TWI635884B

TWI635884B - 粒子線治療系統

Info

Publication number: TWI635884B
Application number: TW105129755A
Authority: TW
Inventors: 坂本裕介; 大奈津子; 角尾卓紀
Original assignee: 日商日立製作所股份有限公司
Priority date: 2016-04-11
Filing date: 2016-09-13
Publication date: 2018-09-21
Also published as: TW201735966A; JPWO2017179091A1; WO2017179091A1; JP6582128B2

Abstract

一種粒子線治療系統，係具備：粒子線產生裝置(30)，產生照射至屬於照射對象之患者的患部的粒子線；及X線攝像裝置(50)，將X線照射至照射對象而進行X線圖像的攝像；該粒子線治療系統係具有：可將粒子線射出至照射對象的治療射束可射出期間；及無法將粒子線射出至照射對象的治療射束無法射出期間；X線攝像裝置(50)係在屬於包含治療射束可射出期間之至少一部分的期間的X線攝像期間，將照射對象的X線圖像的攝像訊框率設為第一訊框率，而在X線攝像期間以外的期間，使攝像訊框率較前述第一訊框率更為降低。

Description

粒子線治療系統

本發明係關於一種使用以X線圖像進行之圖像引導的粒子線治療系統。

已有一種在放射線治療中，為了將治療用的放射線以良好的精確度照射於患部，一面以X線圖像等的圖像來確認患部之位置，一面照射治療用之放射線的圖像引導放射線治療(IGRT：Image Guided Radiation Therapy)被提出(例如專利文獻1)。在IGRT中使用X線圖像時，患者將會在治療用放射線以外受到圖像取得用的X線照射。此照射係以盡量少為佳。

在使用X線攝像裝置一面確認臟器位置一面進行治療放射線照射的圖像引導放射線治療中，尤其是肺或肝臟等位於會因患者呼吸而移動的範圍之照射對象時，藉由攝像X線的攝像頻率愈高，就愈能即時掌握臟器位置，但會有照射線量亦隨之增加的利害(trade off)關係。

在放射線治療中，最近，將碳離子或質子等的射束亦即粒子線照射至患部的臟器而進行治療的粒子線治療係受到矚目。在粒子線治療中，係使用粒子的加速器以產生屬於高能量之荷電粒子束的粒子線。該加速器大多為無法連續產生所要照射之粒子線的形態。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2013-252420號公報

如上所述，在使用X線圖像的IGRT中，將包含會因為患者呼吸而移動之部位的範圍作為照射對象時，盡可能希望減少X線照射線量，但要能即時掌握臟器位置。

本發明之目的為在粒子線治療系統中，不會損及藉由X線攝像掌握臟器位置的精確度，而且可減少X線攝像所造成的照射線量。

本發明之粒子線治療系統係具備：粒子線產生裝置，產生照射至屬於照射對象之患者的患部的粒子線；照射頭，將藉由粒子線產生裝置所產生的粒子線照射至照射對象；機器控制裝置，控制粒子線產生裝置及照射頭；X線攝像裝置，將X線照射至照射對象而進行X線圖像的攝像；及X線圖像解析臟器位置推定裝置，解析藉由X線攝像裝置所攝像到的X線圖像來推定具有患者之患部的臟器的位置；機器控制裝置係於藉由X線圖像解析臟器位置推定裝置所推定之臟器的位置位於預先設定之範圍的位置時，控制粒子線產生裝置及照射頭而將粒子線照射至照射對象；該粒子線治療系統係具有：可將粒子線射出至照射對象的治療射束可射出期間；及無法將粒子線射出至照射對象的治療射束無法射出期間；X線攝像裝置係在屬於包含治療射束可射出期間之至少一部分的期間的X線攝像期間，將照射對象的X線圖像的攝像訊框率設為第一訊框率，而在X線攝像期間以外的期間，使攝像訊框率較前述第一訊框率更為降低。

依據本發明，即可提供一種不會損及藉由X線攝像掌握臟器位置的精確度，而且減少X線攝像所造成的照射線量的粒子線治療系統。

1‧‧‧加速器

2、2a‧‧‧粒子線

3‧‧‧真空導管

4‧‧‧照射頭

5‧‧‧照射對象

6‧‧‧患者

10‧‧‧治療計劃裝置

11‧‧‧處理器

12‧‧‧記憶體

13‧‧‧輸入介面

14‧‧‧顯示器

21‧‧‧機器控制裝置

22‧‧‧X線攝像控制、圖像資訊取得裝置

23‧‧‧圖像解析、臟器位置推定裝置

30‧‧‧粒子線產生裝置

50‧‧‧X線攝像裝置

51a、51b‧‧‧X線管

52a、52b‧‧‧平板檢測器

53‧‧‧身體表面位置偵測器

60‧‧‧患部

第1圖係顯示本發明之實施形態1之粒子線治療系統之構成的方塊圖。

第2圖係顯示本發明之實施形態1之粒子線治療系統之動作之一例的時序圖。

第3圖係顯示本發明之實施形態1之粒子線治療系統之動作之另一例的時序圖。

第4圖係顯示本發明之實施形態2之粒子線治療系統之動作之一例的時序圖。

第5圖係顯示本發明之實施形態3之粒子線治療系統之構成的方塊圖。

第6圖係顯示本發明之實施形態3之粒子線治療系統之動作之一例的時序圖。

第7圖係顯示本發明之實施形態3之粒子線治療系統之動作之另一例的時序圖。

第8圖係顯示本發明之實施形態3之粒子線治療系統之動作之又一例的時序圖。

第9圖係顯示本發明之實施形態4之粒子線治療系統之動作之一例的時序圖。

第10圖係顯示本發明之各實施形態之粒子線治療系統之計算機構成之一例的方塊圖。

(實施形態1)

第1圖係概念性顯示本發明之實施形態1之粒子線治療系統之一例之構成的方塊圖。從將荷電粒子加速的加速器1射出之高能量荷電粒子的粒子線2係通過屬於粒子線輸送路徑的真空導管3內，而輸送至設於真空導管3之下游的照射頭4。在此，在真空導管3彎曲的部分中係設有用以使粒子線2之行進方向變化的偏向電磁鐵，但在第1圖中係予以省略。粒子線2係藉由備置於照射頭4的掃描電磁鐵，而朝與粒子線2之行進方向垂直的2維方向掃描。所掃描的粒子線2a係照射至被載置於治療台之屬於照射對象之患者6的患部60。照射時之各種的照射參數係由治療計劃裝置所設定，而用以依該照射參數進行照射的加速器1及照射頭4的各機器的參數係傳送至機器控制裝置21，而對於加速器1、照射頭4等的各機器輸出指令。

另一方面，為了取得X線圖像以確認照射對象之患者6之患部60的動作等，乃設置了藉由X線管51a、51b、平板檢測器(FPD)52a、52b所構成的X線攝像裝置50。從X線管51a所照射的X線係由FPD52a檢測，而從X線管51b所照射的X線係由FPD52b檢測。X線管51a、51b、FPD52a、52b係藉由X線攝像控制、圖像資訊取得裝置22控制，而取得X線圖像資訊。

簡單說明藉由以上的粒子線治療系統將治療用放射線的粒子線照射於患者6的患部60來治療腫瘤等之患部的方法。首先，在治療計劃裝置10中，決定要照射於患部60的照射線量。照射線量係定為配合患部60之形狀的3維分布亦即照射線量分布。當照射線量分布被決定時，在治療計劃裝置10中，就可決定用以將照射線量分布賦予至患部60的加速器1或照射頭4之各種參數設置的照射參數。然而，照射參數的組合無法依照粒子線的強度、射束的直徑等而唯一地決定。因此，由醫師等的使用者來決定認為適當的照射參數。

以粒子線治療情形而言，粒子線對於患部60的照射係區分為數十次，以1日1次來進行。照射當日係例如控制治療台的位置，以使藉由X線攝像控制、圖像資訊取得裝置22所取得之患者6之患部60之圖像中之預先設定的患者等深點(isocenter)配合由照射頭4所決定之機器的等深點，而將載置於治療台之患者的位置進行定位。當定位結束時，即藉由加速器1、照射頭4等之預先決定的參數，透過機器控制裝置21而控制各機器，將粒子線照射於患部60。此時，圖像解析、臟器位置推定裝置23係即時解析由X線攝像控制、圖像資訊取得裝置22所取得的X線圖像，且對機器控制裝置21下達只有在患部60的位置位於預先決定的特定的範圍內時才照射粒子線的指令。在此，所謂特定的範圍，係指一般在治療計劃制定時，例如由執行者(醫師或放射線技師或醫學物理師)指定之患部60之動作速度變小般之呼吸相位中之具有患部60之臟器的位置者。當該日預定的照射線量照射於患部60時，該日的照射即結束。

照射粒子線的照射方法之中，在掃描照射法中，患者1次的照射中，粒子的能量需要變更複數次。加速器1為同步加速器時，具有：將儲存於同步加速器環中的粒子線減速予以廢棄，並再度以離子源產生新的粒子線而加速至下一個能量的方法；以及直接將儲存於同步加速器環中的粒子線予以加減速而調整為下一個能量的方法，惟，前者的情形中之開始減速直到下一個加速完成為止的期間，以及後者的情形中之加減速至能量調整結束為止的期間，無法對照射對象之患者6的患部60射出粒子線。

加速器1為同步加速器的情形等時，不以加速器1進行能量變更，而將所謂的降能器(degrader)的能量吸收體插入於粒子線輸送路徑的途中或是照射頭，藉由調整降能器的厚度來進行能量的調整。此時，亦無法在降能器動作期間，對照射對象之患者6的患部60射出粒子線。如此，在包含加速器、粒子線輸送路徑、及照射頭的粒子線治療系統中，大多會存在由於某些因素而有可對照射對象之患者6的患部60射出粒子線的期間、及無法射出粒子線的期間。本文中為便於說明，乃將粒子線治療系統處於可對照射對象射出粒子線的期間之狀態，稱為治療射束可射出狀態。此外，將可對照射對象射出粒子線的期間稱為治療射束可射出期間，將無法射出粒子線的期間稱為治療射束無法射出期間。

第2圖係顯示本發明之粒子線治療系統之IGRT照射中之治療射束照射之時序圖(time chart)之例。如前所述，在粒子線治療系統中，存在有可射出粒子線的期間(治療射束可射出on、治療射束可射出期間)及無法射出的期間(治療射束可射出off、治療射束無法射出期間)。此時，使X線攝像期間與治療射束可射出期間同步，僅在治療射束可射出期間才實施X線攝像。另外，嚴格來說，由於1次的X線攝像係屬瞬間性者，而要以預先設定的訊框率(攝影頻率)，例如7.5至30fps(frame per second，每秒訊框)反覆進行攝像，因此時序圖應以脈衝描繪，但在第2圖中，係將以預先設定的訊框率實施X線攝像的期間表現成X線攝像on的期間(X線攝像期間)。

X線攝像控制、圖像資訊取得裝置22係在 X線攝像on的期間，以預先設定的訊框率取得X線圖像，且將所取得的圖像藉由圖像解析、臟器位置推定裝置23來解析，以推定具有患部60之臟器的目前位置。臟器的目前位置位於預先決定的照射範圍內時(臟器位置信號on)，將治療射束照射信號傳送至機器控制裝置21。機器控制裝置21係將加速器1、照射頭4等的機器控制為僅在接收到照射信號時才對患部60照射粒子線。

在上述中，僅在治療射束可射出為on時才實施X線攝像，除此以外的期間則不實施X線攝像亦即將訊框率設為0。然而，一定期間不進行X線攝像時，圖像解析、臟器位置推定裝置23會因不同的臟器而有找不到臟器位置的可能。此種情形下，如第3圖所示，係以在X線攝像off的期間，使訊框率較X線攝像期間的訊框率(亦稱第一訊框率)更為降低，並降低攝像頻率來實施X線攝像為佳。

綜上所述，在治療射束無法射出期間，係構成為使X線攝像的攝像訊框率較治療射束可射出期間更為降低(亦包含訊框率為0，亦即不攝像的情形)，因此相較於恆常以一定的訊框率進行X線攝像的情形，可降低X線所造成之對患者的照射線量，而且，在治療射束可射出期間，持續地藉由X線攝像確認臟器位置，因此能夠以較高的位置精確度來進行治療射束的照射。

(實施形態2)

第4圖係實施形態2之粒子線治療系統之治療射束照射之時序圖的一例。實際上，從X線圖像解析、臟器位置推定裝置23推定臟器位置且判定可否照射治療射束起，至實際上治療射束的照射開始或停止為止的期間，必定存在著時間延遲。在本實施形態2中，係考慮該時間延遲，將X線攝像期間的開始時間、結束時間設定為較治療射束可射出期間的開始時間、結束時間更為提前。

藉由將X線攝像期間的開始時間設定為較為提前，使得在治療射束可射出期間開始時臟器已位於照射範圍內的情形下，從治療射束可射出期間的最初期間起，即可照射治療射束。此外，藉由將X線攝像期間的結束時間設定為較為提前，即可降低無效的X線照射。

(實施形態3)

第5圖係顯示本發明之實施形態3之粒子線治療系統之構成的方塊圖。在本實施形態3中，除實施形態1之粒子線治療系統的構成外，還包括不使用X線而偵測患者6之身體表面位置的身體表面位置偵測器53。身體表面位置偵測器53係可藉由例如紅外線感測器等的手段來即時取得患者6之腹部之身體表面的位置資訊。

第6圖係顯示實施形態3中之治療射束照射的時序圖。在本實施形態3中，係將身體表面之位置位於預先決定之特定範圍內時表現為身體表面位置on，且以此期間作為X線攝像期間，僅在此期間才實施X線攝像。或者，亦可在X線攝像期間以預定的第一訊框率實施X線攝像，而在X線攝像期間以外的期間以較第一訊框率更低的訊框率進行X線攝像。與實施形態1同樣地，圖像解析、臟器位置推定裝置23係解析所攝像到的X線圖像，且推定具有患部60之臟器的目前位置。當臟器的目前位置位於預先決定的照射範圍內時，將治療射束照射信號傳送至機器控制裝置21。然而，如前所述，粒子線產生裝置30只在治療射束可射出為on時才可射出治療射束，因此，就結果而言，僅在同時滿足X線攝像到的臟器位置on、以及治療射束可射出on的雙方時，才照射治療射束。

前述之用來判定身體表面位置on的特定範圍，係與依據X線圖像之臟器位置判定可否照射治療射束時的範圍對應者，且由執行者所決定。執行者在診斷患者時，以使用與用在治療上同等的身體表面位置偵測器53、X線攝像控制、圖像資訊取得裝置22、及圖像解析、臟器位置推定裝置23，來預先得知由身體表面位置偵測器53所取得之身體表面位置、以及依據X線攝像所推測之體內之具有患部60之臟器位置的相關關係為理想。此外，考慮到身體表面位置與臟器位置的相關關係並不一定完整重現，在決定用來判斷身體表面位置on的範圍時，以設定適當的邊際(margin)，且以較藉由X線圖像之臟器位置判定可否照射治療射束時的範圍更廣的範圍來設定為理想。

身體表面位置與體內的臟器位置的相關性雖無完整的重現性，但多數情形，可期待某程度的重現性，因此，藉由如前述的構成，具有患部60的臟器位置明顯地未在特定的範圍內時，因不實施X線攝像而可期待降低X線所造成之對患者的照射線量。

此外，如第7圖所示，僅在治療射束可射出且身體表面位置位於預先決定的特定範圍內時才進行X線攝像，由此可期待較第6圖所示的動作更降低X線所造成之對患者的照射線量。在此，如實施形態2的說明，亦可將設定作為治療射束可射出的開始時間、結束時間的時間，設定為較實際的治療射束可射出期間的開始時間、結束時間更為提前。

再者，與第3圖中說明者相同地，如第8圖所示，亦可在第7圖的X線攝像off期間亦即X線攝像期間以外的期間，使訊框率較X線攝像期間更為降低來實施X線攝像。或者，當然亦可在第6圖的X線攝像off期間，使訊框率較X線攝像期間更為降低來實施X線攝像。

另外，在第2圖、第3圖、第4圖、第6圖、第7圖及第8圖所示的動作中，粒子線治療系統係具有可對患者的患部射出粒子線的治療射束可射出期間、及無法對患者的患部射出粒子線的治療射束無法射出期間，X線攝像期間係成為包含治療射束可射出期間之至少一部分的期間。

(實施形態4)

第9圖係實施形態4之粒子線治療系統之治療射束照射之時序圖的一例。本實施形態4係包含加速器1之粒子線產生裝置30可連續產生可對患者照射之粒子線的粒子線治療系統的實施形態。粒子線治療系統的構成係與第5圖所示的構成相同。本實施形態4之粒子線治療系統係例如可適用在使用射束照射調整模(bolus)，不使從粒子線產生裝置30產生的粒子線的能量變化而照射患者6的患部60整體之所謂的寬束(broad)照射法等。

將身體表面位置位於預先決定的特定範圍內時表現為身體表面位置on，且以在此期間預先設定的訊框率(亦稱為第一訊框率)實施X線攝像。在身體表面位置on以外的期間，係使X線攝像的攝像訊框率較第一訊框率更為降低。此時的攝像訊框率為0，亦即亦包括不進行X線攝像的情形。圖像解析、臟器位置推定裝置23係解析所攝像到的X線圖像，且推定具有患部60之臟器的目前位置。臟器的目前位置位於預先決定的照射範圍內時，將治療射束照射信號傳送至機器控制裝置21。

如實施形態3中的說明，用以判斷身體表面位置on的特定範圍係與依據X線圖像之臟器位置判定可否照射治療射束時的範圍對應者，且由執行者所決定。執行者在診斷患者時，以使用與用在治療上同等的身體表面位置偵測器53、X線攝像控制、圖像資訊取得裝置22、及圖像解析、臟器位置推定裝置23，來預先得知由身體表面位置偵測器53所取得之患者6的身體表面位置、與患者6體內之依據X線攝像所推測之具有患部60之臟器位置的相關關係為理想。此外，考慮到身體表面位置與臟器位置的相關關係並不一定完整重現，在決定用以判斷身體表面位置on的範圍時，係以設定適當的邊際，且以較藉由X線圖像之臟器位置判定可否照射治療射束時的範圍更廣的範圍來設定為理想。

身體表面位置與體內的臟器位置的相關性雖無完整的重現性，但多數情形，可期待某程度的重現性，因此，在本實施形態4中，構成為具有患部60的體內臟器位置明顯地未在特定的範圍內時，降低X線攝像的頻率或不進行X線攝像。因此，即使在可連續產生可對患者照射的粒子線的粒子線治療系統中，也可期待降低X線所造成之對患者的照射線量。

以上各實施形態中之治療計劃裝置10、機器控制裝置21、X線攝像控制、圖像資訊取得裝置22、圖像解析、臟器位置推定裝置23係分別為藉由第10圖所示之具備處理器11、記憶體12、鍵盤或觸控面板等之輸入介面13、作為輸出介面的顯示器14等的一般的計算機而實現。此外，治療計劃裝置10、機器控制裝置21、X線攝像控制、圖像資訊取得裝置22、圖像解析、臟器位置推定裝置23係可全部藉由一台計算機來構成。或者，亦可例如治療計劃裝置10與機器控制裝置21藉由一台計算機，X線攝像控制、圖像資訊取得裝置22與圖像解析、臟器位置推定裝置23藉由另一台計算機構成，無論是何種計算機的構成均無妨。

另外，本發明在發明的範圍內，可組合各實施形態，或可適當變更、省略各實施形態。

Claims

一種粒子線治療系統，係具備：粒子線產生裝置，產生照射至屬於照射對象之患者的患部的粒子線；照射頭，將藉由前述粒子線產生裝置所產生的粒子線照射至前述照射對象；機器控制裝置，控制前述粒子線產生裝置及前述照射頭；X線攝像裝置，將X線照射至前述照射對象而進行X線圖像的攝像；及X線圖像解析臟器位置推定裝置，解析藉由前述X線攝像裝置所攝像到的X線圖像來推定具有前述患者之患部的臟器的位置；前述機器控制裝置係於藉由前述X線圖像解析臟器位置推定裝置所推定之前述臟器的位置位於預先設定之範圍的位置時，控制前述粒子線產生裝置及前述照射頭而將前述粒子線照射至前述照射對象；該粒子線治療系統係具有：可將粒子線射出至前述照射對象的治療射束可射出期間；及無法將粒子線射出至前述照射對象的治療射束無法射出期間；前述X線攝像裝置係在屬於包含前述治療射束可射出期間之至少一部分的期間的X線攝像期間，將前述照射對象的X線圖像的攝像訊框率設為第一訊框率，而在前述X線攝像期間以外的期間，以較前述第一訊框率更低的攝像訊框率來進行X線圖像的攝像。
如申請專利範圍第1項所述之粒子線治療系統，其中，包含前述治療射束可射出期間之至少一部分的期間係前述治療射束可射出期間。
如申請專利範圍第1項所述之粒子線治療系統，其中，包含前述治療射束可射出期間之至少一部分的期間的開始，係包含前述治療射束可射出期間之至少一部分的期間中之前述治療射束可射出期間的開始前；包含前述治療射束可射出期間之至少一部分的期間的結束，係包含前述治療射束可射出期間之至少一部分的期間中之前述治療射束可射出期間的結束前。
如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述之粒子線治療系統，係具備偵測前述患者之身體表面位置的身體表面位置偵測器；前述X線攝像期間係包含前述治療射束可射出期間之至少一部分的期間，而且為藉由前述身體表面位置偵測器所偵測到之身體表面位置位於預先設定之範圍的位置的期間。
一種粒子線治療系統，係具備：粒子線產生裝置，產生照射至屬於照射對象之患者的患部的粒子線；照射頭，將藉由前述粒子線產生裝置所產生的粒子線照射至前述照射對象；機器控制裝置，控制前述粒子線產生裝置及前述照射頭；X線攝像裝置，將X線照射至前述照射對象而進行X線圖像的攝像；及X線圖像解析臟器位置推定裝置，解析藉由前述X線攝像裝置所攝像到的X線圖像來推定包含前述患者之患部的臟器的位置；前述機器控制裝置係於藉由前述X線圖像解析臟器位置推定裝置所推定之前述臟器的位置位於預先設定之範圍的位置時，控制前述粒子線產生裝置及前述照射頭而將前述粒子線照射至前述照射對象來治療前述患者的患部；該粒子線治療系統係具備偵測前述患者之身體表面位置的身體表面位置偵測器；前述X線攝像裝置係在藉由前述身體表面位置偵測器所偵測到之身體表面位置位於預先設定之範圍的位置時，將前述照射對象的X線圖像的攝像訊框率設為第一訊框率，而在藉由前述身體表面位置偵測器所偵測到之身體表面位置位於預先設定之範圍外的位置時，以較前述第一訊框率更低的攝像訊框率來進行X線圖像的攝像。