JP4250386B2 - 集中照射型放射線治療装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｘ線コンピュータ断層撮影機能を備えた集中照射型放射線治療装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｘ線を被検体に照射し、その透過データから画像データを再構成するＸ線コンピュータ断層撮影装置が知られている。このＸ線コンピュータ断層撮影装置を、高線量照射可能な仕様に改良し、またコリメータ（Ｘ線絞り）に、治療対象以外に放射線を当てないようにＸ線を任意形状にトリミングすることを可能とするマルチリーフコリメータを採用することにより、集中照射型放射線治療にも兼用しようとする動きがある。
【０００３】
この兼用機は、位置決め用の画像生成から治療までの一連の作業を、従来のようにＸ線コンピュータ断層撮影装置から放射線治療装置へ被検体を移し替える必要がなくなり、単一の機器に載置した状態のままで一貫して行うことができるので、治療時間を短縮することができ、また位置決めから治療開始までの期間、被検体が位置ズレを起こす機会が減少することから位置決め精度の向上を図ることができるという優位性を備えている。この優位性は格別なものであり、この種の兼用機はいっそうの普及を示すものと考えられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、治療効率と被曝低減とを両立する集中照射型放射線治療装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１局面による集中照射型放射線治療装置は、治療用の放射線を発生する放射線源と、前記放射線源を被検体に対して移動する移動機構と、前記放射線源と前記被検体との間に配置され、前記被検体の被治療部位に応じて前記放射線を絞る可動式コリメータと、前記放射線源が移動する期間内の一部期間、前記可動式コリメータの開口を閉じて前記放射線を前記被検体に対して遮蔽するように前記コリメータを制御する制御部とを具備する。
本発明の第２局面による集中照射型放射線治療装置は、治療用の放射線を発生する放射線源と、前記放射線源に管電圧を印加し、フィラメント電流を供給する高電圧発生部と、前記放射線源を前記被検体に対して移動する移動機構と、前記放射線源と前記被検体との間に配置され、前記被検体の被治療部位に応じて前記放射線を絞る可動式コリメータと、前記放射線源が移動する期間内の一部期間、前記放射線の発生を停止するように前記高電圧発生部を制御する制御部とを具備する。
本発明の第３局面による集中照射型放射線治療装置は、治療用の放射線を発生する放射線源と、前記放射線源を被検体に対して移動する移動機構と、前記放射線源と前記被検体との間に配置され、前記被検体の被治療部位に応じて前記放射線を絞る可動式コリメータと、前記放射線源が移動する期間内の一部期間、前記被検体に対する前記放射線の照射を制限する手段とを具備する。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明による集中照射型放射線治療装置を好ましい実施形態により説明する。治療用の放射線としては、一般的なＸ線として説明するが、それに限定されることはない。集中照射型放射線治療装置は、被検体（患者）に対する放射線源の連続的な移動に連動してコリメータの開口を動的に制御することにより、細く絞った放射線を常に被検体の被治療部位に集中させることにより、被治療部位に対して選択的に高エネルギーで治療効果を与え、それ以外の健常部位への被曝をできるだけ抑えるようにした治療装置である。ここでは放射線源は、円周軌道上を移動する例で説明するが、放射線源の移動軌道はそれに限定されない。
【０００７】
この例では、集中照射型放射線治療装置は、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置と共通する基本構造を備えている。集中照射型放射線治療装置は、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置と同様に、Ｘ線管と放射線検出器とが１体として被検体の周囲を回転する回転／回転タイプと、リング状に多数の検出素子がアレイされ、Ｘ線管のみが被検体の周囲を回転する固定／回転タイプ等様々なタイプがあり、いずれのタイプでも本発明を適用可能である。ここでは回転／回転タイプとして説明する。また、１スライスの断層像データを再構成するには、被検体の周囲１周、約３６０°分の投影データが、またハーフスキャン法でも１８０°＋ファン角分の投影データが必要とされる。いずれの再構成方式にも本発明を適用可能である。ここでは、時間分解能の点で有利なハーフスキャン法を例に説明する。また、入射Ｘ線を電荷に変換するメカニズムは、シンチレータ等の蛍光体でＸ線を光に変換し更にその光をフォトダイオード等の光電変換素子で電荷に変換する間接変換形と、Ｘ線による半導体内の電子正孔対の生成及びその電極への移動すなわち光導電現象を利用した直接変換形とが主流である。Ｘ線検出素子としては、それらのいずれの方式を採用してもよいが、ここでは、前者の間接変換形として説明する。また、近年では、Ｘ線管とＸ線検出器との複数のペアを回転リングに搭載したいわゆる多管球型装置の製品化が進み、その周辺技術の開発が進んでいる。本発明では、従来からの一管球型装置であっても、多管球型装置であってもいずれにも適用可能である。ここでは、一管球型として説明する。
【０００８】
図１は本発明の実施形態に係る集中照射型放射線治療装置の構成を示す図である。集中照射型放射線治療装置は、ガントリ１００を有する。ガントリ１００は、回転中心軸ＲＡを中心として回転自在に保持された回転リング１０２を有する。回転リング１０２には、比較的高線量の治療用放射線を発生するＸ線管１０１が回転中心軸ＲＡに正対する向き、つまりＸ線管１０１からのＸ線束の中心軸（Ｘ線中心軸）ＸＣが回転中心軸ＲＡと直交する位置に取り付けられている。回転中心軸ＲＡを挟んでＸ線管１０１に対向する回転リング１０２上の位置に多チャンネル型のＸ線検出器１０３が取り付けられている。Ｘ線検出器１０３は、回転中心軸ＲＡ及びＸ線中心軸ＸＣに略直交する方向、実際にはＸ線焦点を中心とした円弧上に沿って配列された複数のＸ線検出素子を有する。Ｘ線検出器１０３は、単一のＸ線検出素子配列又は複数のＸ線検出素子配列を有する。前者はシングルスライス対応のＸ線検出器と呼ばれ、後者はマルチスライス対応又は２次元アレイ型のＸ線検出器と呼ばれている。
【０００９】
なお、回転中心軸ＲＡをＺ軸として、Ｚ軸を中心とした回転座標系をＸＹ座標系で規定する。この場合、Ｘ線中心軸ＸＣをＹ軸、ＺＹ軸に直交する軸をＸ軸と定義する。このＸＹＺ軸を以下適宜使用する。
【００１０】
Ｘ線管１０１と回転中心軸ＲＡとの間には、可動式のマルチリーフコリメータ１０８が配置される。実際には、マルチリーフコリメータ１０８は、Ｘ線管１０１のＸ線放射窓に取り付けられる。マルチリーフコリメータ１０８は、Ｘ線管１０１の焦点から放射するＸ線を任意位置で任意形状及び任意の大きさにトリミングするために設けられた治療装置特有の構成要素である。
【００１１】
図２に示すように、マルチリーフコリメータ１０８は、Ｘ軸に沿って個々に進退自在に設けられた回転中心軸ＲＡ上での換算値で幅１ｍｍの短冊形状の複数のリーフ２０１を有している。実際には、Ｘ線中心軸ＸＣを中心線として、この中心線を挟んで左右両開きで２枚のリーフ２０１がペアを構成し、このリーフペアがＺ軸方向に複数、ここでは９個並列されている。
【００１２】
Ｘ線検出器１０３には、一般的にＤＡＳ(data acquisition system) と呼ばれているデータ収集回路１０４が接続されている。データ収集回路１０４は、Ｘ線検出器１０３の各チャンネルの出力（電流信号）を電圧信号に変換し、そして増幅するとともに、ディジタル信号に変換する機能を備えている。ＤＡＳ１０４には、光や磁気を媒体とした非接触型データ伝送装置１０５を経由して、ＤＡＳ出力のチャンネル間非均一性等を補正する前処理装置１０６が接続される。前処理を受けたデータ（投影データ）は、補助記憶装置１１２に記憶される。
【００１３】
補助記憶装置１１２は、投影データから画像データを再構成するための画像再構成装置１１４、表示装置１１６、マウス等のポインティングデバイスやキーボードを装備した入力装置１１５、治療計画を作成するための治療プランニングシステム１１３、そしてその治療計画に従って治療実行するためにガントリ１００及び高電圧発生装置１０９を制御するための治療／スキャンコントローラ１１０とともに、データ／制御バスを介してシステムコントローラ１１１に接続される。
【００１４】
上記治療プランニングシステム１１３は、Ｘ線出力線量特性データや断層画像データを基に放射線の体内線量分布を計算する機能、入力装置１１５から設定された被治療領域に対してマルチリーフコリメータ１０８の開口とＸ線管回転角度との関係を計算する機能とともに、治療効率と被曝低減との両立に関わる本実施形態特有の機能を有している。本実施形態では、治療効率と被曝低減とを両立させるために、Ｘ線管１０１が被検体の回りを１回転する期間内の一部期間、被検体に対するＸ線の照射を休止する。治療プランニングシステム１１３は、Ｘ線の照射の休止に対応する回転期間内の一部期間（この一部期間を、以下、照射休止期間、Ｘ線非照射期間又は照射制限期間と称する）を決定する機能を有している。この機能を以下に説明する。
【００１５】
図３には、Ｘ線非照射期間の決定手順を示している。まず、比較的低線量で被検体をスキャンして、断層画像データの再構成に必要な例えば１８０°＋α°分の投影データを収集する（Ｓ１）。再構成装置１１４において、収集された投影データに基づいて断層画像データが再構成され（Ｓ２）、表示装置１１６に表示される。なお、表示された画像中心は、表示座標系の原点に一致し、回転中心軸ＲＡに対応する。
【００１６】
図４に示すように、この表示された断層画像上で入力装置１１５を介して操作者（術者）により被治療部位上の一点Ｐ１が指定され、それと共に重要臓器上の一点Ｐ２が指定される（Ｓ３）。なお、複数の重要臓器に対して複数の点を指定するようにしてもよい。重要臓器とは、Ｘ線感度（Ｘ線吸収係数）が比較的高く、それによりＸ線照射による被曝の影響が比較的高い部位であり、骨、腺組織、精巣等がその代表的な例としてあげられる。
【００１７】
本実施形態では、この重要臓器へのＸ線の直接的な照射を制限することにより、その重要臓器に対する被曝低減を実現する。このＸ線の直接的な照射を制限することは、重要臓器に対する被曝低減と同時に、治療効率の低下を抑制する効果も獲得する。つまり、治療中はＸ線管１０１は円周軌道を移動する。この軌道上には、Ｘ線管１０１と被治療部位との間に重要臓器が入り、被治療部位が重要臓器のＸ線影に全て又は部分的に隠れる一部区間が存在する。
【００１８】
この一部区間では、重要臓器で大きく減衰されたＸ線が被治療部位へ照射される。そのため患者へのＸ線の照射線量に対する実際に被治療部位に到達するＸ線の線量の比率、つまり治療効率は低下する。一部区間でＸ線の照射を制限することにより、当該治療効率の低下を回避することができる。
【００１９】
治療プランニングシステム１１３は、画像の被治療部位上に指定された一点Ｐ１を起点として、拡大しながら周囲の画素を探索し、ＣＴ値に対するしきい値処理、又は微分値処理等の既存の領域抽出処理方を適用して被治療部位の領域を抽出する（Ｓ４）。同様に、治療プランニングシステム１１３は、画像の重要臓器上に指定された一点Ｐ２を起点として重要臓器の領域を抽出する。
【００２０】
次に、図５に示すように、抽出された被治療部位の領域に外接する円（外接円）を治療プランニングシステム１１３で計算する（Ｓ５）。同様に、抽出された重要臓器の領域に外接する円（外接円）を治療プランニングシステム１１３で計算する。治療プランニングシステム１１３は、被治療部位の外接円の半径及び位置に基づいて、Ｘ線管１０１の微小な回転角ごとにマルチリーフコリメータ１０８の各リーフ２０１の開度を計算する。なお、リーフ２０１の開度とは、コリメータ１０８の中心線からの移動距離として定義される。各リーフ２０１の開度を回転角ごとに設定することにより、Ｘ線管１０１の移動軌道の各位置でＸ線の照準を被治療領域似合わせて、被治療部位への集中照射を実現することができる。
【００２１】
次に、治療プランニングシステム１１３は、被治療部位の外接円と、重要臓器の外接円との両方に接する４本の接線Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４を計算する（Ｓ６）。２つの円に接する接線の計算法は既知であり、以下の連立方程式を解法することにより求めることができる。なお、被治療部位の外接円の中心位置を（ａ１，ｂ１）、被治療部位の外接円の半径をｒ１、重要臓器の外接円の中心位置を（ａ２，ｂ２）、重要臓器の外接円の半径をｒ２とする。また求める接線の傾きをｍ、切片をβとする。
（ｍ・ａ１−ｂ１＋β）２ ＝ｒ１・（１＋ｍ）
（ｍ・ａ２−ｂ２＋β）２ ＝ｒ２・（１＋ｍ）
Ｓ６で計算した４本の接線Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４の中から、被治療部位の外接円と、重要臓器の外接円との間、または被治療部位上の指定点Ｐ１と重要臓器上の指定点Ｐ２との間で、で交差する２本の接線Ｔ１，Ｔ２を治療プランニングシステム１１３は選択する（Ｓ７）。図６から理解される通り、一方の接線Ｔ１は被治療部位が重要臓器のＸ線影に入りはじめる境界線を示しており、他方の接線Ｔ２は被治療部位が重要臓器のＸ線影から完全に脱する境界線を示している。
【００２２】
そして、選択した２本の接線Ｔ１，Ｔ２がＸ線管１０１の周回軌道と交差する４点ＣＰ１、ＣＰ２、ＣＰ３、ＣＰ４を計算する（Ｓ８）。４点ＣＰ１、ＣＰ２、ＣＰ３、ＣＰ４から重要臓器の中心位置に最も近い２つの点ＣＰ１、ＣＰ２を選択する（Ｓ９）。選択した２点ＣＰ１、ＣＰ２それぞれの原点、つまり回転中心軸ＲＡ回りの角度を計算する（Ｓ１０）。例えば交点ＣＰ１の回転角は９５°、交点ＣＰ２の回転角は１４５°に計算される。治療プランニングシステム１１３は、計算した９５°から１４５°の角度範囲をＸ線非照射区間又はＸ線制限区間として設定する（Ｓ１１）。
【００２３】
図７には、治療／スキャンコントローラ１１０による治療動作の手順を示している。まず、治療／スキャンコントローラ１１０は、マルチリーフコリメータ１０８の各リーフの開度を初期状態に設定する（Ｓ２１）。例えば、照射開始角度がゼロ°であれば、その回転角ゼロ°に対応する開度にそれぞれのリーフの開度を設定する。そして、治療／スキャンコントローラ１１０は、図示しない回転リング駆動部にトリガ信号を供給することにより回転リング１０２の回転を始動させ、回転速度が所定速度で安定し、Ｘ線管１０１が照射開始角度のゼロ°に達した時点で、治療計画段階で既決の照射条件に従って制御信号を高電圧発生装置１０９に供給する。
【００２４】
それにより高電圧発生装置１０９からＸ線管１０１に陰極陽極間に管電圧が印加され、フィラメント電流が供給され、管電流が流れ、設定された線量及び線質でＸ線がＸ線管１０１からばく射される（Ｓ２２）。Ｘ線のばく射は、Ｓ２４で、治療計画段階で既決の治療終了条件が満了するまで継続される。治療計画段階で既決の終了条件が満了した時点で、治療／スキャンコントローラ１１０は、Ｘ線管１０１からＸ線のばく射を停止するために必要な制御信号を高電圧発生装置１０９に供給する。それにより高電圧発生装置１０９からＸ線管１０１への管電圧の印加及び管電流の供給が停止され、Ｘ線のばく射が停止される（Ｓ２５）。
【００２５】
治療期間中、治療プランニングシステム１１３は、図示しないロータリーエンコーダを備えた角度センサからのパルスを計数することにより認識したＸ線管１０１の刻々と変化する回転角に応じて、マルチリーフコリメータ１０８の各リーフ２０１の開度を動的に変更するためにマルチリーフコリメータ駆動部１０７に制御信号を供給する（Ｓ２６）。それにより図８（ａ）、図８（ｂ）、図８（ｃ）、図８（ｄ）に示すように、回転期間中常に、コリメータ１０８の開口で被治療部位の外接円に応じた形状に細くトリミングされたビーム状の高線量のＸ線の照準が被治療部位に合わされ、集中治療が実現される。
【００２６】
治療期間中、図９に示すように、Ｘ線管１０１の回転角が、事前に設定した非照射区間の始点（ＣＰ１に対応する９５°）に到達した時（Ｓ２７）、治療プランニングシステム１１３は、マルチリーフコリメータ駆動部１０７を制御して、マルチリーフコリメータ１０８の全てのリーフ２０１の開度をゼロ、つまり全てのリーフ２０１を閉じる（Ｓ２８）。リーフ２０１は鉛製で遮蔽性を備えているので、全てのリーフ２０１を閉じることにより、そのシャッター効果により、被治療部位へのＸ線の照射が停止される。
【００２７】
なお、２枚板式又は多板式のシャッターユニットを患者とＸ線管１０１との間、例えばＸ線管１０１とマルチリーフコリメータ１０８との間に設けて、マルチリーフコリメータ１０８の全てのリーフ２０１を閉じる代わりに、当該シャッターを閉じるようにしてもよい。シャッターは、マルチリーフコリメータ１０８のリーフ２０１よりも迅速に開閉することができる可能性がある。
【００２８】
マルチリーフコリメータ１０８の全てのリーフ２０１を閉じた状態は、Ｘ線管１０１の回転角が、事前に設定した非照射区間の終点（ＣＰ２に対応する１４５°）に到達する時まで、継続される（Ｓ２９）。Ｘ線管１０１の回転角が、事前に設定した非照射区間の終点（１４５°）に到達した時点で、マルチリーフコリメータ１０８の全てのリーフ２０１が、回転角１４５°に応じた開度に開けられ、被治療部位へのＸ線の照射が再開される。
【００２９】
図１０には、Ｘ線管１０１の回転角の時間変化を示している。治療中は、Ｘ線管１０１がゼロ°から３６０°までの周回軌道を何度も繰り返し回転する。その回転期間内で、Ｘ線管１０１が９５°から１４５°まで移動している区間に対応する一部期間において、被検体（患者）へのＸ線の照射を制限する。
【００３０】
なお、この「Ｘ線照射を制限する」とは、Ｘ線照射を制限しない期間と比較して、患者への照射線量を低下することとして定義され、上述のようにＸ線照射を完全に停止する、つまり患者への照射線量を実質的にゼロ値に落とすことはもちろんのこと、被曝の影響の少ない程度まで患者への照射線量をゼロ近似値にまで落とすことを含んでいる。
【００３１】
一部期間においてＸ線照射を制限するために、上述では、全てのリーフ２０１を閉じる。一部期間においてＸ線照射を制限するために、Ｘ線のばく射自体を休止するようにしてもよい。
【００３２】
図１１には、その動作を示している。図１１において図７と同じステップには同じ番号を付している。Ｓ２７においてＸ線管１０１の回転角が、事前に設定した非照射区間の始点（ＣＰ１に対応する９５°）に到達した時、治療プランニングシステム１１３は、Ｘ線管１０１からＸ線のばく射を一時的に休止するために必要な制御信号を高電圧発生装置１０９に供給する（Ｓ３０）。具体的には、治療プランニングシステム１１３は、管電圧の印加を停止し、一方、フィラメント電流の供給は継続するように、高電圧発生装置１０９を制御する。周知のとおり、フィラメント電流はフィラメントを加熱し、それにより熱電子の発生を促す。ばく射休止中は、フィラメント電流の供給を継続することにより、フィラメントの温度低下を回避し、フィラメントの高温状態、それによる熱電子の発生を維持する。フィラメント電流の供給を停止した場合、フィラメント電流の供給を再開しても、ばく射再開までに、フィラメントの加熱に伴う遅延時間が生じる。しかし、ばく射休止中にもフィラメント電流の供給を継続することにより、フィラメントの高温状態を維持することができ、それにより管電圧の印加再開から、遅延無く、直ちに、ばく射を再開することができる。
【００３３】
管電圧印加を停止した状態は、Ｘ線管１０１の回転角が、事前に設定した非照射区間の終点（ＣＰ２に対応する１４５°）に到達する時まで、継続される（Ｓ２９）。Ｘ線管１０１の回転角が、事前に設定した非照射区間の終点（１４５°）に到達した時点で、管電圧の印加が再開され（Ｓ３１）、Ｘ線のばく射およびそれによる被治療部位へのＸ線の照射が再開される。
【００３４】
このように本実施形態によると、治療中に、Ｘ線管１０１と被治療部位との間に重要臓器が入り、被治療部位が重要臓器のＸ線影になる一部区間又は期間で、患者へのＸ線の照射を休止することにより、被治療部位への治療効率と、重要臓器への被曝低減とを両立することができる。
【００３５】
なお、上述したように、被治療部位が重要臓器のＸ線影に入りはじめる境界線Ｔ１の角度（例えば９５°）から、被治療部位が重要臓器のＸ線影から完全に脱する境界線Ｔ２の角度（例えば１４５°）までの区間でＸ線照射を休止していたが、被治療部位が重要臓器のＸ線影に入りはじめる境界線Ｔ１の角度（９５°）から、被治療部位が重要臓器のＸ線影に完全に入るまでの微小な区間と、被治療部位が重要臓器のＸ線影から脱しはじめてから被治療部位が重要臓器のＸ線影から完全に脱する境界線Ｔ２の角度（１４５°）までの微小な区間とでは、Ｘ線のファン角を制御することによりＸ線を被治療部位に部分的に照射することは可能である。従ってこれら微小な区間にＸ線を被治療部位に部分的にでも照射することにより、治療効率をさらに向上させることができる。
【００３６】
図１２には、当該微小な区間を示している。まず、被治療部位が重要臓器のＸ線影に入りはじめてから、被治療部位が重要臓器のＸ線影に完全に入るまでの微小な区間（照射制限期間の初期）は、境界線Ｔ１と周回軌道との交点ＣＰ１から接線Ｔ２と周回軌道との交点ＣＰ５までの区間として設定することができる。また、同様に、被治療部位が重要臓器のＸ線影から脱しはじめてから被治療部位が重要臓器のＸ線影から完全に脱するまでの微小な区間（照射制限期間の終期）は、接線Ｔ４と周回軌道との交点ＣＰ６から境界線Ｔ２と周回軌道との交点ＣＰ２までの区間として設定することができる。
【００３７】
治療プランニングシステム１１３は、ＣＰ１，ＣＰ２のそれと同様に、交点ＣＰ５を、接線Ｔ２と周回軌道との２つの交点を求め、重要臓器の中央位置に近い点を選択し、選択した交点ＣＰ５の角度を例えば９８°として計算する。同様に、治療プランニングシステム１１３は、交点ＣＰ６を、接線Ｔ４と周回軌道との２つの交点を求め、重要臓器の中央位置に近い点を選択し、選択した交点ＣＰ５の角度を例えば１４２°として計算する。
【００３８】
治療プランニングシステム１１３は、Ｘ線管１０１が図１３に示す初期の区間の始点（９５°）に達した時、図１４に示すようにマルチリーフコリメータ１０８のリーフの開度を少し閉じ、Ｘ線管１０１の回転進行と共に徐々に閉じていき、初期の区間の終点（９８°）に達した時点でマルチリーフコリメータ１０８の各リーフの開度を完全に閉じるように、マルチリーフコリメータ駆動部１０７を制御する。
【００３９】
なお、上述したように、リーフは向かい合わせでペアをなしており、閉じるリーフとしては、ペアのリーフの中の一方だけであり、それは回転方向に関して前方側のリーフである。回転方向に関して後方のリーフは、初期の区間の始点（９５°）の時の開度に維持される。
【００４０】
治療プランニングシステム１１３は、初期の区間の終点（９８°）から後期区間の始点（１４２°）までの区間は、マルチリーフコリメータ１０８の各リーフを完全に閉じた状態を維持する。
【００４１】
そして、治療プランニングシステム１１３は、Ｘ線管１０１が後期の区間の終点（１４２°）に達した時、図１５に示すようにマルチリーフコリメータ１０８の各リーフの開度を少し開け、Ｘ線管１０１の回転進行と共に徐々に開けていき、後期の区間の終点（１４５°）に達した時点でマルチリーフコリメータ１０８の各リーフを後期区間の終点（１４５°）に対応した開度に開けるように、マルチリーフコリメータ駆動部１０７を制御する。開けるリーフとしては、閉じたリーフであり、つまり回転方向に関して前方側のリーフである。
【００４２】
このように、初期区間には徐々にＸ線のファン角を閉じていき、後期区間には徐々にＸ線のファン角を開けていくことにより、重要臓器への被曝低減を維持しながら、同時に被治療部位への治療効率をさらに向上させることができる。
【００４３】
（変形例）
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することが可能である。さらに、上記実施形態には種々の段階が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されてもよい。
【００４４】
例えば、図７の例ではＣＰ１〜ＣＰ２の区間は、Ｘ線のばく射を継続した状態で、マルチリーフコリメータ１０８のリーフを閉じるものであったが、当該区間は図１１の例と同様に、Ｘ線ばく射を休止するようにしても良い。この場合、フィラメント電流の供給は継続し、管電圧の印加を休止することが望ましい。
【００４５】
【発明の効果】
本発明によれば、治療効率と被曝低減とを両立することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態による集中照射型放射線治療装置の構成を示す図。
【図２】図１のマルチリーフコリメータの構造を示す図。
【図３】図１の治療プランニングシステムによるＸ線非照射範囲の設定手順を示すフローチャート。
【図４】図３のＳ３に対応する表示画像例を示す図。
【図５】図３のＳ５乃至Ｓ７の補足図。
【図６】図３のＳ８乃至Ｓ１０の補足図。
【図７】図１の治療／スキャンコントローラのもとで行われる治療動作手順を示すフローチャート。
【図８】図７のＳ２６の補足図。
【図９】図７のＳ２７乃至Ｓ２９の動作によるＸ線非照射期間をＸ線管の周回軌道上で示す図。
【図１０】図７のＳ２７乃至Ｓ２９の動作によるＸ線非照射期間を時間軸上で示す図。
【図１１】図１の治療／スキャンコントローラのもとで行われる他の治療動作手順を示すフローチャート。
【図１２】図７のＳ２８の他の動作に関する補足図。
【図１３】図７のＳ２８の他の動作の説明図。
【図１４】図１３のＣＰ１（９５°）からＣＰ５（９８°）までの間のリーフの閉動作を示す図。
【図１５】図１３のＣＰ２（１４２°）からＣＰ６（１４５°）までの間のリーフの閉動作を示す図。
【符号の説明】
１００…ガントリ、
１０１…Ｘ線管、
１０２…回転リング、
１０３…Ｘ線検出器、
１０４…データ収集回路、
１０５…非接触データ伝送装置、
１０６…前処理装置、
１０７…マルチリーフコリメータ駆動部、
１０８…マルチリーフコリメータ、
１０９…高電圧発生装置、
１１０…治療／スキャンコントローラ、
１１１…システムコントローラ、
１１２…補助記憶装置、
１１３…治療プランニングシステム、
１１４…再構成装置、
１１５…入力装置。
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｘ線コンピュータ断層撮影機能を備えた集中照射型放射線治療装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｘ線を被検体に照射し、その透過データから画像データを再構成するＸ線コンピュータ断層撮影装置が知られている。このＸ線コンピュータ断層撮影装置を、高線量照射可能な仕様に改良し、またコリメータ（Ｘ線絞り）に、治療対象以外に放射線を当てないようにＸ線を任意形状にトリミングすることを可能とするマルチリーフコリメータを採用することにより、集中照射型放射線治療にも兼用しようとする動きがある。
【０００３】
この兼用機は、位置決め用の画像生成から治療までの一連の作業を、従来のようにＸ線コンピュータ断層撮影装置から放射線治療装置へ被検体を移し替える必要がなくなり、単一の機器に載置した状態のままで一貫して行うことができるので、治療時間を短縮することができ、また位置決めから治療開始までの期間、被検体が位置ズレを起こす機会が減少することから位置決め精度の向上を図ることができるという優位性を備えている。この優位性は格別なものであり、この種の兼用機はいっそうの普及を示すものと考えられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、治療効率と被曝低減とを両立する集中照射型放射線治療装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１局面による集中照射型放射線治療装置は、治療用の放射線を発生する放射線源と、前記放射線源を被検体に対して移動する移動機構と、前記放射線源と前記被検体との間に配置され、前記被検体の被治療部位に応じて前記放射線を絞る可動式コリメータと、前記放射線源が移動する期間内の一部期間、前記可動式コリメータの開口を閉じて前記放射線を前記被検体に対して遮蔽するように前記コリメータを制御する制御部とを具備する。
本発明の第２局面による集中照射型放射線治療装置は、治療用の放射線を発生する放射線源と、前記放射線源に管電圧を印加し、フィラメント電流を供給する高電圧発生部と、前記放射線源を前記被検体に対して移動する移動機構と、前記放射線源と前記被検体との間に配置され、前記被検体の被治療部位に応じて前記放射線を絞る可動式コリメータと、前記放射線源が移動する期間内の一部期間、前記放射線の発生を停止するように前記高電圧発生部を制御する制御部とを具備する。
本発明の第３局面による集中照射型放射線治療装置は、治療用の放射線を発生する放射線源と、前記放射線源を被検体に対して移動する移動機構と、前記放射線源と前記被検体との間に配置され、前記被検体の被治療部位に応じて前記放射線を絞る可動式コリメータと、前記放射線源が移動する期間内の一部期間、前記被検体に対する前記放射線の照射を制限する手段とを具備する。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明による集中照射型放射線治療装置を好ましい実施形態により説明する。治療用の放射線としては、一般的なＸ線として説明するが、それに限定されることはない。集中照射型放射線治療装置は、被検体（患者）に対する放射線源の連続的な移動に連動してコリメータの開口を動的に制御することにより、細く絞った放射線を常に被検体の被治療部位に集中させることにより、被治療部位に対して選択的に高エネルギーで治療効果を与え、それ以外の健常部位への被曝をできるだけ抑えるようにした治療装置である。ここでは放射線源は、円周軌道上を移動する例で説明するが、放射線源の移動軌道はそれに限定されない。
【０００７】
この例では、集中照射型放射線治療装置は、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置と共通する基本構造を備えている。集中照射型放射線治療装置は、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置と同様に、Ｘ線管と放射線検出器とが１体として被検体の周囲を回転する回転／回転タイプと、リング状に多数の検出素子がアレイされ、Ｘ線管のみが被検体の周囲を回転する固定／回転タイプ等様々なタイプがあり、いずれのタイプでも本発明を適用可能である。ここでは回転／回転タイプとして説明する。また、１スライスの断層像データを再構成するには、被検体の周囲１周、約３６０°分の投影データが、またハーフスキャン法でも１８０°＋ファン角分の投影データが必要とされる。いずれの再構成方式にも本発明を適用可能である。ここでは、時間分解能の点で有利なハーフスキャン法を例に説明する。また、入射Ｘ線を電荷に変換するメカニズムは、シンチレータ等の蛍光体でＸ線を光に変換し更にその光をフォトダイオード等の光電変換素子で電荷に変換する間接変換形と、Ｘ線による半導体内の電子正孔対の生成及びその電極への移動すなわち光導電現象を利用した直接変換形とが主流である。Ｘ線検出素子としては、それらのいずれの方式を採用してもよいが、ここでは、前者の間接変換形として説明する。また、近年では、Ｘ線管とＸ線検出器との複数のペアを回転リングに搭載したいわゆる多管球型装置の製品化が進み、その周辺技術の開発が進んでいる。本発明では、従来からの一管球型装置であっても、多管球型装置であってもいずれにも適用可能である。ここでは、一管球型として説明する。
【０００８】
図１は本発明の実施形態に係る集中照射型放射線治療装置の構成を示す図である。集中照射型放射線治療装置は、ガントリ１００を有する。ガントリ１００は、回転中心軸ＲＡを中心として回転自在に保持された回転リング１０２を有する。回転リング１０２には、比較的高線量の治療用放射線を発生するＸ線管１０１が回転中心軸ＲＡに正対する向き、つまりＸ線管１０１からのＸ線束の中心軸（Ｘ線中心軸）ＸＣが回転中心軸ＲＡと直交する位置に取り付けられている。回転中心軸ＲＡを挟んでＸ線管１０１に対向する回転リング１０２上の位置に多チャンネル型のＸ線検出器１０３が取り付けられている。Ｘ線検出器１０３は、回転中心軸ＲＡ及びＸ線中心軸ＸＣに略直交する方向、実際にはＸ線焦点を中心とした円弧上に沿って配列された複数のＸ線検出素子を有する。Ｘ線検出器１０３は、単一のＸ線検出素子配列又は複数のＸ線検出素子配列を有する。前者はシングルスライス対応のＸ線検出器と呼ばれ、後者はマルチスライス対応又は２次元アレイ型のＸ線検出器と呼ばれている。
【０００９】
なお、回転中心軸ＲＡをＺ軸として、Ｚ軸を中心とした回転座標系をＸＹ座標系で規定する。この場合、Ｘ線中心軸ＸＣをＹ軸、ＺＹ軸に直交する軸をＸ軸と定義する。このＸＹＺ軸を以下適宜使用する。
【００１０】
Ｘ線管１０１と回転中心軸ＲＡとの間には、可動式のマルチリーフコリメータ１０８が配置される。実際には、マルチリーフコリメータ１０８は、Ｘ線管１０１のＸ線放射窓に取り付けられる。マルチリーフコリメータ１０８は、Ｘ線管１０１の焦点から放射するＸ線を任意位置で任意形状及び任意の大きさにトリミングするために設けられた治療装置特有の構成要素である。
【００１１】
図２に示すように、マルチリーフコリメータ１０８は、Ｘ軸に沿って個々に進退自在に設けられた回転中心軸ＲＡ上での換算値で幅１ｍｍの短冊形状の複数のリーフ２０１を有している。実際には、Ｘ線中心軸ＸＣを中心線として、この中心線を挟んで左右両開きで２枚のリーフ２０１がペアを構成し、このリーフペアがＺ軸方向に複数、ここでは９個並列されている。
【００１２】
Ｘ線検出器１０３には、一般的にＤＡＳ(data acquisition system) と呼ばれているデータ収集回路１０４が接続されている。データ収集回路１０４は、Ｘ線検出器１０３の各チャンネルの出力（電流信号）を電圧信号に変換し、そして増幅するとともに、ディジタル信号に変換する機能を備えている。ＤＡＳ１０４には、光や磁気を媒体とした非接触型データ伝送装置１０５を経由して、ＤＡＳ出力のチャンネル間非均一性等を補正する前処理装置１０６が接続される。前処理を受けたデータ（投影データ）は、補助記憶装置１１２に記憶される。
【００１３】
補助記憶装置１１２は、投影データから画像データを再構成するための画像再構成装置１１４、表示装置１１６、マウス等のポインティングデバイスやキーボードを装備した入力装置１１５、治療計画を作成するための治療プランニングシステム１１３、そしてその治療計画に従って治療実行するためにガントリ１００及び高電圧発生装置１０９を制御するための治療／スキャンコントローラ１１０とともに、データ／制御バスを介してシステムコントローラ１１１に接続される。
【００１４】
上記治療プランニングシステム１１３は、Ｘ線出力線量特性データや断層画像データを基に放射線の体内線量分布を計算する機能、入力装置１１５から設定された被治療領域に対してマルチリーフコリメータ１０８の開口とＸ線管回転角度との関係を計算する機能とともに、治療効率と被曝低減との両立に関わる本実施形態特有の機能を有している。本実施形態では、治療効率と被曝低減とを両立させるために、Ｘ線管１０１が被検体の回りを１回転する期間内の一部期間、被検体に対するＸ線の照射を休止する。治療プランニングシステム１１３は、Ｘ線の照射の休止に対応する回転期間内の一部期間（この一部期間を、以下、照射休止期間、Ｘ線非照射期間又は照射制限期間と称する）を決定する機能を有している。この機能を以下に説明する。
【００１５】
図３には、Ｘ線非照射期間の決定手順を示している。まず、比較的低線量で被検体をスキャンして、断層画像データの再構成に必要な例えば１８０°＋α°分の投影データを収集する（Ｓ１）。再構成装置１１４において、収集された投影データに基づいて断層画像データが再構成され（Ｓ２）、表示装置１１６に表示される。なお、表示された画像中心は、表示座標系の原点に一致し、回転中心軸ＲＡに対応する。
【００１６】
図４に示すように、この表示された断層画像上で入力装置１１５を介して操作者（術者）により被治療部位上の一点Ｐ１が指定され、それと共に重要臓器上の一点Ｐ２が指定される（Ｓ３）。なお、複数の重要臓器に対して複数の点を指定するようにしてもよい。重要臓器とは、Ｘ線感度（Ｘ線吸収係数）が比較的高く、それによりＸ線照射による被曝の影響が比較的高い部位であり、骨、腺組織、精巣等がその代表的な例としてあげられる。
【００１７】
本実施形態では、この重要臓器へのＸ線の直接的な照射を制限することにより、その重要臓器に対する被曝低減を実現する。このＸ線の直接的な照射を制限することは、重要臓器に対する被曝低減と同時に、治療効率の低下を抑制する効果も獲得する。つまり、治療中はＸ線管１０１は円周軌道を移動する。この軌道上には、Ｘ線管１０１と被治療部位との間に重要臓器が入り、被治療部位が重要臓器のＸ線影に全て又は部分的に隠れる一部区間が存在する。
【００１８】
この一部区間では、重要臓器で大きく減衰されたＸ線が被治療部位へ照射される。そのため患者へのＸ線の照射線量に対する実際に被治療部位に到達するＸ線の線量の比率、つまり治療効率は低下する。一部区間でＸ線の照射を制限することにより、当該治療効率の低下を回避することができる。
【００１９】
治療プランニングシステム１１３は、画像の被治療部位上に指定された一点Ｐ１を起点として、拡大しながら周囲の画素を探索し、ＣＴ値に対するしきい値処理、又は微分値処理等の既存の領域抽出処理方を適用して被治療部位の領域を抽出する（Ｓ４）。同様に、治療プランニングシステム１１３は、画像の重要臓器上に指定された一点Ｐ２を起点として重要臓器の領域を抽出する。
【００２０】
次に、図５に示すように、抽出された被治療部位の領域に外接する円（外接円）を治療プランニングシステム１１３で計算する（Ｓ５）。同様に、抽出された重要臓器の領域に外接する円（外接円）を治療プランニングシステム１１３で計算する。治療プランニングシステム１１３は、被治療部位の外接円の半径及び位置に基づいて、Ｘ線管１０１の微小な回転角ごとにマルチリーフコリメータ１０８の各リーフ２０１の開度を計算する。なお、リーフ２０１の開度とは、コリメータ１０８の中心線からの移動距離として定義される。各リーフ２０１の開度を回転角ごとに設定することにより、Ｘ線管１０１の移動軌道の各位置でＸ線の照準を被治療領域似合わせて、被治療部位への集中照射を実現することができる。
【００２１】
次に、治療プランニングシステム１１３は、被治療部位の外接円と、重要臓器の外接円との両方に接する４本の接線Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４を計算する（Ｓ６）。２つの円に接する接線の計算法は既知であり、以下の連立方程式を解法することにより求めることができる。なお、被治療部位の外接円の中心位置を（ａ１，ｂ１）、被治療部位の外接円の半径をｒ１、重要臓器の外接円の中心位置を（ａ２，ｂ２）、重要臓器の外接円の半径をｒ２とする。また求める接線の傾きをｍ、切片をβとする。
（ｍ・ａ１−ｂ１＋β）２ ＝ｒ１・（１＋ｍ）
（ｍ・ａ２−ｂ２＋β）２ ＝ｒ２・（１＋ｍ）
Ｓ６で計算した４本の接線Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４の中から、被治療部位の外接円と、重要臓器の外接円との間、または被治療部位上の指定点Ｐ１と重要臓器上の指定点Ｐ２との間で、で交差する２本の接線Ｔ１，Ｔ２を治療プランニングシステム１１３は選択する（Ｓ７）。図６から理解される通り、一方の接線Ｔ１は被治療部位が重要臓器のＸ線影に入りはじめる境界線を示しており、他方の接線Ｔ２は被治療部位が重要臓器のＸ線影から完全に脱する境界線を示している。
【００２２】
そして、選択した２本の接線Ｔ１，Ｔ２がＸ線管１０１の周回軌道と交差する４点ＣＰ１、ＣＰ２、ＣＰ３、ＣＰ４を計算する（Ｓ８）。４点ＣＰ１、ＣＰ２、ＣＰ３、ＣＰ４から重要臓器の中心位置に最も近い２つの点ＣＰ１、ＣＰ２を選択する（Ｓ９）。選択した２点ＣＰ１、ＣＰ２それぞれの原点、つまり回転中心軸ＲＡ回りの角度を計算する（Ｓ１０）。例えば交点ＣＰ１の回転角は９５°、交点ＣＰ２の回転角は１４５°に計算される。治療プランニングシステム１１３は、計算した９５°から１４５°の角度範囲をＸ線非照射区間又はＸ線制限区間として設定する（Ｓ１１）。
【００２３】
図７には、治療／スキャンコントローラ１１０による治療動作の手順を示している。まず、治療／スキャンコントローラ１１０は、マルチリーフコリメータ１０８の各リーフの開度を初期状態に設定する（Ｓ２１）。例えば、照射開始角度がゼロ°であれば、その回転角ゼロ°に対応する開度にそれぞれのリーフの開度を設定する。そして、治療／スキャンコントローラ１１０は、図示しない回転リング駆動部にトリガ信号を供給することにより回転リング１０２の回転を始動させ、回転速度が所定速度で安定し、Ｘ線管１０１が照射開始角度のゼロ°に達した時点で、治療計画段階で既決の照射条件に従って制御信号を高電圧発生装置１０９に供給する。
【００２４】
それにより高電圧発生装置１０９からＸ線管１０１に陰極陽極間に管電圧が印加され、フィラメント電流が供給され、管電流が流れ、設定された線量及び線質でＸ線がＸ線管１０１からばく射される（Ｓ２２）。Ｘ線のばく射は、Ｓ２４で、治療計画段階で既決の治療終了条件が満了するまで継続される。治療計画段階で既決の終了条件が満了した時点で、治療／スキャンコントローラ１１０は、Ｘ線管１０１からＸ線のばく射を停止するために必要な制御信号を高電圧発生装置１０９に供給する。それにより高電圧発生装置１０９からＸ線管１０１への管電圧の印加及び管電流の供給が停止され、Ｘ線のばく射が停止される（Ｓ２５）。
【００２５】
治療期間中、治療プランニングシステム１１３は、図示しないロータリーエンコーダを備えた角度センサからのパルスを計数することにより認識したＸ線管１０１の刻々と変化する回転角に応じて、マルチリーフコリメータ１０８の各リーフ２０１の開度を動的に変更するためにマルチリーフコリメータ駆動部１０７に制御信号を供給する（Ｓ２６）。それにより図８（ａ）、図８（ｂ）、図８（ｃ）、図８（ｄ）に示すように、回転期間中常に、コリメータ１０８の開口で被治療部位の外接円に応じた形状に細くトリミングされたビーム状の高線量のＸ線の照準が被治療部位に合わされ、集中治療が実現される。
【００２６】
治療期間中、図９に示すように、Ｘ線管１０１の回転角が、事前に設定した非照射区間の始点（ＣＰ１に対応する９５°）に到達した時（Ｓ２７）、治療プランニングシステム１１３は、マルチリーフコリメータ駆動部１０７を制御して、マルチリーフコリメータ１０８の全てのリーフ２０１の開度をゼロ、つまり全てのリーフ２０１を閉じる（Ｓ２８）。リーフ２０１は鉛製で遮蔽性を備えているので、全てのリーフ２０１を閉じることにより、そのシャッター効果により、被治療部位へのＸ線の照射が停止される。
【００２７】
なお、２枚板式又は多板式のシャッターユニットを患者とＸ線管１０１との間、例えばＸ線管１０１とマルチリーフコリメータ１０８との間に設けて、マルチリーフコリメータ１０８の全てのリーフ２０１を閉じる代わりに、当該シャッターを閉じるようにしてもよい。シャッターは、マルチリーフコリメータ１０８のリーフ２０１よりも迅速に開閉することができる可能性がある。
【００２８】
マルチリーフコリメータ１０８の全てのリーフ２０１を閉じた状態は、Ｘ線管１０１の回転角が、事前に設定した非照射区間の終点（ＣＰ２に対応する１４５°）に到達する時まで、継続される（Ｓ２９）。Ｘ線管１０１の回転角が、事前に設定した非照射区間の終点（１４５°）に到達した時点で、マルチリーフコリメータ１０８の全てのリーフ２０１が、回転角１４５°に応じた開度に開けられ、被治療部位へのＸ線の照射が再開される。
【００２９】
図１０には、Ｘ線管１０１の回転角の時間変化を示している。治療中は、Ｘ線管１０１がゼロ°から３６０°までの周回軌道を何度も繰り返し回転する。その回転期間内で、Ｘ線管１０１が９５°から１４５°まで移動している区間に対応する一部期間において、被検体（患者）へのＸ線の照射を制限する。
【００３０】
なお、この「Ｘ線照射を制限する」とは、Ｘ線照射を制限しない期間と比較して、患者への照射線量を低下することとして定義され、上述のようにＸ線照射を完全に停止する、つまり患者への照射線量を実質的にゼロ値に落とすことはもちろんのこと、被曝の影響の少ない程度まで患者への照射線量をゼロ近似値にまで落とすことを含んでいる。
【００３１】
一部期間においてＸ線照射を制限するために、上述では、全てのリーフ２０１を閉じる。一部期間においてＸ線照射を制限するために、Ｘ線のばく射自体を休止するようにしてもよい。
【００３２】
図１１には、その動作を示している。図１１において図７と同じステップには同じ番号を付している。Ｓ２７においてＸ線管１０１の回転角が、事前に設定した非照射区間の始点（ＣＰ１に対応する９５°）に到達した時、治療プランニングシステム１１３は、Ｘ線管１０１からＸ線のばく射を一時的に休止するために必要な制御信号を高電圧発生装置１０９に供給する（Ｓ３０）。具体的には、治療プランニングシステム１１３は、管電圧の印加を停止し、一方、フィラメント電流の供給は継続するように、高電圧発生装置１０９を制御する。周知のとおり、フィラメント電流はフィラメントを加熱し、それにより熱電子の発生を促す。ばく射休止中は、フィラメント電流の供給を継続することにより、フィラメントの温度低下を回避し、フィラメントの高温状態、それによる熱電子の発生を維持する。フィラメント電流の供給を停止した場合、フィラメント電流の供給を再開しても、ばく射再開までに、フィラメントの加熱に伴う遅延時間が生じる。しかし、ばく射休止中にもフィラメント電流の供給を継続することにより、フィラメントの高温状態を維持することができ、それにより管電圧の印加再開から、遅延無く、直ちに、ばく射を再開することができる。
【００３３】
管電圧印加を停止した状態は、Ｘ線管１０１の回転角が、事前に設定した非照射区間の終点（ＣＰ２に対応する１４５°）に到達する時まで、継続される（Ｓ２９）。Ｘ線管１０１の回転角が、事前に設定した非照射区間の終点（１４５°）に到達した時点で、管電圧の印加が再開され（Ｓ３１）、Ｘ線のばく射およびそれによる被治療部位へのＸ線の照射が再開される。
【００３４】
このように本実施形態によると、治療中に、Ｘ線管１０１と被治療部位との間に重要臓器が入り、被治療部位が重要臓器のＸ線影になる一部区間又は期間で、患者へのＸ線の照射を休止することにより、被治療部位への治療効率と、重要臓器への被曝低減とを両立することができる。
【００３５】
なお、上述したように、被治療部位が重要臓器のＸ線影に入りはじめる境界線Ｔ１の角度（例えば９５°）から、被治療部位が重要臓器のＸ線影から完全に脱する境界線Ｔ２の角度（例えば１４５°）までの区間でＸ線照射を休止していたが、被治療部位が重要臓器のＸ線影に入りはじめる境界線Ｔ１の角度（９５°）から、被治療部位が重要臓器のＸ線影に完全に入るまでの微小な区間と、被治療部位が重要臓器のＸ線影から脱しはじめてから被治療部位が重要臓器のＸ線影から完全に脱する境界線Ｔ２の角度（１４５°）までの微小な区間とでは、Ｘ線のファン角を制御することによりＸ線を被治療部位に部分的に照射することは可能である。従ってこれら微小な区間にＸ線を被治療部位に部分的にでも照射することにより、治療効率をさらに向上させることができる。
【００３６】
図１２には、当該微小な区間を示している。まず、被治療部位が重要臓器のＸ線影に入りはじめてから、被治療部位が重要臓器のＸ線影に完全に入るまでの微小な区間（照射制限期間の初期）は、境界線Ｔ１と周回軌道との交点ＣＰ１から接線Ｔ２と周回軌道との交点ＣＰ５までの区間として設定することができる。また、同様に、被治療部位が重要臓器のＸ線影から脱しはじめてから被治療部位が重要臓器のＸ線影から完全に脱するまでの微小な区間（照射制限期間の終期）は、接線Ｔ４と周回軌道との交点ＣＰ６から境界線Ｔ２と周回軌道との交点ＣＰ２までの区間として設定することができる。
【００３７】
治療プランニングシステム１１３は、ＣＰ１，ＣＰ２のそれと同様に、交点ＣＰ５を、接線Ｔ２と周回軌道との２つの交点を求め、重要臓器の中央位置に近い点を選択し、選択した交点ＣＰ５の角度を例えば９８°として計算する。同様に、治療プランニングシステム１１３は、交点ＣＰ６を、接線Ｔ４と周回軌道との２つの交点を求め、重要臓器の中央位置に近い点を選択し、選択した交点ＣＰ５の角度を例えば１４２°として計算する。
【００３８】
治療プランニングシステム１１３は、Ｘ線管１０１が図１３に示す初期の区間の始点（９５°）に達した時、図１４に示すようにマルチリーフコリメータ１０８のリーフの開度を少し閉じ、Ｘ線管１０１の回転進行と共に徐々に閉じていき、初期の区間の終点（９８°）に達した時点でマルチリーフコリメータ１０８の各リーフの開度を完全に閉じるように、マルチリーフコリメータ駆動部１０７を制御する。
【００３９】
なお、上述したように、リーフは向かい合わせでペアをなしており、閉じるリーフとしては、ペアのリーフの中の一方だけであり、それは回転方向に関して前方側のリーフである。回転方向に関して後方のリーフは、初期の区間の始点（９５°）の時の開度に維持される。
【００４０】
治療プランニングシステム１１３は、初期の区間の終点（９８°）から後期区間の始点（１４２°）までの区間は、マルチリーフコリメータ１０８の各リーフを完全に閉じた状態を維持する。
【００４１】
そして、治療プランニングシステム１１３は、Ｘ線管１０１が後期の区間の終点（１４２°）に達した時、図１５に示すようにマルチリーフコリメータ１０８の各リーフの開度を少し開け、Ｘ線管１０１の回転進行と共に徐々に開けていき、後期の区間の終点（１４５°）に達した時点でマルチリーフコリメータ１０８の各リーフを後期区間の終点（１４５°）に対応した開度に開けるように、マルチリーフコリメータ駆動部１０７を制御する。開けるリーフとしては、閉じたリーフであり、つまり回転方向に関して前方側のリーフである。
【００４２】
このように、初期区間には徐々にＸ線のファン角を閉じていき、後期区間には徐々にＸ線のファン角を開けていくことにより、重要臓器への被曝低減を維持しながら、同時に被治療部位への治療効率をさらに向上させることができる。
【００４３】
（変形例）
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することが可能である。さらに、上記実施形態には種々の段階が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されてもよい。
【００４４】
例えば、図７の例ではＣＰ１〜ＣＰ２の区間は、Ｘ線のばく射を継続した状態で、マルチリーフコリメータ１０８のリーフを閉じるものであったが、当該区間は図１１の例と同様に、Ｘ線ばく射を休止するようにしても良い。この場合、フィラメント電流の供給は継続し、管電圧の印加を休止することが望ましい。
【００４５】
【発明の効果】
本発明によれば、治療効率と被曝低減とを両立することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態による集中照射型放射線治療装置の構成を示す図。
【図２】図１のマルチリーフコリメータの構造を示す図。
【図３】図１の治療プランニングシステムによるＸ線非照射範囲の設定手順を示すフローチャート。
【図４】図３のＳ３に対応する表示画像例を示す図。
【図５】図３のＳ５乃至Ｓ７の補足図。
【図６】図３のＳ８乃至Ｓ１０の補足図。
【図７】図１の治療／スキャンコントローラのもとで行われる治療動作手順を示すフローチャート。
【図８】図７のＳ２６の補足図。
【図９】図７のＳ２７乃至Ｓ２９の動作によるＸ線非照射期間をＸ線管の周回軌道上で示す図。
【図１０】図７のＳ２７乃至Ｓ２９の動作によるＸ線非照射期間を時間軸上で示す図。
【図１１】図１の治療／スキャンコントローラのもとで行われる他の治療動作手順を示すフローチャート。
【図１２】図７のＳ２８の他の動作に関する補足図。
【図１３】図７のＳ２８の他の動作の説明図。
【図１４】図１３のＣＰ１（９５°）からＣＰ５（９８°）までの間のリーフの閉動作を示す図。
【図１５】図１３のＣＰ２（１４２°）からＣＰ６（１４５°）までの間のリーフの閉動作を示す図。
【符号の説明】
１００…ガントリ、
１０１…Ｘ線管、
１０２…回転リング、
１０３…Ｘ線検出器、
１０４…データ収集回路、
１０５…非接触データ伝送装置、
１０６…前処理装置、
１０７…マルチリーフコリメータ駆動部、
１０８…マルチリーフコリメータ、
１０９…高電圧発生装置、
１１０…治療／スキャンコントローラ、
１１１…システムコントローラ、
１１２…補助記憶装置、
１１３…治療プランニングシステム、
１１４…再構成装置、
１１５…入力装置。
Claims (10)
- 治療用の放射線を発生する放射線源と、
前記放射線源を被検体に対して移動する移動機構と、
前記放射線源と前記被検体との間に配置され、前記被検体の被治療部位に応じて前記放射線を絞る可動式コリメータと、
前記放射線源が移動する期間内の一部期間、前記可動式コリメータの開口を閉じて前記放射線を前記被検体に対して遮蔽するように前記コリメータを制御する制御部とを具備することを特徴とする集中照射型放射線治療装置。 - 前記一部期間は、前記放射線源と前記被治療部位との間に、放射線感度が比較的高い特定の重要臓器が介在する期間であることを特徴とする請求項１記載の集中照射型放射線治療装置。
- 前記被治療部位と前記特定の重要臓器との位置関係に基づいて前記一部期間を決定する決定部をさらに備えることを特徴とする請求項２記載の集中照射型放射線治療装置。
- 前記制御部は、前記一部期間の初期において前記コリメータの開口を前記放射線源の移動とともに徐々に閉じ、前記一部期間の後期において前記コリメータの開口を前記放射線源の移動とともに徐々に開けるように前記コリメータを制御することを特徴とする請求項１記載の集中照射型放射線治療装置。
- 治療用の放射線を発生する放射線源と、
前記放射線源に管電圧を印加し、フィラメント電流を供給する高電圧発生部と、
前記放射線源を前記被検体に対して移動する移動機構と、
前記放射線源と前記被検体との間に配置され、前記被検体の被治療部位に応じて前記放射線を絞る可動式コリメータと、
前記放射線源が移動する期間内の一部期間、前記放射線の発生を停止するように前記高電圧発生部を制御する制御部とを具備することを特徴とする集中照射型放射線治療装置。 - 前記一部期間は、前記放射線源と前記被治療部位との間に、放射線感度が比較的高い特定の重要臓器が介在する期間であることを特徴とする請求項５記載の集中照射型放射線治療装置。
- 前記被治療部位と前記特定の重要臓器との位置関係に基づいて前記一部期間を決定する決定部をさらに備えることを特徴とする請求項６記載の集中照射型放射線治療装置。
- 前記制御部は、前記一部期間において、前記管電圧の印加を休止するように前記高電圧発生部を制御することを特徴とする請求項５記載の集中照射型放射線治療装置。
- 前記制御部は、前記一部期間において、前記管電圧の印加を休止し、前記フィラメント電流の供給を継続するように前記高電圧発生部を制御することを特徴とする請求項５記載の集中照射型放射線治療装置。
- 治療用の放射線を発生する放射線源と、
前記放射線源を被検体に対して移動する移動機構と、
前記放射線源と前記被検体との間に配置され、前記被検体の被治療部位に応じて前記放射線を絞る可動式コリメータと、
前記放射線源が移動する期間内の一部期間、前記被検体に対する前記放射線の照射を制限する手段とを具備することを特徴とする集中照射型放射線治療装置。
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