JP6190302B2 - Biological function observation apparatus and radiation therapy system - Google Patents

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Description

本発明は、生体機能観測装置および放射線治療システムに関する。   The present invention relates to a biological function observation apparatus and a radiation therapy system.

生体内の癌を治療する方法として、外科的手術、化学療法、免疫療法および放射線治療がある。そのうち、放射線治療は、放射線を腫瘍に集中的に照射することで癌を治療する方法であり、原発部位の癌の根治が可能であると期待されている。放射線治療で用いられる放射線は、X線等の光子線、電子線、陽子線、中性子線およびイオン線などである。   Methods for treating cancer in vivo include surgery, chemotherapy, immunotherapy and radiation therapy. Among them, radiotherapy is a method for treating cancer by intensively irradiating the tumor with radiation, and is expected to be able to cure the cancer at the primary site. The radiation used in radiation therapy is a photon beam such as an X-ray, an electron beam, a proton beam, a neutron beam, and an ion beam.

これらのうち、陽子線およびイオン線などの放射線は、厚みのあるターゲットに照射したとき、エネルギー阻止能の関係で放射線が停止する寸前の領域で大きなエネルギーを損失する。その結果、その部分にブラッグピークと呼ばれる高い線量領域が形成される。腫瘍部分にそのピーク位置が集中するように放射線照射位置および入射エネルギーを調整することで、効果的な放射線治療を実現することができる。   Among these, radiations such as proton beams and ion beams lose a large amount of energy in a region immediately before the radiation stops due to the energy stopping power when irradiated to a thick target. As a result, a high dose region called a Bragg peak is formed in that portion. Effective radiation therapy can be realized by adjusting the radiation irradiation position and the incident energy so that the peak position is concentrated on the tumor portion.

仮に、腫瘍への放射線照射の線量が不足し、或いは、腫瘍の一部に放射線が照射されなかった場合には、癌治療が不完全なものとなり、癌が再発する可能性がある。また、仮に、腫瘍の周囲にある正常部位(特に重要臓器)に対して放射線を照射してしまうと、その正常部位に障害が発生する可能性がある。したがって、放射線治療において、腫瘍に対して必要な線量の放射線を照射することが重要であり、且つ、正常部位に対して放射線を照射しないことも重要である。   If the dose of radiation to the tumor is insufficient, or if a portion of the tumor is not irradiated, the cancer treatment may be incomplete and the cancer may recur. Also, if radiation is applied to a normal part (particularly an important organ) around the tumor, there is a possibility that a disorder occurs in the normal part. Therefore, in radiotherapy, it is important to irradiate a tumor with a necessary dose of radiation, and it is also important not to irradiate a normal site.

そこで、放射線治療において、腫瘍への線量集中性が高い放射線照射を高精度かつ安全に実施する為に、放射線照射に先立って、X線CT(Computed Tomography)等によって腫瘍の位置や形状を測定して、その測定結果に基づき放射線を照射する方向、数および線量を決定する放射線治療の計画を作成し、その後に、その治療計画に従って腫瘍に対し放射線を照射する。また、治療計画どおりに腫瘍に対し放射線が照射されたか否かを確認することも重要である。この確認の為には、生体における放射線照射領域(照射された放射線が大きなエネルギーを損失する領域)を可視化する必要がある。   Therefore, in radiotherapy, the position and shape of the tumor are measured by X-ray CT (Computed Tomography) etc. prior to radiation irradiation in order to carry out radiation irradiation with high dose concentration on the tumor with high accuracy and safety. Then, a radiation treatment plan is determined based on the measurement results to determine the direction, number and dose of radiation, and then the tumor is irradiated according to the treatment plan. It is also important to check whether the tumor has been exposed to radiation as planned. For this confirmation, it is necessary to visualize the radiation irradiation region (region where the irradiated radiation loses large energy) in the living body.

放射線照射領域を可視化する技術が特許文献1に記載されている。この文献に記載された放射線照射領域可視化技術は、生体への放射線照射により生じたポジトロン放出核から放出されたポジトロンと電子との対消滅により発生した消滅ガンマ線を検出し、この検出結果に基づいてポジトロン放出核の存在分布を求め、このポジトロン放出核の存在分布から放射線照射領域可視化画像を取得する。また、上記のような放射線照射領域可視化画像を、生体へ放射線を照射する度に取得する。そして、各々の放射線照射領域可視化画像に基づいて、または、放射線照射領域可視化画像の時間的変化に基づいて、腫瘍に対して放射線が的確に照射されたか否かを確認するものである。   Patent Document 1 describes a technique for visualizing a radiation irradiation region. The irradiation area visualization technique described in this document detects annihilation gamma rays generated by annihilation of positron and electrons emitted from positron emission nuclei generated by irradiation of living body, and based on this detection result The existence distribution of positron emission nuclei is obtained, and a radiation irradiation region visualization image is acquired from the existence distribution of positron emission nuclei. Further, the radiation irradiation region visualized image as described above is acquired every time the living body is irradiated with radiation. And based on each radiation irradiation area | region visualization image, or based on the time change of a radiation irradiation area | region visualization image, it is confirmed whether the radiation was correctly irradiated with respect to the tumor.

特開2014−18525号公報JP 2014-18525 A

しかしながら、本発明者は、放射線を照射すべき腫瘍に対して的確に照射が行われたか否かを確認するには特許文献1に記載された放射線照射領域可視化技術は充分ではないという問題点を見出した。すなわち、生体内においてポジトロン放出核が生成時からポジトロン放出時までに移動する場合がある。また、ポジトロン放出核の生成時からポジトロン放出時までの残留状態が生体の機能(細胞の交換や血液の流れ)に依って異なる。これらのことから、ポジトロン放出核の存在分布から取得される放射線照射領域可視化画像は、放射線を照射すべき腫瘍に対して的確に照射が行われたか否かを確認するには充分ではない。   However, the present inventor has a problem that the radiation irradiation region visualization technique described in Patent Document 1 is not sufficient to confirm whether or not the tumor to be irradiated with radiation has been accurately irradiated. I found it. That is, the positron emission nucleus may move in the living body from the generation to the positron emission. Further, the residual state from the generation of the positron emission nucleus to the time of positron emission differs depending on the function of the living body (cell exchange and blood flow). For these reasons, the radiation irradiation region visualization image acquired from the distribution of the presence of positron emitting nuclei is not sufficient to confirm whether or not the tumor to be irradiated has been properly irradiated.

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、放射線を照射された生体の機能を観測することにより腫瘍に対して的確に放射線照射が行われたか否かを確認することができる生体機能観測装置を提供することを目的とする。また、このような生体機能観測装置を備えて腫瘍に対して的確な放射線照射を行う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。   The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is possible to confirm whether or not radiation has been accurately applied to a tumor by observing the function of a living body irradiated with radiation. An object of the present invention is to provide a biological function observation apparatus that can perform such a function. It is another object of the present invention to provide a radiotherapy system that is equipped with such a biological function observation device and can perform accurate radiation irradiation on a tumor.

本発明の生体機能観測装置は、所定期間に亘る放射線照射により即発ガンマ線およびポジトロン放出核が発生した生体の機能を観測する装置であって、(1) 所定期間中に発生した即発ガンマ線を検出して、その検出結果に基づいてポジトロン放出核の発生分布を表す第1画像を取得する第1画像取得部と、(2) 所定期間後にポジトロン放出核から放出されたポジトロンと電子との対消滅により発生した消滅ガンマ線を検出して、その検出結果に基づいてポジトロン放出核の存在分布を表す第2画像を取得する第2画像取得部と、(3) 第1画像を基準としたときの第2画像の変化に基づいて生体内におけるポジトロン放出核の残留状態に基づく生体機能を求める機能観測部と、を備えることを特徴とする。   The biological function observation device of the present invention is an apparatus for observing the function of a living body in which prompt gamma rays and positron emission nuclei are generated by irradiation over a predetermined period, and (1) detects prompt gamma rays generated during a predetermined period. A first image acquisition unit for acquiring a first image representing a generation distribution of positron emission nuclei based on the detection result; and (2) by annihilation of a positron and an electron emitted from the positron emission nuclei after a predetermined period. A second image acquisition unit for detecting a generated annihilation gamma ray and acquiring a second image representing the presence distribution of positron emission nuclei based on the detection result; and (3) a second image based on the first image. And a function observation unit for obtaining a biological function based on a residual state of the positron emission nucleus in the living body based on a change in the image.

本発明の放射線治療システムは、所定期間に亘り生体へ放射線を照射して生体内に即発ガンマ線およびポジトロン放出核を発生させる放射線照射部と、放射線照射部により放射線を照射された生体の機能を観測する上記の本発明の生体機能観測装置と、を備えることを特徴とする。また、本発明の放射線治療システムは、生体機能観測装置により求められた生体機能に基づいて放射線照射部による生体への次回の放射線照射の線量分布を調整する制御部を更に備えるのが好適である。   The radiation therapy system of the present invention observes the function of a radiation irradiated unit that irradiates a living body with radiation for a predetermined period to generate prompt gamma rays and positron emitting nuclei in the living body, and the living body irradiated with radiation by the radiation irradiating unit. The biological function observation device of the present invention described above is provided. The radiotherapy system of the present invention preferably further includes a control unit that adjusts the dose distribution of the next radiation irradiation to the living body by the radiation irradiation unit based on the biological function obtained by the biological function observation device. .

本発明の生体機能観測装置は、放射線を照射された生体の機能を観測することにより、腫瘍に対して的確および最適に放射線照射が行われたか否かを確認することができる。また、本発明の放射線治療システムは、腫瘍に対して的確および最適な放射線照射を行うことができる。   The biological function observation apparatus of the present invention can confirm whether or not radiation irradiation has been performed accurately and optimally on a tumor by observing the function of a biological body irradiated with radiation. In addition, the radiation therapy system of the present invention can accurately and optimally perform radiation irradiation on a tumor.

第1実施形態の放射線治療システム1の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the radiotherapy system 1 of 1st Embodiment. 生体への放射線照射の積算線量と腫瘍内ポジトロン放出核の残留割合との関係の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the relationship between the integrated dose of the radiation irradiation to a biological body, and the residual ratio of the positron emission nucleus in a tumor. 第2実施形態の放射線治療システム2の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the radiotherapy system 2 of 2nd Embodiment.

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。本発明は、これらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. The present invention is not limited to these exemplifications, but is defined by the scope of the claims, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of the claims.

図1は、第1実施形態の放射線治療システム1の構成を示す図である。第1実施形態の放射線治療システム1は、第1検出部11a、第1処理部12、第2検出部21a,21b、第2処理部22、機能観測部30、放射線照射部40および制御部50を備える。これらのうち、第1検出部11a、第1処理部12、第2検出部21a,21b、第2処理部22および機能観測部30は、放射線照射部40による所定期間に亘る放射線照射により即発ガンマ線およびポジトロン放出核が発生した生体90の機能を観測する装置である。   FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a radiation therapy system 1 according to the first embodiment. The radiotherapy system 1 according to the first embodiment includes a first detection unit 11a, a first processing unit 12, second detection units 21a and 21b, a second processing unit 22, a function observation unit 30, a radiation irradiation unit 40, and a control unit 50. Is provided. Among these, the first detection unit 11a, the first processing unit 12, the second detection units 21a and 21b, the second processing unit 22, and the function observation unit 30 are prompt gamma rays by radiation irradiation for a predetermined period by the radiation irradiation unit 40. And an apparatus for observing the function of the living body 90 in which the positron emitting nucleus is generated.

放射線照射部40は、所定期間に亘って生体90に対して放射線を照射する。放射線治療で用いられる放射線は、X線等の光子線、電子線、陽子線、中性子線およびイオン線などである。X線等の光子線、電子線、陽子線、中性子線およびイオン線などが用いられる場合、生体90内に存在する標的原子核との間で原子核反応が生じる。生体90への放射線照射による原子核反応により、生体90内の放射線照射領域において即発ガンマ線γおよびポジトロン放出核が発生する。 The radiation irradiation unit 40 irradiates the living body 90 with radiation over a predetermined period. The radiation used in radiation therapy is a photon beam such as an X-ray, an electron beam, a proton beam, a neutron beam, and an ion beam. When a photon beam such as an X-ray, an electron beam, a proton beam, a neutron beam, or an ion beam is used, a nuclear reaction occurs with a target nucleus existing in the living body 90. Prompt gamma rays γ p and positron emission nuclei are generated in the radiation irradiation region in the living body 90 by a nuclear reaction caused by irradiation of the living body 90 with radiation.

例えば、生体90内にある標的原子核16Oに対して放射線が照射されると、主にエネルギー2.7MeVの即発ガンマ線などの発生やポジトロン放出核15Oが生成される。また、生体90内にある標的原子核16Oに対して放射線が照射されると、ポジトロン放出核14Oが生成されるとともに、エネルギー2.3MeVの即発ガンマ線が発生する。また、例えば、生体90内にある標的原子核12Cに対して放射線が照射されると、ポジトロン放出核10Cが生成されるとともに、エネルギー718keVの即発ガンマ線が発生する。即発ガンマ線は、放射線照射後10-15秒程で放射される。ポジトロン放出核は、その種類に応じた半減期を有し、β崩壊してポジトロンを放出する。その放出されたポジトロンは、近くに存在する電子と直ちに対消滅する。そして、その対消滅により、エネルギー511keVの1対の消滅ガンマ線γが発生する。その1対の消滅ガンマ線γの光子は、対消滅位置から互いに反対の方向に飛行する。 For example, when the target nucleus 16 O in the living body 90 is irradiated with radiation, generation of prompt gamma rays with energy of 2.7 MeV or positron emission nucleus 15 O is mainly generated. When the target nucleus 16 O in the living body 90 is irradiated with radiation, positron emission nucleus 14 O is generated and prompt gamma rays with energy of 2.3 MeV are generated. Further, for example, when the target nucleus 12 C in the living body 90 is irradiated with radiation, a positron emission nucleus 10 C is generated and prompt gamma rays with energy 718 keV are generated. Prompt gamma rays are emitted about 10-15 seconds after irradiation. A positron emitting nucleus has a half-life depending on its type, and decays β + to release a positron. The emitted positron immediately annihilates with nearby electrons. The pair annihilation generates a pair of annihilation gamma rays γa having an energy of 511 keV. Photon annihilation gamma gamma a of the pair, it flies in the opposite direction to each other from the annihilation position.

第1検出部11aおよび第1処理部12は、所定期間(照射線照射期間)中に発生した即発ガンマ線γを検出して、その検出結果に基づいてポジトロン放出核の発生分布を表す第1画像を取得する第1画像取得部を構成する。第1検出部11aは、即発ガンマ線γを検出して、その飛来方向とエネルギーを測定する。第1検出部11aとして例えばガンマカメラやコンプトンカメラが用いられる。第1検出部11aとして用いられるコンプトンカメラは、ガンマ線光子のコンプトン散乱位置および反跳電子のエネルギーや飛行方向を検出するとともに、散乱光子の吸収位置および光子エネルギーを検出することで、即発ガンマ線γの飛来方向を測定することができる。また、このコンプトンカメラは、コンプトン散乱位置で生じた反跳電子のエネルギーおよび飛行方向をも検出することができる電子飛跡検出型であるのが好適である。 First detector 11a and the first processing section 12 detects prompt gamma gamma p that occurred during a predetermined period (radiation irradiation period), the first representative of the occurrence distribution of positron emission nuclei based on the detection result The 1st image acquisition part which acquires an image is comprised. The 1st detection part 11a detects the prompt gamma ray (gamma) p , and measures the flight direction and energy. For example, a gamma camera or a Compton camera is used as the first detection unit 11a. The Compton camera used as the first detection unit 11a detects the Compton scattering position of the gamma ray photon, the recoil electron energy and the flight direction, and also detects the absorption position and photon energy of the scattered photon, thereby generating the prompt gamma ray γ p. Can be measured. The Compton camera is preferably an electron track detection type capable of detecting the energy of recoil electrons generated at the Compton scattering position and the flight direction.

第1処理部12は、第1検出部11aによる即発ガンマ線γ検出結果について所要の処理をして、生体90内の放射線照射領域におけるポジトロン放出核の発生分布を表す第1画像を取得する。この処理に際しては、放射線照射により発生する即発ガンマ線γとポジトロン放出核との間の物理相関関係が用いられる。 The first processing unit 12, the prompt gamma gamma p detection result by the first detecting portion 11a and the required processing to obtain a first image representing the occurrence distribution of positron-emitting nuclei in irradiated regions of the body 90. In this processing, a physical correlation between prompt gamma rays γ p generated by radiation irradiation and positron emission nuclei is used.

第2検出部21a,21bおよび第2処理部22は、所定期間(照射線照射期間)後にポジトロン放出核から放出されたポジトロンと電子との対消滅により発生した消滅ガンマ線γを検出して、その検出結果に基づいてポジトロン放出核の存在分布を表す第2画像を取得する第2画像取得部を構成する。第2検出部21a,21bおよび第2処理部22はPET(positron emission tomography)装置を構成している。検出部21a,21bそれぞれは、消滅ガンマ線γが入射するとシンチレーション光を発生するシンチレータと、そのシンチレーション光を検出する光検出器(例えば光電子増倍管)とを含み、消滅ガンマ線γの入射位置を検出することができる。検出部21aと検出部21bとは、生体90のうちの放射線照射領域を挟むように対向して配置されている。 Second detector 21a, 21b and the second processing unit 22 detects annihilation gamma-rays gamma a generated by annihilation of positrons and electrons emitted from the predetermined time period (radiation irradiation period) after the positron emission nuclei, A second image acquisition unit is configured to acquire a second image representing the presence distribution of positron emission nuclei based on the detection result. The second detection units 21a and 21b and the second processing unit 22 constitute a PET (positron emission tomography) apparatus. Detector 21a, 21b, respectively, a scintillator for generating scintillation light when annihilation gamma rays gamma a is incident includes the light detector for detecting the scintillation light and the (e.g. photomultiplier tubes), the incident position of the annihilation gamma-rays gamma a Can be detected. The detection unit 21a and the detection unit 21b are arranged to face each other so as to sandwich the radiation irradiation region of the living body 90.

第2処理部22は、検出部21a,21bによる消滅ガンマ線γ検出結果に基づいて所要の処理をして、生体90内のポジトロン放出核の存在分布を表す第2画像を取得する。この処理に際しては、検出部21a,21bが検出したガンマ線がエネルギー511keVの消滅ガンマ線γであるか否かが判断され、また、検出部21a,21bが1対の消滅ガンマ線γを同時検出したか否かが判断されて、その判断結果に基づいて、消滅ガンマ線γの発生分布の画像が取得される。この消滅ガンマ線γの発生分布の画像から、ポジトロン放出核の存在分布を表す第2画像が取得される。 The second processing unit 22, detecting unit 21a, and the required processing on the basis of the annihilation gamma ray gamma a detection result by 21b, and acquires the second image representing the existence distribution of positron-emitting nuclei in vivo 90. During this process, the detection unit 21a, 21b is gamma rays detected is judged whether the annihilation gamma-rays gamma a energy 511keV are also detecting unit 21a, 21b is simultaneously detected the annihilation gamma rays gamma a pair 1 whether it is determined, based on the determination result, the image of the occurrence distribution of annihilation gamma-rays gamma a is obtained. From the image of the generation distribution of the annihilation gamma rays γa, a second image representing the existence distribution of positron emission nuclei is acquired.

ポジトロン放出核の存在分布を表す第2画像は、照射線照射期間後に取得される。この第2画像は、照射線照射期間の直後から一定期間に亘って取得されてもよいし、照射線照射期間後に或る時間だけ経過してから一定期間に亘って取得されてもよいし、また、照射線照射期間後に断続的に繰り返して取得されてもよい。   A second image representing the presence distribution of positron emission nuclei is acquired after the irradiation period. The second image may be acquired over a certain period immediately after the irradiation irradiation period, or may be acquired over a certain period after a certain time has elapsed after the irradiation irradiation period, Moreover, you may acquire repeatedly repeatedly intermittently after an irradiation line irradiation period.

機能観測部30は、第1画像を基準としたときの第2画像の変化に基づいて生体90内におけるポジトロン放出核の残留状態を求め、このポジトロン放出核の残留状態から生体機能を求める。第1画像は、生体90への放射線照射により直ちに生じた即発ガンマ線の検出結果に基づくものであり、生体90内の放射線照射領域におけるポジトロン放出核の発生分布を表す。第2画像は、生体90への放射線照射の後にポジトロン放出核から放出されたポジトロンと電子との対消滅により発生した消滅ガンマ線の検出結果に基づくものであり、その消滅ガンマ線発生時におけるポジトロン放出核の存在分布を表す。それ故、第1画像を基準としたときの第2画像の変化は、生体90内におけるポジトロン放出核の残留状態を表している。   The function observation unit 30 obtains the residual state of the positron emission nucleus in the living body 90 based on the change in the second image when the first image is used as a reference, and obtains the biological function from the residual state of the positron emission nucleus. The first image is based on the detection result of prompt gamma rays immediately generated by radiation irradiation on the living body 90, and represents the generation distribution of positron emission nuclei in the radiation irradiation region in the living body 90. The second image is based on the detection result of the annihilation gamma ray generated by the annihilation of the positron and the electron emitted from the positron emission nucleus after irradiation of the living body 90, and the positron emission nucleus at the time of the generation of the annihilation gamma ray. Represents the existence distribution of. Therefore, the change in the second image when the first image is used as a reference represents the residual state of the positron emission nucleus in the living body 90.

生体90内におけるポジトロン放出核の残留状態は、生体の機能(細胞の交換や血液の流れ)に依って異なる。すなわち、細胞の交換や血液の流れが盛んである場合、放射線照射により生じたポジトロン放出核は、時間の経過とともに発生位置から移動してしまう。逆に、細胞の交換や血液の流れが滞っている場合、放射線照射により生じたポジトロン放出核は、時間が経過しても発生位置に留まり、或いは、時間の経過による移動が僅かなものとなる。このことから、機能観測部30は、第1画像を基準としたときの第2画像の変化に基づいて生体90内におけるポジトロン放出核の残留状態を求め、このポジトロン放出核の残留状態から生体機能を求めることができる。   The residual state of the positron emitting nucleus in the living body 90 varies depending on the function of the living body (cell exchange and blood flow). That is, when cell exchange and blood flow are active, positron emission nuclei generated by radiation irradiation move from the generation position with the passage of time. Conversely, when cell exchange or blood flow is stagnant, the positron-emitting nuclei generated by radiation irradiation remain at the generation position even if time passes, or movement due to passage of time becomes slight. . From this, the function observation unit 30 obtains the residual state of the positron emission nucleus in the living body 90 based on the change of the second image when the first image is used as a reference, and the biological function is determined from the residual state of the positron emission nucleus. Can be requested.

図2は、生体への放射線照射の積算線量と腫瘍内で生成されたポジトロン放出核の残留割合との関係の一例を示すグラフである。生体への放射線照射は1日当り一定の線量とした。横軸は放射線照射の積算線量を示し、これは時間の経過と等価である。縦軸は、初日の放射線照射の後に測定した腫瘍内ポジトロン放出核の量を基準として、各日の放射線照射の後に測定した腫瘍内ポジトロン放出核の量の割合を示している。この図に示されるように、日々放射線治療を進めるに従って、放射線照射に生じた腫瘍内ポジトロン放出核の移動は盛んになり、生体の機能(細胞の交換や血液の流れ)が活発になることが確認された。   FIG. 2 is a graph showing an example of the relationship between the cumulative dose of radiation irradiation to the living body and the residual ratio of positron-emitting nuclei generated in the tumor. The living body was irradiated with a constant dose per day. The horizontal axis shows the cumulative dose of radiation exposure, which is equivalent to the passage of time. The vertical axis represents the ratio of the amount of intra-tumor positron-emitting nuclei measured after each day of irradiation, based on the amount of intra-tumor positron-emitting nuclei measured after irradiation on the first day. As shown in this figure, as the radiotherapy progresses daily, the movement of intranuclear positron-emitting nuclei caused by irradiation increases, and the functions of the living body (cell exchange and blood flow) may become active. confirmed.

図1に示される本実施形態の放射線治療システム1は、放射線を照射された生体90の機能を観測する上記のような生体機能観測装置に加えて、放射線照射部40および制御部50を備える。放射線照射部40は、所定期間に亘り生体90へ放射線を照射して生体内に即発ガンマ線およびポジトロン放出核を発生させる。例えば、放射線が陽子線である場合、放射線照射部40は、陽子線加速器により所定のエネルギー(数百MeV)とされた陽子線を入力し、生体90内の所望領域が放射線照射領域となるように陽子線の線量分布を調整して、その調整後の陽子線を生体90に照射する。制御部50は、放射線照射部40による生体90への放射線照射を制御する。特に、制御部50は、生体機能観測装置により求められた生体機能に基づいて放射線照射部40による生体90への次回の放射線照射の線量分布を調整する。   The radiotherapy system 1 of this embodiment shown in FIG. 1 includes a radiation irradiation unit 40 and a control unit 50 in addition to the above-described biological function observation device that observes the function of the living body 90 irradiated with radiation. The radiation irradiation unit 40 irradiates the living body 90 with radiation for a predetermined period to generate prompt gamma rays and positron emission nuclei in the living body. For example, when the radiation is a proton beam, the radiation irradiation unit 40 inputs a proton beam having a predetermined energy (several hundred MeV) by a proton beam accelerator so that a desired region in the living body 90 becomes a radiation irradiation region. Then, the dose distribution of the proton beam is adjusted, and the living body 90 is irradiated with the adjusted proton beam. The control unit 50 controls radiation irradiation to the living body 90 by the radiation irradiation unit 40. In particular, the control unit 50 adjusts the dose distribution of the next radiation irradiation to the living body 90 by the radiation irradiation unit 40 based on the biological function obtained by the biological function observation device.

本実施形態の放射線治療システム1は以下のように用いられる。初めに、治療対象の生体90における腫瘍の位置や形状がX線CT等によって測定され、その測定結果に基づいて放射線治療の計画が制御部50により作成される。この放射線治療計画は、別に設けられた治療計画作成装置により作成されてもよい。その後に、その治療計画に従って制御部50による制御の下、放射線照射部40から生体90に対し放射線が照射される。このときの放射線照射領域が計画どおりであったか否かは、第1検出部11aおよび第1処理部12により即発ガンマ線γ検出結果に基づいて取得されるポジトロン放出核の発生分布を表す第1画像により確認され得る。また、生体90の機能は、機能観測部30により第1画像を基準としたときの第2画像の変化に基づいて得られる生体90内におけるポジトロン放出核の残留状態から確認され得る。 The radiation therapy system 1 of this embodiment is used as follows. First, the position and shape of the tumor in the living body 90 to be treated are measured by X-ray CT or the like, and a radiotherapy plan is created by the control unit 50 based on the measurement result. This radiation treatment plan may be created by a treatment plan creation device provided separately. Thereafter, radiation is irradiated from the radiation irradiation unit 40 to the living body 90 under the control of the control unit 50 according to the treatment plan. Whether radiation region at this time was as planned, the first image representing an occurrence distribution of positron-emitting nuclei is obtained based on the first detector 11a and the prompt gamma gamma p detection result by the first processing section 12 Can be confirmed. In addition, the function of the living body 90 can be confirmed from the residual state of the positron emitting nuclei in the living body 90 obtained by the function observation unit 30 based on the change in the second image when the first image is used as a reference.

これらの確認の結果、放射線照射領域が計画と異なっていた場合や、放射線照射により生体90の機能が変化して放射線照射領域を変更する必要がある場合には、放射線照射部40による生体90への次回の放射線照射の線量分布が制御部50により調整され、次回の放射線照射の際には、その調整後の放射線が放射線照射部40から生体90に対し照射される。このように、本実施形態では、放射線を照射された生体90の機能を観測することにより、腫瘍に対して的確に放射線照射が行われたか否かを確認することができる。また、腫瘍に対して的確な放射線照射を行うことができる。   As a result of these confirmations, when the radiation irradiation area is different from the plan, or when the function of the living body 90 changes due to radiation irradiation and the radiation irradiation area needs to be changed, the irradiation section 40 moves to the living body 90. The dose distribution of the next radiation irradiation is adjusted by the control unit 50, and the radiation after the adjustment is irradiated from the radiation irradiation unit 40 to the living body 90 at the next radiation irradiation. As described above, in the present embodiment, it is possible to confirm whether or not the radiation has been accurately applied to the tumor by observing the function of the living body 90 irradiated with the radiation. In addition, accurate irradiation can be performed on the tumor.

図3は、第2実施形態の放射線治療システム2の構成を示す図である。第2実施形態の放射線治療システム2は、第1検出部11a,11b、第1処理部12、第2検出部21a〜21d、第2処理部22、機能観測部30、放射線照射部40および制御部50を備える。これらのうち、第1検出部11a,11b、第1処理部12、第2検出部21a〜21d、第2処理部22および機能観測部30は、放射線照射部40による所定期間に亘る放射線照射により即発ガンマ線およびポジトロン放出核が発生した生体90の機能を観測する装置である。   FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of the radiation therapy system 2 according to the second embodiment. The radiotherapy system 2 of 2nd Embodiment is 1st detection part 11a, 11b, 1st process part 12, 2nd detection part 21a-21d, 2nd process part 22, function observation part 30, radiation irradiation part 40, and control. Part 50 is provided. Among these, the 1st detection part 11a, 11b, the 1st process part 12, the 2nd detection part 21a-21d, the 2nd process part 22, and the function observation part 30 are the radiation irradiation over the predetermined period by the radiation irradiation part 40. This is an apparatus for observing the function of the living body 90 in which prompt gamma rays and positron emitting nuclei are generated.

本実施形態では、即発ガンマ線γの検出結果に基づいてポジトロン放出核の発生分布を表す第1画像を取得する第1画像取得部は、第1検出部11a,11bおよび第1処理部12により構成される。検出部11a,11bそれぞれとして例えばガンマカメラやコンプトンカメラが用いられ、また、コンプトンカメラの中でも電子飛跡検出型のものが用いられるのが好適である。検出部11aと検出部11bとは、生体90のうちの放射線照射領域を挟むように対向して配置されてもよいが、互いに異なる方向から放射線照射領域を臨むように配置されるのが好ましい。第1処理部12は、第1検出部11a、1bそれぞれによる即発ガンマ線γ検出結果について所要の処理をして、生体90内の放射線照射領域におけるポジトロン放出核の発生分布を表す第1画像を取得する。 In the present embodiment, the first image acquisition unit that acquires the first image representing the generation distribution of the positron emission nuclei based on the detection result of the prompt gamma ray γ p is the first detection unit 11a, 11b and the first processing unit 12. Composed. For example, a gamma camera or a Compton camera is used as each of the detection units 11a and 11b, and it is preferable to use an electronic track detection type among the Compton cameras. Although the detection part 11a and the detection part 11b may be arrange | positioned so that the radiation irradiation area | region of the biological body 90 may be pinched | interposed, it is preferable to arrange | position so that a radiation irradiation area | region may be faced from a mutually different direction. The first processing section 12, first detector 11a, 1b for prompt gamma gamma p detection result by each of the required processing, the first image representing an occurrence distribution of positron-emitting nuclei in irradiated regions of the body 90 get.

また、本実施形態では、ポジトロン放出核から放出されたポジトロンと電子との対消滅により発生した消滅ガンマ線γの検出結果に基づいてポジトロン放出核の存在分布を表す第2画像を取得する第2画像取得部は、第2検出部21a〜21dおよび第2処理部22により構成される。第2検出部21a〜21dおよび第2処理部22はPET装置を構成している。検出部21a〜21dそれぞれは、消滅ガンマ線γが入射するとシンチレーション光を発生するシンチレータと、そのシンチレーション光を検出する光検出器(例えば光電子増倍管)とを含み、消滅ガンマ線γの入射位置を検出することができる。検出部21aと検出部21bとは、生体90のうちの放射線照射領域を挟むように対向して配置されている。検出部21cと検出部21dとは、放射線照射領域を挟むように対向して配置されている。第2処理部22は、検出部21a〜21dによる消滅ガンマ線γ検出結果に基づいて所要の処理をして、生体90内のポジトロン放出核の存在分布を表す第2画像を取得する。 Further, in this embodiment, the obtaining the second image representing the existence distribution of positron emission nuclei based on annihilation gamma gamma a detection result generated by annihilation of positrons and electrons emitted from the positron emission nuclei 2 The image acquisition unit includes second detection units 21 a to 21 d and a second processing unit 22. The second detection units 21a to 21d and the second processing unit 22 constitute a PET apparatus. Each detector 21a~21d includes a scintillator for generating scintillation light when annihilation gamma rays gamma a is incident includes the light detector for detecting the scintillation light and the (e.g. photomultiplier tubes), the incident position of the annihilation gamma-rays gamma a Can be detected. The detection unit 21a and the detection unit 21b are arranged to face each other so as to sandwich the radiation irradiation region of the living body 90. The detection unit 21c and the detection unit 21d are arranged to face each other so as to sandwich the radiation irradiation region. The second processing unit 22 performs the necessary processing on the basis of the annihilation gamma ray gamma a detection result by the detection unit 21a to 21d, it obtains a second image representing the existence distribution of positron-emitting nuclei in vivo 90.

第2実施形態の放射線治療システム2は、第1実施形態の放射線治療システム1と同様に用いられ、同様の効果を奏する。特に、第2実施形態の放射線治療システム2は、第1画像を取得するための第1検出部の個数が多く、また、第2画像を取得するための第2検出部の個数が多いので、より正確な第1画像および第2画像を取得することができ、より正確な生体機能の観測が可能であり、また、より的確な放射線治療が可能である。   The radiation therapy system 2 of the second embodiment is used in the same manner as the radiation therapy system 1 of the first embodiment, and has the same effects. In particular, the radiotherapy system 2 of the second embodiment has a large number of first detection units for acquiring the first image and a large number of second detection units for acquiring the second image. More accurate first and second images can be acquired, more accurate biological function observation is possible, and more accurate radiotherapy is possible.

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、第1画像を取得するための第1検出部の種類や個数は任意であり、第2画像を取得するための第2検出部の種類や個数も任意である。第2実施形態では2対の第2検出部が設けられたが、3対以上の第2検出部が設けられてもよく、また、複数対の第2検出部が円形状に配置されてもよい。また、第1画像を取得するための第1検出部および第2画像を取得するための第2検出部は、共通の検出部であってもよい。   The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made. For example, the type and number of the first detection unit for acquiring the first image are arbitrary, and the type and number of the second detection unit for acquiring the second image are also arbitrary. In the second embodiment, two pairs of second detection units are provided, but three or more pairs of second detection units may be provided, or a plurality of pairs of second detection units may be arranged in a circular shape. Good. The first detection unit for acquiring the first image and the second detection unit for acquiring the second image may be a common detection unit.

1,2…放射線治療システム、11a,11b…第1検出部、12…第1処理部、21a〜21d…第2検出部、22…第2処理部、30…機能観測部、40…放射線照射部、50…制御部、90…生体。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 2 ... Radiation therapy system, 11a, 11b ... 1st detection part, 12 ... 1st process part, 21a-21d ... 2nd detection part, 22 ... 2nd process part, 30 ... Function observation part, 40 ... Radiation irradiation 50, control unit, 90 ... living body.

Claims (3)

所定期間に亘る放射線照射により即発ガンマ線およびポジトロン放出核が発生した生体の機能を観測する装置であって、
前記所定期間中に発生した前記即発ガンマ線を検出して、その検出結果に基づいて前記ポジトロン放出核の発生分布を表す第1画像を取得する第1画像取得部と、
前記所定期間後に前記ポジトロン放出核から放出されたポジトロンと電子との対消滅により発生した消滅ガンマ線を検出して、その検出結果に基づいて前記ポジトロン放出核の存在分布を表す第2画像を取得する第2画像取得部と、
前記第1画像を基準としたときの前記第2画像の変化に基づいて前記生体内における前記ポジトロン放出核の残留状態に基づく生体機能を求める機能観測部と、
を備えることを特徴とする生体機能観測装置。
An apparatus for observing the function of a living body in which prompt gamma rays and positron emission nuclei are generated by irradiation over a predetermined period of time,
A first image acquisition unit that detects the prompt gamma rays generated during the predetermined period and acquires a first image representing a generation distribution of the positron emission nuclei based on a detection result;
An annihilation gamma ray generated by annihilation of a positron and an electron emitted from the positron emission nucleus after the predetermined period is detected, and a second image representing the distribution of the presence of the positron emission nucleus is acquired based on the detection result. A second image acquisition unit;
A function observation unit for obtaining a biological function based on a residual state of the positron-emitting nucleus in the living body based on a change in the second image when the first image is used as a reference;
A biological function observation device comprising:
所定期間に亘り生体へ放射線を照射して前記生体内に即発ガンマ線およびポジトロン放出核を発生させる放射線照射部と、
前記放射線照射部により放射線を照射された前記生体の機能を観測する請求項1に記載の生体機能観測装置と、
を備えることを特徴とする放射線治療システム。
A radiation irradiation unit that irradiates a living body with radiation over a predetermined period to generate prompt gamma rays and positron emission nuclei in the living body;
The biological function observation device according to claim 1, wherein the biological function irradiated with radiation by the radiation irradiation unit is observed.
A radiation therapy system comprising:
前記生体機能観測装置により求められた生体機能に基づいて前記放射線照射部による前記生体への次回の放射線照射の線量分布を調整する制御部を更に備えることを特徴とする請求項2に記載の放射線治療システム。
The radiation according to claim 2, further comprising a control unit that adjusts a dose distribution of the next radiation irradiation to the living body by the radiation irradiating unit based on a biological function obtained by the biological function observation device. Treatment system.
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