物块、物块的制造方法、粒子射线治疗装置、及治疗计划装置的制作方法

专利名称：物块、物块的制造方法、粒子射线治疗装置、及治疗计划装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及在使用带电粒子束的粒子射线治疗装置中、用于根据照射对象来调整带电粒子束的能量分布的物块及其制造方法，以及使用该物块的粒子射线治疗装置，以及决定该物块的规格的治疗计划装置。
背景技术：
粒子射线治疗是对成为治疗对象的患部照射带电粒子束，从而对患部组织给予破坏来进行治疗的，是广义上的放射线治疗中的一种。放射线中，质子射线或重离子射线等带电粒子束不同于现有的Y射线、X射线，其给予剂量在体内远端会急剧地变为最大值。将该给予剂量的峰值称为布喇格峰，其生成位置(到达深度)取决于带电粒子的能量。其原因在于，带电粒子具有以下性质:即，在其通过物质时，能量会逐渐消失，并在动能变为O时，给予较多的剂量。因此，在粒子射线治疗中，不仅控制平面形状，还控制能量分布，由此还能对深度方向上的照射范围进行控制。因此，为了能抑制周边组织被照射，并对患部组织给予足够的剂量，而力求获得一种能适当地控制平面及深度方向上的照射范围(下文中称为照射野)的粒子射线治疗装置。在粒子射线治疗装置的射束照射方式中，当前最常用是一种被称为广域法的照射方式，在该照射方式中，扩大由加速器提供的较细的射束，之后，使射束穿透过用于形成平面形状的准直器、和用于形成能量分布的物块，从而形成照射野(例如，参照专利文献I至4)。此时，由于射束穿透过物块时，其能量会s随着穿透长度(厚度)而衰减，因此，以补偿从照射对象的体表起的深度分布的方式来设定厚度分布。例如，若将照射对象的远端(Distal)侧的面作为设定基准，假设射束为平行光，则设定物块的厚度，以使远端侧的面进入物块，更严谨的表述是使得若物块与从远端侧的面到体表侧的组织相叠合，则具有一定的厚度。或者，考虑到来自点光源的射束会发生扩散，设定物块的厚度，从而若在将物块沿面方面以规定倍数进行放大后使其与组织相叠合，则具有一定的厚度。现有技术文献专利文献专利文献1:日本专利特开平10 - 255707号公报(段落0009 0020、图1、图5)专利文献2:日本专利特开2006 - 166947号公报(段落0015 0016、图1)专利文献3:再公布专利W O 2006/082651号公报(段落0012 0013、図4)专利文献4:日本专利特开2007 — 54537号公报(第0017段，图1)

发明内容
由此，现有的物块仅仅是在考虑了粒子束为平行光的情况或粒子束由点光源扩散而成的情况下来设定厚度分布的。然而，如专利文献1、2所示，即使在广域法中，在利用电磁铁进行扫描以扩大射束的情况下，在与射束轴垂直的平面内，仍然需要如X方向电磁铁和y方向电磁铁那样分别对应于两个方向的电磁铁。因而，实际的粒子束在X方向上开始扩散的起点不同于在y方向上开始扩散的起点。因此，未考虑因方向不同而造成的扩散方式不同，就设想平行光、点光源以设定物块的厚度，在此情况下，存在如下问题:即无法正确地形成适合于照射对象的深度方向的形状的照射野。本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于获得一种能正确地形成适合于照射对象的深度方向的形状的照射野的物块、以及粒子射线治疗装置。本发明的物块被设置于粒子射线治疗装置中，用于根据被照射部来改变粒子射线的能量分布，其特征在于，通过以下方式设定上述物块的形状:即，在该物块的上游侧，在入射到该物块的粒子射线的射束轴上存在第一基准点、及位于上述第一基准点的下游侧的第二基准点，上述第一基准点为起点，利用第一倾斜角和第二倾斜角来定义穿透过上述物块并到达上述被照射部的粒子射线的照射轨道，上述第一倾斜角是以第一轴为中心、相对于上述射束轴的角度，其中，该第一轴与上述射束轴垂直并包括上述第一基准点，上述第二倾斜角是第二轴为中心、相对于上述射束轴的角度，其中，该第二轴与上述射束轴及上述第一轴垂直并包括上述第二基准点，使得粒子射线在相对于上述第一倾斜角与上述第二倾斜角的组合中的规定范围的组合而分别定义的照射轨道上的、位于上述物块内的路径长度，能补偿从位于上述被照射部的上游侧的体表面到上述被照射部的路径长度。另外，根据本发明的物块的制造方法，其特征在于，包括:对上述第一倾斜角和上述第二倾斜角的组合的各组合分别获取从上述体表面到上述被照射部的路径长度即体内深度数据的工序；以使得成为能够补偿上述获得的体内深度数据的路径长度的方式，来设定物块的形状的工序；基于上述设定的物块形状，来示出物块加工数据的工序；以及基于上述生成的加工数据,来加工物块的工序。另外，本发明的粒子射线治疗装置包括照射嘴和上述物块；上述照射嘴利用2个电磁铁对上述粒子射线进行 扫描，以扩大照射野的方式进行照射，上述2个电磁铁在由加速器提供的粒子束的前进方向上相连、扫描方向不同；上述物块配置在从上述照射嘴所照射出的粒子射线中，对上述物块进行配置，使得用于设定该物块的形状的上述第一轴与上述两个电磁铁中的上游侧的电磁铁的扫描轴相一致，并且上述第二轴与另一个电磁铁的扫描轴相一致。另外，本发明的治疗计划装置的特征在于，包括:三维数据生成单元，该三维数据生成单元基于包括上述照射对象部的照射对象的图像数据来生成三维数据；照射条件设定单元，该照射条件设定单元基于生成的三维数据来设定照射条件；物块数据生成单元，该物块数据生成单元基于设定的照射条件，生成上述粒子射线治疗装置中的物块的形状数据，上述三维数据生成单元至少利用上述上游侧的电磁铁扫描的上述第一倾斜角、及上述另一个电磁铁扫描的上述第二倾斜角，来生成上述三维数据。利用本发明的物块、物块的制造方法、粒子射线治疗装置、及治疗计划装置，能根据取决于穿透过物块而到达照射对象的粒子射线的方向的扩散方式，来设定物块的形状，因此，能正确地形成对应于照射对象的深度方向的形状的照射野。


图1是用于对本发明的实施方式I所涉及的包括物块的粒子射线治疗装置的照射系统的结构进行说明的图。图2是用于对本发明的实施方式I所涉及的包括物块的粒子射线治疗装置的照射系统的结构进行说明的侧视图，该侧视图是从与射束的中心垂直的2个方向观察该照射系统的结构的侧视图。图3是用于对本发明的实施方式I所涉及的粒子射线治疗装置的照射系统中的带电粒子束的射束状态进行说明的图。图4是用于对本发明的实施方式I所涉及的粒子射线治疗装置的照射系统中的物块及带电粒子束的射束状态进行说明的图。图5是用于对本发明的实施方式I所涉及的物块的制造方法进行说明的流程图。图6是表示本发明的实施方式2所涉及的粒子射线治疗装置中的射束扫描轨迹的例子的图。图7是表示本发明的实施方式2所涉及的粒子射线治疗装置中的射束扫描轨迹的其他例子的图。图8是用于对本发明的实施方式5所涉及的粒子射线治疗装置及多叶准直器的结构进行说明的图。图9是用于对诊疗行为的流程进行说明的图。图10是用于对本发明的实施方式6所涉及的治疗计划装置的结构进行说明的框图。
具体实施例方式实施方式I下面，对本发明的实施方式I所涉及的物块以及粒子射线治疗装置的结构进行说明。图1 图5是用于对本发明的实施方式I所涉及的物块、粒子射线治疗装置的结构、以及物块的治疗方法进行说明的图，图1是表示包括物块的粒子射线治疗装置的照射系统的结构的图，图2是用于表示粒子射线治疗装置及物块的结构的图，且图2是从与图1中的带电粒子束的中心(z方向)垂直的方向观察到的图，图2 Ca)是从y方向观察到的侧视图，图2 (b)是从X方向观察到的侧视图。图3是用于对粒子射线照射装置的照射系统中的射束形状进行说明的图，图3 (a)是表示射束整体外观的图；图3 (b)与图3 (c)是从与图3(a)中的带电粒子束的中心(z方向)垂直的方向观察到的图，图3 (b)是从y方向观察到的侧视图，图3 (c)是从X方向观察到的侧视图。图4表示提取出射束中的物块和包含照射对象即患部的患者身体的部分的图，由此用于说明在考虑了射束的扩散方式的基础上对物块的厚度进行设定，图4 ( a )是表示射束中的物块和照射对象的外观的图，图4 ( b )和图4 (C)是从与图4 (a)的带电粒子束的中心(z方向)垂直的方向观察到的图，图4 (b )是从y方向观察到的侧视图，图4 (c)是从X方向观察到的侧视图。另外，图5是用于说明物块的制造方法的流程图。作为对物块的结构进行详细说明的前提，首先，对包括物块且用于形成照射野的粒子射线治疗装置的照射系统进行说明。如图1、图2所示，粒子射线治疗装置10是根据照射对象即患者K的患部I S对由未图示的加速器提供的带电粒子束B进行加工并进行照射的装置。因此，粒子射线治疗装置10包括:摆动电磁铁1(上游la、下游lb)，该摆动电磁铁I起到照射嘴的作用，其通过在圆形轨道上对由加速器提供的所谓细束形的带电粒子束B进行扫描来扩大照射野；脊形过滤器2，该脊形过滤器2用于根据照射对象I S的厚度来扩大布喇格峰的宽度；射程移位器3，该射程移位器3用于根据照射对象I S距离体表的深度(体内深度)来改变带电粒子束B的能量(射程)；挡块准直器(block collimator) 4，该挡块准直器4用于将扩大后的照射野在面(X，y)方向上的扩散限制在规定范围内，以防止对正常组织进行不必要的照射；多叶准直器5，该多叶准直器5具有多个叶片板及驱动各个叶片板的叶片驱动机构，用于限制照射野在面方向上的形状以使其与照射对象I S在面方向上的形状一致；以及物块6，该物块6限制带电粒子束B的射程，以使其与照射对象I S在深度(z )方向上的形状一致。接下来，对通过使用摆动法的照射嘴来扩大照射野的照射系统中的动作以及原理进行说明。带电粒子束B由未图示的加速器加速，经由传输系统，并作为直径在数mm左右的所谓笔形射束被导入到照射系统中。对于被导入到进照射系统中的带电粒子束B，利用摆动电磁铁I使其以描绘圆形轨道的方式进行扫描。摆动电磁铁I一般如图所示那样，准备有X方向用电磁铁Ia及y方向电磁铁Ib，并且以使得2个电磁铁沿着带电粒子束B的中心轴XB连接的方式进行配置。这里，为了明确地说明，定义了 X方向及y方向。坐标系可以根据各种标准来定义，本说明书中使用如下的坐标系。将带电粒子束B的前进方向设为Z轴的正方向。X轴及y轴是与Z轴正交的轴，并且X轴与y轴互相正交。并且，xyz坐标系是右手坐标系。在图1、2的例子中，上游摆动电磁铁Ia使射束沿X方向进行扫描，下游摆动电磁铁Ib使射束沿y方向进行扫描。利用2个电磁铁la、Ib进行扫描，使得照射野在xy方向(平面方向)上扩大。将照射野扩大后的带电粒子束B通过脊形过滤器2。脊形过滤器形成为使得多个例如锥形体或截面为三角形的板排列于面内，若将照射野内分割成例如多个小区域，则存在所通过的厚度因各小区域而不同的射束。在图中，为了容易理解，记载了圆锥体如剑山那样排列。由此，将布喇格峰的宽度S OBP (Spread-Out Bragg Peak:扩展布拉格峰)扩大。即，利用脊形过滤器2，还能使照射野在z方向上扩大。接下来，将照射野扩大后的带电粒子束B通过射程移位器3。射程移位器3是用于改变带电粒子束B的能量的装置。利用射程移位器3，能够将扩大后的照射野照射到所希望的体内深度。接下来，通过射程移位器3的射束通过挡块准直器4。挡块准直器4是设有通过孔PH的金属块等，用于限制照射野在平面方向(xy平面)上的扩大。这是因为，如果预先对照射范围进行限制，则能够防止对正常组织进行不必要的照射。接下来，带电粒子束B通过多叶准直器5。多叶准直器5用于利用根据多块叶片板5 J勺位置而形成的穿透形状PS，对限制照射野中的、与射束轴Xb相垂直的面(xy)方向上的形状进行限制，以使其与照射对象即患部I S的形状一致。即，利用多叶准直器5对xy方向上的照射野进行限制并使其成形。此外，多叶准直器5至少包括叶片板5 L以及驱动各叶片板5匸的叶片驱动机构5 D。然而，只要叶片驱动机构5 D能规定叶片的驱动轨道，则其自身结构就并不十分重要，且若在图中示出叶片驱动机构5 D本身，则难以示出叶片板5 J勺结构。因此，在上述图1、2及之后的图中，为了进行简化，仅从多叶准直器5中提取出叶片板5 L以及叶片板5 L的集合形态来进行记载。
最后，带电粒子束B通过物块6。物块6是由树脂等制成的限制器，作为患部I S的深度形状，例如形成为补偿患部IS的远端(Distal)面距离体表的深度。这里，照射野的能量被限制(形成在z方向上)，从而具有与远端形状相同的形状。即，利用物块6对照射野在深度(z)方向上进行限制并使其成形。此外，所谓远端面，是指从患部IS的体表侧观察到的深部侧的面，相对地，可认为也能补偿表示浅部侧的近端(Proximal)面的深度。另外，后文将详细说明物块6对在深度方向上进行限制、成形的原理及作用。粒子射线治疗装置的照射系统的作用是将所照射的照射野形成得与患部I S —致。作为该方法，在本实施方式I所涉及的粒子射线治疗装置中采用摆动法，在该摆动法中，仅利用摆动电磁铁I来扩大面方向上的照射野。该方法具体的例子例如是专利文献I中示出的“通过螺旋射束扫描而实现的大面积均匀照射法”，在摆动法中也被称为螺旋摆动法。简单而言，螺旋摆动法对射束(下文中，将本实施方式所涉及的粒子射线治疗装置和一般装置中所使用的带电粒子束都简称为“带电粒子束”，并且在用于说明带电粒子束的放射方向等时都称为“射束”)进行螺旋状扫描以扩大照射野，通过对其照射野内的扫描轨道(扫描轨迹)下工夫，能确保平坦度。此外，由螺旋摆动法形成的射束的扫描轨道可以参看专利文献I的图1等。另一方面，摆动法一般多指单圆摆动法，在该情况下，在扩大照射野时利用散射体来确保平坦度。因此，即使是相同的摆动法，也存在有使用散射体的摆动法和不使用散射体的摆动法，射束的方向性也因散射体的有无而不同。相对于大小相同的照射野，在使用了散射体的情况下，射束的扫描角能小于扫描法中的扫描角。因此，即使如以往那样假设平行射束或像点光源那样具有扩散性的射束以制成物块，也不会有较大问题。另一方面，如本实施方式I所使用的螺旋摆动法那样不使用散射体，而仅使用扫描电磁铁来扩大射束，在此的情况下，通过某点的射束的照射方向是一个主要取决于该点相对于扫描电磁铁的位置的方向。

图3是表示在本实施方式I所涉及的粒子射线治疗装置10的照射系统内利用一对扫描电磁铁I来扩大带电粒子束B的扩散方式(射束F B的形状)的示意图。由于应用螺旋摆动法，因此带电粒子束B不是点光源，而是如图3所示那样地被扩大。为了便于说明，将图3所示的带电粒子束B的扩大方式称为“两级扫描式扩大”。射束不为点光源，且进行两级扫描式扩大，此时，需要设计一个与此相适应的限制器。这里，对两级扫描式扩散进行较为详细的说明。如图3所示，带电粒子束B从上方向下方(z方向)进行照射。带电粒子束B原本以称作为笔形射束的较细的状态被提供。在射束轴XbI，设定有基准点C P a及基准点CP b。基准点C P a可认为是配置上游摆动电磁铁Ia (严谨地说是扫描轴A s a)的位置，同样地，基准点C P b可认为是配置下游摆动电磁铁Ib (严谨地说是扫描轴A s b)的位置。配置于基准点CPa的上游摆动电磁铁Ia以基准点CPa为基准对带电粒子束B进行扫描。上游的动电磁铁Ia的带电粒子束B的扫描方向是在图3 (b)的平面内(xz平面)进行扫描的方向，通过射束轴Xb上的基准点C P a且与射束轴XbS直的轴Asa成为上游摆动电磁铁Ia的作用轴(扫描轴)。另外，配置于基准点CPb的下游摆动电磁铁Ib以基准点C P b为基准对带电粒子束B进行扫描。下游摆动电磁铁Ib的带电粒子束B的扫描方向是在图3 (c)的平面内(yz平面)进行扫描的方向，通过射束轴Xb上的基准点CPb且与射束轴Xb及轴A s a垂直的轴人s b成为下游摆动电磁铁Ib的作用轴(扫描轴)。也就是说，上游摆动电磁铁Ia的扫描方向(X)及下游摆动电磁铁Ib的扫描方向(y)与射束轴X B垂直,并且，下游摆动电磁铁Ib的扫描方向(y)与上游摆动电磁铁Ia的扫描方向(x)垂直。另外，利用图3对上述射束F B的形状进行几何学说明。如图3 (b)所示，引出以基准点C P a为上端点的垂直(z方向)线段，并在线段上的基准点CPa以外的位置设置基准点C P b。以基准点CPa为中心使线段仅旋转土 α度，此时得到线段通过的扇形F s a。该扇形F s a相当于在仅使用上游摆动电磁铁Ia时带电粒子束B的扩散。接下来，利用穿过基准点CPb的基准轴Asb将扇形F s a分为上半部分及下半部分。使扇形F s a的下半部分沿着基准轴人s b仅旋转土 β度，此时得到扇形F s a下半部分通过的区域。在图3 (c)中，该区域可看作为扇形F s b的区域，该区域示出了带电粒子束B的扩散方式(带电粒子束B能通过的区域:射束F B)。也就是说，进行两级扫描式扩散的射束F B的形状在X方向及y方向形成为曲率半径不同的扇形。为了说明与通过上述照射系统的结构而形成的带电粒子束B的扩散方式对应的物块的技术特征，首先说明物块的原理。如背景技术所述的那样，带电粒子束不同于Y射线、X射线那样的其他的放射线，其给予剂量在体内远端会急剧地变为最大值。将该给予剂量的峰值称为“布喇格峰”，该布喇格峰的生成位置(到达深度)取决于带电粒子的能量。其原因在于，带电粒子具有以下性质:即，在其通过物质时，动能会逐渐消失，当动能为O时，给予较多的剂量。而且，一般而言，粒子射线治疗装置的同步加速器等加速器能将带电粒子加速到一定的能量。因而，若不使用任何限制器而直接进行照射，会在与由加速器进行加速后的能量所对应的到达深度给予剂量。然而，实际上照射对象即患部的形状是三维的，因此，其深度方向不是固定的。因而，使用作为限制器的物块。说明上述物块的原理和现有的物块的制造方法之间的关系。—般而言，物块是通过对树脂块进行切削加工而制成的，在带电粒子束通过该物块时，其动能会根据通过物质、密度、及其厚度而减小。此时，在比较带电粒子束通过相同厚度的物质的情况下，若物质的原子序数越大，则带电粒子束的动能减少得越多。因此，即使对空气进行照射，其动能也几乎不会减小。简单起见，假设带电粒子束在树脂中通过I cm、与在体内通过I cm，消耗相等的动能。另外，调整带电粒子束的能量，从而在对由加速器进行了加速并提供的带电粒子束原样地进行照射的情况下，会在距离体表深度为15 cm的位置产生布喇格峰(到达深度15 cm)。简单起见，假设所照射的带电粒子束为平行射束的情况。若将物块设置在与带电粒子束的入射方向垂直的面方向上，则在带电粒子束入射到物块上的入射部分A所对应的物块厚度为3 c m的情况下，带电粒子束穿透过物块后的到达深度为12 c m(= 15 - 3)。另外，在入射部分B所对应的物块厚度为4 c m的情况下，带电粒子束穿透过物块后的到达深度为11 cm (=15 — 4)。因而,在部分A正下方且距离体表的深度为12 c m的位置，会产生布喇格峰，在部分B正下方且距离体表的深度为11 c m的位置，会产生布喇格峰。因而，若将物块在面方向上的任意位置(X，y)的厚度设为t B(x，y)，将物块正下方的照射目标部分距离体表的深度、即从体表到照射目标部分的厚度设为t K(x，y)，则只要以满足公式(I)的方式来设定物块的厚度分布，就能在患部的照射目标部分的面上集中释放出带电粒子束的能量，即能进行破坏。tB(x，y) + tK(x，y)=R...(I)式中，R是指入射到物块的粒子射线的到达深度，上述假设中，将其设为15 c m。即，设定物块的厚度分布，从而能对其正下方的患部距离体表的深度分布(简称为形状)进行补偿。一直以来都将带电粒子束设定为平行射束或像点光源那样的扩散射束，并在此基础上设定厚度，以制造物块。此外，在如上所述设定厚度时还存在下述情况，即将身体组织看作水、将物块的 厚度设为换算成与水具有相同厚度的水等效厚度，由此进行标记的情况，上述制造方法也适用于该情况。本发明的实施方式所涉及的物块中，由于带电粒子束B的射束扩散是两级扫描式的扩散，因而，能据此来设定厚度分布，更严谨的说是能据此来设定路径长度分布。更具体地，使用图4来进行说明。在该图中，将照射对象即患部I S的照射目标部分的某个点设为目标照射位置P。例如，设该目标照射位置P是患部I S内的、相对于患者身体K的体表fκ为最深部的面上的一个点。若假设为两级扫描式的射束扩散，则为了到达目标照射位置P，求出在基准点C P a上的角度α P和在作用轴Asb上的角度β Ρ，由此使带电粒子束B在通过基准点C P a的作用轴Asa上相对于射束轴Xb仅偏转角度α Ρ，使带电粒子束B通过基准点C P b的作用轴人s 相对于射束轴Xb仅偏转角度β ρ。此处，不将角度α P的起点设为作用轴A s a而设为基准点CPa的原因在于，由加速器I提供的带电粒子束B的状态是笔形的，所有的带电粒子束都会通过作用轴A s 3与射束轴X B的交点即基准点C P a。另外，至于带电粒子束B会通过作用轴As b上的哪一个点则唯一地取决于相对于基准点C P a的扫描角α ρ、及基准点C ρ a与基准点C P b之间的距离。由此，假设两级扫描式射束的扩散(通过范围)，能利用基准点C ρ a、作用轴Asb、及扫描角α ρ和β ρ来定义用于表示射束到达目标照射位置P的折线，即“射束照射轨道Tb ”，并进行描绘。在到达目标照射位置P之前，该射束照射轨道T Β会穿透过物块6和患者身体K(至少从体表f K—w到目标照射位置P为止)。只需将带电粒子束B在穿透过物块6和患者身体K时所消失的动能设定为与带电粒子束经由加速器进行加速后获得的能量相同即可。即，设定决定该穿透部分的路径长度的物块的厚度，以使得带电粒子束所减少的动能与加速能相同。此处，利用相对于基准点C P a具有的扫描角度α、以及相对于通过基准点C Pb的作用轴人s b具有的扫描角度β来定义射束照射轨道T Β，上述基准点CPb位于离开上述基准点C P a的位置。然后，当将到达被照射部I S之前在物块6内的穿透路径长度设为L B、将从体表f κ到被照射部I S的路径长度设为L κ、将带电粒子束B的能量设定得与公式(I)相同、且用R来表示到达深度时，只需设定物块6的形状以使其满足公式(2)的关系即可。LB(ct，3)+LK(a，3)=R...(2)即，在假设已规定了两个基准点C P a和C P b的前提下，能利用扫描角α、β及路径长度L B这三个参数(坐标)来直接定义(设定)物块的形状。即，严格来说，物块的形状不是由厚度分布来定义的，而是由路径长度分布来定义的。在这种情况下，例如，在相对于射束轴Xb发生了较大倾斜的区域中，有时无法简单地利用倾斜角度来补正厚度t。然而，若以(α、β、L)坐标来定义物块的形状，则能正确地定义物块的形状。然后，在例如利用切削加工将板材形成为物块时，若进行切削加工的设备能改变转轴的方向，则能以扫描角α、β来定义该转轴的方向，能利用基于路径长度1^进行四则运算所得的简单的换算值来定义切削深度，从而能直接生成物块的加工数据。另一方面，比较利用厚度分布来定义物块的形状的情况与利用路径长度分布来定义物块的形状的情况，在物块的形状不发生变化的情况下，不必拘泥于利用路径长度分布来定义物块的形状，在这种情况下，在设定物块B的形状时，在规定了距离物块B的基准点Cpa的路径长度L B的分布的基础上，也能像(X，y，ζ)坐标那样将路径长度分布变换到面方向上的厚度分布来进行设定。通过变换为厚度分布，从而即使在现有的加工装置中，也能够制造出实现考虑了带电粒子束会发生扩散这一因素后的、具有正确的能量分布的物块。此外，后面的实施例会说明坐标变换的具体例子。另外，如上所述，实际上利用脊形过滤器2、射程移位器3对由加速器提供的带电粒子束B调整布喇格峰的宽度和到达深度，之后，将其射入物块，因此，在这种情况下，也能将“加速后的能量”理解为“入射到物块时的能量”。S卩，如图5所示,包括:对于α、β这两个变量的组合之中的每一个,获取体内路径长度L k (α,β )即体内深度数据(步骤S 10)的工序；物块形状设定工序，在该物块形状设定工序中，补偿所获取的体内深度数据L k( α，β )，即算出满足公式(2)的路径长度数据LB(a，β)(步骤S 20)，在需要对所计算出的数据进行坐标变换的情况下(S 30中为“是”)，将所计算出的数据变换为正交数据(步骤S 40)，将物块形状设定为厚度分布(步骤S 100)，在不需要进行坐标变换的情况下(S 30中为“否”)，保持该坐标不变并设定物块形状(步骤S 100)的物块形状设定工序；基于所设定的物块形状来算出物块的加工数据(步骤S 110)的工序；以及基于所算出的加工数据来加工物块(步骤S 120)的工序，由此，能获得上述物块6，能可靠地在目标照射位置P产生布喇格峰。同样地，对于多叶准直器5，也能如上述那样在考虑了利用扫描方向不同的两个扫描电磁铁I a、l b来扩 大照射野而生成的射束F β因经过两级扫描式扩散后所具有的形状的基础上，来设定其驱动轨道、叶片的形状、配置。另外，作为扩大照射野的方法，对扫描轨迹呈螺旋状的螺旋摆动法进行了说明，但如后述的实施方式中说明的那样，也可以采用其它的螺旋摆动法，另外也并非仅局限于螺旋摆动法。另外，起到照射嘴功能的电磁铁也并不局限于摆动电磁铁1，只要是利用扫描方向不同的2个电磁铁来扩大照射野的照射嘴即可。如上所述，本实施方式I所涉及的物块6是设置在粒子射线治疗装置10中，且用于根据被照射部I S来改变带电粒子束B即粒子射线B的能量分布的物块，通过以下方式来设定上述物块6的形状:即，在该物块6的上游侧，在入射到该物块6的粒子射线B的射束轴XbI，定义第一基准点C P a，及位于该第一基准点C P a的下游侧的第二基准点CP b，以第一基准点C P a为起点，并利用第一倾斜角α和第二倾斜角β来定义穿透过该物块6并直抵被照射部I S的粒子射线B的照射轨道Tb，上述第一倾斜角α是以第一轴A s a为中心、相对于射束轴X β的角度，且该第一轴A s a与射束轴X B垂直并包括第一基准点C P a，上述第二倾斜角β是以第二轴Asb为中心、相对于射束轴Xb的角度，且该第二轴A s b与射束轴X 第一轴A s a垂直并包括第二基准点C P b，路径长度L 偿路径长度L k，上述路径长度L B是照射轨道T B + w粒子射线B在该物块6内的路径长度，上述照射轨道Tb是相对于第一倾斜角α与第二倾斜角β的组合之中的、具有为了覆盖被照射部I S所必需的数值范围、分辨率等的规定范围的组合而分别定义的，上述路径长度L k是从位于被照射部I S的上游侧的体表到被照射部I S的路径长度，因此，即使在平面方向上，射束的扩散方式不同，但仍然能根据其扩散方式来正确地形成适应照射对象即被照射部IS的深度的形状的照射野。特别在将第一倾斜角设为α，将第二倾斜角设为β，将根据第一倾斜角α与第二倾斜角β的组合而定义的照射轨道Tb上的粒子射线B在该物块6内的路径长度设为Lb(α , β)，将根据第一倾斜角α与第二倾斜角β的组合而定义的照射轨道Tb上的粒子射线B从体表f k到被照射部I S的路径长度设为L k ( α，β )，将与入射到物块6的粒子射线B的能量相当的到达深度设为R时，此时，以满MLB( α，β ) +LK( α , β ) = R的关系的方式来设定物块6的形状，因此，能以相同的坐标来定义实际的照射轨道T B和物块形状，而且，能够正确地形成能补偿被照射部I S的深度分布的物块。根据本发明的实施方式I所涉及的物块的制造方法，包括:对第一倾斜角α与第二倾斜角β的组合之中的每一个，获取从体表f k到被照射部I S的路径长度即体内深度数据的工序(S 10);设定物块的形状以成为能补偿所获得的体内深度数据的路径长度的工序(S 20 S 100);基于所设定的物块的形状来生成物块的加工数据的工序(S 110);以及基于所生成的加工数据来加工物块的工序(S 120)，因此，能够获得在目标照射位置P能可靠地生成布喇格峰的物块。另外，根据本发明的实施方式I所涉及的粒子射线治疗装置10，包括:照射嘴1:照射嘴I利用两个电磁铁I a、l b来对粒子束B进行扫描，以扩大照射野的方式进行照射，上述两个电磁铁I a、l b是 在沿着由加速器提供的粒子射线B的前进方向排列且各自的扫描方向互不相同的两个电磁铁；以及物块6，该物块6配置在从照射嘴I所照射出的粒子射线B中，配置物块6，使得用于设定该物块6的形状的第一轴与两个电磁铁之中的上游侧的电磁铁I a的扫描轴人s a相一致，且第二轴与另一个电磁铁I b的扫描轴A s 4目一致，因此，即使射束的扩散方式在平面内存在差异，也能利用两级扫描式扩散来准确地根据该扩散方式，正确地形成适合于照射对象即被照射部I S的深度方向上的形状的照射野。实施方式2在实施方式I中，阐述了采用对射束进行螺旋状扫描的螺旋摆动法的应用。然而，射束在照射野内的扫描轨道形状(扫描轨迹)并不限定于本发明的技术思想，即使在其它射束扫描轨迹中，在进行两级扫描式扩散的情况下也能发挥出效果。因此，在本实施方式2中，将本发明的物块应用于具有其它代表性的射束扫描轨迹的照射系统中，对该情况进行阐述。首先，对由实施方式I中使用的螺旋摆动法所产生的射束扫描轨迹进行说明。如专利文献I中记载的那样，螺旋状扫描轨迹是利用包含如下3个等式在内的公式(3)得到的。[数学式I]
权利要求
1.一种物块， 该物块被设置在粒子射线治疗装置中，用于根据被照射部来改变粒子射线的能量分布，其特征在于， 通过以下方式来设定所述物块的形状:即，在该物块的上游侧，在入射到该物块的粒子射线的射束轴上确定第一基准点、以及位于所述第一基准点的下游侧的第二基准点， 以所述第一基准点为起点，利用第一倾斜角和第二倾斜角来定义穿透过所述物块并到达所述被照射部的粒子射线的照射轨道， 所述第一倾斜角是以第一轴为中心、相对于所述射束轴的角度，其中，该第一轴与所述射束轴垂直并包括所述第一基准点，所述第二倾斜角是以第二轴为中心、相对于所述射束轴的角度，其中，该第二轴与所述射束轴及上述第一轴垂直并包括所述第二基准点， 使得在根据所述第一倾斜角与所述第二倾斜角的组合之中的规定范围内的组合而分别定义的照射轨道上的粒子射线在该物块内的路径长度，能补偿从位于所述被照射部的上游侧的体表到所述被照射部的路径长度。
2.如权利要求2所述的物块，其特征在于，以下述方式来设定所述物块的形状:即， 若将第一倾斜角设为α， 将第二倾斜角设为β， 将根据所述第一倾斜角与所述第二倾斜角的组合而定义的照射轨道上的粒子射线在该物块内的路径长度设为L Β ( α，β )， 将根据所述第一倾斜角与所述第二倾斜角的组合而定义的照射轨道上的粒子射线从所述体表到所述被照射部的路径长度设为L k ( α，β )， 将与入射到所述物块 的粒子射线的能量相当的到达深度设为R， 则使其满足LB( α , β ) +LK( α , β ) =R的关系。
3.—种物块的制造方法， 制造权利要求1或2所记载的物块的方法，其特征在于，包括: 根据所述第一倾斜角和所述第二倾斜角的各个组合，分别获取从所述体表到所述被照射部的路径长度即体内深度数据的工序； 设定物块的形状以使其成为能够补偿所获得的所述体内深度数据的路径长度的工序; 基于所设定的所述物块的形状，来生成物块的加工数据的工序；以及 基于所生成的所述加工数据,来加工物块的工序。
4.一种粒子射线治疗装置，其特征在于，包括: 照射嘴，该照射嘴通过利用两个电磁铁对所述粒子射线进行扫描以扩大照射野的方式来进行照射，所述两个电磁铁在由加速器提供的粒子束的前进方向上相连、且扫描方向互不相同；以及 物块，该物块配置在从所述照射嘴所照射出的粒子射线中，对所述物块进行配置，以使用于设定该物块的形状的所述第一轴与所述两个电磁铁之中的上游侧的电磁铁的扫描轴相一致，并且使所述第二轴与另一个电磁铁的扫描轴相一致。
5.如权利要求4所述的粒子射线治疗装置，其特征在于， 所述照射嘴利用螺旋摆动法来扩大所述照射野。
6.如权利要求4所述的粒子射线治疗装置，其特征在于， 所述照射嘴利用扫描法来扩大所述照射野。
7.如权利要求4所述的粒子射线治疗装置，其特征在于， 利用使射束轴的方向发生偏转的偏转电磁铁来进行所述两个方向的扫描之中的一个方向的扫描，在假设所述偏转电磁铁的扫描轴通过入射到所述物块的粒子射线在射束轴上的一点的情况下，使所述偏转电磁铁的扫描轴与所述第一轴或所述第二轴相一致。
8.一种治疗计划装置，其特征在于，包括: 三维数据生成单元，该三维数据生成单元基于包括所述被照射部的照射对象的图像数据来生成三维数据； 照射条件设定单元，该照射条件设定单元基于所生成的三维数据来设定照射条件；以及 物块数据生成单元，该物块数据生成单元基于所设定的照射条件，生成权利要求4至7中任一项所述的粒子射线治疗装 置中的物块的形状数据， 所述三维数据生成单元至少利用由所述上游侧的电磁铁扫描而得到的所述第一倾斜角、以及由所述另一个电磁铁扫描而得到的所述第二倾斜角，来生成所述三维数据。
全文摘要
本发明的目的在于获得一种能正确地形成适合于照射对象的深度方向上的形状的照射野的物块、以及粒子射线治疗装置。通过以下方式设定物块(6)的形状即，利用以第一轴(Asa)为中心的第一倾斜角(α)和以第二轴(Asb)为中心的第二倾斜角(β)来定义以粒子射线(B)的照射轨道(TB)，其中，所述第一轴(Asa)以第一基准点(CPa)为起点、与射束轴(XB)垂直且包括第一基准点(CPa)，所述第二轴(Asb)与射束轴(XB)和第一轴(Asa)垂直，由此在第一倾斜角(α)与第二倾斜角(β)的组合之中，在利用规定范围的组合而分别定义的照射轨道(TB)中的该物块(6)内的路径长度(LB)对从体表(fk)到被照射部(IS)的路径长度(Lｋ)进行补偿。
文档编号A61N5/10GK103153397SQ20108006843
公开日2013年6月12日 申请日期2010年11月16日 优先权日2010年11月16日
发明者岩田高明 申请人:三菱电机株式会社