粒子線照射系統及其運轉方法技術方案

本發明專利技術提供一種粒子線照射系統及其運轉方法，其在短時間內實現同步加速器的出射射束能量的變更控制的多級出射控制運轉中，在中斷了離子束的照射的情況下在短時間內實現運轉周期的更新，提高劑量率。構成同步加速器(13)的設備的控制數據由初始加速控制數據(701)、多個出射控制數據(702)、將多個出射控制數據之間連接的多個能量變更控制數據(705)以及與多個出射控制數據對應的多個減速數據(706)構成，并且設置患部位置檢測單元(35)和出射許可判定單元(354)，判定透視圖像信息所示的標記(352)的位置是否包含在射束照射允許范圍(353)內，在包含的情況下，出射許可判定單元(354)向聯鎖系統(60)輸出許可射束出射的出射許可判定信號(355)。

【技術實現步驟摘要】
粒子線照射系統及其運轉方法
本專利技術涉及一種利用了質子、重離子等帶電粒子束(離子束)的適合于粒子線治療的粒子線照射系統，特別涉及能夠短時間地實現射束能量的變更控制和運轉周期的更新的粒子線照射系統及其運轉方法。
技術介紹
作為癌的放射線治療，已知向患者的癌的患部照射質子或重離子等離子束來進行治療的粒子線治療。作為離子束照射法，有掃描照射法。作為在采用同步加速器作為離子束產生裝置的情況下短時間地實現在該掃描照射法中要求的射束能量的變更控制的控制方法，有專利文獻1、專利文獻2以及非專利文獻2所公開的、通過離子同步加速器在一次的運轉周期內實現多個能量的離子束的照射的多級出射控制運轉。另外，作為向由于患者的呼吸等生理活動患部隨著時間移動的呼吸移動性臟器進行照射的射束照射法，有專利文獻3和專利文獻4所記載的照射法。在掃描照射法中，通過控制照射的離子束的能量，來實現向患部的深度方向的照射野(以下記載為層)的照射控制。因此，為了提高應用了掃描照射法時的劑量率，需要短時間實現從離子束產生裝置供給的離子束的能量變更。另外，在掃描照射法中，需要控制與患部的大小(從體表面開始的深度)對應地照射的射束能量，因此需要對照射的每個患者或照射的每個患部控制照射的射束的能量組合。在采用同步加速器作為離子束產生裝置的情況下，將入射、加速、出射、減速這樣的一連串的運轉作為一次的運轉周期來控制。如掃描照射法那樣，在重復實施離子束的能量變更控制時，同步加速器需要更新運轉周期，因此存在花費能量的變更時間的問題。作為其對策，公開了專利文獻1和非專利文獻2所示的在一次的運轉周期內出射多個能量的射束的多級出射運轉。例如，在非專利文獻2中，準備將能夠通過同步加速器照射的全部能量范圍合并為一個的運轉控制數據，只用照射射束的能量來延長平頂從而出射射束，由此能夠通過一次的運轉控制向患部照射所照射的全部能量的射束。并且，能夠通過一次的運轉控制照射全部能量的射束，因此同步加速器能夠始終根據相同的運轉控制數據實現照射，因此，具有粒子線治療系統的同步加速器的運轉控制簡單的效果。但是，為了有效地實現專利文獻1和非專利文獻2所示的運轉控制，要求同步加速器的積蓄射束電荷量是對于在一次的運轉周期中向患部照射的全部能量的照射足夠的電荷量。例如，在同步加速器的加速控制時因某種的原因沒有得到治療照射所需要的積蓄射束電荷量的情況下，在預先設定的照射能量范圍的途中，同步加速器內的積蓄射束電荷量枯竭。在同步加速器內的積蓄射束電荷量枯竭的情況下，需要中斷離子束的照射，從出射控制轉移到減速控制，更新同步加速器的運轉控制。在應用了將能夠通過同步加速器照射的全部的能量范圍合并為一個的運轉控制數據作為同步加速器的運轉控制數據的情況下，為了保證設定值的連續性，無法從該出射能量直接轉移到減速控制。因此，需要更新從該出射能量到減速控制之間的能量變更控制數據?？梢粤信e用于從該出射能量轉移到減速控制的時間，來作為使劑量率降低無法縮短治療時間的主因之一。同樣存在以下的問題，即在構成粒子線治療裝置的設備中產生異常，中斷了離子束照射的情況下，也無法從該出射能量直接轉移到減速控制。另外，在應用將能夠通過同步加速器照射的全部的能量范圍合并為一個的運轉控制數據的情況下，在與患部的厚度相符的吸收劑量范圍(擴展布拉格峰(Spread-OutBraggPeak)，以下記載為SOBP)窄的照射條件下，存在相對于射束的照射時間，對于射束照射沒有幫助的無用時間，即從同步加速器的入射射束能量到照射開始能量為止的控制時間以及從照射結束能量到減速結束能量為止的控制時間的比例變多的傾向，因此無法在短的運轉周期內進行希望的能量范圍的射束照射，也可以將它列舉為使劑量率降低無法縮短治療時間的主因之一。SOBP對所照射的每個患者和患部不同，因此需要選擇形成規定的SOBP所需要的照射能量來作為同步加速器的運轉控制數據，進行與該選擇出的照射能量對應的運轉控制數據的更新控制。在專利文獻2中，表示了以下的加速器的控制裝置，其具備：磁場基準產生部，其對于在加速器的磁場線圈中進行勵磁的線圈電流，輸出與經過時間對應的磁通密度信息；電流基準變換部，其求出產生與磁通密度信息對應的磁場的線圈電流。另外，表示了以下的控制方法，即通過組合4種模式(初始上升模式、減少模式、增加模式、結束模式)來輸出磁場基準產生部所輸出的磁通密度信息，由此在一次的運轉周期內實現多個能量的射束的出射。根據專利文獻2，能夠組合4種磁通密度模式，在一次的運轉周期內出射多個能量的離子束。根據該功能，能夠選擇形成規定的SOBP所需要的照射能量，但另一方面，預先將選擇并輸出4種模式的定時寫入到定時控制裝置中，因此，與專利文獻1和非專利文獻2同樣地，無法解決以下的問題，即在中斷離子束的照射的情況下，無法從該出射能量直接轉移到減速控制，如果不更新從該出射能量到減速控制之間的能量變更控制數據，則無法轉移到減速控制(在專利文獻2中所述的結束模式)。另外，在對呼吸移動性臟器應用掃描照射法時，需要以下的控制，即檢測由于患者的生理活動造成的患部的移動，在判定為射束照射位置包含在患部的照射區域中的情況下進行照射。這時，在輸出表示射束照射位置包含在患部的照射區域中的出射許可控制信號，并且為同步加速器的出射條件的設定完成的狀態的情況下，實施從同步加速器出射射束的控制，由此能夠針對呼吸移動性臟器提高射束照射精度。即，通過根據出射許可控制信號從同步加速器出射射束，能夠針對呼吸移動性臟器提高射束照射精度。在這樣的向呼吸移動性臟器的射束照射控制中，在根據出射許可信號從同步加速器出射射束時，如專利文獻3所示那樣，出射許可控制信號的輸出停止并且使同步加速器轉移到減速控制，接著，實施下一個照射所需要的射束的加速和出射條件設定。當出射許可控制信號的輸出停止，并且轉移到減速控制時，即使剩余有在同步加速器內環繞的射束也進行減速，因此存在在同步加速器內環繞的射束的利用效率低的問題。在專利文獻4中，表示了為了提高作為專利文獻3的問題的在同步加速器內環繞的射束的利用效率，不在出射許可信號的輸出停止的同時轉移到減速控制，而是在預先設定的待機時間的期間，在停止了射束出射控制的狀態下保持運轉控制。如果在該待機時間的期間再次輸出出射許可控制信號，則實施射束出射控制，由此具有提高在同步加速器內環繞的射束的利用效率的效果。但是，在多級出射控制運轉時根據出射許可控制信號從同步加速器出射射束的情況下，即使根據專利文獻4所示的出射許可控制信號的輸出停止而停止射束出射控制并轉移到待機控制，在超過規定的待機時間的情況下，也需要轉移到減速控制。因此，沒有表示出怎樣實現在多級出射控制運轉中要求的能量變更控制等。另外，在同步加速器內環繞的射束不充分的情況下轉移到減速控制時，與專利文獻1、專利文獻2、以及非專利文獻2同樣地，沒有解決以下的問題，即在中斷了離子束的照射的情況下，無法從該出射能量直接轉移到減速控制，如果不更新從該出射能量到減速控制之間的能量變更控制數據，則無法轉移到減速控制。專利文獻1：專利第4873563號公報專利文獻2：日本特開2011-124149號公報專利文獻3：專利第2921433號公報專利文獻4：日本特開2013-111406號公報非本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種粒子線照射系統，其特征在于，具備：同步加速器，其將離子束加速后進行出射；照射裝置，其照射從該同步加速器出射的上述離子束；檢測單元，其檢測因患者的生理活動造成的患部的移動；出射許可判定單元，其根據來自該檢測單元的輸出值，輸出出射許可判定信號；以及控制裝置，通過一個以上的初始加速控制數據、出射多個能量的離子束的多個出射控制數據、將上述多個出射控制數據之間連接的多個能量變更控制數據、與上述多個出射控制數據對應的多個減速控制數據構成構成上述同步加速器的設備的運轉控制數據，通過組合這些控制數據來進行多個能量的射束的出射控制，上述控制裝置根據從上述出射許可判定單元輸出的出射許可判定信號，實施從上述同步加速器的射束出射控制。

【技術特征摘要】
2013.07.26 JP 2013-1557701.一種粒子線照射系統，其特征在于，具備：同步加速器，其將離子束加速后進行出射；照射裝置，其照射從該同步加速器出射的上述離子束；檢測單元，其檢測因患者的生理活動造成的患部的移動；出射許可判定單元，其根據來自該檢測單元的輸出值，輸出出射許可判定信號；以及控制裝置，通過一個以上的初始加速控制數據、出射多個能量的離子束的多個出射控制數據、將上述多個出射控制數據之間連接的多個能量變更控制數據、與上述多個出射控制數據對應的多個減速控制數據構成用于構成上述同步加速器的設備的運轉控制數據，通過組合這些控制數據來進行多個能量的射束的出射控制，上述控制裝置根據從上述出射許可判定單元輸出的出射許可判定信號，實施從上述同步加速器的射束出射控制。2.根據權利要求1所述的粒子線照射系統，其特征在于，上述控制裝置在從上述同步加速器的射束出射控制時，根據從上述出射許可判定單元輸出的出射許可判定信號，用同一能量實施多次的射束出射控制。3.根據權利要求2所述的粒子線照射系統，其特征在于，上述出射許可判定單元在上述檢測單元檢測出上述患部位于出射許可范圍內時，輸出上述出射許可判定信號，在上述患部不位于出射許可范圍內時，不輸出上述出射許可判定信號。4.根據權利要求1所述的粒子線照射系統，其特征在于，上述控制裝置具備：定時系統，其輸出用于對構成上述同步加速器的設備的控制定時進行管理的多個控制定時信號；以及電源控制裝置，其控制構成上述同步加速器的設備，將構成上述運轉控制數據的上述初始加速控制數據、上述多個出射控制數據、上述多個能量變更控制數據以及上述多個減速控制數據存儲在上述電源控制裝置中，上述電源控制裝置輸入從上述定時系統輸出的上述多個控制定時信號，根據這些控制定時信號，選擇并更新上述初始加速控制數據、上述多個出射控制數據、上述多個能量變更控制數據以及上述多個減速控制數據。5.根據權利要求4所述的粒子線照射系統，其特征在于，還具備射束量檢測單元，其檢測上述同步加速器內的積蓄射束量，上述控制裝置接受從上述出射許可判定單元輸出的出射許可判定信號的輸入，在對上述同步加速器的運轉控制設定出射條件，并且輸入了出射許可判定信號時指令射束出射控制，在停止了上述出射許可判定信號時，根據從上述射束量檢測單元輸入的上述同步加速器內的積蓄射束量的檢測結果、照射中的能量的射束照射是否完成的判定結果，判定是進行待機以便在再次輸出了出射許可判定信號時能夠進行該能量的射束出射，還是轉移到能量變更控制以便能夠照射下一個能量的射束、還是轉移到減速控制，對上述定時系統輸出與前面判定出的各個控制對應的控制指令。6.根據權利要求4所述的粒子線照射系統，其特征在于，上述控制裝置還具備聯鎖系統，其輸出將射束從入射到上述同步加速器的射束能量加速到初級的出射能量的初始加速指令、在上述同步加速器中進行初始加速或者在能量變更后設定出射條件的照射準備開始指令、表示在上述同步加速器中出射條件的設定完成的照射待機指令、根據從上述出射許可判定單元輸出的出射許可判定信號和上述同步加速器的出射條件設定狀態輸出的射束出射指令、停止向上述患部的射束照射的照射停止指令、根據向上述患者照射的離子束的照射經過信息而輸出的能量變更指令、根據構成包含上述同步加速器和上述照射裝置的粒子線照射系統的設備的狀態而輸出的減速控制指令以及表示完成了照射的照射完成指令，上述定時系統根據從上述聯鎖系統輸出的上述初始加速指令、上述照射準備開始指令、上述照射待機指令、上述照射停止指令、上述能量變更指令以及上述減速控制指令，從上述多個控制定時信號中選擇并輸出對應的控制定時信號。7.根據權利要求4所述的粒子線照射系統，其特征在于，上述電源控制裝置進行控制，以便在輸入了從上述定時系統輸入的上述多個定時信號中的減速控制開始定時信號時，從多個減速控制數據中選擇與出射控制完成時的能量對應的減速控制數據，轉移到減速控制。8.根據權利要求6所述的粒子線照射系統，其特征在于，上述聯鎖系統還在構成包含上述同步加速器和上述照射裝置...

【專利技術屬性】
技術研發人員：西內秀晶，飛永晃司，森山國夫，野村拓也，
申請(專利權)人：株式會社日立制作所，
類型：發明
國別省市：日本;JP