驱动式患者台、其控制装置及用它们的粒子射线治疗装置制作方法

专利名称

驱动式患者台、其控制装置及用它们的粒子射线治疗装置制作方法
发明者

岩田高明
公开日

2011年9月21日
申请日期

2011年2月23日
优先权日

2010年3月5日
申请人

三菱电机株式会社
文档编号

A61N5/10GK102188778SQ20111005164
关键字

及用驱动装置患者它们控制
权利要求

1.一种驱动式患者台，具有顶板，在将放射线向照射对象进行照射时，该顶板固定所述照射对象，其特征在于，该驱动式患者台包括平移单元，该平移单元使所述顶板相对于固定在设置该驱动式患者台的设置部位的固定坐标系朝X轴方向、Y轴方向、Z轴方向的各轴方向进行平移；旋转单元，该旋转单元使所述顶板朝绕所述X轴的θ方向、绕所述Y轴的Φ方向、绕所述Z轴的ξ方向的各方向进行旋转；及控制装置，该控制装置根据所输入的希望旋转中心点及希望旋转角度来控制所述平移单元及所述旋转单元，所述控制装置具有旋转驱动信号生成单元，该旋转驱动信号生成单元生成旋转驱动信号，该旋转驱动信号使所述顶板从所述平移单元和所述旋转单元的基准状态旋转移动到所述希望旋转角度；及平移驱动信号生成单元，该平移驱动信号生成单元生成平移驱动信号，该平移驱动信号使所述平移单元进行平移，使得因所述旋转移动而产生的所述希望旋转中心点的平移移动量成为预定值以下2.如权利要求1所述的驱动式患者台，其特征在于，所述平移驱动信号生成单元生成平移驱动信号，该平移驱动信号使所述平移单元进行平移，使得对因所述旋转移动而产生的所述希望旋转中心点的平移移动量进行校正3.如权利要求1所述的驱动式患者台，其特征在于，所述平移驱动信号生成单元包括生成坐Spa的单元，该坐Spa是将所述基准位置状态时在所述固定坐标系中的所述希望旋转中心点的坐标Pfix向固定于所述顶板的移动坐标系进行坐标变换后的坐标；将假设所述坐标Pa与所述顶板一起旋转移动到所述希望旋转角度时的坐标变换成在所述固定坐标系中观察时的坐标Pab的单元；及生成平移驱动信号的单元，该平移驱动信号根据所述坐标Pfix和坐标Pab之差，使得所述平移单元的各轴方向的移动量成为所述预定值以下4.如权利要求2所述的驱动式患者台，其特征在于，所述平移驱动信号生成单元包括生成坐Spa的单元，该坐Spa是将所述基准位置状态时在所述固定坐标系中的所述希望旋转中心点的坐标Pfix向固定于所述顶板的移动坐标系进行坐标变换后的坐标；将假设所述坐标Pa与所述顶板一起旋转移动到所述希望旋转角度时的坐标变换成在所述固定坐标系中观察时的坐标Pab的单元；及生成平移驱动信号的单元，该平移驱动信号根据所述坐标Pfix和坐标Pab之差，使得对所述平移单元的所述各轴方向的移动量进行校正5.如权利要求1至4中的任一项所述的驱动式患者台，其特征在于，所述控制装置包括患者台操作终端，该患者台操作终端具有通过数值来输入所述照射对象的希望旋转角度的输入器6.如权利要求1至4中的任一项所述的驱动式患者台，其特征在于，所述控制装置包括患者台操作终端，所述患者台操作终端具有与所述旋转单元的转轴对应的输入器，且仅当使所述输入器成为连接状态时对所述平移单元及所述旋转单元进行驱动7.—种驱动式患者台控制用程序，是利用计算机来生成对具有顶板的驱动式患者台进行驱动的控制信号的驱动式患者台控制用程序，在将放射线向照射对象进行照射时，该顶板固定所述照射对象，其特征在于，所述驱动式患者台具有平移单元，该平移单元使所述顶板相对于固定在所设置的设置部位的固定坐标系朝X 轴方向、Y轴方向、Z轴方向的各轴方向进行平移；及旋转单元，该旋转单元使所述顶板朝绕所述X轴的θ方向、绕所述Y轴的Φ方向、绕所述Z轴的ξ方向的各方向进行旋转，该驱动式患者台控制用程序起到作为旋转驱动信号生成单元及平移驱动信号生成单元的作用，所述旋转驱动信号生成单元将旋转驱动信号输出到所述旋转单元，该旋转驱动信号根据所输入的希望旋转中心点及希望旋转角度，使所述顶板从所述平移单元和所述旋转单元的基准状态旋转移动到所述希望旋转角度，所述平移驱动信号生成单元将平移驱动信号输出到所述平移单元，该平移驱动信号使所述平移单元进行平移，使得因所述旋转移动而产生的所述希望旋转中心点的平移移动量成为预定值以下8.如权利要求7所述的驱动式患者台控制用程序，其特征在于，所述平移驱动信号生成单元将平移驱动信号输出到所述平移单元，该平移驱动信号使所述平移单元进行平移，使得对因所述旋转移动而产生的所述希望旋转中心点的平移移动量进行校正9.如权利要求7所述的驱动式患者台控制用程序，其特征在于，所述平移驱动信号生成单元执行如下步骤生成坐Spa的步骤，该坐Spa是将所述基准位置状态时在所述固定坐标系中的所述希望旋转中心点的坐标Pfix向固定于所述顶板的移动坐标系进行坐标变换后的坐标；将假设所述坐标Pa与所述顶板一起旋转移动到所述希望旋转角度时的坐标变换成在所述固定坐标系中观察时的坐标Pab的步骤；及生成平移驱动信号的步骤，该平移驱动信号根据所述坐标Pfix和坐标Pab之差，使得所述平移单元的所述各轴方向的移动量成为所述预定值以下10.如权利要求8所述的驱动式患者台控制用程序，其特征在于，所述平移驱动信号生成单元执行如下步骤生成坐Spa的步骤，该坐Spa是将所述基准位置状态时在所述固定坐标系中的所述希望旋转中心点的坐标Pfix向固定于所述顶板的移动坐标系进行坐标变换后的坐标；将假设所述坐标Pa与所述顶板一起旋转移动到所述希望旋转角度时的坐标变换成在所述固定坐标系中观察时的坐标Pab的步骤；及生成平移驱动信号的步骤，该平移驱动信号根据所述坐标Pfix和坐标Pab之差，使得对所述平移单元的所述各轴方向的移动量进行校正11.一种驱动式患者台的控制装置，安装有如权利要求7至10中的任一项所述的驱动式患者台控制用程序，其特征在于，该驱动式患者台的控制装置包括患者台操作终端，该患者台操作终端具有通过数值来输入所述照射对象的希望旋转角度的输入器12.—种驱动式患者台的控制装置，安装有如权利要求7至10中的任一项所述的驱动式患者台控制用程序，其特征在于，该驱动式患者台的控制装置具有与所述旋转单元的转轴对应的输入器，且仅当使所述输入器成为连接状态时对所述平移单元及所述旋转单元进行驱动13.一种粒子射线治疗装置，其特征在于，包括离子束产生装置，该离子束产生装置产生带电粒子束，并利用加速器将其加速至预定能量；离子束输送系统，该离子束输送系统将由所述离子束产生装置加速后的带电粒子束进行输送；粒子射线照射装置，该粒子射线照射装置将由所述离子束输送系统输送来的带电粒子束向照射对象进行照射；及驱动式患者台，该驱动式患者台具有固定所述照射对象的顶板，所述驱动式患者台是如权利要求1至4中的任一项所述的驱动式患者台14.一种粒子射线治疗装置，其特征在于，包括离子束产生装置，该离子束产生装置产生带电粒子束，并利用加速器将其加速至预定能量；离子束输送系统，该离子束输送系统将由所述离子束产生装置加速后的带电粒子束进行输送；粒子射线照射装置，该粒子射线照射装置将由所述离子束输送系统输送来的带电粒子束向照射对象进行照射；及驱动式患者台，该驱动式患者台具有固定所述照射对象的顶板，所述驱动式患者台是如权利要求5所述的驱动式患者台15.一种粒子射线治疗装置，其特征在于，包括离子束产生装置，该离子束产生装置产生带电粒子束，并利用加速器将其加速至预定能量；离子束输送系统，该离子束输送系统将由所述离子束产生装置加速后的带电粒子束进行输送；粒子射线照射装置，该粒子射线照射装置将由所述离子束输送系统输送来的带电粒子束向照射对象进行照射；及驱动式患者台，该驱动式患者台具有固定所述照射对象的顶板，所述驱动式患者台是如权利要求6所述的驱动式患者台
技术领域

本发明涉及一种医疗用和研究用的粒子射线治疗装置和放射线治疗装置，特别涉及一种驱动式患者台、驱动式患者台的控制装置、驱动式患者台控制用程序
背景技术
具体实施例方式

实施方式1.图1是本发明的实施方式1中的驱动式患者台(患者台)的简要结构图根据图 1，说明作为控制对象的患者台的结构驱动式患者台(床式)1是实施方式1中的控制对象的一个示例地板面2是设置驱动式患者台1的地板患者台构成部件(X平移部件)3 是构成患者台的部件之一，相对于地板2朝X方向驱动患者台构成部件(Z平移部件)4 是构成患者台的部件之一，相对于X平移部件3朝Z方向驱动患者台构成部件(Y平移部件)5是构成患者台的部件之一，相对于Z平移部件4朝Y方向驱动患者台构成部件(横摆(yaw)旋转部件)6是构成患者台的部件之一，相对于Y平移部件5进行横摆旋转驱动患者台构成部件(侧倾(roll)旋转部件)7是构成患者台的部件之一，相对于横摆旋转部件6进行侧倾旋转驱动患者台构成部件(俯仰(pitch)旋转部件)8是构成患者台的部件之一，相对于侧倾旋转部件7进行俯仰旋转驱动X平移部件3、Z平移部件4、Y平移部件5是平移单元横摆旋转部件6、侧倾旋转部件7、俯仰旋转部件8是旋转单元各患者台构成部件3 8根据来自控制装置四(未图示)的控制信号由驱动装置(未图示)进行驱动接着，根据图2，说明本发明中进行的“以所希望的位置为中心进行旋转驱动”图 2是说明以所希望的位置为中心进行旋转驱动的实现方法的图图2(a)是俯视图，图2(b) 是立体图驱动对象20表示患者台的顶板等驱动对象旋转驱动中心(轴)21表示利用电动机等旋转驱动设备对驱动对象20进行旋转驱动时的旋转驱动中心(轴)所希望的位置22是表示作为照射基准的等中心等、希望作为外观上的旋转中心的位置的点(希望旋转中心点)图2表示如下情况通过使作为刚体的驱动对象20绕旋转驱动中心(轴)21进行旋转，同时进行平移移动，从而外观上的旋转中心成为所希望的位置22本实施方式中，通过这样将旋转驱动和平移驱动加以组合，从而在驱动对象所希望的位置进行旋转移动图3是实施方式1中的患者台的三面图图3(a)是患者台1的俯视图，图3(b) 是患者台1的正视图，图3(c)是患者台1的侧视图横摆旋转部件6相对于Y平移部件5 绕横摆旋转中心(轴)15进行横摆旋转驱动侧倾旋转部件7相对于横摆旋转部件6绕侧倾旋转中心16进行侧倾旋转驱动俯仰旋转部件8相对于侧倾旋转部件7绕俯仰旋转中心17进行俯仰旋转驱动图4 6是表示实施方式1中、将图1的患者台1作为控制对象时的坐标系的三面图图4是表示将患者台作为控制对象时的坐标系的三面图，图5是对图4添加侧倾旋转部件的坐标系后的三面图，图6是对图5添加俯仰旋转部件的坐标系后的三面图图4(a)、图5(a)、图6(a)是患者台1的俯视图，图4 (b)、图5 (b)、图6 (b)是患者台1的正视图，图 4(c)、图5(c)、图6(c)是患者台1的侧视图，图4(d)、图5(d)、图6(d)是患者台1的立体图根据图4 6说明本发明中的坐标系坐标系10是固定于治疗室的坐标系Ofix (固定坐标系)坐标系11是固定于Y平移部件5的坐标系o5坐标系10和坐标系11之间的关系由X平移部件3、Z平移部件4及 Y平移部件5的状态唯一确定，可利用平移移动使坐标系重合坐标系12是固定于横摆旋转部件6的坐标系o6坐标系11和坐标系12之间的关系由横摆旋转部件6的状态唯一确定若将坐标系12如图4那样配置在横摆旋转的转轴上，则从坐标系11的原点到坐标系12的原点的方向矢量恒定，而不取决于横摆旋转部件 6的状态，可利用平移移动和横摆旋转使坐标系重合坐标系13是固定于侧倾旋转部件7的坐标系o7坐标系12和坐标系13之间的关系由侧倾旋转部件7的状态唯一确定若将坐标系13如图5那样配置在侧倾旋转的转轴上，则从坐标系12的原点到坐标系13的原点的方向矢量恒定，而不取决于侧倾旋转部件 7的状态，可利用平移移动和侧倾旋转使坐标系重合坐标系14是固定于俯仰旋转部件8 (顶板)的坐标系0bj (移动坐标系)坐标系 13和坐标系14之间的关系由俯仰旋转部件8的状态唯一确定若将坐标系14如图6那样配置在俯仰旋转的转轴上，则从坐标系13的原点到坐标系14的原点的方向矢量恒定，而不取决于俯仰旋转部件8的状态，可利用平移移动和俯仰旋转使坐标系重合图7是实施方式1中的程序的流程图该程序安装于控制装置四根据图7，说明程序的流程步骤Sl是进行初始化的步骤这里，对变量进行说明和定义步骤S2是进行读取的步骤这里，在患者台处于状态a(基准状态)下，读取对患者台构成部件3 8各自的位置及姿势进行确定的数据步骤S3是进行读取的步骤这里，对作为照射基准点的等中心等、希望为外观上的旋转中心的点(希望旋转中心点)P的坐标Pfix (X，Y，Z)进行读取步骤S4是进行计算的步骤这里，当患者台为状态a时，将在固定坐标系Otix下观察时的所述希望的点Pfix(X，Y，Z)进行坐标变换成在“固定于顶板的坐标系obj”下观察时的坐标队0^，7，2)步骤S5是进行读取的步骤这里，在患者台处于状态b下，读取对患者台构成部件3 8的位置及姿势进行确定的数据该数据读取相当于希望旋转角度的读取步骤S6是进行计算的步骤这里，假设在保持固定于顶板的状态下的患者台变成状态 b，将在所述“固定于顶板的坐标系ob/’下观察时的坐#Pa(x，y，ζ)进行坐标变换成在“固定于治疗室的坐标系Ofix”下观察时的坐标Pab (X，Y，Ζ)步骤S7是对差分进行运算的差分运算步骤这里，对步骤S3中读取的Pfix(X，Y， 2)、和步骤56中求出的？^(乂，￥，2)之间的差分进行运算步骤S8是进行输出的输出步骤这里，输出步骤S7中计算出的Pab (X，Y，Ζ) -Pfx (X，Y，Ζ)控制装置四包括旋转驱动信号生成单元，该旋转驱动信号生成单元根据作为旋转驱动前的患者台的状态a及作为驱动目标(姿势目标)的患者台的状态b，即根据从患者台的状态a旋转到状态b的希望旋转角度，生成从状态a旋转到状态b的旋转单元的旋转驱动信号；及平移驱动信号生成单元，该平移驱动信号生成单元生成平移驱动信号，该平移驱动信号对所运算出的差Pab (X，Y，Z)-Pfix (X，Y，Z)进行校正并使平移单元进行平移，该控制装置四生成旋转驱动信号及平移驱动信号详细情况将在下面按每一步骤叙述内容步骤Sl是进行初始化的步骤，其详细情况如下所示这里，对实施方式1所示的程序所需的变量进行说明，并对表示患者台的几何学信息的参数等进行定义所谓程序所需的变量，例如是指确定患者台1的位置和姿势的变量(以下为“患者台的状态”)、希望为外观上的旋转中心的点的坐标、旋转矩阵(一阶变换矩阵)等所谓表示患者台1的几何学信息的参数，是指患者台1的各驱动设备全部在基准位置时的、换言之患者台构成部件3 8全部在基准位置时的(以下为“基准位置状态”)、表示坐标系11 14的原点的位置的位置矢量等患者台1的状态如{xs，ysds，θ3, Φ3, ξ J那样来表示其中，xs、ys、zs、θ s> φ3> ξ s如下所述^cs是X平移部件3的、相对于地板面2上的基准位置的χ方向位移量

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法律状态

专利名称：驱动式患者台、其控制装置及用它们的粒子射线治疗装置的制作方法随着医疗用设备的开发和医疗的进步，近年来医疗用设备逐渐高级化，出现了以往完全没有的方式。例如，在癌症治疗中，以往以外科、用药及/或放射线进行的治疗为主流，但最近照射以质子射线和碳射线为代表的粒子射线来进行治疗的粒子射线治疗装置广受关注。利用粒子射线治疗装置进行的治疗其最大的特征为低损伤，可保持治疗后的患者的Q0L(Quality of Life:生活质量)。当前，粒子射线治疗装置在日本国内一共大约有10 处设施正在工作或预期建设，有报告称每年将近有1000名患者正利用该设施接受治疗。因而，对于在接受粒子射线治疗时患者所睡的床和椅子等(以下为“患者台”)，要求具有适合于粒子射线治疗的功能，另外，开发适合于粒子射线治疗的功能的患者台、制造更好的医疗用设备还有助于医疗设备产业的发展。粒子射线治疗装置简单地来讲，是对应于患部的形状以精确定位来照射粒子射线。为此，操作粒子射线治疗装置的医师或工程师(以下为“工程师等”)需要将作为照射中心的等中心作为基准位置，进行使患部的位置和姿势与计划值相一致的作业、即定位作业，使得能够对应于患部的形状来照射粒子射线。定位作业中，一边利用X射线拍摄装置观察患部的位置，一边对治疗台进行角度调整，使得粒子射线从在治疗计划阶段已确定的方向对患部照射，但由于该定位作业费时，因此要求高效地来进行。以实现对于固定在治疗用床上表面的患者从任意方向和距离进行的照射、特别是照射方向相对于患者轴心并非直角的非共面照射为目的，提出了放射线治疗用床系统(专利文献1)。对该放射线治疗用床系统，输入在治疗仿真时计算出的患部的位置数据(χ、γ、 Z坐标系)及放射质子射线的角度，将该输入的数据(位置和角度)进行坐标变换，作为床的X轴、Y轴、ζ轴方向的位置、i轴(相对等中心旋转)、ρ轴(俯仰旋转)、r轴(侧倾旋转)的旋转角度、患者的患部位置，床的各轴获取这些变换数据以作为输入位置数据，驱动各轴使患者的患部移动至所要的位置。然而，若一边利用X射线拍摄装置观察患部等，一边调整i轴、P轴、r轴的各轴，则由于通常无法将患部配置成使得通过各轴的旋转中心，因此随之使得患部朝X轴方向、Y轴方向或Z轴方向或者它们的组合方向移动。其结果是，有时患部也会移出到X射线拍摄装置的拍摄区域外，为了使其不移出该拍摄区域，必须一边对X轴、Y轴、Z轴的各轴进行微调一边来进行，以使患部的位置不移动。专利文献1 日本专利特开平11-313900号公报现有的放射线治疗用床系统尽管具有6个驱动轴的自由度，且可驱动各轴以使患者的患部移动至所要的位置，但在实际的患部的定位作业中必须如上述那样对X轴、Y轴、Z 轴的各轴进行微调，由于该调整中工程师等在作业时极为麻烦，且定位耗时，因此存在无法提高粒子射线治疗装置的使用率的问题。本发明的目的在于，得到一种可高效地进行用于使患部的位置及姿势与编制治疗计划时所制定的位置及姿势相一致的定位作业的驱动式患者台。包括平移单元，该平移单元使所述顶板相对于固定在设置部位的固定坐标系朝 X轴方向、Y轴方向、Z轴方向的各轴方向进行平移；旋转单元，该旋转单元使顶板朝绕X轴的θ方向、绕Y轴的Φ方向、绕Z轴的ξ方向的各方向进行旋转；及控制装置，该控制装置根据所输入的希望旋转中心点及希望旋转角度来控制平移单元及旋转单元。控制装置具有旋转驱动信号生成单元，该旋转驱动信号生成单元生成旋转驱动信号，该旋转驱动信号使顶板从平移单元和旋转单元的基准状态旋转移动到希望旋转角度；及平移驱动信号生成单元，该平移驱动信号生成单元生成平移驱动信号，该平移驱动信号使平移单元进行平移，使得因旋转移动而产生的希望旋转中心点的平移移动量成为预定值以下。本发明所涉及的驱动式患者台，由于根据所输入的希望旋转中心点及希望旋转角度，将顶板的旋转驱动和使顶板进行平移的平移驱动加以组合进行驱动，而该平移驱动使得因使顶板旋转移动到希望旋转角度而产生的希望旋转中心点的平移移动量成为预定值以下，从而可在与绕希望旋转中心点的旋转相隔预定的距离以内使驱动式患者台进行自动旋转，因此可高效地进行使患部的位置及姿势与编制治疗计划时所制定的位置及姿势相一致的定位作业。图1是本发明的实施方式1及2中的驱动式患者台(患者台)的简要结构图。图2是说明以所希望的位置为中心使驱动对象进行旋转驱动的图。图3是图1的患者台的三面图。图4是表示将图1的患者台作为控制对象时的坐标系的三面图。图5是对图4添加侧倾旋转部件的坐标系后的三面图。
图6是对图5添加俯仰旋转部件的坐标系后的三面图。
图7是实施方式1及2中的程序的流程图。
图8是说明实施方式1的患者台的控制的方框图。
图9是图8的目标位置姿势变换部的方框图。
图10是说明实施方式2的患者台的控制的方框图。
图11是表示实施方式3及4中的患者台控制器的图。
图12是实施方式3及4中的患者台操作终端的外观图。
图13是说明实施方式5的患者台的控制的方框图。
图14是说明实施方式5的患者台的控制的其它方框图。
图15是表示实施方式7中的粒子射线治疗装置的结构图。

y,是Y平移部件5的、相对于Z平移部件4上的基准位置的y方向位移量。z,是Z平移部件4的、相对于X平移部件3上的基准位置的Z方向位移量。9 3是俯仰旋转部件8的、相对于侧倾旋转部件7上的基准位置的俯仰旋转方向的位移角。^ S是侧倾旋转部件7的、相对于横摆旋转部件6上的基准位置的侧倾旋转方向的位移角。I S是横摆旋转部件6的、相对于Y平移部件5上的基准位置的横摆旋转方向的位移角。希望为外观上的旋转中心的点P的坐标如P ,(X，Y，Z)那样来表示。俯仰旋转、侧倾旋转、横摆旋转的旋转矩阵分别如(1)式 ( 式那样来表示。[数学式1]

本发明提供一种驱动式患者台、其控制装置及用它们的粒子射线治疗装置。具有使顶板相对于固定坐标系朝X轴方向、Y轴方向、Z轴方向的各轴方向进行平移的平移单元；使顶板朝绕X轴的θ方向、绕Y轴的φ方向、绕Z轴的ξ方向的各方向进行旋转的旋转单元；及根据所输入的希望旋转中心点P及希望旋转角度来控制平移单元及旋转单元的控制装置，控制装置具有生成使顶板从平移单元和旋转单元的基准状态a旋转移动到希望旋转角度的旋转驱动信号的旋转驱动信号生成单元；及生成使平移单元进行平移使得因旋转移动而产生的希望旋转中心点P的平移移动量成为预定值以下的平移驱动信号的平移驱动信号生成单元。

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