专利名称：粒子射线照射装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于癌症治疗等医疗用或研究用的粒子射线照射装置。特别涉及进行点扫描、光栅扫描等扫描式照射的粒子射线照射装置。
背景技术：
在现有的进行扫描式照射的粒子射线照射装置中，如专利文献1所示的那样，为了将带电粒子束进行扫描，使扫描单元即扫描电磁铁的设定电流随时间发生变化。该扫描电磁铁的设定电流值能够基于扫描电磁铁的规格、扫描电磁铁电源的规格、及照射粒子束的规格(照射能量、入射粒子束位置等)利用理论公式求出。然而，由该理论公式计算出的扫描电磁铁的设定电流值是以扫描电磁铁的规格、扫描电源的规格、及照射粒子束的规格完全不变为前提条件得出的理论值，但是由于在现实中会因为各种原因发生变动，因此照射位置可能会发生偏移而导致产生错误照射。例如，由于扫描电磁铁一般是双极性电磁铁，因此，因电磁铁的磁滞而导致尽管提供给电磁铁的电流为零但也会有残留的磁场，有可能因该残留的磁场而导致射束照射位置偏移设定的位置。另外，因其他某些设备的老化等原因，尽管以相同条件进行照射，但射束照射位置也可能会发生偏移。因此，提出有以下方法(专利文献1)即，首先在进行治疗之前，在没有患者的状态下，设定适当的多个照射条件(照射能量等)进行试照射，将在射束位置监控器上检测出的射束位置数据(Xa，ya)和扫描电磁铁的设定电流值(Ia，Ib)的变换表预先存储在存储装置中，在进行治疗照射时，使用上述变换表来对扫描电磁铁的设定电流值进行运算。现有技术文献专利文献专利文献1 日本国专利特开2005-296162号公报
发明内容
由于现有的扫描式粒子射线照射装置如上述那样使用变换表来运算扫描电磁铁的设定电流值(二维)，因此在基于治疗照射的目标照射位置坐标(二维)参照变换表时， 需要大量使用IF条件句(区分情况的条件式)，或在想要增加试照射的照射部位等的情况下，需要改变与变换表的大小变化相对应的程序本身。另外，在将粒子射线照射装置的控制输入扩展为三维(二维的扫描电磁铁的设定电流值和一维的带电粒子束的设定能量)的情况下，存在利用变换表的方法变得更复杂、难以实现的问题。特别是在因呼吸等而引起照射目标(患部)的位置、姿势、形状时刻发生变化的情况下，在利用现有变换表的方法中，难以实时地生成指令值。本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于提供一种粒子射线照射装置， 该粒子射线照射装置不使用IF条件句(区分情况的条件式)，就能运算控制指令值，能提高照射位置精度。
本发明的粒子射线照射装置利用扫描电磁铁将由加速器进行了加速的带电粒子束进行扫描并照射至照射对象，包括逆映射单元，该逆映射单元具有逆映射数学模型，该逆映射数学模型基于照射对象的带电粒子束的目标照射位置坐标来生成实现该照射的上述扫描电磁铁的指令值，根据基于照射对象的带电粒子束的目标照射位置坐标、使用上述逆映射数学模型而生成的上述指令值，来对上述扫描电磁铁进行控制，以将带电粒子束进行扫描，来照射至照射对象。另外，本发明的粒子射线照射装置基于摄像中的照射目标信息对上述目标照射位置坐标进行校正，根据基于校正后的上述目标照射位置坐标、使用上述逆映射数学模型而生成的指令值，来对上述扫描电磁铁进行控制，以将带电粒子束进行扫描，来照射至照射对象。根据本发明的粒子射线照射装置，由于包括具有逆映射数学模型的逆映射单元， 上述逆映射数学模型基于照射对象的带电粒子束的目标照射位置坐标，来生成实现该照射的扫描电磁铁的指令值，因此不使用IF条件句(区分情况的条件式)，就能运算控制扫描电磁铁的指令值，能提高照射位置精度。另外，由于基于摄像中的照射目标信息对目标照射位置坐标进行校正，基于校正后的上述目标照射位置坐标，使用逆映射数学模型来运算对扫描电磁铁进行控制的指令值，因此，能够实时地生成上述指令值。
图1是表示一维情况下的控制输入和控制输出之间的关系的示意图。图2是表示基于变换表的控制输入的生成流程(一维)的流程图。图3是表示基于变换表的控制输入的生成方法(二维)的校准时的图。图4是表示基于变换表的控制输入的生成方法(二维)的正式照射时的图。图5是表示基于变换表的控制输入的生成流程(二维)的流程图。图6是表示本发明的实施方式1的粒子射线照射装置的结构图。图7是说明在本发明中基于校准时的实际数据来计算系数(未知参数)的方法的图。图8是说明在本发明中计算系数(未知参数)的方法的框图。图9是说明在本发明中计算系数(未知参数)的方法的流程图。图10是在本发明中、根据治疗计划值来求出扫描电磁铁的指令值和带电粒子束的动能的指令值的框图。图11是表示本发明的实施方式2中的粒子射线照射装置的结构图。图12是表示本发明的实施方式3中的粒子射线照射装置的结构图。图13是说明本发明的实施方式4的对应于运动内脏的动作的图。
具体实施例方式此处，详细讨论使用现有的变换表的粒子射线照射装置所存在的问题。首先，为了简单起见，基于图1说明粒子射线照射装置的扫描电磁铁(scanning电磁铁)为一台的情况(沿X方向进行一维扫描的情况)。图1是表示一维情况下的控制输入和控制输出之间的关系的示意图。为了提高带电粒子束的照射位置精度，除了正式照射(治疗照射)以外，还在没有患者的状态下进行用于校准的试照射。图(a)是表示试照射的结果的一个例子，将横轴设为控制输入即扫描电磁铁的设定电流值，将纵轴设为控制输出即照射位置X坐标。 若扫描电磁铁的规格、扫描电磁铁电源的规格、及照射粒子束的规格(照射能量、入射粒子束位置等)不发生变化，则由于根据设定电流值来唯一地决定照射位置X坐标，因此，能够将其解释为映射。在进行正式照射(治疗照射)时，则相反，必须对目标照射位置坐标生成控制输入 (扫描电磁铁的设定电流值)。基于图1(b)说明使用现有变换表的方法。由于图1(b)与图1(a)的输入输出关系是相反的，因此，需要注意横轴和纵轴是相互交换的。设能够如下表1所示那样，获得试照射时的控制输入(扫描电磁铁的设定电流值)和控制输出(照射位置X坐标)的结果。表1用于校准的试照射结果
权利要求
1.一种粒子射线照射装置，利用扫描电磁铁将由加速器进行了加速的带电粒子束进行扫描并照射至照射对象，其特征在于，包括逆映射单元，该逆映射单元具有逆映射数学模型，该逆映射数学模型基于照射对象的带电粒子束的目标照射位置坐标来生成实现该照射的所述扫描电磁铁的指令值，根据基于照射对象的带电粒子束的目标照射位置坐标、使用所述逆映射数学模型而生成的所述指令值，来对所述扫描电磁铁进行控制，以将带电粒子束进行扫描，来照射至照射对象。
2.如权利要求1所述的粒子射线照射装置，其特征在于， 所述逆映射数学模型是多项式。
3.如权利要求2所述的粒子射线照射装置，其特征在于，所述逆映射数学模型是由所述目标照射位置坐标构成的多项式。
4.如权利要求2所述的粒子射线照射装置，其特征在于，所述逆映射数学模型的多项式中所存在的未知系数能够通过以下方法求出即， 对所述扫描电磁铁输入预先设定的多组指令值，对带电粒子束进行控制，基于实际照射的各照射位置坐标的实际数据来应用最小二乘法或加权最小二乘法。
5.如权利要求1至4中的任一项所述的粒子射线照射装置，其特征在于， 所述逆映射数学模型具有多个，能够选择所述多个逆映射数学模型。
6.如权利要求1至4中的任一项所述的粒子射线照射装置，其特征在于， 使所述偏转电磁铁具有所述扫描电磁铁的功能。
7.如权利要求1至4中的任一项所述的粒子射线照射装置，其特征在于， 基于摄像中的照射目标信息对所述目标照射位置坐标进行校正，根据基于校正后的所述目标照射位置坐标、使用所述逆映射数学模型而生成的所述指令值，对所述扫描电磁铁进行控制，以将带电粒子束进行扫描，来照射至照射对象。
8.如权利要求1至3中的任一项所述的粒子射线照射装置，其特征在于，包括逆映射单元，该逆映射单元具有逆映射数学模型，该逆映射数学模型基于照射对象的带电粒子束的目标照射位置坐标，来生成实现该照射的所述扫描电磁铁的指令值及带电粒子束的动能的指令值，根据基于照射对象的带电粒子束的目标照射位置坐标、使用所述逆映射数学模型而生成的所述指令值，来对所述扫描电磁铁及带电粒子束的动能进行控制，以将带电粒子束进行扫描，来照射至照射对象，基于摄像中的照射目标信息对所述目标照射位置坐标进行校正， 根据基于校正后的所述目标照射位置坐标、使用所述逆映射数学模型而生成的所述指令值，对所述扫描电磁铁及所述带电粒子束的动能进行控制，以将带电粒子束进行扫描，来照射至照射对象。
全文摘要
本发明的目的在于提供一种粒子射线照射装置，该粒子射线照射装置能够不使用IF条件句(区分情况的条件式)，就能运算控制指令值，能提高照射位置精度。包括逆映射单元，该逆映射单元具有逆映射数学模型，该逆映射数学模型基于照射对象的带电粒子束的目标照射位置坐标来生成实现该照射的扫描电磁铁的指令值，根据基于照射对象的带电粒子束的目标照射位置坐标、使用上述逆映射数学模型而生成的上述指令值，来对上述扫描电磁铁进行控制，以将带电粒子束进行扫描，来照射至照射对象。
文档编号A61N5/10GK102414759SQ20098015904
公开日2012年4月11日 申请日期2009年6月9日 优先权日2009年6月9日
发明者岩田高明 申请人:三菱电机株式会社