JP7574142B2 - Particle beam arrival position monitor, particle beam therapy system, and particle beam arrival position monitor method - Google Patents
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Description
本発明は、粒子線到達位置モニタ、粒子線治療システムおよび粒子線到達位置モニタ方法に関し、特に、被照射体から発せられる即発ガンマ線を検出する技術に関する。 The present invention relates to a particle beam arrival position monitor, a particle beam therapy system, and a particle beam arrival position monitoring method, and in particular to a technology for detecting prompt gamma rays emitted from an irradiated body.
粒子線治療が広く行われている。粒子線治療では、陽子や炭素等の粒子線を患部に照射することで腫瘍が治療される。粒子線は、加速器でイオンを加速することにより生成される。粒子線はビーム輸送系によって治療室へ導かれ、治療室内の照射装置から患者の治療部位へ照射される。一般に、患者の体内に照射された陽子線や重粒子線等の粒子線は、所定の深さで止まり、停止直前に体内の組織にエネルギを与え、組織を破壊するという性質を持つ。粒子線が到達する深さは、粒子線のエネルギに応じて定まる。 Particle beam therapy is widely used. In particle beam therapy, tumors are treated by irradiating the affected area with particle beams of protons, carbon, etc. Particle beams are generated by accelerating ions in an accelerator. The particle beams are guided to a treatment room by a beam transport system, and are irradiated to the patient's treatment area from an irradiation device in the treatment room. Generally, particle beams such as proton beams and heavy particle beams irradiated inside a patient's body stop at a specified depth, and impart energy to tissues inside the body just before stopping, destroying the tissue. The depth to which the particle beam reaches is determined by the energy of the particle beam.
粒子線治療では、上述した粒子線の性質を生かし、粒子線のエネルギを変更することで粒子線の到達位置が調整される。すなわち、粒子線が患部で止まるようにエネルギが調整された粒子線が患部へ照射される。これによって、停止直前に十分なエネルギが患部に与えられ、患部の組織が破壊される。しかし、実際の粒子線の到達位置は、治療装置側または患者側の要因により、設計された到達位置とは必ずしも一致しない。このため粒子線による患部の治療に際しては、粒子線の実際の到達位置を確認する必要がある。 In particle beam therapy, the properties of particle beams described above are utilized to adjust the position where the particle beam arrives by changing the energy of the particle beam. In other words, the particle beam is irradiated to the affected area with energy adjusted so that the particle beam stops at the affected area. This provides the affected area with sufficient energy just before it stops, destroying the tissue in the affected area. However, the actual position where the particle beam arrives does not necessarily match the designed position due to factors on the treatment device side or the patient side. For this reason, when treating an affected area with particle beams, it is necessary to confirm the actual position where the particle beam arrives.
そこで、粒子線の到達位置を求める技術が提案されている。この技術では、粒子線の深さ方向(照射軸方向)への線量分布が計測され、ブラッグピークの位置が粒子線の到達位置として求められる。ブラッグピークは、粒子線のエネルギを深さ方向の線量分布で表したときに、その線量分布のピークとして定義される。ブラッグピークの位置が粒子線の到達位置に相当する。 A technology has been proposed to determine the arrival position of a particle beam. With this technology, the dose distribution in the depth direction (irradiation axis direction) of the particle beam is measured, and the position of the Bragg peak is determined as the arrival position of the particle beam. The Bragg peak is defined as the peak of the dose distribution when the energy of the particle beam is expressed as a dose distribution in the depth direction. The position of the Bragg peak corresponds to the arrival position of the particle beam.
以下の特許文献1および特許文献2には、粒子線と照射対象との相互作用によって発生する放射線を計測することにより、深さ方向の線量分布を計測する技術が記載されている。すなわち、粒子線が照射対象内部を進行するときに、粒子線と照射対象内部の原子との衝突により即発ガンマ線が発生する。特許文献1に記載の技術では、ガンマ線ピンホールカメラを使用して、粒子線の照射により発生した即発ガンマ線の深さ方向への線量分布を計測することにより、ブラッグピークの位置が求められる。 The following Patent Documents 1 and 2 describe a technique for measuring the dose distribution in the depth direction by measuring the radiation generated by the interaction between a particle beam and an irradiated object. That is, as the particle beam travels through the inside of the irradiated object, prompt gamma rays are generated by collisions between the particle beam and atoms inside the irradiated object. In the technique described in Patent Document 1, the position of the Bragg peak is found by using a gamma ray pinhole camera to measure the dose distribution in the depth direction of prompt gamma rays generated by irradiation with a particle beam.
特許文献2に記載の技術では、即発ガンマ線が検出器に衝突して電子対生成が起きた位置と、電子と陽電子の進行方向と、電子と陽電子のエネルギの情報とから、粒子線の照射により発生した即発ガンマ線の深さ方向への線量分布が計測される。そして、線量分布に基づいてブラッグピークの位置が求められる。 In the technology described in Patent Document 2, the dose distribution in the depth direction of prompt gamma rays generated by irradiation with a particle beam is measured based on the position where electron pairs are generated when prompt gamma rays collide with a detector, the direction of travel of the electrons and positrons, and information on the energy of the electrons and positrons. Then, the position of the Bragg peak is determined based on the dose distribution.
従来技術では、粒子線が照射された位置を特定するための即発ガンマ線の測定量に対してノイズが多い場合、線量分布にブラッグピークが適切に現れず、粒子線の位置を高精度に測定することは難しい。ノイズ源には、粒子線照射に伴い被照射体内で発生する中性子、中性子が被照射体内や検出装置と核反応することにより生成される粒子等がある。 In conventional technology, if there is a lot of noise in the measurement of prompt gamma rays used to identify the position irradiated by the particle beam, the Bragg peak does not appear properly in the dose distribution, making it difficult to measure the position of the particle beam with high accuracy. Noise sources include neutrons generated within the irradiated body due to particle beam irradiation, and particles generated by nuclear reactions between neutrons inside the irradiated body or with the detection device.
本発明の目的は、粒子線の到達位置を高精度で求めることである。 The objective of the present invention is to determine the arrival position of a particle beam with high accuracy.
本発明は、被照射体へ入射する粒子線の到達位置を求める粒子線到達位置モニタにおいて、透過開口部を有する遮蔽体と、前記遮蔽体の前方に配置され、放射線を減速若しくは吸収し、または、減速および吸収する前方遮蔽体と、前記前方遮蔽体の後方に設けられたガンマ線検出器であって、前記粒子線の照射軸方向に配列された複数の検出素子を備えるガンマ線検出器と、を備えることを特徴とする。 The present invention is characterized in that a particle beam arrival position monitor for determining the arrival position of a particle beam incident on an irradiated object comprises a shield having a transmission opening, a front shield arranged in front of the shield to slow down or absorb radiation, or to slow down and absorb radiation, and a gamma ray detector provided behind the front shield, the gamma ray detector comprising a plurality of detection elements arranged in the irradiation axis direction of the particle beam.
また、本発明は、被照射体へ入射する粒子線の到達位置を求める粒子線到達位置モニタ方法において、複数の検出素子を備えるガンマ線検出器を、前記検出素子の配列方向が前記粒子線の照射軸方向に揃えられるように配置し、前記照射軸と前記ガンマ線検出器との間に、前記照射軸に交差する方向にガンマ線が通過する透過開口部が設けられた遮蔽体を配置し、前記照射軸と前記遮蔽体との間に前方遮蔽体を配置し、前記遮蔽体と前記ガンマ線検出器との間に、前記遮蔽体を透過したノイズを検出する遮蔽用検出器を配置し、前記遮蔽用検出器から参照検出値が出力されたときに前記検出素子から出力された主検出値を無効とし、各前記検出素子から出力された前記主検出値のうち無効とされなかった前記主検出値と、各前記検出素子および前記透過開口部の位置関係とに基づいて、前記照射軸方向に沿ったガンマ線の線量分布を求め、前記線量分布に基づいて前記到達位置を求めること、を含む。 The present invention also includes a particle beam arrival position monitoring method for determining the arrival position of a particle beam incident on an irradiated object, which includes arranging a gamma ray detector having a plurality of detection elements so that the arrangement direction of the detection elements is aligned with the irradiation axis direction of the particle beam, arranging a shielding body having a transmission opening through which gamma rays pass in a direction intersecting the irradiation axis between the irradiation axis and the gamma ray detector, arranging a front shielding body between the irradiation axis and the shielding body, and arranging a shielding detector between the shielding body and the gamma ray detector for detecting noise that has passed through the shielding body, invalidating the main detection value output from the detection element when a reference detection value is output from the shielding detector, determining a dose distribution of the gamma rays along the irradiation axis direction based on the main detection value that has not been invalidated among the main detection values output from each of the detection elements and the positional relationship between each of the detection elements and the transmission opening, and determining the arrival position based on the dose distribution.
本発明によれば、粒子線の到達位置を高精度で求めることができる。 The present invention makes it possible to determine the arrival position of a particle beam with high accuracy.
各図面に基づいて、本発明の基本となる技術および本発明の実施形態が説明される。複数の図面に示された同一の事項については同一の符号を付してその説明が省略される。図1には、本発明の基本技術に係る粒子線治療システム100の全体構成が示されている。 The basic technology of the present invention and an embodiment of the present invention will be explained with reference to each drawing. Identical items shown in multiple drawings will be given the same reference numerals and their explanation will be omitted. Figure 1 shows the overall configuration of a particle beam therapy system 100 relating to the basic technology of the present invention.
粒子線治療システム100は、粒子線照射装置1、粒子線到達位置モニタ2、粒子線制御装置10および表示部55を備えている。粒子線照射装置1は、粒子線制御装置10による制御に基づいて、被照射体20に粒子線11を照射する。被照射体20は、粒子線治療の対象となる患者である。粒子線到達位置モニタ2は、被照射体20に照射された粒子線11の到達位置をモニタする。表示部55は、粒子線11の到達位置をモニタした結果や粒子線到達位置モニタ2の動作状態を表示する。 The particle beam therapy system 100 includes a particle beam irradiation device 1, a particle beam arrival position monitor 2, a particle beam control device 10, and a display unit 55. The particle beam irradiation device 1 irradiates a particle beam 11 to an irradiated body 20 based on the control of the particle beam control device 10. The irradiated body 20 is a patient who is the subject of particle beam therapy. The particle beam arrival position monitor 2 monitors the arrival position of the particle beam 11 irradiated to the irradiated body 20. The display unit 55 displays the results of monitoring the arrival position of the particle beam 11 and the operating status of the particle beam arrival position monitor 2.
粒子線到達位置モニタ2は、ガンマ線検出器30、遮蔽体40、遮蔽用検出器42および演算装置50を備えている。遮蔽体40は、ガンマ線検出器30と被照射体20との間に配置されている。遮蔽用検出器42は、遮蔽体40とガンマ線検出器30の間に配置されている。遮蔽体40は透過開口部41を有している。遮蔽用検出器42は、透過開口部41に対応する位置、すなわち、粒子線11が進行する照射軸zにおける同一の位置に欠損部39を有している。なお、遮蔽用検出器42が、ガンマ線を透過する材料で形成されている場合には、欠損部39は必ずしも設けられなくてもよい。 The particle beam arrival position monitor 2 includes a gamma ray detector 30, a shielding body 40, a shielding detector 42, and a computing device 50. The shielding body 40 is disposed between the gamma ray detector 30 and the irradiated body 20. The shielding detector 42 is disposed between the shielding body 40 and the gamma ray detector 30. The shielding body 40 has a transmission opening 41. The shielding detector 42 has a defect portion 39 at a position corresponding to the transmission opening 41, i.e., at the same position on the irradiation axis z along which the particle beam 11 travels. Note that if the shielding detector 42 is formed of a material that transmits gamma rays, the defect portion 39 does not necessarily have to be provided.
粒子線照射装置1は、例えば、粒子線発生装置、粒子線輸送装置、照射部等(いずれも図示せず)を含んでもよい。粒子線発生装置は、サイクロトロンやシンクロトロン等の加速器を有し、陽子や炭素等の粒子線を発生する。粒子線輸送装置は、粒子線発生装置から出力された粒子線を照射部へ輸送する。照射部は、粒子線11の照射方向および粒子線径(照射野)を制御し、被照射体20内の標的21、例えば腫瘍へ向けて粒子線11を照射する。 The particle beam irradiation device 1 may include, for example, a particle beam generator, a particle beam transport device, an irradiation unit, etc. (none of which are shown). The particle beam generator has an accelerator such as a cyclotron or a synchrotron, and generates particle beams such as protons or carbon. The particle beam transport device transports the particle beam output from the particle beam generator to the irradiation unit. The irradiation unit controls the irradiation direction and particle beam diameter (irradiation field) of the particle beam 11, and irradiates the particle beam 11 toward a target 21, such as a tumor, in the irradiated body 20.
粒子線照射装置1によって粒子線11が被照射体20に照射されることで、即発ガンマ線13が発生する。ガンマ線検出器30は、透過開口部41および欠損部39を通過した即発ガンマ線13を検出する。演算装置50は、ガンマ線検出器30と遮蔽用検出器42に接続されている。演算装置50は、即発ガンマの検出結果に関する演算を実行する。 When the particle beam irradiation device 1 irradiates the subject 20 with the particle beam 11, prompt gamma rays 13 are generated. The gamma ray detector 30 detects the prompt gamma rays 13 that have passed through the transparent opening 41 and the missing portion 39. The calculation device 50 is connected to the gamma ray detector 30 and the shielding detector 42. The calculation device 50 performs calculations related to the detection results of the prompt gamma rays.
ガンマ線検出器30は、シンチレータとシンチレータから発せられた光を電気信号に変換する光電変換器を備えてもよい。シンチレータとしては、例えば、LaBr3、GSO、LYSOおよびBGO等が用いられてもよいし、これらとは異なる組成の放射線発光素子が用いられてもよい。 The gamma ray detector 30 may include a scintillator and a photoelectric converter that converts the light emitted from the scintillator into an electrical signal. For example, LaBr3, GSO, LYSO, BGO, etc. may be used as the scintillator, or a radiation emitting element having a different composition may be used.
光電変換器としては、光電子増倍管、フォトダイオード等が用いられてよい。また、シンチレータではなく、例えば、CdTeやCZT等の半導体検出器が用いられてもよく、この場合、ガンマ線検出器30は光電変換器の代わりに前置増幅器が用いられる。 A photomultiplier tube, a photodiode, etc. may be used as the photoelectric converter. Also, instead of a scintillator, a semiconductor detector such as CdTe or CZT may be used, in which case the gamma ray detector 30 uses a preamplifier instead of a photoelectric converter.
ガンマ線検出器30は、複数の検出素子が少なくとも一次元方向に配列されたアレイ型の検出器である。ガンマ線検出器30は、検出素子の配列方向が、粒子線11の照射軸zに揃えられるように配置されている。これにより、ガンマ線検出器30は、照射軸zに対して平行でない方向から飛来する即発ガンマ線13を捉える。照射軸zの位置は、治療計画で設定されている照射の目標位置に応じて決定される。 The gamma ray detector 30 is an array-type detector in which multiple detection elements are arranged in at least one dimension. The gamma ray detector 30 is arranged so that the array direction of the detection elements is aligned with the irradiation axis z of the particle beam 11. This allows the gamma ray detector 30 to capture prompt gamma rays 13 coming from a direction that is not parallel to the irradiation axis z. The position of the irradiation axis z is determined according to the target position of irradiation set in the treatment plan.
粒子線到達位置モニタ2では、1つのガンマ線検出器30が用いられてもよいし、後述の例に示すように、複数のガンマ線検出器30が、照射軸zの周りに配置されてもよい。これにより即発ガンマ線13の検出精度が高まる。ガンマ線検出器30の各検出素子が検出した即発ガンマ線13に基づく検出信号は演算装置50に出力される。 In the particle beam arrival position monitor 2, one gamma ray detector 30 may be used, or, as shown in the example described below, multiple gamma ray detectors 30 may be arranged around the irradiation axis z. This improves the detection accuracy of the prompt gamma rays 13. A detection signal based on the prompt gamma rays 13 detected by each detection element of the gamma ray detector 30 is output to the calculation device 50.
遮蔽体40は、ガンマ線を実質的に透過しない材料によって形成される。ガンマ線を実質的に透過しない材料としては、例えば、水銀、鉛を含む材料やタングステン等、質量数が大きく、密度の高い物質が用いられる。遮蔽体40は、ガンマ線検出器30の照射軸z側に設置され、ガンマ線検出器30の検出範囲を制限する。透過開口部41はガンマ線を透過する材料で形成されてもよいし、図の上下方向に遮蔽体40が切り込まれたスリットであってもよい。 The shield 40 is made of a material that is substantially opaque to gamma rays. Examples of materials that are substantially opaque to gamma rays include substances with large mass numbers and high density, such as materials containing mercury or lead, and tungsten. The shield 40 is placed on the irradiation axis z side of the gamma ray detector 30, and limits the detection range of the gamma ray detector 30. The transparent opening 41 may be made of a material that is transparent to gamma rays, or may be a slit cut into the shield 40 in the vertical direction of the figure.
遮蔽用検出器42は、粒子線11が照射された被照射体20の体内組織から発生した中性子、X線等の放射線の粒子のうち、遮蔽体40を通過したものを検出する。遮蔽用検出器42には、中性子に対して高感度である有機シンチレータが用いられてよい。シンチレータとしては、例えば、プラスチックシンチレータ、有機液体シンチレータ等が用いられてもよいし、これらとは異なる組成の放射線発光素子が用いられてもよい。 The shielding detector 42 detects radiation particles, such as neutrons and X-rays, that are generated from the internal tissue of the irradiated subject 20 irradiated with the particle beam 11 and that have passed through the shielding body 40. An organic scintillator that is highly sensitive to neutrons may be used for the shielding detector 42. As the scintillator, for example, a plastic scintillator, an organic liquid scintillator, etc. may be used, or a radiation emitting element with a different composition may be used.
ガンマ線検出器30の各検出素子には、粒子線11の被照射体20への照射に伴って、透過開口部41および欠損部39を通過した即発ガンマ線13が到達する。ガンマ線検出器30が出力する検出信号は、透過開口部41および欠損部39を経て各検出素子に即発ガンマ線13が到達した事象を示し、演算装置50では、1事象に対して1つの計数が行われる。 When the particle beam 11 is irradiated onto the irradiated body 20, prompt gamma rays 13 that have passed through the transparent opening 41 and the missing portion 39 reach each detection element of the gamma ray detector 30. The detection signal output by the gamma ray detector 30 indicates the event of prompt gamma rays 13 reaching each detection element through the transparent opening 41 and the missing portion 39, and the calculation device 50 performs one count for each event.
ガンマ線検出器30の検出素子の配列方向に沿ってガンマ線検出器30の計数値をプロットしたものは、計数値のプロファイルあるいは単にプロファイルと定義される。プロファイルは、粒子線11の線量分布を反映している。 The plot of the counts of the gamma ray detector 30 along the array direction of the detector elements of the gamma ray detector 30 is defined as a profile of the counts or simply a profile. The profile reflects the dose distribution of the particle beam 11.
演算装置50は、ガンマ線検出器30のプロファイルを解析し、粒子線11の照射軸z方向の線量分布において線量が最大となる位置、すなわちブラッグピーク(BP)の位置を粒子線11の到達位置として求める。このため、演算装置50は、ガンマ線検出器30の検出信号を解析する信号解析部52、再構成演算部53および到達位置演算部54を備えている。演算装置50は、解析結果等を格納するデータベース(不図示)を備えてもよい。演算装置50が実行する具体的な処理は後に述べられる。 The arithmetic device 50 analyzes the profile of the gamma ray detector 30 and determines the position where the dose is maximum in the dose distribution in the irradiation axis z direction of the particle beam 11, i.e., the position of the Bragg peak (BP), as the arrival position of the particle beam 11. For this purpose, the arithmetic device 50 includes a signal analysis unit 52 that analyzes the detection signal of the gamma ray detector 30, a reconstruction calculation unit 53, and an arrival position calculation unit 54. The arithmetic device 50 may include a database (not shown) that stores the analysis results, etc. Specific processing performed by the arithmetic device 50 will be described later.
演算装置50は、例えば、CPU(Central Processing Unit)やGPU(Graphics Processing Unit)等のプロセッサと、メモリとを備えたコンピュータ等によって構成される。 The computing device 50 is, for example, configured as a computer having a processor such as a CPU (Central Processing Unit) or a GPU (Graphics Processing Unit) and a memory.
CPUが、メモリに格納されたコンピュータプログラムを読み込んで実行することで、信号解析部52、再構成演算部53および到達位置演算部54の機能がソフトウエアによって実現される。演算装置50は、その一部または全部の機能をハードウエアによって実現してもよい。 The CPU reads and executes the computer program stored in the memory, thereby realizing the functions of the signal analysis unit 52, the reconstruction calculation unit 53, and the arrival position calculation unit 54 by software. The calculation device 50 may realize some or all of its functions by hardware.
例えば、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)のようなカスタムICや、FPGA(Field-Programmable Gate Array)のようなプログラマブルICが用いられてもよい。すなわち、プログラマブルICによって、信号解析部52、再構成演算部53および到達位置演算部54が構成され、その機能を実現するように回路設計が行われてもよい。 For example, a custom IC such as an ASIC (Application Specific Integrated Circuit) or a programmable IC such as an FPGA (Field-Programmable Gate Array) may be used. That is, the signal analysis unit 52, the reconstruction calculation unit 53, and the arrival position calculation unit 54 may be configured by a programmable IC, and the circuit may be designed to realize the functions.
演算装置50が実行する処理の一部または全部は、外部のコンピュータが実行してもよい。外部のコンピュータは、粒子線到達位置モニタ2に直接接続されたものでもよいし、インターネット等の通信回線に接続されたものでもよい。演算装置50が実行する1つの処理は、分散処理を実行する外部の複数のコンピュータによって実行されてもよい。 A part or all of the processing performed by the calculation device 50 may be executed by an external computer. The external computer may be directly connected to the particle beam arrival position monitor 2, or may be connected to a communication line such as the Internet. One process executed by the calculation device 50 may be executed by multiple external computers that execute distributed processing.
本基本技術に係る粒子線治療システム100では、治療計画において標的21の位置が定まると、粒子線11の照射軸z方向に沿った線量分布が極大になるブラッグピークの位置が標的21における照射の目標位置と一致するように、粒子線11のエネルギが設定される。粒子線11の照射は、標的21を複数の小領域に分け、照射位置を変えながら、各小領域をスポット状に照射することで行われてよい。 In the particle beam therapy system 100 according to this basic technology, once the position of the target 21 is determined in the treatment plan, the energy of the particle beam 11 is set so that the position of the Bragg peak where the dose distribution along the irradiation axis z direction of the particle beam 11 is maximized coincides with the target position of irradiation on the target 21. The particle beam 11 may be irradiated by dividing the target 21 into a number of small regions and irradiating each small region in a spot shape while changing the irradiation position.
図2には、粒子線11の照射軸z方向に沿った線量分布200が概念的に示されている。横軸は粒子線11の照射軸zを示し、縦軸は線量を示す。線量分布200は、治療計画で計算された照射位置に粒子線11を照射した場合において、照射軸z方向における各位置に線量を対応付けたものである。照射軸z方向の線量分布200は、粒子線11のエネルギに応じた位置で極大となる。ブラッグピークは、線量分布200におけるピークであり、ブラッグピークの位置BPが粒子線11が到達した位置に相当する。 Figure 2 conceptually shows a dose distribution 200 along the irradiation axis z direction of the particle beam 11. The horizontal axis indicates the irradiation axis z of the particle beam 11, and the vertical axis indicates the dose. The dose distribution 200 corresponds to each position in the irradiation axis z direction when the particle beam 11 is irradiated to the irradiation position calculated in the treatment plan. The dose distribution 200 in the irradiation axis z direction becomes maximum at a position according to the energy of the particle beam 11. The Bragg peak is a peak in the dose distribution 200, and the position BP of the Bragg peak corresponds to the position reached by the particle beam 11.
粒子線照射装置1が粒子線11を標的21へ照射すると共に、粒子線到達位置モニタ2は即発ガンマ線13の検出を開始する。粒子線到達位置モニタ2は、ガンマ線検出器30により検出された事象と、遮蔽用検出器42により検出された事象とに基づき、同一時刻にガンマ線検出器30と遮蔽用検出器42で検出された事象をノイズとして識別する。 When the particle beam irradiation device 1 irradiates the target 21 with the particle beam 11, the particle beam arrival position monitor 2 starts detecting the prompt gamma ray 13. Based on the events detected by the gamma ray detector 30 and the events detected by the shielding detector 42, the particle beam arrival position monitor 2 identifies events detected by the gamma ray detector 30 and the shielding detector 42 at the same time as noise.
粒子線到達位置モニタ2は、ガンマ線検出器30の計数からノイズを除去した上でプロファイルを解析して、ブラッグピークの位置、すなわち粒子線11の到達位置を算出する。粒子線到達位置モニタ2により算出された粒子線11の到達位置は、表示部55に表示される。ユーザは、表示部55に表示された情報によって、照射の目標位置へ粒子線11が到達したか否かを確認してもよい。また、粒子線11の到達位置は、粒子線制御装置10に出力される。 The particle beam arrival position monitor 2 removes noise from the count of the gamma ray detector 30, analyzes the profile, and calculates the position of the Bragg peak, i.e., the arrival position of the particle beam 11. The arrival position of the particle beam 11 calculated by the particle beam arrival position monitor 2 is displayed on the display unit 55. The user may check whether or not the particle beam 11 has reached the target position of irradiation based on the information displayed on the display unit 55. In addition, the arrival position of the particle beam 11 is output to the particle beam control device 10.
標的21に粒子線11が当たっていないと粒子線制御装置10が判定した場合、粒子線制御装置10は、粒子線照射装置1に制御信号を送り、粒子線11の照射を中止する。さらに、粒子線制御装置10は、例えば、目標位置が変更されるように粒子線照射装置1を制御する。あるいは、粒子線制御装置10は、被照射体20へ粒子線11を照射する位置が修正されるように粒子線照射装置1を制御する。さらに必要に応じて、粒子線制御装置10は、ガンマ線検出器30の配置位置を変更させる指示または示唆を、表示部55に表示させてもよい。 When the particle beam control device 10 determines that the particle beam 11 has not hit the target 21, the particle beam control device 10 sends a control signal to the particle beam irradiation device 1 to stop the irradiation of the particle beam 11. Furthermore, the particle beam control device 10 controls the particle beam irradiation device 1 so that, for example, the target position is changed. Alternatively, the particle beam control device 10 controls the particle beam irradiation device 1 so that the position at which the particle beam 11 is irradiated onto the irradiation target 20 is corrected. Furthermore, if necessary, the particle beam control device 10 may display instructions or suggestions for changing the position of the gamma ray detector 30 on the display unit 55.
次に、基本技術に係る粒子線到達位置モニタ2で実行される処理が説明される。粒子線到達位置モニタ2は、粒子線11が被照射体20へ入射した際の飛程を到達位置として測定する。ここでは、粒子線到達位置モニタ2が粒子線治療システム100の一部として用いられた基本技術が示されているが、粒子線到達位置モニタ2は、高エネルギ物理実験に用いる装置、中性子捕捉療法(BNCT:Boron Neutron Capture Therapy)に用いる装置等として用いられてよい。 Next, the process executed by the particle beam arrival position monitor 2 according to the basic technology will be described. The particle beam arrival position monitor 2 measures the range of the particle beam 11 when it enters the irradiated body 20 as the arrival position. Here, the basic technology in which the particle beam arrival position monitor 2 is used as part of the particle beam therapy system 100 is shown, but the particle beam arrival position monitor 2 may be used as a device used in high-energy physics experiments, a device used in neutron capture therapy (BNCT: Boron Neutron Capture Therapy), etc.
粒子線照射に伴い被照射体20では即発ガンマ線13だけでなく中性子やX線等の粒子(放射線)が発生する。このような放射線は、被照射体20内や構造物で散乱し易く、粒子線到達位置の位置情報を持たないノイズとなる。特に、粒子線照射により発生した中性子はエネルギが高く、遮蔽体40等の構造物と核反応を生じて二次粒子を放出する。そのため、遮蔽体40のみではノイズ成分を除去しきれず、即発ガンマ線13がノイズに埋もれてしまうことがある。 When the particle beam is irradiated, not only prompt gamma rays 13 but also particles (radiation) such as neutrons and X-rays are generated in the irradiated body 20. Such radiation is likely to scatter within the irradiated body 20 and around structures, and becomes noise that does not carry positional information about the position where the particle beam arrives. In particular, neutrons generated by particle beam irradiation have high energy and undergo nuclear reactions with structures such as the shielding 40, emitting secondary particles. For this reason, the noise components cannot be completely removed by the shielding 40 alone, and the prompt gamma rays 13 may end up being buried in the noise.
そこで、粒子線到達位置モニタ2では、遮蔽用検出器42およびガンマ線検出器30の両者で検出された事象はノイズとして識別され、計数がなされない。 Therefore, in the particle beam arrival position monitor 2, events detected by both the shielding detector 42 and the gamma ray detector 30 are identified as noise and are not counted.
粒子線到達位置モニタ2によるブラッグピークの位置の算出方法が説明される。本基本技術では、即発ガンマ線13を検出したガンマ線検出器30が出力する信号と、粒子線照射により被照射体20内で発生した中性子を検出したガンマ線検出器30が出力するノイズとを分離した上で、即発ガンマ線13のプロファイルが算出される。 A method for calculating the position of the Bragg peak using the particle beam arrival position monitor 2 is explained. In this basic technology, the signal output by the gamma ray detector 30 that detects the prompt gamma ray 13 is separated from the noise output by the gamma ray detector 30 that detects the neutrons generated in the irradiated body 20 by the particle beam irradiation, and then the profile of the prompt gamma ray 13 is calculated.
すなわち、粒子線11を標的21へ照射すると即発ガンマ線13が発生し、その即発ガンマ線13はガンマ線検出器30によって検出される。一方、標的21へ粒子線11が照射されると被照射体20内で中性子が発生し、その中性子に由来するガンマ線もガンマ線検出器30により検出される。中性子に由来するガンマ線は、ブラッグピークの形成に寄与しないノイズであるため、即発ガンマ線13による検出信号と区別される。 That is, when the particle beam 11 is irradiated to the target 21, prompt gamma rays 13 are generated, and the prompt gamma rays 13 are detected by the gamma ray detector 30. On the other hand, when the particle beam 11 is irradiated to the target 21, neutrons are generated in the irradiated body 20, and gamma rays derived from the neutrons are also detected by the gamma ray detector 30. The gamma rays derived from the neutrons are noise that do not contribute to the formation of a Bragg peak, and are therefore distinguished from the detection signal due to the prompt gamma rays 13.
実際の治療時には、治療計画で予め定められた位置に、ガンマ線検出器30と遮蔽体40が設置される。各々の粒子線照射の目標位置に対し、照射軸zと平行な検出器軸xにおける検出素子の位置x=x1~xNが予め定められる。 During actual treatment, the gamma ray detector 30 and shield 40 are placed at positions predetermined in the treatment plan. For each target position of particle beam irradiation, the positions x = x1 to xN of the detector elements on the detector axis x parallel to the irradiation axis z are predetermined.
図3(a)には、遮蔽用検出器42から出力される参照検出信号の時間波形の概形が示されている。図3(b)には、ガンマ線検出器30における1つの検出素子から出力される検出信号の時間波形の概形が示されている。被照射体20で発生し、遮蔽体40の透過開口部41および遮蔽用検出器42の欠損部39を通過してガンマ線検出器30に到達した即発ガンマ線13は、ガンマ線検出器30で検出される。一方、この即発ガンマ線13は、遮蔽体40による遮蔽によって遮蔽用検出器42では検出されない。また、被照射体20で発生した中性子、X線等(以下、中性子等とされる)の放射線は、遮蔽体40および遮蔽用検出器42を通過してガンマ線検出器30へ到達し、ガンマ線検出器30で検出される。この放射線は、遮蔽用検出器42でも検出される。 3(a) shows an outline of the time waveform of the reference detection signal output from the shielding detector 42. FIG. 3(b) shows an outline of the time waveform of the detection signal output from one detection element in the gamma ray detector 30. Prompt gamma rays 13 generated in the irradiated body 20, passing through the transparent opening 41 of the shielding body 40 and the missing portion 39 of the shielding detector 42 to reach the gamma ray detector 30 are detected by the gamma ray detector 30. On the other hand, the prompt gamma rays 13 are not detected by the shielding detector 42 due to the shielding by the shielding body 40. In addition, radiation such as neutrons, X-rays, etc. (hereinafter referred to as neutrons, etc.) generated in the irradiated body 20 passes through the shielding body 40 and the shielding detector 42 to reach the gamma ray detector 30 and are detected by the gamma ray detector 30. This radiation is also detected by the shielding detector 42.
演算装置50における信号解析部52は、遮蔽用検出器42から参照検出信号が出力されているときに、ガンマ線検出器30が出力した検出信号をノイズであると識別する。信号解析部52は、ガンマ線検出器30が出力した検出信号のうちノイズであると識別したものは、無効として計数値に寄与させない。 The signal analysis unit 52 in the calculation device 50 identifies the detection signal output by the gamma ray detector 30 as noise when the reference detection signal is output from the shielding detector 42. The signal analysis unit 52 invalidates the detection signals output by the gamma ray detector 30 that are identified as noise and does not allow them to contribute to the count value.
具体的には、信号解析部52は、参照検出信号が遮蔽用検出器42から出力された時から時間Δtが経過するまでの間に、ガンマ線検出器30から出力された検出信号を無効とし、この検出信号を計数しない。図3(a)および(b)に示されている例では、参照検出信号Rが遮蔽用検出器42から出力されていない時に、ガンマ線検出器30から検出信号Aが出力されている。そして、参照検出信号Rが遮蔽用検出器42から出力されてからΔtが経過するまでの間に、ガンマ線検出器30から検出信号Bが出力されている。したがって、信号解析部52は検出信号Aを計数するものの、検出信号Bはノイズであると識別して検出信号Bを計数しない。 Specifically, the signal analysis unit 52 invalidates the detection signal output from the gamma ray detector 30 during the time period Δt from when the reference detection signal is output from the shielding detector 42 to when the time period Δt has elapsed, and does not count this detection signal. In the example shown in Figures 3(a) and (b), when the reference detection signal R is not output from the shielding detector 42, the detection signal A is output from the gamma ray detector 30. Then, during the time period Δt from when the reference detection signal R is output from the shielding detector 42 to when the time period Δt has elapsed, the detection signal B is output from the gamma ray detector 30. Therefore, although the signal analysis unit 52 counts the detection signal A, it identifies the detection signal B as noise and does not count the detection signal B.
なお、ガンマ線検出器30が放射線を検出してから、信号解析部52が検出信号を取得するまでの遅延時間と、遮蔽用検出器42が放射線を検出してから、信号解析部52が参照検出信号を取得するまでの遅延時間には相違があることがある。後述するように、信号解析部52は、このような遅延時間の相違を補償した上でノイズの識別および即発ガンマ線13の計数を実行する。ここでは、説明を簡略化するため、遅延時間の相違が補償されているものとして説明がされている。 Note that there may be a difference between the delay time from when the gamma ray detector 30 detects radiation until the signal analysis unit 52 acquires a detection signal, and the delay time from when the shielding detector 42 detects radiation until the signal analysis unit 52 acquires a reference detection signal. As described below, the signal analysis unit 52 compensates for this difference in delay time before identifying noise and counting the prompt gamma rays 13. To simplify the explanation, it is described here as if the difference in delay time was compensated for.
信号解析部52は、検出器軸x上の座標値x=x1~xNの位置にあるN個の検出素子のそれぞれについて、ノイズであると識別された検出信号を除いた計数値を求め、各検出素子について求められた計数値を再構成演算部53に出力する。再構成演算部53は、検出器軸x上のN個の検出素子の位置に計数値を対応付けた計数値分布を再構成することによって、粒子線11の照射軸z上に即発ガンマ線13の線量を対応付けた測定線量分布を求める。ここで、再構成は、照射軸z上の各位置、透過開口部41の位置、および検出器軸x上での各検出素子の位置の幾何学的関係に基づいて、計数値分布から測定線量分布を求める演算である。再構成演算部53は、測定線量分布を示す情報を到達位置演算部54に出力する。 The signal analysis unit 52 obtains count values for each of the N detection elements located at coordinate values x = x1 to xN on the detector axis x, excluding detection signals identified as noise, and outputs the count values obtained for each detection element to the reconstruction calculation unit 53. The reconstruction calculation unit 53 obtains a measured dose distribution that corresponds the dose of prompt gamma rays 13 on the irradiation axis z of the particle beam 11 by reconstructing a count value distribution that corresponds the count values to the positions of the N detection elements on the detector axis x. Here, the reconstruction is a calculation that obtains a measured dose distribution from the count value distribution based on the geometric relationship between each position on the irradiation axis z, the position of the transmission opening 41, and the position of each detection element on the detector axis x. The reconstruction calculation unit 53 outputs information indicating the measured dose distribution to the arrival position calculation unit 54.
なお、粒子線11をスキャニングする場合、粒子線11とガンマ線検出器30との間の距離および角度が変化する。そこで、信号解析部52は、粒子線11のスキャニングに合わせて、計数値分布を修正してもよい。 When scanning the particle beam 11, the distance and angle between the particle beam 11 and the gamma ray detector 30 change. Therefore, the signal analysis unit 52 may modify the count value distribution in accordance with the scanning of the particle beam 11.
到達位置演算部54は、予め定められた照射軸z上の基準位置(z=0)に粒子線11が到達した場合における線量分布である基準線量分布を記憶している。基準線量分布のブラッグピークは基準位置にある。到達位置演算部54は、基準線量分布に対する測定線量分布のシフト量を求める。 The arrival position calculation unit 54 stores a reference dose distribution, which is the dose distribution when the particle beam 11 reaches a predetermined reference position (z = 0) on the irradiation axis z. The Bragg peak of the reference dose distribution is at the reference position. The arrival position calculation unit 54 calculates the shift amount of the measured dose distribution relative to the reference dose distribution.
シフト量は、基準線量分布に対して、測定線量分布が照射軸z方向にずれている距離(シフトしている距離)を示す。シフト量は、照射軸zにおけるブラッグピークの位置を示す。到達位置演算部54は、基準線量分布に対する測定線量分布のシフト量、すなわち、ブラッグピークの位置を求め、粒子線11の到達位置を求める。シフト量は、基準線量分布を基準とした最大値のずれや、変曲点のずれに基づいて求められてよい。 The shift amount indicates the distance by which the measured dose distribution is shifted in the direction of the irradiation axis z relative to the reference dose distribution. The shift amount indicates the position of the Bragg peak on the irradiation axis z. The arrival position calculation unit 54 determines the shift amount of the measured dose distribution relative to the reference dose distribution, i.e., the position of the Bragg peak, and determines the arrival position of the particle beam 11. The shift amount may be determined based on the shift of the maximum value or the shift of the inflection point relative to the reference dose distribution.
図4には粒子線11の到達位置を求める処理を示すフローチャートが示されている。粒子線照射装置1は、標的21へ粒子線11を照射する(S41)。ガンマ線検出器30および遮蔽用検出器42は、標的21への粒子線11の照射に応じて発生した放射線を検出し、それぞれ、検出信号および参照検出信号を信号解析部52出力する(S42)。 Figure 4 shows a flowchart showing the process of determining the arrival position of the particle beam 11. The particle beam irradiation device 1 irradiates the target 21 with the particle beam 11 (S41). The gamma ray detector 30 and the shielding detector 42 detect radiation generated in response to the irradiation of the target 21 with the particle beam 11, and output a detection signal and a reference detection signal, respectively, to the signal analysis unit 52 (S42).
信号解析部52は、遮蔽用検出器42から参照検出信号が出力された時から時間Δtが経過するまでの間に、ガンマ線検出器30から出力された検出信号をノイズであると識別する(S43)。信号解析部52は、ガンマ線検出器30が出力した検出信号のうちノイズであると識別したものは無効として計数値に寄与させず、その他の有効な検出信号を計数する(S44)。信号解析部52は、各検出素子について求められた計数値を再構成演算部53に出力する。 The signal analysis unit 52 identifies the detection signals output from the gamma ray detector 30 during the time period from when the reference detection signal was output from the shielding detector 42 until the time Δt has elapsed as noise (S43). The signal analysis unit 52 invalidates the detection signals output by the gamma ray detector 30 that it identifies as noise and does not allow them to contribute to the count value, and counts the other valid detection signals (S44). The signal analysis unit 52 outputs the count value obtained for each detection element to the reconstruction calculation unit 53.
再構成演算部53は、各検出素子について求められた計数値に基づいて計数値分布を求める(S45)。再構成演算部53は、計数値分布を再構成することで測定線量分布を求める(S46)。到達位置演算部54は、基準線量分布に対する測定線量分布の照射軸z方向のシフト量を求め、粒子線11の到達位置を求める(S47)。 The reconstruction calculation unit 53 calculates the count value distribution based on the count values calculated for each detection element (S45). The reconstruction calculation unit 53 calculates the measured dose distribution by reconstructing the count value distribution (S46). The arrival position calculation unit 54 calculates the shift amount of the measured dose distribution relative to the reference dose distribution in the irradiation axis z direction, and calculates the arrival position of the particle beam 11 (S47).
演算装置50は、粒子線11の到達位置を表示部55に表示させる。ユーザは、表示部55に表示された到達位置を確認することで、治療が適切に行われているか否かを確認してもよい。ユーザは、粒子線11の照射位置を変更しながら、実際の到達位置が目標位置となるように粒子線照射装置1を調整してもよい。 The computing device 50 displays the arrival position of the particle beam 11 on the display unit 55. The user may check whether the treatment is being performed appropriately by checking the arrival position displayed on the display unit 55. The user may adjust the particle beam irradiation device 1 while changing the irradiation position of the particle beam 11 so that the actual arrival position is the target position.
このように、本発明の基本技術に係る粒子線到達位置モニタ2は、以下の各構成要素を備えることで、被照射体20へ入射する粒子線11の到達位置を求める。すなわち、粒子線到達位置モニタ2は、遮蔽体40、遮蔽用検出器42およびガンマ線検出器30を備えている。遮蔽体40は透過開口部41を有する。遮蔽用検出器42は、遮蔽体40の後方に配置されている。ここで、後方は、粒子線到達位置モニタ2から被照射体20側を見た方向を前方とした場合の方向を示す。ガンマ線検出器30は、遮蔽用検出器42の後方に設けられており、粒子線11の照射軸z方向に配列された複数の検出素子を備えている。 In this way, the particle beam arrival position monitor 2 according to the basic technology of the present invention is provided with the following components to determine the arrival position of the particle beam 11 incident on the irradiated object 20. That is, the particle beam arrival position monitor 2 is provided with a shielding body 40, a shielding detector 42, and a gamma ray detector 30. The shielding body 40 has a transmission opening 41. The shielding detector 42 is disposed behind the shielding body 40. Here, the rear indicates the direction when the direction seen from the particle beam arrival position monitor 2 toward the irradiated object 20 is defined as the forward direction. The gamma ray detector 30 is provided behind the shielding detector 42, and is provided with a plurality of detection elements arranged in the irradiation axis z direction of the particle beam 11.
粒子線到達位置モニタ2は演算装置50を備えている。演算装置50は、遮蔽用検出器42から参照検出値が出力されたときに、検出素子から出力された主検出値を無効とする。ここで、参照検出値および主検出値は、それぞれ、参照検出信号および検出信号が示す値である。演算装置50は、各検出素子から出力された主検出値のうち、無効とされなかった主検出値に基づいて到達位置を求める。 The particle beam arrival position monitor 2 is equipped with a calculation device 50. When a reference detection value is output from the shielding detector 42, the calculation device 50 invalidates the main detection value output from the detection element. Here, the reference detection value and the main detection value are values indicated by the reference detection signal and the detection signal, respectively. The calculation device 50 determines the arrival position based on the main detection values that have not been invalidated among the main detection values output from each detection element.
演算装置50は、各検出素子から出力された主検出値のうち無効とされなかった主検出値と、各検出素子および透過開口部41の位置関係とに基づいて、照射軸z方向に沿った即発ガンマ線13の測定線量分布(線量分布)を求める。演算装置50は、測定線量分布に基づいて到達位置を求める。すなわち、演算装置50は、各検出素子および透過開口部41の位置関係に基づいて計数値分布を再構成し、照射軸z方向に沿ったガンマ線の線量分布を求める。 The calculation device 50 calculates the measured dose distribution (dose distribution) of the prompt gamma rays 13 along the irradiation axis z direction based on the main detection values that have not been invalidated among the main detection values output from each detection element and the positional relationship between each detection element and the transparent opening 41. The calculation device 50 calculates the arrival position based on the measured dose distribution. In other words, the calculation device 50 reconstructs the count value distribution based on the positional relationship between each detection element and the transparent opening 41, and calculates the dose distribution of the gamma rays along the irradiation axis z direction.
粒子線到達位置モニタ2では、次の(i)~(vi)の過程を含む粒子線到達位置モニタ方法が実行される。粒子線到達位置モニタ方法は、被照射体20へ入射する粒子線11の到達位置を求める方法である。 The particle beam arrival position monitor 2 executes a particle beam arrival position monitoring method including the following steps (i) to (vi). The particle beam arrival position monitoring method is a method for determining the arrival position of the particle beam 11 incident on the irradiated object 20.
(i)複数の検出素子を備えるガンマ線検出器30を、検出素子の配列方向が粒子線11の照射軸z方向に揃えられるように配置すること。(ii)照射軸zとガンマ線検出器30との間に、照射軸zに交差する方向に即発ガンマ線13が通過する透過開口部41が設けられた遮蔽体40を配置すること。(iii)遮蔽体40とガンマ線検出器30との間に、遮蔽体40を透過したノイズを検出する遮蔽用検出器42を配置すること。(iv)遮蔽用検出器42から参照検出値が出力されたときに検出素子から出力された主検出値を無効とすること。(v)各検出素子から出力された主検出値のうち無効とされなかった主検出値と、各検出素子および透過開口部41の位置関係とに基づいて、ガンマ線の照射軸z方向に沿った線量分布を求めること。(vi)測定線量分布に基づいて粒子線の到達位置を求めること。 (i) Arrange a gamma ray detector 30 having a plurality of detection elements so that the array direction of the detection elements is aligned with the irradiation axis z direction of the particle beam 11. (ii) Arrange a shielding body 40 having a transmission opening 41 through which the prompt gamma ray 13 passes in a direction intersecting the irradiation axis z between the irradiation axis z and the gamma ray detector 30. (iii) Arrange a shielding detector 42 for detecting noise transmitted through the shielding body 40 between the shielding body 40 and the gamma ray detector 30. (iv) Invalidate the main detection value output from the detection element when the reference detection value is output from the shielding detector 42. (v) Calculate the dose distribution along the irradiation axis z direction of the gamma ray based on the main detection value that was not invalidated among the main detection values output from each detection element and the positional relationship between each detection element and the transmission opening 41. (vi) Calculate the arrival position of the particle beam based on the measured dose distribution.
本基本技術に係る粒子線到達位置モニタ2によれば、被照射体20で発生する中性子等によるノイズの影響が抑制され、粒子線の到達位置が高精度に求められる。 The particle beam arrival position monitor 2 according to this basic technology suppresses the effects of noise caused by neutrons and the like generated in the irradiated body 20, and the particle beam arrival position can be determined with high accuracy.
したがって、例えば、粒子線照射中の患者の姿勢変化や患者の体形の変化等により、腫瘍の位置が治療計画とは異なる位置にある場合に、粒子線の照射位置を変更したり、粒子線の照射を中止したりすることが容易となる。また、例えば、腫瘍の近傍に放射線感受性の高い臓器が存在するケースでも、粒子線治療を適用する可能性が高められる。 Therefore, for example, if the position of the tumor is different from that in the treatment plan due to a change in the patient's posture or body shape during particle beam irradiation, it becomes easy to change the particle beam irradiation position or to stop particle beam irradiation. Also, for example, the possibility of applying particle beam therapy is increased even in cases where organs with high radiation sensitivity are present near the tumor.
本基本技術に係る粒子線到達位置モニタ2では、上記の特許文献1および2に記載の技術に認められる課題が解決される。特許文献1に記載の技術では、即発ガンマ線と中性子とでは飛行時間差があることから、照射タイミングと同期したタイムゲートを設けた計測により、中性子由来の信号(ノイズ)を低減することが可能であることが記載されている。しかしながら、上述の飛行時間差以上の時間で、粒子線を1回で照射する場合、信号とノイズとを区別できない。一方、本基本技術に係る粒子線到達位置モニタ2では、粒子線の照射回数に関わらず、検出信号がノイズであるか否かが識別され得る。 The particle beam arrival position monitor 2 according to this basic technology solves the problems found in the technologies described in Patent Documents 1 and 2 above. In the technology described in Patent Document 1, since there is a flight time difference between prompt gamma rays and neutrons, it is described that it is possible to reduce signals (noise) originating from neutrons by performing measurements with a time gate synchronized with the irradiation timing. However, when a particle beam is irradiated once for a time longer than the flight time difference described above, it is not possible to distinguish between signals and noise. On the other hand, the particle beam arrival position monitor 2 according to this basic technology can identify whether a detected signal is noise or not, regardless of the number of times the particle beam is irradiated.
特許文献2に記載の技術では、到来する粒子のエネルギを10MeV以上とすることで、粒子線の照射軸上から発生したガンマ線信号のみを検出可能である。しかし、ガンマ線のエネルギの条件等によっては、検出器において電子対が生成される確率が低下し、検出感度が低下する。一方、本基本技術に係る粒子線到達位置モニタ2の測定原理は、電子対の生成によるものではないため、このような問題は生じない。 In the technology described in Patent Document 2, by setting the energy of the incoming particles to 10 MeV or more, it is possible to detect only gamma ray signals generated from the irradiation axis of the particle beam. However, depending on the gamma ray energy conditions, the probability of electron pairs being generated in the detector decreases, decreasing the detection sensitivity. On the other hand, the measurement principle of the particle beam arrival position monitor 2 according to this basic technology does not depend on the generation of electron pairs, so such problems do not arise.
上述のように、ガンマ線検出器30が放射線を検出してから、信号解析部52が検出信号を取得するまでの遅延時間と、遮蔽用検出器42が放射線を検出してから、信号解析部52が参照検出信号を取得するまでの遅延時間には相違があることがある。ここでは、このような遅延時間の相違を補償するための較正モードの動作が説明される。較正モードの動作は、粒子線の到達位置を測定する測定モードの動作とは別に実行される。 As described above, there may be a difference between the delay time from when the gamma ray detector 30 detects radiation until the signal analysis unit 52 acquires a detection signal, and the delay time from when the shielding detector 42 detects radiation until the signal analysis unit 52 acquires a reference detection signal. Here, the operation of the calibration mode for compensating for such a difference in delay time is described. The operation of the calibration mode is performed separately from the operation of the measurement mode for measuring the arrival position of the particle beam.
図5のフローチャートには、較正モードの動作(S51~S53)が示されている。較正モードの動作は、ガンマ線検出器30が備える複数の検出素子のそれぞれに対して実行される。較正モードでは、遮蔽用検出器42およびガンマ線検出器30に外部トリガ信号が同時に入力され、各外部トリガ信号が信号解析部52で取得されたタイミングの差異が計測される。 The flow chart in FIG. 5 shows the operation of the calibration mode (S51 to S53). The operation of the calibration mode is performed for each of the multiple detection elements of the gamma ray detector 30. In the calibration mode, external trigger signals are input simultaneously to the shielding detector 42 and the gamma ray detector 30, and the difference in timing at which each external trigger signal is acquired by the signal analysis unit 52 is measured.
遮蔽用検出器42とガンマ線検出器30に外部トリガ信号が同時に入力される(S51)。信号解析部52は、遮蔽用検出器42から出力された外部トリガ信号が信号解析部52で取得された第1時刻と、ガンマ線検出器30から出力された外部トリガ信号が信号解析部52で取得された第2時刻との時刻差を求める(S52)。時刻差は、第1時刻から第2時刻を減算した時間であってもよいし、第2時刻から第1時刻を減算した時間であってもよい。信号解析部52は時刻差を記憶する(S53)。 An external trigger signal is input simultaneously to the shielding detector 42 and the gamma ray detector 30 (S51). The signal analysis unit 52 determines the time difference between a first time when the external trigger signal output from the shielding detector 42 is acquired by the signal analysis unit 52 and a second time when the external trigger signal output from the gamma ray detector 30 is acquired by the signal analysis unit 52 (S52). The time difference may be the time obtained by subtracting the second time from the first time, or the time obtained by subtracting the first time from the second time. The signal analysis unit 52 stores the time difference (S53).
演算装置50は、信号解析部52が記憶した時刻差に基づいて、検出信号および参照検出信号の時間軸上での差異を、時刻差に基づいて補償した上で測定モードの動作を実行する(S54)。 The calculation device 50 performs the measurement mode operation after compensating for the difference on the time axis between the detection signal and the reference detection signal based on the time difference stored by the signal analysis unit 52 (S54).
信号解析部52は、次のような動作を実行してもよい。すなわち、信号解析部52は、ガンマ線検出器30および遮蔽用検出器42からそれぞれ出力された検出信号および参照検出信号を時刻に対応付けて、時刻データとして記憶する。信号解析部52は、参照検出信号を時間軸上で時刻差だけ遅延させて記憶する。あるいは、信号解析部52は、検出信号を時間軸上で時刻差だけ進めて記憶する。ここで、時刻差は、第1時刻から第2時刻を減算した時間(検出信号に対する参照検出信号の進みを表す時間)である。 The signal analysis unit 52 may perform the following operations. That is, the signal analysis unit 52 associates the detection signal and the reference detection signal output from the gamma ray detector 30 and the shielding detector 42, respectively, with time and stores them as time data. The signal analysis unit 52 delays the reference detection signal by the time difference on the time axis and stores it. Alternatively, the signal analysis unit 52 advances the detection signal by the time difference on the time axis and stores it. Here, the time difference is the time obtained by subtracting the second time from the first time (the time representing the advance of the reference detection signal relative to the detection signal).
なお、時刻差が、第2時刻から第1時刻を減算した時間である場合には、信号解析部52は、検出信号を時間軸上で時刻差だけ遅延させて記憶する。あるいは、信号解析部52は、参照検出信号を時間軸上で時刻差だけ進めて記憶する。測定モードでは、時刻差に基づき遅延時間の補償が実行された時刻データに基づいて、図4のフローチャートによって示される処理が実行されてよい(S54)。 When the time difference is the second time minus the first time, the signal analysis unit 52 delays the detection signal by the time difference on the time axis and stores it. Alternatively, the signal analysis unit 52 advances the reference detection signal by the time difference on the time axis and stores it. In the measurement mode, the process shown in the flowchart of FIG. 4 may be executed based on the time data in which the delay time has been compensated for based on the time difference (S54).
このように、粒子線到達位置モニタ2が較正モードで動作するときは、遮蔽用検出器42および各検出素子は、同一事象を検出する。信号解析部52は、遮蔽用検出器42および各検出素子で同一事象が検出されたときに、検出信号が示す主検出値、および参照検出信号が示す参照検出値が演算装置50で取得される時刻の差異である時刻差を求める。粒子線到達位置モニタ2が測定モードで動作するときには、演算装置50は、主検出値および参照検出値の時間軸上での差異を時刻差に基づいて補償した上で、粒子線11の到達位置を求める。 In this way, when the particle beam arrival position monitor 2 operates in the calibration mode, the shielding detector 42 and each detection element detect the same event. When the shielding detector 42 and each detection element detect the same event, the signal analysis unit 52 calculates a time difference, which is the difference between the time at which the main detection value indicated by the detection signal and the reference detection value indicated by the reference detection signal are acquired by the calculation device 50. When the particle beam arrival position monitor 2 operates in the measurement mode, the calculation device 50 calculates the arrival position of the particle beam 11 after compensating for the difference on the time axis between the main detection value and the reference detection value based on the time difference.
図6には、遮蔽用検出器42およびガンマ線検出器30に入力され、信号解析部52で取得された各外部トリガ信号の概念図が示されている。図6(a)には、遮蔽用検出器42に入力され、信号解析部52で取得された外部トリガ信号Tr1が示されている。図6(b)には、ガンマ線検出器30に入力され、信号解析部52で取得された外部トリガ信号Tr2が示されている。各図の横軸は時間を示し、縦軸は波高値を示す。外部トリガ信号Tr1が取得された第1時刻t1から外部トリガ信号Tr2が信号解析部52で取得された第2時刻t2を減算した時刻差δが信号解析部52に記憶される。 Figure 6 shows a conceptual diagram of each external trigger signal input to the shielding detector 42 and the gamma ray detector 30 and acquired by the signal analysis unit 52. Figure 6(a) shows the external trigger signal Tr1 input to the shielding detector 42 and acquired by the signal analysis unit 52. Figure 6(b) shows the external trigger signal Tr2 input to the gamma ray detector 30 and acquired by the signal analysis unit 52. The horizontal axis of each figure indicates time, and the vertical axis indicates the peak value. The time difference δ obtained by subtracting the second time t2 when the external trigger signal Tr2 is acquired by the signal analysis unit 52 from the first time t1 when the external trigger signal Tr1 is acquired is stored in the signal analysis unit 52.
ここでは、遮蔽用検出器42およびガンマ線検出器30に対する同一事象として、外部トリガ信号を各検出器(42,30)に同時に入力する処理が示された。このような処理に代えて、遮蔽用検出器42とガンマ線検出器30に、同時に放射線を検出させてもよい。例えば、遮蔽用検出器42およびガンマ線検出器30との間の領域で22Naを崩壊させることで、遮蔽用検出器42およびガンマ線検出器30に同時に検出されるガンマ線を発生させる工程が実行されてもよい。 Here, a process is shown in which an external trigger signal is input simultaneously to each detector (42, 30) as the same event for the shielding detector 42 and the gamma ray detector 30. Instead of such a process, the shielding detector 42 and the gamma ray detector 30 may be made to detect radiation simultaneously. For example, a process may be performed in which 22Na decays in the region between the shielding detector 42 and the gamma ray detector 30 to generate gamma rays that are detected simultaneously by the shielding detector 42 and the gamma ray detector 30.
図7には測定モードにおけるその他の動作例を示すフローチャートが示されている。ステップS71、S72およびS75~S77では、それぞれ、図4のフローチャートに示されたステップS41、S42およびS45~S47と同様の処理が実行される。 Figure 7 shows a flowchart illustrating another example of operation in the measurement mode. In steps S71, S72, and S75 to S77, the same processing as in steps S41, S42, and S45 to S47 shown in the flowchart in Figure 4 is executed, respectively.
粒子線照射装置1は、標的21へ粒子線11を照射する(S71)。ガンマ線検出器30および遮蔽用検出器42は、標的21への粒子線11の照射に応じて発生した放射線を検出し、それぞれ、検出信号および参照検出信号を信号解析部52に出力する(S72)。 The particle beam irradiation device 1 irradiates the target 21 with the particle beam 11 (S71). The gamma ray detector 30 and the shielding detector 42 detect radiation generated in response to the irradiation of the target 21 with the particle beam 11, and output a detection signal and a reference detection signal, respectively, to the signal analysis unit 52 (S72).
信号解析部52は、遮蔽用検出器42から参照検出信号が出力された時から時間Δtが経過するまでの間、信号値がハイになり、その他の時間帯で信号値がローになるゲート信号を生成する(S73)。演算装置50は、ゲート信号がハイである間、ガンマ線検出器30による放射線の検出を停止する。これによって、信号解析部52は、ガンマ線検出器30が出力した検出信号のうちゲート信号がハイであるときに取得されたものは無効として計数値に寄与させず、その他の有効な検出信号を計数する。すなわち、信号解析部52は、ガンマ線検出器30が出力した検出信号のうちゲート信号がローであるときに取得されたものを計数する(S74)。信号解析部52は、各検出素子について求められた計数値を再構成演算部53に出力する。 The signal analysis unit 52 generates a gate signal whose signal value is high from the time when the reference detection signal is output from the shielding detector 42 until the time Δt has elapsed, and whose signal value is low during other time periods (S73). The calculation device 50 stops the detection of radiation by the gamma ray detector 30 while the gate signal is high. As a result, the signal analysis unit 52 invalidates the detection signals output by the gamma ray detector 30 that were obtained when the gate signal was high and does not contribute to the count value, and counts other valid detection signals. In other words, the signal analysis unit 52 counts the detection signals output by the gamma ray detector 30 that were obtained when the gate signal was low (S74). The signal analysis unit 52 outputs the count value obtained for each detection element to the reconstruction calculation unit 53.
再構成演算部53は、各検出素子について求められた計数値に基づいて計数値分布を求める(S75)。再構成演算部53は、計数値分布を再構成することで測定線量分布を求める(S76)。到達位置演算部54は、基準線量分布に対する測定線量分布の照射軸z方向のシフト量を求め、粒子線11の到達位置を求める(S77)。 The reconstruction calculation unit 53 calculates the count value distribution based on the count values calculated for each detection element (S75). The reconstruction calculation unit 53 calculates the measured dose distribution by reconstructing the count value distribution (S76). The arrival position calculation unit 54 calculates the shift amount of the measured dose distribution relative to the reference dose distribution in the irradiation axis z direction, and calculates the arrival position of the particle beam 11 (S77).
ゲート信号がハイであるときは、中性子等のノイズが遮蔽用検出器42およびガンマ線検出器30で検出されている可能性がある。したがって、本動作によれば、ガンマ線検出器30が出力した検出信号のうちノイズである可能性のあるものは無効となり計数値に寄与しない。これによって、被照射体20で発生する中性子等によるノイズの影響が抑制され、粒子線11の到達位置が高精度に求められる。 When the gate signal is high, there is a possibility that noise such as neutrons may be detected by the shielding detector 42 and the gamma ray detector 30. Therefore, according to this operation, any detection signal output by the gamma ray detector 30 that may be noise is invalidated and does not contribute to the count value. This suppresses the influence of noise due to neutrons and the like generated in the irradiated body 20, and the arrival position of the particle beam 11 can be determined with high accuracy.
図8には、遮蔽体40および遮蔽用検出器42の変形例が示されている。この変形例では、遮蔽体40に3つの透過開口部41が設けられている。遮蔽用検出器42には、遮蔽体40における透過開口部41に対応する位置、すなわち、透過開口部41の位置と同一の位置に欠損部39が設けられている。 Figure 8 shows a modified example of the shielding body 40 and the shielding detector 42. In this modified example, the shielding body 40 is provided with three transmission openings 41. The shielding detector 42 is provided with a cutout 39 at a position corresponding to the transmission openings 41 in the shielding body 40, i.e., at the same position as the transmission openings 41.
このように、遮蔽体40に複数の透過開口部41が設けられ、遮蔽用検出器42に複数の欠損部39が設けられることで、透過開口部41および欠損部39が1つずつ設けられる場合に比べて、ガンマ線検出器30で検出される放射線の事象数が増加する。これによって、より多くの事象によって到達位置が求められることとなり、到達位置がより正確に求められる。 In this way, by providing multiple transmission openings 41 in the shielding body 40 and multiple cutouts 39 in the shielding detector 42, the number of radiation events detected by the gamma ray detector 30 increases compared to when one transmission opening 41 and one cutout 39 are provided. This allows the arrival position to be determined from more events, and the arrival position can be determined more accurately.
図9には、遮蔽用検出器の変形例が模式的に示されている。この図は、図8に示されている遮蔽体40を取り除き、遮蔽用検出器60を照射軸z側から眺めた図である。遮蔽用検出器60は、欠損部39によって分離された複数の発光部62を有している。各発光部62は、放射線を検出したときに光を発生する。 Figure 9 shows a schematic diagram of a modified shielding detector. This figure shows the shielding detector 60 viewed from the irradiation axis z side with the shielding body 40 shown in Figure 8 removed. The shielding detector 60 has multiple light-emitting sections 62 separated by cutouts 39. Each light-emitting section 62 generates light when it detects radiation.
図9に示される例では、遮蔽用検出器60は3つの欠損部39を有し、3つの欠損部39によって分離された4つの発光部62を有している。また、遮蔽用検出器60は、光を電気信号に変換する変換器としての光電子増倍管66と、各発光部62と光電子増倍管66とを接続する光伝搬路64を備えている。 In the example shown in FIG. 9, the shielding detector 60 has three cutouts 39 and four light-emitting sections 62 separated by the three cutouts 39. The shielding detector 60 also has a photomultiplier tube 66 as a converter that converts light into an electrical signal, and an optical propagation path 64 that connects each light-emitting section 62 to the photomultiplier tube 66.
各発光部62は、シンチレータによって構成されている。複数の発光部62と光電子増倍管66とを接続する複数の光伝搬路64は、同一の光路長を有している。各光伝搬路64は、光ファイバで形成されてよい。発光部62で放射線が検出されると、発光部62は光を発生する。発光部62で発生した光は光伝搬路64を伝搬して光電子増倍管66に到達する。 Each light-emitting unit 62 is composed of a scintillator. The multiple light propagation paths 64 connecting the multiple light-emitting units 62 and the photomultiplier tube 66 have the same optical path length. Each light propagation path 64 may be formed of an optical fiber. When radiation is detected by the light-emitting unit 62, the light-emitting unit 62 generates light. The light generated by the light-emitting unit 62 propagates through the light propagation path 64 and reaches the photomultiplier tube 66.
このように、遮蔽用検出器60は、変換器としての光電子増倍管66と、複数の光伝搬路64とを備えている。光電子増倍管66は、複数の発光部62から出力された光を電気信号に変換する。複数の光伝搬路64は、複数の発光部62と光電子増倍管66との間に設けられ、光を同一の伝搬時間で伝搬させる。 As described above, the shielding detector 60 includes a photomultiplier tube 66 as a converter, and multiple light propagation paths 64. The photomultiplier tube 66 converts the light output from the multiple light-emitting units 62 into an electrical signal. The multiple light propagation paths 64 are provided between the multiple light-emitting units 62 and the photomultiplier tube 66, and propagate the light in the same propagation time.
光電子増倍管66は、複数の光伝搬路64のそれぞれから到来した光を電気信号に変換する。光電子増倍管66によって生成される電気信号は、複数の光伝搬路64のそれぞれから到来した光の論理和(OR)に相当する。光電子増倍管66は、参照検出信号としての電気信号を信号解析部52に出力する。 The photomultiplier tube 66 converts the light arriving from each of the multiple optical propagation paths 64 into an electrical signal. The electrical signal generated by the photomultiplier tube 66 corresponds to the logical sum (OR) of the light arriving from each of the multiple optical propagation paths 64. The photomultiplier tube 66 outputs the electrical signal as a reference detection signal to the signal analysis unit 52.
各発光部62と光電子増倍管66とは、同一の光路長を有する光伝搬路64によって接続されている。したがって、各発光部62で検出された同一の事象に基づく光が同時に光電子増倍管66に到達する。これによって、1つの発光部62を用いる場合に比べて、確実に放射線が検出され、粒子線11の到達位置が確実に求められる。 Each light-emitting unit 62 and photomultiplier tube 66 are connected by an optical propagation path 64 having the same optical path length. Therefore, light based on the same event detected by each light-emitting unit 62 reaches the photomultiplier tube 66 simultaneously. This allows radiation to be detected more reliably than when a single light-emitting unit 62 is used, and the arrival position of the particle beam 11 can be determined more reliably.
図1に示される粒子線到達位置モニタ2は、被照射体20、遮蔽体40、遮蔽用検出器42およびガンマ線検出器30の位置関係に応じて、粒子線11の到達位置の照射軸z上の測定可能な範囲が定まる。しかし、標的21の位置は、被照射体20の広い範囲に存在し得る。 The particle beam arrival position monitor 2 shown in FIG. 1 determines the measurable range on the irradiation axis z of the arrival position of the particle beam 11 according to the relative positions of the irradiated body 20, the shielding body 40, the shielding detector 42, and the gamma ray detector 30. However, the position of the target 21 can exist in a wide range of the irradiated body 20.
そこで、粒子線到達位置モニタ2は、遮蔽体40、遮蔽用検出器42およびガンマ線検出器30を粒子線11の照射軸z方向と平行に移動させる移動機構を備えてもよい。移動機構は、ユーザの操作に応じて演算装置50によって制御されてよい。移動機構は、標的21が測定可能範囲に入るように、遮蔽体40、遮蔽用検出器42およびガンマ線検出器30の照射軸z方向の位置を調整する。 The particle beam arrival position monitor 2 may be provided with a movement mechanism that moves the shield 40, the shielding detector 42, and the gamma ray detector 30 parallel to the irradiation axis z direction of the particle beam 11. The movement mechanism may be controlled by the computing device 50 in response to a user's operation. The movement mechanism adjusts the positions of the shield 40, the shielding detector 42, and the gamma ray detector 30 in the irradiation axis z direction so that the target 21 is within the measurable range.
図10には、複数の検出ユニット25が、照射軸の周囲に配置された粒子線治療システムが示されている。各検出ユニット25は、遮蔽体40、遮蔽用検出器42およびガンマ線検出器30を備えている。演算装置50は、各検出ユニット25ごとに粒子線11の到達位置を求める。各検出ユニット25ごとに粒子線11の到達位置を求める処理では、ノイズとして識別された放射線は無効とされ、計数値に寄与しない。演算装置50は、各検出ユニット25に対して得られた到達位置の平均値、中央値等の統計値に基づいて、総合的な到達位置を求める。 Figure 10 shows a particle beam therapy system in which multiple detection units 25 are arranged around the irradiation axis. Each detection unit 25 includes a shield 40, a shielding detector 42, and a gamma ray detector 30. The calculation device 50 determines the arrival position of the particle beam 11 for each detection unit 25. In the process of determining the arrival position of the particle beam 11 for each detection unit 25, radiation identified as noise is invalidated and does not contribute to the count value. The calculation device 50 determines the overall arrival position based on statistical values such as the average and median of the arrival positions obtained for each detection unit 25.
このような構成によれば、複数の検出ユニット25によって求められた複数の到達位置の統計的な処理に基づいて、総合的な到達位置が求められる。これによって、測定精度が向上する。 With this configuration, the overall arrival position is determined based on statistical processing of multiple arrival positions determined by multiple detection units 25. This improves measurement accuracy.
図11には本発明の第1実施形態に係る粒子線治療システム102が示されている。粒子線治療システム102が備える粒子線到達位置モニタ3は、図1に示されている粒子線到達位置モニタ2に対し、遮蔽体40の前方に前方遮蔽体43が設けられている点が異なる。前方遮蔽体43は、前方遮蔽体43を透過する放射線の粒子を減速もしくは吸収し、または、減速および吸収する。ここで、放射線の粒子を減速することは、放射線のエネルギを抑制することに相当し、放射線の粒子を吸収することは放射線の線量を抑制することに相当する。 Figure 11 shows a particle beam therapy system 102 according to a first embodiment of the present invention. The particle beam arrival position monitor 3 included in the particle beam therapy system 102 differs from the particle beam arrival position monitor 2 shown in Figure 1 in that a front shield 43 is provided in front of the shield 40. The front shield 43 decelerates or absorbs, or decelerates and absorbs, radiation particles that pass through the front shield 43. Here, decelerating the radiation particles corresponds to suppressing the energy of the radiation, and absorbing the radiation particles corresponds to suppressing the radiation dose.
被照射体20に照射される粒子線11の線量が増加すると、それに伴って発生する中性子、X線等の放射線に基づくノイズも増加する。この場合、図1に示されている粒子線到達位置モニタ2では、遮蔽用検出器42で検出されるノイズの事象が増加する。単位時間当たりに発生するノイズ事象の数が増加し、複数の参照検出信号の波形および複数の検出信号の波形が時間軸上で重なってしまった場合には、複数のノイズ事象を個々に識別することが困難となる。 When the dose of the particle beam 11 irradiated to the irradiated body 20 increases, the noise caused by the radiation, such as neutrons and X-rays, also increases. In this case, in the particle beam arrival position monitor 2 shown in FIG. 1, the number of noise events detected by the shielding detector 42 increases. When the number of noise events occurring per unit time increases and the waveforms of multiple reference detection signals and multiple detection signal waveforms overlap on the time axis, it becomes difficult to individually identify the multiple noise events.
例えば、図3の上段に示される時間軸上で重なる複数の参照検出信号が現れ、下段に示される時間軸上で重なる複数の検出信号が現れた場合には、ノイズと識別された検出信号を無効とする処理が困難となる。すなわち、遮蔽用検出器42から参照検出信号が出力されたときにガンマ線検出器30の検出素子から出力された検出信号を無効とする処理が困難となる。 For example, if multiple reference detection signals appear that overlap on the time axis shown in the upper part of Figure 3, and multiple detection signals appear that overlap on the time axis shown in the lower part, it becomes difficult to process the detection signal identified as noise as invalid. In other words, when a reference detection signal is output from the shielding detector 42, it becomes difficult to process the detection signal output from the detection element of the gamma ray detector 30 as invalid.
そこで、本実施形態に係る粒子線到達位置モニタ3では、遮蔽体40の前方に前方遮蔽体43が設けられている。前方遮蔽体43は、遮蔽体40に設けられた透過開口部41に対応する位置に欠損領域44を有している。すなわち、透過開口部41と同一の位置に欠損領域44が設けられている。欠損領域44は、前方遮蔽体43を形成する材料が欠損した領域である。欠損領域44は、前方遮蔽体43が前後方向に切り込まれた領域であってよい。 Therefore, in the particle beam arrival position monitor 3 according to this embodiment, a front shield 43 is provided in front of the shield 40. The front shield 43 has a missing area 44 at a position corresponding to the transmission opening 41 provided in the shield 40. In other words, the missing area 44 is provided at the same position as the transmission opening 41. The missing area 44 is an area where the material forming the front shield 43 is missing. The missing area 44 may be an area where the front shield 43 is cut in the front-rear direction.
本発明の実施形態に係る粒子線到達位置モニタ3は、以下の各構成要素を備えることで、遮蔽用検出器42から参照検出信号が出力されたときにガンマ線検出器30の検出素子から出力された検出信号を無効とする処理を確実に実行する。粒子線到達位置モニタ3は、遮蔽体40、前方遮蔽体43、遮蔽用検出器42およびガンマ線検出器30を備えている。前方遮蔽体43は、遮蔽体40の前方に配置され、放射線を減速若しくは吸収し、または、減速および吸収する。ガンマ線検出器30は、前方遮蔽体43の後方に設けられている。また、遮蔽用検出器42は、前方遮蔽体43の後方、かつ、ガンマ線検出器30の前方に配置されている。 The particle beam arrival position monitor 3 according to the embodiment of the present invention includes the following components, and reliably executes a process of invalidating the detection signal output from the detection element of the gamma ray detector 30 when a reference detection signal is output from the shielding detector 42. The particle beam arrival position monitor 3 includes a shield 40, a front shield 43, a shielding detector 42, and a gamma ray detector 30. The front shield 43 is disposed in front of the shield 40, and decelerates or absorbs radiation, or decelerates and absorbs radiation. The gamma ray detector 30 is disposed behind the front shield 43. The shielding detector 42 is disposed behind the front shield 43 and in front of the gamma ray detector 30.
前方遮蔽体43が設けられることによって、単位時間当たりに検出されるノイズ事象の数が減少し、または、エネルギが抑制される。したがって、遮蔽用検出器42から出力される参照検出信号の数が抑制され、または、参照検出信号の波高値が抑制される。また、ガンマ線検出器30から出力される検出信号の数が抑制され、または、検出信号の波高値が抑制される。 By providing the front shield 43, the number of noise events detected per unit time is reduced, or the energy is suppressed. Therefore, the number of reference detection signals output from the shielding detector 42 is suppressed, or the peak value of the reference detection signal is suppressed. Also, the number of detection signals output from the gamma ray detector 30 is suppressed, or the peak value of the detection signal is suppressed.
なお、図10に示されている各検出ユニット25においても、遮蔽体40の前方に前方遮蔽体43が設けられてもよい。 In addition, in each detection unit 25 shown in FIG. 10, a front shield 43 may be provided in front of the shield 40.
これによって、複数の参照検出信号の波形および複数の検出信号の波形が時間軸上で重なることが回避され、個々のノイズ事象を識別することが容易となる。すなわち、遮蔽用検出器42から参照検出信号が出力されたときにガンマ線検出器30の検出素子から出力された検出信号を無効とする処理が容易となる。 This prevents the waveforms of multiple reference detection signals and multiple detection signals from overlapping on the time axis, making it easier to identify individual noise events. In other words, it becomes easier to invalidate the detection signal output from the detection element of the gamma ray detector 30 when the reference detection signal is output from the shielding detector 42.
前方遮蔽体43は、比較的高エネルギの中性子を減速する作用が大きい材料として、質量数が大きく、密度の大きい物質を含む材料によって形成されてよい。このような材料には重金属がある。重金属は比重が4以上の金属である。前方遮蔽体43は、鉄を含む材料、鉛を含む材料、水銀、タングステン、カドミウム、ガドリニウム等によって形成されてよい。鉄を含む材料には、ステンレス鋼(SUS)等がある。 The front shield 43 may be formed from a material that has a large mass number and a high density, as a material that has a large effect of slowing down relatively high-energy neutrons. Such materials include heavy metals. Heavy metals are metals with a specific gravity of 4 or more. The front shield 43 may be formed from a material containing iron, a material containing lead, mercury, tungsten, cadmium, gadolinium, etc. An example of a material containing iron is stainless steel (SUS).
前方遮蔽体43は、比較的低エネルギの中性子を減速する作用の大きい材料として、水素または水素を含む材料(水素化合物)によって形成されてもよい。このような材料にはパラフィン(炭化水素化合物)等がある。 The front shield 43 may be made of hydrogen or a material containing hydrogen (hydrogen compound), which has a large effect of slowing down relatively low-energy neutrons. Such materials include paraffin (hydrocarbon compound).
前方遮蔽体43は、中性子を吸収する作用のある、軽元素による材料によって形成されてもよい。軽元素は、炭素および炭素よりも軽い元素である。軽元素には、リチウム、ボロン等がある。前方遮蔽体43は、ボロンを混入したポリエチレン等のプラスチック樹脂によって形成されてもよい。 The front shield 43 may be formed from a material of a light element that has the effect of absorbing neutrons. Light elements are carbon and elements lighter than carbon. Light elements include lithium and boron. The front shield 43 may be formed from a plastic resin such as polyethylene mixed with boron.
前方遮蔽体43は、異なる材料で形成された複数の層を含んでもよい。複数の層のうち最も前方の層は重金属で形成され、最も後方の層は軽元素で形成されてよい。重金属で形成された層が前方に配置され、軽元素で形成された層が後方に配置されることで、前方遮蔽体43に入射した放射線の粒子は、減速された後に吸収される。これによって、後方の層が粒子線の粒子を吸収する効果が高まる。 The front shield 43 may include multiple layers made of different materials. The frontmost layer of the multiple layers may be made of a heavy metal, and the rearmost layer may be made of a light element. By arranging the layer made of a heavy metal at the front and the layer made of a light element at the rear, the radiation particles that enter the front shield 43 are absorbed after being decelerated. This enhances the effectiveness of the rear layers in absorbing the particles of the particle beam.
前方遮蔽体43は、異なる材料で形成された2つの層を含んでもよい。2つの層のうち前方の層はステンレス鋼で形成され、後方の層はボロンで形成されてよい。前方遮蔽体43は、異なる材料で形成された3つの層を含んでもよい。3つの層のうち最も前方の層はステンレス鋼で形成され、最も後方の層はボロンで形成され、残りの中間の層は、水素を含む材料で形成されてよい。 The forward shield 43 may include two layers formed of different materials. The forward layer of the two layers may be formed of stainless steel, and the rearward layer may be formed of boron. The forward shield 43 may include three layers formed of different materials. The forwardmost layer of the three layers may be formed of stainless steel, the rearwardmost layer may be formed of boron, and the remaining intermediate layer may be formed of a material containing hydrogen.
このように、放射線の粒子を減速する効果が高い方の層を前方に配置し、放射線の粒子を吸収する効果が高い方の層を後方に配置することで、後方の層が放射線を吸収する効果が高まる。 In this way, by placing the layer with the greater effect of slowing down radiation particles at the front and the layer with the greater effect of absorbing radiation particles at the rear, the rear layer becomes more effective at absorbing radiation.
図12には、第2実施形態に係る粒子線治療システム104が示されている。粒子線治療システム104が備える粒子線到達位置モニタ4は、図8に示されている遮蔽体40の前方に前方遮蔽体43を追加したものである。前方遮蔽体43には、遮蔽体40における複数の透過開口部41および遮蔽用検出器42における複数の欠損部39に対応する位置に、欠損領域44が設けられている。図12には、3つの透過開口部41、3つの欠損部39および3つの欠損領域44が設けられた例が示されている。3つの欠損領域44は、3つの透過開口部41と同一の位置に設けられている。 Figure 12 shows a particle beam therapy system 104 according to the second embodiment. The particle beam arrival position monitor 4 included in the particle beam therapy system 104 is obtained by adding a front shield 43 in front of the shield 40 shown in Figure 8. The front shield 43 has missing regions 44 at positions corresponding to the multiple transmission openings 41 in the shield 40 and the multiple missing portions 39 in the shielding detector 42. Figure 12 shows an example in which three transmission openings 41, three missing portions 39, and three missing regions 44 are provided. The three missing regions 44 are provided at the same positions as the three transmission openings 41.
遮蔽体40には透過開口部41として、前後方向に切り込まれたスリットS1が形成され、スリットS1を形成する遮蔽体40の縁(スリットS1の縁)はU字エッジ形状を有している。U字エッジ形状は、前面に沿ってスリットS1に向かい、スリットS1を形成する端面に沿って後方に向かい、後面に沿ってスリットS1から離れる方向に向かう軌跡がU字を描く形状である。 The shield 40 has a slit S1 cut in the front-to-rear direction as a transparent opening 41, and the edge of the shield 40 that forms the slit S1 (the edge of the slit S1) has a U-shaped edge shape. The U-shaped edge shape is a U-shaped trajectory that runs along the front surface toward the slit S1, runs toward the rear along the end face that forms the slit S1, and runs along the rear surface away from the slit S1.
前方遮蔽体43には、遮蔽体40における透過開口部41と同様、欠損領域44として前後方向に切り込まれた前方スリットS2が形成されている。複数の欠損領域44が、複数の透過開口部41に対応する各位置に設けられている。すなわち、複数の欠損領域44が、複数の透過開口部41の同一の位置に設けられている。前方スリットS2を形成する前方遮蔽体43の縁(前方スリットS2の縁)は、遮蔽体40のスリットS1の縁と同様、U字エッジ形状を有している。 The front shield 43 has a front slit S2 cut in the front-rear direction as a missing region 44, similar to the transparent opening 41 in the shield 40. A plurality of missing regions 44 are provided at positions corresponding to the plurality of transparent openings 41. In other words, a plurality of missing regions 44 are provided at the same positions of the plurality of transparent openings 41. The edge of the front shield 43 that forms the front slit S2 (the edge of the front slit S2) has a U-shaped edge shape, similar to the edge of the slit S1 in the shield 40.
本実施形態では、前方遮蔽体43に複数の欠損領域44が設けられ、遮蔽体40に複数の透過開口部41が設けられ、さらに、遮蔽用検出器42に複数の欠損部39が設けられている。これによって、欠損領域44、透過開口部41および欠損部39が1つずつ設けられる場合に比べて、ガンマ線検出器30で検出される放射線の事象数が増加する。これによって、より多くの事象によって到達位置が求められることとなり、到達位置がより正確に求められる。 In this embodiment, a plurality of missing regions 44 are provided in the front shield 43, a plurality of transmission openings 41 are provided in the shield 40, and a plurality of missing portions 39 are provided in the shielding detector 42. This increases the number of radiation events detected by the gamma ray detector 30 compared to when one each of the missing region 44, transmission opening 41, and missing portion 39 is provided. This allows the arrival position to be determined from a greater number of events, and the arrival position can be determined more accurately.
図13には、第2実施形態に係る粒子線治療システム104の変形例として、粒子線治療システム106が示されている。粒子線到達位置モニタ5が備える遮蔽体40には、透過開口部41として前後方向に切り込まれたスリットS3が形成され、スリットS3を形成する遮蔽体40の縁(スリットS3の縁)はV字エッジ形状を有している。V字エッジ形状は、スリットS3に向かうにつれて厚みが薄くなるように、前面および後面のうち少なくとも一方が傾斜した形状である。 Figure 13 shows a particle beam therapy system 106 as a modified example of the particle beam therapy system 104 according to the second embodiment. The shield 40 provided in the particle beam arrival position monitor 5 has a slit S3 cut in the front-rear direction as a transmission opening 41, and the edge of the shield 40 that forms the slit S3 (the edge of the slit S3) has a V-edge shape. The V-edge shape is such that at least one of the front and rear surfaces is inclined so that the thickness becomes thinner toward the slit S3.
前方遮蔽体43には、遮蔽体40における透過開口部41と同様、欠損領域44として前後方向に切り込まれた前方スリットS4が形成されている。複数の欠損領域44が、複数の透過開口部41に対応する各位置に設けられている。前方スリットS4を形成する前方遮蔽体43の縁(前方スリットS4の縁)には、遮蔽体40のスリットS3の縁の斜面に対して連続的に広がる斜面が形成されている。 The front shield 43 has a front slit S4 cut in the front-rear direction as a missing region 44, similar to the transparent opening 41 in the shield 40. A plurality of missing regions 44 are provided at positions corresponding to the plurality of transparent openings 41. The edge of the front shield 43 that forms the front slit S4 (the edge of the front slit S4) has a slope that expands continuously with respect to the slope of the edge of the slit S3 of the shield 40.
図13に示されているように、前方遮蔽体43の前方スリットS4の縁は、遮蔽体40のスリットS3の縁の斜面と同一の傾きを有する斜面を有する。前方遮蔽体43の前方スリットS4の縁の斜面と、遮蔽体40のスリットS3の縁の斜面は、連続的に広がる同一平面の斜面を形成している。このような構造によれば、前方スリットS4およびスリットS3の縁に即発ガンマ線13が衝突して、ガンマ線検出器30で計数されない即発ガンマ線の数が減少する。 As shown in FIG. 13, the edge of the front slit S4 of the front shield 43 has a slope with the same inclination as the slope of the edge of the slit S3 of the shield 40. The slope of the edge of the front slit S4 of the front shield 43 and the slope of the edge of the slit S3 of the shield 40 form a continuously expanding slope of the same plane. With this structure, the number of prompt gamma rays 13 that collide with the edges of the front slit S4 and slit S3 and are not counted by the gamma ray detector 30 is reduced.
図14には粒子線治療システム106の変形例として、粒子線治療システム108が示されている。図13に示される変形例において透過開口部41の数を多くすると、透過開口部41が配置される間隔が狭くなり、前方遮蔽体43を配置する領域が狭くなってしまう。この場合、前方遮蔽体43を配置することが困難となってしまうことがある。そこで、図14に示されている変形例のように前方遮蔽体43が構成されてもよい。図14に示されている粒子線到達位置モニタ6の前方遮蔽体43には、遮蔽体40における複数の透過開口部41が設けられている領域の上方に広がる拡大欠損領域80が形成されている。拡大欠損領域80は、複数の透過開口部41が及ぶ領域に対応する領域である。 Figure 14 shows a particle therapy system 108 as a modified example of the particle therapy system 106. In the modified example shown in Figure 13, if the number of transmission openings 41 is increased, the intervals at which the transmission openings 41 are arranged become narrower, and the area in which the front shield 43 is arranged becomes narrower. In this case, it may be difficult to arrange the front shield 43. Therefore, the front shield 43 may be configured as in the modified example shown in Figure 14. In the front shield 43 of the particle beam arrival position monitor 6 shown in Figure 14, an enlarged defect area 80 is formed that extends above the area in which the multiple transmission openings 41 are provided in the shield 40. The enlarged defect area 80 is an area corresponding to the area covered by the multiple transmission openings 41.
粒子線到達位置モニタ6では、さらに、遮蔽用検出器42の領域のうち、前方遮蔽体43に形成された拡大欠損領域80に対応する検出緩和領域81は、他の領域よりも薄く形成されている。 In the particle beam arrival position monitor 6, furthermore, within the area of the shielding detector 42, a detection mitigation area 81 corresponding to the enlarged defect area 80 formed in the front shield 43 is formed thinner than other areas.
このような構成では、拡大欠損領域80において、前方遮蔽体43による効果が得られない。すなわち、拡大欠損領域80では、被照射体20で発生した放射線の粒子を減速または吸収する効果は得られない。そこで、本変形例では、遮蔽用検出器42に検出緩和領域81が設けられている。検出緩和領域81では、他の領域よりも放射線を検出する感度が低くなる。そのため、図13に示されている遮蔽用検出器42に比べて、同一数の複数の事象の中から検出される事象の数が少ない。したがって、拡大欠損領域80が設けられていない場合と同様の効果が得られる。 In this configuration, the effect of the front shield 43 is not obtained in the enlarged defect region 80. In other words, the effect of decelerating or absorbing radiation particles generated in the irradiated body 20 is not obtained in the enlarged defect region 80. Therefore, in this modified example, a detection mitigation region 81 is provided in the shielding detector 42. The detection mitigation region 81 has a lower sensitivity for detecting radiation than other regions. Therefore, compared to the shielding detector 42 shown in FIG. 13, the number of events detected from the same number of multiple events is smaller. Therefore, the same effect is obtained as when the enlarged defect region 80 is not provided.
図15には粒子線治療システム108の変形例として、粒子線治療システム110が示されている。粒子線治療システム110が備える粒子線到達位置モニタ7のように、遮蔽用検出器42における検出緩和領域81には、総ての透過開口部41に対して欠損部39が設けられなくてもよい。すなわち、透過開口部41の後方は、遮蔽用検出器42を形成する材料によって塞がれていてもよい。 Figure 15 shows a particle beam therapy system 110 as a modified example of the particle beam therapy system 108. Like the particle beam arrival position monitor 7 provided in the particle beam therapy system 110, the detection relaxation region 81 in the shielding detector 42 does not need to have a missing portion 39 for all of the transmission openings 41. In other words, the rear of the transmission openings 41 may be blocked by the material that forms the shielding detector 42.
前方遮蔽体43が用いられた粒子線到達位置モニタ3~7では、次の(a)~(g)の過程を含む粒子線到達位置モニタ方法が実行される。粒子線到達位置モニタ方法は、被照射体20へ入射される粒子線11の到達位置を求める方法である。 In the particle beam arrival position monitors 3 to 7 using the front shield 43, a particle beam arrival position monitoring method including the following steps (a) to (g) is executed. The particle beam arrival position monitoring method is a method for determining the arrival position of the particle beam 11 incident on the irradiated object 20.
(a)複数の検出素子を備えるガンマ線検出器30を、検出素子の配列方向が粒子線11の照射軸z方向に揃えられるように配置すること。(b)照射軸zとガンマ線検出器30との間に、照射軸zに交差する方向に即発ガンマ線13が通過する透過開口部41が設けられた遮蔽体40を配置すること。(c)照射軸zと遮蔽体40との間に前方遮蔽体43を配置すること。(d)遮蔽体40とガンマ線検出器30との間に、遮蔽体40を透過したノイズを検出する遮蔽用検出器42を配置すること。(e)遮蔽用検出器42から参照検出値が出力されたときに検出素子から出力された主検出値を無効とすること。(f)各検出素子から出力された主検出値のうち無効とされなかった主検出値と、各検出素子および透過開口部41の位置関係とに基づいて、照射軸z方向に沿ったガンマ線の線量分布を求めること。(g)測定線量分布に基づいて粒子線の到達位置を求めること。 (a) Arrange a gamma ray detector 30 having a plurality of detection elements so that the arrangement direction of the detection elements is aligned with the irradiation axis z direction of the particle beam 11. (b) Arrange a shielding body 40 having a transmission opening 41 through which the prompt gamma ray 13 passes in a direction intersecting the irradiation axis z between the irradiation axis z and the gamma ray detector 30. (c) Arrange a front shielding body 43 between the irradiation axis z and the shielding body 40. (d) Arrange a shielding detector 42 for detecting noise transmitted through the shielding body 40 between the shielding body 40 and the gamma ray detector 30. (e) Invalidate the main detection value output from the detection element when the reference detection value is output from the shielding detector 42. (f) Calculate the dose distribution of the gamma ray along the irradiation axis z direction based on the main detection value that was not invalidated among the main detection values output from each detection element and the positional relationship between each detection element and the transmission opening 41. (g) Calculate the arrival position of the particle beam based on the measured dose distribution.
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定するものではない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能である。これらの実施形態に対しては、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更等が行われてよい。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described above, these embodiments are presented as examples and do not limit the scope of the invention. These novel embodiments can be embodied in various other forms. Various omissions, substitutions, modifications, etc. may be made to these embodiments without departing from the gist of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are included in the scope of the invention and its equivalents as set forth in the claims.
1 粒子線照射装置、2~7 粒子線到達位置モニタ、10 粒子線制御装置、11 粒子線、13 即発ガンマ線、20 被照射体、21 標的、25 検出ユニット、30 ガンマ線検出器、39 欠損部、40 遮蔽体、41 透過開口部、42,60 遮蔽用検出器、50 演算装置、52 信号解析部、53 再構成演算部、54 到達位置演算部、55 表示部、62 発光部、64 光伝搬路、66 光電子増倍管、80 拡大欠損領域、81 検出緩和領域、100,102,104,106,108,110 粒子線治療システム、200 線量分布、S1,S3 スリット、S2,S4 前方スリット。
1 Particle beam irradiation device, 2 to 7 Particle beam arrival position monitor, 10 Particle beam control device, 11 Particle beam, 13 Prompt gamma ray, 20 Irradiated object, 21 Target, 25 Detection unit, 30 Gamma ray detector, 39 Defective portion, 40 Shielding body, 41 Transmission opening, 42, 60 Shielding detector, 50 Calculation device, 52 Signal analysis unit, 53 Reconstruction calculation unit, 54 Arrival position calculation unit, 55 Display unit, 62 Light emission unit, 64 Light propagation path, 66 Photomultiplier tube, 80 Enlarged defect area, 81 Detection relaxation area, 100, 102, 104, 106, 108, 110 Particle beam therapy system, 200 Dose distribution, S1, S3 Slit, S2, S4 Front slit.
Claims (13)
透過開口部を有する遮蔽体と、
前記遮蔽体の前方に配置され、放射線を減速若しくは吸収し、または、減速および吸収する前方遮蔽体と、
前記前方遮蔽体の後方に設けられたガンマ線検出器であって、前記粒子線の照射軸方向に配列された複数の検出素子を備えるガンマ線検出器と、
前記前方遮蔽体の後方、かつ、前記ガンマ線検出器の前方に配置された遮蔽用検出器と、を備えることを特徴とする粒子線到達位置モニタ。 In a particle beam arrival position monitor for determining the arrival position of a particle beam incident on an irradiated object,
a shield having a transmission opening;
a forward shield disposed in front of the shield and configured to slow down or absorb radiation, or to both slow down and absorb radiation;
a gamma ray detector provided behind the front shield, the gamma ray detector including a plurality of detection elements arranged in an irradiation axis direction of the particle beam;
a shielding detector disposed behind the front shield and in front of the gamma ray detector .
演算装置であって、
前記遮蔽用検出器から参照検出値が出力されたときに前記検出素子から出力された主検出値を無効とし、
各前記検出素子から出力された前記主検出値のうち無効とされなかった前記主検出値に基づいて、前記到達位置を求める、演算装置を備えることを特徴とする粒子線到達位置モニタ。 2. The particle beam arrival position monitor according to claim 1 ,
1. A computing device, comprising:
When a reference detection value is output from the shielding detector, a main detection value output from the detection element is invalidated;
A particle beam arrival position monitor comprising: a calculation device that determines the arrival position based on the main detection values that have not been invalidated among the main detection values output from each of the detection elements.
前記前方遮蔽体は、
異なる材料で形成された複数の層を含むことを特徴とする粒子線到達位置モニタ。 3. The particle beam arrival position monitor according to claim 1,
The front shield is
A particle beam arrival position monitor comprising a plurality of layers formed of different materials.
前記前方遮蔽体は、
前記複数の層のうち最も前方の層は重金属で形成され、最も後方の層は軽元素で形成されていることを特徴とする粒子線到達位置モニタ。 4. The particle beam arrival position monitor according to claim 3 ,
The front shield is
4. A particle beam arrival position monitor, comprising: a first layer of said plurality of layers being made of a heavy metal; and a second layer being made of a light element.
前記前方遮蔽体は、
異なる材料で形成された2つの層を含み、
前記2つの層のうち前方の層は鉄を含む材料で形成され、後方の層はボロンで形成されていることを特徴とする粒子線到達位置モニタ。 4. The particle beam arrival position monitor according to claim 3 ,
The front shield is
The method includes the steps of:
2. A particle beam arrival position monitor, comprising: a first layer of said two layers being made of a material containing iron, and a second layer being made of boron.
前記前方遮蔽体は、
異なる材料で形成された3つの層を含み、
前記3つの層のうち最も前方の層は鉄を含む材料で形成され、最も後方の層はボロンで形成され、残りの中間の層は、水素を含む材料で形成されていることを特徴とする粒子線到達位置モニタ。 4. The particle beam arrival position monitor according to claim 3 ,
The front shield is
It includes three layers formed of different materials,
A particle beam arrival position monitor, characterized in that the frontmost layer of the three layers is formed of a material containing iron, the rearmost layer is formed of boron, and the remaining intermediate layers are formed of a material containing hydrogen.
前記遮蔽用検出器は、前記透過開口部に対応する位置に欠損部を有していることを特徴とする粒子線到達位置モニタ。 3. The particle beam arrival position monitor according to claim 1,
4. A particle beam arrival position monitor according to claim 1, wherein the shielding detector has a cutout portion at a position corresponding to the transmission opening portion.
前記遮蔽体は、複数の前記透過開口部を有し、
前記前方遮蔽体は、複数の前記透過開口部が及ぶ領域に対応する拡大欠損領域を有し、
前記遮蔽用検出器は、前記拡大欠損領域に対応する領域が、他の領域よりも薄く形成されていることを特徴とする粒子線到達位置モニタ。 3. The particle beam arrival position monitor according to claim 1,
The shield has a plurality of the transmission openings,
the front shield has an enlarged defect area corresponding to an area covered by the plurality of transmission openings;
2. A particle beam arrival position monitor according to claim 1, wherein the shielding detector is formed so that a region corresponding to the enlarged defective region is thinner than other regions.
透過開口部を有する遮蔽体と、
前記遮蔽体の前方に配置され、放射線を減速若しくは吸収し、または、減速および吸収する前方遮蔽体と、
前記前方遮蔽体の後方に設けられたガンマ線検出器であって、前記粒子線の照射軸方向に配列された複数の検出素子を備えるガンマ線検出器と、を備え、
前記透過開口部は、前記遮蔽体が前後方向に切り込まれたスリットをなし、
前記スリットを形成する前記遮蔽体の縁は、前記スリットに向かうにつれて厚みが薄くなるように、前面および後面のうち少なくとも一方が傾斜したV字エッジ形状を有していることを特徴とする粒子線到達位置モニタ。 In a particle beam arrival position monitor for determining the arrival position of a particle beam incident on an irradiated object,
a shield having a transmission opening ;
a forward shield disposed in front of the shield and configured to slow down or absorb radiation, or to both slow down and absorb radiation;
a gamma ray detector provided behind the front shield, the gamma ray detector including a plurality of detection elements arranged in an irradiation axis direction of the particle beam;
The transparent opening is a slit formed by cutting the shielding body in the front-rear direction,
A particle beam arrival position monitor characterized in that the edge of the shielding that forms the slit has a V-edge shape with at least one of the front and rear surfaces being inclined so that the thickness becomes thinner toward the slit.
前記透過開口部は、前記遮蔽体が前後方向に切り込まれたスリットをなし、
前記スリットを形成する前記遮蔽体の縁は、前記スリットに向かうにつれて厚みが薄くなるように、前面および後面のうち少なくとも一方が傾斜したV字エッジ形状を有していることを特徴とする粒子線到達位置モニタ。 3. The particle beam arrival position monitor according to claim 1,
The transparent opening is a slit formed by cutting the shielding body in the front-rear direction,
A particle beam arrival position monitor characterized in that the edge of the shielding that forms the slit has a V-edge shape with at least one of the front and rear surfaces being inclined so that the thickness becomes thinner toward the slit.
前記前方遮蔽体は、前記スリットに対応する位置に欠損領域を有し、
前記欠損領域の縁には、前記スリットの縁の斜面に対して連続的に広がる斜面が形成されていることを特徴とする粒子線到達位置モニタ。 11. The particle beam arrival position monitor according to claim 9 ,
the front shield has a missing region at a position corresponding to the slit,
A particle beam arrival position monitor, comprising: an inclined surface formed on the edge of the defect region, the inclined surface extending continuously from the inclined surface of the edge of the slit.
前記被照射体に前記粒子線を照射する粒子線照射装置と、
を備えることを特徴とする粒子線治療システム。 A particle beam arrival position monitor according to claim 1 or 2 ;
a particle beam irradiation device that irradiates the particle beam to the irradiation target;
A particle beam therapy system comprising:
複数の検出素子を備えるガンマ線検出器を、前記検出素子の配列方向が前記粒子線の照射軸方向に揃えられるように配置し、
前記照射軸と前記ガンマ線検出器との間に、前記照射軸に交差する方向にガンマ線が通過する透過開口部が設けられた遮蔽体を配置し、
前記照射軸と前記遮蔽体との間に前方遮蔽体を配置し、
前記遮蔽体と前記ガンマ線検出器との間に、前記遮蔽体を透過したノイズを検出する遮蔽用検出器を配置し、
前記遮蔽用検出器から参照検出値が出力されたときに前記検出素子から出力された主検出値を無効とし、
各前記検出素子から出力された前記主検出値のうち無効とされなかった前記主検出値と、各前記検出素子および前記透過開口部の位置関係とに基づいて、前記照射軸方向に沿ったガンマ線の線量分布を求め、
前記線量分布に基づいて前記到達位置を求めること、
を含む粒子線到達位置モニタ方法。 1. A particle beam arrival position monitoring method for determining an arrival position of a particle beam incident on an irradiation target, comprising:
a gamma ray detector including a plurality of detection elements is arranged such that the array direction of the detection elements is aligned with the irradiation axis direction of the particle beam;
A shield having a transparent opening through which gamma rays pass in a direction intersecting the irradiation axis is disposed between the irradiation axis and the gamma ray detector;
A front shield is disposed between the irradiation axis and the shield;
a shielding detector is disposed between the shielding body and the gamma ray detector, the shielding detector detecting noise transmitted through the shielding body;
When a reference detection value is output from the shielding detector, a main detection value output from the detection element is invalidated;
determining a dose distribution of gamma rays along the irradiation axis direction based on the main detection values that have not been invalidated among the main detection values output from each of the detection elements and a positional relationship between each of the detection elements and the transmission opening;
determining the arrival position based on the dose distribution;
A particle beam arrival position monitoring method comprising:
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