TWI418380B - 粒子線治療裝置 - Google Patents

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TWI418380B
TWI418380B TW100135455A TW100135455A TWI418380B TW I418380 B TWI418380 B TW I418380B TW 100135455 A TW100135455 A TW 100135455A TW 100135455 A TW100135455 A TW 100135455A TW I418380 B TWI418380 B TW I418380B
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Takaaki Iwata
Kengo Sugahara
Hisashi Harada
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Mitsubishi Electric Corp
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Description

粒子線治療裝置
本發明係關於一種用於醫療用或研究用之粒子線治療裝置，尤其是關於所謂點掃描(spot scanning)或行式掃描(raster scanning)之掃描型的粒子線治療裝置。
一般的粒子線治療裝置係具備：產生荷電粒子射束之射束產生裝置；連接於射束產生裝置，加速產生出之荷電粒子射束之加速器；輸送由加速器加速至所設定好之能量(energy)後射出之荷電粒子射束之射束輸送系統；以及設置於射束輸送系統之下游，用以將荷電粒子射束照射至屬於患者的患部等之照射對象之粒子線照射裝置。粒子線照射裝置大致係有，將荷電粒子射束以散射體散射擴大，再將擴大後之荷電粒子射束配合照射對象之形狀形成照射區之寬(broad)照射方式、以及配合照射對象之形狀，掃描細束(pencil)狀之射束而形成照射區之掃描(scanning)照射方式(點掃描、行式掃描等)。
寬照射方式係使用射束調準器(collimator)或射束照射限制模(bolus)形成符合患部形狀之照射區。此方式係為形成符合患部形狀之照射區，且防止對正常組織的不必要之照射的最被廣泛使用之良好的照射方式。然而，係有針對每個患者製作射束照射限制模，及配合患部使射束調準器變形之必要。
另一方面，掃描照射方式係為不需要射束調準器及射束照射限制模之高自由度的照射方式。然而，因未使用防止對患部以外正常組織之照射之此等構件，故較寬照射方式更被要求高度之射束照射位置精度。
於專利文獻1，係以減低掃描荷電粒子射束之掃描電磁鐵的磁滯(hysteresis)之影響，且實現高精確度的射束照射為目的，而揭示有以下之發明。專利文獻1之發明係具備：依據荷電粒子射束之目標照射位置座標控制掃描電磁鐵之照射管理裝置；以及測定荷電粒子射束的測定位置座標之位置監視器，其中，照射管理裝置係具有指令值產生器，係依據補正資料與目標照射位置座標來輸出傳至掃描電磁鐵之控制輸入，而補正資料係依據在掃描電磁鐵之激磁模式為與正式照射的計畫相同之事前照射中藉由位置監視器所測定之測定位置座標以及目標照射位置座標而產生者。
藉此，專利文獻1的發明係藉由，使掃描電磁鐵的激磁模式為事前照射與正式照射的計畫相同，而依據事前照射所獲得之結果可事先補正對掃描電磁鐵之控制輸入，故能排除掃描電磁鐵的磁滯之影響，並實現高精確度的射束照射。
(先前技術文件)
(專利文獻)
專利文獻1：日本特許4532606號公報(第1圖、第2圖)
專利文獻1的發明係為，依據掃描電磁鐵的激磁模式為與正式照射之計畫相同之事前照射來執行事先補正，所以發揮所謂於正式照射中實現高精度之射束照射之特別的功效。的確，於正常情況下實施治療之情形，專利文獻1的發明不會出現任何問題。然而，於治療現場會有，因荷電粒子射束之大小超過容許範圍，或患者的狀況變不佳等的意料之外情況，而導致必需中斷照射之狀況，亦即有發生必需執行粒子線治療裝置的緊急停止處理之狀況之虞。
於此情形，係執行緊急停止處理，暫時停止荷電粒子射束之照射。因照射已進行至患部之途中，故有自中斷之照射位置使荷電粒子射束之照射再度開始，以使患部全體達到治療計畫所計畫的照射量之需要。此時，倘若僅單純地自中斷之照射位置再度開始照射，會成為自途中開始執行掃描電磁鐵的激磁模式。結果，掃描電磁鐵因受磁滯之影響，故掃描電磁鐵的狀態係於中斷掃描之情形與未中斷之情形不同，於掃描電磁鐵的狀態為不同狀態下再度開始正式照射，會有照射至與未中斷之情況不同之位置，而無法高精度的照射射束之殘留問題。
本發明係為解決前述之問題所開發者，目的為獲得一種即便於治療中經緊急停止處理之情形，亦能排除掃描電磁鐵的磁滯之影像，且可自中斷之照射位置重新開始高精度的射束照射之粒子線治療裝置。
本發明係具備，依據荷電粒子射束之目標照射位置座標來控制掃描電磁鐵之照射管理裝置、以及於發生意外情況時產生停止荷電粒子射束照射之互鎖(inter lock)訊號之互鎖資訊輸入器。照射管理裝置係具有：輸出送至掃描電磁鐵之控制輸入之指令值產生器；以及於自互鎖資訊輸入器產生互鎖訊號之情形，儲存對應於荷電粒子射束停止照射的目標照射位置座標之停止步驟(step)之停止步驟儲存記憶體。照射管理裝置係為於再度開始荷電粒子射束照射之情形，自停止步驟之前的步驟，且為與對應於正式照射的最初目標照射位置座標之起點步驟不同之開始步驟開始，以不照射荷電粒子射束之狀態，至停止步驟為止執行控制掃描電磁鐵之空運轉，且自對應停止步驟之目標照射位置座標開始照射荷電粒子射束。
本發明之粒子線治療裝置係於治療中經緊急停止處理之情形，自較停止步驟之前的步驟，且為及與起點步驟不同之開始步驟開始，依據包含傳送至掃描電磁鐵的控制輸入之照射指令情料來進行空運轉，並自中斷之照射位置開始射束照射，故可排除掃描電磁鐵的磁滯之影響，並自中斷之照射位置再度開始高精度的射束照射。
 (實施形態1)
以下係說明關於本發明的實施形態1之粒子線治療裝置的構成。第1圖係為顯示本發明的實施形態1之粒子線治療裝置之構成圖。第2圖係為加速器之概略構成圖，第3圖係為粒子線照射裝置之概略構成圖。第4圖係為本發明的實施形態1之粒子線治療裝置之控制方塊圖。
首先，利用第1圖說明關於粒子線治療裝置大致的構成。粒子線治療裝置51係具備，射束產生裝置52、射束輸送系統59以及粒子線照射裝置58a、58b。射束產生裝置52係具有，離子(ion)源(未圖示)、前段加速器53、以及為同步加速器(synchrotron)之圓形加速器(以下，係簡稱為加速器)54。粒子線照射裝置58b係設置於旋轉機架(gantry)(未圖示)。粒子線照射裝置58a係設置於不具有旋轉機架之治療室。射束輸送系統59之作用係為加速器54與粒子線照射裝置58a、59a之聯絡。射束輸送系統59之一部份係設置於旋轉機架(未圖示)，該部份係具有複數個偏向電磁鐵55a、55b、55c。射束產生裝置52、射束輸送系統59、以及粒子線照射裝置58a、58b係藉由控制系統聯合控制。
藉離子源產生之質子線、碳粒子線(重粒子線)等粒子線之荷電粒子射束1係藉前段加速器53加速，並射入加速器54。荷電粒子射束1係被加速至預定之能量。於加速器54一面以高頻的電場加速並以磁鐵彎曲，一面加速至約70%至80%之光速。自加速器54射出之荷電粒子射束1，經由射束輸送系統59輸送至粒子線照射裝置58a、58b。於射束輸送系統59，係使被賦予足夠能量之荷電粒子射束1在由真空導管所製作之通路，以電磁鐵依需要變化軌道，並予以引導至指定之治療室的粒子線照射裝置58a、58b。粒子線照射裝置58a、58b係因應為照射對象15之患者24的患部大小及深度形成照射區，朝照射對象15(參照第3圖)照射荷電粒子射束1。
於此雖係記載為「指定之治療室」，惟粒子線治療裝置就治療效率之觀點而言，一般係具備複數個治療室。亦即，粒子線照射治療裝置58係需要具備達治療室的數量之量。如此之由複數個子系統(subsystem)所構成之大型且複雜之系統，一般而言，大多係由專門控制各子系統之子(sub)控制器及指揮並控制全體之主(main)控制器所構成。有關本發明的實施形態1所示之粒子線治療裝置51，亦以採用此種主控制器及子控制器之構成之情形來說明。為求簡單，於此係將射束產生裝置52與射束輸送系統59一併稱為加速器系統60。粒子線照射裝置58、旋轉機架一併稱為「照射系統」。於第1圖，係表示具有水平照射室與機架照射室之二個治療室之情形。聯合並控制加速器系統與照射系統之上述控制器，係為粒子線治療裝置之控制系統。
＜加速器＞
關於加速器54係用第2圖說明。加速器54係具備：作為荷電粒子射束1之環繞軌道路徑之真空導管61；用以使自前段加速器53所供給之荷電粒子射束1射入真空導管61之射入裝置62；用以使荷電粒子射束1沿真空導管61內的環繞軌道形成環繞之荷電粒子射束1而使軌道偏向之偏向電磁鐵63a、63b、63c、63d；以使形成於環繞軌道上之荷電粒子射束1不致發散地收歛之收歛用電磁鐵64a、64b、64c、64d；給予與環繞之荷電粒子同步之高頻電壓並加速之高頻加速空洞65；取出於加速器54內加速之荷電粒子射束1至加速器54外，並朝射束輸送系統59射出用之射出裝置66；以及為了自射出裝置66射出荷電粒子射束1而於荷電粒子射束1的環繞軌道激發共鳴之六極電磁鐵67。
並且，於偏向電磁鐵63a、63b、63c、63d係有控制偏向電磁鐵63a、63b、63c、63d的激磁電流之偏向電磁鐵控制裝置、以及於高頻加速空洞65係有用以供給高頻電壓至高頻加速空洞65之高頻源、用以控制高頻源之高頻控制裝置之類的有用以控制各部之未圖示之裝置，而控制系統內具備有控制偏向電磁鐵控制裝置、高頻控制裝置以及收歛用電磁鐵64a、64b、64c、64d等其他構件(component)而控制加速器全體之加速器控制裝置。然而，於本發明的技術思想，並非限定加速器本身之控制者，因此係不被上述構成限定，只要為可穩定地射出荷電粒子射束1至射束輸送系統59者，則當燃可有各種變形。
＜射束輸送系統＞
藉由加速器54所加速之荷電粒子射束1係被射出至被稱為HEBT(高能量射束輸送：High Energy Beam Transport)系統之射束輸送系統59。射束輸送系統59係具備：作為荷電粒子射束1之輸送路徑之真空導管；作為切換荷電粒子射束1的射束軌道的切換裝置之切換電磁鐵68；以及使射束偏向至預定角度之偏向電磁鐵。並且使藉由加速器54給予足夠之能量，並行進於由真空導管製作而成之輸送路徑內之荷電粒子射束1，藉由切換電磁鐵68依需要改變軌道並引導至設置於指定之治療室的照射裝置。
＜照射系統＞
照射系統係具備有，使自射束輸送系統59供給之荷電粒子射束15成形為因應屬於照射對象15之患者的患部之大小與深度的照射區並照射至患部之粒子線照射裝置58。一般而言，於粒子線治療裝置51中，照射區成形方法係有，散射體法、搖擺(wobbler)法以及掃描法被提案。照射系統(粒子線照射裝置)係因應各照射方法，使其構成為不同。於本發明中其對象係為，採用以點掃描及行列掃描為代表之掃描法之粒子線治療裝置(亦稱為「掃描型粒子線治療裝置」)。於掃描型粒子線治療裝置之情形，粒子線照射裝置58係具備，用以配合照射對象15的形狀掃描細束狀之荷電粒子射束1之一組掃描電磁鐵3以及用以測定照射位置之位置監視器7等。粒子線照射裝置58之詳細構成係於後述。
＜控制系統＞
使用表示功能方塊之第4圖說明有關控制系統。然而，於粒子線治療裝置51之控制器，一般係使用工作站(work station)或電腦(computer)。因此，大多亦有稱呼控制器為「計算機」之情形。例如第4圖之主控制器70雖係為實際上大多被稱為照射系統共通計算機之電腦上的功能，惟於此作為具有某個功能之控制器處理。子控制器71a、71b雖係為大多被稱為機器控制計算機之電腦上的功能，惟於此作為具有某個功能之控制器處理。子控制器71a、71b係將用以搭載患者24之治療台及用以拍攝患部(照射對象15)位置之X光拍攝裝置等，治療室的一部份之機器作為一個子系統，進行該子系統之控制。
照射系統80係由，主控制器70、設置於照射操作室81之機器、設置於治療室82a之機器、以及設置於治療室82b之機器所構成。於治療室82a係設置有粒子線照射裝置58a的照射機器部31a。於治療室82b係設置有粒子線照射裝置58b的照射機器部31b。
連接至子控制器71a、71b之操作台72a、72b、73a、73b、74a、74b，係為所謂鍵盤(key board)及監視器(display)等，或是控制盒(controller box)等終端機，即為人機介面(manmachine interface)部。操作台72a、72b設置於照射操作室81，操作台73a、74a設置於治療室A(82a)，操作台73b、74b設置於治療室B(82b)。於子控制器71a、71b之下階部連接有控制盤75a、75b。具體而言，控制盤75a、75b係為作為控制對象之各種機器76a、76b、77a、77b的驅動器(driver)、增幅器(amplifier)以及定序器(sequencer)等。再者，控制盤75a、75b係使主控制器70與互鎖資訊輸入器84a、84b，以及照射機器31a、31b之訊號通過。復於子控制器71a、71b之下階部經由控制盤75a、75b連接有機器76a、76b、77a、77b、互鎖資訊輸入器84a、84b以及照射機器部31a、31b。所謂機器76a、76b、77a、77b，具體而言係為移動治療台的各軸用之電動機(motor)、與驅動照射裝置內之X光攝影裝置之電動機等。給予照射機器部31a、31b各自具備有之掃描電磁鐵3a、3b之激磁電流，係自掃描電磁鐵電源4經由切換電路79供給。
又，前述治療台用之電動機與X光攝影裝置用之電動機，於射束照射中係不動。亦即，係無與由加速器系統60控制之加速器等的電磁鐵同步並控制之必要。主控制器70與子控制器71a、71b之資訊收授係為，顯示哪個治療室的照射機器部31a、31b為定位完成並為可照射狀態之Ready訊號、以及於哪個治療室的照射機器部31a、31b照射射束，並為照射完成之通知訊號等之，用以通知互相狀態為目的者。簡單而言，係反映(image)處理連續性(sequential)的事件(event)。
於此，係說明關於照射系統共通計算機(主控制器70)與機器控制計算機(子控制器71a、71b)之功用。於各治療室82a、82b，係如同前述各自具備有粒子線照射裝置58a、58b的照射機器部31a、31b。再者，係如同前述，於掃描型粒子線治療裝置之情形，於照射機器部31a、31b具備有一組之掃描電磁鐵以及用以測定照射位置之位置監視器7等。然而，如第4圖所示，此掃描電磁鐵3之控制及來自位置監視器7之訊號處理並非由機器控制計算機執行，而是由照射系統共通計算機(後述之照射管理裝置)執行。
此係由於二個理由。第一個理由係為與加速器系統之同步控制之必要性，第二個理由係為瞬時性(盡可能去除時間浪費之必要性)。為如同治療計畫實現照射，係有使加速器系統60與照射系統80同步並控制之必要。的確，子控制器71a、71b與主控制器70係使用同步訊號等而可同時期且平行地進行處理。然而，經由之機器愈多則愈產生時間浪費，而使控制性能惡化。因此，於本發明之粒子線治療裝置51，作為主控制器70之照射系統共通計算機(照射管理裝置)係有即時(real time)於射束照射中執行控制加速器60與掃描電磁鐵3等之必要，另一方面，治療台與X光攝影裝置等於照射中無驅動之必要者係為由作為子控制器71a、71b之機器控制計算機執行。
藉由以一個主控制器70進行集中管理，不但可盡可能的去除時間浪費，並使控制性能不惡化而可實現高精度的射束照射。並且，同樣地依據瞬時性之理由，發揮互鎖(緊急停止處理)功能之互鎖資訊輸入器84a、84b等的資訊處理亦可由作為主控制器70之照射系統共通計算機(照射管理裝置)執行。再者，照射系統共通計算機亦具備，管理由哪個治療室佔有荷電粒子射束1之，所謂「加速器爭奪」之功能。
接著，係用第3圖說明有關粒子線照射裝置58。粒子線照射裝置58係具有：照射機器部31；掃描電磁鐵電源4；互鎖資訊輸入器84；以及，執行照射機器部31與互鎖資訊輸入器84之控制與資料集中收集等之照射管理裝置32。互鎖資訊輸入器84係具有後述之患者感測器(sensor)78。照射機器部31係具備：輸送自射束輸送系統59射入之荷電粒子射束1之射束輸送導管2；於垂直於荷電粒子射束1之方向之X方向以及Y方向掃描荷電粒子射束1的掃描電磁鐵3x、3y；位置監視器7；放大位置監視器7訊號之前置放大器(preamplifier)9；位置監視器單元(unit)8；照射量監視器11；放大照射量監視器11訊號之前置放大器13；照射量監視器單元12；射束擴大裝置16；射束擴大控制裝置17；伸縮管(bellows)18；真空導管19；漣波濾波器(ripple filter)20；射程移位器(range shifter)21；以及射程移位器單元23。並且，如第3圖所示荷電粒子射束1射入之方向係為Z方向。
掃描電磁鐵3x係為朝X方向掃描荷電粒子射束1之X方向掃描電磁鐵，掃描電磁鐵3y係為朝Y方向掃描荷電粒子射束1之Y方向掃描電磁鐵。位置監視器7係偵測由掃描電磁鐵3x、3y所偏向之荷電粒子射束1通過之通過位置(重心位置)以及射束大小(size)。前置放大器9係放大以位置監視器7偵測出之通過位置及射束大小的類比資料(analog data)。於此，射束大小係為荷電粒子射束1通過垂直於Z方向的XY面之面積。位置顯示單元8透過前置放大器9接收以位置監視器7偵測出之通過位置及射束大小，並變換該通過位置及射束大小為數位資料(digital data)，然後產生測定位置座標Ps及測定射束大小Ss。
照射量監視器11係偵測荷電粒子射束1之照射量。前置放大器13係放大以照射量監視器11偵測出之照射量的類比資料。照射量監視器單元12係透過前置放大器13接收以照射量監視器偵測出之照射量，並變換該照射量為數位資料，再產生測定照射量Ds。
射束擴大裝置16係依需要擴大荷電粒子射束1之射束大小。真空導管19係確保通過荷電粒子射束1之真空區域。伸縮管18係伸縮自由地連接於射束輸送導管2與真空導管19，以使真空區域朝照射對象15延長。漣波濾波器20亦稱為脊形濾波器，且呈凸形狀。漣波濾波器20係使自加速器54送來之具有幾乎單一能量之為單色射束之荷電粒子射束1能量損失(energy loss)，使能量具有靈活度。
對於照射對象15之深度方向(Z方向)的位置座標控制，係藉由變更加速器54之加速能量來變更荷電粒子射束1之能量以及藉由射程移位器21變更荷電粒子射束1之能量來進行。射程移位器21係小刻度地調整荷電粒子射束1之射程。大幅度之荷電粒子射束1的射程變更係由變更加速器54之加速能量來進行，小幅度之荷電粒子射束1的射程變更係藉由射程移位器21之設定變更來進行。
照射管理裝置32係讀取由治療計畫裝置產生之治療計畫資料F0，產生重新排列作為用以控制照射照射量而分割之屬於照射單位之照射點的照射順序之設定資料Fi。亦即設定資料Fi係為被程序(sequence)化之治療計畫資料(後述之連續性之資料)。照射管理裝置32係依據設定資料Fi輸出給各機器之設定資料Fo。
設定資料Fi的要素係為目標照射位置座標Pi、目標照射量Di、目標射束大小Si、目標加速器設定Bi、以及射程移位器***量Ri，並且設定資料Fi的各要素係為各治療計畫資料F0的要素之目標照射位置座標Pi0、目標照射量Di0、目標射束大小Si0、目標加速器設定Bi0、以及射程移位器***量Ri0被程序化之資料。設定資料Fo係為加速器設定指令Bo、射程移位器指令Ro、指令電流Io(未補正之指令電流)、指令電流Ir(補正過指令電流Io之指令電流)，射束大小指令So、以及目標照射量Do。
照射管理裝置32係接收於無患者狀態下進行之事前照射之測定位置座標Ps、測定照射量Ds、測定射束大小Ss等之照射記錄，並進行照射記錄的評價。照射管理裝置32係依據測定位置座標Ps，產生補正過指令電流Io之指令電流Ir，並傳送指令電流Io或指令電流Ir至掃描電磁鐵電源4。再者，照射管理裝置32係接收實際照射患者24之正式照射之測定位置座標Ps、測定照射量Ds、測定射束大小Ss等的照射記錄，並儲存正式照射之照射記錄至患者檔案伺服器(file server)。
照射管理裝置32係輸出觸發(trigger)訊號、記數(counter)開始訊號、射束供給指令、射束停止指令至各機器，並控制於照射對象15之照射點及照射照射量。照射點係分割為分層，且於各分層(slice)之XY方向被分割，其中，分層係為於Z方向分割之層，且為對應於荷電粒子射束1之運動能量之層。於此，係藉由於變更分層時停止荷電粒子射束1，於對同一分層內照射時持續照射荷電粒子射束1之照射方法來說明。照射管理裝置32係按其為對應於運動能量的層之每個分層對照射對象15掃描荷電粒子射束1。照射管理裝置32係藉由觸發訊號變更相對各照射點之各機器的設定，並藉由計數開始訊號開始照射點的照射照射量之測定，當測定照射量Ds達到目標照射量Do時執行對於下一個照射點的控制，然後於對於將照射對象15分割成之複數個照射區分(分層)之照射結束時，對加速系統60輸出射束停止指令，而停止荷電粒子射束1。接著，照射管理裝置32係輸出觸發訊號，並依序變更補正過之指令電流Ir、射束大小指令So、加速器設定指令Bo以及射程移位器指令Ro，至照射對象15之所有分層照射結束為止執行荷電粒子射束1之照射。
掃描電磁鐵電源4係依據為自照射管理裝置32輸出之對掃描電磁鐵3之控制輸入之指令電流Io(Ir)來變化掃描電磁鐵3x、3y的設定電流。射束擴大控制裝置17係輸出設定位置監視器7之射束大小之射束大小指令So至射束擴大裝置16。射程移位器單元23係輸出變更荷電粒子射束1的能量之射程移位器指令Ro至射程移位器21。
患者感測器78係偵測患者24之動作，並輸出反映患者24的動作之患者訊號。患者感測器78係為，用以於患者的動作超過預定範圍之情形停止照射，亦即係為用以執行粒子線治療裝置的緊急停止處理的構件。患者感測器78係可考慮有以下者。具體而言係有，藉由流量感測器偵測呼吸之流動、藉由使用熱敏電阻(thermistor)或紅外線攝影機之圖像處理計測伴隨呼吸之鼻腔附近的溫度變化、藉由位置靈敏探測器(position sensitive detector)檢測裝於腹部之雷射(laser)光源來偵測患者腹部的動作、或藉由雷射位移計訊號化患者腹部之動作等方式。並且，患者感測器78係可兼用被用於粒子線治療裝置51的呼吸同步照射之呼吸感測器。不論何者，使用目的係皆為用以偵測患者24之動作。
接著，係簡單說明作為本發明基礎之記載於專利文獻1之技術。記載於專利文獻1之發明係有關於一種使藉由加速器54加速，並由掃描電磁鐵3掃描之荷電粒子射束1照射至照射對象15之粒子線治療裝置51，並具有以下之特徵：(A)係具備依據荷電粒子射束1的目標照射位置座標Pi來控制掃描電磁鐵3之照射管理裝置32；(B)係具備測定荷電粒子射束1的測定位置座標Ps之位置監視器7；(C)照射管理裝置32係具有，依據根據在掃描電磁鐵3的激磁模式為與正式照射計畫相同之事前照射中由位置監視器7所測定之測定位置座標Ps以及目標照射位置座標Pi而產生之補正資料Ia與目標照射位置座標Pi來輸出給予掃描電磁鐵3之控制輸入Io(Ir)之指令值產生器。
茲說明產生電流補正資料Ia之方法。第5圖係為說明指令電流的補正方法之示意圖。係測定藉由給予掃描電磁鐵電源4之指令電流Io而對於輸出至掃描電磁鐵3之電流I的BL積。BL積係為磁場的強度B與掃描電磁鐵3的磁極之有效長度L之積。係描繪通過飽和磁束密度之最大磁滯曲線α。係取最大磁滯曲線α的電流增加方向與電流減少方向之平均，求出磁滯迴圈(hysteresis loop)之中心線β。
藉由指令電流Io設定之電流值I(id)係由為照射預定位置之目標照射位置座標Pi、磁滯迴圈的中心線β、荷電粒子射束1的能量以及掃描電磁鐵3的設置位置至照射位置為止之距離來求得。考慮作用於荷電粒子射束1之勞侖茲(Lorentz)力，係可自荷電粒子射束1的位置座標求得BL積之值。指令電流Io係為對應自目標照射位置座標Pi所算出之理想的BL積之值BL(id)與磁滯迴圈的中心線β之交點P’(未圖示)之電流I(id)之指令值。此BL(id)係作為測定之BL積之值之期待值BL(ex)。
自測定出之測定位置座標Ps算出BL積之值BL(me)。第5圖之P點係為實測值。考慮測定出之BL積之值BL(me)自期待值BL(ex)產生有僅ΔBL之偏差的情形。使用求出之交點P’中具有切線斜率K之直線係僅偏移ΔBL來對指令電流Io補正電流。補正只要求BL積會成為BL(ex)之電流值I1即可。若求出電流值I1，即可產生會為BL(id)之設定於電流值I1之指令電流Ir。藉由此方法，係可使因掃描電磁鐵3的磁滯影響所生之荷電粒子射束1之位置偏差控制在容許範圍內。
一點鏈線之直線γ係為與電流值I(id)之中心線β的切線有相同斜率K之直線。斜率K係表示如式(1)，補正後之電流值I1係表示如式(2)。
(數1)
於此之ΔBL係為BL(me)-BL(ex)。由電流補正資料Ia所設定之補正電流值ΔI係為ΔBL/K。
接著，係考慮粒子線治療裝置51執行緊急停止處理之情形。如上所述，緊急停止處理為由於意外之狀況，而中斷照射之處理。必需執行緊急停止處理之狀況係為，例如，位置監視器7所偵測出之荷電粒子射束1的測定位置座標Ps或測定射束大小Ss超過容許值之情形，亦或患者24的狀態惡化之情形等意外之狀況發生時。實施形態1之粒子線照射裝置58於第3圖係表示具備有偵測患者的動作之患者感測器78之情形，惟係具備有於狀況惡化時患者自行通知之患者呼叫鈕(call button)(未圖示)，以及於緊急時，可藉由醫師、技師等的操作之用以停止照射之照射停止鈕(未圖示)。患者感測器78、患者呼叫鈕、照射停止鈕以及位置監視器7係為，於意外狀況之情形停止照射，並用以產生使為確保安全之互鎖功能作用之互鎖訊號的互鎖資訊輸入器84。互鎖資訊輸入器84具有，自患者感測器78、患者呼叫鈕、照射停止鈕以及位置監視器7所輸出之訊號來產生互鎖訊號之訊號產生器。
如同前述互鎖處理(緊急停止處理)因係被要求瞬時性，故此訊號處理可由作為主控制器70之照射系統共通計算機(照射管理裝置32)進行。作為本發明的實施形態1之主控制器70之照射管理裝置32係具備以下特徵。
自患者感測器78偵測出之訊號(患者訊號)，於患者24的動作超過預定範圍之情形，判斷停止照射。位置監視器7偵測出之荷電粒子射束1的測定位置座標Ps及測定射束大小Ss超過預定範圍(容許值)之情形(相當於荷電粒子射束1之品質惡化之情形)，判斷停止照射。再者，於緊急時患者24藉由患者呼叫鈕之操作表明狀況不佳的意思之情形，或於緊急時醫師、技師等藉由照射停止鈕之鈕操作表明照射停止之意思之情形，同樣地判斷停止照射。作為主控制器70之照射管理裝置32係因亦控制加速器系統60(加速器54、射束輸送系統59)，故於判斷停止照射之情形，係可控制加速器系統60，來停止荷電粒子射束1之射束照射。並且，所謂藉由患者感測器78偵測之患者24的動作之預定範圍，係為在相當於患者24進行正常呼吸時的移動範圍之偵測值追加餘裕(margin)者。偵測患者24之動作並判斷是否超過預定範圍之方法係於後述。
實施形態1之照射管理裝置32係復具備以下特徵。如同前述照射管理裝置32係具有，輸出依據事前照射產生之補正資料Ia與給予掃描電磁鐵3的控制輸入之指令值產生器。亦即，照射管理裝置32係為，使藉由指令值產生器預先補正過之控制輸入作為連續的資料予以保有。所謂連續的資料係為，依各步驟(step)(於預定的時間執行之個別處理)執行之形式之資料。因目標照射位置座標Pi係作為連續的資料而被給予，故對應該目標照射位置座標Pi之給予掃描電磁鐵3之控制輸入，亦必需係為連續的資料。照射管理裝置32係依據由互鎖資訊輸入器產生之互鎖訊號，於判斷前述照射停止，並照射停止之情形，使對應於該時機的目標照射位置座標Pi(亦即停止位置座標)之步驟(停止步驟)，儲存於內建之停止步驟儲存記憶體(memory)。例如，使對應於某分層之目標照射位置座標Pi之控制輸入，儲存輸出之步驟號碼n(停止步驟儲存程序)。並且，停止步驟儲存記憶體不限定存在於照射管理裝置32內部，係亦可為存在於外部。
實施形態1之照射管理裝置32係復具備以下之特徵。粒子線治療之一次的治療時間約為30分鐘，其中照射時間亦係約數分鐘。於如此之時間中，無法斷言不會有患者24身體不適、咳嗽或是荷電粒子射束1的品質變差等意外之狀況。位置監視器7偵測出之荷電粒子射束1的測定位置座標Ps或測定射束大小Ss超過預定範圍(容許值)之情形，係相當於荷電粒子射束1品質變差之情形。此情況，藉由感測器的感測(sensing)或是按鈕等的操作停止照射，並中斷治療。於前述意外之狀況解除，並再度開始照射之情形，照射管理裝置32係以不照射射束之狀態，例如從分層之最初的步驟控制掃描電磁鐵3(空運轉程序)。如此之以不照射射束來控制掃描電磁鐵3，在此係稱為「空運轉」。再者，開始空運轉之步驟係稱為開始步驟。
此係由於，若單純自中斷之照射位置再度開始照射時，掃描電磁鐵3的激磁模式會變為由途中開始進行，惟從分層之最初的步驟開始控制掃描電磁鐵3，則可實施以與事前照射相同之激磁模式來控制。當然，於此若照射射束，係成為重複的照射，因此空運轉係有其意義存在。藉此，依據事前照射之補正係為有效，可實現與無中斷時同等之高精度的射束照射。
前述空運轉雖以重現性的觀點而言自分層之最初的步驟進行為佳，惟於經驗上得知即使從預定的步驟前(預定的點數前)開始進行之情形，亦可得到相應之效果。因此，於實施形態1，係設為對開始步驟選擇在分層之最初的步驟或是選擇在較與停止位置對應之步驟為前之預先設定之預定的步驟前。亦即，係自分層之最初的步驟開始空運轉，或是較對應停止位置之步驟為前之預先設定的預定的步驟前開始空運轉，可由醫師、技師等的操作者選擇。
於此，係說明關於，何種程度之預定的步驟前為佳之決定方法。有效的空運轉的步驟數，係幾乎都依存於掃描電磁鐵3的規模及性能。因此，實際上可刻意重現中斷狀況，並藉由實驗以不同的步驟來數確認其效果，並加以決定。依據情況，亦有可能於先前的分層的途中開始空運轉。如此之自超過分層之最初步驟之前的步驟開始空運轉之情形係亦為可行。
最後，照射管理裝置32必需控制粒子線照射裝置58照射因中斷而尚未照射之部份。因此，照射管理裝置32係於空運轉執行至與前述停止位置相對應之步驟後，自停止步驟的下一個步驟之再度開始步驟控制加速系統60(加速器54、射束輸送系統59)以開始射束照射，使其可執行殘留之步驟(照射開始程序)。於變更分層時停止荷電粒子射束1，而於照射同一分層內時持續照射荷電粒子射束之照射方法之情形，照射位置與該照射位置之照射照射量可藉連續的時間管理(步驟管理)重現。亦即，即使於中斷之停之位置之照射點的照射照射量未達目標照射量Do之情形，也可自途中的照射照射量再度開始，且於該照射點的照射照射量達到目標照射量Do後再移至下一個照射點。
雖已說明照射管理裝置32的特徵，惟使用第6圖整理粒子線治療裝置51的緊急處停止處理之流程。第6圖係為顯示實施形態1的粒子線治療裝置之射束停止以及再度開始程序之流程圖。於治療中患者身體不適、咳嗽或是荷電粒子射束1的品質惡化等，意外之狀況發生時，照射管理裝置32係依據互鎖資訊輸入器產生之互鎖訊號，判斷前述照射停止，並進行照射停止。照射管理裝置32於照射停止之情形，儲存與當時之目標照射位置座標Pi(亦即停止位置座標)相對應之步驟。例如，儲存輸出與某分層之目標照射位置座標Pi相對應之控制輸入之步驟號碼n(步驟S1，停止步驟儲存程序)。於前述意外之狀況解除，再度開始照射之情形，照射管理裝置32係自預定的開始步驟至停止步驟為止不進行射束照射而使掃描電磁鐵電源4動作，並僅進行掃描電磁鐵3之磁場激磁(步驟2，空運轉方式)。照射管理裝置32於空運轉執行至與前述停止位置相對應之步驟後，係自停止步驟的下一個再度開始步驟控制加速器系統60(加速器54，射束輸送系統59)，並再度開始射束照射(步驟S3，照射開始程序)。
如同上述，實施形態1之粒子線治療裝置51即使於發生患者的身體不適等的意外之狀況之情形，亦可藉由感測器或按鈕之操作中斷照射，且可以在不照射射束之狀態自分層之最初的步驟亦或預定的步驟前(開始步驟)開始控制掃描電磁鐵3，故可使掃描電磁鐵3的激磁模式與事前照射相同，而可使依據事前照射之補正(亦即於事前照射所得之資訊)有效，而可得以實現高精度的射束照射。因此，於治療中緊急停止處理之情形，亦可排除掃描電磁鐵3的磁滯之影響，並自中斷的位置再度開始高精度的射束照射。
茲說明關於偵測患者24的動作，判斷是否超過預定的範圍之方法。藉由前述患者感測器78測定平常時的呼吸所產生的變化作為呼吸訊號，來事先取得作為基準之呼吸訊號(基準呼吸訊號)的時間變化波形之基準患者狀態波形。將正式照射時藉由患者感測器78所偵測之呼吸訊號(實際呼吸訊號)所產生之實際患者狀態波形與基準患者狀態波形作比較，判斷此實際患者狀態波形與基準患者狀態波形的差是否超過預定的範圍。測定基準呼吸訊號時之患者感測器78係使用與測定治療時的呼吸訊號之患者感測器78相同型號(type)(測定原理相同者)者。
基準呼吸訊號雖係非完整的三角函數，惟因係為幾乎一定週期的訊號，故考慮變換最接近之三角函數算出增量(gain)(三角函數的振幅)與相位。茲使基準呼吸訊號Rtj (t)如例如式(3)所示於展開傅立葉(Fourier)級數時所展開之從0次項至n次項中，如式(4)所示算出相當於其一次項之成對的三角函數的係數a1 、b1 ，並規定算出之係數a1 、b1 作為表示呼吸訊號的狀態之描述函數。亦即係計算基準呼吸訊號中，去除常數項與高頻成份之構成基本波形成份之餘弦函數與正弦函數的係數a1 、b1 。於第7圖(a)，將基準呼吸訊號Rtj (t)、以及以式(2)所得之由a1 、b1 所構成之描述函數係表示為波形。
(數2)
藉由如上述抽出之構成描述函數之a1 、b1 ，可求得如式(5)所示之增量Gres 、及如式(6)所示之相位Φ res 。
(數3)
第7圖係為基準呼吸訊號以及實際呼吸訊號之示意圖。第7圖(a)係為基準呼吸訊號之示意圖。第7圖(b)係為實際呼吸訊號之示意圖。橫軸為時間，縱軸為呼吸訊號R(t)的訊號值。基準呼吸訊號Rtj (t)之週期為Tres ，實際呼吸訊號之週期為Tres 1。第7圖之BL為基準呼吸訊號Rtj (t)及實際呼吸訊號Rr1 (t)之基準線(base line)。實際呼吸訊號Rr1 (t)係為不規則之訊號。然而，例如依據以基準呼吸訊號Rtj (t)的週期Tres 為基準之正弦波訊號以及基準呼吸訊號Rtj (t)進行呼吸誘導時，實際呼吸訊號Rr1 (t)亦成為具有與基準呼吸訊號Rtj (t)相同週期之週期函數。藉由利用該呼吸特性，對於實際呼吸訊號Rr1 (t)亦可與基準呼吸訊號Rtj (t)相同，計算如式(4)所示之展開傅立葉級數時相當於一次項之成對的由三角函數之係數a1 、b1 所構成之描述函數。
於偵測患者的動作，來判定是否超過預定之範圍之情形，僅需使實際呼吸訊號Rr1 (t)的週期Tres 1與基準呼吸訊號Rtj (t)的週期Tres 幾乎一致即可。於增量Gres 以及相位Φ res 設置預定的範圍，係可使該增量Gres 以及相位Φ res 的範圍設在預定的範圍。例如當患者咳嗽時，實際呼吸訊號的增量與相位係激烈的變動，因此增量Gres 以及相位Φ res 超過預定的範圍，可偵測出患者咳嗽之動作。再者，當患者陷入睡眠狀態時，實際呼吸訊號的增量係漸漸變小，且實際呼吸訊號的相位與基準呼吸訊號的相位之關聯係逐漸消失。於此情形亦可藉由於增量Gres 以及相位Φ res 設置適當的範圍，而可偵測出患者陷入睡眠狀態以及及將陷入睡眠狀態之徵兆。
如上述藉由實施形態1的粒子線治療裝置，係具備：依據荷電粒子射束1的目標照射位置座標Pi控制掃描電磁鐵3之照射管理裝置32；測定荷電粒子射束1的測定位置座標Ps之位置監視器7；以及於意外之情況發生時產生停止荷電粒子射束1的照射之互鎖訊號之互鎖資訊輸入器78；其中，照射管理裝置32係具有：依據於掃描電磁鐵3的激磁模式為與正式照射的計畫相同之事前照射中根據藉由位置監視器7所測定之測定位置座標Ps以及目標照射位置座標Pi所產生之補正資料Ia與目標照射位置座標Pi來輸出給予掃描電磁鐵3之控制輸入Io(Ir)之指令產生器；以及於由互鎖資訊輸入器78產生互鎖訊號之情形，儲存與荷電粒子射束1的照射停止之目標照射位置座標Pi相對應之停止步驟之停止步驟儲存記憶體；其中，照射管理裝置32於荷電粒子射束1的照射再度開始之情形，從係為較停止步驟為前之步驟，且與正式照射的最初的目標照射位置座標相對應之起點步驟不同之開始步驟開始執行以不照射荷電粒子射束1之狀態，進行控制掃描電磁鐵3之空運轉至停止步驟，並係自與停止步驟相對應之目標照射位置座標Pi開始照射荷電粒子射束1，因此於治療中緊急停止處理之情形，自係為較停止步驟為前之步驟，且與起點步驟不同的開始步驟開始，依據包含給予掃描電磁鐵3的控制輸入在內之照射指令資料進行空運轉，並從中斷的照射位置再度開始射束照射，故藉此可排除掃描電磁鐵3的磁滯之影響，並從中斷的照射位置再度開始高精度的射束照射。
(實施形態2)
於實施形態1中，係描述關於治療中斷後再度開始時之掃描電磁鐵3的空運轉，而於實施形態2，係描述關於掃描電磁鐵3的空運轉前之電磁鐵的初始化方法。
第8圖係為本發明的實施形態2之粒子線治療裝置之沿射束路徑(beam path)將射束掃描於患部之示意圖。藉由掃描電磁鐵3掃描之荷電粒子射束1，係沿照射路徑14(亦稱為射束路徑)對係為照射對象15之癌等患部的各層(分層)照射。於掃描型之粒子線治療裝置51中，依各層的前述射束路徑14係使用治療計畫裝置產生。於治療計畫裝置係規劃，盡可能對癌患部以最短之路徑且避免對正常組織不必要的照射之最佳的治療計畫。於治療計畫裝置係組裝有實施最佳化之計算機，藉由計算機求得最佳路徑。對於求出之路徑係最終由作為治療之主體(負責人)之醫師判斷是否適切。為使荷電粒子射束1沿產生出之射束路徑14掃描，X方向掃描電磁鐵3x與Y方向掃描電磁鐵3y係由照射管理裝置32控制，並藉由掃描電磁鐵電源4(亦稱為模式電源)提供驅動電流(指令電流)。
第9圖係為實施形態2之粒子線治療裝置的掃描電磁鐵的磁滯特性之示意圖。第9圖(a)係顯示X方向掃描電磁鐵3x的磁滯特性，第9圖(b)係顯示Y方向掃描電磁鐵3y的磁滯特性。如第9圖所示，作為掃描電磁鐵的材料之磁性材料係具有磁滯特性。於第9圖中，橫軸係表示為輸入之指令電流所產生之磁場強度H，縱軸係表示為磁束密度B。αx係為X方向掃描電磁鐵3x之最大磁滯曲線，αy係為Y方向掃描電磁鐵3y之最大磁滯曲線。如第9圖所示，所謂磁滯特性係為即便磁場強度H決定亦無法僅以此唯一地決定磁束密度之關係。於掃描電磁鐵3中，為於各個患部實現最佳化之射束路徑14，係依各患部以不同之模式激磁。因此，掃描電磁鐵3追隨之BH平面上之BH履歷曲線，係於各射束路徑皆不同。
例如，於以某激磁模式激磁之情形，掃描電磁鐵3係追隨於如第9圖之細實線26a、27a之BH履歷曲線。粒子線治療裝置51係以人體為對象之治療裝置，於發生意外之狀況的情形，係停止照射。照射停止之停止位置(停止點)之磁滯曲線上的點，係為P1x、P1y。之後，於確認安全後再度開始照射。於再度開始時，係有於重現停止前的掃描電磁鐵3的狀態之後，再度開始進行之必要。用以重現掃描電磁鐵3的狀態，係有使該時機的磁束密度B、磁場強度H以及磁場時間斜率dH/dt相同之需要。因此，於荷電粒子射束1之照射開始前，為了使例如B=0、H=0、dH/dt=0等之，掃描電磁鐵3恆常為從相同狀態開始照射，亦即為使掃描電磁鐵3狀態可恆與於BH平面表現時相同的點P1x、P1y開始BH履歷曲線，執行掃描電磁鐵3的初始化係為有效的。虛線26b、27b係不停止照射控制掃描電磁鐵3時的BH履歷曲線。藉由掃描電磁鐵3的初始化與實施形態1所說明的空運轉，可恆常從與於BH平面表現時之相同的點P1x、P1y開始BH履歷曲線。
掃描電磁鐵3的初始化，例如對掃描電磁鐵3朝為規格範圍內之+H方向之最大值激磁，之後朝-H方向之最大值激磁等，給予預定的激磁模式。如此藉由以最大值激磁，係可期待消除為掃描電磁鐵3的材料之磁性材料之殘留磁場。並且，掃描電磁鐵3的初始化並發僅限定於B=0、H=0以及dH/dt=0，只要可確保重現性者皆可，因此有偏位(offset)亦可。
於實施形態1，係以於空運轉前不對掃描電磁鐵3進行初始化之例子說明。於實施形態1，雖機會極少，惟仍有可能發生於空運轉時掃描電磁鐵3的磁滯之影響排除不充分之情形。於掃描電磁鐵3的磁滯影響未充分排除之情形，射束之照***度係多少有下降之情形。然而，於實施形態2，係於空運轉前進行掃描電磁鐵3的初始化，故可充分排除掃描電磁鐵3的磁滯之影響。
並且，作為調整掃描電磁鐵3的狀態之方法，可考慮使用輔助線圈(coil)。於給予掃描電磁鐵3的指令值為0之情形，亦即，於沒有來自掃描電磁鐵電源4的驅動電流而掃描電磁鐵未被激磁之情形，磁束密度B原本必定變為0。然而如第9圖所示，係有因磁滯特性使磁束密度B不變為0之情形。此時，藉由對設置於掃描電磁鐵3內之輔助線圈通電並控制，可消除殘留磁場使磁束密度B為0。藉由此方法，也可使掃描電磁鐵3之狀態設成常時相同(例如，於BH平面內之原點，以及第9圖之停止位置P1x、P1y)，並開始射束照射。空運轉前之掃描電磁鐵3之初始化，並非僅限於如上述之使磁束密度B為0，只要可確保重現性即可，故有偏位亦可。
茲使用第10圖說明射束停止以及再度開始之程序。第10圖係為顯示實施形態2之粒子線治療裝置之射束停止以及再度開始之程式之流程圖。實施形態2之射束停止以及再度開始程序，與實施形態1之射束停止以及再度開始程序係有，追加將掃描電磁鐵3初始化之程序(步驟S10)，空運轉之開始點為正式照射之最初步驟，亦即自最初的分層之最初的步驟開始控制掃描電磁鐵3(步驟S11，空運轉程序)等不同點。
於治療中，當發生意外之情況時，照射管理裝置32係依據互鎖資訊輸入器所產生之互鎖訊號，來判斷前述照射停止，並執行照射停止。照射管理裝置32係儲存中斷步驟(步驟S1，停止步驟儲存程序)。照射管理裝置32係進行掃描電磁鐵3之初始化(步驟S10，磁場初始化程序)。掃描電磁鐵3之初使化係可使用上述方法。於磁場初始化之後，照射管理裝置32係自正式照射之最初之步驟開始至停止步驟為止不進行射束照射並使掃描電磁鐵電源4動作，僅進行對掃描電磁鐵3之磁場激磁(步驟S11，空運轉程序)。與實施形態1相同，再度開始進行射束照射(步驟S3，照射開始程序)。
於磁場初始化之後進行空運轉，藉此可重線再度開始照射之狀態(亦即BH平面之BH履歷曲線)，B=B0 、H=H0 以及dH/dt=H’0 。然而，B0 係為照射中斷前之磁束密度，H0 為照射中斷前之磁場強度，H’0 為照射中斷前之磁場時間斜率。
使用此程序之情形之效果係為，即使於照射途中執行中斷，亦可以追隨相同之BH履歷曲線之相同的掃描電磁鐵3之狀態再度開始照射，並可抑制照射點之位置偏移至最小限度。並且，於此雖係以重現照射中斷前之狀態B=B0 、H=H0 以及dH/dt=H’0 作為重現之例子，而揭示先進行最大激磁再進行最小激磁之方法以及使用輔助線圈之例子，惟於再度開始B=B0 、H=H0 、dH/dt=H’0 的治療時可重現掃描電磁鐵3的初始化方法係具有相同之效果，而並非刻意限定本發明者。
如以上所述實施形態2之粒子線治療裝置51，係於進行空運轉前進行磁場之初始化，故可較實施形態1充分排除掃描電磁鐵3之磁滯之影響。
並且，於變更分層時停止荷電粒子射束1，於對同一分層內照射時持續照射荷電粒子射束1之照射方法之情形，係可於掃描電磁鐵3設置磁場感測器，於各分層之射束照射前藉由磁場感測器測定殘留磁場。若預先測定殘量磁場，可於進行空運轉前返回分層之最初之步驟時，依據該殘量磁場的測定值進行掃描電磁鐵3之初始化。再者，可於進行空運轉前根據開始空運轉的分層之最初步驟的殘量磁場測定值進行掃描電磁鐵3之初始化。又，因可於進行空運轉前進行掃描電磁鐵3之初始化，故較中斷射束照射之分層之最初的步驟或停止步驟能從預定的步驟前開始進行運轉。此情形之射束停止以及再度開始程序示於第11圖。
第11圖係為實施形態2之粒子線治療裝置之其他的射束停止以及再度開始程序之流程圖。第11圖與第10圖之不同點係將步驟11變更為實施形態1所說明之步驟S2。掃描電磁鐵3於各分層，係藉由磁場感測器測定該最初目標照射位置座標Pi之磁場。照射管理裝置32係依據開始空轉之分層之最初的目標照射位置座標Pi之磁場的測定值，來進行掃描電磁鐵3之初始化處理。藉由此方法，於照射對象15較大，且照射步驟數較多之情形，即使於最後之分層發生照射中斷，亦不會於正式照射之最初步驟開始空運轉，而於中斷之分層之最初步驟開始空運轉，因此可縮短空運轉之時間。
於實施形態1，說明了作為空運轉之開始步驟，以重現性之觀點來看雖係為於分層的最初之步驟開始進行為佳，但即使於從實驗性的確定之預定的步驟前(預定的點數前)開始進行之情形，亦可得到相應之結果。當套用此方法時，不僅於依據分層之最初的目標照射位置座標Pi之磁場之測定值來進行掃描電磁鐵3之初始化的情形，即使以例如B=0、H=0以及dH/dt=0等之預定的初始化條件進行掃描電磁鐵3之初始化處理之情形，亦可充分地排除掃描電磁鐵3之磁滯之影響，並可使照***度為容許範圍內。
並且，於實施形態1以及2中，雖係說明了於變更分層時停止荷電粒子射束1，而於照射同一分層內時持續照射荷電粒子射束1之照射方法，惟並不受此方法所限定，亦可套用至於每個照射點停止荷電粒子射束1之點掃描，以及行列掃描等其他照射方法。
1．．．荷電粒子射束
2．．．射束輸送導管
3、3a、3b、3x、3y．．．掃描電磁鐵
4．．．掃描電磁鐵電源
7．．．位置監視器
8．．．位置監視單元
9．．．前置放大器
11．．．放大照射量監視器
12．．．照射量監視器單元
13．．．前置放大器
14．．．照射路徑
15．．．照射對象
16．．．射束擴大裝置
17．．．射束擴大控制裝置
18．．．伸縮管
19．．．真空導管
20．．．漣波濾波器
21．．．射程移位器
23．．．射程移位器單元
24．．．患者
26a、27a．．．細實線
31、31a、31b．．．照射機器部
32．．．照射管理裝置
51．．．粒子線治療裝置
52．．．射束產生器
53．．．前段加速器
54．．．圓形加速器
55、55a、55b、55c．．．電磁鐵
58．．．粒子線照射治療裝置
58a、58b．．．粒子線照射裝置
59．．．射束輸送系統
60．．．加速系統
61．．．真空導管
62．．．射入裝置
63a、63b、63c、63d．．．偏向電磁鐵
64a、64b、64c、64d．．．收歛用電磁鐵
65．．．高頻加速空洞
66．．．射出裝置
67．．．六極電磁鐵
68．．．切換電磁鐵
70．．．主控制器
71a、71b．．．子控制器
72a、72b、73a、73b、74a、74b．．．操作台
75a、75b．．．控制盤
76a、76b、77a、77b．．．各種機器
78．．．患者感測器
79．．．切換電路
80．．．照射系統
81．．．照射操作室
82a、82b．．．治療室
84、84a、84b．．．互鎖資訊輸入室
ΔBL．．．偏差
BL．．．磁場強度與磁極有效長度積
BL(ex)．．．期待值
BL(id)．．．理想的BL積之值
BL(me)．．．BL積之值
Do．．．目標照射量
Ds．．．測定照射量
H．．．磁場強度
Io(Ir)．．．指令電流
P．．．實測值
P1x、P1y．．．點
Pi．．．目標照射位置座標
Ps．．．測定位置座標
R(t)．．．呼吸訊號
Ri．．．射程移位器***量
Ro．．．射程移位指令
Rtj(t)．．．基準呼吸訊號
Rt1(t)．．．實際呼吸訊號
Si．．．目標射束大小
So．．．射束大小指令
Ss．．．測定射束大小
Tres．．．基準呼吸訊號之週期
Tres1．．．實際呼吸訊號之週期
α．．．最大磁滯曲線
β．．．磁滯迴圈之中心線
γ．．．直線
第1圖係為本發明的實施形態1之粒子線治療裝置之構成圖。
第2圖係為第1圖的加速器之概略構成圖。
第3圖係為第1圖的粒子線照射裝置之概略構成圖。
第4圖係為本發明的實施形態1之粒子線治療裝置之控制方塊圖。
第5圖係為說明指令電流的補正方法之示意圖。
第6圖係為表示本發明的實施形態1之粒子線治療裝置之，表示射束停止以及再度開始的程序之流程圖。
第7圖(a)及(b)係為基準呼吸訊號及實際呼吸訊號之示意圖。
第8圖係為本發明的實施形態2之粒子線治療裝置之表示射束沿射束路徑(beam path)掃描患部之示意圖。
第9圖(a)及(b)係為本發明的實施形態2之粒子線治療裝置之掃描電磁鐵的磁滯特性之示意圖。
第10圖係為表示本發明的實施形態2之粒子線治療裝置之射束停止及再度開始的程序之流程圖。
第11圖係為表示本發明的實施形態2之粒子線治療裝置之其他的射束停止及再度開始的程序之流程圖。
1．．．荷電粒子射束
2．．．射束輸送導管
3、3x、3y．．．掃描電磁鐵
4．．．掃描電磁鐵電源
7．．．位置監視器
8．．．位置監視單元
9．．．前置放大器
11．．．放大照射量監視器
12．．．照射量監視器單元
13．．．前置放大器
15．．．照射對象
16．．．射束擴大裝置
17．．．射束擴大控制裝置
18．．．伸縮管
19．．．真空導管
20．．．漣波濾波器
21．．．射程移位器
23．．．射程移位器單元
24．．．患者
31．．．照射機器部
32．．．照射管理裝置
58．．．粒子線照射治療裝置
78．．．患者感測器
84．．．互鎖資訊輸入室
Do．．．目標照射量
Ds．．．測定照射量
Io(Ir)．．．指令電流
Pi．．．目標照射位置座標
Ps．．．測定位置座標
Ro．．．射程移位指令
Si．．．目標射束大小
So．．．射束大小指令
Ss．．．測定射束大小

Claims (12)

  1. 一種粒子線治療裝置，係使藉由加速器加速且由掃描電磁鐵掃描之荷電粒子射束照射患者的患部之粒子線治療裝置，係具備：照射管理裝置，依據前述荷電粒子射束之目標照射位置座標來控制前述掃描電磁鐵；以及互鎖資訊輸入器，於發生意外之狀況時產生停止前述荷電粒子射束的照射之互鎖訊號；其中，前述照射管理裝置係具有：指令值產生器，係輸出給予前述掃描電磁鐵之控制輸入；以及停止步驟儲存記憶體，當從前述互鎖資訊輸入器產生了前述互鎖信號時，係儲存對應於前述荷電粒子射束之照射所停止之前述目標照射位置座標之停止步驟；前述照射管理裝置係於再度開始前述荷電粒子射束之照射時，以不照射前述荷電粒子射束之狀態，從較前述停止步驟更前之步驟，且與前述正式照射之最初的前述目標照射位置座標所對應之起點步驟不同之開始步驟開始，至前述停止步驟為止執行控制前述掃描電磁鐵之空運轉，並自對應於前述停止步驟之前述目標照射位置座標開始照射前述荷電粒子射束。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之粒子線治療裝置，其中，前述照射管理裝置係依屬於對應於運動能量之層之各分層使前述荷電粒子射束掃描前述患部；前述開始步驟係為對應於前述荷電粒子射束的照射所停止之前述分層中之最初的前述目標照射位置座標之步驟。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之粒子線治療裝置，其中，前述照射管理裝置係依屬於對應於運動能量之層之各分層使前述荷電粒子射束掃描前述患部；前述開始步驟係為前述荷電粒子射束的照射所停止的前述分層中之步驟，且為自前述停止步驟算起預定的步驟數之前的步驟。
  4. 一種粒子線治療裝置，係使藉由加速器加速且由掃描電磁鐵掃描之荷電粒子射束照射患者的患部之粒子線治療裝置，係具備：照射管理裝置，依據前述荷電粒子射束的目標照射位置座標控制前述掃描電磁鐵；以及互鎖資訊輸入器，於發生意外之狀況時產生停止前述荷電粒子射束的照射之互鎖訊號；其中，前述照射管理裝置係依屬於對應於運動能量之層之各分層使前述荷電粒子射束掃描前述患部；前述照射管理裝置係具有：指令值產生器，係輸出給予前述掃描電磁鐵的控制輸入；以及停止步驟儲存記憶體，於從前述互鎖資訊輸入器產生了前述互鎖訊號時，儲存對應於前述荷電粒子射束的照射所停止之前述目標照射位置座標的停止步驟；且前述照射管理裝置係於再度開始前述荷電粒子射束的照射時，於不照射前述荷電粒子之狀態，自前述荷電粒子射束的照射所停止之前述分層中之最初的前述目標照射位置座標所對應之步驟之開始步驟起，至前述停止步驟為止執行控制前述掃描電磁鐵之空運轉，並自前述停止步驟所對應之前述目標照射位置座標開始照射前述荷電粒子射束。
  5. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述之粒子線治療裝置，其中，前述互鎖資訊輸入器係具有：患者感測器，係偵測前述患者的動作；以及訊號產生器，當來自前述患者感測器之偵測訊號超過預定之範圍時，產生互鎖訊號。
  6. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述之粒子線治療裝置，其中，前述互鎖資訊輸入器係具有：照射停止鈕，可於發生意外之情況按押；以及訊號產生器，依據來自前述照射停止鈕之訊號，產生前述互鎖訊號。
  7. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述之粒子線治療裝置，其中，前述照射管理裝置於再度開始前述荷電粒子射束的照射時，係於前述空運轉之前進行前述掃描電磁鐵的初始化處理。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之粒子線治療裝置，係具備，磁場感測器，係測定前述掃描電磁鐵的磁場；而前述照射管理裝置係依屬於對應於運動能量之層之各分層掃描前述荷電粒子射束於前述患部；前述掃描電磁鐵於前述各分層，藉由前述磁場感測器測定其最初之前述目標照射位置座標之磁場；前述照射管理裝置係依據開始前述空運轉之前述分層之最初的前述目標照射位置座標的磁場之測定值，來進行前述掃描電磁鐵的初始化處理。
  9. 如申請專利範圍第5項所述之粒子線治療裝置，其中，前述照射管理裝置於再度開始前述荷電粒子射束的照射時，係於前述空運轉之前進行前述掃描電磁鐵的初始化處理。
  10. 如申請專利範圍第6項所述之粒子線治療裝置，其中，前述照射管理裝置於再度開始前述荷電粒子射束的照射時，係於前述空運轉之前進行前述掃描電磁鐵的初始化處理。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之粒子線治療裝置，係具備，磁場感測器，係測定前述掃描電磁鐵的磁場；且前述照射管理裝置係依屬於對應於運動能量之層之各分層掃描前述荷電粒子射束於前述患部；前述掃描電磁鐵於前述各分層，係藉由前述磁場感測器測定其最初之前述目標照射位置座標的磁場；前述照射管理裝置係依據開始前述空運轉之前述分層之最初的前述目標照射位置座標的磁場之測定值，來進行前述掃描電磁鐵的初始化處理。
  12. 如申請專利範圍第10項所述之粒子線治療裝置，係具備，磁場感測器，係測定前述掃描電磁鐵的磁場；且前述照射管理裝置係依屬於對應於運動能量之層之各分層掃描前述荷電粒子射束於前述患部；前述掃描電磁鐵於前述各分層，係藉由前述磁場感測器測定其最初之前述目標照射位置座標的磁場；前述照射管理裝置係依據開始前述空運轉之前述分層之最初的前述目標照射位置座標的磁場之測定值，來進行前述掃描電磁鐵的初始化處理。
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