WO2015190102A1 - ビーム照射対象確認装置 - Google Patents

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WO2015190102A1 PCT/JP2015/002917 JP2015002917W WO2015190102A1 WO 2015190102 A1 WO2015190102 A1 WO 2015190102A1 JP 2015002917 W JP2015002917 W JP 2015002917W WO 2015190102 A1 WO2015190102 A1 WO 2015190102A1
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ray
treatment
rays
irradiation
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拓 稲庭
卓司 古川
耕司 野田
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国立研究開発法人放射線医学総合研究所
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    • A61N5/1069—Target adjustment, e.g. moving the patient support

Definitions

  • the present invention relates to, for example, a beam irradiation target confirmation device, a beam irradiation target confirmation program, and a stopping power ratio calculation program before particle beam treatment.
  • particle beam therapy devices represented by proton beam therapy and carbon beam therapy have been used.
  • Such a particle beam therapy system is used by being positioned so that the particle beam stop position matches the tumor by utilizing the feature that the particle beam releases energy intensively at the stop position (that is, near the range).
  • the particle beam therapy system suppresses exposure to normal tissue and intensively damages the tumor.
  • the particle beam may stop at a position different from the position assumed in the treatment plan.
  • differences include, for example, the movement or deformation of organs caused by differences in the posture or angle of the treatment subject positioned relative to the particle beam treatment apparatus between treatment planning and treatment, treatment, etc.
  • the CT imaging apparatus because of the structure of the CT imaging apparatus, it is not possible to directly image the treatment subject on the treatment subject support stand of the particle beam therapy apparatus. For this reason, the treatment subject must move from the CT imaging apparatus to the particle beam therapy apparatus. Then, the image obtained by the CT imaging apparatus is an image that does not consider the deformation and movement of the organ due to the movement of the treatment subject. For this reason, in the treatment position of the particle beam therapy system, the state of the treatment subject is not necessarily guaranteed.
  • the exposure dose of the treatment subject within a series of treatment periods increases.
  • the method of performing CT imaging before each treatment has a problem that it cannot cope with an organ deformation due to movement and a problem of an increase in exposure dose.
  • Non-Patent Document 1 carbon beam radiography that directly measures a two-dimensional image obtained by integrating and projecting the stopping power ratio of a treatment subject in the beam axis direction has been proposed.
  • This carbon beam radiography measures a two-dimensional image by detecting the remaining range of the carbon beam that has passed through the treatment subject.
  • this method using carbon beam radiography needs to accelerate the carbon beam to a sufficient energy to pass through the treatment subject.
  • a large-scale accelerator facility is required. Therefore, there is a problem that this method using carbon beam radiography cannot be used in a general particle beam therapy facility that cannot have such a large-scale acceleration facility.
  • the method using carbon beam radiography has a problem that it involves unrealistic time and an unacceptable exposure amount in order to obtain a sufficiently accurate image.
  • the present invention provides a beam irradiation target confirmation apparatus, a beam irradiation target confirmation program, which can easily and easily measure the in-vivo situation of a treatment subject and determine whether or not a treatment plan needs to be changed.
  • An object is to provide a program for calculating the stopping power ratio.
  • the present invention provides an X-ray irradiating unit that irradiates X-rays, an energy switching unit that switches energy of irradiated X-rays in the X-ray irradiating unit, and at least two types of X-rays by the energy switching unit.
  • an X-ray detection unit that detects X-rays emitted from the X-ray irradiation unit, and an X-ray detection unit
  • a pre-treatment confirmation image creation processing unit for creating a pre-treatment confirmation image
  • a reference image acquisition unit for obtaining a reference image obtained in the treatment planning stage
  • a comparison process for comparing the pre-treatment confirmation image and the reference image
  • a beam irradiation object confirmation device including a result output unit for outputting a comparison result obtained by the comparison processing unit, and a beam irradiation object confirmation program or a stopping power ratio calculation used therefor Characterized in that it is a program.
  • a beam irradiation target confirmation device capable of measuring the in-vivo situation of a treatment subject and determining whether or not a treatment plan needs to be changed easily and with low exposure.
  • the block diagram which shows the structure of the therapeutic beam irradiation object confirmation apparatus.
  • the flowchart which shows operation
  • Explanatory drawing which shows the comparison of a treatment plan image and the confirmation image before a treatment.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a beam irradiation target confirmation apparatus 1.
  • the beam irradiation target confirmation apparatus 1 includes a computer 10, an energy switching unit 11, a carbon beam irradiation unit 12, a vertical X-ray irradiation unit 13 (X-ray irradiation unit), a vertical X-ray detection unit 14 (X-ray detection unit), and a horizontal X A radiation irradiation unit 15, a horizontal X-ray detection unit 16, and a treatment subject support unit 17 are provided.
  • the computer 10 includes an input unit 2, a reference image acquisition unit 3, a result output unit 4, a control calculation unit 5, and a storage unit 9.
  • the control calculation unit 5 includes an X-ray switching irradiation processing unit 6a, an X-ray detection information receiving unit 6b, a carbon beam irradiation processing unit 6c, a pre-treatment confirmation image creation processing unit 7, a comparison processing unit 8a, and a position angle drive processing unit 8b. It has.
  • the input unit 2 accepts an operation input by medical personnel including a doctor at a position away from the treatment subject M.
  • the input unit 2 is composed of, for example, a keyboard and a mouse or a touch panel.
  • the input unit 2 receives input of operation information for operating the energy switching unit 11 and / or the treatment subject support unit 17.
  • the reference image acquisition unit 3 includes an I / O interface such as a USB port, a serial port, or a LAN port, and acquires a reference image created in advance from another computer or an external device such as a USB memory.
  • the reference image is a two-dimensional image of the stopping power ratio calculated based on the CT image taken at the stage of treatment planning.
  • the stopping power ratio represents the effective thickness of the patient with respect to the particle beam.
  • the reference image may be not only a two-dimensional image having the calculated stopping power ratio but also a CT image itself.
  • the result output unit 4 outputs the result calculated by the control calculation unit 5.
  • the result output unit 4 is configured by a display device such as a CRT or a liquid crystal display.
  • the result output unit 4 displays a reference image, a two-dimensional image, a determination result, and the like.
  • the control calculation unit 5 performs various control operations and calculations according to various programs such as the beam irradiation target confirmation program 9a, the stopping power ratio integral projection image creation program 9b, and the stopping power ratio calculation program 9c stored in the storage unit 9. Execute.
  • the X-ray switching irradiation processing unit 6 a controls the energy switching unit 11. For this control, the X-ray switching irradiation processing unit 6a switches the voltage supplied to the vertical X-ray irradiation unit 13 to the first energy amount, and waits until the X-ray irradiation by the vertical X-ray irradiation unit 13 is completed. Then, it switches to the 2nd energy amount. As described above, the X-ray switching irradiation processing unit 6a switches the energy supplied to the vertical X-ray irradiation unit 13 in various ways, and keeps the energy amount constant while the vertical X-ray irradiation unit 13 performs X-ray irradiation. .
  • the X-ray detection information receiving unit 6 b acquires X-ray detection information detected by the vertical X-ray detection unit 14 and the horizontal X-ray detection unit 16.
  • the carbon beam irradiation processing unit 6c controls the carbon beam irradiation unit 12 to irradiate the treatment subject M with a desired carbon beam.
  • the pre-treatment confirmation image creation processing unit 7 includes a stopping power ratio calculation unit 7a and an image creation processing unit 7b.
  • the stopping power ratio calculation unit 7a executes a process of calculating the stopping power ratio from the X-ray images obtained by the two X-ray energies obtained by the vertical X-ray detection unit 14.
  • processing for calculating a two-dimensional image of the stopping power ratio from an X-ray image by two X-ray energies will be described.
  • each X-ray two-dimensional image obtained here represents the degree to which the X-ray is attenuated on the line segment from the radiation source to the detection position (radiation source weak coefficient ⁇ ).
  • the X-ray source weak coefficient ⁇ mainly depends on the electron density ⁇ e and the effective atomic number Z of the treatment subject M (subject). That is, the source weak coefficient ⁇ can be obtained by an equation having the electron density ⁇ e and the effective atomic number Z as variables.
  • the source weak coefficient ⁇ is known from the pixel value of the X-ray two-dimensional image. Then, the degree of attenuation ( ⁇ 1 , ⁇ 2 ) for the X-rays of the two energies (E 1 , E 2 ) is known, and the equations of ⁇ 1 , ⁇ e and Z and ⁇ 2 , ⁇ e and Z are expressed. Can be determined as simultaneous equations to determine the electron density ⁇ e and effective atomic number Z on the line segment of the treatment subject M.
  • I of the substance can be determined from the effective atomic number Z obtained from the two images.
  • the stopping power ratio of the substance in the body that determines the stopping position of the particle beam in the body can be calculated using the following [Equation 1].
  • ⁇ S denotes stopping power
  • [rho is the electron density
  • I is the average excitation energy
  • m e c 2 is the electron rest energy
  • S water , ⁇ e, water , and I water indicate the stopping power against water, the electron density, and the average excitation energy, respectively, and are given as constants.
  • the image creation processing unit 7b performs processing for creating a pre-treatment confirmation image (two-dimensional image).
  • the value (pixel value) of each pixel in the pre-treatment confirmation image (two-dimensional image) is the stopping power ratio (S / S water ) for each pixel calculated by the stopping power ratio calculation unit 7a.
  • a two-dimensional image stopping power ratio integrated projection image in which the stopping power ratio of the treatment subject M is integrated and projected in the beam axis direction is obtained.
  • the pre-treatment confirmation image is obtained directly from the first X-ray two-dimensional image and the second X-ray two-dimensional image by two types of X-ray energies having different energy amounts via the ⁇ e and I images.
  • the comparison processing unit 8 a performs a process of comparing the pre-treatment confirmation image obtained by the pre-treatment confirmation image creation processing unit 7 with the reference image obtained by the reference image acquisition unit 3, and outputs the comparison result to the result output unit 4.
  • the output contents are, for example, a screen in which the reference image and the pre-treatment confirmation image are arranged so as to be comparable, a screen that displays the result of comparing the density of the reference image and the pre-treatment confirmation image for each pixel by numerical value or rank, and determination of suitability from the comparison result
  • the screen is configured as appropriate, such as a screen for displaying the result of determination of suitability or a plurality of these screens.
  • the suitability may be determined based on appropriate criteria such as the degree of density difference and the size of a region having a density difference.
  • the position angle drive processing unit 8b drives and controls the treatment subject support unit 17, and sets the position and angle so that the relative position of the treatment subject M with respect to the carbon beam irradiation unit 12 is an appropriate position with respect to the treatment plan. Adjust. More specifically, in particle beam therapy, treatment irradiation is performed by “positioning” a patient at a position assumed in a treatment plan in a treatment room. In this “positioning”, X-ray imaging is performed from a vertical X-ray irradiation unit 13 in the direction of irradiating a particle beam (carbon beam) and a horizontal X-ray irradiation unit 15 in a direction orthogonal to the vertical X-ray irradiation unit 13.
  • the storage unit 9 stores various programs such as a beam irradiation target confirmation program 9a, a stopping power ratio integral projection image creation program 9b, a stopping power ratio calculation program 9c, and various data. These programs and data are installed or copied from a recording medium 9d such as a CR-ROM or DVD-ROM and stored in the storage unit 9.
  • a recording medium 9d such as a CR-ROM or DVD-ROM
  • the energy switching unit 11 is an appropriate energy such as the first energy E 1 or the second energy E 2 for the X-ray energy irradiated from the vertical X-ray irradiation unit 13 according to the control of the X-ray switching irradiation processing unit 6a. Switch to.
  • the first energy E 1 may be a tube voltage of the X-ray source of 80 kV or more, and more preferably 100 kV or more.
  • the first energy E 1 and the second difference in energy E 2 (the difference between the tube voltage) may be a more 50 kV, more preferably at least 100 kV, and even more preferably not lower than 900kV.
  • the first energy E 1 and the preferred amount of energy 100 kV is that the preferred amount of energy to second energy E 2 1 MV (value difference in energy is preferably not lower than 900kV).
  • These energy amounts (E 1 , E 2 ) can be set as appropriate, for example, by setting in advance or accepting a setting by input at the input unit 2.
  • the carbon beam irradiation unit 12 irradiates the treatment subject M with the accelerated carbon beam in accordance with the control of the control calculation unit 5. More specifically, the carbon beam irradiation unit 12 is provided with a charged particle generator, an accelerator, and a beam irradiation unit.
  • the charged particle generator includes an ion source that generates a desired ion species, and generates carbon in this embodiment.
  • the accelerator is a device such as a synchrotron that accelerates charged particles (carbon in this embodiment) received from the charged particle generator, and sends the accelerated charged particles to the beam irradiation unit.
  • the beam irradiation unit adjusts the beam shape of the carbon beam to a desired shape using a collimator or the like and irradiates the treatment subject M.
  • the carbon beam irradiation unit 12 configured as described above irradiates the treatment subject M with the carbon beam having the planned energy amount in the planned shape according to the treatment plan.
  • the carbon beam irradiated by the carbon beam irradiation unit 12 may be a proton beam or other particle beam used in particle beam therapy.
  • the vertical X-ray irradiation unit 13 that is the first X-ray irradiation unit irradiates the treatment subject M from the vertical direction with the X-ray of the energy amount switched by the energy switching unit 11 according to the control of the control calculation unit 5.
  • Type of X-rays emitted by a vertical X-ray irradiation unit 13 at least two types including a first 1X-rays emitted by the first energy E 1, a first 2X-rays emitted by the second energy E 2 is there.
  • the vertical X-ray detection unit 14 serving as the first X-ray detection unit detects the X-rays irradiated by the vertical X-ray irradiation unit 13 and transmits the detection information to the control calculation unit 5.
  • the horizontal X-ray irradiation unit 15 as the second X-ray irradiation unit irradiates the treatment subject M with X-rays from a direction parallel to the treatment subject support unit 17 according to the control of the control calculation unit 5.
  • the horizontal X-ray detector 16 as the second X-ray detector detects the X-rays emitted by the horizontal X-ray irradiator 15 and transmits the detection information to the control calculator 5.
  • the X-rays emitted from the vertical X-ray irradiator 13 and the horizontal X-ray irradiator 15 are emitted from different directions for positioning, and preferably intersect each other at right angles, as in this embodiment.
  • the angle is not limited to 0 ° which is horizontal and 90 ° which is vertical, but may be an appropriate angle such as 45 ° and 135 °.
  • the treatment subject support unit 17 supports and positions the body of the treatment subject M on the table.
  • the treatment subject support unit 17 has an appropriate drive unit, and changes the inclination, position, and the like under the control of the control calculation unit 5.
  • the treatment subject support part 17 should just be able to fix the position of the treatment subject M's organ, and may not be a horizontal base.
  • FIG. 2 is a flowchart showing operations executed by the control calculation unit 5 of the beam irradiation target confirmation apparatus 1 according to the beam irradiation target confirmation program 9a, the stopping power ratio integral projection image creation program 9b, and the stopping power ratio calculation program 9c.
  • the control calculation unit 5 executes the beam irradiation target confirmation program 9a and performs positioning processing (step S11).
  • the control calculation unit 5 emits X-rays from the vertical X-ray irradiation unit 13 and the horizontal X-ray irradiation unit 15 by the control process of the X-ray switching irradiation processing unit 6a, and the vertical X-ray detection unit 14 and the horizontal
  • the X-ray detection unit 16 detects the detection information and the X-ray detection information reception unit 6b receives the detection information.
  • the control calculation unit 5 changes the position and angle of the treatment subject support unit 17 based on the detection information.
  • the relative positions of the carbon beam irradiation unit 12 and the treatment subject M are matched with those at the time of treatment planning.
  • This positioning is executed so that, for example, the position of the bone of the treatment subject M among the detection information detected by the vertical X-ray detection unit 14 and the horizontal X-ray detection unit 16 is confirmed and the position is as planned.
  • the control arithmetic unit 5 controls the energy switching unit 11 so that the energy of X-rays to be irradiated to the vertical X-ray irradiation unit 13 is a first energy E 1.
  • the positioning X-ray image can be used as the first color X-ray image.
  • control calculation unit 5 After changing the position and angle in the positioning process, the control calculation unit 5 acquires the detection information by the X-rays in the two directions again, and the relative position between the carbon beam irradiation unit 12 and the treatment subject M is the same as that at the time of treatment planning. It confirms whether it has done (step S12). If the control calculation unit 5 cannot determine that they match, the control calculation unit 5 repeats the positioning process (step S12: No).
  • the control calculation unit 5 displays the final positioning image on the result output unit 4 (step S13).
  • the final positioning image is an X-ray image finally obtained by the vertical X-ray detection unit 14 and the horizontal X-ray detection unit 16 in the positioned state, and is displayed for confirmation.
  • the control calculation unit 5 controls the energy switching unit 11 by the X-ray switching irradiation processing unit 6a, and the second energy E 2 different from the X-rays used for the positioning process using the X-rays irradiated by the vertical X-ray irradiation unit 13. Switch to. And the control calculating part 5 image
  • the control calculating unit 5 uses the stopping power ratio calculating unit 7a of the pre-treatment confirmation image creation processing unit 7 based on the two-color X-ray images to stop the stopping power ratio at each pixel of the two-dimensional image. Is obtained (step S15).
  • the control calculation unit 5 calculates the stopping power ratio calculated based on the X-ray images of two colors by the image creation processing unit 7b of the pre-treatment confirmation image creation processing unit 7 according to the stopping power ratio integral projection image creation program 9b.
  • a two-dimensional image obtained by integral shooting in the direction is created (step S16).
  • control calculation unit 5 performs X-ray imaging using two types of X-ray energy from the beam irradiation direction in steps S11 and S14, and obtains an X-ray two-dimensional image corresponding to each energy, A two-dimensional image of the stopping power ratio is calculated by obtaining a stopping power ratio for each pixel from the two-dimensional X-ray image.
  • the control calculation unit 5 acquires the reference image obtained at the treatment planning stage by the reference image acquisition unit 3 (step S17).
  • the control calculation unit 5 uses the comparison processing unit 8a to compare the reference image acquired in step S17 with the two-dimensional image of the stopping power ratio created in step 15 (step S18).
  • the control calculation unit 5 determines whether treatment is possible or not based on the comparison result in step S18 by the comparison processing unit 8a (step S19).
  • the control calculation unit 5 outputs the comparison result in step S18 and the determination result in step S19 to the result output unit 4 (step S20).
  • control calculation unit 5 drives and controls the carbon beam irradiation unit 12 by the carbon beam irradiation processing unit 6c to perform the carbon beam irradiation. Execute (Step S21).
  • FIG. 3 is an explanatory diagram showing a comparison between a reference image 20A using images at the time of treatment planning and pre-treatment confirmation images 20B and 20C based on imaging before treatment.
  • FIG. 3A shows a reference image 20A acquired in advance by the reference image acquisition unit 3 and created in advance.
  • the reference image 20A is a two-dimensional image of the stopping power ratio calculated based on the CT image taken at the stage of the treatment plan.
  • a treatment target region 21 is set for the tumor 22 as shown in the figure.
  • the treatment target area 21 is made the same size as the tumor 22 or slightly larger.
  • FIG. 3B is a pre-treatment confirmation image that is a two-dimensional image (stopping power ratio integral projection image) of the stopping power ratio created by the pre-treatment checking image creation processing unit 7 based on two X-ray energy images. 20B is shown.
  • the pre-treatment confirmation image 20B shown in FIG. 3B is compared with the reference image 20A at the time of treatment planning, the treatment target region 21 predicted from the integrated value of the stopping power ratio in and around the treatment target region 21.
  • the effective thickness difference is up to the allowable value. Therefore, the comparison processing unit 8a determines that the pre-treatment confirmation image 20B is an image of a treatment subject who can be treated.
  • This allowable value is a threshold value, and is preferably about 2 mm, for example.
  • FIG. 3C is a two-dimensional image of the stopping power ratio (stopping power ratio integral projection image) created based on two X-ray energy images taken before treatment irradiation in the same manner as FIG. 3B.
  • a certain pre-treatment confirmation image 20C is shown.
  • This pre-treatment confirmation image 20 ⁇ / b> C is a two-dimensional image of the stopping power ratio of the treatment subject M in which a low-density substance 23 such as air enters the X-ray trajectory up to the treatment target region 21.
  • the pre-treatment confirmation image 20C shown in FIG. 3C is compared with the reference image 20A at the time of treatment planning, and the treatment target region 21 predicted from the integrated value of the stopping power ratio in and near the treatment target region 21.
  • the effective thickness difference is up to the allowable value. Therefore, the comparison processing unit 8a determines that the pre-treatment confirmation image 20C is an image of a treatment subject who cannot be treated.
  • This allowable value is a threshold value, and is preferably about 2 mm, for example.
  • CT imaging is performed again, and a treatment plan is recreated and recreated.
  • This re-creation of the treatment plan can be performed at any stage where treatment is performed by multiple times of carbon beam irradiation according to the initial treatment plan. Therefore, the treatment plan can be re-established at the stage where the treatment becomes impossible unlike the change predicted by the treatment plan, such as the position and size of the tumor, and flexible and appropriate treatment can be performed according to the situation. Become.
  • the beam irradiation target confirmation device 1 can measure the in-vivo condition of the treatment subject and easily determine whether or not the treatment plan needs to be changed with low exposure. Thereby, when the position of the tumor or the like is different from the treatment plan, it is possible to flexibly and appropriately cope with the progress of treatment, such as recreating the treatment plan and changing the irradiation parameter. In addition, it is possible to estimate the beam range in the body and the change from the treatment plan before treatment irradiation. In addition, exposure to normal tissues other than tumors can be minimized.
  • the beam irradiation target confirmation device 1 can calculate the stopping power ratio as viewed from the irradiation direction of the carbon beam using only one vertical X-ray irradiation unit 13 that irradiates X-rays from the same direction. For this reason, the beam irradiation target confirmation device 1 can accurately confirm whether or not it is appropriate to perform the carbon beam irradiation according to the treatment plan before the treatment. In particular, since it is not necessary to accompany the movement of the person to be treated between confirmation and treatment as in the method of confirming before treatment by CT imaging, the beam irradiation object confirmation apparatus 1 can verify the suitability at an accurate position.
  • the beam irradiation target confirmation apparatus 1 only adds the second X-ray irradiation once to the X-ray irradiation performed at the time of positioning as compared with the conventional carbon beam therapy in view of the exposure dose. It is. For this reason, the beam irradiation object confirmation apparatus 1 can remarkably reduce the exposure dose of the treatment subject as compared with the method of performing CT imaging before treatment.
  • the beam irradiation object confirmation apparatus 1 does not require a huge acceleration facility, but is a general particle beam treatment facility. Available at.
  • the beam irradiation target confirmation program 9a including the stopping power ratio integral projection image creation program 9b and the stopping power ratio calculation program 9c is installed only in an existing carbon beam irradiation apparatus having an X-ray irradiation unit for positioning and the like.
  • the present invention can be used. Therefore, the present invention can be easily introduced into an existing apparatus at low cost.
  • the stopping power ratio can be appropriately calculated by setting the difference between the first energy E 1 and the second energy E 2 to a predetermined value or more (for example, 50 kV or more).
  • the beam range in the body in the irradiation can be estimated. With this information, it is possible to obtain a trigger for determining whether the treatment irradiation is possible, re-imaging the treatment plan CT, and redesigning the treatment plan.
  • the beam irradiation target confirmation device 1 can accumulate changes in the beam range in the body in daily treatment, for which there has been no accumulated data. This makes it possible to provide valuable data for the development of particle beam therapy.
  • the reference image 20A may be a two-dimensional image of the stopping power ratio obtained by performing two-color simple X-ray imaging similar to the present invention when the treatment plan CT is imaged, and this two-dimensional image may be used as the reference image. Further, the reference image 20A is not limited to the one based on the CT image, and may be calculated by another method.
  • control calculation unit 5 may be configured to execute a calculation process in which the CT image itself is obtained by the reference image acquisition unit 3 and a two-dimensional image of the stopping power ratio viewed in the beam axis direction is calculated from the CT image. .
  • the carbon beam irradiation unit 12 is configured to irradiate the carbon beam in an appropriate direction, such as irradiating the carbon beam not only in the vertical direction but also in the horizontal direction, or irradiating the carbon beam from an arbitrary direction with a gantry. be able to.
  • the vertical X-ray irradiation unit 13 connected to the energy switching unit 11 can be configured to irradiate X-rays from the same direction as the carbon beam irradiation unit 12.
  • the energy switching unit 11 may be connected to the horizontal X-ray irradiation unit 15 (X-ray irradiation unit). Then, the energy switching unit 11 switches the energy amount of the X-rays irradiated from the horizontal X-ray irradiation unit 15 to photograph two-color X-ray images, and obtains a two-dimensional image obtained by integrating the stopping power ratio in the beam axis direction. And good. Even when configured in this manner, the same operational effects as those of the above-described embodiment can be obtained.
  • the present invention can be used for particle beam therapy, and can be used in various other fields that require a stopping power ratio.

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Abstract

ビーム照射対象確認装置１は、エネルギー切替部１１によって少なくとも２種類のＸ線を垂直Ｘ線照射部１３により照射するＸ線切替照射処理部６ａと、前記垂直Ｘ線照射部１３から照射されたＸ線を検出する垂直Ｘ線検出部１４と、前記垂直Ｘ線検出部１４により取得した少なくとも２種類のＸ線の検出情報に基づいて治療前確認画像２０Ｂ，２０Ｃを作成する治療前確認画像作成処理部７と、治療計画段階で得られた基準画像２０Ａを取得する基準画像取得部３と、前記治療前確認画像２０Ｂ，２０Ｃと前記基準画像２０Ａとを比較する比較処理部８ａと、前記比較処理部８ａにより得られた比較結果を出力する結果出力部４とを有する。これにより、低被ばくかつ簡便に、治療対象者の体内状況を測定し、治療計画の変更の要否を判定し得る治療用ビーム照射対象確認装置を提供する。

Description

ビーム照射対象確認装置
　この発明は、例えば粒子線治療前のビーム照射対象確認装置、ビーム照射対象確認プログラム、および阻止能比算出プログラムに関する。
　従来、陽子線治療や炭素線治療に代表される粒子線治療装置が利用されている。このような粒子線治療装置は、粒子線が停止位置（つまり飛程付近）で集中的にエネルギーを放出する特徴を活かし、粒子線の停止位置を腫瘍に合わせるように位置決めされて使用される。これにより、粒子線治療装置は、正常組織への被ばくを抑えると共に、腫瘍に集中的にダメージを与える。ここで、仮に腫瘍の位置、大きさ、または形状等に治療計画時と治療時で差異が生じると、治療計画で想定された位置と異なる位置に粒子線が停止する可能性がある。このような差異は、例えば、粒子線治療装置に対して相対的に位置決めされた治療対象者の姿勢または角度が治療計画時と治療時とで異なること等に起因する臓器の移動または変形、治療期間内での体重の増減、若しくは腫瘍の縮小、拡大、または欠落などによって生じ得る。このように治療計画と異なる位置に粒子線が停止することは、腫瘍での線量不足および重要臓器への被ばくなどの有害事象につながる。従って、日々の治療照射の前に、体内でのビーム飛程やその治療計画とのずれ量を把握できることは、重要である。
　ここで、治療前にＣＴ撮影を行い、このＣＴ撮影の画像を用いて、治療対象者の腫瘍位置を確認する方法が提案されている。
　しかし、ＣＴ撮影装置は、構造上、粒子線治療装置の治療対象者支持台に乗っている治療対象者をそのまま撮影することができない。このため、治療対象者は、ＣＴ撮影装置から粒子線治療装置まで移動しなければならない。そうすると、ＣＴ撮影装置による画像は、治療対象者の移動による臓器の変形や移動について考慮されていない画像となる。このため、粒子線治療装置の治療位置において、治療対象者の状態は必ずしも保証されない。
　さらに、ＣＴ撮影を毎回の治療前に行うと、一連の治療期間内における治療対象者の被ばく量は、多くなる。このように、毎回の治療前にＣＴ撮影を行う方法は、移動による臓器の変形等に対応できない問題と、被ばく量の増加の問題がある。
　一方、治療対象者の阻止能比をビーム軸方向に積分投影した２次元画像を直接的に測定する炭素線ラジオグラフィーが提案されている（非特許文献１）。この炭素線ラジオグラフィーは、治療対象者を通過した炭素線の残飛程を検出することで２次元画像を測定する。
　しかし、この炭素線ラジオグラフィーを用いた方法は、治療対象者を通過するために十分なエネルギーにまで炭素線を加速する必要がある。このような加速を実現するためには、大規模な加速器施設が必要となる。従って、この炭素線ラジオグラフィーを用いた方法は、このように大規模な加速施設を持つことができない一般的な粒子線治療施設では利用できないという問題がある。
　さらに、炭素線ラジオグラフィーを用いた方法は、十分な精度の画像を得るために、非現実的な時間と許容できない被ばく量が伴うという問題点もある。
ジュリア・テルセメヤー（Ｊｕｌｉａ　Ｔｅｌｓｅｍｅｙｅｒ）、外２名、「フラットパネル検出器を伴う定量的炭素イオンビーム放射線療法およびトモグラフィー（Ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ　ｃａｒｂｏｎ　ｉｏｎ　ｂｅａｍ　ｒａｄｉｏｇｒａｐｈｙ　ａｎｄ　ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ　ｗｉｔｈ　ａ　ｆｌａｔ－ｐａｎｅｌ　ｄｅｔｅｃｔｏｒ）」、フィジックス・イン・メディスン・アンド・バイオロジー（Ｐｈｙｓｉｃｓ　ｉｎ　Ｍｅｄｉｃｉｎｅ　ａｎｄ　Ｂｉｏｌｏｇｙ）、（英国）、アイオーピー・パブリッシング（ＩＯＰ　ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ）、２０１２年１２月７日、第５７巻、第２３号、ｐ．７９５７－７９７１
　この発明は、上述した問題に鑑み、低被ばくかつ簡便に、治療対象者の体内状況を測定し、治療計画の変更の要否を判定し得るビーム照射対象確認装置、ビーム照射対象確認プログラム、および阻止能比算出プログラムを提供することを目的とする。
　この発明は、Ｘ線を照射するＸ線照射部と、前記Ｘ線照射部における照射Ｘ線のエネルギーを切り替えるエネルギー切替部と、前記エネルギー切替部によって少なくとも２種類のＸ線を前記Ｘ線照射部により照射するＸ線切替照射処理部と、前記Ｘ線照射部から照射されたＸ線を検出するＸ線検出部と、前記Ｘ線検出部により取得した少なくとも２種類のＸ線の検出情報に基づいて治療前確認画像を作成する治療前確認画像作成処理部と、治療計画段階で得られた基準画像を取得する基準画像取得部と、前記治療前確認画像と前記基準画像とを比較する比較処理部と、前記比較処理部により得られた比較結果を出力する結果出力部とを備えたビーム照射対象確認装置、およびこれに用いるビーム照射対象確認プログラムまたは阻止能比算出プログラムであることを特徴とする。
　この発明により、低被ばくかつ簡便に、治療対象者の体内状況を測定し、治療計画の変更の要否を判定し得るビーム照射対象確認装置、ビーム照射対象確認プログラム、および阻止能比算出プログラムを提供できる。
治療用ビーム照射対象確認装置の構成を示すブロック図。 治療用ビーム照射対象確認装置の動作を示すフローチャート。 治療計画画像と治療前確認画像の比較を示す説明図。
　本発明の一実施形態を以下の図面と共に説明する。
　図１は、ビーム照射対象確認装置１の構成を示すブロック図である。ビーム照射対象確認装置１は、コンピュータ１０、エネルギー切替部１１、炭素線照射部１２、垂直Ｘ線照射部１３（Ｘ線照射部）、垂直Ｘ線検出部１４（Ｘ線検出部）、水平Ｘ線照射部１５、水平Ｘ線検出部１６、および治療対象者支持部１７を備えている。
　コンピュータ１０は、入力部２、基準画像取得部３、結果出力部４、制御演算部５、および記憶部９を備えている。制御演算部５は、Ｘ線切替照射処理部６ａ、Ｘ線検出情報受信部６ｂ、炭素線照射処理部６ｃ、治療前確認画像作成処理部７、比較処理部８ａ、および位置角度駆動処理部８ｂを備えている。
　入力部２は、治療対象者Ｍから離れた位置で医師をはじめとする医療関係者による操作入力を受け付ける。入力部２は、例えばキーボードおよびマウス、あるいはタッチパネルなどで構成される。この入力部２は、エネルギー切替部１１または／および治療対象者支持部１７を操作する操作情報の入力を受けつける。
　基準画像取得部３は、ＵＳＢポート、シリアルポート、またはＬＡＮポート等のＩ／Ｏインターフェースで構成され、事前に作成された基準画像を他のコンピュータまたはＵＳＢメモリ等の外部装置から取得する。基準画像は、治療計画の段階で撮影されたＣＴ画像に基づいて算出された阻止能比の２次元画像である。ここで、阻止能比とは、粒子線に対する患者の実効的な厚さを表すものである。基準画像は、算出された阻止能比の２次元画像だけでなく、ＣＴ画像そのものとしてもよい。
　結果出力部４は、制御演算部５で演算された結果を出力する。結果出力部４は、例えばＣＲＴや液晶ディスプレイなどの表示装置で構成される。結果出力部４は、基準画像及び２次元画像及び判定結果等を表示する。
　制御演算部５は、記憶部９に記憶されているビーム照射対象確認プログラム９ａ、阻止能比積分投影画像作成プログラム９ｂ、および阻止能比算出プログラム９ｃ等の各種プログラムに従って、各種制御動作および演算を実行する。
　Ｘ線切替照射処理部６ａは、エネルギー切替部１１を制御する。この制御について、Ｘ線切替照射処理部６ａは、垂直Ｘ線照射部１３に供給する電圧を第一エネルギー量に切り替えて、垂直Ｘ線照射部１３によるＸ線照射が完了するまで待機し、完了すると、第二のエネルギー量に切り替える。このように、Ｘ線切替照射処理部６ａは、垂直Ｘ線照射部１３に供給するエネルギーを様々に切り替えると共に、垂直Ｘ線照射部１３がＸ線照射している間のエネルギー量を一定に保つ。
　Ｘ線検出情報受信部６ｂは、垂直Ｘ線検出部１４および水平Ｘ線検出部１６で検出されたＸ線の検出情報を取得する。　
　炭素線照射処理部６ｃは、炭素線照射部１２を制御して所望の炭素線を治療対象者Ｍに対して照射する。
　治療前確認画像作成処理部７は、阻止能比演算部７ａと画像作成処理部７ｂを備えている。　
　阻止能比演算部７ａは、垂直Ｘ線検出部１４で得られた２つのＸ線エネルギーによるＸ線画像から阻止能比を演算する処理を実行する。以下、２つのＸ線エネルギーによるＸ線画像から阻止能比の２次元画像を演算する処理について説明する。
　まず、第１のエネルギーＥ１のＸ線を照射して撮影した第１Ｘ線２次元画像と、同じ方向かつ同じ位置から第２のエネルギーＥ２のＸ線を照射して撮影した第２Ｘ線２次元画像を取得する。ここで得られた各Ｘ線２次元画像の画素値は、Ｘ線が線源から検出位置までの線分上で減弱する程度（線源弱係数μ）を表している。
　ところで、Ｘ線の線源弱係数μは、主に治療対象者Ｍ（被写体）の電子密度ρｅと実効原子番号Ｚに依存する。つまり、線源弱係数μは、電子密度ρｅと実効原子番号Ｚを変数とする式で求めることができる。
　ここで、３つの変数μ、ρｅ、Ｚのうち、線源弱係数μは、Ｘ線２次元画像の画素値によってわかる。そうすると、２つのエネルギー（Ｅ１、Ｅ２）のＸ線に対して減弱の程度（μ１、μ２）がわかり、μ１とρｅとＺの方程式およびμ２とρｅとＺの方程式を連立方程式として解くことで、治療対象者Ｍのその線分上の電子密度ρｅと実効原子番号Ｚを決定できる。
　ここで、物質の実効原子番号Ｚとその平均励起エネルギーＩとの間には、数式（Ｉ＝ａＺ＋ｂ）で示されるような線形性の強い相関がある。この数式における「ａ」および「ｂ」は、Ｘ線のエネルギー量に関係なく一意に定まる値であり、相関があることとともにＹａｎｇ等（＊１）によって見出されている。　
　＊１　エム・ヤング（Ｍ．　Ｙａｎｇ）、他５名、「Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ　ｖａｒｉａｎｃｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｓｉｎｇｌｅ－　ａｎｄ　ｄｕａｌ－ｅｎｅｒｇｙ　ｃｏｍｐｕｔｅｄ　ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｆｏｒ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ　ｐｒｏｔｏｎ　ｓｔｏｐｐｉｎｇ　ｐｏｗｅｒ　ｒａｔｉｏｓ　ｏｆ　ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ　ｔｉｓｓｕｅｓ」，フィジックス・イン・メディスン・アンド・バイオロジー（Ｐｈｙｓｉｃｓ　ｉｎ　Ｍｅｄｉｃｉｎｅ　ａｎｄ　Ｂｉｏｌｏｇｙ）、（英国）、アイオーピー・パブリッシング（ＩＯＰ　ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ）、２０１０年２月１０日、第５５巻、第５号、Ｐ．１３４３－１３６２
　この関係を用いれば２つの画像から得られる実効原子番号Ｚから、その物質のＩを決定することができる。
　ところで、体内における粒子線の停止位置を決定する体内物質の水に対する阻止能比は、次の［数１］を用いて演算できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 ※Ｓは阻止能、ρは電子密度、Ｉは平均励起エネルギー、ｍｅｃ２は電子の静止エネルギー、Ｉｎは対数を示す。
※Ｓｗａｔｅｒ、ρｅ，ｗａｔｅｒ、およびＩｗａｔｅｒは、それぞれ水に対する阻止能、電子密度、および平均励起エネルギーを示しており、定数として与えられている。
　画像作成処理部７ｂは、治療前確認画像（２次元画像）を作成する処理を行う。治療前確認画像（２次元画像）の各画素の値（画素値）は、阻止能比演算部７ａで演算された画素毎の阻止能比（Ｓ／Ｓｗａｔｅｒ）である。このようにして、治療対象者Ｍの阻止能比をビーム軸方向に積分投影した２次元画像（阻止能比積分投影画像）が得られる。言い換えれば、治療前確認画像は、エネルギー量の異なる２種類のＸ線エネルギーによる第１Ｘ線２次元画像および第２Ｘ線２次元画像から、ρｅとＩの画像を介して直接的に求められる。
　比較処理部８ａは、治療前確認画像作成処理部７で得られた治療前確認画像と基準画像取得部３で得た基準画像とを比較する処理を行い、比較結果を結果出力部４へ出力する。出力内容は、例えば、基準画像と治療前確認画像を対比可能に並べた画面、基準画像と治療前確認画像を画素毎に濃度比較した結果を数値またはランクによって表示する画面、比較結果から適否判定した適否判定結果を表示する画面、あるいはこれらの複数の画面など、適宜の構成とされている。適否判定については、濃度差の程度および濃度差のある領域の広さ等、適宜の基準によって適否を判定するとよい。
　位置角度駆動処理部８ｂは、治療対象者支持部１７を駆動制御し、炭素線照射部１２に対する治療対象者Ｍの相対位置が治療計画に対して適切な位置となるように、位置および角度を調節する。詳述すると、粒子線治療では、治療室にて、治療計画で仮定した位置に患者を“位置決め”して治療照射が行われる。この“位置決め”は、粒子線（炭素線）のビームを照射する方向の垂直Ｘ線照射部１３とそれに直交する方向の水平Ｘ線照射部１５からＸ線撮影を行い、治療対象者支持部１７上の治療対象者が、治療計画で仮定した位置に固定されているか、またはズレているかを確認しながら、治療対象者支持部１７や治療対象者自体を移動させることで行われる。すなわち、この移動調整は、入力部２での操作入力による手動調整と、位置角度駆動処理部８ｂによる自動調整が可能である。
　記憶部９は、ビーム照射対象確認プログラム９ａ、阻止能比積分投影画像作成プログラム９ｂ、および阻止能比算出プログラム９ｃ等の各種プログラム、および各種データを記憶している。これらのプログラムやデータは、ＣＲ－ＲＯＭまたＤＶＤ－ＲＯＭ等の記録媒体９ｄからインストールあるいはコピーされて記憶部９に記憶される。
　エネルギー切替部１１は、Ｘ線切替照射処理部６ａの制御にしたがって、垂直Ｘ線照射部１３から照射するＸ線のエネルギーを第１のエネルギーＥ１または第２のエネルギーＥ２など、適宜のエネルギーに切り替える。第１のエネルギーＥ１は、Ｘ線源の管電圧を８０ｋＶ以上とすればよく、１００ｋＶ以上がより好ましい。また、第１のエネルギーＥ１と第２のエネルギーＥ２の差（管電圧の差）は、５０ｋＶ以上とすることができ、１００ｋＶ以上がより好ましく、９００ｋＶ以上がさらに好ましい。
　この実施例では、第１のエネルギーＥ１を好ましいエネルギー量である１００ｋＶとし、第２のエネルギーＥ２を好ましいエネルギー量である１ＭＶ（エネルギーの差が好ましい９００ｋＶとなる値）としている。これらのエネルギー量（Ｅ１，Ｅ２）は、予め定めておく、入力部２での入力による設定を受け付ける等、適宜設定できる。
　炭素線照射部１２は、制御演算部５の制御に従って、加速した炭素線を治療対象者Ｍへ照射する。詳述すると、炭素線照射部１２には、荷電粒子発生装置、加速器、およびビーム照射部が設けられている。荷電粒子発生装置は、所望のイオン種を発生させるイオン源等で構成され、この実施例では炭素を発生させる。加速器は、荷電粒子発生装置から受け取った荷電粒子（この実施例では炭素）を加速するシンクロトロン等の装置であり、加速した荷電粒子をビーム照射部へ送る。ビーム照射部は、コリメータ等によって炭素線のビーム形状を所望の形状に調節して治療対象者Ｍに照射する。このように構成された炭素線照射部１２は、治療計画に従って、計画された形状で計画されたエネルギー量の炭素線を治療対象者Ｍに照射する。この炭素線照射部１２で照射される炭素線は、粒子線治療において使用される陽子線やその他粒子線としてもよい。
　第１のＸ線照射部である垂直Ｘ線照射部１３は、エネルギー切替部１１によって切り替えられたエネルギー量のＸ線を、制御演算部５の制御に従って、垂直な方向から治療対象者Ｍに照射する。垂直Ｘ線照射部１３によって照射されるＸ線の種類は、第１のエネルギーＥ１で照射される第１Ｘ線と、第２のエネルギーＥ２で照射される第２Ｘ線を含む少なくとも２種類である。
　第１のＸ線検出部である垂直Ｘ線検出部１４は、垂直Ｘ線照射部１３によって照射されたＸ線を検出し、制御演算部５にその検出情報を伝達する。
　第２のＸ線照射部である水平Ｘ線照射部１５は、制御演算部５の制御に従って、治療対象者支持部１７に平行な方向から治療対象者ＭにＸ線を照射する。
　第２のＸ線検出部である水平Ｘ線検出部１６は、水平Ｘ線照射部１５によって照射されたＸ線を検出し、制御演算部５にその検出情報を伝達する。
　なお、垂直Ｘ線照射部１３と水平Ｘ線照射部１５から照射されるＸ線は、位置決めのために異なる方向から照射されるものであり、それぞれ直角に交わることが好ましく、この実施例のように水平である０°と垂直である９０°に限らず、４５°と１３５°にするなど適宜の角度としてもよい。
　治療対象者支持部１７は、台上に乗った治療対象者Ｍの体を支えて位置決めする。治療対象者支持部１７は、適宜の駆動部を有しており、制御演算部５の制御によって傾きや位置等を変化させる。なお、治療対象者支持部１７は、治療対象者Ｍの臓器の位置を固定できればよく、水平の台でなくてもよい。
　図２は、ビーム照射対象確認装置１の制御演算部５がビーム照射対象確認プログラム９ａ、阻止能比積分投影画像作成プログラム９ｂ、および阻止能比算出プログラム９ｃに従って実行する動作を示すフローチャートである。
　制御演算部５は、ビーム照射対象確認プログラム９ａを実行し、位置決め処理を行う（ステップＳ１１）。この位置決め処理において、制御演算部５は、Ｘ線切替照射処理部６ａの制御処理によって垂直Ｘ線照射部１３と水平Ｘ線照射部１５からＸ線を照射し、垂直Ｘ線検出部１４と水平Ｘ線検出部１６で検出されてＸ線検出情報受信部６ｂで検出情報を受信する、そして、制御演算部５は、検出情報に基づいて治療対象者支持部１７の位置および角度を変化させて、炭素線照射部１２と治療対象者Ｍの相対位置を治療計画時と一致させる。この位置決めは、垂直Ｘ線検出部１４と水平Ｘ線検出部１６で検出された検出情報のうち例えば治療対象者Ｍの骨の位置等を確認して計画通りの位置となるように実行する。この位置決めのとき、制御演算部５は、垂直Ｘ線照射部１３に照射させるＸ線のエネルギーが第１のエネルギーＥ１となるようにエネルギー切替部１１を制御する。これにより、位置決め用のＸ線画像を１色目のＸ線画像として使用できるようにしている。
　制御演算部５は、位置決め処理にて位置及び角度を変化させた後に２方向のＸ線による検出情報を再度取得し、炭素線照射部１２と治療対象者Ｍの相対位置を治療計画時と一致しているか確認する（ステップＳ１２）。制御演算部５は、一致したと判定できなければ、位置決め処理を繰り返し行う（ステップＳ１２：Ｎｏ）。
　位置決め処理が完了すると（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）、制御演算部５は、最終位置決め画像を結果出力部４に表示する（ステップＳ１３）。最終位置決め画像は、位置決めした状態で最後に垂直Ｘ線検出部１４と水平Ｘ線検出部１６で得たＸ線画像であり、確認用に表示されるものである。
　制御演算部５は、Ｘ線切替照射処理部６ａによってエネルギー切替部１１を制御し、垂直Ｘ線照射部１３が照射するＸ線を位置決め処理に使用したＸ線とは異なる第２のエネルギーＥ２に切り替える。そして、制御演算部５は、垂直Ｘ線照射部１３と垂直Ｘ線検出部１４により２色目のＸ線画像を撮影し、Ｘ線検出情報受信部６ｂによって検出情報を取得する（ステップＳ１４）。
　制御演算部５は、阻止能比算出プログラム９ｃに従って、治療前確認画像作成処理部７の阻止能比演算部７ａにより、２色のＸ線画像に基づいて２次元画像の各画素における阻止能比を求める（ステップＳ１５）。　
　制御演算部５は、阻止能比積分投影画像作成プログラム９ｂに従って、治療前確認画像作成処理部７の画像作成処理部７ｂにより、２色のＸ線画像に基づいて算出した阻止能比をビーム軸方向に積分撮影した２次元画像を作成する（ステップＳ１６）。　
　すなわち、制御演算部５は、ステップＳ１１とＳ１４でビームを照射する方向から２種類のＸ線エネルギーを用いてＸ線撮影を行い、各エネルギーに対応するＸ線２次元画像を得ているため、このＸ線２次元画像から画素毎に阻止能比を求めて阻止能比の２次元画像を算出する。
　制御演算部５は、基準画像取得部３により、治療計画段階で得た基準画像を取得する（ステップＳ１７）。
　制御演算部５は、比較処理部８ａにより、ステップＳ１７において取得した基準画像と、ステップ１５において作成した阻止能比の２次元画像を比較する（ステップＳ１８）。
　制御演算部５は、比較処理部８ａにより、ステップＳ１８での比較結果に基づいて治療可否を判定する（ステップＳ１９）。　
　制御演算部５は、ステップＳ１８での比較結果とステップＳ１９での判定結果を結果出力部４に出力する（ステップＳ２０）。
　制御演算部５は、判定結果が治療可であり、粒子線治療（炭素線治療）の実行指示を受けると、炭素線照射処理部６ｃによって炭素線照射部１２を駆動制御し、炭素線照射を実行する（ステップＳ２１）。
　図３は、治療計画時点の画像を用いた基準画像２０Ａと治療前の撮影に基づく治療前確認画像２０Ｂ，２０Ｃの比較を示す説明図である。
　図３（Ａ）は、基準画像取得部３により取得し、事前に作成された基準画像２０Ａを示す。基準画像２０Ａは、治療計画の段階で撮影したＣＴ画像に基づいて算出された阻止能比の２次元画像である。治療計画においては、図示するように腫瘍２２に対して治療標的領域２１が設定されている。この治療標的領域２１は、腫瘍２２と同じ大きさか少し大きい程度にされている。
　図３（Ｂ）は、２つのＸ線エネルギーの画像に基づいて治療前確認画像作成処理部７で作成された阻止能比の２次元画像（阻止能比積分投影画像）である治療前確認画像２０Ｂを示す。この図３（Ｂ）に示す治療前確認画像２０Ｂは、治療計画時の基準画像２０Ａと比べて、治療標的領域２１の内部および近辺での阻止能比の積分値から予測される治療標的領域２１までの実効的な厚さの差が許容値以内である。従って、比較処理部８ａは、この治療前確認画像２０Ｂを治療可能な治療対象者の画像であると判断する。この許容値は閾値であり、例えば２ｍｍ程度が好ましい。
　図３（Ｃ）は、図３（Ｂ）と同様に治療照射前に撮影した２つのＸ線エネルギーの画像に基づいて作成された阻止能比の２次元画像（阻止能比積分投影画像）である治療前確認画像２０Ｃを示す。この治療前確認画像２０Ｃは、治療標的領域２１までのＸ線軌道上に空気などの低密度な物質２３が入り込んだ治療対象者Ｍの阻止能比の２次元画像である。
　この図３（Ｃ）に示す治療前確認画像２０Ｃは、治療計画時の基準画像２０Ａと比べて、治療標的領域２１の内部および近辺での阻止能比の積分値から予測される治療標的領域２１までの実効的な厚さの差が許容値を超えている。従って、比較処理部８ａは、この治療前確認画像２０Ｃを治療不可な治療対象者の画像であると判断する。この許容値は閾値であり、例えば２ｍｍ程度が好ましい。
　このように治療不可と判断された場合、ＣＴ撮影を再度行い、治療計画を再作成して作り直す。この治療計画の再作成は、最初の治療計画に沿って複数回の炭素線照射による治療を行うどの段階でも実施できる。従って、腫瘍の位置や大きさ等が治療計画で予測した変化と異なって治療不可となった段階で、治療計画を立て直すことができ、状況に応じて柔軟かつ適切な治療を行うことが可能となる。
　以上の構成および動作により、ビーム照射対象確認装置１は、低被ばくかつ簡便に、治療対象者の体内状況を測定し、治療計画の変更の要否を判定できる。これにより、腫瘍の位置等が治療計画と異なっていた場合に、治療計画を再作成して照射パラメータを変更する等、治療の進行に応じて柔軟かつ適切に対応することができる。また、治療照射前に体内でのビーム飛程やその治療計画からの変化を推定することができる。また、腫瘍以外の正常組織への被ばくを最小限に抑制することができる。
　また、ビーム照射対象確認装置１は、炭素線の照射方向から見た阻止能比を、同じ方向からＸ線を照射する１つの垂直Ｘ線照射部１３のみを用いて算出できる。このため、ビーム照射対象確認装置１は、治療計画に沿った炭素線照射を実施することが適切か否かを治療前に精度よく確認することができる。特に、ＣＴ撮影によって治療前に確認する方法のように確認から治療までの間に治療対象者の移動を伴う必要がないため、ビーム照射対象確認装置１は、正確な位置で適否を検証できる。
　また、ビーム照射対象確認装置１は、被ばく量の観点で考えると、従来行われている炭素線治療と比較して、位置決め時に行われるＸ線照射に第２のＸ線照射を１回加えるだけである。このため、ビーム照射対象確認装置１は、治療前にＣＴ撮影を行う方法と比べて格段に治療対象者の被ばく量を抑制できる。
　また、炭素線ラジオグラフィーを用いて治療対象者を通過する炭素線を検出する方法と比較して、ビーム照射対象確認装置１は、巨大な加速施設を必要とせず、一般的な粒子線治療施設で利用できる。
　また、阻止能比積分投影画像作成プログラム９ｂおよび阻止能比算出プログラム９ｃを内包するビーム照射対象確認プログラム９ａにより、位置決め等のためにＸ線照射部を有する既存の炭素線照射装置にインストールするだけで本発明を利用できる。従って、低コストかつ容易に本発明を既存装置に導入できる。
　また、第１のエネルギーＥ１を８０ｋＶ以上としたことで、Ｘ線の硬質化の影響を防止することができる。　
　また、第１のエネルギーＥ１と第２のエネルギーＥ２の差を所定の値以上（例えば５０ｋＶ以上など）としたことで、阻止能比を適切に算出することができる。
　また、治療計画の段階で得られる基準画像２０Ａと、治療照射の前に２色Ｘ線撮影で得られた治療前確認画像２０Ｂ，２０Ｃと比較することで、その照射における体内でのビーム飛程やその治療計画からの変化を推定することができる。この情報により、その治療照射の可否判定、治療計画ＣＴの再撮影や治療計画の再設計のきっかけを得ることができる。
　また、ビーム照射対象確認装置１は、これまで蓄積されたデータが存在していなかった、日々の治療における体内でのビーム飛程の変化を蓄積することができる。これにより、粒子線治療の発展のために貴重なデータを提供することが可能になる。
　なお、基準画像２０Ａは、治療計画ＣＴを撮影した時に、本発明と同様の２色単純Ｘ線撮影を行って阻止能比の２次元画像を求め、この２次元画像を基準画像としてもよい。また、基準画像２０Ａは、ＣＴ画像に基づくものに限らず、他の方法によって算出してもよい。
　また、制御演算部５は、基準画像取得部３でＣＴ画像そのものを得て、このＣＴ画像からビーム軸方向に見た阻止能比の２次元画像を算出する演算処理を実行する構成としても良い。
　また、炭素線照射部１２は、垂直方向に限らず、水平方向に炭素線を照射する、あるいはガントリーによって任意の方向から炭素線を照射するなど、適宜の方向に炭素線を照射する構成とすることができる。この場合、エネルギー切替部１１に接続されている垂直Ｘ線照射部１３は、炭素線照射部１２と同じ方向からＸ線を照射する構成とすることができる。例えば炭素線照射部１２が水平方向に炭素線を照射する構成の場合、水平Ｘ線照射部１５（Ｘ線照射部）にエネルギー切替部１１を接続する構成としてもよい。そして、エネルギー切替部１１によって水平Ｘ線照射部１５から照射するＸ線のエネルギー量を切り替えて２色のＸ線画像を撮影し、阻止能比をビーム軸方向に積分撮影した２次元画像を得ると良い。このように構成した場合でも、上述した実施形態と同一の作用効果を得ることができる。
　この発明は、粒子線治療に用いることができ、その他、阻止能比を必要とする様々な分野に利用することができる。
１…ビーム照射対象確認装置
３…基準画像取得部
４…結果出力部
６ａ…Ｘ線切替照射処理部
６ｂ…Ｘ線検出情報受信部
７…治療前確認画像作成処理部
７ａ…阻止能比演算部
８ａ…比較処理部
９ａ…ビーム照射対象確認プログラム
９ｃ…阻止能比算出プログラム
１０…コンピュータ
１１…エネルギー切替部
１３…垂直Ｘ線照射部
１４…垂直Ｘ線検出部
２０Ａ…基準画像
２０Ｂ，２０Ｃ…治療前確認画像

Claims (5)

  1. 　Ｘ線を照射するＸ線照射部と、
    前記Ｘ線照射部における照射Ｘ線のエネルギーを切り替えるエネルギー切替部と、
    前記エネルギー切替部によって少なくとも２種類のＸ線を前記Ｘ線照射部により照射するＸ線切替照射処理部と、
    前記Ｘ線照射部から照射されたＸ線を検出するＸ線検出部と、
    前記Ｘ線検出部により取得した少なくとも２種類のＸ線の検出情報に基づいて治療前確認画像を作成する治療前確認画像作成処理部と、
    治療計画段階で得られた基準画像を取得する基準画像取得部と、
    前記治療前確認画像と前記基準画像とを比較する比較処理部と、
    前記比較処理部により得られた比較結果を出力する結果出力部とを備えた
    ビーム照射対象確認装置。
  2. 　前記基準画像取得部により取得される前記基準画像は、
    前記治療計画段階で算出された阻止能比の基準画像であり、
    前記治療直前画像作成処理部において作成される治療前確認画像は、
    前記Ｘ線検出部により取得した少なくとも２種類のＸ線の検出情報に基づいて算出された阻止能比の治療前確認画像である
    請求項１記載のビーム照射対象確認装置。
  3. 　前記治療前確認画像作成処理部は、
    前記検出情報に基づいて得られる線源弱係数を前記少なくとも２種類のＸ線について算出し、
    電子密度と実効原子番号と線源弱係数を有する方程式に前記２種類のＸ線の線源弱係数を代入して連立方程式として解くことで電子密度と実効原子番号を求め、この電子密度と実効原子番号に基づいて阻止能比を算出する構成である
    請求項２記載のビーム照射対象確認装置。
  4. 　コンピュータを、
    エネルギー切替部によりエネルギーを切り替えて少なくとも２種類のＸ線をＸ線照射部により照射させるＸ線切替照射処理部と、
    前記Ｘ線照射部から照射されたＸ線をＸ線検出部で検出した検出情報を受信するＸ線検出情報受信部と、
    少なくとも２種類のＸ線の前記検出情報に基づいて治療前確認画像を作成する治療前確認画像作成処理部と、
    治療計画段階で得られた基準画像を取得する基準画像取得部と、
    前記治療前確認画像と前記基準画像とを比較する比較処理部と、
    前記比較処理部により得られた比較結果を出力する結果出力部として機能させる
    ビーム照射対象確認プログラム。
  5. 　コンピュータを、
    エネルギー切替部によりエネルギーを切り替えて少なくとも２種類のＸ線をＸ線照射部により照射させるＸ線切替照射処理部と、
    前記Ｘ線照射部から照射されたＸ線をＸ線検出部で検出した検出情報を受信するＸ線検出情報受信部と、
    少なくとも２種類のＸ線の前記検出情報に基づいて阻止能比を演算する阻止能比演算部として機能させ、
    前記阻止能比演算部は、前記検出情報に基づいて得られる線源弱係数を前記少なくとも２種類のＸ線について算出し、
    電子密度と実効原子番号と線源弱係数を有する方程式に前記２種類のＸ線の線源弱係数を代入して連立方程式として解くことで電子密度と実効原子番号を求め、この電子密度と実効原子番号に基づいて阻止能比を算出する構成である
    阻止能比算出プログラム。
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