TWI569847B - Positioning Method of Proton Beam in Proton Treatment Equipment - Google Patents

Description

質子治療設備之質子束的定位方法

本發明為有關一種發射一質子束以治療癌症的質子治療設備，尤指一種調校定位該質子束的方法。

癌症為全球人類之主要死因之一，除腫瘤切除、化療、標靶治療等治療方法外，近來，亦有採用放射治療法，即利用放射線將惡性腫瘤(即癌症)之部位進行照射，藉此抑制或殺死癌細胞，達到治療的效果。一般的放射治療，是於治療時利用放射治療機將高能射線或粒子瞄準癌症腫瘤進行體外照射，主要包括X 光、伽傌射線(鈷60)、電子、質子和重粒子等。由於放射治療在殺死或破壞癌細胞的同時，也可能會對於周圍部位的正常細胞產生破壞，因此，需要根據腫瘤的形狀或位置，精確地制定照射的劑量與位置分布。 例如在中華民國發明專利公開第201315507號中，即揭示一種模擬裝置，模擬帶電粒子束照射到被照射體的情況，將該帶電粒子束假設為具有錐形擴展之虛擬形狀，並且利用導出該被照射體內的該帶電粒子束之擴展的劑量分佈核，模擬該被照射體內的帶電粒子束之劑量分佈。據此，提前算出該帶電粒子束之劑量分佈，令裝設有該模擬裝置的一質子束治療裝置，能依據該劑量分佈進行照射，有效提高精確度。 然而，一般的該質子束治療裝置，整個設備重量高達上百噸，用以發射一質子束的噴嘴亦高達上百公斤，在使用的過程中，可能會因重量的影響使得所發射的該質子束與所設定的發射位置之間產生偏移，而有校正需求。

本發明的主要目的，在於解決一質子束治療裝置，在使用的過程中，可能因自身重量使得所射出的一質子束產生偏移的問題。 為達上述目的，本發明提供一種質子治療設備之質子束的定位方法，包含有以下步驟： 步驟1：提供一質子治療設備，該質子治療設備包括一高能質子射源、一與該高能質子射源連接的旋轉臂、一設置於該旋轉臂並與該旋轉臂連動的質子束噴嘴以及一和該旋轉臂及該質子束噴嘴電性連接的控制系統； 步驟2：命令該旋轉臂移動至一預設旋轉座標，並利用一光學立體座標追蹤模組，以量測該旋轉臂所移動之一實際旋轉座標，比較該預設旋轉座標和該實際旋轉座標後取得一有關該旋轉臂的機械誤差； 步驟3：命令該質子束噴嘴朝一預設座標射出一質子束，並利用一質子束偵測器量測該質子束的一實際座標，比較該預設座標和該實際座標後取得一有關該質子束噴嘴的磁場誤差；以及 步驟4：根據該機械誤差與該磁場誤差調校該控制系統，令該旋轉臂得依照該控制系統的一第一指令移動至一校正後旋轉座標，且搭配該質子束噴嘴依照該控制系統的一第二指令發射一校正後質子束至一正確座標。 如此一來，本發明利用該光學立體座標追蹤模組量測該旋轉臂的該實際旋轉座標以取得該機械誤差，再以該質子束偵測器量測該質子束的該實際座標以取得該磁場誤差，將該機械誤差與該磁場誤差作為調校該控制系統的依據，令該質子束噴嘴所射出的該校正後質子束，可以校正偏移而至該正確座標。

有關本發明的詳細說明及技術內容，現就配合圖式說明如下： 請搭配參閱『圖1』至『圖3』所示，『圖1』為本發明一實施例質子治療設備的示意圖，『圖2』為本發明一實施例旋轉臂的轉動示意圖，『圖3』為本發明一實施例質子束噴嘴射出質子束示意圖，如圖所示，本發明為一種質子治療設備之質子束的定位方法，包含有以下步驟： 步驟1：提供一質子治療設備10，該質子治療設備10包括一高能質子射源11、一與該高能質子射源11連接的旋轉臂12、一設置於該旋轉臂12並與該旋轉臂12連動的質子束噴嘴13以及一和該旋轉臂12及該質子束噴嘴13電性連接的控制系統14。請參閱『圖1』所示，該高能質子射源11是一種使帶電粒子增加速度（動能）的裝置，可包含一迴旋加速器系統(cyclotron system)、一能量選擇系統(energy selection system)以及一射束傳導系統(beam transport system)。該旋轉臂12可進行旋轉移動，而帶動該質子束噴嘴13，該控制系統14可設定該旋轉臂12與該質子束噴嘴13的運作。 步驟2：命令該旋轉臂12移動至一預設旋轉座標C1，並利用一光學立體座標追蹤模組20，以量測該旋轉臂12所移動之一實際旋轉座標C2，比較該預設旋轉座標C1和該實際旋轉座標C2後取得一有關該旋轉臂12的一機械誤差。如『圖2』所示，在本實施例中，由該控制系統14驅動該旋轉臂12，令該旋轉臂12圍繞著一治療平台40，朝著所設定的該預設旋轉座標C1移動，然而，由於該旋轉臂12與設置於其上的該質子束噴嘴13具有重量，使得該旋轉臂12在移動時可能產生了偏移，實際上為朝著該實際旋轉座標C2移動，因此，利用該光學立體座標追蹤模組20，透過其所具有的一雷射追蹤器21，定位該旋轉臂12，量測該旋轉臂12的該實際旋轉座標C2，進而與該預設旋轉座標C1比較，以取得該旋轉臂12關於該預設旋轉座標C1與該實際旋轉座標C2之間所產生的該機械誤差，在『圖2』之中，該光學立體座標追蹤模組20的設置位置僅為示意，而不以此為限制，可依實際量測需求進行調整設置，該雷射追蹤器21亦可根據所需偵測方向進行轉動。 步驟3：命令該質子束噴嘴13朝一預設座標射出一質子束131，並利用一質子束偵測器30量測該質子束131的一實際座標，比較該預設座標和該實際座標後取得一有關該質子束噴嘴13的一磁場誤差。如『圖3』所示，將可活動設置的該質子束偵測器30設置於該質子束噴嘴13上，由該控制系統14驅動該質子束噴嘴13，設定該質子束噴嘴13面向一第一方向D1射出該質子束131以座落於該預設座標，然而，實際上該質子束噴嘴13受到本身重量以及處於不同位置所造成的重力影響，使得該質子束131在射出時產生了偏移，實際上為面向一第二方向D2射出該質子束131而座落於該實際座標，因此，利用該質子束偵測器30量測該實際座標，並進一步與該預設座標比較，以取得該質子束噴嘴13在發射該質子束131對於所預設的該預設座標和實際座落的該實際座標之間所產生的該磁場誤差。 步驟4：根據該機械誤差與該磁場誤差調校該控制系統14，令該旋轉臂12得依照該控制系統14的一第一指令移動一校正後旋轉座標，且搭配該質子束噴嘴13依照該控制系統14的一第二指令發射一校正後質子束至一正確座標。在此說明如下，該控制系統14於得到該機械誤差後，即可根據該機械誤差進行調校，例如以補償的方式產生該第一指令為適當的位移原先的該預設旋轉座標C1以形成該校正後旋轉座標，使得該旋轉臂12依據該校正後旋轉座標移動，並且該控制系統14再依據該磁場誤差，調校控制該質子束131之發射的磁場，以搭配產生該第二指令調整原先該質子束131的發射方向，而最終令該質子束噴嘴13，發射該校正後質子束，令該校正後質子束座落於所需的該正確座標，據而完成定位。 綜上所述，由於本發明分別利用該光學立體座標追蹤模組與該質子束偵測器，分別量測該旋轉臂所產生的該機械誤差與該質子束噴嘴所產生的該磁場誤差，並將該機械誤差與該磁場誤差作為調校該控制系統的依據，令該質子束噴嘴所射出的該校正後質子束，可以校正偏移而精準控制，座落於該正確座標，而得以繼續使用，因此本發明極具進步性及符合申請發明專利的要件，爰依法提出申請，祈  鈞局早日賜准專利，實感德便。 以上已將本發明做一詳細說明，惟以上所述者，僅爲本發明的一較佳實施例而已，當不能限定本發明實施的範圍。即凡依本發明申請範圍所作的均等變化與修飾等，皆應仍屬本發明的專利涵蓋範圍內。

10‧‧‧質子治療設備
11‧‧‧高能質子射源
12‧‧‧旋轉臂
13‧‧‧質子束噴嘴
131‧‧‧質子束
14‧‧‧控制系統
20‧‧‧光學立體座標追蹤模組
21‧‧‧雷射追蹤器
30‧‧‧質子束偵測器
40‧‧‧治療平台
C1‧‧‧預設旋轉座標
C2‧‧‧實際旋轉座標
D1‧‧‧第一方向
D2‧‧‧第二方向

圖1，為本發明一實施例質子治療設備的示意圖。 圖2，為本發明一實施例旋轉臂的轉動示意圖。 圖3，為本發明一實施例質子束噴嘴射出質子束示意圖。

12‧‧‧旋轉臂

13‧‧‧質子束噴嘴

131‧‧‧質子束

30‧‧‧質子束偵測器

D1‧‧‧第一方向

D2‧‧‧第二方向

Claims (1)

1. 一種質子治療設備之質子束的定位方法，包含有以下步驟： 步驟1：提供一質子治療設備，該質子治療設備包括一高能質子射源、一與該高能質子射源連接的旋轉臂、一設置於該旋轉臂並與該旋轉臂連動的質子束噴嘴以及一和該旋轉臂及該質子束噴嘴電性連接的控制系統； 步驟2：命令該旋轉臂移動至一預設旋轉座標，並利用一光學立體座標追蹤模組，以量測該旋轉臂所移動之一實際旋轉座標，比較該預設旋轉座標和該實際旋轉座標後取得一有關該旋轉臂的機械誤差； 步驟3：命令該質子束噴嘴朝一預設座標射出一質子束，並利用一質子束偵測器量測該質子束的一實際座標，比較該預設座標和該實際座標後取得一有關該質子束噴嘴的磁場誤差；以及 步驟4：根據該機械誤差與該磁場誤差調校該控制系統，令該旋轉臂得依照該控制系統的一第一指令移動至一校正後旋轉座標，且搭配該質子束噴嘴依照該控制系統的一第二指令發射一校正後質子束至一正確座標。