JP6592136B2 - 治療装置、治療装置の作動方法、表示制御プログラム、および、粒子線治療システム - Google Patents

Description

本発明の実施の形態は、治療装置、治療装置の作動方法、表示制御プログラム、および、粒子線治療システムに関する。

今日において、陽子、または、例えば炭素イオンなどの重粒子イオンを加速器で光速の７０％程度に加速し、難治性がんの病巣に対してピンポイントで照射する粒子線がん治療が知られている。粒子線がん治療を行う場合、患部が粒子線の照射位置となるように、治療前に実施した治療計画に基づいて、患者が載置された治療台を位置決めする。粒子線は、放射線治療で使用されるＸ線に比べ、体深部での線量が高くなる（ブラッグピーク）。このため、粒子線がん治療は、放射線治療と比べて、照射回数を少なくできる。また、ブラッグピークを有する粒子線は、体表近くの線量が少なくなる。このため、粒子線がん治療では、皮膚の火傷を避けながら、複数回の粒子線の照射が可能となる。

ここで、肺または肝臓などの体内の組織は、呼吸および心拍動の影響により、周期的に動いている。このような体内の組織の動きは、個人毎に異なる。また、同一人物であっても、体内の組織の動きは、日毎、週毎、または、年毎に変化する。

このため、従来の粒子線がん治療においては、呼吸の周期と同期して発生する患部の移動および形状の変化が少ないタイミングである、呼気と吸気が切り替わるタイミングで、粒子線を照射している（ゲーティング照射法）。すなわち、ゲーティング照射法の場合、呼気と吸気との間のタイミングで、患部に対する粒子線の照射が行われる。

しかし、ゲーティング照射法においては、呼気と吸気との間のタイミングでのみ、粒子線の照射を行うため、粒子線の照射が間欠的となる。このため、ゲーティング照射法の場合、治療時間が長くなる問題があった。

特開２０１１―１３０８５９号公報 特開２００６―３１４６４３号公報

本発明が解決しようとする課題は、治療時間の短縮化が可能な治療装置、治療装置の作動方法、表示制御プログラム、および、粒子線治療システムを提供することである。

実施の形態によれば、第１の算出部が、被検体の患部の動きを撮像した複数の撮像画像から、前記被検体の呼吸に対応する前記患部の位置を示す呼吸性移動信号を算出し、第２の算出部が、呼吸センサからの呼吸検出出力から、被検体の呼吸信号を算出する。モデル生成部は、患部の位置を示す呼吸性移動信号、および、被検体の呼吸信号を同期させてモデル化した呼吸性移動モデルを生成して記憶部に記憶する。推定部は、測定された呼吸信号と記憶部に記憶された呼吸性移動モデルとを比較して、測定された呼吸信号の呼吸位相を推定すると共に、推定した呼吸位相に対応する患部の位置を推定する。位相マーカ表示部は、患部の位置を示す位相マーカを表示部に表示する。

図１は、実施の形態の動体追尾治療システムのシステム構成図である。 図２は、実施の形態の動体追尾治療システムにおいて、粒子線治療プログラムに従ってＣＰＵが動作することで実現される各機能の機能ブロック図である。 図３は、実施の形態の動体追尾治療システムにおける、呼吸性移動モデルの生成動作の流れを示すフローチャートである。 図４は、被検体の呼吸の状態に対応する、患部の３次元的な移動位置および移動量を示す図である。 図５は、ＸＹＺの各方向における患部の時系列的な移動量を示す図である。 図６は、患部の移動量の測定値、および、患部の移動量のＡＲモデルによる推定値を示す図である。 図７は、呼吸性移動モデルを用いた粒子線治療の流れを示すフローチャートである。 図８は、波形表示部により表示された呼吸信号の信号波形、および、呼吸性移動モデルの波形の表示例を示す図である。

以下、一例として、治療装置、治療装置の作動方法、表示制御プログラム、および、粒子線治療システムを適用した実施の形態の動体追尾治療システムを説明する。

図１は、実施の形態の動体追尾治療システムのシステム構成図である。図１に示すように、動体追尾治療システムは、天板装置１、粒子線治療装置２、情報処理装置３、患部透視装置４、および、呼吸センサ５を有している。

天板装置１は、天板１１、天板回転部１２、天板回転制御部１３、天板移動部１４、および、天板移動制御部１５を有している。天板１１は、台の一例である。天板１１は、床に対して平行に被検体を載置可能な大きさの板形状を有する。天板１１上には、粒子線治療を行う被検体が載置される。被検体が載置されている平面を「載置平面」と呼ぶことにする。天板１１は、天板移動部１４により、載置された被検体の体軸方向、または、体軸方向に対する直交方向に並進移動される。また、天板１１は、天板回転部１２により、載置平面内で回転移動される。なお、体軸方向に対する直交方向は、以下、単に「直交方向」という。

天板移動部１４は、天板移動制御部１５に接続されている。天板移動部１４は、天板１１を、被検体の体軸方向、または、直交方向に並進移動させる並進移動機構と、並進移動機構を動かすモータとを有する。具体的には、天板移動制御部１５は、天板移動部１４のモータを駆動制御する。これにより、天板１１が、被検体の体軸方向、または、直交方向に移動する。例えば、天板移動部１４のモータでギア等の回転部材を回転させる。これにより、ギアと噛み合う水平移動部材が移動し、天板１１が並進移動する。

天板回転部１２は、天板移動部１４および天板１１を、天板１１と平行な平面内で回転させる円盤と、円盤を動かすモータとを有する。天板回転制御部１３は、天板回転部１２のモータを駆動し、天板１１と平行な平面内で、天板１１および天板移動部１４を、照射中心を軸に回転させる。

ここで、被検体の患部に対して粒子線を照射する手法として、「スキャニング法」が知られている。このスキャニング法では、患部のスライス面に対しては、スキャニング電磁石を用いて、水平方向および垂直方向に粒子線の細いビーム（ペンシルビーム）を位置制御し、ペンシルビームのビームスポットで患部を塗りつぶすように粒子線を照射する。また、スキャニング法では、ビームスポットのスライス面間の移動（深さ方向の移動）は、レンジシフタ―を用いて行う。または、スキャニング法では、ビームスポットのスライス面間の移動（深さ方向の移動）は、ペンシルビームのエネルギーを段階的に制御することで、粒子線のいわゆるブラッグピークを深さ方向に移動させて行う。

しかし、このようなスキャニング法は、いわば粒子線自体を制御する照射手法であるため、エネルギー効率が悪くなる問題がある。特に、より奥のスライス面に粒子線を照射する場合、ペンシルビームのエネルギーを急激に上げることが必要となり、エネルギー効率が悪くなる問題が、より顕著となる。

このようなことから、実施の形態の動体追尾治療システムは、粒子線のペンシルビームの照射位置、および、照射エネルギーは、それぞれ固定とする。そして、実施の形態の動体追尾治療システムは、後述するように天板１１を移動制御して、患部のスライス面および深さ方向に対する粒子線の照射位置を制御する。具体的には、実施の形態の動体追尾治療システムは、粒子線が被検体の上側から照射されている場合、被検体が載置されている天板１１を左右に移動させることで、ペンシルビームのスライス面内の照射位置を制御する。また、実施の形態の動体追尾治療システムは、粒子線が被検体の上側から照射されている場合、被検体が載置されている天板１１を、粒子線の進行方向（照射方向）に対して平行となる方向である上下に移動させる。これにより、ペンシルビームのスライス面間（深さ方向）の照射位置を制御する。

次に、粒子線治療部の一例となる粒子線治療装置２は、粒子線発生加速部２１、粒子線伝送部２２、粒子線照射部（照射ノズル）２３、照射ノズル回転部（回転ガントリー）２４、および、照射ノズル回転制御部２５を有している。

粒子線発生加速部２１は、粒子線伝送部２２と接続され、イオン源と、直線加速器、サイクロトロン、シンクロトロン等の加速器とを有する。粒子線発生加速部２１は、イオン源で、例えば水素イオン、ヘリウムイオン、炭素イオン、ネオンイオン等の陽イオンを発生させる。また、粒子線発生加速部２１は、発生させた陽イオンを加速器で所定のエネルギーまで加速する。すなわち、粒子線発生加速部２１は、発生した陽イオンを直線加速器で加速し、直線加速器から射出された陽イオンを、シンクロトロン等でさらに加速することで、所定のエネルギーまで陽イオンを加速する。そして、粒子線発生加速部２１は、所定のエネルギーまで加速された陽イオンを粒子線伝送部２２に射出する。

粒子線伝送部２２は、粒子線発生加速部２１と粒子線照射部２３と接続され、粒子線発生加速部２１から粒子線照射部２３へと繋がるビーム経路を有する。具体的には、粒子線伝送部２２は、粒子線発生加速部２１から射出された陽イオンを、ビーム経路を経由させて粒子線照射部２３へと伝送する。

粒子線照射部２３は、粒子線伝送部２２から伝送された陽イオンを、被検体に向けて照射する。この時、粒子線照射部２３は、照射中心（アイソセンター）に向けて粒子線の照射を行う。

次に、情報処理装置３は、後述する透視画像の再構成処理、天板１１の目標位置の算出処理等を行う。情報処理装置３としては、一般的なコンピュータ装置を用いることができる。情報処理装置３は、ＣＰＵ３１、ＲＯＭ３２、ＲＡＭ３３、ＨＤＤ（ハードディスクドライブ）３４を備える。ＨＤＤ３４は、記憶部の一例である。また、情報処理装置３は、通信インタフェース（通信Ｉ／Ｆ）３５と、入出力インタフェース（入出力Ｉ／Ｆ）３６を有している。ＣＰＵ３１〜入出力Ｉ／Ｆ３６は、バスライン３７を介して相互に接続されている。ＣＰＵは、「Central Processing Unit」の略記である。ＲＯＭは、「Read Only Memory」の略記である。ＲＡＭは、「Random Access Memory」の略記である。

また、情報処理装置３には、キーボードおよびマウス装置等の入力部３８と、液晶モニタ装置等の表示部３９が接続されている。また、情報処理装置３には、被検体の患部を透視する患部透視装置４、および、被検体の呼吸を検出して呼吸信号を出力する呼吸センサ５が接続されている。呼吸信号は、呼吸に関する信号の一例である。呼吸位相は、周期的に動作する呼吸の呼気から吸気までの一周期を時間軸上で分割したものである。後述するが、表示部３９には、被検体の呼吸の状態を示す呼吸信号のグラフ、および、呼吸に応じた患部の移動位置を示す呼吸性移動モデルが表示されると共に、被検体の呼吸の状態に対応する患部の移動位置を示す位相マーカが表示される。

患部透視装置４は、患部の３次元的な運動を時系列に検出するために、患部を複数の方向から連続的に撮像する。具体的には、患部透視装置４としては、例えば複数台のＸ線管およびＸ線検出器を用いて構成することができる。この他、患部透視装置４としては、Ｘ線コンピュータ断層撮像装置、または、ＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging：磁気共鳴画像）装置等を用いてもよい。すなわち、患部透視装置４としては、患部を複数の方向から連続的に撮像可能な装置であれば、どのような装置を用いてもよい。

情報処理装置３のＨＤＤ３４には、粒子線治療プログラムが記憶されている。ＣＰＵ３１は、粒子線治療プログラムに従って動作することで、被検体の呼吸の状態、および、呼吸による患部の移動位置に応じて天板１１を移動しながら粒子線治療を実行する。

図２に、粒子線治療プログラムに従ってＣＰＵ３１が動作することで実現される各機能の機能ブロック図を示す。この図２に示すように、ＣＰＵ３１は、第１の算出部４１、第２の算出部４２、モデル生成部４３、第１の推定部４４、第２の推定部４５、目標値生成部４６、目標値修正部４７、および、フィルタ処理部４８を有している。また、ＣＰＵ３１は、波形表示部４９、位相マーカ表示部５０、および、照射報知部５１を有している。

第１の算出部４１は、呼吸による患部の移動量を示す呼吸性移動信号を算出する。第２の算出部４２は、被検体の呼吸の状態を示す呼吸信号を算出する。モデル生成部４３は、呼吸信号と、呼吸による患部の移動量を示す呼吸性移動信号とを関連付けた呼吸性移動モデルを生成する。第１の推定部４４は、呼吸性移動モデルから、現在の呼吸位相を推定する。第２の推定部４５は、呼吸性移動モデルから、呼吸の状態に対応する患部の変位量を推定する。目標値生成部４６は、推定された呼吸の状態に対応する患部の変位量に対応する移動方向および移動量だけ、天板１１を移動させるための目標値を生成する。目標値修正部４７は、制御遅れを考慮した値に、目標値を修正する。フィルタ処理部４８は、目標値を、適正な範囲の値に抑制する。

なお、この例では、第１の算出部４１〜照射報知部５１は、ＣＰＵ３１が、粒子線治療プログラムを実行することで、ソフトウェア的に実現されることとして説明を進める。しかし、第１の算出部４１〜照射報知部５１のうち、一部または全部をハードウェアで実現してもよい。

また、粒子線治療プログラムは、インストール可能な形式または実行可能な形式のファイルでＣＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク（ＦＤ）などのコンピュータ装置で読み取り可能な記録媒体に記録して提供してもよい。また、粒子線治療プログラムは、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ、ブルーレイディスク（登録商標）、半導体メモリ等のコンピュータ装置で読み取り可能な記録媒体に記録して提供してもよい。ＤＶＤは、「Digital Versatile Disk」の略記である。また、粒子線治療プログラムは、インターネット等のネットワーク経由でインストールするかたちで提供してもよい。また、粒子線治療プログラムは、機器内のＲＯＭ等に予め組み込んで提供してもよい。

第１の算出部４１は、患部透視装置４により、患部を複数の方向から連続的に撮像することで得られた患部の撮像画像から、時系列に沿って、患部の３次元的な運動を算出する。第２の算出部４２は、呼吸センサ５で検出された被検体の呼吸の検出出力から、呼吸信号を算出する。なお、第２の算出部４２において、ノイズ除去のためのフィルタ処理を行ってもよい。

モデル生成部４３は、例えば粒子線治療を開始する前において、呼吸の状態に対応する患部の移動位置を示す呼吸性移動モデルを予め生成し、ＨＤＤ３４に記憶する。具体的には、モデル生成部４３は、第２の算出部４２で算出された呼吸の状態を示す呼吸信号と、d第１の算出部４１で算出された患部の移動位置を示す呼吸性移動信号とを関連付ける。そして、モデル生成部４３は、関連付けた呼吸信号のパラメータおよび呼吸性移動信号のパラメータを、呼吸性移動モデルとしてＨＤＤ３４に記憶する。なお、患部の動きは、「日」または「時間帯」等によって変化するため、呼吸性移動モデルの生成は、粒子線治療の開始直前が好ましい。しかし、数日前、または、数時間前等に呼吸性移動モデルを生成してもよい。

第１の推定部４４は、粒子線治療時において、現在の呼吸信号と、ＨＤＤ３４に記憶されている呼吸性移動モデルとを比較して、現在の呼吸信号の呼吸位相を推定する。第２の推定部４５は、推定された呼吸位相に対応する、患部の移動量（変位量）を推定する。目標値生成部４６は、推定された患部の移動量に対応する、天板１１の移動方向および移動量の目標値を生成する。目標値修正部４７は、生成された目標値を、天板１１を移動制御した際に発生する制御応答遅延時間等を考慮した値に修正する。フィルタ処理部４８は、ノイズ等により突出的な値となった目標値をフィルタリング処理して正常範囲の値に修正して天板装置１に供給する。

波形表示部４９は、呼吸センサ５により検出された被検体の現在の呼吸信号波形、および、ＨＤＤ３４に記憶されている呼吸性移動モデルを表示部３９に表示する。位相マーカ表示部５０は、表示部３９に表示された呼吸信号波形、および、呼吸性移動モデル上に、現在の位相を示す位相マーカを表示する。照射報知部５１は、粒子線を出射している間（粒子線で治療を行っている間）、粒子線の出射を周囲のユーザに報知する。一例ではあるが、照射報知部５１は、粒子線を出射している間、表示部３９に対して「照射中」の文字またはアイコンを表示する。または、照射報知部５１は、粒子線を出射している間、粒子線の出射を示す音声の出力、または、バイブレータの駆動制御を行う。文字等の表示、音声の出力、および、バイブレータの駆動は、いずれか一つを行ってもよいし、複数を実行してもよい。

このような動体追尾治療システムにおいて、呼吸等による動きの影響で移動する患部の動きに追従して粒子線治療を行う場合、まず、粒子線治療を開始する前に、呼吸性移動モデルを生成して、ＨＤＤ３４に記憶する。呼吸性移動モデルは、呼吸の各状態に対応する患部の移動位置を示すパラメータである。呼吸性移動モデルの生成は、粒子線治療開始直前に行うことが好ましいが、数時間前、数日前、数週間前等に、予め生成してもよい。

図３のフローチャートに、呼吸性移動モデルの生成動作の流れを示す。情報処理装置３のＣＰＵ３１は、入力部３８を介して呼吸性移動モデルの生成が指定されると、ＨＤＤ３４に記憶されている粒子線治療プログラムに従って、図２に示す第１の算出部４１〜モデル生成部４３として動作し、呼吸性移動モデルを生成（同定）する。

順を追って説明する。ステップＳ１では、図２に示す第２の算出部４２が、呼吸センサ５で検出された被検体の呼吸の状態を示す呼吸センサ出力を取得して、呼吸の状態を示す呼吸信号を算出する。

ステップＳ２では、第１の算出部４１が、呼吸等で移動する患部の移動位置および移動量を算出する。具体的には、患部透視装置４は、上述のように複数台のＸ線管と検出器で構成される。または、患部透視装置４は、Ｘ線コンピュータ断層撮像装置（ＣＴ）で構成される。患部透視装置４は、患部を連続的に撮像する。これにより、患部の３次元的な運動を、時系列で検出できる。第１の算出部４１は、患部透視装置４により連続的に撮像された患部の複数の撮像画像（透視画像）から、患部の３次元的な移動位置、および、移動量を示す呼吸性移動信号を算出する。

次に、ステップＳ３では、モデル生成部４３が、第２の算出部４２で算出された呼吸信号と、第１の算出部４１で算出された呼吸性移動信号が同期して取得されていることを利用して呼吸性移動モデルを算出する。呼吸性移動モデルで表される患部の移動は周期的である。すなわち、図４のグラフは、呼吸の状態に対応する、患部の３次元的な移動位置および移動量を示している。図４のグラフにおいて、「ＰＥ」は呼気のピークを示し、「ＰＩ」は吸気のピークを示している。また、図５のグラフは、ＸＹＺの各方向における患部の時系列的な移動量を示している。図５において、一点鎖線のグラフがＸ軸方向に対する患部の時系列的な移動量を示している。図５において、点線のグラフがＹ軸方向に対する患部の時系列的な移動量を示している。図５において、実線のグラフがＺ軸方向に対する患部の時系列的な移動量を示している。

一例ではあるが、モデル生成部４３は、このような患部の移動の周期性を利用して、ＡＲモデル（Autoregressive model：自己回帰モデル）で呼吸性移動モデルを算出している。ＡＲモデルは、有限個の過去の時系列データから、同じ有限個のパラメータを用いることで現在の推定値を算出できる。過去のｐ個の時系列データｙ（ｔ−１）、…、ｙ（ｔ−ｐ）に対して、ｐ個のパラメータａ_１、…、ａ_ｐを用いると、現在の推定値ｙ＿ｈａｔ（ｔ）は、以下の数１式で算出できる。

ｙ＿ｈａｔ（ｔ）＝−ａ_１ｙ（ｔ−１）−ａ_２ｙ（ｔ−２）…−ａ_ｐｙ（ｔ−ｐ）＋ｅ（ｔ）・・・（数１式）

数１式における「ｅ（ｔ）」は、推定誤差である。また、数１式における「ｔ」は離散的にサンプリングされたデータであることを意味している。ＡＲモデルは、推定誤差が最小になるように最小二乗法を用いて有限個のパラメータを決定する。図６に示す実線のグラフは、患部の移動量を実際に測定した測定値のグラフである。これに対して、図６に示す点線のグラフは、患部の移動量のＡＲモデルによる推定値のグラフである。実線のグラフと点線のグラフを見比べて分かるように、患部の移動量を推定したＡＲモデルは、実際の測定値のグラフと殆ど変りが無いことが分かる。

モデル生成部４３は、このように算出した呼吸性移動モデルのパラメータを、ステップＳ４において、ＨＤＤ３４に記憶制御する。これにより、図３のフローチャートに示す呼吸性移動モデルの生成動作が終了する。

次に、図７のフローチャートに、このような呼吸性移動モデルを用いた粒子線治療の流れを示す。まず、ステップＳ１２において、図２に示す第２の算出部４２が、呼吸センサ５により測定された被検体の呼吸の検出出力から、被検体の現在の呼吸信号を算出する。

次に、ステップＳ１３では、第１の推定部４４が、第２の算出部４２で算出された呼吸信号、および、ＨＤＤ３４に記憶されている呼吸性移動モデルを構成するパラメータから、現在の呼吸信号の呼吸位相を推定する。具体的には、第１の推定部４４は、呼吸性移動モデルのパラメータの順番を１つずつ、ずらしたＡＲモデルを作成する。そして、第１の推定部４４は、呼吸信号を入力した時の推定値と現在値との差が一番小さくなったときのＡＲモデルを、推定すべき呼吸位相が表現されたＡＲモデル（呼吸性移動モデル）として推定する。換言すると、第１の推定部４４は、呼吸信号の現在値が、ＡＲモデル（呼吸性移動モデル）の第何項の推定値と最も近いか、ということを評価することで呼吸位相を推定する。すなわち、上述の呼吸性移動モデルは、患部の動きと呼吸信号を同期させて生成している。このため、第１の推定部４４は、ＡＲモデル（呼吸性移動モデル）の各項の推定値と呼吸信号の現在値とを比較し、呼吸信号の現在値が最も近い推定値を、呼吸位相として推定する。波形表示部４９は、推定された位相の呼吸信号を、後述するように表示する。

次に、ステップＳ１４では、第２の推定部４５が、上述のように推定された呼吸位相を考慮して呼吸性移動モデルを構成するパラメータをずらしてＡＲモデルを作成し、患部の呼吸性移動信号を推定する。このとき過去の呼吸性移動信号を用いて推定してもよい。波形表示部４９は、推定された呼吸性移動信号を、後述するように表示する。

図８に、波形表示部４９により表示された呼吸信号の信号波形、および、呼吸性移動モデルの波形の表示例を示す。図８の例の場合、上側に表示された波形が呼吸性移動モデルの波形（時系列の患部の移動量の波形）を示している。また、図８の例の場合、下側に表示された波形が呼吸信号の波形（時系列の呼吸強度の波形）を示している。位相マーカ表示部５０は、第２の算出部４２で算出される呼吸信号の現在値に同期して、図８に示す位相マーカ６０を、呼吸信号の信号波形および呼吸性移動モデルの波形の間で移動表示制御する。すなわち、位相マーカ表示部５０は、第２の算出部４２で呼吸信号の現在値が算出される毎に、算出された呼吸信号の現在値に対応する、呼吸信号の波形上の位置に位相マーカ６０を移動する。

波形表示部４９により表示された呼吸信号の信号波形、および、呼吸性移動モデルの波形は、それぞれ位相が同期した波形である。このため、算出された呼吸信号の現在値に対応する、呼吸信号の波形上の位置に位相マーカ６０を移動することで、位相マーカ６０は、呼吸信号の現在値と共に、患部の現在の移動量を同時に示すものとなる。

このような表示形態の表示を行う治療装置は、粒子線以外を用いて治療を行う治療装置でもよい。すなわち、このような表示形態の表示を行う治療装置は、放射線または粒子線を照射して患部を治療する治療部と、呼吸信号波形を表示する呼吸波形表示部を有する。また、治療装置は、呼吸信号に同期した、患部の移動量を示す呼吸性移動モデルの波形を表示する呼吸性移動モデル表示部を有する。また、治療装置は、現在の呼吸位相および現在の患部の移動量を示すマーカを表示するマーカ表示部を有する。また、治療装置は、放射線または粒子線を被検体に照射している間、放射線または粒子線の照射中であることを報知するための報知部を有する。

次に、ステップＳ１５において、第２の推定部４５は、推定した患部の呼吸性移動信号から、患部の変位量を推定する。ステップＳ１６では、目標値生成部４６が、推定された患部の変位量を用いて、天板１１の制御目標値を算出する。ここで、天板１１を位置制御する場合、目標値と現在値との間に制御遅れが発生する。制御遅れが発生すると、目標値に天板１１が到達した時には、患部の位置が、想定している位置から他の位置に移動し、粒子線の照射位置に誤差が発生するおそれがある。このため、目標値修正部４７は、ステップＳ１７において、制御遅れを考慮した値に、天板１１の制御目標値を修正する。これにより、制御遅れを吸収して、患部が想定した位置となっている間に粒子線を照射でき、粒子線の照射位置に誤差が発生する不都合を防止できる。

また、天板１１の移動位置を示す目標値が、前回の目標値と比較して大きく変化した値となると、天板１１が振動する可能性がある。このため、フィルタ処理部４８は、ステップＳ１８において、修正された目標値が所定以下の値となるようにフィルタ処理する。これにより、天板１１の移動位置を示す目標値が、前回の目標値と比較して大きく変化することで、天板１１が振動する不都合を防止できる。

次に、ＣＰＵ３１は、ステップＳ１９において、第２の算出部４２で算出される現在の呼吸信号、第１の推定部４４で推定される呼吸位相の推定値、および、第２の推定部４５で推定される患部の移動量の推定値から、呼吸と患部の移動が同期したか否かを判別する。ＣＰＵ３１は、呼吸と患部の移動が同期していないものと判別した場合（ステップＳ１９：Ｎｏ）、処理をステップＳ１３に戻し、呼吸と患部の移動が同期するまで、呼吸信号の位相の推定および呼吸性移動モデルの位相の推定を繰り返し実行する。

これに対して、ＣＰＵ３１は、呼吸と患部の移動が同期したものと判別した場合（ステップＳ１９：Ｙｅｓ）、処理をステップＳ２０に進め、フィルタ処理部４８でフィルタ処理された天板１１の目標値を、天板装置１に供給する。天板装置１の天板移動制御部１５および天板回転制御部１３は、目標値に従い、天板回転部１２または天板移動部１４を介して天板１１を移動制御する。

次に、ＣＰＵ３１は、ステップＳ２１において、粒子線治療装置２を介して、上述の目標値に従って移動制御されている天板１１上の被検体に対して、粒子線を照射制御する。実施の形態の動体追尾治療システムの場合、上述のように粒子線のペンシルビームの照射位置、および、照射エネルギーは、それぞれ固定となっている。そして、上述の目標値に従って天板１１を移動制御することで、患部のスライス面および深さ方向に対する粒子線の照射位置を制御しながら治療を行う。

具体的には、実施の形態の動体追尾治療システムは、粒子線が被検体の上側から照射されている場合、被検体が載置されている天板１１を左右に移動させることで、ペンシルビームのスライス面内の照射位置を制御して治療を行う。また、実施の形態の動体追尾治療システムは、粒子線が被検体の上側から照射されている場合、被検体が載置されている天板１１を、粒子線の進行方向（照射方向）に対して平行となる方向である上下に移動させる。これにより、ペンシルビームのスライス面間（深さ方向）の照射位置を制御して治療を行う。

実施の形態の動体追尾治療システムは、呼吸により移動する患部の動きに追従して、天板１１上の被検体を移動させることで、粒子線の照射位置を、スライス面内およびスライス面間（深さ方向）に移動して粒子線治療を行うことができる。このため、患部に対して、粒子線を連続的に照射して治療でき、治療時間を短縮化できる。

次に、このように患部に対して粒子線が照射されると、図２に示す照射報知部５１は、ステップＳ２２において、粒子線の照射を報知して、図７のフローチャートの処理が終了する。図８は、粒子線の照射報知動作の一例である。この図８の例の場合、照射報知部５１は、表示部３９に対して「照射中」の文字が書かれたアイコン６１を表示する。これにより、粒子線の照射中であることを、オペレータ等に報知できる。なお、表示部３９上の「照射中」の文字を、点滅または点灯させてもよい。または、照射中を示す音声を出力制御してもよい。さらには、バイブレータを振動駆動してもよい。さらには、これらの報知動作の一部または全部を併用してもよい。

以上の説明から明らかなように、実施の形態の動体追尾治療システムは、患部の動きと呼吸信号を同期させてモデル化（呼吸性移動モデル同定）する。また、粒子線の照射時において、算出された呼吸信号から呼吸位相を推定し、患部の変位量を呼吸性移動モデルから推定する（呼吸性移動量推定）。また、患部の移動予測から天板１１を移動させるための目標値を生成する。そして、粒子線の照射位置および照射エネルギーを固定としたうえで、生成された目標値に従って、天板１１を移動制御しながら粒子線を被検体の患部に照射する。

これにより、患部の動きを連続的に捉えて粒子線を照射するトラッキング照射を行うことができ、治療時間の短縮化を図ることができる。

以下に、本願原出願の特許査定時の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。

［１］被検体の患部の変位量と前記被検体の呼吸に関する信号とに基づいてモデル化した呼吸性移動モデルを記憶可能な記憶部と、
測定された呼吸信号と、前記呼吸性移動モデルとを比較して、前記呼吸信号の呼吸位相と、前記呼吸位相に対応する前記患部の変位量を推定する推定部と、
推定された前記患部の変位量に基づいて、前記被検体が載置された台を移動制御するための目標値を生成する目標値生成部と、
前記目標値に応じて移動制御される前記台上の前記被検体の患部に対して、粒子線を照射可能な粒子線治療装置と、
前記呼吸性移動モデル及び前記呼吸信号の信号波形に応じた前記患部の位置を示す位相マーカを表示部に表示可能な位相マーカ表示部と
を有する粒子線治療システム。

［２］前記患部の動きを撮像した複数の撮像画像から、前記被検体の呼吸に対応する前記患部の変位量を示す呼吸性移動信号を算出する第１の算出部と、
呼吸センサからの呼吸検出出力から、前記被検体の前記呼吸信号を算出する第２の算出部と、
前記患部の変位量を示す呼吸性移動信号、および、前記被検体の呼吸に関する信号を同期させてモデル化した前記呼吸性移動モデルを生成して、前記記憶部に記憶するモデル生成部と
を有する［１］に記載の粒子線治療システム。

［３］前記粒子線治療装置は、粒子線のペンシルビームの照射位置、および、照射エネルギーが、それぞれ固定となっている
［１］又は［２］に記載の粒子線治療システム。

［４］前記呼吸性移動モデルとして自己回帰モデルを用いる
［１］から［３］のうち、いずれかに記載の粒子線治療システム。

［５］前記台の位置の制御遅れを吸収するように、前記台を移動制御するための目標値を修正した値とする目標値修正部を有する
［１］から［４］のうち、いずれかに記載の粒子線治療システム。

［６］被検体の患部に対して、粒子線を照射する粒子線治療装置の作動方法であって、
推定部が、測定された呼吸信号と、被検体の患部の変位量と前記被検体の呼吸に関する信号とに基づいてモデル化した呼吸性移動モデルとを比較して、前記呼吸信号の呼吸位相と、前記呼吸位相に対応する前記患部の変位量を推定する推定ステップと、
目標値生成部が、推定された前記患部の変位量に基づいて、前記被検体が載置された台を移動制御するための目標値を生成する目標値生成ステップと、
位相マーカ表示部が、前記呼吸性移動モデル及び前記呼吸信号の信号波形に応じた前記患部の位置を示す位相マーカを表示部に表示する位相マーカ表示ステップと
を有する粒子線治療装置の作動方法。

［７］コンピュータを、
測定された呼吸信号と、被検体の患部の変位量と前記被検体の呼吸に関する信号とに基づいてモデル化した呼吸性移動モデルとを比較して、前記呼吸信号の呼吸位相と、前記呼吸位相に対応する前記患部の変位量を推定する推定部と、
推定された前記患部の変位量に基づいて、前記被検体が載置された台を移動制御するための目標値を生成する目標値生成部と、
前記呼吸性移動モデル及び前記呼吸信号の信号波形に応じた前記患部の位置を示す位相マーカを表示部に表示可能な位相マーカ表示部として機能させる
粒子線治療プログラム。

最後に、以上説明した実施の形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施可能である。また、これら新規な実施の形態は、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更が可能である。そして、実施の形態およびその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明に対して均等の範囲に含まれるものである。

１ 天板装置
２ 粒子線治療装置
３ 情報処理装置
４ 患部透視装置
５ 呼吸センサ
１１ 天板
１２ 天板回転部
１３ 天板回転制御部
１４ 天板移動部
１５ 天板移動制御部
２１ 粒子線発生加速部
２２ 粒子線伝送部
２３ 粒子線照射部
２４ 照射ノズル回転部
２５ 照射ノズル回転制御部
３１ ＣＰＵ
３２ ＲＯＭ
３３ ＲＡＭ
３４ ＨＤＤ
３５ 通信Ｉ／Ｆ
３６ 入出力Ｉ／Ｆ
３７ バスライン
３８ 入力部
３９ 表示部
４１ 第１の算出部
４２ 第２の算出部
４３ モデル生成部
４４ 第１の推定部
４５ 第２の推定部
４６ 目標値生成部
４７ 目標値修正部
４８ フィルタ処理部
４９ 波形表示部
５０ 位相マーカ表示部
５１ 照射報知部

Claims (5)

1. 被検体の患部の動きを撮像した複数の撮像画像から、前記被検体の呼吸に対応する前記 患部の位置を示す呼吸性移動信号を算出する第１の算出部と、
   呼吸センサからの呼吸検出出力から、前記被検体の呼吸信号を算出する第２の算出部と、
   前記患部の位置を示す呼吸性移動信号、および、前記被検体の呼吸信号を同期させてモデル化した呼吸性移動モデルを生成するモデル生成部と、
   前記呼吸性移動モデルを記憶可能な記憶部と、
   測定された呼吸信号と、前記記憶部に記憶されている前記呼吸性移動モデルとを比較して、測定された前記呼吸信号の呼吸位相を推定すると共に、推定した呼吸位相に対応する、前記患部の位置を推定する推定部と、
   前記患部の位置を示す位相マーカを表示部に表示可能な位相マーカ表示部と、
   を有する治療装置。
2. 前記呼吸性移動モデルとして自己回帰モデルを用いる請求項１に記載の治療装置。
3. 第１の算出部が、被検体の患部の動きを撮像した複数の撮像画像から、前記被検体の呼 吸に対応する前記患部の位置を示す呼吸性移動信号を算出する第１の算出ステップと、
   第２の算出部が、呼吸センサからの呼吸検出出力から、前記被検体の呼吸信号を算出す る第２の算出ステップと、
   モデル生成部が、前記患部の位置を示す呼吸性移動信号、および、前記被検体の呼吸信号を同期させてモデル化した呼吸性移動モデルを生成して記憶部に記憶するモデル生成ス テップと、
   推定部が、測定された呼吸信号と、前記記憶部に記憶されている前記呼吸性移動モデル とを比較して、測定された前記呼吸信号の呼吸位相を推定すると共に、推定した呼吸位相 に対応する、前記患部の位置を推定する推定ステップと、
   位相マーカ表示部が、前記患部の位置を示す位相マーカを表示部に表示可能な位相マー カ表示ステップと、を有する治療装置の作動方法。
4. コンピュータを、被検体の患部の動きを撮像した複数の撮像画像から、前記被検体の呼吸に対応する前記患部の位置を示す呼吸性移動信号を算出する第１の算出部と、
   呼吸センサからの呼吸検出出力から、前記被検体の呼吸信号を算出する第２の算出部と、
   前記患部の位置を示す呼吸性移動信号、および、前記被検体の呼吸信号を同期させてモ デル化した呼吸性移動モデルを生成して記憶部に記憶するモデル生成部と、
   測定された呼吸信号と、前記記憶部に記憶されている前記呼吸性移動モデルとを比較し て、測定された前記呼吸信号の呼吸位相を推定すると共に、推定した呼吸位相に対応する、前記患部の位置を推定する推定部と、
   前記患部の位置を示す位相マーカを表示部に表示可能な位相マーカ表示部として機能さ せる表示制御プログラム。
5. 請求項１又は請求項２に記載の治療装置と、
   推定された前記患部の位置に基づいて、前記被検体が載置された台を移動制御するための目標値を生成する目標値生成部と、
   前記目標値に応じて移動制御される台上の前記被検体の患部に対して、粒子線を照射可 能な粒子線治療装置と、
   を有する粒子線治療システム。

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