JP2022083625A - 荷電粒子線治療装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被照射体に対する荷電粒子線の照射精度を向上させることができる荷電粒子線治療装置を提供する。【解決手段】荷電粒子線治療装置１は、照射部２を回転可能に支持する回転ガントリ５を有している。荷電粒子線のアイソセンターＡＣと腫瘍１４との位置関係が、設計上のアイソセンターＡＣＸと腫瘍１４ものからずれる。これに対し、荷電粒子線治療装置１は、腫瘍１４と荷電粒子線との相対的な位置関係を調整可能な治療台４と、回転ガントリ５の回転角度に応じて設定された補正量を取得し、当該補正量によって治療台４の位置の補正を行うコントローラ５３と、を備える。従って、コントローラ５３が、回転角度に応じた補正量で治療台４の位置を補正することで、荷電粒子線のアイソセンターＡＣと腫瘍１４との位置関係のずれを抑制することができる。【選択図】図４

Description

本発明は、荷電粒子線治療装置に関するものである。

従来、患者の患部に荷電粒子線を照射することによって治療を行う荷電粒子線治療装置として、例えば、特許文献１に記載された装置が知られている。特許文献１に記載の荷電粒子線照射装置では、荷電粒子線を照射部から照射し、治療台上の患者の患部の治療を行っている。

特開２０１７－２０９３７２号公報

ここで、被照射体に対して荷電粒子線を精度良く照射すると、治療の品質が向上する。従って、被照射体に対する荷電粒子線の照射精度を向上させることが求められている。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、被照射体に対する荷電粒子線の照射精度を向上させることができる荷電粒子線治療装置を提供することを目的とする。

本発明の荷電粒子線治療装置は、被照射体に対して荷電粒子線を照射する荷電粒子線治療装置であって、荷電粒子線を照射する照射部と、照射部を回転可能に支持する回転ガントリと、被照射体と荷電粒子線との相対的な位置関係を調整可能な調整部と、回転ガントリの回転角度に応じて設定された補正量を取得し、当該補正量によって調整部の位置の補正を行う補正部と、を備える。

本発明の荷電粒子線治療装置は、照射部を回転可能に支持する回転ガントリを有している。従って、照射部は、回転ガントリの回転角度に応じた角度から荷電粒子線を被照射体へ照射する。ここで、回転ガントリ及び照射部は、たわむ場合がある。このようなたわみが発生すると、実際の荷電粒子線のアイソセンターが設計上の位置からずれる場合がある。この場合、荷電粒子線のアイソセンターと被照射体との位置関係が設計上のものからずれる。これに対し、荷電粒子線治療装置は、被照射体と荷電粒子線との相対的な位置関係を調整可能な調整部と、回転ガントリの回転角度に応じて設定された補正量を取得し、当該補正量によって調整部の位置の補正を行う補正部と、を備える。従って、補正部が、回転角度に応じた補正量で調整部の位置を補正することで、荷電粒子線のアイソセンターと被照射体との位置関係のずれを抑制することができる。以上により、被照射体に対する荷電粒子線の照射精度を向上させることができる。

調整部は、荷電粒子線のアイソセンターの位置ずれを補正可能な機構によって構成されてよい。これにより、補正部が調整部の位置の補正を行うことで、荷電粒子線のアイソセンターの位置ずれを補正することができる。

補正部は、予め取得された測定結果に基づく補正量によって、補正を行ってよい。これにより、実際の測定結果に基づいて、適切な補正量を設定することが可能となる。

回転ガントリは、片持ち構造であってよい。この場合、回転ガントリのたわみが大きくなり、荷電粒子線のアイソセンターのずれ量が大きくなるため、補正部による補正の効果がより顕著となる。

本発明によれば、被照射体に対する荷電粒子線の照射精度を向上させることができる荷電粒子線治療装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る荷電粒子線治療装置を示す概略構成図である。 図１の荷電粒子線治療装置の照射部付近の概略構成図である。 図３（ａ）は、回転ガントリの概略側面図であり、図３（ｂ）は、回転ガントリの概略正面図である。 照射部付近における構成を示す斜視図である。 アイソセンターのずれ量を示す概念図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の一実施形態に係る荷電粒子線治療装置について説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本発明の一実施形態に係る荷電粒子線治療装置１を示す概略構成図である。荷電粒子線治療装置１は、放射線療法によるがん治療等に利用される装置である。荷電粒子線治療装置１は、イオン源装置で生成した荷電粒子を加速して荷電粒子線として出射する加速器３と、荷電粒子線を被照射体へ照射する照射部２と、加速器３から出射された荷電粒子線を照射部２へ輸送するビーム輸送ライン２１と、を備えている。

照射部２は、治療台４を取り囲むように設けられた回転ガントリ５に取り付けられている。照射部２は、回転ガントリ５によって治療台４の周りに回転可能とされている。ビーム輸送ライン２１は、回転ガントリ５の後端側から、回転ガントリ５内に進入する。そして、ビーム輸送ライン２１は、偏向電磁石２２で外周側に荷電粒子線の軌道を変更した後、偏向電磁石２３で荷電粒子線の軌道を大きく曲げて、外周側から照射部２に進入する。

図２は、図１の荷電粒子線治療装置の照射部付近の概略構成図である。なお、以下の説明においては、「Ｘ軸方向」、「Ｙ軸方向」、「Ｚ軸方向」という語を用いて説明する。「Ｚ軸方向」とは、照射部２の基軸ＡＸに沿った方向であり、荷電粒子線Ｂの照射の深さ方向である。なお、「基軸ＡＸ」の詳細については後述する。図２では、基軸ＡＸに沿って荷電粒子線Ｂが照射されている様子を示している。「Ｘ軸方向」とは、Ｚ軸方向と直交する平面内における一の方向である。「Ｙ軸方向」とは、Ｚ軸方向と直交する平面内においてＸ軸方向と直交する方向である。

まず、図２を参照して、本実施形態に係る荷電粒子線治療装置１の概略構成について説明する。図２に示されている荷電粒子線治療装置１はスキャニング法に係る照射装置である。なお、スキャニング方式は特に限定されず、ラインスキャニング、ラスタースキャニング、スポットスキャニング等を採用してよい。また、荷電粒子線治療装置１は、スキャニング法に係る照射装置に限定されず、ワブラー法、積層原体法などの各種照射方法に係る照射装置を採用可能である。図２に示されるように、荷電粒子線治療装置１は、加速器３と、照射部２と、ビーム輸送ライン２１と、制御部７と、を備えている。

加速器３は、荷電粒子を加速して予め設定されたエネルギーの荷電粒子線Ｂを出射する装置である。加速器３として、例えば、サイクロトロン、シンクロサイクロトロン、ライナック等が挙げられる。ビーム輸送ライン２１は、加速器３から出射された荷電粒子線を照射部２へ輸送する。

照射部２は、患者１５の体内の腫瘍（被照射体）１４に対し、荷電粒子線Ｂを照射するものである。荷電粒子線Ｂとは、電荷をもった粒子を高速に加速したものであり、例えば陽子線、重粒子（重イオン）線、電子線等が挙げられる。具体的に、照射部２は、イオン源（不図示）で生成した荷電粒子を加速する加速器３から出射されてビーム輸送ライン２１で輸送された荷電粒子線Ｂを腫瘍１４へ照射する装置である。照射部２は、走査電磁石６、ドーズモニタ１２、ポジションモニタ１３ａ，１３ｂ、コリメータ４０、及びディグレーダ３０を備えている。走査電磁石６、各モニタ１２，１３ａ，１３ｂ、及びディグレーダ３０は、収容体としての照射ノズル９に収容されている。このように、照射ノズル９に各主構成要素を収容することによって照射部２が構成されている。なお、上述の要素に加えて、走査電磁石６の上流側に四極電磁石及びプロファイルモニタを設けてよい。また、ドーズモニタ１２、ポジションモニタ１３ａ，１３ｂ、及びディグレーダ３０は省略してもよい。走査電磁石６は、Ｘ軸方向走査電磁石６ａ及びＹ軸方向走査電磁石６ｂを含む。走査電磁石６は、治療計画装置１００で予め計画された走査経路で荷電粒子線Ｂが照射されるように、荷電粒子線Ｂを走査する。

制御部７は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭ等により構成されている。この制御部７は、各モニタ１２，１３ａ，１３ｂから出力された検出結果に基づいて、加速器３、走査電磁石６、及びコリメータ駆動部４１を制御する。更に、制御部７は、回転ガントリ５及び治療台４も制御することができる（図３参照）。制御部７は、複数台の演算装置の組み合わせによって構成されてよい。

また、荷電粒子線治療装置１の制御部７は、荷電粒子線治療の治療計画を行う治療計画装置１００と接続されている。治療計画装置１００は、治療前に患者１５の腫瘍１４をＣＴ等で測定し、腫瘍１４の各位置における線量分布（照射すべき荷電粒子線の線量分布）を計画する。具体的には、治療計画装置１００は、腫瘍１４に対して治療計画マップを作成する。治療計画装置１００は、作成した治療計画マップを制御部７へ送信する。治療計画装置１００が作成した治療計画マップでは、荷電粒子線Ｂがどのようなスキャニングの走査経路を描くかが計画されている。

次に、図３及び図４を参照して、荷電粒子線治療装置１の構成について更に詳細に説明する。図３（ａ）は、回転ガントリ５の概略側面図であり、図３（ｂ）は、回転ガントリ５の概略正面図である。図４は、照射部２付近における構成を示す斜視図である。なお、図３に示す荷電粒子線治療装置１の各構成要素の位置関係は、各構成要素にたわみなどが発生していない、理想的な状態であるものとする。すなわち、図３は、各構成要素の設計上の位置関係を示している。

図３（ａ）に示すように、回転ガントリ５は、図示されていないモーターによって回転駆動され、図示されていないブレーキ装置によって回転が停止される。なお、以下の説明において、正面とは、治療台４（図４参照）が設置されて患者の出入りが可能になるように回転ガントリ５が開放されている側の側面を意味し、背面とは、その裏側の側面を意味する。

回転ガントリ５は、回転自在とされ、正面側から順に、第１円筒部３４、コーン部３５、第２円筒部３６を備える。第１円筒部３４、コーン部３５、及び第２円筒部３６は、中心線ＣＬに対して同軸に配置され互いに固定されている。照射部２は、第１円筒部３４の内面に配置され、第１円筒部３４の軸心方向に向けられている。第２円筒部３６は、第１円筒部３４より小径とされ、コーン部３５は、第１円筒部３４及び第２円筒部３６を連結するように円錐状に形成されている。照射部２が設けられた第１円筒部３４は、背面側においてコーン部３５及び第２円筒部３６を介して図示されない支持機構で支持されている。一方、第１円筒部３４の正面側は、開口しており、荷重を支持する支持機構が設けられていない。従って、回転ガントリ５は、背面側だけで支持された片持ち構造となっている。

設計上の位置関係においては、荷電粒子線の基軸ＡＸは、中心線ＣＬと交差する。荷電粒子線の基軸ＡＸは、照射部２がどの角度から荷電粒子線を照射する場合であっても、中心線ＣＬと交差する（図３（ｂ））。なお、基軸ＡＸは、照射部２が荷電粒子線の照射を行うときの基準となる仮想的な基準線である。治療計画装置１００が治療計画を行うときにスキャニングのパターンを作成する際にも、基軸ＡＸを基準として治療計画を行う。スキャニングパターンにおける層を設定する場合、各層は、基軸ＡＸと垂直な面となる。また、Ｘ軸方向への移動量、及びＹ軸方向への移動量を設定する際も、基軸ＡＸの位置を基準にする。アイソセンターＡＣは、荷電粒子線が最も集中して照射される部位である。設計上の位置関係においては、荷電粒子線の基軸ＡＸと中心線ＣＬの交点にアイソセンターＡＣが配置される。

図４に示すように、治療台４は、載置部４ａと、支持機構４ｂと、を備える。載置部４ａは、患者１５を載置する板状の部材によって構成される。支持機構４ｂは、載置部４ａを移動可能に支持する機構である。支持機構４ｂは、載置部４ａを前後、左右、及び上下に移動させることができる。治療台４は、患者１５と荷電粒子線との相対的な位置関係を調整可能な調整部として機能する。

制御部７は、回転ガントリ５を制御する制御装置５１と、治療台４を制御する制御装置５２と、制御装置５１，５２を操作するコントローラ５３と、各種情報を記憶する記憶部５４と、を備える。コントローラ５３は、治療計画装置１００で作成された治療計画マップに従った治療がなされるように、制御装置５１及び制御装置５２に対して設定値に基づく制御信号を出力する。これにより、制御装置５１は、回転ガントリ５を回転制御することで、照射部２を治療計画で定められた角度に配置する。また、制御装置５２は、治療台４を駆動制御することで、載置部４ａを治療計画で定められた位置に配置する。

ここで、荷電粒子線治療装置１の各構成要素は何れも重量が重い部材であるため、たわみなどが発生する場合がある。この場合、アイソセンターＡＣの位置が、設計上の位置からずれる。治療計画装置１００は、設計上（理想上）のアイソセンター位置を基準として、治療台４の載置部４ａの位置を設定する。従って、アイソセンターＡＣの位置が設計上の位置からずれると、治療台４の載置部４ａと実際のアイソセンターＡＣとの位置関係がずれてしまう。

具体的に、図５（ａ）の左側の図では、照射部２が真上に配置されているとき（回転角度＝０°）の設計上のアイソセンターＡＣＸを示しているところ、右側の図では、実際のアイソセンターＡＣの位置を示している。図５（ａ）の右側の図に示すように、照射部２の重みで回転ガントリ５が下側へたわむことで、実際のアイソセンターＡＣが、設計上のアイソセンターＡＣＸの位置よりも下側へずれ量ＳＬ１だけずれる。図５（ｂ）の左側の図では、照射部２が斜めに配置されているとき（回転角度＝３１５°）の設計上のアイソセンターＡＣＸを示しているところ、右側の図では、実際のアイソセンターＡＣの位置を示している。図５（ｂ）の右側の図に示すように、回転ガントリ５のたわみと照射部２自体のたわみにより、実際のアイソセンターＡＣが、設計上のアイソセンターＡＣＸの位置よりも斜め下側へずれ量ＳＬ２だけずれる。なお、以降の説明においては、「アイソセンターＡＣの位置ずれ」と称した場合は、設計上のアイソセンターＡＣＸに対して実際のアイソセンターＡＣの位置がずれていることを意味するものとする。また、設計上のアイソセンターＡＣＸに対する実際のアイソセンターＡＣのずれの大きさを単に「ずれ量」と称する場合がある。

上述のようなアイソセンターＡＣの位置ずれに対して、コントローラ５３は、回転ガントリ５の回転角度に応じて設定された補正量を取得し、当該補正量によって治療台４の載置部４ａの位置の補正を行う補正部として機能する。このとき、治療台４は、荷電粒子線のアイソセンターＡＣの位置ずれを補正可能な機構として機能する。

コントローラ５３は、制御装置５１から回転角度の情報を取得する。そして、コントローラ５３は、記憶部５４から回転角度ごとの補正量のデータベースを読み出すと共に、取得した回転角度と当該データベースとを照会する。これにより、コントローラ５３は、回転ガントリ５の回転角度に応じた補正量を取得する。従って、コントローラ５３は、取得した補正量を制御装置５２へ出力する。これによって、制御装置５２は、治療計画マップに基づく設定値に加えて、補正量の分だけ治療台４の載置部４ａを移動させる。

具体的に、図５（ａ）の右側の図に示すように、アイソセンターＡＣが下側へずれ量ＳＬ１だけずれるのに伴い、治療台４の載置部４ａは、設計上の位置から下側へ補正量ＡＬ１だけ移動する。これにより、実際のアイソセンターＡＣと治療台４の載置部４ａとの相対的な位置関係は、図５（ａ）の左側の図に示す設計上のアイソセンターＡＣＸと治療台４の載置部４ａとの相対的な位置関係と等しくなる。また、図５（ｂ）の右側の図に示すように、アイソセンターＡＣが斜め下側へずれ量ＳＬ２だけずれるのに伴い、治療台４の載置部４ａは、設計上の位置から斜め下側へ補正量ＡＬ２だけ移動する。これにより、実際のアイソセンターＡＣと治療台４の載置部４ａとの相対的な位置関係は、図５（ｂ）の左側の図に示す設計上のアイソセンターＡＣＸと治療台４の載置部４ａとの相対的な位置関係と等しくなる。

ここで、記憶部５４に記憶されている回転角度ごとの補正量のデータベースは、予め取得された測定結果に基づいて作成される。補正量は、ある回転角度におけるアイソセンターＡＣのずれ量を測定し、当該測定結果に基づいて設定される。このような補正量を各回転角度に対して測定及び設定する。これにより、回転角度ごとの補正量のデータベースが作成され、記憶部５４に格納される。従って、コントローラ５３は、予め取得された測定結果に基づく補正量によって、補正を行うことができる。なお、荷電粒子線治療装置１の各構成要素は、長時間の使用によってたわみ量などが変化してゆく場合がある。これにより、使用年数を経ることで、アイソセンターＡＣのずれ量も変化する場合がある。従って、荷電粒子線治療装置１の定期検査などのタイミングで、ずれ量の測定を再度行うことで、補正量を更新してもよい。

ここで、アイソセンターＡＣのずれ量の測定方法の一例について説明する。当該測定では、例えばＸＲＶ－１００（Logos Systems社製）などの荷電粒子線の測定機器を用いて行われる。まず、回転ガントリ５の回転角度を所定の値に設定する。測定機器のセンサを治療台４の載置部４ａに載せる。次に、載置部４ａを初期位置に移動させる（（Ｘ、Ｙ、Ｚ）：（０ｍｍ、－４８０ｍｍ、２３ｍｍ））。次に、ＤＲ（ＤｉｇｉｔａｌＲａｄｉｏｇｒａｐｈｙ）装置６０で測定機器のセンサの中心位置を撮像し、撮像結果に基づき載置部４ａを移動させて、測定機器のセンサの中心位置をＤＲ中心位置に合わせる。ＤＲ中心位置は、設計上のアイソセンター位置に対応する。そして、荷電粒子線測定用ソフトを起動して、所定の測定用プラン及び設定にて荷電粒子線の照射を実施する。主な設定としては、ワブリングでの照射を１９０ＭｅＶのエネルギーで行う。当該照射が完了した後、測定用ソフトから荷電粒子線が最も集中して照射されるビーム位置データが出力される。このビーム位置データと設計上のアイソセンター位置データとに基づいて、所定の回転角度におけるアイソセンターＡＣのずれ量を取得することができる。また、当該ずれ量に基づいて、載置部４ａの補正量を演算する。これにより、所定の回転角度に対応する補正量が取得される。同様の測定を各回転角度に対して行うことで、回転角度ごとの補正量のデータベースを作成することができる。

次に、本実施形態に係る荷電粒子線治療装置１の作用・効果について説明する。

本実施形態に係る荷電粒子線治療装置１は、照射部２を回転可能に支持する回転ガントリ５を有している。従って、照射部２は、回転ガントリ５の回転角度に応じた角度から荷電粒子線を腫瘍１４へ照射する。ここで、回転ガントリ５及び照射部２は、たわむ場合がある。このようなたわみが発生すると、図５（ａ）（ｂ）の右側の図に示すように、実際の荷電粒子線のアイソセンターＡＣが、設計上のアイソセンターＡＣＸの位置からずれる場合がある。この場合、荷電粒子線のアイソセンターＡＣと腫瘍１４との位置関係が、設計上のアイソセンターＡＣＸと腫瘍１４ものからずれる。これに対し、荷電粒子線治療装置１は、腫瘍１４と荷電粒子線との相対的な位置関係を調整可能な治療台４と、回転ガントリ５の回転角度に応じて設定された補正量を取得し、当該補正量によって治療台４の位置の補正を行うコントローラ５３と、を備える。従って、コントローラ５３が、回転角度に応じた補正量で治療台４の位置を補正することで、荷電粒子線のアイソセンターＡＣと腫瘍１４との位置関係のずれを抑制することができる。以上により、腫瘍１４に対する荷電粒子線の照射精度を向上させることができる。

調整部は、荷電粒子線のアイソセンターＡＣの位置ずれを補正可能な機構である治療台によって構成されてよい。これにより、コントローラ５３が治療台４の位置の補正を行うことで、荷電粒子線のアイソセンターＡＣの位置ずれを補正することができる。

コントローラ５３は、予め取得された測定結果に基づく補正量によって、補正を行ってよい。これにより、実際の測定結果に基づいて、適切な補正量を設定することが可能となる。

回転ガントリ５は、片持ち構造であってよい。この場合、回転ガントリ５のたわみが大きくなり、荷電粒子線のアイソセンターＡＣのずれ量が大きくなるため、コントローラ５３による補正の効果がより顕著となる。

本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。

上述の実施形態では、調整部として、治療台４が採用されていた。しかし、調整部は、被照射体と荷電粒子線との相対的な位置関係を調整可能な機構であれば特に限定されない。例えば、照射部を調整部として採用してよい。この場合、アイソセンターＡＣの位置ずれを解消するために、照射部２内で荷電粒子線の角度や飛程を補正してよい。

回転ガントリとして、上述の実施形態に示すような構造を例示したが、回転ガントリの構造は特に限定されるものではなく、適宜構造を変更してもよい。また、回転ガントリは片持ち構造のものに限定されず、両持ち構造の回転ガントリが採用されてもよい。

また、上述の実施形態において説明したアイソセンターＡＣの位置ずれの測定方法は一例にすぎず、測定可能である限り、他の測定方法を採用してもよい。また、補正量は実際の測定に基づいていなくともよく、シミュレーション結果などを用いて補正量を設定してもよい。

１…荷電粒子線治療装置、２…照射部、４…治療台（調整部）、５…回転ガントリ、１４…腫瘍（被照射体）、５３…コントローラ（補正部）。

Claims (4)

1. 被照射体に対して荷電粒子線を照射する荷電粒子線治療装置であって、
   前記荷電粒子線を照射する照射部と、
   前記照射部を回転可能に支持する回転ガントリと、
   前記被照射体と前記荷電粒子線との相対的な位置関係を調整可能な調整部と、
   前記回転ガントリの回転角度に応じて設定された補正量を取得し、当該補正量によって前記調整部の位置の補正を行う補正部と、を備える荷電粒子線治療装置。
2. 前記調整部は、前記荷電粒子線のアイソセンターの位置ずれを補正可能な機構によって構成される、請求項１に記載の荷電粒子線治療装置。
3. 前記補正部は、予め取得された測定結果に基づく前記補正量によって、前記補正を行う、請求項１又は２に記載の荷電粒子線治療装置。
4. 前記回転ガントリは、片持ち構造である、請求項１～３の何れか一項に記載の荷電粒子線治療装置。
   

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