粒子线照射系统及其运转方法技术方案

本发明专利技术提供一种粒子线照射系统及其运转方法，其在短时间内实现同步加速器的出射射束能量的变更控制的多级出射控制运转中，在中断了离子束的照射的情况下在短时间内实现运转周期的更新，提高剂量率。构成同步加速器(13)的设备的控制数据由初始加速控制数据(701)、多个出射控制数据(702)、将多个出射控制数据之间连接的多个能量变更控制数据(705)以及与多个出射控制数据对应的多个减速数据(706)构成，并且设置患部位置检测单元(35)和出射许可判定单元(354)，判定透视图像信息所示的标记(352)的位置是否包含在射束照射允许范围(353)内，在包含的情况下，出射许可判定单元(354)向联锁系统(60)输出许可射束出射的出射许可判定信号(355)。

【技术实现步骤摘要】
粒子线照射系统及其运转方法
本专利技术涉及一种利用了质子、重离子等带电粒子束(离子束)的适合于粒子线治疗的粒子线照射系统，特别涉及能够短时间地实现射束能量的变更控制和运转周期的更新的粒子线照射系统及其运转方法。
技术介绍
作为癌的放射线治疗，已知向患者的癌的患部照射质子或重离子等离子束来进行治疗的粒子线治疗。作为离子束照射法，有扫描照射法。作为在采用同步加速器作为离子束产生装置的情况下短时间地实现在该扫描照射法中要求的射束能量的变更控制的控制方法，有专利文献1、专利文献2以及非专利文献2所公开的、通过离子同步加速器在一次的运转周期内实现多个能量的离子束的照射的多级出射控制运转。另外，作为向由于患者的呼吸等生理活动患部随着时间移动的呼吸移动性脏器进行照射的射束照射法，有专利文献3和专利文献4所记载的照射法。在扫描照射法中，通过控制照射的离子束的能量，来实现向患部的深度方向的照射野(以下记载为层)的照射控制。因此，为了提高应用了扫描照射法时的剂量率，需要短时间实现从离子束产生装置供给的离子束的能量变更。另外，在扫描照射法中，需要控制与患部的大小(从体表面开始的深度)对应地照射的射束能量，因此需要对照射的每个患者或照射的每个患部控制照射的射束的能量组合。在采用同步加速器作为离子束产生装置的情况下，将入射、加速、出射、减速这样的一连串的运转作为一次的运转周期来控制。如扫描照射法那样，在重复实施离子束的能量变更控制时，同步加速器需要更新运转周期，因此存在花费能量的变更时间的问题。作为其对策，公开了专利文献1和非专利文献2所示的在一次的运转周期内出射多个能量的射束的多级出射运转。例如，在非专利文献2中，准备将能够通过同步加速器照射的全部能量范围合并为一个的运转控制数据，只用照射射束的能量来延长平顶从而出射射束，由此能够通过一次的运转控制向患部照射所照射的全部能量的射束。并且，能够通过一次的运转控制照射全部能量的射束，因此同步加速器能够始终根据相同的运转控制数据实现照射，因此，具有粒子线治疗系统的同步加速器的运转控制简单的效果。但是，为了有效地实现专利文献1和非专利文献2所示的运转控制，要求同步加速器的积蓄射束电荷量是对于在一次的运转周期中向患部照射的全部能量的照射足够的电荷量。例如，在同步加速器的加速控制时因某种的原因没有得到治疗照射所需要的积蓄射束电荷量的情况下，在预先设定的照射能量范围的途中，同步加速器内的积蓄射束电荷量枯竭。在同步加速器内的积蓄射束电荷量枯竭的情况下，需要中断离子束的照射，从出射控制转移到减速控制，更新同步加速器的运转控制。在应用了将能够通过同步加速器照射的全部的能量范围合并为一个的运转控制数据作为同步加速器的运转控制数据的情况下，为了保证设定值的连续性，无法从该出射能量直接转移到减速控制。因此，需要更新从该出射能量到减速控制之间的能量变更控制数据。可以列举用于从该出射能量转移到减速控制的时间，来作为使剂量率降低无法缩短治疗时间的主因之一。同样存在以下的问题，即在构成粒子线治疗装置的设备中产生异常，中断了离子束照射的情况下，也无法从该出射能量直接转移到减速控制。另外，在应用将能够通过同步加速器照射的全部的能量范围合并为一个的运转控制数据的情况下，在与患部的厚度相符的吸收剂量范围(扩展布拉格峰(Spread-OutBraggPeak)，以下记载为SOBP)窄的照射条件下，存在相对于射束的照射时间，对于射束照射没有帮助的无用时间，即从同步加速器的入射射束能量到照射开始能量为止的控制时间以及从照射结束能量到减速结束能量为止的控制时间的比例变多的倾向，因此无法在短的运转周期内进行希望的能量范围的射束照射，也可以将它列举为使剂量率降低无法缩短治疗时间的主因之一。SOBP对所照射的每个患者和患部不同，因此需要选择形成规定的SOBP所需要的照射能量来作为同步加速器的运转控制数据，进行与该选择出的照射能量对应的运转控制数据的更新控制。在专利文献2中，表示了以下的加速器的控制装置，其具备：磁场基准产生部，其对于在加速器的磁场线圈中进行励磁的线圈电流，输出与经过时间对应的磁通密度信息；电流基准变换部，其求出产生与磁通密度信息对应的磁场的线圈电流。另外，表示了以下的控制方法，即通过组合4种模式(初始上升模式、减少模式、增加模式、结束模式)来输出磁场基准产生部所输出的磁通密度信息，由此在一次的运转周期内实现多个能量的射束的出射。根据专利文献2，能够组合4种磁通密度模式，在一次的运转周期内出射多个能量的离子束。根据该功能，能够选择形成规定的SOBP所需要的照射能量，但另一方面，预先将选择并输出4种模式的定时写入到定时控制装置中，因此，与专利文献1和非专利文献2同样地，无法解决以下的问题，即在中断离子束的照射的情况下，无法从该出射能量直接转移到减速控制，如果不更新从该出射能量到减速控制之间的能量变更控制数据，则无法转移到减速控制(在专利文献2中所述的结束模式)。另外，在对呼吸移动性脏器应用扫描照射法时，需要以下的控制，即检测由于患者的生理活动造成的患部的移动，在判定为射束照射位置包含在患部的照射区域中的情况下进行照射。这时，在输出表示射束照射位置包含在患部的照射区域中的出射许可控制信号，并且为同步加速器的出射条件的设定完成的状态的情况下，实施从同步加速器出射射束的控制，由此能够针对呼吸移动性脏器提高射束照射精度。即，通过根据出射许可控制信号从同步加速器出射射束，能够针对呼吸移动性脏器提高射束照射精度。在这样的向呼吸移动性脏器的射束照射控制中，在根据出射许可信号从同步加速器出射射束时，如专利文献3所示那样，出射许可控制信号的输出停止并且使同步加速器转移到减速控制，接着，实施下一个照射所需要的射束的加速和出射条件设定。当出射许可控制信号的输出停止，并且转移到减速控制时，即使剩余有在同步加速器内环绕的射束也进行减速，因此存在在同步加速器内环绕的射束的利用效率低的问题。在专利文献4中，表示了为了提高作为专利文献3的问题的在同步加速器内环绕的射束的利用效率，不在出射许可信号的输出停止的同时转移到减速控制，而是在预先设定的待机时间的期间，在停止了射束出射控制的状态下保持运转控制。如果在该待机时间的期间再次输出出射许可控制信号，则实施射束出射控制，由此具有提高在同步加速器内环绕的射束的利用效率的效果。但是，在多级出射控制运转时根据出射许可控制信号从同步加速器出射射束的情况下，即使根据专利文献4所示的出射许可控制信号的输出停止而停止射束出射控制并转移到待机控制，在超过规定的待机时间的情况下，也需要转移到减速控制。因此，没有表示出怎样实现在多级出射控制运转中要求的能量变更控制等。另外，在同步加速器内环绕的射束不充分的情况下转移到减速控制时，与专利文献1、专利文献2、以及非专利文献2同样地，没有解决以下的问题，即在中断了离子束的照射的情况下，无法从该出射能量直接转移到减速控制，如果不更新从该出射能量到减速控制之间的能量变更控制数据，则无法转移到减速控制。专利文献1：专利第4873563号公报专利文献2：日本特开2011-124149号公报专利文献3：专利第2921433号公报专利文献4：日本特开2013-111406号公报非本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种粒子线照射系统，其特征在于，具备：同步加速器，其将离子束加速后进行出射；照射装置，其照射从该同步加速器出射的上述离子束；检测单元，其检测因患者的生理活动造成的患部的移动；出射许可判定单元，其根据来自该检测单元的输出值，输出出射许可判定信号；以及控制装置，通过一个以上的初始加速控制数据、出射多个能量的离子束的多个出射控制数据、将上述多个出射控制数据之间连接的多个能量变更控制数据、与上述多个出射控制数据对应的多个减速控制数据构成构成上述同步加速器的设备的运转控制数据，通过组合这些控制数据来进行多个能量的射束的出射控制，上述控制装置根据从上述出射许可判定单元输出的出射许可判定信号，实施从上述同步加速器的射束出射控制。

【技术特征摘要】
2013.07.26 JP 2013-1557701.一种粒子线照射系统，其特征在于，具备：同步加速器，其将离子束加速后进行出射；照射装置，其照射从该同步加速器出射的上述离子束；检测单元，其检测因患者的生理活动造成的患部的移动；出射许可判定单元，其根据来自该检测单元的输出值，输出出射许可判定信号；以及控制装置，通过一个以上的初始加速控制数据、出射多个能量的离子束的多个出射控制数据、将上述多个出射控制数据之间连接的多个能量变更控制数据、与上述多个出射控制数据对应的多个减速控制数据构成用于构成上述同步加速器的设备的运转控制数据，通过组合这些控制数据来进行多个能量的射束的出射控制，上述控制装置根据从上述出射许可判定单元输出的出射许可判定信号，实施从上述同步加速器的射束出射控制。2.根据权利要求1所述的粒子线照射系统，其特征在于，上述控制装置在从上述同步加速器的射束出射控制时，根据从上述出射许可判定单元输出的出射许可判定信号，用同一能量实施多次的射束出射控制。3.根据权利要求2所述的粒子线照射系统，其特征在于，上述出射许可判定单元在上述检测单元检测出上述患部位于出射许可范围内时，输出上述出射许可判定信号，在上述患部不位于出射许可范围内时，不输出上述出射许可判定信号。4.根据权利要求1所述的粒子线照射系统，其特征在于，上述控制装置具备：定时系统，其输出用于对构成上述同步加速器的设备的控制定时进行管理的多个控制定时信号；以及电源控制装置，其控制构成上述同步加速器的设备，将构成上述运转控制数据的上述初始加速控制数据、上述多个出射控制数据、上述多个能量变更控制数据以及上述多个减速控制数据存储在上述电源控制装置中，上述电源控制装置输入从上述定时系统输出的上述多个控制定时信号，根据这些控制定时信号，选择并更新上述初始加速控制数据、上述多个出射控制数据、上述多个能量变更控制数据以及上述多个减速控制数据。5.根据权利要求4所述的粒子线照射系统，其特征在于，还具备射束量检测单元，其检测上述同步加速器内的积蓄射束量，上述控制装置接受从上述出射许可判定单元输出的出射许可判定信号的输入，在对上述同步加速器的运转控制设定出射条件，并且输入了出射许可判定信号时指令射束出射控制，在停止了上述出射许可判定信号时，根据从上述射束量检测单元输入的上述同步加速器内的积蓄射束量的检测结果、照射中的能量的射束照射是否完成的判定结果，判定是进行待机以便在再次输出了出射许可判定信号时能够进行该能量的射束出射，还是转移到能量变更控制以便能够照射下一个能量的射束、还是转移到减速控制，对上述定时系统输出与前面判定出的各个控制对应的控制指令。6.根据权利要求4所述的粒子线照射系统，其特征在于，上述控制装置还具备联锁系统，其输出将射束从入射到上述同步加速器的射束能量加速到初级的出射能量的初始加速指令、在上述同步加速器中进行初始加速或者在能量变更后设定出射条件的照射准备开始指令、表示在上述同步加速器中出射条件的设定完成的照射待机指令、根据从上述出射许可判定单元输出的出射许可判定信号和上述同步加速器的出射条件设定状态输出的射束出射指令、停止向上述患部的射束照射的照射停止指令、根据向上述患者照射的离子束的照射经过信息而输出的能量变更指令、根据构成包含上述同步加速器和上述照射装置的粒子线照射系统的设备的状态而输出的减速控制指令以及表示完成了照射的照射完成指令，上述定时系统根据从上述联锁系统输出的上述初始加速指令、上述照射准备开始指令、上述照射待机指令、上述照射停止指令、上述能量变更指令以及上述减速控制指令，从上述多个控制定时信号中选择并输出对应的控制定时信号。7.根据权利要求4所述的粒子线照射系统，其特征在于，上述电源控制装置进行控制，以便在输入了从上述定时系统输入的上述多个定时信号中的减速控制开始定时信号时，从多个减速控制数据中选择与出射控制完成时的能量对应的减速控制数据，转移到减速控制。8.根据权利要求6所述的粒子线照射系统，其特征在于，上述联锁系统还在构成包含上述同步加速器和上述照射装置...

【专利技术属性】
技术研发人员：西内秀晶，飞永晃司，森山国夫，野村拓也，
申请(专利权)人：株式会社日立制作所，
类型：发明
国别省市：日本;JP