JP2018148937A - Radiation treatment apparatus and treatment table positioning apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、放射線治療装置および治療台位置決め装置に関する。 The present invention relates to a radiation therapy apparatus and a treatment table positioning apparatus.
本技術分野の背景技術として、特許文献1が知られている。特許文献1では、放射線治療で用いられる画像位置合せの際に、画像内に描出されている位置決めの基準となる部位もしくは領域と、治療対象部位もしくは領域との位置合せに要する時間を短縮することを目的として、治療計画CT画像と治療台位置決め用に撮像された3次元断層画像とに対して、治療計画装置にて設定された関心領域の位置に関する特徴量を演算し、これら特徴量を弱識別器とする機械学習を実施し、位置合せすべき部位や領域とその位置合せ度合いを求めるとともに、学習によって求めた部位や領域および重みを用いた位置決め用の評価式を作成して、この評価式を用いて位置決めを実施する、ことが記載されている。
がん治療において、近年、陽子線や炭素イオン線などの粒子線やX線等の放射線を照射する放射線治療が注目されている。 In cancer treatment, in recent years, radiation therapy that irradiates radiation such as particle beams such as proton beams and carbon ion beams and X-rays has attracted attention.
図13は、放射線治療の一種である粒子線治療に用いられる治療装置の一部構成の概略を示す斜視図である。図13に示すように、粒子線治療装置では、加速器にて必要なエネルギーまで加速された粒子線Pを、照射ノズル1002から患部に照射する。照射ノズル1002は回転ガントリ1003によって回転し、患者は位置決め動作の可能な治療台1001により患部を粒子線Pの照射位置に位置決めされる。回転ガントリ1003と治療台1001の動作により、粒子線Pを様々な方向から患部に照射できる。粒子線Pを患部に正確に照射するためには、治療台1001を精度良く位置決めすることが必要である。
FIG. 13 is a perspective view showing an outline of a partial configuration of a treatment apparatus used for particle beam therapy which is a kind of radiation therapy. As shown in FIG. 13, in the particle beam therapy system, the affected part is irradiated with the particle beam P accelerated to the necessary energy by the accelerator from the
特許文献1には、放射線治療における治療直前の位置合わせに関する方法が記載されている。
放射線照射による治療では、治療直前に患部付近のX線画像などを撮影し、上述のような特許文献1に記載された方法等を用いて治療計画時の画像と比較して治療台位置を微調整することで、放射線の照射位置と患部の正確な位置合わせがなされる。
In the treatment by radiation irradiation, an X-ray image or the like in the vicinity of the affected part is taken immediately before the treatment, and the position of the treatment table is finer compared with the image at the time of treatment planning using the method described in
ここで、放射線治療では患部によって放射線を複数方向から照射するため、照射方向毎に回転ガントリと治療台の位置決め動作が必要となるが、その度にX線画像の撮影と位置合わせを実施すると、治療時間の増加を招く。また、照射方向によってはX線画像が撮影できないケースもある。 Here, in radiation therapy, radiation is emitted from a plurality of directions depending on the affected part, and therefore, a positioning operation of the rotating gantry and the treatment table is required for each irradiation direction. Increases treatment time. In some cases, an X-ray image cannot be taken depending on the irradiation direction.
そのため、照射方向の変更時を含めて、治療台を精度良くかつ速やかに位置決めできることが望まれている。 Therefore, it is desired that the treatment table can be positioned accurately and promptly including when the irradiation direction is changed.
本発明の目的は、簡素な構成で高精度な位置決めを速やかに行うことが可能な放射線治療装置とそれに有用な治療台位置決め装置を提供することである。 The objective of this invention is providing the radiotherapy apparatus which can perform highly accurate positioning rapidly with a simple structure, and a treatment table positioning apparatus useful for it.
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。
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、標的領域に対して放射線を照射する放射線治療装置であって、前記標的領域を有する患者の位置決め動作が可能な、前記患者をのせる治療台と、前記治療台の三次元位置・姿勢を計測する計測部と、前記計測部によって計測された前記治療台の三次元位置・姿勢の情報をフィードバックして前記治療台を位置決めするフルクローズド制御系と、前記計測部によって計測された前記治療台の三次元位置・姿勢の情報を用いずに、前記治療台の三次元位置・姿勢の推定値を用いて前記治療台を位置決めするセミクローズド制御系と、を備えたことを特徴とする。
In order to solve the above problems, for example, the configuration described in the claims is adopted.
The present invention includes a plurality of means for solving the above-described problems. For example, a radiotherapy apparatus for irradiating a target region with radiation, and a positioning operation of a patient having the target region is performed. Possible feedback of the treatment table on which the patient is placed, a measurement unit for measuring the three-dimensional position / posture of the treatment table, and the information on the three-dimensional position / posture of the treatment table measured by the measurement unit Without using the fully closed control system for positioning the treatment table and the information on the three-dimensional position and posture of the treatment table measured by the measurement unit, using the estimated value of the three-dimensional position and posture of the treatment table And a semi-closed control system for positioning the treatment table.
本発明によれば、簡素な構成で高精度な位置決めを速やかに行うことが可能な放射線治療装置および治療台位置決め装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the radiotherapy apparatus and treatment table positioning apparatus which can perform highly accurate positioning rapidly with simple structure can be provided.
以下に本発明の放射線治療装置および治療台位置決め装置の実施例を、図面を用いて説明する。 Embodiments of a radiotherapy apparatus and a treatment table positioning apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
<実施例1>
本発明の簡素な構造で高精度な位置決めの可能な放射線治療装置および治療台位置決め装置の実施例1を、粒子線治療装置を例にして、図1乃至図10を用いて説明する。まず、粒子線治療装置100の全体構成や、粒子線治療装置100のうち治療台1周りの構造を図1および図2を用いて説明する。図1は本実施例における粒子線治療装置100を示す斜視図、図2は治療台1を示す斜視図である。
<Example 1>
A first embodiment of a radiotherapy apparatus and a treatment table positioning apparatus capable of positioning with high accuracy with a simple structure according to the present invention will be described using a particle beam therapy apparatus as an example with reference to FIGS. First, the entire configuration of the particle
図1において、粒子線治療装置100は、標的領域に対して陽子や炭素等の重粒子からなる粒子線を照射するための装置であり、加速器30、ビーム輸送装置35、中央制御系40、患者の位置決めが可能な治療台1、加速器30から供給された粒子線を照射する照射ノズル(照射装置)2、粒子線の照射角度を変更するために照射ノズル2を回転させる回転ガントリ3等を備えている。
In FIG. 1, a particle
粒子線は、治療室とは別室に備えた加速器30にて必要なエネルギーまで加速された後、ビーム輸送装置35により照射ノズル2まで導かれる。加速器30およびビーム輸送装置35から粒子線を生成する粒子線生成装置は構成される。加速器30は、シンクロトロン型加速器やサイクロトロン型加速器、他の加速器とすることができる。
The particle beam is accelerated to necessary energy by an
回転ガントリ3は、治療台1の周りを360°回転可能に設置されている。
The rotating
中央制御系40は、加速器30やビーム輸送装置35、照射ノズル2、回転ガントリ3の動作を制御する照射制御装置42と、治療台1の位置決め動作を制御する制御装置7と、画像処理装置6と、を有している。
The
図2において、治療台1は、患者をのせる天板1aと、並進3自由度、姿勢3自由度を有する位置決め機構1bとを備え、標的領域を有する患者の6自由度の位置決め動作が可能な多関節ロボット(アーム型ロボット)である。また、治療台1の天板1aの根元には力センサ1cが備えられており、天板1aに加わる6軸の力・モーメントを測定する。回転ガントリ3と治療台1の動作により、患部に対して様々な方向から粒子線の照射が可能である。
In FIG. 2, the treatment table 1 includes a top plate 1a on which a patient is placed and a positioning mechanism 1b having three degrees of freedom for translation and three degrees of freedom for positioning, and can perform a positioning operation with six degrees of freedom for a patient having a target area. This is an articulated robot (arm type robot). Further, a
回転ガントリ3の正面には、円弧状のレール5aとこのレール5aに6台設置されたカメラ5bとから構成される計測ユニット(計測部)5が備えられている。計測ユニット5は、天板1a上のマーカ4の三次元位置・姿勢を計測することで、治療台1の三次元位置・姿勢を計測する。
In front of the rotating
カメラ5bは、粒子線を照射するにあたって基準とする中心座標となるアイソセンタを向いて設置される。カメラ5bの視野は、天板1aが治療位置付近にある場合に、マーカ4が視野に収まるような倍率に設定されている。
The
マーカ4は、輪郭に赤外線を反射する素材が設けられたものであり、天板1a上の治療領域を囲むように4つ備えられている。
The
画像処理装置6は、6台のカメラ5bで撮影したマーカ4の画像から、マーカ4の三次元位置・姿勢を算出する。画像処理装置6は、公知の方法によりマーカ4の三次元位置・姿勢を算出するものとすることができ、その詳細は省略する。
The
治療台1の動作は、制御装置7により制御する。制御装置7の詳細について図3乃至図5を用いて以下説明する。図3は制御装置7の働きを示すブロック図であり、図4はフルクローズド制御時の信号の流れを示す図、図5はセミクローズド制御時の信号の流れを示す図である。
The operation of the treatment table 1 is controlled by the
図3に示すように、制御装置7は、指令装置10、制御系11、ドライバ12、位置推定装置13、データベース14、位置計算装置15および位置判定装置16を有している。
As shown in FIG. 3, the
指令装置10は、治療計画または操作者の入力から治療台1への動作指令Xcを生成し、制御系11に送る。
The
制御系11は、指令装置10からの動作指令Xcと後述する位置判定装置16からのフィードバック信号Xfbとから治療台1の各関節への指令信号を生成し、各関節のドライバ12に送る。
The
ドライバ12は、各関節への指令信号に応じて、治療台1の各関節を駆動する。図3ではドライバ12を1つ図示しているが、治療台1は6自由度を有しており、ドライバ12も6軸分備える。
The
位置推定装置13は、ドライバ12からの治療台1の各関節の現在位置と、治療台1の力センサ1cで得られた6軸の力・モーメントFと、データベース14に保存された推定式とを用いて、天板1aの三次元位置・姿勢の推定値Xeを計算する。
The
天板1aの三次元位置・姿勢は、理想的には治療台1の各関節の現在位置から求めることができるが、製造時の誤差や、患者の体重や治療台1の自重による治療台1全体の弾性変形による誤差などにより、実際の天板1aの三次元位置・姿勢は理想的な天板1aの三次元位置・姿勢との間に誤差を生じる。そこで、予め様々な条件下で天板1aの三次元位置・姿勢を測定し、実際の三次元位置・姿勢を求める推定式を用意して、データベース14に保存しておく。
Ideally, the three-dimensional position / posture of the top board 1a can be obtained from the current position of each joint of the treatment table 1. However, the treatment table 1 depends on manufacturing errors, patient weight, and the weight of the treatment table 1. Due to an error due to the entire elastic deformation, the actual three-dimensional position / posture of the top plate 1a causes an error between the ideal three-dimensional position / posture of the top plate 1a. Therefore, an estimation formula for measuring the three-dimensional position / posture of the top board 1a under various conditions in advance and obtaining the actual three-dimensional position / posture is prepared and stored in the
一方、位置計算装置15は、画像処理装置6で得られた4個のマーカ4の三次元座標から、天板1aの三次元位置・姿勢の測定値Xmを計算する。4個のマーカ4のうち、3つ以上のマーカ4の三次元座標が得られれば、天板1aの三次元位置・姿勢を求めることができる。なお、天板1aが治療位置から離れているか、マーカ4が障害物に遮蔽されるなどして、天板1aの三次元位置・姿勢が求められない場合は、測定値Xmとしてエラーを出力する。
On the other hand, the
位置判定装置16は、位置推定装置13からの推定値Xeと、位置計算装置15からの測定値Xmを読み込み、フィードバック信号Xfbを生成して制御系11に送る。
The
位置判定装置16は、治療位置近傍において測定値Xmが得られている場合、図4のように測定値Xmをフィードバック信号Xfbとする。計測ユニット5によって計測され、位置計算装置15で計算された治療台1の天板1aの三次元位置・姿勢の測定値Xmをフィードバックして治療台1の位置が制御されるため、フルクローズド制御系となる。
When the measurement value Xm is obtained in the vicinity of the treatment position, the
また、位置判定装置16は、フルクローズド制御系では、粒子線の照射中に測定値Xmが得られている間のみ粒子線を照射するよう、照射信号を照射制御装置42に対して出力する。更には、位置判定装置16は、粒子線の照射中に測定値Xmが所定の大きさ以上変動したか否かを監視し、変動したと判断されたときは照射制御装置42に対して照射停止信号を出力し、粒子線の照射を中止させる。
In the fully closed control system, the
これに対し、天板1aから治療位置から離れている場合や、測定値Xmがエラーの場合は、位置判定装置16は、図5のように推定値Xeをフィードバック信号Xfbとする。最終的に制御したい天板1aの三次元位置・姿勢は得られない、もしくは値の精度が充分に確保されていない状態であることから、計測ユニット5によって計測された治療台1の三次元位置・姿勢の情報を用いずに、治療台1の各関節角度から治療台1の三次元位置・姿勢の推定値を計算し、推定値をフィードバックしているため、セミクローズド制御系となる。
On the other hand, when it is away from the treatment position from the top board 1a or when the measurement value Xm is an error, the
治療台1が放射線の照射位置から所定範囲の内にあり、かつ、計測ユニット5によって治療台1の三次元位置・姿勢が得られている場合にはフルクローズド制御系により治療台1を位置決めし、治療台1が照射位置から所定範囲の内にない場合、または、計測ユニット5によって治療台1の三次元位置・姿勢が得られない場合にはセミクローズド制御系により治療台1を位置決めする場合について説明したが、これは例えば、位置判定装置16において測定値Xmがエラーであるか有効な値であるか否かを判定し、有効な値であるときはセミクローズド制御からフルクローズド制御に切り替えるかフルクローズド制御を維持し、エラーであるときはフルクローズド制御からセミクローズド制御に切り替えるかセミクローズド制御を維持することで実行する。
When the treatment table 1 is within a predetermined range from the irradiation position of the radiation and the three-dimensional position / posture of the treatment table 1 is obtained by the
なお、フルクローズド制御系とセミクローズド制御系の切り替え条件はこれに限られず、推定値Xeと測定値Xmとの差分を演算し、差分が予め定めた所定値以下となった時にセミクローズド制御からフルクローズド制御に切り替えるかフルクローズド制御を維持し、所定値より大きいときかエラーであるときはフルクローズド制御からセミクローズド制御に切り替えるかセミクローズド制御を維持することで実行することができる。 The switching condition between the fully closed control system and the semi-closed control system is not limited to this, and the difference between the estimated value Xe and the measured value Xm is calculated, and when the difference is equal to or less than a predetermined value, the semi-closed control system Switching to full-closed control or maintaining full-closed control, and when greater than a predetermined value or an error, can be executed by switching from full-closed control to semi-closed control or maintaining semi-closed control.
また、自動で切り替える以外にも様々な方法で行うことが可能である。例えば、操作者が手動で切り替えるようにしても構わない。治療台1を照射位置に移動する際、移動中の位置決め精度はあまり重要ではないため、基本的にはセミクローズド制御系で制御し、照射位置の近傍に移動して切り替え指示の入力後にフルクローズド制御系に切り替えて、照射位置に正確に位置決めすることも可能である。更には、粒子線の照射開始信号などの照射に関する各種信号の入力を受けて、入力された信号に基づいて切り替えることも可能である。 In addition to automatic switching, various methods can be used. For example, the operator may switch manually. When moving the treatment table 1 to the irradiation position, the positioning accuracy during movement is not so important, so it is basically controlled by the semi-closed control system, moved to the vicinity of the irradiation position and fully closed after inputting the switching instruction. It is also possible to switch to the control system and accurately position the irradiation position. Furthermore, it is also possible to receive various signals relating to irradiation such as a particle beam irradiation start signal and switch based on the input signals.
計測ユニット5、ならびに、計測ユニット5、位置計算装置15および位置判定装置16によって構成されるフルクローズド制御系と位置推定装置13、データベース14および位置判定装置16によって構成されるセミクローズド制御系とを有する制御装置7によって治療台位置決め装置は構成される。
The
次に、治療中における本実施例の粒子線治療装置および治療台位置決め装置の動作の様子について図6乃至図10を用いて以下説明する。図6は治療の流れを示すフローチャートであり、図7は患者が治療台に乗り降りする様子を、図8は治療直前の位置合わせの様子を、図9および図10は治療時の様子を示す斜視図である。 Next, the operation of the particle beam therapy system and the treatment table positioning apparatus of this embodiment during treatment will be described below with reference to FIGS. FIG. 6 is a flowchart showing the flow of treatment, FIG. 7 is a perspective view showing how a patient gets on and off the treatment table, FIG. 8 is a state of alignment immediately before treatment, and FIGS. 9 and 10 are views of a state during treatment. FIG.
初めに、図7のように治療台1を、回転ガントリ3から離れたロードポジションに移動し、患者を天板1aの上にのせる(図6、手順S01)。この時、マーカ4はカメラ5bの視野外にあることから、天板1aの三次元位置・姿勢が求められない状態であり、測定値Xmはエラーが出力されて、治療台1は、図5のセミクローズド制御により制御される。
First, as shown in FIG. 7, the treatment table 1 is moved to a load position away from the
次に、図8のように、セミクローズド制御のまま、治療台1を治療位置付近に移動させ、照射ノズル2に取り付けられた図示しないX線画像撮影装置により、患部付近のX線画像を撮影し、位置合わせを開始する(図6、手順S02)。治療位置付近に移動させる途中、マーカ4がカメラ5bの視野内に写るようになって、位置計算装置15からの測定値Xmが有効な値になることから、治療台1の制御は図4のフルクローズド制御に切り替わる。
Next, as shown in FIG. 8, with the semi-closed control, the treatment table 1 is moved to the vicinity of the treatment position, and an X-ray image in the vicinity of the affected area is captured by an X-ray image capturing apparatus (not shown) attached to the
フィードバック信号Xfbが途中で推定値Xeから測定値Xmに切り替わるが、通常、推定値Xeと測定値Xmの誤差は1mm程度と小さな値であるため、スムーズに切り替わる。本手順S02では、患部付近のX線画像と治療計画時のCT画像を比較して、患部が照射位置に合うように、治療台1の位置・姿勢を微調整して位置合わせする。 The feedback signal Xfb is switched from the estimated value Xe to the measured value Xm on the way, but normally, the error between the estimated value Xe and the measured value Xm is a small value of about 1 mm, so that the feedback signal Xfb is switched smoothly. In this procedure S02, the X-ray image near the affected area is compared with the CT image at the time of treatment planning, and the position and posture of the treatment table 1 are finely adjusted so that the affected area matches the irradiation position.
続いて、図9や図10のように、治療台1と回転ガントリ3を粒子線の照射位置に移動させる(図6、手順S03)。位置合わせの位置と照射位置が同じ場合は、手順S03は省略することが可能である。
Subsequently, as shown in FIGS. 9 and 10, the treatment table 1 and the
これら手順S02から手順S03の間は、基本的には、治療台1は図4のフルクローズド制御により制御され、天板1aの三次元位置・姿勢の測定値Xmをフィードバックしながら移動するため、手順S02で位置合わせした患部位置が照射位置からずれることなく、精度良く位置決めができる。また、治療台1や回転ガントリ3の位置によっては、カメラ5bの視野が遮られる状況もあり得るが、カメラ5bはレール5aに沿って複数設置されているため、いずれかのカメラ5bからマーカ4の撮影が可能となり、フルクローズド制御が維持される。もし治療台1や回転ガントリ3の移動中に十分な個数のマーカ4が撮影できない場合は測定値Xmがエラーになることから一時的に治療台1の制御はセミクローズド制御に切り替わる。十分な個数のマーカ4が撮影でき次第、フルクローズド制御に切り替わる。
Between these steps S02 to S03, the treatment table 1 is basically controlled by the full-closed control of FIG. 4 and moves while feeding back the measured value Xm of the three-dimensional position / posture of the top 1a. Positioning with high accuracy can be performed without causing the affected part position aligned in step S02 to deviate from the irradiation position. In addition, depending on the position of the treatment table 1 or the
照射位置への移動が済んだら、治療台1の各関節にブレーキを掛け、患部に粒子線を照射し治療する(図6、手順S04)。 When the movement to the irradiation position is completed, each joint of the treatment table 1 is braked, and the affected part is irradiated with the particle beam for treatment (FIG. 6, step S04).
治療中、天板1aの測定値Xmはモニタし続けられ、測定値Xmが得られている間だけ放射線を標的領域に照射する。もし、患者の動作などにより天板1aの三次元位置・姿勢が所定の値より大きく動くようなことがあれば、陽子線の照射を中止する。これらの制御により、計画した部位にのみ、正確に照射することができる。 During the treatment, the measurement value Xm of the top board 1a is continuously monitored, and the target area is irradiated with radiation only while the measurement value Xm is obtained. If the three-dimensional position / posture of the top board 1a moves more than a predetermined value due to the patient's movement or the like, the proton beam irradiation is stopped. By these controls, it is possible to accurately irradiate only the planned site.
所定線量の粒子線の照射後、更に別の方向から粒子線を照射する計画となっているか否か、すなわち治療が終了したか否かを判定する(図6、手順S05)。終了したと判定されたときは手順S06へ処理を移行し、終了していないと判定されたときは、必要な回数だけ、手順S03とS04を繰り返す。 After irradiation with a predetermined dose of particle beam, it is determined whether or not it is planned to irradiate the particle beam from another direction, that is, whether or not the treatment has been completed (step S05 in FIG. 6). If it is determined that the process has been completed, the process proceeds to step S06. If it is determined that the process has not been completed, steps S03 and S04 are repeated as many times as necessary.
必要な方向からの照射が済んだら、治療台1を図7に示すようなロードポジションに移動させ、患者を天板1aからおろし(図6、手順S06)、治療が終了する。 When irradiation from the necessary direction is completed, the treatment table 1 is moved to the load position as shown in FIG. 7, the patient is lowered from the top board 1a (FIG. 6, step S06), and the treatment is completed.
次に、本実施形態の粒子線治療装置の調整段階における治療台位置決め装置の動作について説明する。 Next, the operation of the treatment table positioning device in the adjustment stage of the particle beam therapy system of this embodiment will be described.
前述したように、位置推定装置13で天板1aの三次元位置・姿勢の推定値Xeを計算するための推定式は、予め用意してデータベース14に保存されている。この推定式は予め治療台1の製造時にデータベース14に保存しておくが、製造時と実際に病院の治療室に設置した場合とでは、条件が完全に一致しないためか、精度が充分でないことがある。そこで、治療台1を導入した際に計測ユニット5により治療台1の位置決め誤差を測定して推定式を再度構築することが望ましい。
As described above, an estimation formula for calculating the estimated value Xe of the three-dimensional position / attitude of the top board 1 a by the
また、粒子線治療装置の日々の点検において、推定値Xeと測定値Xmとを比較し、ズレが所定の値より大きくなった時には再調整を行うよう作業者に警報を出力することが望ましい。また、推定値Xeと測定値Xmの経時変化についても記憶しておき、ズレが所定値より大きくなりそうな時期をあらかじめ予測して、再調整が必要になると予測される時期を操作者に表示することが望ましい。 Further, in the daily inspection of the particle beam therapy system, it is desirable to compare the estimated value Xe and the measured value Xm, and output an alarm to the operator so as to perform readjustment when the deviation becomes larger than a predetermined value. In addition, the change with time of the estimated value Xe and the measured value Xm is also stored, and the time when the deviation is likely to be larger than a predetermined value is predicted in advance, and the time when the readjustment is expected to be displayed is displayed to the operator. It is desirable to do.
次に、本実施例の効果について説明する。 Next, the effect of the present embodiment will be described.
上述した本発明の実施例1の粒子線治療装置100は、標的領域を有する患者の位置決め動作が可能な、患者をのせる治療台1と、治療台1の三次元位置・姿勢を計測する計測ユニット5と、計測ユニット5によって計測された治療台1の三次元位置・姿勢の情報をフィードバックして治療台1を位置決めするフルクローズド制御系と、計測ユニット5によって計測された治療台1の三次元位置・姿勢の情報を用いずに、治療台1の三次元位置・姿勢の推定値を用いて治療台1を位置決めするセミクローズド制御系と、を備えたものである。また、本実施例1の治療台位置決め装置は、患者を載せる治療台1の三次元位置・姿勢を計測する計測ユニット5と、計測ユニット5によって計測された治療台1の三次元位置・姿勢の情報をフィードバックして治療台1を位置決めするフルクローズド制御系と、計測ユニット5によって計測された治療台1の三次元位置・姿勢の情報を用いずに、治療台1の三次元位置・姿勢の推定値を用いて治療台1を位置決めするセミクローズド制御系と、を備えたものである。
The particle
このような構成によって、天板1aの測定値Xmが得られないような照射時ほど位置決め精度が必要でないタイミングでは推定値Xeを用いて治療台1の位置決めを行い、天板1aの測定値Xmが得られる照射時や照射開始前の照射位置決め時は測定値Xmを用いて治療台1の位置決めを行うため、簡素な構造でありながら、高精度な位置決めを従来に比べて速やかに行うことができる。また、複数方向から陽子線を照射する場合も、照射位置ごとにX線画像の撮影と位置合わせをする必要がないため、従来に比べて治療時間の短縮が図れるため、患者の負担が軽減される、との効果も奏する。 With such a configuration, the treatment table 1 is positioned using the estimated value Xe at a timing when positioning accuracy is not required as much as the irradiation time such that the measured value Xm of the top plate 1a cannot be obtained, and the measured value Xm of the top plate 1a is determined. Since the treatment table 1 is positioned using the measured value Xm at the time of irradiation at which irradiation is obtained or at the time of irradiation positioning before the start of irradiation, high-precision positioning can be performed more quickly than in the past while having a simple structure. it can. In addition, when proton beams are irradiated from multiple directions, it is not necessary to perform X-ray image capturing and alignment for each irradiation position, so that the treatment time can be shortened compared to the conventional method, reducing the burden on the patient. There is also an effect that.
また、治療台1は、少なくとも1つ以上の関節を有する構造であり、セミクローズド制御系は、治療台1の各関節角度から治療台1の三次元位置・姿勢の推定値を計算し、推定値をフィードバックして治療台1を位置決めするため、照射時ほど位置決め精度が必要でないときに、簡易な構成によって治療台1の位置決めを速やかに行うことができる。 The treatment table 1 has a structure having at least one or more joints, and the semi-closed control system calculates an estimated value of the three-dimensional position / posture of the treatment table 1 from each joint angle of the treatment table 1 and estimates it. Since the treatment table 1 is positioned by feeding back the value, the treatment table 1 can be quickly positioned with a simple configuration when the positioning accuracy is not as high as that during irradiation.
更に、治療台1が粒子線の照射位置から所定範囲の内にあり、かつ、計測ユニット5によって治療台1の三次元位置・姿勢が得られている場合にはフルクローズド制御系により治療台1を位置決めし、治療台1が照射位置から所定範囲の内にない場合、または、計測ユニット5によって治療台1の三次元位置・姿勢が得られない場合にはセミクローズド制御系により治療台1を位置決めすることで、簡素な構造でありながら、高精度な位置決めを安定して行うことができる。
Further, when the treatment table 1 is within a predetermined range from the irradiation position of the particle beam and the three-dimensional position / posture of the treatment table 1 is obtained by the
また、計測ユニット5により治療台1の三次元位置・姿勢が得られている間だけ粒子線を標的領域に照射することにより、標的領域が照射位置にあると判断される場合にのみ粒子線を照射することができ、より高精度な粒子線の照射を実現することができる。
Further, by irradiating the target area with the particle beam only while the three-dimensional position / posture of the treatment table 1 is obtained by the
更に、粒子線の照射中に治療台1が所定の大きさ以上動いた場合には粒子線の照射を中止することで、標的領域が照射位置からずれてしまったと判断されるときに粒子線の照射を止めることができることから、更なる高精度な粒子線の照射を実現することができる。 Furthermore, when the treatment table 1 moves more than a predetermined size during the irradiation of the particle beam, the irradiation of the particle beam is stopped, so that it is determined that the target region has shifted from the irradiation position. Since irradiation can be stopped, it is possible to realize further highly accurate particle beam irradiation.
また、計測ユニット5によって計測された治療台1の三次元位置・姿勢の情報を用いてセミクローズド制御系の推定値の較正を行うことにより、推定値Xeと測定値Xmの差をより小さくすることができるため、位置決め制御を確保できるとともに、制御系の切り替え時にも滑らかな動作が可能である。
Moreover, the difference between the estimated value Xe and the measured value Xm is made smaller by calibrating the estimated value of the semi-closed control system using the information of the three-dimensional position / posture of the treatment table 1 measured by the measuring
更に、治療台1の三次元位置・姿勢の推定値と、計測ユニット5によって計測された治療台1の三次元位置・姿勢の情報を比較し、治療台1および計測ユニット5の再調整の時期を決定する。治療台1の関節軸にずれが発生した場合や、カメラ5bの配置がずれた場合、推定値Xeと測定値Xmの差が変化するため、大きな変化があった際に治療台1および計測ユニット5の再調整を実施することができるようになり、治療台1の位置決め精度を高い水準で保つことができる。
Further, the estimated value of the three-dimensional position / posture of the treatment table 1 and the information of the three-dimensional position / posture of the treatment table 1 measured by the
また、治療台1は、患者が載る天板1aを有し、計測ユニット5は、天板1aの三次元位置・姿勢を計測することにより、患者に近い領域を検出することができるため、標的領域の位置決め精度をより高精度に行うことができる。
The treatment table 1 has a top plate 1a on which the patient is placed, and the
更に、計測ユニット5は、治療台1の周辺に複数台設置されたカメラ5bから構成されることで、治療台1を検出することが可能な範囲を広く確保することができるとともに検出精度を向上することができる。
Furthermore, since the
なお、マーカ4は天板1aに4つ備えている場合について説明したが、5つ以上のマーカ4を設置しても構わない。また、カメラ5bはレール5aに6台備えているが、7台以上のカメラ5bを設置しても構わない。より多くのマーカ4、カメラ5bを設置することで、天板1aの三次元位置・姿勢の測定値Xmを精度良く、また、高い信頼性で得ることができる。カメラ5bの視野を治療位置付近に限定していることで、位置決め精度の必要な治療位置において高い位置決め精度を得ることができる。
In addition, although the case where four
また、計測ユニットは、複数台のカメラ5bとマーカ4とに限定されない。例えば、装置からターゲットまでの距離と空間的な角度を測定し、その装置を基準とした、ターゲットの空間位置を特定することが可能な、レール5aや床、壁、天井などの治療室内の固定部に固定されたレーザートラッカーとすることができる。
Further, the measurement unit is not limited to the plurality of
<実施例2>
本発明の実施例2の放射線治療装置および治療台位置決め装置を図11および図12を用いて説明する。図11は、本実施例における粒子線治療装置200を示す斜視図であり、図12は、治療台51と計測ユニット55を示す斜視図である。なお、実施例1と同じ構成には同一の符号を示し、説明は省略する。
<Example 2>
A radiotherapy apparatus and a treatment table positioning apparatus according to
本実施例の粒子線治療装置および治療台位置決め装置は、実施例1に対して、より高精度な位置決めが可能である。 The particle beam therapy system and the treatment table positioning apparatus of the present embodiment can perform positioning with higher accuracy than the first embodiment.
図11に示すように、本実施例の粒子線治療装置200は、加速器30、ビーム輸送装置35、中央制御系45、患者を位置決めする治療台51、粒子線を照射する照射ノズル52、照射ノズル52を回転させる回転ガントリ53を備えている。
As shown in FIG. 11, the particle
本実施例の回転ガントリ53は、治療台51の鉛直上方から鉛直下方までを180°回転可能に設置されており、片側が解放されたハーフガントリとなっている。
The rotating
中央制御系40は、加速器30やビーム輸送装置35、照射ノズル52、回転ガントリ53の動作を制御する照射制御装置47と、治療台51の位置決め動作を制御する制御装置57と、画像処理装置56と、を有している。
The
図12において、治療台51は、患者をのせる天板51aと、並進3自由度、姿勢3自由度を有する位置決め機構51bとを備えており、患者の6自由度の位置決めが可能である。また、天板51aの根元には力センサ51cが備えられており、天板51aに加わる荷重を測定する。回転ガントリ53と治療台51の動作により、患部に対して様々な方向から粒子線の照射が可能である。治療台51の動作は、制御装置57により制御する。
In FIG. 12, a treatment table 51 includes a top plate 51a on which a patient is placed and a
天板51aは、輪郭に赤外線を反射する素材が用いられたマーカ54aが4つ備えられている。マーカ54aは、天板51a上の治療領域を囲むように設置されている(うち2つは図示の都合上省略している)。また、患者の患部周辺の動きを固定する固定具58が天板51a上に設置されており、この固定具58にも輪郭に赤外線を反射する素材が用いられたマーカ54bが複数設置されている。
The top plate 51a is provided with four
回転ガントリ53の周囲には、計測ユニット55が備えられている。計測ユニット55は、回転ガントリ53を取り囲むレール55aと、このレール55aに設置された6台のカメラ55bとからなり、カメラ55bはアイソセンタを向いて設置される。カメラ55bは、天板51aが治療位置にある場合に、マーカ54a,54bが視野に収まるような倍率に設定されている。
A
画像処理装置56は、6台のカメラ55bで撮影したマーカ54a,54bの画像から、マーカ54a,54bの三次元座標を算出する。
The
制御装置57や照射ノズル52の構成や動作、粒子線治療装置200による治療の流れ、治療台位置決め装置による治療台51の位置決めの流れは実施例1と同じであり、詳細は省略する。
The configuration and operation of the
本発明の実施例2の粒子線治療装置200や治療台位置決め装置においても、前述した実施例1の粒子線治療装置100や治療台位置決め装置とほぼ同様な効果が得られる。
Also in the particle
また、治療台51は、患部を固定する固定具58を有し、計測ユニット55は、固定具58の三次元位置・姿勢を計測することにより、より患部に近い固定具58のマーカ54bの三次元座標から、固定具58の三次元位置・姿勢を測定してフィードバックすることで、粒子線の患部への照射精度を高めることができる。また、カメラ55bが照射位置を立体的に取り囲むように配置されているため、マーカ54a,54bの計測精度が向上し、また、マーカ54a,54bがカメラ55bにて撮影できない状況も少なくなる。
Further, the treatment table 51 has a fixing
なお、照射ノズル52が回転ガントリ53で回転されるが、照射ノズル52は治療室の壁に固定されていても構わない。その場合、照射ノズル52が移動しないため、より自由にカメラ55bの配置が可能である。また、カメラ55bは、レール55aでなくて床や壁、天井など、治療室内の固定部に設置されていても構わない。
Although the
<その他>
なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記の実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることも可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。
<Others>
In addition, this invention is not limited to said Example, Various modifications are included. The above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described. Also, a part of the configuration of a certain embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of a certain embodiment. Moreover, it is also possible to add, delete, and replace other configurations for a part of the configuration of each embodiment.
例えば、上述の実施例では粒子線治療装置を例に説明したが、本発明の放射線治療装置は、X線、電子線などを照射する装置とすることができる。 For example, although the particle beam therapy system has been described as an example in the above-described embodiments, the radiotherapy system of the present invention can be an apparatus that irradiates X-rays, electron beams, and the like.
1,51…治療台
1a,51a…天板
1b,51b…位置決め機構
1c,51c…力センサ
2,52…照射ノズル(照射装置)
3,53…回転ガントリ
4,54a,54b…マーカ
5,55…計測ユニット(計測部)
5a,55a…レール
5b,55b…カメラ
6,56…画像処理装置
7,57…制御装置
10…指令装置
11…制御系
12…ドライバ
13…位置推定装置
14…データベース
15…位置計算装置
16…位置判定装置
30…加速器
35…ビーム輸送装置
40,45…中央制御系
42,47…照射制御装置
58…固定具
100,200…粒子線治療装置
P…粒子線
DESCRIPTION OF
3, 53 ...
5a, 55a ...
Claims (10)
前記標的領域を有する患者の位置決め動作が可能な、前記患者をのせる治療台と、
前記治療台の三次元位置・姿勢を計測する計測部と、
前記計測部によって計測された前記治療台の三次元位置・姿勢の情報をフィードバックして前記治療台を位置決めするフルクローズド制御系と、
前記計測部によって計測された前記治療台の三次元位置・姿勢の情報を用いずに、前記治療台の三次元位置・姿勢の推定値を用いて前記治療台を位置決めするセミクローズド制御系と、を備えた
ことを特徴とする放射線治療装置。 A radiotherapy apparatus for irradiating a target area with radiation,
A treatment table on which the patient can be placed, capable of positioning the patient having the target area;
A measurement unit for measuring the three-dimensional position / posture of the treatment table;
A fully-closed control system for positioning the treatment table by feeding back information on the three-dimensional position and posture of the treatment table measured by the measurement unit;
Semi-closed control system for positioning the treatment table using the estimated value of the three-dimensional position / posture of the treatment table without using the information of the three-dimensional position / posture of the treatment table measured by the measurement unit; A radiation therapy apparatus comprising:
前記治療台は、少なくとも1つ以上の関節を有する構造であり、
前記セミクローズド制御系は、前記治療台の各関節角度から前記治療台の三次元位置・姿勢の推定値を計算し、前記推定値をフィードバックして前記治療台を位置決めする
ことを特徴とする放射線治療装置。 The radiotherapy apparatus according to claim 1, wherein
The treatment table is a structure having at least one joint,
The semi-closed control system calculates an estimated value of a three-dimensional position / posture of the treatment table from each joint angle of the treatment table, and feeds back the estimated value to position the treatment table. Therapeutic device.
前記治療台が前記放射線の照射位置から所定範囲の内にあり、かつ、前記計測部によって前記治療台の三次元位置・姿勢が得られている場合には前記フルクローズド制御系により前記治療台を位置決めし、
前記治療台が前記照射位置から前記所定範囲の内にない場合、または、前記計測部によって前記治療台の三次元位置・姿勢が得られない場合には前記セミクローズド制御系により前記治療台を位置決めする
ことを特徴とする放射線治療装置。 The radiotherapy apparatus according to claim 1, wherein
When the treatment table is within a predetermined range from the irradiation position of the radiation and the three-dimensional position / posture of the treatment table is obtained by the measurement unit, the treatment table is moved by the full-closed control system. Positioning,
When the treatment table is not within the predetermined range from the irradiation position, or when the three-dimensional position / posture of the treatment table cannot be obtained by the measurement unit, the treatment table is positioned by the semi-closed control system. A radiotherapy apparatus characterized by:
前記計測部により前記治療台の三次元位置・姿勢が得られている間だけ前記放射線を前記標的領域に照射する
ことを特徴とする放射線治療装置。 The radiotherapy apparatus according to claim 1, wherein
The radiotherapy apparatus characterized by irradiating the target region with the radiation only while the three-dimensional position / posture of the treatment table is obtained by the measurement unit.
前記放射線の照射中に前記治療台が所定の大きさ以上動いた場合には前記放射線の照射を中止する
ことを特徴とする放射線治療装置。 The radiotherapy apparatus according to claim 1, wherein
The radiation therapy apparatus, wherein the radiation irradiation is stopped when the treatment table moves more than a predetermined size during the radiation irradiation.
前記計測部によって計測された前記治療台の三次元位置・姿勢の情報を用いて前記セミクローズド制御系の推定値の較正を行う
ことを特徴とする放射線治療装置。 The radiotherapy apparatus according to claim 1, wherein
A radiotherapy apparatus, wherein the estimated value of the semi-closed control system is calibrated using information on a three-dimensional position / posture of the treatment table measured by the measurement unit.
前記治療台の三次元位置・姿勢の推定値と、前記計測部によって計測された前記治療台の三次元位置・姿勢の情報を比較し、前記治療台および前記計測部の再調整の時期を決定する
ことを特徴とする放射線治療装置。 The radiotherapy apparatus according to claim 1, wherein
The estimated value of the three-dimensional position / posture of the treatment table is compared with the information of the three-dimensional position / posture of the treatment table measured by the measurement unit, and the readjustment time of the treatment table and the measurement unit is determined. A radiotherapy apparatus characterized by:
前記治療台は、患者が載る天板、または、患部を固定する固定具を有し、
前記計測部は、前記天板または前記固定具の三次元位置・姿勢を計測する
ことを特徴とする放射線治療装置。 The radiotherapy apparatus according to claim 1, wherein
The treatment table has a top plate on which a patient is placed, or a fixture for fixing the affected part,
The measurement unit measures a three-dimensional position / posture of the top plate or the fixture.
前記計測部は、前記治療台の周辺に複数台設置されたカメラから構成される
ことを特徴とする放射線治療装置。 The radiotherapy apparatus according to claim 1, wherein
The measurement unit includes a plurality of cameras installed around the treatment table.
前記患者を載せる治療台の三次元位置・姿勢を計測する計測部と、
前記計測部によって計測された前記治療台の三次元位置・姿勢の情報をフィードバックして前記治療台を位置決めするフルクローズド制御系と、
前記計測部によって計測された前記治療台の三次元位置・姿勢の情報を用いずに、前記治療台の三次元位置・姿勢の推定値を用いて前記治療台を位置決めするセミクローズド制御系と、を備えた
ことを特徴とする治療台位置決め装置。 A treatment table positioning device for positioning a treatment table on which a patient is placed during radiation treatment,
A measuring unit for measuring a three-dimensional position / posture of a treatment table on which the patient is placed;
A fully-closed control system for positioning the treatment table by feeding back information on the three-dimensional position and posture of the treatment table measured by the measurement unit;
Semi-closed control system for positioning the treatment table using the estimated value of the three-dimensional position / posture of the treatment table without using the information of the three-dimensional position / posture of the treatment table measured by the measurement unit; A treatment table positioning device characterized by comprising:
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