JP5469675B2 - 治療装置 - Google Patents
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Description
手法1:MRラーモア周波数、又はラーモア周波数の副高調波でビームを律動的に送ることにより、MR励起の手段として治療プロトン・ビームを使用する。
プロトン加速器からくるパルスは、100MHz程度の非常に安定した高い反復周波数を有する(これは、プロトンを生成するサイクロトン又はシンクロトンの設計パラメータである)。MRIシステム及びプロトン加速器は、ビーム・パルス反復周波数がMR共鳴周波数にちょうど等しいように互いにマッチングすることが可能である、その場合、プロトン・ビーム周りの磁場は、定常MR励起パルスとして組織プロトンに作用する。ビームRF場のMR効果は、加速器のパルス反復周波数をわずかに修正することにより、又は、(勾配コイル・システムに組み入れられたB0コイルを使用して)MRバックグランド・マグネットの場にわずかなオフセット場を加えることによって、オン及びオフに切り換えることが可能である。ビーム場のMR励起効果は、多くのやり方で画像における可視の効果に変換することが可能である。1つのやり方は、唯一のMR励起としてビーム場を使用し、結果として生じるMR信号を使用して画像を作成することである。前述の撮像は非常にすばやく行うことが可能である。ビームに非常に近いボクセルのみが信号を発するからである。基本的には、ビームは3つの投影から再構成することが可能である。あるいは、ビーム関連RF場の効果は、ビームが通って進むボクセルからくる信号を変調して、(逆回復系列などにおいて)RFプレパルスとして使用することが可能である。ビームが通って進むボクセルからのRF信号の生成を抑制して、飽和パルスとしてビームRF場を使用することも考えられる。MR励起効果は、プロトン・パルスの反復周波数がラーモア周波数の位相同期副高調波である場合にも生じる。一般に、プロトン・パルスの列の周波数スペクトルは、ラーモア周波数における周波数成分を含み、このプロトン・パルス列はMR励起をもたらす。
MR共鳴及びプロトン・ビーム・パルス反復に対して同一の周波数、
サブシステム間の正確な周波数ロック、及び
MRスキャナの合計B0場、又は加速器周波数を変調することにより、MR共鳴とオフ共鳴との間で切り換えるための手段
という設計上の構成のうちの1つ又は複数を有し得る。
RMSビーム電流は、ビームが通って進むボクセル内の共鳴周波数を変調するビーム周りにRMS磁場を発生させる。平均ビーム電流0.1マイクロアンペアでは、ビームの中心から0.1mmにおける周波数オフセットは約0.05Hzである。血中酸素濃度依存(BOLD)コントラスト・ファンクショナル撮像などのMR検出手法を使用して、この周波数オフセットを可視化することが可能である。この手法を使用したビームの可視化には、周期的にプロトン・ビームの送信を中断し、送信されるプロトン・ビームがあるMR画像、及び送信されるプロトン・ビームがないMR画像を比較することが関係する。プロトン・ビームの可視性を向上させるために、MRディフェージング効果が必要な時間中にRMSビーム電流を増加させることが可能である。例えば、平均電流を、大半の時間の間、0.02マイクロアンペアのレベルに維持する一方、MR獲得ウィンドウの開始と、RF励起パルスとの間の間隔において0.2−1.0マイクロアンペアに増加させることが可能である。この場合、ビーム電流の増加させた振幅の部分のデューティ・サイクルは5%程度であり得る。プロトン供給システムの前述の制限された高振幅動作は、構成部分の加熱により、電流が制限される場合、おそらく許容可能であろう。
プロトンは組織のイオン化をもたらす。そうして形成されたフリー・ラジカルは常磁性を有するようになり、組織のT2緩和時間における局所の減少をもたらす。したがって、この効果は、T2感応性撮像系列を使用して可視化することが可能である。
100 磁気共鳴撮像システム
102 サグマグネット
104 被験者
106 被験者サポート
108 荷電粒子ビーム
110 標的ゾーン
112 撮像ゾーン
114 制御手段
116 スプリット型トランシーバ・コイル
118 トランシーバ
120 コンピュータ
122 ハードウェア・インタフェース
124 マイクロプロセッサ
126 コンピュータ・プログラム・プロダクト
128 ゾーン判定手段
130 軌道算出手段
132 ユーザ・インタフェース
134 誘導手段
160 勾配コイル
162 勾配増幅器
200 磁気共鳴撮像システム
202 サグマグネット
206 被験者サポート
208 荷電粒子ビーム
216 スプリット型トランシーバ・コイル
234 誘導手段
236 放射線遮蔽
238 超伝導コイル
240 超伝導遮蔽コイル
242 ゼロ磁場領域
244 ビーム・ガイド
246 ビーム・パイプ
248 被験者トンネル
250 回転可能なサポート
252 第1の偏向マグネットの位置
254 第2の偏向マグネットの位置
256 第3の偏向マグネットの位置
258 極低温チェンバ
300 磁気共鳴撮像システムを使用して磁気共鳴撮像データの組を獲得する
302 被験者内の標的ゾーンに向けて、誘導手段を使用して荷電粒子ビームを誘導する
304 磁気共鳴撮像データの組を使用してゾーン判定手段を使用して標的ゾーンの位置を判定する
306 磁場データを使用して軌道算出手段を使用してビームの軌道を算出する
308 標的ゾーンに荷電粒子ビームを送出する
400 腫瘍に対する所望の線量を規定する
402 所望の線量分布と比較する
404 MRI場の影響を考慮に入れる
406 適したビーム・パラメータを(再)規定する
408 結果として生じる線量分布を計算する
410 CTスキャンから3D組織減衰マップを求める
412 ボクセル毎にプロトン阻止能を導き出す
414 較正曲線(表)
500 x座標のマグネットの中心からの距離
502 y座標のマグネットの中心からの距離
504 マグネットの内径
506 マグネットの外径
508 10MeVプロトンの軌道
510 30MeVプロトンの軌道
512 100MeVプロトンの軌道
514 300MeVプロトンの軌道
Claims (15)
- 治療装置であって、
撮像ゾーン内の磁気共鳴撮像データの組を獲得するよう適合された磁気共鳴撮像システムであって、前記磁気共鳴撮像システムが、磁場を発生させる磁気共鳴撮像システムと、
被験者内の標的ゾーンに荷電粒子ビームを誘導するよう適合された誘導手段であって、前記撮像ゾーンが前記標的ゾーンを含む誘導手段と、
前記磁気共鳴撮像データの組を使用して、前記被験者内の前記標的ゾーンの位置を判定するよう適合されたゾーン判定手段と、
算出された軌道が前記標的ゾーンに達するように前記磁場を表す磁場データを使用して前記ビームの軌道を算出するよう適合された軌道算出手段と、
前記ビームが前記算出された軌道をたどるように、前記算出された軌道を使用して前記誘導手段を制御するよう適合された制御手段と
を備える治療装置。 - 請求項1記載の治療装置であって、前記誘導手段は、ビーム軌道を調節するための荷電粒子光学系を備え、前記誘導手段は、前記ビームを備える荷電粒子のエネルギを調節する調節可能な減衰器を更に備える治療装置。
- 請求項1又は2に記載の治療装置であって、前記軌道算出手段は、前記被験者内の前記ビームのエネルギ損失を算出するよう適合され、前記軌道算出手段は、前記エネルギ損失を使用して、前記算出された軌道を調節する治療装置。
- 請求項3記載の治療装置であって、前記誘導手段は、前記粒子ビームのブラッグ・ピークが前記標的ゾーン内にあるように、必要な運動エネルギ以上の運動エネルギを有する荷電粒子を備える荷電粒子ビームを誘導するよう適合され、前記ビーム誘導手段は、前記ブラッグ・ピークが前記標的ゾ―ン内にあるように前記ビームの前記ブラッグ・ピークの位置を調節するための、調節可能な減衰器を更に備える治療装置。
- 請求項1乃至4の何れか一項に記載の治療装置であって、MRIシステムは、周期的な間隔で前記磁気共鳴撮像データの組を獲得するよう適合され、前記ゾーン判定手段は、周期的な間隔で獲得された前記磁気共鳴撮像データの組を使用して前記標的ゾーンの動きを監視するよう更に適合され、前記ゾーン判定手段は、周期的な間隔で獲得された前記磁気共鳴撮像データの組を使用して前記ビーム軌道に沿って前記被験者の内部の動きを監視するよう更に適合され、前記軌道算出手段は、前記軌道の算出中のビーム軌道に沿った前記被験者及び前記標的ゾーンの動きを補償するよう適合された治療装置。
- 請求項1乃至5の何れか一項に記載の治療装置であって、前記磁気共鳴撮像システムは、前記撮像ゾーン内の荷電粒子の前記軌道を測定するよう適合され、前記ビーム制御手段は、前記測定された軌道を使用してビーム軌道を調節するよう適合された治療装置。
- 請求項1乃至6の何れか一項に記載の治療装置であって、前記誘導手段は、プロトン、炭素核、及び原子核のうちの少なくとも1つを備える荷電粒子ビームを誘導するよう適合された治療装置。
- 請求項1乃至7の何れか一項に記載の治療装置であって、前記ゾーン判定手段は、治療を計画するための計画データを受け取るよう更に適合され、前記ゾーン判定手段は、前記磁気共鳴撮像データの組を使用して所定の規準を前記計画データが満たすかを確認するよう適合され、前記ゾーン判定は、前記計画データが前記所定の規準を満たさない場合に前記荷電粒子ビームの生成の停止、前記計画データが正確でない旨のオペレータへの警告、前記計画データの調節、及び、操作者からの、前記計画データに対する訂正の受け取りのうちの少なくとも1つを行うよう適合された治療装置。
- 請求項1乃至8の何れか一項に記載の治療装置であって、前記磁場を発生させる手段は、円筒形状の少なくとも2つのサブマグネットを備えるスプリット型マグネットを備え、前記2つのサブマグネットの円筒の対称軸はアラインされ、前記スプリット型マグネットの中央面は前記少なくとも2つのサブマグネットを分け、前記スプリット型マグネットは、その円筒の対称軸を中心とした中央領域を有し、前記撮像ゾーンは、前記中央領域内に位置し、前記中央面上でセンタリングされ、前記2つのサブマグネット間にスプリット・ゾーンが存在しており、前記誘導手段は、前記ビームが前記スプリット・ゾーンを横断するように適合され、前記誘導手段は、前記スプリット型マグネットの円筒の対称軸を中心として回転するよう適合された治療装置。
- 請求項9記載の治療装置であって、前記誘導手段は、荷電粒子生成手段からのビームを誘導するよう適合されたビーム・ガイドを更に備え、前記ビーム・ガイドは、前記スプリット型マグネットの対称軸を中心として回転するよう適合された治療装置。
- 請求項9又は10に記載の治療装置であって、前記スプリット型マグネットは、被験者を受容するよう適合された被験者トンネルを備え、前記治療装置は、前記被験者を支持するための被験者サポートを更に備え、被験者サポートは前記被験者トンネル内に配置され、前記誘導手段はビーム・パイプを更に備え、前記ビーム・パイプは排気管を備え、前記ビーム・パイプは、前記誘導手段から前記被験者トンネルの表面に延在する治療装置。
- 請求項9、10、又は11に記載の治療装置であって、前記スプリット型マグネットは、前記スプリット型マグネットの浮遊磁場を低減させる遮蔽コイルを有し、前記遮蔽コイルは、荷電粒子光学系に対する前記スプリット型マグネットの前記磁場の影響を削減するために使用される前記中央領域の外のゼロ磁場領域が存在しているように配置される治療装置。
- 治療装置を制御するためのコンピュータ・プログラム・プロダクトであって、
磁気共鳴撮像システムを使用して撮像ゾーン内の磁気共鳴撮像データの組を獲得する工程であって、前記磁気共鳴撮像システムが磁場を発生させる手段を備える工程と、
被験者内の標的ゾーンに誘導手段を使用して荷電粒子ビームを誘導する工程であって、前記撮像ゾーンが前記標的ゾーンを含む工程と、
前記磁気共鳴撮像データの組を使用して、ゾーン判定手段を使用して前記標的ゾーンの位置を判定する工程と、
算出された軌道が前記標的ゾーンに達するように前記磁場を表す磁場データを使用して、軌道算出手段を使用して前記ビームの軌道を算出する工程と、
荷電粒子生成手段を使用して前記標的ゾーンに前記ビームを送出する工程と
を行うための実行可能な命令を備えるコンピュータ・プログラム・プロダクト。 - 請求項13記載のコンピュータ・プログラム・プロダクトであって、
前記実行可能な命令は、
前記被験者内の前記ビームのエネルギ損失を算出する工程、及び
前記エネルギ損失を使用して、前記算出された軌道を調節する工程
を更に含むコンピュータ・プログラム・プロダクト。 - 請求項13又は14に記載のコンピュータ・プログラム・プロダクトであって、前記実行可能な命令は、
被験者の動きを監視するために十分速い速度で、周期的な間隔で前記磁気共鳴撮像システムを使用して、磁気共鳴撮像データの組を獲得する工程と、
周期的な間隔で獲得された前記磁気共鳴撮像データの組を使用して前記ゾーン判定手段により、ビーム軌道に沿った前記被験者の内部の動き、及び前記標的ゾーンの動きを監視する工程と、
前記ビーム軌道に沿った前記被験者の前記内部の動き及び前記標的ゾーンの動きが補償されるように、前記磁場データを使用して前記軌道算出手段を使用して前記ビームの軌道を算出する工程と、
前記被験者内の標的ゾーンに、前記誘導手段を使用して荷電粒子ビームを誘導する工程と、
前記ビーム軌道に沿った前記被験者及び前記標的ゾーンの動きを補正するために、制御手段により、前記ビーム軌道を制御する工程と
を更に含むコンピュータ・プログラム・プロダクト。
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