CN103079641B - 粒子射线照射装置及粒子射线治疗装置 - Google Patents

粒子射线照射装置及粒子射线治疗装置 Download PDF

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Abstract

本发明的目的在于获得使照射野和照射位置精度的组合等有关粒子射线照射的多个参数的组合可变，能够进行多种多样的不同照射方式的照射的粒子射线照射装置。所述粒子射线照射装置是将利用经加速器(54)加速的带电粒子束(3)照射到照射对象(11)的粒子射线照射装置(58)，包括：扫描电磁铁(1、2)，该扫描电磁铁(1、2)将带电粒子束(3)进行扫描；以及扫描电磁铁移动装置(4)，该扫描电磁铁移动装置(4)移动扫描电磁铁(1、2)以使带电粒子束(3)的射束轴向上的扫描电磁铁(1、2)与照射对象(11)之间的距离改变。

Description

粒子射线照射装置及粒子射线治疗装置
技术领域
本发明涉及用粒子射线治疗癌症等的粒子射线照射装置及粒子射线治疗装置。
背景技术
粒子射线治疗装置一般包括：射束产生装置，该射束产生装置产生带电粒子束；加速器，该加速器与射束产生装置相连且将所产生的带电粒子束进行加速；射束输送***，该射束输送***输送被加速器加速至设定的能量后射出的带电粒子束；以及粒子射线照射装置，该粒子射线照射装置设于射束输送***的下游且对照射对象照射带电粒子束。对于粒子射线照射装置而言，大致分为两种照射方式，即宽广照射方式和扫描照射方式(点扫描、光栅扫描等)，前者用散射体将带电粒子束散射扩展，并使扩展的带电粒子束符合照射对象的形状而形成照射野，后者将细束状的射束进行扫描来形成符合照射对象的形状的照射野。
宽广照射方式用准直仪、团块（bolus）来形成与患部形状相符的照射野。该方式是使用最广泛的、优良的照射方式，可形成与患部形状相符的照射野，防止对正常组织的无用照射。可是，需要按每个患者制作团块，或者需要为了与患部相符而将准直仪变形。
另一方面，扫描照射方式是不需要准直仪和团块的自由度高的照射方式。可是，由于未使用防止照射到患部以外的正常组织的这些零部件，扫描照射方式对射束照射位置精度的要求比宽广照射方式高。
从加速器输送出的射束的大小一般为几个毫米左右，与此相比，在实施医疗时需要带电粒子束的照射范围达到几十厘米见方的大小。为了以细的带电粒子束获得宽照射野，采用上述的扫描照射方式。
专利文献1中公开了如下的发明，其目的在于提供一种旋转机架，该旋转机架使扫描用电磁铁的强度保持以往方式的强度的情况下，扩大与偏转面平行的方向的照射范围。专利文献1的发明通过扫描用电磁铁上游的偏转电磁铁和照射野移动电磁铁来改变下游侧的射束位置，并将扫描用电磁铁移动至该射束位置a、b以照射可照射区域A，区域A的照射结束后，使带电粒子束在偏转电磁铁的下游通过另一位置b，以将扫描用电磁铁移动到射束位置b，来照射区域B，从而将照射范围扩大到区域A和区域B这两个区域。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开平8-257148号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
根据患部形状，有各种各样的照射范围(照射野)和照射位置精度，但是存在这样的情况：照射范围狭窄时对照射位置精度要求严格，而照射范围宽时对照射位置精度的要求宽松。一般来说，在点扫描照射方式中在照射范围狭窄且对照射位置精度的要求严格时，以小间隔(射点间隔)来照射尺寸小的带电粒子束，而在照射范围宽且对照射位置精度的要求宽松时，以大的间隔(射点间隔)来照射尺寸大的带电粒子束。
带电粒子束形成的照射范围中的最大照射范围由扫描用电磁铁的励磁电源的最大电流产生的扫描用电磁铁的偏转角决定，因此，在专利文献1的使用旋转机架的照射方法中，区域A、B各自的最大照射范围取决于扫描用电磁铁与照射位置之间的距离。还有，带电粒子束的照射范围内的最大位置精度由励磁电源的可控的最小电流产生的最小可控偏转角决定，因此，在使用专利文献1的旋转机架的照射方法中，就区域A、B各自的最大位置精度而言，由扫描用电磁铁与照射位置之间的距离来决定照射位置处的照射位置精度。
在专利文献1的使用旋转机架的照射方法中，通过使扫描用电磁铁上游的偏转电磁铁和照射野移动电磁铁的励磁电流变更以及通过使扫描用电磁铁移动来扩大照射范围(照射野)。然而，扫描用电磁铁上游的偏转电磁铁和照射野移动电磁铁是必须使用的。还有，在专利文献1的使用旋转机架的照射方法中，由于扫描用电磁铁与照射位置之间的距离是固定的，因此，可控的最小偏转角固定，照射位置精度无法得到提高。因此，存在如下问题：即，不能进行将照射野和照射位置精度组合而成的多种多样的不同照射方式的照射。
本发明为解决上述的课题而研发，其目的在于得到如下粒子射线照射装置：该装置能够使照射野和照射位置精度的组合等有关粒子射线照射的多个参数的组合可变，进行多种多样的不同照射方式的照射。
解决技术问题所采用的技术方案
利用经加速器加速的带电粒子束对照射对象进行照射的粒子射线照射装置，包括：扫描电磁铁，该扫描电磁铁扫描带电粒子束；及扫描电磁铁移动装置，该扫描电磁铁移动装置移动扫描电磁铁以改变带电粒子束的射束轴向上的扫描电磁铁与照射对象之间的距离。
发明效果
本发明的粒子射线照射装置可改变带电粒子束的射束轴向上的扫描电磁铁与照射对象之间的距离，因此，能够使照射野和照射位置精度的组合等有关粒子射线照射的多个参数的组合可变，进行多种多样的不同照射方式的照射。
附图说明
图1是本发明的粒子射线治疗装置的简要结构图。
图2是表示本发明的实施方式1的粒子射线照射装置的结构图。
图3是表示图2的扫描电磁铁的轴向移动与照射野宽度的关系的图。
图4是表示图2的扫描电磁铁的轴向移动与照射位置误差的关系的图。
图5是对实施方式1的粒子射线照射装置的照射进行说明的图。
图6是表示实施方式1的粒子射线照射装置的控制方法的流程图。
图7是对扫描电磁铁的磁极与带电粒子束的关系进行说明的图。
图8是表示本发明的实施方式2的扫描电磁铁的结构图。
图9是图8的扫描电磁铁的磁极间隔成为最大的示例。
图10是表示本发明的实施方式3的粒子射线照射装置的结构图。
具体实施方式
实施方式1.
图1是本发明的粒子射线治疗装置的简要结构图。粒子射线治疗装置51包括射束产生装置52、射束输送***59、粒子射线照射装置58a、58b(或60a、60b)。射束产生装置52设有离子源(未图示)、前级加速器53和同步加速器54。粒子射线照射装置58b(60b)设置在旋转机架(未图示)上。粒子射线照射装置58a(60a)设置在没有旋转机架的治疗室中。射束输送***59的作用是将同步加速器54和粒子射线照射装置58a、58b进行连通。射束输送***59的一部分设置在旋转机架(未图示)上，该部分具有多个偏转电磁铁55a、55b、55c。
由离子源产生的质子射线等粒子射线即带电粒子束3由前级加速器53加速，然后入射到同步加速器54。带电粒子束3被加速直到规定的能量。从同步加速器54射出的带电粒子束3经射束输送***59被输送到粒子射线照射装置58a(60a)、58b(60b)。粒子射线照射装置58a(60a)、58b(60b)对照射对象11照射带电粒子束3（参照图2)。
图2是表示本发明的实施方式1的粒子射线照射装置的结构图。由射束产生装置52产生且被加速到规定能量的带电粒子束3经由射束输送***59而被导引到粒子射线照射装置58。粒子射线照射装置58包括：在与带电粒子束3垂直的方向即X方向及Y方向上扫描带电粒子束3的X方向扫描电磁铁1及Y方向扫描电磁铁2；位置监控器9；剂量监控器5；扫描电磁铁电源7；移动X方向扫描电磁铁1及Y方向扫描电磁铁2的扫描电磁铁移动装置4；剂量数据变换器6；位置数据变换器10；以及控制粒子射线照射装置58的照射***的照射控制装置8。扫描电磁铁移动装置4设有电动机12和滚珠丝杠13，电动机12使滚珠丝杠13旋转，利用该滚珠丝杠13、经由固定于X方向扫描电磁铁1及Y方向扫描电磁铁2的螺母机构来移动X方向扫描电磁铁1及Y方向扫描电磁铁2。此外，照射***由X方向扫描电磁铁1、Y方向扫描电磁铁2、位置监控器9、及剂量监控器5构成。带电粒子束3的前进方向为Z方向。
X方向扫描电磁铁1是在X方向上扫描带电粒子束3的扫描电磁铁，Y方向扫描电磁铁2是在Y方向上扫描带电粒子束3的扫描电磁铁。位置监控器9检测出X方向扫描电磁铁1及Y方向扫描电磁铁2所扫描的带电粒子束3通过的射束中的射束峰值位置(通过位置)。剂量监控器5检测出带电粒子束3的剂量。照射控制装置8根据由未图示的治疗计划装置所生成的治疗计划数据来控制照射对象11上的带电粒子束3的照射位置，一旦由剂量监控器5测定并由剂量数据变换器6变换成数字数据的剂量达到目标剂量，就停止带电粒子束3。扫描电磁铁电源7根据从照射控制装置8输出到X方向扫描电磁铁1及Y方向扫描电磁铁2的控制输入(指令电流)，使X方向扫描电磁铁1及Y方向扫描电磁铁2的设定电流变化。
接着，就扫描电磁铁的轴向移动和照射野的宽度的关系以及扫描电磁铁的轴向移动和照射位置误差的关系进行说明。图3是表示扫描电磁铁的轴向移动和照射野的宽度的关系的图。在扫描照射方式中，照射对象11被分割为多个层，在所述多个层的一层(薄片)上二维地扫描带电粒子束3，来形成照射野。照射野随照射位置即照射对象11的一层与扫描电磁铁之间的射束轴向的距离而变化。图3(a)表示一个薄片与Y方向扫描电磁铁2之间的距离为L1的情况，图3(b)表示该薄片与Y方向扫描电磁铁2之间的距离为L2的情况。图3示出了L1<L2的情况。这里，距离L1、L2设为从扫描带电粒子束3的扫描电磁铁2的磁极中心起算的距离。图3(a)中，以最大偏转角α扫描带电粒子束3的情况下，从Y方向的扫描范围21的一端到另一端为止的长度即扫描范围的长度为D1。同样地，图3(b)中，以最大偏转角α扫描带电粒子束3的情况下，从Y方向的扫描范围21的一端到另一端为止的长度即扫描范围长度为D2。
扫描范围长度D1和扫描范围长度D2由数学式(1)和数学式(2)表示。
D1=2×L1×tanα···(1)
D2=2×L2×tanα···(2)
由于距离L1<距离L2，所以扫描范围长度D1<扫描范围长度D2。因此，如果使照射位置(照射对象11的一层)与扫描电磁铁之间的射束轴向的距离增大，则能使扫描范围21变宽、扫描范围长度加长。还有，如果使照射位置与扫描电磁铁之间的射束轴向的距离减小，则能使扫描范围21变窄、扫描范围长度缩短。
用图4说明扫描电磁铁的轴向移动和照射位置误差的关系。如果受放射线和带电粒子束3侵害风险高的脏器与照射位置邻接，照射位置精度便显得重要。图4是表示扫描电磁铁的轴向移动和照射位置误差的关系的图。照射位置误差是照射位置上由带电粒子束3的位置精度决定的移动幅宽，根据照射位置即照射对象11的一层与扫描电磁铁之间的射束轴向的距离而变化。带电粒子束3的位置精度由X方向扫描电磁铁1、Y方向扫描电磁铁2产生的磁场精度所决定。带电粒子束3按照扫描电磁铁1、2产生的磁场精度，相对于某个目标照射位置(目标偏转角)在偏转角精度Δθ的范围内变化。图4(a)表示一个薄片与Y方向扫描电磁铁2之间的距离为L3的情况，图4(b)表示该薄片与Y方向扫描电磁铁2之间的距离为L4的情况。图4示出了L4<L3的情况。这里，距离L3、L4设为从扫描带电粒子束3的扫描电磁铁2的磁极中心起算的距离。图4(a)中，如果带电粒子束3的偏转角的精度为Δθ，则照射位置误差成为ΔX3。同样地，图4(b)中，如果带电粒子束3的偏转角的精度为Δθ，则照射位置误差成为ΔX4。
设偏转角的精度为Δθ，则例如偏转角β和偏转角β-Δθ下的照射位置误差ΔX3和照射位置误差ΔX4由数学式(3)和数学式(4)表示。
ΔX3=L3×A···(3)
ΔX4=L4×A···(4)
这里，A=tanβ-tan(β-Δθ)。由于距离L4<距离L3，所以照射位置误差ΔX4<照射位置误差ΔX3。因此，如果增大照射位置(照射对象11的一层)与扫描电磁铁之间的射束轴向的距离，则照射位置误差变大，照射位置精度变差。另一方面，如果减小照射位置与扫描电磁铁之间的射束轴向的距离，则能够减小照射位置误差，提高照射位置精度。
一般而言，如果带电粒子束3的照射位置处的照射射点(以下适当简称为射点)的尺寸小，则为了无间隙地以规定的剂量对照射对象11进行照射，需以小的间隔(射点间隔)照射，对于各射点的照射位置的误差要求严格。这里，照射射点是指为了控制照射剂量而分割的照射单位。例如，射点的直径为5mm时，照射位置误差要求设为0.5mm(10%)以下。现在，照射位置与扫描电磁铁的射束轴向的距离为5m时，如果照射位置误差设为1mm，如此就无法实现射点直径5mm时的0.5mm以下的照射位置误差要求，但是，可以通过将该距离设为2.5m以下来实现0.5mm以下的照射位置误差要求。
还有，一般而言，在照射位置精度要求宽松时，以大的间隔(射点间隔)、以射点尺寸大的带电粒子束3进行照射。在这种情况下，将照射位置与扫描电磁铁的射束轴向的距离增大。如上所述，如果照射位置与扫描电磁铁的射束轴向的距离增大，就能够扩展扫描范围21，并能够增加扫描范围长度。因此，通过加大照射位置与扫描电磁铁的射束轴向的距离，能够增大射点的尺寸，形成宽广的照射野。
实施方式1的粒子射线照射装置58能够利用扫描电磁铁移动装置4改变X方向扫描电磁铁1及Y方向扫描电磁铁2与照射对象11之间的距离，从而选择适合于照射对象11的最大照射野和照射位置精度。图5是说明实施方式1的粒子射线照射装置的照射的图。图5(a)～图5(c)示出了X方向扫描电磁铁1及Y方向扫描电磁铁2与照射对象11之间的距离不同的三种情况，图5(a)为中间距离，图5(b)为距离比图5(a)的长的情况，图5(c)为距离比图5(a)的短的情况。图中，21a、21b、21c分别表示各种情况下的最大扫描范围，22a、22b、22c分别表示各种情况下的射束点。
在照射对象11大而想要增大最大照射野的情况下，利用扫描电磁铁移动装置4在带电粒子束3的射束轴向上移动X方向扫描电磁铁1和Y方向扫描电磁铁2，如图5(b)所示那样在离开照射对象11的方向上移动。在照射对象11小或者尽管照射对象大但想减小照射位置误差时，利用扫描电磁铁移动装置4在带电粒子束3的射束轴向上如图5(c)所示朝照射对象11靠近而移动X方向扫描电磁铁1和Y方向扫描电磁铁2，直至能够达到规定照射位置精度的位置。
照射控制装置8根据治疗计划装置作成的治疗计划数据的照射位置精度、目标位置坐标，生成给X方向扫描电磁铁1和Y方向扫描电磁铁2的控制输入(指令电流)。为了与规定的照射位置精度相对应，照射控制装置8拥有多个变换表、指令値生成多项式。变换表、指令値生成多项式是生成控制输入的控制输入生成部。文中，将使用变换表的生成方式和使用指令値生成多项式的生成方式，分别称为变换表方式和多项式方式。
对变换表方式进行说明。变换表是将控制输入和照射位置坐标根据通过实际照射得到的控制输入和测定的照射位置坐标的实际数据编成的表。X方向扫描电磁铁1和Y方向扫描电磁铁2的设定电流値可利用该变换表、根据带电粒子束3的目标位置坐标来进行运算。送往扫描电磁铁电源7的控制输入是经运算求出的、使得输出设定电流値的控制输入(指令)。对于变换表，准备多个照射位置精度不同的变换表。即，按各个代表位置精度准备多个变换表。如果存在与指定的照射位置精度一致的变换表，就使用该变换表，如果没有与指定的照射位置精度一致的变换表，就对前后的变换表数据进行插值(线性插值等)，由照射控制装置8生成控制输入。
对多项式方式进行说明。指令値生成多项式是对于实际照射时的X方向扫描电磁铁1及Y方向扫描电磁铁2的磁场测定値和所测定的照射位置坐标的多项式，利用励磁电流与磁场的一一对应的关系加以变形并以多项式表示带电粒子束3的目标位置坐标与控制输入之间的关系的多项式。例如，设目标照射位置坐标Pt=(xt,yt)为输入，以数学式(5)、(6)来表示控制输入Ic(Ix、Iy)。
Ix=m0+m1xt+m2xt2+m3yt+m4xtyt+m5yt2···(5)
Iy=n0+n1xt+n2xt2+n3yt+n4xtyt+n5yt2···(6)
这里，m0～m5、n0～n5是通过最小二乗法等求出的参数常数。该多项式方式中，可以考虑xtyt那样的干涉项，能够生成比变换表方式精度高的控制输入Ic。因此，通过应用多项式方式，能够进一步提高依赖于照射位置与扫描电磁铁之间的距离的照射位置精度。
在采用多项式方式的情况下，按照依赖于照射位置与扫描电磁铁之间的距离的各照射位置精度来准备多个指令値生成多项式。所选择的各个照射位置精度是代表位置精度。如果存在与所指定的照射位置精度一致的指令值生成多项式，则使用该指令値生成多项式，如果没有与所指定的照射位置精度一致的指令值生成多项式，则对由前后的指令値生成多项式生成的数据进行插值(线性插值等)，由照射控制装置8生成控制输入。
接着，利用图6的流程图来说明粒子射线照射装置58的动作。图6是表示实施方式1的粒子射线照射装置的控制方法的流程图。粒子射线照射装置58根据治疗计划装置作成的治疗计划数据的照射位置精度，选定所使用的变换表或指令値生成多项式等的控制输入生成部(步骤ST1，控制输入生成部选定步骤)。接着，根据治疗计划数据的目标位置坐标，由选定的控制输入生成部来生成控制输入Ic(Ix、Iy)(步骤ST2，控制输入生成步骤)。
在点扫描方式中，按照通过治疗计划对治疗部位上的点所确定的剂量，向照射对象11照射带电粒子束3，因此，首先利用对应于某个点的控制输入来激励扫描电磁铁1、2(步骤ST3)。具体而言，照射控制装置8将对应于某个点的位置的控制输入发送到扫描电磁铁电源7，扫描电磁铁电源7根据对X方向扫描电磁铁1和Y方向扫描电磁铁2的控制输入，以控制输入所指定的励磁电流来激励扫描电磁铁1、2。
扫描电磁铁1、2的设定结束后，例如，从X方向扫描电磁铁1和Y方向扫描电磁铁2接收到设定结束的信号，将带电粒子束3入射到粒子射线照射装置58，开始对该点进行照射(步骤ST4)。
照射控制装置8关于对该点是否按照治疗计划那样进行照射进行判定，即，判定剂量监控器5检测出的照射剂量是否达到(照射剂量是否达到了计划剂量)(步骤ST5)。如果达到，则阻断带电粒子束3(步骤ST6)。
照射控制装置8判定是否有下一个点，如果有下一个点，则转移至步骤ST8，如果没有下一个点，则结束照射(步骤ST7)。在步骤ST8，利用对应于下一个点的控制输入，来激励扫描电磁铁1、2。其动作与步骤ST3相同。
扫描电磁铁1、2的设定结束后，解除对带电粒子束3的阻断，开始对该点进行照射(步骤ST9)。在进行了步骤ST9的动作后，返回到步骤ST5。如上述那样，重复进行直到照射对象11上的多个层中的一个层(薄片)上的点结束为止。对一个薄片的照射结束后，改变带电粒子束3的能量，执行步骤ST3～步骤ST9，对其他薄片进行照射。
实施方式1的粒子射线照射装置58利用扫描电磁铁移动装置4改变X方向扫描电磁铁1及Y方向扫描电磁铁2与照射对象11之间的距离，从而能够选择适合照射对象11的最大照射野及照射位置精度。实施方式1的粒子射线照射装置58不同于扫描电磁铁与照射位置之间的距离被大致固定成一定值而不能自由改变照射位置处的照射位置精度的传统技术，能够根据照射对象11适当地改变照射位置精度。还有，能够使照射野和照射位置精度的组合成为可变，进行多种多样的不同照射方式的设定。
在不需要过分提高照射位置精度而想扩大最大照射野的情况下，实施方式1的粒子射线照射装置58在可允许的照射位置精度以内，移动扫描电磁铁移动装置4并生成对X方向扫描电磁铁1和Y方向扫描电磁铁2的励磁电流进行设定的控制输入(指令电流)Ic。在这种情况下，如图5(b)所示，由于射束点22b变大，向照射对象11照射的射点数比射束点小的时候要少，因此能够缩短总照射时间。
粒子射线照射装置中，为了使带电粒子束3不在大气中散射而射束尺寸增大，有时使带电粒子束3在真空管道中移动至照射对象11附近。在这种情况下，在X方向扫描电磁铁1和Y方向扫描电磁铁2之间存在真空管道的凸缘等金属的情形较多，因此在现有粒子射线照射装置中，会担忧因交变磁场造成的该金属的发热。可是，根据实施方式1的粒子射线照射装置58，X方向扫描电磁铁1和Y方向扫描电磁铁2的射束轴向的间隔可自由改变，因此，在进行照射使得产生令人担忧的发热时，暂时增大该间隔来防止发热。
安装有粒子射线照射装置的建筑一般用钢筋混凝土建成，地板和天花板的高度会因年久或地震等因素而发生变化。因此，需定期进行位移观测，对扫描电磁铁的射束轴向的位置进行校正，使扫描电磁铁与照射位置的距离保持固定。实施方式1的粒子射线照射装置58可通过扫描电磁铁移动装置4容易地进行该位置校正。
再有，以上说明了扫描电磁铁移动装置4共用于X方向扫描电磁铁1和Y方向扫描电磁铁2，即同时使X方向扫描电磁铁1和Y方向扫描电磁铁2移动的例子，但是，也可以设有各自独立的扫描电磁铁移动装置4。可以采用合适的装置作为扫描电磁铁移动装置4，不限于图示例的电动机12及滚珠丝杠13的结构。
如果采用使X方向扫描电磁铁1和Y方向扫描电磁铁2独立移动的结构，则成为如下的情况。在照射对象11大、想要扩大最大照射野时，利用扫描电磁铁移动装置4至少使X方向扫描电磁铁1和Y方向扫描电磁铁2中的一方在带电粒子束3的射束轴向上如图5(b)所示、在离开照射对象11的方向上移动。在离开照射对象11而移动的扫描电磁铁的扫描方向上，最大照射野得到扩大。还有，在照射对象11小或者尽管照射对象大但想减小照射位置误差时，利用扫描电磁铁移动装置4至少使X方向扫描电磁铁1和Y方向扫描电磁铁2中的一方在带电粒子束3的射束轴向上如图5(c)所示、朝靠近照射对象11的方向移动直至能达到规定的照射位置精度。在趋近照射对象11而移动的扫描电磁铁的扫描方向上，照射位置精度能够得到提高。
如上所述，根据实施方式1的粒子射线照射装置58，包括：扫描电磁铁1、2，该扫描电磁铁1、2将带电粒子束3进行扫描；及扫描电磁铁移动装置4，该扫描电磁铁移动装置4移动扫描电磁铁1、2以改变带电粒子束3的射束轴向上的扫描电磁铁1、2与照射对象11之间的距离，因此，能够改变带电粒子束的射束轴向上的扫描电磁铁与照射对象之间的距离，使得照射野和照射位置精度的组合等有关粒子射线照射的多个参数的组合可变，能实现多种多样的不同照射方式的设定。
根据实施方式1的粒子射线治疗装置51，包括：射束产生装置52，该射束产生装置52产生带电粒子束3并利用加速器54对该带电粒子束3进行加速；射束输送***59，该射束输送***59输送经加速器54加速的带电粒子束3；以及粒子射线照射装置58，该粒子射线照射装置58将经射束输送***59输送的带电粒子束3照射到照射对象11，粒子射线照射装置58包括：扫描电磁铁1、2，该扫描电磁铁1、2将带电粒子束3进行扫描；以及扫描电磁铁移动装置4，该扫描电磁铁移动装置4移动扫描电磁铁1、2以使带电粒子束3的射束轴向上的扫描电磁铁1、2与照射对象11之间的距离变更，因此，能够改变带电粒子束的射束轴向上的扫描电磁铁与照射对象之间的距离，使照射野和照射位置精度的组合等有关粒子射线照射的多个参数的组合可变，能够选择多种多样的不同照射方式，进行适当的粒子射线治疗。
实施方式2.
实施方式1中，在使X方向扫描电磁铁1和Y方向扫描电磁铁2中的至少一方移动时，按上游侧的扫描电磁铁1的最大偏转角偏转的带电粒子束3被认为对下游侧的扫描电磁铁2的磁极有干涉。实施方式2中设有磁极移动装置29，以使即便在X方向扫描电磁铁1和Y方向扫描电磁铁2中的至少一方移动的情况下，按上游侧的扫描电磁铁1的最大偏转角偏转的带电粒子束3也不与下游侧的扫描电磁铁2的磁极相干涉。与实施方式1的照射装置相比，不同之处在于至少在下游侧的Y方向扫描电磁铁2上设置磁极移动装置29。
图7是说明扫描电磁铁的磁极与带电粒子束的关系的图。利用上游侧的X方向扫描电磁铁1以偏转角γ在X方向上扫描带电粒子束3。在下游侧的Y方向扫描电磁铁2中通过Y方向扫描电磁铁2的磁极间隔g。带电粒子束3在Y方向扫描电磁铁2的上端通过上端移动范围db1，在Y方向扫描电磁铁2的下端通过下端移动范围db2。由于下端移动范围db2比上端移动范围db1宽，因此，为了使带电粒子束3不与Y方向扫描电磁铁2的磁极相干涉，需要使磁极间隔g比下端移动范围db2更宽。在磁极间隔g比下端移动范围db2狭窄的情况下，带电粒子束3会与Y方向扫描电磁铁2的磁极发生干涉。
图8是表示本发明的实施方式2的扫描电磁铁的结构图。图8是Y方向扫描电磁铁2与磁极移动装置29的示例。Y方向扫描电磁铁2具有2个固定磁轭28a、28b和2个可动铁心23a、23b。固定磁轭28a、28b上设有移动导轨25a、25b、25c、25d，可动铁心23a、23b支承在移动导轨25a、25b、25c、25d上并由磁极移动装置29来移动。磁极移动装置29由分别使2个可动铁心23a、23b移动的2个移动部构成。该移动部分别设有小齿轮27a(27b)、电动机26a(26b)和齿条24a(24b)。齿条24a安装在可动铁心23a上，齿条24b安装在可动铁心23b上。通过使安装于电动机26a的小齿轮27a旋转来移动齿条24a，同样地，通过使安装于电动机26b上的小齿轮27b旋转来移动齿条24b。
图8表示可动铁心23a和可动铁心23b之间的磁极间隔为g1的情况。此外，Y方向扫描电磁铁2的线圈被设置在可动铁心23a、23b各自的凸部35a、35b的周围。可动铁心23a上设置的线圈与可动铁心23a一起移动，可动铁心23b上设置的线圈与可动铁心23b一起移动。图9给出扫描电磁铁上的磁极间隔成为最大的示例。图9中，可动铁心23a、23b各自被移动到最大限度，可动铁心23a和可动铁心23b之间的磁极间隔成为g2。而且，g1<g2。
实施方式2的粒子射线照射装置58中，至少在下游侧的Y方向扫描电磁铁2上设置有磁极移动装置29，能够改变下游侧的Y方向扫描电磁铁2的磁极间隔g，因此，即便在X方向扫描电磁铁1和Y方向扫描电磁铁2中的至少一方移动的情况下，也能够使带电粒子束3不与下游侧的扫描电磁铁2的磁极相干涉。因此，实施方式2的粒子射线照射装置58中，能够在X方向和Y方向中的一个方向上选择适合于照射对象11的最大照射野和照射位置精度。与实施方式1相比，实施方式2可在X方向和Y方向上各自选择最大照射野和照射位置精度，因此，能够进行多种多样的不同照射方式的设定。
实施方式3.
图10是表示本发明的实施方式3的粒子射线照射装置的结构图。实施方式3的粒子射线照射装置60是离散地改变照射对象11与X方向扫描电磁铁1及Y方向扫描电磁铁2之间的距离的示例。图10示出了具有X方向扫描电磁铁和Y方向扫描电磁铁构成的2个扫描电磁铁对的例子。与实施方式1的粒子射线照射装置58的不同之处在于，粒子射线照射装置60设有：X方向扫描电磁铁1a和Y方向扫描电磁铁2a；X方向扫描电磁铁1b和Y方向扫描电磁铁2b；2个扫描电磁铁电源7a、7b和2个扫描电磁铁移动装置30a、30b。
扫描电磁铁移动装置30a设有：固定板31a，该固定板31a将X方向扫描电磁铁1a和Y方向扫描电磁铁2a进行固定；齿条33a，该齿条33a与固定板31a相连接；电动机32a；以及小齿轮34a。扫描电磁铁移动装置30b设有：固定板31b，该固定板31b将X方向扫描电磁铁1b和Y方向扫描电磁铁2b进行固定；齿条33b，该齿条33b与固定板31b相连接；电动机32b；以及小齿轮34b。通过使安装于电动机32a的小齿轮34a旋转来移动齿条33a，同样地，通过使安装于电动机32b的小齿轮34b旋转来移动齿条33b。扫描电磁铁移动装置30a、30b是在扫描带电粒子束3的位置到不扫描带电粒子束3的位置之间进行移动的装置。
实施方式3中，利用扫描电磁铁移动装置30a、30b离散地改变照射对象11与X方向扫描电磁铁1及Y方向扫描电磁铁2之间的距离，因此，准备与该离散的改变数相对应的控制输入生成部即可。与实施方式1的粒子射线照射装置58相比，实施方式3的粒子射线照射装置60所使用的控制输入生成部数量较少，因此，准备控制输入生成部的工作量减少，能够缩短粒子射线照射装置开始实际运行前的时间。实施方式3的粒子射线照射装置60与实施方式1的粒子射线照射装置58相比，虽然多样性减少，但是，与现有技术不同，能够使照射野和照射位置精度的组合等有关粒子射线照射的多个参数的组合可变，能进行多种多样的不同照射方式的设定。
再有，虽然以点扫描方式为例作了说明，但是也适用于光栅扫描。
另外，也可适用于宽广照射方式的摇摆电磁铁。通过在宽广照射方式中应用扫描电磁铁移动装置4和扫描电磁铁移动装置30，可以改变照射对象11与摇摆电磁铁之间的距离并扩大照射野。在扫描照射方式中，有关粒子射线照射的多个参数的组合即照射野和照射位置精度的组合可变，从而进行多种多样的不同照射方式；但是在宽广照射方式中，有关粒子射线照射的多个参数的组合即照射野和射束平坦度的组合可变，从而进行多种多样的不同照射方式。
标号说明
1、1a、1b…X方向扫描电磁铁、
2、2a、2b…Y方向扫描电磁铁、
3…带电粒子束、
4…扫描电磁铁移动装置、
8…照射控制装置、
11…照射对象、
23a、23b…可动铁心、
29…磁极移动装置、
30a、30b…扫描电磁铁移动装置、
51…粒子射线治疗装置、
52…射束产生装置、
54…同步加速器、
58、58a、58b…粒子射线照射装置、
59…射束输送***、
60、60a、60b…粒子射线照射装置。

Claims (27)

1.一种粒子射线照射装置，该粒子射线照射装置将经加速器加速的带电粒子束照射到照射对象，其特征在于，包括：
扫描电磁铁，所述扫描电磁铁在与射束轴垂直的X方向及Y方向上扫描所述带电粒子束；以及
扫描电磁铁移动装置，所述扫描电磁铁移动装置移动所述扫描电磁铁，以使所述带电粒子束的射束轴向上的所述扫描电磁铁与所述照射对象之间的距离改变。
2.如权利要求1所述的粒子射线照射装置，其特征在于，
包括照射控制装置，所述照射控制装置基于所述带电粒子束的目标照射位置坐标来控制所述扫描电磁铁，
所述照射控制装置基于所述扫描电磁铁与所述照射对象之间的距离来生成控制所述扫描电磁铁的控制输入。
3.如权利要求2所述的粒子射线照射装置，其特征在于，
所述照射控制装置具有控制输入生成部，所述控制输入生成部基于所述扫描电磁铁与所述照射对象之间的距离来生成控制输入。
4.如权利要求3所述的粒子射线照射装置，其特征在于，
所述照射控制装置具有照射位置精度不相同的多个所述控制输入生成部，所述照射位置精度基于所述扫描电磁铁与所述照射对象之间的距离。
5.如权利要求3或4所述的粒子射线照射装置，其特征在于，
所述控制输入生成部是在所述控制输入和对应于所述控制输入的所述目标照射位置坐标之间建立关系的变换表。
6.如权利要求3或4所述的粒子射线照射装置，其特征在于，
所述控制输入生成部是在所述控制输入和所述目标照射位置坐标之间建立关系的多项式。
7.如权利要求1至4中任一项所述的粒子射线照射装置，其特征在于，
所述扫描电磁铁包括：
第一扫描电磁铁，所述第一扫描电磁铁在X方向及Y方向上扫描所述带电粒子束；以及
第二扫描电磁铁，所述第二扫描电磁铁配置在所述第一扫描电磁铁的下游且在X方向及Y方向上扫描所述带电粒子束，
所述扫描电磁铁移动装置包括：
在扫描所述带电粒子束的位置到不扫描所述带电粒子束的位置之间移动所述第一扫描电磁铁的扫描电磁铁移动装置；以及
在扫描所述带电粒子束的位置到不扫描所述带电粒子束的位置之间移动所述第二扫描电磁铁的扫描电磁铁移动装置，
由所述第一扫描电磁铁或所述第二扫描电磁铁中的任一方扫描所述带电粒子束。
8.如权利要求5所述的粒子射线照射装置，其特征在于，
所述扫描电磁铁包括：
第一扫描电磁铁，所述第一扫描电磁铁在X方向及Y方向上扫描所述带电粒子束；以及
第二扫描电磁铁，所述第二扫描电磁铁配置在所述第一扫描电磁铁的下游且在X方向及Y方向上扫描所述带电粒子束，
所述扫描电磁铁移动装置包括：
在扫描所述带电粒子束的位置到不扫描所述带电粒子束的位置之间移动所述第一扫描电磁铁的扫描电磁铁移动装置；以及
在扫描所述带电粒子束的位置到不扫描所述带电粒子束的位置之间移动所述第二扫描电磁铁的扫描电磁铁移动装置，
由所述第一扫描电磁铁或所述第二扫描电磁铁中的任一方扫描所述带电粒子束。
9.如权利要求6所述的粒子射线照射装置，其特征在于，
所述扫描电磁铁包括：
第一扫描电磁铁，所述第一扫描电磁铁在X方向及Y方向上扫描所述带电粒子束；以及
第二扫描电磁铁，所述第二扫描电磁铁配置在所述第一扫描电磁铁的下游且在X方向及Y方向上扫描所述带电粒子束，
所述扫描电磁铁移动装置包括：
在扫描所述带电粒子束的位置到不扫描所述带电粒子束的位置之间移动所述第一扫描电磁铁的扫描电磁铁移动装置；以及
在扫描所述带电粒子束的位置到不扫描所述带电粒子束的位置之间移动所述第二扫描电磁铁的扫描电磁铁移动装置，
由所述第一扫描电磁铁或所述第二扫描电磁铁中的任一方扫描所述带电粒子束。
10.如权利要求1至4中任一项所述的粒子射线照射装置，其特征在于，
所述扫描电磁铁包括：
X方向扫描电磁铁，所述X方向扫描电磁铁在X方向上扫描所述带电粒子束；及
Y方向扫描电磁铁，所述Y方向扫描电磁铁配置在所述X方向扫描电磁铁的下游侧且在Y方向上扫描所述带电粒子束，
所述Y方向扫描电磁铁具有能改变磁极间隔的可动铁心，
所述粒子射线照射装置包括磁极移动装置，所述磁极移动装置移动所述Y方向扫描电磁铁的所述可动铁心。
11.如权利要求5所述的粒子射线照射装置，其特征在于，
所述扫描电磁铁包括：
X方向扫描电磁铁，所述X方向扫描电磁铁在X方向上扫描所述带电粒子束；及
Y方向扫描电磁铁，所述Y方向扫描电磁铁配置在所述X方向扫描电磁铁的下游侧且在Y方向上扫描所述带电粒子束，
所述Y方向扫描电磁铁具有能改变磁极间隔的可动铁心，
所述粒子射线照射装置包括磁极移动装置，所述磁极移动装置移动所述Y方向扫描电磁铁的所述可动铁心。
12.如权利要求6所述的粒子射线照射装置，其特征在于，
所述扫描电磁铁包括：
X方向扫描电磁铁，所述X方向扫描电磁铁在X方向上扫描所述带电粒子束；及
Y方向扫描电磁铁，所述Y方向扫描电磁铁配置在所述X方向扫描电磁铁的下游侧且在Y方向上扫描所述带电粒子束，
所述Y方向扫描电磁铁具有能改变磁极间隔的可动铁心，
所述粒子射线照射装置包括磁极移动装置，所述磁极移动装置移动所述Y方向扫描电磁铁的所述可动铁心。
13.如权利要求7所述的粒子射线照射装置，其特征在于，
所述第一扫描电磁铁或所述第二扫描电磁铁包括：
X方向扫描电磁铁，所述X方向扫描电磁铁在X方向上扫描所述带电粒子束；及
Y方向扫描电磁铁，所述Y方向扫描电磁铁配置在所述X方向扫描电磁铁的下游侧且在Y方向上扫描所述带电粒子束，
所述Y方向扫描电磁铁具有能改变磁极间隔的可动铁心，
所述粒子射线照射装置包括磁极移动装置，所述磁极移动装置移动所述Y方向扫描电磁铁的所述可动铁心。
14.如权利要求8所述的粒子射线照射装置，其特征在于，
所述第一扫描电磁铁或所述第二扫描电磁铁包括：
X方向扫描电磁铁，所述X方向扫描电磁铁在X方向上扫描所述带电粒子束；及
Y方向扫描电磁铁，所述Y方向扫描电磁铁配置在所述X方向扫描电磁铁的下游侧且在Y方向上扫描所述带电粒子束，
所述Y方向扫描电磁铁具有能改变磁极间隔的可动铁心，
所述粒子射线照射装置包括磁极移动装置，所述磁极移动装置移动所述Y方向扫描电磁铁的所述可动铁心。
15.如权利要求9所述的粒子射线照射装置，其特征在于，
所述第一扫描电磁铁或所述第二扫描电磁铁包括：
X方向扫描电磁铁，所述X方向扫描电磁铁在X方向上扫描所述带电粒子束；及
Y方向扫描电磁铁，所述Y方向扫描电磁铁配置在所述X方向扫描电磁铁的下游侧且在Y方向上扫描所述带电粒子束，
所述Y方向扫描电磁铁具有能改变磁极间隔的可动铁心，
所述粒子射线照射装置包括磁极移动装置，所述磁极移动装置移动所述Y方向扫描电磁铁的所述可动铁心。
16.一种粒子射线治疗装置，其特征在于，包括：
射束产生装置，所述射束产生装置产生带电粒子束并用加速器将该带电粒子束进行加速；
射束输送***，所述射束输送***输送经所述加速器加速的带电粒子束；以及
粒子射线照射装置，所述粒子射线照射装置将利用所述射束输送***输送的带电粒子束照射到照射对象，
所述粒子射线照射装置是如权利要求1至4中任一项所述的粒子射线照射装置。
17.一种粒子射线治疗装置，其特征在于，包括：
射束产生装置，所述射束产生装置产生带电粒子束并用加速器将该带电粒子束进行加速；
射束输送***，所述射束输送***输送经所述加速器加速的带电粒子束；以及
粒子射线照射装置，所述粒子射线照射装置将利用所述射束输送***输送的带电粒子束照射到照射对象，
所述粒子射线照射装置是如权利要求5所述的粒子射线照射装置。
18.一种粒子射线治疗装置，其特征在于，包括：
射束产生装置，所述射束产生装置产生带电粒子束并用加速器将该带电粒子束进行加速；
射束输送***，所述射束输送***输送经所述加速器加速的带电粒子束；以及
粒子射线照射装置，所述粒子射线照射装置将利用所述射束输送***输送的带电粒子束照射到照射对象，
所述粒子射线照射装置是如权利要求6所述的粒子射线照射装置。
19.一种粒子射线治疗装置，其特征在于，包括：
射束产生装置，所述射束产生装置产生带电粒子束并用加速器将该带电粒子束进行加速；
射束输送***，所述射束输送***输送经所述加速器加速的带电粒子束；以及
粒子射线照射装置，所述粒子射线照射装置将利用所述射束输送***输送的带电粒子束照射到照射对象，
所述粒子射线照射装置是如权利要求7所述的粒子射线照射装置。
20.一种粒子射线治疗装置，其特征在于，包括：
射束产生装置，所述射束产生装置产生带电粒子束并用加速器将该带电粒子束进行加速；
射束输送***，所述射束输送***输送经所述加速器加速的带电粒子束；以及
粒子射线照射装置，所述粒子射线照射装置将利用所述射束输送***输送的带电粒子束照射到照射对象，
所述粒子射线照射装置是如权利要求8所述的粒子射线照射装置。
21.一种粒子射线治疗装置，其特征在于，包括：
射束产生装置，所述射束产生装置产生带电粒子束并用加速器将该带电粒子束进行加速；
射束输送***，所述射束输送***输送经所述加速器加速的带电粒子束；以及
粒子射线照射装置，所述粒子射线照射装置将利用所述射束输送***输送的带电粒子束照射到照射对象，
所述粒子射线照射装置是如权利要求9所述的粒子射线照射装置。
22.一种粒子射线治疗装置，其特征在于，包括：
射束产生装置，所述射束产生装置产生带电粒子束并用加速器将该带电粒子束进行加速；
射束输送***，所述射束输送***输送经所述加速器加速的带电粒子束；以及
粒子射线照射装置，所述粒子射线照射装置将利用所述射束输送***输送的带电粒子束照射到照射对象，
所述粒子射线照射装置是如权利要求10所述的粒子射线照射装置。
23.一种粒子射线治疗装置，其特征在于，包括：
射束产生装置，所述射束产生装置产生带电粒子束并用加速器将该带电粒子束进行加速；
射束输送***，所述射束输送***输送经所述加速器加速的带电粒子束；以及
粒子射线照射装置，所述粒子射线照射装置将利用所述射束输送***输送的带电粒子束照射到照射对象，
所述粒子射线照射装置是如权利要求11所述的粒子射线照射装置。
24.一种粒子射线治疗装置，其特征在于，包括：
射束产生装置，所述射束产生装置产生带电粒子束并用加速器将该带电粒子束进行加速；
射束输送***，所述射束输送***输送经所述加速器加速的带电粒子束；以及
粒子射线照射装置，所述粒子射线照射装置将利用所述射束输送***输送的带电粒子束照射到照射对象，
所述粒子射线照射装置是如权利要求12所述的粒子射线照射装置。
25.一种粒子射线治疗装置，其特征在于，包括：
射束产生装置，所述射束产生装置产生带电粒子束并用加速器将该带电粒子束进行加速；
射束输送***，所述射束输送***输送经所述加速器加速的带电粒子束；以及
粒子射线照射装置，所述粒子射线照射装置将利用所述射束输送***输送的带电粒子束照射到照射对象，
所述粒子射线照射装置是如权利要求13所述的粒子射线照射装置。
26.一种粒子射线治疗装置，其特征在于，包括：
射束产生装置，所述射束产生装置产生带电粒子束并用加速器将该带电粒子束进行加速；
射束输送***，所述射束输送***输送经所述加速器加速的带电粒子束；以及
粒子射线照射装置，所述粒子射线照射装置将利用所述射束输送***输送的带电粒子束照射到照射对象，
所述粒子射线照射装置是如权利要求14所述的粒子射线照射装置。
27.一种粒子射线治疗装置，其特征在于，包括：
射束产生装置，所述射束产生装置产生带电粒子束并用加速器将该带电粒子束进行加速；
射束输送***，所述射束输送***输送经所述加速器加速的带电粒子束；以及
粒子射线照射装置，所述粒子射线照射装置将利用所述射束输送***输送的带电粒子束照射到照射对象，
所述粒子射线照射装置是如权利要求15所述的粒子射线照射装置。
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