(57)【要約】  本発明は放射線治療を施すための方法および装置に関する。この方法は、中央軸線ビーム（14）に対する処置領域（30）における患者の位置及び／又は向きを精密に決定するべくマーカーおよび悪いマーカーを検出することを包含する。この装置はロボット（10）を有し、後者は処置すべき患者を実際のマーカーの認識に対して位置決めし及び／又は向き決めするべく制御される。利用分野は放射線治療である。【選択図】  図１
2009502383.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生きている身体のような身体（70）を位置決めするための方法であって：
−複数の位置決め品目（82、172a、172b、174a、174b）の位置を測定すること、および、
−位置決め品目の基準位置および測定された位置から、位置決め品目の少なくとも１つが少なくとも１つの他の位置決め品目に対して動いたかどうかを決定することを特徴とする方法。
【請求項２】
直前の請求項に基づく方法であって、前記位置は所与の座標系に関して測定され、身体はこの座標系に関して運動可能であることを特徴とする方法。
【請求項３】
前記請求項のいづれかに基づく方法であって、位置決め品目の少なくとも１つが他の位置決め品目に対して動いたかどうかを決定することを特徴とする方法。
【請求項４】
前記請求項のいづれかに基づく方法であって、もし位置決め品目の１つが動いた場合には、それがどれであるかを決定し、この位置決め品目を除く位置決め品目を用いて生きている身体を位置決めすることを特徴とする方法。
【請求項５】
前記請求項のいづれかに基づく方法であって、位置決め品目の対の少なくとも１つについて、それらの測定された位置同士の間の距離とそれらの基準位置同士の間の距離とを比較することを特徴とする方法。
【請求項６】
直前の請求項に基づく方法であって、位置決め品目のすべての対について前記比較を行うことを特徴とする方法。
【請求項７】
前記請求項のいづれかに基づく方法であって、位置決め品目の少なくとも１つの所定のグループについて、各品目毎にその測定された位置とその基準位置との間の距離を考慮した値を計算し、この値が所定の閾値より大きいかどうかを決定することを特徴とする方法。
【請求項８】
直前の請求項に基づく方法であって、前記グループ又は少なくとも１つのグループについて、グループ中の品目の数は位置決め品目の総数より小さいことを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項７から８のいづれかに基づく方法であって、計算および決定は、夫々の位置決め品目が位置決め品目の異なる組合せからなるグループに属するように、複数のグループについて行われることを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項７から９のいづれかに基づく方法であって、前記値の幾つかはそれらの対応する閾値より大きく、他の幾つかはそうではなく、少なくとも１つの品目が他のグループに属することなく前記値に関連するグループに属するかどうかを決定し、もしイエスならば、それがどれかを決定することを特徴とする方法。
【請求項１１】
前記請求項のいづれかに基づく方法であって、身体が動いた後は、先に測定した位置を前回の基準位置に置き換わる基準位置として用いながら、測定および決定ステップが再び行われることを特徴とする方法。
【請求項１２】
直前の請求項に基づく方法であって、双方の決定ステップは同日に行われることを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１１に基づく方法であって、双方の決定ステップは異なる日に行われることを特徴とする方法。
【請求項１４】
生きている身体のような身体（70）を位置決めするための機器（12、16）であって、複数の位置決め品目（82、172a、172b、174a、174b）の位置を測定する手段（40、42、72、74）を備え、その特徴は、位置決め品目の基準位置および測定された位置から、位置決め品目の少なくとも１つが少なくとも１つの他の位置決め品目に対して動いたかどうかを決定する手段（16）を備えていることを特徴とする機器。
【請求項１５】
身体を動かすための装置（10、12、16）であって、直前の請求項に基づく機器を備えていることを特徴とする装置。
【請求項１６】
生きている身体を位置決めするための方法であって、Ｘ線および核磁気共鳴の双方に対する少なくとも１つのマーカー（172a、172b、174a、174b）を備えた補綴（172、174）を少なくとも１つの生来の身体空洞に設定することからなる方法。
【請求項１７】
直前の請求項に基づく方法であって、補綴は前記身体空洞の固有の形状に基づいて形成されていることを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１６又は１７のいづれかに基づく方法であって、前記補綴又は少なくとも１つの補綴は：
−口補綴；
−鼻補綴；および、
−耳補綴、
からなるグループに属することを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項１６から１８のいづれかに基づく方法であって、前記補綴又は少なくとも１つの補綴は互いに離間された少なくとも２つのマーカー（172a、172b、174a、174b）を備えていることを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項１６から１９のいづれかに基づく方法であって、身体に設定された補綴の数は少なくとも２、３又は４であることを特徴とする方法。
【請求項２１】
生きている身体の生来の空洞内に設定するべく成形され、Ｘ線および核磁気共鳴の双方に対する少なくとも１つのマーカーを備えていることを特徴とする補綴（172、174）。
【請求項２２】
身体の動きを可能にする複数の可能なコンフィギュレーションのうちの１つに沿って装置を変形させることにより、生きている身体（70）のような身体を初期位置と最終位置との間で動かすべく構成された装置（10）を制御する方法であって、変形コンフィギュレーションはコンフィギュレーションの少なくとも１つの運動学的特徴に基づいて選ばれることを特徴とする方法。
【請求項２３】
直前の請求項に基づく方法であって、前記特徴又は少なくとも１つの特徴は以下のものからなる群から選ばれることを特徴とする方法：
−リスクのレベル；
−最大加速度；
−最大速度；および、
−運動に関与する自由度の数。
【請求項２４】
請求項２２から２３のいづれかに基づく方法であって、この装置は、当該装置（10）によって動かされる身体のあらゆる可能な位置を包含する如何なる領域よりも小さな所定の領域（30）内に身体がとどまるように制御されることを特徴とする方法。
【請求項２５】
身体の動きを可能にする複数の可能なコンフィギュレーションのうちの１つに沿って装置を変形させることにより、生きている身体のような身体（70）を初期位置と最終位置との間で動かすべく構成された装置（10）であって、この装置は制御手段を備え、制御手段（12、16）は、コンフィギュレーションの少なくとも１つの運動学的特徴に基づいて変形コンフィギュレーションを選ぶことを可能にするべく配置されていることを特徴とする装置。
【請求項２６】
請求項１から１３、１６から２０、又は２２から２４のいづれかに基づく方法であって、身体（70）の少なくとも１つの二次元画像を取ることを特徴とする方法。
【請求項２７】
請求項１から１３、１６から２０、２２から２４、又は２６のいづれかに基づく方法であって、身体（70）の幾つかの点の三次元座標を決定することを特徴とする方法。
【請求項２８】
放射線治療により腫瘍を処置する方法のような処置方法であって、請求項１から１３、１６から２０、２２から２４、２６又は２７のいづれかに基づく方法を包含することを特徴とする方法。
【請求項２９】
装置の基部に対して身体（70）を動かすための装置（10、12、16）であって、この装置は動きの最中に身体を保持するための保持手段（6）を備え、この装置は少なくとも２つの異なる品目（21、7、8）を備え、これら品目のうちの少なくとも１つ（7、8）は身体を担持するべく構成されており、この装置は前記品目のいづれかを保持手段に着脱自在に固定するべく構成されていることを特徴とする装置。
【請求項３０】
直前の請求項に基づく装置であって、前記品目（7、8）の２つ又は両方の品目は身体（70）を担持するべく構成されていることを特徴とする装置。
【請求項３１】
請求項２９又は３０に基づく装置であって、少なくとも１つの品目（21）は身体を担持するべく構成されていないテスト装置であることを特徴とする装置。
【請求項３２】
請求項１５、２５、および２９から３１のいづれかに基づく装置であって、放射線により腫瘍（78）を処置するための手段を備えていることを特徴とする装置。
【請求項３３】
請求項１５、２５、および２９から３２のいづれかに基づく装置であって、ガントリー（214）を備えていることを特徴とする装置。
【請求項３４】
身体内に含まれている目的物を粒子ビームに対して位置決めするための装置であって、この装置は身体を担持するための担持手段を備え、この装置は、更に、前記担持手段を数自由度で装置の基部に対して動かすための運動手段を備え、前記基部は目的物中に画定されたアイソセンターを通過することを目的とするアイソセンター軸線と呼ばれる軸線に関して回転可能であることを特徴とする装置。
【請求項３５】
請求項３４に基づく装置であって、粒子ビームは前記アイソセンター軸線を遮る粒子ビーム軸線に沿って伝播することを特徴とする装置。
【請求項３６】
請求項３５に基づく装置であって、アイソセンター軸線はビーム軸線に対して垂直であることを特徴とする装置。
【請求項３７】
請求項３４〜３６のいづれかに基づく装置であって、アイソセンター軸線は垂直であることを特徴とする装置。
【請求項３８】
請求項３４〜３７のいづれかに基づく装置であって、アイソセンター軸線は装置が配置されている室に対して固定されていることを特徴とする装置。
【請求項３９】
請求項３４から３８のいづれかに基づく装置であって、粒子ビーム軸線は装置が配置されている室に対して固定されていることを特徴とする装置。
【請求項４０】
請求項３４〜３９のいづれかに基づく装置であって、担持手段は椅子型のものであることを特徴とする装置。
【請求項４１】
請求項４０に基づく装置であって、担持手段は椅子に対して身体を側方へ変位させる手段を備えていることを特徴とする装置。
【請求項４２】
請求項４０に基づく装置であって、担持手段は身体頭部を軽く位置決めする手段を備えていることを特徴とする装置。
【請求項４３】
請求項３４〜４２のいづれかに基づく装置であって、運動手段は６つのアームを有することを特徴とする装置。
【請求項４４】
請求項４３に基づく装置であって、６つのアームは伸縮式であることを特徴とする装置。
【請求項４５】
請求項３４〜４４のいづれかに基づく装置であって、粒子ビームは陽子ビームであり、目的物は腫瘍であることを特徴とする装置。
【請求項４６】
請求項３４〜４５のいづれかに基づく装置を用いて目的物を照射する方法であって、この方法は以下のステップを包含することを特徴とする方法：
−目的物のアイソセンターをビーム軸線と装置の回転軸線との交点に位置決めすること、
−装置の多重回転を行うこと、および、
−各回転毎に照射を行うこと。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生きている身体のような身体を位置決めするための方法および装置、並びに、それらの放射線治療への応用に関する。
【背景技術】
【０００２】
人体のある種の腫瘍を処置するため、それらをＸ線や最近では陽子ビームのような所定の放射線に曝すことは周知である。
【０００３】
６自由度を有する産業用ロボットを備えた位置決めシステムが提案されている。椅子又はカウチのような患者支持体はロボットアームの手首に機械的に連結されており、ドッキングステーションから処置ステーションまで患者を移動させるために学習手続きが応用される。このような先行技術はE.A. de Kock等の会議紙“産業用ロボットおよびマルチカメラ・コンピュータビジョン装置の高精度放射線治療用患者位置決めシステムへの統合”（2004年3月24日、パリ、ISR-2004会議で発表）に記載されている。
【０００４】
不幸にして、陽子治療におけるような放射線の使用は多くの困難な問題を提起する。陽子ビームは粒子加速器（即ち、陽子サイクロトロン）から生成され、これは多くの難点を有する。第１に、装置の質量と容積が大きく、稀少要素やサービスを使用するので、コスト高である。従って、どの陽子治療装置も個々の各処置毎に要するコストを低減するため充分多数の患者を処置することができなければならない。第２に、ビーム近傍での被爆は非常に激しい。従って、処置中の患者の周囲の安全領域内にサービス要員がいないことが強く推奨される。第３に、高エネルギ放射線は標的とされた腫瘍又は身体部分の精密な場所の周りの健常な生体組織にとって非常に有害であることが良く知られている。従って、放射されたビームに対して患者を高精度で位置決めすることおよび向き決め（オリエンテーション）することの両方が必要である。第４に、多くの場合、患者は一連の処置セッションに付されるのであり、患者が、その都度、簡単で迅速で安価なやり方でビームに対して正しい位置に再置されることが重要である。
【発明の開示】
【０００５】
本発明の目的は、例えば放射線治療の局面において、身体を位置決めするための方法および装置を改良することにある。
【０００６】
本発明によれば、生きている身体を位置決めするための方法が提供されるもので、この方法は：
−複数の位置決め品目の位置（ロケーション）を測定すること、および、
−位置決め品目の基準位置および測定された位置から、位置決め品目の少なくとも１つが少なくとも１つの他の位置決め品目に対して動いたか否かを決定することを包含する。
【０００７】
本発明の方法はまた以下の特徴のいづれかを有することができる：
−位置は所与の座標（referential）に関して測定され、身体はこの座標に関して運動可能である；
−位置決め品目の少なくとも１つが他の位置決め品目に対して動いたかどうかを決定すること；
−もし位置決め品目の１つが動いた場合には、それがどれであるかを決定し、この位置決め品目を除く位置決め品目を用いて生きている身体を位置決めすること；
−位置決め品目の対の少なくとも１つについて、それらの測定された位置同士の間の距離とそれらの基準位置同士の間の距離とを比較すること；
−比較は位置決め品目のすべての対について行うこと；
−位置決め品目の少なくとも１つの所定のグループについて、各品目毎にその測定された位置とその基準位置との間の距離を考慮した値を計算し、この値が所定の閾値より大きいかどうかを決定すること
−前記グループ又は少なくとも１つのグループについて、グループ中の品目の数は位置決め品目の総数より小さいこと；
−計算および決定は、夫々の位置決め品目が位置決め品目の異なる組合せからなるグループに属するように、複数のグループについて行われること；
−前記値の幾つかはそれらの対応する閾値より大きく、他の幾つかはそうではなく、少なくとも１つの品目が他のグループに属することなく前記値に関連するグループに属するかどうかを決定し、もしイエスならば、それがどれかを決定すること；
−身体が動いた後は、先に測定した位置を前回の基準位置に置き換わる基準位置として用いながら、測定および決定ステップが再び行われること；および、
−双方の決定ステップは同日又は異日に行われること。
【０００８】
本発明によれば、また、生きている身体を位置決めするための機器が提供されるもので、この機器は、複数の位置決め品目の位置を測定する手段と、位置決め品目の基準位置および測定された位置から、位置決め品目の少なくとも１つが少なくとも１つの他の位置決め品目に対して動いたかどうかを決定する手段を備えている。
【０００９】
本発明によれば、また、本発明の機器を備えた、生きている身体を位置決めするための装置が提供される。
【００１０】
本発明によれば、また、生きている身体を位置決めするための非侵襲的方法が提供されるもので、この方法は、Ｘ線および核磁気共鳴の双方に対する少なくとも１つのマーカーを備えた補綴を少なくとも１つの生来の身体空洞に設定することを包含する。
【００１１】
本発明の方法はまた以下の特徴のいづれかを有することができる：
−補綴は前記身体空洞の固有の形状に基づいて形成されており、各処置セッション間の優れた位置決め再現性を保障するために各患者の解剖学的特徴毎に個人化されている；
−前記補綴又は少なくとも１つの補綴は：口補綴；鼻補綴；および、耳補綴、からなるグループに属する；
−前記補綴又は少なくとも１つの補綴は互いに離間された少なくとも２つのマーカーを備えている；および、
−身体に設定された補綴の数は少なくとも２、３又は４である。
【００１２】
本発明によれば、また、生きている身体の生来の空洞内に設定するべく成形され、Ｘ線および核磁気共鳴の双方に対する少なくとも１つのマーカーを備えた補綴が提供される。
【００１３】
本発明によれば、また、身体の動き（運動）を可能にする複数の可能なコンフィギュレーションのうちの１つに沿って装置を変形させることにより生きている身体のような身体を初期位置と最終位置との間で動かすべく構成された装置を制御する方法が提供されるもので、変形コンフィギュレーションはコンフィギュレーションの少なくとも１つの運動学的特徴に基づいて選ばれる。
【００１４】
本発明の方法はまた以下の特徴のいづれかを有することができる：
−特徴又は少なくとも１つの特徴は：
−リスクのレベル；
−最大加速度；
−最大速度；および、
−動き（運動）に関与する自由度の数；
からなる群から選ばれる。
−この装置は、当該装置によって動かされる身体のあらゆる可能な位置を包含する如何なる領域よりも小さな所定の領域内に身体がとどまるように制御される。
【００１５】
本発明によれば、また、身体の動き（運動）を可能にする複数の可能なコンフィギュレーションのうちの１つに沿って装置を変形させることにより生きている身体のような身体を初期位置と最終位置との間で動かすべく構成された装置が提供されるもので、この装置は制御手段を備え、この制御手段はコンフィギュレーションの少なくとも１つの運動学的特徴に基づいて変形コンフィギュレーションを選ぶのを可能にする。
【００１６】
本発明によれば、また、装置の基部に対して身体を動かすための装置が提供されるもので、この装置は、動きの最中に身体を保持するための保持手段と、少なくとも２つの異なる品目とを備え、これら品目のうちの少なくとも１つは身体を担持するべく構成されており、この装置は前記品目のいづれかを保持手段に着脱自在に固定するべく構成されている。
【００１７】
本発明の方法はまた以下の特徴のいづれかを有することができる：
−身体の少なくとも１つの二次元画像が取られる、および、
−身体の幾つかの点の三次元座標を決定すること。
【００１８】
本発明によれば、また、放射線治療により腫瘍を処置する方法のような処置方法が提供されるもので、この方法は本発明の方法を包含する。
【００１９】
最後に、本発明の装置はまた以下の特徴のいづれかを有することができる：
−この装置は放射線により腫瘍を処置する手段を備えている；および、
−この装置はガントリー（214）を備えている。
【００２０】
特に、前述したところの補完として、アイソセンター位置決めロボットを次に説明する。即ち、本発明の好ましい実施態様によれば、身体中に含まれている目的物を粒子ビームに対して位置決めするための装置が提供される。この装置は身体を担持するための担持手段を備えている。本発明によれば、この装置は、更に、前記担持手段を数自由度で装置の基部に対して動かすための運動手段を備え、前記基部は目的物中に画定されたアイソセンターを通過することを目的とするアイソセンター軸線と呼ばれる軸線に関して回転可能である。
【００２１】
換言すれば、この装置は、目的物のアイソセンターをアイソセンター軸線（これは装置の基部の回転軸線である）上に位置決めするようになっている。
【００２２】
好ましくは、身体は放射線治療又は陽子線治療処置の局面においては患者である。従って、粒子ビームは陽子ビームであることができ、目的物は陽子治療によって照射することを目的とする腫瘍であることができる。
【００２３】
本発明のこの実施態様によれば、自動化された患者位置決めを簡単で迅速で低コストのやり方で行うことができる。即ち、例えば同一の処置セッションの中で同一平面内に多重フィールドを支持することを目的とする患者のアイソセンター回転を使用することができる。このような処置においては、患者が一旦担持手段上に定置されたならば、ロボットに連結された目的物アイソセンターは再びその位置を訂正することなく保持される。従って、コンピュータによって同一のアイソセンターが画定されるので、２つの相継ぐ発射の間にアイソセンターを中心とする患者の唯一の回転運動を行いながら、複数のビームを相継いで発射することができる。このような実施態様は、患者を正しく位置決めするために使用するマーカーの３Ｄ位置の演算又は数学的訂正を回避するのを可能にする。
【００２４】
この実施態様に基づく装置を使用することにより、多重フィールド又は多重方向により、人体の頭部内に含まれる腫瘍のような目的物を照射する方法は以下のステップを包含することができる：
−目的物のアイソセンターをビーム軸線と装置の回転軸線との交点に位置決めすること、
−各回転毎に所定角度で、装置の多重回転を行うこと、および、
−各回転毎に照射を行うこと。
【００２５】
好ましくは、粒子ビームは前記アイソセンター軸線を遮る粒子ビーム軸線に沿って伝播する。
【００２６】
従来技術とは異なり、この実施態様の装置によれば、アイソセンター軸線と陽子ビーム軸線との交点に目的物が配置されるや否や、只単に装置を回転させるだけで多重フィールド処置を行うことができる。従って、目的物は装置と共に回転するが、アイソセンターは固定されたまゝにとどまる。
【００２７】
本発明によれば、アイソセンター軸線は垂直（鉛直）及び／又はビーム軸線に対して垂直である。
【００２８】
例えば、アイソセンター軸線は装置が配置されている室に対して固定することができる。
【００２９】
本発明によれば、担持手段は椅子型のものである。本発明の装置によれば、眼および頭部の処置は限られたスペース内で行うことができる。位置決めの最中は、患者は椅子に着座している。担持手段は椅子に対して患者を側方に及び／又は軸方向に変位させる手段を有することができる。例えば、椅子の座部は椅子に対して座部を持ち上げるための１以上のアクチュエータ（ジャッキ）に結合することができる。担持手段は、また、身体頭部を椅子に対して軽く位置決めする手段を有することができる。特に、頭部は常に身体の残部から張り出している。
【００３０】
本発明によれば、運動手段は６自由度を有し、特に６つのアームを有する。６つのアームは独立であり、各アームの第１端部は担持手段に連結されており、第２端部は基部に連結されている。連結は関節結合型である。６つのアームは、隣り合う２つのアームが“Ｖ”を形成し、基部が360°だけ回転する時に“Ｖ”の頂点が相継いで上下するように構成されている。
好ましくは、６つのアームは伸縮式である。
【００３１】
勿論、本発明の装置は監督コンピュータによって制御される。この装置は、更に、２軸傾斜計、３軸加速度計、衝突防止装置、速度計（特に各アームに１つで６つの速度計）を備えている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
添付図面を参照しながら本発明の好ましい実施例を以下に記載する。
【００３３】
処置室
図１は本発明の好ましい実施例に基づく方法が実施される処置室を示す。この処置室は粒子発生器１８の近傍における放射線保護を保障するに適した材料で形成されている。粒子発生器は細長い管１４を有し、これは処置室の内側に入っている。この管の軸線は処置室内における患者の移動および処置の基準軸線として作用する。
【００３４】
処置室は２つの部分からなる：
−患者の入来路を表す矢印で示した入口、
−患者の処置が行われる処置部。
これら２つの部分は、後述する設備１２と１６とドア（図示しないが、やはり後述する設備３６の位置に設けてある）との間に示した曲折した壁で分離されている。
処置室は壁によって外界から分離されていると共に、処置室の２つの部分も壁によって互いに分離されており、これらの壁はハッチングで示してある。この入口は処置が行われる時には放射線放出に対して保護される。
【００３５】
処置室の処置部は以下のものを包含する：
−椅子８やカウチ７のような何等かの患者支持体が配置された第１領域、
−竪穴に据え付けられたロボット１０が配置された第２領域２６、
−ライン３０を用いて画定された第３領域（この中では拘束された患者は管１４から放射された少なくとも１つの粒子ビームを用いて処置される）。
【００３６】
ドッキングステーション２０（これは処置室の地面に据え付けられた静止部を有する）は第２領域に設けてある。ドッキングステーション２０は基準部３４と固定手段を備え、後者は患者支持体７および８の双方の対応する基準部および固定手段と合わさる。ロボットは、また、患者支持手段の基準部および固定手段と合わさるように形成された対応する基準部および固定手段を備えている。
【００３７】
タンク２１からなるファントム部材が設けてあり、その固有の基準部および固定手段３８はロボットの基準部および固定手段と合わさるように形成されている。ファントムタンク２１は、後述する処置ビームおよびＸ線イメージング手段の双方を制御するための水又は適当な基準物質を満たした容器からなる。
【００３８】
第３領域３０の周りには、１つの軸線又は異なる２つの軸線に沿ってＸ線イメージング手段４０、４２、４４が配置してある。イメージング（画像形成）手段は後述するように本発明の方法の設定ステップの最中に作動可能である。
【００３９】
ステーション１２が入口と処置部との間においてドアのところに設けてあり、これはロボット１０およびイメージング手段４０、４２、４４を制御するための電子・電気手段を有する。本発明の方法の設定ステップの最中には、少なくとも一人の操作員は患者の処置の準備をするべく端末（図示せず）を操作しながらステーション１２においてロボットとイメージング手段を制御する。ロボットを制御するため、幾つかのプログラムを実行して移動の各シーケンスに備える。
【００４０】
処置が始まる前に、操作員は処理手段１６の端末（これは操作員が処置を制御し開始するのを助ける）の前方の処置室の入口部へ戻らなければならない。患者は、管１４から放射される少なくとも１つの粒子ビームを用いて確実で正確な処置を行うべく、産業用ロボットによって位置決めされる。
【００４１】
ロボット
図２には、６自由度を呈するアーム３を備えたロボット１０が示してある。ロボットは竪穴１内に据え付けてあり、この竪穴は蓋又はカバー２によって覆われ保護されており、この蓋はロボットアーム３が蓋２の上方に昇るように構成されている。蓋上には開口が現れない。従って、誰も中に落ちることがない。この効果を保障するため、蓋２は、ロボットのアーム３の運動と共に竪穴１上で回転する回転部と、蓋の回転部内で摺動することによりアーム３の運動に追従する並進部とを有する。
【００４２】
図２に示したように、ロボットの基部４は地面に固定してある。アームの他の線形区間は端部手首５に至るまで継手によって連結されており、この端部手首は図２に示したカウチ７や図３に示した椅子のような支持手段の連結部に係合する取付部６を備えている。即ち、図３には、背凭れ９を備えた椅子８の形の他の患者支持手段が示してある。図２および図３では、同じ構成要素は同じ参照番号で示してある。
【００４３】
アーム３の運動時の安全を向上させるため、物体や人間に触れることがあるアームの各部には接触センサーが設けてあり、これらはステーション１２に設けたアーム運動制御手段に電気接続してある。この実施例では、各接触センサーは、少なくとも２本のばねに搭載されたレバーと、電気接点（これはレバーのどこかに接触が起ってレバーが押された時に電気的状態が変わる）とを有する、細長い形に形成してある。
【００４４】
同様のことは患者支持手段（即ち、椅子８又はカウチ７）の側部についても当て嵌まる。より詳しくは、それらの周辺部にはそのようなセンサーが設けてあり、偶発的な接触を制御手段に知らせるようになっている。
【００４５】
図４は、６つの軸線（AXE１〜AXE６）を備え、端部取付部６と細長い接触センサー６８（アーム６の最後の区間の側部に現れている）を備えた、産業用ロボットをより詳細に示す。ロボットアームの静止部４には竪穴の地面への取付手段６０が設けてある。
【００４６】
他の実施例においては、ロボットは、固定基部上に手首を支持する少なくとも２つの脚を備えた平行ロボットであり得る。
【００４７】
前述したように、アームの端部にはカプラーが設けてあり、このカプラーの相補部は患者用支持手段に固定してある。このカプラーはここでは、開放指令により接点が開放され、閉鎖指令により閉鎖されて、ステーション１２からの制御により患者支持手段を釈放することができるような、電気空気式のものである。
【００４８】
夫々の患者支持手段には、特に処置の最中に患者を確実に着座位置又は横臥位置に保持する手段が設けてある。
【００４９】
所与の患者支持手段がドッキングステーション２０へ送られると、ロボット制御ステーション１２はデジタル識別子に基づいてそれを認識する。このための認識手段は複数の電気接点を有する電気スイッチであることができ、これらの接点の幾つかは開閉されて識別子の適当なデジタル値を生成する。他の実施例では、識別手段は、ドッキングステーションへ持ち来された実際の支持手段の認識を行うべく、かつ支持手段に対するロボットの連結動作を制御するべく、パターン認識プログラムを実行中のコンピュータに接続された少なくとも１つのビデオカメラを備えたビデオツールを有する。
【００５０】
この実施例のロボット制御手段は３レベルに配置されている：
−操作員の制御下にあるアーム端部の軌跡を学習するべくアームのアクチュエータに連結された端末を備え、アームの側部にある、手動制御部（図示せず）、
−処置室内にあるがイメージング装置によって生成されたＸ線に対して保護された制御デスク１２、
−ロボットアーム遠隔制御部を備え、管１４からの放射線に対して保護された、制御ステーション１６。
【００５１】
これら３つの制御装置のすべては、故障時に、たとえ制御ステーション１６および制御デスク１２が作動不能であるとしても、装置全体がなお作動することができる程度にロボットアームの側部の手動制御部が制御を行うように、ハイアラーキー構造にプログラムされている。
【００５２】
この実施例のロボットは操作の安全性を向上させることを目的とする幾つかの特徴を有する。
それは非常時に任意のアクチュエータを停止させるための緊急停止ボタンを有する。
衝突防止バンドがロボットアームの側部および患者支持手段の側部に取付けてある。
電気スイッチに接続された全ての可動部を覆うため、追加的な固い表面が設けてある。
アームの運動を制御するプログラムは、所与の限られた速度、加速度、および角度を有する患者運動のみを許容するように設計されている。
【００５３】
また、処置が行われている時には何時でも、及び／又は、電源が落ちた場合に、不本意な運動を回避するための手段が設けてある。このため、アームの各継手には、運動の最後に、及び／又は、電源がオフになった時に必ず作動する歯車が装着してある。電源がゼロの時にやはり作動するブレーキも設けてある。処置室内の安全を向上させるため、電源が切れた時にはブレーキは自動的に作動せられるので、機械的連結手段を釈放しない限りロボットの運動は不可能である。
【００５４】
本発明の方法は、ロボットアームに荷重がかゝっている時又はアームが動いている時には、ロボットアームの長手方向変形を考慮する。このため、既知の重さの一組の基準荷重を用いて先ずアームの動き分析する。毎回、線形および角度方向の加速度による運動の最初のモーメントを記録し、撓みにおける動力学的応答のメモリを記憶する。ロボットアームの手首に患者を載置した時には、手首に設けた幾つかの荷重センサー及び／又は加速度計が読み取られる。荷重センサー及び／又は加速度計が生成した信号を処理して曲げ表又は関数がアドレスされ、これは処置領域３０における患者の運動および位置及び／又は向きを訂正し及び／又は採用するために使用される。従って、この実施例によれば、センサーからの検出信号は、アームの動力学的応答を採用し及び／又は訂正するべく制御用コンピュータのメモリに格納された動力学的応答と比較される。
【００５５】
方法の全般的ステップ
本発明のこの実施例に基づく方法を全般的に説明する。
患者が図１の処置室内で生成された粒子ビーム（ここでは陽子ビーム）を用いて処置することができる腫瘍のような病気をもっていると診断された時には、次のことが行われる：
１．処置すべき患者の腫瘍が位置決めされ、幾つかのマーカーが患者に設置される；
２．マーカーおよび処置すべき身体部分の双方のイメージングが行われ、患者の識別と共に画像データベースが作られる。イメージングは、例えば、Ｘ線、IRM、又はPET走査手段を組み合わせ使用して行われる；
【００５６】
３．設計された各処置ビームの時間、継続時間、軸線、および出力が内科医によって決定され、操作員が処置を制御するのを援助するべく患者の識別と共にデータベースに書き込まれる；
４．処置室では、操作員は処置すべき身体部分の正しい位置と向きを保障するべく制御手段にロボットアームの動きを教示する；
【００５７】
５．処置室では、処置すべき身体部分の外側で処置ビームの粒子を阻止することの可能な材料内にコリメータ又は絞りが形成してある（図６参照）。コリメータは、患者を処置する前は、粒子発生器１８に接続された管１４の端部に装着されるようになっている；
６．必要に応じ、ロボットアームの端部にファントムタンク２１を装着し、ビームの放射線量の測定を行い得るように管１４から放射された粒子ビームを遮蔽するべくタンクを位置決めし向きを決める；
７．処置がプログラムされた時には、患者は処置室内に装入され、支持手段（椅子８又はカウチ７）に載置される；
【００５８】
８．支持手段はドッキングステーション２０へ移動せられ、基準手段３２又は３６はドッキングステーション２０の基準手段３４に係合する。例えば、第１のセンサー（図示せず）はドッキングステーションの側方に設けてあるので、支持手段のタイプが検出されかつ認識され、処置室の制御手段が支持手段のタイプと幾何学形状に対応する正しいパラメータを設定するのを可能にする。このような情報は患者を搭載した状態でロボットアームを移動させるべき領域を精密に特定するのを可能にする。ドッキングステーションにある第２のセンサー（図示せず）は、学習されたアーム運動の開始を示す信号がステーション１２の制御手段によって検出されるのを保障するべくステーション１２に接続されている。
９．アームは学習された手首運動を行って、支持手段をドッキングステーションから処置領域３０へと動かし、患者は運動の終わりには管１４の軸線に対して演算された姿勢（位置および向き）を有する。
【００５９】
１０．再び、イメージング手段４０、４２、４４を用いて、処置すべき身体部分の少なくとも２つの非共線的なディジタル２Ｄ画像（患者の身体のマーカーと腫瘍を示す）を生成する。これらの画像は端末１６に設置されたコンピュータに送られる。そこでは、２Ｄ画像は処理されて、患者のマーカーの実際の絶対位置が計算され、それはデータベースに格納された絶対的３Ｄ基準位置と比較される。
１１．従って、これら新たに生成された画像は、マーカーが存在しかつ正しい位置にあるか否かを検出するべく、かつ、処置すべき身体部分のアイソセンターのような所定の点が管１４の軸線に対して正しい姿勢（位置および向き）に位置決めされているか否かを検出するべく、データベースの基準画像と比較される。もしこれらの姿勢が正しければ、処置ビームが発射される。もしそうでなければ、ロボットアームは患者の姿勢を正しくするべくコンピュータ１６によって制御される。正しい姿勢に達したならば、処置ビームが発射される。
【００６０】
１２．多くの場合、身体部分は他の側から（即ち、ビームに関して患者を他の向きにして）ビームで照射される必要がある。そこで、この新たな向きにするべく患者を動かし、その位置をチェックし、必要ならば、所望の新たな位置に達するまで位置を修正する。それからビームを発射する。必要に応じ、新たな向きに対応する夫々の発射毎に、同じ操作が行われる。
１３．全ての発射がなされたならば、患者はドッキングステーションへ戻される。その支持手段はロボットアームの取付手段から外される。アームは竪穴１０に戻り、患者は処置室から導き出される。管１４の端部のコリメータは除去される。
【００６１】
この方法を実施する時には、“ユーザー”座標（塗装ロボットの場合の自動車ドアのようなターゲットに対応する、ロボット工学で周知の座標）は照射ビームに一致して置かれる。他の２つのロボット座標は“ワールド”座標（ロボットの足のところの基部に対応する）とツール座標（ツール（ここでは患者を載せた椅子又はベッド）を保持するアーム端部）である。位置決めはツール（患者）をビーム上に置くために一回だけ行われるのであり、もしターゲットが動いているならば位置決めはリアルタイムで自動的に再調整することができる（トラッキング）。基本的には、このフィードバック原理はツール（患者）をターゲット上に置くために使用される。公知の位置決め方法を用いて、患者は固定位置に維持され（例えばベッド上に取り付けられる）、ビームは患者の再位置決めを要することなく患者を中心として動かす（例えば360°回転）ことができる。本発明によれば、処置室に入る必要なく、ロボットを用いて行いたいことを全て行うことができる。
【００６２】
これらの段階の幾つかを以下により詳細に説明する。
【００６３】
マーカー
前述したように、複数のマーカー８２が使用される。
一実施例においては、マーカーは患者の身体部分（ここでは頭蓋骨７０を有する頭部）に挿入又は付着される。各マーカーは、金、チタニウム、又はタンタルのような生体適合性材料で形成することができ、ボール形であることができる。患者の頭蓋骨にマーカーを配置する時には、放射線腫瘍学者又は外科医は２つ、３つ、好ましくは４つのマーカーを貼付する。外科医は各マーカーを頭蓋骨の表面の特定の場所に確実に挿入することができるし、或いは、図５に示したように公知のやり方で患者の頭部の内側にマーカーを挿入することができる。
【００６４】
図５においては、４つのマーカー８２−１から８２−４が陽子ビームを用いて処置すべき身体部分７８の中又は周りに挿入されている。例として、眼又は頭部の癌性腫瘍の場合である。
マーカーはイメージング可能な部分と患者の皮膚に接着する部分とからなることができる。
【００６５】
他の実施例では、マーカーは、患者支持手段の一部に（好ましくは、患者を確実にその支持手段に拘束するために供給される緊張手段に）付着させることができる。そのようなマーカーは、患者を固定するためのリンクやバンドの金属部分のような拘束手段の何等かの所定の部分であることができ、及び／又は、前述したように患者がＸ線イメージングに付される時に適当な２Ｄ画像を生成するべく形状および位置が定められた所定のマークであることができる。
前述したように、ボール形のマーカーは患者の頭蓋骨又は頭部に設置することができる。しかしながら、より非侵襲性の他の技法に対する必要性が存在する。
【００６６】
図９では、マーカーは耳、口、又は鼻のような身体の生来の空洞又は開口の中に挿入することが可能な２本のプラスチック管の一部をなす。夫々の管は、Ｘ線又は超音波や赤外イメージング装置のような他のイメージング装置によってイメージングすることの可能な少なくとも１つの金属ボールを有する。これらの管は、また、MRIでもイメージングができるように若干のガドリニウムを更に有することができる。図９の実施例では、２本の管１７２および１７４が患者の頭部（耳）に設置してある。夫々の管は数個のＸ線マーカー１７２ａと１７２ｂおよび１７４ａと１７４ｂを有することができる。頭蓋骨の内側の腫瘍１７０は模式的に描いてあり、陽子ビームを当てることにより処置すべきである。
【００６７】
１７８には腫瘍をもった患者の頭部の第１のＸ線画像（この画像は図５のＸ線イメージング装置７２〜７４によって生成されたものである）が模式的に示してある。 Ｘ線ビームの軸線は１７６に示してあり、２本の管１７２および１７４のマーカーのスポットは正方形Ａ’又はＢ’と呼ばれる。腫瘍７８が占める空間は第１画像１７８では１８２で示してあり、腫瘍にリンクされた基準座標系のアイソセンタのスポットは１８６に示してある。
【００６８】
その後、患者はロボットアームに載置され、次いで管１７２および１７４を両方共取付けた状態で動かされかつ向き決め（向きを決めること）される。それから、管１４から陽子ビームを発射する前に患者の位置を訂正するため、処置室のＸ線イメージング装置４０〜４４のいづれかを用いて、少なくとも１つの第２の画像１８０が取得される。第２のＸ線画像は、２つのマーカーがＡおよびＢに変位し、従って、向き及び／又は位置が訂正されなければならないことを示す。
【００６９】
好ましくは、この方法は、少なくとも１つの生来の身体空洞内へ少なくとも１つのマーカーを有する補綴（プロステーゼ）をセットすることを包含する。この補綴は前記身体空洞の固有の形状に基づいて形成されており（例えば患者の身体に直接に鋳込むことによる）、例えば以下のグループに属する：
−口の補綴；
−鼻の補綴；および、
−耳の補綴。
【００７０】
マーカーは以下のグループの少なくとも１つの非可視的放射線に対するマーカーである：Ｘ線および核磁気共鳴および好ましくは双方。
【００７１】
前記補綴又は少なくとも１つの補綴は、互いに離間された少なくとも２つのマーカーを有し、身体に設置される補綴の数は少なくとも２、３、又は４である。
【００７２】
従って、マーカーの少なくとも１つは、患者の身体の開口又は空洞に挿入される補綴部分の一部であることができる。例として、そのような補綴部分は好ましくは耳に挿入した音声増幅器、又は義歯である。この補綴は、また、患者の口の口蓋に固定するようになったものであることができる。マーカーはまた背骨や腕や脚の外科インプラントの一部であることができる。
【００７３】
イメージング
陽子ビームを限定するための重要なパラメータは、ターゲットとされた腫瘍７８の周囲の生きている組織の存在である。陽子ビームを放射する時にはこれらの生きている組織は保護されなければならない。従って、陽子ビームの向きを考慮した頭蓋骨７０の精密な向きを画定しなければならない。正しい向きのパラメータが決定されるようにするため、患者と将来のビームに関連づけられた座標系が使用される。
【００７４】
準備ステップ（段階）の間は、マーカーおよび腫瘍の少なくとも２つの２Ｄ画像が取得される（これらは互いに垂直であり、患者IDおよび処置セッションIDと共にデータベースに格納される）。これは、マーカーおよび腫瘍の絶対基準座標（３つの直交軸上のｘ、ｙ、ｚ）を用いて、処置室（従ってビーム）に対する患者の絶対的基準姿勢（位置と向き）を特定するのを可能にする。２Ｄ画像上の各マーカーの座標の認識に基づいて、処置室の固定座標系に対するマーカーおよび腫瘍の３Ｄ絶対基準座標が演算され、データベースに格納される。これはロボットアームの動きと陽子ビームの発射の双方を用いた処置を形づくるのを可能にするであろう。
【００７５】
より詳しくは、座標系の位置と向きを画定するためには、マーカーが頭蓋骨７０に挿入された後に、Ｘ線イメージング装置７２、７４を用いて少なくとも１つの２Ｄ画像が生成される。この実施例では、Ｘ線イメージング装置７２、７４は、Ｘ線源７２と、頭蓋骨７０の密度の２Ｄ画像を生成する検出板７４を有する。少なくとも双方のマーカー８２が、データベースマネージャ７６の入力７６ｂに格納されるディジタル画像上に表わされなければならない。取得された夫々の２Ｄ画像毎に、データベースマネージャ７６は以下のものからなる複数のパラメータを生成する：
−２Ｄ画像中に１つの基準点と２つの基準軸を有する基準３Ｄ座標系の仕様；
−イメージングされた各マーカーの基準３Ｄ座標系における座標の認識；
−腫瘍７８のアイソセンタおよび少なくとも特定の陽子ビーム軸線の仕様；
−患者のおよび当てるべき陽子ビームの識別子の格納。
【００７６】
基準座標系８０は３つの軸と１つの原点を有する。この原点は“アイソセンタ”と呼ばれ、患者の処置が行われる時に陽子ビームを当てるのに好ましい点であると称される。従って、患者がその支持手段に横たわっている時には、患者はアームを用いて動かされかつ向き決めされ、位置と向きは、陽子ビームの軸線が整列（整線）され、かつ、陽子ビームの軸線が充分に限局されたアイソセンタのところで腫瘍７８を通るように、演算されかつ制御される。
【００７７】
代替的に、２Ｄ画像のデータベースは、Ｘ線類似画像の記録技術において周知のように、透明な担体上に記録された可視画像として取得することができる。前述したすべてのパラメータは、Ｘ線イメージング装置７２、７４を扱う操作員の責任において手で又は自動的にデータベースマネージャ７６に入力される。従って、そのような手で生成された２Ｄ画像データベースにおいては、“ペーパのような”ファイルとデータベーステーブル（表）との両方は、前述したように入力したパラメータの可視記録とディジタル記録との両方をクロスできるように、索引を用いて管理される。特に、腫瘍７８上の基準座標系８０のアイソセンタと向きは、後に患者に適用するべき陽子ビーム軸線の仕様に関連づけて、データベース７６に入力される。
【００７８】
１つ又は２つの他のＸ線イメージング装置に図５に示したＸ線イメージング装置７２〜７４が設けてある場合には、それらの各々の出力はデータベースマネージャの入力７６ａ、７６ｂ、７６ｃに夫々接続され、Ｘ線イメージング装置７２〜７４について前述したのと同じことが１つ又は２つの他のＸ線イメージング装置について繰り返される。しかしながら、所与の陽子ビームについては、２つ又は３つのＸ線イメージング装置のために同じアイソセンタおよび同じ基準座標系が使用される。データベースマネージャ７６に格納されたテーブルのための複数の記録は以下のものに基づいて制御される：
−患者（場合により処置すべき１以上の腫瘍がある場合には患者の腫瘍）の氏名又は固有の識別記号“ID 患者”；
−記録された腫瘍が後のステップで処置されるように限定された１又はそれ以上の陽子ビームの特定；および、
−イメージングされたマーカー８２−１〜８２−４のリスト（処置すべき腫瘍７８内の３Ｄ基準座標系８０、および、データベースマネージャ７６に入力された夫々の２Ｄ画像上の２Ｄ基準座標系、の双方におけるそれらマーカーの夫々の座標を含む）。
【００７９】
後述するように、夫々の処置セッションの始めには、患者は管１４の前方の処置室内に位置決めされる。患者上のマーカーは２つの２Ｄ画像によってイメージングされ、前述したのと同じ演算が行われて、今回は患者の実際の瞬間姿勢（位置および向き）におけるマーカーの実際の３Ｄ絶対座標が計算される。今や患者の姿勢のあらゆる変化が検出される。より詳しくは、このステップは、先に取得したマーカーの前記３Ｄ絶対基準座標と、新たに取得したマーカーの実際の３Ｄ絶対実際座標とを使用するものである。もしオフセット（ずれ）が検出されたならば、患者の新たな位置決め（位置及び／又は向きの変更）はロボットアームを用いて行われる。正しい姿勢（位置）が得られたならば、データに基づいて処置ビームが当てられる。
【００８０】
処置セッション
図８は、夫々の処置セッションの異なる複数のステップ（段階）を示す。
ステップ１２２では、患者はその処置に従う準備をする。次にステップ１２４では、操作員は、アーム制御ステーション１６を用いてドッキングステーションから処置領域までの患者支持手段の進路の運動パラメータを入力する。
【００８１】
ロボットアームの動きと他の制御がロボットコンピュータに入力されたならば、患者はその支持手段上に載置される。ステップ１２６では患者は運動の自由度が小さくなるように適当な拘束手段を用いて支持手段に取付けられる。
ステップ１２８では、患者支持手段はドッキングステーションに固定される。
【００８２】
ステップ１３０では、ロボットアームは患者支持手段に連結される。技術的に言えば、この操作はストップ・レバー・アッセンブリを用いて行われ、その一方はロボットアームの手首に連結され、他方は患者支持手段に連結されている。操作時には、ロボットアームのところの基準座標系は、患者支持手段（即ち、処置室）に連携された基準座標系に対して同定される。
総括的ステップ１３２では、プログラムされた夫々の陽子ビームは後述するように順次に発射される。
【００８３】
ステップ１３６では、アーム（その手首の患者支持手段上に処置すべき患者を担持している）はデータベース７６に記録されたデータに基づいて動かされかつ向き決めされる。アームは、ドッキングステーションから、発射されるであろう陽子ビームの中心軸線に沿った基準点まで、患者を導く。この基準点には、データベース７６内に画定された、処置すべき腫瘍のアイソセンターが設定されている。
【００８４】
アームの動きの制御
一般的に言えば、本発明の方法は、身体の動き（運動）を可能にする可能な複数のコンフィギュレーションのうちの１つに沿ってロボット（６自由度を有する）を変形させることにより、初期位置と最終位置との間で身体を動かすべくロボットを制御するために使用される。この変形コンフィギュレーションはコンフィギュレーションの少なくとも１つの運動学的特徴に基づいて選ばれるもので、後者は例えば以下のものからなる群から選ぶことができる：
−リスクのレベル；
−最大加速度；
−最大速度；および、
−動き（運動）に関与する自由度の数。
【００８５】
更に、ロボットは、好ましくは、ロボットの少なくとも１つの変形可能な部分が運動中に変形しないように制御される。
【００８６】
この実施例では、この装置は、ロボットによって動かされる身体のあらゆる可能な位置を包含する如何なる領域よりも小さな所定の領域内に身体がとどまるように制御される。
【００８７】
より詳しくは、この実施例では、患者支持手段を備えたアームの運動制御手段が設けてある。この制御手段は、ドッキングステーションにおけるその（即ち、軌道の）開始位置から管１４の前方の処置位置まで、軌道が衝突する危険がないように、ロボットアームの端部のところの少なくとも患者支持手段の軌道を制御するべくプログラムされている。
【００８８】
これらの手段は、操作員の要請により自由運動空間を特定するための手段（この中で軌道が計算される）と協働する。このアーム運動制御手段は、また、アームの運動の危険度を分類するための手段と協働して、危険の少ない動きから最も危険な動きに至る分類された動きリストの中の１つの選択フォームを操作員（又はコンピュータ）に要求する。この実施例では、この分類手段は、また：
−所与の患者及び／又は所与の支持手段について許容された最大速度、及び／又は、加速度（線形及び／又は円形）；および、
−ロボットアームの定常的自由度の数と、可能ならば、絶対的定義；
を包含する他の制約を用いて前記動きのリスト中の１つの動きを自動的に選択する手段を備えている。
【００８９】
この後者の制約については、ロボットの幾つかの軸を不動に設定する手段が設けてあり、動きの少なくとも一部は他の可変軸を用いて行われる。ロボットを平行ロボットのような他のロボット装置と置換する場合には、同じことが適用されることを理解されたい。
【００９０】
マーカーの位置のチェック
ステップ１３８では、患者がその姿勢に達したならば、Ｘ線イメージング装置４０〜４４は、陽子ビームを発射することができる前にロボットアームによって与えられた姿勢（位置と向き）における患者の頭蓋骨の２Ｄ画像を１〜３つ取得する。
【００９１】
新たな画像が取得された時には、それらはデータベース７６（図５）内のデータと比較されるので、マーカーの実際の位置（即ち、姿勢）はデータベース内に記録されているそれらの基準位置と比較される。イメージングされた新たな位置がマーカーの基準位置に対応しない場合には、ステップ１４０において、ロボットアームは陽子ビームの中央軸線に対するアイソセンターの位置および患者の向きを修正して、位置を訂正する。
【００９２】
この訂正運動を制御するため、コンピュータはマーカーの基準位置のデータをデータベースから読み取るプログラムを実行する。それから、コンピュータはマーカーの実際の位置に対応するデータを読み取り、腫瘍の位置及び／又は向きの訂正を行うべくロボットアームの動きをプログラムする制御パラメータを推論する。
【００９３】
一般的に言えば、この方法は以下のステップを包含する：
−マーカーのような複数の位置決め品目の位置を測定すること；および、
−位置決め品目の基準位置および測定された位置から、少なくとも１つの位置決め品目が少なくとも１つの他の位置決め品目に対して（かつ複数の他の位置決め品目に対してすら）動いたかどうかを決定すること。
【００９４】
これらの位置は処置室のような所与の座標系（referential）に関して測定され、身体はこの座標系に関して可動である。
【００９５】
もしも位置決め品目の１つが動いたならば、この方法は、それがどれであるかを決定すると共に、それを除く位置決め品目を用いて生きている身体を位置決めするステップを包含する。
【００９６】
このため、この方法は、位置決め品目の対の少なくとも１つについて、それらの測定された位置同士の間の距離とそれらの基準位置同士の間の距離とを比較することを包含する（好ましくは、比較は位置決め品目のすべての対について行う）。
【００９７】
その場合、この方法は、位置決め品目の少なくとも１つの所定のグループについて、各品目毎にその測定された位置とその基準位置との間の距離を考慮した値を計算すること、および、この値が所定の閾値より大きいかどうかを決定することを包含する。グループ中の品目の数は少なくとも３である。このグループ又は少なくとも１つのグループを除けば、グループ中の品目の数は位置決め品目の総数より小さい。計算と決定は複数のグループについて行われるので、各位置決め品目は位置決め品目の異なる組合せからなるグループに属する。
【００９８】
幾つかの値はそれらの対応する閾値より大きく、他の幾つかはそうではないので、この方法は、品目の少なくとも１つが他のグループに属することなく上記値に関連するグループに属するかどうかを決定すること、および、もしイエスであれば、それがどれかを決定することを包含する。
【００９９】
身体が動かされた後は、測定ステップおよび決定ステップが再び行われるが、先に測定された位置（ロケーション）は今回は前の基準位置を置換する基準位置として使用される。２つの決定ステップは同日又は異日に行うことができる。
【０１００】
より詳しくは、図１０には、マーカーの位置が未だ正しいかどうかをチェックするルーチンが示してある。
ステップ１５０では、前述したように、マーカーの実際の画像はコンピュータによってデジタル化され、マーカーの実際の位置に対応する３Ｄ座標の組を得る。
ステップ１５４では、データベースマネージャ７６は処置すべき患者の識別子を用いてアドレスされる。
【０１０１】
マーカーの実際の位置に対応する３Ｄ座標はデータベースに格納されたマーカーの３Ｄ基準座標と比較される。このため、各マーカー毎に、コンピュータはステップ１５６でマーカーの実際の位置と基準位置との間の距離を計算する。
もしもこの距離が各マーカーにつきゼロに等しいならば、各マーカーはその基準位置にあり、かつ、動いていないと見なされる。腫瘍のアイソセンターはマーカーの実際の座標のセットから推論される。そしてステップ１６２で“終了”操作が行われる。
【０１０２】
ステップ１５８では、もしエラーが発生したならば、即ち、もし１つの距離がゼロに等しくないならば、これは少なくとも１つのマーカーが動いたことを意味するのであり、それは制御コンピュータに通知される。そして、動いたマーカーを特定することを目的とする次のステップが行われる。
【０１０３】
マーカーがｎの場合には、ｎマーカー中の任意のｐマーカーの組合せの各グループを監視するためにループが生成される（１＜ｐ＜ｎ）。
ｎマーカー中２の場合には、この方法はあらゆる可能なマーカー対の間の距離を検証することからなる。即ち、各対毎に、実際の距離が計算され、データベースマネージャ７６に格納されたマーカーの基準位置中の距離と比較される。
【０１０４】
ｎマーカー中３又は４（又はそれ以上）の場合には、この方法は最適化により基準パターンと実際のパターンとをマッチさせることを試みることからなる。マッチの判断基準がある種の閾値以上であれば、それはパターンが異なることおよび１又はそれ以上のマーカーが動いたことを意味する。簡単に言えば、そのような値の例は以下の通りである。各マーカー毎に、マーカーの実際の位置と基準位置との間のユークリッド距離オフセットが計算される。この値はグループのマーカーについてのこれらのオフセットの平方の総和（又は、好ましくは、この総和の平方根）である。
【０１０５】
幾つかのグループについては、値はゼロであることができ、これはこのグループのマーカーは互いに動かなかったことを意味する。
【０１０６】
反対に、幾つかの他のグループについては、値はゼロ以上であることができ、これはこのグループの少なくとも１つのマーカーが相互に動いたことを意味する。もしもそのようなオフセットが検出されたならば、動いたマーカー（或いは見失われたマーカーがあればそれさえ）を特定するためのテストが行われる。
【０１０７】
このため、オフセットが許容可能であるか否かを特定するために複数の閾値が使用される。｛TVi；i｝はマーカーの数に応じて必要とされる一組の所定の閾値であるとする。｛ODj；j｝は先行するステップで測定されたすべてのオフセット距離の一組であるとする。可変カウンタCPTkは（ODj＞TVi）で表される論理条件がマーカーｋをもって確認される度にインクレメントされる。
【０１０８】
操作員はステーション１６で２つの基準値A＜Bを選択する。もしも所与のｋ番目のカウンタが第１基準値Aよりも大きいならば（CPTk＞A）、推定ｋ番目のマーカーは置違いであると宣言され、かつ、もしもCPTk＞Bならば、推定ｋ番目のマーカーは不明瞭であると宣言される。
【０１０９】
更なるステップでは、計数はまたこれら疑わしいマーカーのｐアップレットに対してすべての結果について行われる。幾つかのカウンタがA及び／又はBの閾値より大きく、かつ、１つだけが小さいときには、実際に“漠然とした”又は“不明瞭な”マーカーは許容されたカウンタに対応するものである。
【０１１０】
姿勢の訂正
一般的に言えば、この方法においては、ロボットは：
−第１位置と第２位置との間で、固定点に対して、この装置の基部に関して、かつ、
−第２位置と第３位置との間で第２位置の１点に関して訂正運動を行うべく、
身体を動かすように制御される。
【０１１１】
処置セッションの制御プログラムを実行するステーション１６は解像度特定手段と協働し、この解像度特定手段では各マーカーの３Ｄ絶対位置の認識がなされる。オフセットをゼロ（無効）にするべく運動が演算された時には、それはロボットアームの少なくとも１つの軸を用いて行われる。しかし、運動の精度はアームの各自由軸線毎に異なる。前記データベースには、ロボットアームの各自由軸線毎の種々の解像度の仕様が格納されている。従って、この実施例によれば、オフセットのゼロ化（無効化）の解像度に応じて、コンピュータは前記ゼロ化解像度を達成するためにはどの運動軸線を活性化しなければならないかを特定する。
【０１１２】
患者が新たな位置（姿勢）に置かれたならば、この新たな実際の位置が基準位置に対応しているかどうかをチェックするべく新たなイメージング・ステップが行われる。必要ならば、基準位置に達するまで患者の位置は再び訂正される。
【０１１３】
患者の位置決めステップは、一以上のビーム発射がプログラムされている場合には、各発射毎に繰り返される。実際、患者を異なる向きにしながら異なる発射を次々に行うことができる。殆どの場合、患者は異なる日に処置室に来るであろう（例えば、１日に１セッションで、各セッションは数回の発射を含む）。
【０１１４】
この方法によれば、マーカーおよび患者のデータ及び／又は画像は患者の詳細な処置データに関連づけてすべてデータベースに格納される。従って、処置を再開する時には、より古いセッションの任意の組合せの記録データに基づいて新たな位置決めを行うことができる。好ましくは、それは最後のセッションの記録データに基づいて制御される。何故ならば、マーカーの新たな３Ｄデータを、最後に処置が行われた時に格納された３Ｄ位置と比較するのがより好ましいからである。従って、これらの位置は新たな基準位置として使用される。従って、幾つかのマーカーが少なくとも２セッション前に動いていた場合には、時間と操作は割愛される。
【０１１５】
ビームの発射
正しい姿勢に達したならば、ビームに対して患者が動かないようにしてビームが発射される。
本発明は、ターゲットの断面よりも小さな断面を有する少なくとも１つのビームを用いて大きなターゲットを照射するために使用することができる。従って、ステーション１６の制御下で、プログラムされた一組の陽子ビームに関して適当な１シーケンスの患者の運動および向き決めが行われる。
【０１１６】
少なくとも１つの腫瘍が占める全空間をカバーするべく所定の軌道に基づいて患者及び／又は少なくとも１つのビームの相対運動を制御するための手段が設けてある。また、ビームの投与レートおよび継続時間のような外的パラメータと共に、少なくとも１つの処置ビームに対する患者の位置及び／又は向きを変えるための手段を設けることができる。
【０１１７】
更に、本発明は、ビーム発射中は、目標とされた腫瘍を処置するべくビームに対する患者の位置及び／又は向きが連続的に変化するように実施することができる。
【０１１８】
本発明の方法は、所与の日における１処置セッションの各発射の前にかつ２つのセッションの間に患者を位置決めするための時間を獲得するのを可能にする。
【０１１９】
本発明の重要な特徴は、準備セッションで設定したマーカーの絶対３Ｄ基準位置は、マーカーの最新の３Ｄ位置を用いて更新することができることである。更に、ドッキングステーションから処理領域へと患者を動かすための運動の制御パラメータは、それが後の処置セッションの１つでプログラムされるにつれて、データベース内に格納することができ、次いで、処置ビーム発射前に前記２Ｄ画像を取得した時に取得したマーカーの瞬間３Ｄ位置に基づいて患者の最終位置と向きを訂正するべくオフセット運動を演算することができる。
【０１２０】
本発明の方法は、コンピュータ１６の制御下で患者のアイソセンターを回転しながら行うことができる。このような処置においては、一旦患者が支持手段に定置されたならば、ロボットにリンクされた患者アイソセンターはその位置を再び訂正することなく保持される。従って、同じアイソセンターがコンピュータ１６で画定されるので、複数のビームを相継いで発射することができ、アイソセンターを中心とする患者の唯一の回転運動は相継ぐ二回の発射の間に行われる。
【０１２１】
図１０は、処置中の生きている身体を中心として処置源が運動できるようになった本発明の装置の代替的実施例を示す。
【０１２２】
ビーム加速器（図示せす）の出口ポートには粒子加速器出力装置２００が設けてあり、これはガントリー２１４の内側に回転可能に装着された少なくとも１つの動く粒子ビームに供給するべく適当な手段２１２に接続してある。
【０１２３】
更に、陽子ビームを供給するための各点には、陽子ビームの中央軸線を所与の角度で指向させるべく磁気レンズ装置が設けてあり、前記角度の値は、患者のアイソセンターおよび座標系をガントリー２１４に関連するアイソセンターおよび第１基準座標系に関して位置決めし及び／又は向き決めするべく、コンピュータユニット２０４によりプログラムされる任意の相対運動に対して電子制御手段により定めることができる。
【０１２４】
ガントリー２１４の中心には穴が設けてあり、処置中の患者はこの穴を介して球２１６で示した位置に置かれる。患者はドッキングステーションから前述したように処置位置２１６へと搭載される。患者をドッキングステーション（図示せず）から処置位置２１６へと動かすため、患者はカウチ２２０に載せられる（このカウチはロボットアーム２２２の手首の端部のところの適当な空気力式連結器に接続されている）。
【０１２５】
ロボットアーム・コントローラ２１０は軌道メモリを備え、このメモリは患者をカウチ２２０に載せる前の初期化セッションの最中にメモリに格納された特定のパラメータによってアドレスされる。そのメモリにより、コントローラ２１０は、前述したようにドッキングステーションから処置位置２１６に至る最適の軌道を追従するようにカウチ２２０とロボットアーム２２２を制御することを学習している。アーム２２０を動かすため、コントローラ２１０は制御リンク２１０ａを介してアーム２２２のアクチュエータに制御信号を送る。
【０１２６】
アイソセンター・ロボット
図１１、１２、１３はアイソセンター位置決めロボットを示し、これらの図では同じ構成要素は同じ参照番号で示してある。アイソセンター・ロボット１は、主として：
−処置室２（この中には・・・）に対してアイソセンター軸線１０を中心として回転可能な基部１４（図１２）、
−６つのアーム１３ａ〜１３ｆを有する運動手段、および、
−椅子１１からなる担持手段、
を有する。
【０１２７】
身体４は粒子ビーム（特に処置室２内で陽子シンクロトロン８により生成された陽子ビーム）を用いて処置することが可能な腫瘍６のような病気が診断された患者を表す。
【０１２８】
例えば、陽子シンクロトロン８は処置室２内に据え付けてある。陽子ビームは患者４の頭部５までビーム軸線９に沿って伝播する。アイソセンター・ロボット１と陽子サイクロトロン８は、ビーム軸線９がアイソセンター軸線１０と交叉するように配置してある。
【０１２９】
制御手段（図示せず）はアイソセンター・ロボットに接続されている。アイソセンター・ロボットは前述した方法の一般的ステップと組み合わせることができる。即ち、患者を椅子１１に装着した時には、６自由度運動手段は腫瘍６をビーム軸線９とアイソセンター軸線１０との交点に配置するべく制御される。腫瘍６のアイソセンター７をビーム軸線９とアイソセンター軸線１０との交点に精密に位置決めするため、椅子１１には頭部５を傾斜させることの可能なプレート３が設けてある。更に、椅子１１には、座部１２（図１３）を椅子１１に対して上下させるためのアクチュエータ１５を設けることができる。
【０１３０】
腫瘍６が正しく位置決めされたならば、処置ビームが発射される。多くの場合、身体部分もまた他の側から（即ち、ビームに関して患者を他の向きにして）ビームで照射する必要がある：多重フィールド。従って、この新たな向きを有するように患者は動かされる。従来技術とは異なり、本発明においては、非常に時間がかかる演算方法を使用する必要がない。この新たな向きにおいて腫瘍６を動かすには、アイソセンターロボットは只単にアイソセンター軸線１０を中心として所定角度回転する。それからビームが発射される。もしも新たな向きがある場合には、新たな向きに対応する各発射毎に同じステップが行われる。
【０１３１】
運動手段は更に、椅子の運動データを制御装置に提供するため、３軸加速度計１６および２軸傾斜計１７を有することができる。
勿論、本発明はその範囲を逸脱することなく多様に修正することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１３２】
【図１】図１は、本発明の好ましい実施例に基づく方法を実施するべく特に形成された、本発明の装置を備えた処置室の上面図である。
【図２】図２および図３は、図１の本発明の好ましい実施例に基づく装置の一部をなす産業用ロボットの側面図であり、このロボットには処置すべき患者の身体を担持する２つの手段が夫々取付けてある。
【図４】図４は、図２および図３のロボットの斜視図である。
【図５】図５は、処置前の画像取得ステップおよび処置中の画像取得ステップの模式図である。
【図６】図６は、処置ビーム形成手段の側面図および正面図である。
【図７】図７および図８は、好ましい実施例に基づく本発明の方法の異なるステップを示すフローチャートである。
【図９】図９は、行方不明の又は移動したマーカーを検出するステップを示す模式的斜視図である。
【図１０】図１０は、本発明の装置の代替的実施例の模式的側面図である。
【図１１】図１１は、身体を担持したアイソセンター位置決めロボットの模式図である。
【図１２】図１２は、アイソセンター位置決めロボット全体の模式図である。
【図１３】図１３は、アイソセンターロボットの椅子のシートの模式的側面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年6月30日(2008.6.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図６】
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【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図７】
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【国際調査報告】
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