JP5700550B2

JP5700550B2 - 荷電粒子線照射装置

Info

Publication number: JP5700550B2
Application number: JP2011127580A
Authority: JP
Inventors: 原　章文; 章文原
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2011-06-07
Filing date: 2011-06-07
Publication date: 2015-04-15
Anticipated expiration: 2031-06-07
Also published as: JP2012254123A

Description

本発明は、放射線治療用のガントリー等を備えた荷電粒子線照射装置に関する。

従来、このような分野の技術文献として特開２００４―１４８１０３号公報が知られている。この公報には、所定の水平軸を中心に回転可能なガントリー装置１０であって、回転対称の一次構造物１８と、一次構造物１８に支持され、ビーム偏向用の電磁石３６，３８，４０を保持する二次構造物３０と、を備えたものが記載されている。

このガントリー装置１０は、ガントリーの回転角度によってガントリーが変形して照射精度に悪影響が出ないようにするため、電磁石３６，３８，４０の自重による鉛直方向のガントリーの変位量がいずれの回転角度においても等しくなるように設定された剛性を有している。

特開２００４―１４８１０３号公報

しかしながら、上述したガントリー装置１０においては、一次構造物１８と二次構造物３０との二つの構造物を備えるためガントリーが大型化してしまう。また、ガントリーの変位量がいずれの回転角度においても等しくなる剛性を得るため二次構造物３０が複雑な形状となることも大型化を招く要因となる。

また、ガントリー装置１０を持ってしても、ガントリーの回転角度による鉛直方向の変位の差を完全に無くすことはできない。ワブラー方式（径の大きなビームをコリメータで患部の形状に成形した上で照射する方式）の場合は、ガントリーの変位によるビームの照射精度への影響は小さく無視できるほどであるが、スキャニング方式（径の小さなビームで患部を塗りつぶすようにビームを走査する方式）の場合は、僅かなガントリーの変位がビームの照射精度に大きな影響を及ぼしてしまう。

本発明は、架台を大型化することなく架台の回転角度や揺動角度による照射精度の低下を抑制すると共に、スキャニング方式における照射精度の低下を抑制できる荷電粒子線照射装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、荷電粒子線を被照射体へ照射する荷電粒子線照射装置であって、荷電粒子を加速して荷電粒子線を出射する加速器と、荷電粒子線を走査する走査手段を有し、走査された荷電粒子線をスキャニング方式で被照射体へ照射する照射部と、加速器より送られてきた荷電粒子線を照射部へ向けて偏向させる偏向手段と、照射部と偏向手段とが配置され、回転軸を中心に回転又は揺動が可能な架台と、三次元空間内の位置を検出可能な３Ｄセンサーを有すると共に、照射部から照射される荷電粒子線の三次元空間内の照射位置を検出し、回転軸と照射部から照射される荷電粒子線の照射位置との三次元の位置関係を検出する検出手段と、架台の回転角度又は揺動角度に対応する検出手段の検出結果を利用して、照射部から照射される荷電粒子線の照射位置を調整する制御装置と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る荷電粒子線照射装置によれば、架台の回転角度又は揺動角度の変化に伴う偏向手段や照射部等の重心移動の影響で架台に構造的な変位が発生しても、架台の回転角度又は揺動角度に対する回転軸と荷電粒子線の照射位置との位置関係の検出結果を利用して照射位置の調整を行うことで、架台を大型化することなく架台の回転角度や揺動角度に応じた照射精度の低下を抑制することができる。

本発明に係る荷電粒子線照射装置において、制御装置は、架台の回転角度又は揺動角度に対する検出手段の検出結果を利用して、偏向手段により発生させる磁場を調整することで、照射部から照射される荷電粒子線の照射位置を調整することが好ましい。
本発明に係る荷電粒子線照射装置によれば、偏向手段により発生させる磁場を調整することで荷電粒子線の照射位置のずれを調整するため、調整用の大型部品を追加する必要が無く、架台の大型化を避けることができる。また、磁場の補正により照射位置の調整を実現するので、荷電粒子線を走査するスキャニング方式における照射精度の低下を効果的に抑制することができる。

或いは、本発明に係る荷電粒子線照射装置において、制御装置は、架台の回転角度又は揺動角度に対する検出手段の検出結果を利用して、走査手段による荷電粒子線の走査量を調整することで、照射部から照射される荷電粒子線の照射位置を調整することが好ましい。
本発明に係る荷電粒子線照射装置によれば、走査手段による走査量を調整することで荷電粒子線の照射位置のずれを調整するため、調整用の大型部品を追加する必要が無く、架台の大型化を避けることができる。また、磁場の補正により照射位置の調整を実現するので、荷電粒子線を走査するスキャニング方式における照射精度の低下を効果的に抑制することができる。

本発明によれば、架台を大型化することなく架台の回転角度や揺動角度による照射精度の低下を抑制すると共に、スキャニング方式における照射精度の低下を抑制できる。

本発明に係る荷電粒子線照射装置の一実施形態を示す概略図である。図１の照射ノズルの構成を示す斜視図である。制御装置で実行される照射位置調整処理を示すフローチャートである。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１に示されるように、本実施形態に係る荷電粒子線照射装置１は、治療台Ｂ上の患者の腫瘍（被照射体）に対してサイクロトロン（加速器）２から出射された荷電粒子線Ｒを照射する放射線治療用の装置である。荷電粒子線Ｒは、電荷をもった粒子を高速に加速したものであり、例えば陽子線、重粒子（重イオン）線等がある。

荷電粒子線照射装置１は、回転軸Ｐを中心として回転自在に配置された回転ガントリー（架台）３を有している。この回転ガントリー３は、下方に設けられたローラ装置４により回転される。ローラ装置４は、事前に決定された治療計画に基づき回転ガントリ−３の回転角度の変更を行う。

この回転ガントリー３には、サイクロトロン２から出射された荷電粒子線Ｒを輸送するビーム輸送ライン５と、ビーム輸送ライン５を通じて供給された荷電粒子線Ｒを腫瘍に向けて照射する照射ノズル（照射部）６と、が配置されている。

ビーム輸送ライン５は、サイクロトロン２から出射された荷電粒子線Ｒが照射ノズル６に向かって通過する真空ダクト（図示せず）と、真空ダクトに沿って荷電粒子線Ｒを偏向させる偏向磁石（偏向手段）５Ａと、ビームを収束させることで輸送中のビーム拡散を防ぐ収束磁石５Ｂと、を有している。

偏向磁石５Ａ及び収束磁石５Ｂは、真空ダクトに沿って配置された複数の電磁石からそれぞれ構成されている。偏向磁石５Ａは、電磁石電源７から供給される電力に応じて磁場を発生させ、この磁場により荷電粒子線Ｒを偏向させる。同様に、収束磁石５Ｂも電磁石電源７から供給される電力に応じて磁場を発生させることで、ビーム径の収束を行う。

照射ノズル６では、スキャニング方式により、治療台Ｂ上の患者の体内の腫瘍に向けて荷電粒子線Ｒを連続照射する。照射ノズル６は、腫瘍を深さ方向に複数層に分け、各層に設定された照射野内において荷電粒子線Ｒを走査しながら連続照射（いわゆるラスタースキャニングやラインスキャニング）を行う。荷電粒子線Ｒは、スキャニング方式で用いられるペンシルビームである。照射ノズル６は、回転ガントリー３に対して固定されており、回転ガントリー３を回転させることで患者に対して任意の方向から荷電粒子線を照射する。

図２を参照して照射ノズル６の構成について説明する。図２に示すように、照射ノズル６は、荷電粒子線Ｒの照射方向に順に配列され、ビーム輸送ライン５を通して供給された荷電粒子線Ｒが発散するのを抑え収束させるための四極磁石９と、荷電粒子線ＲをＸ軸方向（回転軸Ｐ方向）とＹ軸方向（Ｘ軸に直交する方向）に走査する走査磁石（走査手段）１０と、荷電粒子線Ｒが通過するダクト１１と、を備えている。

走査磁石１０は、荷電粒子線ＲのＸ軸方向の照射位置を制御する一組の電磁石１０Ａと、Ｙ軸方向の照射位置を制御する一組の電磁石１０Ｂと、を含んで構成されている。電磁石１０Ａ及び電磁石１０Ｂにより照射位置が制御された荷電粒子線Ｒは、略四角錐状のダクト１１内を通って外部に照射される。

図１に示すように、回転ガントリ−３内には、照射ノズル６から照射された荷電粒子線Ｒの照射位置（アイソセンター位置）を検出する位置検出部（検出手段）８が治療台Ｂの近辺に配置されている。位置検出部８は、三次元空間内の位置を検出可能な３Ｄセンサーを有している。

位置検出部８は、回転ガントリ−３の回転軸Ｐの位置を基準として記憶しており、照射位置の検出と共に、回転軸Ｐと荷電粒子線Ｒの照射位置との位置関係の検出を行う。なお、位置検出部８は、回転ガントリ−３や治療台Ｂに対して脱着可能に構成されていても良い。

次に、荷電粒子線照射装置１の制御系について説明する。図１及び図２に示す制御装置Ｔは、荷電粒子線Ｒの照射制御を行うものである。制御装置Ｔは、照射ノズル６、電磁石電源７、及び位置検出部８と通信可能に接続されている。制御装置Ｔは、荷電粒子線照射装置１とは別の治療計画装置で事前に決定された治療計画に基づき荷電粒子線Ｒの照射を行うように制御する。

制御装置Ｔは、事前に決定された治療計画に基づいて現在の回転ガントリ−３の回転角度を認識する。なお、ローラ装置４からのフィードバックにより回転ガントリ−３の回転角度を検出する態様であっても良い。

また、制御装置Ｔは、位置検出部８との通信により、荷電粒子線Ｒの照射位置と回転軸Ｐとの位置関係の検出結果を取得する。制御装置Ｔは、位置検出部８の検出結果を記憶するデータベースを有していても良い。

制御装置Ｔは、回転ガントリ−３の回転角度に対する位置検出部８の検出結果に基づき、荷電粒子線Ｒの照射位置の調整を行う。制御装置Ｔは、電磁石電源７を制御して偏向磁石５Ａの発生させる磁場を調整することで、荷電粒子線ＲのＸ軸方向の照射位置を調整する。具体的には、制御装置Ｔは、複数の偏向磁石５Ａのうち、照射ノズル６の直前に配置された最終電磁石の磁場を調整することで、荷電粒子線Ｒの照射位置の調整を行う。

次に、制御装置Ｔで実行される照射位置調整処理について図３を参照して説明する。

図３に示すように、制御装置Ｔは、まず、事前に決定された治療計画に基づいて回転ガントリ−３の回転角度を認識する（Ｓ１）。次に、制御装置Ｔは、回転ガントリ−３の回転角度に対応する位置検出部８の検出結果を取得する（Ｓ２）。制御装置Ｔは、位置検出部８との通信により検出結果を取得しても良く、事前に回転ガントリ−３の回転角度と位置検出部８の検出結果を関連付けて記憶したデータベースから取得しても良い。

続いて、制御装置Ｔは、回転ガントリ−３の回転角度に対する位置検出部８の検出結果に基づき、荷電粒子線Ｒの照射位置の調整を行う（Ｓ３）。制御装置Ｔは、回転ガントリ−３の回転角度に対する位置検出部８の検出結果に基づき、偏向磁石５Ａの磁場を調整することで、荷電粒子線Ｒの照射位置の調整を行う。その後、制御装置Ｔは、荷電粒子線Ｒの照射による治療を開始する（Ｓ４）。

以上説明した本実施形態に係る荷電粒子線照射装置１によれば、回転ガントリ−３の回転角度の変化に伴う偏向磁石５Ａや照射ノズル６の重心移動の影響で回転ガントリ−３に構造的な変位差が発生しても、回転ガントリ−３の回転角度に対する回転軸Ｐと荷電粒子線Ｒの照射位置との位置関係の検出結果に基づき照射位置の調整を行うことで、回転ガントリ−３を大型化することなく回転ガントリ−３の回転角度に応じた照射精度の低下を抑制することができる。

また、この荷電粒子線照射装置１によれば、偏向磁石５Ａにより発生させる磁場を調整することで荷電粒子線Ｒの照射位置のずれを調整するため、調整用の大型部品を追加する必要が無く、回転ガントリ−３の大型化を避けることができる。また、磁場の補正により照射位置の調整を実現するので、荷電粒子線Ｒを走査するスキャニング方式における照射精度の低下を効果的に抑制することができる。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。

例えば、荷電粒子線Ｒを出射する加速器は、サイクロトロンに限られず、シンクロトロンやシンクロサイクロトロンを用いても良い。

また、制御装置Ｔは、偏向磁石５Ａの発生させる磁場の調整に代えて、照射ノズル６の走査磁石１０による荷電粒子線Ｒの走査量を調整することで、荷電粒子線Ｒの照射位置を調整する態様であっても良い。ここで、走査量とは、荷電粒子線Ｒの走査位置に関する制御量である。

この場合、走査磁石１０による走査量を調整することにより、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の双方で荷電粒子線Ｒの照射位置のずれを調整できるため、調整用の大型部品を追加する必要が無く、回転ガントリ−３の大型化を避けることができる。また、磁場の補正により照射位置の調整を実現するので、荷電粒子線Ｒを走査するスキャニング方式における照射精度の低下を効果的に抑制することができる。

また、３６０°回転可能な回転ガントリ−３に代えて、所定角度内の揺動が可能な揺動式のガントリー等を採用しても良い。この場合、ガントリーの揺動角度に応じた照射位置の調整が行われる。

また、収束磁石５Ｂ中に、荷電粒子線ＲのＹ軸方向の補正を行うステアリング磁石を設けても良い。この場合、偏向磁石５Ａとステアリング磁石との組み合わせにより、輸送中の荷電粒子線ＲをＸ軸方向及びＹ軸方向の双方で補正することができる。

また、上述した照射位置調整処理が予め治療計画に組み込まれている態様であっても良い。

１…荷電粒子線照射装置２…サイクロトロン（加速器）３…回転ガントリー４…ローラ装置５…ビーム輸送ライン５Ａ…偏向磁石（偏向手段）５Ｂ…収束磁石６…照射ノズル（照射部）７…電磁石電源８…位置検出部９…四極磁石１０…走査磁石（走査手段）１１…ダクトＢ…治療台Ｐ…回転軸Ｒ…荷電粒子線Ｔ…制御装置

Claims

荷電粒子線を被照射体へ照射する荷電粒子線照射装置であって、
荷電粒子を加速して前記荷電粒子線を出射する加速器と、
前記荷電粒子線を走査する走査手段を有し、走査された前記荷電粒子線をスキャニング方式で被照射体へ照射する照射部と、
前記加速器より送られてきた前記荷電粒子線を前記照射部へ向けて偏向させる偏向手段と、
前記照射部と前記偏向手段とが配置され、回転軸を中心に回転又は揺動が可能な架台と、
三次元空間内の位置を検出可能な３Ｄセンサーを有すると共に、前記照射部から照射される前記荷電粒子線の三次元空間内の照射位置を検出し、前記回転軸と前記照射部から照射される前記荷電粒子線の照射位置との三次元の位置関係を検出する検出手段と、
前記架台の回転角度又は揺動角度に対応する前記検出手段の検出結果を利用して、前記照射部から照射される前記荷電粒子線の照射位置を調整する制御装置と、を備えることを特徴とする荷電粒子線照射装置。
前記制御装置は、前記架台の回転角度又は揺動角度に対する前記検出手段の検出結果を利用して、前記偏向手段により発生させる磁場を調整することで、前記照射部から照射される前記荷電粒子線の照射位置を調整することを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子線照射装置。
前記制御装置は、前記架台の回転角度又は揺動角度に対する前記検出手段の検出結果を利用して、前記走査手段による前記荷電粒子線の走査量を調整することで、前記照射部から照射される前記荷電粒子線の照射位置を調整することを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子線照射装置。