JP2011224342A - 粒子線照射装置及び粒子線治療装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】加速器により加速された荷電粒子ビーム1を走査する走査照射系34を備え、荷電粒子ビーム1の照射方向を回転させる回転ガントリに搭載された粒子線照射装置58であって、粒子線照射装置58は、荷電粒子ビーム1のブラッグピークを拡大し、柱状の照射野を生成する柱状照射野生成装置4を備えた。
【選択図】図1
Description
)照射エネルギー、(2)照射角度、(3)マルチリーフコリメータ(以下「MLC」)等による横方向の照射野制限および(4)照射線量(重み)をパラメータとして、複数の照射を重ね合わせることにより実現する。ここに、深さ方向の照射野制限器はない。
本発明の特徴である柱状スキャニング照射でのIMRTを考える。通常のスポットスキャニングの考え方は、患部を3次元的にスポットにて、あたかも点描するかのごとく照射するものである。スポットスキャニングはこのように自由度の高い照射方法であるが、反面、患部全体を照射するのに要する時間が長い。IMRTは多門照射であるから、さらに照射時間がかかってしまう。そこで、スポットよりも深さ方向へブラッグピークBP(Bragg Peak)を拡大し、柱状の照射野を生成する。
電源20、レンジシフタ9を通過した荷電粒子ビーム1を元の軌道上に戻す下流側偏向電磁石対を構成する偏向電磁石7、8、下流側偏向電磁石対を励磁する第2の偏向電磁石電源21、照射制御装置33から入力されるエネルギー指令値に基づいて上流側偏向電磁石対による荷電粒子ビームの軌道の移動量を算出し、励磁電流値を第1の偏向電磁石電源20に送信する変更制御装置22を備える。変更制御装置22は、第2の偏向電磁石電源21も制御する。
の偏向電磁石17は、荷電粒子ビーム1の軌道をZ軸に対して(360度−所定の角度θ)だけ傾くように偏向する。軌道平行用の偏向電磁石18は、軌道変更用の偏向電磁石17によりZ軸に対して傾けられた軌道をZ軸上の軌道に偏向する。
形状に合うよう、2周目の敷き詰め作業を行う(ステップST3)。図6(b)に示すように、照射方向が照射方向43cの場合は柱状照射野45cを敷き詰めていく。このとき、2周目の柱状照射野は、1周目の柱状照射野とSOBPの幅を変えてもよい。すべての門(照射方向)で完了したときの照射野の配置例は図6(c)のようになる。図6(c)において、柱状照射野45aは照射方向が照射方向43aの場合であり、柱状照射野45bは照射方向が照射方向43bの場合であり、柱状照射野45dは照射方向が照射方向43dの場合である。
に十分近い。
ここでDmin、Dmaxは指定した線量制限である。uはDminに対する重み係数であり、wはDmaxに対する重み係数である。b(数式(1)では矢印付きで示したが、矢印なしで示す。以後、数式(1)関連の説明において同じ。)はビームレットの強度の関数であり、di(b)はビームレットの強度の関数bとしたボクセルiの線量である。[x]+はx>0ではx、それ以外では0となる。Nはボクセルの最大数である。
とができる。ここで補足するが、本発明においても照射野を重ねて照射をしてもよい。患部の各部分に対してアンダードーズ(線量不足)になることとオーバードーズ(線量超過)になることは許されないが、臨床的に許容できる線量には幅がある。最終的な線量分布が患部の各部分に対して許容できるように、治療計画装置により照射計画を立てていく。従来のX線等放射線治療装置のように、最終的な照射野を患部のディスタル形状に合うように強度変調をしなくてよいので、治療計画装置による強度変調の最適化の計算が不要となり、すなわち、従来の治療計画に要する時間が長いという問題を解消することができる。また、柱状の線量分布でビームを照射することは、点状に照射することに比べて照射時間が短いというメリットがある。
図7は、本発明の実施の形態2によるエネルギー変更装置を示す構成図である。実施の形態1のエネルギー変更装置2aとは、複数の吸収体26a、26b、26c、26dを用いて、荷電粒子ビーム1のエネルギーを低下して所望のエネルギーに変更し、照射対象である患部40におけるブラッグピークBPの深さ方向(Z方向)の位置(飛程)を調整する点で異なる。
図8は、本発明の実施の形態3による深さ方向照射野拡大装置を示す構成図である。実施の形態1の深さ方向照射野拡大装置3aとは、複数のリッジフィルタ28a、28b、28c、28dを用いて、荷電粒子ビームのエネルギーを多種のエネルギーが混ざった状態にし、すなわち荷電粒子ビーム1のエネルギーの幅を変更し、ブラッグピークBPを深さ方向へ拡大する点で異なる。
図9は、本発明の実施の形態4による柱状照射野生成装置を示す構成図である。実施の形態1の柱状照射野生成装置4aとは、エネルギー変更装置2aと深さ方向照射野拡大装置3aを一体化した点で異なる。
磁石対による荷電粒子ビームの軌道の移動量を算出し、励磁電流値を第1の偏向電磁石電源20に送信する変更制御装置22を備える。変更制御装置22は、第2の偏向電磁石電源21も制御する。各機器の動作は実施の形態1と同様なので繰り返さない。
実施の形態1乃至4においては、照射野のZ方向への拡大、すなわちSOBPは、リッジフィルタ19、28によって実現することを説明してきた。実施の形態5では、XY方向よりもZ方向に大きく照射野を拡大するために、レンジモジュレーションホイールRMW(Range Modulation Wheel)を用いた場合の実施の形態について説明する。
により形成される。また、柱状照射野44は治療計画に指定された線量が満了する(目標線量に達する)まで、当該柱状照射野44において荷電粒子ビーム1が照射される。荷電粒子ビーム1は、当該柱状照射野44の線量が満了するまで、台36a〜36fが設けられた羽根37を少なくとも1回は通過する。RMW35は、モータ62により回転方向68に示す方向に回転するように制御されている。
図12は、本発明の実施の形態6による深さ方向照射野拡大装置を示す構成図である。実施の形態5の深さ方向照射野拡大装置3cとは、選択可能なSOPBの幅が異なる複数のRMW装置を有する点で異なる。図12に示した深さ方向照射野拡大装置3dは、2つのRMW装置66a、66bを有する例である。RMW装置66aのRMW35aは、RMW装置66bのRMW35bよりも選択可能なSOPBの幅の数が多い例である。照射
野拡大制御装置65は、RMW装置66a及びRMW装置66bのいずれを使用するかを選択し、RMW装置66aを駆動する駆動装置67a及びRMW装置66bを駆動する駆動装置67bの制御も行う。照射野拡大制御装置65は、RMW装置66aの角度センサ61の信号及びRMW装置66bの角度センサ61の信号を受けて、制御信号Sig1を出力しまたは停止する。
図13は、本発明の実施の形態7による柱状照射野生成装置を示す構成図である。実施の形態5の深さ方向照射野拡大装置3cを有する柱状照射野生成装置4aとは、エネルギー変更装置2(2a)と深さ方向照射野拡大装置3cを一体化した点で異なる。
置3dを有する粒子線照射装置58は、実施の形態5の粒子線照射装置58よりも多くの種類の柱状照射野を形成するとともに照射でき、効率的に患部40への多門照射を実行できる。
今まで、実施の形態1乃至7に示した粒子線照射装置は、柱状照射野生成装置4において荷電粒子ビーム1のエネルギーを変更する例で説明してきた。しかし、荷電粒子ビーム1のエネルギーの変更は、シンクロトロン54のパラメータを変更することによっても実現できる。ここでは、シンクロトロン54のパラメータと深さ方向照射野拡大装置3を組み合わせて、柱状照射野44、45を生成する例を説明する。図14は、本発明の実施の形態8による粒子線照射装置を示す構成図である。実施の形態8の粒子線照射装置60は、実施の形態1乃至7に示した粒子線照射装置とは、柱状照射野生成装置4にエネルギー変更装置2が設けられなくても、シンクロトロン54にて荷電粒子ビーム1のエネルギーを変更して柱状照射野44、45を生成する点で異なる。
本発明の実施の形態9は、実施の形態1乃至8に示した粒子線照射装置を備えた粒子線治療装置である。図15は本発明の実施の形態9における粒子線治療装置の概略構成図である。粒子線治療装置51は、イオンビーム発生装置52と、イオンビーム輸送系59と、粒子線照射装置58a、58b(60a、60b)とを備える。イオンビーム発生装置52は、イオン源(図示せず)と、前段加速器53と、シンクロトロン54とを有する。粒子線照射装置58bは回転ガントリ(図示せず)に設置される。粒子線照射装置58aは回転ガントリを有しない治療室に設置される。イオンビーム輸送系59の役割はシンクロトロン54と粒子線照射装置58a、58bの連絡にある。イオンビーム輸送系59の一部は回転ガントリ(図示せず)に設置され、その部分には複数の偏向電磁石55a、55b、55cを有する。
Claims (16)
- 加速器により加速された荷電粒子ビームを走査する走査照射系を備え、前記荷電粒子ビームの照射方向を回転させる回転ガントリに搭載された粒子線照射装置であって、
前記粒子線照射装置は、前記荷電粒子ビームのブラッグピークを拡大し、柱状の照射野を生成する柱状照射野生成装置を備えた粒子線照射装置。 - 前記柱状照射野生成装置は、前記荷電粒子ビームのエネルギーを変更するエネルギー変更装置と、前記荷電粒子ビームのブラッグピークを拡大する深さ方向照射野拡大装置とを備えたことを特徴とする請求項1記載の粒子線照射装置。
- 前記柱状照射野生成装置は、前記荷電粒子ビームのブラッグピークを拡大する深さ方向照射野拡大装置を備え、
前記荷電粒子ビームのエネルギーは前記加速器により変更されることを特徴とする請求項1記載の粒子線照射装置。 - 前記エネルギー変更装置は、
前記荷電粒子ビームが通過する方向の厚さが場所によって異なり、通過する荷電粒子ビームのエネルギーを前記厚さに応じて低下するレンジシフタと、前記荷電粒子ビームの前記レンジシフタにおける通過位置を移動する上流側偏向電磁石対と、前記荷電粒子ビームの軌道を当該エネルギー変更装置に入射したビーム軸の方へ戻す下流側偏向電磁石対と、前記荷電粒子ビームを前記レンジシフタの所定の厚さを通過するように前記上流側偏向電磁石対及び前記下流側偏向電磁石対を制御する変更制御装置とを備えたことを特徴とする請求項2記載の粒子線照射装置。 - 前記深さ方向照射野拡大装置は、
前記荷電粒子ビームが通過する位置によって失うエネルギーが異なる厚さ分布を有するリッジフィルタと、前記荷電粒子ビームの前記リッジフィルタにおける通過位置を移動する上流側偏向電磁石対と、前記荷電粒子ビームの軌道を当該深さ方向照射野拡大装置に入射したビーム軸の方へ戻す下流側偏向電磁石対と、前記荷電粒子ビームを前記リッジフィルタの所定の厚さ分布を通過するように前記上流側偏向電磁石対及び前記下流側偏向電磁石対を制御する照射野拡大制御装置とを備えたことを特徴とする請求項2乃至4のいずれか1項に記載の粒子線照射装置。 - 前記エネルギー変更装置は、
前記荷電粒子ビームが通過する厚さによってエネルギーが低下する複数の吸収体と、前記吸収体のそれぞれを駆動する複数の駆動装置と、前記駆動装置を駆動して前記荷電粒子ビームが通過する前記吸収体の合計の厚さを制御する変更制御装置とを備えたことを特徴とする請求項2記載の粒子線照射装置。 - 前記深さ方向照射野拡大装置は、
前記荷電粒子ビームが通過する厚さによってエネルギーの幅を変更する複数のリッジフィルタと、前記リッジフィルタのそれぞれを駆動する複数の駆動装置と、前記駆動装置を駆動して前記荷電粒子ビームが通過する前記リッジフィルタの合計の厚さを制御する照射野拡大制御装置とを備えたことを特徴とする請求項2、3、4及び6のいずれか1項に記載の粒子線照射装置。 - 前記柱状照射野生成装置は、
前記荷電粒子ビームが通過する方向の厚さが場所によって異なり、通過する荷電粒子ビームのエネルギーを前記厚さに応じて低下するレンジシフタと、
前記レンジシフタの下流側に配置され、前記荷電粒子ビームが通過する位置によって失うエネルギーが異なる厚さ分布を有するリッジフィルタと、
前記荷電粒子ビームの前記レンジシフタ及び前記リッジフィルタにおける通過位置を移動する上流側偏向電磁石対と、前記荷電粒子ビームの軌道を当該柱状照射野生成装置に入射したビーム軸の方へ戻す下流側偏向電磁石対と、前記荷電粒子ビームを前記レンジシフタの所定の厚さ及び前記リッジフィルタの所定の厚さ分布を通過するように前記上流側偏向電磁石対及び前記下流側偏向電磁石対を制御する変更制御装置を備えたことを特徴とする請求項1記載の粒子線照射装置。 - 前記深さ方向照射野拡大装置は、
前記荷電粒子ビームが通過する位置を変えてエネルギーに幅を生じさせるRMW装置と、前記RMW装置を制御する照射野拡大制御装置とを備え、
前記RMW装置は、
軸方向の厚さが段階的に異なる複数の台が周方向に配置されたエネルギー吸収体を有し、前記複数の台を前記荷電粒子ビームが通過することによってエネルギーに幅を生じさせるRMWと、
前記RWMを回転させる回転駆動装置と、を有し、
前記照射野拡大制御装置は、前記荷電粒子ビームが前記複数の台を通過するように制御することを特徴とする請求項2または3に記載の粒子線照射装置。 - 前記深さ方向照射野拡大装置は、前記RMWの回転角度を検出する角度センサを備え、前記照射野拡大制御装置は、
前記RWMを回転し続けるように回転駆動装置を制御し、前記角度センサにより検出された前記回転角度に基づいて、前記荷電粒子ビームの出射開始と出射停止を制御して、前記荷電粒子ビームが前記複数の台を通過するようにすることを特徴とする請求項9記載の粒子線照射装置。 - 前記深さ方向照射野拡大装置は、複数の前記RMW装置と、前記RMW装置を前記荷電粒子ビームが通過する位置または通過しない位置に移動する駆動装置と、を備えた請求項9または10に記載の粒子線照射装置。
- 前記柱状照射野生成装置は、
前記荷電粒子ビームが通過する方向の厚さが場所によって異なり、通過する荷電粒子ビームのエネルギーを前記厚さに応じて低下するレンジシフタと、
前記レンジシフタの下流側に配置され、前記荷電粒子ビームが通過する位置を変えてエネルギーに幅を生じさせるRMW装置と、
前記荷電粒子ビームの前記レンジシフタ及び前記RMW装置における入射位置を移動する上流側偏向電磁石対と、前記荷電粒子ビームの軌道を当該柱状照射野生成装置に入射したビーム軸の方へ戻す下流側偏向電磁石対と、前記荷電粒子ビームを前記レンジシフタの所定の厚さを通過するように前記上流側偏向電磁石対及び前記下流側偏向電磁石対を制御し、かつ前記RMW装置によりエネルギーに幅を生じさせるように制御する変更制御装置と、を備え、
前記RMW装置は、
軸方向の厚さが段階的に異なる複数の台が周方向に配置されたエネルギー吸収体を有し、前記複数の台を前記荷電粒子ビームが通過することによってエネルギーに幅を生じさせるRMWと、
前記RWMを回転させる回転駆動装置と、を有し、
前記変更制御装置は、前記荷電粒子ビームが前記複数の台を通過するように制御して所定のSOBPの幅を形成することを特徴とする請求項1記載の粒子線照射装置。 - 荷電粒子ビームを発生させ、加速器により所定のエネルギーまで加速するイオンビーム発生装置と、前記イオンビーム発生装置により加速された荷電粒子ビームを輸送するイオンビーム輸送系と、前記イオンビーム輸送系で輸送された荷電粒子ビームを照射対象に照射する粒子線照射装置と、前記粒子線照射装置の照射方向を回転させる回転ガントリとを備え、
前記粒子線照射装置は、請求項1乃至12のいずれか1項に記載の粒子線照射装置であることを特徴とする粒子線治療装置。 - 前記粒子線照射装置及び前記回転ガントリの動作条件を含む治療計画を作成する治療計画装置を備え、
前記治療計画装置は、
前記荷電粒子ビームが照射される照射対象のディスタル形状に応じて前記柱状の照射野を配置するとともに、前記照射対象の内側に前記柱状の照射野を敷き詰めて配置する照射野配置部と、
前記照射野配置部により前記柱状の照射野が敷き詰められた状態を初期状態として、前記照射対象への照査線量が所定の範囲に入るように前記柱状の照射野の配置を調整する最適化計算部とを有することを特徴とする請求項13記載の粒子線治療装置。 - 前記照射野配置部は、前記照射対象のディスタル形状に応じて前記柱状の照射野を配置した後に、前記照射対象における前記柱状の照射野が配置されていない内側の形状に応じて前記柱状の照射野を配置することを特徴とした請求項14記載の粒子線治療装置。
- 前記照射野配置部は、前記柱状の照射野における照射方向の幅であるSOBPの幅を複数使用することを特徴とする請求項14または15に記載の粒子線治療装置。
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