JP5484629B2

JP5484629B2 - 粒子線治療装置

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Publication number: JP5484629B2
Application number: JP2013500761A
Authority: JP
Inventors: 利宏大谷; 剛萩野; 剛一生田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2011-02-23
Filing date: 2011-02-23
Publication date: 2014-05-07
Anticipated expiration: 2031-02-23
Also published as: WO2012114465A1; EP2653192A1; US20120215049A1; US8536548B2; EP2653192B1; EP2653192A4; JPWO2012114465A1

Description

本発明は、粒子線を患者の病変部に照射して治療する粒子線治療装置に関するものであり、とくに、マルチリーフコリメータにより、病変部に応じた照射形状で照射を行うことができる粒子線治療装置に関する。

粒子線治療装置には、治療計画にもとづいた照射形状で粒子線を照射するために、マルチリーフ（多葉）コリメータによって照射野の成形を行うものがある。このような粒子線治療装置では、粒子線照射期間中にマルチリーフコリメータの開口形状が治療計画で定められた形状から変動した場合、照射対象である患部に投与される線量及びその分布が治療計画と異なってしまうので、粒子線照射を速やかに停止させることが必要である。このため開口形状を規定する各リーフ位置の監視（確認）及び患者体位の監視は、治療計画で設定した線量分布を実現するための重要な機能であり、冗長性や多重性が求められ、複数種の検出方法が併用される。

リーフ位置の検出方法としては、各リーフあるいは各リーフに対応する駆動部に組み込まれたいわゆる内蔵型の検出機構と、外付け型（光学式）のものに大別することができる。そして、内蔵型の検出機構としては、例えば、各リーフを駆動する駆動モータにエンコーダを取り付け、モータの回転数からリーフ位置を検出するものがある。しかし、内蔵型の検出機構はリーフそれぞれ、あるいは各リーフに対応した駆動部のそれぞれに対して検出用の部材を取り付ける必要があり、装置が複雑化する。そのため、複数種の検出方法を冗長化させる場合、一方は取り付けの容易な光学（画像）式の検出方法が採用されることが多い。例えば、エンコーダのような内蔵型の検出機構とともに、ミラーを照射野内に設置するとともに、照射野外に設置したカメラでリーフの開口形状を撮影して、その画像からリーフの位置を測定する光学式の検出機構をさらに備え、マルチリーフコリメータの開口形状を冗長的で多重的に監視する粒子線治療装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

また、その他に光学式の検出方法としては、照射野内にスクリーンを設置し、スクリーンに投影された開口形状をカメラで撮影する粒子線治療装置（例えば、特許文献２参照。）も提案されている。さらに、リーフの外側の側面に線状のレーザ光線を当て、その照射された位置からリーフの位置を検出する放射線治療装置（例えば、特許文献３参照。）も提案されている。

特開２００８-２９５８６０号公報（段落０００４、００２１〜００２２、図２、図９）国際公開ＷＯ２０１０/０７３３１８Ａ１（段落００１５〜００１８、図１）特開２０１０−１０４４５２号公報（段落００３７〜００４１、図６〜図８）

しかしながら、特許文献１あるいは２に示すような粒子線治療装置では、照射野内にミラーやスクリーンといった異物が入るので、荷電粒子ビームが衝突してエネルギーが減弱し、粒子線の飛程が変化したり、あるいは遮られて消散したりして、治療計画通りの照射が行えない場合があった。また、特許文献３に示すような粒子線治療装置では、光源や撮像部がリーフの外側の側面に対向できるように、リーフの可動範囲よりも外側に取り付ける必要があり、マルチリーフコリメータ本体から撮影機器がはみ出すことになり、装置が大型化する。特に回転ガントリ等に設置した場合、移動体が嵩高くなり、スムーズに回転移動して多門照射をすることが困難になるなどの問題があった。

本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、撮像部による荷電粒子ビームの消散やエネルギーの減弱、および装置の大型化を抑制するとともに、マルチリーフコリメータの開口形状を正確に監視し、高精度の粒子線治療が可能な粒子線治療を実行できる粒子線治療装置を得ることを目的とする。

本発明の粒子線治療装置は、加速器から供給された粒子ビームを走査して照射野を拡大するように照射する照射ノズルと、複数のリーフ板を厚み方向に並べたリーフ列を、前記粒子ビームのビーム軸を挟んで対向するように対をなして配置し、前記複数のリーフ板のそれぞれの前記ビーム軸に対向する側面を前記ビーム軸に対して接近または離反方向に駆動させて、所定の開口形状を形成し、前記照射ノズルから照射された粒子ビームを照射対象に適合するように成形して出射するマルチリーフコリメータと、前記複数のリーフ板のそれぞれの前記粒子ビームの照射方向における下流側の側面の前記ビーム軸に対して外側の端部の像を撮像する撮像部と、を備え、前記撮像部は、前記マルチリーフコリメータを通過した粒子ビームの照射野よりも外側、かつ下流側に位置するように、前記対をなすリーフ列のそれぞれに対応して設置されるとともに、それぞれの視点から前記下流側の側面に向かって引いた垂線の足が、前記リーフ板が最も離反方向に駆動されたときの前記外側の端部の位置よりも内側になるように調整される、ことを特徴とする。

本発明の粒子線治療装置によれば、マルチリーフコリメータを撮像する機器の配置を適切に調整することにより、照射野を遮ったり、装置を大型化させたりすることがなく、マルチリーフコリメータの開口形状を正確に監視し、高精度の粒子線治療が可能な粒子線治療を実行できる粒子線治療装置を得ることができる。

本発明の実施の形態１にかかる粒子線治療装置の照射系の構成を説明するための図である。本発明の実施の形態１にかかる粒子線治療装置のマルチリーフコリメータと撮像部との位置関係を説明するための図である。本発明の実施の形態１にかかる粒子線治療装置において、マルチリーフコリメータを撮影する撮像部の視点の調整例を示す図である。本発明の実施の形態１の変形例にかかる粒子線治療装置のマルチリーフコリメータと撮像部との位置関係を説明するための図である。本発明の実施の形態２にかかる粒子線治療装置の照射系の構成を説明するための図である。本発明の実施の形態２にかかる粒子線治療装置のマルチリーフコリメータと撮像部との位置関係を説明するための図である。本発明の実施の形態２の変形例にかかる粒子線治療装置のマルチリーフコリメータと撮像部との位置関係を説明するための図である。

実施の形態１．
図１および図２は、本発明の実施の形態１にかかる粒子線治療装置の構成を説明するためのもので、図１は粒子線治療装置の照射系全体の構成を示す図、図２は、粒子線治療装置に備えられているマルチリーフコリメータとマルチリーフコリメータを撮像する撮像部との位置関係を示す図である。図３は、本発明の実施の形態１にかかる粒子線治療装置において、リーフ位置を精度よく検出するための撮像部（カメラ）の視点の調整例を示す図である。また、図４は本発明の実施の形態１の変形例にかかるマルチリーフコリメータのリーフ板と撮像部の視点との位置関係を示す図である。

本発明の実施の形態１にかかる粒子線治療装置の最大の特徴は、マルチリーフコリメータの開口形状（各リーフ板の位置）を検出するための形状監視装置（の撮像部）の配置と構成にある。しかし、その特徴についての詳細な説明をする前提として、マルチリーフコリメータを備えた粒子線治療装置の照射系の全体構成について説明する。図１に示すように、粒子線治療装置２は、図示しない加速器から供給された荷電粒子ビームＢの線量を測定する線量モニタ３と、供給された荷電粒子ビームＢを円軌道に走査することにより、照射野ＲＢを拡大する照射ノズルとして機能するワブラ電磁石（Wobbler Magnets）４と、鉛などで構成され、荷電粒子ビームＢを散乱させる散乱体（Scatterer）５と、アルミニウムなどで構成され、照射対象の厚さに応じて、ブラッグピークの幅を拡大させるためのリッジフィルタ（Ridge Filter）６と、アクリル樹脂などで構成され、照射対象Ｋａの体表面からの深さ（照射深さ）に応じて、荷電粒子ビームＢのエネルギー（飛程）を変えるためのレンジシフタ（Range Shifter）７と、複数（多葉）のリーフ板からなるリーフ部とリーフ板のそれぞれを駆動するリーフ駆動機構で構成され、照射野を患部形状に合わせるように制限するためのマルチリーフコリメータ（Multi-leaf Collimator）８と、照射対象の深さ形状に合わせるように荷電粒子ビームＢの飛程を制限するボーラス９と、を備えている。

そして、マルチリーフコリメータ８の開口形状ＰＳを監視するための形状監視装置１０として、マルチリーフコリメータ８の開口部分の反対側である両外側にそれぞれ配置したビデオカメラ１１ａ、１１ｂ（まとめてビデオカメラ１１）と、ビデオカメラ１１ａ、１１ｂがそれぞれ撮影した画像を処理する画像処理部１３ａ、１３ｂ（まとめて画像処理部１３）とを有し、処理した画像は、形状画像Ｄａ、Ｄｂ（まとめて形状画像Ｄ）のように表示装置１４ａ、１４ｂ（まとめて１４）によって表示される。なお、図中、粒子線治療を受ける患者Ｋを断面表示し、その中で、照射対象である患部Ｋａと治療中の患部Ｋａの位置を追跡するための患者位置マーカＫｂを示している。

次に、照射系における、照射野ＲＢの拡大および成形動作について説明する。
図示しない加速器により加速され、輸送系を介して供給された荷電粒子ビームＢは、線量モニタ３に入射し、その照射線量が計数される。このとき、照射系に入射した荷電粒子ビームＢは、直径数ｍｍ以下のいわゆるペンシルビームの状態であるが、ワブラ電磁石４によって円軌道を描くように走査され、散乱体５によって散乱されることによって、照射野ＲＢが拡大される。ワブラ電磁石４は、一般的にｘ方向用電磁石とｙ方向用電磁石からなる２つの電磁石を荷電粒子ビームＢの中心軸Ｘ_Ｂに沿って連なるように配置する。ここで、説明を明瞭にするため、ｘ方向及びｙ方向を定義する。荷電粒子ビームＢの進行方向（Ｘ_Ｂ方向）をｚ軸の正方向とする。ｘ軸とｙ軸とは、ｚ軸に直交する軸であり、ｘ軸とｙ軸もお互いに直交する。そして、図１、２および以降の図では、マルチリーフコリメータ８における各リーフ板８Ｌの駆動方向をｘ方向、各リーフ板８Ｌの厚み（積層）方向をｙ方向とする。すると、ワブラ電磁石４および散乱体５によって、照射野ＲＢはｘｙ方向（面方向）に広げられることになる。

照射野ＲＢを拡大された荷電粒子ビームＢは、リッジフィルタ６を通過する。リッジフィルタは、例えば錐状体や断面が三角形の板を面内に多数並べたように形成され、照射野ＲＢ内を例えば多数の小領域に分割したとすると、小領域毎に異なる厚みを通過するビームＢが存在するようになっている。図では、理解しやすいように三角柱が横向きに並べられたように記載している。これにより、ブラッグピークが拡大され、所定のＳＯＢＰ（Spread-Out Bragg Peak）幅を有するようになる。すなわち、リッジフィルタ６により、照射野はｚ方向にも広げられたことになる。次に、照射野を拡大された荷電粒子ビームＢは、レンジシフタ７を通過する。レンジシフタ７は、荷電粒子ビームＢのエネルギーを変えるための装置である。レンジシフタ７によって飛程調整されることで、荷電粒子ビームＢを所望の体内深さに照射（線量付与）することができる。なお、照射野の広がりは、上述したように、面方向（ｘ，ｙ）だけではなく、厚み方向（ｚ）についても広がるが、本明細書においては、面方向（ｘ，ｙ）の照射野の広がりのみを照射野ＲＢとして表記する。なお、ワブラ電磁石の軌道については、円軌道を例に挙げたが、照射野ＲＢを広げるものであれば、上述した円軌道に限らず、らせん軌道やその他の軌道であってもかまわない。

次に、荷電粒子ビームＢは、マルチリーフコリメータ８を通過する。マルチリーフコリメータ８は、板状のリーフ板８Ｌを厚み方向（ｙ方向）に積層したリーフ列８Ｃを、ビーム軸Ｘ_Ｂを挟むように対をなして（図１では右側を８Ｃａ、左側を８Ｃｂと表示）対向配置したものである。各リーフ板８Ｌを厚み方向に直交する方向（ｘ）内でビーム軸Ｘ_Ｂに対して離反あるいは接近方向の所定位置に位置決めすることで、所望の開口形状ＰＳを形成する。そして、マルチリーフコリメータ８を通過した荷電粒子ビームＢは、患部Ｋａの形状に合わせた開口形状ＰＳにより、照射野ＲＢを患部形状に合わせて制限される。すなわち、照射野ＲＢは、マルチリーフコリメータ８によってｘｙ方向への制限・成形がなされることになる。なお、マルチリーフコリメータ８には、リーフ板８Ｌの集合体と図示しないリーフ駆動機構とを少なくとも備えている。しかし、リーフ駆動機構そのものを図で記載するとリーフ板８Ｌの配置等を示すのが困難となるので、図１、２および以降の図においては、簡略化のため、リーフ板８Ｌの集合体、あるいは、単独のリーフ板８Ｌを抽出して記載している。

最後に、荷電粒子ビームＢは、ボーラス９を通過する。ボーラス９は、樹脂等で作られた制限器であり、患部の深さ形状として、例えば、患部のディスタル（Ｄｉｓｔａｌ）形状を補償するような形態に形成されている。ディスタル形状とは、最深部ＫａＤ側の凹凸形状のことをいう。ここで、照射野はエネルギーが制限（ｚ方向で成形）され、ディスタル形状と同じ形状を有するようになる。すなわち、照射野は、ボーラス９によってｚ方向への制限・成形がなされることになる。

上記のような照射系を用い、積層原体照射法で照射する場合、深さ（ｚ）方向に空間的な線量付与を分割して投与することになる。照射開始時には最深部ＫａＤを含む層（スライス）の線量付与に合わせて、ワブラ電磁石４、レンジシフタ７、マルチリーフコリメータ８（マルチリーフコリメータ開口形状）が設定され、荷電粒子ビームＢが患部Ｋａに照射される。最深部の層（スライス）の照射が終了すると、自動的にブラッグピーク幅に相当した深さ分浅い位置（照射原から見た手前側）に、レンジシフタ７によって飛程が調整され、ワブラ電磁石４およびマルチリーフコリメータ８も設定変更されて次の層の照射が行われる。以降、同様にレンジシフタ７により飛程が調整され、ワブラ電磁石４及びマルチリーフコリメータ８の設定を変更しながら、全体として患部Ｋａの形状に最適化された線量が付与される。

このような積層原体照射等で、治療体積と患部Ｋａ形状の一致度（原体性）の高い、つまり高精度な粒子線治療を行うためには、各照射層（スライス）でマルチリーフコリメータ８の開口形状ＰＳが設定どおりであるか否かを確認・監視することが必要である。このため本実施の形態１にかかる粒子線治療装置２では、マルチリーフコリメータ８の開口形状ＰＳを確実に監視するため、ビデオカメラ１１を図２に示すように配置した。

図２は、マルチリーフコリメータ８をｙ方向から見たときの、リーフ板８Ｌの駆動範囲およびリーフ板８Ｌによって規定される荷電粒子ビームＢの照射範囲（照射野ＲＢ）と、ビデオカメラ１１（筐体自体、および視点ＰＶ）の配置について、ビーム軸Ｘ_Ｂから右側の部分を示したものである。リーフ板８Ｌは、基本的に、荷電粒子ビームＢの進行方向に略平行でビーム軸Ｘ_Ｂに対向する内側側面ＡＩ、ビーム進行方向に略垂直で、ビーム進行方向の上流側（入射側）に位置する上流側側面ＡＵ、ビームＢの進行方向に略平行でビーム軸Ｘ_Ｂから離れた側に位置する外側側面ＡＸ、ビーム進行方向に略垂直で、ビーム進行方向の下流側（出射側）に位置する下流側側面ＡＤからなる４つの側面を有する。本実施の形態では、リーフ板８Ｌは、図に示すように矩形板状をなし、各リーフ板８Ｌは、ビーム軸Ｘ_Ｂ（ｚ）およびリーフ板８Ｌの積層（または厚み）方向（ｙ）に垂直で、側面ＡＵ、ＡＤに平行な方向（ｘ）に位置決め自在に駆動される。内側の側面ＡＩは、ビーム軸Ｘ_Ｂに対して最も離反した時にＬＯＩまで駆動され、このとき、荷電粒子ビームＢの照射範囲は最大（ＲＢ_ＭＡＸ）となる。そして、ビデオカメラ１１の筐体は、最大照射範囲ＲＢ_ＭＡＸよりも外側で、どのような開口形状ＰＳを形成した場合でも、荷電粒子ビームＢが通過しない位置に設置している。

さらに、ビデオカメラ１１の視野ＦＶは、リーフ板８Ｌの外側の側面ＡＸの駆動範囲である最接近時の位置ＬＣＸから最離反時の位置ＬＯＸをカバーする範囲とし、外側側面ＡＸ（厳密には下流側側面ＡＤの外側端部Ｃ（ＡＤとＡＸとの角））が少なくとも最接近時の位置ＬＣＸよりも外側に位置するときに、その視点ＰＶから外側端部Ｃを結ぶ線が、外側の側面ＡＸに対して、傾き（α）を有するように配置している。さらに、外側端部Ｃの駆動範囲のうち、いずれかの点で、視点ＰＶから外側端部Ｃ部分を結ぶ線の下流側側面ＡＤに対する角度βが、直角になるように配置している。左半分のカメラ１１ｂについても、同様である。

上記のように配置したビデオカメラ１１により、リーフ板８Ｌの下流側側面ＡＤのうち、開口形状ＰＳを形成する内側側面ＡＩとは反対側になる外側端部Ｃを含むように撮影する。そして、図１に示すように、右側ビデオカメラ１１ａにより撮影された画像は右側画像処理部１３ａにより処理されて右側コリメータ形状画像Ｄａとして得られる。ビーム軸Ｘ_Ｂの左側についても同様に、左側ビデオカメラ１１ｂにより撮影された画像は左側画像処理部１３ｂにより処理されて左側コリメータ形状画像Ｄｂとして得られる。ここで、内側側面ＡＩと外側側面ＡＸ（外側端部Ｃ）との距離をオフセットすれば、内側側面ＡＩの位置となり、外側端部Ｃを境にして、下流側側面ＡＤ部分を空間、それ以外を遮蔽物というように、遮蔽物と空間を反転させると、マルチリーフコリメータ８の開口形状ＰＳ（個々のリーフ板８Ｌの内側側面ＡＩの位置）となる。

このように、ビデオカメラ１１は、リーフ板８Ｌの下流側側面ＡＤのうち、開口部とは反対側にある外側端部Ｃを撮影するようにしたので、荷電粒子ビームＢの照射野ＲＢをさえぎることなくビデオカメラ１１の視野ＦＶをマルチリーフコリメータ８の下流側側面ＡＤに正対（βが直角）させることができる。したがって、βが直角（９０度）に近い角度となることを優先して、例えば、図３（ａ）に示すように、視点ＰＶから下流側側面ＡＤに向かって引いた垂線ＰＰの足ＰＦが、リーフ板８Ｌを駆動範囲の中央に移動させたときの外側側面ＡＸ（厳密には下流側側面ＡＤの外側端部Ｃ）の位置ＬＭＸ近傍（ＬＣＸまたはＬＯＸよりも中央ＬＭＸに近い範囲）にくるように調整すれば、角度βは９０度を中心として視野ＦＶの半分以下の角度内で振れるので、リーフ板８Ｌの駆動位置によらず均一なコントラストを得ることができ、視認性が向上する。なお、角度βが直角から大きく外れる位置に外側端部Ｃがくる場合については、画像処理部１３で画像の歪を補正し、ビーム軸Ｘ_Ｂ上から開口形状ＰＳを直視したのと同等なマルチリーフコリメータ形状画像Ｄを生成することもできる。

また、視点ＰＶから外側端部Ｃに向けて延ばした線が、外側の側面ＡＸに対して、傾きα＞０となる範囲を広くとることを優先して、例えば、図３（ｂ）に示すように、視点ＰＶから下流側側面ＡＤに向かって引いた垂線ＰＰの足ＰＦが、リーフ板８Ｌを最接近させたときの外側端部Ｃの位置ＬＣＸ近傍（中央ＬＭＸよりもＬＣＸに近い範囲）にくるように調整すれば、撮影した画像に外側側面ＡＸが映り込まない、あるいは映り込んだとしても角度が浅くなるので、下流側側面ＡＤと外側側面ＡＸを容易に判別し、外側端部（エッジ）Ｃの位置を正確に検出することができる。なお、視点ＰＶをＬＣＸよりも内側（ビーム軸Ｘ_Ｂ側）に配置すれば、下流側側面ＡＤに対して正対する部分はなくなるが、撮影した画像に外側側面ＡＸが映り込むことはない。なお、図３（ａ）、（ｂ）においては、リーフ板８Ｌのうち、外側側面ＡＸ部分近傍とビデオカメラ１１の視点ＰＶのみを抽出して記載している。

なお、図１では、右側と左側の形状画像Ｄａ、Ｄｂの表示装置１４ａ、１４ｂの配置を別々に示す例を記載しているが、これに限ることはない。例えば、ビデオカメラ１１ａと１１ｂの画像データを合わせて画像処理をして、開口形状ＰＳの形に変換してひとつの表示装置で表示してもよい。また、単に形状画像Ｄを表示するだけではなく、例えば予め記憶したパターンと形状画像とを比較して、リーフの位置を示す駆動距離あるいは駆動角度といった数値データに変換するようにしてもよい。このとき、例えば、背景技術で説明したような内蔵型の位置検出装置のデータと比較し、画像から得られたデータとの一致度（データのかい離度が閾値より小さいか否か等）によって、リーフの位置あるいは、位置検出装置や駆動機構に異常がないか否かを判定する判定装置を備えるようにしてもよい。

実施の形態１の変形例．
なお、図３で示した視点ＰＶとリーフ板８Ｌとの関係は、本実施の形態のほか、円周軌道を想定し、リングを単純に径で分割した扇型の外側部分のような形状であっても、隣接する側面（またはその接線）が９０度で交差する基本形を前提としており、α＋β＝９０度という制約があった。そのため、βが直角になる位置を優先して、図３（ａ）のように外側端部Ｃの駆動範囲の中央ＬＭＸ近傍に視点ＰＶからの垂線ＰＰの足ＰＦがくるように設定すると、αが正になる範囲が駆動範囲の半分以下に狭くなることになる。しかし、例えば、図４（ａ）〜図４（ｃ）に示す変形例のリーフ板８Ｌ_Ｖ１〜８Ｌ_Ｖ３（まとめて８Ｌ_Ｖ）のように、外側側面ＡＸの角度を基本形から変えて、下流側側面に対して鋭角になるようにすれば、βが直角になる位置をリーフ板８Ｌ_Ｖの外側側面ＡＸ（厳密には下流側側面ＡＤの外側端部Ｃ）の駆動範囲の中央ＬＭＸ近傍に設定しても、αを正の値に保つ範囲を広げることができる。なお、図４（ａ）〜（ｃ）においても、図３と同様に、リーフ板８Ｌ_Ｖのうち、外側側面ＡＸ部分近傍とビデオカメラ１１の視点ＰＶのみを抽出して記載している。

このとき、例えば図４（ａ）に示すリーフ板８Ｌ_Ｖ１のように、外側側面ＡＸ全体が下流側側面ＡＤに対して一定の傾きを持っている場合、リーフ板の駆動範囲の全域でαが正となる。そのため、ビデオカメラ１１に外側側面ＡＸが映り込むことがなく、外側端部Ｃを確実に識別することができる。なお、図中破線で示したのは矩形のリーフ板８Ｌの側面である。あるいは、図４（ｂ）に示すリーフ板８Ｌ_Ｖ２のように、外側側面ＡＸのうち、外側端部Ｃ近傍部分（下流側側面ＡＤに近接する部分）のみが鋭角になるようにした場合、その部分は、ビデオカメラ１１に映り込むことがない。その場合、外側側面ＡＸのうち、外側端部Ｃから離れた部分はビデオカメラ１１に映り込むことがあるが、側面ＡＤと比べて視点ＰＶからの距離が離れているので、容易に外側端部Ｃを識別することができる。また、図４（ｃ）に示すリーフ板８Ｌ_Ｖ３のように、外側側面ＡＸのうち、外側端部Ｃ近傍部分（下流側側面ＡＤに近接する部分）が曲面の場合、外側端部Ｃに接する部分の接線が下流側側面ＡＤに対して鋭角になるようにしてもよい。

このように、開口形状ＰＳを監視するためのビデオカメラ１１を照射野ＲＢよりも外側に設置しているので、撮像部に荷電粒子ビームＢが当たって、消散やエネルギーの減弱を生じさせることがない。しかも、ビデオカメラ１１の視点ＰＶから下流側端面ＡＤに向けて引いた垂線ＰＰの足ＰＦをリーフ板８Ｌが最も外側に駆動されたときの下流側側面ＡＤの外側端部Ｃの位置ＬＯＸよりも内側（照射野ＲＢ側）に配置しているので、マルチリーフコリメータ８本体からの撮影機器のはみ出しを抑制し、照射系をコンパクトにまとめることができる。そのため回転ガントリに設置された場合でも、移動体の大きさが抑制され、回転移動が容易にできる。

そのため、荷電粒子ビームの照射フローを中断することなく、照射期間中でもマルチリーフコリメータ８の開口形状ＰＳの確認・監視を可能とし、例えば、内蔵型の位置検出装置と冗長的に監視することにより、誤照射の可能性を軽減し、高精度の粒子線治療が可能な粒子線治療を構築することができる。なお、上記例では撮像部としてビデオカメラを使用したが、スチルカメラでも同様に監視を行うことができる。

なお、上記記載あるいは、後述する記載において、垂線ＰＰおよびその足ＰＦ，角度α、β等は、リーフ板８Ｌの厚み方向（ｙ）から見た場合、つまりｘｚ面内での方向および位置、角度を指すものであり、リーフ列８Ｃ中の積層方向（ｙ）についての位置や角度等をも規定するものではない。

以上のように、本実施の形態１にかかる粒子線治療装置２によれば、加速器から供給された粒子ビームＢを走査して照射野ＲＢを拡大するように照射する照射ノズルとして機能するワブラ電磁石４や散乱体５と、複数のリーフ板８Ｌを厚み方向に並べたリーフ列８Ｃを、粒子ビームＢのビーム軸Ｘ_Ｂを挟んで対向するように対をなして配置し、複数のリーフ板８Ｌのそれぞれのビーム軸Ｘ_Ｂに対向する側面ＡＩをビーム軸Ｘ_Ｂに対して接近または離反方向に駆動させて、所定の開口形状ＰＳを形成し、照射ノズルから照射された粒子ビームＢを照射対象に適合するように成形して出射するマルチリーフコリメータ８と、開口形状ＰＳを監視するために複数のリーフ板８Ｌのそれぞれの粒子ビームＢの照射方向における下流側の側面ＡＤのビーム軸Ｘ_Ｂに対して外側の端部Ｃの像を撮像する撮像部であるビデオカメラ１１と、を備え、撮像部１１は、マルチリーフコリメータ８を通過した粒子ビームＢの照射野ＲＢよりも外側、かつ下流側に位置するように、対をなすリーフ列８Ｃのそれぞれに対応して設置されるとともに、それぞれの視点ＰＶから下流側の側面ＡＤに向かって引いた垂線ＰＰの足ＰＦが、リーフ板８Ｌが最も離反方向に駆動されたときの外側の端部Ｃの位置ＬＯＸよりも内側になるように調整されるように構成したので、荷電粒子ビームの消散やエネルギーの減弱や装置の大型化を抑制するとともに、各リーフ板８Ｌの端部Ｃを確実に識別して、マルチリーフコリメータ８の開口形状ＰＳを正確に監視できる。そのため、荷電粒子ビームＢの照射を中断することなく、照射期間中でもマルチリーフコリメータ開口形状ＰＳの確認・監視を可能とし、例えば、内蔵型の位置検出装置と冗長的に監視することにより、誤照射の可能性を軽減し、高精度の粒子線治療が可能な粒子線治療を構築することができる。

さらに、撮像部１１が撮影した画像から外側の端部Ｃの位置を特定して、開口形状ＰＳを示すデータに変換処理する画像処理部１３と、を備えて形状監視装置１０を構成するようにしたので、マルチリーフコリメータ８の開口形状ＰＳを定量的に評価することもでき、他の監視装置のデータと照合することにより、さらに確実に開口形状を監視することができる。

ここで、視点ＰＶから下流側側面ＡＤに向かって引いた垂線ＰＰの足ＰＦが、リーフ板８Ｌを接近方向に最大移動近させたときの外側端部Ｃの位置ＬＣＸよりも駆動範囲の中央に移動させたときの外側端部Ｃの位置ＬＭＸに近くなるように構成すれば、角度βは９０度を中心として視野ＦＶの半分以下の角度内で振れられることになり、外側端部Ｃを正対に近い範囲で撮像する範囲が広がり、リーフ板８Ｌの駆動位置によらず均一なコントラストを得ることができ、視認性が向上する。

さらに、外側側面ＡＸの少なくとも下流側側面ＡＤに隣接する部分が、下流側側面ＡＤに対して鋭角になるように構成すれば、垂線ＰＰの足ＰＦの位置を中央ＬＭＸ近傍に調整して角度βを優先しても、リーフ板の駆動範囲の全域でαが正となるようにできる。そのため、ビデオカメラ１１に外側側面ＡＸが映り込むことがなく、しかも、ひずみが少なくコントラストが高い画像によりエッジ部Ｃをさらに確実に識別することができる。

あるいは、視点ＰＶから下流側側面ＡＤに向かって引いた垂線ＰＰの足ＰＦが、リーフ板８Ｌを駆動範囲の中央に移動させたときの外側端部Ｃの位置よりも、リーフ板８Ｌを接近方向に最大移動させたときの外側端部Ｃの位置ＬＣＸに近くなるように構成すれば、視点ＰＶから外側端部Ｃに向けて延ばした線が、外側の側面ＡＸに対して、傾きα＞０となる範囲を広くとることになり、撮影した画像に外側側面ＡＸが映り込まない、あるいは映り込んだとしても角度が浅くなるので、下流側側面ＡＤと外側側面ＡＸを容易に判別し、外側端部Ｃの位置を正確に検出することができる。

実施の形態２．
上記実施の形態１では、ビデオカメラ１１により、直接リーフ板の下流側側面ＡＤのエッジ部Ｃ近傍を直視することにより画像を取得する場合について述べたが、本実施の形態２では、撮像部としてミラーをさらに備え、ミラーを介してリーフ板８Ｌの下流側側面ＡＤのエッジ部Ｃ近傍を撮影するようにした。

図５および図６は、本発明の実施の形態２にかかる粒子線治療装置の構成を説明するためのもので、図５は粒子線治療装置の照射系全体の構成を示す図、図６は、粒子線治療装置に備えられているマルチリーフコリメータとマルチリーフコリメータの形状監視装置との位置関係を示す図である。また、図７は本発明の実施の形態２の変形例にかかるマルチリーフコリメータのリーフ板と形状監視装置との位置関係を示す図である。

図５に示すように、右視野形状監視ミラー１２ａ及び左視野形状監視ミラー１２ｂ（まとめてミラー１２）をマルチリーフコリメータ８より荷電粒子ビームＢの照射方向の下流で照射野ＲＢより外側の右側及び左にそれぞれ配置し、各リーフ板８Ｌの下流側側面ＡＤの外側端部Ｃ（エッジ部）の像を右視野形状監視ミラー１２ａ及左視野形状監視ミラー１２ｂで反射して右視野ビデオカメラ１１ａ及び左視野ビデオカメラ１１ｂでマルチリーフコリメータの下流から撮影するようにした。ここで、図６に示すように、視点ＰＶの代わりに、ミラー１２によって形成される視点ＰＶの虚像Ｑの位置を、実施の形態１で示した配置にすれば、上記実施の形態１と同様の効果を得られる。さらに、撮像部配置の自由度が高くなるとともに、視点ＰＶから撮像対象である端部Ｃまでの距離を長くとることができるので、視野ＦＶの角度を小さくすることができ、駆動範囲の広い範囲で撮像する角度の変化が小さくなり、位置を特定する精度が高くなる。

実施の形態２の変形例．
なお、図５、図６では、ビデオカメラ１１をミラー１２より内側に設置する例を示したが、これに限られることはない。例えば、図７に示すように、ビデオカメラ１１をミラー１２よりも外側に設置してもよい。このように配置すると、照射野ＲＢとリーフ板８Ｌの最接近時の外側端部Ｃの位置ＬＣＸと照射野ＲＢとの間隔が狭い場合でも、撮像部（カメラ１１とミラー１２）をＲＢ内に入れることなく、上記視点（の虚像Ｑ）の位置調整を容易に行うことができる。また、ミラー１２はかならずしも１つである必要はなく、複数のミラーで光路を折り返すようにしてもよい。

以上のように、本実施の形態２にかかる粒子線治療装置２によれば、撮像部として、リーフ板８Ｌの下流側端面ＡＤの外側の端部Ｃの像を反射する鏡体であるミラー１２と、鏡体１２から離れて設置された撮像器であるビデオカメラ１１とを有し、鏡体１２の反射により生じた撮像器１１の視点ＰＶの虚像Ｑに基づいて、鏡体１２と撮像器１１の配置を調整するように構成したので、撮像部配置の自由度が高くなるとともに、視点ＰＶから撮像対象である端部Ｃまでの距離を長くとることができるので、視野ＦＶの角度を小さくすることができ、リーフ板８Ｌの駆動範囲の広い領域で撮像する角度の変化が小さくなり、位置を特定する精度が高くなる。

２粒子線治療装置、３線量計、４ワブラ電磁石（照射ノズル）、５散乱体（照射ノズル）、６リッジフィルタ、７レンジシフタ、８マルチリーフコリメータ、８Ｃリーフ列、８Ｌリーフ板、９ボーラス、１０形状監視装置、１１カメラ（撮像部）、１２ミラー（撮像部）、１３画像処理部、１４画像表示装置、ＡＩリーフ板の内側側面、ＡＤリーフ板の下流側側面、ＡＵリーフ板の上流側側面、ＡＸリーフ板の外側側面、Ｂ荷電粒子ビーム（粒子ビーム）、Ｃリーフ板の下流側側面の外側端部（エッジ部）、Ｄ処理画像、ＦＶ撮像部の視野、ＬＣＸ最近接時の外側端部の位置、ＬＭＸ駆動範囲の中央における外側端部の位置、ＬＯＩ最離反時の内側側面の位置、ＬＯＸ最離反時の外側端部の位置、ＰＦ視点から下流側側面に向けて引いた垂線の足、ＰＰ視点から下流側側面に向けて引いた垂線、ＰＳ開口形状、ＰＶ撮像部の視点、Ｑ撮像部の光学上の視点（視点の虚像）、ＲＢ照射野、
α 視点から下流側側面の外側端部へ引いた直線と外側側面とのなす角、 β 視点から下流側側面の外側端部へ引いた直線と下流側側面とのなす角

Claims

加速器から供給された粒子ビームを走査して照射野を拡大するように照射する照射ノズルと、
複数のリーフ板を厚み方向に並べたリーフ列を、前記粒子ビームのビーム軸を挟んで対向するように対をなして配置し、前記複数のリーフ板のそれぞれの前記ビーム軸に対向する側面を前記ビーム軸に対して接近または離反方向に駆動させて、所定の開口形状を形成し、前記照射ノズルから照射された粒子ビームを照射対象に適合するように成形して出射するマルチリーフコリメータと、
前記複数のリーフ板のそれぞれの前記粒子ビームの照射方向における下流側の側面の前記ビーム軸に対して外側の端部の像を撮像する撮像部と、を備え、
前記撮像部は、前記マルチリーフコリメータを通過した粒子ビームの照射野よりも外側、かつ下流側に位置するように、前記対をなすリーフ列のそれぞれに対応して設置されるとともに、それぞれの視点から前記下流側の側面に向かって引いた垂線の足が、前記リーフ板が最も離反方向に駆動されたときの前記外側の端部の位置よりも内側になるように調整される、ことを特徴とする粒子線治療装置。
前記撮像部は、前記リーフ板の外側の端部の像を反射する鏡体と、前記鏡体から離れて設置された撮像器とを有し、前記鏡体の反射により生じた前記撮像器の視点の虚像に基づいて、前記鏡体と前記撮像器の配置を調整することを特徴とする請求項１に記載の粒子線治療装置。
前記撮像部は、前記視点から前記リーフ板の下流側の側面に向かって引いた垂線の足が、前記リーフ板を前記接近方向に最大移動させたときの前記外側の端部の位置よりも前記リーフ板を駆動範囲の中央に移動させたときの前記外側の端部の位置に近くなるように調整されていることを特徴とする請求項１または２に記載の粒子線治療装置。
前記複数のリーフ板のそれぞれは、前記リーフ板の外側の側面の少なくとも前記下流側の側面に隣接する部分が、前記下流側の側面に対して鋭角になるように形成されていることを特徴とする請求項３に記載の粒子線治療装置。
前記撮像部は、前記視点から前記下流側の側面に向かって引いた垂線の足が、前記リーフ板を駆動範囲の中央に移動させたときの前記外側の端部の位置よりも、接近方向に最大移動させたときの前記外側の端部の位置に近くなるように調整されていることを特徴とする請求項１または２に記載の粒子線治療装置。
前記撮像部が撮影した画像から前記外側の端部の位置を特定して、前記開口形状を示すデータに変換処理する画像処理部と、を備えたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の粒子線治療装置。