WO2012147444A1 - 荷電粒子線照射装置 - Google Patents

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collimator
imaging
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敏樹 立川
毅 小笠原
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Sumitomo Heavy Industries Ltd
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    • A61N2005/1095—Elements inserted into the radiation path within the system, e.g. filters or wedges

Definitions

  • the present invention relates to a charged particle beam irradiation apparatus that irradiates an object to be irradiated with a charged particle beam.
  • a charged particle beam irradiation apparatus that irradiates a charged particle beam is used, for example, in a radiotherapy apparatus that irradiates a tumor part of a patient with a proton beam to treat cancer.
  • a radiotherapy apparatus what is described, for example in patent document 1 is known.
  • a radiotherapy apparatus described in Patent Document 1 includes a radiation generation unit that generates radiation irradiated on the body surface of a subject, a multi-leaf collimator that determines an irradiation field of radiation irradiated from the radiation generation unit, A CCD camera that images the subject through the opening of the multi-leaf collimator, and performs a predetermined process based on a captured image obtained by the CCD camera.
  • the installation position of the CCD camera is fixed, and the opening of the multi-leaf collimator is imaged by the CCD camera via two half mirrors. For this reason, the captured image obtained by the CCD camera may be distorted. There is also an attachment error of the two half mirrors. For this reason, there may arise a problem that an image captured by the CCD camera is different from an actual image. Therefore, in order to confirm whether or not the shape of the opening of the multi-leaf collimator is as planned, complicated processing such as some error correction processing is performed on the output image data of the CCD camera. Need to be implemented.
  • An object of the present invention is to provide a charged particle beam irradiation apparatus capable of obtaining a clear captured image of an opening of a multi-leaf collimator.
  • the present invention relates to a charged particle beam irradiation apparatus including an irradiation unit that irradiates an object to be irradiated with a charged particle beam, and a multi-leaf collimator that sets an irradiation range of the charged particle beam irradiated from the irradiation unit.
  • a multi-leaf collimator that sets an irradiation range of the charged particle beam irradiated from the irradiation unit.
  • a drive unit that moves the imaging unit between an imaging position corresponding to the irradiation region and a retreat position that is away from the irradiation region.
  • the imaging unit images the opening of the multi-leaf collimator, and the multi-leaf collimator opening Check if the shape is as planned.
  • the imaging unit is normally at a retracted position away from the irradiation region including the irradiation axis of the charged particle beam irradiated from the irradiation unit.
  • the driving unit moves the imaging unit from the retracted position to an imaging position corresponding to an irradiation region including the irradiation axis of the charged particle beam.
  • the imaging unit images the opening of the multi-leaf collimator.
  • the imaging unit by enabling the imaging unit to advance and retreat with respect to the irradiation axis of the charged particle beam irradiated from the irradiation unit, the multi-leaf collimator and the imaging unit can be connected as in the case where the installation position of the imaging unit is fixed. Since it is not necessary to arrange a half mirror between them, the opening of the multi-leaf collimator can be directly imaged. For this reason, problems such as distortion in the image captured by the imaging unit are prevented. Thereby, a clear captured image of the opening of the multi-leaf collimator can be obtained.
  • the imaging unit is attached to a mounting bracket that can move forward and backward with respect to the irradiation axis of the charged particle beam, and the driving unit moves the mounting bracket between the imaging position and the retracted position, and the mounting bracket retracts.
  • a shielding wall for protecting the imaging unit from the charged particle beam is provided closer to the irradiation axis side of the charged particle beam than the imaging unit in the mounting bracket.
  • a light source section for irradiating light to the opening of the multi-leaf collimator is further attached to the mounting bracket.
  • the light source unit is attached to the mounting bracket so as to be positioned on the irradiation axis of the charged particle beam when the mounting bracket is at the imaging position.
  • the irradiated object collimator may be disposed below the multi-leaf collimator.
  • the irradiated body collimator is made for each irradiated body and has an opening that matches the irradiation target (affected part) of the irradiated body.
  • the irradiated object collimator is artificially replaced every time the irradiated object is changed, it is necessary to prevent an artificial error in the mounting direction.
  • a clear captured image of the opening of the multi-leaf collimator can be obtained.
  • FIG. 2 It is a perspective view which shows the charged particle beam therapeutic apparatus provided with one Embodiment of the charged particle beam irradiation apparatus which concerns on this invention. It is a schematic block diagram of the charged particle beam therapy apparatus shown in FIG. It is a block diagram which shows the collimator shape confirmation unit shown in FIG. 2 with the drive control system. It is the schematic which shows the state which has the collimator shape confirmation unit shown in FIG. 2 in an imaging position and a retracted position. It is a flowchart which shows the detail of the process sequence performed by the controller shown in FIG.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a charged particle beam therapy apparatus including an embodiment of a charged particle beam irradiation apparatus according to the present invention
  • FIG. 2 is a schematic configuration diagram of the charged particle beam therapy apparatus shown in FIG. It is.
  • a charged particle beam therapy apparatus 1 is an apparatus that performs cancer treatment by irradiating a tumor part (irradiation target) B, which is an affected part of a patient A, with a charged particle beam P, for example.
  • the charged particle beam include a proton beam and a heavy particle beam.
  • the charged particle beam treatment apparatus 1 includes a rotating gantry 3 provided so as to surround the treatment table 2, and a charged particle beam irradiation apparatus 4 that is attached to the rotating gantry 3 and can be rotated around the treatment table 2 by the rotating gantry 3. And.
  • the charged particle beam therapy system 1 further includes a cyclotron (accelerator) 5.
  • the cyclotron 5 is installed at a position away from the rotating gantry 3 and accelerates and emits a charged particle beam generated by an ion source (not shown).
  • the charged particle beam emitted from the cyclotron 5 is supplied to the charged particle beam irradiation device 4 through a beam transport system (not shown).
  • the cyclotron 5 can also be rotated integrally with the rotating gantry 3.
  • the charged particle beam irradiation apparatus 4 includes a scatterer 6, a ridge filter 7, a multi-leaf collimator 8, and a patient collimator (irradiated body collimator) 18 arranged in order in the irradiation direction of the charged particle beam P.
  • the scatterer 6, the ridge filter 7, and the multi-leaf collimator 8 are attached to the housing 4 a of the charged particle beam irradiation device 4.
  • the scatterer 6 is formed of a lead plate or the like, and expands the charged particle beam supplied from the cyclotron 5 to a wide beam.
  • the ridge filter 7 adjusts the dose distribution of the charged particle beam expanded by the scatterer 6. Specifically, the ridge filter 7 gives an enlarged Bragg peak (SOBP) to the charged particle beam so as to correspond to the thickness (length in the irradiation direction) of the tumor part B of the patient A.
  • SOBP enlarged Bragg peak
  • Such a scatterer 6 and the ridge filter 7 constitute an irradiation unit that irradiates the charged particle beam P.
  • the multi-leaf collimator 8 sets the irradiation range (irradiation field) of the charged particle beam P according to the shape of the tumor part B of the patient A.
  • the multi-leaf collimator 8 has a pair of leaf groups 8a and 8b composed of a large number of leaves made of, for example, brass.
  • the leaf groups 8a and 8b are arranged so as to face each other. Between these leaf groups 8a and 8b, an opening 8c through which the charged particle beam P passes is formed. By individually moving the leaves of the leaf groups 8a and 8b back and forth in the longitudinal direction, the position and shape of the opening 8c can be changed.
  • the multi-leaf collimator 8 is used, for example, when the tumor part B of the patient A is large.
  • the patient collimator 18 is detachably attached to the housing 4a of the charged particle beam irradiation apparatus 4 below the multi-leaf collimator 8.
  • the patient collimator 18 sets the irradiation range of the charged particle beam P in accordance with the shape of the tumor part B of the patient A, similarly to the multi-leaf collimator 8.
  • the patient collimator 18 is manufactured for each patient A and has an opening 18a through which the charged particle beam P passes.
  • the opening 18a has a size and a shape suitable for the tumor B of the patient A.
  • the opening 8c of the multi-leaf collimator 8 is made larger than the actual tumor part B.
  • a collimator shape confirmation unit 9 capable of moving back and forth with respect to the irradiation axis Q of the charged particle beam P is disposed.
  • the collimator shape confirmation unit 9 is separated from the multi-leaf collimator 8 by, for example, about 400 mm.
  • the distance between the multi-leaf collimator 8 and the target of the charged particle beam P (body surface of the patient A) is, for example, about 100 mm.
  • the collimator shape confirmation unit 9 has a flat mounting bracket 10 as shown in FIGS.
  • FIG. 3 is a view of the collimator shape confirmation unit 9 as viewed from the multi-leaf collimator 8 side.
  • An imaging camera (imaging unit) 11 and a projector (light source unit) 12 are attached adjacent to the back surface of the mounting bracket 10.
  • the imaging camera 11 is composed of, for example, a CCD camera.
  • the imaging camera 11 images the opening 8 c of the multi-leaf collimator 8 in order to confirm the shape of the opening 8 c of the multi-leaf collimator 8.
  • the light projector 12 is composed of, for example, an LED, and irradiates light (visible light, ultraviolet light, or the like) toward the opening 8c of the multi-leaf collimator 8.
  • the imaging camera 11 images the opening 8c of the multi-leaf collimator 8
  • the opening 8c is illuminated by the projector 12.
  • the light is emitted from the projector 12 toward the multi-leaf collimator 8 in a state where the patient collimator 18 is attached to the housing 4 a, the light is emitted from the opening 8 c of the multi-leaf collimator 8 and the patient collimator 18. It hits the body surface of the patient A through the opening 18a.
  • the correctness of the mounting direction of the patient collimator 18 can be known. Become.
  • a shielding wall 13 for protecting the imaging camera 11 and the projector 12 from the charged particle beam P is located at the irradiation axis Q side of the charged particle beam P with respect to the imaging camera 11 and the projector 12 on the back surface of the mounting bracket 10. Is attached.
  • the shielding wall 13 is formed of a lead plate or the like.
  • the slide part 14 is provided in the both ends of the mounting bracket 10, respectively. Further, on both sides of the mounting bracket 10, guide rods 15 that pass through the slide portion 14 and extend in a direction perpendicular to the irradiation axis Q of the charged particle beam P are respectively arranged.
  • the guide rod 15 is fixed to the housing 4a.
  • the collimator shape confirmation unit 9 and the charged particle beam corresponding to the irradiation region R including the irradiation axis Q of the charged particle beam P along the guide rods 15 (see the two-dot chain line in FIG. 3). It is movable between a retracted position away from the irradiation region R including the irradiation axis Q of P.
  • the collimator shape confirmation unit 9 is normally in the retracted position as shown in FIG.
  • the projector 12 is arranged so that the light exit of the projector 12 is positioned on the irradiation axis Q of the charged particle beam P. It is preferable that it is attached to the mounting bracket 10. Thereby, since the opening part 8a of the multileaf collimator 8 is illuminated efficiently, the shape confirmation of the opening part 8a by the imaging camera 11 can be performed with high accuracy.
  • the shape of the light passing through the opening 18a of the patient collimator 18 and hitting the patient A's body surface is similar to that of the opening 18a, the shape of the light and the patient previously captured in an image or photograph By comparing the shape of the tumor part B of A, it can be confirmed that the patient collimator 18 is correctly attached to the housing 4a.
  • the imaging camera 11 When the collimator shape confirmation unit 9 is in the retracted position as shown in FIG. 4B, the imaging camera 11 is arranged on the opposite side of the irradiation axis Q of the charged particle beam P with respect to the projector 12, and the shielding wall 13 is arranged on the irradiation axis Q side of the charged particle beam P with respect to the projector 12. Thereby, the imaging camera 11 and the projector 12 can be sufficiently protected from the charged particle beam P by the shielding wall 13.
  • the shielding wall 13 is not limited to a structure that is disposed only on the irradiation axis Q side of the charged particle beam P with respect to the projector 12, but may be a structure that surrounds the imaging camera 11 and the projector 12, for example.
  • the charged particle beam irradiation apparatus 4 includes a drive unit 16 that reciprocates the collimator shape confirmation unit 9 between a retracted position and an imaging position, an imaging camera 11, a projector 12, and a driving unit 16. And a controller 17 connected thereto.
  • the drive unit 16 includes an air cylinder, an air source, a solenoid valve, and the like.
  • the piston of the air cylinder is connected to one slide portion 14.
  • the controller 17 controls the projector 12 and the drive unit 16, and determines whether or not to irradiate the tumor part B in the body of the patient A with the charged particle beam P based on the image captured by the imaging camera 11.
  • FIG. 5 is a flowchart showing details of a processing procedure executed by the controller 17. This process is a process when the patient collimator 18 is not attached to the housing 4a, and is executed immediately before the charged particle beam P is irradiated to the tumor part B in the patient A's body.
  • the drive unit 16 is controlled so as to move the collimator shape confirmation unit 9 from the retracted position to the imaging position (step S101).
  • the projector 12 is controlled so that light is emitted from the projector 12 toward the opening 8c of the multi-leaf collimator 8 (step S102).
  • an image of the opening 8c of the multi-leaf collimator 8 imaged by the imaging camera 11 is input (step S103).
  • the image data of the opening 8c of the multileaf collimator 8 is compared with the shape data of the opening 8c of the multileaf collimator 8 planned by the treatment planning device (not shown), and the opening of the multileaf collimator 8 is compared. It is determined whether or not the shape of the part 8c is as planned (step S104).
  • step S105 When it is determined that the shape of the opening 8c of the multi-leaf collimator 8 is the shape as planned, it is determined that the charged particle beam P is irradiated (step S105), and the main controller (FIG. Not shown). On the other hand, when it is determined that the shape of the opening 8c of the multi-leaf collimator 8 is not the shape as planned, it is determined that the charged particle beam P is not irradiated (step S106), and that is the main control. Notify the device.
  • step S107 the drive unit 16 is controlled to move the collimator shape confirmation unit 9 from the imaging position to the retracted position.
  • step S105 When it is determined in step S105 that the charged particle beam P is irradiated, the charged particle beam P is irradiated to the tumor part B in the body of the patient A thereafter. At this time, since the imaging camera 11 and the projector 12 that are sensitive to radiation are protected from the charged particle beam P by the shielding wall 13, the charged particle beam P hardly damages the imaging camera 11 and the projector 12.
  • the collimator shape confirmation unit 9 having the imaging camera 11 is moved from the retracted position to the imaging position.
  • the installation position of the imaging camera 11 it is not necessary to arrange a half mirror between the multi-leaf collimator 8 and the imaging camera 11, and the opening 8 c of the multi-leaf collimator 8 is formed by the imaging camera 11. Direct imaging is possible. For this reason, there is no problem that the image captured by the imaging camera 11 is distorted by the half mirror, and a captured image with a clear contour shape of the opening 8c of the multi-leaf collimator 8 can be obtained.
  • the accelerator is not limited to a cyclotron, but may be another accelerator (such as a synchrotron, a synchrocyclotron, a linac).
  • it is good also as a fixed irradiation system which fixed not only the structure which uses a rotating gantry but the charged particle beam irradiation apparatus 4 with respect to the treatment table 2.
  • the scatterer 6 and / or the ridge filter 7 are not necessarily required and may be omitted.
  • the distance between the collimator shape confirmation unit 9 and the multi-leaf collimator 8 is not limited to about 400 mm and may be other distances. Further, the distance between the multi-leaf collimator 8 and the patient is not limited to about 100 mm, and may be another distance.
  • the light projector 12 is not limited to an LED, and other light emitters (for example, a fluorescent lamp or an incandescent lamp) may be used.
  • the imaging camera 11 is not limited to a CCD camera, and another camera (for example, a CMOS camera) may be used. Further, the configuration is not limited to the configuration in which both the imaging camera 11 and the projector 12 are attached to one mounting bracket 10, and the bracket to which the imaging camera 11 is attached and the bracket to which the projector 12 is attached may be provided separately.
  • the shielding wall 13 is not limited to the configuration attached to the mounting bracket 10, and may be attached to other components (for example, the housing 4a). In short, it is only necessary that the imaging camera 11 and / or the projector 12 can be protected from radiation when the imaging camera 11 and / or the projector 12 are in the retracted position.
  • the mounting bracket 10 is not limited to a configuration that moves in a straight line and moves between the imaging position and the contrast position, but a configuration that moves along another trajectory (for example, a rotary shaft is attached to one end of the arm and the other end of the arm is mounted).
  • a structure in which a bracket is attached to the bracket may be used.
  • the projector 12 is not limited to the configuration in which the light exit of the projector 12 is positioned on the irradiation axis Q when the collimator-shaped unit 9 is at the imaging position, and the projector 12 is not positioned on the irradiation axis Q. Also good.
  • the mounting bracket 13 to which the imaging camera 11 and the projector 12 are attached is a flat plate shape, but the shape of the mounting bracket 13 may be a box shape or a frame shape.
  • the collimator shape confirmation unit 9 in which the imaging camera 11, the projector 12, and the shielding wall 13 are attached to the mounting bracket 10 can be moved forward and backward with respect to the irradiation axis Q of the charged particle beam P.
  • the imaging camera 11 is used. May be movable back and forth with respect to the irradiation axis Q of the charged particle beam P.
  • the controller 17 determines whether or not the shape of the opening 8c of the multi-leaf collimator 8 is a planned shape, and determines whether or not the charged particle beam P is irradiated. Then, the operator looks at the captured image of the opening 8c of the multi-leaf collimator 8, confirms whether the shape of the opening 8c of the multi-leaf collimator 8 is the shape as planned, and irradiates the charged particle beam P. You can decide whether or not.
  • the direct imaging referred to in the above embodiment means that imaging is performed without using reflection of a half mirror or the like, and a sheet is provided between the multi-leaf collimator 8 and the imaging camera 11 in order to make the captured image clearer. Needless to say, it includes something that sandwiches them.
  • the present invention can be used for a charged particle beam irradiation apparatus.
  • SYMBOLS 4 Charged particle beam irradiation apparatus, 6 ... Scattering body (irradiation part), 7 ... Ridge filter (irradiation part), 8 ... Multi-leaf collimator, 8c ... Opening part, 10 ... Mounting bracket, 11 ... Imaging camera (imaging part) , 12 ... Projector (light source part), 13 ... Shielding wall, 16 ... Drive part, 18 ... Patient collimator (irradiated body collimator), 18a ... Opening part, A ... Patient (irradiated body), B ... Tumor part (irradiation) Target), P ... charged particle beam, Q ... irradiation axis, R ... irradiation region.

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Abstract

　本発明は、マルチリーフコリメータ８の開口部８ｃの鮮明な撮像画像を得ることができる荷電粒子線照射装置４を提供する。荷電粒子線照射装置４は、サイクロトロン５から供給された荷電粒子線Ｐを患者Ａの体内の腫瘍部Ｂに照射する散乱体６及びリッジフィルタ７と、腫瘍部Ｂの形状に合わせて荷電粒子線Ｐの照射範囲を設定するマルチリーフコリメータ８とを有している。リッジフィルタ７とマルチリーフコリメータ８との間には、荷電粒子線Ｐの照射軸Ｑに対して進退可能なコリメータ形状確認ユニット９が配置されている。コリメータ形状確認ユニット９は、マルチリーフコリメータ８の開口部８ｃを直接撮像する撮像カメラ１１を有し、荷電粒子線Ｐの照射軸Ｑを含む照射領域Ｒに対応する撮像位置と荷電粒子線Ｐの照射軸Ｑを含む照射領域Ｒから離れた退避位置との間で移動可能となっている。

Description

荷電粒子線照射装置
　本発明は、被照射体に荷電粒子線を照射する荷電粒子線照射装置に関するものである。
　荷電粒子線を照射する荷電粒子線照射装置は、例えば陽子線を患者の腫瘍部に照射してがん治療を行う放射線治療装置に使用されている。このような放射線治療装置としては、例えば特許文献１に記載されているものが知られている。特許文献１に記載の放射線治療装置は、被検体の体表に照射される放射線を発生させる放射線発生部と、この放射線発生部から照射された放射線の照射野を決定するマルチリーフコリメータと、このマルチリーフコリメータの開口部を介して被検体を撮影するＣＣＤカメラとを備え、ＣＣＤカメラにより得られた撮像画像に基づいて所定の処理を行うというものである。
特開平７－２５５７１８号公報
　しかしながら、上記従来技術においては、ＣＣＤカメラの設置位置は固定されており、マルチリーフコリメータの開口部がＣＣＤカメラにより２枚のハーフミラーを介して撮像される。このため、ＣＣＤカメラにより得られた撮像画像が歪んでしまうことがある。また、２枚のハーフミラーの取付誤差等もある。このため、ＣＣＤカメラによる撮像画像が実際の画像と異なるという問題が生じ得る。従って、マルチリーフコリメータの開口部の形状が計画通りの形状になっているかどうかを画像で確認するためには、ＣＣＤカメラの出力画像データに対して何らかの誤差修正処理を行う等、複雑な処理を実施する必要がある。
　本発明の目的は、マルチリーフコリメータの開口部の鮮明な撮像画像を得ることができる荷電粒子線照射装置を提供することである。
　本発明は、被照射体に荷電粒子線を照射する照射部と、照射部から照射される荷電粒子線の照射範囲を設定するマルチリーフコリメータとを備えた荷電粒子線照射装置において、照射部とマルチリーフコリメータとの間において照射部から照射される荷電粒子線の照射軸に対して進退可能に設けられ、マルチリーフコリメータの開口部を直接撮像する撮像部と、荷電粒子線の照射軸を含む照射領域に対応する撮像位置と照射領域から離れた退避位置との間で撮像部を移動させる駆動部とを備えることを特徴とするものである。
　このような本発明の荷電粒子線照射装置においては、照射部から被照射体に荷電粒子線を照射する前に、撮像部によりマルチリーフコリメータの開口部を撮像し、マルチリーフコリメータの開口部の形状が計画通りの形状になっているかどうかを画像で確認する。撮像部は、通常は照射部から照射される荷電粒子線の照射軸を含む照射領域から離れた退避位置にある。撮像部による撮像を行うときは、駆動部によって撮像部を上記退避位置から荷電粒子線の照射軸を含む照射領域に対応する撮像位置に移動させる。そして、その撮像位置において、撮像部によりマルチリーフコリメータの開口部を撮像する。このように撮像部を照射部から照射される荷電粒子線の照射軸に対して進退可能とすることにより、撮像部の設置位置が固定されている場合のようにマルチリーフコリメータと撮像部との間にハーフミラーを配置しなくて済むため、マルチリーフコリメータの開口部を直接撮像することができる。このため、撮像部による撮像画像に歪みが生じること等の不具合が防止される。これにより、マルチリーフコリメータの開口部の鮮明な撮像画像を得ることができる。
　好ましくは、撮像部は、荷電粒子線の照射軸に対して進退可能な取付ブラケットに取り付けられており、駆動部は、取付ブラケットを撮像位置と退避位置との間で移動させ、取付ブラケットが退避位置にあるときに取付ブラケットにおける撮像部よりも荷電粒子線の照射軸側には、撮像部を荷電粒子線から保護するための遮蔽壁が設けられている。このように撮像部を荷電粒子線から保護するための遮蔽壁を設けることにより、荷電粒子線の照射中に撮像部に与える荷電粒子線ダメージが抑制されるようになる。
　このとき、好ましくは、取付ブラケットには、マルチリーフコリメータの開口部に光を照射する光源部が更に取り付けられている。このように光源部を設けることにより、取付ブラケットが撮像位置にある状態では、光源部からマルチリーフコリメータの開口部に向けて光が直接照射されるため、撮像部によりマルチリーフコリメータの開口部を撮像する際に、マルチリーフコリメータの開口部が照らされる。従って、マルチリーフコリメータの開口部のより鮮明な撮像画像を得ることができる。
　光源部は、取付ブラケットが撮像位置にあるときに荷電粒子線の照射軸上に位置するように、取付ブラケットに取り付けられていることが好ましい。荷電粒子線照射装置では、マルチリーフコリメータの下方に被照射体コリメータが配置される場合がある。被照射体コリメータは、被照射体毎に作られるものであり、被照射体の照射目標物（患部）に合った開口部を有している。また、被照射体コリメータは、被照射体が変わるごとに人為的に交換されるため、取付方向に対して人為的ミスが生じない様にしなければならない。この場合、取付ブラケットが撮像位置にある状態では、荷電粒子線の照射軸を中心にして光源部から被照射体コリメータの開口部を介して被照射体に向けて光が照射されるため、被照射体に当たる光の影の形状が被照射体コリメータの開口部と相似形となる。従って、この光の影の形状と予め画像や写真に取り込んでおいた照射目標物の形状とを比較することで、被照射体コリメータの取付方向の確認を確実に行うことができる。
　本発明によれば、マルチリーフコリメータの開口部の鮮明な撮像画像を得ることができる。これにより、特に撮像部の出力画像データに対して複雑な誤差修正処理等を行わなくても、マルチリーフコリメータの開口部の形状が計画通りの形状になっているかどうかを画像で確認することが可能となる。
本発明に係る荷電粒子線照射装置の一実施形態を備えた荷電粒子線治療装置を示す斜視図である。 図１に示した荷電粒子線治療装置の概略構成図である。 図２に示したコリメータ形状確認ユニットを駆動制御系と共に示す構成図である。 図２に示したコリメータ形状確認ユニットが撮像位置及び退避位置にある状態を示す概略図である。 図３に示したコントローラにより実行される処理手順の詳細を示すフローチャートである。
　以下、本発明に係る荷電粒子線照射装置の好適な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
　図１は、本発明に係る荷電粒子線照射装置の一実施形態を備えた荷電粒子線治療装置を示す斜視図であり、図２は、図１に示した荷電粒子線治療装置の概略構成図である。各図において、荷電粒子線治療装置１は、例えば患者Ａの体内の患部である腫瘍部（照射目標物）Ｂに対して荷電粒子線Ｐを照射して、がん治療を行う装置である。荷電粒子線としては、例えば陽子線や重粒子線等が挙げられる。
　荷電粒子線治療装置１は、治療台２を取り囲むように設けられた回転ガントリ３と、この回転ガントリ３に取り付けられ、回転ガントリ３によって治療台２の回りを回転可能な荷電粒子線照射装置４とを備えている。
　また、荷電粒子線治療装置１は、サイクロトロン（加速器）５を更に備えている。サイクロトロン５は、回転ガントリ３から離れた位置に設置され、イオン源（図示せず）で生成された荷電粒子線を加速させて出射する。サイクロトロン５から出射された荷電粒子線は、ビーム輸送系（図示せず）を介して荷電粒子線照射装置４に供給される。なお、サイクロトロン５は、回転ガントリ３と一体的に回転させることも可能である。
　荷電粒子線照射装置４は、荷電粒子線Ｐの照射方向に順に配置された散乱体６、リッジフィルタ７、マルチリーフコリメータ８及び患者コリメータ（被照射体コリメータ）１８を有している。散乱体６、リッジフィルタ７及びマルチリーフコリメータ８は、荷電粒子線照射装置４の筐体４ａに取り付けられている。
　散乱体６は、鉛板等で形成され、サイクロトロン５から供給された荷電粒子線を幅広いビームに拡大させるものである。リッジフィルタ７は、散乱体６により拡大された荷電粒子線の線量分布を調整するものである。具体的には、リッジフィルタ７は、患者Ａの腫瘍部Ｂの厚さ（照射方向の長さ）に対応するように荷電粒子線に拡大ブラッグピーク（ＳＯＢＰ）を与える。このような散乱体６及びリッジフィルタ７は、荷電粒子線Ｐを照射する照射部を構成している。
　マルチリーフコリメータ８は、患者Ａの腫瘍部Ｂの形状に合わせて荷電粒子線Ｐの照射範囲（照射野）を設定するものである。具体的には、マルチリーフコリメータ８は、例えば真鍮製の多数のリーフからなる１対のリーフ群８ａ，８ｂを有している。リーフ群８ａ，８ｂは、互いに突き合わされるように配置されている。これらのリーフ群８ａ，８ｂ間には、荷電粒子線Ｐを通過させる開口部８ｃが形成されている。リーフ群８ａ，８ｂのリーフを個別に長手方向に進退させることで、開口部８ｃの位置及び形状を変化させることができる。なお、マルチリーフコリメータ８は、例えば患者Ａの腫瘍部Ｂが大きい場合に使用される。
　患者コリメータ１８は、マルチリーフコリメータ８の下方において荷電粒子線照射装置４の筐体４ａに着脱可能に取り付けられている。患者コリメータ１８は、マルチリーフコリメータ８と同様に、患者Ａの腫瘍部Ｂの形状に合わせて荷電粒子線Ｐの照射範囲を設定するものである。患者コリメータ１８は、患者Ａ毎に製作され、荷電粒子線Ｐを通過させる開口部１８ａを有している。開口部１８ａは、患者Ａの腫瘍部Ｂに合った寸法及び形状を有している。マルチリーフコリメータ８が使用されるときは、患者コリメータ１８は筐体４ａから取り外される。なお、患者コリメータ１８が使用されるときは、マルチリーフコリメータ８の開口部８ｃを実際の腫瘍部Ｂよりも大きくする。
　リッジフィルタ７とマルチリーフコリメータ８との間には、荷電粒子線Ｐの照射軸Ｑに対して進退可能なコリメータ形状確認ユニット９が配置されている。コリメータ形状確認ユニット９は、マルチリーフコリメータ８から例えば４００ｍｍ程度離れている。なお、マルチリーフコリメータ８と荷電粒子線Ｐのターゲット（患者Ａの体表）との距離は、例えば１００ｍｍ程度である。
　コリメータ形状確認ユニット９は、図２及び図３に示すように、平板状の取付ブラケット１０を有している。なお、図３は、コリメータ形状確認ユニット９をマルチリーフコリメータ８側から見た図である。取付ブラケット１０の裏面には、撮像カメラ（撮像部）１１と投光器（光源部）１２とが隣接して取り付けられている。撮像カメラ１１は、例えばＣＣＤカメラで構成されている。撮像カメラ１１は、マルチリーフコリメータ８の開口部８ｃの形状を確認するために、マルチリーフコリメータ８の開口部８ｃを撮像するものである。
　投光器１２は、例えばＬＥＤで構成され、マルチリーフコリメータ８の開口部８ｃに向けて光（可視光や紫外線等）を照射する。これにより、撮像カメラ１１によりマルチリーフコリメータ８の開口部８ｃを撮像する際には、投光器１２によって開口部８ｃが照らされることになる。また、患者コリメータ１８が筐体４ａに取り付けられている状態で、投光器１２からマルチリーフコリメータ８に向けて光が照射されると、その光がマルチリーフコリメータ８の開口部８ｃ及び患者コリメータ１８の開口部１８ａを通して患者Ａの体表に当たる。従って、患者Ａの体表に当たる光（影）の形状を、目視で確認すると共に患者Ａの腫瘍部Ｂの写真や画像データと比較することで、患者コリメータ１８の取付方向の正否が分かるようになる。
　また、取付ブラケット１０の裏面における撮像カメラ１１及び投光器１２に対して荷電粒子線Ｐの照射軸Ｑ側の位置には、撮像カメラ１１及び投光器１２を荷電粒子線Ｐから保護するための遮蔽壁１３が取り付けられている。遮蔽壁１３は、鉛板等で形成されている。
　取付ブラケット１０の両端部には、スライド部１４がそれぞれ設けられている。また、取付ブラケット１０の両側には、スライド部１４を貫通し、荷電粒子線Ｐの照射軸Ｑに対して垂直な方向に延びるガイドロッド１５がそれぞれ配置されている。ガイドロッド１５は、筐体４ａに固定されている。これにより、コリメータ形状確認ユニット９は、各ガイドロッド１５に沿って、荷電粒子線Ｐの照射軸Ｑを含む照射領域Ｒに対応する撮像位置（図３中の２点鎖線参照）と荷電粒子線Ｐの照射軸Ｑを含む照射領域Ｒから離れた退避位置との間で移動可能である。なお、コリメータ形状確認ユニット９は、通常は図３に示すような退避位置にある。
　このとき、コリメータ形状確認ユニット９が図４（ａ）に示すように撮像位置にあるときに、投光器１２の光出射口が荷電粒子線Ｐの照射軸Ｑ上に位置するように、投光器１２が取付ブラケット１０に取り付けられていることが好ましい。これにより、マルチリーフコリメータ８の開口部８ａが効率良く照らされるため、撮像カメラ１１による開口部８ａの形状確認を精度良く行うことができる。また、患者コリメータ１８の開口部１８ａを通過して患者Ａの体表に当たった光の形状が開口部１８ａと相似形になるため、この光の形状と予め画像や写真に取り込んでおいた患者Ａの腫瘍部Ｂの形状とを比較することで、患者コリメータ１８が筐体４ａに正しく取り付けられていることを確認できる。
　また、コリメータ形状確認ユニット９が図４（ｂ）に示すように退避位置にある状態では、撮像カメラ１１は投光器１２に対して荷電粒子線Ｐの照射軸Ｑの反対側に配置され、遮蔽壁１３は投光器１２に対して荷電粒子線Ｐの照射軸Ｑ側に配置されている。これにより、撮像カメラ１１及び投光器１２を遮蔽壁１３によって荷電粒子線Ｐから十分に保護することができる。なお、遮蔽壁１３としては、投光器１２よりも荷電粒子線Ｐの照射軸Ｑ側のみに配置するような構造ではなく、例えば撮像カメラ１１及び投光器１２を取り囲むような構造等としても良い。
　また、荷電粒子線照射装置４は、図３に示すように、コリメータ形状確認ユニット９を退避位置と撮像位置との間で往復移動させる駆動部１６と、撮像カメラ１１、投光器１２及び駆動部１６と接続されたコントローラ１７とを更に有している。
　駆動部１６は、エアーシリンダ、空気源及び電磁弁等から構成されている。この場合には、エアーシリンダのピストンが一方のスライド部１４と連結されることとなる。なお、駆動部１６としては、それ以外にも、ボールネジ及び電磁モータ等で構成しても良い。
　コントローラ１７は、投光器１２及び駆動部１６を制御すると共に、撮像カメラ１１による撮像画像に基づいて、患者Ａの体内の腫瘍部Ｂに対して荷電粒子線Ｐを照射するか否かを判断する。
　図５は、コントローラ１７により実行される処理手順の詳細を示すフローチャートである。本処理は、患者コリメータ１８が筐体４ａに取り付けられていない場合の処理であり、患者Ａの体内の腫瘍部Ｂに対して荷電粒子線Ｐを照射する直前に実行される。
　図５において、まずコリメータ形状確認ユニット９を退避位置から撮像位置に移動させるように駆動部１６を制御する（手順Ｓ１０１）。続いて、投光器１２からマルチリーフコリメータ８の開口部８ｃに向けて光を照射させるように投光器１２を制御する（手順Ｓ１０２）。続いて、撮像カメラ１１により撮像されたマルチリーフコリメータ８の開口部８ｃの画像を入力する（手順Ｓ１０３）。
　続いて、マルチリーフコリメータ８の開口部８ｃの画像データを、治療計画装置（図示せず）により計画されたマルチリーフコリメータ８の開口部８ｃの形状データと比較して、マルチリーフコリメータ８の開口部８ｃの形状が計画通りの形状になっているかどうかを判定する（手順Ｓ１０４）。
　マルチリーフコリメータ８の開口部８ｃの形状が計画通りの形状になっていると判定されたときは、荷電粒子線Ｐの照射を実施すると判断し（手順Ｓ１０５）、その旨を主制御装置（図示せず）に通知する。一方、マルチリーフコリメータ８の開口部８ｃの形状が計画通りの形状になっていないと判定されたときは、荷電粒子線Ｐの照射を実施しないと判断し（手順Ｓ１０６）、その旨を主制御装置に通知する。
　そして、手順Ｓ１０５，Ｓ１０６を実行した後、コリメータ形状確認ユニット９を撮像位置から退避位置に移動させるように駆動部１６を制御する（手順Ｓ１０７）。
　手順Ｓ１０５で荷電粒子線Ｐの照射を実施すると判断されたときは、その後に患者Ａの体内の腫瘍部Ｂに対して荷電粒子線Ｐが照射されることとなる。このとき、放射線に弱い撮像カメラ１１及び投光器１２は遮蔽壁１３によって荷電粒子線Ｐから保護されているので、荷電粒子線Ｐが撮像カメラ１１及び投光器１２にダメージを与えることは殆ど無い。
　以上のように本実施形態にあっては、撮像カメラ１１でマルチリーフコリメータ８の開口部８ｃを撮像するときは、撮像カメラ１１を有するコリメータ形状確認ユニット９を退避位置から撮像位置に移動させるので、撮像カメラ１１の設置位置が固定されている場合のようにマルチリーフコリメータ８と撮像カメラ１１との間にハーフミラーを配置する必要が無く、マルチリーフコリメータ８の開口部８ｃを撮像カメラ１１で直接撮像することができる。このため、撮像カメラ１１による撮像画像がハーフミラーによって歪んでしまう等の不具合が生じることは無く、マルチリーフコリメータ８の開口部８ｃの輪郭形状が鮮明な撮像画像を得ることができる。
　これにより、マルチリーフコリメータ８の開口部８ｃの輪郭形状が計画通りの形状になっているかどうかが正確に分かるようになるため、マルチリーフコリメータ８の不具合等の発見を効果的に行うことが可能となる。また、マルチリーフコリメータ８の開口部８ｃの輪郭形状を確認するために撮像カメラ１１の出力画像データを複雑に補正する必要が無いので、複雑な画像処理や演算処理を行わなくて済む。
　なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば加速器は、サイクロトロンに限らず、他の加速器（シンクロトロンやシンクロサイクロトロン、ライナック等）でも良い。また、回転ガントリを用いる構成に限らず、荷電粒子線照射装置４を治療台２に対して固定した固定照射方式としても良い。
　散乱体６及び／又はリッジフィルタ７は必ずしも必要ではなく、省略しても良い。
　コリメータ形状確認ユニット９とマルチリーフコリメータ８との距離は４００ｍｍ程度に限らず、他の距離としても良い。また、マルチリーフコリメータ８と患者との距離は１００ｍｍ程度に限らず、他の距離としても良い。
　投光器１２はＬＥＤに限らず、他の発光体（例えば、蛍光灯や白熱灯）を用いても良い。
　撮像カメラ１１はＣＣＤカメラに限らず、他のカメラ(例えば、ＣＭＯＳカメラ)を用いても良い。また、一つの取付ブラケット１０に撮像カメラ１１及び投光器１２の双方を取り付ける構成に限らず、撮像カメラ１１を取り付けるブラケットと、投光器１２を取り付けるブラケットとを別々に設けても良い。
　遮蔽壁１３は取付ブラケット１０に取り付けられる構成に限らず、他の部品（例えば、筐体４ａ）に取り付けられても良い。要は、撮像カメラ１１及び／又は投光器１２が退避位置にある際に、撮像カメラ１１及び／又は投光器１２を放射線から保護できれば良い。
　取付ブラケット１０は直線状に動いて撮像位置と対比位置との間で動く構成に限らず、他の軌道を描いて動く構成（例えば、アームの一端に回転軸を取り付けて、そのアームの他端にブラケットを取り付ける構成）でも良い。
　投光器１２は、コリメータ形状ユニット９が撮像位置にあるときに、投光器１２の光出射口が照射軸Ｑ上に位置する構成に限らず、投光器１２は照射軸Ｑ上には位置しないような構成としても良い。
　また、上記実施形態では、撮像カメラ１１及び投光器１２が取り付けられる取付ブラケット１３を平板状としたが、取付ブラケット１３の形状としては、箱状やフレーム状等であっても良い。
　また、取付ブラケット１０に撮像カメラ１１、投光器１２及び遮蔽壁１３が取り付けられたコリメータ形状確認ユニット９を荷電粒子線Ｐの照射軸Ｑに対して進退可能となるようにしたが、撮像カメラ１１のみを荷電粒子線Ｐの照射軸Ｑに対して進退可能となるようにしても良い。
　また、コントローラ１７によってマルチリーフコリメータ８の開口部８ｃの形状が計画通りの形状になっているかどうかを判定し、荷電粒子線Ｐを照射するかどうかを判断するようにしたが、特にそれには限られず、オペレータがマルチリーフコリメータ８の開口部８ｃの撮像画像を見て、マルチリーフコリメータ８の開口部８ｃの形状が計画通りの形状になっているかどうかを確認し、荷電粒子線Ｐを照射するかどうかを決めても良い。
　また、上記実施形態で言う直接撮像とは、ハーフミラー等の反射を用いないで撮像するという意味であり、撮像画像をより鮮明にするためにマルチリーフコリメータ８と撮像カメラ１１との間にシート等を挟むようなものを含むことは言うまでもない。
　本発明は荷電粒子線照射装置に利用可能である。
　４…荷電粒子線照射装置、６…散乱体（照射部）、７…リッジフィルタ（照射部）、８…マルチリーフコリメータ、８ｃ…開口部、１０…取付ブラケット、１１…撮像カメラ（撮像部）、１２…投光器（光源部）、１３…遮蔽壁、１６…駆動部、１８…患者コリメータ（被照射体コリメータ）、１８ａ…開口部、Ａ…患者（被照射体）、Ｂ…腫瘍部（照射目標物）、Ｐ…荷電粒子線、Ｑ…照射軸、Ｒ…照射領域。

Claims (4)

  1. 　被照射体に荷電粒子線を照射する照射部と、前記照射部から照射される荷電粒子線の照射範囲を設定するマルチリーフコリメータとを備えた荷電粒子線照射装置において、
    　前記照射部と前記マルチリーフコリメータとの間において前記照射部から照射される荷電粒子線の照射軸に対して進退可能に設けられ、前記マルチリーフコリメータの開口部を直接撮像する撮像部と、
    　前記荷電粒子線の照射軸を含む照射領域に対応する撮像位置と前記照射領域から離れた退避位置との間で前記撮像部を移動させる駆動部とを備えることを特徴とする荷電粒子線照射装置。
  2. 　前記撮像部は、前記荷電粒子線の照射軸に対して進退可能な取付ブラケットに取り付けられており、
    　前記駆動部は、前記取付ブラケットを前記撮像位置と前記退避位置との間で移動させ、
    　前記取付ブラケットが前記退避位置にあるときに前記取付ブラケットにおける前記撮像部よりも前記荷電粒子線の照射軸側には、前記撮像部を前記荷電粒子線から保護するための遮蔽壁が設けられていることを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線照射装置。
  3. 　前記取付ブラケットには、前記マルチリーフコリメータの開口部に光を照射する光源部が更に取り付けられていることを特徴とする請求項２記載の荷電粒子線照射装置。
  4. 　前記光源部は、前記取付ブラケットが前記撮像位置にあるときに前記荷電粒子線の照射軸上に位置するように、前記取付ブラケットに取り付けられていることを特徴とする請求項３記載の荷電粒子線照射装置。
     
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