TWI398240B - 驅動式診療台、驅動式診療台之控制裝置、儲存有驅動式診療台控制用程式之儲存媒體及粒子線治療裝置 - Google Patents

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Description

驅動式診療台、驅動式診療台之控制裝置、儲存有驅動式診療台控制用程式之儲存媒體及粒子線治療裝置
本發明係有關於使用在醫療用或研究用之粒子射線治療裝置或放射線治療裝置，特別有關於驅動式診療台、驅動式診療台之控制裝置、驅動式診療台控制用程式。
隨著醫療用機器之開發與醫療之進步，近年來醫療用機器越發進步，已出現在先前技術未曾有之形態的機器。例如，在癌之治療上，先前技術是以外科、投藥及/或放射線的治療為主流，但是在最近照射以質子束或碳射線為代表之粒子射線進行治療的粒子射線治療裝置受到很大之重視。利用粒子射線治療裝置之治療具有低侵襲性之最大特徵，可以保持治療後之患者之QOL(Quality of Life，生品質)。現在，粒子射線治療裝置在日本國內共約有10家醫療機構在運作或預定建設中，且據報告指出有些醫療機構每年治療了將近1000人之患者。
因此，在接受粒子射線治療時，患者躺坐之床或椅子等(以下稱為「診療台」)被要求具有適於粒子射線治療之功能。另外，開發適於粒子射線治療之功能之診療台，且製造更好之醫療用機器有助於醫療機器產業之發達。
簡單而言，粒子射線治療裝置係依照患部之形狀以精確度點(pinpoint)方式照射粒子射線。因此，操作粒子射線治療裝置之醫師或工程師(以下稱為「技師」)需要以可以依照患部之形狀照射粒子射線之方式，以屬於照射中心之等角點(isocenter)作為基準位置，進行使患部之位置或姿勢符合計劃值之作業，亦即需要進行定位作業。定位作業是一邊利用X線攝影裝置觀察患部之位置，一邊以從在治療計劃之階段所決定之方向對患部照射粒子射線的方式進行治療台之角度調整，但是該定位作業需要花費時間，所以要求有效率地進行。
先前技術已提案有放射線治療用床系統(專利文獻1)，其目的是在實現對於被固定在治療床上面之患者進行從任意之方向和距離之照射，特別是照射方向對患者軸心不是垂直的非共平面照射。該放射線治療用床系統是輸入模擬治療時計算所得之患部位置資料(X，Y，Z座標系)及放射質子束之角度，且該輸入之資料(位置或角度)被座標變換成為床之X軸、Y軸、Z軸方向之位置，i軸(相對等角點旋轉)、p軸(縱搖(pitching)旋轉)、r軸(橫搖(rolling)旋轉)之旋轉角度作為患者之患部位置，而床之各軸係將該等變換資料當作輸入位置資料予以採用，並驅動各軸使患者之患部移動到所希望之位置。
然而，一邊以X線攝影裝置觀察患部等一邊調整i軸、p軸、r軸之各軸時，通常無法以通過各軸之旋轉中心之方式配置患部，因此會造成患部伴隨該調整而在X軸方向、Y軸方向或Z軸方向或該等之組合方向移動。結果，會有造成患部跑出X線攝影裝置之攝影區域外之情形，為了要使患部不會跑出該攝影區域外，必須以患部之位置不移動之方式，將X軸、Y軸、Z軸之各軸進行微妙地調整。
(先前技術文獻) (專利文獻)
(專利文獻1)日本特開平11-313900號公報
先前技術之放射線治療用床系統具有6個驅動軸之自由度，雖能驅動各軸使患者之患部移動到所希望之位置，但在實際之患部之定位作業中，必須進行上述方式之X軸、Y軸、Z軸之各軸之微妙調整，該調整對技師等在作業上造成極麻煩之外，定位作業需要花時間，所以有無法謀求粒子射線治療裝置之使用效率提高之問題。
本發明之目的是獲得驅動式診療台，其可以有效率地進行對準治療計劃時策定之患部位置和姿勢之定位作業。
本發明之驅動式診療台係具備有：平移手段，相對於固定在設置場所之固定座標系，使頂板在X軸方向、Y軸方向、Z軸方向之各個軸方向平移；旋轉手段，使頂板在圍繞X軸之θ方向、圍繞Y軸之Φ 方向、圍繞Z軸之ξ方向之各個方向旋轉；及控制裝置，根據所輸入之希望旋轉中心點和希望旋轉角，控制平移手段和旋轉手段。控制裝置具有：旋轉驅動信號產生手段，用來產生旋轉驅動信號使頂板從平移手段和旋轉手段之基準狀態旋轉移動到希望旋轉角；及平移驅動信號產生手段，用來產生平移驅動信號，令平移手段平移，而使利用旋轉移動產生之希望旋轉中心點之平移移動量在既定值以下。
本發明之驅動式診療台因為係根據所輸入之希望旋轉中心點及希望旋轉角，將使利用頂板之旋轉驅動與平移驅動予以組合而進行驅動，而該平移驅動為藉由使頂板旋轉移動至希望旋轉角所產生之希望旋轉中心點之平移移動量成為既定值以下，可以使診療台從希望旋轉中心之旋轉，在預定之距離以內自動旋轉，所以對準治療計劃時策定之患部之位置和姿勢之定位作業可以有效地進行。
 (實施形態1)
第1圖是本發明實施形態1之驅動式診療台(診療台)之概略構造圖。根據第1圖說明屬於控制對象之診療台之構造。驅動式診療台(床型)1為實施形態1之控制對象之一例。地板面2是供設置驅動式診療台1之地板。診療台構成部件(X平移部件)3為構成診療台之部件之一，係相對於地板面2朝X方向驅動。診療台構成部件(Z平移部件)4為構成診療台之部件之一，係相對於X平移部件3朝Z方向驅動。診療台構成部件(Y平移部件)5為構成診療台之部件之一，係相對於Z平移部件4朝Y方向驅動。診療台構成部件(擺動(yaw)旋轉部件)6為構成診療台之部件之一，係相對於Y平移部件5被驅動成擺動旋轉。診療台構成部件(橫搖旋轉部件)7為構成診療台之部件之一，係相對於擺動旋轉部件6被驅動成橫搖旋轉。診療台構成部件(縱搖旋轉部件)8為構成診療台之部件之一，係相對於橫搖旋轉部件7驅動成縱搖旋轉。X平移部件3、Z平移部件4、Y平移部件5為平移手段。擺動旋轉部件6、橫搖旋轉部件7、縱搖旋轉部件8為旋轉手段。各個診療台構成部件3至8根據來自控制裝置29(未圖示)之控制信號由驅動裝置(未圖示)驅動。
其次，根據第2圖說明於本發明所進行之「以所希望之位置作為中心驅動旋轉」。第2圖用來說明以所希望之位置作為中心驅動旋轉之實現方法之圖。第2圖(a)是俯視圖、第2圖(b)是鳥瞰圖。驅動對象20表示診療台之頂板等驅動對象。旋轉驅動中心(軸)21表示利用馬達等旋轉驅動機器，驅動該驅動對象20使其旋轉時之旋轉驅動中心(軸)。所希望之位置22為一點(希望旋轉中心點)，用來表示屬於照射基準之等角點等希望作為表觀上之旋轉中心之位置。
第2圖表示使屬於剛體之驅動對象20繞著旋轉驅動中心(軸)21進行旋轉，同時平移移動，藉此來使表觀上之旋轉中心成為所希望之位置22。在本實施形態中，藉由以此方式組合旋轉驅動和平移驅動，用來在驅動對象之所希望之位置進行旋轉移動。
第3圖是實施形態1之診療台之三面圖。第3圖(a)是診療台1之俯視圖、第3圖(b)是診療台1之正視圖、第3圖(c)是診療台1之側視圖。擺動旋轉部件6係相對於Y平移部件5以擺動旋轉中心(軸)15被驅動成擺動旋轉。橫搖旋轉部件7係相對於擺動旋轉部件6以橫搖旋轉中心16被驅動成橫搖旋轉。縱搖旋轉部件8係相對於橫搖旋轉部件7以縱搖旋轉中心17被驅動成縱搖旋轉。
第4圖至第6圖是三面圖，用來表示在實施形態1中，以第1圖之診療台1作為控制對象時之座標系。第4圖是三面圖，用來表示以診療台作為控制對象時之座標系、第5圖是在第4圖追加了橫搖旋轉部件之座標系之三面圖、第6圖是在第5圖中追加了縱搖旋轉部件之座標系之三面圖。第4圖(a)、第5圖(a)、第6圖(a)是診療台1之俯視圖，第4圖(b)、第5圖(b)、第6圖(b)是診療台1之正視圖，第4圖(c)、第5圖(c)、第6圖(c)是診療台1之側視圖，第4圖(d)、第5圖(d)、第6圖(d)是診療台1之鳥瞰圖。以下根據第4圖至第6圖用來說明本發明之座標系。
座標系10是固定在治療室之座標系Ofix (固定座標系)。座標系11是固定在Y平移部件5之座標系o5 。座標系10和座標系11之關係由X平移部件3、Z平移部件4及Y平移部件5之狀態惟一地決定，且可利用平移移動使座標系重疊。
座標系12是固定在擺動旋轉部件6之座標系o6 。座標系11和座標系12之關係由擺動旋轉部件6之狀態惟一地決定。如第4圖所示假如將座標系12配置在擺動旋轉之旋轉軸上，則可以與擺動旋轉部件6之狀態無關地，使從座標系11之原點朝向座標系12之原點之方向向量成為固定，且利用平移移動和擺動旋轉可使座標系重疊。
座標系13是固定在橫搖旋轉部件7之座標系o7 。座標系12和座標系13之關係由橫搖旋轉部件7之狀態惟一地決定。如第5圖所示假如將座標系13配置在橫搖旋轉之旋轉軸上，則可以與橫搖旋轉部件7之狀態無關地，使從座標系12之原點朝向座標系13之原點之方向向量成為固定，且利用平移移動和橫搖旋轉可使座標系重疊。
座標系14是固定在縱搖旋轉部件8(頂板)之座標系oobj (移動座標系)。座標系13和座標系14之關係由縱搖旋轉部件8之狀態惟一地決定。如第6圖所示假如將座標系14配置在縱搖旋轉之旋轉軸上，則可以與縱搖旋轉部件8之狀態無關地，使從座標系13之原點朝向座標系14之原點之方向向量成為固定，利用平移移動和間距可使座標系重疊。
第7圖是實施形態1之程式之流程圖。該程式係搭載在控制裝置29。以下根據第7圖說明程式之流程。
步驟S1是進行初始化之步驟。在此，進行變數之宣告與定義。步驟S2是進行讀入之步驟。在此，於診療台之狀態a(基準狀態)中，讀入用以特別指定診療台構成部件3至8之各個之位置及姿勢之資料。步驟S3是進行讀入之步驟。在此，進行希望成為屬於照射基準點之等角點等表觀上之旋轉中心之點(希望中心點)P的座標Pfix (X,Y,Z)之讀入。
步驟S4是進行計算之步驟。在此，於診療台為狀態a時，將以固定座標系Ofix 觀看時之上述希望之點Pfix (X,Y,Z)，進行座標變換成為以「被固定在頂板之座標系oobj 」觀看時之座標pa (X,Y,Z)。步驟S5是進行讀入之步驟。在此，於診療台的狀態b中，讀入用以特別指定診療台構成部件3至8之位置及姿勢之資料。該資料讀入相當於希望旋轉角之讀入。步驟S6是進行計算之步驟。在此，假設以上述「被固定在頂板之座標系oobj 」觀看時之座標Pa (x,y,z)，為在被固定於頂板下診療台成為狀態b，而進行座標變換成為以「被固定在診療台之座標系Ofix 」觀看時之座標Pab (X,Y,Z)。
步驟S7是演算差分之差分演算步驟。在此，演算在步驟S3讀入之Pfix (X,Y,Z)和在步驟S6求得之Pab (X,Y,Z)之差分。步驟S8是進行輸出之輸出步驟。在此，輸出在步驟S7計算得之Pab (X,Y,Z)-Pfix (X,Y,Z)。
控制裝置29具有：旋轉驅動信號產生手段，根據屬於旋轉驅動前之診療台之狀態a及屬於驅動目標(姿勢目標)之診療台之狀態b，亦即根據使診療台從狀態a旋轉成為狀態b之希望旋轉角，而產生從狀態a旋轉成為狀態b之旋轉手段之旋轉驅動信號；以及平移驅動信號產生手段，將演算得之差Pab (X,Y,Z)-Pfix (X,Y,Z)校正，用來產生平移驅動信號使平移手段平移；並藉以產生旋轉驅動信號及平移驅動信號。關於其詳細部分以下將按每一個步驟記載其內容。
步驟S1是進行初始化之步驟，其詳細部分如以下所示。在此，進行實施形態1所示之程式所必要之變數之宣告、與用以表示診療台之幾何學性資訊之參數等之定義。程式所必要之變數是指，例如，用以特別指定診療台1之位置與姿勢者(以下稱為「診療台之狀態」)、表觀上之希望旋轉中心之點座標、旋轉行列(1次變換行列)等。用以表示診療台1之幾何學性資訊之參數是指當診療台1之各個驅動機器全部在基準位置時，換言之，診療台構成部件3至8全部在基準位置時(以下稱為「基準位置狀態」)，用以表示座標系11至14之原點位置之位置向量等。
診療台1之狀態以{xs ,ys ,zs ,θs ,Φ s ,ξs }之方式表示。其中xs ，ys ，zs ，θs ，Φ s ，ξs 如下所述。
xs 是X平移部件3之相對於地板面2上之基準位置之x方向變位量。
ys 是Y平移部件5之相對於Z平移部件4上之基準位置之y方向變位量。
zs 是Z平移部件4之相對於X平移部件3上之基準位置之z方向變位量。
θs 是縱搖旋轉部件8之相對於橫搖旋轉部件7上之基準位置之縱搖旋轉方向之變位角。
Φ s 是橫搖旋轉部件7之擺動旋轉部件6上之基準位置之橫搖旋轉方向之變位角。
ξs 是擺動旋轉部件6之相對於Y平移部件5上之基準位置之擺動旋轉方向之變位角。
表觀上之希望旋轉中心之點P之座標以Pfix (X,Y,Z)之方式表示。縱搖旋轉、橫搖旋轉、擺動旋轉之旋轉行列分別表示成(1)式至(3)式。
(數式1)
(數式2)
(數式3)
用以表示基準位置狀態之診療台之幾何學性資訊之參數是用以表示座標系11至14之原點位置之位置向量，分別表示成(4)式至(7)式。
(數式4)
o5 -Ofix 是從固定座標系觀看之座標系11之原點位置。
(數式5)
o6 -Ofix 是從固定座標系觀看之座標系12之原點位置。
(數式6)
o7 -Ofix 是從固定座標系觀看之座標系13之原點位置。
(數式7)
oobj -Ofix 是從固定座標系觀看之座標系14之原點位置。
步驟S2是進行讀入之步驟，其詳細部分如以下所示。在此，於診療台之狀態a，讀入用以特別指定診療台構成部件3至8之各個之位置及姿勢之資料。狀態a是指設定希望旋轉中心點P時之診療台之狀態。表示診療台之狀態之變數如步驟S1之詳細部分所示，故將具體之值代入該變數。
診療台1之狀態a以{xa ,ya ,za ,θa ,Φ a ,ξa ,}之方式表示。
步驟S3是進行讀入之步驟，其詳細部分如以下所示。在此，進行屬於照射基準點之等角點等表觀上之希望旋轉中心點P之座標Pfix (X,Y,Z)之讀入。表觀上之希望旋轉中心點P之座標Pfix (X,Y,Z)通常在某一連貫之作業中不變，所以只有在需要改變時才進行讀入、覆寫。
步驟S4是進行計算之步驟，其詳細部分如以下所示。在此，於診療台為狀態a時，將以固定座標系Ofix 觀看時之上述希望之點Pfix (X,Y,Z)，進行座標變換成為以「被固定在頂板之座標系oobj 」觀看時之座標pa (x,y,z)。
首先，根據第4圖說明座標系10和座標系11之關係。如步驟S1之詳細部分所示，在基準位置狀態，座標系11之原點座標從固定座標系(亦即座標系10)觀看時，係如(4)式所示。這時，因為診療台為狀態a，所以，座標系11之原點座標從固定座標系(亦即座標系10)觀看時，係如以下所示。
(數式8)
亦即，座標系11只要回到負方向之上述之方向向量部分，即變成與座標系10重疊。因此，從座標系11朝向固定座標系(亦即固定座標系10)之座標變換可以利用以下之數式求得。
(數式9)
其中，Qfix 是以固定座標系表示任意之點q者。另外，q5 是以被固定在Y平移部件5之座標系11表示該任意之點q者。
其次，根據第4圖來說明座標系11和座標系12之關係。從座標系12觀看之任意之點q假如從座標系11觀看時，首先，從座標系11之原點平移移動到座標系12之原點，並進行擺動旋轉達座標系12相對於座標系11的變位角ξ之量即成為一致。亦即，以數式書寫時成為以下所示。
(數式10)
其中，q6 是以被固定在擺動旋轉部件6之座標系12表示該任意之點q者。
同樣地，根據第5圖來說明座標系12和座標系13之關係。從座標系13觀看之任意之點q假如從座標系12觀看時，首先，從座標系12之原點平移移動到座標系13之原點，並進行橫搖旋轉達座標系13相對於座標系12的變位角Φ 之量即成為一致。亦即，以數式書寫時成為以下所示。
(數式11)
其中，q7 是以被固定在橫搖旋轉部件7之座標系13表示該任意之點q者。
最後，根據第6圖來說明座標系13和座標系14之關係。從座標系14觀看之任意之點q假如從座標系13觀看時，首先，從座標系13之原點平移移動到座標系14之原點，並進行縱搖旋轉達座標系14相對於座標系13的變位角θ之量即成為一致。亦即，以數式書寫時成為以下所示。
(數式12)
其中，qobj 是以被固定在縱搖旋轉部件8(頂板)之座標系14表示該任意之點q者。
歸納以上之數式(9)至數式(12)時，可以求得診療台在狀態a時之從「被固定在頂板之座標系Oobj 」朝向「被固定在治療室之座標系Ofix 」之座標變換。因此可獲得數式(13)。
(數式13)
另外，數式(13)是從「被固定在頂板之座標系oobj 」(移動座標系)朝向「被固定在治療室之座標系Ofix 」(固定座標系)之座標變換手段C2(第2座標變換手段)。
另外，假如使數式(13)變形時，可以求得從「被固定在治療室之座標系Ofix 」(固定座標系)朝向「被固定在頂板之座標系oobj 」(移動座標系)之座標變換。
(數式14)
另外，數式(14)是從「被固定在治療室之座標系Ofix 」(固定座標系)朝向「被固定在頂板之座標系oobj 」(移動座標系)之座標變換手段C1(第1座標變換手段)。
因此，步驟S4是使用數式(14)之座標變換手段C1，將診療台1為狀態a時之以固定座標系Ofix 觀看時之上述希望之點Pfix (X,Y,Z)，進行座標變換成為以「被固定在頂板之座標系oobj 」觀看時之座標pa (x,y,z)。具體而言，係在數式(14)中，在以被固定於縱搖旋轉部件8之座標系14表示任意之點q之qobj 中，代入pa ；在以固定座標系表示任意之點q之Qfix 中，代入希望點Pfix ；在變位角θ，Φ ，ξ中，代入診療台之狀態a之變位角θa ，Φ a ，ξa 。在步驟S4獲得數式(15)。
(數式15)
步驟S5是進行讀入之步驟，其詳細部分如以下所示。在此，於診療台1之狀態b時，讀入用以特別指定診療台構成部件3至8之各個之位置及姿勢之資料。狀態b是指，例如，想要達成之目標之診療台1之姿勢。希望旋轉角是以狀態b之角度，亦即以絕對角度取得。診療台1之平移位置由於被唯一決定成以表觀上之旋轉中心為希望點，因此在步驟S5代入任何之值均可。因為很簡單，在此係設為使狀態a時之值直接保留。
診療台1之狀態b以{xa ,ya ,za ,θb ,Φ b ,ξb ,}之方式表示。
步驟S6是進行計算之步驟，其詳細部分如以下所示。在此，以上述「被固定在頂板之座標系oobj 」觀看時之座標pa (x,y,z)，在假定被固定在頂板8下診療台1成為狀態b時，進行座標變換成為以「被固定在治療室之座標系Ofix 」觀看時之座標Pab (X,Y,Z)。具體而言，步驟S6是使用數式(13)之座標變換手段C2，以「被固定在頂板之座標系oobj 」觀看時之座標pa (x,y,z)，在假定被固定在頂板8下診療台1成為狀態b時，進行座標變換演算成為以「被固定在治療室之座標系Ofix 」觀看時之座標Pab (X,Y,Z)。在步驟S6進行數式(16)之演算。
(數式16)
步驟S7是演算差分之差分演算步驟，其詳細部分如以下所示。在此，演算在步驟S3讀入之Pfix (X,Y,Z)和在步驟S6求得之Pab (X,Y,Z)之差分。在步驟S7獲得數式(17)。
(數式17)
ΔP=Pab -Pfix 　…(17)
步驟S8是進行輸出之輸出步驟，其詳細部分如以下所示。在此，將在步驟S7所計算得之ΔP=Pab -Pfix 輸出到各個診療台構成部件3至5之驅動裝置之控制器作為校正量。該校正量成為平移驅動信號。ΔP=Pab -Pfix 之物理性意義是從固定座標系Ofix 觀看之從狀態a之點P朝向狀態b之點P之方向向量，亦即，點P之移動之向量之量。因此，對於狀態b，假如以在步驟S7所計算得之ΔP=Pab -Pfix 之量進行校正，則診療台1之姿勢可在保持狀態b下，使旋轉中心作為希望之點P。因此，校正過之診療台1的狀態b’係以下列之方式表示。
{xa -ΔPx ,ya -ΔPy ,za-ΔPz ,θb ,Φ b ,ξb }
但，ΔPx 表示ΔP之x成分，ΔPy 表示ΔP之y成分，ΔPz 表示ΔP之z成分。
第7圖之流程圖所示之程式被組入到控制器34。下面說明控制器34控制診療台1之方法。第8圖是用來說明實施形態1之診療台1之控制之方塊圖，第9圖是目標位置姿勢變換部之方塊圖。控制器34(34a)具有4個輸入部65a、65b、65c、65d；目標位置姿勢變換部60；模態切換開關66；及輸出部67。模態切換開關66用來切換來自輸入部65a之目標位置姿勢{x*,y*,z*,θ*,Φ *,ξ*}、及來自目標位置姿勢變換部60之目標位置姿勢{x*,y*,z*,θ*,Φ *,ξ*}。根據來自輸入部65a之目標位置姿勢對診療台1之驅動裝置輸出指令信號時為模態1，根據來自目標位置姿勢變換部60之目標位置姿勢對診療台1之驅動裝置輸出指令信號時為模態2。模態1是先前技術進行之情況，模態2是執行第7圖之流程圖之情況。另外，具有＊之符號者係表示時間上不變之目標值，在以下所說明之符號中，具有＊之符號者亦同。
在步驟S2、S3所讀入之診療台之狀態a及希望旋轉中心點座標Pfix (X,Y,Z)被輸入到輸入部65c、65d。如上所述，狀態a是希望旋轉中心點座標Pfix 被輸入時之診療台1之狀態。在步驟S5所讀入之診療台之目標姿勢(狀態b)被輸入到輸入部65b。目標位置姿勢變換部60執行步驟S6至S8，演算目標位置姿勢(狀態b’){xa -ΔPx ,ya -ΔPy ,za -ΔPz ,θb ,Φ b ,ξb }。輸出部67根據校正過之診療台1之狀態b’之目標位置姿勢{x*,y*,z*,θ*,Φ *,ξ*}，將指令信號sig1a至sig1f分別輸出到6支軸之各驅動裝置35至40(參照第11圖)。在驅動裝置(馬達)35至40分別配置有編碼器等用以檢測旋轉角度之感測器。在圖中，6支軸之馬達及編碼器分別以馬達編碼器69a至69f表示。通常，驅動裝置35至40之控制由驅動器進行。驅動裝置(馬達)35至40藉驅動信號sig2a至sig2f驅動，利用編碼器等檢測驅動裝置(馬達)35至40之現在之狀態x(t)至ξ(t)，編碼器等之檢測信號sig3a至sig3f係回饋到馬達驅動器68a至68f，用來控制驅動裝置35至40。
指令信號sig1a、驅動信號sig2a、檢測信號sig3a、現在之狀態x(t)、驅動器68a、馬達編碼器69a為對應驅動裝置(X平移馬達)35者。指令信號sig1b、驅動信號sig2b、檢測信號sig3b、現在之狀態y(t)、驅動器68b、馬達編碼器69b為對應驅動裝置(Y平移馬達)36者。指令信號sig1c、驅動信號sig2c、檢測信號sig3c、現在之狀態z(t)、驅動器68c、馬達編碼器69c為對應驅動裝置(Z平移馬達)37者。指令信號sig1d、驅動信號sig2d、檢測信號sig3d、現在之狀態θ(t)、驅動器68d、馬達編碼器69d為對應驅動裝置(擺動旋轉馬達)38者。指令信號sig1e、驅動信號sig2e、檢測信號sig3e、現在之狀態Φ (t)、驅動器68e、馬達編碼器69e為對應驅動裝置(橫搖旋轉馬達)39者。指令信號sig1f、驅動信號sig2f、檢測信號sig3f、現在之狀態ξ(t)、驅動器68f、馬達編碼器69f為對應驅動裝置(縱搖旋轉馬達)40者。
下面使用第9圖來說明目標位置姿勢變換部60之動作。目標位置姿勢變換部60具有第1座標變換手段C1(61)、第2座標變換手段C2(62)、演算手段63、目標位置姿勢演算手段64。第1座標變換手段C1(61)執行步驟S4。第1座標變換手段C1(61)，在被設定於其程式變數71之狀態a時，將固定座標系之希望旋轉中心點座標Pfix (X,Y,Z)變換成為移動座標系之座標pa (x,y,z)。
第2座標變換手段C2(62)係執行步驟S6。第2座標變換手段C2(62)，在假定成為被設定於其程式變數72之狀態b(目標位置{xa ,ya ,za }，目標姿勢{θb ,Φ b ,ξb })時，將移動座標系之希望旋轉中心點之座標pa (x,y,z)進行座標變換成為固定座標系之座標Pab (X,Y,Z)。演算手段63係執行步驟S7，演算ΔP=Pab -Pfix 。目標位置姿勢演算手段64執行步驟S8，且演算校正過之診療台1之狀態b’的目標位置姿勢{x*,y*,z*,θ*,Φ *,ξ*}，亦即演算{xa -ΔPx ,ya -ΔPy ,za -ΔPz ,θb ,Φ b ,ξb }。
形成狀態b之方法大致有三種。亦即，調節器型、伺服系型及JOG運轉型。調節器型之形成方法是形成最後想獲得目標姿勢之方法。在此種情況時，狀態b在一連貫之動作中不變。伺服系型之形成方法是亦指示途中之通過點(姿勢)之方法。在此種情況時，狀態b依照預先決定之排程變化。JOG運轉型之形成方法是利用JOG扳桿指示之方法。在此種情況時，狀態b在JOG扳桿切入時以一定之速度進行變化。關於JOG運轉將在實施形態3詳述。
實施形態1之診療台1是根據所希望之位置P(希望旋轉中心點P)及希望旋轉角，藉由組合旋轉驅動與平移驅動，可以使診療台1在所希望之位置P進行旋轉，而該平移驅動係將狀態a任意之點(希望之位置P)之座標及狀態b之任意點之座標之差予以校正，使之平移。只進行輸入控制以進行旋轉驅動，即可以所希望之位置P作為中心旋轉驅動，所以可以有效率地進行使患部之位置和姿勢符合在治療計劃時策定之目標之定位作業。
另外，藉由使診療台1之希望位置P成為粒子射線治療裝置之照射中心之等角點，可以使診療台1之動作精簡化(compact)。因為診療台1之動作精簡化，所以在對準在治療計劃時策定之位置之定位作業中，可以使診療台1或被固定在診療台之患者與粒子射線治療裝置之診療台1以外之機器等不容易發生干擾。
依照執行實施形態1之診療台1之位置決定方法之程式時，不論床、椅子之任何型式，不需要進行硬體之改造或追加工程，對既設之診療台亦可以適用。如此，因為具有擴張性所以可以以所希望之點P作為中心，簡單地旋轉控制患部，可以容易地進行使患部之位置和姿勢對準在治療計劃時策定之目標之定位作業。結果是治療準備之時間可以大幅地減少。
另外，所說明之例是希望旋轉角係由狀態b之角度，亦即由絕對角度所獲得，但是希望旋轉角亦可以由從狀態a到狀態b之相對角度獲得。在任一情況均可以使患部成為以希望旋轉角表示之姿勢。
如上所述，依照實施形態1之驅動式診療台1時，具備有：平移手段3、4、5，使頂板8相對於被固定在設置場所之固定座標系10朝X軸方向、Y軸方向、Z軸方向之各個軸方向平移；旋轉手段6、7、8，使頂板8在繞著X軸之θ方向、繞著Y軸之Φ 方向、繞著Z軸之ξ方向之各個方向旋轉；以及控制裝置，根據被輸入之希望旋轉中心點P及希望旋轉角控制平移手段3、4、5及旋轉手段6、7、8；控制裝置因為具有：旋轉驅動信號產生手段，用來產生旋轉驅動信號藉以使頂板8從平移手段3、4、5和旋轉手段6、7、8之基準狀態a旋轉移動到希望旋轉角；以及平移驅動信號產生手段，以校正因旋轉移動而產生之希望旋轉中心點P之平移移動量之方式，產生使平移手段3、4、5平移之平移驅動信號；所以可以以希望旋轉中心點P作為中心，旋轉控制患部，可以有效率地進行使患部之位置與姿勢對準在治療計劃時策定位置與姿勢之定位作業。
(實施形態2)
在實施形態1中所說明之情況是以希望旋轉中心點P作為中心，旋轉控制患部之情況，但是使患部從希望旋轉中心點P之旋轉在預定之距離以內進行旋轉，亦即使患部以希望旋轉角旋轉，移動座標系之希望旋轉中心點P從固定座標系觀看係在預定之距離以內移動之情況時，亦可以有效率地進行使患部之位置和姿勢對準在治療計劃時策定之位置和姿勢之定位作業。如上所述，患部之定位作業因為在該作業中只要患部位在X線攝影裝置之攝影區域內即可，所以，例如，即使藉由根據設定有由於診療台1之驅動裝置之誤差等造成之位置偏移(座標偏移)或偏差(offset)之目標位置姿勢{x*,y*,z*,θ*,Φ *,ξ*}的指令信號sig1a至sig1f控制驅動裝置，亦能以從希望旋轉中心點P旋轉位置起在預定之距離以內之方式使驅動對象20(頂板8)旋轉，藉以有效率地進行使患部之位置和姿勢對準在治療計劃時策定之位置和姿勢之定位作業。預定之距離係為，例如，攝影區域之外周與患部之距離，平移移動量之預定值即為該預定之距離。
在利用設定有偏差之指令信號sig1a至sig1f控制驅動裝置時，具有下面所述之效果。例如，在患部映現在X線攝影裝置之攝影畫面之下側時，使患部以希望旋轉中心點P作為中心旋轉姿勢，可以使整個患部移動至攝影畫面之中央。依照此種方式時，相較於使患部移動到攝影畫面之中央之後，再使之以希望旋轉中心點P旋轉之情況，可以在短時間內使患部移動到所希望之位置。
在因診療台1之驅動裝置之誤差等造成位置偏移(座標偏移)時，進行與第7圖之步驟S1至步驟S8同樣之動作。下面說明利用設定有偏差之指令信號sig1a至sig1f控制驅動裝置之情況。第10圖是用來說明實施形態2之診療台1之控制之方塊圖。其與實施形態1之第8圖之不同點在於在控制器34(34b)追加有輸入部65e、演算手段70，在利用目標位置姿勢變換部60演算之目標位置姿勢中，加上{Δxp *,Δyp *,Δzp *,0,0,0}，以產生目標位置姿勢{x*,y*,z*,θ*,Φ *,ξ*}。
第7圖之步驟S1至步驟S8係進行同樣之動作，之後，執行步驟S9。步驟S9是在於步驟S8演算之目標位置姿勢{xa -ΔPx ,ya -ΔPy ,za -ΔPz ,θb ,Φ b ,ξb }中，加上從希望旋轉中心點座標Pfix (X,Y,Z)變成為上述預定值以下之屬於偏差Pc (X,Y,Z)之平移移動量{Δxp *,Δyp *,Δzp *}。平移移動量{Δxp *,Δyp *,Δzp *}被輸入到輸入部65e。演算手段70在利用目標位置姿勢變換部60演算之目標位置姿勢{xa -ΔPx ,ya -ΔPy ,za -ΔPz ,θb ,Φ b ,ξb }中，加上平移移動量{Δxp *,Δyp *,Δzp *}，以產生目標位置姿勢{x*,y*,z*,θ*,Φ *,ξ*}。輸出部67根據所產生之目標位置姿勢{x*,y*,z*,θ*,Φ *,ξ*}，將指令信號sig1a至sig1f分別輸出到6支軸之各驅動裝置35至40(參照第11圖)。
如上所述，對各診療台構成部件3至5之驅動裝置35至40之控制器之校正量乃成為Pab (X,Y,Z)-Pfix (X,Y,Z)+Pc (X,Y,Z)。控制器34(34b)根據從屬於旋轉驅動前之診療台之狀態a旋轉到屬於驅動目標(姿勢目標)之診療台之狀態b之希望旋轉角，產生旋轉手段之旋轉驅動信號，並從在步驟S7演算之差Pab (X,Y,Z)-Pfix (X,Y,Z)成為上述預定值以下之方式進行校正，而產生使平移手段平移之平移驅動信號。
從希望旋轉中心點P之旋轉在預定之距離以內使患部旋轉，結果有時會與以其他之旋轉中心點(表觀之旋轉中心點)旋轉之情況相等。以下進行其說明。設以1座標系表示之座標成為q1、以2座標系表示之座標成為q2、θ旋轉後之平移成為a(向量)。假如使1座標系旋轉θ，然後平移a時，因為成為重疊在2座標系之位置關係，所以以(18)式之方式表示。
q1 =R(θ)q2 +a　…(18)
其中，R(θ)為旋轉行列。
假如存在有表觀之旋轉中心點時，因為表觀之旋轉中心點為不動點，亦即因為在1座標系與2座標系皆可以以相同之座標表示，所以不動點之座標qfix 可以以下面之方式求得。將qfix 代入(18)式之q1 、q2 ，並加以變形時即獲得(19)式
(I-R(θ))qfix =a　…(19)
其中，I為單位行列。當存在有(I-R(θ))之逆行列(I-R(θ))-1 之情況時，不動點之座標qfix 以(20)式之方式表示。
qfix =(I-R(θ))-1 a　…(20)
例如，當考慮以Z軸作為中心軸進行旋轉，並朝Z方向平移之情形中，因為不存在有(I-R(θ))-1 ，所以不能求得不動點之座標qfix 。但是，在旋轉與平移只限於在2次元平面、且限於旋轉角度非為0時，存在有不動點。在存在有不動點之情況時，可以使患部以表觀之旋轉中心點旋轉。
實施形態2之診療台1可根據希望旋轉中心點P及希望旋轉角，組合頂板8之旋轉驅動與平移驅動而進行驅動，而使診療台1從希望旋轉中心P之旋轉，在預定之距離以內自動旋轉，而該平移驅動係以使頂板8因朝希望旋轉角旋轉移動所產生之希望旋轉中心點P之平移移動量成為預定值以下之方式平移。因此，可以有效率地進行使患部之位置和姿勢對準在治療計劃時策定之位置和姿勢之定位作業。
依照執行實施形態2之診療台1之位置決定方法之程式時，與實施形態1同樣地，不論床、椅子之任何型式，均不需要進行硬體之改造或追加工程，對既設之診療台亦可以適用。如此，因為具有擴張性，所以可簡單地使診療台1從希望旋轉中心P之旋轉在預定之距離以內自動旋轉。因此，可以容易地進行使患部之位置和姿勢對準在治療計劃時策定之位置和姿勢之定位作業。結果是治療準備之時間可以大幅地減少。
如上所述，依據實施形態2之驅動式診療台1時，具備有：平移手段3、4、5，對被固定在設置場所之固定座標系10，使頂板8朝X軸方向、Y軸方向、Z軸方向之各個軸方向平移；旋轉手段6、7、8，使頂板8朝繞著X軸之θ方向、繞著Y軸之Φ 方向、繞著Z軸之ξ方向之各個方向旋轉；以及控制裝置，根據被輸入之希望旋轉中心點P與希望旋轉角，控制平移手段3、4、5與旋轉手段6、7、8。控制裝置因為具有：旋轉驅動信號產生手段，用來產生旋轉驅動信號藉以使頂板8從平移手段3、4、5和旋轉手段6、7、8之基準狀態a旋轉移動至希望旋轉角；以及平移驅動信號產生手段，以因旋轉移動產生之希望旋轉中心點P之平移移動量成為預定值以下之方式，來產生使平移手段3、4、5平移之平移驅動信號；所以可以使驅動式診療台1從希望旋轉中心P之旋轉，在預定之距離以內自動旋轉，可以有效率地進行使患部之位置和姿勢對準在治療計劃時策定之位置和姿勢之定位作業。
(實施形態3)
本發明之實施形態3是組入有實施形態1所示之程式之具備有作為控制裝置之診療台控制器之診療台。診療台控制器具有先前技術之垂吊之診療台操作終端機之所謂垂吊型之診療台操作終端機。
第11圖為表示實施形態3之診療台控制器圖，第12圖是實施形態3之垂吊型診療台操作終端機之外觀圖。第12圖(a)是鳥瞰圖，第12圖(b)是正視圖，第12圖(c)是剖視圖。下面根據第11圖和第12圖來說明本發明實施形態3之診療台之控制器。
診療台控制器29具有診療台操作終端機30和控制器34。由診療台操作終端機30操作之信號資訊被輸入到控制器34。在控制器34組入有實施形態1所示之程式。控制器34將控制信號輸出到用以驅動診療台構成部件3至8之驅動裝置35至40。驅動裝置(X平移馬達)35驅動診療台構成部件(X平移部件)3。驅動裝置(Y平移馬達)36驅動診療台構成部件(Y平移部件)5。驅動裝置(Z平移馬達)37驅動診療台構成部件(Z平移部件)4。驅動裝置(擺動旋轉馬達)38驅動診療台構成部件(擺動旋轉部件)6。驅動裝置(橫搖旋轉馬達)39驅動診療台構成部件(橫搖旋轉部件)7。驅動裝置(縱搖旋轉馬達)40驅動診療台構成部件(縱搖旋轉部件)8。
診療台操作終端機30是垂吊型且可攜帶大小之診療台1用操作終端機。利用診療台操作終端機30控制診療台1之位置和姿勢。緊急停止鈕31是緊急時使用之停止鈕。透過按下緊急停止鈕31可以使診療台1之全部之動作安全地停止。硬線式開關(hard wire switch)32是透過實體地切斷及連接佈線來切換狀態之電路方式之開關。利用硬線式開關32，診療台1設計成只有在操作者握住診療台操作終端機30時才可以驅動診療台1，手離開時就使動作停止。屬於JOG運轉模態用之輸入器之扳桿33是JOG運轉模態時所使用之扳桿式開關。扳桿33是透過實體地切斷及連接佈線用來切換3個狀態(停止、第1方向移動、第1方向之相反方向之第2方向移動)之電路方式之開關。使用扳桿操作，不需要看診療台操作終端機30，就可以一邊看診療台或患者之動作一邊進行操作，所以可以提高操作效率，可以安全操作。3個JOG運轉模或態用之扳桿33a、33b、33c分別為X軸用、Y軸用、Z軸用。3個JOG運轉模態用之扳桿33d、33e、33f分別為擺動旋轉軸用、橫搖旋轉軸用、縱搖旋轉軸用。3個JOG運轉模態用之扳桿33g、33h、33i分別為後面所述之新JOG運轉模態之新擺動旋轉用、新橫搖旋轉用、新縱搖旋轉用。關於運轉模態，於下一段中會進行詳細之說明。
在本發明實施形態3之診療台控制器29中，運轉模態大致分成自動運轉模態和JOG運轉模態。自動運轉模態是將所希望之診療台之狀態利用按鈕開關等輸入器以數值方式輸入，當指示開始運轉時，診療台1就會被驅動控制成為所希望之狀態。另外一方面，JOG運轉模態是藉由啟動分配給各個驅動軸(驅動裝置)之上述JOG運轉模態用之扳桿33，而驅動對應之軸。例如，當將X軸用之JOG運轉模態用之扳桿33a扳向上方時，X平移部件3朝X之正方向平移，相反地，扳向下方時，朝負方向平移之形態。關於旋轉方向，亦同樣地，例如，當將擺動旋轉用之JOG運轉模態用之扳桿33d扳向上方時，擺動旋轉部件6朝擺動旋轉之正方向旋轉，相反地，扳向下方時，朝負方向旋轉。利用JOG運轉模態用之扳桿33之輸入，係輸入到控制器34。在控制器34將扳桿33設為連接狀態之期間，係以預先設定之固定速度驅動之方式，將控制信號輸出到對應之軸之驅動裝置。但是，控制器34在利用扳桿33之輸入超過各軸之驅動範圍時，輸出成為上限或下限之控制信號。結果是，依照扳桿33a、33b、33c之連接時間之長度而決定平移移動量，依照扳桿33d、33e、33f之連接時間之長度而決定旋轉移動量。
本發明實施形態3之診療台控制器29，除了上述之自動運轉模態及JOG運轉模態外，復具備有新自動運轉模態和新JOG運轉模態。新自動運轉模態係使用實施形態1之程式，在將所希望之診療台之姿勢利用按鈕開關等輸入器進行數值輸入而指示開始運轉時，控制診療台1成為以等角點為中心進行擺動旋轉、橫搖旋轉、縱搖旋轉，結果是以在驅動前後頂板8上之等角點之位置不變之方式，驅動控制診療台1。新JOG運轉模態是使用實施形態1之程式，對分配給各個旋轉驅動軸(旋轉驅動裝置)之JOG運轉模態用之扳桿33g、33h、33i操作進行。在將扳桿33g、33h、33i扳倒之期間，以預先設定的固定之角速度使診療台1之對應部分繞著對應之軸旋轉。亦即，透過切入扳桿33g、33h、33i，恰似以著目點(例如，等角點)作為中心地朝對應之旋轉方向驅動控制診療台1。結果是得以頂板8上之著眼點(例如，等角點)，亦即所希望之點22之位置始終不變之方式，驅動控制診療台1。
依照本發明之實施形態3之診療台控制器29時，不論床、椅子之任何型式，不需要進行硬體之改造或追加工程，對既設之診療台亦可以適用。如此，因為具有擴張性，所以可以簡單地以所希望之點P作為中心，以良好之操作效率旋轉控制患部。另外，透過以旋轉控制之希望中心點P作為等角點，可以使頂板8上之等角點始終不變地JOG運轉診療台1之姿勢，故可以容易地進行使患部之位置和姿勢對準在治療計劃時策定之位置和姿勢之定位作業。結果是治療準備之時間可以大幅地減少。
實施形態3之具備有診療台控制器29之診療台1，因為執行組合有旋轉驅動和平移驅動之位置決定方法，所以可以所希望之點P作為中心，以良好之操作效率旋轉控制患部。另外，透過以旋轉控制之希望中心點P作為等角點，可以使頂板8上之等角點始終不變，而自動運轉或JOG運轉診療台1之姿勢，所以可以容易地進行使患部之位置和姿勢對準在治療計劃時策定之位置和姿勢之定位作業。結果是治療準備之時間可以大幅地減少。
另外，旋轉控制之希望中心點P亦可以程式預先決定，亦可利用來自診療台操作終端機30之按鈕操作進行變更。例如，作為旋轉控制之希望中心點P，除了等角點外，可將每一個患者之界標(landmark)等之位置資訊登錄在程式中成為參數，以切換使用該位置資訊。
另外，所說明之例子是將實施形態1所示之程式組入到控制器34，但是亦可以將控制器34內建在診療台操作終端機30。
(實施形態4)
本發明實施形態4是組入有實施形態2所示之程式之具備有屬於控制裝置之診療台控制器之診療台。實施形態4之診療台控制器與實施形態3之診療台控制器(第11圖、第12圖)相同。下面說明新自動運轉模態和新JOG運轉模態。
新自動運轉模態是使用實施形態2之程式，將所希望之診療台之姿勢利用按鈕開關等輸入器進行數值輸入而指示開始運轉時，控制診療台1成為以希望旋轉中心點P為中心進行擺動旋轉、橫搖旋轉、縱搖旋轉，結果是以使診療台1從希望旋轉中心點P之旋轉成為在預定之距離以內之方式予以驅動控制。新JOG運轉模態是使用實施形態2之程式，操作分配給各旋轉驅動軸(旋轉驅動裝置)之JOG運轉模態用之扳桿33g、33h、33i。透過啟動扳桿33g、33h、33i，在對應之旋轉方向使患部之姿勢旋轉，驅動控制診療台，使患部之位置從希望旋轉中心點P之旋轉位置，成為在預定之距離以內。通常，由於診療台1之驅動裝置之誤差等引起之位置偏移(座標偏移)距離很短，所以即使發生了因診療台1之驅動裝置之誤差等引起的位置偏移(座標偏移)時，亦不會影響到JOG運轉模態之定位作業。
依照本發明之實施形態4之診療台控制器29時，與實施形態3同樣地，不論床、椅子之任何型式，均不需要進行硬體之改造或追加工程，對既設之診療台亦可以適用。如此，因為具有擴張性，所以可以使診療台1從希望旋轉中心點P之旋轉在預定之距離以內自動旋轉。因此，可以容易地進行使患部之位置和姿勢對準在治療計劃時策定之位置和姿勢之定位作業。結果是治療準備之時間可以大幅地減少。
實施形態4之具備有之診療台控制器29之診療台1，因為與實施形態3同樣地執行組合有旋轉驅動和平移驅動之位置決定方法，所以可以以良好之操作效率旋轉患部之姿勢，可以控制患部之位置成為從希望旋轉中心點P之旋轉位置起，成為在預定之距離以內。因為可以自動運轉或JOG運轉診療台1之姿勢，所以可以容易地進行使患部之位置和姿勢對準在治療計劃時策定之位置和姿勢之定位作業。結果是治療準備之時間可以大幅地減少。
在利用設定有偏差之控制信號控制驅動裝置，使其自動運轉時，可利用來自診療台操作終端機30之按鈕操作變更偏差，例如，在患部映現在X線攝影裝置之攝影畫面之下側時，可以使患部以希望旋轉中心點P為中心旋轉其姿勢，以良好之操作效率進行將整體患部移至攝影畫面之中央等之操作。如此一來，因為使患部移動到攝影畫面之中央，所以相較於以希望旋轉中心點P使患部旋轉之情況，可以以短時間使患部移動到所希望之位置。
另外，與實施形態3同樣地，旋轉控制之希望中心點P亦可以利用程式預先決定，但是亦可以利用來自診療台操作終端機30之按鈕操作進行變更。另外，亦可以將控制器34內建在診療台操作終端機30。
(實施形態5)
在實施形態1至4中係針對以何種方式產生驅動式診療台1之旋轉驅動信號和平移驅動信號，亦即產生對驅動式診療台1之指令信號sig1a至sig1f之指令值就可以實現以希望旋轉中心點P之旋轉加以說明。在實施形態1至4中，係將由控制器34產生之旋轉驅動信號和平移驅動信號作為前饋控制信號予以使用。在實施形態5中，係採取完全不同之方法。
在實施形態5中是進行回饋控制用來解決該問題。以下根據第13圖具體地揭示。第13圖是用來說明實施形態5之診療台1之控制之方塊圖。其與實施形態1之第8圖之不同點在於控制器34(34c)追加有調整部73(73a)，利用從調整部73(73a)輸出之差分指令信號sig4a至sig4f控制驅動裝置35至40。如上所述，通常，編碼器等之檢測信號被回饋到馬達驅動器，馬達之控制由驅動器進行。在本實施形態5中，係將編碼器等之檢測信號輸入到控制器34(34c)，利用控制器34(34c)控制馬達。
對於以與實施形態1至4同樣之方法求得之目標位置姿勢{x*,y*,z*,θ*,Φ *,ξ*}，只要使其在控制器34(34c)之調整部73(73a)與現在之診療台1之狀態x(t)至ξ(t)(位置姿勢)進行比較，而依照誤差產生轉矩指令等之差分指令信號sig4a至sig4f之指令值即可。利用此種方式可獲得與實施形態1至4同樣之效果。
調整部73(73a)係對應驅動裝置(馬達)35至40，而具備具有傳達函數74a至74f之回饋系。各個回饋系係接收用以實現目標位置姿勢{x*,y*,z*,θ*,Φ *,ξ*}之信號、及檢測出現在之診療台1之狀態x(t)至ξ(t)之檢測信號sig3a至sig3f。在此，於第13圖中，從第8圖追加之符號如下所述。傳達函數74a、差分指令信號sig4a係對應驅動裝置(X平移馬達)35者。傳達函數74b、差分指令信號sig4b係對應驅動裝置(Y平移馬達)36者。傳達函數74c、差分指令信號sig4c係對應驅動裝置(Z平移馬達)37者。傳達函數74d、差分指令信號sig4d係對應驅動裝置(擺動旋轉馬達)38者。傳達函數74e、差分指令信號sig4e係對應驅動裝置(橫搖旋轉馬達)39者。傳達函數74f、差分指令信號sig4f係對應驅動裝置(縱搖旋轉馬達)40者。
在控制器34中，於產生轉矩指令等指令值之部分，可考慮設定無感帶。第14圖是用來說明實施形態5之診療台1之控制之另一方塊圖。其與第13圖之不同點是控制器34(34d)之調整部73(73b)之傳達函數為設定有無感帶之傳達函數75a至75f。設定有無感帶之P控制之情況係如下列之數式所示。數式(21)為傳達函數75a之特性，在驅動裝置(X平移馬達)35之P控制設定有無感帶之實例。
(數式18)
其中，Kp 為比例增益，ε為決定無感帶之大小之參數。藉由設置無感帶可以防止馬達之顫動(chattering)。
對於驅動裝置(X平移馬達)35以外之其他驅動裝置36至40，與數式(21)同樣地在P控制設置無感帶。用來表示與驅動裝置(X平移馬達)36對應之傳達函數75b之特性之數式，可以使用將數式(21)之x變換成為y者。用來表示與驅動裝置(Z平移馬達)37對應之傳達函數75c之特性之數式，可以使用將數式(21)之x變換成為z者。用來表示與驅動裝置(擺動旋轉馬達)38對應之傳達函數75d之特性之數式，可以使用將數式(21)之x變換成為θ者。用來表示與驅動裝置(橫搖旋轉馬達)39對應之傳達函數75e之特性之數式，可以使用將數式(21)之x變換成為Φ 者。用來表示與驅動裝置(縱搖旋轉馬達)40對應之傳達函數75f之特性之數式，可以使用將數式(21)之x變換成為ξ者。
另外，實施形態5之說明是使用從實施形態1之第8圖變更後之第13圖及第14圖進行說明，但是亦可適用在從實施形態2之第10圖變更者。使用從第10圖之輸出部67對診療台1之控制，變換成為從第13圖及第14圖之輸出部67對診療台1之控制者。利用此種方式獲得與實施形態2及4同樣之效果。
因為以上述之方式構成，所以實施形態5之診療台1、執行診療台1之定位作業之程式、診療台控制器29，係可以使驅動式診療台1從希望旋轉中心P之旋轉在預定之距離以內自動旋轉，可以有效地進行使患部之位置和姿勢對準在治療計劃時策定之位置和姿勢之定位作業。
(實施形態6)
在實施形態6中表示實施形態5之再一變化方法，在實施形態6中，係分開地進行診療台1之位置和姿勢之控制。診療台1之目標姿勢可明確地達成。因此，診療台1之姿勢之控制可以如先前技術地獨立進行。問題在於診療台1之位置之控制。其方法如下所示。
控制器34利用編碼器等之檢測信號sig3a至sig3f，掌握現在時刻之診療台之實際狀態{x(t),y(t),z(t),θ(t),Φ (t),ξ(t)}。在此，控制器34因為具有座標變換手段C2(第2座標變換手段)，將座標從數式(13)所示之「被固定在座標系oobj 」(移動座標系)，進行座標變換成為「被固定在治療室之座標系Ofix 」(固定座標系)，所以始終可以計算頂板上之某一個位置位在治療室上之哪一個位置。
關於希望旋轉中心點之輸入與實施形態1至5完全相同。控制器34輸入驅動前之(狀態a之)希望旋轉中心點之移動座標系之座標pa 及於固定座標系之座標Pfix 。狀態b是輸入現在時刻之狀態，以代替輸入診療台之目標姿勢。
控制器34從現在時刻之診療台之狀態{x(t),y(t),z(t),θ(t),Φ (t),ξ(t)}和初始狀態(狀態a)之移動座標系之希望旋轉中心點之座標pa ，來計算現在時刻(狀態b)之固定座標系之希望旋轉中心點之位置座標Pab 。另外，控制器34計算該現在時刻(狀態b)之固定座標系之希望旋轉中心點之位置座標和初始狀態(狀態a)之固定座標系之座標Pfix 之差分，並以使該差分之絕對值成為預定之值以下之方式校正診療台之平移驅動信號。
因為以上述方式構成，所以實施形態6之診療台1、執行診療台1之位置決定方法之程式、及診療台控制器29可以使診療台1從希望旋轉中心P之旋轉，在預定之距離以內自動旋轉，可以有效地進行使患部之位置和姿勢對準在治療計劃時策定之位置和姿勢之定位作業。
(實施形態7)
本發明實施形態7具備有實施形態1至6所示之診療台1之粒子射線治療裝置。第15圖是本發明實施形態7之粒子射線治療裝置之概略構造圖。粒子射線治療裝置51具備有離子射束產生裝置52、離子射束輸送系59、粒子射線照射裝置58a、58b、及搭載並固定患者之診療台1a、1b。離子射束產生裝置52具有離子源(未圖示)、前段加速器53、及同步加速器54。粒子射線照射裝置58b設置在旋轉橋架(未圖示)。粒子射線照射裝置58a設置在未具有旋轉橋架之治療室。離子射束輸送系59之任務是連絡同步加速器54和粒子射線照射裝置58a、58b。離子射束輸送系59之一部分被設置在旋轉橋架(未圖示)，在該部分具有複數個偏向電磁鐵55a、55b、55c。
由離子源產生之質子束等屬於粒子射線之帶電粒子射束，被前段加速器53加速，而射入到同步加速器54。帶電粒子射束被加速至預定之能量。從同步加速器54射出之帶電粒子射束，經由離子射束輸送系59被輸送到粒子射線照射裝置58a、58b。粒子射線照射裝置58a、58b將帶電粒子射束照射在被搭載在診療台1a、1b之患者之照射對象(未圖示)。另外，在第15圖中，診療台1a為椅子型，診療台1b為床型。
實施形態7之粒子射線治療裝置51因為具備有診療台1用來執行組合有旋轉驅動和平移驅動之位置決定方法，所以可以有效地進行使患部之位置和姿勢對準在治療計劃時策定之位置和姿勢之定位作業。結果是治療準備之時間可以大幅地減少。另外，可以提高粒子射線治療裝置之處理。
另外，實施形態1至6所示之驅動式診療台、驅動式診療台之控制裝置以及驅動式診療台控制用程式，不限於粒子射線治療裝置，亦適於用來照射X線等放射線治療裝置。另外，程式可以記憶在儲存媒體，可以透過該儲存媒體組入到複數個裝置，亦可以不透過儲存媒體，而透過網路組入到複數個裝置。
(產業上之可利用性)
本發明之驅動式診療台、驅動式診療台之控制裝置、及驅動式診療台控制用程式可以適用於用在醫療或研究之放射線治療裝置或粒子射線治療裝置。本發明之粒子射線治療裝置可以適用於用在醫療或研究之粒子射線治療裝置。
1．．．驅動式診療台(診療台)
1a．．．驅動式診療台(診療台)
1b．．．驅動式診療台(診療台)
2．．．地板面
3．．．診療台構成部件(X平移部件)
4．．．診療台構成部件(Z平移部件)
5．．．診療台構成部件(Y平移部件)
6．．．診療台構成部件(擺動旋轉部件)
7．．．診療台構成部件(橫搖旋轉部件)
8．．．診療台構成部件(縱搖旋轉部件、頂板)
10．．．座標系
14．．．座標系
29．．．診療台控制器
33．．．JOG運轉模態用之扳桿
33g．．．新擺動旋轉用之扳桿
33h．．．新橫搖旋轉用之扳桿
33i．．．新縱搖旋轉用之扳桿
51．．．粒子射線治療裝置
52．．．離子射束產生裝置
54．．．同步加速器
58．．．粒子射線照射裝置
58a．．．粒子射線照射裝置
58b．．．粒子射線照射裝置
59．．．離子射束輸送系
第1圖是依照本發明實施形態1及2之驅動式診療台(診療台)之概略構造圖。
第2圖(a)及(b)是說明以所希望之位置作為中心旋轉驅動驅動對象之圖。
第3圖(a)至(c)是第1圖之診療台之三面圖。
第4圖(a)至(d)是表示以第1圖之診療台作為控制對象時之座標系之三面圖。
第5圖(a)至(d)是在第4圖追加有橫搖旋轉部件之座標系之三面圖。
第6圖(a)至(d)是在第5圖追加有縱搖旋轉部件之座標系之三面圖。
第7圖是依照實施形態1及2之程式之流程圖。
第8圖是用來說明實施形態1之診療台之控制之方塊圖。
第9圖是第8圖之目標位置姿勢變換部之方塊圖。
第10圖是用來說明實施形態2之診療台之控制之方塊圖。
第11圖是顯示依照實施形態3及4之診療台控制器之圖。
第12圖(a)至(c)是依照實施形態3及4之診療台操作終端機之外觀圖。
第13圖是用來說明實施形態5之診療台之控制之方塊圖。
第14圖是用來說明實施形態5之診療台之控制之另一方塊圖。
第15圖是顯示依照實施形態7之粒子射線治療裝置之構造圖。
1．．．驅動式診療台(診療台)
2．．．床面
3．．．診療台構成部件(X平移部件)
4．．．診療台構成部件(Z平移部件)
5．．．診療台構成部件(Y平移部件)
6．．．診療台構成部件(擺動旋轉部件)
7．．．診療台構成部件(橫搖旋轉部件)
8．．．診療台構成部件(縱搖旋轉部件、頂板)

Claims (15)

  1. 一種驅動式診療台，具有在使放射線照射在照射對象時用來固定上述照射對象之頂板，具備有：平移手段，使上述頂板相對於被固定在設置有該驅動式診療台之設置場所之固定座標系，朝X軸方向、Y軸方向、Z軸方向之各個軸方向平移；旋轉手段，使上述頂板朝繞著上述X軸之θ方向、繞著上述Y軸之Φ 方向、繞著上述Z軸之ξ方向之各個方向旋轉；以及控制裝置，根據所輸入之希望旋轉中心點及希望旋轉角而控制上述平移手段和上述旋轉手段；上述控制裝置具有：旋轉驅動信號產生手段，用來產生旋轉驅動信號使上述頂板從上述平移手段和上述旋轉手段之基準狀態旋轉移動到上述希望旋轉角；及平移驅動信號產生手段，用來產生平移驅動信號，令上述平移手段平移，而使藉由上述旋轉移動產生之上述希望旋轉中心點之平移移動量在預定值以下。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之驅動式診療台，其中，上述平移驅動信號產生手段，係以將藉由上述旋轉移動所產生之上述希望旋轉中心點之平移移動量予以校正之方式，產生用來使上述平移手段平移之平移驅動信號。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之驅動式診療台，其中，上述平移驅動信號產生手段具備有：產生手段，用來將上述基準位置狀態時之上述固定座標系之上述希望旋轉中心點之座標Pfix ，進行座標變換成為固定在上述頂板之移動座標系的座標pa ；變換手段，用來將假定上述座標pa 和上述頂板一起旋轉移動至上述希望旋轉角時之座標，變換成為以上述固定座標系觀看之情況時之座標Pab ；以及產生手段，用來產生使上述平移手段之各個軸方向之移動量從上述座標Pfix 和座標Pab 之差成為上述預定值以下的平移驅動信號。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之驅動式診療台，其中，上述平移驅動信號產生手段具備有：產生手段，用來將上述基準位置狀態時之上述固定座標系之上述希望旋轉中心點之座標Pfix ，進行座標變換成為固定在上述頂板之移動座標系的座標pa ；變換手段，用來將假定上述座標pa 和上述頂板一起旋轉移動至上述希望旋轉角時之座標，變換成為以上述固定座標系觀看之情況時之座標Pab ；以及產生手段，用來產生根據上述座標Pfix 和座標Pab 之差而校正上述平移手段之上述各個軸方向之移動量的平移驅動信號。
  5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項所述之驅動式診療台，其中，上述控制裝置具備有診療台操作終端機，其具有輸入器用來以數值輸入上述照射對象之希望旋轉角。
  6. 如申請專利範圍第1至4項中任一項所述之驅動式診療台，其中，上述控制裝置具備有診療台操作終端機；而上述診療台操作終端機具有與上述旋轉手段之旋轉軸對應之輸入器，只有在上述輸入器之連接狀態時才驅動上述平移手段和上述旋轉手段。
  7. 一種儲存有驅動式診療台控制用程式之儲存媒體，用以儲存利用電腦產生用以驅動具有頂板之驅動式診療台的控制信號，該頂板是在使放射線照射在照射對象時供固定上述照射對象，其中，上述驅動式診療台具有：平移手段，使頂板相對於被固定在設置有該驅動式診療台之設置場所之固定座標系，朝X軸方向、Y軸方向、Z軸方向之各個軸方向平移；以及旋轉手段，使上述頂板朝繞著上述X軸之θ方向、繞著上述Y軸之ψ方向、繞著上述Z軸之ξ方向之各個方向旋轉；該驅動式診療台控制用程式係作為下列手段而發揮功能：旋轉驅動信號產生手段，根據所輸入之希望旋轉中心點及希望旋轉角，產生使上述頂板從上述平移手段和上述旋轉手段之基準狀態旋轉移動到上述希望旋轉角的旋轉驅動信號，並將該信號輸出到上述旋轉手段；以及平移驅動信號產生手段，以藉由上述旋轉移動產生之上述希望旋轉中心點之平移移動量在預定值以下之方式，產生使上述平移手段平移之平移驅動信號，並將該信號輸出到上述平移手段。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之儲存有驅動式診療台控制用程式之儲存媒體，其中，上述平移驅動信號產生手段，係以將藉由上述旋轉移動產生之上述希望旋轉中心點之平移移動量予以校正之方式，對上述平移手段輸出用來使前述平移手段平移的平移驅動信號。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之儲存有驅動式診療台控制用程式之儲存媒體，其中，上述平移驅動信號產生手段係執行下列的步驟：產生步驟，用來將上述基準位置狀態時之上述固定座標系之上述希望旋轉中心點之座標Pfix ，進行座標變換成為固定在上述頂板之移動座標系的座標pa ；變換步驟，用來將假定上述座標pa 和上述頂板一起旋轉移動至上述希望旋轉角時之座標，變換成為以上述固定座標系觀看之情況時之座標Pab ；以及產生步驟，用來產生使上述平移手段之上述各個軸方向之移動量從上述座標Pfix 和座標Pab 之差成為上述預定值以下的平移驅動信號。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之儲存有驅動式診療台控制用程式之儲存媒體，其中，上述平移驅動信號產生手段係執行下列步驟：產生步驟，用來將上述基準位置狀態時之上述固定座標系之上述希望旋轉中心點之座標Pfix ，進行座標變換成為固定在上述頂板之移動座標系的座標pa ；變換步驟，用來將假定上述座標pa 和上述頂板一起旋轉移動至上述希望旋轉角時之座標，變換成為以上述固定座標系觀看之情況時之座標Pab ；以及產生步驟，用來產生根據上述座標Pfix 和座標Pab 之差而校正上述平移手段之上述各個軸方向之移動量的平移驅動信號。
  11. 一種驅動式診療台之控制裝置，搭載有如申請專利範圍第7至10項中任一項所述之驅動式診療台控制用程式，其特徵在於：具備有診療台操作終端機，其具有輸入器用來以數值輸入上述照射對象之希望旋轉角。
  12. 一種驅動式診療台之控制裝置，搭載有如申請專利範圍第7至10項中任一項所述之驅動式診療台控制用程式之，其特徵在於：具有與上述旋轉手段之旋轉軸對應之輸入器，只有在上述輸入器之連接狀態時才驅動上述平移手段及上述旋轉手段。
  13. 一種粒子射線治療裝置，具備有：離子射束產生裝置，用來產生帶電粒子射束，並利用加速器加速至預定之能量；離子射束輸送系，用來輸送利用上述離子射束產生裝置加速之帶電粒子射束；粒子射線照射裝置，用來將以上述離子射束輸送系輸送之帶電粒子射束照射在照射對象；以及驅動式診療台，具有固定上述照射對象之頂板；而上述驅動式診療台是申請專利範圍第1至4項中任一項所述之驅動式診療台。
  14. 一種粒子射線治療裝置，其特徵在於具備有：離子射束產生裝置，用來產生帶電粒子射束，並利用加速器加速至預定之能量；離子射束輸送系，用來輸送利用上述離子射束產生裝置加速之帶電粒子射束；粒子射線照射裝置，用來將以上述離子射束輸送系輸送之帶電粒子射束照射在照射對象；以及驅動式診療台，具有固定上述照射對象之頂板；而上述驅動式診療台是申請專利範圍第5項所述之驅動式診療台。
  15. 一種粒子射線治療裝置，其特徵在於具備有：離子射束產生裝置，用來產生帶電粒子射束，並利用加速器加速至預定之能量；離子射束輸送系，用來輸送利用上述離子射束產生裝置加速之帶電粒子射束；粒子射線照射裝置，用來將以上述離子射束輸送系輸送之帶電粒子射束照射在照射對象；以及驅動式診療台，具有固定上述照射對象之頂板；而上述驅動式診療台是申請專利範圍第6項所述之驅動式診療台。
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