JP3304441B2 - 放射線治療システムにおける動き検出装置 - Google Patents
放射線治療システムにおける動き検出装置Info
- Publication number
- JP3304441B2 JP3304441B2 JP31166792A JP31166792A JP3304441B2 JP 3304441 B2 JP3304441 B2 JP 3304441B2 JP 31166792 A JP31166792 A JP 31166792A JP 31166792 A JP31166792 A JP 31166792A JP 3304441 B2 JP3304441 B2 JP 3304441B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- human body
- transmitter
- receiver
- transmitting
- fixed
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Radiation-Therapy Devices (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は放射線治療に関し、特に
呼吸運動などの体動によって回転や位置変化を生じる人
体内の患部に対して、その回転や位置変化に応じて放射
線ビームの照射を制御する際に必要な人体内の患部の時
間的な回転角と位置の変化を検出する装置に関するもの
で、放射線治療に利用する。
呼吸運動などの体動によって回転や位置変化を生じる人
体内の患部に対して、その回転や位置変化に応じて放射
線ビームの照射を制御する際に必要な人体内の患部の時
間的な回転角と位置の変化を検出する装置に関するもの
で、放射線治療に利用する。
【０００２】
【従来の技術】従来の放射線治療においては「最新放射
線治療（ＣＴの応用と体系化）」（赤沼篤夫、尾内能夫
編、篠原出版、1989）にあるように、治療に先立って
患部の位置や形状をＸ線ＣＴ装置などの画像診断装置に
よって得られるＣＴ画像から計測し、放射線ビームの照
射条件などの治療計画を立案した後、その条件に従って
放射線ビームを固定照射していた。また、患部は呼吸運
動などの影響により動きを伴うと仮定した場合には、
「呼吸位相同調放射線照射法に関する研究」（大原潔
他、日本医学放射線学会誌、第47巻、第3号、1987）に
あるように、呼吸による大域的な範囲の変動にだけ同期
させて放射線ビームの照射条件を時間的に変化させて放
射線ビームを照射していた。
線治療（ＣＴの応用と体系化）」（赤沼篤夫、尾内能夫
編、篠原出版、1989）にあるように、治療に先立って
患部の位置や形状をＸ線ＣＴ装置などの画像診断装置に
よって得られるＣＴ画像から計測し、放射線ビームの照
射条件などの治療計画を立案した後、その条件に従って
放射線ビームを固定照射していた。また、患部は呼吸運
動などの影響により動きを伴うと仮定した場合には、
「呼吸位相同調放射線照射法に関する研究」（大原潔
他、日本医学放射線学会誌、第47巻、第3号、1987）に
あるように、呼吸による大域的な範囲の変動にだけ同期
させて放射線ビームの照射条件を時間的に変化させて放
射線ビームを照射していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記の従来技術では、
呼吸運動などの影響により患部が変動する点を考慮せず
に治療計画を立案するか、あるいは患部の変動を考慮し
たとしても呼吸による大域的な範囲の変動にだけ注目し
て治療計画を立案していた。したがって、患部自体の変
動を検出していたわけではなく、このような情報がなか
ったため放射線治療の高精度化には限界があった。そこ
で、本発明では放射線治療システムにおいて、患部の回
転と位置変化に追従した放射線ビームの制御を行って放
射線治療の高精度化を達成するために必要な、呼吸運動
などの体動の影響で変動を生じる患部の回転や位置変化
などの動きを検出する装置を提供することを目的とす
る。
呼吸運動などの影響により患部が変動する点を考慮せず
に治療計画を立案するか、あるいは患部の変動を考慮し
たとしても呼吸による大域的な範囲の変動にだけ注目し
て治療計画を立案していた。したがって、患部自体の変
動を検出していたわけではなく、このような情報がなか
ったため放射線治療の高精度化には限界があった。そこ
で、本発明では放射線治療システムにおいて、患部の回
転と位置変化に追従した放射線ビームの制御を行って放
射線治療の高精度化を達成するために必要な、呼吸運動
などの体動の影響で変動を生じる患部の回転や位置変化
などの動きを検出する装置を提供することを目的とす
る。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記の課題を達成するた
め次の手段を採った。
め次の手段を採った。
【０００５】(1) 人体内の患部へ小型送信器と小型角速
度検出器を固定する。人体表面には送信器と受信器が兼
備された送受信器を密着させる。人体外部には受信器を
固定する。角速度検出器からの角速度情報を有線あるい
は無線で人体外部へ伝達する。
度検出器を固定する。人体表面には送信器と受信器が兼
備された送受信器を密着させる。人体外部には受信器を
固定する。角速度検出器からの角速度情報を有線あるい
は無線で人体外部へ伝達する。
【０００６】(2) 人体表面に密着された送受信器の送信
器部と人体外部の受信器の間で波動を送受信させ、送信
器・受信器間での信号到達時間と人体外部に固定された
受信器位置から人体表面上の送信器位置を動的に検出す
る。
器部と人体外部の受信器の間で波動を送受信させ、送信
器・受信器間での信号到達時間と人体外部に固定された
受信器位置から人体表面上の送信器位置を動的に検出す
る。
【０００７】(3) 人体内部の患部に固定された送信器と
人体表面に密着された送受信器の受信器部の間で波動を
送受信させ、送信器・受信器間での信号到達時間と(2)
で得られた人体表面上の受信器位置から患部の送信器位
置を動的に検出する。
人体表面に密着された送受信器の受信器部の間で波動を
送受信させ、送信器・受信器間での信号到達時間と(2)
で得られた人体表面上の受信器位置から患部の送信器位
置を動的に検出する。
【０００８】(4) 角速度検出器から得られる角速度を時
間的に積分して患部の回転角度を算出する。
間的に積分して患部の回転角度を算出する。
【０００９】この他に患部と人体表面間、および、人体
表面と人体外部間の送受信器の配置位置を各々独立に逆
転させた手段も採用した。したがって、合計４通りの送
受信器の配置による患部位置検出方法を採用した。
表面と人体外部間の送受信器の配置位置を各々独立に逆
転させた手段も採用した。したがって、合計４通りの送
受信器の配置による患部位置検出方法を採用した。
【００１０】
【作用】上記の手段によってなぜ目的を達することが可
能になるか以下に説明する。使用する波動には音波、超
音波、磁場などを想定している。
能になるか以下に説明する。使用する波動には音波、超
音波、磁場などを想定している。
【００１１】本発明には１個の送信器からの波動を３個
以上の受信器で受信する部分、３個以上の送信器からの
波動を１個の受信器で受信する部分、および、３個以上
の送信器からの波動を３個以上の受信器で受信する部分
がある。３個以上の送信器を使用する場合には、各送信
器からは周波数帯域の異なる波動を送信し、それを受信
器で受信した後、バンドパスフィルタなどによって送信
器毎の波動に分離して各送信器毎の波動を独立に扱うの
で、１個の送信器から送信された波動を３個以上の受信
器で受信する方式を送信器の数だけ組み合わせて信号処
理をすることと等価になる。また、３個以上の送信器か
らの波動を１個の受信器で受信する場合は、やはりバン
ドパスフィルタなどによって各送信器からの波動を分離
して扱うので１個の送信器からの波動を３個以上の受信
器で受信する場合の逆に等しい。そこで以下では１個の
送信器と３個以上の受信器での波動の送受信によって送
信器位置を特定する方法を説明することにする。まず、
１個の送信器と４個以上の受信器での波動の送受信によ
って送信器位置を計算する方法を説明する。
以上の受信器で受信する部分、３個以上の送信器からの
波動を１個の受信器で受信する部分、および、３個以上
の送信器からの波動を３個以上の受信器で受信する部分
がある。３個以上の送信器を使用する場合には、各送信
器からは周波数帯域の異なる波動を送信し、それを受信
器で受信した後、バンドパスフィルタなどによって送信
器毎の波動に分離して各送信器毎の波動を独立に扱うの
で、１個の送信器から送信された波動を３個以上の受信
器で受信する方式を送信器の数だけ組み合わせて信号処
理をすることと等価になる。また、３個以上の送信器か
らの波動を１個の受信器で受信する場合は、やはりバン
ドパスフィルタなどによって各送信器からの波動を分離
して扱うので１個の送信器からの波動を３個以上の受信
器で受信する場合の逆に等しい。そこで以下では１個の
送信器と３個以上の受信器での波動の送受信によって送
信器位置を特定する方法を説明することにする。まず、
１個の送信器と４個以上の受信器での波動の送受信によ
って送信器位置を計算する方法を説明する。
【００１２】送信器からはある周波数帯域に変調された
トリガ信号を送信し、これを４個以上の受信器で受け
る。ただし、複数ある送信器からは同一時間にトリガ信
号が送信される。各受信器は一般に送信器からの距離が
異なるので、各受信器間で信号到達時間が異なる。信号
伝播速度は既知なので信号到達時間を次式に代入して送
信器と各受信器との間の距離を計算できる。 r = t/v ・・・(1.1) r：距離 t：信号到達時間 v：信号伝播速度 トリガ信号は送信器を中心に球面波として広がると仮定
して、受信器の位置と距離を以下の球面方程式に代入す
れば、送信器位置を計算することができる。 (xi-x0)2+(yi-y0)2+(zi-z0)2 = ri 2 ・・・(1.2) (xi,yi,zi)：受信器位置(i=1,2,3,4,・・・) ri：送受信器間距離(i=1,2,3,4,・・・) (x0,y0,z0)：送信器位置 例えば、式(1.3)を変形すれば、 xi 2+yi 2+zi 2+axi+byi+czi+x0 2+y0 2+z0 2 = ri 2 ・・・(1.3) a = -2x0, b = -2y0, c = -2z0 ・・・(1.4) となる。式(1.3)の i=2,3,4,・・・ の各式から i=1 の式
を減算すれば、 axi+byi+czi = ri 2+x1 2+y1 2+z1 2-(xi 2+yi 2+zi 2) (i=2,3,4,・・・) ・・・(1.5) の a,b,c に関する線形方程式になる。良く知られた最
小２乗法などの数値計算法を用いてこれを解き、式(1.
4)に a,b,c の値を代入すれば送信器の位置が求められ
る。また、距離差と伝播速度からの送信時間も逆算でき
るので、ある時間の送信器の位置を特定することも可能
である。
トリガ信号を送信し、これを４個以上の受信器で受け
る。ただし、複数ある送信器からは同一時間にトリガ信
号が送信される。各受信器は一般に送信器からの距離が
異なるので、各受信器間で信号到達時間が異なる。信号
伝播速度は既知なので信号到達時間を次式に代入して送
信器と各受信器との間の距離を計算できる。 r = t/v ・・・(1.1) r：距離 t：信号到達時間 v：信号伝播速度 トリガ信号は送信器を中心に球面波として広がると仮定
して、受信器の位置と距離を以下の球面方程式に代入す
れば、送信器位置を計算することができる。 (xi-x0)2+(yi-y0)2+(zi-z0)2 = ri 2 ・・・(1.2) (xi,yi,zi)：受信器位置(i=1,2,3,4,・・・) ri：送受信器間距離(i=1,2,3,4,・・・) (x0,y0,z0)：送信器位置 例えば、式(1.3)を変形すれば、 xi 2+yi 2+zi 2+axi+byi+czi+x0 2+y0 2+z0 2 = ri 2 ・・・(1.3) a = -2x0, b = -2y0, c = -2z0 ・・・(1.4) となる。式(1.3)の i=2,3,4,・・・ の各式から i=1 の式
を減算すれば、 axi+byi+czi = ri 2+x1 2+y1 2+z1 2-(xi 2+yi 2+zi 2) (i=2,3,4,・・・) ・・・(1.5) の a,b,c に関する線形方程式になる。良く知られた最
小２乗法などの数値計算法を用いてこれを解き、式(1.
4)に a,b,c の値を代入すれば送信器の位置が求められ
る。また、距離差と伝播速度からの送信時間も逆算でき
るので、ある時間の送信器の位置を特定することも可能
である。
【００１３】次に１個の送信器と３個の受信器での波動
の送受信によって送信器位置を計算する方法を概説す
る。上記の１個の送信器と最低４個の受信器とで送信器
位置を求める方法は基本的に各受信器の位置を中心とし
た４つの球の交わりとして１個の送信器の位置を特定す
る方法と考えられる。この考え方で３個の受信器で１個
の送信器位置を求める方法を捕らえれば、この場合には
３つの球の交わりを考えることになるので、円周上の２
点が送信器位置の候補になる。したがって、最終的に解
くべき方程式が２次方程式になるため計算が複雑になる
上に、得られる２つの解のうちどちらが正しいものなの
か判定するための条件も必要になる。そこで、本発明で
は方程式が線形になり、計算が簡単な上記の方法を主に
採用することにした。
の送受信によって送信器位置を計算する方法を概説す
る。上記の１個の送信器と最低４個の受信器とで送信器
位置を求める方法は基本的に各受信器の位置を中心とし
た４つの球の交わりとして１個の送信器の位置を特定す
る方法と考えられる。この考え方で３個の受信器で１個
の送信器位置を求める方法を捕らえれば、この場合には
３つの球の交わりを考えることになるので、円周上の２
点が送信器位置の候補になる。したがって、最終的に解
くべき方程式が２次方程式になるため計算が複雑になる
上に、得られる２つの解のうちどちらが正しいものなの
か判定するための条件も必要になる。そこで、本発明で
は方程式が線形になり、計算が簡単な上記の方法を主に
採用することにした。
【００１４】上記の処理により、まず人体外部のある位
置に対する、ある時間の人体表面上の送受信器の３次元
位置を計算し、次にその位置情報を使用してある時間の
患部の３次元位置を計算すれば、人体外部のある位置に
対する患部の位置を計算できる。しかしながら、患部の
変動には一般に回転運動と並進運動が考えられるので、
ここで、計算された患部の位置には両方の成分が混在し
ている。そこで、次に回転運動と並進運動の各成分を分
離する。
置に対する、ある時間の人体表面上の送受信器の３次元
位置を計算し、次にその位置情報を使用してある時間の
患部の３次元位置を計算すれば、人体外部のある位置に
対する患部の位置を計算できる。しかしながら、患部の
変動には一般に回転運動と並進運動が考えられるので、
ここで、計算された患部の位置には両方の成分が混在し
ている。そこで、次に回転運動と並進運動の各成分を分
離する。
【００１５】まず、回転運動の成分を求める。そのため
には角速度検出器から得られる角速度をある期間で時間
積分する。この結果、その期間における患部の回転角度
(α,β,γ)を計算できる。次に、この回転角度を利用し
て、並進運動の成分を患部の変動から抽出する。患部上
の送信器を固定した位置(x,y,z)は、回転運動と並進運
動の結果、ある時間ののち、位置(x',y',z')へ移動した
とすれば、 ［x',y',z'］＝Ａ(α,β,γ)［x,y,z］＋［a,b,c］ ・・・(1.6) Ａ(α,β,γ)：回転運動を表す回転マトリクス ［x,y,z］：変動前の患部位置ベクトル ［x',y',z'］：変動後の患部位置ベクトル ［a,b,c］：並進運動による患部変位ベクトル の関係式が成り立つ。位置(x',y',z')、位置(x,y,z)、
回転マトリクスＡ(α,β,γ)は既知であるので、式(1.
6)から変位(a,b,c)を計算することができる。
には角速度検出器から得られる角速度をある期間で時間
積分する。この結果、その期間における患部の回転角度
(α,β,γ)を計算できる。次に、この回転角度を利用し
て、並進運動の成分を患部の変動から抽出する。患部上
の送信器を固定した位置(x,y,z)は、回転運動と並進運
動の結果、ある時間ののち、位置(x',y',z')へ移動した
とすれば、 ［x',y',z'］＝Ａ(α,β,γ)［x,y,z］＋［a,b,c］ ・・・(1.6) Ａ(α,β,γ)：回転運動を表す回転マトリクス ［x,y,z］：変動前の患部位置ベクトル ［x',y',z'］：変動後の患部位置ベクトル ［a,b,c］：並進運動による患部変位ベクトル の関係式が成り立つ。位置(x',y',z')、位置(x,y,z)、
回転マトリクスＡ(α,β,γ)は既知であるので、式(1.
6)から変位(a,b,c)を計算することができる。
【００１６】
【実施例】本発明では送信器と受信器の組を２組利用し
ているが、各組において独立に送信器と受信器の配置を
交換することが可能であるので、合計４通りの送受信器
の配置が可能である。すなわち、 (1)患部：送信器、人体表面：受信器と送信器、外部：
受信器 (2)患部：受信器、人体表面：送信器と送信器、外部：
受信器 (3)患部：送信器、人体表面：受信器と受信器、外部：
送信器 (4)患部：受信器、人体表面：送信器と受信器、外部：
送信器 の組合せが可能である。まず、人体内の患部に１個の送
信器を、人体表面の同一個所に４個の受信器と送信器
を、そして、人体外部に４個の受信器を固定し、人体表
面の各送信器から４種類の周波数帯域の超音波を送信す
る場合を代表例として述べる。これ以外の３通りの場
合、および、送受信器数や周波数帯域数を増やした場合
についても送受信器の配置図、信号処理および信号源位
置計算処理はほぼ同一のものとなるため、次には、上記
の配置で送信器と受信器の配置を逆転させた例を別例と
して記述し、これらをもって実施例とする。
ているが、各組において独立に送信器と受信器の配置を
交換することが可能であるので、合計４通りの送受信器
の配置が可能である。すなわち、 (1)患部：送信器、人体表面：受信器と送信器、外部：
受信器 (2)患部：受信器、人体表面：送信器と送信器、外部：
受信器 (3)患部：送信器、人体表面：受信器と受信器、外部：
送信器 (4)患部：受信器、人体表面：送信器と受信器、外部：
送信器 の組合せが可能である。まず、人体内の患部に１個の送
信器を、人体表面の同一個所に４個の受信器と送信器
を、そして、人体外部に４個の受信器を固定し、人体表
面の各送信器から４種類の周波数帯域の超音波を送信す
る場合を代表例として述べる。これ以外の３通りの場
合、および、送受信器数や周波数帯域数を増やした場合
についても送受信器の配置図、信号処理および信号源位
置計算処理はほぼ同一のものとなるため、次には、上記
の配置で送信器と受信器の配置を逆転させた例を別例と
して記述し、これらをもって実施例とする。
【００１７】図１に送受信器と角速度検出器の配置例を
示す。人体１０１内の患部に固定された送信器(T)１０
２よりある周波数帯域に変調された波動を送信する。人
体表面上には４個の送受信器(TR1,TR2,TR3,TR4)１０３
が固定される。これらの送受信器の受信器部は患部の送
信器(T)１０２からの波動を受信し、送信器部は患部送
信器(T)および該送信器部間で各々異なる周波数帯域の
波動４種類を人体外部へ送信する。治療寝台１０４には
人体１０１を取り囲み、かつ、放射線の照射を阻害しな
い支持ロッド１０５が４本固定される。各支持ロッド１
０５上には４個の受信器(R1,R2,R3,R4)１０６が固定さ
れ、これらは人体表面上に密着された送受信器１０３か
らの波動を受信する。また、患部には３個の角速度検出
器１０７が固定される。角速度検出器１０７からは無線
により人体外部の受信器１０８へ角速度情報が送信され
る。
示す。人体１０１内の患部に固定された送信器(T)１０
２よりある周波数帯域に変調された波動を送信する。人
体表面上には４個の送受信器(TR1,TR2,TR3,TR4)１０３
が固定される。これらの送受信器の受信器部は患部の送
信器(T)１０２からの波動を受信し、送信器部は患部送
信器(T)および該送信器部間で各々異なる周波数帯域の
波動４種類を人体外部へ送信する。治療寝台１０４には
人体１０１を取り囲み、かつ、放射線の照射を阻害しな
い支持ロッド１０５が４本固定される。各支持ロッド１
０５上には４個の受信器(R1,R2,R3,R4)１０６が固定さ
れ、これらは人体表面上に密着された送受信器１０３か
らの波動を受信する。また、患部には３個の角速度検出
器１０７が固定される。角速度検出器１０７からは無線
により人体外部の受信器１０８へ角速度情報が送信され
る。
【００１８】図２に本発明を適用し得る放射線治療計画
システムの一例を示す。Ｘ線ＣＴ装置２０１から得られ
る人体断層像と、本発明の動き検出装置２０２から得ら
れる患部位置情報が治療計画装置２０３に入力される。
治療計画装置２０３では入力された情報に基づいて放射
線の照射条件が決定される。放射線の照射条件は治療装
置２０４内の制御装置２０５へ入力され、照射条件に従
って電子加速器２０６のエネルギ、ガントリー２０７の
位置・方向、照射ヘッド２０８の照射野の大きさ、およ
び、治療寝台２０８の位置・方向が制御装置２０５によ
ってコントロールされる。
システムの一例を示す。Ｘ線ＣＴ装置２０１から得られ
る人体断層像と、本発明の動き検出装置２０２から得ら
れる患部位置情報が治療計画装置２０３に入力される。
治療計画装置２０３では入力された情報に基づいて放射
線の照射条件が決定される。放射線の照射条件は治療装
置２０４内の制御装置２０５へ入力され、照射条件に従
って電子加速器２０６のエネルギ、ガントリー２０７の
位置・方向、照射ヘッド２０８の照射野の大きさ、およ
び、治療寝台２０８の位置・方向が制御装置２０５によ
ってコントロールされる。
【００１９】図３に波動信号と角速度の処理例を示す。
図１の送受信器の配置に準じた例を示す。患部に固定さ
れた送信器(T)３０１で送信したものと同じ波動信号は
時間差検出回路３０５へ送られる。送受信器(TR1,TR2,T
R3,TR4)３０２で送信したものと同じ波動信号は時間差
検出回路３０６へ送られる。受信器(R1,R2,R3,R4)３０
３で受信された波動信号３０９はバンドパスフィルタ３
０４を通過して各受信器の信号毎に４つの周波数帯域の
信号に分離され、合計１６の信号が時間差検出回路３０
６へ送られる。時間差検出回路３０６では送受信器(TR
1,TR2,TR3,TR4)３０２で送信したものと同じ波動信号と
受信器(R1,R2,R3,R4)３０３で受信された波動信号との
対応する周波数帯域の対で時間差を検出し、これらをデ
ィジタル変換して合計１６個の数値で出力する。時間差
検出回路３０５では患部に固定された送信器(T)３０１
で送信したものと同じ波動信号と送受信器(TR1,TR2,TR
3,TR4)３０２で受信された波動信号３１０との時間差を
検出し、ディジタル変換された時間差が４個の数値で出
力される。時間差検出回路３０５、３０６から出力され
た時間差は位置計算回路３０７へ入力される。また、角
速度検出器３１１内部の送信器から角速度情報が送信さ
れる。受信器３１２により受信された角速度情報は３つ
の角速度に分離された後、積分器３１３へ入力される。
積分器３１３では角速度を時間積分して回転角度を計算
し、これを位置計算回路３０７へ入力する。位置計算回
路３０７内部の計算ルーチンでは、まず、患部送信器位
置が計算され、次に、この値と回転角度から患部の並進
運動による変位が計算される。回転角度と変位は治療計
画装置３０８へ渡され、ここではこの情報に基づいて放
射線の照射条件が決定される。
図１の送受信器の配置に準じた例を示す。患部に固定さ
れた送信器(T)３０１で送信したものと同じ波動信号は
時間差検出回路３０５へ送られる。送受信器(TR1,TR2,T
R3,TR4)３０２で送信したものと同じ波動信号は時間差
検出回路３０６へ送られる。受信器(R1,R2,R3,R4)３０
３で受信された波動信号３０９はバンドパスフィルタ３
０４を通過して各受信器の信号毎に４つの周波数帯域の
信号に分離され、合計１６の信号が時間差検出回路３０
６へ送られる。時間差検出回路３０６では送受信器(TR
1,TR2,TR3,TR4)３０２で送信したものと同じ波動信号と
受信器(R1,R2,R3,R4)３０３で受信された波動信号との
対応する周波数帯域の対で時間差を検出し、これらをデ
ィジタル変換して合計１６個の数値で出力する。時間差
検出回路３０５では患部に固定された送信器(T)３０１
で送信したものと同じ波動信号と送受信器(TR1,TR2,TR
3,TR4)３０２で受信された波動信号３１０との時間差を
検出し、ディジタル変換された時間差が４個の数値で出
力される。時間差検出回路３０５、３０６から出力され
た時間差は位置計算回路３０７へ入力される。また、角
速度検出器３１１内部の送信器から角速度情報が送信さ
れる。受信器３１２により受信された角速度情報は３つ
の角速度に分離された後、積分器３１３へ入力される。
積分器３１３では角速度を時間積分して回転角度を計算
し、これを位置計算回路３０７へ入力する。位置計算回
路３０７内部の計算ルーチンでは、まず、患部送信器位
置が計算され、次に、この値と回転角度から患部の並進
運動による変位が計算される。回転角度と変位は治療計
画装置３０８へ渡され、ここではこの情報に基づいて放
射線の照射条件が決定される。
【００２０】図４に位置計算回路内の計算ルーチンにお
ける患部送信器位置の計算処理過程の一例を示す。これ
も図１の送受信器の配置に準じている。 （ステップ４０１）受信器Ri(i = 1,2,3,4)と送受信器T
Rj(j = 1,2,3,4)との間の各波動信号の到達時間tijを式
(1.1)に代入して、受信器Riと送受信器TRjとの距離rij
を合計１６個計算する。 （ステップ４０２）受信器Riの位置(xi,yi,zi)と距離r
ijを式(1.5)に代入して、送受信器TRjの位置(xj,yj,zj)
を計算する。 （ステップ４０３）送受信器TRj(j = 1,2,3,4)における
患部送信器Tからの各波動信号と、患部送信器Tの波動信
号との時間差tjを式(1.1)に代入して、距離rjに換算す
る。 （ステップ４０４）送受信器TRjの位置(xj,yj,zj)と距
離rjを方程式(1.5)に代入して、患部送信器Tの位置を計
算する。
ける患部送信器位置の計算処理過程の一例を示す。これ
も図１の送受信器の配置に準じている。 （ステップ４０１）受信器Ri(i = 1,2,3,4)と送受信器T
Rj(j = 1,2,3,4)との間の各波動信号の到達時間tijを式
(1.1)に代入して、受信器Riと送受信器TRjとの距離rij
を合計１６個計算する。 （ステップ４０２）受信器Riの位置(xi,yi,zi)と距離r
ijを式(1.5)に代入して、送受信器TRjの位置(xj,yj,zj)
を計算する。 （ステップ４０３）送受信器TRj(j = 1,2,3,4)における
患部送信器Tからの各波動信号と、患部送信器Tの波動信
号との時間差tjを式(1.1)に代入して、距離rjに換算す
る。 （ステップ４０４）送受信器TRjの位置(xj,yj,zj)と距
離rjを方程式(1.5)に代入して、患部送信器Tの位置を計
算する。
【００２１】図５に位置計算回路内の計算ルーチンにお
ける患部並進運動による変位の計算処理過程の一例を示
す。これも図１の送受信器の配置に準じている。 （ステップ５０１）検出された回転角(α,β,γ)から回
転マトリクスＡ(α,β,γ)を計算する。 （ステップ５０２）検出された患部送信器位置(x',y',
z')、それ以前の患部送信器位置(x,y,z)、および、回転
マトリクスＡ(α,β,γ)を式(1.6)に代入し、並進運動
による患部送信器変位(a,b,c)を計算する。 （ステップ５０３）患部送信器位置(x',y',z')を患部送
信器位置(x,y,z)に置換する。 （ステップ５０４）計算を続行させるならステップ４０
１へ戻り、そうでないなら終了する。
ける患部並進運動による変位の計算処理過程の一例を示
す。これも図１の送受信器の配置に準じている。 （ステップ５０１）検出された回転角(α,β,γ)から回
転マトリクスＡ(α,β,γ)を計算する。 （ステップ５０２）検出された患部送信器位置(x',y',
z')、それ以前の患部送信器位置(x,y,z)、および、回転
マトリクスＡ(α,β,γ)を式(1.6)に代入し、並進運動
による患部送信器変位(a,b,c)を計算する。 （ステップ５０３）患部送信器位置(x',y',z')を患部送
信器位置(x,y,z)に置換する。 （ステップ５０４）計算を続行させるならステップ４０
１へ戻り、そうでないなら終了する。
【００２２】一般に送信器は受信器よりパワーを多く必
要とするため外形が大きくなりがちである。したがっ
て、図１のような配置では送信器を人体内部の患部へ固
定する際に切開部が大きくなるなどの支障がある。しか
しながら、人体内部の送信器からは単一周波数帯域の波
動を送信するだけで済むため、それを受信した後の信号
処理過程におけるバンドパスフィルタは不要になり、そ
の分だけ装置や処理を簡略化できる点が有利である。
要とするため外形が大きくなりがちである。したがっ
て、図１のような配置では送信器を人体内部の患部へ固
定する際に切開部が大きくなるなどの支障がある。しか
しながら、人体内部の送信器からは単一周波数帯域の波
動を送信するだけで済むため、それを受信した後の信号
処理過程におけるバンドパスフィルタは不要になり、そ
の分だけ装置や処理を簡略化できる点が有利である。
【００２３】次に波動信号と角速度の別の処理例を図６
に示す。これは図１の送受信器の配置において送信器と
受信器の配置を逆転させた例である。人体外部に固定さ
れた送信器(T1,T2,T3,T4)６０１で送信したものと同じ
波動信号は時間差検出回路６０５へ送られる。送受信器
(TR1,TR2,TR3,TR4)６０２で送信したものと同じ波動信
号は時間差検出回路６０６へ送られる。送受信器(TR1,T
R2,TR3,TR4)６０２で受信された波動信号６１０はバン
ドパスフィルタ６１１を通過して、各受信器の信号毎に
４つの周波数帯域の信号に分離され、時間差検出回路６
０５へ送られる。時間差検出回路６０５では送信器(T1,
T2,T3,T4)６０１で送信したものと同じ波動信号と送受
信器(TR1,TR2,TR3,TR4)６０２で受信された波動信号と
の対応する周波数帯域の対で時間差を検出し、これらを
ディジタル変換して合計１６個の数値で出力する。受信
器(R)６０３で受信された波動信号６０９はバンドパス
フィルタ６０４を通過して４つの周波数帯域の信号に分
離され、時間差検出回路６０６へ送られる。時間差検出
回路６０６では送受信器(TR1,TR2,TR3,TR4)６０２で送
信したものと同じ波動信号と受信器(R)６０３で受信さ
れた波動信号との対応する周波数帯域の対で時間差を検
出し、ディジタル変換された時間差が４個の数値で出力
される。時間差検出回路６０５、６０６から出力された
時間差は位置計算回路６０７へ入力される。また、角速
度検出器６１２内部の送信器から角速度情報が送信され
る。受信器６１３により受信された角速度情報は３つの
角速度に分離された後、積分器６１４へ入力される。積
分器５１４では角速度を時間積分して回転角度を計算
し、これを位置検出回路６０７へ入力する。位置計算回
路６０７内部の計算ルーチンでは、まず、患部送信器位
置が計算され、次に、この値と回転角度から患部の並進
運動による変位が計算される。回転角度と変位は治療計
画装置６０８へ渡され、ここではこの情報に基づいて放
射線の照射条件が決定される。
に示す。これは図１の送受信器の配置において送信器と
受信器の配置を逆転させた例である。人体外部に固定さ
れた送信器(T1,T2,T3,T4)６０１で送信したものと同じ
波動信号は時間差検出回路６０５へ送られる。送受信器
(TR1,TR2,TR3,TR4)６０２で送信したものと同じ波動信
号は時間差検出回路６０６へ送られる。送受信器(TR1,T
R2,TR3,TR4)６０２で受信された波動信号６１０はバン
ドパスフィルタ６１１を通過して、各受信器の信号毎に
４つの周波数帯域の信号に分離され、時間差検出回路６
０５へ送られる。時間差検出回路６０５では送信器(T1,
T2,T3,T4)６０１で送信したものと同じ波動信号と送受
信器(TR1,TR2,TR3,TR4)６０２で受信された波動信号と
の対応する周波数帯域の対で時間差を検出し、これらを
ディジタル変換して合計１６個の数値で出力する。受信
器(R)６０３で受信された波動信号６０９はバンドパス
フィルタ６０４を通過して４つの周波数帯域の信号に分
離され、時間差検出回路６０６へ送られる。時間差検出
回路６０６では送受信器(TR1,TR2,TR3,TR4)６０２で送
信したものと同じ波動信号と受信器(R)６０３で受信さ
れた波動信号との対応する周波数帯域の対で時間差を検
出し、ディジタル変換された時間差が４個の数値で出力
される。時間差検出回路６０５、６０６から出力された
時間差は位置計算回路６０７へ入力される。また、角速
度検出器６１２内部の送信器から角速度情報が送信され
る。受信器６１３により受信された角速度情報は３つの
角速度に分離された後、積分器６１４へ入力される。積
分器５１４では角速度を時間積分して回転角度を計算
し、これを位置検出回路６０７へ入力する。位置計算回
路６０７内部の計算ルーチンでは、まず、患部送信器位
置が計算され、次に、この値と回転角度から患部の並進
運動による変位が計算される。回転角度と変位は治療計
画装置６０８へ渡され、ここではこの情報に基づいて放
射線の照射条件が決定される。
【００２４】この場合は図１の例とは異なり、人体内部
の受信器で波動を受信した後の信号処理過程においてバ
ンドパスフィルタが必要となり、装置や処理が複雑にな
る欠点があるが、形状の小さめな受信器を人体内部の患
部へ固定するので、固定時の人体に対する影響は少ない
利点がある。
の受信器で波動を受信した後の信号処理過程においてバ
ンドパスフィルタが必要となり、装置や処理が複雑にな
る欠点があるが、形状の小さめな受信器を人体内部の患
部へ固定するので、固定時の人体に対する影響は少ない
利点がある。
【００２５】なお、本発明の動き検出器を放射線治療装
置の照射ヘッドと装置外部との間に固定すれば、照射ヘ
ッドの位置・方向の制御を行なう際に必要となる、装置
外部を基準とする照射ヘッドの位置も検出できる。
置の照射ヘッドと装置外部との間に固定すれば、照射ヘ
ッドの位置・方向の制御を行なう際に必要となる、装置
外部を基準とする照射ヘッドの位置も検出できる。
【００２６】
【発明の効果】本発明によれば、呼吸運動などの体動の
影響で変動する患部の時間的な位置変化を検出すること
ができる。Ｘ線ＣＴ装置などの画像診断装置から得られ
る人体断層像を利用する放射線治療計画装置において、
患部の位置情報も利用して放射線の照射条件を決定し、
放射線治療装置でこの照射条件に従って患部の移動に応
じて放射線ビームの照射を制御すれば、従来法よりも高
い治癒率を達成できる。
影響で変動する患部の時間的な位置変化を検出すること
ができる。Ｘ線ＣＴ装置などの画像診断装置から得られ
る人体断層像を利用する放射線治療計画装置において、
患部の位置情報も利用して放射線の照射条件を決定し、
放射線治療装置でこの照射条件に従って患部の移動に応
じて放射線ビームの照射を制御すれば、従来法よりも高
い治癒率を達成できる。
【図１】送受信器と角速度検出器の配置例
【図２】放射線治療計画システム
【図３】信号処理過程
【図４】患部送信器位置計算フローチャート
【図５】患部変位計算フローチャート
【図６】信号処理過程
１０１…人体、１０２…信号源、１０３…送受信器、１
０４…寝台、１０５…支持ロッド、１０６…受信器、１
０７…角速度検出器、１０８…受信器、２０１…Ｘ線Ｃ
Ｔ装置、２０２…動き検出装置、２０３…治療計画装
置、２０４…治療装置、２０５…制御装置、２０６…電
子加速器、２０７…ガントリー、２０８…照射ヘッド、
２０９…治療寝台、３０１…送信器、３０２…送受信
器、３０３…受信器、３０４…バンドパスフィルタ、３
０５…時間差検出回路、３０６…時間差検出回路、３０
７…位置計算回路、３０８…治療計画装置、３０９…波
動、３１０…波動、４０１…距離計算、４０２…送受信
器位置計算、４０３…距離計算、４０４…患部位置計
算、５０１…患部位置測定、５０２…回転行列計算、５
０３…変位計算、５０５…位置更新、６０１…送信器、
６０２…送受信器、６０３…受信器、６０４…バンドパ
スフィルタ、６０５…時間差検出回路、６０６…時間差
検出回路、６０７…位置計算回路、６０８…治療計画装
置、６０９…波動、６１０…波動、６１１…バンドパス
フィルタ。
０４…寝台、１０５…支持ロッド、１０６…受信器、１
０７…角速度検出器、１０８…受信器、２０１…Ｘ線Ｃ
Ｔ装置、２０２…動き検出装置、２０３…治療計画装
置、２０４…治療装置、２０５…制御装置、２０６…電
子加速器、２０７…ガントリー、２０８…照射ヘッド、
２０９…治療寝台、３０１…送信器、３０２…送受信
器、３０３…受信器、３０４…バンドパスフィルタ、３
０５…時間差検出回路、３０６…時間差検出回路、３０
７…位置計算回路、３０８…治療計画装置、３０９…波
動、３１０…波動、４０１…距離計算、４０２…送受信
器位置計算、４０３…距離計算、４０４…患部位置計
算、５０１…患部位置測定、５０２…回転行列計算、５
０３…変位計算、５０５…位置更新、６０１…送信器、
６０２…送受信器、６０３…受信器、６０４…バンドパ
スフィルタ、６０５…時間差検出回路、６０６…時間差
検出回路、６０７…位置計算回路、６０８…治療計画装
置、６０９…波動、６１０…波動、６１１…バンドパス
フィルタ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐野 耕一 神奈川県川崎市麻生区王禅寺1099番地 株式会社日立製作所システム開発研究所 内 (72)発明者 森下 孝一 神奈川県川崎市麻生区王禅寺1099番地 株式会社日立製作所システム開発研究所 内 (72)発明者 高橋 英希 東京都千代田区内神田１丁目１番14号 株式会社日立メディコ内 (56)参考文献 特開 昭64−68603（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−284658（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−75071（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−250272（ＪＰ，Ａ) 実開 昭58−108854（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) A61N 5/10
Claims (10)
- 【請求項１】人体断層像を撮影する手段を有する画像診
断装置と、該画像診断装置から得られる人体断層像を使
用して治療計画を立案できる手段を有する放射線治療計
画装置と、該計画に基づいて加速器のエネルギー、ガン
トリー・照射ヘッド・治療寝台の位置・方向を動的に制
御する手段を有する放射線治療装置から成る放射線治療
システムにおいて、人体内部と人体表面のいずれか一方
に特定周波数帯域の波動信号の送信器を固定し、他方に
特定周波数帯域の波動信号の受信器を固定し、その間で
波動信号を送受信する第１の手段と、人体表面と人体外
部のいずれか一方に特定周波数帯域の波動信号の送信器
を固定し、他方に特定周波数帯域の波動信号の受信器を
固定し、その間で波動信号を送受信する第２の手段と、
人体表面に該送信器間、該受信器間、あるいは、該送信
器と該受信器間の相対位置を保持する手段と、該送受信
の結果得られる信号に基づいて人体内部の該送信器ある
いは該受信器の位置を算出する手段、および、人体内部
に回転情報検出器を固定し、該回転情報検出器によって
得られる該回転情報を伝達し、該回転情報から該回転情
報検出器の回転角度を算出する手段を持つことを特徴と
する放射線治療システムにおける動き検出装置。 - 【請求項２】上記第２の送受信手段は、人体表面と人体
外部の送受信器間において空気中での減衰が少ない波動
を送受信することにより、人体外部に固定された該受信
器あるいは該送信器を基準とする、人体表面に固定され
た該送信器あるいは該受信器の相対位置を検出する手段
を持つことを特徴とする請求項１の放射線治療システム
における動き検出装置。 - 【請求項３】上記第１の送受信手段は、人体内部と人体
表面の送受信器間において人体組織での減衰が少ない波
動を送受信することにより、人体表面に固定された該受
信器あるいは該送信器を基準とする、患部に固定された
該送信器あるいは該受信器の相対位置を検出する手段を
持つことを特徴とする請求項１の放射線治療システムに
おける動き検出装置。 - 【請求項４】請求項２に記載の動き検出装置において、 上記位置の算出手段は、上記検出する手段により検出さ
れた、人体外部を基準とする人体表面上の受信器あるい
は送信器の位置を用いて、人体外部を基準とする人体内
部の送信器あるいは受信器の位置を検出する手段を持つ
ことを特徴とする放射線治療システムにおける動き検出
装置。 - 【請求項５】上記第１の送受信手段は、人体内部に固定
された１個の送信器と人体表面に固定された３個以上の
受信器との間で１種類の周波数帯域の波動を送受信する
手段、あるいは人体内部に固定された１個の受信器と人
体表面に固定された３個以上の送信器との間で周波数帯
域が重ならない３種類以上の波動を送受信する手段を持
つことを特徴とする請求項１の放射線治療システムにお
ける動き検出装置。 - 【請求項６】上記第２の送受信手段は、人体表面に固定
された３個以上の送信器あるいは受信器と、人体外部に
固定された３個以上の受信器あるいは送信器との間で周
波数帯域が重ならない３種類以上の波動を送受信する手
段をもつことを特徴とする請求項１の放射線治療システ
ムにおける動き検出装置。 - 【請求項７】上記第１の送受信手段は、人体内部に固定
された受信器で受信した３種類以上の周波数帯域の波動
を各周波数帯域毎に分離する手段を持つことを特徴とす
る請求項１の放射線治療システムにおける動き検出装
置。 - 【請求項８】上記第２の送受信手段は、人体表面と人体
外部の間での送受信において各受信器が受信した３種類
以上の周波数帯域の波動を各周波数帯域毎に分離する手
段を持つことを特徴とする請求項１の放射線治療シスム
における動き検出装置。 - 【請求項９】上記回転角度の算出手段は、人体内部の患
部に３個の角速度検出器を固定し、人体内部に特定周波
数帯域の波動信号の送信器を固定し、人体外部に特定周
波数帯域の波動信号の受信器を固定し、該角速度検出器
から得られる角速度情報を該送信器と該受信器間の波動
信号の送受信で伝達し、該角速度情報から人体内部の回
転角度を動的に検出する手段を持つことを特徴とする請
求項１の放射線治療システムにおける動き検出装置。 - 【請求項１０】上記第２の送受信手段は、放射線治療装
置の照射ヘッドと装置外部のどちらか一方に特定周波数
帯域の波動信号の送信器を他方に特定周波数帯域の波動
信号の受信器を固定し、その間で波動信号を送受信する
手段、および、該送受信の結果得られる信号に基づいて
照射ヘッドに固定された該送信器あるいは該受信器の位
置を算出する手段を持つことを特徴とする請求項１の放
射線治療システムにおける動き検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31166792A JP3304441B2 (ja) | 1992-11-20 | 1992-11-20 | 放射線治療システムにおける動き検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31166792A JP3304441B2 (ja) | 1992-11-20 | 1992-11-20 | 放射線治療システムにおける動き検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06154348A JPH06154348A (ja) | 1994-06-03 |
| JP3304441B2 true JP3304441B2 (ja) | 2002-07-22 |
Family
ID=18020039
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31166792A Expired - Fee Related JP3304441B2 (ja) | 1992-11-20 | 1992-11-20 | 放射線治療システムにおける動き検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3304441B2 (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5538494A (en) * | 1994-03-17 | 1996-07-23 | Hitachi, Ltd. | Radioactive beam irradiation method and apparatus taking movement of the irradiation area into consideration |
| US6144875A (en) * | 1999-03-16 | 2000-11-07 | Accuray Incorporated | Apparatus and method for compensating for respiratory and patient motion during treatment |
| KR100899448B1 (ko) * | 2004-12-09 | 2009-05-26 | 고려대학교 산학협력단 | 호흡운동에 따른 움직임 보정기능을 구비한 방사선 치료시스템 및 그 제어방법 |
| JP2009279019A (ja) * | 2008-05-19 | 2009-12-03 | Wakasawan Energ Kenkyu Center | 放射線治療における体動監視システム |
| CN106264531B (zh) * | 2016-08-26 | 2023-05-12 | 江苏省计划生育科学技术研究所 | 节育器位移检测系统及方法 |
| JP2019150254A (ja) * | 2018-03-01 | 2019-09-12 | 住友重機械工業株式会社 | 荷電粒子線治療装置及び荷電粒子線治療装置の作動方法 |
| JP7090451B2 (ja) * | 2018-03-29 | 2022-06-24 | 住友重機械工業株式会社 | 荷電粒子線治療装置 |
| CN114768117A (zh) * | 2022-03-31 | 2022-07-22 | 西安大医集团股份有限公司 | 一种放疗设备 |
-
1992
- 1992-11-20 JP JP31166792A patent/JP3304441B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06154348A (ja) | 1994-06-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6226547B1 (en) | Catheter tracking system | |
| US4431008A (en) | Ultrasonic measurement system using a perturbing field, multiple sense beams and receivers | |
| US5239997A (en) | Diagnostic apparatus utilizing low frequency sound waves | |
| US6230042B1 (en) | Method and arrangement for determining the location of a catheter within an animal body | |
| JPH1057321A (ja) | カテーテルの追跡装置および方法 | |
| CN1915170B (zh) | 对生物的运动身体部位产生图像的方法和放射线诊断装置 | |
| US7935939B2 (en) | Radiotherapy apparatus controller and radiation irradiation method | |
| US5671739A (en) | Imaging of interventional devices during medical procedures | |
| JP3304441B2 (ja) | 放射線治療システムにおける動き検出装置 | |
| JP7330205B2 (ja) | レーダ及び動き検出システムを用いた磁気共鳴撮像における動き追跡 | |
| EP0581434A1 (en) | Compensation method for an electromagnetic remote position and orientation sensor | |
| US5433201A (en) | Method and apparatus for stimulation of posture | |
| CA2249030A1 (en) | Catheter tracking system | |
| CA2413133A1 (en) | Apparatus for positioning a surgical instrument | |
| DE3007157A1 (de) | Doppler-verfahren zur stroemungsmessung | |
| Ratciiffe et al. | Use of sonomicrometry and multidimensional scaling to determine the three-dimensional coordinates of multiple cardiac locations: feasibility and initial implementation | |
| CN111686379B (zh) | 一种放射治疗系统 | |
| AU2059601A (en) | Dental and orthopedic densitometry modeling system and method | |
| GB1537487A (en) | Radiography | |
| JPH03136636A (ja) | 医用カプセルの位置検出装置 | |
| JPH04144550A (ja) | 医用画像装置 | |
| EP0200939A1 (en) | Emission computed tomography apparatus | |
| JP3602951B2 (ja) | 環境状態測定方法及び装置 | |
| Korenbaum et al. | Features of Sound Conduction in Human Lungs in the 80–1000 Hz and 10–19 KHz Frequency Ranges | |
| US20180235569A1 (en) | Body tissue location measurement system |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |