JP2022135611A

JP2022135611A - 照射ノズル、粒子線治療装置、粒子線治療システムおよび粒子線治療システムの制御方法。

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Publication number: JP2022135611A
Application number: JP2021035540A
Authority: JP
Inventors: 泰三本田; Yasuzo Honda; 千博中島; Chihiro Nakajima; 智一島倉; Tomokazu Shimakura
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2021-03-05
Filing date: 2021-03-05
Publication date: 2022-09-15
Anticipated expiration: 2041-03-05
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Abstract

【課題】装置の小型化と高精度なビーム照射とを実現すること。【解決手段】放射線治療ビームを対象物Ｐｔへ照射する照射ノズル４は、放射線治療ビームの通過するビーム軸４０上に固定されたノズル基端部４２と、ノズル基端部を通過した放射線治療ビームを対象物へ照射するノズル先端部とを有し、ノズル先端部は、対象物に放射線治療ビームを照射するとき第１の位置に固定され、対象物を撮影するとき第２の位置に固定され、ノズル先端部が第１の位置と第２の位置との間を移動可能な湾曲状の移動経路が設けられる。【選択図】図１

Description

本発明は、照射ノズル、粒子線治療装置、粒子線治療システムおよび粒子線治療システムの制御方法に関する。

画像誘導放射線治療（ＩｍａｇｅＧｕｉｄｅｄＲａｄｉａｔｉｏｎＴｈｅｒａｐｙ：ＩＧＲＴ）により従来の放射線治療と比較し、標的に対して正確な照射が可能となる。また、ＣＴＶ－ＰＴＶマージン（ＣｌｉｎｉｃａｌＴａｒｇｅｔＶｏｌｕｍｅ：ＣＴＶ、ＰｌａｎｎｉｎｇＴａｒｇｅｔＶｏｌｕｍｅ：ＰＴＶ）を縮小でき、正常組織への線量を低減することが可能となる。

ＩＧＲＴは放射線治療装置および撮影装置のそれぞれのアイソセンタが一致することでその精度が向上する。

放射線治療で精度の高いＩＧＲＴを実現するには、アイソセンタにおいて、高品質の診断画像（コントラストの良い診断画像）を得る必要がある。

現在のＣＴ装置は、高品質の画像を取得できるが、外形寸法が大きい。したがって、アイソセンタで撮影するために、干渉を避ける位置に照射ノズルを配置すると、ノズル先端からアイソセンタまでの距離が長くなる。

ノズル先端からアイソセンタまでの距離が長くなると、照射野の辺縁部のペナンブラが大きくなるため、線量分布の品質が低下する。特に、粒子線治療では、ビームサイズが大きくなってしまい、線量分布の制御性が悪くなる。そこで、ノズルをビーム軸方向に移動可能にする技術が提案されている（特許文献１）。

特開２０２０－１３０８６３号公報

特許文献１に記載の従来技術では、ノズル退避のために、ビーム軸に退避スペースが必要となるため、治療室が大きくなり、コストがかかる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、その目的は、装置の小型化と高精度なビーム照射とを実現できるようにした照射ノズル、粒子線治療装置、粒子線治療システムおよび粒子線治療システムの制御方法を提供することにある。

上記課題を解決すべく、本発明に従う照射ノズルは、放射線治療ビームを対象物へ照射する照射ノズルであって、放射線治療ビームの通過するビーム軸上に固定されたノズル基端部と、ノズル基端部を通過した放射線治療ビームを対象物へ照射するノズル先端部とを有し、ノズル先端部は、対象物に放射線治療ビームを照射するとき第１の位置に固定され、対象物を撮影するとき第２の位置に固定され、ノズル先端部が第１の位置と第２の位置との間を移動可能な湾曲状の移動経路が設けられる。

本発明によれば、ノズル先端部が第１の位置に固定されたときに放射線治療ビームを対象物へ照射することができ、ノズル先端部を所定方向へ移動させて第２の位置に固定させたときに、対象物を撮影させることができる。これにより、例えば、照射ビームのアイソセンタと撮影のアイソセンタを一致させることができ、天板上の治療対象を動かさずに治療と撮影とを行うことができるため、高精度な治療を行うことができる。

照射ノズルを有する粒子線治療装置の全体概要を示す説明図である。粒子線治療装置を含むシステム全体の構成図である。照射ノズルの斜視図である。ノズル先端部が退避位置にある照射ノズルの側面図である。ノズル先端部が照射位置にある照射ノズルの側面図である。粒子線治療システムの全体処理を示すフローチャートである。チルト機能を有するＣＴ装置と照射ノズルとの関係を示す説明図である。ノズル先端部がビーム軸に垂直に移動する場合と比較する説明図である。第２実施例に係り、照射ノズルの説明図である。照射ノズルを背面側から見た説明図である。変形例に係る照射ノズルの説明図である。第３実施例に係り、照射ノズルの説明図である。

以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。本実施形態に係る照射ノズルは、ノズル先端部がビーム軸上の照射位置（第１の位置）にあるときには、ノズル基端部を通過した放射線治療ビームをノズル先端部から対象物へ照射することができる。そして、放射線治療ビームを照射しないときには、ノズル先端部をビーム軸上の上流側へ遠ざけつつ、ビーム軸から外すことができる。

放射線治療ビームは、粒子線である。しかし、粒子線に限らず、Ｘ線または電子線にも本実施形態を適用することができる。以下、放射線治療ビームをビームと略記する場合がある。

本実施形態では、撮影装置としてＣＴ装置を例に挙げて説明するが、撮影装置はＣＴ装置に限られるものではなく、例えば、ＭＲＩ（ＭａｇｎｅｔｉｃＲｅｓｏｎａｎｃｅＩｍａｇｉｎｇ）装置またはＸ線撮影装置、ＰＥＴ（ＰｏｓｉｔｒｏｎＥｍｉｓｓｉｏｎＴｏｍｏｇｒａｐｈｙ）装置など他の撮影装置を用いてもよい。

図１は、照射ノズル４を有する粒子線治療システム１の全体概要図である。詳細な構成は、図２以下を参照して後述する。図１（１）は、ＣＴ装置５による患者Ｐｔの撮影時を示す。図１（２）は、照射ノズル４からビームＢＭをアイソセンタＩＣ上の患部へ照射する照射時を示す。

照射ノズル４は、ビーム軸４０に固定されたノズル基端部４２と、ノズル基端部４２に対して所定方向Ｆ１，Ｆ２に移動可能に設けられたノズル先端部４４とを含む。すなわち、本実施形態の照射ノズル４は、固定部（ノズル基端部４２）と可動部（ノズル先端部４４）とを含む。

ノズル基端部４２には、その後側から、加速器２２（図２で後述）からのビームＢＭがビーム軸４０に沿って入射する。ノズル基端部４２のビーム軸の下流側には、ノズル先端部４４が移動する際に使用する移動経路４３が設けられている。ビーム軸の下流側とは、ビームの流れ方向の下流側であり、図１ではノズル基端部４２の略左側に該当する。

ノズル先端部４４は、ビームをアイソセンタＩＣへ照射する照射位置Ｐ１と退避位置Ｐ２との間を、移動経路４３を用いて移動する。ノズル先端部４４は、後述するノズル駆動部４５により、移動経路４３上を移動する。

ノズル先端部４４が「第１の位置」の例である照射位置Ｐ１にあることを、図中ではノズル先端部４４（Ｐ１）と示す。同様に、ノズル先端部４４が「第２の位置」の例である退避位置Ｐ２にあることを、図中ではノズル先端部４４（Ｐ２）と示す。

ノズル先端部４４は、ノズル基端部４２のビーム軸の下流側に設けられた移動経路４３に沿って移動する。

ノズル先端部４４は、ノズル基端部４２側に位置してビーム軸４０上に設定される点Ｏ１（中心点Ｏ１）から所定の角度θだけ上方に設定される退避位置Ｐ２と、照射位置Ｐ１との間を少なくとも結ぶ円弧状の移動経路４３を、ノズル先端部４４からビーム軸４０へ降ろした垂線のビーム軸４０上での交点ｈが中心点Ｏ１へ近づく方向を「所定の方向」として移動する。退避位置Ｐ２は、ビーム軸４０から外れた位置に設定されている。

一例として、移動経路４３は、ノズル基端部４２側のビーム軸４０上に設定される点Ｏ１を中心に、ビーム軸４０とノズル基端部４２のビーム軸の下流側との交点（照射位置Ｐ１）から右回りに略９０度の所定角度だけ回転した位置までを結ぶ湾曲状に形成される。湾曲状の移動経路４３は、円弧状の移動経路４３と呼ぶこともできる。円弧状とは、正円の一部に限らず、正円以外の円形状の一部でもよい。所定角度は、ノズル先端部４４が照射位置Ｐ１と退避位置Ｐ２との間で移動する角度θを含む角度であればよく、９０度以上でもよいし、９０度未満でもよい。

照射ノズル４とＣＴ装置５とは、互いの主要機能の動作時に干渉しないよう配置され、動作が制御される。照射ノズル４の主要機能とは、ビーム照射である。ＣＴ装置５の主要機能とは、撮影である。

ＣＴ装置５は、照射ノズル４によるビーム照射時に紙面の奥側で待機しているため、ＣＴ装置５と照射ノズル４とは接触しない（図１（２））。ＣＴ装置５は、撮影時に、紙面奥側の待機位置から紙面手前へ移動する（図１（１））。ＣＴ装置５が待機位置から撮影位置へ移動する前に、照射ノズル４のノズル先端部４４は退避位置Ｐ２へ移動しているため、ＣＴ装置５と照射ノズル４とは接触しない。ＣＴ装置５は、紙面手前で待機してもよいし、図７で後述するように、ＣＴ装置５は、ノズル先端部４４が照射位置Ｐ１にあるときに、ノズル先端部４４（Ｐ１）に近接するように配置されてもよい。そして、そのＣＴ装置５は、照射ノズル４へ向けて傾動可能に設けられてもよい。

図１に戻る。図１（１）に示す撮影時に、ノズル先端部４４は、退避位置Ｐ２にあるため、ノズル基端部４２の前記ビーム軸の下流側に突起物（ノズル先端部４４）が存在しなくなる。したがって、ノズル先端部４４の厚み寸法の分だけ、ＣＴ装置５とノズル基端部４２とを接近させることができる。

そして、図１（２）に示す照射時には、ＣＴ装置５は待機位置へ戻り、ノズル先端部４４は退避位置Ｐ２から照射位置Ｐ１へ移動する。ここで、ビーム照射の対象物である患者Ｐｔを載せた治療台６は、ＣＴ装置５による撮影時と照射ノズル４による照射時とを切り替える際に、その位置を変える必要はない。本実施形態の粒子線治療システムでは、撮影終了時と照射開始時とで、患者Ｐｔ（患部）の位置に変化はないため、撮影された画像に基づく情報にしたがって、正確にビームを照射することができる。

このように構成される本実施形態によれば、位置決め用のＣＴ撮影時とビーム照射時とで患者Ｐｔを移動させたり姿勢を変化させたりする必要がないため、患者Ｐｔの移動などに伴う体内組織の揺らぎを抑制することができる。したがって、本実施例によれば、高精度に位置決めしてビームを照射できるため、患部周辺の組織に対するマージンを減らすことができ、正常な組織に対する線量を低減できる。

さらに、本実施例では、照射ノズル４のノズル先端部４４をビーム軸に沿って伸縮させるのではなく、照射位置Ｐ１からビーム軸４０の上流側へ遠ざかり、かつ、ビーム軸４０から外れる方向Ｆ２へ移動させるため、特許文献１に比べて、照射ノズル４の全体を小型化することができる。

図２～図８を用いて第１実施例を説明する。図２は、粒子線治療システム１の全体構成を示す。粒子線治療システム１は、例えば、粒子線治療装置１０と、「撮影装置」の例であるＣＴ装置５を少なくとも含む。粒子線治療システム１は、粒子線治療装置１０とＣＴ装置５に加えて、さらに「制御装置」としての情報処理システム７を含んでもよい。

粒子線治療システム１は、さらに、患者Ｐｔを所定の位置に保持するための治療台６を備えることもできる。治療台６は、対象物である患者Ｐｔの位置を制御する「対象物位置決め制御部」と呼ぶこともできる。治療台６は、図示せぬアームロボットなどの移動機構により、患者Ｐｔを複数の方向へ移動させることができる。また、治療台６は、天板の上に患者Ｐｔが横たわるカウチを例に説明するが、患者Ｐｔが座る椅子型でもよく、椅子型の治療台６は移動可能でも固定されていてもよい。また、治療台６は、患者Ｐｔが立位で治療を受けるタイプでもよい。

粒子線治療装置１０は、例えば、照射ノズル４と加速器２を含む。粒子線治療装置１０は、照射ノズル４および加速器２以外の構成をさらに備えることもできる。

図２を参照して、粒子線治療システム１の構成を説明する。粒子線発生装置２は、例えば、図外のイオン源と、前段加速器である直線加速器２１およびシンクロトロン加速器２２を有する。前段加速器２０とシンクロトロン２１とを用いる構成に代えて、例えばサイクロトロンやシンクロサイクロトロンを用いてもよいし、または、超電導電磁石を使用する粒子線加速器であってもよい。粒子線には、例えば、陽子線（陽子イオンビーム）、ヘリウム線（ヘリウムイオンビーム）、炭素線（炭素イオンビーム）などがある。いずれを用いてもよい。

加速器２２は、例えば、環状のビームダクト、入射器、複数の偏向電磁石、複数の四極電磁石、高周波加速空胴、出射用の高周波印加装置、出射用のセプタム電磁石（いずれも符号省略）を有する。

粒子線発生装置２で発生されたビームは、ビーム輸送系３により各照射室内ＲＭ１，ＲＭ２の各照射ノズル４（１），４（２）へ供給される。図２では、２つの照射室ＲＭ１，ＲＭ２を例示したが、照射室の数は問わない。本実施例の粒子線治療システム１は、一つの照射室でも、あるいは３つ以上の照射室にも対応可能である。

ビーム輸送系３からのビームは、偏向電磁石３１（１）により、治療室ＲＭ１内の照射ノズル４（１）へ入射する。同様に、ビーム輸送系３からのビームは、偏向電磁石３１（２）により、治療室ＲＭ２内の照射ノズル４（２）へ入射する。

第１の治療室ＲＭ１では、照射位置Ｐ１にあるノズル先端部４４（Ｐ１）がアイソセンタＩＣへ向けてビームを照射している。第２の治療室ＲＭ２では、ノズル先端部４４（Ｐ２）は退避位置Ｐ２にあり、ＣＴ装置５が撮影位置に移動して患者Ｐｔの患部周辺を撮影している。照射ノズル４の詳細な構成は図３～図５で後述する。治療室ＲＭ１，ＲＭ２を区別しない場合、治療室ＲＭと呼ぶ。

情報処理システム７は、粒子線治療システム１を制御する。情報処理システム７は、例えば、メインコントローラ７０と、照射制御部７１と、ＣＴ制御部７２と、データ蓄積部７３と、操作端末７４と、治療計画作成装置７５を含む。

メインコントローラ７０は、粒子線治療システム１の全体動作を制御するコンピュータであり、例えば、マイクロプロセッサ７０１およびメモリ７０２などのコンピュータ資源を有する。図中、マイクロプロセッサ７０１を「ＣＰＵ」と表示する。メモリ７０２には、粒子線治療システム１を制御するために使用される所定のコンピュータプログラム（不図示）が格納されている。

マイクロプロセッサ７０１は、所定のコンピュータプログラムをメモリ７０２から読み出して実行することにより、粒子線治療システム１を制御する。メインコントローラ７０は、図示せぬ通信インターフェース部などを介して、照射制御部７１と、ＣＴ制御部７２と、データ蓄積部７３と、操作端末７４および治療計画作成装置７５と通信する。

メインコントローラ７０には、記憶媒体ＭＭを接続可能である。記憶媒体ＭＭは、例えば、フラッシュメモリ、光ディスク、メモリカード、ハードディスクなどである。記憶媒体ＭＭからメインコントローラ７０のメモリ７０２へ所定のコンピュータプログラムの一部または全部を転送させて記憶させることができる。逆に、メインコントローラ７０のメモリ７０２から記憶媒体ＭＭへ所定のコンピュータプログラムの一部または全部を転送させて記憶させることもできる。

照射制御部７１は、粒子線治療システム１によるビーム照射を制御するコンピュータである。照射制御部７１、ＣＴ制御部７２、操作端末７４は、メインコントローラ７０と同様に、マイクロプロセッサおよびメモリ（いずれも不図示）などのコンピュータ資源を有する。

ＣＴ制御部７２は、ＣＴ装置５を制御するコンピュータである。ＣＴ装置５で撮影された患部の画像データ（診断画像データ）は、ＣＴ制御部７２を介してデータ蓄積部７３へ格納される。

データ蓄積部７３は、例えば、ＣＴ装置５で撮影された画像データと、治療計画装置７５で作成された治療計画とを記憶する。

操作端末７４は、医師等のユーザが使用するコンピュータである。ユーザは、操作端末７４を用いることにより、粒子線治療システム１を操作する。ユーザは、粒子線治療システム１の持つ情報を操作端末７４を介して取得し、端末７４の画面で確認することもできる。

治療計画装置７５は、ビーム照射によって患者Ｐｔを治療する計画を作成するコンピュータである。治療計画装置７５は、ＣＴ装置５から得られた画像データに基づいて、治療計画を作成する。

図３は、照射ノズル４を上から見下ろした斜視図である。図４は、ノズル先端部４４が退避位置Ｐ２にあるときの照射ノズル４の側面図である。図５は、ノズル先端部４４が照射位置Ｐ１にあるときの照射ノズル４の側面図である。

照射ノズル４は、例えば、支持部４１と、ノズル基端部４２と、移動経路４３と、ノズル先端部４４と、ノズル駆動部４５とを備える。

支持部４１は、治療室ＲＭに取り付けられている。ノズル基端部４２は、支持部４１の上側に設けられており、ビームを偏向させて走査するための複数の走査電磁石を有する（いずれも図示せず）。

移動経路４３は、ノズル基端部４２のビーム軸の下流側に設けられている。移動経路４３は、ビーム軸４０がノズル基端部４２を通る照射位置Ｐ１と、退避位置Ｐ２までを結ぶ湾曲状ないし円弧状に形成されている。

図４に示すように、退避位置Ｐ２は、照射位置Ｐ１から、ビーム軸４０を外れて患者Ｐｔ（換言すれば照射時のアイソセンタＩＣ）から所定距離だけ遠ざかる位置である。詳しくは、ノズル先端部４４は、ノズル基端部４２側に位置してビーム軸４０上に設定される中心点Ｏ１から所定の角θだけ上方に設定される退避位置Ｐ２と、照射位置Ｐ１との間を少なくとも結ぶ円弧状の移動経路４３を、ノズル先端部４４からビーム軸４０へ降ろした垂線のビーム軸４０上での交点ｈが中心点Ｏ１へ近づく方向Ｆ２を「所定の方向」として移動する。

ノズル先端部４４は、移動経路４３に移動可能に取り付けられており、ノズル駆動部４５により矢示Ｆ１，Ｆ２方向へ移動する。ノズル先端部４４は、例えば、線量モニタ、位置モニタ、リッジフィルタなどの、機器（不図示）を少なくとも１つ備える。

ノズル駆動部４５は、例えば、回転モータ４５０とワイヤ４５１を含む。回転モータ４５０と減速機およびブレーキ（いずれも図示せず）は、ノズル基端部４２の上側であって、退避位置Ｐ２よりもさらに後ろ側（ビームの流れ方向の上流側）に設けられる。

ワイヤ４５１は、その両端部のうち一方の端部が回転モータ４５０の回転軸に接続されており、他方の端部がノズル先端部４４に接続されている。回転モータ４５０が回転してワイヤ４５１が巻き取られると、図４に示すように、ノズル先端部４４は退避位置Ｐ２へ向けて移動経路４３を移動する。回転モータ４５０が逆方向へ回転してワイヤ４５１が送り出されると、図５に示すように、ノズル先端部４４は照射位置Ｐ１へ向けて移動経路４３を移動する。

図６のフローチャートを用いて、粒子線治療システム１のＩＧＲＴならびにアダプティブ治療の場合の全体動作を説明する。

メインコントローラ７０は、操作端末７４から、ＣＴ装置５による撮影の準備開始が指示されると（Ｓ１１）、照射制御部７１を介して照射ノズル４の位置を確認し、照射ノズル４が退避位置Ｐ２に退避しているか判定する（Ｓ１２）。メインコントローラ７０は、照射ノズル４が退避していないと判定すると（Ｓ１２：ＮＯ）、ＣＴ装置５による撮影準備を中止させ（Ｓ１３）、照射ノズル４を退避させるように照射制御部７１へ指示する（Ｓ１４）。これにより、照射ノズル４のノズル先端部４４は、矢示Ｆ２方向へ移動経路４３上を移動し、退避位置Ｐ２へ退避する。

ユーザが操作端末７４から、再びＣＴ装置５による撮影準備の開始を指示すると（Ｓ１１）、メインコントローラ７０は、ノズル先端部４４が退避していると判定し（Ｓ１２：ＹＥＳ）、ＣＴ装置５に対して撮影位置への移動および撮影を許可する（Ｓ１５）。照射ノズル４のノズル先端部４４は退避しているため、ＣＴ装置５が待機場所から撮影位置へ移動しても、ＣＴ装置５と照射ノズル４とが接触することはない。

移動許可を受けたＣＴ装置５は、紙面奥の待機場所から撮影位置まで前進し、治療台６上の患者Ｐｔを撮影し、撮影した画像データをデータ蓄積部７３へ送信して保存させる（Ｓ１６）。詳しくは、ＣＴ装置５は、ＣＴ制御部７２からの指示に応じて、所定の待機場所から照射室ＲＭ内の治療位置（アイソセンタＩＣに対応する位置であり、患者Ｐｔの患部が撮影できる場所）へ移動する。

ＣＴ装置５は、治療台６の角度に合わせ、治療台６の先端からＣＴ装置５の開口部５１に患者Ｐｔを通し、患部が撮影できる場所まで移動し、静止する。ＣＴ装置５は、アイソセンタＩＣ付近を撮影し、その画像データをＣＴ制御部７２へ送信する。ＣＴ制御部７２は、ＣＴ装置５から受信した画像データをデータ蓄積部７３に格納する。

メインコントローラ７０は、ＣＴ制御部７２を介して、ＣＴ装置５による撮影が終了したか確認する（Ｓ１７）。メインコントローラ７０は、撮影が完了したことを確認すると（Ｓ１７：ＹＥＳ）、撮影された画像データに対して自動輪郭処理（セグメンテーション処理）を実施し、輪郭情報をデータ蓄積部７３へ保存する（Ｓ１８）。

治療計画装置７５は、データ蓄積部７３に保存された画像データおよび輪郭情報に基づいて、治療計画を作成する（Ｓ１９）。作成された治療計画は、データ蓄積部７３に転送されて保存される。なお、治療計画の作成に代えて、あらかじめ作成していた治療計画を画像データに基づいて、修正してもよい。また、治療計画の作成及び治療計画の修正を実施しない場合、ＣＴ装置５からの画像データに基づく患者位置の修正を実施する。

メインコントローラ７０は、操作端末７４から入力される治療開始指示にしたがって、ＣＴ装置５に対して待機位置へ戻るよう指示する（Ｓ２０）。メインコントローラ７０は、ＣＴ装置５への移動指示と同時に、または、ＣＴ装置５への移動指示後に、照射ノズル４のノズル先端部４４が照射位置Ｐ１へ移動するように指示する（Ｓ２１）。これにより、患者Ｐｔを動かさずに、ＣＴ撮影からビーム照射による治療へ滑らかに移行させることができる。

照射ノズル４のノズル先端部４４が照射位置Ｐ１へ到達すると、照射制御部７１は、治療計画にしたがって、照射ノズル４から所定のビームを患部へ向けて照射させる（Ｓ２２）。

図７および図８を用いて、ノズル先端部４４をビーム軸４０から外れさせつつ円弧状（湾曲状）に遠ざける構成の利点を説明する。

図７は、チルト機能を有するＣＴ装置５Ａと照射ノズル４との関係を示す。図１，図２では、ＣＴ装置５の移動方向とビーム軸４０とが直交する場合を説明したが、図７では、ＣＴ装置５Ａの移動方向とビーム軸４０とが一致する場合を示している。

本変形例のＣＴ装置５Ａは、向かって左側の待機位置（図示せず）から図７に示す撮影位置まで左右方向に移動可能に設けられる。さらに、ＣＴ装置５Ａは、撮影位置において、垂直な基準姿勢（５Ａ（１））からチルト姿勢（５Ａ（２））へ傾動可能に設けられている。ＣＴ装置５Ａは、垂直な基準位置（５Ａ（１））から反時計回りに傾動することもできる。

このように、ノズル先端部４４を照射位置Ｐ１からノズル基端部４２の上側の退避位置Ｐ２まで円弧状の軌跡を描くようにして退避させることにより、ＣＴ装置５Ａのチルトに対応することができる。

図８は、ノズル先端部４４がビーム軸４０に垂直に移動する場合とノズル先端部４４が円弧状の軌跡を描いて退避する場合と比較する。垂直移動したノズル先端部４４（Ｐ２Ｖ）の上端位置は、円弧状の軌跡を描いて退避したノズル先端部４４（Ｐ２）の上端位置よりも寸法ΔＨだけ高くなる。

したがって、ノズル先端部４４を円弧状の軌跡を描くようにして退避位置Ｐ２へ退避させることにより、ノズル先端部４４を垂直に移動させて退避させる場合よりも、照射ノズル４の高さ寸法を小さくすることができる。

本実施例によれば、ＣＴ装置５による撮影時と照射ノズル４からのビーム照射時とで、患者Ｐｔを移動させたり姿勢を変化させたりする必要がないため、患者Ｐｔの移動などに伴う体内組織の揺らぎを抑制することができる。したがって、本実施例によれば、高精度に位置決めしてビームを照射できるため、患部周辺の組織に対するマージンを減らすことができ、正常な組織に対する線量を低減できる。

さらに、本実施例では、ＣＴ装置５Ａのチルト動作にも対応することができる。さらに、本実施例では、照射ビームのアイソセンタと撮影のアイソセンタとを一致させることができ、天板上の治療対象を動かさずに治療と撮影とを行うことができ、治療の精度を向上させることができる。したがって、撮影装置として、例えばＣＴ装置を導入する場合に、高画質の撮影ができ、高精度なＩＧＲＴならびにアダプティブ治療へも、適用が可能となる。

図９および図１０を用いて、第２実施例を説明する。本実施例では、第１実施例との相違を中心に述べる。

本実施例の照射ノズル４Ａは、カウンタウェイト４５２を用いることにより、ワイヤ４５１の両端の重量のバランスを取り、回転モータ４５０に必要なトルクを低減する。すなわち、本実施例のノズル駆動部４５Ａは、回転モータ４５０とワイヤ４５１に加えて、カウンタウェイト４５２を有する。カウンタウェイト４５２は、ワイヤ４５１の両端部のうち、ノズル先端部４４に接続されていない方の端部に設けられている。

図１０は、ノズル基端部４２を背面側から見た説明図である。回転モータ４５０の回転軸の両端にそれぞれワイヤ４５１（１），４５１（２）を巻回し、それらワイヤ４５１（１），４５１（２）の両端部のうち一方の端部をノズル先端部４４に接続し、他方の端部にカウンタウェイト４５２（１），４５２（２）を設けてもよい。そして、上下に移動するカウンタウェイト４５２（１），４５２（２）がオペレータなどに接触するのを防止する安全カバー４５３（１），４５３（２）が設けられてもよい。

回転モータ４５０の回転軸のいずれか一方の端部にのみワイヤ４５１およびカウンタウェイト４５２を設けてもよい。

このように構成される本実施例も第１実施例と同様の作用効果を奏する。さらに、本実施例のノズル駆動部４５Ａは、カウンタウェイト４５２を用いるため、回転モータ４５０の負荷を軽減することができ、回転モータ４５０のコスト低減と長寿命を実現することができる。

図１１は、変形例に係る照射ノズル４Ｂの説明図である。照射ノズル４Ｂは、リニア型アクチュエータを含むノズル駆動部４５Ｂを有する。ノズル駆動部４５Ｂは、例えば、リニアモータ、電動モータとボールネジの組合せ、電動モータとスライダの組合せ、空圧シリンダなどを用いることができる。

図１２を用いて第３実施例を説明する。本実施例では、第１実施例、第２実施例との相違を中心に述べる。

本実施例では、円弧上の移動経路４３の中心点Ｏ１ａが、ノズル先端部４４よりもビーム軸の下流側に位置している。中心点Ｏ１ａは、例えば、ビーム軸上に位置するが、ノズル先端部４４よりもビーム軸の下流側に位置していればよく、必ずしもビーム軸上に限定されず、ビーム軸から外れた位置にあってもよい。一例として、図１２に示すように、中心点Ｏ１ａは、ノズル先端部４４が退避位置Ｐ２ａにある場合の、ノズル先端部４４からからビーム軸４０へ降ろした垂線のビーム軸４０上での交点ｈａと一致してもよく、アイソセンタＩＣと一致してもよい。

ノズル先端部４４は、ノズル先端部４４よりも下流側に位置してビーム軸４０上に設定される点Ｏ１ａ（中心点Ｏ１ａ）から所定の角度θａだけ上方に設定される退避位置Ｐ２ａと、照射位置Ｐ１との間を少なくとも結ぶ円弧状の移動経路４３ａを、ノズル先端部４４からビーム軸４０へ降ろした垂線のビーム軸４０上での交点ｈａがビーム軸下流側へ進む方向を「所定の方向」として移動する。

一例として、移動経路４３ａは、ノズル先端部４４よりも下流のビーム軸４０上に設定される点Ｏ１ａを中心に、ビーム軸４０とノズル基端部４２のビーム軸の下流側（照射位置Ｐ１）との交点から左回りに略９０度の所定角度だけ回転した位置までを結ぶ湾曲状に形成される。湾曲状の移動経路４３ａは、円弧状の移動経路４３ａと呼ぶこともできる。円弧状とは、正円の一部に限らず、正円以外の円形状の一部でもよい。所定角度は、ノズル先端部４４が照射位置Ｐ１と退避位置Ｐ２ａとの間で移動する角度θａを含む角度であればよく、９０度以上でもよいし、９０度未満でもよい。

本実施例によれば、第１実施例と同様に、ノズル先端部４４を円弧状の軌跡を描くようにして退避位置Ｐ２ａへ退避させることにより、図８で示したノズル先端部４４を垂直に移動させて退避させる場合よりも、照射ノズル４の高さ寸法ΔＨａだけ小さくすることができる。

撮影装置の一例としてＣＴ装置を例に説明したが、ＣＴ装置の外形は正円とは限らない。また、撮影装置として、オープン型ＭＲＩのような円環状でない撮影装置を用いることもできる。たとえば、横幅が高さよりも大きい撮影装置を用いる場合に、ノズル先端部４４を撮影装置の上方の退避位置Ｐ２ａに移動させることにより、ノズル先端部４４と撮影装置とが干渉せずに患者ＰｔをアイソセンタＩＣ位置で撮影することができる。

第１実施例ではビーム軸４０が床面と水平の１本の場合を例に説明したが、本実施例は、複数の方向からビームを照射する照射ノズルにも適用できる。すなわち、照射ノズル４は、ビーム軸が床面と水平の場合だけでなく、ビーム軸が床面と４５°をなす場合、ビーム軸が床面に対して垂直をなす場合のように、それぞれ異なる複数の方向からビームを照射できる照射ノズルにも適用できる。また、ノズル基端部４２が照射角を連続的に変える偏向電磁石で構成され、ノズル先端部４４を移動することで、任意の角度からビームを照射する粒子線治療システムにも適用できる。このとき、走査電磁石は、ノズル基端部４２でなくノズル先端部４４に設けられてもよく、ノズル基端部４２よりもビームの上流側に設けてもよい。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されない。当業者であれば、本発明の範囲内で、種々の追加や変更等を行うことができる。上述の実施形態において、添付図面に図示した構成例に限定されない。本発明の目的を達成する範囲内で、実施形態の構成や処理方法は適宜変更することが可能である。

１：粒子線治療システム、２：粒子線発生装置、３：ビーム輸送系、４，４Ａ，４Ｂ：照射ノズル、５，５Ａ：ＣＴ装置、６：治療台、７：制御システム、１０：粒子線治療装置、４１：支持部、４２：ノズル基端部、４３：移動経路、４４：ノズル先端部、４５，４５Ａ，４５Ｂ：ノズル駆動部

Claims

放射線治療ビームを対象物へ照射する照射ノズルであって、
放射線治療ビームの通過するビーム軸上に固定されたノズル基端部と、
前記ノズル基端部を通過した放射線治療ビームを対象物へ照射するノズル先端部と
を有し、
前記ノズル先端部は、前記対象物に前記放射線治療ビームを照射するとき第１の位置に固定され、前記対象物を撮影するとき第２の位置に固定され、
前記ノズル先端部が前記第１の位置と前記第２の位置との間を移動可能な湾曲状の移動経路が設けられる
照射ノズル。
請求項１に記載の照射ノズルであって、
前記ビーム軸は、床面に対して水平に設けられる
照射ノズル。
請求項１または請求項２いずれか１項に記載の照射ノズルであって、
前記第２の位置は、前記ビーム軸の軸外に位置する
照射ノズル。
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の照射ノズルであって、
湾曲状の前記移動経路は、略円弧状であり、
前記移動経路が描く円弧の中心が、前記ノズル先端部よりも上流側に位置する
照射ノズル。
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の照射ノズルであって、
湾曲状の前記移動経路は、略円弧状であり、
前記移動経路が描く円弧の中心が、前記ノズル先端部よりも下流側に位置する
照射ノズル。
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の照射ノズルであって、
前記ノズル先端部は、前記移動経路上の任意の位置で停止可能である
照射ノズル。
請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の照射ノズルであって、
前記所定の移動経路は、前記ビーム軸に沿って前記ノズル基端側の前方に離間して配置される傾動可能な装置の傾動角度に応じて、湾曲状に形成されている
照射ノズル。
請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の照射ノズルであって、
前記ノズル先端部は、ノズル駆動部により移動されるものであり、
前記駆動部は、ワイヤを巻き上げまたは巻き降ろす回転モータを含む
照射ノズル。
請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の照射ノズルであって、
前記放射線治療ビームは、粒子線であり、
前記ノズル先端部は、線量モニタ、位置モニタ、リッジフィルタのうちいずれか少なくとも１つを備える
照射ノズル。
請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の照射ノズルであって、
前記放射線治療ビームは、粒子線であり、
前記ノズル基端部は、走査電磁石を備える
照射ノズル。
請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の照射ノズルと、
前記放射線治療ビームを加速する加速器と、
を備える粒子線治療装置。
請求項１１に記載の粒子線治療装置と、
前記対象物の内部を撮影する撮影装置と
を備え、
前記撮影装置は、前記ビーム軸上にある前記対象物を撮影する撮影位置と、前記ノズル先端部が前記第１の位置にあるときに前記ノズル先端部と干渉しない待機位置と、の間で移動可能である
粒子線治療システム。
請求項１２に記載の粒子線治療システムであって、
さらに制御装置を備え、
前記制御装置は、前記撮影装置による撮影が完了したことを検知すると、撮影した画像を用いて、セグメンテーションを開始する
粒子線治療システム。
請求項１３に記載の粒子線治療システムであって、
前記制御装置は、さらに、前記粒子線治療システムによるセグメンテーションが完了したことを検知すると、セグメンテーションされた輪郭情報を用いて、治療計画作成を開始する
粒子線治療システム。
粒子線治療システムを制御する方法であって、
前記粒子線治療システムは、
粒子線治療装置と、
対象物の撮影装置と、
制御装置と
を備え、
前記粒子線治療装置は、
放射線治療ビームを加速する加速器と、
前記加速された放射線治療ビームを前記対象物へ照射する照射ノズルと、
を備え、
前記照射ノズルは、
放射線治療ビームの通過するビーム軸上に固定されたノズル基端部と、
前記ノズル基端部を通過した放射線治療ビームを対象物へ照射するノズル先端部と
を有し、
前記ノズル先端部は、前記対象物に前記放射線治療ビームを照射するとき第１の位置に固定され、前記対象物を撮影するとき第２の位置に固定され、
前記ノズル先端部が前記第１の位置と前記第２の位置との間を移動可能な湾曲状の移動経路が設けられており、

前記撮影装置は、前記ビーム軸上にある前記対象物を撮影する撮影位置と、前記ノズル先端部が前記照射位置にあるときに前記ノズル先端部と干渉しない待機位置と、の間で移動可能である
粒子線治療システムの制御方法。
粒子線治療システムを制御する方法であって、
前記粒子線治療システムは、
粒子線治療装置と、
対象物の撮影装置と、
制御装置と
を備え、
前記粒子線治療装置は、
放射線治療ビームを加速する加速器と、
前記加速された放射線治療ビームを前記対象物へ照射する照射ノズルと、
を備え、
前記照射ノズルは、
放射線治療ビームの通過するビーム軸上に固定されたノズル基端部と、
前記ノズル基端部を通過した放射線治療ビームを対象物へ照射するノズル先端部と
を有し、
前記ノズル先端部は、前記対象物に前記放射線治療ビームを照射するとき第１の位置に固定され、前記対象物を撮影するとき第２の位置に固定され、
前記ノズル先端部が前記第１の位置と前記第２の位置との間を移動可能な湾曲状の移動経路が設けられており、
前記撮影装置は、前記ビーム軸上にある前記対象物を撮影する撮影位置と、前記ノズル先端部が前記照射位置にあるときに前記ノズル先端部と干渉しない待機位置と、の間で移動可能であり、
前記制御装置は、前記撮影装置による撮影が完了したことを検知すると、撮影した画像を用いて、セグメンテーションを開始する
粒子線治療システムの制御方法。
粒子線治療システムを制御する方法であって、
前記粒子線治療システムは、
粒子線治療装置と、
対象物の撮影装置と、
制御装置と
を備え、
前記粒子線治療装置は、
放射線治療ビームを加速する加速器と、
前記加速された放射線治療ビームを前記対象物へ照射する照射ノズルと、
を備え、
前記照射ノズルは、
放射線治療ビームの通過するビーム軸上に固定されたノズル基端部と、
前記ノズル基端部を通過した放射線治療ビームを対象物へ照射するノズル先端部と
を有し、
前記ノズル先端部は、前記対象物に前記放射線治療ビームを照射するとき第１の位置に固定され、前記対象物を撮影するとき第２の位置に固定され、
前記ノズル先端部が前記第１の位置と前記第２の位置との間を移動可能な湾曲状の移動経路が設けられており、
前記撮影装置は、前記ビーム軸上にある前記対象物を撮影する撮影位置と、前記ノズル先端部が前記照射位置にあるときに前記ノズル先端部と干渉しない待機位置と、の間で移動可能であり、
前記制御装置は、前記撮影装置による撮影が完了したことを検知すると、撮影した画像を用いて、セグメンテーションを開始し、
さらに、前記粒子線治療システムによるセグメンテーションが完了したことを検知すると、セグメンテーションされた輪郭情報を用いて、治療計画作成を開始する
粒子線治療システムの制御方法。