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1、(10)申请公布号 CN 103974745 A (43)申请公布日 2014.08.06 CN 103974745 A (21)申请号 201380004043.0 (22)申请日 2013.01.24 2012-023127 2012.02.06 JP A61N 5/10(2006.01) G21K 5/04(2006.01) (71)申请人 住友重机械工业株式会社 地址 日本东京都 (72)发明人 橘正则 井上淳一 原章文 (74)专利代理机构 永新专利商标代理有限公司 72002 代理人 徐殿军 (54) 发明名称 粒子束照射装置 (57) 摘要 本发明提供一种粒子束照射装置， 其目的。
2、在 于进行高精确度的粒子束的扫描控制。本发明 的带电粒子束治疗装置 (1) 对患者 (50) 的肿瘤 (51) 照射带电粒子束 (R)， 其具备 ： 扫描电磁铁 (6)， 其扫描带电粒子束 (R) ； 扫描仪电源 (7)， 其 向扫描电磁铁(6)供给电流 ； 及扫描控制器(10)， 其通过向扫描仪电源 (7) 传送电流指令值来控制 由扫描电磁铁(6)进行的带电粒子束(R)的扫描， 扫描控制器 (10) 的动作时钟的周期与扫描仪电 源 (7) 的动作时钟的周期相等。 (30)优先权数据 (85)PCT国际申请进入国家阶段日 2014.05.28 (86)PCT国际申请的申请数据 PCT/JP20。
3、13/051474 2013.01.24 (87)PCT国际申请的公布数据 WO2013/118589 JA 2013.08.15 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 4 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书5页 附图4页 (10)申请公布号 CN 103974745 A CN 103974745 A 1/1 页 2 1. 一种粒子束照射装置， 其对被照射体照射粒子束， 其具备 ： 扫描机构， 其扫描所述粒子束 ； 电流供给机构， 其向所述扫描机构供给电流 ； 及 扫描控制机构， 其通过向所述电流供给机构传送电流指。
4、令值， 来控制由所述扫描机构 进行的对所述粒子束的扫描， 所述扫描控制机构的动作时钟的周期与所述电流供给机构的动作时钟的周期相等。 2. 根据权利要求 1 所述的粒子束照射装置， 其中， 所述扫描控制机构具有向所述电流供给机构传送动作时钟信号的发送部， 所述电流供给机构具有接收由所述发送部传送的所述动作时钟信号的接收部。 3. 根据权利要求 1 或 2 所述的粒子束照射装置， 其还具备 ： 位置测定机构， 其测定由所述扫描机构扫描的所述粒子束的位置， 所述扫描控制机构根据与所述电流指令值对应的所述粒子束的计划位置与通过所述 位置测定机构测定的所述粒子束的测定位置的比较结果， 判定所述粒子束的扫。
5、描是否有异 常。 权 利 要 求 书 CN 103974745 A 2 1/5 页 3 粒子束照射装置 技术领域 0001 本发明涉及一种对被照射体照射粒子束的粒子束照射装置。 背景技术 0002 以往， 作为用于对肿瘤等的进行放射线治疗的粒子束照射装置已知有例如专利文 献 1 所记载的装置。该粒子束照射装置具备 ： 扫描机构 ( 电磁铁 )， 其扫描粒子束 ； 电流供 给机构(电源)， 其向扫描机构供给电流 ； 及扫描控制机构(指令值发送部)， 其通过向电流 供给机构传送电流指令值来控制由扫描机构进行的粒子束的扫描。该粒子束照射装置中， 扫描控制机构根据预先制定的治疗计划向电流供给机构传送电。
6、流指令值， 从而改变电流供 给机构对扫描机构进行的电流供给， 并按照治疗计划进行粒子束的扫描控制。 0003 以往技术文献 0004 专利文献 0005 专利文献 1 ： 日本特开 2006-288875 号公报 0006 发明的概要 0007 发明要解决的技术课题 0008 然而， 粒子束治疗中， 若在预先制定的治疗计划中的粒子束的扫描与实际粒子束 的扫描之间产生偏差， 则会产生因肿瘤部位的不同而产生照射剂量的余缺， 并无法得到充 分的治疗效果等问题。因此， 在粒子束照射装置中极其需要提高粒子束的扫描控制的精确 度。 0009 因此， 本发明的目的在于， 提供一种能够进行高精确度的粒子束的扫。
7、描控制的粒 子束照射装置。 0010 用于解决技术课题的手段 0011 本发明人等， 经过不断锐意研究， 发现在扫描控制机构向电流供给机构传送电流 指令值以后至由电流供给机构供给电流的扫描机构实际扫描粒子束为止的延迟时间上存 在偏差。这种延迟时间的偏差成为扫描控制精确度下降的一个原因。 0012 进一步反复研究之后， 本发明人等查明了延迟时间的偏差是由于扫描控制机构的 动作时钟与电流供给机构的动作时钟的不同而导致的。即， 查明自扫描控制机构传送电流 指令值以后至扫描机构实际扫描粒子束的延迟时间中， 由扫描控制机构的动作时钟与电流 供给机构的动作时钟的不同导致的偏差导致整个延迟时间的偏差。 00。
8、13 图 5 是用于说明时钟延迟时间的偏差的图。图 5 中传送侧动作时钟中的电流指令 值的传送时刻用 s0 s2 表示。并且， 接收侧动作时钟中的电流指令值的接收时刻用 r0 r2表示。 如图5所示， 当传送侧动作时钟的周期与接收侧动作时钟的周期不同时， 扫描控制 机构的电流指令值的传送时刻与电流供给机构的电流指令值的接收时刻之间产生带有偏 差的延迟时间。 0014 因此， 本发明的一个方面是一种对被照射体照射粒子束的粒子束照射装置， 其具 备 ： 扫描机构， 其扫描粒子束 ； 电流供给机构， 其向扫描机构供给电流 ； 及扫描控制装置， 其 说 明 书 CN 103974745 A 3 2/5。
9、 页 4 通过向电流供给机构传送电流指令值来控制由扫描机构进行的粒子束的扫描， 其中， 扫描 控制机构的动作时钟的周期与电流供给机构的动作时钟的周期相等。 0015 根据本发明所涉及的粒子束照射装置， 扫描控制机构的动作时钟的周期与电流供 给机构的动作时钟的周期相等， 因此， 能够使扫描控制机构及电流供给机构的动作时钟的 延迟时间恒定， 并能够避免产生从扫描控制机构传送电流指令值开始至扫描机构实际扫描 粒子束为止的延迟时间的偏差。 因此， 根据上述粒子束照射装置， 能够避免因延迟时间的偏 差而导致在某一照射位置照射粒子束的时间比治疗计划长 , 而在另一照射位置照射粒子 束的时间比治疗计划短的情。
10、况发生。 因此， 根据上述粒子束照射装置， 能够按照治疗计划进 行精确地控制各照射位置的照射时间的高精确度的粒子束扫描控制。 0016 上述粒子束照射装置的方式也可以如下， 即， 扫描控制机构具有向电流供给机构 传送动作时钟信号的发送部， 电流供给机构具有接收由发送部传送的动作时钟信号的接收 部。 0017 根据上述粒子束照射装置， 通过从扫描控制机构的发送部向电流供给机构的接收 部传送动作时钟信号， 能够以与扫描控制机构的动作时钟相等的周期的动作时钟驱动电流 供给机构。 因此， 上述粒子束照射装置中， 无需另设用于调谐扫描控制机构的动作时钟及电 流供给机构的动作时钟的周期的动作时钟信号发送部。
11、， 因此能够简化装置的结构。 0018 上述粒子束照射装置也可以如下， 即， 还具备测定由扫描机构扫描的粒子束的位 置的位置测定机构， 扫描控制机构根据与电流指令值对应的粒子束的计划位置与由位置测 定机构测定的粒子束的测定位置的比较结果， 判定粒子束的扫描是否有异常。 0019 根据上述粒子束照射装置， 通过抑制延迟时间的偏差来使延迟时间大致恒定， 因 此， 能够通过计算求出延迟时间对粒子束的位置的影响， 从而能够准确地比较粒子束的计 划位置与实际的测定位置。 因此， 根据上述粒子束照射装置， 能够根据粒子束的计划位置及 测定位置的比较结果， 适当地判定粒子束的扫描控制是否有异常。 0020 。
12、发明效果 0021 根据本发明， 能够进行高精确度的粒子束的扫描控制。 附图说明 0022 图 1 是表示本发明所涉及的粒子束照射装置的一实施方式的图。 0023 图 2 是用于说明利用粒子束进行扫描照射的图。 0024 图 3 是用于说明扫描控制器向扫描仪电源传送的信号的图。 0025 图 4 是表示扫描控制器的动作时钟及扫描仪电源的动作时钟的图。 0026 图 5 是用于说明时钟延迟时间的偏差的图。 具体实施方式 0027 以下， 参照附图对本发明所涉及的粒子束照射装置的优选实施方式进行详细说 明。 0028 如图 1 及图 2 所示， 本实施方式所涉及的带电粒子束治疗装置 ( 粒子束照射。
13、装 置 )1 为通过对治疗台 100 上的患者 50 的肿瘤 ( 被照射体 )51 照射带电粒子束 R 来进行放 射线治疗的装置。作为带电粒子束 R， 可以列举质子束及重粒子 ( 重离子 ) 束等。 说 明 书 CN 103974745 A 4 3/5 页 5 0029 带电粒子束治疗装置 1 进行扫描方式的带电粒子束 R 的连续照射或间断照射。具 体而言， 带电粒子束治疗装置 1 在深度方向上将肿瘤 51 虚拟地分成多个层， 并沿设定于各 层的扫描图案 L 扫描带电粒子束 R 的同时， 进行连续照射 ( 光栅扫描或行扫描 ) 或间断照 射 ( 点扫描 )、 线性加速器。 0030 带电粒子束。
14、治疗装置 1 具备 ： 加速器 2， 其加速带电粒子并射出带电粒子束 R ； 传 输线路 3， 其传输从加速器 2 射出的带电粒子束 R ； 照射部 4， 其向患者的肿瘤照射由传输线 路 3 传输的带电粒子束 R ； 及位置测定监控器 ( 位置测定机构 )5， 其用于测定从照射部 4 照 射的带电粒子束 R 的照射位置。 0031 加速器 2 通过加速带有电荷的粒子来射出带电粒子束 R。作为加速器 2， 例如可以 使用回旋加速器、 同步加速器、 同步回旋加速器。 0032 从加速器 2 射出的带电粒子束 R 通过传输线路 3 传输到照射部 4。从传输线路 3 传输到照射部 4 内的带电粒子束 。
15、R 的行进方向用箭头 A 表示。 0033 照射部 4 向治疗台 100 上的患者 50 体内的肿瘤 51 照射带电粒子束 R。照射部 4 具备用于扫描带电粒子束 R 的扫描电磁铁 ( 扫描机构 )6。扫描电磁铁 6 中， 通过改变磁场 来进行带电粒子束 R 的扫描。扫描电磁铁 6 具有沿垂直于行进方向 A 的 X 方向扫描带电粒 子束 R 的第 1 扫描电磁铁 6A、 及沿垂直于行进方向 A 及 X 方向的 Y 方向扫描带电粒子束 R 的第 2 扫描电磁铁 6B。 0034 扫描电磁铁 6 从配置于照射部 4 外部的扫描仪电源 ( 电流供给机构 )7 被供给电 流。扫描仪电源 7 根据来自后。
16、述的扫描控制器 10 的电流指令值改变向扫描电磁铁 6 供给 的电流。扫描仪电源 7 具有向第 1 扫描电磁铁 6A 供给电流的第 1 电源 (X 电源 )7A、 及向第 2 扫描电磁铁 6B 供给电流的第 2 电源 (Y 电源 )7B。 0035 位置测定监控器 5 测定用扫描电磁铁 6 扫描的带电粒子束 R 的照射位置 ( 垂直于 带电粒子束 R 的行进方向 A 的 XY 平面内的位置 )。位置测定监控器 5 具备由向 X 方向或 Y 方向延伸的多条丝线构成的格子状的线栅， 并通过检测带电粒子束 R 与线栅接触而产生的 电荷来测定带电粒子束 R 的照射位置。 0036 接着， 对带电粒子束。
17、治疗装置 1 中的带电粒子束 R 的照射控制进行说明。带电粒 子束治疗装置 1 具有治疗计划部 8、 照射控制部 9、 扫描控制器 ( 扫描控制机构 )10、 及射束 控制部 11。 0037 治疗计划部 8 中， 制定用于治疗患者 50 的肿瘤 51 的治疗计划。治疗计划部 8 根 据所输入的各种数据制定治疗计划。治疗计划中包括对在深度方向上将肿瘤 51 虚拟分成 多个层的各层的带电粒子束 R 的扫描图案 L。扫描图案 L 中包括每规定时间的带电粒子束 R 的扫描位置的信息。 0038 照射控制部 9 根据治疗计划部 8 制定的治疗计划， 控制带电粒子束 R 的照射。照 射控制部 9 向扫描。
18、控制器 10 传送从治疗计划部 8 获得的与治疗计划有关的信息。 0039 并且， 照射控制部 9 根据来自扫描控制器 10 的要求信号， 向射束控制部 11 传送射 出准备信号。射束控制部 11 在接收到射出准备信号的情况下， 控制加速器 2 而开始带电粒 子束 R 的射出准备。射束控制部 11 在结束带电粒子束 R 的射出准备的情况下， 向照射控制 部 9 及扫描控制器 10 传送射出准备结束信号。 0040 如图 1 及图 3 所示， 扫描控制器 10 根据从照射控制部 9 传送的治疗计划的信息， 说 明 书 CN 103974745 A 5 4/5 页 6 进行带电粒子束 R 的扫描控。
19、制。扫描控制器 10 向扫描仪电源 7 传送 ( 发送 ) 对应于治疗 计划的电流指令值。扫描控制器 10 通过电流指令值改变从扫描仪电源 7 向扫描电磁铁 6 供给的电流， 从而间接地控制由扫描电磁铁 6 进行的带电粒子束 R 的扫描。 0041 扫描控制器 10 对第 1 电源 7A 传送用于沿 X 方向扫描带电粒子束 R 的第 1 电流指 令值 (X 电流指令值 )。同样地， 扫描控制器 10 对第 2 电源 7B 传送用于沿 Y 方向扫描带电 粒子束 R 的第 2 电流指令值 (Y 电流指令值 )。 0042 并且， 扫描控制器 10 将其内部的基本时钟作为动作时钟来驱动。扫描控制器 。
20、10 具有向扫描仪电源 7 传送其本身的动作时钟信号的发送部 12。发送部 12 为了使扫描仪电 源 7 的动作时钟周期与扫描控制器 10 的动作时钟的周期相等， 向扫描仪电源 7 传送动作时 钟信号。 0043 另一方面， 扫描仪电源7的X电源7A及Y电源7B分别具有接收动作时钟信号的接 收部 13A、 13B。X 电源 7A 及 Y 电源 7B 中， 在接收部 13A、 13B 接收从发送部 12 传送的动作 时钟信号， 并以与扫描控制器 10 的动作时钟周期相等周期的动作时钟进行对扫描电磁铁 6 的电流的供给。具体而言， 将由接收部 13A、 13B 接收的动作时钟信号的动作时钟作为 X。
21、 电 源 7A 及 Y 电源 7B 的动作时钟。并且， 使 X 电源 7A 及 Y 电源 7B 的动作时钟与接收部 13A、 13B所接收的动作时钟信号的动作时钟同步化。 另外， 所谓周期相等， 不限于周期完全相等， 容许有 10s 以下的误差。 0044 并且， 扫描控制器 10 从位置测定监控器 5 获得与带电粒子束 R 的测定位置有关的 信息。扫描控制器 10 比较与治疗计划对应的带电粒子束 R 的计划位置 ( 与电流指令值对 应的带电粒子束 R 的计划位置 ) 与从位置测定监控器 5 获得的带电粒子束 R 的测定位置。 0045 扫描控制器10根据带电粒子束R的计划位置与测定位置的比较。
22、结果， 判定带电粒 子束 R 的扫描控制是否有异常。具体而言， 扫描控制器 10 通过判定带电粒子束 R 的测定 位置与带电粒子束 R 的计划位置的偏差是否在容许的范围之内， 来判定扫描控制是否有异 常。 0046 扫描控制器 10 在判定扫描控制有异常的情况下， 向射束控制部 11 传送照射停止 信号来停止照射带电粒子束 R。 0047 根据以上说明的本实施方式所涉及的带电粒子束治疗装置 1， 扫描控制器 10 的动 作时钟的周期与扫描仪电源 7 的动作时钟的周期相等， 因此， 能够不产生由动作时钟的不 同而导致的延迟时间的偏差， 而使从扫描控制器 10 传送电流指令值开始至扫描机构实际 扫。
23、描粒子束为止的延迟时间恒定。 0048 在此， 图 4 是表示扫描控制器 10 的动作时钟及扫描仪电源 7 的动作时钟的图。图 4 中， 将扫描控制器 10 的动作时钟中的电流指令值的传送时刻用 s0 s2 表示。并且， 将扫 描仪电源 7 的动作时钟中的电流指令值的接收时刻用 r0 r2 表示。另外， 将传送时刻 s0 与接收时刻 r0 之间的延迟时间用 t0， 传送时刻 s1 与接收时刻 r1 之间的延迟时间用 t1， 传 送时刻 s2 与接收时刻 r2 之间的延迟时间用 t2 表示。 0049 如图 4 所示， 本实施方式所涉及的带电粒子束治疗装置 1 中， 扫描控制器 10 的动 作时。
24、钟的周期与扫描仪电源 7 的动作时钟的周期相等， 因此， 能够使扫描控制器 10 及扫描 仪电源 7 的动作时钟的延迟时间 t0 t2 恒定， 并且能够避免产生从扫描控制器 10 传送电 流指令值开始至扫描电磁铁 6 实际扫描粒子束为止的延迟时间的偏差。因此， 根据带电粒 说 明 书 CN 103974745 A 6 5/5 页 7 子束治疗装置 1， 能够避免产生以下情况， 由于延迟时间的偏差而在某一位置粒子束照射时 间比治疗计划时间长， 而在其他的照射位置粒子束照射时间比治疗计划时间短的情况。因 此， 根据带电粒子束治疗装置 1， 能够根据治疗计划进行精确地控制各照射位置的照射时间 的高精。
25、确度的粒子束的扫描控制。 0050 并且， 带电粒子束治疗装置 1 中， 通过从扫描控制器 10 向扫描仪电源 7 传送动作 时钟信号， 能够以与扫描控制器 10 的动作时钟相等的周期的动作时钟驱动扫描仪电源 7。 因此， 根据带电粒子束治疗装置 1， 无需另设用于调谐扫描控制器 10 的动作时钟及扫描仪 电源 7 的动作时钟的周期的动作时钟信号发送部， 从而能够简化装置的结构。 0051 而且， 带电粒子束治疗装置 1 中， 能够通过抑制从扫描控制器 10 传送电流指令值 开始至扫描电磁铁6扫描粒子束R为止的延迟时间的偏差来使延迟时间大致恒定， 因此， 能 够通过计算求出延迟时间对带电粒子束。
26、 R 的照射位置的影响。因此， 根据带电粒子束治疗 装置 1， 能够准确地比较带电粒子束 R 的计划位置与实际测定位置， 因此能够判定带电粒子 束 R 是否超过所容许的范围而偏离计划位置， 并能够适当地判定带电粒子束 R 的扫描控制 中是否有异常。 0052 本发明并不限于上述实施方式。上述的实施方式中， 对照射质子束或重粒子 ( 重 离子)束等的带电粒子束治疗装置1进行了说明， 但是， 本发明也能够适用于照射其他粒子 束的粒子束照射装置中。 0053 并且， 可以为如下结构， 即， 与扫描控制器及扫描仪电源另行地设置传送动作时钟 信号的发送部， 并且扫描控制器及扫描仪电源均具有接收部。 00。
27、54 产业上的可利用性 0055 本发明可用于能够进行高精确度的粒子束的扫描控制的粒子束照射装置中。 0056 符号说明 0057 1- 带电粒子束治疗装置 ( 粒子束照射装置 )， 2- 加速器， 3- 传输线路， 4- 照射部， 5- 位置测定监控器 ( 位置测定机构 )， 6-扫描电磁铁 ( 扫描机构 )， 7- 扫描仪电源 ( 电流供 给机构 )， 8- 治疗计划部， 9- 照射控制部， 10- 扫描控制器 ( 扫描控制机构 )， 11- 射束控制 部， 12- 发送部， 13A、 13B- 接收部， 50- 患者， 51- 肿瘤 ( 被照射体 )， 100- 治疗台， A- 行进方 向， L- 扫描图案， R- 带电粒子束。 说 明 书 CN 103974745 A 7 1/4 页 8 图 1 说 明 书 附 图 CN 103974745 A 8 2/4 页 9 图 2 说 明 书 附 图 CN 103974745 A 9 3/4 页 10 图 3 说 明 书 附 图 CN 103974745 A 10 4/4 页 11 图 4 图 5 说 明 书 附 图 CN 103974745 A 11 。