驱动式患者台、其控制装置、其控制方法及用它们的粒子射线治疗装置
阅读：768发布：2021-03-21
专利汇可以提供驱动式患者台、其控制装置、其控制方法及用它们的粒子射线治疗装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 目的在于得到一种高效地进行与编制 治疗 计划时所制定的 位置 相一致的 定位 作业的驱动式患者台，其具有：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；及生成使平移单元在旋转移动的同时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。，下面是驱动式患者台、其控制装置、其控制方法及用它们的粒子射线治疗装置专利的具体信息内容。
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在所述旋转移动的同时进行平移，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，
所述希望旋转中心点是表示希望作为外观上的旋转中心的位置的点。
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在所述旋转移动的同时进行平移，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：
生成坐标pa的单元，该坐标pa是将所述基准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：
生成坐标pa的单元，该坐标pa是将所述基准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。
7.一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6中的任一项所述的驱动式患者台。
8.一种驱动式患者台控制方法，该驱动式患者控制方法生成对具有顶板的驱动式患者台进行驱动的控制信号，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方法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在所述旋转移动的同时进行平移，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，
所述希望旋转中心点是表示希望作为外观上的旋转中心的位置的点。
9.如权利要求8所述的驱动式患者台控制方法，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在所述旋转移动的同时进行平移，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。
10.如权利要求8所述的驱动式患者台控制方法，其特征在于，
所述平移驱动信号生成单元执行如下步骤：
生成坐标pa的步骤，该坐标pa是将所述基准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。
11.如权利要求9所述的驱动式患者台控制方法，其特征在于，
所述平移驱动信号生成单元执行如下步骤：
生成坐标pa的步骤，该坐标pa是将所述基准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。
12.一种驱动式患者台的控制装置，采用如权利要求8至11中的任一项所述的驱动式患者台控制方法，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。
13.一种驱动式患者台的控制装置，采用如权利要求8至11中的任一项所述的驱动式患者台控制方法，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。
驱动式患者台、其控制装置、其控制方法及用它们的粒子射线
治疗装置
技术领域
[0002] 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
[0003] 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QOL(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。
[0004] 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。
[0005] 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。
[0006] 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(X、Y、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、Z轴方向的位置、i轴(相对等中心旋转)、p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。
[0007] 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。
[0008] 专利文献1：日本专利特开平11－313900号公报
[0009] 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。
[0010] 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。
[0011] 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在旋转移动的同时进行平移，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，希望旋转中心点是表示希望作为外观上的旋转中心的位置的点。
[0012] 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在旋转移动的同时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。附图说明
[0013] 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。
[0014] 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。
[0015] 图3是图1的患者台的三面图。
[0016] 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。
[0017] 图5是对图4添加侧倾旋转部件的坐标系后的三面图。
[0018] 图6是对图5添加俯仰旋转部件的坐标系后的三面图。
[0019] 图7是实施方式1及2中的程序的流程图。
[0020] 图8是说明实施方式1的患者台的控制的方框图。
[0021] 图9是图8的目标位置姿势变换部的方框图。
[0022] 图10是说明实施方式2的患者台的控制的方框图。
[0023] 图11是表示实施方式3及4中的患者台控制器的图。
[0024] 图12是实施方式3及4中的患者台操作终端的外观图。
[0025] 图13是说明实施方式5的患者台的控制的方框图。
[0026] 图14是说明实施方式5的患者台的控制的其它方框图。
[0027] 图15是表示实施方式7中的粒子射线治疗装置的结构图。
具体实施方式
[0028] 实施方式1.
[0029] 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29(未图示)的控制信号由驱动装置(未图示)进行驱动。
[0030] 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)。
[0031] 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。
[0032] 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。
[0033] 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。
[0034] 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。
[0035] 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。
[0036] 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。
[0037] 坐标系14是固定于俯仰旋转部件8(顶板)的坐标系Oobj(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。
[0038] 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29。根据图7，说明程序的流程。
[0039] 步骤S1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。
[0040] 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Ofix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oobj”下观察时的坐标pa(x，y，z)。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oobj”下观察时的坐标pa(x，y，z)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，Z)。
[0041] 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，Z)、和步骤S6中求出的Pab(X，Y，Z)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，Z)－Pfix(X，Y，Z)。
[0042] 控制装置29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29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。
[0043] 步骤S1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。
[0044] 患者台1的状态如{xs，ys，zs，θs，φs，ξs}那样来表示。其中，xs、ys、zs、θs、φs、ξs如下所述。
[0045] xs是X平移部件3的、相对于地板面2上的基准位置的x方向位移量。
[0046] ys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。
[0047] zs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。
[0048] θs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。
[0049] φs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。
[0050] ξs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。
[0051] 希望为外观上的旋转中心的点P的坐标如Pfix(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～(3)式那样来表示。
[0052] [数学式1]
[0053]
[0054] [数学式2]
[0055]
[0056] [数学式3]
[0057]
[0058] 表示基准位置状态下的患者台的几何学信息的参数是表示坐标系11～14的原点的位置的位置矢量，分别如(4)式～(7)式那样来表示。
[0059] [数学式4]
[0060]
[0061] o5－Ofix是从固定坐标系观察时的、坐标系11的原点的位置。
[0062] [数学式5]
[0063]
[0064] o6－Ofix是从固定坐标系观察时的、坐标系12的原点的位置。
[0065] [数学式6]
[0066]
[0067] o7－Ofix是从固定坐标系观察时的、坐标系13的原点的位置。
[0068] [数学式7]
[0069]
[0070] oobj－Ofix是从固定坐标系观察时的、坐标系14的原点的位置。
[0071] 步骤S2是进行读取的步骤，其详细情况如下所示。这里，在患者台处于状态a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。所谓状态a，是指设定希望旋转中心点P时的患者台的状态。由于表示患者台的状态的变量如步骤S1的详细情况所示的那样，因此将具体的值代入该变量。
[0072] 患者台1的状态a如{xa，ya，za，θa，φa，ξa}那样来表示。
[0073] 步骤S3是进行读取的步骤，其详细情况如下所示。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P的坐标Pfix(X，Y，Z)进行读取。由于希望为外观上的旋转中心的点P的坐标Pfix(X，Y，Z)通常在某一连串的作业中不改变，因此仅在需要改变时进行读取、改写。
[0074] 步骤S4是进行计算的步骤，其详细情况如下所示。这里，当患者台为状态a时，将在固定坐标系Ofix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oobj”下观察时的坐标pa(x，y，z)。
[0075] 首先，根据图4，说明坐标系10和坐标系11之间的关系。如步骤S1的详细情况所示，在基准位置状态下，坐标系11的原点坐标从固定坐标系(即坐标系10)观察时如(4)式那样来表示。由于当前患者台为状态a，因此坐标系11的原点坐标在从固定坐标系(即坐标系10)观察时如下所示。
[0076] [数学式8]
[0077]
[0078] 即，坐标系11若朝负方向返回相应于上述的方向矢量的大小，则与坐标系10重合。因而，从坐标系11向固定坐标系(即固定坐标系10)的坐标变换可如下式那样来求出。
[0079] [数学式9]
[0080]
[0081] 其中，Qfix是在固定坐标系中来表示任意的点q的坐标。另外，q5是在固定于Y平移部件5的坐标系11下来表示该任意的点q的坐标。
[0082] 接着，根据图4，说明坐标系11和坐标系12之间的关系。从坐标系12观察时的任意的点q若从坐标系11观察，则通过首先从坐标系11的原点平移移动至坐标系12的原点，并横摆旋转相应于坐标系12相对于坐标系11的位移角ξ的大小，从而一致。即，若用式子来写出则如下所示。
[0083] [数学式10]
[0084]
[0085] 其中，q6是在固定于横摆旋转部件6的坐标系12下来表示该任意的点q的坐标。
[0086] 同样地，根据图5，说明坐标系12和坐标系13之间的关系。从坐标系13观察时的任意的点q若从坐标系12观察，则通过首先从坐标系12的原点平移移动至坐标系13的原点，并侧倾旋转相应于坐标系13相对于坐标系12的位移角φ的大小，从而一致。即，若用式子来写出则如下所示。
[0087] [数学式11]
[0088]
[0089] 其中，q7是在固定于侧倾旋转部件7的坐标系13下来表示该任意的点q的坐标。
[0090] 最后，根据图6，说明坐标系13和坐标系14之间的关系。从坐标系14观察时的任意的点q若从坐标系13观察，则通过首先从坐标系13的原点平移移动至坐标系14的原点，并俯仰旋转相应于坐标系14相对于坐标系13的位移角θ的大小，从而一致。即，若用式子来写出则如下所示。
[0091] [数学式12]
[0092]
[0093] 其中，qobj是在固定于俯仰旋转部件8(顶板)的坐标系14下来表示该任意的点q的坐标。
[0094] 若汇集数学式(9)～数学式(12)，则可求出患者台在状态a下、从“固定于顶板的坐标系oobj”向“固定于治疗室的坐标系Ofix”的坐标变换。因而可得到数学式(13)。
[0095] [数学式13]
[0096]
[0097] 此外，数学式(13)是从“固定于顶板的坐标系oobj”(移动坐标系)向“固定于治疗室的坐标系Ofix”(固定坐标系)的坐标变换单元C2(第2坐标变换单元)。
[0098] 另外，若将数学式(13)进行变形，则还可求出从“固定于治疗室的坐标系Ofix”(固定坐标系)向“固定于顶板的坐标系oobj”(移动坐标系)的坐标变换。
[0099] [数学式14]
[0100]
[0101] 此外，数学式(14)是从“固定于治疗室的坐标系Ofix”(固定坐标系)向“固定于顶板的坐标系oobj”(移动坐标系)的坐标变换单元C1(第1坐标变换单元)。
[0102] 因而，步骤S4使用数学式(14)的坐标变换单元C1，将患者台1为状态a时的、在固定坐标系Ofix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oobj”下观察时的坐标pa(x，y，z)。具体而言，在数学式(14)中，将pa代入作为在固定于俯仰旋转部件8的坐标系14下表示任意的点q的qobj，将所希望的点Pfix代入作为在固定坐标系中表示任意的点q的Qfix，将在患者台处于状态a下的位移角θa、φa、ξa代入位移角θ、φ、ξ。在步骤S4中得到数学式(15)。
[0103] [数学式15]
[0104]
[0105] 步骤S5是进行读取的步骤，其详细情况如下所示。这里，在患者台1处于状态b下，读取对患者台构成部件3～8的各自的位置及姿势进行确定的数据。所谓状态b，例如是指之后想要达到的目标的患者台1的姿势。希望旋转角度由状态b的角度、即绝对角度来给出。由于患者台1的平移位置是唯一确定，使得成为希望为外观上的旋转中心的点，因此在步骤S5中不管代入什么值都行。为简单起见，这里将状态a时的值照原样保留。
[0106] 患者台1的状态b如{xa，ya，za，θb，φb，ξb}那样来表示。
[0107] 步骤S6是进行计算的步骤，其详细情况如下所示。这里，假设在保持固定于顶板8的状态下患者台1变成状态b，将在所述“固定于顶板的坐标系oobj”下观察时的坐标pa(x，y，z)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，Z)。具体而言，步骤S6中，使用数学式(13)的坐标变换单元C2，假设在保持固定于顶板8的状态下患者台1变成状态b，将在“固定于顶板的坐标系oobj”下观察时的坐标pa(x，y，z)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，Z)。在步骤S6中执行数学式(16)。
[0108] [数学式16]
[0109]
[0110] 步骤S7是对差分进行运算的差分运算步骤，其详细情况如下所示。这里，对步骤S3中读取的Pfix(X，Y，Z)、和步骤S6中求出的Pab(X，Y，Z)之间的差分进行运算。在步骤S7中得到数学式(17)。
[0111] [数学式17]
[0112] ΔP＝Pab-Pfix...(17)
[0113] 步骤S8是进行输出的输出步骤，其详细情况如下所示。这里，将步骤S7中计算出的ΔP＝Pab－Pfix作为校正量，输出到各患者台构成部件3～5的驱动装置的控制器。该校正量成为平移驱动信号。ΔP＝Pab－Pfix的物理含义为从固定坐标系Ofix观察时的、从状态a下的点P到状态b下的点P的方向矢量、即点P移动的矢量。因而，若对于状态b，校正相应于步骤S7中计算出的ΔP＝Pab－Pfix的大小，则可在患者台1的姿势保持为状态b时，将旋转中心作为希望的点P。因而，校正后的患者台1的状态b’如下所示。
[0114] {xa－ΔPx，ya－ΔPy，za－ΔPz，θb，φb，ξb}
[0115] 其中，ΔPx表示ΔP的x分量，ΔPy表示ΔP的y分量，ΔPz表示ΔP的z分量。
[0116] 图7的流程图所示的程序装入控制器34。对控制器34控制患者台1的方法进行说明。图8是说明实施方式1中的患者台1的控制的方框图，图9是目标位置姿势变换部的方框图。控制器34(34a)具有4个输入部65a、65b、65c、65d、目标位置姿势变换部60、模式切换开关66、和输出部67。模式切换开关66对来自输入部65a的目标位置姿势{x*，y*，z*，θ*，φ*，ξ*}、和来自目标位置姿势变换部60的目标位置姿势{x*，y*，z*，θ*，φ*，ξ*}进行切换。根据来自输入部65a的目标位置姿势向患者台1的驱动装置输出指令信号的情况为模式1，根据来自目标姿势变换部60的目标位置姿势向患者台1的驱动装置输出指令信号的情况为模式2。模式1为以往所执行的情况，模式2为执行图7的流程图的情况。此外，带*的标号表示时间上无变化的目标值，以下所说明的标号中的带*的标号也相同。
[0117] 步骤S2、S3中读取的患者台的状态a及希望旋转中心点坐标Pfix(X，Y，Z)输入到输入部65c、65d。如上所述，状态a为输入希望旋转中心点坐标Pfix时的患者台1的状态。步骤S5中读取的患者台的目标姿势(状态b)输入到输入部65b。目标位置姿势变换部60执行步骤S6～S8，对目标位置姿势(状态b’){xa－ΔPx，ya－ΔPy，za－ΔPz，θb，φb，ξb}进行运算。输出部67根据校正后的患者台1的状态b’的目标位置姿势{x*，y*，z*，θ*，φ*，ξ*}，将指令信号sig1a～sig1f分别输出到6轴的驱动装置35～40(参照图11)。对驱动装置(电动机)35～40，分别配置编码器等对旋转角度进行检测的传感器。图中，分别将6轴的电动机及编码器表示为电动机·编码器69a～69f。通常，驱动装置35～40的控制由驱动器来进行。根据驱动信号sig2a～sig2f来对驱动装置(电动机)35～40进行驱动，利用编码器等对驱动装置(电动机)
35～40的当前的状态x(t)～ξ(t)进行检测，将编码器等的检测信号sig3a～sig3f反馈给电动机驱动器68a～68f，来控制驱动装置35～40。
35～40的当前的状态x(t)～ξ(t)进行检测，将编码器等的检测信号sig3a～sig3f反馈给电动机驱动器68a～68f，来控制驱动装置35～40。
[0118] 指令信号sig1a、驱动信号sig2a、检测信号sig3a、当前的状态x(t)、驱动器68a、电动机·编码器69a对应于驱动装置(X平移电动机)35。指令信号sig1b、驱动信号sig2b、检测信号sig3b、当前的状态y(t)、驱动器68b、电动机·编码器69b对应于驱动装置(Y平移电动机)36。指令信号sig1c、驱动信号sig2c、检测信号sig3c、当前的状态z(t)、驱动器68c、电动机·编码器69c对应于驱动装置(Z平移电动机)37。指令信号sig1d、驱动信号sig2d、检测信号sig3d、当前的状态θ(t)、驱动器68d、电动机·编码器69d对应于驱动装置(横摆旋转电动机)38。指令信号sig1e、驱动信号sig2e、检测信号sig3e、当前的状态φ(t)、驱动器68e、电动机·编码器69e对应于驱动装置(侧倾旋转电动机)39。指令信号sig1f、驱动信号sig2f、检测信号sig3f、当前的状态ξ(t)、驱动器68f、电动机·编码器69f对应于驱动装置(俯仰旋转电动机)40。
[0119] 使用图9来说明目标位置姿势变换部60的动作。目标位置姿势变换部60具有第1坐标变换单元C1(61)、第2坐标变换单元C2(62)、运算单元63、目标位置姿势运算单元64。第1坐标变换单元C1(61)执行步骤S4。第1坐标变换单元C1(61)在其程序变量71所设定的状态a下，将固定坐标系的希望旋转中心点坐标Pfix(X，Y，Z)变换成移动坐标系的坐标pa(x，y，z)。
[0120] 第2坐标变换单元C2(62)执行步骤S6。第2坐标变换单元C2(62)假设变成其程序变量72所设定的状态b(目标位置{xa，ya，za}、目标姿势{θb，φb，ξb})，将移动坐标系的希望旋转中心点的坐标pa(x，y，z)进行坐标变换成固定坐标系的坐标Pab(X，Y，Z)。运算单元63执行步骤S7，对ΔP＝Pab－Pfix进行运算。目标位置姿势运算单元64执行步骤S8，对校正后的患者台1的状态b’下的目标位置姿势{x*，y*，z*，θ*，φ*，ξ*}、即{xa－ΔPx，ya－ΔPy，za－ΔPz，θb，φb，ξb}进行运算。
[0121] 状态b的提供方法大致考虑有三种。它们是调节器型、伺服系统型及JOG运行型。所谓调节器型的提供方法，是指提供最终想要得到的目标姿势的方法。在这种情况下，状态b在一连串的动作中不变化。所谓伺服系统型的提供方法，是指还指示中途的通过点(姿势)的方法。在这种情况下，状态b按照预先决定的顺序进行变化。所谓JOG运行型的提供方法，是指利用JOG杆进行指示的方法。在这种情况下，状态b在JOG杆扳动时以一定速度进行变化。关于JOG运行，将在实施方式3中详细描述。
[0122] 实施方式1的患者台1根据所希望的位置P(希望旋转中心点P)及希望旋转角度，将旋转驱动和对状态a下的任意的点(所希望的位置P)的坐标及状态b下的任意的点的坐标之差进行校正以进行平移的平移驱动加以组合，从而可绕患者台1所希望的位置P进行旋转。由于仅通过进行执行旋转驱动的控制输入，便能以所希望的位置P为中心进行旋转驱动，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。
[0123] 另外，通过将患者台1的所希望的位置P设为作为粒子射线治疗装置的照射中心的等中心，从而可使患者台1的动作变得紧凑。由于患者台1的动作变得紧凑，因此在使其与编制治疗计划时所制定的位置相一致的定位作业中，可使得患者台1和固定于患者台的患者与粒子射线治疗装置的除了患者台1以外的设备等之间不易发生干扰。
[0124] 根据执行实施方式1的患者台1的定位方法的程序，即使是对于已经设置的患者台也可适用，而与床、椅子等的类型无关，无需进行硬件上的改造和添加工程。这样由于具有扩展性，因此可简单地以所希望的点P为中心对患部进行旋转控制，可容易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。其结果是，可大幅减少治疗准备的时间。
[0125] 此外，虽然是以希望旋转角度由状态b的角度、即绝对角度来给出为示例进行了说明，但也可为希望旋转角度由从状态a到状态b的相对角度来给出。不管是在哪一种情况下，都可使患部成为希望旋转角度所示的姿势。
[0126] 如上所述，根据实施方式1的驱动式患者台1，由于包括：平移单元3、4、5，该平移单元3、4、5使顶板8相对于固定在设置部位的固定坐标系10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6、7、8，该旋转单元6、7、8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P及希望旋转角度来控制平移单元3、4、5及旋转单元6、7、8，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8从平移单元3、4、5和旋转单元6、7、8的基准状态a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3、4、5进行平移，使得对因旋转移动而产生的希望旋转中心点P的平移移动量进行校正，因此能以希望旋转中心点P为中心对患部进行旋转控制，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。
[0127] 实施方式2.
[0128] 实施方式1中，说明了以希望旋转中心点P为中心对患部进行旋转控制的情况，但即使在与绕希望旋转中心点P的旋转相隔预定的距离以内使患部进行旋转的情况下，即，使患部以希望旋转角度进行旋转，并使移动坐标系中的希望旋转中心点P在从固定坐标系观察时的预定的距离以内进行移动的情况下，也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。如上所述，由于患部的定位作业只要在该作业过程中患部处于X射线拍摄装置的拍摄区域内即可，因此例如即使利用因患者台1的驱动装置的误差等而引起的位置偏移(坐标偏移)和基于设定有偏移量的目标位置姿势{x*，y*，z*，θ*，φ*，ξ*}的指令信号sig1a～sig1f来控制驱动装置，也可通过使驱动对象20(顶板8)进行旋转，使得处于与绕希望旋转中心点P进行旋转的位置相隔预定的距离以内，从而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。预定的距离例如为拍摄区域的外周与患部的距离，平移移动量的预定值为该预定的距离。
[0129] 在利用设定有偏移量的指令信号sig1a～sig1f来控制驱动装置的情况下，有如下效果。例如，在患部呈现在X射线拍摄装置的拍摄画面的下侧的情况下，能对于患部以希望旋转中心点P为中心使姿势进行旋转，将整个患部移到拍摄画面的中央。这样，相比于使患部移动到拍摄画面的中央之后、绕希望旋转中心点P进行旋转的情况，可在较短的时间内将患部移动到所要的位置。
[0130] 在产生因患者台1的驱动装置的误差等而引起的位置偏移(坐标偏移)的情况下，与图7的步骤S1～步骤S8相同。对利用设定有偏移量的指令信号sig1a～sig1f来控制驱动装置的情况进行说明。图10是说明实施方式2中的患者台1的控制的方框图。与实施方式1的图8相比，在如下方面有所不同：即，对控制部34(34b)添加输入部65e、运算单元70，对由目标位置姿势变换部60运算出的目标位置姿势加上{Δxp*，Δyp*，Δzp*，0，0，0}，以生成目标位置姿势{x*，y*，z*，θ*，φ*，ξ*}。
[0131] 虽然到图7的步骤S1～步骤S8为止是相同的，但在其之后执行步骤S9。步骤S9中对步骤S8中运算出的目标位置姿势{xa－ΔPx，ya－ΔPy，za－ΔPz，θb，φb，ξb}加上平移移动量{Δxp*，Δyp*，Δzp*}，该平移移动量{Δxp*，Δyp*，Δzp*}是距希望旋转中心点坐标Pfix(X，Y，Z)成为所述预定值以下的偏差Pc(X，Y，Z)。向输入部65e输入平移移动量{Δxp*，Δyp*，Δzp*}。运算单元70对由目标位置姿势变换部60运算出的目标位置姿势{xa－ΔPx，ya－ΔPy，za－ΔPz，θb，φb，ξb}加上平移移动量{Δxp*，Δyp*，Δzp*}以生成目标位置姿势{x*，y*，z*，θ*，φ*，ξ*}。输出部67根据所生成的目标位置姿势{x*，y*，z*，θ*，φ*，ξ*}，将指令信号sig1a～sig1f分别输出到6轴的驱动装置35～40(参照图11)。
[0132] 如上所述，对于各患者台构成部件3～5的驱动装置35～40的控制器的校正量成为Pab(X，Y，Z)－Pfix(X，Y，Z)+Pc(X，Y，Z)。控制器34(34b)根据从作为旋转驱动前的患者台的状态a旋转到作为驱动目标(姿势目标)的患者台的状态b的希望旋转角度，生成旋转单元的旋转驱动信号，并根据步骤S7中运算出的差Pab(X，Y，Z)－Pfix(X，Y，Z)进行校正，使得成为所述预定值以下，从而生成使平移单元进行平移的平移驱动信号。
[0133] 使患部在与绕希望旋转中心点P的旋转相隔预定的距离以内进行旋转，其结果有时与绕其它旋转中心点(外观上的旋转中心点)进行旋转等效。下面进行说明。将1坐标系中表示的坐标设为q1，将2坐标系中表示的坐标设为q2，将θ旋转后的平移设为a(矢量)。若使1坐标系进行θ旋转之后进行a平移，则由于成为与2坐标系重合的位置关系，因此如(18)式所示。
[0134] q1＝R(θ)q2+a···(18)
[0135] 其中，R(θ)为旋转矩阵。
[0136] 若存在外观上的旋转中心点，则由于外观上的旋转中心点为不动点，因此，即，不管是1坐标系还是2坐标系都能以相同的坐标来表示，所以可如下述那样求出不动点的坐标qfix。若将qfix代入(18)式的q1、q2，并进行变形，则可得到(19)式。
[0137] (I－R(θ))qfix＝a···(19)
[0138] 其中，I为单位矩阵。在存在(I－R(θ))的逆矩阵(I－R(θ))－1的情况下，不动点的坐标qfix如(20)式所示。
[0139] qfix＝(I－R(θ))－1a···(20)
[0140] 例如，若考虑以Z轴为中心轴进行旋转，并朝Z方向进行平移，则由于不存在(I－R(θ))－1，因此无法求出不动点的坐标qfix。然而，旋转和平移限于二维平面，且仅当旋转角度不为0时，存在不动点。在存在不动点的情况下，可使患部绕外观上的旋转中心点进行旋转。
[0141] 实施方式2的患者台1根据希望旋转中心点P及希望旋转角度，将顶板8的旋转驱动和使顶板8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8旋转移动到希望旋转角度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，从而可在与绕希望旋转中心点P的旋转相隔预定的距离以内使患者台1进行自动旋转。因而，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。
[0142] 根据执行实施方式2的患者台1的定位方法的程序，与实施方式1相同，即使是对于已经设置的患者台也可适用，而与床、椅子等的类型无关，且无需进行硬件上的改造和添加工程。这样由于具有扩展性，因此可简单地在与绕希望旋转中心点P的旋转相隔预定的距离以内使患者台1进行自动旋转。因而，可容易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。其结果是，可大幅减少治疗准备的时间。
[0143] 如上所述，根据实施方式2的驱动式患者台1，由于包括：平移单元3、4、5，该平移单元3、4、5使顶板8相对于固定在设置部位的固定坐标系10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6、7、8，该旋转单元6、7、8使顶板8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P及希望旋转角度来控制平移单元3、4、5及旋转单元6、7、8，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8从平移单元3、4、5和旋转单元6、7、8的基准状态a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3、4、5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，因此可在与绕希望旋转中心点P的旋转相隔预定的距离以内使驱动式患者台1进行自动旋转，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。
[0144] 实施方式3.
[0145] 本发明的实施方式3是包括装入实施方式1所示的程序的、作为控制装置的患者台控制器在内的患者台。患者台控制器以往具有悬垂的患者台操作终端、所谓悬吊型的患者台操作终端。
[0146] 图11是表示实施方式3中的患者台控制器的图，图12是实施方式3中的悬吊型的患者台操作终端的外观图。图12a是立体图，图12(b)是俯视图，图12(c)是剖视图。根据图11和图12，说明本发明的实施方式3中的患者台的控制器。
[0147] 患者台控制器29具有患者台操作终端30和控制器34。由患者台操作终端30操作的信号信息输入到控制器34。对控制器34装入实施方式1所示的程序。控制器34向驱动患者台构成部件3～8的驱动装置35～40输出控制信号。驱动装置(X平移电动机)35驱动患者台构成部件(X平移部件)3。驱动装置(Y平移电动机)36驱动患者台构成部件(Y平移部件)5。驱动装置(Z平移电动机)37驱动患者台构成部件(Z平移部件)4。驱动装置(横摆旋转电动机)38驱动患者台构成部件(横摆旋转部件)6。驱动装置(侧倾旋转电动机)39驱动患者台构成部件(侧倾旋转部件)7。驱动装置(俯仰旋转电动机)40驱动患者台构成部件(俯仰旋转部件)8。
[0148] 患者台操作终端30是悬吊型且可携带的大小的患者台1的操作终端。利用患者台操作终端30，来控制患者台1的位置及姿势。紧急停止按钮31是紧急时使用的停止按钮。通过按下紧急停止按钮31，从而可使患者台1的所有动作安全停止。硬线开关32是通过在物理上将布线切断及连接从而切换状态的电路方式的开关。利用硬线开关32，将患者台1设计成仅当操作者握住患者台操作终端30时可进行驱动，而当放手时动作停止。作为JOG运行模式用的输入器的杆33是在JOG运行模式时使用的杆开关。杆33是通过在物理上将布线切断及连接从而切换3个状态(停止、第1方向移动、与第1方向相反的方向的第2方向移动)的电路方式的开关。通过使用杆操作，从而可一边观察患者台和患者的动作，一边进行操作，而无需观察患者台操作终端30，因此可提高操作性，可进行安全的操作。3个JOG运行模式用的杆33a、33b、33c分别是X轴用、Y轴用、Z轴用。3个JOG运行模式用的杆33d、33e、33f分别是横摆转轴用、侧倾转轴用、俯仰转轴用。3个JOG运行模式用的杆33g、33h、33i分别是后述的新的JOG运行模式中的新横摆旋转用、新侧倾旋转用、新俯仰旋转用。对于旋转模式，在以下段落中进行详细说明。
[0149] 本发明的实施方式3的患者台控制器29中，运行模式大致分为自动运行模式和JOG运行模式。自动运行模式中，利用按钮开关等输入器将所要的患者台的状态作为数值进行输入，若指示开始运行，则患者台1被驱动控制成该所要的状态。另一方面，JOG运行模式中，通过扳动对每一驱动轴(驱动装置)分配的所述JOG运行模式用的杆33，从而驱动对应的轴。例如，若将X轴用的JOG运行模式用的杆33a向上推，则X平移部件3朝X的正方向平移，若相反地向下推，则朝负方向平移。关于旋转方向也相同，例如若将横摆旋转用的JOG运行模式用的杆33d向上推，则横摆旋转部件6朝横摆旋转的正方向旋转，若相反地向下推，则朝负方向旋转。JOG运行模式用的杆33所得到的输入被输入到控制器34，在使杆33成为连接状态的期间，利用控制器34将控制信号输出到对应的轴的驱动装置，使得以预先设定的一定速度进行驱动。其中，控制器34在杆33所得到的输入超过各轴的驱动范围的情况下，输出成为上限或下限的控制信号。其结果是，根据杆33a、33b、33c的连接时间的长度，来决定平移移动量，根据杆33d、33e、33f的连接时间的长度，来决定旋转移动量。
[0150] 本发明的实施方式3的患者台控制器29除了上述的自动运行模式及JOG运行模式，还包括新的自动运行模式和新的JOG运行模式。新的自动运行模式中，若使用实施方式1的程序，并利用按钮开关等输入器对所要的患者台的姿势进行数值输入并指示开始运行，则对患者台1进行控制，使得以等中心为中心进行横摆旋转、侧倾旋转、俯仰旋转，其结果是，对患者台1进行驱动控制，使得顶板8上的等中心的位置在驱动的前后不改变。新的JOG运行模式使用实施方式1的程序，来操作对每一旋转驱动轴(旋转驱动装置)分配的JOG运行模式用的杆33g、33h、33i。在扳动杆33g、33h、33i的期间，患者台1的对应部分绕对应的轴，以预先设定的一定角速度进行旋转。即，通过扳动杆33g、33h、33i，从而正好以关注点(例如等中心)为中心，朝对应的旋转方向对患者台1进行驱动控制。其结果是，对患者台1进行驱动控制，使得顶板8上的关注点(例如等中心)、即所希望的点22的位置一直不改变。
[0151] 根据本发明的实施方式3的患者台控制器29，即使是对于已经设置的患者台也可适用，而与床、椅子等的类型无关，且无需进行硬件上的改造和添加工程。这样由于具有扩展性，因此可简单地以所希望的点P为中心对患部进行旋转控制且操作性好。另外，由于通过使旋转控制的所希望的中心点P成为等中心，从而可使患者台1的姿势进行JOG运行而一直不改变顶板8上的等中心，因此可容易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。其结果是，可大幅减少治疗准备的时间。
[0152] 包括实施方式3的患者台控制器29的患者台1，由于执行将旋转驱动和平移驱动加以组合的定位方法，因此能够以所希望的点P为中心对患部进行旋转控制且操作性好。另外，通过使旋转控制的所希望的中心点P成为等中心，从而可使患者台1的姿势进行自动运行或JOG运行而一直不改变顶板8上的等中心，因此可容易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。其结果是，可大幅减少治疗准备的时间。
[0153] 此外，虽然旋转控制的所希望的中心点P也可用程序来预先决定，但也可利用来自患者台操作终端30的按钮操作进行改变。例如，作为旋转控制的所希望的中心点P，除了等中心以外，还可将每一患者的界标等位置信息在程序中进行参数登录，切换该位置信息来进行使用。
[0154] 另外，虽然说明了将实施方式1中示出的程序装入控制器34的示例，但控制器34也可内置于患者台操作终端30。
[0155] 实施方式4.
[0156] 本发明的实施方式4是包括装入实施方式2所示的程序的、作为控制装置的患者台控制器在内的患者台。实施方式4中的患者台控制器与实施方式3中的患者台控制器(图11、图12)相同。对新的自动运行模式和新的JOG运行模式进行说明。
[0157] 新的自动运行模式中，若使用实施方式2的程序，并利用按钮开关等输入器对所要的患者台的姿势进行数值输入并指示开始运行，则对患者台1进行控制，使得以希望旋转中心点P为中心进行横摆旋转、侧倾旋转、俯仰旋转，其结果是，对患者台1进行驱动控制，使得处于与绕希望旋转中心点P的旋转相隔预定的距离以内。新的JOG运行模式使用实施方式2的程序，来操作对每一旋转驱动轴(旋转驱动装置)分配的JOG运行模式用的杆33g、33h、33i。通过扳动杆33g、33h、33i，从而对患者台1进行驱动控制，使得患部的姿势朝对应的旋转方向旋转，患部的位置处于与绕希望旋转中心点P进行旋转的位置相隔预定的距离以内。
通常，由于因患者台1的驱动装置的误差等而引起的位置偏移(坐标偏移)距离较短，因此即使产生因患者台1的驱动装置的误差等而引起的位置偏移(坐标偏移)，也对JOG运行模式中的定位作业没有妨碍。
通常，由于因患者台1的驱动装置的误差等而引起的位置偏移(坐标偏移)距离较短，因此即使产生因患者台1的驱动装置的误差等而引起的位置偏移(坐标偏移)，也对JOG运行模式中的定位作业没有妨碍。
[0158] 根据本发明的实施方式4的患者台控制器29，与实施方式3相同，即使是对于已经设置的患者台也可适用，而与床、椅子等的类型无关，且无需进行硬件上的改造和添加工程。这样由于具有扩展性，因此可简单地在与绕希望旋转中心点P的旋转相隔预定的距离以内使患者台1进行自动旋转。因而，可容易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。其结果是，可大幅减少治疗准备的时间。
[0159] 包括实施方式4的患者台控制器29的患者台1与实施方式3相同，由于执行将旋转驱动和平移驱动加以组合的定位方法，因此能够使患部的姿势进行旋转且操作性好，可对患部的位置进行控制，使得处于与绕希望旋转中心点P进行旋转的位置相隔预定的距离以内。由于可对患者台1的姿势进行自动运行或JOG运行，因此可容易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。其结果是，可大幅减少治疗准备的时间。
[0160] 在利用设定有偏移量的控制信号并利用自动运行来控制驱动装置的情况下，通过能够利用来自患者台操作终端30的按钮操作来改变偏移量，从而例如在患部呈现在X射线拍摄装置的拍摄画面的下侧的情况下，能对于患部以希望旋转中心点P为中心使姿势进行旋转，能够进行将整个患部移到拍摄画面的中央等操作且操作性好。这样，相比于使患部移动到拍摄画面的中央之后、绕希望旋转中心点P进行旋转的情况，可在较短的时间内将患部移动到所要的位置。
[0161] 此外，与实施方式3相同，虽然旋转控制的所希望的中心点P也可用程序来预先决定，但也可利用来自患者台操作终端30的按钮操作进行改变。另外，控制器34也可内置于患者台操作终端30。
[0162] 实施方式5.
[0163] 实施方式1至4中，阐述了如何生成驱动式患者驱动台1的旋转驱动信号和平移驱动信号、即对于驱动式患者台1的指令信号sig1a～sig1f的指令值才能实现绕希望旋转中心点P的旋转。实施方式1至4中，将由控制器34生成的旋转驱动信号和平移驱动信号用作为前馈控制信号。实施方式5中，采用完全不同的方法。
[0164] 实施方式5中，进行反馈控制来解决该问题。下面，根据图13具体示出。图13是说明实施方式5中的患者台1的控制的方框图。与实施方式1的图8相比，在如下方面有所不同：即，对控制器34(34c)添加调整部73(73a)，利用从调整部73(73a)输出的差分指令信号sig4a～sig4f来控制驱动装置35～40。如上所述，通常将编码器等的检测信号反馈至电动机驱动器，驱动器对电动机进行控制。本发明的实施方式5中，将编码器等的检测信号输入到控制器34(34c)，利用控制器(34c)来控制电动机。
[0165] 只要对于利用与实施方式1至4相同的方法求出的目标位置姿势{x*，y*，z*，θ*，φ*，ξ*}，利用控制器34(34c)的调整部73(73a)与当前的患者台1的状态x(t)～ξ(t)(位置姿势)进行比较，根据误差来生成转矩指令等差分指令信号sig4a～sig4f的指令值即可。由此可得到与实施方式1至4相同的效果。
[0166] 调整部73(73a)包括反馈系统，该反馈系统对应于驱动装置(电动机)35～40具有传递函数74a～74f。对各反馈系统，输入用于实现目标位置姿势{x*，y*，z*，θ*，φ*，ξ*}的信号、和对当前的患者台1的状态x(t)～ξ(t)进行检测的检测信号sig3a～sig3f。这里，图13中，对图8添加的标号如下。传递函数74a、差分指令信号sig4a与驱动装置(X平移电动机)
35对应。传递函数74b、差分指令信号sig4b与驱动装置(Y平移电动机)36对应。传递函数
74c、差分指令信号sig4c与驱动装置(Z平移电动机)37对应。传递函数74d、差分指令信号sig4d与驱动装置(横摆旋转电动机)38对应。传递函数74e、差分指令信号sig4e与驱动装置(侧倾旋转电动机)39对应。传递函数74f、差分指令信号sig4f与驱动装置(俯仰旋转电动机)40对应。
35对应。传递函数74b、差分指令信号sig4b与驱动装置(Y平移电动机)36对应。传递函数
74c、差分指令信号sig4c与驱动装置(Z平移电动机)37对应。传递函数74d、差分指令信号sig4d与驱动装置(横摆旋转电动机)38对应。传递函数74e、差分指令信号sig4e与驱动装置(侧倾旋转电动机)39对应。传递函数74f、差分指令信号sig4f与驱动装置(俯仰旋转电动机)40对应。
[0167] 控制器34中，在生成转矩指令等指令值的部分中，考虑设定死区。图14是说明实施方式5中的患者台1的控制的其它方框图。与图13相比，在如下方面有所不同：即，控制器34(34d)的调整部73(73b)中的传递函数为设定有死区的传递函数75a～75f。在设定有死区的P控制的情况下，如下述的数学式所示。数学式(21)是传递函数75a的特性，是对驱动装置(X平移电动机)35的P控制设置死区的例子。
[0168] [数学式18]
[0169]
[0170] 其中，Kp是比例增益，ε是决定死区大小的参数。通过设置死区，从而可防止电动机的颤动。
[0171] 对于除了驱动装置(X平移电动机)35以外的其它驱动装置36～40，也可与数学式(21)相同地对P控制设置死区。表示与驱动装置(Y平移电动机)36对应的传递函数75b的特性的数学式可使用将数学式(21)的x变成y后的数学式。表示与驱动装置(Z平移电动机)37对应的传递函数75c的特性的数学式可使用将数学式(21)的x变成z后的数学式。表示与驱动装置(横摆旋转电动机)38对应的传递函数75d的特性的数学式可使用将数学式(21)的x变成θ后的数学式。表示与驱动装置(侧倾旋转电动机)39对应的传递函数75e的特性的数学式可使用将数学式(21)的x变成φ后的数学式。表示与驱动装置(俯仰旋转电动机)40对应的传递函数75f的特性的数学式可使用将数学式(21)的x变成ξ后的数学式。
[0172] 此外，虽然实施方式5的说明是使用将实施方式1的图8进行改变后的图13及图14进行了说明，但也可适用于将实施方式2的图10进行改变后的附图。使用将图10的从输出部67对患者台1的控制改变成图13及图14的从输出部67对患者台1的控制的附图。由此可得到与实施方式2及4相同的效果。
[0173] 由于采用如上所述的结构，因此实施方式5中的患者台1、执行患者台1的定位方法的程序、患者台控制器29可在与绕希望旋转中心点P的旋转相隔预定的距离以内使驱动式患者台1进行自动旋转，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。
[0174] 实施方式6.
[0175] 实施方式6中，示出比实施方式5更特殊的方法。实施方式6中，将患者台1的姿势及位置的控制分开进行。患者台1的目标姿势以明示方式给出。因而，患者台1的姿势的控制只要如现有技术那样独立地进行便可。问题是患者台的位置的控制。下面示出该方法。
[0176] 控制器34根据编码器等检测信号sig3a～sig3f，来掌握在当前时刻的患者台的实际状态{x(t)，y(t)，z(t)，θ(t)，φ(t)，ξ(t)}。这里，控制器34由于具有数学式(13)所示的从“固定于顶板的坐标系oobj”(移动坐标系)向“固定于治疗室的坐标系Ofix”(固定坐标系)的坐标变换单元C2(第2坐标变换单元)，因此可一直计算出顶板上的某一位置是位于治疗室上的哪一位置。
[0177] 关于希望旋转中心点的输入，与实施方式1至5完全相同。对控制器34输入有驱动之前的(状态a的)希望旋转中心点的移动坐标系中的坐标pa及固定坐标系中的坐标Pfix。对于状态b，输入在当前时刻的状态，而取代输入患者台的目标姿势。
[0178] 控制器34根据在当前时刻的患者台的状态{x(t)，y(t)，z(t)，θ(t)，φ(t)，ξ(t)}、和在初始状态(状态a)下的移动坐标系中的希望旋转中心点的坐标pa，计算出在当前时刻(状态b)的固定坐标系中的希望旋转中心点的位置坐标Pab。而且，控制器34对在该当前时刻(状态b)的固定坐标系中的希望旋转中心点的位置坐标和在初始状态(状态a)下的固定坐标系中的坐标Pfix之间的差分进行计算，对患者台的平移驱动信号进行校正，使得该差分的绝对值成为预定的值以下。
[0179] 由于采用如上所述的结构，因此实施方式6中的患者台1、执行患者台1的定位方法的程序、患者台控制器29可在与绕希望旋转中心点P的旋转相隔预定的距离以内使驱动式患者台1进行自动旋转，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。
[0180] 实施方式7.
[0181] 本发明的实施方式7是包括实施方式1至6所示的患者台1的粒子射线治疗装置。图15是表示本发明的实施方式7中的粒子射线治疗装置的简要结构图。粒子射线治疗装置51包括离子束产生装置52、离子束输送系统59、粒子射线照射装置58a、58b、和乘载并固定患者的患者台1a、1b。离子束产生装置52具有离子源(未图示)、前级加速器53、和同步加速器
54。粒子射线照射装置58b设置于旋转台架(未图示)。粒子射线照射装置58a设置于没有旋转台架的治疗室。离子束输送系统59的作用在于在同步加速器54与粒子射线照射装置58a、
58b之间进行联系。离子束输送系统59的一部分设置于旋转台架(未图示)，在该部分具有多个偏转电磁铁55a、55b、55c。
54。粒子射线照射装置58b设置于旋转台架(未图示)。粒子射线照射装置58a设置于没有旋转台架的治疗室。离子束输送系统59的作用在于在同步加速器54与粒子射线照射装置58a、
58b之间进行联系。离子束输送系统59的一部分设置于旋转台架(未图示)，在该部分具有多个偏转电磁铁55a、55b、55c。
[0182] 由离子源产生的质子射线等粒子射线即带电粒子束1在前级加速器53中被加速，入射到同步加速器54。带电粒子束1被加速至预定的能量。从同步加速器54射出的带电粒子束经过离子束输送系统59而输送给粒子射线照射装置58a、58b。粒子射线照射装置58a、58b将带电粒子束向乘载于患者台1a、1b的患者的照射对象(未图示)进行照射。此外，图15中，患者台1a为椅子式，患者台1b为床式。
[0183] 关于实施方式7的粒子射线治疗装置51，由于包括执行将旋转驱动和平移驱动加以组合的定位方法的患者台1，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，其结果是，可大幅减少治疗准备的时间。另外，还可提高粒子射线治疗装置的使用率。
[0184] 此外，实施方式1至6所示的驱动式患者台、驱动式患者台的控制装置、驱动式患者台控制用程序，也可适用于照射X射线等的放射线治疗装置，而不限于粒子射线治疗装置。
[0185] 工业上的实用性
[0186] 本发明所涉及的驱动式患者台、驱动式患者台的控制装置、驱动式患者台控制用程序可适用于医疗用和研究用的放射线治疗装置和粒子射线治疗装置。本发明所涉及的粒子射线治疗装置可适用于医疗用和研究用的粒子射线治疗装置。
[0187] 标号说明
[0188] 1 驱动式患者台(患者台) 1a 驱动式患者台(患者台)
[0189] 1b 驱动式患者台(患者台) 2 地板面
[0190] 3 患者台构成部件(X平移部件) 4 患者台构成部件(Z平移部件)[0191] 5 患者台构成部件(Y平移部件) 6 患者台构成部件(横摆旋转部件)
[0192] 7 患者台构成部件(侧倾旋转部件)
[0193] 8 患者台构成部件(俯仰旋转部件、顶板)
[0194] 10 坐标系 14 坐标系
[0195] 29 患者台控制器 33 JOG运行模式用的杆
[0196] 33g 新横摆旋转用的杆 33h 新侧倾旋转用的杆
[0197] 33i 新俯仰旋转用的杆 51 粒子射线治疗装置
[0198] 52 离子束产生装置 54 同步加速器
[0199] 58 粒子射线照射装置 58a 粒子射线照射装置
[0200] 58b 粒子射线照射装置 59 离子束输送系统
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