JP2021191370A - 放射線治療用ｃｔ撮像システム及び放射線治療用ｃｔ撮像方法 - Google Patents

Abstract

【課題】患者の呼吸運動に伴い変動する患部及び臓器等の位置を正確に把握できる。【解決手段】患者を載置する治療台と、治療台の周囲を回転すると共に放射線照射部が設置された回転ガントリと、回転ガントリの回転時にＸ線を照射するＸ線発生部と、回転ガントリの回転時に患者を透過した透過Ｘ線を撮像して画像データを出力するＸ線撮像部１４と、患者の呼吸運動を監視する呼吸監視装置１５と、制御計算装置１６とを有し、この制御計算装置は、患者の呼吸運動の呼吸波形の周期を複数の位相範囲に分割し、この位相範囲毎に、Ｘ線撮像部にて作動された画像データを、画像データ撮像時の回転ガントリの回転角度値と共に分類し、同一の位相範囲に分類された複数の画像データ及び回転角度値を再構成して３次元再構成画像を作成し、位相範囲毎に作成された３次元再構成画像を呼吸波形の位相の時系列に並べて統合して、時間軸を有する立体画像を出力するものである。【選択図】図４

Description

本発明の実施形態は、放射線治療用ＣＴ撮像システム及び放射線治療用ＣＴ撮像方法に関する。

放射線治療は、放射線を患者の患部に照射してその病巣の細胞に損傷を与える治療方法であるが、患部への正確な照射が行われないと正常組織も損傷しかねない。そのため、予めＣＴ（コンピューター断層）撮影を行って患者の患部位置を３次元的に把握し、放射線を、正常組織を避けて患部に最も効果的に照射する治療計画を行っている。本放射線治療では、その治療計画に従って放射線を照射させるように、治療計画時の患者体位と治療直前の患者の体位とを合わせる必要がある。

そのため、治療計画時に、ＣＴ撮像装置から出力される３次元再構成画像を断層化してＣＴ画像を求め、このＣＴ画像と、治療直前に治療室内で撮影するＸ線撮像装置からのＸ線画像とを照合させて、患者の患部の位置合わせが行われている。但し、治療室内のＸ線撮像装置では、患者に対して体軸方向の２次元画像を取得するのみであり、治療計画時のＣＴ撮像装置から出力される３次元再構成画像に対して精度の高い照合を行うことが困難である。

ＣＴ撮影に使用するＸ線の発生には、扇状に拡散するファンビームと円錐状に拡散するコーンビームとがある。放射線治療用回転ガントリではコーンビーム状のＸ線を使用したＣＴ撮影が用いられる。コーンビーム状のＸ線を使用したＣＴ撮影において、患者の断層座標Ｖ(ｘ、ｙ、ｚ)からＸ線検出器座標Ｖ_Ｐ(ｘ_ｐ、ｙ_ｐ、ｚ_ｐ)への座標変換は、図８に示す
Ｅ×Ｐ×Ｔ×Ｒ×Ｖ＝Ｖ_Ｐ
という一連の行列式を用いた計算で行われる。ここで各行列は、

と書き表せる。

回転行列Ｒは、ボリューム(患者)座標系を角度φでｙ軸周りに反時計方向に回転させる。また、平行移動行列Ｔは、ボリューム(患者)座標系をＸ線の照射方向(ｚ軸)に沿って負側に距離ｄだけ移動させる。これらの２つの行列Ｒ及びＴは、座標系をボリューム(患者)座標系からのＸ線源座標系へ写像する。また、Ｘ線源の位置Ｄ並びにＸ線検知器のサイズｗ及びｈによって決定される透視投射行列Ｐは、コーンビーム投影の切頭体を定義する。この行列Ｐのパラメータｎ及びｆは、Ｘ線源から切頭体の遠近それぞれのクリッピング平面までの距離を表す。更に、座標変換行列Ｅは、患者の断層座標Ｖに対するＸ線検出器座標Ｖ_Ｐをなす。

上記行列式による演算に基づき、回転ガントリに設置されたＸ線撮像装置が、患者周辺を回転しながらＸ線透過画像を撮影することによって画像データを取得し、３次元再構成画像を生成する。しかしながら、回転ガントリの回転速度は１周が約１〜２分であり、患者の呼吸周期の約３〜４秒に対して長すぎる。このため、回転ガントリが１回転して撮像する間に患者の呼吸によって撮像範囲が動いてしまい、上記Ｘ線撮像装置では、位置精度の高い３次元再構成画像が得られない。従って、この３次元再構成画像では、治療計画時のＣＴ画像との整合や立体的な位置合わせを行うことができない。

特開２０１５−２９７９３号公報 特表２０１０−５０５５６２号公報

特許文献１には、ＣＴ撮影時のＸ線画像に捉えられた患者内の標的の３次元位置を認識し、動体追跡治療の治療放射線照射条件を満たす画像を選択して画像再構成を行い、ＣＴ画像を生成する旨が記載されている。これにより、患者の呼吸等の動きがあっても、治療計画通りに放射線を標的に照射することが可能になる。しかしながら、この特許文献１に記載の技術では、治療放射線照射条件を満たす画像のみを選択するため、患部の位置変位を正確に把握できない。例えば、治療計画時の骨格及び臓器の位置関係が治療時とずれていたとき、その日の状態の違いによるのか、呼吸性移動によるのかの区別をすることが困難である。

本発明の実施形態は、上述の事情を考慮してなされたものであり、患者の呼吸運動に伴い変動する患部及び臓器等の位置を正確に把握できる放射線治療用ＣＴ撮像システム及び放射線治療用ＣＴ撮像方法を提供することを目的とする。

本発明の実施形態における放射線治療用ＣＴ撮像システムは、患者を載置する治療台と、前記治療台を取り囲んでこの治療台の周囲を回転すると共に、前記治療台上の前記患者へ放射線を照射する放射線照射部が設置された回転ガントリと、前記回転ガントリに取り付けられ、この回転ガントリの回転時にＸ線を照射するＸ線発生部と、前記回転ガントリに取り付けられ、この回転ガントリの回転時に前記治療台上の前記患者を透過した透過Ｘ線を撮像して画像データを出力するＸ線撮像部と、前記治療台上の前記患者の呼吸運動を監視する呼吸監視装置と、前記Ｘ線発生部による前記Ｘ線の発生及び前記Ｘ線撮像部からの前記画像データの取得を制御すると共に、前記Ｘ線撮像部からの前記画像データを用いて３次元再構成画像を作成する制御計算装置と、を有する放射線治療用ＣＴ撮像システムであって、前記制御計算装置は、前記呼吸監視装置により監視された前記患者の呼吸運動の呼吸波形における周期を複数の位相範囲に分割し、これらの位相範囲毎に、前記Ｘ線撮像部にて撮像された前記画像データを、この画像データ撮像時の前記回転ガントリの回転角度値と共に分類し、同一の前記位相範囲に分類された複数の前記画像データ及び前記回転ガントリの回転角度値を再構成して前記３次元再構成画像を作成し、前記位相範囲毎に作成された前記３次元再構成画像を複数、前記呼吸波形の位相の時系列に順次並べて統合することで、時間軸を有する立体画像を出力するよう構成されたことを特徴とするものである。

また、本発明の実施形態における放射線治療用ＣＴ撮像システムは、患者を載置する治療台と、前記治療台を取り囲んでこの治療台の周囲を回転すると共に、前記治療台上の前記患者へ放射線を照射する放射線照射部が設置された回転ガントリと、前記回転ガントリに取り付けられ、この回転ガントリの回転時にＸ線を照射するＸ線発生部と、前記回転ガントリに取り付けられ、この回転ガントリの回転時に前記治療台上の前記患者を透過した透過Ｘ線を撮像して画像データを出力するＸ線撮像部と、前記治療台上の前記患者の呼吸運動を監視する呼吸監視装置と、前記Ｘ線発生部による前記Ｘ線の発生及び前記Ｘ線撮像部からの前記画像データの取得を制御すると共に、前記Ｘ線撮像部からの前記画像データを用いて３次元再構成画像を作成する制御計算装置と、を有する放射線治療用ＣＴ撮像システムであって、前記制御計算装置は、前記呼吸監視装置により監視された前記患者の呼吸運動の呼吸波形における振幅を複数の振幅範囲に分割し、これらの振幅範囲毎に、前記Ｘ線撮像部にて撮像された前記画像データを、この画像データ撮像時の前記回転ガントリの回転角度値と共に分類し、同一の前記振幅範囲に分類された複数の前記画像データ及び前記回転ガントリの回転角度値を再構成して前記３次元再構成画像を作成するよう構成されたことを特徴とするものである。

更に、本発明の実施形態における放射線治療用ＣＴ撮像方法は、患者を載置する治療台と、前記治療台を取り囲んでこの治療台の周囲を回転すると共に、前記治療台上の前記患者へ放射線を照射する放射線照射部が設置された回転ガントリと、前記回転ガントリに取り付けられ、この回転ガントリの回転時にＸ線を照射するＸ線発生部と、前記回転ガントリに取り付けられ、この回転ガントリの回転時に前記治療台上の前記患者を透過した透過Ｘ線を撮像して画像データを出力するＸ線撮像部と、前記治療台上の前記患者の呼吸運動を監視する呼吸監視装置と、前記Ｘ線発生部による前記Ｘ線の発生及び前記Ｘ線撮像部からの前記画像データの取得を制御すると共に、前記Ｘ線撮像部からの前記画像データを用いて３次元再構成画像を作成する制御計算装置と、を有する放射線治療用ＣＴ撮像システムを準備し、前記呼吸監視装置により監視された前記患者の呼吸運動の呼吸波形における周期を複数の位相範囲に分割するステップと、これらの位相範囲毎に、前記Ｘ線撮像部にて撮像された前記画像データを、この画像データ撮像時の前記回転ガントリの回転角度値と共に分類するステップと、同一の前記位相範囲に分類された複数の前記画像データ及び前記回転ガントリの回転角度値を再構成して、前記３次元再構成画像を作成するステップと、前記位相範囲毎に作成された前記３次元再構成画像を複数、前記呼吸波形の位相の時系列に順次並べて統合することで、時間軸を有する立体画像を出力するステップとを、前記制御計算装置が順次実施することを特徴とするものである。

また、本発明の実施形態における放射線治療用ＣＴ撮像方法は、患者を載置する治療台と、前記治療台を取り囲んでこの治療台の周囲を回転すると共に、前記治療台上の前記患者へ放射線を照射する放射線照射部が設置された回転ガントリと、前記回転ガントリに取り付けられ、この回転ガントリの回転時にＸ線を照射するＸ線発生部と、前記回転ガントリに取り付けられ、この回転ガントリの回転時に前記治療台上の前記患者を透過した透過Ｘ線を撮像して画像データを出力するＸ線撮像部と、前記治療台上の前記患者の呼吸運動を監視する呼吸監視装置と、前記Ｘ線発生部による前記Ｘ線の発生及び前記Ｘ線撮像部からの前記画像データの取得を制御すると共に、前記Ｘ線撮像部からの前記画像データを用いて３次元再構成画像を作成する制御計算装置と、を有する放射線治療用ＣＴ撮像システムを準備し、前記呼吸監視装置により監視された前記患者の呼吸運動の呼吸波形における振幅を複数の振幅範囲に分割するステップと、これらの振幅範囲毎に、前記Ｘ線撮像部にて撮像された前記画像データを、この画像データ撮像時の前記回転ガントリの回転角度値と共に分類するステップと、同一の前記振幅範囲に分類された複数の前記画像データ及び前記回転ガントリの回転角度値を再構成して、前記３次元再構成画像を作成するステップとを、前記制御計算装置が順次実施することを特徴とするものである。

本発明の実施形態によれば、患者の呼吸運動に伴い変動する患部及び臓器等の位置を正確に把握できる。

第１実施形態に係る放射線治療用ＣＴ撮像システムの回転ガントリ、Ｘ線発生部、Ｘ線撮像部及び治療台等を示す正面図。 図１の回転ガントリ等を示す正面図。 図１の放射線治療用ＣＴ撮像システムを機能させるための制御計算装置を含む機器の構成図。 図３の制御計算装置の機能を説明するブロック図。 患者の呼吸運動の呼吸波形の周期を複数の位相範囲に分割し、取得した画像データを分類する様子を説明する模式図。 第２実施形態に係る放射線治療用ＣＴ撮像システムの制御計算装置の機能を説明するブロック図。 患者の呼吸運動の呼吸波形の振幅を複数の振幅範囲に分割し、取得した画像データを分類する様子を説明する模式図。 患者の断層座標からＸ線検出器座標へ座標変換する概念を示す斜視図。

以下、本発明を実施するための形態を、図面に基づき説明する。
［Ａ］第１実施形態（図１〜図５）
図１は、第１実施形態に係る放射線治療用ＣＴ撮像システムの回転ガントリ、Ｘ線発生部、Ｘ線撮像部及び治療台等を示す正面図である。また、図３は、図１の放射線治療用ＣＴ撮像システムを機能させるための制御計算装置を含む機器の構成図である。これらの図１及び図３に示す放射線治療用ＣＴ撮像システム１０は、患者１の患部へ放射線を照射する際に、患者１の患部及び臓器等をＸ線により撮像し、得られた画像データを用いて３次元再構成画像を作成するものであり、治療台１１、回転ガントリ１２、Ｘ線発生部１３、Ｘ線撮像部１４、呼吸監視装置１５及び制御計算装置１６を有して構成される。

治療台１１は、患者１を横臥させて載置させるものである。また、回転ガントリ１２は、治療台１１を取り囲んでこの治療台１１の周囲を回転するものであり、辺縁部に放射線照射部１７が設置される。回転ガントリ１２の回転軸Ｏは、治療台１１に横臥した患者１の位置になるように設定される。また、放射線照射部１７は、治療台１１に横臥した患者１へ放射線を照射する。

Ｘ線発生部１３は第１Ｘ線発生部１３Ａ及び第２Ｘ線発生部１３Ｂを有してなる。図２にも示すように、これらの第１Ｘ線発生部１３Ａと第２Ｘ線発生部１３Ｂは、回転ガントリ１２の辺縁部に、回転ガントリ１２の回転軸Ｏを中心として９０度離反した位置に設置される。これらの第１及び第２Ｘ線発生部１３Ａ及び１３Ｂは例えばＸ線管であり、回転ガントリ１２の回転時に治療台１１上の患者１へ向かってＸ線を照射する。

Ｘ線撮像部１４は第１Ｘ線撮像部１４Ａ及び第２Ｘ線撮像部１４Ｂを有してなる。第１Ｘ線撮像部１４Ａは、第１Ｘ線発生部１３Ａに対し回転ガントリ１２の回転軸Ｏを中心として１８０度の方向に位置付けられて第１Ｘ線発生部１３Ａと対をなし、放射線照射部１７に隣接して配置される。また、第２Ｘ線撮像部１４Ｂは、第２Ｘ線発生部１３Ｂに対し回転ガントリ１２の回転軸Ｏを中心として１８０度の方向に位置付けられて第２Ｘ線発生部１３Ｂと対をなし、放射線照射部１７に隣接して配置される。

第１Ｘ線撮像部１４Ａは、回転ガントリ１２の回転時に、第１Ｘ線発生部１３Ａから照射されたＸ線が治療台１１上の患者１を透過した透過Ｘ線を撮像して画像データ(Ｘ線透過画像)２９を出力する。また、第２Ｘ線撮像部１４Ｂは、回転ガントリ１２の回転時に、第２Ｘ線発生部１３Ｂから照射されたＸ線が治療台１１上の患者１を透過した透過Ｘ線を撮像して画像データ(Ｘ線透過画像)２９を出力する。

呼吸監視装置１５は、図１及び図３に示すように、例えば治療台１１に設置されたセンサ１８を備える。このセンサ１８は、治療台１１に横臥した患者１の体表面に表れる呼吸運動の移動量を測定する。呼吸監視装置１５は、センサ１８からの測定データを取り込むことで、患者１の呼吸運動を監視する。

制御計算装置１６は、図３に示すように、Ｘ線発生部（第１Ｘ線発生部１３Ａ及び第２Ｘ線発生部１３Ｂ）によるＸ線の発生、及びＸ線撮像部（第１Ｘ線撮像部１４Ａ及び第２Ｘ線撮像部１４Ｂ）からの画像データ（Ｘ線透過画像）２９の取得等を制御すると共に、Ｘ線撮像部１４からの画像データ２９を用いて３次元再構成画像等を作成する。

つまり、制御計算装置１６は、第１高電圧発生装置１９Ａ及び第２高電圧発生装置１９Ｂを制御して、第１Ｘ線発生部１３Ａ及び第２Ｘ線発生部１３Ｂのそれぞれから、タイミング及び強度を調整してＸ線を発生させる。また、制御計算装置１６は、第１Ｘ線撮像部１４Ａ、第２Ｘ線撮像部１４Ｂにてそれぞれ撮像された画像データ（Ｘ線透過画像）２９を、Ｘ線の発生タイミング(つまり画像データ２９の撮像タイミング)毎に取得する。また、制御計算装置１６は、回転ガントリ１２の回転を制御するガントリ制御装置２０から、回転ガントリ１２の回転角度値θを逐次取得する。更に、制御計算装置１６は、センサ１８が測定した患者１の呼吸運動の移動量（呼吸波形）を、呼吸監視装置１５を介して数値で取得する。

更に、図４に示すように、制御計算装置１６は、３次元再構成画像及びアニメーション化された立体画像の作成機能を実現するために画像前段処理部２１、呼吸波形分割部２２、画像データ等分類部２３、３次元再構成部２４及び立体画像作成部２５を有する。

画像前段処理部２１は、Ｘ線撮像部１４（第１Ｘ線撮像部１４Ａ及び第２Ｘ線撮像部１４Ｂ）から取り込んだ画像データ（Ｘ線透過画像）２９に対して画像前段処理を行なう。この画像前段処理は、例えば画像フィルタリングによるノイズ除去である。また、呼吸波形分割部２２は、呼吸監視装置１５により監視された患者１の呼吸運動の移動量である呼吸波形２６（図５）の周期Ｓを、複数（例えば１０個）の位相範囲αに分割する第１ステップを実施する。

ここで、放射線治療用ＣＴ撮像システム１０における回転ガントリ１２は、一般的なＣＴ撮像装置と異なり、１回転に１〜２分を要する。一方、患者１の呼吸運動における呼吸波形２６の周期Ｓ（最大吸気から最大呼気を経て最大吸気までの時間）は、３〜４秒程度である。従って、回転ガントリ１２の１回転中に患者１の呼吸は複数回なされることになる。そして、患者１の呼吸運動に伴い変動する患部及び臓器等は、この呼吸運動の呼吸波形２６における同一の位相範囲α、例えば１番目の位相範囲αどうし、２番目の位相範囲αどうし等において同一位置にある。

画像データ等分類部２３は、図４及び図５に示すように、呼吸波形分割部２２にて設定された位相範囲α毎に、Ｘ線撮像部１４（第１Ｘ線撮像部１４Ａ、第２Ｘ線撮像部１４Ｂ）にて撮像された画像データ(Ｘ線透過画像)２９を、この画像データ２９撮像時の回転ガントリ１２の回転角度値θと共に分類する第２ステップを実施する。従って、呼吸波形２６の各位相範囲αには、Ｘ線撮像部１４により撮像された画像データ２９と、この画像データ２９撮像時の回転ガントリ１２の回転角度値θとを結合したデータセットが、複数セット分類されることになる。

３次元再構成部２４は、呼吸波形２６の同一の位相範囲α毎に画像データ等分類部２３により分類された複数のデータセット（Ｘ線撮像部１４による画像データ２９及び回転ガントリ１２の回転角度値θ）を再構成して、３次元再構成画像を位相範囲α毎に作成する第３ステップを実施する。

立体画像作成部２５は、３次元再構成部２４により呼吸波形２６の位相範囲α毎に作成された３次元再構成画像を複数、呼吸波形２６の位相の時系列に沿って順次並べて統合することで、時間軸を有する（つまりアニメーション化された）立体画像を作成する第４ステップを実施する。

制御計算装置１６は、呼吸波形分割部２２、画像データ等分類部２３、３次元再構成部２４及び立体画像作成部２５における第１ステップ〜第４ステップを順次実施して、３次元再構成画像、及びアニメーション化された立体画像を作成する。これらの両画像は、外部出力部２７(図４)へ出力されて表示可能に構成される。また、制御計算装置１６は、ユーザインタフェース２８に接続されてもよい。このユーザインタフェース２８は、例えば、制御計算装置１６と同一の計算機内部で同時に動作するプログラムという形態であってもよく、または、制御計算装置１６とは別の計算機内部で作動し、ネットワーク回線を通して制御計算装置１６との情報の送受信を行なう形態であってもよい。

以上のように構成されたことから、本第１実施形態によれば、次の効果（１）〜（３）を奏する。
（１）患者１の呼吸運動の呼吸波形２６が図５に示すように規則的である場合、呼吸波形２６における同一の位相位置では患者１の患部及び臓器等が同一位置にある。そのため、制御計算装置１６が、Ｘ線撮像部１４（第１Ｘ線撮像部１４Ａ、第２Ｘ線撮像部１４Ｂ）にて撮像された画像データ２９を、患者１の呼吸運動の呼吸波形２６における同一の位相範囲α毎に再構成して３次元再構成画像を作成することで、患者１の呼吸運動に伴い変動する患部及び臓器等の位置を、３次元再構成画像により正確に把握することができる。この結果、放射線治療を行なう際に、患者１の呼吸波形２６のどの位相位置で放射線を照射するかが明確になるので、精度の高い放射線治療を行なうことができる。

（２）制御計算装置１６は、Ｘ線撮像部１４（第１Ｘ線撮像部１４Ａ、第２Ｘ線撮像部１４Ｂ）にて撮像された画像データ２９を、患者１の呼吸運動の呼吸波形２６における同一の位相範囲α毎に再構成して３次元再構成画像を作成し、この位相範囲α毎の３次元再構成画像を複数、呼吸波形２６の位相の時系列に沿って順次並べて統合することで、アニメーション化された時間軸を有する立体画像を出力している。このため、患者１の呼吸運動によって変動する患部及び臓器等の変動の様子を立体的に確認できるので、患者１の呼吸運動に伴い変動する患部及び臓器等の位置を、より一層正確に把握することができる。この結果、放射線治療を行なう際に、患者１の呼吸波形２６のどの位相位置で放射線を照射すべきかがより一層明確になるので、より精度の高い放射線治療を行なうことができる。

（３）制御計算装置１６は、呼吸波形分割部２２が患者１の呼吸運動の呼吸波形２６における周期Ｓを複数に分割して複数の位相範囲αを設定し、画像データ等分類部２３及び３次元再構成部２４が位相範囲α毎に３次元再構成画像を作成し、これら複数の３次元再構成画像から立体画像作成部２５が、アニメーション化された時間軸を有する立体画像を作成するので、制御計算装置１６のアルゴリズムがシンプルになる。このため、この制御計算装置１６を実装した放射線治療用ＣＴ撮像システム１０の構成を容易化できる。

［Ｂ］第２実施形態（図６、図７）
図６は、第２実施形態に係る放射線治療用ＣＴ撮像システムの制御計算装置の機能を説明するブロック図である。この第２実施形態において第１実施形態と同様な部分については、第１実施形態と同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。

本第２実施形態の放射線治療用ＣＴ撮像システム３０が第１実施形態と異なる点は、第１実施形態の制御計算装置１６における３次元再構成画像及びアニメーション化された立体画像を作成する機能が、制御計算装置３１の画像前段処理部２１、呼吸波形分割部３２、画像データ等分類部３３、３次元再構成部３４及び立体画像作成部３５により実現される点である。

なお、制御計算装置３１においても、制御計算装置１６と同様に、Ｘ線発生部１３（第１Ｘ線発生部１３Ａ、第２Ｘ線発生部１３Ｂ）によるＸ線の発生制御、Ｘ線撮像部１４（第１Ｘ線撮像部１４Ａ、第２Ｘ線撮像部１４Ｂ）からの画像データ２９の取得制御、ガントリ制御装置２０からの回転ガントリ１２の回転角度値θの取得制御、及び呼吸監視装置１５からの患者１の呼吸運動移動量（呼吸波形）の取得制御等を実施する。

図７に示すように、患者１の呼吸運動の呼吸波形３６は、最大吸気または最大呼気等が呼吸毎に異なって不規則になる場合がある。このような場合でも、患者１の呼吸運動に伴い変動する患部及び臓器等は、この呼吸運動の呼吸波形３６における振幅方向の同一位置、例えば後述の同一の振幅範囲βで同一位置にある。

上述の事実を前提として、図６及び図７に示すように、呼吸波形分割部３２は、呼吸監視装置１５により監視された患者１の呼吸運動の移動量である呼吸波形３６における振幅Ｌを、複数（例えば１０個）の振幅範囲βに分割する第１１ステップを実施する。呼吸波形３６における例えば１番目の振幅範囲βどうし、２番目の振幅範囲βどうし等のそれぞれ同一の振幅範囲βでは、患者１の患部及び臓器等は同一位置である。

この呼吸波形分割部３２は、患者１の呼吸運動の呼吸波形３６における振幅Ｌを複数の振幅範囲βに分割するために上記振幅Ｌについて分割すべき分割領域（最大吸気から最大呼気までの領域）と分割数に関する情報を、予め保持する。つまり、呼吸波形分割部３２は、患者１の呼吸波形３６の振幅Ｌを分割するために、回転ガントリ１２が１回転し終わった後に、患者１の呼吸運動の呼吸波形３６の分布から、振幅Ｌを分割すべき分割領域及び分割数を初めて決定するのではなく、患者１の呼吸波形３６の分布から上記分割領域（最大吸気から最大呼気までも領域）及び分割部を予め決定して保持しておく。

画像データ等分類部３３は、呼吸波形分割部３２により分割された複数個の振幅範囲β毎に、Ｘ線撮像部１４（第１Ｘ線撮像部１４Ａ、第２Ｘ線撮像部１４Ｂ）にて撮像された画像データ(Ｘ線透過画像)２９を、この画像データ２９撮像時の回転ガントリ１２の回転角度値θと共に分類する第１２ステップを実施する。従って、呼吸波形３６の各振幅範囲βには、Ｘ線撮像部１４により撮像された画像データ２９と、この画像データ２９撮像時における回転ガントリ１２の回転角度値θとを結合したデータセットが、複数セット分類されることになる。

３次元再構成部３４は、呼吸波形３６の同一の振幅範囲β毎に画像データ等分類部３３により分類された複数のデータセット（Ｘ線撮像部１４による画像データ２９及び回転ガントリ１２の回転角度値θ）を再構成して、３次元再構成画像を作成する第１３ステップを実施する。

この３次元再構成画像を作成する際に、３次元再構成部３４は、振幅範囲β毎に分類された画像データ２９が３次元再構成画像を作成するために枚数が不十分である等のように不適切であると判断した場合には、上記画像データ２９を棄却する。この棄却により、振幅範囲β毎に作成される３次元再構成画像の精度が確保される。

つまり、呼吸波形３６の振幅Ｌを分割した振幅範囲β毎に画像データ２９を分類する場合には、特に最大吸気や最大呼気に近い振幅範囲βで画像データ２９を取得できないことがある。従って、このような振幅範囲βでは、回転ガントリ１２が１回転する間に３次元再構成画像作成のための画像データ数が不十分になってしまう。また、回転ガントリ１２が１回転する間に患者１の呼吸運動の呼吸波形３６の中心位置がずれていく場合がある。このような場合には、呼吸波形３６の最大振幅に近い振幅範囲βで撮像開始時に画像データ２９が取得（分類）されていたが、その後取得できなくなり、３次元再構成画像の作成にとって画像データ数が不十分になることがある。

そこで、３次元再構成部３４は、回転ガントリ１２が１回転する間に、患者１の呼吸波形３６の振幅範囲βに分類される画像データ(Ｘ線透過画像)２９数が、この振幅範囲βにおいて３次元再構成画像を作成するために必要な最低画像数に至らず不十分であるとき、その振幅範囲βにおいては３次元再構成を行なわない。３次元再構成部３４は、その３次元再構成を行なわない振幅範囲βに分類された画像データ２９を棄却する。ここで、上記最低画像数は３次元再構成部３４に予め設定されたものである。

また、３次元再構成部３４は、振幅範囲βに分類された画像データ数が最低画像数を満たす場合であっても、各振幅範囲βに分類された画像データ２９が、回転ガントリ１２の１回転の間で枚数に偏りがあるときには、その時の回転ガントリ１２の１回転で取得された画像データ２９からは３次元再構成を行なわず、その画像データ２９を全て棄却する。例えば、回転ガントリ１２の１回転の角度範囲(３６０度)を複数の等分された角度範囲に区分けし、各区分けされた角度範囲内で、振幅範囲β毎に分類された画像データ数が略均等枚数（例えば、枚数のばらつきが２０％以内）得られないときには、その回転ガントリ１２の１回転中に取得された画像データ２９からは全ての振幅範囲βにおいて３次元再構成画像を作成せず、全ての画像データ２９を棄却する。

立体画像作成部３５は、患者１の呼吸運動の呼吸波形３６における振幅範囲β毎に再構成して作成された３次元再構成画像を複数、呼吸波形３６の最大吸気から最大呼気へ向かって順次並べて統合して、呼吸波形３６の最大吸気と最大呼気との間で順次変化するアニメーション化された立体画像を出力する第１４ステップを実施する。ここで、複数の３次元再構成画像は、呼吸波形３６の最大呼気から最大吸気へ向かって順次並べて統合してもよい。

制御計算装置３１は、呼吸波形分割部３２、画像データ等分類部３３、３次元再構成部３４及び立体画像作成部３５における第１１ステップ〜第１４ステップを順次実施して、３次元再構成画像、及びアニメーション化された立体画像を作成する。これらの両画像は、外部出力部２７へ出力されて表示可能に構成される。

以上のように構成されたことから、本第２実施形態によれば、次の効果（４）〜（７）を奏する。
（４）患者１の呼吸運動の呼吸波形３６が図７に示すように不規則的であっても、この呼吸波形３６の振幅Ｌにおける同一位置では患者１の患部及び臓器等が同一位置にある。そのため、制御計算装置３１は、呼吸波形３６が特に不規則的である場合に、Ｘ線撮像部１４（第１Ｘ線撮像部１４Ａ、第２Ｘ線撮像部１４Ｂ）にて撮像された画像データ２９を、患者１の呼吸運動の呼吸波形３６における同一の振幅範囲β毎に再構成して３次元再構成画像を作成することで、この３次元再構成画像に影が生じるなどのアーチファクトの発生を低減できる。この結果、患者１の呼吸運動に伴い変動する患部及び臓器等の位置を、３次元再構成画像により正確に把握することができる。この結果、放射線治療を行なう際に、患者１の呼吸波形３６のどの位相位置で放射線を照射するかが明確になるので、精度の高い放射線治療を行なうことができる。

（５）制御計算装置３１は、Ｘ線撮像部１４（第１Ｘ線撮像部１４Ａ、第２Ｘ線撮像部１４Ｂ）にて撮像された画像データ２９を、患者１の呼吸運動の呼吸波形３６における同一の振幅範囲β毎に再構成して３次元再構成画像を作成し、この振幅範囲β毎の３次元再構成画像を複数、呼吸波形３６の最大吸気と最大呼気の一方から他方へ向って順次並べて統合することで、最大吸気と最大呼気との間で順次変化するアニメーション化された立体画像を出力している。このため、患者１の呼吸運動によって変動する患部及び臓器等の変動の様子を立体的に確認できるので、患者１の呼吸運動に伴い変動する患部及び臓器等の位置を、より一層正確に把握できる。この結果、放射線治療を行なう際に、患者１の呼吸波形３６のどの位相位置で放射線を照射すべきかがより一層明確になるので、より精度の高い放射線治療を行なうことができる。

（６）制御計算装置３１の３次元再構成部３４は、患者１の呼吸運動の呼吸波形３６における振幅範囲β毎に分類された画像データ２９が３次元再構成画像を作成するのに不適切（例えば枚数不足）であると判断した場合には、その画像データ２９から３次元再構成画像を作成せず、その画像データ２９を棄却する。この結果、３次元再構成部３４による不必要なデータ処理を行なう時間を削減できるので、他の振幅範囲βにおいて、画像データ２９用いた３次元再構成画像の作成を迅速に行なうことができる。

（７）制御計算装置３１の呼吸波形分割部３２は、患者１の呼吸運動の呼吸波形３６における振幅Ｌを複数の振幅範囲βに分割するために上記振幅Ｌについて分割すべき分割領域（最大吸気から最大呼気までの領域）と分割数に関する情報を、予め保持している。このため、制御計算装置３１は、回転ガントリ１２の回転中にＸ線撮像部１４から画像データ２９を取得しながら、呼吸波形分割部３２によりこれらの画像データ２９を、画像データ２９撮像時の回転ガントリ１２の回転角度値θと共に振幅範囲β毎に分類できる。この結果、回転ガントリ１２の回転中に画像データ２９等の各振幅範囲βへの分類が行われることになるので、Ｘ線撮像部１４からの画像データ２９の取得後速やかに３次元再構成画像を作成することができる。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができ、また、それらの置き換えや変更は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…患者、１０…放射線治療用ＣＴ撮像システム、１１…治療台、１２…回転ガントリ、１３…Ｘ線発生部、１４…Ｘ線撮像部、１５…呼吸監視装置、１６…制御計算装置、１７…放射線照射部、２２…呼吸波形分割部、２３…画像データ等分類部、２４…３次元再構成部、２５…立体画像作成部、２６…呼吸波形、３０…放射線治療用ＣＴ撮像システム、３１…制御計算装置、３２…呼吸波形分割部、３３…画像データ等分類部、３４…３次元再構成部、３５…立体画像作成部、３６…呼吸波形、Ｓ…周期、Ｌ…振幅、α…位相範囲、β…振幅範囲、θ…回転角度値

Claims (7)

1. 患者を載置する治療台と、
   前記治療台を取り囲んでこの治療台の周囲を回転すると共に、前記治療台上の前記患者へ放射線を照射する放射線照射部が設置された回転ガントリと、
   前記回転ガントリに取り付けられ、この回転ガントリの回転時にＸ線を照射するＸ線発生部と、
   前記回転ガントリに取り付けられ、この回転ガントリの回転時に前記治療台上の前記患者を透過した透過Ｘ線を撮像して画像データを出力するＸ線撮像部と、
   前記治療台上の前記患者の呼吸運動を監視する呼吸監視装置と、
   前記Ｘ線発生部による前記Ｘ線の発生及び前記Ｘ線撮像部からの前記画像データの取得を制御すると共に、前記Ｘ線撮像部からの前記画像データを用いて３次元再構成画像を作成する制御計算装置と、を有する放射線治療用ＣＴ撮像システムであって、
   前記制御計算装置は、前記呼吸監視装置により監視された前記患者の呼吸運動の呼吸波形における周期を複数の位相範囲に分割し、
   これらの位相範囲毎に、前記Ｘ線撮像部にて撮像された前記画像データを、この画像データ撮像時の前記回転ガントリの回転角度値と共に分類し、
   同一の前記位相範囲に分類された複数の前記画像データ及び前記回転ガントリの回転角度値を再構成して前記３次元再構成画像を作成し、
   前記位相範囲毎に作成された前記３次元再構成画像を複数、前記呼吸波形の位相の時系列に順次並べて統合することで、時間軸を有する立体画像を出力するよう構成されたことを特徴とする放射線治療用ＣＴ撮像システム。
2. 患者を載置する治療台と、
   前記治療台を取り囲んでこの治療台の周囲を回転すると共に、前記治療台上の前記患者へ放射線を照射する放射線照射部が設置された回転ガントリと、
   前記回転ガントリに取り付けられ、この回転ガントリの回転時にＸ線を照射するＸ線発生部と、
   前記回転ガントリに取り付けられ、この回転ガントリの回転時に前記治療台上の前記患者を透過した透過Ｘ線を撮像して画像データを出力するＸ線撮像部と、
   前記治療台上の前記患者の呼吸運動を監視する呼吸監視装置と、
   前記Ｘ線発生部による前記Ｘ線の発生及び前記Ｘ線撮像部からの前記画像データの取得を制御すると共に、前記Ｘ線撮像部からの前記画像データを用いて３次元再構成画像を作成する制御計算装置と、を有する放射線治療用ＣＴ撮像システムであって、
   前記制御計算装置は、前記呼吸監視装置により監視された前記患者の呼吸運動の呼吸波形における振幅を複数の振幅範囲に分割し、
   これらの振幅範囲毎に、前記Ｘ線撮像部にて撮像された前記画像データを、この画像データ撮像時の前記回転ガントリの回転角度値と共に分類し、
   同一の前記振幅範囲に分類された複数の前記画像データ及び前記回転ガントリの回転角度値を再構成して前記３次元再構成画像を作成するよう構成されたことを特徴とする放射線治療用ＣＴ撮像システム。
3. 前記制御計算装置は、患者の呼吸運動の呼吸波形における振幅範囲毎に再構成して作成された３次元再構成画像を複数、前記呼吸波形の最大吸気と最大呼気の一方から他方へ向って順次並べて統合することで、最大吸気と最大呼気との間で順次変化する立体画像を出力するよう構成されたことを特徴とする請求項２に記載の放射線治療用ＣＴ撮像システム。
4. 前記制御計算装置は、振幅範囲毎に分類された画像データが３次元再構成画像を作成するのに不適切であると判断した場合には、前記画像データを棄却するよう構成されたことを特徴とする請求項２または３に記載の放射線治療用ＣＴ撮像システム。
5. 前記制御計算装置は、患者の呼吸運動の呼吸波形における振幅を複数の振幅範囲に分割するための前記振幅についての分割領域と分割数に関する情報を、予め保持するよう構成されたことを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の放射線治療用ＣＴ撮像システム。
6. 患者を載置する治療台と、
   前記治療台を取り囲んでこの治療台の周囲を回転すると共に、前記治療台上の前記患者へ放射線を照射する放射線照射部が設置された回転ガントリと、
   前記回転ガントリに取り付けられ、この回転ガントリの回転時にＸ線を照射するＸ線発生部と、
   前記回転ガントリに取り付けられ、この回転ガントリの回転時に前記治療台上の前記患者を透過した透過Ｘ線を撮像して画像データを出力するＸ線撮像部と、
   前記治療台上の前記患者の呼吸運動を監視する呼吸監視装置と、
   前記Ｘ線発生部による前記Ｘ線の発生及び前記Ｘ線撮像部からの前記画像データの取得を制御すると共に、前記Ｘ線撮像部からの前記画像データを用いて３次元再構成画像を作成する制御計算装置と、を有する放射線治療用ＣＴ撮像システムを準備し、
   前記呼吸監視装置により監視された前記患者の呼吸運動の呼吸波形における周期を複数の位相範囲に分割するステップと、
   これらの位相範囲毎に、前記Ｘ線撮像部にて撮像された前記画像データを、この画像データ撮像時の前記回転ガントリの回転角度値と共に分類するステップと、
   同一の前記位相範囲に分類された複数の前記画像データ及び前記回転ガントリの回転角度値を再構成して、前記３次元再構成画像を作成するステップと、
   前記位相範囲毎に作成された前記３次元再構成画像を複数、前記呼吸波形の位相の時系列に順次並べて統合することで、時間軸を有する立体画像を出力するステップとを、前記制御計算装置が順次実施することを特徴とする放射線治療用ＣＴ撮像方法。
7. 患者を載置する治療台と、
   前記治療台を取り囲んでこの治療台の周囲を回転すると共に、前記治療台上の前記患者へ放射線を照射する放射線照射部が設置された回転ガントリと、
   前記回転ガントリに取り付けられ、この回転ガントリの回転時にＸ線を照射するＸ線発生部と、
   前記回転ガントリに取り付けられ、この回転ガントリの回転時に前記治療台上の前記患者を透過した透過Ｘ線を撮像して画像データを出力するＸ線撮像部と、
   前記治療台上の前記患者の呼吸運動を監視する呼吸監視装置と、
   前記Ｘ線発生部による前記Ｘ線の発生及び前記Ｘ線撮像部からの前記画像データの取得を制御すると共に、前記Ｘ線撮像部からの前記画像データを用いて３次元再構成画像を作成する制御計算装置と、を有する放射線治療用ＣＴ撮像システムを準備し、
   前記呼吸監視装置により監視された前記患者の呼吸運動の呼吸波形における振幅を複数の振幅範囲に分割するステップと、
   これらの振幅範囲毎に、前記Ｘ線撮像部にて撮像された前記画像データを、この画像データ撮像時の前記回転ガントリの回転角度値と共に分類するステップと、
   同一の前記振幅範囲に分類された複数の前記画像データ及び前記回転ガントリの回転角度値を再構成して、前記３次元再構成画像を作成するステップとを、前記制御計算装置が順次実施することを特徴とする放射線治療用ＣＴ撮像方法。

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