JP2006198119A - 放射線治療装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
放射線治療装置において、高精度に治療用放射線を患部に照射する。
【解決手段】
放射線治療装置２００は、治療用放射線１７を照射する照射ノズル１０と、患部１６または患部位置特定用基準の画像を取得する画像取得装置１１ａ〜１２ｂとを有する。照射ノズルに、画像取得装置が検出可能な指標部１４と指標部の移動機構２１、２２を設け、取得した画像で指標部の検出が困難なときは、移動機構が指標部を動かす。取得画像から治療用放射線の照射位置と患部の位置を算出する。照射ノズルおよび治療台１３を移動させて、患部を照射ノズルの照射位置に位置決めする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、放射線を用いて治療する放射線治療システムに係り、特に放射位置の位置決めに関する。

従来の放射線治療装置の例が、特許文献１に記載されている。この公報に記載の放射線治療装置では、患者の位置決め時の位置ずれを低減し作業効率を向上するために、治療計画時に入力されたＣＴ断層画像中のマーカーの３次元座標に基づいて、参照画像を作成している。その際、Ｘ線透過画像撮影時にすべてのマーカーを最も見やすく撮影できる最適撮影角度を求め、この最適撮影角度で参照画像を作成している。

特開２０００−１４０１３７号公報

上記特許文献１に記載の放射線治療装置を用いて患部位置を特定する場合には、マーカーを使用しているので患部位置を正確に特定できる。しかしながら、治療用放射線の照射方向と患部の相対位置を高精度に特定するためには、放射線治療装置の構成部品を高精度に製造する必要があり、放射線治療装置の製造コストおよび製造工程が増加する。また、各構成部品の熱変形等を考慮して、それらの変形を補正制御する必要があり、複雑な制御が必要となる。

本発明は、上記従来技術の不具合に鑑みなされたものであり、その目的は、高精度で治療用放射線を患者の患部に照射することにある。また、この位置決めを簡単な装置で実現することにある。

上記目的を達成する本発明の特徴は、放射線治療装置が放射線を患部に照射して治療するものであって、治療用放射線を放射する照射ノズルと、患部を撮像する少なくとも２組の画像取得装置と、この画像取得装置が取得する画像に照射ノズルに対応した位置情報を付与可能な手段とを備え、この位置情報付与手段は、照射ノズルの先端に取り付けた指標部を有し、この指標部に画像取得手段が検出可能な少なくとも３個の特徴部分を設け、画像手段の少なくとも２方向からの画像により照射ノズルを患部に位置決め可能にしたものである。

この特徴において、指標部を前記照射ノズルに移動可能にする移動手段と、この指標部の移動量を検出する移動量検出手段とを設け、指標部に設けた特徴部分を画像取得手段が取得した画像に写しこみ可能にするのがよく、特徴部分は、指標部の外周部であって周方向に間隔を置いて４ヶ所以上形成されていてもよい。

上記目的を達成する本発明の他の特徴は、治療用放射線を照射する照射ノズルと、患者を載せてこの治療用放射線の照射位置に患部を位置決めする治療台と、患部画像および患部位置を特定する基準画像を取得可能な画像取得装置を備えた放射線治療装置において、画像取得装置は少なくとも２組あり、照射ノズルに画像取得装置が検出可能な特徴部分を有する指標部を設け、画像取得装置が取得した画像に写された少なくとも３個の特徴部分を用いて、放射ノズルを患部に位置決めする制御手段を設けるものである。

そしてこの特徴において、指標部にこの指標部を移動させる手段と指標部の移動量検出手段とを設け、画像取得装置が取得した画像から指標部の位置を特定できなかった場合に、制御手段が指標部を移動させるのがよく、治療台と照射ノズルと画像取得装置の位置および姿勢に基づいて指標部の移動量を算出する誤差算出装置を設けるようにしてもよい。また、特徴部分は画像取得装置が取得した画像において位置を特定する基準であり、３個所以上設けられているのがよく、指標部の特徴部分が画像取得装置の取得画像に写り込む位置を、特徴部分と照射ノズルと画像取得装置の間の相対位置に基づいて予め算出する手段を備えるようにしてもよい。

さらに上記特徴において、指標部の各特徴部分は、画像取得装置の取得画像において判別可能なように互いに異ならせているのがよく、画像取得装置が取得した画像から、患部と放射ノズルから照射される治療用放射線との相対位置を算出する画像処理手段と、治療台および照射ノズルの位置および姿勢を算出または補正する誤差算出手段とを備えるのが好ましい。また、画像取得装置が取得した画像から、患部と放射ノズルから照射される治療用放射線の放射方向および放射深さの情報を含む３次元画像を作成する画像処理装置を有するようにしてもよい。

本発明によれば、治療用放射線を放射する照射ノズルを利用してマーカを設けたので、放射線とマーカの相対位置を容易に把握でき、患部への照射ノズルの位置決めが容易になる。また、この位置決めを簡単な装置で実現できる。

以下、本発明に係る放射線治療装置２００の一実施例を、図面を用いて説明する。図１に、放射線治療装置２００を、斜視図で示す。放射線治療装置２００は、治療用放射線１７を照射する照射ノズル１０と、患者１５を載せて移動する治療台１３と、治療用放射線１７を患部１６に照射する前に患部１６の位置を確認するのに用いる画像取得装置１１ａ〜１２ｂとを備えている。照射ノズル１０の先端部には、指標部１４が取り付けられている。

画像取得装置１１ａ、１２ａは撮像用の放射線源であり、画像取得装置１１ｂ、１２ｂは受像手段である。画像取得装置１１ａ、１１ｂは対になっており、画像取得装置１２ａ、１２ｂも対になっている。患部１６の３次元位置を特定するために、画像取得装置１１ａ〜１２ｂ異なる方向に配置する。照射ノズル１０は、図示しない回転移動手段を用いて治療台１３の長手方向、すなわち患者１５の身長方向回りに回転１８可能であり、患者１５の周囲のどの方向からも治療用放射線１７を照射できる。

図２に、照射ノズル１０の先端に取り付ける指標部１４を斜視図で示す。指標部１４は、上下２段の段付円筒に形成されており、上段部と下段部の連接部には、大歯車２２が取り付けられている。この大歯車２２と噛み合う小歯車２３が、段付け円筒の下段部の上面に配置されている。小歯車２３は、モータ２０の回転軸の先端に取り付けられており。モータ２０の回転軸の他端には、小歯車２３の回転角を検出する検出器２３が取り付けられている。段付円筒の下段部は上段部よりも大径に形成されており、その側面には画像取得装置１１ａ〜１２ｂを用いて照射ノズル１０の放射位置を特定する際に使用する球状の特徴部分２４が、周方向に間隔を置いて３箇所に形成されている。

３個の特徴部分２４を相互に区別するために、特徴部分の球径をそれぞれ変えている。なお、特徴部分２４が骨や臓器と放射線の透過率が異なる材質、例えば金属であれば、画像取得装置１１ａ〜１２ｂが取得する画像において、特徴部分２４と人体とを判別できる。特徴部分２４以外の指標部１４を画像取得装置１１ａ〜１２ｂが検出する必要がないので、この部分は放射線を透過する樹脂とするのがよい。

このように構成した放射線治療装置２００を用いて、患部１６に照射ノズル１０を位置決めする手順を、図１および図３を用いて以下に説明する。図３は、放射線治療装置２００の制御装置のブロック図である。
(１)治療前準備
図示しないＸ線ＣＴ装置等を用いて患者１５を複数の方向から撮影して、患部周辺の３次元画像を作成する。この３次元画像に基づいて、患部１６の位置を確認するとともに患部１６の位置を算出する。患部１６の位置を算出するときは、患者１５の体表または体内に埋め込んだマーカ１９や、骨や臓器などの特徴部分を参考にする。ここで、照射ノズル１０から患部１６に正確に放射線を照射するために、患部１６の位置を並進３自由度および回転３自由度の６自由度で算出する。患部１６の位置を６自由度で算出するために、マーカ１９を３個以上設定する。以下の説明では、マーカ１９を３個患者１５に埋め込んでいる。

患部１６の３次元画像や患部１６の位置情報に基づいて、計算機を用いたシミュレーションなどにより、治療計画を立案する。この治療計画の立案の際には、予め定めた基準または過去の事例等が計算機に記憶されており、これらの基準または事例に基づいて、治療用放射線１７のエネルギおよび線量、方向、照射回数等を決定する。また、治療前に患部１６の位置を確認するときに用いる画像取得装置１１ａ〜１２ｂの撮影方向等も決定する。画像取得装置１１ａ〜１２ｂが取得した治療前の画像である参照画像を、計算機に予め記憶する。立案された治療計画情報６０は、治療時に使用される。
(２)治療時の患部１６の位置決め
患者１５を治療台１３に固定し、治療計画情報６０に基づいて治療台１３および照射ノズル１０を移動する。その後、放射線の照射位置および患部１６位置を確認するために、画像取得装置１１ａ〜１２ｂを用いて、患部１６周辺の画像を取得する。２対の画像取得装置１１ａ〜１１ｂが取得した画像を、画像処理装置６１が２次元または３次元の画像に画像処理する。以下、この画像を治療画像と称す。患部１６の位置を６自由度で算出するために、治療画像を２方向以上から取得する。

治療画像にはマーカ１９や患部１６の他、照射ノズル１０に取付けた指標部１４も同時に取り込まれている。治療用放射線１７が照射される位置と患部１６の位置を６自由度で算出するので、指標部１４の特徴部分２４とマーカ１９をそれぞれ３個所に設けている。また、治療画像を２方向から取得する。画像取得装置１１ａ〜１２ｂの撮影方向を、図２において矢印２５、２６で示す。得られた治療画像の例を、図４に示す。図４（ａ）は、画像取得装置１１ａ、１１ｂを用いて矢印２５の方向から取得した治療画像であり、同図（ｂ）は画像取得装置１２ａ、１２ｂを用いて矢印２６の方向から取得した治療画像である。この図４では、マーカ７１、７５と指標部７３、７７と患部７２、７６とを明確にするために、骨や臓器などを省略して示している。

なお、画像取得装置１１ａ〜１２ｂと患部１６および照射ノズル１０との相対位置関係によっては、治療画像において指標部１４が骨や臓器等と重なって表示され、指標部１４を視認できない場合も生じる。この例を、図６に示す。図６では、治療画像９５において、骨や臓器等の写像９９と指標部１４の写像９８が重なって、指標部１４の特定が困難になっている。このような場合は、指標部１４に設けた大歯車２２を駆動して指標部１４を特定しやすい位置まで回転させる。指標部１４を移動させたら、指標部１４の移動量を検出器２３で検出して、その出力を画像処理装置６１に送信する。画像処理装置６１は、画像処理の際に指標部１４の特徴部分２４がどの位置に移動したかを判定し、治療用放射線１７を照射する位置を算出する。

画像処理装置６１で得られた２次元または３次元画像は、誤差算出装置６２に送られる。誤差算出装置６２では、治療計画情報６０と計算機に記憶された参照画像、治療画像７０、７４等を用いて、患部１６の位置決め誤差を算出する。誤差算出装置６２は、さらに治療画像７０、７４に写し込まれた指標部７３、７７の写像から治療用放射線１７が照射される位置を直接的に算出する。そして、治療計画における照射ノズル１０の照射位置と算出された照射ノズル１０の照射位置とを比較し、照射誤差を算出する。誤差算出装置６２が算出した患部１６の位置決め誤差と照射誤差は、制御指令値算出装置６４に送られる。

一方、誤差算出装置６２が算出した位置決め誤差と照射誤差は、確認のためディスプレイ６３にも送られる。そして、治療画像７０、７４と一緒に表示される。図５に、ディスプレイ６３の表示例を示す。図５（ａ）は、画像取得装置１１ａ、１１ｂが取得した情報に基づく画像であり、同図（ｂ）は画像取得装置１２ａ、１２ｂが取得した情報に基づく画像である。これらの図においては、治療用放射線の通過範囲８４、９０および深さ方向の基準点８５、９１を併せて示している。このように、治療用放射線の通過範囲８４、９０や基準点８５、９１を治療画像に重ねて表示したので、術者の理解が容易になり、治療の信頼性が向する。また、治療用放射線を照射する前に、直接的に照射誤差を算出するので照射精度が向上する。

制御指令値算出装置６４は、誤差算出装置６２が算出した位置決め誤差と照射誤差および先に設定された治療計画情報６０に基づいて、治療台１３の誤差補正量を算出し、算出した誤差補正量を治療台制御装置６６に送る。治療台１３は、治療台制御装置６６の指令に基づいて、位置決め誤差を補正する。以上の手順により、患部１６の位置決めが完了する。患部１６の位置決めが完了したら、制御指令値算出装置６４は照射ノズル制御装置６５に治療用放射線の照射を指令する。照射ノズル制御装置６５は、この指令に基づいて、照射ノズル１０を制御する。

本実施例によれば、治療用放射線１７が実際に照射される位置を、照射前に直接的に確認できるので、推定等による誤差が入り込むことなく、患部１６に確実に放射線を照射できるとともに、患部１６以外が放射線にさらされるのを低減できる。また、算出した患部１６の位置や治療用放射線１７の照射位置に基づいて３次元画像を作成し、ディスプレイ６３に表示するので、本来不可視の放射線位置を術者が目視で照射位置を確認でき、治療の信頼性が向上する。

なお本実施例においては、治療台１３および照射ノズル１０、画像取得装置１１ａ〜１２ｂの位置および姿勢を、実際に画像を取得してから設定している。しかしながら、参照画像や予め設定された装置の情報に基づいて、指標部１４を特定できる位置を計算で求めてもよい。そして算出した位置まで指標部１４を移動させれば、治療画像において指標部１４を特定できないケースを減らすことができる。

また、指標部１４を特定するのに計算機を用いて画像処理し、自動的に指標部１４の特徴部分を抽出する場合には、特徴部分２４が治療画像へ写り込む位置を予め算出しておき、その位置周辺を重点的に検索すればよい。このようにすれば、画像全体から特徴部分を検索する場合に比べて、効率よく検索できる。なお、上記実施例においては指標部１４を球状のものとしたが、検出可能な材質を貼付したり、塗料を塗って指標とすることもできる。

本発明に係る指標部の他の例を、図７に斜視図で示す。本実施例では、指標部１００に特徴部分１０１を周方向に４箇所設けている。特徴部分１０１を４個所設けたので、骨や臓器等の写像と指標部の写像が重なり、指標部の特徴部分１０１の内１個所を特定できない場合でも、残り３個所の特徴部分を使用して６自由度で位置を算出できる。したがって、特徴部分を増しているので、指標部に歯車等の移動機構や検出器が不要になる。

以上説明したように、本発明の各実施例によれば治療画像を用いて患部の位置決め誤差の他に照射誤差をも治療用放射線を照射する前に算出することができるので、高精度で治療用放射線を患部に照射することがえきる。また、駆動機構により指標部を可動としたので、指標部を常に治療画像の認識し易い位置へ移動できる。さらに、不可視の治療用放射線の照射位置を、目視で確認できるようようにしたので、治療の信頼性が向上する。

本発明に係る放射線治療装置の一実施例の斜視図。 図１に示した放射線治療装置に搭載した指標部の斜視図。 図１に示した放射線治療装置の制御ブロック図。 図３のディスプレイに表示される画像例。 図３のディスプレイに表示される画像例。 図３のディスプレイに表示される画像例。 図１に示した放射線治療装置に搭載する指標部の斜視図。

符号の説明

１０…照射ノズル、１１ａ〜１２ｂ…画像取得装置、1３…治療台、１４…指標部、１５…患者、１６…患部、１７…治療用放射線、１８…照射ノズルの移動方向、１９…マーカ、２０…モータ、２１、２２…歯車、２３…検出器、２４…指標部の特徴部分、２５、２６…撮影方向、３０…照射ノズル、３１ａ〜３２ｂ…画像取得装置、３３…治療台、３５…患者、３６…患部、３７…治療用放射線、３８…照射ノズルの移動方向、３９…マーカ、４０…治療計画情報、４１…画像処理装置、４２…誤差算出装置、４３…ディスプレイ、４４…制御指令値算出装置、４５…照射ノズル制御装置、４６…治療台制御装置、５０…治療画像、５１…マーカの写像、５２…患部の写像、５３…治療画像、５４…マーカの写像、５５…患部の写像、６０…治療計画情報、６１…画像処理装置、６２…誤差算出装置、６３…ディスプレイ、６４…制御指令値算出装置、６５…照射ノズル制御装置、６６…治療台制御装置、７０…治療画像、７１…マーカの写像、７２…患部の写像、７３…指標部の写像、７４…治療画像、７５…マーカの写像、７６…患部の写像、７７…指標部の写像、８０…治療画像、８１…マーカの写像、８２…患部の写像、８３…指標部の写像、８４…治療用放射線の通過範囲、８５…深さ方向の基準点、８６…治療画像、８７…マーカの写像、８８…患部の写像、８９…指標部の写像、９０…治療用放射線の通過範囲、９１…深さ方向の基準点、９５…治療画像、９６…マーカの写像、９７…患部の写像、９８…指標部の写像、９９…骨や臓器の写像、１００…指標部、１０１…指標部の特徴部分。

Claims (11)

1. 放射線を患部に照射して治療するものであって、治療用放射線を放射する照射ノズルと、患部を撮像する少なくとも２組の画像取得装置と、この画像取得装置が取得する画像に前記照射ノズルに対応した位置情報を付与可能な手段とを備え、この位置情報付与手段は、前記照射ノズルの先端に取り付けた指標部を有し、この指標部に前記画像取得手段が検出可能な少なくとも３個の特徴部分を設け、前記画像手段の少なくとも２方向からの画像により前記照射ノズルを患部に位置決め可能にしたことを特徴とする放射線治療装置。
2. 前記指標部を前記照射ノズルに移動可能にする移動手段と、この指標部の移動量を検出する移動量検出手段とを設け、前記指標部に設けた特徴部分を前記画像手段が取得した画像に写しこみ可能にしたことを特徴とする請求項１に記載の放射線治療装置。
3. 前記特徴部分は、前記指標部の外周部であって周方向に間隔を置いて４ヶ所以上形成されていることを特徴とする請求項１に記載の放射線治療装置。
4. 治療用放射線を照射する照射ノズルと、患者を載せてこの治療用放射線の照射位置に患部を位置決めする治療台と、患部画像および患部位置を特定する基準画像を取得可能な画像取得装置を備えた放射線治療装置において、前記画像取得装置は少なくとも２組あり、前記照射ノズルに前記画像取得装置が検出可能な特徴部分を有する指標部を設け、前記画像取得装置が取得した画像に写された少なくとも３個の特徴部分を用いて、前記放射ノズルを患部に位置決めする制御手段を設けたことを特徴とする放射線治療装置。
5. 前記指標部にこの指標部を移動させる手段と指標部の移動量検出手段とを設け、前記画像取得装置が取得した画像から前記指標部の位置を特定できなかった場合に、前記制御手段が前記指標部を移動させることを特徴とする請求項４に記載の放射線治療装置。
6. 前記治療台と前記照射ノズルと前記画像取得装置の位置および姿勢に基づいて前記指標部の移動量を算出する誤差算出装置を設けたことをことを特徴とする請求項５に記載の放射線治療装置。
7. 前記特徴部分は前記画像取得装置が取得した画像において位置を特定する基準であり、３個所以上設けられていることを特徴とする請求項４に記載の放射線治療装置。
8. 前記指標部の特徴部分が前記画像取得装置の取得画像に写り込む位置を、前記特徴部分と前記照射ノズルと前記画像取得装置の間の相対位置に基づいて予め算出する手段を備えたことを特徴とする請求項４に記載の放射線治療装置。
9. 前記指標部の各特徴部分は、前記画像取得装置の取得画像において判別可能なように互いに異ならせていることを特徴とする請求項４に記載の放射線治療装置。
10. 前記画像取得装置が取得した画像から、患部と前記放射ノズルから照射される治療用放射線との相対位置を算出する画像処理手段と、前記治療台および前記照射ノズルの位置および姿勢を算出または補正する誤差算出手段とを備えたことを特徴とする請求項４に記載の放射線治療装置。
11. 前記画像取得装置が取得した画像から、患部と前記放射ノズルから照射される治療用放射線の放射方向および放射深さの情報を含む３次元画像を作成する画像処理装置を有することを特徴とする請求項４に記載の放射線治療装置。

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