掃描電磁鐵用控制裝置及粒子射線治療裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種癌癥治療等所使用的粒子射線治療裝置，尤其涉及掃描照射型的粒子射線治療裝置所使用的掃描電磁鐵用的控制裝置以及使用該控制裝置的粒子射線治療裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]粒子射線治療通過對成為治療對象的患部照射帶電粒子的射束(粒子射線)，來對患部組織造成損傷，由此來進(jìn)行治療。此時，為了在不對周邊組織造成破壞的情況下向患部組織提供足夠的劑量，要求適當(dāng)?shù)貙φ丈鋭┝?、照射范?照射野)進(jìn)行控制。作為控制照射野的方式，例如有使射束通過以往所使用的物理性的限制器來形成照射野的寬射束照射型、以及近來受到關(guān)注的通過掃描來直接形成照射野的掃描照射型(例如，參照專利文獻(xiàn)I至3。)。尤其在掃描照射型中，對于面內(nèi)的劑量分布也能隨意地進(jìn)行控制，從而能夠提供與患部狀態(tài)相對應(yīng)的劑量。
[0003]在任一種情況下，由于為了控制粒子射線的軌道和照射范圍而至少將用于控制電磁鐵的控制器配置在產(chǎn)生較多中子等的環(huán)境中，因此，均容易發(fā)生故障。因此，考慮如專利文獻(xiàn)4至7所示那樣，通過使控制器的系統(tǒng)冗余化來檢測故障。
現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)
[0004]專利文獻(xiàn)1:日本專利特開平11 - 114078號公報(段落0026?0039、圖1?圖4)
專利文獻(xiàn)2:日本專利特開2001 - 212253號公報(段落0052?0055，圖1)
專利文獻(xiàn)3:日本專利特開2005 - 296162號公報(段落0023?0038、圖1?圖4、段落 0039 ?0045、圖 5)
專利文獻(xiàn)4:日本專利特開平5 - 94381號公報(段落0007、圖1)
專利文獻(xiàn)5:日本專利特開平8-241217號公報(段落0025?0026、圖1)
專利文獻(xiàn)6:日本專利特開2003 — 316599號公報(段落0015?0019，圖1)
專利文獻(xiàn)7:日本專利特開2008-299767號公報(段落0008?0016，圖1、圖2)

【發(fā)明內(nèi)容】

發(fā)明所要解決的技術(shù)問題
[0005]然而，在上述文獻(xiàn)中，對于粒子射線治療裝置，并未記載具體應(yīng)該使怎樣的系統(tǒng)冗余化。另一方面，由于粒子射線治療裝置系統(tǒng)龐大，即使僅處于產(chǎn)生中子等的環(huán)境下，也需要較多的控制器，因此，對這所有的控制器均進(jìn)行冗余化處理是不現(xiàn)實(shí)的。于是，本發(fā)明人對粒子射線治療裝置中故障的影響進(jìn)行了研宄。其結(jié)果得知，掃描照射型的粒子射線治療裝置中進(jìn)行指令值處理的系統(tǒng)是尤其應(yīng)該要進(jìn)行故障對應(yīng)的最優(yōu)先對象。
[0006]例如，在寬射束照射型中，對粒子射線進(jìn)行掃描的電磁鐵(擺動電磁鐵:wobblerelectromagnet)用于擴(kuò)大照射范圍，以網(wǎng)羅物理性的限制器的透過形狀，因此，在其下游設(shè)置有用于使粒子射線擴(kuò)散的散射體。由此，即使控制擺動電磁鐵的系統(tǒng)發(fā)生故障，無法進(jìn)行粒子射線的控制，也會通過下游的散射體進(jìn)行擴(kuò)散。因此，劑量的集中程度較低，發(fā)生故障時的over dose (過剩劑量)對患者的影響也并不一定會有那么嚴(yán)重。
[0007]另一方面，在掃描照射型中，對粒子射線進(jìn)行掃描的電磁鐵(掃描電磁鐵)通過以被稱為尖向束(pencil beam)的細(xì)小粒子射線進(jìn)行掃描來直接形成照射野。因此，在控制掃描電磁鐵的系統(tǒng)發(fā)生故障時無法進(jìn)行控制的粒子射線就直接照射向患者。于是，與寬射束照射型相比，在掃描照射型中，照射系統(tǒng)電磁鐵的控制器發(fā)生故障時的過剩劑量對患者的影響更為嚴(yán)重。
[0008]而且，在掃描照射型中，即使假設(shè)根據(jù)指令值來控制掃描電磁鐵，若指令值本身出現(xiàn)錯誤，則與電磁鐵發(fā)生故障時一樣也會產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。因此，即使例如如專利文獻(xiàn)7所記載的那樣，設(shè)置測量粒子射線的位置的監(jiān)視器，從而能夠檢測指令值與實(shí)際的粒子射線的位置之間的偏差，也無法避免過剩劑量對患者的影響。
[0009]本發(fā)明是為了解決上述課題而完成的，其目的在于能夠進(jìn)行下述粒子射線治療，在該粒子射線治療中，可對過剩劑量產(chǎn)生的影響進(jìn)行抑制，從而能夠提供適當(dāng)?shù)膭┝俊?br> 解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案
[0010]本發(fā)明的掃描電磁鐵用控制裝置，用于控制將加速器提供的粒子射線成形為與治療計劃相對應(yīng)的照射野的掃描照射用的掃描電磁鐵，該掃描電磁鐵用控制裝置的特征在于，包括:基于所述治療計劃生成用于驅(qū)動所述掃描電磁鐵的指令值，并與所述加速器同步地輸出所生成的指令值的指令值處理部；以及檢測所述指令值處理部所進(jìn)行的處理錯誤的錯誤檢測部；所述指令值處理部的至少一部分電路被冗余化，在來自冗余化后的所述電路的輸出不一致時，所述錯誤檢測部檢測出發(fā)生了所述處理錯誤。
發(fā)明效果
[0011]根據(jù)本發(fā)明的掃描電磁鐵用控制裝置以及使用該掃描電磁鐵用控制裝置的粒子射線治療裝置，能夠迅速地檢測出用于進(jìn)行掃描的指令值的處理錯誤，因此，能夠抑制因劑量集中而導(dǎo)致的過剩劑量、進(jìn)行提供適當(dāng)劑量的粒子射線治療。
【附圖說明】
[0012]圖1是用于說明本發(fā)明的實(shí)施方式I所涉及的粒子射線治療裝置的結(jié)構(gòu)的圖。
圖2是用于說明本發(fā)明的實(shí)施方式I所涉及的粒子射線治療裝置中的照射裝置的結(jié)構(gòu)的圖。
圖3是用于說明本發(fā)明的實(shí)施方式I所涉及的粒子射線治療裝置中的掃描電磁鐵用控制裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。
圖4是用于說明本發(fā)明的實(shí)施方式2所涉及的粒子射線治療裝置中的掃描電磁鐵用控制裝置的框圖。
圖5是用于說明本發(fā)明的實(shí)施方式3所涉及的粒子射線治療裝置中的掃描電磁鐵用控制裝置的框圖。
圖6是用于說明本發(fā)明的實(shí)施方式4所涉及的粒子射線治療裝置中的掃描電磁鐵用控制裝置的框圖。 圖7是用于說明本發(fā)明的實(shí)施方式4所涉及的粒子射線治療裝置中關(guān)于每個切片的掃描照射的示意圖。
圖8是用于說明掃描照射中束點(diǎn)位置發(fā)生偏差時的劑量分布的圖。
圖9是用于說明本發(fā)明的實(shí)施方式4所涉及的粒子射線治療裝置的動作的波形圖。
圖10是用于說明本發(fā)明的實(shí)施方式4所涉及的粒子射線治療裝置的動作的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]實(shí)施方式1.下面，對本發(fā)明的實(shí)施方式I所涉及的粒子射線治療裝置的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。圖1?圖3用于說明本發(fā)明的實(shí)施方式I所涉及的粒子射線治療裝置的結(jié)構(gòu)，圖1是用于說明粒子射線治療裝置的整體結(jié)構(gòu)的圖，圖2是表示粒子射線治療裝置中的照射裝置的結(jié)構(gòu)的圖，圖3是表示控制掃描電磁鐵的控制器(控制部)的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0014]本發(fā)明的實(shí)施方式I所涉及的粒子射線治療裝置I的特征在于對用于進(jìn)行掃描照射的掃描電磁鐵進(jìn)行控制的控制裝置的結(jié)構(gòu)。具體而言，使用于驅(qū)動掃描電磁鐵的指令值的處理系統(tǒng)冗余化，并對來自冗余化后的多個處理系統(tǒng)的輸出進(jìn)行比較，通過判斷輸出是否一致來檢測故障。但是，在對該檢測故障的結(jié)構(gòu)及動作進(jìn)行說明之前，先使用圖1來說明粒子射線治療裝置I的大致結(jié)構(gòu)。
[0015]在圖1中，粒子射線治療裝置I包括:作為粒子射線的供給源的回旋加速器(cyclotron)即圓形加速器10(以下，簡稱為加速器)；設(shè)置于每個治療室7的照射裝置3 ;連接加速器10與照射裝置3，并從加速器10向各治療室7的照射裝置3輸送粒子射線的輸送系統(tǒng)2 ;以及控制上述各系統(tǒng)的控制系統(tǒng)。另外，在圖1中，為了簡化，僅示出多個治療室和照射裝置內(nèi)的一個治療室7和照射裝置3。此外，作為控制系統(tǒng)，包括對粒子射線治療裝置I整體進(jìn)行控制的主控制器、以及設(shè)置于各個系統(tǒng)的多個局部控制器，但在這些控制器中，僅示出加速器10用的局部控制器即控制部5、照射裝置3用的局部控制器即控制部4、協(xié)同控制粒子射線治療裝置I整體的主控制器即主控制部6。接著，對各結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。
[0016]加速器10包括:真空管道11，該真空管道11是用于使帶電粒子環(huán)繞的軌道路徑；入射裝置12，該入射裝置12用于將前級加速器8提供的帶電粒子射入真空管道11 ;偏轉(zhuǎn)電磁鐵13a、13b、13c、13d(統(tǒng)稱為13)，該偏轉(zhuǎn)電磁鐵13a、13b、13c、13d用于使帶電粒子的軌道發(fā)生偏轉(zhuǎn)、以使得帶電粒子沿真空管道11內(nèi)的環(huán)繞軌道進(jìn)行環(huán)繞；收斂用電磁鐵14a、14b、14c、14d(統(tǒng)稱為14)，該收斂用電磁鐵14a、14b、14c、14d使環(huán)繞軌道上的帶電粒子收斂以防止其發(fā)散；高頻加速腔15，該高頻加速腔15向環(huán)繞的帶電粒子提供與其同步的高頻電壓來進(jìn)行加速；射出裝置16，該射出裝置16用于將在加速器10內(nèi)經(jīng)過加速的帶電粒子作為具有規(guī)定能量的粒子射線提取到加速器10外，并射出到輸送系統(tǒng)2 ;以及六極電磁鐵17，該六極電磁鐵17為了使帶電粒子從射出裝置16射出而在環(huán)繞軌道中激勵共振。
[0017]另外，還包括用于對各部分進(jìn)行控制的未圖示的裝置，例如:偏轉(zhuǎn)電磁鐵13中包括對偏轉(zhuǎn)電磁鐵13的勵磁電流進(jìn)行控制的偏轉(zhuǎn)電磁鐵控制裝置，高頻加速腔15中包括用于向高頻加速腔15提供高頻電壓的高頻源、以及用于控制高頻源的高頻控制裝置，在控制部5內(nèi)還包括對偏轉(zhuǎn)電磁鐵控制裝置、高頻控制裝置、收斂用電磁鐵14等其它部分進(jìn)行控制從而對加速器10整體進(jìn)行控制的控制器等。。
[0018]此外，雖然在圖中為了簡化，將前級加速器8記載為一個設(shè)備，但實(shí)際上，前級加速器8包括產(chǎn)生質(zhì)子、碳(重粒子)等帶電粒子(離子