WO2018056146A1 - 中性子捕捉療法システム、及び中性子捕捉療法用治療計画システム - Google Patents

中性子捕捉療法システム、及び中性子捕捉療法用治療計画システム Download PDF

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WO2018056146A1
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neutron
irradiation
irradiated
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喬 山口
哲也 武川
浩基 田中
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住友重機械工業株式会社
国立大学法人京都大学
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Definitions

  • the present invention relates to a neutron capture therapy system and a treatment planning system for neutron capture therapy.
  • boron neutron capture therapy As a treatment method using radiation, boron neutron capture therapy (BNCT), which is a neutron capture therapy that kills cancer cells by irradiating neutrons, is known.
  • boron neutron capture therapy neutrons are irradiated to boron that has been previously taken up by cancer cells, and the cancer cells are selectively destroyed by scattering of heavy charged particles generated thereby.
  • the patient may move during the irradiation of radiation, and the irradiation position may be shifted. Therefore, there has been a demand for a neutron capture therapy system that can perform appropriate treatment even when the irradiation position is shifted.
  • an object of the present invention is to provide a neutron capture therapy system and a treatment plan system for neutron capture therapy that can perform appropriate treatment in consideration of a shift in irradiation position.
  • a neutron capture therapy system irradiates a treatment table on which an irradiation object is placed, and irradiates the irradiation object placed on the treatment table with a neutron beam
  • a neutron irradiation unit that performs measurement, a position measurement unit that measures the position of the irradiation object placed on the treatment table, and a positional deviation amount of the position of the irradiation object measured by the position measurement unit.
  • a dose distribution output unit that outputs a dose distribution of the neutron beam irradiated to the irradiation body.
  • the position measurement unit can measure the position of the irradiated object placed on the treatment table.
  • the dose distribution output unit outputs the dose distribution of the neutron beam irradiated to the irradiated object based on the positional deviation amount of the irradiated object position measured by the position measuring unit. Therefore, the dose distribution output unit can output a dose distribution that takes into account the deviation of the irradiation position. As described above, appropriate treatment can be performed in consideration of the deviation of the irradiation position.
  • the neutron capture therapy system for each position shift amount of the irradiated object placed on the treatment table, the neutron capture therapy system further includes a storage unit in which a dose distribution of the neutron beam corresponding to the position shift amount is stored in advance, and the dose distribution The output unit may acquire the dose distribution of the neutron beam irradiated to the irradiation object from the storage unit. Since the data in which the positional deviation is predicted is stored in advance, the dose distribution output unit can quickly output the dose distribution considering the irradiation position deviation.
  • the neutron capture therapy treatment planning system is a neutron capture therapy treatment planning system for performing a neutron capture therapy treatment plan for irradiating an irradiated object with neutron beams, wherein irradiation conditions are An irradiation condition setting unit for setting a dose distribution, a dose distribution calculation unit for calculating a dose distribution predicted to be irradiated on the irradiated object based on the irradiation condition set by the irradiation condition setting unit, and a dose distribution calculation unit An output unit that outputs a calculation result, and the dose distribution calculation unit calculates a dose distribution for a plurality of patterns in which the position of the irradiated object is shifted from the reference position by a predetermined amount.
  • irradiation conditions are An irradiation condition setting unit for setting a dose distribution, a dose distribution calculation unit for calculating a dose distribution predicted to be irradiated on the irradiated object based on the irradiation condition set by the
  • the dose distribution calculation unit is predicted to irradiate the irradiated object with respect to a plurality of patterns in which the position of the irradiated object is shifted from the reference position by a predetermined amount.
  • the dose distribution can be calculated. Therefore, an appropriate treatment plan can be made in consideration of the deviation of the irradiation position during irradiation. In addition, by performing treatment based on such a treatment plan, appropriate treatment can be performed in consideration of irradiation position deviation.
  • FIG. 1 It is a figure which shows the structure of the neutron capture therapy system of this embodiment. It is a figure which shows the neutron beam irradiation part vicinity in the neutron capture therapy system of FIG.
  • A It is a figure which shows the position measurement part using an X-ray transmissive image.
  • B It is a figure which shows the position measurement part using an infrared sensor.
  • C It is a figure which shows the position measurement part using a camera.
  • a neutron capture therapy system 1 for cancer treatment with boron neutron capture therapy a boron boron (10 B) the patient is administered a drug containing S (irradiated object) It is a system that treats cancer by irradiating neutrons to the site where the stagnation is accumulated.
  • the neutron capture therapy system 1 includes an irradiation chamber 2 that irradiates a patient S restrained by a treatment table 3 with a neutron beam N to treat the patient S with cancer.
  • Preparatory work such as restraining the patient S on the treatment table 3 is performed in a preparation room (not shown) outside the irradiation room 2, and the treatment table 3 on which the patient S is restrained is moved from the preparation room to the irradiation room 2. . Further, the neutron capture therapy system 1 is placed on the treatment table 3 in the irradiation room 2 and the treatment table 3 on which the patient S is placed, the neutron beam generation unit 10 that generates the neutron beam N for treatment.
  • a display unit 41 for displaying and a treatment planning system 100 described later are provided.
  • the irradiation chamber 2 is covered with the shielding wall W, a passage and a door 45 are provided for the passage of patients, workers, and the like.
  • the amount of positional deviation means the amount by which the position (posture) of the patient S actually measured by the position measuring unit 40 is deviated from the reference position.
  • the reference position refers to the posture of the patient that is determined to be most appropriate when treatment is performed by the treatment planning system 100.
  • the reference position is not limited to this, and may be used as a reference for calculating and measuring positional deviation. Any position that can be set can be set.
  • the positional deviation amount may be indicated by a three-dimensional movement component and a rotation component, or may be indicated by only one of the components.
  • the neutron beam generation unit 10 scans the charged particle beam L, an accelerator 11 that accelerates charged particles and emits the charged particle beam L, a beam transport path 12 that transports the charged particle beam L emitted by the accelerator 11, and the charged particle beam L.
  • a charged particle beam scanning unit 13 that controls the irradiation position of the charged particle beam L with respect to the target 8, a target 8 that generates a neutron beam N by causing a nuclear reaction when irradiated with the charged particle beam L, and a charged particle beam
  • a current monitor 16 for measuring the current of L.
  • the accelerator 11 and the beam transport path 12 are disposed in a charged particle beam generation chamber 14 having a substantially rectangular shape, and the charged particle beam generation chamber 14 is a space covered with a concrete shielding wall W. .
  • the charged particle beam generation chamber 14 is provided with a passage and a door 46 through which an operator for maintenance passes.
  • the charged particle beam generation chamber 14 is not limited to a substantially rectangular shape, and may have another shape. For example, when the path from the accelerator to the target is L-shaped, the charged particle beam generation chamber 14 may also be L-shaped.
  • the charged particle beam scanning unit 13 controls the irradiation position of the charged particle beam L with respect to the target 8, for example, and the current monitor 16 measures the current of the charged particle beam L irradiated to the target 8.
  • the accelerator 11 generates charged particle beams L such as proton beams by accelerating charged particles such as protons.
  • a cyclotron is employed as the accelerator 11.
  • the accelerator 11 may be another accelerator such as a synchrotron, a synchrocyclotron, or a linac instead of the cyclotron.
  • the beam transport path 12 includes a beam adjusting unit 15 that adjusts the charged particle beam L.
  • the beam adjusting unit 15 includes a horizontal steering electromagnet and a horizontal vertical electromagnet that adjust the axis of the charged particle beam L, a quadrupole electromagnet that suppresses the divergence of the charged particle beam L, and a four-way that shapes the charged particle beam L. Has slits and the like.
  • the beam transport path 12 only needs to have a function of transporting the charged particle beam L, and the beam adjustment unit 15 may not be provided.
  • the charged particle beam L transported by the beam transport path 12 is irradiated to the target 8 by controlling the irradiation position by the charged particle beam scanning unit 13.
  • the charged particle beam scanning unit 13 may be omitted, and the charged particle beam L may always be irradiated to the same portion of the target 8.
  • the target 8 generates a neutron beam N when irradiated with the charged particle beam L.
  • the target 8 is made of, for example, beryllium (Be), lithium (Li), tantalum (Ta), or tungsten (W), and has a plate shape.
  • the target is not limited to a plate shape, and may be liquid or the like.
  • the neutron beam N generated by the target 8 is irradiated toward the patient S in the irradiation chamber 2 by the neutron beam irradiation unit 20.
  • the neutron beam irradiation unit 20 includes a moderator 21 that decelerates the neutron beam N emitted from the target 8, and a shield 22 that shields radiation such as neutron beam N and gamma rays from being emitted to the outside.
  • the moderator 21 and the shield 22 constitute a moderator.
  • the moderator 21 has a laminated structure made of a plurality of different materials, for example, and the material of the moderator 21 is appropriately selected according to various conditions such as the energy of the charged particle beam L. Specifically, for example, when the output from the accelerator 11 is a proton beam of 30 MeV and a beryllium target is used as the target 8, the material of the moderator 21 can be lead, iron, aluminum, or calcium fluoride.
  • the shield 22 is provided so as to surround the moderator 21, and has a function of shielding the neutron beam N and radiation such as gamma rays generated with the generation of the neutron beam N from being emitted to the outside of the shield 22.
  • the shield 22 may be at least partially embedded in the wall W1 separating the charged particle beam generation chamber 14 and the irradiation chamber 2 or may not be embedded.
  • a wall body 23 that forms a part of the side wall surface of the irradiation chamber 2 is provided between the irradiation chamber 2 and the shield 22.
  • the wall body 23 is provided with a collimator mounting portion 23a serving as an output port of the neutron beam N.
  • a collimator 31 for defining an irradiation field of the neutron beam N is fixed to the collimator mounting portion 23a. In addition, you may attach the collimator 31 to the treatment table 3 mentioned later, without providing the collimator attaching part 23a in the wall body 23.
  • FIG. 1 A collimator 31 for defining an irradiation field of the neutron beam N is fixed to the collimator mounting portion 23a. In addition, you may attach the collimator 31 to the treatment table 3 mentioned later, without providing the collimator attaching part 23a in the wall body 23.
  • the target 8 is irradiated with the charged particle beam L, and the target 8 generates the neutron beam N along with this.
  • the neutron beam N generated by the target 8 is decelerated while passing through the moderator 21, and the neutron beam N emitted from the moderator 21 passes through the collimator 31 and is placed on the treatment table 3.
  • the patient S is irradiated.
  • the neutron beam N a thermal neutron beam or an epithermal neutron beam having relatively low energy can be used.
  • the treatment table 3 functions as a placement table on which a patient is placed by neutron capture therapy, and can be moved from a preparation room (not shown) to the irradiation room 2 while the patient S is placed thereon.
  • the treatment table 3 includes a base portion 32 that constitutes the base of the treatment table 3, a caster 33 that enables the base portion 32 to move on the floor surface, a top plate 34 on which the patient S is placed, and a top plate 34. And a drive unit 35 for moving the base plate 32 relative to the base unit 32. Note that the base portion 32 may be fixed to the floor without using the casters 33.
  • the position measuring unit 40 measures the position of the patient S placed on the treatment table 3. Then, the positional deviation amount with respect to the reference position of the patient S is transmitted to the control unit 50 described later. That is, the position measuring unit 40 determines that there is no position shift (the position shift amount is zero) unless the patient S moves from the posture of the patient acquired from the treatment planning system 100 described later.
  • the position measuring unit 40 may measure the position of the patient S after the end of neutron beam irradiation to obtain the amount of displacement, or may be configured to continue to measure the position during neutron beam irradiation. Good. Further, the position measurement unit 40 may transmit the position information to the control unit 50, and the control unit 50 may calculate the amount of displacement.
  • the position measuring unit 40 for example, there are a method using an X-ray transmission image, a method using an infrared sensor, and a method using an image taken by an optical camera as shown in FIGS. 3 (a) to 3 (c).
  • an X-ray transmission image of the patient S is taken using the X-ray tube 201 and the detector 202, and the positional deviation amount is measured by matching with the CT image I for treatment planning.
  • the distance to the sampling position of the patient S is measured by the infrared sensor 203, and the positional deviation amount is measured by comparing with the CT image I for treatment planning.
  • the body surface is detected from the captured image of the patient S captured by the optical camera 204, and the positional deviation amount is measured by comparing with the CT image I for treatment planning.
  • the control unit 50 performs various control processes of the neutron capture therapy system 1.
  • the control unit 50 is configured by, for example, a CPU, a ROM, a RAM, and the like.
  • the control unit 50 is electrically connected to the accelerator 11, the beam adjustment unit 15, the charged particle beam scanning unit 13, the current monitor 16, and the position measurement unit 40.
  • the control unit 50 is electrically connected to the treatment planning system 100.
  • the treatment planning system 100 performs a treatment plan of neutron capture therapy for irradiating the patient S with neutrons.
  • the treatment planning system 100 outputs data related to the treatment plan to the control unit 50.
  • the control unit 50 controls the accelerator 11, the beam adjustment unit 15, and the charged particle beam scanning unit 13 based on the treatment plan output from the treatment plan system 100 and the detection result output from the current monitor 16. To do.
  • control unit 50 outputs a dose distribution of the neutron beam N irradiated to the patient S based on the amount of positional deviation of the patient S with respect to the reference position measured by the position measuring unit 40.
  • the control unit 50 acquires a dose distribution corresponding to the position measured by the position measurement unit 40 from the storage unit 104.
  • FIG. 4 is a block configuration diagram showing a block configuration of the treatment planning system 100.
  • the treatment planning system 100 includes a processing unit 101 that performs various types of information processing, an input unit 102 through which an operator inputs various types of information, an output unit 103 that outputs various types of information to the operator, and a processing unit 101. And a storage unit 104 that transmits and receives various types of information.
  • the input unit 102 includes various interfaces such as a keyboard and a mouse.
  • the output unit 103 includes a monitor that displays various types of information from the processing unit 101.
  • the storage unit 104 may store treatment plan data and the like calculated by the processing unit 101, which stores images obtained by CT.
  • the processing unit 101 performs various settings based on the image of the patient S and input information from the input unit 102 and has a function of calculating a neutron dose distribution for the patient S based on the setting information.
  • the treatment by neutron capture therapy is performed by irradiating boron previously taken into cancer cells with neutron beams, and selectively diffusing cancer cells by scattering of heavy charged particles generated by the nuclear reaction between neutrons and boron. It is a cure that destroys.
  • the processing unit 101 sets a region in the image based on the atomic composition.
  • the processing unit 101 includes an image acquisition unit 110, an irradiation condition setting unit 111, and a dose distribution calculation unit 112.
  • the image acquisition unit 110 acquires an image of the patient S.
  • the image acquisition unit 110 acquires the image by reading the image stored in the storage unit 104.
  • the image acquisition unit 110 may capture an image directly from an external device.
  • a CT image or the like is employed as the acquired image.
  • the irradiation condition setting unit 111 uses the posture of the patient S, the irradiation position (for example, isocenter coordinates), irradiation angle, irradiation particle energy, collimator diameter, and collimator. Set the irradiation conditions such as the distance to the isocenter.
  • the dose distribution calculation unit 112 calculates the dose distribution of the neutron beam predicted to be irradiated to the patient S based on the irradiation conditions set by the irradiation condition setting unit 111.
  • the calculation result by the dose distribution calculation unit 112 is output by the output unit 103.
  • the dose distribution calculation unit 112 calculates a dose distribution predicted to be irradiated to the patient S for a plurality of patterns in which the position of the patient S is shifted from the reference position by a predetermined amount.
  • the plurality of patterns described above may be calculated by the dose distribution calculation unit 112 based on the reference position set by the irradiation condition setting unit 111, or may be set by the irradiation condition setting unit 111.
  • the XYZ coordinate axes are taken for the patient S as shown in FIG. Then, a plurality of patterns are set in advance using the positional deviation of the parallel movement from the reference position in the X, Y, and Z-axis directions and the positional deviation due to the rotation around each axis as parameters.
  • the X-axis direction indicates the neutron beam irradiation direction (the direction from the target 8 toward the collimator mounting portion 23a)
  • the Y-axis direction indicates the direction perpendicular to the X-axis in a plane horizontal to the ground.
  • the Z-axis direction indicates a direction perpendicular to the ground.
  • ⁇ represents the rotation angle around the X axis
  • ⁇ represents the rotation angle around the Y axis
  • ⁇ represents the rotation angle around the Z axis.
  • the parameter values of the predicted pattern of misalignment up to 81 are shown.
  • the 81 patterns have a displacement of ⁇ 5 mm, 0 mm, and 5 mm in the X, Y, and Z directions for the three patterns with ⁇ , ⁇ , and ⁇ being displaced by ⁇ 5 °, 0 °, and 5 °, respectively.
  • the pattern is shown.
  • the parameter values are not limited to those listed here. It may be arbitrarily changed by the operator. Note that the amount of calculation of the dose distribution increases as the number of patterns increases. At that time, the calculation time may be shortened by using a simple calculation method for the misregistration pattern.
  • the procedure of the treatment plan using the treatment plan system 100 will be described.
  • the process performed by the operator in the following description indicates that the treatment planning system 100 requests information input through the output unit 103 and the operator inputs through the input unit 102 based on the request.
  • the treatment plan system 100 is activated (step S1).
  • the processing unit 101 requests input of a neutron beam irradiation range (ROI: Region of Interest).
  • ROI Region of Interest
  • the irradiation condition setting unit 111 When the irradiation range is input by the operator (step S3), the irradiation condition setting unit 111 performs various settings such as an irradiation position parameter based on the information input in steps S2 and S3 (step S4).
  • the dose distribution calculation unit 112 calculates the dose distribution in the neutron capture therapy (step S5).
  • the calculated dose distribution is output by the output unit 103 and stored in the storage unit 104 (step S6).
  • the operator can confirm the dose distribution on a monitor or the like and determine whether or not the output dose distribution is appropriate.
  • step S7 based on the input from the operator, it is set whether or not the output dose distribution is appropriate (step S7). At this time, if an input indicating validity is performed, the process proceeds to step S8, and if an input indicating insufficient is performed, the process returns to step S4.
  • the irradiation condition setting unit 111 sets a range of positional deviation from the reference position for the irradiation position parameter (step S8).
  • the dose distribution calculation unit 112 calculates the dose distribution in the misalignment range set in step S8 (step S9).
  • the calculated dose distribution is output by the output unit 103 and stored in the storage unit 104 (step S10).
  • the operator can confirm the dose distribution in the misalignment range by using a monitor or the like and determine the allowable misalignment margin.
  • an allowable misalignment margin is set based on the operator's input (step S11).
  • the processing unit 101 creates a treatment plan report (step S12).
  • the created treatment plan report is output by the output unit 103 and stored in the storage unit 104 (step S13).
  • the treatment plan is completed by the above procedure.
  • the neutron capture therapy system 1 performs treatment by neutron capture therapy based on the above-mentioned treatment plan report, and based on the measurement result of the position measurement unit 40, the dose of the neutron beam actually irradiated to the patient S Output the distribution.
  • control unit 50 starts neutron beam irradiation based on the treatment plan report created by the treatment plan system 100 (step S21).
  • the control unit 50 measures the amount of displacement with respect to the reference position of the patient S by the position measurement unit 40 after the end of the neutron irradiation (step S22).
  • control unit 50 reads dose distribution data in a plurality of patterns using the positional deviation amount as a parameter from the storage unit 104 of the treatment planning system 100. And the control part 50 selects the dose distribution of the pattern nearest to the positional offset amount measured in step S22 from the read dose distribution data (step S23).
  • the control unit 50 outputs the dose distribution selected in step S23 from the output unit 103 as an actual dose distribution (step S24). That is, the control unit 50 operates as a dose distribution output unit that outputs the dose distribution of the neutron beam irradiated to the patient S based on the positional deviation amount with respect to the reference position of the patient S measured by the position measurement unit 40. To do.
  • the neutron capture therapy system 1 outputs a dose distribution of the neutron beam N irradiated to the patient S based on the positional deviation amount with respect to the reference position of the patient S. It has.
  • the control unit 50 outputs the dose distribution of the neutron beam N irradiated to the patient S based on the positional deviation amount of the position of the irradiated object measured by the position measuring unit 40. Therefore, the control unit 50 can output a dose distribution taking into account the irradiation position shift. Therefore, it is possible to perform treatment by an appropriate neutron capture therapy in consideration of the irradiation position shift caused by the change in the posture of the patient.
  • the dose distribution considering the irradiation position deviation caused by the change in the posture of the patient can be quickly output.
  • the next irradiation condition can be set in consideration of insufficient dose.
  • accurate data can be accumulated as treatment results.
  • an appropriate treatment plan can be made in consideration of a deviation in irradiation position caused by a change in posture of a patient during irradiation. Therefore, an allowable range of irradiation position deviation can be estimated in advance before neutron beam irradiation, and treatment with neutron beam capture therapy can be performed in consideration of how far it can move.
  • SYMBOLS 1 ... Neutron capture therapy system, 3 ... Treatment table, S ... Patient, N ... Neutron beam, 20 ... Neutron beam irradiation part, 40 ... Position measurement part, 50 ... Control part (dose distribution output part), 100 ... Treatment planning system DESCRIPTION OF SYMBOLS 103 ... Output part 104 ... Memory

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Abstract

中性子捕捉療法システムは、被照射体が載置される治療台と、治療台に載置されている被照射体に対して中性子線を照射する中性子線照射部と、治療台に載置されている被照射体の位置を測定する位置測定部と、位置測定部で測定された被照射体の位置の位置ずれ量に基づいて、該被照射体に対して照射された中性子線の線量分布を出力する線量分布出力部と、を備える。

Description

中性子捕捉療法システム、及び中性子捕捉療法用治療計画システム
　本発明は、中性子捕捉療法システム、及び中性子捕捉療法用治療計画システムに関する。
　放射線を用いた治療方法として、中性子線を照射してがん細胞を死滅させる中性子捕捉療法であるホウ素中性子捕捉療法（ＢＮＣＴ：Ｂｏｒｏｎ　Ｎｅｕｔｒｏｎ　Ｃａｐｔｕｒｅ　Ｔｈｅｒａｐｙ）が知られている。ホウ素中性子捕捉療法では、がん細胞に予め取り込ませておいたホウ素に中性子線を照射し、これにより生じる重荷電粒子の飛散によってがん細胞を選択的に破壊する。このような中性子捕捉療法では、治療台に載置した患者に中性子線を照射するのが一般的である（例えば、特許文献１参照。）。
特開２０１４－１９５５０５号公報
　上述のような中性子補足療法では、放射線の照射中に患者が動き、照射位置にずれが生じてしまう場合がある。従って、照射位置のずれが生じる場合であっても適切な治療を行うことのできる中性子捕捉療法システムが要請されていた。
　そこで本発明は、照射位置のずれを考慮して、適切な治療を行うことができる中性子捕捉療法システム、及び中性子捕捉療法用治療計画システムを提供することを目的とする。
　上記課題を解決するため、本発明の一形態に係る中性子捕捉療法システムは、被照射体が載置される治療台と、治療台に載置されている被照射体に対して中性子線を照射する中性子線照射部と、治療台に載置されている被照射体の位置を測定する位置測定部と、位置測定部で測定された被照射体の位置の位置ずれ量に基づいて、該被照射体に対して照射された中性子線の線量分布を出力する線量分布出力部と、を備える。
　中性子捕捉療法システムによれば、位置測定部が、治療台に載置されている被照射体の位置を測定することができる。また、線量分布出力部は、位置測定部で測定された被照射体の位置の位置ずれ量に基づいて、被照射体に対して照射された中性子線の線量分布を出力する。そのため、線量分布出力部は、照射位置のずれを考慮した線量分布を出力することができる。以上により、照射位置のずれを考慮して、適切な治療を行うことができる。
　中性子捕捉療法システムにおいて、治療台に載置された被照射体の位置ずれ量ごとに、該位置ずれ量に対応する中性子線の線量分布が予め記憶されている記憶部を、更に備え、線量分布出力部は、被照射体に対して照射された中性子線の線量分布を、記憶部から取得してよい。予め位置ずれを予測したデータを記憶してあるため、線量分布出力部は、照射位置のずれを考慮した線量分布を素早く出力することができる。
　また、本発明の一形態に係る中性子捕捉療法用治療計画システムは、被照射体に対して中性子線を照射する中性子捕捉療法の治療計画を行う中性子捕捉療法用治療計画システムであって、照射条件を設定する照射条件設定部と、照射条件設定部により設定された照射条件に基づいて、被照射体に照射されると予測される線量分布を演算する線量分布演算部と、線量分布演算部による演算結果を出力する出力部と、を備え、線量分布演算部は、前記被照射体の位置を基準位置から予め定められた量だけずらした複数のパターンについて、線量分布を演算する。
　中性子捕捉療法用治療計画システムによれば、線量分布演算部が、被照射体の位置を基準位置から予め定められた量だけずらした複数のパターンについて、被照射体に照射されると予測される線量分布を演算することができる。そのため、照射中の照射位置のずれを考慮して、適切な治療計画を立てることができる。また、そのような治療計画に基づいた治療を行うことで、照射位置のずれを考慮して、適切な治療を行うことができる。
　本発明によれば、照射位置のずれを考慮して、適切な中性子捕捉療法による治療を行うことができる。
本実施形態の中性子捕捉療法システムの構成を示す図である。 図１の中性子捕捉療法システムにおける中性子線照射部近傍を示す図である。 （ａ）Ｘ線透過画像を用いる位置測定部を示す図である。（ｂ）赤外線センサを用いる位置測定部を示す図である。（ｃ）カメラを用いる位置測定部を示す図である。 図１の中性子捕捉療法用治療計画システムのブロック構成図である。 治療計画の手順を示すフローチャートである。 位置ずれの評価手順を示すフローチャートである。 位置ずれの予測パターンのパラメータ値を示す図である。 位置ずれの予測パターンのパラメータ値を示す図である。
　以下、添付図面を参照しながら本発明に係る中性子捕捉療法用治療計画システム、及びそれを備えた中性子捕捉療法システムについて説明する。なお、各図において同一部分又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
　まず、図１及び図２を用いて、本実施形態に係る中性子捕捉療法システムの概要を説明する。図１及び図２に示すように、ホウ素中性子捕捉療法を用いたがん治療を行う中性子捕捉療法システム１は、ホウ素（１０Ｂ）を含む薬剤が投与された患者Ｓ（被照射体）のホウ素が集積した部位に中性子線を照射してがん治療を行うシステムである。中性子捕捉療法システム１は、治療台３に拘束された患者Ｓに中性子線Ｎを照射して患者Ｓのがん治療を行う照射室２を有している。
　患者Ｓを治療台３に拘束する等の準備作業は、照射室２外の準備室（不図示）で実施され、患者Ｓが拘束された治療台３が準備室から照射室２に移動される。また、中性子捕捉療法システム１は、患者Ｓが載置される治療台３と、治療用の中性子線Ｎを発生させる中性子線発生部１０と、照射室２内で治療台３に載置されている患者Ｓに対して中性子線Ｎを照射する中性子線照射部２０と、治療台３に載置されている患者Ｓの位置を測定する位置測定部４０と、位置測定部４０で測定された患者Ｓの位置の位置ずれ量に基づいて、該患者Ｓに対して照射された中性子線Ｎの線量分布を出力する線量分布出力部として動作する制御部５０と、制御部５０から出力された情報を表示する表示部４１と、後述の治療計画システム１００と、を備えている。なお、照射室２は遮蔽壁Ｗに覆われているが、患者や作業者等が通過するために通路及び扉４５が設けられている。
　ここで、位置ずれ量とは、実際に位置測定部４０によって測定された患者Ｓの位置（姿勢）が、基準位置からずれた量を意味する。基準位置は、以下の説明において、治療計画システム１００によって治療する際に最も適切と判断され患者の姿勢を指すが、これに限定されず、位置ずれを演算・測定する際の基準とすることができる位置であれば任意に設定可能である。なお、位置ずれ量は、３次元方向の移動成分と回転成分とにより示すものとしてもよいし、いずれか一つの成分のみにより示すものとしてもよい。
　中性子線発生部１０は、荷電粒子を加速して荷電粒子線Ｌを出射する加速器１１と、加速器１１が出射した荷電粒子線Ｌを輸送するビーム輸送路１２と、荷電粒子線Ｌを走査してターゲット８に対する荷電粒子線Ｌの照射位置の制御を行う荷電粒子線走査部１３と、荷電粒子線Ｌが照射されることで核反応を起こして中性子線Ｎを発生させるターゲット８と、荷電粒子線Ｌの電流を測定する電流モニタ１６と、を備えている。加速器１１及びビーム輸送路１２は、略長方形状を成す荷電粒子線生成室１４の室内に配置されており、この荷電粒子線生成室１４は、コンクリート製の遮蔽壁Ｗで覆われた空間である。なお、荷電粒子線生成室１４には、メンテナンスのための作業者が通過するための通路及び扉４６が設けられている。なお、荷電粒子線生成室１４は略長方形状に限定されず、他の形状であってもよい。例えば、加速器からターゲットまでの経路がＬ字状の場合には、荷電粒子線生成室１４もＬ字状にしてよい。また、荷電粒子線走査部１３は例えば荷電粒子線Ｌのターゲット８に対する照射位置を制御し、電流モニタ１６はターゲット８に照射される荷電粒子線Ｌの電流を測定する。
　加速器１１は、陽子等の荷電粒子を加速して陽子線等の荷電粒子線Ｌを生成するものである。本実施形態では、加速器１１としてサイクロトロンが採用されている。なお、加速器１１として、サイクロトロンに代えて、シンクロトロン、シンクロサイクロトロン又はライナック等の他の加速器を用いてもよい。
　ビーム輸送路１２の一端（上流側の端部）は、加速器１１に接続されている。ビーム輸送路１２は、荷電粒子線Ｌを調整するビーム調整部１５を備えている。ビーム調整部１５は、荷電粒子線Ｌの軸を調整する水平型ステアリング電磁石及び水平垂直型ステアリング電磁石と、荷電粒子線Ｌの発散を抑制する四重極電磁石と、荷電粒子線Ｌを整形する四方スリット等を有している。なお、ビーム輸送路１２は荷電粒子線Ｌを輸送する機能を有していればよく、ビーム調整部１５は無くてもよい。
　ビーム輸送路１２によって輸送された荷電粒子線Ｌは、荷電粒子線走査部１３によって照射位置を制御されてターゲット８に照射される。なお、荷電粒子線走査部１３を省略して、常にターゲット８の同じ箇所に荷電粒子線Ｌを照射するようにしてもよい。
　ターゲット８は、荷電粒子線Ｌが照射されることによって中性子線Ｎを発生させる。ターゲット８は、例えば、ベリリウム（Ｂｅ）、リチウム（Ｌｉ）、タンタル（Ｔａ）又はタングステン（Ｗ）で構成されており、板状を成している。ただし、ターゲットは板状に限らず、液状等であってもよい。ターゲット８が発生させた中性子線Ｎは、中性子線照射部２０によって照射室２内の患者Ｓに向かって照射される。
　中性子線照射部２０は、ターゲット８から出射された中性子線Ｎを減速させる減速材２１と、中性子線Ｎ及びガンマ線等の放射線が外部に放出されないように遮蔽する遮蔽体２２とを備えており、この減速材２１と遮蔽体２２とでモデレータが構成されている。
　減速材２１は例えば異なる複数の材料から成る積層構造とされており、減速材２１の材料は荷電粒子線Ｌのエネルギー等の諸条件によって適宜選択される。具体的には、例えば加速器１１からの出力が３０ＭｅＶの陽子線でありターゲット８としてベリリウムターゲットを用いる場合には、減速材２１の材料は鉛、鉄、アルミニウム又はフッ化カルシウムとすることができる。
　遮蔽体２２は、減速材２１を囲むように設けられており、中性子線Ｎ、及び中性子線Ｎの発生に伴って生じたガンマ線等の放射線が遮蔽体２２の外部に放出されないように遮蔽する機能を有する。遮蔽体２２は、荷電粒子線生成室１４と照射室２とを隔てる壁Ｗ１に少なくともその一部が埋め込まれていてもよく、埋め込まれていなくてもよい。また、照射室２と遮蔽体２２との間には、照射室２の側壁面の一部を成す壁体２３が設けられている。壁体２３には、中性子線Ｎの出力口となるコリメータ取付部２３ａが設けられている。このコリメータ取付部２３ａには、中性子線Ｎの照射野を規定するためのコリメータ３１が固定されている。なお、コリメータ取付部２３ａを壁体２３に設けずに、後述する治療台３にコリメータ３１を取り付けてもよい。
　以上の中性子線照射部２０では、荷電粒子線Ｌがターゲット８に照射され、これに伴いターゲット８が中性子線Ｎを発生させる。ターゲット８によって発生した中性子線Ｎは、減速材２１内を通過している際に減速され、減速材２１から出射された中性子線Ｎは、コリメータ３１を通過して治療台３に載置されている患者Ｓに対して照射される。ここで、中性子線Ｎとしては、比較的エネルギーが低い熱中性子線又は熱外中性子線を用いることができる。
　治療台３は、中性子捕捉療法で患者が載置される載置台として機能し、患者Ｓを載置したまま準備室（不図示）から照射室２へ移動可能となっている。治療台３は、治療台３の土台を構成する土台部３２と、土台部３２を床面上で移動可能とするキャスタ３３と、患者Ｓを載置するための天板３４と、天板３４を土台部３２に対して相対的に移動させるための駆動部３５とを備えている。なお、キャスタ３３を用いず、土台部３２を床に固定しても良い。
　位置測定部４０は、治療台３に載置されている患者Ｓの位置を測定する。そして、患者Ｓの基準位置に対する位置ずれ量を、後述の制御部５０へ送信する。すなわち、位置測定部４０は、後述の治療計画システム１００から取得された患者の姿勢から患者Ｓが動いていなければ位置ずれはないもの（位置ずれ量がゼロ）として判断する。なお、位置測定部４０は、中性子線の照射終了後における患者Ｓの位置を測定して位置ずれ量を求めてもよいし、中性子線の照射中の位置を測定し続けるように構成してもよい。また、位置測定部４０が位置情報を制御部５０へ送信し、制御部５０が位置ずれ量を算出してもよい。
　位置測定部４０として、例えば、図３（ａ）～図３（ｃ）に示すような、Ｘ線透過画像を用いる方式、赤外線センサを用いる方式、光学カメラによる撮影画像を用いる方式がある。図３（ａ）に示す方式では、Ｘ線管２０１と検出器２０２を用いて患者ＳのＸ線透過画像を撮影し、治療計画用ＣＴ画像Ｉとマッチングすることで位置ずれ量を測定する。図３（ｂ）に示す方式では、赤外線センサ２０３で患者Ｓのサンプリング位置までの距離を計測し、治療計画用ＣＴ画像Ｉと比較することで位置ずれ量を測定する。図３（ｃ）に示す方式では、光学カメラ２０４により撮影された患者Ｓの撮影画像から体表面を検出し、治療計画用ＣＴ画像Ｉと比較することで位置ずれ量を測定する。
　制御部５０は、中性子捕捉療法システム１の各種制御処理を行う。制御部５０は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭ等により構成されている。制御部５０は、加速器１１、ビーム調整部１５、荷電粒子線走査部１３、電流モニタ１６、位置測定部４０と電気的に接続されている。また、制御部５０は、治療計画システム１００と電気的に接続されている。治療計画システム１００は、患者Ｓへ中性子を照射する中性子捕捉療法の治療計画を行う。治療計画システム１００は、治療計画に関するデータを制御部５０へ出力する。以上により、制御部５０は、治療計画システム１００から出力された治療計画、及び電流モニタ１６から出力された検出結果に基づいて、加速器１１、ビーム調整部１５、及び荷電粒子線走査部１３を制御する。
　さらに、制御部５０は、位置測定部４０で測定された患者Ｓの基準位置に対する位置ずれ量に基づいて、該患者Ｓに対して照射された中性子線Ｎの線量分布を出力する線量分布出力部として動作する。具体的には、後述の治療計画システム１００内の記憶部１０４に、治療台３に載置された患者Ｓの位置ずれ量ごとに、該位置ずれ量に対応する位置の患者Ｓに照射される中性子線の線量分布が予め記憶されている。制御部５０は、位置測定部４０で測定された位置に対応した線量分布を、記憶部１０４から取得する。
　次に、図４を参照して、治療計画システム１００の構成について詳細に説明する。図４は、治療計画システム１００のブロック構成を示すブロック構成図である。治療計画システム１００は、各種情報処理を行う処理部１０１と、操作者が各種情報を入力する入力部１０２と、操作者に対して各種情報を出力する出力部１０３と、処理部１０１との間で各種情報の送受信を行う記憶部１０４と、を備えている。入力部１０２は、キーボード、マウス等の各種インターフェイスによって構成されている。出力部１０３は、処理部１０１からの各種情報を表示するモニタ等によって構成されている。記憶部１０４は、ＣＴによる画像を記憶しておく、処理部１０１によって演算された治療計画のデータ等を記憶してよい。
　処理部１０１は、患者Ｓの画像及び入力部１０２からの入力情報に基づいて各種設定を行うと共に、当該設定情報に基づいて患者Ｓに対する中性子線の線量分布等を演算する機能を有している。ここで、中性子捕捉療法による治療は、がん細胞に予め取り込ませておいたホウ素に中性子線を照射し、中性子線とホウ素の核反応により生じる重荷電粒子の飛散によってがん細胞を選択的に破壊する治療法である。このように、核反応を伴う治療法であるため、患者Ｓが写された画像中の線量分布を把握するためには、患者Ｓの画像中の各領域における原子組成を把握しておく必要がある。従って、処理部１０１は、原子組成に基づいて画像中の領域を設定する。
　処理部１０１は、画像取得部１１０と、照射条件設定部１１１と、線量分布演算部１１２と、を備えている。
　画像取得部１１０は、患者Ｓの画像を取得する。画像取得部１１０は、記憶部１０４に記憶された画像を読み出すことによって、当該画像を取得する。ただし、画像取得部１１０は、外部の機器から直接画像を取り込んでもよい。取得される画像としては、ＣＴ画像等が採用される。
　照射条件設定部１１１は、操作者により入力された情報に基づいて、患者Ｓの姿勢、患者Ｓに照射する照射位置（例えば、アイソセンタ座標）、照射角度、照射粒子のエネルギー、コリメータ径、コリメータからアイソセンタまでの距離、等の照射条件を設定する。
　線量分布演算部１１２は、照射条件設定部１１１により設定された照射条件に基づいて、患者Ｓに照射されると予測される中性子線の線量分布を演算する。線量分布演算部１１２による演算結果は、出力部１０３により出力される。ここで、線量分布演算部１１２は、患者Ｓの位置を基準位置から予め定められた量だけずらした複数のパターンについて、患者Ｓに照射されると予測される線量分布を演算する。なお、上述の複数のパターンは、線量分布演算部１１２が照射条件設定部１１１によって設定された基準位置に基づいて演算してもよいし、照射条件設定部１１１が設定してもよい。
　具体的には、患者Ｓに対して図２に示したようにＸＹＺ座標軸をとる。そして、基準位置からのＸ，Ｙ，Ｚ軸方向への平行移動の位置ずれ、及び各軸周りの回転による位置ずれ量をパラメータとした複数のパターンを予め設定する。ここで、Ｘ軸方向は中性子線の照射方向（ターゲット８からコリメータ取付部２３ａへ向かう方向）を示し、Ｙ軸方向は地面に対して水平な面内のＸ軸に対して垂直な方向を示し、Ｚ軸方向は地面に対して垂直な方向を示す。また、θはＸ軸周りの回転角度を示し、φはＹ軸周りの回転角度を示し、ψはＺ軸周りの回転角度を示す。
　図７及び図８は、基準位置を（δＸ，δＹ，δＺ，δθ，δφ，δψ）＝（０，０，０，０，０，０）とした、Ｎｏ．１からＮｏ．８１までの位置ずれの予測パターンのパラメータ値を示している。この８１パターンは、θ，φ，ψの位置ずれを－５°，０°，５°とした３パターンについて、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向の平行移動の位置ずれをそれぞれ－５ｍｍ，０ｍｍ，５ｍｍとしたときのパターンを示している。なお、パラメータの値はここで挙げたものに限定されない。操作者により、任意に変更できるようにしてもよい。なお、パターンの数が増えれば、線量分布の演算量が増えることに留意する必要がある。その際、位置ずれパターンについては、簡略的な演算方式を用いることで演算時間を短縮するようにしてもよい。
　次に、図５を参照して、治療計画システム１００を用いた治療計画の手順について説明する。なお、以下の説明における操作者によって行われる処理は、治療計画システム１００が出力部１０３を通して情報入力の要求を行い、それに基づいて操作者が入力部１０２を通して入力を行うことを指す。
　治療計画を開始すると、治療計画システム１００が起動される（ステップＳ１）。
　操作者によって患者画像が入力されると（ステップＳ２）、処理部１０１は中性子線の照射範囲（ＲＯＩ：Ｒｅｇｉｏｎ　ｏｆ　Ｉｎｔｅｒｅｓｔ）の入力を求める。
　操作者によって照射範囲が入力されると（ステップＳ３）、照射条件設定部１１１がステップＳ２及びステップＳ３において入力された情報に基づき、照射位置パラメータ等の各種設定を行う（ステップＳ４）。
　次に、線量分布演算部１１２が中性子捕捉療法における線量分布を演算する（ステップＳ５）。演算された線量分布は、出力部１０３によって出力されると共に、記憶部１０４に記憶される（ステップＳ６）。これにより、操作者はモニタ等により線量分布を確認し、出力された線量分布が妥当であるか否かを判断することができる。
　次に、操作者の入力に基づいて、出力された線量分布が妥当であるか否かが設定される（ステップＳ７）。このとき、妥当であることを示す入力が行われればステップＳ８へ処理が進み、不十分であることを示す入力が行われればステップＳ４へ処理が戻る。
　操作者により、線量分布が妥当であることを示す入力が行われると、照射条件設定部１１１は、照射位置パラメータに対して基準位置からの位置ずれの範囲を設定する（ステップＳ８）。
　次に、線量分布演算部１１２が、ステップＳ８において設定された位置ずれ範囲の線量分布を演算する（ステップＳ９）。演算された線量分布は、出力部１０３によって出力されると共に、記憶部１０４に記憶される（ステップＳ１０）。これにより、操作者は、モニタ等により位置ずれ範囲における線量分布を確認し、許容する位置ずれマージンを判断することができる。
　次に、操作者の入力に基づいて、許容する位置ずれマージンが設定される（ステップＳ１１）。この設定されたマージンに基づいて、処理部１０１が治療計画レポートを作成する（ステップＳ１２）。作成された治療計画レポートは、出力部１０３により出力されると共に、記憶部１０４に記憶される（ステップＳ１３）。以上の手順により、治療計画が完了する。
　中性子捕捉療法システム１は、上述の治療計画レポートに基づいて、中性子捕捉療法による治療を行うと共に、位置測定部４０の測定結果に基づいて、実際に患者Ｓに対して照射された中性子線の線量分布を出力する。
　以下、図６を参照して、中性子捕捉療法システム１における、照射位置のずれを考慮した線量分布の出力の手順について説明する。
　まず、制御部５０は、治療計画システム１００により作成された治療計画レポートに基づいて、中性子線の照射を開始する（ステップＳ２１）。
　制御部５０は、中性子線の照射終了後、位置測定部４０により患者Ｓの基準位置に対する位置ずれ量を測定する（ステップＳ２２）。
　次に、制御部５０は、治療計画システム１００の記憶部１０４から、位置ずれ量をパラメータとした複数のパターンにおける線量分布のデータを読み込む。そして、制御部５０は、読み込んだ線量分布のデータから、ステップＳ２２において測定された位置ずれ量に最も近いパターンの線量分布を選出する（ステップＳ２３）。
　制御部５０は、ステップＳ２３において選出された線量分布を、実際の線量分布として出力部１０３から出力する（ステップＳ２４）。すなわち、制御部５０は、位置測定部４０で測定された患者Ｓの基準位置に対する位置ずれ量に基づいて、患者Ｓに対して照射された中性子線の線量分布を出力する線量分布出力部として動作する。
　以上の手順により、照射位置のずれを考慮した線量分布を出力することができる。
　次に、本実施形態に係る中性子捕捉療法システム１の作用・効果について説明する。
　まず、中性子線捕捉療法による治療を受ける患者は、長時間窮屈な姿勢を取らなければならない場合がある。そのため、中性子線の照射中に患者の姿勢が変動し、患者に対する線量分布が治療計画通りとなっているかの評価が難しい場合がある。
　これに対し、本実施形態に係る中性子捕捉療法システム１は、患者Ｓの基準位置に対する位置ずれ量に基づいて、該患者Ｓに対して照射された中性子線Ｎの線量分布を出力する制御部５０を備えている。制御部５０は、位置測定部４０で測定された被照射体の位置の位置ずれ量に基づいて、患者Ｓに対して照射された中性子線Ｎの線量分布を出力する。そのため、制御部５０は、照射位置のずれを考慮した線量分布を出力することができる。よって、患者の姿勢の変動に起因する照射位置のずれを考慮して、適切な中性子捕捉療法による治療を行うことができる。
　また、予め位置ずれを予測したデータを記憶部１０４に記憶してあるため、患者の姿勢の変動に起因する照射位置のずれを考慮した線量分布を素早く出力することができる。このようにして実際の線量分布を見積もることで、多門照射の場合は投与線量の不足を考慮して次回の照射条件を設定することができる。また、１門照射の場合であっても、治療実績として正確なデータを蓄積することができる。
　また、本実施形態に係る治療計画システム１００によれば、照射中の患者の姿勢の変動に起因する照射位置のずれを考慮して適切な治療計画を立てることができる。そのため、中性子線の照射前に照射位置のずれの許容可能な範囲を予め見積もることができ、どのくらいまでなら動いても問題ないかを念頭おいて中性子線捕捉療法による治療を行うことができる。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、本実施形態に係る中性子捕捉療法システム、及び中性子捕捉療法用治療計画システムは上記に限定されず、種々の変更を行うことができる。
　１…中性子捕捉療法システム、３…治療台、Ｓ…患者、Ｎ…中性子線、２０…中性子線照射部、４０…位置測定部、５０…制御部（線量分布出力部）、１００…治療計画システム、１０３…出力部、１０４…記憶部、１１１…照射条件設定部、１１２…線量分布演算部。

Claims (3)

  1. 　被照射体が載置される治療台と、
    　前記治療台に載置されている被照射体に対して中性子線を照射する中性子線照射部と、
    　前記治療台に載置されている被照射体の位置を測定する位置測定部と、
    　前記位置測定部で測定された被照射体の位置の位置ずれ量に基づいて、該被照射体に対して照射された中性子線の線量分布を出力する線量分布出力部と、を備える、中性子捕捉療法システム。
  2. 　前記治療台に載置された被照射体の前記位置ずれ量ごとに、該位置ずれ量に対応する中性子線の線量分布が予め記憶されている記憶部を、更に備え、
    　前記線量分布出力部は、前記被照射体に対して照射された中性子線の線量分布を、前記記憶部から取得する、請求項１に記載の中性子捕捉療法システム。
  3. 　被照射体に対して中性子線を照射する中性子捕捉療法の治療計画を行う中性子捕捉療法用治療計画システムであって、
    　照射条件を設定する照射条件設定部と、
    　前記照射条件設定部により設定された照射条件に基づいて、前記被照射体に照射されると予測される線量分布を演算する線量分布演算部と、
    　前記線量分布演算部による演算結果を出力する出力部と、を備え、
    　前記線量分布演算部は、前記被照射体の位置を基準位置から予め定められた量だけずらした複数のパターンについて、前記線量分布を演算する、中性子捕捉療法用治療計画システム。
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