JP5610441B2 - 放射線治療システム - Google Patents

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Description

本発明は、肺や肝臓などの呼吸性移動臓器に対しても高精度に放射線を照射することができる放射線治療システムに関する。
がんの放射線治療においては、がんに対する効果的な治療、放射線の効率的な利用、正常組織が被曝することによる副作用の低減などの観点から、放射線の照射位置を高精度に特定することが重要である。しかしながら、肺や肝臓などの呼吸性移動臓器は、呼吸によって移動するので、これらの臓器に発生したがんの位置特定は容易ではない。そのため、従来から、患者の体内のがん組織の周辺に金属マーカーを埋め込むことで透視画像のコントラストを高めることにより、放射線の照射位置を特定することが行われている（例えば特許文献１）。しかしながら、この方法は侵襲的であるので、患者に負担を強いることになる。従って、金属マーカーを患者の体内に埋め込むことなく高精度に放射線の照射位置を特定する方法が求められている。
特開２０００−１６７０７２号公報
そこで本発明は、画像認識を行いやすくするための金属マーカーを体内に埋め込むといった患者に対する侵襲的な方法を採用することなく、肺や肝臓などの呼吸性移動臓器に対しても高精度に放射線を照射することができる放射線治療システムを提供することを目的とする。
本発明者らは上記の点に鑑みて鋭意研究を重ねた結果、金属マーカーを用いないことによる透視画像のコントラストの不足に起因する放射線の照射位置の特定の困難性を、体表面の動き情報で補完することで解消できることを見出した。
上記の知見に基づいてなされた本発明の放射線治療システムは、請求項１記載の通り、予め取得された患者の治療目標位置を包含する領域のテンプレート画像を基に、治療時に取得される治療目標位置を検出するための透視Ｘ線画像の各フレーム内をパターンマッチング処理することで得られる治療目標位置情報が、テンプレート画像に基づく治療目標位置情報に対して所定の誤差範囲内にあり、かつ、体外情報としての体表面の動き情報に基づいて設定した治療用放射線の照射タイミングである際、治療用放射線を照射するための信号を生成せしめ、これ以外の際は照射を停止するための信号を生成せしめることで、これらの信号に基づいて治療用放射線の照射の制御を行うことを特徴とする。
また、請求項２記載の放射線治療システムは、請求項１記載の放射線治療システムにおいて、テンプレート画像が透視Ｘ線画像であることを特徴とする。
また、請求項３記載の放射線治療システムは、請求項１記載の放射線治療システムにおいて、テンプレート画像がコンピュータ断層画像から算出されたデジタル再構成画像であることを特徴とする。
また、請求項４記載の放射線治療システムは、請求項１記載の放射線治療システムにおいて、体表面の動き情報として呼吸位相情報を採用し、予め定めた所定の呼吸位相時を治療用放射線の照射タイミングとして設定することを特徴とする。
また、請求項５記載の放射線治療システムは、請求項４記載の放射線治療システムにおいて、呼気時を治療用放射線の照射タイミングとして設定することを特徴とする。
また、請求項６記載の放射線治療システムは、請求項１記載の放射線治療システムにおいて、予め取得された患者の治療目標位置以外の参照位置を包含する領域のテンプレート画像を基に、治療時に取得される当該参照位置を検出するための透視Ｘ線画像の各フレーム内をパターンマッチング処理することで得られる当該参照位置情報が、テンプレート画像に基づく当該参照位置情報に対して所定の誤差範囲内にあることを、治療用放射線を照射するための信号を生成せしめる必要条件として付加することを特徴とする。
また、請求項７記載の放射線治療システムは、請求項１記載の放射線治療システムにおいて、体表面の動き情報に基づいて設定した治療用放射線の照射タイミングである際、透視Ｘ線画像取得用Ｘ線を照射するための信号を生成せしめ、これ以外の際は照射を停止するための信号を生成せしめることで、これらの信号に基づいて透視Ｘ線画像取得用Ｘ線の照射の制御を行うことを特徴とする。
本発明によれば、画像認識を行いやすくするための金属マーカーを体内に埋め込むといった患者に対する侵襲的な方法を採用することなく、肺や肝臓などの呼吸性移動臓器に対しても高精度に放射線を照射することができる放射線治療システムを提供することができる。
本発明の放射線治療システムの一例の概念図である。 治療時におけるリアルタイムでデータ処理されたコンピュータ画面上の表示の一例である。
Ａ リアルタイムの肺の透視Ｘ線画像
Ｂ 呼吸位相信号
Ｃ パターンマッチング処理により検出された治療目標位置情報
Ｄ 加速器へのゲート信号の生成パターン
１ テンプレート画像に基づく治療目標位置情報
２ パターンマッチング処理することで最適と判定された治療目標位置情報
３ 同、頭尾方向の位置情報
４ 同、左右方向の位置情報
本発明の放射線治療システムは、予め取得された患者の治療目標位置を包含する領域のテンプレート画像を基に、治療時に取得される治療目標位置を検出するための透視Ｘ線画像の各フレーム内をパターンマッチング処理することで得られる治療目標位置情報が、テンプレート画像に基づく治療目標位置情報に対して所定の誤差範囲内にあり、かつ、体表面の動き情報に基づいて設定した治療用放射線の照射タイミングである際、治療用放射線を照射するための信号を生成せしめ、これ以外の際は照射を停止するための信号を生成せしめることで、これらの信号に基づいて治療用放射線の照射の制御を行うことを特徴とするものである。
治療時のパターンマッチング処理によって得られるがん病巣などの治療目標位置情報に、体表面の動き情報を組み合わせて治療用放射線（Ｘ線や陽子線など）の照射の制御を行い、治療時のパターンマッチング処理によって得られる治療目標位置情報がテンプレート画像に基づく治療目標位置情報に対して所定の誤差範囲内にあり、かつ、体表面の動き情報に基づいて設定した治療用放射線の照射タイミングである場合にのみ治療用放射線を照射する信号が生成されるようにプログラミングすることで、例えば金属マーカーを用いないことによる透視Ｘ線画像のコントラストの不足に起因して、治療時のパターンマッチング処理によって得られる治療目標位置情報が本当はテンプレート画像に基づく治療目標位置情報に対して所定の誤差範囲内にないにもかかわらず誤差範囲内にあると判定された場合であっても、体表面の動き情報に基づいて定めた治療用放射線の照射タイミングでなければ治療用放射線の照射が行われないようにすることにより、治療目標位置に対して高精度に放射線を照射することができる。
体表面の動き情報としては呼吸位相情報を採用することが望ましい。呼吸波形は一般に吸気時よりも呼気時の方が安定しているので、呼気時を治療用放射線の照射タイミングとして設定することにより、肺や肝臓などの呼吸性移動臓器に対しても高精度に治療用放射線を照射することができる。しかしながら、治療用放射線の照射タイミングは呼気時に制約されるものではない。体表面の動き情報の取得方法は特段限定されるものではないが、精度および信頼性が高い治療用放射線の照射制御を行うためには、例えばレーザー距離計や歪みセンサーなどの体外に設置したセンサーを利用して体外情報として取得することが望ましい。
図１は、本発明の放射線治療システム（例えば陽子線治療システム）の一例の概念図である。この放射線治療システムは、基本構成として、治療用放射線照射装置（既存のリニアックなどであってよい）、治療目標位置を検出するためのＸ線透視装置、呼吸位相情報を取得するためのレーザー距離計、コントロールシステムからなる。治療を行う際、リアルタイムでガントリー内部の患者用ベッド上の患者の透視Ｘ線画像が取得されるとともに、レーザー距離計によって呼吸位相情報が取得され、コントロールシステムにおいて、取得された透視Ｘ線画像は、予め取得された患者の治療目標位置を包含する領域のテンプレート画像（例えば治療計画を策定する際に取得された透視Ｘ線画像やコンピュータ断層（ＣＴ）画像から算出されたデジタル再構成（ＤＲＲ）画像であってよい）を基に、各フレーム内でパターンマッチング処理されることで、治療目標位置情報がテンプレート画像に基づく治療目標位置情報に対して所定の誤差範囲内（例えば±２ｍｍの範囲内）にあるか否かが判定され、誤差範囲内にあると判定された場合に治療用放射線を照射するための信号（加速器へのゲート信号、以下同じ）を生成せしめる必要条件とされる。一方で、例えば、治療用放射線の照射タイミングの設定が、呼吸位相情報から判明する呼気時とされ、呼気時が治療用放射線を照射するための信号を生成せしめる必要条件とされる。そしてこれらの必要条件がともに充足された時に、治療用放射線を照射するための信号が生成されることで、患者に対して治療用放射線が照射される。このようにして治療用放射線の照射制御を行うことにより、肺や肝臓などの呼吸性移動臓器に対しても高精度に放射線を照射することが可能となり、患者の治療用放射線の総被爆量を低減することができる。なお、当然のことながら、治療時の患者の体位はテンプレート画像を取得した際の体位と可能な限り一致していることが望ましい。従って、治療を開始する際には、テレビモニターによる患者の見た目や画像比較に基づいて、その時点での患者の体位をテンプレート画像を取得した際の体位に合わせるべく、適宜、ベッドの位置調整を行うことが望ましい。また、患者を固定するためのマスク、マット、拘束帯などを使用してもよい。
図２は、治療時におけるリアルタイムでデータ処理されたコンピュータ画面上の表示の一例である。符号Ａはリアルタイムの肺の透視Ｘ線画像であり、符号１は予め取得された患者の治療目標位置を包含する領域のテンプレート画像に基づく治療目標位置情報を示し、符号２はテンプレート画像を基にリアルタイムの透視Ｘ線画像の各フレーム内をリアルタイムにパターンマッチング処理することで最適と判定された治療目標位置情報を示す。また、符号Ｂは呼吸位相信号であり、符号Ｃはリアルタイムのパターンマッチング処理により検出された治療目標位置情報である（符号３は頭尾方向を示し符号４は左右方向を示す）。符号Ｄは患者に対して治療用放射線を照射するための加速器へのゲート信号の生成パターンであり、符号Ｃにおいてリアルタイムの治療目標位置情報がテンプレート画像に基づく治療目標位置情報に対して頭尾方向、左右方向ともに所定の誤差範囲内にあり、かつ、符号Ｂから判明した呼気時に、信号が生成され、それ以外の時点では生成されないようにプログラミングされたものである。
なお、治療目標位置へのより高精度な放射線照射を実現するために、予め取得された患者の治療目標位置以外の参照位置を包含する領域のテンプレート画像を基に、治療時に取得される当該参照位置を検出するための透視Ｘ線画像の各フレーム内をパターンマッチング処理することで得られる当該参照位置情報が、テンプレート画像に基づく当該参照位置情報に対して所定の誤差範囲内にあることを、治療用放射線を照射するための信号を生成せしめる必要条件として付加してもよい。このような利用が可能な参照位置としては、横隔膜部位や任意の部位の骨構造を挙げることができる。
また、本発明においては、治療目標位置を検出するための透視Ｘ線画像の取得は、体表面の動き情報に基づいて設定した治療用放射線の照射タイミングでない際には行う必要がないということができる。従って、体表面の動き情報に基づいて設定した治療用放射線の照射タイミングである際、透視Ｘ線画像取得用Ｘ線を照射するための信号を生成せしめ、これ以外の際は照射を停止するための信号を生成せしめることで、これらの信号に基づいて透視Ｘ線画像取得用Ｘ線の照射の制御を行うようにしてもよい。このような制御は、図１に示したようなコントロールシステムから透視撮影用Ｘ線管への信号伝達により行うことができる。このように体表面の動き情報に基づいて設定した治療用放射線の照射タイミングに限定して透視Ｘ線画像を取得するようにすることにより、患者の透視Ｘ線画像取得用Ｘ線の総被曝量を低減することができる。
また、本発明の放射線治療システムは、金属マーカーの使用を妨げるものではなく、金属マーカーを使用すれば、治療目標位置に対してより高精度な放射線照射を行うことができる。
本発明は、肺や肝臓などの呼吸性移動臓器に対しても高精度に放射線を照射することができる放射線治療システムを提供することができる点において産業上の利用可能性を有する。

Claims (7)

  1. 予め取得された患者の治療目標位置を包含する領域のテンプレート画像を基に、治療時に取得される治療目標位置を検出するための透視Ｘ線画像の各フレーム内をパターンマッチング処理することで得られる治療目標位置情報が、テンプレート画像に基づく治療目標位置情報に対して所定の誤差範囲内にあり、かつ、体外情報としての体表面の動き情報に基づいて設定した治療用放射線の照射タイミングである際、治療用放射線を照射するための信号を生成せしめ、これ以外の際は照射を停止するための信号を生成せしめることで、これらの信号に基づいて治療用放射線の照射の制御を行うことを特徴とする放射線治療システム。
  2. テンプレート画像が透視Ｘ線画像であることを特徴とする請求項１記載の放射線治療システム。
  3. テンプレート画像がコンピュータ断層画像から算出されたデジタル再構成画像であることを特徴とする請求項１記載の放射線治療システム。
  4. 体表面の動き情報として呼吸位相情報を採用し、予め定めた所定の呼吸位相時を治療用放射線の照射タイミングとして設定することを特徴とする請求項１記載の放射線治療システム。
  5. 呼気時を治療用放射線の照射タイミングとして設定することを特徴とする請求項４記載の放射線治療システム。
  6. 予め取得された患者の治療目標位置以外の参照位置を包含する領域のテンプレート画像を基に、治療時に取得される当該参照位置を検出するための透視Ｘ線画像の各フレーム内をパターンマッチング処理することで得られる当該参照位置情報が、テンプレート画像に基づく当該参照位置情報に対して所定の誤差範囲内にあることを、治療用放射線を照射するための信号を生成せしめる必要条件として付加することを特徴とする請求項１記載の放射線治療システム。
  7. 体表面の動き情報に基づいて設定した治療用放射線の照射タイミングである際、透視Ｘ線画像取得用Ｘ線を照射するための信号を生成せしめ、これ以外の際は照射を停止するための信号を生成せしめることで、これらの信号に基づいて透視Ｘ線画像取得用Ｘ線の照射の制御を行うことを特徴とする請求項１記載の放射線治療システム。
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