JP3874766B2 - 粒子線出射装置及び粒子線出射方法 - Google Patents
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Description
まず、治療計画装置140による治療計画作成について説明する。治療計画装置140は例えばパソコンによって構成され、図示を省略するが、操作者が操作入力可能な入力装置(例えばキーボード)、前記入力手段及び前記操作手段の入力結果に基づき所定の演算処理を行う演算装置(例えばCPU)、外部からの画像データの入力、及びその演算装置により作成した治療計画データの出力等の情報の入出力を行う入出力インターフェース、及び表示装置を有する。
図13は、スキャニングコントローラ41の機能的構成を詳細に表す機能ブロック図である。図13において、スキャニングコントローラ41は、照射量の検出に関わるものとして、プリセットカウンタ41a、記録カウンタ41b、及び最大線量カウンタを備えており、さらにこれらを制御するためのプリセットカウンタ制御部41A、記録カウンタ制御部41B、及び最大線量カウンタ制御部41Cを備えている。ここで、線量モニタ6Aは、公知のもので、ビームの通過によって電離した電荷量に応じてパルスを出力する方式である。線量モニタ6Aは、具体的には所定の微小電荷量ごとに1つのパルスを出力する。プリセットカウンタ41a及び記録カウンタ41bは、線量モニタ6Aから出力されるパルスの数をカウントすることによって照射量を求めるものである。
すなわち、位置モニタ6Bは、通常は、イオンビームの通過によって電離した電荷量をコンデンサーに蓄積し、スポット照射後にコンデンサに誘起された電圧を読み出す方式である。このコンデンサの容量は、最も照射量の多いスポットによる電離電荷量を許容できるように決められる。ここで、上記コンデンサは、その容量が小さいほど出力電圧が高くなって信号対雑音比(S/N比)が高くなり、位置計測分解能が高くできる。逆に、容量が大きくなるほど位置計測分解能が低くなるという特質を備えている。
通常、この種の粒子線出射装置においては、健全な細胞への被曝を極力防止し過不足のない正しい照射治療を行うために、イオンビームの照射量を測定する線量モニタが設置される。各スポットへの照射時には、各スポットごとの目標照射量が設定されており、線量モニタによる照射量の積算値がその目標値に達したら、加速器へビーム出射停止信号(ビーム停止指令)が出力され、加速器がこれに応じて荷電粒子ビームの出射を停止するようになっている。ここで、加速器は、ビーム停止指令が入力された後、若干の応答遅れが生じる可能性がある。本実施例に用いられるシンクロトロンの場合は、前段加速器から入射された低エネルギのイオンを周回させるとともに必要エネルギーまで加速し、その後、周回する高エネルギの荷電粒子ビームのベータトロン振動を共鳴状態にし、荷電粒子ビームに高周波電磁界を印加して荷電粒子ビームのベータトロン振動を増加し、共鳴の安定限界を越えさせて出射する構成となっている。この結果、上記のようにしてビーム停止指令が入力されても、厳密には、直ちに荷電粒子ビームの出力が停止するのではなく、若干の応答遅れが生じる可能性がないとは言えない。
線量モニタ6Aは、機器である以上誤動作や故障の発生する可能性を完全になくすことは困難である。また、上記各スポットごとの目標照射量についても、通常は操作者が手作業で入力するか、あるいは入力値に基づき計算される値であるため、手作業入力または計算の段階で不適当な値を入力してしまう可能性も全くないとは言い切れない。また、目標照射量をデータベースから読み出して伝送する際に、伝送の段階で不適当な目標線量を入力してしまう可能性もある。
線量モニタ6Aによる照射量がその目標値に達したときにイオンビームの出力を停止させる機能は、その機能に係わる機器に万が一誤動作や故障が発生する可能性も全くないとは言い切れない。また、照射量データの設定に誤りが発生する可能性も全くないとは言い切れない。
本実施形態のスポットスキャニング照射は、標的の大きさが変わると、層内のスポット数が変わり、層内の全スポットを照射し終えるまでの時間が変わる。シンクロトロンの出射可能期間は、大きな標的を想定して長く設定しておくと、全層を照射し終わるまでに必要な時間が長く掛かり、患者に対する治療時間が長くなる。本実施形態においては、この点に鑑み、層内の全スポットを照射し終えた後、速やかに残ビーム減速指令を出力してシンクロトロン内のイオンビームを減速する。これにより、シンクロトロンの出射可能期間が終了される。したがって、シンクロトロンの出射可能期間は必要最小限に制御され、患者に対する治療時間を短くすることが出来る。
ができる。
4 ビーム輸送系
5A,B 走査電磁石(荷電粒子ビーム走査装置)
6A 線量モニタ(照射量検出装置)
12 シンクロトロン(加速器)
12A サイクロトロン(加速器)
15 照射装置
40 加速器・輸送系コントローラ
41 スキャニングコントローラ
100 中央制御装置
140 治療計画装置
Claims (15)
- 荷電粒子ビームを出射する加速器と、
荷電粒子ビーム走査装置を有し、前記加速器から出射された荷電粒子ビームを出力する照射装置と、
前記荷電粒子ビームの照射方向に患部を複数に分割してなる複数の層領域の各々に対し、複数の照射位置と、照射位置毎の照射回数及び1回当たりの照射量とを予め設定し、前記複数の層領域の各々において、前記複数の設定された照射位置の各々への前記荷電粒子ビームの照射を前記予め設定した回数行うように、かつ1回当たりの照射量が前記予め設定した照射量となるように、前記荷電粒子ビーム走査装置を制御して前記荷電粒子ビームを移動させる制御装置とを備え、
前記照射位置毎の照射回数及び1回当たりの照射量は、前記複数の照射位置の各々に対する前記荷電粒子ビームの1回当たりの照射量が基準照射量以下となるように設定されており、前記基準照射量は、各照射位置における照射量がその基準照射量を超えると分割照射を行う値として予め定められていることを特徴とする粒子線出射装置。 - 荷電粒子ビームを出射する加速器と、
荷電粒子ビーム走査装置を有し、前記荷電粒子ビームの進行方向に患部を複数に分割してなる複数の層領域の層毎に、前記加速器から出射された荷電粒子ビームを出力する照射装置と、
前記複数の層領域の各々に対し、複数の照射位置と、照射位置毎の照射回数及び1回当たりの照射量とを予め設定し、前記複数の層領域の各々において、前記複数の設定された照射位置の各々への前記荷電粒子ビームの照射を前記予め設定した回数行うように、かつ1回当たりの照射量が前記予め設定した照射量となるように、前記荷電粒子ビーム走査装置を制御して前記荷電粒子ビームを移動させる制御装置とを備え、
前記照射位置毎の照射回数及び1回当たりの照射量は、前記複数の照射位置の各々に対する前記荷電粒子ビームの1回当たりの照射量が基準照射量以下となるように設定されており、前記基準照射量は、各照射位置における照射量がその基準照射量を超えると分割照射を行う値として予め定められており、
前記制御装置は、更に、前記複数の層領域が第1及び第2の層を含み、前記第1の層が前記荷電粒子ビームの進行方向で前記第2の層よりも深い位置にあり、かつ前記第2の層が、前記第1の層の複数の照射位置に前記荷電粒子ビームを照射したときにその荷電粒子ビームの照射を受けない第1領域と、そのときに前記荷電粒子ビームの照射を受ける第2領域とを含むとき、前記第2の層において、前記第2領域内の複数の照射位置の各々への前記荷電粒子ビームの照射を設定された第2の回数行い、前記第1領域内の複数の照射位置の各々への前記荷電粒子ビームの照射を前記第2の回数よりも多く設定された第1の回数行うように、前記荷電粒子ビーム走査装置を制御して前記荷電粒子ビームを移動させることを特徴とする粒子線出射装置。 - 荷電粒子ビームを出射する加速器と、
荷電粒子ビーム走査装置を有し、前記加速器から出射された荷電粒子ビームを出力する照射装置と、
前記荷電粒子ビームの照射方向に患部を複数に分割してなる複数の層領域の各々に対し、複数の照射位置と、照射位置毎の照射回数及び照射回数1回当たりの照射量とを予め設定し、前記複数の層領域の各々において、前記照射装置からの前記荷電粒子ビームの出力を停止させ、前記荷電粒子ビームの出力を停止した状態で、前記荷電粒子ビーム走査装置を制御することにより前記荷電粒子ビームの照射位置を変更させ、この変更後に、前記照射装置からの荷電粒子ビームの出力を開始させ、この操作を繰り返して前記複数の設定された照射位置のそれぞれに前記荷電粒子ビームを照射するとともに、前記複数の設定された照射位置の各々への前記荷電粒子ビームの照射を前記設定された回数行うように、かつ1回当たりの照射量が前記設定された照射量となるように、前記荷電粒子ビーム走査装置を制御して前記荷電粒子ビームを移動させる制御装置とを備え、
前記照射位置毎の照射回数及び1回当たりの照射量は、前記複数の照射位置の各々に対する前記荷電粒子ビームの1回当たりの照射量が基準照射量以下となるように設定されており、前記基準照射量は、各照射位置における照射量がその基準照射量を超えると分割照射を行う値として予め定められていることを特徴とする粒子線出射装置。 - 前記制御装置は、前記複数の層領域のうちの1つの層領域において前記複数の設定された照射位置の全てに対して前記設定された照射量及び設定された回数の荷電粒子ビームの照射が完了したときに、前記1つの層領域と異なる層領域に前記荷電粒子ビームの照射が行える照射エネルギとなるように、前記加速器を制御し、その後、その異なる層領域において、前記複数の設定された照射位置の全てに対して前記設定された照射量及び設定された回数の荷電粒子ビームの照射を行うように、前記荷電粒子ビーム走査装置を制御する請求項3記載の粒子線出射装置。
- 前記制御装置は、前記照射装置からの前記荷電粒子ビームの出力停止を、ビーム出射停止信号の出力により前記加速器からの前記荷電粒子ビームの出射を停止させることにより行い、前記照射装置からの前記荷電粒子ビームの出力開始を、ビーム出射開始信号の出力により前記加速器から前記荷電粒子ビームを出射させることにより行う請求項3記載の粒子線出射装置。
- 前記設定された照射量は、前記複数の照射位置間で1回当たりの照射量のばらつきが小さくなるように設定されていることを特徴とする請求項3記載の粒子線出射装置。
- 荷電粒子ビームを出射する加速器と、
荷電粒子ビーム走査装置を有し、前記加速器から出射された荷電粒子ビームを出力する照射装置と、
前記加速器から出射された前記荷電粒子ビームを前記照射装置に導くビーム輸送装置と、
前記荷電粒子ビームの照射方向に患部を複数に分割してなる複数の層領域の各々に対し、複数の照射位置と、照射位置毎の照射回数及び照射回数1回当たりの照射量とを予め設定し、前記複数の層領域の各々において、前記照射装置からの前記荷電粒子ビームの出力を停止させ、前記荷電粒子ビームの出力を停止した状態で、前記荷電粒子ビーム走査装置を制御することにより前記荷電粒子ビームの照射位置を変更させ、この変更後に、前記照射装置からの荷電粒子ビームの出力を開始させ、この操作を繰り返して前記複数の設定された照射位置のそれぞれに前記荷電粒子ビームを照射するとともに、前記複数の設定された照射位置の各々への前記荷電粒子ビームの照射を前記設定された回数行うように、かつ1回当たりの照射量が前記設定された照射量となるように、前記荷電粒子ビーム走査装置を制御する第1制御装置と、
前記複数の設定された照射位置の一部の前記照射位置への前記荷電粒子ビームの照射終了信号を前記第1制御装置から入力したとき、少なくとも前記ビーム輸送装置に設けられた第1エレメントを、前記照射終了信号の入力前とはエネルギーが変更された前記荷電粒子ビームを前記照射装置に導くように、制御する第2制御装置とを備え、
前記照射位置毎の照射回数及び1回当たりの照射量は、前記複数の照射位置の各々に対する前記荷電粒子ビームの1回当たりの照射量が基準照射量以下となるように設定されており、前記基準照射量は、各照射位置における照射量がその基準照射量を超えると分割照射を行う値として予め定められていることを特徴とする粒子線出射装置。 - 前記第1エレメントを制御する前記第2制御装置は、前記加速器に設けられた第2エレメントを、前記エネルギーが変更された荷電粒子ビームを発生するように、制御する請求項7記載の粒子線出射装置。
- 前記第1制御装置は、前記複数の層領域のうちの1つの層領域において前記複数の設定された照射位置の全てに対して前記設定された照射量及び設定された回数の荷電粒子ビームの照射が完了したときに、前記1つの層領域と異なる層領域に前記荷電粒子ビームの照射が行える照射エネルギとなるように、前記加速器を制御し、その後、その異なる層領域において、前記複数の設定された照射位置の全てに対して前記設定された照射量及び設定された回数の荷電粒子ビームの照射を行うように、前記荷電粒子ビーム走査装置を制御する請求項8記載の粒子線出射装置。
- 荷電粒子ビームを出射する加速器と、
荷電粒子ビーム走査装置を有し、前記加速器から出射された荷電粒子ビームを出力する照射装置と、
制御装置とを備えた粒子線出射装置により、
前記加速器から出射された荷電粒子ビームを、前記荷電粒子ビーム走査装置を有する前記照射装置から出力する粒子線出射方法において、
前記制御装置は、
前記荷電粒子ビームの照射方向に患部を複数に分割してなる複数の層領域の各々に対し、複数の照射位置と、照射位置毎の照射回数及び1回当たりの照射量とを予め設定し、前記複数の層領域の各々において、前記複数の設定された照射位置の各々への前記荷電粒子ビームの出射を前記予め設定した回数行うように、かつ1回当たりの照射量が前記予め設定した照射量となるように、前記荷電粒子ビーム走査装置を制御して前記荷電粒子ビームを移動させ、
前記予め設定した複数回及び照射量は、前記複数の照射位置の各々に対する前記荷電粒子ビームの1回当たりの照射量が基準照射量以下となるように設定されており、前記基準照射量は、各照射位置における照射量がその基準照射量を超えると分割照射を行う値として予め定められていることを特徴とする粒子線出射方法。 - 荷電粒子ビーム走査装置を有し、前記加速器から出射された荷電粒子ビームを出力する照射装置と、
制御装置とを備えた粒子線出射装置により、
前記加速器から出射された荷電粒子ビームを、前記荷電粒子ビーム走査装置を有する前記照射装置から出力する粒子線出射方法において、
前記制御装置は、
前記荷電粒子ビームの照射方向に患部を複数に分割してなる複数の層領域の各々に対し、複数の照射位置と、照射位置毎の照射回数及び1回当たりの照射量とを予め設定し、前記複数の層領域の各々において、前記荷電粒子ビームの複数の設定された照射位置の各々への前記荷電粒子ビームの出射を、前記予め設定した回数行うように、かつ1回当たりの照射量が前記予め設定した照射量となるように、前記荷電粒子ビーム走査装置を制御して前記荷電粒子ビームを移動させるとともに、
前記複数の層領域が第1及び第2の層を含み、前記第1の層が前記荷電粒子ビームの進行方向で前記第2の層よりも深い位置にあり、かつ前記第2の層が、前記第1の層の複数の照射位置に前記荷電粒子ビームを出射したときにその荷電粒子ビームの照射を受けない第1領域と、そのときに前記荷電粒子ビームの照射を受ける第2領域とを含むとき、前記第2の層において、前記第2領域内の複数の照射位置の各々への前記荷電粒子ビームの照射を設定された第2の回数行い、前記第1領域内の複数の照射位置の各々への前記荷電粒子ビームの照射を前記第2の回数よりも多く設定された第1の回数行うように、前記荷電粒子ビーム走査装置を制御して前記荷電粒子ビームを移動させ、
前記照射位置毎の照射回数及び1回当たりの照射量は、前記複数の照射位置の各々に対する前記荷電粒子ビームの1回当たりの照射量が基準照射量以下となるように設定されており、前記基準照射量は、各照射位置における照射量がその基準照射量を超えると分割照射を行う値として予め定められていることを特徴とする粒子線出射方法。 - 荷電粒子ビームを出射する加速器と、
荷電粒子ビーム走査装置を有し、前記加速器から出射された荷電粒子ビームを出力する照射装置と、
制御装置とを備えた粒子線出射装置により、
前記加速器から出射された荷電粒子ビームを、前記荷電粒子ビーム走査装置を有する前記照射装置から出力する粒子線出射方法において、
前記制御装置は、
前記荷電粒子ビームの照射方向に患部を複数に分割してなる複数の層領域の各々に対し、複数の照射位置と、照射位置毎の照射回数及び照射回数1回当たりの照射量とを予め設定し、前記複数の層領域の各々において、前記照射装置からの前記荷電粒子ビームの出射を停止し、この出射停止状態で、前記荷電粒子ビームの照射位置を変更するように前記荷電粒子ビーム走査装置を制御し、この変更後に、前記照射装置からの荷電粒子ビームの出射を開始し、この操作を繰り返して前記複数の設定された照射位置のそれぞれに前記荷電粒子ビームを出射するとともに、前記複数の設定された照射位置の各々への前記荷電粒子ビームの出射を1回当たりの照射量が前記設定された照射量となるように前記設定された回数行わせ、
前記照射位置毎の照射回数及び1回当たりの照射量は、前記複数の照射位置の各々に対する前記荷電粒子ビームの1回当たりの照射量が基準照射量以下となるように設定されており、前記基準照射量は、各照射位置における照射量がその基準照射量を超えると分割照射を行う値として予め定められていることを特徴とする粒子線出射方法。 - 前記複数の設定された照射位置の各々への前記荷電粒子ビームの前記設定された照射量及び設定された回数の出射は、前記荷電粒子ビーム走査装置を制御することによって行われる請求項12記載の粒子線出射方法。
- 前記制御装置は、前記複数の層領域のうちの1つの層領域において前記複数の設定された照射位置の全てに対して前記設定された照射量及び設定された回数の荷電粒子ビームの照射が完了したときに、前記1つの層領域と異なる層領域に前記荷電粒子ビームの照射が行える照射エネルギとなるように、前記加速器を制御し、その後、その異なる層領域において、前記複数の設定された照射位置の全てに対して前記設定された照射量及び設定された回数の荷電粒子ビームの照射を行うよう前記荷電粒子ビーム走査装置を制御する請求項12または請求項13記載の粒子線出射方法。
- 前記設定された照射量は、前記複数の照射位置間で1回当たりの照射量のばらつきが小さくなるように設定されていることを特徴とする請求項12記載の粒子線出射方法。
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