JP5650836B2 - 放射線治療用動体追跡装置 - Google Patents

Description

この発明は、治療部位に放射線を照射するために、治療部位に関する動体をＸ線透視撮影により追跡する放射線治療用動体追跡装置に関する。

従来、動かない頭部を対象とした頭部の定位放射線治療が先ず開発され、次に、全身を対象として体幹部を固定した状態で治療部位の腫瘍も動かないと見なして放射線治療を行う体幹部の定位放射線治療が開発されてきた。しかし、全身を対象として体幹部を固定した状態で放射線治療を行う場合には、被検体に対して肉体的苦痛や精神的苦痛を強いることになる。また、体幹部を固定したとしても、治療部位の腫瘍が実際に動かずに定位置にあるとは限らない。

そこで、被検体の体表面にマーカを置いて、被検体の呼吸同期を利用して体表面に置かれたマーカを追跡して、呼吸により所定位置に来たとき（例えば呼期）に治療部位に放射線を照射して放射線治療を行う定位放射線治療が近年開発されてきている。しかし、体表面に置かれたマーカの動きと体内の腫瘍の動きとが必ずしも一致しない。

そこで、体内の腫瘍の近くにマーカを埋め込んで、そのマーカをＸ線透視撮影により追跡することにより、治療部位の腫瘍も追跡する放射線治療用動体追跡装置が近年開発されてきている。この放射線治療用動体追跡装置では、マーカが所定位置に来たときに治療部位に放射線を照射して放射線治療を行う（例えば、特許文献１参照）。

従来の放射線治療用動体追跡装置では、動体追跡を行うためのＸ線透視撮影として映像系を備え、映像系は、Ｘ線を照射するＸ線管およびそのＸ線を検出するＸ線検出器（例えばイメージインテンシファイアまたはフラットパネル型Ｘ線検出器）からなる。映像系によるＸ線透視撮影によって得られたＸ線画像に基づいて、マーカを追跡して、ひいては治療部位の腫瘍も追跡する。そして、放射線治療装置（例えばリニアックあるいはライナック）は、治療部位に放射線を照射して放射線治療を行う。

特許第３０５３３８９号公報

しかしながら、Ｘ線透視撮影を行うためにＸ線管からＸ線を照射すると、そのＸ線の照射と、放射線治療装置からの放射線の照射とが重複すると被検体に対して無駄な被曝が生じるという問題がある。また、無照射の無駄な時間が増えるという問題点もある。

この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、無駄な被曝をなくすことができる放射線治療用動体追跡装置を提供することを目的とする。

この発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。
すなわち、この発明に係る放射線治療用動体追跡装置は、放射線照射手段が治療部位に放射線を照射するために、前記治療部位に関する動体をＸ線透視撮影により追跡する放射線治療用動体追跡装置であって、前記Ｘ線透視撮影を行うためにＸ線を照射するＸ線管、および前記Ｘ線透視撮影を行うために前記Ｘ線を検出するＸ線検出手段からなる映像系と、前記Ｘ線の照射，前記Ｘ線の停止，前記放射線の照射および前記放射線の停止の少なくとも１つの、基準時間に対する予め設定された遅延時間に基づいて、前記Ｘ線の照射と前記放射線の照射とが重複しないように、前記Ｘ線の照射と前記放射線の照射または停止とのタイミング制御を行うタイミング制御手段を備えることを特徴とするものである。

［作用・効果］この発明に係る放射線治療用動体追跡装置によれば、（映像系のＸ線管からの）Ｘ線の照射，（Ｘ線管からの）Ｘ線の停止，（放射線照射手段からの）放射線の照射および（放射線照射手段からの）放射線の停止の少なくとも１つの、基準時間に対する予め設定された遅延時間に基づいて、Ｘ線の照射と放射線の照射とが重複しないように、Ｘ線の照射と放射線の照射または停止とのタイミング制御を行うタイミング制御手段を備えることで、（Ｘ線管からの）Ｘ線の照射と（放射線照射手段からの）放射線の照射とが重複しないようにタイミング制御手段はタイミング制御を行い、無駄な被曝をなくすことができる。

上述した発明において、タイミング制御手段は、基準時間に対して放射線照射手段からの放射線の照射停止が遅延する遅延時間だけ、放射線の照射停止を時間的に前にずらすのが好ましい。例えば、タイミング制御を行ったとしても、放射線照射手段から放射線の照射を停止し、直後にＸ線管からＸ線を照射しようとしたときに、放射線照射手段側の遅延により、放射線照射手段からの放射線の照射停止に間に合わずに、映像系のＸ線管からのＸ線の照射と、放射線照射手段からの放射線の照射とが重複する可能性がある。そこで、照射停止が遅延する遅延時間だけ、放射線の照射停止を時間的に前にずらすことで、重複照射時間をなくして、無駄な被曝をなくすことができる。

上述したこれらの発明において、タイミング制御手段は、基準時間に対して放射線照射手段からの放射線の照射開始が遅延する遅延時間だけ、放射線の照射開始を時間的に前にずらすのが好ましい。例えば、タイミング制御を行ったとしても、Ｘ線管からＸ線の照射を停止し、直後に放射線照射手段から放射線を照射しようとしたときに、放射線照射手段側の遅延により、放射線照射手段からの放射線の照射開始に間に合わずに、映像系のＸ線管からのＸ線の照射停止と、放射線照射手段からの放射線の照射停止とが重複して、無照射時間帯が生じる可能性がある。そこで、照射開始が遅延する遅延時間だけ、放射線の照射開始を時間的に前にずらすことで、無照射時間帯をなくすことができる。

上述した例では、放射線照射手段側の遅延について述べたが、映像系のＸ線管側の遅延についても同様にすればよい。
すなわち、上述したこれらの発明において、タイミング制御手段は、基準時間に対して映像系のＸ線管からのＸ線の照射停止が遅延する遅延時間だけ、Ｘ線の照射停止を時間的に前にずらすのが好ましい。
また、上述したこれらの発明において、タイミング制御手段は、基準時間に対して映像系のＸ線管からのＸ線の照射開始が遅延する遅延時間だけ、Ｘ線の照射開始を時間的に前にずらすのが好ましい。

この発明に係る放射線治療用動体追跡装置によれば、（映像系のＸ線管からの）Ｘ線の照射，（Ｘ線管からの）Ｘ線の停止，（放射線照射手段からの）放射線の照射および（放射線照射手段からの）放射線の停止の少なくとも１つの、基準時間に対する予め設定された遅延時間に基づいて、Ｘ線の照射と放射線の照射とが重複しないように、Ｘ線の照射と放射線の照射または停止とのタイミング制御を行うタイミング制御手段を備えることで、（Ｘ線管からの）Ｘ線の照射と（放射線照射手段からの）放射線の照射とが重複せずに、無駄な被曝をなくすことができる。

実施例に係る放射線治療用動体追跡装置の概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は右側面図である。 実施例に係る放射線治療用動体追跡装置のブロック図である。 同期クロック信号に対して遅延が生じずにタイミング制御を行ったときの理想的な各信号のタイミングチャートである。 （ａ）は、同期クロック信号に対して遅延が生じたときにタイミング制御を行ったときの各信号のタイミングチャート、（ｂ）は、遅延時間だけ時間的に前にずらして戻したときの各信号のタイミングチャートである。 （ａ）、（ｂ）は、変形例に係る各信号のタイミングチャートである。

以下、図面を参照してこの発明の実施例を説明する。
図１は、実施例に係る放射線治療用動体追跡装置の概略図であり、図２は、実施例に係る放射線治療用動体追跡装置のブロック図である。

図１に示すように、放射線治療用動体追跡装置は、映像系２（図１（ａ）の平面図を参照）を備え、放射線治療装置１と組み合わされて使用される。放射線治療装置１は、リニアックあるいはライナックと呼称される直線加速器タイプや、陽子線や炭素線などの粒子線装置タイプであり、Ｘ線や粒子線などの放射線を治療部位に照射する放射線源１１と、その放射線源１１を内部に有して図１（ｃ）に示すｙ軸心周りに図１（ｂ）に示す方向に回転可能なガントリ１２と、そのガントリ１２を支持して床面や壁面に配置される基台１３と、治療の対象となる被検体（図示省略）を載置するベッド１４とを備えている。ベッド１４は、鉛直方向に昇降可能な昇降台１４Ａと、その昇降台１４Ａに対して水平方向にスライド可能で、被検体を載置する天板１４Ｂとを備えている。放射線治療装置１は、この発明における放射線照射手段に相当し、映像系２は、この発明における映像系に相当する。

図１（ａ）の平面図に示すように、映像系２は、Ｘ線透視撮影を行うためにＸ線を照射するＸ線管２１と、Ｘ線透視撮影を行うためにＸ線を検出するＸ線検出器２２とを備えている。図１に示すように、Ｘ線管２１は、治療のアイソセンターに相当する腫瘍中心に向けてＸ線を照射し、Ｘ線検出器２２は、アイソセンターから通ったＸ線を検出する。なお、Ｘ線検出器２２については、イメージインテンシファイアやフラットパネル型Ｘ線検出器などに例示されるように、通常において用いられる検出器であれば、特に限定されない。Ｘ線管２１は、この発明におけるＸ線管に相当し、Ｘ線検出器２２は、この発明におけるＸ線検出手段に相当する。

図１では、映像系２（図１（ａ）の平面図を参照）を２セット分備えている。具体的には、２つのＸ線管２１を備えるとともに、２つのＸ線検出器２２を備えている。映像系２のセット数については特に限定されない。

その他に、放射線治療用動体追跡装置は、床面に配置された円形（図１（ａ）などの平面図を参照）の可動台座３１を備える場合があり、そのときはＸ線管２１を可動台座３１に載せて移動させる。また、放射線治療用動体追跡装置は、天井面に配置された円形（図１（ａ）の平面図を参照）などの可動台座４１を備える場合があり、そのときはＸ線検出器２２を可動台座４１に載せて移動させる。

その他に、図２に示すように、放射線治療動体追跡装置は、動体追跡を処理する動体追跡処理部５を備えている。動体追跡処理部５は、画像収集部５１とパターン認識部５２と腫瘍座標計算部５３と照射可能位置判断部５４と照射指示部５５とを備えている。

その他に、図２に示すように、放射線治療動体追跡装置は、映像系２を制御する同期コントローラ６を備えている。上述した動体追跡処理部５や同期コントローラ６は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）などで構成されている。同期コントローラ６は、映像系２のＸ線管２１（図１を参照）およびＸ線検出器２２（図１を参照）が互いに同期して動作するように制御する。特に、本実施例では、同期コントローラ６は、映像系２のＸ線管２１からのＸ線の照射と、放射線治療装置１の放射線源１１（図１を参照）からの放射線の照射または停止のタイミング制御を行うために、後述する図３や図４に示すように同期クロック信号を生成する。また、同期コントローラ６は、後述する遅延時間ｘ，ｙ，Ｘ，Ｙを設定して、遅延時間ｘ，ｙ，Ｘ，Ｙだけ時間的に前にずらして戻す制御を行う。同期コントローラ６は、この発明におけるタイミング制御手段に相当する。

動体追跡処理部５の画像収集部５１は、映像系２のＸ線管２１（図１を参照）から照射されてＸ線検出器２２（図１を参照）で検出されたＸ線に基づくＸ線透視撮影によって得られたＸ線画像を収集する。動体追跡処理部５のパターン認識部５２は、予め撮影されたマーカの画像情報と対象となるＸ線画像とのマッチングを行って、マッチング結果に基づいて当該対象となるＸ線画像にマーカが映り込んでいるか否かのパターン認識を行う。動体追跡処理部５の腫瘍座標計算部５３は、埋め込まれたマーカと腫瘍との位置関係に基づいて腫瘍の座標を演算により求める。動体追跡処理部５の照射可能位置判断部５４は、腫瘍の座標が所定位置（例えば呼期の位置）にあるか否かで照射可能位置を判断する。動体追跡処理部５の照射指示部５５は、腫瘍の座標が所定位置に来たとき（例えば呼期）に、放射線治療装置１の放射線源１１（図１を参照）から放射線を照射するコマンドを、同期コントローラ６を介して、放射線治療装置１に送り込む。

続いて、具体的なタイミング制御について、図３あるいは図４を参照して説明する。図３は、同期クロック信号に対して遅延が生じずにタイミング制御を行ったときの理想的な各信号のタイミングチャートであり、図４（ａ）は、同期クロック信号に対して遅延が生じたときにタイミング制御を行ったときの各信号のタイミングチャートであり、図４（ｂ）は、遅延時間だけ時間的に前にずらして戻したときの各信号のタイミングチャートである。

一番上の信号は、同期コントローラ６（図２を参照）から生成される同期クロック信号であり、上から二番目の信号は、映像系２のＸ線管２１（いずれも図１または図２を参照）からのＸ線の照射に関するＸ線照射信号であり、放射線治療装置１の放射線源１１（いずれも図１または図２を参照）からの放射線の照射を許可する許可信号である。同期クロック信号は、同じ周期Ａ毎に繰り返し生成され、Ｘ線照射信号や許可信号の各信号は、各同期クロック信号に同期してＯＦＦあるいはＯＮに移行する。

先ず、図３について説明する。図３に示すように、同期コントローラ６は、Ｘ線管２１からのＸ線の照射と、放射線治療装置１の放射線源１１からの放射線の照射または停止のタイミング制御を行うために同期クロック信号を生成する。

この同期クロック信号に同期して、Ｘ線照射信号はＯＦＦからＯＮに移行して、所定時間Ｂ経過後、再度ＯＦＦに移行する。したがって、Ｘ線管２１からのＸ線の照射は、このＸ線照射信号がＯＮの間でのみ可能である。一方、許可信号は同期クロック信号に同期してＯＮからＯＦＦに移行して、Ｘ線照射信号がＯＮの間の所定時間Ｂ経過後、再度ＯＮに移行する。したがって、この許可信号がＯＮの間で、動体追跡処理部５の照射指示部５５（いずれも図２を参照）から放射線を照射するコマンドが、同期コントローラ６を介して放射線治療装置１に送り込まれたら、放射線治療装置１の放射線源１１は放射線を照射する。逆に、当該コマンドが、同期コントローラ６を介して放射線治療装置１に送り込まれても、許可信号がＯＦＦの間では放射線治療装置１の放射線源１１は放射線を照射しない。

図３のように同期クロック信号に対して遅延が発生しない場合には、同期クロック信号に各信号が同期することで、Ｘ線管２１からのＸ線の照射と、放射線治療装置１の放射線源１１からの放射線の照射または停止のタイミング制御が行われる。一方、図３のようにタイミング制御を行ったとしても、図４（ａ）のように同期クロック信号に対して遅延が発生する場合には、図４（ｂ）のように遅延時間をそれぞれ設定する。

すなわち、図４（ａ）に示すように、同期クロック信号に対してＸ線照射信号がＯＮになるタイミングで遅延時間ｘ（すなわち、基準時間に対して映像系２のＸ線管２１の照射開始が遅延する遅延時間）が生じるとし、所定時間Ｂ後にＸ線照射信号がＯＦＦになるタイミングで遅延時間ｙ（すなわち、基準時間に対して映像系２のＸ線管２１の照射停止が遅延する遅延時間）がさらに生じるとする。

また、図４（ａ）に示すように、同期クロック信号に対して許可信号がＯＦＦになるタイミングで遅延時間Ｘ（すなわち、基準時間に対して放射線治療装置１の放射線源１１からの放射線の照射停止が遅延する遅延時間）が生じるとし、所定時間Ｂ後に許可信号がＯＮになるタイミングで遅延時間Ｙ（すなわち、基準時間に対して放射線治療装置１の放射線源１１からの放射線の照射開始が遅延する遅延時間）がさらに生じるとする。

そこで、予め、遅延時間ｘ，ｙ，Ｘ，Ｙをそれぞれ測定しておく。なお、各々の遅延時間ｘ，ｙ，、Ｘ，Ｙの測定については、複数回行って、それらの平均を求めてもよい。

このとき、放射線治療装置１の放射線源１１からの放射線の照射停止を、遅延時間Ｘだけ時間的に前にずらして戻して、放射線の照射開始を、遅延時間（Ｘ＋Ｙ）だけ時間的に前にずらして戻す。このように時間的に前にずらして戻すことで、同期クロック信号に同期して許可信号がＯＮからＯＦＦに移行し、ＯＦＦからＯＮに移行する。

同様に、映像系２のＸ線管２１からのＸ線の照射開始を、遅延時間ｘだけ時間的に前にずらして戻して、Ｘ線の照射停止を遅延時間（ｘ＋ｙ）だけ時間的に前にずらして戻す。このように時間的に前にずらして戻すことで、同期クロック信号に同期してＸ線照射信号がＯＦＦからＯＮに移行し、ＯＮからＯＦＦに移行する。

上述の構成を備えた本実施例に係る放射線治療用動体追跡装置によれば、映像系２のＸ線管２１からのＸ線の照射と、放射線治療装置１の放射線源１１からの放射線の照射または停止のタイミング制御を行う同期コントローラ６を備えることで、（Ｘ線管２１からの）Ｘ線の照射と（放射線源１１からの）放射線の照射とが重複しないように同期コントローラ６はタイミング制御を行い、無駄な被曝をなくすことができる。

本実施例では、好ましくは、基準時間（図４では同期クロック信号）に対して放射線治療装置１の放射線源１１からの放射線の照射停止が遅延する遅延時間Ｘを設定して制御し、遅延時間Ｘだけ時間的に前にずらして戻している。例えば、タイミング制御を行ったとしても、放射線治療装置１の放射線源１１から放射線の照射を停止し、直後にＸ線管２１からＸ線を照射しようとしたときに、放射線治療装置１側の遅延により、放射線治療装置１の放射線源１１からの放射線の照射停止に間に合わずに、映像系２のＸ線管２１からのＸ線の照射と、放射線治療装置１の放射線源１１からの放射線の照射とが重複する可能性がある。そこで、照射停止が遅延する遅延時間Ｘを設定し、放射線治療装置１の放射線源１１からの放射線の照射停止を遅延時間Ｘだけ時間的に前にずらして戻すことで、重複照射時間をなくして、無駄な被曝をなくすことができる。

本実施例では、好ましくは、基準時間（図４では所定時間Ｂ）に対して放射線治療装置１の放射線源１１からの放射線の照射開始が遅延する遅延時間Ｙを設定して制御し、合計で遅延時間（Ｘ＋Ｙ）だけ時間的に前にずらして戻している。例えば、タイミング制御を行ったとしても、Ｘ線管２１からＸ線の照射を停止し、直後に放射線治療装置１の放射線源１１から放射線を照射しようとしたときに、放射線治療装置１側の遅延により、放射線治療装置１の放射線源１１からの放射線の照射開始に間に合わずに、映像系２のＸ線管２１からのＸ線の照射停止と、放射線治療装置１の放射線源１１からの放射線の照射停止とが重複して、無照射時間帯が生じる可能性がある。そこで、照射開始が遅延する遅延時間Ｙを設定し、放射線治療装置１の放射線源１１からの放射線の照射開始を遅延時間Ｙだけ時間的に前にずらして戻すことで、無照射時間帯をなくすことができる。

映像系２のＸ線管２１側の遅延についても同様にすればよい。すなわち、基準時間（図４では所定時間Ｂ）に対して映像系２のＸ線管２１からのＸ線の照射停止が遅延する遅延時間ｙを設定し、合計で遅延時間（ｘ＋ｙ）だけ時間的に前にずらして戻している。また、基準時間（図４では同期クロック信号）に対して映像系２のＸ線管２１からのＸ線の照射開始が遅延する遅延時間ｘを設定し、遅延時間ｘだけ時間的に前にずらして戻している。

この発明は、上記実施形態に限られることはなく、下記のように変形実施することができる。

（１）上述した実施例では、タイミング制御に加えて、遅延時間ｘ，ｙ，、Ｘ，Ｙをそれぞれ設定したが、遅延が生じないのであれば、必ずしもこれらの遅延時間ｘ，ｙ，、Ｘ，Ｙをそれぞれ設定する必要はない。また、遅延時間ｘ，ｙ，、Ｘ，Ｙのうちの一部のみで遅延が生じるのであれば、全ての遅延時間ｘ，ｙ，、Ｘ，Ｙを設定する必要はない。

（２）上述した実施例では、放射線治療装置１側の遅延および映像系２のＸ線管２１側の遅延の両方について述べたが、いずれか一方で遅延が生じないのであれば、両方の遅延時間を設定する必要はない。

（３）上述した実施例では、基準時間を同期クロック信号あるいは所定時間Ｂとしたが、必ずしもこれらの時間に限定されない。例えば、図５（ａ）に示すように遅延が生じた場合においても、基準時間をＸ線照射信号がＯＮになったタイミングあるいは当該タイミングから所定時間Ｂ経過後とすることで、図５（ｂ）に示すように許可信号のＯＮ／ＯＦＦの移行、ＯＦＦ／ＯＮの移行を、Ｘ線照射信号を基準にしてＸ線照射信号に同期させることができる。図５では、同期クロック信号からは常に遅延時間ｘだけ遅延して、Ｘ線照射信号がＯＮに移行するが、許可信号がＸ線照射信号に同期しているので、問題なく課題を解決することができる。同様に、許可信号と比べてＸ線照射信号の方が、遅延が大きい場合には、Ｘ線照射信号のＯＦＦ／ＯＮの移行、ＯＮ／ＯＦＦの移行を、許可信号を基準にして許可信号に同期させることができる。

１ … 放射線治療装置
１１ … 放射線源
２ … 映像系
２１ … Ｘ線管
２２ … Ｘ線検出器
６ … 同期コントローラ
ｘ，ｙ，Ｘ，Ｙ … 遅延時間

Claims (5)

1. 放射線照射手段が治療部位に放射線を照射するために、前記治療部位に関する動体をＸ線透視撮影により追跡する放射線治療用動体追跡装置であって、
   前記Ｘ線透視撮影を行うためにＸ線を照射するＸ線管、および前記Ｘ線透視撮影を行うために前記Ｘ線を検出するＸ線検出手段からなる映像系と、
   前記Ｘ線の照射，前記Ｘ線の停止，前記放射線の照射および前記放射線の停止の少なくとも１つの、基準時間に対する予め設定された遅延時間に基づいて、前記Ｘ線の照射と前記放射線の照射とが重複しないように、前記Ｘ線の照射と前記放射線の照射または停止とのタイミング制御を行うタイミング制御手段とを備えること
   を特徴とする放射線治療用動体追跡装置。
2. 請求項１に記載の放射線治療用動体追跡装置において、
   前記タイミング制御手段は、前記基準時間に対して前記放射線照射手段からの前記放射線の照射停止が遅延する遅延時間だけ、前記放射線の照射停止を時間的に前にずらすことを特徴とする放射線治療用動体追跡装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の放射線治療用動体追跡装置において、
   前記タイミング制御手段は、前記基準時間に対して前記放射線照射手段からの前記放射線の照射開始が遅延する遅延時間だけ、前記放射線の照射開始を時間的に前にずらすことを特徴とする放射線治療用動体追跡装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の放射線治療用動体追跡装置において、
   前記タイミング制御手段は、前記基準時間に対して前記映像系の前記Ｘ線管からの前記Ｘ線の照射停止が遅延する遅延時間だけ、前記Ｘ線の照射停止を時間的に前にずらすことを特徴とする放射線治療用動体追跡装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の放射線治療用動体追跡装置において、
   前記タイミング制御手段は、前記基準時間に対して前記映像系の前記Ｘ線管からの前記Ｘ線の照射開始が遅延する遅延時間だけ、前記Ｘ線の照射開始を時間的に前にずらすことを特徴とする放射線治療用動体追跡装置。

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