驅動式患者臺的制作方法
【專利摘要】本發明的目的在于得到能夠有效地進行與編制治療計劃時所制定的位置相一致的定位作業的驅動式患者臺。該驅動式患者臺包括：使頂板(8)相對于固定坐標系(10)朝X軸方向、Y軸方向、Z軸方向的各軸方向進行平移的平移單元(3，4，5)；使頂板(8)朝繞各軸的θ方向、φ方向、ξ方向的各方向進行旋轉的旋轉單元(6，7，8)；以及根據所輸入的希望旋轉中心點(P)來控制平移單元(3，4，5)及旋轉單元(6，7，8)，控制裝置具有：患者臺操作終端(30)；旋轉驅動信號生成單元，生成旋轉驅動信號，該旋轉驅動信號通過患者臺操作終端(30)的操作使頂板(8)進行旋轉移動；以及平移驅動信號生成單元，生成單元生成平移驅動信號，該平移驅動信號使平移單元(3，4，5)進行平移，使得因旋轉移動而產生的希望旋轉中心點(P)的平移移動量成為預定值以下。
【專利說明】驅動式患者臺
[0001] 本發明申請是 申請人:于2011年2月23日（ 優先權日:：2010年3月5日）提交的， 申請號為201110051641. 6,發明名稱為"驅動式患者臺、其控制裝置及用它們的粒子射線治 療裝置"的發明專利申請的分案申請。
【技術領域】
[0002] 本發明涉及一種醫療用和研究用的粒子射線治療裝置和放射線治療裝置，特別涉 及一種驅動式患者臺、驅動式患者臺的控制裝置、驅動式患者臺控制用程序。
【背景技術】
[0003] 隨著醫療用設備的開發和醫療的進步，近年來醫療用設備逐漸高級化，出現了以 往完全沒有的方式。例如，在癌癥治療中，以往以外科、用藥及/或放射線進行的治療為主 流，但最近照射以質子射線和碳射線為代表的粒子射線來進行治療的粒子射線治療裝置廣 受關注。利用粒子射線治療裝置進行的治療其最大的特征為低損傷，可保持治療后的患者 的QOL (Quality of Life:生活質量）。當前，粒子射線治療裝置在日本國內一共大約有10 處設施正在工作或預期建設，有報告稱每年將近有1000名患者正利用該設施接受治療。
[0004] 因而，對于在接受粒子射線治療時患者所睡的床和椅子等（以下為"患者臺"），要 求具有適合于粒子射線治療的功能，另外，開發適合于粒子射線治療的功能的患者臺、制造 更好的醫療用設備還有助于醫療設備產業的發展。
[0005] 粒子射線治療裝置簡單地來講，是對應于患部的形狀以精確定位來照射粒子射 線。為此，操作粒子射線治療裝置的醫師或工程師（以下為"工程師等"）需要將作為照射 中心的等中心作為基準位置，進行使患部的位置和姿勢與計劃值相一致的作業、即定位作 業，使得能夠對應于患部的形狀來照射粒子射線。定位作業中，一邊利用X射線拍攝裝置觀 察患部的位置，一邊對治療臺進行角度調整，使得粒子射線從在治療計劃階段已確定的方 向對患部照射，但由于該定位作業費時，因此要求高效地來進行。
[0006] 以實現對于固定在治療用床上表面的患者從任意方向和距離進行的照射、特別是 照射方向相對于患者軸心并非直角的非共面照射為目的，提出了放射線治療用床系統（專 利文獻1)。對該放射線治療用床系統，輸入在治療仿真時計算出的患部的位置數據（X、Y、 Z坐標系）及放射質子射線的角度，將該輸入的數據（位置和角度）進行坐標變換，作為床 的X軸、Y軸、Z軸方向的位置、i軸（相對等中心旋轉）、P軸（俯仰旋轉）、r軸（側傾旋 轉）的旋轉角度、患者的患部位置，床的各軸獲取這些變換數據以作為輸入位置數據，驅動 各軸使患者的患部移動至所要的位置。
[0007] 然而，若一邊利用X射線拍攝裝置觀察患部等，一邊調整i軸、p軸、r軸的各軸，則 由于通常無法將患部配置成使得通過各軸的旋轉中心，因此隨之使得患部朝X軸方向、Y軸 方向或Z軸方向或者它們的組合方向移動。其結果是，有時患部也會移出到X射線拍攝裝 置的拍攝區域外，為了使其不移出該拍攝區域，必須一邊對X軸、Y軸、Z軸的各軸進行微調 一邊來進行，以使患部的位置不移動。
[0008] 專利文獻I :日本專利特開平11 一 313900號公報
[0009] 現有的放射線治療用床系統盡管具有6個驅動軸的自由度，且可驅動各軸以使患 者的患部移動至所要的位置，但在實際的患部的定位作業中必須如上述那樣對X軸、Y軸、Z 軸的各軸進行微調，由于該調整中工程師等在作業時極為麻煩，且定位耗時，因此存在無法 提高粒子射線治療裝置的使用率的問題。
[0010] 本發明的目的在于，得到一種可高效地進行用于使患部的位置及姿勢與編制治療 計劃時所制定的位置及姿勢相一致的定位作業的驅動式患者臺。
[0011] 包括：平移單元，該平移單元使所述頂板相對于固定在設置部位的固定坐標系朝 X軸方向、Y軸方向、Z軸方向的各軸方向進行平移；旋轉單元，該旋轉單元使頂板朝繞X軸 的Θ方向、繞Y軸的Φ方向、繞Z軸的ξ方向的各方向進行旋轉；以及控制裝置，該控制 裝置根據所輸入的希望旋轉中心點來控制平移單元及旋轉單元。控制裝置具有：患者臺操 作終端，該患者臺操作終端設置有輸入部，該輸入部用于以希望旋轉中心點為中心來使頂 板在Θ方向、Φ方向、ξ方向上旋轉；旋轉驅動信號生成單元，該旋轉驅動信號生成單元 生成旋轉驅動信號，該旋轉驅動信號通過患者臺操作終端的輸入部的操作使頂板從平移單 元和旋轉單元的基準狀態旋轉移動到希望旋轉角度；及平移驅動信號生成單元，該平移驅 動信號生成單元生成平移驅動信號，該平移驅動信號使平移單元進行平移，使得因旋轉移 動而產生的希望旋轉中心點的平移移動量成為預定值以下。
[0012] 本發明所涉及的驅動式患者臺，由于根據所輸入的希望旋轉中心點，將頂板的旋 轉驅動和通過患者臺操作終端的輸入部的操作使頂板進行平移的平移驅動加以組合進行 驅動，而該平移驅動使得因使頂板旋轉移動到希望旋轉角度而產生的希望旋轉中心點的平 移移動量成為預定值以下，從而可在與繞希望旋轉中心點的旋轉相隔預定的距離以內使驅 動式患者臺進行自動旋轉，因此可高效地進行使患部的位置及姿勢與編制治療計劃時所制 定的位置及姿勢相一致的定位作業。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013] 圖1是本發明的實施方式1及2中的驅動式患者臺（患者臺）的簡要結構圖。
[0014] 圖2是說明以所希望的位置為中心使驅動對象進行旋轉驅動的圖。
[0015] 圖3是圖1的患者臺的三面圖。
[0016] 圖4是表示將圖1的患者臺作為控制對象時的坐標系的三面圖。
[0017] 圖5是對圖4添加側傾旋轉部件的坐標系后的三面圖。
[0018] 圖6是對圖5添加俯仰旋轉部件的坐標系后的三面圖。
[0019] 圖7是實施方式1及2中的程序的流程圖。
[0020] 圖8是說明實施方式1的患者臺的控制的方框圖。
[0021] 圖9是圖8的目標位置姿勢變換部的方框圖。
[0022] 圖10是說明實施方式2的患者臺的控制的方框圖。
[0023] 圖11是表示實施方式3及4中的患者臺控制器的圖。
[0024] 圖12是實施方式3及4中的患者臺操作終端的外觀圖。
[0025] 圖13是說明實施方式5的患者臺的控制的方框圖。
[0026] 圖14是說明實施方式5的患者臺的控制的其它方框圖。
[0027] 圖15是表示實施方式7中的粒子射線治療裝置的結構圖。
【具體實施方式】
[0028] 實施方式1.
[0029] 圖1是本發明的實施方式1中的驅動式患者臺（患者臺）的簡要結構圖。根據圖 1，說明作為控制對象的患者臺的結構。驅動式患者臺（床式）1是實施方式1中的控制對 象的一個示例。地板面2是設置驅動式患者臺1的地板。患者臺構成部件（X平移部件）3 是構成患者臺的部件之一，相對于地板2朝X方向驅動。患者臺構成部件（Z平移部件）4 是構成患者臺的部件之一，相對于X平移部件3朝Z方向驅動。患者臺構成部件（Y平移部 件）5是構成患者臺的部件之一，相對于Z平移部件4朝Y方向驅動。患者臺構成部件（橫 擺（yaw)旋轉部件）6是構成患者臺的部件之一，相對于Y平移部件5進行橫擺旋轉驅動。 患者臺構成部件（側傾（roll)旋轉部件）7是構成患者臺的部件之一，相對于橫擺旋轉部 件6進行側傾旋轉驅動。患者臺構成部件（俯仰（pitch)旋轉部件）8是構成患者臺的部 件之一，相對于側傾旋轉部件7進行俯仰旋轉驅動。X平移部件3、Z平移部件4、Y平移部 件5是平移單元。橫擺旋轉部件6、側傾旋轉部件7、俯仰旋轉部件8是旋轉單元。各患者 臺構成部件3?8根據來自控制裝置29(未圖示）的控制信號由驅動裝置（未圖示）進行 驅動。
[0030] 接著，根據圖2,說明本發明中進行的"以所希望的位置為中心進行旋轉驅動"。圖 2是說明以所希望的位置為中心進行旋轉驅動的實現方法的圖。圖2(a)是俯視圖，圖2(b) 是立體圖。驅動對象20表示患者臺的頂板等驅動對象。旋轉驅動中心（軸）21表示利用 電動機等旋轉驅動設備對驅動對象20進行旋轉驅動時的旋轉驅動中心（軸）。所希望的位 置22是表示作為照射基準的等中心等、希望作為外觀上的旋轉中心的位置的點（希望旋轉 中心點）。
[0031] 圖2表示如下情況：通過使作為剛體的驅動對象20繞旋轉驅動中心（軸）21進行 旋轉，同時進行平移移動，從而外觀上的旋轉中心成為所希望的位置22。本實施方式中，通 過這樣將旋轉驅動和平移驅動加以組合，從而在驅動對象所希望的位置進行旋轉移動。
[0032] 圖3是實施方式1中的患者臺的三面圖。圖3(a)是患者臺1的俯視圖，圖3(b) 是患者臺1的正視圖，圖3(c)是患者臺1的側視圖。橫擺旋轉部件6相對于Y平移部件5 繞橫擺旋轉中心（軸）15進行橫擺旋轉驅動。側傾旋轉部件7相對于橫擺旋轉部件6繞側 傾旋轉中心16進行側傾旋轉驅動。俯仰旋轉部件8相對于側傾旋轉部件7繞俯仰旋轉中 心17進行俯仰旋轉驅動。
[0033] 圖4?6是表示實施方式1中、將圖1的患者臺1作為控制對象時的坐標系的三面 圖。圖4是表示將患者臺作為控制對象時的坐標系的三面圖，圖5是對圖4添加側傾旋轉 部件的坐標系后的三面圖，圖6是對圖5添加俯仰旋轉部件的坐標系后的三面圖。圖4(a)、 圖5(a)、圖6(a)是患者臺1的俯視圖，圖4(b)、圖5(b)、圖6(b)是患者臺1的正視圖，圖 4(c)、圖5(c)、圖6(c)是患者臺1的側視圖，圖4(d)、圖5(d)、圖6(d)是患者臺1的立體 圖。根據圖4?6說明本發明中的坐標系。
[0034] 坐標系10是固定于治療室的坐標系Ofix (固定坐標系）。坐標系11是固定于Y平 移部件5的坐標系〇5。坐標系10和坐標系11之間的關系由X平移部件3、Z平移部件4及 Y平移部件5的狀態唯一確定，可利用平移移動使坐標系重合。
[0035] 坐標系12是固定于橫擺旋轉部件6的坐標系〇6。坐標系11和坐標系12之間的 關系由橫擺旋轉部件6的狀態唯一確定。若將坐標系12如圖4那樣配置在橫擺旋轉的轉 軸上，則從坐標系11的原點到坐標系12的原點的方向矢量恒定，而不取決于橫擺旋轉部件 6的狀態，可利用平移移動和橫擺旋轉使坐標系重合。
[0036] 坐標系13是固定于側傾旋轉部件7的坐標系〇7。坐標系12和坐標系13之間的 關系由側傾旋轉部件7的狀態唯一確定。若將坐標系13如圖5那樣配置在側傾旋轉的轉 軸上，則從坐標系12的原點到坐標系13的原點的方向矢量恒定，而不取決于側傾旋轉部件 7的狀態，可利用平移移動和側傾旋轉使坐標系重合。
[0037] 坐標系14是固定于俯仰旋轉部件8 (頂板）的坐標系Otjbj (移動坐標系）。坐標系 13和坐標系14之間的關系由俯仰旋轉部件8的狀態唯一確定。若將坐標系14如圖6那樣 配置在俯仰旋轉的轉軸上，則從坐標系13的原點到坐標系14的原點的方向矢量恒定,而不 取決于俯仰旋轉部件8的狀態，可利用平移移動和俯仰旋轉使坐標系重合。
[0038] 圖7是實施方式1中的程序的流程圖。該程序安裝于控制裝置29。根據圖7,說 明程序的流程。
[0039] 步驟Sl是進行初始化的步驟。這里，對變量進行說明和定義。步驟S2是進行讀 取的步驟。這里，在患者臺處于狀態a(基準狀態）下，讀取對患者臺構成部件3?8各自 的位置及姿勢進行確定的數據。步驟S3是進行讀取的步驟。這里，對作為照射基準點的等 中心等、希望為外觀上的旋轉中心的點（希望旋轉中心點）P的坐標P fix (X，Y，Z)進行讀取。
[0040] 步驟S4是進行計算的步驟。這里，當患者臺為狀態a時，將在固定坐標系Ofix下觀 察時的所述希望的點P fix(X，Y，Z)進行坐標變換成在"固定于頂板的坐標系〇Λ/'下觀察時 的坐標P a(x，y，z)。步驟S5是進行讀取的步驟。這里,在患者臺處于狀態b下,讀取對患 者臺構成部件3?8的位置及姿勢進行確定的數據。該數據讀取相當于希望旋轉角度的讀 取。步驟S6是進行計算的步驟。這里，假設在保持固定于頂板的狀態下的患者臺變成狀態 b，將在所述"固定于頂板的坐標系〇()bj"下觀察時的坐標pa (X，y，z)進行坐標變換成在"固 定于治療室的坐標系Ofix"下觀察時的坐標Pab (X，Y，Z)。
[0041] 步驟S7是對差分進行運算的差分運算步驟。這里，對步驟S3中讀取的Pfix (X，Y， Z)、和步驟S6中求出的Pab (X，Y，Z)之間的差分進行運算。步驟S8是進行輸出的輸出步驟。 這里，輸出步驟S7中計算出的Pab(X，Y，Z) - Pfix(X，Y，Z)。
[0042] 控制裝置29包括：旋轉驅動信號生成單元，該旋轉驅動信號生成單元根據作為旋 轉驅動前的患者臺的狀態a及作為驅動目標（姿勢目標）的患者臺的狀態b，即根據從患者 臺的狀態a旋轉到狀態b的希望旋轉角度，生成從狀態a旋轉到狀態b的旋轉單元的旋轉 驅動信號；及平移驅動信號生成單元，該平移驅動信號生成單元生成平移驅動信號，該平移 驅動信號對所運算出的差P ab (X，Y，Z) - Pfix (X，Y，Z)進行校正并使平移單元進行平移，該控 制裝置29生成旋轉驅動信號及平移驅動信號。詳細情況將在下面按每一步驟敘述內容。
[0043] 步驟Sl是進行初始化的步驟，其詳細情況如下所示。這里，對實施方式1所示的程 序所需的變量進行說明，并對表示患者臺的幾何學信息的參數等進行定義。所謂程序所需 的變量，例如是指確定患者臺1的位置和姿勢的變量（以下為"患者臺的狀態"）、希望為外 觀上的旋轉中心的點的坐標、旋轉矩陣（一階變換矩陣）等。所謂表示患者臺1的幾何學 信息的參數，是指患者臺1的各驅動設備全部在基準位置時的、換言之患者臺構成部件3? 8全部在基準位置時的（以下為"基準位置狀態")、表示坐標系11?14的原點的位置的位 置矢量等。
[0044] 患者臺 1 的狀態如{xs，ys，zs，0s，φ3，ξ 3}那樣來表示。其中，xs、ys、Zs、0s、(J) s、 如下所述。
[0045] xs是X平移部件3的、相對于地板面2上的基準位置的χ方向位移量。
[0046] ys是Y平移部件5的、相對于Z平移部件4上的基準位置的y方向位移量。
[0047] Zs是Z平移部件4的、相對于X平移部件3上的基準位置的z方向位移量。
[0048] Θ 3是俯仰旋轉部件8的、相對于側傾旋轉部件7上的基準位置的俯仰旋轉方向的 位移角。
[0049] Φ s是側傾旋轉部件7的、相對于橫擺旋轉部件6上的基準位置的側傾旋轉方向的 位移角。
[0050] ξ s是橫擺旋轉部件6的、相對于Y平移部件5上的基準位置的橫擺旋轉方向的位 移角。
[0051] 希望為外觀上的旋轉中心的點P的坐標如Pfix (X，Y，Z)那樣來表示。俯仰旋轉、側 傾旋轉、橫擺旋轉的旋轉矩陣分別如（1)式?（3)式那樣來表示。
【權利要求】
1. 一種驅動式患者臺，具有頂板，在將放射線向照射對象進行照射時，該頂板固定所述 照射對象，其特征在于，該驅動式患者臺包括： 平移單元，該平移單元使所述頂板相對于固定在設置該驅動式患者臺的設置部位的固 定坐標系朝X軸方向、Y軸方向、Z軸方向的各軸方向進行平移； 旋轉單元，該旋轉單元使所述頂板朝繞所述X軸的0方向、繞所述Y軸的方向、繞 所述Z軸的I方向的各方向進行旋轉；以及 控制裝置，該控制裝置根據所輸入的希望旋轉中心點來控制所述平移單元及所述旋轉 單元， 所述控制裝置具有： 患者臺操作終端，該患者臺操作終端設置有輸入部，該輸入部用于以所述希望旋轉中 心點為中心來使所述頂板在所述0方向、所述小方向、所述I方向上旋轉； 旋轉驅動信號生成單元，該旋轉驅動信號生成單元生成旋轉驅動信號，該旋轉驅動信 號通過所述患者臺操作終端的所述輸入部的操作使所述頂板從所述平移單元和所述旋轉 單元的基準狀態進行旋轉移動；以及 平移驅動信號生成單元，該平移驅動信號生成單元生成平移驅動信號，該平移驅動信 號使所述平移單元進行平移，使得因所述旋轉移動而產生的所述希望旋轉中心點的平移移 動量成為預定值以下。
2. 如權利要求1所述的驅動式患者臺，其特征在于， 所述患者臺操作終端還具有其它輸入部，該其它輸入部用于使所述頂板朝所述e方 向、所述小方向、所述I方向進行旋轉而與所述希望旋轉中心點無關， 所述控制裝置在接收到伴隨著所述患者臺操作終端中的所述其它輸入部的操作的輸 入信號時，利用所述輸入信號生成使所述頂板進行旋轉移動而與所述希望旋轉中心點無關 的旋轉驅動信號。
3. -種驅動式患者臺，具有頂板，在將放射線向照射對象進行照射時，該頂板固定所述 照射對象，其特征在于，該驅動式患者臺包括： 平移單元，該平移單元使所述頂板相對于固定在設置該驅動式患者臺的設置部位的固 定坐標系朝X軸方向、Y軸方向、Z軸方向的各軸方向進行平移； 旋轉單元，該旋轉單元使所述頂板朝繞所述X軸的0方向、繞所述Y軸的4)方向、繞 所述Z軸的I方向的各方向進行旋轉；以及 控制裝置，該控制裝置根據所輸入的希望旋轉中心點及希望旋轉角度來控制所述平移 單元及所述旋轉單元， 所述控制裝置具有：旋轉驅動信號生成單元，該旋轉驅動信號生成單元生成旋轉驅動 信號，該旋轉驅動信號使所述頂板從所述平移單元和所述旋轉單元的基準狀態旋轉移動到 所述希望旋轉角度；及平移驅動信號生成單元，該平移驅動信號生成單元生成平移驅動信 號，該平移驅動信號使所述平移單元在所述旋轉移動的同時進行平移，使得因所述旋轉移 動而產生的所述希望旋轉中心點的平移移動量成為預定值以下， 所述平移驅動信號生成單元包括： 生成坐標^的單元，該坐#pa是將所述基準位置狀態時在所述固定坐標系中的所述希 望旋轉中心點的坐標Pfix向固定于所述頂板的移動坐標系進行坐標變換后的坐標； 將假設所述坐標pa與所述頂板一起旋轉移動到所述希望旋轉角度時的坐標變換成在 所述固定坐標系中觀察時的坐標pab的單元；及 生成平移驅動信號的單元，該平移驅動信號根據所述坐標pfix和坐標pab之差，使得所述 平移單元的各軸方向的移動量成為所述預定值以下。
4. 如權利要求3所述的驅動式患者臺，其特征在于， 所述控制裝置包括患者臺操作終端，該患者臺操作終端具有通過數值來輸入所述照射 對象的希望旋轉角度的輸入器。
5. 如權利要求3或4所述的驅動式患者臺，其特征在于， 所述控制裝置包括患者臺操作終端， 所述患者臺操作終端具有與所述旋轉單元的轉軸對應的輸入器，且僅當使所述輸入器 成為連接狀態時對所述平移單元及所述旋轉單元進行驅動。
【文檔編號】A61N5/10GK104353195SQ201410578906
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2011年2月23日 優先權日:2010年3月5日
【發明者】巖田高明 申請人:三菱電機株式會社