JP7090451B2

JP7090451B2 - 荷電粒子線治療装置

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Publication number: JP7090451B2
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Authority: JP
Inventors: 淳一井上
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2018-03-29
Filing date: 2018-03-29
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Description

本発明は、荷電粒子線治療装置に関するものである。

従来、このような分野の技術として、下記特許文献１に記載の治療装置が知られている。この治療装置は、患者の患部の動きに追従するように放射線の照射を行う、いわゆる動体追跡治療を行っている。

特開２０１５－２９７９３号公報

ここで、荷電粒子線を用いて治療を行う場合、照射位置の患部の深さ方向（照射軸に沿った方向）における位置調整は、荷電粒子線のエネルギーを調整することで飛程を変更することによって行われる。すなわち、荷電粒子線を用いて導体追跡治療を行う場合、患部が深さ方向に変動したときに、荷電粒子線の飛程を変更する必要が生じる。荷電粒子線のエネルギーを瞬時に調整することは困難であり、患部の深さ方向の変動に対して、荷電粒子線の飛程が十分に追従できない場合がある。例えば、荷電粒子線の飛程の変更が完了した時には、深さ方向において患部が更に別の位置へ移動することがある。この場合、荷電粒子線が予定していない箇所に照射され、患部に対する荷電粒子線の照射精度が低下する。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、荷電粒子線の患部に対する照射精度を向上できる荷電粒子線治療装置を提供することを目的とする。

本発明の荷電粒子線治療装置は、患者に向けて荷電粒子線を照射する照射部と、患者の患部の位置を検出する患部位置検出部と、患部位置検出部で検出した患部の位置に基づいて、照射部を制御する制御部と、を備え、制御部は、荷電粒子線の照射軸と直交する平面方向における患部の位置の変動に追従するように、平面方向における荷電粒子線の照射位置を調整し、照射軸に沿った深さ方向における患部の位置が予め定めた範囲外になった場合は、荷電粒子線の照射を中断し、患部の位置が予め定めた範囲内に戻ったら荷電粒子線の照射を再開する。

平面方向における荷電粒子線の照射位置の調整は、速やかに行うことができる。従って、制御部は、平面方向における患部の位置の変動に追従するように、平面方向における荷電粒子線の照射位置を速やかに調整することができる。これにより、荷電粒子線の照射位置は、平面方向における患部の位置の変動に良好に追従することができる。一方、深さ方向における荷電粒子線の照射位置の調整は、荷電粒子線のエネルギーを変更する必要があるため、時間を要する。従って、制御部は、照射軸に沿った深さ方向における患部の位置が予め定めた範囲外になった場合は、荷電粒子線の照射を中断し、患部の位置が予め定めた範囲内に戻ったら荷電粒子線の照射を再開する。すなわち、制御部は、深さ方向における患部の位置のずれが小さく、予定した箇所に荷電粒子線を照射できるときは、荷電粒子線の照射を行う。制御部は、深さ方向における患部の位置のずれが大きい時には、予定していない箇所に荷電粒子線が照射されないように、照射を中断することができる。これにより、照射部は、予定していない箇所に荷電粒子線を照射することを抑制することができる。以上により、荷電粒子線の患部に対する照射精度を向上できる。

患部位置検出部は、患部のＣＴ画像を取得するＣＴ装置を備えてよい。この場合、患部位置検出部は、患部の位置を正確に検出することができる。

患部位置検出部は、患者の体表の動きを検知し、体表の動きから推定することによって患部の位置を検出してよい。この場合、患部位置検出部は、ＣＴ装置などの大掛かりな装置を用いることなく、患部の位置を検出できる。

本発明によれば、荷電粒子線の患部に対する照射精度を向上できる荷電粒子線治療装置を提供することができる。

実施形態に係る荷電粒子線治療装置を示す図である。実施形態に係る荷電粒子線治療装置の照射部等を拡大して示す図である。実施形態に係る荷電粒子線治療装置のＣＴ装置を含む図である。腫瘍に対して設定された層を示す図である。荷電粒子線治療装置による荷電粒子線治療の手順を示すフローチャートである。（ａ）は、治療計画マップの腫瘍想定位置を示し、（ｂ）は、ＣＴ装置による腫瘍実測位置を示す図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の一実施形態に係る荷電粒子線治療装置について説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１に示されるように、本発明の一実施形態に係る荷電粒子線治療装置１は、放射線療法によるがん治療等に利用される装置であり、イオン源（不図示）で生成した荷電粒子を加速して荷電粒子線として出射する加速器３と、荷電粒子線を被照射体へ照射する照射部２と、加速器３から出射された荷電粒子線を照射部２へ輸送するビーム輸送ライン２１と、を備えている。照射部２は、治療台４を取り囲むように設けられた回転ガントリ５に取り付けられている。照射部２は、回転ガントリ５によって治療台４の周りに回転可能とされている。治療台４上には荷電粒子線治療の対象である患者１５が載置される。

図２は、図１の荷電粒子線治療装置の照射部２付近の概略構成図である。なお、以下の説明においては、「Ｘ軸方向」、「Ｙ軸方向」、「Ｚ軸方向」という語を用いて説明する。「Ｚ軸方向」とは、荷電粒子線Ｂの基軸ＡＸが延びる方向であり、荷電粒子線Ｂの照射の深さ方向である。なお、「基軸ＡＸ」とは、後述の走査電磁石６で偏向しなかった場合の荷電粒子線Ｂの照射軸とする。図２では、基軸ＡＸに沿って荷電粒子線Ｂが照射されている様子を示している。「Ｘ軸方向」とは、Ｚ軸方向と直交する平面内における一の方向である。「Ｙ軸方向」とは、Ｚ軸方向と直交する平面内においてＸ軸方向と直交する方向である。

まず、図２を参照して、本実施形態に係る荷電粒子線治療装置１の概略構成について説明する。荷電粒子線治療装置１はスキャニング法に係る照射装置である。なお、スキャニング方式は特に限定されず、ラインスキャニング、ラスタースキャニング、スポットスキャニング等を採用してよい。図２に示されるように、荷電粒子線治療装置１は、加速器３と、照射部２と、ビーム輸送ライン２１と、制御部７（制御部）と、を備えている。

加速器３は、荷電粒子を加速して予め設定されたエネルギーの荷電粒子線Ｂを出射する装置である。加速器３として、例えば、サイクロトロン、シンクロトロン、シンクロサイクロトロン、ライナック等が挙げられる。なお、加速器３として予め定めたエネルギーの荷電粒子線Ｂを出射するサイクロトロンを採用する場合、エネルギー調整部２０（図１参照）を採用することで、照射部２へ送られる荷電粒子線のエネルギーを調整（低下）させることが可能となる。なお、シンクロトロンは出射する荷電粒子線のエネルギーを容易に変更できるため、加速器３としてシンクロトロンを採用する場合には、エネルギー調整部２０を省略してもよい。この加速器３は、制御部７に接続されており、供給される電流が制御される。加速器３で発生した荷電粒子線Ｂは、ビーム輸送ライン２１によって照射ノズル９へ輸送される。ビーム輸送ライン２１は、加速器３と、エネルギー調整部２０と、照射部２と、を接続し、加速器３から出射された荷電粒子線を照射部２へ輸送する。

照射部２は、患者１５の体内の腫瘍（患部）１４に対し、荷電粒子線Ｂを照射するものである。荷電粒子線Ｂとは、電荷をもった粒子を高速に加速したものであり、例えば陽子線、重粒子（重イオン）線、電子線等が挙げられる。具体的に、照射部２は、イオン源（不図示）で生成した荷電粒子を加速する加速器３から出射されてビーム輸送ライン２１で輸送された荷電粒子線Ｂを腫瘍１４へ照射する装置である。照射部２は、走査電磁石６、四極電磁石８、プロファイルモニタ１１、ドーズモニタ１２、ポジションモニタ１３ａ，１３ｂ、マルチリーフコリメータ２４、及びディグレーダ３０を備えている。走査電磁石６、各モニタ１１，１２，１３ａ，１３ｂ、四極電磁石８、及びディグレーダ３０は、照射ノズル９に収容されている。このように、収容体に各主構成要素を収容した照射ノズル９によって照射部２が構成されている。なお、四極電磁石８、プロファイルモニタ１１、ドーズモニタ１２、ポジションモニタ１３ａ，１３ｂ、及びディグレーダ３０は省略してもよい。

走査電磁石６は、Ｘ軸方向走査電磁石６ａ及びＹ軸方向走査電磁石６ｂを含む。Ｘ軸方向走査電磁石６ａ及びＹ軸方向走査電磁石６ｂは、それぞれ一対の電磁石から構成され、制御部７から供給される電流に応じて一対の電磁石間の磁場を変化させ、当該電磁石間を通過する荷電粒子線Ｂを走査する。Ｘ軸方向走査電磁石６ａは、Ｘ軸方向に荷電粒子線Ｂを走査し、Ｙ軸方向走査電磁石６ｂは、Ｙ軸方向に荷電粒子線Ｂを走査する。これらの走査電磁石６は、基軸ＡＸ上であって、加速器３よりも荷電粒子線Ｂの下流側にこの順で配置されている。

四極電磁石８は、Ｘ軸方向四極電磁石８ａ及びＹ軸方向四極電磁石８ｂを含む。Ｘ軸方向四極電磁石８ａ及びＹ軸方向四極電磁石８ｂは、制御部７から供給される電流に応じて荷電粒子線Ｂを絞って収束させる。Ｘ軸方向四極電磁石８ａは、Ｘ軸方向において荷電粒子線Ｂを収束させ、Ｙ軸方向四極電磁石８ｂは、Ｙ軸方向において荷電粒子線Ｂを収束させる。四極電磁石８に供給する電流を変化させて絞り量（収束量）を変化させることにより、荷電粒子線Ｂのビームサイズを変化させることができる。四極電磁石８は、基軸ＡＸ上であって加速器３と走査電磁石６との間にこの順で配置されている。なお、ビームサイズとは、ＸＹ平面における荷電粒子線Ｂの大きさである。また、ビーム形状とは、ＸＹ平面における荷電粒子線Ｂの形状である。

プロファイルモニタ１１は、初期設定の際の位置合わせのために、荷電粒子線Ｂのビーム形状及び位置を検出する。プロファイルモニタ１１は、基軸ＡＸ上であって四極電磁石８と走査電磁石６との間に配置されている。ドーズモニタ１２は、荷電粒子線Ｂの線量を検出する。ドーズモニタ１２は、基軸ＡＸ上であって走査電磁石６に対して下流側に配置されている。ポジションモニタ１３ａ，１３ｂは、荷電粒子線Ｂのビーム形状及び位置を検出監視する。ポジションモニタ１３ａ，１３ｂは、基軸ＡＸ上であって、ドーズモニタ１２よりも荷電粒子線Ｂの下流側に配置されている。各モニタ１１，１２，１３ａ，１３ｂは、検出した検出結果を制御部７に出力する。

ディグレーダ３０は、通過する荷電粒子線Ｂのエネルギーを低下させて当該荷電粒子線Ｂのエネルギーの微調整を行う。本実施形態では、ディグレーダ３０は、照射ノズル９の先端部９ａに設けられている。なお、照射ノズル９の先端部９ａとは、荷電粒子線Ｂの下流側の端部である。

マルチリーフコリメータ２４は、制御部７からの信号に基づいて、照射軸方向と垂直な平面方向における荷電粒子線Ｂの照射野６０を規定するものであり、複数の櫛歯を含む遮線部２４ａ，２４ｂを有している。遮線部２４ａ，２４ｂは、互いに突き合わせるように配置されており、これらの遮線部２４ａ，２４ｂ間には、開口部２４ｃが形成されている。当該開口部２４ｃによって荷電粒子線Ｂの照射野が規定される。マルチリーフコリメータ２４は、開口部２４ｃに荷電粒子線Ｂを通過させることで、荷電粒子線Ｂのうち、照射野の周縁部に照射された部分を遮蔽する。なお、荷電粒子線をスキャニング法で照射する際は、荷電粒子線を走査して荷電粒子線が照射される経路によって荷電粒子線の照射野が規定される。この際、マルチリーフコリメータ２４を用いて照射野の端部における荷電粒子線を遮蔽することで、ペナンブラ（線量分布の切れ）が改善する。

また、マルチリーフコリメータ２４は、Ｚ軸方向と直交する方向に遮線部２４ａ，２４ｂを進退させることで、開口部２４ｃ、すなわち照射野の位置及び形状を変化することが可能となっている。さらに、マルチリーフコリメータ２４は、リニアガイド２８で照射軸方向に沿って案内されており、Ｚ軸方向に沿って移動可能になっている。このマルチリーフコリメータ２４は、ポジションモニタ１３ｂの下流側に配置されている。

制御部７は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭ等により構成されている。この制御部７は、各モニタ１１，１２，１３ａ，１３ｂから出力された検出結果に基づいて、加速器３、走査電磁石６、四極電磁石８、及びマルチリーフコリメータ２４を制御する。

また、荷電粒子線治療装置１の制御部７は、荷電粒子線治療の治療計画を行う治療計画装置１００と接続されている。治療計画装置１００は、治療前に患者１５の腫瘍１４をＣＴ等で測定し、腫瘍１４の各位置における線量分布（照射すべき荷電粒子線の線量分布）を計画する。具体的には、治療計画装置１００は、腫瘍１４に対して治療計画マップ（治療計画情報）を作成する。治療計画装置１００は、作成した治療計画マップを制御部７へ送信する。

スキャニング法による荷電粒子線の照射を行う場合、腫瘍１４をＺ軸方向に複数の層に仮想的に分割し、一の層において荷電粒子線を治療計画において定めた走査経路（スキャニングパターン）に従うように走査して照射する。そして、当該一の層における荷電粒子線の照射が完了した後に、隣接する次の層における荷電粒子線Ｂの照射を行う。このように、Ｚ軸方向に分割された層状の領域ごとに一層ずつ照射が繰り返されることで、三次元的な腫瘍１４の全体に荷電粒子線Ｂの照射が行われる。

制御部７の制御に応じた走査電磁石６の荷電粒子線照射イメージについて、図４（ａ）及び（ｂ）を参照して説明する。図４（ａ）は、深さ方向において複数の層に仮想的にスライスされた腫瘍１４を、図４（ｂ）は、深さ方向から見た一の層における荷電粒子線の走査イメージを、それぞれ示している。

図４（ａ）に示すように、腫瘍１４は照射の深さ方向において複数の層に仮想的にスライスされており、本例では、深い（荷電粒子線Ｂの飛程が長い）層から順に、層Ｌ_１、層Ｌ_２、…層Ｌ_ｎ－１、層Ｌ_ｎ、層Ｌ_ｎ＋１、…層Ｌ_Ｎ－１、層Ｌ_ＮとＮ層に仮想的にスライスされている。また、図４（ｂ）に示すように、荷電粒子線Ｂは、ビーム軌道ＴＬを描きながら層Ｌ_ｎの複数の照射スポットに対して照射される。すなわち、制御部７に制御された照射ノズル９は、ビーム軌道ＴＬ上を移動する。

上記の治療計画マップには、治療台４上に位置決めされると想定される腫瘍１４の位置（以下「腫瘍想定位置」という）の情報が含まれている。また、治療計画マップには、上記の腫瘍想定位置に対する荷電粒子線Ｂの走査経路の情報が含まれている。制御部７は、治療計画マップに定められた腫瘍想定位置及び走査経路を読み出し、原則的には、当該腫瘍想定位置を照射予定位置とし、当該照射予定位置に対して走査経路に従って荷電粒子線の照射が行われるように照射部２を制御する。従って、原則的には、治療台４上の患者１５の腫瘍１４が腫瘍想定位置から変動がなければ、腫瘍想定位置及び走査経路に従って、荷電粒子線Ｂが走査され照射されることになる。

なお、上記の「腫瘍想定位置」、「照射予定位置」、及び後述する「腫瘍実測位置」は、何れも、腫瘍１４の三次元形状や三次元的な位置（Ｘ，Ｙ，Ｚの３軸の並進方向の位置、及びＸ，Ｙ，Ｚの３軸周りの回転方向の位置）を含む概念である。また、ＸＹ平面内における腫瘍１４の位置の変動は、荷電粒子線Ｂの照射軸（基軸ＡＸ）と直交する「平面方向」における変動に該当する。また、Ｚ方向における腫瘍１４の位置の変動は、照射軸に沿った「深さ方向」における変動に該当する。

更に、図２に示すように、荷電粒子線治療装置１は、荷電粒子線Ｂの照射中において、治療台４上における患者１５の腫瘍１４の位置を検出する患部位置検出部５０を備えている。このような位置測定部としては、例えば、Ｘ線ＣＴ装置や、ＤＲ（デジタルラジオグラフィー）等が採用される。以下の説明では、荷電粒子線治療装置１が、患部位置検出部５０として、ＣＴ装置４０を備えているものとして説明する。

ＣＴ装置４０は、ＣＢＣＴ装置（コーンビームＣＴ装置）と呼ばれるタイプのＣＴ装置であり、照射部２に対する治療台４上の腫瘍１４の位置を正確に認識する目的で使用される。具体的には、荷電粒子線治療に先立ち、治療台４にセッティングされた状態における患者１５の断層画像（ＣＴ画像）がＣＴ装置４０を用いて作成され、このＣＴ画像に基づいて患者１５の腫瘍１４の位置が認識される。

図３にも示されるように、ＣＴ装置４０は、患者１５にＸ線を照射するＸ線管４１を備えている。Ｘ線管４１は照射ノズル９の両側に１つずつ設置されている。また、ＣＴ装置４０は、各Ｘ線管４１からのＸ線をそれぞれ検出するＸ線検出器４２を２つ備えている。一組のＸ線管４１とＸ線検出器４２とは、治療台４を挟んで互いに反対側の位置に配置されている。Ｘ線管４１とＸ線検出器４２とは、上記の回転ガントリ５によって支持され回転可能に構成されており、一体として治療台４の周りに回転する。Ｘ線管４１からＸ線が照射され、治療台４上の患者１５を通過したＸ線がＸ線検出器４２に検出され、Ｘ線検出器４２には患者１５のＸ線画像データが取得される。患部位置検出部５０は、３Ｄ患部トラッキング装置５１を備える。３Ｄ患部トラッキング装置５１は、制御部７の中に組み込まれている。このＸ線画像データは制御部７０の３Ｄ患部トラッキング装置５１に送られ、制御部７は上記Ｘ線画像データに基づいて、所定の演算による画像再構成処理を実行し、患者１５の内部のＣＴ画像を生成する。制御部７は、このＣＴ画像に基づいて、治療台４上における患者１５の腫瘍１４の実際の位置を得る。

３Ｄ患部トラッキング装置５１は、各Ｘ線検出器４２から入力されるリアルタイム映像から、瞬時のオプティカルフローを計算して動きベクトルを計算する、撮影方向毎に設けられた動きベクトル計算装置５２Ａ、５２Ｂと、該動きベクトル計算装置５２Ａ、５２Ｂによって得られる２方向の動きベクトルから、３次元の動きベクトルを計測する３次元（３Ｄ）合成ベクトル計算装置７１と、該３Ｄ合成ベクトル計算装置７１の出力をベクトル積分して３次元的な移動量を計算する３Ｄ移動量計算装置７２と、とを含んで構成されている。

動きベクトル計算装置５２Ａ、５２Ｂは、Ｘ線検出器４２から連続画像を入力するための連続画像入力装置５４Ａと、該連続画像入力装置５４から入力される画像を今回の画像として記憶するための今回画像メモリ５６Ａと、該今回画像メモリ５６Ａに一旦記憶させた画像を前回の画像として記憶するための前回画像メモリ５８Ａと、今回及び前回の画像メモリ５６Ａ、５８Ａの差からオプティカルフローを計算するオプティカルフロー計算装置６０Ａと、該オプティカルフロー計算装置６０Ａの出力を合成して動きベクトルを計算するための合成ベクトル計算装置６２と、を含んで構成されている。

荷電粒子線Ｂの照射中には、制御部７は、上記のＣＴ装置４０で得られる腫瘍１４の実際の位置（以下「腫瘍実測位置」という）を取得する。また、制御部７は、照射開始の時点では、治療計画装置１００から、治療計画マップに含まれる腫瘍想定位置を取得している。従って、制御部７は、腫瘍実測位置と腫瘍想定位置とのずれを算出することで、腫瘍１４の位置の変動を把握することができる。制御部７は、平面方向における（ＸＹ平面内における）腫瘍１４の位置の変動を把握し、深さ方向における（Ｚ方向における）腫瘍１４の位置の変動を把握する。

制御部７は、平面方向における腫瘍１４の位置の変動に追従するように、平面方向における荷電粒子線Ｂの照射位置を調整する。すなわち、制御部７は、平面方向における腫瘍実測位置と腫瘍想定位置との間でずれが発生している場合、腫瘍実測位置に合わせて照射予定位置及び走査経路を補正する。制御部７は、補正後の照射予定位置に補正後の走査経路で荷電粒子線Ｂが照射されるように照射部２を制御する。なお、制御部７は、照射前の位置合わせの際に、照射位置のずれを補正することができる。制御部７は、更に、照射前の位置合わせ後にも、患者の腫瘍１４が動く場合に、当該動きに追従して照射位置を制御できる。制御部７による具体的な処理の一例については、後述する。

制御部７は、深さ方向における腫瘍１４の位置が予め定めた範囲外になった場合は、荷電粒子線Ｂの照射を中断し、腫瘍１４の位置が予め定めた範囲内に戻ったら荷電粒子線Ｂの照射を再開する。制御部７は、深さ方向における腫瘍実測位置と腫瘍想定位置との間でのずれ（位置ずれの量）を把握する。制御部７は、ずれが所定の閾値の範囲内であるか否かを判定する。制御部７は、ずれが閾値以下であると判定した場合は、荷電粒子線Ｂの照射を継続する。一方、制御部７は、ずれが閾値より大きいと判定した場合は、荷電粒子線Ｂの照射を中断する。荷電粒子線Ｂを中断する方法は特に限定されず、例えば、加速器３からの荷電粒子線Ｂの出射を一時的に停止する方法、高周波加速電極の停止や、ビームチョッパー電極によりイオン源からのビームの軌道を変更し加速させないなどの方法を採用してよい。制御部７は、ずれ量を取得し続け、ずれ量が閾値以下となったタイミングで、荷電粒子線Ｂの照射を再開する。制御部７による具体的な処理の一例については、後述する。

続いて、図５～図６を参照し、荷電粒子線治療装置１の作動を含め、荷電粒子線治療装置１による荷電粒子線治療の手順について説明する。ただし、荷電粒子線治療装置１の制御内容は、以下の手順に限定されるものではない。

（照射開始工程：図５のＳ１）
まず、治療台４上に患者１５が載置され、荷電粒子線治療装置１の位置合わせ用レーザマーカ（図示せず）を用いて、患者１５の位置決めが行われる。具体的には、事前に治療計画マップで定められた腫瘍想定位置に、患者１５の腫瘍１４の位置を合わせることを目標として、治療台４が移動される。当該位置合わせが完了したら、制御部７は、腫瘍１４に対する荷電粒子線Ｂの照射を開始する。

（患部位置検出工程：図５のＳ１０）
上記のＳ１の処理の後、制御部７の制御に基づいてＣＴ装置４０が駆動され、患者１５の内部のＣＴ画像が取得される。このＣＴ画像に基づいて、制御部７は、患者１５の腫瘍１４の位置を検出する。これにより、制御部７は、照射部２に対する相対的な腫瘍１４の実際の位置（腫瘍実測位置）を認識する。

（深さ方向変動判定工程：図５のＳ２０）
制御部７は、ＣＴ装置４０による検出結果に基づいて深さ方向における腫瘍１４の位置の変動が無いか否かを判定する。制御部７は、深さ方向における腫瘍１４の位置が予め定めた範囲内であれば変動が無いと判定し、範囲外であれば変動があると判定する。制御部７は、治療計画装置１００の治療計画マップを読み出し、治療計画マップに含まれる腫瘍想定位置と走査経路とを認識する。そして制御部７は、腫瘍実測位置と腫瘍想定位置との深さ方向における位置ずれを算出する。ここで算出される位置ずれは、深さ方向（Ｚ方向）における並進方向のずれである。このようなＺ方向の並進方向のずれを「ΔＺ」と呼ぶ。例えば、腫瘍想定位置に対して、Ｚ方向のずれの許容値として閾値「ΔＺ_ＴＨ」を設定する。この場合、制御部７は、「ΔＺ≦ΔＺ_ＴＨ」であれば、深さ方向の腫瘍１４の位置の変動が無いと判定する。制御部７は、「ΔＺ＞ΔＺ_ＴＨ」であれば、深さ方向の腫瘍１４の位置の変動が有ると判定する。

制御部７は、腫瘍１４のどの部分を基準位置として判定を行ってもよい。例えば、図４（a）に示すように、腫瘍想定位置での腫瘍１４の下端ＳＰの位置を基準位置Ｄ_０とした場合、基準位置Ｄ_０から上下に「ΔＺ_ＴＨ」だけ離れた位置に判定位置Ｄ_１，Ｄ_２が設定される。制御部７は、Ｓ１０での検出結果に基づく腫瘍実測位置における腫瘍１４の下端ＳＰが判定位置Ｄ_１，Ｄ_２との間、又は判定位置Ｄ_１，Ｄ_２上に位置する場合は、深さ方向の腫瘍１４の位置の変動が無いと判定する。制御部７は、Ｓ１０での検出結果に基づく腫瘍実測位置における腫瘍１４の下端ＳＰが判定位置Ｄ_１よりも下側、又は判定位置Ｄ_２よりも上側に位置する場合は、深さ方向の腫瘍１４の変動が有ると判定する。なお、閾値「ΔＺ_ＴＨ」の大きさはどのように設定されてもよい。

（照射中断工程：図５のＳ３０）
制御部７は、Ｓ２０にて深さ方向における腫瘍１４の位置の変動が有ると判定した場合、荷電粒子線Ｂの照射を中断する。その後、Ｓ１０へ戻り、同様の処理を繰り返す。

（照射継続・再開工程：図５のＳ４０）
制御部７は、Ｓ２０にて深さ方向における腫瘍１４の位置の変動が無いと判定した場合、荷電粒子線Ｂの照射を継続する。なお、Ｓ３０で荷電粒子線Ｂの照射が中断されていた状態から、腫瘍１４の位置が予め定めた範囲内に戻った場合、制御部７は、Ｓ２０において深さ方向における腫瘍１４の位置の変動（基準位置である腫瘍想定位置からの変動）が無くなったと判定する。これによってＳ４０へ移行した場合、制御部７は、荷電粒子線Ｂの照射を再開する。

（平面方向変動判定工程：図５のＳ５０）
制御部７は、Ｓ１０での検出結果に基づいて、平面方向における腫瘍１４の位置の変動が無いか否かを判定する。例えば、図６（ａ）に示されるように、制御部７は、治療計画装置１００の治療計画マップを読み出し、治療計画マップに含まれる腫瘍想定位置Ｐ０と走査経路Ｑ０とを認識する。そして制御部７は、腫瘍実測位置Ｐ１と腫瘍想定位置Ｐ０との位置ずれを算出する。ここで算出される位置ずれは、荷電粒子線Ｂの照射方向（Ｚ方向）に直交する面（ＸＹ平面）内における、並進方向のずれ及び回転方向のずれである。上記並進方向のずれには、Ｘ方向のずれ、Ｙ方向のずれの２軸方向のずれが含まれ、前者を「ΔＸ」、後者を「ΔＹ」と呼ぶ。また、上記回転方向のずれは、すなわちＺ軸周りの回転方向のずれであり、これを「ΔΦＺ」と呼ぶ。制御部７は、予め設定しておいた閾値と、取得したΔＸ、ΔＹ及びΔΦＺとを比較する。制御部７は、ΔＸ、ΔＹ及びΔΦＺの全部が閾値以下であれば、平面方向の腫瘍１４の位置の変動が無いと判定する。制御部７は、Ｓ５０にて平面方向における腫瘍１４の位置の変動が無いと判定した場合、腫瘍想定位置Ｐ０と走査経路Ｑ０に基づいて荷電粒子線Ｂの照射を継続し、Ｓ７０へ移行する。制御部７は、ΔＸ、ΔＹ及びΔΦＺの少なくとも何れかが閾値を超えていれば、平面方向の腫瘍１４の位置の変動が有ると判定する。

（追従制御工程：図５のＳ６０）
制御部７は、Ｓ５０にて平面方向における腫瘍１４の位置の変動が有ると判定した場合、腫瘍１４の位置の変動に追従するように、平面方向における荷電粒子線Ｂの照射位置を調整する。制御部７は、算出されたΔＸ、ΔＹ及びΔΦＺに基づき、当該ΔＸ、ΔＹ及びΔΦＺと同量の補正量で、照射予定位置及び走査経路を補正（変換）する。すなわち、図６（ｂ）に示されるように、補正後の照射予定位置Ｐ’は、補正前の照射予定位置Ｐ（すなわち、治療計画マップの腫瘍想定位置Ｐ０と同じ位置）に対して、全体的に、＋ΔＸ，＋ΔＹだけ並進移動させ、＋ΔΦＺだけ回転移動させた位置となる。また、補正後の走査経路Ｑ’のパターンは、補正前の走査経路のパターン（すなわち、治療計画マップの走査経路Ｑ０と同じ経路）に対し、全体的に、＋ΔＸ，＋ΔＹだけ並進移動させ、＋ΔΦＺだけ回転移動させたパターンとなる。Ｓ５０の処理が完了したら、制御部７は、補正後の照射予定位置Ｐ’及び補正後の走査経路Ｑ’に基づいて、荷電粒子線Ｂの照射を行う。また、Ｓ７０の処理へ移行する。

なお、例えば、制御部７が一回目のＳ６０にて追従制御を行った後、二回目のＳ５０の処理を行うときに、平面方向における腫瘍１４の位置が同じままである場合、二回目のＳ５０では、制御部７は、腫瘍想定位置Ｐ０に対する腫瘍実測位置Ｐ１のずれとして一回目と同様のΔＸ、ΔＹ及びΔΦＺを取得する。また、制御部７は、二回目のＳ６０において、一回目と同様の照射予定位置Ｐ’及び走査経路Ｑ’を取得する。この場合、二回目のＳ６０以降の荷電粒子線Ｂの照射位置は、一回目のＳ６０で設定された照射予定位置Ｐ’及び走査経路Ｑ’から、見た目上、変化が無いように見える。一方、制御部７が一回目のＳ６０にて追従制御を行った後、二回目のＳ５０の処理を行うときに、平面方向における腫瘍１４の位置が更に変動した場合、二回目のＳ５０では、制御部７は、腫瘍想定位置Ｐ０に対する腫瘍実測位置Ｐ１のずれとして一回目とは異なるΔＸ、ΔＹ及びΔΦＺを取得する。また、制御部７は、二回目のＳ６０において、一回目とは異なる照射予定位置Ｐ’及び走査経路Ｑ’を取得する。この場合、二回目のＳ６０以降の荷電粒子線Ｂの照射位置は、一回目のＳ６０で設定された照射予定位置Ｐ’及び走査経路Ｑ’から変化する。なお、制御部７が一回目のＳ６０にて追従制御を行った後、二回目のＳ５０の処理を行うときに、平面方向における腫瘍１４の位置が腫瘍想定位置Ｐ０に戻った場合、制御部７は、腫瘍想定位置Ｐ０と走査経路Ｑ０に基づいて荷電粒子線Ｂを照射する。この場合、二回目のＳ５０以降の荷電粒子線Ｂの照射位置は、一回目のＳ６０で設定された照射予定位置Ｐ’及び走査経路Ｑ’から、変化する。

（照射完了判定工程：図５のＳ７０）
制御部７は、腫瘍１４に対する荷電粒子線Ｂの照射が完了したか否かを判定する。制御部７は、層Ｌ_１～Ｌ_Ｎの全てに対して荷電粒子線Ｂを照射した場合、照射が完了したと判定する。制御部７は、Ｓ７０において荷電粒子線Ｂの照射が完了していないと判定した場合、Ｓ１０へ戻り、同様の処理を繰り返す。

（照射停止工程：図５のＳ８０）
制御部７は、Ｓ７０において腫瘍１４に対する荷電粒子線Ｂの照射が完了したと判定した場合、荷電粒子線Ｂの照射を停止する。これにより、図５に示す処理が終了する。

なお、制御部７は、物理的には、例えば、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、補助記憶装置、キーボード及びマウス等の入力装置、ディスプレイ等の出力装置、通信モジュールなどを含むコンピュータシステムとして構成されている。そして、制御部７をなすコンピュータシステムにおいて所定の照射制御プログラムが実行されることで、上述したようなＳ１～Ｓ８０を実行するように、荷電粒子線治療装置１が作動される。上記のような工程Ｓ１～Ｓ８０は、制御部７の制御下で自動的に進行されてもよく、オペレータの操作に従ってバッチ的に進行されてもよい。

なお、Ｓ１０の腫瘍１４の位置検出工程を行う頻度（すなわちＳ１０～Ｓ７０の処理を行う頻度）は特に限定されない。例えば、制御部７は、荷電粒子線Ｂの照射中は、常時、Ｓ１０～Ｓ７０の処理を繰り返してよい。または、制御部７は、所定の時間間隔に基づいて、Ｓ１０～Ｓ７０の処理を繰り返してよい。または、制御部７は、照射対象となる層Ｌが切り替わるタイミングで、Ｓ１０～Ｓ７０の処理を実行してよい。なお、操作者がスイッチの操作によって照射停止の実行、非実行の判断ができるようになっていてもよい。

次に、本実施形態に係る荷電粒子線治療装置１の作用・効果について説明する。

平面方向における荷電粒子線の照射位置の調整は、速やかに行うことができる。すなわち、深さ方向を調整するには、エネルギーを変換するための機器をビームが通過する必要があるが、このような機器は、エネルギー変換機構を動かすのに時間がかかる。一方、平面方向は走査電磁石に対して電気的な補正を加えるだけで可能となるため、速やかに照射位置を調整することができる。従って、平面方向における荷電粒子線Ｂの照射位置の調整は、患部位置検出部５０からの信号を制御部７にリアルタイムで入力させ、照射軸に対して補正を加える処置を実施することにより、速やかに行うことができる。従って、制御部７は、平面方向における腫瘍１４の位置の変動に追従するように、平面方向における荷電粒子線Ｂの照射位置を調整する。これにより、荷電粒子線Ｂの照射位置は、平面方向における腫瘍１４の位置の変動に良好に追従することができる。一方、深さ方向における荷電粒子線Ｂの照射位置の調整は、荷電粒子線Ｂのエネルギーを変更する必要があるため、時間を要する。従って、制御部７は、深さ方向における腫瘍１４の位置が予め定めた範囲外になった場合は、荷電粒子線Ｂの照射を中断し、腫瘍１４の位置が予め定めた範囲内に戻ったら荷電粒子線Ｂの照射を再開する。すなわち、制御部７は、深さ方向における腫瘍１４の位置のずれが小さく、予定した箇所に荷電粒子線Ｂを照射できるときは、荷電粒子線Ｂの照射を行う。制御部７は、深さ方向における腫瘍１４の位置のずれが大きい時には、予定していない箇所に荷電粒子線Ｂが照射されないように、照射を中断することができる。これにより、照射部２は、予定していない箇所に荷電粒子線Ｂを照射することを抑制することができる。以上により、荷電粒子線Ｂの腫瘍１４に対する照射精度を向上できる。

患部位置検出部５０は、腫瘍１４のＣＴ画像を取得するＣＴ装置４０を備える。この場合、患部位置検出部５０は、腫瘍１４の位置を正確に検出することができる。

本発明は、上述した実施形態を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した様々な形態で実施することができる。また、上述した実施形態に記載されている技術的事項を利用して、下記のような変形例を構成することも可能である。各実施形態の構成を適宜組み合わせて使用してもよい。

例えば、上述の実施形態では、患部位置検出部５０は、ＣＴ装置４０を備えていた。これに代えて、患部位置検出部５０は、患者１５の体表の動きを検知し、体表の動きから推定することによって患部の位置を検出してよい。患部位置検出部５０は、ＣＴ装置４０などの大掛かりな装置を用いることなく、患部の位置を検出できる。この場合、患部位置検出部５０は、患者１５の体表を撮影するカメラなどを備えてよい。

また、上述の実施形態では、制御部７が一回目のＳ６０にて追従制御を行った後、二回目のＳ５０の処理を行うときに、制御部７は、腫瘍想定位置Ｐ０に対する腫瘍実測位置Ｐ１のずれを算出した。これに代えて、制御部７は、二回目のＳ５０の処理を行うときに、一回目のＳ６０で補正した照射予定位置Ｐ’に対する腫瘍実測位置Ｐ１のずれを算出してよい。この場合、一回目のＳ６０の処理から腫瘍１４が移動していない場合、制御部７は、二回目のＳ６０の演算を省略することができる。

上述の実施形態では、補正後の照射予定位置への照射が、スキャニング法における走査電磁石６の走査によって実現されるが、本発明はこの方式には限定されない。例えば、本発明は、ブロードビーム照射方式で、マルチリーフコリメータ２４（図２）の開口状態によって荷電粒子線Ｂの照射野が規定される方式に適用されてもよい。この場合、照射制御工程Ｓ１０９で、マルチリーフコリメータ２４の開口部２４ｃの位置（例えば、Ｘ，Ｙ，ΦＺ位置）が、制御部７によって、補正後の照射予定位置Ｐ’に対応するように制御されてもよい。

また、患者コリメータが使用される方式であれば、照射制御工程Ｓ１０９においては、マルチリーフコリメータ２４の制御に代えて、患者コリメータの位置が制御されてもよい。すなわち、患者コリメータの位置（例えば、Ｘ，Ｙ，ΦＺ位置）が、制御部７によって、補正後の照射予定位置Ｐ’に対応するように制御されてもよい。この場合、患者コリメータの位置を移動させるためのアクチュエータが設けられ、当該アクチュエータが制御部７に制御されるようにしてもよい。

また、上述のような、走査電磁石６の走査の制御と、マルチリーフコリメータ２４の開口部２４ｃの位置の制御と、が並行して実行されてもよい。また、実施形態の荷電粒子線治療装置１は、走査電磁石６及びマルチリーフコリメータ２４を両方とも備えるものであるが、これらの構成要素を両方備えることは必須ではなく、適宜省略されてもよい。

１…荷電粒子線治療装置、２…照射部、７…制御部、１４…腫瘍（患部）、１５…患者、４０…ＣＴ装置（患部位置検出部）、５０…患部位置検出部、Ｂ…荷電粒子線。

Claims

患者に向けて荷電粒子線を照射する照射部と、
前記患者の患部の位置を検出する患部位置検出部と、
前記患部位置検出部で検出した前記患部の位置に基づいて、前記照射部を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記荷電粒子線の照射軸と直交する平面方向における前記患部の位置の変動に追従するように、前記平面方向における前記荷電粒子線の照射位置を調整し、
前記照射軸に沿った深さ方向における前記患部の位置が予め定めた範囲外になり、荷電粒子線が、前記患部の中の前記深さ方向において予め定めた位置とは異なる位置に照射される場合は、前記荷電粒子線の照射を中断し、前記患部の位置が前記予め定めた範囲内に戻ったら前記荷電粒子線の照射を再開する、荷電粒子線治療装置。
前記患部位置検出部は、前記患部のＣＴ画像を取得するＣＴ装置を備える、請求項１に記載の荷電粒子線治療装置。
前記患部位置検出部は、前記患者の体表の動きを検知し、前記体表の動きから推定することによって前記患部の位置を検出する、請求項１又は２に記載の荷電粒子線治療装置。