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1、(10)授权公告号 CN 102000398 B (45)授权公告日 2014.05.07 CN 102000398 B (21)申请号 201010271493.4 (22)申请日 2010.09.02 202685/2009 2009.09.02 JP A61N 5/10(2006.01) (73)专利权人 株式会社东芝 地址 日本东京都 (72)发明人 井关康 高桥正雄 塙胜词 前田一尚 井上笃郎 永渊照康 角谷畅一 (74)专利代理机构 永新专利商标代理有限公司 72002 代理人 王英 刘炳胜 US 2009039256 A1,2009.02.12, 说明书第 38、 52、 59-。
2、60， 86 段和图 1、 2. US 2009039256 A1,2009.02.12, 说明书第 38、 52、 59-60， 86 段和图 1、 2. CN 1238707 A,1999.12.15,说明书第5页第 24 行 - 第 6 页第 12 行和图 1. CN 1238707 A,1999.12.15,说明书第5页第 24 行 - 第 6 页第 12 行和图 1. US 6307914 B1,2001.10.23, 全文 . JP 2008049145 A,2008.03.06, 全文 . (54) 发明名称 粒子束辐射装置和粒子束辐射方法 (57) 摘要 根据本发明的粒子束辐射。
3、装置包括 ： 束生成 单元 ； 束发射控制单元， 其控制粒子束发射 ； 束扫 描指示单元， 对于通过在粒子束轴线方向上划分 将要辐射的患病区域所获得的切片中的每个， 束 扫描指示单元连续二维指示粒子束位置 ； 束扫描 单元， 其基于来自束扫描指示单元的指示信号二 维扫描粒子束 ； 荧光体膜， 其提供在束扫描单元 和患者之间， 并且以对应于透射经过其的粒子束 的粒子剂量的量来发光 ； 成像单元， 其对于切片 中的每个， 对荧光体膜成像 ； 以及显示单元， 其从 由成像单元所成像的图像数据中获得切片中的每 个的辐射剂量分布， 并且显示所获得的与粒子束 扫描位置相关的辐射剂量分布。 (30)优先权数。
4、据 (51)Int.Cl. (56)对比文件 审查员 卞晓飞 权利要求书 2 页 说明书 9 页 附图 13 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利 权利要求书2页 说明书9页 附图13页 (10)授权公告号 CN 102000398 B CN 102000398 B 1/2 页 2 1. 一种粒子束辐射装置， 包括 ： 束生成单元， 其生成粒子束 ； 束发射控制单元， 其控制所述粒子束的发射 ； 束扫描指示单元， 对于通过在所述粒子束的轴线方向上划分将要辐射的患病区域所获 得的切片中的每个， 所述束扫描指示单元连续二维指示所述粒子束的位置 ； 束扫描单元， 其基于来自所述。
5、束扫描指示单元的指示信号二维扫描所述粒子束 ； 荧光体膜， 其提供在所述束扫描单元和患者之间， 并且以对应于透射通过其的所述粒 子束的粒子剂量的量来发光 ； 成像单元， 对于所述切片中的每个， 所述成像单元对所述荧光体膜成像 ； 以及 显示单元， 其从由所述成像单元所成像的图像数据中获得所述切片中的每个的辐射剂 量分布， 并且显示所获得的与所述粒子束的扫描位置相关的辐射剂量分布。 2. 如权利要求 1 所述的粒子束辐射装置， 其中， 所述荧光体膜设置成大体垂直于所述粒子束的轴线方向 ； 并且 所述成像单元设置在所述荧光体膜和所述患者之间、 与所述粒子束的扫描区域隔离的 位置处， 并且以预定倾斜。
6、角度对所述荧光体膜面向所述患者的表面进行成像。 3. 如权利要求 1 所述的粒子束辐射装置， 其中， 在特定波长处具有强度峰值的荧光体粘附到所述荧光体膜 ； 并且 滤光器粘附到所述成像单元， 其中所述滤光器选择性地使所述特定波长通过其透射。 4. 如权利要求 2 所述的粒子束辐射装置， 其中， 在特定波长处具有强度峰值的荧光体粘附到所述荧光体膜 ； 并且 滤光器粘附到所述成像单元， 其中所述滤光器选择性地使所述特定波长通过其透射。 5. 如权利要求 3 所述的粒子束辐射装置， 其中， 所述滤光器是选择性地使在红外区域中的波长通过其透射的滤光器。 6. 如权利要求 4 所述的粒子束辐射装置， 其。
7、中， 所述滤光器是选择性地使在红外区域中的波长通过其透射的滤光器。 7. 如权利要求 1 所述的粒子束辐射装置， 其中， 所述成像单元， 包括成像元件和快门， 所述快门打开和关闭， 以暴露所述成像元件 ； 接收发射启动信号， 在对所述切片中的每个成像期间， 当实际发射所述粒子束时打开 所述发射启动信号， 并且当不发射所述粒子束时关闭所述发射启动信号 ； 以及 在所述发射启动信号为开期间打开所述快门， 并且在所述发射启动信号为关期间关闭 所述快门。 8. 如权利要求 1 所述的粒子束辐射装置， 其中， 所述成像单元， 包括成像元件和图像增强器， 所述图像增强器对输入到所述成像元件的光的量进行放 。
8、大 ； 接收发射启动信号， 在对所述切片中的每个成像期间， 当实际发射所述粒子束时打开 所述发射启动信号， 并且当不发射所述粒子束时关闭所述发射启动信号 ； 以及 在所述发射启动信号为开期间打开所述图像增强器， 并且在所述发射启动信号为关期 权 利 要 求 书 CN 102000398 B 2 2/2 页 3 间关闭所述图像增强器。 9. 如权利要求 8 所述的粒子束辐射装置， 其中， 所述图像增强器具有基于所述粒子束 的束强度和最初设置的切片辐射时间针对所述切片中的每个而改变的光放大增益。 10. 如权利要求 1 所述的粒子束辐射装置， 还包括 ： 辐射状态监测单元， 其从由所述成像单元所成。
9、像的图像数据中获得对应于针对所述切 片中的每个的所述粒子束的扫描位置的辐射剂量分布 ； 在提前设置为计划值的每个切片的 参考辐射剂量分布和所获得的辐射剂量分布之间进行比较 ； 并且当确定其间的差异大于预 定阈值时， 输出用于停止所述粒子束的发射的互锁信号。 11. 如权利要求 10 所述的粒子束辐射装置， 其中， 当确定所述图像数据的每个像素的辐射剂量和所述参考辐射剂量分布中的每个像素 的辐射剂量之间的偏差的平方和超过预定阈值时， 所述辐射状态监测单元输出用于停止所 述粒子束发射的互锁信号。 12. 如权利要求 1 所述的粒子束辐射装置， 其中， 真空管设置在所述束扫描单元的下游， 所述真空管。
10、通过其透射所述粒子束并且与外部 光隔离 ； 将所述荧光体膜设置在所述真空管内部， 所述荧光体膜关于所述粒子束的轴线方向倾 斜 ； 以及 所述成像单元通过位于所述真空管侧壁上的成像窗口对所述荧光体膜成像。 13. 一种粒子束辐射方法， 包括以下步骤 ： 生成粒子束 ； 控制所述粒子束的发射 ； 对于通过在所述粒子束的轴线方向上划分将要辐射的患病区域所获得的切片中的每 个， 连续二维指示所述粒子束的位置 ； 由束扫描单元基于所指示的所述粒子束的位置二维扫描所述粒子束 ； 对于所述切片中的每个对荧光体膜成像， 所述荧光体膜提供在所述束扫描单元和患者 之间， 并且以对应于透射经过其的所述粒子束的粒子剂。
11、量的量来发光 ； 以及 从通过对所述荧光体膜成像所获得的图像数据中获得所述切片中的每个的辐射剂量 分布， 并且显示所获得的与所述粒子束的扫描位置相关的辐射剂量分布。 权 利 要 求 书 CN 102000398 B 3 1/9 页 4 粒子束辐射装置和粒子束辐射方法 技术领域 0001 本发明涉及粒子束辐射装置和粒子束辐射方法， 并且尤其涉及通过以诸如碳、 质 子束等重粒子束辐射患病区域进行癌症治疗的粒子束辐射装置和粒子束辐射方法。 背景技术 0002 当前， 癌症是在日本排名第一的主要死因， 每年有超过 30 万人死于癌症。鉴于这 种情况， 使用诸如具有如高疗效、 低副作用、 低身体损伤等优。
12、异特征的碳、 质子束等重粒子 束进行粒子放射治疗受到很多关注。按照这种治疗方法， 癌细胞受到从加速器发射的粒子 束辐射， 由此可以杀死癌细胞而使正常细胞受影响更少。 0003 作为这种治疗方法， 现有可用的粒子束辐射方法是一种称为宽束方法的方法。该 宽束方法通过称为摇摆方法或双散射方法的方法将粒子束扩展到束直径等于或大于患病 区域大小。随后， 使用称为成形准直仪的铜准直仪来限制辐射场， 由此， 束形状与患病区域 形状充分匹配。此外， 通过称为隆起过滤板 (ridge filter) 的束范围扩展装置在束传播方 向上 ( 束轴线方向上 ) 扩展束范围 ； 通过称为 “团注” (bolus) 的聚。
13、乙烯束范围调节装置在 更深位置处将束停止位置与患病区域形状 ( 轮廓 ) 相匹配。 0004 然而， 上述宽束方法不能将束与患病区域形状进行准确地三维匹配， 并且因此， 对 患病区域周围正常细胞的影响的减少是有限的。另外， 存在另一个问题是要为每个患病区 域(以及对患病区域的每个辐射方向)构造成形准直仪和团注， 并且因此， 治疗辐射后这些 会作为核废料残留。 0005 鉴于此， 作为用于粒子放射治疗的更先进的辐射方法， 开发了用于通过三维辐射 体内的患病区域以更高精度瞄准癌细胞的 3D 辐射方法 ( 见专利文件 1( 日本专利公开 No.2009-66106)。 0006 该方法实际上将被治疗。
14、区域划分为具有 3D 格点的小长方体， 并且辐射每个格点。 与常规 2D 辐射方法相比， 这种 3D 辐射方法无需使用成形准直仪或团注也能够使束与患病 区域在束轴线方向上以良好精度匹配， 并且因此可以抑制正常细胞受照射。 0007 该 3D 扫描辐射方法如下对患病区域进行辐射。首先， 为了设置束能量到达的距离 身体表面的深度位置， 选择辐射束能量。随后， 使用扫描电磁体在 X 和 Y 方向的深度上对垂 直于束轴线的表面 ( 切片 ) 进行二维扫描， 以便利用束来辐射患病区域的对应切片。随后， 当扫描了切片上患病区域的所有区域时， 改变束能量使得将束深度位置设定到下一切片， 并以相同方式对切片上。
15、的患病区域的多个部位进行扫描。 在深度方向上对患病区域进行切 分所获得的所有切片重复这种辐射， 直到在整个患病区域上完成辐射为止。 0008 当执行治疗时， 就确保治疗安全而言确认如何执行辐射是重要的。 作为方法之一， 在扫描电磁体的下游如所需的提供用于检查束位置的点位置监测器。 点位置监测器的例子 包括使用电离室系统将信号电极划分为多条的监测器或者使用多线路成比例计数器系统 的监测器。 0009 然而， 从这些监测器获得的信息仅仅是离散地指示每个束点的中心的位置信息， 说 明 书 CN 102000398 B 4 2/9 页 5 并且因此， 不能从点位置监测器获得形成为重叠点束形状的连续剂量。
16、分布。 0010 实际上， 医生或操作者期望能够在辐射期间可视地确认剂量分布图 ( 在 X 和 Y 方 向中剂量的 2D 分布或者从 2D 分布中提取的在 X 或 Y 方向中的剂量的 1D 分布 )。例如， 如 果为切片中的每个显示剂量分布图， 医生或操作者就可以执行治疗的同时就确认辐射被正 确地执行， 并且因此， 医生或操作者可以具有安全感地执行治疗。然而， 在辐射期间监测剂 量分布图的这种方法当前是达不到的。 0011 鉴于这种情况， 产生了本发明， 并且本发明的目标是提供粒子束辐射装置和粒子 束辐射方法， 其可以通过在粒子束辐射期间监测 2D 或 1D 剂量分布来提供关于实际如何执 行辐。
17、射的可视和定量确认。 发明内容 0012 为了解决上述问题， 根据本发明的粒子束辐射装置包括 ： 束生成单元， 其生成粒子 束 ； 束发射控制单元， 其控制粒子束发射 ； 束扫描指示单元， 对于通过在粒子束轴线方向上 划分将要辐射的患病区域所获得的切片中的每个， 束扫描指示单元连续二维指示粒子束位 置 ； 束扫描单元， 其基于来自束扫描指示单元的指示信号二维扫描粒子束 ； 荧光体膜， 其提 供在束扫描单元和患者之间， 并且荧光体膜以对应于透射经过其的粒子束的粒子剂量的量 来发光 ； 成像单元， 其对于切片中的每个对荧光体膜成像 ； 以及显示单元， 其从由成像单元 所成像的图像数据中获得切片中的。
18、每个的辐射剂量分布， 并且显示所获得的与粒子束的扫 描位置相关的辐射剂量分布。 0013 此外， 根据本发明的粒子束辐射方法包括以下步骤 ： 生成粒子束 ； 控制粒子束的 发射 ； 对于通过在粒子束的轴线方向上划分将要辐射的患病区域所获得的切片中的每个， 连续二维指示粒子束位置 ； 基于所指示的粒子束位置二维扫描粒子束 ； 对于切片中的每个 对荧光体膜成像， 荧光体膜提供在束扫描单元和患者之间， 并且荧光体膜以对应于透射经 过其的粒子束的粒子剂量的量来发光 ； 从通过对荧光体膜成像所获得的图像数据中获得切 片中的每个的辐射剂量分布 ； 并且显示所获得的与粒子束的扫描位置相关的辐射剂量分 布。 。
19、0014 根据本发明的粒子束辐射装置和粒子束辐射方法可以通过在粒子束辐射期间监 测 2D 或 1D 剂量分布来提供关于实际上如何执行辐射的可视和定量确认。 附图说明 0015 图 1 图示说明了常规粒子束辐射装置的配置示例 ； 0016 图 2 是图示说明常规粒子束辐射方法示例的流程图 ； 0017 图 3 图示说明了对切片的束辐射图案的示例 ； 0018 图 4 图示说明了常规粒子束辐射方法的束位置监测方法的示例 ； 0019 图 5 图示说明了根据第一实施例的粒子束辐射装置的配置示例 ； 0020 图 6 示意性地图示说明了成像单元的配置示例 ； 0021 图 7 是图示说明了室内光、 荧。
20、光体、 以及波长选择滤光器的各自波长的示例的第 一个图 ； 0022 图 8 是图示说明了室内光、 荧光体、 以及波长选择滤光器的各自波长的示例的第 说 明 书 CN 102000398 B 5 3/9 页 6 二个图 ； 0023 图 9 是图示说明了根据第一实施例的粒子束辐射方法示例的流程图 ； 0024 图 10 是图示说明了根据第一实施例的粒子束辐射方法示例的时序图 ； 0025 图 11 图示说明了剂量分布图的显示示例和辐射状态监测方法的概念 ； 0026 图 12 图示说明了根据第二实施例的粒子束辐射装置的配置示例 ； 0027 图 13 是图示说明了根据第二实施例的粒子束辐射方法。
21、示例的时序图 ； 以及 0028 图 14 图示说明了根据第三实施例的粒子束辐射装置的配置示例。 具体实施方式 0029 下面将通过参考附图描述根据本发明的粒子束辐射装置和粒子束辐射方法的实 施例。 0030 (1) 常规装置的配置和操作 0031 为了与根据本发明实施例的粒子束辐射装置 1( 图 5) 进行比较的目的， 图 1 图示 说明了常规粒子束辐射装置 300 的配置示例。粒子束辐射装置 300 被配置为包括束生成 单元 10、 束发射控制单元 20、 束扫描单元 30、 真空管 31、 束扫描指示单元 40、 剂量监测单元 50、 位置监测单元 51、 隆起过滤板 60 以及范围调整。
22、器 (range shifter)70。 0032 粒子束辐射装置 300 是利用通过加速诸如碳、 质子等粒子至高速度而获得的粒子 束来辐射癌症患者 100 的患病区域 200 的癌症治疗装置。粒子束辐射装置 300 可以实现 3D 扫描辐射方法， 通过该方法可以将患病区域 200 离散化为 3D 格点， 并且具有小直径的粒子 束在每个格点上顺序扫描。更具体地说， 在粒子束轴线方向上 ( 在图 1 右上部分中所图示 说明的坐标系统中的 z 轴方向上 ) 将患病区域 200 划分成切片、 或者平板状单元。随后， 通 过顺序扫描诸如所划分的切片 Zi、 切片 Zi+1和切片 Zi+2的切片中的每个。
23、的 2D 格点 ( 在图 1 右上部分中所图示说明的坐标系中的 X 和 Y 轴方向上的格点 ) 来执行 3D 扫描。 0033 束生成单元 10 生成诸如碳离子和质子的粒子， 以及通过使用诸如同步加速器的 加速器 ( 主加速器 ) 将粒子加速到可以深入到达患病区域 200 中的能量来生成粒子束。 0034 束发射控制单元20基于从控制单元80输出的控制信号执行对所生成粒子束的发 射的开 / 关控制。 0035 束扫描单元 30 通过在 X 和 Y 轴方向上偏转粒子来二维扫描切片表面。束扫描单 元 30 包括用于在 Y 方向中扫描的 Y 电磁体 30a 和用于在 X 方向中扫描的 X 电磁体 3。
24、0b。将 每个电磁体的驱动电流从束扫描指示单元 40 施加给 Y 电磁体 30a 和 X 电磁体 30b， 作为指 示扫描位置的指示信号。 0036 范围调整器 70 控制患病区域 200 在 Z 轴方向上的位置。例如， 将范围调整器 70 配置为具有不同厚度的多个丙烯酸板。根据切片在患病区域 200 的 Z 轴方向上的位置， 这 些丙烯酸板的组合可以逐渐改变经过范围调整器 70 的粒子束的能量或内部范围。一般通 过范围调整器 70 控制内部范围使其等间隔改变。该间隔对应于在 Z 轴方向中格点之间的 间隔。注意到， 控制内部范围的方法不仅可以是沿着粒子束路径插入类似范围调整器 70 的 衰减对。
25、象的方法， 还可以是通过控制上游装置改变粒子束能量本身的方法。 0037 提供隆起过滤板 60 以在内部深度方向上延展称为布拉格峰的剂量尖峰。此处， 隆 起过滤板60对布拉格峰的延展宽度进行设置， 以使其等于切片的厚度或者Z轴方向上的格 说 明 书 CN 102000398 B 6 4/9 页 7 点间隔。通过布置多个具有大体等腰三角形横截面的铝条形组件配置用于 3D 扫描辐射的 隆起过滤板60。 可以使用当粒子束经过等腰三角形时发生的路径长度的差异延展布拉格峰 的峰， 并且可以使用等腰三角形形状将延展宽度设置为所期望的值。 0038 剂量监测单元 50 对辐射剂量进行监测， 并且剂量监测单元。
26、 50 被配置为使得在其 外壳和 SEM( 次级电子监测器 ) 装置中提供对由平行电极通过粒子束电离所生成的电荷进 行收集的电离室， 其中， SEM 装置测量从布置在外壳内的次级电子释放薄膜所释放出的次级 电子。 0039 位置监测单元 51 确定通过束扫描单元 30 所扫描的粒子束是否位于正确位置。位 置监测单元 51 具有与剂量监测单元 50 的配置类似的配置， 可以具有用于收集电荷的被划 分成诸如条形的电极， 或者可以具有由在X和Y方向中并列布置的多条金属丝制成的电极。 0040 控制单元 80 对粒子束辐射装置 1 进行整体控制， 并且对束发射控制单元 20 执行 束发射开 / 关控制。
27、， 将束扫描指示提供给束扫描指示单元 40， 以执行由于范围调整器 70 的 切片改变引起的范围调整量控制等。 0041 束扫描指示单元 40 基于来自控制单元 80 的指示确定在切片中的每个的 X 和 Y 方 向上的扫描位置和扫描定时， 并且将驱动电流输出到束扫描单元 30 的 Y 电磁体 30a 和 X 电 磁体 30b。 0042 图 2 是图示说明了通过常规装置的 3D 扫描辐射的基本处理示例的流程图。 0043 首先， 将患病区域关于束轴线虚拟分割成多个切片， 并且选择所分割切片之一。 例 如， 首先选择位于患病区域最深位置处的切片 Zi。另外， 根据所选切片的位置， 选择并设置 粒。
28、子束入射能量以及范围调整器 70 中丙烯酸板的组合 ( 步骤 ST1)。 0044 随后， 根据最深切片中患病区域的形状， 选择以粒子束辐射的格点数目 (M) 以及 称为辐射目标点的格点 (Xi， Yi)i 1 至 M 的位置， 并且束扫描单元 30 将粒子束方向设置 为切片上的格点位置 (Xi， Yi)( 步骤 ST2)。随后， 粒子束发射开始 ( 步骤 ST3)。通过隆起过 滤板 60 对从束扫描单元 30 输出的粒子束进行扩展， 使得在 Z 轴线方向上扩展能量分布， 以 便将内部范围分布宽度与切片宽度相匹配。 0045 通过剂量监测单元 50 对到格点 (Xi， Yi) 的辐射剂量进行监。
29、测。当给目标格点的辐 射剂量达到所计划的剂量的量时， 将剂量终止信号输出给控制单元 80。随后， 控制单元 80 接收该信号 ( 步骤 ST4)。 0046 将 3D 扫描辐射方法大致划分为点扫描方法和光栅扫描方法。点扫描方法在粒子 束位置从一个格点移动到下一个格点时停止束发射， 并且在移动完成后恢复束发射。 因此， 在扫描相同切片时中断束发射。 0047 与此相反， 光栅扫描方法在粒子束位置从一个格点移动到下一个格点时继续束发 射而不停止。换言之， 在扫描相同切片时束发射持续而不停止。 0048 注意到， 无论方法是点扫描方法还是光栅扫描方法， 粒子束位置都会停在每个格 点上， 直到粒子束达。
30、到所计划的剂量为止， 并且当粒子束达到所计划的剂量， 就移动到下一 个格点。 0049 在步骤 ST5 中， 对方法是点扫描方法还是光栅扫描方法进行确定。如果方法是点 扫描方法， 就暂时停止束发射 ( 步骤 ST6)， 并且将束位置移动到下一个点。重复该过程， 直 到到达目标切片的最后一个点为止 ( 步骤 ST7)。 说 明 书 CN 102000398 B 7 5/9 页 8 0050 反之， 如果方法不是点扫描方法， 也就是说， 如果方法是光栅扫描方法， 束发射继 续而不停止束发射， 直到到达最后一个点为止。 0051 当完成对一个切片的辐射 ( 步骤 ST7 ： 是 ) 时， 无论方法是。
31、点扫描方法还是光栅 扫描方法， 束发射都暂时停止 ( 步骤 ST8)， 并且过程返回步骤 ST1， 在步骤 ST1 中选择下一 个切片并且改变范围调整器 70 的设置。重复上述过程直到到达最后一个切片为止 ( 步骤 ST9)。 0052 将上述辐射程序所需的每个参数写入称为辐射图案文件的数据文件中， 并且在治 疗辐射开始之前将其传送给控制单元80。 辐射图案文件包含为每个格点提供切片位置的范 围调整器厚度、 为 Y 电磁体 30a 和 X 电磁体 30b 提供对应于格点 (X， Y) 的束位置的驱动电 流值、 每个格点的辐射剂量等， 这些都以辐射的次序写入。 0053 图 3 图示说明了切片上。
32、扫描图案的示例。通过治疗计划确定从起始格点” A” 到最 终格点” B” 的轨迹图案， 并且粒子束沿该轨迹图案顺序单向扫描。 0054 图 4 图示说明了常规粒子束位置监测方法的概念。如上所述， 基于来自位置监测 单元 51 的信号监测束位置。图 4A 示意性地图示说明了位置监测单元 51 使用电离室系统 将信号电极划分为多条。在该系统中， 在一条上的大量电极布置在 X 和 Y 方向中， 并且从每 条输出具有对应于发送粒子束剂量的电平的信号。粒子束经过多个条， 并且因此从多个条 输出信号。控制单元 80 通过计算多个信号的重心估计粒子束在 X 和 Y 方向上的中心位置。 此外， 如在图 4B 。
33、中所图示说明的， 可以可视地将所估计的中心位置与束扫描位置的计划值 进行比较。 0055 然而， 从位置监测单元 51 获得的信息仅仅是离散指示所估计的每个束点的中心 位置的信息， 并且因此， 不能从位置监测单元 51 获得形成为重叠点束形状的连续剂量分 布。 0056 实际上， 医生或操作者想要能够在辐射期间可视地确认剂量分布图 ( 在 X 和 Y 方 向上的剂量的 2D 分布或者从 2D 分布中提取的在 X 或 Y 方向上的剂量的 1D 分布 )。例如， 如果为切片中的每个显示剂量分布图， 医生或操作者就可以在执行治疗同时确认辐射被正 确地执行， 并且因此， 医生或操作者就可以有安全感地执。
34、行治疗。 0057 为了获得切片中的每个的剂量分布图， 需要另一个位置监测器以在一个切片处理 期间 ( 从 ST1 至 ST9) 对从每个通道 ( 每个条 ) 输出的信号进行积分。结果， 大幅增加了成 本。 另外， 由于增大了由位置监测器引起的束散射， 所以难以在辐射目标部分处获得尖锐的 剂量分布。 0058 鉴于此， 根据本实施例的粒子束辐射装置1提供了与位置监测单元51不同的监测 单元， 并且在辐射期间以高精度监测连续剂量分布图。 0059 (2) 根据本实施例 ( 第一实施例 ) 的粒子束辐射装置 0060 图 5 图示说明了根据第一实施例的粒子束辐射装置 1 的配置示例。除了常规粒子 。
35、束辐射装置 300 的配置之外， 粒子束辐射装置 1 具有荧光体膜 90、 成像单元 91、 显示单元 92、 以及辐射状态监测单元 93。 0061 在束扫描单元和患者之间提供荧光体膜 90， 并且荧光体膜 90 粘附到诸如包含范 围调整器70的外壳(未图示)上， 使其大体垂直于束轴线。 荧光体膜90配置使得将诸如蓝 荧光体 (ZnS:Ag) 和红荧光体 (Y2O3:Eu) 的荧光体施加在由 PET( 聚对苯二甲酸乙二醇酯 )、 说 明 书 CN 102000398 B 8 6/9 页 9 纤维素等制成的几微米厚的薄板上。当粒子束透射经过荧光体膜 90 时， 这些荧光体以对应 于粒子束的粒子。
36、剂量的量来发光， 并且该光在特定波长处具有峰值。 0062 例如， 在患者治疗台附近提供成像单元 91， 并且其光接收单元朝向荧光体膜 90。 0063 图 6 示意地图示说明了成像单元 91 的配置示例。成像单元 91 具有波长选择滤光 器 910、 镜头 911、 放大光的图像增强器 912、 诸如 CCD 或 CMOS 的成像元件 913、 成像控制单 元 914 等。注意到， 该配置可以使得在成像元件 913 前面提供快门， 来代替图像增强器 912 或者作为对图像增强器 912 的附加。 0064 成像控制单元 914 对成像元件 913 和图像增强器 912( 或快门 ) 进行控制。
37、。成像 元件 913 不耐辐射。因此， 成像单元 91 位于远离粒子束轴线的位置， 以尽可能防止成像元 件 913 暴露于散射的粒子束或者次生辐射。这样， 成像单元 91 在预定倾角对荧光体膜 90 的表面成像。 0065 当粒子束透射经过荧光体膜 90 时， 荧光体发光。因此， 可以通过对从荧光体发出 的光进行照相来测量剂量分布图。 0066 然而， 在治疗室中需要通过监测摄像机监测患者状况， 并且因此不能关闭室内光。 然而， 当室内光打开同时对荧光体膜90进行照相时， 从荧光体膜90发出的光与来自室内光 的光混合， 导致图像具有非常差的 S/N 比并且缺乏锐度。 0067 鉴于此， 根据第。
38、一实施例的成像单元91配置使得在镜头911前面提供波长选择滤 光器 910。基于作为背景的治疗室光波长、 从荧光体膜 90 发出的光的波长、 以及成像元件 913 波长灵敏度， 来确定波长选择滤光器 910 的通过波长。 0068 图 7 和图 8 图示说明了治疗室灯光和从荧光体膜 90 发出的光的强度分布、 以及波 长选择滤光器的透射波长带宽。一般而言， 通过将荧光体的峰值波长调整到波长选择滤光 器 910 的透射波长带可以改善 S/N 比。 0069 图 7 是图示说明了室内光波长、 蓝荧光体 ( 例如， ZnS:Ag) 的波长以及波长选择滤 光器的透射波长带宽之间的关系的图。图 7 示出。
39、了通过将波长选择滤光器 910 的透射波长 设置为偏离室内光 ( 白炽灯和荧光灯 ) 的波长峰值、 并且将其透射波长调整到蓝荧光体的 波长来改善 S/N 比。 0070 当仅使用荧光灯作为治疗室光时， 红外区域的强度快速减小。 在该情况下， 使用红 荧光体(Y2O3:Eu)作为荧光体， 并且对波长选择滤光器910进行设置使其透射红外区域(大 约 700nm 波长 )。那么， 如在图 8 中所图示说明的， 可以大大改善 S/N。备选地， 优选使用诸 如 CdS:Ag 的、 在红外区域内具有强度峰值的荧光体。 0071 配置图5中所图示说明的第一实施例包括用于调整内部范围的范围调整器70。 然 而。
40、， 最新的粒子束放射装置可以通过调整从主加速器发射的束能量调整内部范围， 而不使 用范围调整器 70。在这种情况下， 可以将荧光体膜 90 粘附到隆起过滤板 60 发射侧上的表 面， 该荧光体膜位于图 5 中的范围调整器 70 的前面。 0072 下面， 将通过参考图9所图示说明的流程图和图10所图示说明的时序图对根据第 一实施例的粒子束辐射装置 1 的辐射方法具体进行描述。在图 9 所图示说明的流程图中， 将相同的步骤数目分配给与常规辐射方法的过程 ( 图 2 的流程图 ) 相同的过程。 0073 在步骤 ST1 中， 执行切片选择和切换。在选择和切换切片期间， 将丙烯酸板的组合 放置在范围。
41、调整器 70 中。这个时期对应于图 10B 中所图示说明的 “切片切换信号” 的开时 说 明 书 CN 102000398 B 9 7/9 页 10 期。 当切片切换完成时(即， 当切片切换信号从开改变到关时)， 从控制单元80将辐射开始 指令输出到成像单元91。 当对一个切片的扫描完成时， 切片切换信号从关改变到开， 并且从 控制单元 80 将辐射结束指令输出到成像单元 91。辐射开始指令和辐射结束指令包括在从 控制单元 80 输出到成像单元 91 的控制信号中。 0074 在辐射开始指令和辐射结束指令之间执行由成像单元 91 的成像元件 913 进行的 成像， 以生成切片中的每个的图像 (。
42、 图 10D)。更具体地说， 如在图 9 中所图示说明的， 当束 发射开始时 ( 步骤 ST3)， 切片的测量开始 ( 步骤 ST10)， 并且当切片的测量结束时 ( 步骤 ST11)， 显示切片的剂量分布图(步骤ST12)。 随后， 检查所显示的剂量分布图(步骤ST13)。 如果在剂量分布图中不存在异常 ( 步骤 ST14 ： 否 )， 就选择下一个切片。另一方面， 如果在 剂量分布图中存在异常(步骤ST14 ： 是)， 如后所述， 就从辐射状态监测单元93将互锁信号 输出到控制单元 80( 步骤 ST15)。 0075 同时， 指示将主加速器的束状态的 “主加速器束状态信号” ( 图 10。
43、A) 被从束生成单 元 10 输入到控制单元 80。控制单元 80 生成 “束发射启动信号” ( 图 10C)， 当 “主加速器束 状态信号” 为开并且 “切片切换信号” 为关时 “束发射启动信号” 打开。 “束发射启动信号” 为开的时期对应于把粒子束实际发射到患者的时期。控制单元 80 将 “束发射启动信号” 作 为控制信号的一部分输出给成像单元 91。 0076 当 “束发射启动信号” 为开时， 成像单元 91 打开图像增强器 912， 并且当 “束发射 启动信号” 为关时， 关闭图像增强器 912( 图 10E)。因此， 可以通过打开或关闭图像增强器 912 与 “束发射启动信号” 的开。
44、或关结合来改善成像元件 913 的 S/N 比。备选地， 作为打开 或关闭图像增强器 912 的替代， 可以通过打开或关闭快门与 “束发射启动信号” 的开或关结 合来改善 S/N 比。 0077 注意到， 可以把 “主加速器束状态信号” 和 “切片切换信号” 输入到成像单元 91， 并 且随后， 可以在成像单元 91 内部生成 “束发射启动信号” 。 0078 可以通过施加到图像增强器 912 的电压改变图像增强器 912 的光放大增益。基于 初步确定的束强度以及从切片中每点的预置值计算的切片辐射时间为切片中的每个设置 增益。这样， 可以改善成像元件 913 的灵敏度和分辨率， 并且可以通过为。
45、切片中的每个最佳 控制图像增强器 912 的增益来防止成像元件 913 的输出饱和。还把该增益控制信号作为控 制信号的一部分从控制单元 80 输出到成像单元 91。 0079 在从一个切片切换到下一个切片期间， 把通过成像单元 91 生成图像的图像数据 从成像单元 91 输出到显示单元 92。显示单元 92 将剂量分布图显示为 2D 分布。 0080 如上所述， 成像单元 91 在预定倾斜角度对荧光体膜 90 成像。因此， 原始图像呈现 根据图 11A 中所图示说明的倾斜角度的压缩。为了显示对应于扫描角度的剂量分布图， 需 要对倾斜角度进行校正， 从而将原始图像转换成水平轴和垂直轴 ( 在 X。
46、 和 Y 方向中 ) 对应 于束扫描角度的图像 ( 图 11B)。此外， 提前获取用于校准图像亮度和粒子束剂量之间的关 系的校准数据， 并且需要使用校准数据将图像的亮度转换到粒子束的剂量。 注意到， 可以通 过成像单元 91 或者显示单元 92 执行这种校正和转换。备选地， 可以通过稍后所述的辐射 状态监测单元 93 执行这种校正和转换。 0081 辐射状态监测单元93从由成像单元91所成像的图像数据中获得对应于对于切片 中的每个的粒子束扫描位置的辐射剂量分布。随后， 在提前设置为计划值的切片中的每个 说 明 书 CN 102000398 B 10 8/9 页 11 的参考辐射剂量分布和所获得。
47、的辐射剂量分布之间进行比较。 如果确定其间的差异大于预 定的阈值， 就将用于停止粒子束发射的互锁信号输出到控制单元 80。可以将互锁信号直接 输出到束发射控制单元 20。 0082 图 11C 示意性地图示说明了一维剂量分布图。在所测得的辐射剂量分布 ( 剂量分 布图 ) 和参考辐射剂量分布之间进行比较， 例如如下所述。 0083 首先， 对所测得的剂量分布图的所有信道的输出(所有像素)进行积分， 并且用积 分值除每个信道的输出， 以获得归一化的测得剂量。 同样地， 对参考辐射剂量分布的所有信 道的输出(所有像素)进行积分， 并且用积分值除每个信道的参考辐射剂量， 以获得归一化 的参考剂量。 。
48、当所有信道的归一化的测得剂量和归一化的参考剂量之间的偏差的均方值超 过最初确定的阈值时， 就输出互锁信号。可以通过下列公示表达上述确定 ： 0084 (P(i)-R(i)2/N K ( 公式 1) 0085 当上述公式为真时， 确定为异常并且输出互锁信号。 这里， P(i)表示每个信道(对 于每个像素 ) 的归一化的测得剂量， R(i) 表示每个信道 ( 对于每个像素 ) 的归一化的参考 剂量， N 表示信道 ( 像素 ) 总数， 并且是求和算子。K 是阈值并且例如设置为 K (0.1)2。 0086 注意到， 所测得的剂量分布图是在荧光体膜 90 的位置处的剂量分布图， 而不是切 片上的分布。
49、图。然而， 可以基于以下来计算在荧光体膜 90 位置处的参考辐射剂量分布 ： 扫 描电磁体、 荧光体膜 90 和患病区域的各自位置 ； 以及患病区域的偏离位置 (Xi， Yi) 和在偏 离位置处各自指定的参考辐射剂量。 0087 (3) 其它实施例 0088 图 12 图示说明了根据第二实施例的粒子束辐射装置 1a 的配置示例。其与根据第 一实施例的粒子束辐射装置 1 的差别在于还包括呼吸门控单元 94。 0089 如对于肺和肝的情况， 当患病区域随着人呼吸而移动时， 从以良好精度来辐射束 位置的观点看， 在受呼吸影响较少时发射粒子束的方法是有效的。出于该原因， 将 LED 等粘 附到患者， 并且通过摄像机等监测 LED 的位置， 并且根据由呼吸门控单元 94 所监测的信号 生成 “呼吸门控信号” 。 “呼吸门控信号” 为开的时期是指认为患病区域较少受呼吸影响的 时期。这样，“呼吸门控信号” 为开是用于将粒子束发射到患者的条件。 0090 如在图13中所图示说明的， 根据第二实施例的粒子束辐射装置1a生成 “外部束发 射启动信号” ( 图 13C)， 当 “呼吸门控信号” 为开并且 “主加速器束状态信号” 为开时 “外部 束发射启动信号” 打开。当 “外部束发射启动信号” 为开并且 “切片切换信号” 为关时 ( 图 13D)， 指示实际束辐射时期的。