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JP6815231B2 - Charged particle beam therapy device - Google Patents

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JP6815231B2
JP6815231B2 JP2017048881A JP2017048881A JP6815231B2 JP 6815231 B2 JP6815231 B2 JP 6815231B2 JP 2017048881 A JP2017048881 A JP 2017048881A JP 2017048881 A JP2017048881 A JP 2017048881A JP 6815231 B2 JP6815231 B2 JP 6815231B2
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Description

本発明は、荷電粒子線治療装置に関する。 The present invention relates to a charged particle beam therapy device.

従来、患者の患部に荷電粒子線を照射することによって治療を行う荷電粒子線治療装置が知られている。特許文献1には、イオン源において生成された加速器から出射された荷電粒子線を走査用電磁石で走査させた後、患者の患部に照射する荷電粒子線発生装置が記載されている。 Conventionally, a charged particle beam therapy device that treats an affected part of a patient by irradiating it with a charged particle beam is known. Patent Document 1 describes a charged particle beam generator that irradiates an affected area of a patient after scanning a charged particle beam emitted from an accelerator generated in an ion source with a scanning electromagnet.

特開2002−143328号公報JP-A-2002-143328

ところで、荷電粒子線が照射される患部は、患者の呼吸に連動してその位置が変化することがある。このため、患部以外の部分への荷電粒子線の照射を抑制するために、呼吸の特定のタイミングのみに荷電粒子線を照射する方法が用いられることがある。しかしながら、このような方法では、患部への荷電粒子線の照射を止めている間に加速器の内部(特にイオン源)の状態が変化し、照射再開時に加速器から出射される荷電粒子線の強度が不安定になる(強度がオーバーシュートする)場合がある。したがって、所望の線量分布を得られず、荷電粒子線の照射が治療計画通りにならない可能性がある。 By the way, the position of the affected area irradiated with the charged particle beam may change in conjunction with the patient's respiration. Therefore, in order to suppress the irradiation of the charged particle beam to the portion other than the affected part, a method of irradiating the charged particle beam only at a specific timing of respiration may be used. However, in such a method, the state inside the accelerator (particularly the ion source) changes while the irradiation of the affected part with the charged particle beam is stopped, and the intensity of the charged particle beam emitted from the accelerator when the irradiation is resumed is increased. It may become unstable (strength overshoots). Therefore, it is possible that the desired dose distribution cannot be obtained and the irradiation of the charged particle beam does not meet the treatment plan.

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、荷電粒子線の強度の安定化を図ることが可能な荷電粒子線治療装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a charged particle beam therapy apparatus capable of stabilizing the intensity of a charged particle beam.

本発明の一形態に係る荷電粒子線治療装置は、荷電粒子を生成するイオン源と、イオン源において生成された荷電粒子を加速して荷電粒子線を出射する加速器と、荷電粒子線を被照射体に照射する照射部と、イオン源を制御する制御部と、を備え、制御部は、被照射体への荷電粒子線の照射を中断した際のイオン源の動作パラメータを記憶し、制御部は、被照射体への荷電粒子線の照射を再開する際に、記憶された動作パラメータでイオン源を動作させる。 The charged particle beam therapy apparatus according to one embodiment of the present invention is irradiated with an ion source that generates charged particles, an accelerator that accelerates the charged particles generated in the ion source and emits a charged particle beam, and a charged particle beam. It includes an irradiation unit that irradiates the body and a control unit that controls the ion source, and the control unit stores the operation parameters of the ion source when the irradiation of the charged particle beam to the irradiated object is interrupted, and the control unit. Operates the ion source with the stored operating parameters when resuming the irradiation of the irradiated object with the charged particle beam.

この荷電粒子線治療装置の制御部は、被照射体への荷電粒子線の照射を中断した際のイオン源の動作パラメータを記憶する。そして、制御部は、被照射体への荷電粒子線の照射を再開する際に、記憶された動作パラメータでイオン源を動作させる。これにより、荷電粒子線の照射を中断している間にイオン源の状態が変化した場合でも、荷電粒子線の照射を中断する直前と同様の動作パラメータにイオン源を制御することができる。したがって、荷電粒子線の強度のオーバーシュート等を抑制し、荷電粒子線の強度の安定化を図ることが可能である。 The control unit of this charged particle beam therapy device stores the operation parameters of the ion source when the irradiation of the irradiated object with the charged particle beam is interrupted. Then, the control unit operates the ion source with the stored operation parameters when resuming the irradiation of the irradiated body with the charged particle beam. As a result, even if the state of the ion source changes while the irradiation of the charged particle beam is interrupted, the ion source can be controlled to the same operating parameters as immediately before the irradiation of the charged particle beam is interrupted. Therefore, it is possible to suppress overshoot of the intensity of the charged particle beam and stabilize the intensity of the charged particle beam.

一形態に係る荷電粒子線治療装置は、加速器から出射された荷電粒子線の強度を測定する強度測定部を更に備え、制御部は、強度測定部によって測定された荷電粒子線の強度に基づいてイオン源の動作を制御してもよい。この構成によれば、出射された荷電粒子線の強度に基づいてイオン源を制御することができるので、荷電粒子線の強度の安定化をより効果的に図ることが可能である。 The charged particle beam therapy device according to one form further includes an intensity measuring unit for measuring the intensity of the charged particle beam emitted from the accelerator, and the control unit is based on the intensity of the charged particle beam measured by the intensity measuring unit. The operation of the ion source may be controlled. According to this configuration, since the ion source can be controlled based on the intensity of the emitted charged particle beam, it is possible to more effectively stabilize the intensity of the charged particle beam.

一形態に係る荷電粒子線治療装置において、照射部は荷電粒子線を予め定めた軌道に従って連続的に照射してもよい。この構成によれば、荷電粒子線の強度変化の影響を受けやすい所謂ラインスキャニング方式を用いた場合においても、荷電粒子線の強度の安定化を図ることが可能である。 In the charged particle beam therapy apparatus according to one embodiment, the irradiation unit may continuously irradiate the charged particle beam according to a predetermined trajectory. According to this configuration, it is possible to stabilize the intensity of the charged particle beam even when the so-called line scanning method, which is easily affected by the change in the intensity of the charged particle beam, is used.

本発明によれば、荷電粒子線の強度の安定化を図ることが可能な荷電粒子線治療装置が提供される。 According to the present invention, there is provided a charged particle beam therapy device capable of stabilizing the intensity of a charged particle beam.

本発明の一実施形態に係る荷電粒子線治療装置を概略的に示す図である。It is a figure which shows schematicly the charged particle beam therapy apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 図1の荷電粒子線治療装置の照射部及び制御部の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the irradiation part and the control part of the charged particle beam therapy apparatus of FIG. 腫瘍に対して設定された層を示す図である。It is a figure which shows the layer set for a tumor. 比較例に係る荷電粒子線治療装置の作用を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the operation of the charged particle beam therapy apparatus which concerns on a comparative example. 本実施形態に係る荷電粒子線治療装置の作用を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the operation of the charged particle beam therapy apparatus which concerns on this embodiment.

以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 Hereinafter, various embodiments will be described in detail with reference to the drawings. In each drawing, the same or corresponding parts are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted.

図1は、一実施形態に係る荷電粒子線治療装置の構成を概略的に示す図である。図1に示される荷電粒子線治療装置1は、放射線治療法によるがん治療等に利用される装置であり、荷電粒子を生成するイオン源10と、イオン源10において生成された荷電粒子を加速して荷電粒子線を出射する加速器3と、荷電粒子線を患者15の腫瘍(被照射体)に照射する照射部2と、荷電粒子線治療装置1全体を制御する制御部7と、を備えている。また、荷電粒子線治療装置1は、加速器3から出射された荷電粒子線を照射部2へ輸送するビーム輸送ライン41と、加速器3から出射された荷電粒子線の強度を測定する強度測定部20と、患者15の呼吸を検知する呼吸同期システム40と、治療台4を取り囲むように設けられた回転ガントリ5と、を備えている。照射部2は、回転ガントリ5に取り付けられている。制御部7は、イオン源10の動作パラメータを記憶する記憶部60を有している。 FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of a charged particle beam therapy apparatus according to an embodiment. The charged particle beam therapy device 1 shown in FIG. 1 is a device used for cancer treatment or the like by a radiation therapy method, and accelerates an ion source 10 that generates charged particles and a charged particle that is generated in the ion source 10. An accelerator 3 that emits a charged particle beam, an irradiation unit 2 that irradiates the tumor (irradiated body) of the patient 15 with the charged particle beam, and a control unit 7 that controls the entire charged particle beam therapy device 1 are provided. ing. Further, the charged particle beam therapy device 1 includes a beam transport line 41 that transports the charged particle beam emitted from the accelerator 3 to the irradiation unit 2, and an intensity measuring unit 20 that measures the intensity of the charged particle beam emitted from the accelerator 3. A respiratory synchronization system 40 for detecting the breathing of the patient 15 and a rotating gantry 5 provided so as to surround the treatment table 4 are provided. The irradiation unit 2 is attached to the rotating gantry 5. The control unit 7 has a storage unit 60 that stores the operating parameters of the ion source 10.

図2は、図1の荷電粒子線治療装置の照射部及び制御部の概略構成図である。なお、以下の説明では、「X方向」、「Y方向」、「Z方向」という語を用いて説明する。「Z方向」とは、荷電粒子線Bの基軸AXが延びる方向であり、荷電粒子線Bの照射の深さ方向である。なお、「基軸AX」とは、後述の走査電磁石6で変更しなかった場合の荷電粒子線Bの照射軸とする。図2では、基軸AXに沿って荷電粒子線Bが照射されている様子を示している。「X方向」とは、Z方向と直交する平面内における一の方向である。「Y方向」とは、Z方向と直交する平面内においてX方向と直交する方向である。 FIG. 2 is a schematic configuration diagram of an irradiation unit and a control unit of the charged particle beam therapy apparatus of FIG. In the following description, the terms "X direction", "Y direction", and "Z direction" will be used. The "Z direction" is a direction in which the base axis AX of the charged particle beam B extends, and is a depth direction of irradiation of the charged particle beam B. The "base axis AX" is the irradiation axis of the charged particle beam B when it is not changed by the scanning electromagnet 6 described later. FIG. 2 shows how the charged particle beam B is irradiated along the base axis AX. The "X direction" is one direction in a plane orthogonal to the Z direction. The "Y direction" is a direction orthogonal to the X direction in a plane orthogonal to the Z direction.

まず、図1及び図2を参照して、本実施形態に係る荷電粒子線治療装置1の概略構成について説明する。荷電粒子線治療装置1は、スキャニング法に係る照射装置である。なお、スキャニング方式は特に限定されず、ラインスキャニング、ラスタースキャニング、スポットスキャニング等を採用してよい。図2に示されるように、荷電粒子線治療装置1は、加速器3と、照射部2と、ビーム輸送ライン41と、制御部7と、を備えている。 First, a schematic configuration of the charged particle beam therapy apparatus 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2. The charged particle beam therapy device 1 is an irradiation device according to a scanning method. The scanning method is not particularly limited, and line scanning, raster scanning, spot scanning, or the like may be adopted. As shown in FIG. 2, the charged particle beam therapy device 1 includes an accelerator 3, an irradiation unit 2, a beam transport line 41, and a control unit 7.

加速器3は、イオン源10において生成された荷電粒子を加速して荷電粒子線Bを出射する装置である。加速器3として、例えば、サイクロトロン、シンクロトロン、シンクロサイクロトロン、ライナック等が挙げられる。この加速器3は、制御部7に接続されており、制御部7によってその動作が制御されることで、出射する荷電粒子線Bの強度が制御される。加速器3において発生した荷電粒子線Bは、ビーム輸送ライン41によって照射ノズル9へ輸送される。ビーム輸送ライン41は、加速器3と照射部2とを接続し、加速器3から出射された荷電粒子線を照射部2へ輸送する。なお、本実施形態においては、イオン源10は加速器3の外部に設けられているが、イオン源10は加速器3の内部に設けられていてもよい。 The accelerator 3 is a device that accelerates the charged particles generated in the ion source 10 and emits a charged particle beam B. Examples of the accelerator 3 include a cyclotron, a synchrotron, a synchrotron, a linac, and the like. The accelerator 3 is connected to the control unit 7, and the operation of the accelerator 3 is controlled by the control unit 7, so that the intensity of the emitted charged particle beam B is controlled. The charged particle beam B generated in the accelerator 3 is transported to the irradiation nozzle 9 by the beam transport line 41. The beam transport line 41 connects the accelerator 3 and the irradiation unit 2, and transports the charged particle beam emitted from the accelerator 3 to the irradiation unit 2. In the present embodiment, the ion source 10 is provided outside the accelerator 3, but the ion source 10 may be provided inside the accelerator 3.

荷電粒子線治療装置1は、加速器3内に配置され、イオン源10から出た荷電粒子線Bを遮断するビームチョッパ16を更に備えている。ビームチョッパ16は、荷電粒子線Bを偏向させて加速軌道から外すことにより、荷電粒子線Bを遮断する。ビームチョッパ16の作動状態(ON)において、イオン源10から出た荷電粒子線Bは遮断され、加速器3から出射されない状態となる。ビームチョッパ16の停止状態(OFF)において、イオン源10から出た荷電粒子線Bは遮断されることなく加速器3から出射される状態となる。ビームチョッパ16の作動状態及び停止状態は、ビームチョッパスイッチ(不図示)により切り替えられる。なお、荷電粒子線の照射、非照射を切り替える手段としてビームチョッパ以外を用いてもよい。例えば、ビーム輸送ライン41中にシャッターを設けてシャッターで荷電粒子線Bを遮断してもよい。この場合、シャッターを荷電粒子線Bの加速軌道上に侵入させることにより、荷電粒子線Bが遮断される。あるいは、加速器3内に設けたデフレクタ(電磁石)を用いて荷電粒子線Bを照射するときのみ加速器3から荷電粒子線Bを出射させてもよい。また、イオン源10の電源を停止させることにより、荷電粒子線Bを遮断してもよい。 The charged particle beam therapy device 1 is further provided with a beam chopper 16 which is arranged in the accelerator 3 and blocks the charged particle beam B emitted from the ion source 10. The beam chopper 16 blocks the charged particle beam B by deflecting the charged particle beam B and removing it from the acceleration orbit. In the operating state (ON) of the beam chopper 16, the charged particle beam B emitted from the ion source 10 is cut off, and the charged particle beam B is not emitted from the accelerator 3. In the stopped state (OFF) of the beam chopper 16, the charged particle beam B emitted from the ion source 10 is emitted from the accelerator 3 without being cut off. The operating state and the stopped state of the beam chopper 16 can be switched by a beam chopper switch (not shown). A device other than the beam chopper may be used as a means for switching between irradiation and non-irradiation of charged particle beams. For example, a shutter may be provided in the beam transport line 41, and the charged particle beam B may be blocked by the shutter. In this case, the charged particle beam B is blocked by invading the shutter into the acceleration orbit of the charged particle beam B. Alternatively, the charged particle beam B may be emitted from the accelerator 3 only when the charged particle beam B is irradiated using the deflector (electromagnet) provided in the accelerator 3. Further, the charged particle beam B may be cut off by stopping the power supply of the ion source 10.

照射部2は、患者15の体内の腫瘍(被照射体)14に対し、荷電粒子線Bを照射するものである。荷電粒子線Bとは、電荷をもった粒子を高速に加速したものであり、例えば陽子線、重粒子(重イオン)線、電子線等が挙げられる。具体的に、照射部2は、イオン源(不図示)で生成した荷電粒子を加速する加速器3から出射されてビーム輸送ライン41で輸送された荷電粒子線Bを腫瘍14へ照射する装置である。照射部2は、走査電磁石(走査部)6、四極電磁石8、プロファイルモニタ11、ドーズモニタ12、フラットネスモニタ13a,13b、及びディグレーダ30を備えている。走査電磁石6、各モニタ11,12,13a,13b、四極電磁石8、及びディグレーダ30は、照射ノズル9に収容されている。 The irradiation unit 2 irradiates the tumor (irradiated body) 14 in the body of the patient 15 with the charged particle beam B. The charged particle beam B is a high-speed acceleration of a charged particle, and examples thereof include a proton beam, a heavy particle (heavy ion) beam, and an electron beam. Specifically, the irradiation unit 2 is a device that irradiates the tumor 14 with a charged particle beam B emitted from an accelerator 3 that accelerates charged particles generated by an ion source (not shown) and transported by a beam transport line 41. .. The irradiation unit 2 includes a scanning electromagnet (scanning unit) 6, a quadrupole electromagnet 8, a profile monitor 11, a dose monitor 12, flatness monitors 13a and 13b, and a degrader 30. The scanning electromagnet 6, the monitors 11, 12, 13a, 13b, the quadrupole electromagnet 8, and the degrader 30 are housed in the irradiation nozzle 9.

走査電磁石6は、X方向走査電磁石6a及びY方向走査電磁石6bを含む。X方向走査電磁石6a及びY方向走査電磁石6bは、それぞれ一対の電磁石から構成され、制御部7から供給される電流に応じて一対の電磁石間の磁場を変化させ、当該電磁石間を通過する荷電粒子線Bを走査する。X方向走査電磁石6aは、X方向に荷電粒子線Bを走査し、Y方向走査電磁石6bは、Y方向に荷電粒子線Bを走査する。これらの走査電磁石6は、基軸AX上であって、加速器3よりも荷電粒子線Bの下流側にこの順で配置されている。 The scanning electromagnet 6 includes an X-direction scanning electromagnet 6a and a Y-direction scanning electromagnet 6b. The X-direction scanning electromagnet 6a and the Y-direction scanning electromagnet 6b are each composed of a pair of electromagnets, and the magnetic field between the pair of electromagnets is changed according to the current supplied from the control unit 7, and charged particles passing between the electromagnets. Scan line B. The X-direction scanning electromagnet 6a scans the charged particle beam B in the X direction, and the Y-direction scanning electromagnet 6b scans the charged particle beam B in the Y direction. These scanning electromagnets 6 are arranged on the base axis AX in this order on the downstream side of the charged particle beam B with respect to the accelerator 3.

四極電磁石8は、X方向四極電磁石8a及びY方向四極電磁石8bを含む。X方向四極電磁石8a及びY方向四極電磁石8bは、制御部7から供給される電流に応じて荷電粒子線Bを絞って収束させる。X方向四極電磁石8aは、X方向において荷電粒子線Bを収束させ、Y方向四極電磁石8bは、Y方向において荷電粒子線Bを収束させる。四極電磁石8に供給する電流を変化させて絞り量(収束量)を変化させることにより、荷電粒子線Bのビームサイズを変化させることができる。四極電磁石8は、基軸AX上であって加速器3と走査電磁石6との間にこの順で配置されている。なお、ビームサイズとは、XY平面における荷電粒子線Bの大きさである。また、ビーム形状とは、XY平面における荷電粒子線Bの形状である。 The quadrupole electromagnet 8 includes an X-direction quadrupole electromagnet 8a and a Y-direction quadrupole electromagnet 8b. The X-direction quadrupole electromagnet 8a and the Y-direction quadrupole electromagnet 8b narrow and converge the charged particle beam B according to the current supplied from the control unit 7. The X-direction quadrupole electromagnet 8a converges the charged particle beam B in the X direction, and the Y-direction quadrupole electromagnet 8b converges the charged particle beam B in the Y direction. The beam size of the charged particle beam B can be changed by changing the amount of aperture (convergence amount) by changing the current supplied to the quadrupole electromagnet 8. The quadrupole electromagnet 8 is arranged on the base axis AX between the accelerator 3 and the scanning electromagnet 6 in this order. The beam size is the size of the charged particle beam B in the XY plane. The beam shape is the shape of the charged particle beam B in the XY plane.

プロファイルモニタ11は、初期設定の際の位置合わせのために、荷電粒子線Bのビーム形状及び位置を検出する。プロファイルモニタ11は、基軸AX上であって四極電磁石8と走査電磁石6との間に配置されている。ドーズモニタ12は、荷電粒子線Bの強度を検出し、強度測定部20に信号を送信する。ドーズモニタ12は、基軸AX上であって走査電磁石6に対して下流側に配置されている。フラットネスモニタ13a,13bは、荷電粒子線Bのビーム形状及び位置を検出監視する。フラットネスモニタ13a,13bは、基軸AX上であって、ドーズモニタ12よりも荷電粒子線Bの下流側に配置されている。各モニタ11,12,13a,13bは、検出した検出結果を制御部7に出力する。 The profile monitor 11 detects the beam shape and position of the charged particle beam B for alignment at the time of initial setting. The profile monitor 11 is arranged on the base axis AX between the quadrupole electromagnet 8 and the scanning electromagnet 6. The dose monitor 12 detects the intensity of the charged particle beam B and transmits a signal to the intensity measuring unit 20. The dose monitor 12 is arranged on the base axis AX and downstream of the scanning electromagnet 6. The flatness monitors 13a and 13b detect and monitor the beam shape and position of the charged particle beam B. The flatness monitors 13a and 13b are arranged on the base axis AX and on the downstream side of the charged particle beam B with respect to the dose monitor 12. Each of the monitors 11, 12, 13a and 13b outputs the detected detection result to the control unit 7.

ディグレーダ30は、通過する荷電粒子線Bのエネルギーを低下させて当該荷電粒子線Bのエネルギーの微調整を行う。本実施形態では、ディグレーダ30は、照射ノズル9の先端部9aに設けられている。なお、照射ノズル9の先端部9aとは、荷電粒子線Bの下流側の端部である。照射ノズル9内のディグレーダ30は、省略することも可能である。 The degrader 30 reduces the energy of the passing charged particle beam B to fine-tune the energy of the charged particle beam B. In the present embodiment, the degrader 30 is provided at the tip 9a of the irradiation nozzle 9. The tip 9a of the irradiation nozzle 9 is the downstream end of the charged particle beam B. The degrader 30 in the irradiation nozzle 9 can be omitted.

制御部7は、例えばCPU、ROM、及びRAM等により構成されている。この制御部7は、各モニタ11,12,13a,13bから出力された検出結果に基づいて、加速器3、走査電磁石6及び四極電磁石8を制御する。また、本実施形態においては、制御部7は、各モニタ11,12,13a,13bの検出結果をフィードバックして、荷電粒子線Bのビームサイズが一定となるように、四極電磁石8を制御する。また、制御部7は、強度測定部20によって測定された荷電粒子線Bの強度に基づいて、イオン源10の出力が一定となるように、イオン源10の動作を制御する。 The control unit 7 is composed of, for example, a CPU, a ROM, a RAM, and the like. The control unit 7 controls the accelerator 3, the scanning electromagnet 6, and the quadrupole electromagnet 8 based on the detection results output from the monitors 11, 12, 13a, and 13b. Further, in the present embodiment, the control unit 7 feeds back the detection results of the monitors 11, 12, 13a and 13b, and controls the quadrupole electromagnet 8 so that the beam size of the charged particle beam B becomes constant. .. Further, the control unit 7 controls the operation of the ion source 10 so that the output of the ion source 10 becomes constant based on the intensity of the charged particle beam B measured by the intensity measurement unit 20.

また、荷電粒子線治療装置1の制御部7は、荷電粒子線治療装置の治療計画を行う治療計画装置100と接続されている。治療計画装置100は、治療前に患者15の腫瘍14をCT等で測定し、腫瘍14の各位置における線量分布(照射すべき荷電粒子線の線量分布)を計画する。具体的には、治療計画装置100は、腫瘍14に対して治療計画マップを作成する。治療計画装置100は、作成した治療計画マップを制御部7へ送信する。 Further, the control unit 7 of the charged particle beam therapy device 1 is connected to the treatment planning device 100 that plans the treatment of the charged particle beam therapy device. The treatment planning device 100 measures the tumor 14 of the patient 15 by CT or the like before treatment, and plans the dose distribution (dose distribution of charged particle beams to be irradiated) at each position of the tumor 14. Specifically, the treatment planning device 100 creates a treatment planning map for the tumor 14. The treatment planning device 100 transmits the created treatment planning map to the control unit 7.

スキャニング法による荷電粒子線の照射を行う場合、腫瘍14をZ方向に複数の層に仮想的に分割し、一の層において荷電粒子線を走査して照射する。そして、当該一の層における荷電粒子線の照射が完了した後に、隣接する次の層における荷電粒子線の照射を行う。 When irradiating a charged particle beam by the scanning method, the tumor 14 is virtually divided into a plurality of layers in the Z direction, and the charged particle beam is scanned and irradiated in one layer. Then, after the irradiation of the charged particle beam in the one layer is completed, the irradiation of the charged particle beam in the adjacent next layer is performed.

図2に示す荷電粒子線治療装置1により、スキャニング法によって荷電粒子線Bの照射を行う場合、通過する荷電粒子線Bが収束するように四極電磁石8を作動状態(ON)とする。 When the charged particle beam therapy device 1 shown in FIG. 2 irradiates the charged particle beam B by the scanning method, the quadrupole electromagnet 8 is set to the operating state (ON) so that the passing charged particle beam B converges.

次に、イオン源10においてイオンを生成する。イオン源10において生成されたイオンは加速器3の内部で加速され、加速器3から荷電粒子線Bとして出射される。出射された荷電粒子線Bは、走査電磁石6の制御によって走査される。これにより、荷電粒子線Bは、腫瘍14に対してZ方向に設定された一の層における照射範囲内を走査されつつ照射されることとなる。一の層に対する照射が完了したら、次の層へ荷電粒子線Bを照射する。 Next, ions are generated in the ion source 10. The ions generated in the ion source 10 are accelerated inside the accelerator 3 and emitted from the accelerator 3 as charged particle beams B. The emitted charged particle beam B is scanned under the control of the scanning electromagnet 6. As a result, the charged particle beam B is irradiated to the tumor 14 while being scanned within the irradiation range in one layer set in the Z direction. When the irradiation of one layer is completed, the charged particle beam B is irradiated to the next layer.

制御部7の制御に応じた走査電磁石6の荷電粒子線照射イメージについて、図3(a)及び(b)を参照して説明する。図3(a)は、深さ方向において複数の層に仮想的にスライスされた被照射体を、図3(b)は、深さ方向から見た一の層における荷電粒子線の走査イメージを、それぞれ示している。 The charged particle beam irradiation image of the scanning electromagnet 6 under the control of the control unit 7 will be described with reference to FIGS. 3A and 3B. FIG. 3 (a) shows an irradiated body virtually sliced into a plurality of layers in the depth direction, and FIG. 3 (b) shows a scanning image of a charged particle beam in one layer viewed from the depth direction. , Each is shown.

図3(a)に示すように、被照射体は照射の深さ方向において複数の層に仮想的にスライスされており、本例では、深い(荷電粒子線Bの飛程が長い)層から順に、層L、層L、…層Ln−1、層L、層Ln+1、…層LN−1、層LとN層に仮想的にスライスされている。また、図3(b)に示すように、荷電粒子線Bは、ビーム軌道TLを描きながら層Lnの複数の照射スポットに対して照射される。すなわち、制御部7に制御された荷電粒子線Bは、ビーム軌道TL上を移動する。 As shown in FIG. 3A, the irradiated body is virtually sliced into a plurality of layers in the irradiation depth direction, and in this example, from a deep layer (the range of the charged particle beam B is long). In order, the layers L 1 , the layer L 2 , ... the layer L n-1 , the layer L n 1 , the layer L n + 1 , ... the layer L N-1 , and the layers L N and N are virtually sliced. Further, as shown in FIG. 3B, the charged particle beam B irradiates a plurality of irradiation spots of the layer Ln while drawing a beam trajectory TL. That is, the charged particle beam B controlled by the control unit 7 moves on the beam trajectory TL.

次に、再び図1を参照して、呼吸同期システム40及び制御部7について詳細に説明する。呼吸同期システム40は、センサーを用いて患者15の呼吸を検知し、患者15の呼吸に同期したゲート信号を生成する。ゲート信号は、例えば、患者15の腹部にレーザ光を照射して腹部の膨らみの変化を検出することによって生成することができる。呼吸同期システム40において生成されたゲート信号は、タイミングシステム50に出力される。タイミングシステム50は、ゲート信号に基づいて荷電粒子線Bを照射すべきか否かを判定し、荷電粒子線Bを照射するタイミングを示すパルス信号を生成する。タイミングシステム50において生成されたパルス信号は制御部7に出力される。制御部7は、パルス信号に基づいて、ビームチョッパ16の作動状態及び停止状態を切り替える。これにより、患者15の呼吸に応じて患者15の腫瘍に荷電粒子線Bを照射する照射状態と、患者15の腫瘍への荷電粒子線Bの照射を中断する中断状態とを切り替えることができる。したがって、腫瘍以外の部分への荷電粒子線Bの照射を抑制するために、呼吸の特定のタイミングのみに荷電粒子線Bを照射することが可能である。 Next, the respiratory synchronization system 40 and the control unit 7 will be described in detail with reference to FIG. 1 again. The respiration synchronization system 40 detects the respiration of the patient 15 using a sensor and generates a gate signal synchronized with the respiration of the patient 15. The gate signal can be generated, for example, by irradiating the abdomen of the patient 15 with a laser beam to detect a change in abdominal bulge. The gate signal generated in the respiratory synchronization system 40 is output to the timing system 50. The timing system 50 determines whether or not to irradiate the charged particle beam B based on the gate signal, and generates a pulse signal indicating the timing of irradiating the charged particle beam B. The pulse signal generated by the timing system 50 is output to the control unit 7. The control unit 7 switches between the operating state and the stopped state of the beam chopper 16 based on the pulse signal. Thereby, it is possible to switch between an irradiation state in which the tumor of the patient 15 is irradiated with the charged particle beam B according to the breathing of the patient 15 and an interrupted state in which the irradiation of the tumor of the patient 15 with the charged particle beam B is interrupted. Therefore, in order to suppress the irradiation of the charged particle beam B to the portion other than the tumor, it is possible to irradiate the charged particle beam B only at a specific timing of respiration.

制御部7の記憶部60は、患者15の腫瘍への荷電粒子線Bの照射を中断した際のイオン源10の動作パラメータを記憶する。そして、制御部7は、患者15の腫瘍への荷電粒子線Bの照射を再開する際に、記憶部60に記憶された動作パラメータでイオン源10を動作させる。イオン源10の動作パラメータとしては、例えば、イオン源10のチムニ内に発生するアークの電流及び電圧、並びに、チムニ内のフィラメントに流す電流及び電圧等が挙げられる。なお、本実施形態において記憶部60は制御部7の外部に設けられているが、記憶部60は制御部7と一体に設けられていてもよい。 The storage unit 60 of the control unit 7 stores the operating parameters of the ion source 10 when the irradiation of the tumor of the patient 15 with the charged particle beam B is interrupted. Then, when the control unit 7 restarts the irradiation of the tumor of the patient 15 with the charged particle beam B, the control unit 7 operates the ion source 10 with the operation parameters stored in the storage unit 60. Examples of the operating parameters of the ion source 10 include the current and voltage of the arc generated in the chimni of the ion source 10, the current and voltage flowing through the filament in the chimni, and the like. Although the storage unit 60 is provided outside the control unit 7 in the present embodiment, the storage unit 60 may be provided integrally with the control unit 7.

次に、図4及び図5を参照して、本実施形態に係る荷電粒子線治療装置1の作用について説明する。図4は、比較例に係る荷電粒子線治療装置の作用を説明するための図である。図5は、本実施形態に係る荷電粒子線治療装置の作用を説明するための図である。図4及び図5の(a)、(b)、(c)は、それぞれ、荷電粒子線の強度、イオン源の出力の強度、タイミング信号を示している。比較例に係る荷電粒子線治療装置においては、イオン源に初期パラメータを設定し、患者の腫瘍に荷電粒子線を照射している間イオン源の出力が一定となるように、荷電粒子線の強度に基づいてフィードバック制御が行われる。しかしながら、荷電粒子線の強度を検出するドーズモニタは照射部内に設けられているので、荷電粒子線の照射を中止している間はドーズモニタによって荷電粒子線を検出することができない。故に、荷電粒子線の照射を中止している間はフィードバック制御が行われず、荷電粒子線の照射を再開するタイミングTに、再び初期パラメータがイオン源に設定される。したがって、図4(b)に示すように、タイミングTより後のイオン源の出力が不安定となる。その結果、図4(a)に示すように、荷電粒子線の強度がオーバーシュートする等、所望の強度Aに対して荷電粒子線の強度が不安定となる場合がある。 Next, the operation of the charged particle beam therapy device 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 4 and 5. FIG. 4 is a diagram for explaining the operation of the charged particle beam therapy device according to the comparative example. FIG. 5 is a diagram for explaining the operation of the charged particle beam therapy apparatus according to the present embodiment. 4 and 5 (a), (b), and (c) show the intensity of the charged particle beam, the intensity of the output of the ion source, and the timing signal, respectively. In the charged particle beam therapy device according to the comparative example, the initial parameters are set for the ion source, and the intensity of the charged particle beam is constant so that the output of the ion source is constant while the patient's tumor is irradiated with the charged particle beam. Feedback control is performed based on. However, since the dose monitor for detecting the intensity of the charged particle beam is provided in the irradiation unit, the charged particle beam cannot be detected by the dose monitor while the irradiation of the charged particle beam is stopped. Therefore, the feedback control is not performed while the irradiation of the charged particle beam is stopped, and the initial parameter is set to the ion source again at the timing T when the irradiation of the charged particle beam is restarted. Therefore, as shown in FIG. 4B, the output of the ion source after the timing T becomes unstable. As a result, as shown in FIG. 4A, the intensity of the charged particle beam may become unstable with respect to the desired intensity A, such as the intensity of the charged particle beam overshooting.

これに対し、本実施形態に係る荷電粒子線治療装置1においては、荷電粒子線Bの照射を中断した際のイオン源10の動作パラメータを制御部7の記憶部60が記憶し、荷電粒子線Bの照射を再開する際に、制御部7は記憶部60に記憶された動作パラメータでイオン源10を動作させる。したがって、照射を再開する際に、イオン源10の動作が停止直前の状態に近い状態となるため、図5(b)に示すように、荷電粒子線Bの照射を再開するタイミングTより後のイオン源10の出力の安定化を図ることができる。また、タイミングTより後のイオン源10の出力を、荷電粒子線Bの照射を中断する前のイオン源10の出力に近づけることができる。したがって、図5(a)に示すように、荷電粒子線Bの強度を所望の強度Aに近い値に制御し、安定化を図ることが可能である。 On the other hand, in the charged particle beam therapy apparatus 1 according to the present embodiment, the storage unit 60 of the control unit 7 stores the operation parameters of the ion source 10 when the irradiation of the charged particle beam B is interrupted, and the charged particle beam When resuming the irradiation of B, the control unit 7 operates the ion source 10 with the operation parameters stored in the storage unit 60. Therefore, when the irradiation is restarted, the operation of the ion source 10 becomes a state close to the state immediately before the stop, and as shown in FIG. 5 (b), after the timing T for restarting the irradiation of the charged particle beam B. The output of the ion source 10 can be stabilized. Further, the output of the ion source 10 after the timing T can be brought close to the output of the ion source 10 before the irradiation of the charged particle beam B is interrupted. Therefore, as shown in FIG. 5A, it is possible to control the intensity of the charged particle beam B to a value close to the desired intensity A and stabilize it.

以上説明したように、荷電粒子線治療装置1の制御部7の記憶部60は、患者15の腫瘍(被照射体)への荷電粒子線Bの照射を中断した際のイオン源10の動作パラメータを記憶する。そして、制御部7は、患者15の腫瘍(被照射体)への荷電粒子線Bの照射を再開する際(タイミングT)に、記憶部60に記憶された動作パラメータでイオン源10を動作させる。これにより、荷電粒子線Bの照射を中断している間にイオン源10の状態が変化した場合でも、荷電粒子線Bの照射を中断する直前と同様の動作パラメータにイオン源10を制御することができる。つまり、照射を再開する際に、イオン源10の動作が停止直前の状態に近い状態とすることができる。したがって、荷電粒子線Bの強度のオーバーシュート等を抑制し、荷電粒子線Bの強度の安定化を図ることが可能である。 As described above, the storage unit 60 of the control unit 7 of the charged particle beam therapy device 1 has the operating parameters of the ion source 10 when the irradiation of the charged particle beam B to the tumor (irradiated body) of the patient 15 is interrupted. Remember. Then, when the control unit 7 restarts the irradiation of the charged particle beam B to the tumor (irradiated body) of the patient 15 (timing T), the control unit 7 operates the ion source 10 with the operation parameters stored in the storage unit 60. .. As a result, even if the state of the ion source 10 changes while the irradiation of the charged particle beam B is interrupted, the ion source 10 is controlled to the same operating parameters as immediately before the irradiation of the charged particle beam B is interrupted. Can be done. That is, when the irradiation is restarted, the operation of the ion source 10 can be brought into a state close to the state immediately before the stop. Therefore, it is possible to suppress overshoot of the intensity of the charged particle beam B and stabilize the intensity of the charged particle beam B.

また、荷電粒子線治療装置1は、加速器3から出射された荷電粒子線Bの強度を測定する強度測定部20を更に備え、制御部7は、強度測定部20によって測定された荷電粒子線Bの強度に基づいてイオン源10の動作を制御する。これにより、出射された荷電粒子線Bの強度に基づいてイオン源10を制御することができるので、荷電粒子線Bの強度の安定化をより効果的に図ることが可能である。 Further, the charged particle beam therapy device 1 further includes an intensity measuring unit 20 for measuring the intensity of the charged particle beam B emitted from the accelerator 3, and the control unit 7 further includes a charged particle beam B measured by the intensity measuring unit 20. The operation of the ion source 10 is controlled based on the intensity of. As a result, the ion source 10 can be controlled based on the intensity of the emitted charged particle beam B, so that the intensity of the charged particle beam B can be more effectively stabilized.

また、荷電粒子線治療装置1において、照射部2は荷電粒子線Bを予め定めたビーム軌道TLに従って連続的に照射する。このように、荷電粒子線Bの強度変化の影響を受けやすい所謂ラインスキャニング方式を用いた場合においても、荷電粒子線Bの強度の安定化を図ることが可能である。 Further, in the charged particle beam therapy device 1, the irradiation unit 2 continuously irradiates the charged particle beam B according to a predetermined beam trajectory TL. As described above, it is possible to stabilize the intensity of the charged particle beam B even when the so-called line scanning method, which is easily affected by the change in the intensity of the charged particle beam B, is used.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されることなく、種々の変形態様を採用可能である。例えば、上記の実施形態においては、照射部2は所謂ラインスキャニング方式を用いて荷電粒子線Bを照射していたが、照射部2は、所謂スポットスキャニング方式等の他の照射方式を用いて荷電粒子線Bを照射してもよい。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be adopted. For example, in the above embodiment, the irradiation unit 2 irradiates the charged particle beam B by using the so-called line scanning method, but the irradiation unit 2 is charged by using another irradiation method such as the so-called spot scanning method. The particle beam B may be irradiated.

また、上記の実施形態においては、強度測定部20は、ドーズモニタ12で測定された値に基づいて荷電粒子線Bの強度を測定していたが、荷電粒子線Bの強度を測定する箇所は特に限定されない。例えば、強度測定部20は、ビーム輸送ライン41の途中で測定された値に基づいて荷電粒子線Bの強度を測定してもよい。 Further, in the above embodiment, the intensity measuring unit 20 measures the intensity of the charged particle beam B based on the value measured by the dose monitor 12, but the location where the intensity of the charged particle beam B is measured is particularly high. Not limited. For example, the intensity measuring unit 20 may measure the intensity of the charged particle beam B based on the value measured in the middle of the beam transport line 41.

また、上記の実施形態においては、患者の呼吸に応じて荷電粒子線Bの照射を中断する場合を例に説明したが、荷電粒子線Bの照射が中断される構成は上記に限定されない。例えば、荷電粒子線治療装置1において機器の動作不良等が検知された際に荷電粒子線Bの照射が中断される場合等も含まれる。 Further, in the above embodiment, the case where the irradiation of the charged particle beam B is interrupted according to the respiration of the patient has been described as an example, but the configuration in which the irradiation of the charged particle beam B is interrupted is not limited to the above. For example, the case where the irradiation of the charged particle beam B is interrupted when a malfunction of the device is detected in the charged particle beam therapy device 1 is also included.

1…荷電粒子線治療装置、2…照射部、3…加速器、4…治療台、5…回転ガントリ、6…走査電磁石、7…制御部、8…四極電磁石、9…照射ノズル、10…イオン源、11…プロファイルモニタ、12…ドーズモニタ、15…患者、16…ビームチョッパ、20…強度測定部、30…ディグレーダ、40…呼吸同期システム、41…ビーム輸送ライン、50…タイミングシステム、60…記憶部、100…治療計画装置、B…荷電粒子線、TL…ビーム軌道。 1 ... charged particle beam therapy device, 2 ... irradiation unit, 3 ... accelerator, 4 ... treatment table, 5 ... rotating gantry, 6 ... scanning electromagnet, 7 ... control unit, 8 ... quadrupole electromagnet, 9 ... irradiation nozzle, 10 ... ion Source, 11 ... Profile monitor, 12 ... Doze monitor, 15 ... Patient, 16 ... Beam chopper, 20 ... Intensity measuring unit, 30 ... Degrader, 40 ... Respiratory synchronization system, 41 ... Beam transport line, 50 ... Timing system, 60 ... Memory Department, 100 ... Treatment planning device, B ... Charged particle beam, TL ... Beam orbit.

Claims (3)

荷電粒子を生成するイオン源と、
前記イオン源において生成された前記荷電粒子を加速して荷電粒子線を出射する加速器と、
前記荷電粒子線を被照射体に照射する照射部と、
前記イオン源を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記被照射体への前記荷電粒子線の照射を中断した際の前記イオン源の動作パラメータを記憶し、
前記制御部は、前記被照射体への前記荷電粒子線の照射を再開する際に、記憶された前記動作パラメータで前記イオン源を動作させる、荷電粒子線治療装置。
Ion sources that generate charged particles and
An accelerator that accelerates the charged particles generated in the ion source and emits a charged particle beam,
An irradiation unit that irradiates the irradiated body with the charged particle beam,
A control unit that controls the ion source is provided.
The control unit stores the operating parameters of the ion source when the irradiation of the charged particle beam to the irradiated body is interrupted.
The control unit is a charged particle beam therapy device that operates the ion source with the stored operation parameters when resuming irradiation of the irradiated body with the charged particle beam.
前記加速器から出射された荷電粒子線の強度を測定する強度測定部を更に備え、
前記制御部は、前記強度測定部によって測定された前記荷電粒子線の強度に基づいて前記イオン源の動作を制御する、請求項1に記載の荷電粒子線治療装置。
Further provided with an intensity measuring unit for measuring the intensity of the charged particle beam emitted from the accelerator.
The charged particle beam therapy apparatus according to claim 1, wherein the control unit controls the operation of the ion source based on the intensity of the charged particle beam measured by the intensity measuring unit.
前記照射部は、前記荷電粒子線を予め定めた軌道に沿って連続的に照射する、請求項1又は2に記載の荷電粒子線治療装置。 The charged particle beam therapy apparatus according to claim 1 or 2, wherein the irradiation unit continuously irradiates the charged particle beam along a predetermined trajectory.
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