粒子射线治疗装置的制作方法

专利名称：粒子射线治疗装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及将包含质子射线或碳射线等重粒子射线的带电粒子束照射到癌症等患部来进行治疗的医疗装置即粒子射线治疗装置。
背景技术：
粒子射线治疗将带电粒子束(下文称为粒子束)照射到治疗对象即患部，来对患部组织给予破坏以进行治疗，需要对照射对象即患部组织照射足够的剂量，并需要抑制照射到周围组织的剂量。因此，根据照射对象的形状来控制照射剂量、照射范围(下文中称为照 射野)。对于位置、形态伴随着呼吸而发生变化的照射对象，对呼吸相位进行测量，从而在位置、形态稳定的呼吸相位，照射粒子束(例如，参照专利文献I及2)。另一方面，粒子射线治疗的射束提供源即加速器的设备较为巨大，即使设施中具有多个治疗室，一般也会通过切换由一台加速器输出的粒子束路径，来将粒子束提供给各治疗室。因此，为了使多数患者能接受治疗，而提出有以下粒子射线治疗装置，例如，对路径切换电磁铁的控制下功夫，以缩短切换路径所需的时间的粒子射线治疗装置(例如参照专利文献3);引导呼吸以使其根据加速器等的运转周期进行呼吸，从而缩短治疗时间的粒子射线治疗装置(例如参照专利文献4)。现有技术文献专利文献专利文献I:日本专利特开2006-288875号公报(
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段，图疒图9)专利文献2:国际公开号 W02006/082651A1(
段、图 16)专利文献3:日本专利特开2010-63725号公报(
段，图3)专利文献4:国际公开号 W02009/150708Al(
段、图 I、图 6)

发明内容
发明所要解决的技术问题然而，无论是哪种粒子射线治疗装置，能在一个时间段中进行治疗的治疗室只能是多个治疗室中设定了路径的一个治疗室，而在其他治疗室中仅限于进行治疗准备、收拾等待机工作等。因此，即使能缩短各个工序，能进行治疗的患者数的增加量也是有限的。本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于能获得一种通过将粒子射线在同一时间段中照射到多个治疗室、从而能使多个患者接受治疗的粒子射线治疗装置。解决技术问题所采用的技术方案本发明的粒子射线治疗装置的特征在于，包括多个治疗室；粒子束的输送路径，该粒子束的输送路径将加速器和上述多个治疗室的各治疗室相连接；切换装置，该切换装置设置在上述输送路径中，切换上述粒子束的轨道使得从上述加速器射出的粒子束被提供到上述多个治疗室中的任意一个治疗室；呼吸引导装置，该呼吸引导装置设置于上述多个治疗室的各治疗室中，基于目标呼吸波形来引导患者的呼吸；照射装置，该照射装置设置于上述多个治疗室的各治疗室中，将所提供的粒子束形成为对应于照射对象的照射野，并至少与上述目标呼吸波形同步地来控制对上述照射对象所进行的照射；以及控制器，该控制器至少同步控制上述多个治疗室中的两个以上的规定数量的治疗室中的呼吸引导装置与上述切换装置，上述控制器调整上述目标呼吸波形的周期和相位，以使得上述规定数量的治疗室的、与上述目标呼吸波形同步的照射时间不相重叠，并且上述控制器还控制上述切换装置的射束轨道的切换时刻，以使得根据上述规定数量的治疗室的各治疗室的上述照射时间来相应地切换上述粒子束的轨道。发明效果根据本发明的粒子射线治疗装置，能将由加速器提供的粒子束在呼吸周期内以分时方式照射到多个治疗室，从而能同时将粒子射线照射到多个治疗室。因此，能获得一种能使多个患者接受治疗的粒子射线治疗装置。


图I是用于说明本发明的实施方式I的粒子射线治疗装置的整体结构的图。图2是用于说明本发明的实施方式I的粒子射线治疗装置的控制系统的结构的功能框图。图3是用于说明本发明的实施方式I的粒子射线治疗装置的多个治疗室和输送系统的协调控制的时序图。图4是用于说明本发明的实施方式I的粒子射线治疗装置的动作的流程图。图5是用于说明本发明的实施方式2的粒子射线治疗装置的动作的流程图。
具体实施例方式实施方式I下面，说明本发明的实施方式I的粒子射线治疗装置的结构。图I至图4用于说明本发明的实施方式I的粒子射线治疗装置的结构，图I是表示粒子射线治疗装置的结构的图，图2是用于说明与粒子射线治疗装置的控制相关的结构的功能框图，图3是表示粒子射线治疗装置的、各治疗室中的呼吸导航及输送系统的控制时序的图。另外，图4是用于说明粒子射线治疗装置的动作的流程图。首先，利用图I对粒子射线治疗装置的大致结构进行说明。图I中，粒子射线治疗装置包括作为带电粒子束提供源的同步加速器即圆形加速器I (下文简称为加速器)；包括设置在每个治疗室里的照射装置的照射系统2 ;将加速器I和各治疗室相连、将带电粒子束从加速器输送至各治疗室的照射装置的输送系统3 ;以及协调控制这些系统(后文称为子系统)的控制系统4。而且，本发明的实施方式的粒子射线治疗装置的特征结构在于，使各治疗室的照射装置的呼吸引导的相位控制与其他治疗室的照射装置及输送系统的路径切换相同步。首先说明各结构，之后详细说明利用同步实现的协调动作。〈加速器〉加速器I包括成为带电粒子束进行旋转的轨道路径的真空管道11 ;用于将由前级加速器5提供的带电粒子入射到真空管道11内的入射装置12 ;使带电粒子轨道偏转以形成带电粒子沿真空轨道11内的旋转轨道旋转的带电粒子束的偏转电磁铁13a、13b、13c、13d (统称为13);使形成于旋转轨道上的带电粒子会聚以防止其发散的会聚用电磁铁14a、14b、14c、14d (统称为14);对进行旋转的带电粒子施加与其同步的高频电压来使其加速的高频加速腔15 ;用于将在加速器I内进行了加速而获得的带电粒子束取出到加速器I外并向输送系统3射出的射出装置16 ;以及为了使带电粒子束从射出装置16射出、而对带电粒子的旋转轨道进行共振激励的六极电磁铁17。另外，还包括用于对各部分进行控制的未图示的装置，例如偏转电磁铁13包括对偏转电磁铁13的励磁电流进行控制的偏转电磁铁控制装置；高频加速腔15包括用于向高频加速腔15提供高频电压的高频源、以及用于控制高频源的高频控制装置；在控制部4内包括对偏转电磁铁控制装置、高频控制装置、会聚用电磁铁14等其它部分进行控制来控制整个加速器I的加速器控制装置41。然而，在本发明的技术构思中，并不限定对加速器I本身的控制，因此并不限于上述结构，而且理所当然地，只要是可 将带电粒子束稳定射出到输送系统3的各种变形例，都是被允许的。此外，为简化目的，在图中将前级加速器5作为一个设备进行了记载，但实际上，前级加速器5包括产生出质子、碳(重粒子)等带电粒子(离子)的离子源(离子束产生装置)以及对所产生的带电粒子进行初始加速的线性加速器系统。而且，从前级加速器5入射到加速器I的带电粒子会被高频电场加速，并利用磁铁使其弯曲的同时，被加速到大约光速的 70% 80%。<输送系统>由加速器I加速后的带电粒子束被射出到称为HEBT(高能射束输送High EnergyBeam Transport)系统的输送系统3中。输送系统3包括成为带电粒子束的输送路径的真空管道(将主管道31m、治疗室A用管道31A、及治疗室B用管道31B统称为真空管道31);对带电粒子束的射束轨道进行切换的切换装置即切换电磁铁32 ;以及使射束偏转为规定角度的偏转电磁铁33。然后，根据需要来利用切换电磁铁32改变由加速器I提供了充分能量、并在由真空管道31形成的输送路径内前进的带电粒子束的轨道(31A方向、31B方向)，将其导向设置于指定治疗室中的照射装置。<照射系统>照射系统2包括将由输送系统3提供的带电粒子束形成为与照射对象即患者患部的大小、深度对应的照射野来照射患部的照射装置21 ;以及具有称作照射时的呼吸引导、即呼吸导航功能的导航功能部22。然后，至少与呼吸导航连动地、根据呼吸导航中所使用的目标呼吸波形的周期中的相位，来控制导通/断开对照射对象即患部进行照射。另外，如在输送系统说明中的“设置于指定治疗室中照射装置”所描述的那样，从治疗效率的观点出发，粒子射线治疗装置一般包括多个治疗室(图中为6A、6B。统称为治疗室6)。S卩，对于此处所示的照射系统2，每个治疗室6中均设有照射装置21和导航功能部22，例如，治疗室6A用的照射系统2A包括照射装置21A和导航功能部22A。为了实现呼吸导航功能，导航功能部22包括用于测定患者的呼吸状态的患者呼吸测定装置22a ;基于患者呼吸测定装置22a的测定信息来允许对患者照射粒子射线的呼吸同步装置22c ;以及用于对患者指导与呼吸同步相关的信息的呼吸信息指导装置22b。<控制系统>对于像这样由多个子系统构成的大型复杂的系统的控制系统，一般的，大多由对各个子系统进行专门控制的子控制器和对整体进行指挥和控制的主控制器构成。在本发明的实施方式I的粒子射线治疗装置的控制系统4中，也采用该主控制器和子控制器的结构。为简单起见，对粒子射线治疗装置的控制系统中与加速器I、输送系统3、照射系统2这三个子系统的控制有关的控制系统，即，如图所示，包括加速器控制部41、输送系统控制部43、照射系统控制部42及整体控制部40的控制系统4进行说明。利用示意性表示控制系统结构的图2，对控制系统4进行说明。另外，在粒子射线治疗装置的控制器中，一般使用工作站、计算机。因此，很多情况下也将控制器称为“计算机”。例如，图2中的主控制器40实际上是计算机上的功能，且在多数情况下被称为照射系统公共计算机，但此处将其作为具有某种功能的控制器对待。此外，设备控制计算机相当于对子系统即照射系统2进行控制的子控制器42，并将对应于分散配置在各治疗室6A、6B中的照射系统2A、2B的控制器的相应部分区别为42A、42B。由此，在粒子射线治疗装置(系统)的控制系统4中，包括主控制器40 ;以及加速器I用控制器、照射系统2用控制器、输送系统3用控制器，即子控制器41、42、43。并且，各子控制器41、42、43通过设置在主控制器40内的定时指示功能来协调进行控制动作。此外，定时指示功能本身也能如例如专利文献3所记载的那样，输出用于进行同步的定时信号。此外，在图I和图2中，子控制器的位置等存在不同，这是因为，在图I中，统一记载为控制器4，而在图2中是以控制对象为基准进行了描述，因此，并不代表其物理位置是否不同。即，作为控制器，物理上如何配置并不是本质 问题。与设备控制计算机(子控制器42A、42B)相连的“操作台”是所谓的键盘、显示器等，或者是控制箱等终端，即人机接口部。操作台设置在治疗室6及大多与治疗室分开设置的照射操作室中。设备控制计算机的下一级上连结有控制盘。具体地，如括号中所描述，控制盘是控制对象即各种设备的驱动器、放大器及PLC (Programmable Logic Controller :可编程逻辑控制器)等。经由控制盘的进一步下一级上连结有设备。设备包括用于使治疗台的各轴移动的电动机、驱动照射装置内的X射线摄像装置的电动机等，通常，上述照射装置21、导航功能装置22也包含在内。然而，记载成在本实施方式I的粒子射线治疗装置中，对于与导航功能部22有关的控制，不经由设置于各治疗室6中的控制盘，而是直接由主控制器40进行控制。其原因在于，如下文所述那样，在本实施方式I的粒子射线治疗装置中，并非在一个治疗室中独立地控制呼吸导航，而需要与其他治疗室及输送系统相协调地对其进行控制，因此，通过进一步减少经由的设备，从而避免因产生无用时间(延迟)而导致定时发生偏差的情况。然而，并不一定要像这样进行直接连接，理所当然地，只要能确保时序，也可以进行适当的变更。导航功能部照射系统公共计算机(主控制器40)的其它作用包括如上所述那样指挥整个粒子射线治疗装置；作为需要与加速器系统I、输送系统3同步地进行控制的设备的控制器，其本身承担子控制器42的功能。这也是为什么图I中将42记在括号中。由此，子控制器42中与呼吸引导装置22有关的控制功能由主控制器40来承担。对于其它的例如用来使治疗台的各轴移动的电动机、驱动照射装置内的X射线摄像装置的电动机等设备，通常经由子控制器42进行控制。这些治疗台用电动机、X射线摄像装置用电动机在射束照射过程中不会移动。即，这是因为它们不需要与加速器系统I、输送系统3的控制相同步地进行控制。为了在彼此间通知状态，在照射系统公共计算机(主控制器40)和照射系统的设备控制计算机(子控制器42)之间交换如下信号表示哪个治疗室6的照射系统2是已完成了定位并处于可以进行照射的状态的Ready (就绪)信号；告知哪个治疗室6的照射系统2照射了射束并完成了照射的信号等。简单来说，就是进行顺序事件的意思。即，照射系统公共计算机(主控制器40)在与子控制器42的关联中的作用是对照射进行管理，例如“哪个治疗室6的照射系统2对来自加速器的射束进行争夺”，一旦对此作出决定，之后就能决定每个治疗室6的子控制器42之中的顺序。然而，如后述的那样，本发明的实施方式I的粒子射线治疗装置中，需要同步控制各治疗室的呼吸、射束切换。即，不能仅由每个治疗室的子控制器来决定顺序。因此，并不是由设备控制计算机(子控制器42)来将指令值发送到导航功能部22，而是直接将指令值从照射系统公共计算机(主控制器40)发送到导航功能部22。
另外，照射系统2的功能中的形成照射野的功能并不是本发明的本质部分。因此，省略对照射装置21结构的描述。另一方面，对于与呼吸导航相联动来控制对照射对象进行照射的导通/断开的射束选通(beam gate)，需要与输送系统3同步，因此，虽然未标记在图2中，但该射束选通由主控制器40直接控制。而且，需要与加速器系统I同步进行控制的摇摆电磁铁或者扫描电磁铁等虽然也是照射装置21的设备，但基于相同的理由，由照射系统公共计算机40来直接进行控制。接着，使用图3来说明本发明的实施方式I的粒子射线治疗装置中，为了以分时处理的方式在多个治疗室中同时照射由加速器提供的粒子束，而对呼吸导航进行协调动作控制的方法。分别地，在图3的上部示出了治疗室6A中的呼吸导航波形WIb (A)、呼吸导航波形WIb (A)的阈值Th(A)、及射束选通(beam gate)的导通/断开信号BG (A),在图3的中部示出了治疗室6 B中的呼吸导航波形WIb ( B )、呼吸导航波形WIb ( B )的阈值Th ( B )、及射束选通(beam gate)的导通/断开信号BG( B ), B L表示基准线。图3的下部表示输送系统3中射束切换电磁铁32所切换的射束轨道(路径)。而且，图3中的横轴表示与数次呼吸周期对应的定时，对图3整体通用(同步)，越靠近右侧则越表示将来的定时。对于呼吸导航波形(将WIb (A)和WIb (B)统称为WIbJfTh(A)和Th(B)统称为Th)的情况，纵轴表示呼吸状态，向上方是吸气状态，向下方是呼气状态。对于射束选通的导通/断开信号(将BG(A)和BG⑶统称为BG)的情况，纵轴的上侧表示导通状态，下侧表示断开状态，对于轨道的情况，纵轴的上侧表示设定轨道(路径)使其向着治疗室6 A，纵轴的下侧表示设定轨道(路径)使其向着治疗室6 B。此外，在设置于各治疗室6的呼吸信息指导装置22b中，以随着时间的经过、从右向左滚动的方式来显示图中的导航波形(目标呼吸波形)，患者根据该滚动的目标呼吸波形的显示来对呼吸进行导航。此时，在呼吸测定装置22a中使用例如测定患者的腹部运动的激光位移计等的情况下，若将纵轴的显示单位设为激光位移计的输出量，则通过使目标呼吸波形与实际的测定值相重叠来进行显示，从而能一边在视觉上向患者示出与导航的偏移，一边对呼吸进行导航。一般而言，患者的患部内脏，在呼气状态(纵轴的下方)时处于最稳定的位置，因此，基于呼气状态下的照射对象的位置、形状来进行治疗计划，还会在呼气状态下来进行射束照射。图中的阈值Th表示允许射束照射的基准值。呼吸选通信号BG表示目标呼吸波形WI b低于阈值Th时导通。在治疗中，在目标呼吸波形及未图示的表示实际呼吸状态的波形这两者都达到阈值以下时允许进行照射。此处，为了简化说明同步控制，则省略有关基于表示实际呼吸状态的波形的控制的说明。此处，对于输送系统的路径切换，现有的状况是，只要一个治疗室开始治疗，则直至该治疗结束为止，都不会在中途将路径切换至其他治疗室，不会如图3下部所示那样在一个呼吸周期内切换输送系统的路径。即，直至结束向一位患者进行照射之后，才能对其他患者进行照射。在本实施方式的粒子射线治疗装置中，由于在时间上共享由加速器I提供的带电粒子束，因此，无法在治疗室6A和治疗室6B中使呼吸选通同时导通。然而，本实施方式的粒子射线治疗装置中，在治疗室6 A和治疗室6 B之间，在进行一次照射中会多次切换(以呼吸周期为单位)路径，从而能在同一时 间段对多个患者同时照射粒子束，即，能使多个患者同时接受粒子射线治疗。接下来，详细说明其实现方法。一般的，人类的呼吸周期并不是恒定的，且其长度也因人而异。然而，能利用呼吸导航装置等来引导以使其按一定的周期进行呼吸。其原因在于，尽管呼吸是由自主神经所支配，但是也能例外地由意识来支配动作。因此，在专利文献4中，以与加速器周期相适应的周期来进行呼吸导航。只是即使在这种情况下，在一个治疗室进行照射的期间中也不会在其他治疗室中进行照射。因此，本发明的实施方式的粒子射线治疗装置中，在治疗室6A和治疗室6B中，通过使目标呼吸的周期一致且使相位偏移规定量，并在周期中的规定相位来切换将带电粒子束输送到治疗室6A和6B的输送路径，从而能在同一时间段中在治疗室6A和6B中进行粒子射线治疗。对于周期，能将其设为人的平均呼吸周期即2秒到20秒期间，并能调整相位偏移，使得治疗室6A和治疗室6B中的呼吸选通不会同时导通(0N)。接下来参照图4的流程图来进行说明。将目标呼吸的周期设定为同时接受治疗的患者所适应的周期(步骤S10)。若将设定的周期输入到主控制器40，则主控制器40决定各治疗室的相位(偏移)，计算出与偏移后的相位对应的输送系统3的路径切换定时T C (步骤S20)。然后，内置于主控制器40中的定时指示器进行以下指示。定时指示器对各治疗室6A、6 B的呼吸导航装置22A、22B指示相位有偏移目标呼吸定时。然后，定时指示器对路径切换装置(图I中的切换电磁铁32的控制装置或子控制器43)指示定时，使得在治疗室A的呼吸选通导通时在A室进行照射，在治疗室B的呼吸选通导通时在B室进行照射(步骤S 30)。由此，只要每个治疗室都做好准备，则能如图3所示那样，在治疗室6A和治疗室6B中在同一时间段同时进行照射粒子束(步骤S40)。此外，此时在两个治疗室中，无需强行同时开始照射，而能针对每个治疗室决定照射开始和照射结束。但是，对于各治疗室中的治疗，若仅在呼吸导航的规定相位的部分进行照射，则即使在多个治疗室(6A，6B)中进行照射的时间段重叠，也能如在单独的治疗室中进行治疗那样来执行各治疗室中的治疗，其原因在于会在呼吸周期内对来自加速器I的粒子束进行分时处理。对于路径切换的定时T C，在图3中，例如将路径从治疗室6 A切换到治疗室6 B的定时设为T C AB，将治疗室6 A的选通从导通(ON)切换到断开(OFF)的定时设为T f A，将治疗室6 B的选通从断开切换到导通的定时设为T oB，此外，尽管未图示，但是将路径从治疗室6 B切换到治疗室6 A的定时设为T C BA，将治疗室6 B的选通从导通切换到断开的定时设为T fB，将治疗室6 A的选通从断开切换到导通的定时设为T oA，则优选下式(I)和式(2)成立。TCAB_TfA< Tob-TCab ···⑴TCBA_TfB< Toa-TCba ···⑵其原因在于，在两个治疗室的双方的选通都断开的时间P C AB( = Tofi-Tf A),PCba ( = Toa-Tf B)中，使“从切换路径开始到选通导通的时间”长于“从断开开始到切换路径的时间”，从而在操作输送系统3的路径切换电磁铁32时，能确保获得从切换路径开始到轨道稳定为止之间的时间。接着，说明生成目标呼吸波形的方法。尽管能人工生成目标呼吸波形，但是最自然的是根据患者自身的情况来生成目标呼吸波形。显示目标呼吸波形并使呼吸与其一致的目的在于，在计划时和治疗时，再现患部的相同的位置姿势。因而，可以首先让患者在放松的姿势下进行呼吸，以呼吸测定装置22 a来进行测定。接着，将所测定的呼吸波形进行微调、时间增长缩短、平均化等，来设定用于使治疗室6 A和治疗室6 B的周期相同的适当的周期。此时，在未图示的治疗计划装置中存储有患者的自然呼吸波形的情况下，也能基于所存储的波形来计算最合适的目标呼吸周期。另外，在选定同时接受治疗的患者时，也能自动选定自然呼吸周期相近的患者，即，容易使周期一致的患者。此外，在上述说明中，尽管对两个治疗室进行调整，使得周期相同且发生了相位偏移，但是除此之外也能设定为以下情况，例如也能使周期具有整数倍的关系，并进行调整使得照射时间相互不重叠，因此，并不限于具有相同的周期，只要能通过调整周期和相位来使照射时间不重叠即可。如上所述，根据本实施方式I的粒子射线治疗装置，包括多个治疗室6 ;导航功能部22，该导航功能部22设置于多个治疗室6的各个治疗室，是基于目标呼吸波形W I b来引导患者的呼吸的呼吸引导装置；粒子束的输送路径31，该粒子束的输送路径31将加速器I和多个治疗室6的各个治疗室相连接；切换电磁铁32，该切换电磁铁32设置于输送路径31中，是切换粒子束的轨道使得从加速器I射出的粒子束被提供到多个治疗室6中的任意一个治疗室的切换装置；照射装置21，该照射装置21设置于多个治疗室6的各个治疗室中，将所提供的粒子束形成为与照射对象对应的照射野，并至少与目标呼吸波形W I b同 步地来控制对照射对象进行的照射；以及控制器4，该控制器4至少同步控制上述多个治疗室6中的两个以上的规定数量的治疗室6 A、6 B的呼吸引导装置22与切换电磁铁32，控制器4构成为对规定数量的治疗室的呼吸引导装置22调整目标呼吸波形WIb (A)、WIb(B)的周期和相位，以使得与规定数量的治疗室6 A、6 B的目标呼吸波形W I b同步的照射时间(TI (A)和TI (B))不相重叠，并且控制器4还控制切换电磁铁32的切换时刻T C AB，以使得根据规定数量的治疗室的各治疗室的照射时间(T I(A)和TI (B))来相应地切换粒子束的轨道，因此，能在呼吸周期中、在多个治疗室中以分时方式接受所提供的由加速器I射出的粒子束，以便同时照射粒子束。因此，能获得在同一时间段中在多个治疗室中进行粒子射线照射、来使多位患者接受治疗的粒子射线治疗装置。尤其，控制器4构成为对规定数量的治疗室的呼吸引导装置进行调整，以使得生成周期相同且相位发生偏移的目标呼吸波形，因此，能容易地进行调整，以使得照射时间相
互不重叠。尤其，控制室4构成为将轨道从规定数量的治疗室中的第一治疗室(例如6A)切换到第二治疗室(例如6B)的轨道切换时刻设为T C 12，将第一治疗室6 A的照射从导通切换到断开即停止照射的时刻设为T f i，将第二治疗室6 B的照射从断开切换到导通即开始照射的时刻设为T ο 2，则控制切换时刻使得[TC12-Tf1 < To2-TC12]成立，因此，在操作输送系统3的路径切换电磁铁32时，从切换路径(轨道)起到轨道稳定为止的时间变长，能进行稳定的照射。实施方式2.在实施方式I中，对治疗室为两个的情况进行了说明。但是，一般而言，多数情况下粒子射线治疗装置的一个主加速器I对应三至四个治疗室。因此，在本实施方式2中，对治疗室为三个以上的情况进行说明。
以下用语与上式实施方式I中的用语是共用的，但是，在说明多个治疗室中的相位偏移时，对数个用语会重新进行定义。<呼吸周期>如图3所示，目标呼吸波形由周期性重复相同图案的波形构成。例如，每隔一定时间间隔会出现表示吸进最多空气状态的极大值。将该一定时间间隔称为“呼吸周期”(C(A)或C(B)、统称为C)(单位为时间[s ec (秒)])。<呼吸相位>如图3所示，目标呼吸波形WIb(A)和目标呼吸波形WIb(B)具有相同的呼吸周期C，但是目标呼吸波形WIb (A)和目标呼吸波形WIb(B)的极大值的位置相互偏移。由此，将使两个相同波形相重叠时在时间上产生的偏移称为“相位偏移”。可按照与考虑三角函数(sin e, cosine)时完全相同方式来考虑该相位偏移。因而，相位的单位是弧度或度(° )。< 占空比(duty ratio) >如图3所示，能根据目标呼吸波形W I b来决定呼吸选通信号B G。在实施方式I中，说明了在目标呼吸WIb低于阈值Th时使选通信号B G导通的方法。由此，呼吸选通信号B G是重复经宽度(时间)调整的导通和断开二值信号的P WM (Pulse WidthModulation :脉宽调制)信号。能够以占空比来表示呼吸选通信号的导通时间和断开时间之比。具体而言，将占空比定义为信号的导通时间相对于整体周期的比例。例如，在导通和断开的时间比为1:3的情况下，占空比为O. 25( = 1/ (1+3))。现在，假定呼吸选通信号B G的占空比为O. 5(1 / 2)，且重复导通/断开。在这种情况下，若使相位偏移180度，则能使两个治疗室中的选通信号B G不会同时导通。SP，在上述情况下，最多只能在两个治疗室中以分时方式来同时进行射束照射。理想的是，在占空比为O. 5时，能在两个治疗室中以分时方式同时进行照射。然而，实际上还需要考虑治疗室的路径切换时间，因此，还有其他限制。另一方面，若考虑患者的呼吸和患部内脏的位置姿势之间的关系，则存在以下情况。阈值T h越低，则能越好地再现患部的位置姿势。另一方面，若降低阈值T h，则呼吸选通信号的占空比也相应减小。使用图5的流程图来说明治疗室数量为3以上的情况下的分时方法。作为前提，对应于目标呼吸信号WIb的呼吸选通信号B G的占空比略小于O. 5 (略小于I / 2)，能在同一时间段中对两个治疗室进行照射，但是无法在同一时间段对三个治疗室进行照射，即，会导致存在使照射导通的时间相重叠的治疗室。然后，作为目标呼吸波形W I b，准备相位发生了 180度偏移的波形WIb ( α )和波形WIb ( β )这两个定时组α、β (步骤S 210)。
首先，对在治疗室6Α 6C中的某个治疗室(例如6 Α)中准备开始进行治疗的医生等，介由照射系统公共计算机(主控制器40)的操作台来进行显示，以使得能确认其他治疗室(例如6B、6C)的治疗状况。此处，所谓治疗状况是指是否处于治疗中、及所选择的目标呼吸波形组(α或β )。接着，医生等根据其他治疗室的治疗状况来输入由照射系统公共计算机(主控制器)管理的选择结果即目标呼吸波形的定时组中的α还是β，并将设定为所输入的组(步骤S 220)。即，各治疗室选择属于组α或属于组β的组。此外，在本步骤220S中，也能不向医生等进行显示，而在对应于各治疗室的控制器内进行判断，来选择适当的组。或者，也能对各治疗室来事先分别设定组α和组β。对设定了组的治疗室(的子控制器42或导航功能部22)，从主控制器40输出对应于该组的定时信号(步骤S 230)。通过输入该定时信号，从而在各治疗室中显示对应于所选择的组的目标呼吸波形W I b。若显示目标呼吸波形W I b，则患者会根据目标呼吸波形W I b来逐步调整自己的呼吸。此处，在多个治疗室都未选择组α或组β的情况下，S卩，在不存在导通时间重叠的治疗室的情况下(步骤S 300为“否”)，则与实施方式I的步骤S 40相同，能开始进行利用分时方式的照射(步骤S 240)。然而，在如前提条件那样，在多个治疗室选择同一组的情况下，则在选择相同组的治疗室中，会出现导通时间重叠的情况。在这种情况下(步骤S 300为“是”)，如下那样筛选成为分时照射对象的治疗室。具有定时指示器的控制器40比较至少选择同一组的各治疗室的目标呼吸波形、与从患者呼吸测定装置22 a输出的实际呼吸波形(步骤S 310)。然后，基于比较结果，来对各治疗室的照射准备程度打分，在分数高于预定值时，判断为可进行照射并决定作为分时照射对象的治疗室(步骤S 320)。此时，在选择了同一组的治疗室中，若有多个能进行照射的治疗室，则选择分数最高的治疗室作为照射对象。或者，考虑到根据治疗内容等而分数相同的情况，也能事先对治疗室排定优先顺序。或者，也能将分数设为“可进行照射”和“不可进行照射”这两个值(O或I)。由此，将属于组α或组β的各治疗室确定为分时照射对象，在所确定的治疗室中显示该治疗室是治疗对象，开始进行治疗(步骤S 240)。由此，即使在能进行分时处理的治疗室为两个的情况下，也能从三个以上的治疗室中选出两个，来进行分时治疗。另一方面，未被选定的治疗室在属于冋一组的另Iv治疗室完成治疗之如都为待机状态，并显不该待机状态。具体说明步骤S 250中的照射准备度的打分的方法。最直观的方法是计算目标呼吸波形和实际呼吸波形的误差平方和的方法。具体而言，如下那样动作。若将呼吸周期设为T，则第k个呼吸周期的误差平方和Se能利用表示误差的平方积分Ie的式(3)来求出。(数学式I)
权利要求
1.一种粒子射线治疗装置，其特征在于，包括 多个治疗室； 粒子束的输送路径，该粒子束的输送路径将加速器和所述多个治疗室的各治疗室相连接; 切换装置，该切换装置设置在所述输送路径中，切换所述粒子束的轨道使得从所述加速器射出的粒子束被提供到所述多个治疗室中的任意一个治疗室； 呼吸引导装置，该呼吸引导装置设置于所述多个治疗室的各治疗室中，基于目标呼吸波形来引导患者的呼吸； 照射装置，该照射装置设置于所述多个治疗室的各治疗室中，将所提供的粒子束形成为对应于照射对象的照射野，并至少与所述目标呼吸波形同步地控制对所述照射对象所进行的照射；以及 控制器，该控制器至少同步地控制所述多个治疗室中的两个以上的规定数量的治疗室中的呼吸引导装置与所述切换装置， 所述控制器调整所述规定数量的治疗室的所述目标呼吸波形的周期和相位，以使得所述规定数量的治疗室的、与所述目标呼吸波形同步的照射时间不相重叠，并且所述控制器还控制所述切换装置的切换时刻，以使得根据所述规定数量的治疗室的各治疗室的所述照射时间来相应地切换所述粒子束的轨道。
2.如权利要求I所述的粒子射线治疗装置，其特征在于， 所述控制器调整所述规定数量的治疗室的呼吸引导装置的所述目标呼吸波形，使得周期相同，相位发生偏移。
3.如权利要求I或2所述的粒子射线治疗装置，其特征在于， 在将所述规定数量的治疗室中、从第一治疗室切换到第二治疗室的轨道切换时刻设为T C 12，将所述第一治疗室停止照射的时刻设为T f i，将所述第二治疗室开始照射的时刻设为T ο 2时，所述控制器控制所述切换时刻，使得下式(I)成立，TC12-Tf1 < To2-TC12 · · · (I)。
4.如权利要求I至3的任一项所述的粒子射线治疗装置，其特征在于， 所述呼吸引导装置包括对所述患者的实际呼吸进行测定的呼吸测定装置， 在所述多个治疗室中，存在有与所述目标呼吸波形同步的照射时间相重叠的治疗室的情况下，所述控制器比较所述照射时间相重叠的每个治疗室的所述目标呼吸波形、与由所述呼吸测定装置所测定的实际呼吸波形，基于比较结果来从所述照射时间相重叠的治疗室中选择一个治疗室作为进行所述同步控制的对象。
5.如权利要求I至4的任一项所述的粒子射线治疗装置，其特征在于， 在所述多个治疗室中，存在有与所述目标呼吸波形同步的照射时间相重叠的治疗室的情况下，所述控制器以使所述照射装置的与所述目标呼吸波形同步的照射时间的比例减小的方式进行调整，使得所述照射时间不重叠。
全文摘要
本发明的目的在于获得一种通过在多个治疗室中同时照射粒子射线、从而能使多个患者接受治疗的粒子射线治疗装置。包括呼吸引导装置(22)，该呼吸引导装置(22)基于目标呼吸波形(ＷＩｂ)来引导呼吸；切换装置(32)，该切换装置(32)切换粒子束的轨道；以及照射装置(21)，该照射装置(21)与目标呼吸波形(ＷＩｂ)同步地控制照射，控制器(4)同步地控制多个治疗室(6)的呼吸引导装置(22)和切换装置(32)，控制器(4)对各治疗室(6)的呼吸引导装置调整目标呼吸波形(ＷＩｂ)的周期和相位，使得与各治疗室(6)的目标呼吸波形(ＷＩｂ)同步的照射时间(Ｔ Ｉ)不重叠，并且控制器(4)还控制切换装置(32)，使得根据各治疗室(6)的各自的照射时间(ＴＩ)来切换粒子束的轨道。
文档编号A61N5/10GK102985136SQ20108006783
公开日2013年3月20日 申请日期2010年9月9日 优先权日2010年9月9日
发明者岩田高明 申请人:三菱电机株式会社