JP7458515B1

JP7458515B1 - 粒子線照射システムおよびｘ線撮影装置配置方法

Info

Publication number: JP7458515B1
Application number: JP2023000539A
Authority: JP
Inventors: 啓充龍頭
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Energy Systems and Solutions Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Energy Systems and Solutions Corp
Priority date: 2023-01-05
Filing date: 2023-01-05
Publication date: 2024-03-29
Anticipated expiration: 2043-01-05
Also published as: WO2024147263A1; JP2024097185A

Abstract

【課題】照射ノズルの位置が変化してもＸ線画像の撮影の邪魔にならず、かつＸ線撮影装置を含めた粒子線照射システム全体の小型化を図る。
【解決手段】粒子線照射システム１は、照射ノズル１０とＸ線撮影装置４とを備え、一方のＸ線管２０Ａと一方のフラットパネルディテクタ２１Ａとを結ぶ第１仮想線Ｌ１と、他方のＸ線管２０Ｂと他方のフラットパネルディテクタ２１Ｂとを結ぶ第２仮想線Ｌ２とを規定した場合に、第１仮想線Ｌ１および第２仮想線Ｌ２がアイソセンタＣで交差し、かつ、第１仮想線Ｌ１および第２仮想線Ｌ２が照射ノズル１０の移動の軌跡に重ならない位置に、全てのＸ線管２０Ａ，２０Ｂと全てのフラットパネルディテクタ２１Ａ，２１Ｂが配置されている。
【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、粒子線照射技術に関する。

従来、照射ノズルの照射方向を変更するための回転ガントリに、Ｘ線撮影装置が支持され、回転ガントリの回転方向とともにＸ線撮影装置が回転し、Ｘ線画像の撮影方向を変更する技術が知られている。回転ガントリにＸ線撮影装置が支持されることで、任意の撮影方向から患者のＸ線画像が撮影可能であるが、回転ガントリは、大型な装置であり、配置場所が限られるばかりか、建設コストが嵩んでしまう。そこで、粒子線照射システムの小型化が求められている。

また、回転ガントリが３６０度の全周に亘って回転せずに、その回転範囲が２２５度以下の所謂ハーフ回転ガントリが知られている。しかし、このようなハーフ回転ガントリは、Ｘ線撮影装置を支持する構成が無く、Ｘ線管およびフラットパネルディテクタが床面および天井に固定されている。そのため、照射ノズルが移動したときに、Ｘ線撮影装置の撮影範囲に照射ノズルが重なり、Ｘ線画像の撮影ができない場合がある。

米国特許出願公開第２００６／００６７４６８号明細書国際公開第２０１３／０９３０２０号

本発明が解決しようとする課題は、照射ノズルの位置が変化してもＸ線画像の撮影の邪魔にならず、かつＸ線撮影装置を含めた粒子線照射システム全体の小型化を図ることである。

本発明の実施形態に係る粒子線照射システムは、アイソセンタを中心として前記アイソセンタから等距離の位置を周方向に移動し、前記周方向に移動する範囲が２４０度以下であり、前記アイソセンタに対する荷電粒子ビームの照射方向を変更可能な照射ノズルと、少なくとも２つのＸ線管および少なくとも２つのフラットパネルディテクタで前記アイソセンタに配置された被写体のＸ線画像を撮影するＸ線撮影装置と、を備え、前記アイソセンタを通る軸であって前記照射ノズルの前記周方向の移動の中心軸に対して直行する方向から前記被写体が前記アイソセンタに向けて進入可能であり、一方の前記Ｘ線管と一方の前記フラットパネルディテクタとを結ぶ第１仮想線と、他方の前記Ｘ線管と他方の前記フラットパネルディテクタとを結ぶ第２仮想線と、を規定した場合に、前記第１仮想線および前記第２仮想線が前記アイソセンタで交差し、かつ、前記第１仮想線および前記第２仮想線が前記照射ノズルの移動の軌跡に重ならない位置に、全ての前記Ｘ線管と全ての前記フラットパネルディテクタが固定的に配置されている。

本発明の実施形態により、照射ノズルの位置が変化してもＸ線画像の撮影の邪魔にならず、かつＸ線撮影装置を含めた粒子線照射システム全体の小型化を図ることができる。

第１実施形態の粒子線照射システムを示すブロック図。第１実施形態のノズル支持装置を示す正面図。第１実施形態のノズル支持装置を示す側面図。第２実施形態のノズル支持装置を示す正面図。第２実施形態のノズル支持装置を示す側面図。第３実施形態のノズル支持装置を示す正面図。第３実施形態のノズル支持装置を示す側面図。第４実施形態のノズル支持装置を示す正面図。第４実施形態のノズル支持装置を示す側面図。第５実施形態のノズル支持装置を示す正面図。第５実施形態のノズル支持装置を示す側面図。

（第１実施形態）
以下、図面を参照しながら、粒子線照射システムおよびＸ線撮影装置配置方法の実施形態について詳細に説明する。まず、第１実施形態について図１から図３を用いて説明する。

図１の符号１は、第１実施形態の粒子線照射システムである。この粒子線照射システム１は、治療用放射線としての炭素イオンなどの荷電粒子ビームＢ（図３）を患者Ｐの病巣組織（がん）に照射して治療を行う所謂粒子線がん治療装置である。

粒子線照射システム１を用いた放射線治療技術は、重粒子線がん治療技術などとも称される。この技術は、がん病巣（患部）を炭素イオンがピンポイントで狙い撃ちし、がん病巣にダメージを与えながら、正常細胞へのダメージを最小限に抑えることが可能とされる。なお、荷電粒子ビームＢは、ヘリウム原子より重い重粒子線と定義される。

重粒子線を用いるがん治療では、従来のエックス線、ガンマ線、陽子線を用いたがん治療と比較してがん病巣を殺傷する能力が高く、患者Ｐ（図３）の体の表面では放射線量が弱く、がん病巣において放射線量がピークになる特性を有している。そのため、照射回数と副作用を少なくすることができ、治療期間をより短くすることができる。

例えば、荷電粒子ビームＢ（図３）は、患者Ｐの体内を通過する際に運動エネルギーを失って速度が低下するとともに、速度の二乗にほぼ反比例する抵抗を受け、ある一定の速度まで低下すると急激に停止する。この荷電粒子ビームＢの停止点はブラッグピークと呼ばれ、高エネルギーが放出される。粒子線照射システム１は、このブラッグピークを患者Ｐの病巣組織（患部）の位置に合わせることにより、正常組織のダメージを抑えつつ、病巣組織のみを死滅させることができる。

図１に示すように、粒子線照射システム１は、ビーム照射装置２とノズル支持装置３とＸ線撮影装置４と制御装置５とを備える。

ビーム照射装置２は、イオン発生器とビーム輸送ラインとハーフ回転ガントリとを備える。これらは陽子線照射装置などで用いられるイオン発生器とビーム輸送ラインとハーフ回転ガントリと同様の構成であり、従来公知のものであるため図示を省略する。なお、イオン発生器には、イオン源と線形加速器と円形加速器などが含まれることがある。

例えば、イオン発生器（図示略）は、荷電粒子である炭素イオンのイオン源を有し、この炭素イオンによって荷電粒子ビームＢが生成される。線形加速器（図示略）は、平面視で直線状を成し、イオン源で発生させたイオンを加速して荷電粒子ビームＢとする。そして、線形加速器は、この荷電粒子ビームＢを円形加速器（図示略）に導入する。

円形加速器は、シンクロトロンまたはシンクロサイクロトロンであり、平面視でリング状を成し、荷電粒子ビームＢをさらに加速する。ここで、荷電粒子ビームＢは、円形加速器を約百万回周回する間に光速の約７０％まで加速される。そして、円形加速器で加速された荷電粒子ビームＢが、ビーム輸送ライン（図示略）によりハーフ回転ガントリ（図示略）まで輸送される。なお、円形加速器は、サイクロトロンの場合もある。

粒子線照射システム１には、イオン発生器からハーフ回転ガントリまで一体的に延びる真空ダクト（図示略）が設けられている。この真空ダクトの内部が真空にされ、荷電粒子ビームＢを導く輸送経路が形成されている。

ハーフ回転ガントリは、その回転の軸が水平方向を向くように設けられ、この水平軸を中心として回転するものである。ハーフ回転ガントリは、ビーム輸送ラインから続く真空ダクトの一部と、輸送経路を形成する偏向電磁石および収束電磁石を回転可能に支持する。

このハーフ回転ガントリは、全周回転型の回転ガントリと比較して小型の装置である。一般的な全周回転型の回転ガントリは、３６０度の全周に亘って回転するものであるが、ハーフ回転ガントリは、その回転範囲が全周の３分の２以下（２４０度以下）の装置を示す。本実施形態のハーフ回転ガントリは、その回転範囲が１８０度の装置となっている。

真空ダクトは、まず、ハーフ回転ガントリの端部からその水平軸に沿って導かれる。そして、真空ダクトは、ハーフ回転ガントリの水平軸から一旦離れた後、水平軸に対して垂直な方向に向けられる。この真空ダクトの先端部が配置される照射ノズル１０（図２）は、患者Ｐに近接する位置に設けられている。

図３に示すように、ノズル支持装置３は、照射ノズル１０を周方向に移動可能に支持する装置である。Ｘ線撮影装置４は、撮影用放射線としてのＸ線を用いて、被写体としての患者ＰのＸ線画像を撮影する装置である。Ｘ線撮影装置４により取得したＸ線画像は、荷電粒子ビームＢの照射前に行われる患者Ｐの位置決めに用いられる。また、Ｘ線画像は、荷電粒子ビームＢの照射時に患部（内臓）の動き（動体）を追跡することに用いられる。

図１に示すように、制御装置５は、ビーム照射装置２とノズル支持装置３とＸ線撮影装置４とを制御する。この制御装置５の各構成は、必ずしも１つのコンピュータに設ける必要はない。例えば、１つの制御装置５が、ネットワークで互いに接続された複数のコンピュータで実現されてもよい。さらに、ビーム照射装置２とノズル支持装置３とＸ線撮影装置４とがそれぞれ別個のコンピュータで制御されてもよい。

本実施形態の制御装置５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）およびＳＳＤ（Solid State Drive）などのハードウェア資源を有し、ＣＰＵが各種プログラムを実行することで、ソフトウェアによる情報処理がハードウェア資源を用いて実現されるコンピュータで構成される。

制御装置５の処理回路は、例えば、ＣＰＵ、ＧＰＵ、専用または汎用のプロセッサを備える回路である。このプロセッサは、制御装置５の記憶部に記憶した各種のプログラムを実行することにより各種の機能を実現する。また、処理回路は、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）などのハードウェアで構成されてもよい。これらのハードウェアによっても各種の機能を実現することができる。また、処理回路は、プロセッサとプログラムによるソフトウェア処理と、ハードウェア処理とを組み合わせて、各種の機能を実現することもできる。

なお、本実施形態では、制御装置５が自動的に各種の装置を制御する態様を例示するが、その他の態様でもよい。例えば、制御装置５は、粒子線照射システム１のユーザ（管理者）の入力操作を受け付けて各種の装置を制御するようにしてもよい。つまり、制御装置５は、ユーザの手動操作により各種の装置を制御するための遠隔操作装置でもよい。

次に、ノズル支持装置３とＸ線撮影装置４について図２から図３を用いて説明する。なお、図３の紙面右側を正面側として説明する。

図２に示すように、照射ノズル１０は、ハーフ回転ガントリ（図示略）に支持された真空ダクト（図示略）の先端側に設けられている。この照射ノズル１０は、荷電粒子ビームＢを患者Ｐに向けて出射する部分である。

照射ノズル１０には、スキャニング電磁石（図示略）が設けられている。スキャニング電磁石は、荷電粒子ビームＢの進行方向をＺ方向とした場合に、この荷電粒子ビームＢを、Ｘ方向に偏向走査するＸ偏向走査磁石とＹ方向に偏向走査するＹ偏向走査磁石とを有している。そして、スキャニング電磁石は、荷電粒子ビームＢを制御することで、細い荷電粒子ビームＢを患者Ｐの患部の形状に合致させて走査することができる。つまり、照射ノズル１０から照射される荷電粒子ビームＢは、進行方向に対して直交する２方向（Ｘ方向およびＹ方向）の所定の走査範囲に亘って走査される。また、照射ノズル１０には、線量モニタ、位置モニタ、レンジシフタ、リッジフィルタなどが設けられてもよい。

患者Ｐが配置される治療室には、荷電粒子ビームＢが最も集中して照射される位置であるアイソセンタＣが設定されている。治療開始前には、Ｘ線撮影装置４で撮影したＸ線画像などで患者Ｐの患部の位置を確認しつつ、患部がアイソセンタＣに配置される。

照射ノズル１０は、アイソセンタＣを中心としてアイソセンタＣから等距離の位置を周方向に移動する。なお、アイソセンタＣを通る軸であって照射ノズル１０の周方向の移動の中心軸Ｈを規定した場合、この中心軸Ｈは、ハーフ回転ガントリの回転の中心である水平軸と一致している。なお、荷電粒子ビームＢは、照射ノズル１０から中心軸Ｈに対して直交する方向に照射される。

図３に示すように、照射ノズル１０は、アイソセンタＣを中心として、その周方向に移動する範囲が１８０度に設定されている。例えば、荷電粒子ビームＢを水平方向に照射するときの照射ノズル１０の位置を０度とした場合、＋９０度から－９０度の範囲に亘って照射ノズル１０が移動可能となっている。

照射ノズル１０が移動する範囲内であれば、アイソセンタＣに対する荷電粒子ビームＢの照射方向が変更可能となっている。例えば、照射ノズル１０が＋９０度の位置にあるときに、荷電粒子ビームＢが患者Ｐの直上から照射される。また、照射ノズル１０が－９０度の位置にあるときに、荷電粒子ビームＢが患者Ｐの直下から照射される。

被写体としての患者Ｐは、治療室に設けられた移動載置台１１に載置される。この移動載置台１１は、移動アーム１２により支持され、患者Ｐを載置した状態で移動し、患者Ｐの患部をアイソセンタＣに配置する。この移動載置台１１の移動によって患者Ｐを荷電粒子ビームＢの照射位置に移動させて位置合わせを行うことができる。そのため、患者Ｐの病巣組織に最適な精度で荷電粒子ビームＢを照射することができる。なお、移動載置台１１と移動アーム１２は、制御装置５（図１）により制御されている。

患者Ｐは、アイソセンタＣの位置に配置され、ハーフ回転ガントリ（図示略）を回転させることで、静止している患者Ｐを中心として照射ノズル１０を回転させることができる。また、患者Ｐの向きを変更し、かつ照射ノズル１０を回転させることで、患者Ｐの周囲のいずれの方向からも荷電粒子ビームＢを照射させることができる。そのため、患者Ｐの負担を軽減しつつ、最適な方向から荷電粒子ビームＢを正確に患部に照射することができる。

また、Ｘ線撮影装置４は、ノズル支持装置３に支持されている。このＸ線撮影装置４は、アイソセンタＣに配置された患者ＰのＸ線画像を撮影することができる。このようにすれば、照射ノズル１０を支持するノズル支持装置３を、Ｘ線撮影装置４を支持する装置として兼用することができる。

なお、ノズル支持装置３は、ハーフ回転ガントリ（図示略）の先端側の一部を支持する装置である。このようにすれば、ハーフ回転ガントリの先端側に在る照射ノズル１０が、ノズル支持装置３に案内され、周方向に移動可能な状態で安定的に支持される。

図２から図３に示すように、Ｘ線撮影装置４は、２つのＸ線管２０と２つのフラットパネルディテクタ２１とを備える。例えば、一方のＸ線管２０Ａから出射されたＸ線は、一方のフラットパネルディテクタ２１Ａで検出される。他方のＸ線管２０Ｂから出射されたＸ線は、他方のフラットパネルディテクタ２１Ｂで検出される。

ノズル支持装置３は、固定フレーム３０と支持アーム３１とＣ字レール３２とノズル基部３３とを備える。

固定フレーム３０は、支持アーム３１およびＣ字レール３２を床面Ｆに固定する部材である。例えば、固定フレーム３０は、正面視で矩形状を成し、側面視でＣ字形状（Ｕ字形状）に切り欠かれた開口を有する部材である。この開口に患者Ｐが配置される。この固定フレーム３０の中央部には、１本のＣ字レール３２が設けられている。

Ｃ字レール３２は、側面視でＣ字形状（Ｕ字形状）を成し、周方向に沿って延びる部材である。ノズル基部３３は、Ｃ字レール３２を介して固定フレーム３０に支持されている。このノズル基部３３は、照射ノズル１０を支持している部材である。ノズル基部３３および照射ノズル１０は、Ｃ字レール３２に沿って移動する部材である。また、理解を助けるために図示を簡略化しているが、Ｃ字レール３２は、荷電粒子ビームＢの通過経路を確保したまま、ノズル基部３３および照射ノズル１０を移動させる構造を有している。

なお、ノズル支持装置３は、ノズル基部３３および照射ノズル１０をＣ字レール３２に沿って移動させるための駆動モータ（図示略）を備える。この駆動モータは、制御装置５により制御される。

なお、固定フレーム３０が、治療室の床、壁、天井と一体的なデザイン（色彩）にされ、かつ化粧板で覆われてもよい。このようにすれば、ノズル支持装置３を構成する部材が患者Ｐから見えないようになる。つまり、ノズル支持装置３が目隠しの機能を有してもよい。

移動載置台１１は、Ｃ字レール３２の開いている部分から患者Ｐ（被写体）を進入させてアイソセンタＣに配置することができる。例えば、図３の矢印Ｄの方向から、患者Ｐを載せた移動載置台１１を進入させることができる。このようにすれば、患者Ｐを適切な方向から進入させてアイソセンタＣに配置することができる。

なお、患者Ｐは、その身長の方向に沿って延びる体軸が中心軸Ｈの向きと一致するように配置される。また、患者Ｐの体軸は、中心軸Ｈの向きと一致しなくてもよい。例えば、患者Ｐの頭頂部が照射ノズル１０に向けられた状態で配置されてもよい。さらに、患者Ｐの配置は、頭と足の位置が図示した向きと逆向きであってもよい。荷電粒子ビームＢが照射される患部の位置に応じて、患者Ｐの配置が適宜変更されてもよい。

支持アーム３１は、固定フレーム３０の両側部の上下に設けられている。つまり、１つの固定フレーム３０の４箇所に支持アーム３１が設けられている。上部側の支持アーム３１には、フラットパネルディテクタ２１が設けられている。下部側の支持アーム３１には、Ｘ線管２０が設けられている。

第１実施形態では、それぞれのＸ線管２０の直上に、それぞれのフラットパネルディテクタ２１が配置されている。

なお、上部側の支持アーム３１に、Ｘ線管２０が設けられるとともに、下部側の支持アーム３１に、フラットパネルディテクタ２１が設けられてもよい。

また、固定フレーム３０における一方の側部（図２の紙面左側）の上下の支持アーム３１に、Ｘ線管２０が設けられるとともに、他方の側部（図２の紙面右側）の上下の支持アーム３１に、フラットパネルディテクタ２１が設けられてもよい。

ここで、一方のＸ線管２０Ａと一方のフラットパネルディテクタ２１Ａとを結ぶ線を第１仮想線Ｌ１と規定する。他方のＸ線管２０Ｂと他方のフラットパネルディテクタ２１Ｂとを結ぶ線を第２仮想線Ｌ２と規定する。この場合、第１仮想線Ｌ１および第２仮想線Ｌ２がアイソセンタＣで交差している。

また、第１仮想線Ｌ１および第２仮想線Ｌ２が照射ノズル１０の移動の軌跡に重ならない位置に、全てのＸ線管２０と全てのフラットパネルディテクタ２１が配置されている。ここで、照射ノズル１０の移動の軌跡とは、Ｃ字レール３２が延びる方向であって、照射ノズル１０が周方向に移動したときの円弧状を成す軌跡のことである。

なお、第１仮想線Ｌ１および第２仮想線Ｌ２がアイソセンタＣで交差するときの角度は、照射ノズル１０と重ならないようになる角度であればいずれの角度でもよい。本実施形態では、第１仮想線Ｌ１および第２仮想線Ｌ２が交差する角度が、１０度以上、１７０度以下の範囲となっている。

また、第１仮想線Ｌ１と第２仮想線Ｌ２を含む仮想面Ｖが、照射ノズル１０の周方向の移動の中心軸Ｈを含む面となっている。つまり、中心軸Ｈが仮想面Ｖに沿って延びている。このようにすれば、照射ノズル１０の移動の軌跡を避けつつ、適切な位置に、全てのＸ線管２０と全てのフラットパネルディテクタ２１を配置することができる。

さらに、照射ノズル１０が移動する円弧を含む面であって中心軸Ｈに直角に交差する横断面Ｑを規定する。この横断面Ｑは、アイソセンタＣを含む面であり、アイソセンタＣの部分で中心軸Ｈと直角に交差している。

ここで、横断面Ｑで患者Ｐ（被写体）が配置される領域を第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２の２つに分けたとする。この場合に、一方の領域である第１領域Ｒ１に、一方のＸ線管２０Ａと他方のフラットパネルディテクタ２１Ｂが設けられている。他方の領域である第２領域Ｒ２に、他方のＸ線管２０Ｂと一方のフラットパネルディテクタ２１Ａが設けられている。

特に、粒子線照射システム１の製造時において、本実施形態のＸ線撮影装置配置方法を適用し、Ｘ線管２０およびフラットパネルディテクタ２１を配置することで、運用時に照射ノズル１０の位置が変化してもＸ線画像の撮影の邪魔にならずに済む。なお、粒子線照射システム１を製造（生産）する方法に、本実施形態のＸ線撮影装置配置方法が含まれている。

第１実施形態では、患者Ｐの体軸が中心軸Ｈの向きと一致するように配置されている場合において、患者Ｐの体軸の両方向、例えば、患者Ｐの頭側から足側へ、または足側から頭側へ向かってＸ線画像を撮影することができる。人間の内臓の位置関係は左右非対称な場合が多く、患者Ｐの体軸の両方向からＸ線画像を撮影することで、内臓が写るＸ線画像を医師が確認した場合に、患者Ｐの体の上下方向、前後方向、左右方向の位置関係が把握し易くなる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について図４から図５を用いて説明する。なお、前述した実施形態に示される構成部分と同一構成部分については同一符号を付して重複する説明を省略する。図５の紙面右側を正面側として説明する。

第２実施形態のノズル支持装置３Ａは、側面視（図５）において、上部側の支持アーム３１が正面側にずれて配置され、下部側の支持アーム３１が背面側にずれて配置されている。そして、上部側の支持アーム３１には、フラットパネルディテクタ２１が設けられている。下部側の支持アーム３１には、Ｘ線管２０が設けられている。

第２実施形態では、それぞれのフラットパネルディテクタ２１が正面側にずれて配置され、それぞれのＸ線管２０が背面側にずれて配置されている。つまり、それぞれのＸ線管２０の直上よりも正面側の位置に、それぞれのフラットパネルディテクタ２１が配置されている。

また、固定フレーム３０における一方の側部（図４の紙面左側）の上下の支持アーム３１に、Ｘ線管２０が設けられるとともに、他方の側部（図４の紙面右側）の上下の支持アーム３１に、フラットパネルディテクタ２１が設けられてもよい。

ここで、第１仮想線Ｌ１および第２仮想線Ｌ２がアイソセンタＣで交差している。また、第１仮想線Ｌ１および第２仮想線Ｌ２が照射ノズル１０の移動の軌跡に重ならない位置に、全てのＸ線管２０と全てのフラットパネルディテクタ２１が配置されている。さらに、第１仮想線Ｌ１と第２仮想線Ｌ２を含む仮想面Ｖが、照射ノズル１０の周方向の移動の中心軸Ｈを含む面となっている。

第２実施形態では、中心軸Ｈを含む仮想面Ｖが、前述の第１実施形態とは異なり垂直方向に延びず、任意の角度で傾いている。中心軸Ｈを含む仮想面Ｖが傾くことにより、第１仮想線Ｌ１および第２仮想線Ｌ２が移動アーム１２に重ならない。なお、任意の角度は、移動アーム１２と重ならないようになる角度であればいずれの角度でもよい。第２実施形態では、この任意の角度が、１０度以上、９０度以下の範囲となっている。

そして、第１仮想線Ｌ１および第２仮想線Ｌ２が移動アーム１２に重ならない位置に、全てのＸ線管２０と全てのフラットパネルディテクタ２１が配置されている。このようにすれば、移動アーム１２がＸ線画像の撮影の邪魔にならず、かつ、患者Ｐを適切にアイソセンタＣに配置することができる。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態について図６から図７を用いて説明する。なお、前述した実施形態に示される構成部分と同一構成部分については同一符号を付して重複する説明を省略する。図７の紙面右側を正面側として説明する。

第３実施形態のノズル支持装置３Ｂは、正面視（図６）において、下部側の支持アーム３１が固定フレーム３０における一方の側部（紙面左側）に設けられ、上部側の支持アーム３１が固定フレーム３０における他方の側部（紙面右側）に設けられている。つまり、１つの固定フレーム３０の２箇所に支持アーム３１が設けられている。

そして、上部側の支持アーム３１には、２つのフラットパネルディテクタ２１が設けられている。下部側の支持アーム３１には、２つのＸ線管２０が設けられている。

なお、上部側の支持アーム３１に、Ｘ線管２０が設けられるとともに、下部側の支持アーム３１に、フラットパネルディテクタ２１が設けられてもよい。また、上部側の支持アーム３１にＸ線管２０およびフラットパネルディテクタ２１が１つずつ設けられるとともに、下部側の支持アーム３１にＸ線管２０およびフラットパネルディテクタ２１が１つずつ設けられてもよい。

ここで、第１仮想線Ｌ１および第２仮想線Ｌ２がアイソセンタＣで交差している。また、第１仮想線Ｌ１および第２仮想線Ｌ２が照射ノズル１０の移動の軌跡に重ならない位置に、全てのＸ線管２０と全てのフラットパネルディテクタ２１が配置されている。

第３実施形態では、第１仮想線Ｌ１と第２仮想線Ｌ２を含む仮想面Ｖが、照射ノズル１０の周方向の移動の中心軸Ｈを横断する面となっている。つまり、第１仮想線Ｌ１と第２仮想線Ｌ２を含む仮想面Ｖが、患者Ｐの体軸を横断する面となっている。このようにすれば、患者Ｐ（被写体）の身長の方向に沿って延びる体軸の周囲から患者ＰのＸ線画像を撮影することができる。

さらに、照射ノズル１０が移動する円弧を含む横断面Ｑは、正面視（図６）で垂直方向に延びる面となっているが、仮想面Ｖは、横断面Ｑよりも任意の角度で傾いている。仮想面Ｖが傾くことにより、第１仮想線Ｌ１および第２仮想線Ｌ２が移動アーム１２に重ならない。なお、任意の角度は、移動アーム１２と重ならないようになる角度であればいずれの角度でもよい。第３実施形態では、この任意の角度が、１０度以上、９０度以下の範囲となっている。

また、横断面Ｑで患者Ｐ（被写体）が配置される領域を第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２の２つに分けたとする。そして、一方の領域である第１領域Ｒ１に、患者Ｐの頭が配置され、他方の領域である第２領域Ｒ２に、患者Ｐの足が配置されている。つまり、患者Ｐの上半身と下半身が横断面Ｑで分けられているとする。

この場合に、第１領域Ｒ１に、全てのＸ線管２０が設けられており、第２領域Ｒ２に、全てのフラットパネルディテクタ２１が設けられている。このようにすれば、全てのＸ線管２０が互いに近接して設けられ、かつ全てのフラットパネルディテクタ２１が互いに近接して設けられるため、これらの機器の支持および配線の構成を簡素化することができる。

なお、第１領域Ｒ１に、全てのフラットパネルディテクタ２１が設けられるとともに、第２領域Ｒ２に、全てのＸ線管２０が設けられてもよい。

（第４実施形態）
次に、第４実施形態について図８から図９を用いて説明する。なお、前述した実施形態に示される構成部分と同一構成部分については同一符号を付して重複する説明を省略する。図９の紙面右側を正面側として説明する。

第４実施形態のノズル支持装置３Ｃは、正面視（図８）において、上部側の支持アーム３１が固定フレーム３０における一方の側部（紙面左側）に設けられ、下部側の支持アーム３１が固定フレーム３０における他方の側部（紙面右側）に設けられている。つまり、１つの固定フレーム３０の２箇所に支持アーム３１が設けられている。

第４実施形態では、前述の第３実施形態と同様に、第１仮想線Ｌ１および第２仮想線Ｌ２がアイソセンタＣで交差している。また、第１仮想線Ｌ１および第２仮想線Ｌ２が照射ノズル１０の移動の軌跡に重ならない位置に、全てのＸ線管２０と全てのフラットパネルディテクタ２１が配置されている。さらに、第１仮想線Ｌ１と第２仮想線Ｌ２を含む仮想面Ｖが、照射ノズル１０の周方向の移動の中心軸Ｈを横断する面となっている。さらに、仮想面Ｖは、横断面Ｑよりも任意の角度で傾いている。

また、第４実施形態では、前述の第３実施形態と異なり、一方の領域である第１領域Ｒ１に、患者Ｐの足が配置され、他方の領域である第２領域Ｒ２に、患者Ｐの頭が配置されている。このようにすれば、第３実施形態の逆の向きで患者ＰのＸ線画像を撮影することができる。

そして、第１領域Ｒ１に、全てのＸ線管２０が設けられており、第２領域Ｒ２に、全てのフラットパネルディテクタ２１が設けられている。

（第５実施形態）
次に、第５実施形態について図１０から図１１を用いて説明する。なお、前述した実施形態に示される構成部分と同一構成部分については同一符号を付して重複する説明を省略する。図１１の紙面右側を正面側として説明する。

第５実施形態のノズル支持装置３Ｄは、前述の第１実施形態のノズル支持装置３（図２）よりも照射ノズル１０の移動範囲を限定することで、小型化されている。

この第５実施形態の照射ノズル１０は、アイソセンタＣを中心として、その周方向に移動する範囲が６０度に設定されている。例えば、荷電粒子ビームＢを水平方向に照射するときの照射ノズル１０の位置を０度とした場合、＋３０度から－３０度の範囲に亘って照射ノズル１０が移動可能となっている。

ノズル支持装置３Ｄは、正面視（図１０）において、固定フレーム３０の中央部に、上部側の支持アーム３１と下部側の支持アーム３１が設けられている。つまり、１つの固定フレーム３０の２箇所に支持アーム３１が設けられている。

第５実施形態では、第１仮想線Ｌ１と第２仮想線Ｌ２を含む仮想面Ｖが、照射ノズル１０が移動する円弧を含む横断面Ｑと同一の平面上に設けられている。つまり、仮想面Ｖは、横断面Ｑを含む面である。この仮想面Ｖは、正面視（図１０）で垂直方向に延びる面であり、照射ノズル１０の周方向の移動の中心軸Ｈを横断する面となっている。この仮想面Ｖは、中心軸Ｈに直角に交わっている。

ここで、第１仮想線Ｌ１と第２仮想線Ｌ２のなす角θを規定する。第５実施形態では、照射ノズル１０が移動する周方向の範囲が、第１仮想線Ｌ１と第２仮想線Ｌ２のなす角θの範囲内となっている。なお、仮想面Ｖが長方形の場合（図１１）には、なす角θが２つ存在するが、いずれか大きい方のなす角θを例示する。この大きい方のなす角θが、照射ノズル１０に対向して開いている。第５実施形態では、なす角θが１２０度となっている。そして、照射ノズル１０が周方向に移動する範囲が６０度となっている。

照射ノズル１０が移動する周方向の範囲がなす角θの範囲内であることで、第１仮想線Ｌ１および第２仮想線Ｌ２が照射ノズル１０の移動の軌跡に重ならない位置に、全てのＸ線管２０と全てのフラットパネルディテクタ２１を配置することができる。また、患者Ｐ（被写体）の身長の方向に沿って延びる体軸の周囲から患者ＰのＸ線画像を撮影することができる。さらに、ノズル支持装置３Ｄの小型化およびコンパクト化を図ることができる。

なお、第５実施形態では、第１仮想線Ｌ１と第２仮想線Ｌ２のなす角θのうち、大きい方のなす角θが例示されているが、その他の態様でもよい。例えば、小さい方のなす角θが、照射ノズル１０に対向して開くようにし、照射ノズル１０が移動する周方向の移動範囲が、このなす角θの範囲内であってもよい。

以上、粒子線照射システム１およびＸ線撮影装置配置方法が第１実施形態から第５実施形態に基づいて説明されているが、いずれかの実施形態において適用された構成が他の実施形態に適用されてもよいし、各実施形態において適用された構成が組み合わされてもよい。

前述の実施形態の制御装置５は、ＦＰＧＡ、ＧＰＵ、ＣＰＵおよび専用のチップなどのプロセッサを高集積化させた回路装置と、ＲＯＭおよびＲＡＭなどの記憶装置と、ＨＤＤおよびＳＳＤなどの外部記憶装置と、ディスプレイなどの表示装置と、マウスおよびキーボードなどの入力装置と、通信インターフェースとを備える。この制御装置５は、通常のコンピュータを利用したハードウェア構成で実現できる。

なお、前述の実施形態の制御装置５で実行されるプログラムは、ＲＯＭなどに予め組み込んで提供される。追加的または代替的に、このプログラムは、インストール可能な形式または実行可能な形式のファイルでＣＤ－ＲＯＭ、ＣＤ－Ｒ、メモリカード、ＤＶＤ、フレキシブルディスク（ＦＤ）などのコンピュータで読み取り可能な非一時的な記憶媒体に記憶されて提供される。

また、この制御装置５で実行されるプログラムは、インターネットなどのネットワークに接続されたコンピュータに格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせて提供するようにしてもよい。また、この制御装置５は、構成要素の各機能を独立して発揮する別々のモジュールを、ネットワークまたは専用回線で相互に接続し、組み合わせて構成することもできる。

なお、前述の実施形態は、Ｘ線撮影の被写体として、人間である患者Ｐを例示しているが、その他の態様でもよい。例えば、犬、猫などの動物が被写体でもよい。これらの動物に対して放射線治療を施す際に粒子線照射システム１が用いられてもよい。また、被写体の体軸は、人間の場合は身長方向に延びる軸であり、犬、猫などの動物の場合は体長方向に延びる軸である。

なお、前述の実施形態は、２つのＸ線管２０と２つのフラットパネルディテクタ２１が設けられる態様を例示したが、その他の態様でもよい。例えば、１つのＸ線管２０と１つのフラットパネルディテクタ２１が設けられる態様でもよい。さらに、３つ以上のＸ線管２０と３つ以上のフラットパネルディテクタ２１が設けられる態様でもよい。

なお、前述の実施形態において、軸（線）を含む面は、同じような作用効果を奏する範囲内で、面が軸（線）に対して若干傾いてもよい。また、「同一」であることは、同じような作用効果を奏する範囲内で、「ほぼ同一」であることを含む。さらに、「直角」であることは、同じような作用効果を奏する範囲内で、「ほぼ直角」であることを含む。

以上説明した少なくとも１つの実施形態によれば、第１仮想線Ｌ１および第２仮想線Ｌ２が照射ノズル１０の移動の軌跡に重ならない位置に、全てのＸ線管２０と全てのフラットパネルディテクタ２１が配置されていることにより、照射ノズル１０の位置が変化してもＸ線画像の撮影の邪魔にならず、かつＸ線撮影装置４を含めた粒子線照射システム全体の小型化を図ることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。これら実施形態またはその変形は、発明の範囲と要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１…粒子線照射システム、２…ビーム照射装置、３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ…ノズル支持装置、４…Ｘ線撮影装置、５…制御装置、１０…照射ノズル、１１…移動載置台、１２…移動アーム、２０，２０Ａ，２０Ｂ…Ｘ線管、２１，２１Ａ，２１Ｂ…フラットパネルディテクタ、３０…固定フレーム、３１…支持アーム、３２…Ｃ字レール、３３…ノズル基部、Ｂ…荷電粒子ビーム、Ｃ…アイソセンタ、Ｄ…矢印、Ｆ…床面、Ｈ…中心軸、Ｌ１…第１仮想線、Ｌ２…第２仮想線、Ｐ…患者、Ｑ…横断面、Ｒ１…第１領域、Ｒ２…第２領域、Ｖ…仮想面。

Claims

アイソセンタを中心として前記アイソセンタから等距離の位置を周方向に移動し、前記周方向に移動する範囲が２４０度以下であり、前記アイソセンタに対する荷電粒子ビームの照射方向を変更可能な照射ノズルと、
少なくとも２つのＸ線管および少なくとも２つのフラットパネルディテクタで前記アイソセンタに配置された被写体のＸ線画像を撮影するＸ線撮影装置と、
を備え、
前記アイソセンタを通る軸であって前記照射ノズルの前記周方向の移動の中心軸に対して直行する方向から前記被写体が前記アイソセンタに向けて進入可能であり、
一方の前記Ｘ線管と一方の前記フラットパネルディテクタとを結ぶ第１仮想線と、
他方の前記Ｘ線管と他方の前記フラットパネルディテクタとを結ぶ第２仮想線と、
を規定した場合に、
前記第１仮想線および前記第２仮想線が前記アイソセンタで交差し、かつ、前記第１仮想線および前記第２仮想線が前記照射ノズルの移動の軌跡に重ならない位置に、全ての前記Ｘ線管と全ての前記フラットパネルディテクタが固定的に配置されている、
粒子線照射システム。
前記第１仮想線と前記第２仮想線を含む仮想面が、前記中心軸を含む面である、
請求項１に記載の粒子線照射システム。
前記照射ノズルが移動する円弧を含む面で前記被写体が配置される領域を２つに分けた場合に、
一方の前記領域に、一方の前記Ｘ線管と他方の前記フラットパネルディテクタが設けられており、
他方の前記領域に、他方の前記Ｘ線管と一方の前記フラットパネルディテクタが設けられている、
請求項２に記載の粒子線照射システム。
移動アームにより支持され、前記被写体を載置した状態で移動し、前記被写体を前記アイソセンタに配置する移動載置台を備え、
前記第１仮想線および前記第２仮想線が前記移動アームに重ならない位置に、全ての前記Ｘ線管と全ての前記フラットパネルディテクタが配置されている、
請求項２に記載の粒子線照射システム。
前記中心軸が前記Ｘ線撮影装置の前記周方向の移動の前記中心軸でもあり、前記第１仮想線と前記第２仮想線を含む仮想面が、前記中心軸を横断する面である、
請求項１に記載の粒子線照射システム。
前記照射ノズルが移動する円弧を含む面で前記被写体が配置される領域を２つに分けた場合に、
一方の前記領域に、全ての前記Ｘ線管が設けられており、
他方の前記領域に、全ての前記フラットパネルディテクタが設けられている、
請求項５に記載の粒子線照射システム。
前記第１仮想線と前記第２仮想線を含む仮想面が、前記照射ノズルが移動する円弧を含む面であり、
前記照射ノズルが移動する範囲が、前記第１仮想線と前記第２仮想線のなす角の範囲内となっている、
請求項１に記載の粒子線照射システム。
アイソセンタを中心として前記アイソセンタから等距離の位置を周方向に移動し、前記周方向に移動する範囲が２４０度以下であり、前記アイソセンタに対する荷電粒子ビームの照射方向を変更可能な照射ノズルと、
少なくとも２つのＸ線管および少なくとも２つのフラットパネルディテクタで前記アイソセンタに配置された被写体のＸ線画像を撮影するＸ線撮影装置と、
が設けられており、
前記アイソセンタを通る軸であって前記照射ノズルの前記周方向の移動の中心軸に対して直行する方向から前記被写体が前記アイソセンタに向けて進入可能であり、
一方の前記Ｘ線管と一方の前記フラットパネルディテクタとを結ぶ第１仮想線と、
他方の前記Ｘ線管と他方の前記フラットパネルディテクタとを結ぶ第２仮想線と、
を規定した場合に、
前記第１仮想線および前記第２仮想線が前記アイソセンタで交差し、かつ、前記第１仮想線および前記第２仮想線が前記照射ノズルの移動の軌跡に重ならない位置に、全ての前記Ｘ線管と全ての前記フラットパネルディテクタを固定的に配置する、
Ｘ線撮影装置配置方法。