粒子射线治疗装置制造方法
【专利摘要】本发明的目的在于提供一种粒子射线治疗装置，该粒子射线治疗装置不需要扫描电磁铁与照射对象之间具有很大的空间，并能够使用制作简便的脊形滤波器。该粒子射线治疗装置具有照射部（18），该照射部（18）包括用于对真空管道（4）内传输的粒子射线进行扫描并照射到照射对象上的扫描电磁铁（5）、以及从真空管道向大气中射出粒子射线的射束射出窗（7a、7b），照射部采用下述结构，即：真空管道设置为能够在扫描电磁铁的照射对象一侧的法兰面（47）上进行分离，并且在将设置于法兰面的照射对象一侧的扫描式照射法用真空管道（6）移动到不与粒子射线的射束线路（1）重合的情况下，能够在粒子射线的射束线路上，在移动前设置有扫描式照射法用真空管道的空间内设置宽射束照射法用的脊形滤波器（42）。
【专利说明】粒子射线治疗装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种照射粒子射线来进行癌症治疗等应用粒子射线的粒子射线治疗装置
【背景技术】
[0002]粒子射线治疗装置的照射方法大致可分为以下两种方法:宽射束照射法，该宽射束照射法对照射对象即患者的整个患部同时照射射束；以及扫描式照射法，该扫描式照射法扫描射束来进行照射。为了实现宽射束照射法、扫描式照射法，需要适用于该照射方法的设备及控制方法。
[0003]在现有的用于扫描式照射法的照射装置中，为了提高照射到患者的患部的照射位置精度，提出了以下方案:即，通过确保真空区域、或者比空气要轻的氦气等气体区域，来抑制射束的散射，减小射束尺寸。确保真空区域或气体区域的部分表现为腔体(射束运输腔体，气体腔体等)、或者管道(真空管道(vacuum duct)等)等。为了照射射束点尺寸较小的射束，用于扫描式照射法的照射装置需要能抑制射束在到达照射对象(等中心点dsocenter)之前因空气而发生的散射。因此，采用以下结构，即:将到达照射位置之前的区域都设置为真空区域或气体区域，将这些区域的隔离窗(射束射出窗)等使射束发生散射的物质配置在照射对象附近最下游的位置。
[0004]此外，对于宽射束照射法，需要在照射装置内设置扩展布拉格峰形成滤波器、准直器、团块这些设备。使用这些设备对射束的能量分布及射束形状进行成形，从而形成适合患部形状的粒子射线照射野。在宽射束照射法中，由于使粒子射线散射来形成照射野，因此无需将射束点尺寸抑制得较小，也无需像用于扫描式照射法的照射装置那样，为了抑制照射装置内由空气引起的散射而要将真空管道配置到照射对象之前为止。
[0005]如上所述，由于扫描式照射法和宽射束照射法的照射装置结构不同，因此用一个照射部较难实现多种照射方式。各照射方法各自的特征不同，不同的照射部位、患部形状等所适合的照射方法也不同。作为实现扫描式照射法及宽射束照射法的结构，专利文献I揭示了下述结构，即:设置多个治疗室，其中一部分治疗室内设置扫描式照射法的照射装置，其他治疗室内设置宽射束照射法的照射装置。然而，对于这种方法，需要对每种照射方法设置相应的照射部，因此存在系统整体的成本增大的问题。作为解决上述问题的结构，专利文献2揭示了下述结构，即:将用于抑制粒子射线散射的气体腔体设为可以沿射束前进方向伸缩，从而能在因气体腔室收缩而出现的空间内插入宽射束照射所需的设备，由此可以在同一个照射部实现宽射束照射。
现有技术文献 专利文献
[0006]专利文献1:日本专利特开2007 - 268031号公报 专利文献2:日本专利特开2010 - 17365号公报 非专利文献[0007]非专利文献 1:“Design and construction of a ripple filter for a smootheddepth dose distribution in conformal particle therapy”，Uli Weber and GerhardKraft, Phys.Med.Biol.44(1999)2765-2775
【发明内容】
发明所要解决的技术问题
[0008]这里，对采用宽射束照射法时所需的扩展布拉格峰形成滤波器(下文中称之为脊形滤波器)进行说明。通常，脊形滤波器通过将数量与所需照射野的尺寸相对应的条形脊状物排列而构成，其中条形脊状物是由铝、黄铜等制作而成，并具有山峰形状的截面形状。在该脊形滤波器中，为了获得平坦的扩展布拉格峰区域，要求以数百微米~数十微米数量级的精度对条形脊状物的斜面进行加工，对于制作深度较长、高度较高的条形脊状物，其加工非常耗费时间(=费用)。由此，希望脊形滤波器的尺寸(长度:L，高度:h)较小，或者希望条形脊状物的间距:λ较大。为了减小脊形滤波器的尺寸，需要尽可能地使脊形滤波器本身远离照射对象进行配置，或者为了增大条形脊状物的间距:λ，也要求将脊形滤波器与照射对象拉开一定距离进行配置。在非专利文献I中详细描述了上述这种脊形滤波器到照射对象的距离与条形脊状物的间距之间的关系。
[0009]这里，对专利文献2所记载的结构的问题点进行阐述。在专利文献2所记载的结构中，利用气体腔体的伸缩来形成空间，在该空间内插入用于宽射束照射法的设备。然而，当使用伸缩式气体腔体时，在气体腔体的结构方面，即使在最大限度收缩的状态下，气体腔体所占用的区域也不会变为0，导致气体腔体存在于射束线路上。为了减小该尺寸，在专利文献2中提出了将气体腔体分割成几节且其外形随着往下游方向逐渐变大的圆筒状气体腔体的伸缩机构。然而，为了减小气体腔体收缩时在射束方向上的长度，就需要增加所分割的节数，随着分割数的增加，会使气体腔体的外形大幅度地变大，远超过为使射束通过所需的尺寸。为此，需要将用于插入宽射束照射所使用的设备的机构配置在不与气体腔体发生干扰的位置，从而设备切`换所需的距离变长。在不使用气体腔体而使用真空波纹管的情况下也同样存在上述问题。并且认为真空波纹管的情况与气体腔体的情况相比，状况更为恶劣(在真空波纹管的情况下，即使波纹管收缩，最大程度也只能达到全长的一半左右)。
[0010]根据上述理由，在专利文献2的宽射束照射时的设备配置中，气体腔体的配置空间部分、脊形滤波器的位置大大地远离扫描电磁铁。如上所述，由于需要确保脊形滤波器和照射对象之间的距离，因此就需要增加用于配置照射所需设备的空间。
[0011]本发明涉及在癌症治疗等所使用的粒子射线治疗装置中用一个照射喷嘴实现多种照射方法的粒子射线治疗装置，本发明是为了解决上述现有装置的问题点而完成的，目的在于提供一种能够减小扫描电磁铁与照射对象之间的空间并能够使用易于制作的脊形滤波器的粒子射线治疗装置。
解决技术问题所采用的技术方案
[0012]本发明中，在具有照射部的粒子射线治疗装置中，该照射部包括用于对真空管道内传输的粒子射线进行扫描并照射到照射对象上的扫描电磁铁、以及从真空管道向大气中射出粒子射线的射束射出窗，照射部采用下述结构，即:真空管道设置为能够在扫描电磁铁的照射对象一侧的法兰面上进行分离，并且在将设置在法兰面的照射对象一侧的扫描式照射法用真空管道移动到不与粒子射线的射束线路重合的情况下，能够在粒子射线的射束线路上，在移动前设置有扫描式照射法用真空管道的空间内设置宽射束照射法用的脊形滤波器。
发明效果
[0013]本发明所涉及的粒子射线治疗装置在从扫描式照射法的设备结构向宽射束照射法的设备结构切换时，由于能够在扫描电磁铁的附近设置宽射束照射法中必不可少的脊形滤波器，因此即使在扫描电磁铁到照射对象之间的空间较小的情况下，也能使用制作简便的脊形滤波器。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是表示在扫描式照射法的情况下本发明的实施方式I的粒子射线治疗装置的主要部分即照射部的结构的主视图。
图2是表示应用本发明的粒子射线治疗装置的整体结构的一个示例的简要立体图。
图3是表示在宽射束照射法的情况下本发明的实施方式I的粒子射线治疗装置的主要部分即照射部的结构的主视图。
图4是表示在扫描式照射法的情况下本发明的实施方式2的粒子射线治疗装置的主要部分即照射部的结构的主视图。
图5是表示在宽射束照射法的情况下本发明的实施方式2的粒子射线治疗装置的主要部分即照射部的结构的主视图。
图6是表示在扫描式照射法的情况下本发明的实施方式3的粒子射线治疗装置的主要部分即照射部的结构的主视图。
图7是示出在扫描式照射法的情况`下本发明的实施方式3的粒子射线治疗装置的主要部分即照射部的结构的图6的A-A位置处的剖视图。
【具体实施方式】
[0015]实施方式1.图1是表示本发明的实施方式I的粒子射线治疗装置的主要部分即照射部的结构图。图2是表示应用本发明的粒子射线治疗装置的整体结构的一个示例的简要立体图。在图2中，由前级加速器16产生并经过前级加速的粒子射线入射到加速器(同步加速器)14，且被加速至所需的射束能量，而后从射出偏向器射出到射束输送部17，然后到达照射部18，照射到作为照射对象的患者的患部。射束输送部17由偏向电磁铁12、13、真空管道15等构成。图1中，射束输送系统在偏向电磁铁13的位置处分盆,其中一个射束输送系统与旋转机架19相连接。在旋转机架19上安装有射束输送部17的一部分与照射部18a，利用旋转机架19的旋转可以改变照射部18a的照射方向。与分岔后的另一个射束输送系统相连接的照射部18b没有安装在旋转机架上，但照射部18a、18b的结构基本相同。这里，将照射部18a、18b统称为照射部18。
[0016]图1示出实施扫描式照射法时的结构。在图1中，从加速器14射出的粒子射线在真空管道15内进行输送，在照射部18中，粒子射线通过为确保真空区域而连通的真空管道
4、以及扫描式照射法用真空管道6，从射出粒子射线的射束射出窗7a射出至大气中，由此照射到作为照射对象的患部。图1中仅示出了患部的基准位置即等中心点11。粒子射线利用扫描电磁铁5a、5b (统称为扫描电磁铁5)对照射对象进行扫描。照射部18还包括:真空管道移动机构60，该真空管道移动机构60使扫描式照射法用真空管道6从射速线路
I(射束线路的中心用标号为I的点划线标出)中移出，以切换到宽射束照射法的设备配置的结构；真空管道4的连接法兰面47 ;真空管道4的闸门阀48，该闸门阀48用于在扫描电磁铁5之前隔断真空区域；以及散射体41，该散射体41用于使粒子射线配合照射野进行散射。并且，照射部18还包括:脊形滤波器42，该脊形滤波器42用于使粒子射线的布拉格峰在深度方向上扩展；以及射程移位器43等，该射程移位器43用于对粒子射线的射程进行调整。这里，脊形滤波器42、射程移位器43安装在脊形滤波器移动机构61上，使得脊形滤波器42与射程移位器43能够在与射束线路I平行的方向上进行移动。
[0017]下面，对动作进行说明。在实施方式I的粒子射线治疗装置中，在利用扫描式照射法进行照射的情况下，为了尽可能抑制粒子射线的射束散射，减小射束照射位置处的射束点尺寸，在射束照射位置之前配置真空管道。此时，由于不需要散射体41，因此在真空管道4内使散射体41移到射束线路I旁边。在粒子射线为质子射线进行照射的情况下，在扫描式照射法中不需要脊形滤波器42，但是对于其他的粒子射线，有时会使用脊形滤波器对能量宽度进行一定程度的扩大。例如，在碳等重粒子射线的情况下，由于其布拉格峰的宽度与质子相比非常尖锐，为了减少照射时间，有时会使用脊形滤波器来形成一定程度(几_)的扩展布拉格峰(SOBP)，使得在一次扫描中照射一定程度的深度宽度。然而，此时的脊形滤波器是将SOBP宽度扩展为几个mm的脊形滤波器，条形脊状物的高度在SOBP宽度以下即可，例如即使在配置位置没有远离照射对象，也可以使用制作远比宽射束用的脊形滤波器来得容易的脊形滤波器。此外，由于粒子射线的达到深度(射程距离)由粒子射线的能量来决定，因此为了改变能量射束的射程距离，就需要改变粒子射线的能量。仅通过加速器的能量调整来进行能量的改变存在能量切换需要时间这样的问题。因此，为了改变粒子射线的能量，有时会使用射程移位器来降低粒子射线的能量。从射程移位器中粒子射线会发生散射这个角度来考虑，优选将射程移位器尽可能配置在下游侧，即尽可能靠近照射对象的位置。由此，在扫描式照射法中，当使`用脊形滤波器42、射程移位器43时，优选采用图1所示的配置。
[0018]接着，对从扫描式照射法切换为宽射束照射法的情况进行说明。图3表示图1所示的照射部从扫描式照射法切换为宽射束照射法后的状态。在扫描式照射法中，为了使射束点尺寸不再扩大，将扫描照射法用真空管道6配置到照射位置附近为止。另一方面，在宽射束照射法中，需要对粒子射线的能量宽度进行扩大，因此需要将脊形滤波器42配置在远离照射对象的位置。在本实施方式I的粒子射线治疗装置中，可以通过完全卸下扫描电磁铁5下游的扫描式照射法用真空管道6，使其从射束线路I上移出，从而能够确保较大的空间。
[0019]图1中采用下述结构，即:通过扫描电磁铁5的下游的法兰面47可以将扫描式照射法用真空管道6与真空管道4分离。此外，在从法兰上卸下扫描式照射法用真空管道6时，利用包括有接受扫描式照射法用真空管道6的驱动基座以及驱动轨道的真空管道移动机构60，使扫描式照射法用真空管道6滑动，从而方便地将其从射束线路I上移至不与射束线路I重合的位置。
[0020]卸下扫描式照射法用真空管道6之后，由于真空管道连接法兰面47成为真空的最后一个面，因此，如图3所示的那样，在该法兰面47上安装射束射出窗7b。在通过利用真空管道移动机构60使扫描式照射法用真空管道6滑出而获得的空间内，利用脊形滤波器移动机构61将脊形滤波器42向靠近法兰面47的方向移动，直到上升至射束射出窗7b的正下方。此时，脊形滤波器42从用于扫描式照射法切换为用于宽射束照射法。此外，射程移位器43也可以根据需要上下移动，并根据需要安装团块44、患者准直器45。此外，将扫描式照射法时从射束线路I移出的散射体41移动到射束线路I上。由此，能进行宽射束照射。通过在射程移位器43的下表面利用轨道等安装用于插入的夹具，可以方便地设置团块44、患者准直器45。此外，通过采用使用空气或电动机的线性驱动机构或旋转驱动机构，可以实现脊形滤波器42、射程移位器43的插入。此外，在上述内容中采用使扫描式照射法用真空管道6移出的滑动式结构，但也可以设置旋转式的支承机构，利用支承机构的旋转来切换法兰和插入空间来实现。
[0021]若在扫描式照射法用真空管道6的粒子射线上游侧没有真空隔离面，扫描式照射法用真空管道6从上游开始连通，则此时卸下扫描式照射法用真空管道6会破坏整个射束输送系统的真空。在这种情况下，由于提高真空度的工作较耗费时间，因此优选在紧挨着扫描电磁铁5的上游侧配置闸门阀48。闸门阀48的位置也可以紧挨着扫描电磁铁5的下游侧。在拆卸扫描式照射法用真空管道6时，通过关闭闸门阀48，能够将对真空度的影响仅控制在闸门阀48的下游侧。此时，若使闸门阀48兼具最后的射束射出窗的功能，则不需要另外安装射束射出窗7b，从而能够在更短的时间内进行切换。
[0022]如上所述，根据本实施方式1，在使用宽射束照射法时，将扫描式照射法时所使用的扫描式照射法用真空管道6移出，使得该真空管道6不与射束通过的射束线路I重合，并在因此而空出的空间内将脊形滤波器42向射束线路的方向移动，由此获得下述效果，即:能够将脊形滤波器42配置在远离照射对象的位置，能够使整个照射部更为紧凑，与此同时，还能够使用制作简便的脊形滤波器。
[0023]实施方式2.图4及图5是表示本发明的实施方式2的粒子射线治疗装置的主要部分即照射部这部分的结构图。图4示出实施方式2的粒子射线治疗装置在使用扫描式照射法时的结构。在实施方式I中，采用了扫描式照射法时也使用脊形滤波器的结构。利用扫描式照射法进行照射的情况下，为了能够尽可能地抑制粒`子射线的射束散射，并减小射束照射位置上的射束点尺寸，大多数情况下会采用图4所示的将真空管道一直设置到射束照射位置之前的结构。此时，由于不需要散射体41、脊形滤波器42、射程移位器43等，因此将散射体41、脊形滤波器42、射程移位器43移出，使得它们不与射束线路I重合。
[0024]接着，在本实施方式2中阐述关于从扫描式照射法的设备结构切换为宽射束照射法的设备结构时所采用的方法。在使用扫描式照射法时，为了减小射束点尺寸，采用了将真空管道一直设置到照射位置之前的结构，但是在采用这种结构时，没有空间来配置宽射束照射法所使用的脊形滤波器等。若在图4所示的扫描式照射法用真空管道6的配置结构中直接配置脊形滤波器等，则只能将其配置在扫描式照射法用真空管道6的下游(照射位置之前)的空间，从而与照射对象之间的距离较短，能够在该距离内使用的脊形滤波器的制作比较困难。在专利文献2中通过使气体腔体收缩来设置用于配置设备的空间，但在本实施方式2中采用以下结构，即:通过卸下扫描电磁铁5下游的扫描式照射法用真空管道6，使其从射束线路I上移出，从而确保远大于专利文献2的空间。
[0025]在图4中，采用下述结构，即:通过扫描电磁铁5下游的法兰面47可以将扫描式照射法用真空管道6与真空管道4分离。此外，在从法兰上卸下扫描式照射法用真空管道6时，利用包括有接受真空管道的驱动基座以及驱动轨道的真空管道移动机构60，通过滑动扫描式照射法用真空管道6，方便地将其从射束线路I上移出至不与射束线路I重合的位置。 [0026]图5示出本实施方式2中切换为宽射束照射法后的结构。卸下扫描式照射法用真空管道6之后，由于真空管道连接法兰面47成为真空的最后一个面，因此，在该法兰面上安装射束射出窗7b。在通过使扫描式照射法用真空管道6滑出而获得的空间内，插入脊形滤波器42、射程移位器43。此外，将扫描式照射法时从射束线路I移出的散射体41移动到射束线路I上。并且，通过根据需要在喷嘴前面安装团块44、患者准直器45，能够进行宽射束照射。通过在射程移位器43的下表面利用轨道等安装用于插入的夹具，可以方便地设置团块44、患者准直器45。此外，通过采用使用空气或电动机的线性驱动机构或旋转驱动机构，可以实现脊形滤波器42、射程移位器43的插入。此外，在上述内容中采用滑动式的方法作为扫描式照射法用真空管道6的移出方法，但也可以设置旋转式的支承机构，利用支承机构的旋转来切换法兰和插入空间来实现。
[0027]如上所述，根据本实施方式2，在使用宽射束照射法时，使扫描式照射法时所使用的扫描式照射法用真空管道6移出射束通过的射束线路1，从而使得在所空出的空间内能够插入脊形滤波器42进行配置。由此可获得下述效果，即:能够将脊形滤波器42配置在远离照射对象的位置，能够使整个照射部更为紧凑，与此同时，还能够使用制作简便的脊形滤波器。
[0028]实施方式3.图6及图7是表示本发明的实施方式3的粒子射线治疗装置的主要部分即照射部的结构图。图7是表示图6的A-A位置处的截面的图。在实施方式1、实施方式2的结构中，在使用扫描式照射法时，由于最后的射束射出窗的位置由扫描式照射法用真空管道6的长度来决定，因此无法根据照射对象的大小来调整射束射出窗的位置。然而，在使用扫描式照射法时，为了尽可能减小束点尺寸，希望射束射出窗的位置尽可能接近于照射对象。实施方式3实现了可以变更射束射出窗的高度的结构。
[0029]使用图6及图7对实施方式3的粒子射线治疗装置的照射部进行说明。实施方式3的特征在于，包括旋转圆盘式真空管道支承机构62，该旋转圆盘式真空管道支承机构62用于保持多个不同长度的扫描式照射法用真空管道6a、6b、6c。首先，如图6及图7所示，拆卸下安装在射束线路I上的扫描式照射法用真空管道6a，通过真空管道移动机构63使其滑动到在不与射束线路I重合的位置上支承扫描式照射法用真空管道6a的支承机构、即旋转圆盘式真空管道支承机构62的空闲空间内。之后，使旋转圆盘式真空管道支承机构62旋转，设定到长度与扫描式照射法用真空管道6a不同的例如扫描式照射法用真空管道6b能够设置的角度。在该设定下，通过真空管道移动机构63，能够将长度不同的扫描式照射法用真空管道6b移动至射束线路I上。通过将扫描式照射法真空管道6b安装到真空管道连接法兰面47上，能够改变射束输出窗7a的高度。在图7中示出了配置有三种真空管道的情况，但是可以通过增大旋转圆盘的尺寸来增加可变更长度的种类。此外，由于包括实施方式I所说明的脊形滤波器移动机构61，因此在改变射束射出窗的高度后，可以根据射束射出窗的高度来改变脊形滤波器、射程移位器的位置。
[0030]本实施方式3记载了旋转圆盘方式来作为在不与射束线路I重合的位置上支承多个扫描式照射法用真空管道的支承机构。除此之外，作为在不与射束线路I重合的位置上支承多个扫描式照射法用真空管道的支承机构，可以采用在真空管道移动机构的移出侧设置多个分岔点的结构，或者使真空管道能够在射束线路I的方向上进行分割，并且每个分割单元均具有真空管道移动机构，采用这样的结构也可以与上述内容一样对真空管道的长度进行变更。
[0031]实施方式4.能够应用上述实施方式I~3所说明的照射部18作为图1所示的安装于旋转机架19的照射部18a。粒子射线的照射通常在旋转机架停止的状态下进行。在旋转机架上安装有实施方式I~3所说明的照射部18的情况下，从操作性的角度来看，优选真空管道的移动操作在机架角度O度(照射部垂直配置状态下的角度)时进行。
标号说明
【权利要求】
1.一种粒子射线治疗装置，具有照射部，该照射部包括用于对真空管道内传输的粒子射线进行扫描并照射到照射对象上的扫描电磁铁、以及从所述真空管道向大气中射出所述粒子射线的射束射出窗，其特征在于: 所述照射部采用以下结构，即:所述真空管道设置为能够在所述扫描电磁铁的所述照射对象一侧的法兰面上进行分离，并且在将设置于所述法兰面的所述照射对象一侧的扫描式照射法用真空管道移动到不与所述粒子射线的射束线路重合的情况下，能够在所述粒子射线的射束线路上，在移动前设置有所述扫描式照射法用真空管道的空间内设置宽射束照射法用的脊形滤波器。
2.如权利要求1所述的粒子射线治疗装置，其特征在于， 所述照射部包括使脊形滤波器向所述粒子射线的射束线路方向移动的脊形滤波器移动机构，在将所述扫描式照射法用真空管道移动到不与所述粒子射线的射束线路重合的情况下，将宽射束照射法用的脊形滤波器向接近所述法兰面的方向移动进行设置。
3.如权利要求1所述的粒子射线治疗装置，其特征在于， 在所述真空管道的所述法兰面的所述粒子射线上游侧设置有闸门阀。
4.如权利要求1所述的粒子射线治疗装置，其特征在于， 在将所述扫描式照射法用真空管道移动到不与所述粒子射线的射束线路重合的情况下，在所述法兰面上设置所述射束射出窗。
5.如权利要求1所述的粒子射线治疗装置，其特征在于， 具有多个长度不同的所述扫描式照射法用真空管道，所述粒子射线治疗装置包括:支承机构，该支承机构在不与所述射束线路重合的位置上支承所述多个扫描式照射法用真空管道；以及真空管道移动机构，该真空管道移动机构能够将所述多个扫描式照射法用真空管道中的一个扫描式照射法用真空管道从所述支承机构移动至所述射束线路上。
6.如权利要求1至5的任一项所述的粒子射线治疗装置，其特征在于， 所述照射部安装在旋转机架上。
【文档编号】A61N5/10GK103687648SQ201180072415
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2011年7月21日 优先权日:2011年7月21日
【发明者】萩野刚, 本田泰三 申请人:三菱电机株式会社