JP2010094357A - 粒子線治療装置 - Google Patents

Abstract

【課題】患者の治療時の呼吸周期を定めた目標波形から患者の治療時間を計算することができる粒子線治療装置を得る。
【解決手段】呼吸同期装置１４によって患者１１１の呼吸を測定して呼吸波形を生成し、この呼吸同期装置１４によって生成された呼吸波形と、加速器の運転タイミング情報である加速器運転パラメータ１７とから、呼吸ナビサーバ計算機１８が、患者の治療時の呼吸周期を定めた目標波形を作成し、呼吸ナビサーバ計算機１８は、さらに目標波形と加速器運転パラメータ１７とから、患者の治療時間を予測し、この予測結果を用いて、スケジュール管理計算機１６が各治療室のスケジュールを管理するようにした。
【選択図】図１

Description

この発明は、粒子線を患部に照射して患者を治療する粒子線治療装置に関するものである。

従来の粒子線治療装置においては、患者の呼吸により対象患部の位置や形状が変化する。特に、対象部位が胸部や腹部である場合には治療や診断の精度が劣化したり、患者に不要な被爆を与えたりすることがあった。また、患者の呼吸と照射装置のタイミングが単に偶然に合った場合にみ照射する方法であると、治療に要する時間が長くなってしまうという問題があった。
これを回避する手段として、例えば、特許文献１のものがあった。特許文献１では、放射線発生器で発生された放射線を、照射器により、患者に照射する。放射線発生器や照射器は、照射制御装置により制御される。照射制御装置は、放射線発生器や照射器のタイミングを演算したり、タイミングを各装置に伝送する機能を持っている。また、患者の呼吸を測定する呼吸測定装置より得られた呼吸信号の時間変化に基づき、呼吸の位相が照射してもよい状態かどうかを判断する呼吸信号処理装置を有している。患者は、刺激付加装置により刺激が与えられるが、照射制御装置や刺激付加装置で制御に使用されるデータを演算したり、伝送するための演算記憶装置が設けられている。
特許文献１の従来の照射方法は、演算記憶装置で目標パターンを記憶し、その目標パターンに従って刺激付加装置が動作することにより、放射線の照射を行う治療もしくは診断を行っている。

特開２００３−３３４４３号公報（第３〜６頁、図１）

従来の粒子線治療装置は、以上のように構成されるので、呼吸と関係なく照射できる頭頚部などの場合と違い、患者の呼吸に合わせた照射を行う場合には、事前に照射時間を予測することが困難であることから、治療時間を予測することは困難であった。
また、呼吸に合わせた照射を行う患者がいる場合、治療時間を予測できないため、治療室の使用が長時間になることを想定する必要があり、その結果として１つの治療室で治療できる人数が少なくなるという問題があった。
また、目標波形を作成する演算記憶装置を設置する場合においては、複数の治療室がある場合に演算記憶装置を複数用意する必要があり、高コストになる問題があった。
また、従来の粒子線治療装置には、過去のデータを保存する手段がないこと、もしくは保存できた場合においても、複数の演算記憶装置に分散して保存されていたため、過去のデータを活用することが困難であった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、患者の治療時に目標とする呼吸周期を定めた目標波形から患者の治療時間を計算することができる粒子線治療装置を得ることを目的としている。

この発明に係わる粒子線治療装置においては、加速器によって加速された粒子線を照射して患者を治療する粒子線治療装置であって、
患者の呼吸を測定し、呼吸波形を生成する呼吸同期装置、
及びこの呼吸同期装置の生成した患者の呼吸波形及び加速器の運転タイミング情報である加速器運転パラメータに基づき、患者の治療時に目標とする呼吸周期を定めた目標呼吸波形を作成する呼吸ナビサーバ計算機を備え、
呼吸ナビサーバ計算機は、目標呼吸波形及び加速器運転パラメータから患者の治療時間を計算するものである。

この発明は、以上説明したように、加速器によって加速された粒子線を照射して患者を治療する粒子線治療装置であって、
患者の呼吸を測定し、呼吸波形を生成する呼吸同期装置、
及びこの呼吸同期装置の生成した患者の呼吸波形及び加速器の運転タイミング情報である加速器運転パラメータに基づき、患者の治療時に目標とする呼吸周期を定めた目標呼吸波形を作成する呼吸ナビサーバ計算機を備え、
呼吸ナビサーバ計算機は、目標呼吸波形及び加速器運転パラメータから患者の治療時間を計算するので、呼吸に合わせた照射を行う患者の治療時間を予測することができるため、患者に対して事前に予定時間を開示することが可能となり、患者の負担を軽減することができる。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図１に基づいて説明する。
図１は、この発明の実施の形態１による粒子線治療装置の構成を示すブロック図である。
図１において、本発明で使用するシンクロトロン（加速器の一種。磁場の強さを増すとともに、高周波電場の周波数を変化させて、粒子の軌道半径を一定に保ちながら加速する。）の運転状況は、シンクロトロン偏向電磁石電源１１及び加速器タイミングシステム１２から得ることができる。偏向電磁石の電源を形成するシンクロトロン偏向電磁石電源１１と、加速器のタイミングを形成する加速器タイミングシステム１２は、加速器系１３を構成する。

呼吸同期装置１４は、患者１１１の呼吸を測定し、呼吸波形の生成、及び加速器系１３の信号から照射可能な際に呼吸同期信号を出力する。治療情報管理サーバ１５には、治療計画が保存されている。スケジュール管理計算機１６は、治療室や治療装置のスケジュールを管理する。加速器系１３の運転パターンは、加速器運転パラメータ１７としてファイルに保存することができ、呼吸ナビサーバ計算機１８に保存される。加速器運転パラメータ１７は、運転周期やエネルギーなどの加速器の情報を有している。
呼吸ナビサーバ計算機１８は、呼吸同期装置１４からの呼吸波形から、その患者の治療時に目標とする呼吸周期を定めた目標波形（目標呼吸波形）を作成する装置であり、ＬＡＮなどによって接続され、治療室に配置された編集端末１１０からユーザの操作が可能である。呼吸ナビサーバ計算機１８によって作成された目標波形は、ＬＡＮなどによって接続され、治療室に配置された呼吸情報表示装置１９に表示される。
また、呼吸ナビサーバ計算機１８は、患者の治療もしくは診断時間を目標波形から算出し、スケジュール管理計算機１６に通知するようになっている。

図２は、この発明の実施の形態１による粒子線治療装置の治療時間を予測する方法を示す図である。
図２において、呼吸ナビサーバ計算機１８によって作成された目標波形３１と、目標波形３１に対するゲート信号の状態を表した目標ゲート波形３２と、目標波形３１を生成した際の加速器運転パラメータ１７の波形である加速器パターン３３と、目標ゲート波形３２と加速器パターン３３の重なり部分である照射タイミング３４が示されている。
図２では、目標ゲート波形３２は、目標波形３１の２５パーセント以下で立ち上がるように形成されている。

次に、動作について説明する。
患者１１１は、通常の呼吸状態を呼吸同期装置１４を使用して取得する。取得した呼吸状態をＬＡＮ経由で呼吸ナビサーバ計算機１８に転送し、加速器運転パラメータ１７に基づき目標波形３１を生成する。また、当該患者１１１の治療計画情報を治療情報管理サーバ１５からＬＡＮ経由もしくは人手により取り込み、１回の治療に必要な線量を入手する。
目標波形３１を生成した加速器運転パラメータ１７から、呼吸周期に対しての線量が事前に予測できる。
例えば、図２のような目標波形３１が生成されたとする。目標波形３１に対するゲート信号の状態を表したものが目標ゲート波形３２であり、目標波形３１を生成した際の加速器運転パラメータ１７の波形が加速器パターン３３である。

患者へ粒子線を照射できるのは、目標ゲート波形３２と加速器パターン３３が重なった照射タイミング３４である。この例では、加速パターン３３の周期は、１１単位時間であり、加速器パターン３３が２周期で目標波形３１と一致しており、そのうち照射は６単位時間である。
加速器パターン３３での単位時間の照射量は決まっており、例えば０．１グレイとすると２２単位時間あたり０．６グレイであることがわかる。治療計画から１回の治療での照射量は決まっているため、例えば３グレイ／１回とすると、１１０単位時間（３÷０．６×２２）であることがわかる。
このような予測を呼吸ナビサーバ計算機１８で実施することにより、目標波形に合わせた治療を行う患者の治療時間を計算することができる。

実施の形態１によれば、以上により、呼吸に合わせた照射を行う患者の治療時間を予測することができるため、患者に対して事前に予定時間を開示することが可能となり、患者に対する負担を軽減することができる。

実施の形態２．
実施の形態１では、呼吸ナビサーバ計算機１８により治療に必要な時間が事前に予測できることについて述べたが、実施の形態２は、図１に示すスケジュール管理計算機１６を用いて、治療機器や治療室のスケジューリングを可能とし、より多くの患者を治療するようにするものである。
図３は、この発明の実施の形態２による粒子線治療装置のスケジュール管理計算機の動作を示すフローチャートである。

以下、図３のフローチャートに基づき、実施の形態２の動作の説明を行う。
まず、ステップＳ１で、各患者から治療希望日時を聴取する。次にステップＳ２で、スケジューリング管理計算機１６で希望する時間帯が、呼吸ナビサーバ計算機１８で計算された治療時間空いているかどうかを確認する。
もし空きがあった場合は、ステップＳ３で、治療時間を確定し、スケジュール管理計算機１６に入力にして治療予約を確定する。もし空きが無い場合は、ステップＳ１に戻り、再度、各患者から治療希望日時を聴取する。
以上を空きが見つかるまで繰り返し、治療予約を確定する。

実施の形態２によれば、以上により、呼吸に合わせた照射を行う患者に対しても治療スケジュールを明確にすることができ、患者に対する負担を軽減することができる。
また、治療スケジュールが明確になり、治療室の使用時間が明確となるため、より多くの患者を治療することができる。

実施の形態３．
従来では、治療室が複数ある場合、例えば、２つの治療室がある場合には、呼吸測定装置、呼吸信号処理装置、刺激付加装置、演算記憶装置を組として増設する必要があった。ここで、演算処理装置は、演算処理を行うため、高価な計算機であり、機能としては各治療室で共用できるものである。実施の形態３は、これに対処するためのものである。
図４は、この発明の実施の形態３による粒子線治療装置で、治療室が複数ある場合の治療室の構成を示すブロック図である。
図４において、各治療室には、患者の呼吸を測定する呼吸測定装置５１と、呼吸測定装置５１より得られた呼吸信号の時間変化に基づき、呼吸の位相が照射してもよい状態かどうかを判断する呼吸信号処理装置５２と、患者に刺激を与える刺激付加装置５４と、刺激付加装置５４を制御する端末５３とが設置されている。呼吸信号処理装置５２及び端末５３は、呼吸ナビサーバ計算機１８と、ＬＡＮや専用線などにより接続される。

実施の形態３は、図４に示すように演算処理を行う呼吸ナビサーバ計算機１８を設けたので、各治療室に安価な端末５３を増設することが可能となる。
図４は、複数の治療室に対応する構成であり、この例では治療室が２つある場合を示している。各部屋には呼吸測定装置５１、呼吸信号処理装置５２、刺激付加装置５４、端末５３を設置し、端末５３で実施する機能は呼吸ナビサーバ計算機１８に搭載され、ＬＡＮや専用線などで接続される。

実施の形態３によれば、このような形態を採ることにより、安価な端末で増設ができることに加え、演算処理の機能変更があった場合、呼吸ナビサーバ計算機１８だけを変更すればよく作業効率がよくなり、かつ作業ミスを低減することができる。

実施の形態４．
従来は、実際の治療もしくは診断の後のデータは、呼吸同期装置１４に保存されていた。このため、治療室が複数あり、呼吸同期装置１４が複数ある場合は、治療もしくは診断の後のデータは分散して保存されていた。実施の形態４は、これに対処し、データを一元化するものである。

図５は、この発明の実施の形態４による粒子線治療装置の呼吸ナビサーバ計算機に保存するデータ構造を示す図である。
図５において、呼吸同期装置１４のデータベース６７には、患者情報６１、治療計画６２、加速器運転パラメータ１７、治療前に測定した呼吸波形（治療前）６４、その際に作成した目標波形３１、治療時に測定した呼吸波形（治療時）６６が、治療計画６２をキーとして関連づけられて保存されている。

実施の形態４は、呼吸ナビサーバ計算機１８に、治療もしくは診断後のデータを保存するようにし、データを一元的に管理する。
図５では、治療計画６２、患者情報６１、加速器運転パラメータ１７、治療前に測定した呼吸波形（治療前）６４、その際に作成した目標波形３１、治療時に測定した呼吸波形（治療時）６６を、治療計画６２をキーとして関連づけて、データベース６７などに保存している。
加速器運転パラメータ１７は、運転周期やエネルギーなどの加速器の情報を保存する。治療前に測定した呼吸情報（治療前）６４は、呼吸周期や呼吸同期信号の長さ、目標波形の周期など治療前の呼吸に関する情報を保存する。治療時に測定した呼吸情報（治療時）６６は、治療時の呼吸周期や呼吸同期信号の長さなどの情報を保存する。

ここで、新たな患者の呼吸情報を測定し、目標波形を作成する際に、測定した呼吸情報の呼吸周期から、呼吸情報（治療前）６４の周期に近いデータを、データベース６７より検索する。その検索の結果、抽出された呼吸情報（治療前）６４の周期に近いデータに対応する目標波形３１や呼吸情報（治療時）６６を表示することにより、新たな患者の目標波形を生成する際の参考とすることが可能となる。
また、検索結果が多数になった場合には、性別や年齢などの患者情報により絞り込むことにより、より状態が近いデータを参考表示することができる。

実施の形態４によれば、参考となる過去の事例を表示することにより、目標波形を作成する時間を低減することが可能となる。
また、目標波形は過去の患者が実際に行った呼吸波形に近いため、より患者にやさしい呼吸波形とすることが可能となる。

実施の形態５．
実施の形態４では、データベース６７により目標波形を作成する際の参考データを表示する場合について述べたが、事例が増えることにより目標波形を自動で生成することが可能となる。実施の形態５は、目標波形を自動で生成するようにしたものである。

図６は、この発明の実施の形態５による粒子線治療装置の目標波形の自動生成を行う処理を示すフローチャートである。

次に、図６により、目標波形を自動で生成する際のフローについて説明する。
ステップＳ１１で、新しい患者の呼吸を測定する。次にステップＳ１２で、ステップＳ１１で測定した呼吸波形の周期から、呼吸情報（治療前）６４の周期に近いデータをデータベース６７から検索する。次にステップＳ１３で、新しい患者の目標波形を作成する際の加速器パターンの設定を行い、ステップＳ１２の検索結果から、設定された加速器パターンに基づいて、データを抽出する。次にステップＳ１４で、ステップＳ１３により抽出されたデータの一覧を表示する。ステップＳ１４の結果が複数であった場合、ステップＳ１５で、複数のデータを表示し、呼吸情報（治療時）６６のデータや目標波形３１をユーザが比較して目標波形を決定する。ステップＳ１４により抽出されたデータが１つであった場合は、そのデータを表示し、目標波形として決定する。

実施の形態５によれば、自動で目標波形を設定することにより、目標波形を作成する時間を短縮することが可能となる。

この発明の実施の形態１による粒子線治療装置の構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１による粒子線治療装置の治療時間を予測する方法を示す図である。 この発明の実施の形態２による粒子線治療装置のスケジュール管理計算機の動作を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態３による粒子線治療装置で、治療室が複数ある場合の治療室の構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態４による粒子線治療装置の呼吸ナビサーバ計算機に保存するデータ構造を示す図である。 この発明の実施の形態５による粒子線治療装置の目標波形の自動生成を行う処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１１ シンクロトロン偏向電磁石電源、１２ 加速器タイミングシステム、
１３ 加速器系、１４ 呼吸同期装置、１５ 治療情報管理サーバ、
１６ スケジュール管理計算機、１７ 加速器運転パラメータ、
１８ 呼吸ナビサーバ計算機、１９ 呼吸情報表示装置、
３１ 目標波形、３２ 目標ゲート波形、３３ 加速器パターン、３４ 照射タイミング、
５１ 呼吸測定装置、５２ 呼吸信号処理装置、５３ 端末、５４ 刺激付加装置、
６１ 患者情報、６２ 治療計画、６４ 呼吸情報（治療前）、
６６ 呼吸情報（治療時）、１１０ 編集端末、１１１ 患者。

Claims (5)

1. 加速器によって加速された粒子線を照射して患者を治療する粒子線治療装置であって、
   患者の呼吸を測定し、呼吸波形を生成する呼吸同期装置、
   及びこの呼吸同期装置の生成した患者の呼吸波形及び加速器の運転タイミング情報である加速器運転パラメータに基づき、上記患者の治療時に目標とする呼吸周期を定めた目標呼吸波形を作成する呼吸ナビサーバ計算機を備え、
   上記呼吸ナビサーバ計算機は、上記目標呼吸波形及び上記加速器運転パラメータから上記患者の治療時間を計算することを特徴とする粒子線治療装置。
2. 上記患者の治療時間に基づいて、治療室のスケジュールを管理するスケジュール管理計算機を備えたことを特徴とする請求項１記載の粒子線治療装置。
3. 上記呼吸ナビサーバ計算機に接続され、上記呼吸ナビサーバ計算機の有する機能を実行することができる端末を備え、
   上記端末は、複数の治療室の各治療室に配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の粒子線治療装置。
4. 上記呼吸ナビサーバ計算機は、患者の治療前の呼吸波形と、上記患者の治療時の呼吸波形と、上記患者の目標呼吸波形とを対応づけて保存するデータベースを有し、
   上記呼吸同期装置によって、新しい患者の呼吸波形を生成した際に、この生成した呼吸波形に類似した治療前の呼吸波形を上記データベースから検索し、検索された治療前の呼吸波形に対応する目標呼吸波形を表示することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の粒子線治療装置。
5. 上記呼吸ナビサーバ計算機は、患者の治療前の呼吸波形と、上記患者の治療時の呼吸波形と、上記患者の目標呼吸波形とを対応づけて保存するデータベースを有し、
   上記呼吸同期装置によって、新しい患者の呼吸波形を生成した際に、この生成した呼吸波形に類似した治療前の呼吸波形を上記データベースから検索するとともに、上記新しい患者のための加速器運転パラメータを設定し、この設定された加速器運転パラメータに基づき、上記検索された治療前の呼吸波形に対応する目標呼吸波形を抽出することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の粒子線治療装置。

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