JP2019141331A - Particle beam irradiation system and irradiation planning device - Google Patents

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梅垣 菊男
Kikuo Umegaki
菊男 梅垣
祐介 藤井
Yusuke Fujii
祐介 藤井
林太郎 藤本
Rintaro Fujimoto
林太郎 藤本
宮本 直樹
Naoki Miyamoto
直樹 宮本
嵩祐 平山
Kosuke Hirayama
嵩祐 平山
伸一 清水
Shinichi Shimizu
伸一 清水
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Abstract

To provide a particle beam irradiation system by a scanning irradiation method, capable of forming a radiation dose distribution as planned, and allowing for shortening of an irradiation time compared to a conventional method.SOLUTION: The particle beam irradiation system comprises: target monitoring devices 35,36 measuring a position of a target 26; and a control system 7. The control system 7 performs: such a tracking irradiation that an exciting current value of scanning electromagnets 31,32 is corrected on the basis of a signal from the target monitoring devices; and such a gate irradiation that depth of the target 26 is calculated on the basis of a signal from the target monitoring devices, and the target 26 is irradiated with charged particle beams when the depth of the target 26 is in a previously set depth permission range. The control system 7 performs the tracking irradiation when the depth of the target 26 measured by the target monitoring devices falls within in a depth permission range.SELECTED DRAWING: Figure 1

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, Patent Document 1 discloses an accelerator for emitting a charged particle beam and a charge emitted from the accelerator. In a particle beam irradiation system having an irradiation device that irradiates a particle beam with an irradiation object that is scanned multiple times, the irradiation object is divided in the beam axis direction and corresponds to the size of each scan region Beam intensity modulation means for supplying the irradiation dose by modulating the beam intensity from the accelerator, and each irradiation dose supplied by the charged particle beam modulated by the beam intensity modulation means, the displacement amount of the periodic fluctuation of the irradiation target is And means for scanning each scanning region in a gate period within a predetermined phase.

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.

特開2008−154627号公報JP 2008-154627 A 特開2004−504121号公報JP 2004-504121 A 特開2013−198579号公報JP 2013-198579 A

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, Patent Document 1 discloses a method called gate irradiation. Gate irradiation is a method of irradiating a particle beam when the target is in a predetermined position (exit permission range).

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 Patent Document 1 and tracking irradiation as described in Patent Document 2.

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 Patent Document 1, it is necessary to reduce the emission permission range in order to form a dose distribution as planned. As the emission permission range is reduced, there is a problem that the time during which the particle beam can be emitted toward the target becomes shorter and the irradiation time (treatment time) becomes longer.

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.

本発明の粒子線照射システムの全体概略構成を示す図である。It is a figure which shows the whole schematic structure of the particle beam irradiation system of this invention. 本発明の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である。It is a block diagram which shows the structure of the irradiation control apparatus with which the particle beam irradiation system of this invention is equipped. 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である。It is a figure which shows the dose distribution of the depth direction obtained when a single particle beam is irradiated to irradiation object. 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である。It is a figure which shows dose distribution of the depth direction obtained when the irradiation object is irradiated with a plurality of particle beams. 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。It is a figure which shows dose distribution of the horizontal direction obtained when a particle beam is irradiated to irradiation object. 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。It is a conceptual diagram which shows the irradiation parameter memorize | stored in a database. 本発明の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。It is the flowchart which showed the procedure which irradiates a particle beam by the particle beam irradiation system of this invention. 本発明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を示したフローチャートである。It is the flowchart which showed a part of procedure which irradiates a particle beam by the particle beam irradiation system of this invention. 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を示したフローチャートである。It is the flowchart which showed a part of procedure which irradiates a particle beam by the conventional particle beam irradiation system.

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 particle beam generator 1, a beam transport system 2, a treatment room 17, a control system 7, and an irradiation planning device 41.

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 beam generation apparatus 1 is an apparatus that generates and emits a charged particle beam, and includes a linac 3 including an ion source and a previous stage charged particle beam acceleration apparatus, and a synchrotron 4. The synchrotron 4 has a high frequency application device 5 and an acceleration device 6.

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 synchrotron 4. The high frequency application electrode 8 and the high frequency application power source 9 are connected by a switch. The acceleration device 6 includes a high-frequency acceleration cavity disposed in the orbit of the particle beam and a high-frequency power source that applies high-frequency power to the high-frequency acceleration cavity. An exit deflector 11 connects the synchrotron 4 and the beam transport system 2.

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 beam path 12, a quadrupole electromagnet, and deflection electromagnets 13, 14, 15, and 16. The beam path 12 is connected to an irradiation device 21 installed in the treatment room 17.

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 cylindrical gantry 18 is installed in the treatment room 17.

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 gantry 18 is provided with deflection electromagnets 15 and 16 that are a part of the beam transport system 2, an irradiation device 21 that irradiates a target 26 with a charged particle beam, X-ray generators 35 and 36, and X-ray detectors 37 and 38. Has been. A treatment bed called a couch 24 is installed inside the gantry 18 in order to install the irradiation target 25.

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 gantry 18 has a structure that can be rotated by a motor. The deflection electromagnets 15 and 16, the irradiation device 21, the X-ray generation devices 35 and 36, and the X-ray detectors 37 and 38 rotate with the rotation of the gantry 18. The rotation of the gantry 18 and each device are linked to this movement, so that the irradiation target 25 can be irradiated with the particle beam from any direction within a plane perpendicular to the rotation axis of the gantry 18.

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 gantry 18 includes scanning electromagnets 31 and 32, a position monitor 34, and a dose monitor 33 inside. In the particle beam irradiation system of this embodiment, the irradiation device 21 includes two scanning electromagnets 31 and 32, and deflects the charged particle beam in two directions (X direction and Y direction) in a plane perpendicular to the traveling direction ( The target 26 is irradiated with the charged particle beam by changing the irradiation position.

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 first X-ray generator 35 and the second X-ray generator 36 are installed in the gantry 18 and generate fluoroscopic X-rays. A flat panel type first X-ray detector 37 and a second X-ray detector 38 are installed at the tip of the irradiation port of the irradiation device 21. The X-ray detector 37 detects an X-ray signal from the X-ray generator 35, and the X-ray detector 38 detects an X-ray signal from the X-ray generator 36.

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 irradiation target 25, and a dose distribution that covers the target 26 is formed in the irradiation target 25 by irradiating the particle beam. Here, in the case of treatment of cancer or the like, the irradiation target 25 is a person and the target 26 is a tumor.

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 control system 7 provided in the particle beam irradiation system of the present embodiment will be described with reference to FIG.

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 control system 7 shown in FIG. 1 includes a database 42 as a storage device, a central control device 46, an accelerator control device 47, an irradiation control device 48, and a moving object tracking device 49.

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 irradiation target 25 and has a function of creating a CT image for each phase of movement when the target 26 moves periodically. In particular, when the irradiation target 25 is a person, a CT image for each respiratory phase of the irradiation target 25 can be acquired.

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 database 42 is connected to an irradiation planning device 41 connected to the X-ray CT apparatus 40, and records irradiation plan data necessary for irradiation created by the irradiation planning device 41.

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 central controller 46 is connected to an accelerator controller 47, an irradiation controller 48, and a moving body tracking device 49. The central controller 46 is connected to the database 42. The central controller 46 receives data from the database 42 and controls the operation by transmitting necessary information to the accelerator controller 47, the irradiation controller 48, and the moving body tracking device 49.

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 accelerator controller 47 is connected to the charged particle beam generator 1, the beam transport system 2, and the gantry 18, and controls them.

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 irradiation controller 48 controls the scanning electromagnet power supply 48 a that excites the scanning electromagnets 31 and 32 and processes signals from the monitors in the irradiation device 21. The detailed configuration will be described later.

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 body tracking device 49 is connected to the X-ray generators 35 and 36 and the X-ray detectors 37 and 38, and controls these operations.

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 X-ray generation devices 35 and 36, X-ray detectors 37 and 38, and a moving body tracking device 49.

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 irradiation control device 48 of the control system 7 of the present embodiment corrects the excitation current value of the scanning electromagnets 31 and 32 based on the signal from the target monitoring device, and irradiates the target 26 with the charged particle beam, and target monitoring. Based on the signal from the apparatus, the depth of the target 26 is calculated, and when the depth of the target 26 is within a predetermined depth permission range, control necessary for performing irradiation with a gate that irradiates a charged particle beam is executed. To do. In this embodiment, the irradiation control device 48 performs the operation of each device in the system so as to perform the tracking irradiation when it is determined that the depth of the target 26 measured by the target monitoring device is within the depth permission range. Control. Details of the irradiation control device 48 will be described below with reference to FIG.

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 irradiation control device 48 is connected to a position monitor 34 and a dose monitor 33 in the irradiation device, and controls these operations. Moreover, it is connected with the moving body tracking device 49 and the accelerator control device 47, and communicates with these devices.

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 irradiation controller 48 includes a scanning electromagnet power supply 48a for exciting the scanning electromagnets 31 and 32, a depth table memory 48b, a depth permission range memory 48c, a position memory 48f, a dose memory 48h, a coordinate processing circuit 48d, an irradiation control circuit 48g, And a position monitoring circuit 48e.

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 electromagnet power supply 48a includes an additional current memory 48a2, an excitation current memory 48a3, and an electromagnet control circuit 48a1.

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 irradiation target 25 in the particle beam irradiation system according to this embodiment is used as a reference will be described. 3A and 3B are diagrams in which the horizontal axis indicates the depth of the target 26 and the vertical axis indicates the dose of the particle beam.

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 irradiation object 25 is imaged in advance by the X-ray CT apparatus 40, and a CT image of the irradiation object 25 for n phases is created. The X-ray CT apparatus 40 transmits the created CT image to the irradiation planning apparatus 41.

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 irradiation object 25 that can form a dose distribution in the designated area.

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 irradiation target 25 is installed at the irradiation target installation position, the irradiation planning device 41 calculates an image projected on the X-ray detectors 37 and 38 and uses it as irradiation target position information. Moreover, the irradiation plan apparatus 41 calculates | requires the energy Ei of the ion beam suitable for irradiation according to the depth of each slice (slice number i).

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 irradiation object 25 is irradiated with each determined value, and displays the calculated | required dose distribution on a display apparatus.

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 database 42 and recorded in the database 42.

<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 irradiation target 25 using the irradiation parameters, depth permission range, depth table Wijk, irradiation target installation information and gantry angle created by the above procedure will be described below with reference to FIGS. explain. FIG. 6 is a flowchart showing a procedure of irradiating the particle beam by the particle beam irradiation system. FIG. 7 is a flowchart showing the details of a part of the procedure for irradiating the particle beam shown in FIG. 6, and FIG. 8 is a flowchart showing the details of a part of the procedure for irradiating the particle beam by the conventional particle beam irradiation system. .

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 central control unit 46, the central control unit 46 sets the installation position of the irradiation target 25, the gantry angle depth allowable range, the depth table Wijk, and the irradiation from the database 42. Receive parameters.

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 central controller 46 transmits energy information and a gantry angle described in the irradiation parameters to the accelerator controller 47, and transmits a depth permission range, a depth table, and irradiation parameters to the irradiation controller 48.

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 accelerator controller 47 prepares excitation patterns for the scanning electromagnets 31 and 32 for emitting a charged particle beam having energy designated by the central controller 46.

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 irradiation control device 48, the depth permission range, the depth table Wijk, and the irradiation parameter received from the central control device 46 are set in each memory. More specifically, the irradiation position is recorded in the position memory 48f, the target irradiation amount is recorded in the dose memory 48h, the depth permission range is recorded in the depth permission range memory 48c, and the depth table is recorded in the depth table memory 48b. Further, the excitation current values of the scanning electromagnets 31 and 32 obtained from the irradiation position and energy are recorded in the excitation current memory 48a3 of the scanning electromagnet power supply 48a.

照射対象25をカウチ24の上に乗せ、固定する。   The irradiation object 25 is placed on the couch 24 and fixed.

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 irradiation object 25 is fixed, the target 26 in the irradiation object 25 is seen through using the X-ray generators 35 and 36 and the X-ray detectors 37 and 38 in order to confirm that the irradiation object 25 is installed at the planned position. . The fluoroscopic image and the image of the irradiation target position information are compared, and a deviation amount from the planned position is calculated. According to the deviation amount, the couch 24 is moved to adjust the position of the irradiation object 25.

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 irradiation object 25 with respect to the couch 24, the angle of the gantry 18 is set. When the operator presses the gantry rotation button on the console connected to the central controller 46, the accelerator controller 47 rotates the gantry 18 to the gantry angle described in the irradiation parameters.

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 gantry 18 is completed, the operator presses an irradiation start button on the console. When the irradiation start button is pressed, irradiation is started according to the procedure shown in FIG.

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 body tracking device 49 controls the X-ray generators 35 and 36 and the X-ray detectors 37 and 38 to start measuring the position of the target 26. The accelerator controller 47 controls the charged particle beam generator 1 to accelerate the particle beam to energy E1 with energy number i = 1.

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 body tracking device 49 controls the X-ray generators 35 and 36 to generate X-rays at a constant interval (for example, 30 Hz). The moving body tracking device 49 calculates the position (target coordinates) of the target 26 using the images acquired from the X-ray detectors 37 and 38, and transmits the target coordinates to the coordinate processing circuit 48d.

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 central controller 46 to the accelerator controller 47. The accelerator controller 47 accelerates the particle beam by controlling the ion source, linac 3 and synchrotron 4 (step S202). The particle beam generated in the ion source is accelerated by the linac 3 and is incident on the synchrotron 4. The incident particle beam is accelerated to the energy E1 for applying the high frequency from the acceleration device 6 and irradiating the first slice number. When the acceleration of the particle beam is completed, an acceleration completion signal is transmitted from the accelerator controller 47 to the irradiation controller 48.

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 irradiation control device 48 that has received the acceleration completion signal prepares for spot irradiation (step S203). Details of the processing in step S203 will be described with reference to FIG.

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 irradiation control circuit 48g in the irradiation control device 48 receives the acceleration completion signal, the irradiation control circuit 48g transmits a spot setting signal to the coordinate processing circuit 48d, the position monitoring circuit 48e, and the electromagnet control circuit 48a1.

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 processing circuit 48d receives the spot setting signal, the coordinate processing circuit 48d reads the depth permission range and the depth table Wijk of the spot of i = 1, j = 1 from the depth permission range memory 48c and the depth table memory 48b (step S203A2). ). As a premise, the coordinate processing circuit 48d receives the target coordinates from the moving body tracking device 49 at a constant cycle (step S203A1), and uses the Wijk for the phase k with the closest received target coordinates as the depth of the target 26. refer.

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 irradiation control circuit 48g determines whether or not an important organ is present on the particle beam passage route from the body surface to the target 26 ( Step S203A4). When it is determined that there is no important organ, the emission permission signal is continuously transmitted to the irradiation control circuit 48g until the depth goes out of the depth permission range.

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 processing circuit 48d transmits the latest target coordinates to the position monitoring circuit 48e. Further, the coordinate processing circuit 48d calculates an additional current value from the latest target coordinates and the irradiation energy, and records the calculated additional current value in the additional current memory 48a2 of the scanning electromagnet power supply 48a.

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 position monitoring circuit 48e receives the target coordinates from the coordinate processing circuit 48d and records them as the target coordinates of the spot where i = 1 and j = 1.

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 electromagnet power supply 48a. When the setting of the current value of the scanning electromagnet power supply 48a is completed, the electromagnet control circuit 48a1 transmits an electromagnet setting completion signal to the irradiation control circuit 48g of the irradiation controller 48. These current values are set for both the scanning electromagnet 32 corresponding to the X axis and the scanning electromagnet 31 corresponding to the Y axis.

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 irradiation control circuit 48g transmits an extraction start signal to the accelerator control device if the extraction permission signal is still received when the electromagnet setting completion signal is received (step S203A5). On the other hand, if the irradiation control circuit 48g has not received the extraction permission signal when receiving the electromagnet setting completion signal, the irradiation control circuit 48g waits to receive the extraction permission signal again. A spot reset signal is transmitted to the position monitoring circuit 48e and the electromagnet control circuit 48a1.

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 processing circuit 48d transmits the latest target coordinates to the position monitoring circuit 48e, and transmits an additional current value corresponding to the latest coordinates to the additional current memory 48a2 of the scanning electromagnet power supply 48a.

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 position monitoring circuit 48e receives the spot reset signal, the position monitoring circuit 48e re-records the target coordinates received from the coordinate processing circuit 48d as target coordinates of i = 1 and j = 1.

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 processing circuit 48d and the excitation current value of i = 1, j = 1 in the scanning electromagnet. When the setting is completed, the electromagnet control circuit 48a1 transmits an electromagnet setting completion signal to the irradiation control circuit 48g.

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 irradiation control circuit 48g repeats the same operation until it receives the emission permission signal when it receives the electromagnet setting completion signal.

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 irradiation control circuit 48g receives the emission permission signal when it receives the electromagnet setting completion signal, and when it is determined that there is no important organ on the path of the particle beam from the body surface to the target 26, the accelerator controller 47 An emission start signal is transmitted to.

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 accelerator control device 47 that has received the emission start signal controls the high frequency application device 5 to apply a high frequency to the particle beam. The particle beam to which the high frequency is applied passes through the output deflector 11, passes through the beam path 12, and reaches the irradiation device 21 in the treatment room 17. The particle beam is scanned by the scanning electromagnets 31 and 32 in the irradiation device 21, passes through the position monitor 34 and the dose monitor 33, reaches the irradiation target 25, and gives a dose to the target 26 (step S204).

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 dose monitor 33 and counted by the irradiation control circuit 48g. The irradiation control circuit 48g compares the count of the signal from the dose monitor 33 with the value of the dose memory 48h. When the count reaches the target dose recorded in the dose memory 48h, an irradiation stop signal is sent to the accelerator controller 47. Output.

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 accelerator control device 47 that has received the emission stop signal controls the high frequency application device 5 to stop the application of the high frequency and stop the extraction. The irradiation control circuit 48g transmits a spot completion signal to the position monitoring circuit 48e. The position monitoring circuit 48e adds the target coordinates received from the coordinate processing circuit 48d and the value of the irradiation position recorded in the position memory 48f, calculates the difference between the position detected by the position monitor 34, and the difference is less than the threshold value. Make sure that

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 central controller 46 to the accelerator controller 47 (step S206). The accelerator control device 47 that has received the deceleration signal decelerates the particle beam, and enters a state where a new particle beam can enter from the linac 3.

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 particle beam generator 1 that generates and emits a charged particle beam, and scanning electromagnets 31 and 32 that scan the charged particle beam. A target monitoring device including an irradiation device 21 that irradiates the target 26, X-ray generation devices 35 and 36, X-ray detectors 37 and 38 that measure the position of the target 26, and a moving body tracking device 49, and a signal from the target monitoring device The depth of the target 26 is calculated by correcting the excitation current value of the scanning electromagnets 31 and 32 based on the above and calculating the depth of the target 26 based on the tracking irradiation that irradiates the target 26 with the charged particle beam and the signal from the target monitoring device. , And a control system 7 that performs gate irradiation for irradiating a charged particle beam when the value is within a predetermined depth permission range. The control system 7 controls the target 26 measured by the target monitoring device. And it performs tracking irradiation when is in the depth permitted range of.

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 irradiation target 25 having the target 26 to the target 26, even when the range of the particle beam changes due to the change of the water equivalent thickness to the target 26. Since the tracking irradiation is executed under the condition (timing) in which the water equivalent thickness is equal, the dose distribution as planned can be formed in a short time, and the treatment can be completed in a shorter time.

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 control system 7 does not perform the tracking irradiation even when the depth of the target 26 is within the depth allowable range when the important organ is on the path of the charged particle beam. Since it is possible to suppress the irradiation of the particle beam to the organ, it is possible to suppress the itch that causes an undesirable event to the important organ due to the irradiation of the particle beam.

<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 irradiation target 25 is obtained in advance, and the target 26 is based on the signal on the surface of the irradiation target 25. It is possible to determine the depth of the gate and perform gate control and tracking control. For the body surface position, it is desirable to use a monitoring monitor different from the target monitoring device, for example, a measuring device capable of measuring the movement of the body surface position, such as a laser distance meter or a stereo camera. Also in this case, as in the above-described embodiment, 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、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 irradiation target 25 to the target 26 is used as the depth, but an index other than the water equivalent thickness can be used. For example, when the periphery of the target 26 can be approximated as water, the distance from the body surface of the irradiation target 25 to the target 26 can be used instead of the water equivalent thickness.

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 irradiation target 25 to the target 26, the body surface of the irradiation target 25 At least one of the water equivalent thicknesses from the target 26 to the target 26 can be used alone or in combination to determine whether irradiation is possible.

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 irradiation target 25 to the target 26, or the distance from the body surface of the irradiation target 25 to the target 26 is the gate irradiation condition. By performing the tracking irradiation when it is within the permitted range, the irradiation time of the particle beam with respect to the target 26 can be secured longer, and the treatment time can be further shortened.

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 irradiation target 25 on the body surface, the depth information acquisition method of the target 26 can be increased, and the depth determination accuracy is improved. And redundancy can be ensured.

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 irradiation target 25 to the boundary on the shallow side of the target 26. However, the boundary on the deep side of the target 26 or an arbitrary point inside the target 26 is used. Can be any distance up to.

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 processing circuit 48d transmits new information for each spot. This is because the time for irradiating one spot is as short as several ms, and the distance that the target 26 moves during that time can be substantially ignored. However, the excitation current value can be changed in accordance with the position of the target 26 by updating the additional current memory 48a2 while irradiating one spot. When the irradiation time of one spot is long, it is effective to change the excitation current value even during spot irradiation.

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 processing circuit 48d controls the emission permission timing and the additional current value based on the coordinates of the target 26 received from the moving body tracking device 49. However, the coordinate processing circuit 48d can predict the position of the target 26 using the coordinates of the target 26 received from the moving body tracking device 49. By predicting the position, it is possible to avoid the delay of the emission permission timing and the additional current value due to the processing time of the control system 7. Further, by predicting, the emission permission timing and the additional current value can be controlled in a cycle shorter than the X-ray imaging cycle, and the irradiation time can be further shortened.

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 electromagnet power supply 48a can update the excitation amount at a constant cycle regardless of the emission permission state. In this case, it is desirable that the coordinate processing circuit 48d updates the additional current memory 48a2 at a cycle equivalent to the cycle for updating the excitation amount. This cycle can be equivalent to the cycle in which the coordinate information is sent from the moving object tracking device 49. Further, this cycle can be made shorter than the cycle in which the coordinate information is transmitted from the moving body tracking device 49 by using the coordinates predicted based on the coordinate information transmitted from the moving body tracking device 49.

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 electromagnet power supply 48a, and scanning is always performed in accordance with the movement of the target 26, until the particle beam is emitted after the emission permission signal is transmitted. Can be shortened.

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 gantry 18 that rotates 360 degrees has been described as an example. However, the present invention can be similarly applied to a particle beam irradiation apparatus that does not have a gantry that rotates 180 degrees. it can.

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 particle beam generator 1 is a synchrotron has been described as an example, various accelerators of a cyclotron type or a synchrocyclotron type can be used as the accelerator. For example, in the case of a cyclotron, the emission indicates that the beam is emitted from the cyclotron toward the transport system.

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 ... irradiation device 25 ... irradiation object 26 ... target 31, 32 ... scanning electromagnet 35, 36 ... X-ray generator (target monitoring device)
37, 38 ... X-ray detector (target monitoring device)
40 ... X-ray CT apparatus 41 ... Irradiation planning apparatus 42 ... Database 46 ... Central controller 47 ... Accelerator controller 48 ... Irradiation controller 48a ... Scanning magnet power supply 48a1 ... Electromagnet control circuit 48a2 ... Additional current memory 48a3 ... Excitation current memory 48b Depth table memory 48c Depth permission range memory 48d Coordinate processing circuit 48e Position monitoring circuit 48f Position memory 48g Irradiation control circuit 48h Dose memory 49 Moving object tracking device (target monitoring device)

Claims (7)

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.
請求項1に記載の粒子線照射システムにおいて、
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.
請求項1に記載の粒子線照射システムにおいて、
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.
請求項2または3に記載の粒子線照射システムにおいて、
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.
請求項1に記載の粒子線照射システムにおいて、
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.
請求項1に記載の粒子線照射システムにおいて、
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.
標的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であって、
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.
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