專(zhuān)利名稱(chēng)：粒子射線治療裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于醫(yī)療用途或研究用途的粒子射線治療裝置，尤其涉及所謂點(diǎn)掃描或光柵掃描的掃描型的粒子射線治療裝置。
背景技術(shù)：
一般而言，粒子射線治療裝置包括射束產(chǎn)生裝置，該射束產(chǎn)生裝置產(chǎn)生帶電粒子束；加速器，該加速器與射束產(chǎn)生裝置相連接，且對(duì)所產(chǎn)生的帶電粒子束進(jìn)行加速；射束輸送系統(tǒng)，該射束輸送系統(tǒng)輸送加速到在加速器中所設(shè)定的能量為止之后射出的帶電粒子束；以及粒子射線照射裝置，該粒子射線照射裝置設(shè)置在射束輸送系統(tǒng)的下游，且用于將帶電粒子束射向照射對(duì)象。粒子射線照射裝置大致分為廣域照射方式和掃描照射方式(點(diǎn)掃描、光柵掃描等)，廣域照射方式是利用散射體將帶電粒子束進(jìn)行散射放大，使得經(jīng)放大的帶電粒子束與照射對(duì)象的形狀相一致來(lái)形成照射野，而掃描照射方式是以細(xì)束狀射束進(jìn)行掃描來(lái)形成照射野，以使其與照射對(duì)象的形狀相一致。 廣域照射方式利用準(zhǔn)直器(collimator)和團(tuán)塊(borus)形成與患部形狀相一致的照射野。廣域照射方式形成與患部形狀相一致的照射野，防止向正常組織進(jìn)行不需要的照射，因此成為了最廣泛采用的、優(yōu)異的照射方式。然而，需要針對(duì)每一位患者制作團(tuán)塊，或與患部相配合而使準(zhǔn)直器進(jìn)行變形。另一方面，掃描照射方式是不需要準(zhǔn)直器和團(tuán)塊的、自由度高的照射方式。然而，由于不使用防止向患部以外的正常組織進(jìn)行照射的這些部件，因此要求超過(guò)廣域照射方式的、高射束照射位置精度。專(zhuān)利文獻(xiàn)I的目的在于提供能準(zhǔn)確地照射患部的粒子射線治療裝置，并公開(kāi)了以下發(fā)明。專(zhuān)利文獻(xiàn)I的發(fā)明將掃描裝置所進(jìn)行的帶電粒子束的掃描量和此時(shí)利用射束位置檢測(cè)器檢測(cè)出的帶電粒子束的射束位置存儲(chǔ)到存儲(chǔ)裝置中，使用該存儲(chǔ)的掃描量和射束位置，根據(jù)基于治療計(jì)劃信息的射束位置，利用控制裝置來(lái)設(shè)定掃描裝置的掃描量。由于將實(shí)際照射所獲得的掃描量與射束位置之間的關(guān)系存儲(chǔ)在存儲(chǔ)裝置中，因此可期待準(zhǔn)確地對(duì)患部進(jìn)行照射。現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專(zhuān)利文獻(xiàn)專(zhuān)利文獻(xiàn)I :日本國(guó)專(zhuān)利特開(kāi)2005-096162號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
在專(zhuān)利文獻(xiàn)I所公開(kāi)的發(fā)明中，基于通過(guò)進(jìn)行實(shí)際照射所獲得的帶電粒子束的掃描量和射束位置的實(shí)際數(shù)據(jù)來(lái)生成轉(zhuǎn)換表，并利用該轉(zhuǎn)換表來(lái)計(jì)算出掃描電磁鐵的設(shè)定電流值。然而，實(shí)際情況是在掃描電磁鐵的電流與磁場(chǎng)之間存在磁滯特性，在電流值增大時(shí)以及電流值減小時(shí)，會(huì)形成不同的磁場(chǎng)。實(shí)際上，由于對(duì)患部進(jìn)行照射的正式照射時(shí)的掃描電磁鐵的電流值的增減圖案即勵(lì)磁圖案不同于生成變換表時(shí)的照射時(shí)的掃描電磁鐵的勵(lì)磁圖案，因此，存在因電磁鐵的磁滯影響而無(wú)法正確地照射到患部的問(wèn)題。本發(fā)明是為了解決上述問(wèn)題而完成的，其目的在于，獲得可降低掃描電磁鐵的磁滯影響且可實(shí)現(xiàn)高精度射束照射的粒子射線治療裝置。粒子射線治療裝置包括照射管理裝置，該照射管理裝置基于帶電粒子束的目標(biāo)照射位置坐標(biāo)來(lái)控制掃描電磁鐵；及位置監(jiān)視器，該位置監(jiān)視器測(cè)定帶電粒子束的測(cè)定位置坐標(biāo)，照射管理裝置包括指令值生成器，該指令值生成器基于校正數(shù)據(jù)和目標(biāo)照射位置坐標(biāo)來(lái)將控制輸入輸出到掃描電磁鐵，上述校正數(shù)據(jù)是基于測(cè)定位置坐標(biāo)及目標(biāo)照射位置坐標(biāo)而生成的，上述測(cè)定位置坐標(biāo)是掃描電磁 鐵的勵(lì)磁圖案與正式照射的計(jì)劃相同的預(yù)備照射中，由位置監(jiān)視器測(cè)定的。本發(fā)明的粒子射線治療裝置中，使預(yù)備照射與正式照射的計(jì)劃中的掃描電磁鐵的勵(lì)磁圖案相同，基于預(yù)備照射所獲得的結(jié)果來(lái)校正輸出到掃描電磁鐵的控制輸入，因此，能夠排除掃描電磁鐵的磁滯影響，從而實(shí)現(xiàn)高精度的射束照射。


圖I是本發(fā)明的實(shí)施方式I中的粒子射線治療裝置的簡(jiǎn)要結(jié)構(gòu)圖。圖2是表示實(shí)施方式I中的照射步驟的流程圖。圖3是圖I的照射控制計(jì)算機(jī)的簡(jiǎn)要結(jié)構(gòu)圖。圖4是圖I的照射控制裝置的信號(hào)生成的時(shí)序圖。圖5是說(shuō)明指令電流的校正方法的圖。圖6是表示本發(fā)明的實(shí)施方式2中的照射步驟的流程圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施方式I圖I是本發(fā)明的實(shí)施方式I中的粒子射線治療裝置的簡(jiǎn)要結(jié)構(gòu)圖。粒子射線治療裝置包括射束產(chǎn)生裝置51 ;加速器52 ;射束輸送裝置53 ;射束加速輸送控制裝置50 ;粒子射線照射裝置54 ;治療計(jì)劃裝置55 ；以及患者文件服務(wù)器56。射束產(chǎn)生裝置51對(duì)離子源中產(chǎn)生的帶電粒子進(jìn)行加速來(lái)產(chǎn)生帶電粒子束I。加速器52與射束產(chǎn)生裝置51相連接，將所產(chǎn)生的帶電粒子束I加速到規(guī)定的能量。射束輸送裝置53輸送加速到在加速器52中設(shè)定的能量為止之后射出的帶電粒子束I。射束加速輸送控制裝置50分別控制射束產(chǎn)生裝置51、加速器52、及射束輸送裝置53。粒子射線照射裝置54設(shè)置在射束輸送系統(tǒng)53的下游，對(duì)照射對(duì)象15照射帶電粒子束I。治療計(jì)劃裝置55基于由X射線C T等拍攝而得的圖像信息來(lái)決定患者的照射對(duì)象15，生成相對(duì)于照射對(duì)象15的治療計(jì)劃數(shù)據(jù)H)即目標(biāo)照射位置坐標(biāo)P i O、目標(biāo)劑量D i O、目標(biāo)射束尺寸S i O、目標(biāo)加速器設(shè)定B i O、射程移位器(range shifter)插入量R i O等。目標(biāo)加速器設(shè)定B i O中包含加速器52的射束能量及射束電流的設(shè)定值?；颊呶募?wù)器56中存儲(chǔ)有利用治療計(jì)劃裝置55針對(duì)每一位患者生成的治療計(jì)劃數(shù)據(jù)F O。粒子射線照射裝置54包括射束輸送管道2，該射束輸送管道2輸送從射束輸送裝置53射入的入射帶電粒子束Ia ;掃描電磁鐵3 a、3 b，該掃描電磁鐵3 a、3 b在與入射帶電粒子束I a相垂直的方向上即X方向及Y方向上對(duì)入射帶電粒子束I a進(jìn)行掃描；位置監(jiān)視器7 ;對(duì)位置監(jiān)視器7的信號(hào)進(jìn)行放大的前置放大器9 ;位置監(jiān)視器單元8 ;劑量監(jiān)視器11 ;對(duì)劑量監(jiān)視器11的信號(hào)進(jìn)行放大的前置放大器13 ;劑量監(jiān)視器單元12 ;照射管理裝置32 ;掃描電磁鐵電源4 ;射束放大裝置16 ;射束放大控制裝置17 ;波紋管18 ;真空管道19 ;脈動(dòng)濾波器20 ;射程移位器21 ;及射程移位器單元23。另外，如圖I所示，入射帶電粒子束Ia的前進(jìn)方向?yàn)閆方向。掃描電磁鐵3a是使得入射帶電粒子束Ia沿X方向進(jìn)行掃描的X方向掃描電磁鐵，掃描電磁鐵3b是使得入射帶電粒子束Ia沿Y方向進(jìn)行掃描的Y方向掃描電磁鐵。位置監(jiān)視器7檢測(cè)出利用掃描電磁鐵3a、3b進(jìn)行偏轉(zhuǎn)后的射出帶電粒子束Ib所通過(guò)的通過(guò)位置(重心位置)及射束尺寸。前置放大器9對(duì)由位置監(jiān)視器7檢出的通過(guò)位置及射束尺寸的模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行放大。此處，射束尺寸是通過(guò)垂直于射出帶電粒子束I b的Z方向的XY面的面積。位置監(jiān)視單元8通過(guò)前置放大器9接收由位置監(jiān)視器7所檢測(cè)出的通過(guò)位置及射束尺寸，將該通過(guò)位置及射束尺寸轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，來(lái)生成測(cè)定位置坐標(biāo)P s及測(cè)定射束尺寸S s。 劑量監(jiān)視器11檢測(cè)出射出帶電粒子束Ib的劑量。前置放大器13對(duì)由劑量監(jiān)視器11檢出的劑量的模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行放大。劑量監(jiān)視器12通過(guò)前置放大器13接收由劑量監(jiān)視器11所檢出的劑量，將該劑量轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，生成測(cè)定劑量D s。射束放大裝置16放大射出帶電粒子束Ib的射束尺寸。真空管道19確保射出帶電粒子束I b通過(guò)的真空區(qū)域。波紋管18以伸縮自由的方式連接射束輸送管道2和真空管道19，將真空區(qū)域延長(zhǎng)到照射對(duì)象15。脈動(dòng)濾波器20也被稱(chēng)為脊形過(guò)濾器(ridge filter),呈凸形的形狀。脈動(dòng)濾波器20使從加速器52送來(lái)的大致具有單一能量的單色射束即帶電粒子束I產(chǎn)生能量損耗，從而使能量具有幅度。對(duì)于照射對(duì)象15的深度方向(Z方向)的位置坐標(biāo)的控制，是通過(guò)以下方式進(jìn)行的即，改變加速器52的加速能量來(lái)改變?nèi)肷鋷щ娏Ｗ邮鳬 a的能量，及利用射程移位器21來(lái)改變射出帶電粒子束I b的能量。射程移位器21逐步調(diào)整帶電粒子束I的射程。通過(guò)改變加速器52的加速能量來(lái)較大幅度地改變帶電粒子束I的射程，通過(guò)改變射程移位器21的設(shè)定來(lái)小幅度地改變帶電粒子束I的射程。照射管理裝置32包括照射控制裝置5和照射控制計(jì)算機(jī)22。照射控制計(jì)算機(jī)22從患者文件服務(wù)器56中讀出治療計(jì)劃數(shù)據(jù)F 0，來(lái)生成設(shè)定數(shù)據(jù)F i，該設(shè)定數(shù)據(jù)F i按照用于控制照射劑量而分割的照射單位即照射點(diǎn)的照射順序重新排列治療計(jì)劃數(shù)據(jù)F O來(lái)獲得。即，設(shè)定數(shù)據(jù)F i是序列化的治療計(jì)劃數(shù)據(jù)?；谠O(shè)定數(shù)據(jù)F i來(lái)輸出發(fā)送到各設(shè)備的指令即設(shè)定數(shù)據(jù)F 0。設(shè)定數(shù)據(jù)F i的要素是目標(biāo)照射位置坐標(biāo)P i、目標(biāo)劑量D i、目標(biāo)射束尺寸Si、目標(biāo)加速器設(shè)定B i、射程移位器插入量R i，設(shè)定數(shù)據(jù)F i的各要素是分別對(duì)治療計(jì)
劃數(shù)據(jù)F O的要素即目標(biāo)照射位置坐標(biāo)P i O、目標(biāo)劑量D i O、目標(biāo)射束尺寸S i O、目標(biāo)加速器設(shè)定B i O、射程移位器插入量R i O進(jìn)行序列化的數(shù)據(jù)。設(shè)定數(shù)據(jù)F ο是加速器設(shè)定指令B ο、射程移位器指令R ο、指令電流I ο、指令電流I r、射束尺寸指令S ο、目標(biāo)劑量D ο。照射控制計(jì)算機(jī)22接收在無(wú)患者的狀態(tài)下所進(jìn)行的預(yù)備照射的測(cè)定位置坐標(biāo)Ps、測(cè)定劑量D s、測(cè)定射束尺寸S s等照射記錄，來(lái)評(píng)價(jià)照射記錄。照射控制計(jì)算機(jī)22基于測(cè)定位置坐標(biāo)P s來(lái)對(duì)指令電流I ο進(jìn)行校正，以生成校正后的指令電流I I·，向掃描電磁鐵電源4發(fā)送指令電流I O或指令電流I r。另外，照射控制計(jì)算機(jī)22接收實(shí)際對(duì)患者進(jìn)行照射的正式照射的測(cè)定位置坐標(biāo)P s、測(cè)定劑量D s、測(cè)定射束尺寸S s等照射記錄，將正式照射的照射記錄存儲(chǔ)到患者文件服務(wù)器56。照射控制裝置5輸出觸發(fā)信號(hào)S i g C、計(jì)數(shù)開(kāi)始信號(hào)S i g h、射束提供指令C O η、射束停止指令C O f f，對(duì)照射對(duì)象15的照射點(diǎn)及照射劑量進(jìn)行控制。照射控制裝置5根據(jù)觸發(fā)信號(hào)s i g c來(lái)改變各設(shè)備對(duì)各照射點(diǎn)的設(shè)定，根據(jù)計(jì)數(shù)開(kāi)始信號(hào)s i gh開(kāi)始測(cè)量照射點(diǎn)的照射劑量，在測(cè)定劑量D s達(dá)到目標(biāo)劑量D O時(shí)，對(duì)下一照射點(diǎn)進(jìn)行控制，若對(duì)于將照射對(duì)象分割為多個(gè)的照射劃分(后述的切片)的各照射劃分的照射結(jié)束，對(duì)射束加速輸送控制裝置50輸出射束停止指令C ο f f，使帶電粒子束停止。掃描電磁鐵電源4基于從照射控制裝置5輸出的對(duì)掃描電磁鐵3的控制輸入即指 令電流Io( I r )，來(lái)改變掃描電磁鐵3a、3b的設(shè)定電流。射束放大控制裝置17向射束放大裝置16輸出射束尺寸指令S O，射束尺寸指令S O用來(lái)在位置監(jiān)視器7中設(shè)定射束尺寸。射程移位器單元23向射程移位器21輸出射程移位器指令R O，射程移位器指令R O用來(lái)改變射出帶電粒子束I b的能量。圖2是表示實(shí)施方式I中的照射步驟的流程圖。照射控制計(jì)算機(jī)22從患者文件服務(wù)器56讀出治療計(jì)劃數(shù)據(jù)F O,生成設(shè)定數(shù)據(jù)F ο。將設(shè)定數(shù)據(jù)F ο輸出到射束加速輸送控制裝置50、掃描電磁鐵電源4、射束放大控制裝置17、射程移位器單元23、位置監(jiān)視器單元8、劑量監(jiān)視器單元12，并存儲(chǔ)在各自的存儲(chǔ)器中。射束加速輸送控制裝置50中存儲(chǔ)有加速器設(shè)定指令B ο。掃描電磁鐵電源4中存儲(chǔ)有指令電流I O。射束放大控制裝置17中存儲(chǔ)有射束尺寸指令S O。射程移位器單元23中存儲(chǔ)有射程移位器指令R O。位置監(jiān)視器單元8中存儲(chǔ)有目標(biāo)照射位置坐標(biāo)P i及目標(biāo)射束尺寸S i。劑量監(jiān)視器單元12中存儲(chǔ)有目標(biāo)劑量D O (步驟S 001)。照射控制裝置5對(duì)每個(gè)點(diǎn)輸出觸發(fā)信號(hào)S i g c，基于設(shè)定數(shù)據(jù)F O來(lái)依次改變指令電流I ο、射束尺寸指令S ο、加速器設(shè)定指令B ο、射程移位器指令R ο，進(jìn)行預(yù)備照射(步驟S 002)。照射控制計(jì)算機(jī)22收集預(yù)備照射中的測(cè)定位置坐標(biāo)P s、測(cè)定劑量Ds、測(cè)定射束尺寸S s等照射記錄(步驟S 003)。照射控制計(jì)算機(jī)22基于測(cè)定位置坐標(biāo)P S來(lái)生成對(duì)指令電流I O進(jìn)行校正的電流校正數(shù)據(jù)I a (步驟S 004)。照射控制計(jì)算機(jī)22基于電流校正數(shù)據(jù)I a來(lái)校正指令電流I ο，生成校正后的指令電流I r。將指令電流I r輸出到掃描電磁鐵電源4，并覆蓋保存在存儲(chǔ)器中(步驟S 005)。照射控制裝置5輸出觸發(fā)信號(hào)Sigc，依次改變校正后的指令電流I r、射束尺寸指令S ο、加速器設(shè)定指令B ο、射程移位器指令R ο，并進(jìn)行預(yù)備照射，及確認(rèn)校正(步驟S 006)。若校正結(jié)果沒(méi)有問(wèn)題，照射控制裝置5輸出觸發(fā)信號(hào)s i gc，依次改變校正后的指令電流I r、射束尺寸指令S ο、加速器設(shè)定指令B ο、射程移位器指令R ο，并進(jìn)行正式照射(步驟S 007)。圖3是照射控制計(jì)算機(jī)22生成設(shè)定數(shù)據(jù)F O的設(shè)定數(shù)據(jù)生成部的簡(jiǎn)要結(jié)構(gòu)圖。照射控制計(jì)算機(jī)22包括設(shè)定數(shù)據(jù)生成器29、掃描電磁鐵指令值生成器6、指令值生成器25、校正數(shù)據(jù)生成器30。圖4是照射控制裝置5的信號(hào)生成的時(shí)序圖。
對(duì)照射控制計(jì)算機(jī)22及照射控制裝置5的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。此處，說(shuō)明以下照射方法即，將照射點(diǎn)沿切片方向和各切片的X Y方向進(jìn)行分割，上述切片是沿Z方向進(jìn)行分割的層，在改變切片時(shí)停止帶電粒子束1，在對(duì)同一切片內(nèi)進(jìn)行照射時(shí)，持續(xù)照射帶電粒子束
I。首先說(shuō)明預(yù)備照射的動(dòng)作。作為照射前的準(zhǔn)備，對(duì)掃描電磁鐵3進(jìn)行勵(lì)磁，直至獲得飽和磁通密度。設(shè)定數(shù)據(jù)生成器29從患者文件服務(wù)器56讀出治療計(jì)劃數(shù)據(jù)F O。校正數(shù)據(jù)生成器30將預(yù)備照射用的電流校正數(shù)據(jù)I a輸出到指令值生成器25 (步驟S 101)。在進(jìn)行預(yù)備照射時(shí)，不對(duì)指令電流I ο進(jìn)行校正，因此，預(yù)備照射用的電流校正數(shù)據(jù)I a是O。設(shè)定數(shù)據(jù)生成器29按照所分割的照射單位即照射點(diǎn)的照射順序重新排列而獲得的目標(biāo)照射位置坐標(biāo)P i (X i，y i )輸出到掃描電磁鐵指令值生成器6。設(shè)定數(shù)據(jù)生成器29將按照所分割的照射單位即照射點(diǎn)的照射順序重新排列而獲得的加速器設(shè)定指令B ο、射程移位器指令R O、射束尺寸指令S O、目標(biāo)劑量D O、目標(biāo)照射位置坐標(biāo)P i、目標(biāo)射束尺寸Si分別輸出到射束加速輸送控制裝置50、射程移位器單元23、射束放大控制裝置17、劑量
監(jiān)視器單元12、位置監(jiān)視器單元8 (步驟S 102)。
掃描電磁鐵指令值生成器6基于目標(biāo)照射位置坐標(biāo)P i (X i，y i )生成作為基礎(chǔ)的指令電流Ig (Ixg，Iyg)(步驟S 103)。指令值生成器25將作為基礎(chǔ)的指令電流Ig作為指令電流Io (Ixo, Iyo)輸出到掃描電磁鐵電源4 (步驟S 104)。照射控制裝置5將觸發(fā)信號(hào)s i g c輸出到射束加速輸送控制裝置50、掃描電磁鐵電源4、射束放大控制裝置17、射程移位器單元23、劑量監(jiān)視器單元12、位置監(jiān)視器單元8，開(kāi)始對(duì)照射順序?yàn)镮的照射點(diǎn)進(jìn)行設(shè)定(步驟S 105)。此處，由于將照射點(diǎn)沿切片方向和各切片的X Y方向進(jìn)行分割，上述切片是沿Z方向進(jìn)行分割的層，因此，各照射點(diǎn)能以切片編號(hào)和各切片的分割編號(hào)進(jìn)行表示。如圖4所示，對(duì)切片I (第一片切片)的第一個(gè)照射點(diǎn)輸出觸發(fā)信號(hào)s i g c的脈沖c I (I)。若射束加速輸送控制裝置50完成加速器設(shè)定指令B ο的設(shè)定，則將結(jié)束信號(hào)si g a的脈沖輸出到照射控制裝置5。在掃描電磁鐵電源4、射束放大控制裝置17、射程移
位器單元23、劑量監(jiān)視器單元12、位置監(jiān)視器單元8結(jié)束各自的設(shè)定時(shí)，分別將設(shè)備結(jié)束信號(hào)s i g b的脈沖輸出到照射控制裝置5。此外，在圖4中，為了避免復(fù)雜化，僅記載一個(gè)設(shè)備結(jié)束信號(hào)s i g b，在圖I中省略設(shè)備結(jié)束信號(hào)s i g b。照射控制裝置5接收結(jié)束信號(hào)siga的脈沖及設(shè)備結(jié)束信號(hào)sigb的脈沖b i (1)，將指示開(kāi)始劑量測(cè)定的計(jì)數(shù)開(kāi)始信號(hào)s i g h的脈沖輸出到劑量監(jiān)視器單元12及位置監(jiān)視器單元8，向射束加速輸送控制裝置50輸出指示產(chǎn)生射束的射束提供指令C οη的脈沖。射束加速輸送控制裝置50控制射束產(chǎn)生裝置51、加速器52、射束輸送裝置53，開(kāi)始照射帶電粒子束(步驟S 106)。位置監(jiān)視器單元8接收計(jì)數(shù)開(kāi)始信號(hào)Sigh的脈沖，將此時(shí)的測(cè)定位置坐標(biāo)Ps及測(cè)定射束尺寸S s與目標(biāo)照射位置坐標(biāo)P i及目標(biāo)射束尺寸S i進(jìn)行比較，并將測(cè)定位置坐標(biāo)P s及測(cè)定射束尺寸S s存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器中。測(cè)定位置坐標(biāo)P s及測(cè)定射束尺寸Ss超過(guò)允許值時(shí)，使互鎖裝置動(dòng)作來(lái)停止照射。對(duì)于由劑量監(jiān)視器11測(cè)定的射出帶電粒子束I b的測(cè)定劑量D s，利用劑量監(jiān)視器單元12來(lái)比較目標(biāo)劑量D O和測(cè)定劑量D s，在測(cè)定劑量D s超過(guò)目標(biāo)劑量D O的情況下,將劑量達(dá)到信號(hào)s i g d的脈沖d I (I)輸出到照射控制裝置5及位置監(jiān)視器單元8。劑量監(jiān)視器11將輸出劑量達(dá)到信號(hào)s i gd的脈沖時(shí)的測(cè)定劑量D s存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器(步驟S 107)。
接著，開(kāi)始對(duì)掃描順序?yàn)?的照射點(diǎn)進(jìn)行設(shè)定(步驟S 108)。輸出對(duì)于切片I的第二個(gè)照射點(diǎn)的觸發(fā)信號(hào)s i g c的脈沖c I (2)。由于是同一切片中的照射點(diǎn)，因此，不改變加速器設(shè)定指令B ο、射程移位器指令R O。在掃描電磁鐵電源4、射束放大控制裝置17、劑量監(jiān)視器單元12、位置監(jiān)視器單元8結(jié)束各自的設(shè)定時(shí)，分別將設(shè)備結(jié)束信號(hào)s i gb的脈沖b I (2)輸出到照射控制裝置5。照射控制裝置5接收設(shè)備結(jié)束信號(hào)Sigb的脈沖b 1(2)，將指示開(kāi)始進(jìn)行劑量測(cè)定的計(jì)數(shù)開(kāi)始信號(hào)s i g h的脈沖輸出到劑量監(jiān)視器單元12及位置監(jiān)視器單元8。劑量監(jiān)視器單元12對(duì)第二個(gè)照射點(diǎn)的照射劑量進(jìn)行測(cè)定(步驟S 109)。此外，劑量監(jiān)視器單元12包括點(diǎn)計(jì)數(shù)器和點(diǎn)間計(jì)數(shù)器，上述點(diǎn)計(jì)數(shù)器對(duì)各照射點(diǎn)的照射劑量進(jìn)行測(cè)定，上述點(diǎn)間計(jì)數(shù)器對(duì)從一點(diǎn)移動(dòng)到另一點(diǎn)期間的照射劑量進(jìn)行測(cè)定。從輸出劑量達(dá)到信號(hào)s i gd的脈沖起到接收到計(jì)數(shù)開(kāi)始信號(hào)s i g h的脈沖為止的測(cè)定劑量，相當(dāng)于帶電粒子束I移動(dòng)到下一點(diǎn)的移動(dòng)中的照射劑量(點(diǎn)間照射劑量)。在接收到計(jì)數(shù)開(kāi)始信號(hào)s i g h的脈沖時(shí)，將該點(diǎn)間照射劑量存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器。
位置監(jiān)視器單元8接收計(jì)數(shù)開(kāi)始信號(hào)Sigh的脈沖，將此時(shí)的測(cè)定位置坐標(biāo)Ps及測(cè)定射束尺寸S s與目標(biāo)照射位置坐標(biāo)P i及目標(biāo)射束尺寸S i相比較，并將測(cè)定位置坐標(biāo)P s及測(cè)定射束尺寸S s存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器中。測(cè)定位置坐標(biāo)P s及測(cè)定射束尺寸S s超過(guò)允許值時(shí)，使互鎖裝置動(dòng)作來(lái)停止照射。對(duì)于由劑量監(jiān)視器11測(cè)定的射出帶電粒子束I b的測(cè)定劑量D s，利用劑量監(jiān)視器單元12來(lái)比較目標(biāo)劑量D O和測(cè)定劑量D s，在測(cè)定劑量D s超過(guò)目標(biāo)劑量D ο的情況下,將劑量達(dá)到信號(hào)sigd的脈沖d I (2)輸出到照射控制裝置5及位置監(jiān)視器單元8。劑量監(jiān)視器11將輸出劑量達(dá)到信號(hào)s i gd的脈沖時(shí)的測(cè)定劑量D s存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器(步驟S 110)。依次改變照射順序，重復(fù)步驟S 108至步驟S 110，直至切片的最后一個(gè)照射點(diǎn)(設(shè)為編號(hào)η)(步驟S 111)。此外，在切片的最后一個(gè)照射點(diǎn)上，劑量監(jiān)視器11接收觸發(fā)信號(hào)s i g c的脈沖c l(n)，將切片最終信號(hào)s i g s的脈沖輸出到照射控制裝置5。劑量監(jiān)視器11基于每個(gè)切片編號(hào)的點(diǎn)數(shù)信息，能檢測(cè)出對(duì)切片的最后一個(gè)照射點(diǎn)設(shè)定的情況。在照射控制裝置5接收切片最終信號(hào)sigs的脈沖及劑量達(dá)到信號(hào)Sigd的脈沖d I ( η )時(shí)，向射束加速輸送控制裝置50輸出指示停止射束的射束停止指令C Of f。另外，對(duì)第二個(gè)切片的第一個(gè)照射點(diǎn)輸出觸發(fā)信號(hào)S i g c的脈沖c 2(1)(步驟S112)。重復(fù)步驟S 006到步驟S 112，進(jìn)行各切片的照射(步驟S 113)。此外，在最后一個(gè)切片(設(shè)為編號(hào)q)的最后一個(gè)照射點(diǎn)(設(shè)為編號(hào)m)，劑量監(jiān)視器11輸出劑量達(dá)到信號(hào)s
i g d的脈沖d q(m)時(shí)，將照射結(jié)束信號(hào)s i g e的脈沖輸出到照射控制計(jì)算機(jī)22。另夕卜，在最后一個(gè)切片(設(shè)為編號(hào)q)的最后的照射點(diǎn)，不輸出觸發(fā)信號(hào)s i g c的脈沖。照射控制計(jì)算機(jī)22接收到照射結(jié)束信號(hào)s i g e的脈沖時(shí)，從劑量監(jiān)視器單元12收集測(cè)定劑量D s。另外，照射控制計(jì)算機(jī)22從位置監(jiān)視器單元8收集射出帶電粒子束I b的測(cè)定位置坐標(biāo)P s (X s , y s )及測(cè)定射束尺寸S s (步驟S 114)。接著，說(shuō)明使用校正后的指令電流I r的預(yù)備照射和正式照射的動(dòng)作。此外，由于使用校正后的指令電流I r的預(yù)備照射與正式照射的動(dòng)作相同，因此，對(duì)正式照射進(jìn)行說(shuō)明。作為照射前的準(zhǔn)備，對(duì)掃描電磁鐵3進(jìn)行勵(lì)磁，直至獲得飽和磁通密度。設(shè)定數(shù)據(jù)生成器29從患者文件服務(wù)器56讀出治療計(jì)劃數(shù)據(jù)F O。此外，在照射控制計(jì)算機(jī)22中存儲(chǔ)有治療計(jì)劃數(shù)據(jù)F O的情況下，也能使用保存數(shù)據(jù)。校正數(shù)據(jù)生成器30生成正式照射用的電流校正數(shù)據(jù)I a (步驟S 115)。后文將敘述生成對(duì)指令電流I ο進(jìn)行校正的電流校正值數(shù)據(jù)I a的方法。設(shè)定數(shù)據(jù)生成器29將按照所分割的照射單位即照射點(diǎn)的照射順序重新排列而獲得的目標(biāo)照射位置坐標(biāo)P i (X i，y i )輸出到掃描電磁鐵指令值生成器6。設(shè)定數(shù)據(jù)生成器29將按照所分割的照射單位即照射點(diǎn)的照射順序重新排列而獲得的加速器設(shè)定指令B ο、射程移位器指令R ο、射束尺寸指令S ο、目標(biāo)劑量D ο、目標(biāo)照射位置坐標(biāo)P i、目標(biāo)射束尺寸S i、分別輸出到射束加速輸送控制裝置50、射程移位器單元23、射束放大控制裝置17、劑量監(jiān)視器單元12、位置監(jiān)視器單元8 (步驟S 116)。掃描電磁鐵指令值生成器6基于目標(biāo)照射位置坐標(biāo)P i (X i , y i )生成作為基礎(chǔ)的指令電流Ig (Ixg, Iyg)(步驟S117)。指令值生成器25將利用電流校正數(shù)據(jù)I a對(duì)作為基礎(chǔ)的指令電流I g進(jìn)行校正后獲得的指令電流I g — I a作為指令電流I r ( I Xr , I y r)來(lái)輸出到掃描電磁鐵電源4 (步驟S 118)。后續(xù)的動(dòng)作將指令電流I ο改讀為指令電流I Γ，而步驟S 105到步驟S 114都相同。 說(shuō)明電流校正數(shù)據(jù)I a的生成方法。圖5是說(shuō)明指令電流的校正方法的圖。利用發(fā)送到掃描電磁鐵電源4的指令電流I O，測(cè)量對(duì)于輸出到掃描電磁鐵3的電流I的BL積。B L積是磁場(chǎng)的強(qiáng)度B與掃描電磁鐵3的磁極的有效長(zhǎng)度L之積。描繪通過(guò)飽和磁通密度的最大磁滯曲線α。獲取最大磁滯曲線α的電流增加方向和電流減少方向的平均，來(lái)求出磁滯回線的中心線β。根據(jù)照射預(yù)定位置即目標(biāo)照射位置坐標(biāo)P i、磁滯回線的中心線β、射出帶電粒子束I b的能量、及從掃描電磁鐵3的設(shè)置位置到照射位置為止的距離，來(lái)求出根據(jù)指令電流I ο設(shè)定的電流值I ( i d )。考慮到對(duì)帶電粒子束I產(chǎn)生影響的洛倫茲力(弗萊明左手定則)，能基于帶電粒子束I的位置坐標(biāo)來(lái)求出B L積的值。指令電流I O是對(duì)應(yīng)于基于目標(biāo)照射位置坐標(biāo)P i計(jì)算出的理想的B L積的值B L ( i d)與磁滯回線的中心線β的交點(diǎn)P'(未圖示)的電流I (i d)的指令值。該BL(i d)是所測(cè)定的B L積的值的期待值B L (e X)?；谒鶞y(cè)定的測(cè)定位置坐標(biāo)P s來(lái)計(jì)算B L積的值B L (m e )。圖5的P點(diǎn)是實(shí)測(cè)值。所測(cè)定的B L積的值B L (me)可認(rèn)為是從期待值BL (e X)起偏移了 Λ B L的情況下生成的。使用具有斜率K的直線來(lái)偏移Λ B L以校正電流，上述直線是求出指令電流I ο的交點(diǎn)P'的切線。為了進(jìn)行校正，求出B L積為B L (e X)的電流值I I即可。若求出電流值I 1，則能夠生成指令電流I Γ，指令電流I r將電流值設(shè)定為成為B L ( id)的電流值I I。利用上述方法，能夠?qū)⒁驋呙桦姶盆F的磁滯影響而引起的帶電粒子束I的位置偏移調(diào)整到允許范圍內(nèi)。點(diǎn)劃線的直線Y是具有與電流值I ( i (O的中心線β的切線具有相同斜率K的直線。斜率K也能以式(I)來(lái)表示，校正后的電流值I I能以式(2)來(lái)表示。K = -(JJ) * * * (I)
Il = I(id)-ABL/K***(2)式中，Λ B L是B L (m e ) —B L (e x)。由電流校正數(shù)據(jù)I a設(shè)定的校正電流值 Λ I是 Λ BL / K。實(shí)施方式I的粒子射線治療裝置中，利用勵(lì)磁圖案來(lái)實(shí)施預(yù)備照射，上述勵(lì)磁圖案是與基于治療計(jì)劃數(shù)據(jù)F O的設(shè)定數(shù)據(jù)F ο的正式照射的計(jì)劃的掃描電磁鐵的勵(lì)磁圖案相同的圖案，即，利用與正式照射相同的照射順來(lái)實(shí)施預(yù)備照射，上述照射順序是用于控制照射劑量的照射點(diǎn)的照射順序，因此，能夠獲得反映掃描電磁鐵3的磁滯影響的帶電粒子束I b的測(cè)定位置坐標(biāo)P s。由于基于電流校正數(shù)據(jù)I a及設(shè)定數(shù)據(jù)F O來(lái)校正指令電流I O，因此，能夠修正因掃描電磁鐵3的磁滯所引起的帶電粒子束I b的位置偏移，上述電流校正數(shù)據(jù)I a是基于反映掃描電磁鐵3的磁滯影響的帶電粒子束I b的測(cè)定位置坐標(biāo)P s而生成的。因而，能降低掃描電磁鐵3的磁滯的影響，能實(shí)現(xiàn)高精度的射束照射。實(shí)施方式I的粒子射線治療裝置中，作為照射前的準(zhǔn)備，對(duì)掃描電磁鐵3進(jìn)行勵(lì)磁直至飽和磁通密度，因此，能夠使帶電粒子束I的第一個(gè)照射點(diǎn)所受到的掃描電磁鐵3的磁滯影響大致相同。由此，對(duì)于所照射的所有照射點(diǎn)，能使預(yù)備照射中受到的掃描電磁鐵3的磁滯影響大致相同，上述預(yù)備照射是利用與正式照射的計(jì)劃中的掃描電磁鐵的勵(lì)磁圖案相同的勵(lì)磁圖案實(shí)施的。因而，即使在利用相同的勵(lì)磁圖案進(jìn)行多次正式照射的情況下，也能無(wú)需每次利用預(yù)備照射來(lái)進(jìn)行校正就實(shí)現(xiàn)高精度的射束照射。實(shí)施方式I的粒子射線治療裝置通過(guò)改變加速器52的加速能量來(lái)改變?nèi)肷鋷щ?br> 粒子束I a的能量，并利用射程移位器21來(lái)改變射出帶電粒子束
權(quán)利要求
1.一種粒子射線治療裝置， 對(duì)照射對(duì)象照射由加速器進(jìn)行加速且由掃描電磁鐵進(jìn)行掃描的帶電粒子束，其特征在于，包括 照射管理裝置，該照射管理裝置基于所述帶電粒子束的目標(biāo)照射位置坐標(biāo)來(lái)控制所述掃描電磁鐵；以及位置監(jiān)視器，該位置監(jiān)視器測(cè)定所述帶電粒子束的測(cè)定位置坐標(biāo)， 所述照射管理裝置包括指令值生成器，該指令值生成器基于校正數(shù)據(jù)和所述目標(biāo)照射位置坐標(biāo)來(lái)將控制輸入輸出到所述掃描電磁鐵，所述校正數(shù)據(jù)是基于所述測(cè)定位置坐標(biāo)及所述目標(biāo)照射位置坐標(biāo)而生成的，所述測(cè)定位置坐標(biāo)是在所述掃描電磁鐵的勵(lì)磁圖案與正式照射的計(jì)劃相同的預(yù)備照射中、由所述位置監(jiān)視器測(cè)定的。
2.如權(quán)利要求I所述的粒子射線治療裝置，其特征在于， 所述照射管理裝置包括校正數(shù)據(jù)生成器，該校正數(shù)據(jù)生成器基于所述測(cè)定位置坐標(biāo)及所述目標(biāo)照射位置坐標(biāo)來(lái)生成所述校正數(shù)據(jù)；以及掃描電磁鐵指令值生成器，該掃描電磁鐵指令值生成器基于所述測(cè)定位置坐標(biāo)來(lái)生成作為基礎(chǔ)的控制輸入， 所述指令值生成器輸出校正控制輸入作為所述控制輸入，所述校正控制輸入是利用由所述校正數(shù)據(jù)生成器生成的所述校正數(shù)據(jù)來(lái)對(duì)由所述掃描電磁鐵指令值生成器生成的、作為所述基礎(chǔ)的控制輸入進(jìn)行校正后而獲得的。
3.如權(quán)利要求I或2所述的粒子射線治療裝置，其特征在于， 所述校正數(shù)據(jù)是基于將所述掃描電磁鐵的B L積的值B L (m e)和所述掃描電磁鐵的B L積的值B L(e x )之差Λ B L除以系數(shù)K所得的值而生成的，所述掃描電磁鐵的BL積的值B L (me)是基于所述預(yù)備照射中測(cè)定出的所述測(cè)定位置坐標(biāo)而計(jì)算出的，所述掃描電磁鐵的B L積的值B L ( e X)是基于所述目標(biāo)照射位置坐標(biāo)而計(jì)算出的， 所述系數(shù)K是所述掃描電磁鐵的B L積和電流值的磁滯回線的中心線上、成為所述BL積的值B L ( e X)的點(diǎn)的切線的斜率。
4.如權(quán)利要求I至3的任一項(xiàng)所述的粒子射線治療裝置，其特征在于， 所述照射管理裝置包括判定器，該判定器對(duì)所述測(cè)定位置坐標(biāo)與所述目標(biāo)照射位置坐標(biāo)之間的位置差是否在規(guī)定的允許范圍內(nèi)進(jìn)行判定， 在所述位置差不在所述規(guī)定的允許范圍內(nèi)的情況下，生成所述校正數(shù)據(jù)， 在所述位置差在所述規(guī)定的允許范圍內(nèi)的情況下，使輸出到所述掃描電磁鐵的控制輸入與所述預(yù)備照射時(shí)為相同的值。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于獲得可降低掃描電磁鐵的磁滯影響且可實(shí)現(xiàn)高精度射束照射的粒子射線治療裝置。其包括照射管理裝置(32)，該照射管理裝置(32)基于帶電粒子束(1ｂ)的目標(biāo)照射位置坐標(biāo)(Ｐｉ)來(lái)控制掃描電磁鐵(3)；及位置監(jiān)視器(7)，該位置監(jiān)視器(7)測(cè)定帶電粒子束(1ｂ)的測(cè)定位置坐標(biāo)(Ｐｓ)，照射管理裝置(32)包括指令值生成器(25)，該指令值生成器(25)基于校正數(shù)據(jù)(Ｉａ)和目標(biāo)照射位置坐標(biāo)(Ｐｉ)來(lái)將控制輸入(Ｉｏ(Ｉｒ))輸出到掃描電磁鐵(3)，上述校正數(shù)據(jù)(Ｉａ)是基于測(cè)定位置坐標(biāo)(Ｐｓ)及目標(biāo)照射位置坐標(biāo)(Ｐｉ)而生成的，上述測(cè)定位置坐標(biāo)(Ｐｓ)是掃描電磁鐵的勵(lì)磁圖案與正式照射的計(jì)劃相同的預(yù)備照射中，由位置監(jiān)視器(7)測(cè)定的。
文檔編號(hào)A61N5/10GK102740929SQ20108006246
公開(kāi)日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2010年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月28日
發(fā)明者原田　久, 雄一 山本, 高明 巖田, 泰三 本田, 越虎 蒲 申請(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社