TW201318661A - 粒子線治療裝置 - Google Patents

Abstract

本發明之目的在於獲致一種粒子線治療裝置，可在長度固定之照射噴嘴之狀態下抑制射束尺寸的擴大而照射粒子線，且可進行精確度高的照射。本發明之粒子線治療裝置係具備：治療台控制部(61)，用以控制該治療台(30)的位置；及照射控制部(60)，用以輸出用來控制該治療台控制部與加速器(1)與掃描電磁鐵(7)之指令；其中，治療台控制部在以使患者之患部基準位置之患者等角點移動至設定在較照射噴嘴(4)與治療台之位置關係之基準的機器等角點(IC1)更接近照射噴嘴之位置之照射等角點(IC2)之位置為止之方式控制治療台後，照射控制部係輸出對患者照射粒子線的指令。

Description

粒子線治療裝置

本發明係關於一種照射粒子線以進行癌的治療等應用粒子線的粒子線治療裝置。

在粒子線治療裝置之粒子線的照射方法中，大致上可區分為對於照射對象之患者的患部整體同時照射射束(beam)的寬幅(broad)照射法、及掃描射束進行照射的掃描式照射法。在掃描式照射法中雖有點掃描(spot scanning)法、光柵掃描(raster scanning)法等，但在本說明書中係將此等方法統稱為掃描式照射法。為了實現掃描式照射法，必須為適於該照射方法的機器及控制法。供粒子線實際照射的前端部亦有用以實現掃描式照射法的對策。照射粒子線的前端部係稱為照射系統、照射領域形成裝置、照射頭(head)、照射噴嘴(nozzle)等。

在實現掃描式照射法的粒子線治療裝置中，為了提高對於患者患部之照射位置的精確度，需要照射射束尺寸較小的射束。另一方面，當射束在空氣中行進時，射束尺寸會因為散射而變大。因此，乃提出一種構成，用以抑制射束的散射，確保真空區域、較空氣還輕之氦(helium)等之氣體區域，且將射束尺寸減小(例如專利文獻1)。在本說明書中係將確保真空區域或氣體區域的部分稱為導管(duct)。此外，在導管中，係將粒子線通過的部分稱為窗，而在本說明書中，係將位於粒子線軌道之最下游的窗稱為 射束取出窗。

在實現掃描式照射法之粒子線治療裝置中的照射噴嘴，係由用以確保真空區域的真空導管、真空導管中供粒子線通過的窗(射束取出窗)、掃描粒子線的射束掃描裝置、測量粒子線位置的射束位置監視器(monitor)、及測量射束劑量的劑量監視器等所構成。

行進的射束係當碰撞某障礙物時即產生散射，而會以某個寬幅傳播。茲將此寬幅稱為散射角，且以θ(弧度(radian))來表示。在從障礙物離開距離r之處的射束點(beam spot)直徑係成為大約rθ。在掃描式照射法的照射噴嘴中，配置在較掃描電磁時更下游的窗或射束位置監視器係相當於障礙物。亦即，粒子線會在該窗的部位散射，且之後以寬幅傳播。

在習知技術中，由於成為射束之散射主要原因之障礙物位於距照射點之等角點(isocenter)較遠的位置，亦即距離r較大，因此會有射束點直徑變大，無法獲得足以進行實用性掃描式照射法之較小之射束尺寸的問題。

為了解決此問題，在專利文獻2中係揭示有一種將真空導管設為可伸縮自如，且使設在真空導管前端之射束取出窗或射束位置監視器、劑量監視器等成為散射主要原因的構件，接近患者並予以照射的構成。

[先前技術文獻] [專利文獻]

專利文獻1：日本特開2007-268035號公報

專利文獻2：國際公開WO2010/122662號公報

依據專利文獻2所記載之構成，係可抑制成為照射對象之患部中之射束尺寸的擴大，而可藉由較小之射束尺寸之射束來實施掃描式照射法。然而，將設為伸縮自如的真空導管，如專利文獻2所揭示以波紋管(bellows)來構成時，即使大氣壓也不會崩毀的波紋管會變成衝程(stroke)較小者。或者，需使用極為昂貴的波紋管。

本發明係有鑑於解決前述課題而研創者，其目的在於獲得一種掃描式照射法的粒子線治療裝置，不需使用伸縮自由之真空導管等，即可在長度固定之照射噴嘴之狀態下抑制射束尺寸的擴大而照射粒子線，且可進行精確度高的照射。

本發明之粒子線治療裝置係具備：加速器，用以將荷電粒子加速並射出粒子線；真空導管，用以輸送從該加速器所射出之粒子線；照射噴嘴，其具備掃描電磁鐵及射束取出窗，該掃描電磁鐵係設於該真空導管之下游部，且用於使行進於真空導管內之粒子線朝與行進方向垂直之方向偏向，並將照射對象之患者的患部以粒子線予以掃描，該射束取出窗係設於真空導管的前端，且用以將粒子線從真空導管取出至大氣中；治療台，用以載置患者；治療台控制部，用以控制治療台的位置；及照射控制部，用以輸出 用來控制該治療台控制部與加速器與掃描電磁鐵之指令；治療台控制部在以使患者之患部基準位置之患者等角點移動至設定在較照射噴嘴與治療台之位置關係之基準的機器等角點更接近照射噴嘴之位置之照射等角點之位置為止之方式控制治療台後，照射控制部係輸出對患者照射粒子線的指令。

在實現掃描式照射法之粒子線治療裝置中，可獲得一種可在長度固定之照射噴嘴之狀態下抑制射束尺寸的擴大而照射粒子線，且可進行精確度高的照射。

(實施形態1)

第1圖係為顯示本發明之實施形態1之粒子線治療裝置之概要的示意圖。從用以加速荷電粒子的加速器1射出做為高能量(energy)射束的粒子線2，係通過真空導管3內而輸出至設於真空導管3之下游的照射噴嘴4。在此，在真空導管3彎曲的部分中，雖設有用以使粒子線2之行進方向變化的偏向電磁鐵，但在第1圖中係省略圖示。粒子線2係在照射噴嘴4中，藉由以X方向掃描電磁鐵5及Y方向掃描電磁鐵6所構成之掃描電磁鐵7，朝與粒子線2之行進方向垂直的2維方向掃描。所掃描的粒子線2a係通過下游真空導管13而從射束取出窗8被取出至大氣中，再照射至載置於治療台30之照射對象的患者11。在照射時之包含照射距離的各種照射參數，係在治療計劃部62設 定，而該以照射參數照射的參數，係從治療計劃部62被傳送至照射控制部60，且從該照射控制部60對治療台控制部61、加速器1、掃描電磁鐵電源70等輸出各者的指令。

在粒子線治療裝置中，通常係設定有成為照射之位置之基準的等角點。等角點通常係在一點的位置設定，以做為機器特有的點。亦即，等角點通常係在粒子線之中心軸上，設定於成為粒子線照射之中心的位置。在第1圖中，以IC1所顯示的位置係為機器特有之機器等角點。如虛線所示之患者11a，通常係以將該位置成為患者之患部之基準位置之方式將患者予以定位，以照射粒子線。然而，機器等角點IC1之位置，通常係位於距離射束取出窗8某程度的位置，而粒子線會在行進於大氣中之期間因為散射而使射束直徑擴大。此外，在射束取出窗8、或通常位於下游真空導管13內之射束位置監視器9、劑量監視器90等之供粒子線通過的構件中，亦存在有散射的主要原因。

掃描式照射法係為三維照射法的一種，照射的自由度較高，可適用在複雜形狀的患部。另一方面，重要臟器較多的頭頸部中，眼球、視神經、脊椎、腦等的重要臟器較多，有欲應用掃描式照射法的需求。但是，頭頸部的情形與胴體部分不同，由於身體的尺寸較小，因此到達患部的深度較淺，所需射束的能量亦低。第2圖係為顯示在粒子線射入於水假體(water phantom)中時，在各能量之射程之位置之射束尺寸者。粒子線之能量愈大射程就愈大，粒子線會在水中行進較長的距離，因此射束尺寸會因為水的散 射而變大。第2圖之虛線A係顯示因為水的散射所形成之物理極限的射束尺寸。此外，B的實線係顯示本發明之技術之一例，亦即從真空取出窗至水表面之距離為約0.8m時，在水中射程位置的射束尺寸。再者，C的實線係為顯示習知技術之一例，亦即從真空取出窗至水表面之距離為約3m時，在水中射程位置之射束尺寸。

以150MeV之陽子線之情形而言，當忽視真空窗或監視器、大氣等的損耗(loss)時，有16cm左右的射程，而以頭頸部的情形而言，大多係為比該射程還少的射程。換言之，在考慮病例的情形下，係需要較第2圖所示之150MeV還低的能量且較小的射束直徑。然而，在大氣中之行進距離較大的習知技術情形下，在較150MeV更低之能量的射束中，由於進入至患者之真空窗或監視器、或是大氣所導致之散射(角)的貢獻較大，因此會成為極大的射束直徑。

因此，在本發明中，為了使粒子線在患部的射束直徑儘量不要因為散射而擴大，於照射至患部時，係使患者移動至接近射束取出窗8的位置來進行照射。藉由以此方式照射，如第2圖之B的實線所示，即可藉由接近因為物理上無法避免之水的散射所導致之物理極限之射束尺寸之射束尺寸來對患部進行照射。此時，與機器等角點IC1不同之位置係被設定做為照射時之位置之基準的等角點，亦即做為照射等角點IC2。用以在與機器等角點IC1不同之位置照射的照射參數，係例如在治療計劃部62設定。在此，係將藉由掃描電磁鐵7使粒子線偏向而彎曲的中心位置， 亦即從偏向中心至成為照射對象之中心之等角點的距離設為照射距離(SAD：Source Axis Distance，射源至中心軸距離)。如第1圖所示，以往雖係設定照射參數做為從偏向中心至機器等角點IC1之照射距離SAD1，但在本發明中，則係將照射參數設定為較SAD更短之照射距離SAD2。

如以上所說明，以往雖總是以機器等角點IC1為位置的基準而照射粒子線，但本發明最大的重點則係捨棄此種觀點，而將與機器等角點IC1有所不同之觀點，亦即在更接近拉出窗的位置進行照射之至今未曾有過的觀點予以導入。

第3圖係為用以將本發明應用於台架型粒子線治療裝置之照射主要部分的概念圖。在第3圖中，照射噴嘴4的構成，係與第1圖之照射噴嘴4相同。在台架型粒子線治療裝置中，通常機器等角點IC1係位於台架軀體20之旋轉中心軸與粒子線之掃描中心軸交叉的點。在此，所謂粒子線的掃描中心軸係指不使掃描電磁鐵7動作，亦即粒子線2未以掃描電磁鐵7偏向時所通過之粒子線之中心軸。由於此點係為機器特有而無歧異地決定，且由於方便做為用以照射粒子線之基準位置，因此自以往以來即被設定做為等角點。患者係被載置於治療台30的平板(稱為治療台頂板)31，再使照射對象之患部的基準位置(以下稱患者等角點)與機器等角點IC1一致進行定位。再者，治療台30係構成為可移動達較大的衝程Ls，以使載置於治療台頂板31的患者可移動至照射噴嘴4附近。此治療台30係依據定位 時之治療台位置與儲存在治療計劃部62之治療計劃的資料並藉由治療台控制部61來控制，藉此將載置於治療台頂板31的患者定位在預定的位置。

相對於此，第4圖係為顯示習知之台架型粒子線治療裝置之概要圖。如第4圖所示，習知之治療台300係構成為治療台頂板311可移動達衝程Lsa，從虛線所示之治療台頂板311a、亦即載置患者11a時的位置，最大限度移動至機器等角點IC1的位置。亦即，以往只要患者等角點可定位於機器等角點IC1即可，因此治療台頂板311不需越過機器等角點IC1的位置移動。

將說明習知裝置的第4圖、與說明本發明之裝置的第3圖進行比較即可明瞭，本發明之治療台30之治療台頂板31為可動的衝程Ls，係構成為較習知之治療台300之治療台頂板311為可動之衝程Lsa還大Lu的衝程。藉此，即可使習知無法接近照射噴嘴4的照射對象接近照射噴嘴4。如此，之所以可使照射對象較習知更為接近照射噴嘴4，係由於導入了在與機器等角點IC1不同之位置進行照射之至今未曾有過之觀點之故，因而得以達成者。

茲根據第5圖來說明本實施形態1之粒子線治療裝置中之患者之定位的一例。藉由X射線管50朝向患者11b的患部111b進行X射線放射，且藉由X射線受像裝置51對患者11b進行X射線像的攝影。同樣地，藉由與X射線管50不同位置的X射線管52，朝向患者11b之患部111b進行X射線的放射，且藉由X射線受像裝置53對患者11b進 行X射線像的攝影。藉由此等從2方向攝影的X射線像，來指定預先設定於患部111b之患部中心之患者等角點的位置。藉由使治療台30移動，使患者朝前後左右及上下方向移動，此患者定位點的位置即被控制成與機器等角點IC1一致。在患者等角點與機器等角點IC1一致之後，治療台30被控制成使患者等角點成為照射等角點IC2的位置，且治療台頂板31上升至預先設定的位置。

在此，茲說明本發明之粒子線治療裝置的治療計劃。第6圖係為說明治療計劃的流程圖。首先，讀取包含患者患部之X射線CT等的CT圖像(ST1)。使用該CT圖像的資料，輸入患部之照射區域(標靶(target))或重要臟器(ST2)。根據此等標靶及重要臟器的配置等，選擇台架型等粒子線治療裝置(ST3)。在選擇了裝置之後，設定照射粒子線的方向(ST4)。在設定了照射方向之後，依據該照射方向來設定照射距離SAD(ST5)。在此，若是習知的裝置，SAD雖會成為依照射噴嘴與機器等角點之位置關係而預先決定的距離，但在本發明之粒子線治療裝置中，SAD並非根據所決定的距離，而是根據患者或患部與照射噴嘴、照射方向，以儘量使患部接近照射噴嘴之方式，依每一治療計劃來設定。

當設定SAD時，依據該SAD的值，實施射束設計(ST6)。射束設計係藉由射束尺寸、點位置、每點的照射劑量、照射路徑(點的移動路徑)、比重(weight)的最佳化等來實施。當藉由射束設計來設定照射參數時，接著使用此等參 數來進行劑量分布計算(ST7)，且使用此計算結果來實施劑量分布評估(DVH：Dose Volume Histogram)等(ST8)。通常，由於訂定複數門(從複數個照射方向照射)的計劃較多，而且訂定複數個計劃進行比較的事例較多，因此判斷是否還要訂定其他計劃(ST9)。在判斷為需要訂定其他計劃時，返回步驟ST3並訂定其他的治療計劃。若判斷為不需要訂定其他計劃，則從已訂定之治療計劃中選擇使用於治療的治療計劃(ST10)。所選擇之治療計劃的照射參數等的資料係儲存於治療計劃部62。於照射時，以儲存於治療計劃部62之照射參數照射的指令，係從治療計劃部62傳送至照射控制部60，且從照射控制部60對治療台控制部61、加速器1、掃描電磁鐵電源70等輸出各者的指令。

綜上所述，在本實施形態1之粒子線治療裝置中，係使照射對象之患部111接近照射噴嘴4，且依據此接近的狀態，亦即較小之SAD的值來實施治療計劃，並將根據儲存於治療計劃部62之照射參數的指令，從照射控制部60輸出至加速器1、掃描電磁鐵電源70、治療台控制部61等並照射粒子線。藉由以此方式照射，即可將粒子線行進於大氣中之間所受到之因散射導致射束直徑擴大的影響減小。不僅如此，因為照射噴嘴之射束取出窗8或射束位置監視器9、劑量監視器90等之供粒子線通過的構件所導致之散射所引起之射束直徑擴大的影響亦變小，而可將患部111中之粒子線之射束直徑較習知更為減小。因此，對於周邊臟器的影響較小，而可達成精確度良好的粒子線治療。

(實施形態2)

第7圖係為顯示本發明實施形態2之粒子線治療裝置之照射主要部分之概略構成及動作的側面剖面示意圖。在第7圖中，與第5圖相同的符號係顯示相同或相等的部分。依患部的不同，也有從斜方向照射粒子線較為方便的情形。此照射方向係在例如實施形態1之治療計劃中所說明之步驟ST6中設定。從斜方向照射粒子線時，如第7圖所示，使台架軀體20旋轉，且將照射噴嘴4設定在患者的斜方向進行粒子線的照射。在此種情形下，首先，藉由對位時之X射線受像裝置51a之X射線像，以使對位時之患者11b之患部111b之基準位置之患者等角點與機器等角點IC1一致之方式控制治療台30的位置，並設定於第7圖所示之治療台30b的位置。另外，亦可與實施形態1之第5圖所示者相同，使用2個X射線管及X射線受像裝置而藉由2個圖像來定位。之後，以SAD成為設定值之方式，移動治療台30，並且X射線管50a及X射線受像裝置51a亦移動達機器等角點IC1與照射等角點IC2的距離，且使移動後之患者11之患部111之患者等角點成為照射等角點IC2之位置之方式設定治療台30的位置。

如上所述，在設定成從斜方向進行粒子線之照射時，亦將SAD設為較通常的SAD更小，且使照射對象之患部111接近照射噴嘴4並進行位置設定。此時，較理想係使用以監控患部111之位置之X射線管50及X射線受像裝置51，移動達機器等角點IC1與照射等角點IC2的距離，並監控 患部111的位置，再微調整成使患部111之患者等角點與照射等角點IC2一致。另外，即使是實施形態1中所說明之僅使治療台30上升時，當然亦可使X射線管50及X射線受像裝置51移動達機器等角點IC1與照射等角點IC2的距離，並監控患部111的位置，且微調整成使患者等角點與照射等角點IC2一致。

綜上所述，在本實施形態2之粒子線治療裝置中，即使在從斜方向照射之情形下，亦可使照射對象之患部111接近照射噴嘴4，且依據此接近的狀態、亦即較小之SAD的值來實施治療計劃並照射粒子線，藉此即可將粒子線行進於大氣中之期間所受到之因散射導致射束直徑擴大的影響減小。不僅如此，因為照射噴嘴之射束取出窗8或射束位置監視器9、劑量監視器90等之供粒子線通過的構件所導致之散射所引起之射束直徑擴大的影像亦會變小，而可使患部111中之粒子線之射束直徑較習知更為減小。因此，對於周邊臟器的影響較小，而可達成精確度良好的粒子線治療。

(實施形態3)

第8圖係為顯示本發明實施形態3之粒子線治療裝置之概略構成及動作的概略方塊圖。在第8圖中，與第5圖及第7圖相同的符號係顯示相同或相等的部分。依患部的不同，也有要從斜方向照射粒子線的情形。例如，於第9圖所示之患者11之放大剖面圖中，假設在患部111的附近存在重要臟器A120、重要臟器B121、重要臟器C122等之 情形。粒子線對於該患部的照射，係設為在治療計劃中被判斷為從屬於第一方向之照射第一門22的方向、及屬於第二方向之照射第二門23之方向之2方向進行照射為適當。照射第一門的照射，係例如以與實施形態2所說明者相同的要領來進行照射。照射第一門的照射結束之後，使台架軀體20旋轉，並將照射噴嘴設定於第8圖的位置，且從斜下方進行照射第二門的照射。此照射第二門的照射，亦將患部111之患者等角點從機器等角點IC1的位置移動至接近照射噴嘴4，亦即移動至SAD較小之位置之照射等角點IC2之位置再進行照射。為了實現此點，係設為可將治療台從治療台30b的位置移動至治療台30的位置。此外，較理想為令用以監控患部111之位置之X射線管52及X射線受像裝置53，移動達機器等角點IC1與照射等角點IC2的距離，並監控患部111的位置，微調整成使患部111之基準位置與照射等角點IC2一致。

綜上所述，即使在從斜方向照射之情形下，亦可以使患部接近照射噴嘴4之方式來移動治療台30，藉此散射較少，而可將更小之射束直徑的粒子線照射至患部。

1‧‧‧加速器

2、2a‧‧‧粒子線

3‧‧‧真空導管

4‧‧‧照射噴嘴

5‧‧‧X方向掃描電磁鐵

6‧‧‧Y方向掃描電磁鐵

7‧‧‧掃描電磁鐵

8‧‧‧射束取出窗

9‧‧‧射束位置監視器

11、11a、11b‧‧‧患者

13‧‧‧下游真空導管

20‧‧‧台架軀體

22‧‧‧照射第一門

23‧‧‧照射第二門

30、30b、300‧‧‧治療台

31‧‧‧治療台頂板

50、50a、52‧‧‧X射線管

51、51a、53‧‧‧X射線受像裝置

60‧‧‧照射控制部

61‧‧‧治療台控制部

62‧‧‧治療計劃部

70‧‧‧掃描電磁鐵電源

90‧‧‧劑量監視器

111、111b‧‧‧患部

311、311a‧‧‧治療台頂板

A120、B121、C122‧‧‧重要臟器

CT‧‧‧X射線

IC1‧‧‧機器等角點

IC2‧‧‧照射等角點

SAD1、SAD2‧‧‧照射距離

第1圖係為顯示本發明之粒子線治療裝置之概略構成及動作的方塊圖。

第2圖係為顯示本發明之效果之一例的線圖。

第3圖係為顯示本發明實施形態1之粒子線治療裝置之主要部分及動作的概略方塊圖。

第4圖係為顯示習知之粒子線治療裝置之主要部分之概略方塊圖。

第5圖係為顯示本發明實施形態1之其他粒子線治療裝置之主要部分及動作的概略方塊圖。

第6圖係為顯示本發明實施形態1之粒子線治療裝置之動作的流程圖。

第7圖係為顯示本發明實施形態2之粒子線治療裝置之主要部分及動作的概略方塊圖。

第8圖係為顯示本發明實施形態3之粒子線治療裝置之主要部分及動作的概略方塊圖。

第9圖係為應用本發明實施形態3之粒子線治療裝置之一例之患者的放大剖面圖。

1‧‧‧加速器

2、2a‧‧‧粒子線

3‧‧‧真空導管

4‧‧‧照射噴嘴

5‧‧‧X方向掃描電磁鐵

6‧‧‧Y方向掃描電磁鐵

7‧‧‧掃描電磁鐵

8‧‧‧射束取出窗

9‧‧‧射束位置監視器

11、11a‧‧‧患者

13‧‧‧下游真空導管

30‧‧‧治療台

60‧‧‧照射控制部

61‧‧‧治療台控制部

62‧‧‧治療計劃部

70‧‧‧掃描電磁鐵電源

90‧‧‧劑量監視器

IC1‧‧‧機器等角點

IC2‧‧‧照射等角點

SAD1、SAD2‧‧‧照射距離

Claims (4)

1. 一種粒子線治療裝置，係具備：加速器，用以將荷電粒子加速並射出粒子線；真空導管，用以輸送從該加速器所射出之粒子線；照射噴嘴，係具備掃描電磁鐵及射束取出窗，該掃描電磁鐵係設於該真空導管之下游部，且用於使行進於前述真空導管內之粒子線朝與行進方向垂直之方向偏向，並將照射對象之患者的患部以前述粒子線予以掃描；該射束取出窗係設於前述真空導管的前端，且用以將前述粒子線從前述真空導管取出至大氣中；治療台，用以載置前述患者；治療台控制部，用以控制該治療台的位置；及照射控制部，用以輸出用來控制該治療台控制部與前述加速器與前述掃描電磁鐵之指令；前述治療台控制部在以使前述患者之患部基準位置之患者等角點(isocenter)移動至設定在較前述照射噴嘴與前述治療台之位置關係之基準的機器等角點更接近前述照射噴嘴之位置之照射等角點之位置為止之方式控制前述治療台後，前述照射控制部係輸出對患者照射粒子線的指令。
2. 如申請專利範圍第1項所述之粒子線治療裝置，係具備使前述照射噴嘴旋轉的台架(gantry)軀體，且前述機器等角點係設定於前述台架軀體之旋轉中心。
3. 如申請專利範圍第1項所述之粒子線治療裝置，係具備 用以將患者定位之X射線攝影裝置，且該X射線攝影裝置係移動前述機器等角點與前述照射等角點之距離。
4. 如申請專利範圍第1項所述之粒子線治療裝置，其中，前述治療台控制部係在控制前述治療台以使前述患者等角點與前述機器等角點一致之後，控制前述治療台以使前述患者等角點與前述照射等角點一致。