[发明专利]粒子射线照射系统及粒子射线照射系统的控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及照射粒子射线以治疗癌症等的应用粒子射线的粒子射线照射系统。

背景技术

作为放射线的一种应用，有癌症的治疗，最近，将质子射线、碳射线等重粒子射线照射于癌细胞以进行治疗的粒子射线治疗受到关注。利用图14～16，对照射粒子射线以使癌细胞死亡的粒子射线照射特性进行说明。在将各种放射线束以被称为笔形射束(pencil beam)的小直径的射束照射于人体的情况下，该放射线束在体内的剂量分布如图14所示那样变化。如图14所示，对于各种放射线中的X射线、γ射线等质量较小的放射线束，相对剂量在靠近身体表面的部分最大，该相对剂量随着离身体表面的深度增加而下降。另一方面，对于质子射线、碳射线等质量较大的粒子射线束，在离身体表面的较深部分，在上述射束停止的位置、即就要达到该粒子射线束的射程之前，相对剂量达到峰值。该峰值被称为布拉格峰BP(Bragg Peak)。

将该布拉格峰BP照射于在人的脏器上形成的肿瘤以进行癌症的治疗的方法就是粒子射线癌症治疗方法。除癌症以外，还能用于治疗身体的较深部分的情况。包含肿瘤的被治疗部位一般被称为照射目标(TV)。布拉格峰BP的位置由所照射的粒子射线束的能量来决定，越是能量高的粒子射线束，布拉格峰BP能达到越深的位置。在粒子射线治疗中，需要在要照射粒子射线束的照射目标整体形成相同的剂量分布，为了将该布拉格峰BP提供给照射目标的整个区域，进行粒子射线的“照射野(照射区域)的扩大”。

在彼此正交的X轴、Y轴、Z轴这3个方向上实施该“照射野的扩大”。在设粒子射线束的照射方向为Z轴方向时，第1方面在该Z轴方向上进行“照射野的扩大”。该放射线束的照射方向上的“照射野的扩大”通常被称为深度方向的照射野扩大。第2方面的“照射野的扩大”是在X轴及Y轴方向上进行的照射野扩大，由于在与深度方向正交的横向上进行照射野扩大，因此，通常被称为横向的照射野扩大。

由于粒子射线束在照射方向上的布拉格峰BP的宽度比照射目标在深度方向上的范围相比较窄，因此，为了将粒子射线束在照射方向上的布拉格峰BP沿深度方向扩大，进行深度方向的照射野扩大。另一方面，由于粒子射线束的直径比在与其照射方向正交的方向上的照射目标的尺寸要小，因此，为了将布拉格峰BP沿与其照射方向正交的方向扩大，进行横向的照射野扩大。关于上述深度方向的照射野扩大和横向的照射野扩大的方法，目前为止已提出有各种方法。作为最近受到关注的方法，有光点扫描照射法(Spot Scanning Technique)。

在光点扫描照射法中，作为横向照射野扩大法，采用如下方法：利用设置在粒子射线照射装置的粒子射线照射部的上游部分的偏转电磁铁，将粒子射线束在XY平面内进行扫描，使该粒子射线束的照射位置随着时间而移动，由此，能得到较宽的照射野。在该方法中，通过使小直径的笔形射束的相邻照射点恰当重叠，从而能得到相同的剂量分布。作为笔形射束的扫描方法，有相对于时间连续地进行扫描的光栅法(raster method)、相对于时间以阶跃状进行扫描的光点法(spot method)。

作为深度方向的照射野扩大法，采用控制从粒子射线照射装置照射的粒子射线束本身的能量的方法。在该方法中，通过改变对粒子射线进行加速的加速器的加速能量来控制粒子射线束的能量，或者，通过将被称为射程移位器(Range shifter)的仪器以横切粒子射线束的方式插入，从而使粒子射线束的能量发生变化。此外，还有一并使用上述加速器的控制和射程移位器的方法。

在该深度方向的照射野扩大法中，使该粒子射线束为具有规定强度的能量的射束，以相同的剂量对照射目标TV的1个照射层照射其布拉格峰BP之后，使粒子射线束的能量发生变化，对照射目标TV的下一照射层照射布拉格峰BP。重复多次这样的操作，对多个照射层照射粒子射线束的布拉格峰BP，从而能获得在射束照射方向上具有所需宽度的扩大布拉格峰SOBP。该深度方向有效的照射野扩大法是使粒子射线束在X、Y轴方向上不移动而固定于一定的照射位置的状态下使该粒子射线束的能量发生变化的方法。

为了获得具有所需宽度的扩大布拉格峰SOBP，需要对照射目标TV的每一照射层的剂量适当地进行调整。在图15中示出该每一照射层的剂量分布的一个示例。在图15中，纵轴是相对剂量，横轴是体内的深度。虚线所示的多个曲线分别是照射了不同能量的射束的情况下的、各能量下的深度方向的剂量分布即每一照射层的剂量分布。对上述每一照射层的剂量进行累计得到的剂量成为在深度方向上提供的剂量，由图15的实线曲线示出。该曲线是由上述照射野扩大法得到的扩大布拉格峰。