粒子射線照射裝置及具備該粒子射線照射裝置的粒子射線治療裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及粒子射線治療裝置中的、用于使粒子射線與患部的三維形狀相吻合地進(jìn)行照射的粒子射線照射裝置，所述粒子射線治療裝置對腫瘤等患部照射粒子射線來進(jìn)行治療。
【背景技術(shù)】
[0002]在利用粒子射線的治療方法中，采用被加速為光速的約70%的質(zhì)子、碳粒子射線等高能量粒子射線。在向體內(nèi)照射這些高能量粒子射線時(shí)，具有如下特征。第一，被照射的粒子幾乎都停留在與粒子能量的約1.7次冪成正比的深度位置。第二，向直到被照射的粒子在體內(nèi)停止時(shí)所通過的路徑所提供的能量密度(稱為劑量)在粒子的停止位置具有最大值。沿著粒子射線通過的路徑而形成的特有的深部劑量分布曲線被稱為布拉格曲線，劑量值為最大的位置被稱為布拉格峰。
[0003]對于三維粒子射線照射系統(tǒng)想到了如下的方法:使該布拉格峰的位置與腫瘤的三維形狀相吻合地進(jìn)行掃描，一邊對各個(gè)掃描位置的峰值劑量進(jìn)行調(diào)整，一邊在預(yù)先根據(jù)圖像診斷所決定的目標(biāo)即腫瘤區(qū)域形成規(guī)定的三維劑量分布。對粒子射線的停止位置進(jìn)行的掃描包括與粒子射線的照射方向幾乎垂直的橫向(χ、γ方向)上的掃描、以及粒子射線的照射方向即深度方向(Ζ方向)上的掃描。橫向上的掃描包括使患者相對于粒子射線進(jìn)行移動(dòng)的方法，以及使用電磁鐵等使粒子射線的位置發(fā)生移動(dòng)的方法，使用電磁鐵的方法屬于一般方法。深度方向上的掃描是改變粒子能量的唯一方法。對于改變能量的方法中，具有如下2種方法:用加速器來改變粒子能量的方法；以及被稱為設(shè)置于射束傳輸系統(tǒng)或照射系統(tǒng)的量程轉(zhuǎn)換器(range shifter)(包含被稱為能量變更和分析裝置即Energy Select1nSystem(能量選擇系統(tǒng))的裝置)的能量變更裝置。常用的是使用量程轉(zhuǎn)換器的方法。
[0004]在與粒子射線的前進(jìn)方向垂直的方向、即橫向上，使粒子射線掃描的方法大致分為如下2種基本方法。一種是如下的點(diǎn)掃描照射法:在照射粒子射線以使規(guī)定照射位置處的照射劑量達(dá)到計(jì)劃值時(shí)，暫時(shí)減弱粒子射線強(qiáng)度(一般使其變?yōu)榱?，再變更掃描電磁鐵的電流值以使粒子射線照射下一個(gè)照射位置，然后，再次增加粒子射線強(qiáng)度(或者從加速器再次射出粒子射線)，從而照射粒子射線。例如，非專利文獻(xiàn)I中示出了這樣的示例。另一種是混合掃描照射法，其與向各個(gè)計(jì)劃好的位置照射計(jì)劃好的量的粒子射線的基本做法是相同的，但是在使粒子射線的位置移動(dòng)到下一個(gè)照射位置時(shí)，不停止粒子射線，而一邊照射粒子射線一邊使粒子射線進(jìn)行掃描。例如，非專利文獻(xiàn)2所揭示的內(nèi)容是其中一個(gè)示例。
[0005]還具有如下方法:在橫向上對粒子射線實(shí)施二維掃描，形成具有規(guī)定分布的橫向劑量分布，在深度方向上變更粒子能量，形成多個(gè)在照射區(qū)域的不同深度位置具有層狀的規(guī)定分布的橫向劑量分布，這些層狀的劑量分布重疊，在照射區(qū)域制作規(guī)定的三維劑量分布。此時(shí)，各個(gè)層狀劑量分布通常為均勻的劑量分布。因此，根據(jù)治療計(jì)劃來計(jì)算各層中預(yù)先決定的照射位置上的計(jì)劃照射粒子量。
[0006]在上述的任一個(gè)方法中，為了形成規(guī)定的二維或三維劑量分布，利用治療計(jì)劃裝置等來決定所計(jì)劃的各個(gè)照射位置處的計(jì)劃照射劑量。
現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)
[0007]專利文獻(xiàn)1:日本專利特許第3874766號公報(bào)
專利文獻(xiàn)2:美國專利申請公開第US2006/0231775A1號說明書非專利文獻(xiàn)
[0008]非專利文獻(xiàn)I:T.1naniwa et al.，Medical Physics 34(2007)3302
非專利文獻(xiàn) 2:J.H.Kang et al.，，，Demonstrat1n of scan path optimizat1n inproton therapy”Medical Physics 34 (9)2007, page 3457-3464

【發(fā)明內(nèi)容】

發(fā)明所要解決的技術(shù)問題
[0009]在專利文獻(xiàn)I所記載的粒子射線掃描照射裝置中，將用掃描照射來進(jìn)行照射的各個(gè)點(diǎn)(位置)的計(jì)劃照射粒子數(shù)(照射劑量)設(shè)為復(fù)位值而預(yù)先存儲(chǔ)于照射裝置的規(guī)定存儲(chǔ)器中，同時(shí)需要將與各個(gè)點(diǎn)的位置相當(dāng)?shù)男畔?例如，電磁鐵的勵(lì)磁電流對(ixi，IYi), i=1，2，3-Nspot等)也預(yù)先存儲(chǔ)于照射裝置的規(guī)定存儲(chǔ)器中。而且，在實(shí)施照射時(shí)，采用以下結(jié)構(gòu):即，用射束監(jiān)視器等對各個(gè)照射位置處的照射劑量進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)該計(jì)數(shù)值達(dá)到與該位置相對應(yīng)的預(yù)設(shè)值時(shí)，判斷為該位置的照射已完成，轉(zhuǎn)移至下一個(gè)照射位置。利用通過對照該預(yù)設(shè)值和計(jì)數(shù)值的方法來構(gòu)筑以往的粒子射線或者X射線的治療裝置中的照射裝置。
[0010]如上所述，在以往的粒子射線治療裝置中的粒子射線照射裝置中，在向各個(gè)照射位置照射粒子射線時(shí)，必需進(jìn)行如下動(dòng)作:即，將用射束監(jiān)視器對照射至該位置的粒子量進(jìn)行計(jì)數(shù)而得到的計(jì)數(shù)值與預(yù)設(shè)值進(jìn)行對照。通常，對計(jì)數(shù)值與預(yù)設(shè)值進(jìn)行對照的動(dòng)作需要數(shù)10 μ秒。當(dāng)希望通過增強(qiáng)粒子射線而在短時(shí)間內(nèi)照射所有照射位置時(shí)，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)對計(jì)數(shù)值與預(yù)設(shè)值進(jìn)行對照的動(dòng)作成為高速化的瓶頸的情況。因此，在以往的照射裝置中，還存在難以實(shí)現(xiàn)非常高的劑量率(每單位時(shí)間能夠照射的劑量)的問題。
[0011]本發(fā)明志在解決如上所述的以往的粒子射線照射裝置的問題，其目的在于，提供一種能夠完全靈活運(yùn)用粒子射線治療裝置的射束電流、從而能夠在短時(shí)間內(nèi)完成照射的劑量率較高的粒子射線治療裝置及粒子射線照射裝置。
用于解決技術(shù)問題的技術(shù)手段
[0012]本發(fā)明的粒子射線照射裝置具有:掃描電磁鐵，該掃描電磁鐵用于使粒子射線對照射對象進(jìn)行掃描；掃描信息存儲(chǔ)部，該掃描信息存儲(chǔ)部中存儲(chǔ)有掃描位置信息和掃描順序信號，所述掃描位置信息與粒子射線對照射對象進(jìn)行掃描時(shí)的多個(gè)掃描位置有關(guān)，所述掃描順序信息是對多個(gè)掃描位置進(jìn)行掃描的順序；以及掃描電磁鐵控制部，該掃描電磁鐵控制部根據(jù)存儲(chǔ)于該掃描信息存儲(chǔ)部中的掃描位置信息和掃描順序信息，來控制掃描電磁鐵，在所述粒子射線照射裝置中，存儲(chǔ)于掃描信息存儲(chǔ)部中的掃描位置信息包含順序相鄰的掃描位置信息為同一掃描位置信息的部分。
發(fā)明效果
[0013]根據(jù)本發(fā)明的裝置，由于包含有順序相鄰的掃描位置信息為同一掃描位置信息的部分，因此，能夠提供可在短時(shí)間內(nèi)結(jié)束照射的劑量率較高的粒子射線照射裝置。
【附圖說明】
[0014]圖1是表示本發(fā)明實(shí)施方式所涉及的粒子射線照射裝置的簡要結(jié)構(gòu)的框圖。
圖2是表示治療計(jì)劃裝置中計(jì)劃好的掃描位置與計(jì)劃照射劑量的示例的表的圖。
圖3是表示本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的粒子射線照射裝置的掃描信息存儲(chǔ)部中所存儲(chǔ)的掃描信息的示例的表的圖。
圖4是用于說明本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的粒子射線照射裝置的動(dòng)作的概念圖。
圖5是表示本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的粒子射線照射裝置的其他簡要結(jié)構(gòu)的框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式I所涉及的粒子射線照射裝置的簡要結(jié)構(gòu)的框圖。具有如下結(jié)構(gòu):利用使粒子射線I偏向一個(gè)方向的X方向掃描電磁鐵21和使粒子射線I偏向與該一個(gè)方向垂直的一個(gè)方向的Y方向掃描電磁鐵22，使由未圖示的粒子射線加速器生成并由未圖示的粒子射線傳輸系統(tǒng)傳輸來的粒子射線I對患者的患部等被照射體11進(jìn)行掃描。此處，X方向掃描電磁鐵21和Y方向掃描電磁鐵22組成掃描電磁鐵2。
[0016]利用由掃描電磁鐵電源控制部5所控制的掃描電磁鐵驅(qū)動(dòng)電源3，來驅(qū)動(dòng)掃描電磁鐵2。在掃描信息存儲(chǔ)部4中，存儲(chǔ)有與多個(gè)掃描位置相關(guān)的掃描位置信息、以及作為進(jìn)行掃描的順序的掃描順序信息，來作為掃描信息。掃描電磁鐵電源控制部5與由粒子射線監(jiān)視傳感器6所檢測出的粒子劑量相對應(yīng)地接收監(jiān)視脈沖發(fā)生部7所輸出的監(jiān)視脈沖，對掃描電磁鐵驅(qū)動(dòng)電源3進(jìn)行控制，掃描電磁鐵驅(qū)動(dòng)電源3根據(jù)存儲(chǔ)于掃描信息存儲(chǔ)部4中的信息，來驅(qū)動(dòng)掃描電磁鐵2。掃描電磁鐵驅(qū)動(dòng)電源3和掃描電磁鐵電源控制部5統(tǒng)稱為掃描電磁鐵控制部8，粒子射線監(jiān)視傳感器6和監(jiān)視脈沖發(fā)生部統(tǒng)稱為粒子射線監(jiān)視器9。
[0017]圖2是表示本實(shí)施方式所涉及的粒子射線照射裝置的、對各個(gè)掃描位置所計(jì)劃好的計(jì)劃照射劑量的示例的列表的圖。圖3是表示本實(shí)施方式所涉及的粒子射線照射裝置的掃描信息存儲(chǔ)部4中所存儲(chǔ)的掃描信息的內(nèi)容的示例的概念圖。圖4是表示本實(shí)施方式所涉及的粒子射線照射裝置的、由監(jiān)視脈沖發(fā)生部7與從粒子射線監(jiān)視傳感器6所輸入的規(guī)定的電荷量(例如Q0)相對應(yīng)地進(jìn)行輸出的監(jiān)視脈沖及其序列、以及存儲(chǔ)于掃描信息存儲(chǔ)部4的掃描信息的示例。
[0018]下面，利用圖1至圖4，對本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的粒子射線照射裝置的動(dòng)作進(jìn)行說明。首先，根據(jù)患者的CT數(shù)據(jù)等確立治療計(jì)劃，在圖1的被照射體11中，決定多個(gè)全照射位置(在圖1中，為了后述的說明，在照射位置A1、照射位置Ai+Ι、照射位置Ai+2這3個(gè)照射位置上標(biāo)注標(biāo)號)、掃描照射位置的順序、以及各個(gè)照射位置處的計(jì)劃照射劑量。作為與照射位置相對應(yīng)的位置信息，具有其橫向上的位置坐標(biāo)和位于被照射體體內(nèi)的深度位置。橫向上的位置信息基本由掃描電磁鐵2的X方向掃描電磁鐵21的勵(lì)磁電流IX和Y方向掃描電磁鐵22的勵(lì)磁電流IY等來進(jìn)行定義。深度位置信息能夠用射入至被照射體11的粒子射線的粒子能量來進(jìn)行定義。這是因?yàn)榱Ｗ由渚€停止在體內(nèi)的、即照射粒子射線的深度位置是由粒子的能量來決定的。
[0019]向被照射體11照射粒子射線的方法包括掃描照射法、均勻掃描法(uniformscanning method)、模擬散射(simulated scattering)等多種方法，但無論在哪種情況下，都由治療計(jì)劃裝置10來決定多個(gè)照射位置、掃描照射位置的順序、以及在各個(gè)照射位置進(jìn)行照射的照射劑量(這能單純地看作為進(jìn)行照射的粒子射線的粒子個(gè)數(shù))。照射方法的不同點(diǎn)在于，照射位置的個(gè)數(shù)、供給方法、照射順序、各個(gè)照射位置上的照射劑量等的不同。此處，以掃描照射法為例，進(jìn)行如下說明，但是本發(fā)明當(dāng)然也適用于指定多個(gè)照射位置、掃描照射位置的順序、以及各個(gè)照射位置上的照射劑量來進(jìn)行照射的其他照射方法。
[0020]在掃描照射法中，反復(fù)進(jìn)行如下動(dòng)作，從而在由治療計(jì)劃裝置10所決定的所有照射位置照射粒子射線:照射粒子射線，使得粒子射線在各個(gè)照