JP2021000242A - 粒子線治療装置、粒子線治療装置の制御方法および制御プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、照射装置と治療台とが接触しないように粒子線治療装置を動作させると共に、治療時間を短縮することを目的とする。
【解決手段】粒子線治療装置は、治療台と照射装置と、照射装置および治療台のそれぞれの移動経路を設定するコントローラとを備える。コントローラは、照射装置および治療台のそれぞれの標準経路を治療計画Ｆ１１に基づいて求めＦ１２、Ｆ１３，Ｆ１４、照射装置が標準経路に従って移動または停止する場合における照射装置切り取り領域と、治療台が標準経路に従って移動または停止する場合における治療台切り取り領域とが重なるか否かを判定しＦ１５、照射装置切り取り領域と治療台切り取り領域とが重なると判定したときに、治療台の移動経路を回避経路に設定しＦ１６、照射装置切り取り領域と治療台切り取り領域とが重ならないと判定したときに、治療台の移動経路を標準経路Ｆ１７に設定する。
【選択図】図３

Description

本発明は、粒子線治療装置、粒子線治療装置の制御方法および制御プログラムに関し、特に、患者が載せられる治療台と、粒子線を患者に照射する照射装置のそれぞれの移動経路を設定する技術に関する。

陽子線や炭素イオン線等の粒子線を患部に照射する粒子線治療が広く行われている。図１４には、粒子線治療に用いられる一般的な粒子線治療装置１００が模式的に示されている。粒子線治療装置１００では、加速器にて必要なエネルギーを有するまで加速された粒子に基づく粒子線１０８が、照射装置１０４から患部に照射される。

正常組織をできる限り避けて粒子線１０８を患部に照射するため、粒子線治療装置１００は、患部に対して様々な方向から粒子線１０８を照射する機構を備える。すなわち、粒子線治療装置１００は、回転ガントリ１０６によって円弧状に移動する照射装置１０４と、位置および姿勢が調整可能な治療台１０２を備える。回転ガントリ１０６の動作と、患者が載せられた治療台１０２の動作により、様々な方向から粒子線１０８が患部に照射される。

様々な方向から照射される粒子線についての共通の照射位置はアイソセンタと称される。一般に粒子線治療では、アイソセンタと患部とが一致するように、照射装置１０４および治療台１０２のそれぞれの位置および姿勢が制御される。照射装置１０４や治療台１０２が移動する際には、治療台１０２と照射装置１０４、あるいは患者と照射装置１０４とが接近する場合がある。そこで、これらの物体間の接触を回避する技術が考えられている。

例えば、以下の特許文献１には、患者の位置を設定する際に、放射線治療装置の構成要素間の接触が回避されるように、各構成要素を移動させる技術が記載されている。また、特許文献２には、各構成要素間の接触に加えて、操作者と各構成要素との接触が回避されるように、各構成要素を移動させる技術が記載されている。

特表２００７−５０２１６６号公報 特開２００８−２２０５５３号公報

粒子線治療装置を用いた治療に際しては、治療計画と称されるデータが予め作成される。治療計画は、照射装置および治療台について複数の照射門を定める。ここで、照射門は、照射装置および治療台の状態を規定する条件として定義される。１通りの治療では、複数の照射門が照射装置および治療台に対して１照射門づつ順次適用され、照射装置および治療台に１つの照射門が適用されるごとに、患部に対する粒子線の照射等の施術がされる。

複数の照射門のうち、ある１つの照射門から他の１つの照射門に適用を変更する際には、上記の接触回避技術を用いることが考えられる。しかし、接触を回避するために構成要素間の距離に余裕を持たせた場合には、照射門を変更する際に、照射装置または治療台の移動時間が長くなってしまうことがある。治療中の患者は、治療台に固定された状態であるため、長時間に亘る治療は患者にとって精神的または肉体的な負担となる。

本発明の目的は、照射装置と治療台とが接触しないように粒子線治療装置を動作させると共に、治療時間を短縮することである。

本発明は、患者が載せられる治療台と、粒子線を前記患者に照射する照射装置と、前記照射装置および前記治療台のそれぞれの移動経路を設定するコントローラと、を有し、前記コントローラは、前記照射装置および前記治療台のそれぞれの標準経路を治療計画に基づいて求め、前記照射装置が前記標準経路に従って移動または停止する場合における照射装置切り取り領域と、前記治療台が前記標準経路に従って移動または停止する場合における治療台切り取り領域とが重なるか否かを判定し、前記照射装置切り取り領域と前記治療台切り取り領域とが重なると判定したときに、前記治療台の移動経路を、前記照射装置と前記治療台との接触が回避される回避経路に設定し、前記照射装置切り取り領域と前記治療台切り取り領域とが重ならないと判定したときに、前記治療台の移動経路を前記標準経路に設定し、前記照射装置切り取り領域と前記治療台切り取り領域とが重なるか否かに関わらず、前記照射装置の移動経路を前記標準経路に設定するように構成されていることを特徴とする。

本発明によれば、照射装置と治療台とが接触しないように粒子線治療装置を動作させると共に、治療時間を短縮することができる。

粒子線治療装置を模式的に示す図である。 患部へ粒子線を照射する様子を示す図である。 コンピュータプログラムによって構成される機能ブロックを示す図である。 治療計画の例を示す図である。 粒子線治療装置を示す図である。 治療台の標準経路の例を示す図である。 治療台と照射装置の動作の例を示す図である。 治療台の回避経路の例を示す図である。 照射装置と治療台との間の最短距離が最小になる回避経路の状態を示す図である。 回転運動と並進運動とが別々に行われる場合の治療台の回避経路を示す図である。 回避経路を求めるに至る過程を説明する図である。 照射門「０」から照射門「４」に適用状態が順に遷移していく場合において、適用状態が遷移するときの治療台の移動経路のパターンの例を示す図である。 経路提示部によって表示される図形を示す図である。 一般的な粒子線治療装置を模式的に示す図である。

本発明の実施形態に係る粒子線治療装置が、各図面を参照しながら以下に説明される。複数の図面に示された同一の事項については同一の符号が付されており、説明の重複が避けられている。

図１には、本発明の実施形態に係る粒子線治療装置１が模式的に示されている。図１では、操作者から見て上向きがｚ軸正方向として定められている。また、回転ガントリ２２に囲まれた領域を奥側から手前側に延びる方向がｙ軸正方向として定められている。さらに、ｚ軸およびｙ軸に垂直な座標軸としてｘ軸が定められている。

粒子線治療装置１は、陽子や炭素イオン等の重粒子による粒子線を患部に照射する装置である。粒子線治療装置１は、照射装置２１、回転ガントリ２２、カウチ３、コントローラ４、記憶媒体４６およびディスプレイ６０を備える。

回転ガントリ２２は、下方から上方に及ぶ円弧状の区間に亘って照射装置２１を移動させる。これによって、照射装置２１の回転角度位置が調整自在となっている。回転角度位置は、回転ガントリ２２に囲まれた位置にある基準点から見た方向を示す角度として定義される。照射装置２１の回転角度位置が調整されることで、照射装置２１から照射される粒子線の方向が調整される。

ここで、基準点の例として、アイソセンタや回転ガントリ２２の回転中心がある。また、回転ガントリ２２の回転中心とアイソセンタとは略同位置にあってよい。照射装置２１の移動経路は、照射装置２１上に定義された動作点２５が通る経路として定義される。以下の説明では、照射装置２１の動作点２５が、ある移動経路αを移動することは、「照射装置２１が移動経路αを移動する」と表現される。

カウチ３は、治療台３１および駆動装置３２を備える。治療台３１は長尺な板状に形成されており、治療台３１には患者が載せられた上で固定される。駆動装置３２は、ロボット関節アーム等であってよい。治療台３１の両端部のうち一方の端部３１２は、駆動装置３２における治療台支持部３３により水平回転可能に支持されている。治療台３１の移動経路は、治療台３１上に定義された動作点３８が通る経路として定義される。以下の説明では、治療台３１の動作点３８が、ある移動経路βを移動することは、「治療台３１が移動経路βを移動する」と表現される。

治療台３１は、駆動装置３２によって、ｘｙｚ座標で表される位置が調整自在である。治療台３１は、さらに、ピッチ角、ロール角およびヨー角で表される姿勢が調整自在である。ヨー角は、患者の頭部が向けられる方向を示す先頭方向軸のｚ軸周りの角度として定義されている。ピッチ角は、ｘｙ平面に対する先頭方向軸の仰角として定義されている。ロール角は、先頭方向軸周りの回転角として定義されている。

なお、図１ではロボット関節アーム型の駆動装置３２が例として記載されているが、ｘ軸駆動機構、ｙ軸駆動機構およびｚ軸駆動機構と、回転機構とを備える駆動装置が用いられてもよい。ここで、ｘ軸駆動機構、ｙ軸駆動機構およびｚ軸駆動機構は、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸のそれぞれの方向に治療台３１を平行移動させる機構である。回転機構は、治療台３１の姿勢を変化させる機構である。

患者の治療に際しては、照射装置２１が移動する円弧状の区間に囲まれる位置に治療台３１が移動する。回転ガントリ２２と治療台３１の動作により、照射装置２１の回転角度位置と、治療台３１の位置および姿勢が調整される。これによって、粒子線が様々な方向から患部に照射され得る。

図２に示されているように、粒子線治療装置１による治療では、治療計画に基づいて、所定の角度から患部５１へ粒子線７が照射される。粒子線治療装置１は、例えば、イオン源にて発生した粒子をシンクロトロン等の加速器（いずれも図示せず）で加速させる。加速器から出力された粒子線７は、輸送経路（図示せず）を通って照射装置２１へ供給される。粒子線７は、照射装置２１から患部５１へ照射される。

照射装置２１および治療台３１のそれぞれの位置および姿勢を規定する条件は照射門と称される。患部５１へは、１回の治療中に照射門を変えて、複数回の照射が行われる。各照射門では、照射装置２１と治療台３１は、所定の位置および姿勢に設定される。この所定の位置および姿勢の組み合わせは、事前に治療計画によって定められる。

アイソセンタ２３は、照射装置２１から様々な角度で照射される粒子線７についての共通の照射位置である。アイソセンタ２３と患部５１とが一致するように、照射装置２１と患者５の位置および姿勢が設定される。患部５１は、例えば、がん等の腫瘍である。

患者５と治療台３１の周辺には患者安全領域３４が設定されている。患者安全領域３４は、照射装置２１および治療台３１を移動させる際に、患者５と照射装置２１との接触を防止するために治療台３１の近傍に設けられた空間領域である。図２では、患者安全領域３４の内外の境界が二点鎖線によって仮想的に描かれている。患者安全領域３４の形状は、例えば、直方体状に設定される。患者安全領域３４の形状は、直方体状に限らず半球状、円筒状等の、患者５を包み込む形状であってよい。

再び図１を参照して、粒子線治療装置１の構成が説明される。コントローラ４は、ＣＰＵ４１（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ユーザインターフェース部４２、入出力回路４３、メモリ４４、および通信部４５を備える。

メモリ４４は、主記憶装置と補助記憶装置（いずれも不図示）を含む。補助記憶装置としては、ハードディスク、フラッシュメモリ等が用いられてよい。メモリ４４には、粒子線治療装置１の機能を実現するための所定のコンピュータプログラム４４０が記憶されている。ＣＰＵ４１は、コンピュータプログラム４４０を必要に応じて読み込み実行する。ＣＰＵ４１は、コンピュータプログラム４４０の実行により、コントローラ４が有する各機能を実現する。

演算装置としてのＣＰＵ４１は、分散処理を実行する複数のプロセッサに置き換えられてもよい。また、ＣＰＵ４１が実行する処理またはその処理の一部は、外部のコンピュータが実行してよい。外部のコンピュータは、コントローラ４に直接接続されたものでもよいし、インターネット等の通信回線に接続されたものでもよい。また、ＣＰＵ４１が実行する処理またはその処理の一部は、分散処理を実行する外部の複数のコンピュータが実行してもよい。複数の外部のコンピュータは、コントローラ４に直接接続されたものでもよいし、インターネット等の通信回線に接続されたものでもよい。

ユーザインターフェース部４２は、情報入力部と情報出力部（いずれも図示せず）を備える。情報入力部は、例えば、ユーザの操作に応じてコントローラ４へ指示等を入力する。情報入力部は、例えば、キーボード、ポインティングデバイス、タッチパネル、音声指示装置等を備える。情報出力部は、コントローラ４からユーザへ情報を提示する。情報出力部は、例えば、ランプ等のインジケータ、スピーカ、プリンタ等を備える。例えばＶＲ（Ｖｉｒｔｕａｌ Ｒｅａｌｉｔｙ）ヘッドセット等のように、情報入力部と情報出力部とは一体化されてもよい。

入出力回路４３は、ＣＰＵ４１と記憶媒体４６とが通信を行うためのインターフェースであってよい。入出力回路４３は、ＵＳＢポート、コネクタ等を備えてもよい。通信部４５は、図１に示されていない他のコンピュータ等と通信するインターフェースである。通信部４５は、例えば、専用回線または公衆回線を用いて、他のコンピュータ等と通信する。通信方式は、無線通信でもよいし、有線通信でもよい。

記憶媒体４６は、ＵＳＢ（ｕｎｉｖｅｒｓａｌ ｓｅｒｉａｌ ｂｕｓ）メモリ、光ディスク等の記憶媒体であってよい。記憶媒体４６は、インターネット等の通信回線上にあるストレージであってもよい。記憶媒体４６には、例えば、治療計画、患者安全領域３４を表すデータ、治療台３１および照射装置２１の形状、大きさ等を表すＣＡＤデータ等の幾何学データが記憶されている。

なお、コンピュータプログラム４４０は記憶媒体４６に記憶されてもよい。この場合、コントローラ４は、記憶媒体４６からコンピュータプログラム４４０を読み込んでインストールし、実行してもよい。コントローラ４は、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）またはインターネット上のコンピュータにアクセスし、このコンピュータからコンピュータプログラム４４０を取得し実行してもよい。ディスプレイ６０は、コントローラ４から出力された情報に基づいて、画像を表示する。

図３には、コンピュータプログラム４４０によって構成される機能ブロックが示されている。すなわち、コントローラ４が備えるＣＰＵ４１は、コンピュータプログラム４４０を実行することで、治療計画取得部Ｆ１１、標準経路生成部Ｆ１２、照射装置経路取得部Ｆ１３および治療台経路取得部Ｆ１４を構成する。これらは、照射装置２１および治療台３１についての標準経路を、治療計画に基づいて求める構成要素である。

ＣＰＵ４１はコンピュータプログラム４４０を実行することで、さらに、重なり判定部Ｆ１５、回避経路生成部Ｆ１６、および経路設定部Ｆ１７を構成する。これらの構成要素は、照射装置２１および治療台３１について、照射装置２１と治療台３１との接触、あるいは、照射装置２１と患者との接触を回避するための移動経路を求める構成要素である。

ＣＰＵ４１はコンピュータプログラム４４０を実行することで、さらに、経路提示部Ｆ１８および経路承認部Ｆ１９を構成する。これらの構成要素は、経路設定部Ｆ１７によって設定された移動経路を用いるか否かをユーザに判断させるための構成要素である。

治療計画取得部Ｆ１１は、ユーザインターフェース部４２におけるユーザの操作に応じて治療計画を取得し、標準経路生成部Ｆ１２へ治療計画を送る。標準経路生成部Ｆ１２は、照射装置２１および治療台３１のそれぞれについて、１つの照射門を適用する状態から別の１つの照射門を適用する状態に、それぞれの状態が遷移する際における標準経路を計算し、標準経路データを生成する。標準経路生成部Ｆ１２は、照射装置経路取得部Ｆ１３および治療台経路取得部Ｆ１４に標準経路データを送る。

なお、照射装置２１に対して定められる標準経路は、照射装置２１が停止していることを表してもよい。同様に、治療台３１に対して定められる標準経路は、治療台３１が停止していることを表してもよい。

標準経路は、１つの照射門を適用する状態から別の１つの照射門を適用する状態に照射装置２１および治療台３１の状態を遷移させるときに、照射装置２１および治療台３１のそれぞれを、最短の距離若しくは時間で移動させる経路であってよい。また、標準経路は、１つの照射門を適用する状態から別の１つの照射門を適用する状態に照射装置２１および治療台３１の状態を遷移させるときに、照射装置２１および治療台３１のそれぞれを、所定の閾値未満の距離若しくは時間で移動させる経路であってよい。

また、標準経路は、１つの照射門を適用する状態から別の１つの照射門を適用する状態に照射装置２１および治療台３１の状態を遷移させるときに、アイソセンタと患部とが一致するように、照射装置２１および治療台３１のそれぞれを移動させる経路であってもよい。

以下の説明では、表現の簡略化のため、１つの照射門を適用する状態から別の１つの照射門を適用する状態に装置の状態を遷移させることは、「１つの照射門から別の１つの照射門に装置の適用状態を遷移させる」と表現される。

照射装置経路取得部Ｆ１３および治療台経路取得部Ｆ１４は、標準経路生成部Ｆ１２から標準経路データを受け取る。照射装置経路取得部Ｆ１３は、照射装置２１についての標準経路を表す照射装置・標準経路データを標準経路データから抽出し、重なり判定部Ｆ１５および経路設定部Ｆ１７に送る。治療台経路取得部Ｆ１４は、治療台３１についての標準経路を表す治療台・標準経路データを標準経路データから抽出し、重なり判定部Ｆ１５に送る。

重なり判定部Ｆ１５は、照射装置経路取得部Ｆ１３から照射装置・標準経路データを受け取る。また、重なり判定部Ｆ１５は、治療台経路取得部Ｆ１４から治療台・標準経路データを受け取る。重なり判定部Ｆ１５は、照射装置・標準経路データに基づいて、照射装置２１が仮に照射装置・標準経路に従って移動または停止したときに照射装置２１が切り取る空間領域である照射装置切り取り領域を求める。照射装置切り取り領域を求めるに際して、重なり判定部Ｆ１５は、記憶媒体４６に記憶された幾何学データを参照する。

ここで、ある装置Ａが、ある経路Ｂを移動するときに装置Ａが切り取る空間領域は、装置Ａが経路Ｂを移動するときに、装置Ａが占有する空間領域が掃引する空間領域として解釈され得る。切り取り領域外に他の物体がある場合には、装置Ａが経路Ｂを移動したとしても、他の物体と装置Ａとの接触が避けられる。なお、照射装置２１が停止することを照射装置・標準経路が表す場合、照射装置切り取り領域は、照射装置・標準経路に従う回転角度位置で停止した照射装置２１が占有する空間領域に一致する。

重なり判定部Ｆ１５は、治療台・標準経路データに基づいて、治療台３１が仮に治療台・標準経路に従って移動または停止したときに、治療台３１および患者安全領域３４が切り取る空間領域である治療台切り取り領域を求める。治療台３１が停止することを治療台・標準経路が表す場合、治療台切り取り領域は、治療台・標準経路に従う位置および姿勢で停止した治療台３１と患者安全領域３４とが占有する空間領域に一致する。治療台切り取り領域を求めるに際して、重なり判定部Ｆ１５は、記憶媒体４６に記憶された幾何学データを参照する。

重なり判定部Ｆ１５は、照射装置切り取り領域と、治療台切り取り領域とが重なるか否かを判定し、判定結果を示す判定情報と、治療台・標準経路データを回避経路生成部Ｆ１６に送る。

回避経路生成部Ｆ１６は、照射装置切り取り領域と、治療台切り取り領域とが重ならない旨を判定情報が示すときは、治療台・標準経路データを治療台経路データとして経路設定部Ｆ１７に送る。一方、回避経路生成部Ｆ１６は、照射装置切り取り領域と、治療台切り取り領域とが重なる旨を判定情報が示すときは、次のような回避処理を実行して治療台３１の回避経路を求め、回避経路を表すデータを治療台経路データとして経路設定部Ｆ１７に出力する。

回避処理において回避経路生成部Ｆ１６は、治療台・標準経路とは異なる変更経路を求める。そして、仮に治療台３１が変更経路を移動するとしたときに、治療台３１および患者安全領域３４が切り取る空間領域である変更切り取り領域を求める。変更切り取り領域を求めるに際して、回避経路生成部Ｆ１６は、記憶媒体４６に記憶された幾何学データを参照する。回避経路生成部Ｆ１６は、照射装置切り取り領域と、変更切り取り領域とが重なるか否かを判定し、これらの領域が重ならないと判定したときは、変更経路を回避経路とする。

回避経路生成部Ｆ１６は、照射装置切り取り領域と、変更切り取り領域とが重なると判定したときは、変更経路をさらに変更する。回避経路生成部Ｆ１６は、新たに変更された変更経路について変更切り取り領域を求め、照射装置切り取り領域と、変更切り取り領域とが重なるか否かを判定する。回避経路生成部Ｆ１６は、これらの領域が重なると判定したときは、さらに変更経路を変更し、照射装置切り取り領域と、変更切り取り領域とが重なるか否かの判定、すなわち重なり判定を実行する。

回避経路生成部Ｆ１６は、照射装置切り取り領域と変更切り取り領域とが重ならないと判定するまで、変更経路の変更、および重なり判定を繰り返す。回避経路生成部Ｆ１６は、これらの領域が重ならないと判定したときに、変更経路を回避経路とする。

経路設定部Ｆ１７は、回避経路生成部Ｆ１６から治療台経路データを受け取る。また、経路設定部Ｆ１７は、照射装置経路取得部Ｆ１３から照射装置・標準経路データを受け取る。経路設定部Ｆ１７は、照射装置・標準経路データおよび治療台経路データを、経路提示部Ｆ１８および経路承認部Ｆ１９へ送る。

経路提示部Ｆ１８は、照射装置・標準経路データおよび治療台経路データによって表される各移動経路をユーザへ提示する。経路承認部Ｆ１９は、各移動経路で照射装置２１および治療台３１を動作させてよいことを示す承認情報を、ユーザの操作に従って取得する機能を有する。経路承認部Ｆ１９が承認情報を取得した場合、コントローラ４は、照射装置・標準経路データおよび治療台経路データによって表される各移動経路に基づいて、照射装置２１および治療台３１を駆動制御する。

コントローラ４の制御に基づく照射装置２１および治療台３１の動作の例が、図３〜図１２を参照しつつ説明される。治療計画取得部Ｆ１１は、例えば、図４に示された治療計画４６０を記憶媒体４６から入出力回路４３を介して取得する。治療計画４６０は、例えば、患部や臓器等の位置に基づいて、医師等によって作成される。治療計画４６０では、照射門番号４６１「０」〜「４」のそれぞれに対し、照射装置角度４６２、治療台姿勢角度４６３、患部位置４６４および治療台３１の移動経路４６５が対応付けられている。

照射門番号４６１は照射門を特定する番号である。以下の説明では、Ｎを整数として照射門番号「Ｎ」で特定される照射門は、単に、照射門「Ｎ」と表現される。照射装置角度４６２は、照射装置２１の回転角度位置を示す。照射装置角度４６２は、例えば図５に示されているように、照射装置２１がアイソセンタの直上方向に位置する場合に０°と定義される。照射装置２１が、照射装置角度４６２が０°の位置から、粒子線治療装置１の正面から見て反時計回りに９０°回転すると、照射装置角度４６２は９０°となる。さらに、照射装置２１が９０°反時計回りに回転すると、照射装置角度４６２は１８０°となる。

照射装置２１は時計回りに回転してもよい。照射装置２１が回転ガントリ２２の頂部に位置する場合に照射装置角度４６２は０°となり、回転ガントリ２２の底部に位置する場合に照射装置角度４６２は１８０°となる。粒子線治療装置１の正面は、回転ガントリ２２に対し患者が出入りする側の面である。

図４に示されている例では、治療台姿勢角度４６３は治療台３１のヨー角である。図５に示されているように、治療台姿勢角度４６３は、例えば、治療台３１の一方の端部である第１端部３１１の位置によって定まる。治療台３１の他方の端部である第２端部３１２は、治療台支持部３３によって支持されており、第１端部３１１は治療台支持部３３から遠い側の端部である。

第２端部３１２から第１端部３１１に向かう方向がｙ軸正方向に一致する場合に、治療台姿勢角度４６３は１８０°である。その位置から第１端部３１１が治療台支持部３３を中心に水平に１８０°回転したときに、治療台姿勢角度４６３は０°となる。図４に示されている患部位置４６４は、患部の位置をアイソセンタに一致させるための調整値であり、ｘ座標、ｙ座標およびｚ座標によって表される。

治療台３１の移動経路４６５は、治療台３１に対して定められた移動経路を特定する情報である。治療計画取得部Ｆ１１から標準経路生成部Ｆ１２に出力される治療計画では、ある１つの照射門から別の１つの照射門に適用状態が遷移するときの各移動経路として治療台・標準経路が設定されている。

図６〜図１１に示されている照射装置の符号「２１」の傍らに記された括弧内の数値は、照射装置角度（照射装置２１の回転角度位置）を示す。また、治療台の符号「３１」の傍らに記された括弧内の数値は、治療台姿勢角度を示す。

図６には、標準経路生成部Ｆ１２で計算された治療台３１の標準経路の例が示されている。この図には、照射門「３」から照射門「４」に適用状態が遷移し、治療台３１が１８０゜回転する際の治療台・標準経路が模式的に示されている。なお、照射装置・標準経路は、照射装置角度が４０°の回転角度位置から、照射装置角度が１５５°に変化するものであるが、図６では説明の便宜上、照射装置角度が４０°の状態のみが示されている。

図６では、照射門「３」での照射装置２１と治療台３１の位置が実線によって示されている。治療台３１は、例えば患部をアイソセンタに合致させながら、治療台３１がアイソセンタを回転中心として１８０゜回転する。また、治療台３１の回転中の位置が破線によって示され、治療台３１の動作点３８が描く治療台・標準経路が矢印線分Ｌ１によって示されている。この治療台・標準経路のパターンは標準Ｓ型と定義される。

図６に示された標準Ｓ型について、重なり判定部Ｆ１５が、照射装置切り取り領域と治療台切り取り領域とが重ならない旨の判定をした場合、照射装置２１および治療台３１は接触しない。この場合、回避経路生成部Ｆ１６は、治療台・標準経路データを治療台経路データとして経路設定部Ｆ１７に送る。

図７には、標準Ｓ型によって、仮に照射門「３」から照射門「４」に適用状態が遷移した場合における、治療台３１と照射装置２１の動作の例が示されている。この図に示されているように、照射門「３」から照射門「４」に適用状態が遷移する際には、照射装置２１と治療台３１とが接触する可能性がある。

この場合、重なり判定部Ｆ１５は、照射装置切り取り領域と治療台切り取り領域とが重なる旨の判定をする。重なり判定部Ｆ１５は、照射装置切り取り領域と治療台切り取り領域とが重なる旨を示す判定情報と、治療台・標準経路データを回避経路生成部Ｆ１６に送る。回避経路生成部Ｆ１６は、上述の回避処理を実行して治療台３１の回避経路を求める。

図８には、回避経路生成部Ｆ１６によって生成された回避経路に従って、照射門「３」から照射門「４」に適用状態が遷移するときにおける、照射装置２１および治療台３１の動作の例が示されている。この回避経路では、状態遷移の途中で照射装置２１と治療台３１とは接触しない。

治療台３１は、照射門「３」から照射門「４」への適用状態の遷移を開始した直後は照射装置２１から離れながら回転し、十分離れたならば照射装置２１へ近付きながら回転して照射門「４」の適用状態に至る。これによって、照射装置２１と治療台３１との接触が回避される。この略楕円状の回避経路のパターンは回避Ａ型と定義される。回避Ａ型では、回避経路は、治療台３１を回転運動させながら並進運動させる経路となる。

上述のように、回避処理を実行する回避経路生成部Ｆ１６は、治療台・標準経路を変更した変更経路を求める。この変更経路については、次のような条件が課されてもよい。すなわち、回避経路生成部Ｆ１６は、照射装置２１が移動または停止し、治療台３１が移動しているときに、照射装置２１と治療台３１との間の最短距離が予め定められた接近距離ｄ以上となるように、変更経路を求めてもよい。

ここで、最短距離は、照射装置２１と治療台３１とが最も接近する隙間における、照射装置２１と治療台３１との間の距離として定義される。このような変更経路を求める際に、回避経路生成部Ｆ１６は、記憶媒体４６に記憶された幾何学データを参照する。

図９には、照射門「３」から照射門「４」に適用状態が遷移する場合において、照射装置２１の回転角度位置が９０゜のときに照射装置２１と治療台３１との間の最短距離δが最小になる例が示されている。図８に示されている例では、この最短距離δが接近距離ｄ以上となるように、治療台３１の動作点３８が図示したような略楕円状の軌跡を描く。

治療台３１の回避経路のパターンは図８に示された回避Ａ型に限られない。照射装置切り取り領域と変更切り取り領域とが重ならないという条件を満たすような様々な回避経路のパターンがある。

例えば、治療台３１は、照射装置２１と治療台３１との間の最短距離を離間距離ｄに一定に保ちながら移動してもよい。また、回避Ａ型では、図８に示されているように治療台３１の回転運動と並進運動とが同時に行われるが、回転運動と並進運動とが別々に行われてもよい。

図１０には、回転運動と並進運動とが別々に行われる場合の治療台３１の回避経路が示されている。図１１には、回避経路を求めるに至る過程を説明する図が示されている。すなわち、図１１には、照射門「１」から照射門「２」に適用状態が遷移する際に、仮に治療台・標準経路として標準Ｓ型の経路に従って、治療台３１を移動させた場合の、照射装置２１および治療台３１の動作が示されている。この場合、状態遷移の途中で照射装置２１および治療台３１が接触する。

そこで、重なり判定部Ｆ１５は、照射装置切り取り領域と治療台切り取り領域とが重なる旨の判定をする。重なり判定部Ｆ１５は、照射装置切り取り領域と、治療台切り取り領域とが重なる旨を示す判定情報と、治療台・標準経路データを回避経路生成部Ｆ１６に送る。回避経路生成部Ｆ１６は、上述の回避処理を実行して治療台３１の回避経路を求める。

図１０に示されているように、治療台３１は、照射門「１」で定まる位置から、照射門「１」の治療台姿勢角度１０゜を保ったまま照射装置２１から遠ざかる方向に移動する。その後、治療台３１は、治療台姿勢角度が６０゜となるまで回転し、治療台姿勢角度６０゜を保ったまま照射門「２」で定まる位置まで移動する。図１０には治療台３１の動作点３８の軌跡が、矢印線分Ｌ２によって左側にずれた位置に示されている。

図１０では、治療台３１の動作を明確に示すために、治療台３１の移動距離が大きく図示されているが、治療台３１の移動距離は、治療台姿勢角が１０゜であるときの治療台３１の角部と照射装置２１とを最小限の距離ｄｍで隔離させる程度でよい。このような回避経路のパターンは回避Ｂ型と定義される。回避Ｂ型では、回避経路は、治療台を並進運動させた後、治療台３１を回転運動させる経路となる。

図１２には、回避経路生成部Ｆ１６が求めた治療台経路として、照射門「０」から照射門「４」に適用状態が順に遷移していく場合において、適用状態が遷移するときの治療台経路のパターンの例が示されている。

この例では、回避経路生成部Ｆ１６が求めた治療台経路は、照射門「０」から照射門「１」に適用状態が遷移するときに標準Ｓ型となり、照射門「１」から照射門「２」に適用状態が遷移するときに回避Ｂ型となる。また、回避経路生成部Ｆ１６が求めた治療台経路は、照射門「２」から照射門「３」に適用状態が遷移するときに回避Ｂ型となり、照射門「３」から照射門「４」に適用状態が遷移するときに回避Ａ型となる。

上述のように、回避経路生成部Ｆ１６は、照射装置切り取り領域と変更切り取り領域とが重なると判定したときは、変更経路を変更する。回避経路生成部Ｆ１６は、照射装置切り取り領域と変更切り取り領域とが重ならないと判定するまで、変更経路の変更、および重なり判定を繰り返す。回避経路生成部Ｆ１６は、これらの領域が重ならないと判定したときに、変更経路を回避経路とする。

変更経路は、先の照射門で定まる照射装置２１および治療台３１の各位置と、次の照射門で定まる照射装置２１および治療台３１の各位置との関係に基づき、回避Ａ型、回避Ｂ型等、予め定められたパターンに従って求められてよい。回避経路のパターンの選択は、先の照射門で定まる照射装置２１および治療台３１の各位置と、次の照射門で定まる照射装置２１および治療台３１の各位置との関係に基づき行われる。例えば回避経路のパターンの選択は、照射装置２１および治療台３１の移動時間または移動距離が最短となるように、あるいは、所定の閾値未満となるように行われる。

次に、経路提示部Ｆ１８の具体例が以下に説明される。経路提示部Ｆ１８はディスプレイ６０に画像を表示する機能を有している。経路提示部Ｆ１８は、図１３に示されているように、３次元ＣＡＤによって作成された図をディスプレイ６０に表示してもよい。図１３には、複数の異なる時刻における照射装置２１および治療台３１を重ねてディスプレイ６０に表示することで、照射装置２１および治療台３１が移動する様子が示されている。ユーザは表示された画像に応じてコントローラ４のユーザインターフェース部４２を操作して、回避経路のパターンを変更してもよい。

経路提示部Ｆ１８は、図８に示されているような模式図をディスプレイ６０に表示してもよい。また、経路提示部Ｆ１８は、照射装置２１の動作点２５の軌跡、治療台３１の動作点３８の軌跡、あるいは、照射装置２１や治療台３１の形状を模した図形をディスプレイ６０に表示してもよい。

なお、ディスプレイ６０に代えて、可視光を発するレーザ発光装置等の光学装置が用いられてもよい。この場合、光学装置は、照射装置２１や治療台３１の形状を模した図形や、患者安全領域３４をレーザ光で壁面等に投影する。

このように、本実施形態に係る粒子線治療装置１では、コントローラ４が、照射装置２１および治療台３１のそれぞれの標準経路を治療計画に基づいて求める。コントローラ４は、照射装置切り取り領域と治療台切り取り領域とが重なるか否かを判定する。コントローラ４は、照射装置切り取り領域と治療台切り取り領域とが重なると判定したときに、治療台３１の移動経路を回避経路に設定する。ここで、回避経路は、照射装置切り取り領域と変更切り取り領域とが重ならないように設定された変更経路として定義される。変更切り取り領域は、治療台３１が変更経路を移動するとしたときに、治療台３１および患者安全領域３４が切り取る空間領域として定義される。

コントローラ４は、照射装置切り取り領域と治療台切り取り領域とが重ならないと判定したときには、治療台３１の移動経路を標準経路に設定する。また、コントローラ４は、照射装置切り取り領域と治療台切り取り領域とが重なるか否かに関わらず、照射装置２１の移動経路を標準経路に設定する。

このようなコントローラ４の処理によれば、照射装置２１と治療台３１とが接触する可能性がなく、かつ、照射装置２１と患者安全領域３４とが干渉する可能性がない場合に、照射装置２１および治療台３１の移動経路が標準経路に設定される。そして、照射装置２１と治療台３１とが接触する可能性があり、あるいは、照射装置２１と患者安全領域３４とが干渉する可能性がある場合に、照射装置２１および治療台３１の移動経路が標準経路に設定され、治療台３１の移動経路が回避経路に設定される。

これによって、照射装置２１と治療台３１との接触が回避される。治療台３１を回避経路に従って移動させる場合、治療台３１を標準経路に従って移動させる場合に比べて長時間が要される。そこで、コントローラ４は、照射装置２１と治療台３１とが接触する可能性がなく、かつ、照射装置２１と患者安全領域３４とが干渉する可能性がない場合には、照射装置２１および治療台３１の移動経路を標準経路に設定する。

これによって、コントローラ４は、治療台３１を回避経路に従って移動させる必要がないときは、治療台３１を標準経路に従って移動または停止させるため、治療計画に従う一通りの治療に要される時間が短縮される。

粒子線治療装置１では、照射装置２１および治療台３１が切り取る空間領域の重なりの有無に基づいて、照射装置２１と治療台３１との接触の有無が判定され、治療台３１の回避経路が求められる。これによって、照射装置２１の移動タイミング、位置および移動速度（以下、移動タイミング等と称される）と、治療台３１の移動タイミング等を考慮する必要のない容易な処理によって回避経路が求められる。

さらに、同一時刻における照射装置２１と治療台３１との位置関係に関わらず照射装置２１と治療台３１との接触が回避される。そのため、照射装置２１の移動タイミング等と、治療台３１の移動タイミング等に関わらず照射装置２１と治療台３１との接触が回避される。例えば、照射装置２１および治療台３１に対する制御の誤差によって、照射装置２１および治療台３１の少なくとも一方の移動タイミングにバラツキが生じる場合であっても、照射装置２１と治療台３１との接触が確実に回避される。

なお、粒子線治療装置１の動作確認を行う場合等、患者が治療台３１に載せられない場合には、治療台切り取り領域および変更切り取り領域には、患者安全領域３４が含まれなくてもよい。この場合、治療台切り取り領域は、治療台３１が仮に治療台・標準経路に従って移動または停止したときに、治療台３１が切り取る空間領域として定義される。また、変更切り取り領域は、仮に治療台３１が変更経路を移動するとしたときに、治療台３１が切り取る空間領域として定義される。

粒子線治療装置１は、照射装置２１および治療台３１の各移動経路を提示する提示装置として経路提示部Ｆ１８およびディスプレイ６０若しくは光学装置等を備える。さらに、粒子線治療装置１は、照射装置２１および治療台３１の各移動経路を経路提示部Ｆ１８が提示すると共に、コントローラ４が、照射装置２１および治療台３１を各移動経路に従って移動させて良いか否かの情報を受け付ける経路承認部Ｆ１９を備える。

これによって、コントローラ４によって設定された各移動経路がユーザに確実に示される。また、照射装置２１および治療台３１を各移動経路に従って移動させて良いか否かの判断がユーザに委ねられる。したがって、コントローラ４が実行する処理のみならず、ユーザの知識や経験が活用された上で各移動経路が設定され、粒子線治療装置１の安全性がより高められる。

粒子線治療装置１は、次の（ｉ）〜（ｖ）の事項を含む方法を用いている。コンピュータプログラム４４０は、以下の（ｉ）〜（ｖ）の事項を演算装置としてのＣＰＵ４１に実行させる。ＣＰＵ４１は、コンピュータプログラム４４０を実行することで、図３に示されている各機能ブロックを実現する。

（ｉ）照射装置２１および治療台３１のそれぞれの標準経路を治療計画に基づいて求めること。（ｉｉ）照射装置２１が標準経路に従って移動または停止する場合における照射装置切り取り領域と、治療台３１が標準経路に従って移動または停止する場合における治療台切り取り領域とが重なるか否かを判定すること。（ｉｉｉ）照射装置切り取り領域と治療台切り取り領域とが重なると判定したときに、治療台３１の移動経路を回避経路に設定すること。（ｉｖ）照射装置切り取り領域と治療台切り取り領域とが重ならないと判定したときに、治療台３１の移動経路を標準経路に設定すること。（ｖ）照射装置切り取り領域と治療台切り取り領域とが重なるか否かに関わらず、照射装置２１の移動経路を標準経路に設定すること。

１，１００ 粒子線治療装置、３ カウチ、４ コントローラ、５ 患者、７，１０８ 粒子線、２１，１０４ 照射装置、２２，１０６ 回転ガントリ、２３ アイソセンタ、２５ 照射装置の動作点、３１，１０２ 治療台、３１１ 第１端部、３１２ 第２端部、３２ 駆動装置、３３ 治療台支持部、３４ 患者安全領域、３８ 治療台の動作点、４１ ＣＰＵ、４２ ユーザインターフェース部、４３ 入出力回路、４４ メモリ、４５ 通信部、４６ 記憶媒体、５１ 患部、６０ ディスプレイ、４４０ コンピュータプログラム、Ｆ１１ 治療計画取得部、Ｆ１２ 標準経路生成部、Ｆ１３ 照射装置経路取得部、Ｆ１４ 治療台経路取得部、Ｆ１５ 重なり判定部、Ｆ１６ 回避経路生成部、Ｆ１７ 経路設定部、Ｆ１８ 経路提示部、Ｆ１９ 経路承認部。

Claims (10)

1. 患者が載せられる治療台と、粒子線を前記患者に照射する照射装置と、前記照射装置および前記治療台のそれぞれの移動経路を設定するコントローラと、を有し、
   前記コントローラは、
   前記照射装置および前記治療台のそれぞれの標準経路を治療計画に基づいて求め、
   前記照射装置が前記標準経路に従って移動または停止する場合における照射装置切り取り領域と、前記治療台が前記標準経路に従って移動または停止する場合における治療台切り取り領域とが重なるか否かを判定し、
   前記照射装置切り取り領域と前記治療台切り取り領域とが重なると判定したときに、前記治療台の移動経路を、前記照射装置と前記治療台との接触が回避される回避経路に設定し、
   前記照射装置切り取り領域と前記治療台切り取り領域とが重ならないと判定したときに、前記治療台の移動経路を前記標準経路に設定し、
   前記照射装置切り取り領域と前記治療台切り取り領域とが重なるか否かに関わらず、前記照射装置の移動経路を前記標準経路に設定するように構成されていることを特徴とする粒子線治療装置。
2. 請求項１に記載の粒子線治療装置において、
   前記コントローラは、
   前記照射装置切り取り領域と、前記治療台が前記標準経路とは異なる変更経路に従って移動する場合の変更切り取り領域と、が重ならない場合における当該変更経路を、前記回避経路として設定することを特徴とする粒子線治療装置。
3. 請求項２に記載の粒子線治療装置において、
   前記変更切り取り領域は、前記治療台が前記変更経路に従って移動する場合に、前記治療台および前記治療台の周辺に定められた患者安全領域が切り取る領域を含むことを特徴とする粒子線治療装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の粒子線治療装置において、
   前記治療台切り取り領域は、前記治療台が前記標準経路に従って移動または停止する場合に、前記治療台および前記治療台の周辺に定められた患者安全領域が切り取る領域を含むことを特徴とする粒子線治療装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の粒子線治療装置において、
   前記照射装置および前記治療台のそれぞれの前記標準経路は、１つの照射門を適用する状態から別の１つの照射門を適用する状態に前記照射装置および前記治療台の状態を遷移させるときに、前記照射装置および前記治療台のそれぞれを、最短の距離若しくは所定の閾値未満の距離で移動させる経路であることを特徴とする粒子線治療装置。
6. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の粒子線治療装置において、
   前記照射装置および前記治療台のそれぞれの前記標準経路は、１つの照射門を適用する状態から別の１つの照射門を適用する状態に前記照射装置および前記治療台の状態を遷移させるときに、前記照射装置および前記治療台のそれぞれを、最短の時間若しくは所定の閾値未満の時間で移動させる経路であることを特徴とする粒子線治療装置。
7. 請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の粒子線治療装置において、
   前記コントローラが設定した、前記照射装置および前記治療台の各移動経路を提示する提示装置を備えることを特徴とする粒子線治療装置。
8. 請求項７に記載の粒子線治療装置において、
   前記コントローラが設定した、前記照射装置および前記治療台の各移動経路を前記提示装置が提示すると共に、前記コントローラは、前記照射装置および前記治療台を当該各移動経路に従って移動させて良いか否かの情報を受け付けることを特徴とする粒子線治療装置。
9. 患者が載せられる治療台と、粒子線を前記患者に照射する照射装置と、を備える粒子線治療装置について、前記照射装置および前記治療台のそれぞれの移動経路を設定する、粒子線治療装置の制御方法において、
   前記照射装置および前記治療台のそれぞれの標準経路を治療計画に基づいて求め、
   前記照射装置が前記標準経路に従って移動または停止する場合における照射装置切り取り領域と、前記治療台が前記標準経路に従って移動または停止する場合における治療台切り取り領域とが重なるか否かを判定し、
   前記照射装置切り取り領域と前記治療台切り取り領域とが重なると判定したときに、前記治療台の移動経路を、前記照射装置と前記治療台との接触が回避される回避経路に設定し、
   前記照射装置切り取り領域と前記治療台切り取り領域とが重ならないと判定したときに、前記治療台の移動経路を前記標準経路に設定し、
   前記照射装置切り取り領域と前記治療台切り取り領域とが重なるか否かに関わらず、前記照射装置の移動経路を前記標準経路に設定することを特徴とする制御方法。
10. 患者が載せられる治療台と、粒子線を前記患者に照射する照射装置と、を備える粒子線治療装置について、前記照射装置および前記治療台のそれぞれの移動経路を設定する、粒子線治療装置の制御プログラムにおいて、
    前記照射装置および前記治療台のそれぞれの標準経路を治療計画に基づいて求め、
    前記照射装置が前記標準経路に従って移動または停止する場合における照射装置切り取り領域と、前記治療台が前記標準経路に従って移動または停止する場合における治療台切り取り領域とが重なるか否かを判定し、
    前記照射装置切り取り領域と前記治療台切り取り領域とが重なると判定したときに、前記治療台の移動経路を、前記照射装置と前記治療台との接触が回避される回避経路に設定し、
    前記照射装置切り取り領域と前記治療台切り取り領域とが重ならないと判定したときに、前記治療台の移動経路を前記標準経路に設定し、
    前記照射装置切り取り領域と前記治療台切り取り領域とが重なるか否かに関わらず、前記照射装置の移動経路を前記標準経路に設定する処理を、演算装置に実行させることを特徴とする制御プログラム。
    

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