帶電粒子束系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及帶電粒子束系統(tǒng)，特別涉及使用質(zhì)子、氦離子或碳離子的離子束的適合于癌癥治療的帶電粒子束系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]向患者的癌癥患部照射質(zhì)子、氦或碳等的離子束來(lái)治療癌癥的帶電粒子束照射系統(tǒng)，具備離子源、加速器、射束輸送系統(tǒng)以及旋轉(zhuǎn)機(jī)架，在旋轉(zhuǎn)機(jī)架上具備對(duì)患者照射離子束的照射裝置。
[0003]通過(guò)離子源產(chǎn)生的離子束，在使用同步加速器以及回旋加速器等加速器被加速到期望的能量后，從加速器出射到射束輸送系統(tǒng)。所出射的離子束通過(guò)射束輸送系統(tǒng)被輸送到在旋轉(zhuǎn)機(jī)架上設(shè)置的照射裝置。通過(guò)使旋轉(zhuǎn)機(jī)架旋轉(zhuǎn)，照射裝置繞著旋轉(zhuǎn)機(jī)架的旋轉(zhuǎn)軸回旋，與離子束對(duì)在治療臺(tái)上承載的患者的癌癥的患部的照射方向一致。因此，從通過(guò)旋轉(zhuǎn)機(jī)架設(shè)定的照射方向，與作為離子束的照射目標(biāo)的患部距離身體表面的深度、以及患部的形狀相配合地照射被輸送到照射裝置的離子束。
[0004]使用了照射裝置的離子束的照射方法大致可分為散射體法以及掃描法。在散射體法中，通過(guò)散射體來(lái)橫向放大離子束，使用SOBP (Spread Out of Bragg Peak:布拉格峰擴(kuò)展)濾波器，在深度方向上放大，照射作為照射目標(biāo)的患部。掃描法中，與患部的形狀配合地，使用掃描電磁鐵使離子束橫向移動(dòng)，在深度方向上通過(guò)加速器使離子束的能量變化來(lái)照射離子束(參照日本特開(kāi)平10 - 118204號(hào)公報(bào)以及日本特開(kāi)2004 — 358237號(hào)公報(bào))。
[0005]在對(duì)人體照射了離子束的情況下，在人體的深度方向上表現(xiàn)出日本特開(kāi)平10 -118204號(hào)公報(bào)的圖3所示那樣的劑量分布，在布拉格峰處劑量達(dá)到最大，而且，在超過(guò)布拉格峰的深度劑量分布急劇減少。在使用了離子束的癌癥治療中利用了在布拉格峰處劑量達(dá)到最大，在超過(guò)巴拉格峰的深度劑量急劇減少的性質(zhì)。
[0006]日本特開(kāi)2010 - 32451號(hào)公報(bào)記載了，在I個(gè)帶電粒子束照射系統(tǒng)中，切換種類不同的離子束、即質(zhì)子離子束(質(zhì)子線)以及碳離子束(碳線)來(lái)對(duì)患者的癌癥的患部照射質(zhì)子離子束或碳離子束。日本特許第4632278號(hào)公報(bào)記載了，在I個(gè)帶電粒子束照射系統(tǒng)中，將種類不同的離子束、即氦離子束、碳離子束以及氧離子束的某一種入射到作為加速器的同步加速器內(nèi)，在通過(guò)同步加速器將入射的離子束加速后，對(duì)患者的癌癥的患部進(jìn)行照射。
[0007]H.Eickhoff et al., GSI Darmstadt, “TESTS OF A LIGHT-1ON GANTRY SCECT1NAS AN EXAMPLE OF PREPARAT1NS FOR THE THERAPY FACILITY IN HEIDELBERG”，Proc.0fEPAC2002, Paris France與日本特開(kāi)2010 — 32451號(hào)公報(bào)以及日本特許第4632278號(hào)公報(bào)同樣，記載了在I個(gè)帶電離子束照射系統(tǒng)中切換多種離子束來(lái)對(duì)照射對(duì)象進(jìn)行照射。
[0008]專利文獻(xiàn)1:日本特開(kāi)平10 - 118204號(hào)公報(bào)
[0009]專利文獻(xiàn)2:日本特開(kāi)2004 - 358237號(hào)公報(bào)
[0010]專利文獻(xiàn)3:日本特許第4632278號(hào)公報(bào)
[0011]非專利文獻(xiàn)1:Η.Eickhoff et al., GSI Darmstadt, “TESTS OF A LIGHT-1ONGANTRY SCECT1N AS AN EXAMPLE OF PREPARAT1NS FOR THE THERAPY FACILITY INHEIDELBERG”，Proc.0f EPAC2002, Paris France

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]為了對(duì)體內(nèi)較深位置處的治療目標(biāo)(癌癥的患部)照射離子束，需要延長(zhǎng)水中射程，以使離子束到達(dá)照射目標(biāo)，另外，越增加離子束的離子的重量，則需要越高的能量。其結(jié)果是不得不增大構(gòu)成帶電粒子束照射系統(tǒng)的設(shè)備、即加速器、射束輸送系統(tǒng)以及旋轉(zhuǎn)機(jī)架各自使用的偏轉(zhuǎn)電磁鐵的曲率半徑。這導(dǎo)致各設(shè)備的尺寸的大型化，結(jié)果是導(dǎo)致帶電粒子束照射系統(tǒng)大型化。
[0013]切換種類不同的離子束來(lái)照射治療目標(biāo)的帶電粒子束照射系統(tǒng)，被構(gòu)成為可以照射這些離子束中最重的離子的射束，與最重的離子的射束的照射相適應(yīng)地，帶電粒子束照射系統(tǒng)大型化。例如，在可以切換質(zhì)子離子束以及碳離子束來(lái)照射的帶電粒子束照射系統(tǒng)中，必須使其可以照射碳離子束，因此必然導(dǎo)致該系統(tǒng)大型化。
[0014]另一方面，在使用質(zhì)子離子束那樣的輕離子束的帶電粒子束照射系統(tǒng)中，加速器、射束輸送系統(tǒng)以及旋轉(zhuǎn)機(jī)架中使用的偏轉(zhuǎn)電磁鐵的曲率半徑減小，因此可以縮小加速器、射束輸送系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)機(jī)架以及照射裝置。由此，使用輕離子束的帶電粒子束照射系統(tǒng)與使用碳離子那樣的重離子束的帶電粒子束照射系統(tǒng)相比，可以小型化。
[0015]但是，根據(jù)發(fā)明人的研究可知，輕離子束由照射裝置引起的側(cè)方散射大，因此，在照射輕離子束的情況下，體內(nèi)的射束大小(size)增加，或者照射范圍的端部的劑量降低幅度(penumbra:半陰影)增大，產(chǎn)生向照射目標(biāo)的劑量集中性以及劑量分布的控制性降低的問(wèn)題。
[0016]本發(fā)明的目的在于，提供一種可以將帶電粒子束系統(tǒng)小型化，并且可以提高離子束向照射目標(biāo)的照射集中性以及照射劑量分布的控制性的帶電粒子束系統(tǒng)。
[0017]為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明的一種方式的帶電粒子束系統(tǒng)，具有:
[0018]離子源，其產(chǎn)生重量不同的多種離子；加速器，其將通過(guò)所述離子源產(chǎn)生的多種離子中的入射的一種離子加速；射束輸送系統(tǒng)，其輸送從所述加速器出射并包含所述入射的一種離子的離子束；旋轉(zhuǎn)機(jī)架，其設(shè)定所述離子束向照射目標(biāo)的照射方向；照射裝置，其設(shè)置在所述旋轉(zhuǎn)機(jī)架上，將所述離子束照射到所述照射目標(biāo)；以及控制裝置，
[0019]所述離子源是產(chǎn)生第一離子以及比所述第一離子重的第二離子的離子源，
[0020]所述控制裝置，當(dāng)包含所述第一離子的第一離子束的照射方向上的所述照射目標(biāo)的水等價(jià)深度比包含所述第二離子的第二離子束的設(shè)定水中射程大時(shí)，進(jìn)行第一控制，即控制對(duì)所述加速器的高頻加速裝置施加的高頻電壓的頻率來(lái)加速所述第一離子束，使得所述第一離子束的水中射程變得比所述第二離子束的設(shè)定水中射程大，所述第一離子束到達(dá)所述照射目標(biāo)；當(dāng)所述第二離子束的照射方向上的所述照射目標(biāo)的水等價(jià)深度為所述第二離子束的所述設(shè)定水中射程以下時(shí)，進(jìn)行第二控制，即控制對(duì)所述高頻加速裝置施加的所述高頻電壓的頻率來(lái)加速所述第二離子束，使得所述第二離子束的水中射程成為所述第二離子束的設(shè)定水中射程以下，所述第二離子束到達(dá)所述照射目標(biāo)。
[0021]所述控制裝置優(yōu)選為如下控制裝置，
[0022]當(dāng)從所述照射目標(biāo)的水等價(jià)深度比所述第二離子束的設(shè)定水中射程大的第一照射方向，對(duì)所述照射目標(biāo)照射包含所述第一離子的第一離子束時(shí)，進(jìn)行第一控制，即使所述旋轉(zhuǎn)機(jī)架旋轉(zhuǎn)，使得來(lái)自所述照射裝置的所述第一離子束的照射方向與所述第一照射方向一致；以及
[0023]第二控制，即控制對(duì)所述加速器的高頻加速裝置施加的高頻電壓的頻率來(lái)加速所述第一離子束，使得所述第一照射方向上的所述第一離子束的水中射程比包含所述第二離子的第二離子束的設(shè)定水中射程大，所述第一離子束到達(dá)所述照射目標(biāo)，
[0024]當(dāng)從所述照射目標(biāo)的水等價(jià)深度為所述第二離子束的所述設(shè)定水中射程以下的第二照射方向，對(duì)所述照射目標(biāo)照射所述第二離子束時(shí)，進(jìn)行第三控制，即使所述旋轉(zhuǎn)機(jī)架旋轉(zhuǎn)，使得來(lái)自所述照射裝置的所述第二離子束的照射方向與所述第二照射方向一致；以及
[0025]第四控制，即控制對(duì)所述高頻加速裝置施加的所述高頻電壓的頻率來(lái)加速所述第二離子束，使得所述第二照射方向上的所述第二離子束的水中射程成為所述第二離子束的設(shè)定水中射程以下，所述第二離子束到達(dá)所述照射目標(biāo)。
[0026](I)實(shí)現(xiàn)上述目的的本發(fā)明的另一方式的帶電粒子束系統(tǒng)，具備:
[0027]離子源；將通過(guò)所述離子源產(chǎn)生的離子加速的加速器；輸送從所述加速器取出的離子束的射束輸送系統(tǒng)；設(shè)定所述離子束向照射目標(biāo)的照射方向的旋轉(zhuǎn)機(jī)架；以及設(shè)置在所述旋轉(zhuǎn)機(jī)架上，將所述離子束照射到所述照射目標(biāo)的照射裝置，
[0028]所述離子源是產(chǎn)生重量不同的多種離子的離子源，所述加速器是將所述多種離子加速，使得加速后的最高能量下的水中射程根據(jù)離子種類而不同的加速器，
[0029]選擇通過(guò)所述旋轉(zhuǎn)機(jī)架確定的照射方向上的所述照射目標(biāo)的水等價(jià)深度(達(dá)到等價(jià)的衰減的水深)為所述加速后的最高能量下的水中射程以下的離子，使用所述離子源、所述加速器、所述射束輸送系統(tǒng)以及所述旋轉(zhuǎn)機(jī)架，將所述選擇的離子輸送到所述照射裝置，從所述照射裝置照射到所述照射目標(biāo)。
[0030](2)實(shí)現(xiàn)上述目的的本發(fā)明的另一方式的帶電粒子束系統(tǒng)，具備:離子源；將通過(guò)所述離子源產(chǎn)生的離子加速的加速器；輸送從所述加速器取出的離子束的射束輸送系統(tǒng)；用于設(shè)定所述離子束向照射目標(biāo)的照射方向的旋轉(zhuǎn)機(jī)架；以及設(shè)置在所述旋轉(zhuǎn)機(jī)架上，將所述離子束照射到照射目標(biāo)的照射裝置，
[0031]所述離子源是產(chǎn)生重量不同的多種離子的離子源，所述加速器是將所述多種離子加速，使得最重的離子向最高能量加速后的水中射程比最重的離子以外的離子向最高能量加速后的水中射程短的加速器，
[0032]當(dāng)通過(guò)所述旋轉(zhuǎn)機(jī)架確定的照射方向上的所述照射目標(biāo)的水等價(jià)深度超過(guò)最重的離子的最長(zhǎng)水中射程時(shí)，選擇所述多個(gè)離子中除最重的離子以外的離子，當(dāng)所述照射目標(biāo)的水等價(jià)深度為最重的離子的最長(zhǎng)水中射程以下時(shí)，選擇包含最重的離子的所述多種離子，使用所述離子源、所述加速器、所述射束輸送系統(tǒng)以及所述旋轉(zhuǎn)機(jī)架，將所述選擇的離子輸送到照射裝置，從所述照射裝置照射到所述照射目標(biāo)。
[0033](3)實(shí)現(xiàn)上述目的的本發(fā)明的另一方式的帶電粒子束系統(tǒng)，具備:
[0034]離子源；將通過(guò)所述離子源產(chǎn)生的離子加速的加速器；輸送從所述加速器取出的離子束的射束輸送系統(tǒng)；用于設(shè)定所述離子束向照射目標(biāo)的照射方向的旋轉(zhuǎn)機(jī)架；以及設(shè)置在所述旋轉(zhuǎn)機(jī)架上，將所述離子束照射到所述照射目標(biāo)的照射裝置，
[0035]所述離子源是產(chǎn)生重量不同的多種離子的離子源，所述加速器是將所述多種離子加速，使得最重的離子向最高能量加速后的水中射程比輕于最重的離子的離子向最高能量加速后的水中射程短的加速器，
[0036]當(dāng)通過(guò)所述旋轉(zhuǎn)機(jī)架確定的照射方向上的所述照射目標(biāo)的水等價(jià)深度超過(guò)最重