JP2008532597A - 陽子線治療を施すと同時に広視野のビームズアイビュー(bev)によるx線画像を撮影するシステム及び方法 - Google Patents
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Abstract
Description
a)陽子ビームを生成するための陽子源と、
b)多数の陽子ビーム偏向及び/又は集束ユニットと、
c)陽子ビームを目標物の所定の標的体積に浸透させるための出口を有し、それにより断層走査用出口領域を画定するビームノズルと、
d)ノズルの上流に配置されたビーム偏向電磁石と、
e)X線管及びX線イメージャーであって、X線管がビーム偏向電磁石内の照射チャネルと連結され、この照射チャネルが、公称陽子ビーム方向の延長線上に沿った方向を向いており、それによりX線ビームを陽子ビーム方向に沿って送出するX線管及びX線イメージャーと、
を備えたシステムによって達成される。
a)陽子ビームを生成するための陽子源を配備する措置と、
b)陽子ビームを所定の手法で偏向及び/又は集束させるための多数の陽子ビーム偏向及び/又は集束ユニットを配備する措置と、
c)陽子ビームを目標物の所定の標的体積に浸透させるための陽子ビーム用出口を有するビームノズルを配備する措置と、
d)ノズルの上流に位置するビーム偏向電磁石を配備する措置と、
e)ビーム偏向電磁石内の照射チャネルに沿ってX線ビームを加える措置であって、この照射チャネルが、X線ビームを陽子ビーム方向に沿って標的体積に送出するために、公称陽子ビーム方向の延長線上に沿った方向に向けられている措置と、
を有する方法である。
1)回転するガントリG,G’上の走査用ペンシルビームによる動的な陽子ビーム送出法の使用
PSIのガントリ2の新たなガントリシステムは、第一のプロトタイプであるガントリ1を使用した経験に基づいている。ガントリ2では、二つの横方向T及びUにビームを拡散するために、陽子ペンシルビームの二次元による磁場(平行)走査を使用する予定である(掃引用電磁石WT,WU)。飛程の変調のために、(ガントリG,G’の前のビームラインにおける)ビームBのエネルギーを動的に変更する。
2)横方向の走査は、(直径を低減したコンパクトなガントリを実現するために)最後の90度偏向電磁石A3の前に配置された二つのステアリング電磁石WT,WUによって駆動される。
3)X線管XSは、90度偏向ビーム出射軸の後方延長線上に取り付けられる(90度偏向電磁石A3のヨークの穴Yhを通した照射、以下、ヨーク源と呼ぶ)。
ヨーク源を使用する(BEV用X線機器を恒久的に配備している)利点:
ヨーク源は、(臓器運動を観察するとともに、呼吸の段階と同期して、或いはビームの能動的な追尾によってビームの送出に適用するために)ビームを送出している間患者の位置及び動きを監視する手段を提供する。標的の動きを見るのに最も重要な(好ましい)方向は、ビーム方向BDである。長手方向における動きは、線量分布に殆ど影響を与えない(密度の不均一性及び臓器の歪みを無視すると、平行な陽子ビームの場合影響は全くない)。標的の如何なる横方向の動きも単一画像で検出することができ、観察された標的の変位は、走査する陽子ビームに対する積極的な補正と直接関連付ける(視差が存在すること無くビームにより横方向の腫瘍の動きを追尾する)ことができる。ここで提案している解決策の別の実現可能な利点は、絶対座標との関連付けが望まれる場合に、画像に必要な放射線不透過マーカーをイメージャー自体ではなくノズルに直接取り付けることができる(これに代わって、ストリップモニタの幾何学的な境界やストリップ自体などの陽子機器自体の部品を識別することができる)という事実に見ることができる。このようにして、患者の後方のイメージャー支持体を位置決めするために必要な機械的精度を相応に大きく緩和(機構をより安価に)することができる。
a)従来のX線による治療との比較
X線の場合、ビームは患者全体に浸透して、患者の他方の側から出る。患者に対する線量という観点からは、健康な組織が不必要に非常に高い線量を受けるので(その線量は、低エネルギーX線による診断目的に必要な量より遥かに高い)、これは大きな欠点である。陽子線治療により、標的に対してより多くの線量を施すとともに、健康な組織に対してより少ない線量を施すことが可能となる。このため、健康な組織に対する線量負荷は、陽子の場合、光子と比べて1/2〜1/5に低減される。他方、光子では、ポータルイメージングを使用することができる。従来の治療では、光子は患者から出るという事実が、ビームの出射経路上に検出器を配置するために使用されている。この方法は、ポータルイメージングと呼ばれ、殆どの病院での従来の治療で使用されている方法である。陽子が標的内に終止するため、ポータルイメージングは陽子線治療では利用することができない。本発明で使用される検出器は、陽子線治療のためのポータルイメージングとして設計され、陽子Bと低エネルギー光子X線の二つの相異なるビームを同じビーム軸BDに沿って同時に加えることによって実現されている。診断用の(低エネルギーX線の)線量は、治療用の高エネルギー光子を使用する場合よりも遥かに低い。
a)受動的なビーム散乱によりビームを送出する形態での陽子用ガントリ上でのヨーク源の使用
散乱を利用する場合(陽子線治療分野で産業上利用可能な従来技術)、通常最後の偏向電磁石の後に配置された陽子源などの一点からビームを散乱させている(大抵の場合最後の偏向の前にビームを散乱させることによって線量の優れた均一性を達成することは難し過ぎる)。ビームを散乱させるために使用される機器は、通常サイズが小さい(最後の偏向の後に見掛け上非常に鋭く尖った先のような陽子源を必要とする)。最後の偏向電磁石A3のヨークの穴Yhを通してX線を加える場合、拡散用の機器がX線と干渉する可能性が非常に高い。本発明による構成は、ビームを散乱させるための機器がX線照射野を遮る可能性が高いので、散乱に対しては余り役立たない。本発明によるシステムの散乱と比較した走査に関する主な利点は、画像がコリメータの開口部によって制限されないということである。
b)最後の偏向後にビーム走査を開始する形態での陽子用ガントリ上でのヨーク源の使用(図3b)
この場合、最後の偏向電磁石の間隙は、通常小さく選定される。掃引用電磁石WT’,WU’は、X線のビーム経路内に取り付けられる。走査速度に対する制限を無くすとともに、電力消費を低減するために、これらの磁石の間隙は、通常小さい(5cm)。最後の偏向電磁石のヨークの穴を通して照射されるX線は、最後の偏向電磁石の後に配置された走査機器によって部分的に遮蔽される場合が有る。その解決策は、基本的に実行可能であるが、制約を受ける場合がある。
c)水平な陽子ビームラインでのヨーク源の使用
通常最後の偏向電磁石の下流には、X線管の視野を妨げる四極子、走査用電磁石及びその他の機器など多くの追加機器が有る。この状況は、b)と同様である。
d)最後の90度偏向後に走査を開始する形態でのヨーク源の使用(コンパクトなガントリ)
この場合、X線照射野のビーム経路内には(関連する)物質は無い。例えば、PSIのガントリ2に関するデータを使用する場合、開いた面積は、少なくとも17cm×25cmとなる。ビーム内の物質は、空気、真空窓及びビームモニタの薄いマイラーホイルだけで構成される。この量は、陽子ビームに対してほぼ透過的であり、同様にX線に対しても妨害するようなものとは考えられない。X線に対して開いた面積(視野)は、適度に広い面積に渡って解剖学的構造を観察するのに十分な広さである。
Claims (18)
- 目標物内の所定体積に対する強度変調による陽子線治療のためのシステム(G)であって、
a)陽子ビーム(B)を生成するための陽子源と、
b)多数の陽子ビーム偏向及び/又は集束ユニットと、
c)陽子ビーム(B)を目標物の所定の標的体積に浸透させるための出口を有し、それにより断層走査用出口領域を画定するビームノズル(N)と、
d)ノズル(N)の上流に配置されたビーム偏向電磁石(A3)と、
e)X線管(XS)及びX線イメージャー(Im)であって、X線管(XS)がビーム偏向電磁石(A3)内の照射チャネル(Yn)と連結され、この照射チャネル(Yh)が、公称陽子ビーム方向(BD)の延長線上に沿った方向を向いており、それによりX線ビームを陽子ビーム方向に沿って送出するX線管及びX線イメージャーと、
を備えたシステム。 - a)当該の陽子ビーム(B)が当該のビーム偏向電磁石(A3)に入る前に陽子ビーム(B)を二つの横方向(T,U)に掃引するために、当該のビーム偏向電磁石(A3)の上流に配置された一対の掃引用電磁石(WT,WU)を更に備え、
b)当該の掃引用電磁石(WT,WU)及び当該のビーム偏向電磁石(A3)が、断層走査領域全体に渡っての平行なビームの向きを保証するように制御される、
請求項1に記載のシステム。 - X線ビームが陽子ビームと同時に送出されることを特徴とする請求項1又は2に記載のシステム。
- イメージャー(Im)が、当該の目標物内の標的体積の下流に、即ち、陽子ビーム(B)の方向を見て下流に配置されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載のシステム。
- ビームの向きに対して相対的な標的体積の位置を計測する第一の手段が配備され、
この第一の手段が、解剖学的標識及び/又は目標物に付けられた追加的なマーカーの位置を計測する第二の手段を備え、それにより、標的体積に対して相対的な解剖学的標識及び/又は追加的なマーカーの位置が、治療位置においてX線イメージャー(Im)から得られた画像を評価することによって分かり、任意選択として、この画像が更にCTにより事前に撮影された4D画像と比較されることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載のシステム。 - 当該の掃引用電磁石(WT,WU)及び/又は当該のビーム偏向電磁石(A3)は、掃引用電磁石(WT,WU)及び/又はビーム偏向電磁石(A3)の制御手段に対して補正データを適用することにより治療すべき標的体積の動きを補償するように制御され、この補正データが、標的体積の位置の計測から得られることを特徴とする請求項5に記載のシステム。
- 当該の標的体積の位置を計測する第一の手段が、標的体積の如何なる横方向の動きをも追尾する手段であることを特徴とする請求項5又は6に記載のシステム。
- 陽子ビーム(B)が、呼吸サイクルによる胸部の動きなどの目標物の予測された動きと一致するか、或いは呼吸サイクルの休止期間中などの目標物の予測された動きの無い段階と一致する形で同期して送出されることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一つに記載のシステム。
- 陽子ビーム(B)が、所望の同期化に従って不連続に送出されることを特徴とする請求項8に記載のシステム。
- 目標物内の所定体積に対する強度変調による陽子線治療を施すための方法であって、
a)陽子ビームを生成するための陽子源を配備する措置と、
b)陽子ビーム(B)を所定の手法で偏向及び/又は集束させるための多数の陽子ビーム偏向及び/又は集束ユニットを配備する措置と、
c)陽子ビーム(B)を目標物の所定の標的体積に浸透させるための陽子ビーム(B)用出口を有するビームノズル(N)を配備する措置と、
d)ノズル(N)の上流に位置するビーム偏向電磁石(A3)を配備する措置と、
e)ビーム偏向電磁石(A3)内の照射チャネル(Yh)に沿ってX線ビームを加える措置であって、この照射チャネル(Yh)が、X線ビームを陽子ビーム方向に沿って標的体積に送出するために、公称陽子ビーム方向(BD)の延長線上に沿った方向に向けられている措置と、
を有する方法。 - a)当該の陽子ビーム(B)が当該のビーム偏向電磁石(A3)内に入る前に陽子ビーム(B)を二つの横方向(T,U)に掃引させるために、ビーム偏向電磁石(A3)の上流に位置する一対の掃引用電磁石(WT,WU)を配備する措置と、
b)ノズル(N)によって画定される断層走査領域全体に渡っての平行なビームの向きを保証するように、当該の掃引用電磁石(WT,WU)及び/又は当該のビーム偏向電磁石(A3)を制御する措置と、
を更に有する請求項10に記載の方法。 - X線ビームを陽子ビームと同時に送出することを特徴とする請求項10又は11に記載の方法。
- 当該の目標物内の標的体積の下流に、即ち、陽子ビーム(B)の方向に見て下流にイメージャー(Im)を配置することを特徴とする請求項10〜12のいずれか一つに記載の方法。
- 解剖学的標識及び/又は目標物に付けられた追加的なマーカーの位置を計測することによって、ビームの向きに対して相対的な標的体積の位置を計測し、それにより、標的体積に対して相対的な解剖学的標識及び/又は追加的なマーカーの位置が、X線イメージャー(Im)から得られた画像を評価することによって分かることを特徴とする請求項10〜13のいずれか一つに記載の方法。
- 掃引用電磁石及び/又はビーム偏向電磁石の制御手段に対して補正データを適用することにより治療すべき標的体積の動きを補償するように、当該の掃引用電磁石(WT,WU)及び/又は当該のビーム偏向電磁石(A3)を制御し、それにより、標的体積の位置の計測から当該の補正データを取得することを特徴とする請求項14に記載の方法。
- 標的体積の位置の計測を使用して、標的体積の如何なる横方向の動きをも追尾することを特徴とする請求項14又は15に記載の方法。
- 呼吸サイクルによる胸部の動きなどの目標物の予測された動きと一致させるか、或いは呼吸サイクルの休止期間中などの目標物の予測された動きの無い段階と一致させる形で同期して陽子ビームを送出することを特徴とする請求項10〜16のいずれか一つに記載の方法。
- 所望の同期化に従って不連続に陽子ビームを送出することを特徴とする請求項17に記載の方法。
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