| 【発明の名称】 |
粒子線治療装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】田島 俊樹
【氏名】大道 博行
【氏名】村上 昌雄
【氏名】菱川 良夫
|
| 【要約】 |
【課題】放射線医によるフィードバックの掛かった治療と診断をリアルタイムに同一フロアで実現することを可能にする粒子線治療装置を提供する。
【構成】人体患部に照射する陽子線や炭素イオン線等の粒子線をレーザを薄膜ターゲットテープに照射して発生・加速させる粒子線発生・加速器部３と、前記粒子線を人体患部に照射して人体患部の画像診断ならびに人体患部への粒子線照射で治療措置を行い、前記人体患部の治療措置状況を粒子線照射に伴い発生する人体患部の自己放射化現象を利用したＰＥＴ装置を備えるＰＥＴ診断支援部５とをコンパクトに構成して同一フロアに一体的に配置することにより、小型の粒子線治療装置を実現する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】
人体患部に照射する陽子線や炭素イオン線等の粒子線をレーザ照射により発生・加速させる粒子線発生・加速部と、前記粒子線を人体患部に照射する粒子線照射部と、前記粒子線照射に伴って発生する人体患部の自己放射化により発生する陽電子を検出して画像化表示する診断支援部を備え、
前記粒子線発生・加速部と粒子線照射部と診断支援部とを同一フロアに配置したことを特徴とする粒子線治療装置。
【請求項２】
請求項１において、前記粒子線発生・加速部における陽子線発生部は、レーザ光を薄膜テープターゲットに照射して陽子線を発生させるように構成したことを特徴とし、これにより現有の医療現場に直接設置可能とするコンパクト粒子線治療装置。
【請求項３】
請求項１または２の何れか１項において、前記診断支援部は、人体患部に照射された部位の自己放射化により放出される陽電子をリアルタイムにＰＥＴ診断表示し、放射線医が前記ＰＥＴ診断表示結果を見て粒子線照射量と粒子線照射部位をリアルタイムに制御して治療することを支援可能に構成したことを特徴とする粒子線治療装置。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１項において、前記粒子線発生・加速部と粒子線照射部を設置する治療室にＸ線ＣＴ，ＭＲＩ，超音波検査装置を設置可能にしたことを特徴とする粒子線治療装置。
|
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザにより発生・加速させた粒子線（陽子線や炭素線）を利用して癌等の治療を行うレーザ駆動粒子線による治療装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
癌や腫瘍等の治療に際して利用されている画像診断（Ｘ線ＣＴやＭＲＩ、超音波検査）は、患部の「形や大きさ」を見る検査であり、その解像度は１ｍｍ以下である。それに対して、ＰＥＴ（Positron Emission Tomographyの略）は、ポジトロン（陽電子）を放出するアイソトープで標識された薬剤を注射し、その体内分布を特殊なカメラで撮影して映像化する新しい診断法であり、ポジトロンCTとも呼ばれており、癌や腫瘍等の「活動性＝悪性度」も見ることができると考えられているが、解像度は、数ｍｍである。
【０００３】
そこで、癌や腫瘍等に対する有効な治療方法として、前記画像診断とＰＥＴを併用した方法が各所で検討されている。
【０００４】
その一つの動きとして、（兵庫県立粒子線治療センターでは、）粒子線治療の際に、患者の患部へ照射した粒子線によって、人体の中の自己放射化した原子（炭素１１など）から発生する陽電子をＰＥＴで観察することの有用性を臨床的に確立した。（非特許文献）
一方、ＰＥＴによる画像診断を有効に活用するためには、診断方法をリアルタイムに行う必要があった。しかしながら、現状では、このＰＥＴ診断は、粒子線照射室で行うことが困難であり、患者は、粒子線照射後に別室のＰＥＴ診断室で事後の診断として行うことを余儀なくされていた。粒子線照射装置は非常に大型であることから、ＰＥＴ装置と一緒に設置するスペースを確保することが困難であることが原因である。
【０００５】
また、特開平１０−０５２５０９号公報（特許文献１）に記載された装置では、荷電粒子ビームを患者に照射し、実際の照射位置の記録のために、照射位置から発生する音響信号を把握して照射位置を記録するが、荷電ビームの発生にはシンクロトロンを利用しており、小型化は困難である。
【０００６】
【非特許文献１】兵庫県立粒子線医療センタ：http://www.hibmc.shingu.hyogo.jp/ryuushi/what/index.htmlWeb公開資料：粒子線治療「粒子線とは」「粒子線治療について」「粒子線治療の流れ」
【特許文献１】特開平１０−０５２５０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このような粒子線治療においては、粒子線による画像診断や治療を行い、同時に、スキャニング粒子線照射に伴う自己放射化を利用したＰＥＴ画像診断、Ｘ線ＣＴやＭＲＩも併用してリアルタイムでのモニタリングを行うことができるようにすることが望まれている。
【０００８】
本発明の１つの目的は、放射線医によるフィードバックの掛かった治療と診断を、ＰＥＴやＸ線ＣＴやＭＲＩ等を用いてリアルタイムに同一フロアで行うことができるように支援する粒子線治療装置を実現することにある。
【０００９】
本発明の他の目的は、粒子線治療装置を小型化することにより、癌や腫瘍等に対する有効な治療手段として広く一般に利用することができるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、小型の粒子線発生・加速部を実現することにより、画像診断装置（ＰＥＴ、Ｘ線ＣＴやＭＲＩ、超音波検査装置）に対して粒子加速器を一体あるいは近傍に設置することを可能にし、粒子線による画像診断や治療を行い、同時に、スキャニング粒子線照射に伴う自己放射化を利用した実際の照射線量のＰＥＴ画像診断、Ｘ線ＣＴやＭＲＩを併用したリアルタイムでのモニタリングを行うことができるように構成するものである。
【００１１】
具体的には、コンパクト短パルスレーザを固体などの薄いターゲットに照射することにより超コンパクトに構成した粒子線発生・加速部によって粒子線を発生、加速させ、その適切な輸送と切り出しを行って人体患部に照射することにより、癌等の患部の治療を行うと同時に治療の効果をモニタリングすることができる医療装置を構成するものであり、医療現場に設置が可能なコンパクトなレーザ駆動粒子線治療装置を実現するものである。
【００１２】
更に、具体的には、超コンパクトに構成した粒子線発生・加速部と量子線照射部と診断支援部とを同一フロアに配置することを特徴とする。
【００１３】
また、前記粒子線発生・加速部と粒子線照射部を設置する治療室にＸ線ＣＴ，ＭＲＩ，超音波検査装置を設置可能にしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明を癌や腫瘍等の医療分野で利用することで、次のような効果を得ることができる。
【００１５】
本発明は、粒子線発生・加速部を極めてコンパクト化して、診断支援部（ＰＥＴ、Ｘ線ＣＴやＭＲＩ、超音波検査装置）と同一フロアに設置することができるようにしたことにより、医療現場に直接配置して診察および治療に使用することができ、更には、治療中のリアルタイムのモニタリングが可能となり、診断の精度向上や治療の改善をはかり、医療の確実性や安全性を向上させることができる。
【００１６】
このようなリアルタイム診断によれば、これまではＰＥＴ用として用いることができなかった短寿命陽電子放出核（例えば酸素１５など）を用いることが可能になる。
【００１７】
また、超小型の粒子線発生・加速部と診断支援部（Ｘ線ＣＴやＭＲＩ、超音波検査装置）とを一体化することにより、医療装置として非常に低価格の機器を実現することができる。
【００１８】
更に、従来の粒子線の加速器にシンクロトロン、サイクロトロンを使用した場合は、その収容装置としてビル建設等の費用が必要となるが、本発明になる装置は、現有の医療現場（例えばＸ線治療器等）に直接設置が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の粒子線治療装置は、人体患部に照射する陽子線や炭素イオン線等の粒子線をレーザ照射により発生・加速させる粒子線発生・加速部と、前記粒子線を人体患部に照射する粒子線照射部と、前記粒子線照射に伴って発生する人体患部の自己放射化により発生する陽電子を検出して画像化表示する診断支援部を備え、
前記粒子線発生・加速部における陽子線発生部は、レーザ光を薄膜テープターゲットに照射して陽子線を発生させるように構成し、前記診断支援部は、人体患部に照射された部位の自己放射化により放出される陽電子をリアルタイムにＰＥＴ診断表示するように構成して、前記粒子線発生・加速部と粒子線照射部と診断支援部とを同一フロアに配置し、放射線医が前記ＰＥＴ診断表示結果を見て粒子線照射量と粒子線照射部位をリアルタイムに制御して治療することを支援可能に構成する。
【００２０】
また、前記粒子線発生・加速部と粒子線照射部を設置する治療室にＸ線ＣＴ，ＭＲＩ，超音波検査装置を設置可能にする。
【００２１】
このようなリアルタイム診断を可能とすることにより、これまではＰＥＴ用として用いることができなかった短寿命陽電子放出核（例えば酸素１５など）を用いることを可能にする。
【実施例１】
【００２２】
本発明の粒子線治療装置の実施例を図面を参照して説明する。
【００２３】
図１は、本発明の粒子線治療装置の全体の構成を示すブロック図である。この実施例１の粒子線治療装置は、陽子線を使用した例である。
【００２４】
図２は、一般的な陽子線の特徴を、体内における放射線量分布で他の放射線と比較して示している。
【００２５】
図２において、深度０は体の表面を表しており、Ｘ線，ガンマ線，速中性子線等の放射線は、体表面近傍で放射線量分布が高いのに対して、陽子線は、体内の深いところで放射線量分布が高くなることがわかっており、この深さの位置ならびに深度幅を調整することができる。このことにより、陽子線が粒子線治療に利用されてきている。
【００２６】
図１において、粒子線治療装置１は、患者６に対する治療計画２に基づく治療・診断を支援するものであり、粒子線である陽子線をレーザにより発生させる陽子（粒子）線発生・加速部３と、患者６に対して陽子線を照射する陽子（粒子）線照射部（治療）４と、照射された陽子線により患者６の患部の自己放射化により発生する陽電子をリアルタイムに検出して把握するＰＥＴ診断支援部（モニタリング）５とを備える。
【００２７】
前記陽子線発生・加速部３は、治療計画２に沿った所要の陽子線を得るためのレーザ出力を制御するレーザ電源部７と、レーザ電源部７から供給されるレーザ電源に基づきレーザ光を発生するレーザ装置８と、発生したレーザ光を複数のレンズならびにミラー等の光学部品により伝送するレーザビーム伝送装置９と、伝送されたレーザ光を陽子線発生ターゲットに焦点合わせするレーザビーム集光部１０と、レーザビーム集光部１０で焦点合わせ等を行ったレーザ光をターゲットに照射し、ターゲットから所望の陽子線を発生させる陽子線発生部１１および発生した陽子線を加速する加速部１２を備える。
【００２８】
前記レーザビーム伝送装置９は、回転等に対して制御性を確保した複数枚のシステマティックに機能する導光路型の構成である。
【００２９】
前記レーザビーム集光部１０は、集光ミラーやレンズを使用して構成する。レンズを使用することにより、設計の自由度を高めることができる。
【００３０】
前記加速部１２は、レーザ加速装置を使用する。
【００３１】
また、前記陽子線照射部４は、加速された陽子線を所定の部署まで伝送する陽子線伝送部１３と、エネルギー選択用超小型磁場装置１４と、このエネルギー選択用超小型磁場装置１４を経由した陽子線を患者６に照射する陽子線照射装置１５とを備える。
【００３２】
前記レーザビーム集光部１０〜陽子線照射装置１５は、後述する円環状の治療・診断回転フレームに搭載する。
【００３３】
また、前記ＰＥＴ診断支援部５は、前記陽子線照射部４で患者６に照射した陽子線によって該患者６の体内に自己放射化によって陽電子放出核が生成し、その陽電子の対消滅により発生するガンマ線に反応して発生する光子を電気（検出）信号として取り出すシンチレータアレイ１６と、陽子線照射に同期して前記シンチレータアレイ１６から出力される電気信号を取り込むことにより間接的に前記ガンマ線を測定する陽電子消滅ガンマ線測定部１７と、この測定結果を画像化する画像化装置１８とを備える。
【００３４】
このＰＥＴ診断支援部５におけるシンチレータアレイ１６と陽電子消滅ガンマ線測定部１７は、前記レーザビーム集光部１０〜と陽子線照射装置１５と共に後述する円環状の治療・診断回転フレームに搭載する。
【００３５】
このＰＥＴ診断支援部５は、Ｘ線ＣＴやＭＲＩ画像診断とあわせて、陽子線照射治療中のリアルタイムのモニタリングを可能とし、Ｘ線ＣＴやＭＲＩ画像診断もＰＥＴ診断に合わせることにより、診断の精度向上や治療の改善をはかり、医療の確実性と安全性を向上させることができる。
【００３６】
図３は、前記陽子線発生・加速部３を構成するレーザ装置８〜陽子線照射装置１５の具体的な構成、特に、陽子線発生ターゲットである薄膜テープターゲットにレーザ光を照射して陽子線を発生させる陽子線発生部１１の部分を詳述する模式図である。
【００３７】
レーザビーム集光部１０を構成する集光ミラー１０ａの寸法は、約２００ｍｍ程度であり、非常に小型の陽子線発生・加速部３を実現するのに好都合である。特に小型化を実現するための技術的要素は、陽子線発生部１１として、薄膜テープターゲット１１ａを採用し、レーザ光８ａを陽子線発生ターゲットである薄膜テープターゲット１１ａに照射し、陽子線を発生させることを実用化した点である。前記薄膜テープターゲット１１ａは、テープ供給リール１１ｂに巻回収容したものをテープ巻取りリール１１ｃに巻き取るように移送し、レーザ光照射位置では該レーザ光照射位置を挾んで設置した２本の回転ロール１１ｄに当接して位置決めする構成である。
【００３８】
図４は、図３に示した陽子線発生部１１の部分の構造を具体的に示す斜視図（写真）である
なお、前述したレーザ装置８，レーザビーム伝送装置９，陽子線伝送部１３，エネルギー選択用超小型磁場装置１４やレーザ照射制御方法などは、既に知られている公知技術を利用して構成することができる。
【００３９】
図５は、前記陽子線発生・加速部４を搭載したコンパクトな粒子線治療装置１を示す斜視図である。
【００４０】
この実施例における粒子線治療装置１は、大きく、治療室Ａと制御室Ｂとに区分されるが、何れも同一フロアーに設置している。
【００４１】
治療室Ａには、予め設定された治療計画２に従って、患者６の治療部位に合った陽子線を発生させるために、レーザ電源部７の出力を制御し、レーザ装置８によって必要なパワーおよびビーム径等のレーザ光８ａを発生させる。発生したレーザ光８ａは、レーザビーム伝送部（レーザ導光路技術を用いる）９とレーザビーム集光部１０を通して薄膜テープターゲット１１ａのテープターゲット照射位置Ｐに焦点を合わせ照射する。レーザ光８ａの照射によって発生した陽子線を陽子線加速部（図示省略）によって加速する。
【００４２】
加速した陽子線は、陽子線伝送部１３（図示省略）を通して搬送し、陽子線エネルギー選択用磁場１４によって必要な陽子線とした後に、陽子線照射装置１５によって治療室Ａ内の患者６の患部に照射することにより、患者６の癌や腫瘍等の治療を行う。
【００４３】
加速した陽子線は、陽子線伝送部１３（図示省略）を通して搬送し、陽子線エネルギー選択用磁場１４によって必要な陽子線とした後に、陽子線照射装置１５する。
【００４４】
前記レーザ装置８とレーザビーム伝送部９は基台２１上に設置し、レーザビーム集光部１０〜陽子線照射装置１５は、治療・診断回転フレーム１９上に設置する。
【００４５】
一方、ＰＥＴ診断支援部５では、シンチレータアレイ１６等を内蔵した治療・診断回転フレーム１９によって、陽子線を起点として患者６の患部からの自己放射化による陽電子消滅ガンマ線を測定し、患部の変化状況をリアルタイムで検出する。
【００４６】
制御室Ｂは、コンピュータを主体に構成して前記画像化装置１８（図示省略）を内蔵させ、前記治療計画（情報）２を保持させた診断解析・治療計画フィードバック装置２０を備え、治療計画２に基づく陽子線照射状況ならびに照射後の患部の状況等をシンチレータアレイ１６からの出力される検出信号に基づく陽電子消滅ガンマ線測定部１７による測定結果によってリアルタイムで把握し、画像化装置１８によって画像化等を行って表示することで放射線医による施術を支援するための治療全体の制御処理を行う。
【００４７】
このようにリアルタイム診断を行うことができる粒子線治療装置によれば、これまではＰＥＴ用として用いることができなかった短寿命陽電子放出核（例えば酸素１５など）を用いることが可能になる。
【００４８】
尚、この実施例１では、レーザを使った陽子線照射治療の専用機としての例を示したが、必ずしもこの構成に限るものではなく、従来型の画像診断装置（Ｘ線ＣＴやＭＲＩ、超音波検査装置）と一体化した診断・治療装置として利用することができる。その場合には、図４における陽子線照射までの系統を、画像診断装置（Ｘ線ＣＴやＭＲＩ、超音波検査）の機能と平行して一体化し、患者周辺の治療・診断回転フレーム１９、患者６を収容する場、制御室Ｂ等を供用化して装置全体をコンパクト化することができる。
【００４９】
図６は、陽子線治療直後の自己放射化のＰＥＴ画像を例示している。
【００５０】
この例は、肝動脈塞栓術後の再発肝癌に対する１９０ＭｅＶ陽子線治療のＰＥＴ画像である。７６ＧｙＥ／２０Ｆｒ陽子線を２門照射し、各門の初回治療約５分後にＰＥＴ撮影したものである。線量分布にほぼ一致したＰＥＴ画像が得られる。この例は、１時点の１断面を表した画像であるが、制御室Ｂの診断解析・治療計画フィードバック装置２０では、陽子線照射に伴う患者６の患部の状況を、身体部位、角度、身体深度を必要に応じて変更して画像化表示し、治療計画２に沿った陽子線照射となっているかどうか、更には患部の変遷をリアルタイムで把握することができる。特に、患部の癌や腫瘍等の活性度の変化についても把握することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の粒子線治療装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】本発明に関連する放射線の線量分布を示す図である。
【図３】本発明のレーザによる陽子線発生・加速部の模式図である。
【図４】図３に示した陽子線発生部の部分の構造を具体的に示す斜視図（写真）である。
【図５】本発明の粒子線治療装置の斜視図である。
【図６】本発明の粒子線治療装置を利用した陽子線治療直後の自己放射化のＰＥＴ画像である。
【符号の説明】
【００５２】
１…粒子線治療装置、２…治療計画（情報）、３…陽子線発生・加速部、４…陽子線照射部、５…ＰＥＴ診断支援部（モニタリング）、６…患者、７…レーザ電源部、８…レーザ装置、８ａ…レーザ光、９…レーザビーム伝送装置、１０…レーザビーム集光部、１０ａ…集光ミラー、１１…陽子線発生部、１１ａ…薄膜テープターゲット、１２…加速部、１３…陽子線伝送部、１４…エネルギー選択用超小型磁場装置、１５…陽子線照射装置、１６…シンチレータアレイ、１７…陽電子消滅ガンマ線測定部、１８…画像化処理部、１９…治療・診断回転フレーム、２０…診断解析・治療計画フィードバック装置、２１…基台。
|
| 【出願人】 |
【識別番号】５０５３７４７８３
【氏名又は名称】独立行政法人 日本原子力研究開発機構
|
| 【出願日】 |
平成１８年７月１９日（２００６．７．１９） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７４６３１
【弁理士】
【氏名又は名称】高田 幸彦
|
| 【公開番号】 |
特開２００８−２２９９４（Ｐ２００８−２２９９４Ａ） |
| 【公開日】 |
平成２０年２月７日（２００８．２．７） |
| 【出願番号】 |
特願２００６−１９７３８２（Ｐ２００６−１９７３８２） |
|