JP6914053B2

JP6914053B2 - 放射線治療装置若しくは診断装置のｑａ方法およびシステム

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Publication number: JP6914053B2
Application number: JP2017031663A
Authority: JP
Inventors: 貴啓山田; 泰介高柳; 千博中島; 智一島倉; 孝紀荒居
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2017-02-23
Filing date: 2017-02-23
Publication date: 2021-08-04
Anticipated expiration: 2037-02-23
Also published as: JP2018134282A

Description

本発明は、荷電粒子やX線などの放射線を腫瘍等の患部に照射して治療する放射線照射システム、診断装置、及びその品質保証方法に関する。

癌などの治療のために、患者に荷電粒子やX線などの放射線を照射する方法が知られている。荷電粒子には陽子線や炭素線などがある。この照射に用いる放射線照射システムは、カウチと呼ばれる患者用ベッド上に固定された患者の体内で、腫瘍などの標的の形状に適した線量分布を形成する。

治療の際、患者は治療室に設置された患者位置決め用レーザーを用いて粗く位置決めされた後、X線画像やCT画像を撮影して精密に位置決めされる。位置決めが完了した後、治療用の放射線を照射する。
放射線治療装置はQA（Quality Assurance）と呼ばれる装置の品質保証試験によって、健全性を確認した上で治療に使用される。非特許文献１には、QAのガイドラインが示されており、その中で、患者位置決め用レーザー位置の確認は日々実施するように推奨されている。また、非特許文献２には、M. D. Anderson Cancer CenterのQA方法が示されているが、患者位置決め用レーザー位置の確認が日々実施されている。

：Task Group 142 report: Quality assurance of medical acceleratorsa ：Bijan Arjomandy, "An overview of the comprehensive proton therapy machine quality assurance procedures implemented at The University of Texas M. D. Anderson Cancer Center Proton Therapy Center-Houston", Medical Physics 36, 2269 (2009)

非特許文献１では、患者位置決め用レーザー位置の確認方法は特に指定はない。そのため、基準となる位置に設置した測定器にけがき線などの目印を設け、患者位置決め用レーザーの位置を目視で定規などを用いて確認する方法が考えられる。しかし、このような方法をとった場合、患者位置決め用レーザーの本数が増えると確認に時間がかかるという課題がある。また、計測者ごとに計測結果がばらつく可能性があるという課題がある。

本発明の目的は、患者位置決め用レーザーの位置確認を短時間で実現する方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、患者位置決めに用いるレーザーを計測する計測器であって、２枚の三角形の光検出器を組み合わせて構成される検出器が設置されていることを特徴とする。

本発明によれば、患者位置決め用レーザーの位置確認に要する時間の短縮が可能となる。

第１の実施例における放射線治療システムの全体構成図である。検出器によるレーザー位置の検出原理を説明する概念図である。第１の実施例におけるレーザー位置計測器３０の構成図である。検出器２１と制御装置３５の接続を示す概念図である。レーザー位置計測器３０の設置方法を示す概念図である。第２の実施例におけるレーザー位置計測器３０の構成図である。第３の実施例における放射線治療システムの全体構成図である。レーザー位置計測器による検査フローである。

本発明の実施形態について図を参照しながら説明する。

以下、本発明の第一の実施形態を説明する。

本発明は、X線照射システムや粒子線照射システムなどの放射線照射システム、およびX線CTシステムやMRIシステムなどの放射線診断システムに適用することができる。粒子線には陽子線や炭素線が含まれる。

本実施例の実施形態について図１を用いて説明する。

本実施例の放射線治療システムは、治療用放射線発生装置１０、治療用放射線照射ノズル１１、X線発生装置１２、X線受像装置１３、ガントリー１４、カウチ１５、患者位置決め用レーザー発振器１６、制御装置１７、コンソール１８で構成される。制御装置１７は、治療用放射線発生装置１０、治療用放射線照射ノズル１１、X線発生装置１２、X線受像装置１３、ガントリー１４、カウチ１５、コンソール１８に接続され、これらの機器を制御する。操作者は、コンソール１８を操作することで、放射線治療システムを操作する。患者位置決め用レーザー２０は、治療室の壁や天井、またはガントリー１４内に設置された患者位置決め用レーザー発振器１６から、線状のレーザーとしてアイソセンタに向かって照射される。アイソセンタとは、例えば回転するガントリー１４の中心軸と、ガントリー１４に伴って回転する治療用放射線照射ノズル１１から照射されるビームの軸との交点に該当する空間上の座標である。

治療時の手順に従って、各装置の動作を説明する。まず、患者１９はカウチ１５に固定具（図示せず）を用いて固定される。続いて、患者位置決め用レーザー２０（以下、レーザー）を用いて粗位置決めが実施される。その際、あらかじめ、患者１９の体表や固定具に記されたマーカー線とレーザー２０の位置が一致するように、患者１９の姿勢やカウチ１５の位置が補正される。その後、X線発生装置１２ならびにX線受像装置１３を用いた精密な位置決めが実施される。位置決めの完了後、ガントリー１４を治療角度に回転後、治療用放射線発生装置１０ならびに治療用放射線照射ノズル１１を用いてあらかじめ計画された治療用放射線を患者１９に照射する。

放射線治療装置は、QA（Quality Assurance）と呼ばれる装置の品質保証試験によって、健全性を確認した上で治療に使用される。放射線治療システムのQAは、装置を最初に作ったときのみではなく、毎日、週１回等頻度により異なるチェックメニューで定期的に実施する必要があり、特に毎朝行われるQAは時間的負荷が高い。

本実施例は、QAにおいてレーザー２０の位置を計測して確認する方法及び試験用の装置である。レーザー位置の検出原理を説明する。図２に示すとおり、直角二等辺三角形のフォトダイオード２２を２枚互い違いに並べて配置することで、合わせて正方形の検出器２１を構成する。レーザー２０は平面上のある角範囲に扇状に照射される。中心からの位置誤差Δy及び、角度誤差θを持つ水平方向のレーザー２０が検出器２１に入射された場合を仮定する。検出器２１の幅をwとした場合、フォトダイオード２２A、Bに照射されるレーザー２０の線分長l1,l2はそれぞれ、

と表される。それぞれのフォトダイオード２２の出力L1,L2がl1,l2に比例し、レーザー強度の位置依存性が無視できると仮定すると、

となり、左辺はΔyに比例する。wが一定である場合、出力L1,L2を計測することにより、レーザー位置の変化を計測することが可能となる。実際にレーザー位置を計測する際は、実測に基づき予め決定した比例係数Cと基準位置誤差Δy0を用いて式(3)に基づき、レーザー２０の位置誤差Δyを決定する。

図２はレーザー２０の垂直方向位置を計測する場合を示したが、水平方向位置も同じ計測器で計測可能である。また、図２は２つの直角二等辺三角形のフォトダイオード２２で正方形の検出器２１を構成したが、三角形のフォトダイオード２２を２つ用いて四角形の検出器２１を構成しても、レーザー２０の位置を計測することは可能である。

次に、この検出器２１を用いたレーザー位置計測器３０を説明する。図３に示すように、直方体の計測器３０の３面に検出器２１を設置する。計測器３０の面の中心に検出器２１は設置される。また、計測器３０の対面にそれぞれ設置された検出器２１AとCを結ぶ直線と、それ以外のいずれかの面に設置された検出器２１Bから面の垂線方向に下ろした直線との交点に高密度のマーカー３１を設置する。このマーカー３１は、X線発生装置１２ならびにX線受像装置１３を用いて撮影するX線画像で視認できる程度に高密度である必要がある。具体的には、金属製の球や円筒形のマーカー３１が使用可能である。レーザー位置計測器３０は固定冶具３２を用いてカウチ１５に対して固定される。固定冶具３２は、計測器固定部３３によりレーザー位置計測器３０を固定し、カウチ設置部３４によりカウチ１５に対する位置を固定する。図３では、カウチ１５に患者１９が仰向けで寝た場合、患者から見て左右の面ならびに前面に検出器２１が設置されている。つまり、計測器３０のいずれかの対向する２面がカウチ１５の長手方向に正対するように設置した場合、カウチ１５の長い辺に平行な両側面とカウチから遠い上面に検出器２１が設置されている。しかし、レーザー発振器１６の配置やレーザー位置計測器３０の構成によっては、異なる面に検出器２１を設置することも可能である。

図４に示すとおり、検出器２１は制御装置３５に接続され、制御装置３５はコンソール３６に接続される。レーザー２０の位置を計測する際、検出器２１は出力L1,L2を制御装置３５に送信する。制御装置３５は式(3)に基づき、基準位置に対するレーザー２０の位置の変化を計算する。基準位置からのずれ量に対しては予め許容範囲を設定しておき、その許容範囲を逸脱した場合は、コンソール３６に警告を表示する。

次に、図８を使ってレーザー位置の計測方法を説明する。

まず、固定冶具３２を用いてカウチ１５にレーザー位置計測器３０を固定する(S101)。次に事前に決められた位置にカウチ１５を移動する(S102)。図５はレーザー２０に対してレーザー位置計測器３０をおおよそ正しい位置に置いた場合の図である。レーザー２０は互いに直角な２平面上のある角範囲に扇状に照射される。レーザー発振器１６はレーザー位置計測器３０の検出器２１が設置された３面に正対するように３つ設けられているため、この３面に２本の線状のレーザー跡が交差するように十字の光の線が現れる。この事前に決められたカウチを移動する位置は、レーザー２０の基準位置を設定した際に設定され、レーザー２０の位置が大きくずれない限り、図５に示すように、レーザー２０の十字の光の線の交点に検出器２１の中心が凡そ一致する。続いて、レーザー２０の位置を計測する(S103)。計測するレーザー２０のみを点灯させて位置を計測する。その際、治療室の照明を消灯することで、検出器２１に入射されるレーザー２０以外の光を低減できるため、計測位置精度が向上する。レーザー位置の計測、レーザー２０の消灯、次に計測するレーザー２０の点灯を繰返し、すべてのレーザー２０の位置を計測する。上記の方法により、カウチ１５とレーザー２０の相対位置の変動が計測できる。

次に、X線発生装置１２ならびにX線受像装置１３を用いてX線画像上のマーカー３１の位置を計測する(S104)。そして、マーカー３１の位置がX線画像の中心と一致するようにカウチ１５を移動する(S105)。この状態で、再度、それぞれのレーザー位置を計測する(S106)。計測方法は、カウチ１５に対するレーザー位置を計測した場合と同様である。上記の方法により、X線画像の中心とレーザー相対位置の変動が計測できる。

上記では、カウチ１５とレーザー２０の相対位置の計測後にX線画像の中心とレーザー２０の相対位置を計測する場合を説明したが、先にX線画像の中心とレーザー２０の相対位置を計測しても良い。また、カウチ１５に対する位置のみ、またはX線画像の中心に対する位置のみを計測しても良い。

なお、直角な２平面にレーザー２０を照射することで、十字の光の線をレーザー位置計測器３０の各面に現れるようにしたが、これにより、左右のみならず上下の２方向に関する位置誤差も検出可能となる。

本発明の第二の実施例を説明する。図１乃至図５と同じ構成には同一の符号を示し、説明は省略する。以下の実施例においても同様とする。

本発明の第二の実施例と第一の実施例との違いは、レーザー位置計測器３０に対する検出器２１の設置方法にある。

図６に本実施例のレーザー位置計測器３０の構成を示す。レーザー位置計測器３０に治療用放射線の検出器（図示せず）を設置するなどの理由で、直角な２平面に照射されたレーザー２０が交差する点に検出器２１を設置できない場合が考えられる。その場合、図６に示したとおり、検出器２１を水平方向、垂直方向のレーザー２０に対して２組ずつ使用することで、それぞれの位置を計測することが可能となる。このとき、１つのレーザー２０を２つの検出器２１で計測することにより、レーザー２０の位置誤差だけでなく角度の誤差も計測することができる。検出器２１は、例えば、レーザー位置計測器３０のいずれかの面の、一方向において中心であって他方向において中心から遠くに、具体的には計測器３０の辺に略接する位置に設置することで、傾き検出の精度を向上させることができる。

本発明の第三の実施例を説明する。本実施例の特徴は、放射線治療システムにおいて、レーザー位置の計測をある手順で実行する制御装置にある。

図７に本実施例の放射線治療システムの構成を示す。実施例１の構成に加えて、制御装置１７にレーザー発振器１６、治療室の照明ならびに制御装置３５が接続されている。
次に、レーザー位置の計測方法を説明する。図８の説明と重複する箇所の説明は省略する。

まず、固定冶具３２を用いてカウチ１５にレーザー位置計測器３０を固定する。次に事前に決められた位置にカウチ１５を移動する。レーザー２０の位置を計測開始する為に、操作者はコンソール３６のレーザー位置計測開始ボタン（図示せず）を押下する。制御装置１７は治療室の照明を消灯し、１番目に計測するレーザー２０を点灯する。レーザー位置の計測後、計測結果は制御装置３５に送信され、コンソール３６に位置ずれ量の判定結果が表示される。続いて、１番目のレーザー２０が消灯され、２番目のレーザー２０が点灯される。以降、予め定められた順番に従い、すべてのレーザー２０の位置が逐次計測される。

次に、X線発生装置１２ならびにX線受像装置１３を用いてX線画像上のマーカー３１の位置が計測され、マーカー３１の位置がX線画像の中心と一致するようにカウチ１５が移動される。この状態で、それぞれのレーザー２０の位置が自動的に計測される。計測方法は、カウチ１５に対するレーザー位置を計測した場合と同様である。すべてのレーザー位置の計測が完了した後、治療室の照明が点灯される。
レーザー２０の点灯・消灯は、電源のオン・オフによって切り替えても良いし、レーザー２０の光源前にシャッターを設置し、その開閉で切り替えても良い。

なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記の実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることも可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。

例えば、上述の実施例ではＸ線撮像装置を用いて撮影されたX線画像の中心に対するレーザー位置の計測方法を説明した。しかし、X線撮像装置を回転させて撮像するコーンビームCTや、治療室内に別に設置されたCT撮像装置に対しても本発明は適用可能である。

更に、上述の実施例では陽子線照射システムを例に説明したが、本発明の放射線照射システムは、炭素線などの陽子線以外の粒子線、Ｘ線、電子線などを照射するシステムに対しても同様に適用することができる。例えば、Ｘ線を用いた場合、放射線照射装置はＸ線発生装置、ビーム輸送系、照射ノズルから構成される。

１０：治療用放射線発生装置
１１：治療用放射線照射ノズル
１２：X線発生装置
１３：X線受像装置
１４：ガントリー
１５：カウチ
１６：患者位置決め用レーザー発振器
１７：制御装置
１８：コンソール
１９：患者
２０：患者位置決め用レーザー
２１：検出器
２２：フォトダイオード
３０：レーザー位置計測器
３１：マーカー
３２：固定冶具
３３：計測器固定部
３４：カウチ設置部
３５：制御装置
３６：コンソール
３７：照明

Claims

患者位置決めに用いられ、第１方向と前記第１方向と交差する第２方向とからなる十字に照射されるレーザーを計測する計測器であって、
２枚の二等辺三角形の光検出器の底辺と底辺を対向させて構成される検出器が設置され、
前記レーザの第１方向の位置と、前記第２方向の位置とを計測することを特徴とした計測器。
請求項１に記載の計測器であって、
前記計測器は直方体であり、
前記組み合わせて構成される検出器が複数、それぞれ異なる面に設置されていることを特徴とした計測器。
請求項１乃至２に記載の計測器であって、
カウチに前記計測器を固定する固定冶具を有することを特徴とする計測器。
請求項２に記載の計測器であって、
前記複数の検出器は、第１検出器と第２検出器と第３検出器であり、
前記第１検出器と前記第２検出器と前記第３検出器は、前記計測器の３面のそれぞれの中心に設置され、
前記計測器の対面にそれぞれ設置された前記第１検出器と前記第２検出器とを結ぶ直線と、それ以外のいずれかの面に設置された前記第３検出器から面の垂線方向に下ろした直線との交点にマーカーが設置され、
前記マーカーは、X線画像で視認可能なであることを特徴とした計測器。
請求項１乃至４に記載の計測器であって、
前記検出器の検出結果を処理する制御装置を有し、
前記制御装置は、計測された前記レーザーの位置が予め決められた許容値を逸脱する場合は警告を出力することを特徴とした計測器。
固定冶具を用いてカウチにレーザー位置計測器を固定するステップと、
事前に決められた位置に前記カウチを移動するステップと、
前記レーザー位置計測器に向かって、平面上のある角範囲に扇状かつ第１方向と前記第１方向と交差する第２方向とからなる十字にレーザーを照射するステップと、
前記計測器で前記レーザーの第１方向の位置と前記第２方向の位置とを計測するステップと、
前記計測器が有するマーカーの位置をＸ線撮像装置を用いて計測するステップと、
前記マーカーの位置がX線画像の中心と一致するように前記カウチを移動するステップと、を有し、
前記計測器は、底辺と底辺を対向させた２枚の二等辺三角形のセンサから構成されることを特徴とする位置決め装置試験方法。
請求項１乃至５に記載の計測器を用いて、
患者位置決め用X線画像の中心に対する前記レーザーの相対的な位置を計測することを特徴とした前記レーザーの位置の確認方法。
放射線を発生させる放射線発生装置と、
前記放射線を対象に照射する放射線照射ノズルと、
前記対象を撮像するX線撮像装置と、
前記対象を支持するカウチと、
前記対象の位置決め用レーザーを第１方向と前記第１方向と交差する第２方向とからなる十字に照射するレーザー発振器と、
前記カウチに設置されるレーザー位置確認用計測器の計測結果と、前記計測器に含まれるマーカーの前記X線撮像装置による計測結果に基づき、前記カウチを移動する制御装置とを有し、
前記レーザー位置確認用計測器は、底辺と底辺を対向させた２枚の二等辺三角形のセンサから構成され、前記位置決め用レーザーの第１方向の位置と、前記第２方向の位置とを計測することを特徴とする放射線治療システム。
請求項８に記載の放射線治療システムであって、
前記患者位置決め用レーザー発振器は複数設けられ、
前記制御装置は、(1)計測対象のレーザーの点灯、(2)前記レーザー位置確認用計測器による前記レーザーの位置の計測、(3)前記レーザーの消灯、(1)〜(3)の手順を前記複数のレーザー発振器ごとに繰返すことにより、前記複数の前記レーザーのそれぞれの位置を計測することを特徴とする放射線治療システム。
請求項８に記載の放射線治療システムであって、
前記レーザー発振器はレーザーを、前記レーザー位置確認用計測器の外面に十字を形成するように照射し、
前記マーカーが前記放射線照射ノズルの照射線上の近傍に設置されるときに、前記レーザーの十字の交点上に、前記レーザー位置確認用計測器の外面に設けられた光検出器が設置されることを特徴とした放射線治療システム。