JP6234353B2

JP6234353B2 - 粒子線治療装置

Info

Publication number: JP6234353B2
Application number: JP2014227667A
Authority: JP
Inventors: 英伸 ▲高▼瀬
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2014-11-10
Filing date: 2014-11-10
Publication date: 2017-11-22
Anticipated expiration: 2034-11-10
Also published as: JP2016087283A

Description

この発明は、粒子線治療装置に関し、特に、粒子線がん治療などに用いられる粒子線治療装置の運転方法に関するものである。

粒子線治療装置は粒子線がん治療などに用いられている。この粒子線治療装置を使ってスキャニング照射法または積層原体照射法による照射を行う場合、一つの照射面（スライス）の照射が完了すると、次のスライスを照射する為にビームの出射を一旦停止する。次いで、加速器から出射するビームのエネルギーを変更するか、レンジシフタ等の照射系の機器を制御することにより、スライス切替を行い、粒子線の照射を再開する。このように照射とスライス切替を順次行っていくことで三次元の治療部位全域にわたる照射が完遂する（例えば、特許文献1〜６）。

ビーム照射は医療行為である為、照射時における各機器の現在値を照射実施記録として保管することが粒子線治療装置には要求されている。各機器の現在値には線量モニタによる照射線量の計測値が含まれる。関連した特許として特許文献1では、スライス切替毎に
取得したデータをもとに高速に画面表示更新するための画像処理を特徴としている。本特許のようにスライス切替動作とデータ取得を並行に行うことでスライス切替時間を高速化することを特徴とするものではない。

特開２０１１-１６１０５６号公報特開平１１-２４４２７９号公報特開２００９-３１９５４号公報特開２０１０-６０５２３号公報特開２００３-１１６８４２号公報特開２００２-１９７０５４号公報

粒子線治療装置は、以上のような動作が要求されるので、スキャニング照射または積層原体照射では、１スライスの照射完了時点における機器の現在値（線量モニタによる照射線量の計測値も含む）を照射実施記録として取り込む。照射時の各機器の現在値は、スライス切替毎に変化する為、スライス切替の前に照射時の各機器の現在値を記録することが必要である。

その為、次スライスへ切替る度に各コントローラ群から機器の現在値を読み出し、データベースへ保存し、次スライスの照射に向けて機器を動作させる一連の作業をシーケンシャルに行わなければならない。この動作に時間を要している結果、治療照射の時間が長くなり患者への負担が大きい。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、スキャニング照射または積層原体照射において、スライス照射毎に照射実施記録を取り込みつつ治療時間を短縮できる粒子線治療装置を得ることを目的とする。

本発明における粒子線治療装置は、照射線量の計測に使用する機器と、機器で獲得した照射線量の計測値を、現在値エリアと現在値退避エリアを有する内部メモリに格納する下位コントローラと、下位コントローラを統括する上位コントローラと、上位コントローラの指示により下位コントローラの内部メモリに格納されているデータを、データベースに格納する計算機と、を備え、上位コントローラはスライス照射が終了すると下位コントローラにスライス照射の終了通知を発行し、下位コントローラはスライス照射の終了通知を受理すると、現在値エリアに格納されているデータを内部メモリの現在値退避エリアにコピーし、このコピーが終了するとコピー完了通知を上位コントローラに発行し、上位コントローラは、コピー完了通知を受理すると、計算機および下位コントローラにスライス切替指令を発行し、計算機はスライス切替指令を受理すると下位コントローラの現在値退避エリアからデータの読み取りを実行してデータベースに格納し、この読み取りが完了すると上位コントローラに現在値読み取りの完了通知を発行し、下位コントローラはスライス切替指令を受理すると、機器にスライス切替動作の開始指令を発行し、機器はスライス切替動作の開始指令を受理すると、スライスの切替動作を実行し、切替後の現在値を下位コントローラに送信し、切替動作が終了すると下位コントローラにスライス切替動作の終了通知を発行し、下位コントローラは、機器から送信されてきた現在値を現在値エリアに書き込みを行い、スライス切替動作が完了したと判断すると上位コントローラにスライス切替動作の完了通知を発行し、上位コントローラは、現在値読み取りの完了通知とスライス切替動作の完了通知を受理すると次スライス照射を開始することを特徴とする。

上記構成による粒子線治療装置によれば、現在値の読み取りと機器のスライス切替動作を並行に実施することができるので、スライス照射毎に照射実施記録を取り込みつつ治療時間を短縮できる。

実施の形態に係わる粒子線治療装置の構成を示す図である。実施の形態１における内部メモリの構成イメージを示す図である。実施の形態１におけるスライス切替の動作フローについて記述した図である。実施の形態２における内部メモリの構成イメージを示す図である。実施の形態３における内部メモリの構成イメージを示す図である。実施の形態４におけるスライス切替の動作フローについて記述した図である。実施の形態５におけるスライス切替の動作フローについて記述した図である。

本発明の実施の形態に係わる粒子線治療装置について、図を参照しながら以下に説明する。なお、各図において、同一または同様の構成部分については同じ符号を付しており、対応する各構成部のサイズや縮尺はそれぞれ独立している。例えば構成の一部を変更した断面図の間で、変更されていない同一構成部分を図示する際に、同一構成部分のサイズや縮尺が異なっている場合もある。また、粒子線治療装置の構成は、実際にはさらに複数の部材を備えているが、説明を簡単にするため、説明に必要な部分のみを記載し、他の部分については省略している。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１に係わる粒子線治療装置を図に基づいて説明する。図１において、粒子線治療装置１００は粒子線がん治療などに用いられていて、スキャニング照射または積層原体照射を行う。機器Ａ１３ａ〜機器Ｈ１３ｈは粒子線治療装置１００を構成する機器やビーム測定装置に対応する。これらの機器Ａ〜Ｈはビームのエネルギーもしくは形状を変化させる役割や、ビームの照射線量を測定する役割を担う。これらの機器を制御するコントローラが下位コントローラＡ１２ａ、下位コントローラＢ１２ｂおよび下位コントローラＣ１２ｃである。下位コントローラＡ〜Ｃは複数の機器を制御する役割を担い、機器の設定値変更、動作制御を行い、また測定値または計測値含む機器の現在値を監視し、内部メモリに記録する。

下位コントローラ群を統括する役割を担うのが上位コントローラ１０である。上位コントローラ１０は複数の下位コントローラを制御する役割を担い、下位コントローラＡ〜Ｃへスライス切替指令などの指令を出す。また下位コントローラＡ〜Ｃのステータス監視も行い、スライスの照射開始を下位コントローラＡ〜Ｃ（および機器Ａ〜Ｈ）に対し発行することによって、スライス照射を開始することができる。計算機１１はデータベース１１ａを有し、上位コントローラ１０からの指令を受けて、下位コントローラＡ〜Ｃが有している機器の現在値を読み取り、データベース１１ａに格納する。機器の現在値には、線量モニタによる照射線量の計測値などの測定値が含まれている。粒子線治療装置１００は照射時の各機器の現在値を照射実施記録として保管する必要がある。

図２は本実施の形態による内部メモリの構成イメージを示す。下位コントローラＡ〜Ｃが保有する内部メモリ２０１は各エリアがアドレス（０〜ｎ）によって区別されている。ここでは、下位コントローラＡ１２ａに機器Ａ１３ａ、機器Ｂ１３ｂ、および機器Ｃ１３ｃが接続している場合を想定している。内部メモリ２０１は機器Ａの現在値を格納する現在値エリア２１１ａ、機器Ｂの現在値を格納する現在値エリア２１１ｂ、および機器Ｃの現在値を格納する現在値エリア２１１ｃを有する。同様に、内部メモリ２０１は、機器Ａの現在値に対する現在値退避エリア２２１ａ、機器Ｂの現在値に対する現在値退避エリア２２１ｂ、および機器Ｃの現在値に対する現在値退避エリア２２１ｃを有する。本実施の形態では、現在値退避エリア２２１ａ、現在値退避エリア２２１ｂ、および現在値退避エリア２２１ｃはそれぞれ飛び飛びの領域に割り当てている。現在値エリアとそれに対応する現在値退避エリアはサイズが同じである。

次に動作について説明する。図３はあるスライスへの照射３５１から次のスライスへの照射３５２までの間のスライス切替の動作フローについて記述したものである。ここでは一例として下位コントローラＡと機器Ａ〜Ｃに着目して記述する。上位コントローラ１０はあるスライスの照射終了を検知すると(321)、下位コントローラＡへスライス照射の終了通知を発行する。下位コントローラＡはスライス照射の終了を通知された時点での機器の現在値を、すなわちこの時点で現在値エリアに格納されているデータ（機器の現在値）を、内部メモリの現在値退避エリアに退避（コピー）する(331)。下位コントローラＡは現在値退避エリアへの現在値の退避（コピー）が終了すると、上位コントローラ１０へコピー完了通知を発行する。下位コントローラＡからこのコピーが完了したことの通知を受けると、上位コントローラ１０はスライス切替指令を計算機１１及び下位コントローラＡへ発行する(322)。

計算機１１は上位コントローラ１０からスライス切替指令を受け取ると、下位コントローラＡの内部メモリのうち、現在値退避エリア(333)に格納されているデータ（機器の現在値）を読み取り、データベース１１ａへ格納する(311)。計算機１０は読み取りが正常に完了したことを確認後(312)、上位コントローラ１０へ機器に関する現在値読み取りの完了通知を発行する。下位コントローラＡは上位コントローラ１０からスライス切替指令を受け取ると、機器Ａ〜Ｃに対してスライス切替動作の開始指令を発行する(332)。機器Ａ〜Ｃは、スライス切替動作の開始指令を受理すると、切替動作を実行し、切替後の機器の現在値（計測値など）を下位コントローラＡの現在値エリアに送信する。下位コントローラＡは機器のスライス切替動作が正常に完了したことを確認後(334)、上位コントローラ１０へ機器のスライス切替動作完了を通知する。

スライス切替動作を開始するためには、下位コントローラＡは機器Ａ〜Ｃに対してスライス切替動作の開始指令を発行する。機器のスライス切替動作中に(341)、下位コントローラＡは、機器Ａ〜Ｃから送信されてくるその機器の切替後の現在値（計測値など）を取込み、内部メモリ上の現在値エリアに順次書き込んでいく(335）。機器Ａ〜Ｃはスライスの切替動作が終了すると下位コントローラ１２Ａにスライス切替動作の終了通知を発行する。下位コントローラ１２Ａは、機器Ａ〜Ｃからスライス切替動作の終了通知を受理すると、スライス切替動作が完了したと判断し、上位コントローラにスライス切替動作の完了通知を発行する。上位コントローラ１０は、計算機１１及び下位コントローラＡから、それぞれ正常に、現在値読み取りの完了通知及びスライス切替動作の完了通知を受領すれば、現在値読み取り及びスライス切替処理が完了したと確認する(323)。上位コントローラ１０は、確認ができれば、次スライスの照射準備が完了していると判断し(324)、次スライスの照射を開始する(352)。

本実施の形態では、スライス切替の前に下位コントローラＡの内部メモリ上で現在値退避エリアに現在値をコピーするので、機器のスライス切替動作中でもスライス切替前の機器の現在値を計算機１１が読み取ることが可能となる。現在値の読み取りと機器のスライス切替動作をシーケンシャルに行う方法に比べると、現在値の読み取りと機器のスライス切替動作を並行に実施することができるので、治療時間を短縮することができる。

実施の形態２．
実施の形態１では、計算機１１が下位コントローラＡの内部メモリ上の機器の現在値退避エリア(333)から各機器の現在値を読み取る場合について述べた。各機器の現在値退避エリアは、図２に示すとおり、飛び飛びのアドレスを割り当てられている。この実施の形態によれば、計算機１１が下位コントローラＡから機器の現在値を読み取る時にアクセス先のアドレスが飛び飛びとなり、読み取り時間は長くなる傾向がある。本実施の形態では、この点を解決する為に、内部メモリにおける機器の現在値退避エリアを連続する領域に割り当てる。

図４に実施の形態２にかかわる下位コントローラＡの内部メモリ４０１の構成イメージを示す。機器Ａの現在値エリア４１１ａと機器Ｂの現在値エリア４１１ｂと機器Ｃの現在値エリア４１１ｃは、飛び飛びのアドレスを割り当てられている。これに対し、機器Ａの現在値退避エリア４２１ａと機器Ｂの現在値退避エリア４２１ｂと機器Ｃの現在値退避エリア４２１ｃは、連続した領域に割り当てられている。計算機１１が下位コントローラＡから機器の現在値を読み取る際のデータへのアクセス性が改善され、現在値の読み取り時間を短縮することができ、さらに治療時間を短縮することができる。

実施の形態３．
実施の形態１、２では、下位コントローラＡの内部メモリ上に機器の現在値退避エリアを１スライス分のみ準備する場合について述べた。実施の形態３では、内部メモリに各機器の現在値退避エリアをｍスライス分準備する。ここでｍは任意の整数である。図５に本実施の形態にかかわる下位コントローラＡの内部メモリ５０１の構成イメージを示す。機器Ａの現在値退避エリア５２１ａと、機器Ｂの現在値退避エリア５２１ｂと、機器Ｃの現在値退避エリア５２１ｃは、連続した領域に割り当てられている。

機器Ａの現在値エリア５１１ａは、１アドレス行で表現されているが、機器Ａの現在値退避エリア５２１ａは、ｍスライス分に相当する連続したエリアが準備されているため、ｍアドレス行で表現されている。同様に、機器Ｂの現在値エリア５１１ｂは、３アドレス行で表現されているが、機器Ｂの現在値退避エリア５２１ｂは、ｍスライス分に相当する連続したエリアが準備されているため、３ｍアドレス行で表現されている。同様に、機器Ｃの現在値エリア５１１ｃは、２アドレス行で表現されているが、機器Ｃの現在値退避エリア５２１ｃは、ｍスライス分に相当する連続したエリアが準備されているため、２ｍアドレス行で表現されている。

本実施の形態では、一巡目の照射で得られた機器Ａ〜Ｃの現在値は１スライス目の現在値退避エリアに格納されるが、計算機１１は下位コントローラの現在値退避エリアから現在値を読み取ることは行わない。同様に、二巡目の照射で得られた機器Ａ〜Ｃの現在値は２スライス目の現在値退避エリアに格納されるが、計算機１１は下位コントローラの現在値退避エリアから現在値を読み取ることは行わない。下位コントローラが、ｍ巡目の照射で得られた機器Ａ〜Ｃの現在値をｍスライス目の現在値退避エリアに格納すると、計算機１１は下位コントローラの現在値退避エリアから現在値をｍスライス分まとめて読み取る（ｍ：任意の整数）。すなわち、計算機１１は、ｍ回スライス切替を行う毎に、機器の現在値を読み取る。

本実施の形態では、各機器の現在値退避エリアをｍスライス分準備するようにしたので、計算機１１が機器の現在値を読み取るタイミングはｍ回スライス切替する毎に１回で済む（ｍ：任意の整数）。実施の形態１、２で１回スライス切替する毎に現在値を読み取っていた場合と比べて、さらにスライス切替時間を短縮することができ、さらに治療時間を短縮することができる。なお、これから説明する実施の形態４および実施の形態５では、実施の形態３と同様に、各機器に対する現在値退避エリアがｍスライス分準備されていることを前提にしている。

実施の形態４．
実施の形態３では、任意の数のスライス切替後に機器の現在値を読み取る場合について述べた。この実施の形態によれば、一度に読み取る現在値のスライス数が増加すると、読み取り時間が長くなりスライスの切替時間が長くなる。この点を解決する為に、実施の形態４では、上位コントローラ１０がスライスの切替完了を確認して次スライス照射を開始する際、計算機１１は各機器の現在値読み取りが完了したかどうかを確認しない。上位コントローラ１０は機器のスライス切替動作が完了したかどうかのみを確認するようにしている。

図６は、本実施の形態に係わる、あるスライスへの照射６５１から次のスライスへの照射６５２までの間のスライス切替の動作フローについて記述したものである。計算機１１は上位コントローラ１０からスライス切替指令を受ける際(622)、前スライスまでの機器の現在値読み取りが完了しているかどうかを確認する(611)。前スライスまでの機器の現在値読み取りが完了していれば、『現スライスの各機器の現在値読み取り』は未完了のままシーケンスは進める(612)。これにより、計算機１１は次スライスの照射中でも『現スライスの各機器の現在値読み取り』を継続できる。本実施の形態による粒子線治療装置によれば、一度に読み取る現在値のサイズが大きく読み取り時間が長くなる場合でもスライス切替の停滞を防止でき、治療時間を短縮することができる。

実施の形態５．
実施の形態４では次スライスの照射中でも『現スライスの各機器の現在値読み取り』を継続できる場合について述べた。この実施の形態ではスライス毎に正常に現在値を読み取ることができたかを確認する機会が減る為、読み取った値の整合性確認が困難となる場合が生じる。この点を解決する為に、実施の形態５では、上位コントローラ１０から下位コントローラへスライス照射終了が通知される際、下位コントローラは機器の現在値のサム値を計算する。ここでサム値とは、例えばCRC（Cyclic Redundancy Check）値やハッシュ値のように、元となるデータからある規則に従って一意に生成される値のことを指す。

図７は、本実施の形態に係わる、あるスライスへの照射７５１から次のスライスへの照射７５２までの間のスライス切替の動作フローについて記述したものである。上位コントローラ１０から下位コントローラＡへスライス照射終了が通知される際(721)、下位コントローラＡは機器の現在値のサム値を計算し、機器の現在値と併せてサム値を現在値退避エリアにコピーする(731)。一方、計算機側でも下位コントローラＡから機器の現在値及びサム値を読み取り、また自身で機器の現在値からサム値を計算して読み取ったサム値と比較し、チェックする。本実施の形態による粒子線治療装置によれば、読み取った現在値の整合性を担保できる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１０上位コントローラ、１１計算機、１１ａデータベース、１２ａ下位コントローラＡ、１２ｂ下位コントローラＢ、１２ｃ下位コントローラＣ、１００粒子線治療装置

Claims

照射線量の計測に使用する機器と、
前記機器で獲得した照射線量の計測値を、現在値エリアと現在値退避エリアを有する内部メモリに格納する下位コントローラと、
前記下位コントローラを統括する上位コントローラと、
前記上位コントローラの指示により前記下位コントローラの内部メモリに格納されているデータを、データベースに格納する計算機と、を備え、
前記上位コントローラはスライス照射が終了すると前記下位コントローラにスライス照射の終了通知を発行し、
前記下位コントローラは前記スライス照射の終了通知を受理すると、前記現在値エリアに格納されているデータを前記内部メモリの現在値退避エリアにコピーし、このコピーが終了するとコピー完了通知を前記上位コントローラに発行し、
前記上位コントローラは、前記コピー完了通知を受理すると、前記計算機および前記下位コントローラにスライス切替指令を発行し、
前記計算機は前記スライス切替指令を受理すると前記下位コントローラの現在値退避エリアからデータの読み取りを実行して前記データベースに格納し、この読み取りが完了すると前記上位コントローラに現在値読み取りの完了通知を発行し、
前記下位コントローラは前記スライス切替指令を受理すると、前記機器にスライス切替動作の開始指令を発行し、
前記機器は前記スライス切替動作の開始指令を受理すると、スライスの切替動作を実行し、切替後の現在値を前記下位コントローラに送信し、切替動作が終了すると前記下位コントローラにスライス切替動作の終了通知を発行し、
前記下位コントローラは、前記機器から送信されてきた現在値を前記現在値エリアに書き込みを行い、スライス切替動作が完了したと判断すると前記上位コントローラにスライス切替動作の完了通知を発行し、
前記上位コントローラは、前記現在値読み取りの完了通知と前記スライス切替動作の完了通知を受理すると次スライス照射を開始することを特徴とする粒子線治療装置。
前記現在値退避エリアは、内部メモリの飛び飛びの領域に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の粒子線治療装置。
前記現在値退避エリアは、内部メモリの連続した領域に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の粒子線治療装置。
前記現在値退避エリアは、複数のスライス分に対して設けられていることを特徴とする請求項２または３に記載の粒子線治療装置。
照射線量の計測に使用する機器と、
前記機器で獲得した照射線量の計測値を、現在値エリアと現在値退避エリアを有する内部メモリに格納する下位コントローラと、
前記下位コントローラを統括する上位コントローラと、
前記上位コントローラの指示により前記下位コントローラの内部メモリに格納されているデータを、データベースに格納する計算機と、を備え、
前記上位コントローラはスライス照射が終了すると前記下位コントローラにスライス照射の終了通知を発行し、
前記下位コントローラは前記スライス照射の終了通知を受理すると、前記現在値エリアに格納されているデータを前記内部メモリの現在値退避エリアにコピーし、このコピーが終了するとコピー完了通知を前記上位コントローラに発行し、
前記上位コントローラは、前記コピー完了通知を受理すると、前記計算機および前記下位コントローラにスライス切替指令を発行し、
前記計算機は前記スライス切替指令を受理すると、前スライスまでの現在値読み取りが完了しているかどうかを判断し、完了していると判断すると、前記下位コントローラの現在値退避エリアから現スライスの現在値を読み取り、
前記下位コントローラは前記スライス切替指令を受理すると、前記機器にスライス切替動作の開始指令を発行し、
前記機器は前記スライス切替動作の開始指令を受理すると、スライスの切替動作を実行し、切替後の現在値を前記下位コントローラに送信し、切替動作が終了すると前記下位コントローラにスライス切替動作の終了通知を発行し、
前記下位コントローラは、前記機器から送信されてきた現在値を前記現在値エリアに書き込みを行い、スライス切替動作が完了したと判断すると前記上位コントローラにスライス切替動作の完了通知を発行し、
前記上位コントローラは、前記スライス切替動作の完了通知を受理すると次スライス照射を開始することを特徴とする粒子線治療装置。
照射線量の計測に使用する機器と、
前記機器で獲得した照射線量の計測値を、現在値エリアと現在値退避エリアを有する内部メモリに格納する下位コントローラと、
前記下位コントローラを統括する上位コントローラと、
前記上位コントローラの指示により前記下位コントローラの内部メモリに格納されているデータを、データベースに格納する計算機と、を備え、
前記上位コントローラはスライス照射が終了すると前記下位コントローラにスライス照射の終了通知を発行し、
前記下位コントローラは前記スライス照射の終了通知を受理すると、前記現在値エリアに格納されているデータからサム値を計算し、このデータとサム値を前記内部メモリの現在値退避エリアにコピーし、このコピーが終了するとコピー完了通知を前記上位コントローラに発行し、
前記上位コントローラは、前記コピー完了通知を受理すると、前記計算機および前記下位コントローラにスライス切替指令を発行し、
前記計算機は前記スライス切替指令を受理すると、前スライスまでの現在値読み取りが完了しているかどうかを判断し、完了していると判断すると、前記下位コントローラの現在値退避エリアから現スライスの現在値とサム値を読み取り、
前記下位コントローラは前記スライス切替指令を受理すると、前記機器にスライス切替動作の開始指令を発行し、
前記機器は前記スライス切替動作の開始指令を受理すると、スライスの切替動作を実行し、切替後の現在値を前記下位コントローラに送信し、切替動作が終了すると前記下位コントローラにスライス切替動作の終了通知を発行し、
前記下位コントローラは、前記機器から送信されてきた現在値を前記現在値エリアに書き込みを行い、スライス切替動作が完了したと判断すると前記上位コントローラにスライス切替動作の完了通知を発行し、
前記上位コントローラは、前記スライス切替動作の完了通知を受理すると次スライス照射を開始することを特徴とする粒子線治療装置。