JP2016106756A - 放射線治療システム - Google Patents

Abstract

【課題】標的に対する照射精度を維持しつつ、Ｘ線撮影の頻度を抑えることにより透視Ｘ線撮影装置の負荷を低減できる放射線治療システムを提供する。【解決手段】透視Ｘ線撮影制御装置５５は、放射線照射装置１０によって治療放射線を照射できるときはＸ線撮影の撮影間隔を標的への照射精度を確保可能な標準撮影間隔に変更し、前記放射線照射装置によって治療放射線を照射できないときはＸ線撮影の撮影間隔を前記標準撮影間隔よりも大きくかつ前記標的の位置を追跡可能な照射不可時撮影間隔に変更する。【選択図】図１

Description

本発明は、標的の位置をリアルタイムに追跡しながら放射線を照射する動体追跡照射法を用いた放射線治療システムに関する。

放射線治療では、放射線照射装置を用いて癌等の患部に陽子線や炭素線等の荷電粒子線及びＸ線やγ線を照射することにより治療が行われる。特に高精度放射線治療では、患者の正常部位への不要な照射を抑制するため、呼吸などによる患部の位置や形状の変動に応じて放射線照射装置を制御する必要がある。この高精度放射線治療で用いられる照射法の一つに動体追跡照射法があり、動体追跡照射法には迎撃照射法と追尾照射法とがある。迎撃照射法では、位置変動する患部（以下、ターゲット）が決められた領域（ゲート）内に存在するときに限り放射線を照射（以下、ゲート照射）する。一方、追尾照射法では、変動する患部の動きに追従しながら放射線を照射する。

ターゲットの位置や形状の変動を治療時に把握する方法としては、患者のターゲット近傍にＸ線不透過なマーカを埋め込み、このマーカをＸ線撮影することによりターゲットの位置や形状の変動を計測する方法や、マーカを用いずにターゲットのＸ線画像からターゲットの位置や形状の変動を直接計測する方法がある。以下では、治療用の放射線と計測用の放射線とを区別するため、治療用の陽子線等の荷電粒子線及びＸ線またはγ線等の放射線を「治療放射線」、計測用の放射線を「透視Ｘ線」と称す。

ターゲットの位置等を計測するためのＸ線撮影は、例えば放射線照射装置と一体に設けられたＸ線撮影装置等により、治療の開始から終了までの間、所定の撮影間隔で間欠的に行われる。従って、Ｘ線撮影がなされない撮影間隔の間はターゲットの移動を検知できないため、照射精度を確保するためには撮影間隔を縮小することが望ましい。しかし、撮影間隔を縮小するとＸ線撮影が高頻度で行われることになり、Ｘ線撮影装置の使用負荷（例えば、Ｘ線管における熱負荷）が増大するという問題が生じる。

治療中にＸ線撮影の撮影間隔を変更し、Ｘ線撮影の利用効率を向上させる技術として、特表２０１２−５０１７９２（特許文献１）がある。特許文献１の段落００４７，００４８には、治療中にターゲットの動きを予想される動きと比較し、ターゲットの動きが予想される動きよりも大きい場合は撮影間隔を縮小し、小さい場合は撮影間隔を拡大する方法が記載されている。この方法を適用することにより、ターゲットに対する照射精度を確保しつつＸ線撮影の頻度が抑えられ、Ｘ線撮影装置の負荷が低減することが期待される。

特表２０１２−５０１７９２

特許文献１は患部の動きを予想して撮影間隔を変更するため、患部が予想より大きく動いた場合などに照射精度が低下するおそれがある。また、治療中は常時ターゲットの動きに応じた撮影間隔でＸ線撮影を継続するため、機器の運転状態等によって治療放射線を照射できない時間が発生する放射線治療システムに特許文献１の技術を適用した場合、特に患部の動きが大きい患者の治療を行う際に、放射線を照射しない間も高頻度でＸ線撮影が行われることとなり、Ｘ線撮影装置の負荷が大きくなることが予想される。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、標的に対する照射精度を確保しつつ、標的のＸ線撮影を行う頻度を抑えることによりＸ線撮影装置の負荷を低減できる放射線治療システムを提供することである。

上記課題を解決するために、本発明は、放射線を標的に向けて照射する放射線照射装置と、所定の時間間隔で間欠的に前記標的のＸ線画像を撮影する透視Ｘ線撮影装置と、前記透視Ｘ線撮影装置で撮影したＸ線画像から前記標的の位置を演算する位置演算装置と、前記位置演算装置で演算した前記標的の位置に基づいて前記放射線照射装置を制御する照射制御装置とを備えた放射線治療システムにおいて、前記透視Ｘ線撮影装置は、前記放射線照射装置が放射線を照射できる運転状態にあるときは、前記所定の時間間隔として前記標的への照射精度が確保できる第１撮影間隔時間を設定し、前記放射線照射装置が放射線を照射できない運転状態にあるときは、前記所定の時間間隔として前記第１撮影間隔時間よりも大きくかつ前記標的の位置を追跡可能な第２撮影間隔時間を設定することを特徴とする。

本発明によれば、標的に対する照射精度を維持しつつ、Ｘ線撮影の頻度を抑えることにより透視Ｘ線撮影装置の負荷を低減できる。

本発明の第１の実施形態における放射線照射システムの全体概略構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態における放射線照射システムに備えられたガントリーの内部機器構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態における放射線照射システムに備えられた制御システムの制御ブロックを示す図である。 ゲート領域を用いたゲート照射におけるターゲット座標及び照射許可信号のタイミングチャートの一例を示す図である。 本発明の第１の実施形態における放射線照射システムによる動体追跡粒子線治療の処理フローを示す図である。 本発明の第１の実施形態におけるシンクロトロン加速器の１運転周期を示す図である。 本発明の第２の実施形態における放射線照射システムに備えられた照射装置の内部機器構成を示す図である。 本発明の第２の実施形態における放射線照射システムによる動体追跡粒子線治療の処理フローを示す図である。 本発明の第３の実施形態における放射線照射システムの全体概略構成を放射線治療装置の側面図とともに示す図である。 本発明の第３の実施形態における放射線照射システムの全体概略構成を放射線治療装置の正面図とともに示す図である。 本発明の第３の実施形態における制御システムの制御ブロックを示す図である。 本発明の第３の実施形態における放射線照射システムによる動体追跡放射線治療の処理フローを示す図である。 本発明の第４の実施形態における放射線照射システムによる動体追跡粒子線治療の処理フローを示す図である。

以下、本発明の好適な実施形態を、図面を用いて説明する。

＜第１の実施形態＞
本発明の第１の実施形態における放射線治療システムについて説明する。図１は本実施形態における放射線治療システムの全体概略構成を示す図である。本実施形態における放射線治療システムは、治療放射線として荷電粒子線を用いて動体追跡粒子線治療を行うものであり、主に治療放射線発生装置１、ビーム輸送系５、及び治療室９から構成されている。

治療放射線発生装置１は、図示しないイオン源、前段治療放射線加速装置としてのライナック２及びシンクロトロン３を有する。ビーム輸送系５は治療放射線発生装置１と治療室９とを接続するビーム経路７、ビーム経路７の途中に設けられた四極電磁石（図示せず）及び偏向電磁石４、６、８を有する。治療室９は略筒状のガントリー１１、照射装置１０、透視Ｘ線発生装置１２、１３、Ｘ線検出器１４、１５、カウチ１７を有する。

イオン源（図示せず）より発生した治療放射線（荷電粒子ビーム）はライナック２により前段加速され、シンクロトロン３に入射する。シンクロトロン３でさらに加速された荷電粒子ビームはビーム輸送系５に出射される。

シンクロトロン３から出射された治療放射線は、ビーム経路７を通過しながら四極電磁石（図示せず）によって収束し、偏向電磁石４，６，８によって方向を変えて治療室９に入射する。ビーム輸送系５の一部（偏向電磁石６，８、ビーム経路７の一部）は、ガントリー１１と一体に回転するようガントリー１１に設置されている。

ビーム輸送系５から治療室９内に入射した荷電粒子ビームは、照射装置１０からカウチ１７上に配置された照射対象１６に向けて照射される。照射装置１０は、ガントリー１１に設置されており、ガントリー１１の回転制御によって任意の角度に調整できる。

ガントリー１１の内部機器構成について図２を用いて説明する。ガントリー１１には、照射対象１６内のターゲット１８に向けて治療放射線を照射する照射装置１０が設置されており、さらに透視Ｘ線発生装置１２，１３及びＸ線検出器１４，１５のそれぞれの組合せからなる透視Ｘ線撮影装置がそれぞれのＸ線の経路が直交するように設置されている。なお、透視Ｘ線発生装置１２，１３とＸ線検出器１４，１５は、必ずしもガントリー１１の内部に配置されている必要はなく、天井や床などの固定された場所に配置されていても良い。

治療放射線をターゲット１８に照射するためには、照射対象１６は予め設定された位置に精度良く配置されている必要がある。操作者は透視Ｘ線撮影装置１２〜１５による照射対象１６のＸ線画像を確認しながらカウチ１７を移動させ、照射対象１６を予め設定された位置に配置する。

照射装置１０は照射対象１６に照射する治療放射線のサイズを決定し、照射対象１６内におけるターゲット１８の形状に適した線量分布を形成する。

本実施形態の粒子線治療システムに備えられた制御システム５０について、図３を用いて説明する。図３は制御システム５０の制御ブロックを示す図である。制御システム５０は、中央制御装置５１、加速器制御装置５２、ガントリー制御装置５３、照射制御装置５４、透視Ｘ線撮影制御装置５５、カウチ制御装置５６、撮影間隔設定装置６０を備えている。

中央制御装置５１は、加速器制御装置５２、ガントリー制御装置５３、照射制御装置５４、透視Ｘ線撮影制御装置５５及びカウチ制御装置５６に接続され、これらの間で必要な情報を送受信することにより制御システム５０を制御する。

加速器制御装置５２は、治療放射線発生装置１及びビーム輸送系５に接続され、これらを制御する。ガントリー制御装置５３はガントリー１１に接続され、ガントリー１１の回転を制御する。照射制御装置５４は照射装置１０内の機器を制御し、照射対象１６内で意図する線量分布を形成するように治療放射線を照射する。

透視Ｘ線撮影制御装置５５は透視Ｘ線撮影発生装置１２，１３、Ｘ線検出器１４，１５に接続され、これらを制御する。カウチ制御装置５６はカウチ１７に接続され、これを制御する。

透視Ｘ線撮影制御装置５５は、撮影制御装置５７、画像生成装置５８、照射判定装置５９を備えている。撮影制御装置５７は透視Ｘ線発生装置１２、１３に所定の撮影間隔でＸ線撮影信号を送信し、透視Ｘ線撮影のタイミングを制御する。

撮影間隔設定装置６０は図示しない表示装置及び入力装置を備え、操作者による治療放射線照射不可時の透視Ｘ線撮影間隔の設定・確認を可能としている。撮影間隔設定装置６０は撮影制御装置５７に接続されており、照射不可時の撮影間隔の設定値を撮影制御装置５７に送信する。撮影制御装置５７は、後述する標準撮影間隔（第１撮影間隔）と照射不可時撮影間隔（第２撮影間隔）とを切り替えて、間欠的なＸ線撮影を行う。ここでいう撮影間隔とは、間欠的な透視Ｘ線撮影において、ある撮影開始時から次の撮影開始時までの時間幅を意味する。

Ｘ線撮影信号を受信した透視Ｘ線発生装置１２，１３は、それぞれターゲット１８に向けて透視Ｘ線を照射し、ターゲット１８を透過した透視Ｘ線はそれぞれ対向するＸ線検出器１４，１５によって検出される。Ｘ線検出器１４，１５は、検出した透視Ｘ線を電気信号に変換して画像生成装置５８に送信する。

画像生成装置５８はＸ線検出器１４，１５から得られた前記電気信号情報を基に透視Ｘ線撮影画像を生成し、当該画像データを照射判定装置５９に送信する。照射判定装置５９は撮影画像データを基にターゲット１８の座標を計算し、予め設定された照射許可領域（以下、ゲート領域）内にターゲット１８が存在するか否かを判定する。

上記座標計算において、ターゲット１８の周辺組織とターゲット１８の識別が困難である場合、ターゲット１８付近にＸ線を吸収するマーカを埋め込み、透視Ｘ線撮影制御装置５５により撮影する。撮影画像上に探索領域を設定し、その中でテンプレートマッチングを行い、テンプレートに対して最もマッチングスコアが高い位置を求めることによりマーカ位置が決定される。なお、マーカを用いずに直接ターゲットをテンプレートマッチングにより位置計測しても良い。この際に、大きな探索領域を用いると上記マッチング時間の増加をもたらし、透視Ｘ線画像の撮影時間と認識終了時間の差が増大することにより追跡精度を悪化させる恐れがある。一方で小さな探索領域を用いると、ターゲット１８の移動速度が速い場合や急な動きがあった場合、撮影画像間のターゲット１８の移動後の位置が探索領域からはみ出し、ターゲット１８を見失う恐れがある。そのため、治療に必要な追跡精度でターゲット１８の位置変動を計測するには、ターゲット１８の移動速度に合った探索領域と撮影間隔を用いる必要がある。

照射判定装置５９は、計測したターゲット１８の座標が前記ゲート領域内に存在するか否かを判定し、その判定結果を照射許可信号として中央制御装置５１に送信する。ゲート領域を用いたゲート照射におけるターゲット座標及び照射許可信号のタイミングチャートの一例を図４に示す。図４に示すように、照射許可信号は、ターゲット座標がゲート領域（照射許可領域）内にないときはＯＦＦとなり、ターゲット座標がゲート領域（照射許可領域）内にあるときはＯＮとなる。

中央制御装置５１は照射許可信号がＯＮになると加速器制御装置５２及び照射制御装置５４に照射開始信号を送信し、加速器制御装置５２及び照射制御装置５４は治療放射線発生装置１及び照射装置１０をそれぞれ制御してターゲット１８に治療放射線を照射する。以上の手順を経て、移動性臓器内のターゲット１８に対して精度の良い治療放射線照射が行われる。

〜治療処理の流れ〜
本実施形態における放射線治療システムによる動体追跡粒子線治療の処理フローについて図５を用いて説明する。

まず、操作者は透視Ｘ線撮影装置１２〜１５を用いて得た透視Ｘ線撮影画像を参照しながら、カウチ１７上の照射対象１６が所定の照射位置に配置されるようにカウチ１７の位置を調整し、ターゲット１８の移動範囲及び速度を確認する（ステップ１００）。

ステップ１００に続いて、操作者はターゲット１８の移動範囲及び速度を参考に標準撮影間隔及び照射不可時撮影間隔を決定し、撮影間隔設定装置６０に設定する（ステップ１０１）。ここでいう標準撮影間隔とは、治療放射線を照射中に行われるＸ線撮影の撮影間隔であり、照射精度を確保できる程度に小さな値が設定される。なお、標準撮影間隔が透視Ｘ線撮影制御装置５５に予め固定で設定されている場合は、ここでの設定は不要である。一方、照射不可時撮影間隔とは、治療放射線の非照射中に行われるＸ線撮影の撮影間隔であり、照射不可時は照射精度を確保する必要が無いため標準撮影間隔よりも大きな値が設定される。但し、治療放射線の非照射中もターゲット１８の位置を追跡する必要があるため、少なくともターゲット１８を追跡できる程度には小さな値を設定する必要がある。

ステップ１０１に続いて、透視Ｘ線撮影制御装置５５は透視Ｘ線撮影装置１２〜１５を制御し、ターゲット１８の位置確認のための間欠的な透視Ｘ線撮影を開始する（ステップ１０２）。なお、撮影開始直後の撮影間隔は照射不可時撮影間隔とする。

ステップ１０２に続いて、中央制御装置５１は加速器（シンクロトロン３）の運転状態を判別する（ステップ１０３）。シンクロトロン３の１運転周期は、例えば図６に示すように、加速・出射準備・出射可能・減速の４つの運転状態で構成されており、加速器制御装置５２から送信されるタイミング信号に基づいて制御される。中央制御装置５１は、このタイミング信号に基づいてシンクロトロン３の運転状態が１運転周期における加速・出射準備・出射可能・減速のいずれであるかを判別し、その判別結果を透視Ｘ線撮影制御装置５５に送信する。

ステップ１０３に続いて、透視Ｘ線撮影制御装置５５は、中央制御装置５１から受信した判別結果に基づいて、シンクロトロン３の運転状態が「出射可能」であるか否かを判定する（ステップ１０４）。

ステップ１０４でＹＥＳ（シンクロトロン３の運転状態が出射可能）と判定された場合は、透視Ｘ線撮影制御装置５５は撮影間隔を標準撮影間隔に設定する（ステップ１０５）。一方、ステップ１０４でＮＯ（シンクロトロン３の運転状態が出射不可）と判定された場合は、透視Ｘ線撮影制御装置５５の撮影制御装置５７は、撮影間隔を撮影間隔設定装置６０によって設定された照射不可時撮影間隔に変更し（ステップ１０６）、ステップ１０３に戻る。

ステップ１０５に続いて、照射判定装置５９は画像生成装置５８から得られた撮影画像を基にターゲット位置を確認し、ゲート領域内にターゲット１８が存在するか否かを判定する（ステップ１０７）。

ステップ１０７でＹＥＳ（ゲート領域内にターゲット１８が存在する）と判定された場合は、照射判定装置５９から中央制御装置５１に送信されるゲート信号はＯＮとなり、中央制御装置５１は加速器制御装置５２、照射制御装置５４に出射許可信号を送信して治療放射線をターゲット１８に照射する（ステップ１０８）。一方、ステップ１０７でＮＯ（ゲート領域内にターゲット１８が存在しない）と判定された場合は、ステップ１０３に戻る。

ステップ１０８に続いて、照射制御装置５４は照射装置１０内に備えられた線量モニタより照射された粒子の総照射線量を計測し、総照射線量が治療計画で定めた線量（計画線量）に達したか否かを判定する（ステップ１０９）。

ステップ１０９でＹＥＳ（総照射線量が計画線量に達した）と判定された場合は、照射制御装置５４は中央制御装置５１に照射完了信号を送信し、中央制御装置は加速器制御装置５２、照射制御装置５４、透視Ｘ線撮影制御装置５５に治療終了信号を送信して治療を終了する。一方、ステップ１０９でＮＯ（総照射線量が計画線量に達していない）と判定された場合は、ステップ１０３に戻る。

〜効果〜
本実施形態によれば、シンクロトロン３を備えた放射線治療システムにおいて、シンクロトロン３が放射線を出射できる運転状態にあるとき（治療放射線の照射可能時）は照射精度を確保できる値に設定された標準撮影間隔でＸ線撮影が行われ、シンクロトロン３が放射線を出射できない運転状態にあるとき（治療放射線の照射不可時）は、標準撮影間隔よりも大きくかつターゲット１８を追跡できる値に設定された照射不可時撮影間隔でＸ線撮影が行われるため、ターゲット１８への照射精度を確保しつつ、治療中のＸ線撮影の頻度を抑えることにより透視Ｘ線撮影装置１２〜１５の負荷を低減できる。

〜変形例〜
本実施形態では、本発明を動体追跡照射手法として迎撃照射手法を用いた放射線治療システムに適用した場合を例に説明したが、追尾照射手法を用いたシステムにも同様に適用可能である。その場合、図５に示したフローにおいて、ゲート領域内にターゲット１８が存在するか否かの判定処理（ステップ１０５）が不要となる。

また、本実施形態における撮影間隔は、加速器の運転状態が出射可能か否かに応じて標準撮影間隔又は照射不可時撮影間隔のいずれかにしか変更されないが（ステップ１０５，１０６）、加速器の運転状態を更に細かく識別し、それらの運転状態に応じて標準撮影間隔から照射不可時撮影間隔の間で段階的に変更する事も可能である。

＜第２の実施形態＞
本発明の第２の実施形態における放射線治療システムについて説明する。本実施形態における放射線治療システムは、治療放射線として荷電粒子線を用いて動体追跡粒子線治療を行うものであり、その全体概略構成は図１に示した第１の実施形態におけるものと同様である。なお、本実施形態では、図１中のライナック２、シンクロトロン３をサイクロトロン、シンクロサイクロトロン等に置き換えることも可能である。

本実施形態における放射線治療システムでは、治療放射線のエネルギー変更を照射装置１０内に設置されたエネルギー変更装置（後述）を用いて行うため、エネルギー変更装置の稼動中は治療放射線の照射は行われず、この間にＸ線撮影の撮影間隔を拡大しても照射精度に影響は無い。

本実施形態における照射装置１０の内部機器構成について図７を用いて説明する。照射装置１０は線量モニタ３００、ワブラー電磁石３０１、散乱体３０２、リッジフィルター３０３、エネルギー変更装置３０４、マルチリーフコリメータ３０５、ボーラス３０６を備えている。

図７において、治療放射線発生装置１（図１）から出射された治療放射線はビーム輸送系５（図１）を経由して照射装置１０の図示左側から入射し、照射装置１０の図示右側からターゲット１８（図２）に向けて照射される。治療放射線はそのエネルギーに依存して、ある一定の深さに線量付与のピーク（以下、ブラッグピーク）を持つ。治療放射線は線量モニタ３００でビーム線量が測定され、ワブラー電磁石３０１で拡大される。そして、治療放射線は散乱体３０２で散乱され、アルミニウム等を用いたリッジフィルター３０３によりターゲット１８の厚さに応じてブラッグピークの幅が拡大される。拡大されたブラッグピークを拡大ブラッグピークと呼ぶ。

さらに、治療放射線のエネルギーは複数のアクリル樹脂板等で構成されたエネルギー変更装置３０４により、ターゲット１８の体表面からの深さに応じて変更される。その後、複数（多葉）のリーフ板からなるリーフ部とリーフ板のそれぞれを駆動するリーフ駆動機構（図示せず）を備えたマルチリーフコリメータ３０５により、治療放射線の照射野はターゲット１８の外周形状に合わせて制限される。そして、治療放射線の飛程はボーラス３０６によりターゲット１８の深さ形状に合わせて制限される。

なお、図７は散乱体照射法を用いた場合の照射装置１０の内部機器構成の一例を示したものであるが、スキャニング照射法を用いる場合は、ワブラー電磁石３０１、散乱体３０２、リッジフィルター３０３、マルチリーフコリメータ３０５、ボーラス３０６に代えて、治療放射線を照射面に対して走査するための走査電磁石を備えた構成となる。その場合、ワブラー電磁石３０１、散乱体３０２、リッジフィルター３０３、マルチリーフコリメータ３０５、ボーラス３０６を用いて行っていた、治療放射線による生体内でのブラッグピークの深さ方向位置の照射野は、シンクロトロンの場合は加速器のエネルギーを調整するとともにエネルギー変更装置３０４により治療放射線の到達深さを調整することで形成され、サイクロトロンの場合はエネルギー変更装置３０４により治療放射線の到達深さを調整することで形成される。

本実施形態における放射線治療システムに備えられた制御システムの構成は、図３に示した第１の実施形態におけるものと同様である。以下、中央制御装置５１及び照射制御装置５４の制御のうち、第１の実施形態と相違する部分を説明する。

照射制御装置５４は、中央制御装置５１からの照射許可信号を受信すると、ターゲット１８の形状に合わせた治療放射線を照射するように照射装置１０内の各機器に制御信号を送信する。ターゲット１８に対する治療放射線の拡大ブラックピークの体表面からの深さを変更する際、中央制御装置５１は照射制御装置５４へエネルギー変更装置稼働信号を送信する。エネルギー変更装置稼働信号を受信した照射制御装置５４は照射装置１０のエネルギー変更装置３０４を稼働させる。エネルギー変更装置３０４の稼働中（エネルギーの変更中）は治療放射線の照射を行わない。

〜治療処理の流れ〜
本実施形態における放射線治療システムによる動体追跡粒子線治療の処理フローについて図８を用いて説明する。

まず、操作者は透視Ｘ線撮影装置１２〜１５を用いて得た透視Ｘ線撮影画像を参照しながら、カウチ１７上の照射対象１６が所定の照射位置に配置されるようにカウチ１７の位置を調整し、ターゲット１８の移動範囲及び速度を確認する（ステップ５００）。

ステップ５００に続いて、操作者はターゲット１８の移動範囲及び速度を基に標準撮影間隔及び照射不可時撮影間隔を決定し、撮影間隔設定装置６０に設定する（ステップ５０１）。なお、標準撮影間隔が透視Ｘ線撮影制御装置５５に予め固定で設定されている場合は、ここでの設定は不要である（ステップ５０１）。

ステップ５０１に続いて、透視Ｘ線撮影制御装置５５は透視Ｘ線撮影装置１２〜１５を制御し、ターゲット１８の位置計測のための間欠的な透視Ｘ線撮影を開始する（ステップ５０２）。なお、撮影開始直後の撮影間隔は照射不可時撮影間隔とする。

ステップ５０２に続いて、中央制御装置５１は照射制御装置５４からの情報を基にエネルギー変更装置３０４の稼働状態を確認し（ステップ５０３）、エネルギー変更装置３０４が稼働中か否かを判定する（ステップ５０４）。

ステップ５０４でＹＥＳ（エネルギー変更装置３０４が非稼動中）と判定された場合は、撮影制御装置５７は中央制御装置５１からの信号を受けて撮影間隔を標準撮影間隔に戻す（ステップ５０５）。一方、ステップ５０４でＮＯ（エネルギー変更装置３０４が稼働中）と判定された場合は、撮影制御装置５７は中央制御装置５１からの信号を受けて撮影間隔を照射不可時撮影間隔に変更し（ステップ５０６）、ステップ５０３に戻る。

ステップ５０５に続いて、照射判定装置５９は画像生成装置５８から受信した撮影画像を基にターゲット１８の位置を確認し、ゲート領域内にターゲット１８が存在するか否かを判定する（ステップ５０５）。

ステップ５０７でＹＥＳ（ゲート領域内にターゲット１８が存在する）と判定された場合は、中央制御装置５１は照射許可信号を加速器制御装置５２及び照射制御装置５４に送信し、加速器制御装置５２及び照射制御装置５４は治療放射線発生装置１及び照射装置１０をそれぞれ制御して治療放射線をターゲット１８に治療放射線を照射する（ステップ５０８）。ステップ５０７でＮＯ（ゲート領域内にターゲット１８が存在しない）と判定された場合は、ステップ５０３に戻る。

ステップ５０８に続き、照射制御装置５４は、照射装置１０内に設けられた線量モニタ３００によって照射された粒子の総照射線量を計測し、総照射線量が治療計画で定めた線量（計画線量）に達したか否かを判定する（ステップ５０９）。

ステップ５０９でＹＥＳ（総照射線量が計画線量に達した）と判定された場合は、照射制御装置５４は治療終了信号を中央制御装置５１に送信し、中央制御装置５１は加速器制御装置５２、照射制御装置５４、透視Ｘ線撮影制御装置５５に治療終了信号を送信して治療を終了する。ステップ５０９でＮＯ（総照射線量が計画線量に達していない）と判定された場合は、ステップ５０３に戻る。

〜効果〜
本実施形態によれば、エネルギー変更装置３０４によって治療放射線のエネルギーを変更する放射線治療システムにおいて、エネルギー変更装置３０４の非稼働中（治療放射線の照射可能時）は照射精度を確保できる標準撮影間隔でＸ線撮影が行われ、エネルギー変更装置３０４の稼働中（治療放射線の照射不可時）は、標準撮影間隔よりも大きくかつターゲット１８を追跡するのに十分な照射不可時撮影間隔でＸ線撮影が行われるため、ターゲット１８への照射精度を確保しつつ、Ｘ線撮影の頻度を抑えることにより透視Ｘ線撮影装置１２〜１５の負荷を低減できる。

〜変形例〜
本実施形態では、本発明を動体追跡照射手法として迎撃照射手法を用いた放射線治療システムに適用した場合を例に説明したが、追尾照射手法を用いたシステムにも同様に適用可能である。その場合、図８に示したフローにおいて、ゲート領域内にターゲットが存在するか否かの判定処理（ステップ５０７）が不要となる。

また、本実施形態における撮影間隔は、エネルギー変更装置が稼動中か否かに応じて標準撮影間隔又は照射不可時撮影間隔のいずれかにしか変更されないが（ステップ５０５，５０６）、エネルギー変更装置の稼動状態を更に細かく識別し、それらの稼動状態に応じて標準撮影間隔から照射不可時撮影間隔の間で段階的に変更する事も可能である。

また、本実施形態では、エネルギー変更装置３０４が照射装置１０に設置された場合を例に説明したが、本発明はこれに限定されず、ビーム輸送系５などに設置されていても良い。

＜第３の実施形態＞
本発明の第３の実施形態による放射線治療システムについて説明する。図９及び図１０は本実施形態による放射線治療システムの全体概略構成をそれぞれ放射線治療装置の側面図及び正面図とともに示す図である。本実施形態における放射線治療システムは、治療放射線として荷電粒子線またはＸ線・γ線を用いて動体追跡粒子線治療を行うものであり、治療放射線の照射野の形成は照射装置に設置されたマルチリーフコリメータ６０５を用いて行うため、マルチリーフコリメータ６０５の稼働中は治療放射線の照射は行われず、この間にＸ線撮影の撮影間隔を拡大しても照射精度に影響は無い。以下、治療放射線としてＸ線を用いた場合の一例を示す。

図９及び図１０において、放射線治療システムは主に放射線治療装置６００と制御システム７００とで構成されており、放射線治療装置６００はライナック６０１、重金属ターゲット６０３、マルチリーフコリメータ６０５、ガントリー６０７、コリメータ装置６０８、カウチ６１０、照射台６１１、Ｘ線検出器６１２，６１３、透視Ｘ線発生装置６１４，６１５を備えている。

ライナック６０１により加速された電子線６０２は、重金属ターゲット６０３に衝突することで治療放射線６０４を発生させる。ライナック６０１と重金属ターゲット６０３とは放射線発生装置を構成している。治療放射線６０４は、コリメータ装置６０８に内蔵されたマルチリーフコリメータ６０５の開口形状を調整することによってその照射野が整形される。コリメータ装置６０８は放射線照射装置を構成している。照射台６１１の上部には照射対象６０９を配置するためのカウチ６１０が取り付けられており、照射台６１１によって照射対象６０９の照射位置を上下方向に調整することができ、カウチ６１０によって照射対象６０９の照射位置を水平方向に調整することができる。

本実施形態における制御システム７００について図１１を用いて説明する。図１１は制御システム７００の制御ブロックを示す図である。制御システム７００は、撮影制御装置７０１、画像生成装置７０２、照射判定装置７０３、照射制御装置７０４、撮影間隔設定装置７０５を備えている。

撮影間隔設定装置７０５は、図示しない表示装置及び入力装置を備え、操作者による照射不可時撮影間隔の設定・確認を可能としている。撮影間隔設定装置７０５は撮影制御装置７０１に接続されており、照射不可時設定間隔の設定値を撮影制御装置７０１に送信する。

撮影制御装置７０１は、標準撮影間隔又は照射不可時撮影間隔で透視Ｘ線発生装置６１４，６１５にＸ線撮影信号を送信することにより間欠的なＸ線撮影を行う。

Ｘ線撮影信号を受信した透視Ｘ線発生装置６１４，６１５は、ターゲット６０６に向けてそれぞれ透視Ｘ線を照射し、ターゲット６０６を透過した透視Ｘ線はそれぞれ対向するＸ線検出器６１２，６１３によって検出される。Ｘ線検出器６１２，６１３は、検出した透視Ｘ線を電気信号に変換し、画像生成装置７０２に送信する。

画像生成装置７０２は、Ｘ線検出器６１２，６１３から受信した電気信号を基に透視Ｘ線撮影画像を生成し、当該画像データを照射判定装置７０３に送信する。照射判定装置７０３は、画像生成装置７０２から受信した画像データを基にターゲット６０６の位置を計算し、予め設定された照射許可領域（以下、ゲート領域）内にターゲット６０６が存在するか否かを判定する。照射判定装置７０３はターゲット６０６がゲート領域内に存在するときは照射許可信号を、上記ターゲット６０６が存在しないときは照射不可信号を照射制御装置７０４に送信する。

照射制御装置７０４は、照射判定装置７０３からの照射許可信号を受信すると、ライナック６０１に照射許可信号を送信し、電子線６０２を重金属ターゲット６０３に衝突させることで治療放射線６０４を発生させる。また、照射制御装置７０４は、治療計画で定めた線量分布でターゲット６０６に治療放射線６０４を照射するようにマルチリーフコリメータ６０５の開口形状を調整する。なお、マルチリーフコリメータ６０５の開口形状を調整している間、治療放射線６０４の照射は停止させる。

〜治療処理の流れ〜
本実施形態における放射線治療システムによる動体追跡放射線治療の処理フローについて図１２を用いて説明する。

まず、操作者は透視Ｘ線撮影装置６１２〜６１５を用いて得た透視Ｘ線撮影画像を参照しながら、カウチ６１０上の照射対象６０９が所定の照射位置に配置されるようにカウチ６１０を移動させ、ターゲット６０６の移動範囲及び速度を確認する（ステップ８００）。

ステップ８００に続いて、操作者はターゲット６０６の移動範囲及び速度を基に標準撮影間隔及び照射不可時撮影間隔の値を決定し、撮影間隔設定装置７０５に設定する（ステップ８０１）。なお、標準撮影間隔が撮影制御装置７０１に予め固定で設定されている場合は、ここでの設定は不要である。

ステップ８０１に続いて、撮影制御装置７０１は透視Ｘ線撮影装置６１２〜６１５を制御し、ターゲット６０６の位置計測のための間欠的な透視Ｘ線撮影を開始する（ステップ８０２）。なお、撮影開始直後の撮影間隔は照射不可時撮影間隔とする。

ステップ８０２に続いて、撮影制御装置７０１は照射制御装置７０４からの情報を基にマルチリーフコリメータ６０５の稼働状態を確認し（ステップ８０３）、マルチリーフコリメータ６０５が稼働中か否かを判定する（ステップ８０４）。

ステップ８０４でＹＥＳ（マルチリーフコリメータ６０５が非稼動中）と判定された場合は、撮影制御装置７０１は撮影間隔を標準撮影間隔に戻す（ステップ８０５）。一方、ステップ８０４でＮＯ（マルチリーフコリメータ６０５が稼働中）と判定された場合は、撮影制御装置７０１は撮影間隔を照射不可時撮影間隔に変更し（ステップ８０６）、ステップ８０３に戻る。

ステップ８０５に続いて、照射判定装置７０３は画像生成装置７０２から得られた撮影画像を基にターゲット６０６の位置を確認し、ゲート領域内にターゲット６０６が存在するか否かを判定する（ステップ８０７）。

ステップ８０７でＹＥＳ（ゲート領域内にターゲット６０６が存在する）と判定した場合は、照射判定装置７０３は照射許可信号を照射制御装置７０４に送信し、照射制御装置７０４はライナック６０１を制御して治療放射線６０４をターゲット６０６に照射する（ステップ８０８）。一方、ステップ８０７でＮＯ（ゲート領域内にターゲット６０６が存在しない）と判定された場合は、ステップ８０３に戻る。

ステップ８０８に続いて、照射制御装置７０４は治療放射線６０４の経路上に設けられた線量モニタ（図示せず）により照射された治療放射線の総照射線量を計測し、総照射線量が治療計画で定めた線量（計画線量）に達したか否かを判定する（ステップ８０９）。

ステップ８０９でＹＥＳ（総照射線量が計画線量に達した）と判定された場合は、治療を終了する。一方、ステップ８０９でＮＯ（総照射線量が計画線量に達していない）と判定された場合は、ステップ８０１に戻る。

〜効果〜
本実施形態によれば、マルチリーフコリメータ６０５の開口形状を変更することにより治療放射線の照射野を整形する放射線治療システムにおいて、マルチリーフコリメータ６０５の非稼働中（治療放射線の照射可能時）は照射精度を確保できる標準撮影間隔でＸ線撮影が行われ、マルチリーフコリメータ６０５の稼働中（治療放射線の照射不可時）は、標準撮影間隔よりも大きくかつターゲット６０６を追跡するのに十分な照射不可時撮影間隔でＸ線撮影が行われるため、ターゲット６０６への照射精度を確保しつつ、Ｘ線撮影の頻度を抑えることにより透視Ｘ線撮影装置６１２〜６１５の負荷を低減できる。

〜変形例〜
本実施形態では、治療放射線としてＸ線を用いた場合の例を説明したが、荷電粒子線を用いた場合も同様に説明できる。

また、本実施形態における撮影間隔は、マルチリーフコリメータが稼動中か否かに応じて標準撮影間隔又は照射不可時撮影間隔のいずれかにしか変更されないが（ステップ８０５，８０６）、マルチリーフコリメータの稼動状態を更に細かく識別し、それらの稼動状態に応じて標準撮影間隔から照射不可時撮影間隔の間で段階的に変更する事も可能である。

＜第４の実施形態＞
本発明の第４の実施形態における放射線治療システムについて説明する。本実施形態は、第１から第３の実施形態のいずれかに基づき、加速器、エネルギー変更装置又はマルチリーフコリメータ等（以下、治療装置側という）が照射不可の状態にある間だけでなく、ターゲットがゲート領域内に存在しない間においても透視Ｘ線撮影の撮影間隔を広げることを可能とするものである。

本実施形態が第１又は第２の実施形態に基づく場合の放射線治療システムに備えられる制御システムの構成は、図３に示した第１の実施形態におけるものと同様であり、本実施形態が第３の実施形態に基づく場合の放射線治療システムに備えられる制御システムの構成は、図１１に示した第１の実施形態におけるものと同様である。

〜治療処理の流れ〜
本実施形態が第１又は第２の実施形態に基づく場合の放射線治療システムによる動体追跡放射線治療の処理フローについて図１３を用いて説明する。

まず、操作者は透視Ｘ線撮影装置１２〜１５を用いて得た透視Ｘ線撮影画像を参照しながら、カウチ１７上の照射対象１６が所定の照射位置に配置されるようにカウチ１７を移動させ、ターゲット１８の移動範囲及び速度を確認する（ステップ９００）。

ステップ９００に続いて、操作者はターゲット１８の移動範囲及び速度を基に標準撮影間隔及び照射不可時撮影間隔の値を決定し、ゲート領域からのターゲット１８の距離に応じた撮影間隔の値を決定し撮影間隔設定装置６０に設定する（ステップ９０１）。なお、標準撮影間隔について、透視Ｘ線撮影制御装置５５に予め固定で設定されている場合は、ここでの設定は不要である。

ステップ９０１に続いて、透視Ｘ線撮影制御装置５５は透視Ｘ線撮影装置１２〜１５を制御し、ターゲット１８の位置計測のための間欠的な透視Ｘ線撮影を開始する（ステップ９０２）。なお、撮影開始直後の撮影間隔は照射不可時撮影間隔とする。

ステップ９０２に続いて、透視Ｘ線撮影制御装置５５は照射制御装置５４からの情報を基に治療放射線の照射可否を確認し（ステップ９０３）、照射可能か否かを判定する（ステップ９０４）。ここでいう治療放射線の照射可否とは、治療装置側が治療放射線を照射できる状態にあるか否かを意味する。

ステップ９０４でＹＥＳ（照射可能）と判定された場合は、透視Ｘ線撮影制御装置５５は撮影間隔を標準撮影間隔に戻す（ステップ９０５）。一方、ステップ９０４でＮＯ（照射不可）と判定された場合は、透視Ｘ線撮影制御装置５５は撮影間隔を照射不可時撮影間隔に変更し（ステップ９０６）、ステップ９０３に戻る。

ステップ９０５に続いて、照射判定装置５９は画像生成装置５８から得られた撮影画像を基にターゲット１８の位置を確認し、ゲート領域内にターゲット１８が存在するか否かを判定する（ステップ９０７）。

ステップ９０７でＹＥＳ（ゲート領域内にターゲット１８が存在する）と判定した場合は、照射判定装置５９は中央制御装置５１に照射許可信号を送信し、中央制御装置５１は照射制御装置５４に照射許可信号を送信し、照射制御装置５４は照射装置１０を制御して治療放射線をターゲット１８に照射する（ステップ９０８）。

一方、ステップ９０７でＮＯ（ゲート領域内にターゲット１８が存在しない）と判定された場合は、照射判定装置５９はゲート領域からのターゲット１８の距離を算出し、この距離情報と照射不可信号を中央制御装置５１に送信する（ステップ９１０）。

中央制御装置５１は撮影制御装置５７に上記距離に応じて撮影間隔を変更する信号を送信し（ステップ９１１）、ステップ９０３に戻る。ここでいう撮影間隔の変更とは、ゲート領域からターゲット１８までの距離が大きければ撮影間隔を拡大し、ゲート領域からターゲット１８までの距離が小さければ撮影間隔を縮小することを意味する。なお、ゲート領域内にターゲット１８が存在しないときは、ゲート領域からターゲット１８までの距離に関係なく標準撮影間隔よりも大きい一定の撮影間隔（例えば、照射不可時撮影間隔）に変更しても良い。

ステップ９１０に続いて、照射制御装置５４は治療放射線の経路上に設けられた線量モニタ（図示せず）により照射された粒子の総照射線量を計測し、総照射線量が治療計画で定めた線量（計画線量）に達したか否かを判定する（ステップ９０９）。

ステップ９０９でＹＥＳ（総照射線量が計画線量に達した）と判定された場合は、治療を終了する。一方、ステップ９０９でＮＯ（総照射線量が計画線量に達していない）と判定された場合は、ステップ９０３に戻る。

なお、本実施形態が第３の実施形態に基づく場合の放射線治療システムによる動体追跡放射線治療の処理フローは、図３に示した照射判定装置５９、中央制御装置５１及び撮影制御装置５７の各機能が図１１に示した照射判定装置７０３、照射制御装置７０４及び撮影制御装置７０１によってそれぞれ実現される点を除き、第１又は第２の実施形態に基づく場合と同様である。

〜効果〜
加速器、エネルギー変更装置又はマルチリーフコリメータ等の治療装置側が照射不可の状態にある間に撮影間隔を拡大するとともに、ターゲット１８がゲート領域内に存在しない間においても撮影間隔を拡大することにより、撮影装置の負荷を低減できる。さらに、ターゲット１８がゲート領域内に存在しない間において、ゲート領域からターゲット１８までの距離に応じて撮影間隔を変更することにより、撮影のタイミングとターゲット１８がゲート領域内に入る瞬間とのずれが極小化し、ターゲット１８がゲート領域内に入る瞬間のターゲット１８の位置を特定することができる。これにより、ターゲット１８がゲート領域内にあるときにより多くの治療放射線を照射することが可能となり、治療時間を短縮することができる。

〜変形例〜
本実施形態における撮影間隔は、治療装置側の状態が照射可能か否かに応じて標準撮影間隔又は照射不可時撮影間隔のいずれかにしか変更されないが（ステップ９０５，９０６）、治療装置側の状態を更に細かく識別し、それらの状態に応じて標準撮影間隔から照射不可時撮影間隔の間で段階的に変更する事も可能である。

＜その他の変形例＞
なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が考えられる。例えば、上記の実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、各実施形態の構成の一部について、他の実施形態の構成の一部を追加・削除・置換をすることも可能である。

１ 治療放射線発生装置
２ ライナック
３ シンクロトロン
４，６，８ 偏向電磁石
５ ビーム輸送系
７ ビーム経路
９ 治療室
１０ 照射装置
１１ ガントリー
１２，１３ 透視Ｘ線発生装置
１４，１５ Ｘ線検出器
１６ 照射対象
１７ カウチ
１８ ターゲット
５０ 制御システム
５１ 中央制御装置
５２ 加速器制御装置
５３ ガントリー制御装置
５４ 照射制御装置
５５ 透視Ｘ線撮影制御装置
５６ カウチ制御装置
５７ 撮影制御装置
５８ 画像生成装置
５９ 照射判定装置
６０ 撮影間隔設定装置
３００ 線量モニタ
３０１ ワブラー電磁石
３０２ 散乱体
３０３ リッジフィルター
３０４ エネルギー変更装置
３０５ マルチリーフコリメータ
３０６ ボーラス
６００ 放射線治療装置
６０１ ライナック
６０２ 電子線
６０３ 重金属ターゲット
６０４ 治療放射線
６０５ マルチリーフコリメータ
６０６ ターゲット
６０７ ガントリー
６０８ コリメータ装置
６０９ 照射対象
６１０ カウチ
６１１ 照射台
６１２，６１３ Ｘ線検出器
６１４，６１５ 透視Ｘ線発生装置
７００ 制御システム
７０１ 透視Ｘ線撮影制御装置
７０２ 画像生成装置
７０３ 照射判定装置
７０４ 照射制御装置
７０５ 撮影間隔設定装置

Claims (6)

1. 治療放射線を発生させる放射線発生装置と、
   前期放射線発生装置で発生させた治療放射線を標的に向けて照射する放射線照射装置と、
   前記標的のＸ線画像を撮影する透視Ｘ線撮影装置と、
   所定の撮影間隔で間欠的に前記標的のＸ線画像を撮影するように前記透視Ｘ線撮影装置を制御する透視Ｘ線撮影制御装置と、
   前記透視Ｘ線撮影装置で撮影したＸ線画像から求めた前記標的の位置に応じて前記放射線照射装置を制御する照射制御装置とを備えた放射線治療システムにおいて、
   前記透視Ｘ線撮影制御装置は、前記放射線照射装置が治療放射線を照射できる状態のときは前記所定の撮影間隔を前記標的への照射精度を確保可能な第１撮影間隔に変更し、前記放射線照射装置が治療放射線を照射できない状態のときは前記所定の撮影間隔を前記第１撮影間隔よりも大きくかつ前記標的の位置を追跡可能な第２撮影間隔に変更することを特徴とする放射線治療システム。
2. 請求項１に記載の放射線治療システムにおいて、
   操作者による入力操作に応じて前記第２撮影間隔時間を変更する撮影間隔設定装置を更に備えたことを特徴とする放射線治療システム。
3. 請求項２に記載の放射線治療システムにおいて、
   前記放射線発生装置は、前期放射線発生装置で発生させた治療放射線を加速する放射線加速器を備え、
   前記透視Ｘ線撮影装置は、前記放射線加速器が治療放射線を出射できる運転状態にあるときは前記所定の撮影間隔を前記第１撮影間隔に変更し、前記放射線加速器が治療放射線を出射できない運転状態にあるときは前記所定の撮影間隔を前記第２撮影間隔に変更することを特徴とする放射線治療システム。
4. 請求項２に記載の放射線治療システムにおいて、
   前記放射線照射装置は、前期放射線発生装置で発生させた治療放射線のエネルギーを変更するエネルギー変更装置を備え、
   前記透視Ｘ線撮影装置は、前記エネルギー変更装置の稼動中は前記所定の撮影間隔を前記第２撮影間隔に変更し、前記エネルギー変更装置の非稼動中は前記所定の撮影間隔を前記第１撮影間隔に変更することを特徴とする放射線治療システム。
5. 請求項２に記載の放射線治療システムにおいて、
   前記放射線照射装置は、開口形状を変更することによって前期放射線発生装置で発生させた治療放射線の照射野を整形するマルチリーフコリメータを備え、
   前記透視Ｘ線撮影装置は、前記マルチリーフコリメータの稼働中は前記所定の撮影間隔を前記第２撮影間隔に変更し、前記マルチリーフコリメータが非稼働中は前記所定の撮影間隔を前記第１撮影間隔に変更することを特徴とする放射線治療システム。
6. 請求項２に記載の放射線治療システムにおいて、
   前記放射線照射装置は、前記標的が予め設定された照射許可領域内に存在するか否かを判定し、前記照射許可領域内に前記標的が存在しないと判定したときは前記照射許可領域から前記標的までの距離を算出する照射判定装置を備え、
   前記透視Ｘ線撮影装置は、前記放射線照射装置が治療放射線を照射できる状態において、前記照射判定装置が前記標的が前記照射許可領域内に存在すると判定したときは前記所定の撮影間隔を前記第１撮影間隔に変更し、前記照射判定装置が前記標的が前記照射許可領域内に存在しないと判定したときは前記第１撮影間隔を前記距離に応じて変更することを特徴とする放射線治療システム。

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