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JP2009172261A - Charged particle beam irradiation system - Google Patents

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JP2009172261A
JP2009172261A JP2008015757A JP2008015757A JP2009172261A JP 2009172261 A JP2009172261 A JP 2009172261A JP 2008015757 A JP2008015757 A JP 2008015757A JP 2008015757 A JP2008015757 A JP 2008015757A JP 2009172261 A JP2009172261 A JP 2009172261A
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JP
Japan
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irradiation
charged particle
ray detector
gamma ray
particle beam
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Pending
Application number
JP2008015757A
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Japanese (ja)
Inventor
Yusuke Fujii
祐介 藤井
Taisuke Takayanagi
泰介 高柳
Yoshihiko Nagamine
嘉彦 長峯
Kazuo Hiramoto
和夫 平本
Toru Umekawa
徹 梅川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the following problem: when an irradiation angle changes by rotation of a gantry, disposition of a γ-ray detector cannot be appropriate, so that an irradiation field cannot be measured precisely. <P>SOLUTION: The charged particle beam irradiation system is provided with: a rotating gantry 12; a charged particle beam generator for generating charged particle beams; an irradiator 21, provided in the rotating gantry 12, for emitting the charged particle beams to an object to be irradiated; and a γ-ray detector 46 for detecting a prompt γ-ray generated by the object to be irradiated. The rotating gantry 12 is provided with the γ-ray detector 46. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、粒子線照射システムに係り、特に荷電粒子ビームを腫瘍等の患部に照射して治療する荷電粒子ビーム照射システムに関する。   The present invention relates to a particle beam irradiation system, and more particularly to a charged particle beam irradiation system that treats a diseased part such as a tumor by irradiating it with a charged particle beam.

癌などの患者に陽子線などの荷電粒子ビームを照射する方法が知られている。この照射に用いるシステムは荷電粒子ビーム発生装置,ビーム輸送系、及び治療室を備えている。荷電粒子ビーム発生装置で加速された荷電粒子ビームはビーム輸送系を経て治療室の照射装置に達し、照射装置により分布を拡大し、患者の体内で患部形状に適した照射野を形成する。その際、照射野が所望の位置に形成されたことを確認する手段として、照射により体内で生成する陽電子放出核種からの消滅ガンマ線を照射後ポジトロン断層法(PET)により撮影する方法が用いられている。また、治療中照射野に生成される励起された炭素,酸素,窒素などの原子核から発生するガンマ線(即発ガンマ)を観測する方法が提唱されている。   A method of irradiating a patient with cancer or the like with a charged particle beam such as a proton beam is known. The system used for this irradiation includes a charged particle beam generator, a beam transport system, and a treatment room. The charged particle beam accelerated by the charged particle beam generating apparatus reaches the irradiation apparatus in the treatment room through the beam transport system, and the distribution is expanded by the irradiation apparatus to form an irradiation field suitable for the shape of the affected part in the body of the patient. At that time, as a means for confirming that the irradiation field has been formed at a desired position, a method is used in which annihilation gamma rays from positron emitting nuclides generated in the body by irradiation are photographed by positron tomography (PET) after irradiation. Yes. In addition, a method for observing gamma rays (prompt gamma) generated from excited nuclei such as carbon, oxygen, and nitrogen generated in the irradiation field during treatment has been proposed.

特開平9−189769号公報JP-A-9-189769 “Prompt gamma measurements for locating the dose falloff region in the proton therapy”APPLIED PHYSICS LETTERS 89,183517(2006)“Prompt gamma measurements for locating the dose falloff region in the proton therapy” APPLIED PHYSICS LETTERS 89, 183517 (2006)

従来法であるPETを使用する方法は、照射後に測定するため照射により生成した陽電子放出核種が生理現象により位置を移動してしまうこと、陽電子放出核種から放出された陽電子は数mm移動した後消滅ガンマ線を発生すること、陽電子放出核種生成には核反応が必要であるが照射野の最も深い位置に到達する荷電粒子は核反応を起こすために十分なエネルギーを持たないことから荷電粒子の種類によっては照射野の形状を精度良く測定することは困難であった。また、即発ガンマ線を測定する方法はまだ確立されていない。即発ガンマ線により照射野を確認する場合、ガンマ線測定器を可能な限り照射野に近づけ、ガンマ線検出器の検出面をビーム軸方向と垂直な向きに配置し、ガンマ線検出器検出面の中心から引いた垂線が照射野の最深部になるように配置することが好ましい。特にガントリーを使用し照射方向を変更する場合、精度良く測定するためにガンマ線検出器を上記照射方向に最適な位置に配置する必要があるが、未だその方法は発明されていない。   In the conventional method using PET, since the positron emitting nuclide generated by irradiation moves due to a physiological phenomenon to measure after irradiation, the positron emitted from the positron emitting nuclide moves after several mm and disappears. The generation of gamma rays and the generation of positron-emitting nuclides require a nuclear reaction, but charged particles that reach the deepest position in the irradiation field do not have sufficient energy to cause a nuclear reaction. It was difficult to accurately measure the shape of the irradiation field. In addition, a method for measuring prompt gamma rays has not yet been established. When checking the irradiation field with prompt gamma rays, place the gamma ray measuring device as close to the irradiation field as possible, place the detection surface of the gamma ray detector in a direction perpendicular to the beam axis direction, and draw it from the center of the detection surface of the gamma ray detector. It is preferable to arrange so that the perpendicular line is the deepest part of the irradiation field. In particular, when the irradiation direction is changed using a gantry, it is necessary to arrange the gamma ray detector at an optimum position in the irradiation direction in order to measure with high accuracy, but the method has not been invented yet.

本発明の目的は、ガントリーを回転させてイオンビームを複数の角度から照射した場合でも照射野位置を精度良く測定することができる荷電粒子ビーム照射システムを提供することにある。   An object of the present invention is to provide a charged particle beam irradiation system capable of accurately measuring an irradiation field position even when an ion beam is irradiated from a plurality of angles by rotating a gantry.

上記した目的を達成する本発明の特徴は、回転ガントリーと、荷電粒子ビームを発生させる荷電粒子ビーム発生装置と、回転ガントリーに設けられ、荷電粒子ビームを照射対象に出射する照射装置と、照射対象から発生する即発ガンマ線を検出するガンマ線検出器とを有し、即発ガンマ線検出器を回転ガントリーに設けることにある。   The features of the present invention that achieve the above-mentioned objects are a rotating gantry, a charged particle beam generating device that generates a charged particle beam, an irradiation device that is provided in the rotating gantry and emits a charged particle beam to the irradiation target, and an irradiation target And a gamma ray detector for detecting the prompt gamma ray generated from the first gamma ray, and providing the prompt gamma ray detector in the rotating gantry.

本発明によれば、イオンビームを照射した照射野位置を精度良く測定することができる。   According to the present invention, the irradiation field position irradiated with the ion beam can be accurately measured.

以下、本発明の好適な実施形態である荷電粒子ビーム照射システムについて説明する。   Hereinafter, a charged particle beam irradiation system which is a preferred embodiment of the present invention will be described.

本実施形態の荷電粒子ビーム照射システムは、荷電粒子ビーム発生装置1とビーム輸送系2と放射線治療室40を備えている。   The charged particle beam irradiation system of this embodiment includes a charged particle beam generator 1, a beam transport system 2, and a radiation treatment room 40.

図1を用いて荷電粒子ビーム発生装置1について説明する。   A charged particle beam generator 1 will be described with reference to FIG.

荷電粒子ビーム発生装置1は、イオン源(図示せず),ライナック3(前段荷電粒子ビーム加速装置),シンクロトロン4を有する。シンクロトロン4は高周波印加装置5,加速装置6、及び蓄積電荷量検出器10を有する。高周波印加装置5はシンクロトロン4の周回軌道に配置された高周波印加電極7と、高周波印加電源8を備える。高周波印加電極7と高周波印加電源8はスイッチ9により接続される。加速装置6はイオンビームの周回軌道に配置された高周波加速空洞(図示せず)と高周波加速空洞に高周波電力を印加する高周波電源(図示せず)を備える。陽子,炭素などのイオンはイオン源にて発生し、ライナック3に入射し加速される。ライナック3から出射したイオンビームはシンクロトロン4へ入射される。シンクロトロン4では、イオンビームは高周波電源から高周波加速空洞を経てイオンビームに印加される高周波電力によってエネルギーを与えられて加速する。予め設定されたエネルギーまで加速された後、スイッチ9を繋ぎイオンビームに高周波印加装置5により高周波が印加される。安定限界内でシンクロトロン4内を周回していたイオンビームは安定限界外に移行し、出射用デフレクタ11を通ってシンクロトロン4から出射される。スイッチ9を切り高周波の印加を停止することにより、シンクロトロン4からのイオンビームの出射を停止する。シンクロトロン4から出射したイオンビームはビーム輸送系2を経て、照射装置21に輸送される。ビーム輸送系2は四極電磁石14,18、及び偏向電磁石15,19,20を有する。   The charged particle beam generator 1 includes an ion source (not shown), a linac 3 (previous charged particle beam accelerator), and a synchrotron 4. The synchrotron 4 includes a high-frequency application device 5, an acceleration device 6, and a stored charge amount detector 10. The high-frequency application device 5 includes a high-frequency application electrode 7 disposed on the orbit of the synchrotron 4 and a high-frequency application power source 8. The high frequency application electrode 7 and the high frequency application power source 8 are connected by a switch 9. The acceleration device 6 includes a high-frequency accelerating cavity (not shown) disposed in the orbit of the ion beam and a high-frequency power source (not shown) that applies high-frequency power to the high-frequency accelerating cavity. Ions such as protons and carbon are generated in the ion source and are incident on the linac 3 and accelerated. The ion beam emitted from the linac 3 is incident on the synchrotron 4. In the synchrotron 4, the ion beam is accelerated by being given energy by a high frequency power applied to the ion beam from a high frequency power source through a high frequency acceleration cavity. After acceleration to a preset energy, the switch 9 is connected and a high frequency is applied to the ion beam by the high frequency application device 5. The ion beam orbiting within the synchrotron 4 within the stability limit moves outside the stability limit, and is emitted from the synchrotron 4 through the extraction deflector 11. The ion beam emission from the synchrotron 4 is stopped by turning off the switch 9 and stopping the application of the high frequency. The ion beam emitted from the synchrotron 4 is transported to the irradiation device 21 through the beam transport system 2. The beam transport system 2 includes quadrupole electromagnets 14 and 18 and deflection electromagnets 15, 19 and 20.

ビーム輸送系2の一部で、逆U字状の部分と照射装置21は回転ガントリー(以下、ガントリー)12の略筒状の回転胴に設置され、モーター(図示せず)により回転可能な構成である。照射装置21を通過したイオンビームは、回転胴の内部に設置されているカウチ(照射ベッド)41の上に載せられた被検体(患者)101へ照射される。   A part of the beam transport system 2, the inverted U-shaped portion and the irradiation device 21 are installed in a substantially cylindrical rotating drum of a rotating gantry (hereinafter referred to as a gantry) 12 and can be rotated by a motor (not shown). It is. The ion beam that has passed through the irradiation device 21 is irradiated onto a subject (patient) 101 placed on a couch (irradiation bed) 41 installed inside the rotating drum.

図2を用いて照射装置21について説明する。   The irradiation device 21 will be described with reference to FIG.

照射装置21は、ビーム位置検出器22,走査電磁石23,24,散乱体25,リッジフィルタ26,レンジシフタ27,線量検出器28,コリメータ30,ボーラス31,X線発生装置(X線管)32,X線用レール33により構成されている。二台の走査電磁石23,24はビーム軸に垂直な面内で互いに直行する方向にイオンビームを走査できるように配置されており、ビーム軸と垂直な面内でイオンビームを円形に走査する。ここでビーム軸は走査電磁石23,24により走査しない場合にイオンビームが進む経路を指す。走査電磁石23,24により走査された後、イオンビームは散乱体25により散乱され、そのビーム径を広げる。ビーム径の大きさとビーム走査半径を適切に調整することでビーム軸に対し垂直な方向の線量分布を一様にすることができる。散乱体通過後、イオンビームはリッジフィルタ26に到達する。リッジフィルタ26の断面形状は楔形をしており、斜辺に相当する面は多数の階段状の構造を有している。イオンビームは入射した段の厚みにより異なるエネルギーをリッジフィルタ26に吸収される。リッジフィルタ26を通過したイオンビームはリッジフィルタ26の段の厚みが厚いほどエネルギーを損失し、段の面積に比例した粒子数分布となる。各段の面積を調整することでビーム軸方向の線量分布を一様にすることができる。イオンビームはリッジフィルタ26を通過した後、レンジシフタ27に達する。レンジシフタ27はABSなどの軽い材質で構成され、イオンビームの散乱を抑えエネルギーを吸収する。レンジシフタ27の厚みを調整することで患者101内でのイオンビームの飛程を調整する。レンジシフタ27を通過した後、イオンビームはボーラス31とコリメータ30を通過する。ボーラス31は患者毎に患部102の形状に合わせて作成する。ボーラス31により、イオンビームの飛程終端で形成される照射野形状を患部102の形状に適したものにする。また、コリメータ30はビーム軸と垂直な方向の照射野形状を患部102の形状に適したものにする。以上の照射装置21内に配置された機器により患者101の患部102に適した照射野が形成される。ビーム位置検出器22はマルチワイヤーチェンバーであり、ビーム位置を計測し、照射装置21への入射ビームが照射野を一様にできる位置であることを補償する。線量検出器28は照射済み線量を計測する。X線発生装置32はX線用レール33によりビーム軸位置まで移動できる構造をしており、照射前の患者101の位置を決める際に使用する。   The irradiation device 21 includes a beam position detector 22, scanning electromagnets 23 and 24, a scatterer 25, a ridge filter 26, a range shifter 27, a dose detector 28, a collimator 30, a bolus 31, an X-ray generator (X-ray tube) 32, An X-ray rail 33 is used. The two scanning electromagnets 23 and 24 are arranged so as to scan the ion beam in a direction perpendicular to each other in a plane perpendicular to the beam axis, and scan the ion beam in a circle in a plane perpendicular to the beam axis. Here, the beam axis indicates a path along which the ion beam travels when scanning by the scanning electromagnets 23 and 24 is not performed. After scanning by the scanning electromagnets 23 and 24, the ion beam is scattered by the scatterer 25, and the beam diameter is expanded. By appropriately adjusting the size of the beam diameter and the beam scanning radius, the dose distribution in the direction perpendicular to the beam axis can be made uniform. After passing through the scatterer, the ion beam reaches the ridge filter 26. The cross-sectional shape of the ridge filter 26 is wedge-shaped, and the surface corresponding to the hypotenuse has a number of step-like structures. The ion beam absorbs different energy depending on the thickness of the incident step into the ridge filter 26. The ion beam that has passed through the ridge filter 26 loses energy as the step thickness of the ridge filter 26 increases, resulting in a particle number distribution proportional to the step area. The dose distribution in the beam axis direction can be made uniform by adjusting the area of each stage. The ion beam passes through the ridge filter 26 and then reaches the range shifter 27. The range shifter 27 is made of a light material such as ABS, and suppresses ion beam scattering and absorbs energy. The range of the ion beam in the patient 101 is adjusted by adjusting the thickness of the range shifter 27. After passing through the range shifter 27, the ion beam passes through the bolus 31 and the collimator 30. The bolus 31 is created according to the shape of the affected part 102 for each patient. The bolus 31 makes the irradiation field shape formed at the end of the range of the ion beam suitable for the shape of the affected area 102. In addition, the collimator 30 makes the irradiation field shape perpendicular to the beam axis suitable for the shape of the affected area 102. An irradiation field suitable for the affected area 102 of the patient 101 is formed by the devices arranged in the irradiation apparatus 21 described above. The beam position detector 22 is a multi-wire chamber, measures the beam position, and compensates for the position where the incident beam to the irradiation device 21 can make the irradiation field uniform. The dose detector 28 measures the irradiated dose. The X-ray generator 32 has a structure that can be moved to the beam axis position by the X-ray rail 33, and is used when determining the position of the patient 101 before irradiation.

図3を用いて放射線治療室40内の構造を説明する。   The structure in the radiation therapy room 40 will be described with reference to FIG.

放射線治療室40内には筒状のガントリー12があり、ガントリー12が回転することで照射装置21の向きが変わり、照射装置21は患者101の周りを一周することができる。患者101はカウチ41と呼ばれる可動式ベッドの上に載り照射される。カウチ41は、放射線治療室40内に設けられ、3次元的にどの方向にも移動することができ、且つ3方向へ回転することができる。ガントリー12の回転とカウチ41の動きにより患者101を任意の方向から照射することが可能である。ガントリー12の壁面からはX線支持体42とX線検出器(例えば、FPD)44,45が突き出ている。これらは必要な場合のみ引きだして使用し、不要な場合はガントリー12の壁面内に格納できる構造となっている。必要時以外格納することで、FPD44,45を放射線による損傷から防ぐことができる。また、ガントリー12の回転時にカウチ41との衝突を防ぐことができる。FPD45は照射装置21内に搭載されたX線発生装置32からのX線を検出するために設置され、FPD44はX線支持体42に搭載されたX線発生装置(X線管)43からのX線を検出する。患者101の位置を確認するためには直行する2つの方向から患者101を撮影する必要がある。また、X線発生装置32が照射装置21内にあることでコリメータ30と患部102の位置を、イオンビームを照射する方向から確認することができ、安全性を向上させることができる。ひとつのX線発生装置32が照射装置21内に配置されるのでもうひとつのX線発生装置43はビーム軸と垂直な方向に配置される。X線支持体42のX線発生装置43の隣にはガンマ線検出器46がある。ガンマ線検出器46は、X線支持体42に設けられる。   In the radiation therapy room 40, there is a cylindrical gantry 12, and the direction of the irradiation device 21 is changed by rotating the gantry 12, and the irradiation device 21 can make a round around the patient 101. The patient 101 is placed on a movable bed called a couch 41 and irradiated. The couch 41 is provided in the radiation treatment room 40, can move in any direction three-dimensionally, and can rotate in three directions. The patient 101 can be irradiated from an arbitrary direction by the rotation of the gantry 12 and the movement of the couch 41. An X-ray support 42 and X-ray detectors (for example, FPD) 44 and 45 protrude from the wall surface of the gantry 12. These are pulled out and used only when necessary, and can be stored in the wall surface of the gantry 12 when unnecessary. By storing it when it is not necessary, the FPDs 44 and 45 can be prevented from being damaged by radiation. Further, collision with the couch 41 can be prevented when the gantry 12 is rotated. The FPD 45 is installed to detect X-rays from the X-ray generator 32 mounted in the irradiation device 21, and the FPD 44 is supplied from the X-ray generator (X-ray tube) 43 mounted on the X-ray support 42. X-rays are detected. In order to confirm the position of the patient 101, it is necessary to photograph the patient 101 from two orthogonal directions. Moreover, since the X-ray generator 32 is in the irradiation device 21, the positions of the collimator 30 and the affected part 102 can be confirmed from the direction of irradiation with the ion beam, and safety can be improved. Since one X-ray generator 32 is arranged in the irradiation device 21, the other X-ray generator 43 is arranged in a direction perpendicular to the beam axis. There is a gamma ray detector 46 next to the X-ray generator 43 on the X-ray support 42. The gamma ray detector 46 is provided on the X-ray support 42.

図4を用いて照射を進める手順を説明する。   The procedure for proceeding with irradiation will be described with reference to FIG.

癌などへの照射は予めCT装置52により患者101を撮影し、撮影された画像を用いて患部の位置を特定し、治療計画システム51を用いて患部周辺を含む照射野を決定する。決定された照射野を形成するため、治療計画システム51は照射制御システム53内の加速器制御部54とビーム輸送系制御部55にシンクロトロン4により加速するイオンビームのエネルギーとガントリー12の回転による照射角度を設定し、照射装置制御部56に照射装置21内の各機器のパラメータを設定する。また、治療計画システム51は、位置決めシステム60に対し患部102の配置すべき位置、ガンマ線検出器46の配置位置を指定する。   For irradiation of cancer or the like, the patient 101 is imaged in advance by the CT device 52, the position of the affected area is specified using the captured image, and the irradiation field including the periphery of the affected area is determined using the treatment planning system 51. In order to form the determined irradiation field, the treatment planning system 51 irradiates the accelerator control unit 54 and the beam transport system control unit 55 in the irradiation control system 53 by the energy of the ion beam accelerated by the synchrotron 4 and the rotation of the gantry 12. An angle is set, and parameters of each device in the irradiation apparatus 21 are set in the irradiation apparatus control unit 56. Further, the treatment planning system 51 designates the position where the affected part 102 should be arranged and the arrangement position of the gamma ray detector 46 with respect to the positioning system 60.

位置決めシステム60はX線制御装置57を通してノズル内に配置されたX線発生装置32と対面に配置されたFPD45,ビーム軸と垂直方向に撮影するX線発生装置43と対面に配置されたFPD44の2組のX線を用いて患部を撮影し、患部の位置が治療計画システム51により指定された位置に配置されるようにカウチ制御装置59を通してカウチ41を移動する。また、ボーラス31とコリメータ30を照射装置21内に設置し、患者101の位置決め後、ガントリー12は治療計画システム51により指定された角度へと回転し、その後ガンマ線検出器制御装置58は治療計画システム51により指定された位置へガンマ線検出器46を移動する。以上により照射準備が完了し、照射を開始する。照射装置21内の線量検出器28により照射済み線量を計測し治療計画システム51が指定した量を照射した後照射を終了する。イオンビームの照射中にガンマ線検出器46はガンマ線の計測を継続し、照射終了後に取得データを照射野確認システム61に転送する。照射野確認システム61はガンマ線検出器46から取得されたデータと位置決めシステム60から受け取る患者位置情報を比較し、患部102が照射されていることを確認する。なお、患部102の位置決めは本実施例では2方向からのX線撮影により行ったが、ガントリー12を回転させながら複数角度でX線撮影をし、CTにより位置決めすることでより精度を高くすることができる。   The positioning system 60 includes an FPD 45 disposed facing the X-ray generator 32 disposed in the nozzle through the X-ray controller 57, an X-ray generator 43 capturing the image perpendicular to the beam axis, and the FPD 44 disposed facing the beam axis. The affected part is imaged using two sets of X-rays, and the couch 41 is moved through the couch control device 59 so that the position of the affected part is arranged at the position designated by the treatment planning system 51. Also, after the bolus 31 and the collimator 30 are installed in the irradiation device 21 and the patient 101 is positioned, the gantry 12 is rotated to the angle specified by the treatment planning system 51, and then the gamma ray detector control device 58 is the treatment planning system. The gamma ray detector 46 is moved to the position designated by 51. The irradiation preparation is completed by the above, and irradiation is started. After the irradiated dose is measured by the dose detector 28 in the irradiation device 21 and the amount designated by the treatment planning system 51 is irradiated, the irradiation is terminated. During irradiation with the ion beam, the gamma ray detector 46 continues to measure gamma rays and transfers the acquired data to the irradiation field confirmation system 61 after the end of irradiation. The irradiation field confirmation system 61 compares the data acquired from the gamma ray detector 46 with the patient position information received from the positioning system 60 and confirms that the affected area 102 is irradiated. In this embodiment, the affected area 102 is positioned by X-ray imaging from two directions. However, X-ray imaging is performed at a plurality of angles while rotating the gantry 12, and positioning is performed by CT to increase accuracy. Can do.

照射野はイオンビームのエネルギーと照射装置21内の機器と患者体内の組成によりその形状が決まる。エネルギーが高いほど患者体内の深い位置までイオンビームが到達する。照射装置21内の機器を通過しない場合、図5(a)のように患者体内のイオンビームが到達する最も深い位置にピークを持つような線量分布を形成する。リッジフィルタ26でエネルギーを吸収し、適当な割合で異なるエネルギーのイオンビームが混じることにより図5(b)のように患部の深さ方向の大きさに等しい線量一様領域(SOBP)を形成することができる。また、SOBPを形成した場合も飛程終端付近は急峻に線量分布が減少する。この飛程終端位置はイオンビームのエネルギーとレンジシフタ27の厚み、ボーラス31の厚み、患者体内の飛程終端までの物質量により決まる。イオンビームの飛程終端で形成される照射野の深い側の形状を照射野深部形状と呼ぶ。また照射野深部形状の内、最も深い位置を照射野最深部と呼ぶ。イオンビームの照射方向の患者体表から患部までの物質量は照射前に撮影されたCT画像から計算され、そのデータを基に照射時のエネルギー,レンジシフタ27の厚み、ボーラス31の形状を決定する。   The shape of the irradiation field is determined by the energy of the ion beam, the equipment in the irradiation device 21 and the composition of the patient. The higher the energy, the deeper the ion beam reaches the patient. When the device does not pass through the device in the irradiation device 21, a dose distribution having a peak at the deepest position where the ion beam reaches within the patient body is formed as shown in FIG. The ridge filter 26 absorbs energy, and ion beams of different energies are mixed at an appropriate ratio, thereby forming a uniform dose region (SOBP) equal to the size of the affected area in the depth direction as shown in FIG. 5B. be able to. Even when SOBP is formed, the dose distribution decreases sharply near the end of the range. The range end position is determined by the energy of the ion beam, the thickness of the range shifter 27, the thickness of the bolus 31, and the amount of material up to the range end in the patient. The shape on the deep side of the irradiation field formed at the end of the range of the ion beam is called the irradiation field deep portion shape. The deepest position of the irradiation field deep portion shape is called the irradiation field deepest portion. The amount of substance from the patient body surface to the affected area in the irradiation direction of the ion beam is calculated from the CT image taken before irradiation, and the energy at the time of irradiation, the thickness of the range shifter 27, and the shape of the bolus 31 are determined based on the data. .

以上のようにイオンビームが照射野を形成するとき、イオンビームは患者体内の構成元素と一定の割合で核反応を起こす。核反応を起こした照射野内の原子は励起状態に遷移し、その後、ガンマ線(即発ガンマ線)を放出して基底状態に遷移する。核反応が起こる領域と照射野は一致し、ガンマ線はほぼ当方的に放出される。ここで放出されたガンマ線を精度よく測定し、ガンマ線の発生位置を特定することで照射野の位置を測定することができる。   As described above, when the ion beam forms an irradiation field, the ion beam causes a nuclear reaction with a constituent element in the patient body at a certain rate. Atoms in the irradiation field that have undergone a nuclear reaction transition to an excited state, and then emit gamma rays (prompt gamma rays) to transition to the ground state. The area where the nuclear reaction takes place coincides with the irradiation field, and gamma rays are emitted almost isotropically. The position of the irradiation field can be measured by accurately measuring the gamma rays emitted here and specifying the generation position of the gamma rays.

前記過程は体内の構成物質が励起するため、酸素,炭素,窒素の各元素が主に励起する。それぞれの第一励起エネルギーは数MeV(1MeVから10MeV)の領域にある。よって放出されるガンマ線のエネルギーは同等のエネルギー(1MeVから10MeV)で放出されるものが多い。1MeV以上のエネルギーのガンマ線が物質と反応するとき、光電吸収反応の起こる確率は低く、コンプトン散乱と対生成の二つの反応が起きる確立が支配的になる。   In the above process, the constituents in the body are excited, so oxygen, carbon, and nitrogen are mainly excited. Each first excitation energy is in the region of several MeV (1 MeV to 10 MeV). Therefore, most of the energy of the emitted gamma rays is emitted with the same energy (1 MeV to 10 MeV). When gamma rays having an energy of 1 MeV or more react with a substance, the probability of occurrence of a photoelectric absorption reaction is low, and the establishment of occurrence of two reactions of Compton scattering and pair production becomes dominant.

以上の理由から前記ガンマ線を測定するガンマ線検出器46としてコンプトン散乱反応を利用するコンプトンカメラが好ましい。コンプトンカメラは図6に示すように第一検出部71と第二検出部72により構成されている。ガンマ線の検出面73は第二検出部72から遠い面であり検出面73からガンマ線が入射することを仮定する。第一検出部71はキセノンなどの不活性ガスで満たされており、検出面73に高電圧がかけられている。第一検出部71と第二検出部72の境界面付近には格子状に電荷検出器(図示せず)が並べられている。第二検出部72はGSO結晶などの重いシンチレータが格子状に並べられている。ガンマ線が入射すると第一検出部71においてコンプトン散乱が起きる。散乱によりガンマ線はエネルギーを損失し、第二検出部72に到達後、全てのエネルギーを損失し検出される。コンプトン散乱により散乱された反跳電子は第一検出部71内の気体を電離しながら進む。第一検出部71内は電圧がかかっているため電離した電子は第二検出部72の方向へ向かい、電荷検出器により検出される。第二検出部72でガンマ線が検出されてから電荷検出器で電子が検出されるまでの時間を測定することで不活性ガスが反跳電子により電離された位置を特定することができる。以上により求められる反跳電子の軌跡からコンプトン散乱が起きた位置、反跳電子の反跳方向がわかり、電荷検出器で検出した総電荷より反跳電子のエネルギーがわかる。また、第二検出部72のデータから散乱ガンマ線の位置とエネルギーがわかる。運動量保存とエネルギー保存の法則を用いて計算することで入射ガンマ線の入射した方向とエネルギーがわかる。入射したガンマ線は第一検出部71でコンプトン散乱した後、第二検出部72に到達する必要がある。検出面73の端から入射した場合、第二検出部72に到達する前に検出器の外へ抜けてしまう可能性が高く、検出面中心が最も検出効率が良い。また、入射角度についても同様の理由により、検出面73に垂直に入射する場合が最も検出効率が良い。なお第一検出部71,第二検出部72共にSi,CdTeなどの半導体検出器を使用することもできる。第一検出部71に半導体検出器を用いることで入射ガンマ線の第一検出部71での反応確立を向上することができる。また第二検出部72に半導体検出器を用いることで検出位置精度を向上することができる。   For the above reasons, a Compton camera using Compton scattering reaction is preferable as the gamma ray detector 46 for measuring the gamma rays. The Compton camera is composed of a first detector 71 and a second detector 72 as shown in FIG. It is assumed that the gamma ray detection surface 73 is a surface far from the second detection unit 72 and that gamma rays are incident from the detection surface 73. The first detector 71 is filled with an inert gas such as xenon, and a high voltage is applied to the detection surface 73. Charge detectors (not shown) are arranged in a lattice pattern near the boundary surface between the first detection unit 71 and the second detection unit 72. In the second detector 72, heavy scintillators such as GSO crystals are arranged in a lattice pattern. When gamma rays are incident, Compton scattering occurs in the first detector 71. The gamma rays lose energy due to scattering, and after reaching the second detector 72, all energy is lost and detected. Recoil electrons scattered by Compton scattering proceed while ionizing the gas in the first detection unit 71. Since a voltage is applied in the first detection unit 71, the ionized electrons travel toward the second detection unit 72 and are detected by the charge detector. The position where the inert gas is ionized by recoil electrons can be specified by measuring the time from when the gamma rays are detected by the second detector 72 until the electrons are detected by the charge detector. The position of Compton scattering and the recoil direction of the recoil electrons can be found from the recoil electron trajectory obtained as described above, and the energy of the recoil electrons can be obtained from the total charge detected by the charge detector. Further, the position and energy of the scattered gamma rays are known from the data of the second detection unit 72. By calculating using the law of conservation of momentum and energy conservation, the direction and energy of incident gamma rays can be determined. The incident gamma rays need to reach the second detector 72 after being Compton scattered by the first detector 71. When the light enters from the end of the detection surface 73, there is a high possibility that the light will come out of the detector before reaching the second detection unit 72, and the detection surface center has the highest detection efficiency. For the same reason as for the incident angle, the detection efficiency is best when it is incident on the detection surface 73 perpendicularly. It should be noted that a semiconductor detector such as Si or CdTe can be used for both the first detector 71 and the second detector 72. By using a semiconductor detector as the first detection unit 71, it is possible to improve the establishment of the reaction at the first detection unit 71 for incident gamma rays. Moreover, the detection position accuracy can be improved by using a semiconductor detector for the second detector 72.

図7を用いてガンマ線検出器46の配置の詳細を説明する。   Details of the arrangement of the gamma ray detector 46 will be described with reference to FIG.

図7は図3のガンマ線検出器46の近傍を拡大したものである。X線支持体42の先端部にガンマ線検出器支持体47,48,ガンマ線検出器46が配置されている。箱状のガンマ線検出器支持体47,48が互いに収納,取出される構造をしており、ガントリー12の径方向に移動することによりガンマ線検出器46はガントリー12の径方向に移動することができる。ガンマ線検出器46はガンマ線の位置と角度を検出し照射野位置を特定するため、照射野位置測定精度は照射野とガンマ線検出器46の距離に比例する。ガンマ線検出器46を患者101にできるだけ近づけることで照射野位置精度を向上することができる。ガンマ線検出器46はガンマ線検出器支持体48に格納でき、ガンマ線検出器46はガンマ線検出器支持体47に、ガンマ線検出器支持体47はX線支持体42にそれぞれ格納できる構造になっている。ガンマ線検出器46,X線発生装置43が共に不要な時、X線支持体42はガントリー12の壁面内に格納することができる。壁面に格納できることで、ガントリー12の回転時にカウチ41との衝突を防止することができる。本実施例はガンマ線検出器支持体が2段である。この段数と形状はガンマ線検出器46の検出面が少なくともガントリー12の回転中心位置まで移動できるように決定する。ガンマ線検出器46はガンマ線検出器支持体48に設置されたガンマ線検出器レール49に固定されており、ガントリー12の径方向と垂直な面内を移動できる。ガンマ線検出器46は前記の通り、検出面73の中心に垂直に入射したガンマ線に対する検出感度が最も高いため、検出面中心から引いた垂線上付近に照射野最深部が位置することが好ましい。なお、照射時、一般的に患部の中心にビーム軸が位置するため、ガンマ線検出器46をガンマ線検出器支持体48の面内で2次元的に動かすことが難しい場合、検出面中心から引いた垂線がビーム軸と常に交わるように配置することでビーム軸方向のみ移動できる構造で十分である。なお、照射野位置測定精度向上のためにはガンマ線検出器46の照射時の位置精度が重要である。前記各駆動機構にはそれぞれポテンショメータを備え、ガンマ線検出器46が配置された位置を測定する機構を備える。   FIG. 7 is an enlarged view of the vicinity of the gamma ray detector 46 of FIG. Gamma ray detector supports 47 and 48 and a gamma ray detector 46 are disposed at the tip of the X-ray support 42. Box-shaped gamma ray detector supports 47 and 48 are housed in and out of each other, and the gamma ray detector 46 can move in the radial direction of the gantry 12 by moving in the radial direction of the gantry 12. . Since the gamma ray detector 46 detects the position and angle of the gamma ray and identifies the irradiation field position, the irradiation field position measurement accuracy is proportional to the distance between the irradiation field and the gamma ray detector 46. The irradiation field position accuracy can be improved by bringing the gamma ray detector 46 as close as possible to the patient 101. The gamma ray detector 46 can be stored in a gamma ray detector support 48, the gamma ray detector 46 can be stored in a gamma ray detector support 47, and the gamma ray detector support 47 can be stored in an X-ray support 42. When neither the gamma ray detector 46 nor the X-ray generator 43 is required, the X-ray support 42 can be stored in the wall surface of the gantry 12. By being able to be stored on the wall surface, it is possible to prevent a collision with the couch 41 when the gantry 12 is rotated. In this embodiment, the gamma ray detector support has two stages. The number and shape of the steps are determined so that the detection surface of the gamma ray detector 46 can move to at least the rotation center position of the gantry 12. The gamma ray detector 46 is fixed to a gamma ray detector rail 49 installed on a gamma ray detector support 48 and can move in a plane perpendicular to the radial direction of the gantry 12. As described above, since the gamma ray detector 46 has the highest detection sensitivity for gamma rays incident perpendicularly to the center of the detection surface 73, it is preferable that the deepest irradiation field is located near the vertical line drawn from the center of the detection surface. During irradiation, the beam axis is generally located at the center of the affected area, and therefore it is difficult to move the gamma ray detector 46 two-dimensionally within the plane of the gamma ray detector support 48. A structure that can move only in the direction of the beam axis by arranging the perpendicular so as to always intersect the beam axis is sufficient. In order to improve the irradiation field position measurement accuracy, the position accuracy during irradiation of the gamma ray detector 46 is important. Each of the driving mechanisms is provided with a potentiometer and a mechanism for measuring the position where the gamma ray detector 46 is disposed.

本実施例はガンマ線検出器46をX線支持体42に配置することで常にビーム軸と垂直な位置を担保することができる。ビーム軸と常に垂直を保つことができる位置は他に図3のFPD44が配置された位置と、ガントリー12の回転軸上がある。FPD44の支持体にガンマ線検出器46を配置すると照射中にFPDがガントリー12の壁面に格納できず、放射線による損傷を受ける可能性がある。この場合、FPDとは別の支持体とし、照射時FPDのみガントリー12の壁面に格納できる構造とすることが好ましい。また、FPD側とX線発生装置側の両側にガンマ線検出器46を配置しても良い。両側から測定することにより信号量を増やすことができ、測定制度を向上することができる。ガントリー12の回転軸上でのガンマ線検出器46の設置位置として、ガントリー12の壁面側と反対側(カウチ側)が考えられる。多くの治療では患者101はガントリー12の回転軸と平行に近い状態で照射するため、頭部以外の照射ではガントリー12の回転軸上にガンマ線検出器46を配置しても患部にガンマ線検出器46を近づけることが出来ず検出位置精度を向上することができない。しかし、カウチ41を回転させ、ガントリー12の回転軸と垂直に近い状態で照射する場合も存在する。この場合、ガントリー12の回転軸上のガンマ線検出器46により測定することで検出位置精度を向上させることができる。ガントリー12の壁面側へ設置する場合、壁面から引き出せる構造とする。また、カウチ側へ配置する場合、ガントリー12の外側の天井から引き出される構造とする。X線発生装置43に配置したガンマ線検出器46により多くの場合、精度良く照射野位置を測定できるが、ガントリー12の回転軸上にもガンマ線検出器46を配置することにより、全ての場合において照射野位置を精度良く測定することができる。   In this embodiment, by arranging the gamma ray detector 46 on the X-ray support 42, a position perpendicular to the beam axis can always be secured. There are other positions where the beam axis can always be kept perpendicular to the position where the FPD 44 of FIG. 3 is arranged and the rotation axis of the gantry 12. If the gamma ray detector 46 is arranged on the support of the FPD 44, the FPD cannot be stored on the wall surface of the gantry 12 during irradiation, and there is a possibility that it is damaged by radiation. In this case, it is preferable that the support is separate from the FPD, and only the FPD during irradiation can be stored on the wall surface of the gantry 12. Further, the gamma ray detectors 46 may be arranged on both sides of the FPD side and the X-ray generator side. By measuring from both sides, the amount of signal can be increased and the measurement system can be improved. As the installation position of the gamma ray detector 46 on the rotation axis of the gantry 12, the side opposite to the wall surface side (couch side) of the gantry 12 can be considered. In many treatments, the patient 101 irradiates in a state almost parallel to the rotation axis of the gantry 12. Therefore, even when the gamma ray detector 46 is arranged on the rotation axis of the gantry 12 for irradiation other than the head, the gamma ray detector 46 is placed on the affected area. Cannot be brought close to each other, and the detection position accuracy cannot be improved. However, there is a case where the couch 41 is rotated and irradiation is performed in a state close to the rotation axis of the gantry 12. In this case, the detection position accuracy can be improved by measuring with the gamma ray detector 46 on the rotation axis of the gantry 12. When installing on the wall surface side of the gantry 12, the structure can be pulled out from the wall surface. Moreover, when arrange | positioning to the couch side, it is set as the structure pulled out from the outer ceiling of the gantry 12. FIG. In many cases, the position of the irradiation field can be measured with high accuracy by the gamma ray detector 46 arranged in the X-ray generator 43. However, by arranging the gamma ray detector 46 on the rotation axis of the gantry 12, irradiation is performed in all cases. The field position can be measured with high accuracy.

照射野確認システム61が照射野を確認する手順の詳細を示す。   The details of the procedure for the irradiation field confirmation system 61 to confirm the irradiation field will be described.

照射野確認システム61は、イオンビームの照射中に取得したガンマ線検出器46の検出データとガンマ線検出器46を配置した位置データをガンマ線検出器制御装置58経由で受け取る。また、照射野確認システム61は、ビーム輸送系制御部55からガントリー12の回転角度の情報を受け取る。ガンマ線検出器46の検出データを基にガンマ線検出器46に固有の座標での個々の入射ガンマ線の入射角度と位置とエネルギーを計算する。計算した結果から、照射野確認システム61は、ガンマ線検出器46に垂直に入射したもののみを抽出する。また、励起状態の核から放出されるエネルギーが前記の通り数MeVであることからエネルギーが例えば1MeV以上のものを抽出する。抽出したガンマ線の位置情報からビーム軸方向のガンマ線発生分布を求め、分布が急峻に減少する位置を照射野最深部の位置とする。求めた照射野最深部の位置を、ガントリー12の回転角度とガンマ線検出器46の位置の情報を用い、ガンマ線検出器46の座標から治療室に固有の座標系に変換する。この照射野最深部位置はビーム軸に垂直な面として表される。照射野深部形状は一般的に様々であり、照射野最深部がビーム軸上とは限らない。よって、測定した結果を面として表す必要がある。また、照射野確認システム61は治療計画システム51から治療計画した照射野の情報を治療室に固有な座標系で受け取る。照射野確認システム61は治療室に固有な座標系上で照射野最深部と治療計画した照射野形状を比較し、照射が計画通りに完了したことを確認する。   The irradiation field confirmation system 61 receives the detection data of the gamma ray detector 46 acquired during irradiation of the ion beam and the position data where the gamma ray detector 46 is arranged via the gamma ray detector control device 58. Further, the irradiation field confirmation system 61 receives information on the rotation angle of the gantry 12 from the beam transport system control unit 55. Based on the detection data of the gamma ray detector 46, the incident angle, position and energy of each incident gamma ray at coordinates specific to the gamma ray detector 46 are calculated. From the result of the calculation, the irradiation field confirmation system 61 extracts only those that are perpendicularly incident on the gamma ray detector 46. Further, since the energy emitted from the nucleus in the excited state is several MeV as described above, those having an energy of 1 MeV or more are extracted. A gamma ray generation distribution in the beam axis direction is obtained from the extracted gamma ray position information, and the position where the distribution sharply decreases is set as the position of the deepest irradiation field. Using the information on the rotation angle of the gantry 12 and the position of the gamma ray detector 46, the obtained position of the deepest irradiation field is converted from the coordinates of the gamma ray detector 46 into a coordinate system unique to the treatment room. This deepest irradiation field position is represented as a plane perpendicular to the beam axis. The irradiation field deep part shape is generally various, and the irradiation field deepest part is not necessarily on the beam axis. Therefore, it is necessary to express the measured result as a surface. Further, the irradiation field confirmation system 61 receives information on the irradiation field planned for treatment from the treatment planning system 51 in a coordinate system unique to the treatment room. The irradiation field confirmation system 61 compares the irradiation field deepest part with the irradiation field shape planned for treatment on the coordinate system unique to the treatment room, and confirms that the irradiation has been completed as planned.

また、ガンマ線検出器46の検出面へ、検出面に対し垂直以外の方向から入射したガンマ線の情報を用いて照射野深部形状を求めることができる。ガンマ線検出器46に入射したガンマ線の角度分布を位置毎に求め、急峻に分布が減少する角度を求める。角度分布はガンマ線検出器46の検出面に垂直な直線を回転軸として各角度に対し求めることができる。分布を求めた位置を通り、分布が減少する角度方向に直線を引くことでその直線は照射野形状の接線に相当する。この接線を位置毎,角度毎に求め、接線に接するような曲面を求めることで照射野形状を再構成することができる。   Further, the shape of the irradiation field deep portion can be obtained by using information of gamma rays incident on the detection surface of the gamma ray detector 46 from a direction other than perpendicular to the detection surface. An angular distribution of gamma rays incident on the gamma ray detector 46 is obtained for each position, and an angle at which the distribution sharply decreases is obtained. The angular distribution can be obtained for each angle using a straight line perpendicular to the detection surface of the gamma ray detector 46 as a rotation axis. By drawing a straight line in the angular direction in which the distribution decreases through the position where the distribution is obtained, the straight line corresponds to the tangent of the irradiation field shape. The field shape can be reconstructed by obtaining this tangent line for each position and angle, and obtaining a curved surface in contact with the tangent line.

また、従来、照射装置21が正常であることを確認するため、水ファントムを照射位置に配置し、水中で検出器を動かして深さ位置毎の線量値を計測することでイオンビームの飛程終端位置を測定している。照射位置に水ファントムなどを設置しガンマ線検出器46を用いて患者101に照射したときと同様にイオンビームの飛程終端を測定することで従来方法より簡便に装置の正常動作を確認することができる。   Further, conventionally, in order to confirm that the irradiation device 21 is normal, a water phantom is disposed at the irradiation position, and the range of the ion beam is measured by moving the detector in water and measuring the dose value for each depth position. The end position is measured. It is possible to confirm the normal operation of the apparatus more easily than the conventional method by installing a water phantom at the irradiation position and measuring the end of the range of the ion beam in the same manner as when the patient 101 is irradiated using the gamma ray detector 46. it can.

また、ガンマ線検出器46をロボットアームに装着することにより、ガントリー12内で3次元的に自由に配置することが可能である。この場合、ロボットアームはカウチ41と干渉しないため、ガントリー12外の天井に設置されることが望ましい。   Further, by attaching the gamma ray detector 46 to the robot arm, it can be freely arranged in the gantry 12 three-dimensionally. In this case, since the robot arm does not interfere with the couch 41, it is desirable that the robot arm be installed on the ceiling outside the gantry 12.

本実施形態では、ガントリー12を回転させ照射装置21の角度が変わった場合でもガンマ線検出器46をビーム軸と垂直な方向に配置することができる。さらに、ガントリー12の径方向の移動によりガンマ線検出器46を患部により近づけることができる。さらに、ガンマ線検出器46が、ガントリー12の径方向と垂直な面内で移動することができる。このため、ガンマ線検出器46を用いた場合が小さい場合でもガンマ線検出器46の検出面の中心から引いた垂線が照射野の最深部付近となるように配置することができ、ガントリーで12で様々な角度から照射した場合でも照射野位置を精度良く測定することができる。さらに、小さなガンマ線検出器46を用いた場合であっても照射野を精度よく測定できる。   In this embodiment, even when the gantry 12 is rotated and the angle of the irradiation device 21 is changed, the gamma ray detector 46 can be arranged in a direction perpendicular to the beam axis. Further, the gamma ray detector 46 can be brought closer to the affected area by the radial movement of the gantry 12. Further, the gamma ray detector 46 can move in a plane perpendicular to the radial direction of the gantry 12. For this reason, even when the gamma ray detector 46 is small, it can be arranged so that the perpendicular drawn from the center of the detection surface of the gamma ray detector 46 is near the deepest part of the irradiation field. Even when irradiating from various angles, the irradiation field position can be measured with high accuracy. Furthermore, the irradiation field can be accurately measured even when the small gamma ray detector 46 is used.

本実施形態では、照射対象にイオンビームを照射することによって生成される即発ガンマ線を検出して照射野の形状を測定するため、患者101に照射されたイオンビームの照射位置を精度よく測定することができる。これにより、信頼性の高い荷電粒子ビーム照射システムを提供することができる。なお、本実施形態は、消滅ガンマ線を検出して照射野の形状を測定する従来の技術と比較しても、精度よく測定することができる。   In this embodiment, since the prompt gamma ray generated by irradiating the irradiation target with the ion beam is detected and the shape of the irradiation field is measured, the irradiation position of the ion beam irradiated to the patient 101 is accurately measured. Can do. Thereby, a highly reliable charged particle beam irradiation system can be provided. In addition, this embodiment can measure with high precision compared with the conventional technique which detects the shape of the irradiation field by detecting annihilation gamma rays.

本実施形態は、イオンビームとして陽子線や重粒子線(炭素線等)を用いることができる。即発ガンマ線を検出して照射野の形状を測定する本実施形態は、特に、陽子線を用いる陽子線照射システムの場合に有効である。   In this embodiment, a proton beam or a heavy particle beam (carbon beam or the like) can be used as the ion beam. The present embodiment in which prompt gamma rays are detected and the shape of the irradiation field is measured is particularly effective in the case of a proton beam irradiation system using proton beams.

本実施形態は、イオンビームを照射している間に、照射対象から放出される即発ガンマ線を検出し、照射野の形状を測定するのに必要な情報を収集できるため、患者101の生理現象による位置ずれが小さく、精度よく照射野の形状を測定することができる。また、照射野の形状を測定する時間を短縮でき、スループットが向上する。   This embodiment can detect prompt gamma rays emitted from the irradiation target and collect information necessary for measuring the shape of the irradiation field while irradiating the ion beam. The displacement is small and the shape of the irradiation field can be measured with high accuracy. In addition, the time for measuring the shape of the irradiation field can be shortened, and the throughput is improved.

本実施形態では、照射野確認システム61が、ガンマ線検出器46から出力される検出データのうち、エネルギーが1MeV以上のものを有効なデータとして判別している。1MeVから10MeVのエネルギーの検出データを有効なデータとして判別し、照射野を確認してもよい。これにより、照射野をさらに精度よく測定できる。   In the present embodiment, the irradiation field confirmation system 61 determines that the detection data output from the gamma ray detector 46 has an energy of 1 MeV or more as valid data. The detection data of energy from 1 MeV to 10 MeV may be determined as valid data to confirm the irradiation field. Thereby, the irradiation field can be measured with higher accuracy.

本実施形態では、シンクロトロン4を用いたが、サイクロトロンなどの他の加速器でも同等の効果を得ることができる。   In this embodiment, the synchrotron 4 is used, but the same effect can be obtained with other accelerators such as a cyclotron.

本発明の好適な一実施形態である荷電粒子ビーム照射システムの全体概略構成を表す図である。It is a figure showing the whole schematic structure of the charged particle beam irradiation system which is one suitable embodiment of this invention. 図1に示した荷電粒子ビーム照射システムに備えられる照射装置の構成を示す横断図面である。2 is a cross-sectional view illustrating a configuration of an irradiation apparatus provided in the charged particle beam irradiation system illustrated in FIG. 1. 図1に示した荷電粒子ビーム照射システムに備えられる照射室内を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the irradiation chamber with which the charged particle beam irradiation system shown in FIG. 1 is equipped. 本発明の好適な一実施形態である荷電粒子ビーム照射システムの全体概略構成を示す図と制御システムのブロック構成図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is the figure which shows the whole schematic structure of the charged particle beam irradiation system which is one suitable embodiment of this invention, and the block block diagram of a control system. 図1に示した照射対象にイオンビームを照射した場合に得られる線量分布を示す図である。It is a figure which shows the dose distribution obtained when the irradiation object shown in FIG. 1 is irradiated with an ion beam. ガンマ線検出器の構成を示した概念図である。It is the conceptual diagram which showed the structure of the gamma ray detector. 図3の照射室内に配置したガンマ線検出器周辺を詳細に示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows in detail the gamma ray detector periphery arrange | positioned in the irradiation chamber of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 荷電粒子ビーム発生装置
2 ビーム輸送系
3 ライナック
4 シンクロトロン
5 高周波印加装置
6 加速装置
7 高周波印加電極
8 高周波印加電源
9 スイッチ
11 出射用デフレクタ
12 ガントリー
14,18 四極電磁石
15,19,20 偏向電磁石
21 照射装置
22 ビーム位置検出器
23,24 走査電磁石
25 散乱体
26 リッジフィルタ
27 レンジシフタ
28 線量検出器
30 コリメータ
31 ボーラス
32,43 X線発生装置
33 X線用レール
40 治療室
41 カウチ
42 X線支持体
44,45 FPD
46 ガンマ線検出器
47,48 ガンマ線検出器支持体
49 ガンマ線検出器レール
51 治療計画システム
52 CT装置
53 照射制御システム
54 加速器制御部
55 ビーム輸送系制御部
56 照射装置制御部
57 X線制御装置
58 ガンマ線検出器制御装置
59 カウチ制御装置
60 位置決めシステム
61 照射野確認システム
71 第一検出部
72 第二検出部
73 検出面
101 患者
102 患部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Charged particle beam generator 2 Beam transport system 3 Linac 4 Synchrotron 5 High frequency application device 6 Acceleration device 7 High frequency application electrode 8 High frequency application power source 9 Switch 11 Deflector for extraction 12 Gantry 14, 18 Quadrupole electromagnets 15, 19, 20 Deflection electromagnet DESCRIPTION OF SYMBOLS 21 Irradiation device 22 Beam position detector 23, 24 Scanning electromagnet 25 Scattering body 26 Ridge filter 27 Range shifter 28 Dose detector 30 Collimator 31 Bolus 32, 43 X-ray generator 33 X-ray rail 40 Treatment room 41 Couch 42 X-ray support Body 44, 45 FPD
46 Gamma-ray detectors 47 and 48 Gamma-ray detector support 49 Gamma-ray detector rail 51 Treatment planning system 52 CT apparatus 53 Irradiation control system 54 Accelerator controller 55 Beam transport controller 56 Irradiator controller 57 X-ray controller 58 Gamma ray Detector control device 59 Couch control device 60 Positioning system 61 Irradiation field confirmation system 71 First detection unit 72 Second detection unit 73 Detection surface 101 Patient 102 Affected site

Claims (8)

回転ガントリーと、
荷電粒子ビームを発生させる荷電粒子ビーム発生装置と、
前記回転ガントリーに設けられ、前記荷電粒子ビームを照射対象に出射する照射装置と、
前記照射対象から発生する即発ガンマ線を検出するガンマ線検出器とを有し、
前記即発ガンマ線検出器を前記回転ガントリーに設けたことを特徴とする荷電粒子ビーム照射システム。
With rotating gantry,
A charged particle beam generator for generating a charged particle beam;
An irradiation device provided in the rotating gantry for emitting the charged particle beam to an irradiation target;
A gamma ray detector for detecting prompt gamma rays generated from the irradiation object,
A charged particle beam irradiation system, wherein the prompt gamma ray detector is provided in the rotating gantry.
前記ガンマ線検出器は、前記回転ガントリーの壁面から引き出すことができる構造物に配置したことを特徴とする請求項1に記載の荷電粒子ビーム照射システム。   The charged particle beam irradiation system according to claim 1, wherein the gamma ray detector is disposed on a structure that can be pulled out from a wall surface of the rotating gantry. X線を発生するX線発生装置を前記構造物に設置したことを特徴とする請求項2に記載の荷電粒子ビーム照射システム。   The charged particle beam irradiation system according to claim 2, wherein an X-ray generator for generating X-rays is installed in the structure. 前記ガンマ線検出器は、前記回転ガントリーの径方向に移動することを特徴とする請求項2に記載の荷電粒子ビーム照射システム。   The charged particle beam irradiation system according to claim 2, wherein the gamma ray detector moves in a radial direction of the rotating gantry. 前記ガンマ線検出器は、ビーム軸方向に移動することを特徴とする請求項2に記載の荷電粒子ビーム照射システム。   The charged particle beam irradiation system according to claim 2, wherein the gamma ray detector moves in a beam axis direction. 前記ガンマ線検出器は、前記ガントリーの径方向と垂直な面内で移動することを特徴とする請求項2に記載の荷電粒子ビーム照射システム。   The charged particle beam irradiation system according to claim 2, wherein the gamma ray detector moves in a plane perpendicular to a radial direction of the gantry. 前記即発ガンマ線のエネルギーが1MeVから10MeVであることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の荷電粒子ビーム照射システム。   The charged particle beam irradiation system according to any one of claims 1 to 6, wherein the energy of the prompt gamma ray is 1 MeV to 10 MeV. 前記荷電粒子ビームが陽子線であることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の荷電粒子ビーム照射システム。   The charged particle beam irradiation system according to claim 1, wherein the charged particle beam is a proton beam.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013055989A (en) * 2011-09-07 2013-03-28 Sumitomo Heavy Ind Ltd Charged particle radiation irradiation apparatus
JPWO2013011583A1 (en) * 2011-07-21 2015-02-23 三菱電機株式会社 Particle beam therapy system
JPWO2017187593A1 (en) * 2016-04-28 2018-09-13 三菱電機株式会社 Particle beam therapy system
JP2022541486A (en) * 2019-07-17 2022-09-26 ドイチェス クレブスフォルシュンクスツェントルム Apparatus and method for monitoring treatment of a patient's body part with particles

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2013011583A1 (en) * 2011-07-21 2015-02-23 三菱電機株式会社 Particle beam therapy system
JP2013055989A (en) * 2011-09-07 2013-03-28 Sumitomo Heavy Ind Ltd Charged particle radiation irradiation apparatus
JPWO2017187593A1 (en) * 2016-04-28 2018-09-13 三菱電機株式会社 Particle beam therapy system
JP2022541486A (en) * 2019-07-17 2022-09-26 ドイチェス クレブスフォルシュンクスツェントルム Apparatus and method for monitoring treatment of a patient's body part with particles
JP7546036B2 (en) 2019-07-17 2024-09-05 ドイチェス クレブスフォルシュンクスツェントルム Apparatus and method for monitoring the treatment of a patient's body part with particles - Patents.com
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