粒子射线照射装置及粒子射线治疗装置的制造方法_3

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▼表示)表示是By的推定值。磁场B (Bx,By)的推定值(▲ Bx ▼,▲ By ▼)。
[0105] 对于多项式的未知参数常数,基于试照射的测定磁场B1= (Bx p By1)及照射位置 坐标P1= (X1 ,Y1),利用最小二乘法等求出。
[0106] 对于实现目标照射位置坐标Ptjbj= (Px _.,Pytjbj)的磁场B = (Bx,By)的推定值 Best,利用代入了所求出的未知参数常数的数学式(1)、数学式(2)求出。
[0107] 在现有技术中是如下方式:将校准的对扫描电磁铁3的控制输入(指令电流I1 = (IXl,Iy1))与射束的照射位置坐标匕=(X1, Y1)的关系生成作为转换表,在扫描电磁铁指 令值生成器6中预先存储该转换表。
[0108] 即,分别独立地根据射束的目标照射位置Ptjbj的X坐标(Pxtjbj)求出对X方向扫描 电磁铁3a的控制输入(指令电流IXl)、以及根据射束的目标照射位置Pd^Ay坐标(Py tjbj) 求出对Y方向扫描电磁铁3b的控制输入(指令电流Iy1)。
[0109] 但是,实际上,由于对X方向扫描电磁铁3a的控制输入(指令电流Ix1)对射束的 照射位置P的X坐标和y坐标都产生影响,而且对Y方向扫描电磁铁3b的控制输入(指令 电流Iy 1)也对射束照射位置P的X坐标和y坐标都产生影响,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。
[0110] 对于实施方式1的粒子射线照射装置54,由于在求出实现目标照射位置坐标Ptjbj =(Pxtjbj, Pytjbj)的磁场B = (Bx,By)的推定值Best时,在逆映射运算器22中实现考虑了 上述干涉项的数学模型,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。
[0111] 接着,对实施方式1的粒子射线治疗装置的正式照射进行说明。正式照射可分为 对射束照射位置及剂量的控制进行优化的学习照射、和将射束照射到患者的照射对象15 的治疗照射。学习照射按照以下顺序进行。
[0112] 对某一照射对象15,将医生最后在由治疗计划装置55所生成的治疗计划中选 择的治疗计划转换为用于驱动粒子射线治疗装置的代码,并发送至照射控制装置5 (步骤 S101)。此处,将学习照射及治疗照射假定为光栅扫描,并对以下情况进行说明:即,用于驱 动的代码为时间序列数据,该时间序列数据是以每个采样周期的照射位置P k(Xk,Yk)(下标 k表示序列编号)来表示每个照射层(层)Zi (下标i是层编号)的照射轨迹。
[0113] 利用后述方法生成用于学习照射的指令电流Ik= (Ixk,Iyk)(下标k是序列编号) (步骤S102)。对于学习照射,是在无患者的状态下,根据用于学习照射的指令电流I k= (Ixk,Iyk)来进行预扫描。
[0114] 对于用于学习照射的指令电流Ik= (Ixk,Iyk),作为其候补,或作为学习的初始 值,极端而言,任何值都可以。此处,将现有技术的方法求出的值作为初始值。对于用于学 习照射的指令电流,用 aIk= (aIxk,aIyk)(式中,a表示学习次数,在初始值的情况下a = 0) 表示,清楚地表明因学习而更新指令电流。
[0115] 另外,扫描电磁铁指令值系列生成器35将指令电流aIk= (aIxkZIyk)存储到指令 值存储装置36中。对于指令电流 aIk= (aIxkZIyk),其下标k表示序列编号,是每个采样周 期的控制输入。在无患者的状态下,根据初始值的指令电流°I k= (°Ixk,°Iyk)进行预扫描 (步骤 S103)。
[0116] 根据粒子射线治疗装置的操作者的、学习照射开始指示,将由信号生成器29生成 的正式照射开始信号St发送到射束提供指令输出器26及扫描电磁铁指令值系列生成器 35。扫描电磁铁指令值系列生成器35在每个采样周期将第0次学习的指令电流°I k= (°Ixk, ?Iyk)按照序列编号依次输出。
[0117] 射束提供指令输出器26接收正式照射开始信号St,向射束产生装置51输出产生 射束的射束提供指令Sstart。射束产生装置51开始照射带电粒子束。
[0118] 利用射束位置监视器7对射出带电粒子束Ib的通过位置进行检测,将由位置数据 转换器8计算出的测定位置坐标匕即 aPk输入到指令评价器33。指令评价器33比较目标 照射位置即照射位置Pk(X k,Yk)和测定位置坐标匕即aPkCXk, aYk),对初始值的指令电流°Ik =(°Ixk,°Iyk)进行预扫描的评分(步骤S104)。下文将叙述预扫描的评分方法。
[0119] 信号生成器29在正式照射结束的时间发送正式照射结束信号Se。所谓正式照射 结束的时间,是从正式照射开始的时间起经过了采样周期Xk(总序列数)后的时间。射束 提供指令输出器26接收正式照射结束信号Se,向射束产生装置51输出停止射束的射束停 止指令Sstop。射束产生装置51接收射束停止指令S sttjp,使入射带电粒子束Ia停止(步骤 5105) 〇
[0120] 指令更新器34基于由指令评价器33输出的评价结果即评分结果,来将第a = 0 次学习的指令电流aIk= (aIxk,aIyk)的部分序列决定为改变的对象,来改变该序列(步骤 5106) 。例如,将第a = 0次学习的指令电流tlIk= (°Ixk,°Iyk)的第3序列%= (°Ix3,°Iy3) 从°&3稍作改变,变为。Ix 3+ Δ I。
[0121] 接着,在无患者的状态下,使用稍微改变了部分序列的指令电流,来再次进行预扫 描(步骤S107)。即,作为第2预扫描,执行步骤S103至步骤S105。
[0122] 通过稍许改变部分序列,从而将评分结果从J点改变为J+ Λ J点。由此,可知只要 使用AJ/ΛΙ的信息来更新指令电流的第3预扫描tlIx3即可。与一般的学习功能相同,若 Δ I为正的情况下的评分结果较差,则只要将Λ I设为负值等来进行更新即可。可对评分结 果受到影响的所有序列执行该操作。通过该更新,则对学习计数一次(将a递增为(a+1))。
[0123] 指令更新器34生成更新后的第a = 1次学习的指令电流aIk= (aIxkZIyk)(步骤 S108)。对第2次的预扫描比前一次的预扫描的评分结果要好进行确认,并继续学习。反 复学习,直至满足事先设定的条件(合格点等)为止。最后,将学习结束的指令电流 aIk = (aIxk,aIyk)存放在指令值存储装置36中。另外,对于学习结果,在比前一次的预扫描的评 分结果还要差的情况下,设法放慢更新的速度(一次的更新量)、或设法如上述说明的那样 更新指令电流等。
[0124] 治疗照射按照以下顺序进行。根据粒子射线治疗装置的操作者的治疗照射开始指 令,将正式照射开始信号St发送到射束提供指令输出器26及扫描电磁铁指令值系列生成 器35。扫描电磁铁指令值系列生成器35在每个采样周期按照序列编号来依次输出学习结 束的指令电流 aIk= (aIxk,aIyk)。
[0125] 射束提供指令输出器26接收正式照射开始信号St,向射束产生装置51输出产生 射束的射束提供指令S start。射束产生装置51开始照射带电粒子束(步骤S109)。
[0126] 信号生成器29在正式照射结束的时间发送正式照射结束信号Se。所谓正式照射 结束的时间,是从正式照射开始的时间起经过了采样周期Xk(总序列数)后的时间。射束 提供指令输出器26接收正式照射结束信号Se,向射束产生装置51输出停止射束的射束停 止指令S stop。射束产生装置51接收射束停止指令Ssttjp,使入射带电粒子束Ia停止(步骤 S110)〇
[0127] 接着,对预扫描的评分方法进行说明。最直接的评分方法(第1评分方法)是比 较时间序列数据和实际进行预扫描时的每一采样周期的照射位置 aPkCXk,aYk) (a为学习次 数),并考虑以下评价函数,上述时间序列数据是以每一采样周期的照射位置Pk (Xk,Yk)(下 标k是序列编号)来表示用于光栅扫描的进行驱动用的代码、即、每一照射层(层)Z i的照 射轨迹的数据。在该评价函数的值到达规定值的情况下(满足规定的条件的情况),学习结 束。
[0128] [数学式3]
[0129] */ = V((^-A\):+(aK-Ft)2) t
[0130] 另外,预扫描的评分也可以重视照射剂量,用以下方法(第2评分方法)进行。对 于预扫描的评分,如图4所示对磁场空间内定义的多个小区域的每个小区域来比较目标剂 量D i和测定剂量D s,根据图5所示的分数表T来进行评分。对于预扫描的评价,例如将在 磁场空间内定义的多个小区域的每个小区域的分数相加来作为评价函数加以定义,并根据 该评价函数的分数来进行评价。将评价函数的分数较高的预扫描判定为优于分数较低的预 扫描。图4是表示由磁场空间(Bx,By)定义的磁场小区域Sy的图,图5是表示学习照射 时的分数表T的例子的图。此外,对应于小区域的目标剂量D i是由治疗计划装置进行计算 而得的。测定剂量比是基于射束位置监视器7的测定结果和射出带电粒子束Ib经过上述 小区域的时间等而求出的。
[0131] 此外,在预扫描的第2评分方法中,如图3所示,输入指令评价器33的信号不同。 因而,步骤S104也不同。图3是采用预扫描的第2评分方法的照射控制装置的结构图。向 照射控制装置5b的扫描电磁铁指令值学习生成器37b的指令评价器33b输入目标剂量Di 及测定剂量Ds (aDk)。在步骤S104中,由剂量监视器11检测出剂量,将由剂量数据转换器12 转换而得的测定剂量DjJ入指令评价器33b。指令评价器33b比较目标剂量Di和测定剂 量Ds,对初始值的指令电流°I k= (°IXk,°Iyk)进行预扫描的评分。
[0132] 在图4中,表的左列的(Btl, B1)简要表示磁场B的X分量Bx满足BciS Bx〈B i的关 系,同样,(Bnri,Bm)简要表示Bx满足K Bx〈Bm的关系。表的上部的(BcrB1)简要表示磁 场B的Y分量By满足BtlS By〈B i的关系,同样,(B Bm)简要表示By满足Bnrl彡By〈B m的关 系。区域SQ,Q是满足B。彡Bx〈B JP B。彡By〈B i的关系的区域,区域S 是满足B Bx〈B m 和BnriS ByUn^关系的区域。
[0133] 对于预扫描的评分,在对应于粒子射线照射装置54的可照射范围的磁场空间的 整个区域进行。由此,由于对于患者的照射对象15,以目标剂量Di进行管理,对于非照射对 象15的相当于正常组织的部位,将剂量管理为零,因此,能高精度地对照射对象15及非照 射对象的带电粒子束进行剂量管理。
[0134] 若决定了扫描电磁铁3的磁场,则带电粒子束的照射位置是唯一决定的。换言之, 扫描电磁铁3的磁场与带电粒子束的照射位置是
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