JP2021159233A

JP2021159233A - Ｘ線ｃｔ装置

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Publication number: JP2021159233A
Application number: JP2020062599A
Authority: JP
Inventors: 裕樹宮永; Yuki Miyanaga
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2020-03-31
Filing date: 2020-03-31
Publication date: 2021-10-11
Anticipated expiration: 2040-03-31
Also published as: JP7460426B2; CN113456096A; TW202137934A; CN113456096B; US11717250B2; US20210298710A1; KR20210122129A; TWI834963B

Abstract

【課題】患者の被曝量を抑えながら画質を向上するＸ線ＣＴ装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明のＸ線ＣＴ装置１は、患者ＰにＸ線を照射するＸ線源５と、患者Ｐが配置される位置を挟んでＸ線源５と反対側に配置され、患者Ｐを通過したＸ線を検出するＸ線検出器９と、Ｘ線源５とＸ線検出器９とを支持しＸ線源５とＸ線検出器９とを一緒に患者Ｐの周囲で回転させる回転ガントリ１３と、を備え、患者Ｐの体内に位置するアイソセンターＣと、Ｘ線源５と、の距離が可変であり、アイソセンターＣと、Ｘ線検出器９と、の距離が可変である。【選択図】図６

Description

本発明は、Ｘ線ＣＴ装置に関するものである。

従来、ハドロン治療装置に設けられたＸ線ＣＴ装置が知られている（特許文献１参照）。このＸ線ＣＴ装置は、回転ガントリに設けられたＸ線源とＸ線検出器とを有しており、Ｘ線源とＸ線検出器とが治療対象の患者を挟むように位置する。患者を中心とする回転ガントリの回転に伴って、Ｘ線源とＸ線検出器とが患者の周囲を回転することで、患者のＣＴ画像データが得られる。

国際公開第2014/041004号パンフレット

上記のＸ線ＣＴ装置においてＣＴ画像の画質を向上させるためには、Ｘ線の照射線量を増加する必要があり、そうすると患者の被曝が増加するといったデメリットがある。或いは、患者の被曝量を低減するためには、ＣＴ画像の画質を犠牲にせざるをえない。このように、上記ＣＴ装置においては、ＣＴ画像の画質向上と患者の被曝量低減とが両立し難い関係にある。この問題に鑑み、本発明は、患者の被曝量を抑えながら画質を向上するＸ線ＣＴ装置を提供することを目的とする。

本発明のＸ線ＣＴ装置は、撮像対象にＸ線を照射するＸ線源と、撮像対象が配置される位置を挟んでＸ線源と反対側に配置され、撮像対象を通過したＸ線を検出するＸ線検出器と、Ｘ線源とＸ線検出器とを支持しＸ線源とＸ線検出器とを一緒に撮像対象の周囲で回転させる回転部と、を備え、撮像対象内に位置する所定の基準位置と、Ｘ線源と、の距離が可変であり、基準位置と、Ｘ線検出器と、の距離が可変である。

Ｘ線検出器は、Ｘ線源と基準位置とを通る仮想直線に直交するＸ線検出面を備え、Ｘ線検出器は、仮想直線がＸ線検出面の中心位置を通る第１状態と、Ｘ線検出面が第１状態から回転軌跡の接線方向に位置ずれし、仮想直線がＸ線検出面の端部を通る第２状態と、に状態を切替え可能であることとしてもよい。

本発明によれば、患者の被曝量を抑えながら画質を向上するＸ線ＣＴ装置を提供することができる。

本実施形態のＸ線ＣＴ装置を備える陽子線治療システムを示す図である。陽子線治療システムの回転ガントリを示す斜視図である。第１状態におけるＸ線源とＸ線検出装置との位置関係を模式的に示す図である。第２状態におけるＸ線源とＸ線検出装置との位置関係を模式的に示す図である。Ｘ線ＣＴ装置のセッティングを示すフローチャートである。（ａ）〜（ｄ）は、Ｘ線ＣＴ装置のセッティングを順次示す図である。

以下、図面を参照しつつ本発明に係るＸ線ＣＴ装置の実施形態について詳細に説明する。図１及び図２に示されるように、本実施形態のＸ線ＣＴ装置１は、放射線治療システムの一種である陽子線治療システム５１に組み込まれている。陽子線治療システム５１は、例えば、患者Ｐの内部の腫瘍に対して、陽子線を照射して治療を行う装置である。陽子線治療システム５１は、荷電粒子を加速して荷電粒子線を出射する加速器５２と、陽子線を患者Ｐに照射する照射部３と、を備えている。更に陽子線治療システム５１は、照射部３を患者Ｐが載置される治療台７の周りに回転させる回転ガントリ１３（回転部）と、加速器５２と照射部３とを接続して加速器５２から出射された陽子線を照射部３まで輸送する輸送ライン５４と、を備えている。

Ｘ線ＣＴ装置１は、ＣＢＣＴ装置（コーンビームＣＴ装置）と呼ばれるタイプのＣＴ装置であり、陽子線治療システム５１の治療台７上での患者Ｐの位置を正確に合わせる目的で使用される。具体的には、陽子線照射治療に先立ち、治療台７にセッティングされた状態の患者Ｐの断層画像（ＣＴ画像）がＸ線ＣＴ装置１を用いて作成され、このＣＴ画像に基づいて患者Ｐ（撮像対象）の腫瘍等の位置が認識される。このＸ線ＣＴ装置１によるＣＴ画像が、事前に別のＣＴ装置で作成された患者Ｐの治療計画ＣＴ画像と比較されて、治療台７上における患者Ｐの位置合わせが行われる。なお、治療台７上における患者Ｐの位置合わせが、Ｘ線ＣＴ装置１によるＣＴ画像に基づいて直接行われてもよい。

Ｘ線ＣＴ装置１は、患者ＰにＸ線を照射するＸ線源５と、患者Ｐを載置する治療台７と、Ｘ線を検出するＸ線検出器９と、を備えている。図２に示されるように本実施形態のＸ線ＣＴ装置１はＸ線源５とＸ線検出器９との組を２組備えているが、Ｘ線源５とＸ線検出器９との組は１組であってもよい。更に、Ｘ線ＣＴ装置１は、Ｘ線検出器９で検出したＸ線に基づいて、患者Ｐの内部のＣＴ画像を生成する画像生成部１７と、を備えている。

図２に示されるように、Ｘ線源５とＸ線検出器９とは回転ガントリ１３によって支持され回転可能に構成されており、Ｘ線源５及びＸ線検出器９が一体としてアイソセンターＣ周りに回転する。アイソセンターＣ（基準位置）は、ＣＴ画像処理や陽子線治療の治療計画の処理等に用いられる座標の原点である。アイソセンターＣは回転ガントリ１３の回転中心に設定されており、Ｘ線源５及びＸ線検出器９の回転中心でもある。但し、回転ガントリ１３の回転軌跡は完全な円ではないので、回転ガントリ１３の回転軸重心であるMechanical Isocenterが上記アイソセンターＣとされる。このように決めたアイソセンターＣは、厳密に言えば、完全な一点ではなく幅１ｍｍ程度の大きさを持つ場合がある。また、別途、陽子線の照射部３によるStar shot照射やWinston Lutz testにより求められる回転ガントリ１３の回転駆動重心はRadiation Isocenterと呼ばれる。このRadiationIsocenterも完全な一点ではなくある大きさを持つが、アイソセンターＣは、このRadiationIsocenterの中に含まれる。また、ＣＴ撮像時及び陽子線治療時には、患者Ｐの体内（例えば腫瘍の位置）にアイソセンターＣが位置するように患者Ｐが配置される。

Ｘ線源５は、Ｘ線管５ａとコリメータ５ｂ（図３参照）とを備えている。Ｘ線管５ａは、当該Ｘ線管５ａを頂点とする円錐状のＸ線のビーム（コーンビーム）を治療台７に向けて照射する。また、コリメータ５ｂは、開口の開閉によってＸ線管５ａの上記Ｘ線のビームの広がり角度を調整することができる。Ｘ線検出器９は、ＦＰＤ（Flat Panel Detector）であり、Ｘ線源５からのＸ線を検出するＸ線検出面９ａを備えている。

Ｘ線源５とＸ線検出器９とは、回転ガントリ１３上において、治療台７を挟んで互いに反対側の位置に配置されている。Ｘ線源５からＸ線が照射され、治療台７上の患者Ｐを通過したＸ線がＸ線検出器９に検出され、Ｘ線検出器９には患者ＰのＸ線画像データが取得される。このとき回転ガントリ１３が所定の角度（例えば約１８０°）回転することで、投射角度を変えながら、各投射角度に対応するＸ線画像データを収集することができる。またこのとき、患者Ｐが載置される治療台７は、建物の床に固定された支持装置７ａにより支持されており、回転ガントリ１３の回転とは無関係に患者ＰはアイソセンターＣの近傍に配置される。そして、画像生成部１７は、Ｘ線検出器９で収集された上記のＸ線画像データに基づいて、所定の演算による画像再構成処理を実行し、患者Ｐの内部のＣＴ画像を生成する。

図３は、Ｘ線源５とＸ線検出器９とを回転ガントリ１３の回転軸線方向の視線で模式的に示す図である。図３では、１組のＸ線源５とＸ線検出器９とを示しているが、他の１組も同様の構成を有するので、重複する説明及び図示を省略する。図中に一点鎖線で示される円１５はＸ線源５の回転軌跡であり、円１９はＸ線検出面９ａの回転軌跡である。Ｘ線源５とアイソセンターＣとを通る仮想直線Ｂは、Ｘ線検出面９ａの中心位置９ｂを通り、Ｘ線検出面９ａに直交する。Ｘ線源５から出射されＸ線検出面９ａで検出されるＸ線の通過範囲は、Ｘ線源５とＸ線検出面９ａの両端とを頂点とする三角形で表される。そして、アイソセンターＣを中心として上記通過範囲を回転させたときに、回転させた上記通過範囲のすべてが重複する領域は、回転させた上記三角形のすべてに内接する円Ｈの内側の領域Ｒで表される。このような領域Ｒは、可視化領域、又はＦＯＶ(Field of View)などと呼ばれる場合もある。ＣＴ撮像時においては、患者Ｐの断面が、上記ＦＯＶ内に包含される必要がある。

また、Ｘ線ＣＴ装置１では、Ｘ線検出器９の設置位置を変更して、Ｘ線源５とＸ線検出器９とを、図４の状態に設定してＣＴ撮像を実行することもできる。図４の状態では、Ｘ線検出面９ａが回転軌跡（円１９）の接線方向に位置ずれしており、Ｘ線源５とアイソセンターＣとを通る仮想直線ＢがＸ線検出面９ａの端部９ｃを通る。この状態では、幾何学的に理解されるように、図３の状態よりもＦＯＶ（領域Ｒ）が大きくなるので、例えば、胴囲が大きい患者ＰのＣＴ撮像にも対応可能である。以下では、図３の状態を「第１状態」といい、図４の状態を「第２状態」という。

また、Ｘ線ＣＴ装置１では、アイソセンターＣとＸ線源５との距離が可変である。すなわち、回転ガントリ１３内で、Ｘ線源５の位置を回転径方向（仮想直線Ｂ方向）に移動させることができ、Ｘ線源５の回転半径（円１５の半径）を変更することができる。同様に、Ｘ線ＣＴ装置１では、アイソセンターＣとＸ線検出器９との距離が可変である。すなわち、回転ガントリ１３内で、Ｘ線検出器９の位置を回転径方向（仮想直線Ｂ方向）に移動させることができ、Ｘ線検出器９の回転半径（円１９の半径）を変更することができる。回転ガントリ１３内でＸ線源５とＸ線検出器９とをそれぞれ位置可変とするために、例えばＸ線源５等を仮想直線Ｂ方向にスライド可動とする機構など、種々の公知の機構を採用することができる。

上記のようなＸ線ＣＴ装置１によるＣＴ撮像のためのセッティングについて、図５のフローチャート及び図６の模式図を参照しながら説明する。

なお、Ｘ線ＣＴ装置１はＸ線源５及びＸ線検出器９の動作を統括的に制御する処理部１６（図２参照）を備えており、処理部１６は例えばコンピュータ２１（図２参照）の一構成である。コンピュータ２１は情報を記憶する記憶部１８（図２参照）を有しており、記憶部１８には、図５のフローチャートで表される所定のコンピュータプログラムが格納される。以下に説明するセッティングは処理部１６によって自動的に実行されてもよい。この場合、処理部１６は、回転ガントリ１３に対するＸ線源５の支持位置を回転ガントリ１３の回転径方向で移動させ位置設定することができる。また処理部１６は、回転ガントリ１３に対するＸ線検出器９の支持位置を回転ガントリ１３の回転径方向及び回転軌跡の接線方向で移動させ位置設定することができる。上記位置設定を可能にするために、回転ガントリ１３には、処理部１６の制御下でＸ線源５とＸ線検出器９とをそれぞれ移動させる駆動装置（図示せず）と、Ｘ線源５とＸ線検出器９との位置をそれぞれ検知し処理部１６に送信するセンサ類（図示せず）と、が設けられてもよい。そして、上記コンピュータプログラムがコンピュータ２１で実行されることにより、処理部１６で制御される上記駆動装置及び上記センサ類等の協働の下で、以下に説明するセッティングが行われてもよい。

セッティングでは、まず、図６（ａ）に示されるように、Ｘ線源５とＸ線検出器９とが、アイソセンターＣから可動範囲内で最も離れた位置に配置される（図５のＳ１０１）。また、このとき、Ｘ線源５のコリメータ５ｂの開度が調整され、Ｘ線検出面９ａの幅一杯にちょうどＸ線が照射されるようにされる。続いて、患者Ｐのサイズの大小等に基づいて、Ｘ線検出器９の設置状態を第１状態（図３）とするか第２状態（図４）とするかが選択され、選択された何れかの設置状態でＸ線検出器９が回転ガントリ１３に設置される（図５のＳ１０３）。ここでは、光学センサ、距離センサに基づいて患者Ｐのサイズが計測されてもよい。或いは、治療計画用ＣＴから得られる情報に基づいて患者Ｐのサイズが認識されてもよい。患者Ｐのサイズが規定よりも小さい場合には第１状態が選択され、規定よりも大きい場合には第２状態が選択される。なお、以下では、第１状態が選択された場合を例として以降の処理を説明するが、第２状態が選択された場合の処理も同様であるので、重複する説明は省略する。

続いて、図６（ｂ）に示されるように、Ｘ線検出器９がアイソセンターＣに近づくように移動され設置される（図５のＳ１１３）。ここでは、Ｘ線検出器９とアイソセンターＣとの距離が近すぎると、回転ガントリ１３の回転時にＸ線検出器９と治療台７又は患者Ｐとが干渉する可能性がある。従って、このような干渉が発生しない範囲内において、アイソセンターＣに可能な限り近い位置にＸ線検出器９が設置される。また、ここでは、Ｘ線源５からＸ線検出器９へ投影した患者Ｐの投影像Ｑの幅と、Ｘ線検出器９の可視化領域（Ｘ線検出面９ａ）の幅と、が可能な限り近くなるように、Ｘ線検出器９が設置される。すなわち、Ｘ線検出器９の可視化領域を可能な限り広く使用できるように、Ｘ線検出器９が設置される。

具体的にはＸ線検出器９の位置設定として図５のＳ１１１〜Ｓ１１９の処理が次のように実行される。まず、事前に処理部１６で、Ｘ線検出器９、Ｘ線源５、治療台７及び患者Ｐの３Ｄモデルが作成され保存されている。上記患者Ｐの３Ｄモデルは患者Ｐの体表面情報から算出され、上記体表面情報は患者Ｐの治療計画を作成する際の計画ＣＴから得られる。Ｓ１１１では、Ｘ線検出器９及びＸ線源５の現在位置情報と上記３Ｄモデルとに基づくシミュレーションが実行され、回転ガントリ１３の回転時にＸ線検出器９と治療台７又は患者Ｐとの干渉が発生するか否かが判定される（図５のＳ１１１）。

Ｓ１１１において干渉が発生すると判定された場合には、オペレータに対する警告を示す画面が、処理部１６に接続された図示されない情報出力装置（情報表示画面）に表示される（図５のＳ１１７）。更に、Ｘ線検出器９がアイソセンターＣから離れる方向に僅かに移動（図５のＳ１１９）されることで、上記干渉が発生しない位置にＸ線検出器９が設置される。その後、後述のＳ１２１に処理が進められる。またこの場合、Ｘ線検出器９の現在位置が、Ｘ線検出器９の移動範囲の限界位置（アイソセンターＣに近い側の限界位置）として設定され、当該限界位置よりもアイソセンターＣ側へのＸ線検出器９の移動が禁止されるようにしてもよい。

これに対し、上記Ｓ１１１で干渉が発生しないと判定された場合には、Ｘ線検出器９がアイソセンターＣに近づくように所定距離だけ移動され設置される（図５のＳ１１３）。その後、患者Ｐの投影像Ｑの幅と、Ｘ線検出器９の可視化領域（Ｘ線検出面９ａ）の幅と、がほぼ等しいか否かが判定される（図５のＳ１１５）。すなわち、患者Ｐの投影像Ｑの幅と、上記可視化領域の幅と、の差が所定量以下であるか否かが判定される。Ｓ１１５において、投影像Ｑの幅と、Ｘ線検出器９の可視化領域の幅と、がほぼ等しいと判定された場合には後述のＳ１２１に処理が進められ、それ以外の場合には前述のＳ１１１から再び処理が繰り返される。

上記のＳ１１５における投影像Ｑは、事前に処理部１６において、患者Ｐの治療計画を作成する際の計画ＣＴに基づいて、仮想投影像（DRR：Digitally Reconstructed Radiographs）として取得される。そして、上記のＳ１１５では、Ｘ線検出器９及びＸ線源５の現在位置情報からDDRが求められ、Ｘ線検出面９ａの投影像Ｑがシミュレーションで得られる。

続いて、図６（ｃ）に示されるように、Ｘ線源５がアイソセンターＣに近づくように移動され設置される（図５のＳ１２３）。ここでは、Ｘ線源５とアイソセンターＣとの距離が近すぎると、回転ガントリ１３の回転時にＸ線源５と治療台７又は患者Ｐとが干渉する可能性がある。従って、このような干渉が発生しない範囲内において、アイソセンターＣに可能な限り近い位置にＸ線源５が設置される。また、ここでは、Ｘ線源５からＸ線検出器９への患者Ｐの投影像Ｑの幅と、Ｘ線検出器９の可視化領域（Ｘ線検出面９ａ）の幅と、が可能な限り近くなるように、Ｘ線源５が設置される。すなわち、Ｘ線検出器９の可視化領域を可能な限り広く使用できるように、Ｘ線源５が設置される。

具体的には、Ｘ線源５の位置設定として図５のＳ１２１〜Ｓ１２９の処理が実行される。このＳ１２１〜Ｓ１２９によるＸ線源５の位置設定の処理は、前述したＳ１１１〜Ｓ１１９によるＸ線検出器９の位置設定の処理と同様であるので、重複する説明を省略する。

続いて、図６（ｄ）に示されるように、再びＸ線源５のコリメータ５ｂの開度が調整され、照射野がＸ線検出器９のアクティブエリア（Ｘ線検出面９ａ）に対して最適な範囲に調整される（図５のＳ１３３）。ここでは、調整すべきコリメータ５ｂの開度が前述のDDRのシミュレーションを利用して求められてもよい。例えばここでは、Ｘ線検出面９ａの幅一杯にちょうどＸ線が照射されるようにされる。なお、ここでは、コリメータ５ｂの開度が故意に絞られターゲット（患者Ｐ）の関心領域の範囲にＸ線源５からの照射野が合わせられてもよい。この場合、照射野が絞られることにより散乱線が低減されるのでＣＴ画像の画質が向上する。次に、Ｘ線管５ａとＸ線検出面９ａとの距離に基づいて、十分なＣＴ画像の画質を得るための必要なＸ線量が得られるように、Ｘ線管５ａの電流量（曝射パラメータ）が設定される（図５のＳ１３５）。

以上のようなＸ線ＣＴ装置１では、患者Ｐの投影像Ｑの幅とＸ線検出器９の可視化領域の幅とが可能な限り近くなるように、且つＸ線源５とＸ線検出器９とが回転中に他の機器（治療台７等）に干渉しない範囲内で、Ｘ線源５とＸ線検出面９ａとの距離を可能な限り小さくすることができる。そうすると、Ｘ線源５とＸ線検出面９ａとの距離が小さくなったことにより、Ｘ線の線量を大きくすることなく、ＣＴ撮像で得られるＣＴ画像の画質が向上する。また、Ｘ線源５とＸ線検出面９ａとの距離が小さくなったことで散乱線が低減されることも、ＣＴ画像の画質の向上に寄与する。従って、このＸ線ＣＴ装置１によれば、Ｘ線量を抑え患者ＰのＸ線被曝量を抑えながら、画質を向上することができる。

また、Ｘ線ＣＴ装置１では、第１状態（図３）のみならず、第２状態（図４）を選択して撮像を行うことができる。従って、患者Ｐの胴囲等に応じて、第２状態によりＦＯＶを広くすることができ、胴囲の大きい患者Ｐ等にも対応し易い。

本発明は、上述した実施形態を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した様々な形態で実施することができる。また、上述した実施形態に記載されている技術的事項を利用して、変形例を構成することも可能である。各実施形態の構成を適宜組み合わせて使用してもよい。

実施形態では、Ｘ線検出器９の位置設定（図５のＳ１１１〜Ｓ１１９）の後でＸ線源５の位置設定（図５のＳ１２１〜Ｓ１２９）が実行されているが、この順を入れ替えて、Ｘ線源５の位置設定（図５のＳ１２１〜Ｓ１２９）の後でＸ線検出器９の位置設定（図５のＳ１１１〜Ｓ１１９）が実行されてもよい。また、図５のフローチャート中の処理の少なくとも一部が、Ｘ線ＣＴ装置１のオペレータによる手動操作で実行されてもよい。また、実施形態では本発明のＸ線ＣＴ装置を陽子線治療システムに組み込まれるＣＢＣＴ装置に適用した一例を説明したが、本発明は、外科用のＸ線ＣＴ装置や、歯科用のＸ線ＣＴ装置にも適用可能である。

１…Ｘ線ＣＴ装置、５…Ｘ線源、９…Ｘ線検出器、９ａ…Ｘ線検出面、９ｂ…中心位置、９ｃ…端部、１３…回転ガントリ（回転部）、Ｂ…仮想直線、Ｃ…アイソセンター（基準位置）、Ｐ…患者（撮像対象）。

Claims

撮像対象にＸ線を照射するＸ線源と、
前記撮像対象が配置される位置を挟んで前記Ｘ線源と反対側に配置され、前記撮像対象を通過した前記Ｘ線を検出するＸ線検出器と、
前記Ｘ線源と前記Ｘ線検出器とを支持し前記Ｘ線源と前記Ｘ線検出器とを一緒に前記撮像対象の周囲で回転させる回転部と、を備え、
前記撮像対象内に位置する所定の基準位置と、前記Ｘ線源と、の距離が可変であり、
前記基準位置と、前記Ｘ線検出器と、の距離が可変である、Ｘ線ＣＴ装置。
前記Ｘ線検出器は、前記Ｘ線源と前記基準位置とを通る仮想直線に直交するＸ線検出面を備え、
前記Ｘ線検出器は、
前記仮想直線が前記Ｘ線検出面の中心位置を通る第１状態と、
前記Ｘ線検出面が前記第１状態から回転軌跡の接線方向に位置ずれし、前記仮想直線が前記Ｘ線検出面の端部を通る第２状態と、に状態を切替え可能である、請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。