帶電粒子線照射裝置的製作方法

2023-04-28 16:09:56

專利名稱：帶電粒子線照射裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及基於掃描法的帶電粒子線照射裝置。
背景技術：
以往，作為帶電粒子線照射裝置，例如如專利文獻1所記載那樣，已 知有掃描法的裝置。這樣的帶電粒子線照射裝置具備用來掃描帶電粒子線 的掃描電磁鐵、和控制掃描電磁鐵的動作的控制機構， 一邊在設定於被照 射物上的照射區域中沿照射線掃描帶電粒子線一邊連續照射。
專利文獻1日本特開2002-22900號公報
但是，在上述那樣的帶電粒子線照射裝置中，在被照射的帶電粒子線 的線量分布(以下單稱作"線量分布")的邊緣部，有可能發生不均勻或變 低等。這裡，可以考慮通過控制帶電粒子線的強度來抑制線量分布的邊緣 部的不均勻及變低等。但是，在此情況下，在掃描法中，需要以高速控制 帶電粒子線的強度，並且其控制也變得複雜，所以並不現實。

發明內容
所以，本發明的目的是提供一種能夠簡單地抑制帶電粒子線的線量分 布的邊緣部的不均勻及變低的帶電粒子線照射裝置。
為了解決上述問題，有關本發明的帶電粒子線照射裝置， 一邊在設定 於被照射物的照射區域中沿照射線掃描帶電粒子線一邊連續照射，其特徵 在於，具備掃描電磁鐵，用來掃描帶電粒子線；和控制機構，控制掃描 電磁鐵的動作；控制機構變更沿照射線照射帶電粒子線時的掃描速度，以 修正帶電粒子線的線量分布的邊緣部。
在該帶電粒子線照射裝置中，變更沿照射線照射帶電粒子線時的掃描 速度，以修正帶電粒子線的線量分布的邊緣部。即，使帶電粒子線的照射 時間變長或變短，以修正線量分布的邊緣部。因而，能夠不控制帶電粒子線的強度而控制邊緣部的線量分布，由此，能夠簡單地抑制線量分布的邊 緣部的不均勻及變低。
此外，照射線具體而言，存在構成為以矩形波狀延伸，包括以規定間 隔排列設置的多個第1照射線、和將相鄰的第1照射線的一端彼此或另一
端彼此連接的多個第2照射線的情況。另外，這裡的"矩形波狀"，不僅指 完全的矩形波狀，還包括大致矩形波狀。
此時，優選的是，控制機構使沿多個第1照射線之中外側的第1照射 線照射帶電粒子線時的掃描速度比沿除此以外的第1照射線照射帶電粒子 線時的掃描速度慢。這裡，通常帶電粒子線的線量表現為高斯分布，所以 線量分布在外緣側容易變得下擺展開，所以有線量分布的陡峭度變低的情 況。對於這一點，在本發明中，如上所述，使沿多個第1照射線之中外側 的第1照射線照射帶電粒子線時的掃描速度比沿除此以外的第1照射線照 射帶電粒子線時的掃描速度慢。因此，沿外側的第1照射線充分地照射帶 電粒子線。由此，能夠簡單地抑制第1照射線排列方向上的邊緣部的線量 分布變低。
此外，優選的是，控制機構使對第1照射線的端部照射帶電粒子線時 的掃描速度比對第1照射線的端部以外照射帶電粒子線時的掃描速度慢、 或者在規定時間的期間為0。在此情況下，對第1照射線的端部充分地照射 帶電粒子線。由此，能夠簡單地抑制沿第1照射線的方向的邊緣部的線量 分布變低。
此外，優選的是，控制機構使沿第2照射線掃描帶電粒子線時的掃描 速度比沿第1照射線掃描帶電粒子線時的掃描速度快。如果照射線呈矩形 波狀，則在照射區域的第1照射線的端部側，混合存在第2照射線存在的 區域和不存在的區域。因此，在照射區域的第1照射線的端部側，容易發 生被照射的帶電粒子線的線量較多的區域和較少的區域的不均勻(例如參 照圖7 (a))。對於這一點，在本發明中，如上所述，使沿第2照射線的掃 描速度比沿第1照射線的掃描速度快。因此，能夠抑制沿第2照射線被照 射的帶電粒子線的線量。由此，能夠簡單地抑制在照射區域的第1照射線 的端部側發生帶電粒子線的線量較多的區域和較少的區域的不均勻(例如 參照圖7 (b))。此外，優選的是，控制機構使沿線量分布的邊緣部的照射線照射帶電 粒子線時的掃描速度比沿除此以外的照射線照射帶電粒子線時的掃描速度 慢。在此情況下，能夠簡單地抑制邊緣部的線量分布變低。
此外，優選的是，照射線構成為包括沿照射區域的外緣延伸的第3照 射線、和第3照射線的內側的第4照射線；控制機構使沿第3照射線掃描 帶電粒子線時的掃描速度比沿第4照射線掃描帶電粒子線時的掃描速度慢。 在此情況下，由於沿第3照射線充分地照射帶電粒子線，所以能夠簡單地 抑制邊緣部的線量分布變低。
此時，第4照射線存在構成為以矩形波狀延伸，包括以規定間隔排列 設置的多個第5照射線、和將相鄰的第5照射線的一端彼此或另一端彼此 連接的多個第6照射線的情況。
發明效果
根據本發明，能夠簡單地抑制帶電粒子線的線量分布的邊緣部的不均 勻及變低。


圖1是有關本發明的第1實施方式的帶電粒子線照射裝置的立體圖。
圖2是圖1的帶電粒子線照射裝置的概略結構圖。
圖3是表示圖1的帶電粒子線照射裝置的動作的流程圖。
圖4是用來說明圖1的帶電粒子線照射裝置的動作的圖。
圖5是圖4的後續的圖。
圖6是表示沿圖5 (c)的VI-VI線的剖面上的線量分布的線圖。
圖7是表示沿圖5 (c)的vn-vn線的剖面上的線量分布的線圖。
圖8是表示有關本發明的第2實施方式的帶電粒子線照射裝置的動作 的流程圖。
圖9是用來說明圖7的帶電粒子線照射裝置的動作的圖。 圖IO是表示照射線的另一例的圖。
具體實施例方式
以下，參照附圖詳細地說明本發明的優選的實施方式。另外，在以下的說明中對於相同或對應的要素賦予相同的標號而省略重複的說明。
首先，對有關本發明的第1實施方式的帶電粒子線照射裝置進行說明。
圖1是有關本發明的第1實施方式的帶電粒子線照射裝置的立體圖，圖2 是圖1的帶電粒子線照射裝置的概略結構圖。如圖1所示，帶電粒子線照 射裝置1是掃描法的裝置，安裝在以包圍治療臺11的方式所設置的旋轉機 架12上，能夠通過該旋轉機架12而繞治療臺11旋轉。
該帶電粒子線照射裝置1如圖2所示，朝向患者13的體內的腫瘤(被 照射物)14連續照射帶電粒子線R。具體而言，帶電粒子線照射裝置l將 腫瘤14沿深度方向(Z方向)分為多層， 一邊在設定於各層的照射區域F 中沿照射線L將帶電粒子線R以掃描速度V掃描一邊連續照射(所謂的線 掃描)。S卩，帶電粒子線照射裝置1為了形成與腫瘤14對準的3維的照射 區域，將腫瘤14分割為多層而對這些各層分別進行平面掃描。由此，成為 配合腫瘤14的3維形狀而照射帶電粒子線R。
帶電粒子線R是將帶有電荷的粒子加速為高速而成的，作為帶電粒子 線R，可以舉出例如質子線、重粒子(重離子)線、電子線等。照射區域F 例如為最大200mmX200mm的區域，如圖4所示，這裡的照射區域F的外 形為大致矩形狀。另外，照射區域F的形狀也可以做成各種形狀，例如當 然也可以做成沿腫瘤14的形狀的形狀。
照射線L是照射帶電粒子線R的預定線(假想線)。這裡的照射線L 以矩形波狀延伸，具體而言構成為，包括以規定間隔排列設置的多個第1 照射線L, (L Lln， n是整數)、和將相鄰的第1照射線L,的一端彼此或 另一端彼此連接的多個第2照射線L2。
回到圖2，帶電粒子線照射裝置l具備回旋加速器2、聚束用電磁鐵3a、 3b、監視器4a、 4b、掃描電磁鐵5a、 5b及探測雷達(7 7 , 乂f夕'^一夕') 8。回旋加速器2是連續地產生帶電粒子線R的產生源。由該回旋加速器2 產生的帶電粒子線R被束輸送系統7向後段的聚束用電磁鐵3a輸送。
聚束用電磁鐵3a、 3b是將帶電粒子線R集中而使其聚束的。聚束用電 磁鐵3a、 3b在帶電粒子線R的照射軸(以下單稱作"照射軸")上配置在 回旋加速器2的下遊側。
監視器4a監視帶電粒子線R的束位置，監視器4b監視帶電粒子線R的線量的絕對值和帶電粒子線R的線量分布。監視器4a例如在照射軸上配 置在聚束用電磁鐵3a、 3b之間，監視器4b例如在照射軸上配置在聚束用 電磁鐵3b的下遊側。
掃描電磁鐵5a、 5b是用來掃描帶電粒子線R的。具體而言，通過對應 於被施加的電流使磁場變化，使通過的帶電粒子線R的照射位置在照射區 域移動。掃描電磁鐵5a沿照射區域F的X方向(正交於照射軸的方向)掃 描帶電粒子線R,掃描電磁鐵5b沿照射區域F的Y方向(正交於照射軸及 X方向的方向)掃描帶電粒子線R。這些掃描電磁鐵5a、 5b在照射軸上配 置在聚束用電磁鐵3b及監視器4b之間。另外，也有掃描電磁鐵5a沿Y方 向掃描帶電粒子線R、掃描電磁鐵5b沿X方向掃描帶電粒子線R的情況。
探測雷達8是用來對沿深度方向分割為多層的腫瘤14的各層照射帶電 粒子線R的。具體而言，該探測雷達8通過使通過的帶電粒子線R的能量 損失變化、調節患者13的體內的帶電粒子線R的到達深度，使帶電粒子線 R的到達深度與分割的各層中的一個層對準。
此外，帶電粒子線照射裝置1具備控制裝置(控制機構)6。該控制裝 置6電連接在監視器4b及掃描電磁鐵5a、 5b上，基於由監視器4b監視的 帶電粒子線R的線量的絕對值和線量分布，控制掃描電磁鐵5a、 5b的動作 (詳細後述)。
接著，參照圖3所示的流程圖對說明過的帶電粒子線照射裝置1的動 作進行說明。
在帶電粒子線照射裝置l中，將腫瘤14沿深度方向分割為多層，朝向 設定在其一個層上的照射區域F照射帶電粒子線R。並且，通過對各層重 復實施該動作，沿腫瘤14的3維形狀照射帶電粒子線R。
這裡，當照射帶電粒子線R時，通過用控制裝置6控制掃描電磁鐵5a、 5b，沿照射區域F的照射線L平行地掃描帶電粒子線R，並且變更其掃描 速度，以修正線量分布的邊緣部(這裡是外緣部)。具體而言，通過控制裝 置6控制掃描電磁鐵5a、 5b，執行以下的動作。
艮卩，如圖4 (a)所示，首先，使照射點與外側的第1照射線Ln的一 端(照射線L的基端)對準而照射帶電粒子線R，並且在規定時間t,的期 間中將掃描停止(使掃描速度為0) (Sl)。規定時間ti如下式(1)所示，為與帶電粒子線R的半值寬度D和後述的掃描速度V 有關的時間。 t產aiXD/Vn(其中，0〈(M〈1) ...... (1)
接著，如圖4 (b)所示， 一邊沿第1照射線Ln以掃描速度Vn掃描帶 電粒子線R—邊進行連續照射(S2)。接著，如圖4 (c)所示，當帶電粒 子線R的照射點到達第1照射線L 的另一端時，將帶電粒子線R的掃描 停止規定時間ti的期間(S3)。
接著，如圖4 (d)所示， 一邊沿第2照射線L2以掃描速度V2掃描帶 電粒子線R—邊進行連續照射(S4)。該掃描速度V2設定得比後述的掃描 速度Vu快。接著，如圖4 (c)所示，當帶電粒子線R的照射點到達第1 照射線L12的另 一端時，將帶電粒子線R的掃描停止規定時間t2的期間(S5 )。 規定時間t2如下式(2)所示，為與帶電粒子線R的半值寬度D和後述的 掃描速度V^有關的時間。
t2=a2XD/V12(其中，0<a2<l) ...... (2)
接著，如圖5 (a)所示， 一邊沿第1照射線L12以掃描速度V^掃描帶 電粒子線R —邊進行連續照射(S6)。該掃描速度Vu設定得比掃描速度 V 快。換言之，沿第1照射線L 的掃描速度V 比沿第1照射線L12的掃 描速度V^慢。
接著，當帶電粒子線R的照射點到達第1照射線Li2的一端時，將帶 電粒子線R的掃描停止規定時間t2的期間(S7)。接著， 一邊沿第2照射線 L2以掃描速度V2掃描帶電粒子線R —邊進行連續照射(S8)。
接著，將S5 S8重複規定次數後，當帶電粒子線R的照射點到達與 第1照射線Ln相反側的第1照射線I^的一端時，將帶電粒子線R的掃描 停止規定時間tn的期間(S9)。規定時間tn如下式(3)所示，為與帶電粒 子線R的半值寬度D和後述的掃描速度V^有關的時間。 tn=anXD/Vln(其中，0<an<l) ...... (3)
接著，如圖5 (b)所示， 一邊沿第1照射線L,n以比掃描速度Vu慢的 掃描速度V,n掃描帶電粒子線R —邊進行連續照射(SIO)。最後，如圖5 (c)所示，當帶電粒子線R的照射點到達第l照射線Lh的另一端(照射
線的末端)時，將帶電粒子線R的掃描停止規定時間tn的期間(Sll)。由
此，沿照射區域F的照射線L的帶電粒子線R的照射結束。圖6 (a)是表示以往的帶電粒子線照射裝置中的線量分布的圖，圖6 (b)是表示圖1的帶電粒子線照射裝置中的線量分布的圖，圖6 (c)是圖 6 (a)、圖6 (b)的比較圖。在圖中，線量分布B0、 B1表示帶電粒子線R 的線量分布(總線量分布)，淺量分布B0l、 BlL僅表示沿各照射線L的線 量分布。
由於帶電粒子線R的線量(強度)表現為高斯分布，所以如圖6 (a) 所示，在以往的帶電粒子線照射裝置中，線量分布BO在邊緣部變低(線量 分布BO的陡峭度變低)。BP，在線量分布BO的內側，因沿相鄰的照射線L 照射的帶電粒子線R的影響(疊加)而能夠保持均勻性，但在邊緣部(輪 廓)處，平滑地傾斜且下擺展開。
相對於此，在本實施方式的帶電粒子線照射裝置1中，如上所述，控 制裝置6使沿第1照射線M之中外側的第1照射線L 、 L^照射帶電粒子 線R時的掃描速度V 、 Vln比沿其以外的第1照射線照射帶電粒子線R時 的掃描速度Vu慢。因此，沿第1照射線L 、 L^照射帶電粒子線R的時 間變長，能夠沿第1照射線Ln、 L^充分地照射帶電粒子線R。由此，如 圖6 (b)、圖6 (c)所示，在帶電粒子線照射裝置1的線量分布B1中，在 第l照射線"排列的方向(圖4的左右方向)的邊緣部，線量分布B1急 劇地上升，能夠抑制在該邊緣部變低。
此外，在帶電粒子線照射裝置1中，如上所述，控制裝置6在對第1 照射線Li的端部(一端及另一端的位置)照射帶電粒子線R時，使帶電粒 子線R的掃描停止規定時間^。因此，在第l照射線"的端部，帶電粒子 線R的照射時間變長而能夠充分地照射。由此，在線量分布B1中，在沿 第1照射線I^的方向(圖4的上下方向)的邊緣部，線量分布B1急劇地 上升，能夠抑制在該邊緣部變低。
這裡，如果照射線L以矩形波狀延伸，則如圖5 (c)所示，在照射區 域F的第1照射線的端部側，混合存在第2照射線L2存在的區域20和 不存在的區域21。因此，在以往的帶電粒子線照射裝置中，如圖7 (a)所 示，在照射區域F的第1照射線L,的端部側，容易發生被照射的帶電粒子 線R的線量較多的區域和較少的區域的不均勻(容易成為斑狀)。
對於這一點，根據帶電粒子線照射裝置l，如上所述，控制裝置6使沿第2照射線L2掃描帶電粒子線R時的掃描速度V2比沿第1照射線k掃描 帶電粒子線時的掃描速度Vn、 V12、 V,n快。因此，如圖7 (b)所示，能夠 抑制沿第2照射線L2所照射的帶電粒子線R的線量，能夠抑制在照射區域 F的第1照射線L,的端部側發生不均勻的情況。
以上，根據本實施方式1的帶電粒子線照射裝置1，控制裝置6變更沿 照射線L照射帶電粒子線時的掃描速度V，以修正帶電粒子線R的線量分 布的邊緣部。因而，能夠不控制帶電粒子線R的強度而控制線量分布Bl 的邊緣部，能夠簡單地抑制線量分布B1的邊緣部的不均勻及變低。
另外，在帶電粒子線照射裝置1中，如上所述，採用連續地產生帶電 粒子線R的回旋加速器2。這與斷續(脈衝)地產生帶電粒子線R的同步 加速器的情況相比，在沿照射線L連續照射帶電粒子線R這一點上是有效 的。
接著，對有關本發明的第2實施方式的帶電粒子線照射裝置進行說明。 另外，在本實施方式的說明中，主要對與上述第1實施方式的帶電粒子線 照射裝置1不同的點進行說明。
如圖9所示，照射線L10構成為，包括沿照射區域F的外緣延伸的第 3照射線L3、和位於該第3照射線L3的內側的第4照射線L4。此外，第4 照射線L4包括與上述照射線Lt同樣的第5照射線L5、以及與上述照射線 L2同樣的第6照射線L6。控制裝置6控制掃描電磁鐵5a、 5b，並執行以下 的動作。
艮P，首先，如圖9 (a)所示， 一邊沿第3照射線L3以掃描速度V3掃 描帶電粒子線R—邊連續照射(圖8的S21)。該掃描速度V3設定得比上 述掃描速度V4慢。
接著，如圖9 (b)所示， 一邊沿第4照射線L4以掃描速度V4掃描帶 電粒子線R—邊連續照射(圖8的S22)。具體而言，將帶電粒子線R—邊 以與上述掃描速度V12同樣的掃描速度V41沿照射線L5掃描一邊照射，一
邊以與上述掃描速度V2同樣的掃描速度V42沿照射線L6掃描一邊照射。並
且，通過將該S22重複規定次數，如圖9(c)所示，沿照射區域F的照射 線L10的帶電粒子線R的照射結束。
以上，在本實施方式的帶電粒子線照射裝置中，控制裝置6使沿第3照射線L3照射帶電粒子線R時的掃描速度V3比沿作為該第3照射線L3的 內側的照射線的第4照射線L4照射帶電粒子線R時的掃描速度V4 (V41及 V42)慢。即，控制裝置6使沿線量分布Bl的邊緣部的照射線照射帶電粒 子線R時的掃描速度比沿除此以外的照射線照射帶電粒子線R時的掃描速 度慢。因而，沿第3照射線L3的帶電粒子線R的照射時間變長，能夠沿第 3照射線L3充分地照射帶電粒子線R。結果，能夠簡單地抑制線量分布B1 的邊緣部變低。
以上對本發明的優選的實施方式進行了說明，但本發明並不限於上述 實施方式。
例如，如圖10 (a)所示，也可以一邊沿在照射區域F中以三角波狀延 伸的照射線L20掃描帶電粒子線R—邊連續照射(所謂的光柵掃描)。艮P， 本發明能夠適應於所有形狀的照射線。此外，如圖10 (b)所示，也可以避 開照射線F的一部分(這裡是中央部)而設定照射線L30、避開照射線F 的一部分而照射帶電粒子R。另外此情況下的線量分布的邊緣部為外緣部 及內緣部。
此外，在上述實施方式中，在對第l照射線"的一端及另一端的位置 照射帶電粒子線R時使其掃描停止規定時間的期間，但也可以不使掃描停 止而使掃描速度放慢。即，也可以使在第1照射線Lu的一端及另一端的掃 描速度比掃描速度Vu慢，也可以在第1照射線L^的一端及另一端比掃描 速度V,2慢，也可以在第1照射線Lh的一端及另一端比掃描速度Vh慢。
此外，配置監視器4a、 4b的位置並不限於上述實施方式的位置，當然 也可以配置在適當的位置。
權利要求
1、一種帶電粒子線照射裝置，一邊在設定於被照射物的照射區域中沿照射線掃描帶電粒子線一邊連續照射，其特徵在於，具備掃描電磁鐵，用來掃描上述帶電粒子線；和控制機構，控制上述掃描電磁鐵的動作；上述控制機構變更沿上述照射線照射上述帶電粒子線時的掃描速度，以修正上述帶電粒子線的線量分布的邊緣部。
2、 如權利要求l所述的帶電粒子線照射裝置，其特徵在於， 上述照射線構成為，以矩形波狀延伸，包括以規定間隔排列設置的多個第1照射線、和將相鄰的上述第1照射線的一端彼此或另一端彼此連接 的多個第2照射線。
3、 如權利要求2所述的帶電粒子線照射裝置，其特徵在於， 上述控制機構使沿多個上述第1照射線之中外側的第1照射線照射上述帶電粒子線時的掃描速度，小於沿除此以外的第1照射線照射上述帶電 粒子線時的掃描速度。
4、 如權利要求2或3所述的帶電粒子線照射裝置，其特徵在於， 上述控制機構使對上述第1照射線的端部照射上述帶電粒子線時的掃描速度，小於對上述第1照射線的上述端部以外照射上述帶電粒子線時的 掃描速度、或者在規定時間的期間為0。
5、 如權利要求2 4中任一項所述的帶電粒子線照射裝置，其特徵在於，上述控制機構使沿上述第2照射線掃描上述帶電粒子線時的掃描速度， 大於沿上述第1照射線掃描上述帶電粒子線時的掃描速度。
6、 如權利要求l所述的帶電粒子線照射裝置，其特徵在於， 上述控制機構使沿上述線量分布的邊緣部的照射線照射上述帶電粒子線時的掃描速度，小於沿除此以外的照射線照射上述帶電粒子線時的掃描速度。
7、 如權利要求6所述的帶電粒子線照射裝置，其特徵在於， 上述照射線構成為，包括沿上述照射區域的外緣延伸的第3照射線、和上述第3照射線的內側的第4照射線；上述控制機構使沿上述第3照射線掃描上述帶電粒子線時的掃描速度， 小於沿上述第4照射線掃描上述帶電粒子線時的掃描速度。
8、 如權利要求7所述的帶電粒子線照射裝置，其特徵在於，上述第4照射線構成為，以矩形波狀延伸，包括以規定間隔排列設置 的多個第5照射線、和將相鄰的上述第5照射線的一端彼此或另一端彼此 連接的多個第6照射線。
全文摘要
本發明提供一種能夠簡單地抑制帶電粒子線的線量分布的邊緣部的不均勻及變低的帶電粒子線照射裝置。帶電粒子線照射裝置(1)具備用來掃描帶電粒子線(R)的掃描電磁鐵(5a、5b)、和控制掃描電磁鐵(5a、5b)的控制裝置(6)。在帶電粒子線照射裝置(1)中，控制機構(6)變更沿照射線照射帶電粒子線(R)時的掃描速度，以修正帶電粒子線(R)的線量分布的邊緣部。由此，能夠不控制帶電粒子線(R)的強度而控制線量分布的邊緣部，能夠簡單地抑制線量分布的邊緣部的不均勻及變低。
文檔編號A61N5/10GK101543663SQ20091012889
公開日2009年9月30日 申請日期2009年3月23日 優先權日2008年3月28日
發明者淺羽徹, 立川敏樹, 越智俊昭 申請人:住友重機械工業株式會社