JP4158931B2 - 粒子線治療装置 - Google Patents
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Description
そして、リペインティング法において採用される軌跡として、ワブラ法におけるように大きさが一定の回転ベクトルの先端が描く円の軌跡と、螺旋ワブラ法におけるように大きさが時間の平方根の関数に従って変調される回転ベクトルの先端が描く螺旋状の軌跡とがある。
この螺旋ワブラ法では、ワブラ法に比べて線量分布の一様性を高めるために、螺旋状の軌跡を描くようにしている。この場合、粒子線の進行方向に対して垂直な直交する2軸方向(以下の説明においてはX軸方向とY軸方向と称す。)に粒子線に磁場を加えて粒子線の照射位置を走査するために、式(1)〜式(4)から求められる励磁電流IX、IYを直交方向に励磁される2つの電磁石に流している。X軸励磁電流IXの大きさは、螺旋周期TSで0から最大値を経由して0に戻る値とワブラ角速度ωの正弦関数で変化する値との積に従って変化する。また、Y軸励磁電流IYの大きさは、螺旋周期TSで0から最大値を経由して0に戻る値とワブラ角速度ωの余弦関数で変化する値との積に従って変化する。
そのため、粒子線を供給する時間を長くすることにより螺旋周期の途中での粒子線の供給の中断を防ごうとしようとすると、粒子線の供給時間を短くすることができないなど加速器の運転周期に制約が生じるという問題がある。
また、加速器の運転周期に対する制約を緩和することができる。
図1は、この発明の実施の形態1に係わる粒子線治療装置のブロック図である。図2は、実施の形態1に係わるデータ記憶部のデータテーブルのデータ構造を示す図である。図3は、実施の形態1に係わるビーム検出装置のブロック図である。
この発明の実施の形態1に係わる粒子線治療装置1は、図1に示すように、粒子線を発生する粒子線発生部2、粒子線発生部2で発生された粒子線を粒子線照射部3に輸送する粒子線輸送部4、患者のターゲット領域(患部)5に粒子線を照射する粒子線照射部3を具備している。
粒子線発生部2は、シンクロトロン方式の加速器からなる粒子線発生装置6、発生した粒子線の粒子線輸送部4への入切を制御するビーム入切装置7が備えられている。
また、粒子線輸送部4は、粒子線の粒子線照射部3への入切を制御するビーム入切装置8が備えられている。
このビーム入切装置7、8は、粒子線照射部3から送られてくるビーム入切信号のレベルが「HIGH」のとき粒子線を流し、レベルが「LOW」のとき粒子線を遮断する。
X軸電磁石電源23は、入力されるX軸励磁電流指令値に基づいてX軸電磁石21にX軸励磁電流を流す。また、Y軸電磁石電源24は、入力されるY軸励磁電流指令値に基づいてY軸電磁石22にY軸励磁電流を流す。
また、クロック信号に基づいてインクリメントされたアドレスに対応するポインタ領域に「1」が格納され、それ以外のアドレスに対応するポインタ領域に「0」が格納されている。ポインタ領域に「1」が格納されたアドレスのデータ領域のデータが指令値送信部25に送られる。
治療の開始の時点では、照射線量は零であり、計画線量より少ないので、ビーム要求信号のレベルは「HIGH」となっている。そして、図示しない照射開始のためのスイッチが入力されると、クロック信号がデータ記憶部26に送信され、そのクロック信号の入力の度にアドレスがインクリメントされて、そのアドレスのX軸励磁電流指定値、Y軸励磁電流指定値および螺旋周期終了ビットのデータが読み出され、X軸励磁電流指令値とY軸励磁電流指令値とがX軸電磁石電源23とY軸電磁石電源24とに送信される。X軸電磁石電源23とY軸電磁石電源24は、それぞれX軸電磁石21とY軸電磁石22とを励磁し、粒子線の流れを偏向する。
そして、アドレスのインクリメントが繰り返されて、螺旋周期の終わりのアドレスに達したとき、読み出された螺旋周期終了ビットのデータは「1」であるので、螺旋周期終了信号としてのパルスが送信される。
1回の螺旋周期での線量は計画線量に達しないので、ビーム要求信号のレベルは「HIGH」のままであるので、粒子線はそのまま供給されて、次の螺旋周期での照射が継続される。
そして、複数の螺旋周期の照射を繰り返すことにより、照射線量が計画線量に達する螺旋周期での照射が始まる。この螺旋周期の最初のアドレスから始まって、あるアドレスのときに照射線量が計画線量に達すると、ビーム要求信号のレベルは「LOW」に変化する。しかし、レジスタ33には螺旋周期終了信号としてのパルスが入力されていないので、ビーム入切信号のレベルは「HIGH」のままである。そして、この螺旋周期の終了のアドレスに達すると、螺旋周期終了ビットが「1」なので、螺旋周期終了信号としてのパルスがレジスタ33に送られる。
レジスタ33にパルスが入力されると、ビーム入切信号のレベルが「LOW」に変化し、粒子線が遮断される。
また、加速器の運転周期に対する制約も緩和することができる。
例えば、加速器の運転周期が2秒で、その内ビームON時間は400ミリ秒で、加速器によって照射される平均線量率が2Gy/分とすると、2Gyの計画線量を患部に照射するためには60秒かかるので、加速器は30回の運転が必要になる。ビームON時間は30回の運転全体では12秒となり、また、螺旋周期43.5ミリ秒での照射線量は0.00725Gyとなる。30回の運転において、1回目から29回目までの照射線量を積算し、計画線量に達していない場合、次の螺旋周期の照射に移るので、計画線量を越える線量は最大でも1回の螺旋周期分の照射線量であり、計画線量に対する照射線量の精度は例えば上述の例では0.36%と十分に確保される。
図4は、この発明の実施の形態2に係わる粒子線治療装置の入切制御部のブロック図である。図5は、実施の形態2に係わる粒子線治療装置のデータ記憶部のデータテーブルのデータ構造である。
実施の形態1においては、粒子線の入切はデータ記憶部26に格納されている螺旋周期終了ビットを読み出して螺旋周期終了信号としてのパルスをレジスタ33に入力することにより行われているが、実施の形態2においては、タイミング制御装置27からのクロック信号をカウントし、判定用記憶装置31に予め記憶されている螺旋周期分割数とカウント値とを比較し、カウント値が螺旋周期分割数と等しくなったとき、レジスタ33に螺旋周期終了信号としてのパルスを送信することによりビームの入切を行う。このことに係わり、図5に示すように、データ記憶部26のデータテーブルは、実施の形態1と異なり螺旋周期終了ビットが省かれており、これ以外は実施の形態1と同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。
図6は、この発明の実施の形態3に係わる粒子線治療装置の入切制御部のブロック図である。
実施の形態3に係わる入切制御部28Cは、実施の形態1に係わる入切制御部28に即ビーム遮断機能が付加されていることが異なっており、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。
実施の形態3に係わる入切制御部28Cでは、図6に示すように、判定装置32から照射線量が計画線量に達したとき、レベル「LOW」、それ以外の時はレベル「HIGH」になっている即ビーム遮断信号がAND回路43に入力されている。
AND回路43には、即ビーム遮断信号とレジスタ33のQ出力とが入力され、ビーム入切信号が出力されている。そして、即ビーム遮断信号とレジスタ33のQ出力の少なくともいずれか一方が「LOW」のときビーム入切信号のレベルが「LOW]に変化する。このようにして、螺旋周期の途中でも必要があればビームの照射を中断することができる。
この即ビーム遮断信号は、図示しない遮断スイッチをONすることによって創成してもよい。
また、即ビーム遮断信号を緊急停止信号として使用できるので、咳や患者の急な動きなど異常時における照射停止時間を短縮できるので、安全性が高まる。
図7は、この発明の実施の形態4に係わる粒子線治療装置のブロック図である。図8は、実施の形態4に係わる信号処理装置と入切制御部とに係わる信号のタイミングチャートである。図9は、実施の形態4に係わる入切制御部のブロック図である。
実施の形態4に係わる粒子線治療装置1Dは、実施の形態1に係わる粒子線治療装置1に患者監視装置としての呼吸ゲート発生装置44が追加され、これに関連して入切制御部28Dが変更されていることが異なっており、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。
実施の形態4に係わる呼吸ゲート発生装置44は、図7に示すように、患者の呼吸を測定するための呼吸測定装置45、測定された呼吸に基づく信号を処理するための信号処理装置46から構成されている。呼吸ゲート発生装置44として、例えば、安西メディカル社製のAZ773があるが、これ以外にも種々の方法があり、ここで説明する方法に限定するものではない。
レジスタ33には、ビームゲート信号と螺旋周期終了信号としてのパルスが入力され、ビーム入切信号が出力される。そして、指令値送信部25からの螺旋周期終了信号としてのパルスが送られたとき、すなわち螺旋周期の終了のとき、レジスタ33のD入力端子のレベルがQ出力端子のレベルに反映するので、ビーム要求信号のレベルが「HIGH」で呼吸ゲート信号のレベルも「HIGH」のときだけビーム入切信号が「HIGH]になり、粒子線が粒子線照射部3に供給される。
実施の形態1では患者の呼吸に関わりなく螺旋周期単位でビームの入切を行っているので、線量分布の一様性を充分に確保できるが、実施の形態4のように呼吸同期運転の場合でも線量分布の一様性の管理を容易に進めることができる。
図10は、この発明の実施の形態5に係わる粒子線治療装置のブロック図である。図11は、実施の形態5に係わるデータ記憶部の第1のデータテーブルのデータ構造を示す図である。図12は、実施の形態5に係わるデータ記憶部の第2のデータテーブルのデータ構造を示す図である。図13は、実施の形態5に係わる指令値送信部のブロック図である。図14は、実施の形態5の粒子線治療装置で走査された螺旋軌跡を示す図である。
実施の形態5に係わる粒子線治療装置1Eは、図10に示すように、実施の形態1に係わる粒子線治療装置1と指令値送信部25Eおよびデータ記憶部26Eが異なっており、その他は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明を省略する。
また、1つのポインタ領域には、クロック信号に基づいて順送りに指定されるアドレスの現時点で指定されているアドレスを示すためのデータが格納されており、そのポインタ領域に「1」が格納され、それ以外のアドレスのポインタ領域に「0」が格納されている。
振幅Bは、螺旋周期TS、クロック周期Wとして、式(10)、式(11)に基づいて求められる。iは、クロック周期のカウント値であり、正の整数である。
正弦波関数Sは、ワブラ角速度ω、クロック周期Wとして式(12)に基づいて求められる。
螺旋位相を0度、51度、103度、154度、206度、257度、309度からの螺旋軌跡を図14に示す。このように、適切な位相を設定することにより、螺旋軌跡を一様に分布させることができる。
なお、アドレスを指定値だけジャンプするときに、アドレスの終端に達する場合、先頭のアドレスから継続して数えて所定のアドレスにジャンプすればよい。
また、ワブラ周期TWと螺旋周期TSとを変えるときも、線量分布の一様性の確保できるアドレスのジャンプ量を予め求めることができるのでワブラ周期TWと螺旋周期TSの選定の制約が少なくなる。
また、加速器の運転周期を短くして効率を高める運転も容易に行うことができる。
図15は、この発明の実施の形態6に係わる指令値送信部のブロック図である。図16は、実施の形態6に係わるジャンプデータテーブルのデータ構造を示す図である。
実施の形態6に係わる粒子線治療装置は、実施の形態5に係わる粒子線治療装置と指令値送信部25Fが異なっており、その他は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明を省略する。
実施の形態6に係わる指令値送信部25Fは、図15に示すように、実施の形態5に係わる指令値送信部25Eとアドレスジャンプ制御部55Fが異なり、また、それに係わるジャンプデータテーブル56が追加されていることが異なっており、その他は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明を省略する。
1つのポインタ領域には、現在の螺旋周期の螺旋位相に係わるアドレスが指定されており、螺旋周期終了ビットの値が「1」のとき、アドレスがインクリメントされて、それに連動してポインタ領域が1つ移動する。
また、ジャンプ量を変化しながら任意に螺旋位相を設定できるので、最適な螺旋軌道の重ね合わせを実現することができる。
図17は、この発明は実施の形態7に係わる粒子線治療装置の指令値送信部である。
実施の形態7に係わる粒子線治療装置は、実施の形態5に係わる粒子線治療装置1Eに励磁電流を監視する機能を付加したことが異なっており、その他は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。
実施の形態7に係わるX軸電磁石電源23GおよびY軸電磁石電源24Gは、その出力に励磁電流値を計測するための図示しない電流計が備えられている。
このような粒子線治療装置は、誤動作や誤データによる励磁電流の急激な変化が発生したとき、アドレスのジャンプを許可せずに、そのままアドレスをインクリメントするので、電磁石電源の破損を防止することができる。
図18は、この発明の実施の形態8に係わる粒子線治療装置のタイミング制御装置と入切制御部とのブロック図である。
実施の形態8に係わる粒子線治療装置は、実施の形態4に係わる粒子線治療装置1Dとタイミング制御装置27Hが異なっており、その他は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明を省略する。
実施の形態8に係わるタイミング制御装置27Hは、実施の形態4に係わるタイミング制御装置27にAND回路61が追加されている。AND回路61には、入切制御部28Dのレジスタ33からのビーム入切信号と予め定められているクロック周期Wのクロック信号とが入力され、ゲート付クロック信号がデータ記憶部26に出力される。そして、データ記憶部26は、このゲート付クロック信号によりアドレスがインクリメントされる。
呼吸同期運転されているとき、患者の呼吸が照射できる状態にない場合、ビーム入切信号が「LOW」になるので、データ記憶部26に入力されるゲート付クロック信号がブロックされ、アドレスがインクリメントされない。そして、励磁電流がそのまま保持されるので、照射は行われていないが、粒子線が供給されているとしたら照射位置は移動しない。このように患者の呼吸が安定していないとき、粒子線の供給を停止すると同時に励磁状態もそのままで維持されている。そして、患者の呼吸が安定すると、ビームゲート信号が「HIGH」に変化し、ゲート付クロック信号もデータ記憶部26に入力され、粒子線が停止していた位置から走査が再開される。
また、ビーム入切制御を螺旋周期の終了時点で行えば、励磁電流の振幅が零の状態となるため、電力消費を低減することができる。
また、加速器の運転において加速と減速の占める時間がビームON時間に比べて長いので、加速と減速のときに励磁電流の振幅を零にすることにより、省電力に有意な効果が得られる。
また、実施の形態8では、螺旋周期開始時点で螺旋位相を可変していないが、実施の形態5、6のように螺旋周期開始時点で螺旋位相を可変しながら、呼吸同期運転に伴う呼吸ゲート信号に従ってクロック信号を制御してもよい。
図19は、この発明の実施の形態9に係わる粒子線治療装置のブロック図である。図20は、実施の形態9に係わるビーム検出装置のブロック図である。
実施の形態9に係わる粒子線治療装置1Jは、図19に示すように、実施の形態4に係わる粒子線治療装置1Dとビーム検出装置11Jが異なっている。また、タイミング制御装置27が省略されていることが異なっており、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記し、説明は省略する。
実施の形態4ではデータテーブルのアドレスはタイミング制御装置27からのクロック信号によりインクリメントされるが、実施の形態9では、ビーム検出装置11Jからの照射線量に比例したクロック信号によりインクリメントされる。
実施の形態9に係わるビーム検出装置11Jは、図20に示すように、照射線量を求めるための線量モニタ35、電流周波数変換器36およびカウンタ37以外に、照射線量に比例するクロック信号を創成するためのゲイン調整装置63、電流周波数変換器64およびカウント調整装置65が備えられている。
ゲイン調整装置63は、電流周波数変換器64に入力する電流値が大きくなるようにシグナル/ノイズ比を許容される範囲内で高くしておき、なるべく小さな電荷の通過で1つのパルスが創成するように設定されている。
電流周波数変換器64は、このように増幅された電流値に比例する周波数のパルス列に変換する。ゲイン調整装置63で増幅されているので、パルス列の周波数は高周波になる。
カウント調整装置65は、パルス列を周波数変換して、螺旋周期分割数に相当するパルス列にする。
また、粒子線発生部2から供給されるビーム電流が変動した場合でも、時間ではなく照射線量が1クロック信号分照射されたとき照射位置を移動するので、ビーム電流の変動の影響を受けない。
図21は、この発明の実施の形態10に係わる粒子線治療装置のブロック図である。図22は、円軌跡を示す図である。図23は、実施の形態10に係わるデータ記憶部に格納されているデータテーブルのデータ構造である。
実施の形態10に係わる粒子線治療装置1Kは、実施の形態1に係わる粒子線治療装置1と粒子線の照射の軌跡が異なり、その他は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。軌跡が異なることに関連して、実施の形態10に係わる粒子線治療装置1Kは、図21に示しように、実施の形態1に係わる粒子線治療装置1とデータ記憶部26K、指令値送信部25K、タイミング制御装置27K、入切制御部28Kが異なっている。
実施の形態1においては螺旋軌跡を描くように粒子線を走査しているが、実施の形態10では図22に示すように、円軌跡を描くように粒子線を走査する。このため、データ記憶部26Kのデータテーブルには、図23に示すように、連番のアドレスに対してそれぞれ3つのデータ領域と1つのポインタ領域が設定されており、2つのデータ領域には、X軸励磁電流指定値とY軸励磁電流指定値とが格納されている。また、残りの1つのデータ領域は、ワブラ周期終了ビットと称し、そこにはワブラ周期の終了を表すデータが格納されており、ワブラ周期の終了のアドレスのとき「1」が格納されていて、それ以外は「0」が格納されている。
また、クロック信号に基づいてインクリメントされたアドレスに対応するポインタ領域に「1」が格納され、それ以外のアドレスに対応するポインタ領域に「0」が格納されている。ポインタ領域に「1」が格納されたアドレスのデータ領域のデータが指令値送信部25Kに送られる。
レジスタ33は、ワブラ周期終了信号としてのパルスがCLOCK端子に入力されると、D入力端子に入力されているビーム要求信号のレベルがビーム入切信号としてQ出力端子から出力される。
また、図24に示すような複数円のワブラ照射法や照射線量率を大きくする場合には、ワブラ周期単位の照射にすることにより、短時間の照射でも線量分布の一様性を確保し易くなる。
図25は、この発明の実施の形態11に係わる粒子線治療装置のブロック図である。図26は、ジグザグ軌跡の例を示す図である。図27は、他のジグザグ軌跡の例を示す図である。
実施の形態11に係わる粒子線治療装置1Lは、図25に示すように、実施の形態1に係わる粒子線治療装置1と粒子線の照射の軌跡が異なり、その他は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。軌跡が異なることに関連して、実施の形態11に係わる粒子線治療装置1Lは、実施の形態1に係わる粒子線治療装置1とデータ記憶部26L、指令値送信部25L、タイミング制御装置27L、入切制御部28Lが異なっている。
実施の形態1においては螺旋軌跡を描くように粒子線を走査しているが、実施の形態11では図26に示すように、X軸方向の1往復する間にY軸方向に5往復するジグザグ軌跡を描くように粒子線を走査する。このため、データ記憶部26Lのデータテーブルには、連番のアドレスに対してそれぞれ3つのデータ領域と1つのポインタ領域が設定されており、2つのデータ領域には、X軸励磁電流指定値とY軸励磁電流指定値とが格納されている。また、残りの1つのデータ領域は、X軸方向周期終了ビットと称し、そこにはX軸方向を1往復するX軸方向周期の終了を表すデータが格納されており、X軸方向周期の終了のアドレスのとき「1」が格納されていて、それ以外は「0」が格納されている。
また、クロック信号に基づいてインクリメントされたアドレスに対応するポインタ領域に「1」が格納され、それ以外のアドレスに対応するポインタ領域に「0」が格納されている。ポインタ領域に「1」が格納されたアドレスのデータ領域のデータが指令値送信部25Lに送られる。
データ記憶部26Lでは、クロック信号が入力される度に、アドレスがインクリメントされて、そのアドレスに格納されているX軸励磁電流指定値、Y軸励磁電流指定値およびX軸方向周期終了ビットのデータが読み出されて、指令値送信部25Lに送られる。
指令値送信部25Lは、データ記憶部26Lから送られてきたX軸励磁電流指定値とY軸励磁電流指定値に基づいてX軸励磁電流指令値をX軸電磁石電源23に、Y軸励磁電流指令値をY軸電磁石電源24に送信する。さらに、指令値送信部25Lは、データ記憶部26Lから送られてきたX軸方向周期終了ビットのデータに基づき、X軸方向周期終了ビットのデータが「1」のときX軸方向周期終了信号として、「LOW」、「HIGH」、「LOW」レベルに変化するパルスを入切制御部28Lに送信する。
レジスタ33Lは、X軸方向周期終了信号としてのパルスがCLOCK端子に入力されると、D入力端子に入力されているビーム要求信号のレベルがビーム入切信号としてQ出力端子から出力される。
また、図27に示すようなジグザグ回数を多くして行う照射法や照射線量率を大きくする場合には、X軸方向単位の照射にすることにより、短時間の照射でも線量分布の一様性を確保し易くなる。
また、実施の形態9において説明したように、線量モニタのビーム電流値に基づいて創成されるクロック信号を用いてアドレスのインクリメントを制御してもよい。
図28は、この発明の実施の形態12に係わる粒子線治療装置のブロック図である。
実施の形態12に係わる粒子線治療装置1Mは、図28に示すように、実施の形態1に係わる粒子線治療装置1にビーム遮断装置としての多葉コリメータ装置67と粒子線のエネルギーを変える手段としてのレンジシフタ装置68とが追加されており、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。
レンジシフタ装置68は、ポリエチレンから構成されており、それに粒子線を通過させることにより、粒子線のエネルギーが所望の値まで下げることができる。このようにして粒子線のエネルギーを可変することにより、粒子線が到達する深さを調整して、深さ方向に層別された層毎に所望の計画線量を照射して、3次元的に所望の線量分布を有するように照射が行われる。これを積層原体照射法と称す。
多葉コリメータ装置67は、その開口を照射対象の層の予め決定されている最適な形状になるように設定されている。
粒子線よる治療に先立って、3次元のターゲット領域を粒子線の照射方向に垂直な平面により5mm〜10mm程度の厚さの層に層別し、各層毎に計画線量を定めて、判定用記憶装置31に格納させておく。また、各層のターゲット領域の外形を計測し、多葉コリメータ装置67の開口が外形に最適な形状になるような設定値を予め定めておく。また、各層の照射に適するレンジシフタ装置68を治療に先立って用意しておく。
1つの層を照射するために、適切なレンジシフタ装置68を設置し、多葉コリメータ装置67を調整して開口を定め、実施の形態1で説明したようにして、当該層の計画線量まで螺旋軌跡を重ねることにより照射する。このとき、粒子線の入切は螺旋周期単位で行い、螺旋周期の途中では粒子線を切らない。
次の層を照射するために、適切なレンジシフタ装置68を設置し、多葉コリメータ装置67を調整して開口を定め、照射を行う。この手順を繰り返すことにより、積層原体照射法を用いて立体的な患部を層状に照射が行われる。
積層原体照射法を呼吸同期運転と組み合わせた場合、さらに困難になる。
これに対して、上述の実施の形態1乃至11の構成を積層原体照射法に適用することにより、積層原体照射法のより厳しい条件を満足し、線量分布の一様性を確保することができる。
図29は、この発明の実施の形態13に係わる粒子線治療装置のブロック図である。図30は、実施の形態13に係わるビーム検出装置のブロック図である。図31は、実施の形態13に係わる粒子線治療装置において照射線量を監視する手順を示すフローチャートである。
実施の形態13に係わる粒子線治療装置1Nは、図29に示すように、実施の形態1に係わる粒子線治療装置1に照射位置の座標情報を入手する機能と照射位置の照射線量が適正であるか否かを判定する機能とを追加したことが異なっており、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明を省略する。
また、実施の形態13に係わるビーム検出装置11Nは、図30に示すように、実施の形態1に係わるビーム検出装置11に線量モニタ35のビーム電流をデジタルの線量モニタ出力IDOSEに変換するアナログデジタル変換器70、X軸励磁電流IX、Y軸励磁電流IYおよび線量モニタ出力IDOSEを時系列に記録する線量記録装置71、照射線量が予め決められた計画線量に一致しているか否かを判断し、不一致の場合異常を外部に通報する線量演算処理装置72が付加されている。
照射深度における2次元の照射領域は、例えば、マトリックス状に5mm角のピクセルに区切られ、照射の管理をピクセル単位で行う。
S101では、各ピクセル(PX、PY)のカウント値D1(PX、PY)を零とし、予め決められた各ピクセル設定値D0(PX、PY)を外部から読み込む。
S102で、照射中にX軸励磁電流IX、Y軸励磁電流IYおよび線量モニタの出力IDOSEを時系列に線量記録装置に記録する。記録する時間間隔は、例えば、0.1ミリ秒と電磁石の動きに対して十分に短い間隔とする。
S103で、時間間隔におけるIX、IYの値を読み出し、その値から照射深度におけるビームの中心のX座標X0とY座標Y0を算出する。
S104で、X座標X0とY座標Y0に対応するピクセルの座標PX、PYを求める。
S105で、IDOSEの値が予め決められている閾値IDOSE−MIN以上であれば、S106へ進み、未満であれば、S102へ戻る。
S106で、式(16)に従ってPX、PYのカウント値D1(PX、PY)を1増加させる。
S108で、カウント値D1(PX、PY)を規格化する。計測された分布と所望の分布を比較するときにマトリックスに蓄積されたカウント値を全面積のカウント値で規格化する。
S109で、規格化されたカウント値D2(PX、PY)を外部から読み込んである各ピクセル設定値D0(PX、PY)と比較する。各ピクセル単位で比較し、ピクセルのデータの差が予め設定された範囲を超える場合は不一致とする。不一致のピクセル数が所定の数を超えたとき、異常フラグを立てて、S110へ進み、不一致のピクセル数が所定値の数以下のときS102へ戻る。
S110で、運転員に告知する。
また、異常を判定する基準としては、1つのピクセルの不一致が所定値を超えた場合としてもよい。
また、データの差の絶対値をピクセル毎に積算し、その合計が閾値以上の場合としてもよい。
また、これらの条件の組合せによる場合でもよい。
Claims (14)
- 患部に照射するために粒子線発生部で発生され且つ粒子線輸送部で輸送されてきた粒子線の流れを上記粒子線の進行方向に対して垂直な2方向に偏向して、決められた周期毎に照射された上記粒子線が同一の軌跡または異なる軌跡を描くように、且つ該周期の終わりに位置する照射位置が該周期の始まりに位置する照射位置に戻されるように上記粒子線の照射位置を走査する粒子線照射部を備え、1つの上記周期の間に画かれる軌跡を複数重ね合わせて所望の計画線量を上記患部に照射する粒子線治療装置において、
上記粒子線発生部は、第1の制御信号により上記粒子線の発生の開始/停止を行う第1のビーム入切装置を有し、
上記粒子線輸送部は、第2の制御信号により上記粒子線の輸送の遮断/非遮断を行う第2のビーム入切装置を有し、
上記粒子線照射部は、走査した上記粒子線の照射位置が各周期の終わりに位置する照射位置に戻ったときに上記粒子線発生部内の上記第1のビーム入切装置に対して上記粒子線の発生の開始/停止を制御するために上記第1の制御信号を出力する、または上記粒子線輸送部内の上記第2のビーム入切装置に対して上記粒子線の輸送の遮断/非遮断を制御するために上記第2の制御信号を出力するビーム入切制御部を有する
ことを特徴とする粒子線治療装置。 - 上記粒子線照射部は、
アドレスが付与されている複数の領域を有し、上記アドレスを順送りに指定して上記領域から読み出されたときに、振幅が螺旋周期で増減し且つ位相が角速度で正弦波振動する正弦波関数データおよび振幅が上記螺旋周期で増減し且つ位相が上記正弦波関数データよりπ/2ラジアン進んで正弦波振動する余弦波関数データが上記複数の領域に記憶されている記憶部と、
上記螺旋周期を所定の分割数で分割した周期のクロック信号の入力毎に順送りに指定されたアドレスの上記領域から読み出される上記正弦波関数データをX軸励磁電流指令値としてX軸電磁石電源に、上記余弦波関数データをY軸励磁電流指令値としてY軸電磁石電源に指令する指令値送信部と、
上記X軸励磁電流指令値に基づいてX軸電磁石に流すX軸励磁電流を制御する上記X軸電磁石電源と、
上記Y軸励磁電流指令値に基づいてY軸電磁石に流すY軸励磁電流を制御する上記Y軸電磁石電源と、
上記X軸励磁電流が流されることにより輸送されてきた上記粒子線の流れを上記粒子線の進行方向に対して垂直なX軸方向に偏向する上記X軸電磁石と、
上記Y軸励磁電流が流されることにより輸送されてきた上記粒子線の流れを上記粒子線の進行方向に対して垂直なY軸方向に偏向する上記Y軸電磁石と、
をさらに有し、
上記ビーム入切制御部は、走査した上記粒子線の照射位置が各螺旋周期の終わりに位置する照射位置に戻ったときに上記粒子線の発生を停止するために上記第1の制御信号を出力する、または上記粒子線の輸送を遮断するために上記第2の制御信号を出力する
ことを特徴とする請求項1に記載する粒子線治療装置。 - 上記ビーム入切制御部は、走査した上記粒子線の照射位置が各螺旋周期の終わりに位置する照射位置に戻り、且つ上記クロック信号のカウント値が上記分割数と等しくなったときに上記粒子線の発生を停止するために上記第1の制御信号を出力する、または上記粒子線の輸送を遮断するために上記第2の制御信号を出力することを特徴とする請求項2に記載する粒子線治療装置。
- 上記ビーム入切制御部は、走査した上記粒子線の照射位置が各螺旋周期の終わりに位置する照射位置に戻り、且つ上記粒子線の照射線量が予め設定された計画線量を越えたときあるいは非常時に上記粒子線の発生を停止するために上記第1の制御信号を出力する、または上記粒子線の輸送を遮断するために上記第2の制御信号を出力することを特徴とする請求項2に記載の粒子線治療装置。
- 上記ビーム入切制御部は、走査した上記粒子線の照射位置が走査周期の終わりの照射位置に戻り、且つ患者の呼吸状態に応じて、上記粒子線の発生を開始するために上記第1の制御信号を出力する、または上記粒子線の輸送を非遮断するために上記第2の制御信号を出力することを特徴とする請求項1に記載の粒子線治療装置。
- 上記粒子線照射部は、
アドレスが付与されている複数の領域を有し、上記アドレスを順送りに指定して上記領域から読み出されたときに、振幅が螺旋周期で増減する振幅データおよび位相が角速度で変化して正弦波振動する正弦波関数データが上記複数の領域に記憶されている記憶部と、
上記螺旋周期を所定の分割数で分割した周期のクロック信号の入力毎に順送りに指定されたアドレスの上記領域から読み出される上記振幅データと上記正弦波関数データとの積をX軸励磁電流指令値としてX軸電磁石電源に、上記振幅データと上記正弦波関数データから位相が90度進んだ正弦波関数データとの積をY軸励磁電流指令値としてY軸電磁石電源に指令する指令値送信部と、
上記X軸励磁電流指令値に基づいてX軸電磁石に流すX軸励磁電流を制御する上記X軸電磁石電源と、
上記Y軸励磁電流指令値に基づいてY軸電磁石に流すY軸励磁電流を制御する上記Y軸電磁石電源と、
上記X軸励磁電流が流されることにより輸送されてきた上記粒子線の流れを上記粒子線の進行方向に対して垂直なX軸方向に偏向する上記X軸電磁石と、
上記Y軸励磁電流が流されることにより輸送されてきた上記粒子線の流れを上記粒子線の進行方向に対して垂直なY軸方向に偏向する上記Y軸電磁石と、
をさらに有し、
上記ビーム入切制御部は、走査した上記粒子線の照射位置が各螺旋周期の終わりに位置する照射位置に戻ったときに上記粒子線の発生を停止するために上記第1の制御信号を出力する、または上記粒子線の輸送を遮断するために上記第2の制御信号を出力する
ことを特徴とする請求項1に記載する粒子線治療装置。 - 上記記憶部は、上記螺旋周期を分割した所定の分割数の領域に記憶された振幅データと、位相が2πラジアン変化する間の上記分割数で分割した周期の時点毎の正弦波関数データとを有し、
上記指令値送信部は、上記振幅データの上記クロック信号の入力毎に順送りに指定されたアドレスの領域が当該螺旋周期の終わりに該当する領域では当該螺旋周期の始まりのときの正弦波関数データの位相と異なる位相の正弦波関数データから読み出しを始める
ことを特徴とする請求項6に記載の粒子線治療装置。 - 上記指令値送信部は、上記X軸励磁電流または上記Y軸励磁電流が閾値より大きいときには、上記振幅データのアドレスの領域が当該螺旋周期の終わりに該当する領域でも当該螺旋周期の始まりのときの正弦波関数データの位相と同じ位相の正弦波関数データから読み出しを始めることを特徴とする請求項6に記載の粒子線治療装置。
- 上記粒子線照射部は、上記走査周期を所定の分割数で分割した周期のクロック信号を患者の呼吸状態が安定していないとき出力させないタイミング制御装置をさらに有することを特徴とする請求項5に記載の粒子線治療装置。
- 上記粒子線照射部は、照射された照射線量に比例するクロック信号を創成するビーム検出装置をさらに有することを特徴とする請求項5に記載の粒子線治療装置。
- 上記粒子線照射部は、上記粒子線の照射位置が中心点の周りをワブラ周期で一周するように上記粒子線を走査するとともに上記粒子線の照射位置が上記ワブラ周期の終わりに位置する照射位置に戻ったときに上記粒子線の発生を停止するために上記第1の制御信号を出力する、または上記粒子線の輸送を遮断するために上記第2の制御信号を出力することを特徴とする請求項1に記載する粒子線治療装置。
- 上記粒子線照射部は、上記粒子線の進行方向に対して垂直なX軸上の上記粒子線の照射位置がX軸方向周期で所定の第1の距離を一往復するように、且つ上記X軸に直交するY軸上の上記粒子線の照射位置が上記X軸方向周期で第2の距離を複数回往復するように上記粒子線を走査するとともに、上記粒子線の照射位置が上記X軸方向周期の終わりに位置する照射位置に戻ったときに上記第1の制御信号または上記第2の制御信号を出力することを特徴とする請求項1に記載する粒子線治療装置。
- 上記粒子線照射部は、
上記粒子線が到達する深さを調整するために上記粒子線のエネルギーを可変するレンジシフタ装置と、
深さ方向に層別されたターゲット領域のうち、上記レンジシフタ装置で可変された上記粒子線のエネルギーに応じた深さのターゲット領域の形状に対して粒子線を照射するためのビーム遮断装置と、
をさらに有することを特徴とする請求項1に記載の粒子線治療装置。 - 上記粒子線照射部は、
粒子線が入れられているときのX軸励磁電流値、Y軸励磁電流値および線量を時系列的に記録する線量記録装置と、
上記X軸励磁電流値と上記Y軸励磁電流値とから照射位置を算出し、該照射位置の線量を予め定められた値と対比する線量演算装置と、
をさらに有することを特徴とする請求項1に記載の粒子線治療装置。
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