JP6698429B2 - 放射線治療システム - Google Patents

Description

本発明は、放射線治療システムに関し、特に、放射線治療中に被検体画像の撮影を行うモニタリング用Ｘ線ＣＴ撮影機能を備えたシステムに関する。

従来、医療診断や工業製品の不良検査に用いるために、被検体内部を非破壊で可視化する方法として、Ｘ線を被検体に照射し、被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検査法が知られている。また、被検体内部を３次元的に把握するために、被検体の断面像を得る方法として、被検体の周囲を回転しながらＸ線を被検体に照射し、被検体を透過したＸ線を検出して、検出した透過Ｘ線情報を再構成演算処理することにより断面像を得るＸ線ＣＴ（Computed Tomography）検査法が知られている。

ＣＴ検査法には、ライン検出器を用いるファンビームＣＴ撮影、面検出器を用いるコーンビームＣＴ（以下、ＣＢＣＴという）撮影、限定された回転角度の透過Ｘ線情報を用いるトモシンセシス撮影、回転軸を傾けるラミノグラフィ撮影などがある。被検体を回転させる方法の他に、被検体を固定してＸ線源と検出器を回転させる方法や、両者を回転させる方法がある。Ｘ線源あるいは検出器を回転させる代わりに回転軌道の接線方向に直線移動させる方法や、両者を回転軌道の接線方向で、反対向きに直線移動させる方法がある。

上述のＣＢＣＴ撮影によって、被検体内の標的に医療用放射線を照射する放射線治療の監視を行うシステムが知られている。このような放射線治療システムにおいては、放射線治療中にＣＢＣＴ撮影を行って得た画像を、予め医師が術前計画として別途ＣＴ撮影を行って得たアキシャル断面像（被検体の体軸に直交する断面）と比較して、標的の位置認識や、放射線治療の監視等を行う。

例えば、特許文献１には、Ｘ線撮影装置を備え、このＸ線撮影装置で取得したＸ線画像の中から、被検体の標的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うことにより、治療放射線照射状態の３次元ＣＴ画像を取得する放射線治療システムが開示されている。

また、特許文献２には、被検体の上部に配置した治療用放射線源から放射線を被検体に照射するとともに、治療用放射線源の両脇に鉛直に配置した一対のアームに観察用のＸ線源と検出器を配置し、被検体の斜め上方から観察用のＸ線を照射しながら、鉛直方向の軸を中心に一対のアームを回転させて被検体を撮影する放射線治療システムが開示されている。

さらに、特許文献３には、治療用等の放射線源と、二対の観察用Ｘ線源及び検出器とが、同心円状に配置された異なる円盤にそれぞれ固定された梁に搭載され、それぞれの円盤を回転させることにより被検体の周りで独立に回転可能な放射線システムが開示されている。さらに、特許文献３には、治療用放射線源を円盤に対して被検体の体軸方向に沿って傾斜させる機構も開示され、放射線を被検体に体軸方向の斜め方向から照射することができる。

特開２０１５−０２９７９３号公報 米国特許出願公開第２０１２／０３０７９７３号明細書 米国特許第８９３４６０５号明細書（FIG.8A〜8C，FIG.9A）

しかしながら、上述した特許文献１に記載された放射線治療システムは、同一のガントリの回転体に治療用の放射線源と観察用のＸ線源とが配置されているため、治療用の放射線源と観察用のＸ線源とが同時に回転する。放射線治療の際は、一般的に１分間に１回程度のゆっくりとした回転数に設定することが望ましいため、この回転速度でＸ線を被検体に照射して再構成像用のデータを取得すると、呼吸の周期よりも長い周期で撮影されることになる。したがって、呼吸による被検体の変位等も含まれるため、再構成像の画質が低下してしまう。

一方、特許文献２に記載された放射線治療システムは、被検体の両脇に鉛直に配置した一対のアームにＸ線源と検出器をそれぞれ搭載し、一方のアームのＸ線源から被検体の斜め上方からＸ線を照射して他方のアームの検出器で検出する位置関係を保ちながら、鉛直方向の軸を中心にＸ線源および検出器を回転させる。よって回転に伴うＸ線の中心軸Ｐの軌跡は円錐面を描き、アキシャル断面とは異なる。特許文献２の放射線治療システムにより得られた再構成画像からアキシャル断面像を得ることはできるが、予め術前計画のために別途ＣＴ撮影を行って得たアキシャル断面像のボクセルと比較すると、画像のボクセルが歪み、再構成像の画質が低下してしまう。

特許文献３に記載された放射線治療システムは、アキシャル断面内でＸ線源および検出器を回転させ、その内側で治療用放射線源をアキシャル断面もしくはそれに対して傾斜させた面内で回転させる構成であるが、治療用放射線として、近年注目されている陽子線や重粒子線を用いる場合、シンクロトロンを利用した非常に大規模な設備になるため、治療用放射線源を傾斜させることは困難である。具体的には、治療法放射線源は、シンクロトロンで発生した陽子線や重粒子線を真空の導管内に電場や磁場を印加して集束させ、電場や磁場の分布によって進行方向を曲げながら被検体近傍まで導く構造となる。そのため、設備全体を移動させることはできないし、被検体の近傍で放射線源を傾斜させるためには、磁場発生装置の発生する磁場の分布の調整が必要であるとともに、真空の導管の長さを変更したり、傾斜を変えたりする必要がある。したがって、特許文献３の技術を陽子線や重粒子線で実現することは大きな困難を伴うとともに、陽子線や重粒子線の出射口周辺のみの装置でも、大型になる。特許文献３の技術においては、アキシャル断面内で治療用放射線源とＸ線源の両者を回転させる場合、治療用放射線源がＸ線源よりの内側で回転するため、Ｘ線源から見て被検体が陽子線等の出射口装の影になる位置では、データを取得することができず、高画質のＣＴ画像を取得することが難しい。

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、画素（ボクセル）に歪が少なく、高画質な、アキシャル断面像を放射線治療中に取得することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提供する。

本発明の一態様は、治療用回転機構に配置され、前記被検体の周囲を回転しながら前記被検体の標的に治療用放射線を照射する治療用放射線照射部と、Ｘ線源用回転機構に配置され、前記被検体の周囲を回転しながら前記標的にモニタリング用Ｘ線を照射するＸ線源と、検出器用回転機構に配置され、前記Ｘ線源用回転機構に同期して前記被検体の周囲を回転しながら前記Ｘ線源から照射され前記被検体を透過したＸ線を検出する検出器と、前記Ｘ線源及び前記検出器が共通の回転軸を中心に回転し、且つ、前記治療用放射線源、前記Ｘ線源及び前記検出器の回転面がそれぞれ異なり、互いに干渉しないように前記治療用回転機構、前記Ｘ線源回転機構及び前記検出器用回転機構が配置されている放射線治療システムを提供する。

本発明によれば、画素（ボクセル）に歪がすくなく、高画質な、アキシャル断面像を放射線治療中に取得することができる。これにより、放射線治療における被検体の位置決め、監視精度を向上させることができる。

本発明の第１の実施形態に係る放射線治療システムの概略構成と、治療用回転フレームとスキャナ用回転フレームとの正面から見た位置関係を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る放射線治療システムにおいて、治療用回転フレームとスキャナ用回転フレームとの位置関係を示す側面図である。 本発明の第１の実施形態に係る放射線治療システムの動作を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施形態の変形例１に係り、治療用回転フレームとスキャナ用回転フレームとの位置関係を示す側面図である。 本発明の第１の実施形態の変形例２に係り、治療用回転フレームとＸ線管用回転フレームと検出器用回転フレームとの位置関係を示す側面図である。 本発明の第１の実施形態の変形例３に係り、治療用回転フレームとＸ線管用回転フレームと検出器用回転フレームとの位置関係を示す側面図である。 本発明の第１の実施形態の変形例４に係り、治療用フレームとＸ線管用フレームと検出器用回転フレームとの位置関係を示す側面図である。 本発明の第１の実施形態の変形例６に係り、放射線治療システムの動作を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態に係る放射線治療システムにおいて、治療用回転フレームとスキャナ用回転フレームとの位置関係を示す側面図である。

以下、本発明の実施形態に係る放射線治療システムについて、図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
本実施形態に係る放射線治療システムは、被検体１に放射線治療中に、アキシャル断面に近い角度の回転面でＸ線源およびＸ線検出器の対を回転させリアルタイムで観察用画像を取得して表示する。これにより、リアルタイムの観察用画像と、術前計画のＣＴ画像とを治療中に対比可能とし、被検体の治療対象部位（標的）の位置ずれ等を補正しながら医師による正確な治療を支援する。このため、本実施形態の放射線治療システムは、図１にその全体構成を示すように、被検体を載せる寝台５、観察用Ｘ線ＣＴスキャナ１０、放射線治療装置２０及び制御装置３０を備えている。なお、治療用Ｘ線ＣＴスキャナ１０及び放射線治療装置２０は、いずれも制御装置３０により制御される。

観察用Ｘ線ＣＴスキャナ１０は、図１にガントリの正面図を、図２に側面図を示すように、支持台１７（図１では図示せず）と、支持台１７によって回転可能に支持されたスキャナ用回転フレーム１１と、Ｘ線管１２（Ｘ線源）と、Ｘ線検出器１３と、高電圧発生部１４と、スキャナ回転駆動部１５と、スキャナ制御部１６と、支持軸３と、支持台１７とを備えている。

本実施形態において、観察用Ｘ線ＣＴスキャナ１０として、所謂ＣアームＣＴスキャナを適用することができる。従って、図１及び図２に示すように、本実施形態においてスキャナ用回転フレーム１１はＣ字形状であり、Ｘ線管１２とＸ線検出器１３とは、スキャナ用回転フレーム１１に備えられた支持機構１１２，１１３によってそれぞれ支持されている。これら支持機構１１２、１１３は、Ｃ字形状のスキャナ用回転フレーム（以下、Ｃアームともいう）１１上を移動可能な構造であり、スキャナ用回転フレーム１１の所望の位置でＸ線管１２およびＸ線検出器１３を支持することができる。本実施形態においては、スキャナ用回転フレーム１１の一端部にＸ線管１２が、他端部にＸ線検出器１３が夫々取り付けられ、Ｘ線管１２とＸ線検出器１３とがＦＯＶ（field of view）１００を挟んで互いに対向するように配置されている。

図２に示すように、スキャナ用回転フレーム１１は、支持軸３を介して支持台１７に回転可能に支持されている。支持台１７の内部には、上記高電圧発生部１４とスキャナ回転駆動部１５とスキャナ制御部１６とが配置されている。スキャナ回転駆動部１５は支持軸３を回転軸Ｏを中心に回転駆動する。支持軸３には、Ｃ字形状のスキャナ用回転フレーム１１を支持する位置を可変にする機構が備えられ、Ｃ字形状のスキャナ用回転フレーム１１をその周方向に沿って任意の角度に傾斜させて回転可能に支持する。

本実施形態では、図２のように、Ｘ線管１２に近い位置で、支持軸３がスキャナ用回転フレーム１１を支持するように配置されている。したがって、スキャナ回転駆動部１５がＣ字形状のスキャナ用回転フレーム１１を支持軸３を回転させることにより、Ｘ線管１２とＸ線検出器１３とは、共通の回転軸である支持軸３を中心に回転し、Ｘ線管１２の回転面１２０とＸ線検出器１３の回転面１３０とが干渉せず、互いに平行な位置関係となる。本実施形態では、支持軸３の回転軸Ｏを被検体の体軸に一致させてまたは平行に配置することにより、回転面１２０、１３０は、被検体１の体軸に垂直に配置する。

これにより、スキャナ制御部１６の制御下でスキャナ回転駆動部１５が支持軸３を回転させることにより、スキャナ用回転フレーム１１は回転軸Ｏを中心に回転し、Ｘ線管１２とＸ線検出器１３とを被検体１回りに回転する。このとき、スキャナ用回転フレーム１１は、Ｃ字形状の湾曲した形状であり、図２のように、被検体１の頭頂部（または足の先端）から離れた位置に配置された支持軸３によって支持され、スキャナ用回転フレーム１１の両端部は被検体１の中心よりも頭部側と足部側とにそれぞれ位置し、支持軸３を中心に回転する。両端部に支持されたＸ線管１２とＸ線検出器１３とは被被検体１には接触しない。これにより、Ｘ線管１２およびＸ線検出器１３は、被検体１の頭頂部および足先よりも体軸方向の被検体の中心寄りに位置し、体軸に交差する回転面１２０および回転面１３０内でそれぞれ回転する。なお、寝台５は、被検体１を載置する天板６を有し、天板６を被検体１の足部側（または頭頂部側）で片持ち支持して、天板を所定の位置まで移動可能な構造を有する。このような天板６を片持ち支持する構造の寝台５を用いることにより、Ｃ字形状のスキャナ用回転フレーム１１が回転に伴って、寝台５と接触することなく天板６の下部を通過することができる。

なお、Ｘ線管１２は、支持軸３に備えられたスリップリング機構（図示せず）等を介して高電圧発生部１４に電気的に接続される。高電圧発生部１４は、スキャナ制御部１６による制御に従って、回転面１２０内で回転しているＸ線管１２に高電圧を印加する。Ｘ線管１２は、高電圧発生部１４により高電圧が印加されることでＸ線を発生する。発生したＸ線は、被検体１に照射される。

被検体１に照射されたＸ線は、被検体１を通過して、回転面１３０内で回転しながらＦＯＶ１００を挟んで対向するＸ線検出器１３に到達する。Ｘ線検出器１３は、２次元状に配列された複数の検出素子を備え、各検出素子は、被検体を通過して到達したＸ線を検出して、検出したＸ線の強度に応じた電気信号を発生する。発生した電気信号は、スキャナ制御部１６に出力される。スキャナ制御部１６は、画像再構成部１６ａを備え、検出素子の出力からＦＯＶ１００内の３Ｄ画像（ボリュームデータ、ＣＢＣＴ画像（コーンビームＣＴ画像））を再構成し、制御装置３０に出力する。制御装置３０の後述する画像処理部３２は、３Ｄ画像をレンダリング処理等することにより、被検体１のアキシャル断面像を生成することができる。

スキャナ制御部１６は、制御装置３０からの指示に従って、スキャナ回転駆動部１５、高電圧発生部１４等を制御する。具体的には、スキャナ制御部１６は、ＣＴスキャン中、スキャナ用回転フレーム１１が一定の角速度で回転するようにスキャナ回転駆動部１５を制御する。また、スキャナ制御部１６は、Ｘ線管１２が所定エネルギーのＸ線を照射するように高電圧発生部１４を制御する。

一方、放射線治療装置２０は、円環形状の治療用回転フレーム２１、シンクトロトン等の放射線（陽子線や重粒子線）発生部２３と、治療用回転フレーム２１に搭載されて放射線を被検体１のＦＯＶ１００に照射する放射線照射部２２と、治療用回転駆動部２４と、治療制御部２５とを備えている。治療用回転フレーム２１の回転軸は、Ｃ字形状のスキャナ用回転フレーム１１の回転軸Ｏと一致するように配置されている。

治療用回転駆動部２４は、治療制御部２５の指示に従って、回転軸Ｏを中心に治療用回転フレーム２１を回転させる。治療用回転フレーム２１に搭載された放射線照射部２２は、回転軸Ｏを中心に被検体１の周囲を回転しながら、放射線発生部２３が発生した放射線（陽子線や重粒子線）を、治療制御部２５の指示にしたがって所定の角度で被検体１に照射する。本実施形態では、放射線照射部２２の回転面１２２は、被検体１の体軸に垂直である。なお、放射線照射部２２の回転面１２２は、被検体１の体軸に対して斜めに配置されてもよい。

このとき、放射線照射部２２の回転面１２２は、Ｘ線管１２の回転面１２０とＸ線検出器１３の回転面１３０との間に位置するように配置されている。言い換えると、Ｘ線管１２の回転面１２０とＸ線検出器１３の回転面１３０が、治療用放射線照射部２２の回転面１２２を挟むように、スキャナ用回転フレーム１１が配置されている。

治療用放射線照射部２２による治療用放射線の照射方向（治療用放射線の軸）と、Ｘ線管１２によるＸ線の照射方向（Ｘ線の軸）とが、治療用放射線照射部２２の回転軸（Ｚ軸）方向について、所定の角度αを成すようになっている。従って、図１におけるＸＹ平面に投影した時に、治療用放射線照射部２２による治療用放射線の照射方向と、Ｘ線管１２によるＸ線の照射方向とが一致したように見えても、治療用放射線の照射方向とＸ線の照射方向とはＺ軸方向について常に角度αだけ傾斜している。つまり、治療用放射線の軸とＸ線の軸とが互いに干渉することがなく、常に、治療用照射線を照射しながらＸ線を照射してモニタリングを行うことができる。

また、放射線照射部２２の回転面１２２と、Ｘ線管１２の回転面１２０およびＸ線検出器１３の回転面１３０との間隔は、Ｘ線検出器１３の傾斜した端部やＸ線管１２の傾斜した端部が、放射線照射部２２の回転面１２２と干渉（接触および交差）しない範囲で、できるだけ小さくなるようにＸ線検出器１３およびＸ線管１２のサイズを考慮して決定されている。

すなわち、図２に示すように、治療用放射線照射部２２の回転面と、Ｘ線管１２とＸ線検出器１３とを結ぶ直線（Ｘ線の中心軸Ｐ）との成す角度αは、できるだけ小さいことが望ましく、具体的には、αが４０°以下であることが、被検体１のアキシャル断面の画像を生成した場合のボクセルの歪が小さいため望ましい。

また、Ｘ線検出器の幅が約４００ｍｍ、Ｘ線管とＸ線検出器の距離が約１０００ｍｍ、被検体がＸ線管とＸ線検出器のほぼ中間にあるとすると、Ｘ線検出器１３のサイズを考慮すると、αは約２０°以上となるが、αが２０°〜４０°程度であれば、生成したアキシャル断面に生じるボクセル歪を許容できる。アキシャル断面におけるボクセル歪が小さくなれば、アキシャル方向に直交する方向のコロナル断面およびサジタル断面におけるボクセル歪も小さくなる。なお、角度αは、Ｘ線管１２とＸ線検出器１３とをスキャナ用回転フレーム１１上を移動させたり、スキャナ用回転フレーム１１の治療用回転フレーム２１に対する配置位置を変更したりすることにより、適宜変更することができる。例えば、被検体とＸ線検出器の距離を離すほど、αは小さくでき、ボクセル歪は小さくできる。

このように、本実施形態では、スキャナ用回転フレーム１１と治療用回転フレーム２１とは、別個独立に設けられ、別々の駆動部よって独立に回転駆動される。また、Ｘ線管１２とＸ線検出器１３とは、共通の回転軸である支持軸３を中心に回転し、Ｘ線管１２の回転面１２０とＸ線検出器１３の回転面１３０とが干渉せず、互いに平行となるような位置関係となっている。放射線照射部２２の回転面１２２は、治療用回転フレーム１２のＸ線管１２の回転面１２０とＸ線検出器１３の回転面１３０との間に位置する。また、治療用回転フレーム２１の回転軸Ｏは支持軸３と一致しているため、治療用放射線照射部２２、Ｘ線管１２及びＸ線検出器１３は、共通の回転軸Ｏを中心に回転し、夫々の回転面が互いに平行となるように配置されている。

制御装置３０は、放射線治療システム全体を管理・制御する専用又は汎用のコンピュータ装置であり、システム制御部３１、画像処理部３２、寝台駆動部３３、画像表示部３４、記憶部３６、及び操作部３５を備えている。

システム制御部３１は、スキャナ制御部１６及び治療用制御部２５を制御して、観察用Ｘ線ＣＴスキャナ１０及び放射線治療装置３０を制御する。これにより、放射線治療装置２０の治療用回転フレーム２１を回転させながら放射線照射部２２により所定のタイミングで所定の角度から放射線を被検体１のＦＯＶ１００内の標的１１０に照射して治療を実行させるとともに、観察用Ｘ線ＣＴスキャナ１０のＣ字形状のスキャナ用回転フレーム１１を回転させながらＸ線管１２からＸ線を照射させ、被検体１を透過したＸ線をＸ線検出器１３で検出させ、スキャナ制御部１６の画像再構成部１６ａにおいて被検体１の３Ｄ画像を生成させる。

また、システム制御部３１は、標的認識部３１ａを備えている。標的認識部３１ａは、スキャナ制御部１６の３Ｄ画像における、標的（治療対象部位）１１０の位置を認識する。例えば、予め設定された標的１１０のＣＴ画像やＸ線透視画像をテンプレートとして、類似領域を探索するテンプレートマッチングの技術により、３Ｄ画像における標的位置を認識する。また、システム制御部３１は、画像処理部３２、寝台駆動部３３、画像表示部３４、記憶部３６、及び操作部３５を制御する。なお、システム制御部３１は、図示しないネットワークを介してスキャナ制御部１６及び治療用制御部２５を制御してもよい。

画像処理部３２は、観察用Ｘ線ＣＴスキャナ１０から取得した画像データに前処理及び再構成処理を施し、治療直前の被検体１の再構成像を生成し、再構成像からレンダリング画像を生成する。画像処理部３２は、システム制御部３１を介して再構成像およびレンダリング画像に係るデータを表示部３４に出力し、表示させる。

寝台５は、被検体１を載置する天板６を有し、寝台駆動部３２により駆動される。寝台駆動部３２は、後述するシステム制御部３１による指示に従って天板６を移動させる。寝台駆動部３２により天板６を移動させることにより、天板６に載置された被検体１の位置決めを行う。

表示部３４は、画像処理部３２により生成された再構成像およびレンダリング画像やその他必要なデータをシステム制御部３１の指示に従って表示する。表示部３４を実現する表示機器として、例えば、ＣＲＴディスプレイ、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、プラズマディスプレイ等を適用することができる。

操作部３５は、入力機器を介してユーザからの各種指令や情報入力を受け付け、入力された情報をシステム制御部３１に出力する。操作部３５を実現する入力機器として、キーボードやマウス、スイッチ等を適用することができる。

記憶部３６は、例えば、画像処理部３２により生成された再構成像に係るデータ、レンダリング画像に係るデータ等の種々のデータを記憶する。

つぎに、本実施形態の放射線治療システムの各部の動作について図３のフローを用いて説明する。なお、ユーザは、別途Ｘ線ＣＴ装置を用いて被検体１について撮影した１以上のアキシャル断面像に、放射線を照射する治療対象領域（標的）１１０の位置をマーク等で特定した治療計画画像や、標的１１０への放射線の照射角度や照射回数等を定めた治療計画を予め作成しているものとする。

システム制御部３１は、操作部３５を介して、治療計画画像データと、放射線照射条件（治療用回転フレーム２１の回転数、放射線の照射強度等）と、ＣＴ画像撮像条件（Ｘ線ＣＴスキャナの管電圧・管電流等のＸ線照射条件、Ｃ字状のスキャナ用回転フレーム１１の回転速度等）を受け付ける（ステップ２０１）。

システム制御部３１は、被検体１が天板６に搭載され、ユーザが操作部３５を介して、天板６の位置を指示したならば、それを受け付け、天板６を指示された位置まで移動させる（ステップ２０２）。

システム制御部３１は、観察用Ｘ線ＣＴスキャナ１０のスキャナ制御部１６に撮像を指示する。スキャナ制御部１６は、高電圧発生部１４からＸ線管１２に所定の管電圧・管電流を供給してＸ線を発生させるとともに、スキャナ回転駆動部１５を動作させて、支持軸３を回転させる。これにより、図２に示すように、Ｃ字形状のスキャナ用回転フレーム１１が所定の速度で回転し、これに伴って、Ｘ線管１２は、回転面１２０内で被検体１の周りを回転し、Ｘ線検出器１３は、回転面１３０内で被検体１の周りを回転する。Ｘ線管１２から出射されたＸ線は、ＦＯＶ１００に位置する被検体１を通過して、Ｘ線検出器１３により検出される。スキャナ制御部１６は、所定の時間間隔でＸ線検出器１３の検出素子の出力を収集し、画像再構成部１６ａは、ＦＯＶ１００内の３Ｄ画像（ＣＢＣＴ画像）を再構成する（ステップ２０３）。

システム制御部３１の標的認識部３１ａは、画像再構成部１６ａから３Ｄ画像を受け取って、３Ｄ画像内の標的１１０を、治療計画画像データの標的画像とテンプレートマッチング等により認識し、標的１１０の位置を求める（ステップ２０４）。システム制御部３１は、３Ｄ画像内の標的１１０を含む位置のアキシャル断面像を再構成処理により画像処理部３２に生成させ、治療計画画像の標的１１０を含む位置のアキシャル断面像とともに、表示部３４に表示する（ステップ２０５）。この処理により生成されるアキシャル断面画像は、３Ｄ画像のボクセルを角度αだけ傾斜させることにより生成されるため、ボクセルは角度αのボクセル歪みを有するが、本実施形態では、角度αが小さく（４０°）以下になるように設定しているため、ボクセル歪みを低減できる。

また、システム制御部３１は、治療計画画像の標的位置と、観察用Ｘ線ＣＴスキャナ１０が撮影した画像の標的位置との位置ずれ量を算出し、表示部３４に表示する（ステップ２０６）。標的１１０の位置ずれ量が所定値以上である場合には、システム制御部３１は、算出した位置ずれを修正するように、寝台駆動部３３により天板６を移動させ、ステップ２０３に戻る（ステップ２０７，２０８）。また、ユーザの操作部３５の操作にしたがって、天板６を移動させてもよい。

なお、上述のステップ２０５に代えて、アキシャル断面と同様に、３Ｄ画像内の標的１１０を含む位置のコロナル断面像を画像処理部３２に生成させ、治療計画画像の標的１１０を含む位置のコロナル断面像とともに、表示部３４に表示することも可能である（ステップ２０５’）。この場合、システム制御部３１は、治療計画画像の標的位置と、観察用Ｘ線ＣＴスキャナ１０が撮影した画像の標的位置とのコロナル方向の位置ずれ量を算出し、表示部３４に表示する（ステップ２０６’）。標的１１０のコロナル方向の位置ずれ量が所定値以上である場合には、システム制御部３１は、算出した位置ずれを修正するように、寝台駆動部３３により天板６を移動させ、ステップ２０３に戻る（ステップ２０７’，２０８’）。これにより、コロナル方向の位置ずれ量を算出し、位置ずれを修正することができる。

また、上述のステップ２０５又はステップ２０５’に代えて、３Ｄ画像内の標的１１０を含む位置のサジタル断面像を画像処理部３２に生成させ、治療計画画像の標的１１０を含む位置のサジタル断面像とともに、表示部３４に表示する（ステップ２０５”）ことも可能である。この場合、システム制御部３１は、治療計画画像の標的位置と、観察用Ｘ線ＣＴスキャナ１０が撮影した画像の標的位置とのサジタル方向の位置ずれ量を算出し、表示部３４に表示する（ステップ２０６”）。標的１１０のサジタル方向の位置ずれ量が所定値以上である場合には、システム制御部３１は、算出した位置ずれを修正するように、寝台駆動部３３により天板６を移動させ、ステップ２０３に戻る（ステップ２０７”，２０８”）。これにより、サジタル方向の位置ずれ量を算出し、位置ずれを修正することができる。断面像で表示することによりアキシャル方向、コロナル方向、サジタル方向のずれ量を正確に表示することができる。

画像処理部３２において再構成像からレンダリング画像を生成し、表示部３４に断面像の代わりにレンダリング画像を表示させることもできる。治療計画画像において標的１１０を含む位置を算出し、レンダリング画像上に表示することにより、全方向のずれ量を一つの画像で示すことができる。

上述の通り、画像処理部３２において、観察用Ｘ線ＣＴスキャナ１０が撮影した画像の再構成像およびレンダリング画像を生成し、これらの画像に治療計画画像において算出した標的１１０を含む位置を重ねることにより、リアルタイムの画像を基準にすることができる。一方、治療計画画像の再構成像およびレンダリング画像を生成し、これらの画像に観察用Ｘ線ＣＴスキャナが撮影した断面像において算出した標的１１０を含む位置を重ねることも可能であり、この場合は治療計画画像を基準にすることができる。

ステップ２０６において、標的位置の位置ずれ量が所定値よりも小さい場合、システム制御部３１は、放射線治療装置２０の治療用制御部２５に指示し、放射線照射による治療を実行させる（ステップ２０９）。具体的には、治療用回転駆動部２４により、治療用回転フレーム２１を所定の速度で回転させながら、放射線発生部２３により放射線を発生させ、所定の角度に到達したタイミングで放射線照射部２２から放射線を被検体の標的１１０に照射する。その際、観察用Ｘ線ＣＴスキャナ１０が撮影した３Ｄ画像を用いて、画像処理部３２が３Ｄ画像内の標的１１０を含む位置のアキシャル断面像を生成し、治療計画画像の標的１１０を含む位置のアキシャル断面像とともに、表示部３４に表示する（ステップ２１０）。

ここで、ステップ２０５で得られた画像を表示部３４に表示することで、被検体の被曝を低減できる。あるいは、新たに観察用Ｘ線ＣＴスキャナ１０が撮影した３Ｄ画像を用いて生成した画像を表示することで、リアルタイムの画像を表示できる。また、アキシャル断面像の他にコロナル断面像、サジタル断面像、レンダリング画像を表示することが可能である。

これにより、ユーザは、表示部３４に表示されたリアルタイムの標的１１０を含むアキシャル断面像を、治療計画の標的１１０を含むアキシャル断面像と対比して見ることができ、放射線の照射による標的部位の変化等を確認することができる。同様に、コロナル断面像、サジタル断面像、レンダリング画像で対比して見ることができる。

このように本実施形態の放射線治療システムによれば、Ｘ線管１２及びＸ線検出器がスキャナ用回転フレーム１１に取り付けられ、治療用放射線照射部２２が、スキャナ用回転フレーム１１とは別個独立の治療用回転フレーム２１に取り付けられているため、Ｘ線管１２及びＸ線検出器１３と治療用放射線照射部２２とを夫々異なる速度で回転させることができる。

また、Ｘ線管１２とＸ線検出器１３とが対峙したまま共通の回転軸Ｏを中心に回転し、且つ、治療用放射線照射部２２、Ｘ線管１２及びＸ線検出器１３の各回転面１２２、１２０、１３０が互いに干渉しないように治療用回転フレーム２１とスキャナ用回転フレーム１１とが配置されているため、治療用放射線照射部２２を傾斜させることなく、Ｘ線管１２からＸ線検出器１３に到達するＸ線の中心軸Ｐを、アキシャル断面に対して所定の角度αだけ傾斜させて３ＤのＣＴ画像を得ることができる。よって、放射線源を容易に傾斜させることができない陽子線や重粒子線を用いる場合であっても、放射線治療中にＸ線ＣＴ画像を取得することができる。

また、本実施形態の放射線治療システムは、Ｘ線検出器１３等のサイズやＸ線管および被検体との距離に応じて、Ｘ線の中心軸Ｐの傾斜角αを小さくできる。よって、アキシャル断面に近い角度にＸ線の中心軸Ｐが位置し、３Ｄ画像からアキシャル断面像を生成した場合であっても、ボクセルの歪を抑制でき、高精細なアキシャル断面像を、放射線による治療中にリアルタイムで得ることができる。よって、術前計画のアキシャル断面像と、リアルタイムのアキシャル断面像を対比してユーザに表示することができる。同様に、高精細なコロナル断面像、サジタル断面像、レンダリング画像を放射線による治療中にリアルタイムで得ることができ、術前計画の断面像とリアルタイムの断面像を対比してユーザに表示することができる。

また、本実施形態の放射線治療システムは、Ｘ線管１２からＸ線検出器１３に到達するＸ線の中心軸Ｐが、治療用の放射線が照射される方向とは角度αだけ傾斜しているため、治療用の放射線が被検体によって散乱する成分のうち最も量の多い前方に直進する成分が、Ｘ線検出器１３に入射するのを防ぐことができる。したがって、高画質の再構成像を取得することができる。

以上のように、本実施形態の放射線治療システムは、放射線治療における被検体の位置決め、監視精度を向上させることができる。

なお、本実施形態では、放射線治療装置が陽子線や重粒子線を放射線として照射する例について説明したが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、Ｘ線やガンマ線を照射する構成にすることも可能である。放射線発生部２３が小型の装置である場合には、放射線発生部２３を治療用回転フレーム２１に搭載して治療用回転フレーム２１とともに回転させることも可能である。

なお、本実施形態では、治療用回転フレーム２１の回転軸と、スキャナ用回転フレーム１１の回転軸Ｏとが同軸である場合を説明したが、２つの回転軸は、必ずしも同軸でなくてもよく、平行にずれていてもよい。また、治療用回転フレーム２１の回転軸に対して、スキャナ用回転フレーム１１の回転軸Ｏが傾斜していてもよい。回転軸Ｏが傾斜している場合、放射線照射部２２の回転面１２２に対して、Ｘ線源１２の回転面１２０およびＸ線検出器の回転面１３０が傾斜するが、回転面１２２と回転面１２０または回転面１３０とが交差しないことが望ましい。ただし、放射線の照射角度が所定の角度に限られている場合には、放射線と、Ｘ線源１２およびＸ線検出器１３とを交差させず（干渉させず）に、回転面１２２と回転面１２０または回転面１３０とが交差するように回転軸Ｏを傾斜させることも可能であるので、そのような傾斜角度に回転軸Ｏを傾斜させてもよい。

また、本実施形態では、観察用Ｘ線ＣＴ画像スキャナによって、ＣＴ画像を撮影したが、Ｘ線透視画像やＸ線撮影画像を得ることも可能である。ステップ２０２の天板６の移動の際に、Ｘ線透視画像あるいはＸ線撮影画像をユーザが見ながら位置合わせをすることも可能である。

（変形例１）
上記した実施形態では、スキャナ用のＸ線管とＸ線検出器が夫々１つである例について説明したが、これらが夫々２つ設けられた構成とすることもできる。

図４に示すように、治療用放射線源２１を設けた治療用回転フレーム２１と、Ｘ線管１２ａ，１２ｂとＸ線検出器１３ａ，１３ｂを設けたスキャナ用回転フレーム１１ａ，１１ｂを夫々別個独立に配置することもできる。

すなわち、本変形例においては、Ｃアームを２台備え、第１のＣアームのスキャナ用回転フレーム１１ａに取り付けられたＸ線管１２ａと第２のＣアームのスキャナ用回転フレーム１１ｂに取り付けられたＸ線検出器１３ｂとがＦＯＶ１００を挟んで対峙して配置され、スキャナ用回転フレーム１１ｂに取り付けられたＸ線管１２ｂとスキャナ用回転フレーム１１ａに取り付けられたＸ線検出器１３ａとがＦＯＶ１００を挟んで対峙して配置されている。

スキャナ用回転フレーム１１ａは支持軸３ａを回転軸として回転し、スキャナ用回転フレーム１１ｂは支持軸３ｂを回転軸として回転する。支持軸３ａと支持軸３ｂは略同一直線状に配置され、第１のＣアームと第２のＣアームとは実質的に略同一の回転軸を中心に回転するようになっている。

従って、第１のＣアームに取り付けられたＸ線管１２ａから照射されたＸ線を第２のＣアームに取り付けられたＸ線検出器１３ｂで検出し、スキャナ用回転フレーム１１ｂに取り付けられたＸ線管１２ｂから照射されたＸ線をスキャナ用回転フレーム１１ａに取り付けられたＸ線検出器１３ａで検出することができる。
図４では、Ｃアームを被検体の頭側と足側から入れたが、Ｃアームを被検体の側面から入れる形態も考えられる。この場合には、Ｘ線管および検出器はＣアーム上をアームに沿ってスライドすることで、上記と同様に回転軸の周囲を回転させることができる。

（変形例２）
また、図５に示すように、治療用放射線源、スキャナ用のＸ線管及びＸ線検出器が夫々１つであり、治療用回転フレーム２１と、Ｘ線管用回転フレーム１８と、Ｘ線検出器１３を取り付けた検出器用回転フレーム１９を夫々別個独立に配置することもできる。

治療用回転フレーム２１と、Ｘ線管用回転フレーム１８と、検出器用回転フレーム１９とは何れも円環形状であり、同一の回転軸を中心に回転するようになっている。また、Ｘ線管用回転フレーム１８と検出器用回転フレーム１９とが治療用回転フレーム２１を挟むように配置されている。また、Ｘ線管用回転フレーム１８に設けられたＸ線管１２と検出器用回転フレーム１９に設けられたＸ線検出器１３とはＦＯＶ１００を挟んで対峙して配置されている。Ｘ線管用回転フレーム１８と検出器用回転フレーム１９とは、同期して回転しＸ線管１２から照射されたＸ線を検出器１３が検出するようになっている。

（変形例３）
また、図６に示すように、治療用放射線源、スキャナ用のＸ線管及びＸ線検出器が夫々１つであり、治療用回転フレーム２１と、Ｘ線管用回転フレーム２８と、検出器用回転フレーム２９を夫々別個独立に配置することもできる。

治療用回転フレーム２１は円環上であり、Ｘ線管用回転フレーム２８と検出器用回転フレーム２９とは棒状であり、何れも同一の回転軸を中心に回転するようになっている。また、Ｘ線管用回転フレーム２８と検出器用回転フレーム２９とが治療用回転フレーム２１を挟むように配置されている。また、Ｘ線管用回転フレーム２８に設けられたＸ線管１２と検出器用回転フレーム２９に設けられたＸ線検出器１３とはＦＯＶ１００を挟んで対峙して配置されている。Ｘ線管用回転フレーム２８と検出器用回転フレーム２９とは、同期して回転しＸ線管１２から照射されたＸ線を検出器１３が検出するようになっている。

（変形例４）
また、図７に示すように、治療用放射線源、スキャナ用のＸ線管及びＸ線検出器が夫々１つであり、治療用回転フレーム２１と、Ｘ線管用移動フレーム３８と、検出器用移動フレーム３９を夫々別個独立に配置することもできる。

治療用回転フレーム２１は円環上であり、Ｘ線管用移動フレーム３８と検出器用移動フレーム３９とは棒状であり、平行に配置されている。また、Ｘ線管用移動フレーム３８と検出器用移動フレーム３９とが治療用回転フレーム２１を挟むように配置されている。また、Ｘ線管用移動フレーム３８に設けられたＸ線管１２と、検出器用移動フレーム３９に設けられたＸ線検出器１３とは、ＦＯＶ１００を挟んで対峙して配置されている。
Ｘ線管１２はＸ線管用移動フレーム３８上を直線移動し、Ｘ線検出器１３は検出器用移動フレーム３９上を直線移動する。Ｘ線管１２とＸ線検出器１３とは同期して移動し、Ｘ線管１２から照射されたＸ線を検出器１３が検出するようになっており、トモシンセシス撮影が可能である。

（変形例５）
上記した実施形態では、図２に示したように、Ｘ線管１２およびＸ線検出器１３のスキャナ用回転フレーム１１上の位置は、撮像中は変化させず、角度αを一定に保つ構成であったが、システム制御部３１の制御により、撮像中に機構１１２および１１３を動作させて、Ｘ線管１２およびＸ線検出器１３のスキャナ用回転フレーム（Ｃアーム）１１上の位置を移動させてもよい。ただし、Ｘ線管１２およびＸ線検出器１３は、ＦＯＶ１００を挟んで対向する位置関係は維持する。

Ｘ線管１２およびＸ線検出器１３のスキャナ用回転フレーム１１上の位置を移動させることにより、角度αが変化するため、様々なＸ線の入射角度でＦＯＶ１００のデータを取得することができる。これにより、角度αを固定している場合よりも、高精度の３Ｄ画像（ＣＢＣＴ画像（コーンビームＣＴ画像））を得ることができる。例えば、コーン角に起因するぼけの発生を抑制できる。これにより、画像処理部３２は、例えば図３のステップ２０５、２１０において、より高精度なアキシャル断面像を再構成して表示部３４表示することができる。この場合、αは４０°以下に制限されるものではない。

（変形例６）
上記した実施形態では、図３に示したように、標的位置の位置ずれ量が所定値より大きい場合には、天板６の位置を修正しているが、呼吸動や脈拍により、周期的に位置が変動する部位に標的１１０が位置する場合には、観察用ＣＴ画像スキャナによりリアルタイムで３Ｄ画像を撮像し、標的位置が所定の範囲内に位置するタイミングで、放射線を標的１１０に照射することも可能である。これにより、呼吸動や脈拍による標的１１０の変動の影響を受けずに、精度よく標的１１０に放射線を照射することができる。

例えば、図８のフローチャートのように、システム制御部３１は、上記実施形態と同様にステップ２０１〜２０４まで行って観察用ＣＴスキャナにより撮像した３Ｄ画像において標的１１０の現在位置の術前計画との位置ずれ量を認識したのち、標的１１０の位置ずれ量が所定値以下の場合のみ放射線照射を行う（ステップ３０６〜３０８）。これを放射線照射が所定回数になるまで繰り返す（ステップ３０９）。その後、最後に取得した３Ｄ画像から標的１１０を含むアキシャル断面像を生成して表示部３４に表示させる（ステップ３１０）。呼吸動や脈拍による標的１１０の変動を、リアルタイムで撮像したＣＴ画像に基づいて認識することができるため、精度よく標的１１０に放射線を照射することができる。

なお、本変形例５では、観察用ＣＴスキャナによる３Ｄ画像から呼吸動や脈拍による標的１１０の位置の変動を検出しているが、光学的または電気的に呼吸動や脈拍による被検体の変位を検出するセンサーを用いてステップ２０６の位置ずれ量を検出してもよい。また、これらセンサーと、観察用ＣＴスキャナによる３Ｄ画像を用いた標的位置の検出を併用してもよい。

（第２の実施形態）
上述した第１の実施形態及びその変形例では、治療用放射線源、スキャナ用のＸ線管及びＸ線検出器が互いに干渉しない異なる回転面で回転する構成について説明した。しかしながら、必ずしもこのような構成に限られず、例えば、第１の実施形態で示したようなＣアームなどの、少なくとも治療用回転機構と、Ｘ線源回転機構及び検出器用回転機構とが別個独立であれば、治療用放射線源と、観察用のＸ線源とを異なる速度で回転させることができ、取得される再構成像の画質の向上を図ることができる。

すなわち、例えば、図９に示すように、治療用放射線照射部２２を取り付けた円環状の治療用回転フレーム２１と、Ｃアームであるスキャナ用回転フレーム１１の両端にＸ線管１２とＸ線検出器１３とを夫々取り付けた構成とし、治療用放射線照射部２２の回転面とＸ線管１２とＸ線検出器１３の回転軸を共通とし、かつ各回転面が概ね一致するように治療用回転フレーム２１と、Ｃアームのスキャナ用回転フレーム１１とを配置する。このとき、Ｘ線管１２とＸ線検出器１３とがＦＯＶ１００を挟むように配置する。

このように、治療用放射線照射部２２と、Ｘ線管１２及びＸ線検出器１３とを別個独立の回転機構で回転させることができる。つまり、治療用放射線照射部２２が、スキャナ用回転フレーム１１とは別個独立の治療用回転フレーム２１に取り付けられているため、Ｘ線管１２及びＸ線検出器１３と治療用放射線照射部２２とを夫々異なる速度で回転させることができる。より具体的には、治療用放射線源は、例えば、１分間に１回転などの放射線治療に適した速度で回転させ、Ｘ線管１２及びＸ線検出器１３は所望の画質の再構成像を取得するために必要な速度で回転させることができる。

したがって、画素（ボクセル）に歪がなく等方的で高画質の再構成像を取得して、放射線治療における被検体の位置決め、監視精度を向上させることができる。

１・・・被検体、３・・・支持軸、１０・・・観察用Ｘ線ＣＴスキャナ、１１・・・スキャナ用回転フレーム、１２・・・Ｘ線管、１３・・・Ｘ線検出器、１４・・・高電圧発生部、１５・・・スキャナ回転駆動部、１６・・・スキャナ制御部、１８・・・Ｘ線管用回転フレーム１８、１９・・・検出器用回転フレーム、２０・・・放射線治療装置、２１・・・治療用回転フレーム、２２・・・治療用放射線照射部、２３・・・高電圧発生部、２４・・・治療用回転駆動部、２５・・・治療制御部、３０・・・制御装置、３１・・・システム制御部、３２・・・画像処理部、３３・・・寝台駆動部、３４・・・表示部、３５・・・操作部、３６・・・記憶部

Claims (12)

1. 治療用回転機構と、
   前記治療用回転機構に配置され、被検体の周囲を回転しながら前記被検体の標的に治療用放射線を照射する治療用放射線照射部と、
   前記被検体の周囲を回転しながら前記標的にモニタリング用Ｘ線を照射するＸ線源と、
   前記Ｘ線源の回転に同期して前記被検体の周囲を回転しながら前記Ｘ線源から照射され前記被検体を透過したＸ線を検出する検出器とを備え、
   前記Ｘ線源及び前記検出器は、それぞれ、前記治療用放射線照射部の回転面に対し交差する軸を中心に回転するＣ字形状アームに取り付けられており、且つ、前記Ｃ字形状アームの支持軸中心から、前記Ｘ線源及び前記検出器の一方までのＣ字形状アームに沿った距離が他方までのＣ字形状アームに沿った距離よりも短く、
   前記治療用放射線照射部、前記Ｘ線源及び前記検出器の回転面がそれぞれ異なり、互いに干渉しないように前記治療用回転機構及び前記Ｃ字形状アームが配置されている放射線治療システム。
2. 前記Ｘ線源の回転面と前記検出器の回転面とが、前記治療用放射線照射部の回転面を挟むように前記Ｃ字形状アームが配置されている請求項１記載の放射線治療システム。
3. 前記治療用放射線照射部による治療用放射線の照射方向と、前記Ｘ線源によるモニタリング用Ｘ線の照射方向とが、前記治療用放射線照射部の回転軸方向について、所定の角度を成す請求項１記載の放射線治療システム。
4. 前記治療用放射線照射部の回転面と、前記Ｘ線源と前記検出器とを結ぶ直線との成す角度が可変である請求項１記載の放射線治療システム。
5. 前記Ｘ線源と前記検出器とを前記Ｃ字形状アームに沿って移動させることにより前記角度を可変とする機構を備えた請求項４記載の放射線治療システム。
6. 前記角度が２０°〜４０°である請求項４記載の放射線治療システム。
7. 前記Ｃ字形状アームの回転軸は、前記治療用放射線照射部の回転面に対し直交している請求項１記載の放射線治療システム。
8. 前記Ｃ字形状アームの回転軸は、前記治療用放射線照射部の回転軸に対し、平行にずれているか、または傾斜している請求項１記載の放射線治療システム。
9. 前記医療用放射線照射部による放射線の照射タイミングと、前記Ｘ線源によるモニタリング用Ｘ線の照射タイミングと制御する制御部を備え、
   該制御部が、前記治療用放射線照射部による放射線の照射タイミングと、前記Ｘ線源によるモニタリング用Ｘ線の照射タイミングとを一致させないように制御する請求項１記載の放射線治療システム。
10. 前記検出器の出力から前記被検体の画像を再構成処理し、前記被検体のアキシャル断面像を生成する画像処理部を備える請求項１記載の放射線治療システム。
11. 前記被検体の画像から前記標的の位置を認識する標的認識部と、前記標的の位置が所定の範囲内に位置する場合に、前記治療用放射線照射部から前記標的に放射線を照射させる制御部を備える請求項１０に記載の放射線治療システム。
12. 前記治療用放射線照射部は、外部の放射線発生装置と真空の導管で接続され、前記放射線発生装置が発生した陽子線または重粒子線を磁場で集束させて前記標的に照射する装置である請求項１に記載の放射線治療システム。

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