JP6230066B2 - Particle beam irradiation control apparatus and control method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、動体標的をリアルタイムに監視し、選択的に動体標的に線量を与える粒子線照射制御装置およびその制御方法に関する。 The present invention relates to a particle beam irradiation control apparatus that monitors a moving object target in real time and selectively gives a dose to the moving object target, and a control method therefor.
加速器で高エネルギーまで加速した荷電粒子ビームを用いる粒子線照射では、粒子線のブラッグピークを用いることで、体表面付近の正常組織への線量を極力抑えながら、体内深くにある腫瘍に大きな線量を与えることが可能である。 In particle beam irradiation using a charged particle beam accelerated to high energy with an accelerator, the Bragg peak of the particle beam is used to reduce the dose to normal tissues near the body as much as possible, while giving a large dose to a tumor deep inside the body. It is possible to give.
照射の標的が呼吸性移動を伴うような腫瘍の場合、照射中も標的が移動を行うため、標的周辺の正常組織にも余計な線量を与えてしまう可能性がある。そこで、昨今、標的周辺の正常組織への線量付与を抑えつつ標的腫瘍に線量を集中させるため、呼吸同期装置を用いて呼吸で動く標的の位置を監視しながら、標的が治療計画における位置とおおよそ一致する範囲に入ったときにのみ照射する方法が開発されている。 In the case of a tumor in which the irradiation target is accompanied by respiratory movement, the target moves during irradiation, so that an extra dose may be given to normal tissues around the target. Therefore, in recent years, in order to concentrate the dose on the target tumor while suppressing the dose application to the normal tissue around the target, the target is approximately the position in the treatment plan while monitoring the position of the target moving by breathing using the respiratory synchronization device. A method of irradiating only when entering the matching range has been developed.
一方、加速器からのビーム出射制御においては、照射システムからのビーム出射要求信号に同期してビーム出射の開始・停止を切り替える必要がある。長時間のビーム出射停止間には、ビームラインにあるビームシャッターを閉じたり、ビーム出射に関係する電磁石等の電源の出力電流・電圧をオフまたは変更したりする場合がある。 On the other hand, in the beam extraction control from the accelerator, it is necessary to switch start / stop of beam extraction in synchronization with the beam extraction request signal from the irradiation system. While the beam extraction is stopped for a long time, the beam shutter in the beam line may be closed, or the output current / voltage of a power source such as an electromagnet related to the beam extraction may be turned off or changed.
ところで、ビーム出射停止状態からビーム出射を開始するためには、ある長さの出射準備時間がかかる。
ビームシャッターを出射停止間に閉じている場合は、一番時間がかかるシャッターを開くための駆動時間が出射準備時間となる。従来の動体標的照射では、ビーム出射開始のタイミングが予測できないため、ビーム出射要求信号から実際の出射開始までに出射準備時間分の遅れが生じており、結果として、必要な線量を照射するために１照射あたりの照射時間が長くなってしまうという課題があった。
By the way, in order to start beam extraction from the beam extraction stop state, a certain length of preparation time is required.
When the beam shutter is closed while the emission is stopped, the drive time for opening the shutter that takes the longest is the emission preparation time. In conventional moving target irradiation, since the timing of the beam extraction start cannot be predicted, there is a delay for the preparation time from the beam extraction request signal to the actual extraction start. As a result, in order to irradiate the necessary dose There existed a subject that the irradiation time per irradiation became long.
図１４は、従来の被照射対象者の呼吸波形、照射ゲート信号、ビームシャッターの開閉、ビーム照射中か否かの時間経過に対する関係を示す図である。図１４では、横軸に、時間経過を示し、縦軸に、被照射対象者の呼吸波形、照射ゲート信号、ビームシャッターの開閉、ビーム出射(照射)中か否かを示す。 FIG. 14 is a diagram showing a relationship with respect to the passage of time of whether or not a conventional irradiation waveform of a person to be irradiated, irradiation gate signal, beam shutter opening and closing, and beam irradiation. In FIG. 14, the horizontal axis indicates the passage of time, and the vertical axis indicates whether the subject's breathing waveform, irradiation gate signal, beam shutter opening / closing, or beam emission (irradiation) is being performed.
呼吸波形のｉ線より下方の時間帯を照射する時間とする。照射する時間は照射ゲート信号が「ＯＮ」時に相当する。ビームシャッターは「開」時にビーム照射が行われる。これがビーム照射中のＯＮ時である。 Let it be time to irradiate the time zone below the i-line of the respiratory waveform. The irradiation time corresponds to when the irradiation gate signal is “ON”. Beam irradiation is performed when the beam shutter is “open”. This is the ON time during beam irradiation.
図１４により、時刻ｔ１１に照射ゲート信号が「ＯＮ」となるが、ビームシャッターが「開」となり、照射開始が時刻ｔ１２となり、照射開始(ビーム照射中「ＯＮ」)までに(ｔ１２−ｔ１１)の時間遅れが生じる。 According to FIG. 14, the irradiation gate signal is turned “ON” at time t11, but the beam shutter is “open”, the irradiation start is time t12, and the irradiation starts (“ON” during beam irradiation) (t12−t11). This causes a time delay.
つまり、従来方法では、照射ゲート信号が「ＯＮ」してから、ビームの粒子を加速する加速器・ビーム輸送系の出射準備（シャッター開動作など）が開始されるため、また、その出射準備が完了するまで出射は開始されないため、照射ゲート信号に対してビームを出すまでに時間遅れ((ｔ１２−ｔ１１)の時間遅れ)が生じてしまう。 In other words, in the conventional method, after the irradiation gate signal is turned “ON”, the preparation for extraction (shutter opening operation, etc.) of the accelerator / beam transport system that accelerates the particle of the beam is started. Since the emission is not started until the beam is emitted, there is a time delay (time delay of (t12−t11)) until the beam is emitted with respect to the irradiation gate signal.
呼吸波形の４秒周期程度に対し、呼吸に同期する照射ゲート信号の幅は「〜１秒程度」であるので、出射準備にかかる時間が数百ミリ秒であったとしても、治療時間の遅延に影響してしまう。すなわち、呼吸１波形の照射時間「〜１秒程度」のうち出射準備の時間の「数百ミリ秒」が抜け落ちるので、呼吸１波形当たり「数百ミリ秒」の余分な時間線量を照射する時間が必要となる。そのため、計画した線量を照射する時間が延長されることとなっている。 Since the width of the irradiation gate signal synchronized with respiration is “about 1 second” with respect to about 4 seconds period of the respiration waveform, even if the preparation time for extraction is several hundred milliseconds, the treatment time is delayed. Will be affected. That is, since “several hundred milliseconds” of the preparation time for extraction is omitted from the irradiation time “about 1 second” of the breathing one waveform, the time for irradiating an extra time dose of “several hundred milliseconds” per breathing waveform. Is required. Therefore, the time for irradiating the planned dose is extended.
例えば、照射ゲート信号幅１秒のうち４００ミリ秒出射準備にかかるとする。この場合、６００ミリ秒の時間しか照射が行えない。照射時間１０分の線量の照射が必要な場合、照射ゲート信号幅１秒当たり６００ミリ秒の時間しか照射が行えないことが繰り返されるので、実照射時間１０分の線量を照射するのに、１７分近くかかることになる。 For example, suppose that it takes 400 milliseconds to prepare for emission within an irradiation gate signal width of 1 second. In this case, irradiation can be performed only for 600 milliseconds. When irradiation with a dose of 10 minutes is necessary, it is repeated that irradiation can be performed for only 600 milliseconds per second of the irradiation gate signal width. It will take nearly a minute.
そのため、被照射対象者は、照射用のベッドに必要な線量を照射する時間分の拘束を受けることになり、例えば、照射時間１０分で済むところ１７分の拘束を受けることとなり負担となる。また、照射する時間が延長されることにより、１日当たりの照射できる照射対象者の数が制限されることとなる。 Therefore, the person to be irradiated is restrained for the time required to irradiate the irradiation bed with a necessary dose. For example, when the irradiation time is 10 minutes, the person to be irradiated is restrained for 17 minutes. Moreover, the number of irradiation subjects that can be irradiated per day is limited by extending the irradiation time.
なお、本願に係わる公知文献として、特許文献１〜４がある。
特許文献１は、Ｘ線による放射線治療を対象としたものと推測され、ゲート信号発生装置で生じる回路的遅延（リレースイッチの動作時間による遅れなど）のみを考えているが、粒子線照射の場合はそれでは不十分で、照射ビームのオン、オフにかかわる遅延の方がはるかに長く、問題となる照射ビームの遅れに関して、具体的な解決方法を提示していない。
In addition, there exist patent documents 1-4 as a well-known literature concerning this application.
特許文献２、３は、ミリ秒オーダーの非常に短時間なビーム遮断に関する技術であり、本願発明での呼吸同期照射のような秒のオーダーでの長時間遮断と照射再開に関する技術とは背景として考慮するべき事象が大きく異なる。 Patent Documents 2 and 3 are techniques relating to beam interruption in a very short time on the order of milliseconds, and the background of techniques relating to long-time interruption in the order of seconds and resumption of irradiation such as respiratory synchronous irradiation in the present invention is as background. Events to consider are very different.
特許文献４は、その目的は内部呼吸観測時の患者被曝を低減するためのものであり、そのための外部呼吸観測システムを併用した内部呼吸観測システムである。そのため、外部呼吸観測システムと内部呼吸観測システムとを兼用する必要があり、構成が複雑となりコスト増を招来する。
The purpose of
本発明は上記実状に鑑み、粒子線を照射するのに必要な時間を短縮することが可能な粒子線照射制御装置および粒子線照射制御方法の提供を目的とする。 In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a particle beam irradiation control device and a particle beam irradiation control method capable of shortening the time required for irradiating a particle beam.
上記目的を達成するべく、第１の本発明に関わる粒子線照射制御装置は、照射対象体の呼吸性移動を伴う動体標的に粒子線を照射するための粒子線照射制御装置であって、前記粒子線のビームの照射中に呼吸性の移動を伴う動体標的の位置を監視するための呼吸同期装置と、前記動体標的の移動位置の情報を予め取得し、前記移動位置の情報に基づいた判定を行うように構成され、前記動体標的が照射計画における照射領域に入ったと判定される場合にはビーム出射要求信号を出力し、前記動体標的がビーム照射可能な前記照射領域に入る直前であると判定される場合にはビーム出射直前予測信号を出力する照射制御装置と、加速器と出射ビーム輸送ラインの出射用機器を制御し、前記ビーム出射要求信号のオン／オフに同期してビーム出射の開始または停止に切り替え、前記ビーム出射直前予測信号を受けた場合には前記出射用機器のビームの出射の準備を開始するように制御するビーム出射制御装置とを備えている。 In order to achieve the above object, a particle beam irradiation control device according to the first aspect of the present invention is a particle beam irradiation control device for irradiating a moving target with a respiratory movement of a target to be irradiated with a particle beam, A respiratory synchronization device for monitoring the position of a moving target with respiratory movement during irradiation of a particle beam, and information on the moving position of the moving target are acquired in advance , and determination based on the moving position information When it is determined that the moving target has entered the irradiation region in the irradiation plan, a beam extraction request signal is output, and the moving target is immediately before entering the irradiation region where beam irradiation is possible. If it is determined, the irradiation control device that outputs a prediction signal immediately before the beam extraction, the accelerator and the emission device for the emission beam transport line are controlled, and the beam emission is synchronized with the on / off of the beam emission request signal. Switch to start or stop, and a beam emission control unit that controls so as to start preparation for emission of a beam of the beam extraction device when receiving the beam emitted shortly before the predicted signal.
第２の本発明に関わる粒子線照射制御装置の制御方法は、第１の本発明の粒子線照射制御装置を制御する方法である。 The control method of the particle beam irradiation control apparatus according to the second aspect of the present invention is a method of controlling the particle beam irradiation control apparatus of the first aspect of the present invention.
本発明によれば、粒子線を照射するのに必要な時間を短縮することが可能な粒子線照射制御装置および粒子線照射制御方法を実現できる。
具体的には、動体標的へのビームの計画線量の照射のために必要な拘束時間内に従来存在していたタイムロスが少なくなることによって、照射を施せる人数が増えるという顕著な効果を奏する。
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the particle beam irradiation control apparatus and particle beam irradiation control method which can shorten the time required to irradiate a particle beam are realizable.
Specifically, there is a remarkable effect that the number of persons who can perform irradiation increases by reducing the time loss that has been conventionally present within the restraint time necessary for irradiation of the planned dose of the beam to the moving target.
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
図１は、実施形態の粒子線照射装置を用いて照射対象の腫瘍に粒子線を照射している状態を示す概念的上面図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a conceptual top view showing a state in which a particle beam is irradiated on a tumor to be irradiated using the particle beam irradiation apparatus of the embodiment.
本発明の実施形態の制御装置(粒子線照射制御装置)Ｓが適用される粒子線照射装置Ｔは、典型的な粒子線照射装置である。粒子線照射装置Ｔは、電子を除去した陽子、炭素、シリコン、アルゴンなどの荷電粒子を高速に加速して陽子線、重粒子線の粒子線として、スキャニング照射などで照射対象の動的標的(患者の腫瘍)に所定線量照射する装置である。 A particle beam irradiation apparatus T to which a control apparatus (particle beam irradiation control apparatus) S according to an embodiment of the present invention is applied is a typical particle beam irradiation apparatus. The particle beam irradiation apparatus T accelerates charged particles such as protons, carbon, silicon, and argon from which electrons have been removed at high speed to form proton beams and heavy particle beams as a dynamic target to be irradiated by scanning irradiation ( This is a device that irradiates a patient's tumor) with a predetermined dose.
粒子線照射装置Ｔは、入射ビーム輸送ライン２Ａと、シンクロトロン１と、出射ビーム輸送ライン２Ｂとを具備している。
入射ビーム輸送ライン２Ａは、炭素などの原子から電子を除きイオン(荷電粒子)をシンクロトロン１に供給する。
The particle beam irradiation apparatus T includes an incident
The incident beam transport line 2 </ b> A removes electrons from atoms such as carbon and supplies ions (charged particles) to the
シンクロトロン１は、イオン(荷電粒子)を粒子線(陽子線、重粒子線)のビームとして周回させ、高エネルギーまで加速する。
出射ビーム輸送ライン２Ｂは、シンクロトロン１から取り出した粒子線のビームｂを照射対象に向けて輸送する。
The
The outgoing
なお、実際の粒子線照射装置Ｔには、図１に示す機器に加え、シンクロトロン１の線量を測定するビームプロファイルモニタ、出射ビーム輸送ライン２Ｂの粒子線のビームｂの線量を測定するビームプロファイルモニタなどがあるが、図１では割愛している。
In addition to the apparatus shown in FIG. 1, the actual particle beam irradiation apparatus T includes a beam profile monitor that measures the dose of the
粒子線照射装置Ｔの制御は、制御装置Ｓ(図６参照、詳細は後記)によって統括的に遂行される。制御装置Ｓは、コンピュータ、各種回路、つまりインターフェース回路、アクチュエータ回路、電源回路などで構成される。 The control of the particle beam irradiation apparatus T is comprehensively performed by a control apparatus S (see FIG. 6, details will be described later). The control device S includes a computer, various circuits, that is, an interface circuit, an actuator circuit, a power supply circuit, and the like.
＜入射ビーム輸送ライン２Ａ＞
入射ビーム輸送ライン２Ａは、イオン源２ａと線形加速器２ｂと入射セプタム電磁石２ｃとを有している。
イオン源２ａでは、炭素、シリコン、アルゴンなどの原子から電子の一部を除去し、荷電粒子を創成する。
線形加速器２ｂでは、イオン源２ａで電子の一部が取り除かれた荷電粒子を加速し、炭素の薄膜を通して残りの電子を全部除去する。
<Incoming
The incident
In the
The
入射セプタム電磁石２ｃは、入射ビーム輸送ライン２Ａの上流を通過した入射ビーム(荷電粒子)をシンクロトロン１の周回軌道の向きに磁場による力によって偏向する。この際、入射セプタム電磁石２ｃは、入射ビームとシンクロトロン１の周回軌道を周回する蓄積ビームとの間をセプタム板や磁気シールドなどで区切り、シンクロトロン１を周回する蓄積ビームに影響を及ぼさないようにしている。
The
＜シンクロトロン１＞
シンクロトロン１は、環状に構成され、粒子線のビームに付与する加速高周波電場の周期を粒子回転周期に同期させることにより、陽子や重粒子などの荷電粒子を高エネルギーまで加速する。そのため、シンクロトロン１は「加速器」に相当する。
<
The
シンクロトロン１は、主要構成機器として、静電インフレクタ３ａと高周波加速空洞４と偏向電磁石５と四極電磁石６とキッカー電極７と、静電デフレクタ３ｂとを備えている。
静電インフレクタ３ａは、入射ビーム輸送ライン２Ａから送られるビーム(荷電粒子)を、電場によってシンクロトロン１の周回軌道に偏向させる。
高周波加速空洞４は、シンクロトロン１内の荷電粒子を加速または減速するための高周波電場を発生させる。
The
The
The high
具体的には、高周波加速空洞４は、制御装置Ｓにより、シンクロトロン１内に高周波電力を投入することにより、荷電粒子が加速ギャップ(図示せず)に差し掛かった際に、丁度加速または減速されるように高周波加速空洞４内に発生させる高周波電圧の位相と荷電粒子の位置とを同期させて、荷電粒子にエネルギーを供給する。これにより、荷電粒子にエネルギーが供給され、荷電粒子の加速または減速が行われる。
Specifically, the high-
偏向電磁石５は、シンクロトロン１内を進む粒子線のビームを周回軌道に保つための磁場を付与する。
四極電磁石６は、磁界の強弱により、シンクロトロン１の周回軌道上における粒子線のビームの広がりを収束させたり、当該ビームの狭まりを発散させる。
The
The quadrupole electromagnet 6 converges the beam spread of the particle beam on the orbit of the
キッカー電極７は、水平方向(図１の紙面方向)にベータトロン振動に共鳴する周波数変調および振幅変調された高周波電場を印加することで、シンクロトロン１を周回する粒子線のビームの幅を広げる。
静電デフレクタ３ｂは、キッカー電極７により広げられた粒子線を、出射ビーム輸送ライン２Ｂに入るように、電場により移動させる。
The
The
その他、図示しないが、シンクロトロン１には、ビームのベータトロン振動の三次共鳴を励起し、位相空間上で安定周回領域と共鳴領域を分割・形成するセパラトリクス生成用六極電磁石や、クロマティシティ補正用六極電磁石が設けられる。
In addition, although not shown, the
＜シンクロトロン１からの粒子線の取り出し＞
図１に示すシンクロトロン１内の周回軌道を周回している多数の粒子(荷電粒子)は、水平方向(図１の紙面方向)または鉛直方向(図１の紙面に垂直方向)に振動しながら周回している。この振動をベータトロン振動といい、ベータトロン振動は、四極電磁石６などにより制御している。
<Extraction of particle beam from
A large number of particles (charged particles) orbiting the orbit in the
シンクロトロン１内の周回軌道を周回する粒子(荷電粒子)は、高周波加速空洞４によって加速され最大エネルギーに達する。その後、粒子線のビームにキッカー電極７を用いて高周波電場を印加することによりベータトロン振幅を増大させる。そして、振幅の増大した粒子(荷電粒子)の一部は、静電デフレクタ３ｂの電場により出射ビーム輸送ライン２Ｂへの軌道に導かれる。
Particles (charged particles) orbiting the orbit in the
詳細には、シンクロトロン１内の粒子線のビームをシンクロトロン１外の出射ビーム輸送ライン２Ｂに向けて取り出すため、シンクロトロン１の管の中心付近に分布する粒子線のビームに、その周回軌道に対し水平方向にキッカー電極７で挟んで高周波電場を印加する。これにより、粒子線のビームサイズを水平方向(図１の紙面方向)に広げる。この粒子の出射は、シンクロトロン１内の周回軌道を進む粒子(荷電粒子)のベータトロン振動の共鳴を利用して行われる。
Specifically, in order to take out the beam of the particle beam in the
すなわち、キッカー電極７は、シンクロトロン１の周回軌道を進むビームに対して、周回軌道に水平方向(図１の紙面方向)に、ベータトロン振動に共鳴する周波数変調および振幅変調された高周波電場を印加し、周回軌道を進む粒子線のビームの幅を広げる。これにより、粒子線のビームの一部を静電デフレクタ３ｂの電極間に入れる。
なお、高周波電場がオフのときには、この粒子のビームサイズの増加が止まるために、粒子線が静電デフレクタ３ｂから取り出されなくなるので、出射ビーム輸送ライン２Ｂへの照射を止めることが可能となる。
そして、静電デフレクタ３ｂの電極間に入れられた粒子(荷電粒子)の一部は、静電デフレクタ３ｂの電場により出射ビーム輸送ライン２Ｂへの軌道に導かれる。
That is, the
When the high-frequency electric field is off, the increase in the beam size of the particles stops, so that the particle beam is not taken out from the
A part of the particles (charged particles) put between the electrodes of the
出射ビーム輸送ライン２Ｂには、出射セプタム電磁石２ｄと、ビームシャッター２ｓと、ビーム照射ポート２Ｂ１とが備わっている。
出射セプタム電磁石２ｄは、出射輸送ライン２Ｂに入った粒子線のビーム(荷電粒子)を磁界による力(ローレンツ力)によって出射ビーム輸送ライン２Ｂに沿った方向に偏向する。
出射セプタム電磁石２ｄ下流のビームシャッター２ｓは、出射ビーム輸送ライン２Ｂを進むビームをアルミニウム、鉛などのシャッターで遮断する。なお、シャッターは圧縮空気の空気圧などで開閉(稼動)される。ビームシャッター２ｓの駆動源は油圧、モータなどでもよく、限定されない。
The outgoing
The
The
ビームシャッター２ｓの下流には、ビーム照射ポート２Ｂ１が設置され、ビーム照射ポート２Ｂ１により、照射室において照射対象(治療台上の患者の腫瘍)に、取り出した粒子線(陽子線や重粒子線)のビームｂを照射する。
A beam irradiation port 2B1 is installed downstream of the
ところで、上述の粒子線照射装置Ｔがビームｂを照射する照射対象(照射台上の照射対象体(患者)の動体標的(腫瘍))は、呼吸によって移動する肺や肝臓などにある。
そのため、照射対象の位置は、呼吸同期装置Ｋ１、Ｋ２によって測定される。つまり、照射対象である体幹部の動体標的の位置(腫瘍位置)は呼吸同期装置Ｋ１、Ｋ２により明らかにされる。
By the way, the irradiation target (the moving target (tumor) of the irradiation target body (patient) on the irradiation table) to which the above-described particle beam irradiation apparatus T irradiates the beam b is located in the lung or liver that moves by respiration.
Therefore, the position of the irradiation target is measured by the respiratory synchronization devices K1 and K2. That is, the position of the moving body target (tumor position) of the trunk which is the irradiation target is clarified by the respiratory synchronization devices K1 and K2.
＜呼吸同期装置＞
呼吸同期装置は、体表面マーカ式呼吸同期装置Ｋ１またはＸ線透視式呼吸同期装置Ｋ２が使用される。
<Respiratory synchronization device>
As the respiratory synchronization device, the body surface marker type respiratory synchronization device K1 or the X-ray fluoroscopic respiratory synchronization device K2 is used.
＜体表面マーカ式呼吸同期装置Ｋ１＞
体表面マーカ式呼吸同期装置Ｋ１は、照射対象者の体表面に、下記のＬＥＤ発光体Ｋ１ｂまたはＬＥＤ光反射体(被検出体)を貼り付け(設置し)、ＬＥＤ発光体Ｋ１ｂやＬＥＤ光反射体の位置をカメラでモニタ(監視)する。
<Body surface marker respiratory synchronization device K1>
The body surface marker type respiratory synchronization device K1 attaches (installs) the following LED light emitter K1b or LED light reflector (detected body) to the body surface of the irradiation subject, and the LED light emitter K1b or LED light reflector. Monitor body position with camera.
図２は、体表面マーカ式呼吸同期装置の例を示す図であり、図２(ａ)は、ＬＥＤ発光体付きのカメラを示す斜視図であり、図２(ｂ)は、ＬＥＤ発光タイプの体表面マーカを示す斜視図である。
図２(ａ)に示すＬＥＤ発光体付きのカメラＫ１ａは、照射対象者の体表面に貼り付けた(設置した)ＬＥＤ光反射タイプの体表面マーカ(図示せず)と組み合わせて使用する。
図２(ｂ)に示すＬＥＤ発光体Ｋ１ｂは、ＬＥＤ発光タイプの体表面マーカであり、ＬＥＤ発光体Ｋ１ｂを用いる場合は、カメラ側はＬＥＤ発光体付きではないものを使用する。
FIG. 2 is a diagram showing an example of a body surface marker type respiratory synchronization device, FIG. 2 (a) is a perspective view showing a camera with an LED light emitter, and FIG. 2 (b) is an LED light emission type. It is a perspective view which shows a body surface marker.
The camera K1a with an LED light emitter shown in FIG. 2 (a) is used in combination with an LED light reflection type body surface marker (not shown) attached (installed) on the body surface of the person to be irradiated.
The LED light emitter K1b shown in FIG. 2B is an LED light emission type body surface marker, and when the LED light emitter K1b is used, the camera side is not equipped with an LED light emitter.
体表面マーカ式呼吸同期装置Ｋ１により、照射対象者の呼吸による体表面マーカ、ＬＥＤ発光体Ｋ１ｂなどを貼り付けた体表面Ｃｓの移動を測定することができ、体表面の呼吸性移動の検出信号を出力できる。 The body surface marker type respiratory synchronization device K1 can measure the movement of the body surface Cs to which the body surface marker, the LED illuminator K1b, etc. are attached due to the breathing of the irradiation subject, and the detection signal of the respiratory movement of the body surface Can be output.
＜Ｘ線透視式呼吸同期装置Ｋ２＞
図３は、粒子線照射装置Ｔの近くに設置されたＸ線透視式呼吸同期装置である２組のＸ線透視装置がある照射室を示す斜視図である。
Ｘ線透視式呼吸同期装置Ｋ２は、２組のＸ線透視装置Ｋ２ａ、Ｋ２ｂによって、呼吸によって移動する動体標的(照射対象)の位置を算出し、ビームｂの照射可能な許容領域に入る直前(後記の照射予測領域)であることを予測する。
<X-ray fluoroscopic respiratory synchronization device K2>
FIG. 3 is a perspective view showing an irradiation chamber having two sets of X-ray fluoroscopy devices, which are X-ray fluoroscopic breathing synchronization devices installed near the particle beam irradiation device T. FIG.
The X-ray fluoroscopic respiratory synchronization device K2 calculates the position of a moving target (irradiation target) that moves by respiration with two sets of X-ray fluoroscopic devices K2a and K2b, and immediately before entering the allowable region where the beam b can be irradiated ( It is predicted that this will be an irradiation prediction area (described later).
Ｘ線透視装置Ｋ２ａは、Ｘ線を出すＸ線管(X-ray tube)ａ１と、Ｘ線管ａ１からのＸ線を検出する動的平面検出器(Dinamic Flat Panel Detector)ａ２とを備える。
Ｘ線透視装置Ｋ２ｂは、Ｘ線を出すＸ線管(X-ray tube)ｂ１と、Ｘ線管ｂ１からのＸ線を検出する動的平面検出器(Dinamic Flat Panel Detector)ｂ２とを備える。
The X-ray fluoroscope K2a includes an X-ray tube a1 that emits X-rays and a dynamic flat panel detector a2 that detects X-rays from the X-ray tube a1.
The X-ray fluoroscopy device K2b includes an X-ray tube b1 that emits X-rays and a dynamic flat panel detector b2 that detects X-rays from the X-ray tube b1.
図３に示す照射室Ｒには、粒子線照射装置Ｔのビーム照射ポート２Ｂ１であって水平方向にビームｂを照射する水平ビーム照射ポートＢ１ａと、ビーム照射ポート２Ｂ１であって鉛直方向にビームｂを照射する鉛直ビーム照射ポートＢ１ｂとが配置されている。
照射室Ｒの天井近くに設置された鉛直ビーム照射ポートＢ１ｂの両脇には、動的平面検出器ａ２と動的平面検出器ｂ２とが設置されている。
照射室Ｒの床Ｒ１には、動的平面検出器ａ２に向けて(図３の矢印α１)Ｘ線を出すＸ線管ａ１と、動的平面検出器ｂ２に向けて(図３の矢印β１)Ｘ線を出すＸ線管ｂ１とが、設置されている。
In the irradiation chamber R shown in FIG. 3, the beam irradiation port 2B1 of the particle beam irradiation apparatus T, which is a horizontal beam irradiation port B1a for irradiating the beam b in the horizontal direction, and the beam irradiation port 2B1 and the beam b in the vertical direction. And a vertical beam irradiation port B1b.
On both sides of the vertical beam irradiation port B1b installed near the ceiling of the irradiation chamber R, a dynamic plane detector a2 and a dynamic plane detector b2 are installed.
The floor R1 of the irradiation chamber R has an X-ray tube a1 for emitting X-rays toward the dynamic flat detector a2 (arrow α1 in FIG. 3) and a dynamic flat detector b2 (arrow β1 in FIG. 3). ) An X-ray tube b1 for emitting X-rays is installed.
上記構成により、Ｘ線透視式呼吸同期装置Ｋ２では、照射対象者の動体標的(照射対象)を、Ｘ線管ａ１と動的平面検出器ａ２との間かつＸ線管ｂ１と動的平面検出器ｂ２との間に配置する。そして、Ｘ線管ａ１とＸ線管ｂ１とからそれぞれＸ線を出し、該Ｘ線を、動体標的(照射対象)を透過させて動的平面検出器ａ２、ｂ２とでそれぞれ検出することにより、動体標的(照射対象)の位置を３次元的に検出して検出信号を出力することができる。 With the above-described configuration, the X-ray fluoroscopic respiratory synchronization device K2 detects the moving body target (irradiation target) of the irradiation target between the X-ray tube a1 and the dynamic plane detector a2 and the X-ray tube b1 and the dynamic plane detection. It arrange | positions between the containers b2. Then, by emitting X-rays from the X-ray tube a1 and the X-ray tube b1, respectively, the X-rays are transmitted through the moving target (irradiation target) and detected by the dynamic plane detectors a2 and b2, respectively. The position of the moving target (irradiation target) can be detected three-dimensionally and a detection signal can be output.
上述の呼吸同期装置である体表面マーカ式呼吸同期装置Ｋ１およびＸ線透視式呼吸同期装置Ｋ２によって、照射対象者の呼吸によって移動する動体標的(照射対象)の位置を検出して、各照射対象者の呼吸移動特性を取得することが可能である。
ここで、Ｘ線透視式呼吸同期装置Ｋ２は、後記する予測制御の応用によって、特許文献４と異なり、内部呼吸観測システム単体の使用においても、照射対象者の被曝の低減を可能にできる。
Each of the irradiation targets is detected by detecting the position of the moving target (irradiation target) that is moved by the breathing of the irradiation subject by the body surface marker type respiratory synchronization device K1 and the fluoroscopic breathing synchronization device K2 which are the above-described respiratory synchronization devices. It is possible to acquire a person's respiratory movement characteristics.
Here, the X-ray fluoroscopic respiration synchronization device K2 can reduce the exposure of the irradiation subject even when using the internal respiration observation system alone, unlike
具体的には、内部呼吸観測のためにＸ線を照射する時間間隔を照射領域と動的標的の位置との距離によって変える。つまり、動的標的の位置が照射領域から遠く離れている場合にはＸ線の照射間隔を通常よりも長くし、動的標的の位置が照射領域に近づいたときにＸ線の照射間隔を通常の周期に戻すことで、照射対象者の被曝を抑えることができる。 Specifically, the time interval for irradiating X-rays for internal respiration observation is changed according to the distance between the irradiation region and the position of the dynamic target. In other words, when the position of the dynamic target is far from the irradiation area, the X-ray irradiation interval is set longer than usual, and when the position of the dynamic target approaches the irradiation area, the X-ray irradiation interval is set to normal. By returning to the period, the exposure of the irradiation subject can be suppressed.
＜照射予測領域＞
図４は、体表面マーカ式呼吸同期装置Ｋ１で取得した呼吸波形を示す波形図である。図４の横軸は時間ｔを示し、縦軸は(呼吸による)移動量を示す。
呼吸波形ｋは、時間ｔの経過に従って、振幅を繰り返す。照射領域閾値ｋ１(図４中の太破線)から下の領域が、照射計画で定めた照射対象に、粒子線照射装置Ｔによるビームｂを照射する領域の照射領域Ｃ１である。
<Irradiation prediction area>
FIG. 4 is a waveform diagram showing a respiratory waveform acquired by the body surface marker respiratory synchronization device K1. The horizontal axis of FIG. 4 indicates time t, and the vertical axis indicates the amount of movement (due to respiration).
The respiratory waveform k repeats the amplitude as time t passes. A region below the irradiation region threshold value k1 (thick broken line in FIG. 4) is an irradiation region C1 of a region in which the irradiation target defined in the irradiation plan is irradiated with the beam b by the particle beam irradiation apparatus T.
照射対象者の呼吸波形ｋを取得することにより、予め粒子線照射装置Ｔによるビームｂの照射直前(詳細は後記)である照射予測領域閾値ｋ２(図４中の細破線)で示す照射予測領域Ｃ２(照射予測領域閾値ｋ２と照射領域閾値ｋ１との間の領域)を予測することができる。 By acquiring the respiration waveform k of the irradiation target person, an irradiation prediction region threshold k2 (a thin broken line in FIG. 4) immediately before irradiation of the beam b by the particle beam irradiation apparatus T (details will be described later) is indicated in advance. C2 (region between the irradiation prediction region threshold value k2 and the irradiation region threshold value k1) can be predicted.
図５は、Ｘ線透視式呼吸同期装置で取得した標的腫瘍のＸ線写真情報を示す図である。
図５に示すＸ線写真情報Ｊの複数枚のＸ線写真に照射対象である標的腫瘍Ｃが映されている。
標的腫瘍Ｃ中のＣ１(図５中太実線で示す)が照射領域であり、Ｃ２(図５中破線で示す)が、照射領域Ｃ１に近いことを示す照射予測領域である。なお、図５では、照射領域Ｃ１の中心Ｃ１０にビームｂが照射された場合を示している。
標的腫瘍Ｃの照射領域Ｃ１の全体にビームｂが照射されることになる。
FIG. 5 is a diagram showing X-ray photograph information of a target tumor acquired by an X-ray fluoroscopic respiratory synchronization device.
The target tumor C to be irradiated is shown in a plurality of X-ray photographs of the X-ray photograph information J shown in FIG.
C1 (indicated by a thick solid line in FIG. 5) in the target tumor C is an irradiation region, and C2 (indicated by a broken line in FIG. 5) is an irradiation prediction region indicating that it is close to the irradiation region C1. FIG. 5 shows a case where the beam b is irradiated to the center C10 of the irradiation region C1.
The beam b is irradiated to the entire irradiation region C1 of the target tumor C.
＜制御装置Ｓ＞
図６は、制御装置Ｓの制御ブロック図である。なお、本実施形態では、呼吸同期装置としてＸ線透視式呼吸同期装置Ｋ２を用いる場合を説明する。
制御装置Ｓは、粒子線照射装置Ｔ(図１参照)を直接制御するビーム出射制御システムＴｓと、呼吸性移動に伴う制御を行う呼吸移動粒子線照射制御装置Ｓ０とを備える。
呼吸移動粒子線照射制御装置Ｓ０は、粒子線照射装置Ｔを照射対象に計画した線量を照射する制御するものであり、Ｘ線透視システムＳ１と照射制御システムＳ２とを有する。
<Control device S>
FIG. 6 is a control block diagram of the control device S. In the present embodiment, a case where an X-ray fluoroscopic respiratory synchronization device K2 is used as the respiratory synchronization device will be described.
The control device S includes a beam extraction control system Ts that directly controls the particle beam irradiation device T (see FIG. 1) and a respiratory movement particle beam irradiation control device S0 that performs control associated with respiratory movement.
The respiratory movement particle beam irradiation control device S0 controls the particle beam irradiation device T to irradiate a planned dose, and includes an X-ray fluoroscopy system S1 and an irradiation control system S2.
Ｘ線透視システムＳ１は、Ｘ線透視式呼吸同期装置Ｋ２を制御する。
照射制御システムＳ２は、Ｘ線透視システムＳ１からの出力信号に基づき、ビーム出射直前予測信号とビーム出射要求信号とを、ビーム出射制御システムＴｓに出力する。
ビーム出射制御システムＴｓは、照射制御システムＳ２に従って、シンクロトロン１のキッカー電極７および静電デフレクタ３ｂにビームｂの出射信号を出力する。キッカー電極７は、出射信号に従って、高周波電場をオンして、ビームｂを静電デフレクタ３ｂを介して出射ビーム輸送ライン２Ｂに向けて出射する。
また、ビーム出射制御システムＴｓは、ビームシャッター２ｓに開閉信号(開閉指令)を出力する。ビームシャッター２ｓは、当該開閉信号(開閉指令)に従って、シャッター(図示せず)を開閉する。
The X-ray fluoroscopic system S1 controls the X-ray fluoroscopic breathing synchronizer K2.
The irradiation control system S2 outputs a beam extraction prediction signal and a beam extraction request signal to the beam extraction control system Ts based on the output signal from the X-ray fluoroscopy system S1.
The beam emission control system Ts outputs an emission signal of the beam b to the
The beam extraction control system Ts outputs an open / close signal (open / close command) to the
＜粒子線照射装置Ｔのタイミングチャート＞
次に、呼吸移動粒子線照射制御装置Ｓ０よる粒子線照射装置Ｔの制御について説明する。
図７は、粒子線照射装置の制御のタイムチャートである。図７の横軸は(経過)時間を示し、縦軸にビーム出射要求信号、ビーム出射直前予測信号、ビームシャッター２ｓの開閉、キッカー電極７による高周波電場の印加(印加時を「ＯＮ」で示し、非印加時を「Ｏｆｆ」で示す)、ビームｂが実際に出射中であることを表す「ビーム出射中」を示す。
<Timing chart of particle beam irradiation apparatus T>
Next, control of the particle beam irradiation apparatus T by the respiratory movement particle beam irradiation control apparatus S0 will be described.
FIG. 7 is a time chart of control of the particle beam irradiation apparatus. The horizontal axis of FIG. 7 indicates the (elapsed) time, and the vertical axis indicates the beam extraction request signal, the prediction signal immediately before the beam extraction, the opening / closing of the
照射制御システムＳ２は、Ｘ線透視式呼吸同期装置Ｋ２などの呼吸同期装置から、呼吸により変化する照射対象の位置情報(位置情報信号)が入力される。
照射制御システムＳ２は、実際の照射前に予め照射対象の位置情報により、照射対象の標的腫瘍の移動情報(図５参照)を取得して、ビームｂの照射領域Ｃ１と、照射領域Ｃ１に近いことを示すビームｂの照射予測領域Ｃ２との情報を作成する。
The irradiation control system S2 receives position information (position information signal) of an irradiation target that changes due to respiration from a breathing synchronizer such as the X-ray fluoroscopic breathing synchronizer K2.
The irradiation control system S2 acquires the movement information (see FIG. 5) of the target tumor to be irradiated in advance from the position information of the irradiation target before actual irradiation, and is close to the irradiation area C1 of the beam b and the irradiation area C1. The information with the irradiation prediction area | region C2 of the beam b which shows this is produced.
実際の照射に際して、照射制御システムＳ２は、呼吸同期装置による照射対象の標的腫瘍の移動情報(位置情報信号)により、ビームｂが照射予測領域Ｃ２(図５参照)に入った際には、ビーム出射直前予測信号をビーム出射制御システムＴｓに出力する(図７の時刻ｔ１)。 In actual irradiation, the irradiation control system S2 determines that the beam b enters the irradiation predicted region C2 (see FIG. 5) according to the movement information (position information signal) of the target tumor to be irradiated by the respiratory synchronization device. The prediction signal immediately before extraction is output to the beam extraction control system Ts (time t1 in FIG. 7).
そして、照射制御システムＳ２は、呼吸同期装置による照射対象の標的腫瘍の移動情報(位置情報信号)により、ビームｂが照射領域Ｃ１(図５参照)に入った際には、ビーム出射要求信号をビーム出射制御システムＴｓに出力する(図７の時刻ｔ２〜ｔ３)。 When the beam b enters the irradiation region C1 (see FIG. 5) according to the movement information (position information signal) of the target tumor to be irradiated by the respiratory synchronization device, the irradiation control system S2 outputs a beam extraction request signal. It outputs to the beam extraction control system Ts (time t2 to t3 in FIG. 7).
ここで、照射制御システムＳ２は、ビーム出射要求信号を発生する際には、まず、照射領域Ｃ１(図５参照)に入った情報を取得する。次いで、照射制御システムＳ２は、その他、ビームｂを照射対象に対して移動するスキャニングのマグネットが所定の電流になっているか、必要な機器が入っているか、ビームｂのエネルギーを調整するレンジシフターが正しい枚数入っているかなどのビームｂを照射するに際して必要な条件が揃っているかなどを判定する。そして、照射制御システムＳ２は、異常がないことを確認後、ビームｂを出射するためのビーム出射要求信号を出力する。 Here, when generating the beam extraction request signal, the irradiation control system S2 first acquires information that has entered the irradiation region C1 (see FIG. 5). Next, the irradiation control system S2 has a range shifter for adjusting the energy of the beam b, whether the scanning magnet that moves the beam b with respect to the irradiation target has a predetermined current, whether a necessary device is included, or the like. It is determined whether the conditions necessary for irradiating the beam b, such as whether the correct number is included, are met. After confirming that there is no abnormality, the irradiation control system S2 outputs a beam extraction request signal for emitting the beam b.
なお、呼吸同期装置に体表面マーカ式呼吸同期装置Ｋ１を用いる場合には、実際の照射前に予め照射対象の位置情報により、図４に示す呼吸波形ｋを作成する。
実際の照射に際して、照射制御システムＳ２は、呼吸同期装置の体表面マーカ式呼吸同期装置Ｋ１による照射対象の標的腫瘍の移動情報(位置情報信号)により、ビームｂが照射予測領域閾値ｋ２(図４参照)に入った際には、ビーム出射直前予測信号をビーム出射制御システムＴｓに出力する(図７の時刻ｔ１)。
When the body surface marker type respiratory synchronization device K1 is used as the respiratory synchronization device, a respiratory waveform k shown in FIG. 4 is created in advance based on position information of the irradiation target before actual irradiation.
In actual irradiation, the irradiation control system S2 uses the movement information (positional information signal) of the target tumor to be irradiated by the body surface marker type respiratory synchronization device K1 of the respiratory synchronization device, and the beam b is irradiated with the irradiation predicted region threshold value k2 (FIG. 4). When the process enters (see FIG. 7), the prediction signal immediately before the beam extraction is output to the beam extraction control system Ts (time t1 in FIG. 7).
そして、照射制御システムＳ２は、呼吸同期装置の体表面マーカ式呼吸同期装置Ｋ１による照射対象の標的腫瘍の移動情報(位置情報信号)により、ビームｂが照射領域閾値ｋ１(図４参照)以下に入った際には、下記のようにして、ビーム出射要求信号をビーム出射制御システムＴｓに出力する(図７の時刻ｔ２〜ｔ３)。 Then, the irradiation control system S2 uses the movement information (position information signal) of the target tumor to be irradiated by the body surface marker type respiratory synchronization device K1 of the respiratory synchronization device, so that the beam b falls below the irradiation region threshold value k1 (see FIG. 4). When entering, a beam extraction request signal is output to the beam extraction control system Ts as follows (time t2 to t3 in FIG. 7).
すなわち、照射制御システムＳ２は、ビーム出射要求信号を発生する際には、まず、標的腫瘍の位置が照射領域閾値ｋ１(図４参照)以下に入った情報を取得する。次いで、照射制御システムＳ２は、その他、スキャニングのマグネットが所定の電流になっているか、必要な機器が入っているか、レンジシフターが正しい枚数入っているかなどのビームｂを照射するに際して必要な条件が揃っているかなどを判定する。そして、照射制御システムＳ２は、異常がないことを確認後、ビームｂを出射するためのビーム出射要求信号を発生する。 That is, when generating the beam extraction request signal, the irradiation control system S2 first acquires information that the position of the target tumor falls below the irradiation region threshold value k1 (see FIG. 4). Next, the irradiation control system S2 has other necessary conditions for irradiating the beam b, such as whether the scanning magnet is at a predetermined current, whether the necessary equipment is included, and whether the correct number of range shifters are included. Judgment is made. Then, after confirming that there is no abnormality, the irradiation control system S2 generates a beam extraction request signal for emitting the beam b.
ビーム出射制御システムＴｓは、ビーム出射停止中に呼吸移動照射制御システムＳ０からビーム出射直前予測信号を受けると、ビームシャッター２ｓに開信号を出力し、出射ビーム輸送ライン２Ｂにあるビームシャッター２ｓを開ける(図７の時刻ｔ１)。ビーム出射直前予測信号をビームシャッター２ｓの開動作のトリガとしているのは、ビームｂを照射する際に一番時間がかかるのがビームシャッター２ｓの開動作であるからである。
When the beam extraction control system Ts receives the prediction signal immediately before the beam extraction from the respiratory movement irradiation control system S0 while the beam extraction is stopped, the beam extraction control system Ts outputs an open signal to the
ここで、ビームシャッター２ｓではなく、ビーム出射停止中にビームｂの出射に関係する電磁石等の電源の出力電流・電圧を、ビームｂが出射しないように変更していた場合は、それをビームｂが出射開始できるように戻すことでもよい。このとき、非常に短時間でビームｂの出射状態に移行できる機器に関しては、最終的なビーム出射要求信号が送られてきてからビーム出射状態に切り替えることで、事前予測に誤差がある場合にもビームが出射されずに安全に制御できる。そのため、動作完了等に比較的時間のかかる機器から選択的にビーム出射準備を実施する方が望ましい。ここでは、ビームシャッター２ｓが比較的時間のかかる機器に相当する。
Here, if the output current / voltage of the power source such as an electromagnet related to the emission of the beam b is changed so that the beam b is not emitted while the beam emission is stopped, instead of the
その後、ビーム出射制御システムＴｓは、呼吸移動照射制御システムＳ０からビーム出射要求信号を受信すると(図７の時刻ｔ２)、シンクロトロン１のキッカー電極７に高周波電場を「ＯＮ」する信号を出力する。これにより、キッカー電極７は高周波電場を印加して(図７の時刻ｔ２)、ビームｂを外側に蹴りだして出射ビーム輸送ライン２Ｂに向けて出射し、ビーム出射許可が解除されるまで、つまり、ビーム出射要求信号が「Ｏｆｆ」されるまで(図７の時刻ｔ３)、ビーム出射を行う。
その後、ビーム出射要求信号が「Ｏｆｆ」されると(図７の時刻ｔ３)、キッカー電極７の高周波電場が「ＯＦＦ」される。
そして、出射ビーム輸送ライン２Ｂのビームシャッター２ｓの閉動作を開始する。
Thereafter, when receiving the beam extraction request signal from the respiratory movement irradiation control system S0 (time t2 in FIG. 7), the beam extraction control system Ts outputs a signal for turning on the high-frequency electric field to the
Thereafter, when the beam extraction request signal is “Off” (time t3 in FIG. 7), the high-frequency electric field of the
Then, the closing operation of the
以下、呼吸による照射対象(動的標的)の移動に応じて、上述と同様な動作が、図７のタイムチャートに従って繰り返される。
ビーム出射要求信号は、説明したとは別の照射制御システムを経由して送られてもよい。
Hereinafter, the same operation as described above is repeated according to the movement of the irradiation target (dynamic target) by respiration according to the time chart of FIG.
The beam extraction request signal may be sent via an irradiation control system different from that described.
なお、加速器のシンクロトロン１からのビーム出射方法に関しては、キッカー電極７を用いる方法ではなく、高周波加速空洞４によるビームの加減速により出射する方法や、四極電磁石の磁場変更によりビームを不安定化させて出射する方法でもよい(詳細は後記)。
As for the beam extraction method from the
上述の説明では、シンクロトロン１からビームｂを出射する方法として、キッカー電極７に高周波電場を印加する方法を一例として挙げているが、シンクロトロン１内にビームがある場合、キッカー電極７の高周波電場をオフにしてもビームが出射ビーム輸送ライン２Ｂに漏れてしまうことがあり得る。
In the above description, as a method of emitting the beam b from the
この原因の例として、ビーム停止中のシンクロトロン１に設置される電磁石の磁場変動に依ることなどがあるが、それを確実に防ぐためにビームシャッター２ｓを使うことが有効である（図１参照）。
つまり、キッカー電極７での高周波電場のオフでも基本的にはビームｂの遮断能力はあるものの、より確実にビームｂの漏れを防ぐためにビームシャッター２ｓを使っている。
As an example of this cause, it depends on the magnetic field fluctuation of the electromagnet installed in the
In other words, the
以上、まとめると、呼吸同期装置により取得する動体標的(照射対象)の位置情報を用いて、動体標的(照射対象)がビーム照射可能な許容領域(照射領域Ｃ１)に入る直前であることを予測することが可能となる。 In summary, using the positional information of the moving target (irradiation target) acquired by the respiratory synchronization device, it is predicted that the moving target (irradiation target) is immediately before entering the allowable region (irradiation region C1) where beam irradiation is possible. It becomes possible to do.
動体標的(照射対象)がビームｂの照射可能な許容領域に入る直前であることが予測されたとき(図４、図５参照)、呼吸同期装置の位置情報を基に照射制御システムＳ２からビーム出射制御システムＴｓにビーム出射直前予測信号が送られる。すると、ビーム出射制御システムＴｓはビームｂの出射準備を一部開始する。 When it is predicted that the moving target (irradiation target) is just before entering the allowable region where the beam b can be irradiated (see FIGS. 4 and 5), the beam is irradiated from the irradiation control system S2 based on the position information of the respiratory synchronization device. A prediction signal immediately before beam extraction is sent to the extraction control system Ts. Then, the beam extraction control system Ts partially starts preparation for extraction of the beam b.
ここで行われるビーム出射準備では、動作完了等に比較的時間のかかる機器(ここでは、ビームシャッター２ｓを例示)から選択的に実施する。非常に短時間でビーム出射状態に移行できる機器(ここでは、キッカー電極７を例示)に関しては、ビーム出射要求信号が送られてきてからビーム出射状態に切り替える。
こうすることで、事前予測に誤差があってもビームが出射されずに、より安全に制御することが可能である。
The beam extraction preparation performed here is selectively performed from an apparatus that takes a relatively long time to complete the operation or the like (here, the
By doing so, even if there is an error in the prior prediction, it is possible to control more safely without emitting a beam.
＜事前予測に誤差ある場合＞
次に、ビームｂの出射の事前予測に誤差ある場合について説明する。
予想されたタイミングより呼吸同期ゲート(ビーム出射要求信号)が遅かった場合と早かった場合とについて説明する。
<If there is an error in the prior prediction>
Next, a case where there is an error in the prior prediction of the emission of the beam b will be described.
The case where the respiratory synchronization gate (beam extraction request signal) is later than the expected timing and the case where it is earlier will be described.
ａ)． 予想されたタイミングより呼吸同期ゲート(ビーム出射要求信号)が遅かった場合
図７に示すように、ビームシャッター２ｓは、ビーム出射直前予測信号を受けて開かれるが、ビーム出射要求信号（照射ゲート）がこない限り、キッカー電極７の高周波電場は印加されないので、ビームｂが取り出されてくることは基本的にはない。
a). When the respiratory synchronization gate (beam emission request signal) is later than the expected timing As shown in FIG. 7, the
ただし、シンクロトロン１の電磁石(５、６、７など)の磁場変動などが生じてビームｂが漏れた場合は、ビームシャッター２ｓが開いているので照射対象者まで届いてしまう。しかしながら、誤差時間が短ければその危険性は非常に低く、また高い線量率で照射されるわけではないので時間が短い分、影響も少ない。
However, when the magnetic field fluctuation of the electromagnet (5, 6, 7, etc.) of the
ｂ)． 予想されたタイミングより呼吸同期ゲート(ビーム出射要求信号)が早かった場合
ビーム出射要求信号（照射ゲート）の立ち上がりに対して、出射準備完了が間に合わないため、ビームの出始めが、従来の図１１に示す時刻(ｔ１２−ｔ１１)のビーム出射遅れのように多少遅れてしまう。
しかし、照射対象者のずれた位置に照射してしまうわけではないので危険性はない。誤差時間分、従来のように、照射時間が延びてしまうが、誤差が小さければ、その影響も小さい。
b). When the respiratory synchronization gate (beam extraction request signal) is earlier than the expected timing Since the preparation for extraction is not in time for the rise of the beam extraction request signal (irradiation gate), the start of beam extraction is the conventional one shown in FIG. It will be somewhat delayed like the beam emission delay at time (t12-t11) shown in FIG.
However, there is no danger because it does not irradiate the shifted position of the irradiation target person. The irradiation time is extended as much as the conventional error time, but if the error is small, the effect is small.
＜粒子線照射装置Ｔの制御フロー＞
次に、図８を用いて、粒子線照射装置Ｔの制御の流れについて説明する。図８は、粒子線照射装置Ｔの制御を示すフローチャートである。
<Control flow of particle beam irradiation apparatus T>
Next, the control flow of the particle beam irradiation apparatus T will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a flowchart showing the control of the particle beam irradiation apparatus T.
まず、キッカー電極７の高周波電場がＯＦＦされ、かつ、ビーム出射要求信号はＯＦＦされている(図８のＳ１０１)。これにより、照射対象者にビームｂが照射されない。
照射対象者が照射台に横たわり、体表面マーカ式呼吸同期装置Ｋ１、Ｘ線透視式呼吸同期装置Ｋ２などの呼吸同期装置での照射対象者の呼吸波形の測定が開始され、呼吸同期装置から照射制御システムＳ２に呼吸による照射対象の移動位置情報が出力され、照射制御システムＳ２は、照射対象の呼吸波形を取得する(Ｓ１０２)。
First, the high-frequency electric field of the
The person to be irradiated lies on the irradiation table, and the measurement of the respiratory waveform of the person to be irradiated is started by the respiratory synchronization device such as the body surface marker type respiratory synchronization device K1, the X-ray fluoroscopic respiratory synchronization device K2, and the irradiation is performed from the respiratory synchronization device. The movement position information of the irradiation target by respiration is output to the control system S2, and the irradiation control system S2 acquires the respiration waveform of the irradiation target (S102).
照射制御システムＳ２は、照射対象の移動位置情報から取得した呼吸波形(図４参照)やＸ線写真情報(図５参照)などから、照射対象の標的腫瘍の照射領域Ｃ１と照射予測領域Ｃ２とを設定し(Ｓ１０３)、照射制御が開始される(Ｓ１０４)。 The irradiation control system S2 determines the irradiation region C1 and the irradiation prediction region C2 of the target tumor to be irradiated from the respiratory waveform (see FIG. 4) and the X-ray photograph information (see FIG. 5) acquired from the movement position information of the irradiation target. Is set (S103), and irradiation control is started (S104).
体表面マーカ(外部)または照射対象の標的腫瘍の標的の位置を、呼吸同期装置で測定し位置検出信号を、照射制御システムＳ２に出力する(Ｓ１０５)。
続いて、照射制御システムＳ２は、照射対象の標的腫瘍の照射領域Ｃ１内にビームｂの照射位置が入っているか否か判定する(Ｓ１０６)。
The position of the target of the body surface marker (external) or the target tumor to be irradiated is measured by the respiratory synchronization device, and a position detection signal is output to the irradiation control system S2 (S105).
Subsequently, the irradiation control system S2 determines whether or not the irradiation position of the beam b is within the irradiation region C1 of the target tumor to be irradiated (S106).
照射対象の標的腫瘍の照射領域Ｃ１内にビームｂの照射位置が入っている場合(Ｓ１０６でＹＥＳ)、照射制御システムＳ２は、ビーム出射要求信号をＯＮとし、ビーム出射制御システムＴｓに出力し(Ｓ１０７)、後記のＳ１１１に移行する。 When the irradiation position of the beam b is within the irradiation region C1 of the target tumor to be irradiated (YES in S106), the irradiation control system S2 turns on the beam extraction request signal and outputs it to the beam extraction control system Ts ( (S107), the process proceeds to S111 described later.
一方、ビームｂの照射位置が照射対象の標的腫瘍の照射領域Ｃ１内に入っていないと判定された場合(Ｓ１０６でＮＯ)、キッカー電極７の高周波電場をＯＦＦし、かつ、ビーム出射要求信号をＯＦＦし(Ｓ１０８)、照射制御システムＳ２は、照射対象の標的腫瘍の照射予測領域Ｃ２内にビームｂの照射位置が入っているか否か判定する(Ｓ１０９)。
On the other hand, when it is determined that the irradiation position of the beam b is not within the irradiation region C1 of the target tumor to be irradiated (NO in S106), the high-frequency electric field of the
照射対象の標的腫瘍の照射予測領域Ｃ２内にビームｂの照射位置が入っていないと判定された場合(Ｓ１０９でＮＯ)、照射制御システムＳ２は、ビームシャッター２ｓが開いているか否か判定する(Ｓ１１０)。
When it is determined that the irradiation position of the beam b is not within the irradiation predicted region C2 of the target tumor to be irradiated (NO in S109), the irradiation control system S2 determines whether or not the
ビームシャッター２ｓが開いていないと判定された場合(Ｓ１１０でＮＯ)、Ｓ１０５に移行する。
ビームシャッター２ｓが開いていると判定された場合(Ｓ１１０でＹＥＳ)、ビームシャッター２ｓを閉じる(Ｓ１１２)。その後、Ｓ１０５に移行する。
When it is determined that the
If it is determined that the
Ｓ１０９で、照射対象の標的腫瘍の照射予測領域Ｃ２内にビームｂの照射位置が入っていると判定された場合(Ｓ１０９でＹＥＳ)、照射制御システムＳ２はビームシャッター２ｓが閉じているか否か判定する(Ｓ１１１)。
一方、ビームシャッター２ｓが閉じていると判定された場合(Ｓ１１１でＹＥＳ)、照射制御システムＳ２は、ビーム出射制御システムＴｓによりビームシャッター２ｓを開くように制御し(Ｓ１１３)、Ｓ１１４に移行する。
When it is determined in S109 that the irradiation position of the beam b is within the irradiation prediction region C2 of the target tumor to be irradiated (YES in S109), the irradiation control system S2 determines whether or not the
On the other hand, when it is determined that the
一方、Ｓ１１１で、ビームシャッター２ｓが閉じていないと判定された場合(Ｓ１１１でＮＯ)、照射制御システムＳ２は、ビーム出射要求信号がＯＮか否か判定する(Ｓ１１４)。
ビーム出射要求信号がＯＮでないと判定された場合(Ｓ１１４でＮＯ)、Ｓ１０５に移行する。
On the other hand, when it is determined in S111 that the
When it is determined that the beam extraction request signal is not ON (NO in S114), the process proceeds to S105.
一方、ビーム出射要求信号がＯＮであると判定された場合(Ｓ１１４でＹＥＳ)、照射制御システムＳ２は、ビーム出射要求信号をＯＮとし、ビーム出射制御システムＴｓに出力する。すると、ビーム出射制御システムＴｓは、キッカー電極７の高周波電場をオンにし、ビームの照射が行われる(Ｓ１１６)。
On the other hand, when it is determined that the beam extraction request signal is ON (YES in S114), the irradiation control system S2 sets the beam extraction request signal to ON and outputs it to the beam extraction control system Ts. Then, the beam extraction control system Ts turns on the high-frequency electric field of the
その後、照射制御システムＳ２は、照射対象の標的腫瘍の照射予測領域に必要な線量照射したか否かを、出射ビーム輸送ライン２Ｂに設置される不図示のビームプロファイルモニタの線量情報から判定する(Ｓ１１７)。
Thereafter, the irradiation control system S2 determines whether or not a necessary dose has been irradiated to the irradiation prediction region of the target tumor to be irradiated from dose information of a beam profile monitor (not shown) installed in the outgoing
照射対象の標的腫瘍の照射領域Ｃ１に必要な線量を照射していないと判定される場合(Ｓ１１７でＮＯ)、Ｓ１０５に移行する。
一方、照射対象の標的腫瘍の照射領域Ｃ１に必要な線量を照射したと判定される場合(Ｓ１１７でＹＥＳ)、ビーム出射要求信号をオフするとともに、キッカー電極７の高周波電場をＯＦＦし、ビームシャッター２ｓを閉じて(Ｓ１１８)、終了する。
When it is determined that a necessary dose is not irradiated to the irradiation region C1 of the target tumor to be irradiated (NO in S117), the process proceeds to S105.
On the other hand, when it is determined that the necessary dose is irradiated to the irradiation region C1 of the target tumor to be irradiated (YES in S117), the beam extraction request signal is turned off, the high-frequency electric field of the
上記構成によれば、呼吸同期で照射する照射ゲートを事前に予測し、前もって出射準備を開始することができるので、図９に示すように、時間遅れなく時間効率よく照射を行うことができる。図９は、実施形態の効果を表す粒子線照射装置Ｔの制御のタイムチャートである。図９の横軸は(経過)時間を示し、縦軸に呼吸波形、照射ゲート信号(ビーム出射要求信号)、ビームシャッター２ｓの開閉、ビームｂが実際に出射中であることを表す「ビーム出射中」を示す。
According to the above configuration, since the irradiation gate to be irradiated in respiratory synchronization can be predicted in advance and preparation for extraction can be started in advance, irradiation can be performed in a time efficient manner without time delay as shown in FIG. FIG. 9 is a time chart of control of the particle beam irradiation apparatus T that represents the effect of the embodiment. The horizontal axis of FIG. 9 indicates the (elapsed) time, and the vertical axis indicates the respiratory waveform, irradiation gate signal (beam emission request signal), opening / closing of the
つまり、動体標的がビーム照射可能な許容領域(照射領域Ｃ１)に入る直前(照射予測領域Ｃ２)であることを予測し、ビーム出射開始の応答時間を早くすることが可能になる。
そのため、出射準備時間分の遅れをなくすことができ、かつ、照射ゲート信号に精確に応じたビームｂの照射を行える。よって、必要な線量を照射するために照射対象者の拘束時間を短縮でき、負担を軽減することができる。
従って、時間当たりより多くの照射対象者にビームｂの照射を行うことができる。つまり、照射対象者へのビームｂの計画線量の照射のために必要な拘束時間内に従来存在していたタイムロスが少なくなることによって、がん治療を施せる人数が増える。
That is, it is possible to predict that the moving target is just before entering the allowable region (irradiation region C1) where the beam irradiation is possible (irradiation prediction region C2), and to accelerate the response time of the beam extraction start.
Therefore, it is possible to eliminate the delay corresponding to the emission preparation time, and it is possible to irradiate the beam b precisely corresponding to the irradiation gate signal. Therefore, in order to irradiate a required dose, the restraint time of the person to be irradiated can be shortened, and the burden can be reduced.
Therefore, the irradiation of the beam b can be performed on more irradiation subjects per hour. That is, the number of people who can perform cancer treatment increases by reducing the time loss that has conventionally existed within the restraint time necessary for irradiation of the irradiation dose with the planned dose of the beam b.
以上より、動体標的のビームｂの照射時にビームｂの出射開始のタイミングを事前に予測し、出射準備時間分の遅れをなくすことが可能な粒子線照射制御方法と粒子線照射制御装置を実現できる。 As described above, it is possible to realize a particle beam irradiation control method and a particle beam irradiation control device capable of predicting in advance the emission start timing of the beam b at the time of irradiation of the moving target beam b and eliminating the delay for the extraction preparation time. .
＜＜変形例１＞＞
変形例１の粒子線照射装置は、実施形態では、照射対象の照射領域Ｃ１と照射予測領域Ｃ２とを閾値を用いて判定していたのを、呼吸波形の位置の時間変化率(傾き)の情報を用いて、ビームシャッター２ｓを開くこととしたものである。
その他の構成は、実施形態１と同様であるので、詳細な説明は省略する。
<<
In the embodiment, the particle beam irradiation apparatus according to the modified example 1 determines the irradiation region C1 and the irradiation prediction region C2 to be irradiated by using a threshold value. Using the information, the
Since other configurations are the same as those of the first embodiment, detailed description thereof is omitted.
図１０は、変形例１の粒子線照射装置の制御を示すフローチャートである。
変形例１の粒子線照射装置Ｔの制御は、図８に示す実施形態１の制御のステップＳ１１１とステップＳ１１４との間にあるステップＳ１１３に代えて、ステップＳ１１１ａ、１１３ａを追加したものであり、その他の変形例１の粒子線照射装置Ｔの制御は、実施形態１の図８に示す制御と同様であるから、ステップＳ１１１ａ、１１３ａ廻りの制御についてのみ説明する。
FIG. 10 is a flowchart illustrating control of the particle beam irradiation apparatus according to the first modification.
The control of the particle beam irradiation apparatus T of
図１０のＳ１１１で、ビームシャッター２ｓが閉じていると判定された場合(Ｓ１１１でＹＥＳ)、照射予測領域Ｃ２前後の照射対象の位置の時間変化率Δｍ＝ｙ１／ｔ１(図１１参照)から、ビームシャッター２ｓが開かれる最適な時間Δｔを演算する。つまり、時間Δｔとビームシャッター２ｓが開く時間との和を演算してビームシャッター２ｓが完全に開いた直後にビームｂが照射されるようにする(Ｓ１１１ａ)。図１１は、変形例１の時間経過に対する動的標的の位置の変化(呼吸波形)を示す図である。
When it is determined in S111 in FIG. 10 that the
続いて、ビームシャッター２ｓを照射予測領域Ｃ２に入って時間Δｔ後に開き、ビームシャッター２ｓが完全に開かれた直後に、ビームｂが照射領域Ｃ１に入るように制御する(Ｓ１１３ａ)。その後、図１０のＳ１１４に移行する。
Subsequently, the
上記構成によれば、照射対象の動体標的の位置の時間変化率(傾き)Δｍの情報を用いてビームシャッター２ｓを開く時間Δｔを演算し、ビームシャッター２ｓを開くタイミングを微調整することで、呼吸波形ｋの周期ごとのばらつきや照射対象の動体標的の周期ごとのばらつきに対して誤差を少なくすることができる。
According to the above configuration, by calculating the time Δt for opening the
＜＜変形例２＞＞
変形例２の粒子線照射装置２Ｔは、ビームｂの照射を行うかを、実施形態のビームシャッター２ｓに代えて、偏向電磁石２ｈを用いることとしたものである。
図１２は、変形例２の粒子線照射装置を用いて照射対象の腫瘍に粒子線を照射している状態を示す概念的上面図である。
<< Modification 2 >>
The particle beam irradiation apparatus 2T according to Modification 2 uses a
FIG. 12 is a conceptual top view illustrating a state in which the irradiation target tumor is irradiated with the particle beam using the particle beam irradiation apparatus according to the second modification.
粒子線照射装置２Ｔは、出射ビーム輸送ライン２Ｂに、ビーム照射ポート２Ｂ１に向かうビームｂを出射しないように偏向させる偏向電磁石２ｈを用いている。
出射ビーム輸送ライン２Ｂ近くには、偏向電磁石２ｈにより偏向させたビームｂを吸収するビームダンプ２ｕを設置している。
The particle beam irradiation apparatus 2T uses a
A
図１３は、変形例２の粒子線照射装置の制御のタイムチャートである。図１３の横軸は(経過)時間を示し、縦軸にビーム出射要求信号、ビーム出射直前予測信号、偏向電磁石の電流値のＯＮ／ＯＦＦ、キッカー電極７による高周波電場の印加(印加時を「ＯＮ」で示し、非印加時を「ＯＦＦ」で示す)、ビームが実際に出射中であることを表す「ビーム出射中」を示す。
FIG. 13 is a time chart of control of the particle beam irradiation apparatus according to the second modification. The horizontal axis of FIG. 13 indicates the (elapsed) time, and the vertical axis indicates the beam extraction request signal, the prediction signal immediately before beam extraction, ON / OFF of the current value of the deflecting electromagnet, and application of the high-frequency electric field by the
照射制御システムＳ２は、図１３に示すように、通常、ビーム出射制御システムＴｓにより偏向電磁石２ｈの電流値がＯＮされ、ビームｂが偏向されてビームダンプ２ｕに吸収され、ビーム照射ポート２Ｂ１からビームｂが照射されないように制御されている。
そして、時刻ｔ１１で、照射制御システムＳ２からビーム出射直前予測信号が発せられると、ビーム出射制御システムＴｓにより偏向電磁石２ｈの電流値がＯＦＦされる。
As shown in FIG. 13, in the irradiation control system S2, the current value of the
Then, when a prediction signal immediately before the beam extraction is issued from the irradiation control system S2 at time t11, the beam extraction control system Ts turns off the current value of the
その後、時刻ｔ１２で、照射制御システムＳ２からビーム出射要求信号が発せられる(ＯＮされる)と、ビーム出射制御システムＴｓによりキッカー電極７にてシンクロトロン１内を進むビームに高周波電場を印加して、出射ビーム輸送ライン２Ｂへ向けて出射させる。これにより、ビームｂが出射される(時刻ｔ１２〜ｔ１３)。
Thereafter, when a beam extraction request signal is issued (turned on) from the irradiation control system S2 at time t12, a high-frequency electric field is applied to the beam traveling in the
その後、ビーム出射要求信号がＯＦＦされると(時刻ｔ１３)、照射制御システムＳ２によりビーム出射制御システムＴｓを介して、キッカー電極７の高周波電場がＯＦＦされて、ビームｂの出射が停止される。そして、偏向電磁石２ｈの電流値がＯＮされて、ビーム照射ポート２Ｂ１からビームｂが出射されないようにする。
Thereafter, when the beam extraction request signal is turned off (time t13), the irradiation control system S2 turns off the high-frequency electric field of the
上記構成によれば、偏向電磁石２ｈが、ビーム出射直前予測信号により、ＯＦＦされるので、時間遅れなくビームｂを照射対象の動的腫瘍に照射することができる。
According to the above configuration, since the
＜＜その他の実施形態＞＞
シンクロトロン１を周回する粒子は中心軌道の周りを振動しながら進み、これは「ベータトロン振動」と呼称される。シンクロトロン１内でのビームの幅は、このベータトロン振動の振幅によって決まる。
また、シンクロトロン１の１周あたりに何回振動するかを「ベータトロン振動数」と呼ぶ。ベータトロン振動数は通常、シンクロトロン１内の四極電磁石６によって制御することができる。
<< Other Embodiments >>
The particles orbiting the
In addition, how many times the
ベータトロン振動数がある条件を満たすと、ベータトロン振動の振幅が発散する。つまり、ビームサイズが非常に広がることになる。この現象を「共鳴」と呼ぶ。
前記したように、シンクロトロン１からのビームｂの取り出しにはこのベータトロン振動との共鳴が用いられる。共鳴によってベータトロン振動の振幅が一気に大きくし、シンクロトロン１の外に取り出すことができる。
四極電磁石６の磁場強度によってベータトロン振動数を変えることができる。
When the betatron frequency satisfies a certain condition, the amplitude of the betatron oscillation diverges. That is, the beam size is greatly expanded. This phenomenon is called “resonance”.
As described above, the resonance with the betatron oscillation is used to extract the beam b from the
The betatron frequency can be changed by the magnetic field strength of the quadrupole electromagnet 6.
１．そこで、実施形態のビームシャッター２ｓに代えて、シンクロトロン１内の四極電磁石６の励磁電流値を変えることで、ビームｂがシンクロトロン１から取り出されないように（または、取り出されにくく）制御したり、または、取り出されるように制御する構成としてもよい。
1. Therefore, in place of the
２．また、多極電磁石（セパラトリクス生成用六極電磁石や、クロマティシティ補正用六極電磁石などの六極電磁石、八極電磁石など）は、ベータトロン振動数に対してベータトロン振動の振幅依存性をもたせることができる。ベータトロン振動の振幅が大きい粒子が共鳴条件に近づくようにすると、高周波電場によってある程度ベータトロン振動の振幅を広げられたときに共鳴条件を満たすようにできる。共鳴を満たした粒子のベータトロン振動の振幅はどんどん大きくなるため、最終的にシンクロトロン１の外に取り出される。
2. In addition, multipole electromagnets (hexapole electromagnets such as hexapole electromagnets for generating separatrix, hexapole electromagnets for chromaticity correction, octupole electromagnets, etc.) give the amplitude dependence of betatron vibration to the betatron frequency. be able to. If particles having a large amplitude of betatron vibration are made to approach the resonance condition, the resonance condition can be satisfied when the amplitude of the betatron vibration is expanded to some extent by the high-frequency electric field. Since the amplitude of the betatron vibration of the particles satisfying the resonance becomes larger and larger, the particles are finally taken out of the
そのため、実施形態のビームシャッター２ｓに代えて、多極電磁石の励磁電流値を変えることでも、ビームｂがシンクロトロン１から取り出されないように（または、取り出されにくく）制御したり、または、取り出されるように制御する構成としてもよい。
Therefore, instead of the
３．前記実施形態では、照射対象者の他表面に取り付けられる光検出体と、光の授受で光検出体の呼吸性移動を検出する検出装置(カメラ)とを有する呼吸同期装置を例示して説明したが、光以外の音波、電磁波、電界、磁界など、被曝が害とならない検出媒体を用いた被検出体と検出装置とをもつ呼吸同期装置を使用してもよいことは勿論である。 3. In the above-described embodiment, the respiratory synchronization device having the light detector attached to the other surface of the irradiation target and the detection device (camera) that detects the respiratory movement of the light detector by transmitting and receiving light has been described as an example. However, it goes without saying that a respiratory synchronization device having a detection object and a detection device using a detection medium such as a sound wave other than light, an electromagnetic wave, an electric field, or a magnetic field that does not harm exposure may be used.
以上、本発明の種々の実施形態を述べたが、その説明は典型的であることを意図している。従って、本発明の範囲内で様々な修正と変更が可能である。すなわち、本発明の具体的形態は発明の趣旨を変更しない範囲において変更可能である。 While various embodiments of the present invention have been described above, the description is intended to be exemplary. Accordingly, various modifications and changes can be made within the scope of the present invention. That is, the specific form of the present invention can be changed without departing from the spirit of the invention.
１ シンクロトロン(加速器)
２Ｂ 出射ビーム輸送ライン
２ｓ ビームシャッター(出射用機器、最も時間がかかる機器)
２ｈ 偏向電磁石(出射用機器)
Ｃ１ 照射領域(動体標的)
Ｃ２ 照射予測領域(照射領域に入る直前)
Ｋ１ｂ ＬＥＤ発光体(被検出体)
Ｋ１ａ カメラ(検出装置)
Ｋ２ Ｘ線透視式呼吸同期装置(Ｘ線透視装置)
Ｓ 制御装置(粒子線照射制御装置)
Ｓ１ Ｘ線透視システム(呼吸同期装置)
Ｓ２ 照射制御システム(照射制御装置)
Δｔ 時間変化率
Ｔｓ ビーム出射制御システム(ビーム出射制御装置)
1 Synchrotron (accelerator)
2B Outgoing
2h Bending electromagnet (extraction equipment)
C1 irradiation area (moving target)
C2 irradiation prediction area (immediately before entering the irradiation area)
K1b LED emitter (detected body)
K1a camera (detection device)
K2 X-ray fluoroscopic breathing synchronization device (X-ray fluoroscopy device)
S controller (particle beam irradiation controller)
S1 X-ray fluoroscopy system (respiratory synchronization device)
S2 Irradiation control system (irradiation control device)
Δt Time change rate Ts Beam extraction control system (Beam extraction controller)
Claims (9)
前記粒子線のビームの照射中に呼吸性の移動を伴う動体標的の位置を監視するための呼吸同期装置と、
前記動体標的の移動位置の情報を予め取得し、前記移動位置の情報に基づいた判定を行うように構成され、前記動体標的が照射計画における照射領域に入ったと判定される場合にはビーム出射要求信号を出力し、前記動体標的がビーム照射可能な前記照射領域に入る直前であると判定される場合にはビーム出射直前予測信号を出力する照射制御装置と、
加速器と出射ビーム輸送ラインの出射用機器を制御し、前記ビーム出射要求信号のオン／オフに同期してビーム出射の開始または停止に切り替え、前記ビーム出射直前予測信号を受けた場合には前記出射用機器のビームの出射の準備を開始するように制御するビーム出射制御装置とを
備えることを特徴とする粒子線照射制御装置。 A particle beam irradiation control device for irradiating a moving target with respiratory movement of an irradiation object with a particle beam,
A respiratory synchronizer for monitoring the position of a moving target with respiratory movement during irradiation of the beam of particle beams;
Information on the movement position of the moving target is acquired in advance, and a determination is made based on the information on the moving position. When it is determined that the moving target has entered an irradiation area in an irradiation plan, a beam extraction request is obtained. An irradiation control device that outputs a signal and outputs a prediction signal immediately before beam extraction when it is determined that the moving target is immediately before entering the irradiation region where beam irradiation is possible,
Controls the emission equipment of the accelerator and the outgoing beam transport line, switches to start or stop of the beam extraction in synchronization with the on / off of the beam extraction request signal, and receives the prediction signal immediately before the beam extraction. A particle beam irradiation control device comprising: a beam extraction control device that performs control so as to start preparations for beam extraction of an apparatus for use.
前記ビームの出射を準備する制御は、前記ビームを出射するのに最も時間がかかる機器から開始される
ことを特徴とする粒子線照射制御装置。 In the particle beam irradiation control apparatus according to claim 1,
The control for preparing the emission of the beam is started from an apparatus that takes the longest time to emit the beam.
前呼吸同期装置は、
前記照射対象体の外表面に取り付けられる被検出体と、
前記被検出体の移動を、被曝の害がない検出媒体の授受で検出する検出装置とを有して構成される
ことを特徴とする粒子線照射制御装置。 In the particle beam irradiation control apparatus according to claim 1 or 2,
The prebreathing synchronizer
A detected object attached to the outer surface of the irradiation object;
A particle beam irradiation control device comprising: a detection device configured to detect movement of the detection object by exchanging a detection medium that is not harmful to exposure.
前記呼吸同期装置は、
前記ビームの照射中に移動する体内の前記動体標的の位置を監視するためのＸ線透視装置であり、
前記動体標的がその前記照射領域から離れている場合にはＸ線照射の時間間隔を通常のＸ線照射の時間間隔より長く設定し、また、前記動体標的が前記照射領域に近づいた場合にはＸ線照射の時間間隔を前記通常のＸ線照射の時間間隔に設定する
ことを特徴とする粒子線照射制御装置。 In the particle beam irradiation control apparatus according to any one of claims 1 to 3,
The respiratory synchronization device comprises:
An X-ray fluoroscopic device for monitoring the position of the moving target in the body that moves during irradiation of the beam;
When the moving target is away from the irradiation area, the time interval of X-ray irradiation is set longer than the normal X-ray irradiation time interval, and when the moving target approaches the irradiation area A time interval for X-ray irradiation is set to the normal time interval for X-ray irradiation.
前記ビームの出射を準備する制御として行われる前記出射用機器の開閉またはオン／オフは、前記動体標的が移動する位置の時間変化率を用いて、前記ビームの照射に合うように制御される
ことを特徴とする粒子線照射制御装置。 In the particle beam irradiation control apparatus according to any one of claims 1 to 4,
Opening / closing or on / off of the extraction device, which is performed as control for preparing the beam emission, is controlled to match the beam irradiation using a time change rate of a position where the moving target moves. A particle beam irradiation control device.
前記呼吸同期装置は、前記粒子線のビームの照射中に呼吸性の移動を伴う動体標的の位置を監視し、
前記照射制御装置は、前記動体標的の移動位置の情報を前記呼吸同期装置により予め取得し、前記移動位置の情報に基づいた判定を行うように構成され、前記動体標的が照射計画における照射領域に入ったと判定される場合にはビーム出射要求信号を出力し、前記動体標的がビーム照射可能な前記照射領域に入る直前であると判定される場合にはビーム出射直前予測信号を出力し、
前記ビーム出射制御装置は、加速器と出射ビーム輸送ラインの出射用機器を制御し、前記ビーム出射要求信号のオン／オフに同期してビーム出射の開始または停止を切り替え、前記ビーム出射直前予測信号を受けた場合には前記出射用機器のビームの出射の準備を開始するように制御する
ことを特徴とする粒子線照射制御装置の制御方法。 A method for controlling a particle beam irradiation control apparatus that irradiates a moving target with respiratory movement with a particle beam and includes a respiratory synchronization device, an irradiation control device, and a beam extraction control device,
The respiratory synchronizer monitors the position of a moving target with respiratory movement during irradiation of the beam of particle beams,
The irradiation control device is configured to acquire in advance information on the moving position of the moving object target by the respiratory synchronization device and make a determination based on the information on the moving position, and the moving object target is placed in an irradiation region in an irradiation plan. When it is determined that it has entered, a beam extraction request signal is output, and when it is determined that the moving target is immediately before entering the irradiation region where beam irradiation is possible, a beam output immediately before prediction signal is output,
The beam extraction control device controls the emission equipment accelerator and the outgoing beam transport line, switches the start or stop of a beam emitted in synchronism with the beam extraction request signal on / off, the beam exit shortly before the predicted signal When receiving, control is performed so as to start preparation of beam extraction of the extraction device. Control method of particle beam irradiation control device,
前記ビームの出射を準備する制御は、前記ビームを出射するのに最も時間がかかる機器から開始される
ことを特徴とする粒子線照射制御装置の制御方法。 In the control method of the particle beam irradiation control apparatus according to claim 6,
The control for preparing the beam emission is started from an apparatus that takes the longest time to emit the beam.
前記呼吸同期装置は、
前記ビームの照射中に移動する体内の前記動体標的の位置を監視するためのＸ線透視装置であり、
前記動体標的がその前記照射領域から離れている場合にはＸ線照射の時間間隔を通常のＸ線照射の時間間隔より長く設定し、また、前記動体標的が前記照射領域に近づいた場合にはＸ線照射の時間間隔を前記通常のＸ線照射の時間間隔に設定する
ことを特徴とする粒子線照射制御装置の制御方法。 In the control method of the particle beam irradiation control apparatus according to claim 6 or 7,
The respiratory synchronization device comprises:
An X-ray fluoroscopic device for monitoring the position of the moving target in the body that moves during irradiation of the beam;
When the moving target is away from the irradiation area, the time interval of X-ray irradiation is set longer than the normal X-ray irradiation time interval, and when the moving target approaches the irradiation area A method for controlling a particle beam irradiation control apparatus, wherein the X-ray irradiation time interval is set to the normal X-ray irradiation time interval.
前記照射制御装置は、
前記ビームの出射を準備する制御として行われる前記出射用機器の開閉またはオン／オフを、前記動体標的が移動する位置の時間変化率を用いて、前記ビームの照射に合うように制御する
ことを特徴とする粒子線照射制御装置の制御方法。 In the control method of the particle beam irradiation control apparatus according to any one of claims 6 to 8,
The irradiation control device includes:
It closing or turning on / off of the exit for the equipment to be carried out as a control to prepare the extraction of the beam, using the time rate of change of position where the moving object target moves, that controls to match the illumination of the beam A control method of a particle beam irradiation control device characterized by the above.
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