JP3432268B2

JP3432268B2 - 放射線治療システム

Info

Publication number: JP3432268B2
Application number: JP05637694A
Authority: JP
Inventors: 哲朗波田; 智康小森
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1994-03-25
Filing date: 1994-03-25
Publication date: 2003-08-04
Anticipated expiration: 2018-08-04
Also published as: JPH07255717A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、放射線治療システム
に係り、とくに放射線照射期間中の患者の体動を加味し
た治療計画に基づいて、実際の放射線照射を制御する放
射線治療システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、放射線治療に際し、その放射線照
射の部位を特定し、その部位をターゲットとする各種の
治療用計画が立てられるようになっている。

【０００３】この治療用計画については、ＣＴ装置やＭ
ＲＩ装置等から得られる断層画像（以下、スライス像と
いう）に基づいて行われていることが既に知られてい
る。この内、放射線照射に関する計画は、通常、図１２
（ａ）に示すように、被検体Ｐのある時刻ｔ１での身体
状況を反映したスライス像上において、部位Ｓｕの特定
からその部位ＳｕをターゲットＴａとした最適な照射法
の決定及びそのシミュレーションまでを含んでいる（同
図中の符号Ｏは仮想放射線源、点線矢印は仮想放射線錐
を示す）。

【０００４】ただし、呼吸性等の体動の影響を受けやす
い部位に対して照射計画を立てるときは、図１３（ａ）
及び（ｂ）に示すように、被検体Ｐのスライス像上に表
示される部位Ｓｕに対し、その部位Ｓｕの呼期（収縮）
及び吸期（伸張）に応じた形態変化が考慮される。つま
り、その部位Ｓｎの形状よりも大きめの、いわゆるセー
フティマージンＭａを取った照射部位が設定される。

【０００５】従って、呼吸性の体動により腫瘍部位等の
部位Ｓｕの形状が大きく変化することが予め予想される
場合は、セーフティマージンＭａが実際の部位Ｓｕの形
状よりも大きめに取られている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来技術にあっては、照射計画に使用するスライス像
は、その画像像取得時の検査中のある時刻の患者の身体
状況を映像化したものであって、刻々と変化する体動や
体調の状況までは反映していないといった問題があっ
た。

【０００７】例えば、実際の放射線照射時は、被検体Ｐ
の刻々と変化する呼吸性等の体動により、ターゲットＴ
ａとしての部位Ｓｕの位置がその計画時のターゲットＴ
ａの位置よりも常に変動しているにもかかわらず、その
ターゲットＴａを固定したままの照射計画に沿って、実
際の照射を行っていたため、図１２（ｂ）に示すよう
に、照射期間中のある時刻ｔ２では、放射線照射のター
ゲットＴａが実際の部位Ｓｕからずれてしまうといった
問題があった。とくに、患者を長時間拘束する場合に
は、その体動に因る照射ターゲットの位置ずれの程度が
増加していた。

【０００８】一方、セーフティマージンＭａを含む照射
部位の設定（図１３参照）は、オペレータ（医師）の経
験と勘に頼ったものであったため、いかに慎重にセーフ
ティマージンＭａを取ったとしても、その大きさで必要
十分であるといった保証はなかった。

【０００９】従って、セーフティマージンＭａを含む照
射部位は、必要以上に大きめに設定されたり、逆に、必
要以下に小さめに設定されることがあった。例えば、必
要以上に大きめに設定された場合は、腫瘍部位の外側の
非腫瘍部位に対し過剰な放射線照射を行ってしまう可能
性があった。逆に、必要以下に小さめに設定された場合
は、照射線量がその予定基準値を下回り、再び放射線治
療をやり直したりするといった問題があった。

【００１０】本発明は、上述した従来技術の問題を考慮
してなされたもので、放射線治療を行うときに被検体の
体動に因る照射計画の精度低下を解消することができる
放射線治療システムを提供することを、その目的とす
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成させるた
め、請求項１記載の発明に係る放射線治療システムは、
放射線を被検体に照射して放射線治療を行うもので、前
記被検体のＣＴ画像の取得と並行して検出される当該被
検体の体動変化に応じた生体データと前記ＣＴ画像との
両位相を対応付ける位相特定手段と、この位相特定手段
により前記生体データの位相に対応付けられる前記ＣＴ
画像に基づき、前記放射線の照射野を調整するためのコ
リメータの開閉データを含む治療計画データを作成する
計画データ作成手段と、前記ＣＴ画像の位相に対応付け
られた前記生体データと前記放射線治療を行うときに得
られる前記被検体の体動変化に応じた生体データとの間
の相関性を判定する判定手段と、この判定手段により判
定結果に応じて前記開閉データに基づく前記コリメータ
の開閉制御を行うコリメータ制御手段とを備えたことを
特徴とする。

【００１２】また、請求項６記載に発明に係る放射線治
療システムは、放射線を被検体に照射して放射線治療を
行うもので、前記被検体の形態及び動態に関するデータ
と当該被検体の複数枚のスライス画像とを、予め保持し
ている被検体の形態及び動態に関する三次元動画像モデ
ルに適用し、三次元空間に設定される前記形態及び動態
をシミュレートするシミュレーション手段と、このシミ
ュレーション手段によりシミュレートされる前記形態及
び動態に応じて前記放射線の照射野を調整するためのコ
リメータの開閉データを含む計画データを作成する計画
データ作成手段と、この計画データ作成手段により作成
される計画データに基づいて前記放射線の照射を行うと
きに、前記被検体に装着されるセンサーからの当該被検
体の動態に関するデータに応じて前記計画データをリア
ルタイムに補正するとともに当該補正後の計画データに
応じて前記放射線の照射を制御する補正制御手段とを備
えたことを特徴とする。

【作用】請求項１記載の発明に係る放射線治療システム
では、位相特定手段により、被検体のＣＴ画像の取得を
並行して検出される被検体の体動変化に応じた生体デー
タとＣＴ画像との両位相が対応付けられる。生体データ
は、例えば呼吸器計又は心電計によって検出される。次
いで、計画データ作成手段により、生体データの位相と
対応付けられるＣＴ画像に基づき、コリメータの開閉デ
ータを含む治療計画データが作成される。次いで、判定
手段により、ＣＴ画像の位相に対応付けられた生体デー
タと放射線治療を受ける被検体の体動変化に応じた生体
データとの間の相関性が判定された後、コリメーｄタ制
御手段により、かかる判定結果に応じて開閉データに基
づくコリメータの開閉制御がなされる。また、請求項６
記載の発明に係る放射線治療システムでは、シミュレー
ション手段により、被検体の体内の形態及び動態に関す
るデータとその被検体の複数枚のスライス画像とが、予
め保持しているパラメータ可変の三次元動画像モデルに
適用され、三次元空間に設定される上記形態及び動態が
シミュレートされる。さらに、計画データ作成手段によ
り、そのシミュレートされる上記形態及び動態に応じて
コリメータの開閉データを含む計画データが作成され
る。この計画データ作成手段により作成される計画デー
タに基づいて放射線照射を行うときに、補正制御手段に
より、被検体に装着されるセンサーからのその被検体の
動態に関するデータに応じて上記計画データがリアルタ
イムに補正されると共に、その補正後の計画データに応
じて放射線照射が制御される。

【実施例】（第１実施例）以下、この発明に係る放射線治療システムの第１実施例
を図１及び図２に基づいて説明する。

【００１３】図１に示す放射線治療システムは、放射線
治療に際し、画像取得から治療計画及び位置合わせ（シ
ミュレーション）までを一貫して行うための放射線治療
計画用ＣＴシステム１と、この放射線治療計画用システ
ム１で計画及びシミュレートされた治療用計画データに
従って放射線治療を行う放射線治療装置２とを備えてい
る。放射線治療計画用ＣＴシステム１と放射線治療装置
２とは、後述する治療用計画データを転送するために同
軸ケーブル及びネットワーク等を介して通信可能に接続
される。ただし、必ずしも通信可能に接続されなくても
よく、オンラインではない場合は、例えば治療用計画デ
ータを記録可能な磁気ディスク、光磁気ディスク、光デ
ィスク等の可搬型の記憶媒体を経由してもよい。

【００１４】放射線治療計画用ＣＴシステム１（以下、
単に「ＣＴシステム」という）は、このＣＴシステム１
全体を総括するシステム制御部３と、治療計画用の画像
データ及び呼吸データを取得するＣＴスキャナ部４と、
このＣＴスキャナ部４で取得された各データを処理して
治療計画用データを作成する治療計画部５とから構成さ
れる。

【００１５】システム制御部３は、例えば１台のコンピ
ュータで構成され、そのメモリに予め内蔵するプログラ
ムに従って処理を行い、その処理結果である各種の制御
信号をＣＴスキャナ部４及び治療計画部５に夫々、出力
するようになっている。

【００１６】ＣＴスキャナ部４は、少なくともガントリ
６及び寝台７を備え、システム制御部３から図示しない
複数の制御ユニット（Ｘ線、寝台、架台等）を介して指
令される制御信号に基づいて、例えばＲ−Ｒ方式で駆動
するようになっている。

【００１７】寝台７の上面には、その長手方向にスライ
ド可能に支持された状態で天板７ａが配設されており、
その天板７ａの上面に、例えば呼吸器計から成るセンサ
ー９を装着した被検体Ｐが載せられる。このセンサー９
で検出された呼吸の変化に対応する微弱な電流信号は、
図示しないＡ／Ｄ変換器でデジタル量に変換され、呼吸
データとして治療計画部５に送られる。

【００１８】ガントリ６は、その診断用開口部ＯＰに挿
入された被検体Ｐを挟んで対向する図示しないＸ線管及
びＸ線検出器を内蔵している。このＸ線検出器で検出さ
れた透過Ｘ線に相当する微弱な電流信号は、ガントリ６
内の図示しないデータ収集部にてデジタル量に変換さ
れ、ＣＴ画像用の収集データとして治療計画部５に送ら
れる。

【００１９】治療計画部５は、ＣＴスキャナ部３からの
ＣＴ画像用の収集データとセンサー９からの呼吸データ
とに基づき、治療計画用データを作成するもので、生デ
ータユニット１０、画像再構成ユニット１１及び治療計
画ユニット１２とから構成されている。

【００２０】生データユニット１０は、マルチプクレッ
サー１０ａ及びディスク部１０ｂを備えている。マルチ
プクレッサー１０ａは、ＣＴスキャナ部３からのＣＴ画
像用の収集データとセンサー９からの呼吸データを夫
々、ディスク部１０ｂに送る。このディスク部１０ｂ
は、例えば光ディスク装置などの大容量ディスクを内蔵
しており、マルチプクレッサー１０ａからの収集データ
及び呼吸データを生データとして保管し、その生データ
を画像再構成ユニット１１に供給するようになってい
る。

【００２１】画像再構成ユニット１１は、画像再構成部
１１ａ及びディスク部１１ｂを備えている。画像再構成
部１１ａは、例えば１台のコンピュータで構成され、そ
のメモリに予め内蔵する画像再構成用プログラムに従っ
て、生データユニット１０からの生データの内の収集デ
ータを複数枚（ｎ枚）のスライス面Ｇ１…Ｇｎを含むＣ
Ｔ画像として再構成すると共に、そのスライス面Ｇ１…
Ｇｎの各面に生データの内の呼吸データＣ１…Ｃｎを付
加するようになっている。

【００２２】このスライス面Ｇ１…Ｇｎの各面に付加さ
れる呼吸データＣ１…Ｃｎの夫々の信号波形には、再構
成画像の元になった収集データの検出時期と同じ位相を
特定できる位相マークＭ１…Ｍｎ（図２を参照）が付け
られる。この位相マークＭ１…Ｍｎが付された呼吸デー
タＣ１…Ｃｎを含むスライス面Ｇ１…Ｇｎの各面は、再
構成データとしてディスク部１１ｂに送られる。このデ
ィスク部１１ｂは、例えば光ディスク装置などの大容量
ディスクを内蔵しており、画像再構成ユニット１１ａか
らの再構成データを保管し、その再構成データを治療計
画ユニット１２に供給するようになっている。

【００２３】治療計画ユニット１２は、計画部１２ａ及
びディスク部１２ｂを備えている。計画部１２ａは、例
えば１台のコンピュータで構成され、そのメモリに予め
内蔵する放射線治療計画用プログラムに従って処理を行
う。

【００２４】つまり、この計画部１２ａは、画像再構成
ユニット１１からの再構成データ、即ち位相マークＭ１
…Ｍｎが付された呼吸データＣ１…Ｃｎを含むスライス
面Ｇ１…Ｇｎの各面を画面表示させると共に、このスラ
イス面Ｇ１…Ｇｎの各面の映像の夫々に対応するコリメ
ータ開閉データＬ１…Ｌｎ（例えば大きさ、開口形状）
を含む計画データＫ１…Ｋｎを作成するようになってい
る。

【００２５】この作成された計画データＫ１…Ｋｎの夫
々には、その計画データの元になったスライス面Ｇ１…
Ｇｎの呼吸データＣ１…Ｃｎが付加される。この呼吸デ
ータＣ１…Ｃｎには位相マークＭ１…Ｍｎが付されてい
るので、これにより、計画データＫ１…Ｋｎの夫々と呼
吸データＣ１…Ｃｎの夫々とが同位相の１対関係をもっ
た治療用計画データＤ１…Ｄｎとしてディスク部１２ｂ
に送られる。このディスク部１２ｂは、例えば光ディス
ク装置などの大容量ディスクを内蔵しており、計画部１
２ａからの治療計画データＤ１…Ｄｎを保管し、その治
療計画データＤ１…Ｄｎを放射線治療装置２に供給する
ようになっている。

【００２６】放射線治療装置２（以下、単に「治療装
置」という）は、本実施例ではＸ線を使って治療するも
ので、治療装置２全体を管理する全体制御部２０と、Ｃ
Ｔシステム１で作成された治療用計画データＤ１…Ｄｎ
に基づいて実際に治療を行うための装置本体部２１と、
この装置本体部２１の各種の駆動を制御する駆動制御部
２２とから構成される。

【００２７】全体制御部２０は、例えば１台のコンピュ
ータで構成され、そのメモリに予め内蔵するプログラム
に従って処理を行うようになっている。この全体制御部
２０は、ＣＴシステム１で作成された治療用計画データ
Ｄ１…Ｄｎを受け取ることができるようになっており、
この治療計画データに基づいて装置本体部２１及び駆動
制御部２２の夫々に制御信号を供給するようになってい
る。

【００２８】装置本体部２１は、ＣＴシステム１で使用
されたセンサー９と同等のセンサー９ａを装着した被検
体Ｐを載せる治療台２３と、被検体Ｐの体軸方向を回転
軸として回転可能な架台２４と、この架台２４を回転可
能に支持する架台支持体２５とを備えている。

【００２９】治療台２３は、その上側に天板２３ａを備
えている。この治療台２３は、内部の駆動機構により高
さ調節可能であるから、これにより天板２３ａを上下動
させることができる。また、治療台２３は、内部の別の
駆動機構の駆動により、天板２３ａをその長手方向及び
横方向に所定範囲で各々移動させることができるほか、
更に別の駆動機構を作動させることで、天板支柱回転及
びアイソセンタを中心とした回転が可能となっている。
これらの天板２３ａの動作は、被検体Ｐの天板上の位置
決め及び放射線照射のときに必要であり、全体制御部２
０から駆動制御部２２を介して供給される制御信号によ
り制御される。

【００３０】一方、架台２４は、クライストロンからの
加重電子を偏向してターゲットに当て、そこから発生す
るＸ線ビームを被検体Ｐに照射する照射ヘッド２６を備
えている。このＸ線ビームの照射は、後述する照射ゲー
ト部３２からの制御信号Ｓ４に基づいて行われる。また
照射ヘッド２６には、ターゲット即ち放射線源と放射口
との間に、被検体Ｐの体表面上の照射野を決めるコリメ
ータ２７が設置されている。このコリメータ２７は、本
実施例では、多分割原体絞りの構造を有したマルチリー
フコリメータである。

【００３１】このマルチリーフコリメータは、複数枚の
板状にタングステン製のリーフから成る２種のリーフ群
が放射線源からのＸ線パスを挟んで並設状態で対向配置
され、リーフの各々がリードスクリューを要部とする移
動機構によって各リーフの長さ方向に独立して駆動可能
となっている。この移動機構は、後述するコリメータ制
御部３２から供給される制御信号Ｓ３に応じて駆動し、
２つのリーフ群で形成される照射開口の大きさ、形状
（即ち照射野の大きさ、形状に相当）をリアルタイムに
変更できるようになっている。

【００３２】さらに、架台支持体２５は、その内蔵する
駆動機構によって、架台２４全体を時計回り及び反時計
回りの何れにも回転可能になっている。この駆動機構の
動作は、全体制御部２０から駆動制御部２２を介して供
給される制御信号に基づいて行われる。

【００３３】駆動制御部２２は、全体制御部２０の指示
の元に個々に割り当てられた処理を行う図示しない複数
の制御ユニット、例えばクライストロン、治療台、架台
等の各制御ユニットを備えている。これら複数の制御ユ
ニットの夫々は、例えば１台のコンピュータで構成さ
れ、そのメモリに予め内蔵するプログラムに従って処理
を行う。これら複数の制御ユニットの内、本実施例の制
御ユニットは、検出部３０、位相判定部３１、マルチリ
ーフコリメータ制御部３２（以下、単にコリメータ制御
部という）及び照射ゲート部３３を含んでいる。

【００３４】検出部３０は、披検体Ｐに装着されたセン
サー９ａからの呼吸の変化に対応する電流信号を常時検
出し、この検出値に対応した電圧信号を図示しないＡ／
Ｄ変換器でデジタル量に変換し、呼吸データＫｄとして
位相判定部３１に出力するようになっている。

【００３５】位相判定部３１は、予めＣＴシステム１か
ら供給される治療用計画データＤ１…Ｄｎの内の位相マ
ークＭ１…Ｍｎの付された呼吸データＣ１…Ｃｎと、検
出部からリアルタイムで送られてくる呼吸データＫｄと
を逐次比較し、その両呼吸データ間の波形、波高及びそ
の位相の相関性（マッチング）を逐次判断するようにな
っている。そして、呼吸データＫｄが位相マークＭ１…
Ｍｎの内の何れにも相関性がないと判断される間、その
判断結果である制御信号Ｓ１をオフに維持するが、呼吸
データＫｄが位相マークＭ１…Ｍｎの内の例えば位相マ
ークＭａに相関性があると判断された時点で、制御信号
Ｓ１をオンに立ち上げると共に、位相マークＭａに相当
する治療計画データＤａの内のコリメータ開閉データＬ
ａを特定する制御信号Ｓ２を次段のコリメータ制御部３
２に出力する。

【００３６】コリメータ制御部３２は、予めＣＴシステ
ム１から供給される治療用計画データＤ１…Ｄｎの内の
コリメータ開閉データＬ１…Ｌｎを例えばメモリに保持
しており、上記位相判定部３１からの制御信号Ｓ２に対
応したコリメータ開閉データＬａを特定し、この開閉デ
ータＬａに従ってコリメータ２７を開閉させる制御信号
Ｓ３を装置本体部２１に出力する。

【００３７】照射ゲート部３３は、治療装置２が起動し
ている間、制御信号Ｓ４を装置本体部２１に出力すると
共に、位相判定部３１からの制御信号Ｓ１＝オフからオ
ンへの立上がりに付勢されて、その制御信号Ｓ４をオフ
からオンに立上げる。この制御信号Ｓ４のオフからオン
への立上がりに付勢されて、装置本体部２１ではＸ線ビ
ームを披検体Ｐに放射するようになっている。

【００３８】続いて、本実施例の全体動作を図２に基づ
き説明する。

【００３９】最初に、データ取得時から治療計画時まで
について説明する。

【００４０】まず、システム制御部３からの各種の制御
信号に付勢されて、ＣＴシステム１が起動し、ＣＴスキ
ャナ部４でセンサー９を装着した披検体Ｐの収集データ
及び呼吸データが生成される。この収集データ及び呼吸
データは、治療計画部５に供給され、複数のスライス面
として再構成される。

【００４１】ここで、再構成された複数のスライス面の
内、図２に示す治療計画用として３枚のスライス面Ｇ１
…Ｇ３が選択されたとする。このスライス面Ｇ１…Ｇ３
は、その夫々の元になった収集データ取得時期に相当す
る呼吸データの検出時間Ｔ１、Ｔ２及びＴ３の位相に対
応づけられており、その位相に相当する呼吸データＣ１
…Ｃ３に位相マークＭ１…Ｍ３が付されている。

【００４２】上記３枚の再構成スライス面Ｇ１…Ｇ３に
基づいて、その各面の夫々でコリメータ開閉データＬ１
…Ｌ３を含む計画データＫ１…Ｋ３で作成される。この
計画データＫ１…Ｋ３は、位相マークＭ１…Ｍ３の付さ
れた呼吸データＣ１…Ｃ３と共に、治療用計画データＤ
１…Ｄ３として治療装置２に供給される。

【００４３】次に、放射線照射時について説明する。

【００４４】いま、ある時刻ｔ０にて、治療装置２が起
動したとする。この起動に際して、披検体Ｐに装着され
たセンサー９ａからの呼吸データＫｄが検出器３０でリ
アルタイムに検出される。この検出された呼吸データＫ
ｄは、位相判定部３１で上記ＣＴシステム１からの位相
マークＭ１…Ｍ３の各々と比較され、何れにも相関性が
ないと判断される間、制御信号Ｓ１がオフ状態のまま維
持され、制御信号Ｓ２も生成されない。従って、照射ゲ
ート部３３からの制御信号Ｓ４はオフのまま変化せず、
装置本体部２１から被検体ＰへのＸ線照射は行われな
い。

【００４５】次いで、時刻ｔ１になると、検出器３０で
呼吸データＫｄは位相判定部３１で位相マークＭ１と相
関性ありと判断され、制御信号Ｓ１がオフからオンに立
上げられる。この立上がりに付勢されて、その位相マー
クＭ１の位相に相当する治療用計画データＤ１の内のコ
リメータ開閉データＬ１を指示する制御信号Ｓ２がコリ
メータ制御部３２に出力される。

【００４６】これらの制御信号Ｓ１及びＳ２に応じて、
コリメータ制御部３２では制御信号Ｓ３が生成されて、
コリメータ２７に開閉データＬ１に基づく開閉が指令さ
れると共に、照射ゲート部３３から装置本体部２１への
制御信号Ｓ４がオフからオンに立上がり、被検体Ｐへの
Ｘ線照射が行われる。このＸ線照射は、時刻ｔ２を経て
時刻ｔ３になるまで継続される。

【００４７】次いで、時刻ｔ３になると、制御信号Ｓ１
がオンからオフに立下がり、この立下がりに付勢され
て、制御信号Ｓ２のコリメータ制御部３２への出力がス
トップする。従って、制御信号Ｓ３も生成されず、制御
信号Ｓ４もオンからオフに立下がるため、Ｘ線照射は停
止される。この停止状態は、時刻ｔ４を経て時刻ｔ５に
なるまで維持される。

【００４８】次いで、時刻ｔ５になると、検出器３０で
呼吸データＫｄは位相判定部３１で今回は位相マークＭ
２と相関性ありと判断され、制御信号Ｓ１がオフからオ
ンに立上げられる。この立上がりに付勢されて、その位
相マークＭ２の位相に相当する治療用計画データＤ２の
内のコリメータ開閉データＬ２を指示する制御信号Ｓ２
がコリメータ制御部３２に出力される。

【００４９】これらの制御信号Ｓ１及びＳ２に応じて、
コリメータ制御部３２では制御信号Ｓ３が生成されて、
コリメータ２７に開閉データＬ２に基づく開閉が指令さ
れると共に、照射ゲート部３２から装置本体部２１への
制御信号Ｓ４がオフからオンに立上がり、被検体Ｐへの
Ｘ線照射が行われる。このＸ線照射は、時刻ｔ６を経て
時刻ｔ７になるまで継続される。

【００５０】次いで、時刻ｔ７になると、制御信号Ｓ１
がオンからオフに立下がり、この立下がりに付勢され
て、制御信号Ｓ２のコリメータ制御部３２への出力がス
トップする。従って、制御信号Ｓ３も生成されず、制御
信号Ｓ４もオンからオフに立下がるため、Ｘ線照射は停
止される。この停止状態は、時刻ｔ８を経て時刻ｔ９に
なるまで維持される。

【００５１】次いで、時刻ｔ９になると、検出器３０で
呼吸データＫｄは位相判定部３１で今回は位相マークＭ
３と相関性ありと判断され、制御信号Ｓ１がオフからオ
ンに立上げられる。この立上がりに付勢されて、その位
相マークＭ３の位相に相当する治療用計画データＤ３の
内のコリメータ開閉データＬ３を指示する制御信号Ｓ２
がコリメータ制御部３２に出力される。

【００５２】これらの制御信号Ｓ１及びＳ２に応じて、
コリメータ制御部３２では制御信号Ｓ３が生成されて、
コリメータ２７に開閉データＬ３に基づく開閉が指令さ
れると共に、照射ゲート部３３から装置本体部２１への
制御信号Ｓ４がオフからオンに立上がり、被検体Ｐへの
Ｘ線照射が行われる。このＸ線照射は、時刻ｔ１０を経
て時刻ｔ１１になるまで継続される。

【００５３】次いで、時刻ｔ１１になると、制御信号Ｓ
１がオンからオフに立下がり、この立下がりに付勢され
て、制御信号Ｓ２のコリメータ制御部３２への出力がス
トップする。従って、制御信号Ｓ３も生成されず、制御
信号Ｓ４もオンからオフに立下がるため、Ｘ線照射は停
止される。

【００５４】以上の動作は放射線照射中に継続して繰り
返される。従って、癌腫瘍等の部位が患者の呼吸性の体
動に伴って移動又は変形したとしても、その部位の体動
時の位相に応じて予め立てた治療計画データに基づく照
射状態をその体動時の位相に応じてリアルタイムに指令
できるので、患者の体動に関係なく常にターゲットとし
ての部位に対し、必要十分で且つ正確な放射線照射を行
うことができる。また、無駄な放射線照射が抑制される
ので、患者の被爆量を必要最小限に抑えることができ
る。

【００５５】なお、この第１実施例では、位相判定部３
１からの制御信号Ｓ１のオン・オフに応じてコリメータ
制御部３２に制御信号Ｓ２を出力するとしたが、本発明
に係る放射線治療システムは必ずしもこの構成に限定さ
れない。

【００５６】つまり、コリメータ制御部３２からの制御
信号Ｓ３を受けてからコリメータ２７が開閉データに沿
って実際に開閉するまでに要する時間を考慮にいれて、
コリメータ２７の開閉を制御する構成であってもよい。

【００５７】例えば、コリメータ制御部３２のメモリ内
に予め開閉データの出現順序（例えば図２中では開閉デ
ータＭ１の次ぎに開閉データＭ２、その次に開閉データ
Ｍ３）を記憶させておき、その順序に沿って適宜な時間
間隔（制御信号Ｓ１がオフ状態のときに前もって）で制
御信号Ｓ３をコリメータ２７に出力してもよい。

【００５８】また、コリメータ制御部３２のメモリ内に
予め開閉データの出現順序と位相基準値とを記憶させて
おき、位相判定部３１からの制御信号Ｓ１のオン・オフ
に関係なく、コリメータ２７の開閉を制御する構成であ
ってもよい。

【００５９】またなお、この第１実施例では、センサー
９、９ａは呼吸器計としているが、本発明に係る放射線
治療システムは必ずしもこれに限定されない。例えば、
照射部位が心臓付近のときは心電計を用いてもよく、要
は被検体の体動変化を検出可能なセンサーであればよ
い。

【００６０】（第２実施例）以下、この発明に係る放射線治療システムの第２実施例
を図３〜図１１に基づいて説明する。

【００６１】図３に示す放射線治療システムは、放射線
治療に際し、治療計画時のパラメータとしての患者に関
するデータを予め保管・登録するデータベース５０と、
このデータベース５０に保管されるデータを利用して、
治療計画及び各種シミュレーションを行う治療計画ユニ
ット５１と、この治療計画装置５１で計画及びシミュレ
ートされた治療用計画データに従って放射線治療を行う
放射線治療装置５２とを備えている。

【００６２】データベース５０は、例えば１台のコンピ
ュータで機能的に構成されるデータベース制御部５０ａ
と、このデータベース制御部５０ａの指示の元に患者に
関するデータを保管・登録する大容量ディスク５０ｂと
を備えている。このデータベース５０は、予め保管・登
録した患者に関するデータを通信回線等を介して治療計
画ユニット５１に出力するようになっている。

【００６３】また、このデータベース５０は、Ｘ線ＣＴ
スキャナ、ＭＲＩ装置、超音波装置等の各種の医用モダ
リティ５３で得られた画像データを患者に関するデータ
の一部として保管・登録するため、この医用モダリティ
５３と通信回線又はフロッピーディスク等の可搬型の記
憶媒体を介して接続されている。さらに、このデータベ
ース５０は、放射線治療装置５２からの後述するセンサ
ーデータＳＡも患者に関するデータの一部として保管す
るために、この治療装置５２と通信回線を介して接続さ
れている。

【００６４】上記大容量ディスク５０ｂに保管・登録さ
れる患者に関するデータには、図４に示すように、患者
情報ＫＤ、画像情報ＧＤ及び治療実施例情報ＴＤが含ま
れている。患者情報ＫＤには、病歴、治療歴、身体計測
（身長、体重、体径、脈拍、呼吸動、体温など）等が含
まれる。画像情報ＧＤには、Ｘ線ＣＴスキャナ、ＭＲＩ
装置、超音波診断装置等の各種の医用モダリティ５３で
得られた画像データが含まれる。治療実施例情報ＴＤに
は、過去の治療照射計画、照射履歴等の情報が患者情報
ＫＤの内の体径に基づいてその体径毎に整理されてい
る。

【００６５】治療計画ユニット５０は、例えば１台のコ
ンピュータで機能的に構成される治療計画装置５１ａ
と、キーボード６１ａ、マウス６１ｂ、トラックボール
等の入力装置６０と、ディスプレイ等の表示装置６１と
を備えている。この内、治療計画装置５１ａは、その図
示しないメモリ（又は磁気ディスク）等にパラメータ可
変の三次元動画像モデル５１ｃ及び治療計画用プログラ
ム５１ｂを内蔵しており、データベース５０からの各パ
ラメータ及び医用画像に基づいて、治療用計画データＤ
Ａ１を作成し、その作成された治療用計画データＤＡ１
を放射線治療装置５２に出力するようになっている。

【００６６】さらに、治療計画装置５１ａは、放射線照
射期間中に放射線治療装置５２からの後述するセンサー
データＳＡをリアルタイムに受け取るようになってお
り、このセンサーデータＳＡに基づいて治療用計画デー
タＤＡ１を修正し、その修正後の計画データＤＡ２をリ
アルタイムに治療装置５２に出力するようになってい
る。

【００６７】三次元動画像モデル５１ｃ（コンピュータ
グラフィックモデルともいう）は、データベース５０か
らの対象患者に関するデータをそのモデル５１ｂのパラ
メータとして設定する。このモデル５１ｃに設定される
パラメータには、例えば人体の形態に関するものとして
身長、体重、体径等のデータと、人体の動態に関するも
のとして心拍数、呼吸等のデータとが含まれており、こ
のモデル５１ｂは、これらのパラメータに応じて構築さ
れるようになっている。

【００６８】つまり、このモデル５１ｃは、図５に示す
ように、パラメータに応じて設定される平均的な形態を
有する人体（体内の各構成臓器ＺＯ等を含む）の透視立
体像ＰＰを三次元空間に構築できると共に、その構築さ
れた平均的な透視立体像ＰＰの動態（収縮に伴う各各構
成臓器ＺＯの形態変化等）を実際の放射線照射中に予想
される呼吸性の体動に合わせてシミュレーションできる
ようになっている。

【００６９】そのシミュレートされた結果は、三次元状
又は二次元状（三次元空間に設定される複数枚のスライ
ス面の各面）に動画像として表示（アニメーション又は
シネ表示ともいう）される。このシミュレート結果とし
て表示される動画像は、データベース５０からの対象患
者の医用画像、例えばＣＴスキャナで得られたＣＴ画像
に基づいて、体内の形態（各臓器の大きさ、形状）や動
態（体動に因る形態変化）が予めモデル５１ｃに設定さ
れる平均的な透視立体像（体径等のデータに従って予め
準備される平均的な形態やその動態）よりもより現実に
近い透視立体像になるよう微調整される。

【００７０】この微調整された動画像は、図６に示すよ
うに、治療用計画データの元になる対象患者のシミュレ
ート・スライス像Ｓｍ１…Ｓｍｎとして治療計画用プロ
グラム５１ｂに設定されるようになっている。このシミ
ュレート・スライス像Ｓｍ１…Ｓｍｎは、その画像上に
表示される特定部位をＲＯＩや色によって識別可能とな
っている。

【００７１】治療計画用プログラム５１ｂは、三次元動
画像モデル５１ｃからの複数のシミュレート・スライス
像Ｓｍ１…Ｓｍｎに基づいて、そのスライス像Ｓｈ１…
Ｓｈｎの夫々で照射部位の設定からその照射部位に対す
る最適な照射計画（照射方法、位置合わせ等）までをシ
ミュレーションするための各種演算プログラムから構成
されている。この各種演算プログラムに従って、例えば
照射部位を表示されるシミュレート・スライス像Ｓｍ１
…Ｓｍｎ上でＲＯＩや色によって識別表示されると共
に、照射野形状から求まるコリメータ開閉データ（例え
ば後述するコリメータの大きさ、開口形状）等を含む治
療用計画データＤＡ１が作成される。

【００７２】上記治療計画装置５１は、上記三次元動画
像モデル５１ｃ及び治療計画用プログラム５１ｂにより
作成した治療用計画データＤＡ１を放射線照射を制御す
るためのデータとして照射前の放射線治療装置５２に出
力するようになっている。

【００７３】また、放射線治療装置５２からの後述する
センサーデータＳＡに基づいて、シミュレート・スライ
ス像Ｓｍ１…Ｓｍｎをリアルタイムに補正すると共に、
そのスライス像Ｓｍ１…Ｓｍｎに応じて作成された治療
用計画データＤＡ１を補正し、その補正後の計画データ
ＤＡ２を体動に関する補正制御データとして照射中の放
射線治療装置５２にリアルタイムに出力するようになっ
ている。

【００７４】放射線治療装置５２（以下、単に「治療装
置」という）は、本実施例ではＸ線を使って治療するも
ので、治療装置５２全体の駆動を管理する治療装置制御
部７０（以下、単に制御部という）と、治療計画装置７
０で作成された治療用計画データに基づいて実際に治療
を行うための装置駆動部７１とから構成される。

【００７５】制御部７０は、例えば１台のコンピュータ
で構成され、そのメモリに予め内蔵するプログラムに従
って処理を行うようになっている。制御部７０は、その
制御部７０の指示の元に個々に割り当てられた処理を行
う図示しない複数の制御ユニット（例えば治療台、架台
等）を内蔵している。この制御部７０で生成される制御
信号は、上記複数の制御ユニットを介して装置駆動部７
１に供給されるようになっている。

【００７６】つまり、この制御部７０は、治療計画ユニ
ット５１からの治療用計画データＡ１に基づいて装置駆
動部７１に制御信号Ｓ８を供給すると共に、治療計画ユ
ニット５１からの修正後の計画データＤＡ２をリアルタ
イムに受け取るようになっており、その修正後計画デー
タＤＡ２に基づいてリアルタイムに装置駆動部７１に制
御信号Ｓ９を供給するようになっている。

【００７７】装置駆動部７１は、心拍数及び体径変化を
検出するセンサー６９を装着した被検体Ｐを載せる治療
台７２と、被検体Ｐの体軸方向を回転軸として回転可能
な架台７３と、この架台７３を回転可能に支持する架台
支持体７４とを備えている。センサー６９は、図７及び
図８に示すように、その本体６９ａに被検体Ｐの体表周
囲に当接して巻かれる伸縮自在のワイヤー６７と、その
本体６９ａの被検体Ｐに接する側面に（＋）極及び
（−）極の両電極６８、６８とが設けられる。このセン
サー６９は、ワイヤー６７の伸縮により被検体の呼吸性
の体動に伴う人体の体径変化を微弱な電流信号Ｓ６とし
て検出すると共に、電極６８、６８により被検体Ｐの心
拍変化を微弱な電流信号Ｓ７として検出するようになっ
ている。このセンサー６９で検出された微弱な電流信号
Ｓ６及びＳ７は、後述する検出器６９ｂに出力される。

【００７８】治療台７２は、その上側に天板７２ａを備
えている。治療台７２は、内部の駆動機構により高さ調
節可能であるから、これにより天板７２ａを上下動させ
ることができる。また、治療台７２は、内部の別の駆動
機構の駆動により、天板７２ａをその長手方向及び横方
向に所定範囲で各々移動させることができるほか、更に
別の駆動機構を作動させることで、天板支柱回転及びア
イソセンタを中心とした回転が可能となっている。これ
らの天板７２ａの動作は、被検体Ｐの天板上の位置決め
及び放射線照射のときに必要であり、制御部７０から供
給される制御信号Ｓ８及びＳ９により制御される。

【００７９】一方、架台７３は、クライストロンからの
加重電子を偏向してターゲットに当て、そこから発生す
るＸ線ビームを被検体Ｐに照射する照射ヘッド７５を備
えている。この照射ヘッド７５には、ターゲット即ち放
射線源と放射口との間に、被検体Ｐの体表面上の照射野
を決めるコリメータ７６が設置されている。このコリメ
ータ７６は、本実施例では、多分割原体絞りの構造を有
したマルチリーフコリメータである。

【００８０】このマルチリーフコリメータは、複数枚の
板状にタングステン製のリーフから成る２種のリーフ群
が放射線源からのＸ線パスを挟んで並設状態で対向配置
され、リーフの各々がリードスクリューを要部とする移
動機構によって各リーフの長さ方向に独立して駆動可能
となっている。この移動機構は、制御部７０から供給さ
れる制御信号Ｓ８及びＳ９に応じて駆動し、２つのリー
フ群で形成される照射開口の大きさ、形状（即ち照射野
の大きさ、形状に相当）をリアルタイムに変更できるよ
うになっている。

【００８１】さらに、架台支持体７４は、その内蔵する
駆動機構によって、架台７３全体を時計回り及び反時計
回りの何れにも回転可能になっている。この駆動機構の
動作は、制御部７０から供給される制御信号Ｓ８及びＳ
９に基づいて行われる。

【００８２】上記治療装置５２は、上記構成要素とは別
に、披検体Ｐに装着されたセンサー６９からの体径変化
及び心拍変化に対応する微弱な電流信号Ｓ６及びＳ７を
増幅する検出器６９ｂと、この検出器６９ｂで増幅され
る電流信号をデジタル量に変換するＡ／Ｄ変換器６９ｃ
とを備えている。Ａ／Ｄ変換器６９ｃで変換されたデジ
タル信号は、センサーデータＳＡとして照射期間中、治
療計画ユニット５１にリアルタイムに供給される。ま
た、このセンサーデータＳＡは、患者に関するデータの
一部として保管するためにデータベース５０にも供給さ
れるようになっている。

【００８３】次に、この実施例の動作を説明する。

【００８４】最初に、治療計画時について図９に基づい
て説明する。

【００８５】まず、治療計画ユニット５１によるシミュ
レーション及び治療計画の処理を説明する。ステップＳ
１にてデータベース５０から患者に関するデータが入力
されると、ステップＳ２にてそのデータが三次元動画像
モデル５１ｃにパラメータとして設定され、そのパラメ
ータに基づいて平均的な透視立体像が動画像としてシミ
ュレートされる。

【００８６】次いで、ステップＳ３にて、そのシミュレ
ートされる平均的な透視立体像がより現実的な透視立体
像として、医用画像に応じて微調整され、その微調整さ
れた透視立体像に応じてシミュレート・スライス像Ｓｍ
が作成される。

【００８７】次いで、ステップＳ４にて、シミュレート
・スライス像Ｓｍが治療計画用プログラム５１ｂに設定
されると、ステップＳ５にて照射予定部位がＲＯＩや色
などで識別表示され、コリメータ開閉データ等を含む治
療用計画データＤＡ１が作成される。この作成された治
療用計画データＤＡ１は、ステップＳ６にて治療装置５
２に出力される。

【００８８】続いて、放射線照射時について図１０及び
図１１に基づいて説明する。

【００８９】まず、治療計画ユニット５１では、放射線
照射期間中、ステップ７によりセンサーデータＳＡが入
力されると、ステップＳ７にてそのセンサーデータＳＡ
に基づいて上記各ステップＳ１〜Ｓ６で作成した治療用
計画データＤＡ１がリアルタイムに補正され、ステップ
Ｓ９にてその補正後の計画データＤＡ２が治療装置５２
に出力される。その後、ステップＳ７に戻り、上記処理
が繰り返される（図１０参照）。

【００９０】上記各ステップＳ７〜Ｓ９の一連の処理
は、放射線照射時に繰り返し実行される。

【００９１】この治療計画ユニット５１による処理と並
行して、治療装置５２では、ステップ１０にて装置が起
動すると、ステップ１１にて予め治療計画ユニット５１
から受け取っていた治療用計画データＤＡ１に基づいて
制御信号Ｓ８が出力され、放射線が照射される。

【００９２】次いで、ステップ１２にて治療計画ユニッ
ト５１からの補正後の計画データＤＡ２を入力すると、
ステップ１３にてその補正後計画データＤＡ２に応じた
制御信号Ｓ９が出力され、放射線照射がリアルタイムに
変更修正される。その後、ステップ１０に戻り、上記処
理が繰り返される（図１１参照）。

【００９３】以上により、本実施例に係る放射線治療シ
ステムは、治療計画時に患者の体動に応じた人体の形態
変化を予めシミュレーションし、そのシミュレート結果
に基づいて治療用計画データを作成すると共に、この計
画データを照射期間中の実際の患者の体動に応じてリア
ルタイムに変更修正し、その修正後の計画データに基づ
いて、放射線の照射状態を制御できる。従って、仮に患
者を照射中に長期間拘束したとしても、その患者の体動
に関係なく常にターゲットとしての部位に対する正確な
照射が可能となる。また、無駄な放射線照射が抑制され
るので、患者の被爆量を必要最小限に抑えることができ
る。

【００９４】なお、この第２実施例では、センサーを放
射線治療中に患者に装着させる構成であったが、これに
対し、同じセンサーを治療計画前の画像取得時に患者に
装着させ、画像と同時に取得するセンサー信号を治療計
画に使用する構成であってもよい。

【００９５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
無駄な放射線照射が抑制されるので、患者の被爆量を必
要最小限に抑えることができ、放射線治療計画の精度が
大幅に向上するようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例に係る放射線治療システムの全体構
成を示す概略ブロック図。

【図２】第１実施例の全体動作を説明する概略のタイミ
ングチャート。

【図３】第２実施例に係る放射線治療システムの全体構
成を示す概略ブロック図。

【図４】第２実施例のデータベースのデータ内容の説明
図。

【図５】第２実施例の三次元動画像モデルの概要図。

【図６】第２実施例のシミュレート・スライス像の概要
図。

【図７】第２実施例のセンサーの構成を示す概略図。

【図８】第２実施例のセンサーの装着例を説明する図。

【図９】第２実施例の治療計画ユニット側の治療計画時
の処理を示す概略フローチャート。

【図１０】第２実施例の治療計画ユニット側の放射線照
射時の処理を示す概略フローチャート。

【図１１】第２実施例の治療装置側の放射線照射時の処
理を示す概略フローチャート。

【図１２】従来技術の照射計画及びその問題点を説明す
る図であり、（ａ）は照射計画時の説明面、（ｂ）は実
際の照射時の説明図。

【図１３】従来技術の照射計画を説明する図であり、
（ａ）は呼期の説明図、（ｂ）は吸期の説明図。

【符号の説明】

１放射線治療計画用ＣＴシステム２放射線治療装置（第１実施例）３システム制御部４ＣＴスキャナ部５治療計画部９、９ａセンサー１０生データユニット１１画像再構成ユニット１２治療計画ユニット２０全体制御部２１装置本体部２２駆動制御部５０データベース５１治療計画ユニット５１ａ治療計画装置５２放射線治療装置（第２実施例）６７ワイヤー（センサー）６８電極（センサー）６９センサー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) A61B 6/00 - 6/14 A61N 5/10

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】放射線を被検体に照射して放射線治療を
行う放射線治療システムにおいて、前記被検体のＣＴ画像の取得と並行して検出される当該
被検体の体動変化に応じた生体データと前記ＣＴ画像と
の両位相を対応付ける位相特定手段と、この位相特定手段により前記生体データの位相に対応付
けられる前記ＣＴ画像に基づき、前記放射線の照射野を
調整するためのコリメータの開閉データを含む治療計画
データを作成する計画データ作成手段と、前記ＣＴ画像の位相に対応付けられた前記生体データと
前記放射線治療を行うときに得られる前記被検体の体動
変化に応じた生体データとの間の相関性を判定する判定
手段と、この判定手段により判定結果に応じて前記開閉データに
基づく前記コリメータの開閉制御を行うコリメータ制御
手段とを備えたことを特徴とする放射線治療システム。
【請求項２】前記照射制御手段は、前記判定手段によ
り前記相関性があると判定されたときにのみ、放射線源
に前記放射線を照射させるとともに前記コリメータに前
記開閉データに基づく開閉を実行させるように構成した
ことを特徴とする請求項１に記載の放射線治療システ
ム。
【請求項３】前記計画データ作成手段により作成され
た治療計画データ及び前記放射線の照射期間中に検出さ
れる前記生体データに応じて前記放射線の照射状態をリ
アルタイムに制御する照射制御手段をさらに備えたこと
を特徴とする請求項１に記載の放射線治療システム。
【請求項４】前記計画データ作成手段は、前記位相特
定手段により前記生体データの位相に対応付けられる前
記ＣＴ画像として複数のスライス面のそれぞれに対して
前記治療計画データを作成するように構成した請求項１
に記載の放射線治療システム。
【請求項５】前記生体データを検出するセンサを設
け、このセンサを前記被検体に装着する呼吸器計又は心
電計で構成したことを特徴とする請求項１〜４の何れか
一項に記載の放射線治療システム。
【請求項６】放射線を被検体に照射して放射線治療を
行う放射線治療システムにおいて、前記被検体の形態及び動態に関するデータと当該被検体
の複数枚のスライス画像とを、予め保持している被検体
の形態及び動態に関する三次元動画像モデルに適用し、
三次元空間に設定される前記形態及び動態をシミュレー
トするシミュレーション手段と、このシミュレーション手段によりシミュレートされる前
記形態及び動態に応じて前記放射線の照射野を調整する
ためのコリメータの開閉データを含む計画データを作成
する計画データ作成手段と、この計画データ作成手段により作成される計画データに
基づいて前記放射線の照射を行うときに、前記被検体に
装着されるセンサーからの当該被検体の動態に関するデ
ータに応じて前記計画データをリアルタイムに補正する
とともに当該補正後の計画データに応じて前記放射線の
照射を制御する補正制御手段とを備えたことを特徴とす
る放射線治療システム。
【請求項７】前記シミュレーション手段は、データベ
ースに予め保管される前記形態及び動態に関するデータ
及び複数枚のスライス画像を前記三次元動画像モデルの
パラメータとして設定する手段を含む請求項６に記載の
放射線治療システム。