JP6058377B2

JP6058377B2 - 粒子線治療装置

Info

Publication number: JP6058377B2
Application number: JP2012271668A
Authority: JP
Inventors: 裕司瀧口; 洋石山
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2012-12-12
Filing date: 2012-12-12
Publication date: 2017-01-11
Anticipated expiration: 2032-12-12
Also published as: JP2014113419A

Description

本発明は、患者の患部に荷電粒子線を照射して治療を行う粒子線治療装置に関する。

炭素イオン等の荷電粒子線を患者の患部（がん）に照射して治療を行う粒子線治療技術が広く知られている。
この粒子線治療技術によれば、回転ガントリー内側の治療スペースの所定の位置及び方向に、患者を横臥させたベッドを設定し、荷電粒子線を照射する。

荷電粒子線は、患者の体内を通過する際に運動エネルギーを失って速度を低下させるとともに、速度の二乗にほぼ反比例する抵抗を受けてある一定の速度まで低下すると急激に停止する。そして、荷電粒子線の停止点近傍では、ブラッグピークと呼ばれる高エネルギーが放出される。
ガンマ線や中性子線は、身体表面付近で最も強いエネルギーを放出し深度が増すにつれて放出エネルギーが減弱する特性を示すのに対し、この荷電粒子線は、放出エネルギーが身体内部の一定の深さで急激に強くなる特性を示す。

粒子線治療技術は、このブラッグピークを患者の患部に合わせることにより、正常な組織の障害を少なくしつつ治療を行うものである。
この荷電粒子線を患部に正確に照射するためには、粒子線照射部の位置決め、及び、この粒子線照射部に対する患者患部の位置合わせを正確に実施することが重要となる。
このために、回転ガントリー内で患者をベッドに横臥させた状態でＸ線撮影し、予め患者患部の現在位置を把握してから、荷電粒子線を照射している（例えば、特許文献１）。

特開２００５−２１３１１号公報

ところで、回転ガントリーの回転軸と患者の横臥方向とが直交関係にあるノンコプラナ照射を実施する場合、機器レイアウトの関係で、患部の現在位置を把握するためのＸ線撮影が困難である課題がある。
この場合、一時的にベッドの配置をコプラナ照射（回転ガントリーの回転軸と患者の横臥方向とが一致）の設定にした状態で、Ｘ線撮影を実施している。
そして、このコプラナ照射状態で得た影像を、ノンコプラナ照射状態の影像に座標変換することにより、荷電粒子線の照射時の患者患部の位置把握に利用している。

しかしこの場合、粒子線照射時とＸ線撮影時とにおいてベッド位置が相違し、さらに座標変換された影像結果に基づく確認であり、さらにベッド移動時に患者の姿勢が変化する可能性が高いために、患部の位置合わせ精度の低下が懸念される。
さらにこのような場合、患部をＸ線撮影しながら粒子線照射を行うトラッキング照射を実施することも不可能である。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、ベッド及び粒子線照射部の位置関係に制約を受けることなく患部のＸ線撮影をすることができる粒子線治療装置を提供することを目的とする。

粒子線治療装置において、治療スペースに荷電粒子線を照射する粒子線照射部を周回変位させる回転ガントリーと、前記治療スペースにおいてベッドを移動させて、前記回転ガントリーの回転軸と患者の横臥方向とが直交関係になる位置を含む所望の位置及び方向に、前記ベッドを設定する移動制御部と、前記粒子線照射部の側方に基端が支持されるアームと、前記アームを前記荷電粒子線の照射軸周りに回転変位させるアーム回転部と、前記アームに設けられＸ線を交差するように照射するＸ線照射部と、前記アームに設けられ前記交差した後の前記Ｘ線を検出するＸ線検出部とを、備える。

本発明により、ベッド及び粒子線照射部の位置関係に制約を受けることなく患部のＸ線撮影をすることができる粒子線治療装置が提供される。

本発明に係る粒子線治療装置の実施形態を示す斜視図。本発明に係る粒子線治療装置の実施形態を示すＹ−Ｚ断面図。縦方向からコプラナ照射を行う粒子線治療装置の実施形態を示すＸ−Ｙ断面図。横方向からノンコプラナ照射を行う粒子線治療装置の実施形態を示すＸ−Ｙ断面図。横方向からコプラナ照射を行う粒子線治療装置の実施形態を示す斜視図。縦方向からノンコプラナ照射を行う粒子線治療装置の実施形態を示す斜視図。（Ａ）は起動状態におけるＸ線撮像部を示す図、（Ｂ）は待機状態におけるＸ線撮像部を示す図。（Ａ）は起動状態におけるＸ線撮像部の他の例を示す図、（Ｂ）は待機状態におけるＸ線撮像部の他の例を示す図。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１は、粒子線治療装置１０の斜視図を示し、図２はそのＹ−Ｚ断面図を示し、図３はそのＸ−Ｙ断面図を示している。
粒子線治療装置１０は、治療スペース１１に荷電粒子線を照射する粒子線照射部１２を周回変位させる回転ガントリー１３と、この治療スペース１１においてベッド１４を移動させその位置及び方向を設定する移動制御部１５と、粒子線照射部１２の側方に基端が支持されるアーム２１（２１ａ，２１ｂ）と、アーム２１に設けられＸ線を交差するように照射するＸ線照射部２２（２２ａ，２２ｂ）と、アーム２１に設けられ交差した後のＸ線を検出するＸ線検出部２３（２３ａ，２３ｂ）とを、備えている。

荷電粒子線は、図示略のイオン源で発生したイオン（重粒子あるいは陽子イオン）をライナックで加速し、さらにシンクロトロンに入射して設定エネルギーまでに高めることにより生成される。
粒子線偏向部１６は、回転ガントリー１３と一体回転するように設けられ、荷電粒子線の粒子線軌道を調整し粒子線照射部１２から治療スペース１１に向けて照射するものである。

回転ガントリー１３は、内側に治療スペース１１が形成される円筒形状を有している。
この回転ガントリー１３は、その両縁端に外接する複数のローター１７に重量が支えられ、これらローター１７の回転駆動により回転軸（Ｚ軸）周りに回転する。

移動制御部１５は、例えば多関節ロボット等で構成され、その先端部分には、患者を横臥させるベッド１４が設けられている。
これにより、ベッド１４は、所望する位置及び方向に設定されるように治療スペース１１の内部を移動する。
なお、これらローター１７及び移動制御部１５は、建屋内に設置された架台１８に固定されている。

粒子線照射部１２及びベッド１４は、図３において縦方向からコプラナ照射を行うように設定され、図４は横方向からノンコプラナ照射を行うように設定され、図５は横方向からコプラナ照射を行うように設定され、図６は縦方向からノンコプラナ照射を行うように設定されている。

Ｘ線撮像部２０は、図３に示されるようにアーム２１（２１ａ，２１ｂ）、Ｘ線照射部２２（２２ａ，２２ｂ）及びＸ線検出部２３（２３ａ，２３ｂ）から構成され、アーム２１の基端を軸にして回動動作する（図２参照）。
これでＸ線撮像部２０を待機状態（図２の実線）とすることにより、治療スペース１１内で患者を横臥させたベッド１４を、干渉させることなく移動制御することができる。

そして、粒子線照射部１２を周回変位させて粒子線照射位置を設定し、治療スペース１１内におけるベッド１４の位置・方向を設定させた後に、Ｘ線撮像部２０を待機状態から９０度回動して患部の起動状態（図２の一点鎖線）にすることができる。

一対のアーム２１ａ，２１ｂは、粒子線照射部１２を挟んで互いに対称に配置されている。
アーム２１ａに設けられているＸ線照射部２２ａが照射したＸ線は、患者の患部を含む領域を透過してアーム２１ｂの先端に設けられているＸ線検出部２３ｂに検出される。
同様に、アーム２１ｂに設けられているＸ線照射部２２ｂが照射したＸ線は、患者の患部を含む領域を透過してアーム２１ａの先端に設けられているＸ線検出部２３ａに検出される。

Ｘ線撮像部２０は、一対のＸ線照射部２２ａ，２２ｂのそれぞれの照射軸が互いに略直交するように、かつ粒子線照射部１２の照射軸と同一平面に含まれるように構成される。
このように、少なくとも二方向から照射されたＸ線を、患者の患部が含まれる領域で、交差させることにより、この患部を含む領域を三次元的に撮像することができる。
さらにＸ線撮像部２０は、治療スペース１１内における占有空間が小さくなるように構成されているので、ベッド１４及び粒子線照射部１２の位置設定の自由度を大きくすることができる。

アーム回転部２５は、アーム２１（２１ａ，２１ｂ）を荷電粒子線の照射軸周りに回転変位させるものである。
これにより、Ｘ線撮像部２０は、治療スペース１１に設定されたベッド１４の位置・方向の制約を受けずに、患部を撮像することができる。
図３、図４、図５は、回転ガントリー１３の回転軸（Ｚ軸）に対してアーム回転部２５の面が直交するように設定されており、図６は、その回転軸（Ｚ軸）がアーム回転部２５の面に含まれるように設定されている。

以下において、粒子線治療における位置決め手順の一例を説明する。
まず、治療計画情報の１つである荷電粒子線の照射方向の情報に基づき回転ガントリー１３を回転させ、粒子線照射部１２の照射軸を前記情報に対応させる。
この時、粒子線照射部１２にあわせて、Ｘ線撮像部２０（アーム２１，Ｘ線照射部２２，Ｘ線検出部２３）も、それぞれの相対位置関係を変化させることなく回転ガントリー１３と共に回転する。
次に、治療スペース１１内にいる技師、医者等の操作者が移動制御部１５を操作して、患者を横臥させたベッド１４を、治療スペース１１の目標値管理された所定位置まで移動させる。

ここまでの操作において、Ｘ線撮像部２０を待機状態（図２の実線）で行っていた場合は、このＸ線撮像部２０を起動状態（図２の一点鎖線）にする。なお、アーム回転部２５の設定が必要な場合は、Ｘ線撮像部２０を起動状態にする前にその設定を行う。
そして、このＸ線撮像部２０による二方向からの患者患部のＸ線撮影情報に基づいて、ベッド１４の高精度の位置合せを更に行うことができる。
このように、ベッド１４と粒子線照射部１２の相対的な位置決めがなされたところで、粒子線照射部１２から患部に向けて荷電粒子線が照射される。

このように、Ｘ線撮影に基づいてベッド１４の高精度位置合せをした後、時間をあけずに、荷電粒子線を照射することができるために、患者が動いて患部が位置ずれするのを回避できる。
さらに患部を撮影しながら荷電粒子線を照射するトラッキング照射を行うことも可能になる。

図７及び図８に示すように、Ｘ線検出部２３は、アーム２１の先端部において変位するように構成されることにより、待機状態又は起動状態に移行する際の周辺物体との干渉を回避することができる。

図７（Ａ）はＸ線検出部２３の起動状態を示し、図７（Ｂ）は待機状態を示している。
図７に示すようにＸ線検出部２３は、アーム２１の先端において直線状の往復変位をする移動体２６ａに設けられている。

図８（Ａ）はＸ線検出部２３の起動状態の他の例を示し、図８（Ｂ）は待機状態の他の例を示している。
図８に示すようにＸ線検出部２３は、アーム２１の先端において振り子状の回動変位をする移動体２６ｂに設けられている。

このように、アーム２１の先端に設けられたＸ線検出部２３が変位することにより、このＸ線検出部２３が治療スペース１１内の機器（ベッド１４等）と干渉することが防止される。
なお、移動体２６（２６ａ，２６ｂ）の駆動源としてモータ、エアー源を用いることができる。

以上述べた少なくともひとつの実施形態の粒子線治療装置によれば、ベッド及び粒子線照射部の位置関係に制約を受けることなく患部のＸ線撮影をすることができるために、荷電粒子線の照射位置合わせ精度を向上させることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１０…粒子線治療装置、１１…治療スペース、１２…粒子線照射部、１３…回転ガントリー、１４…ベッド、１５…移動制御部、１６…粒子線偏向部、１７…ローター、１８…架台、２０…Ｘ線撮像部、２１（２１ａ，２１ｂ）…アーム、２２（２２ａ，２２ｂ）…Ｘ線照射部、２３（２３ａ，２３ｂ）…Ｘ線検出部、２５…アーム回転部、２６（２６ａ，２６ｂ）…移動体。

Claims

治療スペースに荷電粒子線を照射する粒子線照射部を周回変位させる回転ガントリーと、
前記治療スペースにおいてベッドを移動させて、前記回転ガントリーの回転軸と患者の横臥方向とが直交関係になる位置を含む所望の位置及び方向に、前記ベッドを設定する移動制御部と、
前記粒子線照射部の側方に基端が支持されるアームと、
前記アームを前記荷電粒子線の照射軸周りに回転変位させるアーム回転部と、
前記アームに設けられＸ線を交差するように照射するＸ線照射部と、
前記アームに設けられ前記交差した後の前記Ｘ線を検出するＸ線検出部とを、備えることを特徴とする粒子線治療装置。
前記アームは、前記基端において回動動作する請求項１に記載の粒子線治療装置。
前記Ｘ線照射部は、一対で構成され、Ｘ線の照射軸のそれぞれが互いに患者の患部が含まれる領域で略直交するように、かつ前記粒子線照射部の照射軸と同一平面に含まれるように構成されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の粒子線治療装置。
前記Ｘ線検出部は、前記アームの先端部において変位する請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の粒子線治療装置。