WO2020105320A1 - 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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WO2020105320A1
WO2020105320A1 PCT/JP2019/040569 JP2019040569W WO2020105320A1 WO 2020105320 A1 WO2020105320 A1 WO 2020105320A1 JP 2019040569 W JP2019040569 W JP 2019040569W WO 2020105320 A1 WO2020105320 A1 WO 2020105320A1
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movable body
orientation
particle beam
treatment
treatment table
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PCT/JP2019/040569
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弘樹 高橋
正憲 鈴木
卓人 八木橋
藤田　毅
功 古瀬
岡田　祐子
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株式会社日立製作所
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Definitions

  • the present invention relates to a particle beam therapy system and its control method, and more particularly to a technique for setting the position or posture of an irradiation nozzle or a treatment table.
  • FIG. 16 schematically shows a general particle beam therapy system 100.
  • a particle beam 108 based on particles accelerated to have a necessary energy by an accelerator is irradiated from an irradiation nozzle 104 to an affected part.
  • the particle beam therapy system 100 includes a mechanism for irradiating the affected area with the particle beam 108 from various directions. That is, the particle beam therapy system 100 includes an irradiation nozzle 104 that moves in an arc shape by a rotating gantry 106, and a treatment table 102 whose position and orientation can be adjusted. By the operation of the rotating gantry 106 and the operation of the treatment table 102 on which the patient is placed, the particle beam 108 is irradiated to the affected area from various directions.
  • Patent Document 1 describes a technique for determining irradiation conditions in radiotherapy as a technique related to the present invention.
  • Patent Document 1 describes, as irradiation conditions, conditions regarding a radiation beam that defines the irradiation intensity and the irradiation direction.
  • the treatment plan defines a plurality of prescribed conditions for the irradiation nozzle and the treatment table.
  • Each prescribed condition defines, for example, the position or posture of the irradiation nozzle and the treatment table.
  • a plurality of prescribed conditions are sequentially applied to the irradiation nozzle and the treatment table one by one.
  • the irradiation nozzle and the treatment table are sequentially set to the positions and postures determined by the prescribed conditions. Every time one prescribed condition is applied to the irradiation nozzle and the treatment table, a treatment such as particle beam irradiation is performed on the affected area.
  • the treatment plan does not specify the order in which multiple prescribed conditions are applied to the irradiation nozzle and treatment table. Therefore, the operator has empirically determined the application order of the plurality of prescribed conditions while referring to the treatment plan. In the technical field of particle beam therapy, it is desired to reduce such a burden on the operator.
  • the purpose of the present invention is to reduce the burden on the operator of the particle beam therapy system.
  • the present invention provides an irradiation nozzle that irradiates a particle beam, a treatment table on which a patient is placed, and a movable body that is at least one of the irradiation nozzle and the treatment table that is movable, and the irradiation nozzle and the treatment.
  • a controller for setting the relative position and orientation of the platform wherein the controller controls the movement of the movable body when adjusting the position and orientation of the movable body from one of a plurality of prescribed conditions to another condition. It is an evaluation value when the moving path of the body is obtained and the position and orientation of the movable body are adapted to each of the plurality of prescribed conditions, and the movable body is moved according to the moving path to perform one type of treatment.
  • an evaluation value that represents the motion state of the movable body when being given, determine the setting order to adapt the position and orientation of the movable body to each of the plurality of prescribed conditions, based on the evaluation value, according to the movement route It is characterized in that the movable body is moved so that the position and orientation of the movable body are adapted from one of the plurality of prescribed conditions to another condition. ..
  • the burden on the operator of the particle beam therapy system is reduced.
  • FIG. 1 schematically shows a particle beam therapy device 1 according to a first embodiment of the present invention.
  • the upward direction as viewed from the operator is defined as the z-axis positive direction.
  • the direction extending from the back side to the front side in the area surrounded by the rotating gantry 14 is defined as the y-axis positive direction.
  • the x axis is defined as a coordinate axis perpendicular to the z axis and the y axis.
  • the particle beam therapy apparatus 1 is an apparatus that irradiates a particle beam of heavy particles such as protons and carbon ions to the affected area.
  • the particle beam therapy system 1 includes an accelerator 10, a beam transport device 12, a rotating gantry 14, an irradiation nozzle 16, a treatment table 18, a control device 20, an operating device 22, and a display device 24.
  • the particle beam therapy system 1 produces a particle beam by means of an accelerator 10, a beam transport device 12 and an irradiation nozzle 16.
  • the accelerator 10 may be provided in a room different from the treatment room.
  • the accelerator 10 may be an accelerator such as a synchrotron type accelerator or a cyclotron type accelerator.
  • the accelerator 10 accelerates the particles until they have the required energy.
  • the beam transport device 12 guides the particle beam obtained by the accelerator 10 to the irradiation nozzle 16.
  • the irradiation nozzle 16 irradiates the particle beam guided by the beam transport device 12.
  • the rotating gantry 14 moves the irradiation nozzle 16 over an arcuate section extending from the lower side to the upper side. Thereby, the rotational angle position of the irradiation nozzle 16 can be adjusted.
  • the rotation angle position is defined as an angle indicating a direction viewed from a reference point located at a position surrounded by the rotating gantry 14.
  • the reference point include an isocenter and a rotation center of the rotating gantry. Further, ideally, the rotation center of the rotating gantry and the mechanical isocenter are substantially at the same position.
  • a patient is placed on the treatment table 18.
  • the position of the treatment table 18 represented by xyz coordinates is adjustable.
  • the treatment table 18 has an adjustable posture represented by a pitch angle, a roll angle, and a yaw angle.
  • the yaw angle is defined as the angle about the z-axis of the leading axis that indicates the direction in which the patient's head is oriented.
  • the pitch angle is defined as the elevation angle of the leading axis with respect to the xy plane.
  • the roll angle is defined as the rotation angle around the leading axis.
  • a robot arm type treatment table is described as an example in the drawing, an x-axis drive mechanism, a y-axis drive mechanism, and a z-axis mechanism that move the top plate of the treatment table in parallel with the x-axis, the y-axis, and the z-axis, respectively.
  • a treatment table including an axis drive mechanism and a rotation mechanism may be used.
  • the treatment table 18 moves to a position surrounded by an arcuate section in which the irradiation nozzle 16 moves.
  • the rotation angle position of the irradiation nozzle 16 and the position and orientation of the treatment table 18 are adjusted by the operations of the rotating gantry 14 and the treatment table 18. Thereby, the particle beam can be irradiated to the affected area from various directions.
  • the operation device 22 outputs operation information for controlling the particle beam therapy system 1 to the control device 20 according to the operation by the operator.
  • the control device 20 controls the operations of the accelerator 10, the beam transport device 12, the rotating gantry 14, and the treatment table 18.
  • the display device 24 displays an image according to the operation of the control device 20.
  • the operation device 22 may be configured by a keyboard, a mouse, a touch pad, buttons, a lever, or the like.
  • the display device 24 may be a display device.
  • the operation device 22 may be a touch panel incorporated in the display device 24.
  • FIG. 2 shows a specific configuration of the particle beam therapy system 1.
  • the accelerator 20, the beam transport device 12, the rotating gantry 14, the treatment table 18, the operating device 22 and the display device 24 shown in FIG. 1 are connected to the control device 20.
  • a treatment information management device 28 and a memory 30 are further connected to the control device 20.
  • the treatment information management device 28 is connected to the treatment planning device 26, which is an external device.
  • the control device 20 includes a position / orientation setting device 32, a treatment plan input / output device 42, a movement route determination device 44, an evaluation value determination device 46, an order determination device 48, and a display / operation processing device 52.
  • the position / orientation setting device 32 includes a treatment table driver 34 and a gantry driver 38.
  • the couch driver 34 includes a drive circuit 36 as an electric circuit for driving the actuator of the couch 18.
  • the gantry driver 38 includes a drive circuit 40 as an electric circuit for driving the actuator of the rotating gantry 14.
  • control device 20 position / posture setter 32, treatment plan input / output device 42, movement route determiner 44, evaluation value determiner 46, order determiner 48, and display / operation processor 52. The operation will be described later.
  • a part or all of the plurality of constituent elements included in the control device 20 may be configured by a processor except the drive circuits 36 and 40.
  • the processor realizes each component by executing the program.
  • This program may be stored in the memory 30 as a storage medium.
  • a storage device such as a hard disk, a USB memory, or an SD card is used.
  • the memory 30 may be a storage on a communication line such as the Internet.
  • One component included in the control device 20 may be configured by a plurality of processors that execute distributed processing.
  • control device 20 may be configured by an external computer except the drive circuits 36 and 40.
  • the external computer may be directly connected to the control device 20 or may be connected to a communication line such as the Internet.
  • One component included in the control device 20 may be configured by a plurality of external computers that execute distributed processing.
  • some or all of the plurality of constituent elements included in the control device 20 may be individually configured by an electronic circuit as hardware.
  • the treatment planning device 26 for example, an external computer connected to the treatment information management device 28 is used.
  • the treatment information management device 28 may be connected to the treatment planning device 26 via a communication line such as the Internet.
  • the treatment planning device 26 transmits the initial treatment plan TP0 to the treatment information management device 28 in advance.
  • the initial treatment plan TP0 is initial information for the particle beam therapy device 1 to perform a therapeutic operation.
  • the treatment information management device 28 stores the initial treatment plan TP0.
  • each prescribed condition in the present embodiment determines the rotation angle position of the irradiation nozzle 16 and the position and posture of the treatment table 18.
  • the rotation angle position of the irradiation nozzle 16 and the position and orientation of the treatment table 18 are referred to as “position and orientation of the irradiation nozzle 16 and treatment table 18.”
  • the specified conditions include specified conditions for setup and specified conditions for irradiation processing.
  • Setup is a process performed before irradiation with particle beams.
  • the setup for example, an X-ray image or a CT image around the affected area is taken. Then, the position of the patient is adjusted so that the position of the affected part at the time of treatment coincides with the isocenter based on the image obtained by photographing.
  • the prescribed condition for setup determines the rotation angle position of the irradiation nozzle 16 and the position and posture of the treatment table 18 when aligning the affected part.
  • the irradiation process is a process of irradiating the affected area with a particle beam.
  • the affected area is irradiated with a particle beam from a plurality of different directions, and a plurality of irradiations are performed from one direction. Therefore, in the initial treatment plan TP0, the prescribed condition is set for each of a plurality of irradiations.
  • the rotation angle position of the irradiation nozzle 16 and the position and orientation of the treatment table 18 during the irradiation process are determined by the prescribed conditions for the irradiation process.
  • FIG. 3 shows an example of prescribed conditions defined by the initial treatment plan TP0.
  • the symbols “Stp1” to “Stp4" shown in the column of “specified condition” are codes for distinguishing the four specified conditions for setup.
  • Codes “Tx1” to “Tx4" shown in the column of “specified condition” are codes for distinguishing four specified conditions for irradiation processing.
  • the numbers “1” to “4” in the column in which the code “#” is described indicate the order in which the position and orientation of the irradiation nozzle 16 and the treatment table 18 are adapted to each prescribed condition.
  • FIG. 3 shows an example in which the rotation angle position of the irradiation nozzle 16 is the same and the treatment table 18 is also the same position and posture for the prescribed conditions Stpi and Txi (i is an integer of 1 to 4). There is. Items corresponding to the prescribed conditions Stpi and Txi are shown in a common column arranged in the horizontal direction.
  • the rotation angle position of the rotating gantry 14 is determined by each prescribed condition.
  • the rotation angle position of the rotating gantry 14 represents the rotation angle position of the irradiation nozzle 16.
  • the rotation angle position of the rotating gantry 14 is set to 30 ° by the prescribed conditions Stp1 and Tx1.
  • the rotation angle position of the rotating gantry 14 is set to 90 ° by the prescribed conditions Stp2 and Tx2.
  • the rotation angle position of the rotating gantry 14 is determined to be 155 ° by the prescribed conditions Stp3 and Tx3.
  • the rotation angle position of the rotating gantry 14 is set to 40 ° by the prescribed conditions Stp4 and Tx4.
  • the posture of the treatment table 18 is determined by each prescribed condition.
  • Each prescribed condition actually determines the position and posture of the treatment table 18.
  • FIG. 3 for the sake of simplicity, only the yaw angle is shown as one geometric quantity representing the posture.
  • the yaw angle of the treatment table 18 is defined with the position of the affected part as the origin, the arrival angle of the particle beam seen from the affected part is represented by the rotation angle position of the irradiation nozzle 16 and the yaw angle of the treatment table 18.
  • the respective prescribed conditions shown in FIG. 3 can determine the irradiation direction of the particle beam to the affected area.
  • the yaw angle of the treatment table 18 is set to 270 ° by the prescribed conditions Stp1 and Tx1.
  • the yaw angle of the treatment table 18 is determined to be 250 ° by the prescribed conditions Stp2 and Tx2.
  • the yaw angle of the treatment table 18 is set to 0 ° by the prescribed conditions Stp3 and Tx3.
  • the yaw angle of the treatment table 18 is set to 180 ° by the prescribed conditions Stp4 and Tx4. ..
  • FIG. 4 conceptually shows five prescribed conditions obtained by adding a start condition Start to the four prescribed conditions illustrated in FIG.
  • start condition Start the rotation angle position of the irradiation nozzle 16 when the patient gets on and off the treatment table 18, and the position and posture of the treatment table 18 are determined.
  • a straight line with a double-headed arrow connecting between the prescribed conditions indicates that the positions and orientations of the irradiation nozzle 16 and the treatment table 18 can transit between the prescribed conditions shown on both sides of the straight line with a double-headed arrow.
  • FIG. 4 it is assumed that the patient gets on and off under the same conditions.
  • the condition when the patient gets on the treatment table 18 and the condition when the patient gets off the treatment table 18 may be different.
  • the treatment plan input / output device 42 reads the initial treatment plan TP0 from the treatment information management device 28.
  • the treatment plan input / output device 42 extracts information representing a plurality of prescribed conditions necessary for treatment from the initial treatment plan TP0.
  • the movement path determiner 44 detects the treatment table 18 when adapting the position and the posture of the treatment table 18 from one prescribed condition to another prescribed condition for every combination of selecting two from a plurality of prescribed conditions. Find a travel route. That is, the movement route determiner 44 obtains the movement route of the treatment table 18 between the plurality of prescribed conditions. Similarly, the movement path determiner 44 obtains the movement path of the irradiation nozzle 16 between the plurality of prescribed conditions. In the example shown in FIGS. 3 and 4, the movement path determiner 44 obtains the movement paths of the treatment table 18 and the irradiation nozzle 16 between the five prescribed conditions.
  • the movement route determiner 44 reads information regarding the three-dimensional shape of the particle beam therapy system 1 and information regarding the size of the patient from the memory 30.
  • the movement path determiner 44 obtains the movement paths of the irradiation nozzle 16 and the treatment table 18 so that the irradiation nozzle 16 and the patient do not come into contact with each other, for example.
  • the movement path determiner 44 may determine the movement paths of the irradiation nozzle 16 and the treatment table 18 so that the irradiation nozzle 16 and the treatment table 18 do not come into contact with each other. Further, the movement path determiner 44 may obtain a movement path such that a portion of the particle beam therapy system 1 other than the treatment table 18 does not collide with a patient or each part of the particle beam therapy apparatus 1.
  • the movement path determiner 44 moves the irradiation nozzle 16 and the treatment table 18 so that the irradiation nozzle 16 and the patient do not come into contact with each other and the irradiation nozzle 16 and the treatment table 18 do not come into contact with each other. Ask for.
  • the movement of the treatment table 18 according to the movement route may be accompanied by a movement in which the position of the treatment table 18 is constant and only the posture changes.
  • the information indicating the movement path also includes the geometric amount (the posture before the change and the posture after the change) indicating the change in the posture of the treatment table 18 when the position of the treatment table 18 is constant.
  • (3-2) Evaluation Value In one type of treatment, the position and orientation of the irradiation nozzle 16 and the treatment table 18 are sequentially changed according to each of a plurality of prescribed conditions. In the transition of the position and orientation of the irradiation nozzle 16 and the treatment table 18, the irradiation nozzle 16 and the treatment table 18 move according to the movement path obtained by the movement path determiner 44.
  • the evaluation value determiner 46 obtains an evaluation value when one type of treatment is performed.
  • the evaluation value is a value indicating the motion status of at least one of the irradiation nozzle 16 and the treatment table 18 when one type of treatment is performed.
  • the evaluation value includes, for example, the moving time of the irradiation nozzle 16 and the treatment table 18 when one type of treatment is performed.
  • the longer one of the movement times of the irradiation nozzle 16 and the treatment table 18 may be defined as the movement time of both the irradiation nozzle 16 and the treatment table 18. ..
  • the transfer time may include the time required for setup and irradiation processing.
  • the evaluation value may be the work [J] given to the irradiation nozzle 16 and the treatment table 18 when one type of treatment is performed.
  • the evaluation value may also be a value indicating the exercise load applied to the treatment table 18 when one type of treatment is performed.
  • the exercise load applied to the treatment table 18 includes, for example, the movement distance and the movement time of the treatment table 18 when one type of treatment is performed. Further, the exercise load applied to the treatment table 18 is the kinetic energy [J] given to the treatment table 18 when one type of treatment is performed, or the time integrated value (exercise amount) [kg] of the force given to the treatment table 18. -M / s] may be sufficient.
  • (3-3) Setting Order For one treatment there are a plurality of candidates for the order in which a plurality of prescribed conditions are applied to the position and orientation of the irradiation nozzle 16 and the treatment table 18. That is, for one type of treatment, there are a plurality of candidate orders that are candidates for the order in which the position and orientation of the irradiation nozzle 16 and the treatment table 18 are sequentially adapted to a plurality of prescribed conditions.
  • the evaluation value determiner 46 obtains an evaluation value for each of a plurality of candidate orders.
  • the order determiner 48 selects one of the plurality of candidate orders based on the evaluation value obtained for each of the plurality of candidate orders.
  • the order determiner 48 determines one candidate order selected from a plurality of candidate orders as a setting order when actually performing one type of treatment.
  • the order determiner 48 determines whether the plurality of candidate orders are selected.
  • the smallest evaluation value may be selected as the setting order.
  • the order determiner 48 may randomly select one of a plurality of candidate orders whose evaluation value is less than a predetermined threshold value as a setting order.
  • the order determiner 48 may select the candidate having the smallest evaluation value among the plurality of candidate orders as the setting order. In this case as well, the order determiner 48 may randomly select one of the plurality of candidate orders whose evaluation value is less than the predetermined threshold value as the setting order.
  • FIG. 5 conceptually shows a setting order that minimizes the movement time as an evaluation value.
  • the order in which the position and orientation of the irradiation nozzle 16 and the treatment table 18 (the position and orientation of the controlled object) transit is indicated by a solid arrow as a setting order.
  • this setting order first, the position / orientation of the control target transits from the position / orientation that meets the start condition Start to the position and orientation that meets the prescribed conditions Stp1 and Tx1. Second, the position / orientation of the control target transits from the position / orientation that meets the specified conditions Stp1 and Tx1 to the position and attitude that meets the specified conditions Stp2 and Tx2.
  • the position / orientation of the control target transits from the position / orientation that meets the specified conditions Stp2 and Tx2 to the position / orientation that meets the specified conditions Stp4 and Tx4.
  • the position / orientation of the control target transits from the position / orientation that meets the specified conditions Stp4 and Tx4 to the position and orientation that meets the specified conditions Stp3 and Tx3.
  • the position / orientation of the control target transits from the position / orientation compatible with the prescribed conditions Stp3 and Tx3 to the position / orientation compatible with the start condition Start.
  • the display / operation processor 52 displays each prescribed condition on the display device 24 in the setting order determined by the order determining unit 48.
  • FIG. 6 shows an example of an image displayed on the display device 24.
  • a setting order display section 56 and an evaluation value display section 60 are shown.
  • the setting order display portion 56 shows the contents of each prescribed condition in accordance with the setting order shown in FIG.
  • Numerals “1” to “4” in the column in which the code “#” is written indicate the order of the prescribed conditions shown on the right side of it.
  • the prescribed conditions Stp1 and Tx1 are ranked first, and the prescribed conditions Stp2 and Tx2 are ranked second.
  • the prescribed conditions Stp4 and Tx4 are ranked third, and the prescribed conditions Stp3 and Tx3 are ranked fourth.
  • the yaw angle is shown as a representative value as one geometric quantity representing the posture.
  • an angle representing another posture may be shown, or a position may be shown.
  • the specific numerical values of the rotation angle position of the rotating gantry 14 associated with the respective prescribed conditions Stpi and Txi are the same as those in FIG.
  • the specific numerical value of the yaw angle of the treatment table 18 associated with each of the prescribed conditions Stpi and Txi is also the same as in FIG.
  • the evaluation value display section 60 the moving time obtained for the setting sequence being displayed is shown as an evaluation value.
  • each prescribed condition is shown in an array according to the setting order. Further, on the display screen 54, the setting order of each prescribed condition is shown by numerical values. That is, the display screen 54 shows information indicating the setting order of each prescribed condition.
  • FIG. 7 shows an operation for changing the setting order displayed on the setting order display unit 56.
  • the region in which the sign of the prescribed condition, the rotation angle position of the rotating gantry 14, and the yaw angle of the treatment table 18 are displayed is moved by dragging and dropping with a cursor.
  • the edit button 58 is pressed by the cursor.
  • the edit button 58 is released from the cursor.
  • FIG. 7 On the upper side of FIG. 7, there is shown a moving display screen 54 in a region where the sign of the prescribed condition, the rotation angle position of the rotating gantry 14 and the yaw angle of the treatment table 18 are displayed. A display screen 54 after the movement of this area is shown on the lower side of FIG. 7. By this display operation, the order in which the prescribed conditions are displayed is rearranged.
  • the evaluation time display area 60 on the upper side of FIG. 7 shows the moving time before the rearrangement of the setting order.
  • the evaluation time display section 60 on the lower side of FIG. 7 shows the moving time after rearrangement.
  • the rearrangement of the display order is performed by the operation device 22, the evaluation value determiner 46, the setting order changer 50, the display / operation processor 52, and the treatment plan input / output device 42.
  • the setting order changer 50 recognizes the operation performed by the operation device 22 based on the operation information read from the operation device 22.
  • the setting order changer 50 determines a new setting order according to the rearrangement of the display order of each prescribed condition.
  • the evaluation value determiner 46 obtains an evaluation value for a new setting order.
  • the display / operation processor 52 displays the evaluation value obtained for the new setting order on the display device 24.
  • the treatment plan input / output device 42 generates a treatment plan TP indicating the finally determined setting order, and transmits the treatment plan TP to the treatment information management device 28.
  • the treatment information management device 28 stores the treatment plan TP.
  • the setting order is displayed on the display screen 54, and the setting order changer 50 changes the setting order according to the operation information read from the operation device 22, and newly sets the setting order. Determine the setting order.
  • FIG. 8 shows a flowchart showing the flow of preparation for treatment.
  • the control device 20 executes the processing shown in this flowchart.
  • each component configured inside the control device 20 executes the process shown by the flowchart of FIG. 8 by executing the program.
  • the treatment plan input / output device 42 reads the initial treatment plan TP0 from the treatment information management device 28 (S101).
  • the treatment plan input / output device 42 extracts information indicating a plurality of prescribed conditions applied to one treatment from the initial treatment plan TP0.
  • the movement path determiner 44 obtains movement paths of the irradiation nozzle 16 and the treatment table 18 when the positions and orientations of the irradiation nozzle 16 and the treatment table 18 are adapted from one prescribed condition to another prescribed condition (S102). ).
  • the movement route determiner 44 obtains a movement route for a plurality of prescribed conditions.
  • the evaluation value determiner 46 obtains an evaluation value for each of a plurality of candidate orders (S103).
  • the candidate order is a candidate for an order in which the position and orientation of the irradiation nozzle 16 and the treatment table 18 are sequentially adapted to a plurality of prescribed conditions.
  • the order determiner 48 selects one of the plurality of candidate orders based on the evaluation value obtained for each of the plurality of candidate orders.
  • the order determiner 48 determines the selected one candidate order as the setting order (S104).
  • the setting order is an order in which the position and orientation of the irradiation nozzle 16 and the treatment table 18 are adapted to each of the plurality of prescribed conditions in the actual treatment.
  • the display / operation processor 52 displays each prescribed condition on the display device 24 in the setting order determined by the order determiner 48 (S105). While each prescribed condition is being displayed, the display / operation processor 52 determines whether or not a display end operation for ending the display of each prescribed condition has been performed on the operation device 22 (S106).
  • the display / operation processor 52 causes the treatment plan input / output device 42 to execute the process of step S110.
  • the treatment plan input / output device 42 generates a treatment plan TP indicating the finally determined setting order (S110), and transmits the treatment plan TP to the treatment information management device 28.
  • the treatment information management device 28 stores the treatment plan TP.
  • the treatment information management device 28 stores the treatment plan TP to store the finally determined setting order.
  • the display / operation processor 52 determines whether or not the operation device 22 has performed an operation of rearranging the display order of the prescribed conditions (S107).
  • the display / operation processor 52 returns to step S105 when the operation of rearranging the display order of each prescribed condition is not performed, and continues to display each prescribed condition on the display device 24 (S105).
  • the display / operation processor 52 changes the display order and displays each prescribed condition on the display device 24 (S108).
  • the setting order changer 50 determines a new setting order according to the rearrangement of the display order of each prescribed condition (S109).
  • the treatment plan input / output device 42 generates a treatment plan TP indicating the finally determined setting order (S110), and transmits the treatment plan TP to the treatment information management device 28.
  • the treatment information management device 28 stores the treatment plan TP.
  • treatment with particle beams is carried out on multiple days.
  • the treatment plan TP is read from the treatment information management device 28 to the control device 20.
  • the setting order is determined by the treatment plan TP, so the setting order does not necessarily have to be changed.
  • the control device 20 may execute the same processing as the processing for the initial treatment plan TP0.
  • the display / operation processor 52 displays the setting order of a plurality of prescribed conditions applied to one type of treatment on the display device 24 in response to an operation on the operation device 22.
  • the operator refers to the display device 24, and inputs the condition designation information for designating the prescribed condition to the operation device 22 for each setup or one irradiation process according to the setting order displayed on the display device 24. ..
  • the operation device 22 reads the condition specification information.
  • the position / orientation setting unit 32 adapts the position / orientation of the irradiation nozzle 16 and the treatment table 18 to the specified condition specified by the condition specifying information each time the condition specifying information specifying one specifying condition is read.
  • the gantry driver 38 When adapting the rotational angle position of the irradiation nozzle 16 to each specified condition, the gantry driver 38 changes the specified specified condition from the specified condition to the next specified condition according to the movement path determined by the movement path determiner 44. Change the rotation angle position of. Further, when adapting the position and posture of the treatment table 18 to each prescribed condition, the treatment table driver 34 treats from the prescribed condition to the next prescribed condition according to the movement route obtained by the movement route determination device 44. The position and posture of the table 18 are changed.
  • Setup is performed when the position and orientation of the irradiation nozzle 16 and the treatment table 18 meet the specified conditions for setup.
  • the irradiation process is performed when the position and orientation of the irradiation nozzle 16 and the treatment table 18 meet the specified conditions for the irradiation process.
  • the operator sequentially inputs the condition designation information into the operating device 22 in the setting order from the first specified condition to the last specified condition.
  • the position / orientation setting unit 32 adapts the position / orientation of the irradiation nozzle 16 and the treatment table 18 to each prescribed condition according to the condition designation information sequentially read by the operation device 22.
  • (4-2) Semi-automatic operation according to the setting order In this way, the operator confirms the setting order according to the display of the display device 24, and the operator does not input the condition designation information in order according to the setting order, but the control is performed.
  • the device 20 may recognize the setting order by itself and execute the process according to the recognition.
  • the position / orientation setting unit 32 adjusts the position / orientation of the irradiation nozzle 16 and the treatment table 18 to the specified condition in accordance with the setting order each time the trigger operation is performed by the operation device 22.
  • the trigger operation is an operation for changing the position and orientation of the irradiation nozzle 16 and the treatment table 18.
  • FIG. 9 shows a flowchart of the treatment operation executed by the control device 20.
  • the process shown in this flowchart is executed by the operation device 22, the display / operation processor 52, and the position / orientation setting device 32.
  • the display / operation processor 52 determines whether or not a trigger operation has been performed on the operation device 22 (S201).
  • the position / orientation setting device 32 repeats the determination of step S201 while the operation device 22 is not performing a trigger operation.
  • the position / orientation setting device 32 adapts the position / orientation of the irradiation nozzle 16 and the treatment table 18 to the specified condition according to the setting order (S202).
  • the position / orientation setter 32 adapts the position / orientation of the irradiation nozzle 16 and the treatment table 18 to the specified condition having the first order in the setting order.
  • the position / orientation setter 32 adapts the position / orientation of the irradiation nozzle 16 and the treatment table 18 to the second prescribed condition in the setting order.
  • the position / orientation setter 32 adjusts the position / orientation of the irradiation nozzle 16 and the treatment table 18 to the N-th prescribed condition in the setting order when the trigger operation is the Nth time.
  • N is an integer of 2 or more.
  • the position / orientation setter 32 determines whether or not the prescribed condition in which the position / orientation of the irradiation nozzle 16 and the treatment table 18 are adapted is the final prescribed condition (S203).
  • the position / orientation setting unit 32 returns to the process of step S201 when the prescribed condition is not the last prescribed condition.
  • the position / orientation setting unit 32 ends the process when the prescribed condition is the last prescribed condition.
  • the position / orientation setting unit 32 transitions the position / orientation of the irradiation nozzle 16 and the treatment table 18 while conforming to the respective prescribed conditions from the first prescribed condition to the final prescribed condition.
  • the relative position and posture relationship between the irradiation nozzle and the treatment table can be adjusted.
  • the relationship between the relative position and posture of the irradiation nozzle and the treatment table is referred to as “relative position / posture”.
  • the relative position and orientation is represented by, for example, the position and orientation of the irradiation nozzle and the treatment table of the other in a coordinate system fixed to one of the treatment tables.
  • the relative position and orientation of the irradiation nozzle and the treatment table can be adjusted by changing the position and orientation of one of the irradiation nozzle and the treatment table and the position and orientation of the other.
  • the relative position and orientation can be adjusted by changing the position and orientation of the other of the irradiation nozzle and the treatment table.
  • the relative position and posture can be obtained by changing the posture or position of one of the irradiation nozzle and the treatment table and the position or posture of the other. Can be adjusted.
  • FIG. 10 schematically shows a particle beam therapy system 2 according to a second embodiment of the present invention.
  • the same components as those shown in FIG. 1 are designated by the same reference numerals.
  • the irradiation nozzle 16 is fixed to the wall 62.
  • the position and posture of the treatment table 18 are adjustable. The irradiation nozzle 16 irradiates the particle beam laterally as seen from the operator.
  • the control device 200 is a device in which the gantry driver 38 is removed from the control device 20 shown in FIG.
  • the particle beam therapy system includes an irradiation nozzle 16 for irradiating a particle beam, a treatment table 18 on which a patient is placed, an irradiation nozzle 16, and A control device (20, 200) for controlling the operation of the treatment table 18 is provided.
  • Each component included in the control device (20, 200) operates as follows.
  • the position / orientation setter 32 moves a movable body, which is at least one of the irradiation nozzle 16 and the treatment table 18, which is movable, and sets the relative position and orientation of the irradiation nozzle 16 and the treatment table 18.
  • the moving path determiner 44 determines the moving path of the movable body when adapting the position and orientation of the movable body from one condition among a plurality of prescribed conditions to another condition.
  • the position and orientation of the movable body is defined as at least one of the position and the orientation of the movable body.
  • the movement route determiner 44 may determine the movement route of the movable body between the plurality of prescribed conditions.
  • the information indicating the movement path may include a geometric amount that represents a change in the posture of the treatment table 18 when the position of the treatment table 18 is constant.
  • the information indicating the movement path may include a geometric amount that represents a change in the posture of the irradiation nozzle 16 when the position of the irradiation nozzle 16 is constant.
  • the evaluation value determiner 46 obtains an evaluation value when the position and orientation of the movable body are adapted to each of a plurality of prescribed conditions. This evaluation value represents the motion state of the movable body when one type of treatment is performed by moving the movable body according to the movement path.
  • the order determiner 48 determines a setting order for adapting the position and orientation of the movable body to each of the plurality of prescribed conditions, based on the evaluation value.
  • the position / orientation setter 32 moves the movable body in accordance with the movement path obtained by the movement path determiner 44 during one type of treatment so as to move one of the plurality of prescribed conditions to another one. Match the position and orientation of the movable body to the conditions.
  • the particle beam therapy system uses a control method that is established by the following items (i) to (vi).
  • the control device (20, 200) may execute a control program that executes this control method.
  • the movement route determiner 44 obtains the movement route of the movable body when adapting the position and orientation of the movable body from one of the plurality of prescribed conditions to another condition.
  • the evaluation value determiner 46 obtains an evaluation value when the movable body is moved along the movement path and the position and orientation of the movable body are respectively adapted to the plurality of prescribed conditions.
  • the order determiner 48 determines the setting order for adapting the position and orientation of the movable body to each of the plurality of prescribed conditions, based on the evaluation value.
  • the position / orientation setting unit 32 moves the movable body according to the above-described movement path, so that the movable body is changed from one condition among the plurality of prescribed conditions to another condition. Adapt the position and orientation of.
  • the setting order of the position and orientation of the movable body is determined based on the evaluation value. Therefore, the operator does not have to empirically determine the setting sequence while referring to the treatment plan. This reduces the burden on the operator.
  • the particle beam therapy system of this embodiment information indicating the setting order and the evaluation value are displayed on the display device 24. Therefore, the validity of the determined setting order is indicated by the evaluation value.
  • the evaluation value is the moving time of the movable body in one treatment. That is, the setting order is determined so that the evaluation value becomes an appropriate value (for example, the minimum value), whereby the physical stress or the mental stress given to the patient is reduced. Moreover, the time required for treatment is reduced.
  • the setting order is determined so that the evaluation value becomes an appropriate value (for example, the minimum value), so that the electric energy consumed by the particle beam therapy system is reduced.
  • the setting order is determined so that the evaluation value becomes an appropriate value (for example, the minimum value), whereby the physical stress or the mental stress given to the patient is reduced.
  • the evaluation value is displayed on the display device 24 together with the setting order, and the following effects can be obtained by the configuration in which the setting order is changed by the operation of the operation device 22. That is, the setting order can be determined based on not only the evaluation value but also the operation of the operator. When the setting order is regularly determined by the evaluation value, it may be difficult to perform an operation for confirming the operation or an appropriate operation according to the condition of treatment. According to this embodiment, the operation of the movable body according to the irregular situation can be performed by the operation of the operator.
  • the moving path of the movable body is required so that the irradiation nozzle 16 and the patient do not come into contact with each other or the irradiation nozzle 16 and the treatment table 18 do not come into contact with each other.
  • the moving path of the movable body is required so that the irradiation nozzle 16 and the patient do not come into contact with each other and the irradiation nozzle 16 does not come into contact with the treatment table. This ensures safety during treatment.
  • Each applied embodiment is an application of the first embodiment.
  • the prescribed conditions determine the rotational angle position of the irradiation nozzle 16 and the position and orientation of the treatment table 18.
  • a similar application embodiment is established for the second embodiment.
  • FIG. 11 shows an example of prescribed conditions defined by the initial treatment plan TP0.
  • the initial treatment plan TP0 defines one prescribed condition Stp1 for setup and three prescribed conditions Tx1 to Tx3 for irradiation processing.
  • the prescribed condition Stp1 and the prescribed conditions Tx1 to Tx3 individually determine the rotational angular position of the irradiation nozzle 16. Further, the prescribed condition Stp1 and the prescribed conditions Tx1 to Tx3 individually determine the position and posture of the treatment table 18.
  • the rotation angle position is determined by each specified condition.
  • the position and posture of the treatment table 18 are determined according to each prescribed condition.
  • FIG. 11 shows only the yaw angle as one quantity representing the posture.
  • An angle of 0 ° is set as the rotation angle position of the rotating gantry 14 by the prescribed condition Stp1.
  • the rotation angle position of the rotating gantry 14 is set to 180 ° by the prescribed condition Tx1.
  • the rotation angle position of the rotating gantry 14 is set to 60 ° by the prescribed condition Tx2.
  • the rotation angle position of the rotating gantry 14 is set to 90 ° by the prescribed condition Tx3.
  • the yaw angle of the treatment table 18 is set to 270 ° by the prescribed condition Stp1.
  • the yaw angle of the treatment table 18 is set to 180 ° by the prescribed condition Tx1.
  • the yaw angle of the treatment table 18 is set to 0 ° by the prescribed condition Tx2.
  • the yaw angle of the treatment table 18 is set to 180 ° by the prescribed condition Tx3.
  • FIG. 12 conceptually shows the setting order that minimizes the movement time as an evaluation value.
  • the order in which the positions and orientations of the irradiation nozzle 16 and the treatment table 18 transition is indicated by solid arrows.
  • the position and orientation of the irradiation nozzle 16 and the treatment table 18 are changed in the order of the start condition Start, the specified condition Stp1, the specified condition Tx3, the specified condition Tx1, the specified condition Tx2, and the specified condition Start.
  • FIG. 13 shows an example of the image displayed on the display device 24.
  • the same items as those shown in FIG. 6 are designated by the same reference numerals.
  • the setting order display unit 56 includes a column indicating the designated order in addition to the columns displaying the specified condition, the rotation angle position of the rotating gantry 14, and the yaw angle of the treatment table 18.
  • the specific numerical value of the rotation angle position of the rotating gantry 14 associated with each of the prescribed conditions Stpi and Txi is the same as in FIG. Further, the specific numerical value of the yaw angle of the treatment table 18 associated with each of the prescribed conditions Stpi and Txi is the same as that in FIG. 11.
  • each prescribed condition is shown in the setting order that was initially determined.
  • the prescribed condition Stp1 has the first rank
  • the prescribed condition Tx3 has the second rank. Further, the order of the prescribed condition Tx1 is the third, and the order of the prescribed condition Tx2 is the fourth.
  • the display screen 54 includes a recalculation button 64.
  • the designated order is input to the designated order field by the operation of the operator.
  • 1 is input as the designated order for the prescribed condition Stp1 and 2 is input as the designated order for the prescribed condition Tx1.
  • a new setting order is obtained.
  • the new setting order is obtained based on the evaluation value under the constraint condition that the order of the prescribed condition Stp1 is fixed to the first and the order of the prescribed condition Tx1 is fixed to the second. That is, of the plurality of candidate orders, the order of the prescribed condition Stp1 is the first and the order of the prescribed condition Tx1 is the second plane, and a new setting order is selected. This selection is performed based on the evaluation value corresponding to the candidate order.
  • each prescribed condition is shown in a new setting order after the change.
  • the prescribed condition Stp1 has the first rank
  • the prescribed condition Tx1 has the second rank.
  • the order of the prescribed condition Tx3 is the third
  • the order of the prescribed condition Tx2 is the fourth.
  • the evaluation value for the new setting order the movement time is shown in the evaluation value display section 60.
  • the process of changing the setting order based on the designated order is executed by the operating device 22, the display / operation processor 52, the setting order changing device 50, the display device 24, and the treatment plan input / output device 42.
  • the display / operation processor 52 recognizes an operation performed by the operation device 22.
  • the display / operation processor 52 displays the image shown in FIG. 13 on the display device 24 in accordance with the operation performed on the operation device 22.
  • the display / operation processor 52 reads the designated order.
  • the setting order changer 50 changes the setting order according to the designated order being read. That is, the setting order changer 50 selects, as a new setting order, a plurality of candidate orders in which the specified condition (constraint specifying condition) whose order is specified occupies the specified order. The setting order changer 50 selects a new setting order based on the evaluation value corresponding to the candidate order. ..
  • the display / operation processor 52 displays the specified conditions on the display device 24 in a new setting order after the change, as shown in the lower side of FIG.
  • the display / operation processor 52 further displays the evaluation value obtained for the new setting order after the change on the display device 24.
  • the treatment plan input / output device 42 generates a treatment plan TP indicating the finally determined setting order, and transmits the treatment plan TP to the treatment information management device 28.
  • the treatment information management device 28 stores the treatment plan TP.
  • the setting order changer 50 determines the setting order as follows when there are constraint prescriptive conditions among a plurality of prescriptive conditions. That is, the setting order changer 50 determines, as a new setting order, one of a plurality of orders in which the position and orientation are adapted to each of the plurality of specifying conditions, and the order of the constraint specifying condition is the designated order.
  • the designated order may be predetermined for a specific specific condition. For example, regarding the specified condition for setup, the designated order may be determined to be the first.
  • the following effects can be obtained. That is, it is sometimes necessary to specify the order of the prescribed conditions in the operation for confirming the operation. In addition, depending on the condition of treatment, it is desired that the rank of the specific prescribed condition is set higher. According to the applied embodiment, the order of the specific prescribed conditions is designated, so that the irradiation nozzle 16 and the treatment table 18 can be operated according to an irregular situation.
  • FIG. 15 shows an image displayed on the display device 24.
  • the same items as those shown in FIGS. 6, 7, 13, and 14 are designated by the same reference numerals.
  • treatment with a particle beam therapy system is divided into multiple days.
  • the number of tabs 66 corresponding to the number of days of treatment and the number of days of future treatment are displayed.
  • FIG. 15 shows the display screen 54 when the treatment for 2 days has already been performed and the treatment for the 3rd day has already been performed.
  • Each treatment plan TP generated according to the treatment up to now is stored in the treatment information management device 28.
  • the control device 20 reads the treatment plan TP generated by the treatment so far from the treatment information management device 28.
  • the operator operates the tab section 66 as necessary to display the setting order in the treatment performed in the past on the display device 24.
  • the process of displaying the display screen 54 shown in FIG. 15 on the display device 24 is executed by the operation device 22, the treatment plan input / output device 42, the display / operation processor 52, and the display device 24.
  • the display / operation processor 52 recognizes an operation performed by the operation device 22.
  • the treatment plan input / output device 42 sets the treatment plan TP corresponding to the clicked tab portion 66 to the treatment information. It is read from the management device 28.
  • the display / operation processor 52 displays the treatment plan TP read by the treatment plan input / output device 42 on the display device 24.
  • the operator is informed of the setting sequence in the treatment performed in the past.
  • the operator is provided with the judgment material when determining the setting order in the next treatment.
  • the past setting order may be displayed on the display screen 54 by clicking an icon or a button other than the tab section 66.
  • 1,2,100 particle beam therapy device 10 accelerator, 12 beam transport device, 14,106 rotating gantry, 16,104 irradiation nozzle, 18,102 treatment table, 20 control device, 22 operation device, 24 display device, 26 treatment Planning device, 28 treatment information management device, 30 memory, 32 position and attitude setting device, 34 treatment table drive device, 36, 40 drive circuit, 38 gantry drive device, 42 treatment plan input / output device, 44 movement route determiner, 46 evaluation Value determiner, 48 order determiner, 50 setting order changer, 52 display / operation processor, 54 display screen, 56 setting order display section, 58 edit button, 60 evaluation value display section, 62 wall, 64 recalculation button, 66 tab part, 108 particle beam, TP0 initial treatment plan, TP treatment plan.

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Abstract

本発明の目的は、粒子線治療装置の操作者への負担を軽減することである。位置姿勢設定器（３２）は、照射ノズル（１６）および治療台（１８）のうちの運動可能な少なくとも一方である可動体を運動させ、照射ノズル（１６）および治療台（１８）の相対位置姿勢を設定する。移動経路決定器（４４）は、複数の規定条件のうちの１つの条件から別の１つの条件に可動体の位置姿勢を適合させるときの可動体の移動経路を求める。評価値決定器（４６）は、可動体の位置姿勢を複数の規定条件のそれぞれに適合させる場合の評価値を求める。この評価値は、可動体を移動経路に従って移動させる場合の評価値である。順序決定器（４８）は、各規定条件に可動体の位置姿勢を適合させる設定順序を評価値に基づいて決定する。位置姿勢設定器（３２）は、移動経路決定器（４４）によって求められた移動経路に従って可動体を移動させて、複数の規定条件のそれぞれに可動体の位置姿勢を適合させる。

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し、特に、照射ノズルまたは治療台の位置または姿勢を設定する技術に関する。
　がん治療においては、近年、陽子線や炭素イオン線等の粒子線を患部に照射する粒子線治療が注目されている。図１６には、一般的な粒子線治療装置１００が模式的に示されている。粒子線治療装置１００では、加速器にて必要なエネルギーを有するまで加速された粒子に基づく粒子線１０８が、照射ノズル１０４から患部に照射される。
　正常組織を避けて粒子線１０８を患部に照射するため、粒子線治療装置１００は、患部に対して様々な方向から粒子線１０８を照射する機構を備える。すなわち、粒子線治療装置１００は、回転ガントリ１０６によって円弧状に移動する照射ノズル１０４と、位置および姿勢が調整可能な治療台１０２を備える。回転ガントリ１０６の動作と、患者が載せられた治療台１０２の動作により、様々な方向から粒子線１０８が患部に照射される。
　以下の特許文献１には、本発明に関連する技術として、放射線治療における照射条件を決定する技術が記載されている。特許文献１には、照射強度や照射方向を規定する放射線ビームに関する条件が照射条件として記載されている。
特開２０１４－２３７４１号公報
　粒子線治療装置を用いた治療に際しては、治療計画と称されるデータが予め作成される。治療計画は、照射ノズルおよび治療台について複数の規定条件を定める。各規定条件は、例えば、照射ノズルおよび治療台の位置または姿勢を定める。１通りの治療では、複数の規定条件が照射ノズルおよび治療台に１条件ずつ順次適用される。これによって、照射ノズルおよび治療台が各規定条件で定まる位置および姿勢に順次設定される。照射ノズルおよび治療台に１つの規定条件が適用されるごとに、患部に対する粒子線の照射等の施術がされる。
　一般に、治療計画では、照射ノズルおよび治療台に複数の規定条件を適用する順序が定められていない。そのため、操作者は治療計画を参照しながら経験的に複数の規定条件の適用順序を決定していた。粒子線治療の技術分野では、このような操作者の負担を軽減することが望まれている。
　本発明の目的は、粒子線治療装置の操作者への負担を軽減することである。
　本発明は、粒子線を照射する照射ノズルと、患者が載せられる治療台と、前記照射ノズルおよび前記治療台のうちの運動可能な少なくとも一方である可動体を運動させ、前記照射ノズルおよび前記治療台の相対位置姿勢を設定する制御装置とを備え、前記制御装置は、複数の規定条件のうちの１つの条件から別の１つの条件に前記可動体の位置姿勢を適合させるときにおける、前記可動体の移動経路を求め、前記可動体の位置姿勢を複数の前記規定条件のそれぞれに適合させる場合の評価値であって、前記可動体を前記移動経路に従って移動させて、１通りの治療が行われるときの前記可動体の運動状況を表す評価値を求め、複数の前記規定条件のそれぞれに前記可動体の位置姿勢を適合させる設定順序を、前記評価値に基づいて決定し、前記移動経路に従って前記可動体を移動させて、複数の前記規定条件のうちの１つの条件から別の１つの条件に、前記可動体の位置姿勢を適合させることを特徴とする。　
　本発明によれば、粒子線治療装置の操作者への負担が軽減される。
第１実施形態に係る粒子線治療装置を模式的に示す図である。 粒子線治療装置の具体的な構成を示す図である。 初期治療計画によって定められた規定条件の例を示す図である。 ５つの規定条件を概念的に示す図である。 移動時間が最小となる設定順序を概念的に示す図である。 表示装置に示される画像の例を示す図である。 設定順序を変更する操作を示す図である。 治療の準備の流れを示すフローチャートである。 制御装置が実行する治療動作のフローチャートである。 第２実施形態に係る粒子線治療装置を模式的に示す図である。 初期治療計画によって定められた規定条件の例を示す図である。 移動時間が最小となる設定順序を概念的に示す図である。 表示装置に示される画像の例を示す図である。 指定順位の入力によって設定順序を変更する操作を示す図である。 表示装置に表示される画像を示す図である。 一般的な粒子線治療装置を模式的に示す図である。
　本発明の各実施形態に係る粒子線治療装置が、各図面を参照しながら以下に説明される。複数の図面に示された同一の事項については同一の符号が付されており、説明の重複が避けられている。
（１）粒子線治療装置の構成
　図１には、本発明の第１実施形態に係る粒子線治療装置１が模式的に示されている。図１では、操作者から見て上向きがｚ軸正方向として定められている。また、回転ガントリ１４に囲まれた領域を奥側から手前側に延びる方向がｙ軸正方向として定められている。さらに、ｚ軸およびｙ軸に垂直な座標軸としてｘ軸が定められている。
　粒子線治療装置１は、陽子や炭素イオン等の重粒子による粒子線を患部に照射する装置である。粒子線治療装置１は、加速器１０、ビーム輸送装置１２、回転ガントリ１４、照射ノズル１６、治療台１８、制御装置２０、操作装置２２および表示装置２４を備える。
　粒子線治療装置１は、加速器１０、ビーム輸送装置１２および照射ノズル１６によって粒子線を生成する。加速器１０は、治療室とは別の部屋に備えられてよい。加速器１０は、シンクロトロン型加速器やサイクロトロン型加速器等の加速器であってよい。加速器１０は、必要なエネルギーを有するようになるまで粒子を加速する。ビーム輸送装置１２は、加速器１０によって得られた粒子線を照射ノズル１６に導く。照射ノズル１６は、ビーム輸送装置１２によって導かれた粒子線を照射する。
　回転ガントリ１４は、下方から上方に及ぶ円弧状の区間に亘って照射ノズル１６を移動させる。これによって、照射ノズル１６の回転角度位置が調整自在となっている。回転角度位置は、回転ガントリ１４に囲まれた位置にある基準点から見た方向を示す角度として定義される。照射ノズル１６の回転角度位置が調整されることで、照射ノズル１６から照射される粒子線の方向が調整される。ここで、基準点の例として、アイソセンタや回転ガントリの回転中心がある。また、理想的には回転ガントリの回転中心と機械的なアイソセンタとは略同位置にある。
　治療台１８には患者が載せられる。治療台１８は、ｘｙｚ座標で表される位置が調整自在である。治療台１８は、さらに、ピッチ角、ロール角およびヨー角で表される姿勢が調整自在である。ヨー角は、患者の頭部が向けられる方向を示す先頭方向軸のｚ軸周りの角度として定義されている。ピッチ角は、ｘｙ平面に対する先頭方向軸の仰角として定義されている。ロール角は、先頭方向軸周りの回転角として定義されている。なお、図ではロボットアーム型の治療台が例として記載されているが、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸のそれぞれに治療台の天板を平行移動させるｘ軸駆動機構、ｙ軸駆動機構およびｚ軸駆動機構と、回転機構とを備える治療台が用いられてもよい。
　患者の治療に際しては、照射ノズル１６が移動する円弧状の区間に囲まれる位置に治療台１８が移動する。回転ガントリ１４と治療台１８の動作により、照射ノズル１６の回転角度位置と、治療台１８の位置および姿勢が調整される。これによって、粒子線が様々な方向から患部に照射され得る。
　操作装置２２は、操作者による操作に応じて、粒子線治療装置１を制御するための操作情報を制御装置２０に出力する。制御装置２０は、加速器１０、ビーム輸送装置１２、回転ガントリ１４、および治療台１８の動作を制御する。表示装置２４は、制御装置２０の動作に応じた画像を表示する。操作装置２２は、キーボード、マウス、タッチパッド、ボタン、レバー等によって構成されてよい。表示装置２４はディスプレイ装置であってよい。操作装置２２は、表示装置２４に組み込まれたタッチパネルであってもよい。
　図２には、粒子線治療装置１の具体的な構成が示されている。制御装置２０には、図１に示された加速器１０、ビーム輸送装置１２、回転ガントリ１４、治療台１８、操作装置２２および表示装置２４が接続されている。制御装置２０には、さらに、治療情報管理装置２８およびメモリ３０が接続されている。治療情報管理装置２８は、外部の装置である治療計画装置２６に接続されている。
　制御装置２０は、位置姿勢設定器３２、治療計画入出力器４２、移動経路決定器４４、評価値決定器４６、順序決定器４８および表示・操作処理器５２を備える。また、位置姿勢設定器３２は、治療台駆動器３４およびガントリ駆動器３８を備える。治療台駆動器３４は、治療台１８のアクチュエータを駆動する電気回路として駆動回路３６を備える。ガントリ駆動器３８は、回転ガントリ１４のアクチュエータを駆動する電気回路として駆動回路４０を備える。
　制御装置２０が備える各構成要素（位置姿勢設定器３２、治療計画入出力器４２、移動経路決定器４４、評価値決定器４６、順序決定器４８および表示・操作処理器５２）の具体的な動作は後に説明される。
　制御装置２０が備える複数の構成要素のうちの一部または全部は、駆動回路３６および４０を除き、プロセッサによって構成されてよい。プロセッサは、プログラムの実行によって各構成要素を実現する。このプログラムは記憶媒体としてのメモリ３０に記憶されてよい。メモリ３０には、例えば、ハードディスク、ＵＳＢメモリ、ＳＤカード等の記憶装置が用いられる。メモリ３０は、インターネット等の通信回線上にあるストレージであってもよい。制御装置２０が備える１つの構成要素は、分散処理を実行する複数のプロセッサによって構成されてもよい。
　また、制御装置２０が備える複数の構成要素のうちの一部または全部は、駆動回路３６および４０を除き、外部のコンピュータによって構成されてもよい。外部のコンピュータは、制御装置２０に直接接続されたものでもよいし、インターネット等の通信回線に接続されたものでもよい。制御装置２０が備える１つの構成要素は、分散処理を実行する外部の複数のコンピュータによって構成されてもよい。さらに、制御装置２０が備える複数の構成要素のうちの一部または全部は、ハードウエアとしての電子回路によって個別に構成されてもよい。
　治療計画装置２６には、例えば、治療情報管理装置２８に接続された外部のコンピュータが用いられる。治療情報管理装置２８は、インターネット等の通信回線を介して治療計画装置２６に接続されてよい。
（２）規定条件
　治療計画装置２６は、初期治療計画ＴＰ０を予め治療情報管理装置２８に送信する。初期治療計画ＴＰ０は、粒子線治療装置１が治療動作を実行するための初期の情報である。治療情報管理装置２８は初期治療計画ＴＰ０を記憶する。
　初期治療計画ＴＰ０では、１通りの治療をする際に照射ノズル１６および治療台１８に対して適用される複数の規定条件が定められている。本実施形態における各規定条件は、照射ノズル１６の回転角度位置と、治療台１８の位置および姿勢を定める。以下の説明では、照射ノズル１６の回転角度位置と、治療台１８の位置および姿勢は、「照射ノズル１６および治療台１８の位置姿勢」と称される。
　規定条件には、セットアップ用の規定条件と照射処理用の規定条件がある。セットアップは、粒子線の照射前に行われる工程である。セットアップでは、例えば、患部周辺のＸ線画像やＣＴ画像が撮影される。そして、撮影によって得られた画像に基づいて、治療時の患部の位置とアイソセンタとが一致するよう、患者の位置が合わせられる。セットアップ用の規定条件によって、照射ノズル１６の回転角度位置と、患部の位置合わせの際の治療台１８の位置および姿勢が定められる。
　照射処理は、患部に粒子線を照射する処理である。一般に、１通りの治療では、複数の異なる方向から患部に粒子線が照射され、１つの方向からは複数回の照射がされる。そのため、初期治療計画ＴＰ０では、複数回の照射ごとに規定条件が定められている。照射処理用の規定条件によって、照射処理の際の照射ノズル１６の回転角度位置と、治療台１８の位置および姿勢が定められる。
　図３には、初期治療計画ＴＰ０によって定められた規定条件の例が示されている。「規定条件」の欄に示されている符号「Ｓｔｐ１」～「Ｓｔｐ４」は、セットアップ用の４つの規定条件を区別する符号である。「規定条件」の欄に示されている符号「Ｔｘ１」～「Ｔｘ４」は、照射処理用の４つの規定条件を区別する符号である。符号「♯」が記載された欄の数字「１」～「４」は、照射ノズル１６および治療台１８の位置姿勢を各規定条件に適合させる順序を示す。
　図３には、規定条件ＳｔｐｉおよびＴｘｉ（ｉは１～４の整数）について、照射ノズル１６の回転角度位置が同一となり、さらに、治療台１８の位置および姿勢が同一となる例が示されている。規定条件ＳｔｐｉおよびＴｘｉに対応する項目は横方向に配列された共通の欄に示されている。
　「回転ガントリ」の欄では、各規定条件によって回転ガントリ１４の回転角度位置が定められている。回転ガントリ１４の回転角度位置は、照射ノズル１６の回転角度位置を表す。規定条件Ｓｔｐ１およびＴｘ１によって、回転ガントリ１４の回転角度位置が３０°と定められている。規定条件Ｓｔｐ２およびＴｘ２によって、回転ガントリ１４の回転角度位置が９０°と定められている。規定条件Ｓｔｐ３およびＴｘ３によって、回転ガントリ１４の回転角度位置が１５５°と定められている。規定条件Ｓｔｐ４およびＴｘ４によって、回転ガントリ１４の回転角度位置が４０°と定められている。
　「治療台」の欄では、各規定条件によって治療台１８の姿勢が定められている。各規定条件は、実際には治療台１８の位置および姿勢を定める。図３には、表記を簡単にするため、姿勢を表す１つの幾何学量としてヨー角のみが示されている。患部の位置を原点として治療台１８のヨー角が定義される場合、照射ノズル１６の回転角度位置および治療台１８のヨー角によって、患部から見た粒子線の到来方向が表される。この場合、図３に示された各規定条件は、患部に対する粒子線の照射方向を定め得る。
　図３に示される例では、規定条件Ｓｔｐ１およびＴｘ１によって、治療台１８のヨー角が２７０°と定められている。規定条件Ｓｔｐ２およびＴｘ２によって、治療台１８のヨー角が２５０°と定められている。規定条件Ｓｔｐ３およびＴｘ３によって、治療台１８のヨー角が０°と定められている。規定条件Ｓｔｐ４およびＴｘ４によって、治療台１８のヨー角が１８０°と定められている。　
　図４には、図３に例示された４つの規定条件にスタート条件Ｓｔａｒｔを加えた５つの規定条件が概念的に示されている。スタート条件Ｓｔａｒｔでは、患者が治療台１８に乗り降りするときの照射ノズル１６の回転角度位置と、治療台１８の位置および姿勢が定められている。各規定条件の間を結ぶ両矢印付き直線は、両矢印付き直線の両側に示された規定条件の間で、照射ノズル１６および治療台１８の位置姿勢が遷移し得ることを示す。図４に示される例では、同一条件での患者の乗り降りが想定されている。患者が治療台１８に乗るときの条件と降りるときの条件とは異なってもよい。
（３）複数の規定条件に対する処理
（３－１）移動経路
　図４に例示されたような複数の規定条件に対する処理が、図２を参照して述べられる。治療計画入出力器４２は、治療情報管理装置２８から初期治療計画ＴＰ０を読み込む。治療計画入出力器４２は、治療に必要な複数の規定条件を表す情報を初期治療計画ＴＰ０から抽出する。
　移動経路決定器４４は、複数の規定条件から２つを選択するあらゆる組み合わせについて、１つの規定条件から別の１つの規定条件に、治療台１８の位置および姿勢を適合させるときの治療台１８の移動経路を求める。すなわち、移動経路決定器４４は、複数の規定条件の相互間について治療台１８の移動経路を求める。同様に、移動経路決定器４４は、複数の規定条件の相互間について照射ノズル１６の移動経路を求める。図３および図４に示されている例では、移動経路決定器４４は、５つの規定条件の相互間について治療台１８と照射ノズル１６の移動経路を求める。
　移動経路決定器４４は、粒子線治療装置１の三次元形状に関わる情報や、患者の大きさに関する情報をメモリ３０から読み込む。移動経路決定器４４は、例えば照射ノズル１６と患者とが接触しないように、照射ノズル１６および治療台１８のそれぞれの移動経路を求める。移動経路決定器４４は、照射ノズル１６と治療台１８とが接触しないように、照射ノズル１６および治療台１８のそれぞれの移動経路を求めてもよい。また、移動経路決定器４４は、粒子線治療装置１の治療台１８以外の部分と患者、または粒子線治療装置１の各部同士が衝突しないような移動経路を求めてもよい。また、移動経路決定器４４は、例えば照射ノズル１６と患者とが接触しないように、かつ、照射ノズル１６と治療台１８とが接触しないように、照射ノズル１６および治療台１８のそれぞれの移動経路を求める。
　なお、移動経路に従った治療台１８の移動には、治療台１８の位置が一定であり、姿勢のみが変化する運動が伴う場合がある。この場合、移動経路を表す情報には、治療台１８の位置が一定である場合における治療台１８の姿勢の変化を表す幾何学量（変化前の姿勢および変化後の姿勢）も含まれる。
（３－２）評価値
　１通りの治療では、照射ノズル１６および治療台１８の位置姿勢が、複数の規定条件のそれぞれに従って順次遷移する。照射ノズル１６および治療台１８の位置姿勢の遷移では、移動経路決定器４４が求めた移動経路に従って照射ノズル１６および治療台１８が移動する。評価値決定器４６は、１通りの治療が行われるときの評価値を求める。評価値は、１通りの治療が行われるときの照射ノズル１６および治療台１８の少なくとも一方の運動状況を示す値である。
　評価値には、例えば、１通りの治療が行われるときの照射ノズル１６および治療台１８の移動時間がある。照射ノズル１６および治療台１８の移動時間が異なるときは、照射ノズル１６および治療台１８の各移動時間のうち長い方が、照射ノズル１６および治療台１８の両者についての移動時間として定義されてよい。移動時間には、セットアップおよび照射処理に要される時間が含まれてもよい。また、評価値は、１通りの治療が行われるときに照射ノズル１６および治療台１８に与えられる仕事［Ｊ］であってもよい。
　また、評価値は、１通りの治療が行われるときに治療台１８に与えられる運動負荷を示す値であってもよい。治療台１８に与えられる運動負荷には、例えば、１通りの治療が行われるときにおける治療台１８の移動距離や移動時間がある。また、治療台１８に与えられる運動負荷は、１通りの治療が行われるときに治療台１８に与えられる運動エネルギー［Ｊ］や、治療台１８に与えられる力の時間積算値（運動量）［ｋｇ・ｍ／ｓ］であってもよい。
（３－３）設定順序
　１通りの治療については、複数の規定条件を照射ノズル１６および治療台１８の位置姿勢に適用する順序の候補が複数通りある。すなわち、１通りの治療については、照射ノズル１６および治療台１８の位置姿勢を、複数の規定条件に順次適合させる順序の候補である候補順序が複数通りある。
　評価値決定器４６は、複数通りの候補順序のそれぞれについて評価値を求める。順序決定器４８は、複数通りの候補順序のそれぞれについて求められた評価値に基づいて、複数通りの候補順序のうち１つを選択する。順序決定器４８は、複数の候補順序から選択した１つの候補順序を、１通りの治療を実際に実行する際の設定順序として決定する。
　評価値が、照射ノズル１６および治療台１８の移動時間、移動距離、または照射ノズル１６および治療台１８に与えられた仕事を示す値である場合、順序決定器４８は、複数の候補順序のうち評価値が最小のものを設定順序として選択してよい。順序決定器４８は、複数の候補順序のうち、評価値が予め定められた閾値未満であるものから無作為に１つを設定順序として選択してもよい。
　評価値が治療台１８の運動負荷を示す場合にも同様に、順序決定器４８は、複数の候補順序のうち評価値が最小のものを設定順序として選択してよい。この場合も、順序決定器４８は、複数の候補順序のうち、評価値が予め定められた閾値未満であるものから無作為に１つを設定順序として選択してもよい。
　図５には、評価値としての移動時間が最小となる設定順序が概念的に示されている。照射ノズル１６および治療台１８の位置姿勢（制御対象の位置姿勢）が遷移する順序が、設定順序として実線の矢印で示されている。この設定順序では、第１番目に、スタート条件Ｓｔａｒｔに適合する位置姿勢から、規定条件Ｓｔｐ１およびＴｘ１に適合する位置姿勢に、制御対象の位置姿勢が遷移する。第２番目に、規定条件Ｓｔｐ１およびＴｘ１に適合する位置姿勢から、規定条件Ｓｔｐ２およびＴｘ２に適合する位置姿勢に、制御対象の位置姿勢が遷移する。
　第３番目に、規定条件Ｓｔｐ２およびＴｘ２に適合する位置姿勢から、規定条件Ｓｔｐ４およびＴｘ４に適合する位置姿勢に、制御対象の位置姿勢が遷移する。第４番目に、規定条件Ｓｔｐ４およびＴｘ４に適合する位置姿勢から、規定条件Ｓｔｐ３およびＴｘ３に適合する位置姿勢に、制御対象の位置姿勢が遷移する。第５番目に、規定条件Ｓｔｐ３およびＴｘ３に適合する位置姿勢から、スタート条件Ｓｔａｒｔに適合する位置姿勢に、制御対象の位置姿勢が遷移する。
（３－４）設定順序の表示
　表示・操作処理器５２は、順序決定器４８によって決定された設定順序で各規定条件を表示装置２４に表示する。図６には、表示装置２４に表示される画像の例が示されている。表示画面５４には、設定順序表示部５６と、評価値表示部６０が示されている。設定順序表示部５６には、図５に示された設定順序に従って各規定条件の内容が示されている。
　符号「♯」が記載された欄の数値「１」～「４」は、その右側に示された規定条件の順位を示す。この例では、規定条件Ｓｔｐ１およびＴｘ１の順位は第１番目であり、規定条件Ｓｔｐ２およびＴｘ２の順位は第２番目である。また、規定条件Ｓｔｐ４およびＴｘ４の順位は第３番目であり、規定条件Ｓｔｐ３およびＴｘ３の順位は第４番目である。
　「規定条件」の欄に示された規定条件ＳｔｐｉおよびＴｘｉ（ｉは１～４の整数）では、照射ノズル１６の回転角度位置が同一となり、さらに、治療台１８の位置および姿勢が同一となる。「回転ガントリ」の欄には、規定条件ＳｔｐｉおよびＴｘｉに対応する回転ガントリ１４の回転角度位置が示されている。「治療台」の欄には、規定条件ＳｔｐｉおよびＴｘｉに対応するヨー角が示されている。
　図６では表示を簡略化するため、姿勢を表す１つの幾何学量としてヨー角が代表値として示されている。治療台１８については、ヨー角の他、その他の姿勢を表す角度が示されてもよいし、位置が示されてもよい。
　各規定条件ＳｔｐｉおよびＴｘｉに対応付けられた回転ガントリ１４の回転角度位置の具体的な数値は、図３と同一である。各規定条件ＳｔｐｉおよびＴｘｉに対応付けられた治療台１８のヨー角の具体的な数値も、図３と同一である。評価値表示部６０には、表示中の設定順序に対して求められた移動時間が評価値として示されている。
　このように、表示画面５４には、各規定条件が設定順序に従った配列で示されている。また、表示画面５４には、各規定条件の設定順序が数値によって示されている。すなわち、表示画面５４は、各規定条件の設定順序を示す情報を示している。
（３－５）設定順序の変更
　表示・操作処理器５２は、操作装置２２において行われた操作に応じた画像を表示装置２４に表示する。図７には、設定順序表示部５６に示された設定順序を変更する操作が示されている。図７の上側に示されているように、規定条件の符号、回転ガントリ１４の回転角度位置、および治療台１８のヨー角が表示された領域は、カーソルでドラッグおよびドロップすることで移動する。ドラッグの際には、編集ボタン５８がカーソルによって押下される。ドロップの際には、編集ボタン５８がカーソルから解放される。
　図７の上側には、規定条件の符号、回転ガントリ１４の回転角度位置、および治療台１８のヨー角が表示された領域の移動中の表示画面５４が示されている。図７の下側には、この領域の移動後の表示画面５４が示されている。この表示動作によって、各規定条件が表示される順序が並べ替えられる。図７の上側の評価値表示部６０には設定順序の並べ替え前の移動時間が示されている。また、図７の下側の評価値表示部６０には並べ替え後の移動時間が示されている。
　表示順序の並べ替えは、操作装置２２、評価値決定器４６、設定順序変更器５０、表示・操作処理器５２および治療計画入出力器４２によって行われる。設定順序変更器５０は、操作装置２２で行われた操作を、操作装置２２から読み込まれた操作情報に基づいて認識する。設定順序変更器５０は、各規定条件の表示順序が並べ替えられたことに応じて新たな設定順序を決定する。評価値決定器４６は、新たな設定順序に対して評価値を求める。表示・操作処理器５２は、新たな設定順序に対して求められた評価値を表示装置２４に表示する。
　治療計画入出力器４２は、最終的に決定された設定順序を示す治療計画ＴＰを生成し、治療計画ＴＰを治療情報管理装置２８に送信する。治療情報管理装置２８は、治療計画ＴＰを記憶する。
　このように、設定順序を変更する処理では、表示画面５４において設定順序が表示されると共に、操作装置２２から読み込まれた操作情報に応じて設定順序変更器５０が設定順序を変更し、新たに設定順序を決定する。
（３－６）治療の準備
　図８には、治療の準備の流れを示すフローチャートが示されている。このフローチャートが示す処理は制御装置２０が実行する。制御装置２０がプロセッサを含む場合には、プログラムの実行によって制御装置２０の内部に構成された各構成要素が図８のフローチャートが示す処理を実行する。
　治療計画入出力器４２は、治療情報管理装置２８から初期治療計画ＴＰ０を読み込む（Ｓ１０１）。治療計画入出力器４２は、１通りの治療に適用される複数の規定条件を示す情報を初期治療計画ＴＰ０から抽出する。
　移動経路決定器４４は、１つの規定条件から別の１つの規定条件に、照射ノズル１６および治療台１８の位置姿勢を適合させるときの、照射ノズル１６および治療台１８の移動経路を求める（Ｓ１０２）。移動経路決定器４４は、複数の規定条件の相互間について移動経路を求める。
　評価値決定器４６は、複数通りの候補順序のそれぞれについて評価値を求める（Ｓ１０３）。上述のように、候補順序は、照射ノズル１６および治療台１８の位置姿勢を、複数の規定条件に順次適合させる順序の候補である。
　順序決定器４８は、複数通りの候補順序のそれぞれについて求められた評価値に基づいて、複数通りの候補順序のうち１つを選択する。順序決定器４８は、選択した１つの候補順序を設定順序として決定する（Ｓ１０４）。上述のように、設定順序は、実際の治療において複数の規定条件のそれぞれに、照射ノズル１６および治療台１８の位置姿勢を適合させる順序である。
　表示・操作処理器５２は、順序決定器４８によって決定された設定順序で各規定条件を表示装置２４に表示する（Ｓ１０５）。各規定条件が表示されている間、表示・操作処理器５２は、各規定条件の表示を終了させる表示終了操作が操作装置２２において行われたか否かを判定する（Ｓ１０６）。
　表示・操作処理器５２は、表示終了操作が行われたときは、治療計画入出力器４２にステップＳ１１０の処理を実行させる。治療計画入出力器４２は、最終的に決定された設定順序を示す治療計画ＴＰを生成し（Ｓ１１０）、治療計画ＴＰを治療情報管理装置２８に送信する。治療情報管理装置２８は治療計画ＴＰを記憶する。治療情報管理装置２８は、治療計画ＴＰを記憶することで、最終的に決定された設定順序を記憶する。
　表示・操作処理器５２は、表示終了操作が行われていないときは、各規定条件の表示順序を並べ替える操作が操作装置２２で行われたか否かを判定する（Ｓ１０７）。
　表示・操作処理器５２は、各規定条件の表示順序を並べ替える操作が行われていないときは、ステップＳ１０５に戻り、引き続き各規定条件を表示装置２４に表示する（Ｓ１０５）。表示・操作処理器５２は、各規定条件の表示順序を並べ替える操作が行われたときは、表示順序を入れ替えて各規定条件を表示装置２４に表示する（Ｓ１０８）。
　設定順序変更器５０は、各規定条件の表示順序が並べ替えられたことに応じて、新たな設定順序を決定する（Ｓ１０９）。治療計画入出力器４２は、最終的に決定された設定順序を示す治療計画ＴＰを生成し（Ｓ１１０）、治療計画ＴＰを治療情報管理装置２８に送信する。治療情報管理装置２８は治療計画ＴＰを記憶する。
　一般に、粒子線による治療は、複数日に分けて実施される。２日目以降の治療では、治療計画ＴＰが治療情報管理装置２８から制御装置２０に読み込まれる。２日目以降の治療では、治療計画ＴＰによって設定順序が定められているので、必ずしも設定順序が変更されなくてもよい。しかしながら、粒子線の患部への照射方向を変更する必要がある等の状況によっては、初期治療計画ＴＰ０に対する処理と同様の処理が制御装置２０で実行されてもよい。
（４）粒子線治療装置の治療動作
（４－１）表示装置を参照した操作者による操作
　図８のフローチャートが示す処理が実行されると共に、操作者は、操作装置２２を操作して患部の治療を行う。最初に患者が治療台１８に横たえられる。操作者は操作装置２２を操作して、１通りの治療に適用される複数の規定条件の設定順序を表示装置２４に表示させる。
　すなわち、操作装置２２に対する操作に応じて、表示・操作処理器５２は、１通りの治療に適用される複数の規定条件の設定順序を表示装置２４に表示する。操作者は、表示装置２４を参照し、表示装置２４に表示された設定順序に従って、１回のセットアップまたは１回の照射処理ごとに、規定条件を指定する条件指定情報を操作装置２２に入力する。
　これに応じて操作装置２２は条件指定情報を読み込む。１つの規定条件を指定する条件指定情報が読み込まれるごとに、位置姿勢設定器３２は、照射ノズル１６および治療台１８の位置姿勢を、条件指定情報で指定された規定条件に適合させる。
　照射ノズル１６の回転角度位置を、各規定条件に適合させるときに、ガントリ駆動器３８は、移動経路決定器４４で求められた移動経路に従って、先の規定条件から次の規定条件に照射ノズル１６の回転角度位置を変化させる。また、治療台１８の位置および姿勢を各規定条件に適合させるときに、治療台駆動器３４は、移動経路決定器４４で求められた移動経路に従って、先の規定条件から次の規定条件に治療台１８の位置および姿勢を変化させる。
　照射ノズル１６および治療台１８の位置姿勢がセットアップ用の規定条件に適合したときにセットアップが行われる。そして、照射ノズル１６および治療台１８の位置姿勢が照射処理用の規定条件に適合したときに照射処理が行われる。操作者は、最初の規定条件から最後の規定条件に至るまで、条件指定情報を設定順序に従って操作装置２２に順次入力する。操作装置２２で順次読み込まれた条件指定情報に応じて、位置姿勢設定器３２は、照射ノズル１６および治療台１８の位置姿勢を各規定条件に適合させる。
（４－２）設定順序に従った半自動的な動作
　このように、表示装置２４の表示に従って操作者が設定順序を確認し、条件指定情報を操作者が設定順序に従って順に入力する代わりに、制御装置２０が設定順序を自ら認識し、その認識に従った処理を実行してもよい。この場合、位置姿勢設定器３２は、トリガ操作が操作装置２２で行われるごとに、設定順序に従って照射ノズル１６および治療台１８の位置姿勢を規定条件に適合させる。トリガ操作は、照射ノズル１６および治療台１８の位置姿勢を遷移させるための操作である。
　図９には、制御装置２０が実行する治療動作のフローチャートが示されている。このフローチャートが示す処理は、操作装置２２、表示・操作処理器５２および位置姿勢設定器３２が実行する。
　表示・操作処理器５２は、操作装置２２でトリガ操作がされたか否かを判定する（Ｓ２０１）。位置姿勢設定器３２は、操作装置２２でトリガ操作がされていない間は、ステップＳ２０１の判定を繰り返す。一方、操作装置２２でトリガ操作がされたときは、位置姿勢設定器３２は、設定順序に従う規定条件に照射ノズル１６および治療台１８の位置姿勢を適合させる（Ｓ２０２）。
　すなわち、位置姿勢設定器３２は、トリガ操作が第１回目であるときは、設定順序での順位が第１番目の規定条件に照射ノズル１６および治療台１８の位置姿勢を適合させる。位置姿勢設定器３２は、トリガ操作が第２回目であるときは、設定順序での順位が第２番目の規定条件に照射ノズル１６および治療台１８の位置姿勢を適合させる。・・・・・位置姿勢設定器３２は、トリガ操作が第Ｎ回目であるときは、設定順序での順位が第Ｎ番目の規定条件に照射ノズル１６および治療台１８の位置姿勢を適合させる。ただし、Ｎは２以上の整数である。
　位置姿勢設定器３２は、ステップＳ２０２が実行された後、照射ノズル１６および治療台１８の位置姿勢を適合させた規定条件が最後の規定条件であるか否かを判定する（Ｓ２０３）。位置姿勢設定器３２は、規定条件が最後の規定条件でないときは、ステップＳ２０１の処理に戻る。位置姿勢設定器３２は、規定条件が最後の規定条件であるときは、処理を終了する。
　ステップＳ２０１～Ｓ２０３の処理によって、位置姿勢設定器３２は、最初の規定条件から最後の規定条件に至るまで、照射ノズル１６および治療台１８の位置姿勢を各規定条件に適合させながら遷移させる。
（５）相対位置姿勢が調整自在な粒子線治療装置
　上記では、照射ノズル１６の回転角度位置と、治療台１８の位置および姿勢が調整自在である実施形態が述べられた。このように、照射ノズルおよび治療台の両者の位置および姿勢が調整自在である構成の他、照射ノズルおよび治療台のうち一方のみの位置および姿勢が調整自在である構成が用いられてもよい。また、照射ノズルおよび治療台のうち一方の位置または姿勢のみが調整自在であり、他方の位置および姿勢が調整自在であってもよい。
　このように、粒子線治療装置では、照射ノズルと治療台との間の相対的な位置および姿勢の関係が調整自在である。以下の説明において、照射ノズルおよび治療台の相対的な位置および姿勢の関係は、「相対位置姿勢」と称される。相対位置姿勢は、例えば、照射ノズルおよび治療台のうちの一方に固定された座標系における、他方の位置および姿勢によって表される。
　照射ノズルおよび治療台の相対位置姿勢は、照射ノズルおよび治療台のうちの一方の位置および姿勢と、他方の位置および姿勢を変化させることで調整され得る。照射ノズルおよび治療台のうち一方が固定されている場合には、相対位置姿勢は、照射ノズルおよび治療台のうち他方の位置および姿勢を変化させることで調整され得る。照射ノズルおよび治療台のうち一方の位置または姿勢が固定されている場合には、相対位置姿勢は、照射ノズルおよび治療台のうち一方の姿勢または位置と、他方の位置および姿勢を変化させることで調整され得る。
（６）第２実施形態
　図１０には、本発明の第２実施形態に係る粒子線治療装置２が模式的に示されている。図１に示されている構成要素と同一の構成要素については同一の符号が付されている。粒子線治療装置２では、照射ノズル１６が壁６２に固定されている。一方、治療台１８の位置および姿勢は調整自在である。照射ノズル１６は、操作者から見て横方向に粒子線を照射する。
　患者の治療に際しては、照射ノズル１６から放射線が照射される位置に治療台１８が移動する。その上で治療台１８の姿勢が調整され、患部に様々な方向から粒子線が照射される。制御装置２００は、図２に示されている制御装置２０から、ガントリ駆動器３８が取り除かれた装置である。
（７）各実施形態についての総括
　このように、本発明の各実施形態に係る粒子線治療装置は、粒子線を照射する照射ノズル１６と、患者が載せられる治療台１８と、照射ノズル１６および治療台１８の動作を制御する制御装置（２０，２００）とを備える。制御装置（２０，２００）が備える各構成要素は、次のように動作する。位置姿勢設定器３２は、照射ノズル１６および治療台１８のうちの運動可能な少なくとも一方である可動体を運動させ、照射ノズル１６および治療台１８の相対位置姿勢を設定する。
　移動経路決定器４４は、複数の規定条件のうちの１つの条件から別の１つの条件に可動体の位置姿勢を適合させるときにおける可動体の移動経路を求める。可動体の位置姿勢は、可動体の位置および姿勢のうち少なくとも一方として定義される。移動経路決定器４４は、可動体の移動経路を複数の規定条件の相互間について求めてよい。移動経路を示す情報には、治療台１８の位置が一定である場合における治療台１８の姿勢の変化を表す幾何学量が含まれてもよい。また、実施形態によっては、移動経路を示す情報には、照射ノズル１６の位置が一定である場合における照射ノズル１６の姿勢の変化を表す幾何学量が含まれてもよい。
　評価値決定器４６は、可動体の位置姿勢を複数の規定条件のそれぞれに適合させる場合の評価値を求める。この評価値は、可動体を移動経路に従って移動させて、１通りの治療が行われるときの可動体の運動状況を表す。順序決定器４８は、複数の規定条件のそれぞれに可動体の位置姿勢を適合させる設定順序を、評価値に基づいて決定する。
　位置姿勢設定器３２は、１通りの治療の際には、移動経路決定器４４によって求められた移動経路に従って可動体を移動させて、複数の規定条件のうちの１つの条件から別の１つの条件に可動体の位置姿勢を適合させる。
　本発明の各実施形態に係る粒子線治療装置は、次の（ｉ）～（ｖｉ）の事項によって成立する制御方法を用いている。制御装置（２０，２００）は、この制御方法を実行する制御プログラムを実行してよい。
　（ｉ）複数の規定条件のうちの１つの条件から別の１つの条件に可動体の位置姿勢を適合させるときにおける可動体の移動経路を、移動経路決定器４４が求める。（ｉｉ）可動体を移動経路に従って移動させ、可動体の位置姿勢を複数の規定条件のそれぞれに適合させる場合の評価値を評価値決定器４６が求める。（ｉｉｉ）複数の規定条件のそれぞれに可動体の位置姿勢を適合させる設定順序を、評価値に基づいて順序決定器４８が決定する。（ｉｖ）１通りの治療の際に、位置姿勢設定器３２が、上記の移動経路に従って可動体を移動させて、複数の規定条件のうちの１つの条件から別の１つの条件に、可動体の位置姿勢を適合させる。
（８）効果
　本実施形態に係る粒子線治療装置によれば、可動体の位置姿勢についての設定順序が評価値に基づいて決定される。したがって、操作者が治療計画を参照しながら設定順序を経験的に決定しなくてもよい。これによって操作者の負担が軽減される。
　また、本実施形態に係る粒子線治療装置によれば、設定順序を示す情報と、評価値とが表示装置２４に表示される。したがって、決定された設定順序の妥当性が評価値によって示される。
　評価値を、１通りの治療における可動体の移動時間とした場合には、次のような効果が得られる。すなわち、評価値が適度な値（例えば最小値）となるように設定順序が決定されることで、患者に与えられる肉体的ストレス、または精神的ストレスが軽減される。さらに、治療に要される時間が短くなる。
　評価値を１通りの治療において可動体に与えられる仕事とした場合には、次のような効果が得られる。すなわち、評価値が適度な値（例えば最小値）となるように設定順序が決定されることで、粒子線治療装置で消費される電気エネルギーが低減される。
　評価値を、１通りの治療において治療台１８に与えられる運動負荷とした場合には、次のような効果が得られる。すなわち、評価値が適度な値（例えば最小値）となるように設定順序が決定されることで、患者に与えられる肉体的ストレス、または精神的ストレスが軽減される。
　表示装置２４に設定順序と共に評価値が表示され、操作装置２２における操作によって、設定順序が変更される構成によって、次のような効果が得られる。すなわち、評価値のみならず操作者の操作に基づいて設定順序が決定され得る。評価値によって規則的に設定順序が決定された場合、動作確認のための動作や、治療の状況に応じた適切な動作を実行することが困難となる場合がある。本実施形態によれば、変則的な状況に応じた可動体の動作が操作者の操作によって可能となる。
　可動体の移動経路は、照射ノズル１６と患者とが接触しないように、または照射ノズル１６と治療台１８とが接触しないように求められる。または、可動体の移動経路は、照射ノズル１６と患者とが接触しないように、かつ、照射ノズル１６と治療台とが接触しないように、求められる。これによって、治療の際の安全が確保される。
（９）応用実施形態
　上述の実施形態に対する応用実施形態が以下に述べられる。各応用実施形態は、第１実施形態を応用したものである。第１実施形態では、規定条件が、照射ノズル１６の回転角度位置と、治療台１８の位置および姿勢を定める。治療台１８の位置および姿勢を定める規定条件を用いることで、第２実施形態についても同様の応用実施形態が成立する。
　図１１には、初期治療計画ＴＰ０によって定められた規定条件の例が示されている。この例では、初期治療計画ＴＰ０によって、セットアップ用の１つの規定条件Ｓｔｐ１と、照射処理用の３つの規定条件Ｔｘ１～Ｔｘ３が定められている。図３に示された例とは異なり、規定条件Ｓｔｐ１と規定条件Ｔｘ１～Ｔｘ３が、照射ノズル１６の回転角度位置を個別に定める。また、規定条件Ｓｔｐ１と規定条件Ｔｘ１～Ｔｘ３が、治療台１８の位置および姿勢を個別に定める。
　回転ガントリ１４については、各規定条件によって回転角度位置が定められている。治療台１８については、各規定条件によって位置および姿勢が定められている。表記を簡単にするため、図１１には姿勢を表す１つの量としてヨー角のみが示されている。
　規定条件Ｓｔｐ１によって、回転ガントリ１４の回転角度位置として０°の角度が定められている。規定条件Ｔｘ１によって、回転ガントリ１４の回転角度位置が１８０°と定められている。規定条件Ｔｘ２によって、回転ガントリ１４の回転角度位置が６０°と定められている。規定条件Ｔｘ３によって、回転ガントリ１４の回転角度位置が９０°と定められている。
　また、規定条件Ｓｔｐ１によって、治療台１８のヨー角が２７０°と定められている。規定条件Ｔｘ１によって、治療台１８のヨー角が１８０°と定められている。規定条件Ｔｘ２によって、治療台１８のヨー角が０°と定められている。規定条件Ｔｘ３によって、治療台１８のヨー角が１８０°と定められている。
　図１２には、評価値としての移動時間が最小となる設定順序が概念的に示されている。照射ノズル１６および治療台１８の位置姿勢が遷移する順序が、実線の矢印で示されている。この設定順序では、スタート条件Ｓｔａｒｔ、規定条件Ｓｔｐ１、規定条件Ｔｘ３、規定条件Ｔｘ１、規定条件Ｔｘ２、および規定条件Ｓｔａｒｔの順序で、照射ノズル１６および治療台１８の位置姿勢が遷移する。
　図１３には、表示装置２４に示される画像の例が示されている。図６に示されている事項と同一の事項については同一の符号が付されている。設定順序表示部５６は、規定条件、回転ガントリ１４の回転角度位置、および治療台１８のヨー角を表示する欄に加えて、指定順位を示す欄を備える。
　各規定条件ＳｔｐｉおよびＴｘｉに対応付けられた回転ガントリ１４の回転角度位置の具体的な数値は、図１１と同一である。また、各規定条件ＳｔｐｉおよびＴｘｉに対応付けられた治療台１８のヨー角の具体的な数値は、図１１と同一である。
　表示画面５４には、最初に決定された設定順序で各規定条件が示されている。規定条件Ｓｔｐ１の順位は第１番目であり、規定条件Ｔｘ３の順位は第２番目である。また、規定条件Ｔｘ１の順位は第３番目であり、規定条件Ｔｘ２の順位は第４番目である。
　この表示画面５４では、設定順序を操作者によって変更する操作が行われる。指定順位を記入する欄には、変更後の設定順序において、その欄に対応付けられた規定条件が占めるべき順位を示す数値が入力される。
　表示画面５４には再計算ボタン６４が含まれている。図１４の上側に示されているように、操作者の操作によって指定順位の欄に指定順位が入力される。図１４の上側に示されている例では、規定条件Ｓｔｐ１に対して指定順位として１が入力され、規定条件Ｔｘ１に対して指定順位として２が入力されている。
　指定順位が入力された後に操作者の操作に基づき、カーソルによって再計算ボタン６４が押下されると、新たに設定順序が求められる。新たな設定順序は、規定条件Ｓｔｐ１の順位を第１番目に固定し、規定条件Ｔｘ１の順位を第２番目に固定するという制約条件の下で、評価値に基づいて求められる。すなわち、複数の候補順序のうち、規定条件Ｓｔｐ１の順位が第１番目であり、規定条件Ｔｘ１の順位が第２番面であるものから新たな設定順序が選択される。この選択は、候補順序に対応する評価値に基づいて行われる。
　図１４の下側に示される表示画面５４には、変更後の新たな設定順序で各規定条件が示されている。規定条件Ｓｔｐ１の順位は第１番目であり、規定条件Ｔｘ１の順位は第２番目である。また、規定条件Ｔｘ３の順位は第３番目であり、規定条件Ｔｘ２の順位は第４番目である。新たな設定順序に対する評価値として、評価値表示部６０に移動時間が示されている。
　指定順位に基づいて設定順序を変更する処理は、操作装置２２、表示・操作処理器５２、設定順序変更器５０、表示装置２４、および治療計画入出力器４２によって実行される。表示・操作処理器５２は、操作装置２２で行われた操作を認識する。表示・操作処理器５２は、操作装置２２に対して行われた操作に応じて、図１３に示されている画像を表示装置２４に表示する。操作装置２２における操作によって表示画面５４上で指定順位が入力され、再計算ボタン６４が押下されることで、表示・操作処理器５２は指定順位を読み込む。
　設定順序変更器５０は、指定順位が読み込まれたことに応じて設定順序を変更する。すなわち、設定順序変更器５０は、複数の候補順序のうち、順位が指定された規定条件（制約規定条件）がその指定順位を占めるものを新たな設定順序として選択する。設定順序変更器５０は、候補順序に対応する評価値に基づいて新たな設定順序を選択する。　
　表示・操作処理器５２は、図１４の下側に示されているように、変更後の新たな設定順序で各規定条件を表示装置２４に表示する。表示・操作処理器５２は、さらに、変更後の新たな設定順序に対して求められた評価値を表示装置２４に表示する。
　治療計画入出力器４２は、最終的に決定された設定順序を示す治療計画ＴＰを生成し、治療計画ＴＰを治療情報管理装置２８に送信する。治療情報管理装置２８は、治療計画ＴＰを記憶する。
　このように、設定順序変更器５０は、複数の規定条件の中に制約規定条件があるときは、次のように設定順序を決定する。すなわち、設定順序変更器５０は、複数の規定条件のそれぞれに位置姿勢を適合させる複数通りの順序のうち、制約規定条件の順位が指定順位となるものを、新たな設定順序として決定する。
　ここでは、制約条件としての指定順位が操作者によって入力される例が示された。別の例として、ある特定の規定条件については指定順位が予め定められてもよい。例えば、セットアップ用の規定条件については、指定順位が第１番目と定められてよい。
　本応用実施形態によれば次のような効果が得られる。すなわち、動作確認のための動作等においては、規定条件の順位の指定が必要な場合がある。また、治療の状況によっては、特定の規定条件の順位を上位にすることが望まれる。本応用実施形態によれば、特定の規定条件の順位が指定されることで、変則的な状況に応じた照射ノズル１６および治療台１８の動作が可能となる。
　治療の経過が操作者によって参照され得る応用実施形態が以下に述べられる。図１５には、表示装置２４に表示される画像が示されている。図６、図７、図１３、および図１４に示されている事項と同一の事項については同一の符号が付されている。
　一般に、粒子線治療装置での治療は、複数日に分けて行われる。表示画面５４には、これまでに治療が行われた日数と、これから治療が行われる日数に対応する個数のタブ部６６が表示されている。
　図１５には、既に２日分の治療が行われ、３日目の治療が行われるときの表示画面５４が示されている。これまでの治療に応じて生成された各治療計画ＴＰは治療情報管理装置２８に保存されている。治療が開始されるときに、制御装置２０はこれまでの治療によって生成された治療計画ＴＰを治療情報管理装置２８から読み込む。操作者は必要に応じてタブ部６６を操作して、過去に行われた治療における設定順序を表示装置２４に表示する。
　図１５に示される表示画面５４を表示装置２４に表示する処理は、操作装置２２、治療計画入出力器４２、表示・操作処理器５２および表示装置２４によって実行される。表示・操作処理器５２は、操作装置２２で行われた操作を認識する。操作装置２２において、表示装置２４に表示されたタブ部６６をカーソルでクリックする操作がされたときは、治療計画入出力器４２は、クリックされたタブ部６６に対応する治療計画ＴＰを治療情報管理装置２８から読み込む。表示・操作処理器５２は、治療計画入出力器４２によって読み込まれた治療計画ＴＰを表示装置２４に表示する。
　本実施形態によれば、過去に行われた治療における設定順序が操作者に示される。これによって、次の治療における設定順序を決定する際の判断材料が操作者に示される。
　上記では、タブ部６６のクリックによって過去の設定順序を表示させる例が示された。タブ部６６の他、アイコンやボタン等のクリックによって、過去の設定順序が表示画面５４に表示されてもよい。
　１，２，１００　粒子線治療装置、１０　加速器、１２　ビーム輸送装置、１４，１０６　回転ガントリ、１６，１０４　照射ノズル、１８，１０２　治療台、２０　制御装置、２２　操作装置、２４　表示装置、２６　治療計画装置、２８　治療情報管理装置、３０　メモリ、３２　位置姿勢設定器、３４　治療台駆動器、３６，４０　駆動回路、３８　ガントリ駆動器、４２　治療計画入出力器、４４　移動経路決定器、４６　評価値決定器、４８　順序決定器、５０　設定順序変更器、５２　表示・操作処理器、５４　表示画面、５６　設定順序表示部、５８　編集ボタン、６０　評価値表示部、６２　壁、６４　再計算ボタン、６６　タブ部、１０８　粒子線、ＴＰ０　初期治療計画、ＴＰ　治療計画。

Claims (10)

  1. 　粒子線を照射する照射ノズルと、
    　患者が載せられる治療台と、
    　前記照射ノズルおよび前記治療台のうちの運動可能な少なくとも一方である可動体を運動させ、前記照射ノズルおよび前記治療台の相対位置姿勢を設定する制御装置とを備え、
    　前記制御装置は、
    　　複数の規定条件のうちの１つの条件から別の１つの条件に前記可動体の位置姿勢を適合させるときにおける、前記可動体の移動経路を求め、
    　　前記可動体の位置姿勢を複数の前記規定条件のそれぞれに適合させる場合の評価値であって、前記可動体を前記移動経路に従って移動させて、１通りの治療が行われるときの前記可動体の運動状況を表す評価値を求め、
    　　複数の前記規定条件のそれぞれに前記可動体の位置姿勢を適合させる設定順序を、前記評価値に基づいて決定し、
    　　前記移動経路に従って前記可動体を移動させて、複数の前記規定条件のうちの１つの条件から別の１つの条件に、前記可動体の位置姿勢を適合させることを特徴とする粒子線治療装置。
  2. 　請求項１に記載の粒子線治療装置において、
    　前記評価値は、前記１通りの治療が行われるときの前記可動体の移動時間であることを特徴とする粒子線治療装置。
  3. 　請求項１に記載の粒子線治療装置において、
    　前記可動体は前記治療台であり、
    　前記評価値は、前記１通りの治療が行われるときに前記可動体に与えられる運動負荷を示すことを特徴とする粒子線治療装置。
  4. 　請求項２または請求項３に記載の粒子線治療装置において、
    　前記制御装置は、複数の前記規定条件のそれぞれに前記可動体の位置姿勢を適合させる複数通りの順序のうち、前記評価値が最小となる順序を前記設定順序として決定することを特徴とする粒子線治療装置。
  5. 　請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の粒子線治療装置において、
    　前記設定順序を示す情報と、前記評価値とを表示する表示装置を備えることを特徴とする粒子線治療装置。
  6. 　請求項１に記載の粒子線治療装置において、
    　前記設定順序を示す情報を表示する表示装置を備え、
    　前記制御装置は、前記設定順序を示す情報が表示されると共に読み込まれた操作情報に応じて、前記設定順序を変更することを特徴とする粒子線治療装置。
  7. 　請求項６に記載の粒子線治療装置において、
    　前記表示装置は、変更後の前記設定順序に対する前記評価値を表示することを特徴とする粒子線治療装置。
  8. 　請求項１に記載の粒子線治療装置において、
    　前記制御装置は、複数の前記規定条件の中に、前記可動体の位置姿勢を適合させる順位が指定された制約規定条件があるときは、複数の前記規定条件のそれぞれに前記可動体の位置姿勢を適合させる複数通りの順序のうち、当該制約規定条件の順位が指定順位となるものを、前記設定順序として決定することを特徴とする粒子線治療装置。
  9. 　請求項１に記載の粒子線治療装置において、
    　前記制御装置は、前記照射ノズルが前記治療台または前記患者に接触しないように前記移動経路を求めることを特徴とする粒子線治療装置。
  10. 　粒子線を照射する照射ノズルと、患者が載せられる治療台とを備え、前記照射ノズルおよび前記治療台のうちの運動可能な少なくとも一方である可動体を運動させて、前記照射ノズルおよび前記治療台の相対位置姿勢を設定する粒子線治療装置の制御方法において、
    　複数の規定条件のうちの１つの条件から別の１つの条件に前記可動体の位置姿勢を適合させるときにおける前記可動体の移動経路を求め、
    　前記可動体の位置姿勢を複数の前記規定条件のそれぞれに適合させる場合の評価値であって、前記可動体を前記移動経路に従って移動させて、１通りの治療が行われるときの前記可動体の運動状況を表す評価値を求め、
    　複数の前記規定条件のそれぞれに前記可動体の位置姿勢を適合させる設定順序を、前記評価値に基づいて決定し、
    　前記移動経路に従って前記可動体を移動させて、複数の前記規定条件のうちの１つの条件から別の１つの条件に、前記可動体の位置姿勢を適合させること、
    　を含むことを特徴とする制御方法。
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