TWI526232B - 粒子線照射裝置 - Google Patents

Description

粒子線照射裝置

本發明係關於粒子線照射裝置，係對腫瘤等患部照射粒子線而進行治療之粒子線照射之中，用以使粒子線配合於患部的3維形狀並照射預定的線量者。

粒子線治療係使用加速器等機器將質子或碳離子等帶電粒子加速至數百百萬(mega)電子伏特程度，並藉由對患者進行照射而對體內的腫瘤賦予線量，而治療癌之方法。此時對於腫瘤形成盡可能接近由醫師所指示之線量分布，亦即盡可能接近目標分布之線量分布係極為重要。在大多之情形中，目標分布係在腫瘤內線量均勻，且相較於腫瘤內的線量，腫瘤外之線量係盡可能壓低之分布。

一般而言，將經過加速器加速之粒子線照射至物體(包含人體)時，在物體內的3維線量分布係有在某一點具有線量最大峰值(peak)之特性。該線量最大峰值係稱為布拉格峰值(Bragg peak)。再者，於3維空間中在一點具有線量最大峰值之情形，係將該峰值位置定義成該粒子線的「照射位置」。為了使用具有以上所述之峰值構造之粒子線而以3維方式形成目標分布，係必須再加入某些工 法。

用以形成目標分布之方法其中之一，係有掃描照射法。為了使用該方法，首先，利用使用電磁鐵等而將粒子線往相對於屬於粒子線的行進方向之Z方向垂直之二方向，亦即往X及Y方向任意地偏向之機構。再者，必須有藉由粒子能量之調整，而將形成布拉格峰值的位置往Z方向任意地調整之功能。一般而言，屬於粒子線產生裝置之加速器亦具備能量調整功能。並且，於腫瘤內設定複數個照射位置(亦稱為點(spot))，而使用上述2個功能對各個照射位置依序照射粒子線。預先調整並決定分別對各照射位置賦予之線量的平衡(balance)，並藉由合計賦予至各照射位置之各個線量分布，而在最後形成目標分布。

一般而言，使粒子線的照射方向往XY方向偏向，而使該粒子線從某個照射位置移動至下一個照射位置所花費之時間為1ms以下，而藉由能量變更而將布拉格峰值的位置沿Z方向移動所花費之時間為大致100ms。因此，就照射至各照射位置之順序而言，一般係先以1個能量將粒子線往XY方向掃描，並在對該能量所對應之全部照射位置照射過射束後，切換成下一個能量。

在藉由能量變更而將照射位置沿Z方向移動時必須停止照射粒子線，亦即必須將射束遮斷。掃描照射法係依據XY方向之掃描方法而更進一步細分成下述之各手法。

在從某個照射位置往下一個照射位置之移 動中遮斷粒子線之方法係稱為點掃描法，或稱為離散點(discrete spot)掃描法。例如，藉由準備用以測定照射至各照射位置之線量之機構，而在達到應照射於該照射位置之預先設定之線量值之時間點遮斷粒子線，並將粒子線往下一個照射位置移動而予以實現。

在從某個照射位置往下一個照射位置移動中不遮斷粒子線之情形，則再細分成2個方法。其中一個方法係準備用以測定照射於各照射位置之線量之機構，而在線量達到一定的值之時間點，以不遮斷射束之方式往下一個照射位置掃描之方法，此方法係稱為行式掃描(raster scanning)(例如參閱專利文獻1)。由於在掃描粒子線之期間亦進行照射粒子線，故以在停留在未掃描之照射位置時所賦予之線量分布與掃描中所賦予之線量分部之合計會成為目標分布之方式進行調整。

在從某個照射位置往下一個照射位置之掃描中不遮斷粒子線之情形的另一個方法係線掃描法(line scanning)。此方法係恆常持續掃描，並以在各照射位置不使粒子線停留之方式對照射對象照射粒子線之方法。具有保持固定的屬於每單位時間的賦予線量之射束強度之功能，以及可任意地變更掃描速度之功能，在應賦予較多線量之照射位置附近以低速掃描粒子線，而在應賦予較少線量之照射位置附近則以高速進行掃描粒子線。如此，一面以與對各照射位置應賦予之線量成反比例之方式調整掃描速度並一面掃描粒子線，而藉此以最後的合計線量分布會 成為目標分部之方式進行調整。

於上述各掃描照射法中，由於在實際的照射中會有各種不確定因素，故即便在計算上應可得到目標分布，實際上得到的線量分布亦有可能不會達成目標分布。就不確定因素而言，係有例如粒子線強度及位置的不穩定性、患者固定位置之誤差、患者CT資料之誤差、控制機器的信號延遲及雜訊等。可考量到由於該等影響，而使實際的線量分布可能與計算值相異。再者，尤其在腫瘤存在於肝臟及肺等呼吸器官之情形，由於患者的呼吸而使腫瘤位置及腫瘤周圍的狀況會隨著時間而變化，故係難以賦予符合計算的線量。

就用以解決上述問題之方法而言，係有稱為再掃描(rescan)，或稱為再描繪(repaint)之方法(例如參閱專利文獻2)。該方法係將對於各照射位置之粒子線的照射分割成複數次而進行之方法。該方法係依據藉由合計複數次的線量分布使誤差平均化，從而縮小誤差之考量者。該分割次數係稱為再掃描次數。就進行照射之順序而言，首先以某個能量往XY方向掃描粒子線，而逐一對該能量所對應之全部的照射位置進行照射。之後，不變更能量而再度對各照射位置進行照射。反覆進行上述動作達再掃描次數，而當照射次數達再掃描次數後，變更為下一個能量。再掃描次數可按每個能量而不同，亦可相對於全部的能量皆相同。一般而言，愈增加再掃描次數則上述誤差之影響就愈被平均化而變小。

(先前技術文獻) (專利文獻)

專利文獻1：日本特開2009-66106號公報(段落編號0014)

專利文獻2：日本特開2008-154627號公報

再掃描係可對點掃描法、行式掃描法、線掃描法之任一者應用。在任何情形中，當增加再掃描次數，則因應於此必須使對於各照射位置之每1次的應照射線量減小。

然而如同前述，在行式掃描法中由於在粒子線掃描中亦不遮斷射束，故即便將在照射位置之停留時間設為0，亦會在掃描中賦予並非0之線量。同樣地，在線掃描之情形中，由於粒子線的掃描速度係有物理性的上限，故即便是以最大速度進行掃描之情形亦無法使給予各照射位置的線量成為0，而存在有線量的下限。

線量的下限不論是在行掃描法之情形或線掃描法之情形，皆依存於最大掃描速度、射束強度及照射位置間隔而決定。若增加再掃描次數，則對於各照射位置之每次應照射之線量會變小，而有可能變得比上述下限值更小。在該情形中由於亦一定會賦予相當於下限值之線量，故將賦予比計畫值更多之線量，而成為線量過剩。

如此之課題係尚未受到相當地認知，而沒有關於如何設定適當的再掃描次數之提案。

因此，本發明之目的在於獲得一種粒子線照射裝置，係可在行式掃描法或線掃描法中設定適當的再掃描次數。

本發明係一種粒子線照射裝置，具備：掃描裝置，使粒子線往屬於相對於行進方向垂直的2方向之XY 2維偏向，而使粒子線被照射至照射對象的照射位置移動；記憶部，記憶照射位置的位置資訊、每一個照射位置應照射之線量、以及掃描裝置的速度資訊；控制部，用以控制掃描裝置；以及線量監視器，用以計測粒子線的線量；其中，控制部係控制掃描裝置，使該掃描裝置反覆進行在由線量監視器所計測出之線量達到依據記憶部所記憶之於該照射位置應照射的線量而算出之線量之後，以不停止粒子線照射之方式使粒子線移動至下一個照射位置的程序，而反覆進行對於照射對象的XY 2維的全部照射位置照射粒子線之照射達到再掃描次數，以使粒子線照射於照射對象的各個位置之次數達到再掃描次數；該粒子線照射裝置係包括：演算部，係輸入再掃描次數n或屬於粒子線的每單位時間之線量之射束強度J之任一方，而求出針對於全部的照射位置滿足下述條件P1之另一方的值中最大之值，並對使用者進行提示。

J＊ti<=di/n (條件P1)

其中，i係前述照射位置的編號，ti係依據前述記憶部所記憶之前述速度資訊及前述位置資訊所求出之前述粒子線從i-1號之照射位置移動至i號之照射位置之時間，di係前述記憶部所記憶之i號之照射位置應照射之線量。

再者，粒子線照射裝置具備：掃描裝置，使粒子線往屬於相對於行進方向垂直的2方向之XY 2維偏向，而使粒子線被照射至照射對象的照射位置移動；記憶部，記憶照射位置的位置資訊、每一個照射位置應照射之線量、以及掃描裝置的速度資訊；以及控制部，用以控制掃描裝置；其中，控制部係控制掃描裝置，使該掃描裝置反覆進行依據記憶部所記憶之於每一個照射位置應照射的線量而算出從該照射位置往下一個照射位置之粒子線的移動速度並使粒子線移動的程序，而反覆進行對於照射對象的XY 2維的全部照射位置照射粒子線之照射達到再掃描次數，以使粒子線照射於照射對象的各個位置之次數達到再掃描次數；該粒子線照射裝置係包括：演算部，係輸入再掃描次數n或屬於粒子線的每單位時間之線量之射束強度J之任一方，而求出針對於全部的照射位置滿足下述條件P2之另一方的值中最大之值，並對使用者進行提示。

J＊tmin(i)<=di/n (條件P2)

其中，i係前述照射位置的編號，tmin(i)係依據前述記憶部所記憶之速度資訊及前述位置資訊所求出之前述粒子線從i號之照射位置能移動至i+1號之照射位置的最小時間，di係前述記憶部所記憶之i號之照射位置應照射之線 量。

依據本發明，可提供一種粒子線照射裝置，係於行式掃描法或線掃描法中可設定適當的再掃描次數，而可盡可能在短時間內進行可靠度較高之照射。

1‧‧‧粒子線產生裝置

2‧‧‧掃描裝置

3‧‧‧線量監視器

4‧‧‧記憶部

5‧‧‧控制部

6‧‧‧演算部

7‧‧‧輸入輸出部

10‧‧‧粒子線

11‧‧‧照射對象

21‧‧‧Y方向掃描電磁鐵

22‧‧‧X方向掃描電磁鐵

A‧‧‧照射位置

B‧‧‧照射位置

C‧‧‧照射位置

第1圖係顯示本發明實施形態1之粒子線治療裝置的概略構成之方塊(block)圖。

第2圖係說明本發明實施形態1之粒子線治療裝置的基本動作之線圖。

第3圖係顯示本發明實施形態1之粒子線治療裝置的演算時的動作之流程圖。

第4圖係顯示本發明實施形態1之粒子線治療裝置的照射時的動作之流程圖。

第5圖係顯示本發明實施形態2之粒子線治療裝置的演算時的動作之流程圖。

第6圖係用以說明本發明實施形態3之粒子線治療裝置的動作之線圖。

第7圖係顯示本發明實施形態4之粒子線治療裝置的概略構成之方塊圖。

第8圖係說明本發明實施形態4之粒子線治療裝置的基本動作之線圖。

實施形態1

第1圖係顯示本發明實施形態1之粒子線治療裝置的概略構成之方塊圖。本發明實施形態1之粒子線治療裝置係具備：粒子線產生裝置1，係將粒子加速至所需之能量，而產生經過加速之粒子作為粒子線10；以及掃描裝置2，係使由粒子線產生裝置1所產生之粒子線10往相對於屬於粒子線的行進方向之Z方向垂直的2方向偏向，亦即往X方向及Y方向偏向，而使粒子線於患者腫瘤內，亦即對照射對象11的任意的位置進行掃描。通常粒子線產生裝置1係具備用以加速粒子之加速器，及用以將粒子線10從加速器輸送至掃描裝置2之輸送系統。再者，具備：線量監視器3，計測將藉由掃描裝置2而掃描之粒子線10照射至照射對象11的各位置之線量值；記憶部4，記憶各照射位置的位置資訊、各照射位置應照射之粒子線的線量值、掃描裝置2的掃描速度資訊等；控制部5，控制掃描裝置2的掃描；以及演算部6，使用從輸入輸出部7輸入之射束強度或再掃描次數、及記憶部4所記憶之資訊，而演算再掃描次數或射束強度並予以輸出。另外，就記憶於記憶部4之各照位置的位置資訊而言，例如有照射位置編號、各照射位置之XY座標系統之位置資訊、用以使粒子線往各照射位置XY偏向之掃描裝置2的掃描電磁鐵的激磁電流值、以及對應於各照射位置Z之能量等。

本實施形態1之粒子線治療裝置係執行行式掃描法之粒子線治療裝置。以下，說明本實施形態1之 粒子線治療裝置的動作。首先，使用第1圖及第2圖說明行式掃描法的概要。以第2圖顯示依據對第1圖所示之照射位置A、照射位置B、照射位置C進行照射之態樣。第2圖的橫軸係時間，縱軸為照射位置，並以白底箭號顯示在某時間中粒子線10係存在於哪個位置。首先，控制部5係以在照射位置A粒子線停留之方式控制掃描裝置2的Y方向掃描電磁鐵21及X方向掃描電磁鐵22。當線量監視器3所計測之線量值達到記憶部4所記憶之照射位置A之應照射之線量，亦即達到目標值時，控制部5係以粒子線10移動至照射位置B之方式控制掃描裝置2。當粒子線10移動至照射位置B時係使粒子線停留，且當線量監視器3所計測之線量值達到照射位置B之目標值，則以粒子線10移動至照射位置C之方式控制掃描裝置2。在粒子線10進行移動之期間，亦即在掃描中屬於患部之照射對象11亦持續被照射粒子線。因此，進行例如以下之控制：為了計測照射位置B的線量值，係在從照射位置A往下一個照射位置B開始進行掃描之時間點開始線量之測量，並在從照射位置A往照射位置B之掃描中所賦予之線量與在照射位置B停留中所賦予之線量之合計值達到預先設定之目標值時，開始從照射位置B往下一個照射位置C之移動。

將粒子線的能量設定成某能量，並依據以上之照射方法一面使粒子線往屬於相對於粒子線的行進方向垂直之2方向之XY方向移動並一面進行照射，藉此可對患部的某深度，亦即對某Z位置的XY 2維的全照射位 置亦即患部區域照射粒子線。在本發明中，藉由一個能量之粒子線對相同Z位置之XY 2維的全照射位置進行複數次照射，亦即進行再掃描。

於以下說明決定該再掃描的次數及進行照射時的射束強度之方法。第3圖係顯示在射束強度為已預先決定之情形中決定再掃描的次數之方法的流程圖。首先，以患者CT資訊及腫瘤的位置資訊，決定腫瘤內的照射位置i及對各照射位置應照射之線量值di(步驟ST01)。該值通常係由稱為治療計畫裝置之演算裝置所決定，並儲存於記憶部4。於此，所謂對各照射位置應照射之線量值di並非由再掃描而被分割之每1次所應照射之線量，而是藉由複數次之合計而對於每個照射位置應照射之線量。因此，若將再掃描次數設為n則每1次應照射之線量係表示成di/n。

在實施本發明時，粒子線治療裝置的使用者在治療開始前決定再掃描次數n之前，係由輸入輸出部7對演算部6輸入治療所使用之射束強度J(步驟ST02)。演算部6係合併對照射位置i應照射之線量值di之資訊、以及屬於掃描裝置2使粒子線移動之速度的資訊之速度資訊，而計算從某照射位置i-1至下一個照射位置i之掃描所需之時間ti。

ti可例如藉由以下之式(1)進行計算。

ti=max[{xi-x(i-1)}/Vx,{yi-y(i-1)}/Vy] (1)

於此，xi及x(i-1)係分別顯示照射位置i及 i-1之X座標，yi及y(i-1)係分別顯示照射位置i及i-1之Y座標，Vx及Vy係顯示掃描裝置之X方向及Y方向的掃描速度。再者，max[a,b]為在a及b中選擇值較大者之演算子。依據掃描裝置2及控制部5的特性，亦有機會得到與式(1)不同之顯示式。

為不使過剩線量產生，對各照射位置應照射之每1次的線量必須比掃描中的賦予線量更大。亦即，對於所有的照射位置i下述條件P1必須成立。其中，在i所對應之某能量的照射位置中之最初照射之照射位置係忽視。

J＊ti<=di/n (條件P1)

其中，J係射束強度，並為被輸入作為每單位時間所賦予之線量之值。另外，<=係顯示與≦相同之意義。

將(條件P1)予以變形，則成為n<=di/(J＊ti) (2)，惟若將相對於所有的i中使式(2)的右邊的值成為最小之i而滿足式2之最大的n設為nmax，則nmax為在所有的i中滿足條件P1之最大的整數。亦即nmax為nmax=int[min(i)[di/(J＊ti)]] (3)其中，演算子int[r]係定義為「不超過實數r之最大整數」。再者，演算子min(i)[f(i)]係定義為所有的i所對應之f(i)中值為最小者。

演算部6係將上述所算出之nmax輸出至輸入輸出部7，亦即對使用者進行提示(步驟ST03)。使用者 係觀看該值，並在要承認時(步驟ST04，是(YES))，決定該nmax為再掃描次數N(步驟ST05)，並將該資訊送至記憶部4或控制部5。

在使用者觀看nmax，而判斷亦可為比nmax更少之再掃描次數n＊時(步驟ST06，是)，使用者亦可藉由從輸入輸出部7新輸入修正再掃描次數n＊，而決定n＊為再掃描次數N(步驟ST07)，並將該資訊傳送至記憶部4或控制部5。例如，以第1次依照照射位置1、2、…、M-1、M之順序照射全照射位置，而下一次依照照射位置M、M-1、…、2、1之順序照射全照射位置之方式進行再掃描時，則亦可考慮比起奇數，偶數之再掃描次數更具有均勻化之效果。此時，當nmax為奇數時，輸入nmax-1作為再掃描次數n＊。

或者，在使用者觀看nmax，而判斷就nmax而言係例如均勻化會不足而需要更大之再掃描次數時(步驟ST06否(NO))，使用者亦可輸入更小之射束強度J＊作為新的射束強度J(步驟ST08)，使演算部6執行步驟ST03，藉此進行再計算而求出nmax。

使用由上述所決定之再掃描次數n及決定該再掃描次數n時之射束強度J，而執行第4圖之流程圖所示之照射。首先，以粒子線的能量成為進行照射之最初的能量之方式而設定粒子線產生裝置1的參數(步驟ST10)。再者，以粒子線的照射位置成為對應於最初的能量之最初的照射位置之方式設定掃描裝置2的參數(步驟 ST11)。之後，產生粒子線並開始照射，並同時開始線量監視器3之線量測量。

當該照射位置之測量線量達到1次的目標 線量值時(步驟ST13)，判斷該照射位置是否為該能量之最終照射位置(步驟ST14)，且在並非為最終照射位置時(步驟ST14否)，控制掃描裝置2的參數而使粒子線往下一個照射位置移動。在開始從某個照射位置i0往下一個照射位置i1之掃描時，同時藉由線量監視器3開始線量之測量，而當射束位置抵達照射位置i1時，則結束掃描之後停留在該照射位置i1，惟線量測量係持續進行(步驟ST15)。在停留於照射位置i1中，當所測量之線量達到應照射之線量di1/n(步驟ST13)，且照射位置i1並非最終照射位置時(步驟ST14否)，控制部5係命令開始進行往下一個照射位置i2之掃描，並且線量監視器3開始新的線量之測量(步驟ST15)。此時，亦可藉由與照射位置i1時相同之測量機構，在重設(reset)測量值之後開始新的測量，而在重設時間會產生問題時，亦可使用2個線量監視器3，而按每個照射位置將2個線量監視器交互用於測量。不論是何種情形，皆以從照射位置i-1往照射位置i之掃描中所賦予之線量值、與在照射位置i之停留中所賦予之線量值會等同於對於照射位置i應賦予之1次的線量值di/n之方式進行控制。

在對應於某能量之全部的照射位置逐一結束照射時(步驟ST14是)，係判斷是否進行過預定之再掃描次數之照射(步驟ST16)，在尚未結束預定之再掃描次數之 照射時(步驟ST16否)，返回步驟ST11，而對相同能量之各照射位置進行第2次、第3次…之照射。在結束對於該能量所對應之全部的照射位置之屬於預定之再掃描次數之n次的照射時(步驟ST16是)，係遮斷射束(步驟ST17)，並判斷能量是否為最後之能量(步驟ST18)，在並非為最後之能量時(步驟ST18否)，以粒子線的能量成為下一個能量之方式變更粒子線產生裝置1的參數(步驟ST19)。反覆進行相同之照射至判斷為最後的能量(步驟ST18是)，而結束1次的治療。

在上述中，雖在記憶部4中記憶有各照射位置應照射之複數次合計的線量di，並以控制部5演算di/n且比較測定線量值，惟亦可在算出nmax之後，由記憶部4記憶di/n之值。

只要是可構成為演算部6得知在各照射位置應照射之線量di，並使用di算出nmax，且在最後控制部5可得知di/nmax，亦即可構成為可依據在各照射位置應照射之線量而算出於再掃描的1次中在各照射位置應照射之線量，則關於資訊的記憶方法及通信方法係可採用各種方法。

演算部6及記憶部4係可為個別的硬體(hardware)，並個別持有相對於應照射之線量值之資訊，亦可為僅其中單一方持有資訊，並因應需要藉由通信而共用資訊之方式。或者，演算部6與記憶部4亦可為相同之硬體。

如上述，依據本發明之實施形態1之粒子線照射裝置，由於係依據所輸入之射束強度、粒子線的移動時間、各照射位置應照射之照射線量，而求出最大再掃描次數，故可提供能夠在短時間內進行可靠性較高之照射之粒子線照射裝置。

實施形態2

第5圖係顯示本發明實施形態2之粒子線治療裝置的動作之流程圖。裝置的構成係與第1圖相同。實施形態1係執行在已預先決定射束強度時，決定最佳之再掃描次數之方法之實施形態。本實施形態2係執行在再掃描次數為已決定時，決定最佳的射束強度之實施形態。

使用者係由於輸入輸出部7將預先決定之再掃描次數n輸入於演算部6(步驟ST22)，演算部係以對於全部的照射位置i皆滿足條件P1之方式，輸出最大的射束強度(步驟ST23)。若將條件P1加以變形，則成為J<=di/(n＊ti) (4)，故相對於所有的i而滿足(條件P1)之射束強度的最大值Jmax可顯示為Jmax=min(i)[di/(n＊ti)] (5)。

雖會依據粒子線產生裝置1之規格，惟若將從粒子線產生裝置1所輸出之射束強度設為可連續地且任意地選擇，則演算部6可將上述式(5)所計算之Jmax直接輸出作為粒子線強度的最大值。然而，在粒子線產生裝置1可輸出之射束強度係以離散方式被限定時，則演算部6 必須將可選擇之射束強度中可滿足式(5)之最大射束強度設為Jmax並加以輸出。

在使用者認可輸出之Jmax的值時(步驟ST24是)，係將Jmax決定為射束強度(步驟ST25)，並結束射束強度決定之程序，而開始進行照射。在使用者不認可所輸出之Jmax的值(步驟ST24否)，且判斷比Jmax更低之射束強度即已充分時(步驟ST26是)，使用者亦可將可採用之射束強度J＊決定成照射時之射束強度而輸入於演算部6(步驟ST27)。

或者，在使用者觀看Jmax而判斷為Jmax為不足而需要更大之射束強度時(步驟ST26否)，使用者亦可藉由新輸入更小之再掃描次數n＊(步驟ST28)，而使演算部6再度計算Jmax。

如上述，依據本發明實施形態2之粒子線照射裝置，係依據所輸入之再掃描次數、粒子線的移動時間、於各照射位置應照射之照射線量而求出最大之射束強度，故可提供能夠在短時間內進行可靠性較高之照射之粒子線照射裝置。

實施形態3

雖會隨射束產生裝置的規格而有變動，惟射束強度J並不一定是恆常固定者。例如在以同步加速器(synchrotron)粒子加速器構成粒子線產生裝置1時，已習知射束強度係以隨時間經過而具有某種程度之隨機性之振幅而產生振動。因此，在掃描中所照射之線量雖有可能隨著時間而有 不同，惟係難以預先以高精密度預測在哪個時間中為照射哪個照射位置。

因此，在實施形態1中，考量即便是掃描中 的射束強度比平均射束強度更高，亦以掃描中線量不會超過應照射之每1次之線量之方式，依據該射束強度的變動而預先設定裕度(margin)而決定最大再掃描次數nmax之方法。

亦即，使用者係對演算部6輸入平均射束強度Jave及裕度margin，並取代條件P1，而決定在全部的照射位置i中滿足下述條件P1m之最大再掃描次數。

margin＊J＊ti<=di/n (條件P1m)亦即，演算部6係依據下述式(6)而決定最大再掃描次數，並予以輸出。

nmax=int[min(i)[di/(margin＊Jave＊ti)]] (6)margin之值應因應於射束產生裝置的規格而適當決定。例如，在預測出射束強度會如第6圖所示之實線所示之方式變動時，將射束強度的瞬間最大值Jp與平均值Jave的比設為margin。

同樣地，於實施形態2之情形中亦考量射束強度隨時間經過而產生振動，並依據該射束強度的變動而預先設定裕度，且將滿足條件P1之平均射束強度的最大值Jave,max決定成Jave,max=min(i)[id/(n＊ti＊margin)] (7)，並予以輸出。

如以上所述，由於本實施形態3之粒子線治療裝置係依據射束強度的變動而設定裕度並求出最大再掃描次數或最大射束強度，故即便是在使用射束強度會振動之粒子線產生裝置之情形，亦可提供能夠盡可能在短時間進行可靠度較高之照射之粒子線照射裝置。

實施形態4

第7圖係顯示本發明實施形態4之粒子線治療裝置的概略構成之方塊圖。本發明實施形態4之粒子線治療裝置係具備：粒子線產生裝置1，係將粒子加速至所需之能量，而產生經過加速之粒子作為粒子線10；以及掃描裝置2，係使由粒子線產生裝置1所產生之粒子線10於患者腫瘤內，亦即於照射對象11的任意的位置進行掃描。再者，具備：射束位置監視器9，係監視藉由掃描裝置2掃描之粒子線10的位置；記憶部4，記憶各照射位置的位置資訊、於各照射位置應照射之粒子線的線量值、掃描裝置2的掃描速度資訊等；控制部5，控制掃描裝置2的掃描；以及演算部6，使用從輸入輸出部7輸入之射束強度或再掃描次數、及記憶部4所記憶之資訊，而演算再掃描次數或射束強度並予以輸出。另外，就記憶於記憶部4之各照位置資訊而言，例如有照射位置編號、各照射位置之XY座標系統之位置資訊、用以使粒子線往各照射位置XY偏向之掃描裝置2的掃描電磁鐵的激磁電流值、以及對應於各照射位置Z之能量等。

本實施形態4係線掃描法之實施形態。線掃 描法係於各照射位置不停止粒子線的掃描，而恆常地一面持續掃描並一面進行照射。一面將屬於單位時間所賦予之線量之射束強度維持成固定，並一面在應賦予較多線量之照射位置以低速掃描粒子線，而在應賦予較少線量之照射位置則以高速掃描粒子線，藉此，在各照射位置賦予預定的線量。在第8圖中，顯示線掃描法之照射的態樣。第8圖之橫軸係時間、縱軸係照射位置，並以白底箭號顯示在某時間中粒子線10存在於哪個位置。將從照射位置A至照射位置B之距離與從照射位置B至照射位置C之距離設為相同。在第8圖中，從照射位置B至照射位置C之掃描的時間係比照射位置A至照射位置B之掃描的時間更短，亦即掃描速度更快。因此，在照射位置B至照射位置C之間所照射之線量係比在照射位置A至照射位置B之間所照射之線量更少。如此，在線掃描法中，於連續照射粒子線時，藉由因應照射位置而改變掃描速度，而一面使照射於各照射位置之線量變化，一面對各照射位置賦予預定之線量。

在以上之線掃描法中，係以下述之方式決定進行再掃描時的射束強度及再掃描次數。首先，將tmin(i)定義為從某照射位置i至下一個照射位置i+1以最大速度進行掃描時所耗費之時間。tmin(i)係可藉由下述之式算出。

tmin(i)=max[{x(i+1)-xi}/Vxmax,{y(i+1)-yi}/Vymax] (8)

其中，xi及x(i+1)之係分別顯示照射位置i及x(i+1)之X座標，yi及y(i+1)之係分別顯示照射位置i及(i+1)之 Y座標，Vxmax及Vymax係顯示掃描裝置之X方向及Y方向的最大掃描速度。

使用於此求出之tmin(i)定義下述之條件P2。

J＊tmin(i)<=di/n (條件P2)

在對所有的i皆滿足條件P2時，對於各照射位置能夠賦予之線量的下限值係比相對於各照射位置之每1次應照射之線量更小，並藉由適當調整掃描速度而可在不產生過剩線量之情形下形成目標分布。

使用者係將射束強度J輸入於演算部6，演算部6係藉由下述式9而算出最大再掃描次數nmax，並予以輸出。

nmax=int[min(i)[di/(J＊tmin(i))]] (9)

使用者認同該值之情形或未認同之情形之後的流程係與實施形態1完全相同。亦即，與第3圖之步驟ST04至ST08相同。

即便於線掃描法中，亦與行式掃描法之實施形態2相同，亦可由使用者輸入再掃描次數，並由演算部6決定最適當之射束強度。

亦即，演算部6係使用使用者所輸入之再掃描次數n並藉由式(10)求出針對於所有的i滿足條件P2之屬於最大的J之Jmax，並對使用者提示。

Jmax=min(i)[di/(n＊tmin(i))] (10)

在使用者認同Jmax之情形或不認同之情形 的流程係與實施形態2相同。

如上述，本實施形態4之粒子線治療裝置由於係線掃描法中，輸入射束強度J及再掃描次數之其中一方的值，並提示滿足條件P2之另一方的值之中的最大值，故可提供能夠盡可能在短時間進行可靠性較高之照射之粒子線照射裝置。

實施形態5

到目前為止之實施形態中，雖為了簡化說明，而將粒子線的能量，亦即在各Z位置之再掃描次數n視為全部相同而進行說明，惟亦可按每個能量而使再掃描次數不同。在欲形成均勻的線量分布之情形，一般而言係已習知，於1個照射位置應照射之線量值係在對應於高能量之照射位置有變得較高之趨勢，因此愈是靠高能量側之照射位置，係可進行愈多次再掃描。

同樣地，射束強度亦並不必須要對於全部能量為固定，依照與上述相同之理由，在高能量側將射束強度設成較高係有於縮短照射時間上可發揮有利的效果之情形。或者按照射束產生裝置之特性，亦有可能難以對於不同之能量使射束強度維持在固定。

於行掃描法之實施形態1中，係舉按每個能量設定再掃描次數之方法為例進行說明。在對於能量e，而分別設定再掃描次數及射束強度Je之情形中，為了使過剩線量不會產生，係必須將各照射位置應照射之每1次的線量設為比掃描中所賦予之線量更大。因此，只要按每個 能量求出滿足條件P1之最大的nmax即可。如下顯示每個能量之條件P1。

Je＊ti<=di/ne (條件P1)

與實施形態1同樣地，在預先賦予相對於各能量之射束強度Je之情形，演算部6係藉由下述之式而將相對於各能量之射束強度nmaxe全部輸出。

其中，演算子min(i e)[f(i)]係定義成「在某個能量e所對應之全部的照射位置i所對應之f(i)中值為最小者」。

在使用者認同該等nmaxe的全部的值時(第3圖ST04是)係將該等值決定成相對於各能量之再掃描次數，並結束。在使用者判斷nmaxe之一部份或全部的值為比nmaxe更小之值ne＊即可之情形(ST06是)，則對欲修正之部份分別輸入ne＊(ST07)。再者，若判斷相對於一部份或全部的nmaxe係需要更大的再掃描次數時(ST06否)，則對於欲修正之部份所對應之能量，輸入比原來的射束強度Je更小之值Je＊作為新的射束強度(ST08)，電腦係對接受變更之部份再度實施nmaxe之計算(ST03)。

同樣地，於實施形態2中，在預先賦予相對於各能量之再掃描次數ne時，演算部6係藉由下述式將相對於各能量之射束強度Jmaxe全部輸出。

在使用者認同該等Jmaxe的全部的值時(第5圖ST24是)係將該等值決定成相對於各能量之射束強 度，並結束。在使用者判斷Jmaxe之一部份或全部的值為比Jmaxe更小之值Je＊即可之情形(ST26是)，則對欲修正之部份分別輸入Je＊(ST27)。再者，若判斷相對於一部份或全部的Jmaxe係需要更大的射束強度時(ST26否)，則對於欲修正之部份所對應之能量，輸入比原來的再掃描次數ne更小之值ne＊作為新的再掃描次數(ST28)，電腦係對接受變更之部份再度實施Jmaxe之計算(ST23)。

在上述中，於屬於行式掃描法之實施形態1及2中，雖說明了按每個能量決定再掃描次數或射束強度之方法，惟於屬於線掃描法之實施形態4中，當然亦可按每個能量決定再掃描次數或射束強度。

1‧‧‧粒子線產生裝置

2‧‧‧掃描裝置

3‧‧‧線量監視器

4‧‧‧記憶部

5‧‧‧控制部

6‧‧‧演算部

7‧‧‧輸入輸出部

10‧‧‧粒子線

11‧‧‧照射對象

21‧‧‧Y方向掃描電磁鐵

22‧‧‧X方向掃描電磁鐵

A‧‧‧照射位置

B‧‧‧照射位置

C‧‧‧照射位置

Claims (3)

1. 一種粒子線照射裝置，具備：掃描裝置，使粒子線往屬於相對於行進方向垂直的2方向之XY 2維偏向，而使前述粒子線被照射至照射對象的照射位置移動；記憶部，記憶前述照射位置的位置資訊、每一個前述照射位置應照射之線量、以及前述掃描裝置的速度資訊；控制部，用以控制前述掃描裝置；以及線量監視器，用以計測前述粒子線的線量；其中，前述控制部係控制前述掃描裝置，使前述掃描裝置反覆進行在由前述線量監視器所計測出之線量達到依據前述記憶部所記憶之於該照射位置應照射的線量而算出之線量之後，以不停止前述粒子線照射之方式使前述粒子線移動至下一個照射位置的程序，而將對於前述照射對象的前述XY 2維的全部照射位置照射前述粒子線之照射反覆進行達到再掃描次數，以使前述粒子線照射於前述照射對象的各個照射位置之次數達到前述再掃描次數；且前述粒子線照射裝置包括：演算部，係輸入前述再掃描次數n或屬於前述粒子線的每單位時間之線量之射束強度J之任一方，而求出針對於全部的照射位置滿足下述條件P1之另一方的值中最大之值，並對使用者進行提示，J＊ti<=di/n (條件P1)其中，i係前述照射位置的編號，ti係依據前述記 憶部所記憶之前述速度資訊及前述位置資訊所求出之前述粒子線從i-1號之照射位置移動至i號之照射位置之時間，di係前述記憶部所記憶之i號之照射位置應照射之線量。
2. 如申請專利範圍第1項所述之粒子線照射裝置，更包括：演算部，係輸入前述再掃描次數n或屬於前述粒子線的每單位時間之線量之射束強度J之任一方，而取代前述條件P1求出針對於全部的照射位置滿足下述條件P1m之另一方的值中最大之值，並對使用者進行提示，margin＊J＊ti<=di/n (條件P1m)，其中，margin係依據前述粒子線的射束強度之變動而設定之係數。
3. 一種粒子線照射裝置，具備：掃描裝置，使粒子線往屬於相對於行進方向垂直的2方向之XY 2維偏向，而使前述粒子線被照射至照射對象的照射位置移動；記憶部，記憶前述照射位置的位置資訊、每一個前述照射位置應照射之線量、以及前述掃描裝置的速度資訊；以及控制部，用以控制前述掃描裝置；其中，前述控制部係控制前述掃描裝置，使前述掃描裝置反覆進行依據前述記憶部所記憶之於每一個前述照射位置應照射的線量而算出從該照射位置往下一個照射位置之前述粒子線的移動速度並使前述粒子線移動 的程序，而將對於前述照射對象的前述XY 2維的全照射位置照射前述粒子線之照射反覆進行達到再掃描次數，以使前述粒子線照射於前述照射對象的各個照射位置之次數達到前述再掃描次數；且前述粒子線照射裝置包括：演算部，係輸入前述再掃描次數n或屬於前述粒子線的每單位時間之線量之射束強度J之任一方，而求出針對於全部的照射位置滿足下述條件P2之另一方的值中最大之值，並對使用者進行提示，J＊tmin(i)<=di/n (條件P2)其中，i係前述照射位置的編號，tmin(i)係依據前述記憶部所記憶之速度資訊及前述位置資訊所求出之前述粒子線能從i-1號之照射位置移動至i號之照射位置的最小時間，di係前述記憶部所記憶之i號之照射位置應照射之線量。