JP6636473B2 - 粒子線治療システム - Google Patents

Description

本発明は粒子線治療システムに関する。

本発明の背景技術として、例えば特許文献１に開示された技術がある。この公報には、放射線治療ベッド位置決めにおいて、臓器などの軟組織情報を用いて位置決め精度の向上を図るために、被検診者をのせるベッドと、放射線治療においてベッドを位置決めするベッド位置決め装置と、Ｘ線を発生するＸ線発生装置及びＸ線発生装置からのＸ線を受信するＸ線受像器を有するＸ線撮像装置とを備え、ベッド位置決め装置は、Ｘ線撮像装置で撮影した第１のＸ線透視画像データ、及び治療計画時に取得したＸ線ＣＴ画像データから生成された軟組織投影画像データに基づいて、ベッド位置決めデータを生成することが開示されている。

また例えば特許文献２には、放射線治療システムにおける照射室の一例として、加速器制御室へとビーム要求をするためのハードスイッチと、任意の方向から患者の患部へと照射を行うガントリーと、患者を固定するための治療ベッドと、放射線を遮蔽するための迷路状になった通路と防護扉とから構成された照射室が開示されている。

特開２０１１−７２４５７号公報 特開２００５−２７６８１号公報

放射線治療システムの運用にあたっては、特許文献１に示されるように治療を実施する前に患者の高精度な位置決め作業が実施される。この際には直接補助できるよう患者に対して近い位置に作業者がいることが望ましい。一方、特許文献２に示されるように、放射線を照射している期間は、作業者は操作室にて治療機器等の監視や制御をする必要がある。

また多くの場合、放射線治療システムによる作業時間は、放射線を照射する時間よりも、その前に実施される位置決めに要する時間帯が長いことが知られている。このような放射線治療システムにおいて治療の効率を向上させるには、操作室と治療室との両方において、作業者の作業手順に沿って遅滞なく情報を提示することで、特に治療の準備期間の長期化を抑制可能であることが望ましい。

本発明は、操作室と治療室との両方において、作業者の作業手順に沿って遅滞なく情報を提示することができ、特に治療の準備期間の長期化を抑制することが可能な粒子線治療システムを提供する。

本発明は、上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、荷電粒子ビームを生成する加速器と、前記荷電粒子ビームを照射する照射ノズルと、前記照射ノズルの先端方向に配置され、移動可能に構成された患者台と、処方箋データを管理する治療情報システムと、前記治療情報システムから目標位置を受け取り、前記治療情報システムが出す指令に従い、主表示システムに前記患者台の前記目標位置を提示させる治療制御システムと、前記治療制御システムから前記照射ノズルの制御パラメータを受け取り実行する照射制御システムと、治療室に配置され、前記患者台に対する移動指示を入力するためのペンダントと、前記移動指示に基づき前記患者台を制御する患者位置決めシステムと、前記治療室と隣接する操作室に設けられており、前記治療制御システムから前記患者台の目標位置を受け取り、かつ前記患者台の実際位置を表示する主表示システムと、前記患者台の補正された目標位置を算出し、前記治療制御システムおよび前記ペンダントへ提供する患者位置決め支援システムと、を有する粒子線治療システムであって、前記治療制御システムは、前記治療情報システムに対して、前記粒子線治療システムを構成する各機器に対して指令を出力する機能を作動させる前記治療制御システムの動作シーケンスよりも短い周期で、前記患者位置決め支援システムから送信される前記補正された目標位置を受け取るまでは、前記治療情報システムに目標位置として採用されえない値として前記治療制御システム内に予め記憶された前記患者台の目標位置の初期値の定期伝送を実行し、かつ前記補正された目標位置を受け取ったのちは、前記初期値に代わり前記補正された目標位置を前記治療情報システムへ伝送し、前記治療情報システムは、予め目標位置として採用可能な値の範囲を記憶しており、前記定期伝送された目標位置が採用不可能な値である場合、前記治療制御システムに対して前記患者台の目標位置を提示させる前記指令を出さないことを特徴とする。

本発明によれば、操作室と治療室との両方において、作業者の作業手順に沿って遅滞なく情報を提示することができ、特に治療の準備期間の長期化を抑制することが可能となる。

本発明の一実施形態である粒子線治療システム１００の全体像を示す。 粒子線治療システム１００における患者位置決めに関連する機器およびシステムを示す。 実施例の粒子線治療システム１００に関する制御システムの構成概要を示す。 実施例の制御システムにおける位置決めシーケンスの概要を示す。

以下、本発明の実施形態について図１乃至図４を用いて説明する。なお、以降は粒子線治療システム１００における適用例を挙げるが、本発明はこれに限られるものではなく、Ｘ線、ガンマ線、電子線をはじめとする各種の放射線治療システムにおいても同様に適用可能である。

はじめに粒子線治療システム１００の基本構成を図１および図２を用いて説明する。図１は粒子線治療システム１００の全体像を示す。図２は粒子線治療システム１００における患者位置決めに関連する機器およびシステムを示す。

＜粒子線治療システム１００の全体像＞
図１に示すように、粒子線治療システム１００は、シンクロトロン等の加速器１０１により所定の運動エネルギーまで加速された荷電粒子ビーム（以下、単にビームと呼ぶ）を高エネルギービーム輸送系１０２へ取り出し、回転ガントリー１０３及び回転ガントリー１０３に搭載された照射ノズル１０４を経由して、患者台８に固定された照射対象である患部へ照射する。回転ガントリー１０３は回転軸を中心に患者の周囲を回転し、複数の異なる方向からの患者へのビーム照射を可能とする。なお回転ガントリー１０３の構成を省略し、固定された方向からビームが照射されるシステムであってもよい。

ビームの照射を実施するにあたり、患者は図１および図２に示されるように患者台８の上に配置される。患者台８の周囲には、Ｘ線発生装置１０５及びＸ線検出装置１０６を有するＸ線撮像装置が患者位置決め装置の一部として配置されている。なおＸ線撮像装置に代わり、コーンビームＣＴ装置、プロトンビームＣＴ装置、超音波撮像装置、磁気共鳴イメージング装置といった腫瘍の位置を測定できる手段を患者位置決め装置の一部として採用してもよい。

また以上で挙げた各機器は、図１に示す各種の制御装置、制御システム（以下、制御システムと称する）により動作を制御される。これらの制御システムは、治療室と操作室とをまたぐように構成されており、それぞれの部屋に配置された制御機器同士は相互に通信可能に構成され、加速器１０１、電磁石、回転ガントリー１０３、患者台８などに対する動作指令を発するために利用される。

なお、本実施例における治療室とは、患者に対して放射線照射が実行されるための空間のことを指し、典型的にはコンクリート等を用いた遮蔽壁で囲まれた空間であり、当該空間内に少なくとも患者台８および放射線を提供するための照射ポートや照射ノズル先端部が設けられる。また操作室とは、治療室と空間的に完全に遮蔽可能な場合に限らず、各機器を制御するためのコンピュータや、各機器の状態を監視するためのモニタが集約されて設けられた空間であり、治療に際して障害とならない位置に設けられる。

操作室には、粒子線治療システム１００を制御するための多くの制御機器が配置される。ただし後述するペンダント７をはじめ、患者の側で実施される作業のために治療室に配置されるものも存在する。治療に際して作業者は、治療室と操作室との間でそれぞれ必要な作業を実施し、それらの作業を実行可能とするために、制御システムは治療室および操作室の両方において作業者に対して情報を提示する手段を有している。以下では、このような制御システムの一例として、患者の位置決めに関連するシステムについて図１および図３を用いて説明する。図３は本実施例の粒子線治療システム１００に関する制御システムの構成概要を示す。

＜患者の位置決めに関連する制御システム＞
図１に示すように、本実施例に示す粒子線治療システム１００において、患者の位置決めに関連する制御システムは、上位から治療計画装置１、治療情報システム２、治療制御システム３、照射制御システム４、患者位置決めシステム５を相互に通信可能に構成したものである。図１および図３に示すように、治療制御システム３に主表示システム６が接続され、照射制御システム４にペンダント７や治療室内に配置された副表示システム（図示省略）が接続され、患者位置決めシステム５に患者台８が接続される。

なお、ペンダント７とは治療室に設けられた粒子線治療システム１００の操作用インターフェースであり、操作者はペンダント７を用いて治療室内における作業を進める。またペンダント７は、その一部として主表示システム６とは異なる表示手段を有し、治療室内における作業、操作状況をリアルタイムに確認ができるよう構成されている。

また、照射制御システム４は患者位置決め支援システム９と接続され、患者位置決め支援システム９（ＰＩＡＳ）から患者の設置誤差が補正された目標位置（補正値）を取得する。なお、患者位置決め支援システム９は、治療室に供えられた、Ｘ線発生装置１０５及びＸ線検出装置１０６を有するＸ線撮影装置などの撮像手段１０によって取得された画像に基づき患者台８の補正値を算出し、目標位置を更新する機能を有する。

なお各システムは、一台の計算機に実装してもよいし、ネットワークを介して構成し計算等はサーバで実施するように実装してもよい。

各システムの主な機能は以下のとおりである。治療計画装置１は放射線を照射する体内の位置や範囲、付与すべき放射線の線量分布を決めるためのシミュレーションを実施する機能を有する。粒子線治療システム１００は治療計画装置１の演算結果（治療計画）に従って動作する。

治療情報システム２は、患者の氏名や年齢といった患者情報が登録されたシステムであり、治療する患者の選択、治療のスケジュール管理、治療の経過情報に関する入出力機能を有し、治療を始めるにあたっては、まず本システムから対象患者を選択することから始められる。

治療制御システム３および照射制御システム４は、粒子線治療システム１００を構成する各機器に対して指令を出力する機能やインターロック機能を有する。照射制御システム４は主に粒子線治療システム１００を構成する機器を制御する。治療制御システム３は照射制御システム４を含め、治療室のゲート開閉等を含めたより広い範囲を制御対象とする。また照射制御システム４は、治療室内に配置されたペンダント７と呼ばれる入出力インターフェースと接続されている。

主表示システム６は、いわゆるＨｕｍａｎ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅである。治療制御システム３から医師や物理士、看護師へ提示すべき情報を受け取り表示する機能や、患者台８の実際位置を表示する機能を有する。また治療制御システム３に対して指令を出すための入出力手段も有している。また主表示システム６は、治療情報システム２や治療制御システム３のインターフェースとして設けられていてもよい。

ペンダント７は治療室に設けられた入出力インターフェースであり、例えば作業者はペンダント７を介して患者位置決めシステム５に対して患者台８の移動指示を出すことができる。

患者位置決めシステム５は、主に患者台８の位置管理、移動制御を実施する機能を有する。典型的には、治療計画装置１に保存された位置（計画位置または目標位置）に向かって実際に患者が配置された患者台８を移動させる機能を有する。患者台８の移動は、目標位置と実際位置との偏差に基づき患者台８の支持系（たとえばロボットアーム）が実行すべき動作パラメータが計算され、この動作パラメータが実行されることで実施される。

ただし実際には、患者の自重によるたわみの発生や、治療計画時と治療時との間で臓器の位置が変化していることもあるため、患者台８の移動パラメータを治療計画どおりに実行させたとしても目標位置と実際位置との間には微小な差異が発生する。このような誤差は患者位置決め支援システム９によって、治療に際して問題ない程度まで縮小される。

患者位置決め支援システム９は、Ｘ線発生装置１０５及びＸ線検出装置１０６を有するＸ線撮像装置等の撮像手段１０により照射直前の標的の実際位置を計測し、実際位置と治療計画時の目標位置との差異を求めて目標位置を更新する機能を有する。このとき目標位置の情報は、患者台８の自由度に応じており、例えば直交する３軸に関する空間座標と各軸に対する回転角度を含めた６軸のパラメータ（ｘ、ｙ、ｚ、Ｐｉｔｃｈ、Ｒｏｌｌ、Ｙａｗ）として与えられる。

図１に示すような典型的な粒子線治療システム１００であれば、治療計画装置１から患者位置決めシステム５、患者位置決め支援システム９は操作室に配置されることが望ましい。また仮にこれらの制御システムの全部または一部が操作室とは離れた位置に設けられていたとしても、その制御システムに接続された主表示システム６や入力手段は操作室に設けられることで、治療室の状況を見つつ粒子線治療システム１００を動作させることができるため、そのように制御システムが構成されてもよい。

以上の制御システムを利用した位置決めのフローについて図４を用いて説明する。図４は本実施例の制御システムにおける位置決めシーケンスの概要を示す。

＜位置決めフロー＞
作業者は治療情報システム２のインターフェースを介して治療計画装置１から患者の設置位置情報を含めた処方箋データを治療情報システム２に対して送信させる（Ｓｔｅｐ １）。処方箋データには、患者に対して付与すべき放射線の線量分布や、患者を設置させる目標位置、各機器の制御指令データなどの治療に必要な情報が含まれている。

次いで、治療情報システム２のワークリストマネージャ（ＷＬＭ）から治療対象患者が選択され、図４に示すように、対応する患者の処方箋データが治療制御システム３へ送信される（Ｓｔｅｐ ２）。

その後、治療制御システム３は治療情報システム２から受け取った処方箋データに含まれる患者台８の目標位置値を主表示システム６へ送信する（ｓｔｅｐ ３）。この際、患者台８は移動していないため、患者台８の実際位置は初期値（たとえばすべてゼロ）であり、主表示システム６は治療情報システム２に保存された目標位置と、初期値状態の実際位置を表示している。また並行して、治療制御システム３は処方箋データから各機器の制御指令データおよび患者台８の目標位置を照射制御システム４へ送信する。更に、治療制御システム３から治療情報システム２に対して、定周期で、患者台８の目標位置の伝送が開始される。この定周期の伝送は、治療制御システム３の動作シーケンスよりも短い周期で実行される。また、後述するＳｔｅｐ ５Ａにて患者台８の補正値を受け取るまでは、先の初期値を定周期で治療情報システム２に対して伝送する。この定周期の伝送は少なくとも患者のセットアップ作業が完了するまで実行される。

なおＳｔｅｐ ３の段階で伝送される目標位置値，目標位置は、治療制御システム３に予め与えられた任意の初期値である。この初期値は目標位置として採用されえない値であり、例えば患者台８の移動可能な限界値を越えるような値である。治療情報システム２は、あらかじめ目標位置として採用可能な値の範囲を記憶しており、このような初期値が新たな目標位置として設定されないよう下位のシステムである治療制御システム３以下のシステムを制御する。

Ｓｔｅｐ ３にて照射制御システム４は治療制御システム３から目標位置を受け取ると、これをペンダント７に対して送信する。作業者はペンダント７に表示された目標位置に対して実際位置が一致するように患者台８へ移動指示を出す（Ｓｔｅｐ ４）。また実際位置の情報は主表示システム６へ反映される。

患者台８が目標位置に達すると、撮像手段１０によって患者の撮影が実施される。この撮影された画像情報に基づき、治療計画時の目標位置との差分が計算され、目標位置に対する補正値が算出される。補正値は照射制御システム４へ送信されて患者台８の目標位置が更新される。またペンダント７にも更新された目標位置が表示される（Ｓｔｅｐ ５）。

作業者は更新された目標位置を確認した後に、ペンダント７を操作して新たな目標位置に実際位置が合致するように患者台８に対する移動指示を出す。ペンダント７を介して入力された指示は、照射制御システム４を介して患者台８に与えられ、患者台８は移動指示にしたがって移動を開始する。また、患者台８が移動しているあいだ照射制御システム４から患者台８の実際位置および更新された目標位置のデータがペンダント７のインターフェースに表示される（Ｓｔｅｐ ６）。

また照射制御システム４は、患者台８が目標位置に達した後は、並行して更新された目標位置を治療制御システム３へ送信する（Ｓｔｅｐ ５Ａ）。この情報を受け取った治療制御システム３は、ｓｔｅｐ３から開始された定期伝送を利用して、更新された目標位置を上位の治療情報システム２へ送信する。治療情報システム２は、更新された目標位置を記録するとともに、新たな目標位置を主表示システム６に反映させるように治療制御システム３へ新たな目標位置値の指令を出す。その結果、主表示システム６およびペンダント７の両方において、更新された目標位置の提示が可能となり、表示内容の更新タイミングのずれを抑制することができる。なお、このＳｔｅｐ ５Ａの後は、初期値に替わって照射制御システム４から送信された補正値を治療情報システム２に対して定周期で伝送する。

作業者は患者台８の移動が完了するとペンダント７を介して位置決めの完了指示を入力する。ペンダント７から照射制御システム４に対して位置決め完了の指令が出力され、照射制御システム４は位置決め完了時の患者台８の目標位置、実際位置の情報（位置決め完了時パラメータ）を保存する（Ｓｔｅｐ ７）。

位置決めシーケンスが完了すると、更新された目標位置が治療情報システム２から治療制御システム３を介して主表示システム６へ送信・表示され、患者のセットアップ作業が完了となる（Ｓｔｅｐ ８）。

＜効果＞
上述のように、治療情報システム２が、あらかじめ目標位置として採用可能な値の範囲を記憶しているため、治療制御システム３から渡される初期値が新たな目標位置として設定されないよう下位のシステムを制御することにより安全性が担保される。また治療情報システム２が初期値は主表示システム６に反映されないように制御することで、作業者に対して不要な情報を提示することも回避でき、作業者の作業効率低下を抑制できる。

主表示システム６およびペンダント７の両方において、更新された目標位置の提示が可能となり、表示内容の更新タイミングの不一致を抑制できる。結果、作業者に対して提示される情報が相違することにより生ずる不要な確認作業や手待ち時間を削減し、作業効率の向上に寄与することができる。すなわち、操作室と治療室との両方において、作業手順に沿って適切な情報が作業者に対して遅滞なく提示することができるため、不要な確認作業や手待ち時間が削減されることから、特に治療の準備期間の長期化を抑制することが可能となる。

＜その他＞
なお、本発明は上記の実施例に限られず、種々の変形、応用が可能なものである。上述した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されない。

１ 治療計画装置
２ 治療情報システム
３ 治療制御システム
４ 照射制御システム
５ 患者位置決めシステム
６ 主表示システム
７ ペンダント
８ 患者台（治療台）
９ 患者位置決め支援システム
１０ 撮像手段
１００ 粒子線治療システム
１０１ 加速器
１０２ 高エネルギービーム輸送系
１０３ 回転ガントリー
１０４ 照射ノズル
１０５ Ｘ線発生装置
１０６ Ｘ線検出装置

Claims (3)

1. 荷電粒子ビームを生成する加速器と、
   前記荷電粒子ビームを照射する照射ノズルと、
   前記照射ノズルの先端方向に配置され、移動可能に構成された患者台と、
   処方箋データを管理する治療情報システムと、
   前記治療情報システムから目標位置を受け取り、前記治療情報システムが出す指令に従い、主表示システムに前記患者台の前記目標位置を提示させる治療制御システムと、
   前記治療制御システムから前記照射ノズルの制御パラメータを受け取り実行する照射制御システムと、
   治療室に配置され、前記患者台に対する移動指示を入力するためのペンダントと、
   前記移動指示に基づき前記患者台を制御する患者位置決めシステムと、
   前記治療室と隣接する操作室に設けられており、前記治療制御システムから前記患者台の目標位置を受け取り、かつ前記患者台の実際位置を表示する主表示システムと、
   前記患者台の補正された目標位置を算出し、前記治療制御システムおよび前記ペンダントへ提供する患者位置決め支援システムと、を有する粒子線治療システムであって、
   前記治療制御システムは、前記治療情報システムに対して、前記粒子線治療システムを構成する各機器に対して指令を出力する機能を作動させる前記治療制御システムの動作シーケンスよりも短い周期で、前記患者位置決め支援システムから送信される前記補正された目標位置を受け取るまでは、前記治療情報システムに目標位置として採用されえない値として前記治療制御システム内に予め記憶された前記患者台の目標位置の初期値の定期伝送を実行し、かつ前記補正された目標位置を受け取ったのちは、前記初期値に代わり前記補正された目標位置を前記治療情報システムへ伝送し、
   前記治療情報システムは、予め目標位置として採用可能な値の範囲を記憶しており、前記定期伝送された目標位置が採用不可能な値である場合、前記治療制御システムに対して前記患者台の目標位置を提示させる前記指令を出さない
   ことを特徴とする粒子線治療システム。
2. 請求項１に記載の粒子線治療システムであって、
   前記治療制御システムは、前記初期値として、前記患者台の移動可能な限界値を超える値を記憶している
   ことを特徴とする粒子線治療システム。
3. 請求項２に記載の粒子線治療システムであって、
   前記治療情報システムは、
   前記治療制御システムから伝送された目標位置が前記患者台の動作範囲内に含まれる場合に、前記治療制御システムへ前記目標位置の更新情報を送信し、前記主表示システムの表示を更新し、
   前記治療制御システムから伝送された目標位置が前記患者台の動作範囲内に含まれない場合は、前記治療制御システムへの前記目標位置の更新情報を送信しない
   ことを特徴とする粒子線治療システム。

Images