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TW201332607A - 粒子線照射裝置及粒子線治療裝置 - Google Patents

粒子線照射裝置及粒子線治療裝置 Download PDF

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TW201332607A
TW201332607A TW102110626A TW102110626A TW201332607A TW 201332607 A TW201332607 A TW 201332607A TW 102110626 A TW102110626 A TW 102110626A TW 102110626 A TW102110626 A TW 102110626A TW 201332607 A TW201332607 A TW 201332607A
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Abstract

本發明的目的係獲得一種粒子線照射裝置，排除掃掠電磁鐵的磁滯的影響，並實現高精度的射束照射。其具備：磁場感測器20，係測定掃掠電磁鐵3的磁場；以及照射控制裝置5，係控制通過掃掠電磁鐵3之荷電粒子射束1b的出射量。照射控制裝置5係將通過藉由磁場感測器20所測定的X方向及Y方向的磁場所定義的複數個區域Si,j之荷電粒子射束1b之劑量的累計值依前述各區域Si,j求出，並依據前述各區域Si,j的累計值，控制前述荷電粒子射束的出射量。

Description

粒子線照射裝置及粒子線治療裝置
本發明係有關於一種使用於醫療用或研究用的粒子線治療裝置，尤指關於點掃瞄(spot scanning)或點線掃瞄(raster scanning)之掃瞄型的粒子線照射裝置及粒子線治療裝置。
一般而言粒子線治療裝置係具備：產生荷電粒子射束的射束產生裝置；與射束產生裝置相連接，用以加速所產生的荷電粒子射束的加速器；對在加速器被加速至所設定的能量為止後射出的荷電粒子射束進行輸送的射束輸送系統；以及設於射束輸送系統的下游，用以將荷電粒子射束照射至照射對象的粒子線照射裝置。於粒子線照射裝置係大致有下列照射方式：將荷電粒子射束藉由散射體散射擴展，並將經擴展的荷電粒子射束配合照射對象的形狀形成照射場的加寬(broad)照射方式，以及以配合照射對象的形狀的方式，掃掠細窄射束狀的射束並形成照射場的掃瞄照射方式(點掃瞄或點線掃瞄)等。
加寬照射方式係使用射線調準器(collimator)或顯影劑 (bolus)形成合致於患部形狀的照射場。形成合致於患部形狀的照射場，並防止朝正常組織的不需要的照射，而為最廣泛的被使用、優秀的照射方式。然而，有依各患者製作顯影劑，或者配合患部變形射線調準器的必要。
另一方面，掃瞄照射方式係不需要射線調準器或顯影劑的高自由度的照射方式。然而，由於未使用防止朝患部以外之正常組織的照射的上述構件，故要求在加寬照射方式之上的高度的射束照射位置精度。
於粒子線治療裝置中，係有用以提升照射位置及照射劑量的精度的各種各樣的發明。於專利文獻1，目的在提供一種可正確地照射患部的粒子線治療裝置，而揭露了下文所述的發明。專利文獻1的發明，係將由掃掠裝置所產生的荷電粒子射束的掃掠量、以及於此時藉由射束位置檢測器檢測出的荷電粒子射束的射束位置予以儲存於儲存裝置，並使用此經儲存的掃掠量及射束位置，藉由控制裝置依據根據治療計畫資訊的射束位置而設定掃掠裝置的掃掠量。由於實際地照射所得的掃掠量與射束位置的關係儲存於儲存裝置，故能期待正確地照射患部的粒子線照射裝置。
於專利文獻2，目的在提供一種確保高度安全性，並可高精度照射荷電粒子射束的粒子線治療裝置，而揭露了下文所述的發明。專利文獻2的發明係將從荷電粒子射束產生裝置所出射的荷電粒子射束，供給至掃掠於與射束行進方向垂直的照射面上的掃掠電磁鐵，並依據通過此掃掠電磁鐵的荷電粒子射束照射面上的位置及劑量，控制從荷 電粒子射束產生裝置出射的荷電粒子射束的出射量。具體而言，在照射面上分割而形成的複數個區域之中，停止對到達目標劑量的區域的荷電粒子射束的供給，並於未到達目標劑量的其他的區域供給荷電粒子射束。如此，藉由將各區域的照射劑量與目標劑量比較，並ON/OFF控制(供給/停止)荷電粒子射束的出射量，為期待高安全性的粒子線治療裝置。
於專利文獻3係針對存在於掃掠電磁鐵的電流及磁場之間的磁滯(hysteresis)特性降低射束照射位置的精度的課題，揭露了下文所述的發明。專利文獻3的發明係具有：對應於依據照射計畫的射束照射位置，運算不考慮磁滯的影響的掃掠電磁鐵的電流值的第一運算手段；以及將在第一運算手段所運算出的掃掠電磁鐵的電流值，考慮磁滯的影響並修正運算的第二運算手段；照射控制裝置係依據第二運算手段的運算結果控制掃掠電磁鐵的電流。如此藉由於第二運算手段以排除磁滯的影響的方式實施修正運算，也就是，利用於第二運算手段具有的顯示磁滯特性的數學模型(model)，而期待藉由運算提升射束照射位置的精度的裝置。
(先前技術文獻)
(專利文獻)
專利文獻1：日本特開2005-296162號公報
專利文獻2：日本特開2008-272139號公報
專利文獻3：日本特開2007-132902號公報
於專利文獻1所揭露的發明中，係依據實際地照射所得的荷電粒子射束的掃掠量與射束位置的實際資料製作變換表，並使用此變換表運算掃掠電磁鐵的設定電流值。
然而，實際上如專利文獻3所示，於掃掠電磁鐵的電流及磁場之間係存在磁滯特性，而在電流值增加時、及電流值減少時係為相異的磁場。也就是，即使知道了某個瞬間的掃掠電磁鐵的電流值，僅由此資訊無法確定磁場的正確的值。從而，於專利文獻1所揭露的發明，係有因為電磁鐵的磁滯的影響而無法正確地照射於患部的問題。
於專利文獻2所揭露的發明中，以所定義的各區域的照射劑量到達目標劑量的方式，ON/OFF控制(供給/停止)荷電粒子射束的出射量。
然而，揭露於專利文獻2的發明所記載的於照射面上分割而形成的複數個區域，係依據對應的掃掠電磁鐵的勵磁電流的範圍所定義的勵磁電流空間內的區域(勵磁區域)，未與實際的照射空間內的區域(照射區域)一致。若不考慮掃掠電磁鐵的磁滯，此勵磁區域與照射區域則無法正確地一對一地對應。從而，如此即使於欲藉由勵磁區域單位管理照射劑量而提高安全性的裝置或方法中，若不排除掃掠電磁鐵的磁滯的影響，則有不能發揮提升射束照射位置的精度的問題。
於專利文獻3所揭露的發明中，係於運算手段的內部 製作磁滯的數學模型，並藉由運算修正掃掠電磁鐵的電流值。
然而，即使考慮了磁滯，仍有幾個問題。第一個問題係將磁滯特性利用運算的手法做高精度修正，在實際上為相當困難的事情。例如，顯示電流與磁場的磁滯特性的曲線係不僅因為輸入(電流)的振幅，也會因為改變輸入(電流)的速度或變化輸入的模式(pattern)而成為各種各樣的樣態。運算這種複雜的磁滯現象的手法，也就是藉數學模型顯示的手法，雖在很多的領域受到長年的各種的研究設想，終究在現實面上是有困難的。此外，第二問題係射束照射位置的檢測方法。習知的很多方法係如同本專利文獻3所揭示的發明，僅藉由一台或複數台的射束位置監視器(monitor)欲檢測射束照射位置。射束位置監視器係於照射有荷電粒子射束，始知悉射束照射位置者。從而，有在射束從目標(target)偏離照射到正常組織等時，只能停止射束，而不能將射束照射位置控制往本來應照射的正確照射位置的問題。
本發明係為了解決如上所述的課題所研創者，目的係排除掃掠電磁鐵的磁滯的影響，並獲得實現高精度的射束照射的粒子線照射裝置。
具備：磁場感測器，係測定掃掠電磁鐵的磁場；以及照射控制裝置，係控制通過掃掠電磁鐵之前述荷電粒子射束的出射量。照射控制裝置係將通過藉由磁場感測器所測 定的X方向及Y方向的磁場所定義的複數個區域之前述荷電粒子射束之劑量的累計值依前述各區域求出，並依據前述各區域的累計值，控制荷電粒子射束的出射量。
本發明的粒子線照射裝置係依據藉由磁場感測器測定的磁場所定義的複數個區域，亦即依據不受掃掠電磁鐵的磁滯影響之空間的複數個各區域之累計值，控制前述荷電粒子射束的出射量，故可排除掃掠電磁鐵的磁滯的影響，並實現高精度的射束照射。
1a‧‧‧入射荷電粒子射束
1b‧‧‧出射荷電粒子射束
2‧‧‧射束輸送導管
3‧‧‧掃掠電磁鐵
3a‧‧‧X方向掃掠電磁鐵
3b‧‧‧Y方向掃掠電磁鐵
4‧‧‧掃掠電源
5‧‧‧照射控制裝置
6‧‧‧掃掠電磁鐵指令值產生器
7‧‧‧射束位置監視器
8‧‧‧位置資料變換器
10‧‧‧劑量管理器
11‧‧‧劑量監視器
12‧‧‧劑量資料變換器
15‧‧‧照射對象
16‧‧‧繞線
17‧‧‧鐵心
20‧‧‧磁場感測器
20a‧‧‧X方向電磁鐵用磁場感測器
20b‧‧‧Y方向電磁鐵用磁場感測器
21‧‧‧磁場資料變換器
22‧‧‧逆映射運算器
23‧‧‧掃掠電磁鐵指令值補償器
24‧‧‧誤差運算器
25‧‧‧指令值輸出器
26‧‧‧射束供給開始指令輸出器
30‧‧‧逆映射生成器
51‧‧‧射束產生裝置
52‧‧‧加速器
53‧‧‧射束輸送裝置
54‧‧‧粒子線照射裝置
55‧‧‧治療計畫裝置
56‧‧‧資料伺服器
B、Bx、By‧‧‧磁場
Be‧‧‧磁場誤差
Bi‧‧‧目標磁場
Bs、Bxs、Bys‧‧‧測定磁場
Di‧‧‧目標劑量
Ds‧‧‧測定劑量
Ie‧‧‧電流修正值
Io、Ixo、Iyo Ig、Ixg、Iyg‧‧‧指令電流
L‧‧‧鐵心長
Pi、xi、yi‧‧‧目標照射位置座標
Ps、xs、ys‧‧‧測定位置座標
Si,j‧‧‧磁場小區域
Sspo‧‧‧射束停止指令
Ssto‧‧‧射束供給指令
第1圖係本發明的第一實施形態的粒子線治療裝置之概略構成圖。
第2圖係第1圖的照射控制裝置之構成圖。
第3圖係顯示以磁場空間定義的複數個區域之圖。
第4圖係顯示其他的磁場感測器之圖。
(第一實施形態)
第1圖係本發明的第一實施形態的粒子線治療裝置之概略構成圖。粒子線治療裝置係具備：射束產生裝置51、加速器52、射束輸送裝置53、粒子線照射裝置54、治療計畫裝置55及資料伺服器56。射束產生裝置51係加速藉離子(ion)源所產生的荷電粒子而產生荷電粒子射束。加速器52係連接至射束產生裝置51，並加速所產生的荷電粒子射束。射束輸送裝置53係輸送被加速到在加速器52所 設定的能量後出射的荷電粒子射束。粒子線照射裝置54係設置於射束輸送裝置53的下游，並將荷電粒子射束照射至照射對象15。治療計畫裝置55係生成屬於針對患者的照射對象15的治療計畫資料的目標照射位置座標Pi及目標劑量Di等。資料伺服器56係儲存在治療計畫裝置55依各患者生成的治療計畫資料。
粒子線照射裝置54係具備：射束輸送導管2，係輸送從射束輸送裝置53入射的入射荷電粒子射束1a；掃掠電磁鐵3a、3b，係將入射荷電粒子射束1a掃掠至與入射荷電粒子射束1a垂直的方向的X方向及Y方向；磁場感測器20a、20b，檢測出掃掠電磁鐵3a、3b產生的磁場；磁場資料變換器21；射束位置監視器7；位置資料變換器8；劑量監視器11；劑量資料變換器12；照射控制裝置5；以及掃掠電源4。磁場感測器20a、20b係例如為具有拾波線圈(pick-up coil)的磁場感測器。另外，如第1圖所示入射荷電粒子射束1a的行進方向為Z方向。
掃掠電磁鐵3a係於X方向掃掠入射荷電粒子射束1a的X方向掃掠電磁鐵，而掃掠電磁鐵3b係於Y方向掃掠入射荷電粒子射束1a的Y方向掃掠電磁鐵。磁場感測器20a係檢測出X方向的磁場的X方向磁場感測器，而磁場感測器20b係檢測出Y方向的磁場的Y方向磁場感測器。磁場資料變換器21係將由磁場感測器20a、20b檢測出的磁場變換為數位資料(digital data)，並產生測定磁場Bs。射束位置監視器7係檢測出由掃掠電磁鐵3a、3b所偏向的 出射荷電粒子射束1b的通過位置。位置資料變換器8係將由射束位置監視器7所檢測出的出射荷電粒子射束1b的通過位置變換為數位資料，並產生測定位置座標Ps。劑量監視器11係檢測出出射荷電粒子射束1b的劑量。劑量資料變換器12係將由劑量監視器11檢測出的劑量變換為數位資料，並生成測定劑量Ds。
照射控制裝置5係依據測定磁場Bs控制照射對象15的照射位置，並當測定劑量Ds到達目標劑量Di時對射束產生裝置51輸出射束停止指令Sspo，並停止荷電粒子射束。掃掠電源4係依據屬於從照射控制裝置5輸出的往掃掠電磁鐵3的控制輸入的指令電流Io，輸出驅動掃掠電磁鐵3a、3b的勵磁電流。
第2圖係照射控制裝置5之構成圖。照射控制裝置5係具有：掃掠電磁鐵指令值產生器6、逆映射生成器30、逆映射運算器22、誤差運算器24、掃掠電磁鐵指令值補償器23、指令值輸出器25、射束供給開始指令輸出器26及劑量管理器10。
說明關於照射控制裝置5的動作。於粒子線治療裝置的照射，大致有校準(calibration)時的測試照射、以及治療時的正式照射。一般而言校準時的測試照射係所謂用於校正的照射，在沒有患者的狀態下，僅在校正為必要時進行。分配各種各樣的控制輸入(電流Ixo)值給X方向掃掠電磁鐵3a及控制輸入(電流Iyo)值給Y方向掃掠電磁鐵3b並進行測試照射，而測定此時的射束照射位置。於第一實施形 態的校準時的測試照射係與習知相同地進行，惟於測試照射時中，不只是測定射束的測定位置座標Ps(xs,ys)，也要藉由磁場感測器20a、20b測定測定磁場Bs(Bxs,Bys)。此時的掃掠電磁鐵3的測定磁場Bs(Bxs,Bys)與射束的測定位置座標Ps(xs,ys)關係，係做為藉由逆映射生成器30所產生的逆映射運算器22的數學式模型而實現。
由治療計畫裝置55所製作的測試照射用的目標照射位置座標Pi的資料行及目標劑量Di的資料行係傳送至粒子線照射裝置54的照射控制裝置5(步驟S001)。測試照射用的目標照射位置座標Pi係粒子線照射裝置54的可能照射範圍的座標，而測試照射用的目標劑量Di係任意的劑量。掃掠電磁鐵指令產生器6係依各目標照射位置座標Pi產生成為基礎的指令電流Ig(Ixg,Iyg)(步驟S002)。指令值輸出器25係將成為基礎的指令電流Ig做為指令電流Io(Ixo,Iyo)輸出至掃掠電源4。掃掠電源4按照指令電流Io控制掃掠電磁鐵3(步驟S003)。
射束供給開始指令輸出器26係接收顯示指令值輸出器25輸出了指令電流Io的輸出訊號，並輸出用以於射束產生裝置51產生射束的射束供給指令Ssto。射束產生裝置51係開始荷電粒子射束的照射。將藉由指令電流Io所控制的掃掠電磁鐵3的磁場藉由磁場感測器20a、20b測定，而測定磁場Bs(Bxs,Bys)係透過磁場資料變換器21輸入至逆映射生成器30。藉由射束位置監視器7測定由掃掠電磁鐵3所掃掠的出射荷電粒子射束1b的測定位置座標Ps， 而測定位置座標Ps係透過位置資料變換器8輸入至逆映射生成器30。逆映射生成器30係將測定磁場Bs(Bxs,Bys)及測定位置座標Ps(xs,ys)儲存至屬於內建的記憶裝置的記憶體(步驟S004)。
藉由劑量監視器11測定由掃掠電磁鐵3所掃掠的出射荷電粒子射束1b的測定劑量Ds，而測定劑量Ds係透過劑量資料變換器12輸入至劑量管理器10(步驟S005)。劑量管理器10係比較目標劑量Di及測定劑量Ds，並於測定劑量Ds超過了目標劑量Di時，輸出停止射束的射束停止指令Sspo至射束產生裝置51。射束產生裝置51係接收了射束停止指令Sspo並停止荷電粒子射束1a。接著回到步驟S002。變更至下一個目標照射位置座標Pi，並開始荷電粒子射束的照射，而到測試照射用的照射對象範圍結束為止反覆從步驟S002至該步驟S006(步驟S006)。
逆映射生成器30係依據所記憶的一連串的測定磁場Bs(Bxs,Bys)及測定位置座標Ps(xs,ys)製作數學式模型，並將所製作的數學式模型容納於逆映射運算器22(步驟S007)。
逆映射運算器22的數學式模型以較佳的一個例子而言，係使用多項式實現。說明關於與習知的變換表相異的逆映射運算器22。在掃掠電磁鐵3的規格、掃掠電源4的規格及照射射束的規格(照射能量、入射射束位置等)假定為固定的基礎下，若決定了掃掠電磁鐵3的磁場B(Bx,By)，射束的照射位置座標P(x,y)則為唯一決定的值，故關 於磁場B與射束的照射位置座標P的關係的物理現象係可捕捉到兩輸出兩輸入的正映射。然而，於治療的正式照射之際，先給定射束的目標照射位置座標Pi(xi,yi)，而為了能實現此射束的目標照射位置座標Pi(xi,yi)必需要控制掃掠電磁鐵3的磁場B(Bx,By)。也就是於治療的正式照射係必須從射束的目標照射位置座標Pi(xi,yi)，以實現該目標照射位置座標Pi(xi,yi)的方式計算出掃掠電磁鐵3的磁場B(Bx,By)的推定值。從而，為了得到磁場B(Bx,By)的推定值則變得需要逆映射運算器22。
說明將逆映射運算器22的數學式模型以多項式來實現的方法的概略。依據於校準時的測試照射所測定的複數個射束的測定位置座標Ps(xs,ys)以及複數個測定磁場Bs(Bxs,Bys)，求取滿足PscAc=Bsc的逆映射的未知參數(parameter)矩陣Ac。於此矩陣Pcs係從射束的測定位置座標Ps(xs,ys)計算的列要素，例如為將具有六個要素的[1,xs,xs2,ys,xsys,ys2]以複數個排列於列方向的照射位置座標矩陣，而矩陣Bsc係將測定磁場Bs(Bxs,Bys)做為列要素，並將此列要素複數個排列於列方向的磁場矩陣。
逆映射的未知參數矩陣Ac係可藉由以下的(1)式所表示的最小二乘法(又稱最小平方法)之數式求得。
Ac=(PscTPsc)-1PscTBsc．．．(1)
於此PscT係矩陣Pcs的轉置矩陣。
屬於為了實現目標照射位置座標Pi(xi,yi)所必需的磁場B的目標磁場Bi(Bxi,Byi)係使用如上文所述的求得的參 數矩陣Ac，可藉由以下的(2)式求得。
Bi=PipAc．．．(2)
於此，Pip係從射束的目標照射位置座標Pi(xi,yi)計算的列要素，為於求得參數矩陣Ac之際適用的要素，上述的情形係具有六個要素的矩陣[1,xi,xi2,yi,xiyi,yi2]。
於習知技術中係將給校準的掃掠電磁鐵3的控制輸入(電流Ixo，電流Iyo)與射束的測定位置座標Ps(xs,ys)的關係製作做為變換表，並於掃掠電磁鐵指令值產生器6儲存此變換表。給X方向掃掠電磁鐵3a的控制輸入(電流Ixo)係從射束的目標照射位置座標Pi的x座標(xi)、而給Y方向掃掠電磁鐵3b的控制輸入(電流Iyo)係從射束的目標照射位置座標Pi的y座標(yi)分別獨立地求得。然而，實際上給X方向掃掠電磁鐵3a的控制輸入(電流Ixo)係對射束的目標照射位置座標Pi的xi及yi造成影響，此外給Y方向掃掠電磁鐵3b的控制輸入(電流Iyo)亦對射束照射位置的xi及yi造成影響，也就是為干涉項，故於獨立地求得的藉由變換表所進行的手法，其照射位置精度係會惡化。
第一實施形態的粒子線照射裝置54，係將目標磁場Bi的Bxi及Byi分別考慮為目標照射位置座標Pi的xi及yi的干涉項的數學式模型實現於逆映射運算器22，故不同於習知者，可提升出射荷電粒子射束1b的照射位置精度。
接著說明關於第一實施形態的粒子線治療裝置的治療之際的正式照射。治療之際的正式照射以藉由以下的順序進行。
依各照射對象將由治療計畫裝置55製作的目標照射位置座標Pi的資料行及目標劑量Di的資料行係傳送至粒子線照射裝置54的照射控制裝置5(步驟S101)。掃掠電磁鐵指令值產生器6係依各目標照射位置座標Pi產生成為基礎的指令電流Ig(Ixg,Iyg)(步驟S102)。指令值輸出器25係將成為基礎的指令電流Ig當作指令電流Io(Ixo,Iyo)輸出至掃掠電源4。掃掠電源4係按照指令電流Io控制掃掠電磁鐵3(步驟S103)。
逆映射運算器22係從目標照射位置座標Pi利用數學式模型運算用以使射束通過該目標照射位置座標Pi的目標磁場Bi(Bxi,Byi)，並輸出目標磁場Bi(Bxi,Byi)(步驟S104)。
將藉由指令電流Io所控制的掃掠電磁鐵3的磁場藉由磁場感測器20a、20b測定，而測定磁場Bs(Bxs,Bys)係經由磁場資料變換器21輸入至誤差運算器24(步驟S105)。誤差運算器24係比較目標磁場Bi及測定磁場Bs，並計算磁場誤差Be(步驟S106)。
掃掠電磁鐵指令值補償器23係將根據從誤差運算器24輸出的磁場誤差Be的電流修正值Ie藉由PID補償器的要領產生。例如藉由以下的(3)式產生(步驟S107)。
Ie=KpBe．．．(3)
於此Kp係比例增益(gain)。
指令值輸出器25係將成為基礎的指令電流Ig藉電流修正值Ie修正的指令電流Ig-Ie當作指令電流Io(Ixo,Iyo) 輸出至掃掠電源4。掃掠電源4係按照指令電流Io控制掃掠電磁鐵3(步驟S108)。射束供給開始指令輸出器26係於從誤差運算器24輸出的磁場誤差Be為預定的臨限值以下的情形，將產生射束的射束供給指令Ssto輸出至射束產生裝置51。射束產生裝置51係開始照射射束(步驟S109)。
藉由劑量監視器11測定由掃掠電磁鐵3所掃掠的出射荷電粒子射束1b的測定劑量Ds，且測定劑量Ds係透過劑量資料變換器12輸入至劑量管理器10(步驟S110)。劑量管理器10係比較目標劑量Di及測定劑量Ds，而在測定劑量Ds超過目標劑量Di的情形，將用以停止射束的射束停止指令Sspo輸出至射束產生裝置51。射束產生裝置51係接收射束停止指令Sspo，而停止荷電粒子射束1a。接著回到步驟S102。變更至下個目標照射位置座標Pi，並開始照射荷電粒子射束，並直到照射對象範圍結束為止，反覆從步驟S102到S111(步驟S111)。
於照射對象15的深度方向(Z方向)的位置座標的控制，係藉由變更入射荷電粒子射束1a的能量來進行。當亦包含了照射對象15的深度方向(Z方向)的全部的照射對象範圍結束時治療時的正式照射係結束。
於步驟S111進行的荷電粒子射束的劑量管理，係如第3圖所示於磁場空間內按定義的複數個各小區域進行。第3圖係顯示在磁場空間(Bx,By)定義的磁場小區域Si,j之圖。表的左行的(B0,B1)係簡化磁場B的X分量Bx滿足B0≦Bx<B1的關係而表示者，同樣地(Bm-1,Bm)係簡化Bx滿足Bm-1 ≦Bx<Bm的關係而表示者。表的上段的(B0,B1)係簡化磁場B的Y分量By滿足B0≦By<B1的關係而表示者，同樣地(Bm-1,Bm)係簡化By滿足Bm-1≦By<Bm的關係而表示者。區域S0,0係滿足B0≦Bx<B1及B0≦By<B1的關係的區域，而區域Sm-1,m-1係滿足Bm-1≦Bx<Bm及Bm-1≦By<Bm的關係的區域。
由磁場空間定義的區域，係由包含於掃掠電磁鐵3的電流及磁場之間產生的磁滯的狀態的磁場所定義，故由磁場空間定義的區域係不受掃掠電磁鐵3的磁滯的影響，而於校準時照射荷電粒子射束所獲得的由磁場感測器20所得的磁場與由射束位置監視器7所得的射束位置的關係，係與和校準時同樣地掃掠荷電粒子時之正式照射之際的磁場與射束的關係極為一致。由於實際照射空間係可藉由荷電粒子射束的出射位置、射束位置監視器7的通過位置、粒子線照射裝置54與照射對象15的位置關係求得，故實際照射空間的區域係與由磁場空間所定義的區域具有映射關係，而即使於正式照射之際其映射關係係幾乎不會改變。從而，於步驟S111將荷電粒子射束的劑量管理定義於磁場空間內的依複數個各磁場小領域Si,j進行，故可進行良好精度的照射對象15的實際照射空間內的劑量管理。
由於第一實施形態的粒子線照射裝置54，係將入射荷電粒子射束1a的控制依據掃掠電磁鐵3產生的磁場進行反饋(feedback)控制，也就是由於直接檢測並控制包含了於掃掠電磁鐵3的電流及磁場之間產生的磁滯的狀態，故可排 除掃掠電磁鐵3的磁滯的影響，並實現高精度的射束照射。此外，由於係將成為修正掃掠電磁鐵3的控制輸入(指令電流Io)的物理量做為掃掠電磁鐵3的磁場，故即使不供給入射荷電粒子射束1a亦可進行入射荷電粒子射束1a的照射位置的控制。從而，在不供給入射荷電粒子射束1a而使入射荷電粒子射束1a的照射位置座標一致於目標照射位置座標Pi之後才供給荷電粒子射束，故可以高精度將高安全性的粒子線照射於照射對象15。
粒子線照射裝置54係藉由將透過磁場所定義的複數個區域利用磁場感測器20所測定的磁場進行反饋控制，並於此磁場區域進行劑量管理，故與利用藉習知的劑量監視器11所測定的位置座標而進行之反饋控制耗費時間之點相異，可高速地進行反饋控制。從而，可縮短對全體照射對象15的照射時間。
由於粒子線照射裝置54係運用具有拾波線圈的磁場感測器作為磁場感測器20，故即使有急峻的磁場變動亦能精度佳地測定掃掠電磁鐵3的磁場。因此，利用由磁場感測器20所測定的測定磁場Bs可精度佳且高速地進行反饋控制，並可進行荷電粒子射束的高速掃掠。藉此可縮短對整體照射對象15的照射時間。
對磁場感測器20而言，亦可適用如第4圖所示之具備拾波線圈的磁場感測器。第4圖係顯示另一磁場感測器20之圖，且為放大了掃掠電磁鐵3及磁場感測器20之圖。掃掠電磁鐵3係具有鐵心17及繞線16。於第4圖所示的磁 場感測器20係具備具有於藉由掃掠電磁鐵3掃掠之前的荷電粒子射束1a的進行方向(Z方向)的掃掠電磁鐵3的鐵心17的鐵心長L以上的長度的拾波線圈。藉此，可測定掃掠荷電粒子射束的掃掠電磁鐵3的磁場的Z方向的空間的積分值。可精度良好的測定藉由使用磁場的積分值使荷電粒子射束偏向的磁場，並可進行精度更佳的荷電粒子射束的反饋控制。此外，亦可將複數個磁場感測器20配置於Z方向，而構成X方向用的磁場感測器20a、Y方向用的磁場感測器20b。
荷電粒子射束安穩的掃掠情形時，磁場感測器20係亦可為具有霍耳元件(hall element)的磁場感測器。透過使用霍耳元件可測量藉由掃掠電磁鐵3產生的磁場的絕對值，而沒有將藉由拾波線圈所計測的電壓等進行積分等的運算的必要。從而可簡略化、小型化磁場資料變換器21。此外，磁場感測器20亦可為具有拾波線圈及霍耳元件的磁場感測器。將測定磁場Bs的初始值藉由霍耳元件測定，並將變化量透過拾波線圈測定，藉此可在任意的時機進行磁場測定，而可縮短磁場測定時間。從而，可高速地進行反饋控制。藉此可縮短對全體照射對象15的照射時間。
習知的粒子線照射裝置，係僅藉由一台或者複數個射束位置監視器檢測射束照射位置，而藉由測定位置座標做荷電粒子射束的反饋控制。配置許多遮住位置監視器等的荷電粒子射束的物體，係有關係到射束散亂擴展，而無法得到期望的射束點(beam spot)直徑的問題。
第一實施形態的粒子線照射裝置54係於正式照射之際藉由透過磁場感測器20所測定的測定磁場Bs進行荷電粒子射束的反饋控制，故亦可作成於正式照射之際將射束位置監視器7藉由未圖示的移動裝置移動，並使出射荷電粒子射束1b不通過射束位置監視器7。透過如此可防止因為射束位置監視器7使得出射荷電粒子射束1b散亂擴展。藉此，可縮小射束點直徑。從而，在透過小的射束直徑照射者較好的情形中，可藉由適當的射束直徑進行治療。
如上文所述根據第一實施形態的粒子線照射裝置54，係具備：測定掃掠電磁鐵3的磁場的磁場感測器20；以及依據藉由磁場感測器20測定的測定磁場Bs及荷電粒子射束1b的目標照射位置座標Pi控制掃掠電磁鐵3的照射控制裝置5，照射控制裝置5係具有：從荷電粒子射束1b的目標照射位置座標Pi運算目標磁場Bi的逆映射運算器22；以及輸出給將目標磁場Bi與測定磁場Bs的磁場誤差Be控制在預定的臨限值以下的掃掠電磁鐵3的控制輸入Io的補償器23，故排除了掃掠電磁鐵的磁滯的影響，並可實現高精度的射束照射。
根據第一實施形態的粒子線照射裝置，係具備：產生荷電粒子射束的射束產生裝置51；加速射束產生裝置51產生的荷電粒子射束的加速器52；輸送藉由加速器52加速了的荷電粒子射束的射束輸送裝置53：以及將藉射束輸送裝置53輸送的荷電粒子射束藉由掃掠電磁鐵3掃掠而照射於照射對象15的粒子線照射裝置54，粒子線照射裝置 54係具有：測定掃掠電磁鐵3的磁場的磁場感測器20；以及依據藉由磁場感測器20所測定的測定磁場Bs及荷電粒子射束1b的目標照射位置座標Pi控制掃掠電磁鐵3的照射控制裝置5，照射控制裝置5係具有：從荷電粒子射束1b的目標照射位置座標Pi運算目標磁場Bi的逆映射運算器22；以及輸出給將目標磁場Bi與測定磁場Bs的磁場誤差Be控制在預定的臨限值以下的掃掠電磁鐵3的控制輸入Io的補償器23，故排除了掃掠電磁鐵的磁滯的影響，並可使用高精度的射束照射實現高精度的粒子線治療。
此外，於第一實施形態，雖係藉由點掃瞄的例子來說明掃掠型的粒子線治療裝置，然藉由磁場感測器20測定的測定磁場Bs的荷電粒子射束反饋控制係亦可運用於點線掃瞄。
(產業上之可利用性)
本發明之粒子線照射裝置及粒子線治療裝置，係適合運用於使用在醫療用或研究用的粒子線治療裝置。
1a‧‧‧入射荷電粒子射束
1b‧‧‧出射荷電粒子射束
2‧‧‧射束輸送導管
3a‧‧‧X方向掃掠電磁鐵
3b‧‧‧Y方向掃掠電磁鐵
4‧‧‧掃掠電源
5‧‧‧照射控制裝置
7‧‧‧射束位置偵測器
8‧‧‧位置資料變換器
11‧‧‧劑量偵測器
12‧‧‧資料變換器
15‧‧‧照射對象
20a‧‧‧X方向電磁鐵用磁場感測器
20b‧‧‧Y方向電磁鐵用磁場感測器
21‧‧‧磁場資料變換器
51‧‧‧射束產生裝置
52‧‧‧加速器
53‧‧‧射束輸送裝置
54‧‧‧粒子線照射裝置
55‧‧‧治療計畫裝置
56‧‧‧資料伺服器
Bs‧‧‧測定磁場
Di‧‧‧目標劑量
Ds‧‧‧測定劑量
Io‧‧‧指令電流
Pi‧‧‧目標照射位置座標
Ps‧‧‧測定位置座標
Sspo‧‧‧射束停止指令
Ssto‧‧‧供給指令

Claims (5)

  1. 一種粒子線照射裝置，具有掃掠藉由加速器所加速的荷電粒子射束且具有磁滯的掃掠電磁鐵，且將通過前述掃掠電磁鐵的前述荷電粒子射束照射至照射對象，該粒子線照射裝置係具備：磁場感測器，係測定前述掃掠電磁鐵的磁場；以及照射控制裝置，係控制通過前述掃掠電磁鐵之前述荷電粒子射束的出射量；前述照射控制裝置係將通過藉由前述磁場感測器所測定的X方向及Y方向的磁場所定義的複數個區域之前述荷電粒子射束之劑量的累計值依前述各區域求出，並依據前述各區域的累計值，控制前述荷電粒子射束的出射量。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之粒子線照射裝置，其中，前述照射控制裝置，係在前述累計值達到目標劑量的前述區域位在射束路徑時，停止來自前述加速器之前述荷電粒子射束的出射，並在前述累計值未達到前述目標劑量的前述區域位在前述射束路徑時，出射前述荷電粒子射束。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之粒子線照射裝置，其係具備測定前述荷電粒子射束的劑量的劑量監視器；且，前述照射控制裝置係具有：劑量管理器，係依據前述劑量監視器所測定的測 定劑量及目標劑量，依各前述區域進行照射劑量的管理。
  4. 一種粒子線治療裝置，係具備：射束產生裝置，係產生荷電粒子射束；加速器，係加速藉由前述射束產生裝置所產生的前述荷電粒子射束；射束輸送裝置，係輸送藉由前述加速器所加速的荷電粒子射束；以及粒子線照射裝置，係將藉由前述射束輸送裝置輸送來的荷電粒子射束，藉由掃掠電磁鐵掃掠並照射於照射對象；且前述粒子線照射裝置係申請專利範圍第1項或第2項記載之粒子線照射裝置。
  5. 一種粒子線治療裝置，係具備：射束產生裝置，係產生荷電粒子射束；加速器，係加速藉由前述射束產生裝置所產生的前述荷電粒子射束；射束輸送裝置，係輸送藉由前述加速器所加速的荷電粒子射束；以及粒子線照射裝置，係將藉由前述射束輸送裝置輸送來的荷電粒子射束，藉由掃掠電磁鐵掃掠並照射於照射對象；且前述粒子線照射裝置係申請專利範圍第3項記載之粒子線照射裝置。
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010143266A1 (ja) * 2009-06-09 2010-12-16 三菱電機株式会社 粒子線照射装置
EP2442318B1 (en) * 2009-06-09 2019-01-02 Hitachi, Ltd. Particle beam radiation device
US8357911B2 (en) * 2009-08-27 2013-01-22 Mitsubishi Electric Corporation Particle beam irradiation system and particle beam therapy system
WO2012008025A1 (ja) * 2010-07-14 2012-01-19 三菱電機株式会社 粒子線照射装置および粒子線治療装置
JP5868249B2 (ja) * 2012-04-10 2016-02-24 株式会社日立製作所 粒子線治療システム
CN107427689A (zh) * 2015-04-09 2017-12-01 三菱电机株式会社 治疗计划装置及粒子射线治疗装置
US20210299462A1 (en) * 2018-06-18 2021-09-30 National Institutes For Quantum And Radiological Science And Technology Particle beam irradiation system, particle beam irradiation method, irradiatiion planning program, irradiation planning device, electromagnetic field generator, and irradiation device
TWI831498B (zh) * 2022-02-21 2024-02-01 鴻海精密工業股份有限公司 磁場量測方法、磁場量測系統及磁場量測設備

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5017789A (en) * 1989-03-31 1991-05-21 Loma Linda University Medical Center Raster scan control system for a charged-particle beam
US5132544A (en) * 1990-08-29 1992-07-21 Nissin Electric Company Ltd. System for irradiating a surface with atomic and molecular ions using two dimensional magnetic scanning
JPH0668997A (ja) * 1992-08-18 1994-03-11 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd シンクロトロン磁場制御装置
JP3837957B2 (ja) * 1999-04-13 2006-10-25 株式会社日立製作所 荷電粒子ビーム照射方法及び装置
JP3801938B2 (ja) * 2002-03-26 2006-07-26 株式会社日立製作所 粒子線治療システム及び荷電粒子ビーム軌道の調整方法
CA2524822A1 (en) * 2003-05-06 2004-11-18 Leonard Reiffel Stabalize position by electromagnetic field sensing
JP3912364B2 (ja) * 2003-11-07 2007-05-09 株式会社日立製作所 粒子線治療装置
JP4494848B2 (ja) * 2004-04-08 2010-06-30 株式会社日立製作所 粒子線治療装置
US8307579B2 (en) 2004-05-19 2012-11-13 Thomas John Nyland Arm support for use with a fishing rod
JP4646069B2 (ja) 2005-11-14 2011-03-09 株式会社日立製作所 粒子線照射システム
JP4591356B2 (ja) * 2006-01-16 2010-12-01 三菱電機株式会社 粒子線照射装置及び粒子線治療装置
JP4629606B2 (ja) 2006-03-31 2011-02-09 株式会社日立製作所 走査式照射ノズル装置、ビーム輸送チェンバ及び粒子線治療システム
JP2008272139A (ja) 2007-04-27 2008-11-13 Hitachi Ltd 荷電粒子ビーム照射システム及び荷電粒子ビーム出射方法
JP4959434B2 (ja) * 2007-06-14 2012-06-20 三菱電機株式会社 粒子線照射システム
US8373145B2 (en) * 2008-05-22 2013-02-12 Vladimir Balakin Charged particle cancer therapy system magnet control method and apparatus
WO2010143266A1 (ja) * 2009-06-09 2010-12-16 三菱電機株式会社 粒子線照射装置
CN102292122B (zh) * 2009-06-09 2015-04-22 三菱电机株式会社 粒子射线治疗装置及粒子射线治疗装置的调整方法
EP2442318B1 (en) * 2009-06-09 2019-01-02 Hitachi, Ltd. Particle beam radiation device
US8357911B2 (en) * 2009-08-27 2013-01-22 Mitsubishi Electric Corporation Particle beam irradiation system and particle beam therapy system
EP2554217B1 (en) * 2010-03-31 2019-03-06 Hitachi, Ltd. Particle beam irradiation apparatus and particle beam treatment apparatus
WO2012008025A1 (ja) * 2010-07-14 2012-01-19 三菱電機株式会社 粒子線照射装置および粒子線治療装置

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