CN103917273A - 粒子射线治疗装置 - Google Patents

Abstract

本发明的粒子射线治疗装置包括：控制治疗台(30)的位置的治疗台控制部(61)；以及输出用于对该治疗台控制部、加速器(1)、扫描电磁铁(7)进行控制的指令的照射控制部(60)，治疗台控制部控制治疗台，以使得作为患者的患部基准位置的患者等中心移动到照射等中心(IC2)的位置为止，该照射等中心(IC2)的位置设置在比作为照射嘴(4)与治疗台之间的位置关系的基准的设备等中心(IC1)更靠近照射嘴的位置，之后，照射控制部输出用于对患者照射粒子射线的指令。

Description

粒子射线治疗装置

技术领域

本发明涉及一种照射粒子射线来进行癌症治疗等应用粒子射线的粒子射线治疗装置。 

背景技术

粒子射线治疗装置的粒子射线的照射方法大致可分为以下两种方法：宽射束照射法，该宽射束照射法对照射对象即患者的整个患部同时照射射束；以及扫描式照射法，该扫描式照射法扫描射束并进行照射。扫描式照射法中包括点扫描法、光栅扫描法等，在本说明书中将它们统称为扫描式照射法。为了实现扫描式照射法，需要适用于该照射方法的设备及控制方法。对于实际照射出粒子射线的前端部，也需要对其进行加工以实现扫描式照射法。照射粒子射线的前端部被称为照射***、照射野形成装置、照射头、及照射嘴等。 

在实现扫描式照射方法的粒子射线治疗装置中，为了提高照射到患者患部的照射位置精度，需要照射射束尺寸较小的射束。另一方面，若射束在空气中前进，则会由于散射而使射束尺寸逐渐变大。因此，提出了如下结构：即，抑制射束的散射，并确保真空区域、或比空气要轻的氦等的气体区域，从而使射束尺寸较小(例如，专利文献1)。将用于确保真空区域或气体区域的部分在本说明书中称为管道。此外，在管道中，将粒子射线通过的部分称为窗口，本说明书中，将位于粒子射线轨道最下游的窗口称为射束射出窗口。 

实现扫描式照射法的粒子射线治疗装置的照射嘴由用于确保真空区域的真空管道、真空管道中使粒子射线通过的窗口(射束射出窗口)、扫描粒子射线的射束扫描装置、测定粒子射线的位置的射束位置监视器、以及测定射束剂量的剂量监视器等构成。 

前进的射束若遇到障碍物则发生散射，以一定的展宽来进行传播。将该展宽称为散射角，表示为θ(弧度)。离障碍物距离r位置的射束点的直径大约为rθ。在扫描式照射法的照射嘴中，配置在比扫描电磁铁更靠近下游位置的窗口和射束位置监视器相当于障碍物。即，粒子射线在该窗口处发生散射，之后，以一定的展宽来进行传播。 

在现有技术中，由于成为射束发生散射的主要原因的障碍物位于远离作为照射点的等中心的位置上，即，距离r较大，因此，存在束点直径变大、不能获得进行实用的扫描式照射法所需的足够小的射束尺寸的问题。 

为了解决该问题，专利文献2中公开了以下的结构：即，使真空管道伸缩自由，且将设置于真空管道前端的射束射出窗、射束位置监视器、剂量监视器这些成为发生散射的主要原因的构件以接近患者的方式来进行照射。 

现有技术文献 

专利文献 

专利文献1：日本专利特开2007－268035号公报 

专利文献2:国际公开WO2010/122662号 

发明内容

发明所要解决的问题 

根据专利文献2所记载的结构，能够抑制照射对象即患部上的射束尺寸 的扩大，利用较小射束尺寸的射束来实施扫描式照射法。然而，在伸缩自由的真空管道如专利文献2所公开的那样由波纹管来构成的情况下，对于大气压都无法损坏的波纹管，其伸长变得较短。或者，需要使用非常昂贵的波纹管。 

本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于获得一种扫描式照射法的粒子射线治疗装置，该粒子射线治疗装置不使用伸缩自由的真空管道等，而能在长度固定的照射嘴的状态下抑制射束尺寸的扩大来照射粒子射线，并能高精度地进行照射。 

解决技术问题所采用的技术方案 

本发明的粒子射线治疗装置包括：加速器，该加速器对带电粒子进行加速并射出粒子射线；真空管道，该真空管道用于输送从该加速器射出的粒子射线；扫描电磁铁，该扫描电磁铁设置于该真空管道的下游部，用于使在真空管道内部前进的粒子射线向与前进方向垂直的方向偏转，从而利用粒子射线对照射对象即患者的患部进行扫描；照射嘴，该照射嘴设置于真空管道的前端，具有用于使粒子射线从所述真空管道射出至大气中的射束射出窗；治疗台，患者躺于该治疗台；治疗台控制部，该治疗台控制部控制治疗台的位置；以及照射控制部，该照射控制部输出用于对该治疗台控制部、加速器、扫描电磁铁进行控制的指令，治疗台控制部控制治疗台，以使得患者的患部基准位置即患者等中心移动到照射等中心的位置为止，该照射等中心的位置设置在比作为照射嘴与治疗台之间的位置关系的基准的设备等中心更靠近照射嘴的位置，之后，照射控制部输出用于对患者照射粒子射线的指令。 

发明效果 

在实现扫描式照射法的粒子射线治疗装置中，能在长度固定的照射嘴的状态下抑制射束尺寸的扩大来照射粒子射线，并能高精度地进行照射。 

附图说明

图1是表示本发明所涉及的粒子射线治疗装置的简要结构以及动作的框图。 

图2是表示本发明的效果的一个示例的图表。 

图3是表示本发明的实施方式1所涉及的粒子射线治疗装置的主要部分以及动作的简要框图。 

图4是表示现有的粒子射线治疗装置的主要部分的简要框图。 

图5是表示本发明的实施方式1所涉及的其他粒子射线治疗装置的主要部分以及动作的简要框图。 

图6是表示本发明的实施方式1所涉及的粒子射线治疗装置的动作的流程图。 

图7是表示本发明的实施方式2所涉及的粒子射线治疗装置的主要部分以及动作的简要框图。 

图8是表示本发明的实施方式3所涉及的粒子射线治疗装置的主要部分以及动作的简要框图。 

图9是应用本发明的实施方式3所涉及的粒子射线治疗装置的一个示例的患者的放大剖视图。 

具体实施方式

实施方式1 

图1是表示本发明的实施方式1所涉及的粒子射线治疗装置的概要的示意图。作为高能射束从对带电粒子进行加速的加速器1射出的粒子射线2通过真空管道3内部，被输送到设置于真空管道3下游的照射嘴4。此处，在真空管道3弯曲的部分设置有用于使粒子射线2的前进方向发生变化的偏置电磁铁，但图1中省略了图示。在照射嘴4中，利用由X方向扫描电磁铁5以及Y方向扫描电磁铁6构成的扫描电磁铁7，在与粒子射线2的前进方向垂直的二维方向上对粒子射线2进行扫描。经扫描的粒子射线2a通过下游真空管道13 从射束射出窗8射出到大气中，从而对躺在治疗台30上的照射对象即患者11进行照射。在治疗计划部62中设定照射时的、包含照射距离在内的各种照射参数，将用于以上述照射参数进行照射的参数从治疗计划部62发送至照射控制部60，并从该照射控制部60对治疗台控制部61、加速器1、扫描电磁铁电源70等分别输出指令。 

在粒子射线治疗装置中，通常设定有作为用于照射的位置基准的等中心。等中心通常作为设备特有的点，设定于一点的位置上。即，等中心通常设定在粒子射线的中心轴上，并处于粒子射线照射的中心的位置。图1中，IC1所示的位置是设备特有的设备等中心。如虚线所示的患者11a那样，通常以该位置成为患者患部的基准位置的方式来对患者进行定位，并照射粒子射线。然而，设备等中心IC1的位置通常是距射束射出窗8具有一定距离的位置，粒子射线由于在大气中前进的过程中发生散射而导致射束直径有所扩大。此外，射束射出窗8、以及通常位于下游真空管道13内的射束位置监视器9、剂量监视器90这些使粒子射线通过的构件中也存在散射的因素。 

扫描式照射法是三维照射法的一种，照射的自由度较高，能应用于具有复杂形状的患部。另一方面，重要器官较多的头颈部具有眼球、视神经、脊髓、脑等较多重要器官，因此具有应用扫描式照射法的需求。然而，头颈部与躯干部分不同，由于头颈部的尺寸较小，因此到患部为止的深度较浅，所需的射束能量也较低。图2示出了在粒子射线入射到水模体中时、在各能量的射程位置上的射束尺寸。粒子射线的能量越大则射程越远，由于粒子射线在水中前进较长的距离，因此由于水的散射而导致射束尺寸变大。图2的虚线A示出了由该水的散射而引起的物理极限的射束尺寸。此外，实线B示出了本发明技术的一个示例，即从真空射出窗到水表面为止的距离约为0.8m时的、水中射程位置上的射束尺寸。并且，实线C示出了现有技术的一个示例，即从真空射出窗到水表面为止的距离约为3m时的、水中射程位置上的射束尺寸。 

若在150MeV的质子射线的情况下，忽略真空窗、监视器以及大气等的损耗，则具有16cm左右的射程，而对于头颈部的情况，射程大多小于该射程。即，在考虑症状案例的情况下，需要在比图2所示的150MeV更低能量下的较小的射束直径。然而，在大气中的前进距离较大的现有技术的情况下，在比150MeV更低能量的射束中，因在进入患者之前的真空窗和监视器、或大气而导致的散射(角)所带来的影响较大，因此会变成非常大的射束直径。 

因此，本发明中，为了使患部处的粒子射线的射束直径不因散射而扩大，在对患部进行照射时，将患者移动到靠近射束射出窗8的位置来进行照射。通过如上所述那样进行照射，如图2的实线B所示，能以与物理上不能避免的、因水的散射而引起的物理极限的射束尺寸相接近的射束尺寸对患部进行照射。在该情况下，将与设备等中心IC1不同的位置设定成作为照射时的位置的基准的等中心，即照射等中心IC2。在例如治疗计划部62中设定用于在与设备等中心IC1不同的位置进行照射的照射参数。此处，将从利用扫描电磁铁7使粒子射线发生偏转并弯曲的中心位置、即偏转中心到成为照射对象的中心的等中心为止的距离设为照射距离(SAD：Source Axis Distance，源轴距)。如图1所示，以往，将照射参数设为从偏转中心到设备等中心IC1为止的照射距离SAD1，但本发明中，将照射参数设为照射距离比SAD1短的SAD2。 

如上所说明的那样，本发明的关键点在于，以往通常将设备等中心IC1作为位置基准来照射粒子射线，但本发明中舍弃该想法，而采用目前为止不曾采用的想法，即在与设备等中心IC1不同的、且更靠近射出窗的位置上进行照射。 

图3是用于在台架型的粒子射线治疗装置中应用本发明的照射主要部分的示意图。图3中，照射嘴4的结构与图1的照射嘴4相同。在台架型的粒子射线治疗装置中，通常设备等中心IC1位于台架主体20的旋转中心轴与粒 子射线的扫描中心轴相交的点上。此处，粒子射线的扫描中心轴是指在使扫描电磁铁7不工作，即粒子射线2不因扫描电磁铁7而发生偏转的情况下通过的粒子射线的中心轴。由于这样的点是设备特有且唯一确定的，此外，因为便于将其作为用于照射粒子射线的基准位置，因此一直以来将其设定为等中心。患者躺在治疗台30的顶板(称为治疗台顶板)31上，使定位为照射对象即患部的基准位置(以后称为患者等中心)与等中心IC1相一致。并且，治疗台30能移动较大的伸缩长度Ls，以使得躺在治疗台顶板31上的患者能移动到照射嘴4附近。该治疗台30根据定位时的治疗台位置与治疗计划部62中所保存的治疗计划的数据，来利用治疗台控制部61进行控制，从而将躺在治疗台顶板31上的患者定位至规定位置。 

与此相对，图4是表示现有的台架型粒子射线治疗装置的概要的图。如图4所示，现有的治疗台300中，治疗台顶板311能从虚线所示的治疗台顶板311a、即让患者11a躺上去时的位置开始，最大限度地移动到设备等中心IC1的位置为止，即能移动伸缩长度Lsa。也就是说，以往，将患者等中心定位成设备等中心IC1即可，因此治疗台顶板311无需移动到超过等中心IC1的位置。 

若将说明现有的装置的图4与说明本发明的装置的图3相比较，则可知本发明的治疗台30的治疗台顶板31可移动的伸缩长度Ls比现有的治疗台300的治疗台顶板311可移动的伸缩长度Lsa要大Lu。由此，能使以往无法接近照射嘴4的照射对象接近照射嘴4。由此，由于采用在与设备等中心IC1不同的位置上进行照射这一以往不曾有的想法，从而使得照射对象能与以往相比更接近照射嘴4。 

在本实施方式1所涉及的粒子射线治疗装置中，基于图5说明对患者进行定位的一个示例。利用X射线管50朝向患者11b的患部111b放射X射线，利用X射线接收装置51拍摄患者11b的X射线图像。同样地，利用与X射线管50位置不同的X射线管52朝向患者11b的患部111b放射X射线，利用X射线接收 装置53拍摄患者11b的X射线图像。利用这些从两个方向拍摄到的X射线图像，来确定预先设定在患部111b中的患部中心即患者等中心的位置。通过使治疗台30移动，使患者在前后左右以及上下方向上移动，从而进行控制以使得该患者等中心的位置与设备等中心IC1相一致。在患者等中心与设备等中心IC1相一致之后，控制治疗台30使治疗台顶板31上升至预先设定的位置为止，从而使得患者等中心变成照射等中心IC2的位置。 

此处，对本发明所涉及的粒子射线治疗装置的治疗计划进行说明。图6是说明治疗计划的流程图。首先，读取包含患者患部的X射线CT等的CT图像(ST1)。使用该CT图像的数据，输入患部即照射区域(目标)和重要器官(ST2)。基于这些目标以及重要器官的配置等，选择台架型等的粒子射线治疗装置(ST3)。在选择了装置之后，设定照射粒子射线的方向(ST4)。在设定了照射方向之后，根据该照射方向，设定照射距离SAD(ST5)。此处，若是现有的装置，则SAD为由照射嘴与设备等中心的位置关系所预先决定的距离，但在本发明所涉及的粒子射线治疗装置中，SAD不是预先决定的距离，而是为了尽可能使患部接近照射嘴而基于患者、患部、与照射嘴、照射方向，且按每个治疗计划来设定的。 

若SAD被设定，则根据该SAD的值，实施射束设计(ST6)。射束设计通过射束尺寸、点位置、每个点的照射剂量、照射路径(点的移动路径)、重量的优化等来实施。若通过射束设计来设定照射参数，则接着利用这些参数来进行剂量分布计算(ST7)，并利用该计算结果来实施剂量分布评价(DVH：Dose Volume Histogram：剂量体积直方图)等(ST8)。通常，较多地制定多口(从多个照射方向进行照射)的计划，此外，制定多个计划进行比较的情况也较多，因此进一步判断是否需要制定其他的计划(ST9)。在判断为需要制定其他计划的情况下，回到步骤ST3来制定其他的治疗计划。若判断为无需制定其他的计划，则从制定好的治疗计划中选择用于治疗的治疗计划(ST10)。将所选择的治疗计划的照射参数等数据保存在治疗计划部62中。进行照射时，将用于以保存在治疗计划部62中的照射参数 来进行照射的指令从治疗计划部62发送至照射控制部60中，并从照射控制部60分别对治疗台控制部61、加速器1、扫描电磁铁电源70等输出指令。 

如上所述，本实施方式1所涉及的粒子射线治疗装置中，照射对象即患部111接近照射嘴4，根据该接近的状态、即较小的SAD值来实施治疗计划，并将基于保存在治疗计划部62中的照射参数的指令从照射控制部60输出至加速器1、扫描电磁铁电源70、治疗台控制部61等中，并照射出粒子射线。通过进行上述照射，能使粒子射线因在大气中前进的过程中所受到的散射而引起的射束直径扩大的影响较小。不仅如此，由照射嘴的射束射出窗8、射束位置监视器9、剂量监视器90这样的使粒子射线通过的构件所导致的散射而引起的射束直径扩大的影响也变小，能使患部111中粒子射线的射束直径比以往要小。由此，对周边器官的影响较小，能实现精度优异的粒子射线治疗。 

实施方式2 

图7是表示本发明的实施方式2所涉及的粒子射线治疗装置的照射主要部分的简要结构以及动作的侧面剖视示意图。图7中，与图5相同的符号表示相同或者相当的部分。根据患部的不同，有时从斜方向照射粒子射线的情况较为便利。该照射方向例如如实施方式1的治疗计划所说明的那样，在步骤ST6中进行设定。在从斜方向照射粒子射线的情况下，如图7所示，使台架主体20旋转，将照射嘴4设定在患者的斜方向，来照射粒子射线。在该情况下，首先根据位置对准时的X射线接收装置51a的X射线图像，控制治疗台30的位置，设定成图7所示的治疗台30b的位置，从而使得位置对准时的患者11b的患部111b的基准位置即患者等中心与设备等中心IC1相一致。另外，与实施方式1的图5所示的情况相同，也可以使用2个X射线管以及X射线接收装置并利用两个图像来进行定位。之后，使治疗台30移动，以使得SAD成为设定值，并且使X射线管50a以及X射线接收装置51a也移动从设备等中心CI1到照射等中心IC2的距离，设定治疗台30的位置，从而使得移动后患者11的患部111的患者等中心成为照射等中心IC2的位置。 

如上所述，在设定为从斜方向照射粒子射线的情况下，使SAD比通常的SAD要小，并以使照射对象即患部111接近照射嘴4的方式来进行位置设定。在该情况下，优选为使用于对患部111的位置进行监视的X射线管50以及X射线接收装置51移动从设备等中心IC1与到照射等中心IC2的距离，并对患部111的位置进行监视，并微调成使得患部111的患者等中心与照射等中心IC2相一致。另外，如实施方式1所说明的那样，即使在仅使治疗台30上升的情况下，毫无疑问也可以使X射线管50以及X射线接收装置51移动从设备等中心IC1到照射等中心IC2的距离，并对患部111的位置进行监视，并微调成使得患者等中心与照射等中心IC2相一致。 

如上所述，在本实施方式2所涉及的粒子射线治疗装置中，即使在从斜方向进行照射的情况下，也能通过使照射对象即患部111接近照射嘴4，根据该接近的状态、即较小的SAD值来实施治疗计划并照射粒子射线，从而使粒子射线因在大气中前进的过程中所受到的散射而引起的射束直径扩大的影响变小。不仅如此，由照射嘴的射束射出窗8、射束位置监视器9、剂量监视器90这样的使粒子射线通过的构件所导致的散射而引起的射束直径扩大的影响也变小，能使患部111中的粒子射线的射束直径比以往要小。由此，对周边器官的影响较小，能实现精度优异的粒子射线治疗。 

实施方式3 

图8是表示本发明的实施方式3所涉及的粒子射线治疗装置的简要结构以及动作的简要框图。图8中，与图5以及图7相同的符号表示相同或者相当的部分。根据患部的不同，有时希望从斜下方照射粒子射线。例如，如图9所示，在患者11的放大剖视图中，假设在患部111的附近存在重要器官A120、重要器官B121、重要器官C122等的情况。在治疗计划中，判断对该患部的粒子射线照射从第一方向即第一照射口22的方向与第二方向即第二照射口23的方向这2个方向进行照射是恰当的。第一照射口的照射以与例如实施方式2中所说明的方式相同的要领来进行照射。在第一照射口的照射结束后， 旋转台架主体20，将照射嘴设定在图8的位置上，从斜下方进行第二照射口的照射。该第二照射口的照射也使患部111的患者等中心从设备等中心IC1的位置开始接近照射嘴4，也就是移动到SAD较小的位置即照射等中心IC2的位置来进行照射。为了实现上述情况，使治疗台可从治疗台30b的位置移动至治疗台30的位置。此外，优选为使用于对患部111的位置进行监视的X射线管52以及X射线接收装置53移动从设备等中心IC1到照射等中心IC2的距离，并对患部111的位置进行监视，并微调成使得患部111的基准位置与照射等中心IC2相一致。 

如上所述，在从斜方向进行照射的情况下，也使治疗台30可进行移动，从而使得患部能接近照射嘴4，从而能对患部照射出散射较少、且射束直径更小的粒子射线。 

标号说明 

1：加速器 

2：粒子射线 

3：真空管道 

4：照射嘴 

5：X方向扫描电磁铁 

6：Y方向扫描电磁铁 

7：扫描电磁铁 

8：射束射出窗 

9：射束位置监视器 

11、11a、11b：患者 

13：下游真空管道 

20：台架主体 

30：治疗台 

60：照射控制部 

61：治疗台控制部 

62：治疗计划部 

70：扫描电磁铁电源 

90：剂量监视器 

111、111b：患部 

IC1：设备等中心 

IC2：照射等中心 。

Claims (4)

1.一种粒子射线治疗装置，其特征在于，包括：

加速器，该加速器对带电粒子进行加速并射出粒子射线；

真空管道，该真空管道用于输送从该加速器射出的粒子射线；

扫描电磁铁，该扫描电磁铁设置于该真空管道的下游部，用于使在所述真空管道内部前进的粒子射线向与前进方向垂直的方向偏转，从而利用所述粒子射线对照射对象即患者的患部进行扫描；

照射嘴，该照射嘴设置于所述真空管道的前端，具有用于使所述粒子射线从所述真空管道射出至大气中的射束射出窗；

治疗台，所述患者躺于该治疗台；

治疗台控制部，该治疗台控制部控制该治疗台的位置；以及

照射控制部，该照射控制部输出用于控制该治疗台控制部、所述加速器、所述扫描电磁铁的指令，

所述治疗台控制部控制所述治疗台，以使得作为所述患者的患部基准位置的患者等中心移动到照射等中心的位置为止，该照射等中心的位置设置在比作为所述照射嘴与所述治疗台之间的位置关系的基准的设备等中心更靠近所述照射嘴的位置，之后，所述照射控制部输出用于对患者照射粒子射线的指令。

2.如权利要求1所述的粒子射线治疗装置，其特征在于，

包括使所述照射嘴旋转的台架主体，所述设备等中心设定于所述台架主体的旋转中心。

3.如权利要求1所述的粒子射线治疗装置，其特征在于，

包括用于对患者进行定位的X射线照相装置，该X射线照相装置移动从所述设备等中心到所述照射等中心的距离。

4.如权利要求1所述的粒子射线治疗装置，其特征在于，

所述治疗台控制部控制所述治疗台，以使得所述患者等中心与所述设备等中心相一致，之后，控制所述治疗台，以使得所述患者等中心与所述照射等中心相一致。