JP2020006108A - 放射線治療システムおよび治療計画データの検証方法 - Google Patents

Abstract

【課題】患者が治療室に在室している状態で、治療計画データのデータ転送完全性の検証を実施することが可能な放射線治療システムおよび治療計画データの検証方法を提供する。【解決手段】患者５の患部に対して粒子線を照射する放射線治療システムであって、該放射線治療システムは、荷電粒子を生成、加速する加速器２０と、加速器２０と患者５の前との間で粒子線を遮断するビーム遮断装置４６と、ビーム遮断装置４６によって粒子線が遮断されている間、粒子線モニタの信号を模擬するモニタ信号模擬装置４７と、を備えている。ビーム遮断装置４６によって前記放射線を遮断することにより、患者５に放射線を照射することなく治療計画データの転送の完全性を検証する。【選択図】図１

Description

本発明は、放射線をがん患部に照射してがん治療を行う放射線治療システムおよび治療計画データの検証方法に関する。

非特許文献１には、前立腺癌患者のＳＦＵＤ（Ｓｉｎｇｌｅ−Ｆｉｅｌｄ Ｕｎｉｆｏｒｍ Ｄｏｓｅ）を用いたスポットスキャニング陽子線治療の患者特有の品質保証（ＱＡ：Ｑｕａｌｉｔｙ Ａｓｓｕｒａｎｃｅ）に関して記載されている。

また、非特許文献２には、毎日のＣＴ画像上でＩＭＰＴ（Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ−ｍｏｄｕｌａｔｅｄ ｐｒｏｔｏｎ ｔｈｅｒａｐｙ）における計画線量を自動的に復元する３つの異なる方法、（１）初期計画の最適化目的を用いた単純線量修復、（２）ボクセル−ワイズ線量修復、（３）等線量修復を実施し、比較した結果が記載されている。

X. Ronald Zhu, et. al. "Patient-Specific Quality Assurance for Prostate Cancer Patients Receiving Spot Scanning Proton Therapy Using Single-Field Uniform Dose", Int J Radiat Oncol Biol Phys 2011;81:552-559 K. Bernatowicz, et. al. "Feasibility of online IMPT adaptation using fast, automatic and robust dose restoration", Phys. Med. Biol. 63 (2018) 085018

放射線治療は、標的となる腫瘍に対して放射線を照射することによって腫瘍にダメージを与える治療方法である。

治療に用いる放射線ではＸ線が最も広く利用されているが、線量集中性が高い陽子線や炭素やヘリウム等の重粒子線に代表される粒子線を利用した粒子線治療への需要も高まっている。

このような放射線治療では、患者ごとに放射線の照射方向などの機器の設定値を保存した治療計画データを作成する。この治療計画データは患者ＱＡにより検証されたのちに治療に用いられる。

非特許文献１には、患者ＱＡの検証項目の一つとして、データ転送の完全性が開示されている。データ転送完全性の検証では、患者が治療台上にいない状態で、治療時のガントリー角度で治療計画データ通りに粒子線を照射し、粒子線治療システムが正しく動作することを確認する。

また、非特許文献２には、患部への線量集中性を高める方法としてオンラインアダプティブ治療が提案されている。この方法では、治療日に計測した患者の解剖学的構造に基づき、治療計画を調整してから治療する。

特に、粒子線治療では、治療台上に患者を固定して、予め治療計画で決められた位置に患者を位置決めし、治療計画データに従って粒子線を照射する。

オンラインアダプティブ治療では、治療日毎に取得したＭＲＩ画像やＣＴ画像などの患者画像に基づき、治療計画を修正する必要があるかどうかを判断し、再計画の必要があると判断されれば、その場で再計画された新しい治療計画データを用いて治療を実施する。

治療日毎の患者画像は、治療室内に設置されたＭＲＩ装置やＣＴ装置を用いて、治療台に患者が乗った状態で取得される。これにより、治療日当日の患者の状況を考慮した治療計画の調整が可能となり、患部への線量集中性を高められ、正常組織へ付与される線量を低減することができる。

しかしながら、再計画により作成された新たな治療計画データは、治療に使用される前に患者ＱＡによって検証されなければならない。

従来の方法では、データ転送完全性の検証のために治療室に粒子線を照射する必要がある。このため、不要な被ばくを避けるためには、患者を一度治療室から退室させる必要がある。

患者を治療室から退室させる場合、入退室および再度実施される患者位置決めに時間を要し、一人の患者の治療にかかる時間が増大する、との課題がある。

また、治療台の乗り降りに伴って、患者の解剖学的構造が変化することが懸念されるため、線量集中性を更に向上させる余地がある。

このような課題に対して、本発明は、患者が治療室に在室している状態で、治療計画データのデータ転送完全性の検証を実施することが可能な放射線治療システムおよび治療計画データの検証方法を提供する。

本発明は、上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、患者の患部に対して放射線を照射する放射線治療システムであって、前記放射線を発生させる放射線源と、前記放射線源と前記患者の前との間で放射線を遮断する遮断手段と、前記遮断手段によって放射線が遮断されている間、放射線モニタの信号を模擬するモニタ信号模擬装置と、を備えたことを特徴とする。

また、他の一例をあげるならば、患者の患部に対して放射線を照射する放射線治療システムにおける治療計画データの検証方法であって、前記放射線治療システムは、前記放射線を発生させる放射線源と、前記放射線源と前記患者の前との間で放射線を遮断する遮断手段と、前記遮断手段によって放射線が遮断されている間、放射線モニタの信号を模擬するモニタ信号模擬装置と、を備え、治療室内に前記患者が在室した状態のまま、前記遮断手段によって前記放射線を遮断することで前記放射線を照射することなくデータ転送の完全性を検証することを特徴とする。

本発明によれば、患者が治療室に在室している状態で、治療計画データのデータ転送完全性の検証を実施することができる。上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の実施形態１の粒子線治療システムの全体構成を示す図である。 実施形態１の粒子線治療システムの粒子線スキャニング照射ノズルの概略を示す図である。 患部をスキャニング照射していく時の、同じエネルギーで照射する層と荷電粒子ビームと照射スポットを示す図である。 患部をスキャニング照射していく時の深さ方向の線量分布を示す図である。 実施形態１の粒子線治療システムにおける全体制御装置のモード切替を実施する際のディスプレイの表示例を示す図である。 実施形態１の粒子線治療システムにおける照射制御のフローチャートを示す図である。 実施形態１の粒子線治療システムでの治療モードにおけるスキャニング照射の制御のタイムチャートを示す図である。 実施形態１の粒子線治療システムでのモニタ信号模擬モードにおけるスキャニング照射の制御のタイムチャートを示す図である。 本発明の実施形態２の粒子線治療システムの全体構成を示す図である。 本発明の実施形態３の粒子線治療システムの全体構成を示す図である。 本発明の実施形態４の粒子線治療システムの全体構成の一例を示す図である。 本発明の実施形態４の粒子線治療システムの全体構成の他の一例を示す図である。 本発明の実施形態４の粒子線治療システムの全体構成の他の一例を示す図である。 本発明の実施形態５の粒子線治療システムの全体構成の一例を示す図である。

以下に本発明の放射線治療システムおよび治療計画データの実施形態を、図面を用いて説明する。

以下の各実施形態では、患者の患部に対して照射する放射線として、陽子や炭素等の重粒子を用いる粒子線治療システムを例に説明する。

＜実施形態１＞
本発明の放射線治療システムおよび治療計画データの検証方法の実施形態１について図１乃至図８を用いて説明する。

最初に、粒子線治療システムの全体構成について図１を用いて説明する。図１は本実施形態の粒子線治療システムの全体構成を示す図である。

粒子線治療システム１００は、患者５の患部５１に対して粒子線を照射するシステムであり、図１に示すように、加速器２０と、ビーム輸送系３０と、照射ノズル４０と、治療台５０と、全体制御装置１１と、加速器・ビーム輸送系制御装置１２と、照射制御装置１３と、ディスプレイ１４と、入力装置１５と、ビーム遮断装置４６と、モニタ信号模擬装置４７と、を備えている。

加速器２０は、荷電粒子ビーム（以下、ビーム９０、図２参照）を生成、加速する装置であり、入射器２１とシンクロトロン加速器２２を備える。

ビーム輸送系３０は、患部５１にビーム９０を照射する照射ノズル４０まで加速器２０で加速されたビーム９０を輸送する装置郡であり、加速器２０と照射ノズル４０とを接続している。

加速器２０で光速の６〜７割まで加速されたビーム９０は、ビーム輸送系３０に配置された偏向電磁石３１により真空中を磁場で曲げられながら照射ノズル４０まで輸送される。

照射ノズル４０でビーム９０は照射領域の形状に合致するように整形され、照射対象に照射される。照射対象は、例えば治療台５０に横になった患者５の患部５１（図２参照）などである。

全体制御装置１１は、ＯＩＳ（Ｏｎｃｏｌｏｇｙ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）を介して治療計画装置（ともに図示省略）、加速器・ビーム輸送系制御装置１２、照射制御装置１３、モニタ信号模擬装置４７、ディスプレイ１４、入力装置１５、などと接続されており、粒子線治療システム１００全体の動作を制御する。

加速器・ビーム輸送系制御装置１２は、加速器２０やビーム輸送系３０を構成する各機器の動作を制御する。

照射制御装置１３は、照射ノズル４０を構成する各機器の動作を制御する。

ディスプレイ１４および入力装置１５は、入出力装置の一式であり、全体制御装置１１から取得した信号に基づいて情報を表示する。また、粒子線治療システム１００を操作する医療従事者からの入力を受け取り、全体制御装置１１に様々な操作指示信号を送信する。

治療台５０は、患者５を載せるベッドである。治療台５０は全体制御装置１１からの指示に基づき、直交する３軸の方向へ移動することができ、さらにそれぞれの軸を中心として回転する、いわゆる６軸方向に移動することができる。これらの移動と回転により、患者５の患部５１の位置を所望の位置に移動させることができる。

次に、粒子線をスキャニングさせる照射ノズル４０、ビーム遮断装置４６、モニタ信号模擬装置４７の詳細について図２乃至図４を用いて説明する。図２は粒子線スキャニング用の照射ノズル４０の概略を示す図である。図３は患部５１をスキャニング照射していく時の、同じエネルギーで照射する層と荷電粒子ビーム９０と照射スポット５３を示す図である。図４は患部５１をスキャニング照射していく時の深さ方向の線量分布を示す図である。

図２に示すように、照射ノズル４０内には、ビーム遮断装置４６、走査電磁石４１Ａ，４１Ｂ、線量モニタ４２、位置モニタ４３、リッジフィルタ４４、レンジシフタ４５が配置されている。

また、図２に示すように、照射制御装置１３は、照射ノズル制御装置１３Ａ、線量モニタ制御装置７２、位置モニタ制御装置７３、走査電磁石電源制御装置７１、走査電磁石電源６１Ａ，６１Ｂを有している。

照射ノズル４０は、ビーム９０の通過方向に対して垂直な平面にビーム９０を走査するため走査電磁石４１Ａ，４１Ｂにより二次元平面内にビーム９０を走査する装置である。走査電磁石４１Ａ，４１Ｂにより走査されたビーム９０は、患部５１に照射される。治療のための照射時は、ビーム遮断装置４６はビーム９０の軌道上から後退し、ビーム９０の照射を妨げることを防いでいる。

線量モニタ４２は各スポットに照射されるビーム９０の線量を演算するために、ビーム９０の通過によって生じた電子を収集するモニタである。線量モニタ４２の検出信号（電子を収集して得られたパルス信号）は線量モニタ制御装置７２に入力される。

線量モニタ制御装置７２は、線量モニタ４２から入力された検出信号に基づいて各照射スポット５３に照射される照射量を演算し、演算した照射量を照射ノズル制御装置１３Ａに出力する。

位置モニタ４３は各照射スポット５３の位置（例えば重心の位置）を演算するために、ビーム９０の通過によって生じた電子を収集するモニタである。位置モニタ４３の検出信号（電子を収集して得られたパルス信号）は位置モニタ制御装置７３に入力される。

位置モニタ制御装置７３は、位置モニタ４３から入力された検出信号に基づいて各照射スポット５３における線量をカウントし、演算したカウント値を照射ノズル制御装置１３Ａに出力する。

照射ノズル制御装置１３Ａは、位置モニタ制御装置７３に入力された信号に基づきビーム９０の通過位置を求め、求めた通過位置のデータから照射スポット５３の位置および幅の演算を行い、ビーム９０の照射位置を確認する。更には、照射ノズル制御装置１３Ａは、線量モニタ制御装置７２に入力された照射線量に応じてビーム９０の照射の制御を進行する。

ビーム遮断装置４６は、加速器２０と患者５の前との間で粒子線を遮断する構成であり、粒子線を物理的に遮断する遮断体４６ａや、遮断体４６ａを粒子線の軌道に対して前進／後退させる移動機構４６ｂ等を有している。

遮断体４６ａは、ビーム９０の軌道上に配置される際にビーム９０と衝突する物体であり、患者５までビーム９０が到達することを防ぐ。遮断体４６ａは、例えば真鍮等の金属製のブロックであり、移動機構４６ｂによりビーム９０の軌道上からの後退、ビーム９０の軌道上への前進が可能となっている。なお、ビーム遮断に伴いガンマ線や中性子線などの二次放射線が発生することから、患者５の二次放射線による被ばくを防ぐ目的で、遮断体４６ａには遮蔽材などの遮蔽構造を更に設けることが望ましい。

移動機構４６ｂは遮断体４６ａに取り付けられた車輪、その車輪が転がるレール、遮断体４６ａを移動させる駆動機構等から構成される。駆動機構は空圧式、油圧式、モータなどによる機械駆動式、など様々な構成とすることができる。

モニタ信号模擬装置４７は、ビーム遮断装置４６によって粒子線が患者５の患部５１まで到達することが遮断されている間、粒子線モニタの信号を模擬する装置である。本実施例では、粒子線の照射量を計測する線量モニタ４２の出力する信号、および粒子線の照射位置を計測する位置モニタ４３の出力する信号を模擬した模擬モニタ信号を生成する。

本実施例では、粒子線モニタは線量モニタ４２および位置モニタ４３から構成されるが、いずれか一方でも構わないし、また他の種類のモニタを適宜含むことができる。

モニタ信号模擬装置４７が出力する線量モニタ模擬信号は、線量モニタ４２の検出信号と合成されて線量モニタ制御装置７２に入力される。モニタ信号模擬装置４７が出力する位置モニタ模擬信号は、位置モニタ４３の検出信号と合成されて位置モニタ制御装置７３に入力される。

なお、モニタ信号模擬装置４７は、線量モニタ模擬信号と位置モニタ模擬信号のうち、少なくともいずれかの信号を模擬するものであってもよい。

また、モニタ信号模擬装置４７は、治療モードの際には、ビーム遮断装置４６の遮断体４６ａをビーム９０の軌道上から後退させ、モニタ信号模擬モードの際にはビーム遮断装置４６の遮断体４６ａをビーム９０の軌道上に前進させるよう、移動機構４６ｂに対して移動信号を出力する。

リッジフィルタ４４は、ブラッグピークを太らせることが必要な場合に使用する。また、レンジシフタ４５は、ビーム９０の到達位置を調整する際に挿入することができる。

本実施形態のようなスキャニング照射では、あらかじめ治療計画装置で患部５１を一様な線量で照射するための照射スポット５３の位置と各照射スポット５３に対する目標照射量を計算する。粒子線スキャニング照射の模式図を図３に示す。

図３に示すように、スキャニング照射では、患部５１を層５２に分割し、各層５２内は同じエネルギーのビーム９０で照射していく。一つの層５２内には照射スポット５３が１つ以上配置される。

ビーム９０の進行方向、すなわち患部５１深さ方向の照射位置変更には、ビーム９０のエネルギーを変更する。ビーム９０のエネルギーが変化すると、ビーム９０の体内到達位置が変わる。エネルギーの高い荷電粒子ビーム９０は、体内の深い位置まで到達し、エネルギーの低い荷電粒子ビーム９０は体内の浅い位置までしか到達しない。

スキャニング照射では、深さ方向の一様な線量分布形成にビーム９０のエネルギーを変更して、照射量を適切に配分することにより深さ方向のＳＯＢＰ（Ｓｐｒｅａｄ Ｏｕｔ Ｂｒａｇｇ Ｐｅａｋ）を形成する。各エネルギーの照射量を適切に配分することで各エネルギーのブラッグカーブ８１を重ね合わせて、図４に示すように深さ方向に一様な線量分布ＳＯＢＰ８２を形成する。

図１に戻り、本実施例の全体制御装置１１は、治療時の動作を制御する治療モードと、データ転送完全性の検証時の動作を制御するモニタ信号模擬モード、との２つのモードを有する。治療モードとモニタ信号模擬モードの切り替えは、図５に示すディスプレイ１４に表示される画面表示に従い、オペレータがモードを選択することでなされる。

照射時のフローチャートを図６に示す。予め治療計画装置で作成された患者５毎の治療計画データは、治療計画装置からＯＩＳに保存されている。

最初に、これから実施する照射が、患者５の患部５１への実照射を行う治療モードと、データ転送完全性の検証のための模擬照射を行うモード（モニタ信号模擬モード）とのいずれであるかが、図５に示すような画面を用いて選択されると、全体制御装置１１はモードがいずれであるかを認識する（ステップＳ１０１）。

ステップＳ１０１におけるモードの選択後、治療計画データがＯＩＳから粒子線治療システム１００の全体制御装置１１に送られる（ステップＳ１０２）。

全体制御装置１１は、治療計画データに基づき、治療台５０、加速器・ビーム輸送系制御装置１２、照射制御装置１３のパラメータを設定する（ステップＳ１０３）。また、全体制御装置１１は、治療計画データに基づき設定された各スポットのエネルギー、座標値、照射量のデータを照射制御装置１３に加えてモニタ信号模擬装置４７に対して送る。

照射スポット５３の座標値は、照射制御装置１３において走査電磁石４１Ａ，４１Ｂの励磁電流値に変換されて、図２に示す走査電磁石電源制御装置７１に送られる。

パラメータの設定などが完了した後、オペレータの操作により照射が開始される（ステップＳ１０４）。

照射が開始されると、全体制御装置１１は、加速器・ビーム輸送系制御装置１２にエネルギー変更、ビーム９０の出射信号又は出射停止信号などを出力する。治療計画データに記録された順に従い、Ｎ＝１から順次ある照射スポット５３に対して、定められた照射量のビーム９０を照射する（ステップＳ１０５）。

線量モニタからの信号、あるいはモニタ信号模擬装置４７からの信号に基づいて規定の線量が照射されたと判定されたときは、全体制御装置１１は、先に照射が完了したある照射スポット５３が同じ層５２内の最後に照射すべきスポットであったか否かを判定する（ステップＳ１０６）。最終スポットであったと判定されたときは処理をステップＳ１０７に進める。これに対し、最終スポットでなかったと判定されたときは次の照射スポット５３の照射を実行するために、処理をステップＳ１０５に進める。

次いで、全体制御装置１１は、先に照射が完了したある照射スポット５３が属する層５２が最後に照射すべき層５２であったか否かを判定する（ステップＳ１０７）。最後の層５２であったと判定されたときは処理をステップＳ１０８に進め、最後の層５２でなかったと判定されたときはエネルギー変更して次の層５２の照射を行うために、処理をステップＳ１０５に進める。

照射が完了すると、全体制御装置１１は、スポット毎の照射位置および照射量を含む実績データを作成し、ＯＩＳに転送する（ステップＳ１０８）。

次に、治療モードにおけるスキャニング照射のタイムチャートを図７に示す。図７では例としてスポット１からスポット３までの３スポットの照射を示す。

治療モードでは、照射の前に、全体制御装置１１からモニタ信号模擬装置４７に対して治療モードであるとの信号が出力される。モニタ信号模擬装置４７は治療モードであることを認識したときは、ビーム遮断装置４６の移動機構４６ｂに対して後退信号を出力し、遮断体４６ａをビーム９０の軌道上から後退させる。

加速器２０には、所定のビーム強度で照射するように図１に示す加速器・ビーム輸送系制御装置１２から指令を出す。ビーム９０の照射が開始されると照射ノズル４０内の線量モニタ４２の電離出力がパルス変換されて出力される。

ビーム９０の照射に伴い、線量モニタ制御装置７２で計数されるパルスカウント値が増加し始め、所定の照射量を照射すると線量モニタ制御装置７２は満了信号を照射ノズル制御装置１３Ａに送り、スポットの照射は終了する。

スポットが照射されている間、線量モニタ４２と同様に、位置モニタ４３の電離出力もパルス変換されて出力される。スポットの照射が終了すると、位置モニタ制御装置７３は、１スポット分の信号を合算した結果を照射ノズル制御装置１３Ａに入力する。

照射ノズル制御装置１３Ａは、位置モニタ制御装置７３の出力信号に基づき、スポットの位置、幅を演算し、所定の位置に照射されたかどうか判定する。判定した結果、スポット位置、幅のずれが大きいときは、ビーム９０を停止する。

また、線量モニタ制御装置７２の満了信号により、照射ノズル制御装置１３Ａは走査電磁石電源制御装置７１に次のスポット移動の信号を送り、次のスポットへの移動が開始される。次のスポットの電流値に到達すると、走査電磁石電源制御装置７１は移動完了信号を照射ノズル制御装置１３Ａに送る。

以上が治療モードにおけるスキャニング照射の制御の流れである。

次に、本発明の特徴である、データ転送完全性の検証時における粒子線治療システムの動作方法（治療計画データの検証方法）について説明する。

モニタ信号模擬モードでは、照射の前に、全体制御装置１１からモニタ信号模擬装置４７に対して模擬モードであるとの信号が出力される。モニタ信号模擬装置４７は模擬モードであることを認識したときは、ビーム遮断装置４６の移動機構４６ｂに対して前進信号を出力し、遮断体４６ａをビーム９０の軌道上に前進させる。これにより照射ノズル４０内に設置されたビーム遮断装置４６の遮断体４６ａがビーム９０の軌道上に設置されることでビーム９０は患者５まで輸送されることを防ぐことができる。

モニタ信号模擬モードであっても、制御のフローチャートは図６に従う。

全体制御装置１１は、ＯＩＳから治療計画データをダウンロードし、各スポットのエネルギー、座標値、照射量のデータを照射ノズル制御装置１３Ａおよびモニタ信号模擬装置４７に送る。

モニタ信号模擬装置４７は、スポット毎に、エネルギー、座標値、照射量に応じて線量モニタ模擬信号および位置モニタ模擬信号の信号強度を計算する。信号強度は、スポットのエネルギー、座標値、照射量を変数とする変換式または変換テーブルに基づき計算される。信号強度の計算は、治療計画データのダウンロード時に実施しても良いが、スポットの照射時に逐次計算しても良い。

モニタ信号模擬モードにおいても、モニタ信号模擬装置４７およびビーム遮断装置４６以外の装置は治療モードと同様の動作をする。

つまり、加速器２０は治療計画データに基づくエネルギーにビーム９０を加速したのちに出射し、ビーム輸送系３０は照射ノズル４０までビーム９０を輸送する。

モニタ信号模擬モードでは、加速器・ビーム輸送系制御装置１２はビーム９０を出射する時に、スポット照射タイミング信号をモニタ信号模擬装置４７に入力する。モニタ信号模擬装置４７はスポット照射タイミング信号をトリガーとして、照射スポット５３に応じたモニタ模擬信号を出力する。

ビーム遮断装置４６によりビーム９０が遮断されるため、線量モニタ４２および位置モニタ４３から検出信号は出力されない。照射ノズル制御装置１３Ａはモニタ模擬信号に基づき照射の制御を進行する。

次に、モニタ信号模擬モードにおけるスキャニング照射のタイムチャートを図８に示す。図８でも図７と同様にスポット１からスポット３までの３スポットの照射を示す。

加速器２０には、所定のビーム強度で照射するように図１に示す加速器・ビーム輸送系制御装置１２から指令を出す。

ビーム９０の照射が開始されても、ビーム遮断装置４６によりビーム９０が遮断されるため、線量モニタ４２および位置モニタ４３をビーム９０が通過せず、信号は出力されない。

ここで、本モニタ信号模擬モードでは、加速器・ビーム輸送系制御装置１２はビーム９０を出射する時に、スポット照射タイミング信号をモニタ信号模擬装置４７に入力する。モニタ信号模擬装置４７はスポット照射タイミング信号をトリガーとして、線量モニタ模擬信号および位置モニタ模擬信号を出力する。

モニタ信号模擬装置４７からの線量モニタ模擬信号の入力に伴い、線量モニタ制御装置７２で計数されるパルスカウント値が増加し始め、所定のカウント数に到達すると線量モニタ制御装置７２は満了信号を照射ノズル制御装置１３Ａに送り、スポットの照射は終了する。

スポットが照射されている間、線量モニタ模擬信号と同様に、モニタ信号模擬装置４７から位置モニタ模擬信号が出力される。

スポットの照射が終了すると、位置モニタ制御装置７３は、１スポット分の信号を合算した結果を照射ノズル制御装置１３Ａに入力する。照射ノズル制御装置１３Ａは、位置モニタ制御装置７３の出力信号に基づき、スポットの位置、幅を演算し、所定の位置に照射されたかどうか判定する。判定した結果、スポット位置、幅のずれが大きいときは、ビーム９０を停止する。

線量モニタ制御装置７２の満了信号により、照射ノズル制御装置１３Ａは走査電磁石電源制御装置７１に次のスポット移動の信号を送り、次のスポットの励磁電流値への変更が開始される。次のスポットの励磁電流値に到達すると、走査電磁石電源制御装置７１は移動完了信号を照射ノズル制御装置１３Ａに送る。

以上がモニタ信号模擬モードにおけるスキャニング照射の制御の流れである。

上記では、モニタ信号模擬装置４７はパルス信号を出力するように説明した。このパルス信号は、線量モニタ４２および位置モニタ４３で発生する電離電流信号を、Ｉ−Ｖ変換およびＶ−Ｆ変換されて出力される信号を模擬している。モニタ模擬信号は、電圧信号を模擬して出力し、Ｖ−Ｆ変換前にモニタ信号と合成することでも本実施形態の効果は変わらない。

次に、本実施形態の効果について説明する。

上述した本発明の実施形態１の粒子線治療システム１００は、患者５の患部５１に対して粒子線を照射するものであって、荷電粒子を生成、加速する加速器２０と、加速器２０と患者５の前との間で粒子線を遮断するビーム遮断装置４６と、ビーム遮断装置４６によって粒子線が遮断されている間、粒子線モニタの信号を模擬するモニタ信号模擬装置４７と、を備えている。

このように、モニタ信号模擬モードにおいて、照射ノズル４０内に設置されたビーム遮断装置４６を用いることで、ビーム遮断装置４６の下流にはビーム９０は輸送されず、治療室に患者５がいてもビーム９０が照射されることはない。一方、モニタ信号模擬装置４７およびビーム遮断装置４６以外の装置は治療モードと同様の動作をする。つまり、ＯＩＳから治療計画データを取得し、治療計画データに従ってビーム９０を加速、出射、輸送し、実績データを作成してＯＩＳに転送する、という一連のデータ転送は通常の治療モードと同様の動作をする。

以上により、患者５が治療台５０に乗った状態で、データ転送完全性の検証を実施することが可能となる。そのため、患者５を治療室から退室させる必要がなくなり、入退室および再度実施される患者位置決めが不要となるため、治療時間の短縮を図ることができるとともに、治療台５０の乗り降りに伴った患者の解剖学的構造の変化を防ぐことができ、線量集中性を更に向上させることができる、との効果が得られる。

また、遮断手段は、粒子線を物理的に遮断する遮断体４６ａ、遮断体４６ａを粒子線の軌道に対して前進／後退させる移動機構４６ｂを有するビーム遮断装置４６であるため、ビーム９０を物理的に遮断することができ、患者５に粒子線が到達することを確実に防止することができる。

更に、モニタ信号模擬装置４７は、粒子線の照射量を計測する線量モニタ４２の出力する信号、および粒子線の照射位置を計測する位置モニタ４３の出力する信号、のうち少なくともいずれか一方の信号を模擬することで、従来のデータ転送完全性の検証方法に近い運転方法が可能となる。

また、ビーム遮断装置４６は、粒子線を患部５１に照射するための照射ノズル４０内に設置されることにより、患者５の近くまで粒子線を実際に輸送することができるため、従来のデータ転送完全性の検証方法により近い運転方法が可能となる。

＜実施形態２＞
本発明の実施形態２の放射線治療システムおよび治療計画データの検証方法について図９を用いて説明する。実施形態１と同じ構成には同一の符号を示し、説明は省略する。以下の実施形態においても同様とする。図９は、本実施形態の粒子線治療システムを示す図である。

本実施形態の粒子線治療システム１００Ａは、実施形態１の粒子線治療システム１００と比較して、ビーム遮断装置４６Ａの機能が異なる。

粒子線治療システム１００Ａの構成・動作はビーム遮断装置４６Ａおよびモニタ信号模擬装置４７Ａを除いて実施形態１の粒子線治療システム１００と略同じ構成・動作であり、詳細は省略する。

図９に示すように、本実施形態の粒子線治療システム１００Ａにおけるビーム遮断装置４６Ａの遮断体４６ａ１は、ビーム９０を遮断する際にスポット毎の照射量を計測する粒子線の照射量を計測する線量計を更に有している。線量計により計測されたスポット照射量はモニタ信号模擬装置４７Ａに入力される。

モニタ信号模擬装置４７Ａは、入力されたスポット照射量に基づき、線量モニタ模擬信号を生成し、線量モニタ制御装置７２に入力する。

ビーム遮断装置４６Ａのうち遮断体４６ａ１は、例えば、帯電した粒子を真空中で捕捉する金属製（導電性）のカップであるファラデーカップ、あるいは電離箱およびその電離箱の下流側に設置される真鍮等の金属製のブロック（好適には実施形態１で説明したものと同じ構成）、から構成される。

遮断体４６ａ１がファラデーカップの場合は、それ自体が線量計と遮断体とを兼ねる。電離箱およびブロックの場合は、電離箱が線量計で、ブロックが遮断体となる。

本発明の実施形態２の放射線治療システムおよび治療計画データの検証方法においても、前述した実施形態１の放射線治療システムおよび治療計画データの検証方法とほぼ同様な効果が得られる。

また、ビーム遮断装置４６Ａは、粒子線の照射量を計測する線量計を更に有しており、モニタ信号模擬装置４７Ａは、線量計によって計測された粒子線の照射量に基づき粒子線モニタの信号を模擬することにより、より従来のデータ転送完全性の検証方法に近い運転方法が可能となる。

＜実施形態３＞
本発明の実施形態３の放射線治療システムおよび治療計画データの検証方法について図１０を用いて説明する。図１０は、本実施形態の粒子線治療システムを示す図である。

本実施形態の粒子線治療システム１００Ｂは、実施形態１の粒子線治療システムと比較して、ビーム遮断装置４６Ｂとしてビーム位置モニタ４３Ｂと金属製ブロック（実施形態１で説明したものと同様の構造）が設置されているという点で異なる。

粒子線治療システム１００Ｂの構成・動作は、ビーム位置モニタ４３Ｂおよびモニタ信号模擬装置４７Ｂを除いて実施形態１の粒子線治療システム１００と略同じ構成・動作であり、詳細は省略する。

図１０に示すように、本実施形態の粒子線治療システム１００Ｂにおけるビーム遮断装置４６Ｂは、粒子線の照射位置を計測するビーム位置モニタ４３Ｂを更に有しており、ビーム９０を遮断する際にスポット毎の照射位置を計測する。計測されたスポット照射位置はモニタ信号模擬装置４７Ｂに入力される。

モニタ信号模擬装置４７Ｂは、入力されたスポット照射位置に基づき、位置モニタ模擬信号を生成し、位置モニタ制御装置７３に入力する。

本発明の実施形態３の放射線治療システムおよび治療計画データの検証方法においても、前述した実施形態１の放射線治療システムおよび治療計画データの検証方法とほぼ同様な効果が得られる。

また、ビーム遮断装置４６Ｂは、粒子線の照射位置を計測するビーム位置モニタ４３Ｂを更に有しており、モニタ信号模擬装置４７Ｂは、ビーム位置モニタ４３Ｂによって計測された粒子線の照射位置に基づき粒子線モニタの信号を模擬することにより、従来のデータ転送完全性の検証方法に近い運転方法が可能となる。

なお、本実施形態では、ビーム位置モニタ４３Ｂによってスポット毎の照射位置を計測することに加えて、実施形態２で説明したようにビーム９０を遮断する際にスポット毎の照射量も計測することができる。

＜実施形態４＞
本発明の実施形態４の放射線治療システムおよび治療計画データの検証方法について図１１乃至図１３を用いて説明する。図１１乃至図１３は、本実施形態の粒子線治療システムを示す図である。

図１１に示すように、本実施形態の粒子線治療システム１００Ｃは、実施形態１の粒子線治療システム１００と比較して、ビーム遮断装置４６Ｃが粒子線を加速器２０から照射ノズル４０に輸送するためのビーム輸送系３０内に設置されているという点が異なる。

ビーム遮断装置４６Ｃは、上述の実施形態１で説明したビーム遮断装置４６や実施形態２で説明したビーム遮断装置４６Ａ、実施形態３で説明したビーム遮断装置４６Ｂと同等の構成、機能を持つものとすることができる。

また、モニタ信号模擬装置４７Ｃについても、上述の実施形態１乃至３で説明したモニタ信号模擬装置４７，４７Ａ，４７Ｂと同等の構成、機能を持つものとすることができる。

なお、ビーム遮断装置４６Ｃより下流側にビームモニタが設けられており、またそのビームモニタに対してもモニタ模擬信号が入力されることが望まれる場合は、本実施例のモニタ信号模擬装置４７Ｃは、モニタ信号模擬モードの際にはそれらのビームモニタに対しても必要に応じて模擬信号を出力することが望ましい。

粒子線治療システム１００Ｃの構成・動作はビーム遮断装置４６Ｃおよびモニタ信号模擬装置４７Ｃを除いて実施形態１と同様であり、詳細は省略する。

本発明の実施形態４の放射線治療システムおよび治療計画データの検証方法においても、前述した実施形態１の放射線治療システムおよび治療計画データの検証方法とほぼ同様な効果が得られる。

また、ビーム遮断装置４６Ｃは、粒子線を加速器２０から患部５１に照射するための照射ノズルに輸送するためのビーム輸送系３０内に設置されることにより、ビーム遮断に伴う二次放射線の発生源を治療室から遠ざけることが可能となる。これにより、二次放射線による患者５の被ばくを避けるための遮蔽構造を簡略化することが可能となる。

なお、本実施形態のようにビーム輸送系３０内のビーム遮断装置４６Ｃの位置は図１１のような位置に限られず、図１２に示す様に、粒子線治療システム１００Ｄは、ビーム輸送系３０が患者５の周りを回転する回転ガントリーである場合、回転ガントリーの入り口部分にビーム遮断装置４６Ｄを設置することも可能である。モニタ信号模擬装置４７Ｄについては、モニタ信号模擬装置４７，４７Ａ，４７Ｂ，４７Ｃと同様の構成とすることができる。

また、図１３に示す様に、照射ノズル４０を複数備える粒子線治療システム１００Ｅであれば、加速器２０の出射点の下流にビーム遮断装置４６Ｅを設置することも可能である。

粒子線治療システム１００Ｅは、ビーム輸送系３０は複数の照射ノズル４０に放射線を振り分ける振り分け装置３２を有している。このため、振り分け装置３２の上流側にビーム遮断装置４６Ｅを設置することができる。

振り分け装置３２は、電磁石などで構成される。

モニタ信号模擬装置４７Ｅについては、モニタ信号模擬装置４７，４７Ａ，４７Ｂ，４７Ｃと同様の構成とすることができるが、複数の照射ノズル４０に対してそれぞれ接続されている必要がある。また、検証時には、複数の照射ノズル４０のうち、検証を行う対象の照射ノズル４０に対してモニタ模擬信号を出力する。

なお、モニタ信号模擬装置４７Ｅは１台である必要はなく、照射ノズル４０に１対１で設けてもよい。

この図１３に示すように、照射ノズル４０を複数備え、ビーム輸送系３０は複数の照射ノズル４０に放射線を振り分ける振り分け装置３２を有し、ビーム遮断装置４６Ｅは、振り分け装置３２の上流側に設置されることで、複数ある治療室のそれぞれにビーム遮断装置を設置する必要がなくなる。また、ビーム輸送系３０に設けられているファラデーカップなどの既存の設備を有効活用することができる。すなわち、ビームを遮断するための機構を最小限の手間で設けることができる。

＜実施形態５＞
本発明の実施形態５の放射線治療システムおよび治療計画データの検証方法について図１４を用いて説明する。図１４は、本実施形態の粒子線治療システムを示す図である。

図１４に示す本実施形態の粒子線治療システム１００Ｆは、実施形態１の粒子線治療システム１００と比較して、ビーム９０を遮断する方法が異なる。粒子線治療システム１００のその他の構成・動作はビーム遮断方法およびモニタ信号模擬装置４７Ｆを除いて実施形態１と同様であるため、詳細は省略する。

図１４に示す本実施形態の粒子線治療システム１００Ｆは、実施形態１乃至４のようにビーム遮断装置４６，４６Ａ，４６Ｂ，４６Ｃ，４６Ｄ，４６Ｅを用いて物理的にビーム９０を遮断するのではなく、加速器２０の制御によってビーム９０を遮断するものである。

すなわち、粒子線治療システム１００Ｆでは、加速器２０にビーム９０を入射しない、または入射、加速はするがビーム９０を出射しないことによってビーム９０を遮断する制御を実行する。

制御の具体例としては、例えば、入射器２１への原料ガスの供給の遮断、入射器２１を構成する各機器への電力の供給の遮断や制御パラメータの調整、加速器２０内の各機器への電力の供給の遮断や制御パラメータの調整（加速用とは異なる制御パラメータを用いる等）等が考えられる。

ビーム９０の入射または出射をしないことによって照射制御が進まなくなることを防ぐために、モニタ信号模擬装置４７Ｆは加速器２０やビーム輸送系３０内のビームモニタの信号を模擬する信号を生成し、それぞれの制御装置に入力する。

本実施形態では、加速器２０での粒子線の生成を遮断する、または加速器２０からの粒子線の出射を遮断する制御を実行することから、遮断手段は、加速器・ビーム輸送系制御装置１２Ｆになる。

その他の構成・動作は前述した実施形態１の粒子線治療システム１００と略同じ構成・動作であり、詳細は省略する。

本発明の実施形態５の放射線治療システムおよび治療計画データの検証方法においても、前述した実施形態１の放射線治療システムおよび治療計画データの検証方法とほぼ同様な効果が得られる。

また、遮断手段は、加速器２０での粒子線の生成，加速を遮断する、または加速器２０からの粒子線の出射を遮断する加速器・ビーム輸送系制御装置１２Ｆであることにより、追加する設備はモニタ信号模擬装置４７Ｆのみであり、ビーム遮断装置４６等の装置を新たに追加する必要がないことから、既存の装置への適用が容易である、との効果を奏する。

なお、加速器２０内での制御によってビーム９０を遮断するだけではなく、ビーム輸送系３０内の制御によってビーム９０を遮断することが可能である。例えば、ビーム輸送系３０内の各機器への電力の供給の遮断や制御パラメータの調整等によって実現することができる。

更には、実施形態１乃至４のように、ビーム輸送系３０内や照射ノズル４０内にビーム遮断装置を設けて、万全を期すことが可能である。

＜その他＞
なお、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記の実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。

また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることも可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。

例えば、上述の実施形態では、スポット間でビーム電流を停止する離散スポット照射法を例に説明したが、スポット間でビーム電流を停止しない連続スポット照射法にも同様に適用することができる。また、この他として、ワブラー法や二重散乱体法など粒子線の分布を広げた後、コリメータやボーラスを用いて標的の形状に合わせた線量分布を形成する照射法にも本発明を適用することができる。

また、加速器２０は、実施形態１乃至５で説明したシンクロトロン加速器の他に、サイクロトロン加速器やシンクロサイクロトロン加速器などの様々な公知の加速器を用いることができる。

また、放射線を発生させる放射線源は、実施形態１乃至５のような荷電粒子の加速器２０だけでなく、発生させる放射線がＸ線である電子線形加速器を用いたＸ線治療装置や、発生させる放射線がガンマ線であるガンマ線源を使用したガンマ線治療装置とすることが可能である。

Ｘ線治療装置およびガンマ線治療装置の場合、モニタ信号模擬装置は、線量モニタおよびコリメータ位置モニタの信号を模擬するものとする。それ以外は実施形態１乃至５と同様の構成とすることができる。

１１…全体制御装置
１２，１２Ｆ…加速器・ビーム輸送系制御装置
１３…照射制御装置
１３Ａ…照射ノズル制御装置
１４…ディスプレイ
１５…入力装置
２０…加速器（放射線源）
３０…ビーム輸送系
３２…振り分け装置
４０…照射ノズル
４１Ａ，４１Ｂ…走査電磁石
４２…線量モニタ
４３…位置モニタ
４３Ｂ…ビーム位置モニタ
４４…リッジフィルタ
４５…レンジシフタ
４６，４６Ａ，４６Ｂ，４６Ｃ，４６Ｄ，４６Ｅ…ビーム遮断装置
４６ａ…遮断体
４６ｂ…移動機構
４７，４７Ａ，４７Ｂ，４７Ｃ，４７Ｄ，４７Ｅ，４７Ｆ…モニタ信号模擬装置
５…患者
５０…治療台
５１…患部
５２…同じエネルギーで照射する患部の層
５３…照射スポット
６１Ａ，６１Ｂ…走査電磁石電源
７１…走査電磁石電源制御装置
７２…線量モニタ制御装置
７３…位置モニタ制御装置
９０…ビーム
１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅ，１００Ｆ…粒子線治療システム（放射線治療システム）

Claims (15)

1. 患者の患部に対して放射線を照射する放射線治療システムであって、
   前記放射線を発生させる放射線源と、
   前記放射線源と前記患者の前との間で放射線を遮断する遮断手段と、
   前記遮断手段によって放射線が遮断されている間、放射線モニタの信号を模擬するモニタ信号模擬装置と、を備えた
   ことを特徴とする放射線治療システム。
2. 請求項１に記載の放射線治療システムにおいて、
   前記遮断手段は、前記放射線を物理的に遮断する遮断体、前記遮断体を前記放射線の軌道に対して前進／後退させる移動機構を有する遮断装置である
   ことを特徴とする放射線治療システム。
3. 請求項１に記載の放射線治療システムにおいて、
   前記モニタ信号模擬装置は、前記放射線の照射量を計測する線量モニタの出力する信号、および前記放射線の照射位置を計測する位置モニタの出力する信号、のうち少なくともいずれか一方の信号を模擬する
   ことを特徴とする放射線治療システム。
4. 請求項２に記載の放射線治療システムにおいて、
   前記モニタ信号模擬装置は、前記放射線の照射量を計測する線量モニタの出力する信号、および前記放射線の照射位置を計測する位置モニタの出力する信号、のうち少なくともいずれか一方の信号を模擬する
   ことを特徴とする放射線治療システム。
5. 請求項２に記載の放射線治療システムにおいて、
   前記遮断手段は、前記放射線の照射量を計測する線量計を更に有しており、
   前記モニタ信号模擬装置は、前記線量計によって計測された前記放射線の照射量に基づき前記放射線モニタの信号を模擬する
   ことを特徴とする放射線治療システム。
6. 請求項２に記載の放射線治療システムにおいて、
   前記遮断手段は、前記放射線の照射位置を計測する位置モニタを更に有しており、
   前記モニタ信号模擬装置は、前記位置モニタによって計測された前記放射線の照射位置に基づき前記放射線モニタの信号を模擬する
   ことを特徴とする放射線治療システム。
7. 請求項２に記載の放射線治療システムにおいて、
   前記遮断手段は、前記放射線を前記患部に照射するための照射ノズル内に設置される
   ことを特徴とする放射線治療システム。
8. 請求項２に記載の放射線治療システムにおいて、
   前記遮断手段は、前記放射線を前記放射線源から前記患部に照射するための照射ノズルに輸送するためのビーム輸送系内に設置される
   ことを特徴とする放射線治療システム。
9. 請求項７に記載の放射線治療システムにおいて、
   前記照射ノズルを複数備え、
   前記ビーム輸送系は複数の前記照射ノズルに前記放射線を振り分ける振り分け装置を有し、
   前記遮断手段は、前記振り分け装置の上流側に設置される
   ことを特徴とする放射線治療システム。
10. 請求項２に記載の放射線治療システムにおいて、
    前記遮断体は、ファラデーカップ、あるいは金属製ブロックの何れかである
    ことを特徴とする放射線治療システム。
11. 請求項１に記載の放射線治療システムにおいて、
    前記遮断手段は、前記放射線源での前記放射線の生成，加速を遮断する制御装置、または前記放射線源からの前記放射線の出射を遮断する制御装置、のうち少なくともいずれかである
    ことを特徴とする放射線治療システム。
12. 請求項１に記載の放射線治療システムにおいて、
    前記放射線源は荷電粒子を生成、加速する加速器であり、
    前記放射線は前記加速器で加速された荷電粒子である
    ことを特徴とする放射線治療システム。
13. 請求項１に記載の放射線治療システムにおいて、
    前記放射線源は電子加速器であり、
    前記放射線はＸ線である
    ことを特徴とする放射線治療システム。
14. 請求項１に記載の放射線治療システムにおいて、
    前記放射線源はガンマ線源であり、
    前記放射線はガンマ線である
    ことを特徴とする放射線治療システム。
15. 患者の患部に対して放射線を照射する放射線治療システムにおける治療計画データの検証方法であって、
    前記放射線治療システムは、前記放射線を発生させる放射線源と、前記放射線源と前記患者の前との間で放射線を遮断する遮断手段と、前記遮断手段によって放射線が遮断されている間、放射線モニタの信号を模擬するモニタ信号模擬装置と、を備え、
    治療室内に前記患者が在室した状態のまま、前記遮断手段によって前記放射線を遮断することで前記放射線を照射することなくデータ転送の完全性を検証する
    ことを特徴とする治療計画データの検証方法。

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