粒子射线治疗装置及粒子射线治疗装置的调整方法

专利名称：粒子射线治疗装置及粒子射线治疗装置的调整方法
技术领域：
本发明涉及以治疗癌等为目的来照射质子射线、重离子射线的粒子射线治疗装置及粒子射线治疗装置的调整方法，特别涉及应用点扫描、光栅扫描等扫描式照射的粒子射线治疗装置。
背景技术：
若从体外照射X射线、Y射线，则在身体的表面附近剂量最大，之后，随着深度变深而逐渐减小。因此，若想对位于深处的癌病灶照射足够的剂量，则会对位于比癌病灶要浅的正常细胞造成较大的损伤。另外，在粒子射线照射中，存在被称为布喇格峰值的现象，该布喇格峰值现象是指由照射能量决定进入人体内的深度、在该深度前后急剧地放出能量后停止的现象。因此，若利用该现象来适当地调节粒子射线的能量，则能够抑制对位于从体表到癌病灶为止的路径上的正常细胞的影响，能够仅杀伤肿瘤细胞。因而，由于能够使粒子射线集中照射到癌病灶，因此，可以将其期待作为一种对患者的负担较少且对高龄者也较为有利的治疗方法。另一方面，在粒子射线照射中，由于需要如加速器那样大规模的射线源，因此，不能像X射线源那样射线源(beam-source)本身容易移动，因而，为了以适当的角度来照射至患部，而提出有各种提案。例如，在治疗位于脑或眼球中的肿瘤的情况下，一般是患者坐在椅子型的患者保持装置中，利用水平照射室来水平照射带电粒子束。提出有一种用于放射线治疗的椅子型患者保持装置，设计该椅子型患者保持装置，使得将带电粒子束照射到被称为等中心的照射目标位置，且患部的定位是通过一边观看X射线摄影图像一边移动椅子型的患者保持装置来实现的(例如，参照专利文献1)。另外，还提出有在椅子型患者保持装置中包括能将患部移动到旋转中心的调节装置(例如，参照专利文献2)。另外，在粒子射线照射中，即使如上所述具有布喇格峰值，但是从体外进行照射的带电粒子束还是会对身体表面侧造成一定程度的影响。因此，在粒子射线治疗装置中，为了避免照射到重要的正常组织，要求能够根据患部来适当地设定照射角度。另外，提出有以下方案即，从多个方向向癌病灶进行照射的多门照射，并已知有能够减小对正常组织进行照射的效果。然而，在使用现有的椅子型患者保持装置的水平照射方法中，在改变照射角度时， 需要在患者乘坐后对每个椅子型患者保持装置改变姿势，因此，存在会对患者产生负担的问题。例如，在椅子型患者保持装置向前方或横向倾倒时，特别会对高龄的患者带来较大的负担。因此，为了实现高自由度的照射角度，众所周知还有不使用固定端口照射 (fix-port-irradiation)、而使用被称为旋转机架的旋转照射型的粒子射线治疗装置与床型患者保持装置(bed-type patient holding apparatus)相组合的方法。然而，在该方法中，装置变得十分大型化，会产生需要最初成本(导入费用)、运转成本、及为了进行设置而占用较大的空间等问题。此外，在使用旋转机架的粒子射线治疗装置中，常使用质子射线，但在使用碳离子等重离子作为带电粒子的情况下，由于使射束轨道弯曲的曲率半径变大， 需要使巨大的电磁铁旋转，因此，难以实现装置化。另外，尽管能使用旋转机架进行多门照射，但为了在改变照射角度时同时旋转驱动旋转机架和照射装置，存在技师必须进入照射室来确认照射装置和患者不会发生碰撞之后才能改变照射角度的问题。因此，为了不使用旋转机架也能使照射角度具有自由度，提出有以下射束照射装置，该射束照射装置使照射喷头、扫掠电磁铁相对于由偏转电磁铁规定的多条射束轨道的每条射束轨道进行移动(例如，参照专利文献3、4)。此处，若对粒子射线治疗装置的照射系统进行说明，大致需要以下两种功能。一种是用于将带电粒子束以所希望的角度向着所希望的位置进行照射的功能，另一种是用于对选择性地照射肿瘤等照射对象用的照射形状进行整形的功能。而且，根据用于对照射形状进行整形的功能的实现方式，粒子射线治疗装置大致可分为两类。一种是使用由摆动电磁铁(wobbler magnet)、散射体、射程调节器、患者准直器、患者团块(patient bolus)等构成的照射喷头来同时进行照射的广域照射型，另一种是使用扫掠电磁铁等对较小的照射区域进行扫描、来阶梯式地对照射区域进行照射的扫掠照射型。无论是哪一种情况，由于粒子射线从照射喷头或扫掠电磁铁向着照射对象以沿着发散方向不断变宽的方式前进，因此，若照射喷头或扫掠电磁铁与照射对象之间的距离较近，则发散角变大，即使照射到同一照射对象，但与发散角较小的情况相比，带电粒子通过体表的面积要小，因此，体表的照射密度变大，对正常组织的体表的损伤增大。现有技术文献专利文献专利文献1日本国专利特开2007-899 号公报(第0012段，图1)专利文献2日本国专利特开平5-111540号公报(第0018段，图3)专利文献3日本国专利特开2002-113118号公报(第0013段，图1)专利文献4日本国专利特表2003-528659号公报(第0055段，图6)

发明内容
如上所述，在使照射喷头、扫掠电磁铁按照由偏转电磁铁规定的射束轨道移动的情况下，将照射喷头、扫掠电磁铁设置在偏转电磁铁的下游。因此，不得不减小从照射喷头或扫掠电磁铁到照射对象的距离。因而，由于粒子射线的发散角增大，因此存在体表的照射密度增大、照射到正常组织的照射量增大的问题。而且，为了移动很重的照射喷头或扫掠电磁铁，而存在装置变复杂的问题。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照射自由度较高、能够减小照射到正常组织的照射量的粒子射线治疗装置。本发明的粒子射线治疗装置包括扫描电磁铁，该扫描电磁铁对所提供的带电粒子束进行扫描，使其整形为基于治疗计划的三维的照射形状；以及偏转电磁铁，该偏转电磁铁切换上述带电粒子束的轨道，以使得由上述扫描电磁铁进行了扫描后的带电粒子束经过从上述扫描电磁铁到等中心之间设定的多条射束轨道中的、所选择的一条射束轨道，而到达上述等中心。另外，本发明的粒子射线治疗装置的调整方法包括设定射束轨道、并设置射束测量部的步骤，该射束测量部根据所设定的射束轨道来测量带电粒子束的实际照射位置坐标；读入步骤，该读入步骤读入互不相同的多个照射控制值；测量步骤，该测量步骤根据所读入的照射控制值来实际照射带电粒子束，并测量上述等中心部中的上述带电粒子束的实际照射位置坐标；以及设定步骤，该设定步骤基于所测量出的实际照射位置坐标的多个测量结果和上述多个照射控制值的组合，来设定上述逆映射数学式模型的未知参数。另外，本发明的粒子射线治疗装置还包括逆映射计算部，该逆映射计算部执行以下步骤读入步骤，该读入步骤读入互不相同的多个照射控制值；测量步骤，该测量步骤对根据读入的照射控制值进行实际照射的带电粒子束在上述等中心部中的实际照射位置坐标进行测量；以及设定步骤，该设定步骤基于测量出的实际照射位置坐标的多个测量结果和上述多个照射控制值的组合，来设定上述逆映射数学式模型的未知参数。本发明的粒子射线治疗装置由于将扫掠电磁铁设置在切换射束轨道的偏转电磁铁的上游侧，因此，能够延长带电粒子束的发散距离，从而能够获得照射自由度高、能够减少对正常组织的照射量的粒子射线治疗装置。另外，利用本发明的粒子射线治疗装置的调整方法，由于读入对于每个射束轨道的照射控制值的数据列来实际照射带电粒子束，基于等中心部的带电粒子束的实际照射位置坐标的数据列和照射控制值的数据列的组合来设定从照射位置坐标到控制值的逆映射模型的未知参数，因此，能够获得无论选择哪条轨道都能进行正确照射的粒子射线治疗装置。


图1是表示本发明的实施方式1中的粒子射线治疗装置的结构图。图2是表示本发明的实施方式1中的粒子射线治疗装置的功能的框图。图3是表示本发明的实施方式2中的粒子射线治疗装置的结构图。图4是表示本发明的实施方式2中的粒子射线治疗装置的功能的框图。图5是表示本发明的实施方式2中的粒子射线治疗装置的调整方法的流程图。图6是表示本发明的实施方式2的变形例中的粒子射线治疗装置的调整方法的流程图。图7是表示本发明的实施方式3中的粒子射线治疗装置的结构图。图8是表示本发明的实施方式3中的粒子射线治疗装置的功能的框图。图9是表示本发明的实施方式3的变形例中的粒子射线治疗装置的结构图。
图10是表示本发明的实施方式4中的粒子射线治疗装置的结构图。图11是表示本发明的实施方式5中的粒子射线治疗装置的结构图。图12是表示本发明的实施方式5的变形例中的粒子射线治疗装置的结构图。附图标记1射束输送管道2扫掠电磁铁(扫描电磁铁)2a X方向扫掠电磁铁2b Y方向扫掠电磁铁3射束射出窗
6
4射束切换偏转电磁铁(第一偏转电磁铁)5偏转电磁铁(第二偏转电磁铁)5a偏转电磁铁(射束轨道7a用)5b偏转电磁铁(射束轨道7b用)15v偏转电磁铁(移动式)6椅子型患者保持装置7 射束轨道:7a, 7va, 7b, 7vb, 7c, 7vc8照射控制部9照射计划指示部10射束测量部IOaUOb射束剖面监控器IOc水模体20、30射束输送管道C等中心函数fi1逆映射数学式模型Ia、Ib、Eb 控制值(Ia、Ib、Eb)照射控制值(χ,γ,ζ)照射位置坐标
具体实施例方式实施方式1.下面，说明本发明的粒子射线治疗装置的实施方式1。图1、图2用于说明本发明的实施方式1的粒子射线治疗装置，图1是表示粒子射线治疗装置的整体结构的图，图2是表示粒子射线治疗装置的功能的框图。如图1所示，粒子射线治疗装置包括射束输送管道1，该射束输送管道1用于输送加速后的带电粒子束Be。而不使其发生扩散；扫掠电磁铁 2 (加、2b)，该扫掠电磁铁2以夹着射束输送管道1的方式配置在射束输送管道1的外侧，使输送的带电粒子束Be。进行扫描；射束射出窗3，该射束射出窗3用于射出扫描后的带电粒子束Be。；偏转电磁铁4，该偏转电磁铁4配置在扫掠电磁铁2的下游，用于将从射束射出窗 3射出的带电粒子束Bee切换到之后的多条射束轨道(7a、7b、7c)；偏转电磁铁5 (fe、5b (7c 中不需要))，该偏转电磁铁5用于使带电粒子束礼。偏转，以在多条射束轨道(7a、7b、7c)中照射到最终照射目标位置的等中心C ；以及椅子型患者保持装置6，该椅子型患者保持装置 6用于保持患者K在座位上。而且，粒子射线治疗装置还包括照射控制部8，该照射控制部8用于根据照射计划指示部9所指示的照射方法，来控制未图示的上流侧的带电粒子束提供部的动作，以调整上述扫掠电磁铁2(h、2b)、偏转电磁铁4、偏转电磁铁5(fe、5b)的动作、及带电粒子束Bec 的动能。接下来，参照图2说明各部分的控制。在本实施方式1中，照射计划指示部9是独立于粒子射线治疗装置的装置，包括治疗计划装置9a，该治疗计划装置9a针对患部生成适当的治疗计划；以及服务器％，该服务器9b保持各种数据，根据生成的治疗计划，输出具体的照射角度、照射形状的等数据。而且，在本实施方式1的粒子射线治疗装置的照射控制部8中，根据基于从照射计划指示部9输出的照射角度(射束轨道)、照射形状等而生成的目标照射坐标(x，y，z)的点序列数据等数据，以综合控制部8a为中心来进行照射控制。为了实现对等中心C中形成所指定的照射形状的坐标(X，y，ζ)进行照射，照射控制部8的控制值生成部8b从目标照射坐标(x，y，z)根据照射角度(射束轨道7a、7b、7c)来选择用于计算扫描电磁铁加、213及带电粒子束Bee的能量(带电粒子的动能)的控制值(Ia，Ib, Eb) 的函数fjx，y，ζ)。而且，控制值生成部8b使用根据射束轨道(7a、7b、7c)所选择的函数 (函数也可以是查找表)，从目标照射坐标(x，y，z)计算出控制值(Ia, Ib，&)，将计算出的控制值(Ia，Ib，&)输出到综合控制部8a，最后控制扫掠电磁铁2( , 2b)和加速器。此处，目标照射坐标(X，1，ζ)是由与照射对象即等中心C附近的射束轨道中心轴垂直的平面内的坐标轴x，y、和照射深度方向上的坐标轴ζ构成的坐标系中的坐标。另外，控制值包括对用于实现照射形状的扫掠电磁铁2( ，2b)进行控制的控制值(Ia，Ib)、及对决定带电粒子束Be。的能量的加速器进行控制的控制值(Eb)，特别在下文中将三维的控制值(Ia，Ib，&) 称为照射控制值。而且，为了设定射束轨道(7a、7b、7c)，综合控制部8a向射束切换控制部8c输出对于偏转电磁铁4、fe、5b的控制指示信号。另外，由控制值生成部8b生成的照射控制值(Ia， Ib, Eb)被分别输出到扫描电磁铁h、2b、及带电粒子束提供部即加速器。作为补充，对于扫描电磁铁 、2b的控制值，具体而言，是在考虑了电流值、磁滞的基础上进行了校正计算而获得的电流值或设定磁场强度等，对于加速器的控制值，具体而言，是带电粒子的目标动能寸。此外，尽管未图示，但是椅子型患者保持装置6能够以通过等中心C的旋转轴为中心进行旋转，也能够由综合控制部8a控制其旋转角度、高度等位置、及姿势。接下来，对动作进行说明。由未图示的加速器进行了加速的带电粒子束I。经由未图示的输送系统而被引导至射束输送管道1。被引导至射束输送管道1的带电粒子束礼。利用扫掠电磁铁2进行扫描(扫描(例如，利用加进行X方向的扫描，利用2b进行y方向的扫描))控制，对上述扫描电磁铁2输入控制值(Ia，Ib)，为了实现选择性地且以所希望的剂量来照射肿瘤等照射对象的照射形状。进行了扫描控制后的带电粒子束Be。从射束射出窗 3射出，此处被弓I导向射束轨道切换用的偏转电磁铁4。利用偏转电磁铁4使被弓I导至偏转电磁铁4的带电粒子束&。根据所设定的轨道发生偏转。此处，在轨道7a的情况下，向图中的上方偏转，在轨道7b的情况下，向图中的下方偏转，在轨道7c的情况下，不发生偏转而变成直线前进。在轨道7a的情况下，偏转电磁铁fe工作，使带电粒子束Be。向下方发生偏转， 从上方向等中心C进行照射。在轨道7b的情况下，偏转电磁铁恥工作，使带电粒子束Bee 向上方发生偏转，从下方向等中心C进行照射。在轨道7c的情况下，从水平方向向等中心 C照射带电粒子束Be。。S卩，由于将扫描电磁铁2a、2b配置在规定射束轨道的偏转电磁铁4、5ajb的上游侧，上述扫掠电磁铁h、2b用于将带电粒子束&。整形为三维的照射形状，因此即使最短，带电粒子束礼。也会在从射束射出窗3到等中心C之间这较长的距离间发散。例如，在等中心 C的照射区域的大小为10cm、从射束射出窗3到等中心C之间的距离为5m的情况下，发散角成为2. 3度，在从射束射出窗3到等中心C之间的距离为IOm的情况下，发散角成为1. 1度。另外，如专利文献3、4所示，在将扫掠单元配置在偏转电磁铁的下游的情况下，由于若想延长从开始发散的位置到等中心C位置之间的距离，则装置会变成大型化，因此，实际上难以使上述从开始发散的位置到等中心C位置之间的距离变长。因此，在例如上述距离成为Im的情况下，发散角扩大至11度，在距离拉近至50cm的情况下，发散角扩大至23度。 在这种情况下，例如在将粒子射线照射到距离体表为IOcm深度的患部时，关于这时的体表部分的照射密度比(体表的照射密度/患部的照射密度)，如本实施方式那样在距离为IOm 或5m的情况下，都分别为1. 0，但是在该距离为Im的情况下，该照射密度比增大至1. 2，该距离为50cm的情况下，该照射密度比增大至1. 6，对正常组织的损伤变大。另外，在本实施方式1的粒子射线治疗装置中，由于无需增大利用扫掠电磁铁2a、 2b使射束弯曲的角度，因此，能够减小扫掠电磁铁的大小，也能够降低功耗。如上所述，根据本实施方式1的粒子射线治疗装置，由于包括扫描(扫掠)电磁铁h、2b，该扫描电磁铁2a、2b对所提供的带电粒子束Bee进行扫描，使得将其整形为基于治疗计划的三维的照射形状；以及偏转电磁铁4、fe、5b，该偏转电磁铁4、5ajb切换带电粒子束Be。的轨道，使得利用扫描电磁铁2a、2b进行了扫描后的带电粒子束Be。经过在扫描电磁铁h、2b到等中心C之间设定的多条射束轨道7a、7b、7c中的被选择的一条射束轨道后到达等中心C，因此，带电粒子束I。从远离照射对象即等中心的位置就开始发散，从而能够抑制发散角。因此，照射自由度增加，能够防止体表的照射密度增大，能够降低对正常组织的照射量。S卩，通过在以往配置在最下游侧的扫掠电磁铁2的下游侧配置偏转电磁铁4、5，从而能够不使用大型的旋转机架，就能够获得照射角度的自由度较高的、紧凑型的粒子射线治疗装置。由于照射角度的自由度较高，因此不需要改变患者的姿势(也可以进行改变，但与现有的固定端口的水平照射相比，无需进行较大的改变)，能够获得对于高龄的患者的负担也较少的粒子射线治疗装置。另外，无需使用大型的旋转机架，或也无需移动扫掠电磁铁，就能够获得照射自由度较高的紧凑型的粒子射线治疗装置。特别是包括照射控制部8，该照射控制部8使用根据所选择的射束轨道7a、7b、7c 而设定的函数来转换形成三维的照射形状的照射位置坐标(X，1，Z)，转换后获得照射控制值(Ia, Ib, Eb)，使用该转换后的照射控制值(Ia, Ib, Eb)来控制扫描电磁铁h、2b及带电粒子束Be。的能量。实施方式2中将详细叙述生成控制值的具体方法，但即使是在具有形成照射形状的功能的扫描电磁铁不是位于最下游的复杂系统中，在射束轨道有多条的情况下，也能够生成用于实现对目标照射坐标进行高精度的照射的控制值。由此，由于无论选择哪条轨道都能进行正确的照射，因此，能够保持高照射精度，并能够具有照射系统设备在配置上的自由度。而且，由于用于切换位于扫描电磁铁2的下游的射束轨道的偏转电磁铁包括第一偏转电磁铁即射束切换电磁铁4，该射束切换电磁铁4使得从扫描电磁铁2输出的进行了扫描后的带电粒子束I。根据所选择的轨道(7a，7b，7c)进行偏转；以及第二偏转电磁铁即偏转电磁铁fe，5b(对轨道7c无需配置，但是基本上称为对每条轨道都进行设置)，该偏转电磁铁5a，5b位于射束切换电磁铁4的下游，对多条射束轨道的每条轨道进行设置，使得由射束切换电磁铁4进行了偏转的带电粒子束Be。向着等中心C发生偏转，因此，在切换射束
9轨道时无需移动位置，就能容易地切换照射角度。另外，根据上述实施方式，无需根据多条射束轨道来准备多个扫掠电磁铁2，或者不需使其能够移动。而且，由于不具备如使用旋转机架方式那样的在改变照射角度时在患者的附近进行驱动的照射部，因此，能够获得一种每次改变照射角度时无需技师进入照射室内、而远程进行多门照射的粒子射线治疗装置。此外，在本实施方式1的粒子射线治疗装置中，举例示出了 作为偏转电磁铁5是在纸面的上下方向配置两个偏转电磁铁fe、5b，且偏转电磁铁4仅改变纸面的上下方向的轨道，但是本发明并不限于此。例如，可以改变纸面的上下方向的轨道的数量，也可以将电磁铁如、恥配置在以轨道7c为中心的圆周方向的任何位置。在这种情况下，也可以根据所设定的射束轨道，使射束切换偏转电磁铁4以轨道7c为中心进行适当地旋转。另外，在本实施方式1中，未特别明确示出函数的导出方法，但是可以根据偏转电磁铁4、5的性质来对每条射束轨道进行仿真，从而进行设定。另外，也可以如后述的实施方式2那样，使用基于实测值所生成的逆映射数学式模型(inverse-map mathematical expression model)。实施方式2·下面，说明本发明的实施方式2的粒子射线治疗装置及粒子射线治疗装置的调整方法。图3 图5用于说明本发明的实施方式2的粒子射线治疗装置及粒子射线治疗装置的调整方法，图3是表示粒子射线治疗装置的整体结构的图，图4是表示粒子射线治疗装置的功能的框图，图5是表示粒子射线治疗装置的调整方法的流程图。在实施方式2的粒子射线治疗装置中，对以下情况进行了详细记载即，作为用于根据射束轨道、基于形成照射形状的目标照射坐标(x，y，z)的点序列数据来计算三维的照射控制值(Ia，Ib, Eb)的函数， 而使用基于实测值的逆映射数学式模型fT ；以及用于设定逆映射数学式模型的未知参数的功能，其他部分与实施方式1相同。另外，在图3中，省略了在说明粒子射线治疗装置的调整中未使用的患者K和椅子型患者保持装置6。在本实施方式2中，包括射束测量部10(射束剖面监控器10a、10b及水模体 IOc)，该射束测量部10用于测量等中心C的附近的粒子射线束Bee的照射位置(与射束轨道的中心垂直的平面内的坐标(X，y)、及与射束轨道平行的深度Ζ)；以及逆映射计算部12， 该逆映射计算部12基于照射控制值和实测值来对每条轨道的逆映射数学式模型ff1设定未知参数。射束测量部10是对每条射束轨道都进行设置的，在图3中仅示出了测量射束轨道 7a的照射形状的情况。设置射束测量部10，使得连接10a、10b、IOc的各中心的线(射束测量部10的ζ轴)基本上与射束轨道的中心一致，配置水模体，使得能够包含等中心C并能够覆盖整个照射范围，射束剖面监控器IOa和IOb配置在射束轨道上的水模体IOc的上流侧、且其沿着射束轨道方向的深度(ζ方向)不同的位置，对与射束轨道方向相垂直的平面内的射束的位置(将纸面中与ζ方向相垂直的方向设为X，将与纸面垂直的方向设为y)进行测量。此外，在图3、4中示出了以下情况即，配置逆映射计算部12，使其独立于照射控制部8及照射计划指示部9，将由逆映射计算部12计算出的逆映射数学式模型ff1的未知参数保存在数据服务器9b中，在进行实际治疗时，控制值生成部8b将保存在数据服务器9b中的逆映射数学式模型Γ1的未知参数调出进行使用。然而，也可将逆映射计算部12内置于照射控制部8及照射计划指示部9内，只要能获得或使用逆映射数学式模型ff1的未知参数，则保存地点和数据的传送方法等可以是任何方式。而且，由于利用逆映射数学式模型 ff1来将照射形状(x，y，z)转换为照射控制值(Ia、Ib、&)的情况与实施方式1的使用函数 f的情况相同，因此，此处仅对获取逆映射数学式模型fT的未知参数进行说明。将X方向扫掠电磁铁加的控制值设为Ia，将Y方向扫掠电磁铁2b的控制值设为 Ib，将与带电粒子束的能量相关的控制值设为&，将进行照射的带电粒子束的照射位置设为 (x，y，z)。若不改变带电粒子束礼。对扫掠电磁铁加的入射点，则由于如果决定了(Ia，Ib， K)，也就唯一决定了(x，y，z)，因此，能够将该物理现象考虑为从(Ia，Ib，K)向(x，y，z)进行映射。若用于对照射形状进行整形的功能(例如扫掠电磁铁)位于最下游(离开等中心 C最近)，则能够直观地理解该映射，且获得简单的映射。因此，一直以来将用于对照射形状进行整形的功能配置在最下游。然而，在本发明的粒子射线治疗装置中，由于为了抑制发散角，使得用于对照射形状进行整形的扫掠电磁铁和等中心C之间的距离变长，或使偏转电磁铁位于其之间，因此，在实施方式1中，是例如利用仿真等来求出函数f\作为映射。另一方面，在本发明的实施方式2中，如图3、4所示，是基于实测值来求出逆映射数学式模型ff1 的未知参数，上述逆映射数学式模型fT基于形成所希望的照射形状的目标照射坐标(X， 1，ζ)的点序列数据而生成假设的照射控制值(Iae，Ibe, Ebe)。接下来，说明具体的校准方法(粒子射线治疗装置的调整方法)。此外，在本实施方式2中，使用图5的流程图说明作为逆映射计算部12进行用于获得逆映射数学式模型 fi1的未知参数的主控制的一个例子。在使逆映射计算部12起动来开始校准(步骤ST10)时，设定射束轨道，并设置射束测量部10，该射束测量部根据所设定的射束轨道来测量带电粒子束的实际照射位置(步骤ST20)。射束测量部10的设置可以是手动的，也可以通过设置未图示的装置，以根据逆映射计算部12的指令来进行设定，上述未图示的装置能够以等中心C为中心进行旋转，根据所设定的射束轨道使中心轴(通过各射束剖面监控器10a、射束剖面监控器10b、水模体 IOc的中心的直线)与射束轨道的中心一致。接着，从数据服务器9读入校准所需的互不相同的多个照射控制值(Ia，Ib, Eb)的组合(数据列(式1))(步骤S100)，沿着读入的数据列，依次(i = 0 η)进行实际照射 (步骤S110)并测量实际照射位置坐标(步骤S120)。具体而言，例如，按照数据编号(i) 的顺序，综合控制部8a向扫描控制部8d发送照射控制值，扫描控制部8d根据照射控制值 (Iai，Ibi，Ebi)(在第i个的情况)来控制扫描电磁铁2a、％及带电粒子束的能量，进行实际的试照射。式 权利要求
1.一种粒子射线治疗装置，包括扫描电磁铁，该扫描电磁铁对所提供的带电粒子束进行扫描，使其整形为基于治疗计划的三维的照射形状；以及偏转电磁铁，该偏转电磁铁切换所述带电粒子束的轨道，以使得由所述扫描电磁铁进行了扫描后的带电粒子束经过从所述扫描电磁铁到等中心之间设定的多条射束轨道中的、 所选择的一条射束轨道，而到达所述等中心。
2.如权利要求1所述的粒子射线治疗装置，其特征在于，包括照射控制部，该照射控制部使用根据所述选择的射束轨道而设定的函数来转换形成所述三维的照射形状的照射位置坐标，使用转换后得到的控制值来控制所述扫描电磁铁及所述带电粒子束的能量。
3.如权利要求2所述的粒子射线治疗装置，其特征在于， 作为根据所述射束轨道而设定的函数，使用从基于照射控制值和实际照射位置坐标的测量值而获得的照射位置坐标转换为照射控制值的逆映射数学式模型，所述照射控制值包括对于所述扫描电磁铁的二维的控制值及所述带电粒子束的能量的控制值，所述实际照射位置坐标的测量值是使用所述照射控制值进行控制的所述带电粒子束在所述等中心部中的实际照射位置坐标的测量值。
4.如权利要求1至3的任一项所述的粒子射线治疗装置，其特征在于， 所述偏转电磁铁包括第一偏转电磁铁，该第一偏转电磁铁设置于所述扫描电磁铁的下游，使得由所述扫描电磁铁进行了扫描后的带电粒子束根据所述选择的轨道发生偏转；以及第二偏转电磁铁，该第二偏转电磁铁位于所述第一偏转电磁铁的下游，对所述多条射束轨道的每条射束轨道进行设置，使得由所述第一偏转电磁铁进行了偏转后的带电粒子束向着所述等中心发生偏转。
5.如权利要求1至3的任一项所述的粒子射线治疗装置，其特征在于， 所述偏转电磁铁包括第一偏转电磁铁，该第一偏转电磁铁设置于所述扫描电磁铁的下游，使得由所述扫描电磁铁进行了扫描后的带电粒子束根据所述选择的轨道发生偏转；第三偏转电磁铁，该第三偏转电磁铁位于所述第一偏转电磁铁的下游，根据所选择的射束轨道进行移动，使得由所述第一偏转电磁铁进行了偏转后的带电粒子束向着所述等中心发生偏转。
6.如权利要求4所述的粒子射线治疗装置，其特征在于，从所述第一偏转电磁铁到所述等中心设置有与所述多条射束轨道相对应的输送管道。
7.如权利要求5所述的粒子射线治疗装置，其特征在于，从所述第一偏转电磁铁到所述等中心设置有与所述选择的射束轨道相对应地进行移动或移动变形的输送管道。
8.一种粒子射线治疗装置的调整方法，是权利要求3所述的粒子射线治疗装置的调整方法，其特征在于，包括 设定射束轨道、并设置射束测量部的步骤，该射束测量部根据所设定的射束轨道来测量所述实际照射位置坐标；读入步骤，该读入步骤读入互不相同的多个照射控制值；测量步骤，该测量步骤根据所读入的照射控制值来实际照射带电粒子束，并测量所述等中心部中的所述带电粒子束的实际照射位置坐标；以及设定步骤，该设定步骤基于所测量出的实际照射位置坐标的多个测量结果和所述多个照射控制值的组合，来设定所述逆映射数学式模型的未知参数。
9.如权利要求3所述的粒子射线治疗装置，其特征在于，包括逆映射计算部，该逆映射计算部执行以下步骤读入步骤，该读入步骤读入互不相同的多个照射控制值；测量步骤，该测量步骤对根据读入的照射控制值进行实际照射的带电粒子束在所述等中心部中的实际照射位置坐标进行测量；以及设定步骤，该设定步骤基于所测量出的实际照射位置坐标的多个测量结果和所述多个照射控制值的组合，来设定所述逆映射数学式模型的未知参数。
全文摘要
本发明的目的在于获得一种照射自由度较高、能够减小照射到正常组织的照射量的粒子射线治疗装置。包括扫描电磁铁(2)，该扫描电磁铁(2)对所提供的带电粒子束Bec进行扫描输出，使其整形为基于治疗计划的三维的照射形状；以及偏转电磁铁(4、5)，该偏转电磁铁(4、5)切换所述带电粒子束Bec的轨道，以使得由扫描电磁铁(2)进行了扫描后输出的带电粒子束Bec经过从扫描电磁铁(2)到等中心C之间设定的多条轨道(7a、7b、7c)中的、所选择的一条轨道，而到达等中心C。
文档编号A61N5/10GK102292122SQ20098015548
公开日2011年12月21日 申请日期2009年6月9日 优先权日2009年6月9日
发明者原田久, 岩田高明 申请人:三菱电机株式会社