JP6181459B2 - 放射線治療システム - Google Patents

Description

本発明は、標的の位置を認識して追跡するための動体追跡装置を備えた放射線治療システムに関する。

体内の標的に治療用放射線を照射する放射線治療において、体内の標的位置を認識するための動体追跡装置を用い、認識した標的位置に基づき治療用放射線を照射する放射線治療装置が、例えば特許文献１に記載されている。標的位置を認識する目的は、呼吸等による標的の動きがある場合においても、治療計画通りに標的に放射線を照射するためである。

動体追跡装置を用いた治療用放射線の照射方法には、標的位置が計画と一致した場合のみ照射を行う迎撃照射や、標的位置の移動に合わせて治療用放射線の向きを変える追尾照射がある。特許文献１は追尾照射の例である。いずれの場合においても、患者体内の線量分布を正しく再現するためには、標的位置だけでなく、周辺臓器も含めて患者（被検体）が正しく位置決めされている必要がある。これは、放射線の通過領域の物質が変化すると標的に届く線量が変化するためである。また、放射線を当てるべきでない危険臓器が放射線通過領域に入ることを避けるためである。

患者を正しく位置決めするためには、体内の標的や、放射線通過領域、及び危険臓器等の位置関係を把握することが必要であり、そのために３次元Ｘ線ＣＴ画像（コンピュータ断層画像）が用いられる。特許文献１には、放射線治療装置の回転支持装置に設置されたＸ線撮影装置を用いて撮影するコーンビームＣＴ装置を用いることが記載されている。

また、コーンビームＣＴにおいて、呼吸移動する標的や放射線通過領域、及び危険臓器の位置関係を精密に把握可能な画像を撮影するための技術として、特許文献２がある。特許文献２には、「円錐ビームＣＴスキャンを行い、患者の複数の平面的投射画像を得る手段と、複数の投射画像の各々における投射画像内の特徴を使用して投射画像の呼吸サイクルを決定する手段と、決定された呼吸サイクルに基づいて、呼吸相関技術を投射画像に直接的に適用する手段」と記載されている。

特許第３７４６７４７号公報 特許第４４９９０８７号公報

特許文献１に記載のようなコーンビームＣＴ装置での撮影は放射線治療装置の回転支持装置を用いて回転しながら撮影を行うので、一般的に１分あたり１回転程度であり、呼吸の周期、おおよそ３秒程度に比べて時間が掛かる。呼吸よりも長い周期で撮影された透視画像には、呼気や吸気の様々な状態の画像が含まれており、それら透視画像から３次元再構成したＣＴ画像は、様々な状態の平均的な画像となる。つまりぶれた状態で撮影される。この画像では、標的や放射線通過領域、及び危険臓器の位置関係を精密に把握することが困難であるため、位置決め用の画像としては不適である。

上記特許文献２の方法を用いると、呼吸に相関した投影画像を用いて画像再構成することにより、ある呼吸位相の範囲内のＣＴ画像を取得することができる。この位相範囲が十分小さければ、標的、放射線通過領域、及び危険臓器の移動が十分小さく抑えられたＣＴ画像となり、位置関係を精密に把握することが可能な画像となる。

しかしながら、特許文献２においては、透視画像内の特徴（例えば横隔膜の位置）を使用して透視画像の呼吸サイクルを決定しているため、上記の呼吸位相により限定された状態は必ずしも治療放射線が照射される状態（治療状態）と一致しない。例えば迎撃照射においては、標的が特定の位置にあるときのみ治療ビームが照射されるが、標的が特定の位置にあることと、特定の呼吸位相にあることとは必ずしも一致しない。

よって、特許文献２の技術では、放射線治療の患者の位置決めにおいて必要とされる、治療放射線が照射される状態での標的や放射線通過領域、及び危険臓器の位置関係を把握可能な画像を取得することができず、その結果、治療計画通りの精密な患者位置決めを行うことができないという問題がある。

本発明の目的は、放射線治療の患者位置決めにおいて必要とされる、治療放射線照射状態での標的や放射線通過領域、及び危険臓器の位置関係を把握可能な画像を取得することができる放射線治療システムを提供することである。

本発明は、上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。
本発明は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、被検体を支持するベッドと、ベッドを取り囲む回転支持装置と、回転支持装置に取り付けられた治療放射線照射装置と、被検体内の標的の位置が動体追跡治療の治療放射線照射条件を満たすときに被検体に放射線を照射するよう治療放射線照射装置を制御する治療放射線制御装置とを備える放射線治療システムにおいて、回転支持装置に取り付けられ、回転しながら複数の方向から被検体にＸ線を照射しＸ線撮影するＸ線撮影装置と、Ｘ線撮影装置によって取得したＸ線画像から被検体内の標的の３次元位置を認識する標的認識装置と、Ｘ線撮影装置によって取得したＸ線画像の中から、標的認識装置によって認識した標的の位置が動体追跡治療の治療放射線照射条件を満たす画像を選択して画像再構成を行い、第１コーンビームＣＴ画像を生成する第１ＣＴ画像生成装置とを備え、前記Ｘ線撮影装置と前記標的認識装置は、前記動体追跡治療のためのＸ線撮影装置と標的認識装置を兼ねており、前記治療放射線制御装置は、前記標的認識装置によって認識した標的の位置に基づいて動体追跡治療の放射線を照射することを特徴とする。
また、本発明は、被検体を支持するベッドと、ベッドを取り囲む回転支持装置と、回転支持装置に取り付けられた治療放射線照射装置と、被検体内の標的の位置が動体追跡治療の治療放射線照射条件を満たすときに被検体に放射線を照射するよう治療放射線照射装置を制御する治療放射線制御装置とを備える放射線治療システムにおいて、回転支持装置に取り付けられ、回転しながら複数の方向から被検体にＸ線を照射しＸ線撮影するＸ線撮影装置と、Ｘ線撮影装置によって取得したＸ線画像から被検体内の標的の３次元位置を認識する標的認識装置と、Ｘ線撮影装置によって取得したＸ線画像の中から、標的認識装置によって認識した標的の位置が動体追跡治療の治療放射線照射条件を満たす画像を選択して画像再構成を行い、第１コーンビームＣＴ画像を生成する第１ＣＴ画像生成装置とを備え、前記被検体は、被検体表面上のマーキング或いは前記Ｘ線撮影装置で透視したマーカの位置を用いて前記ベッドに事前に粗位置決めされており、前記Ｘ線撮影装置は前記粗位置決めされた被検体のＸ線画像を取得すことを特徴とする。

このようにＸ線撮影装置によって取得したＸ線画像の中から、標的認識装置によって認識した標的の位置が動体追跡治療の治療放射線照射条件を満たす画像を選択して第１コーンビームＣＴ画像を生成することにより、治療放射線照射状態の被検体を３次元ＣＴ画像化（可視化）することができ、これにより放射線治療の患者位置決めにおいて必要とされる、治療放射線照射状態での標的や放射線通過領域、及び危険臓器の位置関係を把握可能な画像を取得することができる。
また、精密な患者の位置決めをした後、動体追跡治療を行う際に、同じ治療放射線照射条件に基づいて動体追跡治療を行うため、精度の良い動体追跡治療が可能となる。

また、本発明は、前記治療放射線照射条件を複数の位置に対して設定し、標的位置が各々の条件を満たす画像を選択して再構成した複数の第１コーンビームCT画像を生成する点にも特徴がある。

これにより、標的の移動に対する複数の状態において標的や放射線通過領域、及び危険臓器の位置関係を把握可能な画像を取得することができる。

これにより精密な患者の位置決めをした後、動体追跡治療を行う際に、同じ治療放射線照射条件に基づいて動体追跡治療を行うため、精度の良い動体追跡治療が可能となる。

また、本発明は、Ｘ線撮影装置によって取得したＸ線画像から、画像の選択をせずに、全画像を用いて画像再構成を行い、第２コーンビームＣＴ画像を生成する第２ＣＴ画像生成装置と、第２コーンビームＣＴ画像と治療計画時の画像を比較して被検体の位置ずれ量を求める第１被検体位置ずれ量決定装置と、第１被検体位置ずれ量決定装置によって求められた被検体の位置ずれ量に基づいて標的認識装置によって認識した標的の位置を補正する第１標的位置補正装置とを更に備え、第１ＣＴ画像生成装置は、Ｘ線撮影装置によって取得したＸ線画像の中から、第１標的位置補正装置によって補正された標的の位置が動体追跡治療の治療放射線照射条件を満たす画像を選択して画像再構成を行い、第１コーンビームＣＴ画像を生成する点にも特徴がある。

これにより治療状態の被検体のコーンビームＣＴ撮影だけでなく、コーンビームＣＴ撮影前の被検体の粗位置決めをソフト上（演算処理）で行うことが可能となり、被検体表面上のマーキング或いはＸ線撮影装置で透視したマーカの位置などを用いて行う従来のコーンビームＣＴ撮影前の粗位置決めと比較して高精度な位置決めが可能となる。

本発明によれば、治療放射線照射状態の被検体を３次元ＣＴ画像化することができるため、治療放射線照射状態での標的や放射線通過領域、及び危険臓器の位置関係を把握可能な画像を取得することができ、治療計画通りの精密な患者位置決めが可能となる。

また、本発明によれば、精密な患者の位置決めをした後、動体追跡治療を行う際に、同じ治療放射線照射条件に基づいて動体追跡治療を行うため、精度の良い動体追跡治療が可能となる。

また、本発明によれば、治療状態の被検体のコーンビームＣＴ撮影だけでなく、コーンビームＣＴ撮影前の被検体の粗位置決めをソフト上（演算処理）で行うことが可能となり、被検体表面上のマーキング或いはＸ線撮影装置で透視したマーカの位置などを用いて行う従来のコーンビームＣＴ撮影前の粗位置決めと比較して高精度な位置決めが可能となる。

本発明の第１の実施形態における放射線治療システムの概略構成を示す図であって、コーンビームＣＴ撮影モードが選択され、放射線治療システムが患者位置決めシステムとして動作するときの状態を示す図である。 本発明の第１の実施形態における放射線治療システムの概略構成を示す図であって、動体追跡治療モードが選択され、放射線治療システムが動体追跡治療システムとして動作するときの状態を示す図である。 コーンビームＣＴ撮影モードが選択され、放射線治療システムが患者位置決めシステムとして動作するときの本発明の第１の実施形態における放射線治療システムの処理手順を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態における放射線治療システムの概略構成を示す図であって、コーンビームＣＴ撮影モードが選択され、放射線治療システムが患者位置決めシステムとして動作するときの状態を示す図である。 本発明の第２の実施形態における放射線治療システムの概略構成を示す図であって、動体追跡治療モードが選択され、放射線治療システムが動体追跡治療システムとして動作するときの状態を示す図である。 コーンビームＣＴ撮影モードが選択され、放射線治療システムが患者位置決めシステムとして動作するときの本発明の第１の実施形態における放射線治療システムの処理手順を示すフローチャートである。 迎撃照射における治療放射線照射条件を示す図である。 追尾照射における治療放射線照射条件を示す図である。

＜第１の実施形態＞
本発明の第１の実施形態を図１Ａ、図１Ｂ、図２、図５Ａ及び図５Ｂを用いて説明する。

図１Ａ及び図１Ｂは、本実施形態における放射線治療システムの概略構成を示す図であり、図１ＡはコーンビームＣＴ撮影モードが選択され、放射線治療システムが患者位置決めシステムとして動作するときの状態を示し、図１Ｂは動体追跡治療モードが選択され、放射線治療システムが動体追跡治療システムとして動作するときの状態を示している。

本実施形態の放射線治療システムは、被検体（患者）１を支持するベッド３と、ベッド３を取り囲む回転支持装置７と、回転支持装置７と一体に回転するよう回転支持装置７に取り付けられたＸ線撮影装置４５と、回転支持装置７と一体に回転するよう回転支持装置７に取り付けられた治療放射線照射装置８と、ベッド２を駆動するベッド駆動装置２０とを備えている。

また、放射線治療システムは、上記各機器の制御手段として、標的認識装置９と、治療放射線照射判定装置１０と、投影画像選択装置１１と、画像再構成装置１２と、回転支持装置制御装置１３と、Ｘ線撮影制御装置１４と、治療放射線制御装置１５と、患者位置決め装置２１（被検体位置決め装置）と、ベッド制御装置２２と、モード切替装置２５とを備えている。

Ｘ線撮影装置４５は、回転支持装置７と一体に回転するよう回転支持装置７に取り付けられ、ベッド３上の被検体１内の標的２を２方向からＸ線撮影する２対のＸ線管４ａ，４ｂ及びＸ線検出器５ａ，５ｂを有している。Ｘ線管４ａ，４ｂは、Ｘ線撮影制御装置１４により発信された撮影信号に基づきそれぞれコーンビーム状のＸ線６ａ，６ｂを照射し、このコーンビーム状のＸ線６ａ，６ｂは被検体１を通過して各々Ｘ線検出器５ａ、５ｂで検出され、Ｘ線検出器５ａ、５ｂはＸ線の通過量に基づきＸ線透視画像を生成する。生成された２枚の画像は標的認識装置９に送信される。

Ｘ線撮影装置４５は、治療時の動体追跡に用いられるのに加え、治療開始時の患者位置決め用コーンビームＣＴ撮影にも用いられる。モード切替装置２５は、Ｘ線撮影装置４５の制御を動体追跡治療モードとコーンビームＣＴ撮影モードに変更するために設けられている。モード切替装置２５によってモードが切り替えられると、モード信号が標的認識装置９、治療放射線照射判定装置１０、回転支持装置制御装置１３、Ｘ線撮影制御装置１４に通信され、制御が切り替えられる。

モード切替装置２５によってコーンビームＣＴ撮影モードが選択された場合には、回転支持装置制御装置１３から回転支持装置７に回転信号が送られ、Ｘ線撮影装置４５（Ｘ線管４ａ，４ｂ及びＸ線検出器５ａ，５ｂ）を回転させる。Ｘ線撮影装置４５は、回転しながら間欠的又は連続的にＸ線撮影を行うことで、被検体１の多方向からの（回転支持装置７の多数の角度位置での）２方向のＸ線透視画像を取得する。また、Ｘ線撮影装置４５は、画像の撮影ごとに回転支持装置７の角度を記録し、Ｘ線透視がどの方向から撮影されたものかを判別可能とする。

標的認識装置９は、Ｘ線撮影装置４５から送信された２枚の画像（２方向の画像）から標的投影位置を認識し、標的投影位置から逆投影計算により、標的２の３次元位置（３次元座標値）を求める。標的２の認識には、あらかじめ設定された標的２のＸ線透視画像をテンプレートとして、透視画像から類似領域を探索する、テンプレートマッチング（画像認識処理）が用いられる。標的認識装置９は、求めた標的２の３次元位置情報を治療放射線照射判定装置１０に送信する。また、認識の終わったＸ線透視画像を投影画像選択装置１１に送信する。

治療放射線照射判定装置１０と投影画像選択装置１１と画像再構成装置１２は、Ｘ線撮影装置４５によって取得したＸ線画像の中から、標的認識装置９によって認識した標的の位置が動体追跡治療の治療放射線照射条件を満たす画像を選択して画像再構成を行い、第１コーンビームＣＴ画像を生成する第１ＣＴ画像生成装置として機能するものである。以下に、その詳細を説明する。

治療放射線照射判定装置１０は、送信された標的位置が予め設定された治療放射線照射条件を満たすかどうかを判定する。この治療放射線照射条件は、動体追跡治療モードの動体追跡治療が迎撃照射である場合は、迎撃照射の照射許可領域であり、追尾照射である場合は、追尾照射の照射許可領域である。これらの動体追跡治療において、治療放射線照射条件は例えば治療計画時の標的位置から±２ｍｍの範囲というように設定される。なお、コーンビームＣＴ撮影モードにおいては、被検体１はあらかじめ、治療放射線照射状態に粗く位置決めされている必要がある。この位置決めには、公知の如く、体表のマーキングや、上記Ｘ線撮影装置４５で透視したマーカの位置などを用いる。治療放射線照射判定装置１０は判定結果を投影画像選択装置１１に送信する。

投影画像選択装置１１は、治療放射線照射判定装置１０により治療放射線照射条件を満たすと判定された画像を選択し、選択された画像のみを画像再構成装置１２に送信する。画像再構成装置１２は送信された画像を再構成して治療放射線照射状態（以下適宜治療状態という）のコーンビームＣＴ画像を生成する。治療状態のコーンビームＣＴ画像は患者位置決め装置２１に送信される。

患者位置決め装置２１とベッド制御装置２２は、上記第１ＣＴ画像生成装置（治療放射線照射判定装置１０と投影画像選択装置１１と画像再構成装置１２）によって生成された第１コーンビームＣＴ画像に写り込んだ標的と治療計画時の画像に写り込んだ標的の位置ずれ量を計測し、この位置ずれ量に基づいてベッド３を移動して被検体１の位置決めを行う被検体位置決め制御装置である。

更に詳しく説明すると、患者位置決め装置２１は、治療状態のコーンビームＣＴ画像と治療計画時のＣＴ画像とを表示画面に表示する。オペレータ（例えば医師又は診療放射線技師）は、それぞれの画像に写った標的２の位置を比較して、標的２の位置が一致しているかどうかを確認する。標的２の位置が一致している場合或いは位置ずれが微少である場合は、治療照射に移行する。標的２の位置が一致していない場合は、両者の位置ずれ量を計測する。オペレータは患者位置決め装置２１を操作して、計測された位置ずれ量をベッド制御装置２２に送信する。ベッド制御装置２２はベッド駆動装置２０の計測された位置ずれ量を修正するための制御量を計算し、この制御量をベッド駆動装置２０に出力する。ベッド駆動装置２０はその制御量に基づいてベッドを移動させ、標的２を計画された位置に配置する。なお、位置ずれ量の計測は患者位置決め装置２１がパターンマッチング等により行ってもよい。この場合、計測された位置ずれ量はベッド制御装置２２に自動的に送信されることが好ましい。

モード切替装置２５によって動体追跡治療モードが選択された場合には、回転支持装置７を固定した状態でＸ線撮影装置４５が２方向からＸ線撮影を行うことで、被検体１のＸ線透視画像を取得し、標的認識装置９は、Ｘ線撮影装置から送信された２枚の画像から標的投影位置を認識する。治療放射線照射判定装置１０は、送信された標的位置が予め設定された治療放射線照射条件を満たすかどうかを判定し、判定結果を治療放射線制御装置１５に送信する。治療放射線制御装置１５はその判定結果に基づき治療放射線照射装置を制御し、制御された治療放射線が治療放射線照射装置８から被検体１に照射される。

次に、コーンビームＣＴ撮影モードが選択された場合の本実施形態の処理手順を、図２を用いて説明する。図２は、上述した標的認識装置９、治療放射線照射判定装置１０、投影画像選択装置１１、画像再構成装置１２、回転支持装置制御装置１３、Ｘ線撮影制御装置１４、患者位置決め装置２１、ベッド制御装置２２の処理内容を表すフローチャートである。

まず、ステップ９０において、オペレータの指示によりモード切替装置２５によってコーンビームＣＴ撮影モードを選択する。

その後、ステップ１００に進み、オペレータの指示により回転支持装置７の回転及びＸ線撮像装置の２方向のＸ線撮影を開始する。撮影されたＸ線透視画像は標的認識装置９に送信される。

その後、ステップ１１０に進み、標的認識装置９は、送信されたＸ線透視画像から標的位置を認識する。認識はあらかじめ設定された標的２のＸ線透視画像をテンプレートとした、テンプレートマッチングで探索するため自動で行われる。標的認識装置９は、各々の画像で認識された標的位置から３次元逆投影により、標的２の３次元位置を算出し、この位置情報を治療放射線照射判定装置１０と投影画像選択装置１１に送信する。ここで、テンプレートマッチングでの類似度があらかじめ設定された閾値よりも低い場合や、３次元逆投影での共通垂線長の長さがあらかじめ設定された閾値よりも低い場合には、認識を失敗とし、撮影された画像を破棄して以降のステップには進まず、次に撮影された画像の処理に移る。

その後、ステップ１２０に進み、治療放射線照射判定装置１０は、送信された標的２の３次元位置があらかじめ設定された治療放射線照射条件を満たすか判定し、判定結果を投影画像選択装置１１に送信する。

その後、ステップ１３０に進み、投影画像選択装置１１は治療放射線照射条件を満たすと判定された画像を判別し、画像再構成装置１２に送信する。画像再構成装置１２は送信された画像を再構成し、コーンビームＣＴ画像を生成する。生成されたコーンビームＣＴ画像は患者位置決め装置２１に送信される。

その後、ステップ１４０に進み、患者位置決め装置２１は、治療状態のコーンビームＣＴ画像と治療計画時のＣＴ画像とを表示画面に表示し、標的２の位置が一致していない場合は、位置ずれ量を計測し、ベッド制御装置２２に送信する。ベッド制御装置２２はベッド駆動装置２０を制御してベッドを移動させ、標的２を計画された位置に配置する。

図５Ａ及び図５Ｂを用いて治療放射線照射条件について説明する。図５Ａは、迎撃照射における治療放射線照射条件を示す図であり、図５Ｂは、追尾照射における治療放射線照射条件を示す図である。

患部などの照射標的２が呼吸などで移動すると、予め計画した線量分布を形成することが難しくなる。このような場合に標的２に的確に放射線を照射し予め計画した線量分布を形成する照射方法として、動体追跡装置を用いた迎撃照射と追尾照射とがある。迎撃照射とは、標的２が予め決めた位置（出射許可領域）にある場合のみ照射を行う方法であり、追尾照射とは標的２の移動に合わせて治療用放射線の向きを変えて照射を行う方法である。追尾照射においても、標的２の照射方向手前に重要臓器、骨等がある位置に標的２が移動した場合は、放射線の照射を停止させる必要がある。

図５Ａにおいて、Ｌは治療計画時の標的２の軌跡であり、Ａは迎撃照射の照射許可領域である。照射許可領域Ａが治療放射線照射条件であり、標的２が照射許可領域Ａ内にあるときのみ放射線を照射する。本実施形態のコーンビームＣＴの撮影では、その照射許可領域Ａを用い、標的位置が照射許可領域Ａにある（治療放射線照射条件を満たす）画像を選択し、その画像のみを用いて画像再構成する。これにより照射許可領域Ａにおいて治療ビームを照射する状態（治療放射線照射状態）での患者を３次元ＣＴ画像化（可視化）することが可能となる。ここで照射許可領域は複数の領域に分かれて設定されても良く、各々の照射許可領域についてコーンビームCT画像を再構成してもよい。

追尾照射の場合は、治療計画において、撮影開始時から予め設定された時間間隔での標的２の軌跡Ｌに沿って標的位置を取得する。図５Ｂの黒丸が取得した標的位置であり、黒丸Ｐ１が治療計画での撮影開始時における標的位置、Ｐ２〜Ｐ６は、その後の軌跡Ｌに沿った標的位置である。次に、標的位置Ｐ１と標的位置Ｐ２の間で標的２の軌跡Ｌに予め設定された幅（例えば±２ｍｍ）を持たせた領域を設定し、これを照射許可領域Ａ１とする。以降、同様に照射許可領域Ａ２〜Ａ６を設定し、標的２が照射許可領域Ａ１に戻るまで続ける。

追尾照射では、標的２の移動に合わせて治療用放射線の向きを変えて照射を行う際、標的２が照射許可領域Ａ１〜Ａ６にある場合にのみ放射線の照射を行う。照射許可領域Ａ１〜Ａ６が治療放射線照射条件であり、本実施形態のコーンビームＣＴの撮影では、その照射許可領域Ａ１〜Ａ６を用い、標的位置が照射許可領域Ａ１〜Ａ６にある（治療放射線照射条件を満たす）画像を選択し、その画像のみを用いて画像再構成する。これにより照射許可領域Ａ１〜Ａ６において治療ビームを照射する状態（治療放射線照射状態）での患者を可視化することが可能となる。ここでは標的位置をP１〜Ｐ６としたが任意の数で分割してよい。また、照射許可領域A１〜A6を標的位置の数と同数としたが、任意の数に増減させてもよい。

以上のように本実施形態によれば、Ｘ線撮影装置４５によって取得したＸ線画像の中から、標的認識装置９によって認識した標的の位置が動体追跡治療の治療放射線照射条件を満たす画像を選択してコーンビームＣＴ画像（第１コーンビームＣＴ画像）を生成することにより、治療放射線照射状態の被検体１を３次元ＣＴ画像化（可視化）することができ、これにより放射線治療の患者位置決めにおいて必要とされる、治療放射線照射状態での標的や放射線通過領域、及び危険臓器の位置関係を把握可能な画像を取得することができる。また、その結果、治療計画通りの精密な患者位置決めが可能となり、精度の良い動体追跡治療が可能となる。

なお、上述した実施形態では、標的認識装置９が標的２を認識するとき、直接的に標的２を画像から画像認識処理により探索する例について説明したが、標的２の近傍に代替マーカを刺入し、この刺入された代替マーカを用いて代替マーカの位置から標的位置を推定してもよい。代替マーカとしては金の球形マーカが用いられる。球形の場合、任意の方向への投影像が同一となるため、上記テンプレートマッチングにおいて、同一のテンプレートにより認識が可能となる。また、本実施形態において、２対のＸ線撮影装置を用いたが１対のＸ線撮影装置を用いてもよい。

＜第２の実施形態＞
本発明の第２の実施形態を、図３Ａ、図３Ｂ及び図４を用いて説明する。

図３Ａ及び図３Ｂは、本発明の第２の実施形態における放射線治療システムの概略構成を示す図であり、図３ＡはコーンビームＣＴ撮影モードが選択され、放射線治療システムが患者位置決めシステムとして動作するときの状態を示し、図３Ｂは動体追跡治療モードが選択され、放射線治療システムが動体追跡治療システムとして動作するときの状態を示している。

本実施形態では、治療状態の被検体のコーンビームＣＴ撮影だけでなく、コーンビームＣＴ撮影前の被検体の粗位置決めをソフト上（演算処理）で行うことを可能とした放射線治療システムの例である。

図３Ａ及び図３Ｂにおいて、本実施形態における放射線治療システムは、図１Ａ及び図１Ｂに示したシステム構成に加えて、全画像再構成装置１６（第２ＣＴ画像生成装置）、被検体位置ずれ判定装置１７（第１被検体位置ずれ量決定装置）及び標的位置変換装置１８（第１標的位置補正装置）を備えている。

モード切替装置２５によってコーンビームＣＴ撮影モードが選択されている場合には、第１の実施形態と同様に、回転支持装置７を回転させながら、２対のＸ線管４ａ，４ｂ及びＸ線検出器５ａ，５ｂにより２方向からベッド３上の被検体１内の標的２を撮影する。撮影された投影画像は標的認識装置９に送信されるとともに、全画像再構成装置１６にも送信される。

全画像再構成装置１６は送信された全ての画像を用いて画像再構成を行う。これにより被検体１の撮影中の動きが全て加算された全画像コーンビームＣＴ画像が得られる。全画像コーンビームＣＴ画像は被検体位置ずれ判定装置１７に送信される。

患者位置ずれ判定装置１７は、予め記録された参照画像を参照して、被検体の位置ずれ量を求める。参照画像には治療計画に用いるＣＴ画像等が用いられる。３次元の画像同士で高精度に位置決めが可能である。ただし、呼吸などで移動する臓器はぶれた状態なので、動きの少ない臓器、例えば骨構造などが参照される。これにより被検体の治療計画時の位置からのずれ量を求めることができる。求められたずれ量は標的位置変換装置１８に送信される。

標的位置変換装置１８は、標的認識装置９で得られた標的位置の座標値に患者位置ずれ判定装置１７で得られた被検体の位置ずれ量を加算することで、標的認識装置９で得られた標的位置の座標値を被検体を動かした後の座標値に変換する。これにより実際に患者を動かして再撮影することなく、コーンビームＣＴ画像を用いて精密に位置決めした被検体位置での標的位置が取得可能となる。変換された座標値は治療放射線照射判定装置１０に送信される。

治療放射線照射判定装置１０、投影画像選択装置１１、画像再構成装置１２は、第１の実施形態と同様に送信された標的位置を元に投影画像を選別し、画像再構成を行い、コーンビームＣＴ画像を生成する。患者位置決め装置２１及びベッド制御装置２２は、生成された治療状態のコーンビームＣＴ画像と治療計画時のＣＴ画像とに基づきベッド駆動装置２０を制御し、ベッドを移動させ、標的２を計画された位置に配置する。

上記のシステムにより、通常のコーンビームＣＴを用いた事前の被検体の粗位置決めと、精密な被検体位置決めのための治療状態のコーンビームＣＴ撮影の両方を１回のＸ線透視撮影で行うことができる。

すなわち、全画像再構成装置１６における全画像再構成により、オペレータの目視で被検体を粗位置決めした状態での３次元ＣＴ画像が得られる。この３次元ＣＴ画像を参照し、背骨などの動かない部位を基準として、治療計画位置とのずれ量を算出する。これが治療状態のコーンビームＣＴ撮影用の粗位置決めデータとなる。

ここで、実際に患者を移動させてＣＴ画像を撮り直せば、そのときの標的２の軌跡は治療計画時と一致するため、照射許可領域を元に治療時と一致する画像を選択して画像再構成を行うことが可能となる（第１の実施形態）。しかし、２回のＣＴ撮影は被曝量が増えるため望ましくない。よって、実際に患者を動かして撮り直すのではなく、治療計画位置とのずれ量でベッドを移動させた後の標的位置を求め、移動後の標的位置で照射許可領域に入っているかどうかの判断をする。標的２が照射許可領域に入っている画像で画像再構成を行う。最後に標的２が照射許可領域に入っている画像を用いて再構成した治療状態のコーンビームＣＴ画像を用いて、詳細な患者位置決めを行う。

このように本実施形態によれば、治療状態の被検体１のコーンビームＣＴ撮影だけでなく、コーンビームＣＴ撮影前の被検体２の粗位置決めをソフト上（演算処理）で行うことが可能となり、被検体表面上のマーキング或いはＸ線撮影装置で透視したマーカの位置などを用いて行う従来のコーンビームＣＴ撮影前の粗位置決めと比較して高精度な位置決めが可能となる。

また、上記の手順では、全画像コーンビームＣＴ画像を用いて被検体ずれ量を判定しているが、上記手順で得られた治療状態のコーンビームＣＴ画像を用いて、再度、被検体ずれ量を算出し直して、標的位置変換装置９に送信し、再度、治療状態のコーンビームＣＴ画を再構成し直してもよい。

この場合、制御の流れとして図３Ａに想像線で示す信号線２７が追加されることとなり、被検体位置ずれ判定装置１７は、第１ＣＴ画像生成装置（治療放射線照射判定装置１０と投影画像選択装置１１と画像再構成装置１２）によって生成された第１コーンビームＣＴ画像と治療計画時の画像を比較して被検体１の位置ずれ量を求める第２被検体位置ずれ量決定装置を構成し、標的位置変換装置１８は、第２被検体位置ずれ量決定装置によって求められた被検体１の位置ずれ量に基づいて標的認識装置９によって認識した標的の位置を補正する第２標的位置補正装置を構成し、第１ＣＴ画像生成装置（治療放射線照射判定装置１０と投影画像選択装置１１と画像再構成装置１２）は、Ｘ線撮影装置４５によって取得したＸ線画像の中から、第２標的位置補正装置によって補正された標的の位置が動体追跡治療の治療放射線照射条件を満たす画像を選択して画像再構成を行い、新たなコーンビームＣＴ画像を生成することとなる。このことにより、被検体３全体がより治療状態に近い状態でのコーンビームＣＴ画像の作成が可能となる（後述）。

モード切替装置２５によって動体追跡治療モードが選択された場合の動作は、図３Ｂに示すとおり、図１Ｂに示した第１の実施形態と同じである。

次に、コーンビームＣＴ撮影モードが選択された場合の本実施形態の処理手順を、図４を用いて説明する。図４は、上述した標的認識装置９、治療放射線照射判定装置１０、投影画像選択装置１１、画像再構成装置１２、回転支持装置制御装置１３、Ｘ線撮影制御装置１４、患者位置決め装置２１、ベッド制御装置２２、全画像再構成装置１６、被検体位置ずれ判定装置１７及び標的位置変換装置１８の処理内容を表すフローチャートである。

第１の実施形態の処理手順を示す図２のフローチャートにおいて、ステップ１００の後に、全画像再構成像を生成するステップ１０５、全画像再構成像を用いて被検体位置ずれ量を算出するステップ１０６が追加される。また、ステップ１０６で算出された被検体のずれ量を元にステップ１１０で認識された標的位置を被検体ずれ量を補正した後の座標値に変換するステップ１１５が追加される。変換された標的位置を元に第１の実施形態と同様にステップ１２０，１３０，１４０により治療状態のコーンビームＣＴ画像が生成され、精密な被検体の位置決めを行う。

上述したように、ステップ１３０において生成された治療状態のコーンビームＣＴ画像を元にステップ１０６の被検体位置ずれ量の算出からやり直してもよい。これがステップ１３０からステップ１０６に戻る符号１５０で示すループである。

最初の被検体の位置ずれ量の算出（粗位置決め）では、３次元再構成されたＣＴ画像を用いたため、呼吸移動する臓器はぶれており、動かない背骨等の部位を基準として位置ずれ量を算出した。しかし、ステップ１３０で得られた治療状態のコーンビームＣＴ画像は全ての臓器でぶれがないため、より高精度に被検体の位置ずれ量を算出（粗位置決め
）できる。粗位置決め位置がより治療計画に一致すれば、標的２が照射許可領域に入っているかの判断がより正確になる。よって、より高精度な治療状態のコーンビームＣＴ画像が得られ、このコーンビームＣＴ画像を用いてより詳細な患者位置決めを行うことができる。

１ 被検体
２ 標的
３ ベッド
４ａ，４ｂ Ｘ線管
５ａ，５ｂ Ｘ線検出器
６ａ，６ｂ Ｘ線
７ 回転支持装置
８ 治療放射線照射装置
９ 標的認識装置（第１ＣＴ画像生成装置）
１０ 治療放射線照射判定装置（第１ＣＴ画像生成装置）
１１ 投影画像選択装置（第１ＣＴ画像生成装置）
１２ 画像再構成装置
１３ 回転支持装置制御装置
１４ Ｘ線撮影制御装置
１５ 治療放射線制御装置
１６ 全画像再構成装置（第２ＣＴ画像生成装置）
１７ 被検体位置ずれ判定装置（第１被検体位置ずれ量決定装置）
１８ 標的位置変換装置（第１標的位置補正装置）
２０ ベッド駆動装置
２１ 患者位置決め装置（被検体位置決め制御装置）
２２ ベッド制御装置（被検体位置決め制御装置）
２５ モード切替装置

Claims (8)

1. 被検体を支持するベッドと、
   前記ベッドを取り囲む回転支持装置と、
   前記回転支持装置に取り付けられた治療放射線照射装置と、
   前記被検体内の標的の位置が動体追跡治療の治療放射線照射条件を満たすときに前記被検体に放射線を照射するよう前記治療放射線照射装置を制御する治療放射線制御装置とを備える放射線治療システムにおいて、
   前記回転支持装置に取り付けられ、回転しながら複数の方向から前記被検体にＸ線を照射しＸ線撮影するＸ線撮影装置と、
   前記Ｘ線撮影装置によって取得したＸ線画像から前記被検体内の標的の３次元位置を認識する標的認識装置と、
   前記Ｘ線撮影装置によって取得したＸ線画像の中から、前記標的認識装置によって認識した標的の位置が前記動体追跡治療の治療放射線照射条件を満たす画像を選択して画像再構成を行い、第１コーンビームＣＴ画像を生成する第１ＣＴ画像生成装置とを備え、
   前記Ｘ線撮影装置と前記標的認識装置は、前記動体追跡治療のためのＸ線撮影装置と標的認識装置を兼ねており、
   前記治療放射線制御装置は、前記標的認識装置によって認識した標的の位置に基づいて動体追跡治療の放射線を照射することを特徴とする放射線治療システム。
2. 被検体を支持するベッドと、
   前記ベッドを取り囲む回転支持装置と、
   前記回転支持装置に取り付けられた治療放射線照射装置と、
   前記被検体内の標的の位置が動体追跡治療の治療放射線照射条件を満たすときに前記被検体に放射線を照射するよう前記治療放射線照射装置を制御する治療放射線制御装置とを備える放射線治療システムにおいて、
   前記回転支持装置に取り付けられ、回転しながら複数の方向から前記被検体にＸ線を照射しＸ線撮影するＸ線撮影装置と、
   前記Ｘ線撮影装置によって取得したＸ線画像から前記被検体内の標的の３次元位置を認識する標的認識装置と、
   前記Ｘ線撮影装置によって取得したＸ線画像の中から、前記標的認識装置によって認識した標的の位置が前記動体追跡治療の治療放射線照射条件を満たす画像を選択して画像再構成を行い、第１コーンビームＣＴ画像を生成する第１ＣＴ画像生成装置とを備え、
   前記被検体は、被検体表面上のマーキング或いは前記Ｘ線撮影装置で透視したマーカの位置を用いて前記ベッドに事前に粗位置決めされており、
   前記Ｘ線撮影装置は前記粗位置決めされた被検体のＸ線画像を取得することを特徴とする放射線治療システム。
3. 請求項１又は２に記載の放射線治療システムにおいて、
   前記治療放射線照射条件を複数の位置に対して設定し、標的位置が各々の条件を満たす画像を選択して再構成した複数のコーンビームCT画像を生成することを特徴とする放射線治療システム。
4. 請求項１又は２に記載の放射線治療システムにおいて、
   前記第１ＣＴ画像生成装置によって生成された前記第１コーンビームＣＴ画像に写り込んだ標的と治療計画時の画像に写り込んだ標的の位置ずれ量を計測し、この位置ずれ量に基づいて前記ベッドを移動して被検体の位置決めを行う被検体位置決め制御装置を更に備えることを特徴とする放射線治療システム。
5. 請求項１又は２に記載の放射線治療システムにおいて、
   前記標的認識装置は、前記Ｘ線撮影装置よって取得したＸ線画像から画像認識処理によって、前記標的或いは前記標的近傍に設置した代替マーカを探索して前記標的の３次元座標を求めることを特徴とする放射線治療システム。
6. 請求項１又は２に記載の放射線治療システムにおいて、
   前記被検体は、被検体表面上のマーキング或いは前記Ｘ線撮影装置で透視したマーカの位置を用いて前記ベッドに事前に粗位置決めされており、
   前記Ｘ線撮影装置は前記粗位置決めされた被検体のＸ線画像を取得することを特徴とする放射線治療システム。
7. 請求項１又は２に記載の放射線治療システムにおいて、
   前記Ｘ線撮影装置によって取得したＸ線画像から、画像の選択をせずに、全画像を用いて画像再構成を行い、第２コーンビームＣＴ画像を生成する第２ＣＴ画像生成装置と、
   前記第２コーンビームＣＴ画像と治療計画時の画像を比較して前記被検体の位置ずれ量を求める第１被検体位置ずれ量決定装置と、
   前記第１被検体位置ずれ量決定装置によって求められた被検体の位置ずれ量に基づいて前記標的認識装置によって認識した標的の位置を補正する第１標的位置補正装置とを更に備え、
   前記第１ＣＴ画像生成装置は、
   前記Ｘ線撮影装置によって取得したＸ線画像の中から、前記第１標的位置補正装置によって補正された標的の位置が前記動体追跡治療の治療放射線照射条件を満たす画像を選択して画像再構成を行い、前記第１コーンビームＣＴ画像を生成することを特徴とする放射線治療システム。
8. 請求項１又は２に記載の放射線治療システムにおいて、
   前記第１ＣＴ画像生成装置によって生成された前記第１コーンビームＣＴ画像と治療計画時の画像を比較して前記被検体の位置ずれ量を求める第２被検体位置ずれ量決定装置と、
   前記第２被検体位置ずれ量決定装置によって求められた被検体の位置ずれ量に基づいて前記標的認識装置によって認識した標的の位置を補正する第２標的位置補正装置とを更に備え、
   前記第１ＣＴ画像生成装置は、
   前記Ｘ線撮影装置によって取得したＸ線画像の中から、前記第２標的位置補正装置によって補正された標的の位置が前記動体追跡治療の治療放射線照射条件を満たす画像を選択して画像再構成を行い、新たなコーンビームＣＴ画像を生成することを特徴とする放射線治療システム。

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