JP2009148495A - Radiotherapy information service system and radiotherapy information service program - Google Patents

Radiotherapy information service system and radiotherapy information service program Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a radiotherapy information service system and a radiotherapy information service program which can measure and display a radiation dose by acquiring scattered ray data in real time during radiotherapy, and by using the data. <P>SOLUTION: A detector having a collimator is installed in the position forming a prescribed angle (scattering angle) with respect to a therapeutic X-ray beam, scans a three-dimensional area of the interior of a subject by selectively detecting only scattered rays coming in that direction, and by executing the detection while maintaining the angle formed by the axis of a therapeutic X-ray beam radiated from the irradiation section and the detection surface of the detector. The system reorganizes scattered ray volume data by using three-dimensional scattered ray data relating to the obtained prescribed scattering angle, converts the scattered ray volume data to absorbed dose volume data showing the three-dimensional distribution of the absorbed radiation dose, and generates an absorbed radiation dose image. The generated radiation dose image is synthesized with a form image or the like (CT image or the like) for example and displayed. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、放射線治療装置において治療用放射線を照射したときに発生する散乱X線を実測し、これを利用して、患部で吸収された吸収線量3次元分布を高精度に取得するための放射線治療情報提供システム及び放射線治療情報提供プログラムに関する。   The present invention measures the scattered X-rays generated when the therapeutic radiation is irradiated in the radiotherapy apparatus, and uses this to obtain the radiation for acquiring the absorbed dose three-dimensional distribution absorbed in the affected area with high accuracy. The present invention relates to a treatment information providing system and a radiation treatment information providing program.

放射線治療を正確に行うために、照射焦点と同じ視点から被検体をモニターしたいという要求がある。現在使われている殆どの放射線治療装置には、アイソセンターを挟んで照射ヘッドと対向する位置に高エネルギー放射線による撮影を可能にするEPID(=Electronic Portal Imaging Device)と呼ばれるイメージセンサーを配置することにより、照射焦点と同じ視点から見込んだMeVエネルギー光子によるX線透視画像(以下、MV画像と略す)を撮影できるようになっている。これを使って、照射ヘッドの回転軸の周りに全周にわたって透過画像を収集すれば、治療用放射線コーンビームCT(=Mega-volt Cone Beam CT)による画像再構成を実施できるので、“MeVエネルギーを持つ光子に対する全減弱係数3次元分布”を実測することができる。別の方法としては、通常の診断用X線CT(=kilo-volt CT)により“keVエネルギーを有する光子に対する全減弱係数3次元分布画像”を求めることができるので、keVエネルギーでの減弱係数とMeVエネルギーでの減弱係数との定量的関係と“臓器を構成する元素分布”という先見情報から、“MeVエネルギーを持つ光子に対する全減弱係数3次元分布”を推定するということも行われている。   In order to perform radiotherapy accurately, there is a demand for monitoring the subject from the same viewpoint as the irradiation focus. In most radiotherapy devices currently in use, an image sensor called EPID (= Electronic Portal Imaging Device) that enables imaging with high-energy radiation is placed at a position facing the irradiation head across the isocenter. Thus, X-ray fluoroscopic images (hereinafter abbreviated as MV images) using MeV energy photons viewed from the same viewpoint as the irradiation focus can be taken. Using this, if transmission images are collected all around the rotation axis of the irradiation head, it is possible to perform image reconstruction by therapeutic radiation cone beam CT (= Mega-volt Cone Beam CT). It is possible to actually measure the 3D distribution of the total attenuation coefficient for photons with Another method is to obtain a “three-dimensional distribution image of the total attenuation coefficient for photons with keV energy” using normal diagnostic X-ray CT (= kilo-volt CT). From the quantitative relationship with the attenuation coefficient in MeV energy and the foreseeing information of "element distribution that constitutes an organ", "a three-dimensional distribution of total attenuation coefficient for photons having MeV energy" is also estimated.

ところで、被検体が生体の場合、その組織は骨、筋肉、脂肪に大別され、しかもそれらの質量エネルギー吸収係数[cm2/g]は光子エネルギー[MeV]依存性を持ち、図1に示すように数MeVエネルギーの領域では殆ど差がつかないといった特長がある。このため数MeVエネルギーのX線を使う放射線治療では、生体組織に対してコントラストが殆どつかないという欠点がある。これとは別に、コントラストがつきやすい数10keVエネルギーのX線を使ってモニタリングする方式も実用化されている。しかしながら、制動放射の放射方向にエネルギー依存性があるため、keVエネルギーX線管球とX線画像検出器を別に設けざるを得ず、視点が照射焦点と異なってしまうという欠点がある。 By the way, when the subject is a living body, the tissue is roughly classified into bone, muscle, and fat, and their mass energy absorption coefficient [cm 2 / g] is dependent on photon energy [MeV], as shown in FIG. Thus, there is a feature that there is almost no difference in the region of several MeV energy. For this reason, radiotherapy using X-rays with several MeV energy has a drawback that it hardly gives contrast to living tissue. Apart from this, a method of monitoring using X-rays of several tens of keV energy that is easy to contrast has also been put into practical use. However, since the radiation direction of the bremsstrahlung has energy dependency, there is a disadvantage that a keV energy X-ray tube and an X-ray image detector must be provided separately, and the viewpoint is different from the irradiation focus.

なお、本願に関連する公知文献としては、例えば次のようなものがある。
特開平5−146426号公報 この特許文献が開示する技術は、X線被写体の散乱線を検出し、被写体の断層像を得るものである。ペンシル状ビームを走査することにより被写体の3次元散乱線像を再構成して得ることが特徴である。すなわち、本技術はペンシル状ビームのみを想定しており、X線治療で用いられる、有限の幅をもったビームが通過した領域の散乱像(治療ビームによる線量の空間分布)を得るものではない。また、エネルギーの高い治療ビーム(数MeV)の被写体内での散乱は前方散乱が優位となるため、入射X線方向に検出器を配置すると散乱線と透過線の区別が難しく、散乱線の検出に補正処理を必須としている。
In addition, as a well-known document relevant to this application, there exist the following, for example.
JP, 5-146426, A The art which this patent document discloses detects a scattered ray of a X-ray subject, and obtains a tomographic image of a subject. It is characterized by reconstructing and obtaining a three-dimensional scattered radiation image of a subject by scanning with a pencil beam. In other words, this technology assumes only a pencil-shaped beam, and does not obtain a scattered image (spatial distribution of the dose of the treatment beam) of the region through which the beam with a finite width used in X-ray therapy has passed. . In addition, scattering of high-energy treatment beams (several MeV) within a subject is superior to forward scattering, so it is difficult to distinguish scattered and transmitted rays if a detector is placed in the direction of the incident X-ray, and scattered rays are detected. Correction processing is essential.

しかしながら、従来の放射線治療装置では、上述の方法で予め作成される被検体内部の“全減弱係数3次元分布”と、治療時も校正時と同じように正常に放射線が照射されているという仮定の下で治療計画時に作成された“照射線量3次元分布”データから吸収線量分布を数値計算によって求め、操作者が希望する方向から見込んだ吸収線量分布画像を表示するというものしか利用されていない。   However, in the conventional radiotherapy apparatus, it is assumed that the “total attenuation coefficient three-dimensional distribution” inside the subject created in advance by the above-described method and that the radiation is normally irradiated at the time of treatment in the same way as at the time of calibration. The absorption dose distribution is calculated from the "irradiation dose three-dimensional distribution" data created at the time of treatment planning, and the absorbed dose distribution image is displayed from the direction desired by the operator. .

すなわち、従来技術によって提供される情報は、放射線照射が計画通り行われたと仮定したときの“推定吸収線量分布画像”を表したものであり、治療中に実測されたデータに基づくものではない。従って、治療計画時の情報の域をでないものとなっている。このため、「全減弱係数3次元分布の測定誤差」、「吸収線量計算誤差」、「計画段階と治療中の放射線照射強度の誤差」などいった誤差要因が入り込む可能性がある。   That is, the information provided by the prior art represents an “estimated absorbed dose distribution image” when it is assumed that radiation irradiation was performed as planned, and is not based on data actually measured during treatment. Therefore, it does not cover the information area at the time of treatment planning. For this reason, error factors such as “measurement error of total attenuation coefficient three-dimensional distribution”, “absorption dose calculation error”, and “error of radiation intensity during planning and treatment” may be introduced.

本発明は、上記事情を鑑みてなされたもので、放射線治療中にリアルタイムに散乱線データを取得し、これを利用することで、吸収線量を実測・表示することができる放射線治療情報提供システム及び放射線治療情報提供プログラムを提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and obtains scattered radiation data in real time during radiotherapy, and uses this to provide a radiotherapy information providing system capable of actually measuring and displaying the absorbed dose, and The purpose is to provide a radiation therapy information provision program.

本発明は、上記目的を達成するため、次のような手段を講じている。   In order to achieve the above object, the present invention takes the following measures.

請求項1に記載の発明は、被検体に対して平面状の治療用放射線ビームを照射する照射手段と、前記治療用放射線ビームに起因して発生する前記被検体の散乱線を所定の散乱角方向から検出して散乱線データを収集する検出手段と、前記治療用放射線ビームの照射方向に対する前記検出手段の検出面のなす角度を一定に保ちながら、前記治療用放射線ビームの軸の位置及び前記検出手段の検出面の位置を移動させることにより前記被検体を3次元走査し、3次元散乱線データを取得するデータ取得制御手段と、前記3次元散乱線データに基づいて、前記被検体内における散乱線発生密度の3次元的分布を示す散乱線ボリュームデータを再構成する画像再構成手段と、前記散乱線ボリュームデータに基づいて、前記被検体内における吸収線量画像または散乱線発生密度画像を生成する画像生成手段と、前記吸収線量画像または散乱線発生密度画像を表示する表示手段と、を具備することを特徴とする放射線治療情報提供システムである。   According to the first aspect of the present invention, an irradiation unit that irradiates a subject with a planar therapeutic radiation beam, and a scattered ray of the subject that is generated due to the therapeutic radiation beam is a predetermined scattering angle. Detection means for collecting scattered radiation data by detecting from the direction, and the position of the axis of the therapeutic radiation beam and the angle of the detection surface of the detection means with respect to the irradiation direction of the therapeutic radiation beam, while maintaining a constant angle The object is three-dimensionally scanned by moving the position of the detection surface of the detection means, and data acquisition control means for acquiring three-dimensional scattered radiation data, and based on the three-dimensional scattered radiation data, in the subject Image reconstruction means for reconstructing scattered radiation volume data indicating a three-dimensional distribution of scattered radiation generation density, and an absorbed dose image or an object in the subject based on the scattered radiation volume data Is a radiation therapy information providing system comprising: an image generating unit that generates a scattered radiation generation density image; and a display unit that displays the absorbed dose image or the scattered radiation generation density image.

請求項8に記載の発明は、コンピュータに、被検体に対して照射される平面状の治療用放射線ビームに起因して発生する前記被検体の散乱線を所定の散乱角方向から検出して散乱線データを収集させる検出機能と、前記治療用放射線ビームの照射方向に対する前記検出手段の検出面のなす角度を一定に保ちながら、前記治療用放射線ビームの軸の位置及び前記検出手段の検出面の位置を移動させることによりで前記被検体を3次元走査させ、3次元散乱線データを取得させるデータ取得制御機能と、前記3次元散乱線データに基づいて、前記被検体内における散乱線発生密度の3次元的分布を示す散乱線ボリュームデータを再構成させる画像再構成機能と、前記散乱線ボリュームデータに基づいて、前記被検体内における吸収線量画像又は散乱線発生密度画像を生成させる画像生成機能と、前記吸収線量画像又は散乱線発生密度画像を表示させる表示機能と、を具備することを特徴とする放射線治療情報提供プログラムである。   According to an eighth aspect of the present invention, a scattered light of a subject generated due to a planar therapeutic radiation beam irradiated to a subject is detected by a computer and scattered from a predetermined scattering angle direction. The detection function for collecting line data and the angle of the detection surface of the detection means with respect to the irradiation direction of the therapeutic radiation beam are kept constant, and the position of the axis of the therapeutic radiation beam and the detection surface of the detection means Based on the data acquisition control function for acquiring the three-dimensional scattered radiation data, and the three-dimensional scattered radiation data, the subject is three-dimensionally scanned by moving the position, and the scattered radiation generation density in the subject is measured. Based on the scattered ray volume data, an image reconstruction function for reconstructing scattered ray volume data showing a three-dimensional distribution, and an absorbed dose image or scattered ray emission in the subject. A radiotherapy information providing program comprising: an image generation function for generating a raw density image; and a display function for displaying the absorbed dose image or scattered radiation generation density image.

以上本発明によれば、放射線治療中にリアルタイムに散乱線データを取得し、これを利用することで、照射線量を実測・表示することができる放射線治療情報提供システム及び放射線治療情報提供プログラムを実現することができる。   As described above, according to the present invention, a radiation therapy information providing system and a radiation therapy information providing program capable of actually measuring and displaying an irradiation dose are obtained by acquiring scattered radiation data in real time during radiation therapy and using this. can do.

以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。なお、以下の説明において、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, components having substantially the same function and configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be given only when necessary.

[原理と方法]
本実施形態に係る放射線治療情報提供システムは、被検体に対して照射した放射線に基づく当該被検体からの散乱X線を計測し、これに基づいて被検体のどの部位に、どれだけの線量が照射されたかを客観的に示す情報を取得するものである。その原理と方法は、次の様である。
[Principle and method]
The radiation therapy information providing system according to the present embodiment measures scattered X-rays from the subject based on radiation irradiated to the subject, and based on this, how much dose is given to which part of the subject. Information that objectively indicates whether the irradiation has been performed is acquired. The principle and method are as follows.

図2は、水の場合における、光子(=X線)エネルギー[MeV]に対する質量吸収係数[cm2/g]を表すグラフを示している。また、図3は、コンプトン散乱の原理を説明するための模式図である。図2によれば、数MeVエネルギーを持つX線(=光子)の生体組織(約70重量%が水であるため、全体がほぼ水と見なしうる)に対する散乱のうち、コンプトン散乱と電子対生成が同程度であることが分かる。コンプトン散乱では、入射光子のエネルギーをE0[MeV]、散乱角度をθ[deg]、散乱光子のエネルギーをEθ[MeV]としたときの関係式は次の式(1)のようになることが知られている。 FIG. 2 shows a graph representing a mass absorption coefficient [cm 2 / g] with respect to photon (= X-ray) energy [MeV] in the case of water. FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the principle of Compton scattering. According to FIG. 2, Compton scattering and electron pair generation among X-ray (= photon) biological tissue (approximately 70% by weight is water, so the whole can be regarded as almost water) with several MeV energy. Are comparable. In Compton scattering, the relational expression when the energy of the incident photon is E 0 [MeV], the scattering angle is θ [deg], and the energy of the scattered photon is E θ [MeV] is as follows: It is known.

Figure 2009148495
Figure 2009148495

いま、θをθ≧90[deg]の固定角度と仮定すると、コンプトン散乱によって、例えばE0=5[MeV]ならば、Eθ≦0.464[MeV]のエネルギーを有する散乱光子(即ち、散乱線)が発生する。この他に、電子対生成では0.511[MeV]以上の電子と陽電子が生成され、最終的に陽電子と電子の衝突によって0.511[MeV]以上の光子が発生し、電子は制動放射を起すことになる。即ちトータルとしてみた場合、入射光子数にほぼ比例した後方散乱光子が検出されることになる。 Assuming that θ is a fixed angle of θ ≧ 90 [deg], if Compton scattering, for example, E 0 = 5 [MeV], then scattered photons having an energy of E θ ≦ 0.464 [MeV] (ie, scattered rays) ) Occurs. In addition to this, electron pair generation generates electrons and positrons of 0.511 [MeV] or more, and finally, photons of 0.511 [MeV] or more are generated by collision of the positrons and electrons, and the electrons cause bremsstrahlung. . That is, when viewed as a total, backscattered photons that are substantially proportional to the number of incident photons are detected.

放射線治療中は被検体にMeVエネルギーを持った光子を照射することから、もし放射線照射中に発生位置が特定できる散乱線をイメージセンサーで検出できれば、予め測定しておいた“全減弱係数3次元分布データ”を使って補正をすることで、放射線照射中に測定したデータから“吸収線量3次元分布”を実測できることになる。   Since the subject is irradiated with photons with MeV energy during radiation therapy, if the image sensor can detect the scattered radiation that can identify the generation position during radiation irradiation, the "total attenuation coefficient 3D" By correcting using “distribution data”, “absorbed dose three-dimensional distribution” can be actually measured from data measured during radiation irradiation.

本発明は、2次元散乱線画像を取得しそれを走査することで、3次元散乱画像も収集する装置及び方法を提供するものである。更にそれに補正を加えることで、治療用放射線による“吸収線量3次元分布”も求めることができる。   The present invention provides an apparatus and method for acquiring a three-dimensional scattered image by acquiring a two-dimensional scattered radiation image and scanning it. Furthermore, by adding a correction, it is also possible to obtain an “absorbed dose three-dimensional distribution” due to therapeutic radiation.

[構成]
図4は、本実施形態に係る放射線治療情報提供システム1のブロック構成図を示している。また、図5は、本放射線治療情報提供システム1の散乱線の測定形態を示した図である。同図に示すように、本放射線治療情報提供システム1は、放射線照射システム2、放射線検出システム3、データ取得制御部4、データ処理システム5、表示部6、記憶部7、操作部8、ネットワークI/F9を具備している。放射線照射システム2及び放射線検出システム3は架台(ガントリ)に設置され、架台を移動、回転させることで、被検体に対して任意の位置に配置することができる。また、データ取得制御部4、データ処理システム5、表示部6、記憶部7、操作部8、ネットワークI/F9は、例えば放射線治療情報提供システム1の本体(筐体)に設置される。
[Constitution]
FIG. 4 shows a block diagram of the radiation therapy information providing system 1 according to this embodiment. FIG. 5 is a diagram showing a measurement form of scattered radiation of the radiation therapy information providing system 1. As shown in the figure, the radiation therapy information providing system 1 includes a radiation irradiation system 2, a radiation detection system 3, a data acquisition control unit 4, a data processing system 5, a display unit 6, a storage unit 7, an operation unit 8, and a network. I / F9 is provided. The radiation irradiation system 2 and the radiation detection system 3 are installed on a gantry, and can be arranged at an arbitrary position with respect to the subject by moving and rotating the gantry. Further, the data acquisition control unit 4, the data processing system 5, the display unit 6, the storage unit 7, the operation unit 8, and the network I / F 9 are installed in the main body (housing) of the radiation therapy information providing system 1, for example.

[放射線照射システム]
放射線照射システム2は、電力供給部201、照射部203、タイミング制御部205、ガントリ制御部207を有している。
[Radiation irradiation system]
The radiation irradiation system 2 includes a power supply unit 201, an irradiation unit 203, a timing control unit 205, and a gantry control unit 207.

電力供給部201は、データ取得制御部4からの制御に従って照射部203に電力を供給する。   The power supply unit 201 supplies power to the irradiation unit 203 according to the control from the data acquisition control unit 4.

照射部203は、例えば線形加速器(ライナック)の機構を有する放射線照射装置である。特に、照射部203は、照射する放射線を薄い平面形状に整形するための機構を有している。当該照射部203の構成の詳細については、後述する。   The irradiation unit 203 is a radiation irradiation apparatus having, for example, a linear accelerator (linac) mechanism. In particular, the irradiation unit 203 has a mechanism for shaping the radiation to be irradiated into a thin planar shape. Details of the configuration of the irradiation unit 203 will be described later.

タイミング制御部205は、データ取得制御部4からの制御に従って所定のタイミングで照射部203に電力が供給されるように、電力供給部201を制御する。   The timing control unit 205 controls the power supply unit 201 so that power is supplied to the irradiation unit 203 at a predetermined timing according to the control from the data acquisition control unit 4.

ガントリ制御部207は、例えば操作部8やデータ取得制御部4からの制御指示に従って、ガントリの移動位置・回転位置を制御する。   The gantry control unit 207 controls the movement position / rotation position of the gantry in accordance with, for example, a control instruction from the operation unit 8 or the data acquisition control unit 4.

<照射部203の構成>
図5に示すように、当該照射部203においては、まず、加速管203aの一端に設けられた電子銃203bにより、陰極から放射された熱電子は数100keVのエネルギーになるまで加速される。次に、クライストロン203cで発生したマイクロ波は導波管を使って加速管203aまで導かれ、そこでこの熱電子は数MeVのエネルギーに達するまで加速される。この加速された熱電子は偏向電磁石(bending magnet)203dによってその方向を変えられ、透過型ターゲット203eに衝突する。このとき制動放射により、数MeVのエネルギーのX線が放射される。このX線は、イコライザ(フラットニング・フィルタ)203fを通過させることで、放射方向全体にわたってほぼ均一な強度を持つX線になるように調整される。このX線は、最初に“ジョー(jaw)”と呼ばれるコリメータ(後述)により放射方向が絞られ、次にマルチリーフ・コリメータ(=多葉コリメータ、multileaf collimator)(後述)により、更に患部の形状に近い照射形状に整形され、最終的にその患部に照射される。
<Configuration of Irradiation Unit 203>
As shown in FIG. 5, in the irradiation unit 203, first, the thermal electrons emitted from the cathode are accelerated to an energy of several hundred keV by the electron gun 203b provided at one end of the acceleration tube 203a. Next, the microwave generated in the klystron 203c is guided to the accelerating tube 203a using a waveguide, where the thermal electrons are accelerated until reaching an energy of several MeV. The accelerated thermoelectrons are changed in direction by a bending magnet 203d and collide with the transmission target 203e. At this time, X-rays with energy of several MeV are emitted by the bremsstrahlung. This X-ray is adjusted so as to be an X-ray having substantially uniform intensity over the entire radiation direction by passing through an equalizer (flattening filter) 203f. The radiation direction of this X-ray is first narrowed by a collimator called “jaw” (described later), and then the shape of the affected area is further increased by a multileaf collimator (= multileaf collimator) (described later). Is shaped into an irradiation shape close to, and finally the affected area is irradiated.

図6、図7は、照射部203が有する、照射する放射線を薄い平面形状に整形するための機構を説明するための図である。   6 and 7 are diagrams for explaining a mechanism of the irradiation unit 203 for shaping the radiation to be irradiated into a thin planar shape.

各図に示すように、本照射部203では、イコライザ203fを通過してきたMeVエネルギーX線の照射領域B0を制限するため、ジョー203gを利用して非常に厚みを薄くした平面状のX線ビームB1にする。ジョー203gの端面には、に示されるように円柱を中心軸に沿って二分したような部材が嵌め込まれており、その端面は常に照射焦点を通るように、タイミング制御部205により常に角度制御されている。そのため、ジョー203gにより“半影”を生じることはない。次に、この薄い平面状に整形されたX線ビームB1は、治療部位の輪郭に合わせた開口形状になるように制御されるマルチリーフ・コリメータ203hにより更に絞られ、薄い平面状に整形されたX線ビームB2(原体照射の場合は、治療部位の輪郭と同じ開口形状となる)が生成される。   As shown in each figure, in the main irradiation unit 203, a planar X-ray beam having a very thin thickness using a jaw 203g in order to limit the irradiation region B0 of MeV energy X-rays that have passed through the equalizer 203f. Set to B1. A member that bisects the cylinder along the central axis is fitted on the end face of the jaw 203g, and the angle is always controlled by the timing control unit 205 so that the end face always passes through the irradiation focus. ing. Therefore, no “half shadow” is produced by the jaw 203g. Next, the X-ray beam B1 shaped into a thin flat shape is further narrowed by a multi-leaf collimator 203h controlled to have an opening shape that matches the contour of the treatment site, and shaped into a thin flat shape. An X-ray beam B2 (in the case of conformal irradiation, the opening shape is the same as the contour of the treatment site) is generated.

なお、薄い平面状に整形されたX線ビームB2の照射領域内部は、言わばエネルギーが照射され散乱が促される領域であり、その意味でX線ビームB2が照射される被検体断面は、X線による励起断面と捉えることができる。   Note that the inside of the irradiation region of the X-ray beam B2 shaped into a thin flat surface is a region where energy is irradiated and scattering is promoted. In this sense, the cross section of the subject irradiated with the X-ray beam B2 is X-rays. It can be understood as an excitation cross section due to.

[放射線検出システム]
放射線検出システム3は、検出器301、平行コリメータ303、移動機構部305、位置検出部307を有している。
[Radiation detection system]
The radiation detection system 3 includes a detector 301, a parallel collimator 303, a moving mechanism unit 305, and a position detection unit 307.

検出器301は、数100keVのX線を検出できる半導体検出器や、イメージング・プレートと撮像素子から成る検出器等であり、被検体に対して照射した放射線に基づく当該被検体からの散乱X線を検出する。この検出器の好ましいサイズ、照射ビーム軸に対する配置角度、画素数等については後述する。   The detector 301 is a semiconductor detector capable of detecting X-rays of several hundred keV, a detector composed of an imaging plate and an imaging device, and the like, and scattered X-rays from the subject based on radiation irradiated to the subject. Is detected. A preferable size of the detector, an arrangement angle with respect to the irradiation beam axis, the number of pixels, and the like will be described later.

平行コリメータ303は、所定の方向から来た散乱線のみを選択的に検出するための絞り装置である。この平行コリメータ303の好ましい形状、グリッドサイズ等については、後述する。   The parallel collimator 303 is a diaphragm device for selectively detecting only scattered rays coming from a predetermined direction. A preferable shape, grid size, and the like of the parallel collimator 303 will be described later.

移動機構部305は、照射部203の照射ビーム軸に対する検出器301の検出面の角度(すなわち、照射ビーム軸と検出器301の検出面の法線との角度)、放射線ビーム軸を中心とした検出器301の回転角、被検体と検出器301の検出面との距離等を制御するために、検出器301の位置や角度を移動させるための移動機構部である。   The moving mechanism unit 305 has an angle of the detection surface of the detector 301 with respect to the irradiation beam axis of the irradiation unit 203 (that is, an angle between the irradiation beam axis and the normal of the detection surface of the detector 301), and a radiation beam axis as a center. It is a moving mechanism unit for moving the position and angle of the detector 301 in order to control the rotation angle of the detector 301, the distance between the subject and the detection surface of the detector 301, and the like.

位置検出部307は、検出器301の位置を検出するためのエンコーダである。   The position detection unit 307 is an encoder for detecting the position of the detector 301.

<検出器301・平行コリメータ303>
図8は、被検体に照射される(薄い平面状に整形された)X線ビームB2の厚みを2等分する中心線Lに対する検出器301及び平行コリメータ303の位置及び角度を説明するための図である。また、図9(a)は平行コリメータ303を散乱線の入射側から見た図であり、図9(b)は、平行コリメータ303が設けられた検出器301の斜視図である。
<Detector 301 and parallel collimator 303>
FIG. 8 is a diagram for explaining the positions and angles of the detector 301 and the parallel collimator 303 with respect to the center line L that bisects the thickness of the X-ray beam B2 irradiated to the subject (shaped into a thin flat surface). FIG. FIG. 9A is a view of the parallel collimator 303 viewed from the incident side of the scattered radiation, and FIG. 9B is a perspective view of the detector 301 provided with the parallel collimator 303.

このように二段階に絞られたX線は患者の身体に照射されるが、体表面→患部→反対側の体表面という経路を通過していく。放射線治療の場合MeVエネルギーのX線を照射することになるので、散乱線の半分以上が“コンプトン散乱”に起因すると考えられる。このコンプトン散乱に起因する成分のエネルギーと散乱角θとの間には、既述の式(1)の関係が成立することが知られている。そこで実測する散乱線のエネルギー範囲がほぼ同じになるように(すなわち、散乱角θがほぼ一定と見なせる散乱線だけを検出できるように)、図8のような位置に、図9(a)、図9(b)に示すような平行コリメータ303(平行グリッド)を付けた検出器301を配置する。   X-rays focused in two stages are irradiated onto the patient's body, but pass through the path of the body surface → the affected area → the opposite body surface. In the case of radiation therapy, X-rays with MeV energy are irradiated, so it is considered that more than half of the scattered radiation is caused by “Compton scattering”. It is known that the relationship of the above-described formula (1) is established between the energy of the component resulting from the Compton scattering and the scattering angle θ. Therefore, in order to make the energy range of the scattered radiation to be measured substantially the same (that is, to detect only the scattered radiation in which the scattering angle θ can be regarded as substantially constant), the position shown in FIG. A detector 301 with a parallel collimator 303 (parallel grid) as shown in FIG.

X線ビームB2の厚みを2等分する中心線Lと、平行コリメータの視線方向を示す直線Mのなす角α(=180-θ)[deg]が、常に一定値α0になる位置関係を保ったまま、散乱線を計測するものとする。このとき治療用X線の照射の焦点をF、アイソセンターを点Oとおく。焦点Fと点Oを通る直線L0と直線Lのなす角をφ[deg]とするとき、α=α0(一定)という条件を常に満たしつつ、φを変化させて散乱線データを収集する。以上の動作により、治療用放射線が照射される部位全体の散乱線画像をボリューム・データ(=3次元データ)として収集することができる。 A positional relationship in which an angle α (= 180−θ) [deg] formed by a center line L that bisects the thickness of the X-ray beam B2 and a straight line M indicating the viewing direction of the parallel collimator is always a constant value α 0. The scattered radiation shall be measured while keeping it. At this time, the focus of irradiation of therapeutic X-rays is F, and the isocenter is point O. When the angle formed by the straight line L 0 and the straight line L passing through the focal point F and the point O is φ [deg], the scattered radiation data is collected by changing φ while always satisfying the condition of α = α 0 (constant). . Through the above operation, scattered radiation images of the entire region irradiated with therapeutic radiation can be collected as volume data (= three-dimensional data).

<移動機構部305>
図10は、検出器301及び平行コリメータ303を移動させるための移動機構部305の一例を示した図である。同図に示すように、本移動機構部305は、放射線照射部203の照射ヘッドの前方に、検出器301及び平行コリメータ303を、焦点Fを中心とする同心円上に移動可能とするためのレールに沿って動かすためのものである。このとき、直線Lと平行コリメータの視線Mのなす角αが常にα0(一定)という関係を保ったまま(すなわち、照射部203の重心位置と検出器301の重心位置との相対的位置関係を保持したまま)薄い平面状に整形されたX線ビームB2の厚みの二等分線Lと直線L0とのなす角φを変化させて、被検体の散乱線画像を収集する。
<Movement mechanism unit 305>
FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a moving mechanism unit 305 for moving the detector 301 and the parallel collimator 303. As shown in the figure, the moving mechanism unit 305 is a rail for allowing the detector 301 and the parallel collimator 303 to move on a concentric circle centered on the focal point F in front of the irradiation head of the radiation irradiation unit 203. To move along. At this time, the angle α formed by the straight line L and the line of sight M of the parallel collimator always maintains the relationship of α 0 (constant) (that is, the relative positional relationship between the gravity center position of the irradiation unit 203 and the gravity center position of the detector 301). the by changing the angle φ between the bisector L and the straight line L 0 of the thickness of the X-ray beam B2 which is shaped to hold the left) thin planar shape, for collecting scattered radiation image of the subject.

図11は、図10に示した移動機構部305を用いた検出器301及び平行コリメータ303の移動によって取得される散乱線データと走査空間の座標との関係式を求めるための図である。図11に示すように、平行コリメータ303付き検出器301の水平方向の座標をx’、垂直方向の座標をY’、焦点Fからこの検出器301の中心点O’までの距離をd0、照射の焦点FとアイソセンターOとの距離をfとする。アイソセンターOを原点とする直交座標系をO-XYZとし、その座標系における任意の点QのX座標をx、 Y座標をy、Z座標をzとする。その他の記号の取り方は、これまで説明してきたものに従うものとする。簡単な幾何学的計算から、検出器301で撮像した散乱線画像における任意の画素Sの座標系O’-X’Y’における座標を(x’,y’)、これに対応する被検体の点Qの座標系O-XYZにおける座標を(x,y,z)とおいたとき、それらの対応関係は、次の式(2−1)、(2−2)、(2−3)のように導かれる。 FIG. 11 is a diagram for obtaining a relational expression between the scattered radiation data acquired by the movement of the detector 301 and the parallel collimator 303 using the moving mechanism unit 305 shown in FIG. 10 and the coordinates of the scanning space. As shown in FIG. 11, the horizontal coordinate of the detector 301 with the parallel collimator 303 is x ′, the vertical coordinate is Y ′, the distance from the focal point F to the center point O ′ of the detector 301 is d 0 , Let f be the distance between the focal point F of irradiation and the isocenter O. The Cartesian coordinate system with the isocenter O as the origin is O-XYZ, the X coordinate of any point Q in the coordinate system is x, the Y coordinate is y, and the Z coordinate is z. Other symbols should be used in accordance with what has been explained so far. From a simple geometric calculation, the coordinates of the arbitrary pixel S in the coordinate system O′-X′Y ′ in the scattered radiation image captured by the detector 301 is (x ′, y ′), and the corresponding object When the coordinates of the point Q in the coordinate system O-XYZ are set as (x, y, z), their correspondence is as shown in the following equations (2-1), (2-2), and (2-3). Led to.

Figure 2009148495
Figure 2009148495

これらの式は、検出器301の任意の画素と放射線治療装置の治療空間との間に一対一のマッピングが可能であり、且つ被検体の3次元情報を取得できることを意味している。また画素値(輝度)は散乱線の光子数に比例するので、前述の全減弱係数3次元分布データに基づく補正を行えば、治療中の実測データから吸収線量3次元分布も求めることができる。   These equations mean that one-to-one mapping is possible between any pixel of the detector 301 and the treatment space of the radiation therapy apparatus, and three-dimensional information of the subject can be acquired. In addition, since the pixel value (luminance) is proportional to the number of photons of scattered radiation, if the correction is made based on the above-mentioned total attenuation coefficient three-dimensional distribution data, the absorbed dose three-dimensional distribution can also be obtained from the actually measured data during treatment.

図12は、検出器301及び平行コリメータ303を移動させるための移動機構部305の他の例を示した図である。同図に示すように、本移動機構部305は、平行コリメータ303付き検出器301の中心点O’(あるいは、重心位置)は照射ヘッドに対して固定されているものとし、X線ビームB2の中心線Lと、平行コリメータ303の視線方向を示す直線Mのなす角α(=180-θ)[deg]が、常に一定値α0であるという角度関係を保ったまま散乱線を測定できるように、中心線Lの走査角φと同期して検出器301の視線方向を重心位置の周りに変えながら撮像する。即ち、検出器301の検出面(及び平行コリメータ303の開口面)を回転させるというものである。 FIG. 12 is a diagram illustrating another example of the moving mechanism unit 305 for moving the detector 301 and the parallel collimator 303. As shown in the figure, the moving mechanism unit 305 assumes that the center point O ′ (or the position of the center of gravity) of the detector 301 with the parallel collimator 303 is fixed with respect to the irradiation head, and the X-ray beam B2 The scattered line can be measured while maintaining the angular relationship that the angle α (= 180−θ) [deg] formed by the center line L and the straight line M indicating the viewing direction of the parallel collimator 303 is always a constant value α 0. In addition, in synchronization with the scanning angle φ of the center line L, imaging is performed while changing the line-of-sight direction of the detector 301 around the position of the center of gravity. That is, the detection surface of the detector 301 (and the opening surface of the parallel collimator 303) is rotated.

図13は、図12に示した移動機構部305を用いた検出器301及び平行コリメータ303の移動によって取得される散乱線データと走査空間の座標との関係式を求めるための図である。図13に示すように、O-XYZ座標系での中心点O’の座標を(0,y1,z1)、X線画像検出器上の任意の点SのO’-X’Y’座標系での座標を(x’,y’)とおく。その他の記号の取り方はこれまでのものを踏襲するものとする。簡単な幾何学の計算から、X線画像検出器で撮像した散乱線画像における任意の画素Sの座標を (x’,y’)とし、これに対応する被検体の点Qの座標を(x,y,z)で表すと、その対応関係は、次の式(3−1)、(3−2)、(3−3)のように求められる。 FIG. 13 is a diagram for obtaining a relational expression between the scattered radiation data acquired by the movement of the detector 301 and the parallel collimator 303 using the moving mechanism unit 305 shown in FIG. 12 and the coordinates of the scanning space. As shown in FIG. 13, the coordinates of the center point O ′ in the O-XYZ coordinate system are (0, y 1 , z 1 ), and O′-X′Y ′ at an arbitrary point S on the X-ray image detector. Let the coordinates in the coordinate system be (x ', y'). The other symbols should be used in the same way as before. From a simple geometric calculation, the coordinates of any pixel S in the scattered radiation image captured by the X-ray image detector is (x ', y'), and the coordinates of the corresponding point Q of the subject are (x , y, z), the corresponding relationship is obtained as in the following equations (3-1), (3-2), and (3-3).

Figure 2009148495
Figure 2009148495

これらの関係は、図10、図11に示した例よりも多少複雑になるものの、これも一対一の対応が可能であることから、3次元情報を取得できることを示している。また画素値(=輝度)は散乱線の光子数に比例するので、前述の全減弱係数3次元分布データに基づく補正を行えば、治療中の実測データから吸収線量3次元分布を求めることができる。   Although these relationships are slightly more complicated than the examples shown in FIGS. 10 and 11, it is possible to obtain three-dimensional information because they can also be handled one-to-one. In addition, since the pixel value (= luminance) is proportional to the number of photons of scattered radiation, if the correction is made based on the above-described total attenuation coefficient three-dimensional distribution data, the absorbed dose three-dimensional distribution can be obtained from the actually measured data during treatment. .

なお、上述した移動機構部305の各例では、ジョー203gの開閉移動方向が放射線治療装置のガントリ回転軸方向(図11、図13の座標の取り方に従えば、X軸に平行な方向)と平行な場合だけを示してきたが、これと直交する方向(図11、図13の座標の取り方に従えば、Y軸に平行な方向)となっていても、全く同様に散乱線画像を取得したり、吸収線量3次元分布を求めたりすることができる。   In each example of the movement mechanism unit 305 described above, the opening / closing movement direction of the jaw 203g is the gantry rotation axis direction of the radiation therapy apparatus (the direction parallel to the X axis according to the coordinate method shown in FIGS. 11 and 13). Is shown only in the case of being parallel to the image, but the scattered radiation image is exactly the same even if the direction is orthogonal to this (the direction parallel to the Y axis in accordance with the method of taking the coordinates in FIGS. 11 and 13). Can be obtained, or absorbed dose three-dimensional distribution can be obtained.

[データ取得制御部]
データ取得制御部4は、放射線治療時における散乱線計測に関する総合的な制御を行う。例えば、データ取得制御部4は、放射線照射システム2のタイミング制御部205からの信号を得て、放射線検出システム3に対して散乱線計測開始トリガーや検出データの伝送トリガーを送信する等、放射線照射、散乱線計測、データ処理、画像表示、ネットワーク通信等について、本放射線治療情報提供システム1を静的又は動的に制御する。また、例えばデータ取得制御部4は、必要に応じて、ネットワークを介して放射線治療計画装置から受け取った治療計画に基づいて、各照射の照射時間に合わせてスキャン時間を最適化したり、放射線照射システム2の放射線照射タイミングに合わせて、X線ビームB2のビーム軸と検出器301及びコリメータ305の向き(すなわち、X線ビームB2のビーム軸と検出器301の法線とのなす角)が一定になるように、移動機構部305の制御を行ったりする。
[Data acquisition control unit]
The data acquisition control unit 4 performs comprehensive control relating to scattered radiation measurement during radiation therapy. For example, the data acquisition control unit 4 obtains a signal from the timing control unit 205 of the radiation irradiation system 2 and transmits a scattered radiation measurement start trigger or a detection data transmission trigger to the radiation detection system 3. The radiation therapy information providing system 1 is controlled statically or dynamically for scattered radiation measurement, data processing, image display, network communication, and the like. In addition, for example, the data acquisition control unit 4 optimizes the scan time according to the irradiation time of each irradiation based on the treatment plan received from the radiation treatment planning apparatus via the network, if necessary, or the radiation irradiation system. The beam axis of the X-ray beam B2 and the orientation of the detector 301 and the collimator 305 (that is, the angle formed by the beam axis of the X-ray beam B2 and the normal line of the detector 301) are made constant in accordance with the radiation irradiation timing 2. As such, the movement mechanism unit 305 is controlled.

[データ処理システム]
データ処理システム5は、補正処理部501、再構成処理部503、変換処理部505、画像処理部507を有している。
[Data processing system]
The data processing system 5 includes a correction processing unit 501, a reconstruction processing unit 503, a conversion processing unit 505, and an image processing unit 507.

補正処理部501は、必要に応じてデータのキャリブレーション処理、ノイズを除去するための補正処理、治療用放射線や散乱線が被検体内を伝播することに起因する信号減弱に関する補正(減弱補正)処理等を行う。当該補正処理501が実行する減弱補正処理の内容については、後で詳しく説明する。   The correction processing unit 501 performs data calibration processing, correction processing for removing noise, correction for signal attenuation caused by propagation of therapeutic radiation and scattered radiation in the subject (attenuation correction) as necessary. Perform processing. The details of the attenuation correction process executed by the correction process 501 will be described in detail later.

再構成処理部503は、放射線検出システム3において検出された散乱線画像データを用いて画像再構成処理を実行し、散乱イベント回数(散乱発生回数)の密度の3次元的分布を示す散乱線ボリュームデータを取得する。再構成法式としては、前述の(2−1)、(2−2)、(2−3)、(3−1)、(3−2)、(3−3)で表される関係式を利用した再構成手法を用いる。   The reconstruction processing unit 503 executes an image reconstruction process using the scattered radiation image data detected by the radiation detection system 3, and shows a scattered radiation volume indicating a three-dimensional distribution of the density of the number of scattering events (number of occurrences of scattering). Get the data. As the reconstruction formula, the relational expressions represented by the above (2-1), (2-2), (2-3), (3-1), (3-2), and (3-3) are given. Use the reconstruction method used.

変換処理部505は、画像再構成処理によって得られた3次元画像データを、吸収された放射線量(吸収線量)の3次元分布を示す吸収線量ボリュームデータに変換する。   The conversion processing unit 505 converts the three-dimensional image data obtained by the image reconstruction process into absorbed dose volume data indicating a three-dimensional distribution of absorbed radiation dose (absorbed dose).

画像処理部507は、吸収線量ボリュームデータ等を用いて、被検体の所定部位に関する吸収された放射線量(吸収線量)の分布を示す吸収線量画像データを生成する。また、吸収線量画像をフュージョン(Fusion)して表示する場合には、画像処理部507は、吸収線量ボリュームデータ等を用いて画像合成処理を行う。   The image processing unit 507 generates absorbed dose image data indicating the distribution of the absorbed radiation dose (absorbed dose) regarding a predetermined part of the subject using the absorbed dose volume data or the like. When the absorbed dose image is displayed by fusion, the image processing unit 507 performs image composition processing using the absorbed dose volume data or the like.

<減弱補正>
図14は、減弱補正の概念を説明するための図である。
<Attenuation correction>
FIG. 14 is a diagram for explaining the concept of attenuation correction.

減弱補正は、被検体と散乱線検出システム3との相対的位置関係に基づいて実行される。いま薄い平面状に整形されたX線ビームB2が、患者の身体に侵入してから脱出するまでの過程を考える。図14に示すように、平行コリメータ303付き検出器301の各画素で検出される散乱線は、その画素を通り且つ平行コリメータの視線方向Mと平行な直線Nと、“薄い平面状に整形されたX線ビーム”の厚みを二等分する平面Πとの交点Pから放射されたものであると特定できるので、「斜視方向からの画像収集」と「生体組織による減衰効果」を考慮した輝度値の補正を行えば、“生体内の任意の位置での散乱線”を実測できたことになる。散乱線は、その発生した点Qでの原子との相互作用があったことを意味しており、散乱と同時にエネルギーの吸収が生じていることも意味している。この散乱線は、その点Qでの吸収線量D[Gy](=D[J/kg])に比例していると考えてよいことから、点Qから体表面の脱出点R(これら点は前出の直線N上にある)までの経路に沿った全減弱係数の積分値を予め求めておいた“全減弱係数3次元分布データ”から計算し、これを使った補正処理(=点Qから点Rの経路に沿った全減衰量の逆数をその画素値にかけるという演算)で求めることができる。なお、全減弱係数による減衰は指数関数で表されるので簡単に求めることができる。   The attenuation correction is executed based on the relative positional relationship between the subject and the scattered radiation detection system 3. Consider the process from when the X-ray beam B2 shaped into a thin flat surface enters the patient's body and then escapes. As shown in FIG. 14, the scattered radiation detected by each pixel of the detector 301 with the parallel collimator 303 is shaped into a thin line and a straight line N passing through the pixel and parallel to the line-of-sight direction M of the parallel collimator. Brightness considering the "collection of images from a perspective direction" and "attenuation effect by living tissue" because it can be identified as being emitted from the intersection P with the plane plane that bisects the thickness of the "X-ray beam" When the value is corrected, “scattered radiation at an arbitrary position in the living body” can be actually measured. The scattered radiation means that there was an interaction with the atom at the point Q where it was generated, and it also means that energy absorption occurred simultaneously with the scattering. Since this scattered radiation may be considered to be proportional to the absorbed dose D [Gy] (= D [J / kg]) at the point Q, the escape point R of the body surface from the point Q (these points are The integrated value of the total attenuation coefficient along the path to the above-mentioned straight line N) is calculated from “total attenuation coefficient three-dimensional distribution data” obtained in advance, and correction processing using this (= point Q) To the pixel value is calculated by multiplying the reciprocal of the total attenuation along the path from point to point R by the pixel value. The attenuation by the total attenuation coefficient can be easily obtained because it is expressed by an exponential function.

生体内部構造を可視化するには上記の補正だけでは不十分で、“薄い平面状に整形されたX線ビーム”の侵入点Pから点Qにいたる経路に沿った全減弱係数も併せて補正する処理(=点Pから点Qの経路に沿った全減衰量の逆数、及び点Qから点Rの経路に沿った全減衰量の逆数をその画素値にかける演算)を付すことにより求めることができる。   The above correction alone is not sufficient to visualize the internal structure of the living body, and the total attenuation coefficient along the path from the entry point P to the point Q of the “thin X-ray beam shaped into a thin plane” is also corrected. It is obtained by attaching processing (= calculation of the reciprocal of the total attenuation along the path from the point P to the point Q and the reciprocal of the total attenuation along the path from the point Q to the point R to the pixel value). it can.

これ以外に“全減弱係数3次元分布データ”を使わない生体内部構造の簡便な可視化方法として次のような方法が考えられる。先ず、照射X線強度(即ち、被検体に照射される直前で減弱が生じていない段階でのX線強度)をモニターする手段として、例えば図5に示すイコライザ203fとジョー203gとの間に、“線量モニター”(例えば半導体放射線検出器、またはシンチレータ付き耐放射線性を有するカメラなど)を設け、照射X線強度I0をリアルタイムに検出・記録する。この信号は減弱を受ける前のX線の光子数N0に比例する。比例定数をγ0とおけば、次の式(4)の様に表すことができる。 Other than this, the following method can be considered as a simple visualization method of the internal structure of the living body without using the “total attenuation coefficient three-dimensional distribution data”. First, as means for monitoring the irradiation X-ray intensity (that is, the X-ray intensity at the stage where no attenuation occurs immediately before irradiation of the subject), for example, between the equalizer 203f and the jaw 203g shown in FIG. A “dose monitor” (for example, a semiconductor radiation detector or a radiation-resistant camera with a scintillator) is provided to detect and record the irradiation X-ray intensity I 0 in real time. This signal is proportional to the number of photons N 0 of X-rays before being attenuated. If the proportionality constant is γ 0, it can be expressed as the following equation (4).

Figure 2009148495
Figure 2009148495

本システム1では、図14に示すように、薄い平面状に整形されたX線ビームは侵入点Pから被検体に入り、主要な散乱が生じた点Qで散乱され、脱出点Rから“平行コリメータをつけたX線画像検出器”に向かって放射するという現象が生じている。いま「点Qから点Rに至る減弱がほぼ無視できる」と仮定し、更に「点Qからの散乱線の強度は、減弱を受けながら点Qまで到達したX線強度にも比例する」こと、及び「散乱線は、減弱によって失われていくエネルギーに比例する」ことを考え合わせると、図15のようなモデルが考えられる。X線画像検出器のi番目の画素で検出された信号値をSiとする。また画素番号は、侵入点Pから散乱点Qに向かって、1から順番に付けるものとする。すると、比例定数を用いて、次の式(5)の様に表すことができる。 In the present system 1, as shown in FIG. 14, the X-ray beam shaped into a thin flat surface enters the subject from the intrusion point P, is scattered at the point Q where the main scattering occurs, and is “parallel” from the escape point R. There is a phenomenon of radiation toward an “X-ray image detector with a collimator”. Now assume that "the attenuation from point Q to point R is almost negligible", and further "the intensity of scattered radiation from point Q is proportional to the X-ray intensity reaching point Q while being attenuated," And considering that “scattered radiation is proportional to the energy lost by attenuation”, a model as shown in FIG. 15 can be considered. Let S i be the signal value detected by the i-th pixel of the X-ray image detector. Also, pixel numbers are assigned in order from 1 from the entry point P to the scattering point Q. Then, using the proportional constant, it can be expressed as the following equation (5).

Figure 2009148495
Figure 2009148495

生体内部構造を可視化するためには、“散乱の強弱”(=X線強度に対する散乱線強度の比)に比例する画素値を持つ画像の方が、より解剖学的構造に対応すると考えられるので、これを表示できるように下記のような補正を行う。即ち、i番目の画素に対応する画像輝度値Pjを次に示す式(6)のように計算して求める。これにより“全減弱係数3次元データ”等が入手できない場合でも、簡便に生体内部構造をより分かりやすく可視化することが可能になる。 In order to visualize the internal structure of a living body, it is considered that an image having a pixel value proportional to “scattering intensity” (= ratio of scattered radiation intensity to X-ray intensity) corresponds to an anatomical structure more. The following correction is performed so that this can be displayed. That is, the image luminance value P j corresponding to the i-th pixel is calculated and calculated as shown in the following equation (6). As a result, even when “total attenuation coefficient three-dimensional data” or the like cannot be obtained, the internal structure of the living body can be easily visualized more easily.

Figure 2009148495
Figure 2009148495

[表示部、記憶部、操作部、ネットワークI/F]
表示部6は、吸収線量画像データを用いて吸収線量画像を所定の形態で表示する。例えば、表示部6は、必要に応じて、吸収線量画像を計画画像や照射直前、照射中に得た画像とフュージョンして表示を行う。
[Display unit, storage unit, operation unit, network I / F]
The display unit 6 displays the absorbed dose image in a predetermined form using the absorbed dose image data. For example, the display unit 6 displays the absorbed dose image by fusion with a plan image or an image obtained immediately before or during irradiation as necessary.

記憶部7は、照射する放射線ビームの軸と検出器301の検出面との角度を一定に保ちながら散乱線データを取得(スキャン)するための所定のスキャンシーケンス、補正処理、画像再構成処理、変換処理、表示処理等を実行するための制御プログラムや、治療計画を当該システムで表示、編集するための専用プログラム、当該放射線治療情報提供システム1によって取得された散乱線ボリュームデータ、吸収線量ボリュームデータ、吸収線量画像データ、X線コンピュータ断層撮影装置等の他のモダリティによって取得された画像データ等を記憶する。当該記憶部7に記憶されているデータは、ネットワークI/F90を経由して外部装置へ転送することも可能となっている。   The storage unit 7 has a predetermined scan sequence for acquiring (scanning) scattered radiation data while keeping the angle between the axis of the irradiated radiation beam and the detection surface of the detector 301 constant, correction processing, image reconstruction processing, Control program for executing conversion processing, display processing, etc., dedicated program for displaying and editing treatment plan in the system, scattered radiation volume data, absorbed dose volume data acquired by the radiation treatment information providing system 1 , Stored absorbed dose image data, image data acquired by other modalities such as an X-ray computed tomography apparatus, and the like. Data stored in the storage unit 7 can also be transferred to an external device via the network I / F 90.

操作部8は、オペレータからの各種指示、条件、関心領域(ROI)の設定指示、種々の画質条件設定指示等を装置本体11にとりこむための各種スイッチ、ボタン、トラックボール13s、マウス13c、キーボード13d等を有している。   The operation unit 8 includes various switches, buttons, a trackball 13s, a mouse 13c, and a keyboard for incorporating various instructions, conditions, a region of interest (ROI) setting instruction, various image quality condition setting instructions, and the like from the operator into the apparatus main body 11. 13d and the like.

ネットワークI/F9は、当該放射線治療情報提供システム1によって得られた吸収線量画像データ等をネットワーク経由で他の装置に転送し、また、例えば放射線治療計画装置において作成された治療計画等をネットワーク経由で取得する。   The network I / F 9 transfers the absorbed dose image data obtained by the radiation treatment information providing system 1 to another device via the network, and also, for example, the treatment plan created in the radiation treatment planning device via the network. Get in.

(動作)
次に、本放射線治療情報提供システム1の放射線治療時における動作について説明する。
(Operation)
Next, operation | movement at the time of radiotherapy of this radiotherapy information provision system 1 is demonstrated.

図16は、本放射線治療情報提供システム1の動作を含む放射線治療時における処理の流れを示したフローチャートである。以下、各ステップの処理内容について説明する。   FIG. 16 is a flowchart showing the flow of processing at the time of radiotherapy including the operation of the present radiotherapy information providing system 1. Hereinafter, the processing content of each step will be described.

[被検体の配置等:ステップS1]
まず、データ取得制御部4は、例えばネットワークを介して当該被検体に関する治療計画情報を取得し、表示部6に表示する。術者は、表示された治療計画に従って寝台上に被検体を配置すると共に、操作部8を介して、放射線照射時間の設定、散乱線計測を行う散乱角の設定、スキャンシーケンスの選択等を行う(ステップS1)。なお、放射線照射時間の設定等については、取得した治療計画情報に基づいて、自動的に行うようにしてもよい。
[Subject placement, etc .: Step S1]
First, the data acquisition control unit 4 acquires treatment plan information related to the subject via a network, for example, and displays it on the display unit 6. The surgeon arranges the subject on the bed according to the displayed treatment plan, and performs setting of the radiation irradiation time, setting of the scattering angle for measuring scattered radiation, selection of the scan sequence, etc. via the operation unit 8. (Step S1). Note that the setting of the radiation irradiation time and the like may be automatically performed based on the acquired treatment plan information.

[放射線照射(散乱線データの取得):ステップS2]
次に、放射線照射システム2は、被検体に対して薄い平面状に整形されたX線ビームB2を所定のタイミングで照射し、放射線検出システム2は、当該照射放射線に基づいて被検体外に出てくる所定の散乱角の散乱線を検出する。また、データ取得制御部4は、照射部203から照射される治療用のX線ビームB2の軸と検出器301の視線方向とのなす角を維持しながらX線ビームB2による励起断面を移動させ、当該被検体内の3次元領域を走査(スキャン)するように、ガントリ制御部207或いは移動機構部305を制御する(ステップS2)。この治療用のX線ビームB2を用いた3次元領域のスキャンにより、X線ビームB2の平面に対応する複数の二次元散乱線データからなる3次元散乱線データが取得される。
[Radiation irradiation (acquisition of scattered radiation data): Step S2]
Next, the radiation irradiation system 2 irradiates the subject with an X-ray beam B2 shaped into a thin flat surface at a predetermined timing, and the radiation detection system 2 exits the subject based on the irradiation radiation. A scattered ray having a predetermined scattering angle is detected. In addition, the data acquisition control unit 4 moves the excitation cross section of the X-ray beam B2 while maintaining the angle formed by the axis of the therapeutic X-ray beam B2 irradiated from the irradiation unit 203 and the line-of-sight direction of the detector 301. The gantry control unit 207 or the movement mechanism unit 305 is controlled so as to scan the three-dimensional region in the subject (step S2). By scanning the three-dimensional region using the therapeutic X-ray beam B2, three-dimensional scattered radiation data including a plurality of two-dimensional scattered radiation data corresponding to the plane of the X-ray beam B2 is acquired.

[前処理(補正処理等):ステップS3]
次に、データ処理システム5の補正処理部501は、減弱補正を含む前処理を実行し、投影データを取得する(ステップS3)。なお、減弱補正の内容は、既述の通りである。
[Preprocessing (correction processing, etc.): Step S3]
Next, the correction processing unit 501 of the data processing system 5 executes preprocessing including attenuation correction, and acquires projection data (step S3). The contents of the attenuation correction are as described above.

[画像再構成処理:ステップS4]
次に、データ処理システム5の画像再構成処理部503は、取得された投影データを用いて画像再構成処理を実行し、散乱線ボリュームデータを取得する(ステップS4)。
[Image reconstruction processing: Step S4]
Next, the image reconstruction processing unit 503 of the data processing system 5 performs image reconstruction processing using the acquired projection data, and acquires scattered radiation volume data (step S4).

[変換処理:ステップS5]
次に、データ処理システム5の変換処理部507は、ボクセル(voxel)ごとに算出された単位体積あたりの散乱回数nを、吸収線量に換算することで、散乱線ボリュームデータを吸収された放射線量(吸収線量)の3次元分布を示す吸収線量ボリュームデータに変換する(ステップS5)。ここで、吸収線量とは、単位質量当たりの吸収エネルギーであり、[Gy]=[J/kg]で表される。また、再構成処理で算出された散乱回数nとは、所定の散乱角θd 方向に散乱線(光子)が飛んだ散乱の回数である。
[Conversion processing: Step S5]
Next, the conversion processing unit 507 of the data processing system 5 converts the number of scatterings n per unit volume calculated for each voxel into an absorbed dose, thereby absorbing the radiation dose absorbed by the scattered radiation volume data. It is converted into absorbed dose volume data indicating a three-dimensional distribution of (absorbed dose) (step S5). Here, the absorbed dose is the absorbed energy per unit mass and is represented by [Gy] = [J / kg]. Further, the optical depth n calculated by the reconstruction process, a number of scattering flew scattered radiation (photons) of a predetermined scattering angle theta d direction.

すなわち、散乱線が、電子に与えたエネルギー(組織に吸収されたエネルギー)Te,θdは、次式(7)のように表せる。 That is, the energy (energy absorbed by the tissue) Te and θd given to the electrons by the scattered radiation can be expressed by the following equation (7).

Figure 2009148495
Figure 2009148495

ここで、hνは、治療X線ビームのエネルギー[eV]を意味しており、治療計画時に設定されている。   Here, hν means the energy [eV] of the treatment X-ray beam, and is set at the time of treatment planning.

ゆえに、θd 方向に飛んだ散乱線から見積もった、組織の吸収エネルギーは、n×Te,θd [eV]で表される。しかし、実際には、θd 以外の方向への散乱も起こっているため、それらも考慮する必要がある。ある方向θへの散乱線の数は、式(8a)の様に表すことができ、これらの散乱線から、組織が受け取るエネルギーは、式(8b)のように表される。 Thus, estimated from scattered radiation flew theta d direction, tissue absorption energy of, n × T e, is represented by [theta] d [eV]. However, since scattering in directions other than θ d actually occurs, it is necessary to consider them. The number of scattered rays in a certain direction θ can be expressed as in Equation (8a), and the energy received by the tissue from these scattered rays is expressed as in Equation (8b).

Figure 2009148495
Figure 2009148495

ここで、微分散乱断面積をdσ/dΩ を単に、σ(θ)と表した。Ωは立体角を意味する。これを用いると、ボクセル内の吸収エネルギーE[eV]は、次式(9)で表すことができる。 Here, the differential scattering cross section is expressed as dσ / dΩ simply as σ (θ). Ω means solid angle. When this is used, the absorbed energy E a [eV] in the voxel can be expressed by the following equation (9).

Figure 2009148495
Figure 2009148495

さらに、ボクセルの体積をVとして、組織が殆ど水(密度1g/cm3)で構成されていると仮定すると、ボクセルの吸収線量D[Gy]は、次の式(10)の様に表すことができる。 Furthermore, assuming that the volume of the voxel is V and the tissue is almost composed of water (density 1 g / cm 3 ), the absorbed dose D [Gy] of the voxel can be expressed as the following equation (10). Can do.

Figure 2009148495
Figure 2009148495

この計算を全てのボクセルに対して行うことで、吸収線量分布が得られる。   By performing this calculation for all voxels, the absorbed dose distribution can be obtained.

[吸収線量画像データの生成/画像データの表示:ステップS6、S7]
次に、画像処理部507は、吸収線量ボリュームデータ等を用いて、被検体の所定部位に関する吸収された放射線量(吸収線量)の分布を示す吸収線量画像データを生成し、例えばフュージョン表示するためにCT画像と合成する(ステップS6)。表示部6は、所定の形態にて吸収線量画像を表示する(ステップS7)。
[Generation of Absorbed Dose Image Data / Display of Image Data: Steps S6 and S7]
Next, the image processing unit 507 uses the absorbed dose volume data or the like to generate absorbed dose image data indicating the distribution of the absorbed radiation dose (absorbed dose) for a predetermined part of the subject, for example, for fusion display. Are combined with the CT image (step S6). The display unit 6 displays the absorbed dose image in a predetermined form (step S7).

図17は、吸収線量画像の表示の一形態(心臓を含む肺野横断面におけるフュージョン表示)を示した図である。治療中、或いは治療前後の任意のタイミングにおいて、同図に示すような吸収線量画像を表示することができる。術者は、表示された画像を観察することで、実際に患者のどの部位に、どれだけの線量が照射されたかを、視覚的且つ定量的に把握することができる。   FIG. 17 is a diagram showing one form of display of an absorbed dose image (a fusion display in a lung field cross section including the heart). An absorbed dose image as shown in the figure can be displayed during treatment or at any timing before and after treatment. By observing the displayed image, the surgeon can visually and quantitatively grasp which part of the patient is actually irradiated and how much dose.

(効果)
以上述べた構成によれば、以下の効果を得ることができる。
(effect)
According to the configuration described above, the following effects can be obtained.

本放射線治療情報提供システム1では、治療X線ビームに対して所定の角度(散乱角)をなす位置にコリメータを備えた検出器を設置し、その方向に来た散乱線のみを選択的に検出し、この検出を照射部203から照射される治療用X線ビームの軸と検出器301の検出面とのなす角を維持しつつ治療用X線ビームと検出面とを移動させながら実行することで、被検体内の3次元領域をスキャンする。得られた所定の散乱角に関する3次元散乱線データを用いて、散乱線ボリュームデータを再構成すると共に、当該散乱線ボリュームデータを吸収された放射線量の3次元分布を示す吸収線量ボリュームデータに変換し、吸収線量画像を生成する。生成された吸収線量画像は、例えば形態画像等(CT画像等)と合成されて表示される。表示される吸収線画像は、実測によって得られた客観的なデータである多方向の散乱線データに基づいて生成されたものである。従って、術者は、この吸収線量画像を観察することで、現実に放射線が照射された位置及び量を、視覚的且つ定量的に把握することができる。これにより、計画通りに放射線治療が行われているか否かを客観的な基準を用いて判定することができ、放射線の治療部位やその周辺領域に対する過剰照射や過少照射を防ぐことができる。その結果、放射線治療の効果を向上、被検体への余分な被曝量の低減を実現することができ、放射線治療の質の向上に寄与することができる。   In this radiation therapy information providing system 1, a detector equipped with a collimator is installed at a position that forms a predetermined angle (scattering angle) with respect to the therapeutic X-ray beam, and only the scattered radiation that comes in that direction is selectively detected. The detection is performed while moving the therapeutic X-ray beam and the detection surface while maintaining the angle formed between the axis of the therapeutic X-ray beam irradiated from the irradiation unit 203 and the detection surface of the detector 301. Then scan the 3D area in the subject. Using the obtained three-dimensional scattered radiation data for a given scattering angle, the scattered radiation volume data is reconstructed, and the scattered radiation volume data is converted into absorbed dose volume data indicating a three-dimensional distribution of absorbed radiation. Then, an absorbed dose image is generated. The generated absorbed dose image is combined with a morphological image (CT image or the like) and displayed, for example. The displayed absorption line image is generated based on multi-directional scattered radiation data that is objective data obtained by actual measurement. Therefore, the operator can visually and quantitatively grasp the position and amount of radiation actually irradiated by observing the absorbed dose image. Thereby, it is possible to determine whether or not radiation therapy is being performed as planned using an objective criterion, and it is possible to prevent over- and under-irradiation of a radiation treatment site and its surrounding area. As a result, it is possible to improve the effect of radiation therapy, reduce the amount of extra exposure to the subject, and contribute to improving the quality of radiation therapy.

また、本放射線治療情報提供システム1によれば、吸収線量画像を、治療中にリアルタイムに観察することができる。また、予め取得された散乱線ボリュームデータや吸収線量ボリュームデータを用いて再構成処理や所定の画像処理を行うことで、吸収線量画像を任意のタイミングで観察することができる。従って、治療中であれば、現在照射されている放射線の位置や強度をリアルタイムに迅速且つ簡単に視覚的に確認することができ、また、例えば治療経過途中段階であれば、今までの治療において放射線が照射された位置や累積放射線量を迅速且つ簡単に視覚的に確認することができる。すなわち、術者は、所望の状況で吸収線量画像を観察することで、現在の治療や今までの治療の妥当性を客観的基準に基づいて判定することができる。   Moreover, according to the radiation therapy information provision system 1, the absorbed dose image can be observed in real time during the treatment. Further, by performing reconstruction processing and predetermined image processing using previously acquired scattered radiation volume data and absorbed dose volume data, an absorbed dose image can be observed at an arbitrary timing. Therefore, during treatment, the position and intensity of the currently irradiated radiation can be visually confirmed quickly and easily in real time. For example, during the course of treatment, It is possible to quickly and easily visually confirm the position where the radiation is applied and the accumulated radiation dose. That is, the surgeon can determine the appropriateness of the current treatment and the existing treatment based on objective criteria by observing the absorbed dose image in a desired situation.

また、本放射線治療情報提供システム1によれば、被検体と散乱線検出システム3との相対的位置関係に基づいて、放射線治療用X線の散乱地点からX線画像検出器に向かう被検体の脱出地点に至るまでの経路において減弱補正をするとか、放射線治療用X線の被検体への侵入地点から散乱地点を経由して検出器に向かって被検体を出る脱出地点に至るまでの全経路において照射X線や散乱線に関する減弱補正といった計算を実行する。これによって、被検体内部を伝播することによるエネルギー減弱の影響を補正することができ、信頼性の高い散乱線ボリュームデータ、吸収線量ボリュームデータ等を取得することができる。   Further, according to the radiation therapy information providing system 1, based on the relative positional relationship between the subject and the scattered radiation detection system 3, the subject traveling from the X-ray scattering point of the radiation therapy toward the X-ray image detector. Attenuation correction is performed on the route to the escape point, or the entire route from the entry point of the radiotherapy X-ray to the subject to the exit point exiting the subject toward the detector via the scattering point Calculations such as attenuation correction for irradiated X-rays and scattered rays are performed at. Thereby, it is possible to correct the influence of energy attenuation caused by propagating inside the subject, and it is possible to acquire highly reliable scattered radiation volume data, absorbed dose volume data, and the like.

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。具体的な変形例としては、例えば次のようなものがある。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. Specific examples of modifications are as follows.

例えば、本実施形態に係る制御機能、信号処理機能、表示機能等は、当該処理を実行するプログラムをワークステーション等のコンピュータにインストールし、これらをメモリ上で展開することによっても実現することができる。このとき、コンピュータに当該手法を実行させることのできるプログラムは、磁気ディスク(フロッピー(登録商標)ディスク、ハードディスクなど)、光ディスク(CD−ROM、DVDなど)、半導体メモリなどの記録媒体に格納して頒布することも可能である。   For example, the control function, the signal processing function, the display function, and the like according to the present embodiment can be realized by installing a program for executing the process on a computer such as a workstation and developing the program on a memory. . At this time, a program capable of causing the computer to execute the technique is stored in a recording medium such as a magnetic disk (floppy (registered trademark) disk, hard disk, etc.), an optical disk (CD-ROM, DVD, etc.), or a semiconductor memory. It can also be distributed.

また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。   In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.

以上本発明によれば、放射線治療中にリアルタイムに散乱線データを取得し、これを利用することで、照射線量を実測・表示することができる放射線治療情報提供システム及び放射線治療情報提供プログラムを実現することができる。   As described above, according to the present invention, a radiation therapy information providing system and a radiation therapy information providing program capable of actually measuring and displaying an irradiation dose are obtained by acquiring scattered radiation data in real time during radiation therapy and using this. can do.

図1は、生体組織における、光子(即ちX線)エネルギー[MeV]に対する質量吸収係数[cm2/g]を表すグラフを示している。FIG. 1 shows a graph representing a mass absorption coefficient [cm 2 / g] with respect to photon (ie, X-ray) energy [MeV] in a living tissue. 図2は、水の場合における、光子(=X線)エネルギー[MeV]に対する質量吸収係数[cm2/g]を表すグラフである。FIG. 2 is a graph showing a mass absorption coefficient [cm 2 / g] with respect to photon (= X-ray) energy [MeV] in the case of water. 図3は、コンプトン散乱の原理を表す模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram illustrating the principle of Compton scattering. 図4は、本実施形態に係る放射線治療情報提供システム1のブロック構成図を示している。FIG. 4 shows a block diagram of the radiation therapy information providing system 1 according to this embodiment. 図5は、本放射線治療情報提供システム1の散乱線の測定形態を示した図である。FIG. 5 is a diagram showing a measurement form of scattered radiation of the radiation therapy information providing system 1. 図6は、照射部203が有する、照射する放射線を薄い平面形状に整形するための機構を説明するための側面図である。FIG. 6 is a side view for explaining a mechanism of the irradiation unit 203 for shaping the radiation to be irradiated into a thin planar shape. 図7は、照射部203が有する、照射する放射線を薄い平面形状に整形するための機構を説明するための斜視図である。FIG. 7 is a perspective view for explaining a mechanism of the irradiation unit 203 for shaping the radiation to be irradiated into a thin planar shape. 図8は、被検体に照射される(薄い平面状に整形された)X線ビームB2の厚みを2等分する中心線Lに対する検出器301、平行コリメータ303の位置及び角度を説明するための図である。FIG. 8 is a diagram for explaining the positions and angles of the detector 301 and the parallel collimator 303 with respect to the center line L that bisects the thickness of the X-ray beam B2 irradiated to the subject (shaped into a thin flat surface). FIG. 図9(a)は平行コリメータ303を散乱線の入射側から見た図である。図9(b)は、平行コリメータ303が設けられた検出器301の斜視図である。FIG. 9A is a view of the parallel collimator 303 as seen from the incident side of the scattered radiation. FIG. 9B is a perspective view of the detector 301 provided with the parallel collimator 303. 図10は、検出器301及び平行コリメータ303を移動させるための移動機構部305の一例を示した図である。FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a moving mechanism unit 305 for moving the detector 301 and the parallel collimator 303. 図11は、図10に示した移動機構部305を用いた検出器301及び平行コリメータ303の移動によって取得される散乱線データと走査空間の座標との関係式を求めるための図である。FIG. 11 is a diagram for obtaining a relational expression between the scattered radiation data acquired by the movement of the detector 301 and the parallel collimator 303 using the moving mechanism unit 305 shown in FIG. 10 and the coordinates of the scanning space. 図12は、検出器301及び平行コリメータ303を移動させるための移動機構部305の別の例を示した図である。FIG. 12 is a diagram illustrating another example of the moving mechanism unit 305 for moving the detector 301 and the parallel collimator 303. 図13は、図12に示した移動機構部305を用いた検出器301及び平行コリメータ303の回転によって取得される散乱線データと走査空間の座標との関係式を求めるための図である。FIG. 13 is a diagram for obtaining a relational expression between the scattered radiation data acquired by the rotation of the detector 301 and the parallel collimator 303 using the moving mechanism unit 305 shown in FIG. 12 and the coordinates of the scanning space. 図14は、減弱補正の概念を説明するための図である。FIG. 14 is a diagram for explaining the concept of attenuation correction. 図15は、別の簡易減弱補正の概念を説明するための図である。FIG. 15 is a diagram for explaining another concept of simple attenuation correction. 図16は、本放射線治療情報提供システム1の動作を含む放射線治療時における処理の流れを示したフローチャートである。FIG. 16 is a flowchart showing the flow of processing at the time of radiotherapy including the operation of the present radiotherapy information providing system 1. 図17は、吸収線量画像の表示の一形態(心臓を含む肺野横断面におけるフュージョン表示)を示した図である。FIG. 17 is a diagram showing one form of display of an absorbed dose image (a fusion display in a lung field cross section including the heart).

符号の説明Explanation of symbols

1…放射線治療情報提供システム、2…放射線照射システム、3…放射線検出システム、4…データ取得制御部、5…データ処理システム、6…表示部、7…記憶部、8…操作部、9…ネットワークI/F、201…電力供給部、203…照射部、205…タイミング制御部、207…ガントリ制御部、301…検出器、303…平行コリメータ、305…移動機構部、307…位置検出部、501…補正処理部、503…再構成処理部、505…変換処理部、507…画像処理部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Radiation treatment information provision system, 2 ... Radiation irradiation system, 3 ... Radiation detection system, 4 ... Data acquisition control part, 5 ... Data processing system, 6 ... Display part, 7 ... Memory | storage part, 8 ... Operation part, 9 ... Network I / F, 201 ... power supply unit, 203 ... irradiation unit, 205 ... timing control unit, 207 ... gantry control unit, 301 ... detector, 303 ... parallel collimator, 305 ... moving mechanism unit, 307 ... position detection unit, 501 ... Correction processing unit, 503 ... Reconstruction processing unit, 505 ... Conversion processing unit, 507 ... Image processing unit

Claims (8)

被検体に対して平面状の治療用放射線ビームを照射する照射手段と、
前記治療用放射線ビームに起因して発生する前記被検体の散乱線を所定の散乱角方向から検出して散乱線データを収集する検出手段と、
前記治療用放射線ビームの照射方向に対する前記検出手段の検出面のなす角度を一定に保ちながら、前記治療用放射線ビームの軸の位置及び前記検出手段の検出面の位置を移動させることによりで前記被検体を3次元走査し、3次元散乱線データを取得するデータ取得制御手段と、
前記3次元散乱線データに基づいて、前記被検体内における散乱線発生密度の3次元的分布を示す散乱線ボリュームデータを再構成する画像再構成手段と、
前記散乱線ボリュームデータに基づいて、前記被検体内における吸収線量画像又は散乱線発生密度画像を生成する画像生成手段と、
前記吸収線量画像又は散乱線発生密度画像を表示する表示手段と、
を具備することを特徴とする放射線治療情報提供システム。
An irradiation means for irradiating the subject with a planar therapeutic radiation beam;
Detecting means for collecting scattered radiation data by detecting scattered radiation of the subject generated due to the therapeutic radiation beam from a predetermined scattering angle direction;
By moving the position of the axis of the therapeutic radiation beam and the position of the detection surface of the detection means while keeping the angle formed by the detection surface of the detection means with respect to the irradiation direction of the therapeutic radiation beam constant, Data acquisition control means for three-dimensionally scanning a specimen and acquiring three-dimensional scattered radiation data;
Based on the three-dimensional scattered radiation data, image reconstruction means for reconstructing scattered radiation volume data indicating a three-dimensional distribution of scattered radiation generation density in the subject;
An image generating means for generating an absorbed dose image or a scattered radiation generation density image in the subject based on the scattered radiation volume data;
Display means for displaying the absorbed dose image or scattered radiation generation density image;
A radiation therapy information providing system comprising:
前記照射手段と前記検出手段との相対位置関係を固定しながら前記照射手段及び前記検出手段の空間的位置を移動させる移動機構をさらに具備し、
前記データ取得制御手段は、前記移動機構を制御することで、前記3次元走査を実行すること、
を特徴とする請求項1記載の放射線治療情報提供システム。
A moving mechanism for moving a spatial position of the irradiation unit and the detection unit while fixing a relative positional relationship between the irradiation unit and the detection unit;
The data acquisition control means performs the three-dimensional scanning by controlling the moving mechanism,
The radiation therapy information providing system according to claim 1.
前記検出手段の検出面の空間的位置を移動させる移動機構をさらに具備し、
前記データ取得制御手段は、前記治療用放射線ビームの軸の位置の移動に連動して前記検出手段の検出面の位置が移動するように前記移動機構を制御することで、前記3次元走査を実行すること、
を特徴とする請求項1記載の放射線治療情報提供システム。
A moving mechanism for moving the spatial position of the detection surface of the detection means;
The data acquisition control unit executes the three-dimensional scanning by controlling the moving mechanism so that the position of the detection surface of the detection unit moves in conjunction with the movement of the position of the axis of the therapeutic radiation beam. To do,
The radiation therapy information providing system according to claim 1.
予め取得されたX線減弱係数の3次元分布と、前記被検体と前記検出手段との相対的位置関係とに基づいて、前記散乱線の発生位置から前記検出手段に向かって前記被検体を出る位置に至るまでの経路に沿ってX線減弱係数を積分することで、補正係数を取得し、当該補正係数を用いて、前記3次元散乱線データに関する減弱補正を行う補正手段をさらに具備し、
前記画像再構成手段は、前記補正後の3次元散乱線データに基づいて、前記被検体内における散乱線発生密度の3次元的分布を示す散乱線ボリュームデータを再構成すること、
を特徴とする請求項1乃至3のうちいずれか一項記載の放射線治療情報提供システム。
Based on the three-dimensional distribution of the X-ray attenuation coefficient acquired in advance and the relative positional relationship between the subject and the detection means, the subject exits from the scattered radiation generation position toward the detection means. By integrating the X-ray attenuation coefficient along the path to the position, to obtain a correction coefficient, using the correction coefficient, further comprising a correction means for performing attenuation correction for the three-dimensional scattered radiation data,
The image reconstruction means reconstructs scattered radiation volume data indicating a three-dimensional distribution of scattered radiation generation density in the subject, based on the corrected three-dimensional scattered radiation data.
The radiation therapy information provision system according to any one of claims 1 to 3.
予め取得されたX線減弱係数の3次元分布と、前記被検体と前記検出手段との相対的位置関係とに基づいて、前記治療用放射線ビームの前記被検体内への侵入位置から散乱線発生位置を経由して前記検出手段に向かって前記被検体を出る位置に至るまでの経路に沿ってX線減弱係数を積分することで、補正係数を取得し、当該補正係数を用いて、前記3次元散乱線データに関する減弱補正を行う補正手段をさらに具備し、
前記画像再構成手段は、前記補正後の3次元散乱線データに基づいて、前記被検体内における散乱線発生密度の3次元的分布を示す散乱線ボリュームデータを再構成すること、
を特徴とする請求項1乃至3のうちいずれか一項記載の放射線治療情報提供システム。
Based on the three-dimensional distribution of the X-ray attenuation coefficient acquired in advance and the relative positional relationship between the subject and the detection means, scattered radiation is generated from the entry position of the therapeutic radiation beam into the subject. By integrating the X-ray attenuation coefficient along the path from the position to exit the subject toward the detection means via the position, a correction coefficient is obtained, and using the correction coefficient, the 3 A correction means for performing attenuation correction related to the two-dimensional scattered radiation data;
The image reconstruction means reconstructs scattered radiation volume data indicating a three-dimensional distribution of scattered radiation generation density in the subject, based on the corrected three-dimensional scattered radiation data.
The radiation therapy information provision system according to any one of claims 1 to 3.
前記平面状の治療用放射線ビームの強度情報と前記3次元散乱線データとに基づいて、前記治療用放射線ビームの前記被検体内への侵入位置から散乱線発生位置に至るまでの経路で生じるX線減弱を補正するための補正係数を推定し、当該補正係数を用いて、前記3次元散乱線データに関する減弱補正を行う補正手段をさらに具備し、
前記画像再構成手段は、前記補正後の3次元散乱線データに基づいて、前記被検体内における散乱線発生密度の3次元的分布を示す散乱線ボリュームデータを再構成すること、
を特徴とする請求項1乃至3のうちいずれか一項記載の放射線治療情報提供システム。
Based on the intensity information of the planar therapeutic radiation beam and the three-dimensional scattered radiation data, X is generated in the path from the position where the therapeutic radiation beam enters the subject to the scattered radiation generation position. A correction coefficient for correcting the line attenuation is estimated, and the correction coefficient is further used, and correction means for performing attenuation correction related to the three-dimensional scattered radiation data is further provided.
The image reconstruction means reconstructs scattered radiation volume data indicating a three-dimensional distribution of scattered radiation generation density in the subject, based on the corrected three-dimensional scattered radiation data.
The radiation therapy information provision system according to any one of claims 1 to 3.
前記表示手段は、前記散乱発生に関する画像を、形態画像と合成して表示することを特徴とする請求項1乃至6のうちいずれか一項記載の放射線治療情報提供システム。   The radiation treatment information providing system according to claim 1, wherein the display unit displays an image related to the occurrence of scattering in combination with a morphological image. コンピュータに、
被検体に対して照射される平面状の治療用放射線ビームに起因して発生する前記被検体の散乱線を所定の散乱角方向から検出して散乱線データを収集させる検出機能と、
前記治療用放射線ビームの照射方向に対する前記検出手段の検出面のなす角度を一定に保ちながら、前記治療用放射線ビームの軸の位置及び前記検出手段の検出面の位置を移動させることによりで前記被検体を3次元走査させ、3次元散乱線データを取得させるデータ取得制御機能と、
前記3次元散乱線データに基づいて、前記被検体内における散乱線発生密度の3次元的分布を示す散乱線ボリュームデータを再構成させる画像再構成機能と、
前記散乱線ボリュームデータに基づいて、前記被検体内における吸収線量画像又は散乱線発生密度画像を生成させる画像生成機能と、
前記吸収線量画像又は散乱線発生密度画像を表示させる表示機能と、
を具備することを特徴とする放射線治療情報提供プログラム。
On the computer,
A detection function that collects scattered radiation data by detecting scattered radiation of the subject generated from a planar therapeutic radiation beam irradiated to the subject from a predetermined scattering angle direction;
By moving the position of the axis of the therapeutic radiation beam and the position of the detection surface of the detection means while keeping the angle formed by the detection surface of the detection means with respect to the irradiation direction of the therapeutic radiation beam constant, A data acquisition control function that scans a specimen three-dimensionally and acquires three-dimensional scattered radiation data;
Based on the three-dimensional scattered radiation data, an image reconstruction function for reconstructing scattered radiation volume data indicating a three-dimensional distribution of scattered radiation generation density in the subject,
Based on the scattered radiation volume data, an image generation function for generating an absorbed dose image or scattered radiation generation density image in the subject,
A display function for displaying the absorbed dose image or scattered radiation generation density image;
A radiation therapy information providing program characterized by comprising:
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