(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子ビームをトリミングするためのデバイスであって、
前記粒子ビームの通過をブロックする材料からなる構造体であって、前記構造体はエッジを画成するように構成可能であり、前記エッジは前記エッジの第1の側の前記粒子ビームの第1の部分が前記構造体によってブロックされ、前記エッジの第2の側の前記粒子ビームの第2の部分が前記構造体によってブロックされないように前記粒子ビームの経路内に移動可能である、構造体と、
前記エッジを画成するように前記構造体を構成するために制御可能であるリニアモーターであって、前記リニアモーターの各々は移動可能コンポーネントと固定コンポーネントとを備え、前記固定コンポーネントは第1の磁場を生成するための整列された同極を有する磁場生成器を備え、前記移動可能コンポーネントは1つまたは複数のコイルを備え、このコイルに電流を流すと前記第1の磁場と相互作用する第2の磁場を発生して前記移動可能コンポーネントを前記固定コンポーネントに対して相対的に移動させる、リニアモーターとを具備し、
各リニアモーターの前記移動可能コンポーネントは、対応する構造体が前記移動可能コンポーネントによる移動とともに移動するように前記構造体の対応する1つ、に接続されるか、またはその一部であるデバイス。
【請求項２】
前記磁場生成器は磁石を備え、前記1つまたは複数のコイルは少なくとも一部は前記磁石の間にある請求項1に記載のデバイス。
【請求項３】
前記構造体を構成するために前記リニアモーターを制御する1つまたは複数の処理デバイスをさらに備え、前記1つまたは複数の処理デバイスは前記リニアモーターのうちの1つまたは複数を制御する1つまたは複数の制御信号を出力して前記エッジを画成するために前記構造体のうちの1つまたは複数を伸長させるかまたは後退させるように構成され、前記1つまたは複数の処理デバイスは少なくとも部分的に前記デバイスの動作中に前記構造体および前記リニアモーターに影響を及ぼす環境中性子線への曝露を受けないように遮蔽される請求項1に記載のデバイス。
【請求項４】
前記1つまたは複数の処理デバイスは、前記1つまたは複数の処理デバイスを前記構造体および前記リニアモーターから離れた場所に配置することによって前記環境中性子線への曝露を受けないように遮蔽される請求項3に記載のデバイス。
【請求項５】
前記1つまたは複数の処理デバイスは、前記1つまたは複数の処理デバイスを前記構造体および前記リニアモーターと異なる部屋に配置することによって前記環境中性子線への曝露を受けないように遮蔽される請求項3に記載のデバイス。
【請求項６】
前記構造体の移動を追尾し、前記構造体の前記移動に関する情報を前記1つまたは複数の処理デバイスに提供するように構成されているエンコーダをさらに備える請求項3に記載のデバイス。
【請求項７】
前記エンコーダは、前記構造体および前記リニアモーターと同じアセンブリに接続されている電子デバイスを備える請求項6に記載のデバイス。
【請求項８】
前記エンコーダは、レーザーセンサ、光学センサ、またはダイオードセンサのうちの1つまたは複数を備える請求項7に記載のデバイス。
【請求項９】
前記構造体はリーフを備え、各磁場生成器は一対の磁石を備え、各リーフは部分的に対応する一対の磁石の間にある請求項1に記載のデバイス。
【請求項１０】
第1の次元方向に移動するように構成されている第1のキャリッジであって、前記構造体および前記リニアモーターを保持する第1のキャリッジと、
前記第1の次元方向と異なる第2の次元方向に移動するように構成されている第2のキャリッジであって、前記第1のキャリッジは前記第2のキャリッジに結合される、第2のキャリッジとをさらに備える請求項1に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記構造体は、前記第1のキャリッジに相対的な、また前記第1のキャリッジの移動とは別の前記第1の次元方向にも移動可能である請求項10に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記構造体は第1のエッジを画成し、
前記デバイスは、
第2のエッジを画成するように構成可能である第2の構造体であって、前記第2のエッジは前記第2のエッジの第1の側の前記粒子ビームの第3の部分が前記第2の構造体によってブロックされるように、また前記第2のエッジの第2の側の前記粒子ビームの第4の部分が前記第2の構造体によってブロックされないように前記粒子ビームの経路内に移動可能である、第2の構造体と、
前記第2のエッジを画成するように前記第2の構造体を構成するために制御可能である第2のリニアモーターとをさらに備え、
前記デバイスは、前記第1の次元方向に移動可能であり、前記第2のキャリッジに結合されている、第3のキャリッジをさらに備え、前記第3のキャリッジは前記第2の構造体および前記第2のリニアモーターを保持する請求項10に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記第2の構造体は、前記第3のキャリッジに相対的な、また前記第3のキャリッジの移動とは別の前記第1の次元方向にも移動可能である請求項12に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記第1のキャリッジおよび前記第3のキャリッジは、前記粒子ビームの単一スポットをトリミングするように制御可能であり、前記単一スポットは前記粒子ビームの断面領域に対応する請求項12に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記第1のキャリッジおよび前記第3のキャリッジは、前記粒子ビームの複数のスポットを覆うサイズを有する領域をトリミングするように制御可能であり、スポットは前記粒子ビームの断面領域に対応する請求項12に記載のデバイス。
【請求項１６】
請求項1に記載のデバイスを備えたシステムであって、前記システムはさらに、
粒子ビームを出力するための粒子加速器であって、封じ込められた治療スペース内で動作中に、ある量の中性子線を生成する粒子加速器と、
患者体内の照射ターゲットに相対的に前記粒子ビームを移動するための1つまたは複数の走査磁石と、を備え、
1つまたは複数の処理デバイスが前記ある量よりも少ない中性子線に曝される領域に配置されるシステム。
【請求項１７】
粒子ビームをトリミングするためのデバイスであって、
第1の次元方向に移動可能である第1のキャリッジと、
前記第1のキャリッジに結合され、したがって前記第1のキャリッジと一緒に前記第1の次元方向に移動可能である第2のキャリッジであって、前記第2のキャリッジの各々も前記第1の次元方向と異なる第2の次元方向に移動可能であり、前記第2のキャリッジのうちの1つの第2のキャリッジは
前記粒子ビームの通過をブロックする材料からなる構造体であって、前記構造体はエッジを画成するように構成可能であり、前記エッジは前記エッジの第1の側の前記粒子ビームの第1の部分が前記構造体によってブロックされ、前記エッジの第2の側の前記粒子ビームの第2の部分が前記構造体によってブロックされないように前記粒子ビームの経路内に移動可能である、構造体と、
前記エッジを画成するように前記構造体を構成するためのリニアモーターであって、前記リニアモーターの各々は前記構造体の対応する1つを前記第2のキャリッジの方への、または前記第2のキャリッジから遠ざかる、第2の次元方向に直線的に駆動するように制御可能であり、前記リニアモーターの各々は移動可能コンポーネントと固定コンポーネントとを備え、前記固定コンポーネントは第1の磁場を生成するための整列された同極を有する磁場生成器を備え、前記移動可能コンポーネントは1つまたは複数のコイルを備え、このコイルに電流を流すと前記第1の磁場と相互作用する第2の磁場を発生して前記移動可能コンポーネントを前記固定コンポーネントに対して相対的に移動させるリニアモーターとを備え、
各リニアモーターの前記移動可能コンポーネントは、対応する構造体が前記移動可能コンポーネントによる移動とともに移動するように前記構造体の対応する1つに接続されるか、またはその一部である、第2のキャリッジとを具備するデバイス。
【請求項１８】
前記磁場生成器は磁石を備え、前記1つまたは複数のコイルは少なくとも一部は前記磁石の間にある請求項17に記載のデバイス。
【請求項１９】
前記構造体を構成するために前記リニアモーターを制御する1つまたは複数の処理デバイスをさらに備え、前記1つまたは複数の処理デバイスは前記リニアモーターのうちの1つまたは複数を制御する1つまたは複数の制御信号を出力して前記エッジを画成するために前記構造体のうちの1つまたは複数を前記第2の次元方向で伸長させるかまたは後退させるように制御可能であり、前記1つまたは複数の処理デバイスは前記デバイスの動作中に前記構造体および前記リニアモーターに影響を及ぼす環境中性子線への曝露を受けないように遮蔽される請求項17に記載のデバイス。
【請求項２０】
前記1つまたは複数の処理デバイスは、前記1つまたは複数の処理デバイスを前記構造体および前記リニアモーターから離れた場所に配置することによって前記環境中性子線への曝露を受けないように遮蔽される請求項19に記載のデバイス。
【請求項２１】
前記1つまたは複数の処理デバイスは、前記1つまたは複数の処理デバイスを前記構造体および前記リニアモーターと異なる部屋に配置することによって前記環境中性子線への曝露を受けないように遮蔽される請求項19に記載のデバイス。
【請求項２２】
前記構造体の移動を追尾し、前記構造体の前記移動に関する情報を前記1つまたは複数の処理デバイスに提供するように構成されているエンコーダをさらに備える請求項19に記載のデバイス。
【請求項２３】
前記エンコーダは、前記デバイスの動作中に前記構造体および前記リニアモーターに影響を及ぼす前記中性子線への曝露に対する耐性が、前記1つまたは複数の処理デバイスに比べて高い電子デバイスを備える請求項22に記載のデバイス。
【請求項２４】
前記エンコーダは、レーザーセンサ、光学センサ、またはダイオードセンサのうちの1つまたは複数を備える請求項23に記載のデバイス。
【請求項２５】
粒子治療システムであって、
粒子ビームを出力するための粒子加速器であって、封じ込められた治療スペース内で動作中に中性子線を生成する粒子加速器と、
患者体内の照射ターゲットに相対的に前記粒子ビームを移動するための1つまたは複数の走査磁石と、
前記粒子ビームをトリミングするためのデバイスであって、前記デバイスは前記1つまたは複数の走査磁石と前記患者との間にあり、前記デバイスは
前記粒子ビームの通過をブロックする材料からなる構造体であって、前記構造体はエッジを画成するように構成可能であり、前記エッジは前記エッジの第1の側の前記粒子ビームの第1の部分が前記構造体によってブロックされ、前記エッジの第2の側の前記粒子ビームの第2の部分が前記構造体によってブロックされないように前記粒子ビームの経路内に移動可能である、構造体、および
前記エッジを画成するように前記構造体を直線的に駆動することによって前記構造体を構成するために制御可能であるリニアモーターであって、前記リニアモーターの各々は移動可能コンポーネントと固定コンポーネントとを備え、前記固定コンポーネントは第1の磁場を生成するための整列された同極を有する磁場生成器を備え、前記移動可能コンポーネントは1つまたは複数のコイルを備え、このコイルに電流を流すと前記第1の磁場と相互作用する第2の磁場を発生して前記移動可能コンポーネントを前記固定コンポーネントに対して相対的に移動させるリニアモーターを備える、デバイスと、
前記デバイスの動作を制御して前記粒子ビームをトリミングするための1つまたは複数の処理デバイスであって、指定された量より少ない量の前記中性子線に曝される領域内に配置される1つまたは複数の処理デバイスとを具備する粒子治療システム。
【請求項２６】
前記領域は、封じ込められた治療スペースの外部にある部屋である請求項25に記載の粒子治療システム。
【請求項２７】
封じ込められた治療スペースは、中性子線への部屋の曝露を低減するために少なくとも部分的に遮蔽される請求項26に記載の粒子治療システム。
【請求項２８】
前記リニアモーターの前記移動可能コンポーネントは、対応する構造体を直線的に駆動するために前記対応する構造体が前記移動可能コンポーネントによる移動とともに移動するように前記構造体の対応する1つ、に接続されるか、またはその一部である請求項25に記載の粒子治療システム。
【請求項２９】
前記磁場生成器は磁石を備え、前記1つまたは複数のコイルは少なくとも一部は前記磁石の間にある請求項28に記載の粒子治療システム。
【請求項３０】
前記構造体の移動を追尾し、前記構造体の前記移動に関する情報を前記1つまたは複数の処理デバイスに提供するように構成されているエンコーダをさらに備え、前記エンコーダは封じ込められた治療スペース内にあり、前記中性子線に曝される請求項29に記載の粒子治療システム。
【請求項３１】
前記エンコーダは、レーザーセンサ、光学センサ、またはダイオードセンサのうちの1つまたは複数を備える請求項30に記載の粒子治療システム。
【請求項３２】
前記構造体はリーフを備え、各磁場生成器は一対の磁石を備え、各リーフは対応する一対の磁石の間にある請求項26に記載の粒子治療システム。
【請求項３３】
前記粒子加速器は、シンクロサイクロトロンであり、
前記粒子治療システムは、少なくとも前記シンクロサイクロトロンが据え付けられているガントリーをさらに備え、前記ガントリーは前記シンクロサイクロトロンを前記患者に相対的に移動するため前記患者に相対的に移動可能である請求項26に記載の粒子治療システム。
【請求項３４】
前記シンクロサイクロトロンは、
高周波(RF)電圧を空洞に印加して粒子源からの粒子を加速するための電圧源であって、前記電圧源は周期的にある周波数範囲にわたって前記RF電圧を掃引するように制御される、電圧源と、
複数の値のうちの1つを有する電流を受け、前記電流に対応する磁場を生成するためのコイルであって、前記磁場は前記粒子を前記電流に対応するエネルギーで前記空洞内の軌道上を移動させ、前記磁場は少なくとも4テスラである、コイルと、
前記空洞から前記粒子を受け取り、前記空洞から受け取った前記粒子を走査システムに出力するための引き出しチャネルであって、前記粒子は前記電流に基づくエネルギーを有する前記空洞から出力される、引き出しチャネルとを備え、
前記シンクロサイクロトロンは、前記電流を前記複数の値のうちの1つに設定することを可能にするように構成され、前記複数の値の各々は前記粒子が前記空洞から出力される異なるエネルギーに対応し、
前記電圧源は、異なる周波数範囲にわたって前記RF電圧を掃引するように制御可能であり、各異なる周波数範囲は前記粒子が前記空洞から出力される各異なるエネルギーに対応する請求項33に記載の粒子治療システム。
【請求項３５】
前記シンクロサイクロトロンは、
電離プラズマを保持するための粒子源であって、前記粒子源は空洞内にあり、加速領域において分離される2つの部分を備える、粒子源と、
高周波(RF)電圧を前記空洞に印加して、前記粒子源の分離領域において前記電離プラズマからの粒子を加速するための電圧源であって、前記電圧源は周期的にある周波数範囲にわたって前記RF電圧を掃引するように制御可能である、電圧源と、
前記電流に基づき磁場を生成させるための電流を受けるコイルであって、前記磁場は前記粒子を前記空洞内で軌道上を移動させ、前記空洞内の前記磁場は最大4テスラ以上である、コイルと、
少なくとも1つの磁極片であって、前記少なくとも1つの磁極片は前記空洞の境界を形成する強磁性体を含む、少なくとも1つの磁極片と、
前記空洞から前記粒子を受け取り、受け取った前記粒子を前記1つまたは複数の走査磁石の方へ出力するための引き出しチャネルとを備える請求項26に記載の粒子治療システム。
【請求項３６】
粒子ビームをトリミングするためのデバイスであって、
前記粒子ビームの通過をブロックする材料からなる構造体であって、前記構造体は前記粒子ビームの経路内に移動可能であるエッジを画成するように構成可能である、構造体と、
前記エッジを画成するように前記構造体を構成するために制御可能であるリニアモーターであって、前記リニアモーターの各々は移動可能コンポーネントと固定コンポーネントとを備え、前記固定コンポーネントは第1の磁場を生成するための整列された同極を有する磁場生成器を備え、前記移動可能コンポーネントは1つまたは複数のコイルを備え、このコイルに電流を流すと前記第1の磁場と相互作用する第2の磁場を発生して前記移動可能コンポーネントを前記固定コンポーネントに対して相対的に移動させるリニアモーターと、を備え、
各リニアモーターの前記移動可能コンポーネントは、対応する構造体が前記移動可能コンポーネントによる移動とともに移動するように前記構造体の対応する1つに接続されるか、またはその一部であるデバイス。
【請求項３７】
前記構造体を構成するために前記リニアモーターを制御する1つまたは複数の処理デバイスをさらに備え、前記1つまたは複数の処理デバイスは前記リニアモーターのうちの1つまたは複数を制御する1つまたは複数の制御信号を出力して前記エッジを画成するために前記構造体のうちの1つまたは複数を伸長させるかまたは後退させるように制御可能であり、前記1つまたは複数の処理デバイスは少なくとも部分的に前記デバイスの動作中に前記構造体および前記リニアモーターに影響を及ぼす環境中性子線への曝露を受けないように遮蔽される請求項36に記載のデバイス。
【請求項３８】
前記1つまたは複数の処理デバイスは、前記1つまたは複数の処理デバイスを前記構造体および前記リニアモーターから離れた場所に配置することによって前記環境中性子線への曝露を受けないように遮蔽される請求項37に記載のデバイス。
【請求項３９】
前記1つまたは複数の処理デバイスは、前記1つまたは複数の処理デバイスを前記構造体および前記リニアモーターと異なる部屋に配置することによって前記環境中性子線への曝露を受けないように遮蔽される請求項37に記載のデバイス。
【請求項４０】
前記構造体の移動を追尾し、前記構造体の前記移動に関する情報を前記1つまたは複数の処理デバイスに提供するように構成されているエンコーダをさらに備える請求項37に記載のデバイス。
【請求項４１】
前記エンコーダは、前記構造体および前記リニアモーターと同じアセンブリに接続されている電子デバイスを備える請求項40に記載のデバイス。
【請求項４２】
前記エンコーダは、レーザーセンサ、光学センサ、またはダイオードセンサのうちの1つまたは複数を備える請求項41に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に、リニアモーターを使用して制御される構成可能コリメータに関係する。
【背景技術】
【０００２】
粒子治療システムは、加速器を使用して、腫瘍などの苦痛を治療するための粒子ビームを生成する。動作時に、粒子は、磁場の存在下で空洞内の軌道に沿って加速され、引き出しチャネルを通して空洞から取り出される。磁場再生器は、空洞の外側の近くに磁場バンプを生成していくつかの軌道のピッチおよび角度を歪め、これらの軌道が引き出しチャネルの方へ歳差運動をし、最終的に引き出しチャネル内に入るようにする。粒子からなるビームは、引き出しチャネルを出る。
【０００３】
走査システムは、引き出しチャネルのビーム下流側にある。この文脈において、「ビーム下流側」は、照射ターゲットに(ここでは、引き出しチャネルに相対的に)より近いことを意味する。走査システムは、粒子ビームを照射ターゲットの少なくとも一部にわたって動かし、照射ターゲットの様々な部分を粒子ビームに曝す。たとえば、腫瘍を治療するために、粒子ビームが腫瘍の異なる断面層の上で「走査」され得る。
【０００４】
粒子ビームは、照射ターゲットに隣接する健常組織を損傷し得る。粒子ビームへ健常組織の曝露を制限するために、エッジを画成する構造体が使用され得る。たとえば、この構造体、またはその一部は、粒子ビームと健常組織との間に留置され、それによって、粒子ビームへの健常組織の曝露を防ぐものとしてよい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第8,791,656号明細書
【特許文献２】米国特許第7,728,311号明細書
【特許文献３】米国特許公開第2014/0371511号明細書
【特許文献４】米国特許公開第2017/0128746号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
粒子ビームをトリミングするための例示的なデバイスは、粒子ビームの通過をブロックする材料からなる構造体であって、エッジの第1の側の粒子ビームの第1の部分が構造体によってブロックされ、エッジの第2の側の粒子ビームの第2の部分が構造体によってブロックされないように粒子ビームの経路内に移動可能であるエッジを画成するように構成可能である構造体と、エッジを画成するように構造体を構成するために制御可能であるリニアモーターとを備える。リニアモーターの各々は、移動可能コンポーネントと固定コンポーネントとを備え、固定コンポーネントは第1の磁場を生成するための磁場生成器を備え、移動可能コンポーネントは1つまたは複数のコイルを備え、このコイルに電流を流すと第1の磁場と相互作用する第2の磁場を発生して移動可能コンポーネントを固定コンポーネントに相対的に移動させる。各リニアモーターの移動可能コンポーネントは、対応する構造体が移動可能コンポーネントによる移動とともに移動するように構造体の対応する1つ、に接続されるか、またはその一部である。例示的なデバイスは、また、次の特徴のうちの1つまたは複数を、単独または組合せのいずれかで含み得る。
【０００７】
磁場生成器は、整列された極類似物を有する磁石を備えるものとしてよく、1つまたは複数のコイルが少なくとも一部は磁石の間にある。例示的なデバイスは、構造体を構成するためにリニアモーターを制御する1つまたは複数の処理デバイスを備える。1つまたは複数の処理デバイスは、リニアモーターのうちの1つまたは複数を制御する1つまたは複数の制御信号を出力してエッジを画成するために構造体のうちの1つまたは複数を伸長させるかまたは後退させるように制御可能であるものとしてよい。1つまたは複数の処理デバイスは、少なくとも部分的に、デバイスの動作時に構造体およびリニアモーターに影響を及ぼす環境中性子線への曝露を受けないように遮蔽され得る。1つまたは複数の処理デバイスは、1つまたは複数の処理デバイスを構造体およびリニアモーターから離れた場所に配置することによって環境中性子線への曝露を受けないように遮蔽され得る。1つまたは複数の処理デバイスは、1つまたは複数の処理デバイスを構造体およびリニアモーターと異なる部屋の中に配置することによって環境中性子線への曝露を受けないように遮蔽され得る。
【０００８】
例示的なデバイスは、構造体の移動を追尾し、構造体の移動に関する情報を1つまたは複数の処理デバイスに提供するように構成されているエンコーダを備え得る。エンコーダは、構造体およびリニアモーターと同じアセンブリに接続されている電子デバイスを備え得る。エンコーダは、レーザーセンサ、光学センサ、またはダイオードセンサのうちの1つまたは複数を備え得る。
【０００９】
構造体はリーフを備えるものとしてよく、各磁場生成器は一対の磁石を備えるものとしてよく、各リーフは対応する一対の磁石の間にある。例示的なデバイスは、第1の次元方向に移動するように構成されている第1のキャリッジであって、構造体およびリニアモーターを保持する第1のキャリッジと、第1の次元方向と異なる第2の次元方向に移動するように構成されている第2のキャリッジであって、第1のキャリッジが第2のキャリッジに結合される、第2のキャリッジとを備え得る。構造体は、第1のキャリッジに相対的に、また第1のキャリッジの移動とは別に第1の次元方向にも移動可能であってよい。構造体は第1のエッジを画成するものとしてよく、デバイスは、第2のエッジの第1の側の粒子ビームの第3の部分が第2の構造体によってブロックされるように、また第2のエッジの第2の側の粒子ビームの第4の部分が第2の構造体によってブロックされないように粒子ビームの経路内に移動可能である第2のエッジを画成するように構成可能である第2の構造体と、第2のエッジを画成するように第2の構造体を構成するために制御可能である第2のリニアモーターとをさらに備え得る。デバイスは、第1の次元方向に移動可能であり、第2のキャリッジに結合されている、第3のキャリッジをさらに備えるものとしてよく、第3のキャリッジは第2の構造体および第2のリニアモーターを保持する。第2の構造体は、第3のキャリッジに相対的に、また第3のキャリッジの移動とは別に第1の次元方向にも移動可能であってよい。第1のキャリッジおよび第3のキャリッジは、粒子ビームの単一スポットをトリミングするように制御可能であってよく、単一スポットは粒子ビームの断面領域に対応する。第1のキャリッジおよび第3のキャリッジは、粒子ビームの複数のスポットを覆うサイズを有する領域をトリミングするように制御可能であってよく、スポットは粒子ビームの断面領域に対応する。第1のキャリッジおよび第3のキャリッジは、独立して移動するように構成され得る。
【００１０】
粒子ビームをトリミングするための例示的なデバイスは、第1の次元方向に移動可能である第1のキャリッジと、第1のキャリッジに結合され、したがって第1のキャリッジと一緒に第1の次元方向に移動可能である第2のキャリッジとを備え、第2のキャリッジの各々も第1の次元方向と異なる第2の次元方向に移動可能である。第2のキャリッジのうちの1つの第2のキャリッジは、粒子ビームの通過をブロックする材料からなる構造体であって、エッジの第1の側の粒子ビームの第1の部分が構造体によってブロックされ、エッジの第2の側の粒子ビームの第2の部分が構造体によってブロックされないように粒子ビームの経路内に移動可能であるエッジを画成するように構成可能である構造体と、エッジを画成するように構造体を構成するためのリニアモーターであって、リニアモーターの各々は第2のキャリッジに向かう、または第2のキャリッジから離れる、第2の次元方向に構造体のうちの対応する1つを直線的に駆動するように制御可能である、リニアモーターとを備える。例示的なデバイスは、次の特徴のうちの1つまたは複数を、単独または組合せで含み得る。
【００１１】
これらのリニアモーターのうちの1つのリニアモーターは、移動可能コンポーネントと固定コンポーネントとを備えるものとしてよく、固定コンポーネントは第1の磁場を発生するための磁場生成器を備え、移動可能コンポーネントは1つまたは複数のコイルを備え、このコイルに電流を流すと第1の磁場と相互作用する第2の磁場を発生して移動可能コンポーネントを固定コンポーネントに相対的に移動させる。リニアモーターの移動可能コンポーネントは、対応する構造体が移動可能コンポーネントによる移動とともに移動するように構造体の対応する1つ、に接続されるか、またはその一部であるものとしてよい。磁場生成器は、整列された極類似物を有する磁石を備えるものとしてよく、1つまたは複数のコイルが少なくとも一部は磁石の間にある。
【００１２】
例示的なデバイスは、構造体を構成するためにリニアモーターを制御する1つまたは複数の処理デバイスを備える。1つまたは複数の処理デバイスは、リニアモーターのうちの1つまたは複数を制御する1つまたは複数の制御信号を出力してエッジを画成するために構造体のうちの1つまたは複数を第2の次元方向で伸長させるかまたは後退させるように制御可能であるものとしてよく、1つまたは複数の処理デバイスはデバイスの動作時に構造体およびリニアモーターに影響を及ぼす環境中性子線への曝露を受けないように遮蔽される。1つまたは複数の処理デバイスは、1つまたは複数の処理デバイスを構造体およびリニアモーターから離れた場所に配置することによって環境中性子線への曝露を受けないように遮蔽され得る。1つまたは複数の処理デバイスは、1つまたは複数の処理デバイスを構造体およびリニアモーターと異なる部屋の中に配置することによって環境中性子線への曝露を受けないように遮蔽され得る。
【００１３】
例示的なデバイスは、構造体の移動を追尾し、構造体の移動に関する情報を1つまたは複数の処理デバイスに提供するように構成されているエンコーダを備え得る。エンコーダは、デバイスの動作時に構造体およびリニアモーターに影響を及ぼす中性子線への曝露に対する耐性が、1つまたは複数の処理デバイスに比べて高い電子デバイスを備え得る。エンコーダは、レーザーセンサ、光学センサ、またはダイオードセンサのうちの1つまたは複数を備え得る。
【００１４】
例示的な粒子治療システムは、粒子ビームを出力するための粒子加速器であって、粒子加速器は封じ込められた治療スペース内で動作時に中性子線を生成する、粒子加速器と、患者体内の照射ターゲットに相対的に粒子ビームを移動するための1つまたは複数の走査磁石と、粒子ビームをトリミングするデバイスであって、デバイスは1つまたは複数の走査磁石と患者との間にある、デバイスとを備える。このデバイスは、粒子ビームの通過をブロックする材料からなる構造体であって、エッジの第1の側の粒子ビームの第1の部分が構造体によってブロックされ、エッジの第2の側の粒子ビームの第2の部分が構造体によってブロックされないように粒子ビームの経路内に移動可能であるエッジを画成するように構成可能である構造体と、エッジを画成するように構造体を直線的に駆動することによって構造体を構成するために制御可能であるリニアモーターとを備える。1つまたは複数の処理デバイスは、デバイスの動作を制御して粒子ビームをトリミングするように構成され、1つまたは複数の処理デバイスは指定された量より少ない量の中性子線に曝される領域内に配置される。例示的な粒子治療システムは、以下の特徴のうちの1つまたは複数を、単独で、または組み合わせて備え得る。
【００１５】
領域は、封じ込められた治療スペースの外部にある部屋であってよい。封じ込められた治療スペースは、中性子線への部屋の曝露を低減するために少なくとも部分的に遮蔽され得る。これらのリニアモーターのうちの1つのリニアモーターは、移動可能コンポーネントと固定コンポーネントとを備えるものとしてよく、固定コンポーネントは第1の磁場を発生するための磁場生成器を備え、移動可能コンポーネントは1つまたは複数のコイルを備え、このコイルに電流を流すと第1の磁場と相互作用する第2の磁場を発生して移動可能コンポーネントを固定コンポーネントに相対的に移動させる。リニアモーターの移動可能コンポーネントは、対応する構造体を直線的に駆動するために対応する構造体が移動可能コンポーネントによる移動とともに移動するように構造体の対応する1つ、に接続されるか、またはその一部であるものとしてよい。磁場生成器は、整列された極類似物を有する磁石を備えるものとしてよく、1つまたは複数のコイルが少なくとも一部は磁石の間にある。
【００１６】
デバイスは、構造体の移動を追尾し、構造体の移動に関する情報を1つまたは複数の処理デバイスに提供するように構成されているエンコーダを備えるものとしてよく、エンコーダは封じ込められた治療スペース内にあり、中性子線に曝される。エンコーダは、レーザーセンサ、光学センサ、またはダイオードセンサのうちの1つまたは複数を備え得る。構造体はリーフを備えるものとしてよく、各磁場生成器は一対の磁石を備えるものとしてよく、各リーフは対応する一対の磁石の間にある。
【００１７】
粒子加速器は、シンクロサイクロトロンであるか、またはシンクロサイクロトロンを含み得る。粒子治療システムは、少なくともシンクロサイクロトロンが据え付けられるガントリーを備えるものとしてよく、ガントリーはシンクロサイクロトロンを患者に相対的に移動するため患者に相対的に移動可能である。
【００１８】
シンクロサイクロトロンは、高周波(RF)電圧を空洞に印加して粒子源からの粒子を加速するための電圧源であって、電圧源は周期的にある周波数範囲にわたってRF電圧を掃引するように制御される、電圧源と、複数の値のうちの1つを有する電流を受け、電流に対応する磁場を生成するためのコイルであって、磁場は粒子を電流に対応するエネルギーで空洞内の軌道上を移動させ、磁場は少なくとも4テスラである、コイルと、空洞から粒子を受け取り、空洞から受け取った粒子を走査システムに出力するための引き出しチャネルであって、粒子は電流に基づくエネルギーを有する空洞から出力される、引き出しチャネルとを備え得る。シンクロサイクロトロンは、電流を複数の値のうちの1つに設定することを可能にするように構成され、複数の値の各々は粒子が空洞から出力される異なるエネルギーに対応するものとしてよい。電圧源は、異なる周波数範囲にわたってRF電圧を掃引するように制御可能であるものとしてよく、各異なる周波数範囲は粒子が空洞から出力される各異なるエネルギーに対応する。
【００１９】
シンクロサイクロトロンは、電離プラズマを保持するための、空洞内にあり、加速領域において分離される2つの部分を備える粒子源と、高周波(RF)電圧を空洞に印加して、粒子源の分離領域において電離プラズマからの粒子を加速するための電圧源であって、電圧源は周期的にある周波数範囲にわたってRF電圧を掃引するように制御可能である、電圧源と、電流に基づき磁場を生成させるための電流を受けるコイルであって、磁場は粒子を空洞内で軌道上を移動させ、空洞内の磁場は最大4テスラ以上である、コイルと、少なくとも1つの磁極片であって、少なくとも1つの磁極片は空洞の境界を形成する強磁性体からなる、少なくとも1つの磁極片と、空洞から粒子を受け、受けた粒子を1つまたは複数の走査磁石の方へ出力するための引き出しチャネルとを備え得る。
【００２０】
粒子ビームをトリミングするための例示的なデバイスは、粒子ビームの通過をブロックする材料からなる構造体であって、構造体は粒子ビームの経路内に移動可能であるエッジを画成するように構成可能である、構造体と、エッジを画成するように構造体を構成するために制御可能であるリニアモーターとを備える。例示的なデバイスは、次の特徴のうちの1つまたは複数を、単独または組合せで含み得る。
【００２１】
例示的なデバイスは、構造体を構成するためにリニアモーターを制御する1つまたは複数の処理デバイスを備える。1つまたは複数の処理デバイスは、リニアモーターのうちの1つまたは複数を制御する1つまたは複数の制御信号を出力してエッジを画成するために構造体のうちの1つまたは複数を伸長させるかまたは後退させるように制御可能であるものとしてよい。1つまたは複数の処理デバイスは、少なくとも部分的に、デバイスの動作時に構造体およびリニアモーターに影響を及ぼす環境中性子線への曝露を受けないように遮蔽され得る。1つまたは複数の処理デバイスは、1つまたは複数の処理デバイスを構造体およびリニアモーターから離れた場所に配置することによって環境中性子線への曝露を受けないように遮蔽され得る。1つまたは複数の処理デバイスは、1つまたは複数の処理デバイスを構造体およびリニアモーターと異なる部屋の中に配置することによって環境中性子線への曝露を受けないように遮蔽され得る。
【００２２】
例示的なデバイスは、構造体の移動を追尾し、構造体の移動に関する情報を1つまたは複数の処理デバイスに提供するように構成されているエンコーダを備え得る。エンコーダは、構造体およびリニアモーターと同じアセンブリに接続されている電子デバイスを備え得る。エンコーダは、レーザーセンサ、光学センサ、またはダイオードセンサのうちの1つまたは複数を備え得る。
【００２３】
発明の概要の節で説明されているものを含む、本開示で説明されている特徴のうちの2つまたはそれ以上を組み合わせることで、本明細書では具体的に説明されていない実装形態を形成することができる。
【００２４】
本明細書で説明されている様々なシステム、またはその一部の制御は、1つまたは複数の非一時的機械可読記憶媒体に記憶され、1つまたは複数の処理デバイス(たとえば、マイクロプロセッサ、特定用途向け集積回路、フィールドプログラマブルゲートアレイなどのプログラムされたロジック、または同様のもの)上で実行可能である命令を収めたコンピュータプログラム製品を介して実装され得る。本明細書で説明されているシステム、またはその一部は、1つまたは複数の処理デバイスおよび述べられている機能の制御を実装する実行可能命令を記憶するためのコンピュータメモリを含み得る装置、方法、または電子システムとして実装され得る。
【００２５】
1つまたは複数の実装形態の詳細は、添付図面と以下の説明とで述べられる。他の特徴、目的、および利点は、説明と図面、さらには特許請求の範囲から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本明細書で説明されている例示的な構成可能コリメータとともに使用可能である例示的な構成可能コリメータリーフの斜視図である。
【図２】照射ターゲットの治療領域に対して位置決めされた構成可能コリメータリーフの上面図である。
【図３】照射ターゲットの治療領域に対して位置決めされた構成可能コリメータリーフの上面図である。
【図４】例示的な構成可能コリメータの斜視図である。
【図５】例示的な構成可能コリメータの側面図である。
【図６】その内部を示すために透けて見えるように描かれているコンポーネントを有する例示的な構成可能コリメータの斜視図である。
【図７】例示的なリニアモーターとそれによって制御される例示的な構成可能コリメータリーフのブロック図である。
【図８】本明細書において説明されているリニアモーターによって制御可能であるキャリッジに対するリーフの例示的なセットのブロック図である。
【図９】構成可能コリメータの一部の例示的な実装形態の破断背面図である。
【図１０】粒子ビームの方向に対して湾曲しているトラック上に据え付けられているキャリッジ上の構成可能コリメータリーフの上面図である。
【図１１】粒子療法治療の際に患者に対して位置決めされた構成可能コリメータの斜視図である。
【図１２】本明細書において説明されている粒子治療システムにおいて使用可能である例示的な粒子加速器の一部の破断図である。
【図１３】例示的な走査システムのコンポーネントの斜視図である。
【図１４】例示的な走査システムのコンポーネントの斜視図である。
【図１５】図13および図14に示されている種類の走査システムで使用するための例示的な磁石の正面図である。
【図１６】図13および図14に示されている種類の走査システムで使用するための例示的な磁石の斜視図である。
【図１７】図13および図14に示されている種類の走査システムで使用するための例示的なエネルギーデグレーダ(飛程変調装置)の斜視図である。
【図１８】粒子ビームの経路内でエネルギーデグレーダのリーフを移動させるためのプロセスの斜視図である。
【図１９】例示的な粒子治療システムの正面図である。
【図２０】例示的な粒子治療システムの斜視図である。
【図２１】例示的な粒子治療システムの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
様々な図面内の類似の参照記号は、類似の要素を示す。
【００２８】
本明細書で説明されるのは、患者に印可される、陽子またはイオンビームなどの、放射線の範囲を制御するために使用され得る構成可能コリメータの例示的な実装形態である。この点に関して、構成可能コリメータは、放射線の一部が患者を通過することを許し、放射線の一部が患者を通過するのをブロックするように制御可能である構造体を備える。典型的には、通過する放射線は、治療されるべき照射ターゲットに向けられ、ブロックされる放射線は、ブロックされなければ、健常組織に当たり、潜在的に損傷させることになる。動作時に、構成可能コリメータは、放射線源と照射ターゲットとの間の放射線経路内に留置され、適切なサイズおよび形状の開口部を形成して放射線の一部が照射ターゲットの開口部を通過することを可能にし、その一方で、構造体の残り部分が放射線の一部が隣接する組織に到達するのをブロックするように制御される。構成可能コリメータは、任意の適切な放射線治療システムで使用されてよく、特定の種類のシステムとともに使用することに限定されることはない。
【００２９】
いくつかの実装形態において、構成可能コリメータは、一般的に平らな構造体を含み、これらは「プレート」または「リーフ」と称され、ある放射線の通過をブロックし、他の放射線の通過を許すように「ビーム」または「治療」領域内に移動するように制御可能である。いくつかの実装形態において、互いに面するリーフが2セットある。リーフのセットは、治療に適切なサイズおよび形状の開口部を形成するように制御可能である。たとえば、リーフの各セットは、エッジの第1の側の粒子ビームの第1の部分がリーフによってブロックされるように、またエッジの第2の側の粒子ビームの第2の部分がリーフによってブロックされず、治療領域を通過することを許されるように粒子ビームの経路内に移動可能であるエッジを画成するように制御可能である。いくつかの実装形態において、リーフは、エッジを画成するために治療領域の方への、または治療領域から遠ざかる方へのリーフの移動を制御するために制御可能であるリニアモーター-リーフ毎に1つずつ-に接続されるか、その一部であるか、またはそれを含む。
【００３０】
いくつかの実装形態において、リニアモーターは、第1のエッジを画成するようにリーフのセットを構成し、第1のエッジに面する第2のエッジを画成するようにリーフの別のセットを構成する、ように制御可能である。本明細書において説明されているように、リニアモーターの各々は、移動可能コンポーネントおよび固定コンポーネントを備え得る。固定コンポーネントは、第1の磁場を発生するための磁場生成器を備える。磁場生成器の一例は、隣接して相隔てて並び、極が整列されている、2つの固定磁石を備える。移動可能コンポーネントは、1つまたは複数のコイルを備え、このコイルに電流を流すと第1の磁場と相互作用する第2の磁場を発生して移動可能コンポーネントを固定コンポーネントに相対的に移動させる。たとえば、移動可能コンポーネントは、固定コンポーネントを構成する2つの磁石の間にあるコイル搬送プレートであってよい。電流がコイルを通過するときに、その電流は、2つの磁石によって発生する磁場と相互作用し、移動可能コンポーネント(たとえば、通電プレート)を2つの磁石に相対的に移動させる磁場を発生する。リーフは移動可能コンポーネントに取り付けられているので、リーフは、移動可能コンポーネントと一緒に移動する。異なるリーフのリニアモーターは、リーフの移動を制御するように、したがって上で説明されている構成可能コリメータのエッジを画成するように制御され得る。
【００３１】
指摘したように、いくつかの実装形態において、リニアモーターは、隣接し相隔てて並び、極が整列されている2つの磁石と、2つの磁石の間に挟装され、2つの磁石に相対的に移動するコイル搬送プレートとを備える。この構成は、複数のリニアモーターが各々隣と近接近して一列に配置構成されることを可能にするが、これは構成可能コリメータのリーフを制御するために必要になり得る。たとえば、いくつかの実装形態において、リーフの厚さはミリメートルのオーダーである(たとえば、5ミリメートル以下)。この厚さのリーフは、比較的高精度のエッジを可能にするが、この厚さのリーフは、いくつかの場合において、他の種類のモーターを使用する実装形態を実用的でないものにする。しかしながら、本明細書において説明されているリニアモーターは、この大きさの厚さを有するリーフの使用を可能にする。たとえば、2つの固定磁石はこれらの間を移動するコイル搬送プレートを遮蔽し、それによって、リーフの移動を制御する。コイル搬送プレートを漂遊磁場から遮蔽することによって、複数のコイル搬送および対応する固定磁石が互いに近接近しているときでもプレートの移動を制御することが可能である。
【００３２】
いくつかの実装形態において、1つまたは複数の処理デバイスからなるものとしてよい、コンピューティングシステムは、リニアモーターを制御しそれによってリーフの位置決めを制御しエッジを画成するようにプログラムされる。たとえば、コンピューティングシステムは、リニアモーターのうちの1つまたは複数を制御する1つまたは複数の制御信号を出力してエッジを画成するためにリーフのうちの1つまたは複数を伸長させるかまたは後退させるように制御可能であるものとしてよい。コンピューティングシステムは、粒子治療時にリーフおよびリニアモーターに影響を及ぼす環境中性子線への曝露を受けないように少なくとも部分的に遮蔽される。より具体的には、粒子治療を適用すると、迷走中性子が治療室(陽子センター)内に存在することになる。迷走中性子は、電子機器に対して悪影響を有し得るため、それらの電子機器を中性子から遮蔽することが有益である。たとえば、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)、特定用途向け集積回路(ASIC)、などの処理デバイスは、環境中性子線の影響を受けやすい。したがって、いくつかの実装形態において、コンピューティングシステムは、中性子線の発生源から離れた場所にコンピューティングシステムを配置することによって遮蔽される。たとえば、コンピューティングシステムは、コンピューティングシステムを、コンピューティングシステムによって制御される、リニアモーターを含む、コリメーションデバイスから離れた場所に配置することによって遮蔽され得る。いくつかの例において、コンピューティングシステムは、治療が行われる場所と異なる部屋内に配置されてよい。部屋は、コンピューティングシステムに対する中性子線の影響を低減するか、または防ぐように適切に遮蔽されるものとしてよい。
【００３３】
いくつかの実装形態において、リニアモーターの運動は、エンコーダを使用して追尾され得る。いくつかの例において、エンコーダは、リーフおよびリニアモーターと同じアセンブリに接続されている電子デバイスを含む。エンコーダは、レーザーセンサ、光学センサ、またはダイオードセンサのうちの1つまたは複数を備え得る。エンコーダは、たとえば、リーフ上の、またはリーフに接続されリーフとともに移動する構造体上のマーキングもしくは他の印がエンコーダに対して相対的にどこに配置されているかを検出することによって、リーフの移動を検出する。リーフの配置に関する情報は、コンピューティングシステムにフィードバックされ、動作時にリーフの位置を確認し、いくつかの実装形態において、その位置を変更するために、コンピューティングシステムによって使用される。エンコーダは、上で説明されているような処理デバイスほどには、中性子線に対して敏感でない、したがって、治療室内に配置されてよい、単純な電子センサであるか、またはそれを備え得る。
【００３４】
図1は、構成可能コリメータ内で使用され得るリーフ140の一例を示しているが、構成可能コリメータは、この種類のリーフとともに使用することに限定されない。リーフの高さ150は、ビームライン(たとえば、粒子ビームの方向)に沿っている。リーフの長さ152は、治療領域内への、および治療領域から外への作動方向に沿っており、システムが治療することができる場のサイズ、またはその一部に基づく。場のサイズは、ビームが衝突することができる治療領域に対応する。リーフの幅153は、作動したときに複数のリーフが積み重なる方向である。一般的に、使用されるリーフが多ければ多いほど、湾曲した境界の場合も含めて、形成され得る開口の分解能も高い。
【００３５】
図1において、リーフ140はその側部に沿って舌および溝特徴部155を含み、これは複数のそのようなリーフが積み重なったときにリーフ間の漏れを低減するように構成されている。この例では、リーフ140の湾曲した端部156は、治療領域内のすべての配置でビームに接する表面を維持するように構成される。しかしながら、本明細書でも説明されているように、各リーフの端部は、平らであって、湾曲していないものとしてよい。
【００３６】
いくつかの実装形態において、構成可能コリメータリーフは、少なくとも最大ビームエネルギー(たとえば、システムによって出力される粒子ビームの最大エネルギー)をブロックするのに十分な高さを有する。いくつかの実装形態において、構成可能コリメータリーフは、最大ビームエネルギー未満のエネルギーをブロックする高さを有する。いくつかの実装形態において、構成可能コリメータリーフは、治療領域全体の領域で示されないが、むしろ単一のビームスポットまたは複数のビームスポットの領域で示される長さを有する。この文脈において、「ビームスポット」は、粒子ビームの断面領域である。
【００３７】
いくつかの実装形態において、粒子治療システムは、20cm×20cmの面積の正方形領域内に嵌ることができる断面を有する腫瘍を治療するように構成され得る。この例では、構成可能コリメータ内の各リーフは、約2cmの長さを有するものとしてよく、これは1つのビームスポットの半分の中の粒子をブロックするのにおおよそ十分である。指摘したように、構成可能コリメータは、お互いに向き合うリーフのセットを含む。したがって、各セットからのリーフは、必要ならば単一のビームスポット全体を覆い、それによって、放射線の通過を防ぐように制御され得る。リーフは、また、単一のビームスポットからの放射線の一部または全部が通過することができる開口部を形成するように制御可能であり得る。
【００３８】
動作時に、構成可能コリメータはビームが放射線ターゲット上を走査するとともに移動し、走査中にビームの移動を追尾するように構成される。この例では、構成可能コリメータは、約20cm移動して20cm×20cmの領域全体を覆うことを可能にするように構成され得る。上で説明されているように、構成可能コリメータは、1つのビームスポット、およびいくつかの場合において、少量の余分な領域(たとえば、5%の余分な領域、10%の余分な領域、15%の余分な領域、または20%の余分な領域)を覆う(または「トリミングする」)十分な数のリーフを使用するように構成され得る。
【００３９】
図2は、構成可能コリメータ200の例示的な実装形態を示している。構成可能コリメータ200は、所与のエネルギーで放射線の通過を阻害するか、または防止するのに十分な高さを有し、所与のエネルギーで放射線の通過を阻害するか、または防止するのに十分なニッケル、真鍮、タングステン、または他の金属などの材料から作られているリーフ201を備える。たとえば、いくつかのシステムでは、粒子加速器は、100MeVから300MeVの最大エネルギーを有する粒子ビームを生成するように構成される。したがって、そのようなシステムでは、リーフは、100MeV、150MeV、200MeV、250MeV、300MeVなどのエネルギーを有するビームの通過を防止するように製作されてよい。
【００４０】
リーフ201は、患者の腫瘍の断面層などの照射ターゲットの治療領域に対する移動を制御するためにキャリッジ上に据え付けられる。移動は、リーフ201で治療領域204のいくつかの部分を覆い、それによって、治療中に放射線がそれらの部分に当たるのを防止し、その一方で、治療領域の他の部分を放射線に曝されたままにするように制御される。図2の例示的な実装形態において、左に7枚、右に7枚の、合計14枚のリーフがある。いくつかの実装形態において、異なる数のリーフがあってよく、たとえば、左に5枚、右に5枚の、合計10枚のリーフ、左に6枚、右に6枚の、合計12枚のリーフ、などとしてよい。
【００４１】
構成可能コリメータは、適切な種類の放射線治療システムとともに使用され得る。例示的な一実装形態において、放射線治療システムは、陽子線治療システムである。本明細書で説明されているように、例示的な陽子線治療システムは、照射ターゲットの治療領域にわたって陽子ビームを走査し、悪性組織を破壊する。走査時に、粒子ビームは治療領域の端から端まで移動して治療領域を放射線で覆う。例示的な一実装形態において、粒子ビームはパルス状である。粒子ビームはパルス状なので、治療領域の影響を受ける部分は、治療領域に当たる各パルスについて1つずつ、一連のスポットを構成する。ビームのサイズに応じて、結果として、いくつかの領域を未治療のままにし得る。その結果、領域全体が治療されることを確実にするために同じ治療領域を複数回走査すると都合がよい場合がある。各連続する走査は、すべての領域に当たるように他の走査からオフセットされ得る。この種類の走査の一例は、ペンシルビーム走査と呼ばれ、繰り返し走査は、治療領域の塗装または再塗装と称される。
【００４２】
照射ターゲットは、典型的には、3次元構造である。したがって、本明細書で説明されているように、照射ターゲットは、断面層(または単に「層」)毎に治療される。すなわち、照射ターゲットの層が治療されると、続いて別の層の別の治療が行われる、というように、ターゲット全体で治療されるまで続く。照射ターゲットの異なる層は、粒子ビームのエネルギーレベルを変化させることによって治療される。すなわち、異なるエネルギー準位の粒子ビームが照射ターゲットの異なる層に衝突し、エネルギー準位が高ければ高いほど、粒子ビーム源に対して照射ターゲットの内側のより深い層に影響が及ぶ。したがって、治療時に、照射ターゲットの異なる層に到達し、それにより治療するために粒子ビームのエネルギー準位が変化させられる。
【００４３】
図2は、層の一部(たとえば、治療領域)に放射線が衝突することを許し、層の他の部分(たとえば、健常組織)に放射線が衝突することを防ぐように構成されているリーフ201を示している。図2において、配置202は、治療領域204にわたって陽子ビームを走査するときに送達されるべきビームスポットの中心を表す。円208は、送達される放射線が超えないことを意図されている治療境界を表す。この境界に近い(たとえば、粒子ビームのプロファイルの1つの標準偏差内の)ビームスポットが健常組織に隣接する。これらは、構成可能コリメータ上でリーフを適切に構成し留置することによってトリミングされる(すなわち、ブロックされる)スポットである。トリミングされるべきビームスポットの一例は、その中心を配置206に置くビームスポット211である。図示されているように、リーフ201は、円208を越えて、健常組織(または少なくとも治療を指定されていない組織)中に入るビームスポット211の部分をブロックするように構成される。
【００４４】
例示的な一実装形態において、2つの別個のキャリッジの各々に、幅が約5mmである5枚のリーフ、および幅が約20mmである2枚のリーフがある。いくつかの実装形態において、2つの別個のキャリッジの各々に、7枚のリーフがあり、そのうち2枚は各々、他の5枚のリーフのうちの各々の幅の3倍またはそれ以上である幅を有する。他の実装形態は、異なる数、サイズ、および構成のリーフ、ならびに異なる数および構成のキャリッジを含み得る。たとえば、いくつかの実装形態は、キャリッジ毎に5から50までの間の数のリーフ、キャリッジ1つあたり5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、または50枚(またはそれ以上)のリーフを含み得る。
【００４５】
キャリッジは、本明細書で説明されているように、水平方向と垂直方向の両方に移動することができる。リーフは、治療領域内へ、および治療領域から外へ各キャリッジに対して水平方向に移動可能でもある。このようにして、リーフは、治療される領域の近くの領域内の治療境界の形状(たとえば、この例では円211またはその一部)を近似するように構成可能である。
【００４６】
リーフは、ビームが特定の領域に送達されるときにリーフが適切な位置に来るように粒子ビームの異なる走査の間で垂直方向および/または水平方向に移動され得る。リーフは、すべての走査通過について必ずしも移動される必要はないが、その代わりに、領域に対して適切な配置に移動され得る。いくつかの場合において、たとえば、治療領域の内部のスポットについて、放射線治療は、構成可能コリメータによってもたらされるトリミングなしで進行し得る。
【００４７】
図3は、配置300を中心とする放射線スポット301をトリミングするように構成されている構成可能コリメータの一部であるリーフ300の別の例を示す。この例では、構成可能コリメータの2つの側の各々に7枚のリーフがある(対応するキャリッジによって支持される)。各側のリーフは、他の5枚のリーフよりも広い2枚のリーフを含むが、しかしながら、構成可能コリメータは、この構成に限定されない。この場合、スポット301は、8mmのガウシアン放射線スポットを画成する2.5シグマの半径を有する。
【００４８】
図4、図5、および図6は、治療ターゲットに対して垂直方向と水平方向の両方に、上で説明されているリーフを保持し、移動するように構成されているキャリッジ413、414、415を含む、構成可能コリメータの例示的な実装形態を示している。図示されているように、垂直方向移動は、直交座標Z方向417における移動を含み、水平方向移動は、直交座標X方向418における移動を含む(直交座標Y方向は図5のページ内に入るか、またはページから外に出る)。図5および図6は、ハウジングの内側のコンポーネントを示すためにキャリッジハウジングの一部分を透明であるかのように示しているが、しかしながら、ハウジングは、実際には透明でない。
【００４９】
キャリッジ413は、本明細書では一次キャリッジと称され、キャリッジ414および415は、本明細書では二次キャリッジと称される。二次キャリッジ414、415は、図4から図6に示されているように、一次キャリッジ413に結合されている。この例では、二次キャリッジ414、415は、各々、対応する部材418、419を介して一次キャリッジ415に固定されているハウジングを備える。この例では、一次キャリッジ413は、照射ターゲットに対して、およびトラック420に沿って粒子加速器に対して、垂直方向に移動可能である。一次キャリッジ413の垂直方向移動は、二次キャリッジが垂直方向に移動することも引き起こす。いくつかの実装形態において、二次キャリッジは一斉に垂直方向に移動する。いくつかの実装形態において、各二次キャリッジの垂直方向移動は、他の二次キャリッジの垂直方向から独立している。
【００５０】
図4から図6に示されているように、各二次キャリッジ414、415は、対応するロッドまたはレール422、423に接続され、それに沿って二次キャリッジが移動する。より具体的には、この例において、モーター425は二次キャリッジ414を駆動して、ロッド422に沿って二次キャリッジ415の方へ移動するか、または二次キャリッジ415から遠ざかる。同様に、この例において、モーター426は二次キャリッジ415を駆動して、ロッド423に沿って二次キャリッジ414の方へ移動するか、または二次キャリッジ414から遠ざかる。一次および二次キャリッジの移動に対する制御は、本明細書で説明されているように、照射ターゲットに対してリーフを位置決めするように実装される。それに加えて、リーフそれ自体も、本明細書でも説明されているように、キャリッジの中へ移動し、キャリッジから外に移動するように構成される。
【００５１】
図6に示されているように、モーター430は、一次キャリッジ413の垂直方向移動を駆動する。たとえば、図6に示されているように、送りネジ431は、対応する二次キャリッジ414、415を駆動するモーター425、426を保持し、トラック420上に据え付けられている、ハウジング432に結合される。送りネジ431は、モーター430に結合され、モーター430によって垂直方向に駆動される。すなわち、モーター430は、送りネジ431を垂直方向で、照射ターゲットの方へ、または照射ターゲットから遠ざかる方へのいずれかに駆動する。送りネジ431は、ハウジング432に固定されるので、この移動は、また、ハウジング432およびしたがって二次キャリッジ414、415がトラック420に沿って、照射ターゲットの方へ、または照射ターゲットから遠ざかる方へのいずれかに移動することを引き起こす。
【００５２】
この例示的な実装形態において、指摘されているように、7枚のリーフ435、436が各二次キャリッジ414、415上に据え付けられている。各二次キャリッジは、そのリーフを水平方向に治療領域内に、または治療領域から外に移動するように構成され得る。各二次キャリッジ上の個別のリーフは、同じ二次キャリッジ上の他のリーフに相対的にX次元方向に、リニアモーターを使用して、独立して、直線的に移動可能であるものとしてよい。いくつかの実装形態において、リーフは、また、Y次元方向に移動するようにも構成され得る。さらに、1つの二次キャリッジ414上のリーフは、他の二次キャリッジ415上のリーフから独立して移動可能であり得る。二次キャリッジ上のリーフのこれらの独立した移動は、一次キャリッジによって可能にされる垂直方向移動とともに、リーフが様々な構成になるように移動されることを可能にする。結果として、リーフは、水平方向および垂直方向の両方で、水平方向および垂直方向の両方にランダムに形作られる治療領域に、水平方向および垂直方向の両方で形状適合することができる。リーフのサイズおよび形状は、異なる形状適合をもたらすように変化させられ得る。
【００５３】
リーフは、放射線の透過を防ぐか、または阻止する適切な材料から作られ得る。使用される放射線の種類は、リーフ内でどのような材料が使用されているかを示し得る。たとえば、放射線がX線である場合、リーフは鉛から作られるものとしてよい。本明細書で説明されている例において、放射線は陽子またはイオンビームである。したがって、異なる種類の金属または他の材料がこれらのリーフに使用され得る。たとえば、リーフは、ニッケル、タングステン、鉛、真鍮、鋼鉄、鉄、またはこれらの適切な組合せから作られ得る。各リーフの高さは、リーフが放射線の透過を阻止する程度を決定し得る。
【００５４】
いくつかの実装形態において、リーフは同じ高さを有し得るが、他の実装形態では、これらのリーフのうちのいくつかのリーフはこれらのリーフのうちの他のリーフの高さと異なる高さを有し得る。たとえば、図2から図6において、リーフのセットは各々高さが5mmである。しかしながら、任意の適切な高さが使用されてもよい。たとえば、リーフ435、436は、1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm、11mm、12mm、13mm、14mm、15mm、16mm、17mm、18mm、19mm、20mm、21mm、22mm、23mm、24mm、25mm、26mm、27mm、28mm、29mmなど(または他の高さ)のうちのどれかを有し得る。リーフは、前述の高さの任意の組合せを有し得る。それに加えて、リーフの各々は、リーフのうちの1つまたは複数の他のリーフと異なる高さを有していてもよい。
【００５５】
いくつかの実装形態において、より短いリーフ(たとえば、高さが小さいリーフ)がより長いリーフと接続して使用されてもよい。いくつかの実装形態において、リーフは、最大ビームエネルギーの粒子ビームを完全にブロックするのに十分な高さを有する。いくつかの実装形態において、リーフは、最大未満のビームエネルギーの粒子ビームをブロックする(そして最大エネルギーの粒子ビームをブロックしない)のに十分な高さを有する。たとえば、陽子線治療システムは、患者体内で32cmの深さまで治療できる230MeVのエネルギーを有するビームを送達する能力を有し得るが、いくつかの実装形態では、構成可能コリメータは、20cm以下の深さまで治療できるせいぜい175MeVの陽子しかブロックできない。そうする際に、より小さいビーム停止材料、たとえば、3.3cmの代わりに2.1cmのタングステン、または5.2cmの代わりに3.3cmのニッケルが使用されてよい。この例では、陽子線治療システムは、それでも、20cmを超える深さで治療することができるが、構成可能コリメータは、そのような治療には使用されない。これは、いくつかの状況において、治療する場所は深ければ深いほど、構成可能コリメータがもたらす例示的な粒子ビームコリメーションの恩恵を受けにくくなるので、許容可能と判断され得る。すなわち、いくつかの治療シナリオにおいて、浅い低エネルギーの治療は、構成可能コリメータが最も効果的である場所であり、リーフにおける材料の量を減らすことに対する工学的利点があり得る。したがって、いくつかの例示的な実装形態において、構成可能コリメータは、浅い最大未満のエネルギー治療を使用するように制限される。
【００５６】
図2から図6の実装形態において、リーフは半矩形の形状をしており、側面から見たときにほぼ同じ表面積を有する。いくつかの実装形態において、これは必ずしもその場合である必要はない。たとえば、リーフは、図示されているものと異なる形状を有し得る。例示的の形状は、限定はしないが、円形、曲面形状、卵形、正方形、および三角形を含む。さらに、個別のリーフは、同じキャリッジまたは異なるキャリッジ内に含まれるリーフのうちの他のリーフと異なる形状を有し得る。たとえば、一方のキャリッジは、矩形の形状のリーフと曲面の形状のリーフを両方とも含み得る。
【００５７】
いくつかの実装形態において、リーフは、最大の予想される陽子エネルギーの粒子ビームを完全に停止するだけでなく(たとえば、230MeVでは3.3cmのタングステンまたはたとえば5.2cmのニッケル)、リーフの間の陽子透過を妨げる十分な余分な材料も有する十分な高さを有する。この材料は、図1に示されているような舌および溝構造体、または類似の構成を有し得る。リーフ端部は、湾曲した、またはテーパー付きの表面を備え、様々な発散の陽子ビームに対して送達される半影を高めるように構成され得る。
【００５８】
いくつかの実装形態において、複数の一次キャリッジならびに対応するモーターおよびレールがあり得る。たとえば、第1の一次キャリッジは、第1の二次キャリッジの垂直方向移動を制御するものとしてよく、第2の一次キャリッジは、第2の二次キャリッジの垂直方向移動を制御するものとしてよい。したがって、そのような実装形態において、2つの二次キャリッジは、望ましい場合に、垂直方向に独立して移動されてよい。どのような場合も、一次キャリッジは、コンピュータ制御されてよい。たとえば、実行可能な命令は、コンピュータメモリ(たとえば、1つまたは複数の非一時的機械可読記憶媒体)内に記憶され、移動を制御するために1つまたは複数の処理デバイスによって実行される。制御は、治療時にユーザ入力により、またはユーザ入力なしで実行されてよい。
【００５９】
説明されているように、各二次キャリッジ414、415は、上で説明されているように、水平方向キャリッジ移動を制御するための対応するモーターを備える。いくつかの実装形態において、単一のキャリッジ上のすべてのリーフは、リニアモーターを使用して-各リーフを1つのリニアモーターで制御する-独立して移動可能である。図7は、図1から図6に示されている種類のリーフであってよい、リーフ701、702、および703の動作を制御する際に使用するためのリニアモーターの例示的な実装形態を示している。図6には3つのリーフしか示されていないけれども、長円706で例示されているように、任意の適切な数のリーフが含まれ得る。さらに、任意の適切な数のリニアモーターが、リーフがキャリッジから出て治療領域内に入ること、また治療領域からキャリッジ内に戻ることを制御するように構成され得る。
【００６０】
例としてリーフ702を取りあげると、リーフ702の動作を制御する例示的なリニアモーターは、2つの部分-この例では、磁石710aおよび710b-からなる移動可能コンポーネントおよび固定コンポーネントを備える。2つの磁石は、隣り合って配置構成され、極は整列されている。すなわち、図示されているように、磁石710aの正極(+)は磁石701bの正極(+)に整列され、磁石701aの負極(-)は磁石710bの負極(-)に整列される。移動可能コンポーネントは、磁石710aと710bとの間にコイル搬送プレート709を備える。コイル搬送プレート709は、リーフ702に物理的に接続され、構成可能コリメータのエッジの一部を形成するように矢印711の方向に沿って、たとえば、治療領域を出入りするリーフ702の移動を制御する。
【００６１】
説明されているように、コイル搬送プレート709は、磁場を生成するために電流を通す、1つまたは複数の導電性トレースまたは他の導電性構造体を備える。磁場は、コイル搬送プレート、したがってリーフ702の移動を制御するためにコイル搬送プレートを通る電流を制御することによって制御される。すなわち、コイルを通る電流は、磁石710aおよび710bが発生する磁場と相互作用する磁場を生成する。この相互作用は、矢印711の方向に沿って、治療領域内に入るか、またはそこから出るかのいずれかであるコイル搬送プレート709およびリーフ702の移動を引き起こす。たとえば、コイル搬送プレート709が生成するより大きな磁場は、リーフが治療領域内に移動することを引き起こし、コイル搬送プレートが生成するより小さな磁場は、リーフが治療領域から離れる方向に後退することを引き起こし得る。
【００６２】
いくつかの実装形態において、コイル搬送プレート上の導電性トレースまたは他の導電性構造体は、アルミニウム中に埋め込まれた3つの巻線を備えるものとしてよい。いくつかの実装形態において、リーフはニッケルから作られるものとしてよく、物理的にコイル搬送プレートに取り付けられ得る。いくつかの実装形態において、使用される巻線の数および材料は本明細書において説明されているのと異なっていてもよい。いくつかの実装形態において、コイル搬送プレートはリーフと一体になっていてもよい。すなわち、リーフそれ自体が、導電性構造体またはトレースを備えていてよい。
【００６３】
いくつかの実装形態において、リニアモーターは、各リーフに対するベアリングロッドを備え得る。いくつかの実装形態において、ベアリングロッドは、リーフの移動を誘導するためにコイル搬送プレートとリーフとの間にあるものとしてよい。
【００６４】
図7に示されているように、いくつかの実装形態において、コイル搬送プレートを通る電流は、コンピューティングシステム714によって受信された信号によって制御され得る。説明されているように、コンピューティングシステムは中性子線の影響を受けやすい場合があり、したがって、離れた部屋716内に配置される。いくつかの実装形態において、離れた部屋716は、粒子加速器が発生する中性子線から遮蔽され得る。いくつかの実装形態において、離れた部屋は、粒子加速器からの中性子線の影響を設けないように治療室717から十分に離れた位置に配置され得る。いくつかの実装形態において、コンピューティングシステムは治療室内に配置されてもよいが、粒子加速器によって放射される中性子線から遮蔽され得る。いくつかの実装形態において、すべての計算機能は中性子線から遮蔽され、遮蔽されていない電子機器は、それでも、中性子線の存在下でも動作することができる。エンコーダはそのような電子機器の例である。
【００６５】
この点で、エンコーダ(図示せず)は、レーザーセンサ、光学センサ、またはダイオードセンサのうちの1つまたは複数を備え得る。エンコーダは、たとえば、リーフ上の、またはリーフに接続されリーフとともに移動する構造体上のマーキングもしくは他の印がエンコーダに対して相対的にどこに配置されているかを検出することによって、リーフの移動を検出する。リーフがどこにあるかに関するこの情報は、コンピューティングシステムにフィードバックされ、動作時にリーフの位置を確認するためにコンピューティングシステムによって使用される。エンコーダは、任意の適切な配置に配置され得る。いくつかの実装形態において、エンコーダは、リーフを収容するハウジング上に配置される。リーフが移動すると、リーフとともに移動するマーキングまたは他の印はエンコーダを越えて移動する。次いで、エンコーダは、その情報をコンピューティングシステム714に中継する。コンピューティングシステム714は、その情報を使用して、リーフの位置決めを含む、構成可能コリメータの動作を制御する。
【００６６】
図8は、図4のキャリッジ414または415と同じ種類のものであってよい、キャリッジ801のコンポーネントの一例を示している。キャリッジ801は、本明細書で説明されている種類のリニアモーターによって制御されるリーフ802を備える。各リーフ802は、図7で説明されている種類のリニアモーターによって制御され、それにより、たとえば、粒子ビームが発生する1つまたは複数のスポットをトリミングするために、エッジを形成し少なくとも一部の放射線が患者に到達するのをブロックするものとしてよい。すなわち、各リニアモーターは、構成されているエッジ内の位置に達するように対応するリーフを直線的に駆動する。
【００６７】
回転自由度を追加することで、構成可能コリメータが照射ターゲットに形状適合する能力を改善することができる。たとえば、図4から図6のアセンブリの全体は、ビーム方向に垂直な平面内で、ビーム方向に平行な平面内で、またはそれらの組合せで回転されるように構成され得る。いくつかの実装形態において、各個別の二次キャリッジ414、415は、同じ平面内で独立して回転するように構成され得る。このようにして、構成可能コリメータは、理想的な配向になっていない複雑な形状に形状適合するより高い柔軟性をもたらし得る。いくつかの実装形態において、一次キャリッジおよび各二次キャリッジは両方とも回転可能であるものとしてよい。
【００６８】
上で説明されている例示的な実装形態において、各リーフは、リーフ構成により任意の適切な形状がトレースされ得るように、別々の、また独立して制御可能なリニアモーターを使用して、独立して作動可能である。しかしながら、許容可能なエッジ形状適合性を達成するためにそのような柔軟性は必要ない場合がある。リーフは、有限数の構成のみを達成する能力により機械的に制約される可能性がある。たとえば、リーフは、垂直線、前方対角形状、後方対角形状、凹形状、凸形状、または他の達成可能な任意の形状にする配置構成に制限される可能性がある。このようにして、柔軟性は機械的な単純さと引き換えになる可能性がある。
【００６９】
図9は、図4のキャリッジ414または415と同じ種類のものであってよい、キャリッジ901および902を含む構成可能コリメータの例示的な実装形態の破断背面図である。図示されているように、キャリッジ901および902は、レール903に沿って、治療領域905内に、または治療領域905から外へのいずれかに移動するように構成される。リーフ907および908などのリーフは、キャリッジ901および902の移動と無関係に、それぞれ、治療領域905内に移動するか、または治療領域905から外に移動し、粒子ビームをトリミングするためのエッジを形成するように本明細書において説明されているリニアモーターにより制御される。
【００７０】
構成可能コリメータは、完全に治療/ビーム場の内部にあるエッジをコリメートするために使用され得る。治療計画が保護されるべき体積を完全に囲む体積-たとえば、脊髄を完全に囲む腫瘍-が治療されることを要求する場合に、単一の機械加工された構造体は、典型的には、治療体積の一部もブロックすることなく保護体積への放射線をブロックすることができない。構成可能コリメータは、一連のリーフ位置を使用してそのような場を治療することができる。たとえば、構成可能コリメータは、動的に、および治療中に、治療を必要とする領域上の治療を可能にしながら、保護を必要とする領域を保護するように再構成され得る。
【００７１】
いくつかの場合において、粒子ビームがリーフエッジの表面に接しているときに結果としてより良好なビーム性能(半影またはエッジ鮮明さ)が得られる。しかしながら、ビームは効果的に単一の点源から発せられるので、それが構成可能コリメータの平面を通過する角度は、ビームが場の中心から遠ざかる方へ移動するときに変化する。このような理由から、図1に示されているように、リーフは湾曲したエッジを有することがあり、したがって、エッジは、常に、粒子ビームに接するようにする配置に留置され得る。構成可能コリメータの例示的な実装形態において、一次キャリッジと二次キャリッジの両方が移動するトラックは、平らなリーフエッジが湾曲したリーフエッジの代わりに使用され得るように、および平らであるが粒子ビームに接したままになるようにする。
【００７２】
図10は、キャリッジが沿って移動する、湾曲したトラック1020を有する構成可能コリメータの例示的な一実装形態を示している。図10の例において、粒子ビーム1021は、本明細書で説明されているシンクロサイクロトロンのような粒子加速器であってよい発生源1022から発せられる。粒子ビーム1022は、場1023を走査するものとしてよく、1つの範囲で、配置1025にあってよく、別の範囲で、配置1026にあってよい。リーフ1028および1029を保持するキャリッジは、リーフ1028および1029が互いの方へ、または互いから遠ざかる方へ移動できるように湾曲したトラック1020上に据え付けられる。この例では、リーフは、図1の湾曲した端部156とは対照的に真っ直ぐな端部(または「前部」)1031、1031を有する。湾曲したトラックを採用することによって、粒子ビームは、走査場1023全体を通して真っ直ぐな端部に接したままであるか、または実質的に接しているものとしてよい。粒子ビームを端部に接したままにすることは、構成可能コリメータによってもたらされるトリミングがビーム場の範囲全体にわたって一貫しているようにすることが可能であるという点で有利であり得る。
【００７３】
要約すると、いくつかの実装形態において、構成可能コリメータは、少なくとも一部は本明細書において説明されているリニアモーターにより、比較的小さいサイズを有するものとしてよい。したがって、標準的な多リーフコリメータとは対照的に、例示的な構成可能コリメータは、したがって、一度に治療領域の数分の一、たとえば、治療領域全体未満であり、1スポットサイズ、2スポットサイズ、3スポットサイズ、4スポットサイズ、5スポットサイズ、などにほぼ等しい領域をトリミングするために使用され得る。したがって、いくつかの実装形態において、構成可能コリメータは、一度に単一のスポットをトリミングするのには十分に小さく、移動せずに場全体ではなく1つの位置でいくつかのスポットをトリミングするのには十分に大きいものとしてよい。したがって、構成可能コリメータは、ビームが走査するときに場の周り、および場の中で移動するように構成され得る。すなわち、いくつかの実装形態において、構成可能コリメータは、走査するときにビームを追尾し、その構成および再構成は、走査に同期され、およびビームによってもたらされるパルスに同期され得る(たとえば、異なるビームパルスおよび/または配置では異なる再構成となる)。治療領域全体をトリミングするのに十分大きいリーフを使用しないことによって、構成可能コリメータはより小さくされ、したがって、構成可能コリメータは、他のデバイスからの干渉をほとんどまたはまったく受けずに患者に近づけて留置することができる。いくつかの実装形態において、構成可能コリメータのどのリーフも、最大治療領域全体にわたる1つの次元方向を有することすらしない。いくつかの実装形態において、各個別のリーフは、治療領域内で2つの方向に移動可能であり、デバイスは、1つまたは複数の軸上で回転されるようにガントリー上に(たとえば、本明細書で説明されているような粒子治療システムの文脈において)据え付けられ、等角点の方へ、および等角点から離れる方へ拡張可能にされる。
【００７４】
さらに、本明細書において説明されているように、リニアモーターを使用してリーフを制御することで、コリメータのサイズをさらに縮小することが可能である。特に、固定磁石および移動可能コイル搬送プレートを有するリニアモーターは、リーフを比較的密接させて積み重ねることを可能にし、これは個別のスポットトリミング、たとえば、ミリメートル範囲のトリミングを可能にする。これまで、知られているリニアモーターでは、通電プレートは固定されていた。しかしながら、いくつかの場合において、その構成は本明細書において説明されているサイズのリーフの積み重ねに適合し得ないが、それは、少なくとも固定通電プレートからの磁場が隣接するリニアモーターに影響を及ぼし、そのためこれらの隣接する場を扱うのに動作の精度が低下し、システムの複雑度が上がるからである。いずれの場合も、知られている構成は、本明細書において説明されている構成可能コリメータにおいて使用されるサイズのリーフを積み重ね、制御することの助けとならなかった。
【００７５】
走査システムは、粒子ビームの範囲を制限するため照射ターゲットに相対的に留置可能である、本明細書において説明されている構成可能コリメータを備える、それによって粒子ビームの範囲を制限する。たとえば、構成可能コリメータは、エネルギーデグレーダのビーム下流側の、粒子ビームが照射ターゲットの治療領域に当たる前の、ビーム経路内に留置され得る。構成可能コリメータは、粒子ビームがそこを通過し、次いで、治療領域の幾つかの部分に当たり、その一方で粒子ビームが患者の他の部分に当たるのを防ぐことを可能にするように制御可能である。指摘されているように、構成可能コリメータは、粒子ビームが健常組織に当たるのを防ぐか、または粒子ビームが照射ターゲットの他の部分に当たるのを防ぐ(たとえば、ターゲットの幾つかの部分が他の部分よりも放射線を受けることなる)ように制御され得る。図11は、患者1171に相対的な構成可能コリメータ1170の実装形態の留置を示している。ビーム1171aの方向も図示されている。
【００７６】
指摘されているように、構成可能コリメータは、粒子治療システム内の走査システムの一部であるか、または走査システムと一緒に使用され得る。図12は、粒子治療システムにおいて粒子(たとえば、陽子)ビームを供給するために使用され得る例示的な超電導シンクロサイクロトロンのコンポーネント1210の断面図を示している。この例では、コンポーネント1210は、超電導磁石1211を備える。超電導磁石は、超電導コイル1212および1213を備える。超電導コイルは、たとえば、それ自体が超電導であっても非超電導(たとえば、銅)であってもよい中心ストランドの周りに巻かれた複数の超電導ストランド(たとえば、4本のストランドまたは6本のストランド)から形成される。超電導コイル1212、1213の各々は磁場(B)を生成する電流を伝導するためのものである。結果として得られる磁場は、磁気ヨーク1214、1215によって整形される。一例において、低温保持装置(図示せず)は、各コイルを超電導温度、たとえば、約4°ケルビン(K)に維持するために液体ヘリウム(He)を使用する。磁気ヨーク1214、1215(またはより小さい磁極片)は、低温保持装置の内側に配置され、粒子が加速される空洞1216の形状を画成する。
【００７７】
いくつかの実装形態において、粒子加速器は、電離プラズマ柱を空洞1216に供給するために粒子源1217(たとえば、ペニングイオンゲージ-PIG源)を備える。水素ガス、または水素ガスと希ガスとの組合せは、電離されると、プラズマ柱を発生する。電圧源は、可変高周波(RF)電圧を空洞16に印加して空洞内のプラズマ柱から粒子のパルスを加速する。空洞内の磁場は、粒子に空洞内の軌道上を移動させる形状をとる。いくつかの実装形態において、超電導コイルが発生する最大磁場は、本明細書において説明されているように、4テスラ(T)から20Tの範囲内にあるものとしてよい。例示的なシンクロサイクロトロンは、回転角度が一様とされる磁場であって、半径が大きくなるに従って強度が低下する磁場を採用する。いくつかの実装形態において、そのような磁場形状は、磁場の大きさに関係なく達成され得る。
【００７８】
指摘されているように、一例では、粒子加速器はシンクロサイクロトロンである。したがって、加速空洞内の粒子を加速するときに、粒子に対する相対論的効果(たとえば、粒子質量が増加する)を考慮してRF電圧が一定範囲の周波数にわたって掃引される。超電導コイルに電流を流すことによって発生した磁場は、空洞の形状と合わせて、プラズマ柱から加速された粒子が空洞内の軌道上で加速し、回転の数を増やす毎にエネルギーを増大することを引き起こす。
【００７９】
指摘されているように、超電導コイル(主コイルと呼ばれる)は、比較的高い磁場を発生することができる。例示的な一実装形態において、主コイルによって(たとえば、加速空洞の中心で)生成される最大磁場は、4Tから20Tまたはそれ以上の範囲内にあり得る。たとえば、超電導コイルは、4.0T、4.1T、4.2T、4.3T、4.4T、4.5T、4.6T、4.7T、4.8T、4.9T、5.0T、5.1T、5.2T、5.3T、5.4T、5.5T、5.6T、5.7T、5.8T、5.9T、6.0T、6.1T、6.2T、6.3T、6.4T、6.5T、6.6T、6.7T、6.8T、6.9T、7.0T、7.1T、7.2T、7.3T、7.4T、7.5T、7.6T、7.7T、7.8T、7.9T、8.0T、8.1T、8.2T、8.3T、8.4T、8.5T、8.6T、8.7T、8.8T、8.9T、9.0T、9.1T、9.2T、9.3T、9.4T、9.5T、9.6T、9.7T、9.8T、9.9T、10.0T、10.1T、10.2T、10.3T、10.4T、10.5T、10.6T、10.7T、10.8T、10.9T、11.0T、11.1T、11.2T、11.3T、11.4T、11.5T、11.6T、11.7T、11.8T、11.9T、12.0T、12.1T、12.2T、12.3T、12.4T、12.5T、12.6T、12.7T、12.8T、12.9T、13.0T、13.1T、13.2T、13.3T、13.4T、13.5T、13.6T、13.7T、13.8T、13.9T、14.0T、14.1T、14.2T、14.3T、14.4T、14.5T、14.6T、14.7T、14.8T、14.9T、15.0T、15.1T、15.2T、15.3T、15.4T、15.5T、15.6T、15.7T、15.8T、15.9T、16.0T、16.1T、16.2T、16.3T、16.4T、16.5T、16.6T、16.7T、16.8T、16.9T、17.0T、17.1T、17.2T、17.3T、17.4T、17.5T、17.6T、17.7T、17.8T、17.9T、18.0T、18.1T、18.2T、18.3T、18.4T、18.5T、18.6T、18.7T、18.8T、18.9T、19.0T、19.1T、19.2T、19.3T、1
9.4T、19.5T、19.6T、19.7T、19.8T、19.9T、20.0T、20.1T、20.2T、20.3T、20.4T、20.5T、20.6T、20.7T、20.8T、20.9T、もしくはそれ以上のうちの1つまたは複数の大きさの、またはこれらを超える大きさの磁場を生成する際に使用され得る。さらに、超電導コイルは、4Tから20Tの範囲外にあるか、または4Tから20Tの範囲内にあるが、上に特には挙げられていない、磁場を生成する際に使用され得る。
【００８０】
図12に示されている実装形態などのいくつかの実装形態において、比較的大型の強磁性磁気ヨーク1214、1215は、超電導コイルが発生する漂遊磁場に対する帰還として働く。いくつかのシステムでは、磁気シールド(図示せず)がヨークを囲んでいる。帰還ヨークおよびシールドは、一緒になって漂遊磁場を減少させ、それによって、漂遊磁場が粒子加速器の動作に悪影響を及ぼす可能性を低減する働きをする。
【００８１】
いくつかの実装形態において、帰還ヨークおよびシールドは、能動的帰還システムによって交換されるか、または増強され得る。例示的な一能動的帰還システムは、主超電導コイルを通る電流と反対の方向に電流を流す1つまたは複数の能動的帰還コイルを備える。いくつかの例示的な実装形態では、それぞれの超電導主コイルに対して能動的帰還コイルがある、たとえば、2つの能動的帰還コイル-それぞれの主超電導コイルに対して1つ-がある。それぞれの能動的帰還コイルは、対応する主超電導コイルの外側を同心円状に囲む超電導コイルであってもよい。
【００８２】
能動的帰還システムを使用することによって、比較的大型の強磁性磁気ヨーク1214、1215は、より小型で軽量の磁極片と交換できる。したがって、シンクロサイクロトロンのサイズおよび重量は、さらに性能を犠牲にすることなく削減できる。使用され得る能動的帰還システムの一例は、その内容が参照により本明細書に組み込まれている、米国特許第8,791,656号、名称「Active Return System」において説明されている。
【００８３】
粒子加速器の引き出しチャネルの出力のところ、またはその近くに、走査システムおよび/または散乱システムなどの、1つもしくは複数のビーム整形要素があり得る。これらのシステムのコンポーネントは、治療中の患者に比較的近いところに位置決めするためにノズル上に据え付けられるか、または他の何らかの方法でそれに取り付けられ得る。しかしながら、いくつかの実装形態において、ビーム拡散器は、加速器または外部ガントリーそれ自体により近い位置に(たとえば、その上に)据え付けられ(そこに据え付けられている加速器が存在しない場合には外部ガントリーに据え付けられ)得る。
【００８４】
図13を参照すると、例示的な実装形態において、シンクロサイクロトロン1321(図12の構成を有し得る)の引き出しチャネル1320の出力のところに、照射ターゲットの全部または一部にわたって粒子ビームを走査するために使用され得る例示的な走査コンポーネント1322がある。図14は、図13のコンポーネントの例も示している。これらは、限定はしないが、本明細書において説明されている種類の走査磁石1324、電離箱1325、エネルギーデグレーダ1326、および構成可能コリメータ1328を含む。引き出しチャネルのビーム下流側にある他の構成要素は、図13または図14には示されていないが、たとえば、ビームスポットサイズを変えるための1つまたは複数の散乱体を含む。
【００８５】
例示的な動作において、走査磁石1324は、例示的なビーム拡散器であり、2次元内で制御可能であり(たとえば、直交座標のXY次元)、これにより、2次元内で粒子ビームを位置決めし、粒子ビームを照射ターゲットの少なくとも一部(たとえば、断面)を横切って移動させる。電離箱1325では、ビームの線量を検出し、その情報を制御システムにフィードバックしてビーム移動を調整する。エネルギーデグレーダ1326は、材料(たとえば、1つまたは複数の個別のプレート)を粒子ビームの経路内におよび経路外に移動させて、粒子ビームのエネルギー、したがって粒子ビームが照射ターゲットを貫通する深さを変化させるように制御可能である。このようにして、エネルギーデグレーダは、照射ターゲットの深さ毎の層のところに、たとえば、層に対して粒子ビームを位置決めすることができる。いくつかの実装形態において、エネルギーデグレーダは、プレートの代わりに、またはそれに加えて、くさびまたは他の種類の構造体を使用する。たとえば、エネルギーデグレーダ1326は、材料(たとえば、1つまたは複数の個別のくさび)を粒子ビームの経路内におよび経路外に移動させて、粒子ビームのエネルギー、したがって粒子ビームが照射ターゲットを貫通する深さを変化させるように制御可能であり得る。
【００８６】
図15および図16は、例示的な走査磁石1324の図を示している。この例示的な実装形態では、走査磁石1324は、X方向の粒子ビーム移動を制御する2つのコイル1341と、Y方向の粒子ビーム移動を制御する2つのコイル1342とを備える。制御は、いくつかの実装形態において、一方のコイルのセットまたは両方のセットを通る電流を変化させ、それによって、発生する磁場を変化させることによって達成される。磁場を適切に変化させることによって、粒子ビームは、照射ターゲットにわたってXおよび/またはY方向に移動することができる。
【００８７】
図13を再び参照すると、電流センサ1327は、走査磁石1324に接続されるか、または他の何らかの方法で関連付けられ得る。たとえば、電流センサは、走査磁石と通信しているが、接続され得ない。いくつかの実装形態において、電流センサは、磁石に印加される電流をサンプリングし、これはX方向に走査するビームを制御するためのコイルへの電流および/またはY方向に走査するビームを制御するためのコイルへの電流を含み得る。電流センサは、粒子ビーム内のパルスの発生に対応する回数で、またはパルスが粒子ビーム内で生じる率を超える率で、磁石を通過する電流をサンプリングし得る。後者の場合、磁石電流を識別する、サンプルは、以下で説明されている電離箱によるパルスの検出に相関する。たとえば、電離箱を使用してパルスが検出される回数は、電流センサからのサンプルに時間的に相関し、それによって、パルスの回数で磁石コイル内の電流を識別し得る。したがって、磁石電流を使用することで、各パルス、およびしたがって、粒子の線量が送達された照射ターゲット上の(たとえば、照射ターゲットの深さ毎の層上の)配置を決定することが可能であり得る。深さ毎の層の配置は、ビーム経路内のエネルギーデグレーダの構成(たとえば、プレートの数)に基づき決定され得る。
【００８８】
動作時に、磁石電流の大きさ(たとえば、値)は、線量の量(たとえば、強度)とともに、線量が送達される配置毎に記憶され得る。加速器上にあるか、または加速器から離れた場所にあってよい、ならびにメモリおよび1つまたは複数の処理デバイスを含み得る、コンピュータシステムは、磁石電流と放射線ターゲット内の座標との相関を求めるものとしてよく、それらの座標は、線量の量とともに記憶され得る。たとえば、配置は、深さ毎の層の数および直交XY座標によって、または直交XYZ座標(深さ毎の層がZ座標に対応している)によって識別され得る。いくつかの実装形態において、磁石電流の大きさおよび座標配置は両方とも、各配置における線量とともに記憶され得る。前記の情報は、加速器上の、または加速器から離れた場所のいずれかの、メモリに記憶されてよい。この情報は、本明細書で説明されているように、同じまたは異なる量の複数の線量を同じ場所に印加して隣接する/順次的なビーム場の間の重なり領域を含む、ターゲット積算線量を達成するために走査中に使用され得る。
【００８９】
いくつかの実装形態において、電離箱1325は、入射放射線によって引き起こされるガス内に形成されるイオン対の数を検出することによって粒子ビームによって照射ターゲット上の位置に印加される線量(たとえば、1つまたは複数の個別の線量)を検出する。イオン対の数は、粒子ビームによってもたらされる線量に対応する。その情報は、コンピュータシステムにフィードバックされ、線量が送られる時間とともにメモリに記憶される。この情報は、上で説明されているように、線量が送られた配置および/またはその時の磁石電流の大きさに、相関し、およびそれらに関連して記憶され得る。
【００９０】
構成可能コリメータ1328は、図13および図14に示されているように、走査磁石のビーム下流側およびエネルギーデグレーダのビーム下流側に配置されてよい。構成可能コリメータは、走査中に粒子ビームの移動中にスポット毎に粒子ビームをトリミングするものとしてよい。たとえば、構成可能コリメータは、互いに面し、開口形状を形成するようにキャリッジ内におよびキャリッジから移動可能であるリーフのセットを含み得る。開口形状を超える粒子ビームの部分はブロックされ、患者には届かない。患者に届くビームの部分は少なくとも部分的にコリメートされ、それによって比較的正確なエッジをビームに持たせる。いくつかの実装形態において、構成可能コリメータ内の(たとえば、キャリッジ上の)リーフのセット内の各リーフは、エッジの第1の側の粒子ビームの第1の部分が複数のリーフによってブロックされるように、またエッジの第2の側の粒子ビームの第2の部分が複数のリーフによってブロックされないように粒子ビームの経路内に移動可能であるエッジを画成するように単一のリニアモーターを使用して制御可能である。各セット内のリーフは、単一のスポットと同じくらい小さい領域をトリミングするように走査中に個別に制御可能であり、より大きいマルチスポット領域をトリミングするためにも使用され得る。
【００９１】
図17は、エネルギーデグレーダ1326の例示的な一実装形態である、飛程変調装置1360を示している。いくつかの実装形態において、飛程変調装置1360は、構成可能コリメータと患者との間の走査磁石のビーム下流側に配置され得る。図17に示されているようないくつかの実装形態において、飛程変調装置は、一連のプレート1361を備える。これらのプレートは、ポリカーボネート、炭素、ベリリウム、または低原子番号の他の材料の例示的な材料のうちの1つまたは複数から作られ得る。しかしながら、これらの例示的な材料の代わりに、またはそれに加えて、他の材料も使用され得る。
【００９２】
これらのプレートのうちの1つまたは複数は、ビーム経路内に出入りすることができ、それによって、粒子ビームのエネルギーに、したがって照射ターゲット内への粒子ビームの貫通の深さに影響を及ぼす。プレートは、粒子ビームの経路内に物理的に入り、そして出る。たとえば、図18に示されているように、プレート1370は、粒子ビーム1373の経路内の位置と粒子ビームの経路外の位置との間の矢印1372の方向に沿って移動する。プレートは、コンピュータ制御される。一般的に、粒子ビームの経路内に入るプレートの数は、照射ターゲットの走査が行われるべき深さに対応する。したがって、粒子ビームは、プレートの適切な制御によってターゲットの内部に位置決めされ得る。
【００９３】
構成可能コリメータを含む、走査システムのいくつかのコンポーネントは、粒子治療システムの内部ガントリー1980(図19参照)のノズル1981上に据え付けられるか、または結合されてよく、粒子治療システムの他のコンポーネントの動作も制御する1つまたは複数のコンピューティングデバイスなどの、制御システムによって制御され得る。図21は、構成可能コリメータを含む、走査システムのいくつかのコンポーネントが据え付けられ得るノズル2191とともに内部ガントリー2190を有する粒子治療システムの別の実装形態を示している。両方の例において、ノズルは、患者および粒子加速器に相対的に内部ガントリー(1980または2190)のトラックに沿って移動可能であり、患者の方へ伸長可能であり、患者から遠ざかって後退可能であり、それによって、その上に据え付けられているコンポーネントを伸長させ後退させる。
【００９４】
指摘されているように、粒子ビームは飛程変調装置から出て、構成可能コリメータを通り、患者に届く。空気中を通ることで、ビームスポットサイズが増大し得る。ビームが空気中を通過するのが長ければ長いほど、このスポットサイズの増大は大きくなり得る。したがって、いくつかの実装形態において、ビームが空気中を通過することができる最大距離を縮小することが有利である。上で説明されているように、いくつかの例において、患者に最も近いノズル上に据え付けられたコンポーネント(たとえば、コリメータおよびエネルギーデグレーダ)は、ビームが空気中を通過する量を低減し得る。しかしながら、いくつかの例では、患者に近いことにより、それらのコンポーネントは比較的小さくされ得る。それらのコンポーネントのサイズは、治療可能場サイズに関係する。すなわち、これらのコンポーネントが小さいほど、結果として、ビーム場サイズは比較的小さくなり得る。
【００９５】
図19および図20は、ガントリー上に据え付けられている粒子加速器を収容する粒子治療システム1982の一例の一部を示している-この例では、本明細書において説明されている構成を有する超電導シンクロサイクロトロンが使用されている。いくつかの実装形態において、ガントリーは鋼製であり、患者の両側に配設された2つのそれぞれの軸受に回転するように据え付けられた2つの脚部(図示せず)を有する。ガントリーは、患者が横たわる治療領域に跨設するのに十分に長く、その両端においてガントリーの回転式脚部に取り付けられている、その脚部の各々に接続されている鉄骨トラスを備え得る。粒子加速器は、鉄骨トラスによって支持され得る。使用され得るガントリー構成の一例は、その内容が参照により本明細書に組み込まれている、米国特許第7,728,311号、名称「Charged Particle Radiation Therapy」において説明されている。
【００９６】
図19および図20の例では、患者は、治療台1984上に配置される。この例では、治療台1984は患者を支持するプラットフォームを備える。プラットフォームは、患者を適所に保持し、台の移動中および治療中に患者を実質的に動けないように固定するための1つまたは複数の拘束器具(図示せず)も備え得る。プラットフォームは、詰め物をされおよび/または患者身体の一部の形状に対応する形状(たとえば、凹み)を有することがあってもなくてもよい。台は、アーム1985を介して移動され得る。
【００９７】
図21は、米国特許第7,728,311号において説明されているガントリー構成の一例を示しており、本明細書において説明されている構成可能コリメータとともに使用可能である粒子治療システムの代替的実装形態のコンポーネントを含む。図21の例示的な粒子治療システムは、ノズル2191を有する内部ガントリー2190と、治療台2192と、患者の身体の周りの少なくとも途中まで回転させて患者体内のターゲットに放射線を送達するために外部ガントリー2194上に据え付けられている粒子加速器2193(たとえば、本明細書で説明されている種類のシンクロサイクロトロン)とを備える。治療台2192は、本明細書で説明されている方式で患者を回転させ、並進運動させるように制御可能であり、構成される。
【００９８】
図21の例では、粒子加速器は、また、アーム2196に沿って矢印2195の方向に粒子加速器の直線運動(たとえば、並進運動)を可能にするようにも外部ガントリー2194に据え付けられる。図21に示されているように、粒子加速器2193は、ガントリーに対して相対的な枢動運動を行うようにジンバル2199に接続され得る。この枢動運動は、治療のために加速器、およびしたがってビームを位置決めするために使用され得る。
【００９９】
本明細書で説明されている例示的な粒子治療システムの動作、ならびにそのすべてのまたはいくつかのコンポーネントの動作は、1つまたは複数のデータ処理装置、たとえば、プログラム可能なプロセッサ、コンピュータ、複数のコンピュータ、および/またはプログラム可能な論理コンポーネントによる実行のため、またはその動作を制御するために、1つまたは複数のコンピュータプログラム製品、たとえば、1つまたは複数の非一時的機械可読媒体中に明確に具現化された1つまたは複数のコンピュータプログラムを使用することで少なくとも一部は(適宜)制御され得る。
【０１００】
コンピュータプログラムは、コンパイラ型言語またはインタプリタ型言語を含む、任意の形態のプログラミング言語で書かれ、スタンドアロンプログラム、またはモジュール、コンポーネント、サブルーチン、またはコンピューティング環境において使用するのに適している他のユニットを含む、任意の形態で配備され得る。コンピュータプログラムは、1つのコンピュータ上で、または1つのサイトにあるか、または複数のサイトにまたがって分散され、ネットワークによって相互接続されている複数のコンピュータ上で実行されるように配備され得る。
【０１０１】
本明細書で説明されている例示的な粒子治療システムの動作の全部または一部を実施することに関連するアクションは、1つまたは複数のコンピュータプログラムを実行して本明細書で説明されている機能を実行する1つまたは複数のプログラム可能なプロセッサによって実行され得る。これらの動作の全部または一部は、専用論理回路、たとえば、FPGA(フィールドプログラマブルゲートアレイ)、および/またはASIC(特定用途向け集積回路)を使用して実装され得る。
【０１０２】
コンピュータプログラムの実行に適しているプロセッサは、たとえば、汎用マイクロプロセッサ、専用マイクロプロセッサ、および任意の種類のデジタルコンピュータの任意の1つまたは複数のプロセッサを含む。一般的に、プロセッサは、リードオンリー記憶領域またはランダムアクセス記憶領域またはその両方から命令およびデータを受け取る。コンピュータ(サーバを含む)の要素は、命令を実行するための1つまたは複数のプロセッサならびに命令およびデータを記憶するための1つまたは複数の記憶領域デバイスを含む。一般的に、コンピュータは、データを記憶するための大容量PCBなどの1つまたは複数の機械可読記憶媒体、たとえば、磁気ディスク、磁気光ディスク、または光ディスクも備え、これらからデータを受け取るか、またはこれらにデータを転送するか、またはその両方を行うように動作可能に結合される。コンピュータプログラムの命令およびデータを具現化するのに好適な非一時的機械可読記憶媒体は、たとえば、半導体記憶領域デバイス、たとえば、EPROM、EEPROM、およびフラッシュ記憶領域デバイス、磁気ディスク、たとえば、内蔵ハードディスクまたはリムーバブルディスク、光磁気ディスク、ならびにCD-ROMおよびDVD-ROMディスクを含む、あらゆる形態の不揮発性記憶領域を含む。
【０１０３】
本明細書で使用されているような「電気的接続」は、直接的物理的接続、または介在するコンポーネントを含むが、それにもかかわらず、電気的信号が接続されているコンポーネント間を流れることを許す有線接続もしくはワイヤレス接続を暗示するものとしてよい。信号を流すことができる電気回路を伴う「接続」は、断りのない限り、電気的接続であり、「電気的」という単語が「接続」を修飾するために使用されているかどうかに関係なく必ずしも直接的物理的接続ではない。
【０１０４】
前述の実装形態のうちのさらに2つが、適切な粒子加速器(たとえば、シンクロサイクロトロン)との適切な組合せで使用され得る。同様に、前記の実装形態のうちのさらに2つの個別の特徴が、適切な組合せで使用され得る。要素は、その動作に悪影響を及ぼすことなく本明細書で説明されているプロセス、システム、装置などから外してもよい。本明細書で説明されている機能を実行するために、様々な別々の要素を1つまたは複数の個別の要素に組み合わせることができる。
【０１０５】
いくつかの実装形態において、本明細書で説明されている粒子治療システムにおいて使用されるシンクロサイクロトロンは、可変エネルギーシンクロサイクロトロンであるものとしてよい。いくつかの実装形態において、可変エネルギーシンクロサイクロトロンは、粒子ビームが加速される磁場を変化させることによって出力粒子ビームのエネルギーを変化させるように構成される。たとえば、電流は、対応する磁場を発生するように複数の値のうちの1つに設定され得る。例示的な一実装形態において、超電導コイルの1つまたは複数のセットが、変動電流を受けて、空洞内に変動磁場を発生する。いくつかの例では、1つのコイルセットが固定電流を受けるが、1つまたは複数の他のコイルセットはコイルセットが受ける全電流が変化するように変動電流を受ける。いくつかの実装形態において、すべてのコイルセットが超電導である。いくつかの実装形態において、固定電流に対するセットなどのいくつかのコイルセットは、超電導であるが、変動電流に対する1つまたは複数のセットなどの他のコイルセットは、非超電導(たとえば、銅)コイルである。
【０１０６】
一般的に、可変エネルギーシンクロサイクロトロンでは、磁場の大きさは、電流の大きさとともに一定の比率で増減し得る。コイルの全電流を所定の範囲内に調整することで、対応する所定の範囲内で変化する磁場を生成させることができる。いくつかの例では、電流の連続的調整により、磁場の連続的変動および出力ビームエネルギーの連続的変動を引き起こすことができる。代替的に、コイルに印加される電流が、非連続的な段階的様式で調整される場合、磁場および出力ビームエネルギーも、それに応じて非連続的な(段階的)様式で変化する。磁場を電流に応じて一定の比率で増減させることにより、ビームエネルギーを比較的正確に変動させることが可能であり、したがって、エネルギーデグレーダの必要性が減じる。可変エネルギーシンクロサイクロトロンにおいて、電圧源は、異なる周波数範囲にわたってRF電圧を掃引するように制御可能であるものとしてよく、各異なる周波数範囲は粒子が空洞から出力される各異なるエネルギーに対応する。粒子治療システムにおいて使用され得る可変エネルギーシンクロサイクロトロンの一例は、その内容が参照により本明細書に組み込まれている、米国特許公開第2014/0371511号、名称「Particle Accelerator That Produces Charged Particles Having Variable Energies」において説明されている。リニアモーター駆動式コリメータは、米国特許公開第2014/037151号において説明されている種類の可変波エネルギーシンクロサイクロトロンシステムにおいて使用され得る。
【０１０７】
いくつかの実装形態において、本明細書で説明されている粒子治療システムにおいてシンクロサイクロトロン以外の粒子加速器が使用され得る。たとえば、サイクロトロン、シンクロトロン、直線加速器、または同様のものは、本明細書において説明されているシンクロサイクロトロンの代替となり得る。回転ガントリーが説明されているけれども(たとえば、外部ガントリー)、本明細書で説明されている例示的な粒子治療システムは、回転ガントリーとの使用に限定されない。むしろ、粒子加速器の移動を実装するために任意の種類のロボットまたは他の制御可能機構-本明細書ではガントリーの種類として特徴付けられる-上に、適宜、粒子加速器が据え付けられてよい。たとえば、粒子加速器は、患者に対して相対的な加速器の回転運動、枢動運動、および/または並進運動を実装するために1つまたは複数のロボットアーム上に据え付けられ得る。いくつかの実装形態において、粒子加速器はトラック上に据え付けられてよく、トラックに沿った移動はコンピュータ制御され得る。この構成では、患者に対して相対的な加速器の回転運動および/または並進運動および/または枢動運動も、適切なコンピュータ制御を通じて達成できる。
【０１０８】
説明されている例示的なリニアモーターは、参照により本明細書に組み込まれている米国特許公開第2017/0128746号(出願第14/937,048号、名称「Adaptive Aperture」において説明されている任意の適切な特徴およびシステムとともに使用され得る。
【符号の説明】
【０１０９】
150  高さ
152  長さ
153  幅
155  舌および溝特徴部
156  湾曲した端部
200  構成可能コリメータ
201  リーフ
202  配置
204  治療領域
206  配置
208  円
211  ビームスポット
300  配置
301  放射線スポット
302  リーフ
413、414、415  キャリッジ
417  直交座標Z方向
418  直交座標X方向
418、419  部材
420  トラック
422、423  ロッドまたはレール
425  モーター
426  モーター
430  モーター
431  送りネジ
432  ハウジング
435、436  リーフ
701、702、および703  リーフ
701a  磁石
701b  磁石
702  リーフ
706  長円
709  コイル搬送プレート
710aおよび710b  磁石
711  矢印
714  コンピューティングシステム
716  離れた部屋
717  治療室
801  キャリッジ
802  リーフ
901および902  キャリッジ
903  レール
905  処理領域
907および908  リーフ
1021  粒子ビーム
1022  発生源
1022  粒子ビーム
1023  場
1023  走査場
1025  配置
1026  配置
1028および1029  リーフ
1031  端部
1170  構成可能コリメータ
1171  患者
1171a  ビーム
1210  コンポーネント
1211  超電導磁石
1212および1213  超電導コイル
1214、1215  磁気ヨーク
1216  空洞
1217  粒子源
1320  引き出しチャネル
1321  シンクロサイクロトロン
1322  走査コンポーネント
1324  走査磁石
1325  電離箱
1326  エネルギーデグレーダ
1327  電流センサ
1328  構成可能コリメータ
1341  コイル
1342  コイル
1360  飛程変調装置
1361  プレート
1370  プレート
1373  粒子ビーム
1372  矢印
1980  内部ガントリー
1981  ノズル
1984  治療台
1985  アーム
2190  内部ガントリー
2191  ノズル
2192  治療台
2193  粒子加速器
2194  外部ガントリー
2195  矢印
2196  アーム
2199  ジンバル
【図１】
0006940676.tif 000002
【図２】
0006940676.tif 000003
【図３】
0006940676.tif 000004
【図４−５】
0006940676.tif 000005
【図６】
0006940676.tif 000006
【図７】
0006940676.tif 000007
【図８】
0006940676.tif 000008
【図９】
0006940676.tif 000009
【図１０】
0006940676.tif 000010
【図１１】
0006940676.tif 000011
【図１２】
0006940676.tif 000012
【図１３】
0006940676.tif 000013
【図１４】
0006940676.tif 000014
【図１５】
0006940676.tif 000015
【図１６】
0006940676.tif 000016
【図１７】
0006940676.tif 000017
【図１８】
0006940676.tif 000018
【図１９】
0006940676.tif 000019
【図２０】
0006940676.tif 000020
【図２１】
0006940676.tif 000021