粒子射線能量變更裝置、具備該粒子射線能量變更裝置的粒子射線治療裝置、以及粒子射 ...的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種能高速地改變能量、且噪聲較小的粒子射線能量變更裝置。通過改變使粒子射線的能量衰減的衰減體的厚度，從而將對(duì)所通過的粒子射線的能量進(jìn)行變更的第1能量變更器及第2能量變更器配置成使粒子射線通過第1能量變更器及第2能量變更器，并且將第1能量變更器的衰減量的最大值設(shè)定成小于第2能量變更器的衰減量的最大值。
【專利說明】粒子射線能量變更裝置、具備該粒子射線能量變更裝置的粒子射線治療裝置、以及粒子射線能量變更方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種粒子射線能量變更裝置，該粒子射線能量變更裝置用于如下等情況:即在將粒子射線照射到腫瘤等患部以進(jìn)行治療的粒子射線治療裝置中、根據(jù)患部三維形狀來照射粒子射線。
【背景技術(shù)】
[0002]在利用粒子射線所進(jìn)行的治療方法中，使用被加速至光速的大約70%的質(zhì)子、碳射線等高能粒子射線。在將這些高能粒子射線照射到體內(nèi)時(shí)，具有以下特征。第一，所照射的粒子射線大部分都停止在深度為與粒子射線能量的大約1.7次方成比例的位置。第二，關(guān)于向所照射的粒子射線在患者體內(nèi)停止之前所通過的路徑所提供的能量密度(稱為劑量)，在粒子射線的停止位置具有最大值。將粒子射線沿所通過的路徑而形成的特有的深部劑量分布曲線稱為布拉格曲線，將劑量值最大的位置稱為布拉格峰。
[0003]在三維的粒子射線照射系統(tǒng)中，設(shè)法使該布拉格峰的位置對(duì)應(yīng)于腫瘤的三維形狀來進(jìn)行掃描，一邊調(diào)整各掃描位置的峰值劑量，一邊在預(yù)先由圖像診斷所決定的目標(biāo)即腫瘤區(qū)域中形成規(guī)定的三維劑量分布。對(duì)粒子射線的停止位置所進(jìn)行的掃描包括以下兩個(gè)方向上的掃描:即，大致與粒子射線的照射方向垂直的橫向(X、Y方向)；以及粒子射線的照射方向即深度方向(Z方向)。橫向上的掃描包括使患者相對(duì)于粒子射線移動(dòng)的方法、以及使用電磁鐵等來使粒子射線的位置移動(dòng)的方法，一般使用利用電磁鐵的方法。對(duì)于深度方向上的掃描，僅有改變粒子射線能量這一個(gè)方法。關(guān)于改變能量的方法，現(xiàn)有如下兩種:即、利用加速器來改變粒子射線能量的方法；以及使用設(shè)置在射束傳輸系統(tǒng)或照射系統(tǒng)中被稱作為射程移位器(range shift`)(包括能量變更及分析裝置、即被稱作為能量選擇系統(tǒng)(Energy Selection System)的裝置)的能量變更裝置的方法。其中,較多采用的是使用射程移位器的方法(例如專利文獻(xiàn)I及專利文獻(xiàn)2)。
現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn) 專利文獻(xiàn)
[0004]專利文獻(xiàn)1:日本專利特開平11 一 408號(hào)公報(bào) 專利文獻(xiàn)2:國(guó)際公開W000/49624號(hào)

【發(fā)明內(nèi)容】

發(fā)明所要解決的技術(shù)問題
[0005]在專利文獻(xiàn)I的圖1 (a)、(b)、專利文獻(xiàn)2的圖5、圖6所揭示的粒子射線能量變更裝置、即射程移位器中，在照射所需的能量變化量較大的情況下，用于使能量衰減以實(shí)現(xiàn)能量變更的射程移位器構(gòu)件的厚度必然變大。因此，受到進(jìn)出驅(qū)動(dòng)的射程移位器構(gòu)件的質(zhì)量也增加，導(dǎo)致如下問題:即很難高速地進(jìn)行能量變更，同時(shí)工作時(shí)的振動(dòng)與噪聲也會(huì)變大。本發(fā)明的目的在于，解決這種現(xiàn)有的粒子射線能量變更裝置的問題，提供一種能進(jìn)行高速動(dòng)作、且低噪音的粒子射線能量變更裝置。
解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案
[0006]本發(fā)明所涉及的粒子射線能量變更裝置通過改變使粒子射線的能量衰減的衰減體的厚度，從而將對(duì)所通過的粒子射線的能量進(jìn)行變更的第I能量變更器及第2能量變更器配置成使粒子射線通過第I能量變更器及第2能量變更器，并且將第I能量變更器的衰減量的最大值設(shè)定成小于第2能量變更器的衰減量的最大值。
發(fā)明效果
[0007]本發(fā)明的粒子射線能量變更裝置能夠以低噪音且高速地對(duì)粒子射線的能量進(jìn)行變更，并在應(yīng)用于粒子射線治療裝置的情況下，能夠縮短治療所需的整個(gè)照射時(shí)間。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式I的粒子射線能量變更裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。
圖2是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式I的粒子射線能量變更裝置的動(dòng)作進(jìn)行說明的曲線圖。
圖3是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式I的粒子射線能量變更裝置的其它動(dòng)作進(jìn)行說明的曲線圖。
圖4是表示本發(fā)明的實(shí)施方式2的粒子射線能量變更裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。
圖5是表示本發(fā)明的實(shí)施方 式3的粒子射線能量變更裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。
圖6是表示本發(fā)明的實(shí)施方式4的粒子射線能量變更裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。
圖7是表示本發(fā)明的實(shí)施方式5的粒子射線能量變更裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。
圖8是表示本發(fā)明的實(shí)施方式5的粒子射線能量變更裝置的分頻部的結(jié)構(gòu)及動(dòng)作的圖。
圖9是表示使用本發(fā)明的粒子射線能量變更裝置的實(shí)施方式7的粒子射線治療裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0009]實(shí)施方式I
圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式I的粒子射線能量變更裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。圖1中，I表示從粒子射線加速器(未圖示)所獲得的具有規(guī)定的粒子能量的粒子射線，2表示第I能量變更器，3表示第2能量變更器，21表示對(duì)第I能量變更器2進(jìn)行控制的第I能量變更控制器，31表示對(duì)第2能量變更器3進(jìn)行控制的第2能量變更控制器。另外，10是對(duì)所述第I能量變更控制器2及第2能量變更控制器3發(fā)出指令的能量變更置換控制器。能量變更置換控制器10通過來自能量變更指令部12的信號(hào)，對(duì)第I能量變更控制器21及第2能量變更器31發(fā)出指令。
[0010]第I能量變更器2由兩塊梯形的楔塊來構(gòu)成，通過改變兩塊楔塊的相對(duì)位置來使粒子射線I所通過的位置的總厚度發(fā)生變化，從而能夠改變所通過的粒子射線的能量衰減量。第2能量變更器3與第I能量變更器2的結(jié)構(gòu)相同。其中，第2能量變更器3的楔塊板厚大于第I能量變更器2，且其長(zhǎng)度也較大，因此，與第I能量變更器2相比，第2能量變更器3所能改變的粒子射線的能量更大。[0011]第I能量變更器2或第2能量變更器3的楔塊由氣缸或液壓氣缸來驅(qū)動(dòng)，或者由被稱為電磁致動(dòng)器的裝置來驅(qū)動(dòng)，以移動(dòng)到所需的位置，從而實(shí)現(xiàn)使所通過的粒子射線衰減規(guī)定的能量。其中，也可使用其它方法來驅(qū)動(dòng)楔塊。另外，第I能量變更器2的楔塊重量也小于第2能量變更器3的楔塊重量。因此，使第I能量變更器2的厚度改變的速度的最大值也大于使第2能量變更器3的厚度改變的速度的最大值，因而，與第2能量變更器3相比較，第I能量變更器2能更快速地改變衰減量。
[0012]通過第I能量變更器2以及第2能量變更器3之后，使能量改變的粒子射線11朝向被照射體。圖1中示出的粒子射線通過的順序如下所示:即，首先通過能量衰減量的最大值較小的第I能量變更器2，接著通過能量衰減量的最大值大于第I能量變更器2的第2能量變更器3，但是，通過的順序也可以相反。
[0013]接下來，利用圖1及圖2對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式I的粒子射線能量變更裝置的動(dòng)作進(jìn)行說明。圖2(A)是表示第I能量變更器2對(duì)粒子射線施加的能量衰減量為Λ e I時(shí)的時(shí)間變化的曲線圖，圖2 (B)是表示第2能量變更器3對(duì)粒子射線施加的能量衰減量為Λe 2時(shí)的時(shí)間變化的曲線圖，圖2 (C)是表示第I能量變更器2及第2能量變更器3對(duì)粒子射線施加的能量衰減量的和為Λ e 1+ Λ e 2時(shí)的時(shí)間變化的曲線圖。圖2 (C)中，虛線表示第I能量變更器2的衰減量Λ e I及第2能量變更器3的衰減量Λ e 2。
[0014]從未圖示的粒子射線加速器等所獲取到的能量為E O的粒子射線I首先通過第I能量變更器2，然后通過第2能量變更器3。粒子射線I通過第2能量變更器3之后所接受的總衰減量、即Λ e I + Λ e 2與所通過的第I能量變更器2與第2能量變更器3的厚度總和成比例。通過之后的粒子射線11的能量變?yōu)?E O - Δ e 1- Δ e 2)。如圖2所示，在時(shí)刻t0時(shí)，第I能量變更器2的衰減量為E1，第2能量變更器3的衰減量為E2。此時(shí)，通過第2能量變更器3之后的粒子射線11的能量變?yōu)?E O —E I —E 2)。此后，第I能量變更控制器21根據(jù)能量變更器置換控制器10的指令，減少第I能量變更器2的衰減量，同時(shí)第2能量變更控制器31根據(jù)能量變更器置換控制器10的指令，增加第2能量變更器3的衰減量，由此進(jìn)行控制。在此`期間，進(jìn)行使第I能量變更器2及第2能量變更器3的厚度改變的控制，以使得到時(shí)刻tl為止，Δ e I + Δ e 2 = E I + E 2，即第I能量變更器2的衰減量與第2能量變更器3的衰減量之和為恒定值。此時(shí)，第I能量變更器2的衰減量在時(shí)刻tl被控制成O。也就是說，進(jìn)行置換控制，從而在從時(shí)刻tO到tl之間，將第I能量變更器2的衰減量置換成第2能量變更器3的衰減量。
[0015]在該狀態(tài)下，當(dāng)粒子射線的照射完成時(shí)，能量變更置換控制器10對(duì)第I能量變更控制器21發(fā)出能量變更指令，以高速地移動(dòng)第I能量變更器2的楔形物位置，從而在到時(shí)刻t2為止的較短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)規(guī)定厚度的變化。由此，第I能量變更器2的能量衰減量變?yōu)棣?E I。在時(shí)刻t2時(shí)，通過第I能量變更器2及第2能量變更器3的粒子射線11的能量減小到(E O-E 1-E 2- δ El)。然后，利用該能量?jī)H將規(guī)定粒子數(shù)的粒子射線11照射到被照射體(未圖示)上。該照射期間在粒子射線治療裝置的情況下可能達(dá)到約I秒。這里，在時(shí)刻tl至t2為止的期間，改變或不改變第2能量變更器3的衰減量都可以。在所有情況下，在時(shí)刻t2，只要第I能量變更器2的衰減量與第2能量變更器3衰減量之和、即總衰減量大于時(shí)刻tl時(shí)的總衰減量δ E I即可。也就是說，在對(duì)粒子射線的能量進(jìn)行變更的控制中，至少使能高速地改變衰減量的第I能量變更器2的衰減量發(fā)生變化，從而進(jìn)行使粒子射線的能量變更的控制。
[0016]在能量為(E 0—E I—E2 — δ El)的狀態(tài)下進(jìn)行照射，在此期間，即在時(shí)刻t2至?xí)r刻t3的期間，能量變更置換控制器10對(duì)第I能量變更控制器21及第2能量變更控制器31進(jìn)行控制，利用第I能量變更器2使衰減量Λ e I減少，同時(shí)使第2能量變更器3的衰減量Λ e 2增加，從而進(jìn)行置換控制。在該置換控制期間，第I能量變更器2與第2能量變更器3的總衰減量被控制成E I +E 2 + δ El。如圖2 (A)所示，在時(shí)刻t3，第I能量變更器2的能量衰減量并非一定為0，只要在時(shí)刻t3滿足Λ e I + Δ e 2 =E I +E 2十δ El即可。
[0017]能量為(Ε O-E 1-E 2- δ E I)的照射完成，從能量變更指令部12發(fā)出能量變更的指令，例如，進(jìn)一步使射束能量下降δ E 2，進(jìn)行下一次的照射。此時(shí)，與先前相同，第I能量變更器2被高速地驅(qū)動(dòng)，在時(shí)刻t4，利用第I能量變更器2使衰減量增大δ E 2。這里，在時(shí)刻t3，第I能量變更器2的衰減量不為O(例如，將此時(shí)的衰減量設(shè)為E3)，因此，第I能量變更器2的衰減量為大于δ E 2的衰減量(δ E 2 + E 3)。需要使第I能量變更器2的衰減量的最大值大于(δ E 2 + E 3)，如上所述，在時(shí)刻t3，第I能量變更器2的能量衰減量也可以不為O。由此，在時(shí)刻t4，粒子射線的能量變更為(E O —E 1-E 2 -δ E I— δ E 2)，從而能夠利用該能量直接開始照射。然后，與先前相同，在該射束能量下進(jìn)行照射的期間，減少第I能量變更器2的衰減量，增大第2能量變更器3的衰減量，在該期間，粒子射線的能量被控制成恒定值(E O -E 1-E 2 - δ E 1- δ Ε2)。
[0018]如圖2所示，在時(shí)刻t5，置換控制結(jié)束，在第2能量變更器3的衰減量變?yōu)?E I +E 2+ δ E 1+ δ E 2)之后，也可以僅利用第2能量變更器3所進(jìn)行的衰減，繼續(xù)進(jìn)行粒子射線的能量為(E O -E 1-E 2 - δ E 1- δ E 2)的照射。由此，進(jìn)行控制，在以一定的能量進(jìn)行照射的時(shí)間以下的時(shí)間內(nèi)，將第I能量變更器2的所有衰減量或一部分衰減量置換成第2能量變更器3的衰減量。此后，在改變粒子射線的能量時(shí)，首先減小能量衰減量的最大值，并改變能進(jìn)行高速驅(qū)動(dòng)的第I能量變更器2的衰減量，從而改變粒子射線的能量。其中，在改變粒子射線的能量時(shí)，改變或不改變第2能量變更器3的衰減量都可以。例如，在圖2中，在時(shí)刻t2或時(shí)刻t4，Λ e I + Δ e 2變?yōu)槟芰孔兏蟮囊?guī)定的衰減量即可。
[0019]圖3是表示能量變更裝置的與圖2不同的動(dòng)作的圖。圖3 (A)是表示第I能量變更器2對(duì)粒子射線施加的衰減量為Λ e I時(shí)的時(shí)間變化的曲線圖，圖3 (B)是表示第2能量變更器3對(duì)粒子射線施加的衰減量為Λ e 2時(shí)的時(shí)間變化的曲線圖，圖3 (C)是表示第I能量變更器2及第2能量變更器3對(duì)粒子射線施加的衰減量的和為Λ e I + Δ e 2時(shí)的時(shí)間變化的曲線圖。在圖2的動(dòng)作中，無法高速地減小粒子射線能量變更裝置的衰減量，即無法高速地增大粒子射線的能量。如圖3所示，通過一次的變更使第I能量變更器2的衰減量△ e I變成第I能量變更器2的衰減量的最大值的一半以下的值，由此能夠高速地增大/減小粒子射線的能量。在第I能量變更器2的衰減量Λ e I為最大值E Imax時(shí)的時(shí)刻tO至?xí)r刻tl的期間，第I能量變更器的衰減量Λ e I從E I m a X變?yōu)?.5 EI m a X。在此期間，使第2能量變更器3的衰減量Λ e 2增大至Λ e I + Δ e 2 =EI m a X + E 2。通過在時(shí)刻tl至?xí)r刻t2的較短的時(shí)間內(nèi)、將第I能量變更器的衰減量減小到O為止，由此能將第I能量變更器的衰減量Λ e I與第2能量變更器3的衰減量Λe 2的總和值減小到0.5Elmax + E2，以使粒子射線的能量增加0.5 E I m a x。
[0020]接下來，在時(shí)刻t2至?xí)r刻t3的期間內(nèi)，使第I能量變更器2的衰減量增加到0.5Elmax為止。在此期間，第2能量變更器3的衰減量Λ e 2減小至Λ e I + Λ e 2=0.5Elmax + E2。通過在時(shí)刻t3至?xí)r刻t4的較短的時(shí)間內(nèi)，將第I能量變更器的損失增大到其最大值以下、例如0.9 E I m a X為止，由此能將第I能量變更器的衰減量Δ e I與第2能量變更器3的衰減量Λ e 2的總和值增加到0.9 E I m a x + E 2，使粒子射線的能量減小0.4 E I m a X。接下來,在到時(shí)刻t5為止的期間內(nèi)，保持Δ e I + Δe2 = 0.9Elmax + E2,并對(duì)第I能量變更器2及第2能量變更器3的衰減量進(jìn)行控制，以使得在時(shí)刻t5第I能量變更器2的衰減量變?yōu)?.5 E I m a X。
[0021]由此，通過以第I能量變更器2的衰減量的最大值的1/2為中心來改變第I能量變更器2，由此能以第I能量變更器2的衰減量的最大值的1/2為限度、高速地增大/減小粒子射線的能量。即，優(yōu)選為，在開始高速地改變能量時(shí)，第I能量變更器2的衰減量為第I能量變更器2的衰減量的最大值的1/2。其中，也可通過粒子射線的能量變更的模式，將下一次能量變更的差分考慮在內(nèi)以確定第I能量變更器2的衰減量的變更量，而不是以第I能量變更器2的最大值的1/2為中心來對(duì)其衰減量進(jìn)行變更。
[0022]如上所述，在實(shí)施方式I的粒子射線能量變更裝置中，將第I能量變更器2的衰減量的最大值設(shè)定成小于第2能量變更器3的衰減量的最大值，因此，即使質(zhì)量相對(duì)較大、且不適合高速移動(dòng)的第2能量變更器3不進(jìn)行高速動(dòng)作，也能高速地改變粒子射線的能量以進(jìn)行照射。由此，由于無需使質(zhì)量較大的第2能量變更器3進(jìn)行高速的動(dòng)作，因此，能夠抑制機(jī)械的高速移動(dòng)，而是安靜地改變能量，并能縮短粒子射線照射的總時(shí)間。另外，在進(jìn)行使通過粒子射線能量變更裝置后的粒子射線的能量為恒定值的控制時(shí)，進(jìn)行置換控制，由此在第I能量變更器2的衰減量與第2能量變更器3的衰減量之間交替地置換衰減量，因此，能夠在能量變更時(shí)更高速地變更能量。
[0023]實(shí)施方式2`
圖4是表示本發(fā)明的實(shí)施方式2的粒子射線能量變更裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。圖4中，與圖1相同的標(biāo)號(hào)表示相同或相當(dāng)?shù)牟糠?。圖4中，偏轉(zhuǎn)器23由偏轉(zhuǎn)器用電源24所驅(qū)動(dòng)的電磁鐵等來構(gòu)成，該偏轉(zhuǎn)器23用于改變所入射的粒子射線I的前進(jìn)方向。通過利用偏轉(zhuǎn)器23來改變粒子射線I的前進(jìn)方向，由此使通過楔形的楔塊等具有不同厚度部的能量衰減元件22的粒子射線的位置發(fā)生變化，從而對(duì)施加給粒子射線I的能量衰減量進(jìn)行變更。
[0024]本實(shí)施方式2的粒子射線射束能量變更裝置對(duì)其衰減量的變更的基本動(dòng)作與上述實(shí)施方式I中的粒子射線能量變更裝置相同。不同點(diǎn)在于，第I能量變更器2由偏轉(zhuǎn)器
23、偏轉(zhuǎn)器用電源24以及能量衰減元件22來構(gòu)成。通過接收能量變更指令部12的能量變更指令，并由偏轉(zhuǎn)器用電源24改變偏轉(zhuǎn)器23的勵(lì)磁量，從而使粒子射線I的軌道移動(dòng)，對(duì)能量衰減元件22中的粒子射線的通過位置進(jìn)行變更，從而高速地改變能量衰減量。此后，開始以經(jīng)過能量變更后的粒子射線能量來進(jìn)行粒子射線的照射。在照射過程中，第2能量變更器3由第2能量變更控制器31來控制，其厚度增大，另一方面，通過利用第I能力偏轉(zhuǎn)控制器21的指令來改變偏轉(zhuǎn)器23的勵(lì)磁量，從而將粒子射線I控制成通過能量衰減元件22上更薄的位置。此時(shí)，利用能量偏轉(zhuǎn)置換控制器10的指令，將第I能量變更器2的衰減量與第2能量變更器3的衰減量之和控制成恒定值。由此，在以恒定的能量來進(jìn)行照射的過程中，將第I能量變更器2的衰減量置換成第2能量變更器3的衰減量。
[0025]本實(shí)施方式2所具有的新效果在于，由于第I能量變更器2由偏轉(zhuǎn)器23以及具有漸變的厚度的能量衰減元件22來構(gòu)成，因此，無需進(jìn)行機(jī)械性的移動(dòng)，只要通過電磁操作就能夠高速地改變第I能量變更器2的能量衰減量。其結(jié)果是，能夠以更高的速度來改變粒子射線的能量，從而照射出粒子射線。由于無需對(duì)第I能量變更器2進(jìn)行高速的機(jī)械控制，因此，能減小噪首，并提聞可罪性。
[0026]實(shí)施方式3 圖5是表示本發(fā)明的實(shí)施方式3的粒子射線能量變更裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。圖5中，與圖1和圖4相同的標(biāo)號(hào)表不相同或相當(dāng)?shù)牟糠?。本?shí)施方式3與實(shí)施方式2的不同點(diǎn)在于，偏轉(zhuǎn)器23以使粒子射線的軌道平行移動(dòng)的方式來構(gòu)成。即，改變?nèi)肷涞降贗偏轉(zhuǎn)器231中的粒子射線I的前進(jìn)方向。此后，利用第2偏轉(zhuǎn)器232將粒子射線的軌道恢復(fù)至與入射至第I偏轉(zhuǎn)器23中的粒子射線的前進(jìn)方向平行的軌道。偏轉(zhuǎn)器用電源241基于來自第I能量變更控制器21的指令，對(duì)第I偏轉(zhuǎn)器231及第2偏轉(zhuǎn)器232進(jìn)行控制，以使得粒子射線I通過能量衰減元件22上具有規(guī)定厚度的部分。在相對(duì)于原先的軌道作平行移動(dòng)的粒子射線通過能量變更元件22之后，通過第2能量變更器3。此后，利用由軌道修正用第I偏轉(zhuǎn)器233及軌道修正用第2偏轉(zhuǎn)器234所構(gòu)成的軌道修正用偏轉(zhuǎn)器20，進(jìn)行與偏轉(zhuǎn)器23反向的軌道修正，將從軌道修正用偏轉(zhuǎn)器20射出的粒子射線11的軌道恢復(fù)到入射至第I能量變更器2中的粒子射線I的軌道的延長(zhǎng)線上的軌道。
[0027]本實(shí)施方式3所具有的新效果在于，能夠?qū)⒘Ｗ由渚€始終保持在相同角度，同時(shí)還能夠僅對(duì)其能量進(jìn)行高速的變更，因此，能夠進(jìn)行高精度的能量變更。另外，從粒子射線能量變更裝置射出的粒子射線11的軌道不發(fā)生變化，因此，能夠防止照射精度下降。
[0028]此外，在圖5所示的實(shí)施方式3中，優(yōu)選將第I能量變更器2的構(gòu)成要素、即能量衰減元件22及偏轉(zhuǎn)器23配置在粒子射線的傳輸路徑中、粒子射線的軌道與粒子射線的能量的相關(guān)系數(shù)(在粒子射線加速器領(lǐng)域中稱之為Π)較小的位置上。通過如此配置，例如，即使在入射到第I能量變更器2的粒子射線I的能量發(fā)生稍許變動(dòng)的情況下，粒子射線I的入射軌道也不會(huì)發(fā)生較大的偏離，僅通過偏轉(zhuǎn)器23的控制來確定移動(dòng)后粒子射線的位置，并將粒子射線入射到能量衰減元件22上、與指令相對(duì)應(yīng)的位置。其結(jié)果是，即使在粒子射線I的能量發(fā)生稍許變動(dòng)的情況下，也能按照計(jì)劃使第I能量變更器2對(duì)粒子射線I的能量進(jìn)行變更。由此，能夠進(jìn)行精度更高的能量變更。
[0029]實(shí)施方式4
圖6是表示本發(fā)明的實(shí)施方式4的粒子射線能量變更裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。圖6中，與圖1、圖4及圖5相同的標(biāo)號(hào)表示相同或相當(dāng)?shù)牟糠?。本?shí)施方式4是將水等液體用作能量變更器的衰減體的實(shí)施方式。第I能量變更器2由收納有水等液體的容器201、以及位于該容器兩側(cè)的粒子射線的進(jìn)出板202及203來構(gòu)成。由容器201與進(jìn)出板202及203所包圍的區(qū)域被水等使粒子射線衰減的液體灌滿。這里，容器201由可發(fā)生形變的材料來形成。通過使液體厚度調(diào)節(jié)器204來改變進(jìn)出板202與203的間隔，從而改變粒子射線通過的區(qū)域的厚度，實(shí)現(xiàn)施加給粒子射線的衰減量。另外，第2能量變更器3也同樣，由收納有水等液體的容器301、以及位于該容器兩側(cè)的粒子射線的進(jìn)出板302及303來構(gòu)成，由液體厚度調(diào)節(jié)器304來改變進(jìn)出板302與303的間隔。[0030]本實(shí)施方式4中，能量變更裝置改變衰減量的動(dòng)作基本與實(shí)施方式I相同。不同之處在于，第I能量變更器2及第2能量變更器3對(duì)衰減量的變更并不通過移動(dòng)楔形物來實(shí)現(xiàn)，而是通過改變液體的厚度來實(shí)現(xiàn)。與第I能量變更器2相對(duì)應(yīng)的容器201的最大高度低于與第2能量變更器3相對(duì)應(yīng)的容器301的最大高度，也就是說，第I能量變更器2的衰減量的最大值小于第2能量變更器3的衰減的最大值，第I能量變更器2能夠更高速地改變厚度。
[0031]本實(shí)施方式4所具有的新效果在于，與楔形板相比，能夠更小型地構(gòu)成能量變更器。上述說明中，通過改變進(jìn)出板202與203的間隔、或進(jìn)出板302與303的間隔，來改變液體的能量衰減體的厚度。此外，將水等液體收納于像橡膠這樣具有彈性的容器中，并通過改變壓力來改變所填充的液體的厚度，由此來改變粒子射線所通過的部分的厚度，這樣，也能獲得與上述相同的效果。
[0032]實(shí)施方式5
圖7是表示本發(fā)明的實(shí)施方式5的粒子射線能量變更裝置的框圖。本實(shí)施方式5是生成給予第I能量變更控制器21及第2能量變更控制器31的指令值的實(shí)施方式。從能量變更指令部12將例如施加給粒子射線I的能量衰減量的時(shí)間變化的數(shù)據(jù)發(fā)送至能量變更置換控制器100。能量變更置換控制器100由分頻部101及指令值轉(zhuǎn)換部102來構(gòu)成。
[0033]圖8示出了實(shí)施方式5中的分頻部101的框圖。從能量變更指令部12發(fā)出的能量衰減量目標(biāo)值是按時(shí)間序列、排列有與時(shí)間相對(duì)應(yīng)的目標(biāo)衰減量的數(shù)據(jù)。即，衰減量目標(biāo)值例如是如圖8左側(cè)所示的時(shí)間序列信號(hào)。該衰減量目標(biāo)值是反復(fù)進(jìn)行如下動(dòng)作來進(jìn)行照射的示例，即、在一定時(shí)間內(nèi)連續(xù)照射規(guī)定的能量之后，改變能量在一定時(shí)間內(nèi)進(jìn)行連續(xù)照射。為了對(duì)該衰減量目標(biāo)值獲取到第I能量變更器2及第2能量變更器3的衰減量指令值，將第I能量變更器2及第2能量變更器3的特性考慮在內(nèi)并進(jìn)行如下動(dòng)作。
[0034]利用濾波器，將作為分頻部101的輸入即圖8左側(cè)所示的衰減量目標(biāo)值的信號(hào)分離成第I能量變更器2用的信號(hào)以及第2能量變更器3用的信號(hào)。由于第I能量變更器2小型且高速，并具有更高頻的響應(yīng)特性，因此，使其應(yīng)對(duì)衰減量目標(biāo)值的高頻分量等。第2能量變更器3大型且能量變更寬度大，其具有較低頻的響應(yīng)特性，因此，使其應(yīng)對(duì)低頻分量等。圖8示出了利用濾波器來分離衰減量目標(biāo)值的信號(hào)的情況。這里，第I能量變更器2與第2能量變更器3的目標(biāo)總衰減量必須是最初所計(jì)劃的值。因此，如圖8所示，這里所用的濾波器使用互補(bǔ)的(F ( s ) + G ( s ) = I)的濾波器。
[0035]圖8中的(s )是第2能量變更器3用的濾波器、即低通濾波器103，G ( s )(=
I一 F ( s ))是第I能量變更器2用的濾波器，即高通濾波器104。由這些濾波器所分離出的衰減量目標(biāo)值的信號(hào)是圖8右側(cè)所示的兩個(gè)信號(hào)。另外，也可以僅設(shè)置低通濾波器103，而不設(shè)置高通濾波器，從而利用低通濾波器103從作為輸入信號(hào)的衰減量目標(biāo)值的信號(hào)中分離出低頻分量的信號(hào)，并通過利用運(yùn)算器減去該低頻分量的信號(hào)以獲得高頻分量。相反地，也可以僅設(shè)置高通濾波器，而不設(shè)置低通濾波器，從而利用高通濾波器從作為輸入信號(hào)的衰減量目標(biāo)值的信號(hào)中分離出高頻分量的信號(hào)，并通過減去該高頻分量的信號(hào)來獲得低頻分量。
[0036]在指令值轉(zhuǎn)換部102中，輸出與各個(gè)能量變更器的驅(qū)動(dòng)單元相對(duì)應(yīng)的指令值，并對(duì)第I能量變更器2及第2能量變更器3進(jìn)行控制，以使得各個(gè)能量變更器的衰減量變?yōu)楦鱾€(gè)衰減量目標(biāo)值的指令值。通過采用上述結(jié)構(gòu)，能夠根據(jù)從能量變更指令部12發(fā)出的衰減量目標(biāo)值的時(shí)間序列變化的數(shù)據(jù)，自動(dòng)地生成用于對(duì)第I能量變更器2及第2能量變更器3進(jìn)行控制的信號(hào)，并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。
[0037]實(shí)施方式6
圖9是表示使用本發(fā)明的粒子射線能量變更裝置的粒子射線治療裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。從加速器51射出的粒子射線I通過粒子射線傳輸系統(tǒng)52并由粒子射線能量變更裝置50進(jìn)行能量變更。經(jīng)能量變更后的粒子射線11被粒子射線裝置53照射至被照射體55。這里，被照射體55是癌變部位等人體患部，加速器51、粒子射線能量變更裝置50、粒子射線照射裝置53等由來自治療計(jì)劃裝置54的指示來進(jìn)行控制，根據(jù)患部的形狀，在三維區(qū)域中形成粒子射線的劑量分布。
[0038]若改變照射至被照射體55的粒子射線的能量，則布拉格峰值的位置發(fā)生變化，因此，通過改變粒子射線的能量來照射被照射體55，則能在三維區(qū)域中形成所計(jì)劃的劑量分布。該能量變更通過粒子射線能量變更裝置50的能量變更動(dòng)作來實(shí)現(xiàn)。具體而言，利用實(shí)施方式I至實(shí)施方式5中任一個(gè)粒子射線能量變更裝置來改變粒子射線的能量，并照射至被照射體55。通過使用本發(fā)明的粒子射線能量變更裝置，從而能以低噪聲且高速地改變粒子射線的能量，因此，能夠?qū)崿F(xiàn)安靜且照射時(shí)間較短的粒子射線治療裝置。
[0039]實(shí)施方式7
在粒子射線治療裝置等中，在照射過程中，伴隨著呼吸運(yùn)動(dòng)等，目標(biāo)可能會(huì)周期性地進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。此時(shí)，為了按計(jì)劃準(zhǔn)確地將粒子射線照射到目標(biāo)的規(guī)定位置，可能要稍許偏離所計(jì)劃的能量值，并照射出具有經(jīng)修正后的能量的粒子射線。另外，呼吸運(yùn)動(dòng)在一定期間內(nèi)周期性地出現(xiàn)。因此，通過與該周期性的呼吸運(yùn)動(dòng)同步地調(diào)節(jié)粒子射線的能量，能夠按照計(jì)劃將粒子射線照射到所規(guī)定的患部位置。在本實(shí)施方式6中，在實(shí)施方式I至實(shí)施方式5所說明的置換控制的基礎(chǔ)上，對(duì)運(yùn)動(dòng)速度相對(duì)較快的第I能量變更器2進(jìn)行疊加衰減量的變化的控制，從而與上述周期性運(yùn)動(dòng)相同步地對(duì)能量進(jìn)行修正。由此，即使在患部產(chǎn)生周期性的位置變動(dòng)，也能夠得到高精度地將粒子射線照射到所計(jì)劃的位置上的效果。
[0040]另外，有時(shí)粒子射線的能量本身具有可預(yù)測(cè)的變動(dòng)。作為可預(yù)測(cè)的變動(dòng)的示例，例如為從加速器射出的粒子射線能量具有周期性的變動(dòng)。在實(shí)施方式I至實(shí)施方式5所說明的置換控制的基礎(chǔ)上，對(duì)運(yùn)動(dòng)速度相對(duì)較快的第I能量變更器2進(jìn)行疊加衰減量的變化的控制，以對(duì)上述可預(yù)測(cè)的能量變動(dòng)進(jìn)行修正以減少能量變動(dòng)。由此，能按照計(jì)劃將粒子射線照射到患部等，而不受到粒子射線的可預(yù)測(cè)的能量變動(dòng)的影響。其結(jié)果是，具有能以更高的精度進(jìn)行照射的效果。
[0041]如上所述，在需要對(duì)粒子射線能量進(jìn)行修正的情況下，通過利用能更高速地改變衰減量的第I能量變更器2來進(jìn)行該修正，從而能進(jìn)行高精度的照射。
標(biāo)號(hào)說明
[0042]1:粒子射線
2--第I能量變更器
3--第2能量變更器
10、100:能量變更置換控制器 11:能量變更后的粒子射線12:能 量變更指令部101:分頻部
【權(quán)利要求】
1.一種粒子射線能量變更裝置，其特征在于， 通過改變使粒子射線的能量衰減的衰減體的厚度，從而將對(duì)所通過的粒子射線的能量進(jìn)行變更的第I能量變更器及第2能量變更器配置成使所述粒子射線通過所述第I能量變更器及所述第2能量變更器，并且將所述第I能量變更器的衰減量的最大值設(shè)定成小于所述第2能量變更器的衰減量的最大值。
2.如權(quán)利要求1所述的粒子射線能量變更裝置，其特征在于， 使所述第I能量變更器的衰減量發(fā)生變化的速度的最大值要大于使所述第2能量變更器的衰減量發(fā)生變化的速度的最大值。
3.如權(quán)利要求1所述的粒子射線能量變更裝置，其特征在于， 在進(jìn)行使所述粒子射線的能量變更的控制時(shí)，至少使所述第I能量變更器的衰減量發(fā)生變化，從而進(jìn)行改變所述粒子射線的能量的控制， 在進(jìn)行使通過所述粒子射線能量變更裝置后的所述粒子射線的能量為恒定的控制時(shí)，使所述第I能量變更器的衰減量變化，并使所述第2能量變更器的衰減量變化，并進(jìn)行置換控制，以在所述第I能量變更器的衰減量與所述第2能量變更器的衰減量之間交替地置換衰減量，從而使得所述第I能量變更器的衰減量與所述第2能量變更器的衰減量之和的總衰減量不發(fā)生變化。
4.如權(quán)利要求1所述的粒子射線能量變更裝置，其特征在于， 施加給所述粒子射線的衰減量目標(biāo)值由時(shí)間序列衰減量目標(biāo)值數(shù)據(jù)來提供， 基于對(duì)所述時(shí)間序列衰減量目標(biāo) 值數(shù)據(jù)進(jìn)行分頻后得到的兩個(gè)數(shù)據(jù)，生成所述第I能量變更器與所述第2能量變更器的指令值。
5.如權(quán)利要求1所述的粒子射線能量變更裝置，其特征在于， 通過改變所述第I能量變更器的衰減量來進(jìn)行對(duì)所述粒子射線的能量的修正。
6.一種粒子射線治療裝置，其特征在于， 具備權(quán)利要求1至權(quán)利要求5中任一項(xiàng)所述的粒子射線能量變更裝置。
7.一種粒子射線能量變更方法，通過改變使粒子射線的能量衰減的衰減體的厚度，從而利用使所通過的粒子射線的能量發(fā)生變化的第I能量變更器、以及衰減量的最大值大于該第I能量變更器的衰減量的最大值的第2能量變更器，對(duì)粒子射線的能量進(jìn)行變更，其特征在于， 在進(jìn)行改變所述粒子射線的能量的控制時(shí)，至少使所述第I能量變更器的衰減量發(fā)生變化，從而改變所述粒子射線的能量， 在進(jìn)行使通過所述第I能量變更器及所述第2能量變更器后的所述粒子射線的能量為恒定的控制時(shí)，使所述第I能量變更器的衰減量發(fā)生變化，并使所述第2能量變更器的衰減量發(fā)生變化，在所述第I能量變更器的衰減量與所述第2能量變更器的衰減量之間交替地置換衰減量，從而使得所述第I能量變更器的衰減量與所述第2能量變更器的衰減量之和的總衰減量不發(fā)生變化。
【文檔編號(hào)】A61N5/10GK103492026SQ201180070427
【公開日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2011年4月25日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月25日
【發(fā)明者】蒲越虎, 本田泰三, 巖田高明 申請(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社