JP2015097683A - Particle beam therapy system - Google Patents
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Description
本発明は、シンクロトロンあるいはサイクロトロンなどの粒子線加速器により加速された粒子線を、がん患部に照射する粒子線治療装置に関する。 The present invention relates to a particle beam therapy system that irradiates a cancer affected area with a particle beam accelerated by a particle beam accelerator such as a synchrotron or a cyclotron.
粒子線治療は、シンクロトロンあるいはサイクロトロンといった加速器により加速された粒子線を、がん患部等の照射対象に照射するがん治療法である。加速器からの粒子線は、ビーム輸送系により照射ノズルまで輸送され、照射ノズルでがん患部に合致するように整形された後、治療台の患者の患部に照射される。 The particle beam therapy is a cancer treatment method in which a particle beam accelerated by an accelerator such as a synchrotron or a cyclotron is irradiated to an irradiation target such as a cancer affected part. The particle beam from the accelerator is transported to the irradiation nozzle by the beam transport system, shaped so as to match the cancer affected area by the irradiation nozzle, and then irradiated to the affected area of the patient on the treatment table.
照射ノズルでがん患部に合致した線量分布を形成する照射法にスキャニング照射という方法がある。スキャニング照射は、加速器により加速され、ビーム輸送系により輸送されてきた数ｍｍの細い粒子線を、照射ノズル内の走査電磁石により平面内を走査しながら照射していく方法である。互いに直交する水平方向、垂直方向走査用の２台の走査電磁石を用いて、粒子線ビームを二次元平面内で走査し、各照射スポットに必要な照射量だけ照射していく。粒子線の進行方向、すなわち、患部深さ方向には、粒子線のエネルギーを変更することにより、粒子線を照射する深さを変化させる。 There is a method called scanning irradiation as an irradiation method that forms a dose distribution that matches the cancer affected area with an irradiation nozzle. Scanning irradiation is a method of irradiating a thin particle beam of several mm that has been accelerated by an accelerator and transported by a beam transport system while scanning a plane with a scanning electromagnet in an irradiation nozzle. Using two scanning electromagnets for scanning in the horizontal and vertical directions orthogonal to each other, the particle beam is scanned in a two-dimensional plane, and each irradiation spot is irradiated with a necessary irradiation amount. In the traveling direction of the particle beam, that is, the affected part depth direction, the depth of irradiation with the particle beam is changed by changing the energy of the particle beam.
治療計画装置は、治療に先だって、患部を一様な線量で照射するための必要な粒子線のエネルギー種と各照射スポットの位置、照射量を決める。治療計画装置によって決められた粒子線エネルギー、各照射スポットの位置、照射量をもとに、加速器、ビーム輸送系、走査電磁石を制御しながら各照射スポットに照射していき、患部を照射する。スキャニング照射は、患部内を細い粒子線を走査しながら照射していくため、患部にのみ高線量を照射し、患部以外の正常組織への線量を減らすことが出来る優れた照射方法である。 Prior to the treatment, the treatment planning apparatus determines the energy type of the particle beam, the position of each irradiation spot, and the irradiation amount necessary for irradiating the affected area with a uniform dose. Based on the particle beam energy determined by the treatment planning device, the position and irradiation amount of each irradiation spot, the irradiation spot is irradiated while irradiating each irradiation spot while controlling the accelerator, beam transport system, and scanning electromagnet. Scanning irradiation is an excellent irradiation method capable of irradiating a high dose only to the affected area and reducing the dose to normal tissues other than the affected area because the irradiation is performed while scanning the inside of the affected area with a thin particle beam.
粒子線治療では、重要臓器への照射を避けるため、あるいは、患部への線量集中性を向上させる目的で、回転ガントリーにより患者周りに照射方向を回転させることを行う。患者は治療台の上に横になるか、または椅子などに固定される。回転ガントリーは、空間固定のアイソセンタと呼ばれる回転中心を中心に回転することが可能となる装置である。回転ガントリーに、粒子線を輸送するビーム輸送系と照射ノズルを搭載することで、患者に対して任意方向からの照射が実現する。回転ガントリーによる回転を利用して、複数の照射方向から照射することを多門照射と呼ぶ。多門照射により患部に対して複数の照射方向から照射することで、患部手前の正常組織の線量を低減することが可能となる。例えば、回転ガントリーを１８０度回転させて対向する方向から粒子線を照射することができ、この二門照射のことを対向二門照射と呼ぶ。また、９０度毎の四門照射なども可能である。また、回転ガントリーの別の効果として、患部以外の線量を当てたくない臓器を避けた方向から照射することから、重要臓器の線量を無くすことができる。 In the particle beam therapy, the irradiation direction is rotated around the patient by a rotating gantry in order to avoid irradiation to an important organ or to improve dose concentration on an affected area. The patient lies on a treatment table or is fixed to a chair or the like. The rotating gantry is a device that can rotate around a rotation center called an isocenter fixed in space. By mounting a beam transport system for transporting particle beams and an irradiation nozzle on the rotating gantry, irradiation from an arbitrary direction is realized for the patient. Irradiating from a plurality of irradiation directions using rotation by a rotating gantry is called multi-port irradiation. By irradiating the affected area from a plurality of irradiation directions by multi-port irradiation, the dose of normal tissue before the affected area can be reduced. For example, the rotating gantry can be rotated 180 degrees to irradiate the particle beam from the opposite direction, and this two-port irradiation is referred to as counter-two-port irradiation. In addition, irradiation with four gates every 90 degrees is also possible. In addition, as another effect of the rotating gantry, since the irradiation is performed from the direction avoiding the organ that is not desired to receive the dose other than the affected part, the dose of the important organ can be eliminated.
最近では治療計画装置の進歩により、スキャニング照射で多門照射が可能となってきている。特にスキャニング照射と多門照射を組み合わせることにより、ある方向からは患部の線量は一様ではなく、一様ではない線量分布を多方向から照射で重ね合わせ一様な線量を得る強度変調照射と呼ばれる照射方法などの研究が進んでいる。この方法では、重要臓器を避けつつ、数門、たとえば、４あるいは５方向からのスキャニング照射で患部のみに高線量を照射する良好な線量計画を得る事が可能となる。 Recently, due to advances in treatment planning devices, multi-port irradiation has become possible with scanning irradiation. In particular, by combining scanning irradiation and multi-port irradiation, the dose of the affected area is not uniform from one direction, and irradiation called intensity-modulated irradiation is obtained by superimposing non-uniform dose distribution from multiple directions to obtain a uniform dose. Research on methods is progressing. In this method, it is possible to obtain a good dose plan in which a high dose is irradiated only to the affected area by scanning irradiation from several gates, for example, four or five directions, while avoiding important organs.
スキャニング照射では、水平、垂直の互いに直交する方向に粒子線を走査する２台の走査電磁石を用い、二次元平面（Ｘ方向、Ｙ方向）の走査を行いながらスキャニング照射していた。深さ方向（Ｚ方向）には、加速器、ビーム輸送系の調整、あるいは、照射ノズル内のレンジシフタ厚を変化させて、粒子線のエネルギーを調整することで、患部を照射する深さを変更する。 In scanning irradiation, two scanning electromagnets that scan particle beams in horizontal and vertical directions perpendicular to each other are used, and scanning irradiation is performed while scanning on a two-dimensional plane (X direction and Y direction). In the depth direction (Z direction), the depth of irradiation of the affected area is changed by adjusting the energy of the particle beam by adjusting the accelerator, the beam transport system, or changing the thickness of the range shifter in the irradiation nozzle. .
特許文献１では、走査電磁石２台によるスキャニング照射に加えて、回転ガントリーを回転させながら照射する方法が開示されている。この方法では、従来の多門照射より照射門数を増加させることができる。患部手前の粒子線の照射領域は、回転ガントリーの回転範囲に対応して拡大するが、照射された領域の線量は従来よりも照射領域が拡大した分だけ低減することが出来るため、患部への線量集中性が向上する。しかし、回転ガントリー内に２台の走査電磁石が必要であることから、回転ガントリーの回転半径が大きくなるなど装置が大型化する傾向にあった。また、従来の２台の走査電磁石とガントリー回転を合わせた時は、横方向平面内の２次元走査と深さ方向のエネルギー変更により、各照射門で患部内に三次元的に照射スポットを配置出来るため、全照射門で合計したときに照射スポット数が多くなる傾向にあった。 Patent Document 1 discloses a method of performing irradiation while rotating a rotating gantry in addition to scanning irradiation by two scanning electromagnets. In this method, the number of irradiation gates can be increased as compared with the conventional multi-port irradiation. The irradiation area of the particle beam in front of the affected area is enlarged corresponding to the rotation range of the rotating gantry, but the dose of the irradiated area can be reduced by the amount of the enlarged irradiation area compared to the conventional case. Dose concentration is improved. However, since two scanning electromagnets are required in the rotating gantry, there has been a tendency to increase the size of the apparatus, for example, by increasing the rotating radius of the rotating gantry. When two conventional scanning magnets and the gantry rotation are combined, the irradiation spot is three-dimensionally arranged in the affected area at each irradiation gate by two-dimensional scanning in the horizontal plane and changing the energy in the depth direction. As a result, the number of irradiation spots tended to increase when totaling all irradiation gates.
本発明は、走査電磁石１台と回転ガントリーにより患者周りに照射方向を回転することで、スキャニング照射が可能であることに注目する。走査電磁石１台によりある走査面内での一次元走査が可能になるが、この走査面を回転ガントリーの回転により、アイソセンタ中心に走査面を並べることにより、三次元形状を持つ患部を一様な線量でスキャニング照射可能である。 In the present invention, it is noted that scanning irradiation is possible by rotating the irradiation direction around a patient by one scanning electromagnet and a rotating gantry. One scanning electromagnet enables one-dimensional scanning within a certain scanning plane. By arranging the scanning plane at the center of the isocenter by rotating the rotating gantry, the affected area having a three-dimensional shape can be made uniform. Scanning irradiation with a dose is possible.
さらに走査面内を走査電磁石により一次元走査する時には、粒子線のエネルギー変更と従来のスキャニング照射を組み合わせる。これにより、従来２個必要であった走査電磁石を１個に減らし、回転ガントリーの回転により減った自由度を補うことで、三次元形状を持つ患部をスキャニング照射すことが可能となる。 Further, when one-dimensional scanning is performed in the scanning plane by a scanning electromagnet, the energy change of the particle beam is combined with the conventional scanning irradiation. Thereby, it is possible to irradiate the affected part having a three-dimensional shape by scanning, by reducing the number of scanning electromagnets conventionally required to two to one and compensating for the degree of freedom reduced by the rotation of the rotating gantry.
本発明によれば、患部に一様な線量分布を形成するのに回転ガントリーの回転が必須である。従来の照射では、回転ガントリーは停止した上で複数門の照射を行っていた。本発明では回転ガントリーを回転しながら照射するため、患部手前側の粒子線の照射領域が拡大するものの、患部に同じ線量を照射する場合には、照射した領域の線量は領域が拡大した分だけ下げることが出来る。そのため、従来の照射と比較して患部より浅い側の線量を減らすことが可能となる。また、走査電磁石を１個に減らしたため、回転ガントリーを小型化することが可能となる。また、従来の２次元走査と回転では患部領域に配置した照射スポットに複数方向から分割して照射していたため、全照射門で合算したときに照射スポット数が多くなる傾向にあった。本発明によれば、一次元走査と回転を組み合わせることにより、患部の各領域に配置した各照射スポットは回転ガントリーを回転させた時に一方向からしか照射しないため、従来より照射スポット数が減らすことが可能となる。 According to the present invention, rotation of the rotating gantry is essential to form a uniform dose distribution in the affected area. In conventional irradiation, the rotary gantry is stopped and then multiple gates are irradiated. In the present invention, since the irradiation area of the particle beam on the front side of the affected area is enlarged because the irradiation is performed while rotating the rotating gantry, when the same dose is irradiated to the affected area, the dose of the irradiated area is equivalent to the enlarged area. Can be lowered. Therefore, it is possible to reduce the dose on the side shallower than the affected area as compared with conventional irradiation. Further, since the number of scanning electromagnets is reduced to one, the rotating gantry can be reduced in size. Further, in the conventional two-dimensional scanning and rotation, the irradiation spots arranged in the affected area are divided and irradiated from a plurality of directions, so that the number of irradiation spots tends to increase when totaling all irradiation gates. According to the present invention, by combining one-dimensional scanning and rotation, each irradiation spot arranged in each region of the affected area irradiates only from one direction when the rotating gantry is rotated. Is possible.
本発明によれば、従来２台の走査電磁石が必要であったが、１台に減らすことが可能となるため、回転ガントリーを小型化することが可能となる。すなわち回転ガントリーの設置面積などを小型化することにより、より狭小な敷地面積で粒子線治療システムを実現することを可能とする。また、従来より照射スポット数を減らすことが出来ることにより、治療時間を短縮出来る。 According to the present invention, two scanning electromagnets have been conventionally required. However, since the number can be reduced to one, the rotating gantry can be reduced in size. That is, by reducing the installation area of the rotating gantry, it is possible to realize a particle beam therapy system with a smaller site area. In addition, the treatment time can be shortened by reducing the number of irradiation spots as compared with the prior art.
以下に本発明の粒子線治療システムの実施例を、図面を用いて説明する。 Embodiments of a particle beam therapy system according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
まず、粒子線治療システムの全体構成および関連する装置の構成について説明する。図１に、本実施例が関係する粒子線治療システムの全体構成を示す。シンクロトロン加速器あるいはサイクロトロン加速器といった粒子線加速器２０で加速された粒子線は、ビーム輸送系３０により照射ノズル４０まで輸送される。照射ノズル４０で粒子線は、患部形状に合致するように整形され、治療台５０に横になった患者５に照射される。粒子線加速器２０は、入射器２１とシンクロトロン加速器２２を備える。図１では、シンクロトロン加速器２２が記載されているが、サイクロトロン加速器などその他の粒子線加速器でも良い。また、図１では、患者５は治療台５０の上で横になって固定されているが、椅子などの治療台に座って固定されていても良い。 First, the overall configuration of the particle beam therapy system and the configuration of related devices will be described. FIG. 1 shows the overall configuration of a particle beam therapy system to which this embodiment relates. The particle beam accelerated by the particle beam accelerator 20 such as a synchrotron accelerator or a cyclotron accelerator is transported to the irradiation nozzle 40 by the beam transport system 30. The particle beam is shaped by the irradiation nozzle 40 so as to match the shape of the affected part, and is irradiated to the patient 5 lying on the treatment table 50. The particle beam accelerator 20 includes an injector 21 and a synchrotron accelerator 22. Although the synchrotron accelerator 22 is illustrated in FIG. 1, other particle beam accelerators such as a cyclotron accelerator may be used. In FIG. 1, the patient 5 is fixed lying down on the treatment table 50, but may be fixed by sitting on a treatment table such as a chair.
図２に、本実施例が関係する粒子線スキャニング用の照射ノズル４０を示す。照射ノズルで４０は、走査電磁石４１により粒子線を走査し、照射対象である患者５内の患部５１に照射される。粒子線の通過途中に、線量モニタ４２により粒子線の照射量を測定し、位置モニタ４３により粒子線の照射位置を測定する。リッジフィルタ４４は必要に応じて粒子線が体内で形成する高線量領域であるブラッグピークの拡大を行う。本実施例では、図２に示すとおり、照射ノズル４０内にリッジフィルタ４４を備える例を説明するが、リッジフィルタ４４は、スキャニング照射において必須の機器ではなく、必要に応じて適切な厚みの機器が設置される構成であればよい。 FIG. 2 shows an irradiation nozzle 40 for particle beam scanning related to the present embodiment. The irradiation nozzle 40 scans the particle beam with the scanning electromagnet 41 and irradiates the affected part 51 in the patient 5 as an irradiation target. During the passage of the particle beam, the irradiation amount of the particle beam is measured by the dose monitor 42, and the irradiation position of the particle beam is measured by the position monitor 43. The ridge filter 44 enlarges the Bragg peak, which is a high-dose region formed by the particle beam in the body, as necessary. In the present embodiment, as shown in FIG. 2, an example in which the ridge filter 44 is provided in the irradiation nozzle 40 will be described. However, the ridge filter 44 is not an essential device for scanning irradiation, but an appropriate thickness device as necessary. Any configuration may be used.
スキャニング照射は、あらかじめ図１に示す治療計画装置１０でがん患部を一様な線量で照射するための粒子線のエネルギー種と、照射スポットの位置と各照射スポットに対する照射量を計算する。 In the scanning irradiation, the energy type of the particle beam, the position of the irradiation spot, and the irradiation amount for each irradiation spot are calculated in advance by the treatment planning apparatus 10 shown in FIG.
照射ノズル４０とその手前のビーム輸送系３０は、回転ガントリーと呼ばれる回転機構の上に設置されている。回転ガントリーは、アイソセンタと呼ばれる空間固定の点を中心として、照射方向を回転出来る機構である。粒子線治療システムの場合、回転ガントリーは、照射ノズルやビーム輸送系の電磁石を搭載するため、重量が１００トン程度か、それ以上の相当の重量物になる。患部５を回転中心であるアイソセンタ近傍に来るように、治療計画時の患者の治療位置を決め、治療時には治療計画時の位置に来るように治療台５０を用いて患者５を精密に位置決めを行う。回転ガントリーは、アイソセンタ中心に回転するため、患部５に対してさまざまな方向から粒子線を照射することが可能となる。 The irradiation nozzle 40 and the beam transport system 30 in front of the irradiation nozzle 40 are installed on a rotating mechanism called a rotating gantry. The rotating gantry is a mechanism that can rotate the irradiation direction around a fixed point called an isocenter. In the case of a particle beam therapy system, the rotating gantry is equipped with an irradiation nozzle and an electromagnet for a beam transport system, so that the weight is approximately 100 tons or more. The treatment position of the patient at the time of treatment planning is determined so that the affected part 5 is in the vicinity of the isocenter that is the center of rotation, and the patient 5 is accurately positioned using the treatment table 50 so that it is at the position at the time of treatment planning during treatment. . Since the rotating gantry rotates about the center of the isocenter, it becomes possible to irradiate the affected part 5 with particle beams from various directions.
粒子線治療で多門照射を実施する場合、アイソセンタを中心に回転ガントリーを回転させる。治療計画装置１０を使って、医師はあらかじめ患部と照射したくない保護すべき重要臓器の位置関係を把握し、線量計算を行い試行錯誤をへて照射方向、照射門数を決定する。照射時には、治療計画時に決めた照射方向になるように、回転ガントリーを回転させ粒子線の照射を実施する。ある角度での粒子線の照射（一門の照射）が終了すると、次の照射方向になるようにさらに回転ガントリーを回転させてから粒子線の照射を行う。これを繰り返し行い、治療計画装置１０で計画したすべての照射門（照射角度）での粒子線の照射が終了すると、その日の患者５の治療は終了となる。以上は、回転ガントリーが回転及び回転停止を繰り返し、回転ガントリーの回転が停止する回転停止期間中に、照射ノズル４０から第１のエネルギーの粒子線を照射し、粒子線を走査する面内で他のエネルギーの粒子線を照射する方法である。別の方法として特許文献１に示されているように、回転ガントリーを回転させながら粒子線を照射する方法であってもよい。 When performing multi-port irradiation with particle beam therapy, the rotating gantry is rotated around the isocenter. Using the treatment planning apparatus 10, a doctor grasps in advance the positional relationship between an affected part and an important organ to be protected that is not desired to be irradiated, calculates a dose, and determines the irradiation direction and the number of irradiation gates through trial and error. During irradiation, particle beam irradiation is performed by rotating the rotating gantry so that the irradiation direction determined at the time of treatment planning is obtained. When irradiation with a particle beam at a certain angle (one irradiation) is completed, the rotating gantry is further rotated so as to be in the next irradiation direction, and then particle beam irradiation is performed. When this is repeated and particle beam irradiation is completed at all irradiation gates (irradiation angles) planned by the treatment planning apparatus 10, the treatment of the patient 5 on that day ends. As described above, the rotation gantry repeats rotation and rotation stop, and during the rotation stop period in which the rotation of the rotation gantry stops, the particle beam of the first energy is irradiated from the irradiation nozzle 40, and the other is performed in the plane where the particle beam is scanned. This is a method of irradiating a particle beam of a certain energy. As another method, as disclosed in Patent Document 1, a method of irradiating a particle beam while rotating a rotating gantry may be used.
本発明による第一の実施形態を、図３を用いて説明する。図３において、１０１は回転ガントリーの回転中心であるアイソセンタを示す。照射ノズル４０の内部には、図２に示すように、粒子線を一方向に走査する走査電磁石４１が一台設置されている。照射ノズル４０内に配置される走査電磁石４１は１台のみであり、この走査電磁石４１は通過する粒子線を一方向に走査する機能を有する。図３において１０２は、走査電磁石１台により走査される走査面を示している。図３において紙面垂直方向に、走査電磁石４１により粒子線が走査され、スキャニング照射の照射スポットは走査面１０２内、紙面垂直方向に存在する。１台の走査電磁石で粒子線を走査する方向の面（走査面）を、空間固定の点である回転中心であるアイソセンタを中心に、多数並べることにより３次元形状を持つ患部を照射可能である。 A first embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 3, reference numeral 101 denotes an isocenter which is the rotation center of the rotating gantry. Inside the irradiation nozzle 40, as shown in FIG. 2, one scanning electromagnet 41 for scanning the particle beam in one direction is installed. There is only one scanning electromagnet 41 disposed in the irradiation nozzle 40, and this scanning electromagnet 41 has a function of scanning the passing particle beam in one direction. In FIG. 3, reference numeral 102 denotes a scanning surface scanned by one scanning electromagnet. In FIG. 3, the particle beam is scanned by the scanning electromagnet 41 in the direction perpendicular to the paper surface, and the irradiation spot of scanning irradiation exists in the scanning surface 102 in the paper surface vertical direction. It is possible to irradiate an affected area having a three-dimensional shape by arranging a large number of planes (scanning planes) in the direction in which the particle beam is scanned with one scanning electromagnet centering on the isocenter that is the center of rotation that is a fixed point of space. .
回転ガントリーがアイソセンタ１０１を中心に回転することにより、患部５１の周りに２門以上の複数の照射方向から粒子線の照射を行う。例えば図３では、三方向（３つの角度）からの粒子線の照射、すなわち三門照射が示されている。図３において、回転ガントリーの回転中心であるアイソセンタ１０１は、患部５１の外側に、照射ノズル４０から見て患部５１より遠方に位置している。このアイソセンタ１０１の配置により、アイソセンタ１０１から見て患部５１が存在する角度範囲に、回転ガントリーを回転させて照射すれば、患部５１全体に照射スポットを配置することが可能となる。この時、各照射スポットはガントリーがある回転角度の時のみ照射される。 By rotating the rotating gantry around the isocenter 101, the particle beam is irradiated from a plurality of irradiation directions of two or more gates around the affected part 51. For example, FIG. 3 shows particle beam irradiation from three directions (three angles), that is, three gate irradiation. In FIG. 3, the isocenter 101 that is the rotation center of the rotating gantry is located outside the affected area 51 and far from the affected area 51 when viewed from the irradiation nozzle 40. With the arrangement of the isocenter 101, if the rotary gantry is rotated and irradiated within an angular range where the affected area 51 exists as viewed from the isocenter 101, an irradiation spot can be arranged on the entire affected area 51. At this time, each irradiation spot is irradiated only when the gantry is at a certain rotation angle.
本実施例による走査面１０２内のスキャニング照射について図４を用いて説明する。走査面１０２内に複数の照射スポット１１１を配置して、照射ノズル４０内の１個の走査電磁石４１により、粒子線１を紙面内の一方向に走査しながら照射していく。ある照射スポット１１１の線量が満了すると、次の照射スポット１１１に走査して照射スポット毎に粒子線を照射していく。また、加速器・ビーム輸送系制御装置１２が、粒子線加速器２０およびビーム輸送系３０にエネルギー変更指令を送り、粒子線加速器２０から出射する粒子線１のエネルギーを変更することで、深さ方向の照射位置を変更して粒子線を照射していく。これを繰り返すことにより走査面１０２内の全ての照射スポット１１１を照射する。ある走査面の照射が終了すると、回転ガントリーを次の角度に回転させて照射ノズル４０を回転させることで、次の照射方向から走査面の照射スポットを照射していく。照射スポットを照射していく時は、ある照射スポットから次の照射スポットに移動する間に粒子線の照射を停止する（オフする）スポットスキャニング方式であってもよいし、照射スポットの移動時も粒子線の照射を継続する（照射をオフしない）連続ビームによるスキャニング方式であってもよい。深さ方向に照射スポットを変化させる粒子線のエネルギー変更の方法としては、加速器、ビーム輸送系によるエネルギー変更であってもよいし、照射ノズル４０内のレンジシフタの厚さを変更する方法であってもよい。 Scanning irradiation in the scanning plane 102 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. A plurality of irradiation spots 111 are arranged in the scanning surface 102, and irradiation is performed while scanning the particle beam 1 in one direction in the paper surface by one scanning electromagnet 41 in the irradiation nozzle 40. When the dose of a certain irradiation spot 111 expires, the next irradiation spot 111 is scanned and a particle beam is irradiated for each irradiation spot. Further, the accelerator / beam transport system control device 12 sends an energy change command to the particle beam accelerator 20 and the beam transport system 30 to change the energy of the particle beam 1 emitted from the particle beam accelerator 20, so that The irradiation position is changed and the particle beam is irradiated. By repeating this, all the irradiation spots 111 in the scanning plane 102 are irradiated. When the irradiation of a certain scanning surface is completed, the irradiation spot on the scanning surface is irradiated from the next irradiation direction by rotating the rotating gantry to the next angle and rotating the irradiation nozzle 40. When irradiating an irradiation spot, it may be a spot scanning system that stops (turns off) particle beam irradiation while moving from one irradiation spot to the next irradiation spot. A scanning method using a continuous beam in which irradiation with particle beams is continued (irradiation is not turned off) may be used. As a method of changing the energy of the particle beam for changing the irradiation spot in the depth direction, the energy may be changed by an accelerator or a beam transport system, or the thickness of the range shifter in the irradiation nozzle 40 may be changed. Also good.
このように、照射ノズル４０内に設置した走査電磁石を１個に減らしても、回転ガントリーによる回転による自由度を組み合わせることにより、三次元形状を持つ患部５１に対してスキャニング照射を行うことが可能である。本実施例では、回転ガントリーを回転させて停止させてから図４に示す走査面内でのスキャニング照射する例を説明した。つまり、本実施例は、回転ガントリーを所定の角度で停止し、この停止期間中に、粒子線を走査する面内で走査電磁石４１が粒子線を走査し、さらに、当該走査面内で粒子線のエネルギーを変更して他のエネルギーの粒子線を照射する方法である。他の方法として、回転ガントリーを回転させながら図４に示す走査面内のスキャニング照射を行っても良い。この場合、回転ガントリーが回転している期間中に、照射ノズル４０から粒子線を照射し、照射ノズル４０内に設置された１台の走査電磁石４１を用いて粒子線を走査し、粒子線のエネルギーを変更して異なるエネルギーの粒子線を照射する。 Thus, even if the number of scanning electromagnets installed in the irradiation nozzle 40 is reduced to one, it is possible to perform scanning irradiation on the affected area 51 having a three-dimensional shape by combining the degrees of freedom by rotation by the rotating gantry. It is. In the present embodiment, an example in which scanning irradiation is performed within the scanning plane shown in FIG. 4 after rotating and stopping the rotating gantry has been described. In other words, in this embodiment, the rotating gantry is stopped at a predetermined angle, and during this stop period, the scanning electromagnet 41 scans the particle beam within the surface where the particle beam is scanned, and further, the particle beam within the scanning surface. This is a method of irradiating the particle beam of other energy by changing the energy of. As another method, scanning irradiation in the scanning plane shown in FIG. 4 may be performed while rotating the rotating gantry. In this case, during the period in which the rotating gantry is rotating, the particle beam is irradiated from the irradiation nozzle 40, the particle beam is scanned using one scanning electromagnet 41 installed in the irradiation nozzle 40, and the particle beam Irradiate particle beam with different energy by changing energy.
本実施例では、走査電磁石４１は回転ガントリーの患者に向かう直線部に配置される例を説明したが、照射ノズル４０よりも上流側に配置される偏向電磁石より上流など回転ガントリー上流に配置されてもよい。いずれの場合でも走査電磁石を１個に減らすことにより、従来は走査電磁石２個分の空間が必要であったものが、１個分の空間で済むために、従来と比較して回転ガントリーの装置を小型化することが可能となる。これにより粒子線治療システムをより狭小な面積の場合でも設置することが可能となる。 In the present embodiment, the scanning electromagnet 41 has been described as being disposed in a linear portion facing the patient in the rotating gantry. However, the scanning electromagnet 41 is disposed upstream of the rotating gantry such as upstream of the deflection electromagnet disposed upstream of the irradiation nozzle 40. Also good. In any case, by reducing the number of scanning magnets to one, a space for two scanning electromagnets is conventionally required, but only one space is required. Can be miniaturized. This makes it possible to install the particle beam therapy system even in the case of a smaller area.
本実施例による走査電磁石１個と回転ガントリーの回転によるスキャニング照射では、回転ガントリーを回転させながら照射を行うため、患部に対して集光的な照射が実現できることになる。さらに、本実施例によれば、患部手前の正常組織の線量を低減出来ることになる。 In the scanning irradiation by the rotation of one scanning electromagnet and the rotating gantry according to the present embodiment, the irradiation is performed while rotating the rotating gantry, so that the focused irradiation can be realized on the affected part. Furthermore, according to this embodiment, the dose of normal tissue before the affected area can be reduced.
従来の走査電磁石２台による走査と回転ガントリーによる回転を組み合わせた場合、本実施例と比較してスキャニング照射の自由度が多く照射方向に対して二次元平面内で照射スポットを配置出来るため、ある照射スポットに対して複数の照射方向から照射することが発生する。そのため、照射スポット数を全方向で合算したときに照射スポット数が多くなる傾向にある。本実施例は、一次元の走査と回転を組み合わせるため、各照射スポットは一つの照射方向からの照射に限られるため、照射スポット数を従来より少なくすることが可能である。これにより治療時間を短縮することが可能である。 When combining scanning with two conventional scanning electromagnets and rotation with a rotating gantry, there is more freedom of scanning irradiation than in the present embodiment, and the irradiation spot can be arranged in a two-dimensional plane with respect to the irradiation direction. Irradiation of the irradiation spot from a plurality of irradiation directions occurs. Therefore, when the number of irradiation spots is added in all directions, the number of irradiation spots tends to increase. In this embodiment, since one-dimensional scanning and rotation are combined, each irradiation spot is limited to irradiation from one irradiation direction, so that the number of irradiation spots can be reduced as compared with the conventional case. This can shorten the treatment time.
本実施例の別の効果として、図３に示すようにアイソセンタを患部の外に設置した場合、患者をノズルに近付けることが出来るため、粒子線の通過距離が短くなるため、粒子線のビームサイズを小さくすることが出来る。粒子線のビームサイズが小さいということは、より精密に患部を照射出来ることになる。 As another effect of the present embodiment, when the isocenter is installed outside the affected area as shown in FIG. 3, the patient can be brought closer to the nozzle, so that the particle beam passing distance is shortened. Can be reduced. When the beam size of the particle beam is small, the affected area can be irradiated more precisely.
本発明による第二の実施形態を図５に示す。図５では、回転ガントリーの回転中心であるアイソセンタ１０１が、患部５１の内側に位置した場合を示している。図５のようにアイソセンタ１０１が患部５１内部にある場合は、回転ガントリーによる回転範囲を少なくとも１８０度は確保する必要がある。１８０度以上回転させることにより、患部５１内のあらゆる場所に照射スポットを配置することが出来る。図５に示す走査面１０２内のスキャニング照射は図４に示した通りであり、実施例１と同じである。また、回転ガントリーを回転させ、停止してから走査面１１２内のスキャニング照射を実施する点、あるいは回転ガントリーを回転させながら、走査面１１２内のスキャニング照射を実施する点は実施例１と同様である。 A second embodiment according to the present invention is shown in FIG. FIG. 5 shows a case where the isocenter 101 that is the rotation center of the rotating gantry is located inside the affected area 51. When the isocenter 101 is inside the affected part 51 as shown in FIG. 5, it is necessary to secure a rotation range by the rotating gantry at least 180 degrees. By rotating 180 degrees or more, the irradiation spot can be arranged at any location in the affected area 51. Scanning irradiation in the scanning plane 102 shown in FIG. 5 is as shown in FIG. 4 and is the same as in the first embodiment. In addition, the scanning irradiance in the scanning surface 112 is performed after the rotating gantry is rotated and stopped, or the scanning irradiation in the scanning surface 112 is performed while rotating the rotating gantry. is there.
実施例１のようにアイソセンタ１０１を患部５１の外側に置いた場合、患者５を照射ノズル４０に近付ける必要があり、患者５と照射ノズル４０の距離が問題となる場合がある。本実施例では、患者５を照射ノズルに近付けることがないため、より体の大きな患者５を治療する場合でも、照射ノズル４０と接触せずに回転ガントリーを回転させながら照射することが可能となる。 When the isocenter 101 is placed outside the affected part 51 as in the first embodiment, it is necessary to bring the patient 5 close to the irradiation nozzle 40, and the distance between the patient 5 and the irradiation nozzle 40 may be a problem. In this embodiment, since the patient 5 is not brought close to the irradiation nozzle, it is possible to perform irradiation while rotating the rotating gantry without contacting the irradiation nozzle 40 even when treating the patient 5 having a larger body. .
その他の効果、患部手前の正常組織の線量を低減出来る効果、走査電磁石を１個に減らすことにより、粒子線治療システムが小型化出来る効果は実施例１と同様である。また、照射スポット数が減ることにより治療時間の短縮が可能となる効果も実施例１と同様である。 Other effects, the effect of reducing the dose of the normal tissue before the affected area, and the effect of reducing the size of the particle beam therapy system by reducing the number of scanning electromagnets to one are the same as in the first embodiment. The effect that the treatment time can be shortened by reducing the number of irradiation spots is the same as that of the first embodiment.
１：粒子線ビーム
５：患者
１０：治療計画装置
１１：全体制御装置
１２：加速器、ビーム輸送系制御装置
１３：照射ノズル制御装置
２０：粒子線加速器
２１：入射器
２２：偏向電磁石
２２：シンクロトロン加速器
３０：ビーム輸送系
３１：偏向電磁石
４０：照射ノズル
４１：走査電磁石
４２：線量モニタ
４３：位置モニタ
４４：リッジフィルタ
５０：治療台
５１：患部
１０１：アイソセンタ
１０２：走査面
１１１：照射スポット
1: Particle beam 5: Patient 10: Treatment planning device 11: Overall control device 12: Accelerator, beam transport system control device 13: Irradiation nozzle control device 20: Particle beam accelerator 21: Injector 22: Deflection magnet 22: Synchrotron Accelerator 30: Beam transport system 31: Deflection magnet 40: Irradiation nozzle 41: Scanning electromagnet 42: Dose monitor 43: Position monitor 44: Ridge filter 50: Treatment table 51: Diseased part 101: Isocenter 102: Scanning surface 111: Irradiation spot
Claims (6)
加速された前記粒子線を照射対象に照射する照射ノズルと、
前記加速器で加速された粒子線を前記照射ノズルまで輸送するビーム輸送系と、
前記照射対象をのせる治療台の周りを、前記照射ノズルと共に回転する回転ガントリーを備える粒子線治療システムであって、
前記照射ノズルは、前記粒子線を一方向に走査する１台の走査電磁石を有し、前記回転ガントリーが回転することで、複数の角度から前記粒子線を出射することを特徴とする粒子線治療システム。 An accelerator that accelerates and emits particle beams;
An irradiation nozzle for irradiating an object to be irradiated with the accelerated particle beam;
A beam transport system for transporting the particle beam accelerated by the accelerator to the irradiation nozzle;
A particle beam therapy system comprising a rotating gantry that rotates with the irradiation nozzle around a treatment table on which the irradiation target is placed,
The irradiation nozzle has one scanning electromagnet that scans the particle beam in one direction, and the particle beam is emitted from a plurality of angles by rotating the rotating gantry. system.
前記照射ノズルは、前記走査電磁石が前記粒子線を走査する面内で、出射する粒子線のエネルギーを変更することを特徴とする粒子線治療システム。 The particle beam therapy system according to claim 1,
In the particle beam therapy system, the irradiation nozzle changes the energy of the emitted particle beam in a plane in which the scanning electromagnet scans the particle beam.
前記照射ノズルは、前記照射対象内の照射スポットに前記粒子線を出射し、当該粒子線の出射を停止して他の照射スポットに移動した後、前記粒子線の出射を再開することを特徴とする粒子線治療システム。 The particle beam therapy system according to claim 1 or 2,
The irradiation nozzle emits the particle beam to an irradiation spot in the irradiation target, stops emitting the particle beam, moves to another irradiation spot, and then restarts the emission of the particle beam. Particle beam therapy system.
前記照射ノズルは、前記照射対象内の照射スポットに前記粒子線を照射し、照射を継続して他の照射スポットに移動し、当該他の照射スポットに前記粒子線を照射することを特徴とする粒子線治療システム。 The particle beam therapy system according to claim 1 or 2,
The irradiation nozzle irradiates the irradiation spot in the irradiation target with the particle beam, continues irradiation, moves to another irradiation spot, and irradiates the other irradiation spot with the particle beam. Particle beam therapy system.
前記回転ガントリーは、回転及び回転停止を繰り返し、
前記照射ノズルは、前記回転ガントリーの回転停止中に、前記粒子線を出射し、その後にエネルギーを変更した粒子線を出射することを特徴とする粒子線治療システム。 The particle beam therapy system according to any one of claims 1 to 4,
The rotating gantry repeats rotation and rotation stop,
The particle beam therapy system, wherein the irradiation nozzle emits the particle beam while the rotation of the rotating gantry is stopped, and then emits a particle beam whose energy has been changed.
前記照射ノズルは、当該照射ノズルの回転中に、前記粒子線を照射することを特徴とする粒子線治療システム。 The particle beam therapy system according to any one of claims 1 to 4,
The said irradiation nozzle irradiates the said particle beam during rotation of the said irradiation nozzle, The particle beam therapy system characterized by the above-mentioned.
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