射束輸送系統(tǒng)及粒子射線治療裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及輸送由質(zhì)子、重粒子等帶電粒子構(gòu)成的帶電粒子射束的射束輸送系 統(tǒng)、W及將所輸送的帶電粒子射束照射到物體、人體等被照射體的粒子射線治療裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 一般而言，粒子射線治療裝置包括：產(chǎn)生帶電粒子射束的射束產(chǎn)生裝置；與射束 產(chǎn)生裝置相連，對產(chǎn)生的帶電粒子射束進行加速的加速器；對加速至由加速器所設(shè)定的能 量后出射的帶電粒子射束進行輸送的帶電粒子射束輸送系統(tǒng)；W及設(shè)置于射束輸送系統(tǒng)的 下游側(cè)，用于將帶電粒子射束照射至照射對象的粒子射線照射裝置。
[0003] 一般射束輸送系統(tǒng)設(shè)定有加速器的射束軌道上的一點和射束照射位置（等中屯、）運兩個基準(zhǔn)點，來設(shè)計光學(xué)參數(shù)。加速器的射束軌道上的一點成為光學(xué)參數(shù)設(shè)計的起點，射 束照射位置、尤其是作為其中屯、的等中屯、成為光學(xué)參數(shù)設(shè)計的終點。具體而言，射束輸送系 統(tǒng)將加速器和該射束輸送系統(tǒng)（高能射束輸送系統(tǒng)（肥BT系統(tǒng)））的交匯點（起點）的射束 初始條件作為設(shè)計值，來計算該射束輸送系統(tǒng)的電磁鐵的強度，對電磁鐵設(shè)定該強度（勵 磁電流），來傳輸射束，W使得射束到達照射位置。
[0004] 在加速器是小型醫(yī)療用的同步加速器的情況下，即使同步加速器的初始值是理想 值（設(shè)計值），由于同步加速器的電磁鐵類的未設(shè)想到的磁場（因工作誤差等而產(chǎn)生的磁 場），因此即使適當(dāng)?shù)嘏渲昧鶚O電磁鐵也不滿足Har化的條件，分界線的出射分支因能量的 不同而不同。因此，存在因能量值不同而導(dǎo)致所述交匯點的射束的角度（斜率）、位置不同 的現(xiàn)象（色差），且由于加速器的射束出射法的不同，從而會發(fā)生照射位置的射束的位置發(fā) 生變動、或射束直徑變大的現(xiàn)象。 陽0化]對發(fā)生射束的角度（斜率）、位置不同的現(xiàn)象即色差的理由進行說明。圖15是說 明相位空間中的起點的射束移動的圖，圖16是說明射束軌道的圖。圖15的橫軸是與射束軌 道中屯、軸垂直的X方向的距離ΔΧ，縱軸是相對于ΔΧ的射束軌道中屯、軸的斜率ΔΧ'。圖 16的橫軸是向射束的前進方向延伸的S軸，縱軸是X方向的距離ΔX。圖16中示出與射束 軌道變更相關(guān)的偏轉(zhuǎn)電磁鐵63和四極電磁鐵64的位置、起點S、終點T。圖16的上側(cè)示出 射束出射為理想狀態(tài)的情況，圖16的下側(cè)示出射束出射偏離理想狀態(tài)的情況。
[0006]W往，假設(shè)為起點S的射束沒有移動、是具有圖16的楠圓62所示的假設(shè)相位空間 分布的射束，來設(shè)計射束輸送系統(tǒng)的射束光學(xué)系統(tǒng)。然而，實際的射束具有根據(jù)時間的不 同，相位空間分布W61a、6化、61c的方式變化的相位空間分布60。對于實際的射束，如圖5 所示那樣間斷的電流值在零和零W外的值之間反復(fù)，時刻tl、t2、t3處射束的相位空間分 布不同。例如，射束的相位空間分布在時刻tl(溢出（spill)開始）的情況下為相位空間 分布61曰，在時刻t2(溢出中央）的情況下為相位空間分布6化，在時刻t3(溢出結(jié)束）的 情況下為相位空間分布61c。
[0007] 在射束出射為理想狀態(tài)的情況下，如圖16的上側(cè)所示，即使起點S的相位空間中 的射束沒有移動，在上游側(cè)W射束軌道65a、65b、65c的方式變動，但在下游側(cè)通過偏轉(zhuǎn)電 磁鐵63和四極電磁鐵64的勵磁電流的調(diào)整，從而能調(diào)整為射束軌道與射束軸（s軸）相一 致，且在終點T不會產(chǎn)生色差。然而，在射束出射偏離理想狀態(tài)的情況下，即、相位空間分布 隨時間變動的情況下，如圖16的下側(cè)所示，在下游側(cè)也W射束軌道66a、66b、66c的方式變 動，在照射位置即終點T會產(chǎn)生色差。例如，射束軌道66a是與相位空間分布61a相對應(yīng)的 軌道，射束軌道6化是與相位空間分布6化相對應(yīng)的軌道，射束軌道66c是與相位空間分布 61c相對應(yīng)的軌道。在射束出射偏離理想狀態(tài)的情況下，在終點T會產(chǎn)生色差，因此射束直 徑擴散，射束位置（重屯、位置）成為偏離射束軸（S軸）的位置。
[0008] 在實際的射束輸送系統(tǒng)中，具有起點S的射束的相位空間分布的時間變動，在不 考慮該射束的相位空間分布的時間變動的情況下，如上所述會在終點T產(chǎn)生色差，因此為 了使終點T的色差為零，需要考慮起點S的射束的相位空間分布的時間變動。
[0009] 專利文獻1中記載了如下方法：為了使射束尺寸的調(diào)整變得容易而實現(xiàn)射束尺寸 調(diào)整的自動化。專利文獻1的帶電粒子射束的輸送裝置包括：靈敏度計算裝置，該靈敏度 計算裝置基于設(shè)置于從加速器的出口到照射裝置的入口之間的多個分布監(jiān)視器所測定到 的射束尺寸和射束分布，來計算出表示射束尺寸相對于四極電磁鐵等射束聚集裝置的聚集 力的關(guān)系的靈敏度矩陣；W及勵磁電流校正量計算裝置，該勵磁電流校正量計算裝置利用 靈敏度矩陣根據(jù)所設(shè)定的射束尺寸的調(diào)整目標(biāo)值計算出射束的聚集力，利用勵磁電流校正 量計算裝置計算得到的勵磁電流來控制射束聚集裝置。專利文獻1的射束尺寸的調(diào)整方法 中，在射束輸送的粗調(diào)整后根據(jù)分布監(jiān)視器測定得到的射束尺寸和射束分布求出靈敏度矩 陣，并利用靈敏度矩陣計算各射束聚集裝置的勵磁電流，利用該勵磁電流進行對各射束聚 集裝置進行勵磁的調(diào)整，反復(fù)進行上述處理直至射束尺寸充分接近所期望的值。 現(xiàn)有技術(shù)文獻 專利文獻
[0010] 專利文獻1 :日本專利特開2011-206237號公報（0037段~0049段、0057段~ 0061段、圖1、圖3)

【發(fā)明內(nèi)容】
發(fā)明所要解決的技術(shù)問題
[0011] 專利文獻1的帶電粒子射束輸送裝置（相當(dāng)于射束輸送系統(tǒng)）中，利用由分布監(jiān) 視器測定到的射束尺寸的靈敏度矩陣來計算各射束聚集裝置的勵磁電流，反復(fù)進行利用該 勵磁電流對各射束聚集裝置進行勵磁的調(diào)整，由此進行射束尺寸的調(diào)整，使得射束尺寸充 分接近所期望的值。然而，專利文獻1的帶電粒子射束輸送裝置未考慮光學(xué)參數(shù)設(shè)計的起 點及終點的色差，因此即使射束輸送路徑上的分布監(jiān)視器所測定到的射束尺寸能成為所期 望的值，也無法使照射位置的射束的色差基本成為零。此外，在進行了小型化的同步加速器 的情況下，如上所述難W使射束輸送系統(tǒng)的光學(xué)參數(shù)設(shè)計的起點的色差成為零，因此，若將 專利文獻1的射束尺寸的調(diào)整方法應(yīng)用于進行了小型化的同步加速器，則反復(fù)進行射束調(diào) 整的次數(shù)會增加。專利文獻1的射束尺寸的調(diào)整方法中，即使能完成射束調(diào)整，也仍舊存在 無法使照射位置的射束的色差基本成為零的問題。
[0012] 在小型化的同步加速器的情況下，若要使射束輸送系統(tǒng)的光學(xué)參數(shù)設(shè)計的起點的 色差成為零，則需要使用高性能的偏轉(zhuǎn)電磁鐵、四極電磁鐵、六極電磁鐵，存在導(dǎo)致加速器、 射束輸送系統(tǒng)的大型化、復(fù)雜化，使加速器、射束輸送系統(tǒng)變得昂貴的問題。
[0013] 本發(fā)明是為了解決上述問題而完成的，其目的在于獲得一種射束輸送系統(tǒng)，該射 束輸送系統(tǒng)中，即使是從小型化的同步加速器出射的射束，也能使射束的照射位置的射束 的色差基本成為零。 解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)手段
[0014] 本發(fā)明所設(shè)及的射束輸送系統(tǒng)包括：偏轉(zhuǎn)帶電粒子射束的至少一個偏轉(zhuǎn)電磁鐵； 使帶電粒子射束聚集或發(fā)散的至少2個四極電磁鐵；檢測帶電粒子射束的分布數(shù)據(jù)的至少 一個射束分布監(jiān)視器；基于分布數(shù)據(jù)來計算射束分布監(jiān)視器中的射束位置的時間變動量或 射束直徑即射束時間變動關(guān)聯(lián)量的射束解析裝置；計算射束輸送系的光學(xué)參數(shù)的光學(xué)參數(shù) 計算裝置；W及基于光學(xué)參數(shù)計算裝置計算得到的光學(xué)參數(shù)設(shè)定偏轉(zhuǎn)電磁鐵和四極電磁鐵 的勵磁電流的電磁鐵電源。本發(fā)明所設(shè)及的射束輸送系統(tǒng)的光學(xué)參數(shù)計算裝置的特征在 于，基于射束時間變動關(guān)聯(lián)量計算設(shè)定于加速器的射束軌道上的射束輸送系統(tǒng)的設(shè)計起點 的帶電粒子射束的運動量分散函數(shù)即起點運動量分散函數(shù)，并計算將起點運動量分散函數(shù) 和檢測到分布數(shù)據(jù)時的照射位置的開始條件作為初始條件的光學(xué)參數(shù)。 發(fā)明效果
[0015] 根據(jù)本發(fā)明所設(shè)及的射束輸送系統(tǒng)，將基于射束時間變動關(guān)聯(lián)量的設(shè)計起點的帶 電粒子射束的起點運動量分散函數(shù)和檢測到分布數(shù)據(jù)時的照射位置的開始條件作為初始 條件來計算得到光學(xué)參數(shù)，并基于該光學(xué)參數(shù)設(shè)定偏轉(zhuǎn)電磁鐵及四極電磁鐵的勵磁電流， 因此即使是從小型化的同步加速器射出的射束，也能使射束的照射位置的射束的色差基本 成為零。
【附圖說明】
[0016] 圖1是本發(fā)明的粒子射線治療裝置的簡要結(jié)構(gòu)圖。 圖2是表示圖1的粒子射線照射裝置的結(jié)構(gòu)的圖。 圖3是表示本發(fā)明的實施方式1的射束輸送系統(tǒng)中的校正前的射束軌道的圖。 圖4是表示本發(fā)明的實施方式1的射束輸送系統(tǒng)中的校正后的射束軌道的圖。 圖5是說明出射到本發(fā)明的實施方式1的射束輸送系統(tǒng)的射束電流的圖。 圖6是表示本發(fā)明的實施方式1的射束輸送系統(tǒng)的起點的相位空間分布的圖。 圖7是表示本發(fā)明的實施方式1的射束輸送系統(tǒng)的終點的校正前的相位空間分布的 圖。 圖8是表示本發(fā)明的實施方式1的射束輸送系統(tǒng)的終點的校正后的相位空間分布的 圖。 圖9是表示本發(fā)明的實施方式1的射束輸送系統(tǒng)的終點的校正前的射束點配置的圖。 圖10是表示本發(fā)明的實施方式1的射束輸送系統(tǒng)的終點的校正后的射束點配置的圖。 圖11是表示本發(fā)明的實施方式2的射束輸送系統(tǒng)中的校正前的射束軌道及射束直徑 的圖。 圖12是表示本發(fā)明的實施方式2的射束輸送系統(tǒng)中的校正后的射束軌道及射束直徑 的圖。 圖13是表示本發(fā)明的實施方式3的射束輸送系統(tǒng)中的校正前的射束軌道的圖。 圖14是表示本發(fā)明的實施方式3的射束輸送系統(tǒng)中的校正后的射束軌道的圖。 圖15是說明相位空間中的起點的射束的移動的圖。 圖16是說明射束輸送系統(tǒng)中的射束軌道的圖。
【具體實施方式】
[0017] 實施方式1. 圖1是本發(fā)明的粒子射線治療裝置的簡要結(jié)構(gòu)圖，圖2是表示本發(fā)明的粒子射線照射 裝置的結(jié)構(gòu)的圖。粒子射線治療裝置20包括入射系統(tǒng)1、加速器3、射束輸送系統(tǒng)4及粒子 射線照射裝置58。入射系統(tǒng)1具有入射器2和四極電磁鐵6a、6b。加速器3包括多個偏 轉(zhuǎn)電磁鐵 5日、化、5c、5d、5e、5f、5g、化、5i、5j、5k、51、5m、多個四極電磁鐵6c、6d、6e、6f、6g、 6h、6i、6j、化、61、6m、6n、加速腔9、x方向踢電極化ickelect;rode)10、RF加速電源12、RF 踢電源化ickpowersource) 13、及設(shè)備控制裝置16。射束輸送系統(tǒng)4具有多個偏轉(zhuǎn)電磁