粒子射线照射装置及具备该粒子射线照射装置的粒子射线治疗装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及粒子射线治疗装置中的、用于使粒子射线与患部的三维形状相吻合地进行照射的粒子射线照射装置，所述粒子射线治疗装置对肿瘤等患部照射粒子射线来进行治疗。
【背景技术】
[0002]在利用粒子射线的治疗方法中，采用被加速为光速的约70%的质子、碳粒子射线等高能量粒子射线。在向体内照射这些高能量粒子射线时，具有如下特征。第一，被照射的粒子几乎都停留在与粒子能量的约1.7次幂成正比的深度位置。第二，向直到被照射的粒子在体内停止时所通过的路径所提供的能量密度(称为剂量)在粒子的停止位置具有最大值。沿着粒子射线通过的路径而形成的特有的深部剂量分布曲线被称为布拉格曲线，剂量值为最大的位置被称为布拉格峰。
[0003]对于三维粒子射线照射系统想到了如下的方法:使该布拉格峰的位置与肿瘤的三维形状相吻合地进行扫描，一边对各个扫描位置的峰值剂量进行调整，一边在预先根据图像诊断所决定的目标即肿瘤区域形成规定的三维剂量分布。对粒子射线的停止位置进行的扫描包括与粒子射线的照射方向几乎垂直的横向(χ、γ方向)上的扫描、以及粒子射线的照射方向即深度方向(Ζ方向)上的扫描。横向上的扫描包括使患者相对于粒子射线进行移动的方法，以及使用电磁铁等使粒子射线的位置发生移动的方法，使用电磁铁的方法属于一般方法。深度方向上的扫描是改变粒子能量的唯一方法。对于改变能量的方法中，具有如下2种方法:用加速器来改变粒子能量的方法；以及被称为设置于射束传输系统或照射系统的量程转换器(range shifter)(包含被称为能量变更和分析装置即Energy Select1nSystem(能量选择系统)的装置)的能量变更装置。常用的是使用量程转换器的方法。
[0004]在与粒子射线的前进方向垂直的方向、即横向上，使粒子射线扫描的方法大致分为如下2种基本方法。一种是如下的点扫描照射法:在照射粒子射线以使规定照射位置处的照射剂量达到计划值时，暂时减弱粒子射线强度(一般使其变为零)，再变更扫描电磁铁的电流值以使粒子射线照射下一个照射位置，然后，再次增加粒子射线强度(或者从加速器再次射出粒子射线)，从而照射粒子射线。例如，非专利文献I中示出了这样的示例。另一种是混合扫描照射法，其与向各个计划好的位置照射计划好的量的粒子射线的基本做法是相同的，但是在使粒子射线的位置移动到下一个照射位置时，不停止粒子射线，而一边照射粒子射线一边使粒子射线进行扫描。例如，非专利文献2所揭示的内容是其中一个示例。
[0005]还具有如下方法:在横向上对粒子射线实施二维扫描，形成具有规定分布的横向剂量分布，在深度方向上变更粒子能量，形成多个在照射区域的不同深度位置具有层状的规定分布的横向剂量分布，这些层状的剂量分布重叠，在照射区域制作规定的三维剂量分布。此时，各个层状剂量分布通常为均匀的剂量分布。因此，根据治疗计划来计算各层中预先决定的照射位置上的计划照射粒子量。
[0006]在上述的任一个方法中，为了形成规定的二维或三维剂量分布，利用治疗计划装置等来决定所计划的各个照射位置处的计划照射剂量。
现有技术文献专利文献
[0007]专利文献1:日本专利特许第3874766号公报
专利文献2:美国专利申请公开第US2006/0231775A1号说明书非专利文献
[0008]非专利文献I:T.1naniwa et al.，Medical Physics 34(2007)3302
非专利文献 2:J.H.Kang et al.，，，Demonstrat1n of scan path optimizat1n inproton therapy”Medical Physics 34 (9)2007, page 3457-3464
【发明内容】
发明所要解决的技术问题
[0009]在专利文献I所记载的粒子射线扫描照射装置中，将用扫描照射来进行照射的各个点(位置)的计划照射粒子数(照射剂量)设为复位值而预先存储于照射装置的规定存储器中，同时需要将与各个点的位置相当的信息(例如，电磁铁的励磁电流对(ixi，IYi), i=1，2，3-Nspot等)也预先存储于照射装置的规定存储器中。而且，在实施照射时，采用以下结构:即，用射束监视器等对各个照射位置处的照射剂量进行计数，当该计数值达到与该位置相对应的预设值时，判断为该位置的照射已完成，转移至下一个照射位置。利用通过对照该预设值和计数值的方法来构筑以往的粒子射线或者X射线的治疗装置中的照射装置。
[0010]如上所述，在以往的粒子射线治疗装置中的粒子射线照射装置中，在向各个照射位置照射粒子射线时，必需进行如下动作:即，将用射束监视器对照射至该位置的粒子量进行计数而得到的计数值与预设值进行对照。通常，对计数值与预设值进行对照的动作需要数10 μ秒。当希望通过增强粒子射线而在短时间内照射所有照射位置时，有时会出现对计数值与预设值进行对照的动作成为高速化的瓶颈的情况。因此，在以往的照射装置中，还存在难以实现非常高的剂量率(每单位时间能够照射的剂量)的问题。
[0011]本发明志在解决如上所述的以往的粒子射线照射装置的问题，其目的在于，提供一种能够完全灵活运用粒子射线治疗装置的射束电流、从而能够在短时间内完成照射的剂量率较高的粒子射线治疗装置及粒子射线照射装置。
用于解决技术问题的技术手段
[0012]本发明的粒子射线照射装置具有:扫描电磁铁，该扫描电磁铁用于使粒子射线对照射对象进行扫描；扫描信息存储部，该扫描信息存储部中存储有扫描位置信息和扫描顺序信号，所述扫描位置信息与粒子射线对照射对象进行扫描时的多个扫描位置有关，所述扫描顺序信息是对多个扫描位置进行扫描的顺序；以及扫描电磁铁控制部，该扫描电磁铁控制部根据存储于该扫描信息存储部中的扫描位置信息和扫描顺序信息，来控制扫描电磁铁，在所述粒子射线照射装置中，存储于扫描信息存储部中的扫描位置信息包含顺序相邻的扫描位置信息为同一扫描位置信息的部分。
发明效果
[0013]根据本发明的装置，由于包含有顺序相邻的扫描位置信息为同一扫描位置信息的部分，因此，能够提供可在短时间内结束照射的剂量率较高的粒子射线照射装置。
【附图说明】
[0014]图1是表示本发明实施方式所涉及的粒子射线照射装置的简要结构的框图。
图2是表示治疗计划装置中计划好的扫描位置与计划照射剂量的示例的表的图。
图3是表示本发明的实施方式所涉及的粒子射线照射装置的扫描信息存储部中所存储的扫描信息的示例的表的图。
图4是用于说明本发明的实施方式所涉及的粒子射线照射装置的动作的概念图。
图5是表示本发明的实施方式所涉及的粒子射线照射装置的其他简要结构的框图。
【具体实施方式】
[0015]图1是表示本发明的实施方式I所涉及的粒子射线照射装置的简要结构的框图。具有如下结构:利用使粒子射线I偏向一个方向的X方向扫描电磁铁21和使粒子射线I偏向与该一个方向垂直的一个方向的Y方向扫描电磁铁22，使由未图示的粒子射线加速器生成并由未图示的粒子射线传输系统传输来的粒子射线I对患者的患部等被照射体11进行扫描。此处，X方向扫描电磁铁21和Y方向扫描电磁铁22组成扫描电磁铁2。
[0016]利用由扫描电磁铁电源控制部5所控制的扫描电磁铁驱动电源3，来驱动扫描电磁铁2。在扫描信息存储部4中，存储有与多个扫描位置相关的扫描位置信息、以及作为进行扫描的顺序的扫描顺序信息，来作为扫描信息。扫描电磁铁电源控制部5与由粒子射线监视传感器6所检测出的粒子剂量相对应地接收监视脉冲发生部7所输出的监视脉冲，对扫描电磁铁驱动电源3进行控制，扫描电磁铁驱动电源3根据存储于扫描信息存储部4中的信息，来驱动扫描电磁铁2。扫描电磁铁驱动电源3和扫描电磁铁电源控制部5统称为扫描电磁铁控制部8，粒子射线监视传感器6和监视脉冲发生部统称为粒子射线监视器9。
[0017]图2是表示本实施方式所涉及的粒子射线照射装置的、对各个扫描位置所计划好的计划照射剂量的示例的列表的图。图3是表示本实施方式所涉及的粒子射线照射装置的扫描信息存储部4中所存储的扫描信息的内容的示例的概念图。图4是表示本实施方式所涉及的粒子射线照射装置的、由监视脉冲发生部7与从粒子射线监视传感器6所输入的规定的电荷量(例如Q0)相对应地进行输出的监视脉冲及其序列、以及存储于扫描信息存储部4的扫描信息的示例。
[0018]下面，利用图1至图4，对本发明的实施方式所涉及的粒子射线照射装置的动作进行说明。首先，根据患者的CT数据等确立治疗计划，在图1的被照射体11中，决定多个全照射位置(在图1中，为了后述的说明，在照射位置A1、照射位置Ai+Ι、照射位置Ai+2这3个照射位置上标注标号)、扫描照射位置的顺序、以及各个照射位置处的计划照射剂量。作为与照射位置相对应的位置信息，具有其横向上的位置坐标和位于被照射体体内的深度位置。横向上的位置信息基本由扫描电磁铁2的X方向扫描电磁铁21的励磁电流IX和Y方向扫描电磁铁22的励磁电流IY等来进行定义。深度位置信息能够用射入至被照射体11的粒子射线的粒子能量来进行定义。这是因为粒子射线停止在体内的、即照射粒子射线的深度位置是由粒子的能量来决定的。
[0019]向被照射体11照射粒子射线的方法包括扫描照射法、均匀扫描法(uniformscanning method)、模拟散射(simulated scattering)等多种方法，但无论在哪种情况下，都由治疗计划装置10来决定多个照射位置、扫描照射位置的顺序、以及在各个照射位置进行照射的照射剂量(这能单纯地看作为进行照射的粒子射线的粒子个数)。照射方法的不同点在于，照射位置的个数、供给方法、照射顺序、各个照射位置上的照射剂量等的不同。此处，以扫描照射法为例，进行如下说明，但是本发明当然也适用于指定多个照射位置、扫描照射位置的顺序、以及各个照射位置上的照射剂量来进行照射的其他照射方法。
[0020]在扫描照射法中，反复进行如下动作，从而在由治疗计划装置10所决定的所有照射位置照射粒子射线:照射粒子射线，使得粒子射线在各个照