JP2020146334A - Particle-beam radiation therapy system, measured particle-beam ct image generation method, and ct image generation program - Google Patents

Particle-beam radiation therapy system, measured particle-beam ct image generation method, and ct image generation program Download PDF

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Abstract

To provide a particle-beam radiation therapy system capable of measuring a stopping power ratio distribution with a high degree of accuracy without upsizing therapy equipment, a measured particle-beam CT image generation method, and a CT image generation program.SOLUTION: A particle-beam radiation therapy system comprises: a remaining range measuring device 81 which can apply a proton beam and a helium line as charged particle beams and which measures energy of the proton beam transmitted through a patient 5; and a particle-beam CT image generation device 80 which determines a stopping power ratio distribution with respect to the proton beam through the patient 5, measured by the remaining range measuring device 81, and which calculates the stopping power ratio distribution with respect to the helium line on the basis of the determined stopping power ratio distribution.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、粒子線をがん患部に照射することでがん治療を行うための粒子線治療システム、および粒子線治療を行う際に用いる計測粒子線CT画像を生成するための方法やプログラムに関する。 The present invention relates to a particle beam therapy system for performing cancer treatment by irradiating a cancer affected area with a particle beam, and a method or program for generating a measured particle beam CT image used for performing particle beam therapy. ..

陽子コンピュータ断層撮影に関連する技術の一例として、特許文献1には、陽子の検出は、各陽子についてオブジェクトの前及び後のトラック情報をもたらすことができ、それによってオブジェクト内での各陽子の、可能性が高い経路を求めることが可能になる、と記載されている。 As an example of techniques related to proton computed tomography, Patent Document 1 states that detection of a proton can provide track information before and after the object for each proton, thereby for each proton within the object. It is stated that it will be possible to find a route with a high probability.

特許5726910号Patent No. 5726910

粒子線治療では、X線CT画像に基づき、患者ごとに粒子線の照射方向やエネルギー、照射量などの設定値を保存した治療計画データを作成する。その際、X線CT画像のCT値から水等価厚に変換して粒子線の照射方法を決定するが、変換に伴って粒子線の深さ方向に誤差が発生することが知られている。 In particle beam therapy, treatment plan data that saves set values such as particle beam irradiation direction, energy, and irradiation amount is created for each patient based on an X-ray CT image. At that time, the CT value of the X-ray CT image is converted into a water equivalent thickness to determine the irradiation method of the particle beam, but it is known that an error occurs in the depth direction of the particle beam due to the conversion.

この誤差を担保するために、照射領域のマージンを拡大することが考えられるが、これでは良い線量分布が得られない場合がある。また、特許文献1には、治療に用いる粒子線を用いて、直接、阻止能比分布を計測する方法が公開されている。なお、本発明においては、阻止能比とは水の阻止能に対する計測対象の阻止能の比を意味する。 In order to secure this error, it is conceivable to increase the margin of the irradiation area, but this may not provide a good dose distribution. Further, Patent Document 1 discloses a method of directly measuring the stopping power ratio distribution using a particle beam used for treatment. In the present invention, the stopping power ratio means the ratio of the stopping power of the measurement target to the stopping power of water.

ここで、治療に用いる粒子線(以下、治療ビーム)で阻止能比分布を計測する場合、計測対象を透過するエネルギーのビームが必要となる。しかし、このためには治療ビームに必要な粒子線より大きなエネルギーを加速できる加速器が必要となり、装置が大型化する、との課題がある。 Here, when measuring the stopping power ratio distribution with a particle beam used for treatment (hereinafter referred to as a treatment beam), a beam of energy transmitted through the measurement target is required. However, for this purpose, an accelerator capable of accelerating energy larger than the particle beam required for the treatment beam is required, and there is a problem that the device becomes large.

また、炭素線を治療ビームに用いる装置において、治療ビームより軽いイオン種である陽子線(以下、計測ビーム)でCT撮像する場合、装置を大型化することなく計測対象を透過するエネルギーのビームを加速することはできるが、計測ビームに対する阻止能比分布から治療ビームに対する阻止能比分布への変換時に誤差が生じる可能性ある。 Further, in a device using a carbon beam as a treatment beam, when CT imaging is performed with a proton beam (hereinafter referred to as a measurement beam) which is an ion species lighter than the treatment beam, a beam of energy transmitted through the measurement target is transmitted without enlarging the device. Although it can be accelerated, there may be an error in converting the stopping power distribution for the measurement beam to the stopping power distribution for the treatment beam.

このような課題に対して、本発明は、治療装置を大型化することなく、高精度な阻止能比分布の計測が可能な粒子線治療システム、計測粒子線CT画像生成方法、およびCT画像生成プログラムを提供することを目的とする。 To solve such problems, the present invention provides a particle beam therapy system capable of measuring a highly accurate stopping power distribution without increasing the size of the treatment device, a measurement particle beam CT image generation method, and a CT image generation. The purpose is to provide a program.

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、被照射体の照射対象に対して荷電粒子線を照射する粒子線治療システムであって、前記荷電粒子線として、第1荷電粒子線と、前記第1荷電粒子線とは粒子の種類が異なる第2荷電粒子線とを照射可能であり、前記第1荷電粒子線および前記第2荷電粒子線を加速する加速器と、前記加速器で加速された前記第1荷電粒子線あるいは前記第2荷電粒子線を前記照射対象に照射する照射装置と、前記被照射体を挟んで対向する位置に配置され、前記第1荷電粒子線のエネルギーを計測するモニタと、前記モニタによって計測されたエネルギーに基づいて前記被照射体の前記第1荷電粒子線に対する第1阻止能比分布を求め、前記第1阻止能比分布に基づいて前記第2荷電粒子線に対する第2阻止能比分布を演算する粒子線CT画像生成装置と、を備え、前記第1荷電粒子線と前記第2荷電粒子線との組み合わせは、前記第1荷電粒子線が陽子線で前記第2荷電粒子線がヘリウム線の組み合わせ、または、前記第1荷電粒子線がヘリウム線で前記第2荷電粒子線が炭素線である組み合わせ、のいずれかである、ことを特徴とする。 The present invention includes a plurality of means for solving the above problems. For example, a particle beam therapy system that irradiates an irradiated object of an irradiated object with a charged particle beam, and the charged particles As a line, it is possible to irradiate a first charged particle beam and a second charged particle beam having a particle type different from that of the first charged particle beam, and accelerate the first charged particle beam and the second charged particle beam. The accelerator and the irradiation device that irradiates the irradiation target with the first charged particle beam or the second charged particle beam accelerated by the accelerator are arranged at positions facing each other with the irradiated body interposed therebetween. Based on the monitor that measures the energy of the one charged particle beam and the energy measured by the monitor, the first blocking ability ratio distribution of the irradiated object with respect to the first charged particle beam is obtained, and the first blocking ability ratio distribution is obtained. A particle beam CT image generator for calculating a second blocking ability ratio distribution with respect to the second charged particle beam based on the above, and a combination of the first charged particle beam and the second charged particle beam is the first. Either the 1-charged particle beam is a proton beam and the second charged particle beam is a helium beam, or the first charged particle beam is a helium beam and the second charged particle beam is a carbon beam. , Characterized by.

本発明によれば、治療装置を大型化することなく、高精度な阻止能比分布の計測が可能となる。上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。 According to the present invention, it is possible to measure the stopping power ratio distribution with high accuracy without increasing the size of the treatment device. Issues, configurations and effects other than those described above will be clarified by the description of the following embodiments.

本発明の実施形態1の粒子線治療システムの全体構成を示す図である。It is a figure which shows the whole structure of the particle beam therapy system of Embodiment 1 of this invention. 実施形態1の粒子線治療システムの照射ノズルの概略を示す図である。It is a figure which shows the outline of the irradiation nozzle of the particle beam therapy system of Embodiment 1. 実施形態1の粒子線治療システムによる治療計画作成用の計測粒子線CT画像作成のフローチャートを示す図である。It is a figure which shows the flowchart of the measurement particle beam CT image for making the treatment plan by the particle beam therapy system of Embodiment 1. FIG. 本発明の実施形態2の粒子線治療システムにおける阻止能比分布の計測方法の概略を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the outline of the measuring method of the stopping power ratio distribution in the particle beam therapy system of Embodiment 2 of this invention.

以下に本発明の粒子線治療システム、計測粒子線CT画像生成方法、およびCT画像生成プログラムの実施形態を、図面を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments of the particle beam therapy system, the measured particle beam CT image generation method, and the CT image generation program of the present invention will be described with reference to the drawings.

<実施形態1>
本発明の粒子線治療システム、計測粒子線CT画像生成方法、およびCT画像生成プログラムの実施形態1について図1乃至図3を用いて説明する。
<Embodiment 1>
The particle beam therapy system of the present invention, the measurement particle beam CT image generation method, and the first embodiment of the CT image generation program will be described with reference to FIGS. 1 to 3.

最初に、粒子線治療システムの全体構成について図1を用いて説明する。図1は本実施形態の粒子線治療システムの全体構成を示す図である。 First, the overall configuration of the particle beam therapy system will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of the particle beam therapy system of the present embodiment.

粒子線治療システム100は、患者5の患部51に対して荷電粒子線(以下、ビーム90、あるいは治療ビーム90A(図2参照)、計測ビーム90B(図2参照))を照射するためのシステムであり、図1に示すように、加速器20と、ビーム輸送系30と、照射ノズル40と、治療台50と、全体制御装置11と、加速器・ビーム輸送系制御装置12と、照射ノズル制御装置13と、残飛程計測装置81と、計測粒子線CT画像作成装置80と、を備えている。 The particle beam therapy system 100 is a system for irradiating the affected portion 51 of the patient 5 with a charged particle beam (hereinafter, beam 90, treatment beam 90A (see FIG. 2), measurement beam 90B (see FIG. 2)). Yes, as shown in FIG. 1, the accelerator 20, the beam transport system 30, the irradiation nozzle 40, the treatment table 50, the overall control device 11, the accelerator / beam transport system control device 12, and the irradiation nozzle control device 13 The remaining distance measuring device 81 and the measuring particle beam CT image creating device 80 are provided.

加速器20は、ビーム90を生成、加速する装置であり、入射器21、シンクロトロン加速器22、イオン源23A,23Bを備える。 The accelerator 20 is a device that generates and accelerates the beam 90, and includes an injector 21, a synchrotron accelerator 22, and ion sources 23A and 23B.

イオン源23Aは治療に用いる治療ビーム90Aの元となるイオンを生成する。これに対し、イオン源23Bは計測に用いる計測ビーム90Bの元となるイオンを生成する。 The ion source 23A produces the ions that are the source of the therapeutic beam 90A used for treatment. On the other hand, the ion source 23B generates ions that are the source of the measurement beam 90B used for measurement.

本発明では、具体的には、イオン源23Aは治療ビーム90Aの元としてヘリウムイオンを生成する。この場合、イオン源23Bは計測ビーム90Bの元として陽子を生成する。若しくは、イオン源23Aは治療ビーム90Aの元として炭素イオンを生成する。この場合、イオン源23Bは計測ビーム90Bの元としてヘリウムイオンを生成する。 Specifically, in the present invention, the ion source 23A produces helium ions as the source of the therapeutic beam 90A. In this case, the ion source 23B produces protons as the source of the measurement beam 90B. Alternatively, the ion source 23A produces carbon ions as the source of the therapeutic beam 90A. In this case, the ion source 23B generates helium ions as the source of the measurement beam 90B.

ビーム輸送系30は、患部51にビーム90を照射する照射ノズル40まで加速器20で加速されたビーム90を輸送する装置郡であり、加速器20と照射ノズル40とを接続している。 The beam transport system 30 is a group of devices that transports the beam 90 accelerated by the accelerator 20 to the irradiation nozzle 40 that irradiates the affected portion 51 with the beam 90, and connects the accelerator 20 and the irradiation nozzle 40.

加速器20で必要なエネルギーまで加速されたビーム90は、ビーム輸送系30に配置された偏向電磁石31により真空中を磁場で曲げられながら照射ノズル40まで輸送される。 The beam 90 accelerated to the required energy by the accelerator 20 is transported to the irradiation nozzle 40 while being bent by a magnetic field in a vacuum by a deflection electromagnet 31 arranged in the beam transport system 30.

照射ノズル40でビーム90は照射領域の形状に合致するように整形され、照射対象に照射される。照射対象は、例えば治療台50に横になった患者5の患部51(図2参照)などである。 The beam 90 is shaped by the irradiation nozzle 40 so as to match the shape of the irradiation region, and the irradiation target is irradiated. The irradiation target is, for example, the affected part 51 (see FIG. 2) of the patient 5 lying on the treatment table 50.

ここで、本発明では、治療ビーム90Aの照射エネルギーや照射角度等の各種パラメータを決定する治療計画を作成する際に用いる計測粒子線CT画像を作成する場合には計測ビーム90Bを照射する。この照射する計測ビーム90Bを照射する場合、照射対象を通過後の計測ビーム90Bの残飛程を残飛程計測装置81で計測する。 Here, in the present invention, the measurement beam 90B is irradiated when creating a measurement particle beam CT image used when creating a treatment plan for determining various parameters such as irradiation energy and irradiation angle of the treatment beam 90A. When irradiating the measurement beam 90B to be irradiated, the remaining range of the measurement beam 90B after passing through the irradiation target is measured by the remaining range measuring device 81.

残飛程計測装置81は、患者5を透過した計測ビーム90Bとしての陽子線のエネルギー、あるいはヘリウム線のエネルギーを計測する装置である。例えば、積層型の放射線計測装置や、シンチレータ等、公知の構成の検出器を適用することができる。 The remaining range measuring device 81 is a device that measures the energy of the proton beam or the energy of the helium beam as the measuring beam 90B transmitted through the patient 5. For example, a detector having a known configuration such as a stacked radiation measuring device or a scintillator can be applied.

計測粒子線CT画像作成装置80は、残飛程計測装置81によって計測された患者5の陽子線のエネルギーから計測粒子線CT画像を作成する機能を有している。更に、作成された計測粒子線CT画像から患者5の陽子線に対する阻止能比分布を求めるとともに、求めた阻止能比分布に基づいてヘリウム線に対する阻止能比分布を演算する阻止能比変換機能を有している。 The measurement particle beam CT image creating device 80 has a function of creating a measurement particle beam CT image from the energy of the proton beam of the patient 5 measured by the residual range measuring device 81. Furthermore, a stopping power ratio conversion function that obtains the stopping power ratio distribution for the proton beam of patient 5 from the created measured particle beam CT image and calculates the stopping power ratio distribution for the helium beam based on the obtained stopping power ratio distribution is provided. Have.

あるいは、計測粒子線CT画像作成装置80は、残飛程計測装置81によって計測された患者5のヘリウム線のエネルギーから計測粒子線CT画像を作成する機能を有している。更に、作成された計測粒子線CT画像から患者5のヘリウム線に対する阻止能比分布を求めるとともに、求めた阻止能比分布に基づいて炭素線に対する阻止能比分布を演算する阻止能比変換機能を有している。 Alternatively, the measurement particle beam CT image creating device 80 has a function of creating a measurement particle beam CT image from the energy of the helium ray of the patient 5 measured by the residual range measuring device 81. Furthermore, a stopping power ratio conversion function that obtains the stopping power ratio distribution for helium rays of patient 5 from the created measured particle beam CT image and calculates the stopping power ratio distribution for carbon rays based on the obtained stopping power ratio distribution is provided. Have.

治療計画装置110は、計測粒子線CT画像作成装置80で作成された計測粒子線CT画像と、その計測粒子線CT画像から求められた、治療ビームに対する阻止能比分布の情報を利用して、患部を一様な線量で照射するための照射スポットの位置と各照射スポットに対する目標照射量とを計算する。 The treatment planning device 110 utilizes the measurement particle beam CT image created by the measurement particle beam CT image creation device 80 and the information on the blocking ability ratio distribution with respect to the treatment beam obtained from the measurement particle beam CT image. The position of the irradiation spot for irradiating the affected area with a uniform dose and the target irradiation amount for each irradiation spot are calculated.

全体制御装置11は、治療計画装置110、加速器・ビーム輸送系制御装置12、照射ノズル制御装置13、治療台50、計測粒子線CT画像作成装置80などと接続されており、粒子線治療システム100全体の動作を制御する。 The overall control device 11 is connected to a treatment planning device 110, an accelerator / beam transport system control device 12, an irradiation nozzle control device 13, a treatment table 50, a measurement particle beam CT image creation device 80, and the like, and is connected to the particle beam therapy system 100. Control the overall operation.

加速器・ビーム輸送系制御装置12は、加速器20やビーム輸送系30を構成する各機器の動作を制御する。 The accelerator / beam transport system control device 12 controls the operation of each device constituting the accelerator 20 and the beam transport system 30.

照射ノズル制御装置13は、照射ノズル40を構成する各機器の動作を制御する。 The irradiation nozzle control device 13 controls the operation of each device constituting the irradiation nozzle 40.

これら全体制御装置11や加速器・ビーム輸送系制御装置12、照射ノズル制御装置13、計測粒子線CT画像作成装置80、治療計画装置110は、中央演算装置(CPU)およびCPUに接続されたメモリを有する。 The overall control device 11, the accelerator / beam transport system control device 12, the irradiation nozzle control device 13, the measurement particle beam CT image creation device 80, and the treatment planning device 110 have a central processing unit (CPU) and a memory connected to the CPU. Have.

全体制御装置11は、治療計画装置110で作成された治療計画から粒子線治療システム100を構成する各機器の照射に関係する各種の動作制御プログラムを読み込み、読み込んだプログラムを実行して、加速器・ビーム輸送系制御装置12、照射ノズル制御装置13を介して指令を出力することで、粒子線治療システム100内の各機器の動作を制御する。 The overall control device 11 reads various operation control programs related to irradiation of each device constituting the particle beam therapy system 100 from the treatment plan created by the treatment planning device 110, executes the read programs, and executes the accelerator. By outputting a command via the beam transport system control device 12 and the irradiation nozzle control device 13, the operation of each device in the particle beam therapy system 100 is controlled.

計測粒子線CT画像作成装置80、治療計画装置110は、それぞれ計測粒子線CT画像作成プログラム、治療計画プログラムがインストールされ、これらのプログラムを実行してCT画像や治療計画を作成する。 The measurement particle beam CT image creation device 80 and the treatment planning device 110 are installed with the measurement particle beam CT image creation program and the treatment planning program, respectively, and execute these programs to create a CT image and a treatment plan.

なお、実行される動作の制御処理は、1つのプログラムにまとめられていても、それぞれが複数のプログラムに分かれていても良く、更にはそれらの組み合わせでも良い。 The operation control process to be executed may be integrated into one program, may be divided into a plurality of programs, or may be a combination thereof.

また、プログラムの一部またはすべては専用ハードウェアで実現しても良く、モジュール化されていても良い。更には、各種プログラムは、プログラム配布サーバや外部記憶メディアによって各装置にインストールされていても良い。 Further, a part or all of the program may be realized by dedicated hardware or may be modularized. Further, various programs may be installed in each device by a program distribution server or an external storage medium.

また、各装置は、各々が独立した装置で有線あるいは無線のネットワークで接続されたものであっても、2つ以上が一体化していてもよい。 Further, each device may be an independent device connected by a wired or wireless network, or two or more may be integrated.

治療台50は、患者5を載せるベッドである。治療台50は全体制御装置11からの指示に基づき、直交する3軸の方向へ移動することができ、さらにそれぞれの軸を中心として回転する、いわゆる6軸方向に移動することができる。これらの移動と回転により、患者5の患部51の位置を所望の位置に移動させることができる。 The treatment table 50 is a bed on which the patient 5 is placed. The treatment table 50 can be moved in the directions of three orthogonal axes based on the instruction from the overall control device 11, and can be further moved in the so-called six-axis direction, which is rotated around each axis. By these movements and rotations, the position of the affected portion 51 of the patient 5 can be moved to a desired position.

次に、照射ノズル40の詳細について図2を用いて説明する。図2は照射ノズル40の概略を示す図である。 Next, the details of the irradiation nozzle 40 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a diagram showing an outline of the irradiation nozzle 40.

図2に示すように、照射ノズル40内には、走査電磁石41A,41B、線量モニタ42、位置モニタ43、リッジフィルタ44、レンジシフタ45が配置されている。 As shown in FIG. 2, scanning electromagnets 41A and 41B, a dose monitor 42, a position monitor 43, a ridge filter 44, and a range shifter 45 are arranged in the irradiation nozzle 40.

また、図2に示すように、照射ノズル制御装置13は、線量モニタ制御装置72、位置モニタ制御装置73、走査電磁石電源制御装置71に接続されている。 Further, as shown in FIG. 2, the irradiation nozzle control device 13 is connected to the dose monitor control device 72, the position monitor control device 73, and the scanning electromagnet power supply control device 71.

照射ノズル40は、ビーム90の通過方向に対して垂直な平面にビーム90を走査するため走査電磁石41A,41Bにより二次元平面内にビーム90を走査する装置である。走査電磁石41A,41Bにより走査されたビーム90は、患部51に照射される。 The irradiation nozzle 40 is a device that scans the beam 90 in a two-dimensional plane by scanning electromagnets 41A and 41B in order to scan the beam 90 in a plane perpendicular to the passing direction of the beam 90. The beam 90 scanned by the scanning electromagnets 41A and 41B irradiates the affected area 51.

線量モニタ42は各スポットに照射されるビーム90の線量を演算するために、ビーム90の通過によって生じた電子を収集するためのモニタである。線量モニタ42の検出信号(電子を収集して得られたパルス信号)は線量モニタ制御装置72に入力される。 The dose monitor 42 is a monitor for collecting electrons generated by the passage of the beam 90 in order to calculate the dose of the beam 90 applied to each spot. The detection signal (pulse signal obtained by collecting electrons) of the dose monitor 42 is input to the dose monitor control device 72.

線量モニタ制御装置72は、線量モニタ42から入力された検出信号に基づいて各照射スポット53に照射される照射量を演算し、演算した照射量を照射ノズル制御装置13に出力する。 The dose monitor control device 72 calculates the irradiation amount to be irradiated to each irradiation spot 53 based on the detection signal input from the dose monitor 42, and outputs the calculated irradiation amount to the irradiation nozzle control device 13.

位置モニタ43は、各照射スポット53の位置(例えば重心の位置)を演算するために、ビーム90の通過によって生じた電子を収集するためのモニタである。位置モニタ43の検出信号(電子を収集して得られたパルス信号)は位置モニタ制御装置73に入力される。 The position monitor 43 is a monitor for collecting electrons generated by the passage of the beam 90 in order to calculate the position of each irradiation spot 53 (for example, the position of the center of gravity). The detection signal (pulse signal obtained by collecting electrons) of the position monitor 43 is input to the position monitor control device 73.

位置モニタ制御装置73は、位置モニタ43から入力された検出信号に基づいて各照射スポット53における線量をカウントし、演算したカウント値を照射ノズル制御装置13に出力する。 The position monitor control device 73 counts the dose at each irradiation spot 53 based on the detection signal input from the position monitor 43, and outputs the calculated count value to the irradiation nozzle control device 13.

照射ノズル制御装置13は、位置モニタ制御装置73に入力された信号に基づきビーム90の通過位置を求め、求めた通過位置のデータから照射スポット53の位置および幅の演算を行い、ビーム90の照射位置を確認する。更には、照射ノズル制御装置13は、線量モニタ制御装置72に入力された照射線量に応じてビーム90の照射の制御を進行する。 The irradiation nozzle control device 13 obtains the passing position of the beam 90 based on the signal input to the position monitor control device 73, calculates the position and width of the irradiation spot 53 from the obtained passing position data, and irradiates the beam 90. Check the position. Further, the irradiation nozzle control device 13 advances the control of irradiation of the beam 90 according to the irradiation dose input to the dose monitor control device 72.

リッジフィルタ44は、ブラッグピークを太らせることが必要な場合に使用することができる。また、レンジシフタ45は、ビーム90の到達位置を調整する際に挿入することができる。 The ridge filter 44 can be used when it is necessary to thicken the Bragg peak. Further, the range shifter 45 can be inserted when adjusting the arrival position of the beam 90.

本実施形態のようなスキャニング照射では、上述のように、あらかじめ治療計画装置110で患部51を一様な線量で照射するための照射スポット53の位置と各照射スポット53に対する目標照射量を計算する。 In scanning irradiation as in the present embodiment, as described above, the position of the irradiation spot 53 for irradiating the affected area 51 with a uniform dose and the target irradiation amount for each irradiation spot 53 are calculated in advance by the treatment planning device 110. ..

次に、治療計画作成用の計測粒子線CT画像を生成する方法と、阻止能比分布の計測時の動作について図3を用いて説明する。図3は計測粒子線CT画像の生成時、および阻止能比分布計測時のフローチャートを示す図である。 Next, a method of generating a measurement particle beam CT image for creating a treatment plan and an operation at the time of measuring the stopping power ratio distribution will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a diagram showing a flowchart at the time of generating the measurement particle beam CT image and at the time of measuring the stopping power ratio distribution.

計測ビーム90Bを用いた計測を開始する前に、照射角度の変更ピッチ、照射角度ごとに設置された照射スポットのエネルギー、位置および照射量は予め決定され、全体制御装置11に照射計画データとして保存されている。ここで、照射角度とは、ビーム輸送系30が回転ガントリーの場合はガントリー角度を意味し、ビーム輸送系30が固定照射系の場合は照射対象の設置角度を意味する。 Before starting the measurement using the measurement beam 90B, the change pitch of the irradiation angle, the energy, the position and the irradiation amount of the irradiation spots installed for each irradiation angle are determined in advance and saved as irradiation plan data in the overall control device 11. Has been done. Here, the irradiation angle means a gantry angle when the beam transport system 30 is a rotating gantry, and means an installation angle of an irradiation target when the beam transport system 30 is a fixed irradiation system.

最初に、計測開始がオペレータにより指示される(ステップS101)。 First, the start of measurement is instructed by the operator (step S101).

次に、照射計画データに基づき、全体制御装置11は、治療台50、加速器・ビーム輸送系制御装置12、照射ノズル制御装置13のパラメータを設定する(ステップS102)。また、全体制御装置11は、スポットごとのエネルギーの設定値を計測粒子線CT画像作成装置80に対して送る。照射スポット53の座標値は、照射ノズル制御装置13において走査電磁石41A,41Bの励磁電流値に変換されて、図2に示す走査電磁石電源制御装置71に送られる。 Next, based on the irradiation plan data, the overall control device 11 sets the parameters of the treatment table 50, the accelerator / beam transport system control device 12, and the irradiation nozzle control device 13 (step S102). Further, the overall control device 11 sends a set value of energy for each spot to the measurement particle beam CT image creating device 80. The coordinate values of the irradiation spot 53 are converted into exciting current values of the scanning electromagnets 41A and 41B by the irradiation nozzle control device 13, and sent to the scanning electromagnet power supply control device 71 shown in FIG.

パラメータの設定などが完了した後、オペレータの操作により照射が開始される(ステップS103)。 After the parameter settings and the like are completed, irradiation is started by the operator's operation (step S103).

照射が開始されると、全体制御装置11は、加速器・ビーム輸送系制御装置12にエネルギー変更、ビーム90の出射信号又は出射停止信号などを出力する。治療計画データに記録された順に従い、N=1から順次ある照射スポット53に対して、定められた照射量のビーム90を照射する(ステップS104)。この際、線量モニタ42からの信号からの信号に基づいて、照射スポット53への照射が完了したと判定されたときは、残飛程計測装置81は計測値を計測粒子線CT画像作成装置80に送信する。 When the irradiation is started, the overall control device 11 outputs an energy change, an emission signal of the beam 90, an emission stop signal, or the like to the accelerator / beam transport system control device 12. According to the order recorded in the treatment plan data, the irradiation spots 53 sequentially from N = 1 are irradiated with the beam 90 of the predetermined irradiation amount (step S104). At this time, when it is determined that the irradiation to the irradiation spot 53 is completed based on the signal from the dose monitor 42, the remaining range measuring device 81 measures the measured value and measures the particle beam CT image creating device 80. Send to.

次に、全体制御装置11は、先に照射が完了したある照射スポット53が同じエネルギー内の最後に照射すべきスポットであったか否かを判定する(ステップS105)。エネルギー内の最終スポットであったと判定されたときは処理をステップS106に進める。これに対し、エネルギー内の最終スポットでなかったと判定されたときは次の照射スポット53の照射を実行するために、処理をステップS104に進める。 Next, the overall control device 11 determines whether or not a certain irradiation spot 53 that has been irradiated first is the last spot to be irradiated within the same energy (step S105). When it is determined that the spot is the final spot in the energy, the process proceeds to step S106. On the other hand, when it is determined that the spot is not the final spot in the energy, the process proceeds to step S104 in order to execute the irradiation of the next irradiation spot 53.

次いで、全体制御装置11は、先に照射が完了したある照射スポット53が属するエネルギーが最後に照射すべきエネルギーであったか否かを判定する(ステップS106)。最後のエネルギーであったと判定されたときは処理をステップS107に進め、最後のエネルギーでなかったと判定されたときはエネルギー変更して次のエネルギーの照射を行うために、処理をステップS104に進める。 Next, the overall control device 11 determines whether or not the energy to which the irradiation spot 53, which has been irradiated first, belongs is the energy to be irradiated last (step S106). When it is determined that the energy is the last energy, the process proceeds to step S107, and when it is determined that the energy is not the last energy, the process proceeds to step S104 in order to change the energy and irradiate the next energy.

次いで、全体制御装置11は、先に照射が完了したある照射スポット53が属する照射角度が最後に照射すべき照射角度であったか否かを判定する(ステップS107)。最後の照射角度であったと判定されたときは処理をステップS108に進め、最後の照射角度でなかったと判定されたときは照射角度を変更して次の照射角度の照射を行うために、処理をステップS103に進める。 Next, the overall control device 11 determines whether or not the irradiation angle to which the irradiation spot 53 whose irradiation has been completed belongs is the irradiation angle to be irradiated last (step S107). When it is determined that the irradiation angle is the last, the process proceeds to step S108, and when it is determined that the irradiation angle is not the last, the irradiation angle is changed and the irradiation is performed at the next irradiation angle. Proceed to step S103.

これらステップS101からステップS107が、患部51を有する患者5に陽子線、あるいはヘリウム線を照射する照射工程、および照射工程において照射された陽子線、あるいはヘリウム線のうち、患者5を透過した陽子線、あるいはヘリウム線のエネルギーを残飛程計測装置81により測定する測定工程に相当する。 From step S101 to step S107, the irradiation step of irradiating the patient 5 having the affected part 51 with the proton beam or the helium beam, and the proton beam transmitted through the patient 5 among the proton beam or the helium beam irradiated in the irradiation step. Or, it corresponds to a measurement step in which the energy of the helium beam is measured by the residual range measuring device 81.

照射が完了すると、計測粒子線CT画像作成装置80は、残飛程計測装置81で計測した残飛程と、全体制御装置11から送られたスポットごとのエネルギーの設定値とに基づき、エネルギー損失量の分布を照射角度ごとに算出する(ステップS108)。さらに、計測粒子線CT画像作成装置80は、計測粒子線CT画像作成機能により陽子線或いはヘリウム線CT画像を生成するとともに、これらのCT画像を用いて、算出されたエネルギー損失量分布に基づき、計測ビームに対する3次元の阻止能比分布を再構成する。続いて、計測粒子線CT画像作成装置80は、阻止能比変換機能を用いて、計測ビームに対する阻止能比分布を治療ビームに対する阻止能比分布に変換する。 When the irradiation is completed, the measurement particle beam CT image creating device 80 loses energy based on the remaining range measured by the remaining range measuring device 81 and the set value of the energy for each spot sent from the overall control device 11. The amount distribution is calculated for each irradiation angle (step S108). Further, the measurement particle beam CT image creation device 80 generates a proton beam or helium beam CT image by the measurement particle beam CT image creation function, and uses these CT images based on the calculated energy loss distribution. Reconstruct the three-dimensional stopping power distribution for the measurement beam. Subsequently, the measurement particle beam CT image creating device 80 converts the stopping power ratio distribution for the measurement beam into the stopping power ratio distribution for the treatment beam by using the stopping power ratio conversion function.

このステップ108が、残飛程計測装置81によって計測されたエネルギーに基づいて、陽子線、あるいはヘリウム線に対する患者5の阻止能比分布を求める計測用阻止能比分布演算工程、および計測用阻止能比分布演算工程によって求めた陽子線に対する阻止能比分布に基づいてヘリウム線に対する患者5の阻止能比分布、あるいは求めたヘリウム線に対する阻止能比分布に基づいて炭素線に対する患者5の阻止能比分布を演算する治療用阻止能比分布演算工程に相当する。 This step 108 is a measurement stopping power ratio distribution calculation step for obtaining the stopping power ratio distribution of the patient 5 with respect to the proton wire or the helium wire based on the energy measured by the residual range measuring device 81, and the measuring stopping power. The stopping power distribution of patient 5 to helium rays based on the stopping power distribution to proton rays obtained by the ratio distribution calculation step, or the stopping power ratio of patient 5 to carbon rays based on the stopping power distribution to helium rays obtained. Corresponds to the therapeutic stopping power distribution calculation step for calculating the distribution.

最終的に、作成された治療ビームに対する阻止能比分布と計測粒子線CT画像とが治療計画装置110に送られ、治療計画装置110により治療計画が作成される(ステップ109)。治療計画の作成方法は、公知の方法を用いることができる。その後、処理を終了する。 Finally, the stopping power distribution for the created treatment beam and the measured particle beam CT image are sent to the treatment planning device 110, and the treatment planning device 110 creates a treatment plan (step 109). As a method for creating a treatment plan, a known method can be used. After that, the process ends.

次に、本実施形態の効果について説明する。 Next, the effect of this embodiment will be described.

上述した本発明の実施形態1の粒子線治療システム100では、荷電粒子線として、陽子線およびヘリウム線を照射可能であり、患者5を透過した陽子線のエネルギーを計測する残飛程計測装置81と、残飛程計測装置81によって計測された患者5の陽子線に対する阻止能比分布を求め、求めた阻止能比分布に基づいてヘリウム線に対する阻止能比分布を演算する粒子線CT画像生成装置80と、を備えている。あるいは、荷電粒子線として、ヘリウム線および炭素線を照射可能であり、患者5を透過したヘリウム線のエネルギーを計測する残飛程計測装置81と、残飛程計測装置81によって計測された患者5のヘリウム線に対する阻止能比分布を求め、求めた阻止能比分布に基づいて炭素線に対する阻止能比分布を演算する粒子線CT画像生成装置80と、を備えている。 In the particle beam therapy system 100 of the first embodiment of the present invention described above, it is possible to irradiate a proton beam and a helium beam as charged particle beams, and the residual distance measuring device 81 that measures the energy of the proton beam that has passed through the patient 5 A particle beam CT image generator that obtains the stopping power distribution for the proton beam of patient 5 measured by the residual flight measuring device 81 and calculates the stopping power distribution for the helium beam based on the obtained stopping power distribution. It has 80 and. Alternatively, a residual range measuring device 81 that can irradiate a helium beam and a carbon beam as charged particle beams and measures the energy of the helium wire that has passed through the patient 5 and a patient 5 measured by the residual range measuring device 81. The particle beam CT image generator 80 is provided, which obtains the stopping power distribution for helium beam and calculates the stopping power distribution for carbon beam based on the obtained stopping power distribution.

まず、ヘリウム線と陽子線の組合せでの効果について説明する。ヘリウム線と陽子線で比較すると、ICRU REPORT49によれば、残飛程が同一のビームでは速度の光速比βがほぼ一致する。 First, the effect of the combination of the helium beam and the proton beam will be described. Comparing the helium beam and the proton beam, according to ICRU REPORT 49, the speed of light ratio β of the velocities is almost the same for the beams having the same remaining range.

一方、Bethe−Blochの式によると、阻止能Sは下記に示す式(1)で表される。 On the other hand, according to the Bethe-Bloch formula, the stopping power S is represented by the formula (1) shown below.

Figure 2020146334
Figure 2020146334

ここで、式(1)中、K、z、Z、A、m、c、I、δは、それぞれ、定数、入射粒子の価数、標的原子核の価数、原子量、電子質量、光速、平均イオン化ポテンシャル、密度効果を意味する。 Here, in the formula (1), K, z, Z, A, m, c, I, and δ are constants, valences of incident particles, valences of target nuclei, atomic weights, electron mass, speed of light, and average, respectively. It means ionization potential and density effect.

式(1)に示すように、ビームに依存する項は、zを除いてβで値が決まる。そこで、残飛程が同一の陽子線とヘリウム線を比較すると、βに依存する項の差が小さく、陽子線に対する阻止能を決定する項は、zの項を除いてヘリウム線に対する阻止能とほぼ一致する。これにより、治療ビーム90Aにヘリウム線を用い、計測ビーム90Bに陽子線を用いた場合、阻止能比の変換時に生じる誤差が小さくできることが分かる。 As shown in equation (1), the term that depends on the beam, the value is determined by β except z 2. Therefore, the more Zanhi compares the same proton and helium line, term difference dependent terms β is small, determines the stopping power for protons is stopping power for helium lines except the section z 2 Almost matches with. From this, it can be seen that when a helium beam is used for the treatment beam 90A and a proton beam is used for the measurement beam 90B, the error generated at the time of conversion of the stopping power ratio can be reduced.

治療ビーム90Aとして典型的な最大残飛程30cmのヘリウム線の磁気剛性率は4.5m程度である。一方、磁気剛性率が4.5mの陽子線の残飛程は199cm程度であり、計測対象が人体の場合、十分に透過できる残飛程を持つ。つまり、治療ビーム90Aとしてヘリウム線を加速できる加速器では、加速器を大型化することなく陽子線を用いた計測ビーム90Bを生成することができる。 The magnetic rigidity of a helium wire having a maximum residual range of 30 cm, which is typical for a therapeutic beam 90A, is about 4.5 m. On the other hand, the remaining range of a proton beam having a magnetic rigidity of 4.5 m is about 199 cm, and when the measurement target is a human body, it has a remaining range that can be sufficiently transmitted. That is, in an accelerator capable of accelerating the helium beam as the treatment beam 90A, it is possible to generate the measurement beam 90B using the proton beam without increasing the size of the accelerator.

これら2つの事実から、治療装置を大型化することなく高精度な阻止能比分布の計測が可能であることが分かる。これを利用することで、粒子線の深さ方向に誤差が発生することを抑制することができ、従来に比べて高精度な治療計画の作成を実現し、高精度な粒子線照射を実現することが可能となる。 From these two facts, it can be seen that the stopping power ratio distribution can be measured with high accuracy without increasing the size of the treatment device. By utilizing this, it is possible to suppress the occurrence of an error in the depth direction of the particle beam, realize the creation of a treatment plan with higher accuracy than before, and realize highly accurate particle beam irradiation. It becomes possible.

次に、炭素線とヘリウム線の組合せについて説明する。 Next, the combination of carbon wire and helium wire will be described.

同一の磁気剛性率を持つ炭素線とヘリウム線でも、βはほぼ一致する。また、治療に用いられる炭素線の典型的な磁気剛性率は3.5−6.6m程度であり、この範囲の磁気剛性率を持つヘリウム線の最大残飛程は93cmである。このため、計測対象が人体の場合、十分に透過できる残飛程を持つことが分かる。 Even for carbon wire and helium wire having the same magnetic rigidity, β is almost the same. The typical magnetic rigidity of carbon wire used for treatment is about 3.5-6.6 m, and the maximum remaining range of helium wire having a magnetic rigidity in this range is 93 cm. Therefore, when the measurement target is the human body, it can be seen that it has a remaining range that can be sufficiently transmitted.

つまり、治療ビーム90Aに炭素線を、計測ビーム90Bにヘリウム線を用いた場合、治療ビーム90Aのβの値に近い計測ビーム90Bで阻止能比分布が計測可能となり、βに依存する項の差を小さくすることで阻止能比の変換誤差を小さくすることが可能となる。 That is, when a carbon wire is used for the treatment beam 90A and a helium wire is used for the measurement beam 90B, the stopping power ratio distribution can be measured with the measurement beam 90B close to the β value of the treatment beam 90A, and the difference in terms depending on β. It is possible to reduce the conversion error of the stopping power ratio by reducing the value of.

従って、ヘリウム線と陽子線の組合せの場合と同様に、治療装置を大型化することなく高精度な阻止能比分布の計測が可能となる。 Therefore, as in the case of the combination of the helium beam and the proton beam, it is possible to measure the stopping power ratio distribution with high accuracy without increasing the size of the treatment device.

<実施形態2>
本発明の実施形態2の粒子線治療システム、計測粒子線CT画像生成方法、およびCT画像生成プログラムについて図4を用いて説明する。実施形態1と同じ構成には同一の符号を示し、説明は省略する。以下の実施形態においても同様とする。
<Embodiment 2>
The particle beam therapy system, the measured particle beam CT image generation method, and the CT image generation program according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The same reference numerals are given to the same configurations as those in the first embodiment, and the description thereof will be omitted. The same shall apply in the following embodiments.

本実施例では、計測用の照射計画データ作成の際に、照射位置に依存せずに、例えば、図4に示すように、照射方向1の計測ビーム90Bであっても、照射方向2の計測ビーム90Bであっても、残飛程が小さな値で一定になるように、照射位置に応じて計測ビーム90Bのエネルギーを変更する。 In this embodiment, when creating the irradiation plan data for measurement, the measurement in the irradiation direction 2 is performed regardless of the irradiation position, even if the measurement beam 90B in the irradiation direction 1 is used, for example, as shown in FIG. Even with the beam 90B, the energy of the measurement beam 90B is changed according to the irradiation position so that the remaining range becomes constant with a small value.

ここで小さな値の残飛程とは、例えば1cm程度である。計測ビーム90Bのエネルギーは、事前に計測されたX線CT画像から計算される計測対象の照射位置ごとの厚みに基づき決定する。 Here, the remaining range of a small value is, for example, about 1 cm. The energy of the measurement beam 90B is determined based on the thickness of each irradiation position of the measurement target calculated from the X-ray CT image measured in advance.

その上で、本実施形態では、図4に示すように、残飛程計測装置81の上流側にコリメータ82を設置する。 Then, in the present embodiment, as shown in FIG. 4, the collimator 82 is installed on the upstream side of the remaining range measuring device 81.

このコリメータ82により、計測対象内で散乱された計測ビーム90Bは残飛程計測装置81に到達することが抑制される。結果として、計画された照射方向を通過した計測ビーム90Bのみの残飛程を計測することが可能となり、エネルギー損失量の分布の精度が向上する。このため、更に計測粒子線CT画像の精度や阻止能比の精度を上げることができる。 The collimator 82 suppresses the measurement beam 90B scattered in the measurement target from reaching the remaining range measuring device 81. As a result, it becomes possible to measure the remaining range of only the measurement beam 90B that has passed through the planned irradiation direction, and the accuracy of the distribution of the energy loss amount is improved. Therefore, the accuracy of the measured particle beam CT image and the accuracy of the stopping power ratio can be further improved.

また、残飛程を小さな値で一定とすることにより、残飛程計測装置81で計測するエネルギーの上限を低減することができ、結果として残飛程計測装置81を小型化する事が可能となる。 Further, by keeping the remaining range constant at a small value, the upper limit of the energy measured by the remaining range measuring device 81 can be reduced, and as a result, the remaining range measuring device 81 can be miniaturized. Become.

また、残飛程が小さくなることで、コリメータ82も同様に小型化する事が可能となる。特に散乱X線除去用グリッドを使用すれば、可動リーフ型コリメータと比較して小型化と低コスト化が可能となる。 Further, as the remaining range becomes smaller, the collimator 82 can be similarly miniaturized. In particular, if a grid for removing scattered X-rays is used, it is possible to reduce the size and cost as compared with the movable leaf type collimator.

更には、阻止能比分布の精度が向上することから、粒子線の深さ方向に誤差が発生することをさらに抑制することができ、更に高精度な治療計画の作成を実現し、高精度な粒子線照射を実現することが可能となる。 Furthermore, since the accuracy of the stopping power distribution is improved, it is possible to further suppress the occurrence of an error in the depth direction of the particle beam, and it is possible to create a more accurate treatment plan with high accuracy. It is possible to realize particle beam irradiation.

その他の構成・動作は前述した実施形態1の粒子線治療システム、計測粒子線CT画像生成方法、およびCT画像生成プログラムと略同じ構成・動作であり、詳細は省略する。 Other configurations / operations are substantially the same as those of the particle beam therapy system of the first embodiment, the measurement particle beam CT image generation method, and the CT image generation program described above, and details thereof will be omitted.

本発明の実施形態2の粒子線治療システム、計測粒子線CT画像生成方法、およびCT画像生成プログラムにおいても、前述した実施形態1のそれらとほぼ同様な効果が得られるとともに、残飛程計測装置81を小型化し、阻止能比分布の精度を向上させることができる。 In the particle beam therapy system of the second embodiment of the present invention, the measurement particle beam CT image generation method, and the CT image generation program, almost the same effects as those of the above-described first embodiment can be obtained, and the remaining range measuring device The size of 81 can be reduced and the accuracy of the stopping power distribution can be improved.

上述のような本実施形態特有の効果は、治療ビーム90A,計測ビーム90Bとして同じ粒子線を用いる場合であっても得ることができる。すなわち、粒子線治療システムにおいて、計測粒子線CT画像を生成する場合に、本実施例のように残飛程計測装置81の上流側にコリメータ82を設置することによって、計測ビームと治療ビームとがたとえ同じイオン種である場合にも、エネルギー損失量分布の精度の向上を図ることができ、計測粒子線CT画像の生成精度を上げることができる。従って、治療計画の精度、粒子線照射の精度の向上を図ることができる。 The above-mentioned effects peculiar to the present embodiment can be obtained even when the same particle beam is used as the treatment beam 90A and the measurement beam 90B. That is, in the particle beam therapy system, when the measurement particle beam CT image is generated, the measurement beam and the treatment beam can be separated by installing the collimeter 82 on the upstream side of the residual range measurement device 81 as in this embodiment. Even if the ion species are the same, the accuracy of the energy loss distribution can be improved, and the accuracy of generating the measured particle beam CT image can be improved. Therefore, the accuracy of the treatment plan and the accuracy of particle beam irradiation can be improved.

<その他>
なお、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記の実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
<Others>
The present invention is not limited to the above embodiment, and includes various modifications. The above-described embodiment has been described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and is not necessarily limited to those having all the described configurations.

例えば、計測ビーム90Bの照射法として、スポット間で電流を停止する離散スポット照射法を例に説明したが、スポット間でビーム電流を停止しない連続スポット照射法にも同様に適用することができる。また、この他として、ワブラー法や二重散乱体法など粒子線の分布を広げた後、コリメータやボーラスを用いて標的の形状に合わせた線量分布を形成する照射法にも本発明を適用することができる。同様に、治療ビーム90Aの照射方法についても特に限定はない。 For example, as an irradiation method of the measurement beam 90B, a discrete spot irradiation method in which the current is stopped between spots has been described as an example, but the same can be applied to a continuous spot irradiation method in which the beam current is not stopped between spots. In addition to this, the present invention is also applied to an irradiation method such as a wobbler method or a double scatterer method in which the distribution of particle beams is expanded and then a dose distribution that matches the shape of the target is formed using a collimator or a bolus. be able to. Similarly, the irradiation method of the treatment beam 90A is not particularly limited.

また、加速器20は、実施形態で説明したシンクロトロン加速器22の他に、サイクロトロン加速器やシンクロサイクロトロン加速器などの様々な公知の加速器を用いることができる。 Further, as the accelerator 20, in addition to the synchrotron accelerator 22 described in the embodiment, various known accelerators such as a cyclotron accelerator and a synchrotron accelerator can be used.

また、計測ビーム90Bで計測,求める計測対象の物理量について阻止能比を用いる場合について説明したが、阻止能比の替わりに、阻止能または水等価厚とすることも可能である。 Further, although the case where the stopping power ratio is used for the physical quantity to be measured and obtained by the measurement beam 90B has been described, it is also possible to use the stopping power or the water equivalent thickness instead of the stopping power ratio.

5…患者(被照射体)
11…全体制御装置
12…加速器・ビーム輸送系制御装置
13…照射ノズル制御装置
20…加速器
21…入射器
22…シンクロトロン加速器
23A,23B…イオン源
30…ビーム輸送系
31…偏向電磁石
40…照射ノズル
41A,41B…走査電磁石
42…線量モニタ
43…位置モニタ
44…リッジフィルタ
45…レンジシフタ
50…治療台
51…患部(照射対象)
61A,61B…走査電磁石電源
71…走査電磁石電源制御装置
72…線量モニタ制御装置
73…位置モニタ制御装置
80…計測粒子線CT画像作成装置
81…残飛程計測装置(モニタ)
82…コリメータ
90…ビーム
90A…治療ビーム
90B…計測ビーム
5 ... Patient (irradiated body)
11 ... Overall control device 12 ... Accelerator / beam transport system control device 13 ... Irradiation nozzle control device 20 ... Accelerator 21 ... Injector 22 ... Synchrotron accelerators 23A, 23B ... Ion source 30 ... Beam transport system 31 ... Deflection electromagnet 40 ... Irradiation Nozzles 41A, 41B ... Scanning electromagnet 42 ... Dose monitor 43 ... Position monitor 44 ... Ridge filter 45 ... Range shifter 50 ... Treatment table 51 ... Affected area (irradiation target)
61A, 61B ... Scanning electromagnet power supply 71 ... Scanning electromagnet power supply control device 72 ... Dose monitor control device 73 ... Position monitor control device 80 ... Measurement particle beam CT image creation device 81 ... Remaining range measurement device (monitor)
82 ... Collimator 90 ... Beam 90A ... Treatment beam 90B ... Measurement beam

Claims (6)

被照射体の照射対象に対して荷電粒子線を照射する粒子線治療システムであって、
前記荷電粒子線として、第1荷電粒子線と、前記第1荷電粒子線とは粒子の種類が異なる第2荷電粒子線とを照射可能であり、
前記第1荷電粒子線および前記第2荷電粒子線を加速する加速器と、
前記加速器で加速された前記第1荷電粒子線あるいは前記第2荷電粒子線を前記照射対象に照射する照射装置と、
前記被照射体を挟んで対向する位置に配置され、前記第1荷電粒子線のエネルギーを計測するモニタと、
前記モニタによって計測されたエネルギーに基づいて前記被照射体の前記第1荷電粒子線に対する第1阻止能比分布を求め、前記第1阻止能比分布に基づいて前記第2荷電粒子線に対する第2阻止能比分布を演算する粒子線CT画像生成装置と、を備え、
前記第1荷電粒子線と前記第2荷電粒子線との組み合わせは、前記第1荷電粒子線が陽子線で前記第2荷電粒子線がヘリウム線の組み合わせ、または、前記第1荷電粒子線がヘリウム線で前記第2荷電粒子線が炭素線である組み合わせ、のいずれかである
ことを特徴とする粒子線治療システム。
A particle beam therapy system that irradiates an irradiated object of an irradiated body with a charged particle beam.
As the charged particle beam, a first charged particle beam and a second charged particle beam having a different particle type from the first charged particle beam can be irradiated.
An accelerator that accelerates the first charged particle beam and the second charged particle beam,
An irradiation device that irradiates the irradiation target with the first charged particle beam or the second charged particle beam accelerated by the accelerator.
A monitor arranged at positions facing each other across the irradiated body and measuring the energy of the first charged particle beam,
The first stopping power distribution of the irradiated body with respect to the first charged particle beam is obtained based on the energy measured by the monitor, and the second stopping power distribution with respect to the second charged particle beam is obtained based on the first stopping power distribution. It is equipped with a particle beam CT image generator that calculates the stopping power distribution.
In the combination of the first charged particle beam and the second charged particle beam, the first charged particle beam is a proton beam and the second charged particle beam is a helium beam, or the first charged particle beam is helium. A particle beam therapy system characterized in that the second charged particle beam is one of a combination of carbon beams.
請求項1に記載の粒子線治療システムにおいて、
前記モニタは、前記第1荷電粒子線の進行方向に対して上流側にコリメータを備えた
ことを特徴とする粒子線治療システム。
In the particle beam therapy system according to claim 1,
The monitor is a particle beam therapy system characterized in that a collimator is provided on the upstream side with respect to the traveling direction of the first charged particle beam.
請求項1または2に記載の粒子線治療システムにおいて、
前記モニタは、前記第1荷電粒子線のエネルギー損失量分布が計測可能である
ことを特徴とする粒子線治療システム。
In the particle beam therapy system according to claim 1 or 2.
The monitor is a particle beam therapy system characterized in that the energy loss distribution of the first charged particle beam can be measured.
照射対象を有する被照射体に陽子線、あるいはヘリウム線を照射する照射工程と、
前記照射工程において照射された前記陽子線、あるいは前記ヘリウム線のうち、前記被照射体を透過した前記陽子線、あるいは前記ヘリウム線のエネルギーをモニタにより測定する測定工程と、
前記モニタによって計測されたエネルギーに基づいて、前記陽子線、あるいは前記ヘリウム線に対する前記被照射体の阻止能比分布を求める計測用阻止能比分布演算工程と、
前記計測用阻止能比分布演算工程によって求めた前記陽子線に対する阻止能比分布に基づいてヘリウム線に対する前記被照射体の阻止能比分布、あるいは求めた前記ヘリウム線に対する阻止能比分布に基づいて炭素線に対する前記被照射体の阻止能比分布を演算する治療用阻止能比分布演算工程と、とを有する
ことを特徴とする計測粒子線CT画像生成方法。
An irradiation step of irradiating an irradiated body having an irradiation target with a proton beam or a helium beam,
Among the proton beam or helium beam irradiated in the irradiation step, a measurement step of measuring the energy of the proton beam or helium beam transmitted through the irradiated body with a monitor.
A measurement blocking power ratio distribution calculation step for obtaining a stopping power ratio distribution of the irradiated body with respect to the proton beam or the helium beam based on the energy measured by the monitor.
Based on the stopping power distribution for the proton beam obtained by the measurement step, the stopping power distribution for the irradiated object to the helium beam, or the stopping power distribution for the helium beam obtained. A method for generating a measurement particle beam CT image, which comprises a therapeutic stopping power distribution calculation step for calculating the stopping power distribution of the irradiated body with respect to carbon rays.
請求項4に記載の計測粒子線CT画像生成方法において、
前記測定工程では、前記モニタの上流側にコリメータを配置する
ことを特徴とする計測粒子線CT画像生成方法。
In the measurement particle beam CT image generation method according to claim 4.
In the measurement step, a measurement particle beam CT image generation method characterized in that a collimator is arranged on the upstream side of the monitor.
被照射体に照射された第1荷電粒子線のエネルギーと前記被照射体を透過した前記第1荷電粒子線の残飛程とに基づいてエネルギー損失量の分布を照射角度ごとに算出するステップと、
前記エネルギー損失量に基づいて前記被照射体のCT画像を生成するステップと、
前記エネルギー損失量と前記CT画像とに基づいて、前記第1荷電粒子線に対する阻止能比分布である第1阻止能比分布を算出するステップと、
前記第1阻止能比分布を、前記第1荷電粒子線とは粒子の種類が異なる第2荷電粒子線に対する阻止能比分布である第2阻止能比分布に変換するステップと、を有し、
前記第1荷電粒子線と前記第2荷電粒子線との組み合わせは、前記第1荷電粒子線が陽子線で前記第2荷電粒子線がヘリウム線の組み合わせ、または、前記第1荷電粒子線がヘリウム線で前記第2荷電粒子線が炭素線である組み合わせ、のいずれかである
ことを特徴とするCT画像生成プログラム。
A step of calculating the distribution of the amount of energy loss for each irradiation angle based on the energy of the first charged particle beam irradiated to the irradiated body and the remaining range of the first charged particle beam transmitted through the irradiated body. ,
A step of generating a CT image of the irradiated body based on the energy loss amount, and
A step of calculating the first stopping power ratio distribution, which is the stopping power ratio distribution with respect to the first charged particle beam, based on the energy loss amount and the CT image.
It has a step of converting the first stopping power ratio distribution into a second stopping power distribution which is a stopping power ratio distribution for a second charged particle beam having a particle type different from that of the first charged particle beam.
In the combination of the first charged particle beam and the second charged particle beam, the first charged particle beam is a proton beam and the second charged particle beam is a helium beam, or the first charged particle beam is helium. A CT image generation program characterized in that the second charged particle beam is one of a combination of carbon beams.
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