JP4352060B2

JP4352060B2 - 線量分布測定システム

Info

Publication number: JP4352060B2
Application number: JP2006105254A
Authority: JP
Inventors: 毅濱野
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-04-06
Filing date: 2006-04-06
Publication date: 2009-10-28
Anticipated expiration: 2021-06-08
Also published as: JP2006231071A

Description

この発明は、線量分布測定装置が複数ある場合に、制御計算機による制御をシーケンサを介して行うことで、制御の共通化および自動化を可能とするようにした線量分布測定システムに関するものである。

従来の技術について説明する。放射線による癌治療前に、体内で実際に放射線線量分布がどのようになっているかをシミュレートするために放射線治療装置の線量分布測定が行われている。特に、加速器を用いる電子線、Ｘ線照射装置では、拡大されたビームを癌病巣に向けて照射すること、また、電子線、Ｘ線は体表面での影響が大きいため、癌組織だけでなく正常組織での被爆線量も測定する必要があり、また、陽子線や多価イオンを照射する粒子線治療においても体内での深度エネルギー分布を正確に調整することで正常組織の被爆量を抑えるため、この線量分布測定は重要である。

これらの測定には、人体に模した上面が開放された箱型水槽に水を入れ、この水に対して放射線を照射し、水中に設けたセンサによってその線量を測定する方法が使用されている。図４に従来の線量分布測定装置の水槽の概要を示す。７は受けた放射線または粒子線（ここでは放射線）を電荷に換えるセンサ、８はセンサ７を搭載する駆動台、２０は水の入った箱型水槽、２１は駆動台８に搭載されたセンサ７をＸ軸方向に移動させるセンサＸ駆動軸、２２はセンサＸ駆動軸２１をＹ軸方向に平行移動する２本のセンサＹ駆動軸、２３はＺ軸方向にセンサＹ駆動軸２２を平行移動させる４本のセンサＺ駆動軸、２４は放射線または粒子線ビーム（ここでは放射線ビーム）である。

図に示したように、センサ７は、Ｘ軸方向には駆動台８とともにモータ（図示せず）によってセンサＸ駆動軸２１上を移動し、また、Ｙ軸方向にはセンサＸ駆動軸２１がセンサＹ駆動軸２２上を平行移動するとともに移動し、また、Ｚ軸方向にはセンサＹ駆動軸２２がセンサＺ駆動軸２３上を平行移動することで、放射線ビーム２４に対してセンサ７を垂直および平行方向に移動して線量分布測定を行う。

ここで線量分布測定には、ＯＣＲ（ＯｆｆＣｅｎｔｅｒＲａｔｉｏ）測定、また、ＰＤＤ（深部量百分率）測定およびＴＰＲ（組織ピーク線量比）測定がある。図５、図６、図７にそれぞれＯＣＲ、ＰＤＤ、ＴＰＲ測定の方法を示す。図５において、２５はＯＣＲ測定の際のセンサ７の移動部分である。図に示したように、ＯＣＲ測定とは、放射線ビーム２４に対して垂直方向の線量分布を測定する方法のことである。

一方、図６はＰＤＤ測定の際の水槽の動きを表す側面図である。２０ａは移動した水槽の位置である。図６に示したように、センサ７の位置を固定したまま、水槽２０を上下に駆動して水深を変化させることで線量分布を測定する方法である。

また、図７はＴＰＲ測定の際のセンサの移動を表す側面図である。７ａおよび７ｂは移動したセンサ７の位置である。図７に示したように、ＴＰＲ測定では、水槽２０は動かさずに水槽２０中でセンサ７を上下に動かして水深を変化させることで線量分布を測定する方法である。

これら方法により線量分布測定を行う際に、従来では上面が開放された水槽だったため、粒子線照射装置が回転ガントリーを有するものであっても、水槽を回転ガントリーとともに回転させることはできなかった。そのため、ガントリーが回転して斜め方向の放射線の線量分布測定を行う場合には、粒子線が水槽の水に入射してからセンサに達するまでの距離を測り、それによってデータを補正して回転ガントリーの線量分布測定を行うため、水面に対して垂直に放射線ビームを入射する場合と比べて精度が低いという問題点があった。

また、回転ガントリー装置に密閉水槽を用いた場合は、測定範囲、即ち水槽中のセンサの移動範囲を確保するためには、センサ自体の大きさや駆動軸の幅などから水槽の容積を一定以上保つ必要があるが、水槽自体を上下に駆動する必要があるＰＤＤ測定を行う場合には、駆動装置や水槽に一定の強度が必要であった。

この発明は以上のような問題点を解決するためになされたもので、回転ガントリーを有する粒子線治療装置の線量分布測定を行う線量分布測定システムにおいて、必要な測定範囲を確保しつつ水槽を小型化することで、駆動装置および水槽に課せられる強度条件を低減し、回転ガントリーを有する粒子線放射装置においてもＯＣＲ測定、ＴＰＲ測定、およびＰＤＤ測定が可能な線量分布測定装置を提供すると共に、線量分布測定装置が複数ある場合に、それらの制御が個々に行われていた課題を解決するものである。

この発明は、線量分布測定装置が複数ある場合に、制御計算機による制御をシーケンサを介して行うことで、制御の共通化および自動化を可能とすることを目的とするものである。

この発明の線量分布測定システムは、密閉水槽の水中に設けられたセンサにより粒子線の線量を測定する複数の線量分布測定装置、前記複数の線量分布測定装置に電圧供給するための電源、前記複数の線量分布測定装置のセンサが測定した電荷量を測定データに変換する複数のＩ／Ｆ変換器、前記複数のＩ／Ｆ変換器からシーケンサを介して測定データの授受および前記シーケンサを介して前記線量分布測定装置に対する制御命令を出力する制御計算機を有する線量分布測定システムであって、前記シーケンサは前記制御計算機からの制御命令によりデータ測定および前記線量分布測定装置を駆動するタイミングを決定するカウンタ制御シーケンサと、前記カウンタ制御シーケンサが決定した駆動タイミングに合わせ前記線量分布測定装置を駆動制御する駆動制御シーケンサを備え、複数の線量分布測定装置を一括制御するものである。

この発明に係る線量分布測定システムによれば、複数の治療室の線量分布測定装置と、制御計算機とのインターフェースを、カウンタ制御シーケンサおよび各線量分布測定装置に対応した駆動制御シーケンサで行うことにより、測定機器の制御信号、入出力信号を単純化でき、また、制御の共通化が図れ、測定機器制御に関するコストが低減できる。

実施の形態１
図１（ａ）および図１（ｂ）はこの発明の実施の形態１に係わる粒子線治療装置における線量分布測定システムに使用される線量分布測定装置の構成を表すブロック図である。図において、１は粒子線照射口、２は放射線照射口１が設けられ、当該放射線照射口１と共に３６０度の回転を行う回転ガントリー、３は回転ガントリーの強度を保つフレーム、４は粒子線照射の際の基準点となるアイソセンタ、５は人体に模した円筒型の密閉水槽、６は密閉水槽５を設置する３つの駆動軸を有する駆動架台、７は水槽中に設けられた照射される粒子線を感知するセンサ、８はセンサ７を水槽中でモータ（図示せず）により上下に移動させるための駆動台、９は密閉水槽５をモータ（図示せず）により駆動架台６と共にＸ方向に移動させるためのＸ駆動軸、１０はＸ駆動軸９を平行移動することで当該Ｘ駆動軸９上の密閉水槽５および駆動架台６をＹ方向に移動させるためのＹ駆動軸、１１はＹ駆動軸１０をＺ方向に平行移動することで当該Ｙ駆動軸１０上の密閉水槽５および駆動架台６をＺ方向に移動させるためのＺ駆動軸である。

また、図１（ｂ）は回転ガントリーを回転した際の線量分布測定装置の斜視図である。図１（ａ）と同じ構成要素には同じ符号を付す。

また、図２は密閉水槽５と駆動架台６と各駆動軸の構成を表す図である。図１（ａ）と同じ構成要素には同じ符号を付す。

図２に示すように密閉水槽５を搭載した駆動架台６をＸ駆動軸９、Ｙ駆動軸１０、Ｚ駆動軸１１を組み合わせて３次元的に移動できるようにする。そして図１（ａ）に示すように、回転ガントリー２の床面にこれらを固定する。ここで、密閉水槽５中のセンサ７は水槽の上下方向にしか動かないようにし、回転ガントリー２が回転した際には、図１（ｂ）に示したようにアイソセンタ４を中心に粒子線ビームが密閉水槽５に当たるように回転ガントリー２の床面における密閉水槽５の位置を定める。

そして、従来ＯＣＲ測定では水槽中をセンサ自体を移動して行っていたところ、回転ガントリーの各回転角において、センサ７の位置は固定したまま円筒型の密閉水槽５をＸ駆動軸９およびＹ駆動軸１０に沿って移動させることで測定を行う。その際、密閉水槽５の円筒の半径を測定に必要な最低限の長さとすることで従来の水槽とくらべ駆動軸の幅やセンサの大きさを考慮する必要がないため、容積を減らすことができる。

また、ＰＤＤ測定については、Ｚ駆動軸によって密閉水槽５を上下方向に移動し、密閉水槽５が移動した分だけセンサ７を逆方向に移動することでアイソセンタ４に対するセンサ７の位置は固定し、水深だけ変化させて測定を行う。これを回転ガントリーの回転角を変化させながら測定する。

また、ＴＰＲ測定については、密閉水槽５は固定したままセンサ７をセンサＺ駆動軸１１に沿って移動させ、各位置で測定を行う。これについても回転ガントリーの回転角を変化させながら測定する。

以上のように、従来では水槽中にセンサ７に対してＸ，Ｙ，Ｚ方向の駆動軸を有していたため、水槽は箱型にする必要があり、かつセンサ自体の大きさやセンサの駆動軸の幅などの関係から本来必要な測定範囲以上の容積を必要としていたが、本実施の形態１では、センサ７の駆動軸をセンサＺ駆動軸１２のみにして、密閉水槽５はＸ駆動軸、Ｙ駆動軸、Ｚ駆動軸の３つの駆動軸を有する駆動架台６に設置し、ＯＣＲ測定時に、センサ７は固定したまま円筒型の密閉水槽５を動かすこととしたため、水槽の小型化が図れ、ＯＣＲ、ＰＤＤ、ＴＰＲの各測定を行うことができる線量分布測定装置を得る。

図３はこの発明の実施の形態１に係わる線量分布測定システムの構成を表すブロック図である。上記で説明した線量分布測定装置が複数ある場合に、制御計算機とのインターフェイスをシーケンサで行うことにより、測定機器の制御信号、入出力信号を単純化でき、測定機器制御に関するコストを低減することができる。図３において、５ａ、５ｂはそれぞれＡ治療室およびＢ治療室に設置された密閉水槽、６ａ、６ｂはそれぞれＡ治療室およびＢ治療室の密閉水槽の駆動架台、７ａ、７ｂはＡ治療室およびＢ治療室のセンサ、１３ａ、１３ｂはそれぞれセンサ７ａ、７ｂが受けた粒子線の量に応じて放出した電荷量をデータに変換するＩ／Ｆ変換器、１４ａ、１４ｂはセンサ７ａ、７ｂを稼動させる高圧電源、１５はカウンタロジック回路、１６は駆動架台６ａ、６ｂの駆動タイミングを決定するカウンタ制御シーケンサ、１７ａ、１７ｂはカウンタ制御シーケンサの決定した駆動タイミングに合わせてドライバ１８ａ、１８ｂにそれぞれ駆動架台６ａ、６ｂの移動量を出力するＡ治療室用、Ｂ治療室用の駆動制御シーケンサ、１９はカウンタロジック回路１５から測定データおよび測定終了信号を受け取り、また粒子線を放出する加速器（図示せず）の放出タイミング信号をカウンタロジック回路１５に出力する制御計算機、２４は粒子線ビームである。

次に動作について説明する。本実施の形態では、Ａ、Ｂ２つの治療室に設置された線量分布測定装置を一つの制御系で制御することを特徴とする。まず、Ａ治療室において線量分布測定を行う場合は、加速器の粒子線放出のタイミング信号が制御計算機１９から出力されるとカウンタ制御シーケンサ１６が測定開始タイミングを駆動制御シーケンサ１７ａに出力する。駆動制御シーケンサ１７ａでは測定開始位置にセンサ７ａおよび密閉水槽５ａを位置するようドライバ１８ａに制御信号を出力し、密閉水槽５ａ、駆動架台６ａ、およびセンサ７ａをそれぞれ初期位置に戻し、高圧電源１４ａから電力が供給されてセンサ７ａの測定が開始される。加速器から放出された粒子線ビーム２４がセンサ７ａに到達すると、センサ７ａはその線量に応じた電荷をＩ／Ｆ変換器１３ａに出力し、Ｉ／Ｆ変換器１３ａではその電荷量をデータに変換してカウンタロジック回路１５に出力する。カウンタロジック回路１５では、入力された測定データを制御計算機１９に出力する。以上の行程を各測定法に応じて行い、測定データおよび測定終了時には測定終了信号を制御計算機１９に出力する。Ａ治療室において必要な測定が終了すれば、次にＢ治療室において同様の測定を行うなどする。

ここで、加速器の粒子線放出がパルス状の場合には、粒子線ビーム２４と次のビームの合間に、駆動軸を駆動させることで測定時間の短縮化を図ることができる。その際、駆動軸の移動が終了しないうちに粒子線ビーム２４が出力された場合には、これを検知し不必要なデータを自動的に削除する。

また、測定行程を自動化するだけでなく、Ｉ／Ｆ変換器１３ａ、１３ｂの出力レンジの切替えを制御計算機からシーケンサを通して自動化することで、測定の際に発生する、誤操作による測定ミスを軽減することが可能となる。

また、高圧電源１４ａ、１４ｂが故障した際、電圧異常信号をカウンタ制御シーケンサ１６に出力することで測定を中止し、アラーム信号を制御計算機１９に出力する。

本実施の形態では、説明の便宜上、治療室は２つのみの場合を示したが、実際は２つ以上の治療室に適用することができるのはいうまでもない。

以上のように、本実施の形態１では、複数の治療室の線量分布測定装置と、制御計算機とのインターフェースを、カウンタ制御シーケンサおよび各線量分布測定装置に対応した駆動制御シーケンサで行うことにより、測定機器の制御信号、入出力信号を単純化でき、また、制御の共通化が図れ、測定機器制御に関するコストが低減できる。

（ａ）本発明の実施の形態１にかかわる線量分布測定システムに使用される線量分布測定装置を粒子線治療装置の回転ガントリーに設置したときの側面図である。（ｂ）回転ガントリーを回転したときの側面図である。本発明の実施の形態１に係わる線量分布測定システムに使用される線量分布測定装置の３つの駆動軸を有する駆動架台に設置された密閉水槽の斜視図である。本発明の実施の形態１に係わる線量分布測定システムの構成を表すブロック図である。従来の線量分布測定装置の水槽の斜視図である。ＯＣＲ測定の際のセンサの測定範囲を表す水槽の斜視図である。ＰＤＤ測定の際の水槽の動きを表す水槽の側面図である。ＴＰＲ測定の際のセンサの動きを表す側面図である。

符号の説明

１：粒子線照射口、２：回転ガントリー、３：フレーム、
４：アイソセンタ、５、５ａ、５ｂ：密閉水槽、
６、６ａ、６ｂ：駆動架台、７、７ａ、７ｂ：センサ、８：駆動台、
９：Ｘ駆動軸、１０：Ｙ駆動軸、１１：Ｚ駆動軸、
１３ａ、１３ｂ：Ｉ／Ｆ変換器、１４ａ、１４ｂ：高圧電源、
１５：カウンタロジック回路、１６：カウンタ制御シーケンサ、
１７ａ、１７ｂ：駆動制御シーケンサ、１８ａ、１８ｂ：ドライバ、
１９：制御計算機、２０：従来の水槽、２１：センサＸ駆動軸、
２２：センサＹ駆動軸、２３：センサＺ駆動軸、
２４：粒子線ビーム。

Claims

密閉水槽の水中に設けられたセンサにより粒子線の線量を測定する複数の線量分布測定装置、前記複数の線量分布測定装置に電圧供給するための電源、前記複数の線量分布測定装置のセンサが測定した電荷量を測定データに変換する複数のＩ／Ｆ変換器、前記複数のＩ／Ｆ変換器からシーケンサを介して測定データの授受および前記シーケンサを介して前記線量分布測定装置に対する制御命令を出力する制御計算機を有する線量分布測定システムであって、
前記シーケンサは前記制御計算機からの制御命令によりデータ測定および前記線量分布測定装置を駆動するタイミングを決定するカウンタ制御シーケンサと、前記カウンタ制御シーケンサが決定した駆動タイミングに合わせ前記線量分布測定装置を駆動制御する駆動制御シーケンサを備え、複数の線量分布測定装置を一括制御することを特徴とする線量分布測定システム。
前記Ｉ／Ｆ変換器は前記カウンタ制御シーケンサによって、出力信号の出力レンジ切り替えを行うことを特徴とする請求項１に記載の線量分布測定システム。
前記線量分布測定装置は、粒子線治療装置からの粒子線の照射口が設けられると共に、前記粒子線治療装置の治療台に対して垂直な面内を回転移動する回転ガントリーと、前記粒子線のビーム軸上に設けられると共に、前記回転ガントリーとともに回転移動する密閉水槽と、この密閉水槽の水中に設けられたセンサと、このセンサを前記粒子線のビーム軸方向に移動させるセンサ移動手段と、前記密閉水槽を前記粒子線のビーム軸方向およびビーム軸に対して垂直方向にそれぞれ移動させる水槽移動手段とを備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の線量分布測定システム。
前記密閉水槽は、回転ガントリーの床面に取り付けられたことを特徴とする請求項３に記載の線量分布測定システム。