JP4064952B2 - 放射線治療装置および放射線治療装置の動作方法 - Google Patents

Description

本発明は、放射線治療装置、放射線治療装置における患部追尾方法およびイメージング画像の画質向上方法に関する。

放射線治療においては、患者の患部（癌病巣部）に照射する放射線の照射精度を上げ、また、患部以外の正常な細胞組織に放射線が照射されるのを防ぐため、患者の呼吸等によって移動する患部を動体追尾しながら、患部に放射線を照射することが行われてきた。これにより、１回の照射治療で患部に照射される放射線量を増やし、逆に周囲にある正常な細胞組織に照射される照射量を極力減らすことができる。そして、患部に対する照射治療の回数を減らすことができる。その結果、患者の身体的負担を軽減できるほか、正常な細胞組織に対する放射線照射の影響を最小限に抑えることができる。

従来の放射線治療装置の全体構成を図１に示す。従来の放射線治療装置１は、患者Ｐを寝かせる治療用寝台９と、治療用の放射線を放射する放射線発生装置２および患者Ｐの体内にある患部の位置を確認するための透視画像を取得するための複数の放射線源（イメージャ）１３ａ、１３ｂとを備えている。

放射線治療装置１のシステム全体は、後に述べるアイソセンタ１０を原点として座標系が設定されている。そして、放射線発生装置２から放射される放射線の放射線軸Ａは、このアイソセンタ１０を通るように設定されている。また、患者Ｐの患部も放射線照射時にアイソセンタ１０にその中心が来るように位置調整される。

治療用の放射線を放射する放射線発生装置２と、患者Ｐの体内にある患部の位置を確認するための複数の放射線源（イメージャ）１３ａ、１３ｂとは、ガイド３の円枠内に内接されて回動軸Ｇまわりに３６０度回動自在な回転部材１５に配設されている。ガイド３は、その両支持軸を支持部材４に嵌合されており、支持部材４に配設されている駆動モータ４ａの駆動により傾倒軸１１まわりに回動自在である。回動軸Ｇと傾倒軸１１とは直交関係にある。ガイド３の円筒面が垂直向きのときに、放射線発生装置２は図１に見られるように、ガイド３の円枠の中心を通る垂線上に可動部材５を介して配設され、放射線発生装置２の放射線照射軸Ａはガイド３の円枠の中心に向けられる。また、複数の放射線源（イメージャ）１３ａ、１３ｂは、放射線発生装置２に対して対象となる位置に配設され、それぞれの放射線照射軸Ｅ，Ｆは、放射線発生装置２の放射線照射軸Ａと同様にガイド３の円枠の中心に向けられる。

放射線発生装置２は、既述したように可動部材５を介して回転部材１５に搭載されており、可動部材５は直交する回動軸ＣおよびＤの２軸方向に対して回動自在である。このため、放射線発生装置２の放射線照射軸ＡはＵおよびV方向に対して微動され、照射軸Ａの指向方向が調整される。また、放射線発生装置２の放射線照射軸ＡがＵおよびＶ方向に対して微動されることにより、放射線発生装置２から照射される放射線の照射対象に対する動体追尾がなされる。

上記したアイソセンタ１０は、ガイド３の円枠の中心軸Ｇと傾倒軸１１との交点に設定されており、放射線発生装置２の放射線照射軸Ａ、放射線源（イメージャ）１３ａおよび１３ｂからの放射線照射軸Ｅ，Ｆは全てこのアイソセンター１０において１点に交わるように調整される。

放射線発生装置２の放射線照射軸Ａの軸合わせの為に検出器６が使用される。軸合わせの際には、この検出器６はアイソセンター１０に対して放射線発生装置２の点対称な位置に配置されて放射線発生装置２の放射線照射軸Ａの微調整がなされるが、図１においては治療用寝台９の横に避難されている。放射線源（イメージャ）１３ａ、１３ｂからの透視画像取得および放射線照射軸Ｅ，Ｆの軸合わせの為にイメージャ用検出器１４ａおよび１４ｂが使用される。放射線源（イメージャ）１３ａおよび１３ｂの放射線軸ＥおよびＦの軸合わせのため、イメージャ用検出器１４ａおよび１４ｂは、アイソセンタ１０に対して放射線源（イメージャ）１３ａおよび１３ｂの点対称な位置に配設され、放射線源（イメージャ）１３ａおよび１３ｂの放射線軸ＥおよびＦがアイソセンタ１０を通るように微調整される。イメージャ用検出器１４ａおよび１４ｂについては、回転部材１５に常に配設されているため、患者Ｐの患部はイメージャ１３ａおよび１３ｂによりリアルタイムでモニタリングされる。

以下に、患者Ｐの患部に放射線を動的追尾照射するため、患者Ｐの患部中心に放射線発生装置２の放射線軸Ａを追尾させる従来の手順を説明する。

放射線治療前にＸ線ＣＴスキャナー（Ｃｏｍｐｕｔｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ Ｓｃａｎｎｅｒ）により患者の患部近傍のＣＴ断層像が撮影される。複数の２次元ＣＴ画像を元に、指定された臓器および患部（癌病巣部）の３次元ＤＲＲ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ Ｒａｄｉｏｇｒａｐｈ）画像が再構成される。このＤＲＲ画像に基づき、患部に照射される放射線の方向、照射範囲および放射線量が決められて治療計画が作成される。治療計画が作成されると、コンピュータにより線量分布シミュレーションが実行され、患部と臓器部分における放射線吸収量が算出される。シミュレーションにより、患部における放射線量が十分かどうかの確認が行われ、問題が無ければ実際の放射線治療の段階となる。

放射線治療においては、図１に示されているように患者Ｐが治療用寝台９に寝かされて固定される。治療用寝台９が患者Ｐの患部中心をアイソセンタ１０に位置させるように移動調整される。患者Ｐの患部がおおよそアイソセンタ１０に設定されると、放射線源（イメージャ）１３ａ、１３ｂから透視画像取得のための放射線がそれぞれ放射線軸Ｅ，Ｆに沿って同時に放射され、患者Ｐの患部領域の画像がリアルタイムでイメージャ用検出器１４ａおよび１４ｂにより取得される。取得されたイメージャ１３ａ、１３ｂの画像は解析装置７に入力される。解析装置７には、既に治療計画時に作成されて患部の位置情報を備えた３次元ＤＲＲ画像が入力されている。３次元ＤＲＲ画像における患部の位置と取得された現在のイメージャー画像との相対位置関係から、現在の患部がアイソセンタ１０に対してどの位ズレているのかが算出される。算出された患部とアイソセンタ１０とのズレ量のデータは解析装置７から制御装置８へ入力される。制御装置８は、入力されたズレ量のデータに基づいて、治療用寝台９の位置、ガイド３の傾倒軸１１の角度および回転部材１５のガイド３に対する相対位置を適宜最適な組み合わせで移動調整することにより、リアルタイムで患部中心をアイソセンタ１０に移動させる。

実際の放射線治療時には、さらに患者Ｐの呼吸等に起因する患部の動きが加わる。患者Ｐの呼吸等による患部の動きは±２０ｍｍ程度あり、この動きを追尾するため、放射線発生装置２の放射線照射軸ＡがUおよびV方向に対して微動され、上記患者Ｐの呼吸等に起因する患部の動きに対する動的追尾が行われている。

しかしながら放射線における濃淡差を利用して患部照射位置を決定する現状の透視画像撮影システムにおいては、複数の放射線源（イメージャ）１３ａ、１３ｂが異なった角度から放射線を患者Pの患部に同時に照射することにより、互いの放射線が患部で乱反射して散乱光が発生し、それぞれのイメージャ用検出器１４ａ、１４ｂに上記散乱光が入射することで微妙な濃淡差を検出すべき透視画像の画像に劣化が生じている。

このため高精度な患部位置の判別が困難となり、患部位置の位置決めに時間がかかると伴に、患部の位置決め精度を高めることが必要な課題となっていた。

このような技術に関連して、以下に示すような提案がなされている。

特許第３３９４２５０号公報に開示されている「定位固定外科用装置」では、生体内の生きている組織のターゲット領域を選択的に照射することによって、放射線外科を行なうための装置であって、生体の少なくとも一部分の３次元写像を保存するデータ保存メモリ、３次元写像がターゲット領域を含み、かつターゲット領域よりも大きい写像領域を包含しており、光線発信装置が作動されると、ターゲット領域を壊死させるのに十分な強度の放射線外科用視準光線を放射する光線発信装置、光線発信装置を選択的に作動させるための手段、放射線外科用視準光線から分離し、かつ放射線外科用視準光線と異なる第１及び第２の診断用光線を実質的に同時に写像領域に通過させる手段、第１と第２の診断用光線は、互いに所定のゼロでない角度で配置され、写像領域内の各々第１および第２の射影の各々第１および第２の診断用光線の画像を生成し、第１及び第２の診断用光線の画像を表わす第１と第２のデジタル電子画像を生成するための手段、ターゲット領域のリアルタイムの位置を表わすデータを引き出すためにデジタル電子画像が生成された後に、デジタル形式の３次元写像を、時間的に十分近い第１と第２の診断用光線の画像を表わすデジタル電子画像とデジタル的に比較するための手段
、および放射線外科用視準光線が発せられると、放射線外科用視準光線が連続的にターゲット領域上に焦点を合わせるように、ターゲット領域のリアルタイムの位置を表わすデータに応答して、放射線外科用視準光線に対してターゲット領域を移動するために、必要な場合、光線発信装置及び生体の相対的位置を調節するための手段を有する放射線外科を行うための装置が提案されている。

特許第３３９４２５０号公報

本発明の目的は、治療放射線を確実に照射対象に照射することができる放射線照射装置および放射線治療装置における患部追尾方法およびイメージング画像の画質向上方法を提供することである。

以下に、［発明を実施するための最良の形態］で使用する番号・符号を括弧付きで用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明を実施するための最良の形態］の記載との対応関係を明らかにするために付加されたものであるが、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。

本発明の放射線治療装置（１０）は、アイソセンタ（１００）に位置される患者（Ｐ）の患部に放射線を照射するための放射線治療装置（１０）であって、アイソセンタ（１００）を通る回転軸（Ｇ）に対して回動自在な回転部材（１５０）に配設される複数の透視画像用放射線発生装置（１３０ａ、１３０ｂ）と、複数の透視画像用放射線発生装置（１３０ａ、１３０ｂ）のそれぞれから照射される放射線を検出して透視画像用放射線発生装置（１３０ａ、１３０ｂ）との間に配置される患部のイメージ画像を検出する複数のイメージャ用検出器（１４０ａ、１４０ｂ）と、複数の透視画像用放射線発生装置（１３０ａ、１３０ｂ）のうちの２つが同時に放射線をアイソセンタ（１００）に位置される患部に照射しないように複数の透視画像用放射線発生装置（１３０ａ、１３０ｂ）を制御する制御装置（８０）とを備える。

また、本発明の放射線治療装置（１０）は、さらに回転部材（１５０）に配設される放射線発生装置（２０）と、解析装置（７０）と、解析装置（７０）に接続される時系列データ処理装置（９３）とを備え、複数の透視画像用放射線発生装置（１３０ａ、１３０ｂ）および複数のイメージャ用検出器（１４０ａ、１４０ｂ）で時系列に撮像されたそれぞれの透視画像の画像データが解析装置（７０）を介して時系列データ処理装置（９３）に送付され、時系列データ処理装置（９３）は時系列に撮像されたそれぞれの透視画像の画像データに基づいて線形自己回帰モデルなどの数学的予測手法により次フレーム以降、予測したい先の時間における予測患部位置を演算し、予測患部位置の情報は解析装置（７０）に送信され、解析装置（７０）は予測患部位置の情報に基づいて予測患部位置に放射線発生装置（２０）の照射軸（Ａ）を移動させるための移動量を演算し、移動量の情報は制御装置（８０）に送信され、制御装置（８０）は移動量の情報に基づいて放射線発生装置（２０）の照射軸（Ａ）を予測患部位置に移動する。

また、本発明の放射線治療装置（１０）に係わる時系列に撮像されたそれぞれの透視画像の画像データは、規定データ長内で逐次古いものから１フレームずつ更新され、時系列データ処理装置（９３）は、今回より前に予測した今回の予測患部位置と今回測定された実際の患部位置とを照合して、今回より前に予測した今回の予測患部位置と今回測定された実際の患部位置との予測誤差が規定値以上であると、次フレームでの放射線発生装置（２０）からの照射が停止され、さらに停止の回数が規定回数を超えたときに放射線治療装置（１０）の動作そのものが停止される。

また、本発明の放射線治療装置（１０）は、さらに解析装置（７０）に接続されてそれぞれの透視画像の患部位置に対応する事前に設定された基準患部画像を保持した画像処理装置（９５）を備え、複数の透視画像用放射線発生装置（１３０ａ、１３０ｂ）および複数のイメージャ用検出器（１４０ａ、１４０ｂ）で時系列に撮像されたそれぞれの透視画像の画像データが解析装置（７０）を介して画像処理装置（９５）に送付され、画像処理装置（９５）は時系列に撮像されたそれぞれの透視画像の患部位置と基準患部画像との特定の評価特徴因子に関したマッチング度を演算し、マッチング度が規定値以下であると、次フレームにおける放射線発生装置（２０）から放射線の照射が停止され、さらに停止の回数が規定回数を超えたときに放射線治療装置（１０）の動作そのものが停止される。

また、本発明の放射線治療装置（１０）に係わる特定の評価特徴因子は、画像における当該患部位置の濃淡差総量および当該患部のエッジ部分の長さや形状などの模様である。

また、本発明の放射線治療装置（１０）の放射線照射タイミング制御方法は、制御装置（８０）に複数の透視画像用放射線発生装置（１３０ａ、１３０ｂ）を起動させるための信号を入力するステップと、信号の入力に応答して、複数の透視画像用放射線発生装置（１３０ａ、１３０ｂ）のうちの２つが同時に放射線をアイソセンタ（１００）に位置される患部に照射しないように複数の透視画像用放射線発生装置（１３０ａ、１３０ｂ）を制御するステップとを備える。

また、本発明の放射線治療装置（１０）の予測追尾方法は、制御装置（８０）に複数の透視画像用放射線発生装置（１３０ａ、１３０ｂ）を起動させるための信号を入力するステップと、複数の透視画像用放射線発生装置（１３０ａ、１３０ｂ）および複数のイメージャ用検出器（１４０ａ、１４０ｂ）で時系列に撮像されたそれぞれの透視画像の画像データを解析装置（７０）に接続された時系列データ処理装置（９３）に送付するステップと、時系列データ処理装置（９３）において時系列に撮像されたそれぞれの透視画像の画像データに基づいて次フレーム以降における予測患部位置を演算するステップと、予測患部位置の情報に基づいて予測患部位置に放射線発生装置（２０）の照射軸（Ａ）を移動させるための移動量を演算するステップと、移動量の情報に基づいて放射線発生装置（２０）の照射軸（Ａ）を予測患部位置に移動するステップと、さらに時系列に撮像されたそれぞれの透視画像の画像データを規定データ長内で逐次古いものから１フレームずつ更新するステップと、予測患部位置と今回測定された患部位置とを照合して、予測患部位置と今回測定された患部位置との予測誤差が規定値以上であると、放射線発生装置（２０）からの放射線の照射を停止するステップと、さらに停止の回数が規定回数を超えたときに放射線治療装置（１０）の動作そのものを停止させるステップとを備える。

また、本発明の放射線治療装置（１０）の画像マッチング判定方法は、制御装置（８０）に複数の透視画像用放射線発生装置（１３０ａ、１３０ｂ）を起動させるための信号を入力するステップと、複数の透視画像用放射線発生装置（１３０ａ、１３０ｂ）および複数のイメージャ用検出器（１４０ａ、１４０ｂ）で時系列に撮像されたそれぞれの透視画像の画像データを解析装置（７０）に接続された画像処理装置（９５）に送付するステップと、画像処理装置（９５）において時系列に撮像されたそれぞれの透視画像の患部位置と基準患部画像との評価特徴因子のマッチング度を求めるステップと、マッチング度を求めるステップにおいてマッチング度が規定値以下であると、放射線発生装置（２０）からの放射線の照射を停止するステップと、さらに停止の回数が規定回数を超えたときに放射線治療装置（１０）の動作そのものを停止させるステップとを備える。

また、本発明の放射線治療装置の放射線照射タイミング制御プログラムは、制御装置（８０）に複数の透視画像用放射線発生装置（１３０ａ、１３０ｂ）を起動させるための信号を入力する手段と、信号を入力する手段により、複数の透視画像用放射線発生装置（１３０ａ、１３０ｂ）のうちの２つが同時に放射線をアイソセンタ（１００）に位置される患部に照射しないように複数の透視画像用放射線発生装置（１３０ａ、１３０ｂ）を制御する手段とを備える。

また、本発明の放射線治療装置の予測追尾プログラムは、制御装置（８０）に複数の透視画像用放射線発生装置（１３０ａ、１３０ｂ）を起動させるための信号を入力する手段と、複数の透視画像用放射線発生装置（１３０ａ、１３０ｂ）および複数のイメージャ用検出器（１４０ａ、１４０ｂ）で時系列に撮像されたそれぞれの透視画像の画像データを解析装置（７０）に接続された時系列データ処理装置（９３）に送付する手段と、時系列データ処理装置（９３）において時系列に撮像されたそれぞれの透視画像の画像データに基づいて次フレーム以降における予測患部位置を演算する手段と、予測患部位置の情報に基づいて予測患部位置に放射線発生装置（２０）の照射軸（Ａ）を移動させるための移動量を演算する手段と、移動量の情報に基づいて放射線発生装置（２０）の照射軸（Ａ）を予測患部位置に移動する手段と、さらに時系列に撮像されたそれぞれの透視画像の画像データを規定データ長内で逐次古いものから１フレームずつ更新する手段と、予測患部位置と今回測定された患部位置とを照合して、予測患部位置と今回測定された患部位置との予測誤差が規定値以上であると、放射線発生装置（２０）からの放射線の照射を停止する手段と、さらに停止の回数が規定回数を超えたときに放射線治療装置（１０）の動作そのものを停止させる手段とを備える。

また、本発明の放射線治療装置の画像マッチング判定プログラムは、制御装置（８０）に複数の透視画像用放射線発生装置（１３０ａ、１３０ｂ）を起動させるための信号を入力する手段と、複数の透視画像用放射線発生装置（１３０ａ、１３０ｂ）および複数のイメージャ用検出器（１４０ａ、１４０ｂ）で時系列に撮像されたそれぞれの透視画像の画像データを解析装置（７０）に接続された画像処理装置（９５）に送付する手段と、画像処理装置（９５）において時系列に撮像されたそれぞれの透視画像の患部位置と基準患部画像との評価特徴因子のマッチング度を求める手段と、マッチング度を求める手段においてマッチング度が規定値以下であると、放射線発生装置（２０）からの放射線の照射を停止する手段と、さらに停止の回数が規定回数を超えたときに放射線治療装置（１０）の動作そのものを停止させる手段とを備える。

本発明により、微妙な濃淡差が確保された透視画像を取得することができ、患部の位置決めを高精度で行うことにより、治療放射線を確実に照射対象に照射することができる。また、透視画像取得用の照射タイミングおよび治療用放射線の起動タイミングを制御することにより、治療時間を短縮して患者への負担軽減を図ることが出来る。

また、本発明により、治療放射線照射時点での最も確からしい患部位置を求めて治療用放射線を制御することにより、患部に精度良く安全に放射線を照射することができる。

また、本発明により、取得された照射対象の透視画像を特定の評価因子について基準画像と照合することにより、照射対象に対して信頼性の高い照射制御を行うことができる。

添付図面を参照して、本発明による放射線治療装置、放射線治療装置における患部追尾方法およびイメージング画像の画質向上方法を実施するための最良の形態を以下に説明する。

（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係わる放射線治療装置は、患部の位置決めのための透視画像取得用の放射線源から照射される放射線の照射タイミングを制御することによって、微妙な濃淡差を保持した透視画像を検出することができる。

本発明の実施形態に係わる放射線治療装置の全体構成を図２Ａに示す。本実施の形態に係わる放射線治療装置１０は、患者Ｐを寝かせる治療用寝台９０、治療用の放射線を放射する放射線発生装置２０、患者Ｐの体内にある患部の位置を確認するための透視画像取得用の複数の放射線源（イメージャ）１３０ａ、１３０ｂ、イメージャ用検出器１４０ａ、１４０ｂにより取得された透視画像の患部位置座標を測定して患部の現在位置とアイソセンタ１００との相対位置を演算する解析装置８０、解析装置８０により演算された患部の現在位置とアイソセンタ１００との相対位置に基づき患部および放射線発生装置２０の放射線軸Ａとの位置合わせをする制御装置８０を備えている。解析装置７０には、イメージャ用検出器１４０ａ、１４０ｂにより取得された透視画像を時系列で保存し、その時系列データに基づいて次フレームにおける患部の予測位置座標を求める時系列データ処理装置９３と、予め設定された基準となる患部画像を保持しており、イメージャ用検出器１４０ａ、１４０ｂにより取得された透視画像と上記の予め設定された基準となる患部画像とを照合して特定の評価特徴因子に関してマッチング度を演算する画像処理装置９５とが接続されている。制御装置８０は、バスライン８０ｂに接続されたＣＰＵ８０ａ、メモリ１（８０ｃ）、メモリ２（８０ｄ）およびメモリ３（８０ｅ）を備えている。また、放射線発生装置２０には、動的追尾照射のできる駆動機構が備えられている。

放射線治療装置１０のシステム全体は、後に述べるアイソセンタ１００を原点として座標系が設定されている。そして、放射線発生装置２０から放射される放射線の放射線軸Ａは、このアイソセンタ１００を通るように設定される。また、患者Ｐの患部も放射線照射時にアイソセンタ１００にその中心が来るように位置合わせされる。

治療用の放射線を放射する放射線発生装置２０と、患者Ｐの体内にある患部の位置を確認するための複数の放射線源（イメージャ）１３ａ、１３ｂとは、ガイド３０の円枠内に内接されて回動軸Ｇまわりに３６０度回動自在な回転部材１５０に配設されている。ガイド３０は、その両支持軸を支持部材４０に嵌合されており、支持部材４０に設置されている駆動モータ４０ａの駆動により傾倒軸１１０まわりに回動自在である。回動軸Ｇと傾倒軸１１０とは直交関係にある。ガイド３０の円筒面が垂直向きのときに、放射線発生装置２０は図２Ａに見られるように、ガイド３０の円枠の中心を通る垂線上に可動部材５０を介して配設され、放射線発生装置２０の放射線照射軸Ａはガイド３０の円枠の中心に向けられる。また、複数の放射線源（イメージャ）１３０ａ、１３０ｂは、放射線発生装置２０に対して対象となる位置に配設され、それぞれの放射線照射軸Ｅ，Ｆは、放射線発生装置２０の放射線照射軸Ａと同様にガイド３０の円枠の中心に向けられる。

放射線発生装置２０は、既述したように可動部材５０を介して回転部材１５０に搭載されており、可動部材５０は直交する回動軸ＣおよびＤの２軸方向に対して回動自在である。これにより、放射線発生装置２０から照射される放射線の照射対象に対するＵ方向およびＶ方向に対する動的追尾が行われる。

上記したアイソセンタ１００は、ガイド３０の円枠の中心軸Ｇと傾倒軸１１０との交点に設定されており、放射線発生装置２０の放射線照射軸Ａ、放射線源（イメージャ）１３０ａおよび１３０ｂからの放射線照射軸Ｅ，Ｆは全てこのアイソセンター１００において１点に交わる。

放射線発生装置２０の放射線照射軸Ａの軸合わせの為に検出器６０が使用される。軸合わせの際には、この検出器６０はアイソセンター１００に対して放射線発生装置２０の点対称な位置に配置されて放射線発生装置２０の放射線照射軸Ａの微調整がなされるが、図２Ａにおいては治療用寝台９０の横に避難されている。放射線源（イメージャ）１３０ａ、１３０ｂからの透視画像取得および放射線照射軸Ｅ，Ｆの軸合わせの為にイメージャ用検出器１４０ａおよび１４０ｂが使用される。放射線源（イメージャ）１３０ａおよび１３０ｂの放射線軸ＥおよびＦの軸合わせのため、イメージャ用検出器１４０ａおよび１４０ｂは、アイソセンタ１００に対して放射線源（イメージャ）１３０ａおよび１３０ｂの点対称な位置に配設され、放射線源（イメージャ）１３０ａおよび１３０ｂの放射線軸ＥおよびＦがアイソセンタ１００を通るように微調整される。イメージャ用検出器１４０ａおよび１４０ｂについては、回転部材１５０に常に配設されているため、患者Ｐの患部はイメージャ１３０ａおよび１３０ｂによりリアルタイムでモニタされる。

以下に、実施の形態１に係わる放射線治療装置により、患者Ｐの患部の透視画像を取得する部分を主として、患部に放射線を照射する手順を説明する。また、図２Ｂに放射線照射タイミング制御フローを示す。

放射線治療前に、Ｘ線ＣＴスキャナー（Ｃｏｍｐｕｔｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ Ｓｃａｎｎｅｒ）により患者Ｐの患部近傍のＣＴ断層像が撮影される。撮影された複数の２次元ＣＴ画像を元に指定された臓器および患部（癌病巣部）の３次元ＤＲＲ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ Ｒａｄｉｏｇｒａｐｈ）画像が作成される。この３次元ＤＲＲ画像により、患者Ｐの患部の位置や状況が診断され、患部に照射される放射線の方向、照射範囲および放射線量が決められて治療計画が作成される。治療計画が作成されると、コンピュータにより線量分布シミュレーションが実行され、患部と臓器部分における放射線吸収量が算出される。シミュレーションにより、患部における放射線量が十分かどうかの確認が行われ、問題が無ければ放射線治療の段階となる。

放射線治療においては、図２Ａに示されているように患者Ｐが治療用寝台９０に寝かされて固定される。治療用寝台９０が患者Ｐの患部をアイソセンタ１００に位置させるように移動調整される。患者Ｐの患部がおおよそアイソセンタ１００に設定されると、放射線源（イメージャ）１３０ａ、１３０ｂから透視画像取得のための放射線がそれぞれ放射線軸Ｅ，Ｆに沿って放射され、患者Ｐの患部領域の画像がリアルタイムでイメージャ用検出器１４０ａおよび１４０ｂにより取得される。

図２Ｃに、イメージャ用検出器１４０ａおよび１４０ｂにより患部の透視画像が取得されている模式図を示す。実際の透視画像の取得においては、複数の方向から同時に放射線が患部に対して照射されることにより患部で散乱光が発生し、イメージャ用検出器１４０ａで放射線源１３０ｂから照射された散乱光を拾ってしまう、あるいは、イメージャ用検出器１４０ｂで放射線源１３０ａから照射された散乱光を拾ってしまうことにより、微妙な濃淡差を検出すべき透視画像の画質が劣化してしまうことがあった。

実施の形態１に係わる放射線治療装置においては、図２Ａに示すように制御装置８０のメモリ１（８０ｃ）に放射線照射タイミング制御プログラムが格納されている。外部から制御装置８０に放射線の照射を開始させる指示が入力される（Ｓ１）と、ＣＰＵ８０ａによりバスライン８０ｂを介してメモリ１に保存されていた放射線照射タイミング制御プログラムが読み込まれる（Ｓ２）。ＣＰＵ８０ａは、読み込んだ放射線照射タイミング制御プログラムのタイムチャートに基づき、放射線発生装置２０および放射線源１３０ａ、１３０ｂから照射される放射線の照射のタイミングを制御する（Ｓ３）。図３に、放射線照射タイミング制御プログラムによる放射線発生装置２０、放射線源（Ａ）１３０ａおよび（Ｂ）１３０ｂから照射される放射線の照射のタイミングチャートを示す。

図３に示されるタイミングチャートにおいては、１フレーム（３３ｍＳ）の間に放射線源（Ａ）および放射線源（Ｂ）から順次放射線が照射されて、その間にそれぞれのシャッターが開かれることにより、患部に向けて放射線が交互に照射される。透視画像取得用放射線が放射線源（Ａ）および放射線源（Ｂ）から非同時に照射されることにより、上記した互いの照射による散乱光を検出することがなくなり、イメージャ用検出器１４０ａおよび１４０ｂによって透視画像の微妙な濃淡差を検出することができる。

解析装置７０には、既に治療計画時に作成された患部近傍の３次元ＤＲＲ画像情報が入力されている。解析装置７０において、３次元ＤＲＲ画像における患部の位置と、今回取得されて画像処理された処理画像における患部対応部位とが照合される。そして、今回取得された透視画像の患部位置が判別されて、患部の位置座標が測定される。そして、測定された患部の位置座標の座標データに基づいて、現在の患部がアイソセンタ１００に対してどの位ズレているのかが算出される。算出された患部とアイソセンタ１００とのズレ量のデータは解析装置７０から制御装置８０へ入力される。制御装置８０は、入力されたズレ量のデータに基づいて、治療用寝台９０の位置、ガイド３０の傾倒軸１１０の角度および回転部材１５０のガイド３０に対する相対位置を適宜最適な組み合わせで移動調整することにより、リアルタイムで患部中心をアイソセンタ１００に移動させる。

本実施の形態においては、放射線発生装置２０および放射線源１３０ａ、１３０ｂから照射される放射線の照射のタイミングを最適に制御することにより、微妙な濃淡差が確保された透視画像を取得でき、そのため高い精度で患部の位置を判別することができる。また、放射線発生装置２０および放射線源１３０ａ、１３０ｂから照射される放射線の照射のタイミングを制御することで、治療全体に必要な照射時間を最少にすることができ、患者の負担軽減に繋がる。

（実施の形態２）
放射線治療装置において、患者の呼吸によって患部位置が時間的に変動する場合、その位置変動を検出して追尾照射する動体追尾照射が望まれている。しかし、透視画像を用いて患部の位置を検出するには画像処理時間が必要となり、患部の位置検出値が出力された時には既に画像処理に要した時間分だけ目標患部位置は移動している。このため、単に透視画像に基づいた患部の位置情報だけで放射線の照射軸を向ける方向を決めると、患部以外の正常な細胞組織に放射線を照射する危険性が高い。

本発明の実施の形態２においては、実施の形態１に加えてさらに目標患部位置の時系列情報を用いて、画像処理に必要な時間分だけ先の動きを予想し、その目標位置に向けて放射線を照射する予測制御手法を取り入れた動体追尾が実現される。

実施の形態２に係わる放射線治療装置の基本構成は実施の形態１と同様である。

但し本実施の形態においては、解析装置７０に接続されてイメージャ用検出器１４０ａ、１４０ｂで取得された透視画像の時系列データに基づいて、放射線発生装置２０で次フレームに放射線を照射する対象患部の予測患部位置を求める時系列データ処理装置９３を備えている。また、本実施の形態においては、図２Ａに示すように制御装置８０のメモリ２（８０ｄ）に予測追尾プログラムが格納されている。

本実施の形態における、予測制御手法を取り入れた照射対象患部に対する動体追尾の手順を以下に説明する。また、図４に動体追尾のフローを示す。放射線源（イメージャ）１３０ａ、１３０ｂおよびイメージャ用検出器１４０ａ、１４０ｂにより透視画像を取得し、取得された透視画像の画像データが解析装置７０に入力されるまでは実施の形態１と同様である。

本実施の形態においては、解析装置に入力される上記画像データは、時系列的に解析装置７０を介して解析装置７０に接続されている時系列データ処理装置９３に入力される（Ｓ１０）。時系列データ処理装置９３は、入力されたイメージャ用検出器１４０ａ、１４０ｂで取得された透視画像の時系列データに基づいて線形自己回帰モデルなどの予測手法により、放射線発生装置２０で次フレーム以降に放射線を照射する対象患部の予測患部位置を求める（Ｓ２０）。図５に本実施の形態に係わる、時系列データを使用して線形自己回帰モデルなどにより次フレーム以降、必要な先の時間における予測患部位置を求める際の時系列データ例が示されている。図５においては、Ａ１〜Ａ４予測時点で予測された予測値Ａ１〜Ａ４と、それぞれに対応する実測値Ｂ１〜Ｂ４とが示されている。実際の予測患部位置は、（ｘ、ｙ、ｚ）の３軸方向に対して求められる。時系列データ処理装置９３に入力される透視画像の時系列データは、（ｘ、ｙ、ｚ）の３軸方向ともに規定のデータ長とされる。そして、この時系列データは１フレームまたは、任意のデータ幅毎に更新される。

時系列データ処理装置９３で求められた３軸方向に対する予測患部位置の位置情報は、制御装置８０に入力される。制御装置８０に上記予測患部位置の位置情報が入力されると、ＣＰＵ８０ａによりバスライン８０ｂを介してメモリ２（８０ｄ）に保存されていた予測追尾プログラムが読み込まれて実行される。ＣＰＵ８０ａは、読み込んだ予測追尾プログラムに基づき、放射線発生装置２０の放射線照射軸を照射対象である予測患部位置に向けるように制御する（Ｓ３０）。

本実施の形態においては、図３に見られるようなイメージャ追尾用画像処理に要する時間に起因する照射対象患部位置のずれを予測することにより、正確に次フレーム以降における放射線発生装置の放射線照射軸を予測患部位置に移動させることができる。

本実施の形態により、呼吸動作などに起因した患部の動きに対して治療放射線照射時点での最も確からしい患部位置が求まることになり、治療に必要な線量を確実に患部領域のみに照射することができる。また、患部の動きを予測することで、単に前回値に対する逸脱範囲を設定して放射線の照射を制御する場合に比べ、より精度の高い制御をすることができる。さらに、短周期の予測制御を行っていることで非常に誤差の小さい予測患部位置が求められる。

（実施の形態３）
予測制御手法を取り入れた放射線治療装置における動体追尾照射においては、照射対称となる患部の予測患部位置を求める際に透視画像を用いている。しかし、透視画像は場合によっては濃淡変動を生じ、不鮮明な画像に基づいて画像処理された画像データから求められた予測患部位置には誤差が含まれる。そして、この予測患部位置に基づいて放射線の照射が行われると、患部以外の正常な細胞組織に放射線が照射されてしまう。

本実施の形態に係わる放射線治療装置の基本的構成および動作原理は、実施の形態２と同等である。但し本実施の形態では、時系列データ処理装置９３において、入力された透視画像の時系列データに基づいて、今回より前に予測した今回の予測患部位置と今回測定された実際の患部位置とが照合される。図５に示されるように、今回より前に予測した今回の予測患部位置（Ａ１〜Ａ４）と今回測定された実際の患部位置（Ｂ１〜Ｂ４）との予測誤差が規定値（Δｄ）以上であると、この情報が時系列データ処理装置９３から解析装置７０に入力され、解析装置７０から制御装置８０に次フレームでの放射線発生装置２０からの照射を停止させる信号が送信される。そして、制御装置８０から放射線発生装置２０に向けて制御信号が送信されて、次フレームにおける放射線発生装置２０からの放射線の照射が停止される。このとき、時系列データ処理装置９３に入力される透視画像の時系列データは、規定データ長内で逐次古いものから１フレームずつ更新される。

さらに、制御装置８０への上記停止させる信号の送付回数が規定回数を超えたとき、あるいは連続してある回数発生した場合には、制御装置８０からの制御信号により放射線発生装置２０の動作そのものが停止される。

本実施の形態では、呼吸動作などに起因した患部の動きに追従して治療放射線を照射する動体追尾において、予測患部位置の信頼性が劣る場合を判断して照射を実行できるため、患部以外の正常な細胞組織に対して不必要な放射線の照射を減らすことができ、治療の安全性を高めることができる。

（実施の形態４）
本実施の形態４に係わる放射線治療装置においては、予め設定されている患部近傍の基準画像とイメージャ用検出器１４０ａ、１４０ｂで取得された患部の透視画像とを特定の評価因子に着目して照合してマッチング度を求める。このマッチング度により信頼性の高い透視画像を選別し、信頼性の高い透視画像を使って患部位置を求めることにより精度の高い動体追尾を行おうとするものである。

実施の形態４に係わる放射線治療装置の基本構成は実施の形態１から３と同様である。但し本実施の形態においては、解析装置７０に接続されて、予め設定されている患部近傍の基準画像を保持し、患部近傍の基準画像とイメージャ用検出器１４０ａ、１４０ｂで取得された透視画像とを照合してマッチング度を求める画像処理装置９５を備えている。また、本実施の形態においては、図２Ａに示すように制御装置８０のメモリ３（８０ｅ）に画像マッチング判定プログラムが格納されている。

本実施の形態における、画像マッチング判定手法を取り入れた照射対象患部に対する動体追尾の手順を以下に説明する。また、図６に画像マッチング判定フローを示す。放射線源（イメージャ）１３０ａ、１３０ｂおよびイメージャ用検出器１４０ａ、１４０ｂにより透視画像を取得し、取得された透視画像の画像データが解析装置７０に入力されるまでは実施の形態１から３までと同様である。

本実施の形態においては、解析装置７０に入力される上記画像データは、解析装置７０を介して解析装置７０に接続されている画像処理装置９５に入力される（Ｓ１００）。

画像処理装置９５は、予め保存している患部近傍の基準画像とイメージャ用検出器１４０ａ、１４０ｂで取得された透視画像とを特定の評価因子に着目して照合し、両者のマッチング度を求める（Ｓ２００）。特定の評価因子としては、画像における濃淡差の総量、患部のエッジ部分の長さや形状など、追尾対象患部の種類（肺癌か前立腺癌か等）により、そのとき評価する最適な特徴量を採用すれば良い。

図７には、本実施の形態に係わる画像マッチング率を求める際の模式図が示されている。

画像処理装置９５で求められたマッチング度の情報は、解析装置７０を介して制御装置８０に入力される。制御装置８０に上記マッチング度の情報が入力されると、ＣＰＵ８０ａによりバスライン８０ｂを介してメモリ３（８０ｅ）に保存されていた画像マッチング判定プログラムが読み込まれて実行される。ＣＰＵ８０ａは、読み込んだ画像マッチング判定プログラムに基づき、放射線治療装置１０を制御する（Ｓ３００）。

ある特定の評価因子に着目して求められたイメージャ用検出器１４０ａ、１４０ｂそれぞれの透視画像（実測画像）と基準画像とのマッチング度が規定値以上である場合には、実施の形態２に記載されているように、ＣＰＵ８０ａは、読み込んだ予測追尾プログラムに基づき、放射線発生装置２０の放射線照射軸を照射対象である予測患部位置に向けるように制御する。しかし、マッチング度が規定値以下であると、この情報が画像処理装置９５から解析装置７０に入力され、解析装置７０から制御装置８０に次フレームでの放射線発生装置２０からの照射を停止させる信号が送信される。そして、制御装置８０から放射線発生装置２０に向けて制御信号が送信されて、次フレームにおける放射線発生装置２０からの放射線の照射が停止される。さらに、制御装置８０への上記停止させる信号の送付回数が規定回数を超えたとき、あるいは連続してある回数発生した場合には、制御装置８０からの制御信号により放射線発生装置２０の動作そのものが停止される。

本実施の形態により、呼吸動作などに起因した患部の動きに追従して治療放射線を照射する動体追尾をする際に、患部の検出位置の信頼性が劣る場合を判別して放射線の照射を実行できるため、患部以外の正常な細胞組織に対する放射線の照射をなくし、照射の安全性を高めることができる。また、画像のマッチング度を求める際に着目する特定の評価因子として、照射対象となる患部の特徴に応じて最適な因子を設定することができるため、より信頼性の高い照射制御を行うことができる。

従来の放射線治療装置を示す斜視図である。 本発明の実施の形態に係わる放射線治療装置を示す斜視図である。 放射線照射タイミング制御フローを示す図である。 本発明の実施の形態１に係わる放射線源（イメージャ）およびイメージャ用検出器により構成される透視画像撮影の模式図である。 本発明の実施の形態１に係わる放射線源（イメージャ）およびイメージャ用検出器により構成される透視画像撮影のタイミングチャートである。 動体追尾フローを示す図である。 本発明の実施の形態２および３に係わる、時系列データを使用して線形自己回帰モデルにより次フレームにおける予測患部位置あるいは予測ズレ量を求める際の時系列データ例である。 画像マッチング判定フローを示す図である。 本発明の実施の形態４に係わる画像マッチング率を求める際の模式図である。

符号の説明

１、１０…放射線治療装置
２、２０…放射線発生装置
３、３０…ガイド
４、４０…支持部材
４ａ、４０ａ…駆動用モータ
５、５０…可動部材
６、６０…検出器
７、７０…解析装置
８、８０…制御装置
９、９０…治療用寝台
１０、１００…アイソセンタ
１１、１１０…傾倒軸
１３ａ、１３ｂ、１３０ａ、１３０ｂ…放射線源（イメージャ）
１４ａ、１４ｂ、１４０ａ、１４０ｂ…イメージャ用検出器
１５、１５０…回転部材
８０ａ…ＣＰＵ
８０ｂ…バスライン
８０ｃ…メモリ１
８０ｄ…メモリ２
８０ｅ…メモリ３
９３…時系列データ処理装置
９５…画像処理装置
Ａ、Ｅ，Ｆ…照射軸
Ｃ，Ｄ、Ｇ…回動軸
Ｕ，Ｖ…首振り方向

Claims (11)

1. アイソセンタに位置される患者の患部に治療用放射線を照射するための放射線治療装置であって、
   アイソセンタを通る回転軸に対して回動自在な回転部材に配設される複数の透視画像用放射線発生装置と、
   前記複数の透視画像用放射線発生装置のそれぞれから照射される透視画像用放射線を検出して前記透視画像用放射線発生装置との間に配置される患部のイメージ画像を検出する複数のイメージャ用検出器と、
   前記回転部材に配設されて前記患部に治療用放射線を照射する治療用放射線発生装置と、
   前記回転部材に対して前記治療用放射線発生装置を移動させる移動手段と、
   前記複数の透視画像用放射線発生装置および前記複数のイメージャ用検出器で時系列に撮像されたそれぞれの透視画像の画像データに基づいて予測患部位置を演算する時系列データ処理装置と、
   前記予測患部位置の情報に基づいて前記予測患部位置に前記治療用放射線発生装置の照射軸を移動させるための移動量を演算する解析装置と、
   前記移動量の情報に基づいて前記治療用放射線発生装置の前記照射軸を前記予測患部位置に移動するように前記移動手段を制御する制御装置とを具備し、
   前記制御装置は、前記複数の透視画像用放射線発生装置のうちの２つが同時に前記透視画像用放射線を前記アイソセンタに位置される前記患部に照射しないように前記複数の透視画像用放射線発生装置を制御する
   放射線治療装置。
2. 請求項１に記載の放射線治療装置において、
   前記時系列データ処理装置は、今回より前に予測した今回の予測患部位置と今回測定された実際の患部位置とを照合し、
   前記制御装置は、前記今回の予測患部位置と前記今回測定された実際の患部位置との差が規定値以上であるときに、前記治療用放射線の照射が停止するように前記治療用放射線発生装置を制御する
   放射線治療装置。
3. 請求項２に記載の放射線治療装置において、
   さらに前記停止の回数が規定回数を超えたときに前記放射線治療装置の動作そのものが停止される
   放射線治療装置。
4. 請求項２または３に記載の放射線治療装置において、
   さらに前記それぞれの透視画像の患部位置に対応する事前に設定された基準患部画像を保持した画像処理装置を具備し、
   前記複数の透視画像用放射線発生装置および前記複数のイメージャ用検出器で時系列に撮像されたそれぞれの透視画像の画像データが前記画像処理装置に送付され、
   前記画像処理装置は、時系列に撮像された前記それぞれの透視画像の患部位置と前記基準患部画像との特定の評価特徴因子に関したマッチング度を演算し、
   前記制御装置は、前記マッチング度が規定値以下であると、前記治療用放射線の照射が停止されるように前記治療用放射線発生装置を制御する
   放射線治療装置。
5. 請求項４に記載の放射線治療装置において、
   前記特定の評価特徴因子は、画像における当該患部位置の濃淡差総量および当該患部のエッジ部分の長さや形状などの模様である放射線治療装置。
6. アイソセンタを通る回転軸に対して回動自在な回転部材に配設される複数の透視画像用放射線発生装置および複数のイメージャ用検出器で時系列に撮像されたそれぞれの透視画像の画像データに基づいて予測患部位置を演算するステップと、
   前記治療用放射線発生装置の照射軸が前記予測患部位置に移動するように、前記回転部材に配設されて治療用放射線を出射する治療用放射線発生装置を前記回転部材に対して移動させるステップと、
   前記複数の透視画像用放射線発生装置のうちの２つが同時に透視画像用放射線を前記アイソセンタに向けて出射しないように前記複数の透視画像用放射線発生装置を制御するステップ
   とを具備する放射線治療装置の動作方法。
7. 請求項６に記載の放射線治療装置の動作方法において、
   前記予測患部位置と今回測定された患部位置とを照合して、前記予測患部位置と前記今回測定された患部位置との予測誤差が規定値以上であるときに、前記放射線発生装置からの前記治療用放射線の出射を停止するステップ
   を更に具備する放射線治療装置の動作方法。
8. 請求項７に記載の放射線治療装置の動作方法において、
   さらに前記停止の回数が規定回数を超えたときに前記放射線治療装置の動作そのものを停止させるステップ
   を更に具備する放射線治療装置の動作方法。
9. コンピュータにより実行されるコンピュータプログラムであり、
   アイソセンタを通る回転軸に対して回動自在な回転部材に配設される複数の透視画像用放射線発生装置および複数のイメージャ用検出器で時系列に撮像されたそれぞれの透視画像の画像データに基づいて予測患部位置を演算する手段と、
   前記回転部材に配設されて治療用放射線を照射する治療用放射線発生装置の照射軸が前記予測患部位置に移動するように、前記治療用放射線発生装置を前記回転部材に対して移動させる移動手段を制御する手段と、
   前記複数の透視画像用放射線発生装置のうちの２つが同時に前記透視画像用放射線を前記アイソセンタに位置される前記患部に照射しないように前記複数の透視画像用放射線発生装置を制御する手段
   とを具備するコンピュータプログラム。
10. 請求項９に記載のコンピュータプログラムにおいて、
    前記予測患部位置と今回測定された患部位置とを照合して、前記予測患部位置と前記今回測定された患部位置との予測誤差が規定値以上であるときに、前記治療用放射線発生装置からの前記治療用放射線の照射を停止する手段
    を更に具備するコンピュータプログラム。
11. 請求項１０に記載のコンピュータプログラムにおいて、
    さらに前記停止の回数が規定回数を超えたときに前記放射線治療装置の動作そのものを停止させる手段
    を更に具備するコンピュータプログラム。

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