JP7126158B2 - 放射線治療システム、プログラムおよび放射線治療システムの作動方法 - Google Patents

Description

本発明は、放射線治療システム、プログラムおよび放射線治療システムの作動方法に関する。

非特許文献１には、典型的な臨床シナリオについて、ブラッグピークに誘起された陽子音響信号を用いた陽子線治療における飛程の検証についての検討結果が記載されている。

Ahmad M, Xiang L, Yousefi S and Xing L. "Theoretical detection threshold of the proton-acoustic range verification technique." Med Phys. 2015;42(10):5735-5744.

ブラッグピークの特徴を活かした線量集中性の高さから、粒子線治療が注目されている。特に、標的形状に合致した線量分布を形成することが可能であるため、スキャニング照射法への期待が大きい。

しかしながら、現状のスキャニング照射では、標的周囲にマージンをつけた照射が求められており、線量集中性という利点を活かす余地が残っている。マージンが求められる背景としては、体内のビーム照射位置の不確定性がある。

そこで、ビームが照射計画通りに照射されたことを直接かつリアルタイムに確認する方法により、利点をより生かすことができると考えられる。

ビームの照射位置を測定することにより、ビームが照射計画通りに照射されたことを直接かつリアルタイムに確認する方法として、上述した非特許文献１に記載されたような“粒子線音波”の活用が提案されている。

粒子線音波とは、パルス的に照射されたビームからの熱量付与により局所的な領域が断熱膨張し、その結果発生する弾性波を示す。この粒子線音波は、照射する放射線がＸ線の場合でも同様に発生する。

この粒子線音波を利用した位置特定では、従来では、ビームの照射開始時刻からセンサでの粒子線音波の測定時刻までの時間差に基づいてビームの照射位置を特定し、ビームが照射計画通りに照射されたことを確認していた。

しかしながら、不均質媒質中では場所ごとに音速が異なるため、誤差が生じる、との課題がある。また、発生する音波の強度が小さいため、ノイズを除去するために、何度も同じ条件で測定を繰り返し、信号を平均化する処理が必要であり、位置特定までの準備に非常に手間が掛かる、との課題がある。

本発明は、照射計画通りに放射線が照射されているかを従来に比べて簡易に判断することが可能な放射線治療システム、プログラムおよび放射線治療システムの作動方法を提供する。

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、被照射体中に配置されている基準マーカから発生する音波を利用する放射線治療システムであって、放射線発生装置と、前記放射線発生装置で発生させた放射線を前記被照射体中の標的に向けて照射する照射装置と、前記放射線発生装置および前記照射装置を制御する制御装置と、前記被照射体に設置する音波センサと、前記音波センサによって測定された信号波形に基づき、前記基準マーカからの音波発生の有無を判定することにより前記放射線が計画通りの位置に照射されているか否かを判定する信号処理装置と、を備えたことを特徴とする。

また、他の一例をあげるならば、被照射体中の標的に向けて放射線が照射される際に発生する基準マーカから発生する音波の信号に基づき、前記基準マーカからの音波発生の有無を判定することにより前記放射線が計画通りの位置に照射されているか否かを判定する判定手順を放射線治療システム内の処理装置に実行させることを特徴とする。

更に、他の一例をあげるならば、放射線治療システムの作動方法であって、前記放射線治療システムが、放射線を放出し、前記放射線治療システムが、音波センサにより、基準マーカから発生する音波を測定する測定ステップと、前記放射線治療システムが、信号処理装置により、前記測定ステップで測定された音波の信号波形に基づき、前記基準マーカからの音波発生の有無を判定することにより前記放射線が計画通りの位置に照射されているか否かを判定する判定ステップと、を有することを特徴とする。

本発明によれば、照射計画通りに放射線が照射されているかを従来に比べて簡易に判断することができる。上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施例の説明により明らかにされる。

本発明の１実施形態に係る、陽子線治療システムの全体図である。 図１の陽子線治療システムに係る、スキャニング照射法を採用したノズルの概要図である。 図１の陽子線治療システムに係る、基準マーカから発生した粒子線音波を測定し、分析するための装置構成図である。 図３の信号処理装置に係る、粒子線音波の測定データに基づいて、ビームと基準マーカとの接触の判定を行う手順である。 図３の信号処理装置に係る、粒子線音波の測定データに基づいて、ビームと基準マーカとの接触の判定を行う手順である。 本発明の１実施形態である、陽子線治療システムのビーム飛程測定システムに係る、基準マーカから発生した粒子線音波を測定し、分析するための装置構成図である。 図５の信号処理装置に係る、粒子線音波の測定データに基づいて、ビームと基準マーカとの接触の判定を行う手順である。

以下に本発明の放射線治療システム、プログラムおよび放射線治療システムの作動方法の実施例を、図面を用いて説明する。

＜実施例１＞
本発明の放射線治療システム、プログラムおよび放射線治療システムの作動方法の実施例１について図１乃至図４Ｂを用いて説明する。

本実施例では、放射線治療システムとして陽子線を標的に照射する陽子線治療システムを例に説明するが、本発明は陽子より質量の重い粒子（ヘリウム線や炭素線など）を用いた重粒子線治療システムや、Ｘ線を用いるＸ線治療システムにも適用することができる。

最初に、陽子線治療システムの全体構成について図１を用いて説明する。図１は、本発明の陽子線治療システムの全体構成を示す図である。

本実施例の陽子線治療システム１０２は被照射体１１１中に配置されている基準マーカ１０１から発生する音波を利用するシステムであり、図１に示すように、陽子線発生装置１０３、陽子線輸送装置１０４、回転式照射装置１０５、制御装置１０２ａ、照射計画装置３０１、信号処理装置３０２、トランスデューサ３０３、およびデータベース３０４を有する。

図１において、陽子線発生装置１０３は、イオン源１０６，前段加速器１０７（例えば、直線加速器）およびシンクロトロン１０８を有する。

イオン源１０６で発生したイオンは、まず、前段加速器１０７で加速される。前段加速器１０７から出射した陽子線（以下、ビーム）は、入射器１０８ａからシンクロトロン１０８内に入射される。

シンクロトロン１０８に入射されたビームは偏向電磁石１０８ｂが形作る略四角形の経路を四極電磁石１０８ｃ等の生成する磁場によって微調整されて周回しながら、加速空胴１０８ｄを通過するたびに加速される。所定のエネルギーまで加速されたビームは高周波出射装置１０８ｅによって印加された高周波によって出射デフレクタ１０９から陽子線輸送装置１０４に出射される。

陽子線輸送装置１０４は、複数の偏向電磁石１０５ａ、四極電磁石１０５ｂを備えており、シンクロトロン１０８とノズル１１０との間を接続している。

陽子線輸送装置１０４によって回転式照射装置１０５まで輸送されたビームは、最終的に、回転式照射装置１０５のノズル１１０を経て被照射体１１１に照射される。

なお、本実施形態ではビームの加速装置としてシンクロトロン１０８を採用したが、本発明は加速装置の種類を問わない。例えば、サイクロトロン、シンクロサイクロトロン、レーザー加速器、直線加速器等の様々な公知の加速器を採用できる。

回転式照射装置１０５は、陽子線発生装置１０３で発生させたビームを被照射体１１１中の標的２０１に向けて照射するための装置であり、回転ガントリー（図示省略）およびノズル１１０を有する。回転ガントリーに設置されたノズル１１０は、回転ガントリーと共に回転する。陽子線輸送装置１０４の一部は、回転ガントリーに取り付けられている。

なお、本実施形態では回転ガントリーを備える回転式照射装置１０５を例に説明するが、照射装置は固定式を採用することもできる。

また、照射装置は１つの場合に限られず、複数設けることができる。

更に、陽子線輸送装置１０４を省略してシンクロトロン１０８から回転式照射装置１０５に直接ビームを輸送することができる。

図２はスキャニング照射法を採用するノズル１１０の概略図である。

図２に示すように、スキャニング照射法では、標的２０１を微少領域（スポット）２０２に分割し、スポット２０２毎に細径のビーム（ペンシルビーム）を照射する。

スキャニング照射法では、あるスポット２０２に所定量のビームが照射されると、照射を停止して、あるいは照射を維持したまま次の所定スポット２０２に向けてビームが走査される。横方向（図２におけるＸ方向，Ｙ方向）へのビーム走査にはノズル１１０に搭載した走査電磁石２０３を用いる。

ある深さについてすべてのスポット２０２に所定量のビームが照射されると、深さ方向（図２におけるＺ方向）にビームを走査する。

深さ方向へのビームの走査は、シンクロトロン１０８での加速条件を変更する、もしくはビームをノズル１１０等に搭載したレンジシフタ（図示省略）を通過させる等の方法によりビームのエネルギーを変更することによって行う。

このような手順を繰り返し、最終的に標的２０１全体に一様な線量分布を形成する。

なお、本実施例では、標的に一様な線量分布を形成する手段としてスキャニング照射法を採用しているが、散乱体照射法でも同様の効果が得られる。

制御装置１０２ａは、シンクロトロン１０８等を含めた陽子線発生装置１０３や陽子線輸送装置１０４、回転式照射装置１０５を構成する各機器の動作を制御する装置であり、１つまたは複数のプロセッサ、ＣＰＵ等で構成される。制御装置１０２ａによる各機器の動作の制御は各種プログラムで実行される。このプログラムはデータベース３０４や内部記録媒体、外部記録媒体に格納されており、ＣＰＵによって読み出され、実行される。

なお、制御装置１０２ａで実行される動作の制御処理は、１つのプログラムにまとめられていても、それぞれが複数のプログラムに別れていてもよく、それらの組み合わせでもよい。また、プログラムの一部または全ては専用ハードウェアで実現してもよく、モジュール化されていても良い。更には、各種プログラムは、プログラム配布サーバや記憶メディアによって各計算機にインストールされてもよい。

データベース３０４は、シンクロトロン１０８や回転式照射装置１０５、陽子線輸送装置１０４を構成する各機器の動作を制御するプログラムや、複数の照射計画データ（ガントリー角度、計画スポットデータ等の照射パラメータ）等を記憶する記憶装置である。データベース３０４は、有線または無線のネットワーク回線を介して制御装置１０２ａとデータの授受を行っている。

照射計画装置３０１は、ビームを標的２０１に照射する照射計画を作成するための装置であり、例えば、スポット２０２毎のエネルギー、照射位置、照射量などの情報を決定する。

本実施例の照射計画装置３０１は、被照射体１１１中のビームの線量分布を計算するとともに、線量分布の計算結果に基づいて基準マーカ１０１とビームとの接触の有無を推定する。推定結果は信号処理装置３０２に出力する。

被照射体１１１に設置するトランスデューサ３０３は、被照射体１１１中の標的２０１に向けてビームが照射される際に照射位置（スポット２０２）や基準マーカ１０１から発生する音波を測定するための装置であり、測定ステップを実行する。トランスデューサ３０３で測定した時間毎の圧力値（音波波形）は、信号処理装置３０２に出力される。

なお、本実施例では１つのトランスデューサ３０３を設置する場合について説明するが、複数のトランスデューサ３０３を設置してもよい。また、トランスデューサ３０３の替わりにアレイセンサなどを用いることができる。

信号処理装置３０２は、トランスデューサ３０３によって測定された信号波形に基づき、基準マーカ１０１からの音波発生の有無を判定することによりビームが計画通りの位置に照射されているか否かを判定する装置であり、判定手順，判定ステップを実行する。

例えば、本実施例の信号処理装置３０２は、トランスデューサ３０３で測定した音波波形を周波数分析し、後述する式（２）で示される周波数の強度が所定の閾値を超えていた場合に、基準マーカ１０１とビームとが接触したと判定するように設定される。

また、本実施例の信号処理装置３０２は、照射計画装置３０１によって推定された基準マーカ１０１とビームとの接触に関する推定結果とトランスデューサ３０３による測定に基づく判定結果とを比較し、差異がある場合はビームが計画通り照射されていないと判定し、ビームの照射停止信号を制御装置１０２ａに出力する（停止手順）。

なお、信号処理装置３０２についても、制御装置１０２ａと同様の構成とすることができる。また、信号処理装置３０２は制御装置１０２ａに組み込んで一体化したものとすることができる。

図３に、本発明における被照射体の構成を示す。

図３に示すように、標的２０１の近傍には、基準マーカ１０１が刺入されている。この基準マーカ１０１は、好適には標的２０１とＯＡＲ（Ｏｒｇａｎ Ａｔ Ｒｉｓｋ：リスク臓器）との間に挿入されることが望ましい。

本実施例では、基準マーカ１０１の形状は球である。なお、基準マーカ１０１は球形状である必要はなく、他の形状（例えば立方体やコイル状）であってもよいが、基準マーカ１０１から生じる音波を高感度に検出するためには球形状であることが望ましい。

なお、基準マーカ１０１の球状の度合いについては特に限定されないが、被照射体１１１内に存在しない水準であることが望ましく、例えば「ＪＩＳ Ｂ １５０１：２００９ 転がり軸受－鋼球」に記載される等級でＧ１０を満たす水準であることが望ましい。

また、本実施例では、基準マーカ１０１の材質は金を想定するが、金に限定されず、白金やステンレス、更には樹脂といった金とは異なる素材でも同様の効果が得られる。

基準マーカ１０１は、回転式照射装置１０５上に設置したＸ線透視装置（図示省略）によって常に被照射体１１１内の３次元空間上の位置がモニタリングされている。したがって、本発明は、基準マーカ１０１を用いた動体追跡照射と併用可能である。基準マーカ１０１は標的２０１の近傍に置かれているので、呼吸・心拍などの影響下では、標的２０１とともに移動する。基準マーカ１０１が所定の位置にあるときのみビームを照射することで、線量分布に対する標的２０１の動きの影響を抑制できる。

図３を用いて本実施例におけるビーム照射の計画方法を説明する。

照射計画装置３０１は、上述のように、スポット２０２毎のビーム照射量を最適化する。また、事前に取得した被照射体１１１の３次元ＣＴ画像に対して、スポット２０２毎のビームの３次元線量分布を計算する。そして、各ビームの線量分布を重ね合わせたときに、標的２０１に一様な線量分布を形成できるように、スポット２０２毎のビーム照射量を最適化する。最適化されたスポット２０２毎のビーム照射量は、処方箋としてデータベース３０４、更には照射前に陽子線治療システム１０２に出力される。

また、本実施例の照射計画装置３０１は、上述のように、線量分布の計算結果に基づき、基準マーカ１０１と、各スポット２０２へのビームとの接触の有無を推定する。推定結果は信号処理装置３０２に出力される。

次に、本実施例の陽子線治療システム１０２における特徴的なステップである粒子線音波の測定ステップや判定ステップの詳細について図３乃至図４Ｂを用いて説明する。

まず、図３に示すように、ビームの照射前に、被照射体１１１の表面には、粒子線音波を測定するためのトランスデューサ３０３が設置される。

なお、基準マーカ１０１の被照射体１１１内の３次元位置はＸ線撮像などによって既知であることから、トランスデューサ３０３は、予め位置が判明している基準マーカ１０１から生じる音波を測定することに特化したセンサ感度を有しているものを用いることができる。また、設置位置についても基準マーカ１０１からの音波の検出に特化した配置とすることができる。

陽子線治療システム１０２は、照射計画装置３０１から入力された処方箋にしたがって、各スポット２０２へのビーム照射を実行する。このビームの照射時に、トランスデューサ３０３によって測定した時間毎の圧力値（音波波形）は、信号処理装置３０２に出力される。

ここで、熱およびストレス閉じ込めが成立する短パルスのビーム照射のとき、ビームからの付与線量Ｄは以下の式（１）に基づいて圧力Ｐに換算される。

式（１）中、ρは媒質の密度である。Γはグリュナイゼン定数（固体の格子振動における調和振動からのずれ（非調和性）を表す量であり、２次の弾性定数と３次の弾性定数との比に相当する）であり、物質によって異なる。水などの軟組織では約０．１、金では３．５である。

ビームが球形の基準マーカ１０１に触れると、共振を引き起こし、基準マーカ１０１から球面波が発生する。この球面波は０次の球ベッセル関数で示すことができ、球面波の周波数ｆは以下の式（２）で求められる。

式（２）中、ｎは整数、ｖは音速、ｒは基準マーカの半径である。

また、照射ビームのパルスを標準偏差σのガウス分布とすると、基準マーカから発生する音波の強度Ａは以下の式（３）で求められる。

前述のように、トランスデューサ３０３は、ビーム照射によって発生した粒子線音波を測定し、測定結果をリアルタイムに信号処理装置３０２に送信する。信号処理装置３０２は、取得した時間毎の音波波形を分析し、各スポット２０２に照射されているビームが、基準マーカ１０１と接触したか否かを判定する。

以下、信号処理装置３０２における判定ステップの詳細について図４Ａおよび図４Ｂを用いて説明する。

図４Ａおよび図４Ｂは、粒子線音波の信号波形の特徴を示した判定ステップの流れを説明する図であり、図４Ａは基準マーカ１０１にビームが接触していない場合、図４Ｂは基準マーカ１０１にビームが接触している場合の図である。

まず、信号処理装置３０２は、トランスデューサ３０３から時間ごとの音波波形を取得する（ステップ４０１ａ，４０１ｂ）。

次に、信号処理装置３０２は、取得した音波波形を周波数分析する（ステップ４０２ａ，４０２ｂ）。

ここで、基準マーカ１０１にビームが接触していない場合、図４Ａの符号４０１ａ，４０２ａに示すように、トランスデューサ３０３によって測定される音波は、様々な周波数成分の波を含んでおらず、実質的に特定の周波数の音波のみが測定される。この音波は、標的２０１内のスポット２０２で発生した粒子線音波である。そのため、図４Ａの符号４０３ａに示すように、基準マーカ１０１に対応した周波数４０４の音波の信号強度は０に近い値であり、その強度は閾値４０５を下回る。

これに対し、基準マーカ１０１にビームが接触している場合は、図４Ｂの符号４０１ｂ，４０２ｂに示すように、スポット２０２において発生した特定の周波数の粒子線音波に加えて、基準マーカ１０１から発生した様々な周波数の粒子線音波が測定される。そのため、図４Ｂの符号４０３ｂに示すように、基準マーカ１０１に対応した周波数４０４の音波の信号強度が所定の閾値４０５を超えて検出される。

そこで、信号処理装置３０２は、式（２）で示される、基準マーカ１０１に対応した周波数４０４に着目し、強度が所定の閾値４０５を超えているか否かを判定する（ステップ４０３ａ，４０３ｂ）。この判定で閾値４０５以下であると判定されるとき（ステップ４０３ａ）は基準マーカ１０１にビームが接触していないと判定し、閾値４０５を超えていると判定されるとき（ステップ４０３ｂ）は基準マーカ１０１にビームが接触していると判定する。

さらに、信号処理装置３０２は、基準マーカ１０１とビームとの接触に関して、照射計画装置３０１から取得した推定結果と、測定結果とを比較する。両者が一致している場合は、照射計画通りのビーム照射が実施されたと判定し、一致しない場合は照射計画通りにビーム照射が実施されなかったと判定する。

例えば、スポット２０２と基準マーカ１０１との位置関係によってはビームが基準マーカ１０１にも接触して、図４Ｂに示すように、スポット２０２で発生した粒子線音波に加えて基準マーカ１０１で発生した粒子線音波も観測されるべきことがある。

これは、スポット２０２と基準マーカ１０１とが非常に近接している場合や、標的２０１内に基準マーカ１０１を設置する場合にスポット２０２と基準マーカ１０１とが近接している場合や照射位置がスポット２０２と基準マーカ１０１とにまたがっている場合、標的２０１内に基準マーカ１０１を設置する場合に基準マーカ１０１の奥側に照射対象のスポット２０２が配置されている場合等に相当する。

このようなスポット２０２の照射では、基準マーカ１０１で発生した粒子線音波が観測されないことは照射計画通りの位置にビームが照射されていないことを意味する。

逆に、スポット２０２と基準マーカ１０１とが離れている場合には、図４Ａに示すように、スポット２０２で発生した粒子線音波のみが測定されて基準マーカ１０１で発生した粒子線音波は観測されないはずである。そのため、このような場合に、基準マーカ１０１で発生した粒子線音波が観測されることは照射計画通りの位置にビームが照射されていないことを意味する。

そこで、信号処理装置３０２は、ユーザーインターフェース１０２ａ１を介して陽子線治療システム１０２の操作者に判定結果を報告するとともに、判定結果を制御装置１０２ａに送信する。

なお、ユーザーインターフェース１０２ａ１は、タッチパネル式やディスプレイや、ディスプレイとキーボードやマウスなどの入力装置から構成される。

特に、信号処理装置３０２は、照射計画通りのビーム照射が実施されなかったと判定された場合は、ビーム照射を自動的に停止させるためのビームの照射停止信号を制御装置１０２ａに出力する。

制御装置１０２ａは照射停止信号が入力されたときは、陽子線発生装置１０３や陽子線輸送装置１０４、回転式照射装置１０５によるビーム照射を停止する動作を実行させる。例えば、高周波出射装置１０８ｅへの出射用高周波の印加の停止などの方法がある。

次に、本実施例の効果について説明する。

上述した本発明の実施例１の陽子線治療システム１０２は、陽子線発生装置１０３と、陽子線発生装置１０３で発生させたビームを被照射体１１１中の標的２０１に向けて照射する回転式照射装置１０５と、陽子線発生装置１０３および回転式照射装置１０５を制御する制御装置１０２ａと、被照射体１１１に設置するトランスデューサ３０３と、トランスデューサ３０３によって測定された信号波形に基づき、基準マーカ１０１からの音波発生の有無を判定することによりビームが計画通りの位置に照射されているか否かを判定する信号処理装置３０２と備える。

これによって、ビームの照射開始時刻からトランスデューサ３０３での粒子線音波の測定時刻までの時間差を利用しないため、不均質媒質中でもビームが照射計画通りに照射されたか否かを従来に比べて速やかに、かつ正確に確認することができる。

また、音源（基準マーカ１０１）の位置と、その音源で発生する音波の周波数が既知であるので、当該音波の測定に特化した音波センサおよびセンサ配置を適用することができる。このため、検出感度を向上させることができ、ノイズ除去のための信号の平均化処理に要する測定回数を低減することができ、手間を大きく減らすことができる。

更に、照射ビームのパルス幅を狭めることで、基準マーカ１０１から発生する音波の強度を増強することができ、ノイズ除去のための信号の平均化処理に要する測定回数を低減できる。これらの効果により、ビームが照射計画通りに照射されたことを効率的に確認可能となる。

また、信号処理装置３０２は、トランスデューサ３０３で測定した音波波形を周波数分析し、整数×音速÷（２×基準マーカ１０１の半径）で示される周波数の強度が所定の閾値を超えていた場合に、基準マーカ１０１とビームとが接触したと判定することにより、基準マーカ１０１から発生した音波を高精度に検出されたか否かを判定することができる。

更に、被照射体１１１中のビームの線量分布を計算し、線量分布の計算結果に基づき基準マーカ１０１とビームとの接触の有無を推定する照射計画装置３０１を更に備えることで、ビームが計画通りの位置に照射されているか否かの基準を提供することができ、より正確にビームが計画通りの位置に照射されているか否かを判定することができる。

また、信号処理装置３０２は、照射計画装置３０１によって推定された基準マーカ１０１とビームとの接触に関する推定結果とトランスデューサ３０３による測定に基づく判定結果とを比較し、差異がある場合はビームが計画通り照射されていないと判定し、ビームの照射停止信号を制御装置１０２ａに出力することにより、計画通りの位置に照射されていない場合にビームを停止することができ、速やかな対処が可能となる。

更に、基準マーカ１０１は、球形状であることで、基準マーカ１０１からの音波が球面波となり、測定がより容易となる。

なお、本実施例では、基準マーカ１０１を被照射体１１１内に１つ設置する場合について説明したが、基準マーカ１０１は複数設置することができ、標的２０１の周囲を囲むように配置することができる。

また、基準マーカ１０１を複数設置する場合は、基準マーカ１０１から生じる音波の周波数が全ての基準マーカ１０１で異なることが望ましいことから、上述した式（２）において、音速ｖと基準マーカの半径ｒとのいずれもが一致しない、すなわち複数の基準マーカが同径かつ同材質としないことが望ましい。なお、基準マーカを準備する都合上から、材質が全て同じで直径が全て異なるようにするか、直径が全て同じで材質が全て異なるようにすることが望ましい。

更には、基準マーカ１０１を複数設置する場合は、同数のトランスデューサ３０３を設けることが望ましく、また設けるトランスデューサ３０３の仕様や設置の向き等は、対となる基準マーカ１０１で生じる音波に特化させることが望ましい。

また、基準マーカ１０１を複数設置する場合は、信号処理装置３０２は、基準マーカ１０１で発生した粒子線音波の周波数が、対応する基準マーカ１０１で発生したものであるか否かを判定することが望ましい。例えば、想定される周波数成分と異なる周波数の音波の強度が所定値より高い場合はビームが計画通り照射されていないと判定することが望ましい。

＜実施例２＞
本発明の実施例２の放射線治療システム、プログラムおよび放射線治療システムの作動方法について図５および図６を用いて説明する。実施例１と同じ構成には同一の符号を示し、説明は省略する。

本実施例の放射線治療システム、プログラムおよび放射線治療システムの作動方法は、実施例１で説明したような陽子線治療システム１０２等に好適に適用されるビームの飛程測定に関する技術である。

最初に、本実施例におけるビームの飛程を定量的かつリアルタイムに確認するための構成について説明する。

図５に示すように、本実施例では、被照射体１１１の替わりに、模擬被照射体１１１Ａとして水ファントムを用いる。水ファントムの内部には、ビームの照射方向に沿って、金製の基準マーカ１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄ，１０１ｅが合計で５つ設置されている。基準マーカ１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄ，１０１ｅはすべて球状態であり、また直径はすべて異なっている。図５では、ビーム上流側に設置された基準マーカ１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄ，１０１ｅ程径が大きい場合を示している。

なお、模擬被照射体１１１Ａとして水ファントムを用いる場合について説明するが、基準マーカ１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄ，１０１ｅと異なる材質であれば、水ファントムではなく、固体ファントム（樹脂、プラスチック）でも同様の効果が得られる。

本実施例においても、トランスデューサ３０３は、ビーム照射によって発生した粒子線音波を測定し、測定結果をリアルタイムに信号処理装置３０２Ａに送信する。

信号処理装置３０２Ａは、取得した時間毎の音波波形を分析し、照射されているビームが、それぞれの基準マーカ１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄ，１０１ｅと接触したか否かを判定する。図６は、信号処理装置３０２Ａで得た音波波形の周波数分布の例を示す。

信号処理装置３０２Ａは、式（２）で示される、各々の基準マーカ１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄ，１０１ｅに対応した周波数帯４０４ａ，４０４ｂ，４０４ｃ，４０４ｄ，４０４ｅに着目し、強度が所定の閾値４０５を超えているか否かをそれぞれ判定する。

信号処理装置３０２Ａは、閾値４０５を超えていると判定された場合は、ビームが当該基準マーカ１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄ，１０１ｅに到達した、すなわち接触したと判定する。これに対し、閾値４０５以下であると判定された場合は、ビームが当該基準マーカ１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄ，１０１ｅには到達していないと判定する。

次に、信号処理装置３０２Ａは、ビームが到達した基準マーカ１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄ，１０１ｅの中で、ビーム進行方向にもっとも深い場所にある基準マーカ１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄ，１０１ｅの位置を、ビームの飛程とする（判定ステップ）。

最後に、信号処理装置３０２Ａは、ユーザーインターフェース１０２ａ１（図１）を介して、陽子線治療システム１０２の操作者に判定結果や飛程の情報を報告する。

その他の構成・動作は前述した実施例１の放射線治療システム、プログラムおよび放射線治療システムの作動方法と略同じ構成・動作であり、詳細は省略する。

本発明の実施例２の放射線治療システムでは、基準マーカ１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄ，１０１ｅを２以上有する模擬被照射体１１１Ａを更に備え、信号処理装置３０２Ａは、判定ステップにおいて、模擬被照射体１１１Ａ内の基準マーカ１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄ，１０１ｅから発生した音波の信号波形に基づき、ビームの飛程を測定する。

これにより、音源（基準マーカ１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄ，１０１ｅ）の位置と、発生する音波の周波数が既知であるので、当該音波の測定に特化した音波センサおよびセンサ配置を適用することができる。検出感度が向上し、ノイズ除去のための信号の平均化処理に要する測定回数を低減できる。また、ビームの飛程を定量的かつリアルタイムに確認可能となる。

また、模擬被照射体１１１Ａは水ファントムであることにより、ビームの校正にも利用することが可能となる。

また、基準マーカ１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄ，１０１ｅを複数備え、直径が全て異なることにより、各々の基準マーカ１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄ，１０１ｅから発生する音波の周波数を異なる周波数に容易に調整することができ、どの基準マーカ１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄ，１０１ｅまでビームが到達したかをより容易に判定することができる。

なお、図５では、ビーム上流側に設置された基準マーカ１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄ，１０１ｅ程径が大きい場合について説明したが、これに限られず、下流側ほど基準マーカの径が大きくなるように配置することや、基準マーカの径の大小について特に考慮せずにすべて異なる径の基準マーカを模擬被照射体１１１Ａ内に適宜配置することができる。

また、基準マーカ１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄ，１０１ｅの材質が全て金である場合について説明したが、全てが同じ材質である必要はなく、同じ材質が１つも存在しないようにすることができる。

更には、基準マーカから生じる音波の周波数が全ての基準マーカで異なることが望ましいため、上述した式（２）から、音速ｖと基準マーカの半径ｒとのいずれもが一致しない、すなわち複数の基準マーカが同径かつ同材質なものが存在しない限りはビーム照射位置が計画通りであるか否かを容易に判定することができる。

また、基準マーカ１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄ，１０１ｅが球状である場合について説明したが、基準マーカ１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄ，１０１ｅは球状である場合に限られず、立方体などの他の形状であってもよい。

＜その他＞
なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記の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るものではない。

また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることも可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。

１０１，１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄ，１０１ｅ…基準マーカ
１０２…陽子線治療システム（放射線治療システム）
１０２ａ…制御装置
１０２ａ１…ユーザーインターフェース
１０３…陽子線発生装置（放射線発生装置）
１０４…陽子線輸送装置
１０５…回転式照射装置（照射装置）
１１０…ノズル
１１１…被照射体
１１１Ａ…模擬被照射体
２０１…標的
２０２…スポット
３０１…照射計画装置
３０２，３０２Ａ…信号処理装置
３０３…トランスデューサ（音波センサ）
３０４…データベース
４０１ａ，４０１ｂ…ビームと基準マーカとの接触判定のステップ１
４０２ａ，４０２ｂ…ビームと基準マーカとの接触判定のステップ２
４０３ａ，４０３ｂ…ビームと基準マーカとの接触判定のステップ３
４０４，４０４ａ，４０４ｂ，４０４ｃ，４０４ｄ，４０４ｅ…基準マーカから発生する粒子線音波の周波数帯
４０５…ビームと基準マーカとの接触判定の閾値

Claims (15)

1. 被照射体中に配置されている基準マーカから発生する音波を利用する放射線治療システムであって、
   放射線発生装置と、
   前記放射線発生装置で発生させた放射線を前記被照射体中の標的に向けて照射する照射装置と、
   前記放射線発生装置および前記照射装置を制御する制御装置と、
   前記被照射体に設置する音波センサと、
   前記音波センサによって測定された信号波形に基づき、前記基準マーカからの音波発生の有無を判定することにより前記放射線が計画通りの位置に照射されているか否かを判定する信号処理装置と、を備えた
   ことを特徴とする放射線治療システム。
2. 請求項１に記載の放射線治療システムにおいて、
   前記信号処理装置は、前記音波センサで測定した音波波形を周波数分析し、整数×音速÷（２×前記基準マーカの半径）で示される周波数の強度が所定の閾値を超えていた場合に、前記基準マーカと前記放射線とが接触したと判定する
   ことを特徴とする放射線治療システム。
3. 請求項１に記載の放射線治療システムにおいて、
   前記被照射体中の前記放射線の線量分布を計算し、前記線量分布の計算結果に基づき前記基準マーカと前記放射線との接触の有無を推定する照射計画装置を更に備えた
   ことを特徴とする放射線治療システム。
4. 請求項３に記載の放射線治療システムにおいて、
   前記信号処理装置は、前記照射計画装置によって推定された前記基準マーカと前記放射線との接触に関する推定結果と前記音波センサによる測定に基づく判定結果とを比較し、差異がある場合は前記放射線が計画通り照射されていないと判定し、前記放射線の照射停止信号を前記制御装置に出力する
   ことを特徴とする放射線治療システム。
5. 請求項１に記載の放射線治療システムにおいて、
   前記基準マーカを２以上有する模擬被照射体を更に備えた
   ことを特徴とする放射線治療システム。
6. 請求項５に記載の放射線治療システムにおいて、
   前記模擬被照射体は水ファントムである
   ことを特徴とする放射線治療システム。
7. 請求項１に記載の放射線治療システムにおいて、
   前記基準マーカは、球形状である
   ことを特徴とする放射線治療システム。
8. 請求項７に記載の放射線治療システムにおいて、
   前記基準マーカを複数備え、直径が全て異なる
   ことを特徴とする放射線治療システム。
9. 請求項１に記載の放射線治療システムにおいて、
   前記基準マーカを複数備え、材質が全て異なる
   ことを特徴とする放射線治療システム。
10. 被照射体中の標的に向けて放射線が照射される際に発生する基準マーカから発生する音波の信号に基づき、前記基準マーカからの音波発生の有無を判定することにより前記放射線が計画通りの位置に照射されているか否かを判定する判定手順を放射線治療システム内の処理装置に実行させる
    ことを特徴とするプログラム。
11. 請求項１０に記載のプログラムにおいて、
    前記判定手順では、測定された音波波形を周波数分析し、整数×音速÷（２×前記基準マーカの半径）で示される周波数の強度が所定の閾値を超えていた場合に、前記基準マーカと前記放射線とが接触したと判定する
    ことを特徴とするプログラム。
12. 請求項１０に記載のプログラムにおいて、
    前記被照射体中の前記放射線の線量分布を計算し、前記線量分布の計算結果に基づき前記基準マーカと前記放射線との接触の有無を推定する推定手順を照射計画装置に実行させる
    ことを特徴とするプログラム。
13. 請求項１２に記載のプログラムにおいて、
    前記推定手順における推定結果と前記判定手順における判定結果とを比較し、差異がある場合は前記放射線が計画通り照射されていないと判定し、前記放射線の照射停止信号を出力する停止手順を前記処理装置に実行させる
    ことを特徴とするプログラム。
14. 放射線治療システムの作動方法であって、
    前記放射線治療システムが、放射線を放出し、
    前記放射線治療システムが、音波センサにより、基準マーカから発生する音波を測定する測定ステップと、
    前記放射線治療システムが、信号処理装置により、前記測定ステップで測定された音波の信号波形に基づき、前記基準マーカからの音波発生の有無を判定することにより前記放射線が計画通りの位置に照射されているか否かを判定する判定ステップと、を有する
    ことを特徴とする放射線治療システムの作動方法。
15. 請求項１４に記載の作動方法において、
    前記測定ステップでは、被照射体として前記基準マーカを２以上有する模擬被照射体を用い、
    前記判定ステップでは、前記模擬被照射体内の前記基準マーカから発生した音波の信号波形に基づき、前記放射線の飛程を測定する
    ことを特徴とする作動方法。

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