JP2018143680A - Particle beam therapeutic system - Google Patents

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伸一郎 藤高
Shinichiro Fujitaka
伸一郎 藤高
亮介 品川
Ryosuke Shinagawa
亮介 品川
博行 関川
Hiroyuki Sekikawa
博行 関川
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To realize accurate irradiation by distributing delay ray dosage onto a final spot during scanning irradiation with successive beam to another spot.SOLUTION: It comprises an accelerator accelerating charged particle beam, an irradiation nozzle irradiating the accelerated-charged particle beam, and a controlling apparatus controlling the accelerator and the irradiation nozzle. The irradiation nozzle comprises a scan electromagnet scanning a plurality of spots set on an irradiation target with the charged particle beam and a ray dosage monitor measuring irradiation dose of the charged particle beam. The controlling apparatus executes a control where electric current instruction value of the scan electromagnet is changed after a predetermined time period from detection of spot ray dosage satisfaction signal from the ray dosage monitor.SELECTED DRAWING: Figure 7

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荷電粒子ビームを、がん患部に照射してがん治療を行う粒子線治療装置に関する。   The present invention relates to a particle beam therapy system that performs cancer treatment by irradiating a cancer affected area with a charged particle beam accelerated by a particle beam accelerator such as a synchrotron or a cyclotron.

粒子線治療では、シンクロトロンあるいはサイクロトロンと呼ばれる加速器で加速された荷電粒子ビームを、治療室までビーム輸送系で輸送して、治療室のベッドに横たわる患者の患部に照射して、がん治療を行う。荷電粒子ビームは、照射ノズルにより患者により異なるがん患部に照射出来るようにビームが適切に整形されて照射される。適切な線量分布を形成する方法について、例えば、特許文献1、非特許文献1、非特許文献2に記載されている。   In particle beam therapy, a charged particle beam accelerated by an accelerator called synchrotron or cyclotron is transported to the treatment room by a beam transport system, and irradiated to the affected part of the patient lying on the bed in the treatment room to treat cancer. Do. The charged particle beam is irradiated after the beam is appropriately shaped so that it can be irradiated to different cancer affected areas by the irradiation nozzle. For example, Patent Literature 1, Non-Patent Literature 1, and Non-Patent Literature 2 describe methods for forming an appropriate dose distribution.

特許第5496414号公報Japanese Patent No. 5496414

T.Inaniwa, et al. “Optimization for fast-scanning irradiation in particle therapy”, Med.Phys.34 (2007) 3302-3311.T. Inaniwa, et al. “Optimization for fast-scanning irradiation in particle therapy”, Med. Phys. 34 (2007) 3302-3311. T.Furukawa, et al. “Design study of a raster scanning system for moving target irradiation in heavy-ion radiotherapy”, Med.Phys.34 (2007) 1085-1097.T. Furukawa, et al. “Design study of a raster scanning system for moving target projection in heavy-ion radiotherapy”, Med. Phys. 34 (2007) 1085-1097.

荷電粒子ビームを照射するにあたり、散乱体で加速器からのビームを散乱させて患部に合わせてコリメータなどでビーム形状を成形する照射方法や、より患部形状に合致した高精度の照射が可能な照射方法として、走査電磁石と呼ばれる一対の電磁石によりX方向、Y方向の二次元面内でのビーム走査して、加速器からの細いビームを走査しながら照射するスキャニング照射などの方法がある。   When irradiating a charged particle beam, an irradiation method that scatters the beam from the accelerator with a scatterer and shapes the beam shape with a collimator etc. according to the affected area, or an irradiation method that enables highly accurate irradiation that matches the affected area shape more There is a method such as scanning irradiation in which a beam is scanned in a two-dimensional plane in the X direction and Y direction by a pair of electromagnets called scanning electromagnets, and irradiation is performed while scanning a thin beam from an accelerator.

スキャニング照射では患部を一様な線量で照射するために複数の照射方式がある。離散スポット照射と呼ばれるスキャニング照射法では、患部にビームを照射していく照射スポットを配置し、各照射スポットの所定の照射量に達すると、ビームを一旦オフ、次スポットに移動して再度ビームをオンして照射を行うことを繰り返す照射方法である。離散スポット照射では、各スポットでビームをオンオフし、スポットで走査停止中にビームを照射する。離散スポット照射では、スポットの照射位置、エネルギー、照射量は治療前にあらかじめ治療計画装置によって決められる。離散スポット照射方式で各スポットを照射していく時は、荷電粒子ビームの照射位置と照射量を測定しており、決められた照射スポットに所定の照射量だけビームを照射していく。患部の深さ方向のエネルギー変更には、荷電粒子ビームのエネルギーを加速器あるいは照射ノズル内のレンジシフタと呼ばれるエネルギー吸収体の量を変更して深さ方向の照射スポットを変化させる。   In scanning irradiation, there are a plurality of irradiation methods for irradiating an affected area with a uniform dose. In the scanning irradiation method called discrete spot irradiation, an irradiation spot that irradiates the affected part with a beam is arranged, and when a predetermined irradiation amount of each irradiation spot is reached, the beam is temporarily turned off, moved to the next spot, and re-beamed. It is an irradiation method that repeats turning on and performing irradiation. In discrete spot irradiation, a beam is turned on / off at each spot, and the beam is irradiated while scanning is stopped at the spot. In discrete spot irradiation, the irradiation position, energy, and irradiation amount of a spot are determined in advance by a treatment planning device before treatment. When each spot is irradiated by the discrete spot irradiation method, the irradiation position and irradiation amount of the charged particle beam are measured, and the beam is irradiated to the predetermined irradiation spot by a predetermined irradiation amount. To change the energy in the depth direction of the affected area, the energy of the charged particle beam is changed by changing the amount of an energy absorber called a range shifter in the accelerator or irradiation nozzle to change the irradiation spot in the depth direction.

離散スポット照射に対して、スポット毎にビームをオンオフしない連続ビーム照射と呼ばれる照射法がある。これは照射スポットで所定の線量が満了すると次の照射スポットに移動する点においては、離散スポット照射と同じであるが、照射スポットを移動する間もビームをオフすることなくビームを照射したまま移動する点に特徴がある照射法である。連続ビームによるスキャニング照射では、スポット間もビームを照射することから、離散スポット照射と異なり、同じエネルギーで照射する照射スポットを照射していく経路を治療計画で決定する必要がある。また、スポット間もビームを照射することから、加速器のビーム強度を制御してスポット間移動中に所定の線量より照射し過ぎることがないように、治療計画であらかじめ連続ビームで照射していくときのビーム強度を決める必要がある。深さ方向のエネルギー変更は、離散スポット照射と連続ビーム照射で特に異なる点はなく、同一である。   For discrete spot irradiation, there is an irradiation method called continuous beam irradiation in which the beam is not turned on / off for each spot. This is the same as discrete spot irradiation in that it moves to the next irradiation spot when the prescribed dose expires at the irradiation spot, but it moves while irradiating the beam without turning off the beam while moving the irradiation spot. This is an irradiation method characterized by In scanning irradiation with a continuous beam, the beam is also irradiated between spots. Therefore, unlike the discrete spot irradiation, it is necessary to determine the route for irradiating the irradiation spot irradiated with the same energy in the treatment plan. In addition, since the beam is also irradiated between spots, the beam intensity of the accelerator is controlled so that irradiation with a continuous beam in advance in the treatment plan is performed so as not to irradiate more than a predetermined dose during movement between spots. It is necessary to determine the beam intensity. The energy change in the depth direction is the same with no particular differences between discrete spot irradiation and continuous beam irradiation.

以上のように、加速器からの細いビームを直接走査しながら患部を照射していく照射方法がスキャニング照射である。   As described above, scanning irradiation is an irradiation method in which an affected area is irradiated while directly scanning a thin beam from an accelerator.

連続ビームによるスキャニング照射では、一筆書きの走査経路でスポットを照射していく。同じレイヤの最終スポットでビーム遮断に有限の応答時間があるため、照射量が増加し局所的に線量が増加する可能性がある。これにより本来一様な線量で照射したい箇所の線量分布に悪影響を及ぼしていた。   In scanning irradiation with a continuous beam, a spot is irradiated along a one-stroke writing scanning path. Since there is a finite response time for beam blocking at the final spot in the same layer, the dose may increase locally and the dose will increase. This had an adverse effect on the dose distribution at the place where it was originally intended to be irradiated with a uniform dose.

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。   In order to solve the above problems, for example, the configuration described in the claims is adopted.

本発明は、上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、荷電粒子ビームを加速する加速器と、加速された前記荷電粒子ビームを照射する照射ノズルと前記加速器及び前記照射ノズルを制御する制御装置とを有し、前記照射ノズルは、前記荷電粒子ビームで照射対象に設定された複数のスポットを走査する走査電磁石と、前記荷電粒子ビームの照射量を計測する線量モニタとを有し、前記制御装置は前記線量モニタからのスポット線量満了信号を検出した後、所定の時間が経過したのちに走査電磁石の電流指令値を変更するように制御することを特徴とする。   The present invention includes a plurality of means for solving the above-mentioned problems. For example, an accelerator that accelerates a charged particle beam, an irradiation nozzle that irradiates the accelerated charged particle beam, the accelerator, and the accelerator. A control device that controls the irradiation nozzle, and the irradiation nozzle includes a scanning electromagnet that scans a plurality of spots set to be irradiated with the charged particle beam, and a dose monitor that measures an irradiation amount of the charged particle beam. And the control device controls to change the current command value of the scanning electromagnet after a predetermined time has elapsed after detecting the spot dose expiration signal from the dose monitor.

本発明によると、連続ビームによるスキャニング照射の最終スポットの遅延線量を、他のスポットに分散させることが出来るため、精度の良い照射を行うことが出来る。   According to the present invention, since the delayed dose of the final spot of scanning irradiation by a continuous beam can be dispersed to other spots, it is possible to perform irradiation with high accuracy.

粒子線治療システムの全体構成を示す図である。It is a figure which shows the whole structure of a particle beam therapy system. 粒子線スキャニング照射ノズルを示す図である。It is a figure which shows a particle beam scanning irradiation nozzle. 患部をスキャニング照射していく時の、荷電粒子ビームと照射スポットを示す図である。It is a figure which shows a charged particle beam and an irradiation spot when scanning the affected part by scanning. 深さ方向の線量分布を示す図である。It is a figure which shows dose distribution of a depth direction. 連続ビームによるスキャニング照射の一筆書きの走査経路を示す図である。It is a figure which shows the scanning path | route of one stroke writing of the scanning irradiation by a continuous beam. タイムチャートを示す図である。It is a figure which shows a time chart. 本発明によるタイムチャートを示す図である。It is a figure which shows the time chart by this invention.

本発明を実施する具体的な形態について、図を用いて詳しく説明する。   Specific modes for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本発明の一実施形態である粒子線治療システムの全体構成を示す。粒子線治療システムは、荷電粒子ビーム(以下、ビーム)90を加速する加速器20と、加速されたビーム90を照射ノズルまで輸送するビーム輸送系30と、患部にビームを照射する照射ノズル40と、治療台50と、治療計画を作成する治療計画装置10と、全体制御装置11と、加速器・ビーム輸送系制御装置12と、照射ノズル制御装置13を備える。また、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。加速器20で光速の6、7割まで加速されたビーム90は、ビーム輸送系30に配置された偏向電磁石31により真空中を磁場で曲げられながら照射ノズル40まで輸送される。照射ノズル40でビーム90は照射領域の形状に合致するように整形され、照射対象に照射される。照射対象は、例えば治療台50に横になった患者5の患部51などである。   FIG. 1 shows an overall configuration of a particle beam therapy system according to an embodiment of the present invention. The particle beam therapy system includes an accelerator 20 that accelerates a charged particle beam (hereinafter referred to as a beam) 90, a beam transport system 30 that transports the accelerated beam 90 to an irradiation nozzle, an irradiation nozzle 40 that irradiates the affected area with a beam, A treatment table 50, a treatment plan device 10 for creating a treatment plan, an overall control device 11, an accelerator / beam transport system control device 12, and an irradiation nozzle control device 13 are provided. The accelerator 20 includes an injector 21 and a synchrotron accelerator 22. The beam 90 accelerated to 60 to 70% of the speed of light by the accelerator 20 is transported to the irradiation nozzle 40 while being bent in a vacuum by a magnetic field by the deflecting electromagnet 31 disposed in the beam transport system 30. The beam 90 is shaped by the irradiation nozzle 40 so as to match the shape of the irradiation region, and is irradiated to the irradiation target. The irradiation target is, for example, the affected part 51 of the patient 5 lying on the treatment table 50.

図2は、本発明の一実施形態であ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40では、水平、垂直方向用の走査電磁石41A、41Bにより二次元平面内にビーム90を走査する。走査電磁石41A、41Bにより走査されたビーム90は、患部51に照射される。線量モニタ42は各照射スポットに照射されたビーム90の照射量を測定する。線量モニタ制御装置72は、各照射スポットに照射する照射量を制御する。位置モニタ43は各照射スポットのビーム位置(例えば重心の位置)を計測する。位置モニタ制御装置73は、位置モニタ43で計測したビーム位置のデータをもとに照射スポットの位置及び幅の演算を行い、ビーム90の照射位置を確認する。リッジフィルタ44は、ブラッグピークを太らせるために必要な場合に使用する。また、レンジシフタ45を挿入してビーム90の到達位置を調整しても良い。   FIG. 2 shows an irradiation nozzle 40 for particle beam scanning according to an embodiment of the present invention. In the irradiation nozzle 40, the beam 90 is scanned in a two-dimensional plane by the horizontal and vertical scanning electromagnets 41A and 41B. The affected part 51 is irradiated with the beam 90 scanned by the scanning electromagnets 41 </ b> A and 41 </ b> B. The dose monitor 42 measures the irradiation amount of the beam 90 irradiated to each irradiation spot. The dose monitor controller 72 controls the amount of irradiation with which each irradiation spot is irradiated. The position monitor 43 measures the beam position (for example, the position of the center of gravity) of each irradiation spot. The position monitor control device 73 calculates the position and width of the irradiation spot based on the beam position data measured by the position monitor 43 and confirms the irradiation position of the beam 90. The ridge filter 44 is used when necessary to thicken the Bragg peak. Further, the arrival position of the beam 90 may be adjusted by inserting the range shifter 45.

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で患部を一様な線量で照射するための照射スポットの位置と各照射スポットに対する目標照射量を計算する。粒子線スキャニング照射により患部を照射していく際の概略図を図3に示す。患部51を複数の層52に分割し、各層52内は同じエネルギーのビーム90で照射していく。層52内には照射スポット53が複数配置される。
図1に示す治療計画装置10で計算された患者毎のデータは、図1に示す粒子線治療システムの全体制御装置11に送られる。全体制御装置11から加速器・ビーム輸送系制御装置12にエネルギー変更、ビームの出射信号又は出射停止信号などを出力する。全体制御装置11から各照射スポットの座標値、照射量を照射ノズル制御装置13に送る。照射スポットの座標値は、走査電磁石41A、41Bの励磁電流値に変換されて、図2に示す走査電磁石電源制御装置71に送られる。
In the scanning irradiation, the position of the irradiation spot for irradiating the affected area with a uniform dose by the treatment planning apparatus 10 shown in FIG. 1 and the target irradiation amount for each irradiation spot are calculated in advance. FIG. 3 shows a schematic diagram when the affected area is irradiated by particle beam scanning irradiation. The affected part 51 is divided into a plurality of layers 52, and each layer 52 is irradiated with a beam 90 having the same energy. A plurality of irradiation spots 53 are arranged in the layer 52.
Data for each patient calculated by the treatment planning device 10 shown in FIG. 1 is sent to the overall control device 11 of the particle beam treatment system shown in FIG. The overall control device 11 outputs energy change, beam emission signal, or emission stop signal to the accelerator / beam transport system control device 12. The coordinate value and irradiation amount of each irradiation spot are sent from the overall control device 11 to the irradiation nozzle control device 13. The coordinate value of the irradiation spot is converted into the excitation current value of the scanning electromagnets 41A and 41B and sent to the scanning electromagnet power supply control device 71 shown in FIG.

治療計画装置で配置されたある照射スポット53に対して、定められた照射量のビーム90を照射すると、次の照射スポット53を照射する。ある層52の照射が完了すると、次の層52の照射を行う。まず、ビーム進行方向、すなわち患部深さ方向の照射位置変更には、ビームのエネルギーを変更する。あるいは照射ノズル40内のエネルギー吸収体であるレンジシフタ45の厚さを変化させても良い。ビームのエネルギーが変化すると、ビームの体内到達位置が変わる。エネルギーの高い荷電粒子ビームは、体内の深い位置まで到達し、エネルギーの低い荷電粒子ビームは体内の浅い位置までしか到達しない。粒子線スキャニング照射では、深さ方向に一様な線量分布を形成するために、層ごとにビームのエネルギーを変更して、エネルギーごとの照射量を適切に配分することにより深さ方向のSOBP(Spread Out Bragg Peak)を形成する。各エネルギーの照射量を適切に配分することで各エネルギーのブラッグカーブ81を重ね合わせて、図4に示すように深さ方向に一様な線量分布SOBP82を形成する。   When a predetermined irradiation dose of the beam 90 is irradiated to a certain irradiation spot 53 arranged by the treatment planning apparatus, the next irradiation spot 53 is irradiated. When irradiation of a certain layer 52 is completed, irradiation of the next layer 52 is performed. First, the beam energy is changed to change the irradiation position in the beam traveling direction, that is, in the affected part depth direction. Or you may change the thickness of the range shifter 45 which is an energy absorber in the irradiation nozzle 40. FIG. When the energy of the beam changes, the position where the beam reaches the body changes. A charged particle beam having a high energy reaches a deep position in the body, and a charged particle beam having a low energy reaches only a shallow position in the body. In particle beam scanning irradiation, in order to form a uniform dose distribution in the depth direction, the energy of the beam is changed for each layer, and the irradiation dose for each energy is appropriately distributed to achieve SOBP ( Spread Out Bragg Peak). By appropriately allocating the irradiation amount of each energy, the Bragg curve 81 of each energy is overlapped to form a uniform dose distribution SOBP 82 in the depth direction as shown in FIG.

次に、スキャニング照射の横方向の照射について説明する。治療計画装置10では、患部を一様な線量で照射するための照射スポット53を図3に示すようにビームのエネルギー毎に配置する。照射スポット53を移動する際にビームをスポット毎にオンオフせずに照射する照射方法を連続ビーム照射と呼ぶ。また、照射スポット53を移動する際にビームを一旦オフしてから次のスポットに移動し、再度ビームをオンして次スポットの照射を行う方式を離散スポット照射と呼ぶ。本実施例では、連続ビーム照射によるスキャニングを行う。   Next, the horizontal irradiation of scanning irradiation will be described. In the treatment planning apparatus 10, an irradiation spot 53 for irradiating the affected area with a uniform dose is arranged for each beam energy as shown in FIG. An irradiation method in which the beam is irradiated without moving on and off for each spot when moving the irradiation spot 53 is called continuous beam irradiation. In addition, when moving the irradiation spot 53, a method in which the beam is once turned off and then moved to the next spot, and the beam is turned on again to irradiate the next spot is called discrete spot irradiation. In this embodiment, scanning is performed by continuous beam irradiation.

連続ビームによる治療計画では、照射スポット間もビームを照射することから、荷電粒子ビームの走査経路を決めることが必要である。連続ビームによるスキャニング照射におけるあるエネルギーの層52の走査経路の例を図5に示す。図5では点が照射スポットを表し、直線が一筆書きの走査経路を表す。図5に示すように、連続ビームによるスキャニングでは照射スポットの間もビーム照射することから、隣り合うスポットを効率よく一筆書きの走査経路で照射出来るように走査経路を決める必要がある。走査経路が最適になっていないと、スポット毎の線量の管理が出来ないだけでなく、患部以外の余計な領域にも線量を照射してしまうことになるからである。   In a treatment plan using a continuous beam, a beam is also irradiated between irradiation spots, so it is necessary to determine the scanning path of the charged particle beam. FIG. 5 shows an example of a scanning path of the layer 52 having a certain energy in scanning irradiation with a continuous beam. In FIG. 5, a point represents an irradiation spot, and a straight line represents a one-stroke scanning path. As shown in FIG. 5, in scanning with a continuous beam, beam irradiation is performed between irradiation spots, so it is necessary to determine a scanning path so that adjacent spots can be efficiently irradiated with a one-stroke writing scanning path. This is because if the scanning path is not optimized, not only the dose for each spot can be managed, but also an extra area other than the affected area is irradiated.

走査経路の決定方法は、すべての照射スポット53を走査した時の走査距離が最小になるように巡回セールスマンアルゴリズムを用いて決定するのが良い。また、照射スポット53間に照射する照射量を管理するために、ビーム強度を決めていく必要がある。連続ビーム照射では、照射スポット53間を移動している間の照射量も線量モニタ42で計測しており、次に停止する照射スポットに停止中の照射量と移動中の照射量が加算されて、そのスポットに照射される照射量となるため、スポット間移動中の変動によりビーム強度が大きくなりすぎると、照射スポット間に次に停止するスポットの照射量が満了してしまうため、治療計画装置では、照射スポット間で満了しないような適切なビーム強度を、ビーム強度の変化幅を考慮した上で決定する必要がある。非特許文献1では、スポット間の線量を考慮して連続ビーム照射の治療計画を作成する技術が開示されている。また、非特許文献2では、ビーム強度を制御した加速器運転に基づく連続ビーム照射の技術が開示されている。   The method for determining the scanning path is preferably determined using a traveling salesman algorithm so that the scanning distance when all the irradiation spots 53 are scanned is minimized. Further, in order to manage the irradiation amount irradiated between the irradiation spots 53, it is necessary to determine the beam intensity. In continuous beam irradiation, the dose while moving between the irradiation spots 53 is also measured by the dose monitor 42, and the stopped irradiation amount and the moving irradiation amount are added to the irradiation spot to be stopped next. Because it becomes the irradiation amount irradiated to the spot, if the beam intensity becomes too large due to fluctuation during movement between spots, the irradiation amount of the spot to stop next between the irradiation spots will expire, so the treatment planning device Therefore, it is necessary to determine an appropriate beam intensity that does not expire between irradiation spots in consideration of the change width of the beam intensity. Non-Patent Document 1 discloses a technique for creating a treatment plan for continuous beam irradiation in consideration of the dose between spots. Non-Patent Document 2 discloses a technique of continuous beam irradiation based on an accelerator operation in which beam intensity is controlled.

図5に示す照射スポット53を連続ビームで照射していく時のタイムチャートを図6に示す。図5は多数の照射スポットと走査経路を示しているが、図6のタイムチャートでは、3スポットの照射の例を示している。図6は、上下に3種類のタイムチャートを記載しており、上から加速器のビーム強度、線量モニタ42により計測された線量の積算値、走査電磁石電源に印加する電流の時間変化を示す。   FIG. 6 shows a time chart when the irradiation spot 53 shown in FIG. 5 is irradiated with a continuous beam. FIG. 5 shows a large number of irradiation spots and scanning paths, but the time chart of FIG. 6 shows an example of irradiation with three spots. FIG. 6 shows three types of time charts at the top and bottom, showing from the top the beam intensity of the accelerator, the integrated value of the dose measured by the dose monitor 42, and the time change of the current applied to the scanning electromagnet power source.

図6において、まず加速器のビーム強度はスポット1でビームオンになるとビーム強度が指令値に基づき一定(図6でビーム強度Iと記載)となるように制御されており、スポット3で照射が終了するまで、ビーム強度は治療計画で決められた一定値をとっている。そのため、線量モニタ42の積算線量は、時間がたつにつれて直線的に増加している。スポット1、2、3の照射量をそれぞれQ1、Q2、Q3とすると、線量モニタ制御装置72は、各スポットの満了する値を積算でメモリ上にもっている。すなわち、スポット1、2、3の線量満了値はそれぞれQ1、Q1+Q2、Q1+Q2+Q3である。線量モニタ42の積算計測値がスポット1、2、3の満了値に達すると、線量満了信号が線量モニタ制御装置72から照射ノズル制御装置13に送られる。図6で、スポット1、2、3の線量満了する時間はそれぞれt1、t2、t3と記載されている。照射ノズル制御装置13はこの満了信号を受け取り、走査電磁石電源制御装置71に次スポットに移動する信号を送り、その信号をもとに走査電磁石電源61A、62Aの電流が変化して次スポットに移動を開始する。   In FIG. 6, the beam intensity of the accelerator is first controlled to be constant (denoted as beam intensity I in FIG. 6) based on the command value when the beam is turned on at spot 1, and irradiation ends at spot 3. Until then, the beam intensity has a constant value determined in the treatment plan. Therefore, the integrated dose of the dose monitor 42 increases linearly with time. Assuming that the irradiation doses of the spots 1, 2, and 3 are Q1, Q2, and Q3, respectively, the dose monitor control device 72 has the accumulated value of each spot in the memory. That is, the dose expiration values of the spots 1, 2, and 3 are Q1, Q1 + Q2, and Q1 + Q2 + Q3, respectively. When the integrated measurement value of the dose monitor 42 reaches the expiration values of the spots 1, 2, and 3, a dose expiration signal is sent from the dose monitor control device 72 to the irradiation nozzle control device 13. In FIG. 6, the time when the doses of the spots 1, 2, and 3 expire is indicated as t1, t2, and t3, respectively. The irradiation nozzle control device 13 receives this expiration signal, sends a signal for moving to the next spot to the scanning electromagnet power supply control device 71, and the current of the scanning electromagnet power supplies 61A and 62A changes based on that signal and moves to the next spot. To start.

本発明を実施する第1の実施例を図7を用いて説明する。   A first embodiment for carrying out the present invention will be described with reference to FIG.

図7で加速器のビーム強度の時間変化と、線量モニタの積算線量値の時間変化は図6の方式と同じである。ビーム強度は指令値に基づき一定であるように制御されるが、応答遅れがあるため、スポット1の照射し始めは時間当たりの照射量が少なくなり、スポット3を照射し終わった後は余剰な照射量が生じる可能性がある。スポット1における時間当たりの照射量が少ない箇所は、スポット1への積算線量により管理されるためスポット1への線量が低下する問題は起きない。しかしスポット3の後の線量についてはスポット3への積算線量の積算が終わった後生じるため、実際の線量分布の一様性を低下させる可能性がある。   In FIG. 7, the time change of the beam intensity of the accelerator and the time change of the integrated dose value of the dose monitor are the same as those in the method of FIG. The beam intensity is controlled so as to be constant based on the command value. However, since there is a response delay, the irradiation amount per hour is reduced at the beginning of the irradiation of the spot 1, and the surplus after the irradiation of the spot 3 is completed. Irradiation can occur. A spot where the irradiation amount per hour in the spot 1 is small is managed by the integrated dose to the spot 1, so that there is no problem that the dose to the spot 1 decreases. However, since the dose after the spot 3 occurs after the integration of the accumulated dose to the spot 3 is finished, there is a possibility that the uniformity of the actual dose distribution is lowered.

本実施例では、スポット1での線量満了の時刻t1から、次スポットへの移動開始するために走査電磁石電流値を変更開始するまでの時間t1’をある有限値だけ遅らせる。図7では、スポット1の線量満了からスポット1から2への移動開始時間をΔt1だけ遅らせている。また、スポット2から3への移動開始時間をΔt2だけ遅らせている。この有限の時間遅れは、最終スポットでの過剰線量の照射時間ΔTよりは小さいとする。図7では、スポット1の照射量が、ビーム強度をIとすると、I×Δt1だけ増加し、スポット2の照射量は、I×(Δt2−Δt1)だけ増加する。最終スポットであるスポット3の照射量は、I×Δt2だけ減少することとなる。   In the present embodiment, the time t1 'from the time t1 when the dose at the spot 1 expires to the start of changing the scanning electromagnet current value in order to start moving to the next spot is delayed by a certain finite value. In FIG. 7, the movement start time from spot 1 to spot 2 after the dose expiration of spot 1 is delayed by Δt1. Further, the movement start time from the spot 2 to 3 is delayed by Δt2. This finite time delay is assumed to be smaller than the irradiation time ΔT of the excessive dose at the final spot. In FIG. 7, when the beam intensity is I, the irradiation amount of the spot 1 increases by I × Δt1, and the irradiation amount of the spot 2 increases by I × (Δt2−Δt1). The irradiation amount of spot 3, which is the final spot, is reduced by I × Δt2.

本実施例は粒子線治療システムの全体制御装置により実行させることができる。治療計画装置から受領した治療計画に基づき照射するなかで、走査電磁石の電流値指令を行う際に、満了信号を検知した後あらかじめ指定されたΔtだけ遅らせるように照射制御する。また別の方法として、Δtは、治療計画装置に対してあらかじめ設定されていてもよいし、スポット数や重要臓器の位置、ビーム強度等に基づき、奨励値を治療計画装置が設定してもよい。その場合、Δtだけずれて照射スポット間を移動するように治療計画上設定される。   This embodiment can be executed by the overall controller of the particle beam therapy system. During the irradiation based on the treatment plan received from the treatment planning device, the irradiation control is performed so as to delay by Δt specified in advance after detecting the expiration signal when commanding the current value of the scanning magnet. As another method, Δt may be set in advance for the treatment planning apparatus, or the treatment planning apparatus may set an incentive value based on the number of spots, the position of an important organ, beam intensity, and the like. . In that case, the treatment plan is set so as to move between irradiation spots with a shift of Δt.

このように同じエネルギーで照射していく層で一筆書きの走査経路で走査していくすべての照射スポットで、線量満了から次スポットへの移動開始時間を遅らせることにより、最終スポットの過剰線量を最終スポット以外に分配することが可能となる。   In this way, in all irradiation spots that are scanned with a single stroke scanning path in the layer that is irradiated with the same energy, the final dose of the final spot is reduced by delaying the start time of movement from the expiration of the dose to the next spot. It becomes possible to distribute to places other than spots.

本実施例以外の最終スポットでの線量一様性低下を抑制する方法として、例えば特許文献1では最終スポットで走査電磁石をある範囲内で高速に走査することで、遅延線量による線量分布の悪化を希釈する方法が開示されている。しかし、この方法では、希釈するために有限の範囲が必要であり、場合によってはスポットから外れた領域、すなわち患部以外の領域に遅延線量が照射される課題がある。本実施例では、最終スポットの過剰線量を一筆書きで照射していく各スポットに分配することが出来るため、治療計画で決められた照射スポット以外の領域への線量付与を低減することができる。 以上より、本実施例により連続ビームによるスキャニング照射において、従来発生していた最終スポットでの過剰線量を、同じエネルギーで一筆書きで照射していくすべての照射スポットに分散させることが可能となるため、従来より線量分布の悪化を緩和することが可能となる。   As a method for suppressing a decrease in dose uniformity at the final spot other than the present embodiment, for example, in Patent Document 1, the scanning electromagnet is scanned at a high speed within a certain range at the final spot, thereby deteriorating the dose distribution due to the delayed dose. A method of dilution is disclosed. However, this method requires a finite range to dilute, and there is a problem that a delayed dose is applied to a region off the spot, that is, a region other than the affected part. In this embodiment, since the excess dose of the final spot can be distributed to each spot to be irradiated with one stroke, it is possible to reduce the dose application to the area other than the irradiation spot determined in the treatment plan. As described above, according to the present embodiment, in the scanning irradiation by the continuous beam, it becomes possible to disperse the excessive dose at the final spot, which has been generated in the past, to all the irradiation spots irradiated with one stroke with the same energy. Thus, it is possible to alleviate the deterioration of the dose distribution than in the past.

本実施例の方法は、治療計画を変更せずとも、粒子線治療システムの全体制御装置側で付加的に実施することで実施できるため、改修や治療計画装置側での処理負荷を低減できる。   Since the method according to the present embodiment can be implemented by additionally performing on the overall control apparatus side of the particle beam therapy system without changing the treatment plan, the processing load on the repair or treatment planning apparatus side can be reduced.

上記実施例と重複する内容は説明を省略する。   The description overlapping with the above embodiment will be omitted.

本実施例の粒子線治療システムは、線量満了から走査開始までの時間遅れΔtをすべてのスポットで一定値となるように制御する。これにより、一筆書きで照射していく最初のスポットと最後のスポットの2か所に過剰線量を分散させることが可能となる。   The particle beam therapy system of the present embodiment controls the time delay Δt from the expiration of the dose to the start of scanning so that it becomes a constant value at all spots. Thereby, it becomes possible to disperse the excessive dose in two places, the first spot and the last spot irradiated with one stroke.

本実施例において、一定値の遅れ△tを利用することにより、制御を単純化でき、全体として照射精度を向上させ、また最初と最後のスポット以外における線量分布について、本実施例を適用しなかった治療計画で設定されたものからの変動の影響を低減できる効果が得られる。   In this embodiment, by using a constant delay Δt, the control can be simplified, the irradiation accuracy is improved as a whole, and this embodiment is not applied to the dose distribution other than the first and last spots. The effect of reducing the influence of fluctuations from those set in the treatment plan can be obtained.

上記実施例と重複する内容は説明を省略する。   The description overlapping with the above embodiment will be omitted.

本実施例の粒子線治療システムは、線量満了から走査開始までの時間遅れをスポットが進行していくにつれて大きくなるように制御する。例えば図7でΔt1よりΔt2を大きくする。これにより、実施例2では、最初のスポットと最後のスポットの2か所に過剰線量を分散させていたものが、一筆書きで照射していくすべてのスポットに均等に過剰線量を分散させることが可能となる。   The particle beam therapy system according to the present embodiment controls the time delay from the expiration of the dose to the start of scanning so as to increase as the spot progresses. For example, Δt2 is made larger than Δt1 in FIG. As a result, in Example 2, the excess dose was dispersed in two places, the first spot and the last spot. However, the excess dose can be evenly distributed to all spots irradiated with one stroke. It becomes possible.

本実施例により、照射精度をさらに向上させることができる。   This embodiment can further improve the irradiation accuracy.

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:加速器
21:入射器
22:偏向電磁石
30:高エネルギービーム輸送系
31:偏向電磁石
40:照射ノズル
41A、41B: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
45:レンジシフタ
50:治療ベッド
51:患部
52:同じエネルギーで照射する患部のレイヤ
53照射スポット
61A、61B:走査電磁石電源
71:走査電磁石電源制御装置
81:ブラッグカーブ
82:拡大ブラッグピーク(SOBP)
90:荷電粒子ビーム
5: Patient 10: Treatment planning device 11: Overall control device 12: Accelerator, beam transport system control device 13: Irradiation nozzle control device 20: Accelerator 21: Injector 22: Deflection electromagnet 30: High energy beam transport system 31: Deflection electromagnet 40: irradiation nozzles 41A, 41B: scanning electromagnet 42: dose monitor 43: position monitor 44: ridge filter 45: range shifter 50: treatment bed 51: affected area 52: layer 53 irradiation spot 61A, 61B of the affected area irradiated with the same energy Electromagnet power supply 71: Scanning electromagnet power supply controller 81: Bragg curve 82: Expanded Bragg peak (SOBP)
90: charged particle beam

Claims (9)

荷電粒子ビームを加速する加速器と、
加速された前記荷電粒子ビームを照射する照射ノズルと、
前記加速器及び前記照射ノズルを制御する制御装置とを有し、
前記照射ノズルは、
前記荷電粒子ビームで照射対象に設定された複数のスポットを走査する走査電磁石と、
前記荷電粒子ビームの照射量を計測する線量モニタとを有し、
前記制御装置は前記線量モニタからのスポット線量満了信号を検出した後、所定の時間が経過したのちに走査電磁石の電流指令値を変更するように制御することを特徴とする粒子線治療システム。
An accelerator to accelerate the charged particle beam;
An irradiation nozzle for irradiating the accelerated charged particle beam;
A control device for controlling the accelerator and the irradiation nozzle;
The irradiation nozzle is
A scanning electromagnet that scans a plurality of spots set to be irradiated with the charged particle beam;
A dose monitor for measuring the dose of the charged particle beam,
The particle beam therapy system according to claim 1, wherein the control device controls the current command value of the scanning electromagnet to be changed after a predetermined time has elapsed after detecting a spot dose expiration signal from the dose monitor.
請求項1に記載の粒子線治療システムであって、
前記所定の時間が、同じ層のすべてのスポットで同一であ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,
The particle beam therapy system characterized in that the predetermined time is the same for all spots in the same layer.
請求項1に記載の粒子線治療システムであって、
前記所定の時間が、同じ層のいずれか2つのスポットにおいて異な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,
The particle beam therapy system characterized in that the predetermined time is different in any two spots of the same layer.
請求項1に記載の粒子線治療システムであって、
前記制御装置は、治療計画装置から受領した治療計画に基づき照射制御を行う際に、付加的に前記所定の時間が経過したのちの走査電磁石の電流値変更を開始する制御を行う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,
The control device, when performing irradiation control based on a treatment plan received from a treatment plan device, additionally performs a control to start changing the current value of the scanning electromagnet after the predetermined time has elapsed. Particle beam therapy system.
請求項1に記載の粒子線治療システムであって、
治療計画装置を有し、
前記治療計画装置において前記所定の時間が経過するように予め治療計画が作成されてい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,
A treatment planning device,
A particle beam treatment system, wherein a treatment plan is created in advance so that the predetermined time elapses in the treatment planning apparatus.
加速器により加速された荷電粒子ビームを走査電磁石により走査しながら、スポット毎にビームをオンオフしない連続ビームによるスキャニング照射を行い、前記スポットでの照射量は線量モニタにより計測され、前記スポットで所定の照射量に達した後、次のスポットへ前記走査電磁石が走査するように照射する粒子線治療システムであって、
各スポットで所定の照射量に達した後から次スポットへの走査開始までの時間をスポット毎に調整可能であることを特徴とする粒子線治療システム。
While scanning the charged particle beam accelerated by the accelerator with a scanning electromagnet, scanning irradiation is performed with a continuous beam that does not turn the beam on and off for each spot. The irradiation amount at the spot is measured by a dose monitor, and predetermined irradiation is performed at the spot. A particle beam therapy system for irradiating the scanning electromagnet to the next spot after reaching a quantity,
A particle beam therapy system characterized in that the time from the arrival of a predetermined dose at each spot to the start of scanning of the next spot can be adjusted for each spot.
請求項6に記載の粒子線治療システムであって、
各スポットで所定の照射量に達した後、次スポットへの走査開始までの時間が、ビームをオフせずに一筆書きで照射する全てのスポットで一定値に設定されてい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 6, wherein
After reaching a predetermined irradiation amount at each spot, the time from the start of scanning to the next spot is set to a constant value for all spots irradiated with a single stroke without turning off the beam. Particle beam therapy system.
請求項6に記載の粒子線治療システムにであって、
各スポットで所定の照射量に達した後、次スポットへの走査開始までの時間が、ビームをオフせずに一筆書きで照射する一連のスポットで次第に大きくなるように設定されてい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 6, wherein
The time until the start of scanning to the next spot after reaching the predetermined irradiation amount at each spot is set so that it gradually increases in a series of spots irradiated with a single stroke without turning off the beam. A particle beam therapy system.
請求項6に記載の粒子線治療システムであって、
各スポットで所定の照射量に達した後、次スポットへの走査開始までの時間を、調整可能である制御装置を持つ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 6, wherein
A particle beam therapy system characterized by having a control device capable of adjusting the time from the start of scanning to the next spot after reaching a predetermined dose at each spot.
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