射束输送系统及粒子射线治疗装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及输送由质子、重粒子等带电粒子构成的带电粒子射束的射束输送系 统、W及将所输送的带电粒子射束照射到物体、人体等被照射体的粒子射线治疗装置。
【背景技术】
[0002] 一般而言，粒子射线治疗装置包括：产生带电粒子射束的射束产生装置；与射束 产生装置相连，对产生的带电粒子射束进行加速的加速器；对加速至由加速器所设定的能 量后出射的带电粒子射束进行输送的带电粒子射束输送系统；W及设置于射束输送系统的 下游侧，用于将带电粒子射束照射至照射对象的粒子射线照射装置。
[0003] 一般射束输送系统设定有加速器的射束轨道上的一点和射束照射位置（等中屯、）运两个基准点，来设计光学参数。加速器的射束轨道上的一点成为光学参数设计的起点，射 束照射位置、尤其是作为其中屯、的等中屯、成为光学参数设计的终点。具体而言，射束输送系 统将加速器和该射束输送系统（高能射束输送系统（肥BT系统））的交汇点（起点）的射束 初始条件作为设计值，来计算该射束输送系统的电磁铁的强度，对电磁铁设定该强度（励 磁电流），来传输射束，W使得射束到达照射位置。
[0004] 在加速器是小型医疗用的同步加速器的情况下，即使同步加速器的初始值是理想 值（设计值），由于同步加速器的电磁铁类的未设想到的磁场（因工作误差等而产生的磁 场），因此即使适当地配置六极电磁铁也不满足Har化的条件，分界线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导致所述交汇点的射束的角度（斜率）、位置不同 的现象（色差），且由于加速器的射束出射法的不同，从而会发生照射位置的射束的位置发 生变动、或射束直径变大的现象。 阳0化]对发生射束的角度（斜率）、位置不同的现象即色差的理由进行说明。图15是说 明相位空间中的起点的射束移动的图，图16是说明射束轨道的图。图15的横轴是与射束轨 道中屯、轴垂直的X方向的距离ΔΧ，纵轴是相对于ΔΧ的射束轨道中屯、轴的斜率ΔΧ'。图 16的横轴是向射束的前进方向延伸的S轴，纵轴是X方向的距离ΔX。图16中示出与射束 轨道变更相关的偏转电磁铁63和四极电磁铁64的位置、起点S、终点T。图16的上侧示出 射束出射为理想状态的情况，图16的下侧示出射束出射偏离理想状态的情况。
[0006]W往，假设为起点S的射束没有移动、是具有图16的楠圆62所示的假设相位空间 分布的射束，来设计射束输送系统的射束光学系统。然而，实际的射束具有根据时间的不 同，相位空间分布W61a、6化、61c的方式变化的相位空间分布60。对于实际的射束，如图5 所示那样间断的电流值在零和零W外的值之间反复，时刻tl、t2、t3处射束的相位空间分 布不同。例如，射束的相位空间分布在时刻tl(溢出（spill)开始）的情况下为相位空间 分布61曰，在时刻t2(溢出中央）的情况下为相位空间分布6化，在时刻t3(溢出结束）的 情况下为相位空间分布61c。
[0007] 在射束出射为理想状态的情况下，如图16的上侧所示，即使起点S的相位空间中 的射束没有移动，在上游侧W射束轨道65a、65b、65c的方式变动，但在下游侧通过偏转电 磁铁63和四极电磁铁64的励磁电流的调整，从而能调整为射束轨道与射束轴（s轴）相一 致，且在终点T不会产生色差。然而，在射束出射偏离理想状态的情况下，即、相位空间分布 随时间变动的情况下，如图16的下侧所示，在下游侧也W射束轨道66a、66b、66c的方式变 动，在照射位置即终点T会产生色差。例如，射束轨道66a是与相位空间分布61a相对应的 轨道，射束轨道6化是与相位空间分布6化相对应的轨道，射束轨道66c是与相位空间分布 61c相对应的轨道。在射束出射偏离理想状态的情况下，在终点T会产生色差，因此射束直 径扩散，射束位置（重屯、位置）成为偏离射束轴（S轴）的位置。
[0008] 在实际的射束输送系统中，具有起点S的射束的相位空间分布的时间变动，在不 考虑该射束的相位空间分布的时间变动的情况下，如上所述会在终点T产生色差，因此为 了使终点T的色差为零，需要考虑起点S的射束的相位空间分布的时间变动。
[0009] 专利文献1中记载了如下方法：为了使射束尺寸的调整变得容易而实现射束尺寸 调整的自动化。专利文献1的带电粒子射束的输送装置包括：灵敏度计算装置，该灵敏度 计算装置基于设置于从加速器的出口到照射装置的入口之间的多个分布监视器所测定到 的射束尺寸和射束分布，来计算出表示射束尺寸相对于四极电磁铁等射束聚集装置的聚集 力的关系的灵敏度矩阵；W及励磁电流校正量计算装置，该励磁电流校正量计算装置利用 灵敏度矩阵根据所设定的射束尺寸的调整目标值计算出射束的聚集力，利用励磁电流校正 量计算装置计算得到的励磁电流来控制射束聚集装置。专利文献1的射束尺寸的调整方法 中，在射束输送的粗调整后根据分布监视器测定得到的射束尺寸和射束分布求出灵敏度矩 阵，并利用灵敏度矩阵计算各射束聚集装置的励磁电流，利用该励磁电流进行对各射束聚 集装置进行励磁的调整，反复进行上述处理直至射束尺寸充分接近所期望的值。 现有技术文献 专利文献
[0010] 专利文献1 :日本专利特开2011-206237号公报（0037段~0049段、0057段~ 0061段、图1、图3)
【发明内容】
发明所要解决的技术问题
[0011] 专利文献1的带电粒子射束输送装置（相当于射束输送系统）中，利用由分布监 视器测定到的射束尺寸的灵敏度矩阵来计算各射束聚集装置的励磁电流，反复进行利用该 励磁电流对各射束聚集装置进行励磁的调整，由此进行射束尺寸的调整，使得射束尺寸充 分接近所期望的值。然而，专利文献1的带电粒子射束输送装置未考虑光学参数设计的起 点及终点的色差，因此即使射束输送路径上的分布监视器所测定到的射束尺寸能成为所期 望的值，也无法使照射位置的射束的色差基本成为零。此外，在进行了小型化的同步加速器 的情况下，如上所述难W使射束输送系统的光学参数设计的起点的色差成为零，因此，若将 专利文献1的射束尺寸的调整方法应用于进行了小型化的同步加速器，则反复进行射束调 整的次数会增加。专利文献1的射束尺寸的调整方法中，即使能完成射束调整，也仍旧存在 无法使照射位置的射束的色差基本成为零的问题。
[0012] 在小型化的同步加速器的情况下，若要使射束输送系统的光学参数设计的起点的 色差成为零，则需要使用高性能的偏转电磁铁、四极电磁铁、六极电磁铁，存在导致加速器、 射束输送系统的大型化、复杂化，使加速器、射束输送系统变得昂贵的问题。
[0013] 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射束输送系统，该射 束输送系统中，即使是从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 的色差基本成为零。 解决技术问题所采用的技术手段
[0014] 本发明所设及的射束输送系统包括：偏转带电粒子射束的至少一个偏转电磁铁； 使带电粒子射束聚集或发散的至少2个四极电磁铁；检测带电粒子射束的分布数据的至少 一个射束分布监视器；基于分布数据来计算射束分布监视器中的射束位置的时间变动量或 射束直径即射束时间变动关联量的射束解析装置；计算射束输送系的光学参数的光学参数 计算装置；W及基于光学参数计算装置计算得到的光学参数设定偏转电磁铁和四极电磁铁 的励磁电流的电磁铁电源。本发明所设及的射束输送系统的光学参数计算装置的特征在 于，基于射束时间变动关联量计算设定于加速器的射束轨道上的射束输送系统的设计起点 的带电粒子射束的运动量分散函数即起点运动量分散函数，并计算将起点运动量分散函数 和检测到分布数据时的照射位置的开始条件作为初始条件的光学参数。 发明效果
[0015] 根据本发明所设及的射束输送系统，将基于射束时间变动关联量的设计起点的带 电粒子射束的起点运动量分散函数和检测到分布数据时的照射位置的开始条件作为初始 条件来计算得到光学参数，并基于该光学参数设定偏转电磁铁及四极电磁铁的励磁电流， 因此即使是从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 成为零。
【附图说明】
[0016] 图1是本发明的粒子射线治疗装置的简要结构图。 图2是表示图1的粒子射线照射装置的结构的图。 图3是表示本发明的实施方式1的射束输送系统中的校正前的射束轨道的图。 图4是表示本发明的实施方式1的射束输送系统中的校正后的射束轨道的图。 图5是说明出射到本发明的实施方式1的射束输送系统的射束电流的图。 图6是表示本发明的实施方式1的射束输送系统的起点的相位空间分布的图。 图7是表示本发明的实施方式1的射束输送系统的终点的校正前的相位空间分布的 图。 图8是表示本发明的实施方式1的射束输送系统的终点的校正后的相位空间分布的 图。 图9是表示本发明的实施方式1的射束输送系统的终点的校正前的射束点配置的图。 图10是表示本发明的实施方式1的射束输送系统的终点的校正后的射束点配置的图。 图11是表示本发明的实施方式2的射束输送系统中的校正前的射束轨道及射束直径 的图。 图12是表示本发明的实施方式2的射束输送系统中的校正后的射束轨道及射束直径 的图。 图13是表示本发明的实施方式3的射束输送系统中的校正前的射束轨道的图。 图14是表示本发明的实施方式3的射束输送系统中的校正后的射束轨道的图。 图15是说明相位空间中的起点的射束的移动的图。 图16是说明射束输送系统中的射束轨道的图。
【具体实施方式】
[0017] 实施方式1. 图1是本发明的粒子射线治疗装置的简要结构图，图2是表示本发明的粒子射线照射 装置的结构的图。粒子射线治疗装置20包括入射系统1、加速器3、射束输送系统4及粒子 射线照射装置58。入射系统1具有入射器2和四极电磁铁6a、6b。加速器3包括多个偏 转电磁铁 5日、化、5c、5d、5e、5f、5g、化、5i、5j、5k、51、5m、多个四极电磁铁6c、6d、6e、6f、6g、 6h、6i、6j、化、61、6m、6n、加速腔9、x方向踢电极化ickelect;rode)10、RF加速电源12、RF 踢电源化ickpowersource) 13、及设备控制装置16。射束输送系统4具有多个偏转电磁