JP5534470B2 - 放射線治療装置 - Google Patents

Description

本発明は、生体に対し放射線を照射して治療する放射線治療装置に関する。

近年、放射線治療において、陽電子断層撮影装置（PET; Positron Emission Tomography）などの分子イメージングによる腫瘍位置同定が行われている。すなわち、放射線治療開始前にＰＥＴ撮像を行い、得られた断層像を治療計画に利用している。しかし、このＰＥＴでは、腫瘍の動きをリアルタイムで追跡することは困難である。

一方、腫瘍の動きをリアルタイムで追跡することのできる動体追跡放射線治療装置では、２式のＸ線透視装置によって腫瘍近傍に刺入された金属マーカを透視し、金属マーカの３次元位置を算出し、得られた金属マーカ位置に基づいて放射線照射を制御している。

ＷＯ２００８／０３８６６２Ａ１

しかし、上記動体追跡放射線治療装置では、金属マーカを導入する際の侵襲的手技が必要であり、また、腫瘍そのものでの追跡が困難であった。

本発明は、生体に対し治療放射線を照射して治療する放射線治療装置であって、照射される治療放射線を挟む方向において対向して配置され、陽電子放出核種から放出された陽電子が消滅する際に発生される一対の消滅γ線についてその入射２次元位置をそれぞれ検出する一対の２次元放射線検出器と、この一対の２次元放射線検出器により検出した一対の位置を結ぶ直線上で、陽電子放出核種位置を検出する核種位置検出部であって、前記直線と、前記治療放射線の照射位置に応じて決定される関心平面と、が交差する点に陽電子放出核種があると仮定し、時系列の陽電子放出核種位置が形成する分布が、前記関心平面上において所定の範囲内にあるときに、前記陽電子放出核種が前記関心平面上にあることを検出する、核種位置検出部と、前記関心平面上の陽電子放出核種位置に向けて治療放射線を照射する放射線照射装置と、を含むことを特徴とする。

また、前記核種位置検出部は、前記時系列で検出される陽電子放出核種位置について、その移動距離または移動速度が所定以下のものに限定して位置検出を行うことが好適である。

前記核種位置検出部において、検出した陽電子放出核種位置が前記放射線照射装置による放射線の照射範囲内である場合に、前記放射線照射装置による治療放射線の照射を行うことが好適である。

本発明では、呼吸などで動く腫瘍にＦＤＧなどの陽電子放出核種を集積させ、陽電子が消滅する際に発生する２本の消滅γ線を同時計数によりとらえることにより、リアルタイムで陽電子放出核種の位置を算出できる。従って、検出した腫瘍位置に同期して放射線を腫瘍に確実に照射することができる。

実施形態に係る放射線治療装置の全体構成を示す図である。 ２次元放射線検出器の構成を示す図である。 ターゲットが中央平面にある場合の位置検出を示す図である。 処理前の位置データを示す図である。 処理後の位置データを示す図である。 ターゲットが中央平面にない場合の位置検出を示す図である。

以下、本発明に係る放射線治療装置の実施形態について、図面に基づいて説明する。図１は、放射線治療装置の全体構成を示す図である。

治療台１０上に固定される患者１２の体内には、腫瘍１４が存在する。本実施形態では、ＰＥＴ検査と同様に、患者１２に予めＦＤＧ（¹⁸Ｆ−ＦＤＧ：¹⁸F-fluorodeoxy glucose）などの陽電子放出核種を投与する。陽電子放出核種は、体内で崩壊して１個の陽電子を放出する。放出された陽電子は、近傍の原子（通常は水）の電子と結合して消滅し、電子の静止質量に等しいエネルギーのγ線が、２個放出される。このγ線は、元の電子と陽電子の運動量を保存するために、正反対の運動量を持ち、互いに１８０度異なる方向（反対方向）へ対で放出される。

ここで、ＦＤＧは、グルコース代謝が活発な癌組織（腫瘍）に集まる。従って、腫瘍において、消滅γ線の対が互いに反対方向に向けて次々放出されることになる。

患者１２の両側には、γ線の放出位置を検出する２次元放射線検出器３０−１，３０−２が互いに平行に配置されている。この２次元放射線検出器３０は、多数のγ線検出器を平面状に配置したものである。例えば、図２に示すように、１６個のγ線検出器からなるユニットを９個配列したもので構成される。なお、本実施形態では、図中濃い○印で示した６４個のγ線検出器のみを用いたが、γ線検出器を小さくしてその数を増やすことで、検出精度を上げることができる。

２次元放射線検出器３０−１，３０−２の出力は核種位置検出部３２に供給される。この核種位置検出部３２には、各γ線検出器からの信号が独立して供給され、２つの２次元放射線検出器３０−１，３０−２においてγ線を同時検出した場合に、２つのγ線検出位置に基づいて、陽電子放出核種の位置を特定する。この例では、２次元放射線検出器３０−１，３０−２の各γ線検出器のペアにおいて同時計数が行われた場合の、陽電子放出核種位置を特定するテーブル３２ａを有しており、このテーブル３２ａを参照して陽電子放出核種位置を特定している。

すなわち、図３に示すように、２つの２次元放射線検出器３０−１，３０−２の特定の２つのγ線検出器においてγ線を同時検出した場合には、その２つを結ぶ直線上に陽電子放出核種が存在することがわかる。そして、本実施形態では、陽電子放出核種が２つの２次元放射線検出器３０−１，３０−２の中間にあると仮定することにより、２つのγ線検出器の同時計測が行われた場合の陽電子放出核種位置が特定される。これをあらかじめテーブル３２ａに登録しておく。従って、同時計数が行われた場合に瞬時に陽電子放出核種位置を検出することができる。

なお、本実施形態の装置では、核種位置検出部３２における時間分解能は、１００ｎｓｅｃ程度であり、これは呼吸などによる腫瘍の移動（１〜数１０ｍｍ／ｓ程度）に対し十分な追跡が行える。また、本実施形態の手法によれば、時間分解能は、ｎｓｅｃオーダーにまで上昇することも可能である。

核種位置検出部３２の出力は、制御部３４に供給され、この制御部３４が放射線照射装置４０を制御する。すなわち、制御部３４は、検出された核種位置が放射線照射装置４０からの治療放射線ビームの照射範囲にあるときにのみ治療放射線が放射されるように制御する。これによって、確実に治療放射線を腫瘍に照射することが可能となる。

ここで、核種位置検出部３２における位置検出について、さらに説明する。ＦＤＧ４５０ｋBqを容器に保持し、これを２次元放射線検出器３０−１，３０−２間の中央において、１０ｍｍ／ｓ、５０ｍｍ／ｓで２次元放射線検出器３０−１，３０−２に平行して往復動させて位置検出を行った。

図４は、核種位置検出部３２において得た位置についてのデータであり、何ら処理を行わないオリジナルのデータを示している。なお、図において、濃い○がターゲットの移動方向（Ｘ方向）についてのデータであり、薄い○が移動方向に直行する高さ方向（Ｙ方向）のデータである。Ｘ方向は、黒の実線で示した三角波状の線が実際の位置になる。Ｙ方向は基本的に移動がないので、実際の位置は０のライン上となる。図から明らかなように、オリジナルデータでは、測定点がかなりばらついている。

そこで、２回の検出における検出位置の移動について閾値（Ｔｍｍ）を設定した。すなわち、追跡前後の２つの検出位置がＴｍｍ内であるものに限定し、それ以上の移動があるものを除外した。Ｔ＝１０ｍｍとした場合が図５に示してある。このように、閾値Ｔを設定することで精度が改善されることがわかる。実際の位置との差を５ｍｍを許容誤差と考えた場合、オリジナルでは、許容誤差を満たす割合が移動速度１０ｍｍ／ｓで５７．８％、移動速度５０ｍｍ／ｓで５１．６％であったのが、閾値による処理を行った場合には、移動速度１０ｍｍ／ｓで７８．９％、移動速度５０ｍｍ／ｓで７０．６％であった。また、これを測定値のエラーの平均距離（Ｍｅａｎ ｅｒｒｏｒ）で評価すると、オリジナルでは、移動速度１０ｍｍ／ｓで８．６９ｍｍ、移動速度５０ｍｍ／ｓで９．０６ｍｍであったのが、閾値による処理を行った場合には、移動速度１０ｍｍ／ｓで１．８７ｍｍ、移動速度５０ｍｍ／ｓで１．７８ｍｍであった。これより、閾値の設定によって、十分な精度でＦＤＧの位置を追跡可能であることがわかる。

なお、上記閾値は、ターゲットの移動速度に応じて決定するとよい。ここで、上述の閾値は、距離としたが、２回の検出についての時間間隔で移動距離を除算した移動速度とするが好適である。例えば、閾値としての移動速度をターゲットの移動速度の上限値程度に設定することが好ましい。また、閾値を平均速度程度に設定してもよい。実際に起こった大きな移動のデータを除外しても、その際に治療放射線の照射が行われにくくなるだけであり、特に問題はない。このように、移動速度の閾値は、ターゲットの移動速度に応じて決定される。

ここで、本実施形態では、２つの２次元放射線検出器３０−１，３０−２を結ぶ方向については、２次元放射線検出器３０−１，３０−２の中央平面に固定してターゲット（陽電子放出核種が存在する腫瘍）の位置検出を行っている。すなわち、この中央平面が、同時検出によって決定された一対の２次元放射線検出器を結ぶ線と検出器対の間にある関心平面となる。これは、ターゲットが中央平面内の所定の位置存在している場合のみに治療放射線を照射するからである。

そして、ターゲットが中央平面にない場合には、ターゲット位置が誤ったものになる。すなわち、図６に示すように実際のターゲット存在平面上でのターゲットは所定の大きさであるが、中央平面におけるターゲット位置は大きな範囲に分布してしまう。従って、このような場合には、ターゲット位置を特定することができない。

本実施形態では、所定時間内の中央平面における検出ターゲット位置が、所定の範囲内にない場合には、中央平面にターゲットが存在しないと判断して、治療放射線の照射を行わない。これによって、ターゲットが治療放射線の照射範囲になる場合にのみ治療放射線を放射して、ターゲットの治療放射線を照射することができる。

例えば、０．０１秒の間に検出した位置の分布がターゲットの通常の大きさの２倍以内である場合に、ターゲットが中央平面にあると判断することができる。また、所定時間内の検出位置の分布（例えば、標準偏差）が所定値（σ＝５ｍｍ）以下である場合にターゲットが中央平面に存在すると判定することもできる。

このように、本実施形態によれば、２次元放射線検出器３０−１，３０−２検出器間の中央平面にターゲット（陽電子放出核種が存在する腫瘍）がない場合、極端に解像度が低下（結像されない）するため、中央平面上にあるターゲットのみを追跡することが可能となる。また、本実施形態によれば、ｎｓｅｃ単位での演算処理が可能であり、１ｃｍ以下の放射線治療に適したサイズの腫瘍に対する適用が可能である。なお、最もターゲットの移動が懸念される肺癌で、前後方向で平均１−１２ｍｍ（１−２０ｍｍ）の移動である一方、左右では平均１ｍｍ（０−１ｍｍ）との報告がある。本実施形態では、前後方向に十分追従が可能であり、また左右方向については、結像されないことで検出ができ、この場合の治療放射線の照射を避けることができる。

また、本実施形態の放射線照射装置４０は、一定の方向に治療放射線ビームを照射するものとしたが、回転しながら照射するものでもよい。回転しながら治療放射線ビームを照射することにより、回転強度変調放射線治療などが行える。

このように、本実施形態によれば、２次元放射線検出器３０−１，３０−２により、陽電子放出核種位置をリアルタイムで検出し、放射線照射装置４０からの治療放射線の照射を制御する。これによって、大きく動く腫瘍に対し、追従して確実に治療放射線ビームを照射することができ、無駄な放射線照射を抑制することができる。

本実施形態では、分子イメージングに用いられているＦＤＧなどの薬剤を利用することができるため、ＰＥＴ診断において発見された小さな腫瘍であれば、追跡を行うことができる。特に、早期癌で腫瘍が小さい場合、金マーカを刺入する侵襲的手技のリスクが問われることも多く、低侵襲にて追跡が可能であることのメリットは大きい。

また、本実施形態では、腫瘍そのものをターゲットとして追跡できる他、ＰＥＴ装置のような再構成を行うことなく、腫瘍の位置を確認することもできるため、簡易的な腫瘍位置確認手法としても有効である。

１０ 治療台、１２ 患者、１４ 腫瘍、３０ ２次元放射線検出器、３２ 核種位置検出部、３２ａ テーブル、３４ 制御部、４０ 放射線照射装置。

Claims (3)

1. 生体に対し治療放射線を照射して治療する放射線治療装置であって、
   照射される治療放射線を挟む方向において対向して配置され、陽電子放出核種から放出された陽電子が消滅する際に発生される一対の消滅γ線についてその入射２次元位置をそれぞれ検出する一対の２次元放射線検出器と、
   この一対の２次元放射線検出器により検出した一対の位置を結ぶ直線上で、陽電子放出核種位置を検出する核種位置検出部であって、前記直線と、前記治療放射線の照射位置に応じて決定される関心平面と、が交差する点に陽電子放出核種があると仮定し、時系列の陽電子放出核種位置が形成する分布が、前記関心平面上において所定の範囲内にあるときに、前記陽電子放出核種が前記関心平面上にあることを検出する、核種位置検出部と、
   前記関心平面上の陽電子放出核種位置に向けて治療放射線を照射する放射線照射装置と、
   を含むことを特徴と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、
   前記核種位置検出部は、時系列で検出される陽電子放出核種位置について、その移動距離または移動速度が所定以下のものに限定して位置検出を行うことを特徴とする放射線治療装置。
3. 請求項１または２に記載の放射線治療装置において、
   前記核種位置検出部において、検出した陽電子放出核種位置が前記放射線照射装置による放射線の照射範囲内である場合に、前記放射線照射装置による治療放射線の照射を行うことを特徴とする放射線治療装置。

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