JP4341467B2 - 放射線治療装置 - Google Patents

Description

本発明は、放射線を用いて治療する放射線治療システムに関する。

従来の放射線治療装置の例が、特許文献１に記載されている。この公報に記載の放射線装置では、放射線照射対象部位を精度よく追尾するために、放射線源から出射したＸ腺を、検査対象部で互いに交差させている。そして検査対象部を透過したＸ線を検出器で検出し、画像形成装置が検査対象部の３次元画像を作成している。その際、制御装置が出射口可変式コリメータの出射口形状を変化させ、放射線発生装置から出射されたＸ線の照射野を治療対象部位の位置および形状に追尾させて変化させている。

特開２００３−２２０１５１号公報

上記特許文献１に記載の放射線治療装置においては、患部位置を正確に特定できるが、治療用放射線の照射方向と患部の相対位置の特定精度は、放射線治療装置の各構成部品の精度に依存する。つまり、特定精度を高めるためには、各構成部品を高精度に製造することや、各構成部品が熱および自重を含む荷重により変形する変形量を正確に把握し、その変形量に対して誤差補正を制御する必要がある。その際、変形量が各構成部品の変形の総和となるから、個々の部品レベルで変形量を正確に把握しなければならない。

本発明は上記従来技術の不具合に鑑みなされたものであり、その目的は、治療用放射線を患者の患部に高精度に位置決めすることにある。

上記目的を達成する本発明の特徴は、放射線を患者に照射する照射ノズルと、患者の患部を含む画像を撮影する画像取得装置とを備えた放射線治療装置において、画像取得装置は放射線源とこの放射線源から放射された放射線による撮影画像を検出する検出器との対を少なくとも２対有し、照射ノズルは画像取得装置が撮影する画像に写しこみ可能な指標部を有し、この指標部の画像を用いて照射ノズルを位置決めする手段を有するものである。

そしてこの特徴において、画像装置は、異なる２方向から同時に撮影可能である、指標部を照射ノズルに対して相対的に移動可能にする移動機構を設ける、指標部に患者との接触を検出する手段と、この接触検出手段の出力に基づいて指標部を照射ノズルに対して相対的に移動可能にする機構とを設けてもよい。

また、画像取得装置は、指標部および患部または患部位置を特定可能な基準を同一の画像上に取得可能である、画像取得装置が撮影した画像に基づいて治療用放射線の放射方向と患部または患部位置を特定可能な基準の相対位置を求め、この相対位置に基づいて患者を載せる治療台と照射ノズルの目標位置および目標姿勢を算出する手段を設ける、のが望ましい。

さらに、画像取得装置が撮影した指標部の画像から指標部の位置を算出して、患部に照射ノズルの照射位置を位置決めする手段を設ける、画像取得装置が撮影した指標部の画像に基づいて治療用放射線の照射の可否を判断する手段を設けるようにしてもよい。

本発明によれば、放射線照射手段であるガントリーにＸ線用のマーカーを取り付けたので、放射線照射手段が照射する放射線の位置または方向と患部との間の全体的な相対位置ずれを直接的に把握できるので、放射線を高精度に患部に照射できる。

本発明に係る放射線治療装置１００の一実施例を、図面を用いて説明する。これらの図において、簡単のために骨や内臓を図示していない。放射線治療装置１００は、治療用放射線（陽子線）を患者１５の患部１６に照射する。患者１５は治療台１３に載せられる。患者１５の患部を取り囲むように画像取得装置１１ａ〜１２ｂが配置されており、この画像取得装置１１ａ〜１２ｂが撮影した画像を図示しない施術者が判断する。この作業を遂行するときには、患部１６に放射線の照射位置を高精度に位置決めする必要があり、放射線治療装置１００の制御装置は放射線放射手段１０をマーカー（指標部）１４ａ，１４ｂを用いて位置決めする。この具体的な例を、図１に斜視図で示す放射線治療装置１００とこの放射線治療装置１００で撮影した画像例である図２を用いて説明する。

放射線治療装置１００は患者１５の上方に位置し、患者１５に治療用放射線１７を照射する照射ノズル１０を備える。照射ノズル１０は図示しない回転移動手段により矢印１８で示したように、前後方向の軸を中心に揺動可能である。

患者１５は照射ノズル１０に対向し、照射ノズル１０の下方に位置する治療台１３に載せられる。治療台１３は上下方向および前後左右方向に移動可能になっている。患者１５の左右両側部には、対向して1対の画像取得装置１１ａ、１１ｂが配置されている。画像取得装置１１ａは放射線源であり、この放射線源１１ａから放射された撮像用放射線を検出器である画像取得装置１１ｂが検出する。画像取得装置１１ａから出射された放射線１８ａに対して患部１６近傍で斜めに交差する放射線１８ｂが形成されるように、他の1対の画像取得装置１２ａ、１２ｂを配置する。すなわち、放射線源である画像取得装置１２ａは、画像取得装置１１ａよりも下方かつ手前側にあり、検出器である画像取得装置１２ｂは画像取得装置１１ｂよりも上方でかつ奥側にある。画像取得装置１２ａ、１２ｂは対向している。２対の画像取得装置１１ａ〜１２ｂを配置したので、患部１６の３次元位置を特定できる。

照射ノズル１０の先端部の周囲には、高さの異なる２個の指標部１４ａ、１４ｂが取り付けられている。一方の指標部１４ａは、照射ノズル１０の手前側の側面に取り付けられており、他方の指標部１４ｂは照射ノズル１０の右側面部に取り付けられている。指標部１４ａ、１４ｂは画像取得装置１１ａ〜１２ｂが検出可能な材質からできており、例えば、骨や臓器と異なる透過率の材質である。画像取得装置１１ａ〜１２ｂが撮影した画像２０ａ，２０ｂから、指標部１４ａ、１４ｂを判別する。画像取得装置１１ａ〜１２ｂが撮影した画像２０ａ，２０ｂから患部２２と指標部２１ａ、２１ｂの両方の位置を把握するために、図示しない画像処理装置と、治療用放射線１７の放射方向や患部１６、指標部１４ａ、１４ｂの位置を算出する算出手段が放射線治療装置１００に備えられている。

すなわち、画像取得装置１２ａ、１２ｂが撮影した画像２０ｂには、画像２０ａとは異なる方向から撮影された患部１６と指標部１４ａ、１４ｂが写し出されている。２枚の画像２０ａ，２０ｂにおいて、患部１６は患部画像２２として、指標部１４ａは指標部画像２１ａとして、指標部１４ｂは指標部画像２１ｂとしてそれぞれ表示される。

ほぼ患者の真横方向から撮影する検出器１１ｂが撮影した画像２０ａでは、治療用放射線１７の下方Ｌ２ａの位置に患部２２の高さ方向中心が位置する。同様に検出器１２ｂが撮影した画像２０ｂでは、治療用放射線１７の下方Ｌ２ｂの位置に患部２２の高さ方向中心が位置する。このとき、治療用放射線1７の高さ位置は、予め指標部１４ａ、１４ｂの位置を用いて校正しておく。画像２０ａでは、指標部２１ｂと治療用放射線１７の横方向中心２３が一致しており、この中心２３から患部２２の横方向中心Ｌ１ａだけ右にずれている。画像２０ｂでは、患部２２の横方向中心が治療用放射線の中心２３から右にＬ１ｂだけずれている。

ここで、治療用放射線１７と指標部１４ａ、１４ｂの相互の位置関係を予め測定しているので、２つの異なる方向から撮影した画像２０ａ，２０ｂに写しこまれた指標部２１ａ、２１ｂの位置及び形状から、これら指標部１４ａ，１４ｂと患部１６との相対関係を求めることができる。そして、算出した患部１６の治療用放射線１７の照射目標中心２３及び高さからのずれ量Ｌ１ａ〜Ｌ２ｂに基づいて、照射ノズル１０と治療台１３の移動目標量を修正する。

患部１６と指標部１４ａ，１４ｂの相対関係を求めるときに、画像取得装置１１ａ〜１２ｂが撮影した画像２０ａ、２０ｂを用いて、図３に示す３次元画像を作成すれば、より視覚的に患部１６位置を容易に判断でき治療を迅速化できる。この図３において、患部画像３１と治療用放射線１７との高さ方向の距離はＬ３であり、治療用放射線１７と患部画像３１の左右方向距離は、Ｌ４で表されている。なお、治療用放射線１７は仮想的に破線で示しており、指標部１４ａ，１４ｂはそれぞれ指標部画像３０ａ，３０ｂで表される。

本実施例では、３次元画像を作成するのに指標部１４ａ，１４ｂを２個所設けているが、指標部は必ずしも２個必要ではなく、取得画像２０ａ，２０ｂから位置を特定する際に基準となる部分が２個所以上あればよい。また、指標部１４ａ，１４ｂとしては、棒状の物体に限るものではなく、画像取得装置１１ａ〜１２ｂが検出可能な材質のものや物体表面にＸ線で検出できる塗料を塗布して用いてもよい。

照射ノズル１０と患部１６が近接しており、照射ノズル１０に放射線透過材料を使用できるときには、照射ノズル１０に画像取得装置１１ａ〜１２ｂが検出可能な材質を直接貼付することもできる。また、塗料を塗ってもよい。さらに、本実施例では、画像取得装置１１ａ〜１２ｂが患部１６を検出しているが、画像取得装置１１ａ〜１２ｂが患部を検出できない場合には、患部１６の位置を特定可能な基準、例えば骨や体に付けたマーカを検出して、患部１６と治療用放射線１７の照射目標中心２３の位置関係を算出してもよい。

本発明に係る放射線治療装置１００他の実施例を、図４に示す。本実施例が上記実施例と異なるのは、指標部１４ａ，１４ｂをリンク機構４４を用いて移動可能にしたことにある。その他の構成は、上記実施例と同様である。指標部１４ａ、１４ｂは、実線４２で示した位置から破線で示した位置４３までリンク機構４４により移動可能になっている。リンク機構４４の先端部にセンサが設けられており、このセンサから検出器４５に信号が送られて指標部１４ａ，１４ｂの先端位置を検出する。本実施例では指標部１４ａ，１４ｂの先端にセンサを設けたが、リンク機構４４に直接位置検出器４５を設けて指標部４２の先端位置を算出することもできる。この方法は、指標部１４ａ，１４ｂに患者が接触する場合などに有効である。指標部１４ａ，１４ｂの移動手段にばねを用いることもできる。また、指標部１４ａ，１４ｂを照射ノズル１０から着脱できるようにしてもよい。

図４に示した実施例では、指標部１４ａ，１４ｂに設けたセンサの出力に基づいて治療用放射線１７と患部１６との相対位置を求めているが、指標部１４ａ，１４ｂに接触位置検出手段を設けて、その接触位置検出手段が検出した位置を用いて、照射ノズル１０や治療台１３を位置決め制御してもよい。例えば、接触位置検出手段が接触を検出したときに、照射ノズル１０や治療台１３を停止すれば、患者や周辺装置の損傷を防止できる。指標部１４ａ，１４ｂにアクチュエータを設け、指標部１４ａ，１４ｂが患者等に接触したら指標部１４ａ，１４ｂを安全な位置まで退避させるようにしてもよい。

上記各実施例において、治療用放射線１７を患部１６に位置決めする方法を、図５及び図６を用いて説明する。これらの図は、放射線治療装置１００のブロック図である。画像取得手段１１ａ，１１ｂを有する画像取得装置５０と、画像取得手段１２ａ，１２ｂを有する画像取得装置５１とが撮影した画像信号は、位置算出手段５２に送られる。この画像信号には、指標部と患部または患部の位置を特定可能な信号が含まれる。位置算出手段５２は予め知られた指標部１４ａ，１４ｂと治療用放射線１７の位置の情報を用いて画像処理し、治療用放射線１７の照射位置と姿勢、および患部１６の位置を算出する。

位置算出手段５２が算出した信号に基づいて、制御指令値算出手段５３は治療用放射線１７を正確に患部に照射するのに必要な照射ノズル１０と治療台１６の移動量を算出する。すなわち、照射ノズル制御装置５４に照射ノズル１０の移動量が、治療台制御装置５５に治療第16の前後左右方向の移動量が送信される。照射ノズル１０と治療台１６はそれぞれ送られた指令信号に基づいて移動する。治療用放射線１７の照射位置と患部１６治療位置が一致すると、治療用放射線１７を患部１６に照射する。

他の位置決めの例を、図６に示す。本実施例は、図５に示した場合とは位置算出手段５２算出した情報の処理の方法が相違している。位置算出手段５２が算出した治療用放射線１７の照射位置と患部１６の位置の差が予め定めた値以下になったら、判断手段６３が放射線照射の可否を判断する。放射線照射をするときには、照射制御装置６４に照射可の信号が送られ、治療用放射線が照射可能な状態となる。本実施例は照射位置精度を常に高い精度で管理する場合や、照射位置を監視する装置として使用する場合に有効である。

上記実施例では照射ノズル１０の位置決めについて説明したが、放射線治療装置１００を照射ノズル１０の移動軌跡を測定するために用いることもできる。照射ノズル１０は、据付誤差、機構のガタ、変形など様々な要因により設計値通りに正確に移動させることが困難である。そこで装置の据付時や定期検査時などに、照射ノズル１０を移動させながら指標部１４ａ，１４ｂの軌跡を測定する。照射ノズル１０の停止位置と治療用放射線の放射位置および姿勢の関係を予め求めておき、治療時にその相互の関係から照射位置と姿勢を算出する。

上記各実施例によれば、放射線治療装置が異なる２方向から患部を撮影する撮影手段と、各方向から撮影したときに患部とともに写しこまれる治療用放射線の位置決め用指標部を備えているので、高精度に治療用放射線を患部に位置決めできる。また簡易な装置で患部に高精度に放射線を照射できるので、放射線治療装置の構成機構を高精度に製造したり、機構の変形に対する誤差補正制御などの複雑な制御手段が不要である。その結果、放射線治療装置の製造コストを低減できる。さらに、治療用放射線と患部の相対位置ずれを直に確認でき、放射線治療を迅速に行える。

本発明に係る放射線治療装置の一実施例の斜視図。 本発明に係る放射線治療装置の画像例。 算出した３次元画像例。 指標部の取付け方法を説明する図。 図１に示した放射線治療装置の制御ブロック図。 本発明に係る放射線治療装置の他の実施例の制御ブロック図。

符号の説明

１０…照射ノズル、１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂ…画像取得装置、１３…治療台、１４ａ、１４ｂ…指標部、１５…患者、１６…患部、１７…治療用放射線、１８…移動方向、２０…撮影画像、２１ａ、２１ｂ…指標部画像、２２…患部画像、２３…照射目標中心、３０ａ、３０ｂ…指標部画像、３１…患部画像、４２、４３…指標部位置、４４…リンク機構、４５…位置検出器、５０、５１…画像取得装置、５２…位置算出手段、５３…制御指令値算出手段、５４…照射ノズル制御装置、５５…治療台制御装置、６３…判断手段、６４…照射制御装置。

Claims (7)

1. 患者を載置する治療台と、
   放射線を患者に照射する照射ノズルと、
   患者の患部を含む画像を撮影する画像取得装置とを備えた放射線治療装置において、
   前記画像取得装置は放射線源とこの放射線源から放射された放射線を検出する検出器との対を少なくとも２対有し、
   前記照射ノズルの先端部に、画像取得装置が撮影する画像に写しこみ可能な指標部を有し、
   この指標部の画像を用いて前記照射ノズル及び治療台を駆動して位置決めする制御手段と、
   前記画像取得装置が撮影した指標部の画像から前記指標部の位置を算出して、患部に前記照射ノズルの照射位置を位置決めする手段を有することを特徴とする放射線治療装置。
2. 前記画像装置は、異なる２方向から同時に撮影可能であることを特徴とする請求項１に記載の放射線治療装置。
3. 前記指標部を前記照射ノズルに対して相対的に移動可能にする移動機構を設けたことを特徴とする請求項１に記載の放射線治療装置。
4. 前記指標部に患者との接触を検出する手段と、この接触検出手段の出力に基づいて指標部を照射ノズルに対して相対的に移動可能にする機構とを設けたことを特徴とする請求項１に記載の放射線治療装置。
5. 前記画像取得装置は、前記指標部および患部または患部位置を特定可能な基準を同一の画像上に取得可能であることを特徴とする請求項１に記載の放射線治療装置。
6. 前記画像取得装置が撮影した画像に基づいて前記治療用放射線の放射方向と患部または患部位置を特定可能な基準の相対位置を求め、この相対位置に基づいて患者を載せる治療台と前記照射ノズルの目標位置および目標姿勢を算出する手段を設けたことを特徴とする請求項５に記載の放射線治療装置。
7. 前記画像取得装置が撮影した指標部の画像に基づいて治療用放射線の照射の可否を判断する手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載の放射線治療装置。

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