JP5259335B2 - Particle beam therapy apparatus and particle beam therapy apparatus control method - Google Patents

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Description

本発明は、加速させた粒子線を利用して例えば癌などの治療を行う粒子線治療装置及びその制御方法に関する。さらに詳しくは、粒子線が照射された患部から放射されるγ線を検知するＰＥＴ（Ｐｏｓｉｔｒｏｎ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）装置を備えた粒子線治療装置及びその制御方法に関する。   The present invention relates to a particle beam therapy apparatus that treats, for example, cancer using an accelerated particle beam and a control method thereof. More specifically, the present invention relates to a particle beam therapy apparatus including a PET (Postron Emission Tomography) apparatus that detects γ rays radiated from an affected area irradiated with a particle beam, and a control method thereof.

近年、加速された荷電粒子線（以下、単に「粒子線」という）は停止直前に最大のエネルギーを放出する現象（このエネルギー・ピークは「ブラッグ・ピーク（Ｂｒａｇｇ Ｐｅａｋ」と呼ばれる）が生じることを利用して、粒子線を患部に照射することで癌細胞を破壊する粒子線治療が行われ始めている。Ｘ線を含む放射線は体内を単調減衰しながら患部の前後を通過していくため、患部以外の正常組織にもダメージを与えてしまう。これに対し、加速された荷電粒子（例えば、陽子、炭素原子核など）が物質内を通過するとき、前述のようにブラッグ・ピークが生じるため、荷電粒子の停止位置を精密に制御することにより、被検体における患部までに通過する部分および患部の背後部分へのダメージを抑えることができる。   In recent years, an accelerated charged particle beam (hereinafter simply referred to as “particle beam”) emits maximum energy immediately before stopping (this energy peak is called “Bragg Peak”). Utilizing particle beam therapy that destroys cancer cells by irradiating the affected area with a particle beam, radiation containing X-rays passes through the affected area while monotonically decaying in the body. In contrast, accelerated charged particles (for example, protons, carbon nuclei, etc.) pass through the material, causing Bragg peaks as described above. By precisely controlling the stopping position of the particles, it is possible to suppress damage to the part of the subject that passes to the affected part and the back part of the affected part.

この粒子線治療において被検体に対し粒子線を照射する装置が粒子線治療装置である。この粒子線治療装置において、照射された粒子線は、体内にある原子と衝突し陽電子放射核を生成する。この放射核から放出された陽電子は、その近傍に多数ある電子と結合してγ線を放射する。この現象は「自己放射化」と呼ばれている。そして、この放射されたγ線は、例えばシンチレータと光電子増倍管が組み合わされたシンチレーション検出器により検出することができる。この体内から放出されるγ線をシンチレーション検出器により検出する装置はＰＥＴ（Ｐｏｓｉｔｒｏｎ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｔｏｍｏｇｒａｆｈｙ）装置と呼ばれる。近年、粒子線治療装置から照射された荷電粒子がどの深さまで到達したかを癌細胞の破壊と同時に観察するために上述の自己放射化の現象を利用する技術が提案されている。この様な理由から、最近、粒子線治療装置にＰＥＴ装置を付加することが検討され始めている。   An apparatus for irradiating a subject with a particle beam in this particle beam therapy is a particle beam therapy apparatus. In this particle beam therapy system, the irradiated particle beam collides with atoms in the body to generate a positron emitting nucleus. The positrons emitted from the radiation nuclei combine with many electrons in the vicinity to emit γ rays. This phenomenon is called “self-activation”. The emitted γ rays can be detected by, for example, a scintillation detector in which a scintillator and a photomultiplier tube are combined. A device that detects γ-rays emitted from the body with a scintillation detector is called a PET (Positron Emission Tomography) device. In recent years, a technique using the above-mentioned self-activation phenomenon has been proposed in order to observe the depth at which charged particles irradiated from a particle beam therapy system have reached simultaneously with the destruction of cancer cells. For these reasons, it has recently begun to consider adding a PET apparatus to the particle beam therapy system.

粒子線治療装置では粒子線はノズルから照射されるが、この粒子線の侵入位置、及び照射方向は正常組織へのダメージなどを考慮して治療の見地から決められる。すなわち、「患部の位置」、「正常組織への照射回避」、及び「重要な臓器への影響の回避」を考慮してその照射方向が決められる。具体的には、正常組織への照射を抑えるため、粒子線が被検体の体表から患部に到達するまでの経路が極力最短経路となるようにしたり、重要な臓器に粒子線が当たらないように配慮したりするという条件の下で粒子線の照射方向が決定される。このため、粒子線治療装置には任意の照射方向から粒子線を照射できる性能が要求される。そこで、粒子線治療装置では、任意の照射方向を実現するために回転稼働する回転ガントリー及び回転機能を備えた寝台が使用される。磁場で偏向させやすい陽子を使用する「陽子線治療装置」には、粒子線を照射するノズルの向きが被検体が寝ている平面に直交する平面内で照射中心（アイソセンター）の周りに回転することで、照射角度を任意に設定することができる回転ガントリーが装備されていることが多い。この回転ガントリーでは、加速器で加速されて水平方向に飛来する荷電粒子ビームを任意の方向に曲げて最終的に振り下ろすといった偏向動作が行われる。最近では、炭素原子核を利用する重粒子線治療装置においても、超電導磁石を使用した回転ガントリーを装備することが検討されて始めている。さらに、寝台の基部は被検体が寝ている平面内をアイソセンターを中心に回転する円盤上に固定されており、寝台の天板はその基部に対して並進移動が可能なように作られている。これにより、被検体に対し任意の方向から粒子線を照射できるようになっている。   In the particle beam treatment apparatus, the particle beam is irradiated from the nozzle, and the intrusion position and irradiation direction of the particle beam are determined from the viewpoint of treatment in consideration of damage to the normal tissue. That is, the irradiation direction is determined in consideration of “position of affected area”, “avoidance of irradiation to normal tissue”, and “avoidance of influence on important organs”. Specifically, in order to suppress irradiation of normal tissue, the path from the body surface of the subject to the affected area should be as short as possible, or an important organ should not be hit by the particle beam. The irradiation direction of the particle beam is determined under the condition of considering the above. For this reason, the particle beam therapy system is required to have the capability of irradiating the particle beam from an arbitrary irradiation direction. Therefore, in the particle beam therapy system, a rotating gantry that rotates and a bed with a rotating function are used to realize an arbitrary irradiation direction. In a proton beam therapy system that uses protons that are easily deflected by a magnetic field, the direction of the nozzle that irradiates the particle beam rotates around the irradiation center (isocenter) in a plane perpendicular to the plane on which the subject lies. Thus, a rotating gantry that can arbitrarily set the irradiation angle is often provided. In this rotating gantry, a deflection operation is performed in which a charged particle beam accelerated by an accelerator and flying in the horizontal direction is bent in an arbitrary direction and finally swung down. Recently, it has begun to consider the provision of a rotating gantry using a superconducting magnet in a heavy particle radiotherapy apparatus using carbon nuclei. Furthermore, the base of the bed is fixed on a disk that rotates around the isocenter in the plane where the subject is sleeping, and the top of the bed is made to be able to translate relative to the base. Yes. Thereby, it is possible to irradiate the subject with the particle beam from an arbitrary direction.

従来の粒子線治療装置では、「直前に行った装置の校正・チェック」、「患者の位置決めとその補正」、及び「患者の固定」により、治療計画（照射計画）通りに照射されたとみなすことで、期待通りの照射が行われたと判断るものであった。そのため、作業途中で入ってくる照射ミスや照射誤差などが見過ごされる危険性があった。これらの問題を解決するため、ＰＥＴ装置を付加し、自己放射化を利用することで、照射された荷電粒子が停止した位置を直接画像として観察する技術（例えば、特許文献１参照。）が提案及び検討されている。   In the conventional particle beam therapy system, it is considered that the irradiation was performed according to the treatment plan (irradiation plan) by “calibration / check of the device performed immediately before”, “patient positioning and correction”, and “patient fixation”. Therefore, it was judged that the expected irradiation was performed. For this reason, there is a risk of overlooking an irradiation error or an irradiation error that enters during the work. In order to solve these problems, a technique (for example, refer to Patent Document 1) that directly observes the position where the irradiated charged particles are stopped by adding a PET apparatus and utilizing self-activation is proposed. And are being considered.

特開平９−１８９７６９号公報JP-A-9-189769

医師や放射線治療技師などの操作者（以下では、単に「操作者」という）は、患部の位置、ＰＥＴ装置、及び寝台の配置を考慮して、それぞれが総合に接触しないように照射ノズルの方向、寝台の位置、及び寝台の回転角度を設定する必要がある。従来は操作者の経験による目分量でそれらを粗調し、その後マーカー位置などで微調するという方法をとっていた。しかし、従来のＰＥＴ装置を備えた粒子線治療装置では、ＰＥＴ装置がガントリーに対して固定されているため、患部位置やＰＥＴ装置の配置などを優先して照射ノズルの回転角度と寝台の回転角度を調整しながら照射方向を決定する必要があり、最適な位置及び方向から粒子線を照射することが困難であるという場合が少なくなかった。   Operators such as doctors and radiotherapy technicians (hereinafter simply referred to as “operators”) consider the position of the affected area, the position of the PET apparatus, and the arrangement of the bed so that the directions of the irradiation nozzles do not contact each other. It is necessary to set the position of the bed and the rotation angle of the bed. In the past, a method was adopted in which they were coarsely adjusted based on the amount of the operator's experience and then finely adjusted based on the marker position. However, in the conventional particle beam therapy apparatus equipped with the PET apparatus, the PET apparatus is fixed to the gantry, so that the rotation angle of the irradiation nozzle and the rotation angle of the bed are given priority to the position of the affected part and the arrangement of the PET apparatus. In many cases, it is difficult to irradiate the particle beam from the optimum position and direction.

ＰＥＴ装置は検出器が並べられた範囲しか検出領域を持たず、かつ寝台を患者の体軸方向に移動させながら全身の断層像を得る動作を前提としていたため。ＰＥＴ検出器は円筒状に配置されていることが多い。また、粒子線治療装置は、荷電粒子を照射ノズルから照射し患部に到達させるものなので、荷電粒子が侵入した体表面から患部までの正常組織に軽微であってもダメージを与えてしまう。そのため、患部及びダメージを受ける可能性がある部位をリアルタイムにできるだけ正確に観察・確認しながら照射したいという理由から、ＰＥＴ装置で観察する断層面は、粒子線の照射方向（すなわち、照射ノズルの方向）を表す軸を含む断層面であることが最も望ましい。またＰＥＴ装置の視野は検出器の並べられた範囲の広さで決まり、その範囲が狭いとγ線の同時計測においてその信号を取り逃してしまう確率が増加してしまう。しかし、モニタリング用のＰＥＴ装置が固定された粒子線治療装置では、粒子線の照射方向に自由度を持たせるため多数の検出器を略円筒状に並べることは困難であった。さらに、任意の位置から照射された粒子線の照射方向を示す軸を含む断層面にＰＥＴを配置することも困難であった。   This is because the PET apparatus has a detection region only in a range where detectors are arranged, and presupposes an operation for obtaining a tomographic image of the whole body while moving the bed in the body axis direction of the patient. The PET detector is often arranged in a cylindrical shape. In addition, since the particle beam treatment apparatus irradiates charged particles from the irradiation nozzle to reach the affected area, even if the normal tissue from the body surface where the charged particles have entered to the affected area is slight, it is damaged. Therefore, the tomographic plane to be observed with the PET apparatus is the irradiation direction of the particle beam (that is, the direction of the irradiation nozzle) because it is desired to irradiate while observing and confirming the affected part and the part that may be damaged as accurately as possible in real time It is most desirable to be a tomographic plane including an axis representing). The field of view of the PET apparatus is determined by the width of the range in which the detectors are arranged. If the range is narrow, the probability of missing the signal in simultaneous measurement of γ rays increases. However, in a particle beam therapy system in which a monitoring PET apparatus is fixed, it is difficult to arrange a large number of detectors in a substantially cylindrical shape in order to provide freedom in the irradiation direction of the particle beam. Furthermore, it is difficult to place PET on a tomographic plane including an axis indicating the irradiation direction of particle beams irradiated from an arbitrary position.

この発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、任意の方向から粒子線を照射可能であって、かつ被検体から発生されるγ線を検出するＰＥＴ検出器を備えた粒子線治療装置及びその制御方法を提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of such circumstances, and is a particle beam therapy that can irradiate a particle beam from an arbitrary direction and includes a PET detector that detects γ rays generated from a subject. An object of the present invention is to provide an apparatus and a control method thereof.

上記目的を達成するために、請求項１に記載の粒子線治療装置は、被検体を載置する天板と、前記天板を載置平面内で回転させる天板回転手段と、前記天板を前記被検体の体軸方向に並進移動させる天板移動手段と、前記天板に載置された前記被検体に向けて粒子線を照射する粒子線照射手段と、前記粒子線照射手段を前記載置平面と直交する特定の平面内で被検体の周りを回転移動させる照射ノズル回転手段と、前記粒子線照射手段と前記被検体との間に、略筒型の形状で該筒内に前記被検体を囲うように配置され、かつ粒子線照射手段からの前記粒子線を通過させる開口を有し、前記粒子線が前記被検体に照射されたときに発生するγ線を検出するＰＥＴ検出器と、前記ＰＥＴ検出器を前記粒子線の照射方向の軸の周りに回転可能に保持する第１支持アームと、前記第１支持アームを前記体軸の周囲に回転可能に（より詳しくは、前記照射ノズル回転手段の回転軸の周りに）保持する第２支持アームと、前記ＰＥＴ検出器で検出されたγ線を基に画像を生成する画像生成手段と、を備えたことを特徴とするものである。   In order to achieve the above object, the particle beam therapy system according to claim 1 includes a top plate for placing a subject, a top plate rotating means for rotating the top plate within a placement plane, and the top plate. A top plate moving means for translating the subject in the body axis direction, a particle beam irradiation means for irradiating a particle beam toward the subject placed on the top board, and the particle beam irradiation means An irradiation nozzle rotating means for rotating around a subject in a specific plane perpendicular to the placement plane, and a substantially cylindrical shape between the particle beam irradiation means and the subject, A PET detector that is disposed so as to surround the subject and has an opening that allows the particle beam from the particle beam irradiation means to pass therethrough, and that detects γ rays generated when the particle beam is irradiated onto the subject. And hold the PET detector rotatably about the axis of the particle beam irradiation direction A first support arm, a second support arm that holds the first support arm rotatably about the body axis (more specifically, around the rotation axis of the irradiation nozzle rotating means), and the PET detection Image generating means for generating an image based on γ rays detected by the instrument.

請求項７に記載の粒子線治療装置制御方法は、被検体を載置する天板と、前記天板を載置平面内で回転させる天板回転手段と、前記天板を前記被検体の体軸方向に並進移動させる天板移動手段と、前記天板に載置された前記被検体に向けて粒子線を照射する粒子線照射手段と、前記粒子線照射手段を前記載置平面と直交する特定の平面内で被検体の周りを回転移動させる照射ノズル回転手段と、前記粒子線照射手段と前記被検体との間に、略筒型の形状で該筒内に前記被検体を囲うように配置され、かつ粒子線照射手段からの前記粒子線を通過させる開口を有し、前記粒子線が前記被検体に照射されたときに発生するγ線を検出するＰＥＴ検出器と、前記ＰＥＴ検出器を前記粒子線の照射方向の軸に回転可能に保持する第１支持アームと、前記第１支持アームを前記体軸の周りに（より詳しくは、前記照射ノズル回転手段の回転軸の周りに）回転可能に保持する第２支持アームと、前記ＰＥＴ検出器で検出されたγ線に基づいて画像を生成する画像生成手段と、を備えた粒子線治療装置を制御する粒子線治療装置制御方法であって、前記粒子線照射手段の回転の角度にかかわらず照射された粒子線が常に通過する点である照射中心を原点とする座標空間のベクトルで表される前記被検体への粒子線の照射方向の条件を入力として受ける段階と、前記ベクトルに基づいて、前記粒子線照射手段の回転角度θを算出し、前記粒子線照射手段を該角度θ回転させる段階と、前記ベクトルに基づいて、前記天板の回転角度ψを算出し、前記天板を該角度ψ回転させる段階と、前記角度θ及び前記角度ψに基づいて、前記粒子線の照射方向が前記被検体の照射対象部位を通過するよう前記天板を前記体軸方向に並進移動させる段階と、前記第２支持アームにより前記ＰＥＴ検出器を保持する前記第１支持アームを前記θとほぼ同じ角度で回転させる段階と、前記第１支持アームによる前記ＰＥＴ検出器の回転角度φを算出し、前記第１支持アームにより前記ＰＥＴ検出器を該角度φ回転させる段階と、を有することを特徴とするものである。   The particle beam therapy system control method according to claim 7, wherein a top plate on which a subject is placed, a top plate rotating means for rotating the top plate within a placement plane, and the top plate as a body of the subject. A top plate moving means for translating in the axial direction, a particle beam irradiation means for irradiating a particle beam toward the subject placed on the top plate, and the particle beam irradiation means orthogonal to the mounting plane described above An irradiation nozzle rotating means for rotating around the subject within a specific plane, and a substantially cylindrical shape surrounding the subject within the cylinder between the particle beam irradiating means and the subject. A PET detector which is disposed and has an opening through which the particle beam from the particle beam irradiation means passes, and which detects γ-rays generated when the particle beam is irradiated on the subject; and the PET detector A first support arm that rotatably holds the axis of the particle beam in the irradiation direction; A second support arm that rotatably holds the first support arm around the body axis (more specifically, around the rotation axis of the irradiation nozzle rotating means), and γ-rays detected by the PET detector. A particle beam therapy apparatus control method for controlling a particle beam therapy apparatus comprising an image generation means for generating an image on the basis of the image beam generation apparatus, wherein the irradiated particle beam is always irrespective of the rotation angle of the particle beam irradiation means Receiving, as an input, the condition of the irradiation direction of the particle beam to the subject represented by a vector in a coordinate space whose origin is the irradiation center that is a passing point, and based on the vector, the particle beam irradiation means Calculating a rotation angle θ, rotating the particle beam irradiation means by the angle θ, calculating a rotation angle ψ of the top plate based on the vector, and rotating the top plate by the angle ψ; The angle θ and the angle A step of translating the top plate in the body axis direction so that the irradiation direction of the particle beam passes through the irradiation target site of the subject based on the degree ψ, and the PET detector is moved by the second support arm. Rotating the held first support arm at substantially the same angle as θ; calculating a rotation angle φ of the PET detector by the first support arm; and causing the PET detector to move the PET detector by the first support arm. And rotating the angle φ.

請求項１に記載の粒子線治療装置及び請求項７に記載の粒子線治療装置制御方法は、被検体と粒子線照射手段との間に一部に開口を有する略筒型のＰＥＴ検出器を配置し、それを支持するアーム部分に２つの回転自由度を備えた構成である。また、粒子線の被検体への照射により発生するγ線をＰＥＴ検出器で検出することで被検体における粒子線によって破壊された部位を確認することができる構成となっている。これにより、機械的干渉（すなわち、機械同士の衝突）を発生させずに任意の方向から被検体に向けて粒子線を照射できるとともに、ＰＥＴ検出器の視野を最大限に確保することが可能となる。したがって、効果的かつ安全な方向から被検体に向けて粒子線が照射できるとともに、患部に向けて的確な粒子線の照射をおこなうことが可能となる。   The particle beam therapy system according to claim 1 and the particle beam therapy system control method according to claim 7 include: a substantially cylindrical PET detector having an opening in part between a subject and a particle beam irradiation unit. It is the structure provided with two degrees of freedom of rotation in the arm part which arrange | positions and supports it. In addition, by detecting γ-rays generated by the irradiation of the subject with the particle beam with a PET detector, it is possible to confirm the site of the subject destroyed by the particle beam. As a result, it is possible to irradiate the subject with the particle beam from an arbitrary direction without causing mechanical interference (that is, collision between machines) and to secure the field of view of the PET detector to the maximum. Become. Therefore, it is possible to irradiate the subject with the particle beam from an effective and safe direction, and it is possible to accurately irradiate the affected part with the particle beam.

〔第１の実施形態〕
以下、この発明の第１の実施形態に係る粒子治療装置について図１〜図３を参照して説明する。図１は本発明に係る粒子線治療装置における機能を表すブロック図である。図２（Ａ）は本発明に係る粒子線治療装置を回転ガントリーの回転軸方向から見込んだ模式的な正面図である。図２（Ｂ）は本発明に係る粒子線治療装置の模式的な側面図である。図３は本発明に係る粒子線治療装置の模式的な上面図である。 [First Embodiment]
A particle therapy apparatus according to a first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 1 is a block diagram showing functions in the particle beam therapy system according to the present invention. FIG. 2A is a schematic front view of the particle beam therapy system according to the present invention viewed from the direction of the rotation axis of the rotating gantry. FIG. 2B is a schematic side view of the particle beam therapy system according to the present invention. FIG. 3 is a schematic top view of the particle beam therapy system according to the present invention.

図１に示すように、本実施形態に係る粒子線治療装置は、粒子線治療部１００、ＰＥＴ部２００、表示制御部０２０、及び入力部０１１と表示部０１２を有するユーザインタフェース０１０を備えている。この粒子線治療装置は、本来は粒子線治療部１００から照射される粒子線を被検体の患部に照射し、患部の細胞を破壊することで治療を行う装置である（以下では、粒子線を照射する対象とする患部を「照射対象部位」という）。ただし、粒子線が被検体のどの部分にあたっているかを把握するために補助的にＰＥＴ部２００を有している。すなわち、ＰＥＴ部２００を用いて把握される粒子線の照射位置に基づいて、正確に照射対象部位に向けて粒子線の照射を行い効果的な治療を行うことができる。そのため、本実施形態に係る収支線治療装置では、まず粒子線の照射方向を最適な位置に設定するように粒子線照射部１０３及び天板１１０を移動させることに主とし、その粒子線の照射を妨げないように、すなわち、粒子線の照射野を妨げないこと、及び接触などの機械的な干渉を起こさないことを目的としてＰＥＴ検出部２０１を移動させることになる。ただし、実際には、粒子線照射部１０３、天板１１０、及びＰＥＴ検出部２０１の移動は連動して行われる。以下では、まず粒子線治療部１００について説明し、その後ＰＥＴ部２００について説明する。   As shown in FIG. 1, the particle beam therapy system according to the present embodiment includes a particle beam therapy unit 100, a PET unit 200, a display control unit 020, and a user interface 010 having an input unit 011 and a display unit 012. . This particle beam treatment apparatus is an apparatus that performs treatment by irradiating the affected part of the subject with the particle beam irradiated from the particle beam treatment unit 100 and destroying the cells of the affected part (hereinafter referred to as the particle beam). The affected area to be irradiated is referred to as “irradiation target site”). However, in order to grasp which part of the subject the particle beam is on, the PET unit 200 is supplementarily provided. That is, based on the irradiation position of the particle beam grasped using the PET unit 200, the particle beam can be accurately irradiated toward the irradiation target site, and effective treatment can be performed. Therefore, in the balance line therapy apparatus according to the present embodiment, the particle beam irradiation unit 103 and the top plate 110 are first moved so as to set the irradiation direction of the particle beam to an optimal position, and the particle beam irradiation is performed. The PET detection unit 201 is moved for the purpose of not hindering, that is, not hindering the irradiation field of the particle beam and not causing mechanical interference such as contact. However, in practice, the movement of the particle beam irradiation unit 103, the top plate 110, and the PET detection unit 201 is performed in conjunction with each other. Below, the particle beam treatment unit 100 will be described first, and then the PET unit 200 will be described.

粒子線治療部１００は、粒子線発生／加速器１０１、粒子線伝送部１０２、粒子線照射部１０３（照射ノズル）、照射ノズル回転部１０４（回転ガントリー）、及び照射ノズル回転制御部１０５から構成されている。   The particle beam treatment unit 100 includes a particle beam generator / accelerator 101, a particle beam transmission unit 102, a particle beam irradiation unit 103 (irradiation nozzle), an irradiation nozzle rotation unit 104 (rotation gantry), and an irradiation nozzle rotation control unit 105. ing.

粒子線発生／加速器１０１は、イオン源と、直線加速器、サイクロトロン、シンクロトロンなどの加速器（いずれも図示しない）で構成されている。粒子線発生／加速器１０１は、イオン源で陽イオン（例えば、水素イオン、ヘリウムイオン、炭素イオン、ネオンイオン等）を発生させる。次に、粒子線発生／加速器１０１は発生させた陽イオンを加速器で所定のエネルギーまで加速する。具体的には、例えば、発生した陽イオンを直線加速器で加速し、その直線加速器から射出された陽イオンをさらにシンクロトロンなどでさらに加速することで所定のエネルギーまでの加速が行われる。そして、粒子線発生／加速器１０１は、所定のエネルギーを有する陽イオンを粒子線伝送部１０２に射出する。   The particle beam generator / accelerator 101 includes an ion source and an accelerator (not shown) such as a linear accelerator, a cyclotron, and a synchrotron. The particle beam generator / accelerator 101 generates cations (for example, hydrogen ions, helium ions, carbon ions, neon ions, etc.) from an ion source. Next, the particle beam generator / accelerator 101 accelerates the generated cations to a predetermined energy with the accelerator. Specifically, for example, the generated positive ions are accelerated by a linear accelerator, and the positive ions emitted from the linear accelerator are further accelerated by a synchrotron or the like, whereby acceleration to a predetermined energy is performed. The particle beam generator / accelerator 101 then emits cations having a predetermined energy to the particle beam transmission unit 102.

粒子線伝送部１０２は、粒子線発生／加速器１０１から粒子線照射部１０３へと繋がるビーム経路（不図示）を有している。粒子線伝送部１０２は、粒子線発生／加速器１０１から射出された陽イオンをビーム経路を経由させて粒子線照射部１０３へと伝送する。   The particle beam transmission unit 102 has a beam path (not shown) connected from the particle beam generator / accelerator 101 to the particle beam irradiation unit 103. The particle beam transmission unit 102 transmits cations emitted from the particle beam generator / accelerator 101 to the particle beam irradiation unit 103 via the beam path.

粒子線照射部１０３は、図２（Ａ）に示すように照射ノズル回転部１０４の一部に設置されている。そして、粒子線照射部１０３は照射ノズル回転部１０４の回転とともに被検体の周りを回転可能となっている。粒子線照射部１０３は、粒子線伝送部１０２から伝送された陽イオンを被検体に向けて照射する。ただし、実際には粒子線照射部１０３は常に照射中心（アイソセンター）に向けて粒子線の照射を行う。粒子線照射部１０３の回転の基準位置を図２（Ａ）のように位置Ｐ１に位置している状態とする。すなわち、被検体を真下に見る位置に粒子線照射部１０３が位置している状態を粒子線照射部１０３の角度θ＝０の状態とする。この粒子線照射部１０３が本発明における「粒子線照射手段」にあたる。   The particle beam irradiation unit 103 is installed in a part of the irradiation nozzle rotating unit 104 as shown in FIG. The particle beam irradiation unit 103 can rotate around the subject as the irradiation nozzle rotation unit 104 rotates. The particle beam irradiation unit 103 irradiates the subject with the cations transmitted from the particle beam transmission unit 102. However, in practice, the particle beam irradiation unit 103 always irradiates the particle beam toward the irradiation center (isocenter). A reference position for rotation of the particle beam irradiation unit 103 is set to a position P1 as shown in FIG. That is, the state in which the particle beam irradiation unit 103 is located at a position where the subject is viewed directly below is the state where the angle θ of the particle beam irradiation unit 103 is 0. This particle beam irradiation unit 103 corresponds to “particle beam irradiation means” in the present invention.

照射ノズル回転部１０４は、図２（Ａ）に示すように側面から見ると中心軸Ｓを中心に円形をしているガントリー及び該ガントリーを回転させるモータ（不図示）で構成されている。ここで、図２（Ｂ）に示すように図２（Ａ）の中心軸Ｓは照射中心を通過する軸で、図２（Ａ）の紙面正面から裏面に向けて貫通している軸を表している。また以下の説明では、中心軸Ｓに直交し照射中心を貫通する平面を平面αとする。照射ノズル回転部１０４のガントリーは平面α内を回転移動するため平面αは固定平面である。そして、照射ノズル回転部１０４のガントリーは、図２（Ｂ）に示すように中心軸Ｓに沿う方向に厚みを有した略筒型の形状を有している。さらに、照射ノズル回転部１０４のガントリーは、中心軸Ｓを中心に回転を行う。これにより、粒子線照射部１０３も中心軸Ｓを中心に回転を行うことになる。本実施形態では、図２（Ａ）における点Ｐ１を基準位置として点Ｐ１からの粒子線照射部１０３までの角度を平面αにおける照射角度とする。具体的には、中心軸Ｓに向けて照射角度θで粒子線を照射する場合には、照射ノズル回転部１０４のガントリーは照射角度θ分回転することになる。この照射ノズル回転部１０４が本発明における「照射ノズル回転手段」にあたる。   As shown in FIG. 2A, the irradiation nozzle rotating unit 104 includes a gantry that is circular around the central axis S when viewed from the side, and a motor (not shown) that rotates the gantry. Here, as shown in FIG. 2 (B), the central axis S in FIG. 2 (A) is an axis passing through the irradiation center, and represents an axis penetrating from the front side to the back side in FIG. 2 (A). ing. In the following description, a plane orthogonal to the central axis S and penetrating the irradiation center is defined as a plane α. Since the gantry of the irradiation nozzle rotating unit 104 rotates in the plane α, the plane α is a fixed plane. The gantry of the irradiation nozzle rotating unit 104 has a substantially cylindrical shape having a thickness in the direction along the central axis S as shown in FIG. Further, the gantry of the irradiation nozzle rotating unit 104 rotates around the central axis S. As a result, the particle beam irradiation unit 103 also rotates around the central axis S. In the present embodiment, the angle from the point P1 to the particle beam irradiation unit 103 with the point P1 in FIG. Specifically, when the particle beam is irradiated toward the central axis S at the irradiation angle θ, the gantry of the irradiation nozzle rotating unit 104 rotates by the irradiation angle θ. The irradiation nozzle rotating unit 104 corresponds to “irradiation nozzle rotating means” in the present invention.

天板１１０は床に平行で人が寝られる大きさの板状の形状を有している。天板１１０の上には、粒子線治療を行う対象である被検体（以下では、単に「被検体」と呼ぶ。）を載置する。この被検体が載置されている平面を「載置平面」と呼ぶことにする。天板１１０は、天板移動部１０８により載置した被検体の体軸方向またはその直交方向に並進移動が行われる。また、天板１１０は、天板回転部１０６により載置平面（天板１１０と平行な平面）内で回転移動が行われる。   The top plate 110 has a plate-like shape that is parallel to the floor and allows a person to sleep. A subject (hereinafter, simply referred to as “subject”) to be subjected to particle beam therapy is placed on the top plate 110. The plane on which the subject is placed is called a “placement plane”. The top plate 110 is translated in the body axis direction of the subject placed by the top plate moving unit 108 or in the direction orthogonal thereto. In addition, the top plate 110 is rotated and moved in a placement plane (a plane parallel to the top plate 110) by the top plate rotating unit 106.

天板移動部１０８は、天板１１０を被検体の体軸方向またはその直交方向への並進移動を可能とする機構と、該並進移動を可能とする機構を動かすモータを有している。天板移動部１０８は、自己が有するモータを駆動することで天板１１０を被検体の体軸方向またはその直交方向に移動させる。具体的には、例えばモータによりギアなどの回転部材を回転させて、ギアとかみ合う水平移動部材が移動することで天板１１０が並進移動する構成になっている。この天板移動部１０８が本発明における「天板移動手段」にあたる。   The top plate moving unit 108 has a mechanism that allows the top plate 110 to translate in the body axis direction of the subject or the direction orthogonal thereto, and a motor that moves the mechanism that enables the translation movement. The top plate moving unit 108 moves the top plate 110 in the body axis direction of the subject or in the orthogonal direction thereof by driving a motor included in the top plate moving unit 108. Specifically, for example, a rotating member such as a gear is rotated by a motor, and a horizontal moving member that meshes with the gear moves, whereby the top plate 110 moves in translation. The top plate moving unit 108 corresponds to the “top plate moving means” in the present invention.

天板回転部１０６は、天板移動部１０８及び天板１１０を天板１１０と平行な平面内で回転可能とするための円盤、該円盤を動かすモータを有している。天板回転部１０６は、自己が有するモータを駆動することで天板１１０と平行な平面内で天板１１０及び天板移動部１０８をアイソセンターを中心に回転させることができる。すなわち、天板回転部１０６は、図３で示す矢印Ｂのように天板１１０及び天板移動部１０８を回転移動させる。この天板１１０と平行な平面でかつ被検体の体軸を含む平面を平面βとする。この天板回転部１０６が本発明における「天板回転手段」にあたる。   The top plate rotating unit 106 includes a disk for enabling the top plate moving unit 108 and the top plate 110 to rotate in a plane parallel to the top plate 110, and a motor for moving the disk. The top plate rotating unit 106 can rotate the top plate 110 and the top plate moving unit 108 around the isocenter in a plane parallel to the top plate 110 by driving a motor included in the top plate rotating unit 106. That is, the top plate rotating unit 106 rotates and moves the top plate 110 and the top plate moving unit 108 as indicated by an arrow B shown in FIG. A plane parallel to the top plate 110 and including the body axis of the subject is defined as a plane β. The top plate rotating unit 106 corresponds to the “top plate rotating means” in the present invention.

ＰＥＴ部２００は、図１に示すように、ＰＥＴ検出部２０１、画像生成部２０２、第１支持アーム２０３、第１制御部２０４、第２支持アーム２０５、及び第２制御部２０６から構成されている。   As shown in FIG. 1, the PET unit 200 includes a PET detection unit 201, an image generation unit 202, a first support arm 203, a first control unit 204, a second support arm 205, and a second control unit 206. Yes.

ＰＥＴ検出部２０１は、図２（Ａ）に示すように、照射ノズル回転部１０４及び粒子線照射部１０３の内側に天板１１０及び天板１１０に載置された被検体を囲むように配置されている。そして、ＰＥＴ検出部２０１は、図２（Ｂ）に示すように中心軸Ｓに沿う方向に厚みを有し、さらに粒子線照射部１０３と照射中心との間に粒子線を通過させるための第１の開口部、及び被検体から見て粒子線照射部１０３と反対側の部分（第１の開口部と反対側の部分）に第２の開口部を有した略筒型の形状を有している。ここで、略筒型の形状とは被検体から一定距離の周囲の一定範囲を覆う形状であればよい。それぞれの開口部は小さいほどよく、後に説明するように粒子線の照射野が通過できる範囲の大きさがあればよい。第１の開口部及び第２の開口部によってＰＥＴ検出部２０１の筒型は２つの部分（図２における紙面に対し左右対称のＣ字型の部分）に分割されている。そして、ＰＥＴ検出部２０１は、図３に示すように、第２支持アーム２０５の円弧部分に沿って動くようになっており、第２支持アーム２０５が水平の場合には第１支持アーム２０３で天板１１０と平行な平面βと平行な方向に回転可能に保持される。すなわち、ＰＥＴ検出部２０１は矢印Ｃで示すように平面βと平行な方向に回転移動する。さらに、ＰＥＴ検出部２０１は、図３に示すように、第２支持アーム２０５で図３における被検体の体軸方向の周りに回転可能に保持されている。すなわち、図３の状態（すなわち、未だいずれの方向にも回転を行っていない状態）ではＰＥＴ検出部２０１は矢印Ａで示すように平面αと平行な平面内で回転移動する。このＰＥＴ検出部２０１が本発明における「ＰＥＴ検出器」にあたる。   As shown in FIG. 2A, the PET detection unit 201 is arranged inside the irradiation nozzle rotation unit 104 and the particle beam irradiation unit 103 so as to surround the top plate 110 and the subject placed on the top plate 110. ing. The PET detection unit 201 has a thickness in the direction along the central axis S as shown in FIG. 2B, and further allows the particle beam to pass between the particle beam irradiation unit 103 and the irradiation center. 1 and an approximately cylindrical shape having a second opening at a portion opposite to the particle beam irradiation unit 103 (a portion opposite to the first opening) as viewed from the subject. ing. Here, the substantially cylindrical shape may be any shape that covers a certain range around a certain distance from the subject. Each opening is preferably as small as possible, as long as it has a size that allows the particle beam irradiation field to pass through, as will be described later. The cylindrical shape of the PET detection unit 201 is divided into two parts (a C-shaped part symmetrical with respect to the paper surface in FIG. 2) by the first opening and the second opening. As shown in FIG. 3, the PET detection unit 201 moves along the arc portion of the second support arm 205. When the second support arm 205 is horizontal, the PET support unit 201 is moved by the first support arm 203. It is held rotatably in a direction parallel to the plane β parallel to the top plate 110. That is, the PET detection unit 201 rotates and moves in a direction parallel to the plane β as indicated by an arrow C. Further, as shown in FIG. 3, the PET detection unit 201 is held by the second support arm 205 so as to be rotatable around the body axis direction of the subject in FIG. That is, in the state of FIG. 3 (that is, a state where the PET detection unit 201 has not yet rotated in any direction), the PET detection unit 201 rotates in a plane parallel to the plane α as indicated by an arrow A. This PET detector 201 corresponds to the “PET detector” in the present invention.

ここで、本実施形態では、被検体に照射された粒子線のうち被検体を通過した粒子線がＰＥＴ検出部２０１あたることで障害が発生したり故障したりすることの回避、及び天板１１０へのＰＥＴ検出部２０１の接触の回避のために第２の開口部を設けている。ただし、粒子線が被検体を通過する量は極めて少ないと考えられるため、ＰＥＴ検出部２０１に微小の粒子線があたることを許容でき、低い角度（天板１１０とＰＥＴ検出部２０１が接触するような角度）からの粒子線の照射を行わない場合には第２の開口部を有さない構成にしてもよい。この点、ＰＥＴ検出部２０１の形状をより大きな筒形にすれば天板１１０との接触が避けられるとも考えられるが、この場合ＰＥＴ検出部２０１が被検体から離れた位置に配置されることになり、γ線の検出効率が低下するため好ましくない。   Here, in the present embodiment, it is possible to avoid the occurrence of a failure or failure due to the particle beam that has passed through the subject among the particle beams irradiated to the subject hitting the PET detection unit 201, and the top plate 110. In order to avoid contact of the PET detection unit 201 with the second opening, a second opening is provided. However, since it is considered that the amount of particle beam passing through the subject is extremely small, it is allowed to apply a minute particle beam to the PET detection unit 201, and a low angle (the top 110 and the PET detection unit 201 are in contact with each other). If the particle beam irradiation is not performed from a certain angle, the second opening may be omitted. In this regard, it is considered that contact with the top plate 110 can be avoided if the PET detection unit 201 has a larger cylindrical shape. In this case, the PET detection unit 201 is arranged at a position away from the subject. This is not preferable because the detection efficiency of γ rays decreases.

ＰＥＴ検出部２０１は、最も一般的な構成では、前述の筒型の部分の内側の全面に多数のシンチレータアレイが配置されている。シンチレータアレイは、γ線を検出するシンチレータ結晶と微弱光パルスを高速かつ高感度に検出する光電子倍増管から構成されている。そして、ＰＥＴ検出部２０１は、粒子線照射部１０３から照射された粒子線が被検体の体内にあたることで発生したγ線をシンチレータアレイで検出する。さらに、ＰＥＴ検出部２０１は、検出したγ線に基づく電気信号を画像生成部２０２へ出力する。   In the most general configuration of the PET detection unit 201, a large number of scintillator arrays are arranged on the entire inner surface of the cylindrical portion described above. The scintillator array is composed of a scintillator crystal that detects γ rays and a photomultiplier tube that detects weak light pulses at high speed and with high sensitivity. Then, the PET detection unit 201 detects γ-rays generated when the particle beam irradiated from the particle beam irradiation unit 103 hits the inside of the subject with the scintillator array. Furthermore, the PET detection unit 201 outputs an electrical signal based on the detected γ rays to the image generation unit 202.

画像生成部２０２は、ＰＥＴ検出部２０１から電気信号の入力を受信する。画像生成部２０２は、受信した電気信号に対し同時計測などの信号処理を行った後、画像処理によりＰＥＴ画像を生成する。画像生成部２０２は生成したＰＥＴ画像を表示制御部０２０へ出力する。この画像生成部２０２が本発明における「画像生成手段」にあたる。   The image generation unit 202 receives an electrical signal input from the PET detection unit 201. The image generation unit 202 performs signal processing such as simultaneous measurement on the received electrical signal, and then generates a PET image by image processing. The image generation unit 202 outputs the generated PET image to the display control unit 020. The image generation unit 202 corresponds to the “image generation unit” in the present invention.

表示制御部０２０は、画像生成部２０２から入力されたＰＥＴ画像をユーザインタフェース０１０の表示部０１２に表示させる。この様に、被検体に粒子線が当たった際に放出されるγ線の発生した位置を表したＰＥＴ画像が表示部０１２に表示されることで、操作者は被検体における粒子線があたった位置を把握することができ、その画像を基に粒子線の照射位置を調整できる。これにより、より正確に照射対象部位に粒子線の照射を行うことが可能となる。   The display control unit 020 displays the PET image input from the image generation unit 202 on the display unit 012 of the user interface 010. In this way, the PET image representing the position where the γ-rays emitted when the particle beam hits the subject is displayed on the display unit 012, so that the operator hits the particle beam on the subject. The position can be grasped, and the irradiation position of the particle beam can be adjusted based on the image. Thereby, it becomes possible to irradiate the irradiation target part with the particle beam more accurately.

第１支持アーム２０３は、本実施形態では図３に示すように天板１１０と逆方向から被検体を見下ろした状態でＣ字型の形状をしている。さらに、第１支持アーム２０３は該Ｃ字型の部材を回転させるためのモータを有している。そして、第１支持アーム２０３のＣ字型の部材の両端にはＰＥＴ検出部２０１の２分割された筒型の各部分がそれぞれ固定されている。第１支持アーム２０３は矢印Ｃの方向にＰＥＴ検出部２０１を保持した状態でモータを駆動させることで、ＰＥＴ検出部２０１の２つの開口部を通過する軸を中心にＰＥＴ検出部２０１を回転させる。例えば、第１支持アーム２０３が図３の状態からモータによりＣ字型の部材を角度φ回転することで、ＰＥＴ検出部２０１は平面βと平行な方向に粒子線の放射方向の軸を中心に角度φ回転する。ここで、本実施形態では第１支持アーム２０３はＣ字型としたが、これはＰＥＴ検出部２０１の２つの部材を向き合う形で固定できる形状で回転可能な形状あれば他の形状でもよい。   In the present embodiment, the first support arm 203 has a C shape with the subject looking down from the direction opposite to the top 110 as shown in FIG. Further, the first support arm 203 has a motor for rotating the C-shaped member. Then, the two divided cylindrical parts of the PET detection unit 201 are fixed to both ends of the C-shaped member of the first support arm 203, respectively. The first support arm 203 rotates the PET detection unit 201 around the axis passing through the two openings of the PET detection unit 201 by driving the motor while holding the PET detection unit 201 in the direction of arrow C. . For example, when the first support arm 203 rotates the C-shaped member by an angle φ by the motor from the state of FIG. 3, the PET detection unit 201 is centered on the radial axis of the particle beam in the direction parallel to the plane β. Rotate angle φ. Here, in the present embodiment, the first support arm 203 is C-shaped. However, the first support arm 203 may have another shape as long as the two members of the PET detection unit 201 can be fixed to face each other and can be rotated.

第２支持アーム２０５は、図３に示すように第１支持アーム２０３を保持することでＰＥＴ検出部２０１を保持する保持部材と、該保持部材を回転させるモータで構成されている。第２支持アーム２０５は、第１支持アーム２０３及びＰＥＴ検出部２０１を被検体の体軸方向の周りに回転可能となるように保持している。第２支持アーム２０５はモータを駆動することで保持部材を回転させ、それにより第１支持アーム２０３を矢印Ａの方向に回転させる。そして、第２支持アーム２０５に保持された第１支持アーム２０３が被検体の体軸方向の周りに回転することで、第１支持アーム２０３に保持されたＰＥＴ検出部２０１が被検体の体軸方向の周りに回転移動を行うことになる。例えば、図３に示されている初期の状態では、第１支持アーム２０３によるＰＥＴ検出部２０１の回転が行われていないため、ＰＥＴ検出部２０１と照射ノズル回転部１０４とは同じ回転平面を有する。すなわち、第２支持アーム２０５が角度θ回転することより、ＰＥＴ検出部２０１は平面α内を図３における被検体の体軸を中心に角度θ回転する。   As shown in FIG. 3, the second support arm 205 includes a holding member that holds the PET detection unit 201 by holding the first support arm 203, and a motor that rotates the holding member. The second support arm 205 holds the first support arm 203 and the PET detection unit 201 so as to be rotatable around the body axis direction of the subject. The second support arm 205 drives the motor to rotate the holding member, thereby rotating the first support arm 203 in the direction of arrow A. Then, when the first support arm 203 held by the second support arm 205 rotates around the body axis direction of the subject, the PET detection unit 201 held by the first support arm 203 moves the body axis of the subject. It will rotate around the direction. For example, in the initial state shown in FIG. 3, since the PET detection unit 201 is not rotated by the first support arm 203, the PET detection unit 201 and the irradiation nozzle rotation unit 104 have the same rotation plane. . That is, as the second support arm 205 rotates by the angle θ, the PET detection unit 201 rotates within the plane α by the angle θ around the body axis of the subject in FIG.

本実施形態に係る粒子線治療装置では、治療計画に含まれる粒子線の照射方向に基づいて、適切な方向から粒子線の照射が行えるように、操作者が粒子線照射部１０３、天板１１０、及びＰＥＴ検出部２０１を手動で各部材が接触しないように移動させる。すなわち、操作者は、粒子線照射部１０３の回転及び天板１１０の回転／並進移動を調整することにより粒子線の適切な照射方向を決定し、さらに、その粒子線の照射野をＰＥＴ検出部２０１が遮らないように、且つＰＥＴ検出部２０１の開口部を照射方向の中心軸が通過するようにＰＥＴ検出部２０１を移動させる。これにより、適切な方向からの被検体への粒子線の照射と、その時に発生するγ線の検出及びＰＥＴ画像の生成並びに表示を行うことが可能となる。   In the particle beam therapy system according to the present embodiment, the operator can perform the particle beam irradiation from an appropriate direction based on the particle beam irradiation direction included in the treatment plan. , And the PET detection unit 201 is manually moved so that the members do not come into contact with each other. That is, the operator determines an appropriate irradiation direction of the particle beam by adjusting the rotation of the particle beam irradiation unit 103 and the rotation / translation of the top plate 110, and further determines the irradiation field of the particle beam as a PET detection unit. The PET detection unit 201 is moved so that the central axis of the irradiation direction passes through the opening of the PET detection unit 201 so that the 201 does not block. As a result, it becomes possible to irradiate the subject with the particle beam from an appropriate direction, detect γ rays generated at that time, and generate and display a PET image.

次に、図４を参照して本実施形態に係る粒子線治療装置の粒子線照射及びＰＥＴ画像の作成の流れを説明する。図４は本実施形態に係る粒子線治療装置の粒子線照射及びＰＥＴ画像の作成のフローチャート図である。   Next, a flow of particle beam irradiation and PET image creation of the particle beam therapy system according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a flowchart of particle beam irradiation and creation of a PET image of the particle beam therapy system according to this embodiment.

ステップＳ００１：操作者は、粒子線の照射の方向の条件を含む治療計画を作成する。   Step S001: An operator creates a treatment plan including conditions for the direction of particle beam irradiation.

ステップＳ００２：操作者は、治療計画における粒子線の照射の方向の条件を基に、粒子線照射部１０３、天板１１０、ＰＥＴ検出部２０１を移動させる。   Step S002: The operator moves the particle beam irradiation unit 103, the top plate 110, and the PET detection unit 201 based on the condition of the direction of particle beam irradiation in the treatment plan.

ステップＳ００３：粒子線照射部１０３は、粒子線を被検体の照射対象部位に向けて照射する。   Step S003: The particle beam irradiation unit 103 irradiates the particle beam toward the irradiation target portion of the subject.

ステップＳ００４：ＰＥＴ検出部２０１は、粒子線が照射され被検体で発生したγ線をシンチレータアレイで検出し、検出したγ線に基づく電気信号を同時計測などの信号処理を行った後、画像生成部２０２に送信する。   Step S004: The PET detection unit 201 detects γ-rays that are irradiated with the particle beam and generated in the subject with a scintillator array, and performs signal processing such as simultaneous measurement of electrical signals based on the detected γ-rays, and then generates an image. To the unit 202.

ステップＳ００５：画像生成部２０２は、ＰＥＴ検出部２０１より入力された電気信号を処理しＰＥＴ画像を生成して表示制御部０２０に送信する。   Step S005: The image generation unit 202 processes the electrical signal input from the PET detection unit 201, generates a PET image, and transmits the PET image to the display control unit 020.

ステップＳ００６：表示制御部０２０は、画像生成部２０２から入力されたＰＥＴ画像を表示部０１２に表示させる。   Step S006: The display control unit 020 displays the PET image input from the image generation unit 202 on the display unit 012.

以上で説明したように、本実施形態に係る粒子線治療装置は、任意の方向に開口部を向けることができる被検体の周囲のほぼ全域を囲うＰＥＴ検出部を備えた構成である。これにより、ＰＥＴ検出部に遮られることなく任意の方向から粒子線を被検体に向けて照射できるとともに、ＰＥＴ装置の視野を最大限にして精度よくγ線の検出を行うことが可能となる。したがって、本実施形態に係る粒子線治療装置は、粒子線治療の効果の向上に利用することができる。   As described above, the particle beam therapy system according to the present embodiment has a configuration including a PET detection unit that encloses almost the entire area around the subject whose opening can be directed in an arbitrary direction. Thereby, it is possible to irradiate the subject with the particle beam from an arbitrary direction without being blocked by the PET detection unit, and to detect the γ-ray with high accuracy by maximizing the field of view of the PET apparatus. Therefore, the particle beam therapy system according to the present embodiment can be used to improve the effect of the particle beam therapy.

〔第２の実施形態〕
以下、この発明の第２の実施形態に係る粒子治療装置について図１〜図６を参照して説明する。本実施形態にかかる粒子線治療装置は、入力された粒子線の照射の方向の条件に基づいて、粒子線照射部（照射ノズル）、天板、ＰＥＴ検出部を自動的に移動させる構成であることが第１の実施形態と異なるものである。本実施形態に係る粒子線治療装置の機能ブロック図は第１の実施形態に係る図１の機能ブロック図に点線で示す機能部を加えた構成である。図５は本実施形態に係る粒子線治療装置における、入力された照射条件に基づく、天板、粒子線照射部、及びＰＥＴ検出部の回転移動を説明するための図である。図６は、回転移動の角度を算出するため、図５を局所直交座標系で表わした図である。以下の説明では、第１の実施形態と同じ符号を有する機能部は、特に説明のない限り同じ機能を有するものとする。 [Second Embodiment]
A particle therapy apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. The particle beam therapy system according to the present embodiment is configured to automatically move the particle beam irradiation unit (irradiation nozzle), the top plate, and the PET detection unit based on the input conditions of the particle beam irradiation direction. This is different from the first embodiment. The functional block diagram of the particle beam therapy system according to the present embodiment is a configuration obtained by adding functional units indicated by dotted lines to the functional block diagram of FIG. 1 according to the first embodiment. FIG. 5 is a diagram for explaining the rotational movement of the top plate, the particle beam irradiation unit, and the PET detection unit based on the input irradiation conditions in the particle beam therapy system according to the present embodiment. FIG. 6 is a diagram showing FIG. 5 in a local orthogonal coordinate system in order to calculate the angle of rotational movement. In the following description, functional units having the same reference numerals as those in the first embodiment have the same functions unless otherwise specified.

図１の点線で示すように、本実施形態に係る粒子線治療装置は、照射ノズル回転部１０４による粒子線照射部の回転を制御する照射ノズル回転制御部１０５、天板回転部１０６による天板１１０の回転を制御する天板回転制御部１０７、天板移動部１０８による天板１１０の並進移動を制御する天板移動制御部１０９、第１支持アーム２０３によるＰＥＴ検出部２０１の回転を制御する第１制御部２０４、及び第２支持アーム２０５によるＰＥＴ検出部２０１の回転を制御する第２制御部２０６を有する。   As shown by the dotted lines in FIG. 1, the particle beam therapy system according to this embodiment includes an irradiation nozzle rotation control unit 105 that controls rotation of the particle beam irradiation unit by the irradiation nozzle rotation unit 104 and a top plate by the top plate rotation unit 106. The top plate rotation control unit 107 that controls the rotation of the 110, the top plate movement control unit 109 that controls the translational movement of the top plate 110 by the top plate movement unit 108, and the rotation of the PET detection unit 201 by the first support arm 203 are controlled. The first control unit 204 and the second control unit 206 that controls the rotation of the PET detection unit 201 by the second support arm 205 are included.

粒子線発生／加速器１０１で発生・加速された陽イオンは、粒子線伝送部１０２に射出される。 粒子線伝送部１０２は、陽イオンをビーム経路を経て粒子線照射部１０３へと伝送する。粒子線照射部１０３は被検体に向けてこの荷電粒子を照射する。   The cations generated and accelerated by the particle beam generator / accelerator 101 are ejected to the particle beam transmission unit 102. The particle beam transmission unit 102 transmits cations to the particle beam irradiation unit 103 through the beam path. The particle beam irradiation unit 103 irradiates the subject with the charged particles.

粒子線照射部１０３及び照射ノズル回転部１０４の構造は図２（Ａ）及び図２（Ｂ）で示す第１の実施形態と同様である。照射ノズル回転部１０４は、アイソセンター（回転軸Ｓ上にある）に向けて照射角度θで粒子線を照射する場合には、粒子線照射部１０３を照射角度θ回転させる。   The structures of the particle beam irradiation unit 103 and the irradiation nozzle rotating unit 104 are the same as those in the first embodiment shown in FIGS. 2 (A) and 2 (B). The irradiation nozzle rotating unit 104 rotates the particle beam irradiation unit 103 when the particle beam is irradiated at the irradiation angle θ toward the isocenter (on the rotation axis S).

照射ノズル回転制御部１０５は、ＣＰＵ及びエンコーダを有している。該エンコーダは照射ノズル回転部１０４のガントリーの回転移動した量を求めるためのエンコーダである。照射ノズル回転制御部１０５は入力部０１１から入力された照射方向の条件に基づいて、粒子線照射部１０３の回転を制御する。具体的には、照射ノズル回転制御部１０５は、入力部０１１から入力された照射条件を基に照射ノズル回転部１０４を回転させる角度θを算出する。この入力された照射条件に基づく照射ノズル回転部１０４の回転角度θの算出方法は後で詳細に説明する。次に、照射ノズル回転制御部１０５は、照射ノズル回転部１０４に回転の命令を送信し照射ノズル回転部１０４の回転を開始させる。そして、照射ノズル回転制御部１０５は、自己が有するエンコーダを用いて照射ノズル回転部１０４の回転した量を取得し、該角度が算出した角度θに達したときに照射ノズル回転部１０４に対し停止命令を送信し照射ノズル回転部１０４の回転を停止させる。ここで、照射ノズル回転制御部１０５は本発明に係る「照射ノズル回転制御手段」にあたる。   The irradiation nozzle rotation control unit 105 has a CPU and an encoder. The encoder is an encoder for obtaining the amount of gantry rotation of the irradiation nozzle rotating unit 104. The irradiation nozzle rotation control unit 105 controls the rotation of the particle beam irradiation unit 103 based on the irradiation direction condition input from the input unit 011. Specifically, the irradiation nozzle rotation control unit 105 calculates an angle θ for rotating the irradiation nozzle rotation unit 104 based on the irradiation condition input from the input unit 011. A method of calculating the rotation angle θ of the irradiation nozzle rotating unit 104 based on the input irradiation condition will be described in detail later. Next, the irradiation nozzle rotation control unit 105 transmits a rotation command to the irradiation nozzle rotation unit 104 to start rotation of the irradiation nozzle rotation unit 104. Then, the irradiation nozzle rotation control unit 105 acquires the amount of rotation of the irradiation nozzle rotation unit 104 using its own encoder and stops the irradiation nozzle rotation unit 104 when the angle reaches the calculated angle θ. A command is transmitted to stop the rotation of the irradiation nozzle rotating unit 104. Here, the irradiation nozzle rotation control unit 105 corresponds to “irradiation nozzle rotation control means” according to the present invention.

天板１１０、天板移動部１０８、及び天板回転部１０６の構造は第１の実施形態と同様である。   The structures of the top plate 110, the top plate moving unit 108, and the top plate rotating unit 106 are the same as those in the first embodiment.

天板移動制御部１０９は、ＣＰＵ及びエンコーダを有している。該エンコーダは天板１１０の並進移動した距離を求めるためのエンコーダである。例えばモータによりギアなどの回転部材を回転させ、ギアとかみ合う並進移動部材を移動させることで天板１１０が並進移動する構成では、エンコーダが回転部材の回転量を取得することで天板１１０の並進移動した距離を求めることができる。天板移動制御部１０９は、入力部から入力された照射条件を基に天板１１０を体軸方向に並進移動させるそれぞれの距離Ｌを算出する。この距離Ｌが並進移動させる目標とする距離となる。この入力された照射条件に基づく天板１１０の並進移動距離Ｌの算出方法は後で詳細に説明する。次に、天板移動制御部１０９は、天板移動部１０８に天板１１０の並進移動の命令を送信してモータの駆動を開始させ、天板１１０の並進移動を開始させる。そして、天板移動制御部１０９は、自己が有するエンコーダを用いて天板移動部１０８が有する回転部材の回転量を取得し、その回転量から天板１１０の並進移動した距離を算出する。そして、天板移動制御部１０９は、天板１１０の並進移動した距離が目標とする並進移動距離Ｌに達したときに天板移動部１０８に対し停止命令を送信して天板移動部１０８のモータを停止させ、天板１１０の並進移動を停止させる。ここで、天板移動制御部１０９は本発明に係る「天板移動制御手段」にあたる。   The top plate movement control unit 109 has a CPU and an encoder. The encoder is an encoder for obtaining the distance of translation of the top plate 110. For example, in a configuration in which the top plate 110 is translated by rotating a rotary member such as a gear by a motor and moving a translational movement member that meshes with the gear, the encoder acquires the amount of rotation of the rotary member to translate the top plate 110. The distance traveled can be determined. The top board movement control unit 109 calculates each distance L that translates the top board 110 in the body axis direction based on the irradiation condition input from the input unit. This distance L is a target distance for translational movement. A method for calculating the translational distance L of the top 110 based on the input irradiation condition will be described in detail later. Next, the top plate movement control unit 109 transmits a command for translation of the top plate 110 to the top plate moving unit 108 to start driving the motor, and starts translation of the top plate 110. Then, the top plate movement control unit 109 acquires the rotation amount of the rotating member included in the top plate moving unit 108 using the encoder that the top plate moves, and calculates the translation distance of the top plate 110 from the rotation amount. Then, the top plate movement control unit 109 transmits a stop command to the top plate moving unit 108 when the translated distance of the top plate 110 reaches the target translation movement distance L, and the top plate moving unit 108 The motor is stopped and the translational movement of the top plate 110 is stopped. Here, the top board movement control unit 109 corresponds to “top board movement control means” according to the present invention.

天板回転制御部１０７は、ＣＰＵ及びエンコーダを有している。該エンコーダは天板１１０と平行な平面β内での天板１１０の回転量を求めるためのエンコーダである。天板回転制御部１０７は、入力部０１１から入力された照射条件に基づいて天板１１０と平行な平面βでの天板１１０の回転させる回転角度ψを算出する。この入力された照射条件に基づく天板１１０の回転角度ψの算出方法は後で詳細に説明する。次に、天板回転制御部１０７は、天板回転部１０６に天板１１０の回転の命令を送信してモータの駆動を開始させ、平面βと平行な面内で天板１１０の回転を開始させる。そして、天板回転部１０６は、自己が有するエンコーダを用いて天板回転部１０６の回転した回転量を取得する。そして、天板回転制御部１０７は、天板１１０の回転量が目標とする回転角度ψに達したときに天板回転部１０６に対し停止命令を送信して天板回転部１０６のモータを停止させ、天板１１０の回転を停止させる。ここで、天板回転制御部１０７は本発明に係る「天板回転制御手段」にあたる。   The top plate rotation control unit 107 has a CPU and an encoder. The encoder is an encoder for determining the amount of rotation of the top plate 110 in a plane β parallel to the top plate 110. The top plate rotation control unit 107 calculates a rotation angle ψ for rotating the top plate 110 on a plane β parallel to the top plate 110 based on the irradiation condition input from the input unit 011. A method of calculating the rotation angle ψ of the top 110 based on the input irradiation condition will be described in detail later. Next, the top plate rotation control unit 107 transmits a command to rotate the top plate 110 to the top plate rotation unit 106 to start driving the motor, and starts to rotate the top plate 110 in a plane parallel to the plane β. Let And the top-plate rotation part 106 acquires the rotation amount which the top-plate rotation part 106 rotated using the encoder which self has. Then, the top plate rotation control unit 107 transmits a stop command to the top plate rotation unit 106 to stop the motor of the top plate rotation unit 106 when the rotation amount of the top plate 110 reaches the target rotation angle ψ. The rotation of the top plate 110 is stopped. Here, the top plate rotation control unit 107 corresponds to “top plate rotation control means” according to the present invention.

ＰＥＴ検出部２０１、第１支持アーム２０３、及び第２支持アーム２０５は、図３に示す第１の実施形態と同様の構造を有している。   The PET detection unit 201, the first support arm 203, and the second support arm 205 have the same structure as that of the first embodiment shown in FIG.

本実施形態に係るＰＥＴ検出部２０１も被検体の周りを囲うように配置され、且つ２分割された略筒型をしている。ＰＥＴ検出部２０１は第１支持アーム２０３に取り付けられ、第１支持アーム２０３は矢印Ｃで示すように第２支持アーム２０５の円弧部分に沿って（平面βと平行な方向）に回転移動する。さらに、第２支持アーム２０５は、図３に示されている矢印Ａの方向（平面αと平行な方向）に回転移動する。   The PET detection unit 201 according to the present embodiment is also arranged so as to surround the subject and has a substantially cylindrical shape divided into two. The PET detection unit 201 is attached to the first support arm 203, and the first support arm 203 rotates and moves along the arc portion of the second support arm 205 (in a direction parallel to the plane β) as indicated by an arrow C. Furthermore, the second support arm 205 rotates and moves in the direction of the arrow A shown in FIG. 3 (the direction parallel to the plane α).

第１支持アーム２０３は、ＰＥＴ検出部２０１の２つの開口部を通過する軸の周りにＰＥＴ検出部２０１の回転移動を行う。例えば、第１支持アーム２０３が図３の状態からモータによりＣ字型の部材を角度φ回転することで、ＰＥＴ検出部２０１は粒子線の放射方向の軸の周りに角度φだけ回転する。   The first support arm 203 rotates and moves the PET detection unit 201 around an axis that passes through the two openings of the PET detection unit 201. For example, when the first support arm 203 rotates the C-shaped member by the angle φ by the motor from the state of FIG. 3, the PET detection unit 201 rotates by the angle φ around the particle beam radial axis.

第１制御部２０４は、ＣＰＵ及び図３に示すエンコーダ３０１を備えている。エンコーダ３０１は第１支持アーム２０３のＣ字型の部材が回転した回転量を検出する。第１制御部２０４は、入力部０１１から入力された照射方向の条件を基に、第１支持アーム２０３のＣ字型の部材を回転させる角度φを算出する。次に、第１制御部２０４は第１支持アーム２０３に対し回転の命令を送信してモータの駆動を開始させ、第１支持アーム２０３のＣ字型の部材の回転を開始させる。そして、第１制御部２０４は、自己が有するエンコーダ３０１を用いて第１支持アーム２０３のＣ字型の部材が回転した回転量を取得する。そして、第１制御部２０４は、第１支持アーム２０３の回転した回転量が目標とする回転角度φに達したときに第１支持アーム２０３に対し停止命令を送信して第１支持アーム２０３のモータを停止させ、第１支持アーム２０３のＣ字型の部材の回転を停止させる。このとき、第１支持アーム２０３が回転することで第１支持アーム２０３に固定されたＰＥＴ検出部２０１も同様の回転移動を行う。ここで、第１制御部２０４は本発明に係る「第１制御手段」にあたる。   The first control unit 204 includes a CPU and an encoder 301 shown in FIG. The encoder 301 detects the amount of rotation by which the C-shaped member of the first support arm 203 has rotated. The first control unit 204 calculates an angle φ for rotating the C-shaped member of the first support arm 203 based on the irradiation direction condition input from the input unit 011. Next, the first control unit 204 transmits a rotation command to the first support arm 203 to start driving the motor, and starts rotation of the C-shaped member of the first support arm 203. And the 1st control part 204 acquires the amount of rotation which the C-shaped member of the 1st support arm 203 rotated using the encoder 301 which self has. Then, the first control unit 204 transmits a stop command to the first support arm 203 when the amount of rotation of the first support arm 203 reaches the target rotation angle φ, and the first support arm 203 The motor is stopped, and the rotation of the C-shaped member of the first support arm 203 is stopped. At this time, when the first support arm 203 rotates, the PET detection unit 201 fixed to the first support arm 203 also performs the same rotational movement. Here, the first control unit 204 corresponds to a “first control unit” according to the present invention.

第２支持アーム２０５は、ＰＥＴ検出部２０１を搭載した第１支持アーム２０３を照射ノズル回転部１０４（回転ガントリー）の回転軸の周りに回転させる。例えば、図３の状態では第２支持アーム２０５が角度θ回転することより、ＰＥＴ検出部２０１は平面α内を図３における被検体の体軸の周りに角度θ回転することになる。   The second support arm 205 rotates the first support arm 203 on which the PET detection unit 201 is mounted around the rotation axis of the irradiation nozzle rotation unit 104 (rotation gantry). For example, in the state of FIG. 3, the second support arm 205 rotates by an angle θ, so that the PET detection unit 201 rotates within the plane α by an angle θ around the body axis of the subject in FIG.

第２制御部２０６は、ＣＰＵ及び図３に示すエンコーダ３０２を備えている。エンコーダ３０２は第２支持アーム２０５の保持部材が回転した回転量を検出する。第２制御部２０６は、入力部０１１から入力された照射方向の条件に基づいて、第２支持アーム２０５の保持部材を回転させる角度θを算出する。次に、第２制御部２０６は第２支持アーム２０５に対し回転の命令を送信してモータの駆動を開始させ、第２支持アーム２０５のＣ字型の部材の回転を開始させる。そして、第２制御部２０６は、自己が有するエンコーダ３０２を用いて第２支持アーム２０５の保持部材が回転した回転量を取得する。そして、第２制御部２０６は、第２支持アーム２０５の回転した回転量が目標とする回転角度θに達したときに第２支持アーム２０５に対し停止命令を送信して第２支持アーム２０５のモータを停止させ、第２支持アーム２０５の保持部材の回転を停止させる。このとき、第２支持アーム２０５の保持部材が回転することで第１支持アーム２０３のＣ字型の部材が回転し、さらに第１支持アーム２０３のＣ字型の部材に固定されたＰＥＴ検出部２０１も同様の回転移動を行う。ここで、第２制御部２０６は本発明に係る「第２制御手段」にあたる。   The second control unit 206 includes a CPU and an encoder 302 shown in FIG. The encoder 302 detects the amount of rotation that the holding member of the second support arm 205 has rotated. The second control unit 206 calculates an angle θ for rotating the holding member of the second support arm 205 based on the irradiation direction condition input from the input unit 011. Next, the second control unit 206 transmits a rotation command to the second support arm 205 to start driving the motor, and starts rotation of the C-shaped member of the second support arm 205. And the 2nd control part 206 acquires the amount of rotation which the holding member of the 2nd support arm 205 rotated using the encoder 302 which self has. Then, the second control unit 206 transmits a stop command to the second support arm 205 when the amount of rotation of the second support arm 205 reaches the target rotation angle θ, and the second support arm 205 The motor is stopped, and the rotation of the holding member of the second support arm 205 is stopped. At this time, the C-shaped member of the first support arm 203 is rotated by rotating the holding member of the second support arm 205, and the PET detection unit is further fixed to the C-shaped member of the first support arm 203. 201 also performs the same rotational movement. Here, the second control unit 206 corresponds to “second control means” according to the present invention.

また、以上の照射ノズル回転制御部１０５、天板回転制御部１０７、天板移動制御部１０９、第１制御部２０４、及び第２制御部２０６を合わせたものが本発明における「制御手段」にあたる。   The combination of the irradiation nozzle rotation control unit 105, the top plate rotation control unit 107, the top plate movement control unit 109, the first control unit 204, and the second control unit 206 corresponds to the “control means” in the present invention. .

（各部材の回転角度の算出方法）
次に、図５及び図６を参照して、治療計画に基づく、照射ノズル回転部１０４による粒子線照射部１０３の回転角度θ、天板回転部１０６による天板１１０の回転角度ψ、第１支持アーム２０３によるＰＥＴ検出部２０１の回転角度φ、及び第２支持アーム２０５によるＰＥＴ検出部２０１の回転角度ηを算出する方法を詳細に説明する。図５は被検体への粒子線の照射方向を表すベクトルを表した図である。ここで、図５の座標系は被検体が寝ている平面βをＸＹ平面とし、粒子線照射部１０３及び照射ノズル回転部１０４が動く平面αをＹＺ平面にした直交座標空間である。この図５の直交座標系を０−ＸＹＺと呼ぶことにする。 (Calculation method of rotation angle of each member)
Next, referring to FIG. 5 and FIG. 6, based on the treatment plan, the rotation angle θ of the particle beam irradiation unit 103 by the irradiation nozzle rotation unit 104, the rotation angle ψ of the top plate 110 by the top plate rotation unit 106, A method for calculating the rotation angle φ of the PET detection unit 201 by the support arm 203 and the rotation angle η of the PET detection unit 201 by the second support arm 205 will be described in detail. FIG. 5 is a diagram showing a vector representing the irradiation direction of the particle beam on the subject. Here, the coordinate system of FIG. 5 is an orthogonal coordinate space in which the plane β on which the subject lies is the XY plane, and the plane α on which the particle beam irradiation unit 103 and the irradiation nozzle rotating unit 104 move is the YZ plane. The orthogonal coordinate system in FIG. 5 is called 0-XYZ.

操作者は、予めＸ線診断装置などで撮像した被検体の患部の画像を基に、その患部を粒子線の照射対象部位とする治療計画を立てる。この治療計画には、粒子線の照射侵入位置及び方向の条件、粒子線の照射量などが含まれる。そして、操作者は、粒子線の照射方向をベクトルとして入力する。この入力は、操作者が、ユーザインタフェース０１０に表示された被検体の照射対象部位が原点に配置された三次元座標空間を参照し、その照射対象部位、すなわち原点に向けて照射したい始点を指定することで、その座標の原点から指定された始点へのベクトルが指定され、そのベクトルが照射方向の条件として入力される。ここで、ベクトルとはあくまでも方向を表すだけの意味で用いており、その大きさは問題にはしない。そこで、ここでは、便宜上入力されるベクトルは大きさ１の単位ベクトルとする。以下、このベクトルをｅｎとする。ｅｎは単位ベクトルであるので｜ｅｎ｜＝１となっている。 Based on the image of the affected area of the subject imaged in advance by an X-ray diagnostic apparatus or the like, the operator makes a treatment plan in which the affected area is a target site for particle beam irradiation. This treatment plan includes the conditions for the position and direction of particle beam irradiation, the dose of the particle beam, and the like. Then, the operator inputs the particle beam irradiation direction as a vector. In this input, the operator refers to the three-dimensional coordinate space in which the irradiation target part of the subject displayed on the user interface 010 is arranged at the origin, and designates the irradiation target part, that is, the starting point to be irradiated toward the origin. As a result, a vector from the origin of the coordinates to the designated start point is designated, and the vector is input as a condition for the irradiation direction. Here, the vector is used only to indicate the direction, and its size is not a problem. Therefore, here, a vector input for convenience is assumed to be a unit vector of size 1. Hereinafter, the vector and e n. Since e n is a unit vector, | e n | = 1.

ここで、操作者にとって照射方向は照射対象の中心を通り且つ体軸を基準とした直交座標系で表すことがわかりやすいことから、被検体の体軸が一つの軸と一致する局所直交座標系を考える。そこで、この局所直交座標系のそれぞれの軸をＸ’Ｙ’Ｚ’軸とし、０’−Ｘ’Ｙ’Ｚ’の座標系とする。そして、Ｘ’軸、Ｙ’軸、Ｚ’軸方向の単位ベクトルをそれぞれ、ｅ１’、ｅ２’、ｅ３’とおく。被検体を載置した天板１１０は水平に保たれたまま、平行移動や回転移動が行われるため、Ｚ軸とＺ’軸は同じ方向を向いているものとする。すなわち、ｅ３’＝ｅ３である。そして、入力された粒子線の照射の条件であるｅｎは０’−Ｘ’Ｙ’Ｚ’の座標系ではｅｎ’で表わされるものとする。この局所直交座標系における模式図が図６である。 Here, since it is easy for the operator to express the irradiation direction in an orthogonal coordinate system that passes through the center of the irradiation target and is based on the body axis, a local orthogonal coordinate system in which the body axis of the subject coincides with one axis is used. Think. Therefore, each axis of the local orthogonal coordinate system is set as an X′Y′Z ′ axis and a coordinate system of 0′−X′Y′Z ′. The unit vectors in the X ′ axis, Y ′ axis, and Z ′ axis directions are set as e 1 ′, e 2 ′, and e 3 ′, respectively. Since the top plate 110 on which the subject is placed is kept horizontal and is moved in parallel or rotated, the Z axis and the Z ′ axis are assumed to face the same direction. That is, e 3 ′ = e 3 . Then, a condition of irradiation of the inputted particle beam e n shall be represented by 'e n is the coordinate system of the' 0'-X'Y'Z. A schematic diagram in the local orthogonal coordinate system is shown in FIG.

まず、照射ノズル回転部１０４による粒子線照射部１０３の回転量θを算出する。図５における粒子線照射部１０３が回転する０−ＸＹＺにおけるＹＺ平面は、図６で示されるｅｎ’とｅ３’が張る平面Σに対応している必要がある。そのため、ｅｎ’とｅ３’がなす角度がθになる。したがって、粒子線照射部１０３の回転角度、すなわち、照射ノズル回転部１０４の回転角度θは、
ｃｏｓθ＝（ｅｎ’・ｅ３’）／｜ｅｎ’｜・｜ｅ３’｜＝（ｅｎ’・ｅ３’）
と表わされる。
（ここで、（Ａ・Ｂ）は、ベクトルＡとベクトルＢとの内積を表す。また、（Ａ×Ｂ）はベクトルＡとベクトルＢとの外積を表す。以下同じ。）
したがって、
θ＝ｃｏｓ−１（（ｅｎ’・ｅ３’））
と求められる。 First, the rotation amount θ of the particle beam irradiation unit 103 by the irradiation nozzle rotation unit 104 is calculated. The YZ plane at 0-XYZ in which the particle beam irradiation unit 103 rotates in FIG. 5 needs to correspond to the plane Σ between e n ′ and e 3 ′ shown in FIG. Therefore, the angle formed by e n 'and e 3 ' is θ. Therefore, the rotation angle of the particle beam irradiation unit 103, that is, the rotation angle θ of the irradiation nozzle rotation unit 104 is
cos θ = (e n ′ · e 3 ′) / | e n ′ |. | e 3 ′ | = (e n ′ · e 3 ′)
It is expressed as
(Here, (A · B) represents the inner product of vector A and vector B. Also, (A × B) represents the outer product of vector A and vector B. The same applies hereinafter.)
Therefore,
θ = cos −1 ((e n ′ · e 3 ′))
Is required.

次に、天板回転部１０６による天板１１０の回転量ψを算出する。図５に示されるように、天板回転部１０６の回転角度ψは、ｅｎ’のＸ’Ｙ’平面の正射影成分ｅｎ（ＸＹ）’と、ｅ１’とがなす角度となることから、
ｃｏｓψ＝［｛ｅｎ’−（ｅｎ’・ｅ３’）ｅ３’｝・ｅ１’］／｜ｅｎ’−（ｅｎ’・ｅ３’）ｅ３’｜・｜ｅ１’｜＝［｛ｅｎ’−（ｅｎ’・ｅ３’）ｅ３’｝・ｅ１’］／｜ｅｎ’−（ｅｎ’・ｅ３’）ｅ３’｜
したがって、
ψ＝ｃｏｓ−１［｛ｅｎ’−（ｅｎ’・ｅ３’）ｅ３’｝・ｅ１’］／｜ｅｎ’−（ｅｎ’・ｅ３’）ｅ３’｜
と求められる。 Next, a rotation amount ψ of the top plate 110 by the top plate rotation unit 106 is calculated. As shown in FIG. 5, the rotation angle ψ of the top plate rotating unit 106 'and, e 1' e orthogonal projection component of the plane 'X'Y of' n e n (XY) be the angle between the From
cosψ = [{e n '- (e n' · e 3 ') e 3'} · e 1 '] / | e n' - (e n '· e 3') e 3 '| · | e 1' | = [{e n '- (e n' · e 3 ') e 3'} · e 1 '] / | e n' - (e n '· e 3') e 3 '|
Therefore,
ψ = cos -1 [{e n '- (e n' · e 3 ') e 3'} · e 1 '] / | e n' - (e n '· e 3') e 3 '|
Is required.

ここで、被検体の体軸方向の単位ベクトルｅ１’（Ｘ’軸方向の単位ベクトル）は、直交座標系０−ＸＹＺ上における被検体の体軸方向の単位ベクトルｅｐに対応する。したがって、先に求めた天板回転部１０６による天板１１０の回転量ψを用いて表すと、
ｅｐ＝（ｓｉｎψ，−ｃｏｓψ，０）
と表わされる。 Here, the unit vector e 1 of the body axis direction of the subject '(unit vector X' axis direction) corresponds to the unit vector e p of the subject body axis direction on the orthogonal coordinate system 0-XYZ. Therefore, when expressed using the rotation amount ψ of the top plate 110 by the top plate rotation unit 106 obtained earlier,
e p = (sin ψ, −cos ψ, 0)
It is expressed as

また、直交座標系０−ＸＹＺ上における粒子線の照射の方向の中心軸の単位ベクトルｅｎを先に求めた照射ノズル回転部１０４による粒子線照射部１０３の回転量θを用いて表すと、
ｅｎ＝（０，−ｓｉｎθ，ｃｏｓθ）
と表わされる。 Also, when expressed using the rotation amount θ of the orthogonal coordinate system 0-XYZ irradiation was determined unit vector e n of the central axis of the direction of the irradiation of the particle beam previously on the nozzle rotating section 104 with a particle beam irradiation section 103,
e n = (0, −sin θ, cos θ)
It is expressed as

次に、ＰＥＴ検出部２０１を回転移動させる第１支持アーム２０３の回転角度φ、及び第２支持アーム２０５の回転角度ηを算出する。ここで、本実施形態では図３の状態（第１支持アーム２０３及び第２支持アーム２０５の何れも回転を行っていない状態）から、先ず第２支持アーム２０５によりＰＥＴ検出部２０１を平面α内で回転させ、粒子線照射部１０３から粒子線の照射方向の中心軸がＰＥＴ検出部２０１の開口部を通過するように回転角度ηを求め、次に、回転角ηの第２支持アーム２０５による回転を行った状態を想定し、その状態で第１支持アーム２０３を粒子線照射部１０３から粒子線の照射方向の中心軸の周りに回転させて、ＰＥＴ検出部２０１が天板１１０に直交する角度になるように回転角度φを求める。ここで、ＰＥＴ検出部２０１を天板１１０に直交する角度にする理由は、ＰＥＴ検出部２０１を含む平面Π（以下、単に「平面Π」という）が粒子線の照射方向の単位ベクトルｅｎと被検体の体軸方向の単位ベクトルｅｐが張る平面と直交していれば、ＰＥＴ検出部２０１と被検体を載置した天板１１０との干渉が防止できるからである。 Next, the rotation angle φ of the first support arm 203 and the rotation angle η of the second support arm 205 that rotate the PET detector 201 are calculated. Here, in the present embodiment, from the state of FIG. 3 (the state in which neither the first support arm 203 nor the second support arm 205 rotates), the PET support unit 201 is first moved within the plane α by the second support arm 205. The rotation angle η is determined so that the central axis of the particle beam irradiation direction from the particle beam irradiation unit 103 passes through the opening of the PET detection unit 201, and then the second support arm 205 of the rotation angle η is used. Assuming a state of rotation, in this state, the first support arm 203 is rotated around the central axis in the particle beam irradiation direction from the particle beam irradiation unit 103, and the PET detection unit 201 is orthogonal to the top plate 110. The rotation angle φ is obtained so as to be an angle. The reason for the angle perpendicular the PET detector 201 to the top plate 110, a plane [pi (hereinafter, simply referred to as "plane [pi") including the PET detector 201 and the unit vector e n in the irradiation direction of the particle beam if the perpendicular to the plane in which the unit vector e p of the subject's body axis direction stretched, because interference between the top plate 110 supporting the patient and the PET detection part 201 can be prevented.

そこで、第２支持アーム２０５によるＰＥＴ検出部２０１の回転角度ηを考える。粒子線照射部１０３は先に求めた回転量θの回転を行っている。そして、図３の状態ではＰＥＴ検出部２０１は照射ノズル回転部１０４と同じ平面αに位置している。したがって、ＰＥＴ検出部２０１は平面α内を回転量θ分移動することで、ＰＥＴ検出部２０１の開口部が粒子線照射部１０３からの粒子線の照射方向に一致することになる。すなわち、回転量θの回転を行うことで粒子線の照射方向の中心軸は開口部を通過するようになる。したがって、理想的には第２支持アーム２０５の回転角度ηは照射ノズル回転部１０４による粒子線照射部１０３の回転角度θと一致すればよい。すなわち、η＝θとなる。   Therefore, consider the rotation angle η of the PET detection unit 201 by the second support arm 205. The particle beam irradiation unit 103 rotates the rotation amount θ obtained previously. In the state of FIG. 3, the PET detection unit 201 is located on the same plane α as the irradiation nozzle rotation unit 104. Therefore, the PET detection unit 201 moves in the plane α by the rotation amount θ, so that the opening of the PET detection unit 201 matches the irradiation direction of the particle beam from the particle beam irradiation unit 103. That is, by rotating the rotation amount θ, the central axis in the particle beam irradiation direction passes through the opening. Therefore, ideally, the rotation angle η of the second support arm 205 may coincide with the rotation angle θ of the particle beam irradiation unit 103 by the irradiation nozzle rotation unit 104. That is, η = θ.

ここで、上記の制御では、第２支持アーム２０５によるＰＥＴ検出部２０１の回転角度ηと照射ノズル回転部１０４による粒子線照射部１０３の回転角度θを一致させていたが、実用上は正確に一致する必要はなく、粒子線の照射野がＰＥＴ検出部２０１の開口部を通過する位置ならば多少のずれは許容される。ＰＥＴ検出部２０１と天板１１０が機械的に干渉しなければ、例えば±１０度のずれが許容されるといったこともありうる。   Here, in the above control, the rotation angle η of the PET detection unit 201 by the second support arm 205 and the rotation angle θ of the particle beam irradiation unit 103 by the irradiation nozzle rotation unit 104 are matched. There is no need to match, and if the particle beam irradiation field passes through the opening of the PET detector 201, a slight deviation is allowed. If the PET detector 201 and the top plate 110 do not mechanically interfere with each other, for example, a deviation of ± 10 degrees may be allowed.

次に、第２支持アーム２０５によってＰＥＴ検出部２０１が平面α内を回転角度θ回転させられた状態での、第１支持アーム２０３によるＰＥＴ検出部２０１の粒子線の照射方向の中心軸周りの回転角度φを求める。図３の状態から第２支持アーム２０５によってＰＥＴ検出部２０１が平面α内で角度θ回転させられた状態を第１支持アーム２０３の回転の基準、すなわちφ＝０と決める。そしてφ＝０の場合、平面Πと平面α（ＹＺ平面）は一致しており、平面Πの法線はＸ軸と平行になる。このとき、「ｅｎとｅｐの外積」と「Ｘ軸（＝ｅ１）」のなす角度がφになる。ここで、ｅｎとｅｐは、前述したようにすでに求められていることに注意されたい。
そこで、
ｃｏｓφ＝（ｅｎ×ｅｐ）・ｅ１／｜ｅｎ×ｅｐ｜・｜ｅ１｜＝（ｅｎ×ｅｐ）・ｅ１／｜ｅｎ×ｅｐ｜
が成り立ち、
φ＝ｃｏｓ−１｛ｃｏｓθ・ｃｏｓψ／（１−ｓｉｎ２θ・ｃｏｓ２ψ）１／２｝
としてφが求められる。 Next, in the state in which the PET detection unit 201 is rotated within the plane α by the rotation angle θ by the second support arm 205, the first support arm 203 around the central axis in the irradiation direction of the particle beam of the PET detection unit 201. Obtain the rotation angle φ. The state in which the PET detection unit 201 is rotated by the angle θ in the plane α by the second support arm 205 from the state of FIG. 3 is determined as a reference for the rotation of the first support arm 203, that is, φ = 0. When φ = 0, the plane plane coincides with the plane α (YZ plane), and the normal line of the plane plane is parallel to the X axis. At this time, the angle of the "e n and the outer product of e p" and "X-axis (= e 1)" is phi. Here, e n and e p is noted that the sought already mentioned above.
there,
cosφ = (e n × e p ) · e 1 / | e n × e p | · | e 1 | = (e n × e p) · e 1 / | e n × e p |
And
φ = cos −1 {cos θ · cos ψ / (1-sin 2 θ · cos 2 ψ) 1/2 }
Is obtained as follows.

ここで、特殊なケースとして、上述のφの分母が０になる場合、すなわちθ＝π／２（ｒａｄ）で且つθ＝０（ｒａｄ）の場合は、上述のφは不定になってしまう。この場合、便宜的にφ＝０（ｒａｄ）（Ｘ軸が平面Πに含まれている状態、すなわち被検体の左右にＰＥＴ検出部２０１が配置された状態）、又はφ＝π／２（ｒａｄ）（Ｘ軸が平面Πと直交している場合、すなわち被検体の腹部と背面にＰＥＴ検出部２０１が配置された状態）に第１支持アーム２０３の制御を行うように決めておけばよい。   Here, as a special case, when the above denominator of φ becomes 0, that is, when θ = π / 2 (rad) and θ = 0 (rad), the above φ becomes indefinite. In this case, for convenience, φ = 0 (rad) (a state where the X axis is included in the plane plane, that is, a state where the PET detection unit 201 is arranged on the left and right of the subject), or φ = π / 2 (rad ) (When the X axis is orthogonal to the plane ridge, that is, the state where the PET detection unit 201 is disposed on the abdomen and back of the subject), the first support arm 203 may be determined to be controlled.

そして、算出した回転角度を基に、それぞれの部材の回転を実行することで被検体の体軸の方向は入力された照射方向の条件に適合するように移動される。そこで、最後に天板移動部１０８は、体軸が適切に移動させられた状態での天板の位置に載置した被検体の照射対象部位を照射方向の中心軸が通過するように天板を並進移動させる距離Ｌを求める。   Then, by rotating each member based on the calculated rotation angle, the direction of the body axis of the subject is moved so as to meet the input irradiation direction condition. Therefore, finally, the top plate moving unit 108 causes the top plate so that the central axis in the irradiation direction passes through the irradiation target portion of the subject placed at the position of the top plate with the body axis appropriately moved. A distance L for translation of is obtained.

以上のように、被検体の体軸方向と粒子線照射部１０３からの粒子線の照射方向が決定されると、照射ノズル回転部１０４による粒子線照射部１０３の回転角度θ、天板回転部１０６による天板１１０の回転角度ψ、第１支持アーム２０３によるＰＥＴ検出部２０１の回転角度φ、及び第２支持アーム２０５によるＰＥＴ検出部２０１の回転角度ηを一意的に決定できる。この求めた回転角度により照射ノズル回転部１０４、天板回転部１０６、第１支持アーム２０３、及び第２支持アーム２０５をそれぞれ制御することで、被検体に対し適切な方向から粒子線の照射の方向の中心軸がＰＥＴ検出部２０１の開口部を通過するように、粒子線の照射を行うことができ、また、天板１１０及びＰＥＴ検出部２０１が接触するなどの機械的な干渉を防止することが可能となる。以上では、説明の都合上それぞれの回転角度の算出を順番に説明したが、それぞれの角度の算出の順番はどのような順序でもよい。また、それぞれの部材の回転移動の順番はどのような順序でもよく、本実施形態における制御はそれぞれの回転角度を求めた後に、その回転角度を基に照射ノズル回転部１０４、天板回転部１０６、第１支持アーム２０３、及び第２支持アーム２０５による粒子線照射部１０３、天板１１０、及びＰＥＴ検出部２０１の回転移動をそれぞれが接触しないように連動して行うものである。   As described above, when the body axis direction of the subject and the irradiation direction of the particle beam from the particle beam irradiation unit 103 are determined, the rotation angle θ of the particle beam irradiation unit 103 by the irradiation nozzle rotation unit 104, the top plate rotation unit The rotation angle ψ of the top plate 110 by 106, the rotation angle φ of the PET detection unit 201 by the first support arm 203, and the rotation angle η of the PET detection unit 201 by the second support arm 205 can be uniquely determined. By controlling the irradiation nozzle rotating unit 104, the top plate rotating unit 106, the first support arm 203, and the second support arm 205 according to the obtained rotation angle, the particle beam can be irradiated from an appropriate direction to the subject. Particle beam irradiation can be performed so that the central axis of the direction passes through the opening of the PET detection unit 201, and mechanical interference such as contact between the top 110 and the PET detection unit 201 is prevented. It becomes possible. In the above description, the calculation of the respective rotation angles has been described in order for convenience of explanation, but the calculation order of the respective angles may be any order. Further, the rotational movement order of each member may be any order, and the control in the present embodiment obtains the respective rotation angles, and then the irradiation nozzle rotation unit 104 and the top plate rotation unit 106 based on the rotation angles. The rotational movement of the particle beam irradiation unit 103, the top plate 110, and the PET detection unit 201 by the first support arm 203 and the second support arm 205 is performed in conjunction so that they do not contact each other.

次に、図７を参照して本実施形態に係る粒子線治療装置の粒子線照射及びＰＥＴ画像の作成の流れを説明する。図７は本実施形態に係る粒子線治療装置の粒子線照射及びＰＥＴ画像の作成のフローチャート図である。   Next, the flow of particle beam irradiation and PET image creation of the particle beam therapy system according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a flowchart of particle beam irradiation and creation of a PET image of the particle beam therapy system according to this embodiment.

ステップＳ１０１：操作者は、ユーザインタフェース０１０を用いて粒子線の照射の方向の条件を入力する。   Step S101: The operator uses the user interface 010 to input conditions for the particle beam irradiation direction.

ステップＳ１０２：入力された照射の方向の条件を基に、照射ノズル回転制御部１０５、天板回転制御部１０７、第１制御部２０３、及び第２制御部２０６はそれぞれ、照射ノズル回転部１０４による粒子線照射部１０３の回転角度θ、天板回転部１０６による天板１１０の回転角度ψ、第１支持アーム２０３によるＰＥＴ検出部２０１の回転角度φ、及び第２支持アーム２０５によるＰＥＴ検出部２０１の回転角度ηを算出する。   Step S102: The irradiation nozzle rotation control unit 105, the top plate rotation control unit 107, the first control unit 203, and the second control unit 206 are each performed by the irradiation nozzle rotation unit 104 based on the input irradiation direction conditions. The rotation angle θ of the particle beam irradiation unit 103, the rotation angle ψ of the top plate 110 by the top plate rotation unit 106, the rotation angle φ of the PET detection unit 201 by the first support arm 203, and the PET detection unit 201 by the second support arm 205 The rotation angle η is calculated.

ステップＳ１０３：算出した回転角度を基に、照射ノズル回転制御部１０５は照射ノズル回転部１０４を制御して粒子線照射部１０３を回転させ、天板回転制御部１０７は天板回転部１０６を制御して天板１１０を回転させ、第１制御部２０４は第１支持アーム２０３を制御してＰＥＴ検出部２０１を回転させ、第２制御部２０６は第２支持アーム２０５を制御してＰＥＴ検出部２０１を回転させる。   Step S103: Based on the calculated rotation angle, the irradiation nozzle rotation control unit 105 controls the irradiation nozzle rotation unit 104 to rotate the particle beam irradiation unit 103, and the top plate rotation control unit 107 controls the top plate rotation unit 106. The first control unit 204 controls the first support arm 203 to rotate the PET detection unit 201, and the second control unit 206 controls the second support arm 205 to rotate the PET detection unit 201. Rotate 201.

ステップＳ１０４：天板移動制御部１０９は、入力された照射の方向の条件に基づいて並進移動する距離Ｌを求め、天板１１０を距離Ｌだけ並進移動させる。   Step S104: The top board movement control unit 109 obtains a translation distance L based on the input irradiation direction condition, and translates the top board 110 by the distance L.

ステップＳ１０５：粒子線照射部１０３は、粒子線を被検体の照射対象部位に向けて照射する。   Step S105: The particle beam irradiation unit 103 irradiates the particle beam toward the irradiation target portion of the subject.

ステップＳ１０６：ＰＥＴ検出部２０１は、粒子線が照射され被検体で発生したγ線をシンチレータアレイで検出し、検出したγ線に基づく電気信号を同時計測などの信号処理を行った後、画像生成部２０２に送信する。   Step S106: The PET detection unit 201 detects γ-rays that are irradiated with the particle beam and generated in the subject with a scintillator array, performs electrical signal processing based on the detected γ-rays and performs signal processing such as simultaneous measurement, and then generates an image. To the unit 202.

ステップＳ１０７：画像生成部２０２は、ＰＥＴ検出部２０１より入力された電気信号を処理しＰＥＴ画像を生成して表示制御部０２０に送信する。   Step S107: The image generation unit 202 processes the electrical signal input from the PET detection unit 201, generates a PET image, and transmits the PET image to the display control unit 020.

ステップＳ１０８：表示制御部０２０は、画像生成部２０２から入力されたＰＥＴ画像を表示部０１２に表示させる。   Step S108: The display control unit 020 displays the PET image input from the image generation unit 202 on the display unit 012.

以上で説明したように、本実施形態に係る粒子線治療装置は、粒子線の照射の方向の条件を入力することで、その照射の方向の条件に対応した位置に粒子線照射部、天板、及びＰＥＴ検出部を相互に機械的な干渉を起こさないように、自動的に移動させる構成となっている。これにより、操作者による各部の移動の負荷を軽減できるとともに、被検体の照射対象部位への任意の角度からの正確で効果的な粒子線の照射を行うことが可能となる。また、ＰＥＴ検出部の視野を最大限にしてγ線の検出の精度を向上させることができる。さらに、各部材同士が接触して破壊されるといった事故も防止可能である。   As described above, the particle beam therapy system according to the present embodiment inputs the condition of the irradiation direction of the particle beam, so that the particle beam irradiation unit and the top plate are located at positions corresponding to the irradiation direction condition. , And the PET detector are automatically moved so as not to cause mechanical interference with each other. Thereby, the load of movement of each part by the operator can be reduced, and accurate and effective particle beam irradiation from any angle to the irradiation target site of the subject can be performed. Also, the field of view of the PET detector can be maximized to improve the accuracy of γ-ray detection. Furthermore, it is possible to prevent an accident such that the members are contacted and destroyed.

本発明に係る粒子線治療装置のブロック図Block diagram of particle beam therapy system according to the present invention （Ａ）本発明に係る粒子線治療装置の模式的な正面図、（Ｂ）本発明に係る粒子線治療装置の模式的な側面図(A) Schematic front view of particle beam therapy system according to the present invention, (B) Schematic side view of particle beam therapy system according to the present invention 本発明に係る粒子線治療装置の模式的な上面図Schematic top view of a particle beam therapy system according to the present invention 第１の実施形態に係る粒子線治療装置の粒子線照射及びＰＥＴ画像の作成のフローチャート図Flowchart diagram of particle beam irradiation and creation of PET image of particle beam therapy system according to first embodiment 本実施形態に係る粒子線治療装置における入力された照射条件に基づく天板、粒子線照射部、及びＰＥＴ検出部の回転移動を説明するための図The figure for demonstrating the rotational movement of the top plate based on the input irradiation conditions in the particle beam treatment apparatus which concerns on this embodiment, a particle beam irradiation part, and a PET detection part. 回転移動の角度を算出するため、図５を局所直交座標系で表した図FIG. 5 is a local orthogonal coordinate system for calculating the angle of rotational movement. 第２の実施形態に係る粒子線治療装置の粒子線照射、及びＰＥＴ画像の作成のフローチャートの図Flowchart diagram of particle beam irradiation and creation of PET image of particle beam therapy system according to second embodiment

符号の説明Explanation of symbols

０１０ ユーザインタフェース
０１１ 入力部
０１２ 表示部
０２０ 表示制御部
１００ 粒子線治療部
１０１ 粒子線発生／加速器
１０２ 粒子線伝送部
１０３ 粒子線照射部
１０４ 照射ノズル回転部
１０５ 照射ノズル回転制御部
１０６ 天板回転部
１０７ 天板回転制御部
１０８ 天板移動部
１０９ 天板移動制御部
２００ ＰＥＴ部
２０１ ＰＥＴ検出部
２０２ 画像生成部
２０３ 第１支持アーム
２０４ 第１制御部
２０５ 第２支持アーム
２０６ 第２制御部 010 User interface 011 Input unit 012 Display unit 020 Display control unit 100 Particle beam treatment unit 101 Particle beam generator / accelerator 102 Particle beam transmission unit 103 Particle beam irradiation unit 104 Irradiation nozzle rotation unit 105 Irradiation nozzle rotation control unit 106 Top plate rotation unit 107 Top plate rotation control unit 108 Top plate moving unit 109 Top plate movement control unit 200 PET unit 201 PET detection unit 202 Image generation unit 203 First support arm 204 First control unit 205 Second support arm 206 Second control unit

Claims (7)

被検体を載置する天板と、
前記天板を載置平面内で回転させる天板回転手段と、
前記天板を前記被検体の体軸方向に並進移動させる天板移動手段と、
前記天板に載置された前記被検体に向けて粒子線を照射する粒子線照射手段と、
前記粒子線照射手段を前記載置平面と直交する特定の平面内で被検体の周りを回転移動させる照射ノズル回転手段と、
前記粒子線照射手段と前記被検体との間に、略筒型の形状で該筒内に前記被検体を囲うように配置され、かつ粒子線照射手段からの前記粒子線を通過させる開口を有し、前記粒子線が前記被検体に照射されたときに発生するγ線を検出するＰＥＴ検出器と、
前記ＰＥＴ検出器を前記粒子線の照射方向の軸の周りに回転可能に保持する第１支持アームと、
前記第１支持アームを前記体軸の周囲に回転可能に保持する第２支持アームと、
前記ＰＥＴ検出器で検出されたγ線を基に画像を生成する画像生成手段と、
を備えたことを特徴とする粒子線治療装置。 A top plate on which the subject is placed;
A top plate rotating means for rotating the top plate in a mounting plane;
A top plate moving means for translating the top plate in the body axis direction of the subject;
A particle beam irradiation means for irradiating a particle beam toward the subject placed on the top plate;
An irradiation nozzle rotating means for rotating the particle beam irradiating means around a subject in a specific plane orthogonal to the placement plane;
Between the particle beam irradiation means and the subject, there is an opening that is arranged in a substantially cylindrical shape so as to surround the subject in the cylinder and allows the particle beam from the particle beam irradiation means to pass therethrough. A PET detector that detects γ rays generated when the subject is irradiated with the particle beam;
A first support arm for holding the PET detector rotatably about an axis in the irradiation direction of the particle beam;
A second support arm for rotatably holding the first support arm around the body axis;
Image generating means for generating an image based on γ rays detected by the PET detector;
A particle beam therapy system comprising: 前記ＰＥＴ検出器は、前記開口と反対の方向にさらに開口を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。   The particle beam therapy system according to claim 1, wherein the PET detector further has an opening in a direction opposite to the opening. 前記被検体への前記粒子線の照射方向の条件の入力を受けて、前記入力された照射方向から粒子線が被検体に向けて照射されるように前記天板及び前記粒子線照射手段を制御し、前記粒子線の照射野が前記ＰＥＴ検出器の前記開口を通過するように制御する制御手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の粒子線治療装置。   Upon receiving the input of the condition of the irradiation direction of the particle beam to the subject, the top plate and the particle beam irradiation unit are controlled so that the particle beam is irradiated toward the subject from the input irradiation direction. The particle beam treatment apparatus according to claim 1, further comprising a control unit that controls the irradiation field of the particle beam to pass through the opening of the PET detector. 前記制御手段は、
前記天板の回転を制御する天板回転制御手段と、
前記天板の並進移動を制御する天板移動制御手段と、
前記粒子線照射手段の回転移動を制御する照射ノズル回転制御手段と、
前記照射方向の軸を含む平面と直交する方向の前記ＰＥＴ検出器の回転を制御する第１制御手段と、
前記載置平面と直交する方向の前記第１アームの回転を制御する第２制御手段と、
を備え、
前記被検体への前記粒子線の照射方向の条件の入力を受けて、
前記天板回転制御手段、前記天板移動制御手段、及び前記照射ノズル回転制御手段は、入力された照射方向から粒子線が被検体に向けて照射されるようにそれぞれ、前記天板及び前記粒子線照射手段を制御し、
前記第１制御手段及び前記第２制御手段は、前記粒子線の照射野が前記ＰＥＴ検出器の前記開口を通過するように制御する、
ことを特徴とする請求項３に記載の粒子線治療装置。 The control means includes
A top plate rotation control means for controlling the rotation of the top plate;
A top plate movement control means for controlling translational movement of the top plate;
Irradiation nozzle rotation control means for controlling the rotational movement of the particle beam irradiation means;
First control means for controlling rotation of the PET detector in a direction orthogonal to a plane including the axis of the irradiation direction;
Second control means for controlling rotation of the first arm in a direction perpendicular to the placement plane;
With
In response to the input of the condition of the irradiation direction of the particle beam to the subject,
The top plate rotation control unit, the top plate movement control unit, and the irradiation nozzle rotation control unit are respectively configured so that the particle beam is irradiated toward the subject from the input irradiation direction. Control the irradiation means,
The first control unit and the second control unit control the irradiation field of the particle beam to pass through the opening of the PET detector.
The particle beam therapy system according to claim 3. 前記入力される照射方向の条件は、前記粒子線照射手段の回転の角度にかかわらず照射された粒子線が常に通過する点である照射中心を原点とする座標空間に対するベクトル情報として表され、
前記照射ノズル回転制御手段は、前記ベクトルに基づいて前記粒子線照射手段の回転角度θを算出し、前記照射ノズル移動手段により前記粒子線照射手段を該角度θ回転させ、
前記天板回転制御手段は、前記ベクトルを基に前記天板の回転角度ψを算出し、前記天板回転手段により前記天板を該角度ψ回転させ、
前記天板移動制御手段は前記角度θ及び前記角度ψに基づいて前記粒子線の照射方向が前記被検体の照射対象部位を通過するように、前記天板移動手段により前記天板を並進移動させ、
前記第１制御手段は前記ベクトルを基に前記ＰＥＴ検出器の回転角度φを算出し、前記第１支持アームにより前記ＰＥＴ検出器を該角度φ回転させ、
前記第２制御手段は、前記第２支持アームにより前記第１支持アームを前記θとほぼ同じ角度回転させる、
ことを特徴とする請求項４に記載の粒子線治療装置。 The condition of the input irradiation direction is expressed as vector information for a coordinate space whose origin is the irradiation center, which is a point through which the irradiated particle beam always passes regardless of the rotation angle of the particle beam irradiation means,
The irradiation nozzle rotation control unit calculates a rotation angle θ of the particle beam irradiation unit based on the vector, and rotates the particle beam irradiation unit by the angle θ by the irradiation nozzle moving unit,
The top plate rotation control means calculates a rotation angle ψ of the top plate based on the vector, rotates the top plate by the angle ψ by the top plate rotation means,
The top plate movement control means translates the top plate by the top plate moving means so that the irradiation direction of the particle beam passes through the irradiation target portion of the subject based on the angle θ and the angle ψ. ,
The first control means calculates a rotation angle φ of the PET detector based on the vector, rotates the PET detector by the angle φ by the first support arm,
The second control means rotates the first support arm by the second support arm at substantially the same angle as θ.
The particle beam therapy system according to claim 4. 前記座標空間のＸ軸を前記照射ノズル回転手段の回転軸と一致させ、前記天板と平行な水平面内で該Ｘ軸に直交する軸をＹ軸とし、該Ｘ軸及び該Ｙ軸の双方に直交する鉛直方向をＺ軸とし、さらに、該Ｘ軸、該Ｙ軸、及び該Ｚ軸の各単位ベクトルをそれぞれｅ１、ｅ２、ｅ３とし、前記入力された照射方向を表すベクトルをｅｎとする。
また、前記被検体の体軸が一つの軸と一致する座標系でかつ、各座標軸が前記被検体の体軸方向をＸ’軸、該Ｘ’軸に直交する軸をＹ’軸、及び鉛直方向をＺ’軸であり、さらに該座標系の原点０’を前記照射中心とする局所直交座標系において、該Ｘ’軸 、該Ｙ’軸、 及び該Ｚ’軸方向の各単位ベクトルをそれぞれｅ１’、ｅ２’、ｅ３’とする。さらに前記照射方向の前記局所直交座標系における単位ベクトルをｅｎ’とする。
このとき、
前記θはθ＝ｃｏｓ−１（ｅｎ’・ｅ３’）
前記ψはψ＝ｃｏｓ−１［｛ｅｎ’―（ｅｎ’・ｅ３’）ｅ３’｝・ｅｎ’／｜ｅｎ’―（ｅｎ’・ｅ３’）ｅ３’｜］
前記φはφ＝ｃｏｓ−１｛ｃｏｓθ・ｃｏｓψ／（１−ｓｉｎ２θ・ｃｏｓ２ψ）１／２｝
（ここで（ｅｎ’・ｅ３’）は内積を表す）
と表わされることを特徴とする請求項５に記載の粒子線治療装置。 The X-axis of the coordinate space is made coincident with the rotation axis of the irradiation nozzle rotating means, the axis orthogonal to the X-axis is set as the Y-axis in a horizontal plane parallel to the top plate, and both the X-axis and the Y-axis An orthogonal vertical direction is defined as a Z-axis, unit vectors of the X-axis, the Y-axis, and the Z-axis are defined as e 1 , e 2 , and e 3 , respectively, and a vector representing the input irradiation direction is defined as e Let n .
The body axis of the subject coincides with one axis, and each coordinate axis has the body axis direction of the subject as the X ′ axis, the axis orthogonal to the X ′ axis as the Y ′ axis, and the vertical axis. In a local orthogonal coordinate system in which the direction is the Z ′ axis and the origin 0 ′ of the coordinate system is the irradiation center, the unit vectors in the X ′ axis, the Y ′ axis, and the Z ′ axis direction are respectively Let e 1 ′, e 2 ′, and e 3 ′. Furthermore the unit vector in the local orthogonal coordinate system of the irradiation direction and e n '.
At this time,
The θ is θ = cos −1 (e n ′ · e 3 ′).
Wherein [psi is ψ = cos -1 [{e n '- (e n' · e 3 ') e 3'} · e n '/ | e n' - (e n '· e 3') e 3 '| ]
The φ is φ = cos −1 {cos θ · cos ψ / (1-sin 2 θ · cos 2 ψ) 1/2 }
(Where (e n '· e 3 ') represents the inner product)
The particle beam therapy system according to claim 5, wherein 被検体を載置する天板と、
前記天板を載置平面内で回転させる天板回転手段と、
前記天板を前記被検体の体軸方向に並進移動させる天板移動手段と、
前記天板に載置された前記被検体に向けて粒子線を照射する粒子線照射手段と、
前記粒子線照射手段を前記載置平面と直交する特定の平面内で被検体の周りを回転移動させる照射ノズル回転手段と、
前記粒子線照射手段と前記被検体との間に、略筒型の形状で該筒内に前記被検体を囲うように配置され、かつ粒子線照射手段からの前記粒子線を通過させる開口を有し、前記粒子線が前記被検体に照射されたときに発生するγ線を検出するＰＥＴ検出器と、
前記ＰＥＴ検出器を前記粒子線の照射方向の軸に回転可能に保持する第１支持アームと、
前記第１支持アームを体軸の周囲に回転可能に保持する第２支持アームと、
前記ＰＥＴ検出器で検出されたγ線を基に画像を生成する画像生成手段と、
を備えた粒子線治療装置を制御する粒子線治療装置制御方法であって、
前記粒子線照射手段の回転の角度にかかわらず照射された粒子線が常に通過する点である照射中心を原点とする座標空間のベクトルで表される前記被検体への粒子線の照射方向の条件を入力として受ける段階と、
前記ベクトルを基に、前記粒子線照射手段の回転角度θを算出し、前記粒子線照射手段を該角度θ回転させる段階と、
前記ベクトルを基に、前記天板の回転角度ψを算出し、前記天板を該角度ψ回転させる段階と、
前記角度θ及び前記角度ψを基に、前記粒子線の照射方向が前記被検体の照射対象部位を通過するよう前記天板を前記体軸方向に並進移動させる段階と、
前記第２支持アームにより前記ＰＥＴ検出器を保持する前記第１支持アームを前記θとほぼ同じ角度で回転させる段階と、
前記第１支持アームによる前記ＰＥＴ検出器の回転角度φを算出し、前記第１支持アームにより前記ＰＥＴ検出器を該角度φ回転させる段階と、
を有することを特徴とする粒子線治療装置制御方法。 A top plate on which the subject is placed;
A top plate rotating means for rotating the top plate in a mounting plane;
A top plate moving means for translating the top plate in the body axis direction of the subject;
A particle beam irradiation means for irradiating a particle beam toward the subject placed on the top plate;
An irradiation nozzle rotating means for rotating the particle beam irradiating means around a subject in a specific plane orthogonal to the placement plane;
Between the particle beam irradiation means and the subject, there is an opening that is arranged in a substantially cylindrical shape so as to surround the subject in the cylinder and allows the particle beam from the particle beam irradiation means to pass therethrough. A PET detector that detects γ rays generated when the subject is irradiated with the particle beam;
A first support arm that rotatably holds the PET detector on an axis in the irradiation direction of the particle beam;
A second support arm for rotatably holding the first support arm around a body axis;
Image generating means for generating an image based on γ rays detected by the PET detector;
A particle beam therapy system control method for controlling a particle beam therapy system comprising:
Conditions for the irradiation direction of the particle beam on the subject expressed by a vector in a coordinate space with the irradiation center as an origin, which is a point through which the irradiated particle beam always passes regardless of the rotation angle of the particle beam irradiation means Receiving as input,
Calculating a rotation angle θ of the particle beam irradiation means based on the vector, and rotating the particle beam irradiation means by the angle θ;
Calculating a rotation angle ψ of the top plate based on the vector, and rotating the top plate by the angle ψ;
Based on the angle θ and the angle ψ, translating the top plate in the body axis direction so that the irradiation direction of the particle beam passes through the irradiation target site of the subject;
Rotating the first support arm holding the PET detector by the second support arm at substantially the same angle as θ;
Calculating a rotation angle φ of the PET detector by the first support arm and rotating the PET detector by the first support arm;
A particle beam therapy system control method comprising:
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