JPWO2012120636A1 - 粒子線治療装置、および粒子線治療装置の照射線量設定方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は本発明の粒子線治療装置の概略構成を示すブロック図、図2は、粒子線治療装置全体の概略構成を示す鳥瞰図である。本発明の粒子線治療装置は、図1および図2に示すように、粒子線発生部10と、粒子線輸送部20と、2つの粒子線照射部30などを備えている。図2では、粒子線照射部を2つ備えるものを示したが、粒子線照射部は2つに限らず、1つあるいは3つ以上あっても良い。図1では簡単のため粒子線照射部30が1つのものを示している。放射線安全管理などの運用上の都合から粒子線発生部10と、粒子線照射部30とは、遮蔽された個別の部屋に設置される。粒子線輸送部20は、粒子線発生部10と、各粒子線照射部30とを連結する。粒子線輸送部20は、粒子線発生部10で発生した粒子線ビームを粒子線照射部30に輸送する粒子線輸送路21を有する。粒子線輸送部20は、粒子線の方向を変えるための偏向電磁石50を備え、真空ダクト内を粒子線が通過するように構成される。粒子線照射部30は、粒子線PBを患者の照射目標TVへ照射するように構成される。
図6〜図10は、本発明の実施の形態2による粒子線治療装置の動作、すなわち図5のステップST1における動作である線源基礎データの取得と保存の詳細を説明するための図である。図6は、実施の形態2の第一段階において使用する装置の要部の概略構成図である。図6において図1と同一符号は同一または相当する部分を示す。照射ノズル31から所定のビーム径のペンシルビームPをXやY方向へ走査せずに水ファントム60に照射する。照射ノズル31と水ファントム60の間には電離箱で構成される線量センサ341が配置されている。水ファントム60中のペンシルビームPが当たる位置には平行平板型チェンバ61が、ペンシルビームPの進行方向、すなわちZ軸方向に移動可能に設置されている。平行平板型チェンバ61の電荷量をエレクトロメータ610によって測定する。図7に、この平行平板型チェンバ61とペンシルビームPとの位置関係のイメージ斜視図を拡大して示す。図7に示すように平行平板型チェンバ61は、横方向分布を有するペンシルビームPのビーム径より十分大きく、ペンシルビームPの粒子が全て通過する大きさのものを用いる。
以上で、ステップST1の線源基礎データの取得と、治療計画部40への保存が完了する。
図11〜図13は、本発明の実施の形態3による粒子線治療装置の動作、すなわち図5のステップST2における動作である、スポットスキャニング照射基礎データの取得と保存の詳細を説明するための図である。図11は、実施の形態3において使用する粒子線治療装置の要部の概略構成図である。ステップST2では、ペンシルビームPを走査して、基準深D0における所定位置に設置した指頭型チェンバ62により吸収線量データを取得する。この測定における基準深の面でのスポットスキャン照射のイメージを図12に示す。この測定に際し、1スライス分の照射、すなわちあるエネルギーによる照射により、基準深(プラトー)部分で線量分布が均一となる条件を求める。この際、使用するエネルギーは、治療で使用するエネルギー毎に実施する。エネルギーが異なると水ファントム内でのスポット径が異なり、均一となるピッチもエネルギーにより異なることや、線量モニタ341を通過するエネルギーが異なることから得られる測定結果(カウント値)が異なるためである。また、スポットのサイズとピッチは各エネルギーで基準となるものを決めておき、当該基準を用いて均一な線量分布を形成する。このとき、照射野全体に対して均一線量分布を形成する必要は無く、指頭型チェンバ62と比較して十分に広く、指頭型チェンバ62の位置誤差によって測定誤差が発生しない条件であれば問題ない。この条件として、例えば10cm×10cmの領域をスキャニング照射することが考えられる。すなわち、図12の外周の四角で示す領域が10cm×10cmとなるよう、ペンシルビームPを走査して照射する。図12における丸がペンシルビームの各スポットを示している。指頭型チェンバ62のチェンバの位置はこの10cm×10cmの領域の中央になるよう設置する。
以上の実施の形態2で説明したステップST1、および実施の形態3で説明したステップST2を、線源につき1回実施することにより、治療計画部40に、エネルギー毎に規格化されたPDDのデータ、およびスポットスキャニング照射における各エネルギーでのエネルギー補正係数が保存される。本実施の形態4では、治療計画部40に保存されているPDDデータおよびエネルギー補正係数を用いて、患者の患部に照射する各スポットでの線量をモニタユニット値(MU)に換算する方法、すなわちステップST3を説明する。治療計画部40から照射線量制御器15にはこのモニタユニット値が出力される。
線量モニタ34の感度は経時変化するため、感度補正が必要である。本実施の形態5は、線量モニタ34の感度補正、すなわちステップST4およびST5についての実施の形態である。線量モニタの感度補正は、定期的に、例えば毎日、実施する。まず、実施の形態3で説明したステップST2における、基準深でのモニタ校正定数Gy/Countのデータを、基準エネルギーについてのみ取得する。次に、モニタユニットMUの基準である、0.01Gy/MUとモニタ校正定数との比を求めることによりモニタ補正係数を算出する。なお、一般に指頭型センサは、校正を行うことにより絶対感度を保証して用いるものであり、ここでは指頭型センサは絶対感度が保証されているセンサを用いるものとする。
1MUは、スポットのピッチが基準ピッチの場合に、基準深での線量が1cGyとなる線量モニタのカウント値で与えられる。したがって、スポットのピッチが基準ピッチと異なる場合、MU値を補正する必要がある。本実施の形態6は、スポットのピッチが基準と異なる場合のMU値の算出方法に関する実施の形態である。
実施の形態3〜実施の形態6は、照射スポットをステップ状に移動させて照射する、いわゆるスポットスキャニング照射に本発明を適用する場合の実施の形態を説明した。本発明は、スポットスキャニング照射以外、例えばペンシルビームを連続的に移動させて照射する、いわゆるラスタースキャニング照射に適用することもできる。本実施の形態7は、本発明をラスタースキャニング照射に適用する場合の実施の形態である。
11:入射器 12:加速器
13:治療制御部 14:エネルギー設定制御器
15:ビーム径制御器 20:粒子線輸送部
30、30A,30B:粒子線照射部 31:照射ノズル
32:治療台 33:位置決め装置
34:線量モニタ 341:線量センサ
342:データ処理部 40:治療計画部
60:水ファントム 61:平行平板型チェンバ
62:指頭型チェンバ 100:患者
P:ペンシルビーム PB:粒子線
あり、図10(B)が、各深さで取得した横方向(XまたはY)の分布を、各深さ(Z)の位置で示したものである。このデータも、エネルギーを変えて取得し、各エネルギーにおける、各深さでの横方向分布のデータを線源基礎データの一つとして治療計画部40に保存する。但し、測定結果がガウス分布と比較して十分に相似な場合には測定結果ではなく、理想的ガウス分布を保存してもよい。同様に、2つ或いは3つの理想的ガウス分布を合成するなどした分布を用いてもよい。この分布データは本発明における線量校正の絶対値に効果的なものではなく、治療計画装置内で実施する線量分布の計算で用いるものであり、影響は少ない。
以上で、ステップST1の線源基礎データの取得と、治療計画部40への保存が完了する。
Claims (12)
- 粒子線をペンシルビームとして照射目標に照射することにより、上記粒子線のエネルギーで決まる上記照射目標の深さ方向の位置に上記粒子線の最大吸収領域であるスポットを形成するとともに、上記ペンシルビームを進行方向に垂直な方向である横方向に移動させることにより上記スポットの位置を上記横方向に移動させて上記照射目標に上記粒子線を照射するための照射ノズルと、
上記照射ノズルから出射される上記粒子線の線量を測定する線量モニタと、
上記照射目標に照射する照射線量設定値を設定する治療計画部と、
上記粒子線のエネルギーを設定するエネルギー設定制御器と、上記照射ノズルを制御するビーム走査制御器と、上記線量モニタの測定値と上記治療計画部により設定される照射線量設定値とに基づいて上記照射目標に照射する照射線量を制御する照射線量制御器とを備えた治療制御部と、
を有する粒子線治療装置において、
上記治療計画部は、予め準備した深さ方向の吸収線量分布データであるPDDを、ブラッグピーク位置よりも上記ペンシルビームが入射する側の所定位置である基準深における吸収線量を基準として保存し、上記照射線量設定値を上記基準深における吸収線量を基準として算出して上記照射線量制御器に出力することを特徴とする粒子線治療装置。 - 上記治療計画部は、上記粒子線の複数のエネルギーについて上記基準深における吸収線量と、上記基準深を基準とするPDDを保存することを特徴とする請求項1に記載の粒子線治療装置。
- 基準深を、上記PDDの深さ方向における変化が、5%/mm以下である位置に設定したことを特徴とする請求項2に記載の粒子線治療装置。
- 上記治療計画部は、予めファントムを用いて取得した、上記ファントム中の深さ方向の吸収線量分布データであるPDDを、上記ファントム中のブラッグピーク位置よりも上記ペンシルビームが入射する側の所定位置である基準深における吸収線量を基準として保存し、上記照射線量設定値を上記基準深における吸収線量を基準として算出して上記照射線量制御器に出力することを特徴とする請求項1に記載の粒子線治療装置。
- 上記治療計画部は、予め、上記粒子線の複数のエネルギーについて、ファントム中に上記ペンシルビームを所定範囲にわたって移動させて照射したときの測定値である、上記基準深における全吸収線量値と上記線量モニタの全測定値とを用いて、エネルギー毎の上記全吸収線量値と上記全測定値との比を、上記複数のエネルギーのうち基準となる基準エネルギーにおける上記全吸収線量値と上記全測定値との比で規格化することにより上記エネルギー毎のエネルギー補正係数を算出し、このエネルギー補正係数を用いて上記照射線量設定値を算出することを特徴とする請求項2に記載の粒子線治療装置。
- 上記照射ノズルが、上記ペンシルビームを上記横方向にステップ状に移動させることにより上記スポットの位置を上記横方向にステップ状に移動させて上記照射目標の複数のスポット位置に上記粒子線を照射するよう構成されるとともに、上記治療計画部は、上記複数の各スポット位置での生物線量データを保存し、各スポットでのモニタユニット値である各スポットMUを、粒子線の生物的効果比であるRBE、および上記規格化したPDDにおけるブラッグピーク位置での吸収線量の基準深での吸収線量に対する比である深さ係数を用いて、
各スポットMU=当該スポット位置での生物線量/(RBE×深さ係数×エネルギー補正係数)
により算出することを特徴とする請求項5に記載の粒子線治療装置。 - 上記治療計画部は、所定の時点において、ファントム中に上記基準エネルギーの上記ペンシルビームを所定範囲にわたってステップ状に移動させて照射したときの測定値である、上記基準深における全吸収線量値と上記線量モニタの全測定値を用いて、上記基準深における全吸収線量値と上記線量モニタの全測定値との比であるモニタ校正定数を求め、このモニタ校正定数からモニタ補正係数を算出し、このモニタ補正係数と上記各スポットMUとから、上記スポット毎の照射線量設定値を算出することを特徴とする請求項6に記載の粒子線治療装置。
- 粒子線をペンシルビームとして照射目標に照射することにより、上記粒子線のエネルギーで決まる上記照射目標の深さ方向の位置に上記粒子線の最大吸収領域であるスポットを形成するとともに、上記ペンシルビームを進行方向に垂直な方向である横方向に移動させることにより上記スポットの位置を上記横方向に移動させて、上記照射目標に上記粒子線を照射するスキャニング照射における、照射線量設定値を算出する粒子線治療装置の照射線量設定方法において、
上記粒子線の複数のエネルギーにおいて予め準備した深さ方向の吸収線量分布データであるPDDを、ブラッグピーク位置よりも上記ペンシルビームが入射する側の所定位置である基準深における吸収線量を基準として保存するステップと、
上記照射線量設定値を、上記基準深における吸収線量を基準として保存したPDDに基づいて算出するステップと、を含むことを特徴とする粒子線治療装置の照射線量設定方法。 - ファントムを用いて、このファントム中の深さ方向の吸収線量分布データであるPDDを、上記粒子線の複数のエネルギーにおいて取得するステップを含むことを特徴とする請求項8に記載の粒子線治療装置の照射線量設定方法。
- ファントム中に上記ペンシルビームを所定範囲にわたって移動させて照射したときの、上記基準深における全吸収線量値を、上記粒子線の複数のエネルギーについて取得し、エネルギー毎の上記全吸収線量値と上記ペンシルビームの粒子線の線量を測定する線量モニタの全測定値との比を、上記複数のエネルギーのうち基準となる基準エネルギーにおける上記全吸収線量値と上記全測定値との比により規格化して上記エネルギー毎のエネルギー補正係数を算出するステップを含むことを特徴とする請求項8に記載の粒子線治療装置の照射線量設定方法。
- 上記スキャニング照射が、上記ペンシルビームを上記横方向にステップ状に移動させることにより上記スポットの位置を上記横方向にステップ状に移動させて上記照射目標の複数のスポット位置に上記粒子線を照射するスキャニング照射であって、上記複数の各スポットでのモニタユニット値である各スポットMUを、各スポット位置での生物線量と、生物的効果比であるRBEと、上記基準深における吸収線量を基準として保存したPDDにおけるブラッグピーク位置での吸収線量の基準深での吸収線量に対する比である深さ係数と、上記エネルギー補正係数とを用いて、
各スポットMU=当該スポット位置での生物線量/(RBE×深さ係数×エネルギー補正係数)
により算出するステップを含むことを特徴とする請求項10に記載の粒子線治療装置の照射線量設定方法。 - 所定の時点で、ファントム中に上記基準エネルギーの上記ペンシルビームを所定範囲にわたってステップ状に移動させて照射したときの、上記基準深における全吸収線量値と上記線量モニタの全測定値との比であるモニタ校正定数によりモニタ補正係数を算出し、このモニタ補正係数と上記各スポットMUとから、上記スポット毎の照射線量設定値を算出するステップを含むことを特徴とする請求項11に記載の粒子線治療装置の照射線量設定方法。
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