粒子射線照射裝置及粒子射線治療裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明的目的在于，即使帶電粒子束為低能量，也以較小的射束尺寸對(duì)照射對(duì)象進(jìn)行照射。本發(fā)明的粒子射線照射裝置(58)的特征在于，包括：形成供帶電粒子束(1)通過(guò)的真空區(qū)域的真空管道(6、7)；從真空區(qū)域釋放帶電粒子束(1)的真空窗8；在與射束軸垂直的方向上掃描帶電粒子束(1)的掃描電磁鐵(2、3)；具有對(duì)帶電粒子束(1)的通過(guò)位置以及射束尺寸進(jìn)行檢測(cè)的位置監(jiān)視器(5)的監(jiān)視器裝置(67)；覆蓋真空窗(8)、并在下游側(cè)配置有監(jiān)視器裝置(67)的低散射氣體填充室(39)；以及對(duì)帶電粒子束(1)的照射進(jìn)行控制的照射管理裝置(20)，低散射氣體填充室(39)配置成使得監(jiān)視器裝置(67)與真空窗(8)在射束軸向上的相對(duì)位置能變更為規(guī)定位置，在照射帶電粒子束(1)時(shí)，填充有散射比空氣小的低散射氣體。
【專(zhuān)利說(shuō)明】粒子射線照射裝置及粒子射線治療裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種利用粒子射線治療癌癥等的粒子射線照射裝置及粒子射線治療裝直。
【背景技術(shù)】
[0002]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。
[0003]廣域照射方式利用準(zhǔn)直器(collimator)和團(tuán)塊(borus)來(lái)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，或與患部相配合地使準(zhǔn)直器進(jìn)行變形。
[0004]另一方面，掃描照射方式是不需要準(zhǔn)直器和團(tuán)塊的、自由度較高的照射方式。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，因此要求高于廣域照射方式的射束照射位置精度。
[0005]近年來(lái)，為了治療復(fù)雜形狀的患部，對(duì)射束成形的自由度的要求越來(lái)越高。頭頸部有眼球、視神經(jīng)、脊髓、腦等眾多重要臟器，因而存在應(yīng)用掃描照射方式的需求。頭頸部與軀干部分不同，由于頭頸部的尺寸較小，因此到患部為止的深度較淺，所需的射束能量也較低。帶電粒子束的能量與射束尺寸的關(guān)系如圖17所示。橫軸為帶電粒子束的射束能量E(MeV)，縱軸為帶電粒子束的射束尺寸S(mm)。射束尺寸以標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算的方式來(lái)計(jì)算。圖17的射束尺寸S是在水中的等中心點(diǎn)的射束尺寸。特性92是由水散射引起的物理極限的射束尺寸，特性91是從現(xiàn)有的粒子射線照射裝置的射束射出窗釋放出的帶電粒子束通過(guò)空氣而進(jìn)入患者身體時(shí)的射束尺寸。放射線在人體內(nèi)部的照射特性與在水中相同，因而對(duì)在水中的照射特性進(jìn)行探討。
[0006]例如在150MeV的質(zhì)子射線的情況下，若忽略射束射出窗、位置監(jiān)視器、空氣等的損耗，則具有16cm左右的射程，而對(duì)于頭頸部的情況，射程大多小于該射程。即，在考慮癥例的情況下，盡管需要在比圖17的150MeV更低的能量下較小的射束尺寸，但在現(xiàn)有技術(shù)的情況下，在比150MeV低的能量下，進(jìn)入水之前的射束射出窗、位置監(jiān)視器、空氣所引起的散射(角)會(huì)帶來(lái)較大影響，因此會(huì)變成非常大的射束尺寸。作為用于減小射束尺寸的方法，考慮縮小使帶電粒子束散射的物質(zhì)與被照射體(患部)的距離的方法。
[0007]專(zhuān)利文獻(xiàn)I公開(kāi)了以下發(fā)明:在使用射束照射位置精度的要求較高的掃描照射方式的粒子射線治療裝置中，盡可能將會(huì)產(chǎn)生射束散射的障礙物放置在射束下游側(cè)，從而減小射束尺寸。專(zhuān)利文獻(xiàn)I的發(fā)明包括:照射裝置，該照射裝置具有對(duì)帶電粒子束進(jìn)行掃描的射束掃描裝置以及在該射束掃描裝置的下游側(cè)設(shè)有射束射出窗的第一管道，使帶電粒子束通過(guò)該第一管道內(nèi)部，向照射對(duì)象照射帶電粒子束；以及射束輸送裝置，該射束輸送裝置具有第二管道，使從加速器射出的帶電粒子束通過(guò)第二管道的內(nèi)部并輸送給照射裝置，對(duì)帶電粒子束的位置進(jìn)行測(cè)定的射束位置監(jiān)視器(以下簡(jiǎn)稱(chēng)為位置監(jiān)視器)經(jīng)由保持構(gòu)件安裝在射束射出窗上，第一管道內(nèi)部的真空區(qū)域與第二管道內(nèi)部的真空區(qū)域連通。
[0008]第一管道由兩個(gè)管道構(gòu)成，這兩個(gè)管道通過(guò)波紋管密封接合。利用使第一管道沿射束軸向伸縮的管道伸縮單元和驅(qū)動(dòng)單元使波紋管伸縮，使設(shè)置在射束射出窗附近的下游位置的位置監(jiān)視器向管道的射束軸向移動(dòng)，從而抑制患者與射束射出窗之間的氣隙不必要地變大，從而縮小射束尺寸。
現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn) 專(zhuān)利文獻(xiàn)
[0009]專(zhuān)利文獻(xiàn)1:日本專(zhuān)利第4393581號(hào)公報(bào)(0014段、0027段~0029段、圖2)

【發(fā)明內(nèi)容】

發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0010]專(zhuān)利文獻(xiàn)I的粒子射線治療裝置為了使射束射出窗靠近患者，使用將作為第一管道的兩個(gè)管道可伸縮地密封接合的波紋管。當(dāng)用于使波紋管的內(nèi)表面?zhèn)缺３终婵盏恼婵詹y管如圖18所示那樣 在保持內(nèi)部的真空狀態(tài)的同時(shí)、長(zhǎng)期執(zhí)行伸縮動(dòng)作時(shí)，其可動(dòng)范圍受到限制。波紋管95呈現(xiàn)出最縮小狀態(tài)，其長(zhǎng)度為L(zhǎng)2。波紋管94呈現(xiàn)出最伸長(zhǎng)狀態(tài)，其長(zhǎng)度為L(zhǎng)I。長(zhǎng)度L3是長(zhǎng)度LI與長(zhǎng)度L2之差,該長(zhǎng)度L3為可伸縮長(zhǎng)度?？缮炜s長(zhǎng)度L3為最大長(zhǎng)度LI的1/3左右，若要增大可伸縮長(zhǎng)度，則整個(gè)真空波紋管的長(zhǎng)度會(huì)變長(zhǎng)。
[0011]為了對(duì)躺在患者臺(tái)上的患者的患部進(jìn)行定位，患者在射束軸向的移動(dòng)長(zhǎng)度最少需要為370_左右。在使真空波紋管伸縮來(lái)移動(dòng)射束射出窗以及位置監(jiān)視器的情況下，需要可伸縮長(zhǎng)度L3在370mm以上。不僅是患者的射束軸向的移動(dòng)長(zhǎng)度，而且還需要根據(jù)與為了對(duì)患部進(jìn)行定位而使用的X射線管以及X射線攝像裝置的配置位置之間的位置關(guān)系，使射束射出窗以及位置監(jiān)視器進(jìn)一步避開(kāi)患者。在使照射嘴前端部(安裝有位置監(jiān)視器的部分等前端部)移動(dòng)到幾乎接觸到身體表面的位置的情況下，距離等中心為40mm，若將最大退避長(zhǎng)度設(shè)為650_，則需要610_的可伸縮長(zhǎng)度。此外，在掃描照射方式中，由于帶電粒子束的掃描范圍越向下游越大，因此需要增大真空波紋管的口徑。但制造大口徑且較長(zhǎng)的真空波紋管是較為困難的。
[0012]專(zhuān)利文獻(xiàn)I的粒子射線治療裝置中，使帶電粒子束通過(guò)真空時(shí)的真空通過(guò)長(zhǎng)度可變來(lái)盡可能地縮小照射到患部的射束尺寸，但由于要設(shè)置真空波紋管，因此裝置較為復(fù)雜。此外，在無(wú)法獲得足夠的可伸縮長(zhǎng)度的情況下，無(wú)法使射束射出窗以及位置監(jiān)視器充分靠近患者，其結(jié)果是，可能無(wú)法在頭頸部的治療所需的低能量下，使照射到患部的射束尺寸足夠小。
[0013]本發(fā)明是為了解決上述問(wèn)題而完成的，其目的在于獲得一種粒子射線照射裝置，即使帶電粒子束是低能量，也能以較小的射束尺寸對(duì)照射對(duì)象進(jìn)行照射。解決技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案
[0014]本發(fā)明所涉及的粒子射線照射裝置包括:真空管道，該真空管道形成供帶電粒子束通過(guò)的真空區(qū)域；真空窗，該真空窗設(shè)置在真空管道的下游側(cè)，并從真空區(qū)域釋放出帶電粒子束；掃描電磁鐵，該掃描電磁鐵在與射束軸垂直的方向上掃描帶電粒子束；監(jiān)視器裝置，該監(jiān)視裝置具有對(duì)帶電粒子束的通過(guò)位置以及射束尺寸進(jìn)行檢測(cè)的位置監(jiān)視器；低散射氣體填充室，該低散射氣體填充室覆蓋真空窗，并在下游側(cè)配置有監(jiān)視器裝置；以及照射管理裝置，該照射管理裝置對(duì)帶電粒子束的照射進(jìn)行控制。低散射氣體填充室配置成能使監(jiān)視器裝置與真空窗在射束軸向上的相對(duì)位置變更為所期望的位置，在照射帶電粒子束時(shí)，填充有散射比空氣小的低散射氣體。
發(fā)明效果
[0015]根據(jù)本發(fā)明所涉及的 粒子射線照射裝置，由于配置成監(jiān)視器裝置與真空窗在射束軸向上的相對(duì)位置能變更為所期望的位置、且電荷粒子束通過(guò)填充有散射比空氣小的低散射氣體的低散射氣體填充室，因此即使是低能量，也能以較小的射束尺寸對(duì)照射對(duì)象照射帶電粒子束。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式I中的粒子射線照射裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖2是本發(fā)明的粒子射線治療裝置的簡(jiǎn)要結(jié)構(gòu)圖。
圖3是說(shuō)明圖1的照射系統(tǒng)設(shè)備的退避狀態(tài)的圖。
圖4是說(shuō)明圖1的照射系統(tǒng)設(shè)備的照射狀態(tài)的圖。
圖5是對(duì)實(shí)施方式I的低散射氣體的供給以及排出結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明的圖。
圖6是表示圖1的真空窗的結(jié)構(gòu)的圖。
圖7是表示圖6的Al-Al剖面的圖。
圖8是表示圖1的監(jiān)視器裝置的圖。
圖9是表示圖8的A2-A2剖面的圖。
圖10是圖9的左上部的放大圖。
圖11是說(shuō)明圖1的監(jiān)視器裝置的安裝方法的圖。
圖12是表示圖11的A3-A3剖面的圖。
圖13是表示本發(fā)明的射束尺寸特性的圖。
圖14是對(duì)實(shí)施方式2的低散射氣體的供給以及排出結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明的圖。
圖15是對(duì)實(shí)施方式3的射束尺寸異常判定處理進(jìn)行說(shuō)明的圖。
圖16是對(duì)實(shí)施方式3的其它射束尺寸異常判定處理進(jìn)行說(shuō)明的圖。
圖17是對(duì)帶電粒子束的能量與射束尺寸的關(guān)系進(jìn)行說(shuō)明的圖。
圖18是說(shuō)明真空波紋管的問(wèn)題的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]實(shí)施方式I
圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式I中的粒子射線照射裝置的結(jié)構(gòu)圖。圖2是本發(fā)明的粒子射線治療裝置的簡(jiǎn)要結(jié)構(gòu)圖。圖2中，粒子射線治療裝置51包括射束產(chǎn)生裝置52、射束輸送系統(tǒng)59、以及粒子射線照射裝置58a、58b。射束產(chǎn)生裝置52包括離子源(未圖示)、前級(jí)加速器53、及同步加速器54。粒子射線照射裝置58b設(shè)置于旋轉(zhuǎn)機(jī)架(未圖示)。粒子射線照射裝置58a設(shè)置于不具有旋轉(zhuǎn)機(jī)架的治療室中。射束輸送系統(tǒng)59的作用是聯(lián)系同步加速器54和粒子射線照射裝置58a、58b。射束輸送系統(tǒng)59的一部分設(shè)置于旋轉(zhuǎn)機(jī)架(未圖)，該部分具有多個(gè)偏轉(zhuǎn)電磁鐵55a、55b、55c。
[0018]由離子源產(chǎn)生的質(zhì)子射線等粒子射線即帶電粒子束由前級(jí)加速器53進(jìn)行加速，并入射到作為加速器的同步加速器54中。帶電粒子束被加速到規(guī)定的能量。從同步加速器54射出的帶電粒子束經(jīng)過(guò)射束輸送系統(tǒng)59而輸送給粒子射線照射裝置58a、58b。粒子射線照射裝置58a、58b將帶電粒子束照射到照射目標(biāo)25 (參照?qǐng)D1)上。
[0019]由射束產(chǎn)生裝置52產(chǎn)生的、被加速至規(guī)定能量的帶電粒子束I經(jīng)過(guò)射束輸送系統(tǒng)59，被引導(dǎo)至粒子射線照射裝置58。圖1中，粒子射線照射裝置58包括:從射束輸送系統(tǒng)59起形成真空區(qū)域并且連通的上部真空管道6以及下部真空管道7 ;將帶電粒子束I從真空區(qū)域釋放出的真空窗8 ;在與帶電粒子束I垂直的方向、即X方向以及Y方向上對(duì)帶電粒子束I進(jìn)行掃描的X方向掃描電磁鐵2以及Y方向掃描電磁鐵3 ;劑量監(jiān)視器4 ;位置監(jiān)視器5 ;上部密封件29 ;監(jiān)視器保持部9 ;使上部密封件29與監(jiān)視器保持部9以可移動(dòng)方式相連的風(fēng)箱10 ;配置在監(jiān)視器保持部9的外周的延伸部23 ;在射束軸向上驅(qū)動(dòng)監(jiān)視器保持部9的監(jiān)視器保持部驅(qū)動(dòng)裝置80 ;劑量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器16 ;位置數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器17 ;射束數(shù)據(jù)處理裝置18 ;掃描電磁鐵電源19 ;以及對(duì)粒子射線照射裝置58進(jìn)行控制的照射管理裝置20。照射管理裝置20包括照射控制計(jì)算機(jī)21和照射控制裝置22。帶電粒子束I沿著圖中所示的中心軸27進(jìn)行照射，并且調(diào)整為若不通過(guò)X方向掃描電磁鐵2以及Y方向掃描電磁鐵3進(jìn)行任何控制，則最終朝向等中心點(diǎn)(照射基準(zhǔn)點(diǎn))26。帶電粒子束I照射到躺在患者臺(tái)28上的患者24的作為照射對(duì)象25的患部。此外，帶電粒子束I的前進(jìn)方向是-Z方向。
[0020]X方向掃描電磁鐵 2是沿X方向?qū)щ娏Ｗ邮鳬進(jìn)行掃描的電磁鐵，Y方向掃描電磁鐵3是沿Y方向?qū)щ娏Ｗ邮鳬進(jìn)行掃描的電磁鐵。位置監(jiān)視器5檢測(cè)出利用X方向掃描電磁鐵2及Y方向掃描電磁鐵3進(jìn)行掃描的帶電粒子束I通過(guò)的射束中的通過(guò)位置(重心位置)、尺寸。劑量監(jiān)視器4檢測(cè)帶電粒子束I的劑量。照射管理裝置20基于利用未圖示的治療計(jì)劃裝置所生成的治療計(jì)劃數(shù)據(jù)，來(lái)控制照射目標(biāo)25中帶電粒子束I的照射位置，若由劑量監(jiān)視器4測(cè)定的、由劑量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器16轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的劑量達(dá)到目標(biāo)劑量，則使帶電粒子束I停止。掃描電磁鐵電源19基于照射管理裝置20輸出到X方向掃描電磁鐵2及Y方向掃描電磁鐵3的控制輸入(指令)，來(lái)改變X方向掃描電磁鐵2及Y方向掃描電磁鐵3的設(shè)定電流。
[0021]監(jiān)視器保持部驅(qū)動(dòng)裝置80包括固定在延伸部23上的齒條11 ;與齒條11咬合的小齒輪12 ;使小齒輪12旋轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)13 ;固定在延伸部23上的導(dǎo)軌14 ;供導(dǎo)軌14插入的導(dǎo)向套15。小齒輪12固定在粒子射線照射裝置58的設(shè)置部位，相對(duì)于上部真空管道6以及下部真空管帶7滿(mǎn)足規(guī)定的位置關(guān)系。通過(guò)利用電動(dòng)機(jī)13進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的小齒輪12、以及通過(guò)小齒輪12的旋轉(zhuǎn)而在Z軸方向上移動(dòng)的齒條11來(lái)使監(jiān)視器保持部9移動(dòng)。將劑量監(jiān)視器4以及位置監(jiān)視器5統(tǒng)稱(chēng)為監(jiān)視器裝置67。監(jiān)視器裝置67固定在監(jiān)視器保持部9的前端部。監(jiān)視器裝置67與監(jiān)視器保持部9的固定方法在后面進(jìn)行闡述。由上部密封件29、風(fēng)箱10、監(jiān)視器保持部9以及監(jiān)視器裝置67構(gòu)成低散射氣體填充室39。低散射氣體填充室39中填充有氦氣等低散射氣體。低散射氣體填充室39配置成使得監(jiān)視器裝置67與真空窗8在射束軸向上的相對(duì)位置能變更為所期望的位置。監(jiān)視器保持部驅(qū)動(dòng)裝置80是如下驅(qū)動(dòng)裝置:對(duì)形成真空區(qū)域的上部真空管道6、下部真空管道7、以及真空窗8與監(jiān)視器裝置67在射束軸向(Z方向)上的相對(duì)位置進(jìn)行變更，并通過(guò)風(fēng)箱10的伸縮來(lái)變更低散射氣體填充室39的容積。將上部真空管道6、下部真空管道7、真空窗8、低散射氣體填充室39、監(jiān)視器裝置67、X方向掃描電磁鐵2、Y方向掃描電磁鐵3統(tǒng)稱(chēng)為照射系統(tǒng)設(shè)備30。
[0022]位置監(jiān)視器5例如由多線式比例計(jì)數(shù)管構(gòu)成，該多線式比例計(jì)數(shù)管中的垂直引線組在例如由帶電粒子電離的氣體中拉伸。位置監(jiān)視器5上的射束的位置信息即電流信號(hào)為模擬數(shù)據(jù)siga。將模擬數(shù)據(jù)siga輸入到位置數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器17。在位置數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器17中，作為射束的通過(guò)位置信息的電流信號(hào)通過(guò)ΙΛ轉(zhuǎn)換器，被轉(zhuǎn)換為電壓，經(jīng)放大器放大，由AD轉(zhuǎn)換器從模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)sigd被輸入到射束數(shù)據(jù)處理裝置18。I/V轉(zhuǎn)換器、放大器、AD轉(zhuǎn)換器構(gòu)成位置數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器17。劑量監(jiān)視器4例如由在對(duì)粒子射線進(jìn)行電離的空氣中設(shè)置平行平板的電極而得到的電離箱構(gòu)成。
[0023]圖3是說(shuō)明照射系統(tǒng)設(shè)備的退避狀態(tài)的圖，圖4是說(shuō)明照射系統(tǒng)設(shè)備的照射狀態(tài)的圖。示出了照射系統(tǒng)設(shè)備30設(shè)置在旋轉(zhuǎn)機(jī)架框31上的示例。如圖3所示，在退避狀態(tài)下，監(jiān)視器裝置67靠近真空窗8，遠(yuǎn)離患者24。在該退避狀態(tài)下使患者24躺在患者臺(tái)28上，進(jìn)行患部的定位作業(yè)。在患部的定位作業(yè)結(jié)束之后，由監(jiān)視器保持部驅(qū)動(dòng)裝置80驅(qū)動(dòng)監(jiān)視器保持部9，使監(jiān)視器裝置67盡可能地接近患者24。使監(jiān)視器裝置67盡可能接近患者24的狀態(tài)如圖4所示，并且如圖3的虛線所示。劑量監(jiān)視器104、位置監(jiān)視器105分別是盡可能接近患者24的狀態(tài)下的劑量監(jiān)視器、位置監(jiān)視器。 [0024]實(shí)施方式I的粒子射線照射裝置58能在固定上部真空管道6、下部真空管道7、真空窗8的狀態(tài)下，確保監(jiān)視器67與患者24之間足夠的移動(dòng)距離。通過(guò)在低散射氣體填充室39中填充散射比空氣小的低散射氣體，從而能縮小通過(guò)低散射氣體填充室39內(nèi)的帶電粒子束I的射束尺寸。
[0025]接著，對(duì)低散射氣體的供給以及排出結(jié)構(gòu)、縮小通過(guò)時(shí)的散射的真空窗8的結(jié)構(gòu)、相當(dāng)于低散射氣體填充室39的蓋部的監(jiān)視器裝置67的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。圖5是對(duì)實(shí)施方式I的低散射氣體的供給以及排出結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明的圖。低散射氣體裝置40對(duì)低散射氣體填充室39執(zhí)行低散射氣體的供給以及釋放。低散射氣體裝置40具有氣體供給部41、容積變動(dòng)吸收部42、以及氣體放出部43。低散射氣體由氣體供給部41提供給低散射氣體填充室39。低散射氣體填充室39的低散射氣體的壓力的變動(dòng)由容積變動(dòng)吸收部42以及氣體放出部43調(diào)整到規(guī)定的壓力范圍。
[0026]氣體供給部41由填充有低散射氣體的氣瓶33、對(duì)供給氣體壓力進(jìn)行調(diào)整的調(diào)節(jié)器34、對(duì)提供給低散射氣體填充室39的氣體流量進(jìn)行調(diào)整的流量調(diào)整閥35、以及配管32構(gòu)成。氣體供給部41的配管32例如與上部密封件29相連。容積變動(dòng)吸收部42由調(diào)整腔室36以及配管32構(gòu)成。容積變動(dòng)吸收部42根據(jù)低散射氣體填充室39的氣體壓力來(lái)使低散射氣體從低散射氣體填充室39向調(diào)整腔室36移動(dòng)。若低散射氣體填充室39的氣體壓力下降，則調(diào)整腔室36內(nèi)的低散射氣體會(huì)流入低散射氣體填充室39。容積變動(dòng)吸收部42根據(jù)低散射氣體填充室的氣體壓力的變動(dòng)來(lái)改變?nèi)莘e,從而調(diào)整低散射氣體填充室39的低散射氣體的壓力的變動(dòng)。氣體放出部43由注入有油38的油容器37以及配管32構(gòu)成。在向低散射氣體填充室39提供低散射氣體，并且超過(guò)調(diào)整腔室36所能吸收變動(dòng)的壓力導(dǎo)致低散射氣體填充室39的氣體壓力上升時(shí)，從氣體放出部43的配管32將低散射氣體釋放到油內(nèi)。釋放到油內(nèi)的低散射氣體從油容器37的開(kāi)放口釋放到外部。低散射氣體因流量調(diào)整閥35而以一定流量流動(dòng)，因此從油容器37的開(kāi)放口以一定流量釋放低散射氣體。
[0027]圖6是表示真空窗的結(jié)構(gòu)的圖，圖7是表示圖6的Al-Al剖面的圖。真空窗8利用安裝凸緣48以及窗按壓凸緣46來(lái)按壓窗板47以進(jìn)行固定。圖6、圖7所示的真空窗8為圓形的示例。窗板47例如是厚度為200 μ m的聚酰亞胺的板。金屬的安裝凸緣48以及金屬的窗按壓凸緣46形成有貫通孔。窗板47配置成覆蓋安裝凸緣48的貫通孔。窗按壓凸緣46與窗板47的外周部重疊配置，并通過(guò)螺栓49固定在安裝凸緣48上。真空窗8通過(guò)螺栓49固定在金屬的下部真空管道7上。利用上述那樣的真空窗8，能確保真空區(qū)域的真空度，并且能盡可能地抑制窗板47引起的帶電粒子束I的散射。
[0028]圖8是表不監(jiān)視器裝置的圖。圖9是表不圖8的A2-A2首I]面的圖，圖10是表不圖9的左上部分的放大圖。圖8至圖10所示的監(jiān)視器裝置67為圓形的示例。圖8至圖10所示的監(jiān)視器裝置67是將劑量監(jiān)視器4的電極部與位置監(jiān)視器5的電極部重疊配置的監(jiān)視器電極部76配置在具有貫通孔的上框70與具有貫通孔的下框75之間的示例。監(jiān)視器電極部76在外周側(cè)配置有例如八個(gè)絕緣套管74。螺栓49插入到上框70的螺栓孔與絕緣套管74的貫通孔中，螺栓49擰入到下框75的內(nèi)螺紋部，使得上框70、下框75以及監(jiān)視器電極部76成為一體。
[0029]配置在低散射氣體填充室39的內(nèi)表面?zhèn)鹊纳峡?0上固定有窗板71。將窗板71配置成覆蓋上框70的貫通孔。將窗板按壓框72重疊配置在窗板71的外周部，利用螺釘73將窗板71以及窗板按壓框72固定在上框70的內(nèi)周側(cè)。窗板71例如是厚度100μ m的薄云母板(麥拉(Mylar) 膜)。窗板71配置在位于低散射氣體填充室39內(nèi)側(cè)的一面?zhèn)?，防止低散射氣體通過(guò)到下游側(cè)。
[0030]對(duì)監(jiān)視器保持部9與監(jiān)視裝置67的連接方法進(jìn)行說(shuō)明。圖11是對(duì)監(jiān)視器裝置的安裝方法進(jìn)行說(shuō)明的圖，圖12是表示圖11的A3-A3剖面的圖。圖11是從帶電粒子束I的照射方向的下游側(cè)觀察上游側(cè)時(shí)的監(jiān)視器裝置67的圖。在監(jiān)視器裝置67的上框70的外周側(cè)配置密封材料78、監(jiān)視器保持部9、密封材料79、以及按壓器具77。通過(guò)用螺栓49和螺母50來(lái)緊固兩個(gè)按壓器具77的端部，從而按壓并連接在監(jiān)視器裝置67上，因此能使監(jiān)視器保持部9與監(jiān)視器裝置67的連接具有氣密性。由于監(jiān)視器保持部9與監(jiān)視器裝置67的連接的氣密性較高，因此由上部密封件29、風(fēng)箱10、監(jiān)視器保持部9、以及監(jiān)視器裝置67構(gòu)成的低散射氣體填充室39能具備足以填充低散射氣體的氣密性。
[0031]圖13是表示本發(fā)明的射束尺寸特性的圖。橫軸為帶電粒子束的射束能量E(MeV)，縱軸為帶電粒子束的射束尺寸S(mm)。射束尺寸S以標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算的方式來(lái)計(jì)算。圖13的射束尺寸S是在水中的等中心點(diǎn)的射束尺寸。特性93是使用氦(He)氣作為低散射氣體、并在低散射氣體填充室39中填充氦氣的情況。圖13的特性是真空窗8與等中心點(diǎn)26的距離為770mm、監(jiān)視器裝置67的上表面與水面的距離為110mm、真空窗8的窗板47的厚度為200μ mm的示例。在變更帶電粒子束I的能量來(lái)變更水中的布拉格峰位置時(shí)，移動(dòng)水面以及監(jiān)視器裝置67，使得真空窗8與等中心點(diǎn)的距離為770mm，監(jiān)視器裝置67的上表面與水面的距離為110mm。若帶電粒子束I的能量被改變，則低散射氣體填充室39的Z軸方向的長(zhǎng)度會(huì)改變。為了進(jìn)行比較，添加特性91以及特性92。特性92是由水散射引起的物理極限的射束尺寸，特性91是從現(xiàn)有的粒子射線照射裝置的射束射出窗釋放出的帶電粒子束通過(guò)空氣而進(jìn)入患者身體時(shí)的射束尺寸。
[0032]在低散射氣體填充室39中填充氦氣，使監(jiān)視器裝置67的上表面與水面的距離為110mm，從而在射束能量為70MeV到235MeV之間，能使射束尺寸接近水散射引起的物理極限的射束尺寸。本發(fā)明的特性93在70MeV到235MeV之間，與現(xiàn)有的射束尺寸的特性91相比，能充分縮小射束尺寸。在現(xiàn)有的射束尺寸變大的低能量范圍(150MeV以下)內(nèi)，本發(fā)明的特性93與現(xiàn)有的特性91不同，即使射束能量下降，也能縮小射束尺寸。本發(fā)明的特性93在70MeV左右，即使射束能量下降，射束尺寸也不會(huì)下降，但能獲得比現(xiàn)有技術(shù)明顯要小的射束尺寸。本發(fā)明的特性93在射束能量為70MeV到235MeV之間能接近物理極限的特性92。
[0033]在實(shí)施方式I的粒子射線照射裝置58中，帶電粒子束I通過(guò)真空的真空通過(guò)長(zhǎng)度固定，覆蓋真空窗8，具備填充有低散射氣體的低散射氣體填充室39，并使位于低散射氣體填充室39的前端部分的監(jiān)視器裝置67盡可能地靠近患者，因此即使帶電粒子束I為低能量，也能以較小的射束尺寸對(duì)照射對(duì)象25進(jìn)行照射。此外，由于在粒子射線照射裝置58中，帶電粒子束I通過(guò)真空時(shí)的真空通過(guò)長(zhǎng)度固定，因此無(wú)需如現(xiàn)有技術(shù)那樣使用真空波紋管來(lái)使真空通過(guò)長(zhǎng)度可變，因此能簡(jiǎn)化照射系統(tǒng)設(shè)備30的結(jié)構(gòu)。由于照射系統(tǒng)設(shè)備30的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，因此能自由地進(jìn)行監(jiān)視器裝置67的移動(dòng)距離、即監(jiān)視器保持部9的移動(dòng)距離的設(shè)計(jì)，而不會(huì)被真空波紋管的制約條件所限制。
[0034]低散射氣體填充室39填充低散射氣體即可，因此無(wú)需使內(nèi)部成為真空那樣的氣密設(shè)定，也可以利用塑料等樹(shù)脂材料來(lái)形成。風(fēng)箱10也可以利用塑料等樹(shù)脂材料來(lái)形成，或者在布上涂布樹(shù)脂來(lái)使用。
[0035]由于將劑 量監(jiān)視器4和位置監(jiān)視器5 —體化為監(jiān)視器裝置67，因此與將劑量監(jiān)視器4和位置監(jiān)視器5單獨(dú)重疊的情況相比，能縮小監(jiān)視器裝置67的射束照射方向(Z方向)的長(zhǎng)度。劑量監(jiān)視器4與位置監(jiān)視器5 —體化的監(jiān)視器裝置67的射束照射方向(Z方向)的長(zhǎng)度較小，因此能輕量化，并能盡可能減薄會(huì)使帶電粒子束I散射的原因物體。
[0036]如上所述，實(shí)施方式I的粒子射線照射裝置58包括:形成供帶電粒子束I通過(guò)的真空區(qū)域的真空管道6、7 ;設(shè)置在真空管道6、7的下游側(cè)、從真空區(qū)域釋放帶電粒子束I的真空窗8 ;在與射束軸垂直的方向上掃描帶電粒子束I的掃描電磁鐵2、3 ;具有對(duì)帶電粒子束I的通過(guò)位置以及射束尺寸進(jìn)行檢測(cè)的位置監(jiān)視器5的監(jiān)視器裝置67 ;覆蓋真空窗8、并在下游側(cè)配置有監(jiān)視器裝置67的低散射氣體填充室39 ;以及對(duì)帶電粒子束I的照射進(jìn)行控制的照射管理裝置20，低散射氣體填充室39配置成使得監(jiān)視器裝置67與真空窗8在射束軸向上的相對(duì)位置能變更為規(guī)定位置，在照射帶電粒子束I時(shí)，由于填充有散射比空氣小的低散射氣體，因此配置成監(jiān)視器裝置與真空窗在射束軸向上的相對(duì)位置能變更為規(guī)定位置，帶電粒子束能通過(guò)填充有散射比空氣小的低散射氣體的低散射氣體填充室，即使帶電粒子束I為低能量，也能以較小的射束尺寸對(duì)照射對(duì)象25進(jìn)行照射。
[0037]實(shí)施方式I的粒子射線治療裝置包括:產(chǎn)生帶電粒子束1、并經(jīng)由加速器54對(duì)該帶電粒子束I進(jìn)行加速的射束產(chǎn)生裝置52 ;對(duì)經(jīng)由加速器54加速后的帶電粒子束I進(jìn)行輸送的射束輸送系統(tǒng)59 ;以及將由射束輸送系統(tǒng)59輸送的帶電粒子束I照射到照射對(duì)象25的粒子射線照射裝置58，粒子射線照射裝置58包括:形成供帶電粒子束I通過(guò)的真空區(qū)域的真空管道6、7 ;設(shè)置在真空管道6、7的下游側(cè)、從真空區(qū)域釋放帶電粒子束I的真空窗
8;在與射束軸垂直的方向上掃描帶電粒子束I的掃描電磁鐵2、3 ;具有對(duì)帶電粒子束I的通過(guò)位置以及射束尺寸進(jìn)行檢測(cè)的位置監(jiān)視器5的監(jiān)視器裝置67 ;覆蓋真空窗8、并在下游側(cè)配置有監(jiān)視器裝置67的低散射氣體填充室39 ;以及對(duì)帶電粒子束I的照射進(jìn)行控制的照射管理裝置20，低散射氣體填充室39配置成使得監(jiān)視器裝置67與真空窗8在射束軸向上的相對(duì)位置能變更為規(guī)定位置，在照射帶電粒子束I時(shí)，由于填充有散射比空氣小的低散射氣體，因此配置成使得監(jiān)視器裝置與真空窗在射束軸向上的相對(duì)位置能變更為規(guī)定位置，帶電粒子束能通過(guò)填充有散射比空氣小的低散射氣體的低散射氣體填充室，即使帶電粒子束I為低能量，也能以較小的射束尺寸對(duì)照射對(duì)象25進(jìn)行照射。
[0038]實(shí)施方式2
在實(shí)施方式I中，作為低散射氣體填充室39中的低散射氣體的排出結(jié)構(gòu)，對(duì)由注入有油38的油容器37和配管32構(gòu)成的氣體放出部43的示例進(jìn)行了說(shuō)明。實(shí)施方式2中，對(duì)從氣體放出部43向監(jiān)視器裝置67的患者側(cè)釋放的示例進(jìn)行說(shuō)明。
[0039]圖14是對(duì)實(shí)施方式2的低散射氣體的供給以及排出結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明的圖。與圖5的氣體放出部43的不同點(diǎn)在于，不存在注入有油38的油容器37，而將配管32配置在監(jiān)視器裝置67的射束照射方向(Z方向)，使低散射氣體填充室39的低散射氣體流向監(jiān)視器裝置67的患者側(cè)。從配管32的前端部向患者側(cè)釋放低散射氣體的釋放氣體45。由于釋放出的低散射氣體會(huì)流入監(jiān)視器裝置67與患者24之間，因此與監(jiān)視器裝置67與患者24之間為空氣的情況相比，低散射氣體的濃度變高，能降低帶電粒子束I的射束尺寸在監(jiān)視器裝置67與患者24之間變大的散射。因此，能使射束尺寸比實(shí)施方式2的粒子射線照射裝置58更小。 [0040]實(shí)施方式3
在實(shí)施方式3中，對(duì)具備在低散射氣體填充室39的低填充氣體的濃度產(chǎn)生異常的情況下、對(duì)低散射氣體填充室39的異常進(jìn)行檢測(cè)的功能的粒子射線照射裝置58的示例進(jìn)行說(shuō)明。若低散射氣體填充室39產(chǎn)生異常，則低散射氣體填充室39的低填充氣體的濃度會(huì)下降，帶電粒子束I的射束尺寸會(huì)變大，因此利用這一點(diǎn)來(lái)檢測(cè)低散射氣體填充室39的異常。圖15是對(duì)實(shí)施方式3的射束尺寸異常判定處理進(jìn)行說(shuō)明的圖。射束尺寸異常判定處理由射束數(shù)據(jù)處理裝置18進(jìn)行。射束數(shù)據(jù)處理裝置18基于由位置監(jiān)視器5檢測(cè)到的帶電粒子束I的通過(guò)位置信息來(lái)判定射束尺寸。
[0041]射束數(shù)據(jù)處理裝置18包括:計(jì)算射束尺寸S的射束尺寸計(jì)算部61 ;對(duì)照射到照射對(duì)象25的帶電粒子束I的計(jì)劃后的目標(biāo)射束尺寸S O進(jìn)行存儲(chǔ)的射束尺寸存儲(chǔ)部64 ;對(duì)針對(duì)目標(biāo)射束尺寸S O的異常判定的判定閾值B進(jìn)行存儲(chǔ)的判定閾值存儲(chǔ)器65 ;對(duì)射束尺寸S和目標(biāo)射束尺寸S O進(jìn)行比較并輸出射束尺寸S與目標(biāo)射束尺寸S O之差即尺寸差sigb的比較部62 ;以及判定尺寸差sigb是否在判定閾值B的范圍內(nèi)的異常判定部63。
[0042]若由異常判定部63檢測(cè)到射束尺寸S的異常，即，在尺寸差sigb不在判定閾值B的范圍內(nèi)的情況下，射束數(shù)據(jù)處理裝置18向照射管理裝置20發(fā)送異常通知信號(hào)sige。照射管理裝置20在接受到異常通知信號(hào)sige時(shí)，例如進(jìn)行緊急停止處理即聯(lián)鎖處理，停止帶電粒子束I的照射。
[0043]如上所述，實(shí)施方式3的粒子射線照射裝置58能在低散射氣體填充室39產(chǎn)生異常時(shí)，檢測(cè)帶電粒子束I的射束尺寸S的異常，進(jìn)行緊急停止處理即聯(lián)鎖處理，停止帶電粒子束I的照射。
[0044]另外，對(duì)照射管理裝置20從射束數(shù)據(jù)處理裝置18接收異常通知信號(hào)sige并進(jìn)行緊急停止處理即聯(lián)鎖處理的示例進(jìn)行了說(shuō)明，但也可以由射束數(shù)據(jù)處理裝置18發(fā)送與多個(gè)異常等級(jí)相對(duì)應(yīng)的異常通知信號(hào)sige，由照射管理裝置20根據(jù)異常通知信號(hào)sige的等級(jí)來(lái)調(diào)整氣體供給部41的氣體供給量。
[0045]例如，對(duì)射束數(shù)據(jù)處理裝置18生成兩個(gè)異常通知信號(hào)sigel以及sige2的情況進(jìn)行說(shuō)明。圖16是對(duì)實(shí)施方式3的其它射束尺寸異常判定處理進(jìn)行說(shuō)明的圖。該情況下，判定閾值存儲(chǔ)器65中存儲(chǔ)有兩個(gè)閾值B1、B2。這里，假設(shè)B KB 2。異常判定部63在尺寸差sigb不在判定閾值B2的范圍內(nèi)時(shí)，向照射管理裝置20發(fā)送異常通知信號(hào)sige2。異常判定部63在尺寸差sigb在判定閾值B2的范圍內(nèi)但不在判定閾值BI的范圍內(nèi)時(shí)，向照射管理裝置20發(fā)送異常通知信號(hào)sigel。照射管理裝置20在接受到異常通知信號(hào)sige2時(shí)，進(jìn)行緊急停止處理即聯(lián)鎖處理，停止帶電粒子束I的照射。此外，照射管理裝置20在接受到異常通知信號(hào)sigel時(shí)，向氣體供給部41發(fā)送控制信號(hào)，以對(duì)氣體供給部41的氣體供給量進(jìn)行調(diào)整。
[0046]另外，通過(guò)對(duì)異常通知信號(hào)sige的等級(jí)進(jìn)行更為細(xì)致的設(shè)定，從而能精細(xì)地調(diào)整氣體供給部41的氣體供給量。
[0047]至此，對(duì) 不使用真空波紋管的示例進(jìn)行了說(shuō)明，但也可以同時(shí)使用可進(jìn)行短距離移動(dòng)的真空波紋管和低散射氣體填充室。
標(biāo)號(hào)說(shuō)明
[0048]I帶電粒子束
2X方向掃描電磁鐵
3Y方向掃描電磁鐵 5位置監(jiān)視器
6上部真空管道
7下部真空管道
8真空窗
9監(jiān)視器保持部 10風(fēng)箱
18射束數(shù)據(jù)處理裝置 20照射管理裝置 25照射對(duì)象 29上部密封件 32配管 37油容器 38油
39低散射氣體填充室 40低散射氣體裝置 41氣體供給部42容積變動(dòng)吸收部43氣體放出部61射束尺寸計(jì)算部63異常判定部67監(jiān)視器裝置71窗板
51粒子射線治療裝置52射束產(chǎn)生裝置54同步加速器(加速器)
58、58a、58b粒子射線照射裝置
59射束輸送系統(tǒng)
sige、sigel、sige2異常通知信號(hào)
S 射束尺寸
S ^目標(biāo)射束尺寸
B、B1、B2判定閾 值
【權(quán)利要求】
1.一種粒子射線照射裝置，將經(jīng)由加速器加速后的帶電粒子束照射到照射對(duì)象，其特征在于，包括: 真空管道，該真空管道形成供所述帶電粒子束通過(guò)的真空區(qū)域； 真空窗，該真空窗設(shè)置在所述真空管道的下游側(cè)，并從所述真空區(qū)域釋放出所述帶電粒子束； 掃描電磁鐵，該掃描電磁鐵在與射束軸垂直的方向上掃描所述帶電粒子束； 監(jiān)視器裝置，該監(jiān)視裝置具有對(duì)所述帶電粒子束的通過(guò)位置以及射束尺寸進(jìn)行檢測(cè)的位置監(jiān)視器； 低散射氣體填充室，該低散射氣體填充室覆蓋所述真空窗，并在下游側(cè)配置有所述監(jiān)視器裝置；以及 照射管理裝置，該照射管理裝置對(duì)所述帶電粒子束的照射進(jìn)行控制， 所述低散射氣體填充室配置成使得所述監(jiān)視器裝置與所述真空窗在所述射束軸向上的相對(duì)位置能變更為所期望的位置， 在照射所述帶電粒子束時(shí)，填充有散射比空氣小的低散射氣體。
2.如權(quán)利要求1所述的粒子射線照射裝置，其特征在于，所述低散射氣體填充室包括:配置在下游側(cè)的所述 監(jiān)視器裝置；對(duì)所述監(jiān)視器裝置進(jìn)行保持的監(jiān)視器保持部；配置在所述真空管道的外周的上部密封件；以及以可移動(dòng)方式對(duì)所述上部密封件和所述監(jiān)視器保持部進(jìn)行連接的風(fēng)箱。
3.如權(quán)利要求1或2所述的粒子射線照射裝置，其特征在于，所述監(jiān)視器裝置具有窗板，該窗板配置在位于所述低散射氣體填充室的內(nèi)側(cè)的一面?zhèn)?，防止所述低散射氣體通過(guò)到下游側(cè)。
4.如權(quán)利要求1至3的任一項(xiàng)所述的粒子射線照射裝置，其特征在于，包括低散射氣體裝置，該低散射氣體裝置對(duì)所述低散射氣體填充室執(zhí)行所述低散射氣體的供給以及釋放， 所述低散射氣體裝置包括: 向所述低散射氣體填充室提供所述低散射氣體的氣體供給部； 根據(jù)所述低散射氣體填充室的氣體壓力的變動(dòng)來(lái)改變?nèi)莘e的容積變動(dòng)吸收部；以及 從所述低散射氣體填充室釋放低散射氣體的氣體放出部。
5.如權(quán)利要求4所述的粒子射線照射裝置，其特征在于，所述氣體放出部具有:注入有油的油容器、以及對(duì)所述低散射氣體填充室和所述油容器進(jìn)行連接的配管。
6.如權(quán)利要求4所述的粒子射線照射裝置，其特征在于，所述氣體放出部具有從所述低散射氣體填充室朝所述監(jiān)視器裝置的下游側(cè)釋放所述低散射氣體的配管。
7.如權(quán)利要求1至6的任一項(xiàng)所述的粒子射線照射裝置，其特征在于，包括射束數(shù)據(jù)處理裝置，該射束數(shù)據(jù)處理裝置基于由所述位置監(jiān)視器檢測(cè)到的所述帶電粒子束的通過(guò)位置信息來(lái)判定所述射束尺寸， 所述射束數(shù)據(jù)處理裝置具有: 射束尺寸計(jì)算部，該射束尺寸及算基于所述通過(guò)位置信息來(lái)計(jì)算所述射束尺寸；以及異常判定部，該異常判定部在所述帶電粒子束的計(jì)劃后的目標(biāo)射束尺寸與由所述射束尺寸計(jì)算部計(jì)算出的射束尺寸之差不在判定閾值的范圍內(nèi)時(shí)，向所述照射管理裝置發(fā)送異常通知信號(hào)。
8.一種粒子射線治療裝置，其特征在于，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，并利用加速器使該帶電粒子束加速；射束輸送系統(tǒng)，該射束輸送系統(tǒng)輸送經(jīng)過(guò)所述加速器加速的帶電粒子束；以及粒子射線照射裝置，該粒子射線照射裝置將利用所述射束輸送系統(tǒng)輸送而來(lái)的帶電粒子束照射到照射對(duì)象上， 所述粒子射線照射 裝置是權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的粒子射線照射裝置。
【文檔編號(hào)】A61N5/10GK104023791SQ201180074600
【公開(kāi)日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2011年11月3日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月3日
【發(fā)明者】池田昌廣, 原田久, 花川和之, 大谷利宏, 片寄雅, 本田泰三, 山田由希子, 蒲越虎 申請(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社