專利名稱：粒子射線照射裝置及粒子射線治療裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于 醫(yī)療用途或研究用途的粒子射線治療裝置，尤其涉及所謂光柵掃描的掃描型的粒子射線照射裝置及粒子射線治療裝置。
背景技術(shù)：
一般而言，粒子射線治療裝置包括射束產(chǎn)生裝置，該射束產(chǎn)生裝置產(chǎn)生帶電粒子束；加速器，該加速器與射束產(chǎn)生裝置相連接，且使得所產(chǎn)生的帶電粒子束進(jìn)行加速；射束輸送系統(tǒng)，該射束輸送系統(tǒng)輸送加速到在加速器中所設(shè)定的能量為止之后射出的帶電粒子束；以及粒子射線照射裝置，該粒子射線照射裝置設(shè)置在射束輸送系統(tǒng)的下游，且用于將帶電粒子束射向照射對象。粒子射線照射裝置大致分為廣域照射方式和掃描照射方式(點(diǎn)掃描、光柵掃描等)，廣域照射方式是利用散射體將帶電粒子束進(jìn)行散射放大，使得經(jīng)放大的帶電粒子束與照射對象的形狀相一致來形成照射野，而掃描照射方式是以細(xì)束狀射束進(jìn)行掃描來形成照射野，以使其與照射對象的形狀相一致。簡單而言，點(diǎn)掃描是如點(diǎn)畫法那樣照射粒子射線束形成較小的點(diǎn)狀、來形成照射野的方法。即，反復(fù)進(jìn)行射束提供(打點(diǎn))、射束停止、移動(dòng)。點(diǎn)掃描是一種能按照每個(gè)點(diǎn)位置來改變照射劑量的自由度較高的照射方法，近年來頗受關(guān)注。簡單而言，光柵掃描是如單筆畫那樣持續(xù)照射粒子射線束、來形成照射野的方法。即，是一邊持續(xù)照射射束、一邊使目標(biāo)劑量在一定的區(qū)域內(nèi)以恒速進(jìn)行移動(dòng)的方法。由于無需頻繁地反復(fù)提供/停止射束，因此，具有能縮短治療時(shí)間的優(yōu)點(diǎn)。還提出有介于點(diǎn)掃描、光柵掃描之間的掃描方法。如光柵掃描那樣持續(xù)照射射束，如點(diǎn)掃描那樣使射束照射位置不斷在點(diǎn)位置間移動(dòng)。上述方法具有點(diǎn)掃描和光柵掃描這兩者的優(yōu)點(diǎn)。在本說明書中，將該介于兩者之間的照射方法稱為混合掃描。廣域照射方式利用準(zhǔn)直器和團(tuán)塊(borus)形成與患部形狀相一致的照射野。廣域照射方式形成與患部形狀相一致的照射野，防止向正常組織進(jìn)行不需要的照射，因此成為了最廣泛采用的、優(yōu)異的照射方式。然而，需要針對每一位患者制作團(tuán)塊，或與患部相配合而使準(zhǔn)直器進(jìn)行變形。另一方面，掃描照射方式是不需要準(zhǔn)直器和團(tuán)塊的、自由度高的照射方式。然而，由于不使用防止向患部以外的正常組織進(jìn)行照射的這些部件，因此要求超過廣域照射方式的、高射束照射位置精度。針對粒子射線治療裝置，為了提高照射位置或照射劑量的精度，進(jìn)行了各種發(fā)明。專利文獻(xiàn)I的目的在于提供能準(zhǔn)確地照射患部的粒子射線治療裝置，并公開了以下發(fā)明。專利文獻(xiàn)I的發(fā)明是將掃描裝置所進(jìn)行的帶電粒子束的掃描量和此時(shí)利用射束位置檢測器檢測出的帶電粒子束的射束位置存儲(chǔ)到存儲(chǔ)裝置中，使用該存儲(chǔ)的掃描量和射束位置，根據(jù)基于治療計(jì)劃信息的射束位置，利用控制裝置來設(shè)定掃描裝置的掃描量。由于將實(shí)際照射所獲得的掃描量與射束位置之間的關(guān)系存儲(chǔ)在存儲(chǔ)裝置中，因此可期待準(zhǔn)確地對患部進(jìn)行照射。
專利文獻(xiàn)2的目的在于提供確保高安全性、能以高精度照射帶電粒子束的粒子治療裝置，并公開了以下發(fā)明。專利文獻(xiàn)2的發(fā)明是將從帶電粒子束產(chǎn)生裝置射出的帶電粒子束提供給在與射束前進(jìn)方向相垂直的照射面上進(jìn)行掃描的掃描電磁鐵，基于通過該掃描電磁鐵的帶電粒子束的在照射面上的位置和劑量，來控制來自帶電粒子束產(chǎn)生裝置的帶電粒子束的射出量。具體而言，在照射面上分割而形成的多個(gè)區(qū)域中，停止對達(dá)到目標(biāo)劑量的區(qū)域供給帶電粒子束，對未達(dá)到目標(biāo)劑量的其它區(qū)域供給帶電粒子束。這樣，對各區(qū)域中的照射劑量和目標(biāo)劑量進(jìn)行比較，對帶電粒子束的射出量進(jìn)行0N/0FF(開通/關(guān)閉)控制(供給/停止)，從而可期待高安全性。在專利文獻(xiàn)3中，針對在掃描電磁鐵的電流與磁場之間存在的磁滯特性使射束照射位置的精度降低這一問題，公開了以下的發(fā)明。專利文獻(xiàn)3的發(fā)明包括第一運(yùn)算單元，該第一運(yùn)算單元對應(yīng)于基于照射計(jì)劃的射束照射位置，計(jì)算出未考慮磁滯影響的掃描電磁鐵的電流值；以及第二運(yùn)算單元，該第二運(yùn)算單元考慮磁滯影響對第一運(yùn)算單元所計(jì)算出的掃描電磁鐵的電流值進(jìn)行校正運(yùn)算，照射控制裝置基于第二運(yùn)算單元的運(yùn)算結(jié)果來控制掃描電磁鐵的電流。這樣，通過在第二運(yùn)算單元中實(shí)施校正運(yùn)算以消除磁滯影響，即通過 使第二運(yùn)算單元具備表示磁滯特性的數(shù)學(xué)模型，可期待通過運(yùn)算來提高射束照射位置的精度?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I :日本國專利特開2005-296162號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 :日本國專利特開2008-272139號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3 :日本國專利特開2007-132902號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
在專利文獻(xiàn)I所公開的發(fā)明中，基于通過進(jìn)行實(shí)際照射所獲得的帶電粒子束的掃描量和射束位置的實(shí)際數(shù)據(jù)來生成轉(zhuǎn)換表，并利用該轉(zhuǎn)換表來計(jì)算出掃描電磁鐵的設(shè)定電流值。然而，實(shí)際情況如專利文獻(xiàn)3所示，在掃描電磁鐵的電流與磁場之間存在磁滯特性，在電流值增大時(shí)以及電流值減小時(shí)，會(huì)形成不同的磁場。換言之，即使知道某一瞬間的掃描電磁鐵的電流值，僅靠該信息，并不能確定磁場的準(zhǔn)確值。因而，專利文獻(xiàn)I所公開的發(fā)明中存在如下問題因電磁鐵的磁滯影響而不能準(zhǔn)確地對患部進(jìn)行照射。在專利文獻(xiàn)2所公開的發(fā)明中，對帶電粒子束的射出量進(jìn)行0N/0FF控制(供給/停止)，以使所定義的各區(qū)域中的照射劑量達(dá)到目標(biāo)劑量。然而，專利文獻(xiàn)2所公開的發(fā)明所記載的在照射面上分割所形成的多個(gè)區(qū)域是根據(jù)對應(yīng)的掃描電磁鐵的勵(lì)磁電流的范圍來定義的勵(lì)磁電流空間內(nèi)的區(qū)域(勵(lì)磁區(qū)域)，而與實(shí)際的照射空間內(nèi)的區(qū)域(照射區(qū)域)不一致。這是由于如果不考慮掃描電磁鐵的磁滯，則該勵(lì)磁區(qū)域和照射區(qū)域不會(huì)準(zhǔn)確地一一對應(yīng)。因而，即使在想要這樣以勵(lì)磁區(qū)域?yàn)閱挝粚φ丈鋭┝窟M(jìn)行管理來提高安全性的裝置或方法中，如果不消除掃描電磁鐵的磁滯影響，則不能發(fā)揮在小區(qū)域中管理劑量的效果。即，存在因掃描電磁鐵的磁滯會(huì)導(dǎo)致射束照射位置的精度變差的問題。
在專利文獻(xiàn)3所公開的發(fā)明中，在運(yùn)算單元內(nèi)部生成磁滯的數(shù)學(xué)模型，通過運(yùn)算對掃描電磁鐵的電流值進(jìn)行校正。然而，即使考慮了磁滯的影響，專利文獻(xiàn)3的發(fā)明那樣的考慮方式還存在多個(gè)問題。第一個(gè)問題是利用運(yùn)算的方法高精度地對磁滯特性進(jìn)行校正實(shí)際上相當(dāng)困難。例如，表示電流與磁場的磁滯特性的曲線會(huì)因以下因素而成為各種形態(tài)，上述因素是輸入(電流)的振幅；使輸入(電流)變化的速度；以及使輸入(電流)變化的模式。在多個(gè)領(lǐng)域長時(shí)間地對利用運(yùn)算方法、即利用數(shù)學(xué)模型來表示該復(fù)雜的磁滯現(xiàn)象進(jìn)行了各種研究，但現(xiàn)實(shí)情況是依然相當(dāng)?shù)乩щy。此外，第二個(gè)問題在于射束照射位置的檢測方法。在以往的多種技術(shù)中，如該專利文獻(xiàn)3所公開的發(fā)明那樣，想要僅利用I臺(tái)或多臺(tái)射束位置監(jiān)視器，來檢測出射束照射位置。而只有向射束位置監(jiān)視器照射帶電粒子束，射束位置監(jiān)視器才能獲知射束照射位置。因而，存在如下問題當(dāng)射束偏離目標(biāo)而照射正常組織等時(shí)，只能單單停止射束，而不能將射束照射位置控制到本來想要照射的正確的照射位置。本發(fā)明是為了解決上述問題而完成的，其目的在于，獲得可消除掃描電磁鐵的磁滯影響、可在光柵掃描、混和掃描中實(shí)現(xiàn)高精度射束照射的粒子射線照射裝置。 包括掃描電源，該掃描電源輸出掃描電磁鐵的勵(lì)磁電流；以及照射控制裝置，該照射控制裝置控制掃描電源。照射控制裝置包括掃描電磁鐵指令值學(xué)習(xí)生成器，該掃描電磁鐵指令值學(xué)習(xí)生成器對預(yù)掃描(run-through)的結(jié)果進(jìn)行評價(jià)，在評價(jià)的結(jié)果不滿足規(guī)定的條件的情況下，更新勵(lì)磁電流的指令值，來執(zhí)行預(yù)掃描，將評價(jià)的結(jié)果滿足規(guī)定的條件的勵(lì)磁電流的指令值輸出到掃描電源，上述預(yù)掃描是基于由掃描電源輸出的勵(lì)磁電流的指令值的、一系列的照射動(dòng)作。由于本發(fā)明的粒子射線照射裝置的掃描電磁鐵指令值學(xué)習(xí)生成器基于預(yù)掃描的結(jié)果，來學(xué)習(xí)輸出到掃描電源的勵(lì)磁電流的指令值以得到適當(dāng)?shù)慕Y(jié)果，因此，能消除掃描電磁鐵的磁滯影響，在光柵掃描、混合掃描中實(shí)現(xiàn)高精度的射束照射。


圖I是本發(fā)明的實(shí)施方式I中的粒子射線治療裝置的簡要結(jié)構(gòu)圖。圖2是圖I的照射控制裝置的結(jié)構(gòu)圖。圖3是圖I的其他照射控制裝置的結(jié)構(gòu)圖。圖4是表示在磁場空間中定義的多個(gè)區(qū)域的圖。圖5是表示學(xué)習(xí)照射時(shí)的分?jǐn)?shù)表的例子的圖。圖6是本發(fā)明的實(shí)施方式2中的照射控制裝置的結(jié)構(gòu)圖。圖7是本發(fā)明的實(shí)施方式2中的其他照射控制裝置的結(jié)構(gòu)圖。圖8是本發(fā)明的實(shí)施方式3中的生成指令電流的數(shù)學(xué)模型的例子。圖9是本發(fā)明的實(shí)施方式3中的照射控制裝置的結(jié)構(gòu)圖。附圖標(biāo)記I帶電粒子束Ia入射帶電粒子束Ib射出帶電粒子束3掃描電磁鐵
3aX方向掃描電磁鐵3bY方向掃描電磁鐵4掃描電源7射束位置監(jiān)視器11劑量監(jiān)視器15照射對象 20磁場傳感器20aX方向電磁鐵用磁場傳感器20bY方向電磁鐵用磁場傳感器22逆映射運(yùn)算器33指令評價(jià)器34指令更新器35掃描電磁鐵指令值系列生成器35a掃描電磁鐵指令值系列生成器35b掃描電磁鐵指令值系列生成器37掃描電磁鐵指令值學(xué)習(xí)生成器37a掃描電磁鐵指令值學(xué)習(xí)生成器37b掃描電磁鐵指令值學(xué)習(xí)生成器37c掃描電磁鐵指令值學(xué)習(xí)生成器37d掃描電磁鐵指令值學(xué)習(xí)生成器37e掃描電磁鐵指令值學(xué)習(xí)生成器38參數(shù)更新器51射束產(chǎn)生裝置52加速器53射束輸送裝置54粒子射線照射裝置6ONN(神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)neural network)Ps測定位置坐標(biāo)aPk照射位置Pk照射位置Ds測定劑量aDk測定劑量Di目標(biāo)劑量Bs測定磁場aBk測定磁場Best磁場的推定值Bk磁場的推定值Dss區(qū)域測定劑量Dsc區(qū)域劑量計(jì)算值
de劑量誤差T分?jǐn)?shù)表31」磁場小區(qū)域Ik指令電流
具體實(shí)施例方式實(shí)施方式I圖I是本發(fā)明的實(shí)施方式I中的粒子射線治療裝置的簡要結(jié)構(gòu)圖。粒子射線治療裝置包括射束產(chǎn)生裝置51 ;加速器52 ;射束輸送裝置53 ;粒子射線照射裝置54 ;治療計(jì)劃裝置55 ;以及數(shù)據(jù)服務(wù)器56。此外，治療計(jì)劃裝置55也可不認(rèn)為是粒子射線治療裝置的構(gòu)成零部件，而獨(dú)立準(zhǔn)備該裝置。射束產(chǎn)生裝置51使得離子源中產(chǎn)生的帶電粒子進(jìn)行加速來 產(chǎn)生帶電粒子束。加速器52與射束產(chǎn)生裝置51相連接，使得所產(chǎn)生的帶電粒子束進(jìn)行加速。射束輸送裝置53輸送加速到在加速器52中設(shè)定的能量為止之后射出的帶電粒子束。粒子射線照射裝置54設(shè)置在射束輸送系統(tǒng)53的下游，對照射對象15照射帶電粒子束。治療計(jì)劃裝置55基于照射對象即患部15的三維數(shù)據(jù)，來制定照射條件等多個(gè)治療計(jì)劃，能夠?qū)αＷ由渚€治療進(jìn)行仿真。對于執(zhí)行粒子射線治療的醫(yī)生最后所選擇的治療計(jì)劃，在此處，轉(zhuǎn)換為用于驅(qū)動(dòng)粒子射線治療裝置的代碼。所謂用于驅(qū)動(dòng)的代碼，在例如進(jìn)行點(diǎn)掃描的情況下，是對于每一照射層(層)Zi (下標(biāo)i是層編號(hào))的點(diǎn)坐標(biāo)Xp Yj (下標(biāo)j是點(diǎn)編號(hào))、及照射到該點(diǎn)的目標(biāo)劑量Dp另外，在進(jìn)行光柵掃描等的情況下，上述代碼是以每一采樣周期的照射位置Xk，Yk (下標(biāo)k表示序列編號(hào))來表示每一照射層(層)Zi的照射軌跡的時(shí)間序列數(shù)據(jù)等。此處，對于照射到點(diǎn)的目標(biāo)劑量，由于根據(jù)布喇格峰值特性，上層會(huì)受到下層照射的影響，因此，不是在該照射部位所需的目標(biāo)劑量。數(shù)據(jù)服務(wù)器56中存儲(chǔ)有利用治療計(jì)劃裝置55針對每一位患者生成的治療計(jì)劃數(shù)據(jù)及用于驅(qū)動(dòng)的代碼。粒子射線照射裝置54包括射束輸送管道2，該射束輸送管道2輸送從射束輸送裝置53入射的入射帶電粒子束Ia ;掃描電磁鐵3a、3b，該掃描電磁鐵3a、3b在與入射帶電粒子束Ia相垂直的方向即X方向和Y方向上使得入射帶電粒子束Ia進(jìn)行掃描；磁場傳感器20a、20b,該磁場傳感器20a、20b檢測出掃描電磁鐵3a、3b所產(chǎn)生的磁場；磁場數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器21 ;射束位置監(jiān)視器7 ;位置數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器8 ;劑量監(jiān)視器11 ;劑量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器12 ;照射控制裝置5;以及掃描電源4。磁場傳感器20a、20b是例如具有檢測線圈的磁場傳感器。另夕卜，如圖I所示，入射帶電粒子束Ia的前進(jìn)方向?yàn)閆方向。掃描電磁鐵3a是使得入射帶電粒子束Ia沿X方向進(jìn)行掃描的X方向掃描電磁鐵，掃描電磁鐵3b是使得入射帶電粒子束Ia沿Y方向進(jìn)行掃描的Y方向掃描電磁鐵。磁場傳感器20a是檢測出X方向的磁場的X方向磁場傳感器，磁場傳感器20b是檢測出Y方向的磁場的Y方向磁場傳感器。磁場數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器21將由磁場傳感器20a、20b檢測出的表不磁場的傳感器的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的測定磁場Bs。射束位置監(jiān)視器7檢測出利用掃描電磁鐵3a、3b進(jìn)行偏轉(zhuǎn)后的射出帶電粒子束Ib的通過位置。位置數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器8基于由射束位置監(jiān)視器7所檢測出的表示通過位置的電信號(hào)來計(jì)算照射層(層)上的照射位置，來生成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的測定位置坐標(biāo)Ps。劑量監(jiān)視器11檢測出射出帶電粒子束Ib的劑量。劑量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器12將由劑量監(jiān)視器11檢測出的表示劑量的傳感器的電信號(hào)，轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的測定劑量Ds。照射控制裝置5向掃描電源4輸出勵(lì)磁電流的指令值即指令電流Ixk, Iyk,來控制各照射層(層)ZiI的照射位置。掃描電源4基于由照射控制裝置5輸出的指令電流Ixk,Iyk，來向掃描電磁鐵3a、3b輸出實(shí)際驅(qū)動(dòng)的勵(lì)磁電流。圖2是照射控制裝置5的結(jié)構(gòu)圖。照射控制裝置5包括逆映射生成器30、逆映射運(yùn)算器22、指令值輸出器25、指令評價(jià)器33、指令更新器34、掃描電磁鐵指令值系列生成器35、及射束提供指令輸出器26。掃描電磁鐵指令值系列生成器35包括指令值存儲(chǔ)裝置36。指令值輸出器25、指令評價(jià)器33、指令更新器34、掃描電磁鐵指令值系列生成器35構(gòu)成掃描電磁鐵指令值學(xué)習(xí)生成器37。掃描電磁鐵指令值學(xué)習(xí)生成器37對預(yù)掃描的結(jié)果進(jìn)行評價(jià)，在評價(jià)的結(jié)果不滿足規(guī)定的條件的情況下，更新指令電流Ik=(Ixk，Iyk)，來執(zhí)行預(yù)掃描，將評價(jià)的結(jié)果滿足規(guī)定的條件的指令電流Ik=(Ixk，Iyk)輸出到掃描電源4，上述預(yù)掃描是基于由掃描電源4輸出的指令電流Ik=(Ixk，Iyk)的、一系列的照射動(dòng)作。對照射控制裝置5的動(dòng)作進(jìn)行說明。粒子射線治療裝置的照射大致分為校準(zhǔn)時(shí)的 試照射和治療時(shí)的正式照射。一般而言，校準(zhǔn)時(shí)的試照射是所謂用于進(jìn)行校正的照射，僅在無患者的狀態(tài)下，在需要進(jìn)行校正時(shí)進(jìn)行試照射。將對X方向掃描電磁鐵3a的控制輸入(電流Ix)和對Y方向掃描電磁鐵3b的控制輸入(電流Iy)改變成各種值來進(jìn)行試照射，并測定此時(shí)的射束照射位置。與現(xiàn)有技術(shù)同樣地進(jìn)行實(shí)施方式I中的校準(zhǔn)時(shí)的試照射，但以點(diǎn)掃描的方式進(jìn)行提供及停止帶電粒子束，在試照射時(shí)，不僅測定射束的測定位置坐標(biāo)Ps(xs,ys),還利用磁場傳感器20a、20b對測定磁場Bs (Bxs, Bys)進(jìn)行測定。以點(diǎn)掃描的方式進(jìn)行試照射，從而能夠明確地測定射束的測定位置坐標(biāo)Ps (xs，ys)。此時(shí)的掃描電磁鐵3的測定磁場Bs (Bxs, Bys)與射束的測定位置坐標(biāo)Ps (xs, ys)之間形成的關(guān)系作為由逆映射生成器30所生成的逆映射運(yùn)算器22的數(shù)學(xué)模型而實(shí)現(xiàn)。預(yù)先準(zhǔn)備試照射用的指令電流I1=Gx1, Iy1)(下標(biāo)I表示試照射的點(diǎn)編號(hào))(步驟S001)。準(zhǔn)備試照射用的指令電流I1=Gx1, Iy1)，使得所照射的點(diǎn)是在粒子射線照射裝置54的設(shè)想照射范圍內(nèi)進(jìn)行照射。指令值輸出器25將指令電流I1=Qx1, Iy1)輸出到掃描電源4(步驟S002)。掃描電源4根據(jù)指令電流I1=Gx1, Iy1),對掃描電磁鐵3進(jìn)行控制(步驟S003)。射束提供指令輸出器26與指令值輸出器25同步，為了使得掃描電磁鐵3a、3b的磁場穩(wěn)定而等待充分的穩(wěn)定時(shí)間，并向射束產(chǎn)生裝置51輸出指示產(chǎn)生射束的射束提供指令Sstart。射束產(chǎn)生裝置51開始照射帶電粒子束。在經(jīng)過了試照射所需的照射時(shí)間
后，向射束產(chǎn)生裝置51輸出指示停止射束的射束停止指令Sstop，射束產(chǎn)生裝置51停止照射帶電粒子束。利用磁場傳感器20a、20b來測定由指令電流I1=Qx1, Iy1)控制的掃描電磁鐵3a、3b的磁場。對每個(gè)試照射點(diǎn)測定的測定磁場B1=(BXl，By1)通過磁場數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器21來輸入到逆映射生成器30。利用射束位置監(jiān)視器7來計(jì)算利用掃描電磁鐵3對每個(gè)點(diǎn)進(jìn)行掃描的射出帶電粒子束Ib的照射位置坐SP1= (X1J1)。將照射位置坐SP1= (X1 ,Y1)通過位置數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器8輸入到逆映射生成期30。逆映射生成器30將所有點(diǎn)的測定磁場B1=^x1, By1)及照射位置坐標(biāo)P1=G1, Y1)存儲(chǔ)到作為內(nèi)置的存儲(chǔ)裝置的存儲(chǔ)器中(步驟S004)。逆映射生成器30基于所存儲(chǔ)的測定磁場B1= (Bx1，By1)及照射位置坐標(biāo)P1= (X1，Y1)來生成數(shù)學(xué)模型，并將生成的數(shù)學(xué)模型存放到逆映射運(yùn)算器22中(步驟S005)。作為優(yōu)選的一個(gè)示例，利用多項(xiàng)式來實(shí)現(xiàn)逆映射運(yùn)算器22的數(shù)學(xué)模型。對與以往的轉(zhuǎn)換表不同而采用逆映射運(yùn)算器22的原因進(jìn)行說明。假定掃描電磁鐵3的規(guī)格、掃描電源4的規(guī)格、以及照射束的規(guī)格(照射能量、入射射束位置等)為一定的基礎(chǔ)上，如果掃描電磁鐵3的磁場B(Bx,By)確定,則射束的照射位置坐標(biāo)P(x,y)便唯一確定，因此可認(rèn)為與磁場B和射束的照射位置坐標(biāo)P的關(guān)系相關(guān)的物理現(xiàn)象是2輸入2輸出的正映射。然而，在治療中的正式照射時(shí)，必須預(yù)先提供射束的目標(biāo)照射位置坐標(biāo)Pobj= (Pxobj, Pytjbj),然后控制掃描電磁鐵3的磁場B (Bx，By)，使得實(shí)現(xiàn)該射束的目標(biāo)照射位置坐標(biāo)Ptjbj= (PX()bj，Pyobj) 0即，在治療時(shí)的正式照射中，必須基于射束目標(biāo)照射位置坐標(biāo) Pobj= (Pxobj,Pyobj)來計(jì)算掃描電磁鐵3的磁場(Bx,By)的推定值Best= (ABxV，AByT)，以實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)照射位置坐標(biāo)Ptjbj = (Pxobj, Pytjbj) (ABx ▼及ABy ▼的說明請參照數(shù)學(xué)式
(I)及數(shù)學(xué)式(2))。由此，需要注意的是，在正式照射中，需要從位置指向磁場的逆向的映射。因而，為了獲得磁場B (Bx，By)的推定值Best，需要逆映射運(yùn)算器22。對利用多項(xiàng)式實(shí)現(xiàn)逆映射運(yùn)算器22的數(shù)學(xué)模型的方法進(jìn)行簡要說明。此處，所謂多項(xiàng)式，是指一般在數(shù)學(xué)中所定義的多項(xiàng)式(polynomial)，定義為“僅由常數(shù)及變量的和與積構(gòu)成的式子”等。具體而言，是例如以下數(shù)學(xué)式所示的式子。[數(shù)學(xué)式I]Bx = ZW00 + UiolPxebj + Wy P bf + JHmPyebj + W1 ,乃 吻 作吻 +…⑴[數(shù)學(xué)式2]Br = "00 + ^lPxokl. + HmPx 雨1 + nmP\'obj + ItnPxok-P\-ok- + "2。崎2■⑵式中，iHqq、爪。2、rnio'> riiiI> 叫。、n。。、Ii01 > Ii02> Ii1Q-, Ii11 > Ii2Q 疋未知參數(shù)吊數(shù)。力外，
Px^Pytjbj相當(dāng)于多項(xiàng)式的變量。另外，數(shù)學(xué)式(I)的左邊(對于在B上附加了小A的Bx，由ABx ▼表示)表示是Bx的推定值，數(shù)學(xué)式⑵的左邊(對于在B上附加了小^的By，由▲ By ▼表示)表示是By的推定值。磁場B(Bx,By)的推定值Best是(▲ Bx ▼，▲ By ▼)。對于多項(xiàng)式的未知參數(shù)常數(shù)，基于試照射的測定磁場B1=(BXl，By1)及照射位置坐標(biāo)P1= (X1, Y1)，利用最小二乘法等求出。對于實(shí)現(xiàn)目標(biāo)照射位置坐標(biāo)Ptjbj=(Pxt^Pytjbj)的磁場B=(Bx，By)的推定值Best，利用代入了所求出的未知參數(shù)常數(shù)的數(shù)學(xué)式(I)、數(shù)學(xué)式(2)求出。在現(xiàn)有技術(shù)中是如下方式將校準(zhǔn)的對掃描電磁鐵3的控制輸入(指令電流I1=Gx1, Iy1))與射束的照射位置坐SP1= (X1, Y1)的關(guān)系生成作為轉(zhuǎn)換表，在掃描電磁鐵指令值生成器6中預(yù)先存儲(chǔ)該轉(zhuǎn)換表。S卩，分別獨(dú)立地根據(jù)射束的目標(biāo)照射位置Ptjbj的X坐標(biāo)(Pxtjbj)求出對X方向掃描電磁鐵3a的控制輸入(指令電流Ix1)、以及根據(jù)射束的目標(biāo)照射位置Ptjbj的y坐標(biāo)(Pytjbj)求出對Y方向掃描電磁鐵3b的控制輸入(指令電流Iy1)。但是，實(shí)際上，由于對X方向掃描電磁鐵3a的控制輸入(指令電流Ix1)對射束的照射位置P的X坐標(biāo)和y坐標(biāo)都產(chǎn)生影響，而且對Y方向掃描電磁鐵3b的控制輸入(指令電流Iy1)也對射束照射位置P的X坐標(biāo)和y坐標(biāo)都產(chǎn)生影響，即存在干涉項(xiàng)，因此，利用獨(dú)立求出的轉(zhuǎn)換表的方法中照射位置精度較差。對于實(shí)施方式I的粒子射線照射裝置54，由于在求出實(shí)現(xiàn)目標(biāo)照射位置坐標(biāo)Pobj= (Pxobj,Pyobj)的磁場B=(Bx,By)的推定值Best時(shí),在逆映射運(yùn)算器22中實(shí)現(xiàn)考慮了上述干涉項(xiàng)的數(shù)學(xué)模型，因此，與以往不同，能提高射出帶電粒子束Ib的照射位置精度。接著，對實(shí)施方式I的粒子射線治療裝置的正式照射進(jìn)行說明。正式照射可分為對射束照射位置及劑量的控制進(jìn)行優(yōu)化的學(xué)習(xí)照射、和將射束照射到患者的照射對象15的治療照射。學(xué)習(xí)照射按照以下順序進(jìn)行。對某一照射對象15，將醫(yī)生最后在由治療計(jì)劃裝置55所生成的治療計(jì)劃中選 擇的治療計(jì)劃轉(zhuǎn)換為用于驅(qū)動(dòng)粒子射線治療裝置的代碼，并發(fā)送至照射控制裝置5 (步驟S101)0此處，將學(xué)習(xí)照射及治療照射假定為光柵掃描，并對以下情況進(jìn)行說明即，用于驅(qū)動(dòng)的代碼為時(shí)間序列數(shù)據(jù)，該時(shí)間序列數(shù)據(jù)是以每個(gè)采樣周期的照射位置Pk(xk，Yk)(下標(biāo)k表示序列編號(hào))來表示每個(gè)照射層(層)Zi (下標(biāo)i是層編號(hào))的照射軌跡。利用后述方法生成用于學(xué)習(xí)照射的指令電流Ik=(Ixk，Iyk)(下標(biāo)k是序列編號(hào))(步驟S102)。對于學(xué)習(xí)照射，是在無患者的狀態(tài)下，根據(jù)用于學(xué)習(xí)照射的指令電流Ik=(Ixk，Iyk)來進(jìn)行預(yù)掃描。對于用于學(xué)習(xí)照射的指令電流Ik=(Ixk，Iyk)，作為其候補(bǔ)，或作為學(xué)習(xí)的初始值，極端而言，任何值都可以。此處，將現(xiàn)有技術(shù)的方法求出的值作為初始值。對于用于學(xué)習(xí)照射的指令電流，用aIk=CIxk, aIyk)(式中，a表示學(xué)習(xí)次數(shù)，在初始值的情況下a=0)表示，清楚地表明因?qū)W習(xí)而更新指令電流。另外，掃描電磁鐵指令值系列生成器35將指令電流aIk=CIxk,aIyk)存儲(chǔ)到指令值存儲(chǔ)裝置36中。對于指令電流aIk=CIxk, aIyk),其下標(biāo)k表示序列編號(hào)，是每個(gè)采樣周期的控制輸入。在無患者的狀態(tài)下，根據(jù)初始值的指令電流°Ik=(°Ixk，°Iyk)進(jìn)行預(yù)掃描(步驟S103)。根據(jù)粒子射線治療裝置的操作者的、學(xué)習(xí)照射開始指示，將由信號(hào)生成器29生成的正式照射開始信號(hào)St發(fā)送到射束提供指令輸出器26及掃描電磁鐵指令值系列生成器35。掃描電磁鐵指令值系列生成器35在每個(gè)采樣周期將第0次學(xué)習(xí)的指令電流°Ik=(°Ixk，0Iyk)按照序列編號(hào)依次輸出。射束提供指令輸出器26接收正式照射開始信號(hào)St,向射束產(chǎn)生裝置51輸出產(chǎn)生射束的射束提供指令Sstart。射束產(chǎn)生裝置51開始照射帶電粒子束。利用射束位置監(jiān)視器7對射出帶電粒子束Ib的通過位置進(jìn)行檢測，將由位置數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器8計(jì)算出的測定位置坐標(biāo)Ps即aPk輸入到指令評價(jià)器33。指令評價(jià)器33比較目標(biāo)照射位置即照射位置Pk(Xk，Yk)和測定位置坐標(biāo)匕即aPkCXk, aYk),對初始值的指令電流0Ik=(0Ixkj0Iyk)進(jìn)行預(yù)掃描的評分(步驟S104)。下文將敘述預(yù)掃描的評分方法。信號(hào)生成器29在正式照射結(jié)束的時(shí)間發(fā)送正式照射結(jié)束信號(hào)Se。所謂正式照射結(jié)束的時(shí)間，是從正式照射開始的時(shí)間起經(jīng)過了采樣周期Xk(總序列數(shù))后的時(shí)間。射束提供指令輸出器26接收正式照射結(jié)束信號(hào)Se,向射束產(chǎn)生裝置51輸出停止射束的射束停止指令Sstop。射束產(chǎn)生裝置51接收射束停止指令Ss_，使帶電粒子束Ia停止(步驟S105)。指令更新器34基于由指令評價(jià)器33輸出的評價(jià)結(jié)果即評分結(jié)果，來將第a=0次學(xué)習(xí)的指令電流aIk= (aIxk，aIyk)的部分序列決定為改變的對象，來改變該序列(步驟S106)。例如，將第a=0次學(xué)習(xí)的指令電流°Ik=(°Ixk，°Iyk)的第3序列tlI3= (°Ix3，tlIy3)從tlIx3稍作改變，變?yōu)椤鉏x3+A I。接著，在無患者的狀態(tài)下，使用稍微改變了部分序列的指令電流，來再次進(jìn)行預(yù)掃描(步驟S107)。即，作為第2預(yù)掃描，執(zhí)行步驟S103至步驟S105。通過稍許改變部分序列，從而將評分結(jié)果從J點(diǎn)改變?yōu)镴+A J點(diǎn)。由此，可知只要使用A J/A I的信息來更新指令電流的第3預(yù)掃描tlIx3即可。與一般的學(xué)習(xí)功能相同，若A I為正的情況下的評分結(jié)果較差，則只要將A I設(shè)為負(fù)值等來進(jìn)行更新即可?？蓪υu分結(jié)果受到影響的所有序列執(zhí)行該操作。通過該更新，則對學(xué)習(xí)計(jì)數(shù)一次(將a遞增為(a+1))。指令更新器34生成更新后的第a=l次學(xué)習(xí)的指令電流aIk=Clxk, aIyk)(步驟S108)。對第2次的預(yù)掃描比前一次的預(yù)掃描的評分結(jié)果要好進(jìn)行確認(rèn)，并繼續(xù)學(xué)習(xí)。反復(fù)學(xué)習(xí)，直至滿足事先設(shè)定的條件(合格點(diǎn)等)為止。最后，將學(xué)習(xí)結(jié)束的指令電流aIk=CIxk, aIyk)存放在指令值存儲(chǔ)裝置36中。另外，對于學(xué)習(xí)結(jié)果，在比前一次的預(yù)掃描的評分結(jié)果還要差的情況下，設(shè)法放慢更新的速度(一次的更新量)、或設(shè)法如上述說明的那樣更新指令電流等。治療照射按照以下順序進(jìn)行。根據(jù)粒子射線治療裝置的操作者的治療照射開始指令，將正式照射開始信號(hào)St發(fā)送到射束提供指令輸出器26及掃描電磁鐵指令值系列生成器35。查電磁鐵指令值系列生成器35在每個(gè)采樣周期按照序列編號(hào)來依次輸出學(xué)習(xí)結(jié)束的指令電流 aIk= (aIxk，aIyk)。射束提供指令輸出器26接收正式照射開始信號(hào)St,向射束產(chǎn)生裝置51輸出產(chǎn)生射束的射束提供指令Sstart。射束產(chǎn)生裝置51開始照射帶電粒子束(步驟S109)。信號(hào)生成器29在正式照射結(jié)束的時(shí)間發(fā)送正式照射結(jié)束信號(hào)Se。所謂正式照射結(jié)束的時(shí)間，是從正式照射開始的時(shí)間起經(jīng)過了采樣周期Xk(總序列數(shù))后的時(shí)間。射束提供指令輸出器26接收正式照射結(jié)束信號(hào)Se,向射束產(chǎn)生裝置51輸出停止射束的射束停止指令Sstop。射束產(chǎn)生裝置51接收射束停止指令Ssttjp，使帶電粒子束Ia停止(步驟SI 10)。接著，對預(yù)掃描的評分方法進(jìn)行說明。最直接的評分方法(第I評分方法)是比較時(shí)間序列數(shù)據(jù)和實(shí)際進(jìn)行預(yù)掃描時(shí)的每一采樣周期的照射位置aPkCXk, aYk) (a為學(xué)習(xí)次數(shù))，并考慮以下評價(jià)函數(shù)，上述時(shí)間序列數(shù)據(jù)是以每一采樣周期的照射位置Pk (Xk，Yk)(下標(biāo)k是序列編號(hào))來表示用于光柵掃描的進(jìn)行驅(qū)動(dòng)用的代碼、即、每一照射層(層)Zi的照射軌跡的數(shù)據(jù)。在該評價(jià)函數(shù)的值到達(dá)規(guī)定值的情況下(滿足規(guī)定的條件的情況)，學(xué)習(xí)結(jié)束。[數(shù)學(xué)式3]J =■ 3
k另外，預(yù)掃描的評分也可以重視照射劑量，用以下方法(第2評分方法)進(jìn)行。對于預(yù)掃描的評分，如圖4所示對磁場空間內(nèi)定義的多個(gè)小區(qū)域的每個(gè)小區(qū)域來比較目標(biāo)劑量Di和測定劑量Ds，根據(jù)圖5所示的分?jǐn)?shù)表T來進(jìn)行評分。對于預(yù)掃描的評價(jià)，例如將在磁場空間內(nèi)定義的多個(gè)小區(qū)域的每個(gè)小區(qū)域的分?jǐn)?shù)相加來作為評價(jià)函數(shù)加以定義，并根據(jù)該評價(jià)函數(shù)的分?jǐn)?shù)來進(jìn)行評價(jià)。將評價(jià)函數(shù)的分?jǐn)?shù)較高的預(yù)掃描判定為優(yōu)于分?jǐn)?shù)較低的預(yù)掃描。圖4是表不由磁場空間(Bx, By)定義的磁場小區(qū)域Si, j的圖，圖5是表不學(xué)習(xí)照射時(shí)的分?jǐn)?shù)表T的例子的圖。此外，對應(yīng)于小區(qū)域的目標(biāo)劑量Di是由治療計(jì)劃裝置進(jìn)行計(jì)算而得的。測定劑量Ds是基于射束位置監(jiān)視器7的測定結(jié)果和帶電粒子束Ib經(jīng)過上述小區(qū)域的時(shí)間等而求出的。此外，在預(yù)掃描的第2評分方法中，如圖3所示，輸入指令評價(jià)器33的信號(hào)不同。因而，步驟S104也不同。圖3是采用預(yù)掃描的第2評分方法的照射控制裝置的結(jié)構(gòu)圖。向照射控制裝置5b的掃描電磁鐵指令值學(xué)習(xí)生成器37b的指令評價(jià)器33b輸入目標(biāo)劑量Di及測定劑量Ds(aDk)。在步驟S104中，由劑量監(jiān)視器11檢測出劑量，將由劑量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器12轉(zhuǎn)換而得的測定劑量Ds輸入指令評價(jià)器33b。指令評價(jià)器33b比較目標(biāo)劑量Di和測定劑量Ds，對初始值的指令電流°Ik=(°IXk，°Iyk)進(jìn)行預(yù)掃描的評分。
在圖4中，表的左列的(Btl, B1)簡要表示磁場B的X分量Bx滿足Btl ( Bx<B1的關(guān)系，同樣，簡要表示Bx滿足Bnrl ( Bx<Bm的關(guān)系。表的上部的簡要表示磁場B的Y分量By滿足B。( ByU1的關(guān)系，同樣，(Bnri, Bm)簡要表示By滿足Bnrl ( By<Bm的關(guān)系。區(qū)域Su是滿足Btl ( Bx<B1和Btl ( ByU1的關(guān)系的區(qū)域，區(qū)域Sm^1是滿足Bnrl ( Bx<Bm和關(guān)系的區(qū)域。對于預(yù)掃描的評分，在對應(yīng)于粒子射線照射裝置54的可照射范圍的磁場空間的整個(gè)區(qū)域進(jìn)行。由此，由于對于患者的照射對象15，以目標(biāo)劑量Di進(jìn)行管理，對于非照射對象15的相當(dāng)于正常組織的部位，將劑量管理為零，因此，能高精度地對照射對象15及非照射對象的帶電粒子束進(jìn)行劑量管理。若決定了掃描電磁鐵3的磁場，則帶電粒子束的照射位置是唯一決定的。換言之，掃描電磁鐵3的磁場與帶電粒子束的照射位置是一對一的關(guān)系。因而，由現(xiàn)有技術(shù)的指令值電流空間所定義的區(qū)域不會(huì)受到掃描電磁鐵的磁滯的影響。另外，對于校準(zhǔn)時(shí)照射帶電粒子束而獲得的、由磁場傳感器20測得的磁場與由射束位置監(jiān)視器7測得的射束位置的關(guān)系，和與校準(zhǔn)時(shí)相同地掃描帶電粒子時(shí)的正式照射時(shí)的、磁場與射束位置的關(guān)系，極為一致。由于能夠根據(jù)帶電粒子束的射出位置、射束位置監(jiān)視器7中的通過位置、粒子射線照射裝置54和照射對象15的位置關(guān)系，來求出實(shí)際照射空間，因此，實(shí)際照射空間的區(qū)域與在磁場空間中定義的區(qū)域具有映射關(guān)系，在正式照射時(shí)，該映射關(guān)系也基本不變。因而，由于對磁場空間內(nèi)定義的多個(gè)磁場小區(qū)域Si, j的每個(gè)磁場小區(qū)域進(jìn)行預(yù)掃描評分，對該磁場小區(qū)域Si, j的每個(gè)磁場小區(qū)域進(jìn)行帶電粒子束的劑量管理，因此，能高精度地對照射對象15在實(shí)際照射空間進(jìn)行劑量管理。圖5所示的學(xué)習(xí)照射時(shí)的分?jǐn)?shù)表T是減分方式的例子。劑量誤差de是從區(qū)域測定劑量Dss中減去目標(biāo)劑量Di而獲得的差。區(qū)域測定劑量Dss是由磁場空間(Bx，By)定義的磁場小區(qū)域Si, j的實(shí)際照射劑量，根據(jù)由磁場傳感器20所測定的測定磁場Bs和由劑量監(jiān)視器11所測定的測定劑量Ds而生成的。Ad是劑量誤差的幅度，將其設(shè)定為允許范圍內(nèi)的規(guī)定的值。測定劑量Ds超過目標(biāo)劑量Di的情況下的分?jǐn)?shù)的變化率的絕對值、比測定劑量Ds小于目標(biāo)劑量Di的情況下的分?jǐn)?shù)的變化量的絕對值要大。由此，能迅速準(zhǔn)確地對測定劑量Ds超過目標(biāo)劑量Di的情況進(jìn)行修正。對于實(shí)施方式I的采用第I評分方法的粒子射線照射裝置54，由于將實(shí)際的照射位置作為評價(jià)函數(shù)，因此，能學(xué)習(xí)輸出到掃描電磁鐵3的指令電流aIk=CIxk,aIyk)以得到適當(dāng)?shù)慕Y(jié)果。另外，對于實(shí)施方式I的采用第2評分方法的粒子射線照射裝置54，對由磁場空間(Bx，By)定義的磁場小區(qū)域Si, j的每個(gè)小區(qū)域基于目標(biāo)劑量Di和區(qū)域測定劑量Dss來記分，根據(jù)該分?jǐn)?shù)來定義評價(jià)函數(shù)，從而能學(xué)習(xí)輸出到掃描電磁鐵3的指令電流aIk=(aIxk，aIyk)以得到適當(dāng)?shù)慕Y(jié)果。因而，能夠提供精度高且安全性高的粒子射線照射裝置。對于粒子射線照射裝置54，在第I評分方法中，由于將反映掃描電磁鐵3的電流和磁場之間產(chǎn)生的磁滯影響的實(shí)際照射位置作為評價(jià)函數(shù)，來學(xué)習(xí)輸出到掃描電磁鐵3的指令電流aIk= (aIxk，aIyk)以得到適當(dāng)?shù)慕Y(jié)果，因此，能消除在掃描電磁鐵3的電流和磁場之間產(chǎn)生的磁滯的影響。另外，在第2評分方法中，由于粒子射線照射裝置54對由磁場空間(Bx,By)定義的磁場小區(qū)域Sy的每個(gè)小區(qū)域進(jìn)行帶電粒子束的劑量管理，因此，能消除在掃描電磁鐵3的電流和磁場之間產(chǎn)生的磁滯的影響。因而，能消除掃描電磁鐵的磁滯的影響，能實(shí)現(xiàn)高精度的射束照射。磁場傳感器20也可以是具有霍爾元件的磁場傳感器。通過使用霍爾元件，從而能對由掃描電磁鐵3產(chǎn)生的磁場的絕對值進(jìn)行測定，而無需對檢測線圈所測量的電壓進(jìn)行積 分等運(yùn)算。因而，能使磁場數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器21簡化、小型化。作為磁場傳感器20，最優(yōu)選具有檢測線圈和霍爾元件這兩者。其原因在于，能夠具有霍爾元件的能夠測定磁場的絕對值這一優(yōu)點(diǎn)、和檢測線圈的能無磁滯地來測定磁場的變化量這一優(yōu)點(diǎn)的兩方面的優(yōu)點(diǎn)。以往的粒子射線照射裝置僅利用I臺(tái)或多臺(tái)射束位置監(jiān)視器來檢測出射束照射位置，利用測定位置坐標(biāo)對帶電粒子束進(jìn)行反饋控制。配置多個(gè)位置監(jiān)視器等遮擋帶電粒子束的物體會(huì)帶來如下問題導(dǎo)致射束散射放大，會(huì)無法獲得期望的射束點(diǎn)直徑。對于實(shí)施方式I的粒子射線照射裝置54，由于在治療照射時(shí)，掃描電磁鐵指令值系列生成器35在每個(gè)采樣周期按照序列編號(hào)來依次輸出學(xué)習(xí)結(jié)束時(shí)的指令電流3〗,=^^，aIyk),以控制帶電粒子束的照射位置及照射劑量，因此，也可以在正式照射時(shí)，利用未圖示的移動(dòng)裝置來移動(dòng)射束位置監(jiān)視器7，使射出帶電粒子束Ib不通過射束位置監(jiān)視器7。通過這樣，能防止射出帶電粒子束Ib因射束位置監(jiān)視器7而散射放大。由此，能減小射束點(diǎn)直徑。因而，當(dāng)以小射束直徑來進(jìn)行照射是比較好時(shí)，能夠以適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)直徑來進(jìn)行治療。另外，指令值輸出器25也能基于掃描電磁鐵3的磁場B(Bx，By)的推定值Best來生成指令電流Ik=(Ixk，Iyk)，通過將其作為初始值而執(zhí)行的預(yù)掃描來進(jìn)行學(xué)習(xí)。此外，對照射控制裝置5具有逆映射生成器30、逆映射運(yùn)算器22的例子進(jìn)行了說明，但是，即使在不具有逆映射生成器30、逆映射運(yùn)算器22的情況下，當(dāng)然也能消除掃描電磁鐵的磁滯的影響，在光柵掃描、混合掃描中實(shí)現(xiàn)高精度的射束照射。由此，根據(jù)實(shí)施方式I的粒子射線照射裝置54，由于包括掃描電源4，該掃描電源4輸出掃描電磁鐵3的勵(lì)磁電流；以及照射控制裝置5，該照射控制裝置5控制掃描電源4，照射控制裝置5包括掃描電磁鐵指令值學(xué)習(xí)生成器37，該掃描電磁鐵指令值學(xué)習(xí)生成器37對預(yù)掃描的結(jié)果進(jìn)行評價(jià)，在評價(jià)的結(jié)果不滿足規(guī)定的條件的情況下，更新勵(lì)磁電流的指令值Ik，來執(zhí)行預(yù)掃描，將評價(jià)的結(jié)果滿足規(guī)定的條件的勵(lì)磁電流的指令值Ik輸出到掃描電源4，上述預(yù)掃描是基于由掃描電源4輸出的勵(lì)磁電流的指令值Ik的、一系列的照射動(dòng)作，因此，掃描電磁鐵指令值學(xué)習(xí)生成器37基于預(yù)掃描的結(jié)果，能學(xué)習(xí)輸出到掃描電源4的勵(lì)磁電流的指令值Ik以得到適當(dāng)?shù)慕Y(jié)果，能夠消除掃描電磁鐵的磁滯影響，在光柵掃描、混合掃描中實(shí)現(xiàn)高精度的射束照射。根據(jù)實(shí)施方式I的粒子射線治療裝置，由于包括射束產(chǎn)生裝置51，該射束產(chǎn)生裝置51產(chǎn)生帶電粒子束；加速器52，該加速器52使得由射束產(chǎn)生裝置51產(chǎn)生的帶電粒子束進(jìn)行加速；射束輸送裝置53，該射束輸送裝置53對由加速器52進(jìn)行了加速的帶電粒子束進(jìn)行輸送；以及粒子射線照射裝置54，該粒子射線照射裝置54利用掃描電磁鐵3使得由射束輸送裝置53輸送的帶電粒子束進(jìn)行掃描，并照射至照射對象15，粒子射線照射裝置54包括掃描電源4，該掃描電源4輸出掃描電磁鐵3的勵(lì)磁電流；以及照射控制裝置5，該照射控制裝置5控制掃描電源4，照射控制裝置5包括掃描電磁鐵指令值學(xué)習(xí)生成器37，該掃描電磁鐵指令值學(xué)習(xí)生成器37對預(yù)掃描的結(jié)果進(jìn)行評價(jià)，在評價(jià)的結(jié)果不滿足規(guī)定的條件的情況下，更新勵(lì)磁電流的指令值Ik，來執(zhí)行預(yù)掃描，將評價(jià)的結(jié)果滿足規(guī)定的條件的勵(lì)磁電流的指令值Ik輸出到掃描電源4，上述預(yù)掃描是基于由掃描電源4輸出的勵(lì)磁電流的指令值Ik的、一系列的照射動(dòng)作，因此，掃描電磁鐵指令值學(xué)習(xí)生成器37基于預(yù)掃描的結(jié)果，能學(xué)習(xí)輸出到掃描電源4的勵(lì)磁電流的指令值Ik以得到適當(dāng)?shù)慕Y(jié)果，能夠消除掃描電磁鐵的磁滯影響，在光柵掃描、混合掃描中使用高精度的粒子照射來實(shí)現(xiàn)高精度的粒子射線治療。實(shí)施方式2在實(shí)施方式I中，在正式照射的學(xué)習(xí)照射中照射帶電粒子束，但是，也能不照射帶電粒子束來進(jìn)行學(xué)習(xí)，優(yōu)化指令電流Ik= (Ixk，Iyk)。下面進(jìn)行說明。在實(shí)施方式2的粒子射線治療裝置中，作為學(xué)習(xí)照射的預(yù)掃描的評分方法，能使用兩種預(yù)掃描的評分方法(第3評分方法、第4評分方法)。第3評分方法是比較時(shí)間序列數(shù)據(jù)和實(shí)際進(jìn)行預(yù)掃描時(shí)的每一采樣周期的測定磁場aBk(aBxk, aByk) (a為學(xué)習(xí)次數(shù))，并考慮以下評價(jià)函數(shù)，上述時(shí)間序列數(shù)據(jù)是以與每一采樣周期的照射位置Pk(Xk，Yk)(下標(biāo)k是序列編號(hào))相對應(yīng)的磁場的推定值Best即Bk=(Bxk，Byk)來表示用于光柵掃描的進(jìn)行驅(qū)動(dòng)用的代碼即每一照射層(層)ZjA照射軌跡的數(shù)據(jù)。此外，利用逆映射運(yùn)算器22來計(jì)算磁場的推定值Bk。[數(shù)學(xué)式4]
權(quán)利要求
1.一種粒子射線照射裝置，包括 掃描電磁鐵，該掃描電磁鐵使得由加速器進(jìn)行了加速的帶電粒子束進(jìn)行掃描，具有磁滯; 掃描電源，該掃描電源輸出驅(qū)動(dòng)所述掃描電磁鐵的勵(lì)磁電流；以及 照射控制裝置，該照射控制裝置控制所述掃描電源，其特征在于， 所述照射控制裝置包括掃描電磁鐵指令值學(xué)習(xí)生成器，該掃描電磁鐵指令值學(xué)習(xí)生成器對預(yù)掃描的結(jié)果進(jìn)行評價(jià)，在所述評價(jià)的結(jié)果不滿足規(guī)定的條件的情況下，更新所述勵(lì)磁電流的指令值，來執(zhí)行所述預(yù)掃描，將所述評價(jià)的結(jié)果滿足規(guī)定的條件的所述勵(lì)磁電流的指令值輸出到所述掃描電源，所述預(yù)掃描是基于由所述掃描電源輸出的所述勵(lì)磁電流的指令值的、一系列的照射動(dòng)作。
2.如權(quán)利要求I所述的粒子射線照射裝置，其特征在于， 所述掃描電磁鐵指令值學(xué)習(xí)生成器包括指令評價(jià)器，該指令評價(jià)器對基于所述勵(lì)磁電流的指令值的所述預(yù)掃描的結(jié)果進(jìn)行評價(jià)；指令更新器，該指令更新器在所述指令評價(jià)器的評價(jià)結(jié)果不滿足所述規(guī)定的條件的情況下，更新所述勵(lì)磁電流的指令值；以及掃描電磁鐵指令值系列生成器，該掃描電磁鐵指令值系列生成器根據(jù)由所述指令更新器進(jìn)行更新后的所述勵(lì)磁電流的指令值來執(zhí)行所述預(yù)掃描，將所述評價(jià)的結(jié)果滿足所述規(guī)定的條件的所述勵(lì)磁電流的指令值輸出到所述掃描電源。
3.如權(quán)利要求I所述的粒子射線照射裝置，其特征在于， 所述掃描電磁鐵指令值學(xué)習(xí)生成器包括數(shù)學(xué)模型，該數(shù)學(xué)模型生成所述勵(lì)磁電流的指令值并具有參數(shù)； 指令評價(jià)器，該指令評價(jià)器對基于所述勵(lì)磁電流的指令值的預(yù)掃描的結(jié)果進(jìn)行評價(jià)；參數(shù)更新器，該參數(shù)更新器在所述指令評價(jià)器的評價(jià)結(jié)果不滿足所述規(guī)定的條件的情況下，更新所述數(shù)學(xué)模型的參數(shù)；以及掃描電磁鐵指令值系列生成器，該掃描電磁鐵指令值系列生成器根據(jù)由更新了所述參數(shù)后的所述數(shù)學(xué)模型所生成的所述勵(lì)磁電流的指令值來執(zhí)行所述預(yù)掃描，將所述評價(jià)的結(jié)果滿足所述規(guī)定的條件的所述勵(lì)磁電流的指令值輸出到所述掃描電源。
4.如權(quán)利要求2或3所述的粒子射線照射裝置，其特征在于， 包括射束位置監(jiān)視器，該射束位置監(jiān)視器對向著照射對象進(jìn)行照射的所述帶電粒子束的通過位置進(jìn)行檢測， 所述指令評價(jià)器比較測定位置坐標(biāo)和所述照射對象的所述帶電粒子束的目標(biāo)照射位置坐標(biāo)，來進(jìn)行評價(jià)，所述測定位置坐標(biāo)是在基于所述通過位置計(jì)算出的所述照射對象的照射位置的坐標(biāo)。
5.如權(quán)利要求2或3所述的粒子射線照射裝置，其特征在于， 包括劑量監(jiān)視器，該劑量監(jiān)視器對所述帶電粒子束的劑量進(jìn)行測定， 所述指令評價(jià)器比較測定劑量和目標(biāo)劑量來進(jìn)行評價(jià)，所述測定劑量是由所述劑量監(jiān)視器所測定的劑量，所述目標(biāo)劑量是對于照射有所述帶電粒子束的照射對象的目標(biāo)劑量。
6.如權(quán)利要求2或3所述的粒子射線照射裝置，其特征在于， 包括磁場傳感器，該磁場傳感器對由所述勵(lì)磁電流所驅(qū)動(dòng)的所述掃描電磁鐵的磁場進(jìn)行測定，所述指令評價(jià)器比較由所述磁場傳感器所測定的測定磁場、與對應(yīng)于照射有所述帶電粒子束的照射對象的所述帶電粒子束的目標(biāo)照射位置坐標(biāo)的所述掃描電磁鐵的磁場的推定值，來進(jìn)行評價(jià)。
7.如權(quán)利要求5所述的粒子射線照射裝置，其特征在于， 將照射所述帶電粒子束的照射對象劃分成由所述勵(lì)磁電流驅(qū)動(dòng)的所述掃描電磁鐵產(chǎn)生的X方向及Y方向的磁場所定義的磁場小區(qū)域， 所述指令評價(jià)器對所述磁場小區(qū)域的每個(gè)磁場小區(qū)域比較所述測定劑量和所述目標(biāo)劑量，來進(jìn)行評價(jià)。
8.如權(quán)利要求2或3所述的粒子射線照射裝置，其特征在于， 包括磁場傳感器，該磁場傳感器對由所述勵(lì)磁電流驅(qū)動(dòng)的所述掃描電磁鐵的磁場進(jìn)行測定，將照射所述帶電粒子束的照射對象劃分成由所述勵(lì)磁電流驅(qū)動(dòng)的所述掃描電磁鐵產(chǎn)生的X方向及Y方向的磁場所定義的磁場小區(qū)域， 所述指令評價(jià)器對所述磁場小區(qū)域的每個(gè)磁場小區(qū)域來比較區(qū)域劑量計(jì)算值和對于照射有所述帶電粒子束的照射對象的目標(biāo)劑量，來進(jìn)行評價(jià)，所述區(qū)域劑量計(jì)算值是基于所述帶電粒子束停留在所述磁場小區(qū)域中的停留時(shí)間而計(jì)算的。
9.如權(quán)利要求7所述的粒子射線照射裝置，其特征在于， 所述指令評價(jià)器具有分?jǐn)?shù)表，利用所述分?jǐn)?shù)表來進(jìn)行評價(jià)，所述分?jǐn)?shù)表是對所述磁場小區(qū)域的所述測定劑量即區(qū)域測定劑量與所述目標(biāo)劑量之差即劑量誤差進(jìn)行打分的表。
10.如權(quán)利要求9所述的粒子射線照射裝置，其特征在于， 在所述分?jǐn)?shù)表中，在所述測定劑量超過所述目標(biāo)劑量的情況下的分?jǐn)?shù)的變化率的絕對值、比所述測定劑量小于所述目標(biāo)劑量的情況下的分?jǐn)?shù)的變化率的絕對值要大。
11.如權(quán)利要求8所述的粒子射線照射裝置，其特征在于， 所述指令評價(jià)器具有分?jǐn)?shù)表，利用所述分?jǐn)?shù)表來進(jìn)行評價(jià)，所述分?jǐn)?shù)表是對所述區(qū)域劑量計(jì)算值與所述目標(biāo)劑量之差即劑量誤差進(jìn)行打分的表
12.如權(quán)利要求11所述的粒子射線照射裝置，其特征在于， 在所述分?jǐn)?shù)表中，在所述區(qū)域劑量計(jì)算值超過所述目標(biāo)劑量的情況下的分?jǐn)?shù)的變化率的絕對值、比在所述區(qū)域劑量計(jì)算值小于所述目標(biāo)劑量的情況下的分?jǐn)?shù)的變化率的絕對值要大。
13.如權(quán)利要求I至12的任一項(xiàng)所述的粒子射線照射裝置，其特征在于， 在包含照射有所述帶電粒子束的照射對象的可照射范圍內(nèi)進(jìn)行所述預(yù)掃描的評價(jià)。
14.如權(quán)利要求I或2所述的粒子射線照射裝置，其特征在于， 具有逆映射運(yùn)算器，該逆映射運(yùn)算器基于照射有所述帶電粒子束的照射對象的所述帶電粒子束的目標(biāo)照射位置坐標(biāo)來計(jì)算目標(biāo)磁場， 在第一次所述預(yù)掃描中，由所述掃描電源輸出的所述勵(lì)磁電流的指令值是基于所述目標(biāo)磁場生成的。
15.如權(quán)利要求14所述的粒子射線照射裝置，其特征在于， 所述逆映射運(yùn)算器由所述目標(biāo)照射位置坐標(biāo)的多項(xiàng)式構(gòu)成。
16.粒子射線治療裝置，其特征在于， 包括射束產(chǎn)生裝置，該射束產(chǎn)生裝置用來產(chǎn)生帶電粒子束；加速器，該加速器使得由所述射束產(chǎn)生裝置所產(chǎn)生的所述帶電粒子束進(jìn)行加速；射束輸送裝置，該射束輸送裝置輸送由所述加速器進(jìn)行了加速的帶電粒子束；以及粒子射線照射裝置，該粒子射線照射裝置用掃描電磁鐵、使得由所述射束輸送裝置輸送的帶電粒子束進(jìn)行掃描，來對照射對象進(jìn)行照射， 所述粒子射線照射裝置是如權(quán)利要求I至15的任一項(xiàng)所述的粒子射線照射裝置。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于獲得消除掃描電磁鐵的磁滯影響、且在光柵掃描、混合掃描中實(shí)現(xiàn)高精度射束照射的粒子射線照射裝置。包括掃描電源(4)，該掃描電源(4)輸出掃描電磁鐵(3)的勵(lì)磁電流；以及照射控制裝置(5)，該照射控制裝置(5)控制掃描電源(4)，照射控制裝置(5)包括掃描電磁鐵指令值學(xué)習(xí)生成器(37)，該掃描電磁鐵指令值學(xué)習(xí)生成器(37)對預(yù)掃描的結(jié)果進(jìn)行評價(jià)，在評價(jià)的結(jié)果不滿足規(guī)定的條件的情況下，更新勵(lì)磁電流的指令值(Ik)，來執(zhí)行預(yù)掃描，將評價(jià)的結(jié)果滿足規(guī)定的條件的勵(lì)磁電流的指令值(Ik)輸出到掃描電源(4)，該預(yù)掃描是基于由掃描電源(4)輸出的勵(lì)磁電流的指令值(Ik)的、一系列的照射動(dòng)作。
文檔編號(hào)A61N5/10GK102686276SQ20108006008
公開日2012年9月19日 申請日期2010年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月31日
發(fā)明者高明 巖田 申請人:三菱電機(jī)株式會(huì)社