粒子射線照射裝置及粒子射線治療裝置的制造方法
【專利說明】
[0001] 本申請是發(fā)明名稱為"粒子射線照射裝置及粒子射線治療裝置"、國際申請日為 2010年3月31日、申請?zhí)枮?01080060087. 1(國際申請?zhí)枮镻CT/JP2010/055863)的發(fā)明 專利申請的分案申請。
技術領域
[0002] 本發(fā)明涉及用于醫(yī)療用途或研宄用途的粒子射線治療裝置，尤其涉及所謂光柵掃 描的掃描型的粒子射線照射裝置及粒子射線治療裝置。
【背景技術】
[0003] -般而言，粒子射線治療裝置包括：射束產生裝置，該射束產生裝置產生帶電粒子 束；加速器，該加速器與射束產生裝置相連接，且使得所產生的帶電粒子束進行加速；射束 輸送系統(tǒng)，該射束輸送系統(tǒng)輸送加速到在加速器中所設定的能量為止之后射出的帶電粒子 束；以及粒子射線照射裝置，該粒子射線照射裝置設置在射束輸送系統(tǒng)的下游，且用于將帶 電粒子束射向照射對象。粒子射線照射裝置大致分為廣域照射方式和掃描照射方式（點掃 描、光柵掃描等），廣域照射方式是利用散射體將帶電粒子束進行散射放大，使得經放大的 帶電粒子束與照射對象的形狀相一致來形成照射野，而掃描照射方式是以細束狀射束進行 掃描來形成照射野，以使其與照射對象的形狀相一致。
[0004] 簡單而言，點掃描是如點畫法那樣照射粒子射線束形成較小的點狀、來形成照射 野的方法。即，反復進行射束提供（打點）、射束停止、移動。點掃描是一種能按照每個點位 置來改變照射劑量的自由度較高的照射方法，近年來頗受關注。
[0005] 簡單而言，光柵掃描是如單筆畫那樣持續(xù)照射粒子射線束、來形成照射野的方法。 即，是一邊持續(xù)照射射束、一邊使目標劑量在一定的區(qū)域內以恒速進行移動的方法。由于無 需頻繁地反復提供/停止射束，因此，具有能縮短治療時間的優(yōu)點。
[0006] 還提出有介于點掃描、光柵掃描之間的掃描方法。如光柵掃描那樣持續(xù)照射射束， 如點掃描那樣使射束照射位置不斷在點位置間移動。上述方法具有點掃描和光柵掃描這兩 者的優(yōu)點。在本說明書中，將該介于兩者之間的照射方法稱為混合掃描。
[0007] 廣域照射方式利用準直器和團塊（borus)形成與患部形狀相一致的照射野。廣域 照射方式形成與患部形狀相一致的照射野，防止向正常組織進行不需要的照射，因此成為 了最廣泛采用的、優(yōu)異的照射方式。然而，需要針對每一位患者制作團塊，或與患部相配合 而使準直器進行變形。
[0008] 另一方面，掃描照射方式是不需要準直器和團塊的、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組織進行照射的這些部件，因此要求超過廣域照射方式 的、高射束照射位置精度。
[0009] 針對粒子射線治療裝置，為了提高照射位置或照射劑量的精度，進行了各種發(fā)明。 專利文獻1的目的在于提供能準確地照射患部的粒子射線治療裝置，并公開了以下發(fā)明。 專利文獻1的發(fā)明是將掃描裝置所進行的帶電粒子束的掃描量和此時利用射束位置檢測 器檢測出的帶電粒子束的射束位置存儲到存儲裝置中，使用該存儲的掃描量和射束位置， 根據(jù)基于治療計劃信息的射束位置，利用控制裝置來設定掃描裝置的掃描量。由于將實際 照射所獲得的掃描量與射束位置之間的關系存儲在存儲裝置中，因此可期待準確地對患部 進行照射。
[0010] 專利文獻2的目的在于提供確保高安全性、能以高精度照射帶電粒子束的粒子治 療裝置，并公開了以下發(fā)明。專利文獻2的發(fā)明是將從帶電粒子束產生裝置射出的帶電粒 子束提供給在與射束前進方向相垂直的照射面上進行掃描的掃描電磁鐵，基于通過該掃描 電磁鐵的帶電粒子束的在照射面上的位置和劑量，來控制來自帶電粒子束產生裝置的帶電 粒子束的射出量。具體而言，在照射面上分割而形成的多個區(qū)域中，停止對達到目標劑量的 區(qū)域供給帶電粒子束，對未達到目標劑量的其它區(qū)域供給帶電粒子束。這樣，對各區(qū)域中的 照射劑量和目標劑量進行比較，對帶電粒子束的射出量進行ΟΝ/OFF (開通/關閉）控制（供 給/停止），從而可期待高安全性。
[0011] 在專利文獻3中，針對在掃描電磁鐵的電流與磁場之間存在的磁滯特性使射束照 射位置的精度降低這一問題，公開了以下的發(fā)明。專利文獻3的發(fā)明包括：第一運算單元， 該第一運算單元對應于基于照射計劃的射束照射位置，計算出未考慮磁滯影響的掃描電磁 鐵的電流值；以及第二運算單元，該第二運算單元考慮磁滯影響對第一運算單元所計算出 的掃描電磁鐵的電流值進行校正運算，照射控制裝置基于第二運算單元的運算結果來控制 掃描電磁鐵的電流。這樣，通過在第二運算單元中實施校正運算以消除磁滯影響，即通過 使第二運算單元具備表示磁滯特性的數(shù)學模型，可期待通過運算來提高射束照射位置的精 度。
[0012] 現(xiàn)有技術文獻
[0013] 專利文獻
[0014] 專利文獻1 :日本國專利特開2005-296162號公報
[0015] 專利文獻2 :日本國專利特開2008-272139號公報
[0016] 專利文獻3 :日本國專利特開2007-132902號公報

【發(fā)明內容】

[0017] 在專利文獻1所公開的發(fā)明中，基于通過進行實際照射所獲得的帶電粒子束的掃 描量和射束位置的實際數(shù)據(jù)來生成轉換表，并利用該轉換表來計算出掃描電磁鐵的設定電 流值。
[0018] 然而，實際情況如專利文獻3所示，在掃描電磁鐵的電流與磁場之間存在磁滯特 性，在電流值增大時以及電流值減小時，會形成不同的磁場。換言之，即使知道某一瞬間的 掃描電磁鐵的電流值，僅靠該信息，并不能確定磁場的準確值。因而，專利文獻1所公開的 發(fā)明中存在如下問題：因電磁鐵的磁滯影響而不能準確地對患部進行照射。
[0019] 在專利文獻2所公開的發(fā)明中，對帶電粒子束的射出量進行ΟΝ/OFF控制（供給/ 停止），以使所定義的各區(qū)域中的照射劑量達到目標劑量。
[0020] 然而，專利文獻2所公開的發(fā)明所記載的在照射面上分割所形成的多個區(qū)域是根 據(jù)對應的掃描電磁鐵的勵磁電流的范圍來定義的勵磁電流空間內的區(qū)域（勵磁區(qū)域），而 與實際的照射空間內的區(qū)域（照射區(qū)域）不一致。這是由于如果不考慮掃描電磁鐵的磁滯， 則該勵磁區(qū)域和照射區(qū)域不會準確地一一對應。因而，即使在想要這樣以勵磁區(qū)域為單位 對照射劑量進行管理來提高安全性的裝置或方法中，如果不消除掃描電磁鐵的磁滯影響， 則不能發(fā)揮在小區(qū)域中管理劑量的效果。即，存在因掃描電磁鐵的磁滯會導致射束照射位 置的精度變差的問題。
[0021] 在專利文獻3所公開的發(fā)明中，在運算單元內部生成磁滯的數(shù)學模型，通過運算 對掃描電磁鐵的電流值進行校正。
[0022] 然而，即使考慮了磁滯的影響，專利文獻3的發(fā)明那樣的考慮方式還存在多個問 題。第一個問題是：利用運算的方法高精度地對磁滯特性進行校正實際上相當困難。例如， 表示電流與磁場的磁滯特性的曲線會因以下因素而成為各種形態(tài)，上述因素是：輸入（電 流）的振幅；使輸入（電流）變化的速度；以及使輸入（電流）變化的模式。在多個領域長 時間地對利用運算方法、即利用數(shù)學模型來表示該復雜的磁滯現(xiàn)象進行了各種研宄，但現(xiàn) 實情況是依然相當?shù)乩щy。此外，第二個問題在于射束照射位置的檢測方法。在以往的多 種技術中，如該專利文獻3所公開的發(fā)明那樣，想要僅利用1臺或多臺射束位置監(jiān)視器，來 檢測出射束照射位置。而只有向射束位置監(jiān)視器照射帶電粒子束，射束位置監(jiān)視器才能獲 知射束照射位置。因而，存在如下問題：當射束偏離目標而照射正常組織等時，只能單單停 止射束，而不能將射束照射位置控制到本來想要照射的正確的照射位置。
[0023] 本發(fā)明是為了解決上述問題而完成的，其目的在于，獲得可消除掃描電磁鐵的磁 滯影響、可在光柵掃描、混和掃描中實現(xiàn)高精度射束照射的粒子射線照射裝置。
[0024] 包括：掃描電源，該掃描電源輸出掃描電磁鐵的勵磁電流；以及照射控制裝置，該 照射控制裝置控制掃描電源。照射控制裝置包括掃描電磁鐵指令值學習生成器，該掃描電 磁鐵指令值學習生成器具有生成勵磁電流的指令值的數(shù)學模型，且該掃描電磁鐵指令值學 習生成器對預掃描的結果進行評價，基于評價后的評價結果來更新數(shù)學模型，并積累預掃 描的經驗，將基于積累的預掃描的經驗而由數(shù)學模型生成的勵磁電流的指令值輸出到掃描 電源，所述預掃描是基于輸出到掃描電源的勵磁電流的指令值的一系列的照射動作。
[0025] 由于本發(fā)明的粒子射線照射裝置對預掃描的結果進行評價，并積累預掃描的經 驗，將基于積累的預掃描的經驗而由數(shù)學模型生成的勵磁電流的指令值輸出到掃描電源， 因此，能消除掃描電磁鐵的磁滯影響，在光柵掃描、混合掃描中實現(xiàn)高精度的射束照射。
【附圖說明】
[0026] 圖1是本發(fā)明的實施方式1中的粒子射線治療裝置的簡要結構圖。
[0027] 圖2是圖1的照射控制裝置的結構圖。
[0028] 圖3是圖1的其他照射控制裝置的結構圖。
[0029] 圖4是表示在磁場空間中定義的多個區(qū)域的圖。
[0030] 圖5是表不學習照射時的分數(shù)表的例子的圖。
[0031] 圖6是本發(fā)明的實施方式2中的照射控制裝置的結構圖。
[0032] 圖7是本發(fā)明的實施方式2中的其他照射控制裝置的結構圖。
[0033] 圖8是本發(fā)明的實施方式3中的生成指令電流的數(shù)學模型的例子。
[0034] 圖9是本發(fā)明的實施方式3中的照射控制裝置的結構圖。
[0035] 附圖標記
[0036] 1 帶電粒子束
[0037] Ia入射帶電粒子束
[0038] Ib射出帶電粒子束
[0039] 3 掃描電磁鐵
[0040] 3a X方向掃描電磁鐵
[0041] 3b Y方向掃描電磁鐵
[0042] 4 掃描電源
[0043] 7 射束位置監(jiān)視器
[0044] 11劑量監(jiān)視器
[0045] 15 照射對象
[0046] 20 磁場傳感器
[0047] 20a X方向電磁鐵用磁場傳感器
[0048] 20b Y方向電磁鐵用磁場傳感器
[0049] 22 逆映射運算器
[0050] 33 指令評價器
[0051] 34 指令更新器
[0052] 35 掃描電磁鐵指令值系列生成器
[0053] 35a掃描電磁鐵指令值系列生成器
[0054] 35b掃描電磁鐵指令值系列生成器
[0055] 37 掃描電磁鐵指令值學習生成器
[0056] 37a掃描電磁鐵指令值學習生成器
[0057] 37b掃描電磁鐵指令值學習生成器
[0058] 37c掃描電磁鐵指令值學習生成器
[0059] 37d掃描電磁鐵指令值學習生成器
[0060] 37e掃描電