TWI610699B

TWI610699B - 粒子射線治療裝置用之射束監視器及粒子射線治療裝置

Info

Publication number: TWI610699B
Application number: TW105140415A
Authority: TW
Inventors: 岩田高明
Original assignee: 三菱電機股份有限公司
Priority date: 2016-05-19
Filing date: 2016-12-07
Publication date: 2018-01-11
Also published as: WO2017199385A1; TW201740999A; JPWO2017199385A1

Abstract

本發明之目的在於獲得一種粒子射線治療裝置用之射束監視器，係在試驗照射時能夠確認射束位置，且在實際照射中亦能夠監視帶電粒子射束是否偏離射束設計軌道。

本發明之粒子射線治療裝置用之射束監視器(34)係包括：螢光板(17)，係配置於帶電粒子射束的射束設計軌道(導管中心線(25))上，並且具有設成為帶電粒子射束能夠通過之開口部(18)；蓋部(19)，係將開口部(18)予以開閉，並且塗覆有螢光塗料；蓋部移動機構(43)，係以開口部(18)開閉之方式移動蓋部(19)；以及攝影機(21)，係配置成觀察螢光板(17)的表面；其中，在試驗照射時，藉由蓋部(19)覆蓋開口部(18)。

Description

粒子射線治療裝置用之射束監視器及粒子射線治療裝置

本發明係關於將質子射線或碳離子射線等帶電粒子射束照射於癌等患部而進行治療之粒子射線治療裝置，尤其是關於即便是在為了治療而進行之照射(以下稱「實際照射」)中，亦能夠監視帶電粒子射束是否偏離射束設計軌道者。

專利文獻1揭示一種粒子射線治療系統，係包括將帶電粒子射束加速之加速器系統，以及將從該加速器系統射出之高能量射束輸送至照射位置之射束輸送系統，其中，射束輸送系統具備至少一個操縱電磁鐵及與該操縱電磁鐵對應之至少一個射束位置監視器。專利文獻1之粒子射線治療系統(粒子射線治療裝置)係依據射束位置監視器的檢測結果而以修正射束位置之方式驅動操縱電磁鐵。

[先前技術文獻] [專利文獻]

專利文獻1：國際公開WO2013/069379A1(第0008段、第0011至0014段、第0034至0039段、第1圖、第10圖)

於專利文獻1所揭示之粒子射線治療系統中，在屬於與實際照射不同之準備階段中之照射之試驗照射時，在將裝拆自如之射束位置監視器設置於照射位置之狀態下進行射束照射。專利文獻1之粒子射線治療系統係以射束位置的變動為具有重現性之週期性者為前提，而於試驗照射時以消除射束位置的週期性變動之方式，配合位置變動之週期供應操縱電磁鐵的激磁電流值，並取得該週期性的激磁電流值，且保存該週期性的激磁電流值。專利文獻1之粒子射線治療系統係在實際照射時，在將射束位置監視器拆下之狀態下將所保存之週期性的激磁電流供應至操縱電磁鐵。亦即，專利文獻1之粒子射線治療裝置係在實際照射時，進行前饋控制。

如此，專利文獻1之粒子射線治療系統係由於建立在「射束位置的變動僅為具有重現性之週期性者」之前提下，故無法應對由於某些原因而產生之突發性的射束位置變動，及因隨時間變化而造成之和緩的非週期性的射束位置變動。再者，專利文獻1之粒子射束治療系統係在實際照射時為將射束位置監視器拆下之狀態，故有在實際照射時無法監視射束位置是否偏離設計軌道之問題點。

本發明係為了解決上述課題所研創者，其目的在於獲得一種粒子射線治療裝置用之射束監視器，係在試驗照射時能夠確認射束位置，且在實際照射中亦能夠監視帶電粒子射束是否偏離射束設計軌道。

本發明之粒子射線治療裝置用之射束監視器係包括：螢光板，係配置於帶電粒子射束的射束設計軌道上，並且具有設成為帶電粒子射束能夠通過之開口部；蓋部，係將開口部予以開閉，並且塗覆有螢光塗料；蓋部移動機構，係以開口部開閉之方式移動蓋部；以及攝影機，係配置成觀察螢光板的表面；其中，在試驗照射時，藉由蓋部覆蓋開口部。

本發明之粒子射線治療裝置用之射束監視器由於具備設成能將螢光板的開口部予以開閉之蓋部，故在試驗照射時能夠確認射束位置，並且在實際照射中亦能監視帶電粒子射束是否偏離射束設計軌道。

1‧‧‧入射系統

2‧‧‧加速器系統

3‧‧‧射束輸送系統

4‧‧‧照射噴嘴

5‧‧‧照射控制裝置

11‧‧‧入射器

12a、12b‧‧‧四極電磁鐵

14‧‧‧導管中心

15‧‧‧真空導管

16‧‧‧窗

17‧‧‧螢光板

18‧‧‧開口部

19、19a‧‧‧蓋部

20‧‧‧馬達

21‧‧‧攝影機

23、24‧‧‧射束

25‧‧‧導管中心線(射束設計軌道)

26‧‧‧攝影機軸

27‧‧‧資訊處理器

28‧‧‧旋轉方向

29‧‧‧射束軌道

29a‧‧‧y方向之射束軌道

29b‧‧‧x方向之射束軌道

30‧‧‧出射用偏向電磁鐵

31‧‧‧偏向電磁鐵

32a至32g‧‧‧四極電磁鐵

33、33a、33b‧‧‧操縱電磁鐵

34、34a、34b‧‧‧射束監視器

41、42‧‧‧操縱電磁鐵電源

43‧‧‧蓋部移動機構

44‧‧‧支撐棒

45‧‧‧齒條

46‧‧‧小齒輪

47‧‧‧進給螺絲

48‧‧‧進給螺帽

49‧‧‧馬達軸

50、50a、50b‧‧‧驅動機構

51‧‧‧環

52‧‧‧支撐材

53‧‧‧旋轉驅動機(馬達)

61‧‧‧偏向力

62‧‧‧射束中心位置特性

63a、63b‧‧‧偏向方向

64‧‧‧偏向方向軸

65‧‧‧磁場方向軸

66‧‧‧基準軸

98‧‧‧處理器

99‧‧‧記憶體

100‧‧‧粒子射線治療裝置

T‧‧‧照射位置

sige‧‧‧異常檢測訊號

第1圖係本發明實施形態1之粒子射線治療裝置的概略構成圖。

第2圖係顯示本發明之射束監視器的位置確認功能時之基本構成例之圖。

第3圖係顯示本發明之射束監視器的位置監視功能時之基本構成例之圖。

第4圖係本發明實施形態1之射束監視器的位置確認功能時之概略構成圖。

第5圖係本發明實施形態1之射束監視器的位置監視功能時之概略構成圖。

第6圖係第4圖之螢光板及蓋部的立體圖。

第7圖係第4圖之螢光板及蓋部的正面圖。

第8圖係顯示將射束監視器的蓋部旋轉之移動機構之圖。

第9圖係說明射束的振動之圖。

第10圖係說明由第1圖之2個操縱電磁鐵所進行之射束軌道調整之圖。

第11圖係顯示第10圖的s方向位置S1之射束的x方向位置及y方向位置之圖。

第12圖係說明由4個位置之操縱電磁鐵所進行之射束軌道調整之圖。

第13圖係顯示實現資訊處理器之功能之硬體構成之圖。

第14圖係說明射出至第1圖之射束輸送系統之帶電粒子射束的射束電流的時間性變化之圖。

第15圖係說明由第1圖之操縱電磁鐵電源所進行之射束修正步驟之流程圖。

第16圖係說明第1圖之第1操縱電磁鐵電源之踢出角算出之方法之基本概念圖。

第17圖係說明第1圖之第2操縱電磁鐵電源之踢出角算出之方法之基本概念圖。

第18圖係顯示將射束監視器的蓋部滑動之移動機構之圖。

第19圖係顯示將射束監視器的蓋部滑動之另外的移動機構之圖。

第20圖係本發明實施形態1之其他粒子射線治療裝置之概略構成圖。

第21圖係第20圖之操縱電磁鐵電源進行之射束修正步驟之流程圖。

第22圖係本發明實施形態2之粒子射線治療裝置的概略構成之圖。

第23圖係顯示第22圖之驅動機構及操縱電磁鐵之圖。

第24圖係說明第23圖之操縱電磁鐵的旋轉之圖。

第25圖係說明第23圖之操縱電磁鐵的旋轉之圖。

第26圖係本發明實施形態2之其他粒子射線治療裝置的概略構成圖。

實施形態1.

第1圖係本發明實施形態1之粒子射線治療裝置的概略構成圖。第2圖係顯示本發明之射束監視器的位置確認功能時之基本構成例之圖，第3圖係顯示本發明之射束監視器的位置監視功能時之基本構成例之圖。第4圖係本發明實施形態1之射束監視器的位置確認功能時之概略構成圖，第5圖係本發明實施形態1之射束監視器的位置監視功能時之概略構成圖。第6圖係第4圖之螢光板及蓋部之立體圖，第7圖係第4圖之螢光板及蓋部之正面圖。第8圖係顯示將射束監視器的蓋部旋轉之移動機構之圖。第9圖係說明射束的振動之圖。第10圖係說明由第1圖之2個操縱電磁鐵進行之射束軌道調整之圖，第11圖係顯示第10圖之s方向位置之S1之射束的x方向位置及y方向位置之圖。第12圖係說明由4個位置之操縱電磁鐵所進行之射束軌道調整之圖。第13圖係顯示實現資訊處理器之功能之硬體構成之圖。第14圖係說明射出至第1圖之射束輸送系統之帶電粒子射束的射束電流的時間性變化之圖，第15圖係說明由第1圖之操縱電磁鐵電源所進行之射束修正步驟之流程圖。第16圖係說明第1圖之第1操縱電磁鐵電源之踢出角算出之方法之基本概念圖，第17圖係說明第1圖之第2操縱電磁鐵電源之踢出角算出之方法之基本概念圖。

本實施形態之粒子射線治療裝置100係包括：包含離子源(未圖示)、入射器11、四極電磁鐵12a、12b等之入射系統1；加速器系統2，係使從入射器11射出之帶電粒子射束繞轉並且使其加速至所需的能量之同步加速器；射束輸送系統3，係將被該加速器系統2加速至所需的能量之帶電粒子射束輸送至患者附近之照射位置T；以及照射控制裝置5，係控制入射系統1、加速器系統2及射束輸送系統3。另外，將被加速至所需的能量之帶電粒子射束適當稱為「高能量射束」。

於第1圖中，在入射器11所產生之帶電粒子射束係被入射於同步加速器等加速器系統2，並於此加速至所需的能量。由加速器系統2所加速之帶電粒子射束從出射用偏向電磁鐵30出射至射束輸送系統3，並經由後述之各種電磁鐵調整射束軌道而抵達照射位置T，從而照射至照射對象。射束輸送系統3係具備調整帶電粒子射束的射束尺寸之複數個四極電磁鐵32a、32b、32c、32d、32e、32f、32g，射束軌道修正用之操縱電磁鐵33a、33b，將射束方向偏向之偏向電磁鐵31，進行帶電粒子射束的射束位置確認及射束位置監視之射束監視器34a、34b，分別控制操縱電磁鐵33a、33b的激磁電流之操縱電磁鐵電源41、42，以及對照射對象照射帶電粒子射束之照射噴嘴4。由於射束監視器34a、34b係有2個，故將位於上游側之射束監視器34a及位於下游測之射束監視器34b分別適當地稱為第1射束監視器(第一射束監視器)34a及第2射束監視器(第二射束監視器)34b。由於操縱電磁鐵33a、33b亦為2個，故將位於上游側之操縱電磁鐵33a及位於下游測之操縱電磁鐵33b分別適當地稱為第1操縱電磁鐵(第一操縱電磁鐵)33a及第2操縱電磁鐵(第二操縱電磁鐵)33b。將分別控制操縱電磁鐵33a、33b的激磁電流之操縱電磁鐵電源41、42分別適當地稱為第1操縱電磁鐵電源(第一操縱電磁鐵電源)41、第2操縱電磁鐵電源(第二操縱電磁鐵電源)42。

射束輸送系統3之四極電磁鐵的符號係總括地使用32，並在要區別說明時使用32a至32g。操縱電磁鐵的符號係總括地使用33，並在要區別說明時使用33a、33b。射束監視器的符號係總括地使用34，並在要區別說明時使用34a、34b。四極電磁鐵32係包含具有四極磁場成分之電磁鐵，而調整帶電粒子射束的射束尺寸。操縱電磁鐵33a、33b係被各自的操縱電磁鐵電源41、42控制激磁電流，而調整高能量射束的射束軌道。操縱電磁鐵33a、33b係藉由流動預定的激磁電流，而以高能量射束於射束輸送系統3通過預定的射束設計軌道到達照射對象之方式來修正射束軌道。

實施形態1之射束監視器34係構成為可因應在為了觀測及調整帶電粒子射束的射束軌道之試驗照射時，及在實際對患者的患部進行照射之實際照射時變更功能。實施形態1之射束監視器34係為了達成目的，必須具備在試驗照射時可確認射束位置之位置確認功能，以及在實際照射中亦可監視帶電粒子射束是否偏離射束設計軌道之位置監視功能。在為了觀測及調整帶電粒子射束的射束軌道之試驗照射時，只需具備與專利文獻1所示之射束位置監視器同樣的功能(位置確認功能)即可。再者，在實際對患者的患部進行照射之實際照射時，必須具備使行進於正常的射束軌道之帶電粒子射束通過，並檢測行進於異常的射束軌道之帶電粒子射束之功能，亦即具備監視帶電粒子射束是否從設計軌道偏離之位置監視功能。

以往的粒子射線治療裝置之僅位置確認功能之射束位置監視器係已知例如專利文獻1所示，藉由螢光板及對其進行攝影之攝影機之構成而實現(專利文獻1之第0013、0039段及第13圖)。再者，就以往的粒子加速器的射束監視手段而言，已知有包圍射束設計軌道而配置環狀的螢光板，並藉由電視攝影機觀測該螢光板的表面者(例如，日本特開平5-90000號公報)。如上述，在試驗照射時所用之射束位置監視器與實際照射時所用之射束監視監視器具有皆可由螢光板及攝影該螢光板之攝影機構成之共通性。

因此，本實施形態1之粒子射線治療裝置100所用之射束監視器34係例如構成為具備配置於帶電粒子射束的設計軌道上之螢光板17，及配置成觀察該螢光板17的表面之攝影機21。再者，射束監視器34係在實際照射時，於該螢光板17設有當射束正確的行進於設計軌道上時(正確的照射時)會通過之開口部18，並具備覆蓋該開口部18之能夠開閉且塗覆有螢光劑(螢光塗料)之蓋部19。亦即，實施形態1之射束監視器34係兼具有第3圖所示之位置確認功能時之基本構成及第2圖所示之位置監視功能時之基本構成。

如第2圖所示，於具有實際照射時之位置監視功能之射束監視器34中，正確的行進於設計軌道上之射束23係通過射於螢光板17之開口部18，並藉由攝影機21檢測未正確的行進於設計軌道上之射束24撞擊螢光板17而產生之光(發光)。亦即，當射束偏離設計軌道上時(射束被照射至螢光板17之比開口部18更靠外側時)，螢光板17係發光，並由攝影機21捕捉該發光。如第3圖所示，於具有試驗照射時之位置監視功能之射束監視器34中，由攝影機檢測正確的行進於設計軌道上之射束23撞擊蓋部19而產生之光，並由攝影機21檢測未正確的行進於設計軌道上之射束24撞擊螢光板17而產生之光。亦即，螢光板17及蓋部19係發光，並由攝影機21捕捉該發光。

實施形態1之射束監視器34係因應於在為了觀測及調整帶電粒子射束的射束軌道之試驗照射時，及在實際對患者的患部進行照射之實際照射時而變更功能。射束監視器34係在試驗照射時設為實現確認帶電粒子射束的射束位置之位置確認功能之狀態，而在實際照射時設為實現監視帶電粒子射束是否從設計軌道偏離之位置監視功能之狀態。如第4圖及第5圖所示，射束監視器34係例如具備具有開口部18之螢光板17，塗覆有螢光塗料之蓋部19，移動蓋部19之蓋部移動機構43，攝影螢光板17及/或蓋部19的表面之攝影機21，以及依據攝影機21所攝影之圖像檢測射束軌道之異常，並傳送在粒子射線治療裝置100的照射控制裝置5所產生之異常檢測訊號sige之資訊處理器27。資訊處理器27係在實際照射時在螢光板17之比開口部18更靠外側檢測出被照射帶電粒子射束時，產生異常檢測訊號sige。射束設計軌道係例如為通過導管中心線25之軌道。於此，開口部18係設成在射束依照設計而行進時射束會通過，或在射束從設計軌道偏離時會遮蔽射束。開口部18係具有例如在實際測量出之帶電粒子射束的通過範圍加上裕度之範圍之開口，或在藉由模擬所計算出之帶電粒子射束的通過範圍加上裕度之範圍之開口。蓋部19係以可旋轉之方式配置於螢光板17之帶電粒子射束所行進之上游側表面。

於試驗照射時，如第5圖所示，由於藉由蓋部19將螢光板17的開口部18覆蓋，故射束監視器34係藉由攝影機21經由設於真空導管15之窗16，來攝影照射在配置於真空導管15的內部之螢光板17及蓋部19的表面之帶電粒子射束的位置。於實際照射時，如第4圖所示，由於蓋部19移動而使螢光板17的開口部18配置於射束軌道上，故射束監視器34係藉由攝影機21經由窗16，來攝影照射在比開口部18更靠外周側之螢光板17的表面之帶電粒子射束的位置。在第6圖中係顯示蓋部19覆蓋開口部18時之旋轉方向28。於第4圖、第5圖係顯示蓋部19藉由蓋部移動機構43的馬達20而變更成與螢光板17的表面平行之狀態及與螢光板17的表面不平行之狀態(傾斜之狀態)之例。再者，於第4圖、第5圖係顯示螢光板17被配置成相對於真空導管15的導管中心線25以角度θ傾斜之例。攝影機21係以攝影機軸26與螢光板17成垂直之方式配置。另外，在第4圖、第5圖中雖以虛線顯示馬達20，惟由於配置於真空導管15之圖之紙面背側之馬達20與螢光板17及蓋部19係重疊，故為了容易判別，係以實線顯示螢光板17及蓋部19。

第7圖係顯示從第4圖之A方向觀看到之螢光板17及蓋部19的正面圖。於第1圖、第4圖及第5圖係顯示三維方向(s方向、x方向、y方向)。s方向係帶電粒子射束的行進方向，x方向係與s方向垂直之方向，y方向係與s方向及x方向垂直之方向。另外，於其他圖中各方向亦以相同方式顯示。螢光板17係被配置成相對於真空導管15的導管中心線25以角度θ傾斜，因此從正面觀看時的螢光板17之長邊方向b1係相對於導管中心線25以角度θ傾斜，從正面觀看時的螢光板17之端邊方向b2係與x方向平行。另外，於第4圖、第5圖中螢光板17的長邊方向b1係相對於y方向以90°-θ傾斜。

將射束監視器34的蓋部19移動之蓋部移動機構43係例如具備連接於蓋部19之支撐棒44，以及馬達軸49連接於支撐棒44之馬達20。第8圖係將真空導管15及窗16剖開之剖面圖，為螢光板17及開口部18與第7圖同樣地朝向正面之圖。於第8圖中，亦顯示蓋部19覆蓋開口部18時的蓋部19a。

詳細說明粒子射線治療裝置100。粒子射線治療裝置100係在試驗照射時及實際照射時，於射束輸送系統3的預定位置具備2個可變更功能之射束監視器34a、34b。第1圖之操縱電磁鐵電源41、42係分別為操縱電磁鐵33a、33b用之電源，且包含控制裝置，該控制裝置係因應試驗照射時之射束監視器34a、34b之射束位置的檢測值而算出操縱電磁鐵33a、33b的修正用激磁電流之值，並將該值予以保存。

利用第9圖說明在一般情況下，於包含四極電磁鐵之光學系統中，在某1點對射束賦予會從中心軌道偏離之磁場(偏向磁場)時的射束的軌道變化。於第9圖顯示射束中心位置特性62。第9圖之橫軸為s方向的位置，縱軸為x方向之位置。於在Sa點使偏向磁場產生而藉由偏向力61將射束偏向時，射束軌道係在下游之Sb點成為最大變位，之後，變位變小，而在更下游之Sc點變位暫時變成零。然後射束的變位會再度朝反方向變大，並且在更下游之Sd點變位的符號會與Sb點相反且成為最大，然後再度返回零。由於射束的變位量會如上述振動，故可顯示以360度為1周期之相位。

如上述，可知在包含四極電磁鐵之射束光學系統中，在因某些原因而導致射束軌道偏離時，存在有該偏離會呈現較大之部位及不大會呈現之部位。

在專利文獻1所示之粒子射線治療裝置，係欲將射束軌道上之射束位置的周期性變動予以修正者。該為了觀測該射束位置的周期性的變動，係將射束位置監視器配置在射束位置的偏離(變動)呈現較大之部位，亦即感度較佳之部位為合理者。本實施形態1之粒子射線治療裝置100係將射束監視器34a、34b配置於射束位置的偏離(變動)呈現較大之部位。射束位置的偏離(變動)呈現較大之部位係前述之預定位置。

於試驗照射時，射束監視器34a、34b係被設為實現位置監視功能之狀態(參照第5圖)。在該狀態下，實施形態1之粒子射線治療裝置100係如後述，以消除射束位置的周期性變動之方式，配合位置變動的周期來供應操縱電磁鐵33a、33b的激磁電流，並取得該週期性的激磁電流值，將該週期性的激磁電流值保存於操縱電磁鐵電源41、42。然後，實施形態1之粒子射線治療裝置100係在實際照射時射束監視器34a、34b變更成實現位置監視功能(參照第4圖)，並將保存於操縱電磁鐵電源41、42之週期性的激磁電流供應至操縱電磁鐵33a、33b。

然而，即便是在藉由操縱電磁鐵33a、33b將射束位置的周期性的變動予以修正後，亦常有因某些原因而再度導致射束位置偏離時，在週期性的變動之偏離(變動)呈現較大之部位產生後發性的射束位置偏離，亦即帶電粒子射束的射束軸偏離之情形。因此，在實際照射時，亦在配置射束監視器34a、34b之相同部位監視後發性的射束位置偏離，係有能夠有效地檢測出後發性的位置偏離之優點。

接著說明粒子射線治療裝置100的動作。粒子射線治療裝置100之照射係如前述有「試驗照射」及「實際照射」，該試驗照射係用於在無患者時進行調整及校準(校正)以使射束能照射在正確的位置等，該實際照射係用以在經過校正後實際對患者進行照射。一般而言，校準係在每個決定過的期間進行。

校準係從上游側依序進行至下游側。粒子射線治療裝置100之校準係以與其他的光學系統機器同樣地考量即可理解。考慮使實際的射束軸與所期望的射束軌道一致。為了簡化，係假設從射束輸送系統3的上游側依序存在有S1點、S2點、S3點。如第10圖所示，於S1點若射束位置從設計軌道(導管中心線25)偏離，則在S1點改變射束的行進方向以調整成於下個S2點會通過設計軌道。然而，在該情況下即便在S2點會通過設計軌道，亦不保證在其下游亦會行進於設計軌道上。為了在使射束在下游側亦行進於設計軌道，不僅是調整位置，亦必須調整角度。因此，在S2點進行第2次改變射束的行進方向之作業，以在下個S3點亦會通過設計軌道。藉由兩次改變射束的行進方向，才能夠使射束與設計軌道一致。另外，雖以射束設計軌道設為導管中心線25為例進行說明，惟亦可將射束設計軌道設定成導管中心線25以外的任意位置。

在理想情況下，於該S2點設置射束監視器34來確認射束位置，同時亦配置操縱電磁鐵33以期望使射束的行進方向通過S3點之設計軌道。然而，實際上由於難以將射束監視器34與操縱電磁鐵33設置於同位置，故將下游側的操縱電磁鐵33b配置於上游側的射束監視器34a的附近，亦即配置於盡可能接近之位置。

如此，由於校準係從上游側依序進行至下游側，故在試驗照射時S2點所需者為確認帶電粒子射束的射束位置之「射束位置監視器」，亦即為實現位置確認功能之狀態的射束監視器34。

假設藉由如專利文獻1之螢光板以及攝影該螢光板之攝影機之構成來實現「射束位置監視器」的構成時，由於射束會被射束位置監視器遮蔽，故射束不會正常地到達比S2點更下游側。亦即，既無法觀看S3點之位置，遑論可進行治療。於操縱電磁鐵的校準如此便可，且在此情況之操縱電磁鐵的校準步驟係如下述。以下述步驟進行：(1)首先對準在S2點之射束位置，(2)使在S2點之「射束位置監視器」退出，(3)藉由配置在比S3點更上游之操縱電磁鐵33進行修正以調整在S3點之射束位置。

另一方面，在治療患者之實際照射時，若有「射束位置監視器」等遮蔽射束之物體存在就會產生困擾。因此，在如專利文獻1之粒子射線治療裝置中，在校準完成後之實際照射中，係使「射束位置監視器」退出射束軸。

本發明之實施形態1之射束監視器34中，如前述使射束監視器34的蓋部19從第5圖之狀態成為第4圖之狀態，亦即使射束監視器34從位置確認功能之狀態成為位置監視功能之狀態，藉此使開口部18出現於導管中心線25上，而成為不會遮蔽射束之構成。因此，實施形態1之粒子射線治療裝置100之操縱電磁鐵33的校準步驟係如下述。以下述步驟進行：(1)首先對準在S2點之射束位置，(2)使在S2點之射束監視器34之蓋部19退出，(3)藉由配置在比S3點更上游側之操縱電磁鐵33進行修正，以調整在S3點之射束位置。在實施形態1中，上游側之操縱電磁鐵33a係配置於第10圖之S1點，下游側之操縱電磁鐵33b係配置於第10圖之S2點的附近下游側。

一般而言，射束軌道29之調整係獨立地調整x方向及y方向，因此，在S1點、S2點的附近下游側係分別使用x方向用及y方向用之操縱電磁鐵33。在第11圖中，顯示從射束的行進方向觀看，亦即從s方向觀看時的s方向位置S1之x方向位置及y方向位置(射束位置P1)。導管中心14係導管中心線25上的點。藉由S1點之x方向用之操縱電磁鐵33調整偏向方向63a的方向，並藉由S1點(實際上係偏離)之y方向用之操縱電磁鐵33調整偏向方向63b的方向。另外，射束軌道29之調整並不限定於在大致相同位置藉由操縱電磁鐵33使x方向及y方向偏向之例。例如，亦可如第12圖所示，在S5點、S6點使用y方向用之操縱電磁鐵33調整y方向之射束軌道29a，在S7點、S8點使用x方向用之操縱電磁鐵33調整x方向之射束軌道29b。

實施形態1之射束監視器34係在實際照射時，蓋部19移動而使開口部18出現在導管中心線25上，故在射束因某些原因從設計軌道偏離時，射束會照射到開口部18的周邊，螢光板17會發光，攝影機21係捕捉該發光。由攝影機21所攝影之圖像係傳送至資訊處理器27，並於資訊處理器27對由攝影機21所攝影之圖像執行圖像分析之程式，藉此判定射束是否從設計軌道偏離。如第13圖所示，資訊處理器27係具備處理器98及記憶體99，藉由處理器98對記憶於記憶體99之圖像執行圖像分析之程式，而判定射束是否從設計軌道偏離。

資訊處理器27係在射束從設計軌道偏離時，將使粒子射線治療裝置100的照射控制裝置5(控制盤等)播放顯示警報顯示、警告音之異常檢測訊號sige傳送至照射控制裝置5(控制盤等)。粒子射線治療裝置100係在接收到異常檢測訊號sige時，照射控制裝置5係播放警告顯示、警告音，藉此可更安全地進行粒子射線治療裝置。亦即，藉由警告顯示、警告音，可迅速地進行緊急應對。再者，只要藉由異常檢測訊號sige使照射控制裝置5自動地遮蔽射束，即可使粒子射線治療裝置100更安全地進行粒子射線治療。亦即，粒子射線治療裝置100係藉由異常檢測訊號sige使聯鎖功能運作，而可防止射束軌道為異常的狀態之帶電粒子射束照射至照射對象，並可使射束軌道為正常的狀態之帶電粒子射束正確地照射至照射對象。

到目前為止，係說明了在實際照射中亦監視帶電粒子射束是否偏離射束設計軌道之射束監視器之構成及方法。接著，說明消除射束位置的周期性的變動之操縱電磁鐵33的調整方法。該消除射束位置的周期性的變動之操縱電磁鐵33的調整方法係與專利文獻1所示之方法相同，於此係概略地說明。

如第14圖所示，在所謂射束溢出(beam spil)之t1至t2之期間，高能量射束(帶電粒子射束)係從加速器系統2被射出至射束輸送系統3，之後反覆進行停止預定時間而進行下次射出(t3至t4之間，後續省略)。第14圖之縱軸為射束電流(射束量)，橫軸為時間。如此之間歇性的高能量射束係被射束輸送系統3輸送，並藉由最下游之照射噴嘴4而照射至照射對象。再者，在從加速器系統2取出帶電粒子射束時，若加速器系統2的電磁鐵的磁場及高頻電力存在有週期性的變動時，射束電流會於通常狀態M之電流重疊因該變動導致之週期性的變動量L之電流。

如前述，在實施形態1中，上游側的操縱電磁鐵33a係配置於第10圖之S1點，下游側的操縱電磁鐵33b係配置於第10圖之S2點的附近下游側。如第10圖所示，實施形態1之射束輸送系統3係於S1點使用上游側的操縱電磁鐵33a，以於下游側的操縱電磁鐵33b使射束中心會通過導管中心線25(射束中心軸上之線)之方式彎曲射束中心。接著，實施形態1之射束輸送系統3係於S2點的附近下游側藉由下游側的操縱電磁鐵33b以使射束中心的傾斜與導管中心線25(射束軸上的線)平行之方式彎曲射束中心，之後，使射束中心沿著導管中心線25(射束軸上的線)行進。

實施形態1之射束輸送系統3係為了調整上游側的操縱電磁鐵33a，而在下游側的操縱電磁鐵33b的前方設置上游側的射束監視器34a，而藉此調整上游側的操縱電磁鐵33a。再者，實施形態1之射束輸送系統3係在下游側的操縱電磁鐵33b的後方設置下游側的射束監視器34b，藉此調整下游側的操縱電磁鐵33b。

接著，使用第15圖至第17圖，說明由操縱電磁鐵33a、33b進行之具體的射束修正方法之概要。另外，在第15圖中，射束的偏向方向雖以x方向為代表例而記載，亦即記載將射束往x方向偏向之例，惟往y方向偏向亦與往x方向偏向為相同者。在步驟ST01中，藉由位於上游側之射束監視器34a(第1監視器)檢測於各時序t之射束位置Pa(t)，並輸入至控制位於上游側之操縱電磁鐵33a之操縱電磁鐵電源41。射束位置Pa(t)係包含射束位置變動量Px1、Py1。射束位置變動量Px1係x方向之射束位置變動量，射束位置變動量Py1係y方向之射束位置變動量。時序t係指在射束溢出期間t1至t2間的複數個時間點，並意味著檢測各個時間點之射束位置的動態變動。

第16圖係顯示將射束的行進方向(s)方向設為與紙面垂直之方向，並藉由上游側的射束監視器34a(第1監視器)觀察相對於s軸(s方向之軸)分別互相垂直之x軸(x方向之軸)、y軸(y方向之軸)上的在時序t(t1至t2)之射束位置Pa時之射束位置Pa1至Pa6的變動之一例。由於週期性的變動要因而使射束位置Pa1至Pa2成為偏離射束軸(s軸)之動作。於第16圖中係顯示射束位置Pa1之x軸成分的射束位置變動量Px1，y軸成分的射束軸位置變動量Py1。再者，在各射束位置Pa2至Pa6雖僅顯示出x軸成分的射束位置變動量Px1，惟其當然亦存在有y軸成分。

於步驟ST02中，於操縱電磁鐵電源41係輸入上游側射束監視器34a之射束位置變動量Px1，於此，係於各時序算出成為Px=0之操縱電磁鐵33a的踢出角。針對該算出，係在操縱電磁鐵電源41的控制裝置內預先以時間表格的形式準備對射束位置變動量Px1與踢出角賦予關聯之經驗值，並因應於各時序之射束位置變動量Px1，導出Px1=0之操縱電磁鐵33a的踢出角。

接著在步驟ST03，製作因應於所算出之踢出角之電流模式(pattern)I1(t)，並予以保存。此亦在操縱電磁鐵電源41的控制裝置內先以時間表格之形式準備相對於各踢出角之電流模式，並例如藉由對所算出之因應於踢出角之電流模式施加線性內插，而設成線性的電流模式I1(t)。輸出該電流模式I1(t)作為操縱電磁鐵33a的激磁電流，而矯正射束位置。

於步驟ST04中，使用該電流模式I1(t)作為操縱電磁鐵33a之激磁電流，使帶電粒子射束的射束中心彎曲成會通過導管中心線25(射束軸上的線)而進行運轉，並且藉由位於下游側之射束監視器34b(第2監視器)檢測時序t(t1至t2)之射束位置Pb(t)，並輸入至位於下游側之控制操縱電磁鐵33b之操縱電磁鐵電源42。射束位置Pb(t)係如第17圖所示包含射束位置變動量Px2、Py2。射束位置變動量Px2係x方向之射束位置變動量，射束位置變動量Py2係y方向的射束位置變動量。

於步驟ST05中，於操縱電磁鐵電源42中係輸入下游側的射束監視器34b的射束位置變動量Px2，並於各時序算出成為Px=2之操縱電磁鐵33b的踢出角。第 17圖係顯示以射束監視器34b觀察y軸上的時序t(t1至t2)之射束位置Pb時的射束位置Pb1至Pb7的一例。由於週期性的變動要因，射束位置Pb1至Pb7亦成為偏離射束軸(s軸)之動作。步驟ST05之算出方法係與前述之步驟ST02之情形相同。

再者於步驟ST06中，製作因應於所算出之踢出角之電流模式I2(t)，並予以保存。此亦在操縱電磁鐵電源42的控制裝置內先以時間表格之形式準備相對於各踢出角之電流模式，並例如藉由對所算出之因應於踢出角之電流模式施加線性內插，而設成線性的電流模式I2(t)。於步驟ST07輸出該電流模式I2(t)作為操縱電磁鐵33b的激磁電流，而以在最後射束位置會到達射束軸上之方式矯正射束位置。再者，於步驟ST07中，藉由射束位置監視器34b(第2監視器)監測時序t(t1至t2)之射束位置Pb(t)，並確認射束位置Pb(t)到達導管中心線25(射束軸上之線)，然後結束。

第15圖所示之射束修正步驟係準備操作。實施形態1之粒子射線治療裝置100係在實際照射時，將所保存之各電流模式I1(t)、I2(t)，與週期性的運轉之加速器系統2的同步加速器同步而流向上游側操縱電磁鐵33a及下游側操縱電磁鐵33b，藉此以射束的位置及射束的角度不變動之狀態照射於照射對象(患者)而進行治療。

另外，射束監視器34的蓋部19的移動機構亦可如第18圖或第19圖所示，藉由蓋部移動機構43使蓋部19滑動而使開口部18出現在導管中心線25上或從導管中心線上隱藏。第18圖係顯示將射束監視器的蓋部滑動(平移移動)之移動機構之圖，第19圖係顯示將射束監視器的蓋部滑動(平移移動)之其他移動機構之圖。蓋部19係配置成可在螢光板17之帶電粒子射束行進之上游側表面平移移動。第18圖所示之蓋部移動機構43係具備連接於蓋部之支撐棒44，連接於支撐棒44之小齒輪46，與小齒輪46卡合而使其移動之齒條45，將齒條45旋轉之馬達20。第18圖係將真空導管15及窗16剖開之剖面圖，且為螢光板17及開口部18與第7圖同樣地朝向正面之圖。於第18圖中，亦顯示蓋部19覆蓋開口部18之情形的蓋部19。

第19圖所示之蓋部移動機構43係具備連接於蓋部19之支撐棒44，連接於支撐棒44之進給螺絲47，與進給螺絲47卡合且支撐進給螺絲47之進給螺帽48，及轉動進給螺絲47之馬達20。另外，進給螺帽48係藉由未圖示之固定具而被固定於設置有加速器系統2之地板，或真空導管15。第19圖係將真空導管15及窗16剖開之剖面圖，且為螢光板17及開口部18與第7圖同樣的朝向正面之圖。於第19圖中，亦顯示蓋部19覆蓋開口部18時的蓋部19a。

到目前為止雖說明了分別具有2個操縱電磁鐵33及射束監視器34之粒子射線治療裝置100，惟操縱電磁鐵33及射束監視器34可分別為1個。此時係為依據射束輸送系統3的架設狀態及偏向電磁鐵、四極電磁鐵的數量，而可藉由1個操縱電磁鐵33調整射束軌道之特別之例。第20圖係顯示本發明實施形態1其他粒子射線治療裝置的概略構成圖，第21圖係說明利用第20圖之操縱電磁鐵電源進行之射束修正步驟之流程圖。第20圖所示之粒子射線治療裝置100係於偏向電磁鐵31的上游側配置操縱電磁鐵33，且射束監視器34配置於照射噴嘴4的上游側之例。由操縱電磁鐵33進行之射束修正方法，係只要使利用第15圖之流程圖說明者與各1個的操縱電磁鐵33及射束監視器34對應即可。如第21圖所示，操縱電磁鐵33之射束修正方法係執行步驟ST11至步驟ST14。

於步驟ST11中，藉由射束監視器34檢測各時序t之射束位置Pa(t)，並輸入至控制操縱電磁鐵33之操縱電磁鐵電源41。於步驟S12中，於操縱電磁鐵電源41輸入射束監視器43的射束位置變動量Px1，且於此係於各時序算出成為Px1=0之操縱電磁鐵33的踢出角。針對該算出，係在在操縱電磁鐵電源41的控制裝置內先以時間表格之形式準備對於位置變動量Px1與踢出角附加關聯之經驗值，並因應於各時序之射束位置變動量Px1，導出成為Px1=0之操縱電磁鐵33的踢出角。於步驟ST13中，製作因應於所算出之踢出角之電流模式I1(t)，並予以保存。此亦在操縱電磁鐵電源41的控制裝置內先以時間表格之形式準備相對於各踢出角之電流模式，並例如藉由對所算出之因應於踢出角之電流模式施加線性內插，而設成線性的電流模式I1(t)。於步驟ST14中輸出該電流模式I1(t)作為操縱電磁鐵33a的激磁電流，而以在最後射束位置會到達射束軸上之方式矯正射束位置。再者，在步驟ST14中，藉由射束監視器34檢測時序t(t1至t2)之射束位置Pa(t)，並確認射束位置Pa(t)到達導管中心線25(射束軸上的線)，從而結束。

第21圖所示之射束修正步驟係準備操作。第20圖所示之粒子射線治療裝置100係在實際照射時，將所保存之各電流模式I1(t)與週期性的運轉之加速器系統2的同步加速器同步而流向操縱電磁鐵33，藉此在射束位置及射束角度不變動之狀態下照射於照射對象(患者)而進行治療。

如上述，實施形態1之粒子射線治療裝置用之射束監視器34的特徵係包括：螢光板17，係配置於帶電粒子射束的射束設計軌道(導管中心線25)上，並且具有設成為帶電粒子射束能夠通過之開口部18；蓋部19，係將開口部18予以開閉，並且塗覆有螢光塗料；蓋部移動機構43，係以開口部18開閉之方式移動蓋部19；以及攝影機21，係配置成觀察螢光板17的表面。藉此特徵，實施形態1之粒子射線治療裝置用之射束監視器34係具備可將螢光板17的開口部18予以開閉之蓋部19，並在試驗照射時，藉由蓋部19覆蓋開口部18，故在試驗照射時能夠確認射束位置，並且在實際照射中亦可監視帶電粒子射束是否偏離射束設計軌道。

再者，實施形態1之粒子射線治療裝置100 係包括將帶電粒子射束加速之加速器系統2，及將從該加速器系統2射出之帶電粒子射束輸送至照射位置T之射束輸送系統3之粒子射線治療裝置，射束輸送系統3係包括：至少1個操縱電磁鐵33，係調整帶電粒子射束的射束軌道；與該操縱電磁鐵33對應之至少1個粒子射線治療裝置用的射束監視器34；以及操縱電磁鐵電源41，係依據在試驗照射時藉由開口部18被關閉之狀態之粒子射線治療裝置用之射束監視器34所得到之測量帶電粒子射束的週期性的變化而得之測量結果，而對操縱電磁鐵33供應將週期性的變動之射束位置修正之激磁電流。粒子射線治療裝置用之射束監視器34係包括：螢光板17，係配置於帶電粒子射束的射束設計軌道(導管中心線25)上，並且具有設成為帶電粒子射束能夠通過之開口部18；蓋部19，係將開口部18予以開閉，並且塗覆有螢光塗料；蓋部移動機構43，係以開口部18開閉之方式移動蓋部19；以及攝影機21，係配置成觀察螢光板17的表面。再者，粒子射線治療裝置用之射束監視器34之另一特徵在於在對照射對象照射帶電粒子射束時之實際照射時，使螢光板17的開口部18出現於帶電粒子射束的射束設計軌道(導管中心線25)上，並在檢測出帶電粒子射束照射至螢光板17之比開口部18更外側之情形時，資訊處理器27係產生異常檢測訊號sige。藉由該特徵，實施形態1之粒子射線治療裝置100係消除射束位置的周期性的變動，且在實際照射中亦可監視帶電粒子射束是否偏離射束設計軌道。

實施形態2.

第22圖係本發明實施形態2之粒子射束治療裝置之概略構成圖，第23圖係顯示第22圖之驅動機構及操縱電磁鐵之圖。第24圖、第25圖係說明第23圖之操縱電磁鐵的旋轉之圖。第26圖係實施形態2之其他粒子射線治療裝置的概略構成圖。實施形態2之粒子射線治療裝置100與實施形態1之粒子射線治療裝置100之不同點在於：具備使操縱電磁鐵33以射束設計軸為中心旋轉之驅動機構50。在第22圖中，係記載分別使操縱電磁鐵33a、33b旋轉之驅動機構50a、50b。第26圖係分別具備1個操縱電磁鐵33及射束監視器34之粒子射線治療裝置100之例。驅動機構的符號係總括地使用50，而在區別說明時使用50a、50b。

如前述，使用S1點之操縱電磁鐵修正第10圖之S2點之射束位置的偏離。於此，S2點之射束位置的偏離係有可能在第4圖、第5圖所示之x方向、y方向之各者產生。亦即，假定xy平面，並將其原點設為與設計軌道交錯之部位，則射束軸可能偏離相當於xy成分所示之向量的量。

一般而言，操縱電磁鐵係分別使用以將射束往x方向偏向之方式配置之x方向用操縱電磁鐵，以及以將射束往y方向偏向之方式配置之y方向用操縱電磁鐵。在前述S1點配置之操縱電磁鐵為x方向用之操縱電磁鐵時，在S2點之射束位置的偏離成分就僅能修正x方向。

因此，在實施形態2中，係以可將操縱電磁鐵33於射束設計軌道(導管中心線25)旋轉之方式經由驅動機構50配置，而藉此構成為可改變操縱電磁鐵33之射束的偏向方向。藉此，即便是S2點之射束的位置偏離為x成分與y成分皆存在時，由於係旋轉操縱電磁鐵33，而變更射束的偏向方向來調整射束軌道，故可消除在S2點之射束位置偏離。

驅動機構50係例如具備環51，將操縱電磁鐵33與環51連接之支撐材52，以及將環51旋轉之旋轉驅動機(馬達)53。驅動機構50係可使操縱電磁鐵33的磁場方向軸65及與磁場方向軸65垂直之偏向方向軸64旋轉360°。在第23圖中，係記載紙面內側方向為s方向，右方向及上方向分別為x方向及y方向之方向。於第23圖中，偏向方向軸64係和與y軸平行之基準軸66重疊。再者，在第23圖中，係設想正電荷之帶電粒子往s方向行進之例，而記載電流方向I、操縱電磁鐵33的磁場方向B及帶電粒子因磁場而承受之力方向F。

使用第24圖、第25圖說明操縱電磁鐵33的旋轉。如第25圖所示，說明第10圖之S2點之由射束監視器34所觀測之射束位置為xy平面上之P2點之情形。從導管中心線25上之導管中心14連接P2點之向量為偏離向量。由於使用操縱電磁鐵33將射束位置P2往導管中心14之方向偏向，故以使通過導管中心14及射束位置P2之線與偏向方向軸64一致之方式，亦即將操縱電磁鐵33以偏向方向軸64與y軸(基準軸66)之角度成為α°之方式旋轉。將操縱電磁鐵33以偏向方向軸64與y軸之角度成為α°之方式旋轉之例係第24圖。如第24圖所示，只要藉由操縱電磁鐵33產生磁場方向B之磁場，帶電粒子就會受到力方向F之力而朝導管中心14之方向，亦即朝導管中心線25之方向偏向。亦即，只要使用驅動機構50使操縱電磁鐵33成為第24圖所示之狀態，即可使帶電粒子射束朝導管中心14之方向，亦即朝導管中心線25之方向偏向。

實施形態2之粒子射線治療裝置100係與實施形態1同樣地消除射束位置的週期性的變動，並且在實際照射中亦可監視帶電粒子射束是否偏離射束設計軌道。再者，實施形態2之粒子射線治療裝置100係具備將操縱電磁鐵33以射束設計軸為中心旋轉之驅動機構50，因此即便是在S2點之射束的位置偏離為x成分及y成分皆存在之情形，亦可旋轉1個操縱電磁鐵33而消除在S2點之射束位置偏離。因此，實施形態2之粒子射線治療裝置100相較於實施形態1之粒子射線治療裝置100，係可將操縱電磁鐵33a、33b小型化，且可將分別控制操縱電磁鐵33a、33b的激磁電流之操縱電磁鐵電源41、42小型化。由於操縱電磁鐵電源41、42係產生一個方向用之激磁電流而並非x方向、y方向之兩個方向，故可簡化控制電路。

另外，於實施形態1及2中，雖說明了具備確認帶電粒子射束的射束位置之位置確認功能及監視帶電粒子射束是否偏離設計軌道之位置監視功能之射束監視器 34，係於螢光板17及蓋部19塗覆有螢光塗料，亦即為螢光板監視器之例，惟並不限定於此，亦可為能夠檢測帶電粒子射束的射束位置之其他監視器。再者，本發明在其發明之範圍內，可組合各實施形態，或將各實施形態適當變形、省略。