JP5238243B2 - 放射線治療情報提供システム及び放射線治療情報提供プログラム - Google Patents
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Description
本実施形態に係る放射線治療情報提供システムは、被検体に対して照射した放射線に基づく当該被検体からの散乱X線を計測し、これに基づいて被検体のどの部位に、どれだけの線量が照射されたかを客観的に示す情報を取得するものである。その原理と方法は、次の様である。
図4は、本実施形態に係る放射線治療情報提供システム1のブロック構成図を示している。また、図5は、本放射線治療情報提供システム1の散乱線の測定形態を示した図である。同図に示すように、本放射線治療情報提供システム1は、放射線照射システム2、放射線検出システム3、データ取得制御部4、データ処理システム5、表示部6、記憶部7、操作部8、ネットワークI/F9を具備している。放射線照射システム2及び放射線検出システム3は架台(ガントリ)に設置され、架台を移動、回転させることで、被検体に対して任意の位置に配置することができる。また、データ取得制御部4、データ処理システム5、表示部6、記憶部7、操作部8、ネットワークI/F9は、例えば放射線治療情報提供システム1の本体(筐体)に設置される。
放射線照射システム2は、電力供給部201、照射部203、タイミング制御部205、ガントリ制御部207を有している。
図5に示すように、当該照射部203においては、まず、加速管203aの一端に設けられた電子銃203bにより、陰極から放射された熱電子は数100keVのエネルギーになるまで加速される。次に、クライストロン203cで発生したマイクロ波は導波管を使って加速管203aまで導かれ、そこでこの熱電子は数MeVのエネルギーに達するまで加速される。この加速された熱電子は偏向電磁石(bending magnet)203dによってその方向を変えられ、透過型ターゲット203eに衝突する。このとき制動放射により、数MeVのエネルギーのX線が放射される。このX線は、イコライザ(フラットニング・フィルタ)203fを通過させることで、放射方向全体にわたってほぼ均一な強度を持つX線になるように調整される。このX線は、最初に“ジョー(jaw)”と呼ばれるコリメータ(後述)により放射方向が絞られ、次にマルチリーフ・コリメータ(=多葉コリメータ、multileaf collimator)(後述)により、更に患部の形状に近い照射形状に整形され、最終的にその患部に照射される。
放射線検出システム3は、検出器301、平行コリメータ303、移動機構部305、位置検出部307を有している。
図8は、被検体に照射される(薄い平面状に整形された)X線ビームB2の厚みを2等分する中心線Lに対する検出器301及び平行コリメータ303の位置及び角度を説明するための図である。また、図9(a)は平行コリメータ303を散乱線の入射側から見た図であり、図9(b)は、平行コリメータ303が設けられた検出器301の斜視図である。
図10は、検出器301及び平行コリメータ303を移動させるための移動機構部305の一例を示した図である。同図に示すように、本移動機構部305は、放射線照射部203の照射ヘッドの前方に、検出器301及び平行コリメータ303を、焦点Fを中心とする同心円上に移動可能とするためのレールに沿って動かすためのものである。このとき、直線Lと平行コリメータの視線Mのなす角αが常にα0(一定)という関係を保ったまま(すなわち、照射部203の重心位置と検出器301の重心位置との相対的位置関係を保持したまま)薄い平面状に整形されたX線ビームB2の厚みの二等分線Lと直線L0とのなす角φを変化させて、被検体の散乱線画像を収集する。
データ取得制御部4は、放射線治療時における散乱線計測に関する総合的な制御を行う。例えば、データ取得制御部4は、放射線照射システム2のタイミング制御部205からの信号を得て、放射線検出システム3に対して散乱線計測開始トリガーや検出データの伝送トリガーを送信する等、放射線照射、散乱線計測、データ処理、画像表示、ネットワーク通信等について、本放射線治療情報提供システム1を静的又は動的に制御する。また、例えばデータ取得制御部4は、必要に応じて、ネットワークを介して放射線治療計画装置から受け取った治療計画に基づいて、各照射の照射時間に合わせてスキャン時間を最適化したり、放射線照射システム2の放射線照射タイミングに合わせて、X線ビームB2のビーム軸と検出器301及びコリメータ305の向き(すなわち、X線ビームB2のビーム軸と検出器301の法線とのなす角)が一定になるように、移動機構部305の制御を行ったりする。
データ処理システム5は、補正処理部501、再構成処理部503、変換処理部505、画像処理部507を有している。
図14は、減弱補正の概念を説明するための図である。
表示部6は、吸収線量画像データを用いて吸収線量画像を所定の形態で表示する。例えば、表示部6は、必要に応じて、吸収線量画像を計画画像や照射直前、照射中に得た画像とフュージョンして表示を行う。
次に、本放射線治療情報提供システム1の放射線治療時における動作について説明する。
まず、データ取得制御部4は、例えばネットワークを介して当該被検体に関する治療計画情報を取得し、表示部6に表示する。術者は、表示された治療計画に従って寝台上に被検体を配置すると共に、操作部8を介して、放射線照射時間の設定、散乱線計測を行う散乱角の設定、スキャンシーケンスの選択等を行う(ステップS1)。なお、放射線照射時間の設定等については、取得した治療計画情報に基づいて、自動的に行うようにしてもよい。
次に、放射線照射システム2は、被検体に対して薄い平面状に整形されたX線ビームB2を所定のタイミングで照射し、放射線検出システム2は、当該照射放射線に基づいて被検体外に出てくる所定の散乱角の散乱線を検出する。また、データ取得制御部4は、照射部203から照射される治療用のX線ビームB2の軸と検出器301の視線方向とのなす角を維持しながらX線ビームB2による励起断面を移動させ、当該被検体内の3次元領域を走査(スキャン)するように、ガントリ制御部207或いは移動機構部305を制御する(ステップS2)。この治療用のX線ビームB2を用いた3次元領域のスキャンにより、X線ビームB2の平面に対応する複数の二次元散乱線データからなる3次元散乱線データが取得される。
次に、データ処理システム5の補正処理部501は、減弱補正を含む前処理を実行し、投影データを取得する(ステップS3)。なお、減弱補正の内容は、既述の通りである。
次に、データ処理システム5の画像再構成処理部503は、取得された投影データを用いて画像再構成処理を実行し、散乱線ボリュームデータを取得する(ステップS4)。
次に、データ処理システム5の変換処理部507は、ボクセル(voxel)ごとに算出された単位体積あたりの散乱回数nを、吸収線量に換算することで、散乱線ボリュームデータを吸収された放射線量(吸収線量)の3次元分布を示す吸収線量ボリュームデータに変換する(ステップS5)。ここで、吸収線量とは、単位質量当たりの吸収エネルギーであり、[Gy]=[J/kg]で表される。また、再構成処理で算出された散乱回数nとは、所定の散乱角θd 方向に散乱線(光子)が飛んだ散乱の回数である。
次に、画像処理部507は、吸収線量ボリュームデータ等を用いて、被検体の所定部位に関する吸収された放射線量(吸収線量)の分布を示す吸収線量画像データを生成し、例えばフュージョン表示するためにCT画像と合成する(ステップS6)。表示部6は、所定の形態にて吸収線量画像を表示する(ステップS7)。
以上述べた構成によれば、以下の効果を得ることができる。
Claims (8)
- 被検体に対して平面状の治療用放射線ビームを照射する照射手段と、
前記治療用放射線ビームに起因して発生する前記被検体の散乱線を所定の散乱角方向から検出して散乱線データを収集する検出手段と、
前記治療用放射線ビームの照射方向に対する前記検出手段の検出面のなす角度を一定に保ちながら、前記治療用放射線ビームの軸の位置及び前記検出手段の検出面の位置を移動させることによりで前記被検体を3次元走査し、3次元散乱線データを取得するデータ取得制御手段と、
前記3次元散乱線データに基づいて、前記被検体内における散乱線発生密度の3次元的分布を示す散乱線ボリュームデータを再構成する画像再構成手段と、
前記散乱線ボリュームデータに基づいて、前記被検体内における吸収線量画像又は散乱線発生密度画像を生成する画像生成手段と、
前記吸収線量画像又は散乱線発生密度画像を表示する表示手段と、
を具備することを特徴とする放射線治療情報提供システム。 - 前記照射手段と前記検出手段との相対位置関係を固定しながら前記照射手段及び前記検出手段の空間的位置を移動させる移動機構をさらに具備し、
前記データ取得制御手段は、前記移動機構を制御することで、前記3次元走査を実行すること、
を特徴とする請求項1記載の放射線治療情報提供システム。 - 前記検出手段の検出面の空間的位置を移動させる移動機構をさらに具備し、
前記データ取得制御手段は、前記治療用放射線ビームの軸の位置の移動に連動して前記検出手段の検出面の位置が移動するように前記移動機構を制御することで、前記3次元走査を実行すること、
を特徴とする請求項1記載の放射線治療情報提供システム。 - 予め取得されたX線減弱係数の3次元分布と、前記被検体と前記検出手段との相対的位置関係とに基づいて、前記散乱線の発生位置から前記検出手段に向かって前記被検体を出る位置に至るまでの経路に沿ってX線減弱係数を積分することで、補正係数を取得し、当該補正係数を用いて、前記3次元散乱線データに関する減弱補正を行う補正手段をさらに具備し、
前記画像再構成手段は、前記補正後の3次元散乱線データに基づいて、前記被検体内における散乱線発生密度の3次元的分布を示す散乱線ボリュームデータを再構成すること、
を特徴とする請求項1乃至3のうちいずれか一項記載の放射線治療情報提供システム。 - 予め取得されたX線減弱係数の3次元分布と、前記被検体と前記検出手段との相対的位置関係とに基づいて、前記治療用放射線ビームの前記被検体内への侵入位置から散乱線発生位置を経由して前記検出手段に向かって前記被検体を出る位置に至るまでの経路に沿ってX線減弱係数を積分することで、補正係数を取得し、当該補正係数を用いて、前記3次元散乱線データに関する減弱補正を行う補正手段をさらに具備し、
前記画像再構成手段は、前記補正後の3次元散乱線データに基づいて、前記被検体内における散乱線発生密度の3次元的分布を示す散乱線ボリュームデータを再構成すること、
を特徴とする請求項1乃至3のうちいずれか一項記載の放射線治療情報提供システム。 - 前記平面状の治療用放射線ビームの強度情報と前記3次元散乱線データとに基づいて、前記治療用放射線ビームの前記被検体内への侵入位置から散乱線発生位置に至るまでの経路で生じるX線減弱を補正するための補正係数を推定し、当該補正係数を用いて、前記3次元散乱線データに関する減弱補正を行う補正手段をさらに具備し、
前記画像再構成手段は、前記補正後の3次元散乱線データに基づいて、前記被検体内における散乱線発生密度の3次元的分布を示す散乱線ボリュームデータを再構成すること、
を特徴とする請求項1乃至3のうちいずれか一項記載の放射線治療情報提供システム。 - 前記表示手段は、前記散乱発生に関する画像を、形態画像と合成して表示することを特徴とする請求項1乃至6のうちいずれか一項記載の放射線治療情報提供システム。
- コンピュータに、
被検体に対して照射される平面状の治療用放射線ビームに起因して発生する前記被検体の散乱線を所定の散乱角方向から検出して散乱線データを収集させる検出機能と、
前記治療用放射線ビームの照射方向に対する前記検出手段の検出面のなす角度を一定に保ちながら、前記治療用放射線ビームの軸の位置及び前記検出手段の検出面の位置を移動させることによりで前記被検体を3次元走査させ、3次元散乱線データを取得させるデータ取得制御機能と、
前記3次元散乱線データに基づいて、前記被検体内における散乱線発生密度の3次元的分布を示す散乱線ボリュームデータを再構成させる画像再構成機能と、
前記散乱線ボリュームデータに基づいて、前記被検体内における吸収線量画像又は散乱線発生密度画像を生成させる画像生成機能と、
前記吸収線量画像又は散乱線発生密度画像を表示させる表示機能と、
を実現させるための放射線治療情報提供プログラム。
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