粒子線照射システム
【課題】回転ガントリーと複数の自由度を持った患者カウチを使用していかなる方向から荷電粒子線を患者に照射する場合でも、荷電粒子線の作る照射野を精度良く測定する。
【解決手段】粒子線を生成させる粒子線発生装置１０１と、粒子線を照射対象に出射する照射装置１０４と、照射対象を保持するカウチ１０６と、照射対象から発生する即発ガンマ線を検出するガンマ線検出器とを備え、カウチ１０６にガンマ線検出器を備えることによって上記課題を解決することができる。
【解決手段】粒子線を生成させる粒子線発生装置１０１と、粒子線を照射対象に出射する照射装置１０４と、照射対象を保持するカウチ１０６と、照射対象から発生する即発ガンマ線を検出するガンマ線検出器とを備え、カウチ１０６にガンマ線検出器を備えることによって上記課題を解決することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子線照射システムに係り、特に荷電粒子ビームを腫瘍等の患部に照射する荷電粒子ビーム照射システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
がん患者に対して陽子線などの荷電粒子線を照射することで、がんを治療する方法が知られている。治療に用いるシステムは、荷電粒子線発生装置，ビーム輸送系、及び治療室を備えている。荷電粒子線発生装置で加速された荷電粒子線は、ビーム輸送系を経て治療室の照射装置に達し、照射装置により分布を拡大し、患者の体内で患部形状に適した荷電粒子線の照射野を形成する。その際、照射野が所望の位置に形成されたことを確認する手段として、特許文献１のように、照射野内に生成する陽電子放出核種からのガンマ線を、照射後にポジトロン断層法（ＰＥＴ）を用いて撮影する方法が用いられている。
【０００３】
また同様に、照射野内で生成される励起した炭素・酸素・窒素原子核から発生するガンマ線（即発ガンマ線）を観測することで、照射野を確認する方法が提唱されている（非特許文献１）。
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１８９７６９号公報
【非特許文献１】ＡＰＰＬＩＥＤ ＰＨＹＳＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲ ８９，１８３５１７ （２００６）「Prompt gamma measurements for locating the dose falloff region in the proton therapy」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
粒子線治療システムにおける従来のＰＥＴを使用した照射野測定法は、照射治療後に患者を治療室からガンマ線測定を行うＰＥＴ検査室まで移動させる必要があるため、患者拘束時間の増加を招き、患者の負担となっていた。加えて治療からガンマ線測定までに時間差が生じるため、生成した陽電子放出核種が生理現象によって照射野と異なる位置に移動してしまい、高精度な照射野の確認を困難にしていた。また特に陽子線治療の場合においては、照射野の最も深い位置に到達する陽子が、陽電子放出核種を生成する核反応を起こすための十分なエネルギーを持たないなどの理由から、荷電粒子線の照射方向に対する患者体内の照射野最深部（以下、荷電粒子の飛程終端と略す）付近を精度良く測定することは困難であった。
【０００６】
即発ガンマ線を用いて照射野を確認する場合、より高い精度で照射野を確認するために、ガンマ線検出器を可能な限り患者患部に近づける必要がある。さらに荷電粒子線の飛程終端付近を精度良く測定するために、治療計画システムによって患者治療前に計算された飛程終端の、照射野形成装置に対する荷電粒子線入射軸（以下、ビーム軸と略す）上への射影点と、ガンマ線検出器のガンマ線有感面中心を結ぶ直線が、ビーム軸と垂直になるように、ガンマ線検出器を設置することが好ましい。よって回転ガントリーと複数の自由度を持った患者カウチを使用して、荷電粒子線を様々な方向から患者に照射する場合、そのつどガンマ線検出器を配置し直す手段が必要であるが、未だその方法は発明されていない。本発明の目的は、回転ガントリーと複数の自由度を持った患者カウチを使用していかなる方向から荷電粒子線を患者に照射する場合でも、荷電粒子線の作る照射野を精度良く測定する粒子線照射システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記した目的を達成する本発明の特徴は、粒子線を生成させる粒子線発生装置と、粒子線を照射対象に出射する照射装置と、照射対象を保持するカウチと、照射対象から発生する即発ガンマ線を検出するガンマ線検出器とを備え、カウチにガンマ線検出器を備えたことにある。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、荷電粒子線を患者に照射する場合、荷電粒子線の作る照射野を精度良く測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の好適な実施形態である粒子線照射システムについて説明する。
【実施例１】
【００１０】
本実施例では、粒子線治療システムの１種である陽子線治療装置を例に、図１を用いて説明する。陽子線治療装置は、陽子線発生装置１０１，ビーム輸送装置１０２および回転式照射装置１０３を有する。回転式照射装置１０３は、回転ガントリー（図示せず）及び照射野形成装置（以下、照射ノズルと略す）１０４を有する。照射ノズル１０４は、回転ガントリーに設置され、回転ガントリーの回転と共に回転する。陽子線発生装置１０１は、イオン源（図示せず）、前段加速器（例えば直線加速器）１０１ａ及びシンクロトロン１０１ｂを有する。イオン源で発生した陽子イオンは、前段加速器１０１ａで加速される。前段加速器１０１ａから出射された陽子線は、シンクロトロン１０１ｂで所定のエネルギーまで加速された後、出射用デフレクタ１０２ａからビーム輸送装置１０２のビーム経路１０２ｂに出射される。この陽子線は、ビーム経路１０２ｂを経て回転式照射装置１０３に導かれ、患者カウチ１０６上に横たわる被検体（照射対象である患者）１０５のがん患部に照射される。ビーム経路１０２の一部は、回転ガントリーに取り付けられている。なお本実施例では、例として陽子線治療装置を用いたが、重粒子線等を用いた他粒子線治療システムに対しても同様の効果を得る事が可能である。さらにまた本実施例では、陽子線発生装置１０１取り付けられる加速器としてシンクロトロンを用いたが、サイクロトロンやライナックなどといったその他の荷電粒子線加速器でも同等の効果を得る事ができる。
【００１１】
次に、図２を用いて患者カウチ１０６の働きについて説明する。患者カウチ１０６は、治療中に患者が横たわる寝台１０６ａと、寝台１０６ａを様々な位置・角度にアライメントするための可動部群からなる。それぞれ異なる自由度をもった可動部が、高精度のステッピングモーター（図示せず）を用いて精密に可動することにより、寝台１０６ａに横たわった患者の患部位置が、陽子線照射にもっとも適した位置・陽子線照射方向に対する角度に固定される。
【００１２】
同様に図２を用いて、患者カウチ１０６の各可動部群の働きについて説明する。患者カウチ１０６の、陽子線治療中に患者が横たわる寝台１０６ａに設置された可動部１０６ｂは、同様に可動部１０６ｂに対して寝台１０６ａの反対側に設置される固定部１０８に対して、軸１０７ａを中心に回転できる自由度を持っており、モーターを用いて寝台１０６ａを、軸１０７ａに対して任意の角度まで回転，固定させることができる。可動部１０６ｃは、隣接して設置される可動部１０６ｄに対して軸１０７ｂを中心に回転できる自由度を持っており、モーターを用いて寝台１０６ａを軸１０７ｂを中心に任意の角度まで回転，固定させることができる。可動部１０６ｄは、固定部１０８を軸１０７ｃを中心に回転できる自由度を持ち、モーターを用いて寝台１０６ａを、軸１０７ａと軸１０７ｃの作る平面に対して最適な角度に傾ける事ができる。可動部１０６ｅは、隣接して設置される可動部１０６ｆに対して軸１０７ａと平行に水平移動できる自由度を持ち、モーターを用いて寝台１０６ａを軸１０７ａに対して平行に水平移動させることができる。可動部１０６ｆは、軸１０７ｂと平行に伸縮できる機構を持ち、モーターを用いて寝台１０６ａを軸１０７ｂに対して平行に垂直移動させることができる。可動部１０６ｇは軸１０７ｃと平行に患者カウチ１０６全体を水平移動させる機構を持ち、モーターを用いて寝台１０６ａを軸１０７ｃに対して平行に水平移動させることができる。
【００１３】
各可動部を駆動し、患者カウチ１０６に取り付けられた寝台１０６ａを最適な位置・角度にアライメントする場合には、治療計画システム（図示せず）と患者位置決め制御システム（図示せず）を用いる。操作者は、患者の体内で患部形状に適した荷電粒子線の照射野形成が十分可能になるように、治療計画システムが計算した陽子線の照射野を確認しながら、患者カウチ１０６位置決めの基本となる患者カウチ１０６の位置・角度といったアライメント情報を治療計画に設定する。またこのとき、回転ガントリーの回転角情報，患者ボーラス形状等といった照射パラメータ情報も、同様に治療計画に設定される。
【００１４】
設定された患者カウチ１０６のアライメント情報は、ケーブルなどの通信機器を通して、治療計画システムから患者位置決め制御システムに渡される。患者位置決め制御システムは、治療計画から得られた情報にしたがって、患者カウチ１０６の各可動部の駆動力であるステッピングモーターにそれぞれ規定の電流を送り、治療計画で定めた患者カウチ１０６のアライメントが達成されるように、規定の位置・角度まで各可動部を可動させる。
【００１５】
さらに治療室内に取り付けられた位置決め用画像取得装置（図示せず）によって、患者カウチ１０６上に横たわる患者の患部形状透視画像が撮影される。得られた透視画像情報は患者位置決め制御システムに渡される。患者位置決め制御システムは、透視画像情報を基にして、患者患部が治療計画で設定された陽子線の照射位置に正確に一致するように、再度患者カウチ１０６アライメントの微調整を行う。
【００１６】
次に、治療を受けた患者体内の陽子線照射野を、ガンマ線検出器によって確認する原理について説明する。高いエネルギーの粒子線（本実施形態では、陽子線）が物質に入射すると、物質中の原子核を陽子線が励起し、陽子線の照射野上にガンマ崩壊を起こす放射性核種を多種生成する。生成された放射性核種は核種ごとに決まった半減期で崩壊し、数ＭｅＶ（１ＭｅＶから１０ＭｅＶ）といった高いエネルギーのガンマ線を放射する。このガンマ線を即発ガンマ線という。放射性核種から放射された即発ガンマ線は、ただちに物質の外部へ透過する。よって物質外部に設置したガンマ線検出器で物質内部から透過した即発ガンマ線を検出し、ガンマ線検出器から出力される検出データに基づいて、照射野確認システム（図示せず）が、ガンマ線の発生した物質中での位置を見積もることで、物質中における陽子線の照射野を測定すること事ができる。即ち、ガンマ線検出器を用いて陽子線治療中に患者体内から発生する即発ガンマ線を検出し、検出データに基づいて照射野確認システムが、ガンマ線のエネルギー、ガンマ線検出器での入射位置・角度、計数率を測定すると、陽子線治療を受けた患者体内の照射野を確認する事ができる。励起状態の核から放出されるエネルギーが、１ＭｅＶから１０ＭｅＶであることから、照射野確認システムは、検出データのうち、ガンマ線のエネルギーが１ＭｅＶから１０ＭｅＶのものを有効なデータと判別し、照射野を確認してもよい。
【００１７】
ガンマ線検出器には、特に数百ｋｅＶ〜数十ＭｅＶといった高いエネルギーのガンマ線を測定できるものが適している。本実施例では、ガンマ線のコンプトン散乱を利用することで高エネルギーガンマ線の検出を可能にし、検出器有感面でのガンマ線の入射位置・角度、エネルギーを測定する事ができるコンプトンカメラを、ガンマ線検出器として使用する。ただし、高エネルギーガンマ線の測定が可能ならば、コンプトンカメラ以外の他の放射線検出器でも本発明は適応できる。
【００１８】
次に、本実施例の特徴的なシステムについて具体的に説明する。図３に示すように、陽子線治療中に患者が横たわる患者カウチ２０１にはガンマ線検出器設置器具（検出器固定装置）２０３が設置されている。図３（ａ）は、ガンマ線検出器設置器具２０３を、患者カウチ２０１の寝台２０１ａ側から見た図で、図３（ｂ）はその逆側からガンマ線検出器設置器具２０３を見た図である。ガンマ線検出器設置器具２０３の先端にはガンマ線検出器２０２が取り付けてある。前述のように、より高い精度で陽子線の作る患者体内の照射野を確認するために、ガンマ線検出器２０２は即発ガンマ線源、すなわち患者にできるだけ近づける必要がある。
【００１９】
また図８に示すように、特に陽子線の飛程終端付近を精度良く測定するために、治療計画システムによって計算された飛程終端のビーム軸８０３上への射影点８０４と、ガンマ線検出器８０１のガンマ線有感面８０１ａにおける有感面中心８０１ｂを結ぶ直線８０２が、ビーム軸８０３と垂直になるように、ガンマ線検出器８０１が設置される必要がある。
【００２０】
以上を考慮して、図３のガンマ線検出器設置器具２０３には、可動部２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃ，２０３ｄ，２０３ｅ，２０３ｆ，２０３ｇが備わる。ガンマ線検出器２０２に取り付けられた可動部２０３ａは、軸２０４ａを中心に回転できる自由度を持っており、ステッピングモーター等の駆動力（図示せず）を用いて、軸２０４ａを中心にして自由に任意の角度までガンマ線検出器２０２を回転させる事ができる。可動部２０３ｂは、軸２０４ｂを中心に回転できる自由度を持っており、動力を用いて軸２０４ｂを中心にして自由に任意の角度までガンマ線検出器２０２を回転させる事ができる。可動部２０３ｂは、ガンマ線検出器２０２に対して類似の自由度を持つ可動部２０３ｄ（後述）の機能と比較して、寝台２０１ａに横たわる患者に対するガンマ線検出器２０２の向きや角度を微調整する場合に用いる。可動部２０３ｃは、軸２０４ｃにそって水平に伸縮できる機構及び動力を備えており、ガンマ線検出器２０２を軸２０４ｃに沿って水平移動させることができる。可動部２０３ｄは、軸２０４ｄを中心に回転できる自由度を持っており、動力を用いて軸２０４ｄを中心にして自由に任意の角度までガンマ線検出器２０２を回転させる事ができる。可動部２０３ｄは、ガンマ線検出器２０２に対して類似の自由度を持つ可動部２０３ｂ（前述）の機能と比較して、ガンマ線検出器２０２を大角度に回転させる場合に用いる。可動部２０３ｅは、軸２０４ｅ方向に沿って水平に伸縮できる機構及び動力を備えており、ガンマ線検出器２０２を地面に対して垂直に上下させることができる。可動部２０３ｅのはたらきにより、ガンマ線検出器２０２を、寝台２０１ａに横たわる患者に対して遠ざけたり近づけたりすることができる。可動部２０３ｆは、軸２０４ｅを中心に回転できる自由度を持っており、動力を用いて軸２０４ｅを中心にして自由に任意の角度までガンマ線検出器２０２を回転させることができる。可動部２０３ｇは、寝台２０１ａを軸２０４ｇ中心に回転させる患者カウチの可動部２０１ｂに取り付けられている。可動部２０３ｇは軸２０４ｇを中心に回転できる自由度を持っており、動力を用いて軸２０４ｇを中心にして自由に任意の角度までガンマ線検出器２０２を回転する事ができる。
【００２１】
これらガンマ線検出器設置器具２０３の各可動部の働きにより、回転ガントリー，照射ノズル１０４，患者カウチ２０１が患者の治療のために稼動した場合にも、治療を妨げることなく、かつ陽子線の照射野と、飛程終端付近をより高い精度で検出できる位置に、ガンマ線検出器２０２を設置する事ができる。
【００２２】
次に、ガンマ線検出器設置器具２０３の各可動部を規定量駆動させ、ガンマ線検出器２０２を最適な位置に配置するための制御システムについて、図４を用いて説明する。患者体内の患部形状に最適な陽子線照射野を形成するために、操作者が治療計画システム１１０を用いて回転ガントリー情報（回転角情報）１１１ａ，患者カウチ２０１位置決めの基本となる患者カウチ情報（アライメント情報）１１１ｂ，照射パラメータ情報１１１ｃを決定すると、前述のように陽子線の照射野が計算され、計算照射野情報１１１ｄが得られる。
【００２３】
治療準備が開始されると、照射パラメータ情報１１１ｃを受けて製作された治療に最適な形状の患者ボーラスなどが照射ノズルに設置される。さらに陽子線を拡散させる散乱体厚み設定、加速器の運転パターン設定，照射ノズル内の走査電磁石の励磁パターン設定等といった照射パラメータの設定が、治療計画システム１１０から照射パラメータ情報１１１ｃを受け取った照射制御システム１１２ｃによって行われる。回転ガントリー情報１１１ａは治療計画システム１１０から回転ガントリー制御システム１１２ａに渡され、回転ガントリー制御システム１１２ａに従って、治療計画システム１１０が定める規定回転角になるように回転ガントリーが回転する。また前述のように、患者カウチ２０１の位置決めの基本となるアライメント情報１１１ｅが患者位置決め制御システム（カウチ制御システム）１１２ｂに渡され、患者位置決め制御システム１１２ｂの制御に従って患者カウチ２０１の各可動部モーターが駆動し、患者が横たわる寝台が治療計画システム１１０の定める規定の位置・角度に設置されるように、患者カウチ２０１をアライメントする。
【００２４】
次に、さらに詳細な患者カウチ２０１の位置決めを行うために、治療室内に取り付けられた位置決め画像用取得装置１１７ａによって患者患部の透視画像の撮影が行われる。このとき、操作者は検出器設置器具の各可動部の駆動制御を行う検出器設置器具制御システム１１５を用いて、位置決め用画像取得装置１１７ａの患者患部透視画像撮影の妨げにならない位置にガンマ線検出器２０２が設置されるよう、ガンマ線検出器設置器具２０３をアライメントする。
【００２５】
患者患部の透視画像が撮影されると、得られた透視画像情報１１７ｂは患者位置決め制御システム１１２ｂに渡される。患者位置決め制御システム１１２ｂは、透視画像情報１１７ｂを基に患者患部が治療計画システム１１０で計算された陽子線の照射位置に正確に一致するように、患者カウチ２０１のアライメントの微調整を行う。
【００２６】
患者カウチ２０１のアライメント調整が終了すると、患者カウチ２０１の最終的な患者カウチ情報１１１ｂが、患者位置決め制御システム１１２ｂから検出器設置器具制御システム１１５内の演算処理装置１１３に渡される。このとき、回転ガントリー情報１１１ａと治療計画システム１１０による計算照射野情報１１１ｄの情報も、治療計画システム１１０から演算処理装置１１３に渡される。
【００２７】
演算処理装置１１３は、回転ガントリー情報１１１ａ，患者カウチの患者カウチ情報１１１ｂ，計算照射野情報１１１ｄの３つの情報を用いて、治療計画システム１１０によって事前に計算された陽子線飛程終端のビーム軸上への射影点と、ガンマ線検出器２０２のガンマ線有感面中心を結ぶ直線が、ビーム軸と垂直を作り、かつできるだけガンマ線検出器２０２を患者に近づけることができるガンマ線検出器２０２の設置位置、すなわち前述の、より高い精度で陽子線飛程終端付近を測定することができる、患者カウチ２０１上におけるガンマ線検出器２０２の３次元位置を計算する。さらに演算処理装置１１３は、ガンマ線検出器設置器具２０３の各可動部が持つ自由度から、ガンマ線検出器２０２を前述の３次元位置に設置させることのできる各可動部ごとの規定駆動量情報（可動量情報）１１４の計算を行う。
【００２８】
検出器設置器具制御システム１１５は、演算処理装置１１３によって計算された各可動部ごとの規定駆動量情報１１４に従ってガンマ線検出器設置器具２０３の各可動部駆動機構１１６を動作し、ガンマ線検出器設置器具２０３をアライメントする。このような制御を用いて、ガンマ線検出器２０２のアライメントが行われる。
【００２９】
また検出器設置器具制御システム１１５もしくは治療計画システム１１０を用いて、可動部駆動機構１１６の規定駆動量情報１１４を各可動部ごとに直接入力し、手動でガンマ線検出器設置器具２０３をアライメントすることができる。
【００３０】
さらに規定駆動量情報１１４は、検出器設置器具制御システム１１５に備えられた記録媒体（図示せず）内に保持され、記録媒体のフォーマットおよび記録媒体に記録されたデータの消去を行わない限りは、記録媒体に保持された複数の規定可動量情報１１４に関して何度でも選択して可動部を再アライメントすることができる。記録媒体に記録された規定可動量情報１１４データの消去及び選択は、検出器設置器具制御システム１１５上または治療計画システム１１０から行う。
【００３１】
ガンマ線検出器を患者カウチに設置する例の手段として、図５のような構成も考えられる。図５のガンマ線検出器設置器具（検出器固定装置）３０３は、患者カウチ３０１を囲むような構造になっている。ガンマ線検出器設置器具３０３には、ある一定の半径の円の円周上を沿う２本の半環状のレール３０３ｂが、二又形状のレール取り付け具３０３ｃに設置されている。レール取り付け具３０３ｃには、取り付けられた２本のレール３０３ｂを同時に連動して可動させる動力が備わっており、各レール３０３ｂを患者カウチ３０１に対して垂直方向、すなわちレール３０３ｂの円周方向に回転させる事ができる。レール３０３ｂの先端部には、２本のレール３０３ｂに挟まれる形で、検出器治具３０３ａが取り付けられている。検出器治具３０３ａはレール３０３ｂから取り外すことが可能で、レール３０３ｂ上の任意の別位置に設置できる。検出器治具３０３ａには、ガンマ線検出器３０２がガンマ線有感面を患者方向に向けた状態で設置される。また検出器治具３０３ａには、ガンマ線検出器３０２をレール３０３ｂの円周方向に対して垂直にある範囲で上下させる動力機構が備わっており、患者に対してガンマ線検出器３０２を近づけたり遠ざけたりすることができる。レール取り付け具３０３ｃは、可動部３０３ｄに接続されている。可動部３０３ｄは患者カウチ３０１に対して垂直方向に回転できる自由度を持っており、動力を用いて患者カウチ３０１に対して任意の角度にレール３０３ｂを傾けることができる。患者カウチ３０１とガンマ線検出器設置器具３０３の接点である可動部３０３ｅは、患者カウチ３０１に対して水平方向に回転できる自由度を持っており、動力を用いることで、患者カウチ３０１に対して水平にガンマ線検出器設置器具３０３を回転させることができる。さらに可動部３０３ｅは患者カウチ３０１の患者が横たわる方向に対して水平に移動できる自由度を備えており、動力を用いることで、患者カウチに３０１に対してガンマ線検出器設置器具３０３を水平移動させることができる。これらガンマ線検出器設置器具３０３の各可動部の働きにより、回転ガントリー，照射ノズル１０４，患者カウチ３０１が患者の治療のために可動した場合にも、治療の妨げにならないように、陽子線照射野と、陽子線の最大到達深度付近をよりよい精度で検出できる位置に、ガンマ線検出器３０２を設置する事ができる。
【００３２】
検出器設置器具を介して患者カウチに取り付けられるガンマ線検出器は、単体で用いるだけでなく、検出器設置器具上に複数取り付けて使用できる。図３で説明した患者カウチに、複数のガンマ線検出器を設置した構成図を、図６（ａ）に示す。ガンマ線検出器設置器具（検出器固定器具）４０３の可動部４０３ａに取り付けられたガンマ線検出器４０２ａの両脇に接続する形で、複数のガンマ線検出器４０２ｂがある一定の半径の円周上に配置されている。環状に複数のガンマ線検出器４０２ａ，４０２ｂを配置することで、ガンマ線検出器４０２ａ，４０２ｂは、陽子線治療中の患者周囲を覆うことができる、よって患者体内から飛来する即発ガンマ線を一度に効率よく検出する事ができる。ガンマ線検出器設置器具４０３は、図３のガンマ線検出器設置器具３０３と同様に各部が可動であり、回転ガントリー，照射ノズル１０４，患者カウチ４０１が患者の治療のために可動した場合にも、治療を妨げることなく、陽子線照射野と、陽子線の最大到達深度付近をよりよい精度で検出できる位置に、ガンマ線検出器４０２ａ，４０２ｂを設置する事ができる。
【００３３】
また、ガンマ線検出器を患者カウチに設置する他の例を図６（ｂ）を用いて、説明する。図６（ｂ）のように、患者カウチを覆う検出器面を持った大型の環状ガンマ線検出器４０２ｃを、ガンマ線検出器設置器具４０３を介して患者カウチ４０１に取り付けることで、図６（ａ）の複数のガンマ線検出器４０２ａ，４０２ｂを患者カウチ４０１に取り付けた場合と同様の効果を得られる。本実施例では、ガンマ線検出器４０２ｃをある半径の円の円周上を覆う環状構造としたが、回転ガントリー，照射ノズル１０４，患者カウチ４０１が患者の治療のために可動した場合に、ガンマ線検出器４０２ａ，４０２ｂ及び４０２ｃが、前述の陽子線照射野の確認に最適な位置に設置され、かつ患者を覆うことが出来るならば、どのようなガンマ線検出器４０２ａ，４０２ｂの接続方法及びガンマ線検出器４０２ｃの形状でも適応可能である。
【００３４】
次に、図５で説明した患者カウチに、複数のガンマ線検出器を設置した構成図を、図７（ａ）に示す。図７（ａ）のように、ガンマ線検出器設置器具（検出器固定装置）５０３のレール５０３ｂ上に、複数のガンマ線検出器５０２ａが、ガンマ線有感面を患者カウチ５０１に向けた状態で取り付けられる。半環状のレール５０３ｂは、ある半径の円の円周上を沿っているため、取り付けられた複数のガンマ線検出器５０２ａは、図６の場合と同様に、患者体内から飛来する即発ガンマ線を一度に効率よく検出する事ができる。ガンマ線検出器設置器具５０３は図５のガンマ線検出器設置器具３０３と同様に各部可動であり、回転ガントリー，照射ノズル１０４，患者カウチ５０１が患者の治療のために可動した場合にも、治療の邪魔をすることなく、陽子線照射野と、陽子線の最大到達深度付近をよりよい精度で検出できる位置に、ガンマ線検出器５０２ａを設置する事ができる。また図７（ｂ）のように、ある半径の円の円周に沿うように、環状の大型ガンマ線検出器５０２ｂをレール５０３ｂに取り付けることで、複数のガンマ線検出器５０２ａをレール５０３ｂに取り付けた図７（ａ）の場合と、同様の効果を得られる。
【実施例２】
【００３５】
陽子線治療システムの品質管理のために、治療時間外に、水ファントム（図示せず）内での陽子線の照射野を確認する必要がある。従来の確認方法は、水ファントムへの陽子線照射中に水ファントム内でピンポイントチェンバー（図示せず）を走査し、水ファントム内部の線量分布を測定する方法だったが、精度の高い照射野測定を行うためにはピンポイントチェンバーを水ファントム内で細かく走査する必要があり、非常に時間がかかっていた。
【００３６】
患者体内の陽子線飛程測定と同様の原理で、患者カウチ上に設置した水ファントム内における陽子線の照射野を確認する事が出来る。ガンマ線検出器を用いた方法では、水ファントム外部から即発ガンマ線を測定することによってすばやく陽子線照射野を見積もる事ができ、陽子線治療における品質管理時間の割合を、従来のピンポイントチェンバーを用いた線量分布測定に比べて大幅に短縮する事が期待される。
【００３７】
実施例１および２によれば、回転ガントリーや複数の自由度を持った患者カウチを使用して様々な方向から荷電粒子線を患者に照射する場合においても、ガンマ線検出器を患者の近くに配置し、さらに、治療計画によって患者治療前に計算された荷電粒子線飛程終端のビーム軸上への射影点と、ガンマ線検出器のガンマ線有感面中心を結ぶ直線が、ビーム軸と垂直になるようにガンマ線検出器を配置することができる。よって、回転ガントリーと複数の自由度を持った患者カウチを使用していかなる方向から荷電粒子線を患者に照射する場合でも、荷電粒子線の作る照射野を精度良く測定することができる。
【００３８】
実施例１及び２は、荷電粒子線の照射治療中に、患者体内の荷電粒子線照射野を確認するためのデータを測定する事ができるため、従来のＰＥＴを用いた照射野測定法と比較して治療時間を減らすことができ、患者の負担を低減することができる。
【００３９】
実施例１及び２は、荷電粒子線として陽子線や重粒子線（炭素線等）を用いることができる。即発ガンマ線を検出して照射野の形状を測定する実施例１及び２は、特に、陽子線を用いる陽子線照射システムの場合に有効である。
【００４０】
実施例１及び２は、荷電粒子線を照射している間に、照射対象から放出される即発ガンマ線を検出し、照射野の形状を測定するのに必要な情報を収集できるため、患者１０５の生理現象による位置ずれが小さく、精度よく照射野の形状を測定することができる。また、照射野の形状を測定する時間を短縮でき、スループットが向上する。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の好適な一実施例である陽子線治療システムの構成図である。
【図２】図１に示す患者カウチの、構成図である。
【図３】図２に示す患者カウチに、取り付けられる検出器設置器具の構成図である。
【図４】図３に示す検出器設置器具の、駆動制御システムの構成図である。
【図５】図２に示す患者カウチに、取り付けられる検出器設置器具の構成図である。
【図６】図２に示す検出器設置器具の、構成図である。
【図７】図５に示す検出器設置器具の、構成図である。
【図８】図３に示したガンマ線検出器における、最適な設置位置の構成図である。
【符号の説明】
【００４２】
１０１ 陽子線発生装置
１０１ａ 前段加速器
１０１ｂ シンクロトロン
１０２ ビーム輸送装置
１０２ａ 出射用デフレクタ
１０２ｂ ビーム径路
１０３ 回転式照射装置
１０４ 照射野形成装置
１０５ 患者
１０６，２０１，３０１ 患者カウチ
１０６ａ，２０１ａ 寝台
１０６ｂ，１０６ｃ，１０６ｄ，１０６ｅ，１０６ｆ，１０６ｇ，２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃ，２０３ｄ，２０３ｅ，２０３ｆ，２０３ｇ，３０３ｄ，３０３ｆ，４０３ｅ 可動部
１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃ，２０４ａ，２０４ｂ，２０４ｃ，２０４ｄ，２０４ｅ，２０４ｆ 軸
１０８ 固定部
１１０ 治療計画システム
１１１ａ 回転ガントリー情報
１１１ｂ 患者カウチ情報
１１１ｃ 照射パラメータ情報
１１１ｄ 計算照射野情報
１１２ａ 回転ガントリー制御システム
１１２ｂ 患者位置決め制御システム
１１２ｃ 照射制御システム
１１３ 演算処理装置
１１４ 駆動量情報
１１５ 検出器設置器具制御システム
１１６ 可動部駆動機構
２０１ｂ 患者カウチ可動部
２０２，３０２，４０２ａ，４０２ｂ，５０２ａ，８０１ ガンマ線検出器
２０３ ガンマ線検出器設置器具
３０１ａ 患者カウチ溝
３０３，４０３，５０３ ガンマ線検出器設置器具
３０３ａ 検出器治具
３０３ｂ，５０３ｂ レール
３０３ｃ レール取り付け具
３０３ｅ 検出器設置器具基盤
４０１，５０１ 患者カウチ
４０２ｃ ガンマ線検出器
８０１ａ ガンマ線有感面
８０１ｂ 有感面中心
８０２ 直線
８０３ ビーム軸
８０４ 治療計画システムの計算による飛程終端のビーム軸上射影点
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子線照射システムに係り、特に荷電粒子ビームを腫瘍等の患部に照射する荷電粒子ビーム照射システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
がん患者に対して陽子線などの荷電粒子線を照射することで、がんを治療する方法が知られている。治療に用いるシステムは、荷電粒子線発生装置，ビーム輸送系、及び治療室を備えている。荷電粒子線発生装置で加速された荷電粒子線は、ビーム輸送系を経て治療室の照射装置に達し、照射装置により分布を拡大し、患者の体内で患部形状に適した荷電粒子線の照射野を形成する。その際、照射野が所望の位置に形成されたことを確認する手段として、特許文献１のように、照射野内に生成する陽電子放出核種からのガンマ線を、照射後にポジトロン断層法（ＰＥＴ）を用いて撮影する方法が用いられている。
【０００３】
また同様に、照射野内で生成される励起した炭素・酸素・窒素原子核から発生するガンマ線（即発ガンマ線）を観測することで、照射野を確認する方法が提唱されている（非特許文献１）。
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１８９７６９号公報
【非特許文献１】ＡＰＰＬＩＥＤ ＰＨＹＳＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲ ８９，１８３５１７ （２００６）「Prompt gamma measurements for locating the dose falloff region in the proton therapy」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
粒子線治療システムにおける従来のＰＥＴを使用した照射野測定法は、照射治療後に患者を治療室からガンマ線測定を行うＰＥＴ検査室まで移動させる必要があるため、患者拘束時間の増加を招き、患者の負担となっていた。加えて治療からガンマ線測定までに時間差が生じるため、生成した陽電子放出核種が生理現象によって照射野と異なる位置に移動してしまい、高精度な照射野の確認を困難にしていた。また特に陽子線治療の場合においては、照射野の最も深い位置に到達する陽子が、陽電子放出核種を生成する核反応を起こすための十分なエネルギーを持たないなどの理由から、荷電粒子線の照射方向に対する患者体内の照射野最深部（以下、荷電粒子の飛程終端と略す）付近を精度良く測定することは困難であった。
【０００６】
即発ガンマ線を用いて照射野を確認する場合、より高い精度で照射野を確認するために、ガンマ線検出器を可能な限り患者患部に近づける必要がある。さらに荷電粒子線の飛程終端付近を精度良く測定するために、治療計画システムによって患者治療前に計算された飛程終端の、照射野形成装置に対する荷電粒子線入射軸（以下、ビーム軸と略す）上への射影点と、ガンマ線検出器のガンマ線有感面中心を結ぶ直線が、ビーム軸と垂直になるように、ガンマ線検出器を設置することが好ましい。よって回転ガントリーと複数の自由度を持った患者カウチを使用して、荷電粒子線を様々な方向から患者に照射する場合、そのつどガンマ線検出器を配置し直す手段が必要であるが、未だその方法は発明されていない。本発明の目的は、回転ガントリーと複数の自由度を持った患者カウチを使用していかなる方向から荷電粒子線を患者に照射する場合でも、荷電粒子線の作る照射野を精度良く測定する粒子線照射システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記した目的を達成する本発明の特徴は、粒子線を生成させる粒子線発生装置と、粒子線を照射対象に出射する照射装置と、照射対象を保持するカウチと、照射対象から発生する即発ガンマ線を検出するガンマ線検出器とを備え、カウチにガンマ線検出器を備えたことにある。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、荷電粒子線を患者に照射する場合、荷電粒子線の作る照射野を精度良く測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の好適な実施形態である粒子線照射システムについて説明する。
【実施例１】
【００１０】
本実施例では、粒子線治療システムの１種である陽子線治療装置を例に、図１を用いて説明する。陽子線治療装置は、陽子線発生装置１０１，ビーム輸送装置１０２および回転式照射装置１０３を有する。回転式照射装置１０３は、回転ガントリー（図示せず）及び照射野形成装置（以下、照射ノズルと略す）１０４を有する。照射ノズル１０４は、回転ガントリーに設置され、回転ガントリーの回転と共に回転する。陽子線発生装置１０１は、イオン源（図示せず）、前段加速器（例えば直線加速器）１０１ａ及びシンクロトロン１０１ｂを有する。イオン源で発生した陽子イオンは、前段加速器１０１ａで加速される。前段加速器１０１ａから出射された陽子線は、シンクロトロン１０１ｂで所定のエネルギーまで加速された後、出射用デフレクタ１０２ａからビーム輸送装置１０２のビーム経路１０２ｂに出射される。この陽子線は、ビーム経路１０２ｂを経て回転式照射装置１０３に導かれ、患者カウチ１０６上に横たわる被検体（照射対象である患者）１０５のがん患部に照射される。ビーム経路１０２の一部は、回転ガントリーに取り付けられている。なお本実施例では、例として陽子線治療装置を用いたが、重粒子線等を用いた他粒子線治療システムに対しても同様の効果を得る事が可能である。さらにまた本実施例では、陽子線発生装置１０１取り付けられる加速器としてシンクロトロンを用いたが、サイクロトロンやライナックなどといったその他の荷電粒子線加速器でも同等の効果を得る事ができる。
【００１１】
次に、図２を用いて患者カウチ１０６の働きについて説明する。患者カウチ１０６は、治療中に患者が横たわる寝台１０６ａと、寝台１０６ａを様々な位置・角度にアライメントするための可動部群からなる。それぞれ異なる自由度をもった可動部が、高精度のステッピングモーター（図示せず）を用いて精密に可動することにより、寝台１０６ａに横たわった患者の患部位置が、陽子線照射にもっとも適した位置・陽子線照射方向に対する角度に固定される。
【００１２】
同様に図２を用いて、患者カウチ１０６の各可動部群の働きについて説明する。患者カウチ１０６の、陽子線治療中に患者が横たわる寝台１０６ａに設置された可動部１０６ｂは、同様に可動部１０６ｂに対して寝台１０６ａの反対側に設置される固定部１０８に対して、軸１０７ａを中心に回転できる自由度を持っており、モーターを用いて寝台１０６ａを、軸１０７ａに対して任意の角度まで回転，固定させることができる。可動部１０６ｃは、隣接して設置される可動部１０６ｄに対して軸１０７ｂを中心に回転できる自由度を持っており、モーターを用いて寝台１０６ａを軸１０７ｂを中心に任意の角度まで回転，固定させることができる。可動部１０６ｄは、固定部１０８を軸１０７ｃを中心に回転できる自由度を持ち、モーターを用いて寝台１０６ａを、軸１０７ａと軸１０７ｃの作る平面に対して最適な角度に傾ける事ができる。可動部１０６ｅは、隣接して設置される可動部１０６ｆに対して軸１０７ａと平行に水平移動できる自由度を持ち、モーターを用いて寝台１０６ａを軸１０７ａに対して平行に水平移動させることができる。可動部１０６ｆは、軸１０７ｂと平行に伸縮できる機構を持ち、モーターを用いて寝台１０６ａを軸１０７ｂに対して平行に垂直移動させることができる。可動部１０６ｇは軸１０７ｃと平行に患者カウチ１０６全体を水平移動させる機構を持ち、モーターを用いて寝台１０６ａを軸１０７ｃに対して平行に水平移動させることができる。
【００１３】
各可動部を駆動し、患者カウチ１０６に取り付けられた寝台１０６ａを最適な位置・角度にアライメントする場合には、治療計画システム（図示せず）と患者位置決め制御システム（図示せず）を用いる。操作者は、患者の体内で患部形状に適した荷電粒子線の照射野形成が十分可能になるように、治療計画システムが計算した陽子線の照射野を確認しながら、患者カウチ１０６位置決めの基本となる患者カウチ１０６の位置・角度といったアライメント情報を治療計画に設定する。またこのとき、回転ガントリーの回転角情報，患者ボーラス形状等といった照射パラメータ情報も、同様に治療計画に設定される。
【００１４】
設定された患者カウチ１０６のアライメント情報は、ケーブルなどの通信機器を通して、治療計画システムから患者位置決め制御システムに渡される。患者位置決め制御システムは、治療計画から得られた情報にしたがって、患者カウチ１０６の各可動部の駆動力であるステッピングモーターにそれぞれ規定の電流を送り、治療計画で定めた患者カウチ１０６のアライメントが達成されるように、規定の位置・角度まで各可動部を可動させる。
【００１５】
さらに治療室内に取り付けられた位置決め用画像取得装置（図示せず）によって、患者カウチ１０６上に横たわる患者の患部形状透視画像が撮影される。得られた透視画像情報は患者位置決め制御システムに渡される。患者位置決め制御システムは、透視画像情報を基にして、患者患部が治療計画で設定された陽子線の照射位置に正確に一致するように、再度患者カウチ１０６アライメントの微調整を行う。
【００１６】
次に、治療を受けた患者体内の陽子線照射野を、ガンマ線検出器によって確認する原理について説明する。高いエネルギーの粒子線（本実施形態では、陽子線）が物質に入射すると、物質中の原子核を陽子線が励起し、陽子線の照射野上にガンマ崩壊を起こす放射性核種を多種生成する。生成された放射性核種は核種ごとに決まった半減期で崩壊し、数ＭｅＶ（１ＭｅＶから１０ＭｅＶ）といった高いエネルギーのガンマ線を放射する。このガンマ線を即発ガンマ線という。放射性核種から放射された即発ガンマ線は、ただちに物質の外部へ透過する。よって物質外部に設置したガンマ線検出器で物質内部から透過した即発ガンマ線を検出し、ガンマ線検出器から出力される検出データに基づいて、照射野確認システム（図示せず）が、ガンマ線の発生した物質中での位置を見積もることで、物質中における陽子線の照射野を測定すること事ができる。即ち、ガンマ線検出器を用いて陽子線治療中に患者体内から発生する即発ガンマ線を検出し、検出データに基づいて照射野確認システムが、ガンマ線のエネルギー、ガンマ線検出器での入射位置・角度、計数率を測定すると、陽子線治療を受けた患者体内の照射野を確認する事ができる。励起状態の核から放出されるエネルギーが、１ＭｅＶから１０ＭｅＶであることから、照射野確認システムは、検出データのうち、ガンマ線のエネルギーが１ＭｅＶから１０ＭｅＶのものを有効なデータと判別し、照射野を確認してもよい。
【００１７】
ガンマ線検出器には、特に数百ｋｅＶ〜数十ＭｅＶといった高いエネルギーのガンマ線を測定できるものが適している。本実施例では、ガンマ線のコンプトン散乱を利用することで高エネルギーガンマ線の検出を可能にし、検出器有感面でのガンマ線の入射位置・角度、エネルギーを測定する事ができるコンプトンカメラを、ガンマ線検出器として使用する。ただし、高エネルギーガンマ線の測定が可能ならば、コンプトンカメラ以外の他の放射線検出器でも本発明は適応できる。
【００１８】
次に、本実施例の特徴的なシステムについて具体的に説明する。図３に示すように、陽子線治療中に患者が横たわる患者カウチ２０１にはガンマ線検出器設置器具（検出器固定装置）２０３が設置されている。図３（ａ）は、ガンマ線検出器設置器具２０３を、患者カウチ２０１の寝台２０１ａ側から見た図で、図３（ｂ）はその逆側からガンマ線検出器設置器具２０３を見た図である。ガンマ線検出器設置器具２０３の先端にはガンマ線検出器２０２が取り付けてある。前述のように、より高い精度で陽子線の作る患者体内の照射野を確認するために、ガンマ線検出器２０２は即発ガンマ線源、すなわち患者にできるだけ近づける必要がある。
【００１９】
また図８に示すように、特に陽子線の飛程終端付近を精度良く測定するために、治療計画システムによって計算された飛程終端のビーム軸８０３上への射影点８０４と、ガンマ線検出器８０１のガンマ線有感面８０１ａにおける有感面中心８０１ｂを結ぶ直線８０２が、ビーム軸８０３と垂直になるように、ガンマ線検出器８０１が設置される必要がある。
【００２０】
以上を考慮して、図３のガンマ線検出器設置器具２０３には、可動部２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃ，２０３ｄ，２０３ｅ，２０３ｆ，２０３ｇが備わる。ガンマ線検出器２０２に取り付けられた可動部２０３ａは、軸２０４ａを中心に回転できる自由度を持っており、ステッピングモーター等の駆動力（図示せず）を用いて、軸２０４ａを中心にして自由に任意の角度までガンマ線検出器２０２を回転させる事ができる。可動部２０３ｂは、軸２０４ｂを中心に回転できる自由度を持っており、動力を用いて軸２０４ｂを中心にして自由に任意の角度までガンマ線検出器２０２を回転させる事ができる。可動部２０３ｂは、ガンマ線検出器２０２に対して類似の自由度を持つ可動部２０３ｄ（後述）の機能と比較して、寝台２０１ａに横たわる患者に対するガンマ線検出器２０２の向きや角度を微調整する場合に用いる。可動部２０３ｃは、軸２０４ｃにそって水平に伸縮できる機構及び動力を備えており、ガンマ線検出器２０２を軸２０４ｃに沿って水平移動させることができる。可動部２０３ｄは、軸２０４ｄを中心に回転できる自由度を持っており、動力を用いて軸２０４ｄを中心にして自由に任意の角度までガンマ線検出器２０２を回転させる事ができる。可動部２０３ｄは、ガンマ線検出器２０２に対して類似の自由度を持つ可動部２０３ｂ（前述）の機能と比較して、ガンマ線検出器２０２を大角度に回転させる場合に用いる。可動部２０３ｅは、軸２０４ｅ方向に沿って水平に伸縮できる機構及び動力を備えており、ガンマ線検出器２０２を地面に対して垂直に上下させることができる。可動部２０３ｅのはたらきにより、ガンマ線検出器２０２を、寝台２０１ａに横たわる患者に対して遠ざけたり近づけたりすることができる。可動部２０３ｆは、軸２０４ｅを中心に回転できる自由度を持っており、動力を用いて軸２０４ｅを中心にして自由に任意の角度までガンマ線検出器２０２を回転させることができる。可動部２０３ｇは、寝台２０１ａを軸２０４ｇ中心に回転させる患者カウチの可動部２０１ｂに取り付けられている。可動部２０３ｇは軸２０４ｇを中心に回転できる自由度を持っており、動力を用いて軸２０４ｇを中心にして自由に任意の角度までガンマ線検出器２０２を回転する事ができる。
【００２１】
これらガンマ線検出器設置器具２０３の各可動部の働きにより、回転ガントリー，照射ノズル１０４，患者カウチ２０１が患者の治療のために稼動した場合にも、治療を妨げることなく、かつ陽子線の照射野と、飛程終端付近をより高い精度で検出できる位置に、ガンマ線検出器２０２を設置する事ができる。
【００２２】
次に、ガンマ線検出器設置器具２０３の各可動部を規定量駆動させ、ガンマ線検出器２０２を最適な位置に配置するための制御システムについて、図４を用いて説明する。患者体内の患部形状に最適な陽子線照射野を形成するために、操作者が治療計画システム１１０を用いて回転ガントリー情報（回転角情報）１１１ａ，患者カウチ２０１位置決めの基本となる患者カウチ情報（アライメント情報）１１１ｂ，照射パラメータ情報１１１ｃを決定すると、前述のように陽子線の照射野が計算され、計算照射野情報１１１ｄが得られる。
【００２３】
治療準備が開始されると、照射パラメータ情報１１１ｃを受けて製作された治療に最適な形状の患者ボーラスなどが照射ノズルに設置される。さらに陽子線を拡散させる散乱体厚み設定、加速器の運転パターン設定，照射ノズル内の走査電磁石の励磁パターン設定等といった照射パラメータの設定が、治療計画システム１１０から照射パラメータ情報１１１ｃを受け取った照射制御システム１１２ｃによって行われる。回転ガントリー情報１１１ａは治療計画システム１１０から回転ガントリー制御システム１１２ａに渡され、回転ガントリー制御システム１１２ａに従って、治療計画システム１１０が定める規定回転角になるように回転ガントリーが回転する。また前述のように、患者カウチ２０１の位置決めの基本となるアライメント情報１１１ｅが患者位置決め制御システム（カウチ制御システム）１１２ｂに渡され、患者位置決め制御システム１１２ｂの制御に従って患者カウチ２０１の各可動部モーターが駆動し、患者が横たわる寝台が治療計画システム１１０の定める規定の位置・角度に設置されるように、患者カウチ２０１をアライメントする。
【００２４】
次に、さらに詳細な患者カウチ２０１の位置決めを行うために、治療室内に取り付けられた位置決め画像用取得装置１１７ａによって患者患部の透視画像の撮影が行われる。このとき、操作者は検出器設置器具の各可動部の駆動制御を行う検出器設置器具制御システム１１５を用いて、位置決め用画像取得装置１１７ａの患者患部透視画像撮影の妨げにならない位置にガンマ線検出器２０２が設置されるよう、ガンマ線検出器設置器具２０３をアライメントする。
【００２５】
患者患部の透視画像が撮影されると、得られた透視画像情報１１７ｂは患者位置決め制御システム１１２ｂに渡される。患者位置決め制御システム１１２ｂは、透視画像情報１１７ｂを基に患者患部が治療計画システム１１０で計算された陽子線の照射位置に正確に一致するように、患者カウチ２０１のアライメントの微調整を行う。
【００２６】
患者カウチ２０１のアライメント調整が終了すると、患者カウチ２０１の最終的な患者カウチ情報１１１ｂが、患者位置決め制御システム１１２ｂから検出器設置器具制御システム１１５内の演算処理装置１１３に渡される。このとき、回転ガントリー情報１１１ａと治療計画システム１１０による計算照射野情報１１１ｄの情報も、治療計画システム１１０から演算処理装置１１３に渡される。
【００２７】
演算処理装置１１３は、回転ガントリー情報１１１ａ，患者カウチの患者カウチ情報１１１ｂ，計算照射野情報１１１ｄの３つの情報を用いて、治療計画システム１１０によって事前に計算された陽子線飛程終端のビーム軸上への射影点と、ガンマ線検出器２０２のガンマ線有感面中心を結ぶ直線が、ビーム軸と垂直を作り、かつできるだけガンマ線検出器２０２を患者に近づけることができるガンマ線検出器２０２の設置位置、すなわち前述の、より高い精度で陽子線飛程終端付近を測定することができる、患者カウチ２０１上におけるガンマ線検出器２０２の３次元位置を計算する。さらに演算処理装置１１３は、ガンマ線検出器設置器具２０３の各可動部が持つ自由度から、ガンマ線検出器２０２を前述の３次元位置に設置させることのできる各可動部ごとの規定駆動量情報（可動量情報）１１４の計算を行う。
【００２８】
検出器設置器具制御システム１１５は、演算処理装置１１３によって計算された各可動部ごとの規定駆動量情報１１４に従ってガンマ線検出器設置器具２０３の各可動部駆動機構１１６を動作し、ガンマ線検出器設置器具２０３をアライメントする。このような制御を用いて、ガンマ線検出器２０２のアライメントが行われる。
【００２９】
また検出器設置器具制御システム１１５もしくは治療計画システム１１０を用いて、可動部駆動機構１１６の規定駆動量情報１１４を各可動部ごとに直接入力し、手動でガンマ線検出器設置器具２０３をアライメントすることができる。
【００３０】
さらに規定駆動量情報１１４は、検出器設置器具制御システム１１５に備えられた記録媒体（図示せず）内に保持され、記録媒体のフォーマットおよび記録媒体に記録されたデータの消去を行わない限りは、記録媒体に保持された複数の規定可動量情報１１４に関して何度でも選択して可動部を再アライメントすることができる。記録媒体に記録された規定可動量情報１１４データの消去及び選択は、検出器設置器具制御システム１１５上または治療計画システム１１０から行う。
【００３１】
ガンマ線検出器を患者カウチに設置する例の手段として、図５のような構成も考えられる。図５のガンマ線検出器設置器具（検出器固定装置）３０３は、患者カウチ３０１を囲むような構造になっている。ガンマ線検出器設置器具３０３には、ある一定の半径の円の円周上を沿う２本の半環状のレール３０３ｂが、二又形状のレール取り付け具３０３ｃに設置されている。レール取り付け具３０３ｃには、取り付けられた２本のレール３０３ｂを同時に連動して可動させる動力が備わっており、各レール３０３ｂを患者カウチ３０１に対して垂直方向、すなわちレール３０３ｂの円周方向に回転させる事ができる。レール３０３ｂの先端部には、２本のレール３０３ｂに挟まれる形で、検出器治具３０３ａが取り付けられている。検出器治具３０３ａはレール３０３ｂから取り外すことが可能で、レール３０３ｂ上の任意の別位置に設置できる。検出器治具３０３ａには、ガンマ線検出器３０２がガンマ線有感面を患者方向に向けた状態で設置される。また検出器治具３０３ａには、ガンマ線検出器３０２をレール３０３ｂの円周方向に対して垂直にある範囲で上下させる動力機構が備わっており、患者に対してガンマ線検出器３０２を近づけたり遠ざけたりすることができる。レール取り付け具３０３ｃは、可動部３０３ｄに接続されている。可動部３０３ｄは患者カウチ３０１に対して垂直方向に回転できる自由度を持っており、動力を用いて患者カウチ３０１に対して任意の角度にレール３０３ｂを傾けることができる。患者カウチ３０１とガンマ線検出器設置器具３０３の接点である可動部３０３ｅは、患者カウチ３０１に対して水平方向に回転できる自由度を持っており、動力を用いることで、患者カウチ３０１に対して水平にガンマ線検出器設置器具３０３を回転させることができる。さらに可動部３０３ｅは患者カウチ３０１の患者が横たわる方向に対して水平に移動できる自由度を備えており、動力を用いることで、患者カウチに３０１に対してガンマ線検出器設置器具３０３を水平移動させることができる。これらガンマ線検出器設置器具３０３の各可動部の働きにより、回転ガントリー，照射ノズル１０４，患者カウチ３０１が患者の治療のために可動した場合にも、治療の妨げにならないように、陽子線照射野と、陽子線の最大到達深度付近をよりよい精度で検出できる位置に、ガンマ線検出器３０２を設置する事ができる。
【００３２】
検出器設置器具を介して患者カウチに取り付けられるガンマ線検出器は、単体で用いるだけでなく、検出器設置器具上に複数取り付けて使用できる。図３で説明した患者カウチに、複数のガンマ線検出器を設置した構成図を、図６（ａ）に示す。ガンマ線検出器設置器具（検出器固定器具）４０３の可動部４０３ａに取り付けられたガンマ線検出器４０２ａの両脇に接続する形で、複数のガンマ線検出器４０２ｂがある一定の半径の円周上に配置されている。環状に複数のガンマ線検出器４０２ａ，４０２ｂを配置することで、ガンマ線検出器４０２ａ，４０２ｂは、陽子線治療中の患者周囲を覆うことができる、よって患者体内から飛来する即発ガンマ線を一度に効率よく検出する事ができる。ガンマ線検出器設置器具４０３は、図３のガンマ線検出器設置器具３０３と同様に各部が可動であり、回転ガントリー，照射ノズル１０４，患者カウチ４０１が患者の治療のために可動した場合にも、治療を妨げることなく、陽子線照射野と、陽子線の最大到達深度付近をよりよい精度で検出できる位置に、ガンマ線検出器４０２ａ，４０２ｂを設置する事ができる。
【００３３】
また、ガンマ線検出器を患者カウチに設置する他の例を図６（ｂ）を用いて、説明する。図６（ｂ）のように、患者カウチを覆う検出器面を持った大型の環状ガンマ線検出器４０２ｃを、ガンマ線検出器設置器具４０３を介して患者カウチ４０１に取り付けることで、図６（ａ）の複数のガンマ線検出器４０２ａ，４０２ｂを患者カウチ４０１に取り付けた場合と同様の効果を得られる。本実施例では、ガンマ線検出器４０２ｃをある半径の円の円周上を覆う環状構造としたが、回転ガントリー，照射ノズル１０４，患者カウチ４０１が患者の治療のために可動した場合に、ガンマ線検出器４０２ａ，４０２ｂ及び４０２ｃが、前述の陽子線照射野の確認に最適な位置に設置され、かつ患者を覆うことが出来るならば、どのようなガンマ線検出器４０２ａ，４０２ｂの接続方法及びガンマ線検出器４０２ｃの形状でも適応可能である。
【００３４】
次に、図５で説明した患者カウチに、複数のガンマ線検出器を設置した構成図を、図７（ａ）に示す。図７（ａ）のように、ガンマ線検出器設置器具（検出器固定装置）５０３のレール５０３ｂ上に、複数のガンマ線検出器５０２ａが、ガンマ線有感面を患者カウチ５０１に向けた状態で取り付けられる。半環状のレール５０３ｂは、ある半径の円の円周上を沿っているため、取り付けられた複数のガンマ線検出器５０２ａは、図６の場合と同様に、患者体内から飛来する即発ガンマ線を一度に効率よく検出する事ができる。ガンマ線検出器設置器具５０３は図５のガンマ線検出器設置器具３０３と同様に各部可動であり、回転ガントリー，照射ノズル１０４，患者カウチ５０１が患者の治療のために可動した場合にも、治療の邪魔をすることなく、陽子線照射野と、陽子線の最大到達深度付近をよりよい精度で検出できる位置に、ガンマ線検出器５０２ａを設置する事ができる。また図７（ｂ）のように、ある半径の円の円周に沿うように、環状の大型ガンマ線検出器５０２ｂをレール５０３ｂに取り付けることで、複数のガンマ線検出器５０２ａをレール５０３ｂに取り付けた図７（ａ）の場合と、同様の効果を得られる。
【実施例２】
【００３５】
陽子線治療システムの品質管理のために、治療時間外に、水ファントム（図示せず）内での陽子線の照射野を確認する必要がある。従来の確認方法は、水ファントムへの陽子線照射中に水ファントム内でピンポイントチェンバー（図示せず）を走査し、水ファントム内部の線量分布を測定する方法だったが、精度の高い照射野測定を行うためにはピンポイントチェンバーを水ファントム内で細かく走査する必要があり、非常に時間がかかっていた。
【００３６】
患者体内の陽子線飛程測定と同様の原理で、患者カウチ上に設置した水ファントム内における陽子線の照射野を確認する事が出来る。ガンマ線検出器を用いた方法では、水ファントム外部から即発ガンマ線を測定することによってすばやく陽子線照射野を見積もる事ができ、陽子線治療における品質管理時間の割合を、従来のピンポイントチェンバーを用いた線量分布測定に比べて大幅に短縮する事が期待される。
【００３７】
実施例１および２によれば、回転ガントリーや複数の自由度を持った患者カウチを使用して様々な方向から荷電粒子線を患者に照射する場合においても、ガンマ線検出器を患者の近くに配置し、さらに、治療計画によって患者治療前に計算された荷電粒子線飛程終端のビーム軸上への射影点と、ガンマ線検出器のガンマ線有感面中心を結ぶ直線が、ビーム軸と垂直になるようにガンマ線検出器を配置することができる。よって、回転ガントリーと複数の自由度を持った患者カウチを使用していかなる方向から荷電粒子線を患者に照射する場合でも、荷電粒子線の作る照射野を精度良く測定することができる。
【００３８】
実施例１及び２は、荷電粒子線の照射治療中に、患者体内の荷電粒子線照射野を確認するためのデータを測定する事ができるため、従来のＰＥＴを用いた照射野測定法と比較して治療時間を減らすことができ、患者の負担を低減することができる。
【００３９】
実施例１及び２は、荷電粒子線として陽子線や重粒子線（炭素線等）を用いることができる。即発ガンマ線を検出して照射野の形状を測定する実施例１及び２は、特に、陽子線を用いる陽子線照射システムの場合に有効である。
【００４０】
実施例１及び２は、荷電粒子線を照射している間に、照射対象から放出される即発ガンマ線を検出し、照射野の形状を測定するのに必要な情報を収集できるため、患者１０５の生理現象による位置ずれが小さく、精度よく照射野の形状を測定することができる。また、照射野の形状を測定する時間を短縮でき、スループットが向上する。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の好適な一実施例である陽子線治療システムの構成図である。
【図２】図１に示す患者カウチの、構成図である。
【図３】図２に示す患者カウチに、取り付けられる検出器設置器具の構成図である。
【図４】図３に示す検出器設置器具の、駆動制御システムの構成図である。
【図５】図２に示す患者カウチに、取り付けられる検出器設置器具の構成図である。
【図６】図２に示す検出器設置器具の、構成図である。
【図７】図５に示す検出器設置器具の、構成図である。
【図８】図３に示したガンマ線検出器における、最適な設置位置の構成図である。
【符号の説明】
【００４２】
１０１ 陽子線発生装置
１０１ａ 前段加速器
１０１ｂ シンクロトロン
１０２ ビーム輸送装置
１０２ａ 出射用デフレクタ
１０２ｂ ビーム径路
１０３ 回転式照射装置
１０４ 照射野形成装置
１０５ 患者
１０６，２０１，３０１ 患者カウチ
１０６ａ，２０１ａ 寝台
１０６ｂ，１０６ｃ，１０６ｄ，１０６ｅ，１０６ｆ，１０６ｇ，２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃ，２０３ｄ，２０３ｅ，２０３ｆ，２０３ｇ，３０３ｄ，３０３ｆ，４０３ｅ 可動部
１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃ，２０４ａ，２０４ｂ，２０４ｃ，２０４ｄ，２０４ｅ，２０４ｆ 軸
１０８ 固定部
１１０ 治療計画システム
１１１ａ 回転ガントリー情報
１１１ｂ 患者カウチ情報
１１１ｃ 照射パラメータ情報
１１１ｄ 計算照射野情報
１１２ａ 回転ガントリー制御システム
１１２ｂ 患者位置決め制御システム
１１２ｃ 照射制御システム
１１３ 演算処理装置
１１４ 駆動量情報
１１５ 検出器設置器具制御システム
１１６ 可動部駆動機構
２０１ｂ 患者カウチ可動部
２０２，３０２，４０２ａ，４０２ｂ，５０２ａ，８０１ ガンマ線検出器
２０３ ガンマ線検出器設置器具
３０１ａ 患者カウチ溝
３０３，４０３，５０３ ガンマ線検出器設置器具
３０３ａ 検出器治具
３０３ｂ，５０３ｂ レール
３０３ｃ レール取り付け具
３０３ｅ 検出器設置器具基盤
４０１，５０１ 患者カウチ
４０２ｃ ガンマ線検出器
８０１ａ ガンマ線有感面
８０１ｂ 有感面中心
８０２ 直線
８０３ ビーム軸
８０４ 治療計画システムの計算による飛程終端のビーム軸上射影点
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子線を生成させる粒子線発生装置と、
前記粒子線を照射対象に出射する照射装置と、
前記照射対象を保持するカウチと、
前記照射対象から発生する即発ガンマ線を検出するガンマ線検出器とを備え、
前記カウチが、前記ガンマ線検出器を備えることを特徴とする粒子線照射システム。
【請求項２】
前記カウチが、回転ガントリーや前記カウチの可動によって、照射対象に対して複数の角度から荷電粒子ビームを照射した場合にも、前記即発ガンマ線を検出する位置にガンマ線検出器を設置するシステムを備えることを特徴とする請求項１に記載の粒子線照射システム。
【請求項３】
前記カウチが、２台以上の前記ガンマ線検出器を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の粒子線照射システム。
【請求項４】
前記即発ガンマ線のエネルギーが１ＭｅＶから１０ＭｅＶであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の粒子線照射システム。
【請求項５】
前記粒子線が陽子線であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の粒子線照射システム。
【請求項１】
粒子線を生成させる粒子線発生装置と、
前記粒子線を照射対象に出射する照射装置と、
前記照射対象を保持するカウチと、
前記照射対象から発生する即発ガンマ線を検出するガンマ線検出器とを備え、
前記カウチが、前記ガンマ線検出器を備えることを特徴とする粒子線照射システム。
【請求項２】
前記カウチが、回転ガントリーや前記カウチの可動によって、照射対象に対して複数の角度から荷電粒子ビームを照射した場合にも、前記即発ガンマ線を検出する位置にガンマ線検出器を設置するシステムを備えることを特徴とする請求項１に記載の粒子線照射システム。
【請求項３】
前記カウチが、２台以上の前記ガンマ線検出器を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の粒子線照射システム。
【請求項４】
前記即発ガンマ線のエネルギーが１ＭｅＶから１０ＭｅＶであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の粒子線照射システム。
【請求項５】
前記粒子線が陽子線であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の粒子線照射システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−１７２２６２（Ｐ２００９−１７２２６２Ａ）
【公開日】平成２１年８月６日（２００９．８．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１５７５８（Ｐ２００８−１５７５８）
【出願日】平成２０年１月２８日（２００８．１．２８）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月６日（２００９．８．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１月２８日（２００８．１．２８）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]