TWI600450B - 粒子射線治療裝置 - Google Patents

Description

粒子射線治療裝置

本發明係關於照射粒子射線而進行癌治療等之粒子射線治療裝置。

在以癌治療為目的之放射線醫療領域中，正進行使用質子或重離子之屬於癌治療裝置之粒子射線治療裝置之開發，及使用粒子射線治療裝置進行治療之設施的建設。使用質子或重離子等之粒子射線所進行之治療，相較於使用X光、伽瑪線等以往的放射線治療，可集中地照射癌患部，可不對正常細胞造成影響而進行治療。

近年來，於粒子射線治療裝置中，已開發有能夠抑制對於正常細胞之影響之如掃描照射法及積層原體照射法之高度三維照射法，且已達實用階段。高度三維照射法係於照射中細微地切換射束條件，而實施更為正確之線量分布控制。(本文中所謂「線量」係粒子射線量之簡稱)

粒子射線治療裝置係由具有按照治療計畫而將預定之粒子射線對患者進行照射之照射機器之治療室，及因應於治療室的粒子射線的要求而產生粒子射線， 並以預定的射束條件輸送至指定的治療室之加速器而成。

再者，照射機器係包括線量監視器系統以觀測對患者照射規定的線量之粒子射線。由於照射線量為尤其重要之治療參數之一，故一般而言在粒子射線治療裝置的線量監視系統中係藉由將線量監視器冗餘化而提高可靠性。

在以往的粒子射線治療裝置中，已知有藉由於質子射線通過之射束線(beam line)機器具備有主線量監視器及副線量監視器作為用以測定所照射之線量之線量監視器，而進行二重化之技術。(例如非專利文獻1)

[先前技術文獻] [非專利文獻]

非專利文獻1：Medipolis癌粒子射線治療研究中心Web公開資料，粒子射線治療之介紹「粒子射線治療裝置」5.使質子射線形成為目標形狀之照射系統機器(射束線機器)之4.線量監視器，[平成26年5月15日搜尋]，網際網路<URL：http：//www.medipolis-ptrc.org/device_2.html>

線量監視器係藉由檢測通過感測器部之由射束所產生之電荷量而測量通過之射束的線量值。如前述，線量監視器係發揮觀測對於患者所投射之放射線量之重要的作用，為了避免由於線量監視器故障即會立即對患 者造成重大的危害，乃藉由多重化而提高可靠度。(本文中，「投射」表示對患者照射指定線量之動作，相當於「投藥」之意。)

一般而言，在具備2台線量監視器之系統中，係由主線量監視器以及副線量監視器所構成，該主線量監視器係依據由治療計畫系統所計畫之投射線量值的檢測而進行射束遮斷，該副線量監視器係依據比投射線量值更加大數%之用以進行保護之遮斷線量值的檢測而進行射束遮斷，以防止在主線量監視器動作不良時之過照射。

主線量監視器及副線量監視器，係除了所設定之線量值與監視器感測器部的配置以外，在功能上為等效者，惟其主副之功能分擔通常為固定者。因此，只要主線量監視器的功能沒有問題，通常不會發生副線量監視器檢測出保護遮斷線量值而進行遮斷之情形。萬一，在副線量監視器的線量檢測功能、或射束遮斷功能發生異常之期間發生主線量監視器之亦同時故障之多重故障，則會有招致立即產生過照射之嚴重事態之問題。

本發明係為了解決上述課題而研創者，目的在於提供一種粒子射線治療裝置，係無須為了線量監視器的動作健全性而另行進行驗證，亦無須追加之故障診斷功能。

本發明之粒子射線治療裝置係包括：加速器，係以同步加速器將粒子射線予以加速並射出；照射機 器，係將自該加速器所射出之粒子射線對照射對象進行照射；第1線量監視器及第2線量監視器，係檢測自照射機器所照射之粒子射線的線量值；以及線量監視器系統控制裝置，係按每次照射將第1任務及第2任務予以切換並分配至第1線量監視器及第2線量監視器而進行控制，該第1任務係檢測對應於投射線量值之線量值，該第2任務係檢測對應於遮斷線量值之線量值。

依據本發明，係設為由線量監視器系統控制裝置按每次照射切換2台線量監視器之作用，而控制各自對應之線量監視器電路之構成，藉此無須特別的操作，而能在治療流程中進行2台線量監視器的動作確認。再者，只要不是同時故障，則藉由2次照射必定可檢測並特定出故障部位。

1‧‧‧加速器

2‧‧‧治療室

3‧‧‧射束控制裝置

4‧‧‧照射控制裝置

5‧‧‧線量監視器系統

10‧‧‧入射器

11‧‧‧離子源

12‧‧‧前段直線加速器

13‧‧‧真空導管

14至20、22、22a、22b、22c、22d‧‧‧電磁鐵

21‧‧‧同步加速器

23‧‧‧高頻加速空洞

24‧‧‧射出裝置

25至27‧‧‧偏向電磁鐵

50、51‧‧‧線量監視器

52、53‧‧‧線量監視器電路

54‧‧‧線量監視器系統控制裝置

100‧‧‧粒子射線治療裝置

201‧‧‧患者

202‧‧‧照射機器

203‧‧‧患者台

第1圖係顯示本發明實施形態1之粒子射線治療裝置的構成之圖。

第2圖係顯示本發明實施形態1之粒子射線治療裝置的線量監視器系統控制裝置的步驟之流程圖。

第3圖係顯示由本發明實施形態1之粒子射線治療裝置的線量監視器系統控制裝置所進行之故障診斷之例之圖。

實施形態1

第1圖係顯示本發明實施形態1之粒子射線治療裝置的構成之圖。如第1圖所示，由加速器1與治療室2構成實施形態1之粒子射線治療裝置100。加速器1的射束的射出係由射束控制裝置3所控制。於治療室2係存在有屬於照射對象之患者201及照射機器202，而照射機器202係由照射控制裝置4所控制。線量監視器系統5係構成照射機器202之要件。

線量監視器系統5係構成為包含：由2式所構成之之作為第1線量監視器之線量監視器50及作為第2線量監視器之線量監視器51；屬於線量監視器50及線量監視器51的各控制電路之線量監視器電路52、53；以及一個線量監視器系統控制裝置54。

線量監視器系統5的線量監視器50與線量監視器51係分別連接於線量監視器電路52與線量監視器電路53。線量監視器電路52與線量監視器電路53係分別連接於線量監視器系統控制裝置54與射束控制裝置3，且線量監視器系統控制裝置54另與照射控制裝置4及射束控制裝置3連接。

接著，說明加速器1及治療室2之基本動作。於第1圖中，在入射器1的離子源11產生之屬於離子(例如氫離子、炭離子)的集合之粒子射線係藉由入射器10的前段直線加速器12而接受預備加速，並被加速至預定運動能量。接受預備加速之粒子射線係通過低能量射束輸送 系統的真空導管13，並且藉由電磁鐵14至20而一面受到偏向、收斂與發散、軌道修正，並一面被導向同步加速器21。

同步加速器21係以粒子射線會在同步加速器21內形成旋繞軌道之方式設定電磁鐵22(22a、22b、22c、22d)，並反覆接受由高頻加速空洞23所形成之加速電場。粒子射線係藉由高頻加速空洞23的加速電場而反覆地被加速，其運動能量係伴隨著加速而變高。由於隨著運動能量變高，粒子射線的偏向等所需之磁場強度會變化，故構成電磁鐵22(22a、22b、22c、22d)等之加速器機器係隨著時間而運轉參數會變化。

在同步加速器21中的粒子射線達到預定的運動能量，而可進行粒子射線的取出之時序，藉由射出裝置24將粒子射線送出至高能量射束輸送系統。被導向至高能量射束輸送系統之粒子射線係藉由偏向電磁鐵25至27等之作用而適當地被誘導致治療室2。

雖未圖示，惟在具有旋轉支架之高能量射束輸送系統之情形，旋轉支架被設定為預定的角度，並輸送粒子射束。構成加速器之各副系統係具備射束監視器，並運用該射束監視器適當地觀測粒子射束的狀態。

被輸送至治療室2之粒子射線，係經過未圖示之搖擺電磁鐵或掃描電磁鐵、散射體、脊狀濾波器、多葉準直儀、組織填充物等照射機器所進行之往與粒子射線的行進軸垂直之方向之掃描、散射、運動量之分散、準直、 補償等程序，而設定成固定於患者台203之患者201的患部形狀及吸收線量的峰值位置與患部深度一致，從而達到對於患者201之線量投射。

投射至患者201之粒子射線的量係由照射機器202所包含之線量監視器系統5所觀測，而粒子射線照射係進行至投射線量達到規定的線量值為止。粒子射線照射係按照治療計畫而進行，治療計畫係包含有照射條件，該照射條件係包含至少一個粒子射線的射束條件、照射機器之設定、及照射線量值。

在一項治療計畫係包含有複數個照射條件，且該照射條件所包含之射束條件存在有2種類以上時，在投射了對應於某一個射束條件之照射條件所設定之照射線量後，係切換加速器的設定以對應於下一個照射條件，並以下一個照射條件開始照射。此動作係反覆進行至投射了在治療計畫所包含之全部的照射條件中所設定之照射線量為止。

接著，針對從本實施形態1之粒子射線治療裝置100之依據治療計畫之照射準備開始至照射完成為止之一連串的動作，一面參閱第1圖一面進行說明。首先，照射控制裝置4係以對於照射機器202及線量監視器系統5設定依據治療計畫之參數之方式而控制機器。

對於線量監視器系統5，係將投射線量值傳送至線量監視器系統控制裝置54，並同時傳送保護遮斷線量值。接收該投射線量值及保護遮斷線量值之線量監視器 系統5係將投射線量值與保護遮斷線量值分別設定於2式之線量監視器電路52、53，並對照射控制裝置4通知設定完成。

從包含線量監視器系統5之全部的照射機器202接收到設定通知之照射控制裝置4係開始照射。伴隨照射開始，從加速器1將射束輸送至治療室2，並通過包含線量監視器系統5之照射機器202，而將射束照射至患者201。在射束通過線量監視器系統5時，線量監視器50、51係將通過之射束的電荷量作為監視器信號而傳達至線量監視器52、53。

接收到監視器信號之線量監視器電路52、53係藉由預先校正過之步驟處理監視器訊號，而換算成線量值，並從照射開始之時間點開始累計。在若所累計之線量值超過所設定之遮斷線量值時，則線量監視器52、53係對射束控制裝置3輸出遮斷信號而抑制射束照射，並將顯示照射至患者之射束達到所設定之線量值之遮斷狀態通知及照射線量值傳送至線量監視器系統控制裝置54。

射束控制裝置3係同時地將接收到來自線量監視器電路52、53之遮斷指示之情形通知線量監視器系統控制裝置54。

從線量監視器電路52、53接收到遮斷狀態通知及照射線量值之線量監視器系統控制裝置54係對照射控制裝置4傳送照射線量值。照射控制裝置4係確認所接收之照射線量值滿足投射線量值，而完成一連串之照 射。在若照射線量值為未達投射線量值時，則由使用者視狀況判斷要進行再照射或要進行再度治療計畫。

接著，針對在本實施形態1中顯示發明的特徵之線量監視器系統控制裝置54的動作，依據第2圖詳細進行說明。首先，線量監視器系統控制裝置54係從照射控制裝置4接收投射線量值與保護遮斷線量值(S2001)。

接著，線量監視器系統控制裝置54係以對線量監視器50及線量監視器51之任一者分配主線量監視器A或副線量監視器B之作用之方式，而控制線量監視器電路52及線量監視器電路53(S2002)。

惟，在下次照射開始係以與前次所設定之作用不同之方式設定主線量監視器A及副線量監視器B，而按每次照射可使作用輪替。於此，係設為在最初將線量監視器50分配為主線量監視器A之作用，將線量監視器51分配為副線量監視器B之作用。

接著，線量監視器系統控制裝置54係對於作為主線量監視器A之線量監視器50，係對於控制線量監視器50之線量監視器電路52設定投射線量值作為遮斷線量值，以發揮作為第1任務之檢測遮斷線量值(S2003)。

另一方面，對於作為副線量監視器B之線量監視器51，則對於控制線量監視器51之線量監視器電路53設定保護遮斷線量值作為遮斷線量值，以發揮作為第2任務之檢測遮斷線量值(S2004)。設定了遮斷線量值之線量監視器電路52、53，係清除先前為止之累計線量值，而 預備新的射束線量值之累計。

在完成對於線量監視器電路52、53之遮斷線量值之設定後，線量監視器系統控制裝置54係對照射控制裝置4通知設定完成(S2005)。接收到設定完成之照射控制裝置4係在接收到其他裝置的設定完成及使用者的照射開始之指示後，開始射束照射(S2006)。

接收到射束照射開始之指示之射束控制裝置3係以對於加速器1射出射束之方式進行控制，射束從加速器1被輸出，並通過照射機器202而被照射至患者201。藉由射束照射而從作為主線量監視器A之線量監視器50輸出監視器信號，並於線量監視器電路52累計線量值。

在全部的機器及機器間通信為正常時，首先，當於作為主線量監視器A之線量監視器50的線量監視器電路52中累計線量值達到屬於遮斷線量值之投射線量值時，從線量監視器電路52對射束控制裝置3輸出遮斷指示。

結果，來自加速器1之射束輸出係停止，此後，由於不會從作為主線量監視器A之線量監視器50的線量監視器電路52輸出監視器信號，故作為副線量監視器B之線量監視器51的線量監視器電路53不會輸出遮斷信號。

同時，從射束控制裝置3對線量監視器系統控制裝置54，通知作為主線量監視器A之線量監視器50 的線量監視器電路52輸出了遮斷信號。

在此情形，線量監視器系統控制裝置54係判斷為作為主線量監視器A之線量監視器50及線量監視器電路52係正常地動作，且從射束控制裝置3亦有正常的回應，並將通知照射係正常結束通知至照射控制裝置4，而結束流程。

然而，在此時，由於作為副線量監視器B之線量監視器51及線量監視器電路53並未參與任何遮斷動作，故未確認副線量監視器B及與副線量監視器B關聯之通信地健全性。

在全部機的機器與機器間通信為正常地結束後，在此後之照射中，如上述，按每次照射係以與前次所設定之作用不同之方式設定主線量監視器A及副線量監視器B，而將線量監視器50與線量監視器51的作用輪替，並同樣地反覆進行S2001至S2006。

於此，在下次照射中，線量監視器51被分配為主線量監視器A之作用，而線量監視器50被分配為副線量監視器B之作用。因此，在下次的照射中，在全部的機器與機器間通信為正常地結束時，會於作為主線量監視器A之線量監視器51及線量監視器電路53確認通信的健全性。

結果，藉由按每次照射輪替2台線量監視器50、51之主副的作用之構成，係無須特別的操作，而能在治療流程中進行2台線量監視器的動作確認。再者，只要 不是同時地故障，即能夠以2次的照射而必定檢測並特定出故障部位。

再者，由於交互地使用2台線量監視器50、51，故在比較射束遮斷動作時的2台的線量監視器的線量值，而測量線量值為相同或測量限制值的差落在臨限值以下之情形時，係判遮斷能力之異常，而在測量線量值的差超過臨限值之情形時，係判斷測量能力之異常，藉此亦能兼顧故障診斷功能，並能提醒使用者及早進行故障確認及修正處置。

另一方面，在若於作為主線量監視器A之線量監視器50或線量監視器電路52發生異常而無法將遮斷信號輸出至射束控制裝置3時，作為副線量監視器B之線量監視器51的線量監視器電路53係檢測累計線量值達到保護遮斷線量值，並對射束控制裝置3輸出遮斷信號。

線量監視器系統控制裝置54係從作為副線量監視器B之線量監視器51的線量監視器電路53接收遮斷動作之通知，以及從射束控制裝置3藉由線量監視器電路53接收發出有遮斷之指示之通知。

據此，線量監視器系統控制裝置54係得知雖在作為主線量監視器A之線量監視器50或線量監視器電路52發生異常，惟作為副線量監視器B之線量監視器51或線量監視器電路53則為正常動作，並對照射控制裝置通知異常。

另一方面，當在作為主線量監視器A之線 量監視器50及線量監視器電路52雖為正常動作中，惟在從線量監視器電路52至射束控制裝置3為止之通信路徑發生異常時，雖從線量監視器電路52對於線量監視器系統控制裝置54會有遮斷動作之通知，但從射束控制裝置3不會有線量監視器電路的遮斷指示之通知。然而，由於射束會正常地停止，故亦不會有作為副線量監視器B之線量監視器51的線量監視器電路53的遮斷動作通知。

如此，對於線量監視器系統控制裝置54判斷有無主線量監視器A及副線量監視器B的線量監視器52、53的遮斷動作之通知、及來自射束控制裝置3的遮斷動作指示之通知(S2007)，而針對線量監視器系統5及射束控制裝置3間之通信狀態的健全性實施故障診斷(S2008)。

第3圖係顯示與對於線量監視器系統控制裝置54之主線量監視器A及副線量監視器B之線量監視器電路52、53的遮斷動作之通知、及來自射束控制裝置3之遮斷動作指示之通知之有無的條件對應之故障診斷的資訊之一例。如第3圖所示之故障診斷之資訊，例如係預先保存於線量監視器系統控制裝置54內的記憶體部等。

線量監視器系統控制裝置54係依據如第3圖所示之故障診斷之資訊，依照主線量監視器A及副線量監視器B的線量監視器電路52、53的遮斷動作之通知、及來自射束控制裝置3之遮斷動作指示之通知之有無，而可判定在線量監視器系統5之異常之有無(S2009)。在判斷為有異常時，則對照射控制裝置4傳送診斷結果(S2010)， 而可無延遲地對使用者通知具體的故障狀態。

如上述，在本發明之實施形態1之粒子射線治療裝置中，係設為藉由線量監視器控制系統54，而按每次照射切換2台線量監視器50、51的主副之作用並控制各自對應之線量監視器電路之構成，因此無需特別之操作，而可在治療流程中進行2台線量監視器的動作確認。再者，只要不是同時地故障，則藉由2次照射必定可檢測並特定出故障部位。

再者，不僅可縮短治療以外之確認作業時間，並改善粒子射線治療裝置的使用效率，由於只要線量監視器2台沒有同時故障就必定能檢測1台的線量監視器之故障，故無需追加特別的故障診斷裝置即可防止過照射。

再者，由於交互地使用2台線量監視器50、51，故藉由比較射束遮斷動作時之2台線量監視器的線量值，而在測量線量值為相同或測量線量值的差為臨限值以下時，判斷為遮斷能力之異常，而在測量線量值的差超過臨限值時則判斷為測量能例之異常，從而亦可兼顧故障判斷功能，並提醒使用者及早進行故障的確認及修正處置。

再者，藉由線量監視器系統控制裝置54，依據預先保存之故障診斷的資訊，依照主線量監視器A及副線量監視器B的線量監視器電路52、53的遮斷動作之通知、及來自射束控制裝置3之遮斷動作指示之通知，而判斷在線量監視器系統5之異常的有無及故障狀態，故可無延遲地對使用者通知更具體的故障狀態。

另外，本發明在其發明之範圍內，係可適當地變形、省略實施形態。

1‧‧‧加速器

2‧‧‧治療室

3‧‧‧射束控制裝置

4‧‧‧照射控制裝置

5‧‧‧線量監視器系統

10‧‧‧入射器

11‧‧‧離子源

12‧‧‧前段直線加速器

13‧‧‧真空導管

14至20、22a、22b、22c、22d‧‧‧電磁鐵

21‧‧‧同步加速器

23‧‧‧高頻加速空洞

24‧‧‧射出裝置

25至27‧‧‧偏向電磁鐵

50、51‧‧‧線量監視器

52、53‧‧‧線量監視器電路

54‧‧‧線量監視器系統控制裝置

100‧‧‧粒子射線治療裝置

201‧‧‧患者

202‧‧‧照射機器

203‧‧‧患者台

Claims (4)

1. 一種粒子射線治療裝置，係包括：加速器，係以同步加速器將粒子射線予以加速並射出；照射機器，係將自前述加速器所射出之前述粒子射線對照射對象進行照射；第1線量監視器及第2線量監視器，係檢測自前述照射機器所照射之前述粒子射線的線量值；以及線量監視器系統控制裝置，係按每次照射，將主線量監視器之任務及副線量監視器之任務交互地切換並分配至第1線量監視器及第2線量監視器而進行控制，該主線量監視器之任務係檢測對應於投射線量值之線量值，該副線量監視器之任務係檢測對應於保護遮斷線量值之線量值。
2. 如申請專利範圍第1項所述之粒子射線治療裝置，其中，更具備：射束控制裝置，係在被分配到前述主線量監視器之任務之前述第1線量監視器或前述第2線量監視器檢測出照射至前述照射對象之前述粒子射線的累計線量值為前述投射線量值以上時，接收來自被分配到前述主線量監視器之任務之前述第1線量監視器或前述第2線量監視器的線量監視器電路之遮斷信號，而控制來自前述加速器之前述粒子射線的射出。
3. 如申請專利範圍第2項所述之粒子射線治療裝置，其 中，前述射束控制裝置係在無法接收來自被分配到前述主線量監視器之任務之前述第1線量監視器或前述第2線量監視器的線量監視器電路之遮斷信號時，且在被分配到前述副線量監視器之任務之前述第2線量監視器或前述第1線量監視器檢測出照射到前述照射對象之前述粒子射線的累計線量值為前述保護遮斷線量值以上時，接收來自被分配到前述副線量監視器之任務之前述第2線量監視器或前述第1線量監視器的線量監視器電路之遮斷信號，而控制來自前述加速器之前述粒子射線的射出。
4. 如申請專利範圍第3項所述之粒子射線治療裝置，其中，前述線量監視器系統控制裝置，係依照告知前述射束控制裝置從被分配到前述主線量監視器之任務之前述第1線量監視器或前述第2線量監視器的線量監視器電路接收到遮斷信號之通知，或告知從被分配到前述副線量監視器之任務之前述第2線量監視器或前述第1線量監視器的線量監視器電路接收到遮斷信號之通知，以及告知從前述第1線量監視器的線量監視器電路或前述第2線量監視器的監視器電路對前述射束控制裝置傳送了遮斷信號之通知，而依據預先記憶之故障診斷之資訊而診斷故障。