JP2011224342A5

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Publication number: JP2011224342A5
Application number: JP2010284520A
Authority: JP
Filing date: 2010-12-21
Publication date: 2013-11-14
Anticipated expiration: 2030-12-21

Description

多門照射にはいくつかの手法が提案されており、シーメンスを中心としたstep and shootを行うIMRT (Intensity-Modulated Radiotherapy、強度変調放射線治療)（非特許文献１、非特許文献２）及びELEKTAを中心としたIMAT（Intensity-Modulated Arc Therapy）（非特許文献３）などが挙げられる。

エネルギー変更装置２の動作について説明する。エネルギー変更装置２に導入された荷電粒子ビーム１は、上流側偏向電磁石対５、６によりＺ軸からＸ方向に所定の距離離れたＺ軸に平行な軌道上を進む。そして、所定の厚さのレンジシフタ９の部分を荷電粒子ビーム１が通過することにより、エネルギーが厚さに比例する分だけ低下されて所望のエネルギーになる。このようにして所望のエネルギーに変更された荷電粒子ビーム１は、下流側偏向電磁石対７、８によりエネルギー変更装置２に入射されたときの元の軌道の延長線上に戻される。エネルギー変更装置２は、エネルギーに変更し飛程を変更する際にレンジシフタを駆動する駆動音が発生しないメリットがある。なお、下流側偏向電磁石対７、８により偏向される荷電粒子ビーム１の軌道は、ビーム軸１４上に戻る場合に限らず、ビーム軸１４に平行でビーム軸１４の方へ戻る場合、ビーム軸１４に平行でなくてもビーム軸１４の方へ戻るものでもよい。

荷電粒子ビーム１はビーム軸１４（Ｚ軸）上を上流側偏向電磁石対１５、１６に入射される。荷電粒子ビーム１の軌道は、図３の紙面の水平方向（Ｘ方向）に移動される。偏向電磁石１５は軌道変更用の偏向電磁石であり、偏向電磁石１６は軌道平行用の偏向電磁石である。軌道変更用の偏向電磁石１５は、入射された荷電粒子ビーム１の軌道をＺ軸に対して所定の角度θだけ傾くように偏向する。軌道平行用の偏向電磁石１６は、軌道変更用の偏向電磁石１５によりＺ軸に対して傾けられた軌道をＺ軸に対して平行する軌道に偏向する。リッジフィルタ１９の下流側では、軌道偏向用の偏向電磁石１７と軌道平行用の偏向電磁石１８により荷電粒子ビーム１はビーム軸１４（Ｚ軸）上に戻される。軌道変更用の偏向電磁石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。

深さ方向照射野拡大装置３の動作について説明する。深さ方向照射野拡大装置３に導入された荷電粒子ビーム１は、上流側偏向電磁石対１５、１６によりＺ軸からＸ方向に所定の距離離れたＺ軸に平行な軌道上を進む。そして、所定の厚さ分布を有するリッジフィルタ１９の部分を荷電粒子ビーム１が通過することにより、エネルギーが厚さに比例する分だけ低下され、結果として強さの変化する多種のエネルギーが混ざった粒子線ビームになる。荷電粒子ビーム１が通過するリッジフィルタ１９の山の高さに応じてＳＯＢＰの幅が変更できる。このようにして所望のＳＯＢＰの幅に変更された荷電粒子ビーム１は、下流側偏向電磁石対１７、１８により深さ方向照射野拡大装置３に入射されたときの元の軌道の延長線上に戻される。深さ方向照射野拡大装置３は、ＳＯＢＰの幅を変更する際にリッジフィルタを駆動する駆動音が発生しないメリットがある。なお、下流側偏向電磁石対１７、１８により偏向される荷電粒子ビーム１の軌道は、ビーム軸１４上に戻る場合に限らず、ビーム軸１４に平行でビーム軸１４の方へ戻る場合、ビーム軸１４に平行でなくてもビーム軸１４の方へ戻るものでもよい。

次に、柱状スキャニング照射でIMRTを行う方法を説明する。図４は本発明の粒子線照射装置において用いられる治療計画の作成方法を示すフローチャートであり、図５は図４のステップＳＴ１を説明する図であり、図６は治療計画の最適計算における初期状態を求める模式図である。図５及び図６は、４門（９０度間隔）で照射する場合の例である。治療計画を作成する治療計画装置は、荷電粒子ビーム１が照射される患部（照射対象）４０のディスタル形状に応じて柱状の照射野を配置するとともに、患部（照射対象）４０の内側に柱状の照射野を敷き詰めて配置する照射野配置部と、照射野配置部により柱状の照射野が敷き詰められた状態を初期状態として、患部（照射対象）４０への照射線量が所定の範囲に入るように柱状の照射野の配置を調整する最適化計算部を有する。治療計画には粒子線照射装置５８及び回転ガントリの動作条件を含み、治療計画に基づいて粒子線照射装置５８及び回転ガントリは一体的に動作する。

ステップＳＴ５及びＳＴ６に示した治療計画の最適化作業は、オーバードーズ（線量超過）を防ぐために、患部４０への照射線量が所定の範囲に入るように柱状の照射野の配置を調整する。前述した柱状の照射野が重なっている部分は、オーバードーズ（線量超過）になってしまうので、最適化作業は柱状の照射野が重なっている部分を解消、あるいは少なくするように柱状の照射野の配置を変更する。

実施の形態２のエネルギー変更装置２ｂを有する粒子線照射装置（図１参照）は、実施の形態１と同様に、深さ方向へブラッグピークＢＰを拡大し、柱状の照射野を生成することができる。実施の形態２のエネルギー変更装置２ｂは、荷電粒子ビーム１を偏向させる必要がないので、実施の形態１のエネルギー変更装置２ａに比べて、偏向電磁石５乃至８を無くし、荷電粒子ビーム１の照射方向（Ｚ方向）における装置の長さＬ１を短くできる。装置の長さＬ１を短くできるので、エネルギー変更装置をコンパクトにすることができる。なお、図２における装置の長さＬ１は、偏向電磁石５の上流側端部から偏向電磁石８の下流側端部までの長さである。

実施の形態３の深さ方向照射野拡大装置３ｂを有する粒子線照射装置（図１参照）は、実施の形態１と同様に、深さ方向へブラッグピークＢＰを拡大し、柱状の照射野を生成することができる。実施の形態３の深さ方向照射野拡大装置３ｂは、荷電粒子ビーム１を偏向させる必要がないので、実施の形態１の深さ方向照射野拡大装置３ａに比べて、偏向電磁石１５乃至１８を無くし、荷電粒子ビーム１の照射方向（Ｚ方向）における装置の長さＬ２を短くできる。装置の長さＬ２を短くできるので、深さ方向照射野拡大装置をコンパクトにすることができる。図３における装置の長さＬ２は、偏向電磁石１５の上流側端部から偏向電磁石１８の下流側端部までの長さである。

本発明に係るＲＭＷ３５は、従来のスポットよりも深さ方向へブラッグピークＢＰを拡大し、柱状照射野４４、４５（図６参照）を生成するために使用する。実施の形態５にかかわる粒子線照射装置は、図１に示す構成である。すなわち、荷電粒子ビーム１の上流側から、柱状照射野生成装置４、一組の走査電磁石１０、１１、位置モニタ１２ａ、１２ｂ及び線量モニタ１３を備え、照射制御装置３３によって制御される。ただし、柱状照射野生成装置４は、ＲＭＷ３５を備えた深さ方向照射野拡大装置３（３ｃ）である。

実施の形態５による柱状照射野生成装置４は、エネルギー変更装置２と深さ方向照射野拡大装置３（３ｃ）とを有する。深さ方向照射野拡大装置３ｃを、図１１を用いて説明する。深さ方向照射野拡大装置３ｃは、ＲＭＷ３５と、ＲＭＷ３５を回転させる回転軸６４と、回転軸６４を駆動するモータ（回転駆動装置）６２と、回転軸６４の回転角度を検出する角度センサ６１と、角度センサ６１により検出された回転角度に基づいて、荷電粒子ビーム１の出射開始と出射停止を制御する制御信号Ｓｉｇ１を照射制御装置３３に送信する照射野拡大制御装置６５を有する。荷電粒子ビーム１と干渉しない位置に配置されたモータ６２と回転軸６４とは、例えば、かさ歯車（連結装置）６３ａ、６３ｂにより連結される。照射野拡大制御装置６５は、モータ６２の回転を制御する。ここでは、ＲＭＷ３５が所定の一定速度で回転し続けるように制御する。ＲＭＷ３５と、回転軸６４と、モータ６２と、かさ歯車（連結装置）６３ａ、６３ｂと、角度センサ６１は、ＲＭＷ装置６６を構成する。ＲＭＷ装置６６は、荷電粒子ビーム１が通過するＲＭＷ３５の位置を変えてエネルギーに幅を生じさせる。照射野拡大制御装置６５は、荷電粒子ビーム１が複数の台３６ａ〜３６ｆを通過するように制御する。

実施の形態７の柱状照射野生成装置４ｃは、選択可能なＳＯＰＢの幅が異なる複数のＲＭＷ装置６６ａ、６６ｂを有するので、実施の形態５の深さ方向照射野拡大装置３ｃよりも広い範囲のＳＯＰＢの幅を形成することができる。したがって、柱状照射野生成装置４ｃ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。

実施の形態７の柱状照射野生成装置４ｃは、柱状照射野４４、４５を形成する際に荷電粒子ビーム１の出射と停止を繰り返さないように制御することもできる。この例の柱状照射野生成装置を、便宜上、上記で説明した柱状照射野生成装置４ｃと区別するために柱状照射野生成装置４ｄと呼ぶことにする。柱状照射野４４、４５を形成する際に荷電粒子ビーム１の出射と停止を繰り返さないようにすることで、呼吸同期照射に適した荷電粒子ビーム１の照射を行うことができる。例えば、ＲＭＷ３５ａの台３６の数は、実施の形態６で説明したもとと同様にし、ＲＭＷ３５ｂの台３６の数は、実施の形態５で説明したもとと同様にする。柱状照射野４４、４５を形成する際に、線量が満了するまで荷電粒子ビーム１をＲＭＷ３５ａまたはＲＭＷ３５ｂの台３６を通過するようにする。これによりＲＭＷ３５ａを荷電粒子ビーム１が通過する場合のＳＯＢＰの幅（ＳＯＢＰ幅ａ）は１種類であり、ＲＭＷ３５ｂを荷電粒子ビーム１が通過する場合のＳＯＢＰの幅（ＳＯＢＰ幅ｂ）は１種類である。しかもＳＯＢＰ幅ｂの方がＳＯＢＰ幅ａよりも広いものとすることができる。なお、必ず荷電粒子ビーム１の出射と停止を繰り返さないようにして、柱状照射野４４、４５を形成する場合は、変更制御装置３０は制御信号Ｓｉｇ１を生成する必要がないので、変更制御装置３０の構成を簡略化することができる。

Claims

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ＲＭＷ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ＲＭＷ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ＲＭＷ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射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。