JP5130175B2

JP5130175B2 - Particle beam irradiation system and control method thereof

Info

Publication number: JP5130175B2
Application number: JP2008249472A
Authority: JP
Inventors: 隆司岡崎; 和夫平本; 伸一郎藤高; 林太郎藤本; 祐介藤井
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2008-09-29
Filing date: 2008-09-29
Publication date: 2013-01-30
Anticipated expiration: 2028-09-29
Also published as: JP2010075584A

Description

本発明は、粒子線照射システム及び粒子線照射方法に係り、特に、呼吸等で移動する標的領域（患者の患部領域）に、線量分布の中で線量の高い領域を、患部形状に合った形状に形成するのに好適な粒子線照射装置及びこの制御方法に関する。 The present invention relates to a particle beam irradiation system and a particle beam irradiation method, and more particularly, to a target region (patient's affected region) that moves by breathing or the like, a region having a high dose in the dose distribution conforms to the shape of the affected portion. The present invention relates to a particle beam irradiation apparatus and a control method suitable for forming the same.

粒子線照射システム、例えば、陽子線照射システムは、がん治療の有効な手段の一つであり、今後、盛んに用いられることが見込まれる。陽子線治療では、標的領域の線量分布を均一あるいは予め決められた分布に制御することが求められている。 A particle beam irradiation system, for example, a proton beam irradiation system is one of effective means for cancer treatment, and is expected to be actively used in the future. In proton beam therapy, it is required to control the dose distribution in the target area to be uniform or predetermined.

線量分布を均一等に制御する方法として、陽子ビームの進行方向に垂直な面（照射野）には、散乱体を用いて陽子ビームを広げる方法や、陽子ビーム半径の小さいビームを用いて照射野面を走査する方法がある。 As a method for uniformly controlling the dose distribution, on the surface (irradiation field) perpendicular to the traveling direction of the proton beam, a method of expanding the proton beam using a scatterer, or a irradiation field using a beam with a small proton beam radius. There is a method of scanning the surface.

陽子ビームの進行方向（深さ方向）の線量分布の形成には、陽子ビームが停止する直前にエネルギーの大部分を放出してブラッグカーブと呼ばれる線量分布を形成する特性と、そのブラッグカーブのピークの深さ方向での位置は体内に入射する陽子ビームのエネルギーの大きさで制御できる特性を利用し、陽子ビームのエネルギーを適切に選択し、陽子ビームを患部近傍で停止させてエネルギーの大部分を患部のがん細胞に与えるようにしている。ここで、ブラッグピークの、深さ方向での幅は数mmである。通常、患部は深さ方向にそれ以上の厚みをもっている。このような患部において患部全体の深さ方向に渡って粒子線を効果的に照射するには、深さ方向で患部大の広がり一様度の高い高線量領域（Spread Out Bragg Peak、以下ＳＯＢＰという）を形成するように、陽子ビームのエネルギーと陽子ビームの照射量を制御する必要がある。 The dose distribution in the traveling direction (depth direction) of the proton beam is characterized by the characteristic that releases most of the energy immediately before the proton beam stops to form a dose distribution called a Bragg curve, and the peak of the Bragg curve. The position in the depth direction of the beam is controlled by the magnitude of the proton beam energy incident on the body, the proton beam energy is appropriately selected, and the proton beam is stopped in the vicinity of the affected area, so that most of the energy To the affected cancer cells. Here, the width of the Bragg peak in the depth direction is several mm. Usually, the affected area has a greater thickness in the depth direction. In such an affected area, in order to effectively irradiate the particle beam in the depth direction of the entire affected area, a high-dose region (Spread Out Bragg Peak, hereinafter referred to as SOBP) having a high spread uniformity in the depth of the affected area in the depth direction. ) To control the proton beam energy and the proton beam dose.

標的領域への照射としては、標的領域が呼吸性移動等で、周期的あるいは非周期的に移動する標的領域に対して、その標的領域の形状に合った線量分布を形成する（原体照射）のが望ましい。 As irradiation to the target area, a dose distribution that matches the shape of the target area is formed for the target area that moves periodically or aperiodically due to respiratory movement, etc. Is desirable.

これを解決する方法として、標的領域の３次元運動を補償するために、照射面内は、標的領域位置を測定して、走査電磁石で粒子ビームの走査幅を調整し照射面内の照射位置を補償し、深さ方向には、標的領域位置の測定に基づいて、くさび状のレンジシフタの出し入れで、深さ方向のビームの到達位置を調整する方法がある。また、呼吸周期の中で、呼気の期間は標的領域の運動が比較的遅いことを利用して、この期間に、照射するビームのエネルギーを変えることで、線量分布の深さ方向位置を制御する方法がある。 As a method for solving this, in order to compensate for the three-dimensional motion of the target area, the position of the target area is measured in the irradiation surface, and the scanning width of the particle beam is adjusted by the scanning electromagnet to adjust the irradiation position in the irradiation surface. In the depth direction, there is a method of adjusting the arrival position of the beam in the depth direction by inserting and removing a wedge-shaped range shifter based on the measurement of the target region position. Also, in the breathing cycle, the position of the dose distribution in the depth direction is controlled by changing the energy of the irradiated beam during the expiration period by using the relatively slow movement of the target area. There is a way.

陽子ビームの進行方向（深さ方向）の線量分布の形成には、リッジフィルタやＲＭＷ（Range Modulation Wheel）を用いる方法、あるいは、加速器からのビームエネルギー種を変える方法で、ＳＯＢＰを形成する（例えば、非特許文献１）。 In order to form a dose distribution in the traveling direction (depth direction) of the proton beam, SOBP is formed by a method using a ridge filter or RMW (Range Modulation Wheel) or a method of changing the beam energy species from the accelerator (for example, Non-Patent Document 1).

また、リッジフィルタを用いる別の方法として、患部を積層に分割して照射する方法、すなわち、患部の分割に応じた幅の小さいＳＯＢＰ（患部大のＳＯＢＰと区別するために、以下、これを小型ＳＯＢＰと呼ぶことにする）を複数個作り、それを合わせて、患部形状に合うＳＯＢＰを形成する方法である（例えば、非特許文献２）。この方法は、小型ＳＯＢＰをつなぎ合わせて、患部大のＳＯＢＰを生成する。この照射を行うための小型ＳＯＢＰの形成には、複数個のブラッグピーク幅を拡大して、また、ピーク強度を調整したリッジフィルタ（以下、エネルギー分布拡大装置を用いる）を用いる。 As another method using a ridge filter, a method of irradiating an affected part by dividing the affected part into layers, that is, a SOBP having a small width corresponding to the division of the affected part (in order to distinguish it from a large SOBP of the affected part, this is hereinafter referred to as a small size). This is a method of forming a plurality of SOBPs (referred to as SOBP) and combining them to form an SOBP that matches the shape of the affected area (for example, Non-Patent Document 2). In this method, small SOBPs are joined together to generate a large SOBP. In order to form a small SOBP for this irradiation, a ridge filter (hereinafter referred to as an energy distribution expansion device) in which a plurality of Bragg peak widths are expanded and the peak intensity is adjusted is used.

W. T. Chu, B. A. Ludewigt and T. R. Renner, Rev. Sci. Instrum. 64, 2055-2122, 1993．W. T. Chu, B. A. Ludewigt and T. R. Renner, Rev. Sci. Instrum. 64, 2055-2122, 1993. B.Schaffner, et al. Med. Phys. 27 (4), 716-724, April 2000．B. Schaffner, et al. Med. Phys. 27 (4), 716-724, April 2000.

しかしながら、標的領域の治療中に、レンジシフタを頻繁に交換することは、故障率を高める原因になる。また、加速器のエネルギー変更で深さ方向位置を調整するには、積層数に応じて多数のエネルギー種を用意する必要があり、その準備に多大な時間を要する。また、これらの方法は、積層数が多く、照射に必要な時間が長くなり、線量率が低下する可能性がある。 However, frequent replacement of the range shifter during treatment of the target area causes an increased failure rate. Moreover, in order to adjust the position in the depth direction by changing the energy of the accelerator, it is necessary to prepare a large number of energy species according to the number of stacked layers, and it takes a lot of time for the preparation. Moreover, these methods have many lamination | stacking numbers, time required for irradiation becomes long, and a dose rate may fall.

本発明の目的は、呼吸時等の移動等で運動する標的領域を標的領域形状に合った照射を短時間で行う方法および装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a method and an apparatus for performing irradiation in a short time on a target area that moves due to movement during breathing or the like according to the shape of the target area.

（１）上記目的を達成するために、本発明は、粒子線を加速する加速器と、加速器で加速された粒子線を照射対象に出射する照射装置と、照射対象の移動幅を測定する位置測定装置を備え、照射装置は、粒子線の通過位置によってその厚みが異なる複数のエネルギー分布拡大フィルタを有し、位置測定装置で測定した移動幅に応じて、いずれかのエネルギー分布拡大フィルタを、照射装置内の粒子線通過領域に設置する制御装置を備える。
（２）上記目的を達成するために、本発明は、上記（１）において、好ましくは、制御装置は、位置測定装置で測定した移動幅が第１設定値のときに加速器からの粒子線の出射を開始し、第２設定値のときに前記加速器からの前記粒子線の出射を停止する。
（３）上記（２）において、好ましくは、制御装置は、加速器を制御して加速器から出射する粒子線のエネルギーを変更するように制御する。
（４）上記（１）（２）（３）において、好ましくは、照射装置が、厚みの異なる複数の吸収体を有するレンジシフタを備え、制御装置が、前記粒子線通過領域に設置する前記吸収体を変更して、前記照射装置から出射する前記粒子線のエネルギーを変更するように制御する。
（５）上記（１）（２）（３）（４）において、好ましくは、前記照射装置は、前記粒子線の到達位置を前記照射対象の形状に形成するマルチリーフコリメータを備える。
（６）また、上記目的を達成するために、本発明は、粒子線を加速する加速器と、前記粒子線を照射対象に出射する照射装置と、照射対象の移動幅を測定する位置測定装置を備える粒子線照射システムの制御方法であって、前記位置測定装置で測定した照射対象の移動幅に基づいて、前記照射対象を分割して照射する分割数，分割された各層に対して前記粒子線を出射するときに用いるエネルギー分布拡大フィルタの種類及び分割された各層での目標線量を決定する。 (1) In order to achieve the above object, the present invention provides an accelerator that accelerates a particle beam, an irradiation device that emits a particle beam accelerated by the accelerator to an irradiation target, and a position measurement that measures a movement width of the irradiation target. The irradiation device has a plurality of energy distribution expansion filters having different thicknesses depending on the passage position of the particle beam, and irradiates one of the energy distribution expansion filters according to the movement width measured by the position measurement device. A control device installed in the particle beam passage region in the device is provided.
(2) In order to achieve the above object, in the above (1), the present invention is preferably configured so that the control device detects the particle beam from the accelerator when the movement width measured by the position measuring device is the first set value. The emission is started, and the emission of the particle beam from the accelerator is stopped at the second set value.
(3) In the above (2), preferably, the control device controls the accelerator so as to change the energy of the particle beam emitted from the accelerator.
(4) In the above (1), (2), and (3), preferably, the irradiation device includes a range shifter having a plurality of absorbers having different thicknesses, and the control device is installed in the particle beam passage region. To change the energy of the particle beam emitted from the irradiation device.
(5) In the above (1), (2), (3), and (4), preferably, the irradiation device includes a multi-leaf collimator that forms an arrival position of the particle beam in the shape of the irradiation target.
(6) Moreover, in order to achieve the said objective, this invention includes the accelerator which accelerates a particle beam, the irradiation apparatus which radiate | emits the said particle beam to irradiation object, and the position measuring apparatus which measures the movement width of irradiation object. A particle beam irradiation system control method comprising: the number of divisions to irradiate the irradiation object based on the movement width of the irradiation object measured by the position measuring device; and the particle beam for each divided layer The type of energy distribution expansion filter used when emitting light and the target dose in each divided layer are determined.

本発明によれば、レンジシフタの稼動回数は減り、かつ、従来に比べて積層数が減り照射に必要な時間を短縮できるようになる。 According to the present invention, the number of operation times of the range shifter is reduced, and the number of stacks is reduced as compared with the conventional case, and the time required for irradiation can be shortened.

以下、図面を用いて、本発明の好適な一実施形態である粒子線照射システムの構成及び動作について説明する。 Hereinafter, the configuration and operation of a particle beam irradiation system which is a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図１を用いて、本実施形態の粒子線照射システムの構成について説明する。本実施形態では、粒子線照射システムとして陽子線治療システムを例にして説明する。陽子線治療システムは、前段加速器１，円形加速器（シンクロトロン）２，ビーム輸送装置３，回転ガントリー４，照射野形成装置（粒子線照射装置）５，標的領域の位置測定装置６，患者カウチ（治療用ベッド）８，照射制御システム９，走査電磁石磁場制御システム１０を備える。 The structure of the particle beam irradiation system of this embodiment is demonstrated using FIG. In this embodiment, a proton beam therapy system will be described as an example of the particle beam irradiation system. The proton beam therapy system consists of a front stage accelerator 1, a circular accelerator (synchrotron) 2, a beam transport device 3, a rotating gantry 4, an irradiation field forming device (particle beam irradiation device) 5, a target area position measuring device 6, a patient couch ( A treatment bed 8, an irradiation control system 9, and a scanning electromagnet magnetic field control system 10.

前段加速器１が、イオン源（図示せず）及びシンクロトロン２に接続される。シンクロトロン２は、陽子ビームの周回軌道上に、高周波加速空洞３０，高周波印加装置３１，四極電磁石３２及び偏向電磁石３３を有する。高周波加速空洞３０は、ビーム加速装置であり、高周波電源を印加する高周波電源（図示せず）に接続される。高周波印加装置３１がビーム出射用の高周波供給装置（図示せず）に接続される。出射用デフレクタ４０がビーム輸送装置３に接続される。 A front accelerator 1 is connected to an ion source (not shown) and a synchrotron 2. The synchrotron 2 includes a high-frequency accelerating cavity 30, a high-frequency applying device 31, a quadrupole electromagnet 32, and a deflecting electromagnet 33 on the orbit of the proton beam. The high-frequency acceleration cavity 30 is a beam accelerator and is connected to a high-frequency power source (not shown) that applies a high-frequency power source. The high frequency application device 31 is connected to a high frequency supply device (not shown) for beam emission. An exit deflector 40 is connected to the beam transport device 3.

ビーム輸送装置３は、四極電磁石３４，偏向電磁石３５及びビーム径路３６を備える。逆Ｕ字状のビーム径路及び照射野形成装置５が回転ガントリー４に設置される。逆Ｕ字状のビーム径路には、ビーム進行方向の上流側から四極電磁石３７，偏向電磁石３８，３９が備えられる。逆Ｕ字状のビーム径路が治療室内に設置された照射野形成装置５に接続される。位置測定装置６及び患者カウチ８は、治療室内に設置される。位置測定装置６は、照射制御システム９に接続される。なお、位置測定装置６は、照射野形成装置５に設置しても良い。 The beam transport device 3 includes a quadrupole electromagnet 34, a deflection electromagnet 35, and a beam path 36. An inverted U-shaped beam path and irradiation field forming device 5 are installed in the rotating gantry 4. The inverted U-shaped beam path includes a quadrupole electromagnet 37 and deflection electromagnets 38 and 39 from the upstream side in the beam traveling direction. An inverted U-shaped beam path is connected to an irradiation field forming device 5 installed in the treatment room. The position measuring device 6 and the patient couch 8 are installed in the treatment room. The position measuring device 6 is connected to the irradiation control system 9. The position measuring device 6 may be installed in the irradiation field forming device 5.

図２を用いて、照射野形成装置５の内部構成を説明する。照射野形成装置５は、陽子ビームの進行方向の上流側より順次、ビームプロファイルモニタ１１，線量モニタ（第１の線量検出手段）１２，陽子ビームの走査電磁石１３，散乱体装置１４，エネルギー分布拡大装置１５，飛程調整装置（例えば、レンジシフタ）１６，線量モニタ（第２の線量検出手段）１７，ブロックコリメータ１８，患者コリメータ１９を備える。散乱体装置１４は、散乱体駆動装置２３に接続される。エネルギー分布拡大装置１５は、エネルギー分布拡大装置駆動装置２２に接続される。レンジシフタ１６は、レンジシフタ駆動装置２９に接続される。制御装置２１は、散乱体駆動装置２３，エネルギー分布拡大装置駆動装置２２及びレンジシフタ駆動装置２９に接続され、これらを制御する。 The internal configuration of the irradiation field forming device 5 will be described with reference to FIG. The irradiation field forming device 5 includes a beam profile monitor 11, a dose monitor (first dose detection means) 12, a proton beam scanning electromagnet 13, a scatterer device 14, and an energy distribution expansion in order from the upstream side in the traveling direction of the proton beam. A device 15, a range adjustment device (for example, a range shifter) 16, a dose monitor (second dose detection means) 17, a block collimator 18, and a patient collimator 19 are provided. The scatterer device 14 is connected to the scatterer driving device 23. The energy distribution expansion device 15 is connected to the energy distribution expansion device driving device 22. The range shifter 16 is connected to the range shifter driving device 29. The control device 21 is connected to and controls the scatterer driving device 23, the energy distribution expanding device driving device 22, and the range shifter driving device 29.

ビームプロファイルモニタ１１は、ビーム径路３６から照射野形成装置５に入射された陽子ビームが、所定の位置を通過しているかを確認するモニタである。線量モニタ１７は、照射野形成装置５に入射された陽子ビームの線量を検出するモニタである。ビームプロファイルモニタ１１及び線量モニタ１７は、照射制御システム９に接続され、検出したデータを送信する。照射制御システム９は、ビームプロファイルモニタ１１からのデータに基づいて、陽子ビームが所定の位置を通過しているかを確認し、その位置が設定値よりも大きくなった場合に、陽子ビームの出射を停止する。 The beam profile monitor 11 is a monitor for confirming whether the proton beam incident on the irradiation field forming device 5 from the beam path 36 passes through a predetermined position. The dose monitor 17 is a monitor that detects the dose of the proton beam incident on the irradiation field forming device 5. The beam profile monitor 11 and the dose monitor 17 are connected to the irradiation control system 9 and transmit the detected data. The irradiation control system 9 confirms whether the proton beam passes through a predetermined position based on the data from the beam profile monitor 11, and when the position becomes larger than a set value, the irradiation control system 9 emits the proton beam. Stop.

走査電磁石１３は、陽子ビームをｘ軸方向に走査する第１走査電磁石（図示せず）と、陽子ビームをｙ軸方向に走査する第２走査電磁石（図示せず）を有する。ここで、走査電磁石１３に入射する陽子ビームのビーム進行方向をｚ軸、走査電磁石１３に入射する陽子ビームのビーム進行方向に垂直な平面上の一方向をｘ軸、このｘ軸に垂直でありビーム進行方向に垂直な平面上の一方向をｙ軸とする。ｘ軸，ｙ軸及びｚ軸はそれぞれ垂直な方向を示す。第１走査電磁石及び第２走査電磁石は、走査電磁石制御システム１０（図１）に接続される。走査電磁石制御システム１０は、第１走査電磁石及び第２走査電磁石の励磁を制御する。 The scanning electromagnet 13 includes a first scanning electromagnet (not shown) that scans the proton beam in the x-axis direction and a second scanning electromagnet (not shown) that scans the proton beam in the y-axis direction. Here, the beam traveling direction of the proton beam incident on the scanning electromagnet 13 is z-axis, one direction on a plane perpendicular to the beam traveling direction of the proton beam incident on the scanning electromagnet 13 is x-axis, and perpendicular to the x-axis. One direction on a plane perpendicular to the beam traveling direction is taken as the y-axis. The x-axis, y-axis, and z-axis each indicate a vertical direction. The first scanning electromagnet and the second scanning electromagnet are connected to the scanning electromagnet control system 10 (FIG. 1). The scanning electromagnet control system 10 controls excitation of the first scanning electromagnet and the second scanning electromagnet.

散乱体装置１４は、複数の散乱体及び回転テーブルを有する。複数の散乱体が回転テーブル上に周方向に並んで設置されている。この回転テーブルが散乱体駆動装置２３により回転されることによって、所定の散乱体が陽子ビームの通過領域に配置される。散乱体駆動装置２３は、制御装置２１からの指令信号に基づいて、回転テーブルを回転している。陽子ビームは、散乱体を通過することでビーム径が広げられる。 The scatterer device 14 includes a plurality of scatterers and a rotary table. A plurality of scatterers are arranged side by side on the rotary table in the circumferential direction. The rotary table is rotated by the scatterer driving device 23, whereby a predetermined scatterer is arranged in the proton beam passage region. The scatterer driving device 23 rotates the rotary table based on a command signal from the control device 21. The beam diameter of the proton beam is expanded by passing through the scatterer.

レンジシフタ１６は、厚みの異なる複数の吸収体（例えば、１mm，２mm，４mm，８mm，１６mm，３２mmの６枚の吸収体）を有する。この吸収体は、レンジシフタ駆動装置２９によって駆動される。つまり、レンジシフタ駆動装置２９が、制御装置２１からの指令信号に基づいて、いずれかの吸収体を選択して陽子ビームの通過領域に設置する。患者の体表面からの患部の深さ位置に合わせて、いずれか一つの吸収体を設置する場合と複数の吸収体を設置（例えば、２mmと８mmの吸収体を重ね合わせて１０mmの吸収体を設置）する場合がある。 The range shifter 16 has a plurality of absorbers having different thicknesses (for example, six absorbers of 1 mm, 2 mm, 4 mm, 8 mm, 16 mm, and 32 mm). This absorber is driven by a range shifter driving device 29. That is, the range shifter driving device 29 selects one of the absorbers based on the command signal from the control device 21 and installs it in the proton beam passage region. Depending on the depth position of the affected area from the patient's body surface, either one of the absorbers or a plurality of absorbers (for example, 10 mm absorbers by overlapping 2 mm and 8 mm absorbers) Installation).

エネルギー分布拡大装置１５は、図３に示すように複数のエネルギー分布拡大フィルタ（ＳＯＢＰ（Spred-Out Bragg Peak）フィルタ）及び回転テーブル２５を有する。回転テーブルに形成された開口部にＳＯＢＰフィルタ２４が設置される。本実施形態では、１つの回転テーブルに４つのＳＯＢＰフィルタ２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄを設置している。これらのＳＯＢＰフィルタは、それぞれ異なる構成（種類）である。例えば、第１のＳＯＢＰフィルタ２４ａが１cmのＳＯＢＰ幅を形成するフィルタ，第２のＳＯＢＰフィルタ２４ｂが２cmのＳＯＢＰ幅を形成するフィルタ，第３のＳＯＢＰフィルタ２４ｃが３cmのＳＯＢＰ幅を形成するフィルタ‥のように、ＳＯＢＰ幅に応じた複数のＳＯＢＰフィルタを有している。また、第４のＳＯＢＰフィルタ２４ｄは、他のＳＯＢＰフィルタ２４ａ，２４ｂ，２４ｃよりもディスタル側の立ち下がりが急峻なＳＯＢＰを形成するフィルタである。エネルギー分布拡大装置駆動装置２２が、回転テーブル２５を駆動して回転させることにより、所定のＳＯＢＰフィルタが陽子ビームの通過領域に配置される。エネルギー分布拡大装置駆動装置２２は、制御装置２１からの指令信号に基づいて、回転テーブル２５をＲ１の方向に回転させる。このような構成であるため、ＳＯＢＰフィルタを容易に移動させることができ、簡素な構成によりＳＯＢＰフィルタを交換（ビーム通過領域に設置）できる。また、円形の回転テーブル２５を用いることで、ＳＯＢＰフィルタ２４の交換に必要な空間を小さくすることができる。なお、本実施形態では、円形の回転テーブル２５にＳＯＢＰフィルタ２４を固定する構成としたが、他の形状であってもよい。また、図４に示すように、長方形の支持部材２６にＳＯＢＰフィルタ２４を設置する構成であってもよい。この場合、エネルギー分布拡大装置駆動装置２２は、支持部材２６を長方形の長軸方向（Ｒ２）にスライドさせることにより、いずれかのＳＯＢＰフィルタ２４をビーム通過領域に設置する。 As shown in FIG. 3, the energy distribution expansion device 15 includes a plurality of energy distribution expansion filters (SOBP (Spred-Out Bragg Peak) filters) and a rotary table 25. An SOBP filter 24 is installed in an opening formed in the rotary table. In the present embodiment, four SOBP filters 24a, 24b, 24c, and 24d are installed on one rotary table. These SOBP filters have different configurations (types). For example, the first SOBP filter 24a forms a 1 cm SOBP width filter, the second SOBP filter 24b forms a 2 cm SOBP width filter, and the third SOBP filter 24c forms a 3 cm SOBP width filter. As described above, a plurality of SOBP filters corresponding to the SOBP width are provided. The fourth SOBP filter 24d is a filter that forms an SOBP whose falling on the distal side is steeper than the other SOBP filters 24a, 24b, and 24c. The energy distribution magnifying device driving device 22 drives and rotates the rotary table 25, so that a predetermined SOBP filter is disposed in the proton beam passage region. The energy distribution expansion device driving device 22 rotates the rotary table 25 in the direction of R <b> 1 based on a command signal from the control device 21. Because of such a configuration, the SOBP filter can be easily moved, and the SOBP filter can be replaced (installed in the beam passage region) with a simple configuration. Further, by using the circular rotary table 25, the space required for the replacement of the SOBP filter 24 can be reduced. In the present embodiment, the SOBP filter 24 is fixed to the circular rotary table 25, but other shapes may be used. Moreover, as shown in FIG. 4, the structure which installs the SOBP filter 24 in the rectangular support member 26 may be sufficient. In this case, the energy distribution magnifying device driving device 22 installs one of the SOBP filters 24 in the beam passage region by sliding the support member 26 in the long axis direction (R2) of the rectangle.

ＳＯＢＰフィルタ２４の構成を、図５を用いて説明する。ＳＯＢＰフィルタ２４は、複数の翼２７（本実施形態では６枚の翼）が架台２８に設置される構成を有する。翼２７と翼２７の間には、それぞれ開口が形成されている。翼２７は、階段状に配置された複数の平面領域を有しており、ビーム進行方向における翼２７の底面から各平面領域までの各厚みが異なるように構成される。翼２７は、その両側に位置する開口部から翼２７の厚みが最も厚い翼頂部に位置する平面領域に向かって各平面領域部の厚みが増加するように形成されている。翼２７は、第１の平板部材（吸収部材）の上部に第２の平板部材が設置され、第２の平板部材の上部に第３の平板部材が配置される階段状の構成を有する。陽子ビームがエネルギー分布拡大装置１５の開口部を通過したときはビームエネルギーは減衰することなく通過するためブラックピークは体内の深い位置に生じる。ＳＯＢＰフィルタ２４の翼２７の厚みが比較的薄い平面領域を通過したときはビームエネルギーが若干減衰されて、開口部を通過したときよりも浅い位置でブラックピークが生じる。また、ＳＯＢＰフィルタ２４の翼２７の厚みが比較的厚い部分の平面領域を通過したときはビームエネルギーが大きく減衰され、さらに浅い位置にブラックピークが生じる。このように、ＳＯＢＰフィルタ２４は、陽子ビームが通過する位置によって、通過した後の陽子ビームのエネルギーが異なるような構成を有する。ＳＯＢＰフィルタ２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄの各翼は、それぞれのＳＯＢＰフィルタで形成するＳＯＢＰ幅等に応じて最適な形状で整形される。 The configuration of the SOBP filter 24 will be described with reference to FIG. The SOBP filter 24 has a configuration in which a plurality of blades 27 (six blades in the present embodiment) are installed on the mount 28. Openings are formed between the wings 27 and 27, respectively. The wing 27 has a plurality of planar regions arranged in a step shape, and is configured such that each thickness from the bottom surface of the wing 27 to each planar region in the beam traveling direction is different. The blades 27 are formed such that the thickness of each planar region increases from the openings located on both sides thereof toward the planar region located at the blade top where the blades 27 are thickest. The wing 27 has a stepped configuration in which the second flat plate member is installed on the upper portion of the first flat plate member (absorbing member), and the third flat plate member is arranged on the upper portion of the second flat plate member. When the proton beam passes through the opening of the energy spread device 15, the beam energy passes through without being attenuated, so that the black peak occurs at a deep position in the body. When the blade 27 of the SOBP filter 24 passes through a relatively thin flat region, the beam energy is slightly attenuated, and a black peak is generated at a position shallower than when passing through the opening. Further, when the blade 27 of the SOBP filter 24 passes through a relatively thick flat area, the beam energy is greatly attenuated, and a black peak is generated at a shallower position. Thus, the SOBP filter 24 has a configuration in which the energy of the proton beam after passing differs depending on the position through which the proton beam passes. The blades of the SOBP filters 24a, 24b, 24c, and 24d are shaped in an optimal shape according to the SOBP width and the like formed by the respective SOBP filters.

線量モニタ１７は、ビームプロファイルモニタ１１，線量モニタ１２，走査電磁石１３，散乱体装置１４，エネルギー分布拡大装置１５及びレンジシフタ１６を通過した陽子ビームの線量を検出するモニタである。線量モニタ１７は、照射制御システム９に接続され、検出したデータを送信する。 The dose monitor 17 is a monitor that detects the dose of the proton beam that has passed through the beam profile monitor 11, the dose monitor 12, the scanning electromagnet 13, the scatterer device 14, the energy distribution expansion device 15, and the range shifter 16. The dose monitor 17 is connected to the irradiation control system 9 and transmits the detected data.

ブロックコリメータ１８は、ビーム進行方向と垂直な平面（ｘ−ｙ平面）上の陽子ビームの照射野を整形する開口を有し、この開口部の外側の陽子ビームを遮断するものである。患者コリメータ１９は、陽子ビームを患部の形状（例えば癌や腫瘍）の形状に合わせて精度良く整形する開口部を有する。この開口部を通過した陽子ビームが、照射野形成装置５から出射される。符号２０は、患者に陽子ビームを当てる中心になるアイソセンタである。 The block collimator 18 has an opening for shaping the irradiation field of the proton beam on a plane (xy plane) perpendicular to the beam traveling direction, and blocks the proton beam outside the opening. The patient collimator 19 has an opening that accurately shapes the proton beam according to the shape of the affected part (for example, cancer or tumor). The proton beam that has passed through the opening is emitted from the irradiation field forming device 5. Reference numeral 20 denotes an isocenter which is a center for applying a proton beam to a patient.

中央制御装置（図示せず）は、患者７が横たわっている患者カウチ８を移動し、患部がビーム軸の延長線上に位置するように位置決めする。照射制御システム９は、中央制御装置からの指令信号に基づいて、シンクロトロン２及びビーム輸送装置３の電磁石を励磁する。位置測定装置６は、患部の位置の時間変化を測定し、測定した位置情報を照射制御システム９に出力する。照射制御システム９は、この位置情報及び治療計画情報に基づいて、照射領域変動域の中の照射期間，照射領域を積層に分割する分割数，積層毎に使用するＳＯＢＰフィルタ２４の種類，照射量，散乱体，レンジシフタを決定する。制御装置２１は、照射制御システム９が決定した、これらの情報に基づいて、ビーム軌道上に所望の散乱体，ＳＯＢＰフィルタ，レンジシフタを設置する。また、患者の患部に合わせるような開口部が形成されたブロックコリメータ１８が設置される。また、患者の患部に形状に合わせて整形された患者コリメータ１９が照射野形成装置５内に設置される。走査電磁制御システム１０は、中央制御装置からの指令信号により、走査電磁石１３を励磁する。陽子ビームを出射する準備が完了すると、医師が、制御室内の操作盤２８を操作して治療開始信号を中央制御装置に出力する。治療開始信号を入力した中央制御装置は、イオン源（図示せず）を起動させる。イオン源で発生した陽子は前段加速器１に出射される。 A central controller (not shown) moves the patient couch 8 on which the patient 7 lies and positions the affected part on an extension of the beam axis. The irradiation control system 9 excites the electromagnets of the synchrotron 2 and the beam transport device 3 based on a command signal from the central control device. The position measuring device 6 measures the time change of the position of the affected part, and outputs the measured position information to the irradiation control system 9. Based on this position information and treatment plan information, the irradiation control system 9 determines the irradiation period in the irradiation region variation region, the number of divisions for dividing the irradiation region into the layers, the type of SOBP filter 24 used for each layer, and the irradiation amount. Determine scatterers and range shifters. The control device 21 installs a desired scatterer, SOBP filter, and range shifter on the beam trajectory based on the information determined by the irradiation control system 9. In addition, a block collimator 18 in which an opening is formed to match the affected area of the patient is installed. In addition, a patient collimator 19 shaped in accordance with the shape of the affected part of the patient is installed in the irradiation field forming device 5. The scanning electromagnetic control system 10 excites the scanning electromagnet 13 in response to a command signal from the central controller. When the preparation for emitting the proton beam is completed, the doctor operates the operation panel 28 in the control room to output a treatment start signal to the central controller. The central controller that has input the treatment start signal activates an ion source (not shown). Protons generated in the ion source are emitted to the front accelerator 1.

シンクロトロン２は、前段加速器１から入射した陽子ビームを更に加速する。シンクロトロン２を周回する陽子ビームは、目標のビームエネルギーまで加速された後、高周波印加電極３１から高周波が印加されることによって、シンクロトロン２から出射される。 The synchrotron 2 further accelerates the proton beam incident from the front stage accelerator 1. The proton beam that circulates around the synchrotron 2 is accelerated to the target beam energy and then emitted from the synchrotron 2 by applying a high frequency from the high frequency application electrode 31.

シンクロトロン２から出射された陽子ビームは、出射デフレクタ４０，ビーム輸送装置３を経て照射野形成装置５に到達する。陽子ビームは、照射野形成装置５内をビーム軸に沿って進行し、ビームプロファイルモニタ１１及び線量モニタ１２を通過して走査電磁石１３に到達する。走査電磁石制御システム１０からの指令信号に基づいて、走査電磁石１３の励磁量が制御される。陽子ビームの進行方向に垂直な照射野へ照射する方法としては、走査電磁石１３を用いた、陽子ビームのスポット走査あるいはラスター走査，単円あるいは多重のワブラー走査を用いる方法がある。 The proton beam emitted from the synchrotron 2 reaches the irradiation field forming device 5 through the emission deflector 40 and the beam transport device 3. The proton beam travels along the beam axis in the irradiation field forming device 5, passes through the beam profile monitor 11 and the dose monitor 12, and reaches the scanning electromagnet 13. Based on a command signal from the scanning electromagnet control system 10, the excitation amount of the scanning electromagnet 13 is controlled. As a method of irradiating the irradiation field perpendicular to the traveling direction of the proton beam, there is a method using a scanning scan magnet 13 for proton beam spot scanning or raster scanning, single circle or multiple wobbler scanning.

走査電磁石１３によって走査された陽子ビームが、散乱体装置１４（散乱体），エネルギー分布拡大装置１５（ＳＯＢＰフィルタ２４），レンジシフタ１６（吸収体）等のビーム通過領域に配置された機器を通過する。陽子ビームは、散乱体装置１４によりビーム軸と直交する方向にビームサイズが拡大され、エネルギー分布拡大装置１５によりビーム進行方向にＳＯＢＰが形成されるようにビーム分布が拡大される。線量モニタ１７により陽子ビームの線量が確認される。ブロックコリメータ１８の開口よりも外側に位置する陽子ビームはブロックコリメータ１８により除外される。また、患者コリメータ１９の開口を通過した陽子ビームが、照射野形成装置５から出射される。出射された陽子ビームが患部領域に集中した高線量領域を形成しつつ、患部に出射される。線量モニタ１２，１７で測定した線量が目標線量値に達すると、照射制御システム９はビーム出射停止信号を出力し、シンクロトロン２からの陽子ビームの出射が停止されて患者に対する陽子ビームの照射が終了する。 The proton beam scanned by the scanning electromagnet 13 passes through devices arranged in a beam passing region such as the scatterer device 14 (scatterer), the energy distribution expansion device 15 (SOBP filter 24), the range shifter 16 (absorber), and the like. . The beam size of the proton beam is expanded in the direction orthogonal to the beam axis by the scatterer device 14, and the beam distribution is expanded by the energy distribution expansion device 15 so that SOBP is formed in the beam traveling direction. The dose monitor 17 confirms the dose of the proton beam. A proton beam located outside the opening of the block collimator 18 is excluded by the block collimator 18. The proton beam that has passed through the opening of the patient collimator 19 is emitted from the irradiation field forming device 5. The emitted proton beam is emitted to the affected area while forming a high-dose area where it is concentrated in the affected area. When the dose measured by the dose monitors 12 and 17 reaches the target dose value, the irradiation control system 9 outputs a beam extraction stop signal, the emission of the proton beam from the synchrotron 2 is stopped, and the patient is irradiated with the proton beam. finish.

本実施形態の陽子線治療システムは、一人の患者に対して陽子ビームを出射する間にＳＯＢＰフィルタ２４を変える制御を行う。さらに、照射領域（標的領域）が呼吸等により移動する場合、この移動の変位にあわせたＳＯＢＰフィルタ２４を選択して陽子ビーム照射領域に設置し、陽子ビームを照射する。本実施形態のこの機能を含む制御を以下に説明する。 The proton beam therapy system of this embodiment performs control to change the SOBP filter 24 while emitting a proton beam to a single patient. Further, when the irradiation region (target region) moves due to respiration or the like, the SOBP filter 24 matched with the displacement of this movement is selected and placed in the proton beam irradiation region, and the proton beam is irradiated. Control including this function of this embodiment will be described below.

まずは、図６を用いて、本実施形態の陽子線治療システムを用いない場合について説明する。図６は、エネルギー分布拡大装置１５を繰り返し用いて、小型ＳＯＢＰを重ね合わせて患部大のＳＯＢＰを形成した例を示すものである。標的領域が呼吸性移動等で予め決めた飛程から揺らぎがある場合の一様度への影響を示す。揺らぎの幅を０.５mmとした場合である。エネルギー分布拡大装置１５で形成する小型ＳＯＢＰのつなぎの部分で、一様分布からの誤差が大きくなっていることがわかる。誤差のピークはＳＯＢＰの最深部に現れるが、ＳＯＢＰの範囲の外なので、次のピークが最も大きい誤差となる。 First, the case where the proton beam treatment system of this embodiment is not used will be described with reference to FIG. FIG. 6 shows an example in which a small SOBP is overlapped to form a large SOBP by repeatedly using the energy distribution expansion device 15. The influence on uniformity is shown when the target area fluctuates from a predetermined range due to respiratory movement or the like. This is a case where the fluctuation width is 0.5 mm. It can be seen that the error from the uniform distribution is large at the connecting portion of the small SOBP formed by the energy distribution expansion device 15. The error peak appears at the deepest part of the SOBP, but is outside the SOBP range, so the next peak is the largest error.

本発明者らは、この誤差を小さくして照射対象に対して所望のＳＯＢＰを精度よく形成することを検討した。その結果、エネルギー分布拡大装置１５で生成する小型ＳＯＢＰの幅を大きくすることにより、この誤差を小さくすることができることが分かった。つまり、小型ＳＯＢＰの幅を大きくすることで、例えば、１cmから２cmに大きくすることで、誤差を小さくできる。 The inventors of the present invention studied to accurately form a desired SOBP for an irradiation target by reducing this error. As a result, it has been found that this error can be reduced by increasing the width of the small SOBP generated by the energy distribution expansion device 15. That is, the error can be reduced by increasing the width of the small SOBP, for example, by increasing the width from 1 cm to 2 cm.

また、一つの積層を複数回照射するリペイント回数を増やすことでも、この誤差を低減することができることが分かった。本実施形態ではこれらの特性を用いる。 It has also been found that this error can also be reduced by increasing the number of repaints that irradiate a single stack multiple times. In this embodiment, these characteristics are used.

次に、図７を用いて、本実施形態の陽子線治療システムを用いて、呼吸等で移動する標的領域位置に対して陽子ビームを照射する場合について説明する。本実施形態では、患者の体表面からの深さ方向における患部を複数に分割し、分割した各患部領域（第１患部領域、第２患部領域‥）に対して所望の線量分布（小型ＳＯＢＰ）を示すように陽子ビームを照射する。第１の患部領域に対する陽子ビームの照射が終了すると、制御装置２１がレンジシフタ１６の吸収体を変える、又は照射制御システム９がシンクロトロン２を制御してシンクロトロン２から出射する陽子ビームのエネルギーを変更する、あるいはその両方を用いて、陽子ビームの照射領域が第２の患部領域となるように制御する。第２の患部領域に対して所望の線量分布（小型ＳＯＢＰ）を形成するように陽子ビームを照射すると、第２の患部領域での照射が終了し、陽子ビームのエネルギーを変更して第３の患部領域への照射を開始する。このように、各患部領域に形成された小型ＳＯＢＰを重ね合わせることで、患者の体表面からの深さ方向において、患部の厚み全域にわたって陽子ビームを一様に照射するように制御する。図７（ａ）は、位置測定装置６で測定した患部（照射標的）の位置の時間変化を示す。本実施例では、患者の患部が呼吸により移動する場合を例に説明する。図７（ｂ）が陽子ビームのエネルギーの時間変化、図７（ｃ）が陽子ビームを照射する患部の深さ方向の位置及び陽子ビームを照射する期間を示す。なお、位置測定装置６は、照射制御システム９に接続される。位置測定装置６は、測定した照射対象の位置情報（移動量を含む）を照射制御システム９に出力する。照射制御システム９は、位置測定装置６から受け取った照射対象の移動量が予め定められた設定値（第１設定値）となったときに、シンクロトロン２から陽子ビームを出射するようにシンクロトロン２を制御する。さらに、照射制御システム９は、位置測定装置６からの移動量が予め定められた値（第２設定値）となったときに、シンクロトロン２から出射する陽子ビームを停止するように制御する。第１設定値及び第２設定値は、照射制御システム９に備えられる記憶装置（図示せず）に予め記憶されている。このように、照射対象の移動量が小さい期間に照射対象に陽子ビームを出射することで、さらに精度の良い照射が可能となる。第１設定値及び第２設定値に基づいて、シンクロトロン２からの陽子ビームの出射開始及び出射停止を制御すると、図７に示すように、点線領域（Ａ１，Ａ２，Ａ３）の期間に陽子ビームを出射し、他の領域では陽子ビームの出射を停めることになる。図７（ａ）に示すように、呼気の状態で標的領域の移動は遅くなる。例えば、この期間にビームを照射面に照射する。この期間をゲート期間と呼ぶことにする。ゲート期間での標的の移動量をΔｘとする。Δｘには揺らぎを含むものとする。この移動量は、患者により、また、体内の患部位置により異なる。また、ゲート期間の取り方でこの移動量は変わる。この移動量を患者毎（標的毎）に見極めて、線量分布の一様度を阻害する誤差を、許容値内まで低減するＳＯＢＰフィルタ２４を用いる。 Next, the case where a proton beam is irradiated with respect to the target area | region position which moves by respiration etc. using the proton beam treatment system of this embodiment is demonstrated using FIG. In the present embodiment, the affected area in the depth direction from the body surface of the patient is divided into a plurality of areas, and a desired dose distribution (small SOBP) is assigned to each of the divided affected area (first affected area, second affected area,...). A proton beam is irradiated as shown in FIG. When the irradiation of the proton beam to the first affected area is completed, the control device 21 changes the absorber of the range shifter 16, or the irradiation control system 9 controls the synchrotron 2 to change the energy of the proton beam emitted from the synchrotron 2. By using either or both of them, the proton beam irradiation area is controlled to be the second affected area. When the proton beam is irradiated so as to form a desired dose distribution (small SOBP) with respect to the second affected area, the irradiation in the second affected area ends, and the energy of the proton beam is changed to change the third Irradiation to the affected area is started. In this way, by superimposing small SOBPs formed in each affected area, the proton beam is controlled to be uniformly irradiated over the entire thickness of the affected area in the depth direction from the patient's body surface. FIG. 7A shows the time change of the position of the affected part (irradiation target) measured by the position measuring device 6. In this embodiment, a case where an affected part of a patient moves by breathing will be described as an example. FIG. 7B shows the time change of the energy of the proton beam, and FIG. 7C shows the position in the depth direction of the affected part irradiated with the proton beam and the period of irradiation with the proton beam. The position measuring device 6 is connected to the irradiation control system 9. The position measuring device 6 outputs the measured position information (including the movement amount) of the irradiation target to the irradiation control system 9. The irradiation control system 9 causes the synchrotron to emit a proton beam from the synchrotron 2 when the amount of movement of the irradiation target received from the position measuring device 6 reaches a predetermined setting value (first setting value). 2 is controlled. Furthermore, the irradiation control system 9 controls the proton beam emitted from the synchrotron 2 to stop when the movement amount from the position measuring device 6 reaches a predetermined value (second set value). The first set value and the second set value are stored in advance in a storage device (not shown) provided in the irradiation control system 9. In this way, more accurate irradiation is possible by emitting the proton beam to the irradiation target during a period in which the amount of movement of the irradiation target is small. When the emission start and emission stop of the proton beam from the synchrotron 2 are controlled based on the first set value and the second set value, as shown in FIG. 7, protons are generated in the period of the dotted line region (A1, A2, A3). The beam is emitted, and in other regions, the emission of the proton beam is stopped. As shown in FIG. 7A, the movement of the target area is slow in the expired state. For example, the irradiation surface is irradiated with a beam during this period. This period is called a gate period. Let Δx be the amount of movement of the target during the gate period. Δx includes fluctuations. The amount of movement varies depending on the patient and the position of the affected part in the body. The amount of movement varies depending on the gate period. The SOBP filter 24 is used to determine the amount of movement for each patient (for each target) and reduce an error that hinders the uniformity of the dose distribution to within an allowable value.

本実施形態では、１cm，２cm，３cmの小型ＳＯＢＰを形成する複数個のＳＯＢＰフィルタ２４ａ，２４ｂ，２４ｃを準備している。照射制御システム９は、その中から、移動量の大きい標的に対しては、線量分布の一様度を阻害する誤差を許容値内まで低減する、小型ＳＯＢＰの幅を大きく形成するＳＯＢＰフィルタ２４を選定する。例えば、小型ＳＯＢＰの幅として、３cmを形成するＳＯＢＰフィルタ２４ｃを選定する。あるいは、照射制御システム９は、ゲート期間を短く設定して、標的領域の移動量Δｘを小さく抑えて、その大きさに合うＳＯＢＰフィルタ２４を選定する。例えば、小型ＳＯＢＰの幅として、１cmを形成するＳＯＢＰフィルタ２４ａを選定する。つまり、照射制御システム９が、位置測定装置６で測定した照射対象の移動量に基づいて、ビーム通過領域に設置するＳＯＢＰフィルタ２４を決定する。制御装置２１は、照射制御システム９からのＳＯＢＰフィルタの情報に基づいて、エネルギー分布拡大装置の駆動装置２２を制御し、選択されたＳＯＢＰフィルタ２４をビーム通過領域に設置する。 In the present embodiment, a plurality of SOBP filters 24a, 24b, and 24c that form a small SOBP of 1 cm, 2 cm, and 3 cm are prepared. The irradiation control system 9 includes an SOBP filter 24 that forms a small SOBP with a large width that reduces an error that hinders the uniformity of the dose distribution to within an allowable value for a target with a large amount of movement. Select. For example, the SOBP filter 24c that forms 3 cm is selected as the width of the small SOBP. Alternatively, the irradiation control system 9 sets the gate period to be short, suppresses the movement amount Δx of the target region, and selects the SOBP filter 24 that matches the size. For example, the SOBP filter 24a that forms 1 cm is selected as the width of the small SOBP. That is, the irradiation control system 9 determines the SOBP filter 24 to be installed in the beam passage region based on the amount of movement of the irradiation target measured by the position measuring device 6. The control device 21 controls the drive device 22 of the energy distribution expansion device based on the information of the SOBP filter from the irradiation control system 9, and installs the selected SOBP filter 24 in the beam passage region.

標的の照射において、図７に示すように、ビームを照射しない期間に、例えば、呼吸性移動の場合は呼気以外の期間（ゲート期間以外）に、ビームエネルギーを変えて、次の照射に備える。この状態で待ち、次のゲート期間に、照射して小型ＳＯＢＰを形成する。これを繰り返し、小型ＳＯＢＰを深さ方向に形成していき、標的領域大のＳＯＢＰを形成する。ただし、同一積層を何回も繰り返し照射するリペイントの際には、ビームエネルギーを変えないで必要回数照射することになる。 In the irradiation of the target, as shown in FIG. 7, in the period when the beam is not irradiated, for example, in the case of respiratory movement, the beam energy is changed during the period other than the expiration (other than the gate period) to prepare for the next irradiation. In this state, a small SOBP is formed by irradiation in the next gate period. This process is repeated to form a small SOBP in the depth direction to form a SOBP with a large target area. However, in the repainting in which the same layer is repeatedly irradiated many times, irradiation is performed as many times as necessary without changing the beam energy.

この方法により、予め移動量を設定して、その移動に伴う誤差を抑制するＳＯＢＰフィルタ２４を用いるので、小型ＳＯＢＰ間のつなぎ目での誤差を小さく抑えられ、ＳＯＢＰの線量分布一様度に与える影響を小さく抑えられる。また、深さ方向に積層に分割して照射しているので、マルチリーフコリメータ等で照射面の形状を患部形状に合わせることができるので、標的領域形状に合った形状の高線量分布が得られる。つまり、呼吸等で移動する標的に対して、標的領域形状に合った形状に照射できることになる。この場合、積層数も少なくできるので、線量率も向上する。 By using this method, the amount of movement is set in advance, and the SOBP filter 24 that suppresses the error associated with the movement is used. Therefore, the error at the joint between the small SOBPs can be reduced, and the influence on the uniformity of the dose distribution of SOBP. Can be kept small. In addition, since irradiation is performed by dividing into layers in the depth direction, the shape of the irradiation surface can be matched to the shape of the affected area with a multi-leaf collimator or the like, so a high dose distribution with a shape that matches the shape of the target area can be obtained . That is, it is possible to irradiate the target moving by respiration or the like in a shape that matches the shape of the target region. In this case, since the number of stacked layers can be reduced, the dose rate is also improved.

標的領域の移動量が小さい場合、ゲート期間内の標的領域移動量Δｘを小さくとれるので、照射制御システム９は小型ＳＯＢＰの幅の小さいエネルギー分布拡大装置を選択する。これにより、ＳＯＢＰの線量分布一様度に与える影響を小さく抑えられる効果が得られる。この場合、小型ＳＯＢＰの幅が小さいので患部形状によくあった照射が可能である。 When the amount of movement of the target area is small, the amount of movement Δx of the target area within the gate period can be made small. Therefore, the irradiation control system 9 selects an energy distribution expansion device with a small width of the small SOBP. Thereby, the effect which restrains the influence which it has on the dose distribution uniformity of SOBP small can be acquired. In this case, since the width of the small SOBP is small, irradiation suitable for the affected part shape is possible.

また、照射制御システム９が、ゲート幅を大きくとって、ゲート期間内の標的領域移動量Δｘを大きくとり、小型ＳＯＢＰの幅の大きいエネルギー分布拡大装置を選択することで、ＳＯＢＰの線量分布一様度に与える影響は小さく抑えられる効果が得られる。この場合、積層数も少ないので、線量率が向上する。 In addition, the irradiation control system 9 takes a large gate width, increases the target region movement amount Δx within the gate period, and selects an energy distribution expansion device having a large small SOBP width, so that the dose distribution of the SOBP is uniform. The effect on the degree can be suppressed. In this case, the dose rate is improved because the number of stacked layers is small.

次に、図８を用いて、本実施形態の陽子線照射システムによるＳＯＢＰの形成の各構成機器の動作について説明する。図８は、本実施形態による陽子線照射システムによるＳＯＢＰの形成の各構成機器の動作についての説明図である。 Next, the operation of each component device for forming SOBP by the proton beam irradiation system of this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 8 is an explanatory diagram of the operation of each component device for forming SOBP by the proton beam irradiation system according to the present embodiment.

まず、標的領域の位置測定装置６を用いて、患者の標的領域の移動幅を測定する。これを元に、照射制御システム９は、患者毎に、移動幅，ゲート期間を決定する（ステップ５０）。これを元に、用いるＳＯＢＰフィルタ２４の種類を決定する。これから、小型ＳＯＢＰの幅が決まり、標的領域大のＳＯＢＰを積層に分割する分割数が決まる。次に、使用するＳＯＢＰフィルタ２４の順番，小型ＳＯＢＰ毎に対応して照射する照射線量を決定する。次に、標的領域の体表からの深さ位置に合わせて、用いるビームエネルギー種と使用する順番を決定する。シンクロトロン２で準備しているビームエネルギー種の中で、体表からのビームの到達位置に適合するものがない場合には、レンジシフタで調節する。用いるレンジシフタを決定する。各積層の照射野の形状に合わせて、患者コリメータ１９の位置にマルチリーフコリメータをセットする順番を決める（ステップ５１）。 First, the movement width of the target area of the patient is measured using the target area position measuring apparatus 6. Based on this, the irradiation control system 9 determines the movement width and the gate period for each patient (step 50). Based on this, the type of the SOBP filter 24 to be used is determined. From this, the width of the small SOBP is determined, and the number of divisions for dividing the SOBP having a large target area into the stacked layers is determined. Next, the irradiation dose to be irradiated is determined corresponding to the order of the SOBP filter 24 to be used and each small SOBP. Next, in accordance with the depth position from the body surface of the target region, the beam energy species to be used and the order of use are determined. If none of the beam energy species prepared by the synchrotron 2 matches the arrival position of the beam from the body surface, the range shifter is used for adjustment. Determine the range shifter to use. The order in which the multi-leaf collimator is set at the position of the patient collimator 19 is determined in accordance with the shape of the irradiation field of each stack (step 51).

次に、上記のレンジシフタをセットする（ステップ５２）。更に、上記で使用する順番を定めたＳＯＢＰフィルタ２４をセットする（ステップ５３）。上記で使用する順番を定めたビームエネルギー種をセットする（ステップ５４）。上記で定めたマルチリーフコリメータをセットする（ステップ５５）。 Next, the above range shifter is set (step 52). Further, the SOBP filter 24 that defines the order of use is set (step 53). The beam energy species that defines the order of use is set (step 54). The multi-leaf collimator defined above is set (step 55).

この条件で、ゲート期間に合わせて、ビームを照射する（ステップ５６）。標的領域の位置測定装置６で、標的領域の運動をモニタしていて、ゲート期間に合わせて、ビームを照射する。 Under this condition, the beam is irradiated in accordance with the gate period (step 56). The target area position measuring device 6 monitors the movement of the target area and irradiates the beam in accordance with the gate period.

線量モニタ等のモニタで、線量を測定して、予め決めた照射線量に達しているかを判断する（ステップ５７）。達していない場合には、満了になるまで繰り返し照射して、小型ＳＯＢＰを生成する。測定した線量が、予め決めた照射線量に達しているかの判断を、照射制御システム９で行う。 The dose is measured by a monitor such as a dose monitor, and it is determined whether or not a predetermined irradiation dose has been reached (step 57). If not, irradiation is repeated until expiration and a small SOBP is generated. The irradiation control system 9 determines whether or not the measured dose has reached a predetermined irradiation dose.

照射線量が満了すると、上記ＳＯＢＰフィルタ２４を用いて照射位置を変更して小型ＳＯＢＰが形成するかを判断する（ステップ５８）。照射位置を変更して照射する場合には、ビームエネルギーを変更し、マルチリーフコリメータを変更して、ゲート期間内で照射をする。ステップ５４から５８を繰り返す。 When the irradiation dose expires, it is determined whether or not a small SOBP is formed by changing the irradiation position using the SOBP filter 24 (step 58). When irradiating by changing the irradiation position, the beam energy is changed, the multi-leaf collimator is changed, and irradiation is performed within the gate period. Repeat steps 54 to 58.

次に、ＳＯＢＰフィルタ２４を交換して、次の照射をするかを判断する段階に進む（ステップ５９）。予め決めたＳＯＢＰフィルタ２４の使用順番に従って、ＳＯＢＰフィルタ２４を交換して次の照射をする場合、ＳＯＢＰフィルタ２４をセットする。 Next, the SOBP filter 24 is replaced, and the process proceeds to a stage where it is determined whether or not to perform the next irradiation (step 59). The SOBP filter 24 is set when the SOBP filter 24 is replaced and the next irradiation is performed in accordance with the order of use of the SOBP filter 24 determined in advance.

以下、上記と同様のステップを繰り返す。予め決めたＳＯＢＰフィルタ２４の使用順番に従って、次の照射をする必要がないと判断すると、ビーム照射は終了となる（ステップ６０）。これで、粒子線照射装置による標的領域大のＳＯＢＰの形成が終了となる。 Thereafter, the same steps as described above are repeated. If it is determined that it is not necessary to perform the next irradiation in accordance with the order of use of the SOBP filter 24 determined in advance, the beam irradiation is terminated (step 60). This completes the formation of the SOBP with a large target area by the particle beam irradiation apparatus.

以下では、ビームエネルギーの設定の仕方について説明する。ＳＯＢＰの深さ方向の位置をどこに設定するかは、ビームエネルギーで決まる。ビームエネルギーの変え方としては、シンクロトロン２でエネルギー種を変える方法と、レンジシフタで変える方法，両者を組み合わせる方法がある。ビームエネルギーの設定はこのいずれか、あるいは、両方で行う。例えば、シンクロトロン２のエネルギー種のみで位置を変えようとすると、エネルギー種の数が膨大になる。また、一つの患部大のＳＯＢＰを形成する時に、シンクロトロン２からのエネルギー種を変えないで、レンジシフタ１６のみで小型ＳＯＢＰの位置を移動させると、レンジシフタ１６のレンジ調整範囲が大きくなって、レンジシフタ１６の駆動装置が大きくなる。 Below, the setting method of beam energy is demonstrated. Where the position of the SOBP in the depth direction is set is determined by the beam energy. As a method of changing the beam energy, there are a method of changing the energy species with the synchrotron 2, a method of changing with the range shifter, and a method of combining both. The beam energy is set either or both. For example, if the position is changed only by the energy species of the synchrotron 2, the number of energy species becomes enormous. Further, when the position of the small SOBP is moved only by the range shifter 16 without changing the energy species from the synchrotron 2 when forming one large SOBP of the affected area, the range adjustment range of the range shifter 16 becomes large, and the range shifter Sixteen drive units are increased.

そこで、本実施形態では、ＳＯＢＰ形成時に、複数個のシンクロトロン２からのビームエネルギー種とレンジシフタ１６との両方を用いる。小型ＳＯＢＰの深さ方向の幅に合わせて、シンクロトロン２からのビームエネルギー種を準備しておく。ＳＯＢＰフィルタ２４を用いて、小型ＳＯＢＰを標的領域の最深部に生成する場合、用意したシンクロトロン２からのエネルギー種の中から、標的領域の最深部に到達するシンクロトロン２からのビームエネルギー種を選び、照射する。あるいは、それに適したビームエネルギー種がない場合は、シンクロトロン２からのビームエネルギー種とレンジシフタ１６とを用いて標的領域の最深部に到達するビームエネルギーを形成して、照射する。次に、予め準備していたビームエネルギー種の中から選んだビームエネルギー種を用いて、小型ＳＯＢＰを繰り返し生成する。これにより、標的領域大のＳＯＢＰを形成する。 Therefore, in this embodiment, both the beam energy species from the plurality of synchrotrons 2 and the range shifter 16 are used when forming the SOBP. The beam energy species from the synchrotron 2 is prepared in accordance with the width of the small SOBP in the depth direction. When a small SOBP is generated at the deepest part of the target region using the SOBP filter 24, the beam energy species from the synchrotron 2 that reaches the deepest part of the target region is selected from the prepared energy species from the synchrotron 2. Select and irradiate. Alternatively, when there is no suitable beam energy species, the beam energy reaching the deepest part of the target region is formed and irradiated using the beam energy species from the synchrotron 2 and the range shifter 16. Next, a small SOBP is repeatedly generated using a beam energy type selected from the beam energy types prepared in advance. Thereby, SOBP of a large target area is formed.

本実施形態では、呼吸時等の移動等で運動する標的領域の移動幅に応じて、小型ＳＯＢＰを形成するエネルギー分布拡大装置を選択し、繰り返し照射に用いて小型ＳＯＢＰを形成し、その小型ＳＯＢＰを重ね合わせて標的領域形状に合った標的領域大のＳＯＢＰを形成するように制御する。このため、レンジシフタの稼動回数は減り、かつ、従来に比べて積層数が減り照射に必要な時間を短縮することが可能となる。 In the present embodiment, an energy distribution enlarging device that forms a small SOBP is selected according to the movement width of a target region that moves during movement such as during breathing, and a small SOBP is formed using repeated irradiation. Are controlled so as to form a SOBP having a target area size matching the shape of the target area. For this reason, the number of operation times of the range shifter is reduced, and the number of stacks is reduced as compared with the conventional case, and the time required for irradiation can be shortened.

本実施形態によれば、レンジシフタ１６のセットは患者の照射前に１度セットすれば、照射時は、レンジシフタ１６の変更なくビームエネルギーの変更で、小型ＳＯＢＰを繰り返し生成してこれを繰り返すことにより、標的領域大のＳＯＢＰを形成できるので、標的領域の移動時に標的領域形状に合った線量分布形状の照射ができる。これにより、照射時のレンジシフタ１６の使用頻度は低減できるという効果がある。 According to the present embodiment, if the set of the range shifter 16 is set once before the irradiation of the patient, a small SOBP is generated repeatedly by changing the beam energy without changing the range shifter 16 at the time of irradiation. Since the SOBP having a large target area can be formed, it is possible to irradiate a dose distribution shape that matches the shape of the target area when the target area moves. Thereby, there exists an effect that the use frequency of the range shifter 16 at the time of irradiation can be reduced.

本実施例によれば、従来に比べて積層数を大幅に減少できるという効果がある。これは線量率向上の効果につながる。 According to the present embodiment, there is an effect that the number of stacked layers can be significantly reduced as compared with the conventional example. This leads to the effect of improving the dose rate.

本実施形態の粒子線照射システムは、標的領域の移動幅を測定する位置測定装置６と、照射線量を測定する線量モニタ１２，１７と、この線量モニタで測定した照射線量の情報を受け取って照射線量を管理する制御装置２１と、マルチリーフコリメータとを備える。照射制御システム９が、位置測定装置６で測定した標的領域位置の移動幅に基づいて、標的領域変動域の中の照射期間，標的領域を積層に分割する分割数，積層毎に使用するＳＯＢＰフィルタ及び照射線量を定める。さらに、標的領域位置の動きをモニタして、粒子線の上記で定めた照射期間中の照射において、該線量モニタで積層毎に照射線量を測定し、制御部で照射線量を管理して照射し、積層毎にマルチリーフコリメータで深さ方向に垂直な照射野の形状を形成して、積層毎に生成した小型ＳＯＢＰを合成するように制御する。このような制御により、最深部の積層への照射時に、粒子線の到達する飛程をレンジシフタと加速器エネルギーを選定して、そのレンジシフタを設定すれば、次に深い積層からは、加速器エネルギーを変えるだけで、積層位置を変えて、所望の小型ＳＯＢＰを形成できる。本実施形態の粒子線照射システムを用いることで、呼吸等で標的領域が移動する照射においても、患部大のＳＯＢＰを患部形状にあわせて形成できることが可能となる。 The particle beam irradiation system according to the present embodiment receives a position measurement device 6 that measures the movement width of a target region, dose monitors 12 and 17 that measure an irradiation dose, and information on the irradiation dose measured by the dose monitor. A control device 21 for managing dose and a multi-leaf collimator are provided. Based on the movement range of the target region position measured by the position measurement device 6 by the irradiation control system 9, the irradiation period in the target region fluctuation region, the number of divisions for dividing the target region into stacks, and the SOBP filter used for each stack And determine the radiation dose. Furthermore, by monitoring the movement of the target region position, in the irradiation of the particle beam during the irradiation period determined above, the irradiation dose is measured for each stack by the dose monitor, and the irradiation dose is controlled by the control unit. The shape of the irradiation field perpendicular to the depth direction is formed by a multi-leaf collimator for each stack, and control is performed so as to synthesize a small SOBP generated for each stack. With this control, when irradiating the deepest stack, select the range shifter and accelerator energy for the range that the particle beam will reach, set the range shifter, and change the accelerator energy from the next deep stack By simply changing the stacking position, a desired small SOBP can be formed. By using the particle beam irradiation system of the present embodiment, it is possible to form a large SOBP in accordance with the shape of the affected part even in irradiation in which the target region moves due to breathing or the like.

なお、以上の説明では、陽子ビームを用いた陽子線照射システムの照射装置とその方法を示したが、炭素，ヘリウム等の重粒子ビームを用いた重粒子線照射システムの照射装置にも、本実施形態は適用できるものである。 In the above description, the irradiation apparatus and method of a proton beam irradiation system using a proton beam have been described. However, the irradiation apparatus of a heavy particle beam irradiation system using a heavy particle beam such as carbon and helium is also used in the present invention. The embodiment can be applied.

本実施形態では、円形加速器としてシンクロトロン２を用いたが、サイクロトロンの場合にも同様の効果を得ることができる。 In the present embodiment, the synchrotron 2 is used as a circular accelerator, but the same effect can be obtained in the case of a cyclotron.

本発明の好適な一実施形態による粒子線治療システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the particle beam therapy system by preferable one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による粒子線治療システムの照射野形成装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the irradiation field forming apparatus of the particle beam therapy system by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態によるエネルギー分布拡大装置の第１の構成を示す平面図である。It is a top view showing the 1st composition of the energy distribution expansion device by one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態によるエネルギー分布拡大装置の第２の構成を示す平面図である。It is a top view which shows the 2nd structure of the energy distribution expansion apparatus by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態によるエネルギー分布拡大装置に用いるＳＯＢＰフィルタの構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the SOBP filter used for the energy distribution expansion apparatus by one Embodiment of this invention. 粒子線照射装置に用いる線量分布の例を示す図である。It is a figure which shows the example of dose distribution used for a particle beam irradiation apparatus. 本発明の一実施形態による粒子線照射装置の照射法を示す図である。It is a figure which shows the irradiation method of the particle beam irradiation apparatus by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による粒子線照射装置の高線量分布を形成するフロー図である。It is a flowchart which forms the high dose distribution of the particle beam irradiation apparatus by one Embodiment of this invention.

Explanation of symbols

１前段加速器
２円形加速器（シンクロトロン）
３ビーム輸送装置
４回転ガントリー
５照射野形成装置（粒子線照射装置）
６位置測定装置
７患者
８患者カウチ
９照射制御システム
１１ビームプロファイルモニタ
１２，１７線量モニタ
１３走査電磁石
１４散乱体装置
１５エネルギー分布拡大装置
１６飛程調整装置（レンジシフタ）
１８ブロックコリメータ
１９患者コリメータ
２０アイソセンタ
２１制御装置
２２エネルギー分布拡大装置駆動装置
２３散乱体駆動装置
２４，２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄエネルギー分布拡大フィルタ（ＳＯＢＰフィルタ）
２９レンジシフタ駆動装置 1 Pre-stage accelerator 2 Circular accelerator (synchrotron)
3 Beam transport device 4 Rotating gantry 5 Irradiation field forming device (particle beam irradiation device)
6 Position measurement device 7 Patient 8 Patient couch 9 Irradiation control system 11 Beam profile monitor 12, 17 Dose monitor 13 Scanning magnet 14 Scattering device 15 Energy distribution expansion device 16 Range adjustment device (range shifter)
18 Block collimator 19 Patient collimator 20 Isocenter 21 Control device 22 Energy distribution expansion device drive device 23 Scattering body drive devices 24, 24a, 24b, 24c, 24d Energy distribution expansion filter (SOBP filter)
29 Range shifter drive unit

Claims

An accelerator that accelerates the particle beam,
An irradiation device for energy emits different said particle beam for each layer obtained by dividing the depth direction irradiation elevation target,
A particle beam irradiation system comprising a position measuring device for measuring the movement width of the irradiation target,
The irradiation device includes:
A plurality of energy distribution expansion filters having different thicknesses depending on the passage positions of the particle beams,
A particle beam irradiation system comprising: a control device that installs any one of the energy distribution expansion filters in a particle beam passage region in the irradiation device according to the movement width measured by the position measuring device.

The control device emits the particle beam from the accelerator when the movement width measured by the position measuring device is a first set value, and emits the particle beam from the accelerator when the second set value is reached. The particle beam irradiation system according to claim 1, wherein the particle beam irradiation system is stopped.

The particle beam irradiation system according to claim 1, wherein the irradiation device includes a scanning electromagnet that scans the particle beam.

Wherein the control device, the particle beam irradiation system according to claim 2 or 3, characterized in that to change the energy of the particle beam by controlling the accelerator is emitted from the accelerator.

The irradiation device includes a range shifter having a plurality of absorbers having different thicknesses,
The said control apparatus changes the energy of the said particle beam radiate | emitted from the said irradiation apparatus by changing the said absorber installed in the said particle beam passage area | region, The any one of Claim 1 thru | or 4 characterized by the above-mentioned. The particle beam irradiation system described in 1.

The irradiation device, the particle beam irradiation system according to any one of claims 1 to 5, characterized in that it comprises a multi-leaf collimator to form the arrival position of the particle beam to the shape of the irradiation target.

Comprising an accelerator for accelerating the particle beam, an irradiation device which energy is emitted different said particle beam for each layer obtained by dividing the irradiation morphism target in the depth direction, the position measuring device for measuring the movement width of the irradiation target A control method for a particle beam irradiation system,
Based on the movement width of the irradiation object measured by the position measuring device, the number of divisions to be irradiated by dividing the irradiation target, the energy spread filter used when emitting the particle beam with respect to the divided layers A control method for a particle beam irradiation system, characterized by determining a type and a target dose in each divided layer.