵31b之2個的單方向掃描電磁鐵所構成，指令值係依各單方向掃描電磁鐵31a、31b進行計算。因此，上述冗長化係以分別對演算x方向用之單方向掃描電磁鐵31a之驅動電源32a的指令值之電路、以及y方向用之單方向掃描電磁鐵31b之驅動電源32b的指令值之電路進行為佳。但，至少將一方的電路側予以冗長化亦能產生功效。此時，例如，曉得指令值的模式係一方的指令值為持續性，另一方的指令值為間斷性地變化之狀態時，則以優先將指令值為持續性產生變化之側的電路予以冗長化為佳。
此外，如第1圖及第3圖所示，控制部4係具有和將粒子射線進行加速、輸送之加速器10系統的控制部5同步而進行照射裝置3系統的控制之功能。雖亦可考慮以1個控制器來執行照射裝置3系統的控制器和加速器10系統的控制器之功能，但一般上為分散協調控制之情形。該情形時，具備複數個子系統(加速器10、輸送系統2、 各治療室之照射裝置3等)之系統的控制系統，其大多數為使用由專門控制各子系統的局部控制器和指揮全部而控制之主控制器所構成之階層型的控制系統。在本發明之實施形態1之粒子射線治療裝置1中，亦採用該主控制器和局部控制器之構成。此外，在子系統內能控制的動作係在局部控制器內分擔其功能，而協調控制複數個系統的動作，則係由主控制器進行控制的方式分擔控制系統內之功能。
另一方面，在粒子射線治療裝置中，控制系統一般係使用工作站或電腦。因此，主控制器與局部控制器的功能係藉由軟體等來發揮功能，而並不一定要限定設於特定的硬體。例如，上述之第1圖或後述之方塊圖雖係記載為控制部4、5、6恰似個別的硬體，但此係為了方便說明而僅記載如上，而並非反映實際狀態。不過，依後述之實施形態(特別是實施形態3)，亦有例如考量配置引起之雜訊的影響等，而將控制器(或電路部分)之物理性配置加以區分之情形。
如上述，根據本實施形態1之掃描電磁鐵用控制裝置(控制部4)，係使用於控制將由加速器10所供應的粒子射線成形為因應於治療計劃的照射區域之掃描照射用之掃描電磁鐵31的掃描電磁鐵用控制裝置(控制部4)，由於其係作成如下之構成：具備：作為指令值處理部發揮功能之記憶體42、演算電路43、及介面46，係根據治療計劃(的資料)產生用以驅動掃 描電磁鐵31的指令值，並將產生的指令值以和加速器10同步的方式調整時序並輸出；以及錯誤檢測部(比較部45)，其係檢測指令值處理部之處理的錯誤，指令值處理部的至少一部分之電路(演算電路43)係被冗長化(演算電路43A、43B)，錯誤檢測部(比較部45)係構成為當來自被冗長化的電路之輸出為不一致時，則檢測出處理有產生錯誤，故於指令值的處理產生錯誤時，即能迅速進行檢測。據此，即能抑制因滯留照射位置而導致劑量集中、或因對無需照射的部位之錯誤照射等而產生過剩劑量，且能進行可供應最佳之劑量的粒子射線治療。
特別是，由於被冗長化的電路為將治療計劃資料變換成指令值之演算電路43A、43B，故能迅速檢測指令值的產生處理之錯誤。
此外，根據本實施形態1之粒子射線治療裝置1，由於其係作成如下之構成：具備：加速器10，係供應粒子射線；照射裝置3，係具有掃描照射用之掃描電磁鐵31，並使用由加速器10所供應的粒子射線而進行因應於患部形狀之掃描照射；上述之掃描電磁鐵用控制裝置(控制部4)，係控制掃描電磁鐵31；以及協調控制裝置(控制部6)，係協調加速器10和照射裝 置3而控制，掃描電磁鐵用控制裝置(控制部4)係於錯誤檢測部(比較部45)檢測處理的錯誤時，則將表示產生處理的錯誤之錯誤產生信號輸出至協調控制裝置(控制部6)，協調控制裝置(控制部6)係於錯誤產生信號被輸出時，則將加速器10的粒子射線的供應和照射裝置3的粒子射線的照射之中的至少任意一者予以停止，故能抑制因滯留照射位置而導致劑量集中、或因對無需照射的部位之錯誤照射等而產生過剩劑量，且能進行可供應最佳之劑量的粒子射線治療。
實施形態2
上述實施形態1係顯示以照射裝置系統的控制器之中的冗長化之指令值處理部，進行根據外部的治療計劃裝置所計算的治療計劃資料而變換成對掃描電磁鐵(之驅動電源)的指令值之情形。此係因為從治療計劃資料的往指令值之變換係依存於各個電磁鐵的特性，且在和電磁鐵成對的控制器中進行為自然狀態之故。然而，亦可藉由照射裝置系統的控制器以外的裝置(例如治療計劃裝置)而進行該變換。本實施形態2係顯示以外部的裝置而進行變換成該指令值之情形。
第4圖係顯示本發明之實施形態2的粒子射線治療裝置之掃描電磁鐵用控制器(控制部)之構成的方塊圖。如第4圖所示，於治療計劃裝置220具有進行用以將治療計劃資料變換成指令值的演算之演算電路243。此外，照射裝置3用的控制部204的介面41接收指令值以取 代治療計劃資料，記憶體係保存介面41所接收的指令值。此處，在本實施形態2中，記憶體42亦將記憶體42A和記憶體42B之2個的記憶體予以冗長化而配置於2系統。此外，在各個系統中，具備將保存於記憶體的指令值予以調整時序(和加速器系統控制部5同步)而輸出的時序調整部的功能之時序調整電路47亦被冗長化(47A、47B)而設置。亦即，在指令值處理系統之中，將記憶體和時序調整電路予以冗長化。此外，分別由冗長化的指令值處理系統所輸出的指令值為輸出於比較部45，之後，則進行和實施形態1相同的構成和動作。
亦即，和實施形態1不同之處，首先，藉由控制部204以外的裝置(如圖示，例如，治療計劃裝置220)來執行從治療計劃資料變換成指令值。因此，控制部204內之指令值處理系統並不進行變換成指令值之計算，而僅止於和加速器系統的控制部5同步而將信號輸出的功能。此外，另外和實施形態1不同之點在於記憶體亦具備2系統。此係因為已知照射裝置系統的控制器的故障，在記憶體中所產生之情形為多於專門取得計算或輸出的時序的部分之故。記憶體亦具備2系統。又，指令值的演算在物理上雖由治療計劃裝置220所執行，但掃描電磁鐵31用的控制部204之功能的一部份亦可視為設置於治療計劃裝置220內。
如上述，根據本實施形態2之掃描電磁鐵用控制裝置(控制部204)，係使用於控制將由加速器10所供 應的粒子射線成形於因應於治療計劃的照射區域之掃描照射用之掃描電磁鐵31的掃描電磁鐵用控制裝置(控制部204)，由於其係作成如下之構成：具備：作為指令值處理部發揮功能之演算電路243、記憶體42、及時序調整電路47，係根據治療計劃(的資料)而產生用以驅動掃描電磁鐵31的指令值，並將產生的指令值和加速器10同步而輸出；以及錯誤檢測部(比較部45)，係檢測指令值處理部之處理的錯誤，指令值處理部的至少一部分之電路(記憶體42、以及時序調整電路47)係被冗長化(記憶體42A、42B、以及時序調整電路47A、47B)，錯誤檢測部(比較部45)係當來自被冗長化的電路之輸出為不一致時，則檢測出處理有產生錯誤，故於指令值的處理產生錯誤時，即能迅速進行檢測。據此，即能抑制因滯留照射位置而導致劑量集中、或因對無需照射的部位之錯誤照射等而產生過剩劑量，且能進行可供應最佳之劑量的粒子射線治療。
特別是，由於被冗長化的電路為保持產生的指令值之記憶體42A、42B，故能迅速檢測因易於受影響的記憶體之缺失引起的指令值的產生處理之錯誤。
此外，由於被冗長化的電路為將產生的指令值的輸出和加速器10同步而輸出之時序調整電路47A、47B，故能迅速檢測因指令值輸出的停滯或時序錯誤等之 處理錯誤。
此外，根據本實施形態2之粒子射線治療裝置1，由於其係作成如下之構成：具備：加速器10，係供應粒子射線；照射裝置3，係具有進行掃描之掃描電磁鐵31，並使用由加速器10所供應的粒子射線而進行因應於患部形狀之掃描照射；上述之掃描電磁鐵用控制裝置(控制部204)，係控制掃描電磁鐵31；以及協調控制裝置(控制部6)，係協調加速器10和照射裝置3而控制，掃描電磁鐵用控制裝置(控制部204)係於錯誤檢測部(比較部45)檢測處理的錯誤時，將表示產生處理的錯誤之錯誤產生信號輸出至協調控制裝置(控制部6)，協調控制裝置(控制部6)則於錯誤產生信號被輸出時，將加速器10的粒子射線的供應和照射裝置3的粒子射線的照射之中的至少任意一個予以停止，故能抑制因滯留照射位置而導致劑量集中、或因對無需照射的部位之錯誤照射等而產生過剩劑量，且能進行可供應最佳之劑量的粒子射線治療。
實施形態3
上述實施形態1與2，其錯誤檢測部(比較部45)與錯誤通知手段(介面46)均內包於照射裝置用的控制器(控制部4、204)。該情形時，對於由控制部4將指令 值傳送於掃描電磁鐵31(驅動電源32)的信號線因雜訊等而產生之缺失，係無法處理。根據狀況而有要求欲儘可能於末端進行指令值處理的比較。因此，本實施形態3之粒子射線治療裝置係將錯誤檢測手段與錯誤通知手段作為照射裝置用的控制器以外的部分而配置於掃描電磁鐵用之驅動電源內。
第5圖係顯示控制本發明之實施形態3的粒子射線治療裝置之照射裝置的控制器(控制部)之構成的方塊圖。如第5圖所示，將具備錯誤檢測手段的功能之比較部345與具備錯誤通知手段的功能之錯誤輸出部326設置於掃描電磁鐵31之驅動電源332內。
如第5圖所示，控制部304之介面41、記憶體42、冗長化之第1演算電路43A及第2演算電路43B的構成和實施形態1的第3圖所說明者為相同的構成。但，內部並未有比較部45，且介面346並不具備錯誤通知手段的功能。因此，由第1演算電路43A和第2演算電路43B所演算的指令值為經由介面346而直接輸出於驅動電源332。
比較部345和錯誤輸出部326係設置於驅動電源332內。此外，經由介面346而輸出於驅動電源332之來自第1演算電路43A的指令值和來自第2演算電路43B的指令值係分別輸出於比較部345。比較部345和實施形態1或2的比較部45同樣地，將兩指令值作比較。此外，當比較的兩指令值為一致時，則將指令值輸出於掃描電磁 鐵31，兩指令值為不一致時，則將錯誤產生觸發信號輸出於錯誤輸出部326。當錯誤產生觸發信號被輸出時，錯誤輸出部326則將錯誤產生觸發信號輸出於主控制部6。
藉由如此之構成，即使在傳送指令值的信號線之內，於控制部304至驅動電源332為止的範圍存在有雜訊等之情形時，亦能發揮檢測指令值之相關的錯誤，且能進行停止等之對策的功效。
如上述，根據本實施形態3之掃描電磁鐵用控制裝置(控制部304、驅動電源332內之比較部345)，由於錯誤檢測部(比較部345)係設置於驅動掃描電磁鐵31的驅動電源332之構成，故即使於控制部304至驅動電源332為止的範圍存在有雜訊等之情形時，亦能檢測指令值之相關的錯誤，且能進行停止等之對策。
此外，根據本實施形態3之粒子射線治療裝置1，由於其係作成如下之構成：具備：加速器10，係供應粒子射線；照射裝置3，係具有進行掃描之掃描電磁鐵31，並使用由加速器10所供應的粒子射線而進行因應於患部形狀之掃描照射；上述之掃描電磁鐵用控制裝置(控制部304、驅動電源332內之比較部345)，係控制掃描電磁鐵31；以及協調控制裝置(控制部6)，係協調加速器10和照射裝置3而控制， 掃描電磁鐵用控制裝置(控制部304、驅動電源332內之比較部345和錯誤輸出部326)係於錯誤檢測部(比較部345)檢測處理的錯誤時，將表示產生處理的錯誤之錯誤產生信號輸出於協調控制裝置(控制部6)，協調控制裝置(控制部6)則於錯誤產生信號被輸出時，將加速器10的粒子射線的供應和照射裝置3的粒子射線的照射之中的至少任意一者予以停止，故能抑制因滯留照射位置而導致劑量集中、或因對無需照射的部位之錯誤照射等而產生過剩劑量，且能進行可供應最佳之劑量的粒子射線治療。
實施形態4
上述各實施形態係作成檢測產生於冗長化之指令值的處理系統的錯誤之構成，並記載有關於將最單純的2個系統予以冗長化之情形。但，冗長化之數量並不需要限制於2個，亦可為3個以上。而且該情形時，亦可採用例如揭示於專利文獻6或7的多數決定。在本實施形態4中，雖為將冗長化之數量設為3個以上而採用上述之多數決定者，但，更著重於粒子射線治療裝置特有的現象，而規定檢測錯誤時的動作者。
第6圖至第10圖係用以說明關於本發明之實施形態4的粒子射線治療裝置的構成和動作，第6圖係顯示粒子射線治療裝置之照射裝置用的控制部之構成的方塊圖，此外，第7圖係用以說明關於使用掃描照射的積層原體照射之示意圖，顯示積層原體照射之影像(第7圖(a))、以及分層的掃描之示意圖(第7圖(b))。第8圖係用以 說明有關掃描照射之照射點位置偏離時的劑量分布，且為顯示一次元、各照射點單獨、以及將此等予以重疊的劑量分布之圖。此外，第9圖係用以說明本發明之實施形態4的粒子射線治療裝置的動作之波形圖，第10圖係用以說明本發明之實施形態4的粒子射線治療裝置的動作之流程圖。
又，本實施形態4之粒子射線治療裝置1為如第6圖所示，掃描電磁鐵31用之控制部404係將進行將治療計劃資料變換成掃描電磁鐵31(的驅動電源32)的指令值之演算的演算電路43冗長化為執行相同演算之第1演算電路43A、第2演算電路43B、以及第3演算電路43C的3個電路。
由冗長化之第1演算電路43A、第2演算電路43B、以及第3演算電路43C所算出的指令值係分別輸出於比較部445。比較部445係將由3個演算電路(指令值處理系統)所輸出的指令值作比較。此外，比較的3個指令值為一致時，則將指令值輸出於介面446。另一方面，當存在有不同的指令值時，則根據指令值為一致之數量而輸出對應的錯誤產生觸發信號。即使有一個之指令值不同而亦具有一致的指令值(相同的指令值為2個以上)時，則將一致的指令值、以及作為表示輕度的錯誤之信號的錯誤產生觸發信號A輸出於介面446。另一方面，無任何一個一致的指令值時，則作為表示重度的錯誤之信號的錯誤產生觸發信號B輸出於介面446。亦即，本實施形態4之錯誤 檢測手段(比較部445)係不僅評價冗長化之指令值處理系統之中之任意一個是否產生錯誤，亦評價所產生的錯誤之程度(嚴重度)。
當指令值被輸出於介面446時，介面446係將指令值輸出於驅動電源32，驅動電源32係根據輸出的指令值而驅動掃描電磁鐵31。另一方面，當錯誤產生觸發信號A和指令值被輸出於介面446時，介面446係將錯誤產生觸發信號A輸出於主控制部6。或者，當錯誤產生觸發信號B被輸出於介面446時，介面446係將錯誤產生觸發信號B輸出於主控制部6。
此外，主控制部6係於輸出的信號為表示重度的錯誤之錯誤產生觸發信號B時，則如上述各實施形態，以顯示錯誤並停止粒子射線之方式，而輸出於對應之控制器(例如，控制部404、5等)。但，當輸出表示輕度的錯誤之錯誤產生觸發信號A時，則如下所示，以結束該分層的照射之後才停止粒子射線之方式，而控制對應之控制器(例如，控制部404、5等)。詳細說明有關採用如此之構成的背景和動作如下。
首先，說明有關積層原體照射。
積層原體照射法係如第7圖(a)所示，首先在距離體表面的深度方向中，將患部T的立體形狀分割成具有預定厚度的複數層(分層SS1、 SS2、 …SSN )。此外，以能網羅面方向(xy)的方式照射於經分割之各分層。此時，藉由掃描照射而形成面方向的照射區域時，則以能包括所 有分層的面方向之區域的方式而掃描微小的照射點。例如，第7圖(b)係顯示自照射點Sp1 開始而作Z字形的掃描，藉此而含所有分層SS1 的面方向的區域之例。又，掃描照射之掃描的路徑並不限定於如圖示之Z字形，而亦可為旋渦狀或另外之多種的形態。
如第7圖之例，係以能取得符合各分層SS的深度之SOBP之方式而調整脊形濾波器33的規格。此外，照射開始時係以能形成對應於最深部之分層SS1 的深度之射程之方式而調整供應於照射裝置3的粒子射線的能量與射程移位器34的規格，並對分層SS1 執行掃描照射。此外，當結束最深部之分層SS1 的照射時，則自動地於相當於SOBP的深度程度淺之位置(由照射裝置3所見之眼前之側)，藉由射程移位器34而調整射程，並對續接之分層SS2 執行掃描照射。以下，同樣地藉由射程移位器34而調整射程，當結束照射至最後的分層SSN 為止時，則全部提供劑量於對應於患部T的立體形狀之空間VT。
此時，各分層SS1 之面內的劑量供應，雖係掃描如鉛筆狀射束之細微的粒子射線而取得，但一個照射點的劑量分布在照射點直徑之中並不平坦，而具有如第8圖所示之高斯分布。因此，以計算各照射點(Spx-2、 Spx-1、 Spx、 Spx+1 )的位置之間隔而予以配置，藉此而全部能於面內取得平坦之劑量分布DN。此處，例如，照射點Spx 的位置偏離於SpE 時，則為了使照射點Spx-1、 Spe 間之間隔形成較設想狀態更寬廣，則劑量即產生低於計劃之冷點CP，而為 了使照射點Spe、 Spx+1 間之間隔形成較設想狀態更狹窄，則劑量即產生高於計劃之熱點HP。亦即，在面內形成具有偏倚之劑量分布DE。
如此之熱點或冷點雖依程度而有在治療上可容許者與不容許者，但一般能容許者係將照射點的位置精度收歛於粒子射線分布之標準偏差σ的5%以內之情形。此處，例如將掃描照射之粒子射線分布之σ設成3mm左右時，則必要之位置精度係形成在0.15mm以內。另一方面，對患者的治療台等之定位精度的目標係設成±0.3mm，且實際的位置精度則較照射點的位置精度更粗。
又，該定位精度係用以配合患部位置和照射範圍者，於治療開始時，若落入該精度內，則可依照治療計劃順利地供應劑量。但發現在一個分層的照射途中患者的位置改變時，即使符合於該精度內，亦會產生超過容許範圍之熱點或冷點。亦即，一旦開始進行分層的照射時，當於途中的照射點中止該分層的照射時，即使重新由該照射點開始照射，亦難以如治療計劃而進行劑量供應。
因此，本實施形態4之粒子射線治療裝置係即使於指令值產生錯誤時，於冗長化的指令值處理系統之中，至少複數個系統其指令值為一致時，亦能繼續照射直至結束該分層的照射為止。據此，只要不產生致命性的錯誤(全部的指令值為不一致)，則在該分層中亦能均勻地進行劑量供應。但，此並不意味著平坦的分布為最佳，而是意味著說明簡單的治療計劃於設定平坦的分布時，能按照 該設定而分布。因此，若使用本實施形態之粒子射線治療裝置，則在治療計劃上若設定有偏倚的劑量分布，則能如設定之分布而進行劑量供應。
繼而使用第9圖之波形圖、以及第10圖之流程圖說明關於其動作。
第9圖係顯示使用第7圖說明之積層原體照射之4個連續的分層(SSi-2、 SSi-1、 SSi、 SSi+1 )的照射期間的波形圖。此外，假想各分層SS於x方向作Z字形掃描，且於y方向作一方向的掃描而涵蓋區域，於分層SSi 的照射途中檢測錯誤之情形。圖中(A1)和(A2)係表示分別設定於單方向掃描電磁鐵31a和31b之偏向角(將流通如指令值的電流時通過的粒子射線予以偏向之角度)，(B)係表示照射中止指令信號，(C)係表示錯誤產生觸發信號A，(D)係表示照射點，(E)係表示分層。
開始照射之後，在分層SSi-2、 SSi-1 中，未產生錯誤(步驟S10為「N」)，則掃描電磁鐵31的單方向掃描電磁鐵31a、31b係分別流通因應於設定之指令值的電流，且因應於時間而變更粒子射線的偏向角度，藉此而執行掃描照射。此外，分層SSi 至照射點Spe為止亦未產生錯誤，並執行掃描照射。
此處，於照射點SpE 的照射中，比較部445係於自3個指令值處理系統所輸出的指令值之中，至少有一個的指令值為不同時，則檢測產生錯誤之情形(步驟S10為「Y」)。如此，則前進至步驟S20，判斷是否存在輸出 相同的指令值之系統(步驟S20)，存在有輸出相同的指令值之系統時，其系統為正常，且判斷正常的系統為複數(步驟S20為「Y」)。
該情形時，比較部445係將判斷為正常之指令值、及錯誤產生觸發信號A發報於介面446，介面446係將指令值輸出於驅動電源32，並將錯誤產生觸發信號A輸出於主控制部6。如此，主控制部6係於產生錯誤之時點的照射點並非該分層的最後照射點(步驟S30為「N」)時，則以執行伴隨著錯誤的產生之中止照射的預告顯示之方式，只對對應的控制器發出指令。此外，成為該分層的最後照射點(步驟S30為「Y」)時，則以中止粒子射線的照射(步驟S50)，並執行中止顯示(步驟S60)之方式，將照射中止指令信號輸出於對應的控制器。
據此，結束至分層SSi 的照射，並中止照射。又，照射中止指令並非一定要於成為該分層的最後照射點之時序輸出，而是只要於成為該分層的最後照射點之時點，能立即停止粒子射線的射出之時序輸出即可。
另一方面，在步驟S20中，連一個輸出相同的指令值的系統都沒有時，則比較部445係將錯誤產生觸發B發報於介面446，接收到錯誤產生觸發B的介面446係將錯誤產生觸發B輸出於主控制部6。如此，主控制部6係以立即中止粒子射線之照射(步驟S50)，並執行中止顯示(步驟S60)之方式，將照射中止指令信號輸出於對應的控制器。
又，即使於步驟S20判定為「Y」，且進入繼續照射至該分層的最後為止之順序的情形時，若殘留之2系統的指令值亦形成不相同之事態的情形時，則立即推進至停止動作。
又，有關於3個以上冗長化之對象、或電路的物理性配置變更等，當然能將上述各實施形態所記載之例予以組合而使用。
如上述，根據本實施形態4之掃描電磁鐵用控制裝置(控制部404)，係使用於控制將由加速器10所供應的粒子射線成形於因應於治療計劃的照射區域之掃描照射用之掃描電磁鐵31的掃描電磁鐵用控制裝置(控制部404)，由於其係作成如下之構成：具備：作為指令值處理部發揮功能之記憶體42、演算電路43、及介面446，係根據治療計劃(的資料)而產生用以驅動掃描電磁鐵31的指令值，並將產生的指令值和加速器10同步而輸出；以及錯誤檢測部(比較部445)，係檢測指令值處理部之處理的錯誤，指令值處理部之至少一部分的電路(演算電路43)係具有3個以上的電路(演算電路43A、43B、43C)，錯誤檢測部(比較部445)係當來自被冗長化的電路之輸出為不一致時，則檢測出處理有產生錯誤，並且於檢測到產生處理的錯誤時，根據3個以上的電路之中，其輸出為一致的電路之數 量而判定產生的錯誤之程度，故於指令值的處理產生錯誤時，能迅速進行檢測，並能根據錯誤的程度而進行適合的處理。據此，即能抑制因滯留照射位置而導致劑量集中、或對無需照射的部位之錯誤照射等而產生過剩劑量，並例如能將因照射的中斷等所產生的弊害抑制於最小限度，且能進行可供應最佳之劑量的粒子射線治療。
此外，根據本實施形態4之粒子射線治療裝置1，由於其係作成如下之構成：具備：加速器10，係供應粒子射線；照射裝置3，係具有具備調整粒子射線的射程之射程調整裝置的功能之射程移位器34、脊形濾波器33、及掃描照射用之掃描電磁鐵31，並使用由加速器10所供應的粒子射線，藉由依各分層SS的掃描照射而進行對應於患部的立體形狀之照射(積層原體照射)；上述之掃描電磁鐵用控制裝置(控制部404)，係控制掃描電磁鐵31；以及協調控制裝置(控制部6)，係協調加速器10和照射裝置3而控制，掃描電磁鐵用控制裝置(控制部404)係於錯誤檢測部(比較部445)檢測處理的錯誤時，將表示產生處理的錯誤之情形、以及表示產生錯誤的程度之錯誤產生信號輸出於協調控制裝置(控制部6)，協調控制裝置(控制部6)係於輸出的錯誤產生信號為表示錯誤的程度高時(錯誤產生觸發B)， 則將加速器10的粒子射線的供應和照射裝置3的粒子射線的照射之中的至少任意一者立即停止，而於表示錯誤的程度不高時(錯誤產生觸發A)，則在錯誤產生的時點之分層SS的照射結束之後，將加速器10的粒子射線的供應和照射裝置3的粒子射線的照射之中的至少任意一者予以停止，故能抑制因滯留照射位置而導致劑量集中、或因對無需照射的部位之錯誤照射等而產生過剩劑量，並能例如將分層內的照射中斷導致患者位置設定偏離之熱點或冷點的產生之弊害抑制於最小限度，且能進行可供應最佳之劑量的粒子射線治療。
4‧‧‧局部控制部(掃描電磁鐵用控制裝置)
5‧‧‧局部控制部(加速器用控制裝置)
6‧‧‧主控制部(協調控制部)
20‧‧‧治療計劃裝置
31‧‧‧掃描電磁鐵
32‧‧‧驅動電源
41‧‧‧介面
42‧‧‧記憶體
43A‧‧‧第1演算電路
43B‧‧‧第2演算電路

Claims (8)

  1. 一種掃描電磁鐵用控制裝置，係使用於控制將由加速器所供應的粒子射線成形為因應於治療計劃的照射區域之掃描照射用之掃描電磁鐵，並配置於產生有中子之環境中者，該掃描電磁鐵用控制裝置係包括：指令值處理部，係根據前述治療計劃而產生用以驅動前述掃描電磁鐵的指令值，並將產生的指令值和前述加速器同步而輸出；以及錯誤檢測部，係檢測前述指令值處理部之處理的錯誤，前述指令值處理部之至少一部分的電路係被冗長化，前述錯誤檢測部係當來自前述被冗長化的電路之輸出為不一致時，則檢測出前述處理有產生錯誤。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之掃描電磁鐵用控制裝置，其中，前述被冗長化的電路係將前述治療計劃資料變換成前述指令值的演算電路。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之掃描電磁鐵用控制裝置，其中，前述被冗長化的電路係保持前述產生的指令值之記憶體。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之掃描電磁鐵用控制裝置，其中，前述被冗長化的電路係將前述產生的指令值之輸 出和前述加速器同步而輸出之時序調整電路。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之掃描電磁鐵用控制裝置，其中，前述錯誤檢測部係設置於驅動前述掃描電磁鐵的驅動電源。
  6. 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項所述之掃描電磁鐵用控制裝置，其中，前述被冗長化的電路係具有3個以上的電路，前述錯誤檢測部係於檢測出前述處理有產生錯誤時，根據前述3個以上的電路之中，其輸出為一致的電路之數量而判定產生的錯誤之程度。
  7. 一種粒子射線治療裝置，係包括：加速器，係供應粒子射線；照射裝置，係具有掃描照射用之掃描電磁鐵，並使用由前述加速器所供應的粒子射線而進行因應患部形狀之掃描照射；申請專利範圍第1項至第5項中任一項所述之掃描電磁鐵用控制裝置，係控制前述掃描電磁鐵；以及協調控制裝置，係協調前述加速器和前述照射裝置而進行控制，前述掃描電磁鐵用控制裝置係於前述錯誤檢測部檢測到前述處理的錯誤時，將表示前述處理有產生錯誤的錯誤產生信號輸出至前述協調控制裝置，前述協調控制裝置係於前述錯誤產生信號被輸出 時，將前述加速器的粒子射線的供應和前述照射裝置的粒子射線的照射之中的至少任意一者予以停止。
  8. 一種粒子射線治療裝置，係包括：加速器，係供應粒子射線；照射裝置，係具有調整前述粒子射線的射程之射程調整裝置、及掃描照射用之掃描電磁鐵，並使用由前述加速器所供應的粒子射線，藉由各分層的掃描照射而進行因應患部的立體形狀之照射；申請專利範圍第6項所述之掃描電磁鐵用控制裝置，係控制前述掃描電磁鐵；以及協調控制裝置，係協調前述加速器和前述照射裝置而進行控制，前述掃描電磁鐵用控制裝置係於前述錯誤檢測部檢測到前述處理的錯誤時，將表示前述處理有產生錯誤、以及產生錯誤的程度之錯誤產生信號輸出至前述協調控制裝置，前述協調控制裝置係於前述輸出之錯誤產生信號為表示錯誤的程度高時，則將前述加速器的粒子射線的供應和前述照射裝置的粒子射線的照射之中的至少任意一者立即停止，表示前述錯誤的程度不高時，則在前述錯誤產生的時點之分層的照射結束之後，將前述加速器的粒子射線的供應和前述照射裝置的粒子射線的照射之中的至少任意一個予以停止。
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