帶電粒子束輸送系統(tǒng)及粒子射線治療裝置制造方法

帶電粒子束輸送系統(tǒng)及粒子射線治療裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明的目的在于利用帶電粒子束輸送系統(tǒng)來吸收在從加速器以慢排出方式射出時(shí)所產(chǎn)生的發(fā)射率的差異，實(shí)現(xiàn)在等中心處旋轉(zhuǎn)依賴性較少的射束尺寸。本發(fā)明的帶電粒子束輸送系統(tǒng)(59)的特征在于，其固定輸送部(61)使得繞旋轉(zhuǎn)機(jī)架的機(jī)架轉(zhuǎn)軸(15)旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)部(60)的入口處的帶電粒子束(31)的相位空間分布的相位成為根據(jù)基于第1相位提前及第2相位提前的平均值進(jìn)行的運(yùn)算而決定的相位。第1相位提前為在機(jī)架角度為機(jī)架基準(zhǔn)角度的情況下、相位空間分布中的相位從旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)部(60)的入口到等中心(IC)為止提前的變化量，第2相位提前為在機(jī)架角度為從機(jī)架基準(zhǔn)角度旋轉(zhuǎn)90°后的角度的情況下的上述變化量。
【專利說明】帶電粒子束輸送系統(tǒng)及粒子射線治療裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及輸送由質(zhì)子、重粒子等帶電粒子構(gòu)成的帶電粒子束的帶電粒子束輸送 系統(tǒng)及將所輸送的帶電粒子束照射于物體、人體等被照射體的粒子射線治療裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] -般而言，粒子射線治療裝置包括：射束產(chǎn)生裝置，該射束產(chǎn)生裝置產(chǎn)生帶電粒子 束；加速器，該加速器與射束產(chǎn)生裝置相連接，對(duì)所產(chǎn)生的帶電粒子束進(jìn)行加速；帶電粒子 束輸送系統(tǒng)，該帶電粒子束輸送系統(tǒng)對(duì)加速到加速器所設(shè)定的能量之后射出的帶電粒子束 進(jìn)行輸送；以及粒子射線照射裝置，該粒子射線照射裝置設(shè)置在射束輸送系統(tǒng)的下游，用于 將帶電粒子束照射于照射對(duì)象。
[0003] -般而言，帶電粒子束輸送系統(tǒng)的帶電粒子束中的帶電粒子的運(yùn)動(dòng)基于以射束的 前進(jìn)方向?yàn)镾方向、與S方向垂直且為加速器的偏轉(zhuǎn)方向的X方向、與S方向及X方向垂 直的y方向的坐標(biāo)系來表述。這里，帶電粒子束輸送系統(tǒng)的射束中的帶電粒子的分布是不 均勻的，對(duì)于作為加速器的同步加速器的慢排出方式的情況，一般在y方向上呈高斯分布， x方向上為非高斯分布，相當(dāng)于射束在相位空間上的面積的發(fā)射率在x方向、y方向上不對(duì) 稱。另外，慢排出方式為在較長期間內(nèi)一點(diǎn)點(diǎn)排出帶電粒子束的方式。
[0004] 此外，若著眼于各帶電粒子的運(yùn)動(dòng)，則其前進(jìn)方向各不相同，且隨時(shí)間而變化，射 束整體上進(jìn)行被稱為電子感應(yīng)加速器振蕩（betatron oscillation)的一定周期的振蕩。 相位空間上帶電粒子的射束橢圓的角度、寬度可利用四極電磁鐵等來改變，但即使在此情 況下，發(fā)射率（橢圓的面積）也保持一定。一般而言，在帶電粒子束輸送系統(tǒng)中，發(fā)射率在 x方向和y方向上不對(duì)稱，即使利用四極電磁鐵等也無法消除其差異。
[0005] 由于發(fā)射率如上述那樣不對(duì)稱，在制定粒子射線治療的治療計(jì)劃時(shí)，難以確保照 射于患部的劑量的均勻性。即，x方向的帶電粒子在患部為非高斯分布使得治療計(jì)劃的制 定變復(fù)雜，還會(huì)導(dǎo)致雖然在容許范圍內(nèi)，但實(shí)際照射的劑量不均勻。此外，為了將粒子射線 集中照射于患部，并使正常組織的曝光量為最低限度，優(yōu)選利用使粒子射線照射裝置在患 部的周圍旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)機(jī)架。然而，若發(fā)射率存在不對(duì)稱性，則射束在患部的照射點(diǎn)形狀會(huì)隨 著旋轉(zhuǎn)機(jī)架的旋轉(zhuǎn)角度而變化，這也會(huì)導(dǎo)致治療計(jì)劃的制定變困難。
[0006] 專利文獻(xiàn)1中，以使發(fā)射率變對(duì)稱為目的，示出了包括作為斜四極電磁鐵、螺線管 電磁鐵的發(fā)射率調(diào)整單元的帶電粒子束輸送系統(tǒng)。專利文獻(xiàn)2中，示出了在帶電粒子束的 輸送系統(tǒng)中包括散射體和由設(shè)置在該散射體下游側(cè)的多個(gè)四極電磁鐵構(gòu)成的下游側(cè)電磁 鐵的帶電粒子射線照射裝置。利用該散射體及下游側(cè)電磁鐵，力圖實(shí)現(xiàn)發(fā)射率的對(duì)稱化，且 力圖使x方向及y方向的帶電粒子分布呈高斯分布。 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn) 專利文獻(xiàn)
[0007] 專利文獻(xiàn)1 :日本專利特開平9-265000號(hào)公報(bào)（0005段至0009段，圖1) 專利文獻(xiàn)2 :日本專利特開2006-351339號(hào)公報(bào)（0011段至0013段、圖3)


【發(fā)明內(nèi)容】
發(fā)明所要解決的技術(shù)問題
[0008] 以往，為了防止患者的患部上射束的照射點(diǎn)形狀隨著旋轉(zhuǎn)機(jī)架的旋轉(zhuǎn)角度而變 化，在帶電粒子束輸送系統(tǒng)中設(shè)置力圖在輸入至旋轉(zhuǎn)機(jī)架的偏轉(zhuǎn)電磁鐵前實(shí)現(xiàn)發(fā)射率的對(duì) 稱化的發(fā)射率調(diào)整單元、或散射體及下游側(cè)電磁鐵。現(xiàn)有的帶電粒子束輸送系統(tǒng)追加了發(fā) 射率調(diào)整單元、或散射體及下游側(cè)電磁鐵，因此，存在帶電粒子束輸送系統(tǒng)變得大型化的問 題。
[0009] 本發(fā)明是為了解決上述問題而完成的，其目的在于利用帶電粒子束輸送系統(tǒng)來吸 收在從加速器以慢排出方式射出時(shí)所產(chǎn)生的發(fā)射率的差異，實(shí)現(xiàn)在等中心處旋轉(zhuǎn)依賴性較 少的射束尺寸。 解決技術(shù)問題的技術(shù)方案
[0010] 本發(fā)明的帶電粒子束輸送系統(tǒng)中，對(duì)于從加速器射出的帶電粒子束，將加速器的 射出位置上與帶電粒子束的前進(jìn)方向垂直的面內(nèi)的、加速器的環(huán)繞軌道面內(nèi)的方向設(shè)為X 方向，將與帶電粒子束的前進(jìn)方向垂直的面內(nèi)的、與x方向正交的方向設(shè)為y方向，在這種 情況下，該帶電粒子束的x方向的發(fā)射率與y方向的發(fā)射率不同，該帶電粒子束輸送系統(tǒng)將 帶電粒子束輸送至粒子射線照射裝置，所述粒子射線照射裝置裝載在能以等中心為中心而 旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)機(jī)架上，所述帶電粒子束輸送系統(tǒng)包括：旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)部，該旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)部裝載于旋轉(zhuǎn) 機(jī)架，并繞旋轉(zhuǎn)機(jī)架的機(jī)架轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)；及從加速器到旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)部的固定輸送部，旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)部 具有多個(gè)偏轉(zhuǎn)電磁鐵。根據(jù)本發(fā)明的帶電粒子束輸送系統(tǒng)，其特征在于，在從機(jī)架轉(zhuǎn)軸方向 觀察的情況下，以粒子射線照射裝置的射束中心線與旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)部的入口處的帶電粒子束的 y方向的軸之間的角度為機(jī)架角度，以加速器的射出位置處的x方向的發(fā)射率和y方向的發(fā) 射率分離以確保各自的發(fā)射率的方式輸送帶電粒子束的旋轉(zhuǎn)機(jī)架的角度為機(jī)架基準(zhǔn)角度， 設(shè)在機(jī)架角度為機(jī)架基準(zhǔn)角度的情況下，帶電粒子束的相位空間分布中的相位從旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn) 部的入口到等中心為止所提前的變化量為第1相位提前，設(shè)在機(jī)架角度為從機(jī)架基準(zhǔn)角度 旋轉(zhuǎn)90°后的角度的情況下，帶電粒子束的相位空間分布中的相位從旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)部的入口到 等中心為止所提前的變化量為第2相位提前，固定輸送部使得旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)部的入口處的帶電 粒子束的相位空間分布的相位成為根據(jù)基于第1相位提前及第2相位提前的平均值進(jìn)行的 運(yùn)算而決定的相位。 發(fā)明效果
[0011] 根據(jù)本發(fā)明的帶電粒子束輸送系統(tǒng)，固定輸送部能使旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)部的入口處的帶電 粒子束的相位空間分布成為其相位為根據(jù)基于第1相位提前及第2相位提前的平均值進(jìn)行 的運(yùn)算而決定的相位等的規(guī)定相位空間分布，因此，即使是在帶電粒子束輸送系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn) 偏轉(zhuǎn)部的入口處具有慢排出特征的x方向發(fā)射率非常小的射束，也能實(shí)現(xiàn)在等中心處旋轉(zhuǎn) 依賴性較少的射束尺寸。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012] 圖1是本發(fā)明的粒子射線治療裝置的簡要結(jié)構(gòu)圖。 圖2是表示圖1的粒子射線治療裝置的結(jié)構(gòu)的圖。 圖3是表示本發(fā)明的帶電粒子束輸送系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)部的結(jié)構(gòu)的圖。 圖4是從左側(cè)觀察圖3的旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)部的側(cè)視圖。 圖5是表示本發(fā)明的實(shí)施方式1的從旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)部到等中心的帶電粒子的電子感應(yīng)加速 器函數(shù)（betatron function)的圖。 圖6是表示本發(fā)明的實(shí)施方式1的從旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)部到等中心的帶電粒子的運(yùn)動(dòng)量分散函 數(shù)的圖。 圖7是表示本發(fā)明的實(shí)施方式1的旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)部的入口處帶電粒子的相位空間分布的 圖。 圖8是表示本發(fā)明的實(shí)施方式1的旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)部的角度為0°時(shí)在等中心的帶電粒子的 相位空間分布的圖。 圖9是表示本發(fā)明的實(shí)施方式1的旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)部的角度為30°時(shí)在等中心的帶電粒子的 相位空間分布的圖。 圖10是表示本發(fā)明的實(shí)施方式1的旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)部的角度為60°時(shí)在等中心的帶電粒子 的相位空間分布的圖。 圖11是表示本發(fā)明的實(shí)施方式1的旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)部的角度為90°時(shí)在等中心的帶電粒子 的相位空間分布的圖。 圖12是表示本發(fā)明的實(shí)施方式1的旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)部的角度為120°時(shí)在等中心的帶電粒子 的相位空間分布的圖。 圖13是表示本發(fā)明的實(shí)施方式1的旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)部的角度為150°時(shí)在等中心的帶電粒子 的相位空間分布的圖。 圖14是表示本發(fā)明的實(shí)施方式1的旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)部的角度為180°時(shí)在等中心的帶電粒子 的相位空間分布的圖。 圖15是表示本發(fā)明的實(shí)施方式1的旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)部的角度為210°時(shí)在等中心的帶電粒子 的相位空間分布的圖。 圖16是表示本發(fā)明的實(shí)施方式1的旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)部的角度與等中心處的射束尺寸的關(guān)系 的圖。 圖17是對(duì)本發(fā)明的帶電粒子束輸送系統(tǒng)的固定輸送部的x方向的帶電粒子的相位空 間分布進(jìn)行說明的圖。 圖18是表示本發(fā)明的實(shí)施方式2的從旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)部到等中心的帶電粒子的電子感應(yīng)加 速器函數(shù)的圖。 圖19是表示本發(fā)明的實(shí)施方式2的從旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)部到等中心的帶電粒子的運(yùn)動(dòng)量分散 函數(shù)的圖。 圖20是表示本發(fā)明的實(shí)施方式2的旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)部的入口處帶電粒子的相位空間分布的 圖。 圖21是表示本發(fā)明的實(shí)施方式2的旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)部的角度為0 °時(shí)在等中心的帶電粒子的 相位空間分布的圖。 圖22是表示本發(fā)明的實(shí)施方式2的旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)部的角度為30°時(shí)在等中心的帶電粒子 的相位空間分布的圖。 圖23是表示本發(fā)明的實(shí)施方式2的旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)部的角度為60°時(shí)在等中心的帶電粒子 的相位空間分布的圖。 圖24是表示本發(fā)明的實(shí)施方式2的旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)部的角度為90°時(shí)在等中心的帶電粒子 的相位空間分布的圖。 圖25是表示本發(fā)明的實(shí)施方式2的旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)部的角度為120°時(shí)在等中心的帶電粒子 的相位空間分布的圖。 圖26是表示本發(fā)明的實(shí)施方式2的旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)部的角度為150°時(shí)在等中心的帶電粒子 的相位空間分布的圖。 圖27是表示本發(fā)明的實(shí)施方式2的旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)部的角度為180°時(shí)在等中心的帶電粒子 的相位空間分布的圖。 圖28是表示本發(fā)明的實(shí)施方式2的旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)部的角度為210°時(shí)在等中心的帶電粒子 的相位空間分布的圖。 圖29是表示本發(fā)明的實(shí)施方式2的旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)部的角度與等中心處的射束尺寸的關(guān)系 的圖。 圖30是表示本發(fā)明的實(shí)施方式2的旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)部的角度為0°時(shí)的射束尺寸的圖。 圖31是表示本發(fā)明的實(shí)施方式2的旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)部的角度為0°時(shí)的x方向射束尺寸的 圖。 圖32是表示本發(fā)明的實(shí)施方式2的旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)部的角度為0°時(shí)的y方向射束尺寸的 圖。 圖33是表示本發(fā)明的實(shí)施方式2的旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)部的角度為30°時(shí)的射束尺寸的圖。 圖34是表示本發(fā)明的實(shí)施方式2的旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)部的角度為60°時(shí)的射束尺寸的圖。 圖35是表示本發(fā)明的實(shí)施方式2的旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)部的角度為90°時(shí)的射束尺寸的圖。 圖36是表示本發(fā)明的實(shí)施方式2的旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)部的角度為120°時(shí)的射束尺寸的圖。 圖37是表示本發(fā)明的實(shí)施方式2的旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)部的角度為150°時(shí)的射束尺寸的圖。 圖38是對(duì)相位運(yùn)算的概念進(jìn)行說明的歸一化相位空間的圖。 圖39是對(duì)相位運(yùn)算的概念進(jìn)行說明的歸一化相位空間的圖。 圖40是對(duì)相位運(yùn)算的概念進(jìn)行說明的歸一化相位空間的圖。

【具體實(shí)施方式】
[0013] 實(shí)施方式1. 圖1是本發(fā)明的粒子射線治療裝置的簡要結(jié)構(gòu)圖，圖2是表示本發(fā)明的粒子射線照射 裝置的結(jié)構(gòu)的圖。圖3是表示本發(fā)明的帶電粒子束輸送系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)部的結(jié)構(gòu)的圖，圖 4是從左側(cè)觀察圖3的旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)部的側(cè)視圖。圖1中，粒子射線治療裝置51具備射束產(chǎn)生 裝置52、帶電粒子束輸送系統(tǒng)59、及粒子射線照射裝置58a、58b。射束產(chǎn)生裝置52具有離 子源（未圖示）、前級(jí)加速器53、及加速器54。粒子射線照射裝置58b設(shè)置于旋轉(zhuǎn)機(jī)架（未 圖示）。粒子射線照射裝置58a設(shè)置于不具有旋轉(zhuǎn)機(jī)架的治療室。
[0014] 帶電粒子束輸送系統(tǒng)59的作用是連接加速器54和粒子射線照射裝置58a、58b。 加速器54與粒子射線照射裝置58a、58b經(jīng)由真空管57相連接，帶電粒子束通過真空管57。 帶電粒子束輸送系統(tǒng)59的一部分設(shè)置于旋轉(zhuǎn)機(jī)架（未圖示），設(shè)置于旋轉(zhuǎn)機(jī)架的旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn) 部60具有多個(gè)偏轉(zhuǎn)電磁鐵10a、10b、10c及多個(gè)四極電磁鐵lla、llb、llc、lld。旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn) 部60隨著旋轉(zhuǎn)機(jī)架的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)。帶電粒子束輸送系統(tǒng)59的旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)部60以外的部分 即固定輸送部61具有多個(gè)偏轉(zhuǎn)電磁鐵48&、4813、48(：、48(1、486、48€、488、4811、481及多個(gè)四 極電磁鐵49 &、4%、49〇、49(1、496、49€、498、4911、491、49」。固定輸送部61的偏轉(zhuǎn)電磁鐵的標(biāo) 號(hào)統(tǒng)一使用48,在區(qū)別說明時(shí)使用48a至48i。固定輸送部61的四極電磁鐵的標(biāo)號(hào)統(tǒng)一使 用49,在區(qū)別說明時(shí)使用49a至49j。旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)部60的偏轉(zhuǎn)電磁鐵的標(biāo)號(hào)統(tǒng)一使用10,在 區(qū)別說明時(shí)使用l〇a、10b、10c。
[0015] 由離子源產(chǎn)生的質(zhì)子射線等粒子射線即帶電粒子束由前級(jí)加速器53進(jìn)行加速， 從入射裝置46入射到加速器54中。這里，加速器54以同步加速器為例進(jìn)行說明。帶電粒 子束被加速到規(guī)定的能量。從加速器54的射出裝置47射出的帶電粒子束經(jīng)過帶電粒子束 輸送系統(tǒng)59而被輸送到粒子射線照射裝置58a、58b。粒子射線照射裝置58a、58b將帶電粒 子束照射到照射對(duì)象45(參照?qǐng)D2)上。粒子射線照射裝置的標(biāo)號(hào)統(tǒng)一使用58,在進(jìn)行區(qū) 別說明時(shí)使用58a、58b。對(duì)于從加速器54射出的帶電粒子束31，將加速器54的射出位置 上與帶電粒子束31的前進(jìn)方向（s方向）垂直的面內(nèi)的、加速器54的環(huán)繞軌道面內(nèi)的方向 設(shè)為x方向，將與帶電粒子束31的前進(jìn)方向垂直的面內(nèi)的、與x方向正交的方向設(shè)為y方 向，在這種情況下，該帶電粒子束的x方向的發(fā)射率較小，y方向的發(fā)射率較大。加速器54 的射出位置上的帶電粒子束31的射束坐標(biāo)系為射束坐標(biāo)系73。帶電粒子束輸送系統(tǒng)59的 旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)部60的入口處的帶電粒子束31的射束坐標(biāo)系為射束坐標(biāo)系74。另外，將射束坐 標(biāo)系的s方向的軸稱為s軸，將射束坐標(biāo)系的x方向的軸稱為x軸，將射束坐標(biāo)系的y方向 的軸稱為y軸。
[0016] 由射束產(chǎn)生裝置52產(chǎn)生且被加速至規(guī)定能量的帶電粒子束31經(jīng)由帶電粒子束輸 送系統(tǒng)59,被引導(dǎo)至粒子射線照射裝置58。圖2中，粒子射線照射裝置58包括在與帶電粒 子束31垂直的方向即X方向以及Y方向上對(duì)帶電粒子束31進(jìn)行掃描的X方向掃描電磁鐵 32及Y方向掃描電磁鐵33、位置監(jiān)視器34、劑量監(jiān)視器35、劑量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器36、射束數(shù)據(jù)處 理裝置41、掃描電磁鐵電源37、以及控制粒子射線照射裝置58的照射管理裝置38。照射管 理裝置38包括照射控制計(jì)算機(jī)39和照射控制裝置40。劑量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器36包括觸發(fā)生成 部42、點(diǎn)計(jì)數(shù)器43、點(diǎn)間計(jì)數(shù)器44。此外，帶電粒子束31的前進(jìn)方向是-Z方向。
[0017] X方向掃描電磁鐵32是沿X方向?qū)щ娏Ｗ邮?1進(jìn)行掃描的掃描電磁鐵，Y方向 掃描電磁鐵33是沿Y方向?qū)щ娏Ｗ邮?1進(jìn)行掃描的掃描電磁鐵。位置監(jiān)視器34檢測(cè) 出射束信息，該射束信息用于計(jì)算由X方向掃描電磁鐵32及Y方向掃描電磁鐵33掃描后 的帶電粒子束31所通過的射束中的通過位置（重心位置）、尺寸。射束數(shù)據(jù)處理裝置41基 于由位置監(jiān)視器34檢測(cè)出的多個(gè)模擬信號(hào)（射束信息）構(gòu)成的射束信息來計(jì)算帶電粒子 束31的通過位置（重心位置）、尺寸。并且，射束數(shù)據(jù)處理裝置41生成表示帶電粒子束31 的位置異常或尺寸異常的異常檢測(cè)信號(hào)，并將該異常檢測(cè)信號(hào)輸出至照射管理裝置38。
[0018] 劑量監(jiān)視器35檢測(cè)帶電粒子束31的劑量。照射管理裝置38基于利用未圖示的 治療計(jì)劃裝置所生成的治療計(jì)劃數(shù)據(jù)，來控制照射對(duì)象45中帶電粒子束31的照射位置，若 由劑量監(jiān)視器35測(cè)定并被劑量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器36轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的劑量達(dá)到目標(biāo)劑量，則停 止帶電粒子束31。掃描電磁鐵電源37基于從照射管理裝置38輸出到X方向掃描電磁鐵 32及Y方向掃描電磁鐵33的控制輸入（指令），來改變X方向掃描電磁鐵32及Y方向掃 描電磁鐵33的設(shè)定電流。
[0019] 這里，粒子射線照射裝置58的掃描照射方式如混合掃描照射方式（在變更射束照 射位置（照射點(diǎn)）時(shí)不停止射束的方式）、具體而言改變帶電粒子束31的照射位置時(shí)不停 止帶電粒子束31的光柵掃描照射方式那樣來進(jìn)行，并像點(diǎn)掃描照射方式那樣，使射束照射 位置依次在照射點(diǎn)位置之間移動(dòng)，對(duì)此進(jìn)行說明。點(diǎn)計(jì)數(shù)器43是測(cè)量帶電粒子束31的射 束照射位置停留期間內(nèi)的照射劑量的裝置。點(diǎn)間計(jì)數(shù)器44是測(cè)量帶電粒子束31的射束照 射位置移動(dòng)期間內(nèi)的照射劑量的裝置。觸發(fā)生成部42是在射束照射位置上的帶電粒子束 31的劑量達(dá)到目標(biāo)照射劑量時(shí)生成劑量已滿信號(hào)的裝置。
[0020] 圖3示出繞機(jī)架轉(zhuǎn)軸15旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)角度（以下適當(dāng)稱為機(jī)架角度）為0°和 180°時(shí)的帶電粒子束輸送系統(tǒng)59的旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)部60。實(shí)線所示的情況是旋轉(zhuǎn)角度為0°的 情況，虛線所示的情況是旋轉(zhuǎn)角度為180°的情況。為了與實(shí)線所示的情況進(jìn)行區(qū)別，對(duì)虛 線所示的情況標(biāo)注不同的標(biāo)號(hào)。旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)部60中，帶電粒子束31按照以下所示的順序通 過各電磁鐵而到達(dá)粒子射線照射裝置58。帶電粒子束31的電磁鐵通過順序?yàn)槠D(zhuǎn)電磁鐵 10a、四極電磁鐵lla、llb、偏轉(zhuǎn)電磁鐵10b、四極電磁鐵llc、lld、偏轉(zhuǎn)電磁鐵10c。旋轉(zhuǎn)角 度為180°時(shí)的旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)部60中，帶電粒子束31按照以下所示的順序通過各電磁鐵而到 達(dá)粒子射線照射裝置68(圖3及圖4)。為了區(qū)別旋轉(zhuǎn)角度，圖3及圖4中的粒子射線照射 裝置的標(biāo)號(hào)也使用了不同于58的標(biāo)號(hào)。旋轉(zhuǎn)角度為90°、180°、270°的粒子射線照射裝 置的標(biāo)號(hào)分別為67、68、69。帶電粒子束31的電磁鐵通過順序?yàn)槠D(zhuǎn)電磁鐵22a、四極電磁 鐵23a、23b、偏轉(zhuǎn)電磁鐵22b、四極電磁鐵23c、23d、偏轉(zhuǎn)電磁鐵22c。等中心1C是旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn) 部60旋轉(zhuǎn)時(shí)帶電粒子束31的射束中心線14彼此相交的點(diǎn)。旋轉(zhuǎn)角度為0°、90°、180°、 270°時(shí)通過粒子射線照射裝置的帶電粒子束的射束坐標(biāo)系分別為射束坐標(biāo)系75、射束坐 標(biāo)系77、射束坐標(biāo)系76、射束坐標(biāo)系78。
[0021] 這里，考慮機(jī)架角度的基準(zhǔn)。繞機(jī)架轉(zhuǎn)軸15旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)角度即機(jī)架角度定義為粒 子射線照射裝置58的帶電粒子束31的射束中心線14與旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)部60的入口處的帶電粒 子束31的射束坐標(biāo)系74中的y方向的軸之間的角度。射束中心線14與旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)部60的 入口處的帶電粒子束31的y方向的軸（y軸）重疊時(shí)的機(jī)架角度設(shè)為機(jī)架基準(zhǔn)角度。在機(jī) 架角度為機(jī)架基準(zhǔn)角度的情況下，帶電粒子束31以加速器54的射出位置處的x方向的發(fā) 射率和y方向的發(fā)射率分尚從而確保各自的發(fā)射率的方式由帶電粒子束輸送系統(tǒng)59進(jìn)行 輸送。機(jī)架基準(zhǔn)角度可以是任意機(jī)架角度，但這里設(shè)為0°。
[0022] 圖4是從左側(cè)觀察圖3的旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)部的側(cè)視圖，還追加了旋轉(zhuǎn)角度為90°和 270°的情況。射束中心線16是將通過旋轉(zhuǎn)角度為0°的粒子射線照射裝置58和旋轉(zhuǎn)角度 為180°的粒子射線照射裝置68的射束中心線14旋轉(zhuǎn)90°后得到的，是通過旋轉(zhuǎn)角度為 90°的粒子射線照射裝置67和旋轉(zhuǎn)角度為270°的粒子射線照射裝置69的帶電粒子束31 的射束中心線。圖4中，旋轉(zhuǎn)角度為0°的偏轉(zhuǎn)電磁鐵10a、10c的標(biāo)號(hào)在旋轉(zhuǎn)角度為90°、 270°的情況下發(fā)生改變。旋轉(zhuǎn)角度為90°的情況下為偏轉(zhuǎn)電磁鐵20a、20c，旋轉(zhuǎn)角度為 270°的情況下為偏轉(zhuǎn)電磁鐵24a、24c。
[0023] 帶電粒子束輸送系統(tǒng)59的射束設(shè)計(jì)是指調(diào)整偏轉(zhuǎn)電磁鐵、四極電磁鐵的磁鐵排 列以及各四極電磁鐵的強(qiáng)度，決定了下式⑴所示的輸送矩陣。
[0024][數(shù)學(xué)式1]

【權(quán)利要求】
1. 一種帶電粒子束輸送系統(tǒng)，對(duì)于從加速器射出的帶電粒子束，將所述加速器的射出 位置上與所述帶電粒子束的前進(jìn)方向垂直的面內(nèi)的、所述加速器的環(huán)繞軌道面內(nèi)的方向設(shè) 為X方向，將與所述帶電粒子束的前進(jìn)方向垂直的面內(nèi)的、與所述x方向正交的方向設(shè)為y 方向，在這種情況下，該帶電粒子束的x方向的發(fā)射率與y方向的發(fā)射率不同，所述帶電粒 子束輸送系統(tǒng)將所述帶電粒子束輸送至粒子射線照射裝置，所述粒子射線照射裝置裝載在 能以等中心為中心進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)機(jī)架上，所述帶電粒子束輸送系統(tǒng)的特征在于， 包括：旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)部，該旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)部裝載于所述旋轉(zhuǎn)機(jī)架，并繞所述旋轉(zhuǎn)機(jī)架的機(jī)架轉(zhuǎn)軸 旋轉(zhuǎn)；及從所述加速器到所述旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)部的固定輸送部， 所述旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)部具有多個(gè)偏轉(zhuǎn)電磁鐵， 在從所述機(jī)架轉(zhuǎn)軸方向觀察的情況下，以所述粒子射線照射裝置的射束中心線與所述 旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)部的入口處的所述帶電粒子束的所述y方向的軸之間的角度為機(jī)架角度， 以所述加速器的射出位置處的所述x方向的發(fā)射率和所述y方向的發(fā)射率分離從而確 保各自的發(fā)射率的方式輸送所述帶電粒子束的所述旋轉(zhuǎn)機(jī)架的角度為機(jī)架基準(zhǔn)角度， 設(shè)在所述機(jī)架角度為所述機(jī)架基準(zhǔn)角度的情況下，所述帶電粒子束的相位空間分布中 的相位從所述旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)部的入口到所述等中心為止所提前的變化量為第1相位提前， 設(shè)在所述機(jī)架角度為從所述機(jī)架基準(zhǔn)角度旋轉(zhuǎn)90°后的角度的情況下，所述帶電粒子 束的所述相位空間分布中的相位從所述旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)部的入口到所述等中心為止所提前的變 化量設(shè)為第2相位提前， 所述固定輸送部使得所述旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)部的入口處的所述帶電粒子束的所述相位空間分 布的相位成為根據(jù)基于所述第1相位提前及所述第2相位提前的平均值進(jìn)行的運(yùn)算而決定 的相位。
2. 如權(quán)利要求1所述的帶電粒子束輸送系統(tǒng)，其特征在于， 所述固定輸送部使得所述旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)部的入口處的所述帶電粒子束的所述相位空間分 布的相位成為基于將所述第1相位提前以180°的相位提前進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化后的相位提前、與 將所述第2相位提前以180°的相位提前進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化后的相位提前的平均值而得到的相 位。
3. 如權(quán)利要求1所述的帶電粒子束輸送系統(tǒng)，其特征在于， 所述固定輸送部使得所述旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)部的入口處的所述帶電粒子束的所述相位空間分 布的相位成為對(duì)將所述第1相位提前以180°的相位提前進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化后的相位提前、與將 所述第2相位提前以180°的相位提前進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化后的相位提前的平均值取負(fù)數(shù)后的相 位。
4. 如權(quán)利要求1至3的任一項(xiàng)所述的帶電粒子束輸送系統(tǒng)，其特征在于， 所述旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)部中的所述x方向及所述y方向的Twiss參數(shù)在該旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)部的入口及 出口處相一致。
5. 如權(quán)利要求4所述的帶電粒子束輸送系統(tǒng)，其特征在于， 在所述旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)部的入口及出口，該旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)部中的所述x方向的Twiss參數(shù)0 x與所 述y方向的Twiss參數(shù)相一致，且所述x方向的Twiss參數(shù)a x與所述y方向的Twiss 參數(shù)a y相一致。
6. -種帶電粒子束輸送系統(tǒng)，對(duì)于從加速器射出的帶電粒子束，將所述加速器的射出 位置上與所述帶電粒子束的前進(jìn)方向垂直的面內(nèi)的、所述加速器的環(huán)繞軌道面內(nèi)的方向設(shè) 為X方向，將與所述帶電粒子束的前進(jìn)方向垂直的面內(nèi)的、與所述x方向正交的方向設(shè)為y 方向，在這種情況下，該帶電粒子束的x方向的發(fā)射率與y方向的發(fā)射率不同，所述帶電粒 子束輸送系統(tǒng)將所述帶電粒子束輸送至粒子射線照射裝置，所述粒子射線照射裝置裝載在 能以等中心為中心進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)機(jī)架上，所述帶電粒子束輸送系統(tǒng)的特征在于， 包括：旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)部，該旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)部裝載于所述旋轉(zhuǎn)機(jī)架，并繞所述旋轉(zhuǎn)機(jī)架的機(jī)架轉(zhuǎn)軸 旋轉(zhuǎn)；及從所述加速器到所述旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)部的固定輸送部， 所述旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)部具有多個(gè)偏轉(zhuǎn)電磁鐵， 所述固定輸送部中，在所述旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)部的入口，所述帶電粒子束的所述x方向的相位 空間分布為能以利用規(guī)定的選擇矩陣而計(jì)算出的線狀分布來近似的分布， 所述選擇矩陣為 在所述旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)部的入口及出口、所述y方向及所述x方向的運(yùn)動(dòng)量分散函數(shù)為0、且 所述運(yùn)動(dòng)量分散函數(shù)中與所述x方向及所述y方向垂直的所述帶電粒子束的前進(jìn)方向的斜 率為〇時(shí)從所述旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)部的入口到所述等中心為止的輸送矩陣的一部分， 具有將構(gòu)成所述旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)部的入口處的所述帶電粒子束的帶電粒子的位置（Xl、yi)及 該位置處的所述帶電粒子束的前進(jìn)方向的斜率（x' i、y' i)、與所述等中心處的所述帶電粒 子的位置（X2、y2)及該位置處的所述帶電粒子束的前進(jìn)方向的斜率（X' 2、y' 2)相關(guān)聯(lián)的輸 送矩陣的分量叫丨、m12、m33、m34， 以所述等中心處的所述y方向的射束尺寸為〇y， 以 mnXd+n^x' 〇 = 〇 y 為第 1 式， 以 m33x0+m34x，0 = 〇 y 為第 2 式， 根據(jù)所述第1式及所述第2式，計(jì)算出所述線狀分布的一個(gè)端點(diǎn)（X(l、x' J和另一端點(diǎn) (_x0、_x，0) 〇
7. 如權(quán)利要求6所述的帶電粒子束輸送系統(tǒng)，其特征在于， 所述旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)部中的所述x方向及所述y方向的Twiss參數(shù)在該旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)部的入口及 出口處相一致。
8. 如權(quán)利要求7所述的帶電粒子束輸送系統(tǒng)，其特征在于， 在所述旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)部的入口及出口，該旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)部中的所述x方向的Twiss參數(shù)0 x與 所述y方向的Twiss參數(shù)@ y相一致。
9. 一種粒子射線治療裝置，其特征在于，包括： 射束產(chǎn)生裝置，該射束產(chǎn)生裝置產(chǎn)生帶電粒子束，并利用加速器使該帶電粒子束加 速； 帶電粒子束輸送系統(tǒng)，該帶電粒子束輸送系統(tǒng)對(duì)于由所述加速器加速后的帶電粒子束 進(jìn)行輸送，該帶電粒子束的x方向的發(fā)射率與y方向的發(fā)射率在以下情況下不同，S卩，將所 述加速器的射出位置上與所述帶電粒子束的前進(jìn)方向垂直的面內(nèi)的、所述加速器的環(huán)繞軌 道面內(nèi)的方向設(shè)為x方向，將與所述帶電粒子束的前進(jìn)方向垂直的面內(nèi)的、與所述x方向正 交的方向設(shè)為y方向； 粒子射線照射裝置，該粒子射線照射裝置將經(jīng)所述帶電粒子束輸送系統(tǒng)輸送的帶電粒 子束照射到照射對(duì)象上；以及 旋轉(zhuǎn)機(jī)架，該旋轉(zhuǎn)機(jī)架裝載所述粒子射線照射裝置，能以等中心為中心進(jìn)行旋轉(zhuǎn)， 所述帶電粒子束輸送系統(tǒng)是如權(quán)利要求1至8的任一項(xiàng)所述的帶電粒子束輸送系統(tǒng)。
【文檔編號(hào)】H05H13/04GK104335686SQ201280073432
【公開日】2015年2月4日 申請(qǐng)日期:2012年5月24日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月24日
【發(fā)明者】菅原賢悟, 小田原周平, 吉田克久 申請(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社