粒子線治療装置に用いられる呼吸ナビゲーション装置及び呼吸タイミング表示方法並びに粒子線治療システム
【課題】患者に予めシンクロトロンの照射周期に沿って定められた固定の目標呼吸情報を教示し、これに患者の呼吸周期を合わせてもらうよう支援することにより、効率よく粒子線の照射を行うことができる粒子線治療装置に用いられる呼吸ナビゲーション装置及び呼吸タイミングの表示の方法並びに粒子線治療システムを提供するものである。
【解決手段】 患者の呼吸パターンをあらかじめシンクロトロンの運転周期に適した周期に定められた目標呼吸情報として作成しておき、目標呼吸情報を患者に教示することにより、教示した情報に患者が意識的に合わせることによって患者の呼吸タイミングをシンクロトロンの運転に適した状態にもっていくようになされている。
【解決手段】 患者の呼吸パターンをあらかじめシンクロトロンの運転周期に適した周期に定められた目標呼吸情報として作成しておき、目標呼吸情報を患者に教示することにより、教示した情報に患者が意識的に合わせることによって患者の呼吸タイミングをシンクロトロンの運転に適した状態にもっていくようになされている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は粒子線がん治療装置等の粒子線治療装置に用いられる呼吸ナビゲーション装置及び呼吸タイミングの表示の方法並びに粒子線治療システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、がん治療装置等の放射線治療装置を使用するに際して、患者の生理的現象により対象患部の位置や形状が変化することへの対応が求められている。特に、対象患部が胸部や腹部である場合には、対象患部の位置や形状の変化が、治療や診断精度の劣化につながり、時には患者に不要な被爆を与えたりすることがあるためである。
【０００３】
粒子線治療装置は、一般に、シンクロトロン等の粒子線発生部と、この粒子線発生部で発生された粒子線を粒子線輸送部を経由して患者に照射する粒子線照射部と、患者の呼吸測定装置より得られた呼吸信号の時間変化に基づき呼吸の位相が照射してもよい状態かどうかを判断する呼吸信号処理部と、上記粒子線発生部や粒子線照射部を制御する制御部などから構成される。
【０００４】
そして、肺や肝臓などのように呼吸に伴って動く部位への治療照射の場合、目標呼吸情報を変化させることによって患者の呼吸を粒子線照射のタイミングに同期しやすい状態に誘導することで、患部の位置、患部形状がほぼ一定のときに照射することができるようにしている（例えば、特許文献1を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開2003−33443号公報（図1、図7を参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に記載されたような患者呼吸誘導方法では、患者に対する目標呼吸情報の最終波形の教示はなく、変化する目標呼吸情報にその都度合わせて行くため、患者にとって最終目標波形が何だか分かり難く、シンクロトロン固有の粒子線照射タイミングとの同期が取りにくい問題があり、効率の良い装置の実現が困難であった。
【０００７】
この発明の目的はかかる問題点を解決するためになされたものであり、患者に予めシンクロトロンの照射周期に沿って定められた固定の目標呼吸情報を教示し、これに患者の呼吸周期を合わせてもらうよう支援することにより、効率よく粒子線の照射を行うことができる粒子線治療装置に用いられる呼吸ナビゲーション装置及び呼吸タイミングの表示の方法並びに粒子線治療システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に用いられる呼吸タイミング表示方法は、所定の運転タイミング情報に基づいて運転される加速器を有する粒子線治療装置において、前記運転タイミング情報に基づいて予め周期が定められた目標呼吸情報を記憶するステップと、患者測定装置によって患者の呼吸状態を測定するステップと、 前記目標呼吸情報の呼吸の振幅に係る情報を時系列
に目標呼吸波形として表示するステップと、前記呼吸状態の呼吸の振幅に係る情報を時系列に呼吸状態波形として表示するステップとからなり、前記目標呼吸波形と呼吸状態波形とは、共通の時間軸で表示して過去と未来を識別して表示するものである。
【０００９】
また、この発明に用いられる粒子線治療システムは、複数の治療室を備える施設において、粒子線照射を行うことができる粒子線治療装置を備えた粒子線治療システムであって、前記粒子線治療装置は、所定の運転タイミング情報に基づいて運転される加速器と、粒子線を発生する粒子線発生装置とを備え、前記治療室には患者の呼吸状態を測定するための患者呼吸測定装置と、前記運転タイミング情報に基づいて予め周期が定められた目標呼吸情報を表示する呼吸情報教示装置とを備え、前記呼吸情報教示装置は、前記運転タイミング情報に同期して前記目標呼吸情報の呼吸の振幅に係る情報を時系列に表示した目標呼吸波形と、前記呼吸状態の呼吸の振幅に係る情報を時系列に表示した呼吸状態波形とを、共通の時間軸で表示して過去と未来とを識別して表示するものである。
【００１０】
更に、この発明に用いられる呼吸ナビゲーション装置は、所定の運転タイミング情報に基づいて運転される加速器を有する粒子線治療装置に用いられる呼吸ナビゲーション装置であって、 前記運転タイミング情報に基づいて予め周期が定められた目標呼吸情報が記
憶された呼吸ナビ計算機と、患者の呼吸状態を測定するための患者呼吸測定装置と、前記目標呼吸情報の呼吸の振幅に係る情報を時系列に表示した目標呼吸波形と前記呼吸状態の呼吸の振幅に係る情報を時系列に表示した呼吸状態波形とを、共通の時間軸で表示して過去と未来と識別して表示する患者情報教示装置とを備え、さらに、前記運転タイミング情報と同期するための同期信号を受信する受信部を備えたものである。
【発明の効果】
【００１１】
患者が意識的に目標呼吸情報に合わせることによって呼吸が安定化され、シンクロトロンの運転周期にも適した状態となり、運転効率が向上する。これによって呼吸ゲート信号とシンクロトロンの出射可信号の重なり合うタイミングが増えるため、治療照射時間が短縮される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の粒子線治療装置の主要構成図、
【図２】複数の治療室およびＸ線ＣＴ室に本発明を適用した場合の配置構成図、
【図３】本発明の粒子線治療装置の各部動作波形図、
【図４】目標呼吸情報を作成する手順を説明する図、
【図５】呼吸情報教示装置の表示画面の一例を示す図、
【図６】２種類のシンクロトロンＡ、Ｂの運転パラメータに対する目標呼吸周期と目標呼吸ゲート幅の設定例を示す表で、呼吸周期につき1回照射する場合を示している。
【図７】２種類のシンクロトロンの運転パラメータＡ、Ｂに対する呼吸ゲート幅の設定例を示す表で、呼吸周期につき２回照射する場合を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の粒子線治療装置の実施の形態について図1の主要構成図を用いて説明する。図
１は複数ある治療室のうち１室（例えばＡ）について示したもので、治療室と、位置決め制御卓と、治療照射制御卓の３つの作業場所から構成されている例を示している。治療技師はこの３つの場所のいずれかで作業する。図中、１は粒子線を加速するための例えばシンクロトロン等の加速器系で、さらに内部にシンクロトロン偏向電磁石電源１１や加速器タイミングシステム１２を備えている。２は呼吸同期装置で、治療室に患者の呼吸状態を検出する患者呼吸測定装置となる呼吸同期センサ２１と、上記センサ２１からの信号を変換処理し増幅するためのセンサアンプ２２とが設置され、位置決め制御卓に呼吸同期表示装置２６Ｂが設置されている。
【００１４】
更に治療照射制御卓には、上記センサアンプ２２で増幅した信号を処理し、呼吸同期信号の出力を制御する呼吸同期信号発生器２３と、上記呼吸同期信号発生器２３の動作時の
パラメータ設定や同期信号を発生させるタイミングを設定する呼吸同期制御計算機２４と、上記信号発生器２３から出力される呼吸波形や呼吸同期制御計算機２４から出力される呼吸同期波形を信号変換し、加速器系１や表示装置２６Ｂに分配する呼吸同期信号制御ユニット２５と、上記呼吸同期信号と粒子線治療装置の動作状態をオペレータに表示する呼吸同期表示装置２６Ｃとが設置されている。
【００１５】
３は呼吸ナビゲーション装置であり、上記呼吸同期制御計算機２４から呼吸波形、呼吸ゲート信号、加速器情報等を入力し、記憶、処理、管理するための呼吸ナビ計算機３１と、呼吸ナビ計算機３１からの情報を編集したり変更したりするための情報編集端末３２Ｂ、３２Ｃと、患者に情報を教示するための呼吸情報教示装置３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃとから構成されている。４はコンピュータ、シーケンサ等で構成され、患者の治療データを保存する治療情報サーバである。呼吸ナビに関する情報は上記治療情報治療情報サーバ４にて上記患者の治療データと共に保存し管理される。
【００１６】
呼吸情報教示装置３３や情報編集端末３２は複数の箇所に設けておくとよい。例えば呼吸情報教示装置は治療室、位置決め操作卓、および治療照射制御卓に設置する。また、治療計画情報の取得作業はＸ線ＣＴ撮影制御室で行われるのでＸ線ＣＴ撮影制御室にも設置するとよい。複数の治療室Ａ、Ｂ、Ｃおよび治療計画作成前に用いるＸ線ＣＴ撮影室に本装置を設置する場合の構成例を図２に示している。これらの端末は医療関係者によって使用され、治療照射前の制御データの取得、作成、編集の各作業、および治療照射時の呼吸同期状態の確認、呼吸位相の調整などに使用される。
【００１７】
なお、本実施の形態では呼吸ナビ計算機を呼吸同期制御計算機と別に設けることによって機能の追加を容易にする構成としたが、呼吸同期制御計算機と呼吸ナビ計算機を１台の計算機で共有することも可能である。また、呼吸同期表示装置を呼吸情報教示装置とは別に設けたが、１台の表示装置を切り替えることによって、本実施の形態で述べる機能を実現することも可能である。呼吸同期センサ２１による呼吸の測定方法としては、患者の腹部の動きを腹部に取り付けたレーザ光源をポジションセンシティブディテクタで検出する方式や、患者の吸気に伴う鼻腔付近の温度変化をサーミスタや赤外線カメラによる画像処理を用いて計測する方式など、既知の方式がいくつかある。
【００１８】
図３は上記粒子線治療装置の各部動作波形図であり、（a）は呼吸波形、（b）は呼吸ゲート、（C）はシンクロトロン偏向電磁石電流、（d）はシンクロトロン出射可ゲート、（e）はシンクロトロン出射ビーム信号のタイミングを模式的に示したものである。
図に示すように、呼吸同期センサ２１で検出する呼吸波形（a）に対して閥値を設定して
、呼吸の安定した状態の時に呼吸ゲート（b）をONにして、呼吸ゲート幅（矢印）にて加
速器に照射可能であることを指示する。加速器側では偏向電磁石の電流（C）が、入射、
加速、出射、減速のサイクルを一定周期で反復するのに対し、シンクロトロン出射可ゲート（d）と呼吸ゲート信号（b）に応じて、ビーム出射の入り切り（位相制御）を行い、照射に適した呼吸位相でのみ出射ビーム（e）を患部の標的に所定線量付与する。
【００１９】
次にシンクロトロンの運転について詳細に説明する。シンクロトロン運転は上述したように、入射、加速、出射、減速のサイクルをある一定の周期で繰り返す。運転の周期は加速時間、出射時間、およびシンクロトロンの運転エネルギーに依存し、概ね1秒〜数秒で
ある。シンクロトロンには入射器と呼ばれる装置から粒子線が入射され、十分な粒子数が蓄積された時点でシンクロトロンの加速が開始される。加速が終了後に出射機器の準備を行い、準備完了した時点でシンクロトロンの制御系によって出射可ゲート信号（d）がON
になる。
【００２０】
出射可の状態のとき、呼吸ゲートがONであればシンクロトロンからビームが出射される
。シンクロトロンが連続してビームを出射できる最大時間をスピル時間というが、スピル時間が経過した後に出射可ゲートがＯＦＦになり、シンクロトロンの装置は減速準備を開始する。減速が完了した後、次の運転周期の入射が実施される。
【００２１】
この発明は、目標となる呼吸のタイミング（以下目標呼吸情報という）を予め上記シンクロトンの運転周期に適した周期で患者に提示して、患者にこれに同期して呼吸してもらうようにすることに主眼がある。次に上記目標呼吸情報を作成する際に望ましい特性について述べる。ここでは呼吸周期の方がシンクロトロンの運転周期より長い場合を想定して述べる。通常の呼吸周期は３秒以上であり、安静時の周期は４秒前後かそれより長いものが普通であるのに対し、シンクロトロンの運転周期は３秒程度で、短い場合は２秒以下となる。従ってこの仮定条件は通常満足されるが、本発明の効果はこの仮定に依存するものではない。
【００２２】
目標呼吸周期はシンクロトロン運転周期の整数倍とすることが考えられる。こうすることによって、呼吸周期毎のシンクロトロンの動きを一定に保つことができる。前記整数はなるべく低い倍数で選ぶ方が高い効率が得られる。すなわちシンクロトロンの運転周期と呼吸周期が１対１であれば、呼吸周期毎に照射ができ、かつシンクロトロンで加速されたビームを毎回使うことができるため、効率的な運転が実現できる。但し、目標呼吸周期が患者の自然呼吸からあまりかけ離れると、患者にとって合わせ難くなり、望ましくない。
【００２３】
また以下で述べるように、呼吸ゲートの時間幅も重要な場合があり、その際に所望の呼吸ゲートが得られやすいように呼吸周期を選択する必要がある。呼吸周期がシンクロトロン運転周期の半整数倍（０．５倍、１．５倍など）のときは、呼吸１周期おきに異なる運転動作となる。この場合、やや効率が落ちるが、そのときでも本発明の効果は得られる。
【００２４】
次に、目標呼吸ゲート幅については、シンクロトロンのスピル時間幅と同じか、呼吸の変動を考慮してそれより少し長く設定することが望ましい。こうすることによって、１回の出射で、シンクロトロンで加速された粒子を最大限に利用することができる。例えばシンクロトロンのスピル時間幅が０．５秒程度に設定された場合、自然呼吸でもこの程度の呼吸ゲート幅を実現するのは患者にとって難しくない。
【００２５】
図６は２種類のシンクロトロンＡ、Ｂの運転パラメータに対する目標呼吸周期と目標呼吸ゲート幅の設定例を示す表で、呼吸周期につき１回照射する場合を示している。図６において、「呼吸ゲート効率」は呼吸ゲートがＯＮの時間を呼吸周期で割った値として計算している。また、「照射効率」は呼吸同期でない運転、すなわちシンクロトロンの全ての運転周期で無駄なく照射できる場合を１としてシンクロトロンのビームが使える割合を示している。
【００２６】
加速器パラメータＡではシンクロトロン運転周期が２秒で、スピル時間が０．４秒である場合を示している。このとき目標呼吸周期は２秒、４秒、６秒、８秒となるが、２秒はやや周期が短すぎるため対象外とした。目標呼吸ゲートとしては０．４秒以上確保できればシンクロトロンのスピル全てが照射できる。この程度の呼吸ゲートは呼吸ナビゲーション機能を用いれば患者にとっても容易に実現できる。ケース（１）〜ケース（３）の中では、ケース（１）の４秒周期が安静時の呼吸周期に近いうえ、他のケースよりも照射効率が高いので最も好ましい。
【００２７】
加速器パラメータＢでは、前記パラメータＡの場合と同様にケース（４）が最も照射効率が高いが、３．２秒周期の呼吸が患者にとって短すぎると感じるようであれば、ケース（５）の使用も考えられる。
以上のようにシンクロトロンの運転周期に基づいて、あらかじめ周期が定められた目標呼
吸情報を呼吸情報教示装置３３により患者に教示し、患者が上記目標呼吸情報に意識的に呼吸状態を合わせるよう誘導するものである。
【００２８】
次に呼吸とシンクロトロン間の位相の設定について記載する。呼吸波形とシンクロトロンの運転パターンの位相は、呼吸波形の振幅が最大値となる点の中間付近、すなわち呼吸波形の谷間の中央部にシンクロトロンの出射可能ゲートがくるように位相を選択することが望ましい。図１の構成においては、シンクロトロンのタイミング情報（加速器情報）が呼吸同期制御計算機２４を経由して電送されるようになっているが、シンクロトロンや加速器タイミングシステム１１、１２から呼吸ナビ装置３に直接ハードワイヤでタイミング情報を電送してもよい。目標呼吸パターンは、あらかじめ最適な位相で作成しておく。
【００２９】
更に本発明の実装においては、情報編集端末３２上で位相を自由に設定できるような機能を設けておくと、リアルタイムで位相を微調整することができ、便利である。例えば、呼吸ナビ計算機３１にて目標呼吸パターンの教示のタイミングを遅延させ、その遅れを時間（秒）で設定できるようにしておけば、治療技師が患者に教示する呼吸のタイミングを適宜修正することができる。
ここまでは１回の呼吸につき１回照射する方法について述べてきたが、次に１回の呼吸につき2回照射する方法について述べる。一般的に１回の呼吸につきn回の照射をするためには、呼吸ゲートの長さが少なくとも（n−1）・Tsync＋Tspill必要となる。なお、Tsyncは1回の呼吸周期を、Tspillは上述したスピル時間を表している。
【００３０】
図７は２種類のシンクロトロンの運転パラメータＡ、Ｂに対する呼吸ゲート幅の設定例を示す表で、呼吸周期につき２回照射する場合を示している。目標呼吸ゲート幅を２．４秒以上に設定した場合、ケース（７）は照射効率が最も高いが、呼吸周期の４秒の中で２．４秒の呼吸ゲートを確保するような呼吸は患者にとって困難な場合もある。呼吸波形の閥値を高く設定すれば呼吸ゲートを長くすることができるが、精度が犠牲になり不都合な場合もある。そのような場合はケース（８）を使えばよい。加速器パラメータＢの場合、ケース（１０）では呼吸周期の３．２秒の中で２．４秒の呼吸ゲートを確保するような呼吸は患者にとってケース（７）より更に厳しくなってしまうので、ケース（１１）のほうが現実的と思われる。
【００３１】
このように、目標呼吸情報の設定においては、上記の手法に従って呼吸周期を３秒から６秒近辺のシンクロトロン運転周期の整数倍とし、なるべく患者の自然呼吸周期に近い周期で、かつ患者にとって苦痛なく実現できる周期を選択すればよい。呼吸ゲートは１回の呼吸周期につき２回照射の場合は呼吸ゲート効率が５０％程度以下になるように設定する。１回の呼吸周期につき１回照射の場合は、呼吸ゲート幅への制約は気にしなくてもよい。これらの条件から、最も効率がよい呼吸パターンを目標呼吸情報として選べばよい。
【００３２】
次に、目標呼吸情報の作成手順について説明する。治療フローの中のどの時点で目標呼吸情報を作成するかについては、治療計画情報を取得する前が適切である。
粒子線治療では治療照射を行う前に治療計画を作成するが、治療計画には患部のＸ線ＣＴ画像を取得する必要がある。このとき、治療照射が呼吸同期照射となるような肺や肝臓といった部位では、治療計画用Ｘ線ＣＴ画像の取得も同様に呼吸同期を用いて行う必要がある。このため、治療計画用Ｘ線ＣＴ画像取得前に目標呼吸情報を作成しておき、Ｘ線ＣＴ撮影時も治療照射と同様の呼吸状態にしておくことが望ましい。
【００３３】
まずは患者に楽な呼吸をしてもらい、呼吸波形を取得し、その平均的な周期を求める。このとき連続的に取得される呼吸波形のどの部分を使用するかを治療技師が開始時点と終了時点によって指定できるようにしておくとよい。次に求まった平均的な周期に基づき、シンクロトロンの運転周期の整数倍となるような目標呼吸周期を治療技師が設定する。
【００３４】
この周期を患者に教示して患者に呼吸してもらい、再度呼吸波形を取得し、取得された呼吸波形を図４のＡのように平均化する。平均化する際に、呼吸波形の異なる部分によって呼吸周期にばらつきがあるので、図の上段の呼吸波形Ａを下段Ｂに示すように伸縮（この場合は伸張）することによって呼吸の周期を目標呼吸周期に合わせてから呼吸波形の振幅を図の点線のように平均化するとよい。このようにして取得された、かつ平均化された呼吸１周期分の呼吸波形を目標呼吸波形（情報）とする。このとき、前記と同様に、連続的に取得される呼吸波形のどの部分を平均化に使用するかを治療技師が開始時点と終了時点によって指定できるようにしておくとよい。
【００３５】
上記のように作成された目標呼吸情情報は、情報編集端末上で編集し、微調整ができるようにしておくとよい。例えば、目標呼吸波形を複数の線分に自動分割し（編集用の分割点）、線分の分割点を画面上でマウスを使ってドラッグして編集できるような機能を設けておく。このような編集機能を設けておくと、呼吸ゲートを目標値に設定する場合に便利である。また、目標呼吸波形の振幅に係数をかけることによって調整する機能や、ベースラインを上下させる調整機能を設けておくと便利である。
【００３６】
目標呼吸情報を作成する別の手順として、患者の呼吸を計測し、上記で述べた手法によって呼吸の時系列的な情報を周期単位で平均化することで標準呼吸波形を生成する。その目標呼吸波形の周期とシンクロトロンの運転周期から、効率のよい目標呼吸周期を設定し、上記標準呼吸波形の周期を伸縮することで目標呼吸情報とする。そして、この波形の呼吸ゲート幅や振幅などは前記のとおり、患者の呼吸のしやすさを考慮して編集してもよい。
【００３７】
位相の設定は前述のように呼吸ゲートの中心とシンクロトロンのスピル中心が重なるようにすればよい。また、患者の反応時間による呼吸の遅れを考慮して設定しておくことも考えられる。前述のように情報編集端末３２上で目標呼吸情報の位相調整がリアルタイムでできる機能を設けておくと、治療現場での位相調整ができるので治療中に位相がずれた場合でも回復することができる。
【００３８】
１回の呼吸周期につき２回照射するような場合は、目標呼吸周期だけでなく、目標呼吸ゲート幅が確保できていることを確認する必要がある。上記で作成した目標呼吸波形に閥値を適用して得られた呼吸ゲート幅が十分長ければ目標呼吸波形をそのまま使用できる。もし、呼吸ゲート幅の長さが不十分であれば、情報編集端末上の目標呼吸波形の情報編集端末上で必要な呼吸ゲート幅を指示して目標呼吸波形を編集すればよい。
【００３９】
次に呼吸情報教示装置による目標呼吸情報、呼吸状態情報、シンクロトロン運転状態などの情報の教示方法について図５を参照して説明する。
患者に教示する情報として、呼吸波形ではなく、呼気、吸気などのタイミングのみをほぼリアルタイム教示することも考えられるが、呼吸波形のように、呼吸の振幅情報も含む情報、すなわち目標値と現状値と両方をリアルタイムで教示した方が、患者の呼吸が安定化されるので望ましい。
【００４０】
一部の患者においては、呼吸波形の振幅が小さくなったりして不安定となって、呼吸同期照射がし難くなる場合があるが、呼吸振幅の目標値と現状値を患者に教示することで、患者が自身の呼吸を照射に適した状態に制御することができる。さらに呼吸波形を時間のグラフとして教示し、患者が過去と未来を識別しやすく表示すれば、患者にとっても予測がつくので目標呼吸情報に合わせやすくなる。
【００４１】
図5はこのような教示を行うための表示画面の例を示しており、（a）から（e）は図3で
説明したものと同一である。図中の波形はリアルタイムで左から右にスクロールする。画面中央から左は過去の実績で右は未来の波形を示す。太い呼吸波形は患者の実際の波形を、細い呼吸波形は目標呼吸情報を示す。
視覚的な表示方法としては、治療台に寝た患者から見える位置に液晶表示画面を設置したり、治療装置壁面や治療室壁面などに投影したり、ヘッドマウントディスプレイを使う方法が考えられる。
【００４２】
視覚的に表示する情報としては呼吸波形やシンクロトロンの運転パターンを時系列のパターン情報として画面に左から右に流れる形で表示することが考えられる。呼吸波形のような時系列なデータ曲線による表示、あるいは目標呼吸情報と患者の実際の呼吸状態をバー表示など表示されたオブジェクトの位置変化によって表示することも考えられる。同じ情報をオブジェクトの形状変化、寸法変化、色変化、又は明るさの変化で表すなど、様々な類似の方法が考えられる。
【００４３】
また、視覚的でない情報の教示方法として患者の近くにスピーカを設置し、音声ガイダンスによって呼気や吸気のタイミングを指示することが考えられる。同様に音楽を使って、既知のデジタル加工技術を使って音楽のビート（拍の時間間隔）の整数倍を呼吸周期に合わせることも考えられる。音楽ではなく音のトーンを使う場合には音程の高低の変化、強弱の変化、音色の変化などで呼吸周期を患者に指示する方法が考えられる。このとき音の高低を使って呼吸波形の振幅を表現することができる。また、視覚、聴覚以外にも、振動する装置を患者に握ってもらうなど患者に直接接触する振動装置の振動を制御することにより呼吸周期を患者に用いるなどの方法が考えられる。聴覚的な教示方法は視覚的な教示方法と併用することも考えられる。
【００４４】
シンクロトロンの運転情報として患者に教示する情報としては、シンクロトロンの主偏向電磁石の励磁電流が適している。これ以外にもシンクロトロンの運転パターンの最初を示すマスタ信号というものがあり、マスタ信号以外にも、入射開始、加速開始、加速終了、出射可時期開始などのシンクロトロン運転サイクル内の特定なイベントに対応するタイミング信号を患者に教示する情報として用いることが考えられるが、これらのタイミング信号はいずれもシンクロトロンの運転パターンに基づいてマスタ信号から適切な遅延を設けることで発生することもできるので基本的にはマスタ信号と同等である。
【００４５】
シンクロトロンの運転情報を患者に教示することで、患者はシンクロトロンの運転状態を理解することができ、目標呼吸パターンに近づけることの支援情報として役に立つ。シンクロトロンの運転情報の電送は呼吸同期信号発生装置を経由して呼吸ナビ装置に入力すればよいが、加速器タイミングシステムおよびシンクロトロン偏向電磁石電源から直接分岐して呼吸ナビ装置に電送する方法もある。
【００４６】
前述の目標呼吸情報をノート型パソコンのように記録と表示ができる可搬型の装置に保存したり、ＣＤ−ＲＯＭのような記憶媒体に保存すれば、患者が自宅や病室などでパソコンを使って事前に呼吸のトレーニングに使用することもできる。これによって患者はより忠実に呼吸を目標呼吸パターン近づけることができる。トレーニングの時には呼吸測定装置まで使うことが容易でないため、目標呼吸情報のみを患者に教示すればよい。
【符号の説明】
【００４７】
１ 加速器系、
２ 呼吸同期装置、
３ 呼吸ナビ装置、
４ 治療情報サーバ、
１１ シンクロトロン偏向電磁石装置、
１２ 加速器タイミングシステム、
２１ 呼吸同期センサ、
２２ センサアンプ、
２３ 呼吸同期信号発生器、
２４ 呼吸同期制御計算機、
２５ 呼吸同期信号制御ユニット、
２６ 呼吸同期表示装置、
３１ 呼吸ナビ計算機、
３２ 情報編集端末、
３３ 呼吸情報表示装置。
【技術分野】
【０００１】
この発明は粒子線がん治療装置等の粒子線治療装置に用いられる呼吸ナビゲーション装置及び呼吸タイミングの表示の方法並びに粒子線治療システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、がん治療装置等の放射線治療装置を使用するに際して、患者の生理的現象により対象患部の位置や形状が変化することへの対応が求められている。特に、対象患部が胸部や腹部である場合には、対象患部の位置や形状の変化が、治療や診断精度の劣化につながり、時には患者に不要な被爆を与えたりすることがあるためである。
【０００３】
粒子線治療装置は、一般に、シンクロトロン等の粒子線発生部と、この粒子線発生部で発生された粒子線を粒子線輸送部を経由して患者に照射する粒子線照射部と、患者の呼吸測定装置より得られた呼吸信号の時間変化に基づき呼吸の位相が照射してもよい状態かどうかを判断する呼吸信号処理部と、上記粒子線発生部や粒子線照射部を制御する制御部などから構成される。
【０００４】
そして、肺や肝臓などのように呼吸に伴って動く部位への治療照射の場合、目標呼吸情報を変化させることによって患者の呼吸を粒子線照射のタイミングに同期しやすい状態に誘導することで、患部の位置、患部形状がほぼ一定のときに照射することができるようにしている（例えば、特許文献1を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開2003−33443号公報（図1、図7を参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に記載されたような患者呼吸誘導方法では、患者に対する目標呼吸情報の最終波形の教示はなく、変化する目標呼吸情報にその都度合わせて行くため、患者にとって最終目標波形が何だか分かり難く、シンクロトロン固有の粒子線照射タイミングとの同期が取りにくい問題があり、効率の良い装置の実現が困難であった。
【０００７】
この発明の目的はかかる問題点を解決するためになされたものであり、患者に予めシンクロトロンの照射周期に沿って定められた固定の目標呼吸情報を教示し、これに患者の呼吸周期を合わせてもらうよう支援することにより、効率よく粒子線の照射を行うことができる粒子線治療装置に用いられる呼吸ナビゲーション装置及び呼吸タイミングの表示の方法並びに粒子線治療システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に用いられる呼吸タイミング表示方法は、所定の運転タイミング情報に基づいて運転される加速器を有する粒子線治療装置において、前記運転タイミング情報に基づいて予め周期が定められた目標呼吸情報を記憶するステップと、患者測定装置によって患者の呼吸状態を測定するステップと、 前記目標呼吸情報の呼吸の振幅に係る情報を時系列
に目標呼吸波形として表示するステップと、前記呼吸状態の呼吸の振幅に係る情報を時系列に呼吸状態波形として表示するステップとからなり、前記目標呼吸波形と呼吸状態波形とは、共通の時間軸で表示して過去と未来を識別して表示するものである。
【０００９】
また、この発明に用いられる粒子線治療システムは、複数の治療室を備える施設において、粒子線照射を行うことができる粒子線治療装置を備えた粒子線治療システムであって、前記粒子線治療装置は、所定の運転タイミング情報に基づいて運転される加速器と、粒子線を発生する粒子線発生装置とを備え、前記治療室には患者の呼吸状態を測定するための患者呼吸測定装置と、前記運転タイミング情報に基づいて予め周期が定められた目標呼吸情報を表示する呼吸情報教示装置とを備え、前記呼吸情報教示装置は、前記運転タイミング情報に同期して前記目標呼吸情報の呼吸の振幅に係る情報を時系列に表示した目標呼吸波形と、前記呼吸状態の呼吸の振幅に係る情報を時系列に表示した呼吸状態波形とを、共通の時間軸で表示して過去と未来とを識別して表示するものである。
【００１０】
更に、この発明に用いられる呼吸ナビゲーション装置は、所定の運転タイミング情報に基づいて運転される加速器を有する粒子線治療装置に用いられる呼吸ナビゲーション装置であって、 前記運転タイミング情報に基づいて予め周期が定められた目標呼吸情報が記
憶された呼吸ナビ計算機と、患者の呼吸状態を測定するための患者呼吸測定装置と、前記目標呼吸情報の呼吸の振幅に係る情報を時系列に表示した目標呼吸波形と前記呼吸状態の呼吸の振幅に係る情報を時系列に表示した呼吸状態波形とを、共通の時間軸で表示して過去と未来と識別して表示する患者情報教示装置とを備え、さらに、前記運転タイミング情報と同期するための同期信号を受信する受信部を備えたものである。
【発明の効果】
【００１１】
患者が意識的に目標呼吸情報に合わせることによって呼吸が安定化され、シンクロトロンの運転周期にも適した状態となり、運転効率が向上する。これによって呼吸ゲート信号とシンクロトロンの出射可信号の重なり合うタイミングが増えるため、治療照射時間が短縮される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の粒子線治療装置の主要構成図、
【図２】複数の治療室およびＸ線ＣＴ室に本発明を適用した場合の配置構成図、
【図３】本発明の粒子線治療装置の各部動作波形図、
【図４】目標呼吸情報を作成する手順を説明する図、
【図５】呼吸情報教示装置の表示画面の一例を示す図、
【図６】２種類のシンクロトロンＡ、Ｂの運転パラメータに対する目標呼吸周期と目標呼吸ゲート幅の設定例を示す表で、呼吸周期につき1回照射する場合を示している。
【図７】２種類のシンクロトロンの運転パラメータＡ、Ｂに対する呼吸ゲート幅の設定例を示す表で、呼吸周期につき２回照射する場合を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の粒子線治療装置の実施の形態について図1の主要構成図を用いて説明する。図
１は複数ある治療室のうち１室（例えばＡ）について示したもので、治療室と、位置決め制御卓と、治療照射制御卓の３つの作業場所から構成されている例を示している。治療技師はこの３つの場所のいずれかで作業する。図中、１は粒子線を加速するための例えばシンクロトロン等の加速器系で、さらに内部にシンクロトロン偏向電磁石電源１１や加速器タイミングシステム１２を備えている。２は呼吸同期装置で、治療室に患者の呼吸状態を検出する患者呼吸測定装置となる呼吸同期センサ２１と、上記センサ２１からの信号を変換処理し増幅するためのセンサアンプ２２とが設置され、位置決め制御卓に呼吸同期表示装置２６Ｂが設置されている。
【００１４】
更に治療照射制御卓には、上記センサアンプ２２で増幅した信号を処理し、呼吸同期信号の出力を制御する呼吸同期信号発生器２３と、上記呼吸同期信号発生器２３の動作時の
パラメータ設定や同期信号を発生させるタイミングを設定する呼吸同期制御計算機２４と、上記信号発生器２３から出力される呼吸波形や呼吸同期制御計算機２４から出力される呼吸同期波形を信号変換し、加速器系１や表示装置２６Ｂに分配する呼吸同期信号制御ユニット２５と、上記呼吸同期信号と粒子線治療装置の動作状態をオペレータに表示する呼吸同期表示装置２６Ｃとが設置されている。
【００１５】
３は呼吸ナビゲーション装置であり、上記呼吸同期制御計算機２４から呼吸波形、呼吸ゲート信号、加速器情報等を入力し、記憶、処理、管理するための呼吸ナビ計算機３１と、呼吸ナビ計算機３１からの情報を編集したり変更したりするための情報編集端末３２Ｂ、３２Ｃと、患者に情報を教示するための呼吸情報教示装置３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃとから構成されている。４はコンピュータ、シーケンサ等で構成され、患者の治療データを保存する治療情報サーバである。呼吸ナビに関する情報は上記治療情報治療情報サーバ４にて上記患者の治療データと共に保存し管理される。
【００１６】
呼吸情報教示装置３３や情報編集端末３２は複数の箇所に設けておくとよい。例えば呼吸情報教示装置は治療室、位置決め操作卓、および治療照射制御卓に設置する。また、治療計画情報の取得作業はＸ線ＣＴ撮影制御室で行われるのでＸ線ＣＴ撮影制御室にも設置するとよい。複数の治療室Ａ、Ｂ、Ｃおよび治療計画作成前に用いるＸ線ＣＴ撮影室に本装置を設置する場合の構成例を図２に示している。これらの端末は医療関係者によって使用され、治療照射前の制御データの取得、作成、編集の各作業、および治療照射時の呼吸同期状態の確認、呼吸位相の調整などに使用される。
【００１７】
なお、本実施の形態では呼吸ナビ計算機を呼吸同期制御計算機と別に設けることによって機能の追加を容易にする構成としたが、呼吸同期制御計算機と呼吸ナビ計算機を１台の計算機で共有することも可能である。また、呼吸同期表示装置を呼吸情報教示装置とは別に設けたが、１台の表示装置を切り替えることによって、本実施の形態で述べる機能を実現することも可能である。呼吸同期センサ２１による呼吸の測定方法としては、患者の腹部の動きを腹部に取り付けたレーザ光源をポジションセンシティブディテクタで検出する方式や、患者の吸気に伴う鼻腔付近の温度変化をサーミスタや赤外線カメラによる画像処理を用いて計測する方式など、既知の方式がいくつかある。
【００１８】
図３は上記粒子線治療装置の各部動作波形図であり、（a）は呼吸波形、（b）は呼吸ゲート、（C）はシンクロトロン偏向電磁石電流、（d）はシンクロトロン出射可ゲート、（e）はシンクロトロン出射ビーム信号のタイミングを模式的に示したものである。
図に示すように、呼吸同期センサ２１で検出する呼吸波形（a）に対して閥値を設定して
、呼吸の安定した状態の時に呼吸ゲート（b）をONにして、呼吸ゲート幅（矢印）にて加
速器に照射可能であることを指示する。加速器側では偏向電磁石の電流（C）が、入射、
加速、出射、減速のサイクルを一定周期で反復するのに対し、シンクロトロン出射可ゲート（d）と呼吸ゲート信号（b）に応じて、ビーム出射の入り切り（位相制御）を行い、照射に適した呼吸位相でのみ出射ビーム（e）を患部の標的に所定線量付与する。
【００１９】
次にシンクロトロンの運転について詳細に説明する。シンクロトロン運転は上述したように、入射、加速、出射、減速のサイクルをある一定の周期で繰り返す。運転の周期は加速時間、出射時間、およびシンクロトロンの運転エネルギーに依存し、概ね1秒〜数秒で
ある。シンクロトロンには入射器と呼ばれる装置から粒子線が入射され、十分な粒子数が蓄積された時点でシンクロトロンの加速が開始される。加速が終了後に出射機器の準備を行い、準備完了した時点でシンクロトロンの制御系によって出射可ゲート信号（d）がON
になる。
【００２０】
出射可の状態のとき、呼吸ゲートがONであればシンクロトロンからビームが出射される
。シンクロトロンが連続してビームを出射できる最大時間をスピル時間というが、スピル時間が経過した後に出射可ゲートがＯＦＦになり、シンクロトロンの装置は減速準備を開始する。減速が完了した後、次の運転周期の入射が実施される。
【００２１】
この発明は、目標となる呼吸のタイミング（以下目標呼吸情報という）を予め上記シンクロトンの運転周期に適した周期で患者に提示して、患者にこれに同期して呼吸してもらうようにすることに主眼がある。次に上記目標呼吸情報を作成する際に望ましい特性について述べる。ここでは呼吸周期の方がシンクロトロンの運転周期より長い場合を想定して述べる。通常の呼吸周期は３秒以上であり、安静時の周期は４秒前後かそれより長いものが普通であるのに対し、シンクロトロンの運転周期は３秒程度で、短い場合は２秒以下となる。従ってこの仮定条件は通常満足されるが、本発明の効果はこの仮定に依存するものではない。
【００２２】
目標呼吸周期はシンクロトロン運転周期の整数倍とすることが考えられる。こうすることによって、呼吸周期毎のシンクロトロンの動きを一定に保つことができる。前記整数はなるべく低い倍数で選ぶ方が高い効率が得られる。すなわちシンクロトロンの運転周期と呼吸周期が１対１であれば、呼吸周期毎に照射ができ、かつシンクロトロンで加速されたビームを毎回使うことができるため、効率的な運転が実現できる。但し、目標呼吸周期が患者の自然呼吸からあまりかけ離れると、患者にとって合わせ難くなり、望ましくない。
【００２３】
また以下で述べるように、呼吸ゲートの時間幅も重要な場合があり、その際に所望の呼吸ゲートが得られやすいように呼吸周期を選択する必要がある。呼吸周期がシンクロトロン運転周期の半整数倍（０．５倍、１．５倍など）のときは、呼吸１周期おきに異なる運転動作となる。この場合、やや効率が落ちるが、そのときでも本発明の効果は得られる。
【００２４】
次に、目標呼吸ゲート幅については、シンクロトロンのスピル時間幅と同じか、呼吸の変動を考慮してそれより少し長く設定することが望ましい。こうすることによって、１回の出射で、シンクロトロンで加速された粒子を最大限に利用することができる。例えばシンクロトロンのスピル時間幅が０．５秒程度に設定された場合、自然呼吸でもこの程度の呼吸ゲート幅を実現するのは患者にとって難しくない。
【００２５】
図６は２種類のシンクロトロンＡ、Ｂの運転パラメータに対する目標呼吸周期と目標呼吸ゲート幅の設定例を示す表で、呼吸周期につき１回照射する場合を示している。図６において、「呼吸ゲート効率」は呼吸ゲートがＯＮの時間を呼吸周期で割った値として計算している。また、「照射効率」は呼吸同期でない運転、すなわちシンクロトロンの全ての運転周期で無駄なく照射できる場合を１としてシンクロトロンのビームが使える割合を示している。
【００２６】
加速器パラメータＡではシンクロトロン運転周期が２秒で、スピル時間が０．４秒である場合を示している。このとき目標呼吸周期は２秒、４秒、６秒、８秒となるが、２秒はやや周期が短すぎるため対象外とした。目標呼吸ゲートとしては０．４秒以上確保できればシンクロトロンのスピル全てが照射できる。この程度の呼吸ゲートは呼吸ナビゲーション機能を用いれば患者にとっても容易に実現できる。ケース（１）〜ケース（３）の中では、ケース（１）の４秒周期が安静時の呼吸周期に近いうえ、他のケースよりも照射効率が高いので最も好ましい。
【００２７】
加速器パラメータＢでは、前記パラメータＡの場合と同様にケース（４）が最も照射効率が高いが、３．２秒周期の呼吸が患者にとって短すぎると感じるようであれば、ケース（５）の使用も考えられる。
以上のようにシンクロトロンの運転周期に基づいて、あらかじめ周期が定められた目標呼
吸情報を呼吸情報教示装置３３により患者に教示し、患者が上記目標呼吸情報に意識的に呼吸状態を合わせるよう誘導するものである。
【００２８】
次に呼吸とシンクロトロン間の位相の設定について記載する。呼吸波形とシンクロトロンの運転パターンの位相は、呼吸波形の振幅が最大値となる点の中間付近、すなわち呼吸波形の谷間の中央部にシンクロトロンの出射可能ゲートがくるように位相を選択することが望ましい。図１の構成においては、シンクロトロンのタイミング情報（加速器情報）が呼吸同期制御計算機２４を経由して電送されるようになっているが、シンクロトロンや加速器タイミングシステム１１、１２から呼吸ナビ装置３に直接ハードワイヤでタイミング情報を電送してもよい。目標呼吸パターンは、あらかじめ最適な位相で作成しておく。
【００２９】
更に本発明の実装においては、情報編集端末３２上で位相を自由に設定できるような機能を設けておくと、リアルタイムで位相を微調整することができ、便利である。例えば、呼吸ナビ計算機３１にて目標呼吸パターンの教示のタイミングを遅延させ、その遅れを時間（秒）で設定できるようにしておけば、治療技師が患者に教示する呼吸のタイミングを適宜修正することができる。
ここまでは１回の呼吸につき１回照射する方法について述べてきたが、次に１回の呼吸につき2回照射する方法について述べる。一般的に１回の呼吸につきn回の照射をするためには、呼吸ゲートの長さが少なくとも（n−1）・Tsync＋Tspill必要となる。なお、Tsyncは1回の呼吸周期を、Tspillは上述したスピル時間を表している。
【００３０】
図７は２種類のシンクロトロンの運転パラメータＡ、Ｂに対する呼吸ゲート幅の設定例を示す表で、呼吸周期につき２回照射する場合を示している。目標呼吸ゲート幅を２．４秒以上に設定した場合、ケース（７）は照射効率が最も高いが、呼吸周期の４秒の中で２．４秒の呼吸ゲートを確保するような呼吸は患者にとって困難な場合もある。呼吸波形の閥値を高く設定すれば呼吸ゲートを長くすることができるが、精度が犠牲になり不都合な場合もある。そのような場合はケース（８）を使えばよい。加速器パラメータＢの場合、ケース（１０）では呼吸周期の３．２秒の中で２．４秒の呼吸ゲートを確保するような呼吸は患者にとってケース（７）より更に厳しくなってしまうので、ケース（１１）のほうが現実的と思われる。
【００３１】
このように、目標呼吸情報の設定においては、上記の手法に従って呼吸周期を３秒から６秒近辺のシンクロトロン運転周期の整数倍とし、なるべく患者の自然呼吸周期に近い周期で、かつ患者にとって苦痛なく実現できる周期を選択すればよい。呼吸ゲートは１回の呼吸周期につき２回照射の場合は呼吸ゲート効率が５０％程度以下になるように設定する。１回の呼吸周期につき１回照射の場合は、呼吸ゲート幅への制約は気にしなくてもよい。これらの条件から、最も効率がよい呼吸パターンを目標呼吸情報として選べばよい。
【００３２】
次に、目標呼吸情報の作成手順について説明する。治療フローの中のどの時点で目標呼吸情報を作成するかについては、治療計画情報を取得する前が適切である。
粒子線治療では治療照射を行う前に治療計画を作成するが、治療計画には患部のＸ線ＣＴ画像を取得する必要がある。このとき、治療照射が呼吸同期照射となるような肺や肝臓といった部位では、治療計画用Ｘ線ＣＴ画像の取得も同様に呼吸同期を用いて行う必要がある。このため、治療計画用Ｘ線ＣＴ画像取得前に目標呼吸情報を作成しておき、Ｘ線ＣＴ撮影時も治療照射と同様の呼吸状態にしておくことが望ましい。
【００３３】
まずは患者に楽な呼吸をしてもらい、呼吸波形を取得し、その平均的な周期を求める。このとき連続的に取得される呼吸波形のどの部分を使用するかを治療技師が開始時点と終了時点によって指定できるようにしておくとよい。次に求まった平均的な周期に基づき、シンクロトロンの運転周期の整数倍となるような目標呼吸周期を治療技師が設定する。
【００３４】
この周期を患者に教示して患者に呼吸してもらい、再度呼吸波形を取得し、取得された呼吸波形を図４のＡのように平均化する。平均化する際に、呼吸波形の異なる部分によって呼吸周期にばらつきがあるので、図の上段の呼吸波形Ａを下段Ｂに示すように伸縮（この場合は伸張）することによって呼吸の周期を目標呼吸周期に合わせてから呼吸波形の振幅を図の点線のように平均化するとよい。このようにして取得された、かつ平均化された呼吸１周期分の呼吸波形を目標呼吸波形（情報）とする。このとき、前記と同様に、連続的に取得される呼吸波形のどの部分を平均化に使用するかを治療技師が開始時点と終了時点によって指定できるようにしておくとよい。
【００３５】
上記のように作成された目標呼吸情情報は、情報編集端末上で編集し、微調整ができるようにしておくとよい。例えば、目標呼吸波形を複数の線分に自動分割し（編集用の分割点）、線分の分割点を画面上でマウスを使ってドラッグして編集できるような機能を設けておく。このような編集機能を設けておくと、呼吸ゲートを目標値に設定する場合に便利である。また、目標呼吸波形の振幅に係数をかけることによって調整する機能や、ベースラインを上下させる調整機能を設けておくと便利である。
【００３６】
目標呼吸情報を作成する別の手順として、患者の呼吸を計測し、上記で述べた手法によって呼吸の時系列的な情報を周期単位で平均化することで標準呼吸波形を生成する。その目標呼吸波形の周期とシンクロトロンの運転周期から、効率のよい目標呼吸周期を設定し、上記標準呼吸波形の周期を伸縮することで目標呼吸情報とする。そして、この波形の呼吸ゲート幅や振幅などは前記のとおり、患者の呼吸のしやすさを考慮して編集してもよい。
【００３７】
位相の設定は前述のように呼吸ゲートの中心とシンクロトロンのスピル中心が重なるようにすればよい。また、患者の反応時間による呼吸の遅れを考慮して設定しておくことも考えられる。前述のように情報編集端末３２上で目標呼吸情報の位相調整がリアルタイムでできる機能を設けておくと、治療現場での位相調整ができるので治療中に位相がずれた場合でも回復することができる。
【００３８】
１回の呼吸周期につき２回照射するような場合は、目標呼吸周期だけでなく、目標呼吸ゲート幅が確保できていることを確認する必要がある。上記で作成した目標呼吸波形に閥値を適用して得られた呼吸ゲート幅が十分長ければ目標呼吸波形をそのまま使用できる。もし、呼吸ゲート幅の長さが不十分であれば、情報編集端末上の目標呼吸波形の情報編集端末上で必要な呼吸ゲート幅を指示して目標呼吸波形を編集すればよい。
【００３９】
次に呼吸情報教示装置による目標呼吸情報、呼吸状態情報、シンクロトロン運転状態などの情報の教示方法について図５を参照して説明する。
患者に教示する情報として、呼吸波形ではなく、呼気、吸気などのタイミングのみをほぼリアルタイム教示することも考えられるが、呼吸波形のように、呼吸の振幅情報も含む情報、すなわち目標値と現状値と両方をリアルタイムで教示した方が、患者の呼吸が安定化されるので望ましい。
【００４０】
一部の患者においては、呼吸波形の振幅が小さくなったりして不安定となって、呼吸同期照射がし難くなる場合があるが、呼吸振幅の目標値と現状値を患者に教示することで、患者が自身の呼吸を照射に適した状態に制御することができる。さらに呼吸波形を時間のグラフとして教示し、患者が過去と未来を識別しやすく表示すれば、患者にとっても予測がつくので目標呼吸情報に合わせやすくなる。
【００４１】
図5はこのような教示を行うための表示画面の例を示しており、（a）から（e）は図3で
説明したものと同一である。図中の波形はリアルタイムで左から右にスクロールする。画面中央から左は過去の実績で右は未来の波形を示す。太い呼吸波形は患者の実際の波形を、細い呼吸波形は目標呼吸情報を示す。
視覚的な表示方法としては、治療台に寝た患者から見える位置に液晶表示画面を設置したり、治療装置壁面や治療室壁面などに投影したり、ヘッドマウントディスプレイを使う方法が考えられる。
【００４２】
視覚的に表示する情報としては呼吸波形やシンクロトロンの運転パターンを時系列のパターン情報として画面に左から右に流れる形で表示することが考えられる。呼吸波形のような時系列なデータ曲線による表示、あるいは目標呼吸情報と患者の実際の呼吸状態をバー表示など表示されたオブジェクトの位置変化によって表示することも考えられる。同じ情報をオブジェクトの形状変化、寸法変化、色変化、又は明るさの変化で表すなど、様々な類似の方法が考えられる。
【００４３】
また、視覚的でない情報の教示方法として患者の近くにスピーカを設置し、音声ガイダンスによって呼気や吸気のタイミングを指示することが考えられる。同様に音楽を使って、既知のデジタル加工技術を使って音楽のビート（拍の時間間隔）の整数倍を呼吸周期に合わせることも考えられる。音楽ではなく音のトーンを使う場合には音程の高低の変化、強弱の変化、音色の変化などで呼吸周期を患者に指示する方法が考えられる。このとき音の高低を使って呼吸波形の振幅を表現することができる。また、視覚、聴覚以外にも、振動する装置を患者に握ってもらうなど患者に直接接触する振動装置の振動を制御することにより呼吸周期を患者に用いるなどの方法が考えられる。聴覚的な教示方法は視覚的な教示方法と併用することも考えられる。
【００４４】
シンクロトロンの運転情報として患者に教示する情報としては、シンクロトロンの主偏向電磁石の励磁電流が適している。これ以外にもシンクロトロンの運転パターンの最初を示すマスタ信号というものがあり、マスタ信号以外にも、入射開始、加速開始、加速終了、出射可時期開始などのシンクロトロン運転サイクル内の特定なイベントに対応するタイミング信号を患者に教示する情報として用いることが考えられるが、これらのタイミング信号はいずれもシンクロトロンの運転パターンに基づいてマスタ信号から適切な遅延を設けることで発生することもできるので基本的にはマスタ信号と同等である。
【００４５】
シンクロトロンの運転情報を患者に教示することで、患者はシンクロトロンの運転状態を理解することができ、目標呼吸パターンに近づけることの支援情報として役に立つ。シンクロトロンの運転情報の電送は呼吸同期信号発生装置を経由して呼吸ナビ装置に入力すればよいが、加速器タイミングシステムおよびシンクロトロン偏向電磁石電源から直接分岐して呼吸ナビ装置に電送する方法もある。
【００４６】
前述の目標呼吸情報をノート型パソコンのように記録と表示ができる可搬型の装置に保存したり、ＣＤ−ＲＯＭのような記憶媒体に保存すれば、患者が自宅や病室などでパソコンを使って事前に呼吸のトレーニングに使用することもできる。これによって患者はより忠実に呼吸を目標呼吸パターン近づけることができる。トレーニングの時には呼吸測定装置まで使うことが容易でないため、目標呼吸情報のみを患者に教示すればよい。
【符号の説明】
【００４７】
１ 加速器系、
２ 呼吸同期装置、
３ 呼吸ナビ装置、
４ 治療情報サーバ、
１１ シンクロトロン偏向電磁石装置、
１２ 加速器タイミングシステム、
２１ 呼吸同期センサ、
２２ センサアンプ、
２３ 呼吸同期信号発生器、
２４ 呼吸同期制御計算機、
２５ 呼吸同期信号制御ユニット、
２６ 呼吸同期表示装置、
３１ 呼吸ナビ計算機、
３２ 情報編集端末、
３３ 呼吸情報表示装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の運転タイミング情報に基づいて運転される加速器を有する粒子線治療装置において、呼吸タイミングを表示する方法であって、 前記運転タイミング情報に基づいて予め周期が定められた目標呼吸情報を記憶するステップと、 患者測定装置によって患者の呼吸状態を測定するステップと、 前記目標呼吸情報の呼吸の振幅に係る情報を時系列に目標呼吸波形として表示するステップと、 前記呼吸状態の呼吸の振幅に係る情報を時系列に呼吸状態波形として表示するステップとからなり、 前記目標呼吸波形と呼吸状態波形とは、共通の時間軸で表示して過去と未来を識別して表示することを特徴とする呼吸タイミングを表示する方法。
【請求項２】
複数の治療室を備える施設において、粒子線照射を行うことができる粒子線治療装置を備えた粒子線治療システムであって、前記粒子線治療装置は、所定の運転タイミング情報に基づいて運転される加速器と、粒子線を発生する粒子線発生装置とを備え、前記治療室には患者の呼吸状態を測定するための患者呼吸測定装置と、前記運転タイミング情報に基づいて予め周期が定められた目標呼吸情報を表示する呼吸情報教示装置とを備え、前記呼吸情報教示装置は、前記運転タイミング情報に同期して前記目標呼吸情報の呼吸の振幅に係る情報を時系列に表示した目標呼吸波形と、前記呼吸状態の呼吸の振幅に係る情報を時系列に表示した呼吸状態波形とを、共通の時間軸で表示して過去と未来とを識別して表示することを特徴とする粒子線治療システム。
【請求項３】
前記複数の治療室を備える施設は、さらにＸ線ＣＴ撮影室を備えた場合において、前記患者呼吸測定装置はＸ線ＣＴ撮影室にも設けられたことを特徴とする、請求項２記載の粒子線治療システム。
【請求項４】
所定の運転タイミング情報に基づいて運転される加速器を有する粒子線治療装置に用いられる呼吸ナビゲーション装置であって、 前記運転タイミング情報に基づいて予め周期が
定められた目標呼吸情報が記憶された呼吸ナビ計算機と、患者の呼吸状態を測定するための患者呼吸測定装置と、 前記目標呼吸情報の呼吸の振幅に係る情報を時系列に表示した
目標呼吸波形と、前記呼吸状態の呼吸の振幅に係る情報を時系列に表示した呼吸状態波形とを、共通の時間軸で表示して過去と未来と識別して表示する患者情報教示装置とを備えた呼吸ナビゲーション装置であり、 さらに、前記運転タイミング情報と同期するための
同期信号を受信する受信部を備えたことを特徴とした呼吸ナビゲーション装置。
【請求項１】
所定の運転タイミング情報に基づいて運転される加速器を有する粒子線治療装置において、呼吸タイミングを表示する方法であって、 前記運転タイミング情報に基づいて予め周期が定められた目標呼吸情報を記憶するステップと、 患者測定装置によって患者の呼吸状態を測定するステップと、 前記目標呼吸情報の呼吸の振幅に係る情報を時系列に目標呼吸波形として表示するステップと、 前記呼吸状態の呼吸の振幅に係る情報を時系列に呼吸状態波形として表示するステップとからなり、 前記目標呼吸波形と呼吸状態波形とは、共通の時間軸で表示して過去と未来を識別して表示することを特徴とする呼吸タイミングを表示する方法。
【請求項２】
複数の治療室を備える施設において、粒子線照射を行うことができる粒子線治療装置を備えた粒子線治療システムであって、前記粒子線治療装置は、所定の運転タイミング情報に基づいて運転される加速器と、粒子線を発生する粒子線発生装置とを備え、前記治療室には患者の呼吸状態を測定するための患者呼吸測定装置と、前記運転タイミング情報に基づいて予め周期が定められた目標呼吸情報を表示する呼吸情報教示装置とを備え、前記呼吸情報教示装置は、前記運転タイミング情報に同期して前記目標呼吸情報の呼吸の振幅に係る情報を時系列に表示した目標呼吸波形と、前記呼吸状態の呼吸の振幅に係る情報を時系列に表示した呼吸状態波形とを、共通の時間軸で表示して過去と未来とを識別して表示することを特徴とする粒子線治療システム。
【請求項３】
前記複数の治療室を備える施設は、さらにＸ線ＣＴ撮影室を備えた場合において、前記患者呼吸測定装置はＸ線ＣＴ撮影室にも設けられたことを特徴とする、請求項２記載の粒子線治療システム。
【請求項４】
所定の運転タイミング情報に基づいて運転される加速器を有する粒子線治療装置に用いられる呼吸ナビゲーション装置であって、 前記運転タイミング情報に基づいて予め周期が
定められた目標呼吸情報が記憶された呼吸ナビ計算機と、患者の呼吸状態を測定するための患者呼吸測定装置と、 前記目標呼吸情報の呼吸の振幅に係る情報を時系列に表示した
目標呼吸波形と、前記呼吸状態の呼吸の振幅に係る情報を時系列に表示した呼吸状態波形とを、共通の時間軸で表示して過去と未来と識別して表示する患者情報教示装置とを備えた呼吸ナビゲーション装置であり、 さらに、前記運転タイミング情報と同期するための
同期信号を受信する受信部を備えたことを特徴とした呼吸ナビゲーション装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−２１４１３４（Ｐ２０１０−２１４１３４Ａ）
【公開日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１３０７８５（Ｐ２０１０−１３０７８５）
【出願日】平成２２年６月８日（２０１０．６．８）
【分割の表示】特願２００９−５５３５３４（Ｐ２００９−５５３５３４）の分割
【原出願日】平成２０年６月９日（２００８．６．９）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月８日（２０１０．６．８）
【分割の表示】特願２００９−５５３５３４（Ｐ２００９−５５３５３４）の分割
【原出願日】平成２０年６月９日（２００８．６．９）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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