JP6450165B2 - Charged particle beam apparatus, charged particle beam irradiation position specifying apparatus, and charged particle beam irradiation position specifying method - Google Patents
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Description
本発明は、荷電粒子ビーム装置および荷電粒子ビーム照射位置特定装置ならびに荷電粒子ビーム照射位置特定方法に係り、特には、荷電粒子ビームを照射した照射対象位置を特定するに好適な荷電粒子ビーム装置および荷電粒子ビーム照射位置特定装置ならびに荷電粒子ビーム照射位置特定方法に関する。 The present invention relates to a charged particle beam apparatus, a charged particle beam irradiation position specifying apparatus, and a charged particle beam irradiation position specifying method, and more particularly to a charged particle beam apparatus suitable for specifying an irradiation target position irradiated with a charged particle beam, and The present invention relates to a charged particle beam irradiation position specifying device and a charged particle beam irradiation position specifying method.
癌治療等に用いる荷電粒子ビーム装置で、照射する荷電粒子ビームの照射範囲を実測し、記録に残すために、特許文献1には、出射された荷電粒子ビームが目標を照射したとき、照射箇所から発生する音響信号を検出器で検知し、検知した音響信号に基づいて演算手段で実際の照射箇所を求めることで、実際の照射箇所を記録する発明が記載されている。
In order to actually measure the irradiation range of the charged particle beam to be irradiated with a charged particle beam apparatus used for cancer treatment and record it,
がんの死亡数と罹患数は現在も増加し続けており、治療方法を確立することが急務である。主な治療方法としては手術療法・放射線療法・化学療法の3つがあり、近年、放射線療法と化学療法の技術は格段に向上している。 The number of cancer deaths and morbidity continues to increase, and there is an urgent need to establish treatment methods. There are three main treatment methods: surgery, radiation therapy, and chemotherapy. In recent years, the techniques of radiation therapy and chemotherapy have been remarkably improved.
化学療法は、がん細胞を分子レベルで判断し作用することが可能な分子標的薬の開発により、効率が良い治療と副作用の軽減が期待されている。化学療法の副作用は、標的とするがん細胞以外の正常な細胞にも作用することで生じ、投薬種・患者によって症状や身体への負荷が異なる。 Chemotherapy is expected to provide efficient treatment and reduce side effects by developing molecularly targeted drugs that can determine and act on cancer cells at the molecular level. The side effects of chemotherapy are caused by acting on normal cells other than the target cancer cells, and the symptoms and burden on the body differ depending on the type of medication and patient.
放射線療法は、高線量を所望の照射範囲に集中する技術開発により、同じく効率が良い治療と副作用の軽減が期待されている。放射線療法の副作用は、標的とするがん細胞以外の細胞も照射されることで生じる可能性があり、副作用が生じた場合、炎症などの症状が知られる。ただし、放射線療法の副作用は生じたとしてもほとんどが一時的で、身体への負担は化学療法と比べて非常に軽いとされる。したがって放射線治療においては、がんの位置及び形状と、放射線の高線量領域の位置及び形状が精度良く一致していることが重要となる。 Radiation therapy is expected to be equally efficient and reduce side effects by developing technology that concentrates high doses in the desired irradiation range. Side effects of radiation therapy can occur when cells other than the target cancer cells are irradiated, and symptoms such as inflammation are known when side effects occur. However, most of the side effects of radiation therapy are temporary, and the burden on the body is considered to be very light compared to chemotherapy. Therefore, in radiotherapy, it is important that the position and shape of the cancer and the position and shape of the high-dose region of radiation coincide with each other with high accuracy.
従来の荷電粒子ビーム装置では、照射治療前に、患者の患部位置と荷電粒子ビームの照射位置と照射範囲とが一致するように位置決めをすることにより、精度の高い照射治療を行っている。加えて、荷電粒子ビームの照射位置と照射範囲を測定し、治療照射の照射位置と照射範囲を記録に残すことでさらなる高精度化が望める。 In the conventional charged particle beam apparatus, irradiation treatment with high accuracy is performed by positioning so that the position of the affected part of the patient, the irradiation position of the charged particle beam, and the irradiation range coincide before the irradiation treatment. In addition, by measuring the irradiation position and irradiation range of the charged particle beam and leaving the irradiation position and irradiation range of the treatment irradiation in the record, further higher accuracy can be expected.
照射位置と照射範囲を精度よく測定する一つの方法として、荷電粒子ビームを生体あるいは金属などの対象に照射するときに照射位置から音響信号が発生する現象を利用した方法がある。この方法は、例えば、上述した特許文献1に記載されている。
One method for accurately measuring the irradiation position and irradiation range is a method using a phenomenon in which an acoustic signal is generated from the irradiation position when a charged particle beam is irradiated onto a target such as a living body or metal. This method is described in, for example,
ここで、脂肪中を伝搬する場合の音速は約1450[m/s]、血液・筋肉・臓器中を伝搬する場合の音速は約1530〜1630[m/s]、骨中を伝搬する音速は約2700〜4100[m/s]などと、体を構成する組織・形状や、人・生物個体によっても若干異なってくる。 Here, the speed of sound when propagating through fat is about 1450 [m / s], the speed of sound when propagating through blood, muscle, and organs is about 1530 to 1630 [m / s], and the speed of sound propagating through bone is About 2700-4100 [m / s] etc., it will be slightly different depending on the tissue and shape constituting the body and the individual person or organism.
また、図16に示すように、Viを媒質iにおける媒質音速、Viiを媒質iiにおける媒質音速、θiを入射角、θtを屈折角としたときに、次式1に示す関係に従う屈折現象が生じる(スネルの法則)。
Further, as shown in FIG. 16, a refraction phenomenon in accordance with the relationship shown in the
Vi×sin(θt)=Vii×sin(θi) (式1) Vi × sin (θt) = Vii × sin (θi) (Formula 1)
このため、上述した特許文献1のように人体の組織を均一であるとして、センサ配置情報と、取得した音響信号がセンサに到達する時間分布の情報に基づく単純な幾何的な計算から求める場合、上述した人体の組織による音速差や、スネルの法則により、計算により求めた照射位置が実際の照射位置とで数ミリの誤差が生じる可能性がある。
For this reason, when obtaining from simple geometric calculation based on sensor arrangement information and time distribution information where the acquired acoustic signal reaches the sensor, assuming that the tissue of the human body is uniform as in
本発明の目的は、照射位置を精度よく測定することができる荷電粒子ビーム装置および荷電粒子ビーム照射位置特定装置ならびに荷電粒子ビーム照射位置特定方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a charged particle beam apparatus, a charged particle beam irradiation position specifying apparatus, and a charged particle beam irradiation position specifying method capable of accurately measuring an irradiation position.
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。
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、荷電粒子ビームを加速・出射する加速器と、この加速器から出射された荷電粒子ビームを照射する照射装置と、前記加速器および前記照射装置を制御する制御装置と、前記照射装置によって照射された前記荷電粒子ビームの静止時に発生する弾性波を複数位置で検出可能な複数のセンサを有する弾性波計測装置と、この弾性波計測装置の動作を制御する弾性波計測制御装置と、前記弾性波計測装置の前記センサで計測した前記弾性波の波形データを保存する保存部と、前記荷電粒子ビームの被照射体の計測外形や組成・センサ配置のモデルの作成に必要な情報、および仮想の測定点を配置した仮想モデルの作成に必要な情報を保有するデータベースと、このデータベースに保有されたモデル作成必要情報を用いてモデルを作成し、このモデル上で、前記保存部に保存された前記波形データを入力値として用いて時間依存の演算を実施することで前記荷電粒子ビームの照射位置を演算する弾性波計測処理装置と、を備え、前記弾性波計測処理装置は、仮想モデル作成必要情報を用いて仮想モデルを作成し、この仮想モデル上で、仮想に配置した測定点の位置で新たに仮想取得波形を求め、この仮想取得波形データを入力値として用いて時間依存の演算を実施することで前記荷電粒子ビームの照射位置を演算することを特徴とする。
In order to solve the above problems, for example, the configuration described in the claims is adopted.
The present invention includes a plurality of means for solving the above-described problems. For example, an accelerator that accelerates and emits a charged particle beam, and an irradiation device that irradiates the charged particle beam emitted from the accelerator, A control device for controlling the accelerator and the irradiation device; and an elastic wave measurement device having a plurality of sensors capable of detecting elastic waves generated at rest of the charged particle beam irradiated by the irradiation device at a plurality of positions; An elastic wave measurement control device that controls the operation of the elastic wave measurement device, a storage unit that stores waveform data of the elastic wave measured by the sensor of the elastic wave measurement device, and an object to be irradiated with the charged particle beam a database to hold the information required to create a virtual model placed required information and virtual measurement points to create the measurement profile or model composition sensor arrangement, this A model is created using model creation necessary information held in a database, and the charged particle is obtained by performing time-dependent computation on the model using the waveform data stored in the storage unit as an input value. An elastic wave measurement processing device that calculates the irradiation position of the beam, and the elastic wave measurement processing device creates a virtual model using the virtual model creation necessary information and virtually arranges the measurement on the virtual model. A virtual acquisition waveform is newly obtained at the position of the point, and the irradiation position of the charged particle beam is calculated by performing time-dependent calculation using the virtual acquisition waveform data as an input value .
本発明によれば、荷電粒子ビームを照射した位置を精度よく実測し、記録に残すことができるようになる。 According to the present invention, the position irradiated with the charged particle beam can be measured with high accuracy and recorded.
以下に本発明の荷電粒子ビーム装置および荷電粒子ビーム照射位置特定装置ならびに荷電粒子ビーム照射位置特定方法の実施形態を、図面を用いて説明する。 Embodiments of a charged particle beam apparatus, a charged particle beam irradiation position specifying apparatus, and a charged particle beam irradiation position specifying method of the present invention will be described below with reference to the drawings.
<第1の実施形態>
本発明の荷電粒子ビーム装置および荷電粒子ビーム照射位置特定装置ならびに荷電粒子ビーム照射位置特定方法の第1の実施形態を、図1乃至図11を用いて説明する。
<First Embodiment>
A first embodiment of a charged particle beam device, a charged particle beam irradiation position specifying device, and a charged particle beam irradiation position specifying method of the present invention will be described with reference to FIGS.
図1は本実施形態の荷電粒子ビーム装置のブロック図、図2は弾性波計測装置のブロック図、図3乃至図5は弾性波計測に適したセンサの例、図6は治療スキームを示すフロー図、図7は弾性波計測・処理方法を示すフロー図、図8は取得データの処理を示す模式図、図9は2次元断層モデルの模式図、図10は3次元モデルの模式図、図11は弾性波解析に必要となる組織ごとのデータベースの一例である。 1 is a block diagram of a charged particle beam apparatus according to the present embodiment, FIG. 2 is a block diagram of an elastic wave measuring apparatus, FIGS. 3 to 5 are examples of sensors suitable for elastic wave measurement, and FIG. 6 is a flowchart showing a treatment scheme. FIG. 7, FIG. 7 is a flowchart showing an elastic wave measurement / processing method, FIG. 8 is a schematic diagram showing processing of acquired data, FIG. 9 is a schematic diagram of a two-dimensional tomographic model, and FIG. 10 is a schematic diagram of a three-dimensional model. Reference numeral 11 is an example of a database for each tissue necessary for elastic wave analysis.
まず、図1を用いて一般的な照射装置と本発明の計測装置の構成と役割を説明する。 First, the configuration and role of a general irradiation apparatus and the measurement apparatus of the present invention will be described with reference to FIG.
図1において、荷電粒子ビーム装置は、治療室内の治療ベッドに固定された被照射体(患者)212の患部に荷電粒子ビームを照射して治療を施すものであり、荷電粒子ビームを発生、加速、輸送、照射する照射系100、被照射体212に照射される荷電粒子ビームを計測する計測体系200、弾性波計測制御装置250、弾性波計測処理装置260、弾性波計測結果保持装置270、X線計測制御・処理装置300、被照射体情報取得装置400、照射制御装置500、照射計画装置・照射メンテナンス装置600等からなる。
In FIG. 1, a charged particle beam apparatus performs treatment by irradiating an affected part of an irradiated body (patient) 212 fixed to a treatment bed in a treatment room with a charged particle beam, and generates and accelerates a charged particle beam. An
照射系100は、加速器110、ビーム輸送系120、ガントリ130、照射野形成装置・照射ノズル140とから構成される。
The
加速器110は荷電粒子ビームを加速し、ビーム輸送系120に対して出射する。加速器110の種類としては、例えば、シンクロトロンやサイクロトロン、直線加速器が挙げられる。またこの加速器で加速し、被照射体212に照射する荷電粒子ビームは陽子や陽子より質量の重い炭素等の重粒子イオン、中性子などが挙げられる。
The
ビーム輸送系120は、加速器110の下流側に接続されており、加速器110とガントリ130や照射野形成装置・照射ノズル140とを接続する。
The
ガントリ130は、アイソセンタ(図示せず)を中心に回転可能な構成であり、ビームの照射角度を決める。ガントリ130が回転することによって、被照射体212に照射する荷電粒子ビームの照射角度を変更することができる。
The
照射野形成装置・照射ノズル140は、加速器110から出射された荷電粒子ビームを照射する装置であり、例えば照射方式がスポットスキャニング方式の場合、荷電粒子ビームの進行方向の上流側から順番に、上流ビームモニタ、走査電磁石、線量モニタおよび下流ビームモニタがビーム経路に沿って配置される。照射野形成装置・照射ノズル140は、スキャニングビームの照射野を形成する。
The irradiation field forming device /
この照射野形成装置・照射ノズル140による荷電粒子ビームの照射方式は、上述したスポット毎に粒子線の出射を停止するスポットスキャニング方式の他に、粒子線の出射を停止しないラスタースキャニング方式、患部の形状に合わせてビームを照射する際に散乱体でビーム径を拡大したのちコリメータで周辺部を削ってビームを整形する散乱体方式など、様々な方式を採用することができる。
The charged particle beam irradiation method by the irradiation field forming device /
計測体系200は、被照射体212に照射される荷電粒子ビームを計測する装置群であり、被照射体212の位置決めに使用する透過撮像を取得するX線計測装置230および弾性波計測装置240からなる計測体系220、撮像結果から荷電粒子ビームの中心位置が患部位置に一致するよう固定するための寝台210を備え、寝台210に固定された被照射体212の位置合わせを実施する。
The
X線計測制御・処理装置300は、被照射体212に対する照射計画を作成するために必要な被照射体212の断面を撮像し、記録する装置であり、荷電粒子ビームの被照射体212の計測外形や組成・センサ配置のモデルの作成に必要な情報を保有するデータベース320、このデータベース320に記録される情報を整理し、制御するための制御・処理装置310を備える。
The X-ray measurement control /
被照射体情報取得装置400は、X線CT装置などからなり、あらかじめ被照射体212の断層撮像を行い、被照射体212となる領域である患部及び周囲の組織の位置や形状の情報を取得するための装置である。被照射体情報取得装置400は、求めた患部及び周囲の組織の位置や形状の情報をX線計測制御・処理装置300のデータベース320に対して出力する。
The irradiated object
照射制御装置500は、照射計画装置・照射メンテナンス装置600、照射系100、弾性波計測制御装置250に接続され、これらの各装置の動作を制御する。この照射制御装置500は、照射計画装置・照射メンテナンス装置600からの設定データに基づいて、加速器運転のための運転パラメータの設定値、照射野を形成するための運転パラメータ、計画されるビーム位置およびビーム幅、線量の設定値を算出する機能を備えている。これらの運転パラメータおよびモニタ設定値は、照射制御装置500から照射系100および弾性波計測制御装置250に出力される。
The
照射計画装置・照射メンテナンス装置600は、あらかじめ被照射体情報取得装置400によって取得された被照射体212となる領域である患部及び周囲の組織の位置や形状の情報等、患部位置・範囲の治療前および治療過程の情報から必要な照射線量と照射範囲等の照射計画情報を作成し、記憶している。照射計画情報は、照射データ(荷電粒子ビームのエネルギーやエネルギー幅等のビームエネルギー情報、ノズル位置等の照射位置情報、各照射位置に対する荷電粒子ビームの目標線量値等)等を含んでいる。また、この照射計画装置・照射メンテナンス装置600は、弾性波計測処理装置260で求めた照射位置の情報に基づいて新たな照射計画を再度作成(更新)する。
The irradiation planning apparatus /
次に、図1を用いて一般的な照射装置と本発明の計測装置の動作を説明する。 Next, operations of a general irradiation apparatus and the measurement apparatus of the present invention will be described with reference to FIG.
図1において、照射前には、あらかじめ被照射体情報取得装置400で被照射体212の断層撮像を行い、被照射体212となる領域である患部及び周囲の組織の位置や形状を求め、データベース320に記録しておく。このCT撮像データを基に、照射計画装置・照射メンテナンス装置600は照射計画を作成する。
In FIG. 1, before irradiation, tomographic imaging of the
次に、計測体系200において、被照射体212の位置決めに使用するX線計測装置230で透過撮像を取得し、撮像結果から荷電粒子ビームの中心位置が患部位置に一致するように寝台210および寝台210に固定された被照射体212の位置合わせを実施する。
Next, in the
次いで、治療のための照射計画を基に、照射制御装置500によって照射系100を制御して荷電粒子ビームを患部へ照射する。
Next, based on the irradiation plan for treatment, the
照射系100では、加速器110で粒子を加速し、輸送系120を経て入射してきた荷電粒子ビームを、ガントリ130を用いて照射野形成装置・照射ノズル140から被照射体212に照射する。所望の位置に照射されているかは、荷電粒子ビームが輸送されてから出射されるまでの経路に設置したモニタで荷電粒子ビームの軌道や強度を監視して判断する。
In the
本発明では、上述の照射装置構成に、弾性波計測装置240と、弾性波計測制御装置250と、弾性波計測処理装置260と、弾性波計測結果保持装置270とが加わる。これらの弾性波計測装置240、弾性波計測制御装置250、弾性波計測処理装置260および弾性波計測結果保持装置270は、荷電粒子ビーム照射位置特定装置1000を構成する。
In the present invention, an elastic
次に図2を用いてこれら4つの弾性波を計測・活用するための装置について、構成と役割を説明する。 Next, the configuration and role of an apparatus for measuring and utilizing these four elastic waves will be described with reference to FIG.
弾性波計測装置240は、照射された荷電粒子ビームの静止時に発生する弾性波を計測する装置であり、照射された荷電粒子ビームが静止する際に発生する弾性波を複数位置で検出可能な、2つ以上のセンサ242と、このセンサ242で受けた弾性波を電気信号として変換したのちに増幅、A/D変換などして波形データとして取得するとともに、センサ位置検出装置252で検出したセンサ位置情報とを取得し、波形情報記憶装置256に出力する受信装置244、センサ242を駆動させる駆動装置246からなる。
The elastic
センサ242は、弾性波を検出する素子が複数2次元もしくは3次元上に配備されている。そのセンサ242の具体例について以下説明する。
In the
弾性波を検知するセンサ242としては、例えば、ハイドロフォン、アコースティックエミッションセンサ、医療や工業で使用される超音波センサなどが挙げられる。
Examples of the
また、図3〜図5に示すように、静止時に発生する弾性波を検知し、位置を特定するために、被照射体212の体表に弾性波信号を取得できる複数(N個)の素子からなるアレイセンサ242A,242B,242Cを固定することが望ましい。
Also, as shown in FIGS. 3 to 5, a plurality (N) of elements capable of acquiring an elastic wave signal on the body surface of the
例えば、図3に示すアレイセンサ242Aは、体表に2次元ないし3次元に分布する素子242A1からなるセンサの例である。ケーブル242A2によって計測された各素子からの電気信号は受信装置244に対して出力される。
For example, the
また、図4に示すアレイセンサ242Bは、被照射体212を固定する寝台210の上面210A(被照射体212との接触面)に素子242B1をあらかじめ埋め込み、配列したセンサの例である。
An
また、図5に示す多関節式アレイセンサ242Cは、被照射体212を固定し、かつ、被照射体212のわずかな動きも検知可能な多関節機構242C2に、素子242C1を複数配列したセンサの例である。
The articulated array sensor 242C shown in FIG. 5 is a sensor in which a plurality of elements 242C1 are arranged in an articulated mechanism 242C2 that fixes the
図2に戻り、弾性波計測制御装置250は、弾性波計測装置240の動作を制御する装置であり、センサ位置検出装置252、同期装置254、波形情報記憶装置256および駆動制御装置258からなる。
Returning to FIG. 2, the elastic wave
被照射体212とアレイセンサ242の素子位置との位置関係は弾性波の発生位置を求めるために重要な情報である。そこで、センサ位置検出装置252は、被照射体212とアレイセンサ242の素子位置との位置関係を、アレイセンサ242を寝台210に固定し寝台210を基準にして幾何的に演算する方法、図1の被照射体212の計測体系220中のX線計測装置230で被照射体212の照射部位の位置合わせを実施する際に得られる情報を活用する方法などにより、被照射体212とアレイセンサ242の素子位置との位置関係を検出する。
The positional relationship between the
同期装置254は、受信装置244に対して照射制御装置500からの外部信号(照射開始信号)に基づいて受信開始信号を出力する装置であり、照射系100の照射開始タイミングにあわせて波形データを取得するようセンサ242の計測開始と照射開始タイミングとを同期させる。
The
波形情報記憶装置256は、弾性波計測装置240のセンサ242で計測した弾性波信号を弾性波の波形データとして記憶するとともに、センサ位置検出装置252で検出したセンサ位置情報を記憶する。
The waveform
駆動制御装置258は、センサ242の位置を変更するための装置である。例えば、図3に示すようなアレイセンサ242Aを用いる場合で、広範囲に腫瘍が分布・離散する等の複数の治療個所がある場合に、より感度良く弾性波を受信できるようにセンサ自体を動かすことが望ましい。この駆動制御装置258は、そのような場合にセンサ242の位置を移動させるための装置である。
The
弾性波計測処理装置260は、弾性波計測結果を処理する装置であり、従来のように被照射体212を均質媒体とみなした幾何的計算処理を実施するのではなく、データベース320に保有されたモデル作成必要情報を用いてモデルを作成し、このモデル上で、波形情報記憶装置256に保存された波形データおよびセンサ242の位置情報を入力値として用いて時間依存の演算を実施することで、荷電粒子ビームの照射位置や荷電粒子ビームの照射範囲(照射分布)を演算するための装置である。弾性波計測処理装置260は、モデル作成装置262、解析装置264および解析結果評価装置266からなる。
The elastic wave
モデル作成装置262は、データベース320の被照射体212情報を活用して、弾性波信号を詳細に解析するための解析モデルを作成する。
The
解析装置264は、モデル作成装置262において作成されたモデル上で取得した弾性波信号データを数値解析して弾性波の発生位置を求める。
The
解析結果評価装置266は、解析装置264で求められた解析結果を評価する。
The analysis
これら弾性波計測処理装置260の各装置の動作の詳細については後述する。
Details of the operation of each device of the elastic wave
弾性波計測結果保持装置270は、弾性波計測処理装置260で求めた照射位置や照射範囲を記録する装置であり、評価結果保持装置272、表示装置276、表示画面制御装置274とからなる。この弾性波計測結果保持装置270において保存されたデータは、照射計画装置・照射メンテナンス装置600で次回の照射計画の作成にフィードバックして活用する。
The elastic wave measurement
評価結果保持装置272は、弾性波計測処理装置260によって求められた弾性波の発生位置情報および分布を保存する。
The evaluation
表示装置276は、弾性波計測処理装置260によって演算された荷電粒子ビームの照射位置である弾性波の発生位置やその発生範囲を表示するとともに、この弾性波の発生位置・範囲212Aと照射計画位置・範囲212Bについて被照射体212情報を用いて可視化して比較できるよう表示する。
The
表示画面制御装置274は、表示装置276のユーザーインターフェースを操作するための装置である。
The display
上記荷電粒子ビーム装置を用いた放射線治療について、図6および図7を用いて説明する。放射線治療は大きく分けて図6に示すような各ステップで構成される。 Radiotherapy using the charged particle beam apparatus will be described with reference to FIGS. Radiation therapy is roughly divided into steps as shown in FIG.
まず、ステップS000で、開始する。 First, it starts at step S000.
次いで、ステップS001において、CT撮像等の各種診断結果から照射計画を策定する。 Next, in step S001, an irradiation plan is formulated from various diagnostic results such as CT imaging.
次いで、ステップS002において、被照射体212の治療を実施するにあたり、寝台210を駆動して、被照射体212と照射位置の調整をする照射位置合わせを実施する。
Next, in step S002, when performing the treatment of the
次いで、ステップS003において、被照射体212の患部に荷電粒子ビームを照射する。
Next, in step S003, the affected part of the
ステップS003における照射後、ステップS004において、経過観察により再照射の必要性の判断を実施する。再照射が必要であれば、ステップS001に戻って照射計画を再策定し、ステップS002〜ステップS004を実施する。十分な効果が得られ、再照射が不要となった際には、ステップS005に処理を進め、治療を完了する。 After the irradiation in step S003, in step S004, the necessity of re-irradiation is determined by follow-up observation. If re-irradiation is necessary, the process returns to step S001 to re-develop the irradiation plan, and steps S002 to S004 are performed. When a sufficient effect is obtained and re-irradiation is no longer necessary, the process proceeds to step S005 to complete the treatment.
本発明の計測を実施するには、図7に示すフローを用いる。このフローは、図6のステップS003の段階で実施する。なお、以下の図7に示すフローは、図6に示した治療以外の目的として、ファントムや水などを被照射体212とした、装置のメンテナンスや調整の際に実施することができる。
To implement the measurement of the present invention, the flow shown in FIG. 7 is used. This flow is performed in the step S003 in FIG. The following flow shown in FIG. 7 can be performed during maintenance and adjustment of the apparatus using phantom, water, or the like as the
まず、ステップS100において、弾性波計測装置240のセンサ242を用いて弾性波計測を開始する。このステップS100では、複数のセンサ242を用いて複数位置で計測する。
First, in step S100, elastic wave measurement is started using the
次いで、ステップS101において、弾性波の受信を開始する。受信を開始するには、例えば照射開始の信号を外部信号として、図2に表記した同期装置254で検知し、受信開始信号を受信装置244に対して出力し、受信装置244がセンサ242からの信号の入力を開始する。
Next, in step S101, reception of elastic waves is started. To start reception, for example, an irradiation start signal is detected as an external signal by the
次いで、ステップS102において、弾性波計測装置240の受信装置244を用いて、波形情報を一定時間記録する。
Next, in step S102, the waveform information is recorded for a certain period of time using the
次いで、ステップS103において、弾性波計測処理装置260は、モデル作成装置262によって、センサ位置情報やCT画像情報を基にして、荷電粒子ビームの被照射体212の計測外形や組成・センサ配置のモデルAを作成し、解析装置264によって、このモデルA上でステップS100−S102で計測された弾性波の波形データ情報の解析1を実施し、荷電粒子ビームの照射位置や照射範囲を特定する。詳細は後述する。
Next, in step S103, the elastic wave
次いで、ステップS104において、弾性波計測処理装置260は、解析結果を処理し、弾性波計測結果保持装置270に対して出力する。
Next, in step S <b> 104, the elastic wave
最後に、ステップS105で、弾性波計測を終了する。 Finally, in step S105, the elastic wave measurement is terminated.
ステップS103において実施する解析1で使用する解析アルゴリズムは、主として時間依存して解析するアルゴリズムであり、有限積分法・有限要素法など様々なアルゴリズムが挙げられる。また、時間依存して解析するアルゴリズム以外にも、レイトレース法のような幾何的な解析手法を用いても実現可能である。
The analysis algorithm used in the
また、ステップS103のモデル作成装置262によって作成し、弾性波の伝搬現象を解析する際に使用するモデルAは、人体の組織情報を反映した解析メッシュである。この解析メッシュの作成にあたり、照射計画の策定上、患者の患部を特定するのに必須の項目であるCT画像や超音波診断画像を利用する。特に、図9に示すような照射目標(2D)212Cを含む2次元(2D)のCT断面410、あるいは図10に示すような2DのCT断面410を少しずつずらして撮像し3次元(3D)化した照射目標(3D)212Dを含むCTデータ410Aは、画像の濃淡が、骨416、脂肪・筋肉414、臓器412、患部などの組織の密度などを示しているので、精密な弾性波の伝搬解析モデルを作成する上で有効である。さらに、図3から図5に示すアレイセンサ242A,242B,242Cを用いて照射位置と照射範囲を特定する場合、図10に示すような3DのCTデータが特に有効となる。また伝搬解析モデルを作成する際には、図11に示すように、CT画像の濃淡を弾性波の伝搬解析に必要なデータ、すなわち、密度、弾性率、音速に対応させると良い。これによって、人体の組織を反映した弾性波の伝搬解析モデルを作成することができる。解析領域を定義する際には、センサ242の位置、計測対象(患者)の形状、骨416、脂肪・筋肉414、臓器412等の種類を入力情報として境界条件を作成し、解析領域をメッシュに分割する。なお、解析領域のメッシュサイズは、オペレータによる入力や、予め検出される弾性波の波長によって設定された数値を用いるなどの方法によって決定すればよい。
The model A created by the
図7の各ステップにおける、モデルA、解析1、出力について、図8を用いて以下詳細に説明する。
The model A,
図7のフローにおけるステップS101とステップS102で、弾性波を検知する素子がN個ついたアレイセンサ242を用いて、被照射体212から収録したN個の波形をφ1(t),…,φN(t)(1≦n≦N)とする。収録開始時間は、同期装置254によって荷電粒子ビームの照射タイミングに概ねあわせて開始されており、収録時間は弾性波の波形が取得できる十分な時間Tとする。
In step S101 and step S102 in the flow of FIG. 7, N waveforms recorded from the
波形の収録に成功すれば、これらN個の波形を時間反転し、時間反転波形φ1’(t),…,φN’(t)(1≦n≦N)を生成し、これを解析の初期の荷重条件とする。時間反転操作は、φn’(t)=φn(T−t)である。 If the waveform recording is successful, these N waveforms are time-reversed to generate time-reversed waveforms φ 1 ′ (t),..., Φ N ′ (t) (1 ≦ n ≦ N), which are analyzed The initial load condition is as follows. The time reversal operation is φ n ′ (t) = φ n (T−t).
この時間反転させた荷重条件を、ステップS103において、例えばCT画像をベースとしたモデル作成装置262により作成したモデルA上において、有限要素法などのアルゴリズムを用いて数値計算する。これを逆伝搬解析という。このような伝搬解析を実施する数値計算では、時間が経過するとともに各素子から進行する波面を観測することができ、ステップS104に示すように、各波面がある時間txにおいて集束し(重なり合い)、強度が強くなる。最も強度が強く観測される点が、音源位置(弾性波の発生位置)であり、すなわち照射位置および照射範囲となる。この音源位置を特定するには、解析後の解析メッシュの各画素における強度の時間変化を調べてもよいし、相関処理により演算してもよい。
In step S103, the time-reversed load condition is numerically calculated using an algorithm such as a finite element method on the model A created by the
次に、本実施形態の効果について説明する。 Next, the effect of this embodiment will be described.
上述した本発明の荷電粒子ビーム装置および荷電粒子ビーム照射位置特定装置ならびに荷電粒子ビーム照射位置特定方法の第1の実施形態では、出射された荷電粒子ビームが被照射体212を照射したときに、照射位置から発生する音響信号(弾性波)をセンサ242で検知する。また、被照射体212の情報を活用して弾性波信号を詳細に解析するための被照射体212の性質を考慮した解析モデルを作成し、検知した弾性波をこの解析モデルに基づいて数値解析して弾性波の発生位置を求めることで実際の照射位置や照射範囲を求める。
In the first embodiment of the charged particle beam device, the charged particle beam irradiation position specifying device, and the charged particle beam irradiation position specifying method of the present invention described above, when the emitted charged particle beam irradiates the
これによって、人体のように非均質性を有する場合でも、精度よく荷電粒子ビームの実際の照射位置や照射範囲を求めることができ、医療用に好適な高精度の荷電粒子ビーム装置や荷電粒子ビーム照射位置特定装置、荷電粒子ビーム照射位置特定方法を提供することができる。また、荷電粒子ビームの照射制御の調整、あるいは、治療中にリアルタイムで照射位置・範囲を求めることができ、安全性や治療精度を高めることができる。 As a result, the actual irradiation position and irradiation range of the charged particle beam can be obtained with high accuracy even when the human body has non-homogeneity, and a highly accurate charged particle beam device or charged particle beam suitable for medical use can be obtained. An irradiation position specifying device and a charged particle beam irradiation position specifying method can be provided. In addition, the irradiation position / range can be obtained in real time during adjustment of irradiation control of a charged particle beam or during treatment, and safety and treatment accuracy can be improved.
また、弾性波計測処理装置260で求めた照射位置に従い、照射計画を更新するため、被照射体212中の照射位置情報・範囲情報がより正確になり、ステップS004で再照射が必要であると判断された場合などにおける次の照射計画の作成の際の照射計画の精度をより向上させることができる。
Further, since the irradiation plan is updated according to the irradiation position obtained by the elastic wave
更に、照射系100の照射開始タイミングにあわせて波形データを取得するようセンサ242の計測開始と照射開始タイミングとを同期させることで、データ数が膨大になることを抑制することができる。
Furthermore, by synchronizing the measurement start of the
また、被照射体212の計測外形や組成・センサ配置のモデルとして、CT断層データを用いて3次元化し、CT断層データの濃淡分布を基に音速・密度・弾性定数の情報を付与したモデルを作成することにより、より精度の高い人体の組織を反映した弾性波の伝搬解析モデルを作成することができ、より高精度な照射位置・範囲の特定が可能となる。
In addition, as a model of the measurement outer shape, composition, and sensor arrangement of the
また、弾性波計測処理装置260によって演算された荷電粒子ビームの照射位置である弾性波の発生位置を表示することにより、照射目標とともに画像情報として表示することができ、よって直接測定に基づく照射位置・範囲の記録の確認を行うようにできるようになる。
Moreover, by displaying the generation position of the elastic wave that is the irradiation position of the charged particle beam calculated by the elastic wave
また、弾性波の発生位置と照射計画位置について被照射体212情報を用いて可視化して比較表示することにより、先の照射における照射の精度の確認及び効果の確認がより容易となる。
Further, by visualizing and comparing the generation position of the elastic wave and the irradiation planned position using the
また、センサ242を、弾性波を検出する素子が複数2次元もしくは3次元上に配備することにより、静止時に発生する弾性波の位置特定に必要な弾性波信号の取得精度をより向上させることができ、より高い精度で荷電粒子ビームの実際の照射位置と照射範囲を求めることができる。
In addition, the
また、弾性波計測処理装置260で求めた照射位置を記録する評価結果保持装置272を備えたことにより、データを記録に残すことができ、直接測定に基づく照射位置・範囲の記録の確認がより容易になる。
In addition, since the evaluation
<第2の実施形態>
本発明の荷電粒子ビーム装置および荷電粒子ビーム照射位置特定装置ならびに荷電粒子ビーム照射位置特定方法の第2の実施形態を図12および図13を用いて説明する。本実施形態では、図1乃至図11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12は解析モデル変更を伴う弾性波計測・処理方法を示すフロー図、図13は解析モデル変更を伴う場合の取得データの処理を示す模式図である。
<Second Embodiment>
A second embodiment of the charged particle beam apparatus, charged particle beam irradiation position specifying apparatus, and charged particle beam irradiation position specifying method of the present invention will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, the same components as those in FIGS. 1 to 11 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. The same applies to the following embodiments.
FIG. 12 is a flowchart showing an elastic wave measurement / processing method involving an analysis model change, and FIG. 13 is a schematic diagram showing processing of acquired data when an analysis model change is involved.
第1の実施形態のような音源位置の特定方法に加えて、更に精密な解析モデルを作成することが位置特定の精度をより高めるために好適である。これは、以下のような理由による。 In addition to the method of specifying the sound source position as in the first embodiment, it is preferable to create a more accurate analysis model in order to further increase the accuracy of position specification. This is due to the following reasons.
人体の場合、呼吸による外形の変化、自重による臓器412の変化、人の動きなどがある。この変化が大きい場合、図7および図8に示すステップS103とステップS104で、元々持っていた被照射体212情報(CTデータ)を活用して作成したモデル上で解析しても、弾性波計測時と位置ずれが生じることが考えられる。このことは、このような位置ずれを考慮することによって、更に高い精度をもって照射位置と照射範囲を特定することができることを意味する。
In the case of the human body, there are changes in the outer shape due to respiration, changes in the
そこで、本実施形態では、体表などの動きをモニタしておき、人体外形やそれにあわせたセンサ242の位置などの情報を更新して逆伝搬解析を実施する。
Therefore, in this embodiment, the movement of the body surface or the like is monitored, and information such as the outline of the human body and the position of the
そのために、本実施形態の荷電粒子ビーム装置では、データベース320は、被照射体212となる領域である患部及び周囲の組織の位置や形状の情報に加えて、人体の外形変化やこの人体の外形変化に伴うセンサ242位置の変化の情報を更に保有している。この変化の情報も、例えば被照射体情報取得装置400等で予め測定しておくことが望ましい。
Therefore, in the charged particle beam apparatus according to the present embodiment, the
また、弾性波計測処理装置260のモデル作成装置262は、このデータベース320に保有された変化モデル作成必要情報を用いて変化モデル(モデルB)を作成し、この変化モデルを用いて荷電粒子ビームの照射位置を演算する。
Further, the
次いで、図12を用いて本実施形態の特定処理フローを、また図13を用いてモデルA、モデルB、解析1、解析2、出力について詳細に説明する。
Next, the specific processing flow of this embodiment will be described with reference to FIG. 12, and the model A, model B,
ステップS100〜ステップS104およびステップS105は、図7および図8と同じである。 Steps S100 to S104 and step S105 are the same as those in FIGS.
ステップS104の後、ステップS200において、弾性波計測処理装置260の解析結果評価装置266によって、解析結果として十分な弾性波の発生位置の信号強度は得られたかどうかを判断する。このステップS200では、例えば、ステップS103における逆伝搬解析によって得られた波形データにおいて波高値のピークが得られているか否かなどで判断する。ステップS200で十分な信号強度が得られたと判断された場合は、ステップS100−S104における処理で十分に弾性波発生位置の特定の精度が十分に担保されていると判断してステップS105に処理を進め、弾性波計測を終了する。これに対し得られなかったと判断された場合は、ステップS201に処理を進める。
After step S104, in step S200, the analysis
次いでステップS201において、弾性波計測処理装置260の解析結果評価装置266によって、再解析が必要かどうかを判断する。このステップS200では、例えば、まず、ステップS200において判断された波高値のピークとなる時間txのうち、ピークのXX%(例えば70%、50%等任意に設定する)までの場所の分布はどの位置であるかを評価する。そして、評価した結果、ピークのXX%の位置が予想外の位置や予想外に広範囲に離散・分布し、さらに離散・分布の中心が本来の装置精度より大幅に超えているか否かで判断する。この場合、予想外の位置や予想外に広範囲に離散・分布し、さらに離散・分布の中心が本来の装置精度より大幅に超えている場合は再解析が必要であると判断し、予想外の位置や予想外に広範囲に離散・分布していない場合や離散・分布の中心が本来の装置精度より大幅に超えていない場合は位置特定精度は十分に担保されていると判断して再解析は不要であると判断する。ステップS201で再解析が不要と判断された場合にはステップS105に処理を進め、弾性波計測を終了する。これに対し再解析が必要であると判断された場合には処理をステップS202に進める。
Next, in step S201, the analysis
ステップS202では、弾性波計測処理装置260のモデル作成装置262および解析装置264によって、人体の外形変化やそれに伴うセンサ242の位置の変化にあわせた作成モデルBを作成し、この作成したモデルB上で解析2を実施する。本ステップにおいて、作成モデルBは作成モデルAより弾性波計測時の状況をより精度よくモデル化したものになり、解析1と解析2は基本的に同じ時間反転波形を用い、同じアルゴリズムで解析する。なお、モデルBは、例えば、人体の外形変化やそれに伴うセンサ242の位置の変化を予め測定した情報をデータベース320に保有させておき、モデル作成装置262において作成すればよい。
In step S202, the
次いで、ステップS203で、弾性波計測処理装置260は、解析結果を処理し、弾性波計測結果保持装置270に対してステップS202での解析結果を出力し、処理をステップS200に戻す。
Next, in step S203, the elastic wave
ステップS200では、弾性波計測処理装置260の解析結果評価装置266によって、再度、十分な信号強度が得られたかを判断する。得られなかった場合、ステップS201にて同様の判断を繰り返す。
In step S200, the analysis
本発明の荷電粒子ビーム装置および荷電粒子ビーム照射位置特定装置ならびに荷電粒子ビーム照射位置特定方法の第2の実施形態においても、前述した第1の実施形態の荷電粒子ビーム装置および荷電粒子ビーム照射位置特定装置ならびに荷電粒子ビーム照射位置特定方法とほぼ同様な効果が得られる。 Also in the second embodiment of the charged particle beam apparatus, charged particle beam irradiation position specifying apparatus, and charged particle beam irradiation position specifying method of the present invention, the charged particle beam apparatus and charged particle beam irradiation position of the first embodiment described above. The same effects as those of the specifying apparatus and the charged particle beam irradiation position specifying method can be obtained.
また、変化モデルを用いて荷電粒子ビームの照射位置を演算ことにより、呼吸による外形の変化、自重による臓器412の変化、人の動きなどが生じた場合であっても、このような位置ずれを考慮した弾性波発生位置の特定の解析を行うことができ、更に高い精度をもって照射位置や照射範囲を特定することができるようになる。
Further, by calculating the irradiation position of the charged particle beam using the change model, even if a change in the external shape due to respiration, a change in the
なお、ステップS103の時点から人体の外形変化やそれに伴うセンサ位置の変化にあわせた作成モデルBを用いて解析しても良い。 In addition, you may analyze using the creation model B matched with the external shape change of a human body and the change of the sensor position accompanying it from the time of step S103.
<第3の実施形態>
本発明の荷電粒子ビーム装置および荷電粒子ビーム照射位置特定装置ならびに荷電粒子ビーム照射位置特定方法の第3の実施形態を図14および図15を用いて説明する。
図14はデータを補完する場合の弾性波計測・処理方法を示すフロー図、図15は取得データと補完したデータを用いた場合の処理を示す模式図である。
<Third Embodiment>
A third embodiment of the charged particle beam apparatus, charged particle beam irradiation position specifying apparatus, and charged particle beam irradiation position specifying method of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 14 is a flowchart showing an elastic wave measurement / processing method when data is complemented, and FIG. 15 is a schematic diagram showing processing when acquired data and complemented data are used.
第1の実施形態のような音源位置の特定方法は、取得波形データが多いほど位置特定精度を高めることができる。これに対し、図8に示すような骨416が弾性波の発生位置とアレイセンサ242との間の位置する場合は、弾性波は骨416でほとんど反射されるため、一部の素子で弾性波を十分検知できない可能性がある。また、人体形状、治療装置形状によるアレイセンサ242の配置制限のため、十分な素子数で弾性波を検知できない可能性がある。このように検知可能な素子数に限りがある場合に、仮想素子を解析上で考えることによって十分な精度をもって照射位置と照射範囲を特定することができるようになる。
The sound source position specifying method as in the first embodiment can increase the position specifying accuracy as the acquired waveform data increases. On the other hand, when the
そのために、本実施形態の荷電粒子ビーム装置では、データベース320は、被照射体212となる領域である患部及び周囲の組織の位置や形状の情報に加えて、仮想の測定点を配置した仮想モデルの作成に必要な情報を更に保有している。
Therefore, in the charged particle beam apparatus according to the present embodiment, the
また、弾性波計測処理装置260のモデル作成装置262は、このデータベース320に保有された仮想モデル作成必要情報を用いて仮想モデルを作成し、この仮想モデル上で、仮想に配置した測定点の位置で新たに仮想取得波形を求め、この仮想取得波形データを入力値として用いて時間依存の演算を実施することで荷電粒子ビームの照射位置を演算する。
In addition, the
次いで、図14を用いて本実施形態の特定処理フローを、また図15を用いてモデルA、モデルB、モデルC、解析1、解析2、解析3とそれぞれの出力について詳細に説明する。
Next, the specific processing flow of the present embodiment will be described with reference to FIG. 14, and Model A, Model B, Model C,
ステップS100〜ステップS104およびステップS105は、図7および図8と同じである。 Steps S100 to S104 and step S105 are the same as those in FIGS.
ステップS104の後、ステップS200に処理を進める。このステップS200は、図12および図13と同じであり、十分な信号強度が得られたと判断された場合はステップS105に処理を進め、得られなかったと判断された場合は、ステップS201に処理を進める。 After step S104, the process proceeds to step S200. This step S200 is the same as FIG. 12 and FIG. 13, and if it is determined that sufficient signal strength has been obtained, the process proceeds to step S105. If it is determined that it has not been obtained, the process proceeds to step S201. Proceed.
次のステップS201も、図12および図13と概略同じであり、再解析が不要と判断された場合にはステップS105に処理を進め、弾性波計測を終了する。これに対し再解析が必要であると判断された場合には処理をステップS300に進める。 The next step S201 is also substantially the same as FIG. 12 and FIG. 13, and if it is determined that reanalysis is unnecessary, the process proceeds to step S105 and the elastic wave measurement is terminated. On the other hand, if it is determined that reanalysis is necessary, the process proceeds to step S300.
ステップS300では、まず、弾性波計測処理装置260のモデル作成装置262によって、例えば図15中のステップS300に示しているように、新たに仮想の測定点N+1,N+2…を配置したモデルCを作成する。このモデルCは、CT断層を見て、ろっ骨など骨の真上にセンサが配置されない(センサに発生した弾性波が到達する、かつ、実際にはセンサが無い)部分を選択した情報を予めオペレータがデータベース320に保有させておき、モデル作成装置262において作成すればよい。また、このステップS300では、弾性波計測処理装置260の解析装置264によって、まず、図中メッシュを画素ij、メッシュのある特定の画素における波形の強度の変化をξij(t)としたときに、ステップS103で解析することによって出力され、ステップS104で得られた弱い信号に基づき、波がどんどん逆伝搬していく静止画像データを時間方向に重ねることで特定の範囲(弾性波の発生したらしき範囲、音源)近傍の画素(i,j)の範囲を特定するとともに、ステップS103におけるモデルA、解析1の結果から、音源近傍の画素における強度変化ξij(t)を演算する。
In step S300, first, a model C in which virtual measurement points N + 1, N + 2,... Are newly arranged is created by the
次いで、ステップS301において、弾性波計測処理装置260の解析装置264によって、仮想に配置したN+1,N+2…の位置で新たに仮想取得波形φN+1(t)、φN+2(t)…を求める。このステップS301では、解析3として、ステップS300で求めた音源近傍の画素における強度変化ξij(t)を暫定的な照射位置と仮定し、この位置から強度変化ξij(t)に応じた強度の弾性波が生じたと仮定して仮想取得波形を演算する。この解析3も、解析1や解析2と同様のアルゴリズムを用いることが望ましい。
Next, in step S301, the virtual acquisition waveforms φ N + 1 (t), φ N + 2 (t),... Are newly obtained by the
ステップS302では、弾性波計測処理装置260の解析装置264によって、新たに得たN+1,N+2…の仮想取得波形を時間反転して仮想の荷重条件φN+1(t)、φN+2(t)…を作成する。
In step S302, the newly acquired virtual acquired waveforms N + 1, N + 2,... Are time-reversed by the
次いで、同様に、ステップS202のモデルBで弾性波計測処理装置260の解析装置264によって、解析2を用いて、ステップS103で作成したN個の波形の荷重条件とステップS302で新たに作成した仮想の荷重条件との逆伝搬解析を実施する。
Next, similarly, using the analysis 2 by the
その後、ステップS203において弾性波計測処理装置260は、解析結果を処理し、弾性波計測結果保持装置270に対してステップS202での解析結果を出力して、処理をステップS200に戻し、ステップS105に到達するまで処理を繰り返す。
Thereafter, in step S203, the elastic wave
本発明の荷電粒子ビーム装置および荷電粒子ビーム照射位置特定装置ならびに荷電粒子ビーム照射位置特定方法の第3の実施形態においても、前述した第1の実施形態の荷電粒子ビーム装置および荷電粒子ビーム照射位置特定装置ならびに荷電粒子ビーム照射位置特定方法とほぼ同様な効果が得られる。 Also in the third embodiment of the charged particle beam apparatus, charged particle beam irradiation position specifying apparatus, and charged particle beam irradiation position specifying method of the present invention, the charged particle beam apparatus and charged particle beam irradiation position of the first embodiment described above. The same effects as those of the specifying apparatus and the charged particle beam irradiation position specifying method can be obtained.
また、仮想の測定点を配置した仮想モデルを作成し、この仮想モデル上で、仮想に配置した測定点の位置で新たに仮想取得波形を求め、この仮想取得波形データを入力値として用いて時間依存の演算を実施することで荷電粒子ビームの照射位置を演算することにより、骨416の存在によって弾性波を十分に検知できない場合や、人体形状、治療装置形状によるアレイセンサ242の配置制限がある場合に生じる十分な素子数で弾性波を検知できないとのケースでも、十分な強度をもって照射位置や照射範囲を特定することができ、高い精度をもって照射位置と照射範囲を特定することができる。
Also, a virtual model in which virtual measurement points are arranged is created, a virtual acquisition waveform is newly obtained on the virtual model at the position of the virtual measurement points, and time is obtained using this virtual acquisition waveform data as an input value. By calculating the irradiation position of the charged particle beam by performing the dependency calculation, there is a case where the elastic wave cannot be sufficiently detected due to the presence of the
<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・処理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・処理の一部を他の実施形態の構成・処理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・処理に他の実施形態の構成・処理を加えることも可能である。また、各実施形態の構成・処理の一部について、他の構成・処理の追加・削除・置換をすることも可能である。
<Others>
In addition, this invention is not limited to said embodiment, Various modifications are included. The above embodiment has been described in detail for easy understanding of the present invention, and is not necessarily limited to the one having all the configurations and processes described. It is also possible to replace a part of the configuration / process of an embodiment with the configuration / process of another embodiment, and to add the configuration / process of another embodiment to the configuration / process of an embodiment. Is also possible. In addition, it is possible to add, delete, and replace other configurations and processes for a part of the configurations and processes of each embodiment.
例えば、荷電粒子ビームが輸送されてから出射されるまでに設置したモニタで、荷電粒子ビームの照射線上は計算で求めることが可能であるので、この情報を活用して、荷電粒子ビームの通過した位置情報を予め求めておき、この情報を利用して荷電粒子ビームの静止位置を特定することができる。 For example, a charged particle beam can be obtained by calculation with a monitor installed from when the charged particle beam is transported to when it is emitted, so this information can be used to pass the charged particle beam. Position information is obtained in advance, and the stationary position of the charged particle beam can be specified using this information.
100…照射系、
110…加速器、
120…ビーム輸送系、
130…ガントリ、
140…照射野形成装置・照射ノズル、
200…計測体系、
210…寝台、
210A…寝台上面(照射対象との接触面)、
212…被照射体、
212A…弾性波の発生位置・範囲、
212B…照射計画位置・範囲、
212C…照射目標(2D)、
212D…照射目標(3D)、
220…被照射体計測体系、
230…X線計測装置、
240…弾性波計測装置、
242…センサ、
242A…アレイセンサ、
242A1…素子、
242A2…ケーブル、
242B…アレイセンサ、
242B1…素子、
242C…多関節式アレイセンサ、
242C1…素子、
242C2…関節機構、
244…受信装置、
246…駆動装置、
250…弾性波計測制御装置、
252…センサ位置検出装置、
254…同期装置、
256…波形情報記憶装置(保存部)、
258…駆動制御装置、
260…弾性波計測処理装置、
262…モデル作成装置、
264…解析装置、
266…解析結果評価装置、
270…弾性波計測結果保持装置、
272…評価結果保持装置、
274…表示画面制御装置、
276…表示装置、
300…X線計測制御・処理装置、
310…制御・処理装置、
320…データベース(被照射体情報保持装置)、
400…被照射体情報取得装置、
410…CT断面、
410A…CTデータ、
412…臓器、
414…脂肪・筋肉、
416…骨、
500…照射制御装置、
600…照射計画装置・照射メンテナンス装置、
1000…荷電粒子ビーム照射位置特定装置。
100 ... irradiation system,
110 ... Accelerator,
120: Beam transport system,
130 ... Gantry,
140 ... Irradiation field forming device / irradiation nozzle,
200 ... Measurement system,
210 ... Sleeper,
210A ... bed top surface (contact surface with irradiation object),
212 ... Subject to be irradiated,
212A: Elastic wave generation position and range,
212B ... Irradiation plan position / range,
212C ... Irradiation target (2D),
212D ... Irradiation target (3D),
220 ... irradiated object measurement system,
230 ... X-ray measuring device,
240 ... elastic wave measuring device,
242 ... Sensor,
242A ... Array sensor,
242A1 element,
242A2 ... cable,
242B ... Array sensor,
242B1 ... element,
242C ... Articulated array sensor,
242C1 element,
242C2 ... Joint mechanism,
244 ... Receiving device,
246 ... Driving device,
250 ... elastic wave measurement control device,
252 ... Sensor position detection device,
254 ... Synchronizer,
256 ... Waveform information storage device (storage unit),
258 ... Drive control device,
260 ... elastic wave measurement processing device,
262 ... Model creation device,
264 ... analysis device,
266 ... analysis result evaluation device,
270 ... Elastic wave measurement result holding device,
272 ... Evaluation result holding device,
274 ... Display screen control device,
276 ... display device,
300 ... X-ray measurement control / processing device,
310 ... control / processing device,
320 ... database (irradiated object information holding device),
400 ... irradiated object information acquisition device,
410 ... CT cross section,
410A ... CT data,
412 ... organs,
414 ... fat / muscle,
416 ... bones,
500 ... irradiation control device,
600 ... Irradiation planning device / irradiation maintenance device,
1000: Charged particle beam irradiation position specifying device.
Claims (14)
この加速器から出射された荷電粒子ビームを照射する照射装置と、
前記加速器および前記照射装置を制御する制御装置と、
前記照射装置によって照射された前記荷電粒子ビームの静止時に発生する弾性波を複数位置で検出可能な複数のセンサを有する弾性波計測装置と、
この弾性波計測装置の動作を制御する弾性波計測制御装置と、
前記弾性波計測装置の前記センサで計測した前記弾性波の波形データを保存する保存部と、
前記荷電粒子ビームの被照射体の計測外形や組成・センサ配置のモデルの作成に必要な情報、および仮想の測定点を配置した仮想モデルの作成に必要な情報を保有するデータベースと、
このデータベースに保有されたモデル作成必要情報を用いてモデルを作成し、このモデル上で、前記保存部に保存された前記波形データを入力値として用いて時間依存の演算を実施することで前記荷電粒子ビームの照射位置を演算する弾性波計測処理装置と、を備え、
前記弾性波計測処理装置は、仮想モデル作成必要情報を用いて仮想モデルを作成し、この仮想モデル上で、仮想に配置した測定点の位置で新たに仮想取得波形を求め、この仮想取得波形データを入力値として用いて時間依存の演算を実施することで前記荷電粒子ビームの照射位置を演算する
ことを特徴とする荷電粒子ビーム装置。 An accelerator that accelerates and emits charged particle beams;
An irradiation device for irradiating a charged particle beam emitted from the accelerator;
A control device for controlling the accelerator and the irradiation device;
An elastic wave measuring device having a plurality of sensors capable of detecting elastic waves generated at a plurality of positions when the charged particle beam irradiated by the irradiation device is stationary;
An elastic wave measurement control device for controlling the operation of the elastic wave measurement device;
A storage unit for storing waveform data of the elastic wave measured by the sensor of the elastic wave measuring device;
A database that holds information necessary for creating a model of measurement outline and composition / sensor arrangement of the charged particle beam to be irradiated , and information necessary for creating a virtual model in which virtual measurement points are arranged ;
A model is created using the model creation necessary information held in the database, and the charge is obtained by performing time-dependent computation on the model using the waveform data stored in the storage unit as an input value. An elastic wave measurement processing device for calculating the irradiation position of the particle beam ,
The elastic wave measurement processing device creates a virtual model using the virtual model creation necessary information, obtains a newly acquired waveform at the position of the measurement point virtually arranged on the virtual model, and acquires the virtual acquired waveform data The charged particle beam apparatus is characterized in that the irradiation position of the charged particle beam is calculated by performing a time-dependent calculation using as an input value .
前記荷電粒子ビームの照射計画を作成する照射計画装置を更に備え、
この照射計画装置は、前記弾性波計測処理装置で求めた照射位置に従い、照射計画を更新する
ことを特徴とする荷電粒子ビーム装置。 The charged particle beam device according to claim 1.
An irradiation plan device for creating an irradiation plan of the charged particle beam;
This irradiation plan apparatus updates an irradiation plan according to the irradiation position calculated | required with the said elastic wave measurement processing apparatus. The charged particle beam apparatus characterized by the above-mentioned.
前記弾性波計測制御装置は、前記照射装置の照射開始タイミングにあわせて前記波形データを取得するよう前記センサの計測開始と照射開始タイミングとを同期させる同期装置を有する
ことを特徴とする荷電粒子ビーム装置。 The charged particle beam device according to claim 1.
The elastic wave measurement control device includes a synchronization device that synchronizes the measurement start and irradiation start timing of the sensor so as to acquire the waveform data in accordance with the irradiation start timing of the irradiation device. apparatus.
前記弾性波計測処理装置は、前記被照射体の計測外形や組成・センサ配置のモデルとして、CT断層データを用いて3次元化し、CT断層データの濃淡分布を基に音速・密度・弾性定数の情報を付与したモデルを作成する
ことを特徴とする荷電粒子ビーム装置。 The charged particle beam device according to claim 1.
The elastic wave measurement processing apparatus uses CT tomographic data as a three-dimensional model of the measurement outline, composition, and sensor arrangement of the irradiated object, and sets the sound velocity, density, and elastic constant based on the density distribution of the CT tomographic data. A charged particle beam device characterized by creating a model with information.
前記弾性波計測処理装置によって演算された前記荷電粒子ビームの照射位置を可視化する表示装置を更に備えた
ことを特徴とする荷電粒子ビーム装置。 The charged particle beam device according to claim 1.
A charged particle beam apparatus, further comprising: a display device that visualizes an irradiation position of the charged particle beam calculated by the elastic wave measurement processing apparatus.
前記表示装置は、更に、前記荷電粒子ビームの照射位置と照射計画における荷電粒子ビームの照射計画位置とを比較表示する
ことを特徴とする荷電粒子ビーム装置。 The charged particle beam device according to claim 5.
The display device further compares and displays the charged particle beam irradiation position and the charged particle beam irradiation planned position in the irradiation plan.
前記センサは、前記弾性波を検出する素子が複数2次元もしくは3次元上に配備されたものである
ことを特徴とする荷電粒子ビーム装置。 The charged particle beam device according to claim 1.
The charged particle beam apparatus according to claim 1, wherein a plurality of elements for detecting the elastic wave are arranged in two dimensions or three dimensions.
前記データベースは、人体の外形変化やこの人体の外形変化に伴うセンサ位置の変化にあわせた変化モデルの作成に必要な情報を更に保有し、
前記弾性波計測処理装置は、更に、変化モデル作成必要情報を用いて変化モデルを作成し、この変化モデルを用いて前記荷電粒子ビームの照射位置を演算する
ことを特徴とする荷電粒子ビーム装置。 The charged particle beam device according to claim 1.
The database further holds information necessary for creating a change model in accordance with a change in the outer shape of the human body and a change in the sensor position accompanying the change in the outer shape of the human body,
The charged particle beam apparatus characterized in that the elastic wave measurement processing apparatus further creates a change model using change model creation necessary information and calculates an irradiation position of the charged particle beam using the change model.
前記弾性波計測処理装置で求めた照射位置を記録する記録装置を更に備えた
ことを特徴とする荷電粒子ビーム装置。 The charged particle beam device according to claim 1.
A charged particle beam device, further comprising a recording device that records an irradiation position obtained by the elastic wave measurement processing device.
前記弾性波計測処理装置は、更に前記荷電粒子ビームの照射範囲を演算する
ことを特徴とする荷電粒子ビーム装置。 The charged particle beam device according to claim 1.
The elastic wave measurement processing device further calculates an irradiation range of the charged particle beam.
この弾性波計測装置の動作を制御する弾性波計測制御装置と、
前記弾性波計測装置の前記センサで計測した前記弾性波の波形データを保存する保存部と、
前記荷電粒子ビームの被照射体の計測外形や組成・センサ配置のモデルの作成に必要な情報、および仮想の測定点を配置した仮想モデルの作成に必要な情報を保有するデータベースと、
このデータベースに保有されたモデル作成必要情報を用いてモデルを作成し、このモデル上で、前記保存部に保存された前記波形データを入力値として用いて時間依存の演算を実施することで、前記荷電粒子ビームの照射位置を演算する弾性波計測処理装置と、を備え、
前記弾性波計測処理装置は、仮想モデル作成必要情報を用いて仮想モデルを作成し、この仮想モデル上で、仮想に配置した測定点の位置で新たに仮想取得波形を求め、この仮想取得波形データを入力値として用いて時間依存の演算を実施することで前記荷電粒子ビームの照射位置を演算する
ことを特徴とする荷電粒子ビーム照射位置特定装置。 An elastic wave measuring device having a plurality of sensors capable of detecting an elastic wave generated when the charged particle beam is stationary at a plurality of positions;
An elastic wave measurement control device for controlling the operation of the elastic wave measurement device;
A storage unit for storing waveform data of the elastic wave measured by the sensor of the elastic wave measuring device;
A database that holds information necessary for creating a model of measurement outline and composition / sensor arrangement of the charged particle beam to be irradiated , and information necessary for creating a virtual model in which virtual measurement points are arranged ;
A model is created using the model creation necessary information held in this database, and on this model, the waveform data stored in the storage unit is used as an input value to perform a time-dependent calculation, An elastic wave measurement processing device for calculating the irradiation position of the charged particle beam ,
The elastic wave measurement processing device creates a virtual model using the virtual model creation necessary information, obtains a newly acquired waveform at the position of the measurement point virtually arranged on the virtual model, and acquires the virtual acquired waveform data The charged particle beam irradiation position specifying device is characterized in that the irradiation position of the charged particle beam is calculated by performing time-dependent calculation using as an input value .
前記荷電粒子ビームの被照射体の計測外形や組成・センサ配置のモデルを作成する作成ステップと、
前記計測ステップで計測された前記弾性波の波形データおよび前記作成ステップで作成された前記モデルを用いて時間依存の演算を実施することで前記荷電粒子ビームの照射位置を特定する演算ステップと、を有し、
前記作成ステップでは、仮想の測定点を配置した仮想モデルを作成し、
前記演算ステップでは、前記仮想モデルを用いて前記荷電粒子ビームの照射位置を特定する
ことを特徴とする荷電粒子ビーム照射位置特定方法。 A measurement step of measuring elastic waves generated when the charged particle beam is stationary when irradiated with a charged particle beam emitted from an accelerator at a plurality of positions using a plurality of sensors;
A creation step of creating a model of the measurement external shape and composition / sensor arrangement of the charged particle beam to be irradiated;
A calculation step of specifying an irradiation position of the charged particle beam by performing time-dependent calculation using the elastic wave waveform data measured in the measurement step and the model created in the creation step; Yes, and
In the creation step, a virtual model in which virtual measurement points are arranged is created,
In the calculation step, the irradiation position of the charged particle beam is specified using the virtual model . A charged particle beam irradiation position specifying method, characterized in that:
前記作成ステップでは、更に、人体の外形変化やこの人体の外形変化に伴うセンサ位置の変化にあわせた変化モデルを作成し、
前記演算ステップでは、更に、前記変化モデルを用いて前記荷電粒子ビームの照射位置を特定する
ことを特徴とする荷電粒子ビーム照射位置特定方法。 The charged particle beam irradiation position specifying method according to claim 1 2,
Wherein in the creating step further creates a change model according to the change in sensor position due to the body contour change or contour change of the body,
In the calculating step, the irradiation position of the charged particle beam is further specified using the change model. A charged particle beam irradiation position specifying method, characterized in that:
前記計測ステップでは、前記荷電粒子ビームの照射開始とともに弾性波の受信を開始する
ことを特徴とする荷電粒子ビーム照射位置特定方法。 The charged particle beam irradiation position specifying method according to claim 1 2,
In the measurement step, the reception of elastic waves is started simultaneously with the start of irradiation of the charged particle beam.
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