JP6184544B2 - Treatment planning device and particle beam treatment device - Google Patents

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本発明は、炭素等の重粒子線や陽子線に代表される荷電粒子線(以下「粒子線」という)を、癌等の患部に照射し治療を行う医療装置(以下「粒子線治療装置」)に関する。   The present invention relates to a medical device (hereinafter referred to as a “particle beam therapy device”) that performs treatment by irradiating an affected area such as cancer with a charged particle beam (hereinafter referred to as “particle beam”) represented by a heavy particle beam such as carbon or a proton beam. )

粒子線治療装置に先行して開発された医療装置であるX線等放射線を用いて治療を行う医療装置においては、多方向から強度を調整した放射線を照射することにより患部を均等に高線量で治療し、周辺組織の被曝を軽減するものが提案されている。ここで、患部に対して多方向から照射することを、多門照射という。   In medical devices that use X-rays and other radiations that were developed prior to particle beam therapy devices, the affected area can be uniformly irradiated at high doses by irradiating radiation with adjusted intensity from multiple directions. Treatments have been proposed to reduce exposure to surrounding tissue. Here, irradiating the affected area from multiple directions is called multi-port irradiation.

多門照射にはいくつかの手法が提案されており、シーメンスを中心としたstep and shootを行うIMRT (Intensity-Modulated Radiotherapy、強度変調放射線治療)(非特許文献1、非特許文献2)及びELEKTAを中心としたIMAT(Intensity-Modulated Arc Therapy)(非特許文献3)などが挙げられる。   Several methods have been proposed for multi-port irradiation. IMRT (Intensity-Modulated Radiotherapy) (Non-Patent Document 1, Non-Patent Document 2) and ELEKTA are used to perform step and shoot with a focus on Siemens. Examples include IMAT (Intensity-Modulated Arc Therapy) (Non-patent Document 3).

照射方向毎にX線の強度分布の空間パターンを変化させて患部だけに高い吸収線量を与えるコンペンセータを複数個備え、照射方向毎に自動でコンペンセータを変更して多門照射を行う放射線照射装置が特許文献1に提案されている。   Patented radiation irradiation device that has multiple compensators that change the spatial pattern of the X-ray intensity distribution for each irradiation direction to give a high absorbed dose only to the affected area, and that automatically changes the compensator for each irradiation direction and performs multi-port irradiation It is proposed in Document 1.

特開2005−37214号公報(図17〜図21)Japanese Patent Laying-Open No. 2005-37214 (FIGS. 17 to 21)

Chui CS, Spirou SV. Inverse planning algorithms for external beam radiation therapy. Med Dosim 2001;26(2):189-197Chui CS, Spirou SV.Inverse planning algorithms for external beam radiation therapy.Med Dosim 2001; 26 (2): 189-197 Keller-Reichenbecher MA, Bortfeld T, Levegrun S, et al. Intensity modulation with the "step and shoot" technique using a commercial MLC: a planning study. Multileaf collimator. Int J Radiat Oncol Biol Phys 1999;45(5):1315-1324.Keller-Reichenbecher MA, Bortfeld T, Levegrun S, et al. Intensity modulation with the "step and shoot" technique using a commercial MLC: a planning study.Multileaf collimator.Int J Radiat Oncol Biol Phys 1999; 45 (5): 1315 -1324. Yu CX. Intensity-modulated arc therapy with dynamic multileaf collimation: an alternative to tomotherapy. Phys Med Biol. 1995;40(9):1435-1449.Yu CX. Intensity-modulated arc therapy with dynamic multileaf collimation: an alternative to tomotherapy.Phys Med Biol. 1995; 40 (9): 1435-1449. 強度変調放射線治療に関する緊急声明. JASTRO NEWSLETTER 2002;63(3):4-7.Urgent statement on intensity modulated radiation therapy. JASTRO NEWSLETTER 2002; 63 (3): 4-7.

X線等放射線治療装置においてIMRTは、頭頸部や前立腺などについて数多くの臨床応用がなされ、優れた成績をあげている反面、過照射等の問題も指摘されている。非特許文献4によれば、IMRTは治療計画内容によっては、一回線量や総線量を意識して増加するかしないかにかわらず、結果的に過照射による正常組織の有害事象をもたらしたり、逆に保守的になり、過少線量照射による不十分な治療効果の危険性が生じたりすると警告している。   In radiotherapy equipment such as X-rays, IMRT has been used for many clinical applications in the head and neck region, prostate, etc., and has achieved excellent results, but problems such as over-irradiation have also been pointed out. According to Non-Patent Document 4, depending on the treatment plan contents, IMRT may cause an adverse event in normal tissue due to over-irradiation, regardless of whether or not it increases with a single line amount or total dose consciously, On the contrary, it warns that it becomes conservative and there is a risk of insufficient therapeutic effect due to underdose irradiation.

この過照射の原因のひとつは、照射自由度不足によるものと考えられる。非特許文献1乃至非特許文献4に示されたX線等放射線治療装置によるIMRTの最終的な照射野は、(1)照射エネルギー、(2)照射角度、(3)マルチリーフコリメータ(以下「MLC」)等による横方向の照射野制限および(4)照射線量(重み)をパラメータとして、複数の照射を重ね合わせることにより実現する。ここに、深さ方向の照射野制限器はない。   One of the causes of this over-irradiation is thought to be due to insufficient degree of freedom of irradiation. The final irradiation field of IMRT by the radiotherapy apparatus such as X-ray shown in Non-Patent Document 1 to Non-Patent Document 4 is (1) irradiation energy, (2) irradiation angle, (3) multi-leaf collimator (hereinafter “ This is realized by superimposing a plurality of irradiations with the irradiation field limitation in the horizontal direction by (MLC)) and the like and (4) irradiation dose (weight) as parameters. There is no irradiation field limiter in the depth direction here.

深さ方向の照射野制限器には、粒子線治療装置で使われるボーラスがあげられる。深さ方向における患部の変化形状は、ディスタル形状とよばれている。ボーラスは、このディスタル形状に合わせて加工されたエネルギー変調器であり、患者毎にポリエチレンまたはワックスを加工して作成する。ボーラスを備えた照射装置は、例えば特許文献1の図21に示され、照射野の形状を患部のディスタル形状に合わせることができる。   A bolus used in a particle beam therapy system is an example of a depth field limiter. The change shape of the affected part in the depth direction is called a distal shape. The bolus is an energy modulator that is processed according to this distal shape, and is made by processing polyethylene or wax for each patient. An irradiation apparatus equipped with a bolus is shown in FIG. 21 of Patent Document 1, for example, and can match the shape of the irradiation field to the distal shape of the affected area.

しかし、粒子線治療装置において多門照射に1つのボーラスをそのまま適用することはできない。まず、IMRTの場合、複数の照射方向それぞれに対してボーラスを準備しなければならい。特許文献1の放射線照射装置はボーラスに相当するコンペンセータを自動で移動できるものの、ボーラスの加工の手間及び費用がかかる問題があった。また、IMATの場合はさらに難しく、刻一刻と変化する照射角度に応じてボーラスの形状を動的に変化させなければならない。現在、ボーラスではこの動的な形状変化を実現できない。   However, one bolus cannot be directly applied to multi-port irradiation in the particle beam therapy system. First, in the case of IMRT, a bolus must be prepared for each of a plurality of irradiation directions. Although the radiation irradiation apparatus of Patent Document 1 can automatically move a compensator corresponding to a bolus, there is a problem that labor and cost of bolus processing are high. In addition, in the case of IMAT, it is more difficult, and the shape of the bolus must be changed dynamically according to the irradiation angle that changes every moment. Currently, this dynamic shape change cannot be realized with a bolus.

したがって、X線等放射線治療装置におけるIMRTの技術を、従来のワブラーシステムを有する粒子線治療装置にそのまま適用しようとすると、複数のボーラスを用いなければならない問題は同様に存在する。ボーラスを用いることなく深さ方向の照射野を制限する、すなわち照射自由度を上げることができないので、ボーラスを用いずに過照射問題を解決することはできなかった。   Therefore, if the technique of IMRT in a radiotherapy apparatus such as X-ray is applied to a particle beam therapy apparatus having a conventional wobbler system as it is, there is a problem that a plurality of boluses must be used. Since the irradiation field in the depth direction is not limited without using a bolus, that is, the degree of irradiation freedom cannot be increased, the over-irradiation problem cannot be solved without using a bolus.

本発明は、これらの課題を解決することを目的としたものである。すなわち、粒子線治療装置におけるIMRTの過照射問題を解決することを目的としたものである。より具体的には、ボーラスを用いることなく深さ方向への照射自由度を上げることにより、粒子線治療装置におけるIMRTの過照射問題を解決する。   The present invention aims to solve these problems. That is, the object is to solve the IMRT over-irradiation problem in the particle beam therapy system. More specifically, the IMRT over-irradiation problem in the particle beam therapy system is solved by increasing the degree of freedom of irradiation in the depth direction without using a bolus.

加速器により加速された荷電粒子ビームを、照射方向に垂直なX方向及びY方向にそれぞれ走査するX方向走査電磁石及びY方向走査電磁石によりX方向及びY方向に走査する走査照射系と、荷電粒子ビームのブラッグピークを拡大し、柱状の照射野を生成する柱状照射野生成装置とを備えた粒子線治療装置に対する治療計画を作成する治療計画装置である。柱状の照射野は、当該柱状の照射野の高さが荷電粒子ビームの照射方向の幅であるSOBPの幅であり、当該柱状の照射野の高さ方向の軸に垂直な断面の長さが荷電粒子ビームのX方向及びY方向の幅であるビームサイズであって、加速器から出射されてから強制的に拡大されていない荷電粒子ビームのビームサイズであり、当該柱状の照射野の高さがビームサイズよりも長い照射野であり、ビームサイズは、一回の治療照射において選択された単一のサイズであり、荷電粒子ビームが照射される照射対象のディスタル形状に応じて、一つのSOBPの幅を有する柱状の照射野である外側柱状照射野を配置するとともに、照射対象の内側に外側柱状照射野と異なるSOBPの幅を有する柱状の照射野である内側柱状照射野を、外側柱状照射野の内側端部と重なるように敷き詰めて配置する照射野配置部と、照射野配置部により外側柱状照射野及び内側柱状照射野が敷き詰められた状態を初期状態として、照射対象への照射線量が所定の範囲に入るように外側柱状照射野及び内側柱状照射野の配置を調整する最適化計算部とを有する。 An X-direction scanning magnet that scans the charged particle beam accelerated by the accelerator in the X-direction and Y-direction perpendicular to the irradiation direction, a scanning irradiation system that scans in the X-direction and Y-direction by the Y-direction scanning magnet, and a charged particle beam Is a treatment planning device that creates a treatment plan for a particle beam therapy system that includes a columnar irradiation field generation device that expands the Bragg peak and generates a columnar irradiation field. The columnar irradiation field is the width of the SOBP in which the height of the columnar irradiation field is the width in the irradiation direction of the charged particle beam, and the length of the cross section perpendicular to the axis in the height direction of the columnar irradiation field is The beam size is the width of the charged particle beam in the X and Y directions, and is the size of the charged particle beam that has not been forcibly expanded after being emitted from the accelerator, and the height of the columnar irradiation field is The irradiation field is longer than the beam size, and the beam size is a single size selected in one treatment irradiation. Depending on the distal shape of the irradiation target irradiated with the charged particle beam, one SOBP The outer columnar irradiation field, which is a columnar irradiation field having a width, is arranged, and the inner columnar irradiation field, which is a columnar irradiation field having a different SOBP width from the outer columnar irradiation field, is arranged on the inner side of the irradiation target. The irradiation dose to the irradiation target is set to a predetermined value with the irradiation field arrangement part arranged so as to overlap with the inner edge and the state where the outer columnar irradiation field and the inner columnar irradiation field are spread by the irradiation field arrangement part as an initial state. And an optimization calculation unit that adjusts the arrangement of the outer columnar irradiation field and the inner columnar irradiation field to fall within the range.

本発明に係る治療計画装置は、荷電粒子ビームのブラッグピークを拡大した柱状の照射野を照射対象のディスタル形状に応じて敷き詰めて、照射対象への照射線量が所定の範囲に入るように柱状の照射野の配置を調整するので、ボーラスを用いることなく深さ方向への照射自由度を上げることにより、粒子線治療装置におけるIMRTの過照射問題を解決する
ことができる。
The treatment planning apparatus according to the present invention lays out a columnar irradiation field in which the Bragg peak of the charged particle beam is enlarged according to the distal shape of the irradiation target, so that the irradiation dose to the irradiation target falls within a predetermined range. Since the arrangement of the irradiation field is adjusted, the IMRT over-irradiation problem in the particle beam therapy system can be solved by increasing the degree of freedom of irradiation in the depth direction without using a bolus.

本発明の実施の形態1による粒子線照射装置を示す構成図である。It is a block diagram which shows the particle beam irradiation apparatus by Embodiment 1 of this invention. 図1のエネルギー変更装置を示す構成図である。It is a block diagram which shows the energy change apparatus of FIG. 図1の深さ方向照射野拡大装置を示す構成図である。It is a block diagram which shows the depth direction irradiation field expansion apparatus of FIG. 本発明の粒子線照射装置において用いられる治療計画の作成方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the preparation method of the treatment plan used in the particle beam irradiation apparatus of this invention. 図4のステップST1を説明する図である。It is a figure explaining step ST1 of FIG. 本発明の治療計画の最適計算における初期状態を求める模式図である。It is a schematic diagram which calculates | requires the initial state in the optimal calculation of the treatment plan of this invention. 本発明の実施の形態2によるエネルギー変更装置を示す構成図である。It is a block diagram which shows the energy change apparatus by Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態3による深さ方向照射野拡大装置を示す構成図である。It is a block diagram which shows the depth direction irradiation field expansion apparatus by Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態4による柱状照射野生成装置を示す構成図である。It is a block diagram which shows the columnar irradiation field production | generation apparatus by Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施の形態5によるRMWを示す外観図である。It is an external view which shows RMW by Embodiment 5 of this invention. 本発明の実施の形態5による深さ方向照射野拡大装置を示す構成図である。It is a block diagram which shows the depth direction irradiation field expansion apparatus by Embodiment 5 of this invention. 本発明の実施の形態6による深さ方向照射野拡大装置を示す構成図である。It is a block diagram which shows the depth direction irradiation field expansion apparatus by Embodiment 6 of this invention. 本発明の実施の形態7による柱状照射野生成装置を示す構成図である。It is a block diagram which shows the columnar irradiation field production | generation apparatus by Embodiment 7 of this invention. 本発明の実施の形態8による粒子線照射装置を示す構成図である。It is a block diagram which shows the particle beam irradiation apparatus by Embodiment 8 of this invention. 本発明の実施の形態9による粒子線治療装置を示す構成図である。It is a block diagram which shows the particle beam therapy apparatus by Embodiment 9 of this invention.

実施の形態1.
本発明の特徴である柱状スキャニング照射でのIMRTを考える。通常のスポットスキャニングの考え方は、患部を3次元的にスポットにて、あたかも点描するかのごとく照射するものである。スポットスキャニングはこのように自由度の高い照射方法であるが、反面、患部全体を照射するのに要する時間が長い。IMRTは多門照射であるから、さらに照射時間がかかってしまう。そこで、スポットよりも深さ方向へブラッグピークBP(Bragg Peak)を拡大し、柱状の照射野を生成する。
Embodiment 1 FIG.
Consider IMRT with columnar scanning irradiation, which is a feature of the present invention. The general idea of spot scanning is to irradiate an affected area with a spot in a three-dimensional manner as if it were pointed. Spot scanning is an irradiation method with such a high degree of freedom, but on the other hand, it takes a long time to irradiate the entire affected area. Since IMRT is multi-port irradiation, it takes more time. Therefore, a Bragg peak BP is expanded in the depth direction from the spot to generate a columnar irradiation field.

図1は本発明の実施の形態1による粒子線照射装置を示す構成図である。粒子線照射装置58は、深さ方向へブラッグピークBPを拡大し、柱状の照射野を生成する柱状照射野生成装置4と、荷電粒子ビーム1に垂直な方向であるX方向及びY方向に荷電粒子ビーム1を走査するX方向走査電磁石10及びY方向走査電磁石11と、位置モニタ12a、12bと、線量モニタ13と、走査電磁石電源32と、粒子線照射装置58の照射系を制御する照射制御装置33とを備える。X方向走査電磁石10、Y方向走査電磁石11、走査電磁石電源32は、荷電粒子ビーム1を走査する走査照射系34である。なお、荷電粒子ビーム1の進行方向はZ方向である。柱状照射野生成装置4は、荷電粒子ビームの進む方向に向かって手前から荷電粒子ビームのエネルギーを低下して所望のエネルギーに変更し、照射対象である患部40におけるブラッグピークBPの深さ方向(Z方向)の位置(飛程)を調整するエネルギー変更装置2と、荷電粒子ビーム1のエネルギーの幅を変更し、ブラッグピークBPを深さ方向へ拡大する深さ方向照射野拡大装置3とを有する。この患部40の深さ方向、すなわち照射方向における幅を拡大したブラッグピークBPは、拡大ブラッグピークSOBP(Spread-Out Bragg Peak)と呼ばれる。ここでは、拡大ブラッグピークSOBPの照射方向における幅をSOBPの幅と呼ぶ。   FIG. 1 is a block diagram showing a particle beam irradiation apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. The particle beam irradiation device 58 expands the Bragg peak BP in the depth direction, generates a columnar irradiation field 4, and charges in the X and Y directions that are perpendicular to the charged particle beam 1. X-direction scanning electromagnet 10 and Y-direction scanning electromagnet 11 that scan the particle beam 1, position monitors 12 a and 12 b, dose monitor 13, scanning electromagnet power supply 32, and irradiation control that controls the irradiation system of the particle beam irradiation device 58. Device 33. The X-direction scanning electromagnet 10, the Y-direction scanning electromagnet 11, and the scanning electromagnet power supply 32 are a scanning irradiation system 34 that scans the charged particle beam 1. The traveling direction of the charged particle beam 1 is the Z direction. The columnar irradiation field generating device 4 reduces the energy of the charged particle beam from the near side toward the traveling direction of the charged particle beam and changes it to a desired energy, and the depth direction of the Bragg peak BP in the affected area 40 to be irradiated ( An energy changing device 2 that adjusts the position (range) in the Z direction) and a depth direction irradiation field expanding device 3 that changes the energy width of the charged particle beam 1 and expands the Bragg peak BP in the depth direction. Have. The Bragg peak BP in which the width of the affected part 40 in the depth direction, that is, the width in the irradiation direction is expanded is called an expanded Bragg peak SOBP (Spread-Out Bragg Peak). Here, the width in the irradiation direction of the enlarged Bragg peak SOBP is referred to as the SOBP width.

X方向走査電磁石10は荷電粒子ビーム1をX方向に走査する走査電磁石であり、Y方向走査電磁石11は荷電粒子ビーム1をY方向に走査する走査電磁石である。位置モニタ12a、12bはX方向走査電磁石10及びY方向走査電磁石11で走査された荷電粒子ビーム1が通過する通過位置を検出する。線量モニタ13は荷電粒子ビーム1の線量を検出する。照射制御装置33は、図示しない治療計画装置で作成された治療計画データに基づいて、患部40における柱状照射野やその照射位置を制御し、線量モニタ13で測定された線量が目標線量に達すると荷電粒子ビームを停止する。走査電磁石電源32は照射制御装置33から出力されたX方向走査電磁石10及びY方向走査電磁石11への制御入力(指令)に基づいてX方向走査電磁石10及びY方向走査電磁石11の設定電流を変化させる。   The X direction scanning electromagnet 10 is a scanning electromagnet that scans the charged particle beam 1 in the X direction, and the Y direction scanning electromagnet 11 is a scanning electromagnet that scans the charged particle beam 1 in the Y direction. The position monitors 12a and 12b detect passing positions through which the charged particle beam 1 scanned by the X-direction scanning electromagnet 10 and the Y-direction scanning electromagnet 11 passes. The dose monitor 13 detects the dose of the charged particle beam 1. The irradiation control device 33 controls the columnar irradiation field and its irradiation position in the affected part 40 based on the treatment plan data created by the treatment planning device (not shown), and when the dose measured by the dose monitor 13 reaches the target dose. Stop the charged particle beam. The scanning electromagnet power supply 32 changes the set currents of the X-direction scanning electromagnet 10 and the Y-direction scanning electromagnet 11 based on control inputs (commands) to the X-direction scanning electromagnet 10 and the Y-direction scanning electromagnet 11 output from the irradiation control device 33. Let

図2はエネルギー変更装置を示す構成図である。図3は深さ方向照射野拡大装置を示す構成図である。エネルギー変更装置2は、幅方向(X方向)に厚さが階段状に変化するレンジシフタ9、レンジシフタ9を荷電粒子ビーム1が通過する位置を移動する上流側偏向電磁石対を構成する偏向電磁石5、6、上流側偏向電磁石対を励磁する第1の偏向電磁石電源20、レンジシフタ9を通過した荷電粒子ビーム1を元の軌道上に戻す下流側偏向電磁石対を構成する偏向電磁石7、8、下流側偏向電磁石対を励磁する第2の偏向電磁石電源21、照射制御装置33から入力されるエネルギー指令値に基づいて上流側偏向電磁石対による荷電粒子ビームの軌道の移動量を算出し、励磁電流値を第1の偏向電磁石電源20に送信する変更制御装置22を備える。変更制御装置22は、第2の偏向電磁石電源21も制御する。   FIG. 2 is a block diagram showing the energy changing device. FIG. 3 is a block diagram showing a depth direction irradiation field enlarging apparatus. The energy changing device 2 includes a range shifter 9 whose thickness changes stepwise in the width direction (X direction), a deflection electromagnet 5 constituting an upstream deflection electromagnet pair that moves a position where the charged particle beam 1 passes through the range shifter 9, 6. First deflection electromagnet power source 20 for exciting the upstream deflection electromagnet pair, deflection electromagnets 7, 8 constituting the downstream deflection electromagnet pair for returning the charged particle beam 1 having passed through the range shifter 9 to the original trajectory, downstream Based on the energy command value input from the second deflection magnet power source 21 and the irradiation control device 33 for exciting the deflection magnet pair, the moving amount of the charged particle beam trajectory by the upstream deflection magnet pair is calculated, and the excitation current value is calculated. A change control device 22 for transmitting to the first bending electromagnet power source 20 is provided. The change control device 22 also controls the second bending electromagnet power source 21.

荷電粒子ビーム1はビーム軸14(Z軸)上を上流側偏向電磁石対5、6に入射される。荷電粒子ビーム1の軌道は、図2の紙面の水平方向(X方向)に移動される。偏向電磁石5は軌道偏向用の偏向電磁石であり、偏向電磁石6は軌道平行用の偏向電磁石である。軌道変更用の偏向電磁石5は、入射された荷電粒子ビーム1の軌道をZ軸に対して所定の角度θだけ傾くように偏向する。軌道平行用の偏向電磁石6は、軌道変更用の偏向電磁石5によりZ軸に対して傾けられた軌道をZ軸に対して平行する軌道に偏向する。レンジシフタ9の下流側では、軌道偏向用の偏向電磁石7と軌道平行用の偏向電磁石8により荷電粒子ビーム1はビーム軸14(Z軸)上に戻される。軌道変更用の偏向電磁石7は、荷電粒子ビーム1の軌道をZ軸に対して(360度−所定の角度θ)だけ傾くように偏向する。軌道平行用の偏向電磁石8は、軌道変更用の偏向電磁石7によりZ軸に対して傾けられた軌道をZ軸上の軌道に偏向する。   The charged particle beam 1 is incident on the upstream deflection electromagnet pairs 5 and 6 on the beam axis 14 (Z axis). The trajectory of the charged particle beam 1 is moved in the horizontal direction (X direction) in FIG. The deflection electromagnet 5 is a deflection electromagnet for orbital deflection, and the deflection electromagnet 6 is a deflection electromagnet for orbital parallelism. The trajectory changing deflection electromagnet 5 deflects the trajectory of the incident charged particle beam 1 so as to be inclined by a predetermined angle θ with respect to the Z axis. The trajectory parallel deflecting electromagnet 6 deflects the trajectory tilted with respect to the Z axis by the trajectory changing deflecting electromagnet 5 into a trajectory parallel to the Z axis. On the downstream side of the range shifter 9, the charged particle beam 1 is returned onto the beam axis 14 (Z axis) by the deflecting electromagnet 7 for orbital deflection and the deflecting electromagnet 8 for orbital parallelism. The deflecting electromagnet 7 for changing the trajectory deflects the trajectory of the charged particle beam 1 so as to be inclined by (360 degrees−predetermined angle θ) with respect to the Z axis. The orbit parallel deflecting electromagnet 8 deflects the orbit inclined with respect to the Z axis by the orbit changing deflecting electromagnet 7 to the orbit on the Z axis.

エネルギー変更装置2の動作について説明する。エネルギー変更装置2に導入された荷電粒子ビーム1は、上流側偏向電磁石対5、6によりZ軸からX方向に所定の距離離れたZ軸に平行な軌道上を進む。そして、所定の厚さのレンジシフタ9の部分を荷電粒子ビーム1が通過することにより、エネルギーが厚さに比例する分だけ低下されて所望のエネルギーになる。このようにして所望のエネルギーに変更された荷電粒子ビーム1は、下流側偏向電磁石対7、8によりエネルギー変更装置2に入射されたときの元の軌道の延長線上に戻される。エネルギー変更装置2は、エネルギーに変更し飛程を変更する際にレンジシフタを駆動する駆動音が発生しないメリットがある。なお、下流側偏向電磁石対7、8により偏向される荷電粒子ビーム1の軌道は、ビーム軸14上に戻る場合に限らず、ビーム軸14に平行でビーム軸14の方へ戻る場合、ビーム軸14に平行でなくてもビーム軸14の方へ戻るものでもよい。   The operation of the energy changing device 2 will be described. The charged particle beam 1 introduced into the energy changing device 2 travels on a trajectory parallel to the Z axis that is separated from the Z axis by a predetermined distance in the X direction by the upstream deflection magnet pairs 5 and 6. Then, when the charged particle beam 1 passes through the range shifter 9 having a predetermined thickness, the energy is reduced by an amount proportional to the thickness to obtain a desired energy. The charged particle beam 1 thus changed to the desired energy is returned to the extension line of the original trajectory when it is incident on the energy changing device 2 by the downstream deflection electromagnet pairs 7 and 8. The energy changing device 2 has an advantage that the driving sound for driving the range shifter is not generated when changing to energy and changing the range. The trajectory of the charged particle beam 1 deflected by the downstream deflection electromagnet pairs 7 and 8 is not limited to returning on the beam axis 14, but when returning to the beam axis 14 parallel to the beam axis 14, the beam axis Even if it is not parallel to 14, it may return to the beam axis 14.

図3は深さ方向照射野拡大装置を示す構成図である。深さ方向照射野拡大装置3は、幅方向(X方向)に異なった高さの概三角柱で構成され、すなわち異なる厚さ分布の山を複数有するように構成されたリッジフィルタ19、リッジフィルタ19を荷電粒子ビーム1が通過する位置を移動する上流側偏向電磁石対を構成する偏向電磁石15、16、上流側偏向電磁石対を励磁する第1の偏向電磁石電源23、リッジフィルタ19を通過した荷電粒子ビーム1を元の軌道上に戻す下流側偏向電磁石対を構成する偏向電磁石17、18、下流側偏向電磁石対を励磁する第2の偏向電磁石電源24、照射制御装置33から入力されるSOBP指令値に基づいて上流側偏向電磁石対による荷電粒子ビームの軌道の移動量を算出し、励磁電流値を第1の偏向電磁石電源23に送信する変更制御装置25を備える。変更制御装置25は、第2の偏向電磁石電源24も制御する。   FIG. 3 is a block diagram showing a depth direction irradiation field enlarging apparatus. The depth direction irradiation field expanding device 3 is composed of approximately triangular prisms having different heights in the width direction (X direction), that is, a ridge filter 19 and a ridge filter 19 configured to have a plurality of peaks having different thickness distributions. The deflection electromagnets 15 and 16 constituting the upstream deflection electromagnet pair moving the position where the charged particle beam 1 passes, the first deflection electromagnet power source 23 for exciting the upstream deflection electromagnet pair, and the charged particles that have passed through the ridge filter 19 The deflection electromagnets 17 and 18 constituting the downstream deflection electromagnet pair for returning the beam 1 to the original trajectory, the second deflection electromagnet power supply 24 for exciting the downstream deflection electromagnet pair, and the SOBP command value input from the irradiation controller 33 And a change control device 25 for calculating the moving amount of the charged particle beam trajectory by the upstream deflection electromagnet pair and transmitting the excitation current value to the first deflection electromagnet power source 23. That. The change control device 25 also controls the second bending electromagnet power supply 24.

荷電粒子ビーム1はビーム軸14(Z軸)上を上流側偏向電磁石対15、16に入射される。荷電粒子ビーム1の軌道は、図3の紙面の水平方向(X方向)に移動される。偏向電磁石15は軌道変更用の偏向電磁石であり、偏向電磁石16は軌道平行用の偏向電磁石である。軌道変更用の偏向電磁石15は、入射された荷電粒子ビーム1の軌道をZ軸に対して所定の角度θだけ傾くように偏向する。軌道平行用の偏向電磁石16は、軌道変更用の偏向電磁石15によりZ軸に対して傾けられた軌道をZ軸に対して平行する軌道に偏向する。リッジフィルタ19の下流側では、軌道偏向用の偏向電磁石17と軌道平行用の偏向電磁石18により荷電粒子ビーム1はビーム軸14(Z軸)上に戻される。軌道変更用の偏向電磁石17は、荷電粒子ビーム1の軌道をZ軸に対して(360度−所定の角度θ)だけ傾くように偏向する。軌道平行用の偏向電磁石18は、軌道変更用の偏向電磁石17によりZ軸に対して傾けられた軌道をZ軸上の軌道に偏向する。   The charged particle beam 1 is incident on the upstream deflection electromagnet pairs 15 and 16 on the beam axis 14 (Z axis). The trajectory of the charged particle beam 1 is moved in the horizontal direction (X direction) in FIG. The deflection electromagnet 15 is a deflection electromagnet for changing the orbit, and the deflection electromagnet 16 is a deflection electromagnet for orbital parallelism. The trajectory changing deflection electromagnet 15 deflects the trajectory of the incident charged particle beam 1 so as to be inclined by a predetermined angle θ with respect to the Z axis. The orbit parallel deflecting electromagnet 16 deflects the orbit inclined with respect to the Z axis by the orbit changing deflecting electromagnet 15 into an orbit parallel to the Z axis. On the downstream side of the ridge filter 19, the charged particle beam 1 is returned onto the beam axis 14 (Z axis) by the deflecting electromagnet 17 for orbital deflection and the deflecting electromagnet 18 for orbital parallelism. The deflecting electromagnet 17 for changing the trajectory deflects the trajectory of the charged particle beam 1 so as to be inclined by (360 degrees−predetermined angle θ) with respect to the Z axis. The orbit parallel deflecting electromagnet 18 deflects the orbit inclined with respect to the Z axis by the orbit changing deflecting electromagnet 17 to the orbit on the Z axis.

深さ方向照射野拡大装置3の動作について説明する。深さ方向照射野拡大装置3に導入された荷電粒子ビーム1は、上流側偏向電磁石対15、16によりZ軸からX方向に所定の距離離れたZ軸に平行な軌道上を進む。そして、所定の厚さ分布を有するリッジフィルタ19の部分を荷電粒子ビーム1が通過することにより、エネルギーが厚さに比例する分だけ低下され、結果として強さの変化する多種のエネルギーが混ざった粒子線ビームになる。荷電粒子ビーム1が通過するリッジフィルタ19の山の高さに応じてSOBPの幅が変更できる。このようにして所望のSOBPの幅に変更された荷電粒子ビーム1は、下流側偏向電磁石対17、18により深さ方向照射野拡大装置3に入射されたときの元の軌道の延長線上に戻される。深さ方向照射野拡大装置3は、SOBPの幅を変更する際にリッジフィルタを駆動する駆動音が発生しないメリットがある。なお、下流側偏向電磁石対17、18により偏向される荷電粒子ビーム1の軌道は、ビーム軸14上に戻る場合に限らず、ビーム軸14に平行でビーム軸14の方へ戻る場合、ビーム軸14に平行でなくてもビーム軸14の方へ戻るものでもよい。   Operation | movement of the depth direction irradiation field expansion apparatus 3 is demonstrated. The charged particle beam 1 introduced into the depth direction irradiation field expanding device 3 travels on a trajectory parallel to the Z axis, which is separated from the Z axis by a predetermined distance in the X direction by the upstream deflection electromagnet pairs 15 and 16. Then, when the charged particle beam 1 passes through the portion of the ridge filter 19 having a predetermined thickness distribution, the energy is reduced by an amount proportional to the thickness, and as a result, various kinds of energy whose intensity changes are mixed. Become a particle beam. The width of the SOBP can be changed according to the height of the ridge of the ridge filter 19 through which the charged particle beam 1 passes. The charged particle beam 1 thus changed to the desired SOBP width is returned to the extension of the original trajectory when it is incident on the depth direction irradiation field expanding device 3 by the downstream deflection magnet pairs 17 and 18. It is. The depth direction irradiation field expanding device 3 has an advantage that the driving sound for driving the ridge filter is not generated when the width of the SOBP is changed. It should be noted that the trajectory of the charged particle beam 1 deflected by the downstream deflection electromagnet pairs 17 and 18 is not limited to returning on the beam axis 14, but when returning to the beam axis 14 parallel to the beam axis 14, the beam axis Even if it is not parallel to 14, it may return to the beam axis 14.

粒子線照射装置58を回転ガントリに搭載することにより、粒子線照射装置58の照射系が患者台の回り自由に回転でき、患部40に対して多方向からの照射が可能となる。回転ガントリは粒子線照射装置58の照射系を回転させ、照射方向を回転させる。すなわち、このことにより、多門照射を行える。また、粒子線照射装置58におけるリッジフィルタ19を用いてXY方向よりもZ方向に大きく照射野を拡大するようなものとしたことにより、患部40に対して柱状の線量分布(図5参照)でビームを照射することができる。   By mounting the particle beam irradiation device 58 on the rotating gantry, the irradiation system of the particle beam irradiation device 58 can freely rotate around the patient table, and the affected part 40 can be irradiated from multiple directions. The rotating gantry rotates the irradiation system of the particle beam irradiation device 58 and rotates the irradiation direction. That is, this allows multi-gate irradiation. Further, by using the ridge filter 19 in the particle beam irradiation device 58 so as to expand the irradiation field in the Z direction larger than the XY direction, a columnar dose distribution with respect to the affected area 40 (see FIG. 5). A beam can be irradiated.

次に、柱状スキャニング照射でIMRTを行う方法を説明する。図4は本発明の粒子線照射装置において用いられる治療計画の作成方法を示すフローチャートであり、図5は図4のステップST1を説明する図であり、図6は治療計画の最適計算における初期状態を求める模式図である。図5及び図6は、4門(90度間隔)で照射する場合の例である。治療計画を作成する治療計画装置は、荷電粒子ビーム1が照射される患部(照射対象)40のディスタル形状に応じて柱状の照射野を配置するとともに、患部(照射対象)40の内側に柱状の照射野を敷き詰めて配置する照射野配置部と、照射野配置部により柱状の照射野が敷き詰められた状態を初期状態として、患部(照射対象)40への照射線量が所定の範囲に入るように柱状の照射野の配置を調整する最適化計算部を有する。治療計画には粒子線照射装置58及び回転ガントリの動作条件を含み、治療計画に基づいて粒子線照射装置58及び回転ガントリは一体的に動作する。   Next, a method for performing IMRT by columnar scanning irradiation will be described. FIG. 4 is a flowchart showing a method for creating a treatment plan used in the particle beam irradiation apparatus of the present invention, FIG. 5 is a diagram for explaining step ST1 in FIG. 4, and FIG. 6 is an initial state in the optimum calculation of the treatment plan. FIG. 5 and 6 show an example in which irradiation is performed at four gates (at intervals of 90 degrees). The treatment planning apparatus for creating a treatment plan arranges a columnar irradiation field according to the distal shape of the affected part (irradiation target) 40 to which the charged particle beam 1 is irradiated, and has a columnar shape inside the affected part (irradiation target) 40. The irradiation field placement unit that lays out the irradiation field and the state where the columnar irradiation field is laid down by the irradiation field placement unit are set as an initial state so that the irradiation dose to the affected part (irradiation target) 40 falls within a predetermined range. An optimization calculation unit for adjusting the arrangement of the columnar irradiation field is provided. The treatment plan includes the operating conditions of the particle beam irradiation device 58 and the rotating gantry, and the particle beam irradiation device 58 and the rotating gantry operate integrally based on the treatment plan.

まず、図5に示すように柱状の照射野である柱状照射野44a、44b、44c、44dを、患部40のディスタル形状に合わせて敷き詰めていく(ステップST1)。これをすべての門(照射方向)に対して行う。このとき、柱状の照射野が重なってしまってもよい。重なった部分に関しては、後ほど説明する。図5(a)は照射方向43aからの照射における患部40のディスタル形状に合わせて柱状照射野44aを敷き詰めていく例であり、図5(b)は照射方向が照射方向43bの際の柱状照射野44bを示し、図5(c)は照射方向が照射方向43cの際の柱状照射野44cを示し、図5(d)は照射方向が照射方向43dの際の柱状照射野44dを示す。すべての門(照射方向)で完了したときの照射野の配置例は図6(a)のようになる。   First, as shown in FIG. 5, columnar irradiation fields 44a, 44b, 44c, and 44d, which are columnar irradiation fields, are spread in accordance with the distal shape of the affected area 40 (step ST1). This is performed for all gates (irradiation direction). At this time, the columnar irradiation fields may overlap. The overlapping part will be explained later. FIG. 5A shows an example in which the columnar irradiation field 44a is spread according to the distal shape of the affected part 40 in the irradiation from the irradiation direction 43a, and FIG. 5B shows the columnar irradiation when the irradiation direction is the irradiation direction 43b. 5C shows a columnar irradiation field 44c when the irradiation direction is the irradiation direction 43c, and FIG. 5D shows a columnar irradiation field 44d when the irradiation direction is the irradiation direction 43d. FIG. 6A shows an example of the arrangement of the irradiation field when completed in all gates (irradiation direction).

すべての門(照射方向)で完了したら、残りの照射対象の領域があるかを判定する(ステップST2)。残りの照射対象の領域がない場合はステップST5へ移る。残りの照射対象の領域がある場合は、残りの照射対象の領域に対して、残りの照射対象のディスタル形状に合うよう、2周目の敷き詰め作業を行う(ステップST3)。図6(b)に示すように、照射方向が照射方向43cの場合は柱状照射野45cを敷き詰めていく。このとき、2周目の柱状照射野は、1周目の柱状照射野とSOBPの幅を変えてもよい。すべての門(照射方向)で完了したときの照射野の配置例は図6(c)のようになる。図6(c)において、柱状照射野45aは照射方向が照射方向43aの場合であり、柱状照射野45bは照射方向が照射方向43bの場合であり、柱状照射野45dは照射方向が照射方向43dの場合である。   When all the gates (irradiation directions) are completed, it is determined whether there is a remaining irradiation target region (step ST2). If there is no remaining irradiation target area, the process proceeds to step ST5. If there is a remaining irradiation target area, a second round of laying operation is performed on the remaining irradiation target area so as to match the distal shape of the remaining irradiation target (step ST3). As shown in FIG. 6B, when the irradiation direction is the irradiation direction 43c, the columnar irradiation field 45c is spread. At this time, the columnar irradiation field in the second round may be changed in width between the columnar irradiation field in the first round and the SOBP. An example of the arrangement of the irradiation field when completed at all gates (irradiation direction) is as shown in FIG. In FIG. 6C, the columnar irradiation field 45a is the case where the irradiation direction is the irradiation direction 43a, the columnar irradiation field 45b is the case where the irradiation direction is the irradiation direction 43b, and the columnar irradiation field 45d is the irradiation direction 43d. This is the case.

2周目におけるすべての門(照射方向)で完了したら、残りの照射対象の領域があるかを判定する(ステップST4)。残りの照射対象の領域がある場合は、ステップST3へ移り、柱状の照射野が患部すべてを覆うように繰り返す。残りの照射対象の領域がない場合はステップST5へ移る。   When all the gates (irradiation direction) in the second round are completed, it is determined whether there is a remaining irradiation target region (step ST4). If there is a remaining region to be irradiated, the process proceeds to step ST3 and is repeated so that the columnar irradiation field covers the entire affected area. If there is no remaining irradiation target area, the process proceeds to step ST5.

ステップST5では、柱状の照射野が敷き詰められた照射プランを初期値として最適化計算を行う。最適化計算が終了したら、評価関数により評価を行う(ステップST6)。評価関数の値が臨床的にみて許容できるものかを判定し、許容できないと判定した場合はステップST5に戻り、最適化計算を行う。評価関数の値が臨床的にみて許容できる範囲内にあれば終了する。   In step ST5, optimization calculation is performed using an irradiation plan in which columnar irradiation fields are spread as initial values. When the optimization calculation is completed, evaluation is performed using an evaluation function (step ST6). It is determined whether the value of the evaluation function is clinically acceptable. If it is determined that the evaluation function is not acceptable, the process returns to step ST5 and optimization calculation is performed. If the value of the evaluation function is within a clinically acceptable range, the process ends.

ステップST5及びST6に示した治療計画の最適化作業は、オーバードーズ(線量超過)を防ぐために、患部40への照射線量が所定の範囲に入るように柱状の照射野の配置を調整する。前述した柱状の照射野が重なっている部分は、オーバードーズ(線量超過)になってしまうので、最適化作業は柱状の照射野が重なっている部分を解消、あるいは少なくするように柱状の照射野の配置を変更する。   In the optimization of the treatment plan shown in steps ST5 and ST6, in order to prevent overdose (excess dose), the arrangement of columnar irradiation fields is adjusted so that the irradiation dose to the affected area 40 falls within a predetermined range. Since the portion where the columnar irradiation field overlaps becomes overdose (dose excess), the optimization work eliminates or reduces the portion where the columnar irradiation field overlaps. Change the placement of.

ステップST1〜ST4の作業は、治療計画装置の照射野配置部でまず行う。次に治療計画装置について説明する。治療計画装置については、医療安全のための放射線治療計画装置の運用マニュアル(熊谷孝三、日本放射線技師会出版会)が詳しい。治療計画装置には広範な役割があるが、簡単に言えば治療シミュレータである、といえる。また、治療計画装置の役割のひとつに最適化計算がある。ステップST5及びST6に示した治療計画の最適化作業は、治療計画装置の最適化計算部で行われる。最適化計算は、IMRTにおける逆方向治療計画(インバースプランニング)での最適なビーム強度の検索に使用される。   The operations in steps ST1 to ST4 are first performed in the irradiation field arrangement unit of the treatment planning apparatus. Next, the treatment planning apparatus will be described. Regarding the treatment planning device, the operation manual of the radiation treatment planning device for medical safety (Kozo Kumagai, Japan Radiological Engineers Association Publishing) is detailed. Although the treatment planning apparatus has a wide range of roles, it can be said that it is a treatment simulator in simple terms. One of the roles of the treatment planning apparatus is optimization calculation. The optimization of the treatment plan shown in steps ST5 and ST6 is performed by the optimization calculation unit of the treatment plan apparatus. The optimization calculation is used to search for the optimum beam intensity in inverse treatment planning (inverse planning) in IMRT.

前記運用マニュアルによれば、最適化計算には、現在までに次のようなものが試されたとのことである。初期のIMRT最適化計算で使用されたフィルタ逆投影法、確率論的方法に分類される擬似的な焼きなまし、遺伝的アルゴリズム、ランダム検索技術と、現在多くの治療計画装置に実装されている決定論的方法に分類される勾配法である。   According to the operation manual, the following has been tried for the optimization calculation so far. The filter backprojection method used in the initial IMRT optimization calculation, pseudo-annealing classified into probabilistic methods, genetic algorithm, random search technology, and determinism currently implemented in many treatment planning devices It is a gradient method classified as a general method.

勾配法は、計算は高速であるが、局所的な最小(極小)に捕らえられると抜け出せない性質がある。しかし、現在では、勾配法が臨床IMRT治療計画を実施する多くの治療計画装置に採用されている。   The gradient method is fast in calculation, but has the property that it cannot escape when captured by a local minimum (minimum). However, the gradient method is currently employed in many treatment planning devices that implement clinical IMRT treatment planning.

勾配法において、求める最適とは異なる別の極小値に捕らえられてしまうことを防ぐには、他の遺伝的アルゴリズムやランダム検索技術と組み合わせて使うことも有効である。他には、最適化計算の初期値(解の候補として初めに与える値)が、求める最適解に近ければよいことが経験的にわかっている。   In order to prevent the gradient method from being caught by another local minimum value different from the optimum to be obtained, it is also effective to use it in combination with other genetic algorithms and random search techniques. In addition, it has been empirically known that the initial value of optimization calculation (the value initially given as a solution candidate) should be close to the optimum solution to be obtained.

そこで、本発明では、ステップST1〜ST4で作成された照射プランを、最適化計算の初期値として使う。従来のIMRTに比べて、患部のディスタル形状に合うように深さ方向の照射自由度が高いため、ステップST1〜ST4で作成された照射プランは最適な照射に十分近い。   Therefore, in the present invention, the irradiation plan created in steps ST1 to ST4 is used as an initial value for optimization calculation. Compared to the conventional IMRT, the irradiation plan in steps ST1 to ST4 is sufficiently close to the optimal irradiation because the degree of freedom of irradiation in the depth direction is high so as to match the distal shape of the affected area.

最適化計算は、必ずある評価関数を最小にするような解を計算する。治療計画装置の場合、前記運用マニュアルに示されているように、物理的最適化の基準である評価関数は、以下のように示される。

Figure 0006184544
ここでDmin、Dmaxは指定した線量制限である。uはDminに対する重み係数であり、wはDmaxに対する重み係数である。b(数式(1)では矢印付きで示したが、矢印なしで示す。以後、数式(1)関連の説明において同じ。)はビームレットの強度の関数であり、d(b)はビームレットの強度の関数bとしたボクセルiの線量である。[x]はx>0ではx、それ以外では0となる。Nはボクセルの最大数である。 The optimization calculation always calculates a solution that minimizes a certain evaluation function. In the case of the treatment planning apparatus, as shown in the operation manual, the evaluation function that is a reference for physical optimization is shown as follows.
Figure 0006184544
Here, D min and D max are specified dose limits. u is a weighting factor for Dmin , and w is a weighting factor for Dmax . b (shown with an arrow in Formula (1), but without an arrow. Hereinafter, the same applies to the description related to Formula (1)) is a function of the intensity of the beamlet, and d i (b) is a beamlet. Is the dose of voxel i as a function of intensity b. [X] + is x when x> 0, and 0 otherwise. N is the maximum number of voxels.

このように、治療計画装置において最適化計算を行うため、例えば初期値においては柱状の照射野が重なってオーバードーズ(線量超過)になっても、得られた治療計画においては、調整される。   As described above, since the optimization calculation is performed in the treatment planning apparatus, for example, even if the columnar irradiation fields overlap and become overdose (excess dose) in the initial value, adjustment is made in the obtained treatment plan.

以上のように構成することで、実施の形態1の治療計画装置によれば、ボーラスを用いることなく深さ方向への照射自由度を上げることができ、粒子線治療装置におけるIMRTの過照射問題を解決することができる。   With the configuration as described above, according to the treatment planning apparatus of the first embodiment, it is possible to increase the degree of freedom in irradiation in the depth direction without using a bolus, and the IMRT over-irradiation problem in the particle beam therapy apparatus Can be solved.

柱状の線量分布でビームを照射することの効果について説明する。そもそも、1方向からの照射を前提とする従来の粒子線治療装置において、その照射系における線量分布形成は以下の方法による。ワブラー法を例に説明すると、XY方向へは、ワブラー電磁石と散乱体によって照射野を均一拡大し、患部のXY平面断面形状(あるいはXY平面に投影した形状等)に基づいてMLCにより制限を行う。Z方向へは、リッジフィルタによって照射野を均一拡大し、患部のディスタル形状(最深層形状)に合うようにボーラスにより制限を行う。   The effect of irradiating a beam with a columnar dose distribution will be described. In the first place, in the conventional particle beam therapy system premised on irradiation from one direction, the dose distribution in the irradiation system is formed by the following method. The wobbler method will be described as an example. In the XY direction, the irradiation field is uniformly enlarged by a wobbler electromagnet and a scatterer, and limited by MLC based on the XY plane cross-sectional shape (or the shape projected on the XY plane, etc.) of the affected area. . In the Z direction, the irradiation field is uniformly enlarged by a ridge filter, and the bolus is limited so as to match the distal shape (deepest layer shape) of the affected area.

前述したように、粒子線治療装置における多門照射においては複数のボーラスを用いなければならないので、ボーラスの加工の手間及び費用がかかり、またボーラスを動的に形状変化できず、IMATには適用できなかった。もし、粒子線治療装置における多門照射において、ボーラスを用いなくてもボーラスのように患部のディスタル形状(最深層形状)に合うように照射野を制限することができれば、ボーラスの加工の手間及び費用の問題が解決でき、IMATへの適用が可能となり、IMRTの過照射問題、すなわち正常組織への不要な照射を格段に減らすことができる。そこで、柱状の線量分布でビームを照射する発明に至った。本発明における、柱状の線量分布でビームを照射することの最大の効果のひとつは、ボーラスを用いなくても患部40のディスタル形状(最深層形状)に合うように照射野を制限することができ、正常組織への不要な照射を格段に減らすことができることである。   As mentioned above, multiple portals must be used for multi-port irradiation in a particle beam therapy system, which requires labor and cost for bolus processing, and the shape of the bolus cannot be changed dynamically. There wasn't. If the irradiation field can be limited to match the distal shape (deepest layer shape) of the affected area like a bolus without using a bolus in multi-port irradiation in a particle beam therapy system, the effort and cost of bolus processing This problem can be solved and application to IMAT becomes possible, and the IMRT over-irradiation problem, that is, unnecessary irradiation to normal tissues can be significantly reduced. Thus, the inventors have come up with an invention for irradiating a beam with a columnar dose distribution. One of the greatest effects of irradiating a beam with a columnar dose distribution in the present invention is that the irradiation field can be limited to match the distal shape (deepest layer shape) of the affected area 40 without using a bolus. In other words, unnecessary irradiation to normal tissues can be significantly reduced.

本発明における、柱状の線量分布でビームを照射することのもうひとつの最大の効果は、X線等放射線治療装置で用いられる強度変調をしなくても照射野を形成できることにある。ここで強度変調の原理は、簡単に言うと、弱い線量分布を有する照射野を多方向から照射し、重ね合わせにより、最終的により多くの線量が重なった箇所が治療効果を発揮する照射野として線量分布を得るというものである。   Another greatest effect of irradiating a beam with a columnar dose distribution in the present invention is that an irradiation field can be formed without intensity modulation used in a radiotherapy apparatus such as an X-ray. Here, the principle of intensity modulation is simply to irradiate an irradiation field with a weak dose distribution from multiple directions, and as a radiation field where a place where more doses finally overlap with each other by applying superposition will exert a therapeutic effect It is to obtain a dose distribution.

本発明において照射野の形成は、図6に示すように、柱状の線量を組み合わせて行うことができる。ここで補足するが、本発明においても照射野を重ねて照射をしてもよい。患部の各部分に対してアンダードーズ(線量不足)になることとオーバードーズ(線量超過)になることは許されないが、臨床的に許容できる線量には幅がある。最終的な線量分布が患部の各部分に対して許容できるように、治療計画装置により照射計画を立てていく。従来のX線等放射線治療装置のように、最終的な照射野を患部のディスタル形状に合うように強度変調をしなくてよいので、治療計画装置による強度変調の最適化の計算が不要となり、すなわち、従来の治療計画に要する時間が長いという問題を解消することができる。また、柱状の線量分布でビームを照射することは、点状に照射することに比べて照射時間が短いというメリットがある。   In the present invention, the irradiation field can be formed by combining columnar doses as shown in FIG. Although supplemented here, in the present invention, irradiation may be performed with overlapping irradiation fields. Underdose and overdose are not allowed for each part of the affected area, but there are a range of clinically acceptable doses. An irradiation plan is made by the treatment planning apparatus so that the final dose distribution is acceptable for each part of the affected area. Unlike conventional X-ray and other radiotherapy devices, it is not necessary to modulate the intensity of the final irradiation field so that it matches the distal shape of the affected area. That is, the problem that the time required for the conventional treatment plan is long can be solved. Further, irradiating a beam with a columnar dose distribution has an advantage that the irradiation time is shorter than that of irradiating in a spot shape.

実施の形態1の治療計画装置を用いた粒子線治療装置において多門照射ができるメリットは、いくつかあるが、主に以下の2点である。ひとつは、同じ患部に照射した場合、多門照射の方が粒子線の通過する体表面積が広いため、正常組織である体表面へのダメージを低減できることにある。もうひとつは、照射してはならない危険部位(脊髄、眼球等)への照射を回避できることにある。   The particle beam therapy system using the therapy planning apparatus according to the first embodiment has several merits that allow multi-port irradiation, but there are mainly the following two points. One is that when the same affected area is irradiated, the multi-portion irradiation has a larger body surface area through which the particle beam passes, so that damage to the body surface, which is a normal tissue, can be reduced. The other is that it is possible to avoid irradiating a dangerous part (spinal cord, eyeball, etc.) that should not be irradiated.

以上のように実施の形態1の粒子線照射装置によれば、加速器により加速された荷電粒子ビーム1を走査する走査照射系34を備え、荷電粒子ビーム1の照射方向を回転させる回転ガントリに搭載された粒子線照射装置58であって、粒子線照射装置58は、荷電粒子ビーム1のブラッグピークを拡大し、柱状の照射野を生成する柱状照射野生成装置4を備えたので、荷電粒子ビームのブラッグピークを拡大した柱状の照射野を照射対象のディスタル形状に応じた深さに、この柱状の照射野を生成するように照射でき、ボーラスを用いることなく深さ方向への照射自由度を上げることができ、粒子線治療装置におけるIMRTの過照射問題を解決することができる。   As described above, the particle beam irradiation apparatus according to the first embodiment includes the scanning irradiation system 34 that scans the charged particle beam 1 accelerated by the accelerator, and is mounted on the rotating gantry that rotates the irradiation direction of the charged particle beam 1. Since the particle beam irradiation apparatus 58 includes the columnar irradiation field generation apparatus 4 that expands the Bragg peak of the charged particle beam 1 and generates a columnar irradiation field, the charged particle beam irradiation apparatus 58 is provided. A columnar irradiation field with an enlarged Bragg peak can be irradiated to a depth corresponding to the distal shape of the irradiation target to generate this columnar irradiation field, and the degree of freedom of irradiation in the depth direction can be increased without using a bolus. And the IMRT over-irradiation problem in the particle beam therapy system can be solved.

実施の形態2.
図7は、本発明の実施の形態2によるエネルギー変更装置を示す構成図である。実施の形態1のエネルギー変更装置2aとは、複数の吸収体26a、26b、26c、26dを用いて、荷電粒子ビーム1のエネルギーを低下して所望のエネルギーに変更し、照射対象である患部40におけるブラッグピークBPの深さ方向(Z方向)の位置(飛程)を調整する点で異なる。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 7 is a block diagram showing an energy changing device according to the second embodiment of the present invention. The energy changing device 2a according to the first embodiment uses a plurality of absorbers 26a, 26b, 26c, and 26d to reduce the energy of the charged particle beam 1 to change it to a desired energy, and the affected part 40 that is an irradiation target. Is different in that the position (range) of the Bragg peak BP in the depth direction (Z direction) is adjusted.

エネルギー変更装置2bは、駆動装置27a、27b、27c、27dにより駆動される複数の吸収体26a、26b、26c、26dを有する。吸収体26a、26b、26c、26dは厚さの異なる吸収体である。吸収体26a、26b、26c、26dそれぞれの組み合わせにより、吸収体の合計の厚さを変化させることができる。変更制御装置22は、駆動装置27a、27b、27c、27dを制御し、それぞれの駆動装置に対応する吸収体26a、26b、26c、26dを荷電粒子ビーム1が通過するように、或いは通過しないようにする。荷電粒子ビーム1は、通過する吸収体の合計の厚さに比例する分だけエネルギーが低下されて所望のエネルギーになる。   The energy changing device 2b includes a plurality of absorbers 26a, 26b, 26c, and 26d that are driven by the driving devices 27a, 27b, 27c, and 27d. The absorbers 26a, 26b, 26c, and 26d are absorbers having different thicknesses. The total thickness of the absorber can be changed by the combination of the absorbers 26a, 26b, 26c, and 26d. The change control device 22 controls the drive devices 27a, 27b, 27c, and 27d so that the charged particle beam 1 passes through or does not pass through the absorbers 26a, 26b, 26c, and 26d corresponding to the drive devices. To. The charged particle beam 1 is reduced in energy by a proportion proportional to the total thickness of the absorber passing therethrough to become a desired energy.

実施の形態2のエネルギー変更装置2bを有する粒子線照射装置(図1参照)は、実施の形態1と同様に、深さ方向へブラッグピークBPを拡大し、柱状の照射野を生成することができる。実施の形態2のエネルギー変更装置2bは、荷電粒子ビーム1を偏向させる必要がないので、実施の形態1のエネルギー変更装置2aに比べて、偏向電磁石5乃至8を無くし、荷電粒子ビーム1の照射方向(Z方向)における装置の長さL1を短くできる。装置の長さL1を短くできるので、エネルギー変更装置をコンパクトにすることができる。なお、図2における装置の長さL1は、偏向電磁石5の上流側端部から偏向電磁石8の下流側端部までの長さである。   The particle beam irradiation apparatus (see FIG. 1) having the energy changing device 2b according to the second embodiment can expand the Bragg peak BP in the depth direction and generate a columnar irradiation field, as in the first embodiment. it can. Since the energy changing device 2b according to the second embodiment does not need to deflect the charged particle beam 1, the deflecting electromagnets 5 to 8 are eliminated and the charged particle beam 1 is irradiated as compared with the energy changing device 2a according to the first embodiment. The length L1 of the device in the direction (Z direction) can be shortened. Since the length L1 of the device can be shortened, the energy changing device can be made compact. 2 is the length from the upstream end of the deflection electromagnet 5 to the downstream end of the deflection electromagnet 8. In FIG.

実施の形態2のエネルギー変更装置2bを有する粒子線照射装置(図1参照)は、実施の形態1で示した治療計画装置が作成した治療計画に対応した治療計画に基づいて多門照射を実行できるので、実施の形態1と同様に、ボーラスを用いることなく深さ方向への照射自由度を上げることができ、粒子線治療装置におけるIMRTの過照射問題を解決することができる。   The particle beam irradiation apparatus (see FIG. 1) having the energy changing device 2b according to the second embodiment can execute multi-port irradiation based on a treatment plan corresponding to the treatment plan created by the treatment planning apparatus shown in the first embodiment. Therefore, as in the first embodiment, the degree of freedom in irradiation in the depth direction can be increased without using a bolus, and the IMRT over-irradiation problem in the particle beam therapy system can be solved.

実施の形態3.
図8は、本発明の実施の形態3による深さ方向照射野拡大装置を示す構成図である。実施の形態1の深さ方向照射野拡大装置3aとは、複数のリッジフィルタ28a、28b、28c、28dを用いて、荷電粒子ビームのエネルギーを多種のエネルギーが混ざった状態にし、すなわち荷電粒子ビーム1のエネルギーの幅を変更し、ブラッグピークBPを深さ方向へ拡大する点で異なる。
Embodiment 3 FIG.
FIG. 8 is a block diagram showing a depth direction irradiation field enlarging apparatus according to Embodiment 3 of the present invention. The depth direction irradiation field expanding device 3a of the first embodiment uses a plurality of ridge filters 28a, 28b, 28c, and 28d to change the energy of a charged particle beam into a state in which various types of energy are mixed, that is, a charged particle beam. The difference is that the width of energy 1 is changed and the Bragg peak BP is expanded in the depth direction.

深さ方向照射野拡大装置3bは、駆動装置29a、29b、29c、29dにより駆動される複数のリッジフィルタ28a、28b、28c、28dを有する。リッジフィルタ28a、28b、28c、28dは厚さの異なるリッジフィルタである。リッジフィルタ28a、28b、28c、28dそれぞれの組み合わせにより、リッジフィルタの合計の厚さを変化させることができる。変更制御装置25は、駆動装置29a、29b、29c、29dを制御し、それぞれの駆動装置に対応するリッジフィルタ28a、28b、28c、28dを荷電粒子ビーム1が通過するように、或いは通過しないようにする。荷電粒子ビーム1は、通過するリッジフィルタの合計の厚さに比例する分だけエネルギーの幅が広げられ所望のSOBPの幅になる。   The depth direction irradiation field expansion device 3b includes a plurality of ridge filters 28a, 28b, 28c, and 28d driven by driving devices 29a, 29b, 29c, and 29d. The ridge filters 28a, 28b, 28c, and 28d are ridge filters having different thicknesses. The total thickness of the ridge filter can be changed by combining each of the ridge filters 28a, 28b, 28c, and 28d. The change control device 25 controls the drive devices 29a, 29b, 29c, and 29d so that the charged particle beam 1 passes through or does not pass through the ridge filters 28a, 28b, 28c, and 28d corresponding to the drive devices. To. The width of the energy of the charged particle beam 1 is increased by an amount proportional to the total thickness of the ridge filter that passes, and the desired SOBP width is obtained.

実施の形態3の深さ方向照射野拡大装置3bを有する粒子線照射装置(図1参照)は、実施の形態1と同様に、深さ方向へブラッグピークBPを拡大し、柱状の照射野を生成することができる。実施の形態3の深さ方向照射野拡大装置3bは、荷電粒子ビーム1を偏向させる必要がないので、実施の形態1の深さ方向照射野拡大装置3aに比べて、偏向電磁石15乃至18を無くし、荷電粒子ビーム1の照射方向(Z方向)における装置の長さL2を短くできる。装置の長さL2を短くできるので、深さ方向照射野拡大装置をコンパクトにすることができる。図3における装置の長さL2は、偏向電磁石15の上流側端部から偏向電磁石18の下流側端部までの長さである。   The particle beam irradiation apparatus (see FIG. 1) having the depth direction irradiation field enlargement apparatus 3b of the third embodiment expands the Bragg peak BP in the depth direction in the same manner as in the first embodiment, thereby forming a columnar irradiation field. Can be generated. Since the depth direction irradiation field expanding device 3b according to the third embodiment does not need to deflect the charged particle beam 1, the deflecting electromagnets 15 to 18 are provided as compared with the depth direction irradiation field expanding device 3a according to the first embodiment. The length L2 of the apparatus in the irradiation direction (Z direction) of the charged particle beam 1 can be shortened. Since the length L2 of the device can be shortened, the depth direction irradiation field expanding device can be made compact. The length L2 of the device in FIG. 3 is the length from the upstream end of the deflection electromagnet 15 to the downstream end of the deflection electromagnet 18.

実施の形態3の深さ方向照射野拡大装置3bを有する粒子線照射装置(図1参照)は、実施の形態1で示した治療計画装置が作成した治療計画に対応した治療計画に基づいて多門照射を実行できるので、実施の形態1と同様に、ボーラスを用いることなく深さ方向への照射自由度を上げることができ、粒子線治療装置におけるIMRTの過照射問題を解決することができる。   The particle beam irradiation apparatus (see FIG. 1) having the depth direction irradiation field expanding apparatus 3b of the third embodiment is based on a treatment plan corresponding to the treatment plan created by the treatment planning apparatus shown in the first embodiment. Since irradiation can be executed, the degree of freedom in irradiation in the depth direction can be increased without using a bolus as in the first embodiment, and the IMRT over-irradiation problem in the particle beam therapy system can be solved.

実施の形態4.
図9は、本発明の実施の形態4による柱状照射野生成装置を示す構成図である。実施の形態1の柱状照射野生成装置4aとは、エネルギー変更装置2aと深さ方向照射野拡大装置3aを一体化した点で異なる。
Embodiment 4 FIG.
FIG. 9 is a block diagram showing a columnar irradiation field generating apparatus according to Embodiment 4 of the present invention. The columnar irradiation field generating device 4a of the first embodiment is different in that the energy changing device 2a and the depth direction irradiation field expanding device 3a are integrated.

柱状照射野生成装置4bは、2つのレンジシフタ9a、9bと、2つのリッジフィルタ19a、19bと、レンジシフタ9a、9b及びリッジフィルタ19a、19bを荷電粒子ビーム1が通過する位置を移動する上流側偏向電磁石対を構成する偏向電磁石5、6、上流側偏向電磁石対を励磁する第1の偏向電磁石電源20、レンジシフタ9a、9b及びリッジフィルタ19a、19bを通過した荷電粒子ビーム1を元の軌道上に戻す下流側偏向電磁石対を構成する偏向電磁石7、8、下流側偏向電磁石対を励磁する第2の偏向電磁石電源21、照射制御装置33から入力されるエネルギー指令値に基づいて上流側偏向電磁石対による荷電粒子ビームの軌道の移動量を算出し、励磁電流値を第1の偏向電磁石電源20に送信する変更制御装置22を備える。変更制御装置22は、第2の偏向電磁石電源21も制御する。各機器の動作は実施の形態1と同様なので繰り返さない。   The columnar irradiation field generation device 4b includes two range shifters 9a and 9b, two ridge filters 19a and 19b, and upstream deflection that moves the position where the charged particle beam 1 passes through the range shifters 9a and 9b and the ridge filters 19a and 19b. The charged particle beam 1 that has passed through the deflection electromagnets 5 and 6 constituting the electromagnet pair, the first deflection electromagnet power source 20 that excites the upstream deflection electromagnet pair, the range shifters 9a and 9b, and the ridge filters 19a and 19b is put on the original trajectory. Based on the energy command value input from the deflection electromagnets 7 and 8 constituting the returning downstream deflection electromagnet pair, the second deflection electromagnet power source 21 for exciting the downstream deflection electromagnet pair, and the irradiation control device 33, the upstream deflection electromagnet pair. The change control device that calculates the amount of movement of the charged particle beam trajectory by means of and transmits the excitation current value to the first deflection electromagnet power source 20 Equipped with a 2. The change control device 22 also controls the second bending electromagnet power source 21. Since the operation of each device is the same as in the first embodiment, it will not be repeated.

レンジシフタ9a、9bは同じ形状、材料のものであり、リッジフィルタ19a、19bは、それぞれ異なった高さの概三角柱で構成された例である。リッジフィルタ19bの概三角柱の高さはリッジフィルタ19aの概三角柱の高さよりも高いので、荷電粒子ビーム1のSOBPの幅は、リッジフィルタ19bを通過した場合の方がリッジフィルタ19aを通過した場合より広くすることができる。   The range shifters 9a and 9b are of the same shape and material, and the ridge filters 19a and 19b are examples composed of roughly triangular prisms having different heights. Since the height of the approximate triangular prism of the ridge filter 19b is higher than the height of the approximate triangular prism of the ridge filter 19a, the width of the SOBP of the charged particle beam 1 is greater when passing through the ridge filter 19a than when passing through the ridge filter 19b. Can be wider.

実施の形態4の柱状照射野生成装置4bは、荷電粒子ビーム1を2種類のSOBPの幅で所望のエネルギーに変更するので、2種類の注状照射野を所望の飛程にすることができる。レンジシフタ9a、9bとリッジフィルタ19a、19bに対してそれぞれに上流側偏向電磁石対と下流側偏向電磁石対を設けることがなく、上流側偏向電磁石対と下流側偏向電磁石対を1セットだけ設けているので、実施の形態1の柱状照射野生成装置4aに比べて、荷電粒子ビーム1の照射方向(Z方向)における装置の長さを短くできる。上流側偏向電磁石対と下流側偏向電磁石対を用いて2種類のSOBPの幅で所望のエネルギーに変更するので、SOBPの幅と飛程を変更する際にレンジシフタやリッジフィルタを駆動する駆動音が発生しないメリットがある。なお、2種類よりもさらに多い多種類のSOBPの幅を揃えるには、その種類数に応じたレンジシフタ9とリッジフィルタ19を配置すればよい。   Since the columnar irradiation field generation device 4b according to the fourth embodiment changes the charged particle beam 1 to the desired energy with the widths of the two types of SOBP, the two types of the shot irradiation field can be set to the desired range. . For each of the range shifters 9a and 9b and the ridge filters 19a and 19b, there is no upstream deflection electromagnet pair and downstream deflection electromagnet pair, and only one set of upstream deflection electromagnet pair and downstream deflection electromagnet pair is provided. Therefore, the length of the apparatus in the irradiation direction (Z direction) of the charged particle beam 1 can be shortened as compared with the columnar irradiation field generation apparatus 4a of the first embodiment. Since the upstream deflecting electromagnet pair and the downstream deflecting electromagnet pair are used to change the energy to the desired energy with two types of SOBP width, the driving sound for driving the range shifter and the ridge filter is generated when the SOBP width and range are changed. There is a merit that does not occur. In order to make the widths of many kinds of SOBP more than two kinds uniform, the range shifter 9 and the ridge filter 19 corresponding to the number of kinds may be arranged.

実施の形態4の柱状照射野生成装置4bを有する粒子線照射装置(図1参照)は、実施の形態1で示した治療計画装置が作成した治療計画に対応した治療計画に基づいて多門照射を実行できので、実施の形態1と同様に、ボーラスを用いることなく深さ方向への照射自由度を上げることができ、粒子線治療装置におけるIMRTの過照射問題を解決することができる。   The particle beam irradiation apparatus (see FIG. 1) having the columnar irradiation field generation apparatus 4b according to the fourth embodiment performs multiple portal irradiation based on the treatment plan corresponding to the treatment plan created by the treatment planning apparatus shown in the first embodiment. Since it can be executed, the degree of freedom in irradiation in the depth direction can be increased without using a bolus as in the first embodiment, and the IMRT over-irradiation problem in the particle beam therapy system can be solved.

実施の形態5.
実施の形態1乃至4においては、照射野のZ方向への拡大、すなわちSOBPは、リッジフィルタ19、28によって実現することを説明してきた。実施の形態5では、XY方向よりもZ方向に大きく照射野を拡大するために、レンジモジュレーションホイールRMW(Range Modulation Wheel)を用いた場合の実施の形態について説明する。
Embodiment 5. FIG.
In the first to fourth embodiments, it has been described that the irradiation field is expanded in the Z direction, that is, SOBP is realized by the ridge filters 19 and 28. In the fifth embodiment, a description will be given of an embodiment in which a range modulation wheel RMW (Range Modulation Wheel) is used in order to expand the irradiation field larger in the Z direction than in the XY direction.

RMWとは、照射系の装置、すなわち粒子線照射装置に用いられる装置であり、照射野をビーム進行方向に拡大しSOBPを生成するためのものである。RMWは、二重散乱体法やワブラー法などの、ビームの照射野を一旦広げ、コリメータやボーラスを用いて照射野を制限するブロードビーム照射法において用いられる場合がある。RMWを二重散乱体法で使われている例が、特開2007−222433号公報に示されている。実施の形態5による本発明のRMWについて、図10及び図11を用いて説明する。   The RMW is an apparatus used in an irradiation system, that is, an apparatus used for a particle beam irradiation apparatus, and expands an irradiation field in the beam traveling direction to generate SOBP. The RMW may be used in a broad beam irradiation method such as a double scatterer method or a wobbler method in which a beam irradiation field is temporarily expanded and the irradiation field is limited using a collimator or a bolus. An example in which RMW is used in the double scatterer method is shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-222433. The RMW according to the fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

図10は本発明の実施の形態5によるRMWを示す外観図であり、図11は本発明の実施の形態5による深さ方向照射野拡大装置を示す構成図である。RMW35は、周方向に段階的に軸方向の厚みが増大しまたは減少する楔型形状となっているエネルギー吸収体(羽根)を複数枚配置した構成を有する。図10の例では、3つの羽根37a、37b、37cを有する。それぞれの羽根37a、37b、37cは、6つの台36a、36b、36c、36d、36e、36fを有し、台36aから台36fに向かって時計回りの周方向に段階的に軸方向の厚みが減少する形状になっている。RMW35を、台36を用いて表現すれば、次のようになる。RMW35は、軸方向の厚さが段階的に異なる複数の台36a〜36fが周方向に配置されたエネルギー吸収体37を有し、複数の台36a〜36fを荷電粒子ビーム1が通過することによってエネルギーに幅を生じさせる。羽根37a、37b、37cは、それぞれ角度範囲0°〜120°、120°〜240°、240°〜360°(0°)に配置される。6つの台36a、36b、36c、36d、36e、36fは、それぞれ20°間隔の角度範囲に配置される。RMW35は、粒子線照射装置内のビーム経路に配置され、ビーム経路と垂直な面内で回転する。例えば、図1に示す走査照射系34の上流に配置される。   FIG. 10 is an external view showing an RMW according to a fifth embodiment of the present invention, and FIG. 11 is a block diagram showing a depth direction irradiation field expanding apparatus according to the fifth embodiment of the present invention. The RMW 35 has a configuration in which a plurality of wedge-shaped energy absorbers (blades) whose axial thickness gradually increases or decreases in the circumferential direction are arranged. In the example of FIG. 10, it has three blade | wings 37a, 37b, 37c. Each of the blades 37a, 37b, and 37c has six bases 36a, 36b, 36c, 36d, 36e, and 36f, and the axial thickness gradually increases in the clockwise circumferential direction from the base 36a toward the base 36f. It has a decreasing shape. The RMW 35 can be expressed using the table 36 as follows. The RMW 35 includes an energy absorber 37 in which a plurality of stages 36a to 36f having axially different thicknesses are arranged in a circumferential direction, and the charged particle beam 1 passes through the plurality of stages 36a to 36f. Create a range of energy. The blades 37a, 37b, and 37c are arranged in angular ranges of 0 ° to 120 °, 120 ° to 240 °, and 240 ° to 360 ° (0 °), respectively. The six bases 36a, 36b, 36c, 36d, 36e, and 36f are each arranged in an angle range of 20 ° intervals. The RMW 35 is disposed in the beam path in the particle beam irradiation apparatus and rotates in a plane perpendicular to the beam path. For example, it is arranged upstream of the scanning irradiation system 34 shown in FIG.

RMW35によってSOBPが形成される原理を説明する。例えば、RMW35が回転している状態において、羽根の薄い部分(例えば台36f)を荷電粒子ビーム1が通過したときはビームエネルギーの減衰が少なく、ブラッグピークBPが体内深くに生じる。また、羽根の厚い部分(例えば台36a)を荷電粒子ビーム1が通過したときは、ビームエネルギーが大きく減衰されてブラッグピークBPが患者の体表面近くの浅い部分で生じる。また、RMW35の回転(周回)により、ブラッグピークBPの位置の変動が周期的に行われる結果、時間積分で見ると、体表面近くの浅い部分から体内深くまで至る広く平坦な線量分布(SOBP)を得ることができる。   The principle that SOBP is formed by the RMW 35 will be described. For example, in a state where the RMW 35 is rotating, when the charged particle beam 1 passes through a thin portion of the blade (for example, the table 36f), the beam energy is less attenuated and the Bragg peak BP is generated deep inside the body. Further, when the charged particle beam 1 passes through a thick part of the blade (for example, the table 36a), the beam energy is greatly attenuated, and the Bragg peak BP is generated in a shallow part near the patient's body surface. Further, the rotation of the RMW 35 periodically changes the position of the Bragg peak BP. As a result of time integration, a broad flat dose distribution (SOBP) extending from a shallow portion near the body surface to the deep inside of the body. Can be obtained.

隣接する複数の台を選択して、選択された台のみ荷電粒子ビーム1を通過させるようにすることで、複数のSOBPの幅が形成できる。例えば台36e、36fが選択された場合のSOBPの幅をSOBP幅1とする。SOBP幅1と同様に、台36d〜36fが選択された場合、台36c〜36fが選択された場合、台36b〜36fが選択された場合、台36a〜36fが選択された場合のそれぞれにおけるSOBPの幅を、SOBP幅2、SOBP幅3、SOBP幅4、SOBP幅5とする。図10に示したRMW35の例では、台36fを必ず含むようにする場合において、5つのSOBPの幅が形成でき、これら複数のSOBPの幅から自由に変更することができる。   By selecting a plurality of adjacent platforms and allowing the charged particle beam 1 to pass through only the selected platforms, a plurality of SOBP widths can be formed. For example, the SOBP width when the pedestals 36e and 36f are selected is assumed to be the SOBP width 1. Similarly to the SOBP width 1, when the bases 36d to 36f are selected, the bases 36c to 36f are selected, the bases 36b to 36f are selected, and the bases 36a to 36f are selected, the SOBP , The SOBP width 2, the SOBP width 3, the SOBP width 4, and the SOBP width 5. In the example of the RMW 35 shown in FIG. 10, when the base 36f is necessarily included, five SOBP widths can be formed and can be freely changed from the plurality of SOBP widths.

本発明に係るRMW35は、従来のスポットよりも深さ方向へブラッグピークBPを拡大し、柱状照射野44、45(図6参照)を生成するために使用する。実施の形態5にかかわる粒子線照射装置は、図1に示す構成である。すなわち、荷電粒子ビーム1の上流側から、柱状照射野生成装置4、一組の走査電磁石10、11、位置モニタ12a、12b及び線量モニタ13を備え、照射制御装置33によって制御される。ただし、柱状照射野生成装置4は、RMW35を備えた深さ方向照射野拡大装置3(3c)である。   The RMW 35 according to the present invention is used to expand the Bragg peak BP in the depth direction from the conventional spot and generate the columnar irradiation fields 44 and 45 (see FIG. 6). The particle beam irradiation apparatus according to the fifth embodiment has the configuration shown in FIG. That is, from the upstream side of the charged particle beam 1, the columnar irradiation field generation device 4, a set of scanning electromagnets 10 and 11, position monitors 12 a and 12 b, and a dose monitor 13 are provided and controlled by the irradiation control device 33. However, the columnar irradiation field generation device 4 is the depth direction irradiation field expansion device 3 (3c) provided with the RMW 35.

実施の形態5による柱状照射野生成装置4は、エネルギー変更装置2と深さ方向照射野拡大装置3(3c)とを有する。深さ方向照射野拡大装置3cを、図11を用いて説明する。深さ方向照射野拡大装置3cは、RMW35と、RMW35を回転させる回転軸64と、回転軸64を駆動するモータ(回転駆動装置)62と、回転軸64の回転角度を検出
する角度センサ61と、角度センサ61により検出された回転角度に基づいて、荷電粒子ビーム1の出射開始と出射停止を制御する制御信号Sig1を照射制御装置33に送信する照射野拡大制御装置65を有する。荷電粒子ビーム1と干渉しない位置に配置されたモータ62と回転軸64とは、例えば、かさ歯車(連結装置)63a、63bにより連結される。照射野拡大制御装置65は、モータ62の回転を制御する。ここでは、RMW35が所定の一定速度で回転し続けるように制御する。RMW35と、回転軸64と、モータ62と、かさ歯車(連結装置)63a、63bと、角度センサ61は、RMW装置66を構成する。RMW装置66は、荷電粒子ビーム1が通過するRMW35の位置を変えてエネルギーに幅を生じさせる。照射野拡大制御装置65は、荷電粒子ビーム1が複数の台36a〜36fを通過するように制御する。
The columnar irradiation field generating device 4 according to the fifth embodiment includes an energy changing device 2 and a depth direction irradiation field expanding device 3 (3c). The depth direction irradiation field expansion device 3c will be described with reference to FIG. The depth direction irradiation field expansion device 3c includes an RMW 35, a rotation shaft 64 that rotates the RMW 35, a motor (rotation drive device) 62 that drives the rotation shaft 64, and an angle sensor 61 that detects the rotation angle of the rotation shaft 64. The irradiation field expansion control device 65 transmits a control signal Sig1 for controlling the start and stop of extraction of the charged particle beam 1 to the irradiation control device 33 based on the rotation angle detected by the angle sensor 61. The motor 62 and the rotating shaft 64 arranged at positions not interfering with the charged particle beam 1 are connected by bevel gears (connecting devices) 63a and 63b, for example. The irradiation field expansion control device 65 controls the rotation of the motor 62. Here, control is performed so that the RMW 35 continues to rotate at a predetermined constant speed. The RMW 35, the rotating shaft 64, the motor 62, the bevel gears (coupling devices) 63 a and 63 b, and the angle sensor 61 constitute an RMW device 66. The RMW device 66 changes the position of the RMW 35 through which the charged particle beam 1 passes to generate a width in energy. The irradiation field expansion control device 65 controls the charged particle beam 1 so as to pass through the plurality of stands 36a to 36f.

深さ方向照射野拡大装置3cの動作について説明する。治療計画に指定された、ある柱状照射野44におけるSOBPの幅が、例えば上記SOBP幅4の場合で説明する。SOBP幅4は、荷電粒子ビーム1が台36b〜36fの位置に対応する角度を通過することにより形成される。また、柱状照射野44は治療計画に指定された線量が満了する(目標線量に達する)まで、当該柱状照射野44において荷電粒子ビーム1が照射される。荷電粒子ビーム1は、当該柱状照射野44の線量が満了するまで、台36a〜36fが設けられた羽根37を少なくとも1回は通過する。RMW35は、モータ62により回転方向68に示す方向に回転するように制御されている。   The operation of the depth direction irradiation field expanding device 3c will be described. The case where the SOBP width in a certain columnar irradiation field 44 designated in the treatment plan is, for example, the SOBP width 4 will be described. The SOBP width 4 is formed when the charged particle beam 1 passes through an angle corresponding to the positions of the platforms 36b to 36f. The columnar irradiation field 44 is irradiated with the charged particle beam 1 in the columnar irradiation field 44 until the dose designated in the treatment plan expires (a target dose is reached). The charged particle beam 1 passes through the blade 37 provided with the platforms 36a to 36f at least once until the dose of the columnar irradiation field 44 expires. The RMW 35 is controlled to rotate in the direction indicated by the rotation direction 68 by the motor 62.

柱状照射野44に対する荷電粒子ビーム1の出射開始は、台36bの該当角度20°〜40°のうち、出射開始角度である角度領域開始角度20°(140°、260°)が角度センサ61により検出されることに行われる。角度センサ61により出射開始角度が検出されると、照射野拡大制御装置65は制御信号Sig1を出力(例えば第1の電圧レベル)する。照射制御装置33は制御信号Sig1を受けて、荷電粒子ビーム1を粒子線照射装置58へ出射するように加速器の出射装置に出射開始指示を出す。加速器の出射装置は、出射開始指示を受けて荷電粒子ビーム1を粒子線照射装置58へ出射する(ビーム出射手順)。次に、角度センサ61により出射停止角度(120°、240°、360°(0°))が検出されると、照射野拡大制御装置65は制御信号Sig1を停止(例えば第2の電圧レベルに変更する)する。照射制御装置33は制御信号Sig1の停止を受けて、荷電粒子ビーム1を粒子線照射装置58へ停止するように加速器の出射装置に出射停止指示を出す。加速器の出射装置は、出射停止指示を受けて荷電粒子ビーム1を粒子線照射装置58へ出射するのを停止する(ビーム停止手順)。   The emission start of the charged particle beam 1 with respect to the columnar irradiation field 44 is performed by the angle sensor 61 with an angle region start angle of 20 ° (140 °, 260 °) being an emission start angle among the corresponding angles of 20 ° to 40 ° of the table 36b. To be detected. When the emission start angle is detected by the angle sensor 61, the irradiation field expansion control device 65 outputs the control signal Sig1 (for example, the first voltage level). In response to the control signal Sig1, the irradiation control device 33 issues an emission start instruction to the emission device of the accelerator so as to emit the charged particle beam 1 to the particle beam irradiation device 58. In response to the extraction start instruction, the accelerator emission device emits the charged particle beam 1 to the particle beam irradiation device 58 (beam emission procedure). Next, when the emission stop angle (120 °, 240 °, 360 ° (0 °)) is detected by the angle sensor 61, the irradiation field expansion control device 65 stops the control signal Sig1 (for example, to the second voltage level). Change). In response to the stop of the control signal Sig1, the irradiation control device 33 issues an extraction stop instruction to the extraction device of the accelerator so as to stop the charged particle beam 1 to the particle beam irradiation device 58. In response to the extraction stop instruction, the output device of the accelerator stops outputting the charged particle beam 1 to the particle beam irradiation device 58 (beam stop procedure).

次に線量モニタで線量満了が検出されるまで、次の羽根37においても、ビーム出射手順とビーム停止手順を繰り返す。線量モニタで線量満了が検出さると、照射制御装置33は線量満了を受けて、荷電粒子ビーム1を粒子線照射装置58へ停止するように加速器の出射装置に出射停止指示を出す。加速器の出射装置は、出射停止指示を受けて荷電粒子ビーム1を粒子線照射装置58へ出射するのを停止する(柱状照射野停止手順)。その後、次の柱状照射野を形成する手順に移行する。柱状照射野を形成する手順は、上記のビーム出射手順、ビーム停止手順、柱状照射野停止手順である。   Next, the beam extraction procedure and the beam stop procedure are repeated for the next blade 37 until the dose expiration is detected by the dose monitor. When the expiration of the dose is detected by the dose monitor, the irradiation control device 33 receives the expiration of the dose and issues an extraction stop instruction to the extraction device of the accelerator so as to stop the charged particle beam 1 to the particle beam irradiation device 58. In response to the extraction stop instruction, the extraction device of the accelerator stops emitting the charged particle beam 1 to the particle beam irradiation device 58 (columnar irradiation field stop procedure). Thereafter, the procedure proceeds to the procedure for forming the next columnar irradiation field. The procedure for forming the columnar irradiation field is the above-described beam extraction procedure, beam stopping procedure, and columnar irradiation field stopping procedure.

実施の形態5の深さ方向照射野拡大装置3cを有する粒子線照射装置58は、荷電粒子ビームのブラッグピークを拡大した柱状の照射野を照射対象のディスタル形状に応じた深さに、この柱状の照射野を生成するように照射でき、ボーラスを用いることなく深さ方向への照射自由度を上げることができ、粒子線治療装置におけるIMRTの過照射問題を解決することができる。   The particle beam irradiation apparatus 58 having the depth direction irradiation field expanding apparatus 3c of the fifth embodiment has a columnar irradiation field in which the Bragg peak of the charged particle beam is expanded to a depth corresponding to the distal shape of the irradiation target. Therefore, it is possible to increase the degree of freedom of irradiation in the depth direction without using a bolus, and to solve the IMRT over-irradiation problem in the particle beam therapy system.

RMW35には、リッジフィルタにはない有利な効果がある。図6に示したように、患部40の形状に応じて、2周目の柱状照射野45は1周目の柱状照射野44とSOBPの幅を変える必要が生じる場合がある。リッジフィルタを用いてSOBPの幅を変える場合、図8や図9に示したように複数のリッジフィルタを準備する必要がある。一方、RMWの場合は、RMW35の回転角度に基づいて荷電粒子ビーム1の出射開始と出射停止を制御することによって、SOBPの幅を自由に変えることができる。すなわち、上述したように、RMW35の回転とビーム出射のタイミングとを同期させることによって、一つのRMW35で自由にSOBPの幅を制御できる。よって、複数のSOBPの幅を形成する場合には、柱状照射野生成装置4の構成を簡単なものにすることができる。   The RMW 35 has an advantageous effect not found in the ridge filter. As shown in FIG. 6, depending on the shape of the affected part 40, the columnar irradiation field 45 in the second round may need to change the width of the columnar irradiation field 44 in the first round and the SOBP. When changing the width of SOBP using a ridge filter, it is necessary to prepare a plurality of ridge filters as shown in FIGS. On the other hand, in the case of RMW, the width of the SOBP can be freely changed by controlling the start and stop of extraction of the charged particle beam 1 based on the rotation angle of the RMW 35. That is, as described above, the width of the SOBP can be freely controlled by one RMW 35 by synchronizing the rotation of the RMW 35 and the beam emission timing. Therefore, when forming the width | variety of several SOBP, the structure of the columnar irradiation field production | generation apparatus 4 can be simplified.

実施の形態6.
図12は、本発明の実施の形態6による深さ方向照射野拡大装置を示す構成図である。実施の形態5の深さ方向照射野拡大装置3cとは、選択可能なSOPBの幅が異なる複数のRMW装置を有する点で異なる。図12に示した深さ方向照射野拡大装置3dは、2つのRMW装置66a、66bを有する例である。RMW装置66aのRMW35aは、RMW装置66bのRMW35bよりも選択可能なSOPBの幅の数が多い例である。照射野拡大制御装置65は、RMW装置66a及びRMW装置66bのいずれを使用するかを選択し、RMW装置66aを駆動する駆動装置67a及びRMW装置66bを駆動する駆動装置67bの制御も行う。照射野拡大制御装置65は、RMW装置66aの角度センサ61の信号及びRMW装置66bの角度センサ61の信号を受けて、制御信号Sig1を出力しまたは停止する。
Embodiment 6 FIG.
FIG. 12 is a block diagram showing a depth direction irradiation field enlarging apparatus according to Embodiment 6 of the present invention. It differs from the depth direction irradiation field expansion device 3c of the fifth embodiment in that it has a plurality of RMW devices having different selectable SOPB widths. The depth direction irradiation field expanding device 3d shown in FIG. 12 is an example having two RMW devices 66a and 66b. The RMW 35a of the RMW device 66a is an example in which the number of selectable SOPB widths is larger than that of the RMW 35b of the RMW device 66b. The irradiation field expansion control device 65 selects which of the RMW device 66a and the RMW device 66b is used, and also controls the drive device 67a that drives the RMW device 66a and the drive device 67b that drives the RMW device 66b. The irradiation field expansion control device 65 receives the signal of the angle sensor 61 of the RMW device 66a and the signal of the angle sensor 61 of the RMW device 66b, and outputs or stops the control signal Sig1.

選択可能なSOPBの幅の数を多くするには、羽根37の台36の数を増やすことで実現できる。例えば、RMW35aは、2つの羽根37a、37bを有し、それぞれの羽根37a、37bは9個の台36a〜36iを有する。この場合には、各羽根の角度範囲は180°であり、各台の角度範囲は実施の形態5と同様に20°となる。なお、羽根37が一つだけで、RMW35の台36のそれぞれの厚さが全て異なるものでもよい。RMW35を適用する実施の形態においても、RMW35の台36のそれぞれの厚さが全て異なるものにしてもよい。   Increasing the number of selectable SOPB widths can be achieved by increasing the number of blades 36. For example, the RMW 35a has two blades 37a and 37b, and each blade 37a and 37b has nine bases 36a to 36i. In this case, the angle range of each blade is 180 °, and the angle range of each stand is 20 ° as in the fifth embodiment. Note that only one blade 37 may be used, and the thicknesses of the bases 36 of the RMW 35 may all be different. Also in the embodiment to which the RMW 35 is applied, all the thicknesses of the bases 36 of the RMW 35 may be different.

実施の形態6の深さ方向照射野拡大装置3dは、選択可能なSOPBの幅が異なる複数のRMW装置66a、66bを有するので、実施の形態5の深さ方向照射野拡大装置3cよりも広い範囲のSOPBの幅を形成することができる。したがって、深さ方向照射野拡大装置3dを有する粒子線照射装置58は、実施の形態5の粒子線照射装置58よりも多くの種類の柱状照射野を形成するとともに照射でき、効率的に患部40への多門照射を実行できる。   Since the depth direction irradiation field expansion device 3d of the sixth embodiment includes a plurality of RMW devices 66a and 66b having different selectable SOPB widths, it is wider than the depth direction irradiation field expansion device 3c of the fifth embodiment. A range of SOPB widths can be formed. Therefore, the particle beam irradiation apparatus 58 having the depth direction irradiation field expanding apparatus 3d can form and irradiate more types of columnar irradiation fields than the particle beam irradiation apparatus 58 of the fifth embodiment, and can efficiently irradiate the affected part 40. Multi-gate irradiation can be performed.

実施の形態7.
図13は、本発明の実施の形態7による柱状照射野生成装置を示す構成図である。実施の形態5の深さ方向照射野拡大装置3cを有する柱状照射野生成装置4aとは、エネルギー変更装置2(2a)と深さ方向照射野拡大装置3cを一体化した点で異なる。
Embodiment 7 FIG.
FIG. 13: is a block diagram which shows the columnar irradiation field production | generation apparatus by Embodiment 7 of this invention. The columnar irradiation field generation device 4a having the depth direction irradiation field expansion device 3c according to the fifth embodiment is different in that the energy changing device 2 (2a) and the depth direction irradiation field expansion device 3c are integrated.

柱状照射野生成装置4cは、2つのレンジシフタ9a、9bと、2つのRMW装置66a、66bと、レンジシフタ9a、9b及びRMW装置66a、66bを荷電粒子ビーム1が通過する位置を移動する上流側偏向電磁石対を構成する偏向電磁石5、6、上流側偏向電磁石対を励磁する第1の偏向電磁石電源20、レンジシフタ9a、9b及びRMW装置66a、66bを通過した荷電粒子ビーム1を元の軌道上に戻す下流側偏向電磁石対を構成する偏向電磁石7、8、下流側偏向電磁石対を励磁する第2の偏向電磁石電源21、照射制御装置33から入力されるエネルギー指令値に基づいて上流側偏向電磁石対による荷電粒子ビームの軌道の移動量を算出し、励磁電流値を第1の偏向電磁石電源20に送信する変更制御装置30を備える。変更制御装置30は、第2の偏向電磁石電源21も制御する。また、変更制御装置30は、実施の形態5の照射野拡大制御装置65の機能も備えている。レンジシフタ9aは、RMW35aの回転軸64aからRMW35aの外周の範囲に位置するようにRMW装置66aの上流側に配置される。レンジシフタ9bは、RMW35bの回転軸64bからRMW35bの外周の範囲に位置するようにRMW装置66bの上流側に配置される。各機器の動作は実施の形態1及び5と同様なので繰り返さない。   The columnar irradiation field generation device 4c includes two range shifters 9a and 9b, two RMW devices 66a and 66b, and upstream deflection that moves the position where the charged particle beam 1 passes through the range shifters 9a and 9b and the RMW devices 66a and 66b. The charged particle beam 1 that has passed through the deflection electromagnets 5 and 6 constituting the electromagnet pair, the first deflection electromagnet power source 20 that excites the upstream side deflection electromagnet pair, the range shifters 9a and 9b, and the RMW devices 66a and 66b is placed on the original trajectory. Based on the energy command value input from the deflection electromagnets 7 and 8 constituting the returning downstream deflection electromagnet pair, the second deflection electromagnet power source 21 for exciting the downstream deflection electromagnet pair, and the irradiation control device 33, the upstream deflection electromagnet pair. A change control device 30 is provided that calculates the amount of movement of the charged particle beam trajectory by means of and transmits the exciting current value to the first deflection electromagnet power source 20.The change control device 30 also controls the second bending electromagnet power source 21. The change control device 30 also has the function of the irradiation field expansion control device 65 of the fifth embodiment. The range shifter 9a is arranged on the upstream side of the RMW device 66a so as to be located in a range from the rotation shaft 64a of the RMW 35a to the outer periphery of the RMW 35a. The range shifter 9b is disposed on the upstream side of the RMW device 66b so as to be located in a range from the rotation shaft 64b of the RMW 35b to the outer periphery of the RMW 35b. Since the operation of each device is the same as in the first and fifth embodiments, it will not be repeated.

レンジシフタ9a、9bは同じ形状、材料のものであり、RMW装置66aのRMW35aとRMW装置66bのRMW35bは、選択可能なSOPBの幅が異なる例である。RMW装置66aのRMW35aは、実施の形態6で説明したようにRMW装置66bのRMW35bよりも選択可能なSOPBの幅の数が多くすることができる。   The range shifters 9a and 9b are of the same shape and material, and the RMW 35a of the RMW device 66a and the RMW 35b of the RMW device 66b are examples in which the widths of selectable SOPBs are different. As described in Embodiment 6, the RMW 35a of the RMW device 66a can have a larger number of selectable SOPB widths than the RMW 35b of the RMW device 66b.

実施の形態7の柱状照射野生成装置4cは、選択可能なSOPBの幅が異なる複数のRMW装置66a、66bを有するので、実施の形態5の深さ方向照射野拡大装置3cよりも広い範囲のSOPBの幅を形成することができる。したがって、柱状照射野生成装置4cを有する粒子線照射装置58は、実施の形態5の粒子線照射装置58よりも多くの種類の柱状照射野を形成するとともに照射でき、効率的に患部40への多門照射を実行できる。   Since the columnar irradiation field generation device 4c according to the seventh embodiment includes a plurality of RMW devices 66a and 66b having different selectable SOPB widths, the columnar irradiation field generation device 4c has a wider range than the depth direction irradiation field expansion device 3c according to the fifth embodiment. The width of SOPB can be formed. Therefore, the particle beam irradiation apparatus 58 having the columnar irradiation field generation device 4c can form and irradiate more types of columnar irradiation fields than the particle beam irradiation apparatus 58 of the fifth embodiment, and can efficiently irradiate the affected area 40. Multi-gate irradiation can be performed.

実施の形態7の柱状照射野生成装置4cは、柱状照射野44、45を形成する際に荷電粒子ビーム1の出射と停止を繰り返さないように制御することもできる。この例の柱状照射野生成装置を、便宜上、上記で説明した柱状照射野生成装置4cと区別するために柱状照射野生成装置4dと呼ぶことにする。柱状照射野44、45を形成する際に荷電粒子ビーム1の出射と停止を繰り返さないようにすることで、呼吸同期照射に適した荷電粒子ビーム1の照射を行うことができる。例えば、RMW35aの台36の数は、実施の形態6で説明したもとと同様にし、RMW35bの台36の数は、実施の形態5で説明したもとと同様にする。柱状照射野44、45を形成する際に、線量が満了するまで荷電粒子ビーム1をRMW35aまたはRMW35bの台36を通過するようにする。これによりRMW35aを荷電粒子ビーム1が通過する場合のSOBPの幅(SOBP幅a)は1種類であり、RMW35bを荷電粒子ビーム1が通過する場合のSOBPの幅(SOBP幅b)は1種類である。しかもSOBP幅bの方がSOBP幅aよりも広いものとすることができる。なお、必ず荷電粒子ビーム1の出射と停止を繰り返さないようにして、柱状照射野44、45を形成する場合は、変更制御装置30は制御信号Sig1を生成する必要がないので、変更制御装置30の構成を簡略化することができる。   The columnar irradiation field generation device 4c according to the seventh embodiment can be controlled not to repeat the emission and stop of the charged particle beam 1 when forming the columnar irradiation fields 44 and 45. For convenience, the columnar irradiation field generation device of this example will be referred to as a columnar irradiation field generation device 4d in order to distinguish it from the columnar irradiation field generation device 4c described above. By not repeating the emission and stop of the charged particle beam 1 when forming the columnar irradiation fields 44 and 45, it is possible to perform the irradiation of the charged particle beam 1 suitable for respiratory synchronization irradiation. For example, the number of the bases 36 of the RMW 35a is the same as that described in the sixth embodiment, and the number of the bases 36 of the RMW 35b is the same as that described in the fifth embodiment. When the columnar irradiation fields 44 and 45 are formed, the charged particle beam 1 is allowed to pass through the platform 36 of the RMW 35a or RMW 35b until the dose has expired. Thus, there is one kind of SOBP width (SOBP width a) when the charged particle beam 1 passes through the RMW 35a, and one kind of SOBP width (SOBP width b) when the charged particle beam 1 passes through the RMW 35b. is there. Moreover, the SOBP width b can be wider than the SOBP width a. When the columnar irradiation fields 44 and 45 are formed without necessarily repeating the emission and stop of the charged particle beam 1, the change control device 30 does not need to generate the control signal Sig1, and therefore the change control device 30. The configuration can be simplified.

実施の形態7の柱状照射野生成装置4dは、荷電粒子ビーム1を2種類のSOBPの幅で所望のエネルギーに変更するので、2種類の注状照射野を所望の飛程にすることができる。柱状照射野44、45を形成する際に荷電粒子ビーム1の出射と停止を繰り返さないようにすることで、呼吸同期照射に適した荷電粒子ビーム1の照射を行うことができる。なお、2種類よりもさらに多い多種類のSOBPの幅を揃えるには、その種類数に応じたレンジシフタ9とRMW装置66を配置すればよい。   Since the columnar irradiation field generation device 4d according to the seventh embodiment changes the charged particle beam 1 to the desired energy with the widths of the two types of SOBP, the two types of the shot irradiation field can be set to the desired range. . By not repeating the emission and stop of the charged particle beam 1 when forming the columnar irradiation fields 44 and 45, it is possible to perform the irradiation of the charged particle beam 1 suitable for respiratory synchronization irradiation. In order to make the widths of many types of SOBP more than two types uniform, the range shifter 9 and the RMW device 66 corresponding to the number of types may be arranged.

実施の形態7の柱状照射野生成装置4c、4dは、レンジシフタ9a、9bとRMW装置66a、66bに対してそれぞれに上流側偏向電磁石対と下流側偏向電磁石対を設けることがなく、上流側偏向電磁石対と下流側偏向電磁石対を1セットだけ設けているので、実施の形態1の柱状照射野生成装置4aに比べて、荷電粒子ビーム1の照射方向(Z方向)における装置の長さを短くできる。   The columnar irradiation field generation devices 4c and 4d according to the seventh embodiment do not provide upstream deflection electromagnet pairs and downstream deflection electromagnet pairs for the range shifters 9a and 9b and the RMW devices 66a and 66b, respectively. Since only one set of electromagnet pair and downstream deflection electromagnet pair is provided, the length of the apparatus in the irradiation direction (Z direction) of the charged particle beam 1 is shorter than that of the columnar irradiation field generation apparatus 4a of the first embodiment. it can.

実施の形態7の柱状照射野生成装置4c、4dを有する粒子線照射装置(図1参照)は、実施の形態1で示した治療計画装置が作成した治療計画に対応した治療計画に基づいて多門照射を実行できので、実施の形態1と同様に、ボーラスを用いることなく深さ方向への照射自由度を上げることができ、粒子線治療装置におけるIMRTの過照射問題を解決することができる。   The particle beam irradiation apparatus (see FIG. 1) having the columnar irradiation field generation apparatuses 4c and 4d according to the seventh embodiment is based on a treatment plan corresponding to the treatment plan created by the treatment planning apparatus shown in the first embodiment. Since irradiation can be executed, the degree of freedom in irradiation in the depth direction can be increased without using a bolus as in the first embodiment, and the IMRT over-irradiation problem in the particle beam therapy system can be solved.

実施の形態8.
今まで、実施の形態1乃至7に示した粒子線照射装置は、柱状照射野生成装置4において荷電粒子ビーム1のエネルギーを変更する例で説明してきた。しかし、荷電粒子ビーム1のエネルギーの変更は、シンクロトロン54のパラメータを変更することによっても実現できる。ここでは、シンクロトロン54のパラメータと深さ方向照射野拡大装置3を組み合わせて、柱状照射野44、45を生成する例を説明する。図14は、本発明の実施の形態8による粒子線照射装置を示す構成図である。実施の形態8の粒子線照射装置60は、実施の形態1乃至7に示した粒子線照射装置とは、柱状照射野生成装置4にエネルギー変更装置2が設けられなくても、シンクロトロン54にて荷電粒子ビーム1のエネルギーを変更して柱状照射野44、45を生成する点で異なる。
Embodiment 8 FIG.
Up to now, the particle beam irradiation apparatus described in the first to seventh embodiments has been described with an example in which the energy of the charged particle beam 1 is changed in the columnar irradiation field generation apparatus 4. However, the change of the energy of the charged particle beam 1 can also be realized by changing the parameters of the synchrotron 54. Here, an example in which the columnar irradiation fields 44 and 45 are generated by combining the parameters of the synchrotron 54 and the depth direction irradiation field expanding device 3 will be described. FIG. 14 is a block diagram showing a particle beam irradiation apparatus according to Embodiment 8 of the present invention. The particle beam irradiation apparatus 60 of the eighth embodiment differs from the particle beam irradiation apparatus shown in the first to seventh embodiments in the synchrotron 54 even if the columnar irradiation field generating apparatus 4 is not provided with the energy changing device 2. The difference is that the energy of the charged particle beam 1 is changed to generate the columnar irradiation fields 44 and 45.

粒子線照射装置60の柱状照射野生成装置4(4e)は、深さ方向照射野拡大装置3を有する。深さ方向照射野拡大装置3は、上述した深さ方向照射野拡大装置3a、3b、3c、3dのいずれかである。照射制御装置33は、柱状照射野44、45を形成する際に、治療計画にて計画された当該柱状照射野44、45の深さ方向の位置になるようにエネルギー指令値を加速器であるシンクロトロン54に出力する。シンクロトロン54はエネルギー指令値を受け、このエネルギー指令値に従って荷電粒子ビーム1のエネルギーを変更する。所定のエネルギーとなった荷電粒子ビーム1はイオンビーム輸送系59を経て粒子線照射装置60に入射する。柱状照射野生成装置4(4e)にて、治療計画にて計画された所定のSOBPの幅になるように、荷電粒子ビーム1のエネルギーの幅を変更し、患部40の所定の位置に所定の柱状照射野44、45を形成する。   The columnar irradiation field generation device 4 (4e) of the particle beam irradiation device 60 includes a depth direction irradiation field expansion device 3. The depth direction irradiation field expansion device 3 is one of the above-described depth direction irradiation field expansion devices 3a, 3b, 3c, and 3d. When forming the columnar irradiation fields 44 and 45, the irradiation control device 33 sets the energy command value to the synchrotron as an accelerator so that the columnar irradiation fields 44 and 45 planned in the treatment plan are positioned in the depth direction. Output to TRON 54. The synchrotron 54 receives the energy command value and changes the energy of the charged particle beam 1 according to the energy command value. The charged particle beam 1 having a predetermined energy enters the particle beam irradiation apparatus 60 through the ion beam transport system 59. In the columnar irradiation field generation device 4 (4e), the width of the energy of the charged particle beam 1 is changed so as to have a predetermined SOBP width planned in the treatment plan, and a predetermined position of the affected part 40 is set at a predetermined position. Columnar irradiation fields 44 and 45 are formed.

実施の形態8の粒子線照射装置60は、実施の形態1で示した治療計画装置が作成した治療計画に対応した治療計画に基づいて多門照射を実行できるので、実施の形態1と同様に、ボーラスを用いることなく深さ方向への照射自由度を上げることができ、粒子線治療装置におけるIMRTの過照射問題を解決することができる。また、粒子線照射装置60は、柱状照射野生成装置4(4e)に適用された深さ方向照射野拡大装置3a、3b、3c、3dの効果を奏する。   Since the particle beam irradiation apparatus 60 of the eighth embodiment can execute multi-port irradiation based on the treatment plan corresponding to the treatment plan created by the treatment planning apparatus shown in the first embodiment, as in the first embodiment, The degree of freedom of irradiation in the depth direction can be increased without using a bolus, and the IMRT over-irradiation problem in the particle beam therapy system can be solved. Moreover, the particle beam irradiation apparatus 60 has the effect of the depth direction irradiation field expansion apparatuses 3a, 3b, 3c, and 3d applied to the columnar irradiation field generation apparatus 4 (4e).

実施の形態9.
本発明の実施の形態9は、実施の形態1乃至8に示した粒子線照射装置を備えた粒子線治療装置である。図15は本発明の実施の形態9における粒子線治療装置の概略構成図である。粒子線治療装置51は、イオンビーム発生装置52と、イオンビーム輸送系59と、粒子線照射装置58a、58b(60a、60b)とを備える。イオンビーム発生装置52は、イオン源(図示せず)と、前段加速器53と、シンクロトロン54とを有する。粒子線照射装置58bは回転ガントリ(図示せず)に設置される。粒子線照射装置58aは回転ガントリを有しない治療室に設置される。イオンビーム輸送系59の役割はシンクロトロン54と粒子線照射装置58a、58bの連絡にある。イオンビーム輸送系59の一部は回転ガントリ(図示せず)に設置され、その部分には複数の偏向電磁石55a、55b、55cを有する。
Embodiment 9 FIG.
The ninth embodiment of the present invention is a particle beam therapy system provided with the particle beam irradiation apparatus described in the first to eighth embodiments. FIG. 15 is a schematic configuration diagram of a particle beam therapy system according to Embodiment 9 of the present invention. The particle beam treatment apparatus 51 includes an ion beam generation apparatus 52, an ion beam transport system 59, and particle beam irradiation apparatuses 58a and 58b (60a and 60b). The ion beam generator 52 includes an ion source (not shown), a pre-accelerator 53, and a synchrotron 54. The particle beam irradiation device 58b is installed in a rotating gantry (not shown). The particle beam irradiation device 58a is installed in a treatment room having no rotating gantry. The role of the ion beam transport system 59 is in communication between the synchrotron 54 and the particle beam irradiation devices 58a and 58b. A part of the ion beam transport system 59 is installed in a rotating gantry (not shown), and the part has a plurality of deflection electromagnets 55a, 55b, and 55c.

イオン源で発生した陽子線等の粒子線である荷電粒子ビームは、前段加速器53で加速され、シンクロトロン54に入射される。荷電粒子ビームは、所定のエネルギーまで加速される。シンクロトロン54から出射された荷電粒子ビームは、イオンビーム輸送系59を経て粒子線照射装置58a、58b(60a、60b)に輸送される。粒子線照射装置58a、58b(60a、60b)は荷電粒子ビームを患者の患部(図示せず)に照射する。   A charged particle beam, which is a particle beam such as a proton beam generated by an ion source, is accelerated by the pre-stage accelerator 53 and is incident on the synchrotron 54. The charged particle beam is accelerated to a predetermined energy. The charged particle beam emitted from the synchrotron 54 is transported to the particle beam irradiation devices 58a and 58b (60a and 60b) through the ion beam transport system 59. The particle beam irradiation devices 58a and 58b (60a and 60b) irradiate a patient's affected part (not shown) with a charged particle beam.

実施の形態9の粒子線治療装置51は、実施の形態1に示した治療計画装置で作成した治療計画に基づいて、粒子線照射装置58(60)を動作させ、荷電粒子ビームを患者の患部に照射するので、ボーラスを用いることなく深さ方向への照射自由度を上げることにより、粒子線治療装置におけるIMRTの過照射問題を解決することができる。   The particle beam treatment apparatus 51 of the ninth embodiment operates the particle beam irradiation apparatus 58 (60) based on the treatment plan created by the treatment planning apparatus shown in the first embodiment, and applies the charged particle beam to the affected area of the patient. Therefore, the IMRT over-irradiation problem in the particle beam therapy system can be solved by increasing the degree of freedom of irradiation in the depth direction without using a bolus.

実施の形態9の粒子線治療装置51は、柱状の線量分布でビームを照射するので、点状に照射することに比べて照射時間が短いというメリットがある。また、多門照射ができるので、同じ患部に照射した場合、正常組織である体表面へのダメージを低減でき、照射してはならない危険部位(脊髄、眼球等)への照射を回避できる。   The particle beam therapy system 51 according to the ninth embodiment irradiates the beam with a columnar dose distribution, and therefore has an advantage that the irradiation time is shorter than that in the point irradiation. In addition, since multiportal irradiation is possible, when the same affected area is irradiated, damage to the body surface, which is a normal tissue, can be reduced, and irradiation to a dangerous site (spinal cord, eyeball, etc.) that should not be irradiated can be avoided.

さらに、実施の形態9の粒子線治療装置51においては、多門照射を遠隔で行えるメリットがある。遠隔多門照射とは、技師等が治療室に入って回転ガントリを操作する必要なく、治療室の外から遠隔で、患部への照射方向を多方向に変えて粒子線を照射することである。前述のように、本発明における粒子線治療装置においては、MLCやボーラスを必要としないシンプルな照射系となるため、ボーラスの交換作業及びMLCの形状確認作業が不要となる。その結果、遠隔多門照射が行え、治療時間が大幅に縮まるといった効果が得られる。   Furthermore, the particle beam therapy system 51 of the ninth embodiment has an advantage that multi-port irradiation can be performed remotely. Remote multi-port irradiation means that a technician or the like does not need to enter a treatment room and operate a rotating gantry, and remotely irradiates a particle beam by changing the irradiation direction to an affected area in multiple directions from outside the treatment room. As described above, the particle beam therapy system according to the present invention is a simple irradiation system that does not require an MLC or a bolus, so that a bolus replacement operation and an MLC shape confirmation operation are not required. As a result, remote multi-port irradiation can be performed, and the effect that treatment time is significantly shortened can be obtained.

なお、エネルギー変更装置2及び深さ方向照射野拡大装置3を有する柱状照射野生成装置4において、柱状照射野生成装置4は実施の形態2で示したエネルギー変更装置2bと実施の形態3で示した深さ方向照射野拡大装置3bを使用することもできる。   In the columnar irradiation field generating device 4 having the energy changing device 2 and the depth direction irradiation field expanding device 3, the columnar irradiation field generating device 4 is shown in the energy changing device 2b and the third embodiment shown in the second embodiment. The depth direction irradiation field expanding device 3b can also be used.

今まで、実施の形態5乃至7において、深さ方向照射野拡大装置は、RMW35を所定の一定速度で回転させ、選択された台のみ荷電粒子ビーム1を通過させるように荷電粒子ビーム1の出射と出射停止を繰り返して複数のSOBPの幅を形成する例で説明した。RMW35を用いて複数のSOBPの幅を形成する方法は、他にもある。例えば、台36e、36fが選択されたSOBPの幅であるSOBP幅1を形成する場合で説明する。モータ62として、サーボモータやステッピングモータ等を使用する。荷電粒子ビーム1が台36fを通過する位置にして、荷電粒子ビーム1の照射を開始する。一定時間経過後、モータ62にて荷電粒子ビーム1が台36eを通過する位置にする。一定時間経過後、荷電粒子ビーム1が台36fを通過する位置にする。一定時間経過毎に台36e、36fの位置を往復するように変更することで、SOBP幅1を形成できる。台36a〜36fが選択されたSOBPの幅であるSOBP幅5を形成する場合は、一定時間経過毎に台36a〜36fの位置を往復するように変更するようにすればよい。また、一定時間経過毎に荷電粒子ビーム1を停止してから荷電粒子ビーム1が通過する台36の位置を変更し、この変更後に、荷電粒子ビーム1を出射することを繰り返してもよい。荷電粒子ビーム1を停止せずに台36a〜36fの位置を往復するように変更する場合は、呼吸同期照射にも適用できる。   Up to now, in the fifth to seventh embodiments, the depth direction irradiation field enlarging apparatus rotates the RMW 35 at a predetermined constant speed, and emits the charged particle beam 1 so that only the selected stage passes the charged particle beam 1. In the example described above, the emission stop is repeated to form a plurality of SOBP widths. There are other methods for forming a plurality of SOBP widths using the RMW 35. For example, the case where the bases 36e and 36f form the SOBP width 1 that is the width of the selected SOBP will be described. As the motor 62, a servo motor or a stepping motor is used. Irradiation of the charged particle beam 1 is started at a position where the charged particle beam 1 passes through the table 36f. After a certain period of time, the charged particle beam 1 is moved to a position where the motor passes through the table 36e. After a certain period of time, the charged particle beam 1 is set to a position where it passes through the table 36f. The SOBP width 1 can be formed by changing the positions of the bases 36e and 36f so as to reciprocate every predetermined time. When the bases 36a to 36f form the SOBP width 5 that is the width of the selected SOBP, the positions of the bases 36a to 36f may be changed so as to reciprocate every predetermined time. Alternatively, the charged particle beam 1 may be stopped every time a certain time elapses, and then the position of the table 36 through which the charged particle beam 1 passes may be changed, and the charged particle beam 1 may be emitted after this change. When changing so that the position of the bases 36a-36f can reciprocate without stopping the charged particle beam 1, it is applicable also to respiration synchronous irradiation.

本発明に係る粒子線照射装置及び粒子線治療装置は、医療において好適に利用できる。特に過照射となってしまうIMRTの問題を解決でき、医療産業の発達に寄与するものである。   The particle beam irradiation apparatus and particle beam therapy apparatus according to the present invention can be suitably used in medicine. In particular, it can solve the problem of IMRT that causes excessive irradiation and contributes to the development of the medical industry.

1…荷電粒子ビーム、2、2a、2b…エネルギー変更装置、3、3a、3b、3c、3d…深さ方向照射野拡大装置、4、4a、4b、4c、4d、4e…柱状照射野生成装置、5、6、7、8…偏向電磁石、9、9a、9b…レンジシフタ、14…ビーム軸、15、16、17、18…偏向電磁石、19、19a、19b…リッジフィルタ、22…変更
制御装置、25…照射野拡大制御装置、26a、26b、26c、26d…吸収体、27a、27b、27c、27d…駆動装置、28a、28b、28c、28d…リッジフィルタ、29a、29b、29c、29d…駆動装置、30…変更制御装置、34…走査照射系、35…RMW(レンジモジュレーションホイール)、36a、36b、36c、36d、36e、36f…台、37a、37b、37c…羽根(エネルギー吸収体)、40…患部、44a、44b、44c、44d、45a、45b、45c、45d…柱状照射野、52…イオンビーム発生装置、54…シンクロトロン、58、58a、58b…粒子線照射装置、59…イオンビーム輸送系、60、60a、60b…粒子線照射装置、61…角度センサ、62…モータ、65…照射野拡大制御装置、66、66a、66b…RMW装置、67a、67b…駆動装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Charged particle beam, 2, 2a, 2b ... Energy change device 3, 3a, 3b, 3c, 3d ... Depth direction irradiation field expansion device 4, 4a, 4b, 4c, 4d, 4e ... Columnar irradiation field production | generation Device 5, 6, 7, 8 ... deflection magnet 9, 9, 9a, 9b ... range shifter, 14 ... beam axis, 15, 16, 17, 18 ... deflection magnet, 19, 19a, 19b ... ridge filter, 22 ... change control Device, 25 ... Irradiation field expansion control device, 26a, 26b, 26c, 26d ... Absorber, 27a, 27b, 27c, 27d ... Drive device, 28a, 28b, 28c, 28d ... Ridge filter, 29a, 29b, 29c, 29d ... drive device, 30 ... change control device, 34 ... scanning irradiation system, 35 ... RMW (range modulation wheel), 36a, 36b, 36c, 36d, 36e, 36f ... stand, 7a, 37b, 37c ... blades (energy absorber), 40 ... affected part, 44a, 44b, 44c, 44d, 45a, 45b, 45c, 45d ... columnar irradiation field, 52 ... ion beam generator, 54 ... synchrotron, 58 58a, 58b ... particle beam irradiation device, 59 ... ion beam transport system, 60, 60a, 60b ... particle beam irradiation device, 61 ... angle sensor, 62 ... motor, 65 ... irradiation field expansion control device, 66, 66a, 66b ... RMW devices, 67a, 67b ... Drive devices

Claims (11)

加速器により加速された荷電粒子ビームを、照射方向に垂直なX方向及びY方向にそれぞれ走査するX方向走査電磁石及びY方向走査電磁石により前記X方向及び前記Y方向に走査する走査照射系と、前記荷電粒子ビームのブラッグピークを拡大し、柱状の照射野を生成する柱状照射野生成装置とを備えた粒子線治療装置に対する治療計画を作成する治療計画装置であって、
前記柱状の照射野は、当該柱状の照射野の高さが前記荷電粒子ビームの照射方向の幅であるSOBPの幅であり、当該柱状の照射野の高さ方向の軸に垂直な断面の長さが前記荷電粒子ビームの前記X方向及び前記Y方向の幅であるビームサイズであって、前記加速器から出射されてから強制的に拡大されていない前記荷電粒子ビームの前記ビームサイズであり、当該柱状の照射野の高さが前記ビームサイズよりも長い照射野であり、
前記ビームサイズは、一回の治療照射において選択された単一のサイズであり、
前記荷電粒子ビームが照射される照射対象のディスタル形状に応じて、一つの前記SOBPの幅を有する前記柱状の照射野である外側柱状照射野を配置するとともに、前記照射対象の内側に前記外側柱状照射野と異なる前記SOBPの幅を有する前記柱状の照射野である内側柱状照射野を、前記外側柱状照射野の内側端部と重なるように敷き詰めて配置する照射野配置部と、
前記照射野配置部により前記外側柱状照射野及び前記内側柱状照射野が敷き詰められた状態を初期状態として、前記照射対象への照射線量が所定の範囲に入るように前記外側柱状照射野及び前記内側柱状照射野の配置を調整する最適化計算部とを有する治療計画装置。
An X-direction scanning magnet that scans the charged particle beam accelerated by the accelerator in the X-direction and Y-direction perpendicular to the irradiation direction, and a scanning irradiation system that scans in the X-direction and the Y-direction by the Y-direction scanning magnet, and A treatment planning apparatus for creating a treatment plan for a particle beam therapy apparatus including a columnar irradiation field generation device that expands a Bragg peak of a charged particle beam and generates a columnar irradiation field,
The columnar irradiation field is the width of the SOBP in which the height of the columnar irradiation field is the width in the irradiation direction of the charged particle beam, and the length of the cross section perpendicular to the axis in the height direction of the columnar irradiation field. Is the beam size that is the width of the charged particle beam in the X direction and the Y direction, and is the beam size of the charged particle beam that has not been forcibly expanded since being emitted from the accelerator , The height of the columnar irradiation field is an irradiation field longer than the beam size,
The beam size is a single size selected in a single treatment irradiation,
According to the distal shape of the irradiation target irradiated with the charged particle beam, the outer columnar irradiation field that is the columnar irradiation field having the width of one SOBP is arranged, and the outer columnar shape is disposed inside the irradiation target. An irradiation field arrangement part that lays out and arranges an inner columnar irradiation field that is the columnar irradiation field having a width of the SOBP different from the irradiation field so as to overlap an inner end of the outer columnar irradiation field;
The state where the outer columnar irradiation field and the inner columnar irradiation field are spread by the irradiation field arrangement unit is set as an initial state, and the outer columnar irradiation field and the inner side are set so that the irradiation dose to the irradiation target falls within a predetermined range. A treatment planning apparatus having an optimization calculation unit for adjusting the arrangement of columnar irradiation fields.
加速器により加速された荷電粒子ビームを、照射方向に垂直なX方向及びY方向にそれぞれ走査するX方向走査電磁石及びY方向走査電磁石により前記X方向及び前記Y方向に走査する走査照射系と、前記荷電粒子ビームのブラッグピークを拡大し、柱状の照射野を生成する柱状照射野生成装置とを備えた粒子線治療装置に対する治療計画を作成する治療計画装置であって、
前記柱状の照射野は、当該柱状の照射野の高さが前記荷電粒子ビームの照射方向の幅であるSOBPの幅であり、当該柱状の照射野の高さ方向の軸に垂直な断面の長さが前記荷電粒子ビームの前記X方向及び前記Y方向の幅であるビームサイズであって、前記加速器から出射されてから強制的に拡大されていない前記荷電粒子ビームの前記ビームサイズで
り、当該柱状の照射野の高さが前記ビームサイズよりも長い照射野であり、
前記ビームサイズは、一回の治療照射において選択された単一のサイズであり、
前記荷電粒子ビームが照射される照射対象のディスタル形状に応じて、一つの前記SOBPの幅を有する前記柱状の照射野である外側柱状照射野を配置するとともに、前記照射対象の内側に前記外側柱状照射野よりも小さい他の前記SOBPの幅を有する前記柱状の照射野である内側柱状照射野を、前記外側柱状照射野の内側端部と重なるように敷き詰めて配置する照射野配置部と、
前記照射野配置部により前記外側柱状照射野及び前記内側柱状照射野が敷き詰められた状態を初期状態として、前記照射対象への照射線量が所定の範囲に入るように前記外側柱状照射野及び前記内側柱状照射野の配置を調整する最適化計算部とを有する治療計画装置。
An X-direction scanning magnet that scans the charged particle beam accelerated by the accelerator in the X-direction and Y-direction perpendicular to the irradiation direction, and a scanning irradiation system that scans in the X-direction and the Y-direction by the Y-direction scanning magnet, and A treatment planning apparatus for creating a treatment plan for a particle beam therapy apparatus including a columnar irradiation field generation device that expands a Bragg peak of a charged particle beam and generates a columnar irradiation field,
The columnar irradiation field is the width of the SOBP in which the height of the columnar irradiation field is the width in the irradiation direction of the charged particle beam, and the length of the cross section perpendicular to the axis in the height direction of the columnar irradiation field. Is the beam size that is the width of the charged particle beam in the X direction and the Y direction, and is the beam size of the charged particle beam that has not been forcibly expanded since being emitted from the accelerator. Thus, the height of the columnar irradiation field is longer than the beam size,
The beam size is a single size selected in a single treatment irradiation,
According to the distal shape of the irradiation target irradiated with the charged particle beam, the outer columnar irradiation field that is the columnar irradiation field having the width of one SOBP is arranged, and the outer columnar shape is disposed inside the irradiation target. An irradiation field arrangement section for arranging and arranging an inner columnar irradiation field that is the columnar irradiation field having a width of the other SOBP smaller than the irradiation field so as to overlap an inner end of the outer columnar irradiation field;
The state where the outer columnar irradiation field and the inner columnar irradiation field are spread by the irradiation field arrangement unit is set as an initial state, and the outer columnar irradiation field and the inner side are set so that the irradiation dose to the irradiation target falls within a predetermined range. A treatment planning apparatus having an optimization calculation unit for adjusting the arrangement of columnar irradiation fields.
前記照射野配置部は、前記照射対象のディスタル形状に応じて前記外側柱状照射野を配置した後に、前記照射対象における前記外側柱状照射野が配置されていない内側の形状に応じて前記内側柱状照射野を配置することを特徴とした請求項1または2に記載の治療計画装置。   The irradiation field arrangement unit arranges the outer columnar irradiation field in accordance with the distal shape of the irradiation target, and then performs the inner columnar irradiation in accordance with an inner shape in which the outer columnar irradiation field in the irradiation target is not disposed. The treatment planning apparatus according to claim 1, wherein a field is arranged. 荷電粒子ビームを発生させ、加速器により所定のエネルギーまで加速するイオンビーム発生装置と、前記イオンビーム発生装置により加速された荷電粒子ビームを輸送するイオンビーム輸送系と、前記イオンビーム輸送系で輸送された荷電粒子ビームを照射対象に照射する粒子線照射装置と、前記粒子線照射装置の照射方向を回転させる回転ガントリとを備えた粒子線治療装置であって、
前記粒子線照射装置は、前記加速器により加速された荷電粒子ビームを、照射方向に垂直なX方向及びY方向にそれぞれ走査するX方向走査電磁石及びY方向走査電磁石により前記X方向及び前記Y方向に走査する走査照射系と、前記荷電粒子ビームのブラッグピークを拡大し、柱状の照射野を生成する柱状照射野生成装置とを備え、
当該粒子線治療装置に対する治療計画を作成する治療計画装置は、請求項1から3のいずれか1項に記載の治療計画装置であることを特徴とする粒子線治療装置。
An ion beam generator for generating a charged particle beam and accelerating it to a predetermined energy by an accelerator, an ion beam transport system for transporting a charged particle beam accelerated by the ion beam generator, and transported by the ion beam transport system A particle beam treatment apparatus comprising: a particle beam irradiation apparatus that irradiates an irradiation target with the charged particle beam; and a rotating gantry that rotates an irradiation direction of the particle beam irradiation apparatus,
The particle beam irradiation apparatus includes an X-direction scanning magnet and a Y-direction scanning magnet that scan a charged particle beam accelerated by the accelerator in an X direction and a Y direction perpendicular to the irradiation direction, respectively, in the X direction and the Y direction. A scanning irradiation system for scanning, and a columnar irradiation field generating device for expanding a Bragg peak of the charged particle beam and generating a columnar irradiation field,
4. A particle beam therapy apparatus according to claim 1, wherein a therapy planning apparatus for creating a therapy plan for the particle beam therapy apparatus is the therapy planning apparatus according to claim 1.
荷電粒子ビームを発生させ、加速器により所定のエネルギーまで加速するイオンビーム発生装置と、前記イオンビーム発生装置により加速された荷電粒子ビームを輸送するイオンビーム輸送系と、前記イオンビーム輸送系で輸送された荷電粒子ビームを照射対象に照射する粒子線照射装置と、前記粒子線照射装置の照射方向を回転させる回転ガントリとを備えた粒子線治療装置であって、
前記粒子線照射装置は、前記加速器により加速された荷電粒子ビームを、照射方向に垂直なX方向及びY方向にそれぞれ走査するX方向走査電磁石及びY方向走査電磁石により前記X方向及び前記Y方向に走査する走査照射系と、前記荷電粒子ビームのブラッグピークを拡大し、柱状の照射野を生成する柱状照射野生成装置とを備え、
前記走査照射系は、
請求項1から3のいずれか1項に記載の治療計画装置により作成された治療計画に基づいて、前記外側柱状照射野を前記照射対象のディスタル形状に応じて配置するように照射する第一照射と、前記内側柱状照射野を前記外側柱状照射野の内側に配置するように照射する第二照射とを実行することを特徴とする粒子線治療装置。
An ion beam generator for generating a charged particle beam and accelerating it to a predetermined energy by an accelerator, an ion beam transport system for transporting a charged particle beam accelerated by the ion beam generator, and transported by the ion beam transport system A particle beam treatment apparatus comprising: a particle beam irradiation apparatus that irradiates an irradiation target with the charged particle beam; and a rotating gantry that rotates an irradiation direction of the particle beam irradiation apparatus,
The particle beam irradiation apparatus includes an X-direction scanning magnet and a Y-direction scanning magnet that scan a charged particle beam accelerated by the accelerator in an X direction and a Y direction perpendicular to the irradiation direction, respectively, in the X direction and the Y direction. A scanning irradiation system for scanning, and a columnar irradiation field generating device for expanding a Bragg peak of the charged particle beam and generating a columnar irradiation field,
The scanning irradiation system includes:
1st irradiation which irradiates so that the said outside columnar irradiation field may be arrange | positioned according to the distal shape of the said irradiation object based on the treatment plan created by the treatment plan apparatus of any one of Claim 1 to 3 And a second irradiation for irradiating the inner columnar irradiation field so as to be arranged inside the outer columnar irradiation field.
前記走査照射系は、前記第一照射を実行し、前記第一照射の後に前記第二照射を実行することを特徴とする請求項5記載の粒子線治療装置。   6. The particle beam therapy system according to claim 5, wherein the scanning irradiation system performs the first irradiation and performs the second irradiation after the first irradiation. 前記柱状照射野生成装置は、前記荷電粒子ビームのエネルギーを変更するエネルギー変更装置と、前記荷電粒子ビームのブラッグピークを拡大する深さ方向照射野拡大装置とを備えたことを特徴とする請求項4から6のいずれ1項に記載の粒子線治療装置。 The columnar irradiation field generation device includes: an energy changing device that changes energy of the charged particle beam; and a depth direction irradiation field expanding device that expands a Bragg peak of the charged particle beam. The particle beam therapy apparatus according to any one of 4 to 6. 前記エネルギー変更装置は、
前記荷電粒子ビームが通過する方向の厚さが場所によって異なり、通過する荷電粒子ビームのエネルギーを前記厚さに応じて低下するレンジシフタと、前記荷電粒子ビームの前記レンジシフタにおける通過位置を移動する上流側偏向電磁石対と、前記荷電粒子ビームの軌道を当該エネルギー変更装置に入射したビーム軸の方へ戻す下流側偏向電磁石対と、前記荷電粒子ビームを前記レンジシフタの所定の厚さを通過するように前記上流側偏向電磁石対及び前記下流側偏向電磁石対を制御する変更制御装置とを備えたことを特徴とする請求項7記載の粒子線治療装置。
The energy changing device is:
A range shifter in which the thickness in the direction in which the charged particle beam passes varies depending on the location and reduces the energy of the charged particle beam passing through the thickness, and an upstream side that moves the passing position of the charged particle beam in the range shifter A deflection electromagnet pair, a downstream deflection electromagnet pair for returning the trajectory of the charged particle beam toward the beam axis incident on the energy changing device, and the charged particle beam so as to pass a predetermined thickness of the range shifter The particle beam therapy system according to claim 7, further comprising an upstream deflection electromagnet pair and a change control device that controls the downstream deflection electromagnet pair.
前記深さ方向照射野拡大装置は、
前記荷電粒子ビームが通過する位置によって失うエネルギーが異なる厚さ分布を有するリッジフィルタと、前記荷電粒子ビームの前記リッジフィルタにおける通過位置を移動する上流側偏向電磁石対と、前記荷電粒子ビームの軌道を当該深さ方向照射野拡大装置に入射したビーム軸の方へ戻す下流側偏向電磁石対と、前記荷電粒子ビームを前記リッジフィルタの所定の厚さ分布を通過するように前記上流側偏向電磁石対及び前記下流側偏向電磁石対を制御する照射野拡大制御装置とを備えたことを特徴とする請求項7または8に記載の粒子線治療装置。
The depth direction irradiation field expanding device is:
A ridge filter having a thickness distribution in which energy lost depending on a position through which the charged particle beam passes, an upstream deflection electromagnet pair that moves a passing position of the charged particle beam in the ridge filter, and a trajectory of the charged particle beam A downstream deflecting electromagnet pair returning toward the beam axis incident on the depth direction irradiation field enlarging device, the upstream deflecting electromagnet pair so that the charged particle beam passes through a predetermined thickness distribution of the ridge filter, and The particle beam therapy system according to claim 7, further comprising an irradiation field expansion control device that controls the downstream deflection electromagnet pair.
前記エネルギー変更装置は、
前記荷電粒子ビームが通過する厚さによってエネルギーが低下する複数の吸収体と、前記吸収体のそれぞれを駆動する複数の駆動装置と、前記駆動装置を駆動して前記荷電粒子ビームが通過する前記吸収体の合計の厚さを制御する変更制御装置とを備えたことを特徴とする請求項7記載の粒子線治療装置。
The energy changing device is:
A plurality of absorbers whose energy is reduced by the thickness through which the charged particle beam passes; a plurality of drive devices for driving each of the absorbers; and the absorption through which the charged particle beam passes by driving the drive device The particle beam therapy system according to claim 7, further comprising a change control device that controls a total thickness of the body.
前記深さ方向照射野拡大装置は、
前記荷電粒子ビームが通過する厚さによってエネルギーの幅を変更する複数のリッジフィルタと、前記リッジフィルタのそれぞれを駆動する複数の駆動装置と、前記駆動装置を駆動して前記荷電粒子ビームが通過する前記リッジフィルタの合計の厚さを制御する照射野拡大制御装置とを備えたことを特徴とする請求項7または10に記載の粒子線治療装置。
The depth direction irradiation field expanding device is:
A plurality of ridge filters that change the width of energy according to the thickness through which the charged particle beam passes, a plurality of drive devices that drive each of the ridge filters, and the charged particle beam that passes through the drive device. The particle beam therapy system according to claim 7, further comprising an irradiation field expansion control device that controls a total thickness of the ridge filter.
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JP4322419B2 (en) * 2000-12-26 2009-09-02 株式会社東芝 Three-dimensional particle beam irradiation apparatus and operation method thereof
US6777700B2 (en) * 2002-06-12 2004-08-17 Hitachi, Ltd. Particle beam irradiation system and method of adjusting irradiation apparatus
JP2006280457A (en) * 2005-03-31 2006-10-19 Hitachi Ltd Apparatus and method for radiating charged particle beam
JP4115468B2 (en) * 2005-06-10 2008-07-09 三菱電機株式会社 Particle beam therapy system
US7394082B2 (en) * 2006-05-01 2008-07-01 Hitachi, Ltd. Ion beam delivery equipment and an ion beam delivery method
JP2008279159A (en) * 2007-05-14 2008-11-20 Hitachi Ltd Particle beam irradiation apparatus and particle beam irradiation method
JP5074915B2 (en) * 2007-12-21 2012-11-14 株式会社日立製作所 Charged particle beam irradiation system
EP2277591B1 (en) * 2008-05-13 2014-09-24 Mitsubishi Electric Corporation Corpuscular radiation treatment apparatus

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