JP2022162719A - 粒子線治療システム、粒子線治療方法及びコンピュータプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】治療計画装置が有する処方箋との整合性を持たせることで、短時間に治療再開をすることを可能にする。
【解決手段】粒子線治療システムは、粒子線を加速する加速器１と、加速器１で加速された粒子線を標的に照射する照射装置と、加速器及び照射装置を制御する制御装置３とを有し、制御装置３は、治療計画に基づいて加速器及び照射装置を制御するための制御パラメータを生成する治療実行装置３－２と、治療実行装置３－２が生成する制御パラメータに基づいて加速器１及び照射装置を制御する治療実行制御装置３－３とを有し、治療実行装置３－２は、照射装置による標的への照射が異常または人為的な操作により中断した際、標的に既に照射した粒子線の照射済線量と標的にまだ照射していない粒子線の未照射線量とを算出し、少なくとも未照射線量を治療実行制御装置３－３に送出する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、粒子線治療システム、粒子線治療方法及びコンピュータプログラムに関する。

本発明は、陽子や重イオンなどの荷電粒子ビーム（イオンビーム）を利用した粒子線治療に好適な粒子線照射システムに関し、ある患者の治療時に何らかの理由で照射を一時中断した際、未照射に対して照射の継続が可能な粒子線照射システムとその運転方法に関する技術である。

がんの放射線治療として、陽子または重イオン等のイオンビームを患者のがんの患部に照射して治療する粒子線治療が知られている。粒子線治療中に何らかの理由で照射を停止した際、特許文献１に開示されているような、未照射に対して照射を再開する手段がある。

また特許文献２に開示されているように未照射に対して照射を完遂する運転方法がある。

国際公開第２０１６／１２１０６７号 国際公開第２０１２／１１１１２５号

ある患者が粒子線治療を行うにあたり、患者特有の処方箋が存在する。この処方箋は治療計画装置を用いて医師により算出・検証され、治療実行装置によって照射される。

当初計画された処方箋に基づいた照射を患者に施している際に、運転員の判断、照射の異常を検知、機器の異常を検知など、何らかの理由により照射が中断する場合が考えられる。その際、当初計画されていた処方箋には照射済み部と未照射部が存在し、未照射部に照射を施すためには未照射処方箋が必要となる（以下、照射済み部の情報を照射済み実績と称する）。

未照射処方箋の生成が必要な場合、治療計画装置が行うシステムと治療計画装置を介さずに治療実行装置で行うシステムがある。治療実行装置により未照射処方箋を生成する場合、生成した未照射処方箋は照射済み実績を合算した際に治療計画装置の処方箋と合致していることを保証する必要がある。

また、中断してから未照射処方箋で治療を再開する際、未照射処方箋は治療実行装置が独自に生成した処方箋のため、治療実行装置を一定周期で監視している装置（多くの場合は治療計画装置）からは、送信した処方箋とは異なる処方箋を実行しているように見える。それによって治療実行装置に異常があると検知され、照射を中断されてしまう場合がある。そのため、未照射処方箋で照射を完遂するためには治療実行装置は関連する装置と状態の整合性を保つ必要がある。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたもので、治療計画装置が有する処方箋との整合性を持たせることで、短時間に治療再開をすることが可能な粒子線治療システム、粒子線治療方法及びコンピュータプログラムを提供することにある。

上記課題を解決すべく、本発明の一つの観点に従う粒子線治療システムは、粒子線を加速する加速器と、加速器で加速された粒子線を標的に照射する照射装置と、加速器及び照射装置を制御する制御装置とを有し、制御装置は、治療計画に基づいて加速器及び照射装置を制御するための制御パラメータを生成する治療実行装置と、治療実行装置が生成する制御パラメータに基づいて加速器及び照射装置を制御する治療実行制御装置とを有し、治療実行装置が、照射装置による標的への照射が異常または人為的な操作により中断した際、標的に既に照射した粒子線の照射済線量と標的にまだ照射していない粒子線の未照射線量とを算出し、少なくとも未照射線量を治療実行制御装置に送出することを特徴とする。

本発明によれば、治療計画装置が有する処方箋との整合性を持たせることで、短時間に治療再開をすることが可能となる。

実施形態である粒子線照射システムの構成例を示す図である。 粒子線照射システムの通常治療の一例を示すフローチャートである。 粒子線照射システムの異常による中断のフロー（中断まで）の一例を示すフローチャートである。 異常による中断後の再開動作（未照射処方箋無し）の一例を示すフローである。 異常による中断後の再開動作（未照射処方箋あり）の一例を示すフローチャートである。 実施形態である粒子線治療システムによる処方箋受信及び照射準備時の一例を示す図である。 実施形態である粒子線治療システムによる照射中及び中断時のイメージの一例を示す図である。 実施形態である粒子線治療システムによる未照射処方箋あり及び照射準備時のイメージの一例を示す図である。 実施形態である粒子線治療システムによる未照射処方箋を照射中のイメージの一例を示す図である。 実施形態である粒子線治療システムによる処方箋の照射完了のイメージの一例を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下に説明する実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている諸要素及びその組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

本発明の実施形態である粒子線治療システムは、陽子線や炭素線などの粒子線を用いた粒子線治療システムである。本実施例の粒子線治療システムに用いられる粒子線は、上述した陽子線、炭素線など、既に実用化され、また、今後実用化されるであろう粒子線であれば限定はない。

なお、本明細書において「データ」と記されている場合、その個数についての限定はない。さらに、その形式に限定はない。加えて言えば、いわゆるテーブル形式で記憶媒体に保管、格納されているデータ等もここにいう「データ」である。

本実施形態の粒子線治療システムは、例えば以下のような構成を有する。

治療実行装置を監視している装置は未照射処方箋の情報が無く、何も処置が無い場合は治療実行装置と処方箋が不一致となり多くのシステムでは異常を検出するインターロックが存在する、そこで、未照射処方箋の照射に照射済み実績を合算した値を、監視している装置に対して送信する。ただし、照射を実行する治療実行装置と治療実行制御装置は未照射処方箋に基づいて運転しているため、治療実行装置は関連装置と整合性を保つため処方箋と未照射処方箋の２種類のデータを保持する必要がある。

治療実行装置が算出した未照射処方箋作成が照射済み妥当であることを保証する必要がある。未照射処方箋を治療実行制御装置が受領した際に、例えば未照射処方箋の処方線量と累計線量を加算して治療実行装置に値を伝送する。その後、治療計画装置の処方線量と治療実行装置の処方線量が一致することにより治療実行装置の未照射処方箋の生成が妥当と言える。

本実施例によれば、治療実行装置が未照射処方箋を生成することにより、治療計画装置を経由することなく治療再開が可能となり、治療時間が短縮される。治療時間の短縮により施設の運用効率上昇と治療患者の肉体的及び精神的ストレスの低減などが主な効果として考えられる。

未照射処方箋を治療計画装置が生成する場合、装置間で照射中断時の照射済み実績の情報を伝送する必要がある。未照射処方箋を生成するための情報として必須なのは照射済み実績の線量である。放射線は人体に影響を及ぼすため、この線量は非常に高い精度が求められるのが一般的であり、有効桁を多く保持する必要がある。治療実行装置内で未照射処方箋を生成することにより、各装置のデータ精度の違いによる丸め誤差等が発生せず、高精度な未照射処方箋を生成することが可能になる。

治療実行装置が照射中の処方箋を監視している装置のインターロックを成立させるため、治療計画装置から受信した基の処方箋を送信する手段もあるが、治療実行装置が計算した未照射処方箋と照射済み実績を合算して基の処方箋と照合することにより未照射処方箋の生成演算の妥当性を確認する効果がある。

照射完了後に治療実行装置から治療計画装置に治療実績が送信される。照射中断時に治療計画装置が未照射処方箋を生成する場合、治療計画装置は部分的な治療実績を最終的に何らかの手法で合算して処方箋と比較する必要がある。しかし、治療実行装置が未照射処方箋を用いて照射を完遂することにより、治療実績は一まとまりの情報として治療計画装置に送信されて治療計画装置による治療実績の合算は不要となる。

図１は、実施形態である粒子線治療システムを示す概略構成図である。

本実施形態の粒子線治療システムは、図１に示すように、加速器１と、４つの治療室４－１、４－２、４－３、４－４（以下治療室４とも記載）と、加速器１の下流側に接続されたビーム輸送系２と、統括制御システム３とを備える。

加速器１は、イオンビームを加速・出射するための機器であり、イオン源（図示せず）、前段加速器（例えば直線加速器）１－１および円形加速器としてシンクロトロン１－２を有する。なお、シンクロトロン１－２に代えて、例えばサイクロトロン等のような前段加速器を有しない加速器や直線加速器を用いてもよい。

前段加速器１－１は、イオン源で発生したイオンビームをシンクロトロン１－２に入射可能なエネルギーまで加速する。前段加速器１－１で加速されたイオンビームは、シンクロトロン１－２に入射される。その後、シンクロトロン１－２内で所望のエネルギーまで加速したイオンビームは、統括制御システム３の治療実行装置３－２と治療実行制御装置３－３の指示によりビーム輸送系２の電磁石を励磁し、イオンビームを屈折させ、加速器専有を行っている該当治療室４－１～４－４まで輸送され、照射を実現する。

治療室４－１～４－４は、内部にそれぞれ設置された回転ガントリー（図示せず）に取り付けられた照射装置（図示せず）をそれぞれ備える。治療室４－１～４－４は例えば癌患者用の第１～第４治療室である。

照射装置は、イオンビームを照射するための機器であり、ビームの軌道に対して垂直な平面内の直交する二方向（以下、まとめて横方向と定義する）に独立にビームが走査させる二台の走査電磁石、ビームモニタ等を備えている。

なお、治療室４つが全て同じ構成の場合について説明しているが、治療室４つ全てが同じ構成である必要はなく、各治療に適した各々別個の構成の治療室を複数備えていてもよい。例えば、偏向電磁石、散乱体装置、リングコリメータ、患者コリメータ、ボーラス等を備える照射装置であってもよいし、他の構成を備える照射装置であってもよい。また、照射装置が、任意の方向からビームを患部へ照射可能とするために回転ガントリーに取り付けられた場合について説明したが、照射装置は固定されていてもよい。

統括制御システム３は、加速器１、ビーム輸送系２および照射装置を制御するための制御システムであり、治療計画装置３－１、治療実行装置３－２及び治療実行装置は、治療実行制御装置３－３を有する。

治療計画装置３－１は、オペレータが事前に作成した治療計画が格納された記憶部を有し、加速器１、ビーム輸送系２及び照射装置による患者の患部（標的）への粒子線照射が開始されるに先立って、記憶部に格納された治療計画を治療実行装置３－２に送出する。また、治療計画装置３－１は、治療実行装置３－２による粒子線照射制御を定期的に監視する。

治療実行装置３－２は、治療計画装置３－１からの治療計画に基づき、ビーム輸送系２、加速器１、治療室４を構成する各機器（治療室内の照射装置、ビーム輸送系２内の各機器、前段加速器１－１、シンクロトロン１－２を構成する各機器）を制御するための制御パラメータを生成し、治療実行制御装置３－３に送出する。

治療実行制御装置３－３は、治療実行装置３－２から送出された制御パラメータに基づき、ビーム輸送系２、加速器１、治療室４を構成する各機器の制御を行う。また、治療実行制御装置３－３は、照射装置による粒子線の照射実績を管理する。

また、本実施形態では、統括制御システム３の治療実行装置３－２は、複数の治療室４－１～４－４のうち、ある治療室４－１、４－２、４－３、４－４が一度加速器１を専有したときは、意図的な加速器専有解除操作またはシステム異常発生時を除き、加速器１の専有を維持するようビーム輸送系２および照射装置を制御する（以下、この加速器１の専有を維持する制御を連続多門照射制御とも記載する）。

例えば、治療実行装置３－２は、ある治療室４－１、４－２、４－３、４－４によってある特定の患者に対して治療を行うときには、その特定の患者に処方された治療が全て終わるまでの間、連続多門照射制御を実施する。

または、治療実行装置３－２は、粒子線治療を患者に施すセラピストの選択に基づいて、ある特定の治療室４－１、４－２、４－３、４－４が治療照射を行うために加速器１を一度専有した際には、所定の照射を全て終えるまでの間、連続多門照射制御を実施する。

または、治療実行装置３－２は、複数の治療室４－１～４－４のうち、ある特定の治療室４－１、４－２、４－３、４－４が加速器１を専有したときは、その特定の治療室４－１、４－２、４－３、４－４の加速器専有を維持するよう、連続多門照射制御を実施する。

または、治療実行装置３－２は、ある特定の処方箋を不特定の治療室４－１、４－２、４－３、４－４で患者に施すときは、その特定の処方箋の治療が全て終わるまでの間、連続多門照射制御を実施する。

なお、連続多門照射制御でない制御が選択されたときは、治療実行装置３－２は、非連続多門照射制御を実施する。この際の非連続多門照射制御は、先着順による加速器専有、優先度に基づいた加速器専有など、公知の制御を実施することができる。

次に、図２及び図６を参照して、治療計画装置３－１、治療実行装置３－２及び治療実行制御装置３－３の間でのデータの流れを説明する。

患者特有の処方箋を治療計画装置３－１が生成し、これから実施する照射の処方箋を治療実行装置３－２に伝送する。処方箋を受信した治療実行装置３－２は、運転する機器毎に存在する治療実行制御装置３－３に対して、処方箋の照射を実現するための制御パラメータを伝送する。

この時、処方箋が正しく伝送されたか担保する手法として、治療実行制御装置３－３が受信した制御パラメータを治療実行装置３－２に対して返送し、治療実行装置３－２が送信した制御パラメータと返送された制御パラメータの整合性をチェックする。

また、治療実行装置３－２は、治療実行制御装置３－３から返送された制御パラメータを基に、治療計画装置３－１が認識できる処方箋の形式に変換し、治療計画装置３－１に返送することによって、治療計画装置３－１が送信した処方箋と返送された処方箋の整合性をチェックするのが一般的なシステムの運転であり、いずれかの整合性チェックにて異常が検出された際は照射を開始することができないインターロックがあるのが一般的なシステムの例である。

図３及び図７に示すように、照射中に何らかの異常を検出した際、照射を停止する場合がある。異常の内容によっては即時照射を再開することが困難な場合がある、その際は患者を一時退避させ、他に治療室４－１～４－４がある施設においては、加速器１の専有権を他の治療室に移行する場合が考えられる。

上述したように、加速器１は複数の治療室４－１～４－４で共有している場合が多く、他の治療室４－１～４－４で新たな照射を開始する際は、前述の制御パラメータの一部が破棄される（図４参照）。よって、未照射部に照射を実施する場合は、新たな制御パラメータを再度治療実行制御装置３－３に送信する必要がある（図５及び図８参照）。

この、新たな制御パラメータの基となる未照射処方箋を治療実行装置３－２が生成することにより、治療計画装置３－１が新たな処方箋を生成することなく、計画した処方箋の照射を実現することが可能となる。

ここで、未照射処方箋は治療計画装置３－１には存在しない処方箋のため、通常であれば前述したインターロック（図２の丸文字１、丸文字２参照）によって照射を開始することができない（図８参照）。

そこで、治療実行装置３－２は、照射済み実績と未照射処方箋を合算した内容を治療計画装置３－１に対して処方箋として送信する。結果、治療計画装置３－１によるインターロックは解消されると同時に、処方箋を照射済み実績+未照射処方箋と比較することによって、治療実行装置が生成した未照射処方箋の整合性も担保される(図９参照)。未照射処方箋を照射中の状況下において、治療実行装置は治療計画装置に送信するデータと、実際に未照射処方箋の照射を運転するため治療実行制御装置に送信したデータの2種類を保持しながら運転を行うことで未照射処方箋の照射を実現できる。

図１０に示すように、治療計画装置３－１の処方箋を満たす照射を治療実行装置３－２及び治療実行制御装置３－３が完了した際の動作として、治療実行装置３－２は照射済み実績を治療実行制御装置３－３より収集し、治療計画装置３－１に送信して、治療計画装置３－１が処方箋と照射済み実績を比較し記録するのが一般的である。

未照射処方箋を実施した際、治療実行制御装置３－３より収集した照射済み実績とは治療計画装置３－１が送信した処方箋とは異なるため、治療実行制御装置３－３は、収集した照射済み実績と、未照射処方箋を生成するのに利用した以前の照射済み実績を足し合わせることにより、治療計画装置３－１の処方箋と対応する照射済み実績を生成する。よって、治療実行装置３－２は、治療計画装置３－１の処方箋に対して欠損の無い照射済み実績を送信することができる。

従って、本実施例によれば、治療計画装置が有する処方箋との整合性を持たせることで、短時間に治療再開をすることが可能となる。

変形例

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例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、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

一例として、治療実行装置３－２は、照射装置による標的への照射が異常または人為的な操作により中断したら、照射が中断している照射装置が未照射処方箋に基づいて照射を再開するまで、この照射装置が配置された治療室４－１～４－４による加速器１の占有を維持し、もしくは他の治療室に加速器１の占有を許可するかを選択してもよい。

また、図６～図１０に示す各種パラメータを、治療実行装置３－２、治療実行制御装置３－３、あるいは治療計画装置３－１が有する表示装置により表示してもよい。

また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部または全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ等の記録装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。

また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

１…加速器 １－１…前段加速器 １－２…シンクロトロン ２…ビーム輸送系 ３…統括制御システム ３－１…治療計画装置 ３－２…治療実行装置 ３－３…治療実行制御装置 ４…治療室

Claims (7)

1. 粒子線を加速する加速器と、
   前記加速器で加速された前記粒子線を標的に照射する照射装置と、
   前記加速器及び前記照射装置を制御する制御装置を有し、
   前記制御装置は、治療計画に基づいて前記加速器及び前記照射装置を制御するための制御パラメータを生成する治療実行装置と、前記治療実行装置が生成する前記制御パラメータに基づいて前記加速器及び前記照射装置を制御する治療実行制御装置とを有し、
   前記治療実行装置は、前記照射装置による前記標的への照射が異常または人為的な操作により中断した際、前記標的に既に照射した前記粒子線の照射済線量と前記標的にまだ照射していない前記粒子線の未照射線量とを算出し、少なくとも前記未照射線量を前記治療実行制御装置に送出する
   ことを特徴とする粒子線治療システム。
2. 前記治療実行装置は、前記治療実行制御装置から送出された前記粒子線の照射状況に関する情報に基づいて前記照射済線量と前記未照射線量とを算出することを特徴とする請求項１に記載の粒子線治療システム。
3. 前記治療実行装置は、前記照射済線量と前記未照射線量とを、前記治療計画を生成しかつ前記治療計画の実行を監視する治療計画装置に送出することを特徴とする請求項２に記載の粒子線治療システム。
4. 前記治療実行装置は、前記照射装置による前記標的への前記粒子線の照射が完了した後、前記粒子線の照射中断前の前記粒子線の前記照射済線量と、前記粒子線の照射中断後の前記粒子線の前記照射済線量とを、前記治療計画を生成しかつ前記治療計画の実行を監視する治療計画装置に送出することを特徴とする請求項２に記載の粒子線治療システム。
5. 前記照射装置が配置された複数の治療室を有し、
   前記治療実行装置は、前記照射装置による前記標的への照射が異常または人為的な操作により中断したら、照射が中断している前記照射装置が前記未照射線量に基づいて照射を再開するまで、この照射装置が配置された前記治療室による前記加速器の占有を維持し、もしくは他の治療室に前記加速器の占有を許可するかを選択する
   ことを特徴とする請求項１に記載の粒子線治療システム。
6. 粒子線を加速する加速器と、
   前記加速器で加速された前記粒子線を標的に照射する照射装置と、
   前記加速器及び前記照射装置を制御する制御装置とを有し、
   前記制御装置は、治療計画に基づいて前記加速器及び前記照射装置を制御するための制御パラメータを生成する治療実行装置と、前記治療実行装置が生成する前記制御パラメータに基づいて前記加速器及び前記照射装置を制御する治療実行制御装置とを有する粒子線治療システムによる粒子線治療方法であって、
   前記照射装置による前記標的への照射が異常または人為的な操作により中断した際、前記標的に既に照射した前記粒子線の照射済線量と前記標的にまだ照射していない前記粒子線の未照射線量とを算出し、少なくとも前記未照射線量を前記治療実行制御装置に送出する
   ことを特徴とする粒子線治療システムによる粒子線治療方法。
7. 粒子線を加速する加速器と、
   前記加速器で加速された前記粒子線を標的に照射する照射装置と、
   制御パラメータに基づいて前記加速器及び前記照射装置を制御する治療実行制御装置と
   を有する粒子線治療システムを制御するコンピュータにより実行されるコンピュータプログラムであって、
   前記照射装置による前記標的への照射が異常または人為的な操作により中断した際、前記標的に既に照射した前記粒子線の照射済線量と前記標的にまだ照射していない前記粒子線の未照射線量とを算出し、少なくとも前記未照射線量を前記治療実行制御装置に送出する
   機能を実現させるコンピュータプログラム。

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