專利名稱：電荷粒子射線的射束軸調(diào)整裝置和輻射裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于調(diào)整電荷粒子射線的射束軸的位置用的電荷粒子射線的射束軸調(diào)整裝置、采用該裝置的電荷粒子射線的輻射裝置、以及采用該輻射裝置，對患部輻射電荷粒子射線的粒子射線治療裝置。
已有技術(shù)作為采用質(zhì)子等的粒子射線的癌等的治療系統(tǒng)，如
圖1所示，人們知道有比如下述系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括治療設(shè)備10，該治療設(shè)備10包括粒子射線加速裝置12，該裝置12由將質(zhì)子加速到規(guī)定能量的回旋加速器以及能量分析裝置(ESS)形成，該能量分析裝置(ESS)根據(jù)需要用于在限制能量分散的同時、改變從該回旋加速器輻射的粒子射束的能量；射束輸送裝置(BTS)14，其用于確保從該粒子射線加速裝置12取出的粒子射束的穩(wěn)定軌道，在損失的情況下將其輸送給輻射室；旋轉(zhuǎn)輻射裝置(臺架)30，其用于形成處理通過上述射束輸送裝置14輸送的粒子射束，確實對身體的病灶位置進(jìn)行輻射，在該裝置中，粒子射線的輻射方向是可改變的；固定輻射裝置40，該固定輻射裝置40中的粒子射線的輻射方向是固定的。該系統(tǒng)還包括附屬裝置42和附帶設(shè)備裝置44，該附屬裝置42包括用于計劃輻射治療的診斷裝置、治療計劃系統(tǒng)和治療工具工作機(jī)械；該附帶設(shè)備裝置44包括以向加速器、射束輸送裝置供電的直流電流電源為主體的各種電源、電流導(dǎo)體(線圈)直接冷卻用的純水冷卻供給設(shè)備等。
另外，作為粒子射線加速裝置12，人們還知道有不需要能量分析裝置的同步加速器。
由于比如如圖2所示，上述旋轉(zhuǎn)臺架30用于從任意角度對患者輻射粒子射線33，故其由實現(xiàn)輻射范圍、輻射深度等的輻射要求條件的輻射嘴32、以及將射束輸送到其入口的BTS14的末端部(圖中未示出)、用于使安裝于該BTS14的末端上的輻射嘴32回旋的結(jié)構(gòu)體36形成，與其相鄰接，設(shè)置有包括患者的患部位置確定裝置的治療用床34。
在采用這樣的治療裝置進(jìn)行治療時，必須將細(xì)微的粒子射線束對應(yīng)于患部的大小、并擴(kuò)大到最大的30cm角度。
于是，如圖3所示，通過設(shè)置于最終偏轉(zhuǎn)電磁鐵18的射出側(cè)的輻射嘴32，將通過圖中未示出的4個重極電磁鐵(Q磁鐵)約束，通過偏轉(zhuǎn)電磁鐵16、18偏轉(zhuǎn)的電荷粒子射線擴(kuò)大，可獲得均勻的輻射劑量分布。
作為形成平面方向的輻射范圍的代表性方法，包括有通過散射體擴(kuò)大射束的散射體法、以及調(diào)整電磁鐵對射束進(jìn)行掃描的射束掃描方法，前者具有結(jié)構(gòu)簡單、所要求的設(shè)置空間較窄、輻射范圍不隨時間變化、時間軸方向的穩(wěn)定性較高等特征，后者具有側(cè)方的散射很少(半影少)、射束的利用效率高的特征。
上述輻射嘴32在比如屬于前者的雙重散射體方式的場合，如圖4具體所示的那樣包括輻射劑量分布調(diào)整機(jī)構(gòu)20，該機(jī)構(gòu)20包括透射厚度可改變的第1散射體20A；第2散射體20B，該第2散射體20B用于調(diào)整通過該第1散射體20A擴(kuò)大的粒子射束的輻射劑量分布，在中心部設(shè)置有散射效果較高的鉛等的原子序號較大的物質(zhì)；監(jiān)視器(比如平坦度監(jiān)視器)20D，其用于檢測由上述散射體20A、20B形成的輻射劑量分布的重心位置。
按照該雙重散射體方式，在通過第1散射體20A使粒子射線束發(fā)生散射后，將其射入第2散射體20B，使圖5(A)所示的那樣的呈高斯分布的射束的輻射劑量分布的中心部分朝向外側(cè)散射，如圖5(B)所示，對分布進(jìn)行平坦化處理，在第2散射體20B的中心部設(shè)置有散射的效果較大的物質(zhì)。
本發(fā)明要解決的課題但是，如果射束軸和第2散射體軸的偏離，即第2散射體20B和呈入射的高斯分布的射束的中心部分發(fā)生偏離，則如圖5所示，在第2散射體20B的中心部分發(fā)生散射的射束與周邊部的射束的強(qiáng)度分布的平衡破壞，輻射劑量分布的平坦度受到損壞。因此，必須相對作為目標(biāo)的輻射范圍正確地調(diào)整射束軸和第2散射體的位置關(guān)系。此時，為了調(diào)整射束軸，采用高精度的射束監(jiān)視器和臺架30內(nèi)的電磁鐵，以良好的精度對射入第2散射體的射束軸進(jìn)行調(diào)整的功能是不缺少的。另外，由于該射束軸的調(diào)整花費較長時間，治療中的調(diào)整困難，故在治療前，還必須精密地對輻射劑量分布或射束軸位置進(jìn)行測定、評價。
另外，由于在使用圖2所示的那樣的旋轉(zhuǎn)臺架30進(jìn)行治療的場合，設(shè)置于臺架30的內(nèi)部的電磁鐵和電荷粒子射線的位置關(guān)系伴隨臺架的旋轉(zhuǎn)角度，因臺架30的撓度，精度誤差等而變化，故必須沿臺架旋轉(zhuǎn)方向按照射束位置/擴(kuò)展程度保持對稱的方式調(diào)整射入臺架30的電荷粒子射線，或另外按照臺架的的旋轉(zhuǎn)角度調(diào)整臺架內(nèi)部的電磁鐵，分別設(shè)定條件。
本發(fā)明是為了解決上述已有的問題而提出的，本發(fā)明的第1課題在于無論臺架的旋轉(zhuǎn)角度等如何，均可保證射入散射體等中的電荷粒子射線的射束軸的精度。
本發(fā)明的第2課題在于簡單地獲得均勻的輻射劑量分布。
本發(fā)明的第3課題在于即使在比如治療輻射中仍可實時地調(diào)整輻射劑量分布。
用于解決課題的技術(shù)方案本發(fā)明的第1課題是通過下述方式解決的，該方式為電荷粒子射線的射束軸調(diào)整裝置包括射束位置檢測器，其設(shè)置于電荷粒子射線的射束輸送系統(tǒng)中；轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，其用于對應(yīng)于該束位置檢測器的輸出、調(diào)整射束軸的位置，該機(jī)構(gòu)設(shè)置于該射束軸位置檢測器的進(jìn)入側(cè)，其由可調(diào)整射束軸的位置的轉(zhuǎn)向電磁鐵或偏轉(zhuǎn)電磁鐵形成。
本發(fā)明還提供一種電荷粒子射線的輻射裝置，其中，多個上述電荷粒子射線的射束軸調(diào)整裝置串聯(lián)地設(shè)置于射束輸送系統(tǒng)中。
另外，從上游側(cè)依次進(jìn)行采用上述多個射束軸調(diào)整裝置的射束軸的位置調(diào)整。
此外，本發(fā)明的第2課題是這樣解決的，即其具有輻射劑量分布調(diào)整機(jī)構(gòu)，在該機(jī)構(gòu)中，輻射嘴包括第1、第2散射體、監(jiān)視器、以及補(bǔ)償機(jī)構(gòu)，該補(bǔ)償機(jī)構(gòu)根據(jù)該監(jiān)視器的測定值，對上述第2散射體的位置進(jìn)行調(diào)整，對射束軸的變化、臺架的旋轉(zhuǎn)造成的第2散射體的位置誤差進(jìn)行補(bǔ)償。
還有，本發(fā)明這樣形成，即在電荷粒子射線的輻射時，采用輻射嘴，該輻射嘴具有第1、第2散射體、以及監(jiān)視器，該監(jiān)視器測定從第2散射體透射的射束的重心位置，在上述已測定的射束的重心位置不在規(guī)定位置的場合，根據(jù)其偏差使上述第2散射體移動，從而獲得平坦的輻射劑量分布。
再有，通過下述方式解決上述第3課題，該方式為在治療過程中實時地進(jìn)行采用上述射束軸調(diào)整裝置和上述輻射劑量分布調(diào)整機(jī)構(gòu)的調(diào)整中的至少一種。
另外，可采用從粒子射線加速器射出的短脈沖射束，使上述射束軸調(diào)整裝置和上述輻射劑量分布調(diào)整機(jī)構(gòu)的調(diào)整與該脈沖的射出時刻同步。
此外，本發(fā)明提供一種粒子射線治療裝置，其采用上述的輻射裝置，對患部輻射電荷粒子射線。
附圖的簡要說明圖1為表示本發(fā)明的適用對象的一個實例的質(zhì)子束治療裝置的整體組成的方框圖；圖2為表示上述質(zhì)子束治療裝置的旋轉(zhuǎn)臺架的一個實例的透視圖；圖3為表示適用本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)臺架的射束輸送系統(tǒng)的實施例的光路圖；圖4為表示設(shè)置于射束輸送系統(tǒng)的最終段的輻射嘴的一個實例的組成的透視圖；圖5為表示用于說明已有問題的射束軸與第2散射體的軸的偏離與最終的輻射劑量分布的關(guān)系的實例的曲線圖；圖6為表示本發(fā)明的射束軸調(diào)整裝置的實施例的組成的透視7為表示相同輻射劑量分布調(diào)整機(jī)構(gòu)的大致結(jié)構(gòu)的透視圖；圖8為表示圖6所示的射束軸調(diào)整裝置中的轉(zhuǎn)向電磁鐵或偏轉(zhuǎn)電磁鐵補(bǔ)償線圈的電流值與射束位置檢測器測定值的關(guān)系的實例的曲線圖；圖9為圖7所示的輻射劑量分布調(diào)整機(jī)構(gòu)中的輻射劑量分布的斜率和平坦度監(jiān)視器測定值與第2散射體位置的關(guān)系的實例的曲線圖10為短脈沖束的射束軸補(bǔ)償?shù)氖疽鈭D。
本發(fā)明的實施例下面參照附圖對本發(fā)明的實施例進(jìn)行具體描述。
在本實施例中，如圖3所示，將多個射束軸調(diào)整裝置22串聯(lián)地設(shè)置于包括具有旋轉(zhuǎn)臺架30的射束輸送系統(tǒng)的輻射嘴入口的各部位(圖3中為4個部位)，該射束軸調(diào)整裝置22由如圖6所示的射束位置檢測器(比如射束剖面監(jiān)視器BPM)26、以及設(shè)置于該BPM26的進(jìn)入側(cè)的、用于沿相互垂直的方向?qū)ι涫壽E進(jìn)行補(bǔ)償?shù)腦方向補(bǔ)償轉(zhuǎn)向電磁鐵24X、Y方向補(bǔ)償轉(zhuǎn)向電磁鐵24Y形成，保證射入設(shè)置于最終段的輻射嘴32內(nèi)的第2散射體20B的射束軸的精度。多個串聯(lián)地設(shè)置的目的在于具有在射束輸送系統(tǒng)的任意的部位產(chǎn)生射束軸偏離的可能性，更加確實地應(yīng)對射束軸的偏離。此外，通過根據(jù)輻射劑量分布的平坦度監(jiān)視器20D的測定結(jié)果，對第2散射體20B的位置進(jìn)行細(xì)微調(diào)整，對射束軸的時間變化、臺架的旋轉(zhuǎn)造成的第2散射體20B的位置誤差進(jìn)行調(diào)整，確保平坦的輻射劑量分布。
另外，還具有僅僅設(shè)置電磁鐵24X、24Y中的任何一個的情況。
此外，在射束軸調(diào)整裝置22中，在轉(zhuǎn)向電磁鐵24X、24Y與BPM26之間，還插入有用于切換射束軌跡的方向的偏轉(zhuǎn)電磁鐵、4塊重極電磁鐵等的其它的電磁鐵27。
還有，在其它的電磁鐵27為偏轉(zhuǎn)電磁鐵的場合，也可使用偏轉(zhuǎn)電磁鐵(27)，代替轉(zhuǎn)向電磁鐵24X或24Y。比如，也可將圖3的偏轉(zhuǎn)電磁鐵18用作轉(zhuǎn)向電磁鐵。在此場合，也可在該偏轉(zhuǎn)電磁鐵(27)的主線圈上纏繞補(bǔ)償用線圈，調(diào)整該補(bǔ)償用線圈的電流值。
上述輻射嘴32所具有的輻射劑量分布調(diào)整機(jī)構(gòu)20比如在雙重散射體方式的場合，象圖7具體所示的那樣，包括透射厚度可改變的第1散射體20A；第2散射體20B，該第2散射體20B用于對通過上述第1散射體20A擴(kuò)大的粒子射束的輻射劑量分布進(jìn)行調(diào)整，在中心部設(shè)置有散射效果較高的鉛等的原子序號較大的物質(zhì)；散射體驅(qū)動機(jī)構(gòu)20C，該散射體驅(qū)動機(jī)構(gòu)20C用于至少沿雙軸方向(X，Y方向)調(diào)整該第2散射體20B的位置；監(jiān)視器20D，該監(jiān)視器20D用于檢測由上述散射體20A、20B形成的(輻射劑量分布的)重心位置。
在這里作為監(jiān)視器20D，可使用平坦度監(jiān)視器、剖面監(jiān)視器。
另外，患部的實際的輻射劑量分可通過比如下述水影象型輻射劑量分布測定儀測定，該測定儀是本申請人在日本特開平11-64530文獻(xiàn)中提出的，其在使劑量監(jiān)視器在水中移動的同時，以圖表畫出各測定值。
由于在上述BPM26的測定值與轉(zhuǎn)向電磁鐵24X，24Y或上述偏轉(zhuǎn)電磁鐵(27)的補(bǔ)償線圈的電流值之間，具有象圖8所示的那樣的比例關(guān)系，故可根據(jù)當(dāng)前的射束位置和目標(biāo)位置的差，計算轉(zhuǎn)向電磁鐵24X，24Y或上述偏轉(zhuǎn)電磁鐵(27)的補(bǔ)償線圈的電流值調(diào)整量。
再有，在根據(jù)第2散射體20B的位置與平坦度監(jiān)視器20D的測定值計算的輻射劑量分布的重心位置和患部的輻射劑量分布的平坦度之間，分別相對X方向，Y方向，也具有圖9所示的那樣的比例關(guān)系。因此，如果未將專用的測定儀設(shè)置于粒子射線輻射位置，則不能夠測定輻射劑量分布的平坦度，但是，可利用監(jiān)視器20D的測定值與輻射劑量分布之間的比例關(guān)系，按照監(jiān)視器20D的測定值到達(dá)目標(biāo)位置的方式，調(diào)整第2散射體20B的位置，由此可獲得平坦的輻射劑量分布。
具體來說，根據(jù)BPM26的測定結(jié)果，以其與基準(zhǔn)位置的差確定相對應(yīng)的轉(zhuǎn)向電磁鐵24X，或24Y或者上述偏轉(zhuǎn)電磁鐵(27)的補(bǔ)償線圈的電流值的變化量。通過從上游側(cè)依次實現(xiàn)該處理，按照在規(guī)定的允許范圍內(nèi)的方式對最下游(散射體的入射位置)的射束軸進(jìn)行粗調(diào)整。由于該處理在短時間內(nèi)完成，故可相對臺架30的旋轉(zhuǎn)，快速地保證射束軸。依次實現(xiàn)從上游側(cè)到下游側(cè)的處理的目的在于由于射束軸的偏離的效果從上游側(cè)傳遞到下游側(cè)，故射束軸的偏離量在下游側(cè)不過大。
此后，相對射束軸隨時間的變化、第2散射體20B的位置誤差，在插入第1散射體20A和第2散射體20B的狀態(tài)下，通過監(jiān)視器20D測定輻射劑量分布的重心位置，在重心位置不在監(jiān)視器20D的中間的場合，可根據(jù)其偏差移動第2散射體20B，對射束軸位置進(jìn)行細(xì)微調(diào)整，確保平坦的輻射劑量分布。
由于上述射束軸和第2散射體20B的位置調(diào)整可在極短時間內(nèi)實施，故即使在治療輻射的過程中，仍可實時地調(diào)整輻射劑量分布。
此時，如圖10所示，通過采用短脈沖束，使調(diào)整中的輻射劑量減少，可通過很少的輻射劑量，確保平坦的輻射劑量分布。
如上所述，可特別是相對旋轉(zhuǎn)臺架進(jìn)行本發(fā)明的處理，因此相對臺架的任意角度，容易保證射束軸的精度。
另外，在上述描述中，本發(fā)明適合用于質(zhì)子束治療裝置的旋轉(zhuǎn)臺架，但是本發(fā)明的適合對象不限于此，顯然，本發(fā)明還同樣地適合用于采用質(zhì)子束以外的電荷粒子射線的治療裝置、輻射裝置、或治療裝置以外的裝置。
本發(fā)明的效果按照本發(fā)明，可容易地對射束軸的位置進(jìn)行調(diào)整，無論臺架的旋轉(zhuǎn)角度等因素，仍可簡單地保證射入散射體等中的射束軸的精度。
另外，通過與比如輻射劑量分布調(diào)整機(jī)構(gòu)的第2散射體位置的細(xì)微調(diào)整機(jī)構(gòu)相組合，對射束軸隨時間的變化、或第2散射體的位置設(shè)定誤差進(jìn)行補(bǔ)償，可簡單地獲得均勻的輻射劑量分布。
此外，由于可通過短時間的測定/調(diào)整確保輻射劑量分布的平坦度，故即使在比如治療輻射中的情況下，仍可實時地調(diào)整輻射劑量分布。
權(quán)利要求
1.一種電荷粒子射線的射束軸調(diào)整裝置，其特征在于該裝置包括射束位置檢測器，其設(shè)置于電荷粒子射線的射束輸送系統(tǒng)中；轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，其用于對應(yīng)于該射束位置檢測器的輸出、調(diào)整射束軸的位置，該機(jī)構(gòu)設(shè)置于該射束軸位置檢測器的進(jìn)入側(cè)，其由可調(diào)整射束軸的位置的轉(zhuǎn)向電磁鐵或偏轉(zhuǎn)電磁鐵形成。
2.一種電荷粒子射線的輻射裝置，其特征在于多個權(quán)利要求1所述的電荷粒子射線的射束軸調(diào)整裝置串聯(lián)地設(shè)置于射束輸送系統(tǒng)中。
3.一種電荷粒子射線的射束軸調(diào)整方法，其特征在于從上游側(cè)依次進(jìn)行采用權(quán)利要求2所述的多個射束軸調(diào)整裝置的射束軸的位置調(diào)整。
4.一種電荷粒子射線的輻射裝置，其特征在于該裝置具有輻射劑量分布調(diào)整機(jī)構(gòu)，在該機(jī)構(gòu)中，輻射嘴包括第1、第2散射體、監(jiān)視器、以及補(bǔ)償機(jī)構(gòu)，該補(bǔ)償機(jī)構(gòu)根據(jù)該監(jiān)視器的測定值，對上述第2散射體的位置進(jìn)行調(diào)整，對射束軸的變化、臺架的旋轉(zhuǎn)造成的第2散射體的位置誤差進(jìn)行補(bǔ)償。
5.一種電荷粒子射線的輻射方法，其特征在于采用輻射嘴，該輻射嘴具有第1、第2散射體、以及監(jiān)視器，該監(jiān)視器測定從第2散射體透射的射束的重心位置；在上述已測定的射束的重心位置不在規(guī)定位置的場合，根據(jù)其偏差使上述第2散射體移動，從而獲得平坦的輻射劑量分布。
6.一種電荷粒子射線的輻射方法，其特征在于在治療過程中實時地進(jìn)行采用權(quán)利要求1所述的射束軸調(diào)整裝置和權(quán)利要求4所述的輻射劑量分布調(diào)整機(jī)構(gòu)的調(diào)整中的至少一種。
7.一種電荷粒子射線的輻射方法，其特征在于采用從粒子射線加速器射出的短脈沖射束，使權(quán)利要求1所述的射束軸調(diào)整裝置和權(quán)利要求4所述的輻射劑量分布調(diào)整機(jī)構(gòu)的調(diào)整與該脈沖的射出時刻同步。
8.一種粒子射線治療裝置，其特征在于采用權(quán)利要求2或4所述的輻射裝置，對患部輻射電荷粒子射線。
9.一種電荷粒子射線的輻射方法，其特征在于在通過權(quán)利要求1所述的射束軸調(diào)整裝置、將射束軸粗略地調(diào)整到規(guī)定的允許范圍內(nèi)之后，還通過權(quán)利要求4所述的輻射劑量分布調(diào)整裝置使第2散射體移動、并進(jìn)行細(xì)微調(diào)整。
全文摘要
本發(fā)明的課題在于以雙重散射體入射方式、在較短時間獲得精度良好的輻射劑量分布，即使在治療的輻射過程中，仍可實時地對輻射劑量進(jìn)行調(diào)整。通過下述射束軸調(diào)整裝置(22)、保證射束軸的精度，并根據(jù)輻射劑量分布的平坦度監(jiān)視器(20D)的測定結(jié)果、對第2散射體(20B)的位置進(jìn)行細(xì)微調(diào)整，由此確保平坦的輻射劑量分布，該射束軸調(diào)整裝置(22)包括設(shè)置于電荷粒子射線的射束輸送系統(tǒng)中的射束位置檢測器(26)；設(shè)置于其進(jìn)入側(cè)的轉(zhuǎn)向電磁鐵(24X、24Y)或偏轉(zhuǎn)電磁鐵(27)。
文檔編號A61N5/10GK1398651SQ02141909
公開日2003年2月26日 申請日期2002年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月24日
發(fā)明者片岡昌治, 立川敏樹 申請人:住友重機(jī)械工業(yè)株式會社