粒子射线照射装置的制造方法

粒子射线照射装置的制造方法
【专利摘要】本发明提供一种粒子射线照射装置，其对扫描装置实施如下控制，即将对照射对象的所有照射位置照射粒子射线的照射重复重新扫描次数，对各照射位置照射重新扫描次数的粒子射线，该粒子射线照射装置具备运算部，该运算部被输入重新扫描次数(n)和粒子射线的单位时间的剂量即射束强度(J)中的一方，求出对于所有照射位置满足下述条件(P1)的另一方的值中的最大值，并提示给用户。J*ti<＝di/n (条件P1)。
【专利说明】
粒子射线照射装置
技术领域
[0001]本发明涉及一种对肿瘤等患部照射粒子射线进行治疗的粒子射线治疗装置中的粒子射线照射装置，其用来使粒子射线与患部的三维形状一致并照射规定剂量。
【背景技术】
[0002]粒子射线治疗是一种通过使用加速器等设备将质子或碳离子等带电粒子加速至数百兆电子伏特左右并对患者进行照射，从而对体内的肿瘤施加剂量以治疗癌症的方法。此时，重要的是对肿瘤形成由医生指示的剂量分布即尽量接近目标分布的剂量分布。多数情况下，目标分布是在肿瘤内剂量均匀且肿瘤外的剂量尽量低于肿瘤内的分布。
[0003]一般而言，对于物体(包含人体)照射经过加速器加速的粒子射线时，物体内的三维剂量分布具备在某一点具有剂量最大峰值的特性。该剂量最大峰值被称为布拉格峰。此夕卜，三维空间中在某一点具有剂量最大峰值时，将该峰值位置定义为该粒子射线的“照射位置”。为了使用具有上述峰值构造的粒子射线，三维地形成目标分布，必须下一些工夫。
[0004]作为形成目标分布的方法中的一种，可列举扫描照射法。为了使用该方法，首先要使用一种机构，该机构使用电磁铁等，使粒子射线向与粒子射线的前进方向即Z方向垂直的两个方向即X和Y方向发生任意偏转。并且，还必须具备通过调整粒子能量，将形成布拉格峰的位置在Z方向上任意调整的功能。一般而言，粒子射线产生装置即加速器还具备能量调整功能。而且，在肿瘤内设定多个照射位置(也称为束点)，使用上述两种机构，依次对各照射位置照射粒子射线。通过预先调整并决定要分别施加至各照射位置的剂量的均衡性，将施加至各照射位置的各剂量分布进行合计，最终形成目标分布。
[0005]—般而言，使粒子射线的照射方向向XY方向发生偏转，从某照射位置移动至下一照射位置所用的时间为Ims以下，通过能量变更使布拉格峰位置向Z方向移动所用的时间为10ms左右。因此，作为对各照射位置进行照射的顺序，一般是首先用一个能量向XY方向扫描粒子射线，在对与该能量对应的所有照射位置照射过射束后，再切换至下一个能量。
[0006]通过能量变更使照射位置向Z方向移动时，必须停止粒子射线的照射、即切断射束。扫描照射法根据XY方向的扫描方法，还可细化为以下各种方法。
[0007]将在从某照射位置移动至下一照射位置的过程中切断粒子射线的方法称为点扫描法或离散点扫描法。例如，通过以下方法来实现，即具备用来测量照射至各照射位置的剂量的机构，在达到应照射至该照射位置的预先决定的剂量值时，切断粒子射线，并将粒子射线向下一照射位置移动。
[0008]在从某照射位置移动至下一照射位置的期间内不切断粒子射线时，还可细分为两种方法。一种方法为具备用来测量照射至各照射位置的剂量的机构，并在剂量达到某固定值时，在不切断射束的状况下向下一照射位置进行扫描的方法，其被称为光栅扫描法(例如参照专利文献I)。由于在扫描粒子射线的期间内也进行照射，所以会将在滞留于未扫描的照射位置的期间内所施加的剂量分布与在扫描期间中施加的剂量分布的合计调节为目标分布O
[0009]在从某照射位置向下一照射位置扫描的期间内不切断粒子射线时的另一种方法为行扫描法。该方法是始终持续扫描，在不将粒子射线滞留于各照射位置的状态下对照射对象照射粒子射线的方法。其具有将单位时间内施加的剂量即射束强度保持固定的功能、以及能够任意变更扫描速度的功能，在应施加较多剂量的照射位置附近以低速扫描粒子射线，在应施加较少剂量的照射位置附近以高速扫描粒子射线。如此，通过一边与应施加在各照射位置上的剂量成反比地调整扫描速度一边扫描粒子射线，最终将合计剂量分布调节为目标分布。
[0010]以上各扫描照射法中，在实际的照射中会有各种不确定因素，因此即使按照计算应获得目标分布，但实际上能够获得的剂量分布有时可能并非目标分布。作为不确定因素，例如可列举粒子射线强度和位置的不稳定性、患者固定位置的误差、患者CT数据的误差以及控制机器的信号延迟和噪音等。由于这些因素的影响，实际的剂量分布可能会与计算值存在差异。此外，尤其是肝脏和肺等呼吸器官中出现肿瘤时，随着患者的呼吸，肿瘤位置和肿瘤周边的状况等会根据时间发生变化，因此难以按照计划施加剂量。
[0011]作为用于解决上述问题的方法，可列举重新扫描或被称为重绘的方法(例如参照专利文献2)。该方法是将对各照射位置实施的粒子射线的照射分成多次进行的方法。该方法基于以下思路，即通过将数次的剂量分布进行合计，使误差平均化，减小误差。该分割次数被称为重新扫描次数。作为照射的顺序，首先以某能量向XY方向扫描粒子射线，并对与该能量对应的所有照射位置一次次地实施照射。然后，在保持能量不变的状态下再次对各照射位置实施照射。重复这一操作重新扫描次数，并照射重新扫描次数后，变更为下一个能量。重新扫描次数可以按照各能量而有所不同，也可以对所有能量都相同。一般说来，重新扫描次数越多，则上述误差的影响越会被平均化，变得越小。
现有技术文献专利文献
[0012]【专利文献I】日本专利特开2009-66106号公报(段落编号0014)
【专利文献2】日本专利特开2008-154627号公报

【发明内容】

发明所要解决的技术问题
[0013]重新扫描能够适用于点扫描法、光栅扫描法、行扫描法中的任一种。任何情况下，如果增加重新扫描次数，则必须相应地减少每次应照射至各照射位置的剂量。
[0014]但是如上所述，光栅扫描法在粒子射线扫描过程中并不会切断射束，因此即使在照射位置的滞留时间为0，扫描过程中也会施加并非O的剂量。同样地在行扫描时，由于粒子射线的扫描速度在物理上存在上限，所以即使以最大速度实施扫描时，也不能使对各照射位置施加的剂量为O，因此存在剂量的下限。
[0015]不论是光栅扫描法时还是行扫描法时，剂量的下限都取决于最大扫描速度、射束强度以及照射位置间隔。如果增加重新扫描次数，则每次应照射至各照射位置的剂量会减小，并且可能小于上述下限值。由于即使在此时也必须施加与下限值相当的剂量，所以施加的剂量会多于计划值，导致剂量过剩。
[0016]此种课题尚未被重视，并未提出过如何设定适当的重新扫描次数的方案。
[0017]因此，本发明的目的在于，获得一种能够在光栅扫描法或行扫描法中设定适当的重新扫描次数的粒子射线照射装置。
解决技术问题的技术方案
[0018]本发明的粒子射线照射装置，其具备:扫描装置，其使粒子射线向与前进方向垂直的2个方向即XY 二维地发生偏转，使粒子射线照射至照射对象的照射位置发生移动;存储部，其存储照射位置的位置信息、每个照射位置上应照射的剂量以及扫描装置的速度信息；控制部，其用来控制扫描装置；以及剂量监控器，其用来测量粒子射线的剂量，控制部如下控制扫描装置，即在通过剂量监控器测量出的剂量达到基于存储在存储部中的应照射至该照射位置的剂量计算出的剂量后，在不停止粒子射线的照射的状态下使粒子射线向下一照射位置移动，并重复实施这一操作，从而使对照射对象的XY 二维的所有照射位置照射粒子射线的照射重复重新扫描次数，对照射对象的各位置照射重新扫描次数的粒子射线，该粒子射线照射装置具备运算部，其被输入重新扫描次数η和粒子射线的单位时间的剂量即射束强度J中的一方，计算对于所有照射位置满足下述条件Pl的另一方的值中的最大值，并提示给用户。
J*ti〈 = di/n (条件 Pl)
其中，i是所述照射位置的编号，ti是根据存储在所述存储部中的所述速度信息和所述位置信息求出的所述粒子射线从1-Ι号照射位置移动至i号照射位置的时间，di是存储在所述存储部中的应照射至i号照射位置的剂量。
[0019]此外，本发明的粒子射线照射装置，其具备:扫描装置，其使粒子射线向与前进方向垂直的2个方向即XY 二维地发生偏转，使粒子射线照射至照射对象的照射位置发生移动；存储部，其存储照射位置的位置信息、每个照射位置上应照射的剂量以及扫描装置的速度信息；以及控制部，其用来控制扫描装置，控制部如下控制扫描装置，即基于存储在存储部的每个照射位置上应照射的剂量，计算粒子射线从该照射位置至下一照射位置的移动速度，使粒子射线移动，并重复实施这一操作，从而使对照射对象的XY 二维的所有照射位置照射粒子射线的照射重复重新扫描次数，对照射对象的各照射位置照射重新扫描次数的粒子射线，该粒子射线照射装置具备运算部，其被输入重新扫描次数η和粒子射线的单位时间的剂量即射束强度J中的一方，计算对于所有照射位置满足下述条件Ρ2的另一方的值中的最大值，并提示给用户。
J*tmin(i)〈 = di/n(条件 Ρ2)
其中，i为所述照射位置的编号，tmin(i)为根据存储在所述存储部中的速度信息和所述位置信息计算出的所述粒子射线能够从i号照射位置移动至i+Ι号照射位置的最少时间，di为存储在所述存储部中的应照射至i号照射位置的剂量。
发明效果
[0020]根据本发明，能够提供一种能够在光栅扫描法或行扫描法中设定适当的重新扫描次数并以尽可能短的时间实施高可靠性的照射的粒子射线照射装置。
【附图说明】
[0021]图1是显示本发明的实施方式I所涉及的粒子射线治疗装置的简要结构的框图。
图2是说明本发明的实施方式I所涉及的粒子射线治疗装置的基本动作的时序图。 图3是显示本发明的实施方式I所涉及的粒子射线治疗装置在运算时的动作的流程图。 图4是显示本发明的实施方式I所涉及的粒子射线治疗装置在照射时的动作的流程图。 图5是显示本发明的实施方式2所涉及的粒子射线治疗装置在运算时的动作的流程图。 图6是用来说明本发明的实施方式3所涉及的粒子射线治疗装置的动作的时序图。
图7是显示本发明的实施方式4所涉及的粒子射线治疗装置的简要结构的框图。
图8是说明本发明的实施方式4所涉及的粒子射线治疗装置的基本动作的时序图。
【具体实施方式】
[0022]实施方式I
图1是显示本发明的实施方式I所涉及的粒子射线治疗装置的简要结构的框图。本发明的实施方式I所涉及的粒子射线治疗装置具有:粒子射线产生装置I，其将粒子加速至所需的能量，然后将经过加速的粒子产生为粒子射线10;以及扫描装置2，其使由粒子射线产生装置I产生的粒子射线10向与粒子射线的前进方向即Z方向垂直的两个方向即X和Y方向发生偏转，在患者肿瘤内即照射对象11的任意位置进行扫描。通常，粒子射线产生装置I还具有用来加速粒子的加速器以及将粒子射线10从加速器输送至扫描装置2的输送系统。并且，还具有:剂量监控器3，其对利用扫描装置2实施扫描的粒子射线10照射至照射对象11的各位置的剂量值进行测量;存储部4，其存储有各照射位置的位置信息、应照射至各照射位置的粒子射线的剂量值以及扫描装置2的扫描速度信息等；控制部5，其控制扫描装置2的扫描；以及运算部6，其使用从输入输出部7输入的射束强度或重新扫描次数以及存储在存储部4中的信息，运算并输出重新扫描次数或射束强度。另外，作为存储在存储部4中的各照射位置的位置信息，例如可列举照射位置编号、各照射位置在XY坐标系统中的位置信息、用来使粒子射线向各照射位置XY发生偏转的扫描装置2的扫描电磁铁的励磁电流值以及与各照射位置Z对应的能量等。
[0023]本实施方式I所涉及的粒子射线治疗装置是执行光栅扫描法的粒子射线治疗装置。以下，说明本实施方式I所涉及的粒子射线治疗装置的动作。首先，使用图1和图2说明光栅扫描法的概要。图2中显示了依次照射图1所示的照射位置A、照射位置B以及照射位置C的情况。图2的横轴是时间，纵轴是照射位置，空心箭头表示粒子射线10在某时间存在于哪个位置。首先，控制部5控制扫描装置2的Y方向扫描电磁铁21和X方向扫描电磁铁22，使粒子射线滞留在照射位置A。当通过剂量监控器3测量的剂量值达到存储在存储部4中的照射位置A上应照射剂量即目标值时，控制部5控制扫描装置2，使粒子射线10移动至照射位置B。粒子射线10移动至照射位置B后，使粒子射线滞留，并在通过剂量监控器3测量的剂量值达到照射位置B的目标值后，控制扫描装置2，使粒子射线10移动至照射位置C。即使在粒子射线10移动的期间即扫描过程中，也会对患部即照射对象11继续照射粒子射线。因此，如下实施控制，例如为了测量照射位置B的剂量值，在开始从照射位置A向下一照射位置B扫描的时刻，开始测量剂量，在从照射位置A向照射位置B的扫描过程中施加的剂量与滞留在照射位置B的期间内施加的剂量的合计值达到预先决定的目标值时，开始向照射位置B的下一照射位置C移动。
[0024]将粒子射线的能量设定为某能量，采用上述照射方法，使粒子射线一边向与粒子射线的前进方向垂直的2个方向即XY方向移动一边照射，从而能够将粒子射线照射至患部的某一深度即某Z位置的XY二维的所有照射位置即患部区域。本发明中，通过一个能量的粒子射线，对相同Z位置的XY 二维的所有照射位置实施多次照射即重新扫描。
[0025]决定该重新扫描的次数和照射时的射束强度的方法如下所述。图3是表示在预先决定了射束强度时决定重新扫描次数的方法的流程图。首先，基于患者CT信息和肿瘤的位置信息，决定肿瘤内的各照射位置i以及应照射至各照射位置的剂量值di (步骤STOl)。该值通常由被称为治疗计划装置的运算装置来决定，并存储在存储部4中。此处，应照射至各照射位置的剂量值di并非是因重新扫描而分成多次的单次应照射的剂量，而是多次总计应照射在每一个照射位置上的剂量。因此，将重新扫描次数设为η时，单次应照射的剂量为di/n。
[0026]实施本发明时，粒子射线治疗装置的使用者在治疗开始前，于决定重新扫描次数η前，从输入输出部7向运算部6输入治疗中使用的射束强度J(步骤ST02)。运算部6根据各照射位置1、应照射至照射位置i的剂量值di的信息以及扫描装置2移动粒子射线的速度的信息即速度信息，计算从某照射位置1-Ι扫描至下一照射位置i时所需的时间ti。
t i能够例如通过如下所示的式(I)进行计算。 ti=max[{x1-x(1-l)/Vx, {y1-y(1-l)}/Vy] (I)
[0027]此处，xi和x(1-l)分别表示照射位置i与1-1的X坐标，yi和y(1-l)分别表示照射位置i与1-Ι的Y坐标，Vx和Vy表示扫描装置在X方向和Y方向的扫描速度。此外，max[a，b]是选择a与b中较大的一个值的运算符。根据扫描装置2和控制部5的特性，也可存在与式(I)不同的表达式。
[0028]为了不产生过剩剂量，应照射至各照射位置的单次剂量必须大于扫描中施加的剂量。也就是说，对于所有的照射位置i来说，必须满足以下条件P1。其中，i是与某能量对应的照射位置中最初照射的照射位置时，予以忽视。
J*ti〈 = di/n (条件 Pl)
此处，J是射束强度，是作为单位时间施加的剂量值输入的值。另外，〈=表示与 < 相同的意思。
[0029]通过将(条件Pl)进行变形，可成为 n〈 = di/(J*ti) (2)
相对于所有的i中使式(2)的右边值为最小的i，将满足式(2)的最大的η设为nmax时，nmax为所有i中满足条件Pl的最大的整数。即nmax为nmax = int[min(i)[di/(J*ti)]] (3)
其中，运算符int[r]定义为“不超过实数r的最大整数”。此外，运算符min( i) [f( i)]定义为与所有i对应的f(i)中最小的值。
[0030]运算部6将如上计算出的nmax输出至输入输出部7，即向使用者进行提示(步骤ST03)。使用者查看该值并认可时(步骤ST04是)，将该nmax决定为重新扫描次数N(步骤ST05)，并将该信息发送至存储部4或控制部5。
[0031 ] 使用者查看nmax后，判断为小于nmax的重新扫描次数η*也可以时(步骤ST06是)，使用者也能够通过从输入输出部7重新输入修正重新扫描次数η*，将η*决定为重新扫描次数N (步骤S T O 7 )，并将该信息发送至存储部4或控制部5。例如，以第I次按照照射位置1、
2、……、Μ-1、Μ的顺序照射所有的照射位置，下一次按照照射位置Μ、Μ-1、……、2、1的顺序照射所有的照射位置的方式实施重新扫描时，重新扫描次数为偶数要比为奇数具有进一步均一化的效果。此时，nmax为奇数时，输入nmax-Ι作为重新扫描次数η*。
[0032]或者使用者查看nmax后，判断为nmax在例如均一化方面存在不足，需要更大的重新扫描次数时(步骤ST06否)，使用者也能够输入更小的射束强度J*作为新的射束强度J(步骤ST08)，并通过使运算部6执行步骤ST03来重新计算并求得nmax。
[0033]使用如上决定的重新扫描次数η以及决定该重新扫描次数η时的射束强度J，如图4的流程图所示执行照射。首先，设定粒子射线产生装置I的参数，使粒子射线的能量为照射的最初能量(步骤ST10)。此外，设定扫描装置2的参数，使粒子射线的照射位置为与最初的能量对应的最初的照射位置(步骤ST11)。之后，产生粒子射线开始照射，并且与此同时，利用剂量监控器3开始实施剂量测量(步骤ST12)。
[0034]该照射位置的测量剂量达到单次的目标剂量值后(步骤ST13)，判断该照射位置是否为该能量的最终照射位置(步骤ST14)，并非最终照射位置时(步骤14否)，控制扫描装置2的参数，使粒子射线移动至下一照射位置。在开始从某照射位置i0向下一照射位置il扫描的同时，利用剂量监控器3开始测量剂量，当射束位置到达照射位置il后，结束扫描，然后滞留在照射位置il，继续实施剂量测量(步骤ST15)。滞留在照射位置il的期间内，在所测量的剂量达到应照射的剂量dil/n(步骤ST13)，并且照射位置il并非最终照射位置时(步骤ST14否)，在控制部5发出开始向下一照射位置i2进行扫描的命令的同时，剂量监控器3开始新的剂量测量(步骤ST15)。此时，可以利用与照射位置il时相同的测量机构在重置测量值后开始新的测量，也可以当重置时间会成为问题时，使用2个剂量监控器3，对每一个照射位置交替使用2个剂量监控器实施测量。不论哪种方式，都如下实施控制，使得在从照射位置1-Ι向照射位置i扫描的过程中施加的剂量值与在照射位置i滞留期间内施加的剂量值等于应施加至照射位置i的单次的剂量值di/n。
[0035]对于与某能量对应的所有照射位置逐一地进行的照射结束后(步骤ST14是)，判断有无实施规定的重新扫描次数的照射(步骤ST16)，在规定的重新扫描次数的照射未结束时(步骤ST16否)，返回步骤STll，并对相同能量的各照射位置实施第2次、第3次……的照射。对于与该能量对应的所有照射位置进行的规定的重新扫描次数即η次的照射结束后(步骤ST16是)，切断射束(步骤ST17)，并判断能量是否为最后的能量(步骤ST18)，并非最后的能量时(步骤ST18否)，变更粒子射线产生装置I的参数，使粒子射线的能量成为下一能量(步骤ST19)。重复同样的照射，直至判断为最后的能量时(步骤ST18是)，从而结束I次治疗。
[0036]如上所述，存储部4中存储着应照射至各照射位置的多次合计的剂量di，并利用控制部5运算di/n，与测量剂量值相比，但也可在计算nmax后，由存储部4存储di/n的值。
[0037]如采用以下构成，即运算部6知晓应在各照射位置照射的剂量di，使用di计算nmax，最终控制部5能够知晓di/nmax，即基于应在各照射位置照射的剂量，能够计算出重新扫描I次时应照射至各照射位置的剂量，而信息的存储方法和通信方法可采用任何方法。
[0038]可以采用运算部6与存储部4为不同硬件且分别掌握与应照射的剂量值对应的信息的方式，也可以采用仅其中一个掌握信息且根据需要通过通信来共享信息的方式。或者也可采用运算部6与存储部4为相同的硬件的方式。
[0039]如上所示，根据本发明的实施方式I所涉及的粒子射线照射装置，基于所输入的射束强度、粒子射线的移动时间以及应照射至各照射位置的照射剂量，计算最大的重新扫描次数，因此能够提供一种能够在尽可能短的时间内实施高可靠性的照射的粒子射线照射装置。
[0040]实施方式2
图5是显示本发明的实施方式2所涉及的粒子射线治疗装置的动作的流程图。装置的结构与图1相同。实施方式I是在预先决定了射束强度时执行决定最佳的重新扫描次数的方法的实施方式。本实施方式2是在预先决定了重新扫描次数时执行决定最佳的射束强度的方法的实施方式。
[0041]使用者将预先决定的重新扫描次数η从输入输出部7输入至运算部6(步骤ST22)，运算部输出使所有的照射位置i都满足条件Pl的最大的射束强度(步骤ST23)。将条件Pl进行变形后，可成为
J〈 = di/(n*ti) (4)
因此，对于所有的i满足(条件PI)的射束强度的最大值Jmax表示如下: Jmax=min(i)[di/(n*ti)] (5)
[0042]虽然要根据粒子射线产生装置I的规格，但如果能够连续地任意选择粒子射线产生装置I输出的射束强度，则运算部6会将通过上述式(5)计算出的Jmax直接作为粒子射线强度的最大值进行输出。但在粒子射线产生装置I能够输出的射束强度被离散性地进行限定时，运算部6必须将可选择的射束强度中的满足(5)的最大的射束强度作为Jmax进行输出。
[0043]使用者认可所输出的Jmax的值时(步骤ST24是)，将Jmax决定为射束强度(步骤ST25)，结束决定射束强度的例行动作，并开始照射。使用者不认可所输出的Jmax的值(步骤ST24否)，判断为低于Jmax的射束强度已经足够时(步骤ST26是)，使用者也能够将能够采用的射束强度J*决定为照射时的射束强度，并输入至运算部6 (步骤ST26)。
[0044]或者，使用者查看Jmax，判断为Jmax并不足够，需要更大的射束强度时(步骤ST26否)，使用者通过新输入更小的重新扫描次数η*(步骤ST28)，能够让运算部6再次计算Jmax。
[0045]如上所示，根据本发明的实施方式2所涉及的粒子射线照射装置，基于所输入的重新扫描次数、粒子射线的移动时间以及应照射至各照射位置的照射剂量，计算最大的射束强度，因此能够提供一种能够在尽可能短的时间内实施高可靠性的照射的粒子射线照射装置。
[0046]实施方式3
虽然要根据射束产生装置的规格，但射束强度J并不限定为始终固定。众所周知，例如粒子射线产生装置I使用同步粒子加速器时，射束强度会随着时间经过以具有某种程度的随机性的振幅进行振荡。因此，扫描中照射的剂量可能根据时间而存在差异，难以预先高精度地预测出在哪个时刻照射哪个照射位置。
[0047]因此，实施方式I中，例如会考虑以下方法，S卩即使扫描中的射束强度高于平均射束强度，也会基于该射束强度的变动预先设定余量，决定最大重新扫描次数nmax，以免扫描中的剂量超过应照射的单次的剂量。
[0048]也就是说，使用者将平均射束强度Jave和余量margin输入至运算部6，替换条件Pl，决定在所有的照射位置i满足以下条件Plm的最大重新扫描次数。
margin*J*ti〈 = di/n (条件 Plm)
也就是说，运算部6按照以下式(6)，决定并输出最大重新扫描次数。nmax = int[min(i)[di/(margin*Jave*ti)]] (6)
margin的值应根据射束产生装置的规格适当决定。例如，预测射束强度如图6的实线所示发生变动时，将射束强度的瞬间最大值Jp与平均值Jave的比设定为margin。
[0049]同样地，在实施方式2中，考虑到射束强度会随着时间经过而产生振荡，基于该射束强度的变动预先设定余量，决定并输出满足条件Pl的平均射束强度的最大值Jave ,max:
Jave ,max=min(i) [di/(η 氺 ti 氺 margin) ] (7)
[0050]如上所示，本实施方式3所涉及的粒子射线治疗装置基于射束强度的变动，设定余量并求出最大重新扫描次数或最大射束强度，因此即使在使用射束强度会发生振荡的粒子射线产生装置时，也能够提供一种能够在尽可能短的时间内实施高可靠性的照射的粒子射线照射装置。
[0051 ]实施方式4
图7是显示本发明的实施方式4所涉及的粒子射线治疗装置的简要结构的框图。本发明的实施方式4所涉及的粒子射线治疗装置具有:粒子射线产生装置I，其将粒子加速至必要的能量，然后将经过加速的粒子产生为粒子射线10;以及扫描装置2，其使由粒子射线产生装置I产生的粒子射线10在患者肿瘤内即照射对象11的任意位置进行扫描。并且，还具有:射束位置监控器9，其对利用扫描装置2扫描的粒子射线10的位置进行监控;存储部4，其存储有各照射位置的位置信息、应照射至各照射位置的粒子射线的剂量值以及扫描装置2的扫描速度信息等;控制部5，其控制扫描装置2的扫描；以及运算部6，其使用从输入输出部7输入的射束强度或重新扫描次数以及存储在存储部4中的信息，运算并输出重新扫描次数或射束强度。另外，作为存储在存储部4中的各照射位置的位置信息，例如可列举照射位置编号、各照射位置在XY坐标系统中的位置信息、用来使粒子射线向各照射位置XY发生偏转的扫描装置2的扫描电磁铁的励磁电流值以及与各照射位置Z对应的能量等。
[0052]本实施方式4是采用行扫描法的实施方式。行扫描法在各照射位置并不停止粒子射线的扫描，而是始终一边持续扫描一边照射。通过将单位时间施加的剂量即射束强度保持固定，并且在应施加较大剂量的照射位置以低速扫描粒子射线，在应施加较少剂量的照射位置以高速扫描粒子射线，从而在各照射位置施加规定的剂量。图8显示使用行扫描法进行照射的情况。图8的横轴是时间，纵轴是照射位置，空心箭头表示粒子射线10在某时间存在于哪个位置。从照射位置A至照射位置B的距离与从照射位置B至照射位置C的距离相同。图8中，与从照射位置A向照射位置B的扫描相比，从照射位置B向照射位置C的扫描的时间更短，也就是说扫描速度更快。因此，与在照射位置A至照射位置B之间进行照射的剂量相比，在照射位置B至照射位置C之间进行照射的剂量更少。如此，采用行扫描法时，连续照射粒子射线时，通过根据照射位置变化扫描速度，一边变化照射至各照射位置的剂量，一边对各照射位置施加规定的照射剂量。
[0053]在上述行扫描法中，如下决定重新扫描时的射束强度和重新扫描次数。首先，将tmin(i)定义为从某照射位置i至下一照射位置i + Ι以最大速度进行扫描时所花费的时间。tmin (i)例如能够按照下式进行计算。
tmin(i)=max[{x(i+l)_xi}/Vxmax、{y(i+l)-yi}/Vymax] (8)
此处，xi和x(i+l)分别表示照射位置i和i+1的X坐标，yi和y(i+l)分别表示照射位置i和1+1的￥坐标，Vxmax和Vymax表示扫描装置在X方向和Y方向的最大扫描速度。
[0054]使用此处求得的tmin(i)，定义以下条件P2。
J*tmin(i)〈 = di/n (条件 P2)
对于所有的i满足条件P2时，可对各照射位置施加的剂量的下限值小于应对各照射位置照射I次时的剂量，通过适当调整扫描速度，能够形成目标分布而不会产生过剩剂量。
[0055]使用者将射束强度J输入至运算部6中，运算部6按照下式(9)计算并输出最大重新扫描次数nmax。
nmax = int[min(i)[di/(J*tmin(i))]] (9)
使用者认可或不认可该值时，其后的流程与实施方式I完全相同。即与图3的步骤ST04?ST08相同。
[0056]在行扫描法中，也可以与光栅扫描法的实施方式2相同，由使用者输入重新扫描次数，并由运算部6决定最佳的射束强度。
[0057]也就是说，运算部6使用使用者输入的重新扫描次数n，按照式(10)求出对于所有的i满足条件P2的最大的J即Jmax，并提示给使用者。
Jmax=min(i)[di/(n*tmin(i))] (10)
[0058]使用者认可或不认可所提示的Jmax时的流程与实施方式2相同。
[0059]如上所述，本实施方式4的粒子射线治疗装置在行扫描法中，输入射束强度J和重新扫描次数η中的一方的值，并提示满足条件P2的另一方的值中的最大值，因此能够提供一种能够在尽可能短的时间内实施高可靠性的照射的粒子射线照射装置。
[0060]实施方式5
上述实施方式中，为了方便说明，将粒子射线的各能量即各Z位置的重新扫描次数η全部设为相同来进行说明，当然每一个能量也可以具有不同的重新扫描次数。在想要形成均匀的剂量分布时，已知有如下倾向:一般越是与高能量对应的照射位置，应照射至I个照射位置的剂量值会越高，因此越是高能量侧的照射位置，实施越多次的重新扫描。
[0061]同样地，射束强度也无需在所有能量中都为固定，根据与上述相同的理由，有时在高能量侧提高射束强度可在缩短照射时间的基础上更有利地发挥作用。或者按照射束产生装置的特性，对于原本不同的能量，可能会难以使射束强度为固定。
[0062]采用光栅扫描的实施方式I中，举例说明了按照能量决定重新扫描次数的方法。对于能量e分别设定重新扫描次数和射束强度Je时，为了不产生过剩剂量，应照射至各照射位置的单次剂量必须大于扫描过程中施加的剂量。因此，只要针对每一个能量计算满足条件Pl的最大的nmax即可。每一个能量的条件Pl显示如下。
Je*ti〈 = di/ne (条件 Pl)
[0063]与实施方式I相同，预先施加了与各能量对应的射束强度Je时，运算部6按照下式，输出所有与各能量对应的射束强度nmaxe。
nmaxe = int[min(ie e)[di/(Je*ti)]] (11)
此处，运算符min(iee)[f(i)]定义为“在与某能量e对应的所有照射位置i所对应的f(i)中，值最小的那个f(i)”。
[0064]使用者认可这些nmaxe的所有的值时(图3ST04是)，将这些值决定为与各能量对应的重新扫描次数，并结束。使用者判断为n ma X e中的部分或全部的值可以是小于nm a X e的值ne*时(ST06是)，对想要修正的部分分别输入ne*(ST07)。此外，在判断为对于部分或全部的nmaxe，需要更大的重新扫描次数时(ST06否)，对于与想要修正的部分对应的能量，输入小于原本的射束强度Je的值Je*作为新的射束强度(ST08)，计算机针对接受变更的部分再次计算nmaxe(ST03)。
[0065]同样地，在实施方式2中，预先提供了与各能量对应的重新扫描次数ne时，运算部6按照下式，输出所有与各能量对应的射束强度Jmaxe。
Jmaxe=min(i G e) [di/(ne*ti) ] (12)
[0066]使用者认可这些Jmaxe的所有的值时(图3ST24是)，将这些值决定为与各能量对应的射束强度，并结束。使用者判断为Jmaxe中的部分或全部的值可以是小于Jmaxe的值Je*时(ST26是)，对想要修正的部分分别输入Je*(ST27)。此外，在判断为对于部分或全部的Jmaxe，需要更大的射束强度时(ST26否)，对于与想要修正的部分对应的能量，输入小于原本的重新扫描次数ne的值ne*作为新的重新扫描次数(ST28)，计算机针对接受变更的部分再次计算Jmaxe (ST23)。
[0067]以上，在光栅扫描法即实施方式I和2中，说明了按照能量决定重新扫描次数或射束强度的方法，但在行扫描法即实施方式4中，当然也可按照能量决定重新扫描次数或射束强度。
标号说明
[0068]I粒子射线产生装置 2扫描装置
3剂量监控器 4存储部 5控制部 6运算部 7输入输出部
【主权项】
1.一种粒子射线照射装置，具备:扫描装置，使粒子射线向与前进方向垂直的2个方向即XY 二维地发生偏转，并使所述粒子射线照射至照射对象的照射位置发生移动;存储部，存储所述照射位置的位置信息、应照射至每个所述照射位置的剂量以及所述扫描装置的速度信息;控制部，用来控制所述扫描装置;以及剂量监控器，用来测量所述粒子射线的剂量， 所述控制部如下控制所述扫描装置，即在通过所述剂量监控器测量出的剂量达到基于存储在所述存储部中的应照射至该照射位置的剂量而计算出的剂量后，在不停止所述粒子射线的照射的状态下使所述粒子射线向下一照射位置移动，并重复实施这一操作，从而将对所述照射对象的所述XY 二维的所有照射位置照射所述粒子射线的照射重复重新扫描次数，对所述照射对象的各照射位置照射所述重新扫描次数的所述粒子射线， 所述粒子射线照射装置的特征在于， 具备运算部，该运算部被输入所述重新扫描次数η和所述粒子射线的单位时间的剂量即射束强度J中的一方，求出对于所有照射位置满足下述条件Pl的另一方的值中的最大值，并提示给用户。 J*ti〈 = di/n (条件 Pl) 其中，i是所述照射位置的编号，ti是根据存储在所述存储部中的所述速度信息和所述位置信息计算出的所述粒子射线从1-Ι号照射位置移动至i号照射位置的时间，di是存储在所述存储部中的应照射至i号照射位置的剂量。2.根据权利要求1所述的粒子射线照射装置，其特征在于， 具备运算部，该运算部被输入所述重新扫描次数η和所述粒子射线的单位时间的剂量即射束强度J中的一方，求出对于所有照射位置满足取代所述条件Pl的下述条件Plm的另一方的值中的最大值，并提示给用户， margin*J*ti〈 = di/n (条件 Plm) 其中，margin是基于所述粒子射线的射束强度的变动而设定的系数。3.—种粒子射线照射装置，具备:扫描装置，使粒子射线向与前进方向垂直的2个方向即XY 二维地发生偏转，使所述粒子射线照射至照射对象的照射位置发生移动;存储部，存储所述照射位置的位置信息、应照射至每个所述照射位置的剂量以及所述扫描装置的速度信息；以及控制部，用来控制所述扫描装置， 所述控制部如下控制所述扫描装置，即基于存储在所述存储部的应照射至每个所述照射位置的剂量，计算所述粒子射线从该照射位置至下一照射位置的移动速度，使所述粒子射线移动，并重复实施这一操作，从而将对所述照射对象的所述XY 二维的所有照射位置照射所述粒子射线的照射重复重新扫描次数，对所述照射对象的各照射位置照射所述重新扫描次数的所述粒子射线， 所述粒子射线照射装置的特征在于， 具备运算部，该运算部被输入所述重新扫描次数η和所述粒子射线的单位时间的剂量即射束强度J中的一方，计算对于所有照射位置满足下述条件Ρ2的另一方的值中的最大值，并提示给用户， J*tmin(i)〈 = di/n (条件 P2) 其中，i为所述照射位置的编号，tmin( i)为根据存储在所述存储部中的速度信息和所述位置信息计算出的所述粒子射线能够从1-Ι号照射位置移动至i号照射位置的最少时间，di为存储在所述存储部中的应照射至i号照射位置的剂量。
【文档编号】A61N5/10GK105916554SQ201480072776
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2014年1月10日
【发明人】坂本裕介, 蒲越虎, 原田久, 本田泰三
【申请人】三菱电机株式会社