WO2022185898A1 - 照射ノズル、粒子線治療装置、粒子線治療システムおよび粒子線治療システムの制御方法 - Google Patents

照射ノズル、粒子線治療装置、粒子線治療システムおよび粒子線治療システムの制御方法 Download PDF

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WO2022185898A1
WO2022185898A1 PCT/JP2022/005843 JP2022005843W WO2022185898A1 WO 2022185898 A1 WO2022185898 A1 WO 2022185898A1 JP 2022005843 W JP2022005843 W JP 2022005843W WO 2022185898 A1 WO2022185898 A1 WO 2022185898A1
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nozzle
irradiation
tip
particle beam
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泰三 本田
千博 中島
智一 島倉
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株式会社日立製作所
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    • A61N5/1077—Beam delivery systems
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    • A61N2005/1085—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy characterised by the type of particles applied to the patient
    • A61N2005/1087—Ions; Protons

Definitions

  • the present invention relates to an irradiation nozzle, a particle beam therapy system, a particle beam therapy system, and a control method for the particle beam therapy system.
  • CTV-PTV margin (Clinical Target Volume: CTV, Planning Target Volume: PTV) can be reduced, making it possible to reduce the dose to normal tissue.
  • the accuracy of IGRT is improved by matching the isocenter of the radiotherapy device and imaging device.
  • Patent Document 1 a technology has been proposed that makes the nozzle movable in the beam axis direction.
  • Patent Document 1 With the conventional technology described in Patent Document 1, a retraction space is required on the beam axis to retract the nozzle, which increases the size of the treatment room and increases costs.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and its object is to provide an irradiation nozzle, a particle beam therapy apparatus, a particle beam therapy system, and a particle beam that can realize miniaturization of the apparatus and high-precision beam irradiation.
  • An object of the present invention is to provide a control method for a treatment system.
  • an irradiation nozzle for irradiating a target object with a radiation therapy beam, comprising: a nozzle base fixed on a beam axis through which the radiation therapy beam passes; a nozzle tip for irradiating the object with the radiotherapy beam passing through the end, the nozzle tip being fixed at a first position when irradiating the object with the radiotherapy beam, and imaging the object.
  • a curved movement path is provided along which the nozzle tip can move between the first position and the second position.
  • the object can be irradiated with a radiation therapy beam when the nozzle tip is fixed at the first position, and the nozzle tip is moved in a predetermined direction and fixed at the second position.
  • the object can be photographed when As a result, for example, the isocenter of the irradiation beam and the isocenter of imaging can be matched, and treatment and imaging can be performed without moving the treatment target on the tabletop, so highly accurate treatment can be performed. .
  • FIG. 1 is an explanatory diagram showing an overall overview of a particle beam therapy system having an irradiation nozzle; 1 is a configuration diagram of an entire system including a particle beam therapy system; FIG. It is a perspective view of an irradiation nozzle.
  • FIG. 10 is a side view of the irradiation nozzle with the tip of the nozzle at the retracted position;
  • FIG. 4 is a side view of an irradiation nozzle with the tip of the nozzle at the irradiation position; 4 is a flow chart showing the overall processing of the particle beam therapy system;
  • FIG. 10 is a side view of the irradiation nozzle with the tip of the nozzle at the retracted position;
  • FIG. 4 is a side view of an irradiation nozzle with the tip of the nozzle at the irradiation position;
  • 4 is a flow chart showing the overall processing of the particle beam therapy system;
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing the relationship between a CT device having a tilt function and an irradiation nozzle
  • FIG. 10 is an explanatory diagram for comparison with the case where the nozzle tip moves perpendicularly to the beam axis
  • FIG. 10 is an explanatory diagram of an irradiation nozzle according to the second embodiment
  • It is explanatory drawing which looked at the irradiation nozzle from the back side.
  • FIG. 11 is an explanatory diagram of irradiation nozzles according to the third embodiment;
  • the irradiation nozzle when the nozzle tip is at the irradiation position (first position) on the beam axis, the radiotherapy beam that has passed through the nozzle base end is irradiated from the nozzle tip to the object. can be done. Then, when the radiotherapy beam is not irradiated, the tip of the nozzle can be removed from the beam axis while moving away toward the upstream side on the beam axis.
  • the radiation therapy beam is a particle beam.
  • this embodiment can be applied not only to particle beams but also to X-rays or electron beams.
  • the radiotherapy beam may be abbreviated as beam.
  • a CT apparatus will be described as an example of an imaging apparatus, but the imaging apparatus is not limited to a CT apparatus.
  • Other imaging devices such as a tomography device may also be used.
  • FIG. 1 is an overall schematic diagram of a particle beam therapy system 1 having an irradiation nozzle 4.
  • FIG. A detailed configuration will be described later with reference to FIG.
  • FIG. 1(1) shows the imaging of the patient Pt by the CT device 5 .
  • FIG. 1(2) shows irradiation of the beam BM from the irradiation nozzle 4 to the affected area on the isocenter IC.
  • the irradiation nozzle 4 includes a nozzle base end portion 42 fixed to the beam axis 40 and a nozzle tip portion 44 provided to be movable in predetermined directions F1 and F2 with respect to the nozzle base end portion 42 . That is, the irradiation nozzle 4 of this embodiment includes a fixed portion (nozzle base end portion 42) and a movable portion (nozzle tip portion 44).
  • a beam BM from an accelerator 22 enters the nozzle base end 42 along the beam axis 40 from the rear side.
  • a movement path 43 used when the nozzle tip 44 moves is provided on the downstream side of the beam axis of the nozzle base 42 .
  • the downstream side of the beam axis is the downstream side in the beam flow direction, and corresponds to substantially the left side of the nozzle base end portion 42 in FIG.
  • the nozzle tip portion 44 moves using the movement path 43 between the irradiation position P1 for irradiating the isocenter IC with the beam and the retracted position P2.
  • the nozzle tip portion 44 is moved on the movement path 43 by a nozzle driving portion 45 which will be described later.
  • the nozzle tip 44 (P1) in the drawing indicates that the nozzle tip 44 is at the irradiation position P1, which is an example of the "first position”.
  • the nozzle tip 44 (P2) indicates that the nozzle tip 44 is at the retracted position P2, which is an example of the "second position”.
  • the nozzle tip 44 moves along a movement path 43 provided on the downstream side of the beam axis of the nozzle base 42 .
  • the nozzle tip portion 44 has a retreat position P2 which is located on the nozzle base end portion 42 side and is set above a point O1 (center point O1) set on the beam axis 40 by a predetermined angle ⁇ , and an irradiation position P1. and the intersection point h on the beam axis 40 of the perpendicular drawn from the nozzle tip 44 to the beam axis 40 approaches the center point O1 as the "predetermined direction". do.
  • the retracted position P2 is set at a position away from the beam axis 40 .
  • the movement path 43 is centered on the point O1 set on the beam axis 40 on the nozzle base end 42 side, and the intersection of the beam axis 40 and the downstream side of the beam axis of the nozzle base end 42 (irradiation position It is formed in a curved shape connecting a position rotated clockwise by a predetermined angle of approximately 90 degrees from P1).
  • the curved movement path 43 can also be called an arc-shaped movement path 43 .
  • the arc shape is not limited to a part of a perfect circle, and may be a part of a circular shape other than a perfect circle.
  • the predetermined angle may be any angle that includes the angle ⁇ at which the nozzle tip portion 44 moves between the irradiation position P1 and the retracted position P2, and may be 90 degrees or more or less than 90 degrees.
  • the irradiation nozzle 4 and the CT device 5 are arranged so as not to interfere with each other during the operation of their main functions, and their operations are controlled.
  • the main function of the irradiation nozzle 4 is beam irradiation.
  • the main function of the CT device 5 is imaging.
  • the CT apparatus 5 moves from the standby position on the back side of the page to the front of the page during imaging ((1) in FIG. 1). Since the nozzle tip 44 of the irradiation nozzle 4 moves to the retracted position P2 before the CT device 5 moves from the standby position to the imaging position, the CT device 5 and the irradiation nozzle 4 do not come into contact with each other.
  • the CT device 5 may stand by in front of the paper surface, or as will be described later with reference to FIG. may be arranged to The CT device 5 may be tiltable toward the irradiation nozzle 4 .
  • the CT device 5 returns to the standby position, and the nozzle tip portion 44 moves from the retracted position P2 to the irradiation position P1.
  • the position of the treatment table 6 on which the patient Pt which is the object of beam irradiation, is placed when imaging by the CT device 5 and irradiation by the irradiation nozzle 4 are switched.
  • there is no change in the position of the patient Pt (affected area) between the end of imaging and the start of irradiation. can be done.
  • this embodiment configured in this way, there is no need to move the patient Pt or change the posture between CT imaging for positioning and beam irradiation. Organizational fluctuations can be suppressed. Therefore, according to the present embodiment, since the beam can be irradiated with highly accurate positioning, it is possible to reduce the margin for tissue around the affected area and reduce the dose for normal tissue.
  • the nozzle tip 44 of the irradiation nozzle 4 is not expanded or contracted along the beam axis, but is moved away from the irradiation position P1 toward the upstream side of the beam axis 40 and away from the beam axis 40 in a direction F2. Since it is moved, the size of the entire irradiation nozzle 4 can be reduced as compared with Patent Document 1.
  • FIG. 2 shows the overall configuration of the particle beam therapy system 1.
  • the particle beam therapy system 1 includes, for example, at least a particle beam therapy device 10 and a CT device 5, which is an example of an “imaging device”.
  • the particle beam therapy system 1 may include an information processing system 7 as a "controller" in addition to the particle beam therapy device 10 and the CT device 5 .
  • the particle beam therapy system 1 can also include a treatment table 6 for holding the patient Pt at a predetermined position.
  • the treatment table 6 can also be called an "object positioning control section" that controls the position of the patient Pt who is the object.
  • the treatment table 6 can move the patient Pt in a plurality of directions by a moving mechanism such as an arm robot (not shown).
  • the treatment table 6 will be described as an example of a couch on which the patient Pt lies, but it may be a chair type on which the patient Pt sits, and the chair-type treatment table 6 may be movable or fixed.
  • the treatment table 6 may be of a type in which the patient Pt receives treatment in a standing position.
  • the particle beam therapy system 10 includes, for example, an irradiation nozzle 4 and an accelerator 2.
  • the particle beam therapy system 10 can further include components other than the irradiation nozzle 4 and the accelerator 2 .
  • the configuration of the particle beam therapy system 1 will be described with reference to FIG.
  • the particle beam generator 2 has, for example, an ion source (not shown), and a linear accelerator 21 and a synchrotron accelerator 22, which are pre-stage accelerators.
  • a cyclotron or a synchrocyclotron may be used, or a particle beam accelerator using a superconducting electromagnet may be used.
  • Particle beams include, for example, proton beams (proton ion beams), helium beams (helium ion beams), and carbon beams (carbon ion beams). Either may be used.
  • the accelerator 22 has, for example, an annular beam duct, an injector, a plurality of bending electromagnets, a plurality of quadrupole electromagnets, a high-frequency acceleration cavity, a high-frequency applying device for extraction, and a septum electromagnet for extraction (all symbols are omitted).
  • the beam generated by the particle beam generator 2 is supplied by the beam transport system 3 to the irradiation nozzles 4(1) and 4(2) of the irradiation chambers RM1 and RM2. Although two irradiation chambers RM1 and RM2 are illustrated in FIG. 2, the number of irradiation chambers does not matter.
  • the particle beam therapy system 1 of this embodiment can be used with one irradiation room or with three or more irradiation rooms.
  • the beam from the beam transport system 3 is incident on the irradiation nozzle 4(1) in the treatment room RM1 by the bending electromagnet 31(1).
  • the beam from beam transport system 3 is incident on irradiation nozzle 4(2) in treatment room RM2 by bending electromagnet 31(2).
  • the nozzle tip 44 (P1) at the irradiation position P1 irradiates the beam toward the isocenter IC.
  • the nozzle tip 44 (P2) is at the retracted position P2, and the CT device 5 is moved to the imaging position to image the affected area of the patient Pt.
  • a detailed configuration of the irradiation nozzle 4 will be described later with reference to FIGS.
  • the treatment rooms RM1 and RM2 are not distinguished, they are called treatment rooms RM.
  • the information processing system 7 controls the particle beam therapy system 1.
  • the information processing system 7 includes, for example, a main controller 70 , an irradiation control section 71 , a CT control section 72 , a data accumulation section 73 , an operation terminal 74 and a treatment planning device 75 .
  • the main controller 70 is a computer that controls the overall operation of the particle beam therapy system 1, and has computer resources such as a microprocessor 701 and a memory 702, for example.
  • the microprocessor 701 is indicated as "CPU”.
  • a memory 702 stores a predetermined computer program (not shown) used to control the particle beam therapy system 1 .
  • the microprocessor 701 controls the particle beam therapy system 1 by reading out a predetermined computer program from the memory 702 and executing it.
  • the main controller 70 communicates with an irradiation control unit 71, a CT control unit 72, a data storage unit 73, an operation terminal 74, and a treatment planning device 75 via a communication interface unit (not shown).
  • a storage medium MM can be connected to the main controller 70 .
  • the storage medium MM is, for example, a flash memory, an optical disk, a memory card, a hard disk, or the like.
  • Part or all of a predetermined computer program can be transferred from the storage medium MM to the memory 702 of the main controller 70 and stored. Conversely, part or all of the predetermined computer program can be transferred from the memory 702 of the main controller 70 to the storage medium MM for storage.
  • the irradiation control unit 71 is a computer that controls beam irradiation by the particle beam therapy system 1 .
  • the irradiation control unit 71, CT control unit 72, and operation terminal 74, like the main controller 70, have computer resources such as microprocessors and memories (none of which are shown).
  • the CT control unit 72 is a computer that controls the CT device 5 .
  • Image data (diagnostic image data) of the diseased part imaged by the CT device 5 is stored in the data storage unit 73 via the CT control unit 72 .
  • the data storage unit 73 stores, for example, image data captured by the CT device 5 and a treatment plan created by the treatment planning device 75.
  • the operation terminal 74 is a computer used by a user such as a doctor.
  • a user operates the particle beam therapy system 1 by using the operation terminal 74 .
  • the user can also acquire information held by the particle beam therapy system 1 via the operation terminal 74 and check it on the screen of the terminal 74 .
  • the treatment planning device 75 is a computer that creates a plan for treating the patient Pt by beam irradiation.
  • a treatment planning device 75 prepares a treatment plan based on the image data obtained from the CT device 5 .
  • FIG. 3 is a perspective view looking down on the irradiation nozzle 4 from above.
  • FIG. 4 is a side view of the irradiation nozzle 4 when the nozzle tip portion 44 is at the retracted position P2.
  • FIG. 5 is a side view of the irradiation nozzle 4 when the nozzle tip 44 is at the irradiation position P1.
  • the irradiation nozzle 4 includes, for example, a support section 41, a nozzle base end section 42, a movement path 43, a nozzle tip section 44, and a nozzle drive section 45.
  • the support part 41 is attached to the treatment room RM.
  • the nozzle base end portion 42 is provided above the support portion 41 and has a plurality of scanning electromagnets (none of which are shown) for deflecting and scanning the beam.
  • the movement path 43 is provided on the downstream side of the beam axis of the nozzle base end 42 .
  • the movement path 43 is formed in a curved or arcuate shape connecting an irradiation position P1 where the beam axis 40 passes through the nozzle base end 42 and a retracted position P2.
  • the retracted position P2 is a position away from the beam axis 40 from the irradiation position P1 and away from the patient Pt (in other words, the isocenter IC at the time of irradiation) by a predetermined distance.
  • the nozzle tip portion 44 has a retreat position P2, which is located on the nozzle base end portion 42 side and is set above a center point O1 set on the beam axis 40 by a predetermined angle ⁇ , and an irradiation position P1.
  • the arc-shaped movement path 43 that connects at least between do.
  • Nozzle tip 44 is movably attached to the movement path 43 and moved in the directions of arrows F1 and F2 by the nozzle driving portion 45 .
  • Nozzle tip 44 includes at least one device (not shown) such as, for example, a dose monitor, a position monitor, a ridge filter, and the like.
  • the nozzle drive unit 45 includes a rotary motor 450 and a wire 451, for example.
  • the rotary motor 450, speed reducer, and brake (none of which are shown) are provided above the nozzle base end 42 and further behind the retracted position P2 (upstream in the beam flow direction).
  • the wire 451 has one end connected to the rotating shaft of the rotary motor 450 and the other end connected to the nozzle tip portion 44 .
  • the nozzle tip portion 44 moves along the movement path 43 toward the retracted position P2, as shown in FIG.
  • the rotary motor 450 rotates in the opposite direction and the wire 451 is sent out, the nozzle tip portion 44 moves along the movement path 43 toward the irradiation position P1 as shown in FIG.
  • the main controller 70 confirms the position of the irradiation nozzle 4 via the irradiation control unit 71, and the irradiation nozzle 4 moves to the retracted position P2. (S12).
  • the main controller 70 determines that the irradiation nozzle 4 is not retracted (S12: NO)
  • the main controller 70 stops preparation for imaging by the CT device 5 (S13), and instructs the irradiation control section 71 to retract the irradiation nozzle 4. (S14).
  • the nozzle tip portion 44 of the irradiation nozzle 4 moves along the movement path 43 in the direction of the arrow F2 and retreats to the retreat position P2.
  • the main controller 70 determines that the nozzle tip portion 44 is retracted (S12: YES), and the CT device 5 In response, movement to the shooting position and shooting are permitted (S15). Since the nozzle tip portion 44 of the irradiation nozzle 4 is retracted, the CT apparatus 5 and the irradiation nozzle 4 do not come into contact with each other even when the CT apparatus 5 moves from the standby position to the imaging position.
  • the CT apparatus 5 that has received permission to move moves forward from the standby location at the back of the page to the imaging position, images the patient Pt on the treatment table 6, and transmits the image data to the data storage unit 73 for storage (S16). ). Specifically, the CT apparatus 5 moves from a predetermined waiting place to a treatment position (a position corresponding to the isocenter IC, where the affected part of the patient Pt can be imaged) in the irradiation room RM in response to an instruction from the CT control unit 72 . Move to
  • the CT apparatus 5 passes the patient Pt from the tip of the treatment table 6 through the opening 51 of the CT apparatus 5, moves to a place where the affected part can be imaged, and stops.
  • the CT device 5 photographs the vicinity of the isocenter IC and transmits the image data to the CT control section 72 .
  • the CT control unit 72 stores the image data received from the CT apparatus 5 in the data storage unit 73 .
  • the main controller 70 confirms through the CT control unit 72 whether or not imaging by the CT device 5 has ended (S17). When the main controller 70 confirms that the photographing is completed (S17: YES), the main controller 70 performs automatic contour processing (segmentation processing) on the photographed image data, and stores the contour information in the data storage section 73 (S18). ).
  • the treatment planning device 75 creates a treatment plan based on the image data and contour information stored in the data storage unit 73 (S19).
  • the created treatment plan is transferred to and stored in the data storage unit 73 .
  • a previously created treatment plan may be modified based on image data. Further, when the treatment plan is not created and the treatment plan is not corrected, the patient position is corrected based on the image data from the CT device 5 .
  • the main controller 70 instructs the CT apparatus 5 to return to the standby position according to the treatment start instruction input from the operation terminal 74 (S20).
  • the main controller 70 instructs the nozzle tip 44 of the irradiation nozzle 4 to move to the irradiation position P1 at the same time as the movement instruction to the CT device 5 or after the movement instruction to the CT device 5 (S21).
  • the irradiation control unit 71 causes the irradiation nozzle 4 to irradiate the affected area with a predetermined beam according to the treatment plan (S22).
  • FIG. 7 Advantages of the configuration in which the nozzle tip 44 is moved away from the beam axis 40 in an arcuate (curved) manner will be described with reference to FIGS. 7 and 8.
  • FIG. 7 Advantages of the configuration in which the nozzle tip 44 is moved away from the beam axis 40 in an arcuate (curved) manner will be described with reference to FIGS. 7 and 8.
  • FIG. 7 shows the relationship between the CT device 5A having a tilt function and the irradiation nozzle 4. 1 and 2, the moving direction of the CT device 5 and the beam axis 40 are orthogonal to each other, but FIG. 7 shows the case where the moving direction of the CT device 5A and the beam axis 40 are aligned. .
  • the CT apparatus 5A of this modified example is provided so as to be movable in the left-right direction from the standby position (not shown) on the left side as you face it to the imaging position shown in FIG. Furthermore, the CT apparatus 5A is provided so as to be tiltable from a vertical reference posture (5A(1)) to a tilt posture (5A(2)) at the imaging position. The CT apparatus 5A can also tilt counterclockwise from the vertical reference position (5A(1)).
  • FIG. 8 compares the case where the nozzle tip 44 moves perpendicular to the beam axis 40 and the case where the nozzle tip 44 draws an arc-shaped trajectory and retreats.
  • the upper end position of the vertically moved nozzle tip portion 44 (P2V) is higher by a dimension ⁇ H than the upper end position of the nozzle tip portion 44 (P2) that has retreated along an arc-shaped trajectory.
  • the height dimension of the irradiation nozzle 4 can be made smaller than when the nozzle tip 44 is vertically moved and retracted. can do.
  • the nozzle tip 44 of the irradiation nozzle 4 is not expanded or contracted along the beam axis, but is moved away from the irradiation position P1 toward the upstream side of the beam axis 40 and away from the beam axis 40 in a direction F2. Since it is moved, the size of the entire irradiation nozzle 4 can be reduced as compared with Patent Document 1.
  • the tilt operation of the CT apparatus 5A can also be handled.
  • the isocenter of the irradiation beam and the isocenter of imaging can be matched, and treatment and imaging can be performed without moving the treatment target on the tabletop, thereby improving the accuracy of treatment. can be done. Therefore, when a CT apparatus, for example, is introduced as an imaging apparatus, high-quality imaging can be performed, and application to high-precision IGRT and adaptive treatment is also possible.
  • FIG. 9 A second embodiment will be described with reference to FIGS. 9 and 10.
  • FIG. 9 differences from the first embodiment will be mainly described.
  • the irradiation nozzle 4A of this embodiment balances the weight of both ends of the wire 451 by using the counterweight 452, and reduces the torque required for the rotary motor 450. That is, the nozzle driving section 45A of this embodiment has a counterweight 452 in addition to the rotating motor 450 and the wire 451 .
  • the counterweight 452 is provided at one end of the wire 451 that is not connected to the nozzle tip 44 .
  • FIG. 10 is an explanatory diagram of the nozzle base end 42 viewed from the rear side.
  • Wires 451 ( 1 ) and 451 ( 2 ) are wound around both ends of the rotating shaft of rotary motor 450 , and one end of both ends of wires 451 ( 1 ) and 451 ( 2 ) is connected to nozzle tip portion 44 .
  • Safety covers 453(1) and 453(2) may be provided to prevent the vertically moving counterweights 452(1) and 452(2) from contacting an operator or the like.
  • the wire 451 and the counterweight 452 may be provided only at one end of the rotary shaft of the rotary motor 450 .
  • the present embodiment configured in this way also has the same effect as the first embodiment. Furthermore, since the nozzle drive unit 45A of this embodiment uses the counterweight 452, the load on the rotary motor 450 can be reduced, and the cost of the rotary motor 450 can be reduced and the life of the rotary motor 450 can be increased.
  • FIG. 11 is an explanatory diagram of an irradiation nozzle 4B according to a modification.
  • the irradiation nozzle 4B has a nozzle driver 45B including a linear actuator.
  • a linear motor, a combination of an electric motor and a ball screw, a combination of an electric motor and a slider, a pneumatic cylinder, or the like can be used for the nozzle drive unit 45B, for example.
  • a third embodiment will be described with reference to FIG. In this embodiment, differences from the first embodiment and the second embodiment will be mainly described.
  • the center point O1a of the arcuate movement path 43 is located downstream of the nozzle tip 44 on the beam axis.
  • the center point O1a is located on the beam axis, but it may be located on the downstream side of the beam axis from the nozzle tip 44, and is not necessarily on the beam axis, and may be located off the beam axis. There may be.
  • the center point O1a is the intersection point ha on the beam axis 40 of the perpendicular drawn from the nozzle tip 44 to the beam axis 40 when the nozzle tip 44 is at the retracted position P2a. , or the isocenter IC.
  • the nozzle tip portion 44 is located downstream of the nozzle tip portion 44 and is set above a point O1a (center point O1a) set on the beam axis 40 by a predetermined angle ⁇ a;
  • the direction in which the intersection point ha on the beam axis 40 of the perpendicular line drawn down from the nozzle tip 44 to the beam axis 40 on the arc-shaped movement path 43a connecting at least the position P1 moves toward the downstream side of the beam axis is defined as the "predetermined direction”. ” to move.
  • the movement path 43a is centered on a point O1a set on the beam axis 40 downstream of the nozzle tip 44, and is located downstream of the beam axis of the beam axis 40 and the nozzle base 42 (irradiation position P1). It is formed in a curved shape connecting the position rotated counterclockwise by a predetermined angle of approximately 90 degrees from the intersection with the .
  • the curved movement path 43a can also be called an arc-shaped movement path 43a.
  • the arc shape is not limited to a part of a perfect circle, and may be a part of a circular shape other than a perfect circle.
  • the predetermined angle may be any angle that includes the angle ⁇ a at which the nozzle tip portion 44 moves between the irradiation position P1 and the retracted position P2a, and may be 90 degrees or more or less than 90 degrees.
  • the nozzle tip 44 shown in FIG. Compared to the case of moving and retreating, the height dimension ⁇ Ha of the irradiation nozzle 4 can be made smaller.
  • the outer shape of the CT device is not necessarily a perfect circle.
  • a non-annular imaging device such as an open type MRI can also be used.
  • the patient Pt can be captured without interference between the nozzle tip 44 and the imaging device by moving the nozzle tip 44 to the retracted position P2a above the imaging device.
  • An image can be taken at the isocenter IC position.
  • the case where one beam axis 40 is horizontal to the floor surface has been described as an example, but this embodiment can also be applied to irradiation nozzles that irradiate beams from a plurality of directions. That is, the irradiation nozzle 4 is different when the beam axis is horizontal to the floor surface, when the beam axis is at 45° to the floor surface, and when the beam axis is perpendicular to the floor surface. It can also be applied to irradiation nozzles that can irradiate beams from multiple directions.
  • the nozzle base end portion 42 is composed of a bending electromagnet that continuously changes the irradiation angle, and by moving the nozzle tip portion 44, it can be applied to a particle beam therapy system that irradiates a beam from an arbitrary angle.
  • the scanning electromagnet may be provided at the nozzle tip portion 44 instead of the nozzle base end portion 42, or may be provided at the upstream side of the beam from the nozzle base end portion 42.
  • 1 particle beam therapy system
  • 2 particle beam generator
  • 3 beam transport system
  • 4A, 4B irradiation nozzle
  • 5A CT device
  • 6 treatment table
  • 7 control system
  • 10 particle beam Treatment device 41: support part 42: nozzle base end part 43: movement path 44: nozzle tip part 45, 45A, 45B: nozzle driving part

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Abstract

装置の小型化と高精度なビーム照射とを実現するべく、放射線治療ビームを対象物(Pt)へ照射する照射ノズル(4)は、放射線治療ビームの通過するビーム軸(40)上に固定されたノズル基端部(42)と、ノズル基端部(42)を通過した放射線治療ビームを対象物(Pt)へ照射するノズル先端部(44)とを有し、ノズル先端部(44)は、対象物(Pt)に放射線治療ビームを照射するとき第１の位置に固定され、対象物を撮影するとき第２の位置に固定され、ノズル先端部(44)が第１の位置と第２の位置との間を移動可能な湾曲状の移動経路が設けられるように構成した。

Description

照射ノズル、粒子線治療装置、粒子線治療システムおよび粒子線治療システムの制御方法
　本発明は、照射ノズル、粒子線治療装置、粒子線治療システムおよび粒子線治療システムの制御方法に関する。
　画像誘導放射線治療（Ｉｍａｇｅ　Ｇｕｉｄｅｄ　Ｒａｄｉａｔｉｏｎ　Ｔｈｅｒａｐｙ：　ＩＧＲＴ）により従来の放射線治療と比較し、標的に対して正確な照射が可能となる。また、ＣＴＶ－ＰＴＶ　マージン（Ｃｌｉｎｉｃａｌ　Ｔａｒｇｅｔ　Ｖｏｌｕｍｅ：　ＣＴＶ、Ｐｌａｎｎｉｎｇ　Ｔａｒｇｅｔ　Ｖｏｌｕｍｅ：　ＰＴＶ）を縮小でき、正常組織への線量を低減することが可能となる。
ＩＧＲＴ　は放射線治療装置および撮影装置のそれぞれのアイソセンタが一致することでその精度が向上する。
　放射線治療で精度の高いＩＧＲＴを実現するには、アイソセンタにおいて、高品質の診断画像（コントラストの良い診断画像）を得る必要がある。
　現在のＣＴ装置は、高品質の画像を取得できるが、外形寸法が大きい。したがって、アイソセンタで撮影するために、干渉を避ける位置に照射ノズルを配置すると、ノズル先端からアイソセンタまでの距離が長くなる。
　ノズル先端からアイソセンタまでの距離が長くなると、照射野の辺縁部のペナンブラが大きくなるため、線量分布の品質が低下する。特に、粒子線治療では、ビームサイズが大きくなってしまい、線量分布の制御性が悪くなる。そこで、ノズルをビーム軸方向に移動可能にする技術が提案されている（特許文献１）。
特開２０２０－１３０８６３号公報
　特許文献１に記載の従来技術では、ノズル退避のために、ビーム軸に退避スペースが必要となるため、治療室が大きくなり、コストがかかる。
　本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、その目的は、装置の小型化と高精度なビーム照射とを実現できるようにした照射ノズル、粒子線治療装置、粒子線治療システムおよび粒子線治療システム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、本発明に従う照射ノズルは、放射線治療ビームを対象物へ照射する照射ノズルであって、放射線治療ビームの通過するビーム軸上に固定されたノズル基端部と、ノズル基端部を通過した放射線治療ビームを対象物へ照射するノズル先端部とを有し、ノズル先端部は、対象物に放射線治療ビームを照射するとき第１の位置に固定され、対象物を撮影するとき第２の位置に固定され、ノズル先端部が第１の位置と第２の位置との間を移動可能な湾曲状の移動経路が設けられる。
　本発明によれば、ノズル先端部が第１の位置に固定されたときに放射線治療ビームを対象物へ照射することができ、ノズル先端部を所定方向へ移動させて第２の位置に固定させたときに、対象物を撮影させることができる。これにより、例えば、照射ビームのアイソセンタと撮影のアイソセンタを一致させることができ、天板上の治療対象を動かさずに治療と撮影とを行うことができるため、高精度な治療を行うことができる。
照射ノズルを有する粒子線治療装置の全体概要を示す説明図である。 粒子線治療装置を含むシステム全体の構成図である。 照射ノズルの斜視図である。 ノズル先端部が退避位置にある照射ノズルの側面図である。 ノズル先端部が照射位置にある照射ノズルの側面図である。 粒子線治療システムの全体処理を示すフローチャートである。 チルト機能を有するＣＴ装置と照射ノズルとの関係を示す説明図である。 ノズル先端部がビーム軸に垂直に移動する場合と比較する説明図である。 第２実施例に係り、照射ノズルの説明図である。 照射ノズルを背面側から見た説明図である。 変形例に係る照射ノズルの説明図である。 第３実施例に係り、照射ノズルの説明図である。
　以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。本実施形態に係る照射ノズルは、ノズル先端部がビーム軸上の照射位置（第１の位置）にあるときには、ノズル基端部を通過した放射線治療ビームをノズル先端部から対象物へ照射することができる。そして、放射線治療ビームを照射しないときには、ノズル先端部をビーム軸上の上流側へ遠ざけつつ、ビーム軸から外すことができる。
　放射線治療ビームは、粒子線である。しかし、粒子線に限らず、Ｘ線または電子線にも本実施形態を適用することができる。以下、放射線治療ビームをビームと略記する場合がある。
　本実施形態では、撮影装置としてＣＴ装置を例に挙げて説明するが、撮影装置はＣＴ装置に限られるものではなく、例えば、ＭＲＩ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  Ｉｍａｇｉｎｇ）装置またはＸ線撮影装置、ＰＥＴ（Ｐｏｓｉｔｒｏｎ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）装置など他の撮影装置を用いてもよい。
　 図１は、照射ノズル４を有する粒子線治療システム１の全体概要図である。詳細な構成は、図２以下を参照して後述する。図１（１）は、ＣＴ装置５による患者Ｐｔの撮影時を示す。図１（２）は、照射ノズル４からビームＢＭをアイソセンタＩＣ上の患部へ照射する照射時を示す。
　照射ノズル４は、ビーム軸４０に固定されたノズル基端部４２と、ノズル基端部４２に対して所定方向Ｆ１，Ｆ２に移動可能に設けられたノズル先端部４４とを含む。すなわち、本実施形態の照射ノズル４は、固定部（ノズル基端部４２）と可動部（ノズル先端部４４）とを含む。
　ノズル基端部４２には、その後側から、加速器２２（図２で後述）からのビームＢＭがビーム軸４０に沿って入射する。ノズル基端部４２のビーム軸の下流側には、ノズル先端部４４が移動する際に使用する移動経路４３が設けられている。ビーム軸の下流側とは、ビームの流れ方向の下流側であり、図１ではノズル基端部４２の略左側に該当する。
　ノズル先端部４４は、ビームをアイソセンタＩＣへ照射する照射位置Ｐ１と退避位置Ｐ２との間を、移動経路４３を用いて移動する。ノズル先端部４４は、後述するノズル駆動部４５により、移動経路４３上を移動する。
　ノズル先端部４４が「第１の位置」の例である照射位置Ｐ１にあることを、図中ではノズル先端部４４（Ｐ１）と示す。同様に、ノズル先端部４４が「第２の位置」の例である退避位置Ｐ２にあることを、図中ではノズル先端部４４（Ｐ２）と示す。
　ノズル先端部４４は、ノズル基端部４２のビーム軸の下流側に設けられた移動経路４３に沿って移動する。
　ノズル先端部４４は、ノズル基端部４２側に位置してビーム軸４０上に設定される点Ｏ１（中心点Ｏ１）から所定の角度θだけ上方に設定される退避位置Ｐ２と、照射位置Ｐ１との間を少なくとも結ぶ円弧状の移動経路４３を、ノズル先端部４４からビーム軸４０へ降ろした垂線のビーム軸４０上での交点ｈが中心点Ｏ１へ近づく方向を「所定の方向」として移動する。退避位置Ｐ２は、ビーム軸４０から外れた位置に設定されている。
　一例として、移動経路４３は、ノズル基端部４２側のビーム軸４０上に設定される点Ｏ１を中心に、ビーム軸４０とノズル基端部４２のビーム軸の下流側との交点（照射位置Ｐ１）から右回りに略９０度の所定角度だけ回転した位置までを結ぶ湾曲状に形成される。湾曲状の移動経路４３は、円弧状の移動経路４３と呼ぶこともできる。円弧状とは、正円の一部に限らず、正円以外の円形状の一部でもよい。所定角度は、ノズル先端部４４が照射位置Ｐ１と退避位置Ｐ２との間で移動する角度θを含む角度であればよく、９０度以上でもよいし、９０度未満でもよい。
　照射ノズル４とＣＴ装置５とは、互いの主要機能の動作時に干渉しないよう配置され、動作が制御される。照射ノズル４の主要機能とは、ビーム照射である。ＣＴ装置５の主要機能とは、撮影である。
　ＣＴ装置５は、照射ノズル４によるビーム照射時に紙面の奥側で待機しているため、ＣＴ装置５と照射ノズル４とは接触しない（図１（２））。ＣＴ装置５は、撮影時に、紙面奥側の待機位置から紙面手前へ移動する（図１（１））。ＣＴ装置５が待機位置から撮影位置へ移動する前に、照射ノズル４のノズル先端部４４は退避位置Ｐ２へ移動しているため、ＣＴ装置５と照射ノズル４とは接触しない。ＣＴ装置５は、紙面手前で待機してもよいし、図７で後述するように、ＣＴ装置５は、ノズル先端部４４が照射位置Ｐ１にあるときに、ノズル先端部４４（Ｐ１）に近接するように配置されてもよい。そして、そのＣＴ装置５は、照射ノズル４へ向けて傾動可能に設けられてもよい。
　図１に戻る。図１（１）に示す撮影時に、ノズル先端部４４は、退避位置Ｐ２にあるため、ノズル基端部４２の前記ビーム軸の下流側に突起物（ノズル先端部４４）が存在しなくなる。したがって、ノズル先端部４４の厚み寸法の分だけ、ＣＴ装置５とノズル基端部４２とを接近させることができる。
　そして、図１（２）に示す照射時には、ＣＴ装置５は待機位置へ戻り、ノズル先端部４４は退避位置Ｐ２から照射位置Ｐ１へ移動する。ここで、ビーム照射の対象物である患者Ｐｔを載せた治療台６は、ＣＴ装置５による撮影時と照射ノズル４による照射時とを切り替える際に、その位置を変える必要はない。本実施形態の粒子線治療システムでは、撮影終了時と照射開始時とで、患者Ｐｔ（患部）の位置に変化はないため、撮影された画像に基づく情報にしたがって、正確にビームを照射することができる。
　このように構成される本実施形態によれば、位置決め用のＣＴ撮影時とビーム照射時とで患者Ｐｔを移動させたり姿勢を変化させたりする必要がないため、患者Ｐｔの移動などに伴う体内組織の揺らぎを抑制することができる。したがって、本実施例によれば、高精度に位置決めしてビームを照射できるため、患部周辺の組織に対するマージンを減らすことができ、正常な組織に対する線量を低減できる。
　さらに、本実施例では、照射ノズル４のノズル先端部４４をビーム軸に沿って伸縮させるのではなく、照射位置Ｐ１からビーム軸４０の上流側へ遠ざかり、かつ、ビーム軸４０から外れる方向Ｆ２へ移動させるため、特許文献１に比べて、照射ノズル４の全体を小型化することができる。
　図２～図８を用いて第１実施例を説明する。図２は、粒子線治療システム１の全体構成を示す。粒子線治療システム１は、例えば、粒子線治療装置１０と、「撮影装置」の例であるＣＴ装置５を少なくとも含む。粒子線治療システム１は、粒子線治療装置１０とＣＴ装置５に加えて、さらに「制御装置」としての情報処理システム７を含んでもよい。
　粒子線治療システム１は、さらに、患者Ｐｔを所定の位置に保持するための治療台６を備えることもできる。治療台６は、対象物である患者Ｐｔの位置を制御する「対象物位置決め制御部」と呼ぶこともできる。治療台６は、図示せぬアームロボットなどの移動機構により、患者Ｐｔを複数の方向へ移動させることができる。また、治療台６は、天板の上に患者Ｐｔが横たわるカウチを例に説明するが、患者Ｐｔが座る椅子型でもよく、椅子型の治療台６は移動可能でも固定されていてもよい。また、治療台６は、患者Ｐｔが立位で治療を受けるタイプでもよい。
　粒子線治療装置１０は、例えば、照射ノズル４と加速器２を含む。粒子線治療装置１０は、照射ノズル４および加速器２以外の構成をさらに備えることもできる。
　図２を参照して、粒子線治療システム１の構成を説明する。粒子線発生装置２は、例えば、図外のイオン源と、前段加速器である直線加速器２１およびシンクロトロン加速器２２を有する。前段加速器２０とシンクロトロン２１とを用いる構成に代えて、例えば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。粒子線には、例えば、陽子線（陽子イオンビーム）、ヘリウム線（ヘリウムイオンビーム）、炭素線（炭素イオンビーム）などがある。いずれを用いてもよい。
　加速器２２は、例えば、環状のビームダクト、入射器、複数の偏向電磁石、複数の四極電磁石、高周波加速空胴、出射用の高周波印加装置、出射用のセプタム電磁石（いずれも符号省略）を有する。
　粒子線発生装置２で発生されたビームは、ビーム輸送系３により各照射室内ＲＭ１，ＲＭ２の各照射ノズル４（１），４（２）へ供給される。図２では、２つの照射室ＲＭ１，ＲＭ２を例示したが、照射室の数は問わない。本実施例の粒子線治療システム１は、一つの照射室でも、あるいは３つ以上の照射室にも対応可能である。
　ビーム輸送系３からのビームは、偏向電磁石３１（１）により、治療室ＲＭ１内の照射ノズル４（１）へ入射する。同様に、ビーム輸送系３からのビームは、偏向電磁石３１（２）により、治療室ＲＭ２内の照射ノズル４（２）へ入射する。
　第１の治療室ＲＭ１では、照射位置Ｐ１にあるノズル先端部４４（Ｐ１）がアイソセンタＩＣへ向けてビームを照射している。第２の治療室ＲＭ２では、ノズル先端部４４（Ｐ２）は退避位置Ｐ２にあり、ＣＴ装置５が撮影位置に移動して患者Ｐｔの患部周辺を撮影している。照射ノズル４の詳細な構成は図３～図５で後述する。治療室ＲＭ１，ＲＭ２を区別しない場合、治療室ＲＭと呼ぶ。
　情報処理システム７は、粒子線治療システム１を制御する。情報処理システム７は、例えば、メインコントローラ７０と、照射制御部７１と、ＣＴ制御部７２と、データ蓄積部７３と、操作端末７４と、治療計画作成装置７５を含む。
　メインコントローラ７０は、粒子線治療システム１の全体動作を制御するコンピュータであり、例えば、マイクロプロセッサ７０１およびメモリ７０２などのコンピュータ資源を有する。図中、マイクロプロセッサ７０１を「ＣＰＵ」と表示する。メモリ７０２には、粒子線治療システム１を制御するために使用される所定のコンピュータプログラム（不図示）が格納されている。
　マイクロプロセッサ７０１は、所定のコンピュータプログラムをメモリ７０２から読み出して実行することにより、粒子線治療システム１を制御する。メインコントローラ７０は、図示せぬ通信インターフェース部などを介して、照射制御部７１と、ＣＴ制御部７２と、データ蓄積部７３と、操作端末７４および治療計画作成装置７５と通信する。
　メインコントローラ７０には、記憶媒体ＭＭを接続可能である。記憶媒体ＭＭは、例えば、フラッシュメモリ、光ディスク、メモリカード、ハードディスクなどである。記憶媒体ＭＭからメインコントローラ７０のメモリ７０２へ所定のコンピュータプログラムの一部または全部を転送させて記憶させることができる。逆に、メインコントローラ７０のメモリ７０２から記憶媒体ＭＭへ所定のコンピュータプログラムの一部または全部を転送させて記憶させることもできる。
　照射制御部７１は、粒子線治療システム１によるビーム照射を制御するコンピュータである。照射制御部７１、ＣＴ制御部７２、操作端末７４は、メインコントローラ７０と同様に、マイクロプロセッサおよびメモリ（いずれも不図示）などのコンピュータ資源を有する。
　ＣＴ制御部７２は、ＣＴ装置５を制御するコンピュータである。ＣＴ装置５で撮影された患部の画像データ（診断画像データ）は、ＣＴ制御部７２を介してデータ蓄積部７３へ格納される。
　データ蓄積部７３は、例えば、ＣＴ装置５で撮影された画像データと、治療計画装置７５で作成された治療計画とを記憶する。
　操作端末７４は、医師等のユーザが使用するコンピュータである。ユーザは、操作端末７４を用いることにより、粒子線治療システム１を操作する。ユーザは、粒子線治療システム１の持つ情報を操作端末７４を介して取得し、端末７４の画面で確認することもできる。
　治療計画装置７５は、ビーム照射によって患者Ｐｔを治療する計画を作成するコンピュータである。治療計画装置７５は、ＣＴ装置５から得られた画像データに基づいて、治療計画を作成する。
　図３は、照射ノズル４を上から見下ろした斜視図である。図４は、ノズル先端部４４が退避位置Ｐ２にあるときの照射ノズル４の側面図である。図５は、ノズル先端部４４が照射位置Ｐ１にあるときの照射ノズル４の側面図である。
　照射ノズル４は、例えば、支持部４１と、ノズル基端部４２と、移動経路４３と、ノズル先端部４４と、ノズル駆動部４５とを備える。
　支持部４１は、治療室ＲＭに取り付けられている。ノズル基端部４２は、支持部４１の上側に設けられており、ビームを偏向させて走査するための複数の走査電磁石を有する（いずれも図示せず）。
　移動経路４３は、ノズル基端部４２のビーム軸の下流側に設けられている。移動経路４３は、ビーム軸４０がノズル基端部４２を通る照射位置Ｐ１と、退避位置Ｐ２までを結ぶ湾曲状ないし円弧状に形成されている。
　図４に示すように、退避位置Ｐ２は、照射位置Ｐ１から、ビーム軸４０を外れて患者Ｐｔ（換言すれば照射時のアイソセンタＩＣ）から所定距離だけ遠ざかる位置である。詳しくは、ノズル先端部４４は、ノズル基端部４２側に位置してビーム軸４０上に設定される中心点Ｏ１から所定の角θだけ上方に設定される退避位置Ｐ２と、照射位置Ｐ１との間を少なくとも結ぶ円弧状の移動経路４３を、ノズル先端部４４からビーム軸４０へ降ろした垂線のビーム軸４０上での交点ｈが中心点Ｏ１へ近づく方向Ｆ２を「所定の方向」として移動する。
　ノズル先端部４４は、移動経路４３に移動可能に取り付けられており、ノズル駆動部４５により矢示Ｆ１，Ｆ２方向へ移動する。ノズル先端部４４は、例えば、線量モニタ、位置モニタ、リッジフィルタなどの、機器（不図示）を少なくとも１つ備える。
　ノズル駆動部４５は、例えば、回転モータ４５０とワイヤ４５１を含む。回転モータ４５０と減速機およびブレーキ（いずれも図示せず）は、ノズル基端部４２の上側であって、退避位置Ｐ２よりもさらに後ろ側（ビームの流れ方向の上流側）に設けられる。
　ワイヤ４５１は、その両端部のうち一方の端部が回転モータ４５０の回転軸に接続されており、他方の端部がノズル先端部４４に接続されている。回転モータ４５０が回転してワイヤ４５１が巻き取られると、図４に示すように、ノズル先端部４４は退避位置Ｐ２へ向けて移動経路４３を移動する。回転モータ４５０が逆方向へ回転してワイヤ４５１が送り出されると、図５に示すように、ノズル先端部４４は照射位置Ｐ１へ向けて移動経路４３を移動する。
　図６のフローチャートを用いて、粒子線治療システム１のＩＧＲＴならびにアダプティブ治療の場合の全体動作を説明する。
　メインコントローラ７０は、操作端末７４から、ＣＴ装置５による撮影の準備開始が指示されると（Ｓ１１）、照射制御部７１を介して照射ノズル４の位置を確認し、照射ノズル４が退避位置Ｐ２に退避しているか判定する（Ｓ１２）。メインコントローラ７０は、照射ノズル４が退避していないと判定すると（Ｓ１２：ＮＯ）、ＣＴ装置５による撮影準備を中止させ（Ｓ１３）、照射ノズル４を退避させるように照射制御部７１へ指示する（Ｓ１４）。これにより、照射ノズル４のノズル先端部４４は、矢示Ｆ２方向へ移動経路４３上を移動し、退避位置Ｐ２へ退避する。
　ユーザが操作端末７４から、再びＣＴ装置５による撮影準備の開始を指示すると（Ｓ１１）、メインコントローラ７０は、ノズル先端部４４が退避していると判定し（Ｓ１２：ＹＥＳ）、ＣＴ装置５に対して撮影位置への移動および撮影を許可する（Ｓ１５）。照射ノズル４のノズル先端部４４は退避しているため、ＣＴ装置５が待機場所から撮影位置へ移動しても、ＣＴ装置５と照射ノズル４とが接触することはない。
　移動許可を受けたＣＴ装置５は、紙面奥の待機場所から撮影位置まで前進し、治療台６上の患者Ｐｔを撮影し、撮影した画像データをデータ蓄積部７３へ送信して保存させる（Ｓ１６）。詳しくは、ＣＴ装置５は、ＣＴ制御部７２からの指示に応じて、所定の待機場所から照射室ＲＭ内の治療位置（アイソセンタＩＣに対応する位置であり、患者Ｐｔの患部が撮影できる場所）へ移動する。
　ＣＴ装置５は、治療台６の角度に合わせ、治療台６の先端からＣＴ装置５の開口部５１に患者Ｐｔを通し、患部が撮影できる場所まで移動し、静止する。ＣＴ装置５は、アイソセンタＩＣ付近を撮影し、その画像データをＣＴ制御部７２へ送信する。ＣＴ制御部７２は、ＣＴ装置５から受信した画像データをデータ蓄積部７３に格納する。
　メインコントローラ７０は、ＣＴ制御部７２を介して、ＣＴ装置５による撮影が終了したか確認する（Ｓ１７）。メインコントローラ７０は、撮影が完了したことを確認すると（Ｓ１７：ＹＥＳ）、撮影された画像データに対して自動輪郭処理（セグメンテーション処理）を実施し、輪郭情報をデータ蓄積部７３へ保存する（Ｓ１８）。
　治療計画装置７５は、データ蓄積部７３に保存された画像データおよび輪郭情報に基づいて、治療計画を作成する（Ｓ１９）。作成された治療計画は、データ蓄積部７３に転送されて保存される。なお、治療計画の作成に代えて、あらかじめ作成していた治療計画を画像データに基づいて、修正してもよい。また、治療計画の作成及び治療計画の修正を実施しない場合、ＣＴ装置５からの画像データに基づく患者位置の修正を実施する。
　メインコントローラ７０は、操作端末７４から入力される治療開始指示にしたがって、ＣＴ装置５に対して待機位置へ戻るよう指示する（Ｓ２０）。メインコントローラ７０は、ＣＴ装置５への移動指示と同時に、または、ＣＴ装置５への移動指示後に、照射ノズル４のノズル先端部４４が照射位置Ｐ１へ移動するように指示する（Ｓ２１）。これにより、患者Ｐｔを動かさずに、ＣＴ撮影からビーム照射による治療へ滑らかに移行させることができる。
　照射ノズル４のノズル先端部４４が照射位置Ｐ１へ到達すると、照射制御部７１は、治療計画にしたがって、照射ノズル４から所定のビームを患部へ向けて照射させる（Ｓ２２）。
　図７および図８を用いて、ノズル先端部４４をビーム軸４０から外れさせつつ円弧状（湾曲状）に遠ざける構成の利点を説明する。
　図７は、チルト機能を有するＣＴ装置５Ａと照射ノズル４との関係を示す。図１，図２では、ＣＴ装置５の移動方向とビーム軸４０とが直交する場合を説明したが、図７では、ＣＴ装置５Ａの移動方向とビーム軸４０とが一致する場合を示している。
　本変形例のＣＴ装置５Ａは、向かって左側の待機位置（図示せず）から図７に示す撮影位置まで左右方向に移動可能に設けられる。さらに、ＣＴ装置５Ａは、撮影位置において、垂直な基準姿勢（５Ａ（１））からチルト姿勢（５Ａ（２））へ傾動可能に設けられている。ＣＴ装置５Ａは、垂直な基準位置（５Ａ（１））から反時計回りに傾動することもできる。
　このように、ノズル先端部４４を照射位置Ｐ１からノズル基端部４２の上側の退避位置Ｐ２まで円弧状の軌跡を描くようにして退避させることにより、ＣＴ装置５Ａのチルトに対応することができる。
　図８は、ノズル先端部４４がビーム軸４０に垂直に移動する場合とノズル先端部４４が円弧状の軌跡を描いて退避する場合と比較する。垂直移動したノズル先端部４４（Ｐ２Ｖ）の上端位置は、円弧状の軌跡を描いて退避したノズル先端部４４（Ｐ２）の上端位置よりも寸法ΔＨだけ高くなる。
　したがって、ノズル先端部４４を円弧状の軌跡を描くようにして退避位置Ｐ２へ退避させることにより、ノズル先端部４４を垂直に移動させて退避させる場合よりも、照射ノズル４の高さ寸法を小さくすることができる。
　本実施例によれば、ＣＴ装置５による撮影時と照射ノズル４からのビーム照射時とで、患者Ｐｔを移動させたり姿勢を変化させたりする必要がないため、患者Ｐｔの移動などに伴う体内組織の揺らぎを抑制することができる。したがって、本実施例によれば、高精度に位置決めしてビームを照射できるため、患部周辺の組織に対するマージンを減らすことができ、正常な組織に対する線量を低減できる。
　さらに、本実施例では、照射ノズル４のノズル先端部４４をビーム軸に沿って伸縮させるのではなく、照射位置Ｐ１からビーム軸４０の上流側へ遠ざかり、かつ、ビーム軸４０から外れる方向Ｆ２へ移動させるため、特許文献１に比べて、照射ノズル４の全体を小型化することができる。
　さらに、本実施例では、ＣＴ装置５Ａのチルト動作にも対応することができる。さらに、本実施例では、照射ビームのアイソセンタと撮影のアイソセンタとを一致させることができ、天板上の治療対象を動かさずに治療と撮影とを行うことができ、治療の精度を向上させることができる。したがって、撮影装置として、例えばＣＴ装置を導入する場合に、高画質の撮影ができ、高精度なＩＧＲＴならびにアダプティブ治療へも、適用が可能となる。
　図９および図１０を用いて、第２実施例を説明する。本実施例では、第１実施例との相違を中心に述べる。
　本実施例の照射ノズル４Ａは、カウンタウェイト４５２を用いることにより、ワイヤ４５１の両端の重量のバランスを取り、回転モータ４５０に必要なトルクを低減する。すなわち、本実施例のノズル駆動部４５Ａは、回転モータ４５０とワイヤ４５１に加えて、カウンタウェイト４５２を有する。カウンタウェイト４５２は、ワイヤ４５１の両端部のうち、ノズル先端部４４に接続されていない方の端部に設けられている。
　図１０は、ノズル基端部４２を背面側から見た説明図である。回転モータ４５０の回転軸の両端にそれぞれワイヤ４５１（１），４５１（２）を巻回し、それらワイヤ４５１（１），４５１（２）の両端部のうち一方の端部をノズル先端部４４に接続し、他方の端部にカウンタウェイト４５２（１），４５２（２）を設けてもよい。そして、上下に移動するカウンタウェイト４５２（１），４５２（２）がオペレータなどに接触するのを防止する安全カバー４５３（１），４５３（２）が設けられてもよい。
　回転モータ４５０の回転軸のいずれか一方の端部にのみワイヤ４５１およびカウンタウェイト４５２を設けてもよい。
　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、本実施例のノズル駆動部４５Ａは、カウンタウェイト４５２を用いるため、回転モータ４５０の負荷を軽減することができ、回転モータ４５０のコスト低減と長寿命を実現することができる。
　図１１は、変形例に係る照射ノズル４Ｂの説明図である。照射ノズル４Ｂは、リニア型アクチュエータを含むノズル駆動部４５Ｂを有する。ノズル駆動部４５Ｂは、例えば、リニアモータ、電動モータとボールネジの組合せ、電動モータとスライダの組合せ、空圧シリンダなどを用いることができる。
　図１２を用いて第３実施例を説明する。本実施例では、第１実施例、第２実施例との相違を中心に述べる。
　本実施例では、円弧上の移動経路４３の中心点Ｏ１ａが、ノズル先端部４４よりもビーム軸の下流側に位置している。中心点Ｏ１ａは、例えば、ビーム軸上に位置するが、ノズル先端部４４よりもビーム軸の下流側に位置していればよく、必ずしもビーム軸上に限定されず、ビーム軸から外れた位置にあってもよい。一例として、図１２に示すように、中心点Ｏ１ａは、ノズル先端部４４が退避位置Ｐ２ａにある場合の、ノズル先端部４４からからビーム軸４０へ降ろした垂線のビーム軸４０上での交点ｈａと一致してもよく、アイソセンタＩＣと一致してもよい。
　ノズル先端部４４は、ノズル先端部４４よりも下流側に位置してビーム軸４０上に設定される点Ｏ１ａ（中心点Ｏ１ａ）から所定の角度θａだけ上方に設定される退避位置Ｐ２ａと、照射位置Ｐ１との間を少なくとも結ぶ円弧状の移動経路４３ａを、ノズル先端部４４からビーム軸４０へ降ろした垂線のビーム軸４０上での交点ｈａがビーム軸下流側へ進む方向を「所定の方向」として移動する。
　一例として、移動経路４３ａは、ノズル先端部４４よりも下流のビーム軸４０上に設定される点Ｏ１ａを中心に、ビーム軸４０とノズル基端部４２のビーム軸の下流側（照射位置Ｐ１）との交点から左回りに略９０度の所定角度だけ回転した位置までを結ぶ湾曲状に形成される。湾曲状の移動経路４３ａは、円弧状の移動経路４３ａと呼ぶこともできる。円弧状とは、正円の一部に限らず、正円以外の円形状の一部でもよい。所定角度は、ノズル先端部４４が照射位置Ｐ１と退避位置Ｐ２ａとの間で移動する角度θａを含む角度であればよく、９０度以上でもよいし、９０度未満でもよい。
　本実施例によれば、第１実施例と同様に、ノズル先端部４４を円弧状の軌跡を描くようにして退避位置Ｐ２ａへ退避させることにより、図８で示したノズル先端部４４を垂直に移動させて退避させる場合よりも、照射ノズル４の高さ寸法ΔＨａだけ小さくすることができる。
　撮影装置の一例としてＣＴ装置を例に説明したが、ＣＴ装置の外形は正円とは限らない。また、撮影装置として、オープン型ＭＲＩのような円環状でない撮影装置を用いることもできる。たとえば、横幅が高さよりも大きい撮影装置を用いる場合に、ノズル先端部４４を撮影装置の上方の退避位置Ｐ２ａに移動させることにより、ノズル先端部４４と撮影装置とが干渉せずに患者ＰｔをアイソセンタＩＣ位置で撮影することができる。
　第１実施例ではビーム軸４０が床面と水平の１本の場合を例に説明したが、本実施例は、複数の方向からビームを照射する照射ノズルにも適用できる。すなわち、照射ノズル４は、ビーム軸が床面と水平の場合だけでなく、ビーム軸が床面と４５°をなす場合、ビーム軸が床面に対して垂直をなす場合のように、それぞれ異なる複数の方向からビームを照射できる照射ノズルにも適用できる。また、ノズル基端部４２が照射角を連続的に変える偏向電磁石で構成され、ノズル先端部４４を移動することで、任意の角度からビームを照射する粒子線治療システムにも適用できる。このとき、走査電磁石は、ノズル基端部４２でなくノズル先端部４４に設けられてもよく、ノズル基端部４２よりもビームの上流側に設けてもよい。
　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。
　１：粒子線治療システム、２：粒子線発生装置、３：ビーム輸送系、４，４Ａ，４Ｂ：照射ノズル、５，５Ａ：ＣＴ装置、６：治療台、７：制御システム、１０：粒子線治療装置、４１：支持部、４２：ノズル基端部、４３：移動経路、４４：ノズル先端部、４５，４５Ａ，４５Ｂ：ノズル駆動部

Claims (17)

  1. 　放射線治療ビームを対象物へ照射する照射ノズルであって、
    　放射線治療ビームの通過するビーム軸上に固定されたノズル基端部と、
    　前記ノズル基端部を通過した放射線治療ビームを対象物へ照射するノズル先端部と
    　を有し、
    　前記ノズル先端部は、前記対象物に前記放射線治療ビームを照射するとき第１の位置に固定され、前記対象物を撮影するとき第２の位置に固定され、
    　前記ノズル先端部が前記第１の位置と前記第２の位置との間を移動可能な湾曲状の移動経路が設けられる
    照射ノズル。
  2. 　請求項１に記載の照射ノズルであって、
    　前記ビーム軸は、床面に対して水平に設けられる
    照射ノズル。
  3. 　請求項１または請求項２いずれか１項に記載の照射ノズルであって、
    　前記第２の位置は、前記ビーム軸の軸外に位置する
    照射ノズル。
  4. 　請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の照射ノズルであって、
    　湾曲状の前記移動経路は、略円弧状であり、
    　前記移動経路が描く円弧の中心が、前記ノズル先端部よりも上流側に位置する
    照射ノズル。
  5. 　請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の照射ノズルであって、
    　湾曲状の前記移動経路は、略円弧状であり、
    　前記移動経路が描く円弧の中心が、前記ノズル先端部よりも下流側に位置する
    照射ノズル。
  6. 　請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の照射ノズルであって、
    　前記ノズル先端部は、前記移動経路上の任意の位置で停止可能である
    照射ノズル。
  7. 　請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の照射ノズルであって、
    　前記所定の移動経路は、前記ビーム軸に沿って前記ノズル基端側の前方に離間して配置される傾動可能な装置の傾動角度に応じて、湾曲状に形成されている
    照射ノズル。
  8. 　請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の照射ノズルであって、
    　前記ノズル先端部は、ノズル駆動部により移動されるものであり、
    　前記駆動部は、ワイヤを巻き上げまたは巻き降ろす回転モータを含む
    照射ノズル。
  9. 　請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の照射ノズルであって、
    　前記放射線治療ビームは、粒子線であり、
    　前記ノズル先端部は、線量モニタ、位置モニタ、リッジフィルタのうちいずれか少なくとも１つを備える
    照射ノズル。
  10. 　請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の照射ノズルであって、
    　前記放射線治療ビームは、粒子線であり、
    　前記ノズル基端部は、走査電磁石を備える
    照射ノズル。
  11. 　請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の照射ノズルと、
    　前記放射線治療ビームを加速する加速器と、
    を備える粒子線治療装置。
  12. 　請求項１１に記載の粒子線治療装置と、
    　前記対象物の内部を撮影する撮影装置と
    を備え、
    　前記撮影装置は、前記ビーム軸上にある前記対象物を撮影する撮影位置と、前記ノズル先端部が前記第１の位置にあるときに前記ノズル先端部と干渉しない待機位置と、の間で移動可能である
    粒子線治療システム。
  13. 　請求項１２に記載の粒子線治療システムであって、
    　さらに制御装置を備え、
    　前記制御装置は、前記撮影装置による撮影が完了したことを検知すると、撮影した画像を用いて、セグメンテーションを開始する
    粒子線治療システム。
  14. 　請求項１３に記載の粒子線治療システムであって、
    　前記制御装置は、さらに、前記粒子線治療システムによるセグメンテーションが完了したことを検知すると、セグメンテーションされた輪郭情報を用いて、治療計画作成を開始する
    粒子線治療システム。
  15. 　粒子線治療システムを制御する方法であって、
    　前記粒子線治療システムは、
    　　粒子線治療装置と、
    　　対象物の撮影装置と、
    　　制御装置と
    を備え、
    　前記粒子線治療装置は、
    　　放射線治療ビームを加速する加速器と、
    　　前記加速された放射線治療ビームを前記対象物へ照射する照射ノズルと、
    　を備え、
    　前記照射ノズルは、
    　　放射線治療ビームの通過するビーム軸上に固定されたノズル基端部と、
    　　前記ノズル基端部を通過した放射線治療ビームを対象物へ照射するノズル先端部と
    　を有し、
    　前記ノズル先端部は、前記対象物に前記放射線治療ビームを照射するとき第１の位置に固定され、前記対象物を撮影するとき第２の位置に固定され、
    　前記ノズル先端部が前記第１の位置と前記第２の位置との間を移動可能な湾曲状の移動経路が設けられており、
     
    　前記撮影装置は、前記ビーム軸上にある前記対象物を撮影する撮影位置と、前記ノズル先端部が前記照射位置にあるときに前記ノズル先端部と干渉しない待機位置と、の間で移動可能である
    粒子線治療システムの制御方法。
  16. 　粒子線治療システムを制御する方法であって、
    　前記粒子線治療システムは、
    　　粒子線治療装置と、
    　　対象物の撮影装置と、
    　　制御装置と
    を備え、
    　前記粒子線治療装置は、
    　　放射線治療ビームを加速する加速器と、
    　　前記加速された放射線治療ビームを前記対象物へ照射する照射ノズルと、
    　を備え、
    　前記照射ノズルは、
    　　放射線治療ビームの通過するビーム軸上に固定されたノズル基端部と、
    　　前記ノズル基端部を通過した放射線治療ビームを対象物へ照射するノズル先端部と
    　を有し、
    　前記ノズル先端部は、前記対象物に前記放射線治療ビームを照射するとき第１の位置に固定され、前記対象物を撮影するとき第２の位置に固定され、
    　前記ノズル先端部が前記第１の位置と前記第２の位置との間を移動可能な湾曲状の移動経路が設けられており、
    　前記撮影装置は、前記ビーム軸上にある前記対象物を撮影する撮影位置と、前記ノズル先端部が前記照射位置にあるときに前記ノズル先端部と干渉しない待機位置と、の間で移動可能であり、
    　前記制御装置は、前記撮影装置による撮影が完了したことを検知すると、撮影した画像を用いて、セグメンテーションを開始する
    粒子線治療システムの制御方法。
  17. 　粒子線治療システムを制御する方法であって、
    　前記粒子線治療システムは、
    　　粒子線治療装置と、
    　　対象物の撮影装置と、
    　　制御装置と
    を備え、
    　前記粒子線治療装置は、
    　　放射線治療ビームを加速する加速器と、
    　　前記加速された放射線治療ビームを前記対象物へ照射する照射ノズルと、
    　を備え、
    　前記照射ノズルは、
    　　放射線治療ビームの通過するビーム軸上に固定されたノズル基端部と、
    　　前記ノズル基端部を通過した放射線治療ビームを対象物へ照射するノズル先端部と
    　を有し、
    　前記ノズル先端部は、前記対象物に前記放射線治療ビームを照射するとき第１の位置に固定され、前記対象物を撮影するとき第２の位置に固定され、
    　前記ノズル先端部が前記第１の位置と前記第２の位置との間を移動可能な湾曲状の移動経路が設けられており、
    　前記撮影装置は、前記ビーム軸上にある前記対象物を撮影する撮影位置と、前記ノズル先端部が前記照射位置にあるときに前記ノズル先端部と干渉しない待機位置と、の間で移動可能であり、
    　前記制御装置は、前記撮影装置による撮影が完了したことを検知すると、撮影した画像を用いて、セグメンテーションを開始し、
    さらに、前記粒子線治療システムによるセグメンテーションが完了したことを検知すると、セグメンテーションされた輪郭情報を用いて、治療計画作成を開始する
    粒子線治療システムの制御方法。
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