荷電粒子線照射装置
【課題】 照射室内における被照射体の位置決め精度の向上が図られた荷電粒子線照射装置を提供すること。
【解決手段】 照射室１０３内において、被照射体５１に注入された放射性薬剤の到達位置から発生する消滅γ線を検出し、放射性薬剤の到達位置である照射目標位置を検出する。また、被照射体５１に照射された荷電粒子線と被照射体５１内の原子核との核反応によって生成されたポジトロン放出核からの消滅γ線を検出し、実際に照射された荷電粒子線の到達位置を検出する。これにより、照射室１０３内において、照射目標位置、及び実際に照射された荷電粒子線の到達位置を確認することで、照射目標位置と実際に照射された荷電粒子線の到達位置との位置ずれを修正し、適切な位置に被照射体５１を位置決めすることができる。
【解決手段】 照射室１０３内において、被照射体５１に注入された放射性薬剤の到達位置から発生する消滅γ線を検出し、放射性薬剤の到達位置である照射目標位置を検出する。また、被照射体５１に照射された荷電粒子線と被照射体５１内の原子核との核反応によって生成されたポジトロン放出核からの消滅γ線を検出し、実際に照射された荷電粒子線の到達位置を検出する。これにより、照射室１０３内において、照射目標位置、及び実際に照射された荷電粒子線の到達位置を確認することで、照射目標位置と実際に照射された荷電粒子線の到達位置との位置ずれを修正し、適切な位置に被照射体５１を位置決めすることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被照射体を載置した載置台を照射室内の所定の位置に配置して、被照射体へ荷電粒子線を照射する荷電粒子線照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、荷電粒子線を照射する荷電粒子線照射装置として、例えば陽子線を照射して腫瘍を治療する陽子線治療装置が知られている。このような腫瘍の治療では、腫瘍の形状や位置に応じて、絶対線量、線量分布、照射位置等の照射計画を立案し、この照射計画に従って精度良く荷電粒子線の照射を行う必要がある。陽子線を患者に照射する場合には、重要臓器、脳幹、視神経、脊髄等への照射を避けるため、照射位置の精度は特に重要である。そして、このような腫瘍の治療に適用される陽子線治療装置は、患者回りに回転自在な陽子線照射部を有する照射室（回転ガントリ）を備えることで、陽子線照射部の移動の自由度が向上されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−４７２８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、近年、荷電粒子線照射装置では、荷電粒子線の照射位置の精度の向上が望まれ、照射室内における被照射体の位置決め精度の向上が求められている。
【０００５】
本発明は、このような課題を解決するために成されたものであり、照射室内における被照射体の位置決め精度の向上を図った荷電粒子線照射装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による荷電粒子線照射装置は、被照射体を載置した載置台が照射室内の所定の位置に配置されて、被照射体へ荷電粒子線の照射が行われる荷電粒子線照射装置において、被照射体に注入された放射性薬剤が到達した位置である照射目標位置から発生する消滅γ線を検出する第１の検出器と、第１の検出器による消滅γ線の検出結果に基づいて照射目標位置を検出する照射目標位置検出手段と、被照射体に照射された荷電粒子線と照射体内の原子核との核反応によって生成されたポジトロン放出核からの消滅γ線を検出する第２の検出器と、第２の検出器による消滅γ線の検出結果に基づいて荷電粒子線到達位置を検出する荷電粒子線到達位置検出手段とを備え、第１の検出器及び第２の検出器は、同一の検出器であることを特徴としている。
【０００７】
このように構成された荷電粒子線照射装置によれば、照射室内において、被照射体に注入された放射性薬剤の到達位置から発生する消滅γ線が第１の検出器によって検出され、この第１の検出器による消滅γ線の検出結果に基づいて、放射性薬剤の到達位置である照射目標位置を検出することができる。これにより、照射室内において被照射体を載置台に載置したまま照射目標位置を検出することができる。また、荷電粒子線照射装置によれば、照射室内において、被照射体に照射された荷電粒子線と被照射体内の原子核との核反応によって生成されたポジトロン放出核からの消滅γ線が第２に検出器によって検出され、この第２の検出器による消滅γ線の検出結果に基づいて、実際に照射された荷電粒子線の到達位置を検出することができる。このため、照射室内において、照射目標位置、及び実際に照射された荷電粒子線の到達位置を確認することができるので、照射目標位置と実際に照射された荷電粒子線の到達位置との位置ずれを修正し、適切な位置に被照射体を位置決めすることができる。その結果、被照射体の位置決め精度が向上される。また、第１の検出器及び第２の検出器が、同一の検出器であるため、装置の簡素化が図られる。
【０００８】
ここで、照射目標位置検出手段によって検出された照射目標位置に荷電粒子線が照射されるように、載置台の位置調整を行う載置台制御部を更に備えることが好ましい。これにより、照射目標位置に応じて、載置台を適切に位置決めすることができる。
【０００９】
また、荷電粒子線到達位置検出手段によって検出された荷電粒子線到達位置と、目標位置検出手段によって検出された照射目標位置とが一致するように、荷電粒子線のビームを調整する照射制御部を更に備えることが好ましい。これにより、実際に照射された荷電粒子線の到達位置に応じて、荷電粒子線のビームを適切に調節することができる。
【００１０】
また、被照射体のＸ線透視画像を取得するＸ線透視画像取得手段を更に備えることが好ましい。これにより、Ｘ線透視画像を用いて、被照射体内の目標照射位置を確認することが可能となり、被照射体の位置決め精度を一層向上させることができる。
【００１１】
また、照射室は、被照射体の回りに回転可能な荷電粒子線照射部を有することが好ましい。これにより、荷電粒子線照射部の移動の自由度が向上される。
【発明の効果】
【００１２】
このように本発明による荷電粒子線照射装置によれば、照射室内において、照射目標位置、及び実際に照射された荷電粒子線の到達位置を確認することができるので、照射目標位置と実際に照射された荷電粒子線の到達位置の位置ずれを修正して、被照射体を適切な位置に配置することが可能となり、照射室内における被照射体の位置決め精度を向上させることができる。
【００１３】
また、本発明による荷電粒子線照射装置によれば、同一の検出器によって、被照射体に注入された放射性薬剤が到達した位置である照射目標位置から発生する消滅γ線を検出すること、及び、被照射体に照射された荷電粒子線と前記被照射体内の原子核との核反応によって生成されたポジトロン放出核からの消滅γ線を検出することができる。これにより、装置の簡素化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態に係る陽子線治療装置を示す斜視図である。
【図２】図１に示す陽子線治療装置の断面図である。
【図３】図１中の陽子線照射部を構成する各要素を示す図である。
【図４】図１中のＰＥＴカメラ、及びＰＥＴカメラ支持部を示す平面図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ矢視図である。
【図６】本発明の実施形態に係る陽子線照射方法の工程を示すフロー図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る陽子線治療装置のＰＥＴカメラ、及びＰＥＴカメラ支持部を示す平面図である。
【図８】図７のVIII−VIII矢視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明による荷電粒子線照射装置の好適な第１実施形態について図１〜図５を参照しながら説明する。なお、図面の説明において、同一または相当要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。本実施形態では、荷電粒子線照射装置を陽子線治療装置とした場合について説明する。
【００１６】
図１〜図３に示すように、陽子線治療装置１００は、患者（被照射体）５１の体内の腫瘍（照射目標物）Ｐに対して陽子線（荷電粒子線）を照射する装置である。
【００１７】
この陽子線治療装置１００は、回転ガントリ１０３（照射室）に取り付けられて治療台（載置台）１０５の回りに回転可能とされた陽子線照射部（荷電粒子線照射部）１を備えている。
【００１８】
この陽子線照射部１は、図３に示すように、陽子線の照射方向Ａに順に配列され、陽子線ビームを順に通過させてビームを整形する散乱体５、リッジフィルタ部７、ファインディグレーダ９、ブロックコリメータ１１、ボーラス１３、マルチリーフコリメータ１５、装置各部の駆動を制御する照射制御部１７を備えている。
【００１９】
この陽子線照射部１には、陽子線発生部として機能するサイクロトロン３で発生した陽子線が輸送装置を通じて送り込まれる。そして、送り込まれた細い陽子線を、例えば厚さ数ｍｍの鉛からなる散乱体（ビーム拡大部）５を通過させることによって、照射方向Ａに直交する方向に広がりを持たせて、幅広いビームに拡大する。
【００２０】
上記散乱体５からの陽子線ビームは、患者５１体内の腫瘍Ｐの厚み（照射方向Ａの長さ）に対応して陽子線のエネルギー深さに分布を持たせるためのリッジフィルタ部（ピーク調整フィルタ部）７に入射される。このリッジフィルタ部７は、階段状に厚みの変化する金属棒が簾状に並べられてなるフィルタ７ａを複数有しており、それら複数のフィルタ７ａは、金属棒の形状の相違により互いに異なる陽子線の拡大ブラッグピーク（以下「ＳＯＢＰ」という）を形成させる。そして、リッジフィルタ部７は、照射制御部１７の制御により駆動され、上記複数のフィルタ７ａの中から適宜選択されたフィルタを陽子線の通過位置に挿入する機構を有している。この構成により、リッジフィルタ部７は、陽子線を通過させるフィルタ７ａを選択的に変更可能であり、陽子線のＳＯＢＰのピークの幅及び位置を調整することができる。
【００２１】
このリッジフィルタ部７を通過した陽子線は、治療対象である患者体内５１の腫瘍Ｐの深さに応じてビームのエネルギーを調整し、最大到達深さを調整するためのファインディグレーダ（ビームエネルギー調整部）９に入射される。このファインディグレーダ９は、例えば２個の楔型をした対向するアクリルブロック９ａ、９ｂから構成され、照射制御部１７の制御により上記ブロック９ａ、９ｂの重なり方を調節することによって、陽子線が通過する部分の厚みを連続的に変化させることができる。陽子線は、通過した物質の厚みに応じてエネルギーを失い、患者５１体内において到達する深さが変わるので、このファインディグレーダ９の調節により、陽子線のＳＯＢＰの位置を、患者５１体内における腫瘍Ｐの深さ方向（照射方向Ａ）の位置に合わせることができる。
【００２２】
このファインディグレーダ９を通過した陽子線ビームは、陽子線の平面形状（照射方向Ａから見た形状）を粗く整形するためのブロックコリメータ１１に入射される。後述するマルチリーフコリメータ１５に加えて、ここで、ブロックコリメータ１１による整形を行っているのは、患者の近くでブロックコリメータ１１による２次放射線が発生しないようにするためである。
【００２３】
このブロックコリメータ１１を通過した陽子線は、例えば樹脂製の不整形フィルタであるボーラス（補償フィルタ）１３に入力され、腫瘍Ｐの最大深さの断面形状と組織の不均一性に関する補正が行われる。このボーラス１３の形状は、腫瘍の輪郭線と、例えばＸ線ＣＴのデータから求められる周辺組織の電子密度とに基づいて、算出される。このようなボーラス１３を用いることにより、陽子線ビームの最遠部（最大到達深さの部分）の立体形状が、腫瘍Ｐの最大深さ部分の形状に合わせて整形されるので腫瘍Ｐに対する線量集中性を更に高めることができる。
【００２４】
このボーラス１３を通過した陽子線ビームは、マルチリーフコリメータ（形状可変コリメータ）１５に入射される。マルチリーフコリメータ１５は、真鍮製で幅数ｍｍの多数の櫛歯をもつ２つの遮線部１５ａ，１５ｂが、上記櫛歯の先端を中心で突き合わせるように配列されて構成されている。そして、照射制御部１７の制御により、遮線部１５ａ，１５ｂが、多数の上記櫛歯のそれぞれを長手方向に進退させることで、マルチリーフコリメータ１５は、陽子線ビームが通過する開口１５ｃの位置及び形状を変化させることができる。
【００２５】
マルチリーフコリメータ１５を通過した陽子線ビームは、上記開口１５ｃの形状に対応する輪郭に切り取られるので、マルチリーフコリメータ１５は、開口１５ｃの形状を変化させることで、入射する陽子線ビームの所望の平面位置及び平面形状を切り出すことができる。このように所望の平面位置において所望の平面形状に切り出された陽子線ビームは、治療用陽子線として患者５１に照射される。そして、マルチコリメータ１５の開口１５ｃの平面位置及び平面形状を変化させて照射野の位置を順次水平方向（照射方向Ａに直交する方向）に移動しながら照射を繰り返すことで、腫瘍Ｐ全体に陽子線ビームを照射する。
【００２６】
更に、この１陽子線照射部１は、照射野に照射された照射線量をモニタする手段として、線量モニタ２３を備えている。線量モニタ２３は、ファインディグレーダ９とブロックコリメータ１１との間に設けられ、通過する陽子線の線量を検知する。線量モニタ２３は、検知した線量をモニタ信号ｓ１として照射制御部１７に送信し、照射制御部１７はモニタ信号ｓ１に基づいて照射野に照射された照射線量を認識することができる。
【００２７】
また、陽子線治療装置１００には、患者５１のＸ線透視画像取得するＸ線撮影装置（Ｘ線透視画像取得手段）が設けられている。このＸ線撮影装置は、Ｘ線発生器、患者５１を透過したＸ線を検出するＸ線検出器を備えている。これらのＸ線発生器及びＸ線検出器は、回転ガントリ１０３に固定され、患者５１回りに回転可能とされている。本実施形態では、二つのＸ線発生器を備え、これらのＸ線発生装置は、９０度異なる位置に配置されている。また、Ｘ線発生器に対向する位置に、Ｘ線検出器が配置されている。Ｘ線撮影装置は、Ｘ線検出器によって検出されたデータに基づいて、患者５１のＸ線透視画像を作成し、骨、金属マーカーを検出して患者５１の位置を測定することができる。
【００２８】
ここで、陽子線治療装置１００は、回転ガントリ１０３に取り付けられて治療台１０５の回りに回転可能とされた一対のＰＥＴカメラ（第１の検出器、第２の検出器）３０を有するＰＥＴ装置３１を備えている。すなわち、ＰＥＴカメラ３０は、回転ガントリ１０３に取付けられた陽子線照射部１と一体としてＸ軸回りに回転可能とされている。ＰＥＴ装置３１は、ＰＥＴカメラ３０の他に、図示していない画像処理部、記録部、表示部等を備えている。画像処理部は、ＰＥＴカメラ３０によって取得された画像情報に基づいて画像処理を行いＰＥＴ画像を生成する。記録部は、生成されたＰＥＴ画像等を記録する。生成されたＰＥＴ画像は、表示部により表示される。
【００２９】
このＰＥＴカメラ３０は、治療台１０５上の患者５１の両側に配置され、消滅γ線を検出するものである。具体的には、患者５１には腫瘍Ｐに集積する放射性薬剤（例えば、１１Ｃメチオニン）が投与（注入）され、ＰＥＴカメラ３０は、腫瘍Ｐ（放射性薬剤の到達位置）から発生する消滅γ線を検出する。ＰＥＴ装置３１は、ＰＥＴカメラ３０による消滅γ線の検出結果に基づいて腫瘍Ｐの位置を検出する照射目標位置検出手段として機能するものである。
【００３０】
また、ＰＥＴカメラ３０は、患者５１に照射された陽子線の入射陽子核と腫瘍Ｐ内の原子核との核反応によって生成されたポジトロン放出核からの消滅γ線を検出することができる。更に、ＰＥＴ装置３１は、ＰＥＴカメラ３０による消滅γ線の検出結果に基づいて実際に照射された陽子線の患者５１の体内における到達位置を検出する陽子線（荷電粒子線）到達位置検出手段として機能するものである。すなわち、ＰＥＴ装置３１は、治療で用いる陽子線の入射陽子核と患者５１の体内中の原子核との相互核反応により体内中で生成されるポジトロン放出核種から消滅γ線を計測し生成核種ごとの強度分布を測定することで、患者５１体内における実際の陽子線到達位置を検出することができる。
【００３１】
ＰＥＴカメラ３０は、図４に示すように、回転ガントリ１０３の回転中心軸Ｘ（以下、「Ｘ軸」という。）方向に移動可能とされると共に、Ｘ軸と直交するＹ軸方向に移動可能とされている。一対のＰＥＴカメラ３０を各々支持するＰＥＴカメラ支持部３２は、Ｘ軸方向に延在する支持部材３３と、この支持部材３３に沿ってＸ軸方向に移動するＸ軸方向移動部材３４と、このＸ軸方向移動部材３４の先端部３４ａに設けられＹ軸方向に延在するＹ軸方向延在部材３５と、このＹ軸方向延在部材３５に沿ってＹ軸方向に移動するＹ軸方向移動部材３６とを有している。そして、ＰＥＴカメラ３０は、Ｙ軸方向移動部材３６に固定され、その検出面３０ａが互いに対向するように配置されている。
【００３２】
支持部材３３には、Ｙ軸方向における外方に張り出す張出部３３ａが形成され、この張出部３３ａが回転ガントリ１０３のフレーム１０３ａ（図２参照）に固定されている。また、支持部材３３は、回転ガントリ１０３の背面パネル１０３ｂの背面側（図示右側）に配置されている。支持部材３３及びＸ軸方向移動部材３４には、Ｘ軸方向移動部材３４が移動する方向を案内するスライドガイド３８が形成され、Ｘ軸方向移動部材３４は、スライドガイド３８を介してＸ軸方向に移動可能に支持されている。そして、Ｘ軸方向移動部材３４は、支持部材３３に固定されたエアシリンダ３７によって駆動され、Ｘ軸方向に往復動可能とされている。
【００３３】
Ｙ軸方向延在部材３５及びＹ軸方向移動部材３６には、図５に示すように、Ｙ軸方向移動部材３６が移動する方向を案内するスライドガイド３９が設置され、Ｙ軸方向移動部材３６は、スライドガイド３９を介してＹ軸方向に移動可能に支持されている。そして、Ｙ軸方向移動部材３６は、Ｙ軸方向延在部材３５に固定されたモータ４０によって駆動され、Ｙ軸方向に往復動可能とされている。
【００３４】
モータ４０は、その出力軸４１がＸ軸及びＹ軸に直交するＺ軸方向（図５における上下方向）に延在するように配置されている。出力軸４１は、カップリング４２を介して、Ｚ軸方向に延在する駆動軸４３に接続されている。駆動軸４３は、一対の軸受け４４によってＹ軸方向延在部材３５に回転可能に支持されている。駆動軸４３の一対の軸受け４４間には、ギア４５が設けられている。また、駆動軸４３のカップリング４２と反対側の端部には、ブレーキ４６及び、ポテンションメータ４７が設置されている。
【００３５】
また、Ｙ軸方向移動部材３６には、ギア４５と噛み合うラック４８がＹ軸方向に形成されている。そして、モータ４０を回転駆動することで、ギア４５及びラック４８によって駆動力が伝達され、Ｙ軸方向移動部材３６がＹ軸方向に往復動する。これにより、ＰＥＴカメラ３０を患者５１に対して接近させることができる。患者に接近させてＰＥＴカメラ３０を配置することで、消滅γ線の検出精度が向上される。
【００３６】
このＰＥＴカメラ３０は、回転ガントリ１０３の背面パネル１０３ｂより背面側に収納可能とされ、計測時には、エアシリンダ３７によって駆動されて、患者５１の両側に配置される。
【００３７】
また、陽子線治療装置１００は、治療台１０５の位置調整を行う治療台位置制御部（載置台制御部）を有している。そして、この治療台位置制御部は、ＰＥＴ装置３１によって取得されたＰＥＴ画像、Ｘ線撮影装置によって取得されたＸ線透視画像に基づいて、治療台１０５の位置を制御するものであり、治療台１０５上の患者５１の腫瘍Ｐに陽子線が照射されるように、治療台１０５の位置を調整する。
【００３８】
照射制御部１７は、患者５１の腫瘍Ｐの立体形状に基づいて作成された腫瘍マップ（目標物マップ）１９に格納された情報を参照しながら、特に、リッジフィルタ部７、ファインディグレーダ９、及びマルチリーフコリメータ１５の動作を制御するものである。また、ここでは、照射野の最遠部の形状が、腫瘍の最大深さ部分の複雑な形状に対応して整形されるように、予め準備されたボーラス１３が、所定の位置にセットされている。
【００３９】
さらに、照射制御部１７は、ＰＥＴ装置によって検出された陽子線の到達位置に応じて、陽子線のビーム調整を行う。すなわち、照射制御部１７は、患者５１体内における陽子線の実際の到達位置と腫瘍Ｐの位置とが一致するように、リッジフィルタ部７、ファインディグレーダ９、及びマルチリーフコリメータ１５の動作を制御して陽子線のビームを調整する。
【００４０】
次に、このように構成された陽子線治療装置１００を用いた陽子線照射方法（荷電粒子線照射方法）について説明する。
【００４１】
陽子線治療装置１００を使用していないときには、ＰＥＴカメラ３０は、背面パネル１０３ｂの背面側に収納され状態となっている。ここでは、一例として、脳腫瘍の患者に対する陽子線治療について説明する。まず、回転ガントリ１０３内の治療台１０５上に患者５１を寝かせる。患者５１の長手方向が、Ｘ軸方向に沿うように配置されている。次に、患者５１に１１Ｃメチオニンを投与し（Ｓ１）、脳腫瘍に１１Ｃメチオニンが集積するのを待つ（Ｓ２）。続いて、脳腫瘍に集積した１１Ｃメチオニンから放出される消滅γ線をＰＥＴカメラ３０によって測定する（第１の検出工程、Ｓ３）。このとき、エアシリンダ３７を駆動して、ＰＥＴカメラ３０をＸ軸方向に移動させて患者５１の両側に配置し、モータ４０を駆動してＰＥＴカメラ３０をＹ軸方向に移動させて、ＰＥＴカメラ３０同士の間隔を調節する。３次元画像測定を行う場合には、回転ガントリ１０３を回転させて、消滅γ線の計測を行う。
【００４２】
次に、ＰＥＴカメラ３０による測定結果に基づいて、ＰＥＴ画像を作成して脳腫瘍の位置を検出する（照射目標位置検出工程、Ｓ４）。続いて、Ｘ線撮影装置によって透視撮影を行い患者５１のＸ線画像を作成して（Ｘ線透視画像取得工程）、骨及び金属マーカーの位置を確認する。なお、ＰＥＴ撮影及びＸ線撮影の順序を入れ替えてもよく、交互に複数回撮影を行っても良い。また、必要に応じて、回転ガントリ１０３を回転させて、Ｘ線発生器、Ｘ線検出器の位置を変える。
【００４３】
次に、ＰＥＴ画像とＸ線画像に基づいて、照射計画を立案する（Ｓ６）。ここでは、照射計画として、例えば、絶対線量、線量分布、患者５１の位置等を決定する。続いて、決定された照射計画に基づいて、治療台１０５の位置調整を行い（載置台位置調整工程、Ｓ７）、患者５１を適切な位置に配置する。
【００４４】
次に、決定された照射計画に従ってビーム調整を行い、必要に応じて回転ガントリ１０３を回転させて、陽子線照射部１の位置を変更し、腫瘍に向けて陽子線を１回照射する（Ｓ８）。そして、照射された陽子線と患者５１体内の原子核との核反応によって生成されたポジトロン放出核からの消滅γ線をＰＥＴカメラ３０で測定する（第２の検出工程、Ｓ９）。このとき、ＰＥＴカメラ３０同士が互いに接近するようにＹ軸方向に移動させ、ＰＥＴカメラ３０を患者５１に近づけて、消滅γ線の検出を行う。また、ＰＥＴカメラ３０を回転させて測定を行ってもよい。続いて、ＰＥＴカメラ３０による測定結果に基づいて、ＰＥＴ画像を作成し患者５１の体内における陽子線の到達位置を検出し、実際の照射野を確認する（荷電粒子線到達位置検出工程、Ｓ１０）。
【００４５】
次に、実際に照射された陽子線の患者５１体内における到達位置と、照射計画による照射目標位置（腫瘍の位置）とを比較し、位置ずれがある場合には、陽子線が照射目標位置の許容範囲内に照射されるようにビームの調整を行う（ビーム調整工程、Ｓ１１）。ビーム調整終了後、陽子線を照射する（Ｓ１２）。なお、再度、Ｓ８〜Ｓ１１を実施してよい。
【００４６】
このような陽子線治療装置１００によれば、回転ガントリ１０３にＰＥＴカメラ３０が設けられ、このＰＥＴカメラ３０によって、照射された陽子線の入射陽子核と腫瘍内の原子核との核反応により生成されるポジトロン放出核からの消滅γ線を計測することができるので、実際に照射された陽子線の到達位置を確認することができる。すなわち、治療中に陽子線を照射しながら陽子線の到達位置を検出することができる。また、回転ガントリ１０３にＰＥＴカメラ３０が固定されているので、回転ガントリ１０３の回転に合わせて、ＰＥＴカメラ３０を患者５１回りに回転させることができ、陽子線を照射した直後に消滅γ線の測定を行うことができる。また、ＰＥＴカメラ３０の移動の自由度が向上されると共に、小型化されたＰＥＴカメラ３０を用いて３次元測定を行うことができ、ＰＥＴカメラ３０用の別の回転駆動部を設ける必要もない。また、ＰＥＴカメラ３０が陽子線照射部１に同期して回転するので、ＰＥＴカメラ３０と陽子線照射部１との回転方向における位置関係を維持しながら、消滅γ線の検出を行うことが可能とされている。
【００４７】
また、ＰＥＴカメラ３０は、Ｘ軸方向に移動可能であると共に、回転ガントリ１０３の背面パネル１０３ｂの背面側に収納可能とされている。このようにＰＥＴカメラ３０をＸ軸方向に移動させることで、ＰＥＴカメラ３０による検出範囲の拡大することができる。また、ＰＥＴカメラ３０を適宜移動させることで、ＰＥＴカメラ３０が陽子線照射部１の回転の妨げになることがない。さらに、患者５１の回転ガントリ１０３内への搬入、搬出の際にＰＥＴカメラ３０が邪魔にならない。また、被照射体の大きさに合わせて、ＰＥＴカメラ３０を移動させることもできるので、所望の部位の照射位置の確認が容易になる。
【００４８】
また、ＰＥＴカメラ３０が患者５１を挟み込む方向（Ｙ軸方向）に移動可能であり、ＰＥＴカメラ３０間の距離を任意に変えることが可能とされているので、ＰＥＴカメラ３０をＹ軸方向に患者５１に接近させることで、消滅γ線の検出精度を向上させることができる。
【００４９】
また、従来、例えば脳腫瘍の放射線治療では、患者の位置決めを高精度で実現すべく、患者の頭部を、固定具を用いて固定していたため、患者にとって大きな負担となっていた。本発明による陽子線照射装置及び陽子線照射方法では、照射室内において、患者５１を治療台１０５に寝かせた状態でＰＥＴカメラ３０を用いて腫瘍の位置確認を行うことができ、腫瘍位置と実際に照射された陽子線の到達位置との位置ずれを修正し、適切な位置に患者５１を位置決めすることができる。これにより、患者の位置決めを高い精度で行うことができるため、患者の固定の簡素化が図られ、患者への負担を軽減することができる。
【００５０】
次に、本発明の第２実施形態に係る陽子線治療装置について、図７及び図８を参照しながら説明する。この第２実施形態の陽子線治療装置が第１実施形態の陽子線治療装置１００と違う点は、第２実施形態のＰＥＴカメラ６０は更にＹ軸回りに回転可能である点、及びＰＥＴカメラ６０の検出面６０ａの形状が異なる点である。
【００５１】
ＰＥＴカメラ６０を支持するＰＥＴカメラ支持部６１は、Ｙ軸方向移動部材３６の内側の端部３６ａにＰＥＴカメラ６０を固定するカメラ固定部６２を備えている。このカメラ固定部６２には、ＰＥＴカメラ６０を回転駆動するモータ６３が取り付けられている。このモータ６３は、その出力軸６４がＹ軸方向に沿って配置されている。そして、モータ６３の出力軸６４にＰＥＴカメラ６０が接続されＹ軸回りに回転可能とされている。
【００５２】
ＰＥＴカメラ６０の検出面６０ａは、円弧状に湾曲し、一対の検出面６０ａは互いに対向して配置されている。ＰＥＴカメラ６０は、収納時、及びＸ軸方向への移動の際には、その長手方向がＸ軸方向に沿うように配置される（図９に示す状態）。また、γ線の計測時には、ＰＥＴカメラ６０は、円弧の中心軸がＸ軸方向と平行になる様に配置される。なお、Ｘ軸方向と平行にならない位置でＰＥＴカメラ６０の回転を停止させ、様々な角度からの測定も可能である。
【００５３】
このように構成しても第１実施形態の陽子線治療装置１００と同様の効果を得ることができ、加えて、ＰＥＴカメラ６０がＹ軸回りに回転可能であるため、ＰＥＴカメラ６０の移動の自由度が一層向上され、様々な方向から照射位置の測定を行うことができ、測定精度の向上が図られている。
【００５４】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態では、ＰＥＴカメラがＸ軸回りに回転可能な構成とされているが、Ｘ軸回りに回転しない構成でもよく、その他の方向に回転可能な構成としてもよい。また、ＰＥＴカメラが互いに接近する方向に移動可能な構成とされているが、ＰＥＴカメラは互いに接近する方向に移動しない構成としてもよい。また、エアシリンダ、モータを用いて、ＰＥＴカメラを移動させているが、油圧シリンダ等その他の駆動装置を用いてＰＥＴカメラを移動させてもよい。また、ＰＥＴカメラのＸ軸方向の移動、Ｙ軸方向の移動は、直線状に移動しなくてもよく、曲線状、円弧状に移動してもよい。
【００５５】
また、上記実施形態では、ＰＥＴカメラは、回転ガントリに取り付けられ、陽子線照射部と一体としてＸ軸回りに回転可能とされているが、ＰＥＴカメラは回転ガントリ及び陽子線照射部と一体として回転しなくてもよい。例えば、ＰＥＴカメラを回転駆動させるための駆動装置を別に設けて、回転ガントリ及び陽子線照射部の回転に追従するようにＰＥＴカメラを回転させてもよく、回転ガントリ及び陽子線照射部の回転と無関係にＰＥＴカメラを回転させてもよい。
【００５６】
また、上記実施形態では、Ｘ線装置を備え、Ｘ線撮影を実施しているが、Ｘ線撮影を省略してもよい。また、上記実施形態では、放射性薬剤をメチオニンとしているが、照射目標物に応じて、その他の放射性薬剤を適用してもよい。また、上記実施形態では、脳腫瘍について、説明しているが、その他の腫瘍に対して適用してもよい。
【００５７】
また、上記実施形態では、陽子線を照射する陽子線照射装置に本発明を適用しているが、本発明は、炭素線照射装置等の他の荷電粒子線照射装置にも適用が可能である。
【符号の説明】
【００５８】
１…陽子線照射部（荷電粒子線照射部）、１７…照射制御部、３０…ＰＥＴカメラ（第１の検出器、第２の検出器）、５１…患者（被照射体）、１００…陽子線治療装置、１０３…回転ガントリ（照射室）、１０５…治療台（載置台）、Ｐ…腫瘍（照射目標物）、Ｘ…Ｘ軸方向、Ｙ…Ｙ軸方向。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被照射体を載置した載置台を照射室内の所定の位置に配置して、被照射体へ荷電粒子線を照射する荷電粒子線照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、荷電粒子線を照射する荷電粒子線照射装置として、例えば陽子線を照射して腫瘍を治療する陽子線治療装置が知られている。このような腫瘍の治療では、腫瘍の形状や位置に応じて、絶対線量、線量分布、照射位置等の照射計画を立案し、この照射計画に従って精度良く荷電粒子線の照射を行う必要がある。陽子線を患者に照射する場合には、重要臓器、脳幹、視神経、脊髄等への照射を避けるため、照射位置の精度は特に重要である。そして、このような腫瘍の治療に適用される陽子線治療装置は、患者回りに回転自在な陽子線照射部を有する照射室（回転ガントリ）を備えることで、陽子線照射部の移動の自由度が向上されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−４７２８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、近年、荷電粒子線照射装置では、荷電粒子線の照射位置の精度の向上が望まれ、照射室内における被照射体の位置決め精度の向上が求められている。
【０００５】
本発明は、このような課題を解決するために成されたものであり、照射室内における被照射体の位置決め精度の向上を図った荷電粒子線照射装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による荷電粒子線照射装置は、被照射体を載置した載置台が照射室内の所定の位置に配置されて、被照射体へ荷電粒子線の照射が行われる荷電粒子線照射装置において、被照射体に注入された放射性薬剤が到達した位置である照射目標位置から発生する消滅γ線を検出する第１の検出器と、第１の検出器による消滅γ線の検出結果に基づいて照射目標位置を検出する照射目標位置検出手段と、被照射体に照射された荷電粒子線と照射体内の原子核との核反応によって生成されたポジトロン放出核からの消滅γ線を検出する第２の検出器と、第２の検出器による消滅γ線の検出結果に基づいて荷電粒子線到達位置を検出する荷電粒子線到達位置検出手段とを備え、第１の検出器及び第２の検出器は、同一の検出器であることを特徴としている。
【０００７】
このように構成された荷電粒子線照射装置によれば、照射室内において、被照射体に注入された放射性薬剤の到達位置から発生する消滅γ線が第１の検出器によって検出され、この第１の検出器による消滅γ線の検出結果に基づいて、放射性薬剤の到達位置である照射目標位置を検出することができる。これにより、照射室内において被照射体を載置台に載置したまま照射目標位置を検出することができる。また、荷電粒子線照射装置によれば、照射室内において、被照射体に照射された荷電粒子線と被照射体内の原子核との核反応によって生成されたポジトロン放出核からの消滅γ線が第２に検出器によって検出され、この第２の検出器による消滅γ線の検出結果に基づいて、実際に照射された荷電粒子線の到達位置を検出することができる。このため、照射室内において、照射目標位置、及び実際に照射された荷電粒子線の到達位置を確認することができるので、照射目標位置と実際に照射された荷電粒子線の到達位置との位置ずれを修正し、適切な位置に被照射体を位置決めすることができる。その結果、被照射体の位置決め精度が向上される。また、第１の検出器及び第２の検出器が、同一の検出器であるため、装置の簡素化が図られる。
【０００８】
ここで、照射目標位置検出手段によって検出された照射目標位置に荷電粒子線が照射されるように、載置台の位置調整を行う載置台制御部を更に備えることが好ましい。これにより、照射目標位置に応じて、載置台を適切に位置決めすることができる。
【０００９】
また、荷電粒子線到達位置検出手段によって検出された荷電粒子線到達位置と、目標位置検出手段によって検出された照射目標位置とが一致するように、荷電粒子線のビームを調整する照射制御部を更に備えることが好ましい。これにより、実際に照射された荷電粒子線の到達位置に応じて、荷電粒子線のビームを適切に調節することができる。
【００１０】
また、被照射体のＸ線透視画像を取得するＸ線透視画像取得手段を更に備えることが好ましい。これにより、Ｘ線透視画像を用いて、被照射体内の目標照射位置を確認することが可能となり、被照射体の位置決め精度を一層向上させることができる。
【００１１】
また、照射室は、被照射体の回りに回転可能な荷電粒子線照射部を有することが好ましい。これにより、荷電粒子線照射部の移動の自由度が向上される。
【発明の効果】
【００１２】
このように本発明による荷電粒子線照射装置によれば、照射室内において、照射目標位置、及び実際に照射された荷電粒子線の到達位置を確認することができるので、照射目標位置と実際に照射された荷電粒子線の到達位置の位置ずれを修正して、被照射体を適切な位置に配置することが可能となり、照射室内における被照射体の位置決め精度を向上させることができる。
【００１３】
また、本発明による荷電粒子線照射装置によれば、同一の検出器によって、被照射体に注入された放射性薬剤が到達した位置である照射目標位置から発生する消滅γ線を検出すること、及び、被照射体に照射された荷電粒子線と前記被照射体内の原子核との核反応によって生成されたポジトロン放出核からの消滅γ線を検出することができる。これにより、装置の簡素化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態に係る陽子線治療装置を示す斜視図である。
【図２】図１に示す陽子線治療装置の断面図である。
【図３】図１中の陽子線照射部を構成する各要素を示す図である。
【図４】図１中のＰＥＴカメラ、及びＰＥＴカメラ支持部を示す平面図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ矢視図である。
【図６】本発明の実施形態に係る陽子線照射方法の工程を示すフロー図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る陽子線治療装置のＰＥＴカメラ、及びＰＥＴカメラ支持部を示す平面図である。
【図８】図７のVIII−VIII矢視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明による荷電粒子線照射装置の好適な第１実施形態について図１〜図５を参照しながら説明する。なお、図面の説明において、同一または相当要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。本実施形態では、荷電粒子線照射装置を陽子線治療装置とした場合について説明する。
【００１６】
図１〜図３に示すように、陽子線治療装置１００は、患者（被照射体）５１の体内の腫瘍（照射目標物）Ｐに対して陽子線（荷電粒子線）を照射する装置である。
【００１７】
この陽子線治療装置１００は、回転ガントリ１０３（照射室）に取り付けられて治療台（載置台）１０５の回りに回転可能とされた陽子線照射部（荷電粒子線照射部）１を備えている。
【００１８】
この陽子線照射部１は、図３に示すように、陽子線の照射方向Ａに順に配列され、陽子線ビームを順に通過させてビームを整形する散乱体５、リッジフィルタ部７、ファインディグレーダ９、ブロックコリメータ１１、ボーラス１３、マルチリーフコリメータ１５、装置各部の駆動を制御する照射制御部１７を備えている。
【００１９】
この陽子線照射部１には、陽子線発生部として機能するサイクロトロン３で発生した陽子線が輸送装置を通じて送り込まれる。そして、送り込まれた細い陽子線を、例えば厚さ数ｍｍの鉛からなる散乱体（ビーム拡大部）５を通過させることによって、照射方向Ａに直交する方向に広がりを持たせて、幅広いビームに拡大する。
【００２０】
上記散乱体５からの陽子線ビームは、患者５１体内の腫瘍Ｐの厚み（照射方向Ａの長さ）に対応して陽子線のエネルギー深さに分布を持たせるためのリッジフィルタ部（ピーク調整フィルタ部）７に入射される。このリッジフィルタ部７は、階段状に厚みの変化する金属棒が簾状に並べられてなるフィルタ７ａを複数有しており、それら複数のフィルタ７ａは、金属棒の形状の相違により互いに異なる陽子線の拡大ブラッグピーク（以下「ＳＯＢＰ」という）を形成させる。そして、リッジフィルタ部７は、照射制御部１７の制御により駆動され、上記複数のフィルタ７ａの中から適宜選択されたフィルタを陽子線の通過位置に挿入する機構を有している。この構成により、リッジフィルタ部７は、陽子線を通過させるフィルタ７ａを選択的に変更可能であり、陽子線のＳＯＢＰのピークの幅及び位置を調整することができる。
【００２１】
このリッジフィルタ部７を通過した陽子線は、治療対象である患者体内５１の腫瘍Ｐの深さに応じてビームのエネルギーを調整し、最大到達深さを調整するためのファインディグレーダ（ビームエネルギー調整部）９に入射される。このファインディグレーダ９は、例えば２個の楔型をした対向するアクリルブロック９ａ、９ｂから構成され、照射制御部１７の制御により上記ブロック９ａ、９ｂの重なり方を調節することによって、陽子線が通過する部分の厚みを連続的に変化させることができる。陽子線は、通過した物質の厚みに応じてエネルギーを失い、患者５１体内において到達する深さが変わるので、このファインディグレーダ９の調節により、陽子線のＳＯＢＰの位置を、患者５１体内における腫瘍Ｐの深さ方向（照射方向Ａ）の位置に合わせることができる。
【００２２】
このファインディグレーダ９を通過した陽子線ビームは、陽子線の平面形状（照射方向Ａから見た形状）を粗く整形するためのブロックコリメータ１１に入射される。後述するマルチリーフコリメータ１５に加えて、ここで、ブロックコリメータ１１による整形を行っているのは、患者の近くでブロックコリメータ１１による２次放射線が発生しないようにするためである。
【００２３】
このブロックコリメータ１１を通過した陽子線は、例えば樹脂製の不整形フィルタであるボーラス（補償フィルタ）１３に入力され、腫瘍Ｐの最大深さの断面形状と組織の不均一性に関する補正が行われる。このボーラス１３の形状は、腫瘍の輪郭線と、例えばＸ線ＣＴのデータから求められる周辺組織の電子密度とに基づいて、算出される。このようなボーラス１３を用いることにより、陽子線ビームの最遠部（最大到達深さの部分）の立体形状が、腫瘍Ｐの最大深さ部分の形状に合わせて整形されるので腫瘍Ｐに対する線量集中性を更に高めることができる。
【００２４】
このボーラス１３を通過した陽子線ビームは、マルチリーフコリメータ（形状可変コリメータ）１５に入射される。マルチリーフコリメータ１５は、真鍮製で幅数ｍｍの多数の櫛歯をもつ２つの遮線部１５ａ，１５ｂが、上記櫛歯の先端を中心で突き合わせるように配列されて構成されている。そして、照射制御部１７の制御により、遮線部１５ａ，１５ｂが、多数の上記櫛歯のそれぞれを長手方向に進退させることで、マルチリーフコリメータ１５は、陽子線ビームが通過する開口１５ｃの位置及び形状を変化させることができる。
【００２５】
マルチリーフコリメータ１５を通過した陽子線ビームは、上記開口１５ｃの形状に対応する輪郭に切り取られるので、マルチリーフコリメータ１５は、開口１５ｃの形状を変化させることで、入射する陽子線ビームの所望の平面位置及び平面形状を切り出すことができる。このように所望の平面位置において所望の平面形状に切り出された陽子線ビームは、治療用陽子線として患者５１に照射される。そして、マルチコリメータ１５の開口１５ｃの平面位置及び平面形状を変化させて照射野の位置を順次水平方向（照射方向Ａに直交する方向）に移動しながら照射を繰り返すことで、腫瘍Ｐ全体に陽子線ビームを照射する。
【００２６】
更に、この１陽子線照射部１は、照射野に照射された照射線量をモニタする手段として、線量モニタ２３を備えている。線量モニタ２３は、ファインディグレーダ９とブロックコリメータ１１との間に設けられ、通過する陽子線の線量を検知する。線量モニタ２３は、検知した線量をモニタ信号ｓ１として照射制御部１７に送信し、照射制御部１７はモニタ信号ｓ１に基づいて照射野に照射された照射線量を認識することができる。
【００２７】
また、陽子線治療装置１００には、患者５１のＸ線透視画像取得するＸ線撮影装置（Ｘ線透視画像取得手段）が設けられている。このＸ線撮影装置は、Ｘ線発生器、患者５１を透過したＸ線を検出するＸ線検出器を備えている。これらのＸ線発生器及びＸ線検出器は、回転ガントリ１０３に固定され、患者５１回りに回転可能とされている。本実施形態では、二つのＸ線発生器を備え、これらのＸ線発生装置は、９０度異なる位置に配置されている。また、Ｘ線発生器に対向する位置に、Ｘ線検出器が配置されている。Ｘ線撮影装置は、Ｘ線検出器によって検出されたデータに基づいて、患者５１のＸ線透視画像を作成し、骨、金属マーカーを検出して患者５１の位置を測定することができる。
【００２８】
ここで、陽子線治療装置１００は、回転ガントリ１０３に取り付けられて治療台１０５の回りに回転可能とされた一対のＰＥＴカメラ（第１の検出器、第２の検出器）３０を有するＰＥＴ装置３１を備えている。すなわち、ＰＥＴカメラ３０は、回転ガントリ１０３に取付けられた陽子線照射部１と一体としてＸ軸回りに回転可能とされている。ＰＥＴ装置３１は、ＰＥＴカメラ３０の他に、図示していない画像処理部、記録部、表示部等を備えている。画像処理部は、ＰＥＴカメラ３０によって取得された画像情報に基づいて画像処理を行いＰＥＴ画像を生成する。記録部は、生成されたＰＥＴ画像等を記録する。生成されたＰＥＴ画像は、表示部により表示される。
【００２９】
このＰＥＴカメラ３０は、治療台１０５上の患者５１の両側に配置され、消滅γ線を検出するものである。具体的には、患者５１には腫瘍Ｐに集積する放射性薬剤（例えば、１１Ｃメチオニン）が投与（注入）され、ＰＥＴカメラ３０は、腫瘍Ｐ（放射性薬剤の到達位置）から発生する消滅γ線を検出する。ＰＥＴ装置３１は、ＰＥＴカメラ３０による消滅γ線の検出結果に基づいて腫瘍Ｐの位置を検出する照射目標位置検出手段として機能するものである。
【００３０】
また、ＰＥＴカメラ３０は、患者５１に照射された陽子線の入射陽子核と腫瘍Ｐ内の原子核との核反応によって生成されたポジトロン放出核からの消滅γ線を検出することができる。更に、ＰＥＴ装置３１は、ＰＥＴカメラ３０による消滅γ線の検出結果に基づいて実際に照射された陽子線の患者５１の体内における到達位置を検出する陽子線（荷電粒子線）到達位置検出手段として機能するものである。すなわち、ＰＥＴ装置３１は、治療で用いる陽子線の入射陽子核と患者５１の体内中の原子核との相互核反応により体内中で生成されるポジトロン放出核種から消滅γ線を計測し生成核種ごとの強度分布を測定することで、患者５１体内における実際の陽子線到達位置を検出することができる。
【００３１】
ＰＥＴカメラ３０は、図４に示すように、回転ガントリ１０３の回転中心軸Ｘ（以下、「Ｘ軸」という。）方向に移動可能とされると共に、Ｘ軸と直交するＹ軸方向に移動可能とされている。一対のＰＥＴカメラ３０を各々支持するＰＥＴカメラ支持部３２は、Ｘ軸方向に延在する支持部材３３と、この支持部材３３に沿ってＸ軸方向に移動するＸ軸方向移動部材３４と、このＸ軸方向移動部材３４の先端部３４ａに設けられＹ軸方向に延在するＹ軸方向延在部材３５と、このＹ軸方向延在部材３５に沿ってＹ軸方向に移動するＹ軸方向移動部材３６とを有している。そして、ＰＥＴカメラ３０は、Ｙ軸方向移動部材３６に固定され、その検出面３０ａが互いに対向するように配置されている。
【００３２】
支持部材３３には、Ｙ軸方向における外方に張り出す張出部３３ａが形成され、この張出部３３ａが回転ガントリ１０３のフレーム１０３ａ（図２参照）に固定されている。また、支持部材３３は、回転ガントリ１０３の背面パネル１０３ｂの背面側（図示右側）に配置されている。支持部材３３及びＸ軸方向移動部材３４には、Ｘ軸方向移動部材３４が移動する方向を案内するスライドガイド３８が形成され、Ｘ軸方向移動部材３４は、スライドガイド３８を介してＸ軸方向に移動可能に支持されている。そして、Ｘ軸方向移動部材３４は、支持部材３３に固定されたエアシリンダ３７によって駆動され、Ｘ軸方向に往復動可能とされている。
【００３３】
Ｙ軸方向延在部材３５及びＹ軸方向移動部材３６には、図５に示すように、Ｙ軸方向移動部材３６が移動する方向を案内するスライドガイド３９が設置され、Ｙ軸方向移動部材３６は、スライドガイド３９を介してＹ軸方向に移動可能に支持されている。そして、Ｙ軸方向移動部材３６は、Ｙ軸方向延在部材３５に固定されたモータ４０によって駆動され、Ｙ軸方向に往復動可能とされている。
【００３４】
モータ４０は、その出力軸４１がＸ軸及びＹ軸に直交するＺ軸方向（図５における上下方向）に延在するように配置されている。出力軸４１は、カップリング４２を介して、Ｚ軸方向に延在する駆動軸４３に接続されている。駆動軸４３は、一対の軸受け４４によってＹ軸方向延在部材３５に回転可能に支持されている。駆動軸４３の一対の軸受け４４間には、ギア４５が設けられている。また、駆動軸４３のカップリング４２と反対側の端部には、ブレーキ４６及び、ポテンションメータ４７が設置されている。
【００３５】
また、Ｙ軸方向移動部材３６には、ギア４５と噛み合うラック４８がＹ軸方向に形成されている。そして、モータ４０を回転駆動することで、ギア４５及びラック４８によって駆動力が伝達され、Ｙ軸方向移動部材３６がＹ軸方向に往復動する。これにより、ＰＥＴカメラ３０を患者５１に対して接近させることができる。患者に接近させてＰＥＴカメラ３０を配置することで、消滅γ線の検出精度が向上される。
【００３６】
このＰＥＴカメラ３０は、回転ガントリ１０３の背面パネル１０３ｂより背面側に収納可能とされ、計測時には、エアシリンダ３７によって駆動されて、患者５１の両側に配置される。
【００３７】
また、陽子線治療装置１００は、治療台１０５の位置調整を行う治療台位置制御部（載置台制御部）を有している。そして、この治療台位置制御部は、ＰＥＴ装置３１によって取得されたＰＥＴ画像、Ｘ線撮影装置によって取得されたＸ線透視画像に基づいて、治療台１０５の位置を制御するものであり、治療台１０５上の患者５１の腫瘍Ｐに陽子線が照射されるように、治療台１０５の位置を調整する。
【００３８】
照射制御部１７は、患者５１の腫瘍Ｐの立体形状に基づいて作成された腫瘍マップ（目標物マップ）１９に格納された情報を参照しながら、特に、リッジフィルタ部７、ファインディグレーダ９、及びマルチリーフコリメータ１５の動作を制御するものである。また、ここでは、照射野の最遠部の形状が、腫瘍の最大深さ部分の複雑な形状に対応して整形されるように、予め準備されたボーラス１３が、所定の位置にセットされている。
【００３９】
さらに、照射制御部１７は、ＰＥＴ装置によって検出された陽子線の到達位置に応じて、陽子線のビーム調整を行う。すなわち、照射制御部１７は、患者５１体内における陽子線の実際の到達位置と腫瘍Ｐの位置とが一致するように、リッジフィルタ部７、ファインディグレーダ９、及びマルチリーフコリメータ１５の動作を制御して陽子線のビームを調整する。
【００４０】
次に、このように構成された陽子線治療装置１００を用いた陽子線照射方法（荷電粒子線照射方法）について説明する。
【００４１】
陽子線治療装置１００を使用していないときには、ＰＥＴカメラ３０は、背面パネル１０３ｂの背面側に収納され状態となっている。ここでは、一例として、脳腫瘍の患者に対する陽子線治療について説明する。まず、回転ガントリ１０３内の治療台１０５上に患者５１を寝かせる。患者５１の長手方向が、Ｘ軸方向に沿うように配置されている。次に、患者５１に１１Ｃメチオニンを投与し（Ｓ１）、脳腫瘍に１１Ｃメチオニンが集積するのを待つ（Ｓ２）。続いて、脳腫瘍に集積した１１Ｃメチオニンから放出される消滅γ線をＰＥＴカメラ３０によって測定する（第１の検出工程、Ｓ３）。このとき、エアシリンダ３７を駆動して、ＰＥＴカメラ３０をＸ軸方向に移動させて患者５１の両側に配置し、モータ４０を駆動してＰＥＴカメラ３０をＹ軸方向に移動させて、ＰＥＴカメラ３０同士の間隔を調節する。３次元画像測定を行う場合には、回転ガントリ１０３を回転させて、消滅γ線の計測を行う。
【００４２】
次に、ＰＥＴカメラ３０による測定結果に基づいて、ＰＥＴ画像を作成して脳腫瘍の位置を検出する（照射目標位置検出工程、Ｓ４）。続いて、Ｘ線撮影装置によって透視撮影を行い患者５１のＸ線画像を作成して（Ｘ線透視画像取得工程）、骨及び金属マーカーの位置を確認する。なお、ＰＥＴ撮影及びＸ線撮影の順序を入れ替えてもよく、交互に複数回撮影を行っても良い。また、必要に応じて、回転ガントリ１０３を回転させて、Ｘ線発生器、Ｘ線検出器の位置を変える。
【００４３】
次に、ＰＥＴ画像とＸ線画像に基づいて、照射計画を立案する（Ｓ６）。ここでは、照射計画として、例えば、絶対線量、線量分布、患者５１の位置等を決定する。続いて、決定された照射計画に基づいて、治療台１０５の位置調整を行い（載置台位置調整工程、Ｓ７）、患者５１を適切な位置に配置する。
【００４４】
次に、決定された照射計画に従ってビーム調整を行い、必要に応じて回転ガントリ１０３を回転させて、陽子線照射部１の位置を変更し、腫瘍に向けて陽子線を１回照射する（Ｓ８）。そして、照射された陽子線と患者５１体内の原子核との核反応によって生成されたポジトロン放出核からの消滅γ線をＰＥＴカメラ３０で測定する（第２の検出工程、Ｓ９）。このとき、ＰＥＴカメラ３０同士が互いに接近するようにＹ軸方向に移動させ、ＰＥＴカメラ３０を患者５１に近づけて、消滅γ線の検出を行う。また、ＰＥＴカメラ３０を回転させて測定を行ってもよい。続いて、ＰＥＴカメラ３０による測定結果に基づいて、ＰＥＴ画像を作成し患者５１の体内における陽子線の到達位置を検出し、実際の照射野を確認する（荷電粒子線到達位置検出工程、Ｓ１０）。
【００４５】
次に、実際に照射された陽子線の患者５１体内における到達位置と、照射計画による照射目標位置（腫瘍の位置）とを比較し、位置ずれがある場合には、陽子線が照射目標位置の許容範囲内に照射されるようにビームの調整を行う（ビーム調整工程、Ｓ１１）。ビーム調整終了後、陽子線を照射する（Ｓ１２）。なお、再度、Ｓ８〜Ｓ１１を実施してよい。
【００４６】
このような陽子線治療装置１００によれば、回転ガントリ１０３にＰＥＴカメラ３０が設けられ、このＰＥＴカメラ３０によって、照射された陽子線の入射陽子核と腫瘍内の原子核との核反応により生成されるポジトロン放出核からの消滅γ線を計測することができるので、実際に照射された陽子線の到達位置を確認することができる。すなわち、治療中に陽子線を照射しながら陽子線の到達位置を検出することができる。また、回転ガントリ１０３にＰＥＴカメラ３０が固定されているので、回転ガントリ１０３の回転に合わせて、ＰＥＴカメラ３０を患者５１回りに回転させることができ、陽子線を照射した直後に消滅γ線の測定を行うことができる。また、ＰＥＴカメラ３０の移動の自由度が向上されると共に、小型化されたＰＥＴカメラ３０を用いて３次元測定を行うことができ、ＰＥＴカメラ３０用の別の回転駆動部を設ける必要もない。また、ＰＥＴカメラ３０が陽子線照射部１に同期して回転するので、ＰＥＴカメラ３０と陽子線照射部１との回転方向における位置関係を維持しながら、消滅γ線の検出を行うことが可能とされている。
【００４７】
また、ＰＥＴカメラ３０は、Ｘ軸方向に移動可能であると共に、回転ガントリ１０３の背面パネル１０３ｂの背面側に収納可能とされている。このようにＰＥＴカメラ３０をＸ軸方向に移動させることで、ＰＥＴカメラ３０による検出範囲の拡大することができる。また、ＰＥＴカメラ３０を適宜移動させることで、ＰＥＴカメラ３０が陽子線照射部１の回転の妨げになることがない。さらに、患者５１の回転ガントリ１０３内への搬入、搬出の際にＰＥＴカメラ３０が邪魔にならない。また、被照射体の大きさに合わせて、ＰＥＴカメラ３０を移動させることもできるので、所望の部位の照射位置の確認が容易になる。
【００４８】
また、ＰＥＴカメラ３０が患者５１を挟み込む方向（Ｙ軸方向）に移動可能であり、ＰＥＴカメラ３０間の距離を任意に変えることが可能とされているので、ＰＥＴカメラ３０をＹ軸方向に患者５１に接近させることで、消滅γ線の検出精度を向上させることができる。
【００４９】
また、従来、例えば脳腫瘍の放射線治療では、患者の位置決めを高精度で実現すべく、患者の頭部を、固定具を用いて固定していたため、患者にとって大きな負担となっていた。本発明による陽子線照射装置及び陽子線照射方法では、照射室内において、患者５１を治療台１０５に寝かせた状態でＰＥＴカメラ３０を用いて腫瘍の位置確認を行うことができ、腫瘍位置と実際に照射された陽子線の到達位置との位置ずれを修正し、適切な位置に患者５１を位置決めすることができる。これにより、患者の位置決めを高い精度で行うことができるため、患者の固定の簡素化が図られ、患者への負担を軽減することができる。
【００５０】
次に、本発明の第２実施形態に係る陽子線治療装置について、図７及び図８を参照しながら説明する。この第２実施形態の陽子線治療装置が第１実施形態の陽子線治療装置１００と違う点は、第２実施形態のＰＥＴカメラ６０は更にＹ軸回りに回転可能である点、及びＰＥＴカメラ６０の検出面６０ａの形状が異なる点である。
【００５１】
ＰＥＴカメラ６０を支持するＰＥＴカメラ支持部６１は、Ｙ軸方向移動部材３６の内側の端部３６ａにＰＥＴカメラ６０を固定するカメラ固定部６２を備えている。このカメラ固定部６２には、ＰＥＴカメラ６０を回転駆動するモータ６３が取り付けられている。このモータ６３は、その出力軸６４がＹ軸方向に沿って配置されている。そして、モータ６３の出力軸６４にＰＥＴカメラ６０が接続されＹ軸回りに回転可能とされている。
【００５２】
ＰＥＴカメラ６０の検出面６０ａは、円弧状に湾曲し、一対の検出面６０ａは互いに対向して配置されている。ＰＥＴカメラ６０は、収納時、及びＸ軸方向への移動の際には、その長手方向がＸ軸方向に沿うように配置される（図９に示す状態）。また、γ線の計測時には、ＰＥＴカメラ６０は、円弧の中心軸がＸ軸方向と平行になる様に配置される。なお、Ｘ軸方向と平行にならない位置でＰＥＴカメラ６０の回転を停止させ、様々な角度からの測定も可能である。
【００５３】
このように構成しても第１実施形態の陽子線治療装置１００と同様の効果を得ることができ、加えて、ＰＥＴカメラ６０がＹ軸回りに回転可能であるため、ＰＥＴカメラ６０の移動の自由度が一層向上され、様々な方向から照射位置の測定を行うことができ、測定精度の向上が図られている。
【００５４】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態では、ＰＥＴカメラがＸ軸回りに回転可能な構成とされているが、Ｘ軸回りに回転しない構成でもよく、その他の方向に回転可能な構成としてもよい。また、ＰＥＴカメラが互いに接近する方向に移動可能な構成とされているが、ＰＥＴカメラは互いに接近する方向に移動しない構成としてもよい。また、エアシリンダ、モータを用いて、ＰＥＴカメラを移動させているが、油圧シリンダ等その他の駆動装置を用いてＰＥＴカメラを移動させてもよい。また、ＰＥＴカメラのＸ軸方向の移動、Ｙ軸方向の移動は、直線状に移動しなくてもよく、曲線状、円弧状に移動してもよい。
【００５５】
また、上記実施形態では、ＰＥＴカメラは、回転ガントリに取り付けられ、陽子線照射部と一体としてＸ軸回りに回転可能とされているが、ＰＥＴカメラは回転ガントリ及び陽子線照射部と一体として回転しなくてもよい。例えば、ＰＥＴカメラを回転駆動させるための駆動装置を別に設けて、回転ガントリ及び陽子線照射部の回転に追従するようにＰＥＴカメラを回転させてもよく、回転ガントリ及び陽子線照射部の回転と無関係にＰＥＴカメラを回転させてもよい。
【００５６】
また、上記実施形態では、Ｘ線装置を備え、Ｘ線撮影を実施しているが、Ｘ線撮影を省略してもよい。また、上記実施形態では、放射性薬剤をメチオニンとしているが、照射目標物に応じて、その他の放射性薬剤を適用してもよい。また、上記実施形態では、脳腫瘍について、説明しているが、その他の腫瘍に対して適用してもよい。
【００５７】
また、上記実施形態では、陽子線を照射する陽子線照射装置に本発明を適用しているが、本発明は、炭素線照射装置等の他の荷電粒子線照射装置にも適用が可能である。
【符号の説明】
【００５８】
１…陽子線照射部（荷電粒子線照射部）、１７…照射制御部、３０…ＰＥＴカメラ（第１の検出器、第２の検出器）、５１…患者（被照射体）、１００…陽子線治療装置、１０３…回転ガントリ（照射室）、１０５…治療台（載置台）、Ｐ…腫瘍（照射目標物）、Ｘ…Ｘ軸方向、Ｙ…Ｙ軸方向。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被照射体を載置した載置台が照射室内の所定の位置に配置されて、前記被照射体へ荷電粒子線の照射が行われる荷電粒子線照射装置において、
前記被照射体に注入された放射性薬剤が到達した位置である照射目標位置から発生する消滅γ線を検出する第１の検出器と、
前記第１の検出器による消滅γ線の検出結果に基づいて照射目標位置を検出する照射目標位置検出手段と、
前記被照射体に照射された荷電粒子線と前記被照射体内の原子核との核反応によって生成されたポジトロン放出核からの消滅γ線を検出する第２の検出器と、
前記第２の検出器による消滅γ線の検出結果に基づいて荷電粒子線到達位置を検出する荷電粒子線到達位置検出手段とを備え、
前記第１の検出器及び前記第２の検出器は、同一の検出器であることを特徴とする荷電粒子線照射装置。
【請求項２】
前記照射目標位置検出手段によって検出された照射目標位置に荷電粒子線が照射されるように、前記載置台の位置調整を行う載置台制御部を更に備えることを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線照射装置。
【請求項３】
前記荷電粒子線到達位置検出手段によって検出された荷電粒子線到達位置と、前記目標位置検出手段によって検出された照射目標位置とが一致するように、荷電粒子線のビームを調整する照射制御部を更に備えることを特徴とする請求項１又は２記載の荷電粒子線照射装置。
【請求項４】
前記被照射体のＸ線透視画像を取得するＸ線透視画像取得手段を更に備えることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の荷電粒子線照射装置。
【請求項５】
前記照射室は、前記被照射体の回りに回転可能な荷電粒子線照射部を有することを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の荷電粒子線照射装置。
【請求項１】
被照射体を載置した載置台が照射室内の所定の位置に配置されて、前記被照射体へ荷電粒子線の照射が行われる荷電粒子線照射装置において、
前記被照射体に注入された放射性薬剤が到達した位置である照射目標位置から発生する消滅γ線を検出する第１の検出器と、
前記第１の検出器による消滅γ線の検出結果に基づいて照射目標位置を検出する照射目標位置検出手段と、
前記被照射体に照射された荷電粒子線と前記被照射体内の原子核との核反応によって生成されたポジトロン放出核からの消滅γ線を検出する第２の検出器と、
前記第２の検出器による消滅γ線の検出結果に基づいて荷電粒子線到達位置を検出する荷電粒子線到達位置検出手段とを備え、
前記第１の検出器及び前記第２の検出器は、同一の検出器であることを特徴とする荷電粒子線照射装置。
【請求項２】
前記照射目標位置検出手段によって検出された照射目標位置に荷電粒子線が照射されるように、前記載置台の位置調整を行う載置台制御部を更に備えることを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線照射装置。
【請求項３】
前記荷電粒子線到達位置検出手段によって検出された荷電粒子線到達位置と、前記目標位置検出手段によって検出された照射目標位置とが一致するように、荷電粒子線のビームを調整する照射制御部を更に備えることを特徴とする請求項１又は２記載の荷電粒子線照射装置。
【請求項４】
前記被照射体のＸ線透視画像を取得するＸ線透視画像取得手段を更に備えることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の荷電粒子線照射装置。
【請求項５】
前記照射室は、前記被照射体の回りに回転可能な荷電粒子線照射部を有することを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の荷電粒子線照射装置。
【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２０１１−１９４２４３（Ｐ２０１１−１９４２４３Ａ）
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１０３１８１（Ｐ２０１１−１０３１８１）
【出願日】平成２３年５月２日（２０１１．５．２）
【分割の表示】特願２００７−９５４４（Ｐ２００７−９５４４）の分割
【原出願日】平成１９年１月１８日（２００７．１．１８）
【出願人】（５１００９７７４７）独立行政法人国立がん研究センター (35)
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月２日（２０１１．５．２）
【分割の表示】特願２００７−９５４４（Ｐ２００７−９５４４）の分割
【原出願日】平成１９年１月１８日（２００７．１．１８）
【出願人】（５１００９７７４７）独立行政法人国立がん研究センター (35)
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
【Ｆターム（参考）】
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