JP4294064B2 - 粒子線治療装置 - Google Patents
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Description
この発明は、粒子線照射期間中に照射ヘッドの多葉コリメータ形状（リーフ位置）を設定変更して積層原体照射を行う場合に、多葉コリメータ形状がリーフ位置検出機構で検出される粒子線治療装置に関し、特に、粒子線照射期間中に多葉コリメータ形状を監視し得るようにした粒子線治療装置に係わる。
積層原体照射を行う粒子線治療装置においては、患者の患部に投与される線量及びその分布は、標的の形状に合わせて線量付与を最適化する為に、空間的に線量分割して付与される。このように分割付与される線量分布は多葉コリメータ形状などの照射装置の設定や患者体位の設定状態に依存する。粒子線照射期間中に多葉コリメータ形状及び患者体位が治療計画で定められた形状や設定位置から変動した場合、患者の患部に投与される線量及びその分布は治療計画と異なるので、粒子線照射を速やかに停止させることが必要である。このため多葉コリメータ形状（リーフ位置）の監視（確認）及び患者体位の監視は、治療計画した線量分布を患者へ付与するために重要な機能であり、冗長性や多重性が求められる。
粒子線治療において積層原体照射以前の静的な照射を行う場合には、粒子線照射直前にライトローカライザ（light localizer）で形成される光照射野やＸ線撮影によって多葉コリメータ形状を確認し、照射中にそれらの形状が変化しないことを多葉コリメータ内蔵の位置検出器で検知することで担保することができた。また、従来の患者体位の監視・確認は、患者体表面に記されたマーカやレーザポインタの投影像を治療室天井や側壁に設置されたビデオカメラで撮影して目視確認を行っていた。
図８は、積層原体照射以前の静的な照射を行う場合の多葉コリメータ形状及び患者体位を監視・確認する方法を示す従来のシステムブロック図である。図９は一般的な多葉コリメータ構造及びシステムを示す構成図である。従来の静的な粒子線治療では、多葉コリメータ形状（リーフ位置）の確認を多葉コリメータ内蔵のリーフ位置検出機構（例えば、エンコーダを用いて位置を検出している。）による自動照合の他に、照射直前にライトローカライザ１１を用いた光照射野や、ビーム軸上にＸ線源１３を移動設置して撮影したディジタルラジオグラフ（ＤＲ）１９像を観測して確認していた。さらに、粒子線の平坦度モニタを使用している場合もある。なお、Ｘ線源１３は多葉コリメータ１４上に分離設置されたモニタ駆動架台５１上を移動し、ビーム軸上に設置できる。
これを図８と図９を用いて説明する。図８において、１は照射ヘッド、２は患者、２ａは患者患部、２ｂは患者位置マーカ、３は粒子線、４は線量モニタ、５はワブラ電磁石、６は散乱体、７はリッジフィルタ、８はレンジシフタ、９は照射系制御計算機、１０は照射ヘッド制御装置、１１はライトローカライザ、１２はミラー、１３はＸ線源、１４は多葉コリメータ、１４ａは多葉コリメータ制御装置、１５は患者監視用ビデオカメラ、１６はビデオカメラ制御器、１７ａは画像モニタ、１８は治療台、１９はＤＲ、２０はレーザポインタ、２０ａはレーザビーム、５１はモニタ駆動架台である。
図９において、１４ａは多葉コリメータ制御装置、１４ｂは多葉コリメータヘッド部、２１は多葉コリメータ形状、２２はコリメータリーフ、２３はリーフ駆動機構、２４は機械的ストッパ、２５はリーフ位置検出器、２６はリーフドライブユニット、２７は信号処理回路、２８はコリメータ操作器である。粒子線加速器で加速された粒子線３は、ビーム輸送系で照射ヘッド１に導かれ、多葉コリメータ１４で必要な照射領域に限定され、患者２に照射される。
多葉コリメータ形状（リーフ位置）２１の確認は、各コリメータリーフの位置検出機構２５の出力情報と治療計画由来の設定情報を自動照合し確認する他に、照射直前に多葉コリメータ１４の上流側にライトローカライザ１１とミラー１２を設置して、粒子線の進行方向に対して直交する面に投影される多様コリメータ形状を目視確認し、さらにＸ線源１３をビームライン状に移動配置してＸ線ディジタルラジオグラフ（ＤＲ）１９でX線撮影した多葉コリメータ形状２１の確認を行っていた。また従来の患者体位の監視は、患者体表面に付けられた患者位置マーカ２ｂ及び治療室の側壁又は天井に設けられたレーザポインタ２０からのレーザビーム２０ａを患者体表面に投光した光マーカ（例えば十字線）を同じく治療室の側壁や天井に配置されたビデオカメラ１５で撮影し、画像モニタ１７ａ上で確認していた。なお、この分野の技術文献としては、以下の文献がある。
粒子線治療装置を用いた従来の静的な照射法では、多葉コリメータ形状の監視・確認は、図８に示すように、多葉コリメータ内蔵のリーフ位置検出機構による自動照合の他に、照射直前に多葉コリメータ上流にライトローカライザ１１、ミラー１２を配置し、形成した光照射野を目視確認し、さらにビーム軸上にＸ線源１３を配置して撮影したディジタルラジオグラフ（ＤＲ）１９像を観測することで行っていたが、多葉コリメータ内蔵のリーフ位置検出機構による確認方法以外は、治療室内での確認作業を伴うため、照射期間中に多葉コリメータ設定が変更される積層原体照射のような動的な照射法には適用できない。また、モニタ駆動架台５１上のスペースには限りがあり、追加増強は困難である。また従来の患者体位の監視は、患者体表のマーカ２ｂ及びレーザポインタ２０の像を治療室天井や側壁に配置したビデオカメラ１５で撮影し、画像モニタ１７ａ上で目視確認していたが、照射配置によっては確実に監視対象を捕捉できないことがあった。
粒子線照射期間中の設定状態を確認するために、リーフ位置検出器２５を多重化し多葉コリメータ形状２１を冗長的に確認することは原理的には可能であるが、多葉コリメータは駆動要素の点数が多く、新たに追加されるリーフ位置検出器や信号伝送経路などを多葉コリメータヘッド部に実装するスペースには制限があり困難な課題が多い。また、従来の静的な照射法に比べて、積層原体照射では治療標的を複数の照射単位に分割して投与するので、粒子線照射期間中に患者体位が変動すると線量分布に高低線量域を形成してしまう。
これに対して従来の静的照射法で体位の変動を考慮して設定している標的への設定マージンでは対処ができず、固定具などの固定方法の改善やより厳密な体位変動の監視以外に対応策はない。従来の治療室の側壁や天井に配置されたビデオカメラ１５での監視には照射配置によっては死角が生じるなどして確実な照射体位の監視が困難な場合がある。
この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、粒子線照射期間中でも、多葉コリメータ形状を監視することを可能にして、粒子線照射期間中に多葉コリメータ形状を変更する場合でも、多葉コリメータ形状のリーフ位置検出機構と合わせて冗長的な監視をし得る粒子線治療装置を得ることを目的とする。
この発明に係わる粒子線治療装置は、粒子線照射期間中に照射ヘッドの多葉コリメータ形状を設定変更して積層原体照射を行う場合に、前記多葉コリメータ形状がリーフ位置検出機構で検出される粒子線治療装置において、前記多葉コリメータに対向しその形状を監視する形状監視ミラーを有し、前記多葉コリメータの下流のスノート部に着脱可能に装着された光学的形状監視ユニット、前記形状監視ミラーで反射した前記多葉コリメータ形状を撮影するビデオカメラ、及び、前記多葉コリメータ形状を撮影する前記ビデオカメラの映像を表示する画像モニタを備え、粒子線照射期間中に前記多葉コリメータ形状を監視するものであって、前記多葉コリメータに対向する前記形状監視ミラーの傾斜を粒子線の進行方向と４５°より直角に近づけることにより、前記光学的形状監視ユニットの粒子線の進行方向の占有空間を小さくし、前記形状監視ミラーで反射した前記多葉コリメータ形状
を撮影する前記ビデオカメラの映像を画像処理によりその縦横比の歪を補正し、前記多葉コリメータ形状画像を粒子線軸方向から直視したと等価な画像として前記画像モニタに表示するようにしたものである。
を撮影する前記ビデオカメラの映像を画像処理によりその縦横比の歪を補正し、前記多葉コリメータ形状画像を粒子線軸方向から直視したと等価な画像として前記画像モニタに表示するようにしたものである。
この発明に係わる粒子線治療装置は、粒子線照射期間中に照射ヘッドの多葉コリメータ形状を設定変更して積層原体照射を行う場合に、前記多葉コリメータ形状がリーフ位置検出機構で検出される粒子線治療装置において、前記多葉コリメータに対向しその形状を監視する形状監視ミラーを有し、前記多葉コリメータの下流のスノート部に着脱可能に装着された光学的形状監視ユニット、前記形状監視ミラーで反射した前記多葉コリメータ形状を撮影するビデオカメラ、及び、前記ビデオカメラの映像と治療計画の多葉コリメータ形状情報とを照合し、照合結果の適不適を判断する照合手段を備え、照合結果の適不適により粒子線照射及び粒子線遮断処理を行うと共に、患者に対向し患者体位を監視する体位監視ミラーを有し、前記多葉コリメータの下流に着脱可能に装着された光学的体位監視ユニット、前記体位監視ミラーで反射した患者体位を撮影するビデオカメラ、及び、前記ビデオカメラの映像と治療計画の患者体位情報とを照合し、照合結果の適不適を判断する照合手段を備え、照合結果の適不適により粒子線照射及び粒子線遮断処理を行うようにしたものである。
この発明の粒子線治療装置によれば、粒子線照射期間中でも多葉コリメータ形状を監視することができ、粒子線照射期間中に多葉コリメータ形状を変更する場合でも、多葉コリメータのリーフ位置検出機構と合わせて冗長的な監視システムを構築できる。多葉コリメータに対向する形状監視ミラーの傾斜を、粒子線の進行方向と４５°より直角に近づけることにより、光学的形状監視ユニットの粒子線の進行方向の占有空間を小さくすることができ、多葉コリメータで限定された照射野がドリフト距離の増加によって線量分布が劣化するのを抑制することができる。形状監視ミラーで反射した多葉コリメータ形状を撮影するビデオカメラの映像を画像処理によりその縦横比の歪を補正することにより、多葉コリメータ形状画像を粒子線軸方向から直視したと等価な画像として画像モニタに表示することができる。
また、形状監視ミラーで反射した多葉コリメータ形状を撮影するビデオカメラの映像と治療計画の多葉コリメータ形状情報とを照合し、照合結果の適不適により粒子線照射及び粒子線遮断処理を行うようにしたので、不適切な粒子線照射を回避できると共に、患者に対向し患者体位を監視する体位監視ミラーを有し、体位監視ミラーで反射した患者体位を撮影するビデオカメラの映像と治療計画の患者体位情報とを照合し、照合結果の適不適により粒子線照射及び粒子線遮断処理を行うようにしたので、粒子線照射を中断せずに、照射期間中でも患者体位を監視し、誤照射の可能性を軽減する粒子線治療が可能な粒子線治療装置を得ることができる。
また、形状監視ミラーで反射した多葉コリメータ形状を撮影するビデオカメラの映像と治療計画の多葉コリメータ形状情報とを照合し、照合結果の適不適により粒子線照射及び粒子線遮断処理を行うようにしたので、不適切な粒子線照射を回避できると共に、患者に対向し患者体位を監視する体位監視ミラーを有し、体位監視ミラーで反射した患者体位を撮影するビデオカメラの映像と治療計画の患者体位情報とを照合し、照合結果の適不適により粒子線照射及び粒子線遮断処理を行うようにしたので、粒子線照射を中断せずに、照射期間中でも患者体位を監視し、誤照射の可能性を軽減する粒子線治療が可能な粒子線治療装置を得ることができる。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における粒子線治療装置を示すシステムブロック図である。図１は積層原体照射(layer-stacking irradiation)における多葉コリメータ形状監視ミラーを内蔵する光学的形状監視ユニットを、照射ヘッドに装着した主要な構成要素を示す。図２は実施の形態１における多葉コリメータヘッド部及びその制御系を示すシステムブロック図である。図３は実施の形態１におけるコリメータ形状監視の流れを示すフローチャートである。なお、図９で説明した一般的な多葉コリメータ構造とそのリーフ位置検出機構は実施の形態１においてもそのまま適用できるものであり、この明細書において、各図の同一符号は同一又は相当部分を示し、重複する部分の説明を省略することがある。
図１はこの発明の実施の形態１における粒子線治療装置を示すシステムブロック図である。図１は積層原体照射(layer-stacking irradiation)における多葉コリメータ形状監視ミラーを内蔵する光学的形状監視ユニットを、照射ヘッドに装着した主要な構成要素を示す。図２は実施の形態１における多葉コリメータヘッド部及びその制御系を示すシステムブロック図である。図３は実施の形態１におけるコリメータ形状監視の流れを示すフローチャートである。なお、図９で説明した一般的な多葉コリメータ構造とそのリーフ位置検出機構は実施の形態１においてもそのまま適用できるものであり、この明細書において、各図の同一符号は同一又は相当部分を示し、重複する部分の説明を省略することがある。
図１において、１は粒子線治療装置の照射ヘッド、２は患者、２ａは患者患部、２ｂは患者位置マーカ、３は粒子線、４は線量モニタ、５はワブラ電磁石（Wobbler Magnets）、６は鉛などの散乱体（Scatterer）、７はアルミニウムなどのリッジフィルタ（Ridge Filter）、８はアクリル樹脂などのレンジシフタ（Range Shifter）、９は照射系制御計算機、１０は照射ヘッド制御装置、１３はＸ線源、１４は多葉コリメータ（Multi-leafCollimator）、１５ａはビデオカメラ、１６はビデオカメラ制御器、１７ａは画像モニタ、１７ｂはキーボード、３１は光学的形状監視ユニット、３２ａは形状監視ミラー、３３は映像信号処理回路、３４は画像処理計算機である。
図２において、１４ａは多葉コリメータ制御装置、２２はコリメータリーフ、３１ａは形状監視ミラー取付台、３１ｂは補償フィルタ取付台、３１ｃは患者コリメータ取付台、３５ａは治療計画のコリメータ形状情報、３６は多葉コリメータ形状の画像照合手段、３７は照射ＯＫ信号、３８は照射停止信号又は照射禁止信号である。図３において、３５ａは治療計画のコリメータ形状情報、３９はコリメータ形状生画像、４０は画像処理、４１は画像処理後の直視相当画像、４２は照合用画像データセットを示す。
次に動作について説明する。図１において、粒子線治療装置の粒子線加速器で加速された粒子線３は、ビーム輸送系で照射ヘッド１の線量モニタ４に入射し、その照射線量が計数される。ワブラ電磁石５及び散乱体６では照射野が拡大された粒子線３が形成される。散乱体６を出た粒子線３は、リッジフィルタ７を通り深さ方向にブラッグピークが拡大され均一な線量域が形成され、レンジシフタ８で飛程調整される。
積層原体照射においては深さ方向に空間的な線量付与を分割して投与するが、照射開始時には最深部の線量付与に合わせて、ワブラ電磁石５、レンジシフタ８、多葉コリメータ１４（多葉コリメータ形状）が設定され、粒子線３が患部２ａに照射される。最深部の照射が終了すると、自動的にピーク幅に相当した深さ分浅い位置に、レンジシフタ８によって飛程が調整され、ワブラ電磁石５及び多葉コリメータ１４も設定変更して照射が行われる。以降、同様にレンジシフタ８により飛程が調整され、ワブラ電磁石５及び多葉コリメータ１４の設定を変更しながら、全体として患部２ａの形状に最適化された線量が付与される。
粒子線治療における積層原体照射で、上記のような高精度の粒子線治療を行うためには各照射ステップで多葉コリメータ形状設定を確認・監視することが必要である。このため照射ヘッド１の下流のスノート部に、具体的には、多葉コリメータ下流の筐体に、着脱可能な光学的形状監視ユニット３１及びビデオカメラ１５ａを装着し、監視ユニット３１内に多葉コリメータ１４の形状を監視する形状監視ミラー３２ａをビーム軸上に傾斜配置し、多葉コリメータ形状の反射像をビデオカメラ１５ａで撮影する。このとき、形状監視ミラー３２ａには、多葉コリメータ形状の下流側が反射像として写る。ビデオカメラで撮影された多葉コリメータ形状生画像３９は映像信号処理回路３３で形状監視ミラー３２ａなど撮影系の配置に起因する画像の歪（縦横比など）が補正され、ビーム軸上から直視したのと同等な多葉コリメータ形状直視相当画像４１が生成される。
直視相当画像４１は画像処理計算機３４で２値化法（１と０又は白と黒）などの画像識別処理を用いて、多葉コリメータの設定形状の輪郭を抽出して、画像モニタ１７aに表示する。更に画像処理計算機３４では、治療計画の多葉コリメータ形状情報３５aと直視相当画像４１を比較照合３６し、照射OK信号３７もしくは照射停止信号３８を出力して照射系制御計算機９で粒子線照射の出射状態をインターロック制御し、多葉コリメータの誤設定による線量の誤投与を回避する。このように光学的形状監視ユニット３１による光学画像撮影と画像照合を導入することにより、多葉コリメータ１４に内蔵のリーフ位置検出器２５（図９参照）によるリーフ位置の設定監視と合わせて、照射中も冗長的で多重的な多葉コリメータ形状２１の確認・監視を行うことができる。
粒子線治療の積層原体照射において、多葉コリメータの下流のスノート部に着脱可能な光学的形状監視ユニット３１を装着し、多葉コリメータ形状の確認・監視を行う。光学的形状監視ユニット３１の装着による粒子線の飛程損失と散乱成分の増加を抑える為に、形状監視ミラー３２ａはポリイミドフィルムにアルミニウムを蒸着して形成し、ビーム軸と直交する面に近い側に傾斜させて配置する。形状監視ミラーの傾斜配置など撮影系に起因する画像歪は映像信号処理回路３３で補正する。また、照射中に多葉コリメータが動作しない従来の静的な粒子線照射を行うときには光学的形状監視ユニット３１を取り外すことによって、形状監視ミラー３２ａやビデオカメラ１５ａの放射線損傷を低減できる。
多葉コリメータで限定された照射野がドリフト距離の増加によって線量分布が劣化するのを抑制する為に、多葉コリメータに対向する形状監視ミラー３２ａの傾斜θを、粒子線の進行方向と４５°より直角に近づける。これにより、光学的形状監視ユニットの粒子線の進行方向の占有空間を小さくすることができる。形状監視ミラーで反射した多葉コリメータ形状を撮影するビデオカメラの映像を画像処理によりその縦横比の歪を補正し、多葉コリメータ形状画像を粒子線のビーム軸方向から直視したと等価な画像として画像モニタに表示するようにする。
ビデオカメラで撮影された多葉コリメータの形状画像は、反射像の画像歪や縦横比を画像処理で補正した後、治療計画装置で計画された多葉コリメータ形状設定と照合し、照合結果が不適切であれば照射を中断し、適切であれば照射を継続、あるいは照射可能とする。以上の動作により粒子線照射を中断せずに、照射期間中でも冗長的で信頼性の高い多葉コリメータ形状の確認・監視を可能とし、誤照射の可能性を軽減した、高精度の粒子線治療が可能な粒子線治療装置を構築することができる。
実施の形態２．
実施の形態１において、形状監視ミラー３２ａとビデオカメラ１５ａで多葉コリメータ形状を撮影するが、多葉コリメータ１４と鏡面対称の方向にある患者体位の監視も同様の撮影系で構築することができる。即ち監視ミラーを両面ミラーにし、それぞれの面を形状監視ミラー３２ａ、体位監視ミラー３２ｂとして、多葉コリメータ形状と患者体位の両方を同時に、又は時分割的に監視・確認することができる。図４は実施の形態２における多葉コリメータヘッド部及びその制御系を示すシステムブロック図である。
実施の形態１において、形状監視ミラー３２ａとビデオカメラ１５ａで多葉コリメータ形状を撮影するが、多葉コリメータ１４と鏡面対称の方向にある患者体位の監視も同様の撮影系で構築することができる。即ち監視ミラーを両面ミラーにし、それぞれの面を形状監視ミラー３２ａ、体位監視ミラー３２ｂとして、多葉コリメータ形状と患者体位の両方を同時に、又は時分割的に監視・確認することができる。図４は実施の形態２における多葉コリメータヘッド部及びその制御系を示すシステムブロック図である。
図５は実施の形態２における患者体位監視の流れを示すフローチャートであり、実施の形態２では、図３のコリメータ形状監視の流れを示すフローチャートも同時又は時分割的に実施される。なお、同時に実施するときは、必要な機器を二系統にすればよい。実施の形態２では、監視ミラーはその一面が形状監視ミラー３２ａであり、その他面が体位監視ミラー３２ｂであり、多葉コリメータの下流のスノート部に着脱可能に装着された光学的形状監視ユニット３１中に光学的体位監視ユニットを含んでいるものである。
図４と図５を主に説明する。３２ａと１５ａは形状監視ミラーとそのビデオカメラ、３２ｂと１５ｂは患者の体位監視ミラーとそのビデオカメラである。３５は治療計画の多葉コリメータ形状情報と患者体位情報である照合用の参照データである。図５において、３５ｂは治療計画の患者体位情報で、照合用の参照データである。４２は照合用画像データセット、４３は患者体位生画像、４４は患者体位マーカ、４５は患者体位直視相当画像である。
図４において、形状監視ミラー３２ａと体位監視ミラー３２bは一枚のポリイミドフィルムに両面ミラーとしてアルミニウムを蒸着して形成される。
次に動作について説明する。多葉コリメータ形状を監視する形状監視ミラー３２ａと患者に対向し患者体位を監視する体位監視ミラー３２ｂのそれぞれの反射像は、ビデオカメラ１５ａ及び１５ｂで撮影され、それらの映像は映像信号処理回路３３で画像歪が補正される。即ち患者体位監視用のビデオカメラ１５ｂで撮影された患者体位生画像４３については、ビーム照射方向から照射対象の患者を撮影するものであり、映像信号処理回路３３で画像処理４０され患者体位直視相当画像４５に補正される。
次に動作について説明する。多葉コリメータ形状を監視する形状監視ミラー３２ａと患者に対向し患者体位を監視する体位監視ミラー３２ｂのそれぞれの反射像は、ビデオカメラ１５ａ及び１５ｂで撮影され、それらの映像は映像信号処理回路３３で画像歪が補正される。即ち患者体位監視用のビデオカメラ１５ｂで撮影された患者体位生画像４３については、ビーム照射方向から照射対象の患者を撮影するものであり、映像信号処理回路３３で画像処理４０され患者体位直視相当画像４５に補正される。
補正後の患者体位直視相当画像４５は、補正後の多葉コリメータ形状直視相当画像４１と共に、画像モニタ１７ａ上に表示する。画像モニタ１７ａ上には、例えば、その表示画面を２分割して患者体位直視相当画像４５と多葉コリメータ形状直視相当画像４１が表示される。画像処理計算機３４では、照射前の患者体位直視相当画像４５に対して、体位マーカ４４などの特徴点を含む関心領域の画像情報を、画像照合部（照合手段）３６の治療計画の患者体位情報（参照データ）３５ｂとして記録する。
以後、粒子線照射期間中に撮影された患者体位直視相当画像４５と治療計画の患者体位情報（参照データ）３５ｂの照合用画像データセット４２は、サブトラクション法などを用いて画像照合３６し、照射OK信号３７もしくは照射停止信号３８を出力して照射系制御計算機９で粒子線照射の出射状態をインターロック制御し、患者体位変化による線量の誤投与を回避する。図５のフローによる動作と図３のフローによる動作を合わせることにより、多葉コリメータ設定形状と患者体位の監視・確認が可能となり、積層原体照射時に多葉コリメータの誤設定と体位変化による誤照射を回避し、信頼性の高い粒子線治療を行うことができる。
また、光学的体位監視ユニットにより撮影された患者監視画像は、照射配置により死角を生じることなく、適切な監視用のマーカを患者体表に設定すれば、高精度の患者監視手段を提供できる。以上の動作により粒子線照射を中断せずに、照射期間中でも冗長的で信頼性の高い患者体位を高精度で監視する手段を供給し、誤照射の可能性を軽減しかつ高精度の粒子線治療が可能な粒子線治療装置を構築することができる。
多葉コリメータで限定された照射野がドリフト距離の増加によって線量分布が劣化するのを抑制する為に、患者に対向する体位監視ミラー３２ｂの傾斜θを、粒子線の進行方向と４５°より直角に近づける。これにより、光学的体位監視ユニットの粒子線の進行方向の占有空間を小さくすることができる。また、体位監視ミラー３２ｂで反射した患者体位を撮影するビデオカメラの映像を画像処理によりその縦横比の歪を補正し、患者体位画像を粒子線の進行方向から直視したと等価な画像として画像モニタに表示するようにするとよい。
さらに、多葉コリメータ形状を撮影するビデオカメラの映像の信号と、患者体位を撮影するビデオカメラの映像の信号から二値化法（１と０又は白と黒）を用いて、輪郭又は特徴点を抽出する画像処理計算機３４を有し、抽出した監視対象の輪郭又は特徴点から、多葉コリメータ形状及び患者体位を監視し得るようにしてもよい。
実施の形態３．
図６は実施の形態３における多葉コリメータヘッド部及びその制御系を示すシステムブロック図である。光学的形状監視ユニット３１の補償フィルタ取付台３１ｂに補償フィルタ（粒子線の分布を補償するもの）を取り付けた場合、あるいは患者コリメータ取付台３１ｃに患者コリメータを取り付けた場合、実施の形態２では、患者体位を監視・確認することができないか、もしくは困難となる。この問題を解決するため、光学的形状監視ユニット３１の先端部に体位監視ミラー３２ｃを配置した体位監視ミラー取付台３１ｄを装着して、患者体位の監視及び確認を行う。この場合は、体位監視のミラー３２ｃと体位監視ミラー取付台３１ｄとで光学的体位監視ユニットを構成しており、光学的体位監視ユニットは多葉コリメータの下流に装着される。また、ビデオカメラ１５ｂの取付位置は、体位監視ミラー３２ｃからの体位の反射像を撮影できる位置に移動させる。
図６は実施の形態３における多葉コリメータヘッド部及びその制御系を示すシステムブロック図である。光学的形状監視ユニット３１の補償フィルタ取付台３１ｂに補償フィルタ（粒子線の分布を補償するもの）を取り付けた場合、あるいは患者コリメータ取付台３１ｃに患者コリメータを取り付けた場合、実施の形態２では、患者体位を監視・確認することができないか、もしくは困難となる。この問題を解決するため、光学的形状監視ユニット３１の先端部に体位監視ミラー３２ｃを配置した体位監視ミラー取付台３１ｄを装着して、患者体位の監視及び確認を行う。この場合は、体位監視のミラー３２ｃと体位監視ミラー取付台３１ｄとで光学的体位監視ユニットを構成しており、光学的体位監視ユニットは多葉コリメータの下流に装着される。また、ビデオカメラ１５ｂの取付位置は、体位監視ミラー３２ｃからの体位の反射像を撮影できる位置に移動させる。
以上より、補償フィルタあるいは患者コリメータを取り付けた場合においても、多様コリメータ形状と共に患者体位を確認することが可能となり、積層原体照射時に多葉コリメータ形状の誤設定と体位変化による誤照射を回避し、信頼性の高い粒子線治療を行うことができる。
実施の形態４．
図７は実施の形態４における多葉コリメータヘッド部及びその制御系を示すシステムブロック図である。積層原体照射において、映像信号処理回路３３で画像補正された多葉コリメータ形状情報又は患者体位情報は、画像処理計算機３４で治療計画の多葉コリメータ形状情報もしくは患者体位情報の参照データ３５と画像照合３６される。粒子線照射開始後、照合結果が不適切であれば、照射停止信号３８が出力され速やかに粒子線照射が遮断される。
図７は実施の形態４における多葉コリメータヘッド部及びその制御系を示すシステムブロック図である。積層原体照射において、映像信号処理回路３３で画像補正された多葉コリメータ形状情報又は患者体位情報は、画像処理計算機３４で治療計画の多葉コリメータ形状情報もしくは患者体位情報の参照データ３５と画像照合３６される。粒子線照射開始後、照合結果が不適切であれば、照射停止信号３８が出力され速やかに粒子線照射が遮断される。
照合結果が不適切で粒子線照射が遮断される比較的発生し易いケースとしては、患者体位の変動がある。このとき、遮断後に積層原体照射を再開する場合、遮断以前の患者体位を再現しなければ高低線量域を形成してしまう。そこで照射開始時の患者体位情報２９ａを照射状態記録媒体３０に記録して、照射再開時の患者体位設定の健常性を確認する際の参考情報として参照できるようにする。なお、照射開始時の照射ヘッドの機器設定情報２９ａも照射状態記録媒体３０に記録しておく。ここで、設定される照射ヘッドの機器とは、ワブラ電磁石５，レンジシフタ８，及び多葉コリメータ１４であり、線量モニタ４の計数と共に照射系制御計算機９から照射状態記録媒体３０に機器の設定状態が記憶される。
これらの参考情報やX線による再位置決めを経て、患者体位の再現性が確認された後、照射中断時に記録された照射ヘッドの機器設定情報２９ｂで機器状態を設定して照射を再開する。また、照射中断時の照射ヘッドの機器の誤設定や患者体位の変動の影響を把握するため、照射遮断時の患者体位情報及び照射ヘッドの機器設定情報２９ｂを照射状態記録媒体３０に記録する。以上より積層原体照射時の照射ヘッドの機器設定情報と患者体位情報を確実に記録し、照射中断時の照射ヘッドの機器設定及び患者体位の状態を把握することができ、中断再開が可能である場合には、中断再開点から照射を再開し計画された照射を補完することができ、信頼性の高い粒子線治療を行うことができる。
１ 照射ヘッド ２ 患者
２ａ 患者患部 ２ｂ 患者位置マーカ
３ 粒子線 ４ 線量モニタ
５ ワブラ電磁石 ６ 散乱体
７ リッジフィルタ ８ レンジシフタ
９ 照射系制御計算機 １０ 照射ヘッド制御装置
１１ ライトローカライザ １２ ミラー
２ａ 患者患部 ２ｂ 患者位置マーカ
３ 粒子線 ４ 線量モニタ
５ ワブラ電磁石 ６ 散乱体
７ リッジフィルタ ８ レンジシフタ
９ 照射系制御計算機 １０ 照射ヘッド制御装置
１１ ライトローカライザ １２ ミラー
１３ Ｘ線源 １４ 多葉コリメータ
１４ａ 多葉コリメータ制御装置 １４ｂ 多葉コリメータヘッド部
１５ 患者監視用ビデオカメラ １５ａ ビデオカメラ
１５ｂ ビデオカメラ １６ ビデオカメラ制御器
１７ａ 画像モニタ １７ｂ キーボード
１８ 治療台 １９ ＤＲ
２０ レーザポインタ ２０ａ レーザビーム
１４ａ 多葉コリメータ制御装置 １４ｂ 多葉コリメータヘッド部
１５ 患者監視用ビデオカメラ １５ａ ビデオカメラ
１５ｂ ビデオカメラ １６ ビデオカメラ制御器
１７ａ 画像モニタ １７ｂ キーボード
１８ 治療台 １９ ＤＲ
２０ レーザポインタ ２０ａ レーザビーム
２１ 多葉コリメータ形状 ２２ コリメータリーフ
２３ リーフ駆動機構 ２４ 機械的ストッパ
２５ リーフ位置検出器 ２６ リーフドライブユニット
２７ 信号処理回路 ２８ コリメータ操作器
２９ａ 照射開始時の体位情報及び機器設定情報
２９ｂ 照射遮断時の体位情報及び機器設定情報
３０ 照射状態記録媒体 ３１ 光学的形状監視ユニット
２３ リーフ駆動機構 ２４ 機械的ストッパ
２５ リーフ位置検出器 ２６ リーフドライブユニット
２７ 信号処理回路 ２８ コリメータ操作器
２９ａ 照射開始時の体位情報及び機器設定情報
２９ｂ 照射遮断時の体位情報及び機器設定情報
３０ 照射状態記録媒体 ３１ 光学的形状監視ユニット
３１ａ 形状監視ミラー取付台 ３１ｂ 補償フィルタ取付台
３１ｃ 患者コリメータ取付台 ３１ｄ 体位監視ミラー取付台
３２ａ 形状監視ミラー ３２ｂ 体位監視ミラー
３２c 体位監視ミラー ３３ 映像信号処理回路
３４ 画像処理計算機 ３５ 照合用の参照データ
３５ａ 治療計画のコリメータ形状情報 ３５ｂ 治療計画の患者体位情報
３６ 多葉コリメータ形状の画像照合手段 ３７ 照射ＯＫ信号
３８ 照射停止信号 ３９ 多葉コリメータ形状生画像
４０ 画像処理 ４１ 直視相当画像
４２ 照合用画像データセット ４３ 患者体位生画像
４４ 患者体位マーカ ４５ 患者体位直視相当画像
３１ｃ 患者コリメータ取付台 ３１ｄ 体位監視ミラー取付台
３２ａ 形状監視ミラー ３２ｂ 体位監視ミラー
３２c 体位監視ミラー ３３ 映像信号処理回路
３４ 画像処理計算機 ３５ 照合用の参照データ
３５ａ 治療計画のコリメータ形状情報 ３５ｂ 治療計画の患者体位情報
３６ 多葉コリメータ形状の画像照合手段 ３７ 照射ＯＫ信号
３８ 照射停止信号 ３９ 多葉コリメータ形状生画像
４０ 画像処理 ４１ 直視相当画像
４２ 照合用画像データセット ４３ 患者体位生画像
４４ 患者体位マーカ ４５ 患者体位直視相当画像
Claims (7)
- 粒子線照射期間中に照射ヘッドの多葉コリメータ形状を設定変更して積層原体照射を行う場合に、前記多葉コリメータ形状がリーフ位置検出機構で検出される粒子線治療装置において、
前記多葉コリメータに対向しその形状を監視する形状監視ミラーを有し、前記多葉コリメータの下流のスノート部に着脱可能に装着された光学的形状監視ユニット、
前記形状監視ミラーで反射した前記多葉コリメータ形状を撮影するビデオカメラ、及び、前記多葉コリメータ形状を撮影する前記ビデオカメラの映像を表示する画像モニタを備え、粒子線照射期間中に前記多葉コリメータ形状を監視するものであって、
前記多葉コリメータに対向する前記形状監視ミラーの傾斜を粒子線の進行方向と４５°より直角に近づけることにより、前記光学的形状監視ユニットの粒子線の進行方向の占有空間を小さくし、前記形状監視ミラーで反射した前記多葉コリメータ形状を撮影する前記ビデオカメラの映像を画像処理によりその縦横比の歪を補正し、前記多葉コリメータ形状画像を粒子線軸方向から直視したと等価な画像として前記画像モニタに表示するようにしたことを特徴とする粒子線治療装置。 - 患者に対向し患者体位を監視する体位監視ミラーを有し、前記多葉コリメータの下流に着脱可能に装着された光学的体位監視ユニット、
前記体位監視ミラーで反射した患者体位を撮影するビデオカメラ、及び、
前記多葉コリメータ形状を撮影する前記ビデオカメラの映像及び前記患者体位を撮影する前記ビデオカメラの映像を表示する画像モニタを備え、
粒子線照射期間中に前記多葉コリメータ形状及び前記患者体位を監視し得るようにしたことを特徴とする請求項１記載の粒子線治療装置。 - 前記監視ミラーはその一面が前記形状監視ミラーであり、その他面が前記体位監視ミラーであり、前記光学的形状監視ユニット中に前記光学的体位監視ユニットを含んでいることを特徴とする請求項２記載の粒子線治療装置。
- 前記多葉コリメータ形状を撮影する前記ビデオカメラの映像の信号と、前記患者体位を撮影する前記ビデオカメラの映像の信号から二値化法を用いて、輪郭又は特徴点を抽出す
る画像処理手段を有し、抽出した監視対象の輪郭又は特徴点から、前記多葉コリメータ形状及び前記患者体位を監視し得るようにしたことを特徴とする請求項２又は請求項３記載の粒子線治療装置。 - 粒子線照射期間中に照射ヘッドの多葉コリメータ形状を設定変更して積層原体照射を行う場合に、前記多葉コリメータ形状がリーフ位置検出機構で検出される粒子線治療装置において、
前記多葉コリメータに対向しその形状を監視する形状監視ミラーを有し、前記多葉コリメータの下流のスノート部に着脱可能に装着された光学的形状監視ユニット、
前記形状監視ミラーで反射した前記多葉コリメータ形状を撮影するビデオカメラ、及び、前記ビデオカメラの映像と治療計画の多葉コリメータ形状情報とを照合し、照合結果の適不適を判断する照合手段を備え、
照合結果の適不適により粒子線照射及び粒子線遮断処理を行うと共に、
患者に対向し患者体位を監視する体位監視ミラーを有し、前記多葉コリメータの下流に着脱可能に装着された光学的体位監視ユニット、前記体位監視ミラーで反射した患者体位を撮影するビデオカメラ、及び、
前記ビデオカメラの映像と治療計画の患者体位情報とを照合し、照合結果の適不適を判断する照合手段を備え、
照合結果の適不適により粒子線照射及び粒子線遮断処理を行うようにした粒子線治療装置。 - 患者に対向する前記体位監視ミラーの傾斜を粒子線の進行方向と４５°より直角に近づけることにより、前記光学的体位監視ユニットの粒子線の進行方向の占有空間を小さくし、前記体位監視ミラーで反射した前記患者体位を撮影する前記ビデオカメラの映像を画像処理によりその縦横比の歪を補正し、前記体位画像を粒子線進行方向から直視したと等価な画像として前記画像モニタに表示するようにしたことを特徴とする請求項５記載の粒子線治療装置。
- 前記体位監視ミラーで反射した前記患者体位を撮影する前記ビデオカメラの映像と治療計画の患者体位情報とを照合する照合手段の照合結果が不適切で、粒子線の照射を中断した場合に、中断時の照射ヘッドの機器設定情報を記録し、この機器設定情報を用いて粒子線の再照射時の照射ヘッドの機器状態を設定し、計画された粒子線照射を補完するようにしたことを特徴とする請求項５記載の粒子線治療装置。
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