粒子射线照射装置及粒子射线治疗装置的制造方法
【专利说明】
[0001] 本申请是发明名称为"粒子射线照射装置及粒子射线治疗装置"、国际申请日为 2010年3月31日、申请号为201080060087. 1(国际申请号为PCT/JP2010/055863)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宄用途的粒子射线治疗装置，尤其涉及所谓光栅扫 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] -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，且使得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），广域照射方式是利用散射体将带电粒子束进行散射放大，使得经放大的 带电粒子束与照射对象的形状相一致来形成照射野，而扫描照射方式是以细束状射束进行 扫描来形成照射野，以使其与照射对象的形状相一致。
[0004] 简单而言，点扫描是如点画法那样照射粒子射线束形成较小的点状、来形成照射 野的方法。即，反复进行射束提供（打点）、射束停止、移动。点扫描是一种能按照每个点位 置来改变照射剂量的自由度较高的照射方法，近年来颇受关注。
[0005] 简单而言，光栅扫描是如单笔画那样持续照射粒子射线束、来形成照射野的方法。 即，是一边持续照射射束、一边使目标剂量在一定的区域内以恒速进行移动的方法。由于无 需频繁地反复提供/停止射束，因此，具有能缩短治疗时间的优点。
[0006] 还提出有介于点扫描、光栅扫描之间的扫描方法。如光栅扫描那样持续照射射束， 如点扫描那样使射束照射位置不断在点位置间移动。上述方法具有点扫描和光栅扫描这两 者的优点。在本说明书中，将该介于两者之间的照射方法称为混合扫描。
[0007] 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，或与患部相配合 而使准直器进行变形。
[0008] 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，因此要求超过广域照射方式 的、高射束照射位置精度。
[0009] 针对粒子射线治疗装置，为了提高照射位置或照射剂量的精度，进行了各种发明。 专利文献1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1的发明是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 照射所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。
[0010] 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治 疗装置，并公开了以下发明。专利文献2的发明是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，在照射面上分割而形成的多个区域中，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。
[0011] 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，计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计算出 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。
[0012] 现有技术文献
[0013] 专利文献
[0014] 专利文献1 :日本国专利特开2005-296162号公报
[0015] 专利文献2 :日本国专利特开2008-272139号公报
[0016] 专利文献3 :日本国专利特开2007-132902号公报
【发明内容】
[0017] 在专利文献1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生成转换表，并利用该转换表来计算出扫描电磁铁的设定电 流值。
[0018] 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1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。
[0019] 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ΟΝ/OFF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。
[0020] 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， 则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， 则不能发挥在小区域中管理剂量的效果。即，存在因扫描电磁铁的磁滞会导致射束照射位 置的精度变差的问题。
[0021] 在专利文献3所公开的发明中，在运算单元内部生成磁滞的数学模型，通过运算 对扫描电磁铁的电流值进行校正。
[0022] 然而，即使考虑了磁滞的影响，专利文献3的发明那样的考虑方式还存在多个问 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会因以下因素而成为各种形态，上述因素是：输入（电 流）的振幅；使输入（电流）变化的速度；以及使输入（电流）变化的模式。在多个领域长 时间地对利用运算方法、即利用数学模型来表示该复杂的磁滞现象进行了各种研宄，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1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。
[0023] 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、可在光栅扫描、混和扫描中实现高精度射束照射的粒子射线照射装置。
[0024] 包括：扫描电源，该扫描电源输出扫描电磁铁的励磁电流；以及照射控制装置，该 照射控制装置控制扫描电源。照射控制装置包括扫描电磁铁指令值学习生成器，该扫描电 磁铁指令值学习生成器具有生成励磁电流的指令值的数学模型，且该扫描电磁铁指令值学 习生成器对预扫描的结果进行评价，基于评价后的评价结果来更新数学模型，并积累预扫 描的经验，将基于积累的预扫描的经验而由数学模型生成的励磁电流的指令值输出到扫描 电源，所述预扫描是基于输出到扫描电源的励磁电流的指令值的一系列的照射动作。
[0025] 由于本发明的粒子射线照射装置对预扫描的结果进行评价，并积累预扫描的经 验，将基于积累的预扫描的经验而由数学模型生成的励磁电流的指令值输出到扫描电源， 因此，能消除扫描电磁铁的磁滞影响，在光栅扫描、混合扫描中实现高精度的射束照射。
【附图说明】
[0026] 图1是本发明的实施方式1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是图1的其他照射控制装置的结构图。
[0029] 图4是表示在磁场空间中定义的多个区域的图。
[0030] 图5是表不学习照射时的分数表的例子的图。
[0031] 图6是本发明的实施方式2中的照射控制装置的结构图。
[0032] 图7是本发明的实施方式2中的其他照射控制装置的结构图。
[0033] 图8是本发明的实施方式3中的生成指令电流的数学模型的例子。
[0034] 图9是本发明的实施方式3中的照射控制装置的结构图。
[0035] 附图标记
[0036] 1 带电粒子束
[0037] Ia入射带电粒子束
[0038] Ib射出带电粒子束
[0039] 3 扫描电磁铁
[0040] 3a X方向扫描电磁铁
[0041] 3b Y方向扫描电磁铁
[0042] 4 扫描电源
[0043] 7 射束位置监视器
[0044] 11剂量监视器
[0045] 15 照射对象
[0046] 20 磁场传感器
[0047] 20a X方向电磁铁用磁场传感器
[0048] 20b Y方向电磁铁用磁场传感器
[0049] 22 逆映射运算器
[0050] 33 指令评价器
[0051] 34 指令更新器
[0052] 35 扫描电磁铁指令值系列生成器
[0053] 35a扫描电磁铁指令值系列生成器
[0054] 35b扫描电磁铁指令值系列生成器
[0055] 37 扫描电磁铁指令值学习生成器
[0056] 37a扫描电磁铁指令值学习生成器
[0057] 37b扫描电磁铁指令值学习生成器
[0058] 37c扫描电磁铁指令值学习生成器
[0059] 37d扫描电磁铁指令值学习生成器
[0060] 37e扫描电