JP2019141331A - Particle beam irradiation system and irradiation planning device - Google Patents
Particle beam irradiation system and irradiation planning device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2019141331A JP2019141331A JP2018028532A JP2018028532A JP2019141331A JP 2019141331 A JP2019141331 A JP 2019141331A JP 2018028532 A JP2018028532 A JP 2018028532A JP 2018028532 A JP2018028532 A JP 2018028532A JP 2019141331 A JP2019141331 A JP 2019141331A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- irradiation
- target
- particle beam
- depth
- charged particle
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
- A61N5/00—Radiation therapy
- A61N5/10—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Radiology & Medical Imaging (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Radiation-Therapy Devices (AREA)
Abstract
Description
本発明は、陽子線や炭素線等の粒子線を標的に照射する粒子線照射システムや、その粒子線の照射計画を作成する照射計画装置に関する。 The present invention relates to a particle beam irradiation system for irradiating a target with a particle beam such as a proton beam or a carbon beam, and an irradiation planning apparatus for creating an irradiation plan for the particle beam.
照射時間を短縮し、照射対象に対する時間の負荷を軽減させるだけでなく、照射精度を向上させることを目的として、特許文献1には、荷電粒子ビームを出射する加速器と、加速器から出射された荷電粒子ビームを周期変動する照射対象に複数回スキャニング照射する照射装置と、を有する粒子線照射システムにおいて、照射対象をビーム軸方向に分割して層状に形成される各スキャン領域の大きさに対応する照射線量を、加速器からのビーム強度を変調させて供給させるビーム強度変調手段と、ビーム強度変調手段によって変調された荷電粒子ビームにより供給される各照射線量を、照射対象の周期変動の変位量が所定位相内にあるゲート期間に、各スキャン領域に対してスキャニング照射させる手段と、を備える、ことが記載されている。
For the purpose of not only reducing the irradiation time and reducing the time load on the irradiation target but also improving the irradiation accuracy,
また、特許文献2には、患者の潰瘍組織をイオンビームの手段により照射する装置ならびに方法に関し、イオンビームを潰瘍組織のスライス方向および面方向スキャニングする偏光装置とイオンビームの深さ方向および深さ方向スキャニングのためのイオンビーム制御装置を有し、電磁気的に駆動するイオン破壊装置がイオンビームの範囲に適応する深さ方向スキャニング適応装置を備え、加速器のエネルギー制御装置より高速の深さ方向適応を有し、患者の動きは処理スペース内の潰瘍の時間的、位置的変化を検知する動き検知手段によりモニタされ、制御装置は、処理スペース内の潰瘍組織の場所の時間的、位置的変化における潰瘍組織のスキャニングの際、偏光装置とイオンビーム方向とイオンビーム範囲のそれぞれを調整する深さ方向適応装置を制御する、ことが記載されている。 Further, Patent Document 2 relates to an apparatus and method for irradiating a patient's ulcer tissue by means of an ion beam, a polarizing device that scans the ion beam in the slice direction and in the plane direction, and the depth direction and depth of the ion beam. An ion beam control device for directional scanning is provided, and an electromagnetically driven ion destruction device is equipped with a depth scanning adaptive device that adapts to the ion beam range, which is faster than the accelerator energy control device. And the movement of the patient is monitored by motion detection means for detecting temporal and positional changes of the ulcer in the processing space, and the controller is adapted to change the temporal and positional changes of the location of the ulcer tissue in the processing space. Depth method to adjust the polarization device, ion beam direction and ion beam range respectively when scanning ulcer tissue Controlling the adaptation device, it has been described.
また、特許文献3には、スキャニング照射法による粒子線照射システムにおいて、照射時間(治療時間)を短縮しかつ計画通りの線量分布を形成することができる荷電粒子照射システムおよび照射計画装置として、制御システムは、標的監視装置である動体追跡装置からの信号に基づき走査電磁石の励磁電流値を補正して荷電粒子ビームを照射標的に照射する追尾照射と、標的監視装置からの信号に基づき照射装置から照射される荷電粒子ビームの照射開始と照射停止を制御するゲート照射とを行う、ことが記載されている。 Patent Document 3 discloses a charged particle irradiation system and an irradiation planning apparatus that can shorten the irradiation time (treatment time) and form a planned dose distribution in a particle beam irradiation system using a scanning irradiation method. The system corrects the excitation current value of the scanning magnet based on the signal from the moving body tracking device, which is the target monitoring device, and irradiates the irradiation target with the charged particle beam, and the irradiation device based on the signal from the target monitoring device. It is described that gate irradiation for controlling irradiation start and irradiation stop of a charged particle beam to be irradiated is performed.
癌などの患者に荷電粒子ビーム(粒子線)を照射する方法が知られている。このような粒子線を照射する粒子線照射システムは、一般的には荷電粒子発生装置とビーム輸送系と治療室とを備えている。 A method of irradiating a patient with cancer or the like with a charged particle beam (particle beam) is known. Such a particle beam irradiation system that irradiates a particle beam generally includes a charged particle generator, a beam transport system, and a treatment room.
スキャニング照射法を用いる粒子線照射システムでは、荷電粒子ビーム発生装置で加速された荷電粒子ビームはビーム輸送系を経て治療室の照射装置に達すると、そこで走査電磁石により走査されることで患者の体内で患部形状に適した線量分布を形成する。 In the particle beam irradiation system using the scanning irradiation method, when the charged particle beam accelerated by the charged particle beam generator reaches the irradiation device in the treatment room through the beam transport system, it is scanned by the scanning electromagnet there, so A dose distribution suitable for the shape of the affected area is formed.
ところで、患部などの標的が呼吸などで移動すると、予め計画した線量分布を形成することが難しくなる。そこで計画通りの線量分布を形成する方法として、特許文献1はゲート照射と呼ばれる方法を開示している。ゲート照射は、標的が予め決めた位置(出射許可範囲)にある場合に粒子線を照射する方法である。
By the way, when a target such as an affected part moves by breathing or the like, it becomes difficult to form a dose distribution planned in advance. Therefore, as a method of forming a dose distribution as planned,
また、特許文献2は追尾照射と呼ばれる方法を開示している。追尾照射は、走査電磁石の励磁量とエネルギー吸収体の厚みの少なくとも一方を変更することにより、標的の移動に合わせて荷電粒子ビームの位置を変更する方法である。 Patent Document 2 discloses a method called tracking irradiation. The tracking irradiation is a method of changing the position of the charged particle beam in accordance with the movement of the target by changing at least one of the excitation amount of the scanning electromagnet and the thickness of the energy absorber.
特許文献3は、特許文献1に記載されたようなゲート照射と特許文献2に記載されたような追尾照射を組み合わせる方法を開示している。
Patent Document 3 discloses a method of combining gate irradiation as described in
しかしながら、特許文献1に記載のようなゲート照射では、計画通りの線量分布を形成するためには出射許可範囲を小さくする必要がある。出射許可範囲を小さくするほど粒子線を標的に向けて出射できる時間は短くなり、照射時間(治療時間)が長くなるという課題がある。
However, in the gate irradiation as described in
また、特許文献2に記載のような追尾照射では、走査電磁石の励磁量を変更して走査をする場合、標的が深さ方向へ移動する、或いは標的までの水等価厚が変化すると、計画した位置にブラッグピークを形成できず、計画した線量分布を形成することができないという課題がある。 Further, in tracking irradiation as described in Patent Document 2, when scanning is performed by changing the excitation amount of the scanning electromagnet, the target moves in the depth direction or the water equivalent thickness up to the target changes. There is a problem that the Bragg peak cannot be formed at the position and the planned dose distribution cannot be formed.
また、患部の移動に合わせてエネルギー吸収体の厚みを変更するため、エネルギー吸収体により荷電粒子ビームが散乱されて、荷電粒子ビームのサイズが大きくなるという課題がある。荷電粒子ビームのサイズが大きくなるとペナンブラが大きくなり、線量分布の一様度が悪化する。 Further, since the thickness of the energy absorber is changed in accordance with the movement of the affected area, there is a problem that the charged particle beam is scattered by the energy absorber to increase the size of the charged particle beam. As the size of the charged particle beam increases, the penumbra increases and the uniformity of dose distribution deteriorates.
また、特許文献3に記載のゲート照射と追尾照射を組み合わせる手法では、計画通りの線量分布を短時間に照射することは可能である。しかしながら、予めビーム軸に対して垂直な方向にゲート範囲を設定するため、照射時間を短縮する余地がさらにあることが本発明者らの検討により明らかとなった。 Further, with the method of combining gate irradiation and tracking irradiation described in Patent Document 3, it is possible to irradiate a planned dose distribution in a short time. However, since the gate range is set in the direction perpendicular to the beam axis in advance, it has been revealed by the present inventors that there is still room for shortening the irradiation time.
本発明の目的は、スキャニング照射法による粒子線照射システムにおいて、計画通りの線量分布を形成することができ、かつ従来の手法に比べて照射時間を短縮することができる粒子線照射システムおよび照射計画装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a particle beam irradiation system and an irradiation plan capable of forming a dose distribution as planned in a particle beam irradiation system using a scanning irradiation method and reducing the irradiation time as compared with the conventional method. Is to provide a device.
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、荷電粒子ビームを生成して出射する加速器と、前記荷電粒子ビームを走査する走査電磁石を有しており、前記荷電粒子ビームを標的に照射する照射装置と、前記標的の位置を計測する標的監視装置と、前記標的監視装置からの信号に基づき前記走査電磁石の励磁電流値を補正して前記荷電粒子ビームを前記標的に照射する追尾照射、および前記標的監視装置からの信号に基づき前記標的の深さを演算し、前記標的の深さが予め定めた深さ許可範囲内にあるとき前記荷電粒子ビームを照射するゲート照射を行う制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記標的監視装置によって計測した前記標的の深さが前記深さ許可範囲内にあるときに前記追尾照射を行うことを特徴とする。 The present invention includes a plurality of means for solving the above-described problems. For example, the present invention includes an accelerator that generates and emits a charged particle beam, and a scanning electromagnet that scans the charged particle beam. An irradiation device for irradiating the target with the charged particle beam, a target monitoring device for measuring the position of the target, and correcting the excitation current value of the scanning electromagnet based on a signal from the target monitoring device. Tracking the target to irradiate the target, and the target depth is calculated based on a signal from the target monitoring device, and the charged particle beam is calculated when the target depth is within a predetermined depth permission range. A control device that performs gate irradiation, and the control device performs the tracking irradiation when the depth of the target measured by the target monitoring device is within the depth permission range. The features.
本発明によれば、スキャニング照射法による粒子線照射システムにおいて、計画通りの線量分布を形成することができ、かつ従来の手法に比べて照射時間を短縮することができる。上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施例の説明により明らかにされる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, in the particle beam irradiation system by a scanning irradiation method, dose distribution as planned can be formed, and irradiation time can be shortened compared with the conventional method. Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the following description of examples.
以下、ゲート照射と走査電磁石による追尾照射とを実施する本発明の粒子線照射システムと、それに好適な照射計画装置の実施例について図1乃至図8を用いて説明する。 Hereinafter, an embodiment of a particle beam irradiation system of the present invention that performs gate irradiation and tracking irradiation by a scanning electromagnet and an irradiation plan apparatus suitable for the system will be described with reference to FIGS.
最初に、粒子線照射システムや照射計画装置の構成について図1乃至図5を用いて説明する。図1は粒子線照射システムの全体概略構成を示す図である。図2は粒子線照射システムに備えられる照射制御装置の構成を示すブロック図面である。図3Aは照射対象に単一の粒子線を照射した場合に得られる深さ方向の線量分布を示す図、図3Bは照射対象に複数の粒子線を照射した場合に得られる深さ方向の線量分布を示す図、図4は照射対象に粒子線を照射した場合に得られる横方向の線量分布を示す図である。図5はデータベースに記憶される照射パラメータを示す概念図である。 First, configurations of the particle beam irradiation system and the irradiation planning apparatus will be described with reference to FIGS. 1 to 5. FIG. 1 is a diagram showing an overall schematic configuration of a particle beam irradiation system. FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of an irradiation control device provided in the particle beam irradiation system. FIG. 3A is a diagram showing a dose distribution in the depth direction obtained when a single particle beam is irradiated on the irradiation target, and FIG. 3B is a dose in the depth direction obtained when a plurality of particle beams are irradiated on the irradiation target. FIG. 4 is a diagram showing a dose distribution in the lateral direction obtained when a particle beam is irradiated on an irradiation target. FIG. 5 is a conceptual diagram showing irradiation parameters stored in the database.
図1に示すように、本実施例の粒子線照射システムは、荷電粒子ビーム発生装置1、ビーム輸送系2、治療室17、制御システム7および照射計画装置41を備えている。
As shown in FIG. 1, the particle beam irradiation system of the present embodiment includes a charged
荷電粒子ビーム発生装置1は、荷電粒子ビームを生成して出射する装置であり、イオン源および前段荷電粒子ビーム加速装置から構成されるライナック3と、シンクロトロン4とを有する。シンクロトロン4は、高周波印加装置5、および加速装置6を有する。
The charged particle
高周波印加装置5はシンクロトロン4の周回軌道に配置された高周波印加電極8および高周波印加電源9を備える。高周波印加電極8と高周波印加電源9はスイッチにより接続されている。加速装置6は粒子線の周回軌道に配置された高周波加速空洞および高周波加速空洞に高周波電力を印加する高周波電源を備える。出射用デフレクタ11がシンクロトロン4とビーム輸送系2を接続する。
The high-frequency application device 5 includes a high-frequency application electrode 8 and a high-frequency application power source 9 that are arranged in the orbit of the
ビーム輸送系2は、ビーム経路12,四極電磁石,偏向電磁石13,14,15,16を有する。ビーム経路12は、治療室17内に設置された照射装置21に接続されている。
The beam transport system 2 includes a
治療室17内には、略筒状のガントリー18が設置されている。
A substantially
ガントリー18には、ビーム輸送系2の一部である偏向電磁石15,16、標的26に荷電粒子ビームを照射する照射装置21、X線発生装置35,36、X線検出器37,38が設置されている。ガントリー18の内部には照射対象25を設置するために、カウチ24と呼ばれる治療用ベッドが設置される。
The
ガントリー18は、モーターにより回転可能な構造をしている。偏向電磁石15,16と照射装置21、X線発生装置35,36、およびX線検出器37,38は、ガントリー18の回転と共に回転する。このガントリー18の回転および各機器がこの動きに連動することにより、照射対象25に対してガントリー18の回転軸に垂直な平面内のいずれの方向からも粒子線を照射することができる。
The
ガントリー18に備えられた照射装置21は、走査電磁石31,32、位置モニタ34、線量モニタ33を内部に有する。本実施の粒子線照射システムは、照射装置21が二台の走査電磁石31,32を備え、荷電粒子ビームを進行方向と垂直な面内の二つの方向(X方向,Y方向)にそれぞれ偏向(走査)し、照射位置を変更することで荷電粒子ビームを標的26に照射する。
The irradiation device 21 provided in the
位置モニタ34は、粒子線の位置と粒子線の広がりを計測する。線量モニタ33は、照射された粒子線の量を計測する。 The position monitor 34 measures the position of the particle beam and the spread of the particle beam. The dose monitor 33 measures the amount of irradiated particle beam.
第一のX線発生装置35と第二のX線発生装置36は、ガントリー18に設置されており、透視用のX線を発生させる。照射装置21の照射口先端部には、フラットパネル型の第一のX線検出器37と第二のX線検出器38が設置されている。X線検出器37はX線発生装置35からのX線の信号を検出し、X線検出器38はX線発生装置36からのX線の信号を検出する。
The
照射対象25内には標的26があり、粒子線を照射することで標的26を覆うような線量分布を照射対象25内に形成する。ここで癌などの治療の場合は、照射対象25は人であり標的26は腫瘍である。
There is a target 26 in the
本実施例の粒子線照射システムが備えている制御システム7について、図1を用いて説明する。
A
図1に示す制御システム7は、記憶装置であるデータベース42、中央制御装置46、加速器制御装置47、照射制御装置48および動体追跡装置49を備える。
The
X線CT装置40は照射対象25内の標的26を撮像する装置であり、標的26が周期的に動くときその動きの位相毎にCT画像を作成する機能を備えている。特に照射対象25が人である場合は、照射対象25の呼吸位相毎のCT画像を取得可能に構成されている。
The X-ray CT apparatus 40 is an apparatus that images the target 26 in the
照射計画装置41は、X線CT装置40によって撮像された位相毎のCT画像を基にして標的26へ荷電粒子ビームを照射するための照射計画を作成する装置である。その詳細は後述する。 The irradiation plan apparatus 41 is an apparatus that creates an irradiation plan for irradiating the target 26 with a charged particle beam based on the CT image for each phase imaged by the X-ray CT apparatus 40. Details thereof will be described later.
データベース42はX線CT装置40に接続された照射計画装置41に接続されており、照射計画装置41が作成した照射に必要な照射計画のデータを記録する。
The
中央制御装置46は、加速器制御装置47、照射制御装置48、および動体追跡装置49に接続されている。また、中央制御装置46は、データベース42に接続されている。中央制御装置46は、データベース42からデータを受け取り、加速器制御装置47、照射制御装置48、および動体追跡装置49に必要な情報を送信することでその動作を制御する。
The
加速器制御装置47は、荷電粒子ビーム発生装置1、ビーム輸送系2およびガントリー18に接続され、これらを制御する。
The
照射制御装置48は、走査電磁石31,32を励磁する走査電磁石電源48aの制御と照射装置21内の各モニタからの信号を処理する。その詳細な構成については後述する。
The
動体追跡装置49はX線発生装置35,36、X線検出器37,38に接続されており、これらの動作を制御する。
The moving
本実施例においては、標的26の位置を計測する標的監視装置は、X線発生装置35,36、X線検出器37,38、動体追跡装置49から構成される。
In the present embodiment, the target monitoring device that measures the position of the target 26 includes
本実施例の制御システム7の照射制御装置48は、標的監視装置からの信号に基づき走査電磁石31,32の励磁電流値を補正して荷電粒子ビームを標的26に照射する追尾照射と、標的監視装置からの信号に基づき標的26の深さを演算し、標的26の深さが予め定めた深さ許可範囲内にあるとき荷電粒子ビームを照射するゲート照射とを行うために必要な制御を実行する。本実施例では、照射制御装置48は、標的監視装置によって計測した標的26の深さが深さ許可範囲内にあると判定されたときに追尾照射を行うようにシステム内の各機器の動作を制御する。以下、照射制御装置48の詳細について図2を用いて説明する。
The
図2に示すように、照射制御装置48は照射装置内の位置モニタ34、線量モニタ33に接続されており、これらの動作を制御する。また、動体追跡装置49および加速器制御装置47と接続されており、これらの機器と通信する。
As shown in FIG. 2, the
照射制御装置48は、走査電磁石31,32を励磁する走査電磁石電源48a、深さテーブルメモリ48b、深さ許可範囲メモリ48c、位置メモリ48f、線量メモリ48h、座標処理回路48d、照射制御回路48g、および位置監視回路48eを備えている。
The
走査電磁石電源48aは、追加電流メモリ48a2、励磁電流メモリ48a3、および電磁石制御回路48a1を備えている。
The scanning
図3Aおよび図3Bを用いて、本実施例による粒子線照射システムにおける照射対象25の表面を基準とした場合の標的26の深さと粒子線のエネルギーとの関係について説明する。図3Aおよび図3Bは、横軸が標的26の深さ、縦軸が粒子線の線量を示す図である。
3A and 3B, the relationship between the depth of the target 26 and the energy of the particle beam when the surface of the
図3Aは、単一エネルギーの粒子線が照射対象内に形成する線量分布を深さの関数として示している。図3Aにおけるピークをブラッグピークと称する。ブラッグピークの位置は粒子線のエネルギーに依存する。そのため、粒子線のエネルギーを調整することでブラッグピークの位置を調整でき、標的26の所望の深さに適切な線量の粒子線を照射することができる。 FIG. 3A shows the dose distribution that a single energy particle beam forms in an irradiation object as a function of depth. The peak in FIG. 3A is called a Bragg peak. The position of the Bragg peak depends on the energy of the particle beam. Therefore, the position of the Bragg peak can be adjusted by adjusting the energy of the particle beam, and the particle beam of an appropriate dose can be irradiated to the desired depth of the target 26.
標的26は深さ方向に厚みを持っているが、ブラッグピークは鋭いピークである。このため、いくつかのエネルギーの粒子線を適切な強度の割合で照射し、ブラッグピークを重ね合わせることで、図3Bに表すように深さ方向に標的26と同じ厚みを持った一様な高線量領域(SOBP)を形成する。 The target 26 has a thickness in the depth direction, but the Bragg peak is a sharp peak. Therefore, by irradiating several energy particle beams at an appropriate intensity ratio and superimposing the Bragg peaks, as shown in FIG. 3B, a uniform height having the same thickness as the target 26 in the depth direction is obtained. A dose region (SOBP) is formed.
図4を用いて、ビーム軸に垂直な方向(XY平面の方向)の標的26の横方向の広がりと粒子線の関係について説明する。図4では、横軸に標的26の横方向の広がりを、縦軸に照射スポットにおける線量を示す。ビーム軸に垂直な方向を横方向と呼ぶ。 With reference to FIG. 4, the relationship between the lateral extent of the target 26 in the direction perpendicular to the beam axis (the direction of the XY plane) and the particle beam will be described. In FIG. 4, the horizontal axis indicates the lateral extent of the target 26, and the vertical axis indicates the dose at the irradiation spot. The direction perpendicular to the beam axis is called the transverse direction.
粒子線は照射装置21に達した後、互いに垂直に設置された二台の走査電磁石31,32によって走査されることで横方向の所望の位置へと到達する。粒子線の横方向の広がりはガウス分布形状で近似することができる。そのため、ガウス分布を等間隔で配置し、その間の距離をガウス分布の標準偏差程度にすることで、図4に示すように、足し合わされた分布は一様な領域を有するものとなる。このように配置されるガウス分布状の線量分布をスポットと呼ぶ。粒子線を走査して複数のスポットを等間隔に配置することで、図4に示すような横方向に一様な線量分布を形成することができる。 After reaching the irradiation device 21, the particle beam is scanned by the two scanning electromagnets 31 and 32 that are vertically arranged to reach a desired position in the lateral direction. The lateral spread of the particle beam can be approximated by a Gaussian distribution shape. Therefore, by arranging Gaussian distributions at equal intervals and setting the distance therebetween to about the standard deviation of the Gaussian distribution, the added distribution has a uniform region as shown in FIG. The Gaussian distribution dose distribution arranged in this way is called a spot. By scanning the particle beam and arranging a plurality of spots at equal intervals, a uniform dose distribution in the lateral direction as shown in FIG. 4 can be formed.
以上により、走査電磁石31,32による横方向へのビーム走査と、ビームエネルギー変更による深さ方向へのブラッグピークの移動により均一な照射野を形成することができる。なお、同一のエネルギーで照射され、走査電磁石31,32による粒子線の走査により横方向へ広がりを持つ照射野の単位をスライスと呼ぶ。 As described above, a uniform irradiation field can be formed by the beam scanning in the horizontal direction by the scanning electromagnets 31 and 32 and the movement of the Bragg peak in the depth direction by changing the beam energy. The unit of the irradiation field that is irradiated with the same energy and spreads in the horizontal direction by scanning the particle beam by the scanning electromagnets 31 and 32 is called a slice.
図1に戻り、照射計画装置41は、粒子線を標的26に照射する前に、照射に必要な照射パラメータ、深さテーブル、深さ許可範囲、ガントリー角度および照射対象位置情報を決定する。図5に照射パラメータの構造を示す。 Returning to FIG. 1, the irradiation planning device 41 determines irradiation parameters, a depth table, a depth permission range, a gantry angle, and irradiation target position information necessary for irradiation before irradiating the target 26 with the particle beam. FIG. 5 shows the structure of irradiation parameters.
図5に示すように、照射計画装置41で決定される照射パラメータはスライス数NとN個のスライスデータにより構成される。スライスは、同一のエネルギーで照射するスポットの集合を表す。スライスデータはスライス番号i、エネルギーEi、スポット数NiおよびNi個のスポットデータを含む。スポットデータはスポット番号j、照射位置(Xij,Yij)、目標照射量Dijを含む。これらの照射パラメータは例えば次のように手順により決定される。 As shown in FIG. 5, the irradiation parameter determined by the irradiation planning device 41 is composed of the slice number N and N slice data. A slice represents a set of spots irradiated with the same energy. The slice data includes slice number i, energy Ei, spot number Ni, and Ni spot data. The spot data includes a spot number j, an irradiation position (Xij, Yij), and a target irradiation amount Dij. These irradiation parameters are determined by the procedure as follows, for example.
計画前に、予めX線CT装置40にて照射対象25を撮影し、n個の位相に対する照射対象25のCT画像を作成する。X線CT装置40は作成したCT画像を照射計画装置41に送信する。
Before planning, the
照射計画装置41は、受け取った画像データを表示装置(図示省略)の画面上に表示する。オペレータは位相毎のCT画像から基準となる位相のCT画像を選択する。例えば呼吸による標的26の移動を考える場合、呼気位相を選択する。 The irradiation planning device 41 displays the received image data on the screen of a display device (not shown). The operator selects a CT image having a reference phase from the CT images for each phase. For example, when considering the movement of the target 26 due to respiration, the expiration phase is selected.
オペレータは、選択したCT画像上で標的26を覆うように照射したい領域や、粒子線が照射されることを極力抑制したい領域(重要臓器)を指定する。照射計画装置41は、指定された領域に線量分布を形成できるような照射対象25の設置位置、ガントリー角度、照射パラメータを求めて決定する。
The operator designates a region to be irradiated so as to cover the target 26 on the selected CT image and a region (important organ) that is desired to suppress the irradiation of the particle beam as much as possible. The irradiation planning device 41 determines and determines the installation position, gantry angle, and irradiation parameters of the
すなわち、照射計画装置41は、オペレータが入力した照射対象情報に基づいて照射対象設置位置とガントリー角度を決定後、標的26(患部)を深さ方向の複数のスライスに分割し、必要となるスライス数Nを決定する。 That is, the irradiation planning apparatus 41 determines the irradiation target installation position and the gantry angle based on the irradiation target information input by the operator, and then divides the target 26 (affected site) into a plurality of slices in the depth direction, and the necessary slices. The number N is determined.
照射計画装置41は、照射対象設置位置に照射対象25を設置したとき、X線検出器37,38に投影される画像を計算し、それを照射対象位置情報とする。また、照射計画装置41はそれぞれのスライス(スライス番号i)の深さに応じた照射に適したイオンビームのエネルギーEiを求める。
When the
照射計画装置41は、さらに、各スライスの形状に応じてイオンビームを照射する照射スポットの数Ni,スポット番号j,各スポットの照射位置(Xij,Yij),各スポットの目標照射量Dijを決定する。 The irradiation planning device 41 further determines the number of irradiation spots Ni, the spot number j, the irradiation position (Xij, Yij) of each spot, and the target irradiation amount Dij of each spot according to the shape of each slice. To do.
照射計画装置41は、決定した各値により照射対象25を照射したときの線量分布を求め、求めた線量分布を表示装置に表示する。
The irradiation plan apparatus 41 calculates | requires the dose distribution when the
次に、照射計画装置41は、追尾照射とゲート照射を行う際に用いる、追尾照射を行う条件である深さ許可範囲と、標的26の深さ情報が記録された深さテーブルを求める。 Next, the irradiation plan apparatus 41 calculates | requires the depth table in which the depth permission range which is the conditions which perform tracking irradiation used when tracking irradiation and gate irradiation are performed, and the depth information of the target 26 were recorded.
スライス番号iのスポット番号jのスポットが形成するスポットの経路上において、体表から標的26の浅い側の境界までの水等価厚をWijとする。深さ許可範囲はスポット毎に登録され、Wij±δとする。ここでδは定数であるが、全てのスポットに対して共通の値としてもよいし、スライス毎に異なる値を用いてもよい。 On the path of the spot formed by the spot of spot number j of slice number i, the water equivalent thickness from the body surface to the shallow boundary of the target 26 is defined as Wij. The depth permission range is registered for each spot and is set to Wij ± δ. Here, δ is a constant, but may be a common value for all spots, or a different value may be used for each slice.
深さテーブルは全ての位相のCT画像を用いて決定する。最初に位相毎にCT画像上の標的26の位置を特定する。次に基準となる位相での標的位置との差分を位相毎に計算する。この差分を粒子線の照射方向を考慮して投影した量が走査電磁石31,32により追尾される水等価厚演算用補正量である。この水等価厚演算用補正量を各スポットの照射位置に足すことで、スポット経路上における体表から標的26の浅い側の境界までの水等価厚を求める。 The depth table is determined using CT images of all phases. First, the position of the target 26 on the CT image is specified for each phase. Next, the difference from the target position at the reference phase is calculated for each phase. An amount obtained by projecting this difference in consideration of the irradiation direction of the particle beam is a correction amount for water equivalent thickness calculation tracked by the scanning electromagnets 31 and 32. By adding this correction amount for water equivalent thickness calculation to the irradiation position of each spot, the water equivalent thickness from the body surface on the spot path to the shallow boundary of the target 26 is obtained.
この計算を全てのスポットと位相の組み合わせに対して計算することで、スポット毎のテーブルとする。すなわち、位相の番号をkとすれば、スライス番号iのスポット番号jのスポットに対して、位相kでのスポット経路上の体表から標的26の浅い側の境界までの水等価厚を深さテーブルWijkとする。 By calculating this calculation for all combinations of spots and phases, a table for each spot is obtained. That is, if the phase number is k, the water equivalent thickness from the body surface on the spot path at the phase k to the shallow boundary of the target 26 is the depth for the spot of the spot number j of the slice number i. The table is Wijk.
こうして作成する深さテーブルWijkのデータはガントリー角度の数だけ作成される。 The data of the depth table Wijk created in this way is created for the number of gantry angles.
更には、ガントリー角度の数だけ作成される深さテーブルWijkのデータには、経路上に重要臓器が存在するか否かの情報も含める。 Furthermore, the data of the depth table Wijk created by the number of gantry angles includes information on whether or not an important organ exists on the path.
作成された照射パラメータや、ガントリー角度、照射対象位置情報、深さ許可範囲、および深さテーブルWijkはデータベース42へ送信され、データベース42において記録される。
The created irradiation parameters, gantry angle, irradiation target position information, depth permission range, and depth table Wijk are transmitted to the
<照射手順>
以上の手順により作成した照射パラメータ、深さ許可範囲、深さテーブルWijk、照射対象設置情報およびガントリー角度を使用して照射対象25に線量分布を形成する手順について図6乃至図8を用いて以下説明する。図6は粒子線照射システムによって粒子線を照射する手順を示したフローチャートである。図7は図6に示す粒子線を照射する手順の一部の詳細を示したフローチャート、図8は従来の粒子線照射システムによって粒子線を照射する手順の一部の詳細を示したフローチャートである。
<Irradiation procedure>
A procedure for forming a dose distribution on the
オペレータが中央制御装置46に接続されたコンソール上の照射準備開始ボタンを押すと、中央制御装置46はデータベース42から照射対象25の設置位置、ガントリー角度深さ許可範囲、深さテーブルWijk、および照射パラメータを受信する。
When the operator presses the irradiation preparation start button on the console connected to the
中央制御装置46は、照射パラメータに記載されたエネルギーの情報とガントリー角度を加速器制御装置47に送信し、深さ許可範囲、深さテーブル、および照射パラメータを照射制御装置48に送信する。
The
加速器制御装置47では、中央制御装置46から指定されたエネルギーの荷電粒子ビームを出射するための各走査電磁石31,32の励磁パターンを準備する。
The
照射制御装置48では、中央制御装置46から受信した深さ許可範囲、深さテーブルWijk、照射パラメータを各メモリに設定する。より具体的には、照射位置を位置メモリ48fに、目標照射量を線量メモリ48hに、深さ許可範囲を深さ許可範囲メモリ48cに、深さテーブルを深さテーブルメモリ48bに記録する。また、照射位置とエネルギーから求めた各走査電磁石31,32の励磁電流値を走査電磁石電源48aの励磁電流メモリ48a3に記録する。
In the
照射対象25をカウチ24の上に乗せ、固定する。
The
照射対象25の固定後は、計画した位置に設置されていることを確認するため、X線発生装置35,36とX線検出器37,38を用いて照射対象25内の標的26を透視する。透視した画像と照射対象位置情報の画像とを比較し、計画位置からのずれ量を算出する。そのずれ量に従い、カウチ24を移動して照射対象25の位置を調整する。
After the
照射対象25をカウチ24に対して位置調整した後は、ガントリー18の角度を設定する。オペレータが中央制御装置46に接続されたコンソール上のガントリー回転ボタンを押すと、加速器制御装置47は照射パラメータに記載されたガントリー角度までガントリー18を回転させる。
After adjusting the position of the
ガントリー18の回転完了後、オペレータはコンソール上の照射開始ボタンを押す。照射開始ボタンが押されると図6に示す手順に従って照射が開始される。
After the rotation of the
図6に示すように、最初に、エネルギー番号i=1、スポット番号j=1のスポットから照射を開始する(ステップS201)。動体追跡装置49はX線発生装置35,36とX線検出器37,38を制御して標的26の位置の計測を開始する。加速器制御装置47は荷電粒子ビーム発生装置1を制御してエネルギー番号i=1のエネルギーE1に粒子線を加速する。
As shown in FIG. 6, first, irradiation is started from a spot with energy number i = 1 and spot number j = 1 (step S201). The moving
また、動体追跡装置49はX線発生装置35,36を制御して一定の間隔(例えば30Hz)でX線を発生させる。動体追跡装置49はX線検出器37,38から取得した画像を用いて標的26の位置(標的座標)を算出し、標的座標を座標処理回路48dに送信する。
The moving
なお、標的26の位置を特定し易くするため、予め標的26の付近に金属製の球などのマーカを刺入しておき、標的26の位置を計測する代わりにマーカの位置を計測してもよい。マーカはX線透視画像に写り易いため、精度よく標的26の位置を計測することができる。なお、マーカなしで標的26の位置を直接計測する場合は、マーカを刺入する手間を省くことができる、との効果が得られる。 In order to make it easier to specify the position of the target 26, a marker such as a metal sphere is inserted in advance in the vicinity of the target 26, and instead of measuring the position of the target 26, the position of the marker may be measured. Good. Since the marker is easily reflected in the fluoroscopic image, the position of the target 26 can be measured with high accuracy. In addition, when measuring the position of the target 26 directly without a marker, the effect that the effort which inserts a marker can be saved is acquired.
次いで、中央制御装置46から加速器制御装置47へ加速信号が送信される。加速器制御装置47はイオン源、ライナック3、シンクロトロン4を制御して粒子線を加速する(ステップS202)。イオン源において発生した粒子線はライナック3により加速されシンクロトロン4へ入射される。入射された粒子線は加速装置6から高周波を印加され第一のスライス番号を照射するためのエネルギーE1まで加速される。粒子線の加速が完了すると加速器制御装置47から照射制御装置48へ加速完了信号が送信される。
Next, an acceleration signal is transmitted from the
次いで、加速完了信号を受信した照射制御装置48はスポットの照射準備を実施する(ステップS203)。このステップS203の処理の詳細について図7を参照して説明する。
Next, the
照射制御装置48内の照射制御回路48gは、加速完了信号を受信すると、照射制御回路48gは座標処理回路48d、位置監視回路48e、電磁石制御回路48a1に向けてスポット設定信号を送信する。
When the
座標処理回路48dは、スポット設定信号を受信すると、深さ許可範囲メモリ48cと深さテーブルメモリ48bからi=1,j=1のスポットの深さ許可範囲と深さテーブルWijkを読み出す(ステップS203A2)。前提として、座標処理回路48dは、動体追跡装置49から標的座標を一定の周期で受信しており(ステップS203A1)、受信した最新の標的座標が最も近い位相kに対するWijkを標的26の深さとして参照する。
When the coordinate
その上で、参照したWijkが深さ許可範囲Wij±δの中にあるか否かを判定する(ステップS203A3)。許可範囲内であると判定されたときはステップS203A4へ処理を進め、照射制御回路48gは、体表面から標的26までの粒子線の通過経路上に重要臓器が存在するか否かを判定する(ステップS203A4)。重要臓器が存在しないと判定されたときは深さが深さ許可範囲の外に出るまで出射許可信号を照射制御回路48gに送信し続ける。
Then, it is determined whether or not the referenced Wijk is within the depth permission range Wij ± δ (step S203A3). When it is determined that it is within the permitted range, the process proceeds to step S203A4, and the
これに対し、ステップS203A3において許可範囲内であると判定されなかったときやステップS203A4において重要臓器が存在すると判定されたときは処理をステップS203A1に戻す。 On the other hand, when it is not determined in step S203A3 that it is within the permitted range or when it is determined in step S203A4 that an important organ is present, the process returns to step S203A1.
また、座標処理回路48dは、最新の標的座標を位置監視回路48eに送信する。更には、座標処理回路48dは、最新の標的座標と照射するエネルギーとから追加電流値を計算して、走査電磁石電源48aの追加電流メモリ48a2に計算した追加電流値を記録する。
The coordinate
位置監視回路48eは、座標処理回路48dから標的座標を受信し、i=1,j=1のスポットの標的座標として記録する。
The
電磁石制御回路48a1は、追加電流メモリ48a2に記録された追加電流値と励磁電流メモリ48a3に記録されたi=1,j=1のスポットに対応する励磁電流値との和を計算し、その和を励磁電流値とする。電磁石制御回路48a1は、走査電磁石電源48aを制御して求めた励磁電流値で走査電磁石31,32を励磁する。電磁石制御回路48a1は、走査電磁石電源48aの電流値の設定が完了すると照射制御装置48の照射制御回路48gに電磁石設定完了信号を送信する。なお、これらの電流値の設定はX軸に対応する走査電磁石32とY軸に対応する走査電磁石31の両方に対して実施される。
The electromagnet control circuit 48a1 calculates the sum of the additional current value recorded in the additional current memory 48a2 and the exciting current value corresponding to the spot of i = 1 and j = 1 recorded in the exciting current memory 48a3. Is the excitation current value. The electromagnet control circuit 48a1 excites the scanning electromagnets 31 and 32 with an excitation current value obtained by controlling the scanning
照射制御回路48gは、電磁石設定完了信号を受信したときに出射許可信号を未だに受信していれば加速器制御装置に対し出射開始信号を送信する(ステップS203A5)。それに対し、照射制御回路48gは、電磁石設定完了信号を受信したときに出射許可信号を受信していない場合、再び出射許可信号を受信するのを待ち、出射許可信号を受信すると座標処理回路48d、位置監視回路48eおよび電磁石制御回路48a1に対しスポット再設定信号を送信する。
The
座標処理回路48dはスポット再設定信号を受信すると、最新の標的座標を位置監視回路48eに送信し、最新の座標に対応する追加電流値を走査電磁石電源48aの追加電流メモリ48a2に送信する。
Upon receiving the spot reset signal, the coordinate
位置監視回路48eはスポット再設定信号を受信すると座標処理回路48dから受信した標的座標をi=1,j=1の標的座標として記録し直す。
When the
電磁石制御回路48a1はスポット再設定信号を受信すると、座標処理回路48dが上書きした最新の追加電流値とi=1,j=1の励磁電流値との和を走査電磁石に設定する。電磁石制御回路48a1は設定が完了すると電磁石設定完了信号を照射制御回路48gに送信する。
When the electromagnet control circuit 48a1 receives the spot reset signal, the electromagnet control circuit 48a1 sets the sum of the latest additional current value overwritten by the coordinate
照射制御回路48gは電磁石設定完了信号を受信したときに出射許可信号を受信するまで同様の動作を繰り返す。
The
照射制御回路48gは電磁石設定完了信号を受信したときに出射許可信号を受信するとともに、体表面から標的26までの粒子線の通過経路上に重要臓器が無いと判定されたときには、加速器制御装置47へ出射開始信号を送信する。
The
次いで、出射開始信号を受信した加速器制御装置47は高周波印加装置5を制御して粒子線に高周波を印加する。高周波を印加された粒子線は出射用デフレクタ11を通過し、ビーム経路12を通過して治療室17内の照射装置21に達する。粒子線は照射装置21内の走査電磁石31,32により走査され、位置モニタ34および線量モニタ33を通過して照射対象25内に到達し、標的26に線量を付与する(ステップS204)。
Next, the
標的26に到達した粒子線の量は線量モニタ33で検出され、照射制御回路48gでカウントされる。照射制御回路48gは線量モニタ33からの信号のカウントと線量メモリ48hの値を比較し、カウントが線量メモリ48hに記録されている目標照射量に達すると加速器制御装置47に対して出射停止信号を出力する。
The amount of the particle beam that has reached the target 26 is detected by the
出射停止信号を受信した加速器制御装置47は高周波印加装置5を制御して高周波の印加を停止し、出射を停止する。また、照射制御回路48gは位置監視回路48eへスポット完了信号を送信する。位置監視回路48eは座標処理回路48dから受信した標的座標と位置メモリ48fに記録されている照射位置の値を足し合わせ、位置モニタ34により検出した位置との差を算出し、差が閾値以下になっていることを確認する。
The
次いで、同一スライスに存在するスポットの中に照射が完了していないスポットがあるか否かを判定する(ステップS205)。未完了のスポットがあると判定された場合、すなわちスポット番号jがj<Niの場合、j+1番目のスポットを照射するため、ステップS203に処理を戻す。これに対し、同一スライスのスポットを全て照射したと判定された場合、すなわちj=Niの場合は、ステップS206に処理を進める。 Next, it is determined whether or not there is a spot for which irradiation has not been completed among spots existing in the same slice (step S205). If it is determined that there is an incomplete spot, that is, if the spot number j is j <Ni, the process returns to step S203 to irradiate the j + 1-th spot. On the other hand, if it is determined that all spots of the same slice have been irradiated, that is, if j = Ni, the process proceeds to step S206.
次いで、中央制御装置46から加速器制御装置47に減速信号を送信する(ステップS206)。減速信号を受信した加速器制御装置47は粒子線を減速させ、ライナック3から新たな粒子線を入射できる状態になる。
Next, a deceleration signal is transmitted from the
次いで、照射が完了していないレイヤーがあるか否かを判定する(ステップS207)。本ステップにおいて、未完了のレイヤーがあると判定された場合、すなわちi<Nのときは、i+1番目のレイヤーを照射するためステップS202に処理を戻す。これに対し、全てのレイヤーの照射が完了したと判定された場合、すなわちi=Nの場合は、処理をステップS208に進め、照射完了となる。 Next, it is determined whether there is a layer for which irradiation has not been completed (step S207). If it is determined in this step that there is an incomplete layer, that is, if i <N, the process returns to step S202 to irradiate the i + 1th layer. On the other hand, if it is determined that the irradiation of all layers is completed, that is, if i = N, the process proceeds to step S208, and the irradiation is completed.
ここで、比較のために、図6に示すステップS203に相当する上述の特許文献3でのステップの詳細について図8を用いて説明する。 Here, for comparison, details of the steps in the above-described Patent Document 3 corresponding to step S203 shown in FIG. 6 will be described with reference to FIG.
図8に示すように、従来技術では、座標処理回路は、動体追跡装置から標的座標を一定の周期で受信しており(ステップS203P1)、受信した最新の標的座標が出射許可範囲の中にあるか否かを判定(ステップS203P2)して、許可範囲内であると判定されたときはスポット照射を実行するステップS204Pへ処理を進め、許可範囲内であると判定されなかったときは処理をステップS203P1に戻している。 As shown in FIG. 8, in the prior art, the coordinate processing circuit receives the target coordinates from the moving body tracking device at a constant cycle (step S203P1), and the latest received target coordinates are within the emission permission range. (Step S203P2), when it is determined that it is within the permitted range, the process proceeds to step S204P that executes spot irradiation, and when it is not determined that it is within the permitted range, the process is performed. It returns to S203P1.
このような従来技術では、照射計画の作成時に直方体形状の出射許可範囲が決定されている。その上で、照射と並行して取得する標的の座標が予め定めた出射許可範囲内にあるか否かで追尾照射が実行されるか否かが判定されている。 In such a conventional technique, a rectangular parallelepiped emission permission range is determined when an irradiation plan is created. Then, whether or not the tracking irradiation is executed is determined based on whether or not the coordinates of the target acquired in parallel with the irradiation are within a predetermined emission permission range.
しかしながら、必ずしも、照射計画作成時から実際に照射するまでの間に標的の深さが変化しないとは限られない。このため、特許文献3に記載の技術では、上述のように垂直な方向にゲート範囲を設定することに対する照射時間を短縮する余地があるとの課題に加えて、照射時に計測される標的の位置が出射許可範囲内にあっても、照射位置の深さが計画時と高精度に一致しているとは限られず、更なる照射精度向上の余地があることが本発明者らの検討により初めて明らかとなった。このような従来技術においては、標的の座標が予め定めた出射許可範囲内にあるか否かで追尾照射を実行するか否かを判定する限り、照射精度を高く保つためには出射許可範囲の深さ方向を狭くとる必要があり、更なる治療時間の短縮の余地があることも初めて明らかとなった。 However, the target depth does not always change from the time of the irradiation plan creation until the actual irradiation. For this reason, in the technique described in Patent Document 3, in addition to the problem that there is room for shortening the irradiation time for setting the gate range in the vertical direction as described above, the position of the target measured at the time of irradiation Even within the permitted emission range, the depth of the irradiation position is not limited to the high accuracy as planned, and there is room for further improvement in irradiation accuracy for the first time by the present inventors' investigation. It became clear. In such a conventional technique, as long as it is determined whether or not to perform tracking irradiation based on whether or not the target coordinates are within a predetermined extraction permission range, in order to keep irradiation accuracy high, It became clear for the first time that it was necessary to narrow the depth direction and there was room for further shortening of treatment time.
これに対し、上述の図7に示す本実施例のように、照射時に取得する標的26の深さ情報が深さ許可範囲であるか否かによるゲート照射を行う場合、照射計画作成時から実際に照射するまでの間に標的26の深さが変化したとしても、照射と並行して取得する標的26の深さが、予め定めた深さ許可範囲と等価であると判断されたときには追尾照射を実行することができるため、照射精度を高く保つことができるとともに、深さ許可範囲を広くとることができるようになる。このため、照射可能な時間を長く確保することができ、治療時間の短縮を図ることが可能となる。 On the other hand, when performing gate irradiation based on whether or not the depth information of the target 26 acquired at the time of irradiation is within the depth permission range, as in the present embodiment shown in FIG. Even if the depth of the target 26 is changed before the irradiation, the tracking irradiation is performed when it is determined that the depth of the target 26 acquired in parallel with the irradiation is equivalent to a predetermined depth permission range. Therefore, the irradiation accuracy can be kept high and the depth allowable range can be widened. For this reason, it is possible to secure a long irradiation time and to shorten the treatment time.
以上の手順により実施される照射により、短時間に計画通りの線量分布を形成することができる。 By the irradiation performed according to the above procedure, a dose distribution as planned can be formed in a short time.
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.
上述した本実施例の粒子線照射システムは、荷電粒子ビームを生成して出射する荷電粒子ビーム発生装置1と、荷電粒子ビームを走査する走査電磁石31,32を有しており、荷電粒子ビームを標的26に照射する照射装置21と、標的26の位置を計測するX線発生装置35,36、X線検出器37,38、動体追跡装置49からなる標的監視装置と、標的監視装置からの信号に基づき走査電磁石31,32の励磁電流値を補正して荷電粒子ビームを標的26に照射する追尾照射、および標的監視装置からの信号に基づき標的26の深さを演算し、標的26の深さが予め定めた深さ許可範囲内にあるとき荷電粒子ビームを照射するゲート照射を行う制御システム7と、を備え、制御システム7は、標的監視装置によって計測した標的26の深さが深さ許可範囲内にあるときに追尾照射を行うものである。
The particle beam irradiation system of the present embodiment described above includes the charged
また、本実施例の標的26へ荷電粒子ビームを照射するための照射計画を作成する照射計画装置41は、標的26の位置を計測する標的監視装置からの信号に基づき荷電粒子ビームを走査する走査電磁石31,32の励磁電流値を補正して荷電粒子ビームを標的26に照射する追尾照射、および標的監視装置からの信号に基づき標的26の深さを演算し、標的26の深さが予め定めた深さ許可範囲内にあるとき荷電粒子ビームを照射するゲート照射を行う際に用いる、標的26の深さ情報が記録された深さテーブルを予め作成するものである。 Moreover, the irradiation plan apparatus 41 which produces the irradiation plan for irradiating the target 26 with a charged particle beam of a present Example scans a charged particle beam based on the signal from the target monitoring apparatus which measures the position of the target 26. The depth of the target 26 is calculated based on the tracking irradiation for irradiating the target 26 with the charged particle beam by correcting the excitation current values of the electromagnets 31 and 32 and the signal from the target monitoring device. A depth table in which the depth information of the target 26 is recorded is used in advance when performing gate irradiation for irradiating a charged particle beam when the depth is within the allowable depth range.
このように、ビーム軸と垂直な方向への標的26の移動に対しては走査電磁石31,32の励磁量を補正することで計画通りの標的26の位置へ粒子線を照射することができ、標的26の深さが計画した深さから一定以上異なる場合には粒子線の照射を停止することで粒子線を計画通りの標的26の深さへ照射することができる。従って、スキャニング照射法による粒子線照射システムにおいて、従来に比べて粒子線を照射することができる時間を長くすることができ、照射時間(治療時間)を短くすることができる。 In this way, for the movement of the target 26 in the direction perpendicular to the beam axis, the amount of excitation of the scanning electromagnets 31 and 32 can be corrected to irradiate the target 26 with the particle beam as planned. When the depth of the target 26 differs from the planned depth by a certain level or more, the particle beam can be irradiated to the target depth as planned by stopping the irradiation of the particle beam. Therefore, in the particle beam irradiation system based on the scanning irradiation method, the time during which the particle beam can be irradiated can be lengthened compared to the conventional case, and the irradiation time (treatment time) can be shortened.
そのうえ、上述のように、必ずしも照射計画作成時から実際に照射するまでの間に標的の深さが変化しないとは限られないが、本実施例のように照射時に取得する標的26の深さ情報が深さ許可範囲であるか否かによるゲート照射を行うことによって、照射可能な時間を長く確保した上で照射精度を高く保つことができ、治療時間の短縮を図ることが可能である、との効果も奏する。 Moreover, as described above, the depth of the target 26 is not necessarily changed between the time when the irradiation plan is created and before the actual irradiation, but the depth of the target 26 acquired at the time of irradiation as in this embodiment. By performing gate irradiation depending on whether the information is within the depth permission range, it is possible to keep irradiation accuracy high after ensuring a long irradiation time, and it is possible to shorten the treatment time. Also has the effect.
また、深さは、標的26を有する照射対象25の体表面から標的26までの水等価厚とするため、標的26までの水等価厚が変化することで粒子線の飛程が変化する場合でも水等価厚が等しくなる条件(タイミング)で追尾照射が実行されるため、短時間に計画通りの線量分布を形成することができ、より短時間での治療完了が可能となる。
Further, since the depth is the water equivalent thickness from the body surface of the
更に、制御システム7は、重要臓器が荷電粒子ビームの通過経路上に存在するときは、標的26の深さが深さ許可範囲内にあるときであっても追尾照射は行わないことで、重要臓器に対する粒子線の照射を抑制することができるため、粒子線の照射によって重要臓器に対するして好ましくない事象が生じる憾みを抑制することができる。
Further, the
<その他>
なお、本発明は上記の実施例に限られず、種々の変形、応用が可能なものである。上述した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ない。
<Others>
In addition, this invention is not restricted to said Example, A various deformation | transformation and application are possible. 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.
例えば、標的26の位置を照射中に計測する方法について説明したが、標的26の位置と照射対象25の表面との位置関係を予め求めておき、照射対象25の表面の信号に基づいて標的26の深さを求め、ゲート制御と追尾制御を実施することができる。体表位置は、標的監視装置とは別の監視モニタ、例えばレーザー距離計やステレオカメラ等、体表位置の動きを計測することが可能な計測機器を用いることが望ましい。この場合も、上述の実施例と同様に、リアルタイムに計測した標的26の深さが深さ許可範囲の中にあることで出射許可信号を出力するものとする。
For example, although the method of measuring the position of the target 26 during irradiation has been described, the positional relationship between the position of the target 26 and the surface of the
また、標的26の位置を特定する方法はX線に限られず、電磁波や超音波を用いることができる。 The method for specifying the position of the target 26 is not limited to X-rays, and electromagnetic waves and ultrasonic waves can be used.
また、上述の実施例では深さテーブルを治療前に予め作成する手法について記述したが、標的26の深さは、体表位置などの他の情報を用いてリアルタイムに計測した値を使用することが可能である。この場合も、リアルタイムに計測した標的26の深さが深さ許可範囲の中にあることで出射許可信号を出力するものとする。 In the above-described embodiment, a method of creating a depth table in advance before treatment has been described. However, the depth of the target 26 uses a value measured in real time using other information such as a body surface position. Is possible. Also in this case, the emission permission signal is output when the depth of the target 26 measured in real time is within the depth permission range.
また、上述の実施例では、深さとして照射対象25の体表面から標的26までの水等価厚を用いたが、水等価厚以外の指標を用いることができる。例えば標的26の周りが水として近似できるような場合には、照射対象25の体表面から標的26までの距離を水等価厚の替わりに用いることもできる。
In the above-described embodiment, the water equivalent thickness from the body surface of the
また、上述の実施例では、ゲート照射の基準として、標的26の深さのみについて記載したが、標的26の絶対位置、照射対象25の体表面から標的26までの距離、照射対象25の体表面から標的26までの水等価厚のうち、少なくともいずれか一つ以上を単独、あるいは組み合わせて照射の可否判定に用いることができる。
In the above-described embodiment, only the depth of the target 26 is described as a reference for gate irradiation. However, the absolute position of the target 26, the distance from the body surface of the
このように、ゲート照射の条件として、深さと、照射対象25の体表面から標的26までの水等価厚、または照射対象25の体表面から標的26までの距離と、のうち少なくとも一方がそれぞれの許可範囲内にあるときに追尾照射を実施することで、標的26に対する粒子線の照射時間をより長く確保することができ、治療時間の更なる短縮が可能となる。
As described above, at least one of the depth, the water equivalent thickness from the body surface of the
また、照射対象25の体表面の位置の監視を、標的監視装置とは別の監視モニタを用いることにより、標的26の深さ情報の取得方法を増やすことができ、深さの判断精度の向上や冗長性を確保することができる。
In addition, by using a monitoring monitor different from the target monitoring device for monitoring the position of the
また、上述の実施例では、標的26の深さが照射対象25の体表面から標的26の浅い側の境界までとしたが、標的26の深い側の境界、あるいは標的26の内側の任意の点までの距離のいずれかとすることができる。
In the above-described embodiment, the depth of the target 26 is from the body surface of the
また、上述の実施例において、座標処理回路48dはスポット毎に新しい情報を送信するものとした。これは、ひとつのスポットを照射する時間は数msと小さく、その間に標的26が動く距離は実質的に無視できるためである。しかしながら、ひとつのスポットを照射している最中も追加電流メモリ48a2を更新し標的26の位置に合わせて励磁電流値を変更することができる。ひとつのスポットの照射時間が長いような場合、スポット照射中も励磁電流値を変更することが有効である。
In the above embodiment, the coordinate
また、上述の実施例では、座標処理回路48dが動体追跡装置49から受信する標的26の座標により、出射許可タイミングと追加電流値を制御するものとした。しかし、座標処理回路48dは動体追跡装置49から受信した標的26の座標を用いて標的26の位置を予測するものとすることができる。位置を予測することにより、制御システム7の処理時間による出射許可タイミングと追加電流値の遅れを回避することができる。また、予測することでX線撮影周期より短い周期で出射許可タイミングと追加電流値を制御することができ、照射時間の更なる短縮を図ることが可能である。
Further, in the above-described embodiment, the coordinate
また、上述の実施例では、出射許可状態になった後に走査電磁石31,32を走査する方法が記載されている。しかしながら、走査電磁石電源48aは出射許可状態に関係なく一定の周期で励磁量を更新することができる。この場合、励磁量を更新する周期と同等の周期で座標処理回路48dが追加電流メモリ48a2を更新することが望ましい。この周期は、動体追跡装置49から座標情報が送られてくる周期と同等とすることができる。また、この周期は、動体追跡装置49から送信される座標情報を基に予測した座標を使用することで、動体追跡装置49から座標情報が送信される周期より短い周期とすることもできる。
Further, in the above-described embodiment, a method of scanning the scanning electromagnets 31 and 32 after entering the emission permission state is described. However, the scanning
このように出射許可状態ではないときも追加電流値を走査電磁石電源48aに送信し、常に標的26の移動に合わせて走査することで、出射許可信号が送信されてから粒子線が出射されるまでの時間を短縮することができる。
Thus, even when it is not in the emission permission state, the additional current value is transmitted to the scanning
また、上述の実施例ではスポット毎に粒子線の出射を停止するスポットスキャニングを例に説明したが、粒子線の出射を停止しないラスタースキャニングおよびラインスキャニングにも本発明を適用することができる。 In the above-described embodiment, the spot scanning for stopping the emission of the particle beam for each spot has been described as an example. However, the present invention can also be applied to the raster scanning and the line scanning that do not stop the emission of the particle beam.
また、上述の実施例では360度回転するガントリー18を例に説明したが、本発明は180度回転するガントリー、或いはガントリーがない粒子線照射装置に対しても同様に本発明を適用することができる。
In the above-described embodiment, the
また、荷電粒子ビーム発生装置1の加速器がシンクロトロンの場合を例に説明したが、加速器はサイクロトロン型やシンクロサイクロトロン型の様々な加速器を用いることができる。例えばサイクロトロンの場合は、出射はサイクロトロンから輸送系へ向けてビームが出ることを表す。
Moreover, although the case where the accelerator of the charged
1…荷電粒子ビーム発生装置(加速器)
7…制御システム(制御装置)
17…治療室
21…照射装置
25…照射対象
26…標的
31,32…走査電磁石
35,36…X線発生装置(標的監視装置)
37,38…X線検出器(標的監視装置)
40…X線CT装置
41…照射計画装置
42…データベース
46…中央制御装置
47…加速器制御装置
48…照射制御装置
48a…走査電磁石電源
48a1…電磁石制御回路
48a2…追加電流メモリ
48a3…励磁電流メモリ
48b…深さテーブルメモリ
48c…深さ許可範囲メモリ
48d…座標処理回路
48e…位置監視回路
48f…位置メモリ
48g…照射制御回路
48h…線量メモリ
49…動体追跡装置(標的監視装置)
1 ... charged particle beam generator (accelerator)
7. Control system (control device)
17 ... treatment room 21 ...
37, 38 ... X-ray detector (target monitoring device)
40 ... X-ray CT apparatus 41 ...
Claims (7)
前記荷電粒子ビームを走査する走査電磁石を有しており、前記荷電粒子ビームを標的に照射する照射装置と、
前記標的の位置を計測する標的監視装置と、
前記標的監視装置からの信号に基づき前記走査電磁石の励磁電流値を補正して前記荷電粒子ビームを前記標的に照射する追尾照射、および前記標的監視装置からの信号に基づき前記標的の深さを演算し、前記標的の深さが予め定めた深さ許可範囲内にあるとき前記荷電粒子ビームを照射するゲート照射を行う制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記標的監視装置によって計測した前記標的の深さが前記深さ許可範囲内にあるときに前記追尾照射を行う
ことを特徴とする粒子線照射システム。 An accelerator that generates and emits a charged particle beam;
An irradiation device having a scanning electromagnet for scanning the charged particle beam, and irradiating the target with the charged particle beam;
A target monitoring device for measuring the position of the target;
Tracking irradiation for irradiating the target with the charged particle beam by correcting the excitation current value of the scanning electromagnet based on the signal from the target monitoring device, and calculating the depth of the target based on the signal from the target monitoring device And a control device that performs gate irradiation for irradiating the charged particle beam when the depth of the target is within a predetermined depth permission range, and
The particle beam irradiation system, wherein the control device performs the tracking irradiation when the depth of the target measured by the target monitoring device is within the depth permission range.
前記深さは、前記標的を有する照射対象表面から前記標的までの水等価厚、または前記照射対象表面から前記標的までの距離、のいずれかである
ことを特徴とする粒子線照射システム。 The particle beam irradiation system according to claim 1,
The depth is either a water equivalent thickness from the irradiation target surface having the target to the target or a distance from the irradiation target surface to the target.
前記ゲート照射は、前記深さと、前記標的を有する照射対象表面から前記標的までの水等価厚、または前記照射対象表面から前記標的までの距離と、のうち少なくとも一方がそれぞれの許可範囲内にあるとき、前記追尾照射を実施する
ことを特徴とする粒子線照射システム。 The particle beam irradiation system according to claim 1,
As for the gate irradiation, at least one of the depth, the water equivalent thickness from the irradiation target surface having the target to the target, or the distance from the irradiation target surface to the target is within each permitted range. The tracking irradiation is performed when the particle beam irradiation system.
前記照射対象表面の位置の監視は、前記標的監視装置とは別の監視モニタを用いる
ことを特徴とする粒子線照射システム。 In the particle beam irradiation system according to claim 2 or 3,
The particle beam irradiation system characterized by using a monitoring monitor different from the target monitoring apparatus for monitoring the position of the irradiation target surface.
前記標的の深さ情報が記録された深さテーブルを予め作成する照射計画装置を更に備えた
ことを特徴とする粒子線照射システム。 The particle beam irradiation system according to claim 1,
A particle beam irradiation system, further comprising: an irradiation planning device that previously creates a depth table in which the depth information of the target is recorded.
前記制御装置は、重要臓器が前記荷電粒子ビームの通過経路上に存在するときは、前記標的の深さが前記深さ許可範囲内にあるときであっても前記追尾照射は行わない
ことを特徴とする粒子線照射システム。 The particle beam irradiation system according to claim 1,
The control device does not perform the tracking irradiation even when the depth of the target is within the depth permission range when an important organ is present on the passage path of the charged particle beam. The particle beam irradiation system.
前記標的の位置を計測する標的監視装置からの信号に基づき前記荷電粒子ビームを走査する走査電磁石の励磁電流値を補正して前記荷電粒子ビームを前記標的に照射する追尾照射、および前記標的監視装置からの信号に基づき前記標的の深さを演算し、前記標的の深さが予め定めた深さ許可範囲内にあるとき前記荷電粒子ビームを照射するゲート照射を行う際に用いる、前記標的の深さ情報が記録された深さテーブルを予め作成する
ことを特徴とする照射計画装置。 An irradiation planning device for creating an irradiation plan for irradiating a target with a charged particle beam,
Tracking irradiation for irradiating the target with the charged particle beam by correcting an excitation current value of a scanning magnet that scans the charged particle beam based on a signal from a target monitoring device that measures the position of the target, and the target monitoring device The depth of the target is used when performing gate irradiation for irradiating the charged particle beam when the depth of the target is calculated based on a signal from the target and the depth of the target is within a predetermined depth permission range. An irradiation planning apparatus, wherein a depth table in which depth information is recorded is created in advance.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018028532A JP2019141331A (en) | 2018-02-21 | 2018-02-21 | Particle beam irradiation system and irradiation planning device |
PCT/JP2018/048304 WO2019163291A1 (en) | 2018-02-21 | 2018-12-27 | Particle beam irradiation system and irradiation planning device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018028532A JP2019141331A (en) | 2018-02-21 | 2018-02-21 | Particle beam irradiation system and irradiation planning device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2019141331A true JP2019141331A (en) | 2019-08-29 |
Family
ID=67686885
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018028532A Pending JP2019141331A (en) | 2018-02-21 | 2018-02-21 | Particle beam irradiation system and irradiation planning device |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2019141331A (en) |
WO (1) | WO2019163291A1 (en) |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012254146A (en) * | 2011-06-08 | 2012-12-27 | Hitachi Ltd | Charged particle beam irradiation system |
JP5976353B2 (en) * | 2012-03-23 | 2016-08-23 | 株式会社日立製作所 | Charged particle irradiation system and irradiation planning device |
JP2016144573A (en) * | 2015-02-09 | 2016-08-12 | 株式会社日立製作所 | Image processing apparatus and particle beam therapeutic apparatus |
JP6164662B2 (en) * | 2015-11-18 | 2017-07-19 | みずほ情報総研株式会社 | Treatment support system, operation method of treatment support system, and treatment support program |
-
2018
- 2018-02-21 JP JP2018028532A patent/JP2019141331A/en active Pending
- 2018-12-27 WO PCT/JP2018/048304 patent/WO2019163291A1/en active Application Filing
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2019163291A1 (en) | 2019-08-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP7090451B2 (en) | Charged particle beam therapy device | |
US9750957B2 (en) | System for irradiating charged particles and method for irradiating charged particles | |
US7482606B2 (en) | Apparatus and method for compensation of movements of a target volume during ion beam irradiation | |
JP5976353B2 (en) | Charged particle irradiation system and irradiation planning device | |
JP2013523234A (en) | Charged particle irradiation apparatus and method | |
JP5193132B2 (en) | Charged particle beam irradiation system | |
JP2009039219A (en) | Irradiation system and method for charged particle beam | |
JP5976474B2 (en) | Particle beam irradiation system and treatment planning apparatus | |
US9937361B2 (en) | Particle beam irradiation apparatus | |
WO2019163291A1 (en) | Particle beam irradiation system and irradiation planning device | |
US10485994B2 (en) | Charged particle beam treatment apparatus | |
JPH11169469A (en) | Irradiation of charged particle beam and device therefor | |
JP7125047B2 (en) | Particle therapy system | |
JP5350307B2 (en) | Particle beam therapy system | |
JP5320185B2 (en) | Particle beam irradiation controller | |
EP2146354A1 (en) | Irradiation system for ion beam scanning of moving targets | |
JP2019180738A (en) | Particle beam therapy system and radiation position control method for particle beam therapy system | |
JP2013138774A (en) | Radiotherapy system | |
JP6815231B2 (en) | Charged particle beam therapy device | |
TW201943435A (en) | Charged particle beam therapy device capable of stabilizing intensity of charged particle beam | |
CN111954558A (en) | Charged particle beam treatment device | |
CN110267709B (en) | Beam control method and device, proton radiotherapy system and storage medium | |
JP2022152591A (en) | Particle beam medical treatment device and accelerator | |
JP2018166934A (en) | Charged particle beam treatment device and power supply device |