![]() 粒子線照射裝置及粒子線治療裝置
专利摘要:
本發明之目的在於提供一種粒子線照射裝置及粒子線治療裝置,其即便荷電粒子束為低能量亦可以較小之射束尺寸照射於照射對象。本發明之粒子線照射裝置(58),其特徵為具備:真空導管(6、7),形成供荷電粒子束(1)通過之真空區域;非金屬之真空窗(8),可供荷電粒子束(1)從真空區域釋出;掃描電磁鐵(2、3),將荷電粒子束(1)朝向與射束軸呈垂直之方向掃描;監視裝置(67),具有檢測荷電粒子束(1)之通過位置及射束尺寸的位置監視器(5);低散亂氣體填充室(39),覆蓋真空窗(8)且於下游側配置有監視裝置(67);以及照射管理裝置(20),控制荷電粒子束(1)之照射,且低散亂氣體填充室(39),係使監視裝置(67)與真空窗(8)之位於射束軸方向的相對位置能夠變更地配置在所期望之位置,且填充有於荷電粒子束(1)被照射時散亂比空氣小的低散亂氣體。 公开号:TW201318662A 申请号:TW101106937 申请日:2012-03-02 公开日:2013-05-16 发明作者:Masahiro Ikeda;Hisashi Harada;Kazushi Hanakawa;Toshihiro Otani;Tadashi Katayose;Taizo Honda;Yukiko Yamada;Yue-Hu Pu 申请人:Mitsubishi Electric Corp; IPC主号:A61N5-00
专利说明:
粒子線照射裝置及粒子線治療裝置 本發明係關於一種使用粒子線治療癌等之粒子線照射裝置及粒子線治療裝置。 一般之粒子線治療裝置係具備:射束產生裝置,產生荷電粒子束;加速器,與射束產生裝置連接,且加速所產生的荷電粒子束;射束輸送系,輸送被加速至由加速器所設定之能量之後射出的荷電粒子束;以及粒子線照射裝置,設置於射束輸送系之下游,用以將荷電粒子束照射於照射對象。在粒子線照射裝置中大致予以區別時,有以下之照射方式:以散亂體來散亂擴大荷電粒子束,且將擴大後的荷電粒子束配合照射對象之形狀以形成照射場(irradiation field)的寬照射方式;以及以配合照射對象之形狀的方式,掃描細鉛筆狀之射束以形成照射場的掃描照射方式(點掃描(spot scanning)、光柵掃描(raster scanning)等)。 寬照射方式,係使用射線調準器(collimator)或射束照射限制模(bolus)形成符合患部形狀之照射場。形成符合患部形狀之照射場,且防止對正常組織之不必要的照射,為最被通用且優異的照射方式。但是,有必要針對每位患者製作射束照射限制模、或配合患部使射線調準器變形。 另一方面,掃描照射方式,係一種不需要射線調準器或射束照射限制模之自由度高的照射方式。但是,由於不使用防止對患部以外之正常組織的照射之此等零件,所以被要求比寬照射方式高的射束照射位置精度。 近年來,為了治療複雜形狀之患部,而開始增大對射束成形之自由度的要求。頭頸部有眼球、視神經、脊椎、腦等的多種重要臟器,而有希望適用掃描照射方式的要求。在頭頸部的情況下,其與軀體部分不同,由於身體的尺寸較小,所以到達患部的深度比較淺,所需要的射束能量也較低。將荷電粒子束之能量與射束尺寸(beam size)的關係顯示於第17圖。橫軸係荷電粒子束之射束能量E(MeV),縱軸係荷電粒子束之射束尺寸S(mm)。射束尺寸係以標準偏差計算的方式來計算。第17圖之射束尺寸S係於水中的照射基準點(iso center)之射束尺寸。特性92係因水散亂而成為物理界限的射束尺寸,特性91係從習知粒子線照射裝置之射束取出窗釋出的荷電粒子束通過空氣中,且進入患者之身體內時的射束尺寸。輻射線於人體內部之照射特性,係與於水中的輻射線之照射特性相同,因此檢討水中的照射特性。 例如,在150MeV之質子束的情況下,當忽略射束取出窗或位置監視器、空氣等的損失時就有16cm左右的射程,而在頭頸部的情況下,多為比此還少的射程。換句話說,在考慮到病例的情況下儘管需要比第17圖之150MeV還低之能量且較小之射束尺寸,但在先前技術之情況下如果是比150MeV還低的能量,由於在進入水中之前的因射束取出窗或位置監視器、空氣而造成的散亂(角)的作用很大,所以射束尺寸會變得非常大。作為用以減小射束尺寸的方法,可考慮減小使荷電粒子束散亂的物質與被照射體(患部)之距離的方法。 在專利文獻1中有揭示一種使用被要求射束照射位置精度高之掃描照射方式的粒子線治療裝置,其係將產生射束之散亂的障礙物儘量置放於射束之下游側,藉此來減小射束尺寸。專利文獻1之發明,係具備:照射裝置,具有掃描荷電粒子束的射束掃描裝置以及在比該射束掃描裝置還靠近下游側設置有射束取出窗的第1導管(duct),且通過該第1導管內部以將荷電粒子束照射於照射對象;以及射束輸送裝置,具有第2導管,且使從加速器射出之荷電粒子束通過第2導管之內部以輸送至照射裝置,而測定荷電粒子束之位置的射束位置監視器(以下,簡稱為位置監視器),係透過保持構件而安裝於射束取出窗,且連通第1導管內部之真空區域與第2導管內部之真空區域。 第1導管係由二個導管所構成,且將該二個導管藉由伸縮囊(bellows)而密封接合。藉由使第1導管朝向射束軸方向伸縮的導管伸縮手段和驅動手段,使伸縮囊伸縮,且使在射束取出窗之近旁設置於下游的位置監視器朝向導管之射束軸方向移動,藉此抑制患者與射束取出窗之空隙(air gap)不必要地變大,以減小射束尺寸。 (專利文獻1)日本特許4393581號公報(0014段、0027段至0029段、第2圖) 專利文獻1之粒子線治療裝置,係為了使射束取出窗接近患者,而使用了能夠伸縮地密封接合作為第1導管之二個導管的伸縮囊。如第18圖所示,用以將伸縮囊之內面側保持真空的真空伸縮囊,係在一邊保持內部之真空狀態,一邊長期間執行伸縮動作的情況下,可動範圍會受到限制。伸縮囊95係顯示最縮小狀態,且其長度為L2。又,伸縮囊94係顯示最伸長狀態,且其長度為L1。長度L3係長度L1與長度L2之差,且該長度L3為可能行程長度。可能行程長度L3,係最大長度L1之1/3左右,且當要加長行程長度時真空伸縮囊之總長就會變長。 為了將載置於患者載台的患者之患部定位,患者的射束軸方向之移動長度就需要最低限370mm左右。使真空伸縮囊伸縮以使射束取出窗及位置監視器移動時,可能行程長度L3需要370mm以上。射束取出窗及位置監視器,係不僅需要患者的射束軸方向之移動長度、還需要為了定位患部而因與使用的X射線管及X射線攝像裝置之配置位置的位置關係而更進一步從患者退避。在使照射噴嘴前端部(安裝有位置監視器之部分等的前端部)剛剛移動到身體表面的情況下,當距離照射基準點為40mm,且將最退避長度設為650mm時就需要610mm之可能行程長度。又,在掃描照射方式中,由於荷電粒子束之掃描範圍越來到下游就變得越寬,所以有需要加大真空伸縮囊之口徑。要製造大口徑且長的真空伸縮囊是困難的。 雖然專利文獻1之粒子線治療裝置,係設成於荷電粒子束通過真空中時將真空通過長度設為可變,且儘量減小照射患部之射束尺寸,但是因設置真空囊而使裝置變得複雜。又,在無法充分加長可能行程長度的情況下,就無法使射束取出窗及位置監視器充分地接近患者,結果,在頭頸部之治療所需之能量下,有可能無法充分地減小照射患部之射束尺寸。 本發明係為了解決如上述之課題而開發完成者,其目的在於獲得一種即便荷電粒子束為低能量亦可以較小之射束尺寸照射於照射對象的粒子線照射裝置。 本發明之粒子線照射裝置,係具備:真空導管,形成供荷電粒子束通過之真空區域;非金屬之真空窗,設置於真空導管之下游側,且可供荷電粒子束從真空區域釋出;掃描電磁鐵,將荷電粒子束朝向與射束軸呈垂直之方向掃描;監視裝置(monitoring apparatus),具有檢測荷電粒子束之通過位置及射束尺寸的位置監視器;低散亂氣體填充室,覆蓋真空窗且於下游側配置有監視裝置;以及照射管理裝置,控制荷電粒子束之照射。其特徵為:低散亂氣體填充室,係使監視裝置與真空窗之位於射束軸方向的相對位置能夠變更地配置在所期望之位置,且填充有荷電粒子束被照射時散亂比空氣小的低散亂氣體。 依據本發明之粒子線照射裝置,由於使監視裝置與非金屬之真空窗之位於射束軸方向的相對位置能夠變更地配置在所期望之位置,且使荷電粒子束通過填充有散亂比空氣小之低散亂氣體的低散亂氣體填充室,所以即便是低能量亦可以較小之射束尺寸將荷電粒子束照射於照射對象。實施形態1 第1圖係顯示本發明實施形態1的粒子線照射裝置之構成圖。第2圖係本發明之粒子線治療裝置的概略構成圖。在第2圖中,粒子線治療裝置51,係具備射束產生裝置52、射束輸送系59及粒子線照射裝置58a、58b。射束產生裝置52,係具有離子源(未圖示)、前段加速器53及同步加速器(synchrotron)54。粒子線照射裝置58b係設置於旋轉支架(gantry)(未圖示)。粒子線照射裝置58a係設置於不具有旋轉支架的治療室。射束輸送系59之任務係在於同步加速器54與粒子線照射裝置58a、58b之聯絡。射束輸送系59之一部分係設置於旋轉支架(未圖示),且於該部分具有複數個偏向電磁鐵55a、55b、55c。 在離子源產生的質子束等之作為粒子線的荷電粒子線,係由前段加速器53所加速,且入射於作為加速器之同步加速器54。荷電粒子束,係加速至預定之能量。從同步加速器54射出的荷電粒子束,係經過射束輸送系59而輸送至粒子線照射裝置58a、58b。粒子線照射裝置58a、58b係將荷電粒子束照射於照射對象25(參照第1圖)。 在射束產生裝置52產生且加速至預定之能量的荷電粒子束1,係經由射束輸送系59,導引至粒子線照射裝置58。在第1圖中,粒子線照射裝置58,係具備:上部真空導管6及下部真空導管7,皆與從射束輸送系59形成真空區域並且連通;真空窗8,從真空區域釋出荷電粒子束1;X方向掃描電磁鐵2及Y方向掃描電磁鐵3,朝向與荷電粒子束1呈垂直之方向的X方向及Y方向掃描荷電粒子束1;線量監視器4;位置監視器5;上部密封29;監視器保持部9;伸縮囊10,能夠移動地連接上部密封29與監視器保持部9;延伸部23,配置於監視器保持部9之外周;監視器保持部驅動裝置80,將監視器保持部9朝向射束軸方向驅動;線量資料轉換器16;位置資料轉換器17;射束資料處理裝置18;掃描電磁鐵電源19;以及照射管理裝置20,控制粒子線照射裝置58。照射管理裝置20係具備照射控制電腦21、及照射控制裝置22。荷電粒子束1,係以沿著圖所記載之中心軸27而照射,且只要不在X方向掃描電磁鐵2及Y方向掃描電磁鐵3進行任何控制,最終可以朝向照射基準點(iso center)26之方式調整。荷電粒子束1,係照射於被搭載於患者載台28的患者24之作為照射對象25的患部。另外,荷電粒子束1之行進方向為-Z方向。 X方向掃描電磁鐵2係將荷電粒子束1朝向X方向掃描的掃描電磁鐵,而Y方向掃描電磁鐵3係將荷電粒子束1朝向Y方向掃描的掃描電磁鐵。位置監視器5,係檢測由X方向掃描電磁鐵2及Y方向掃描電磁鐵3掃描而得的荷電粒子束1通過之射束的通過位置(重心位置)與尺寸。線量監視器4,係檢測荷電粒子束1之線量。照射管理裝置20,係根據由未圖示之治療計劃裝置所製作而得的治療計劃資料,來控制照射對象25中的荷電粒子束1之照射位置,且由線量監視器4所測定,當以線量資料轉換器16轉換成數位資料的線量到達目標線量時就停止荷電粒子束1。掃描電磁鐵電源19,係根據從照射管理裝置20輸出之對X方向掃描電磁鐵2及Y方向掃描電磁鐵3的控制輸入(指令)而使X方向掃描電磁鐵2及Y方向掃描電磁鐵3之設定電流產生變化。 監視器保持部驅動裝置80,係具備:固定於延伸部23的齒條(rack)11;與齒條11咬合的小齒輪(pinion)12;使小齒輪12旋轉的馬達13;固定於延伸部23的導軌14;以及插入於導軌14的導套(guide bush)15。小齒輪12係以相對於上部真空導管6及下部真空導管7成為預定之位置關係的方式固定在粒子線照射裝置58之設置部位。藉由小齒輪12、和齒條11使監視器保持部9移動,該小齒輪12係藉由馬達13而旋轉,該齒條11係藉由小齒輪12之旋轉而朝向Z軸方向移動。將線量監視器4及位置監視器5歸納稱為監視裝置67。監視裝置67係固定於監視器保持部9之前端部。監視裝置67和監視器保持部9之固定方法將於後述。藉由上部密封29、伸縮囊10、監視器保持部9及監視裝置67構成低散亂氣體填充室39。在低散亂氣體填充室39,係填充有氦氣等低散亂氣體。低散亂氣體填充室39,係使監視裝置67和真空窗8之位於射束軸方向的相對位置能夠變更地配置在所期望之位置。監視器保持部驅動裝置80,係變更形成真空區域之上部真空導管6、下部真空導管7及真空窗8和監視裝置67之位於射束軸方向(Z方向)的相對位置,並且藉由伸縮囊10伸縮而變更低散亂氣體填充室39之容積的驅動裝置。將上部真空導管6、下部真空導管7、真空窗8、低散亂氣體填充室39、監視裝置67、X方向掃描電磁鐵2、Y方向掃描電磁鐵3歸納稱為照射系機器30。 位置監視器5,係由例如在藉由荷電粒子而電離的氣體之中鋪設有呈垂直之線(wire)群的多線式比例計數管而構成。在位置監視器5上之作為射束之位置資訊的電流信號為類比資料siga。類比資料siga,係輸入至位置資料轉換器17。在位置資料轉換器17中,作為射束之通過位置資訊的電流信號,係通過I/V轉換器而轉換成電壓,且由放大器來放大,並在AD轉換器從類比信號轉換成數位信號。轉換成數位信號之數位資料sigd係輸入至射束資料處理裝置18。I/V轉換器、放大器、AD轉換器,係構成位置資料轉換器17。線量監視器4,係由例如在將粒子線電離的空氣之中設置有平行平板之電極的電離箱而構成。 第3圖係說明照射系機器之退避狀態的圖,第4圖係說明照射系機器之照射狀態的圖。照射系機器30係設置於旋轉支架框(gantry frame)31之例。如第3圖所示,在退避狀態下監視裝置67接近真空窗8,而監視裝置67遠離患者24。在該退避狀態下患者24係搭載於患者載台28,且進行患部之定位作業。在患部之定位作業結束之後,可藉由監視器保持部驅動裝置80來驅動監視器保持部9,且使監視裝置67儘量接近患者24。使監視裝置67儘量接近患者24之狀態,係顯示於第4圖,進而以第3圖之虛線來表示。線量監視器104、位置監視器105,係分別呈儘量接近患者24的狀態之線量監視器、位置監視器。 實施形態1之粒子線照射裝置58,係在保持固定上部真空導管6、下部真空導管7、真空窗8的狀態下,可充分地確保監視裝置67與患者24之移動距離。藉由在低散亂氣體填充室39填充散亂比空氣還小之低散亂氣體,可減小通過低散亂氣體填充室39內的荷電粒子束1之射束尺寸。 其次,就低散亂氣體之供給及排出構成、減小通過時之散亂的真空窗8之構造、相當於低散亂氣體填充室39之蓋體的監視裝置67的構造加以說明。第5圖係說明實施形態1的低散亂氣體之供給及排出構成的圖。低散亂氣體裝置40,係對低散亂氣體填充室39執行低散亂氣體之供給及釋出。低散亂氣體裝置40,係具有氣體供給部41、容積變動吸收部42及氣體釋出部43。低散亂氣體係從氣體供給部41供給至低散亂氣體填充室39。低散亂氣體填充室39之低散亂氣體的壓力變動係可藉由容積變動吸收部42及氣體釋出部43而調整成為預定之壓力範圍。 氣體供給部41,係由填充有低散亂氣體之貯氣瓶(gas cylinder)33、調整供給氣體壓力之調整器34、調整供給至低散亂氣體填充室39之氣體流量的流量調整閥35及配管32而構成。氣體供給部41之配管32,係例如連接於上部密封29。容積變動吸收部42,係由調整室36與配管32而構成。容積變動吸收部42,係按照低散亂氣體填充室39之氣體壓力,而從低散亂氣體填充室39移動低散亂氣體至調整室36。當低散亂氣體填充室39之氣體壓力降低時,調整室36內之低散亂氣體就會流入至低散亂氣體填充室39。容積變動吸收部42,係按照低散亂氣體填充室之氣體壓力的變動而使容積變動,藉此調整低散亂氣體填充室39之低散亂氣體的壓力變動。氣體釋出部43,係由注入有油38的油容器37與配管32所構成。在低散亂氣體填充室39供給有低散亂氣體,當在調整室36超過能夠吸收變動之壓力而使低散亂氣體填充室39之氣體壓力上升時,低散亂氣體就會從氣體釋出部43之配管32釋出至油內。釋出至油內之低散亂氣體係從油容器37之開放口朝向外部釋出。由於低散亂氣體係藉由流量調整閥35而流動一定流量,所以可從油容器37之開放口釋出一定流量。 第6圖係顯示真空窗之構造圖,第7圖係顯示第6圖之A1-A1剖面的示意圖。真空窗8,係以安裝凸緣(flange)48及壓窗凸緣46來按壓並固定窗板47。第6圖、第7圖所示之真空窗8係圓形之例。窗板47,係例如厚度200μm之聚醯亞胺的板。金屬之安裝凸緣48及金屬之壓窗凸緣46係形成有貫通孔。窗板47係以覆蓋安裝凸緣48之貫通孔的方式配置。壓窗凸緣46,係重疊配置於窗板47之外周部,且藉由螺栓49而固定於安裝凸緣48。真空窗8係藉由螺栓49而固定於金屬之下部真空導管7。藉由如以上的真空窗48,可確保真空區域之真空,並且可極力地抑制因窗板47而造成的荷電粒子束1之散亂。 第8圖係顯示監視裝置的圖,第9圖係顯示第8圖之A2-A2剖面的圖,第10圖係第9圖之左上部的放大圖。第8圖至第10圖所示的監視裝置67係圓形之例。第8圖至第10圖所示的監視裝置67,係將重疊配置有線量監視器4之電極部與位置監視器5之電極部的監視器電極部76,配置於具有貫通孔的上框架70與具有貫通孔的下框架75之間之例。監視器電極部76係在外周部配置有例如8個絕緣軸環(isolation collars)74。在上框架70之螺栓孔與絕緣軸環74之貫通孔插入有螺栓49,且在下框架75之母螺紋部螺入螺栓49,而上框架70、下框架75及監視器電極部76會成為一體。 在配置於低散亂氣體填充室39之內面側的上框架70,係固定有窗板71。以覆蓋上框架70之貫通孔的方式配置有窗板71。將壓窗板框架72重疊配置於窗板71之外周部,且以螺釘73將窗板71及壓窗板框架72固定於上框架70之內周側。窗板71,係例如厚度100μm之較薄的雲母板(聚酯膠(mylar)膜)。窗板71,係配置於位在低散亂氣體填充室39之內側的面側,用以防止低散亂氣體往下游側通過。 說明監視器保持部9與監視裝置67之連接方法。第11圖係說明監視裝置之安裝方法的圖,第12圖係顯示第11圖之A3-A3剖面的圖。第11圖係從荷電粒子束1之照射方向的上游側朝向下游側觀看到安裝於監視器保持部9之監視裝置67的圖。在監視裝置67的上框架70之外周側配置密封材78、監視器保持部9、密封材79、按壓器具77。由於以螺栓49與螺帽50鎖定二個按壓器具77之端部,藉此按壓並連接於監視裝置67,所以監視器保持部9與監視裝置67之連接可保持氣密性。由於監視器保持部9與監視裝置67之連接氣密性高,所以藉由上部密封29、伸縮囊10、監視器保持部9及監視裝置67所構成的低散亂氣體填充室39,係可具備足以填充低散亂氣體之氣密性。 第13圖係顯示本發明之射束尺寸特性的圖。橫軸係荷電粒子束之射束能量E(MeV),縱軸係荷電粒子束之射束尺寸S(mm)。射束尺寸S係以標準偏差計算方式來計算。第13圖之射束尺寸S,係位於水中的照射基準點之射束尺寸。特性93,係使用氦(He)氣作為低散亂氣體,且在低散亂氣體填充室39填充氦氣的情況。第13圖之特性,係真空窗8與照射基準點26之距離為770mm、監視裝置67之上表面與水面之距離為110mm、真空窗8的窗板47之厚度為200μm之例。在變更荷電粒子束1之能量,並變更水中的布勒格尖峰(Bragg Peak)位置時,以真空窗8與照射基準點26之距離成為770mm、監視裝置67之上表面與水面之距離成為110mm的方式,來移動水面及監視裝置67。當荷電粒子束1之能量被變更時,低散亂氣體填充室39之Z軸方向的長度會變化。為了比較,而補記特性91及特性92。特性92係因水散亂而成為物理界限的射束尺寸,特性91係從習知的粒子線照射裝置之射束取出窗釋出的荷電粒子束通過空氣中,且進入患者之身體時的射束尺寸。 在低散亂氣體填充室39填充氦氣,且監視裝置67之上表面與水面之距離設為110mm,藉此可在射束能量從70MeV至235MeV之間使射束尺寸接近因水散亂而成為物理界限之射束尺寸。本發明之特性93,係在從70MeV至235MeV之間,比起習知的射束尺寸之特性91,還可非常地減小射束尺寸。如果是在習知的射束尺寸變大的低能量範圍(150MeV以下),本發明之特性93係與習知之特性91不同,且即便使射束能量降低亦可減小射束尺寸。本發明之特性93,係在70MeV左右,雖然即便使射束能量降低,射束尺寸也不會降低,但是比起習知還可獲得顯著小的射束尺寸。本發明之特性93,係可在射束能量在70MeV至235MeV之間,接近物理界限之特性92。 實施形態1之粒子線照射裝置58,係具備固定荷電粒子束1通過真空中的真空通過長度,且覆蓋真空窗8並填充有低散亂氣體的低散亂氣體填充室39,由於可使位在低散亂氣體填充室39之前端部分的監視裝置67儘量地接近患者,所以即便荷電粒子束1為低能量亦可以較小之射束尺寸照射於照射對象25。又,由於粒子線照射裝置58係固定荷電粒子束1通過真空中的真空通過長度,所以沒有必要如習知般地使用真空伸縮囊而將真空通過長度設為可變,而可將照射系機器30形成簡便的構成。由於照射系機器30係為簡便的構成,所以不用受限於真空伸縮囊之限制條件,而可自由地進行監視裝置67之移動距離、即監視器保持部9之移動距離的設計。 由於低散亂氣體填充室39只要填充有低散亂氣體即可,所以沒有必要進行如使內部成為真空的氣密設定,亦可以塑膠等的樹脂材料來形成。伸縮囊10亦可使用由塑膠等的樹脂材料來形成、或在布上塗佈樹脂者。 由於將線量監視器4與位置監視器5一體化作成監視裝置67,所以比起將線量監視器4與位置監視器5個別形成並重疊的情況,可減小監視裝置67之射束照射方向(Z方向)的長度。將線量監視器4與位置監視器5一體化的監視裝置67,由於射束照方向(Z方向)之長度小,所以可輕量化,且極力地減薄使荷電粒子束1散亂的原因物。 由於如以上的實施形態1之粒子線照射裝置58,係具備:真空導管6、7,形成供荷電粒子束1通過之真空區域;非金屬之真空窗8,設置於真空導管6、7之下游側,且可供荷電粒子束1從真空區域釋出;掃描電磁鐵2、3,將荷電粒子束1朝向與射束軸呈垂直之方向掃描;監視裝置67,具有檢測荷電粒子束1之通過位置及射束尺寸的位置監視器5;低散亂氣體填充室39,覆蓋真空窗8且於下游側配置有監視裝置67;以及照射管理裝置20,控制荷電粒子束1之照射,且低散亂氣體填充室39,係使監視裝置67與真空窗8之位於射束軸方向的相對位置能夠變更地配置在所期望之位置,且填充有荷電粒子束1被照射時散亂比空氣小的低散亂氣體,所以可使監視裝置與非金屬之真空窗之位於射束軸方向的相對位置能夠變更地配置在所期望之位置,且使荷電粒子束可通過填充有散亂比空氣小之低散亂氣體的低散亂氣體填充室,且即便荷電粒子束1為低能量亦可以較小之射束尺寸照射於照射對象25。 由於實施形態1之粒子線治療裝置,係具備:射束產生裝置52,產生荷電粒子束1,且以加速器54使該荷電粒子束1加速;射束輸送系59,輸送藉由加速器54而加速後之荷電粒子束1;以及粒子線照射裝置58,將由射束輸送系59所輸送來的荷電粒子束1照射於照射對象25,而粒子線照射裝置58,係具備:真空導管6、7,形成供荷電粒子束1通過之真空區域;非金屬之真空窗8,設置於真空導管6、7之下游側,且可供荷電粒子束1從真空區域釋出;掃描電磁鐵2、3,將荷電粒子束1朝向與射束軸呈垂直之方向掃描;監視裝置67,具有檢測荷電粒子束1之通過位置及射束尺寸的位置監視器5;低散亂氣體填充室39,覆蓋真空窗8且於下游側配置有監視裝置67;以及照射管理裝置20,控制荷電粒子束1之照射,且低散亂氣體填充室39,係使監視裝置67與真空窗8之位於射束軸方向的相對位置能夠變更地配置在所期望之位置,且填充有荷電粒子束1被照射時散亂比空氣小的低散亂氣體,所以可使監視裝置與非金屬之真空窗之位於射束軸方向的相對位置能夠變更地配置在所期望之位置,且使荷電粒子束可通過填充有散亂比空氣小之低散亂氣體的低散亂氣體填充室,且即便荷電粒子束1為低能量亦可以較小之射束尺寸照射於照射對象25。 實施形態2 在實施形態1中,係說明由注入有油38之油容器37與配管32所構成的氣體釋出部43作為低散亂氣體填充室39中的低散亂氣體之排出構成之例。在實施形態2中,將說明從氣體釋出部43釋出至監視裝置67的患者側之例。 第14圖係說明實施形態2的低散亂氣體之供給及排出構成的圖。與第5圖之氣體釋出部43的不同點在於:不存在注入有油38的油容器37,而是將配管32配置於監視裝置67之射束照射方向(Z方向),且將低散亂氣體填充室39之低散亂氣體流動於監視裝置67之患者側。低散亂氣體之釋出氣體45係從配管32之前端部釋出至患者側。由於被釋出的低散亂氣體,係流入至監視裝置67與患者24之間,所以比起監視裝置67與患者24之間為空氣的情況,低散亂氣體之濃度會變高,而可降低在監視裝置67與患者24之間荷電粒子束1之射束尺寸變大的散亂。因而,實施形態2之粒子線照射裝置58,係可形成比實施形態1還小的射束尺寸。 實施形態3 在實施形態3中,係說明具備:在低散亂氣體填充室39之低填充氣體的濃度產生異常時,會檢測低散亂氣體填充室39之異常之功能的粒子線照射裝置58之例。當在低散亂氣體填充室39發生異常時,由於低散亂氣體填充室39之低填充氣體的濃度會降低且荷電粒子束1之射束尺寸會變大,所以利用此在低散亂氣體填充室39檢測異常。第15圖係說明實施形態3之射束尺寸異常判定處理的圖。射束尺寸異常判定處理,係利用射束資料處理裝置18來進行。射束資料處理裝置18,係根據藉由位置監視器5而檢測出的荷電粒子束1之通過位置資訊而判定射束尺寸。 射束資料處理裝置18,係具備:射束尺寸計算部61,計算射束尺寸S;射束尺寸記憶體64,記憶照射於照射對象25的荷電粒子束1之計劃後的目標射束尺寸S0;判定臨限值記憶體65,記憶對於目標射束尺寸S0之異常判定的判定臨限值B;比較部62,比較射束尺寸S與目標射束尺寸S0並輸出作為射束尺寸S與目標射束尺寸S0之差的尺寸差sigb;以及異常判定部63,判定尺寸差sigb是否在判定臨限值B之範圍內。 射束資料處理裝置18,係當在異常判定部63檢測出射束尺寸S之異常時,亦即判定尺寸差sigb並未在判定臨限值B之範圍內時,就將異常通知信號sige發送至照射管理裝置20。照射管理裝置20,係當接收異常通知信號sige時,就例如進行作為緊急停止處理之連鎖(interlock)處理且停止荷電粒子束之1之照射。 如以上所述,實施形態3之粒子線照射裝置58,係在低散亂氣體填充室39發生異常時,可檢測出荷電粒子束1之射束尺寸S的異常,並進行作為緊急停止處理之連鎖處理,且停止荷電粒子束之1之照射。 另外,雖然已說明照射管理裝置20從射束資料處理裝置18接收異常通知信號sige,並進行作為緊急停止處理之連鎖處理之例,但是射束資料處理裝置18亦可發送相應於複數個異常位準之異常通知信號sige,且照射管理裝置20按照異常通知信號sige之位準,而調整氣體供給部41之氣體供給量。 例如,說明射束資料處理裝置18產生二個異常通知信號sige1及sige2的情況。第16圖係說明實施形態3之另一射束尺寸異常判定處理的圖。在該情況下,在判定臨限值記憶體65記憶有二個臨限值B1、B2。在此,設為B1<B2。異常判定部63係在尺寸差sigb未在判定臨限值B2之範圍內的情況下,將異常通知信號sige2發送至照射管理裝置20。異常判定部63,係在尺寸差sigb在判定臨限值B2之範圍內但是並未在判定臨限值B1之範圍內的情況下,將異常通知信號sige1發送至照射管理裝置20。照射管理裝置20,係當接收異常通知信號sige2時,就進行作為緊急停止處理之連鎖處理,且停止荷電粒子束1之照射。又,照射管理裝置20,係當接收異常通知信號sige1時,就發送控制信號至氣體供給部41以便調整氣體供給部41之氣體供給量。 另外,藉由對異常通知信號sige之位準進行更精密地設定,就可精密地調整氣體供給部41之氣體供給量。 以上雖然已以並未使用真空伸縮囊之例加以說明,但是亦可並用能夠進行短距離移動之真空伸縮囊與低散亂氣體填充室。又,監視裝置67之窗板71,並不限於配置在荷電粒子束1之上游側的情況,亦可配置於如上框架70之下游側、或下框架75之上游側或下游側等的荷電粒子線1之下游側。 1‧‧‧荷電粒子束 2‧‧‧X方向掃描電磁鐵 3‧‧‧Y方向掃描電磁鐵 4‧‧‧線量監視器 5‧‧‧位置監視器 6‧‧‧上部真空導管 7‧‧‧下部真空導管 8‧‧‧真空窗 9‧‧‧監視器保持部 10‧‧‧伸縮囊 11‧‧‧齒條 12‧‧‧小齒輪 13‧‧‧馬達 14‧‧‧導軌 15‧‧‧導套 16‧‧‧線量資料轉換器 17‧‧‧位置資料轉換器 18‧‧‧射束資料處理裝置 19‧‧‧掃描電磁鐵電源 20‧‧‧照射管理裝置 21‧‧‧照射控制電腦 22‧‧‧照射控制裝置 23‧‧‧延伸部 24‧‧‧患者 25‧‧‧照射對象 26‧‧‧照射基準點 27‧‧‧中心軸 28‧‧‧患者載台 29‧‧‧上部密封 30‧‧‧照射系機器 31‧‧‧旋轉支架框 32‧‧‧配管 33‧‧‧貯氣瓶 34‧‧‧調整器 35‧‧‧流量調整閥 36‧‧‧調整腔室 37‧‧‧油容器 38‧‧‧油 39‧‧‧低散亂氣體填充室 40‧‧‧低散亂氣體裝置 41‧‧‧氣體供給部 42‧‧‧容積變動吸收部 43‧‧‧氣體釋出部 45‧‧‧釋出氣體 46‧‧‧壓窗凸緣 47‧‧‧窗板 48‧‧‧安裝凸緣 49‧‧‧螺栓 50‧‧‧螺帽 51‧‧‧粒子線治療裝置 52‧‧‧射束產生裝置 53‧‧‧前段加速器 54‧‧‧同步加速器(加速器) 58、58a、58b‧‧‧粒子線照射裝置 59‧‧‧射束輸送系 61‧‧‧射束尺寸計算部 62‧‧‧比較部 63‧‧‧異常判定部 64‧‧‧射束尺寸記憶體 65‧‧‧判定臨限值記憶體 67‧‧‧監視裝置 70‧‧‧上框架 71‧‧‧窗板 72‧‧‧框架 73‧‧‧螺釘 74‧‧‧絕緣軸環 75‧‧‧下框架 76‧‧‧監視器電極部 77‧‧‧按壓器具 78‧‧‧密封材 79‧‧‧密封材 80‧‧‧監視器保持部驅動裝置 91、92、93‧‧‧特性 94、95‧‧‧伸縮囊 104‧‧‧線量監視器 105‧‧‧位置監視器 B、B1、B2‧‧‧判定臨限值 L1、L2‧‧‧長度 L3‧‧‧可能行程長度 S‧‧‧射束尺寸 S0‧‧‧目標射束尺寸 siga‧‧‧類比資料 sigb‧‧‧尺寸差 sigd‧‧‧數位資料 sige、sige1、sige2‧‧‧異常通知信號 第1圖係顯示本發明實施形態1的粒子線照射裝置之構成圖。 第2圖係本發明之粒子線治療裝置的概略構成圖。 第3圖係說明第1圖之照射系機器之退避狀態的圖。 第4圖係說明第1圖之照射系機器之照射狀態的圖。 第5圖係說明實施形態1的低散亂氣體之供給及排出構成的圖。 第6圖係顯示第1圖之真空窗構造的圖。 第7圖係顯示第6圖之A1-A1剖面的圖。 第8圖係顯示第1圖之監視裝置的圖。 第9圖係顯示第8圖之A2-A2剖面的圖。 第10圖係第9圖之左上部的放大圖。 第11圖係說明第1圖的監視裝置之安裝方法的圖。 第12圖係顯示第11圖之A3-A3剖面的圖。 第13圖係顯示本發明之射束尺寸特性的圖。 第14圖係說明實施形態2的低散亂氣體之供給及排出構成的圖。 第15圖係說明實施形態3之射束尺寸異常判定處理的圖。 第16圖係說明實施形態3之另一射束尺寸異常判定處理的圖。 第17圖係說明荷電粒子束的能量與射束尺寸之關係的圖。 第18圖係說明真空伸縮囊之問題的圖。 1‧‧‧荷電粒子束 2‧‧‧X方向掃描電磁鐵 3‧‧‧Y方向掃描電磁鐵 4‧‧‧線量監視器 5‧‧‧位置監視器 6‧‧‧上部真空導管 7‧‧‧下部真空導管 8‧‧‧真空窗 9‧‧‧監視器保持部 10‧‧‧伸縮囊 11‧‧‧齒條 12‧‧‧小齒輪 13‧‧‧馬達 14‧‧‧導軌 15‧‧‧導套 16‧‧‧線量資料轉換器 17‧‧‧位置資料轉換器 18‧‧‧射束資料處理裝置 19‧‧‧掃描電磁鐵電源 20‧‧‧照射管理裝置 21‧‧‧照射控制電腦 22‧‧‧照射控制裝置 23‧‧‧延伸部 24‧‧‧患者 25‧‧‧照射對象 26‧‧‧照射基準點 27‧‧‧中心軸 28‧‧‧患者載台 29‧‧‧上部密封 30‧‧‧照射系機器 39‧‧‧低散亂氣體填充室 58‧‧‧粒子線照射裝置 67‧‧‧監視裝置 80‧‧‧監視器保持部驅動裝置
权利要求:
Claims (18) [1] 一種粒子線照射裝置,係將藉由加速器而加速後的荷電粒子束照射於照射對象者,其特徵為具備:真空導管,形成供前述荷電粒子束通過之真空區域;非金屬之真空窗,設置於前述真空導管之下游側,且可供前述荷電粒子束從前述真空區域釋出;掃描電磁鐵,將前述荷電粒子束朝向與射束軸呈垂直之方向掃描;監視裝置,具有檢測前述荷電粒子束之通過位置及射束尺寸的位置監視器;低散亂氣體填充室,覆蓋前述真空窗且於下游側配置有前述監視裝置;以及照射管理裝置,控制前述荷電粒子束之照射,且前述低散亂氣體填充室,係使前述監視裝置與前述真空窗之在前述射束軸方向的相對位置能夠變更地配置在所期望之位置,且填充有於前述荷電粒子束被照射時散亂比空氣小的低散亂氣體。 [2] 如申請專利範圍第1項所述之粒子線照射裝置,其中,前述低散亂氣體填充室係具備:配置於下游側之前述監視裝置;保持前述監視裝置之監視器保持部;配置於前述真空導管之外周的上部密封;以及能夠移動地連接前述上部密封和前述監視器保持部的伸縮囊,且前述監視裝置係成為前述低散亂氣體填充室中的下游側之蓋體。 [3] 如申請專利範圍第1或2項所述之粒子線照射裝置,其中,前述監視裝置係具有防止前述低散亂氣體往下游側通過的的窗板。 [4] 如申請專利範圍第1或2項所述之粒子線照射裝置,其中,具備:對前述低散亂氣體填充室執行前述低散亂氣體之供給及釋出的低散亂氣體裝置,前述低散亂氣體裝置係具有:氣體供給部,供給前述低散亂氣體至前述低散亂氣體填充室;容積變動吸收部,按照前述低散亂氣體填充室之氣體壓力變動而使容積變動;以及氣體釋出部,從前述低散亂氣體填充室釋出低散亂氣體。 [5] 如申請專利範圍第4項所述之粒子線照射裝置,其中,前述氣體釋出部係具有:注入有油的油容器;以及連接前述低散亂氣體填充室和前述油容器的配管。 [6] 如申請專利範圍第4項所述之粒子線照射裝置,其中,前述氣體釋出部係具有:從前述低散亂氣體填充室釋出前述低散亂氣體至前述監視裝置之下游側的配管。 [7] 如申請專利範圍第1或2項所述之粒子線照射裝置,其中,具備:射束資料處理裝置,根據藉由前述位置監視器而檢測出的前述荷電粒子束之通過位置資訊來判定前述射束尺寸,前述射束資料處理裝置係具有:射束尺寸計算部,根據前述通過位置資訊來計算前述射束尺寸;以及異常判定部,前述荷電粒子束之計劃後的目標射束尺寸與藉由前述射束尺寸計算部而計算後的射束尺寸之差沒有在判定臨限值之範圍內時,將異常通知信號發送至前述照射管理裝置。 [8] 一種粒子線治療裝置,其特徵為具備:射束產生裝置,產生荷電粒子束,且以加速器使該荷電粒子束加速;射束輸送系,輸送藉由前述加速器而加速後之荷電粒子束;以及粒子線照射裝置,將由前述射束輸送系所輸送來的荷電粒子束照射於照射對象,且前述粒子線照射裝置為申請專利範圍第1項或第2項所述之粒子線照射裝置。 [9] 如申請專利範圍第3項所述之粒子線照射裝置,其中,具備:對前述低散亂氣體填充室執行前述低散亂氣體之供給及釋出的低散亂氣體裝置,前述低散亂氣體裝置係具有:氣體供給部,供給前述低散亂氣體至前述低散亂氣體填充室;容積變動吸收部,按照前述低散亂氣體填充室之氣體壓力變動而使容積變動;以及氣體釋出部,從前述低散亂氣體填充室釋出低散亂氣體。 [10] 如申請專利範圍第3項所述之粒子線照射裝置,其中,具備:射束資料處理裝置,根據藉由前述位置監視器而檢測出的前述荷電粒子束之通過位置資訊來判定前述射束尺寸,前述射束資料處理裝置係具有:射束尺寸計算部,根據前述通過位置資訊來計算前述射束尺寸;以及異常判定部,於前述荷電粒子束之計劃後的目標射束尺寸與藉由前述射束尺寸計算部而計算後的射束尺寸之差沒有在判定臨限值之範圍內時,將異常通知信號發送至前述照射管理裝置。 [11] 如申請專利範圍第4項所述之粒子線照射裝置,其中,具備:射束資料處理裝置,根據藉由前述位置監視器而檢測出的前述荷電粒子束之通過位置資訊來判定前述射束尺寸,前述射束資料處理裝置係具有:射束尺寸計算部,根據前述通過位置資訊來計算前述射束尺寸;以及異常判定部,於前述荷電粒子束之計劃後的目標射束尺寸與藉由前述射束尺寸計算部而計算後的射束尺寸之差沒有在判定臨限值之範圍內時,將異常通知信號發送至前述照射管理裝置。 [12] 如申請專利範圍第5項所述之粒子線照射裝置,其中,具備:射束資料處理裝置,根據藉由前述位置監視器而檢測出的前述荷電粒子束之通過位置資訊來判定前述射束尺寸,前述射束資料處理裝置係具有:射束尺寸計算部,根據前述通過位置資訊來計算前述射束尺寸;以及異常判定部,於前述荷電粒子束之計劃後的目標射束尺寸與藉由前述射束尺寸計算部而計算後的射束尺寸之差沒有在判定臨限值之範圍內時,將異常通知信號發送至前述照射管理裝置。 [13] 如申請專利範圍第6項所述之粒子線照射裝置,其中,具備:射束資料處理裝置,根據藉由前述位置監視器而檢測出的前述荷電粒子束之通過位置資訊來判定前述射束尺寸,前述射束資料處理裝置係具有:射束尺寸計算部,根據前述通過位置資訊來計算前述射束尺寸;以及異常判定部,於前述荷電粒子束之計劃後的目標射束尺寸與藉由前述射束尺寸計算部而計算後的射束尺寸之差沒有在判定臨限值之範圍內時,將異常通知信號發送至前述照射管理裝置。 [14] 一種粒子線治療裝置,其特徵為具備:射束產生裝置,產生荷電粒子束,且以加速器使該荷電粒子束加速;射束輸送系,輸送藉由前述加速器而加速後之荷電粒子束;以及粒子線照射裝置,將由前述射束輸送系所輸送來的荷電粒子束照射於照射對象,且前述粒子線照射裝置為申請專利範圍第3項所述之粒子線照射裝置。 [15] 一種粒子線治療裝置,其特徵為具備:射束產生裝置,產生荷電粒子束,且以加速器使該荷電粒子束加速;射束輸送系,輸送藉由前述加速器而加速後之荷電粒子束;以及粒子線照射裝置,將由前述射束輸送系所輸送來的荷電粒子束照射於照射對象,且前述粒子線照射裝置為申請專利範圍第4項所述之粒子線照射裝置。 [16] 一種粒子線治療裝置,其特徵為具備:射束產生裝置,產生荷電粒子束,且以加速器使該荷電粒子束加速;射束輸送系,輸送藉由前述加速器而加速後之荷電粒子束;以及粒子線照射裝置,將由前述射束輸送系所輸送來的荷電粒子束照射於照射對象,且前述粒子線照射裝置為申請專利範圍第5項所述之粒子線照射裝置。 [17] 一種粒子線治療裝置,其特徵為具備:射束產生裝置,產生荷電粒子束,且以加速器使該荷電粒子束加速;射束輸送系,輸送藉由前述加速器而加速後之荷電粒子束;以及粒子線照射裝置,將由前述射束輸送系所輸送來的荷電粒子束照射於照射對象,且前述粒子線照射裝置為申請專利範圍第6項所述之粒子線照射裝置。 [18] 一種粒子線治療裝置,其特徵為具備:射束產生裝置,產生荷電粒子束,且以加速器使該荷電粒子束加速;射束輸送系,輸送藉由前述加速器而加速後之荷電粒子束;以及粒子線照射裝置,將由前述射束輸送系所輸送來的荷電粒子束照射於照射對象,且前述粒子線照射裝置為申請專利範圍第7項所述之粒子線照射裝置。
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公开号 | 公开日 JP5774118B2|2015-09-02| EP2774653A4|2015-07-15| EP2774653B1|2021-06-23| CN104023791B|2017-03-08| JPWO2013065163A1|2015-04-02| CN104023791A|2014-09-03| US20140228615A1|2014-08-14| EP2774653A1|2014-09-10| TWI483753B|2015-05-11| WO2013065163A1|2013-05-10| US9101763B2|2015-08-11|
引用文献:
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申请号 | 申请日 | 专利标题 PCT/JP2011/075361|WO2013065163A1|2011-11-03|2011-11-03|粒子線照射装置及び粒子線治療装置| 相关专利
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