JP3364501B2 - Charged particle therapy device - Google Patents
Charged particle therapy deviceInfo
- Publication number
- JP3364501B2 JP3364501B2 JP10620992A JP10620992A JP3364501B2 JP 3364501 B2 JP3364501 B2 JP 3364501B2 JP 10620992 A JP10620992 A JP 10620992A JP 10620992 A JP10620992 A JP 10620992A JP 3364501 B2 JP3364501 B2 JP 3364501B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- magnetic field
- charged particles
- lesion
- gantry
- charged particle
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000002727 particle therapy Methods 0.000 title description 5
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 90
- 230000003902 lesion Effects 0.000 claims description 39
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims description 28
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 15
- 210000003128 head Anatomy 0.000 description 9
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 description 6
- 210000005252 bulbus oculi Anatomy 0.000 description 5
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 4
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 4
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical group [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 231100000987 absorbed dose Toxicity 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 230000001225 therapeutic effect Effects 0.000 description 2
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 2
- YZCKVEUIGOORGS-OUBTZVSYSA-N Deuterium Chemical compound [2H] YZCKVEUIGOORGS-OUBTZVSYSA-N 0.000 description 1
- 235000013405 beer Nutrition 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 150000001975 deuterium Chemical class 0.000 description 1
- 229910052805 deuterium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000001959 radiotherapy Methods 0.000 description 1
- 238000002560 therapeutic procedure Methods 0.000 description 1
- 230000007306 turnover Effects 0.000 description 1
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Radiation-Therapy Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、荷電粒子を使った治療
装置、特に磁界制御を行う荷電粒子治療装置に関する。
【0002】
【従来の技術】放射線治療装置の放射線としては、X線
やγ線を使う例の他に、荷電粒子を使う例がある。X線
やγ線では、その線束制御に鉛等の材料を使ったコリメ
ータを使用する。線束制御は、線量の制御の他に線量の
進行方向の制御がある。一方、荷電粒子ではこうしたコ
リメータは使用できず、加速した荷電粒子を放出する開
口部を設けておき、この開口部から荷電粒子の進行方向
に、病巣部をおき、荷電粒子の照射を行う。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】荷電粒子による治療で
は、病巣部への正確な照射は容易でなく、病巣部以外の
正常組織への照射がなされることもあった。正確な照射
を行うためには、患者を搭載した寝台を動かす等の位置
決めと共に、患者自体を動かすこともあり、患者に負担
を強いていた。
【0004】本発明の目的は、荷電粒子の線束制御を可
能にする荷電粒子治療装置を提供するものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、回転するガン
トリに取り付けられ、ガントリの回転と共に、治療台に
乗せた患者の病巣部へ荷電粒子を照射する照射ヘッド
と、この照射ヘッドからの前記病巣部への荷電粒子の照
射制御を行う制御手段とを備え、この制御手段は、荷電
粒子の軌道を形成する磁場印加手段と、病巣部が荷電粒
子の照射野となるように定めた、治療台位置とガントリ
回転角度とで定まる磁束パターンを格納するメモリと、
ガントリを回転させたときにその治療台位置とガントリ
回転角度とで定まる磁束をメモリから読み出す手段と、
この読み出した磁束を上記磁場印加手段に入力させて、
荷電粒子の軌道がこの磁束で定まるように制御する磁場
制御手段と、を具えるものとした荷電粒子治療装置を開
示する。
【0006】
【0007】
【0008】
【0009】
【0010】
【作用】本発明によれば、患者内を通る荷電粒子を磁場
によって強制的に軌道制御し、これにより、病巣部への
集中的な照射が可能になる。更に本発明によれば、病巣
部への各照射部位に応じて、その患者内軌跡途中の磁場
を所定の磁束パターンに従って変更させることになり、
この磁束パターンの形状により種々の治療部位に対する
治療を達成できる。
【0011】
【0012】
【0013】
【0014】
【実施例】図1は本発明の実施例図である。本実施例
は、治療用ガントリ1、治療台2、ガントリ1の先端に
取り付けた照射ヘッド3、磁場発生装置6より成り荷電
粒子による定位的治療を実現したものである。治療台2
の上には、患者4が搭載され、照射ヘッド3からの荷電
粒子7が病巣部5へ照射できるようになっている。治療
台2には、磁場発生装置6が固定的に取り付けてある。
治療台2には、垂直軸線9の周囲に20゜程度の回転ピ
ッチで回転し、0゜、20゜、40゜、……の各位置で
静止する。ガントリ1は、治療台2の静止中に、水平軸
線8の周囲を回転する。回転には360゜回転(1回
転)、180゜回転(半回転)等があり、この回転中に
荷電粒子7を病巣部5へ照射する。この荷電粒子7は、
加速器から得られたものである。尚、ガントリ1の回転
は磁場発生装置7の存在を考慮して行われ、且つ、磁場
発生装置7が荷電粒子の進行に邪魔となる位置にあって
は、荷電粒子の放出を行わないようにすることが望まし
い。
【0015】磁場発生装置6は、病巣部5を水平方向か
ら挟み込む位置に設けられており、荷電粒子7の軌道を
病巣部5に向くように、軌道制御を行う。
【0016】ここで軌道制御を述べる。荷電粒子7に対
してその直角方向から、磁場発生装置6からの磁場をか
ければ、荷電粒子7は、ローレンツ力によって軌道の制
御がなされる。この時のローレンツ力Fは、
【数1】F=q(V×B)
である。qは荷電粒子の電荷、Vは速度ベクトル、Bは
磁場による磁束密度である。ここで、荷電粒子のエネル
ギーが一定ならば、磁束密度Bの大きさと磁力線回りの
荷電粒子の軌道の回転半径rの積は一定になる。この時
の回転半径rは、
【数2】F=q(V×B)=mV2/r
より、
【数3】r=mV/(qB)
となる。ここで、mは、荷電粒子の質量である。
【0017】そこで、病巣部5に荷電粒子7を集束させ
るように、速度V、及び磁界Bを選ぶ。これによって、
病巣部5への荷電粒子の集束が可能となる。荷電粒子に
は、電子線や原子核がある。露出した病巣部に対して
は、種々の荷電粒子を使いうる。しかし、露出していな
い頭部内部の病巣部の治療には、その頭部内部の病巣部
への到達するだけのエネルギーが必要である。図2は、
X線(200kV)、電子線(16.4MeV)、重水
素原子核(190MeV)における人体組織内の深さと
その深部線量とを示す図である。この図から、浅い内部
では、電子線が使いうるが、深い内部では重水素原子核
の使用が好ましいことがわかる。病巣部の深さや治療目
的を考慮して荷電粒子の種類やエネルギーが選ばれる。
【0018】図3は、図1のように定位的治療を実現す
る装置であるが、異なる点は、磁場発生装置6をガント
リ1に取り付け、治療台2の回転位置に関係なく、荷電
粒子7に対して一定の直角方向から磁場を印加するよう
にした実施例である。この実施例によれば、ガントリ1
が磁場発生装置6と一体化して患者4の周囲を回転でき
ることになり、治療の角度が種々取りうる効果を持つ。
図1の実施例では、磁場発生装置6の外形上の大きさに
もよるが、ガントリ1の回転の邪魔となり回転角度制御
する恐れがあるが、本実施例ではこのようなことはなく
なる。
【0019】磁場発生装置6は、永久磁石、電磁石のい
ずれも有り得るが、電磁石の例を図4に示す。図4
(a)はワイズ型電磁石と呼ばれるものであり、コイル
10Aと10Bとを対向させ、鉄心11を磁路として使
ったものである。図4(b)はワイズ型電磁石を改良し
たサイクロトロン型電磁石と呼ばれるもので、コイル1
0Aと10Bとを対向させると共に鉄心11をその周囲
に配置するようにしたものである。例えば、一般的に用
いられる4MeVの電子線を直径3cmの病巣部に閉じ
込めるには、1.0テスラの磁場を発生させればよい。
また、5MeVの電子では、1.2テスラの磁場を発生
させればよい。尚、電磁石の場合、超電導電磁石を使っ
てもよい。
【0020】図1、図3の如き磁場発生装置による荷電
粒子の軌道制御は、磁場を制御することで行う。この磁
場制御は、病巣部の位置、及びその大きさ病巣部の周囲
の生体組織の状況(何がどのような大きさで等)、荷電
粒子の種類及びエネルギー、ガントリ角度(位置)、治
療台位置等で代表される各種のパラメータを考慮して、
病巣部へ荷電粒子が集中照射するように行う。かかる磁
場制御は磁束制御を行うことであり、磁束制御とはコイ
ルに与える電流制御によって実現する。以下では、磁場
制御とは、患者中での荷電粒子の空間的な軌道制御であ
る故、空間的な磁束パターンによる磁場制御と呼ぶ。
【0021】図5は、磁場制御の一例を示す図である。
以下の内容による。(イ)、磁場印加の有無制御、
(ロ)、磁場極性の制御、(ハ)、磁場の大きさの制
御、この(イ)〜(ハ)の制御を、患者空間上での荷電
粒子の各軌跡対応に、予め定めた空間的な磁束パターン
によって行う。但し、荷電粒子の軌跡とは、ガントリ1
の角度(位置)によって定める。
【0022】図5では、頭部の眼球部の奥に病巣部のあ
る例を示す。眼球部への荷電粒子の照射は避け、眼球部
の保護をはかりたい。かかる眼球部の奥にある病巣部を
治療するには、方向101、102、107、108か
らの荷電粒子は、そのまま照射させてもよいため、磁場
印加なしの制御を行う。方向103、104からの荷電
粒子は、そのまま軌道を曲げずに照射すると眼球部を通
ることになり、これを避けるため、磁場印加の制御を行
う。この時の印加方向(極性)は、紙面の裏側から表側
に向かう方向である。方向105、106からの荷電粒
子も軌道を曲げる必要があるが、方向103、104の
場合と逆方向に曲げる必要から、紙面の表側から裏側へ
向かう方向(極性)に磁場を印加する。尚、(ハ)の制
御を加えると更に精度のよい軌跡制御が達成できる。
【0023】図5の如き荷電粒子軌跡を実現するには、
その制御内容(実際には空間的な時速パターンを与える
もの)を格納したメモリテーブルを用意しておけばよ
い。図1の装置への適用例である。メモリテーブルで、
ガントリ角度が荷電粒子の突入軌道を示し、治療台位置
が各静止位置を示す。図では、ガントリサンプルピッチ
角度をα゜、治療台の回転ピッチ角をθ゜とした。更
に、データは2ビット構成とし、
00……磁場印加なし
01……磁場印加あり
10……磁場極性は正極
11……磁場極性は負極
なる意味を持たせてある。従って、例えば、(2θ、3
α)では、データは“10”であり、磁場極性は、正極
印加であることがわかる。ここで、正極、負極とは、互
いに反対極性であることを意味する。
【0024】こうしたメモリテーブルを用意しておき、
ガントリ角度及び治療台位置とから対応するデータを読
み出して、磁場発生装置6による磁束制御を実現すれ
ば、荷電粒子の病巣部への照射が行われる。尚、図3に
も適用でき、(ハ)の磁場の大きさ制御のデータをも加
味することができる。
【0025】図5は、軌道毎に磁場制御を(イ)〜
(ハ)に従って行う例としたが、各軌道の経路中で磁場
制御を行うと更によい。即ち、図5の例では、例えば方
向104に対してはある極性の一定の大きさの磁場を与
えているが、一定大きさではなく方向104の進行経路
に沿って種々の変化する磁場を与えるようにする。これ
によって、種々の軌道制御を、病巣部対応に行うことが
出来るようになる。これは、図6のメモリテーブルでみ
れば、2次元ではなく3次元的なメモリテーブルを設け
ることで実現できる。この観点の実施例を図7、図8に
よって説明する。
【0026】図7は、深部に重要な臓器があり、この重
要な臓器の手順に病巣部が存在する如き事例の空間的な
磁場パターン(磁束パターン)による制御例を示す図で
ある。重要臓器の中心点を原点にし、図に示すような磁
界を与える。即ち、x方向及びy方向について磁束密度
の等高線をほぼ扇状に与え、且つ各等高線での磁束密度
は、原点から距離aの区間はB1の大きさとし、距離a
から距離bまでの区間は、距離が大きくなるに従って小
さくするようにした。ここで、距離aとは、重要臓器
の、原点からの幅よりも大きな距離である。距離bは、
患者の皮膚相当位置である。更に、距離cは重要臓器へ
の荷電粒子の侵入を阻止するための設定距離であり、こ
の距離c近傍で荷電粒子の進行を阻止するようにした。
この阻止のために、0〜aでは大きな磁束密度B1をか
け、且つ距離cで急激に回転(内側へのらせん状回転運
動)するようにした。患部は、距離cよりも若干外側に
位置することが好ましい。
【0027】以上の図7の磁界印加によれば、荷電粒子
は、等高線で定まる磁界の大きさに従った軌道を通って
患部に向かって入射してくる。そして、磁束密度B1の
存在及び距離cまでの傾斜磁界により、荷電粒子は、距
離c付近で進行が阻止され、重要臓器への侵入はなくな
る。図7の実施例を実現するには、図6と同様な観点で
テーブル化しておき、これを治療台の位置とがガントリ
の角度とで読み出して、電磁石の電流制御を行えばよ
い。但し、図6と異なり、電流の大小制御を行うことが
必要であり、その旨のデータ化が必要である。又、磁場
の制御で実現させたが、荷電粒子のエネルギー制御を加
味してもよい。
【0028】図8は、病巣部の中心で磁場最大値を持つ
ように磁場分布を設定した例である。病巣中心を原点と
して、この原点での磁束密度B2を最大とし、病巣部よ
り離れるに従って磁束密度が小さくなるように設定して
ある。このように磁場を設定すれば、荷電粒子は、点線
で示すように病巣部の中心へ、らせん運動をしながら集
束してゆく。
【0029】図9は、荷電粒子の照射方向と磁束密度の
方向を垂直からわずかに(角度δ)だけずらした例であ
る。このようにすることで、荷電粒子の運動は、単一平
面内だけでなく、立体的になり、病巣部の広い範囲にわ
たって照射することができる。
【0030】図10は、磁場を荷電粒子線の方向に平行
にかけた実施例図である。磁場を荷電粒子線を取り巻く
ように平行にかけることによって、周囲に拡がる散乱線
を磁場によって閉じ込め正常組織への被害を少なくでき
る。この場合深さ方向の制御は荷電粒子線の物質との相
互作用の特性によって行う。即ち、図2によれば荷電粒
子線はX線等の電磁波と異なり、物質中ではある深さ
(これはエネルギーによる)に吸収線量のピークを持
ち、それ以上の深さでは、殆ど吸収線量が0になるとい
う特性が知られているが、この特性を用いて吸収線量の
ピークの深さに病巣部が来るように荷電粒子線のエネル
ギーを選択するのである。尚、荷電粒子線を取り巻くよ
うに平行に磁場をかけるための装置が、照射ヘッド3に
取り付けた磁場発生装置6A及びこれに患者を挟んで対
向する磁場発生装置6Bである。磁場発生装置6Aは、
照射ヘッド3から放出される荷電粒子7の通路を内部に
持つ、中空円筒形電磁石である。磁場発生装置6Bも、
中空円筒形電磁石である。この装置6Aと6Bとによっ
て、荷電粒子7は、病巣部へ向くように閉じ込められ
る。
【0031】図11は、主となる磁場を荷電粒子線と平
行にかけ、更に荷電粒子線の上流側の磁場発生装置6A
に対し下流側の磁場発生装置6Bの強度を強くすること
により、磁気ビンの原理を用いて荷電粒子線を患者体内
の病巣部で集束するようにした実施例である。逆に荷電
粒子線の上流側の磁場発生装置6Aに対し下流側の磁場
発生装置6Bの強度を弱くすることにより、荷電粒子線
を拡げて広い範囲の患部を照射する事も可能である。こ
の様に磁場の強度を変えることによって照射野を電磁的
に変化させることが出来る。ここで磁気ビンとは、以下
の如きものである。図11の如く、磁力線の方向に沿っ
て荷電粒子を進ませた場合、粒子は、磁場の強いところ
に近づくと遅くなり、粒子の角度と磁力線とがある関係
になると速度は零になり、粒子はひき返す。この粒子の
ひき返しは、一種の磁気的な鏡と見なすことができ、通
常、磁気鏡と呼ばれている。そこで、磁場発生装置6
A、6Bの部分ですぼみ、6Aと6Bとを結ぶ経路上で
周囲にふくらむような磁気鏡を作る(即ち、一種のビヤ
樽形磁場)と、粒子は磁力線に沿って進みながら周囲で
反射し、内部に保持される。この様な現象を磁気ビンと
呼ぶ(「詳解 電磁気学演習」共立出版。後藤憲一著。
1970年発行)。
【0032】図5、図7、図8、図9の如き磁場形成
は、図1、図3の如き対向磁場発生装置の1組だけによ
るものとしたが、水平軸線に沿って2組の対向磁場発生
装置を180゜間隔に設けても実現できる。更に、図
5、図7、図8、図9は種々の傾斜磁場を利用している
が、こうした特有の傾斜磁場を発生するような専用の磁
場発生装置を設けてもよい。更に、ガントリの回転、治
療台の移動を行わない治療装置にも本発明は適用でき
る。
【0033】
【発明の効果】本発明により、磁場の作用で放射線の患
者体内での制御を行えるため、放射線が病巣部に安全に
投与でき高い治療効果が得られるようになる。特に、磁
場によって荷電粒子の軌道を積極的に制御して病巣部へ
の照射を集中的に行えるため、線量自体も大線量化が可
能になる。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a treatment apparatus using charged particles, and more particularly to a charged particle treatment apparatus for controlling a magnetic field. 2. Description of the Related Art As radiation of a radiotherapy apparatus, there is an example using charged particles in addition to an example using X-rays and γ-rays. For X-rays and γ-rays, a collimator using a material such as lead is used for controlling the flux. The beam flux control includes control of the traveling direction of the dose in addition to the control of the dose. On the other hand, such a collimator cannot be used for charged particles, and an opening for emitting accelerated charged particles is provided, and a lesion is formed from the opening in the traveling direction of the charged particles to irradiate the charged particles. [0003] In the treatment with charged particles, it is not easy to accurately irradiate a lesion, and sometimes irradiation is performed to normal tissues other than the lesion. In order to perform accurate irradiation, the patient itself may be moved together with positioning, such as moving a bed on which the patient is mounted, thereby imposing a burden on the patient. [0004] It is an object of the present invention to provide a charged particle therapy apparatus that enables control of the flux of charged particles. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is directed to an irradiation head mounted on a rotating gantry and irradiating a charged part of a patient placed on a treatment table with charged particles as the gantry rotates, and the irradiation head. Control means for controlling the irradiation of the charged particles to the lesion from the magnetic field applying means for forming a trajectory of the charged particles, and the control means is determined so that the lesion becomes an irradiation field of the charged particles. A memory for storing a magnetic flux pattern determined by a treatment table position and a gantry rotation angle;
Means for reading a magnetic flux determined by the treatment table position and the gantry rotation angle from the memory when the gantry is rotated,
The read magnetic flux is input to the magnetic field applying means,
There is disclosed a charged particle treatment apparatus including magnetic field control means for controlling a trajectory of charged particles to be determined by the magnetic flux. According to the present invention, the trajectory of a charged particle passing through a patient is forcibly controlled by a magnetic field, thereby concentrating on a lesion. Irradiation becomes possible. Further according to the present invention, according to each irradiation site to the lesion, the magnetic field in the middle of the trajectory in the patient will be changed according to a predetermined magnetic flux pattern,
The treatment for various treatment sites can be achieved by the shape of the magnetic flux pattern. FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of the present invention. In the present embodiment, stereotactic treatment using charged particles is realized by a treatment gantry 1, a treatment table 2, an irradiation head 3 attached to the tip of the gantry 1, and a magnetic field generator 6. Treatment table 2
A patient 4 is mounted thereon, and the charged particles 7 from the irradiation head 3 can be irradiated to the lesion 5. A magnetic field generator 6 is fixedly attached to the treatment table 2.
The treatment table 2 is rotated around the vertical axis 9 at a rotation pitch of about 20 °, and stands still at each position of 0 °, 20 °, 40 °,.... The gantry 1 rotates around a horizontal axis 8 while the couch 2 is stationary. The rotation includes 360 ° rotation (one rotation), 180 ° rotation (half rotation), and the like, and the charged particles 7 are irradiated to the lesion 5 during this rotation. The charged particles 7
It is obtained from the accelerator. Note that the rotation of the gantry 1 is performed in consideration of the presence of the magnetic field generator 7, and when the magnetic field generator 7 is at a position where it hinders the progress of the charged particles, the charged particles are not emitted. It is desirable to do. The magnetic field generator 6 is provided at a position sandwiching the lesion 5 from the horizontal direction, and controls the trajectory so that the trajectory of the charged particles 7 is directed to the lesion 5. Here, the trajectory control will be described. If a magnetic field is applied from the magnetic field generator 6 to the charged particle 7 in a direction perpendicular to the charged particle 7, the trajectory of the charged particle 7 is controlled by Lorentz force. The Lorentz force F at this time is as follows: F = q (V × B) q is the charge of the charged particles, V is the velocity vector, and B is the magnetic flux density due to the magnetic field. Here, if the energy of the charged particles is constant, the product of the magnitude of the magnetic flux density B and the radius of gyration r of the trajectory of the charged particles around the line of magnetic force is constant. At this time, the radius of gyration r is as follows: F = q (V × B) = mV 2 / r, and r = mV / (qB). Here, m is the mass of the charged particles. Therefore, the velocity V and the magnetic field B are selected so that the charged particles 7 are focused on the lesion 5. by this,
Focusing of the charged particles on the lesion 5 becomes possible. Charged particles include electron beams and nuclei. For the exposed lesions, various charged particles can be used. However, treating a lesion inside the head that is not exposed requires energy to reach the lesion inside the head. FIG.
It is a figure which shows the depth in a human body tissue in X-rays (200 kV), an electron beam (16.4 MeV), and a deuterium nucleus (190 MeV), and its deep dose. From this figure, it can be seen that an electron beam can be used in a shallow interior, but it is preferable to use deuterium nuclei in a deep interior. The type and energy of the charged particles are selected in consideration of the depth of the lesion and the purpose of treatment. FIG. 3 shows an apparatus for realizing stereotactic therapy as shown in FIG. 1. The difference is that the magnetic field generator 6 is attached to the gantry 1 and the charged particles 7 are independent of the rotational position of the treatment table 2. This is an embodiment in which a magnetic field is applied from a direction perpendicular to a predetermined angle. According to this embodiment, gantry 1
Can be rotated around the patient 4 by being integrated with the magnetic field generator 6, which has the effect that various angles of treatment can be taken.
In the embodiment of FIG. 1, depending on the external size of the magnetic field generator 6, the rotation of the gantry 1 may be hindered and the rotation angle may be controlled. However, in the present embodiment, this is not the case. The magnetic field generator 6 can be either a permanent magnet or an electromagnet. An example of an electromagnet is shown in FIG. FIG.
(A) is a so-called electromagnet in which the coils 10A and 10B are opposed to each other and the iron core 11 is used as a magnetic path. FIG. 4B shows a so-called cyclotron type electromagnet obtained by improving the wise type electromagnet.
0A and 10B are opposed to each other, and the iron core 11 is arranged around the core. For example, in order to confine a generally used 4 MeV electron beam in a lesion having a diameter of 3 cm, a magnetic field of 1.0 Tesla may be generated.
For 5 MeV electrons, a magnetic field of 1.2 Tesla may be generated. In the case of an electromagnet, a superconducting electromagnet may be used. The trajectory control of the charged particles by the magnetic field generator as shown in FIGS. 1 and 3 is performed by controlling the magnetic field. This magnetic field control is based on the position and size of the lesion, the state of the living tissue around the lesion (what and what size, etc.), the type and energy of the charged particles, the gantry angle (position), the treatment table Considering various parameters represented by position etc.,
It is performed so that charged particles are focused on the lesion. Such magnetic field control is to perform magnetic flux control, and the magnetic flux control is realized by controlling the current applied to the coil. In the following, since the magnetic field control is a spatial trajectory control of charged particles in a patient, it is referred to as a magnetic field control based on a spatial magnetic flux pattern. FIG. 5 is a diagram showing an example of magnetic field control.
According to the following contents. (A), control of the presence or absence of magnetic field application,
(B), control of the magnetic field polarity, (C), control of the magnitude of the magnetic field, and these controls (A) to (C) are performed in accordance with each predetermined trajectory of the charged particle in the patient space. This is performed with a simple magnetic flux pattern. However, the trajectory of the charged particle is the gantry 1
Is determined by the angle (position). FIG. 5 shows an example in which a lesion is located at the back of the eyeball of the head. I want to avoid irradiating charged particles to the eyeball and protect the eyeball. In order to treat a lesion located in the back of the eyeball, charged particles from the directions 101, 102, 107, and 108 may be irradiated as they are, so that control without applying a magnetic field is performed. If the charged particles from the directions 103 and 104 are irradiated without bending the trajectory as they are, they will pass through the eyeball part. To avoid this, the application of the magnetic field is controlled. The application direction (polarity) at this time is a direction from the back side of the paper to the front side. The trajectory of the charged particles from the directions 105 and 106 also needs to be bent. However, since it is necessary to bend the trajectory in the direction opposite to the directions in the directions 103 and 104, a magnetic field is applied in a direction (polarity) from the front side to the back side of the drawing. By adding the control (c), more accurate trajectory control can be achieved. In order to realize a charged particle trajectory as shown in FIG.
It is sufficient to prepare a memory table that stores the control contents (actually, those that give a spatial speed pattern). It is an example of application to the device of FIG. In the memory table,
The gantry angle indicates the entry trajectory of the charged particles, and the treatment table position indicates each stationary position. In the figure, the gantry sample pitch angle is α ゜, and the rotation pitch angle of the treatment table is θ ゜. Further, the data has a 2-bit configuration, and 00: no magnetic field is applied 01: magnetic field is applied 10: the polarity of the magnetic field is positive 11 and the polarity of the magnetic field is negative. Therefore, for example, (2θ, 3
In α), the data is “10”, which indicates that the polarity of the magnetic field is applied to the positive electrode. Here, the positive electrode and the negative electrode mean that the polarities are opposite to each other. Having prepared such a memory table,
If the corresponding data is read out from the gantry angle and the treatment table position and the magnetic flux control by the magnetic field generator 6 is realized, the charged particle is irradiated to the lesion. It should be noted that the present invention can be applied to FIG. 3 and the data of the magnitude control of the magnetic field shown in FIG. FIG. 5 shows the magnetic field control for each orbit (a) to (d).
Although the example is performed according to (c), it is more preferable to perform the magnetic field control in the path of each orbit. That is, in the example of FIG. 5, for example, a magnetic field having a certain polarity and a certain magnitude is applied in the direction 104, but various changing magnetic fields are applied along the traveling path in the direction 104 instead of the fixed magnitude. To do. As a result, various trajectory controls can be performed for the lesion. This can be realized by providing a three-dimensional memory table instead of a two-dimensional memory table in the memory table of FIG. An embodiment from this viewpoint will be described with reference to FIGS. FIG. 7 is a diagram showing an example of control using a spatial magnetic field pattern (magnetic flux pattern) in a case where there is an important organ in the deep part and a lesion exists in the procedure of this important organ. A magnetic field as shown in the figure is given with the center point of the important organ as the origin. That is, the contour lines of the magnetic flux density in the x direction and the y direction are given in a substantially fan shape, and the magnetic flux density at each contour line is B 1 in the section of the distance a from the origin and the distance a
The section from to the distance b is made smaller as the distance increases. Here, the distance a is a distance larger than the width of the important organ from the origin. The distance b is
It is the position corresponding to the patient's skin. Further, the distance c is a set distance for preventing charged particles from entering the important organ, and the charged particles are prevented from advancing near this distance c.
For this blocking, over a large magnetic flux density B 1 in 0 to A, and so rapidly rotating (spiral rotational movement of the inward) at and a distance c. The affected part is preferably located slightly outside the distance c. According to the application of the magnetic field shown in FIG. 7, the charged particles enter the affected area through a trajectory according to the magnitude of the magnetic field determined by the contour lines. Then, due to the existence of the magnetic flux density B 1 and the gradient magnetic field up to the distance c, the charged particles are stopped from traveling near the distance c, and do not enter the important organ. In order to realize the embodiment of FIG. 7, a table may be prepared from the same viewpoint as that of FIG. 6, and the table may be read from the position of the treatment table and the angle of the gantry to control the current of the electromagnet. However, unlike FIG. 6, it is necessary to control the magnitude of the current, and it is necessary to convert this into data. Further, although the control is realized by controlling the magnetic field, the control of the energy of the charged particles may be added. FIG. 8 shows an example in which the magnetic field distribution is set so that the magnetic field has a maximum value at the center of the lesion. The lesion center as the origin, the magnetic flux density B 2 in the origin as the maximum, is set so that the magnetic flux density is lowered as it is away from the lesion. When the magnetic field is set in this manner, the charged particles converge while spirally moving toward the center of the lesion as shown by the dotted line. FIG. 9 shows an example in which the irradiation direction of the charged particles and the direction of the magnetic flux density are slightly shifted from the vertical direction by an angle δ. By doing so, the motion of the charged particles becomes not only in a single plane but also in a three-dimensional manner, and irradiation can be performed over a wide area of the lesion. FIG. 10 is an embodiment diagram in which a magnetic field is applied in parallel to the direction of the charged particle beam. By applying a magnetic field in parallel so as to surround the charged particle beam, scattered radiation that spreads to the surroundings can be confined by the magnetic field and damage to normal tissue can be reduced. In this case, the control in the depth direction is performed by the characteristics of the interaction of the charged particle beam with the substance. That is, according to FIG. 2, the charged particle beam is different from an electromagnetic wave such as an X-ray, and has a peak of the absorbed dose at a certain depth (this is due to energy) in the substance. The characteristic of becoming zero is known, and the energy of the charged particle beam is selected so that the lesion is located at the peak depth of the absorbed dose using this characteristic. A device for applying a magnetic field in parallel so as to surround the charged particle beam is a magnetic field generating device 6A attached to the irradiation head 3 and a magnetic field generating device 6B opposed to the magnetic field generating device 6 with a patient interposed therebetween. The magnetic field generator 6A
It is a hollow cylindrical electromagnet having a passage for charged particles 7 emitted from the irradiation head 3 inside. The magnetic field generator 6B also
It is a hollow cylindrical electromagnet. The charged particles 7 are confined by the devices 6A and 6B so as to face the lesion. FIG. 11 shows that a main magnetic field is applied in parallel with the charged particle beam, and the magnetic field generator 6A on the upstream side of the charged particle beam is further applied.
This is an embodiment in which the intensity of the magnetic field generator 6B on the downstream side is increased so that the charged particle beam is focused at the lesion within the patient's body using the principle of the magnetic bin. Conversely, by weakening the strength of the magnetic field generator 6B on the downstream side with respect to the magnetic field generator 6A on the upstream side of the charged particle beam, the charged particle beam can be expanded to irradiate a wide range of affected parts. Thus, the irradiation field can be electromagnetically changed by changing the intensity of the magnetic field. Here, the magnetic bin is as follows. As shown in FIG. 11, when the charged particles are advanced along the direction of the magnetic field lines, the particles become slower when approaching a place where the magnetic field is strong, and the velocity becomes zero when there is a relationship between the angle of the particles and the magnetic field lines. Turn over. The flipping of the particles can be considered as a kind of magnetic mirror, and is usually called a magnetic mirror. Therefore, the magnetic field generator 6
When a magnetic mirror is formed that bulges in the area of A and 6B and bulges around on the path connecting 6A and 6B (that is, a kind of beer barrel magnetic field), the particles are reflected by the surroundings while traveling along the magnetic field lines, Held inside. Such a phenomenon is called a magnetic bin ("Detailed Explanation Electromagnetics Exercise" Kyoritsu Shuppan. Kenichi Goto).
Published in 1970). The magnetic field formation as shown in FIGS. 5, 7, 8 and 9 is performed by only one set of the opposing magnetic field generators as shown in FIGS. 1 and 3, but two sets of the opposing magnetic field generators are arranged along the horizontal axis. This can be realized even if the magnetic field generators are provided at 180 ° intervals. Further, while FIGS. 5, 7, 8, and 9 use various gradient magnetic fields, a dedicated magnetic field generator for generating such a specific gradient magnetic field may be provided. Further, the present invention can be applied to a treatment apparatus that does not rotate the gantry or move the treatment table. According to the present invention, since the radiation can be controlled in the patient by the action of the magnetic field, the radiation can be safely administered to the lesion and a high therapeutic effect can be obtained. In particular, since the trajectory of the charged particle can be intensively controlled by positively controlling the trajectory of the charged particles by the magnetic field, the dose itself can be increased.
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の荷電粒子治療装置の実施例図である。
【図2】本発明で扱う荷電粒子とX線との深部線量との
対比図である。
【図3】本発明の荷電粒子治療装置の他の実施例図であ
る。
【図4】本発明の磁場発生装置の実施例図である。
【図5】本発明の荷電粒子制御例を示す図である。
【図6】本発明の荷電粒子制御のための制御データを格
納したメモリテーブルを示す図である。
【図7】本発明の荷電粒子の他の制御例を示す図であ
る。
【図8】本発明の荷電粒子の他の制御例を示す図であ
る。
【図9】本発明の荷電粒子の他の制御例を示す図であ
る。
【図10】本発明の荷電粒子治療装置の他の実施例図で
ある。
【図11】本発明の荷電粒子の他の制御例を示す図であ
る。
【符号の説明】
1 治療用ガントリ
2 治療台
3 照射ヘッド
4 患者
5 病巣部
6 磁場発生装置
7 荷電粒子BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a charged particle therapy apparatus according to the present invention. FIG. 2 is a comparison diagram of deep doses of charged particles and X-rays handled in the present invention. FIG. 3 is a diagram showing another embodiment of the charged particle therapy device of the present invention. FIG. 4 is a diagram showing an embodiment of a magnetic field generator according to the present invention. FIG. 5 is a diagram showing a charged particle control example of the present invention. FIG. 6 is a diagram showing a memory table storing control data for controlling charged particles according to the present invention. FIG. 7 is a diagram showing another control example of the charged particle of the present invention. FIG. 8 is a diagram showing another control example of the charged particle of the present invention. FIG. 9 is a diagram showing another control example of the charged particle of the present invention. FIG. 10 is a diagram showing another embodiment of the charged particle therapy apparatus of the present invention. FIG. 11 is a diagram illustrating another control example of the charged particle of the present invention. [Description of Signs] 1 therapeutic gantry 2 treatment table 3 irradiation head 4 patient 5 lesion part 6 magnetic field generator 7 charged particles
Claims (1)
トリの回転と共に、治療台に乗せた患者の病巣部へ荷電
粒子を照射する照射ヘッドと、この照射ヘッドからの前
記病巣部への荷電粒子の照射制御を行う制御手段とを備
え、 この制御手段は、荷電粒子の軌道を形成する磁場印加手
段と、病巣部が荷電粒子の照射野となるように定めた、
治療台位置とガントリ回転角度とで定まる磁束パターン
を格納するメモリと、ガントリを回転させたときにその
治療台位置とガントリ回転角度とで定まる磁束データを
メモリから読み出す手段と、この読み出した磁束データ
を上記磁場印加手段に入力させて、荷電粒子の軌道がこ
の磁束で定まるように制御する磁場制御手段と、を具え
るものとした荷電粒子治療装置。(57) [Claims 1] An irradiation head attached to a rotating gantry and irradiating charged particles to a lesion of a patient placed on a treatment table with rotation of the gantry, and an irradiation head from the irradiation head. Control means for controlling the irradiation of charged particles to the lesion, the control means, a magnetic field applying means for forming a trajectory of the charged particles, and the lesion is determined to be an irradiation field of the charged particles,
A memory for storing a magnetic flux pattern determined by the treatment table position and the gantry rotation angle; a means for reading from the memory magnetic flux data determined by the treatment table position and the gantry rotation angle when the gantry is rotated; and the read magnetic flux data And a magnetic field control unit that controls the trajectory of the charged particle to be determined by the magnetic flux.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10620992A JP3364501B2 (en) | 1992-03-31 | 1992-03-31 | Charged particle therapy device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10620992A JP3364501B2 (en) | 1992-03-31 | 1992-03-31 | Charged particle therapy device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05277197A JPH05277197A (en) | 1993-10-26 |
| JP3364501B2 true JP3364501B2 (en) | 2003-01-08 |
Family
ID=14427770
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10620992A Expired - Fee Related JP3364501B2 (en) | 1992-03-31 | 1992-03-31 | Charged particle therapy device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3364501B2 (en) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11281797A (en) * | 1998-03-31 | 1999-10-15 | Mitsubishi Electric Corp | Charged particle beam irradiation equipment |
| JP7165499B2 (en) * | 2018-01-23 | 2022-11-04 | 住友重機械工業株式会社 | Charged particle beam therapy system |
| US20210299462A1 (en) * | 2018-06-18 | 2021-09-30 | National Institutes For Quantum And Radiological Science And Technology | Particle beam irradiation system, particle beam irradiation method, irradiatiion planning program, irradiation planning device, electromagnetic field generator, and irradiation device |
| KR102158861B1 (en) * | 2018-10-30 | 2020-09-23 | 한국전기연구원 | Magnetic field generating apparatus and dose control radiotherapy apparatus including the same |
-
1992
- 1992-03-31 JP JP10620992A patent/JP3364501B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05277197A (en) | 1993-10-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8613694B2 (en) | Method for biological modulation of radiation therapy | |
| US10188878B2 (en) | Small beam area, mid-voltage radiotherapy system with reduced skin dose, reduced scatter around the treatment volume, and improved overall accuracy | |
| CN114668986B (en) | A radiotherapy device, a photon flash therapy system, and an ultra-high energy electron flash therapy system | |
| CN107913472B (en) | Particle therapy device comprising MRI | |
| JP7094375B2 (en) | Proton arc beam irradiation system | |
| EP3618922B1 (en) | System and method for gantry-less particle therapy | |
| US20240335679A1 (en) | Toroidal gantry for a particle therapy system | |
| AU2026200063A1 (en) | Device for generating magnetic field and method for controlling same | |
| JP3364501B2 (en) | Charged particle therapy device | |
| US12303720B2 (en) | Gantry having a retractable cover | |
| JPH07227435A (en) | Three-dimensional radiotherapy device | |
| Kutsaev et al. | Novel technologies for linac-based radiotherapy | |
| JPH10300899A (en) | Radiotherapy equipment | |
| TWI836518B (en) | Particle therapy system and gantry therefor | |
| HK40108840B (en) | Gantry having a retractable cover | |
| HK40108840A (en) | Gantry having a retractable cover | |
| JP3087769B2 (en) | Radiation irradiation device | |
| JPH04197273A (en) | Treating device formed by using proton ray | |
| JP2025184820A (en) | Low energy - high intensity proton or deuteron beam acceleration system | |
| Pedroni | All-in-one: an attempt to integrate the full potential of proton pencil beam scanning in a new gantry system | |
| CN106975164A (en) | The radiotherapy unit of MRI guiding |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |