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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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Charged particle beam apparatus, charged particle beam irradiation position specifying apparatus, and charged particle beam irradiation position specifying method Download PDF

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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, Patent Document 1 discloses that when the emitted charged particle beam irradiates the target, An invention is described in which an acoustic signal generated from the sensor is detected by a detector, and the actual irradiation location is recorded by obtaining the actual irradiation location by a calculation means based on the detected acoustic signal.

特開平10−52509号公報JP-A-10-52509

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, Patent Document 1 described above.

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 following equation 1 occurs when Vi is a medium sound speed in medium i, Vii is a medium sound speed in medium ii, θi is an incident angle, and θt is a refraction angle. (Snell's law).

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 Patent Document 1 described above, There is a possibility that an error of several millimeters may occur between the irradiation position obtained by calculation and the actual irradiation position due to the difference in sound velocity due to the tissue of the human body and the Snell's law.

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.

本発明の第1の実施形態の荷電粒子ビーム装置の機能ブロック図の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the functional block diagram of the charged particle beam apparatus of the 1st Embodiment of this invention. 第1の実施形態の荷電粒子ビーム照射位置特定装置の機能ブロック図の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the functional block diagram of the charged particle beam irradiation position specific | specification apparatus of 1st Embodiment. 第1の実施形態の荷電粒子ビーム装置における弾性波計測に適したセンサの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the sensor suitable for the elastic wave measurement in the charged particle beam apparatus of 1st Embodiment. 第1の実施形態の荷電粒子ビーム装置における弾性波計測に適したセンサの他の一例を示す図である。It is a figure which shows another example of the sensor suitable for the elastic wave measurement in the charged particle beam apparatus of 1st Embodiment. 第1の実施形態の荷電粒子ビーム装置における弾性波計測に適したセンサの他の一例を示す図である。It is a figure which shows another example of the sensor suitable for the elastic wave measurement in the charged particle beam apparatus of 1st Embodiment. 第1の実施形態の荷電粒子ビーム装置を用いた治療スキームの流れの一例を示すフロー図である。It is a flowchart which shows an example of the flow of the treatment scheme using the charged particle beam apparatus of 1st Embodiment. 本発明の第1の実施形態の荷電粒子ビーム照射位置特定方法における弾性波計測・処理の流れの一例を示すフロー図である。It is a flowchart which shows an example of the flow of an elastic wave measurement and process in the charged particle beam irradiation position specifying method of the 1st Embodiment of this invention. 第1の実施形態の荷電粒子ビーム照射位置特定方法における取得データの処理の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the process of the acquisition data in the charged particle beam irradiation position specifying method of 1st Embodiment. 第1の実施形態の荷電粒子ビーム照射位置特定方法において用いる2次元断層モデルの模式図の一例である。It is an example of the schematic diagram of the two-dimensional tomographic model used in the charged particle beam irradiation position specifying method of the first embodiment. 第1の実施形態の荷電粒子ビーム照射位置特定方法において用いる3次元モデルの模式図の一例である。It is an example of the schematic diagram of the three-dimensional model used in the charged particle beam irradiation position specification method of 1st Embodiment. 第1の実施形態の荷電粒子ビーム照射位置特定方法における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を示す図である。It is a figure which shows an example of the database for every structure | tissue required for the elastic wave analysis in the charged particle beam irradiation position specifying method of 1st Embodiment. 本発明の第2の実施形態の荷電粒子ビーム照射位置特定方法における弾性波計測・処理の流れの一例を示すフロー図である。It is a flowchart which shows an example of the flow of an elastic wave measurement and process in the charged particle beam irradiation position specifying method of the 2nd Embodiment of this invention. 第2の実施形態の荷電粒子ビーム照射位置特定方法における取得データの処理の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the process of the acquisition data in the charged particle beam irradiation position specifying method of 2nd Embodiment. 本発明の第3の実施形態の荷電粒子ビーム照射位置特定方法における弾性波計測・処理の流れの一例を示すフロー図である。It is a flowchart which shows an example of the flow of an elastic wave measurement and process in the charged particle beam irradiation position specifying method of the 3rd Embodiment of this invention. 第3の実施形態の荷電粒子ビーム照射位置特定方法における取得データの処理の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the process of the acquisition data in the charged particle beam irradiation position specifying method of 3rd Embodiment. 弾性波の屈折を示すスネルの法則の概略の模式図である。It is a schematic diagram of the outline of Snell's law showing refraction of elastic waves.

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 irradiation system 100 for transporting and irradiating, a measurement system 200 for measuring a charged particle beam irradiated to the irradiated object 212, an elastic wave measurement control device 250, an elastic wave measurement processing device 260, an elastic wave measurement result holding device 270, X It comprises a line measurement control / processing device 300, an irradiated object information acquisition device 400, an irradiation control device 500, an irradiation planning device / irradiation maintenance device 600, and the like.

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 irradiation system 100 includes an accelerator 110, a beam transport system 120, a gantry 130, and an irradiation field forming device / irradiation nozzle 140.

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 accelerator 110 accelerates the charged particle beam and emits it to the beam transport system 120. Examples of the type of the accelerator 110 include a synchrotron, a cyclotron, and a linear accelerator. The charged particle beam accelerated by this accelerator and irradiated to the irradiation object 212 includes protons, heavy particle ions such as carbon having a heavier mass than protons, and neutrons.

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 beam transport system 120 is connected to the downstream side of the accelerator 110 and connects the accelerator 110 to the gantry 130 and the irradiation field forming device / irradiation nozzle 140.

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 gantry 130 is configured to be rotatable around an isocenter (not shown), and determines a beam irradiation angle. The rotation angle of the gantry 130 can change the irradiation angle of the charged particle beam with which the irradiated object 212 is irradiated.

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 / irradiation nozzle 140 is a device that irradiates the charged particle beam emitted from the accelerator 110. For example, when the irradiation method is a spot scanning method, the upstream is sequentially from the upstream side in the traveling direction of the charged particle beam. A beam monitor, scanning magnet, dose monitor and downstream beam monitor are positioned along the beam path. The irradiation field forming device / irradiation nozzle 140 forms a scanning beam irradiation field.

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 / irradiation nozzle 140 is not limited to the spot scanning method in which the emission of the particle beam is stopped for each spot described above, but the raster scanning method in which the emission of the particle beam is not stopped, Various methods such as a scatterer method in which a beam diameter is enlarged with a scatterer when the beam is irradiated in accordance with the shape and then the peripheral part is shaved with a collimator to shape the beam can be employed.

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 measurement system 200 is a group of devices that measure a charged particle beam irradiated to the irradiation object 212, and includes an X-ray measurement apparatus 230 and an elastic wave measurement apparatus 240 that acquire transmission imaging used for positioning the irradiation object 212. The measurement system 220 includes a bed 210 for fixing the center position of the charged particle beam so as to coincide with the position of the affected area based on the imaging result, and the irradiation object 212 fixed to the bed 210 is aligned.

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 / processing apparatus 300 is an apparatus that captures and records a cross section of the irradiated object 212 necessary for creating an irradiation plan for the irradiated object 212, and measures the charged particle beam irradiated object 212. A database 320 that holds information necessary for creating a model of the outer shape, composition, and sensor arrangement, and a control / processing device 310 for organizing and controlling information recorded in the database 320 are provided.

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 information acquisition apparatus 400 includes an X-ray CT apparatus and the like, performs tomographic imaging of the irradiated object 212 in advance, and acquires information on the position and shape of the affected area that is the irradiated object 212 and the surrounding tissue. It is a device for doing. The irradiated object information acquiring apparatus 400 outputs the obtained information on the position and shape of the affected part and surrounding tissue to the database 320 of the X-ray measurement control / processing apparatus 300.

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 irradiation control device 500 is connected to the irradiation planning device / irradiation maintenance device 600, the irradiation system 100, and the elastic wave measurement control device 250, and controls the operation of each of these devices. This irradiation control device 500 is based on setting data from the irradiation planning device / irradiation maintenance device 600, setting values of operating parameters for accelerator operation, operating parameters for forming an irradiation field, planned beam positions, and It has a function to calculate set values for beam width and dose. These operating parameters and monitor set values are output from the irradiation control device 500 to the irradiation system 100 and the elastic wave measurement control device 250.

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 / irradiation maintenance apparatus 600 treats the position / range of the affected area, such as information on the position and shape of the affected area, which is the area to be irradiated 212, and the surrounding tissue acquired by the irradiated object information acquiring apparatus 400 in advance. Irradiation plan information such as necessary irradiation dose and irradiation range is created and stored from the previous and treatment process information. The irradiation plan information includes irradiation data (beam energy information such as energy and energy width of a charged particle beam, irradiation position information such as a nozzle position, a target dose value of a charged particle beam for each irradiation position, and the like). The irradiation planning device / irradiation maintenance device 600 again creates (updates) a new irradiation plan based on the irradiation position information obtained by the elastic wave measurement processing device 260.

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 irradiated object 212 is performed in advance by the irradiated object information acquisition device 400, and the position and shape of the affected area, which is the irradiated object 212, and the surrounding tissue are obtained. 320 is recorded. Based on the CT imaging data, the irradiation planning device / irradiation maintenance device 600 creates an irradiation plan.

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 measurement system 200, transmission imaging is acquired by the X-ray measurement device 230 used for positioning the irradiated object 212, and the bed 210 and the bed are set so that the center position of the charged particle beam coincides with the affected part position from the imaging result. The alignment of the irradiated object 212 fixed to 210 is performed.

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 irradiation controller 100 controls the irradiation system 100 to irradiate the affected part with the charged particle beam.

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 irradiation system 100, particles are accelerated by an accelerator 110, and a charged particle beam incident through the transport system 120 is irradiated from the irradiation field forming device / irradiation nozzle 140 to the irradiated object 212 using the gantry 130. Whether or not a desired position is irradiated is determined by monitoring the trajectory and intensity of the charged particle beam with a monitor installed on the path from when the charged particle beam is transported to when it is emitted.

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 wave measurement device 240, an elastic wave measurement control device 250, an elastic wave measurement processing device 260, and an elastic wave measurement result holding device 270 are added to the above-described irradiation device configuration. These elastic wave measurement device 240, elastic wave measurement control device 250, elastic wave measurement processing device 260 and elastic wave measurement result holding device 270 constitute a charged particle beam irradiation position specifying device 1000.

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 wave measuring device 240 is a device for measuring an elastic wave generated when the irradiated charged particle beam is stationary, and can detect an elastic wave generated when the irradiated charged particle beam is stationary at a plurality of positions. Two or more sensors 242 and an elastic wave received by the sensor 242 are converted into electrical signals, then amplified, A / D converted, etc., and acquired as waveform data, and the sensor position detected by the sensor position detector 252 And a drive unit 246 for driving the sensor 242.

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 sensor 242, a plurality of elements that detect elastic waves are arranged in two dimensions or three dimensions. A specific example of the sensor 242 will be described below.

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 sensor 242 that detects elastic waves include a hydrophone, an acoustic emission sensor, and an ultrasonic sensor used in medicine and industry.

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 irradiated object 212 in order to detect an elastic wave generated when stationary and specify a position. It is desirable to fix the array sensors 242A, 242B, and 242C made of

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 array sensor 242A illustrated in FIG. 3 is an example of a sensor including elements 242A1 distributed two-dimensionally or three-dimensionally on the body surface. The electrical signal from each element measured by the cable 242A2 is output to the receiving device 244.

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 array sensor 242B shown in FIG. 4 is an example of a sensor in which the element 242B1 is embedded in advance and arranged in the upper surface 210A (contact surface with the irradiated body 212) of the bed 210 that fixes the irradiated body 212.

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 irradiated object 212 and can detect a slight movement of the irradiated object 212. It is an example.

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 measurement control device 250 is a device that controls the operation of the elastic wave measurement device 240, and includes a sensor position detection device 252, a synchronization device 254, a waveform information storage device 256, and a drive control device 258.

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 irradiated object 212 and the element position of the array sensor 242 is important information for obtaining the generation position of the elastic wave. Therefore, the sensor position detection device 252 is a method of geometrically calculating the positional relationship between the irradiated object 212 and the element positions of the array sensor 242 with the array sensor 242 fixed to the bed 210 and using the bed 210 as a reference, FIG. The irradiation object 212 and the array sensor 242 can be obtained by using the information obtained when the X-ray measurement apparatus 230 in the measurement system 220 of the irradiation object 212 performs alignment of the irradiation site of the irradiation object 212. The positional relationship with the element position is detected.

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 synchronization device 254 is a device that outputs a reception start signal to the reception device 244 based on an external signal (irradiation start signal) from the irradiation control device 500, and waveform data is synchronized with the irradiation start timing of the irradiation system 100. The measurement start of the sensor 242 is synchronized with the irradiation start timing so as to be acquired.

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 information storage device 256 stores the elastic wave signal measured by the sensor 242 of the elastic wave measuring device 240 as elastic wave waveform data, and stores the sensor position information detected by the sensor position detecting device 252.

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 drive control device 258 is a device for changing the position of the sensor 242. For example, in the case of using an array sensor 242A as shown in FIG. 3, when there are a plurality of treatment locations such as a tumor being distributed or dispersed in a wide range, the sensor itself is moved so that the elastic wave can be received with higher sensitivity. Is desirable. The drive control device 258 is a device for moving the position of the sensor 242 in such a case.

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 measurement processing device 260 is a device for processing the elastic wave measurement result, and is not stored in the database 320 but performs the geometric calculation processing in which the irradiated object 212 is regarded as a homogeneous medium as in the conventional case. By creating a model using the model creation necessary information and performing time-dependent computation on the model using the waveform data stored in the waveform information storage device 256 and the position information of the sensor 242 as input values, This is a device for calculating the irradiation position of the charged particle beam and the irradiation range (irradiation distribution) of the charged particle beam. The elastic wave measurement processing device 260 includes a model creation device 262, an analysis device 264, and an analysis result evaluation device 266.

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 model creation device 262 creates an analysis model for analyzing the elastic wave signal in detail using the irradiated object 212 information in the database 320.

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 analysis device 264 numerically analyzes the elastic wave signal data acquired on the model created by the model creation device 262 to obtain the generation position of the elastic wave.

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 result evaluation device 266 evaluates the analysis result obtained by the analysis device 264.

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 measurement processing device 260 will be described later.

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 result holding device 270 is a device that records the irradiation position and irradiation range obtained by the elastic wave measurement processing device 260, and includes an evaluation result holding device 272, a display device 276, and a display screen control device 274. The data stored in the elastic wave measurement result holding device 270 is fed back to the next irradiation plan creation by the irradiation planning device / irradiation maintenance device 600 and utilized.

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 result holding device 272 stores elastic wave generation position information and distribution obtained by the elastic wave measurement processing device 260.

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 display device 276 displays the generation position and generation range of the elastic wave, which is the irradiation position of the charged particle beam calculated by the elastic wave measurement processing device 260, and the generation position / range 212A of the elastic wave and the irradiation planned position. The range 212B is displayed using the irradiated object 212 information so that it can be visualized and compared.

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 screen control device 274 is a device for operating the user interface of the display device 276.

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 irradiation object 212, the bed 210 is driven to perform irradiation position alignment for adjusting the irradiation position with the irradiation object 212.

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 irradiation object 212 is irradiated with a charged particle beam.

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 irradiated body 212 for purposes other than the treatment shown in FIG.

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 sensor 242 of the elastic wave measuring device 240. In step S100, measurement is performed at a plurality of positions using a plurality of sensors 242.

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 synchronization device 254 shown in FIG. 2, and a reception start signal is output to the reception device 244, and the reception device 244 receives the signal from the sensor 242. Start signal input.

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 receiving device 244 of the elastic wave measuring device 240.

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 measurement processing device 260 uses the model creation device 262 to model the measurement external shape, composition, and sensor arrangement of the irradiated object 212 of the charged particle beam based on the sensor position information and CT image information. A is generated, and analysis 1 of the waveform data information of the elastic wave measured in steps S100 to S102 is performed on the model A by the analysis device 264, and the irradiation position and irradiation range of the charged particle beam are specified. Details will be described later.

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 measurement processing device 260 processes the analysis result and outputs it to the elastic wave measurement result holding device 270.

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 analysis 1 performed in step S103 is an algorithm that mainly analyzes in a time-dependent manner, and includes various algorithms such as a finite integration method and a finite element method. In addition to an algorithm that analyzes in a time-dependent manner, it can also be realized by using a geometric analysis method such as a ray tracing method.

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 model creation device 262 in step S103 and used when analyzing the propagation phenomenon of elastic waves is an analysis mesh reflecting human body tissue information. In creating the analysis mesh, CT images and ultrasonic diagnostic images, which are essential items for specifying the affected area of the patient, are used in the formulation of the irradiation plan. In particular, a two-dimensional (2D) CT section 410 including an irradiation target (2D) 212C as shown in FIG. 9 or a 2D CT section 410 as shown in FIG. CT data 410A including the converted irradiation target (3D) 212D indicates that the density of the image indicates the density of tissues such as bone 416, fat / muscle 414, organ 412 and affected area, and so on, and the propagation of precise elastic waves This is effective in creating an analysis model. Furthermore, when the irradiation position and the irradiation range are specified using the array sensors 242A, 242B, and 242C shown in FIGS. 3 to 5, the 3D CT data as shown in FIG. 10 is particularly effective. Further, when creating the propagation analysis model, as shown in FIG. 11, the density of the CT image should correspond to the data necessary for the elastic wave propagation analysis, that is, the density, elastic modulus, and speed of sound. This makes it possible to create an elastic wave propagation analysis model reflecting human tissue. When defining the analysis region, boundary conditions are created using the position of the sensor 242, the shape of the measurement target (patient), the type of bone 416, fat / muscle 414, organ 412, etc. as input information, and the analysis region is meshed To divide. The mesh size of the analysis region may be determined by a method such as input by an operator or using a numerical value set in advance according to the wavelength of the elastic wave detected.

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, analysis 1, and output in each step of FIG. 7 will be described in detail below with reference to FIG.

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φ(t),…,φ(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 irradiated object 212 are converted to φ 1 (t),..., Using an array sensor 242 with N elements for detecting elastic waves. Let φ N (t) (1 ≦ n ≦ N). The recording start time is started approximately in synchronization with the irradiation timing of the charged particle beam by the synchronization device 254, and the recording time is set to a sufficient time T at which an elastic wave waveform can be acquired.

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φ’(t),…,φ’(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、φ’(t)=φ(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 model creation device 262 based on the CT image, for example. This is called back propagation analysis. In the numerical calculation for performing such propagation analysis, the wavefront traveling from each element can be observed as time passes, and as shown in step S104, each wavefront is focused (overlapped) at a certain time tx, Strength increases. The point where the intensity is observed most strongly is the sound source position (elastic wave generation position), that is, the irradiation position and irradiation range. In order to specify the sound source position, the temporal change in intensity at each pixel of the analysis mesh after analysis may be examined, or may be calculated by correlation processing.

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 irradiated object 212, An acoustic signal (elastic wave) generated from the irradiation position is detected by the sensor 242. Further, an analysis model considering the properties of the irradiated object 212 for analyzing the elastic wave signal in detail is created using the information of the irradiated object 212, and the detected elastic wave is numerically analyzed based on the analyzed model. Then, the actual irradiation position and irradiation range are obtained by obtaining the elastic wave generation position.

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 measurement processing device 260, the irradiation position information / range information in the irradiated object 212 becomes more accurate, and re-irradiation is necessary in step S004. It is possible to further improve the accuracy of the irradiation plan when creating the next irradiation plan in the case of being judged.

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 sensor 242 and the irradiation start timing so as to acquire the waveform data in accordance with the irradiation start timing of the irradiation system 100, it is possible to suppress an enormous number of data.

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 irradiated object 212, a model that is made three-dimensional using CT tomographic data and that is given information on sound velocity, density, and elastic constant based on the density distribution of the CT tomographic data. By creating, it is possible to create an elastic wave propagation analysis model reflecting human tissue with higher accuracy, and it is possible to specify irradiation positions and ranges with higher accuracy.

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 measurement processing device 260, it can be displayed as image information together with the irradiation target, and thus the irradiation position based on direct measurement -You will be able to check the range record.

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 irradiated object 212 information, it is easier to check the accuracy of irradiation and the effect of the previous irradiation.

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 sensor 242 is provided with a plurality of two-dimensional or three-dimensional elements that detect elastic waves, thereby further improving the accuracy of acquiring the elastic wave signal necessary for specifying the position of the elastic wave generated at rest. In addition, the actual irradiation position and irradiation range of the charged particle beam can be obtained with higher accuracy.

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 result holding device 272 for recording the irradiation position obtained by the elastic wave measurement processing device 260 is provided, the data can be recorded and the irradiation position / range recording based on the direct measurement can be more confirmed. It becomes easy.

<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 organ 412 due to the dead weight, movements of the person, and the like. If this change is large, the elastic wave measurement can be performed even if the analysis is performed on the model created by utilizing the irradiation object 212 information (CT data) originally possessed in steps S103 and S104 shown in FIGS. It is conceivable that time and position shift occur. This means that the irradiation position and the irradiation range can be specified with higher accuracy by considering such positional deviation.

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 sensor 242 is updated to perform back propagation analysis.

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 database 320 includes the information on the position and shape of the affected area, which is the region to be irradiated 212, and the position and shape of the surrounding tissue, as well as the change in the outer shape of the human body and the outer shape of the human body. It further holds information on the change in the position of the sensor 242 accompanying the change. It is desirable that this change information is also measured in advance by the irradiated object information acquisition device 400, for example.

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 model creation device 262 of the elastic wave measurement processing device 260 creates a change model (model B) using the change model creation necessary information held in the database 320, and uses this change model for the charged particle beam. Calculate the irradiation position.

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, analysis 1, analysis 2, and output will be described in detail with reference to FIG.

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 result evaluation device 266 of the elastic wave measurement processing device 260 determines whether or not a sufficient signal strength at the elastic wave generation position is obtained as an analysis result. In this step S200, for example, it is determined whether or not a peak value peak is obtained in the waveform data obtained by the back propagation analysis in step S103. If it is determined that sufficient signal strength is obtained in step S200, it is determined that the specific accuracy of the elastic wave generation position is sufficiently secured by the processing in steps S100 to S104, and the process proceeds to step S105. Proceed to complete the elastic wave measurement. On the other hand, if it is determined that it has not been obtained, the process proceeds to step S201.

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 result evaluation device 266 of the elastic wave measurement processing device 260 determines whether reanalysis is necessary. In this step S200, for example, among the time tx at which the peak value determined in step S200 becomes a peak, the distribution of locations up to XX% (for example, 70%, 50%, etc. is arbitrarily set) of the peak is determined. Evaluate if it is a position. As a result of the evaluation, it is determined whether or not the position of XX% of the peak is an unexpected position or an unexpectedly wide range of distribution / distribution, and whether the center of the discrete / distribution greatly exceeds the original apparatus accuracy. . In this case, it is determined that re-analysis is necessary if the position of the discrete / distribution is unexpectedly wide or unexpectedly wide, and the center of the discrete / distribution greatly exceeds the original device accuracy. If the position or unexpectedly wide range is not discrete or distributed, or if the center of the discrete or distribution does not significantly exceed the original device accuracy, the re-analysis will be judged that the position identification accuracy is sufficiently secured Judge that it is unnecessary. If it is determined in step S201 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 S202.

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 model creation device 262 and the analysis device 264 of the elastic wave measurement processing device 260 create a creation model B in accordance with the change in the outer shape of the human body and the change in the position of the sensor 242. Analysis 2 is performed. In this step, the created model B is a model that more accurately models the situation at the time of elastic wave measurement than the created model A. Analysis 1 and analysis 2 basically use the same time-reversed waveform and analyze with the same algorithm. . Note that the model B may be created in the model creation device 262, for example, by storing in the database 320 information obtained by measuring in advance the change in the outer shape of the human body and the change in the position of the sensor 242 associated therewith.

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 measurement processing device 260 processes the analysis result, outputs the analysis result in step S202 to the elastic wave measurement result holding device 270, and returns the processing to step S200.

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 result evaluation device 266 of the elastic wave measurement processing device 260 determines again whether sufficient signal strength has been obtained. If not, the same determination is repeated in step S201.

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 organ 412 due to its own weight, a human movement, or the like occurs, The analysis of the elastic wave generation position in consideration can be performed, and the irradiation position and irradiation range can be specified with higher accuracy.

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 bone 416 as shown in FIG. 8 is positioned between the generation position of the elastic wave and the array sensor 242, the elastic wave is almost reflected by the bone 416. May not be detected sufficiently. In addition, due to restrictions on the arrangement of the array sensor 242 depending on the shape of the human body and the shape of the treatment device, there is a possibility that the elastic wave cannot be detected with a sufficient number of elements. When the number of elements that can be detected is limited as described above, the irradiation position and the irradiation range can be specified with sufficient accuracy by considering the virtual elements in the analysis.

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 database 320 includes a virtual model in which virtual measurement points are arranged in addition to information on the position and shape of the affected area and surrounding tissue, which are regions to be irradiated 212. It also holds information necessary to create

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 model creation device 262 of the elastic wave measurement processing device 260 creates a virtual model using the virtual model creation necessary information held in the database 320, and positions of measurement points that are virtually arranged on the virtual model. Then, a virtual acquisition waveform is newly obtained, 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.

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, Analysis 1, Analysis 2, and Analysis 3 and their respective outputs will be described in detail with reference to FIG.

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 model creation device 262 of the elastic wave measurement processing device 260, for example, as shown in step S300 in FIG. To do. In this model C, information obtained by selecting a portion where a sensor is not arranged directly above a bone such as the rib (the elastic wave generated by the sensor arrives and actually does not have a sensor) is selected by looking at the CT slice. May be stored in the database 320 and created by the model creation device 262. In step S300, the analysis device 264 of the elastic wave measurement processing device 260 first sets the mesh in the figure to the pixel ij and the change in the waveform intensity at a specific pixel of the mesh to ξ ij (t). Based on the weak signal obtained by analyzing in step S103 and obtained in step S104, still image data in which waves are steadily back-propagating is superimposed in the time direction to generate a specific range (when an elastic wave is generated). The range of the pixel (i, j) in the vicinity of the range, the sound source) is specified, and the intensity change ξ ij (t) in the pixel in the vicinity of the sound source is calculated from the result of the model A and analysis 1 in step S103.

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 analysis device 264 of the elastic wave measurement processing device 260 at the positions of N + 1, N + 2,. In step S301, as analysis 3, the intensity change ξ ij (t) in the pixel near the sound source obtained in step S300 is assumed to be a provisional irradiation position, and the intensity corresponding to the intensity change ξ ij (t) from this position. Assuming that the elastic wave is generated, the virtual acquired waveform is calculated. It is desirable that this analysis 3 also uses the same algorithm as analysis 1 and analysis 2.

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 analysis device 264 of the elastic wave measurement processing device 260, and the virtual load conditions φ N + 1 (t), φ N + 2 (t). create.

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 analysis device 264 of the elastic wave measurement processing device 260 with the model B in step S202, the N waveform load conditions created in step S103 and the virtual condition newly created in step S302. The back propagation analysis with the load condition is performed.

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 measurement processing device 260 processes the analysis result, outputs the analysis result in step S202 to the elastic wave measurement result holding device 270, returns the processing to step S200, and returns to step S105. Repeat until it reaches.

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 bone 416, or there are restrictions on the arrangement of the array sensor 242 depending on the human body shape and the treatment device shape Even in the case where the elastic wave cannot be detected with a sufficient number of elements generated in some cases, the irradiation position and irradiation range can be specified with sufficient intensity, and the irradiation position and irradiation range can be specified with high accuracy.

<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)

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 .
請求項1に記載の荷電粒子ビーム装置において、
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.
請求項1に記載の荷電粒子ビーム装置において、
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.
請求項1に記載の荷電粒子ビーム装置において、
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.
請求項1に記載の荷電粒子ビーム装置において、
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.
請求項5に記載の荷電粒子ビーム装置において、
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.
請求項1に記載の荷電粒子ビーム装置において、
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.
請求項1に記載の荷電粒子ビーム装置において、
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.
請求項1に記載の荷電粒子ビーム装置において、
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.
請求項1に記載の荷電粒子ビーム装置において、
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.
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 .
加速器から出射された荷電粒子ビームを照射する際に前記荷電粒子ビームの静止時に発生する弾性波を複数のセンサを用いて複数位置で計測する計測ステップと、
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:
請求項1に記載の荷電粒子ビーム照射位置特定方法において、
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:
請求項1に記載の荷電粒子ビーム照射位置特定方法において、
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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