WO2011102018A1 - 放射線治療装置制御装置および放射線治療装置の作動方法 - Google Patents

Abstract

　本発明による放射線治療装置制御装置は、被検体の内部の特定部位が配置される特定部位位置に基づいて目標位置を算出する照射対象検出部と、治療用放射線を曝射する放射線照射装置が補正後目標位置に向くように、その放射線照射装置を移動させる駆動装置を制御する首振り位置制御部とを備えている。その補正後目標位置は、治療期間の前の準備期間に、その目標位置よりその放射線照射装置が向いている位置に近い位置を示し、その治療期間に、その目標位置を示している。

Description

放射線治療装置制御装置および放射線治療装置の作動方法

　本発明は、放射線治療装置制御装置および放射線治療装置の作動方法に関し、特に、患部に放射線を照射することにより患者を治療するときに利用される放射線治療装置制御装置および放射線治療装置の作動方法に関する。

　腫瘍患部に治療用放射線を曝射することにより患者を治療する放射線治療が知られている。その放射線治療を実行する放射線治療装置は、その治療用放射線を曝射する治療用放射線照射装置と、その患者の患部の位置を測定するセンサと、その測定された位置にその治療用放射線が照射されるようにその治療用放射線照射装置を移動させる駆動装置とを備えている。このような放射線治療装置によれば、その患者の呼吸等に伴ってその患部が動く場合でも、その患部に治療用放射線を照射することができる。このような放射線治療は、治療効果が高いことが望まれ、その治療用放射線は、その患部の細胞に曝射される線量に比較して、正常な細胞に曝射される線量がより小さいことが望まれている。このため、その放射線治療装置は、その治療用放射線をより高精度にその患部に曝射することが望まれ、その治療用放射線照射装置をより高精度に移動させることが望まれている。その放射線治療装置は、さらに、その駆動装置の応答性が高いことが望まれ、かつ、その駆動装置の動作が安定していることが望まれている。

　特開２００４－６５８０８号公報には、照射野を広い照射野から微細な不整形照射野まで形成し、照射時間の短縮と患者の体動に対しても適切に照射でき、かつ小型化が可能な放射線治療装置が開示されている。その放射線治療装置は、電子線の発生源と、前記電子線の方向を変える偏向電磁石と、真空を保持しながら前記電子線を通過させる真空窓と、前記電子線を散乱させる散乱箔と、前記電子線をＸ線に変換するターゲットと、電子線とＸ線の線量分布を照射面において一様にする平坦化フィルタと、電子線とＸ線を絞り込むコリメータと、電子線とＸ線の線量を測定する線量計から構成される照射ヘッドと、前記照射ヘッドを保持するガントリーアームを含む放射線治療装置であって、前記電子線の発生源と前記偏向電磁石とを真空ロータリージョイントで結合し、前記ガントリーアーム回転軸と平行で仮想線源位置を通る軸を中心として前記照射ヘッドを首振り運動させる回転手段を備えている。

　特開２００６－２１０４６号公報には、放射線の照射治療中においても、リアルタイムに治療野の状態をモニタすることが可能な放射線治療装置が開示されている。その放射線治療装置は、Ｏ型ガントリと、前記Ｏ型ガントリに移動可能に設けられ、被検体の治療野へ治療用放射線を照射する放射線照射ヘッドと、前記Ｏ型ガントリに移動可能に設けられ、前記被検体の前記治療野に診断用Ｘ線を照射するＸ線源と、前記Ｏ型ガントリに移動可能に設けられ、前記被検体を透過した前記診断用Ｘ線の透過Ｘ線を検出して、診断画像データとして出力するセンサアレイとを具備し、前記センサアレイは、前記放射線照射ヘッドを挟んで対象な位置に設けられ、前記Ｏ型ガントリ上を前記放射線照射ヘッドの移動に連動して動き、前記Ｘ線源は、前記センサアレイの動きに連動して動く。

特開２００４－６５８０８号公報 特開２００６－２１０４６号公報

　本発明の課題は、治療用放射線を曝射する放射線照射装置を移動させる駆動装置のモータトリップを防止し、かつ、その放射線照射装置を高精度に移動させる放射線治療装置制御装置および放射線治療装置の作動方法を提供することにある。

　本発明による放射線治療装置制御装置は、被検体の内部の特定部位が測定時刻に配置される特定部位位置に基づいて目標位置を算出する照射対象検出部と、治療用放射線を曝射する放射線照射装置がその測定時刻より後の制御時刻に補正後目標位置に向くように、その放射線照射装置を移動させる駆動装置を制御する首振り位置制御部とを備えている。その補正後目標位置は、その制御時刻が準備期間に含まれるときに、その目標位置より、その制御時刻の直前にその放射線照射装置が向いている位置に近い位置を示している。その補正後目標位置は、その制御時刻がその準備期間の後の治療期間に含まれるときに、その目標位置を示している。このような放射線治療装置制御装置は、その放射線照射装置が緩やかに移動するようにその駆動装置を制御した後にその放射線照射装置がその特定部位を追尾するようにその駆動装置を制御することにより、その駆動装置のモータトリップを防止し、かつ、その放射線照射装置を高精度に移動させることができる。

　その補正後目標位置は、その制御時刻がその準備期間に含まれるときに、初期位置とその目標位置と結ぶ線分を内分する位置を示している。このとき、その補正後目標位置がその線分を内分する内分比は、時間の経過とともにその補正後目標位置がその目標位置に漸近するように算出されることが好ましい。

　その内分比が単位時間当たりに変化する変化量は、一定であることが好ましい。

　その首振り位置制御部は、その補正後目標位置とその放射線照射装置が向いている位置との位置偏差に基づいて操作量を算出する操作量算出部と、その位置偏差に基づいて係数を算出する係数演算部と、その操作量にその係数を乗算して補正後操作量を算出する乗算器とを備えている。その係数は、その位置偏差の絶対値に関して単純に減少する。その駆動装置は、その補正後操作量に基づいて制御されることが好ましい。

　その首振り位置制御部は、その補正後目標位置の変化に基づいてフィードフォワード操作量を算出するフィードフォワード部をさらに備えている。このとき、その駆動装置は、そのフィードフォワード操作量にさらに基づいて制御されることが好ましい。

　その首振り位置制御部は、その駆動装置が制御されるときにその駆動装置に供給される電気信号を生成する装置の温度に基づいて温度ドリフト量を算出する温度ドリフト補正部をさらに備えている。その駆動装置は、その温度ドリフト量にさらに基づいて制御されることが好ましい。

　本発明による放射線治療装置の作動方法は、被検体の内部の特定部位が測定時刻に配置される特定部位位置に基づいて目標位置を算出するステップと、治療用放射線を曝射する放射線照射装置がその測定時刻より後の制御時刻に補正後目標位置に向くように、その放射線照射装置を移動させる駆動装置を制御するステップとを備えている。その補正後目標位置は、その制御時刻が準備期間に含まれるときに、その目標位置より、その制御時刻の直前にその放射線照射装置が向いている位置に近い位置を示している。その制御時刻がその準備期間の後の治療期間に含まれるときに、その目標位置を示している。このような放射線治療装置の作動方法によれば、放射線治療装置制御装置は、その放射線照射装置が緩やかに移動するようにその駆動装置を制御した後にその放射線照射装置がその特定部位を追尾するようにその駆動装置を制御することにより、その駆動装置のモータトリップを防止し、かつ、その放射線照射装置を高精度に移動させることができる。

　その補正後目標位置は、その制御時刻がその準備期間に含まれるときに、初期位置とその目標位置と結ぶ線分を内分する位置を示している。その補正後目標位置がその線分を内分する内分比は、時間の経過とともにその補正後目標位置がその目標位置に漸近するように算出される。

　その内分比が単位時間当たりに変化する変化量は、一定であることが好ましい。

　本発明による放射線治療装置の作動方法は、その補正後目標位置とその放射線照射装置が向いている位置との位置偏差に基づいて操作量を算出するステップと、その位置偏差に基づいて係数を算出するステップと、その操作量にその係数を乗算して補正後操作量を算出するステップとをさらに備えている。その係数は、その位置偏差の絶対値に関して単純に減少する。その駆動装置は、その補正後操作量に基づいて制御されることが好ましい。

　本発明による放射線治療装置の作動方法は、その補正後目標位置の変化に基づいてフィードフォワード操作量を算出するステップをさらに備えている。このとき、その駆動装置は、そのフィードフォワード操作量にさらに基づいて制御されることが好ましい。

　本発明による放射線治療装置の作動方法は、その駆動装置が制御されるときにその駆動装置に供給される電気信号を生成する装置の温度に基づいて温度ドリフト量を算出するステップをさらに備えている。このとき、その駆動装置は、その温度ドリフト量にさらに基づいて制御されることが好ましい。

　本発明による放射線治療装置制御装置および放射線治療装置の作動方法は、治療用放射線を曝射する放射線照射装置を移動させるときに、その放射線照射装置を移動させる駆動装置のモータトリップを防止し、かつ、その放射線照射装置を高精度に移動させることができる。

図１は、放射線治療装置を示す斜視図である。 図２は、放射線治療装置制御装置を示すブロック図である。 図３は、首振り位置制御部を示すブロック図である。 図４は、目標位置補正部により算出される係数の変化を示すグラフである。 図５は、補間指令値作成部により算出される補間指令値を示すグラフである。 図６は、Ｄ／Ａ変換回路の入力と出力の関係を示すグラフである。 図７は、操作量算出部を示すブロック図である。 図８は、位置偏差と係数との関係を示すグラフである。 図９は、目標位置の変化と補正後目標位置の変化と補間指令値の変化とを示すグラフである。 図１０は、目標位置補正部により算出される他の係数の変化を示すグラフである。

　図面を参照して、本発明による放射線治療装置制御装置の実施の形態を記載する。その放射線治療装置制御装置１０は、図１に示されているように、放射線治療システムに適用されている。その放射線治療システムは、放射線治療装置制御装置１０と放射線治療装置３とを備えている。放射線治療装置制御装置１０は、パーソナルコンピュータに例示されるコンピュータである。放射線治療装置制御装置１０と放射線治療装置３とは、双方向に情報を伝送することができるように、互いに接続されている。

　放射線治療装置３は、Ｏリング１２と走行ガントリ１４と治療用放射線照射装置１６とを備えている。Ｏリング１２は、リング状に形成され、回転軸１７を中心に回転可能に基礎に支持されている。回転軸１７は、鉛直方向に平行である。走行ガントリ１４は、リング状に形成され、Ｏリング１２のリングの内側に配置され、回転軸１８を中心に回転可能にＯリング１２に支持されている。回転軸１８は、鉛直方向に垂直であり、回転軸１７に含まれるアイソセンタ１９を通っている。回転軸１８は、Ｏリング１２に対して固定され、すなわち、Ｏリング１２とともに回転軸１７を中心に回転する。

　治療用放射線照射装置１６は、走行ガントリ１４のリングの内側に配置されている。治療用放射線照射装置１６は、チルト軸２１に回転可能に、かつ、パン軸２２に回転可能に、走行ガントリ１４に支持されている。パン軸２２は、走行ガントリ１４に対して固定され、回転軸１８に交差しないで回転軸１８に平行である。チルト軸２１は、パン軸２２に直交している。チルト軸２１とパン軸２２との交点は、アイソセンタ１９から１ｍだけ離れている。

　放射線治療装置３は、さらに、旋回駆動装置１１と首振り装置１５とを備え、図示されていない走行駆動装置を備えている。旋回駆動装置１１は、放射線治療装置制御装置１０により制御されることにより、回転軸１７を中心にＯリング１２を回転させる。旋回駆動装置１１は、さらに、基礎に対してＯリング１２が配置される旋回角度を測定し、その旋回角度を放射線治療装置制御装置１０に出力する。その走行駆動装置は、放射線治療装置制御装置１０により制御されることにより、回転軸１８を中心に走行ガントリ１４を回転させる。その走行駆動装置は、さらに、Ｏリング１２に対して走行ガントリ１４が配置されるガントリ角度を測定し、そのガントリ角度を放射線治療装置制御装置１０に出力する。

　首振り装置１５は、放射線治療装置制御装置１０により制御されることにより、チルト軸２１を中心に治療用放射線照射装置１６を回転させ、パン軸２２を中心に治療用放射線照射装置１６を回転させる。首振り装置１５は、さらに、チルト軸２１を中心に走行ガントリ１４に対して治療用放射線照射装置１６が回転するチルト角を測定し、そのチルト角を放射線治療装置制御装置１０に出力する。首振り装置１５は、さらに、パン軸２２を中心に走行ガントリ１４に対して治療用放射線照射装置１６が回転するパン角を測定し、そのパン角を放射線治療装置制御装置１０に出力する。

　治療用放射線照射装置１６は、放射線治療装置制御装置１０により制御されることにより、治療用放射線２３を曝射する。治療用放射線２３は、パン軸２２とチルト軸２１とが交差する交点を頂点とするコーンビームである。治療用放射線２３は、一様強度分布を持つように形成されている。治療用放射線照射装置１６は、マルチリーフコリメータ２０を備えている。マルチリーフコリメータ２０は、治療用放射線２３が進行する領域に配置されるように、治療用放射線照射装置１６に固定されている。マルチリーフコリメータ２０は、放射線治療装置制御装置１０により制御されることにより、治療用放射線２３の一部を遮蔽し、治療用放射線２３が患者に照射されるときの照射野の形状を変更する。

　治療用放射線２３は、このように治療用放射線照射装置１６が走行ガントリ１４に支持されることにより、治療用放射線照射装置１６がアイソセンタ１９に向かうように走行ガントリ１４に固定されると、旋回駆動装置１１によりＯリング１２が回転し、または、その走行駆動装置により走行ガントリ１４が回転しても、常に概ねアイソセンタ１９を通る。即ち、走行・旋回を行うことで任意方向からアイソセンタ１９に向けて治療用放射線２３の照射が可能になる。

　放射線治療装置３は、さらに、複数のイメージャシステムを備えている。すなわち、放射線治療装置３は、第１診断用Ｘ線源２４と第２診断用Ｘ線源２５と第１センサアレイ３２と第２センサアレイ３３とを備えている。第１診断用Ｘ線源２４は、走行ガントリ１４に支持され、アイソセンタ１９から第１診断用Ｘ線源２４を結ぶ線分とアイソセンタ１９から治療用放射線照射装置１６を結ぶ線分とのなす角が鋭角になるように、走行ガントリ１４のリングの内側に配置されている。第２診断用Ｘ線源２５は、走行ガントリ１４に支持され、アイソセンタ１９から第２診断用Ｘ線源２５を結ぶ線分とアイソセンタ１９から治療用放射線照射装置１６を結ぶ線分とのなす角が鋭角になるように、走行ガントリ１４のリングの内側に配置されている。第２診断用Ｘ線源２５は、さらに、アイソセンタ１９から第１診断用Ｘ線源２４を結ぶ線分とアイソセンタ１９から第２診断用Ｘ線源２５を結ぶ線分とのなす角が直角（９０度）になるように、配置されている。第１センサアレイ３２は、走行ガントリ１４に支持され、アイソセンタ１９を介して第１診断用Ｘ線源２４に対向するように、配置されている。第２センサアレイ３３は、走行ガントリ１４に支持され、アイソセンタ１９を介して第２診断用Ｘ線源２５に対向するように、配置されている。

　第１診断用Ｘ線源２４は、放射線治療装置制御装置１０により制御されることにより、所定のタイミングで第１診断用Ｘ線３５をアイソセンタ１９に向けて曝射する。第１診断用Ｘ線３５は、第１診断用Ｘ線源２４が有する１点から曝射され、その１点を頂点とする円錐状のコーンビームである。第２診断用Ｘ線源２５は、放射線治療装置制御装置１０により制御されることにより、所定のタイミングで第２診断用Ｘ線３６をアイソセンタ１９に向けて曝射する。第２診断用Ｘ線３６は、第２診断用Ｘ線源２５が有する１点から曝射され、その１点を頂点とする円錐状のコーンビームである。

　第１センサアレイ３２は、受光部を備えている。第１センサアレイ３２は、放射線治療装置制御装置１０により制御されることにより、その受光部に受光されるＸ線に基づいて第１透視画像を生成する。第２センサアレイ３３は、受光部を備えている。第２センサアレイ３３は、放射線治療装置制御装置１０により制御されることにより、その受光部に受光されるＸ線に基づいて第２透視画像を生成する。その透視画像は、複数の画素から形成されている。その複数の画素は、その透視画像上にマトリクス状に配置され、それぞれ輝度に対応付けられている。その透視画像は、その複数の画素の各々に対応する輝度がその複数の画素の各々に着色されることにより、被写体を映し出している。第１センサアレイ３２と第２センサアレイ３３としては、ＦＰＤ（Ｆｌａｔ　Ｐａｎｅｌ　Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）、Ｘ線ＩＩ（Ｉｍａｇｅ　Ｉｎｔｅｎｓｉｆｉｅｒ）が例示される。

　このようなイメージャシステムによれば、第１センサアレイ３２と第２センサアレイ３３とにより得た画像信号に基づき、アイソセンタ１９を中心とする透視画像を生成することができる。

　放射線治療装置３は、さらに、カウチ４１とカウチ駆動装置４２とを備えている。カウチ４１は、ｘ軸とｙ軸とｚ軸とを中心に回転移動可能に、かつ、そのｘ軸とｙ軸とｚ軸とに平行に平行移動可能に基礎に支持されている。そのｘ軸とｙ軸とｚ軸とは、互いに直交している。カウチ４１は、その放射線治療システムにより治療される患者４３が横臥することに利用される。カウチ４１は、図示されていない固定具を備えている。その固定具は、患者４３が動かないように、患者４３をカウチ４１に固定する。カウチ駆動装置４２は、放射線治療装置制御装置１０により制御されることにより、カウチ４１を回転移動させ、カウチ４１を平行移動させる。

　図２は、放射線治療装置制御装置１０を示している。その放射線治療装置制御装置１０は、コンピュータであり、図示されていないＣＰＵと記憶装置とリムーバルメモリドライブと通信装置と入力装置と出力装置とインターフェースとを備えている。そのＣＰＵは、放射線治療装置制御装置１０にインストールされるコンピュータプログラムを実行して、その記憶装置と入力装置と出力装置とを制御する。その記憶装置は、そのコンピュータプログラムを記録し、そのＣＰＵに利用される情報を記録し、そのＣＰＵにより生成される情報を記録する。そのリムーバルメモリドライブは、記録媒体が挿入されたときに、その記録媒体に記録されているデータを読み出すことに利用される。そのリムーバルメモリドライブは、特に、コンピュータプログラムが記録されている記録媒体が挿入されたときに、そのコンピュータプログラムを放射線治療装置制御装置１０にインストールするときに利用される。その通信装置は、通信回線網を介して接続される他のコンピュータから配信される情報を放射線治療装置制御装置１０にダウンロードする。その通信装置は、特に、他のコンピュータからコンピュータプログラムを放射線治療装置制御装置１０にダウンロードし、そのコンピュータプログラムを放射線治療装置制御装置１０にインストールするときに利用される。その入力装置は、ユーザに操作されることにより生成される情報をそのＣＰＵに出力する。その入力装置としては、キーボード、マウスが例示される。その出力装置は、そのＣＰＵにより生成された情報をユーザに認識可能に出力する。その出力装置としては、そのＣＰＵにより生成された画像を表示するディスプレイが例示される。

　そのインターフェースは、放射線治療装置制御装置１０に接続される外部機器により生成される情報をそのＣＰＵに出力し、そのＣＰＵにより生成された情報をその外部機器に出力する。その外部機器は、放射線治療装置３の旋回駆動装置１１と走行駆動装置と首振り装置１５と治療用放射線照射装置１６とマルチリーフコリメータ２０と第１診断用Ｘ線源２４と第２診断用Ｘ線源２５と第１センサアレイ３２と第２センサアレイ３３とカウチ駆動装置４２とを含んでいる。

　放射線治療装置制御装置１０にインストールされるコンピュータプログラムは、放射線治療装置制御装置１０に複数の機能をそれぞれ実現させるための複数のコンピュータプログラムから形成されている。その複数の機能は、治療計画収集部５１と照射対象検出部５２と位置積算処理部５３と首振り位置制御部５４と照射部５５とを含んでいる。

　治療計画収集部５１は、入力装置から治療計画を収集する。その治療計画は、照射角度と線量との組み合わせを示している。その照射角度は、患者４３の患部に治療用放射線２３を照射する方向を示し、カウチ位置とＯリング回転角とガントリ回転角とを示している。そのカウチ位置は、基礎に対するカウチ４１の位置を示している。そのＯリング回転角は、基礎に対するＯリング１２の位置を示している。そのガントリ回転角は、Ｏリング１２に対する走行ガントリ１４の位置を示している。その線量は、その照射角度から患者４３に照射される治療用放射線２３の線量を示している。

　照射対象検出部５２は、その治療計画が示すカウチ位置にカウチ４１が配置されるように、すなわち、患者４３の患部が概ねアイソセンタ１９に配置されるように、カウチ駆動装置４２を制御する。照射対象検出部５２は、さらに、その治療計画が示すＯリング回転角にＯリング１２が配置されるように、旋回駆動装置１１を制御する。照射対象検出部５２は、さらに、その治療計画が示すガントリ回転角に走行ガントリ１４が配置されるように、放射線治療装置３の走行駆動装置を制御する。

　照射対象検出部５２は、その治療計画が示す所定の位置にカウチ４１とＯリング１２と走行ガントリ１４とが所定の位置に配置された後に、第１診断用Ｘ線３５が患者４３に周期的に（たとえば、５０ｍｓ間隔で）曝射されるように、第１診断用Ｘ線源２４を制御する。照射対象検出部５２は、さらに、第１診断用Ｘ線３５が曝射される複数の時刻に第２診断用Ｘ線３６が患者４３に周期的に曝射されるように、第２診断用Ｘ線源２５を制御する。照射対象検出部５２は、さらに、第１診断用Ｘ線３５が患者４３に曝射されたときに、患者４３を透過したＸ線に基づいて複数の第１透過画像が生成されるように、第１センサアレイ３２を制御する。照射対象検出部５２は、さらに、第２診断用Ｘ線３６が患者４３に曝射されたときに、患者４３を透過したＸ線に基づいて複数の第２透過画像が生成されるように、第２センサアレイ３３を制御する。

　照射対象検出部５２は、その複数の第１透過画像と複数の第２透過画像とに基づいて複数の特定部位位置を算出する。その複数の特定部位位置は、第１診断用Ｘ線３５（第２診断用Ｘ線３６）が曝射される複数の時刻に患者４３の患部が配置されていた位置をそれぞれ示している。すなわち、照射対象検出部５２は、その第１透過画像と第２透過画像が撮影されるごとに、その第１透過画像と第２透過画像とに基づいて患者４３の患部が配置されている特定部位位置を算出する。

　照射対象検出部５２は、さらに、その特定部位位置に基づいて目標位置を算出する。その目標位置は、その第１透過画像と第２透過画像が撮影された時刻から５０ｍｓだけ経過した時刻に患者４３の患部が配置されている位置を示している。

　位置積算処理部５３は、治療用放射線照射装置１６が現在時刻に向いている位置を測定するように、首振り装置１５を制御する。その位置は、治療用放射線照射装置１６のチルト角とパン角とから形成されている。すなわち、位置積算処理部５３は、治療用放射線照射装置１６のチルト角とパン角とを測定するように、首振り装置１５を制御し、そのチルト角とパン角とに基づいて治療用放射線照射装置１６が現在時刻に向いている位置を算出する。

　首振り位置制御部５４は、照射対象検出部５２により算出された目標位置に基づいて、操作量を算出する。首振り装置１５は、その操作量に基づいて、治療用放射線照射装置１６をパン軸２２またはチルト軸２１を中心に回転移動させる。このとき、首振り位置制御部５４は、照射対象検出部５２により複数の第１透過画像が撮影される測定周期に比較して十分に短いサンプリング周期（たとえば、５ｍｓ）でその操作量を算出する。

　照射部５５は、首振り位置制御部５４により治療用放射線照射装置１６が向けられようとしている位置と治療用放射線照射装置１６が実際に向いている位置との差が所定範囲に含まれるときに、治療用放射線２３が曝射されるように、治療用放射線照射装置１６を制御する。

　放射線治療装置３は、さらに、図３に示されているように、Ｄ／Ａ変換回路６１とアンプ６２と温度計６３とを備えている。Ｄ／Ａ変換回路６１は、放射線治療装置制御装置１０により算出された操作量に対応する電圧の制御電気信号６４を生成する。アンプ６２は、制御電気信号６４の電圧を増幅した増幅後電気信号６５を出力する。Ｄ／Ａ変換回路６１とアンプ６２とは、配電盤に配置されている。温度計６３は、その配電盤の温度を測定し、その温度を放射線治療装置制御装置１０に出力する。

　図３は、さらに、首振り位置制御部５４を示している。首振り位置制御部５４は、目標位置補正部６７と補間指令値作成部６８と加減速処理部６９とスイッチ７０と微分部７１とフィードフォワード部７２と加算器７３と加算器７４と操作量算出部７５と温度ドリフト補正部７６と加算器７７とを備えている。

　目標位置補正部６７は、照射対象検出部５２により算出された目標位置を算出するために用いられた第１透過画像と第２透過画像とが撮影された時刻に基づいて係数を算出する。目標位置補正部６７は、照射対象検出部５２により算出された目標位置とその係数とに基づいて補正後目標位置８１を算出する。補間指令値作成部６８は、補正後目標位置８１に基づいて補間指令値８２を算出する。このとき、補間指令値８２は、補正後目標位置８１が算出される測定周期（たとえば、５０ｍｓ）に比較して十分に短いサンプリング周期（たとえば、５ｍｓ）毎に算出される。

　加減速処理部６９は、加減速補正後指令値８３を出力する。加減速補正後指令値８３は、アイソセンタ１９が配置された位置を示している。

　スイッチ７０は、入力装置を介して放射線治療装置制御装置１０に入力される情報に基づいて指令値８４を算出する。指令値８４は、補間指令値８２と加減速補正後指令値８３とのうちの一方を示し、追尾を行うときに補間指令値８２を示し、追尾を行わないときに加減速補正後指令値８３を示している。

　微分部７１は、指令値８４に基づいて速度８５を算出する。速度８５は、指令値８４が単位時間当たりに変化した変化量を示している。フィードフォワード部７２は、速度８５に基づいてフィードフォワード操作量８６を算出する。

　加算器７３は、位置積算処理部５３により測定される位置に基づいて位置実績値８７を算出する。位置実績値８７は、位置積算処理部５３により測定される位置に原点オフセット値が加算された値を示している。加算器７４は、指令値８４と位置実績値８７とに基づいて位置偏差８８を算出する。位置偏差８８は、指令値８４から位置実績値８７を減算した差を示している。

　操作量算出部７５は、位置偏差８８に基づいて操作量８９を算出する。温度ドリフト補正部７６は、温度計６３により測定された温度に基づいて温度ドリフト補正量９０を算出する。加算器７７は、フィードフォワード操作量８６と操作量８９と温度ドリフト補正量９０とに基づいて操作量９１を算出する。操作量９１は、フィードフォワード操作量８６と操作量８９と温度ドリフト補正量９０とを加算した和を示している。

　図４は、目標位置補正部６７により算出される係数の変化を示している。その変化９５は、その係数が算出される期間が準備期間９６と治療期間９７とから形成されていることを示している。準備期間９６は、その係数が算出される期間のうちの分離時刻９８より前の期間を示している。治療期間９７は、その係数が算出される期間のうちの分離時刻９８より後の期間を示している。分離時刻９８は、追尾が開始した時刻から５０００ｍｓだけ経過した時刻を示している。変化９５は、さらに、その追尾が開始した時刻に０を示すことを示している。変化９５は、さらに、準備期間９６で、その経過時間に比例するように増加することを示している。変化９５は、さらに、治療期間９７で、１を示すことを示している。

　このとき、目標位置補正部６７により算出される補正後目標位置８１は、照射対象検出部５２により算出された目標位置とアイソセンタ１９とを結ぶ線分を内分する点の位置を示している。補正後目標位置８１が示す位置がその線分を内分する内分比は、その係数に一致している。すなわち、補正後目標位置８１が示す位置は、その係数が０を示すときにアイソセンタ１９を示し、その係数が１を示すときに照射対象検出部５２により算出された目標位置を示している。なお、その線分は、アイソセンタ１９と異なる他の位置と目標位置とを結ぶ他の線分に置換することができる。アイソセンタ１９と異なる他の位置としては、放射線照射装置１６が追尾開始時に向いていた位置が例示される。

　図５は、補間指令値作成部６８により算出される補間指令値８２を示している。補間指令値８２は、サンプリング周期ごとの複数の時刻に対応する複数の補間指令値から形成されている。その複数の補間指令値のうちの時刻ｔ０に対応する補間指令値１０１－０は、時刻ｔ０より測定周期（５０ｍｓ）だけ前の時刻に目標位置補正部６７により算出された補正後目標位置に一致している。その複数の補間指令値のうちの時刻ｔ１に対応する補間指令値１０１－１は、時刻ｔ１より測定周期（５０ｍｓ）だけ前の時刻ｔ０に目標位置補正部６７により算出された補正後目標位置１００－１に一致している。その複数の補間指令値のうちの時刻ｔ２に対応する補間指令値１０１－２は、時刻ｔ２より測定周期だけ前の時刻ｔ１に目標位置補正部６７により算出された補正後目標位置１００－２に一致している。

　その複数の補間指令値のうちの時刻ｔ０から時刻ｔ１までの期間に対応する複数の補間指令値１０２－１は、補間指令値１０１－０と補間指令値１０１－１とを内挿するように、算出される。その複数の補間指令値のうちの時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間に対応する複数の補間指令値１０２－２は、補間指令値１０１－１と補間指令値１０１－２とを内挿するように、算出される。

　図６は、Ｄ／Ａ変換回路６１とアンプ６２とから形成される配電盤の入力と出力の関係を示している。その関係１１１は、その入力に関してその出力が単純に増加していることを示し、その出力がその入力に概ね比例していることを示している。関係１１１は、さらに、その出力が最大値１１２を有していることを示し、その出力が最小値１１３を有していることを示している。関係１１１は、さらに、その入力が０を示すときにその出力が０と異なる値１１４を示すことを示し、その出力が０を示すときにその入力が０と異なる値１１５を示すことを示している。値１１４と値１１５とは、その配電盤の温度により変化する。

　このとき、温度ドリフト補正部７６は、配電盤の温度に基づいて値１１５がどのように変化するかを記憶装置に記録し、温度計６３により測定された配電盤の温度に基づいて、操作量８９とフィードフォワード操作量８６との和が０と示すときに、制御電気信号６４の電圧が０Ｖを示すように、温度ドリフト補正量９０を算出する。すなわち、温度ドリフト補正量９０は、温度計６３により測定された配電盤の温度に対応する値１１５に－１を乗算した値を示している。このような制御によれば、放射線治療装置制御装置１０は、操作量８９とフィードフォワード操作量８６との和が０を示すときに、または指定したある値以下の値を示すときに、すなわち、首振り装置１５を駆動する必要がないときに、より確実に駆動させないように制御することができる。

　図７は、操作量算出部７５を示している。操作量算出部７５は、操作量算出部本体１２１と係数演算部１２２と乗算器１２３とを備えている。操作量算出部本体１２１は、位置偏差８８に基づいて補正前操作量１２４を算出する。このような算出は、周知のものが適用される。係数演算部１２２は、位置偏差８８に基づいて係数１２５を算出する。乗算器１２３は、補正前操作量１２４と係数１２５とに基づいて操作量算出部７５の出力である操作量８９を算出する。操作量８９は、補正前操作量１２４に係数１２５を乗算した積を示している。

　図８は、位置偏差８８と係数１２５との関係を示している。その関係１２６は、位置偏差８８の絶対値に関して、係数１２５が単純に減少していることを示している。関係１２６は、さらに、位置偏差８８の絶対値が値ｅ１以下であるときに、係数１２５が１を示すことを示している。関係１２６は、さらに、位置偏差８８の絶対値が値ｅ１以上であり、かつ、値ｅ２以下であるときに、係数１２５が、位置偏差８８の増加と共に、減少していることを示している。関係１２６は、さらに、位置偏差８８の絶対値が値ｅ２以上であるときに、係数１２５が値ｃ１を示すことを示している。値ｃ１は、首振り装置１５により生成される駆動力が、放射線照射装置１６が回転する静止摩擦より大きくなるように、設定される。

　このような係数１２５によれば、位置偏差８８が大きいときに、操作量８９が大きくなり過ぎない。このため、放射線治療装置制御装置１０は、位置偏差８８が大きいときに、首振り装置１５を用いて治療用放射線照射装置１６をより安定して移動させることができる。このため、放射線治療装置制御装置１０は、首振り装置１５が補正前操作量１２４に基づいて制御される既存の放射線治療装置制御装置に比較して、位置偏差８８が大きいときに、操作量８９を小さくすることができ、首振り装置１５を用いて放射線照射装置１６を安定して回転させることができ、首振り装置１５をより高精度に制御することができる。

　本発明による放射線治療装置の作動方法は、放射線治療装置制御装置１０により実行される。ユーザは、まず、入力装置を介して、事前に作成された治療計画を放射線治療装置制御装置１０に入力する。その治療計画は、照射角度と線量との組み合わせを示している。その照射角度は、患者４３の患部に治療用放射線２３を照射する方向を示し、カウチ位置とＯリング回転角とガントリ回転角とを示している。そのカウチ位置は、基礎に対するカウチ４１の位置と向きとを示している。そのＯリング回転角は、基礎に対するＯリング１２の位置を示している。そのガントリ回転角は、Ｏリング１２に対する走行ガントリ１４の位置を示している。その線量は、その各照射角度から患者４３に照射される治療用放射線２３の線量を示している。

　ユーザは、放射線治療装置３のカウチ４１に患者４３を固定する。放射線治療装置制御装置１０は、その治療計画が示すカウチ位置にカウチ４１が配置されるように、カウチ駆動装置４２を制御する。放射線治療装置制御装置１０は、さらに、その治療計画が示すＯリング回転角にＯリング１２が配置されるように、旋回駆動装置１１を制御する。放射線治療装置制御装置１０は、さらに、その治療計画が示すガントリ回転角に走行ガントリ１４が配置されるように、放射線治療装置３の走行駆動装置を制御する。

　放射線治療装置制御装置１０は、その治療計画が示す所定の位置にカウチ４１とＯリング１２と走行ガントリ１４とが所定の位置に配置された後に、第１診断用Ｘ線３５が患者４３に周期的に（たとえば、５０ｍｓ間隔で）曝射されるように、第１診断用Ｘ線源２４を制御する。放射線治療装置制御装置１０は、さらに、第１診断用Ｘ線３５が曝射される複数の時刻に第２診断用Ｘ線３６が患者４３に周期的に曝射されるように、第２診断用Ｘ線源２５を制御する。放射線治療装置制御装置１０は、さらに、第１診断用Ｘ線３５が患者４３に曝射されたときに、患者４３を透過したＸ線に基づいて複数の第１透過画像が生成されるように、第１センサアレイ３２を制御する。放射線治療装置制御装置１０は、さらに、第２診断用Ｘ線３６が患者４３に曝射されたときに、患者４３を透過したＸ線に基づいて複数の第２透過画像が生成されるように、第２センサアレイ３３を制御する。

　放射線治療装置制御装置１０は、時刻ｔ０に撮影された第１透過画像と第２透過画像とに基づいて特定部位位置を算出する。その特定部位位置は、時刻ｔ０に患者４３の患部が配置されていた位置を示している。放射線治療装置制御装置１０は、さらに、その特定部位位置に基づいて目標位置を算出する。その目標位置は、時刻ｔ０から５０ｍｓだけ経過した時刻ｔ１に患者４３の患部が配置されている位置を示している。放射線治療装置制御装置１０は、図４の変化９５に一致するように、時刻ｔ０に基づいて係数を算出する。放射線治療装置制御装置１０は、図５に示されているように、その目標位置とその係数とに基づいて補正後目標位置１００－１を算出する。補正後目標位置８１は、その目標位置とアイソセンタ１９とを結ぶ線分を、その係数が示す比で内分する点の位置を示している。放射線治療装置制御装置１０は、補正後目標位置１００－１に基づいて補間指令値１０１－１と複数の補間指令値１０２－１とを算出する。

　放射線治療装置制御装置１０は、その補間指令値が単位時間当たりに変化した変化量に基づいてフィードフォワード操作量８６を算出する。

　放射線治療装置制御装置１０は、首振り装置１５により測定される位置とその補間指令値との位置偏差８８に基づいて補正前操作量１２４を算出する。放射線治療装置制御装置１０は、さらに、図８の関係１２６に一致するように、係数１２５を算出する。放射線治療装置制御装置１０は、補正前操作量１２４に係数１２５を乗算した積を示す操作量８９を算出する。

　放射線治療装置制御装置１０は、温度計６３により測定された温度に基づいて温度ドリフト補正量９０を算出する。

　放射線治療装置制御装置１０は、フィードフォワード操作量８６と操作量８９と温度ドリフト補正量９０とに基づいて操作量９１を算出する。Ｄ／Ａ変換回路６１は、操作量９１に対応する電圧の制御電気信号６４を生成する。アンプ６２は、制御電気信号６４の電圧を増幅した増幅後電気信号６５を出力する。Ｄ／Ａ変換回路６１とアンプ６２とは、配電盤に配置されている。首振り装置１５は、増幅後電気信号６５が供給されることにより、パン軸２２を中心に放射線照射装置１６を回転させ、チルト軸２１を中心に放射線照射装置１６を回転させる。

　放射線治療装置制御装置１０は、現在時刻が準備期間９６に含まれるときに、治療用放射線２３が曝射されないように、治療用放射線照射装置１６を制御する。放射線治療装置制御装置１０は、現在時刻が治療期間９７に含まれるときに、その補間指令値が示す位置と治療用放射線照射装置１６が現在時刻に向いている位置との差が所定範囲に含まれるときに、治療用放射線２３が曝射されるように、治療用放射線照射装置１６を制御する。放射線治療装置制御装置１０は、その補間指令値と治療用放射線照射装置１６が現在時刻に向いている位置との差が所定範囲に含まれないときに、治療用放射線２３が曝射されないように、治療用放射線照射装置１６を制御する。放射線治療装置制御装置１０は、その補間指令値が算出されるサンプリング周期で、治療用放射線照射装置１６を繰り返し制御する。

　図９は、患者４３の患部が配置されていた位置に基づいて算出された目標位置の変化を示している。その変化１３１は、その目標位置が測定周期（５０ｍｓ）毎に算出されることを示している。図９は、さらに、その目標位置に基づいて算出される補正後目標位置の変化を示している。その変化１３２は、その補正後目標位置が準備期間９６で緩やかに変化し、その補正後目標位置が治療期間９７でその目標位置に一致することを示している。図９は、さらに、その補正後目標位置に基づいて算出される補間指令値の変化を示している。その変化１３３は、その目標位置が算出される測定周期（５０ｍｓ）より短い周期でその補間指令値が算出されることを示している。変化１３３は、さらに、その補間指令値が準備期間９６で緩やかに変化することを示している。変化１３３は、さらに、その目標位置が治療期間９７でその補間指令値に一致することを示している。

　患者４３の患部だけに治療用放射線２３を曝射するには、より短い時間で放射線照射装置１６を患者４３の患部へ正確に向ける必要があり、首振り動作には、高応答性が求められる。これを実現するため、一般的に、制御ゲインを大きくしている。しかし、制御ゲインが大きいと、追尾動作開始時に放射線照射装置１６の現在位置と目標位置が大きく離れている場合に、首振り装置１５のモータに過負荷がかかりトリップする可能性がある。本発明による放射線治療装置の作動方法によれば、放射線治療装置制御装置１０は、治療用放射線照射装置１６が初期にアイソセンタ１９を向いていた場合に、準備期間９６に治療用放射線照射装置１６が急激に移動するように、制御されることがない。このため、放射線治療装置制御装置１０は、制御ゲインを大きくすることにより応答性を向上させた状態であっても、準備期間９６に首振り装置１５がモータトリップすることが防止される。

　操作量８９は、係数１２５が図８の関係１２６に示されているように変化するために、位置偏差８８が大きいときに、操作量８９が大きくなり過ぎない。このため、放射線治療装置制御装置１０は、位置偏差８８が大きいときに、首振り装置１５を用いて放射線照射装置１６をより安定して移動させることができる。このため、放射線治療装置制御装置１０は、係数演算部１２２と乗算器１２３とを備えない周知の既存の放射線治療装置制御装置に比較して、首振り装置１５を用いて放射線照射装置１６を安定して回転させることができ、首振り装置１５をより高精度に制御することができる。

　本発明による放射線治療装置の作動方法では、放射線治療装置制御装置１０は、さらに、温度計６３により測定された配電盤の温度に基づいて温度ドリフト補正量９０を算出する。このような温度ドリフト補正量９０によれば、放射線治療装置制御装置１０は、首振り装置１５を駆動する必要がないときに、より確実に駆動させないように制御することができる。

　目標位置補正部６７により算出される係数は、既述の形態における変化９５と異なる変化に置換されることができる。その係数は、その追尾が開始した時刻に０を示し、準備期間９６でその経過時間に関して単純に増加し、治療期間９７で１を示していればよい。図１０は、その変化の例を示している。その変化１４１は、準備期間９６が第１期間１４２と第２期間１４３とから形成されていることを示している。第１期間１４２は、準備期間９６のうちの分離時刻１４４より前の期間を示している。第２期間１４３は、準備期間９６のうちの分離時刻１４４より後の期間を示している。分離時刻１４４は、準備期間９６属する任意の時刻である。変化１４１は、その追尾が開始した時刻に０を示すことを示している。変化１４１は、さらに、第１期間１４２で、下に凸に単純に増加することを示している。変化１４１は、さらに、第２期間１４３で、上に凸に単純に増加することを示している。変化１４１は、さらに、治療期間９７で、１を示すことを示している。放射線治療装置制御装置１０は、このような変化１４１が適用された場合でも、既述の実施の形態と同様にして、制御ゲインを大きくすることにより応答性を向上させた状態で準備期間９６に首振り装置１５がモータトリップすることを防止することができる。

　なお、放射線治療装置制御装置１０は、放射線治療装置３のイメージャシステムと異なる他のセンサに基づいて算出される特定部位位置に基づいて目標位置を算出することもできる。そのセンサとしては、赤外線カメラが例示される。このとき、放射線治療装置制御装置１０は、患者４３の体表面に配置されたマーカがその赤外線カメラにより撮影された赤外線画像に映し出される位置に基づいて患者４３の患部の位置を算出し、その位置に基づいてその目標位置を算出する。放射線治療装置制御装置１０は、このようなセンサが適用された場合でも、既述の実施の形態と同様にして、制御ゲインを大きくすることにより応答性を向上させた状態で準備期間９６に首振り装置１５がモータトリップすることを防止することができる。

　この出願は、２０１０年２月１７日に出願された日本出願特願２０１０－０３２８５３号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

Claims (12)

1. 　被検体の内部の特定部位が測定時刻に配置される特定部位位置に基づいて目標位置を算出する照射対象検出部と、
   　治療用放射線を曝射する放射線照射装置が前記測定時刻より後の制御時刻に補正後目標位置に向くように、前記放射線照射装置を移動させる駆動装置を制御する首振り位置制御部とを具備し、
   　前記補正後目標位置は、
   　前記制御時刻が準備期間に含まれるときに、前記目標位置より、前記制御時刻の直前に前記放射線照射装置が向いている位置に近い位置を示し、
   　前記制御時刻が前記準備期間の後の治療期間に含まれるときに、前記目標位置を示す
   　放射線治療装置制御装置。
2. 　請求項１において、
   　前記補正後目標位置は、前記制御時刻が前記準備期間に含まれるときに、初期位置と前記目標位置と結ぶ線分を内分する位置を示し、
   　前記補正後目標位置が前記線分を内分する内分比は、時間の経過とともに前記補正後目標位置が前記目標位置に漸近するように算出される
   　放射線治療装置制御装置。
3. 　請求項２において、
   　前記内分比が単位時間当たりに変化する変化量は、一定である
   　放射線治療装置制御装置。
4. 　請求項３において、
   　前記首振り位置制御部は、
   　前記補正後目標位置と前記放射線照射装置が向いている位置との位置偏差に基づいて操作量を算出する操作量算出部と、
   　前記位置偏差に基づいて係数を算出する係数演算部と、
   　前記操作量に前記係数を乗算して補正後操作量を算出する乗算器とを備え、
   　前記係数は、前記位置偏差の絶対値に関して単純に減少し、
   　前記駆動装置は、前記補正後操作量に基づいて制御される
   　放射線治療装置制御装置。
5. 　請求項４において、
   　前記首振り位置制御部は、前記補正後目標位置の変化に基づいてフィードフォワード操作量を算出するフィードフォワード部をさらに備え、
   　前記駆動装置は、前記フィードフォワード操作量にさらに基づいて制御される
   　放射線治療装置制御装置。
6. 　請求項５において、
   　前記首振り位置制御部は、前記駆動装置が制御されるときに前記駆動装置に供給される電気信号を生成する装置の温度に基づいて温度ドリフト量を算出する温度ドリフト補正部をさらに備え、
   　前記駆動装置は、前記温度ドリフト量にさらに基づいて制御される
   　放射線治療装置制御装置。
7. 　被検体の内部の特定部位が測定時刻に配置される特定部位位置に基づいて目標位置を算出するステップと、
   　治療用放射線を曝射する放射線照射装置が前記測定時刻より後の制御時刻に補正後目標位置に向くように、前記放射線照射装置を移動させる駆動装置を制御するステップとを具備し、
   　前記補正後目標位置は、
   　前記制御時刻が準備期間に含まれるときに、前記目標位置より、前記制御時刻の直前に前記放射線照射装置が向いている位置に近い位置を示し、
   　前記制御時刻が前記準備期間の後の治療期間に含まれるときに、前記目標位置を示す
   　放射線治療装置の作動方法。
8. 　請求項７において、
   　前記補正後目標位置は、前記制御時刻が前記準備期間に含まれるときに、初期位置と前記目標位置と結ぶ線分を内分する位置を示し、
   　前記補正後目標位置が前記線分を内分する内分比は、時間の経過とともに前記補正後目標位置が前記目標位置に漸近するように算出される
   　放射線治療装置の作動方法。
9. 　請求項８において、
   　前記内分比が単位時間当たりに変化する変化量は、一定である
   　放射線治療装置の作動方法。
10. 　請求項９において、
    　前記補正後目標位置と前記放射線照射装置が向いている位置との位置偏差に基づいて操作量を算出するステップと、
    　前記位置偏差に基づいて係数を算出するステップと、
    　前記操作量に前記係数を乗算して補正後操作量を算出するステップとをさらに具備し、
    　前記係数は、前記位置偏差の絶対値に関して単純に減少し、
    　前記駆動装置は、前記補正後操作量に基づいて制御される
    　放射線治療装置の作動方法。
11. 　請求項１０において、
    　前記補正後目標位置の変化に基づいてフィードフォワード操作量を算出するステップをさらに具備し、
    　前記駆動装置は、前記フィードフォワード操作量にさらに基づいて制御される
    　放射線治療装置の作動方法。
12. 　請求項１１において、
    　前記駆動装置が制御されるときに前記駆動装置に供給される電気信号を生成する装置の温度に基づいて温度ドリフト量を算出するステップをさらに具備し、
    　前記駆動装置は、前記温度ドリフト量にさらに基づいて制御される
    　放射線治療装置の作動方法。

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