粒子射线照射装置及粒子射线治疗装置制造方法
【专利摘要】本发明的目的在于获得可消除扫描电磁铁的磁滞影响且可实现高精度射束照射的粒子射线照射装置。包括：磁场传感器(20)，该磁场传感器(20)对扫描电磁铁(3)的磁场进行测定；以及照射控制装置(5)，该照射控制装置(5)对通过扫描电磁铁(3)的带电粒子束(1b)的射出量进行控制。照射控制装置(5)对于多个矩形区域(Si,j)的每一个求出通过多个矩形区域(Si,j)的带电粒子束(1b)的剂量的累计值，并基于每个矩形区域(Si,j)的累计值对带电粒子束(1b)的射出量进行控制。
【专利说明】粒子射线照射装置及粒子射线治疗装置
[0001]本发明申请是国际申请号为PCT/JP2009/064969，国际申请日为2009年8月27日，进入中国国家阶段的申请号为200980160948.0，名称为“粒子射线照射装置、粒子射线治疗装置及粒子射线照射方法”的发明专利申请的分案申请。
【技术领域】
[0002]本发明涉及用于医疗用途或研究用途的粒子射线治疗装置，尤其涉及所谓点扫描或光栅扫描的扫描型的粒子射线照射装置及粒子射线治疗装置。
【背景技术】
[0003]一般而言，粒子射线治疗装置包括:射束产生装置，该射束产生装置产生带电粒子束；加速器，该加速器与射束产生装置相连接，且对所产生的带电粒子束进行加速；射束输送系统，该射束输送系统输送加速到在加速器中所设定的能量为止之后射出的带电粒子束；以及粒子射线照射装置，该粒子射线照射装置设置在射束输送系统的下游，且用于将带电粒子束射向照射对象。粒子射线照射装置大致分为广域照射方式和扫描照射方式(点扫描、光栅扫描等)，广域照射方式利用散射体对带电粒子束进行散射放大，使经放大的带电粒子束与照射对象的形状相一致来形成照射野，而扫描照射方式以细铅笔状射束进行扫描来形成照射野以使其与照射对象的形状相一致。
[0004]广域照射方式利用准直器和团块(borus)形成与患部形状相一致的照射野。广域照射方式形成与患部形状相一致的照射野，防止向正常组织进行不需要的照射，因此成为了最广泛采用的、优异的照射方式。然而，需要针对每一位患者制作团块，与患部相配合地使准直器进行变形。
[0005]另一方面，扫描照射方式是不需要准直器和团块的、自由度高的照射方式。然而，由于不使用防止向患部以外的正常组织进行照射的这些部件，因此要求广域照射方式以上的、高射束照射位置精度。
[0006]针对粒子射线治疗装置，进行着用来提高照射位置或照射剂量的精度的各种发明。专利文献I的目的在于提供能准确地照射患部的粒子射线治疗装置，并公开了以下发明。专利文献I的发明将扫描装置所进行的带电粒子束的扫描量和此时利用射束位置检测器检测出的带电粒子束的射束位置存储到存储装置中，使用该存储的扫描量和射束位置，根据基于治疗计划信息的射束位置，利用控制装置来设定扫描装置的扫描量。由于将实际照射获得的扫描量与射束位置之间的关系存储在存储装置中，因此可期待准确地对患部进行照射。
[0007]专利文献2的目的在于提供确保高安全性、能以高精度照射带电粒子束的粒子射线治疗装置，并公开了以下发明。专利文献2将从带电粒子束产生装置射出的带电粒子束提供给在与射束前进方向相垂直的照射面上进行扫描的扫描电磁铁，基于通过该扫描电磁铁的带电粒子束的在照射面上的位置和剂量，来控制来自带电粒子束产生装置的带电粒子束的射出量。具体而言，在照射面上分割形成的多个区域中，停止对达到目标剂量的区域供给带电粒子束，对未达到目标剂量的其它区域供给带电粒子束。这样，对各区域中的照射剂量和目标剂量进行比较，对带电粒子束的射出量进行ΟΝ/OFF(开通/关闭)控制(供给/停止)，从而可期待高安全性。
[0008]在专利文献3中，针对在扫描电磁铁的电流与磁场之间存在的磁滞特性使射束照射位置的精度降低这一问题，公开了以下的发明。专利文献3的发明包括:第一运算单元，该第一运算单元对应于基于照射计划的射束照射位置，运算出未考虑磁滞影响的扫描电磁铁的电流值；以及第二运算单元，该第二运算单元考虑磁滞影响对第一运算单元所运算出的扫描电磁铁的电流值进行校正运算，照射控制装置基于第二运算单元的运算结果来控制扫描电磁铁的电流。这样，通过在第二运算单元中实施校正运算以消除磁滞影响，即通过使第二运算单元具备表示磁滞特性的数学模型，可期待通过运算来提高射束照射位置的精度。
[0009]现有技术文献
[0010]专利文献
[0011]专利文献1:日本国专利特开2005-296162号公报
[0012]专利文献2:日本国专利特开2008-272139号公报
[0013]专利文献3:日本国专利特开2007-132902号公报
[0014]发明所要解决的技术问题
[0015]在专利文献I所公开的发明中，基于通过进行实际照射所获得的带电粒子束的扫描量和射束位置的实际数据来制作转换表，并利用该转换表来运算出扫描电磁铁的设定电流值。
[0016]然而，实际情况如专利文献3所示，在扫描电磁铁的电流与磁场之间存在磁滞特性，在电流值增大时以及电流值减小时，会形成不同的磁场。换言之，即使知道某一瞬间的扫描电磁铁的电流值，仅靠该信息，并不能确定磁场的准确值。因而，专利文献I所公开的发明中存在如下问题:因电磁铁的磁滞影响而不能准确地对患部进行照射。
[0017]在专利文献2所公开的发明中，对带电粒子束的射出量进行0N/0FF控制(供给/停止)，以使所定义的各区域中的照射剂量达到目标剂量。
[0018]然而，专利文献2所公开的发明所记载的在照射面上分割所形成的多个区域是根据对应的扫描电磁铁的励磁电流的范围来定义的励磁电流空间内的区域(励磁区域)，而与实际的照射空间内的区域(照射区域)不一致。这是由于如果不考虑扫描电磁铁的磁滞，该励磁区域和照射区域不会准确地一一对应。因而，即使在想要这样以励磁区域为单位对照射剂量进行管理来提高安全性的装置或方法中，如果不消除扫描电磁铁的磁滞影响，也存在不能使射束照射位置的精度提高的问题。
[0019]在专利文献3所公开的发明中，在运算单元内部制作磁滞的数学模型，通过运算对扫描电磁铁的电流值进行校正。
[0020]然而，即使考虑磁滞，也存在若干问题。第一个问题是:利用运算的方法高精度地对磁滞特性进行校正实际上相当困难。例如，表示电流与磁场的磁滞特性的曲线不仅根据输入(电流)的振幅，还根据使输入(电流)变化的速度以及使输入(电流)变化的模式，而成为各种形态。虽然在多个领域长时间地对利用运算方法、即利用数学模型表示该复杂的磁滞现象进行了各种研究，但现实情况是依然相当地困难。此外，第二个问题在于射束照射位置的检测方法。在以往的多种技术中，如该专利文献3所公开的发明那样，想要仅利用I台或多台射束位置监视器，来检测出射束照射位置。而只有向射束位置监视器照射带电粒子束，射束位置监视器才能获知射束照射位置。因而，存在如下问题:当射束偏离目标而照射正常组织等时，只能单单停止射束，而不能将射束照射位置控制到本来想要照射的正确的照射位置。
【发明内容】
[0021]本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于，获得可消除扫描电磁铁的磁滞影响且可实现高精度射束照射的粒子射线照射装置。
[0022]用于解决技术问题的技术手段
[0023]包括:磁场传感器，该磁场传感器对扫描电磁铁的磁场进行测定；以及照射控制装置，该照射控制装置对通过扫描电磁铁的带电粒子束的射出量进行控制，照射控制装置对于多个矩形区域的每一个求出通过多个矩形区域的带电粒子束的剂量的累计值，其中矩形区域由磁场传感器所测定出的X方向及Y方向的磁场来定义。
[0024]发明的技术效果
[0025]由于本发明所涉及的粒子射线照射装置基于由磁场传感器所测定出的磁场来定义的多个矩形区域、即不受扫描电磁铁的磁滞影响的空间中的多个矩形区域的每一个的累计值来控制带电粒子束的射出量，因此能消除扫描电磁铁的磁滞影响，且能实现高精度的射束照射。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1是本发明的实施方式I中的粒子射线治疗装置的简要结构图。
[0027]图2是图1的照射控制装置的结构图。
[0028]图3是表示在磁场空间中定义的多个区域的图。
[0029]图4是表不其它磁场传感器的图。
【具体实施方式】
[0030]实施方式1.
[0031]图1是本发明的实施方式I中的粒子射线治疗装置的简要结构图。粒子射线治疗装置包括:射束产生装置51 ;加速器52 ;射束输送装置53 ;粒子射线照射装置54 ;治疗计划装置55 ;以及数据服务器56。射束产生装置51对离子源中产生的带电粒子进行加速来产生带电粒子束。加速器52与射束产生装置51相连接，对所产生的带电粒子束进行加速。射束输送装置53输送加速到在加速器52中设定的能量为止之后射出的带电粒子束。粒子射线照射装置54设置在射束输送装置53的下游，对照射对象15照射带电粒子束。治疗计划装置55生成针对患者的照射对象15的治疗计划数据即目标照射位置坐标Pi和目标剂量Di等。数据服务器56存储有利用治疗计划装置55针对每一位患者生成的治疗计划数据。
[0032]粒子射线照射装置54包括:射束输送管道2，该射束输送管道2输送从射束输送装置53入射的入射带电粒子束Ia ;扫描电磁铁3a、3b，该扫描电磁铁3a、3b在与入射带电粒子束Ia相垂直的方向即X方向和Y方向上用入射带电粒子束Ia进行扫描；磁场传感器20a、20b,该磁场传感器20a、20b检测出扫描电磁铁3a、3b所产生的磁场；磁场数据转换器21 ;射束位置监视器7 ;位置数据转换器8 ;剂量监视器11 ;剂量数据转换器12 ;照射控制装置5 ;以及扫描电源4。磁场传感器20a、20b是例如具有拾取线圈的磁场传感器。另外，如图1所示，入射带电粒子束Ia的前进方向为Z方向。
[0033]扫描电磁铁3a是沿X方向对入射带电粒子束Ia进行扫描的X方向扫描电磁铁，扫描电磁铁3b是沿Y方向对入射带电粒子束Ia进行扫描的Y方向扫描电磁铁。磁场传感器20a是检测出X方向的磁场的X方向磁场传感器，磁场传感器20b是检测出Y方向的磁场的Y方向磁场传感器。磁场数据转换器21将由磁场传感器20a、20b检测出的磁场转换成数字数据，生成测定磁场Bs。射束位置监视器7检测出由扫描电磁铁3a、3b进行偏转后的射出带电粒子束Ib的通过位置。位置数据转换器8将由射束位置监视器7检测出的通过位置转换成数字数据，生成测定位置坐标Ps。剂量监视器11检测出射出带电粒子束Ib的剂量。剂量数据转换器12将由剂量监视器11检测出的剂量转换成数字数据，生成测定剂量Ds。
[0034]照射控制装置5基于测定磁场Bs来控制照射对象15中的照射位置，若测定剂量Ds达到目标剂量Di，则对射束产生装置51输出射束停止指令Sspo，使带电粒子束停止。扫描电源4基于从照射控制装置5输出的对扫描电磁铁3的控制输入即指令电流1，输出对扫描电磁铁3a、3b进行驱动的励磁电流。
[0035]图2是照射控制装置5的结构图。照射控制装置5具有:扫描电磁铁指令值生成器6 ;逆映射生成器30 ;逆映射运算器22 ;误差运算器24 ;扫描电磁铁指令值补偿器23 ;指令值输出器25 ;射束供给开始指令输出器26 ;以及剂量管理器10。
[0036]对照射控制装置5的动作进行说明。粒子射线治疗装置的照射大致分为校准时的试照射和治疗时的正式照射。一般而言，校准时的试照射是所谓用于进行校正的照射，在没有患者的状态下，仅在需要进行校正时进行试照射。将对X方向扫描电磁铁3a的控制输入(电流Ixo)和对Y方向扫描电磁铁3b的控制输入(电流Iyo)改变成各种值来进行试照射，并测定此时的射束照射位置。与现有技术同样地进行实施方式I中的校准时的试照射，但在试照射时，不仅测定射束的测定位置坐标Ps (xs, ys)，还利用磁场传感器20a、20b对测定磁场Bs (Bxs, Bys)进行测定。将此时的扫描电磁铁3的测定磁场Bs (Bxs, Bys)与射束的测定位置坐标Ps (xs，ys)之间的关系实现成作为由逆映射生成器30所生成的逆映射运算器22的数学式模型。
[0037]将由治疗计划装置55制作的试照射用的目标照射位置坐标Pi的数据串和目标剂量Di的数据串发送到粒子射线照射装置54的照射控制装置5 (步骤S001)。试照射用的目标照射位置坐标Pi是粒子射线照射装置54的可照射范围的坐标，试照射用的目标剂量Di是任意的剂量。扫描电磁铁指令值生成器6针对每个目标照射位置坐标Pi，生成作为基础的指令电流Ig(Ixg，Iyg)(步骤S002)。指令值输出器25将作为基础的指令电流Ig作为指令电流1(IXO，Iyo)输出到扫描电源4。扫描电源4根据指令电流1，对扫描电磁铁3进行控制(步骤S003)。
[0038]射束供给开始指令输出器26接收表示指令值输出器25输出了指令电流1这一情况的输出信号，向射束产生装置51输出用来产生射束的射束供给指令Ssto。射束产生装置51开始进行带电粒子束照射。利用磁场传感器20a、20b、对由指令电流1控制的扫描电磁铁3的磁场进行测定，并经由磁场数据转换器21向逆映射生成器30输入测定磁场Bs(BxsjBys)0利用射束位置监视器7对用扫描电磁铁3进行了扫描的射出带电粒子束Ib的测定位置坐标Ps(Xs，ys)进行测定，经由位置数据转换器8、向逆映射生成器30输入测定位置坐标Ps。逆映射生成器30将测定磁场Bs (Bxs, Bys)及测定位置坐标Ps (xs, ys)存储到作为内置的存储装置的存储器中(步骤S004)。
[0039]利用剂量监视器11对用扫描电磁铁3进行了扫描的射出带电粒子束Ib的测定剂量Ds进行测定，并经由剂量数据转换器12向剂量管理器10输入测定剂量Ds (步骤S005)。剂量管理器10对目标剂量Di和测定剂量Ds进行比较，当测定剂量Ds超过目标剂量Di时，向射束产生装置51输出使射束停止的射束停止指令Sspo。射束产生装置51接收射束停止指令Sspo，使带电粒子束Ia停止。接着，回到步骤S002。变更到下一目标照射位置坐标Pi，开始进行带电粒子束照射，重复进行从步骤S002到该步骤S006的步骤直到试照射用的照射对象范围结束为止(步骤S006)。
[0040]逆映射生成器30基于存储的一连串的测定磁场Bs (Bxs，Bys)及测定位置坐标Ps(xs,ys)来制作数学式模型，并将制作的数学式模型存放到逆映射运算器22中(步骤S007)。
[0041]作为优选的一个示例，利用多项式来实现逆映射运算器22的数学式模型。对与以往的转换表不同而采用逆映射运算器22的原因进行说明。在假定扫描电磁铁3的规格、扫描电源4的规格、以及照射束的规格(照射能量、入射射束位置等)为一定的基础上，如果扫描电磁铁3的磁场B (Bx, By)确定,则射束的照射位置坐标P (x, y)便唯一确定，因此可认为与磁场B和射束的照射位置坐标P的关系相关的物理现象是2输入2输出的正映射。然而，在治疗中的正式照射时，预先提供射束的目标照射位置坐标Pi (xi, yi)，必须将扫描电磁铁3的磁场B(Bx，By)控制成使得实现该射束的目标照射位置坐标Pi (xi, yi)。即，在治疗中的正式照射中，必须根据射束的目标照射位置坐标Pi (xi, yi)，计算出扫描电磁铁3的磁场B(Bx，By)的推定值以使得实现该目标照射位置坐标Pi (xi，yi)。因而，为了获得磁场B (Bx, By)的推定值，需要逆映射运算器22。
[0042]对利用多项式实现逆映射运算器22的数学式模型的方法进行简要说明。基于在校准时的试照射中测定的多个射束的测定位置坐标Ps(xs, ys)及多个测定磁场Bs (Bxs, Bys)，求出满足PscAc = Bsc的逆映射的未知参数矩阵Ac。此处，矩阵Psc是在行方向上排列多个根据射束的测定位置坐标Ps (xs，ys)计算出的行元素、例如具有6个元素的[I, xs, xs2, ys, xsys, ys2]的照射位置坐标矩阵,矩阵Bsc是将测定磁场Bs (Bxs, Bys)作为行元素、在行方向上排列多个该行元素的磁场矩阵。
[0043]能够利用以下⑴式表示的最小二乘法的式子来求出逆映射的未知参数矩阵Ac。
[0044]Ac = (PsctPsc) ^1PsctBsc...(]_)
[0045]式中，Psct是矩阵Psc的转置矩阵。
[0046]能够利用如上所述地求出的参数矩阵Ac，根据以下⑵式来求出目标磁场Bi (Bxi, Byi),该目标磁场Bi (Bxi, Byi)是用于实现目标照射位置坐标Pi (xi, yi)所需的磁场B。
[0047]Bi = PipAc...(2)
[0048]式中，Pip是根据射束的目标照射位置坐标Pi (xi, yi)计算出的行元素，是在求出参数矩阵Ac时所采用的元素，在上述情况下是具有6个元素的矩阵[I, xi, xi2, yi, xiyi, yi2]。
[0049]在现有技术中，将校准的对扫描电磁铁3的控制输入(电流Ixo，电流Iyo)与射束的测定位置坐标Ps(Xs，ys)的关系制作成转换表，在扫描电磁铁指令值生成器6中预先存储该转换表。分别独立地，根据射束的目标照射位置坐标Pi的X坐标(xi)求出对X方向扫描电磁铁3a的控制输入(电流Ixo)，根据射束的目标照射位置坐标Pi的y坐标(yi)求出对Y方向扫描电磁铁3b的控制输入(电流Iyo)。但是,实际上,对X方向扫描电磁铁3a的控制输入(电流Ixo)对射束的目标照射位置坐标Pi的xi和yi都产生影响，而且对Y方向扫描电磁铁3b的控制输入(电流Iyo)也对射束照射位置的xi和yi都产生影响，即存在干涉项，因此，利用独立求出的转换表的方法中照射位置精度较差。
[0050]实施方式I的粒子射线照射装置54在逆映射运算器22中对目标磁场Bi的各Bxi及Byi实现了考虑了目标照射位置坐标Pi的xi和yi的干涉项后的数学式模型，因此与以往不同，能提高射出带电粒子束Ib的照射位置精度。
[0051]接着，对实施方式I的粒子射线治疗装置中的治疗时的正式照射进行说明。按照以下顺序来进行治疗时的正式照射。
[0052]针对每个照射对象15，将由治疗计划装置55制作的目标照射位置坐标Pi的数据串和目标剂量Di的数据串发送到粒子射线照射装置54的照射控制装置5 (步骤S101)。扫描电磁铁指令值生成器6针对每个目标照射位置坐标Pi，生成作为基础的指令电流Ig(Ixg, Iyg)(步骤S102)。指令值输出器25将作为基础的指令电流Ig作为指令电流1(Ixo, Iyo)输出到扫描电源4。扫描电源4根据指令电流Ιο，对扫描电磁铁3进行控制(步骤 S103)。
[0053]逆映射运算器22根据目标照射位置坐标Pi利用数学式模型运算出用于使射束通过该目标照射位置坐标Pi的目标磁场Bi (Bxi, Byi)，并输出目标磁场Bi (Bxi, Byi)(步骤S104)。
[0054]利用磁场传感器20a、20b，对由指令电流1控制的扫描电磁铁3的磁场进行测定，并经由磁场数据转换器21向误差运算器24输入测定磁场Bs (Bxs，Bys)(步骤S105)。误差运算器24对目标磁场Bi和测定磁场Bs进行比较，计算出磁场误差Be (步骤S106)。
[0055]扫描电磁铁指令值补偿器23根据从误差预算器24输出的磁场误差Be，以与PID(比例积分微分)补偿器相同的方式来生成电流校正值Ie。例如，利用以下的(3)式来生成(步骤S107)。
[0056]Ie = KpBe...(3)
[0057]式中，Kp是比例增益。
[0058]指令值输出器25将以电流校正值Ie对作为基础的指令电流Ig进行校正后的指令电流Ig -1e作为指令电流l0(IX0，Iyo)输出到扫描电源4。扫描电源4根据指令电流1，对扫描电磁铁3进行控制(步骤S108)。当从误差运算器24输出的磁场误差Be变成规定的阈值以下时，射束供给开始指令输出器26向射束产生装置51输出用来产生射束的射束供给指令Ssto。射束产生装置51开始进行带电粒子束照射(步骤S109)。
[0059]利用剂量监视器11，对用扫描电磁铁3进行了扫描的射出带电粒子束Ib的测定剂量Ds进行测定，经由剂量数据转换器12，向剂量管理器10输入测定剂量Ds (步骤S110)。剂量管理器10对目标剂量Di和测定剂量Ds进行比较，当测定剂量Ds超过目标剂量Di时，向射束产生装置51输出使射束停止的射束停止指令Sspo。射束产生装置51接收射束停止指令Sspo，使带电粒子束Ia停止。接着，回到步骤S102。变更到下一目标照射位置坐标Pi，开始进行带电粒子束照射，重复进行从步骤S102到该步骤Slll的步骤直到照射对象范围结束为止(步骤S111)。
[0060]通过改变入射带电粒子束Ia的能量，从而对照射对象15中的深度方向(Z方向)的位置坐标进行控制。若将照射对象15中的深度方向(Z方向)也包含在内的所有的照射对象范围都结束时，则治疗时的正式照射结束。
[0061]在步骤Slll中，针对如图3所示那样在磁场空间内定义的多个小区域的每一个区域，进行带电粒子束的剂量管理。图3是表示在磁场空间(Bx，By)中定义的磁场小区域Si；J的图。表左列的(B。，B1)简要表示磁场B的X分量Bx满足B。彡Bx < B1的关系，同样，GV1, Bm)简要表不Bx满足Bnrl ^ Bx < Bm的关系。表上段的(Btl, B1)简要表不磁场B的Y分量By满足B0 ^ By < B1的关系，同样，(Bm^1, Bm)简要表示By满足Bnrl ^ By < Bm的关系。区域S。，。是满足B。彡Bx < B1和B。彡By < B1的关系的区域，区域Sm^1是满足Blrt ( Bx< Bm和Bnrl ^ By < Bm的关系的区域。
[0062]由于在磁场空间中定义的区域是在包含扫描电磁铁3的电流与磁场之间产生的磁滞在内的状态下的磁场中定义的，因此，在磁场空间中定义的区域不受扫描电磁铁3的磁滞的影响，校准时进行带电粒子束照射所获得的利用磁场传感器20所得到的磁场和利用射束位置监视器7所得到的射束位置之间的关系、与正式照射时的磁场和射束位置之间的关系极其良好地相一致，其中，该正式照射是与校准时相同地进行带电粒子扫描的情况下的正式照射。能够根据带电粒子束的射出位置、射束位置监视器7中的通过位置、粒子射线照射装置54和照射对象15的位置关系，来求出实际照射空间，因此，实际照射空间的区域与在磁场空间中定义的区域具有映射关系，在正式照射时，该映射关系也基本不变。因而，在步骤Slll中，针对在磁场空间内定义的多个磁场小区域Su的每一个区域进行带电粒子束的剂量管理，因此，能高精度地进行照射对象15中的在实际照射空间中的剂量管理。
[0063]实施方式I的粒子射线照射装置54基于扫描电磁铁3所产生的磁场,对入射带电粒子束Ia进行反馈控制，S卩，直接对包含扫描电磁铁3的电流与磁场之间产生的磁滞在内的状态进行检测并进行控制，因此，能消除扫描电磁铁3的磁滞影响，能实现高精度的射束照射。此外，由于将作为对扫描电磁铁3的控制输入(指令电流1)进行校正的基础的物理量设为扫描电磁铁3的磁场，因此，即使不供给入射带电粒子束la，也能对带电粒子束Ia的照射位置进行控制。因而，在不供给入射带电粒子束Ia的情况下使入射带电粒子束Ia的照射位置坐标与目标照射位置坐标Pi相一致之后供给带电粒子束，因此，能高精度地向照射对象15照射安全性高的粒子射线。
[0064]粒子射线照射装置54利用磁场传感器20所测定的磁场对在磁场中定义的多个区域进行反馈控制，并在该磁场区域中进行剂量管理，因此，与以往的利用剂量监视器11中测定的位置坐标进行的反馈控制中消耗时间不同，能高速地进行反馈控制。因而，能缩短对照射对象15整体的照射时间。
[0065]粒子射线照射装置54采用具有拾取线圈的磁场传感器以作为磁场传感器20，因此，即使存在急剧的磁场波动，也能高精度地测定扫描电磁铁3的磁场。因而，能利用磁场传感器20所测定的测定磁场Bs，来高速高精度地进行反馈控制，能进行带电粒子束的高速扫描。由此，能缩短对照射对象15整体的照射时间。
[0066]作为磁场传感器20，也可采用如图4所示的具备拾取线圈的磁场传感器。图4是表不其它磁场传感器20的图，是对扫描电磁铁3和磁场传感器20进行放大的图。扫描电磁铁3具有铁心17和绕组16。图4所示的磁场传感器20具备拾取线圈，该拾取线圈的长度为利用扫描电磁铁3进行扫描之前的带电粒子束Ia的前进方向(Z方向)上的扫描电磁铁3的铁心17的铁心长度L以上。由此，能对使带电粒子束进行扫描的扫描电磁铁3的磁场中的Z方向的空间积分值进行测定。通过使用磁场的积分值，从而能高精度地对使带电粒子束偏转的磁场进行测定，能对带电粒子束进行进一步高精度的反馈控制。另外，在Z方向上配置多个磁场传感器20,从而构成X方向用的磁场传感器20a、Y方向用的磁场传感器20b。
[0067]在缓慢进行带电粒子束扫描的情况下，磁场传感器20也可以是具有霍尔元件的磁场传感器。通过使用霍尔元件，从而能对由扫描电磁铁3产生的磁场的绝对值进行测定，而无需对拾取线圈所测量的电压进行积分等运算。因而，能使磁场数据转换器21简化、小型化。此外，磁场传感器20也可以是具有拾取线圈和霍尔元件的磁场传感器。通过利用霍尔元件对测定磁场Bs的初始值进行测定，利用拾取线圈对变化量进行测定，从而能在任意定时进行磁场测定，能缩短磁场测定时间。因而，能高速地进行反馈控制。由此，能缩短对照射对象15整体的照射时间。
[0068]以往的粒子射线照射装置仅利用I台或多台射束位置监视器来检测出射束照射位置，利用测定位置坐标对带电粒子束进行反馈控制。配置多个位置监视器等遮挡带电粒子束的物体会带来如下问题:随着射束散射放大，会无法获得期望的射束点直径。
[0069]实施方式I的粒子射线照射装置54在正式照射时，利用由磁场传感器20所测定的测定磁场Bs对带电粒子束进行反馈控制，因此，也可在正式照射时，利用未图示的移动装置来移动射束位置监视器7，使射出带电粒子束Ib不会通过射束位置监视器7。通过这样，能防止射出带电粒子束Ib因射束位置监视器7而散射放大。由此，能减小射束点直径。因而，当以小射束直径来进行照射较佳时，能够以适当的点直径来进行治疗。
[0070]如上所述，根据实施方式I的粒子射线照射装置54，包括:磁场传感器20，该磁场传感器20对扫描电磁铁3的磁场进行测定；以及照射控制装置5，该照射控制装置5基于由磁场传感器20所测定的测定磁场Bs及带电粒子束Ib的目标照射位置坐标Pi对扫描电磁铁3进行控制，照射控制装置5具有:逆映射运算器22，该逆映射运算器22根据带电粒子束Ib的目标照射位置坐标Pi运算出目标磁场Bi ;以及补偿器23，该补偿器23输出对扫描电磁铁的控制输入1,其中，该控制输入1将目标磁场Bi与测定磁场Bs的磁场误差Be控制在规定的阈值以下，因此，能消除扫描电磁铁的磁滞影响，能实现高精度的射束照射。
[0071]根据实施方式I的粒子射线治疗装置，包括:射束产生装置51，该射束产生装置51产生带电粒子束；加速器52，该加速器52对由射束产生装置51产生的带电粒子束进行加速；射束输送装置53，该射束输送装置输送利用加速器52进行了加速的带电粒子束；以及粒子射线照射装置54，该粒子射线照射装置54用扫描电磁铁3对由射束输送装置53输送的带电粒子束进行扫描以向照射对象15进行照射，粒子射线照射装置54具有:磁场传感器20，该磁场传感器20对扫描电磁铁3的磁场进行测定；以及照射控制装置5，该照射控制装置5基于由磁场传感器20所测定的测定磁场Bs及带电粒子束Ib的目标照射位置坐标Pi，对扫描电磁铁3进行控制，照射控制装置5具有:逆映射运算器22，该逆映射运算器22根据带电粒子束Ib的目标照射位置坐标Pi运算出目标磁场Bi ;以及补偿器23，该补偿器23输出对扫描电磁铁3的控制输入1,该控制输入1将目标磁场Bi与测定磁场Bs的磁场误差Be控制在规定的阈值以下，因此，能消除扫描电磁铁的磁滞影响，能使用高精度的射束照射来实现高精度的粒子射线治疗。
[0072]另外，尽管在实施方式I中，作为扫描型的粒子射线治疗装置以点扫描为例进行了说明，但是利用由磁场传感器20所测定的测定磁场Bs对带电粒子束进行反馈控制也可应用于光栅扫描。
[0073]工业上的实用性
[0074]本发明所涉及的粒子射线照射装置及粒子射线治疗装置可适当地应用于用于医疗或研究的粒子射线治疗装置。
[0075]标号说明
[0076]Ia入射带电粒子束
[0077]Ib射出带电粒子束
[0078]3 扫描电磁铁
[0079]3a X方向扫描电磁铁
[0080]3b Y方向扫描电磁铁
[0081]7 射束位置监视器
[0082]11剂量监视器
[0083]15照射对象
[0084]20磁场传感器
[0085]20a X方向电磁铁用磁场传感器
[0086]20b Y方向电磁铁用磁场传感器
[0087]22逆映射运算器
[0088]23扫描电磁铁指令值补偿器
[0089]30逆映射生成器
[0090]51射束产生装置
[0091]52加速器
[0092]53射束输送装置
[0093]54粒子射线照射装置
[0094]Bi目标磁场
[0095]Bs测定磁场
[0096]Pi目标照射位置坐标
[0097]Ps测定位置坐标
[0098]Di目标剂量
[0099]Ds测定剂量
[0100]1指令电流
[0101]Sij J磁场小区域
[0102]Be磁场误差
【权利要求】
1.一种粒子射线照射装置，其对由加速器进行加速的带电粒子束进行扫描，具备具有磁滞的扫描电磁铁，将通过所述扫描电磁铁的所述带电粒子束照射至照射对象，其特征在于，该粒子射线照射装置包括: 磁场传感器，该磁场传感器对所述扫描电磁铁的磁场进行测定；以及 照射控制装置，该照射控制装置对通过所述扫描电磁铁的所述带电粒子束的射出量进行控制， 所述照射控制装置对于多个矩形区域的每一个求出通过多个所述矩形区域的所述带电粒子束的剂量的累计值，其中所述矩形区域由所述磁场传感器所测定出的X方向及Y方向的磁场来定义。
2.如权利要求1所述的粒子射线照射装置，其特征在于， 在所述累计值达到目标剂量的所述矩形区域位于射束路径时，所述照射控制装置停止射出来自所述加速器的所述带电粒子束，而在所述累计值未达到所述目标剂量的所述矩形区域位于所述射束路径时，所述照射控制装置射出所述带电粒子束。
3.如权利要求1或2所述的粒子射线照射装置，其特征在于， 包括剂量监视器，该剂量监视器对所述带电粒子束的剂量进行测定， 所述照射控制装置具有剂量管理器，该剂量管理器基于由所述剂量监视器所测定的测定剂量及目标剂量，对于每个所述矩形区域，进行照射剂量的管理。
4.一种粒子射线治疗装置，其特征在于，包括: 射束产生装置，该射束产生装置产生带电粒子束； 加速器，该加速器对由所述射束产生装置所产生的所述带电粒子束进行加速； 射束输送装置，该射束输送装置输送由所述加速器进行了加速的带电粒子束；以及 粒子射线照射装置，该粒子射线照射装置用扫描电磁铁对由所述射束输送装置输送的带电粒子束进行扫描，以向照射对象进行照射， 所述粒子射线照射装置是如权利要求1至3中任一项所述的粒子射线照射装置。
【文档编号】A61N5/10GK104324449SQ201410648274
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2009年8月27日 优先权日:2009年8月27日
【发明者】岩田高明 申请人:三菱电机株式会社