WO2020070991A1 - 粒子線治療装置およびその制御方法 - Google Patents

粒子線治療装置およびその制御方法

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WO2020070991A1
WO2020070991A1 PCT/JP2019/032478 JP2019032478W WO2020070991A1 WO 2020070991 A1 WO2020070991 A1 WO 2020070991A1 JP 2019032478 W JP2019032478 W JP 2019032478W WO 2020070991 A1 WO2020070991 A1 WO 2020070991A1
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WO
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irradiation
particle beam
gantry
control device
spot
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PCT/JP2019/032478
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Inventor
航 杜
伸一郎 藤高
Original Assignee
株式会社日立製作所
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    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61NELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00Radiation therapy
    • A61N5/10X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy

Definitions

  • the present invention relates to a particle beam therapy system and a control method thereof.
  • Particle beam therapy is a cancer treatment method in which cancer cells are destroyed by irradiating the affected part with charged particles accelerated by a particle beam accelerator.
  • Particle beams have the highest dose concentration near the end of range. For this reason, there is a feature that a large amount of energy can be released from the affected part of the cancer and damage to healthy tissues can be reduced. On the other hand, a large energy is emitted in a limited small area, so that high beam accuracy is required.
  • a particle beam therapy system that enables particle beam therapy is composed of the following subsystems.
  • the subsystems are, for example, an ion source, an incident device, a particle beam accelerator, a beam transport system, an irradiation device, a treatment table, an imaging device for assisting treatment, treatment planning software, and a control device for controlling each subsystem.
  • Some accelerators use synchrotrons or cyclotrons and have been downsized by using superconducting magnets.
  • a beam transport system there is a fixed beam line or an apparatus combining a fixed beam line and a rotatable gantry.
  • the gantry rotates about a predetermined axis of rotation (eg, an axis parallel to the patient's body axis).
  • a predetermined axis of rotation eg, an axis parallel to the patient's body axis.
  • the particle beam bent by the magnet can be irradiated to the affected part from an arbitrary angle around the rotation axis.
  • a particle beam may be abbreviated as a beam.
  • An irradiation device capable of scanning irradiation includes two scanning electromagnets, and scans a beam in such a manner that a surface perpendicular to a traveling direction of the beam is painted.
  • the scanning irradiation device forms a dose distribution concentrated on the affected part of the cancer by performing scanning using beams that reach different depths. For this reason, in recent years, a particle beam therapy apparatus having a rotatable gantry and a scanning irradiation apparatus is becoming mainstream.
  • the scanning irradiation is a spot scanning irradiation method.
  • the gantry rotates and stops at an angle determined by the treatment plan.
  • the beam of the planned dose is sequentially irradiated toward the spot corresponding to the angle.
  • the gantry rotates to the next angle and stops.
  • the spot scanning irradiation method repeats “rotation ⁇ stop ⁇ irradiation” until irradiation of all spots at all angles determined by the treatment plan is completed, and is therefore also referred to as a “Step @ and @ Shot” method.
  • Patent Document 1 has a simple description of “substantially continuous rotation irradiation”, but does not propose a method for realizing the same.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a particle beam therapy apparatus capable of efficiently and appropriately irradiating a particle beam and a control method thereof.
  • a particle beam therapy apparatus is a particle beam therapy apparatus that irradiates a particle beam from an accelerator, and includes an irradiation apparatus that irradiates a particle beam to a predetermined position, A gantry for rotating and moving around, and a control device for controlling the operation of the irradiation device and the gantry, the control device, while continuously rotating the irradiation device by the gantry, from the irradiation device to a predetermined position, The particle beam is emitted from a predetermined angle range set in advance.
  • the present invention it is possible to irradiate the particle beam from the irradiation device to a predetermined position from a predetermined angle range while rotating the gantry.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing a control structure. It is a figure showing the workflow which creates a treatment plan.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing spot management information.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating a state in which a particle beam is scanned while rotating a gantry. It is a flowchart which shows the whole of particle beam irradiation. It is a flowchart which shows irradiation start control.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating a communication method between a gantry and a main controller.
  • 14 is a flowchart illustrating irradiation stop control according to the fifth embodiment.
  • 9 is a flowchart illustrating another example of irradiation stop control.
  • a user interface screen for selecting one of a method of irradiating a beam while continuously rotating a gantry (ARC mode) and a method of irradiating a beam by repeating rotation and stop of a gantry (IMPT mode) FIG.
  • the particle beam therapy system performs scanning irradiation while continuously rotating the gantry.
  • This irradiation method can be referred to as continuous rotation irradiation.
  • the target spot to be irradiated with the beam is simply defined as a two-dimensional coordinate value, and there is no consideration on the incident angle of the beam and the allowable range of the incident angle. Therefore, when irradiating the beam from the irradiation device while continuously rotating the gantry, it is conceivable that the beam cannot be irradiated to a predetermined position.
  • the beam can be irradiated from the irradiation device while the gantry is continuously rotated, and an allowable angle range is set for each spot, and the angle of the gantry is set in the allowable angle range.
  • the beam is irradiated from the irradiation device. That is, in the present embodiment, instead of controlling the rotation of the gantry according to the position of the target spot, the beam is emitted at the moment when the gantry reaches a predetermined angle range for the target spot while continuously rotating the gantry. .
  • the spot management information T1 stores spot position and beam information (hereinafter, also referred to as position information and the like) and a predetermined angle range related to a beam irradiation angle in association with each spot.
  • ⁇ Spot position and beam information include, for example, coordinates (x, y) [mm], beam energy E [MeV / n] or range Range [mm], and irradiation amount Q [MU]).
  • the predetermined angle range includes, for example, an irradiation angle ⁇ and an allowable angle range d ⁇ .
  • the gantry rotates the irradiation device around the patient, and the angle of the gantry determines the angle of the irradiation device. Therefore, in the present embodiment, the angle of the irradiation device may be expressed as the angle of the gantry.
  • the control device of this embodiment acquires the angle of the gantry in real time, and controls the continuous rotation irradiation based on, for example, the information indicating the state of the accelerator, the information indicating the state of the treatment table, and the angle of the gantry.
  • the treatment time can be reduced as compared with the conventional “Step and Shot” method.
  • the treatment time of the particle beam therapy system according to the present embodiment can be shortened by (number of beam irradiation directions) ⁇ (time during which beam irradiation cannot be performed due to rotation). Since the particle beam therapy system according to the present embodiment is a control system that irradiates a beam in accordance with an angle condition for each spot, it is possible to increase the irradiation direction of the beam to several tens to several hundreds, Performance can be improved.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram showing an overall outline of the particle beam therapy system 1 according to the present embodiment.
  • the gantry 13 (see FIG. 2) is continuously moved along the movement path TR.
  • moving along a circular or substantially circular locus may be referred to as continuous rotation.
  • a treatment table 15 is supported by an articulated robot arm 152 (see FIG. 3).
  • the patient 4 is placed and fixed on the top board 151 (see FIG. 3) of the treatment table 15.
  • the position and orientation of the irradiation device 14 also change continuously with this rotation.
  • the angle of the gantry falls within a predetermined angle range, the particle beam is irradiated toward the affected part 41 of the patient 4.
  • the scanning irradiation of the beam is stopped.
  • the gantry 13 keeps rotating without stopping even during the irradiation of the beam and during the stop of the irradiation. Then, when the angle of the gantry falls within a predetermined angle range for the spot that is the next irradiation candidate, the irradiation device 14 emits a beam.
  • the irradiation device 14 emits a beam.
  • the beam is irradiated to the spot.
  • FIG. 1B is a functional configuration of a main controller 21 (see FIG. 2) that controls the entire particle beam therapy system 1. Details of the operation of the main controller 21 will be described later with reference to FIG.
  • the main controller 21 includes, for example, a treatment plan acquisition unit F11, a patient state acquisition unit F12, a spot information generation unit F13, an irradiation control unit F14, an accelerator state acquisition unit F15, a gantry angle acquisition unit F16, a treatment table state acquisition unit F17, and irradiation.
  • a state acquisition unit F18 is provided.
  • the treatment plan acquisition unit F11 has a function of acquiring a treatment plan created by a doctor.
  • the patient state acquisition unit F12 has a function of acquiring, for example, the state of the diseased part 41 measured by a CT (Computed Tomography) device or the like.
  • the spot information generation unit F13 has a function of setting at least one spot (normally, a plurality of spots) based on the treatment plan and the state of the affected part, and generating information of each spot.
  • the generated spot position information and the like and the predetermined angle range are stored in the spot management information T1 (see FIG. 7).
  • the irradiation control unit F14 has a function of controlling beam irradiation by the irradiation device 14.
  • the irradiation control unit F14 performs beam irradiation based on information obtained from the accelerator state obtaining unit F15, the gantry angle obtaining unit F16, and the treatment table state obtaining unit F17, respectively, and the irradiation result obtained by the irradiation state obtaining unit F18. And stop and control.
  • the accelerator state acquisition unit F15 is a function for acquiring information indicating whether a beam having a predetermined energy can be extracted from the accelerator 12.
  • the gantry angle acquisition unit F16 has a function of acquiring the angle of the gantry 13.
  • the angle of the gantry 13 can be detected by a rotation angle sensor (not shown). When the gantry 13 moves at a constant speed, the angle can be calculated based on the elapsed time.
  • the treatment table state acquisition unit F17 is a function for acquiring the state of the treatment table 15.
  • the state of the treatment table 15 is, for example, the position and posture of the treatment table 15.
  • the irradiation state acquisition unit F18 has a function of monitoring the dose irradiated to the affected part 41. When the planned dose to the affected part 41 is realized, the irradiation control unit F14 stops the beam irradiation.
  • FIG. 1C is a graph showing the relationship between the movement (continuous rotation) of the gantry 13 and the state of beam irradiation by the irradiation device.
  • the upper side of FIG. 1 (3) shows a change in the speed of the gantry 13.
  • the lower side of FIG. 1 (3) shows the on / off state of the beam irradiation.
  • the beam irradiation period ARC1 for the first spot is from time t1 to time t2. That is, from time t1 to time t2, the angle of the gantry is within the predetermined angle range of the first spot.
  • a plurality of beams are scanned and irradiated toward the affected part 41 from the irradiation device 14 whose angle changes every moment.
  • the beam irradiation is stopped because the angle of the gantry 13 is out of the predetermined angle range of the first spot.
  • the gantry 13 continues to rotate and enters a predetermined angle range for the second spot at time t3.
  • a period from time t3 to time t4 is a second beam irradiation period ARC2 in which the second spot is irradiated with a beam.
  • a plurality of beams are scanned and irradiated toward the affected part 41 from the irradiation device 14 whose angle changes every moment.
  • the beam can be scanned and irradiated from the irradiation device 14 toward the diseased part 41 while the gantry 13 is continuously rotated.
  • the irradiation device 14 irradiates a beam toward the spot within the predetermined angle range.
  • FIG. 2 shows the overall configuration of the particle beam therapy system 1.
  • the particle beam therapy system 1 includes, for example, an ion source / incident device 11, a particle beam accelerator 12, a rotatable gantry 13, an irradiation device 14, a treatment table 15, and a control system 20. .
  • FIG. 2 shows a system using a pre-stage accelerator and a synchrotron, a cyclotron or a synchrocyclotron may be used, or a particle accelerator using a superconducting electromagnet may be used.
  • the charged particle beam 3 accelerated in the accelerator 12 is transported to the treatment room through the gantry 13 and the beam transport system.
  • the charged particle beam 3 is irradiated from the irradiation device 14 supported on the gantry 13 toward the patient 4 on the treatment table 15.
  • a charged particle beam may be abbreviated as a particle beam or a beam. Further, since the number of appearances of the beam is large, the symbol “3” may be omitted.
  • the control system 20 includes, for example, a main controller 21, a treatment planning device 22, an auxiliary imaging device control device 23, and a storage device 24.
  • a main controller 21 controls the treatment planning device 22 and a treatment plan.
  • a treatment planning device 22 controls the treatment plan.
  • auxiliary imaging device control device 23 controls the auxiliary imaging device 22 and a storage device 24.
  • FIG. 3 shows the configuration of the irradiation device 14 and the state of beam irradiation.
  • the irradiation device 14 shown in FIG. 3 is used to irradiate the beam 3 to a certain spot 42 of the affected part 41.
  • the energy of the beam 3 is selected so as to reach the spot 42 (target) to be irradiated.
  • the beam energy may be adjusted according to the depth of the spot 42.
  • the beam loses a lot of energy in a small depth region, ie has a narrow Bragg peak. Broadening of the Bragg peak may be necessary to form a uniform dose distribution.
  • a ridge filter 145 is used.
  • the coordinates (x, y) of the spot 42 are defined on a plane perpendicular to the traveling direction of the beam.
  • a current corresponding to the two-dimensional coordinate value is supplied to the two scanning electromagnets 141 and 142, the beam is bent so as to reach the spot 42.
  • the irradiation amount and position of the beam are measured by the dose monitor 143 and the position monitor 144. After the beam of the predetermined dose determined in the treatment plan is irradiated to the correct position, the process shifts to irradiation of the next spot.
  • FIG. 4 shows a configuration example of the treatment planning device 22.
  • the treatment planning device 22 is configured as, for example, a computer system having a microprocessor (CPU: Central Processing Unit) 221, a memory 222, a storage device 223, a communication interface device 224, and a user interface device 225.
  • CPU Central Processing Unit
  • the storage device 223 includes, for example, a flash memory device and a hard disk drive, and stores computer programs such as an operating system 2231 and a treatment planning program 2232. In addition to the computer programs 2231 and 2332, software (not shown) such as driver software is also stored in the storage device 223.
  • the function as the treatment planning device 22 is realized by the microprocessor 221 reading out the treatment planning program 2232 stored in the storage device 223 into the memory 222 and executing it.
  • the communication interface device 224 is a device for communicating with the main controller 21.
  • the user interface device 225 is a device for exchanging information with a user (doctor) using the treatment planning device 22.
  • the user interface device 225 includes an information output device and an information input device. Examples of the information output device include a display, a printer, a voice synthesizer, and the like. Examples of the information input device include a keyboard, a pointing device, a touch panel voice recognition device, and the like. For example, the calculation result of the treatment plan and the operation to the program 2232 are displayed on a display.
  • the treatment plan program 2232 calculates the optimum spot management information T1 for the patient 4 and the affected part 41.
  • the treatment planning program 2232 operates on the operation system 2231 and can access the necessary memory 222 and the microprocessor 221.
  • the treatment plan program 2232 can also access the storage device 223 using the user interface device 225 to enter patient information and save calculation results.
  • the workflow for creating a treatment plan will be described later with reference to FIG.
  • the outline of the treatment planning software 2232 will be described first.
  • the doctor determines some angles of the beam to be irradiated on the affected part 41 by using the treatment planning software 2232.
  • the treatment plan program 2232 is created based on each irradiation angle determined by the doctor so as to optimize information on each spot to be irradiated with the beam.
  • FIG. 5 shows the overall configuration of the control system 20.
  • the main controller 21 plays a central role in irradiation control.
  • the main controller 21 is connected to, for example, a treatment planning device 22, an auxiliary imaging device control device 23, a storage device 24, an acceleration system control device 25, a gantry control device 26, an irradiation control device 27, and a treatment table control device 28.
  • the auxiliary imaging device control device 23 is, for example, a CT device or the like.
  • the auxiliary imaging device control device 23 may be configured as a device that tracks the moving affected part 41.
  • the auxiliary imaging device control device 23 can track the movement of the gold marker embedded near the diseased part 41 with an X-ray fluoroscope.
  • the storage device 24 is a device for storing history data (data indicating progress) of the particle beam therapy and the like.
  • the acceleration system control device 25 controls the accelerator 12 and the beam transport system.
  • the acceleration system controller 25 controls an accelerator controller 251 for controlling the accelerator 12 and a transport system controller 252 for controlling the beam transport system.
  • the gantry control device 26 controls the gantry 13.
  • the irradiation control device 27 controls the irradiation device 14.
  • the irradiation control device 27 controls the scanning magnet control device 271, the dose monitor control device 272, the position monitor control device 273, the ridge filter control device 274, and the range shifter control device 275, respectively.
  • the scanning magnet control device 271 controls the scanning electromagnets 141 and 142.
  • the dose monitor control device 272 controls the dose monitor 143.
  • the position monitor control device 273 controls the position monitor 144.
  • the ridge filter control device 274 controls the ridge filter 145.
  • Range shifter control device 275 controls range shifter 146.
  • the treatment table control device 28 controls the position and posture of the treatment table 15 and the like.
  • the main controller 21 of the control system 20 reads the treatment plan from the treatment planning device 22 and instructs the control devices 23, 25, 26, 27, and 28 of the respective subsystems based on the treatment plan. It controls the transport system, the gantry 13, the irradiation device 14, the treatment table 15, and the like.
  • the main controller 21 can save the progress of the beam irradiation on the affected part 41 in the storage device 24. When the treatment is resumed, the main controller 21 can read out the progress of the previous treatment from the storage device 24 and use it.
  • FIG. 6 is a flowchart of the treatment plan creation process.
  • the treatment planning device 22 reads a CT image of the patient 4 to be irradiated (S11), and receives an instruction (prescription) from a doctor via the user interface device 225 (S12).
  • the physician's prescription includes, for example, information on which part of the affected area should be irradiated with the beam, and which important organ should be protected from the beam.
  • the treatment planning device 22 sets each spot to be irradiated with the beam and the beam irradiation direction to each spot (S13).
  • the treatment planning device 22 optimizes the irradiation dose to each spot (S14). After the irradiation angle and the irradiation dose for each spot are determined, the treatment planning device 22 calculates the dose distribution in the patient (S15).
  • the treatment plan device 22 displays the treatment plan creation result through the user interface device 225 (S16), and stores the created treatment plan in the storage device 24 (S17). Further, the treatment planning device 22 transmits information required by the control devices 23, 25, 26, 27, and 28 of other subsystems.
  • FIG. 7 shows a configuration example of the spot management information T1.
  • the spot management information T1 is information generated by the treatment planning device 22 for each spot.
  • the spot management information T1 includes spot position and beam information (C11 to C13) and a predetermined angle range (C14, C15).
  • the coordinate information C11 specifies the spot position as two-dimensional coordinates (x, y) on the plane on which the beam enters.
  • the beam information C12 indicates a beam energy or a range corresponding to the position (depth) of the spot.
  • the dose / number of particles / beam current information C13 indicates a beam irradiation amount.
  • the irradiation angle information C14 indicates a reference value ( ⁇ ) of the angle of the beam irradiated on the spot.
  • the allowable angle range information C15 indicates the allowable range of the beam irradiation angle. The beam illuminates the spot at an angle within an acceptable range. When the value falls outside the allowable range, the beam irradiation is stopped.
  • the allowable angle can be set as a range from plus d ⁇ to minus d ⁇ with respect to the reference angle ( ⁇ ).
  • the value of the allowable angle can be changed between the front side and the rear side in the traveling direction of the irradiation device 14.
  • FIG. 8 shows a state of continuous rotation irradiation according to the present embodiment.
  • a control method of the particle beam therapy system 1 for realizing continuous rotation irradiation will be described later with reference to FIG.
  • the irradiation device 14 moves from the left side to the right side in FIG. In the treatment plan, a plurality of spots 42 are set on the affected part 41 such as a tumor.
  • the angle of the irradiation device 14 falls within the angle range ( ⁇ , d ⁇ ) of each spot 42, the beam is irradiated to the spot.
  • FIG. 9 is a flowchart showing the whole particle beam irradiation processing.
  • the main controller 21 reads a treatment plan from the treatment planning device 22 (S21).
  • the main controller 21 reads the previous progress status from the storage device 24 (S21).
  • the main controller 21 receives information indicating the angle of the gantry 13 (eg, ⁇ g1, ⁇ g2, ⁇ g3,...) From the gantry control device 26 (S22).
  • the gantry control device 26 transmits the angle of the gantry 13 to the main controller 21 as numerical information.
  • a method of transmitting the angle value as it is is referred to as "Data @ type" in this specification.
  • FIG. 12A shows an example of “Data @ type”.
  • the angle of the gantry 13 indicates the angle of the irradiation device 14.
  • the main controller 21 receives the angle (for example, ⁇ g1) and information from the other subsystems 25, 27, and 28 (S22), and determines whether the beam is being irradiated based on the received information (S22). S23).
  • the main controller 21 determines a spot candidate to be irradiated by referring to the treatment plan and the spot management information T1 (S24).
  • the main controller 21 prepares a beam corresponding to the determined depth of the spot candidate in the acceleration system controller 25 (S25).
  • the main controller 21 instructs, for example, the switching of the beam energy to the acceleration system controller 25.
  • the main controller 21 instructs the irradiation control device 27 to adjust the range shifter 146.
  • the main controller 21 may instruct both the acceleration system controller 25 and the irradiation controller 27.
  • the main controller 21 determines whether to start irradiation based on information from the control devices 25 to 28 of each subsystem (S26). Details of step S26 for determining the irradiation start will be described later with reference to FIG.
  • the main controller 21 determines to start beam irradiation (S26: YES)
  • the main controller 21 instructs the irradiation control device 27 to start irradiation (S27).
  • the irradiation control device 27 Upon receiving the irradiation start signal from the main controller 21, the irradiation control device 27 causes the irradiation device 14 to irradiate a beam toward the target spot. If the irradiation cannot be started (S26: NO), the main controller 21 returns to step S22.
  • the main controller 21 stores the history of the beam irradiation in the storage device 24 as the progress (S30).
  • step S23 determines whether the currently executing beam irradiation should be stopped based on the information of the control devices 25 to 28 (step S23). S28). The details of step S28 for determining the irradiation stop will be described later with reference to FIGS.
  • the main controller 21 determines that the beam irradiation should be stopped (S28: YES), it instructs the irradiation control device 27 to stop (S29).
  • the irradiation control device 27 causes the irradiation device 14 to stop beam irradiation. Then, the main controller 21 stores the history of the beam irradiation in the storage device 24 as the progress (S30).
  • the main controller 21 returns to Step S22.
  • FIG. 10 is a flowchart showing the irradiation start determination processing described in step S26 in FIG.
  • the target spot (Spot1) located at the coordinates (x1, y1) is irradiated with a beam having the energy E1 from a predetermined angle range ( ⁇ 1, d ⁇ 1).
  • the main controller 21 acquires information from each of the control devices 25 to 28 (S41), and determines an irradiation target spot candidate (hereinafter, also referred to as a target spot) based on the treatment plan and the spot management information T1. (S42). Then, the main controller 21 instructs the acceleration system controller 25 to prepare a beam having the energy (E1) set for the target spot (Spot1) (S43).
  • the gantry angle ⁇ g1 falls within a predetermined angle range ( ⁇ 1-d ⁇ 1, ⁇ 1 + d ⁇ 1) (S44: YES AND S45: YES), and the beam energy to be applied to the target spot (Spot1) can be accelerated to the energy E1. If there is (S46: YES), the irradiation condition is satisfied. Therefore, the main controller 21 determines that the beam may be irradiated to Spot1 (x1, y1, E1, Q1, ⁇ 1, d ⁇ 1), and instructs the irradiation control device 27 to start irradiation (S47).
  • the main controller 21 returns to step S41 and waits until the gantry angle reaches a predetermined angle range ( ⁇ 1 ⁇ d ⁇ 1 ⁇ ⁇ g1) (S44: NO). Then, when the gantry angle is out of the predetermined angle range ( ⁇ g1 ⁇ ⁇ 1 + d ⁇ 1), the main controller 21 stops the beam irradiation (S56).
  • the irradiation control device 27 Upon receiving the irradiation start signal from the main controller 21 (S48), the irradiation control device 27 supplies a current or a voltage corresponding to the two-dimensional coordinate value (x1, y1) of the target spot to the scanning electromagnets 141 and 142 to drive them. (S49). Further, the irradiation control device 27 instructs the acceleration system control device 25 to output a beam having the energy E1 (S50). The instruction may be directly given from the irradiation control device 27 to the acceleration system control device 25 via a communication line (not shown) or may be given via the main controller 21.
  • the irradiation control device 27 monitors the signals from the dose monitor 143 and the position monitor 144 (S51, S53), and when the stop condition is satisfied, instructs the acceleration system control device 25 to stop the beam output (S52, S54). ).
  • the accelerator 12 Is stopped (S52, S54).
  • the irradiation control device 27 reports to the main controller 21 that the beam irradiation on the target spot has been completed and the irradiated dose (S55).
  • the main controller 21 Upon receiving the report from the irradiation control device 27, the main controller 21 confirms the end of irradiation to the target spot (S56), and stores the progress in the storage device 24 (S57). Then, the main controller 21 determines whether or not there is a next irradiation target spot candidate (S58). If it determines that there is a next irradiation target spot candidate (S58: YES), the process returns to step S42. When there is no next irradiation target spot candidate (S58: NO), the main controller 21 stores the progress of the irradiation in the storage device 24 (S59).
  • FIG. 11 is a flowchart of a process for terminating or stopping beam irradiation.
  • the main controller 21 receives information from the control devices 25 to 28 of each subsystem, and monitors whether a predetermined stop condition is satisfied (S62, S64, S66).
  • the main controller 21 normally ends the beam irradiation (S63).
  • the main controller 21 stops the beam irradiation (S65).
  • the main controller 21 also stops beam irradiation when a beam having a predetermined energy cannot be extracted from the accelerator 12 (S66: YES) (S67).
  • the main controller 21 determines the end or stop of the beam irradiation, the main controller 21 transmits a stop signal to the irradiation control device 27 (S68). Then, the main controller 21 determines the next irradiation target spot candidate (S69), and stores the progress in the storage device 24 (S70).
  • the main controller 21 determines to stop beam irradiation. In any case, the main controller 21 immediately transmits a stop signal to the irradiation control device 27.
  • the main controller 21 requests the acceleration system control device 25 to execute the control for supplementing the charge.
  • the main controller 21 stores the progress of the irradiation in the storage device 24 and selects the next irradiation candidate spot candidate.
  • step S62 and step S64 are preferably executed before step S66.
  • the reason is to suppress excessive beam irradiation.
  • the accuracy of the control can be ensured by executing the determinations S62, S64, and S66 of the stop condition in order instead of in parallel.
  • the dose applied to each spot is recorded.
  • the progress may be stored in the concept of the irradiation direction of the beam and the concept of a layer (Layer, indicating a layer composed of spots irradiated by a beam of the same energy).
  • the storage format of the progress status does not matter.
  • irradiation of all spots is completed while the gantry 13 makes one rotation from 0 ° to 360 °.
  • the irradiation must be stopped before the administration of the prescribed prescription dose is completed (S62, S64, S66).
  • the main controller 21 can read the progress saved during the previous treatment from the storage device 24 and continue the treatment.
  • the gantry 13 When restarting the interrupted treatment, it is conceivable to rotate the gantry 13 in a direction opposite to the previous rotation direction. In this case, the gantry 13 is used to determine whether the angle of the gantry 13 is within a predetermined angle range. It is necessary to reverse the signs of the set values (( ⁇ d ⁇ ), ( ⁇ + d ⁇ +), etc.). However, this excludes the case where ( ⁇ d ⁇ ) and (+ d ⁇ ) have the same value. The rotation direction is also considered when selecting the next spot candidate.
  • the beam can be scanned and irradiated from the irradiation device 14 toward the diseased part 41 while the gantry 13 is continuously rotated.
  • the beam can be efficiently radiated to the diseased part 41, the treatment efficiency can be improved, and the quality of life of the patient can be improved.
  • Example 2 will be described with reference to FIG. Since each of the following embodiments including this embodiment corresponds to a modification of the first embodiment, the description will focus on differences from the first embodiment.
  • the gantry control device 26 of this embodiment sends an electrical signal to the main controller 21 by one pulse each time the gantry 13 reaches a certain angle, instead of transmitting the angle information of the gantry 13 to the main controller 21.
  • the gantry control device 26 of this embodiment reads in advance information ( ⁇ and d ⁇ ) of a predetermined angle range in each spot, and transmits a gate signal during a period in which the gantry 13 passes through an angle range that may be irradiated.
  • this gate signal rises when the gantry 13 reaches the angle ( ⁇ d ⁇ ) which is the start point of the predetermined angle range, and the gantry 13 reaches the angle ( ⁇ d ⁇ ) which is the end point of the predetermined angle range. ( ⁇ + d ⁇ ), it is formed as a long digital pulse that falls. This method is called “Gate @ type”.
  • a gate signal is sent from the gantry control device 26 to the acceleration system control device 25 and the irradiation control device 27 without passing through the main controller 21 to determine whether the gantry control device 26 can irradiate a beam. Can be sent.
  • Gate type can be realized by a logic circuit instead of a computer. For example, by using a gate signal as a beam emission signal for a cyclotron accelerator 12 that generates a continuous beam, it can be directly used for controlling an accelerator system.
  • the auxiliary imaging device controller 23 may output a gate signal as a signal of irradiation.
  • a gate signal of the auxiliary imaging device control device 23 and a gate signal of the gantry control device 26 are input to a logic circuit, and AND (coincidence) of both signals is taken, so that a signal for irradiating a beam (beam-on signal) is obtained. Can be generated.
  • the control speed can be improved by using the “Gate @ Type” signal and utilizing the logic circuit.
  • Example 4 will be described. As described in the third embodiment, it is not necessary that all controls pass through the main controller 21. Signals may be directly exchanged between the control devices 23 to 28 of the subsystem.
  • a clock signal or a gate signal of the gantry control device 26 is processed by a logic circuit to generate a beam extraction signal or a beam on / off signal, and the generated signal is supplied to the acceleration system control device 25 or the irradiation control device 27.
  • a logic circuit to generate a beam extraction signal or a beam on / off signal, and the generated signal is supplied to the acceleration system control device 25 or the irradiation control device 27.
  • a control system capable of direct communication between the irradiation control device 27 and the acceleration system control device 25 may be used in order to quickly perform on / off control of the beam.
  • the present embodiment thus configured also has the same operation and effect as the first embodiment. Further, in this embodiment, the irradiation control can be executed at high speed.
  • Embodiment 5 will be described with reference to FIGS.
  • the irradiation stop is determined in parallel for each stop condition. That is, in the present embodiment, the center determination process in FIG. 13 and the stop determination process in FIG.
  • FIG. 13 shows a process of stopping beam irradiation when the angle of the gantry 13 deviates from a predetermined angle range.
  • the main controller 21 acquires the gantry angle and the information of the accelerator 12 (S81), and determines whether the angle of the gantry 13 is out of the predetermined angle range of the target spot (S82). When determining that the angle of the gantry 13 is out of the predetermined angle range (S82: YES), the main controller 21 determines to stop the beam irradiation (S83), and stores the progress up to that time in the storage device 24. (S84). If NO is determined in the step S82, the process returns to the step S81.
  • FIG. 14 shows a process for stopping beam irradiation when a beam having a predetermined energy cannot be extracted from the accelerator 12.
  • the main controller 21 acquires the angle of the gantry 13 and the information of the accelerator 12 (S91), and determines whether beam emission is impossible (S92). If the beam cannot be extracted from the accelerator 12 (S92: YES), the main controller 21 determines that the beam irradiation is stopped (S93), and stores the progress up to that time in the storage device 24 (S94).
  • step S92 the main controller 21 can also instruct the acceleration control device 25 to generate a beam. If the determination in step S92 is NO, the process returns to step S91.
  • the present embodiment thus configured also has the same operation and effect as the first embodiment. Further, in this embodiment, the beam irradiation can be stopped earlier than in the first embodiment, so that excessive beam irradiation can be suppressed (in the case of FIG. 13).
  • the particle beam therapy system 1 of the present embodiment can execute not only the continuous rotation irradiation method characteristic of the present embodiment but also a conventional irradiation method (for example, Intensity Modulated Particle Particle Therapy).
  • a conventional irradiation method for example, Intensity Modulated Particle Particle Therapy.
  • the continuous irradiation method according to this embodiment is called an ARC mode
  • the conventional method is called an IMPT mode.
  • the particle beam therapy system 1 of the present embodiment provides a screen as shown in FIG. This screen is presented to the physician to select either the IMPT mode or the ARC mode.
  • the doctor specifies the section of the continuous rotation irradiation by the angle of the gantry 13.
  • the continuous rotation irradiation is performed in a plurality of discontinuous periods. In this case, a period in which the beam irradiation is not performed is provided between a period in which the continuous rotation irradiation is performed and a period in which the next continuous rotation irradiation is performed.
  • the present embodiment thus configured also has the same operation and effect as the first embodiment. Furthermore, according to the present embodiment, since the IMPT method and the ARC method can be combined, it is possible to perform appropriate beam irradiation according to the case of the patient. Furthermore, according to the present embodiment, a plurality of continuous rotation irradiation periods can be set while the gantry 13 makes one rotation, so that the possibility of irradiating an important organ other than the diseased part 41 with a beam is further reduced. And improve safety and usability.
  • Example 7 is described.
  • the beam is generated and prepared in the accelerator 12 during the period in which the beam irradiation is not performed.
  • the beam irradiation angle is not always continuously and uniformly distributed.
  • the density of other tissues located around the affected area 41, the position of important organs, and the like there may be a period during which irradiation is not performed or an angle range where the target spot is small.
  • a gap time occurs in which the gantry 13 does not arrive at the irradiation position on the next target spot.
  • the main controller 21 estimates the length of the gap time, and when the gap time is equal to or longer than a predetermined value, stores the accumulated charge in the particle beam accelerator 12 such as a synchrotron accelerator that emits a discontinuous beam. To refill. This instruction is issued from the main controller 21 through the acceleration control device 25.
  • the present embodiment thus configured also has the same operation and effect as the first embodiment. Furthermore, according to the present embodiment, since the electric charge can be accumulated in the accelerator 12 by utilizing the gap time during which the beam irradiation is not performed, the possibility of stopping the irradiation due to the inability to extract the beam can be reduced. , Treatment time can be shortened.
  • Example 8 will be described.
  • an angle range in which each spot can be irradiated with a beam is set in advance, and the beam irradiation is controlled according to the angle of the gantry 13.
  • time can be used instead of angle.
  • the angle of the gantry 13
  • t the rotation time
  • the angle (angular velocity) of rotation per unit time
  • the present embodiment thus configured also has the same operation and effect as the first embodiment. Further, in the present embodiment, if the timing of the rotation start and the angle (angular velocity) are known, the main controller 21 can calculate the gantry angle only by the internal clock without communication. Therefore, the operation of the control system 20 can be further speeded up.
  • 1 particle beam therapy system
  • 11 ion source and injection device
  • 12 accelerator
  • 13 gantry
  • 14 irradiation device
  • 15 treatment table
  • 20 control system
  • 21 main controller
  • 22 treatment planning device
  • 24 Storage device
  • 25 acceleration system controller
  • 26 gantry controller
  • 27 irradiation controller
  • 28 treatment table controller

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Abstract

効率よく適切に粒子ビームを照射できるようにした粒子線治療装置およびその制御方法を提供すること。 加速器からの粒子ビームを照射する粒子線治療装置1は、粒子ビームを所定位置へ照射する照射装置14と、照射装置を治療台の周囲で回転移動させるガントリと、照射装置およびガントリの動作を制御する制御装置21と、を備え、制御装置は、照射装置をガントリによって連続的に回転移動させながら、照射装置から所定位置に対して、あらかじめ設定された所定の角度範囲から粒子ビームを照射させる。

Description

粒子線治療装置およびその制御方法
 本発明は、粒子線治療装置およびその制御方法に関する。
 粒子線治療とは、粒子線加速器により加速された荷電粒子をがん患部に照射することにより、がん細胞を破壊するがん治療法である。粒子線は、飛程の終端付近で最も線量集中性が高い。このため、がん患部で多くのエネルギを放出させて、健康組織へのダメージを低減できる特徴がある。一方、限定された小さい領域で大きなエネルギを放出するため、高いビーム精度が求められる。
 粒子線治療を可能にする粒子線治療装置(粒子線治療システム)は、次のサブシステムによって構成される。サブシステムとは、例えばイオン源、入射装置、粒子線加速器、ビーム輸送系、照射装置、治療台、治療を補助するイメージング装置、治療計画ソフトウェアおよび各サブシステムを制御する制御装置である。
 加速器には、シンクロトロンまたはサイクロトロンが使用される、超電導磁石を使用することにより小型化された加速器もある。ビーム輸送系としては、固定ビームラインまたは、固定ビームラインと回転可能なガントリとを組み合わせた装置がある。ガントリは、所定の回転軸(例えば患者の体軸に平行する軸)の周りで回転する。ガントリによって照射装置を患者の周囲で回転させることにより、磁石によって曲げられた粒子ビームを回転軸まわりの任意角度から患部へ照射することができる。多方向から粒子ビームを照射することにより、粒子ビームががん患部に達するまで通過する健康組織へ与えうるダメージを分散させることができる。以下、粒子ビームをビームと略記する場合がある。
 スキャニング照射可能な照射装置が知られている。スキャニング照射可能な照射装置(以下、スキャニング照射装置とも呼ぶ)は、2つの走査電磁石を備えており、ビームの進行方向に垂直する面を塗りつぶすようにして、ビームを走査する。スキャニング照射装置は、異なる深度まで届くビームを用いてスキャニングすることにより、がん患部に集中した線量分布を形成する。このため、近年、回転可能なガントリとスキャニング照射装置とを有する粒子線治療装置が主流になりつつある。
 スキャニング照射の一例として、スポットスキャニング照射法が挙げられる。この照射法では、ガントリは治療計画で決定され角度まで回転して停止する。次に、その角度に対応するスポットへ向けて、計画された線量のビームが順次照射される。その後、ガントリは、次の角度まで回転して停止する。スポットスキャニング照射法は、治療計画で決定された全角度についての全スポットへの照射が終わるまで、「回転→停止→照射」を繰り返すため、”Step and Shoot”方式とも呼ばれる。
国際公開第2017/156419号 特許第4872540号公報 特許第5521225号公報
Seco et al., International Journal of Radiation Oncology Vol.87, "Proton Arc Reduces Range Uncertainty Effects in SBRT for NSCLC Lung Cancer" Ding et al., International Journal of Radiation Oncology Vol.96, "Scanning Proton Arc Therapy"
 360度回転可能なガントリを備えた粒子線治療装置であっても、実際の治療では2つまたは3つの角度しか使用されておらず、ガントリの機能が活かされていない。
 将来的には、患者の生活の質(Quality of Life)の向上を目指して、短期間で大線量のビームを照射するがん治療が普及すると考えられる。そのためには、より多くの方向から患部へビームを照射することができ、線量の集中性を高めることのできる粒子線治療装置が求められる。
 しかし、ガントリは重いため、ガントリが停止する際にガントリにマウントされた輸送系の機器および照射装置が揺れてしまい、それらの揺れが収まるまでの数秒間は静止せざるを得ない。したがって、現行の”Step and Shoot”方式を用い、多くの角度で停止させてビームを照射するのでは、治療時間が増大する。
 特許文献1には、「実質的な連続回転照射」についての簡単な記載はあるが、その実現方法は提案されていない。
 本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、その目的は、効率よく適切に粒子ビームを照射できるようにした粒子線治療装置およびその制御方法を提供することにある。
 上記課題を解決すべく、本発明に従う粒子線治療装置は、加速器からの粒子ビームを照射する粒子線治療装置であって、粒子ビームを所定位置へ照射する照射装置と、照射装置を治療台の周囲で回転移動させるガントリと、照射装置およびガントリの動作を制御する制御装置と、を備え、制御装置は、照射装置をガントリによって連続的に回転移動させながら、照射装置から所定位置に対して、あらかじめ設定された所定の角度範囲から粒子ビームを照射させる。
 本発明によれば、ガントリを回転移動させながら、照射装置から所定位置に対して、あらかじめ設定された所定の角度範囲から粒子ビームを照射させることができる。
粒子線治療装置の全体概要を示す説明図である。 粒子線治療装置の全体構成図である。 照射装置の構成図である。 治療計画装置のハードウェア構成図である。 制御構造を示す説明図である。 治療計画を作成するワークフローを示す図である。 スポット管理情報を示す説明図である。 ガントリを回転させながら粒子ビームをスキャニングする様子を示す説明図である。 粒子線照射の全体を示すフローチャートである。 照射開始制御を示すフローチャートである。 照射中止制御を示すフローチャートである。 ガントリとメインコントローラとの通信方式を示す説明図である。 実施例5に係り、照射中止制御を示すフローチャートである。 照射中止制御の他の例を示すフローチャートである。 実施例6に係り、ガントリを連続回転させながらビームを照射する方式(ARCモード)と、ガントリの回転と停止を繰り返してビームを照射する方式(IMPTモード)とのいずれかを選択するユーザインターフェース画面を示す説明図である。
 以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。本実施の形態に係る粒子線治療装置は、ガントリを連続回転させながらスキャニング照射する。この照射方法は、連続回転照射と呼ぶことができる。
 従来技術では、ビームを照射する対象スポットを二次元座標値として定義するだけであり、ビームの入射角度および入射角度の許容範囲についての考察は存在しない。したがって、ガントリを連続回転させながら照射装置からビームを照射させる場合、ビームを所定の位置へ照射できないことも考えられる。
 そこで、本実施形態では、ガントリを連続回転させながら照射装置からビームを照射できるようにすると共に、各スポットに対して許容される角度範囲を設定し、この許容される角度範囲にガントリの角度が入ったときに、照射装置からビームを照射させる。すなわち、本実施形態では、対象スポットの位置に応じてガントリの回転を制御するのではなく、ガントリを連続回転させながら、ガントリが対象スポットについての所定の角度範囲に達した瞬間にビームを照射する。
 本実施形態では、図7で後述するように、スポット管理情報T1により、各スポットへのビーム照射を管理する。スポット管理情報T1は、スポットの位置およびビームの情報(以下、位置情報等とも呼ぶ)と、ビームの照射角度に関する所定の角度範囲とをスポットごとに対応付けて記憶している。
 スポットの位置およびビームの情報は、例えば、座標(x, y)[mm]と、ビームエネルギE[MeV/n]または飛程Range[mm]と、照射量Q[MU])とを含む。所定の角度範囲は、例えば、照射角度θと、許容される角度範囲dθとを含む。
 ガントリは照射装置を患者の周囲で回転させるものであり、ガントリの角度により照射装置の角度も定まる。そこで、本実施形態では、照射装置の角度をガントリの角度として表現する場合がある。
 本実施形態の制御装置は、ガントリの角度をリアルタイムで取得し、例えば、加速器の状態を示す情報と治療台の状態を示す情報とガントリの角度とに基づいて、連続回転照射を制御する。
 本実施形態によれば、ガントリが連続回転しながら照射装置からビームが照射されるため、従来の”Step and Shoot”方式に比べて、治療時間を短縮することができる。本実施形態の粒子線治療装置の治療時間は、(ビームを照射する方向の数)×(回転中のためにビームを照射できない時間)の分だけ短くできる。本実施形態の粒子線治療装置は、1スポットごとの角度条件に対応してビームを照射する制御システムであるため、ビームの照射方向を数十個ないし数百個に増やすことができ、線量集中性を向上させることができる。
 図1は、本実施形態に係る粒子線治療装置1の全体概要を示す説明図である。図1(1)に示すように、本実施形態では、ガントリ13(図2参照)を移動経路TRに沿って連続的に移動させる。本実施形態では、円状または略円状の軌跡に沿って移動することを、連続回転と呼ぶことがある。
 ガントリ13の内部には、治療台15が多関節ロボットアーム152(いずれも図3参照)により支持されている。患者4は、治療台15の天板151(図3参照)に載せされて固定される。
 ガントリ13が軌跡TRに沿って連続回転すると、この回転に伴って照射装置14の位置および姿勢も連続的に変化する。ガントリの角度(照射装置の照射角度)が予め設定された所定の角度範囲に入ると、粒子ビームが患者4の患部41へ向けて照射される。
 照射角度(ガントリ角度)が所定の角度範囲から外れたり、所定のエネルギを持つビームを生産できなかったりすると、ビームのスキャニング照射は停止される。ビームの照射中および照射停止中も、ガントリ13は停止することなく回転し続けている。そして、ガントリの角度が、次の照射候補であるスポットについての所定の角度範囲に入ると、照射装置14からビームが照射される。このように、本実施形態では、ガントリ13を連続回転させながら、照射装置の角度が各スポットに設定された所定の角度範囲に入るたびに、そのスポットへ向けてビームを照射する。
 図1(2)は、粒子線治療装置1の全体制御を司るメインコントローラ21(図2参照)の機能構成である。メインコントローラ21の動作の詳細は、図6等で後述する。メインコントローラ21は、例えば、治療計画取得部F11、患者状態取得部F12、スポット情報生成部F13、照射制御部F14、加速器状態取得部F15、ガントリ角度取得部F16、治療台状態取得部F17、照射状態取得部F18を備える。
 治療計画取得部F11は、医師の作成した治療計画を取得する機能である。患者状態取得部F12は、例えば、CT(Computed Tomography)装置等により計測された患部41の状態等を取得する機能である。スポット情報生成部F13は、治療計画と患部の状態とに基づいて、少なくとも一つのスポット(通常は複数のスポット)を設定し、各スポットの情報を生成する機能である。生成されたスポットの位置情報等と所定の角度範囲とは、スポット管理情報T1(図7参照)に記憶される。
 照射制御部F14は、照射装置14によるビーム照射を制御する機能である。照射制御部F14は、加速器状態取得部F15とガントリ角度取得部F16と治療台状態取得部F17とからそれぞれ取得する情報と、照射状態取得部F18で取得した照射結果とに基づいて、ビームの照射および停止を制御する。
 加速器状態取得部F15は、加速器12から所定のエネルギを持つビームを取り出すことができるかを示す情報を取得する機能である。ガントリ角度取得部F16は、ガントリ13の角度を取得する機能である。ガントリ13の角度は、図示せぬ回転角センサにより検出できる。ガントリ13が一定速度で移動する場合、経過時間に基づいて角度を算出することもできる。
 治療台状態取得部F17は、治療台15の状態を取得する機能である。治療台15の状態とは、例えば、治療台15の位置および姿勢である。照射状態取得部F18は、患部41へ照射された線量を監視する機能である。患部41に対する予定の線量が実現されると、照射制御部F14は、ビーム照射を停止させる。
 図1(3)は、ガントリ13の移動(連続回転)と照射装置によるビーム照射の状態との関係を示すグラフである。図1(3)の上側は、ガントリ13の速度変化を示す。図1(3)の下側は、ビーム照射のオンオフ状態を示す。
 ガントリ13が初期位置(速度=0)から移動を開始し、時刻t1から時刻t4まで一定速度で連続回転するものとする。第1スポットに対するビーム照射期間ARC1は、時刻t1から時刻t2までである。すなわち、時刻t1から時刻t2までの間、ガントリの角度は、第1スポットの所定の角度範囲に入っている。第1ビーム照射期間ARC1では、時々刻々と角度の変わる照射装置14から複数のビームが患部41へ向けてスキャニング照射される。
 時刻t2を過ぎると、ガントリ13の角度は第1スポットの所定の角度範囲から外れるため、ビーム照射は停止される。ガントリ13はそのまま回転を続け、時刻t3で第2スポットについての所定の角度範囲に入る。時刻t3から時刻t4までは、第2スポットへビームを照射する第2ビーム照射期間ARC2である。第2ビーム照射期間ARC2においても、時々刻々と角度の変わる照射装置14から複数のビームが患部41へ向けてスキャニング照射される。
 このように構成される本実施形態によれば、ガントリ13を連続回転させながら、照射装置14から患部41へ向けてビームをスキャニング照射させることができる。本実施形態によれば、ガントリ13の角度がいずれかのスポットの所定の角度範囲に入る場合に、所定の角度範囲に入ったスポットに向けて照射装置14からビームを照射させる。これにより、本実施形態に係る粒子線治療装置1によれば、従来方式よりも多くビームを患部41へ照射することができ、治療の効率を高めることができ、患者の生活の質を向上させることができる。
 図2~図11を用いて第1実施例を説明する。図2は、粒子線治療装置1の全体構成を示す。粒子線治療装置1は、例えば、イオン源および入射装置11と、粒子線加速器12と、回転可能なガントリ13と、照射装置14と、治療台15と、制御システム20とを含んで構成される。
 イオン源で生成された荷電粒子は、入射装置により粒子線加速器12に導かれる。図2では、前段加速器とシンクロトロンとを用いたシステムを示しているが、サイクロトロンやシンクロサイクロトロンを用いてもよいし、または、超電導電磁石を使用する粒子線加速器であってもよい。
 加速器12内で加速された荷電粒子ビーム3は、ビーム輸送系とガントリ13とを解して、治療室へ輸送される。荷電粒子ビーム3は、ガントリ13に支持された照射装置14から、治療台15上の患者4へ向けて照射される。荷電粒子ビームを粒子ビームまたはビームと略記する場合がある。また、ビームの登場回数は多いため、符号「3」を省略する場合がある。
 粒子線治療装置1を制御する制御システム20の構成例を説明する。制御システム20は、例えば、メインコントローラ21と、治療計画装置22と、補助イメージング機器制御装置23と、記憶装置24とを含む。詳細な構成例については、図5で後述する。
 図3は、照射装置14の構成とビーム照射の様子とを示す。
 患部41の或るスポット42へビーム3を照射するために、図3に示す照射装置14が使用される。ビーム3のエネルギは、照射対象のスポット42(ターゲット)へ届くように選択される。レンジシフタ146を用いることにより、ビームエネルギをスポット42の深さに合わせて調節してもよい。
 ここで、ビームは、小さい深さ領域で多くのエネルギを失う、すなわち細いブラッグピークを有する。一様な線量分布を形成するように、ブラッグピークの拡大が必要な場合がある。そのために、リッジフィルタ145が使用される。
 ビームの進行方向に垂直する面に、スポット42の座標(x,y)が定義される。この二次元座標値に対応する電流が2つの走査電磁石141,142へ供給されることにより、ビームがスポット42へ届くように曲げられる。ビームの照射量と位置とは、線量モニタ143と位置モニタ144とにより測定される。治療計画で決定された所定線量のビームが正しい位置へ照射された後、次のスポットの照射へ移行する。
 図4は、治療計画装置22の構成例を示す。治療計画装置22は、例えば、マイクロプロセッサ(図中、CPU:Central Processing Unit)221、メモリ222、記憶装置223、通信インターフェース装置224、ユーザインターフェース装置225を有するコンピュータシステムとして構成される。
 記憶装置223は、例えば、フラッシュメモリデバイス、ハードディスクドライブなどから構成されており、オペレーティングシステム2231と治療計画プログラム2232といったコンピュータプログラムを記憶している。これらのコンピュータプログラム2231,2232以外に、ドライバソフトウェアなどのソフトウェア(不図示)も記憶装置223に格納されている。
 マイクロプロセッサ221が、記憶装置223に格納された治療計画プログラム2232をメモリ222に読み出して実行することにより、治療計画装置22としての機能が実現される。
 通信インターフェース装置224は、メインコントローラ21と通信するための装置である。ユーザインターフェース装置225は、治療計画装置22を使用するユーザ(医師)との間で情報を交換する装置である。ユーザインターフェース装置225は、情報出力装置と情報入力装置とを含む。情報出力装置としては、例えば、ディスプレイ、プリンタ、音声合成装置等がある。情報入力装置としては、例えば、キーボード、ポインティングデバイス、タッチパネル音声認識装置等がある。例えば、治療計画の計算結果と、プログラム2232への操作とはディスプレイに表示される。
 治療計画プログラム2232は、患者4と患部41とに対して、最適のスポット管理情報T1を計算する。治療計画プログラム2232は、オペレーションシステム2231上で動作し、必要なメモリ222とマイクロプロセッサ221とにアクセスできる。治療計画プログラム2232は、患者情報を入力したり計算結果を保存したりするために、ユーザインターフェース装置225を用いて記憶装置223にアクセスすることもできる。
 治療計画を作成するワークフローは、図6で後述する。ここで、治療計画ソフトウェア2232の概要を先に説明すると、医師は、治療計画ソフトウェア2232を用いることにより、患部41へ照射するビームの角度を幾つか決定する。治療計画プログラム2232は、医師により決定された各照射角度に基づいて、ビームを照射する各スポットの情報を最適化するように作成する。
 図5に、制御システム20の全体構成を示す。本実施例では、メインコントローラ21は、照射制御の中心的役割を担う。メインコントローラ21は、例えば、治療計画装置22、補助イメージング機器制御装置23、記憶装置24、加速系制御装置25、ガントリ制御装置26、照射制御装置27、治療台制御装置28と接続されている。
 補助イメージング機器制御装置23は、例えば、CT装置等である。補助イメージング機器制御装置23は、動く患部41を追跡する装置として構成されてもよい。例えば、補助イメージング機器制御装置23は、患部41の近傍に埋め込まれた金マーカの動きをX線透視装置で追跡することができる。
 記憶装置24は、粒子線治療の履歴データ(進捗状況を示すデータ)等を保存するための装置である。
 加速系制御装置25は、加速器12とビーム輸送系とを制御する。加速系制御装置25は、加速器12を制御する加速器制御装置251と、ビーム輸送系を制御する輸送系制御装置252とを、それぞれ制御する。
 ガントリ制御装置26は、ガントリ13を制御する。照射制御装置27は、照射装置14を制御する。照射制御装置27は、走査磁石制御装置271と、線量モニタ制御装置272と、位置モニタ制御装置273と、リッジフィルタ制御装置274と、レンジシフタ制御装置275とを、それぞれ制御する。走査磁石制御装置271は、走査電磁石141,142を制御する。線量モニタ制御装置272は、線量モニタ143を制御する。位置モニタ制御装置273は、位置モニタ144を制御する。リッジフィルタ制御装置274は、リッジフィルタ145を制御する。レンジシフタ制御装置275は、レンジシフタ146を制御する。
 治療台制御装置28は、治療台15の位置および姿勢等を制御する。
 制御システム20のメインコントローラ21は、治療計画装置22から治療計画を読み込み、その治療計画に基づいて各サブシステムの制御装置23,25,26,27,28へ指示することにより、加速器12、ビーム輸送系、ガントリ13、照射装置14、治療台15等を制御する。
 メインコントローラ21は、患部41へのビーム照射の進捗状況を記憶装置24に保存することができる。治療の再開時に、メインコントローラ21は、記憶装置24から前回の治療時の進捗状況を読み出して利用することができる。
 図6は、治療計画作成処理のフローチャートである。治療計画装置22は、照射対象の患者4のCT画像を読み込み(S11)、医師からの指示(処方)をユーザインターフェース装置225を介して受け取る(S12)。医師の処方には、例えば、どの患部にどれだけの線量のビームを照射するか、ビームから保護すべき重要臓器はどれかといった情報が含まれる。
 治療計画装置22は、ビームの照射対象である各スポットと、各スポットへのビーム照射方向を設定する(S13)。治療計画装置22は、各スポットへの照射線量を最適化する(S14)。治療計画装置22は、各スポットについての照射角度と照射線量とが決定された後、患者体内の線量分布を計算する(S15)。
 治療計画装置22は、治療計画の作成結果をユーザインターフェース装置225を通じて表示し(S16)、作成された治療計画を記憶装置24へ保存させる(S17)。さらに、治療計画装置22は、他のサブシステムの制御装置23,25,26,27,28に対して、それらが必要とする情報を送信する。
 図7は、スポット管理情報T1の構成例を示す。スポット管理情報T1は、治療計画装置22により、スポットごとに生成される情報である。スポット管理情報T1は、スポットの位置およびビームの情報(C11~C13)と、所定の角度範囲(C14,C15)とを含む。
 座標情報C11は、スポット位置をビームの入射する平面上の二次元座標(x,y)として特定する。ビーム情報C12は、スポットの位置(深度)に対応するビームエネルギまたは飛程を示す。線量/粒子数/ビーム電流情報C13は、ビームの照射量を示す。照射角度情報C14は、スポットへ照射されるビームの角度の基準値(θ)を示す。許容角度範囲情報C15は、ビームの照射角度の許容範囲を示す。ビームは、許容範囲内の角度でスポットへ照射される。許容範囲から外れるとビーム照射は停止される。
 許容角度は、基準角度(θ)に対してプラスdθからマイナスdθの範囲として設定することができる。照射装置14の進行方向前側と後側とで許容角度の値を変えることもできる。
 図8は、本実施例による連続回転照射の様子を示す。連続回転照射を実現する粒子線治療装置1の制御方法は、図9で後述する。
 照射装置14は、図8中の左側から右側に向けて移動するものとする。治療計画において腫瘍等の患部41には、複数のスポット42が設定されている。照射装置14の角度(ガントリ13の回転角度)が各スポット42の角度範囲(θ,dθ)に入ると、当該スポットへビームが照射される。
 図9は、粒子線照射処理の全体を示すフローチャートである。最初に、メインコントローラ21は、治療計画装置22から治療計画を読み込む(S21)。前回の治療の続きを再開する場合、メインコントローラ21は、記憶装置24から前回の進捗状況を読み出す(S21)。
 ガントリ13が安定に回転し始めると、メインコントローラ21は、ガントリ制御装置26からガントリ13の角度を示す情報(例えばθg1, θg2, θg3,・・・)を受信する(S22)。ここでは、ガントリ制御装置26は、ガントリ13の角度を数値情報としてメインコントローラ21へ送信する。角度の数値をそのまま送信する方式を、本明細書では”Data type”と呼ぶ。図12(1)に、”Data type”の例を示す。上述の通り、ガントリ13は照射装置14を支持して移動させるものであるため、ガントリ13の角度は照射装置14の角度を示すことになる。
 メインコントローラ21は、角度(例えばθg1)と他のサブシステムの25,27,28からの情報とを受信し(S22)、それら受信した情報に基づいて、ビームを照射中であるか判定する(S23)。
 メインコントローラ21は、ビーム照射中ではないと判定すると(S23:NO)、治療計画とスポット管理情報T1とを参照することにより、照射対象となるスポット候補を決定する(S24)。メインコントローラ21は、決定されたスポット候補の深さに対応するビームを加速系制御装置25に準備させる(S25)。メインコントローラ21は、例えば、加速系制御装置25に対してビームエネルギの切り替えを指示する。あるいは、メインコントローラ21は、照射制御装置27に対してレンジシフタ146の調整を指示する。メインコントローラ21は、加速系制御装置25および照射制御装置27の両方へ指示してもよい。
 メインコントローラ21は、各サブシステムの制御装置25~28からの情報に基づいて、照射を開始するか判断する(S26)。照射開始を判定するステップS26の詳細は、図10で後述する。
 メインコントローラ21は、ビーム照射の開始を決定すると(S26:YES)、照射制御装置27に対して照射開始を指示する(S27)。照射制御装置27は、メインコントローラ21から照射開始信号を受信すると、照射装置14から対象スポットに向けてビームを照射させる。メインコントローラ21は、照射を開始できない場合(S26:NO)、ステップS22へ戻る。
 メインコントローラ21は、ビーム照射の履歴を進捗状況として記憶装置24へ保存させる(S30)。
 一方、メインコントローラ21は、ステップS23において、ビーム照射中ではないと判定すると(S23:YES)、各制御装置25~28の情報に基づいて、現在実行中のビーム照射を中止すべきか判断する(S28)。照射中止を判断するステップS28の詳細は、図11~図13で後述する。
 メインコントローラ21は、ビーム照射を中止すべきと判定すると(S28:YES)、照射制御装置27に中止を指示する(S29)。照射制御装置27は、メインコントローラ21から中止信号を受信すると、照射装置14によるビーム照射を中止させる。そして、メインコントローラ21は、ビーム照射の履歴を進捗状況として記憶装置24へ保存させる(S30)。メインコントローラ21は、照射を中止しない場合(S28:NO)、ステップS22へ戻る。
 図10は、図9中のステップS26で述べた照射開始の判定処理を示すフローチャートである。以下、座標(x1,y1)に位置する対象スポット(Spot1)に対して、エネルギE1を持つビームを所定の角度範囲(θ1,dθ1)から照射させる場合を例に挙げて説明する。
 上述の通り、メインコントローラ21は、各制御装置25~28から情報を取得し(S41)、治療計画およびスポット管理情報T1に基づいて照射対象のスポット候補(以下、対象スポットとも呼ぶ)を決定する(S42)。そして、メインコントローラ21は、対象スポット(Spot1)に設定されたエネルギ(E1)を持つビームの準備を加速系制御装置25へ指示する(S43)。
 例えば、ガントリ角度θg1が所定の角度範囲(θ1-dθ1,θ1+dθ1)に入っており(S44:YES AND S45:YES)、かつ対象スポット(Spot1)へ照射すべきビームエネルギをエネルギE1まで加速できている場合(S46:YES)、照射条件が満たされる。そこで、メインコントローラ21は、Spot1(x1,y1,E1,Q1,θ1,dθ1)にビームを照射しても良いと判断し、照射開始を照射制御装置27に指示する(S47)。
 詳しくは、メインコントローラ21は、ガントリ角度が所定の角度範囲に到達するまで(θ1-dθ1≦θg1)、ステップS41へ戻って待機する(S44:NO)。そして、メインコントローラ21は、ガントリ角度が所定の角度範囲から外れると(θg1≦θ1+dθ1)、ビーム照射を停止させる(S56)。
 照射制御装置27は、メインコントローラ21から照射開始信号を受信すると(S48)、走査電磁石141,142へ対象スポットの二次元座標値(x1,y1)に対応する電流または電圧を供給して駆動する(S49)。さらに、照射制御装置27は、加速系制御装置25に対してエネルギE1を持つビームの出力を指示する(S50)。照射制御装置27から加速系制御装置25へ図示せぬ通信線を介して直接指示してもよいし、メインコントローラ21を介して指示してもよい。
 照射制御装置27は、線量モニタ143および位置モニタ144からの信号を監視し(S51,S53)、停止条件が成立すると、加速系制御装置25に対してビーム出力の停止を指示する(S52,S54)。
 すなわち、ビームの照射位置がずれた場合(S51:YES)、または、対象スポットへ照射された線量Q1が所定の線量Qtに達した場合(S53:YES)のいずれかの場合になると、加速器12からのビーム出力が停止される(S52,S54)。照射制御装置27は、対象スポットに対するビーム照射が終了した旨と照射された線量とをメインコントローラ21に報告する(S55)。
 メインコントローラ21は、照射制御装置27から報告を受けると、対象スポットへの照射終了を確認し(S56)、進捗状況を記憶装置24へ保存させる(S57)。そして、メインコントローラ21は、次の照射対象のスポット候補が存在するか判定し(S58)、次の照射対象のスポット候補が有ると判定すると(S58:YES)、ステップS42に戻る。次の照射対象のスポット候補が存在しない場合(S58:NO)、メインコントローラ21は、照射の進捗状況を記憶装置24へ保存させる(S59)。
 図11は、ビーム照射を終了または中止させる処理のフローチャートである。メインコントローラ21は、各サブシステムの制御装置25~28から情報を受信することにより、所定の中止条件が成立したか監視する(S62,S64,S66)。
 メインコントローラ21は、例えば、対象スポットへの照射量が達成された場合(S62:YES)、ビーム照射を正常終了させる(S63)。メインコントローラ21は、ガントリ角度が対象スポットの所定の角度範囲から外れた場合(S64:YES)、ビーム照射を中止させる(S65)。メインコントローラ21は、加速器12から所定のエネルギを持つビームを取り出すことができない場合も(S66:YES)、ビーム照射を中止させる(S67)。
 メインコントローラ21は、ビーム照射の終了または中止を決定すると、中止信号を照射制御装置27へ送信する(S68)。そして、メインコントローラ21は、次の照射対象のスポット候補を決定したり(S69)、進捗状況を記憶装置24へ保存させたりする(S70)。
 例えば、粒子線加速器12としてシンクロトロンを使用する場合、蓄積電荷が無くなったり、ガントリ角度が許容範囲を超過したりすると、メインコントローラ21は、ビーム照射の中止を決定する。いずれの場合も、メインコントローラ21は、直ちに照射制御装置27に対して中止信号を送信する。
 加速器12からビームを出射させることができないことにより照射を中止した場合、メインコントローラ21は、加速系制御装置25に対して、電荷を補充する制御の実行を要求する。ガントリ角度が所定の角度範囲を超過した場合および正常終了の場合、メインコントローラ21は、照射の進捗状況を記憶装置24へ保存させると共に、次の照射対象のスポット候補を選択する。
 ここで、ステップS62とステップS64とは、ステップS66の前に実行されるのが好ましい。その理由は、過剰なビーム照射を抑制するためである。中止条件の判断S62,S64,S66を並列に実行するのではなく、順番に沿って実行することにより、制御の正確性を担保することができる。
 照射の進捗状況を記憶装置24に保存させる場合は、各スポットへ照射した線量を記録する。スポットに代えて、例えば、ビームの照射方向、層(Layer,同じエネルギのビームが照射するスポットからなる層をさす)の概念で進捗状況を保存してもよい。進捗状況の保存形式は問わない。
 理想的には、ガントリ13が0度から360度まで一回転する間に、全スポットへの照射が終了する。しかし、図10で述べたように、所定の処方線量の投与が終了する前に、照射を中止せざるを得ない場合も考えられる(S62,S64,S66)。その場合、メインコントローラ21は、照射の再開が可能になると、前回の治療時に保存された進捗状況を記憶装置24から読み込み、治療を続行することができる。
 中断された治療を再開する場合、ガントリ13を前回の回転方向とは反対の方向へ回転させることが考えられる、この場合、ガントリ13の角度が所定の角度範囲に入ったかを判断するために使用する設定値((θ-dθ-),(θ+dθ+)など)の符号を逆にする必要がある。ただし、(-dθ-)と(+dθ)とが同値の場合を除く。次のスポット候補を選択するときも、回転方向を考慮する。
 このように構成される本実施例によれば、ガントリ13を連続回転させながら、照射装置14から患部41へ向けてビームをスキャニング照射させることができる。これにより、本実施例によれば、ビームを患部41へ効率的に照射することができ、治療の効率を高め、患者の生活の質を向上させることができる。
 図12を用いて実施例2を説明する。本実施例を含む以下の各実施例は、実施例1の変形例に該当するため、実施例1との相違を中心に述べる。
 本実施例のガントリ制御装置26は、ガントリ13の角度情報をメインコントローラ21へ送信する代わりに、ガントリ13が一定の角度に達するたびに電気的信号を1パルスだけメインコントローラ21へ送る。
 図12(2)に示すように、ガントリ13が一定速度で回転する場合、電気的パルスはクロック信号の様に送られるため、この方式を”Clock type”と呼ぶ。データを送信する角度間隔が小さい場合、実施例1で述べた図12(1)に示す”Data type”に比べて、送受信を高速に行うことができるというメリットがある。
 図12を用いて実施例3を説明する。本実施例のガントリ制御装置26は、各スポットにおける所定の角度範囲の情報(θとdθ)を予め読み込み、照射しても良い角度範囲をガントリ13が通過する期間中にゲート信号を発信する。
  図12(3)に示すように、このゲート信号は、ガントリ13が所定の角度範囲の始点である角度(θ-dθ)に到達すると立ち上がり、ガントリ13が所定の角度範囲の終点である角度(θ+dθ)に到達すると立ち下がる長いデジタルパルスとして形成される。この方式を”Gate type”と呼ぶ。
 “Gate type”では、ガントリ制御装置26がビームを照射可能かどうかを判断するため、メインコントローラ21を経由せずに、ガントリ制御装置26から加速系制御装置25および照射制御装置27へゲート信号を送信可能である。
 さらに、“Gate type”は、コンピュータに代えて、ロジック回路により実現することができる。例えば、連続ビームを生成するサイクロトロン型加速器12に対し、ゲート信号をビーム出射信号として用いることにより、加速器系の制御に直接使用することもできる。
 さらに、補助イメージング機器制御装置23も、照射の合図としてゲート信号を出力してもよい。この場合、補助イメージング機器制御装置23のゲート信号とガントリ制御装置26のゲート信号とをロジック回路へ入力し、両信号のAND(Coincidence)を取ることによって、ビームを照射させる信号(ビームオン信号)を生成することができる。このように、本実施例では、”Gate Type”信号を使用し、ロジック回路を活用することによって、制御の速度を向上することができる。
 なお、図12(1)に示す“Clock type”と図12(3)に示す”Gate type”制御との正確性を担保するために、制御速度を考慮した上で”Data type”と組み合わせることも考えられる。すなわち、ガントリ角度を数値情報として取得することと、ガントリ13が所定の角度範囲に入ったことを示すゲート信号とを併用することにより、照射制御の精度を高めることもできる。
 実施例4を説明する。実施例3で述べたように、すべての制御がメインコントローラ21を経由する必要はない。サブシステムの制御装置23~28間で信号を直接やり取りしてもよい。
 ガントリ13は、ビーム照射中も連続回転するため、制御システムの処理速度は速いほど望ましい。そのため、ガントリ制御装置26と照射制御装置27および加速系制御装置25との間の直接通信が可能な制御システムが考えられる。
 例えば、ガントリ制御装置26のクロック信号またはゲート信号を、ロジック回路で処理することにより、ビーム取り出し信号またはビームオンオフ信号を生成し、生成した信号を加速系制御装置25または照射制御装置27へ与えることが考えられる。
 さらに例えば、ビームのオンオフ制御を素早く行うために、照射制御装置27と加速系制御装置25との間の直接通信が可能な制御システムであってもよい。
 このように構成される本実施例も第1実施例と同様の作用効果を奏する。さらに、本実施例では、照射制御を高速に実行することができる。
 図13,図14を用いて実施例5を説明する。実施例5では、中止条件ごとに並列に照射中止を判断する。すなわち、本実施例では、図13の中心判断処理と図14の中止判断処理とをそれぞれ並列に実行し、いずれかの処理で中止が決定されると、ビーム照射を中止する。
 図13は、ガントリ13の角度が所定の角度範囲から逸脱した場合に、ビームを照射を中止させる処理を示す。
 メインコントローラ21は、ガントリ角度と加速器12の情報とを取得し(S81)、ガントリ13の角度が対象スポットの所定の角度範囲から外れているか判定する(S82)。メインコントローラ21は、ガントリ13の角度が所定の角度範囲から外れていると判定すると(S82:YES)、ビーム照射の中止を決定し(S83)、それまでの進捗状況を記憶装置24へ保存させる(S84)。ステップS82でNOと判定された場合、ステップS81へ戻る。
 図14は、加速器12から所定エネルギのビームを取り出すことができない場合に、ビーム照射を中止させる処理を示す。
 メインコントローラ21は、ガントリ13の角度と加速器12の情報とを取得し(S91)、ビーム出射が不可能であるか判断する(S92)。加速器12からビームを取り出せない場合(S92:YES)、メインコントローラ21は、ビーム照射の中止を判断し(S93)、それまでの進捗状況を記憶装置24へ保存させる(S94)。
 メインコントローラ21は、加速系制御装置25に対して、ビームを生成するように指示することもできる。なお、ステップS92でNOと判定された場合、ステップS91へ戻る。
 このように構成される本実施例も第1実施例と同様の作用効果を奏する。さらに、本実施例では、第1実施例に比べてより早くビーム照射を中止することができるため、過剰なビーム照射を抑制することができる(図13の場合)。
 実施例6を説明する。本実施例の粒子線治療装置1は、本実施例に特徴的な連続回転照射法だけでなく、従来の照射法(例えばIntensity Modulated Particle Therapy)も実行可能である。ここでは、本実施例による連続照射方式をARCモードと呼び、従来方式をIMPTモードと呼ぶ。
 患者のケースによって、ARCモードとIMPTモードとを切り替えることができれば、より適切な治療を行うことができる。本実施例の粒子線治療装置1は、図15(1)に示すような画面を医師に提供する。この画面は、IMPTモードとARCモードのいずれかを選択するよう医師に提示する。
 図15(2)に示すように、ARCモードが選択されると、医師は、連続回転照射の区間をガントリ13の角度で指定する。あるいは、図15(3)に示すように、連続しない複数の期間で連続回転照射を実施するように指定することもできる。この場合、連続回転照射を実施する期間と、次に連続回転照射を実施する期間との間に、ビーム照射を行わない期間が設けられる。
 このように構成される本実施例も第1実施例と同様の作用効果を奏する。さらに本実施例によれば、IMPT法とARC法とを組み合わせることができるため、患者のケースに応じて適切なビーム照射を行うことができる。さらに、本実施例によれば、ガントリ13が一回転する間に、連続回転照射期間を複数設定することができるため、患部41以外の重要な臓器にビームが照射される可能性をさらに低減することができ、安全性と使い勝手を向上させることができる。
 実施例7を説明する。本実施例では、ビーム照射が行われない期間中に、加速器12にビームを生成して準備させる。
 治療計画装置22により最適化される照射計画では、ビームの照射される角度は連続で一様に分布するとは限らない。患部41の形状やその周辺に位置する他の組織の密度および重要臓器の位置等により、照射しない期間または対象スポットの少ない角度範囲が存在しうる。
 その場合、或るスポットの照射が終了した後、次の対象スポットへの照射位置にガントリ13が到着しない隙間時間が生じる。メインコントローラ21は、隙間時間の長さを概算し、隙間時間が所定値以上の長さである場合に、シンクロトロン加速器のような不連続ビームを出射する粒子線加速器12に対して、蓄積電荷を補充するよう指示する。この指示は、メインコントローラ21から加速系制御装置25を通じて行われる。
 このように構成される本実施例も第1実施例と同様の作用効果を奏する。さらに、本実施例によれば、ビーム照射の行われない隙間時間を利用して加速器12に電荷を蓄積させることができるため、ビームが取り出せないことによる照射中止の可能性を低減することができ、治療時間を短縮することができる。
 実施例8を説明する。実施例1等では、各スポットにビームを照射可能な角度範囲をあらかじめ設定し、ガントリ13の角度に応じてビーム照射を制御する。ガントリ13が一定速度で回転する場合、角度に代えて時間を用いることができる。ここで、ガントリ13の角度をθ、回転時間をt、単位時間に回転する角度(角速度)をωとすると、θ=ω×tが成り立つ。この式から、角速度が定数である場合、tとθは同じ情報を持つことが分かる。
 このように構成される本実施例も第1実施例と同様の作用効果を奏する。さらに、本実施例では、回転開始のタイミングと角度(角速度)とがわかれば、メインコントローラ21は通信せずに、内部クロックだけでガントリ角度を計算することができる。このため、制御システム20の動作をさらに高速化することができる。
 なお、本発明は、上述した実施形態に限定されない。当業者であれば、本発明の範囲内で、種々の追加や変更等を行うことができる。上述の実施形態において、添付図面に図示した構成例に限定されない。本発明の目的を達成する範囲内で、実施形態の構成や処理方法は適宜変更することが可能である。
 また、本発明の各構成要素は、任意に取捨選択することができ、取捨選択した構成を具備する発明も本発明に含まれる。さらに特許請求の範囲に記載された構成は、特許請求の範囲で明示している組合せ以外にも組み合わせることができる。
 1:粒子線治療装置、11:イオン源および入射装置、12:加速器、13:ガントリ、14:照射装置、15:治療台、20:制御システム、21:メインコントローラ、22:治療計画装置、24:記憶装置、25:加速系制御装置、26:ガントリ制御装置、27:照射制御装置、28:治療台制御装置

Claims (13)

  1.  加速器からの粒子ビームを照射する粒子線治療装置であって、
     粒子ビームを所定位置へ照射する照射装置と、
     前記照射装置を治療台の周囲で回転移動させるガントリと、
     前記照射装置および前記ガントリの動作を制御する制御装置と、を備え、
     前記制御装置は、前記照射装置を前記ガントリによって連続的に回転移動させながら、前記照射装置から前記所定位置に対して、あらかじめ設定された所定の角度範囲から粒子ビームを照射させる、
    粒子線治療装置。
  2.  前記制御装置は、前記ガントリの回転中のガントリ角度情報を取得し、前記取得したガントリ角度情報に基づいて、前記照射装置による前記粒子ビームの照射を制御する、
    請求項1に記載の粒子線治療装置。
  3.  前記制御装置は、照射対象である各スポットを規定するスポット管理情報を保持しており、
     前記スポット管理情報は、スポットの位置情報と、前記スポットへ粒子ビームを照射可能な範囲である前記所定の角度範囲とを少なくとも含む、
    請求項2に記載の粒子線治療装置。
  4.  前記所定の角度範囲は、基準となる照射角度と許容される角度の範囲とを含む、
    請求項3に記載の粒子線治療装置。
  5.  前記制御装置は、前記ガントリ角度情報に示す値が前記所定の角度範囲に入る前に、所定のエネルギを持つ粒子ビームを前記加速器に生成させて待機する、
    請求項2に記載の粒子線治療装置。
  6.  前記制御装置は、前記照射装置からの粒子ビームが前記所定の角度範囲から外れた場合に、対象スポットへの粒子ビームの照射を停止させる、
    請求項3に記載の粒子線治療装置。
  7.  前記制御装置は、予め設定された所定の線量の照射が達成された場合に、対象スポットへの粒子ビームの照射を停止させる、
    請求項3に記載の粒子線治療装置。
  8.  前記制御装置は、前記加速器が所定のエネルギを持つ粒子ビームを生成させることができない場合に、対象スポットへの粒子ビームの照射を停止させる、
    請求項3に記載の粒子線治療装置。
  9.  前記制御装置は、前記対象スポットへの粒子ビームの照射を停止させる場合に、前記スポット管理情報に記憶された各スポットの中から次の対象スポットを選択する、
    請求項6~8のいずれか一項に記載の粒子線治療装置。
  10.  前記制御装置は、対象スポットへの粒子ビームの照射を停止させる場合に、照射の進捗状況を記憶装置へ保存させる、
    請求項9に記載の粒子線治療装置。
  11.  前記制御装置は、前記記憶装置に保存された前記進捗状況に基づいて、照射装置による粒子ビームの照射を再開する、
    請求項10に記載の粒子線治療装置。
  12.  前記制御装置は、前記照射装置をあらかじめ設定された角度で停止させた状態で、前記照射装置から粒子ビームを照射させることもできる、
    請求項1に記載の粒子線治療装置。
  13.  加速器から粒子ビームを照射する粒子線治療装置の制御方法であって、
     前記粒子線治療装置は、粒子ビームを所定位置へ照射する照射装置と、前記照射装置を治療台の周囲で回転移動させるガントリと、前記照射装置および前記ガントリの動作を制御する制御装置と、を備えており、
     前記制御装置は、前記照射装置を前記ガントリによって連続的に回転移動させながら、前記照射装置から前記所定位置に対して、あらかじめ設定された所定の角度範囲から粒子ビームを照射させる、
    粒子線治療装置の制御方法。
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