帶電粒子束照射系統(tǒng)和帶電粒子束照射系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種粒子線治療系統(tǒng)的帶電粒子束照射系統(tǒng)及其運(yùn)轉(zhuǎn)方法，特別涉及 適合于用于向癌癥患部照射質(zhì)子、碳離子等帶電粒子束（離子束）而進(jìn)行治療的粒子線治 療系統(tǒng)的帶電粒子束照射系統(tǒng)及其運(yùn)轉(zhuǎn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)，癌癥罹患率正在增加。與之伴隨地，各種癌癥的治療方法也在進(jìn)步，粒子 線治療也是其之一。粒子線治療是對(duì)質(zhì)子、碳離子等帶電粒子束進(jìn)行加速，向癌癥的病灶照 射來(lái)破壞癌細(xì)胞的DNA的放射線治療的方法之一。通過(guò)低侵害，對(duì)身體的負(fù)擔(dān)少，能夠較高 地維持治療后的生活質(zhì)量，因此近年來(lái)受到關(guān)注。
[0003] 粒子線治療系統(tǒng)由帶電粒子束產(chǎn)生裝置、高能量射束輸送系統(tǒng)以及照射裝置和控 制它們的控制裝置構(gòu)成。
[0004] 在該粒子線治療系統(tǒng)中，在通過(guò)照射裝置與患部形狀一致地照射帶電粒子束時(shí)， 通過(guò)電磁鐵掃描地向患部照射射束的掃描照射法正在被關(guān)注。
[0005] 在掃描照射法中，將成為患部的照射對(duì)象針對(duì)相對(duì)于體表的每個(gè)深度分割為被稱(chēng) 為層的照射區(qū)域，將該層的平面上分割為稱(chēng)為點(diǎn)的細(xì)致的劑量管理區(qū)域。在其上，射束的照 射一邊對(duì)照射平面上的每個(gè)點(diǎn)管理劑量一邊掃描帶電粒子束，通過(guò)變更所照射的帶電粒子 束的能量來(lái)實(shí)現(xiàn)照射平面的變更。
[0006] 具體地說(shuō)，設(shè)定掃描電磁鐵的電流值，如果到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)，則進(jìn)行設(shè)定的劑量的照 射，如果照射劑量達(dá)到設(shè)定值，則移動(dòng)到下一個(gè)點(diǎn)。如果照射位置的移動(dòng)結(jié)束，則再次出射 帶電粒子束，重復(fù)到一個(gè)層內(nèi)的照射結(jié)束為止。如果向一個(gè)層的照射結(jié)束，則變更為下一個(gè) 層的能量，重復(fù)進(jìn)行同樣的照射。將這樣在照射點(diǎn)之間的移動(dòng)過(guò)程中斷開(kāi)照射帶電粒子束 的方法稱(chēng)為點(diǎn)掃描法。
[0007] 在點(diǎn)掃描法中，能夠進(jìn)行與患部形狀一致的帶電粒子束的照射，不需要如現(xiàn)有的 散射體照射法那樣大丸藥、準(zhǔn)直儀等與患部形狀一致的患者用具。由此，能夠高效地向患部 照射從帶電粒子束產(chǎn)生裝置向照射裝置供給的帶電粒子束。
[0008] 作為粒子線治療系統(tǒng)中的帶電粒子束產(chǎn)生裝置，廣泛利用了同步加速器。作為從 該同步加速器向照射裝置的射束出射法，已知高頻射束出射法。
[0009] 在高頻射束出射法中，是通過(guò)出射用高頻電壓的施加來(lái)增大盤(pán)旋帶電離子束的電 子回旋加速器振動(dòng)振幅而從超過(guò)了穩(wěn)定界限條件的振幅大的粒子出射的方法。
[0010] 該出射法能夠在出射過(guò)程中將構(gòu)成同步加速器的電磁鐵的設(shè)定值設(shè)定為固定，因 此能夠?qū)崿F(xiàn)出射帶電粒子束的軌道穩(wěn)定度高、照射帶電粒子束的高精度的照射位置控制。 另外，通過(guò)在各點(diǎn)的照射結(jié)束時(shí)停止（關(guān)閉：〇FF)出射用高頻電壓，能夠容易地停止帶電粒 子束（例如參照非專(zhuān)利文獻(xiàn)1)。
[0011] 但是，在停止（OFF)出射用高頻電壓后到實(shí)際切斷出射帶電粒子束為止，花費(fèi)與 盤(pán)旋帶電粒子束的同步加速器振動(dòng)周期對(duì)應(yīng)的時(shí)間。因此，要求縮短帶電粒子束停止時(shí)間 的方法。
[0012] 帶電粒子束停止時(shí)間被同步加速器振動(dòng)規(guī)定，因此為了縮短帶電粒子束停止時(shí) 間，必須提高同步加速器振動(dòng)。為了提高該同步加速器振動(dòng)，需要提高加速用高頻電壓。但 是，在射束出射時(shí)始終提高加速用高頻電壓，會(huì)從出射時(shí)的帶電粒子束的運(yùn)動(dòng)量分散大的 部分出射，因此存在有可能帶電粒子束的射程的變動(dòng)大，帶電粒子束的照射量相對(duì)于目標(biāo) 值產(chǎn)生偏差的問(wèn)題。
[0013] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0014] 非專(zhuān)利文獻(xiàn)
[0015] 非專(zhuān)利文獻(xiàn) I :Nuclear Instruments and Method In Physics Research A 489 卷（2002年）的第59~67頁(yè)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016] 本發(fā)明提供一種帶電粒子束照射系統(tǒng)和帶電粒子束照射系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法，其能夠 縮短帶電粒子束出射停止時(shí)的停止時(shí)間，并且抑制帶電粒子束的運(yùn)動(dòng)量分散。
[0017] 為了解決上述問(wèn)題，例如采用專(zhuān)利請(qǐng)求范圍所記載的結(jié)構(gòu)。
[0018] 本發(fā)明包含多個(gè)解決上述問(wèn)題的手段，但如果列舉其一個(gè)例子，則是一種帶電粒 子束照射系統(tǒng)，具備：同步加速器，其加速帶電粒子束而出射；照射裝置，其照射從該同步 加速器出射的上述帶電粒子束；射束輸送系統(tǒng)，其將上述帶電粒子束從上述同步加速器引 導(dǎo)到上述照射裝置；控制裝置，其控制上述同步加速器、上述射束輸送系統(tǒng)和上述照射裝 置，在該帶電粒子束照射系統(tǒng)中，上述同步加速器具備通過(guò)高頻加速電壓將上述帶電粒子 束加速到預(yù)定的能量為止的加速空腔，上述控制裝置具備：加速用高頻控制部，其控制向上 述加速空腔施加的高頻電壓，在上述帶電粒子束的照射劑量達(dá)到規(guī)定劑量時(shí)，進(jìn)行使向上 述加速空腔施加的高頻電壓的振幅值增加，并且直到上述帶電粒子束的下一次照射開(kāi)始前 為止使該增加后的高頻電壓的振幅值減少的控制。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明，能夠縮短帶電粒子束出射停止時(shí)的停止時(shí)間，并且抑制帶電粒子束 的運(yùn)動(dòng)量分散。
【附圖說(shuō)明】
[0020] 圖1是表示粒子線治療系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子的圖。
[0021] 圖2是表示本發(fā)明的帶電粒子束照射系統(tǒng)的實(shí)施方式的出射帶電粒子束的電流 波形的一個(gè)例子的圖。
[0022] 圖3是表示本發(fā)明的帶電粒子束照射系統(tǒng)中的實(shí)施加速用高頻電壓的定時(shí)控制 的加速用控制裝置及其外圍的設(shè)備的結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子的圖。
[0023] 圖4是表示本發(fā)明的帶電粒子束照射系統(tǒng)的實(shí)施方式的加速用高頻電壓的振幅 值增加和減少的開(kāi)始定時(shí)的決定方法的一個(gè)例子的圖。
[0024] 圖5是表示現(xiàn)有方法的出射帶電粒子束的電流波形的一個(gè)例子的圖。
[0025] 附圖標(biāo)記說(shuō)明
[0026] 1 :粒子線照射系統(tǒng)；IOa :入射帶電粒子束；IOb :加速帶電粒子束；IOc :出射帶電 粒子束；IOd :照射帶電粒子束；IOel :本實(shí)施方式的剩余的照射射束；10e2 :現(xiàn)有方法的剩 余的照射射束；11 :帶電粒子束產(chǎn)生裝置；12 :入射器；13 :同步加速器；14 :射束輸送系統(tǒng)； 15 :加速空腔；16 :偏向電磁鐵；17 :加速用高頻放大器；18 :加速用控制裝置；181 :加速用 高頻信號(hào)；182 :模式生成器；185 :模式生成定時(shí)信號(hào)；186 :定時(shí)控制器；187 :規(guī)定劑量； 188 :劑量脈沖；19 :出射用高頻電極；20 :出射用高頻放大器；21 :出射用控制裝置；211 :出 射用高頻信號(hào)；30 :照射裝置；31 :劑量監(jiān)視器；32 :掃描電磁鐵；33 :照射控制裝置；331 : 目標(biāo)劑量；332 :帶電粒子束出射控制指令；333 :下一次點(diǎn)照射準(zhǔn)備信號(hào)；34 :累計(jì)劑量計(jì) 數(shù)器；341 :計(jì)數(shù)值；35 :比較器；351 :比較器輸出信號(hào)；40 :加速器控制裝置；41 :統(tǒng)一控制 裝置；42 :存儲(chǔ)裝置；43 :治療計(jì)劃裝置；50 :定時(shí)系統(tǒng)；51 :定時(shí)信號(hào)。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 使用圖1~圖5說(shuō)明本發(fā)明的帶電粒子束照射系統(tǒng)和帶電粒子束照射系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn) 方法的實(shí)施方式。
[0028] 圖1是表示粒子線治療系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子的圖，圖2是表示本發(fā)明的帶電粒 子束照射系統(tǒng)的實(shí)施方式的出射帶電粒子束的電流波形的一個(gè)例子的圖，圖3是表示本發(fā) 明的帶電粒子束照射系統(tǒng)中的實(shí)施加速用高頻電壓的定時(shí)控制的加速用控制裝置及其外 圍的設(shè)備的結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子的圖，圖4是表示本發(fā)明的帶電粒子束照射系統(tǒng)的實(shí)施方式的 加速用高頻電壓的振幅值增加和減少的開(kāi)始定時(shí)的決定方法的一個(gè)例子的圖，圖5是表示 現(xiàn)有方法的出射帶電粒子束的電流波形的一個(gè)例子的圖。
[0029] 如圖1所示，本實(shí)施方式的粒子線治療系統(tǒng)1具備帶電粒子束產(chǎn)生裝置11、高能量 射束輸送系統(tǒng)14、照射裝置30以及控制系統(tǒng)。
[0030] 帶電粒子束產(chǎn)生裝置11具備帶電粒子源（未圖示）、入射器12以及同步加速器 13。帶電粒子源與入射器12連接，入射器12與同步加速器13連接。入射器12將通過(guò)帶 電粒子源產(chǎn)生的帶電粒子束加速到能夠入射到同步加速器13的能量。通過(guò)入射器12加速 后的入射帶電粒子束IOa入射到同步加速器13。
[0031] 同步加速器13具備向沿著盤(pán)旋軌道盤(pán)旋的帶電粒子束IOb施加高頻電壓而加速 到目標(biāo)的能量的高頻加速裝置（加速空腔）15、增大正在盤(pán)旋的帶電粒子束的電子回旋加 速器振動(dòng)振幅的出射用高頻電極19、從盤(pán)旋軌道取出帶電粒子束的出射用偏向器19b和偏 向電磁鐵16。
[0032] 高能量射束輸送系統(tǒng)14將帶電粒子束產(chǎn)生裝置11和配