线扫描装置 |
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| 申请号 | CN201010537488.3 | 申请日 | 2010-11-05 | 公开(公告)号 | CN102188775B | 公开(公告)日 | 2015-05-20 |
| 申请人 | 住友重机械工业株式会社; | 发明人 | 井上淳一; | ||||
| 摘要 | 本 发明 的目的在于提供一种可以谋求可靠性提高的线扫描装置。本发明具备：照射 喷嘴 (2)，照射线扫描射束；照射 位置 传感器 (11)，检测线扫描射束的照射位置；运算处理 电路 部(13)，测定在照射 位置传感器 (11)检测出的照射位置的线扫描射束的 停留时间 ；照射控制部(14)，利用照射位置传感器(11)检测出的照射位置和运算处理电路部(13)测定出的停留时间，对线扫描射束进行扫描控制。根据该线扫描装置(1)，利用线扫描射束的照射位置及与该照射位置对应的停留时间，对线扫描射束进行扫描控制，由此可以更可靠地防止射束向错误位置的照射或过量照射，从而可以谋求线扫描装置的可靠性的提高。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种线扫描装置，其特征在于，具备： |
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| 说明书全文 | 线扫描装置技术领域[0001] 本发明涉及一种对线扫描射束进行扫描控制的线扫描装置。 背景技术[0002] 以往，作为有关该领域的技术文献，公知有日本特开2009-243891号公报。在该公报中记载的带电粒子束照射装置具备用于扫描带电粒子束的扫描电磁铁、对扫描电磁铁的动作进行控制的控制装置、以及检测射束的位置的监控器，沿着设定在照射对象的照射场的照射线，边扫描带电粒子束边进行连续照射。 [0004] 然而，在如上述的照射装置中，需要避免带电粒子束照射到照射场以外部位的情况或过量照射到相同部位的情况。因此，要求可高精度控制带电粒子束的高可靠性的照射装置。 发明内容[0005] 因此，本发明是鉴于这种情况而完成的，其目的在于提供一种可以谋求可靠性提高的线扫描装置。 [0006] 本发明的特征在于，具备：射束照射机构，照射线扫描射束；照射位置检测机构，检测线扫描射束的照射位置；停留时间测定机构，测定在照射位置检测机构检测出的照射位置的线扫描射束的停留时间；扫描控制机构，利用照射位置检测机构检测出的照射位置和停留时间测定机构测定出的停留时间，对线扫描射束进行扫描控制。 [0007] 根据本发明所涉及的线扫描装置，检测线扫描射束的照射位置的同时，测定与该照射位置对应的停留时间，并利用这些结果对线扫描射束进行扫描控制，由此可以更可靠地防止线扫描射束向错误位置的照射或过量照射，从而可以谋求线扫描装置的可靠性的提高。 [0008] 在本发明所涉及的线扫描装置中，优选还具备联锁控制机构，该联锁控制机构利用照射位置检测机构检测出的照射位置和停留时间测定机构测定出的停留时间，进行联锁控制。 [0009] 这时，当线扫描射束照射到错误位置或超过预定时间而过量照射时，通过进行使线扫描射束停止照射的联锁控制，可以防止线扫描射束的错误照射。 [0010] 并且，在本发明所涉及的线扫描装置中，优选扫描控制机构利用照射位置检测机构检测出的照射位置和停留时间测定机构测定出的停留时间，对线扫描射束的扫描进行反馈控制。 [0011] 这时，通过反馈控制实现线扫描射束的高精度的扫描控制，从而可以谋求线扫描装置的可靠性的提高。 [0012] 发明效果 [0014] 图1是表示本发明所涉及的线扫描装置的一实施方式的结构图。 [0016] 图3是表示线扫描装置的功能结构的功能方块图。 [0017] 图4是表示图1的前端电路部及运算处理电路部的图。 [0018] 图5是表示运算处理电路部中的实测值输出处理的流程图。 [0019] 图6是表示运算处理电路部中的扫描模式输出处理的流程图。 [0020] 图7是表示运算处理电路部中的有无异常判定处理的流程图。 [0021] 图8是表示线扫描装置的状态转移的流程图。 [0022] 图9的(a)是表示线扫描射束轨迹的图，(b)是用于比较(a)的实测值和扫描模式的图。 [0023] 图中：1-线扫描装置，2-照射喷嘴(射束照射机构)，4-加速器，5-X轴用扫描电磁铁，6-Y轴用扫描电磁铁，9-电磁铁控制部，11-照射位置传感器(照射位置检测机构)，12-前端电路部，13-运算处理电路部(停留时间测定部)，14-照射控制部(扫描控制机构)，43-ICU(联锁控制机构)，L-射束。 具体实施方式[0024] 以下，参照附图对本发明所涉及的线扫描装置的优选实施方式进行详细说明。 [0025] 如图1所示，本实施方式所涉及的线扫描装置1是利用在如下粒子束治疗设备中并进行线扫描射束的扫描控制的装置，所述粒子束治疗设备通过扫描质子束或碳离子束等线扫描射束对患者的患部进行照射来进行癌等的治疗。线扫描装置1具备有对设定在患者患部的照射场照射线扫描射束的照射喷嘴(射束照射机构)2。在使用这种线扫描射束的粒子束治疗中，为了降低由线扫描射束的错误照射引起的风险，通过将抑制了强度的射束分成多次照射到照射场内来进行治疗。 [0026] 照射喷嘴2通过射束传输系统3与加速器4连接。加速器4是对质子或碳离子等带电粒子进行加速的回旋加速器或同步加速器等。用加速器4加速的带电粒子成型为数mm直径的笔形射束而入射到射束传输系统3。通过射束传输系统3供给至照射喷嘴2的供给口2a的带电粒子的射束L，从照射喷嘴2前端的照射口2b射出，照射到设定在患者患部的照射场P。 [0027] 在照射喷嘴2内设有用于使供给的射束L偏向而进行扫描控制的扫描电磁铁5、6。扫描电磁铁5、6构成为如下：可以向在与被供给的射束L的直进方向垂直的平面内正交的 2个方向扫描射束L。将在与射束L的直进方向垂直的平面内正交的2个方向设为X轴方向、Y轴方向。扫描电磁铁5为使射束L向X轴方向偏向的X轴用扫描电磁铁，扫描电磁铁 6为使射束L向Y轴方向偏向的Y轴用扫描电磁铁。射束L通过这些扫描电磁铁5、6在与直进方向正交的平面内偏向，并作为线扫描射束扫描。 [0028] 在照射喷嘴2内设有2个剂量监控器7、8，以使与射束L的路线相交。剂量监控器7、8设置在比扫描电磁铁5、6更靠照射口2b侧，进行所通过的射束L的剂量的检测。剂量监控器7、8将检测出的剂量输出至电磁铁控制部9。 [0029] 电磁铁控制部9设置在照射喷嘴2外，与扫描电磁铁5、6、剂量监控器7、8、以及向它们供给电流的电源10电连接。并且，电磁铁控制部9与对有关射束L照射的控制进行总括的照射控制部(扫描控制机构)14电连接(参照图3)。电磁铁控制部9对照射控制部14输出剂量监控器7、8的检测结果。电磁铁控制部9按照来自照射控制部14的指令控制扫描电磁铁5、6，以使射束L沿着后述的扫描模式进行扫描。 [0030] 如图1及图2所示，在照射喷嘴2内设有检测射束L的照射位置的照射位置传感器(照射位置检测机构)11。照射位置传感器11设置在比剂量监控器7、8更靠照射口2b侧。照射位置传感器11从电源10供给高电压，且具备有内置在电离室的透射型多条电线11A、11B。 [0031] 电线11A、11B分别设有128条，构成从射束L的直进方向观察呈网格状的线栅。电线11A配置成向上述X轴方向延伸，电线11B配置成向上述Y轴方向延伸。电线11A和电线11B配置成在射束L的直进方向上的高度不同。另外，电线11A、11B的条数不限于128条，也可以少于或多于128条。 [0032] 在如此构成的电线11A、11B中，能够以从射束L的直进方向观察时的电线11A、11B的各交点作为坐标来表示平面内的位置。因在接受射束L的照射的电线11A、11B中产生电荷，因此通过探测该电荷可以进行包括在射束L的照射范围的交点的分布即射束L的照射位置的检测。 [0033] 如图1、图3及图4所示，照射位置传感器11通过前端电路部12与运算处理电路部(停留时间测定机构)13电连接。前端电路部12分别具有128×2个(256个)I/V放大器21、放大器22、及A/D转换器23。I/V放大器21、放大器22、及A/D转换器23对应于每一条照射位置传感器11的电线11A、11B而串联连接。 [0034] 在前端电路部12中，若根据射束L的照射在电线11A、11B产生电荷，则电流流入与各电线11A、11B连接的I/V放大器21中，在I/V放大器21转换成电压信号。之后，电压信号通过放大器22增幅，增幅的电压信号输入到A/D转换器23。并且，从运算处理电路部13的门阵列34输出的信号通过收发器33及接收器27输入到放大器22中。 [0035] A/D转换器23将通过放大器22输入的信号转换成数字信号并输出。A/D转换器23所输出的数字信号，通过收发器24被发送至运算处理电路部13的门阵列34中。另外，在该前端电路部12中，每0.2ms进行信号处理，从而确保射束L的照射位置的检测精确度。 [0036] 运算处理电路部13具有门阵列34、存储器35、处理器36。门阵列34具有数据寄存器51和运算电路52。在门阵列34中，从A/D转换器23输出的数字信号通过接收器31输入到数据寄存器51。 [0037] 数据寄存器51对应从射束L的直进方向观察时的电线11A、11B的各交点而配置有128×128个(16384个)。在各数据寄存器51的输入端子连接有分别与电线11A及电线11B对应的A/D转换器23。若在所对应的电线11A、11B的交点接受射束L的照射，则从连接于输入端子的A/D转换器23输入每一个数字信号而满足输出条件，并从数据寄存器51输出照射位置信号。从数据寄存器51输出的照射位置信号被发送至运算电路52。 [0038] 在运算电路52中，从由数据寄存器51输出的照射位置信号检测已接受射束L的照射的电线11A、11B的交点的位置，将其检测结果作为照射位置信息而暂时存储。这样，在门阵列34中，基于从照射位置传感器11的各电线11A、11B输出的电流，实时检测射束L的照射位置。门阵列34将检测出的射束L的照射位置的中心作为重心位置而计算。并且，门阵列34在每个已计算出的重心位置测定射束L的停留时间。 [0039] 在存储器35中存储有关射束L的扫描控制的扫描模式。扫描模式是指射束L对设定在患者患部的照射场的扫描模式，包括有关射束L的照射位置、停留时间、及重心位置的轨迹的信息。存储器35将所要求的扫描模式输出至门阵列34。 [0040] 门阵列34通过比较扫描模式与检测出的射束L的照射位置及停留时间，进行射束L的扫描控制是否从扫描模式的范围偏离的有无异常判定。当门阵列34判定为射束L的扫描控制从扫描模式偏离时，通过收发器37向照射控制部14的ICU[Irradiation Control Unit，照射控制单元](联锁控制机构)43输出联锁信号。当从门阵列34输出联锁信号时，ICU43进行强制停止射束L的照射的联锁。 [0041] 处理器36具有输入来自照射控制部14的信号的指令译码器41和向照射控制部14输出信号的状态编码器42。用于与照射控制部14同步的同步信号通过接收器38输入至指令译码器41。指令译码器41将所输入的同步信号输出至门阵列34。在门阵列34检测出的射束L的照射位置被输入到状态编码器42。状态编码器42将所输入的射束L的照射位置输出至照射控制部14。 [0042] 接着，参照附图对运算处理电路部13中的射束L的扫描控制的有无异常判定处理进行说明。图5是表示运算处理电路部13中的实测值的输出处理的流程图，图6是表示运算处理电路部13中的扫描模式的输出处理的流程图。图7是表示运算处理电路部13中的有无异常判定处理的流程图。 [0043] 如图5所示，在运算处理电路部13(门阵列34)中，首先，利用按照由照射位置传感器11产生的电流从前端电路部12输出的数字信号，检测射束L的照射位置(步骤S1)。之后，射束L的照射位置的中心作为重心位置而被计算出来(步骤S2)。 [0044] 当计算出重心位置后，则比较所计算出的重心位置和前一次计算出的重心位置，判定重心位置是否移动(步骤S3)。当判定为重心位置没有移动时，使该重心位置处的Timecount的值增加1(步骤S4)。之后，返回步骤S1，重复各步骤。另外，当重心位置的计算为第一次时，判定为重心位置移动。并且，将Timecount的初始值设为“0”。 [0045] 另一方面，当判定为重心位置移动时，生成用于进行后述的扫描模式的读取的转换触发(步骤S5)。并且，Timecount被重新设定，再次从“0”开始计数。之后，返回步骤S1，重复各步骤。 [0046] 如图6所示，在运算处理电路部13(门阵列34)中，当在图5所示的步骤S4中生成转换触发时，从存储器35进行与重心位置对应的扫描模式的读取(步骤S11)。若进行扫描模式的读取，则再次生成转换触发为止结束一次处理。 [0047] 如图7所示，在运算处理电路部13(门阵列34)中，当在图5所示的步骤S5中生成转换触发时，进行步骤S2中计算出的重心位置是否在扫描模式的范围内的有无异常判定(步骤S21)。在该步骤S21中使用的扫描模式，在于图6的步骤S11中每次进行扫描模式的读入时被更新。 [0048] 当在步骤S2中计算的重心位置在扫描模式的范围内时，即检测出的照射位置与扫描模式的照射位置一致，且测定出的停留时间在扫描模式中规定的停留时间以下，且重心位置的移动轨迹在扫描模式中规定的轨迹范围内时，判定为射束L被正常地进行扫描控制。当判定为射束L被正常地进行扫描控制时，运算处理电路部13结束处理。 [0049] 另一方面，当实测值不在扫描模式的范围内时，即检测出的照射位置与扫描模式的照射位置不同，或者测定出的停留时间超过扫描模式中规定的停留时间，或者重心位置的移动轨迹在扫描模式中规定的轨迹范围之外时，判定为射束L的扫描控制存在异常。当判定为射束L的扫描控制存在异常时，进行联锁处理(步骤S22)。在联锁处理中，生成联锁信号而输出至照射控制部14的ICU43，之后结束处理。输出联锁信号的ICU43进行强制停止射束L的照射的联锁。 [0050] 接着，参照附图对线扫描装置1中的状态转移进行说明。图8是线扫描装置的状态转移图。 [0051] 如图8所示，线扫描装置1若在启动之后结束运行准备，则转移至空转状态(步骤S31)。在空转状态中，首先判定是否因医生等治疗者或程序结束而输入照射结束信号(步骤S32)。当判定为输入有照射结束信号时，线扫描装置1结束运行。 [0052] 另一方面，当判定为未输入有照射结束信号时，接着判定是否输入有照射开始信号(步骤S33)。当判定为未输入有照射开始信号时，返回步骤S32继续空转状态。当判定为输入有照射开始信号时，转移至待机状态(步骤S34)。 [0053] 若转移至待机状态，则判定是否已结束射束L对照射场的扫描控制(步骤S35)。当判定为已结束射束L对照射场的扫描控制时，返回步骤S31转移至空转状态。另一方面，当判定为未结束射束L对照射场的扫描控制时，从转移至待机状态经过0.2ms之后，转移至保持射束L的照射位置的保持状态(步骤S36)。 [0054] 之后，计算出被保持的照射位置处的重心位置的同时，开始该重心位置处的停留时间的计数，转移至判定该停留时间是否在扫描模式的范围内的停留时间判定状态(步骤S37)。当判定为停留时间不在扫描模式的范围内时，过渡到步骤S41。当判定为停留时间在扫描模式的范围内时，判定重心位置是否移动(步骤S38)。 [0055] 在步骤S38中，当判定为重心位置没有移动时，进行停留时间的计数，并返回步骤S38判定新的停留时间是否在扫描模式的范围内。另一方面，当判定为重心位置移动时，转移至判定检测出的射束L的照射位置是否在扫描模式的范围内的位置判定状态(步骤S39)。 [0056] 在步骤S39中，当判定为射束L的照射位置不在扫描模式的范围内时，过渡到步骤S41。另一方面，当判定为射束L的照射位置在扫描模式的范围内时，转移至判定重心位置的轨迹是否在扫描模式的范围内的轨迹判定状态(步骤S40)。 [0057] 在步骤S40中，当判定为重心位置的轨迹在扫描模式的范围内时，返回步骤S34转移至待机状态。另一方面，当判定为重心位置的轨迹不在扫描模式的范围内时，过渡到步骤S41。 [0058] 在步骤S41中，判定为有关射束L的扫描控制的实测值不在扫描模式的范围内、扫描控制存在异常，转移至强制地停止射束L的照射的联锁状态。 [0059] 转移至联锁状态时，判定是否输入有解除信号(步骤S42)。当判定为未输入有解除信号时，继续联锁状态，在预定时间之后再次进行步骤S42的判定。另一方面，当判定为输入有解除信号时，返回步骤S31转移至空转状态。 [0060] 接着，参照附图对判定为射束L的扫描控制存在异常时的例子进行说明。 [0061] 如图9(a)所示，对在照射场N内按箭头A、箭头B、箭头C的顺序扫描控制射束L的情况进行考虑。关于此时的实测值及扫描模式，将重心位置(X轴、Y轴)的轨迹及各重心位置处的停留时间(Time)的数据示于图9(b)。另外，为了使说明明确化，在图9(a)中，并不是作为检测电线11A、11B的交点的情况，而是作为检测与框内对应的照射位置的情况进行说明。 [0062] 如图9(a)及图9(b)所示，关于射束L的重心位置从(2，2)向(5，5)移动的箭头A及重心位置从(5，3)向(3，3)移动的箭头B之间的扫描，判定为重心位置的轨迹及停留时间的实测值在扫描模式的范围内且射束L的扫描控制正常地进行。之后，在箭头C的扫描中，由于实测值的重心位置(2，4)从扫描模式中的重心位置(4，3)偏离，所以判定为射束L的扫描控制存在异常。这时，在线扫描装置1中，由于进行联锁处理并强制停止射束L的扫描，因此可以进一步谋求防止射束L的错误照射。 [0063] 根据以上说明的线扫描装置1，检测线扫描射束L的照射位置的同时，测定与该照射位置的重心位置对应的停留时间，并利用这些结果对线扫描射束L进行扫描控制，由此可以更可靠地防止线扫描射束L向错误位置的照射或过量照射，从而可以谋求线扫描装置1的可靠性的提高。 [0064] 并且，在线扫描装置1中，当线扫描射束L照射到错误位置或超过预定的时间而过量照射时，通过进行使线扫描射束停止照射的联锁控制，可以更可靠地防止线扫描射束的错误照射。 [0065] 本发明不限于上述的实施方式。 [0066] 例如，线扫描装置1也可以为如下形态：利用检测出的照射位置及测定出的停留时间，对线扫描射束的扫描进行反馈控制。具体而言，可以举出如下形态等：为了降低由线扫描射束的错误动作引起的风险，将抑制强度的射束分成多次向照射场照射时，进行扫描模式的再设定控制，以使在产生过一次错误照射的部位不再产生错误照射。 [0067] 并且，也可以举出如下形态：当线扫描射束的重心位置移动时，将移动前后的停留时间及重心坐标保持在运算电路13(门阵列34)内，使用移动前后的停留时间及重心坐标计算线扫描射束的移动速度，向电磁铁控制部9反馈计算出的移动速度，从而进行射束控制。 [0068] 并且，在上述的实施方式中，将线扫描射束的重心位置移动为止的时间作为停留时间进行了测定，但也可以为将并非重心位置而是照射位置变化为止的时间作为停留时间进行测定的形态。并且，本发明所涉及的线扫描装置1也可以利用在粒子束治疗设备以外的设备或器具。 |
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