WO2017188079A1 - 追跡対象認識シミュレータ、若しくはマーカ認識シミュレータおよび動体追跡装置ならびに放射線照射システム - Google Patents

追跡対象認識シミュレータ、若しくはマーカ認識シミュレータおよび動体追跡装置ならびに放射線照射システム Download PDF

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嵩祐 平山
徹 梅川
梅垣　菊男
宮本　直樹
貴啓 山田
祐介 藤井
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Hokkaido University NUC
Hitachi Ltd
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Hokkaido University NUC
Hitachi Ltd
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/02—Arrangements for diagnosis sequentially in different planes; Stereoscopic radiation diagnosis
    • A61B6/03—Computed tomography [CT]
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00—Radiation therapy
    • A61N5/10—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy

Definitions

  • the present invention relates to a tracking target recognition simulator for recognizing in real time the position of a target in a subject in radiotherapy using radiation such as charged particles or X-rays, or a marker recognition simulator, a moving object tracking device equipped with them, and radiation It relates to an irradiation system.
  • Patent Document 1 discloses a positioning apparatus that is used for positioning a patient on a patient support table, and measures a patient body surface shape.
  • Body surface shape measurement means that obtains 2D image data and 3D position data as position data by performing two-dimensional measurement and three-dimensional measurement using light and a camera, and body surface reference position data obtained in advance by the body surface shape measurement means
  • data collating means for calculating the difference by comparing and comparing with the body surface measurement position data obtained by the body surface shape measuring means at the time of measurement, and inputting the output information of the data collating means, and the patient in a direction in which the difference falls within the allowable range
  • a positioning device that includes a position adjusting means for positioning a patient by moving a support base, and is configured to perform patient positioning.
  • moving body tracking radiotherapy In radiotherapy, in order to irradiate therapeutic radiation concentrated on the target and reduce irradiation to surrounding organs, moving body tracking radiotherapy is performed in which the position of the affected part (hereinafter referred to as target) is recognized in real time and irradiated. ing. By performing such moving body tracking, it is possible to accurately irradiate an organ that moves during treatment, such as a respiratory moving organ.
  • means for recognizing the target position means for capturing an X-ray fluoroscopic image and recognizing the target position from the X-ray fluoroscopic image is used.
  • X-ray imaging is performed with sufficient frequency that X-ray imaging can also capture target movement.
  • a method of recognizing directly from the image and a method of recognizing an alternative marker previously set near the target In either method, a target or alternative marker projection image is prepared as a template image, and a target position is obtained by searching for a matching region by template matching from the captured image.
  • recognizing the target position it is possible to perform interception irradiation that performs irradiation when the target position matches the target position of the treatment plan, and tracking irradiation that changes the radiation irradiation position according to the target position.
  • the therapeutic radiation is focused on the target by interception irradiation or tracking irradiation.
  • a medical worker (radiologist or doctor) images a CT for diagnosis of a patient (step S101). Subsequently, the medical worker determines the insertion position of the marker from the experience of the medical staff by looking at the diagnostic CT, and the medical staff inserts the marker at the insertion position (step S102). After the position of the inserted marker is stabilized in the body, the medical staff images a CT for treatment planning (step S103).
  • the medical staff After imaging the treatment planning CT, the medical staff determines the planned irradiation angle from the positional relationship between the target in the CT image for treatment planning and the organ (hereinafter, dangerous organ) that is desired to avoid irradiation as much as possible (step S104). .
  • rehearsal is performed (step S105).
  • an X-ray fluoroscopic image of the subject with the marker inserted is imaged, whether or not the target position can be recognized based on the captured image, and imaging conditions of a moving body tracking device suitable for recognizing the target position ( X-ray tube voltage / tube current) is determined.
  • the outline of the rehearsal is described in detail in Patent Document 1 described above.
  • the radiation treatment planning apparatus simulates a dose distribution in a subject by numerical calculation based on information in the body of a patient (hereinafter referred to as a subject) obtained from a CT image for treatment planning.
  • a subject information in the body of a patient (hereinafter referred to as a subject) obtained from a CT image for treatment planning.
  • An outline of the treatment planning apparatus is described in detail in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-99807.
  • a medical worker determines an irradiation condition (treatment plan) such as an optimum irradiation direction, energy, irradiation position, and irradiation amount of radiation while referring to the calculation result of the radiation treatment planning apparatus.
  • step S107 it is determined whether or not the irradiation angle has been changed from the planned irradiation angle. If it is determined that the irradiation angle has been changed, rehearsal is performed again at the changed irradiation angle (step S109), and the treatment plan is treated. Created by the planning device (step S106). On the other hand, if it is determined that the irradiation angle has not been changed from the planned irradiation angle, treatment is performed (step S108).
  • step S105 in FIG. 1 the subject needs to be exposed to new radiation by fluoroscopy. Since the smaller the amount of radiation, the better. Therefore, it is desired to shorten the search for X-ray imaging conditions during rehearsal and shorten the rehearsal time.
  • the imaging condition of the moving object tracking device is changed as appropriate, and the imaging condition is determined by searching for an imaging condition capable of recognizing the marker by trial and error.
  • the X-ray tube for X-ray fluoroscopic image capturing and the X-ray detection surface depend on the body shape and irradiation angle of the subject. Since the water equivalent thickness changes, it becomes difficult to search for imaging conditions, and the time required for searching for imaging conditions increases.
  • Patent Document 1 Although it is possible to perform positioning with high accuracy, it is difficult to calculate a guide for imaging conditions and to obtain an appropriate marker embedding position before rehearsal.
  • An object of the present invention is to provide a tracking object recognition simulator, a marker recognition simulator, a moving object tracking device, and a radiation irradiation system that can shorten the rehearsal time.
  • the present invention includes a plurality of means for solving the above problems.
  • the radiation generator, the irradiation device for irradiating the subject with the radiation, and the target in the subject directly or
  • Another example of the present invention is a tracking target recognition simulator for recognizing a tracking target in a subject in radiation therapy, and water equivalent thickness information or density information in the subject from a CT image of the subject. And calculating an X-ray imaging condition for recognizing the tracking target and an X-ray imaging condition capable of recognizing the tracking target based on the calculated water equivalent thickness information or density information. And a display unit for displaying whether or not the tracked object is recognized and the imaging condition.
  • Another example of the present invention is a marker recognition simulator for presenting a recommended embedding position of a marker in a subject in radiation therapy, and the movement of the marker when the marker is embedded in the subject.
  • An input device for inputting a range, and water equivalent thickness information or density information in the subject is obtained from the CT image of the subject, and the obtained water equivalent thickness information or density information and the movement input by the input device.
  • An arithmetic processing device that calculates a recommended degree of a marker insertion position based on an assumed range, and a display unit that displays the recommended degree of the marker insertion position calculated by the arithmetic processing device. .
  • the rehearsal time can be shortened.
  • a tracking object recognition simulator, a marker recognition simulator, a moving object tracking device, and a radiation irradiation system according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
  • description will be made on the assumption that a marker is used as a tracking target and the marker recognition simulator is applied to particle beam therapy by scanning irradiation.
  • the radiation irradiation system includes a particle beam accelerator 201, a particle beam transport system 202, a particle beam irradiation nozzle 203, an irradiation control device 204, and a moving object tracking device 205.
  • the particle beam accelerator 201 is roughly composed of an ion source, a pre-stage accelerator 201A such as a linac, and a synchrotron 201B as an accelerator.
  • the pre-stage accelerator 201A accelerates these charged particles and then supplies them to the synchrotron 201B.
  • the synchrotron 201B that has received the charged particles from the former accelerator 201A further accelerates the charged particles to a predetermined energy to generate a charged particle beam (particle beam).
  • the synchrotron 201B also includes a high-frequency quadrupole electromagnet that changes the stability limit of the particle beam and a high-frequency application device for extraction that increases the betatron oscillation amplitude of the particle beam by applying a high frequency to take out the circulating particle beam. .
  • synchrotron 201B is taken as an example of the accelerator, an accelerator that does not require the pre-stage accelerator 201A such as a cyclotron may be used instead of the synchrotron 201B.
  • the particle beam transport system 202 includes a particle beam path, a quadrupole electromagnet, a deflection electromagnet, a high-speed steerer, and the like.
  • the particle beam path formed by the particle beam transport system 202 connects the particle beam accelerator 201 and a particle beam irradiation nozzle 203 described later.
  • the particle beam generated by the particle beam accelerator 201 is transported to the particle beam irradiation nozzle 203 through the particle beam transport system 202.
  • a particle beam irradiation nozzle 203 for irradiating the target with a particle beam and a moving body tracking device 205 for confirming the position of the target 303 in the subject 302 are provided.
  • the treatment room may be integrated with a gantry that can be rotated using a motor or the like.
  • a gantry that can be rotated using a motor or the like.
  • the particle beam irradiation nozzle 203 is provided with two scanning electromagnets (a scanning electromagnet 203A in the X direction and a scanning electromagnet 203B in the Y direction), a particle beam passage position monitor 203C, and a dose measuring device 203D.
  • the particle beam carried through the particle beam transport system 202 passes through these scanning electromagnets 203A and 203B, the particle beam passage position monitor 203C, and the dose measuring device 203D, and is irradiated to the target 303.
  • the particle beam passage position monitor 203C detects whether or not the beam scanning position by the scanning electromagnets 203A and 203B and the width thereof are at the control position (set value).
  • the dose measuring device 203D is installed between the scanning electromagnets 203A and 203B and the subject 302 in order to measure the irradiation dose at a position closer to the subject 302, and measures the dose of the particle beam passing through the dose measuring device 203D. Dose management is performed using this measured value.
  • the irradiation control device 204 is connected to a radiation irradiation device including a particle beam accelerator 201, a particle beam transport system 202, and a particle beam irradiation nozzle 203, and controls each of these devices.
  • the irradiation control device 204 controls each device of the particle beam accelerator 201, the particle beam transport system 202, and the particle beam irradiation nozzle 203 based on a gate-on signal output from a moving body tracking device 205 described later, and a target 303 in the subject 302. Control the therapeutic radiation against.
  • the irradiation control apparatus 204 intercepts the target 303 (specifically, the irradiation is performed at a timing when the position of the target 303 coincides with the radiation irradiation position according to the treatment plan within a predetermined allowable range) or tracking irradiation (details).
  • the charged particle accelerated by the particle beam accelerator is transported by the particle beam transport system 202 to the particle beam irradiation nozzle 203 to perform the irradiation of the particle beam.
  • Control is performed to scan the particles and irradiate the target 303 in the subject 302 so as to form an appropriate dose distribution in the subject 302 at the nozzle 203.
  • a moving body tracking device 205 includes a bed 301 for moving and fixing a subject 302 to a position suitable for irradiation, X-ray imaging devices 305A and 305B, a target position recognition device 306, a recognition result output device 307, and imaging conditions.
  • a setting device 310, a signal processing circuit 311, a marker recognition simulator 401, and a data server 408 are provided.
  • the moving body tracking device 205 outputs a gate-on signal that permits radiation emission to the irradiation control device 204 when the position of the marker 304 in the subject 302 is within a predetermined range.
  • the imaging condition setting device 310 Based on the imaging conditions output from the marker recognition simulator 401, the imaging condition setting device 310 captures imaging conditions (X-rays) of the X-ray tube 308A in the X-ray imaging device 305A and the X-ray tube 308B in the X-ray imaging device 305B. Tube current, tube voltage, etc.). The imaging condition setting device 310 can also set different imaging conditions for the X-ray tubes 308A and 308B.
  • the X-ray imaging apparatus 305A is an apparatus that performs X-ray imaging of the target 303 and the marker (tracking target) 304 in the subject 302 on the bed 301, and an X-ray tube 308A that irradiates the subject 302 with X-rays from the first direction.
  • an X-ray detector 309A for detecting a two-dimensional dose distribution of X-rays irradiated from the X-ray tube 308A and transmitted through the subject 302.
  • the X-ray detector 309A has a plurality of detection elements (in detail, for example, semiconductor elements that convert radiation into electric charges) arranged two-dimensionally, and an analog signal from these detection elements is converted into a signal processing circuit 311. Output for.
  • the X-ray imaging apparatus 305B is an apparatus that performs X-ray imaging of the target 303 and the marker 304 in the subject 302 on the bed 301 in the second direction (in this embodiment, the first direction).
  • X-ray tube 308B that irradiates the subject 302 with X-rays from a direction orthogonal to the X-ray detector, and an X-ray detector that detects a two-dimensional dose distribution of X-rays that have been irradiated from the X-ray tube 308B and transmitted through the subject 302 309B.
  • the X-ray detector 309 ⁇ / b> B has a plurality of detection elements arranged two-dimensionally and outputs an analog signal from the detection elements to the signal processing circuit 311.
  • the imaging operation by the X-ray imaging device 305B is performed in synchronization with the imaging operation of the X-ray imaging device 305A.
  • the frequency of imaging of the target 303 and the marker 304 by the X-ray imaging device 305A and the X-ray imaging device 305B is performed with a frequency sufficient to capture the movement of the target 303 and the marker 304 (for example, about 30 Hz).
  • the signal processing circuit 311 processes analog signals from the X-ray detectors 309A and 309B, generates X-ray fluoroscopic image data, and transmits the data to the target position recognition device 306.
  • the target position recognition device 306 calculates the three-dimensional position of the marker 304 in the subject 302 in real time from the images captured by these X-ray imaging devices 305A and 305B, and outputs the calculated three-dimensional position of the marker 304 as a recognition result. Output to the device 307.
  • the recognition result output device 307 determines whether or not to permit particle beam emission based on the three-dimensional position of the marker 304 calculated by the target position recognition device 306. For example, when it is determined whether or not the position of the target 303 obtained from the position of the marker 304 is within a gate range (irradiation permission range) designated in advance, and it is determined that the position of the target 303 is within the gate range Transmits a gate-on signal to the irradiation control device 204. On the other hand, when it is determined that the position of the target 303 is not within the gate range, a gate-off signal is transmitted and emission is not permitted.
  • a gate range irradiation permission range
  • FIG. 4 is a diagram illustrating the overall configuration of the marker recognition simulator.
  • FIG. 5 is a diagram showing a flow up to treatment when the marker recognition simulator of the present embodiment is used.
  • the marker recognition simulator 401 includes an input device 402, a display device (display unit) 403, a memory (storage device) 404, a data storage device 405, an arithmetic processing device 406, and a communication device 407, as shown in FIG. Each of these devices is connected in the marker recognition simulator 401, is connected to a network via a communication device 407, and is connected to a data server 408 via this network.
  • the marker recognition simulator 401 is a device for recognizing the marker 304 in the subject 302 in radiotherapy, and obtains a recommended embedding position of the marker 304 in the subject 302 in radiotherapy, and asks the medical staff to recommend the position. It is also a device for presenting.
  • the input device 402 is a device such as a mouse, and is a device for a medical worker to input the position of the target 303 region, the important organ, and the marker 304 in the CT image. Moreover, it is also a device for inputting an assumed movement range of the marker 304 when the marker 304 is embedded in the subject 302.
  • the display device 403 is a device that displays whether or not the marker 304 is recognized by the arithmetic processing device 406, imaging conditions, and a recommended position of the marker 304 insertion position calculated by the arithmetic processing device 406.
  • the memory (storage device) 404 is information regarding the position of the target 303 region, the important organ and the marker 304 in the CT image input using the input device 402, and the installation of the X-ray imaging apparatus 305A and the X-ray imaging apparatus 305B.
  • Information on the shape parameters of the moving object tracking device 205 such as the angle, the distance between the X-ray tube 308A and the X-ray detector 309A, the distance between the X-ray tube 308B and the X-ray detector 309B, and the dimensions of the X-ray detectors 309A and 309B Information), information such as a water equivalent thickness map, a water equivalent thickness gradient map, and a marker recommended value map calculated by the arithmetic processing unit 406 are stored.
  • the data storage device 405 stores a maximum water equivalent thickness-imaging condition table created from measured data or clinical data (water equivalent thickness calculated from CT images and imaging conditions used for actual treatment).
  • the arithmetic processing unit 406 obtains water equivalent thickness information in the subject 302 from the CT image of the subject 302. Based on the obtained water equivalent thickness information, whether or not the marker 304 can be recognized and the X-ray imaging conditions that can recognize the marker 304 are calculated. Further, the recommended degree of the marker 304 insertion position is calculated based on the obtained water equivalent thickness information and the assumed movement range input by the input device 402.
  • the communication device 407 is connected to the data server 408 via a network, and exchanges data regarding the subject 302 between the data server 408 and each device in the marker recognition simulator 401.
  • the data server 408 stores data (CT data) related to a diagnostic CT image of the subject 302 to be treated, which is imaged using a CT apparatus.
  • This CT data is three-dimensional data in which CT values are recorded for each small area called a voxel.
  • a medical worker captures a diagnostic CT image of the subject 302 with a CT device, and registers the captured image in the data server 408 (step S501).
  • the medical worker determines the planned irradiation angle (step S 502), and then calculates the recommended degree of marker insertion at an arbitrary position using the marker recognition simulator 401 of the present embodiment. Then, the marker insertion position is determined (step S504).
  • FIG. 6 shows the operation of the operator and FIG. 7 shows the operation of the arithmetic processing unit 406 of the marker recognition simulator 401 when calculating the recommended degree of marker insertion using the marker recognition simulator of this embodiment in step S503.
  • an operator (corresponding to a medical worker) of the marker recognition simulator 401 inputs information (patient ID) of the subject 302 from the input device 402 (step S601). In response to this input, the marker recognition simulator 401 starts parameter setting used for calculating the recommended degree of marker insertion in the subject 302 corresponding to the patient ID.
  • the input device 402 of the marker recognition simulator 401 outputs the input patient ID to the arithmetic processing device 406.
  • the arithmetic processing unit 406 reads CT data of the subject 302 as a target from the data server 408 based on the input patient ID. That is, the marker recognition simulator 401 receives the CT data of the subject 302 corresponding to the patient ID from the data server 408 through the network connected to the communication device 407 and stores it in the memory 404. Further, the marker recognition simulator 401 creates a CT image for treatment planning based on the received CT data, and displays it on the display device 403.
  • the display device 403 displays an image in each slice (each layer) obtained by dividing the region including the affected part of the subject 302 into a plurality of layers.
  • the operator inputs an area to be specified for each slice of the CT image using the input device 402 on the area input screen (step S601).
  • the region to be designated here refers to a region (target region) designated as a target and a region (important organ) where it is desired to suppress the dose to be given as much as possible.
  • the operator When the input for each slice is completed, the operator performs an operation for registering the input area to the marker recognition simulator 401 (step S602). As a result, the region input by the operator is registered in the marker recognition simulator 401 as three-dimensional position information and stored in the memory 404.
  • the operator sets a shape parameter (hereinafter, shape parameter) of the moving object tracking device 205, and performs a registration instruction operation to the marker recognition simulator 401 (step S603).
  • shape parameter a shape parameter of the moving object tracking device 205
  • the shape parameter input by the operator is registered in the marker recognition simulator 401 and stored in the memory 404.
  • the operator After registering the shape parameter, the operator determines a planned irradiation angle for the target region based on the registered positional relationship between the target region and the important organ, and performs a registration instruction operation to the marker recognition simulator 401 (step S604). As a result, the planned irradiation angle set by the operator is registered in the marker recognition simulator 401 and stored in the memory 404.
  • Step S605 the operator operates the input device 402 to set the assumed movement range of the marker based on the 4DCT data and marker trajectory data at the time of past marker insertion, and performs a registration instruction operation to the marker recognition simulator 401 ( Step S605).
  • the operator operates the input device 402 to set the assumed movement range of the marker based on the 4DCT data and marker trajectory data at the time of past marker insertion, and performs a registration instruction operation to the marker recognition simulator 401 ( Step S605).
  • marker movement amounts in the head-tail direction, the abdominal-back direction, and the left-right direction are set as the assumed movement range.
  • step S606 When the setting of the above conditions is completed, the operator gives a calculation start instruction (step S606).
  • the arithmetic processing unit 406 calculates the gradient of the water equivalent thickness from the X-ray tube 308A to the X-ray detector 309A and the gradient of the water equivalent thickness from the X-ray tube 308B to the X-ray detector 309B, Calculate the recommended degree of marker insertion at any position.
  • X-rays irradiated at the time of X-ray fluoroscopic image imaging are irradiated as a beam having a radiation source 802 at a certain position (X-ray tubes 308A and 308B positions). This is shown in FIG.
  • a point 801 called an isocenter which is the center position of the device, is defined, and positioning is usually performed so that the position of this point 801 coincides with the center of the target area. Yes.
  • the distance between the point 801 and the radiation source 802 is obtained from the shape parameter set in step S603.
  • the arithmetic processing unit 406 of the marker recognition simulator 401 first has a water equivalent thickness from the X-ray tube 308A to the detection surface of the X-ray detector 309A and a water equivalent thickness from the X-ray tube 308B to the detection surface of the X-ray detector 309B. Is calculated (step S701).
  • step S701 first, the arithmetic processing unit 406 reads the irradiation angle and the shape parameter of the moving body tracking unit 205 from the information stored in the memory 404.
  • the arithmetic processing unit 406 defines a surface 804 perpendicular to a straight line 803 connecting the X-ray source 802 and the point 801, and divides the surface 804 with an appropriate resolution (usually several mm or less). Each divided area is called a pixel.
  • the arithmetic processing unit 406 performs the voxel conversion of the CT data voxel for each determined step (usually the same size as the pixel 805) along a straight line 806 connecting the center position of a certain pixel 805 and the radiation source 802.
  • the values are integrated from the radiation source 802 side to the detection surface.
  • the CT value held in each voxel is integrated after being converted into a thickness when the substance in the voxel is converted to water by a table stored in the memory 404 of the marker recognition simulator 401 in advance. This is called water equivalent thickness.
  • the conversion from the CT value to the water equivalent thickness may be performed collectively before the calculation.
  • the arithmetic processing unit 406 performs a calculation for obtaining the same water equivalent thickness for all the pixels obtained by dividing the plane 804 perpendicular to the X-ray irradiation direction. By this operation, the water equivalent thickness from the X-ray tube 308A to the detection surface of the X-ray detector 309A and the water equivalent thickness from the X-ray tube 308B to the detection surface of the X-ray detector 309B at any position are calculated.
  • the water equivalent thickness of each pixel is stored in the memory 404.
  • the processing unit 406 calculates a water equivalent thickness gradient based on the water equivalent thickness calculated in step S701 (step S702).
  • step S702 the arithmetic processing unit 406 adds up the water equivalent thickness difference between the pixel 805 and the surrounding pixels of the pixel 805 in the pixel 805 having the surface 804. Calculate the slope. This is calculated for all pixels on the surface 804. By this calculation, a water equivalent thickness gradient map between the X-ray tube 308A and the X-ray detector 309A and a water equivalent thickness gradient map between the X-ray tube 308B and the X-ray detector 309B are calculated. Thereafter, the arithmetic processing unit 406 stores a water equivalent thickness gradient map of all pixels in the memory 404.
  • the arithmetic processing unit 406 defines a marker recommended value calculation range for each pixel for each X-ray tube 308A, 308B at each planned irradiation angle, and creates a marker recommended value map.
  • the arithmetic processing unit 406 calculates the calculation range of the marker recommended value (step S703).
  • the arithmetic processing unit 406 has a rectangular parallelepiped with a certain point 901 as the center, and the marker movement amount set by the operator in the head-to-tail direction, the abdominal back direction, and the left-right direction in step S605. 902 is defined.
  • a pixel 903 having a point obtained by projecting the point 901 onto the surface 804 and a region (pixel range) 904 obtained by projecting the rectangular parallelepiped 902 onto the surface 804 are calculated.
  • the range of the pixel 904 is a calculation range of the recommended marker value of the pixel 903.
  • the arithmetic processing unit 406 calculates the average value of the water equivalent thickness gradient of the pixel 904 within the calculation range of the marker recommended value calculated in the previous step S703 (step S704), and sets it as the marker recommended value of the pixel 903. .
  • the calculation range of the marker recommended value is applied to all the pixels in the surface 804, it is possible to create a marker recommended value map in the surface 804.
  • the arithmetic processing unit 406 displays the recommended marker value map on the display unit 403.
  • the marker recognition simulator 401 calculates the position on the marker recommended value map corresponding to the position for each X-ray tube, and the marker recommended value map The above position and recommended marker value are displayed on the screen. While looking at this screen, the medical staff searches for a position where the recommended marker value becomes small and selects it as a marker insertion candidate position.
  • the medical worker after determining the marker insertion position, the medical worker inserts the marker 304 at the previously selected marker insertion candidate position (step S ⁇ b> 504). After the marker 304 is inserted and the position of the marker 304 in the subject 302 is stabilized, the medical worker uses the CT imaging device to capture a CT image for treatment planning. The medical staff registers in the data server 408 after taking the CT image for treatment planning (step S505).
  • the medical worker calculates the imaging condition of the moving body tracking device 205 capable of recognizing the marker 304 using the treatment planning CT image and the marker recognition simulator 401 (step S506).
  • a method for calculating the imaging condition will be described below. The operation of the arithmetic processing unit 406 at the time of imaging condition calculation is shown in FIG.
  • the marker recognition simulator 401 uses the imaging condition of the moving body tracking device 205 for the subject 302 corresponding to the patient ID. The calculation of is started. In order to calculate the imaging condition, the arithmetic processing unit 406 first calculates the maximum water equivalent thickness in the movement range of the marker (step S1001).
  • step S ⁇ b> 1001 a medical worker first inputs a patient ID using the input device 402.
  • the arithmetic processing unit 406 reads CT data of the subject 302 as a target from the data server 408 based on the input patient ID in the same procedure as that for calculating the recommended marker value.
  • the planned irradiation angle, the estimated movement range, and the shape of the imaging device set from step S602 to step S605 Call the parameter.
  • the operator inputs an area to be specified for each slice of the CT image using the input device 402 on the area input screen.
  • the region to be specified here indicates the position of the target region, the important organ, and the inserted marker 304.
  • the operator performs an instruction to register the input area to the marker recognition simulator 401.
  • the region input by the operator is registered in the marker recognition simulator 401 as three-dimensional position information and stored in the memory 404.
  • the arithmetic processing unit 406 performs a water equivalent thickness map between the X-ray tube 308A and the X-ray detector 309A and between the X-ray tube 308B and the X-ray detector 309B in the same procedure as step S702 described above. Is calculated, and the calculated water equivalent thickness map is stored in the memory 404 (step S1002).
  • the arithmetic processing unit 406 defines a marker movement range set by the input device 402 for each X-ray tube 308A, 308B at each irradiation angle, and calculates the maximum value of the water equivalent thickness within the marker movement range. (Step S1003).
  • a case where a plurality of markers are inserted will be described as an example.
  • the arithmetic processing unit 406 has a rectangular parallelepiped 1103 with the marker movement amount set by the operator in the head-to-tail direction, the abdomen-back direction, and the left-right direction centered on the marker position 1101. And a rectangular parallelepiped 1104 having the length of one side as the marker movement amount set by the operator in the head-to-tail direction, the abdominal-back direction, and the left-right direction with the marker position 1102 as the center.
  • the arithmetic processing unit 406 calculates regions (pixel ranges) 1105 and 1106 obtained by projecting the rectangular parallelepiped 1103 and the rectangular parallelepiped 1104 onto the surface 804, and sets them as marker movement ranges for the respective markers 304.
  • the water equivalent thickness) is searched and stored in the memory 404.
  • the arithmetic processing unit 406 reads the maximum water equivalent thickness-imaging condition table from the data storage unit 405.
  • the arithmetic processing unit 406 refers to the read maximum water equivalent thickness-imaging condition table, and performs imaging that can recognize a marker from the maximum water equivalent thickness for each X-ray tube 308A, 308B in each irradiation direction stored in the memory 404.
  • Conditions are calculated (step S1004). The calculated imaging conditions are transferred to the moving body tracking device 205.
  • the arithmetic processing unit 406 After calculating the imaging condition, the arithmetic processing unit 406 displays a message indicating the imaging condition and recognizable on the display device 403. If there is no imaging condition that can recognize the marker 304, a message indicating that the marker 304 cannot be recognized is displayed on the display device 403.
  • the imaging condition calculated by the marker recognition simulator 401 is set as an initial value, and rehearsal is performed (step S507).
  • step S509 it is determined whether or not the irradiation angle has been changed at the time of treatment planning. If it is determined that the irradiation angle has been changed, the imaging conditions are calculated again (step S510), and rehearsal is performed again (step S511). Thereafter, a treatment plan is created again by the treatment planning apparatus (step S508).
  • the medical worker performs irradiation on the subject 302 according to the created treatment plan (step S512).
  • the arithmetic processing unit 406 obtains water equivalent thickness information in the subject 302 from the CT image of the subject 302, and obtains this. Based on the water equivalent thickness information, whether or not the marker 304 can be recognized and the X-ray imaging conditions that can recognize the marker 304 are calculated and displayed on the display device 403.
  • the tracking target can be tracked by calculating whether or not the tracking target can be recognized and the imaging conditions of the moving body tracking device that can recognize the tracking target before rehearsal.
  • a guideline for appropriate imaging conditions can be calculated at the stage before rehearsal, and the time required for rehearsal can be reduced.
  • the tracking target can be imaged under an appropriate imaging condition, the possibility of losing the tracking target is reduced, and the treatment time can be shortened.
  • the assumed movement range of the marker 304 is input, and the arithmetic processing unit 406 uses the water equivalent thickness information in the subject 302. And the recommended degree of the marker 304 insertion position is calculated and displayed on the display device 403.
  • FIG. 12 is a configuration diagram illustrating a relationship between the marker recognition simulator and the treatment planning apparatus.
  • the marker recognition simulator 401A of this embodiment shown in FIG. 12 recognizes the marker 304 in the subject 302 in radiation therapy, and presents a recommended implantation position of the marker 304 in the subject 302 in radiation therapy. This is the same as the marker recognition simulator 401 of the embodiment.
  • the marker recognition simulator 401A of the present embodiment cooperates with the treatment planning device 1201 to perform markers for the set imaging parameters with respect to the gantry angle (proton beam irradiation angle) set by the treatment planning device 1201. Whether or not 304 is recognizable can be determined, and whether or not recognition is possible can be displayed on the display device 1201A of the treatment planning device 1201.
  • the marker recognition simulator 401A includes an input device 402, a display device 403, a memory (storage device) 404, a data storage device 405, an arithmetic processing device 406A, and a communication device 407. Each of these devices is connected within the marker recognition simulator 401A.
  • the arithmetic processing unit 406A calculates whether or not the marker 304 can be recognized, the X-ray imaging conditions that allow the marker 304 to be recognized, and calculates the recommended degree of the marker 304 insertion position in the calculation of the first embodiment. Similar to the processing device 406.
  • the arithmetic processing unit 406A of this embodiment determines the X-ray irradiation angle in the X-ray imaging devices 305A and 305B based on the irradiation angle information set in the treatment planning device 1201 and the shape parameter of the moving body tracking device 205. Calculate. Thereafter, whether or not the marker 304 can be recognized is calculated based on the calculated X-ray irradiation angle information and the CT image. Further, the arithmetic processing unit 406A calculates whether or not the marker 304 can be recognized with respect to all angles at which radiation is irradiated. These calculation results are output to the treatment planning device 1201 via the communication device 407.
  • the communication device 407 is connected to the data server 408 and the treatment planning device 1201 via a network, and exchanges data regarding the subject 302 between the data server 408 and the treatment planning device 1201 and each device in the marker recognition simulator 401A. do.
  • the treatment planning device 1201 creates a treatment plan for determining radiation irradiation parameters such as the radiation direction and the dose and distribution from each radiation direction.
  • This treatment planning device 1201 is a display device for displaying the result of whether or not the marker 304 can be recognized with respect to all the angles irradiated with radiation obtained in the arithmetic processing unit 406A of the marker recognition simulator 401A, and the irradiating gantry angle. 1201A is provided.
  • Configurations other than the input device 402, display device 403, memory 404, data storage device 405, data server 408, and marker recognition simulator 401A in the marker recognition simulator 401A are the tracking target recognition simulator and marker recognition of the first embodiment described above.
  • the configuration is substantially the same as that of the simulator, the moving object tracking device, and the radiation irradiation system, and details are omitted.
  • the display unit is configured by the display device 403 and the display device 1201A.
  • the gantry angle data set by the operator using the treatment planning device 1201 is transferred to the marker recognition simulator 401A.
  • the arithmetic processing unit 406A of the marker recognition simulator 401A determines the X-ray irradiation angle based on the transferred gantry angle and the shape parameters stored in the memory 404 of the marker recognition simulator 401A.
  • the marker recognition simulator 401A determines whether or not the marker 304 can be recognized by a method similar to that used when the imaging parameter is calculated based on the X-ray irradiation angle information in the shape parameter and the CT image acquired from the data server 408. And the result is transferred to the treatment planning device 1201.
  • the treatment planning device 1201 displays a result of whether or not the transferred marker 304 can be recognized on the display device 1201A.
  • the arithmetic processing unit 406A calculates whether or not the marker can be recognized with the set imaging parameters for all gantry angles. Then, the gantry angle information that has become unrecognizable is transferred to the treatment planning device 1201.
  • the treatment planning device 1201 makes it impossible to set the transferred gantry angle where the marker cannot be recognized, and masks the gantry angle and displays it on the display device 1201A.
  • the first of the tracking object recognition simulator, marker recognition simulator, moving object tracking apparatus, and radiation irradiation system described above the first of the tracking object recognition simulator, marker recognition simulator, moving object tracking apparatus, and radiation irradiation system described above.
  • the substantially same effect as the embodiment can be obtained.
  • the efficiency at the time of treatment plan planning can be increased compared to the conventional case, and the total treatment Time can be further reduced.
  • the method for calculating the imaging condition during the moving body tracking treatment has been described.
  • the tracking target recognition simulator and the marker recognition simulator of the present invention are not limited to the use of only the moving body tracking treatment, and positioning is performed using a marker. It can also be used to calculate the imaging conditions when performing.
  • the imaging condition calculation method of the moving body tracking device capable of recognizing the target is not limited to this, and the density information calculated from the CT image is used as it is, whether or not the tracking target can be recognized and the imaging of the moving body tracking device capable of recognizing the tracking target. Conditions can be calculated.
  • the marker recognition simulator is a part of the moving body tracking device.
  • the marker recognition simulator is not limited to the case where the marker recognition simulator is provided in the moving body tracking device. It may be a mode connected to the tracking device, or may be a mode provided as part of the treatment planning device.
  • the tracking target is not limited to a marker that is indirect target recognition, and the tracking target may be a direct target or indirectly It can be any of the high density areas, such as bones.
  • the imaging of tracking object may be the arrangement
  • the arrangement of the detectors may be reversed and an X-ray imaging device may be additionally provided.
  • the particle beam irradiation method is not limited to the scanning irradiation method, and a raster scanning irradiation method or a scatterer irradiation method can be used.
  • the above-described embodiment can also be used in an apparatus or an irradiation method that irradiates other radiation such as X-rays or neutron beams.
  • Communication device 408 ... Data server 801 ... Point (isocenter) 802 ... X-ray source 803 ... straight line 804 ... vertical plane 805 ... pixel 806 ... straight line 901 ... a certain point 902 on the CT image ... cuboid 903 ... pixel 904 ... area 1101, 1102 ... marker position 1103 ... cuboid 1104 ... cuboid 1105 ... Area 1106 ... Area 1201 ... Treatment planning device 1201A ... Display device

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Abstract

演算処理装置において､被験者(302)のＣＴ画像から被験者(302)内の水等価厚情報を求め､この求めた水等価厚情報に基づいてマーカ(304)の認識の可否およびマーカ(304)を認識可能なＸ線の撮像条件を演算し､表示装置に表示する｡また､マーカ(304)の移動想定範囲を入力し､演算処理装置において､被験者(302)内の水等価厚情報を求め､マーカ(304)挿入位置の推奨度を算出し､表示装置に表示する｡これにより､追跡対象を追跡するための適切な撮像条件の目安をリハーサル前の段階で算出することができ､動体を追跡する際に用いるマーカの採択率を向上させることができる｡

Description

追跡対象認識シミュレータ、若しくはマーカ認識シミュレータおよび動体追跡装置ならびに放射線照射システム
　本発明は、荷電粒子やＸ線などの放射線を用いた放射線治療における被験者内の標的の位置をリアルタイムに認識するための追跡対象認識シミュレータ、若しくはマーカ認識シミュレータおよびそれらを搭載した動体追跡装置ならびに放射線照射システムに関するものである。
　位置決め時間が短縮され、精度の高い位置決めができる位置決め装置の一例として、特許文献１には、患者支持台上の患者の位置決めを行うために用いる位置決め装置であって、患者体表面形状を、計測光とカメラを用いて２次元計測および３次元計測し、位置データとなる２次元画像データおよび３次元位置データを得る体表面形状計測手段、体表面形状計測手段であらかじめ得た体表面基準位置データと、計測時に体表面形状計測手段によって得る体表面計測位置データとを比較照合して差異を算出するデータ照合手段、データ照合手段の出力情報を入力し、差異が許容範囲内となる方向に患者支持台を移動させて患者を位置決めする位置調整手段を備え、患者の位置決めを実施できるように構成した位置決め装置が記載されている。
特開２００８－４３５６７号公報
　放射線治療において、治療放射線を標的に集中して照射し、周辺臓器への照射を低減するため、患部（以下、標的）の位置をリアルタイムに認識して放射線を照射する動体追跡放射線治療が行われている。このような動体追跡を行うことにより、呼吸性移動臓器などの治療中に移動する臓器に対しても正確な照射が可能となる。
　この動体追跡放射線治療では、その特性上、体内の標的位置を正確に認識する必要がある。標的位置の認識手段の一つとして、Ｘ線透視画像を撮像し、Ｘ線透視画像から標的位置を認識する手段が用いられる。この手法では、標的の動きに応じて治療放射線を制御するため、Ｘ線撮像も標的移動を捕えることのできる十分な頻度でＸ線の透視画像の撮像が行われる。
　撮像したＸ線透視画像上における標的位置の認識には、直接的に画像から認識する方法と、標的付近にあらかじめ設置しておいた代替マーカを認識する方法の２つの手法が主に用いられる。いずれの方法においても、標的または代替マーカの投影像をテンプレート画像として用意しておき、撮像された画像からテンプレートマッチングにより一致する領域を探索する事で標的位置を求める。標的位置を認識する事で、治療計画の標的位置と一致する時に照射を行う迎撃照射や、標的位置に合わせて放射線照射位置を変更する追尾照射が可能となる。迎撃照射、または追尾照射により治療放射線は標的に集中して照射される。
　ここで、代替マーカ（以下、マーカ）を用いて動体追跡放射線治療を実施する場合における治療までの流れを、図１を用いて簡単に説明する。
　図１において、まず、医療従事者（放射線技師や医師）は、患者の診断用ＣＴを撮像する（ステップＳ１０１）。続いて医療従事者は診断用ＣＴを見てマーカの挿入位置を医療従事者の経験から決定し、医療従事者が挿入位置にマーカを挿入する（ステップＳ１０２）。挿入したマーカの位置が体内で安定した後、医療従事者は治療計画用のＣＴを撮像する（ステップＳ１０３）。
　治療計画用ＣＴの撮像後は、医療従事者は、治療計画用ＣＴ画像内での標的および照射を極力避けたい臓器（以下、危険臓器）の位置関係から、照射予定角度を定める（ステップＳ１０４）。
　照射予定角度決定後、リハーサルを実施する（ステップＳ１０５）。このリハーサルでは、マーカを挿入した被験者のＸ線透視画像を撮像し、撮像した画像を基に標的位置を認識できるかどうか確認し、標的位置を認識するのに適した動体追跡装置の撮像条件（Ｘ線管の管電圧・管電流）を決定する。リハーサルの概要に関しては、上述した特許文献１に詳しく記載されている。
　リハーサル後、医療従事者は治療計画を治療計画装置により作成する（ステップＳ１０６）。放射線治療計画装置は治療計画用ＣＴ画像等から得られる患者（以下、被験者と記載）の体内の情報を基に、被験者内での線量分布を数値計算によりシミュレートする。治療計画装置の概要は例えば特開２００８－９９８０７号公報に詳しく記載されている。医療従事者は放射線治療計画装置の計算結果を参照しながら、最適な放射線の照射方向やエネルギー，照射位置，照射量等の照射条件（治療計画）を決定する。
　その後、照射角度を照射予定角度から変更したか否かを判断し（ステップＳ１０７）、変更したと判断された場合は、変更した照射角度で再度リハーサルを実施し（ステップＳ１０９）、治療計画を治療計画装置により作成する（ステップＳ１０６）。これに対し、照射角度を照射予定角度から変更していないと判断されたときは、治療が実施される（ステップＳ１０８）。
　この図１におけるステップＳ１０５に示すリハーサル処理では、Ｘ線透視によって被験者は新たに放射線を浴びる必要がある。放射線を浴びる量は少なければ少ないほど良いため、リハーサル時のＸ線撮像条件の探索を短縮し、リハーサルの時間を短縮することが望まれている。
　現状では、このリハーサル中に動体追跡装置の撮像条件を適宜変更し、マーカを認識可能な撮像条件を試行錯誤により探索することで撮像条件を決定している。特に照射装置の照射部と動体追跡装置の撮像部が一体となって回転する動体追跡装置では、被験者の体型や照射角度によって、Ｘ線透視画像撮像用のＸ線管とＸ線検出面との水等価厚が変化するため、撮像条件の探索が困難となり、撮像条件の探索に要する時間が増加する。
　そのため、リハーサル時間を短縮するためには、リハーサル前の段階で、適切な撮像条件の目安を算出しておく必要、若しくはマーカを適切な位置に埋め込んでマーカが速やかに認識されるようにする必要がある。しかしながら、上述した特許文献１では、精度の高い位置決めを行うことはできるものの、リハーサル前の段階で撮像条件の目安を算出することやマーカの適切な埋め込み位置を求めることは困難であった。
　本発明の目的は、リハーサル時間を短縮することができる追跡対象認識シミュレータ、若しくはマーカ認識シミュレータおよび動体追跡装置ならびに放射線照射システムを提供することにある。
　上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。
　本発明は、上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、放射線の発生装置と、前記放射線を被験体に照射する照射装置と、前記被験体内の標的を直接若しくは間接的に認識するためのＸ線撮像装置と、前記Ｘ線撮像装置が前記標的を直接若しくは間接的に認識できるかを判定するシミュレータ装置と、を有することを特徴とする。
　また本発明の他の一例を挙げるならば、放射線治療における被験者内の追跡対象を認識するための追跡対象認識シミュレータであって、前記被験者のＣＴ画像から前記被験者内の水等価厚情報または密度情報を求め、この求めた水等価厚情報または密度情報に基づいて前記追跡対象の認識の可否および前記追跡対象を認識可能なＸ線の撮像条件を演算する演算処理装置と、この演算処理装置で演算された前記追跡対象の認識の可否および前記撮像条件を表示する表示部と、を備えたことを特徴とする。
　また本発明の他の一例を挙げるならば、放射線治療における被験者内のマーカの埋め込み推奨位置を提示するためのマーカ認識シミュレータであって、前記被験者内にマーカを埋め込んだ際の前記マーカの移動想定範囲を入力するための入力装置と、前記被験者のＣＴ画像から前記被験者内の水等価厚情報または密度情報を求め、この求めた水等価厚情報または密度情報と前記入力装置により入力された前記移動想定範囲とに基づいてマーカ挿入位置の推奨度を算出する演算処理装置と、この演算処理装置で演算された前記マーカ挿入位置の推奨度を表示する表示部と、を備えたことを特徴とする。
　本発明によれば、リハーサル時間を短縮することができる。
マーカを用いた動体追跡放射線治療を実施する場合における、一般的な治療までの流れを表わすフロー図である。 本発明が対象とする第１の実施形態における放射線照射システムの構成の一例を示す説明図である。 第１の実施形態における動体追跡装置の構成を示す説明図である。 第１の実施形態におけるマーカ認識シミュレータの構成を示す説明図である。 第１の実施形態における、マーカを用いた動体追跡治療を実施する際の、治療までの流れを表わすフロー図である。 第１の実施形態における、マーカ挿入位置の推奨度を算出する際の操作者の動作を示すフロー図である。 第１の実施形態における、マーカ挿入位置の推奨度を算出する手順を表わすフロー図である。 第１の実施形態における、水等価厚の算出方法の手順を示すための説明図である。 第１の実施形態における、マーカ挿入位置の推奨度算出の手順を示すための説明図である。 第１の実施形態における、動体追跡装置の撮像条件算出を算出する手順を表わすフロー図である。 第１の実施形態における、動体追跡装置の撮像条件算出方法の手順を示すためのフロー図である。 本発明の第２の実施形態における、マーカ認識シミュレータおよび治療計画装置との関係を示す構成図である。
　＜第１の実施形態＞　
　本発明の追跡対象認識シミュレータ、若しくはマーカ認識シミュレータおよび動体追跡装置ならびに放射線照射システムの第１の実施形態を、図２乃至図１１を用いて説明する。なお、本実施形態では、追跡対象としてマーカを用い、マーカ認識シミュレータをスキャニング照射法による粒子線治療に適用することを前提に説明する。
　最初に、本発明が対象とする放射線照射システムの概要を、図２を用いて説明する。図２において、放射線照射システムは、粒子線加速器２０１、粒子線輸送系２０２、粒子線照射ノズル２０３、照射制御装置２０４および動体追跡装置２０５を備えている。
　粒子線加速器２０１は、イオン源、ライナック等の前段加速器２０１Ａ、加速器であるシンクロトロン２０１Ｂとから概略構成される。
　粒子線治療を行う場合には、まずイオン源で生成された荷電粒子が前段加速器２０１Ａに供給される。前段加速器２０１Ａはこれらの荷電粒子を加速した後、シンクロトロン２０１Ｂに供給する。前段加速器２０１Ａから荷電粒子を受け取ったシンクロトロン２０１Ｂは、荷電粒子を所定のエネルギーまで更に加速させて荷電粒子ビーム（粒子線）を生成する。また、シンクロトロン２０１Ｂは周回する粒子線を取り出すために、粒子線の安定限界を変更する高周波四極電磁石や、高周波を印加して粒子線のベータトロン振動振幅を増大させる出射用高周波印加装置を備える。
　なお加速器としてシンクロトロン２０１Ｂを例に挙げたが、シンクロトロン２０１Ｂに代わり、例えばサイクロトロン等のような前段加速器２０１Ａを必要としない加速器を用いてもよい。
　粒子線輸送系２０２は、粒子線経路、四極電磁石、偏向電磁石、高速ステアラー等を有している。この粒子線輸送系２０２が構成する粒子線経路は、粒子線加速器２０１と後述する粒子線照射ノズル２０３とを連絡している。粒子線加速器２０１で生成された粒子線は、この粒子線輸送系２０２を介して粒子線照射ノズル２０３に輸送される。
　治療室には、標的に対して粒子線を照射する粒子線照射ノズル２０３および被験者３０２内の標的３０３の位置を確認するための動体追跡装置２０５が設けられている。
　また、治療室は、モーター等を利用して回転させることができるガントリーと一体的に設けることもある。その様なガントリーに対して粒子線照射ノズル２０３と粒子線輸送系２０２の一部とを設置すると、ガントリーを回転させることで任意の方向から被験者３０２の治療を実施することが可能となり、一方向からは照射困難な患部に対しても効果的な治療を実施することができる。
　粒子線照射ノズル２０３には、二つの走査電磁石（Ｘ方向への走査電磁石２０３Ａ，Ｙ方向への走査電磁石２０３Ｂ）と粒子線通過位置モニタ２０３Ｃ、線量計測器２０３Ｄとが設置されている。
　粒子線輸送系２０２を介して運ばれてきた粒子線は、これらの走査電磁石２０３Ａ，２０３Ｂや粒子線通過位置モニタ２０３Ｃ、線量計測器２０３Ｄとを通過して標的３０３に照射される。
　照射される粒子線は、治療の計画に沿って励磁された走査電磁石２０３Ａ，２０３Ｂ間を通過する際に、その電磁力によって進路を曲げられ、患部形状に適した照射野を形成するようにｘ，ｙ方向へ走査される。粒子線通過位置モニタ２０３Ｃは、走査電磁石２０３Ａ，２０３Ｂによるビーム走査位置やその幅が制御位置（設定値）にあるかどうかを検出するものである。線量計測器２０３Ｄは、より被験者３０２に近い位置での照射線量を計測するために走査電磁石２０３Ａ，２０３Ｂと被験者３０２の間に設置されており、自身を通過する粒子線の線量を計測する。この計測値を利用して線量管理が実施される。
　照射制御装置２０４は、粒子線加速器２０１、粒子線輸送系２０２および粒子線照射ノズル２０３から構成される放射線照射装置に接続されており、これらの各装置を制御する。
　照射制御装置２０４は、後述する動体追跡装置２０５から出力されるゲートオン信号に基づいて粒子線加速器２０１、粒子線輸送系２０２および粒子線照射ノズル２０３の各機器を制御し、被験者３０２内の標的３０３に対する治療用放射線を制御する。照射制御装置２０４は、標的３０３への迎撃照射（詳細には、標的３０３の位置と治療計画による放射線照射位置とが所定の許容範囲内で一致するタイミングで照射を行うもの）または追尾照射（詳細には、標的３０３の位置に合わせて放射線照射位置を変更するもの）を行うべく、粒子線加速器により加速された荷電粒子を粒子線輸送系２０２が粒子線照射ノズル２０３に輸送し、粒子線照射ノズル２０３において被験者３０２内で適切な線量分布を形成するように、粒子を走査し、被験者３０２内の標的３０３に照射する制御を実行する。
　続いて図３を用いて、動体追跡装置２０５の構成を説明する。
　図３において、動体追跡装置２０５は、被験者３０２を照射に適した位置に移動・固定させるためのベッド３０１、Ｘ線撮像装置３０５Ａ，３０５Ｂ、標的位置認識装置３０６、認識結果出力装置３０７、撮像条件設定装置３１０、信号処理回路３１１、マーカ認識シミュレータ４０１、データサーバ４０８とを備えている。この動体追跡装置２０５は、被験者３０２内のマーカ３０４の位置が予め指定した範囲内にあるときに照射制御装置２０４に対して放射線の出射を許可するゲートオン信号を出力する。
　撮像条件設定装置３１０は、マーカ認識シミュレータ４０１から出力される撮像条件に基づいて、Ｘ線撮像装置３０５Ａ内のＸ線管３０８ＡやＸ線撮像装置３０５Ｂ内のＸ線管３０８Ｂの撮像条件（Ｘ線管の管電流、管電圧等）を設定する。撮像条件設定装置３１０では、Ｘ線管３０８Ａ，３０８Ｂとで異なる撮像条件を設定することも可能である。
　Ｘ線撮像装置３０５Ａは、ベッド３０１上の被験者３０２内の標的３０３およびマーカ（追跡対象）３０４をＸ線撮像する装置であり、第１方向から被験者３０２にＸ線を照射するＸ線管３０８Ａと、このＸ線管３０８Ａから照射されて被験者３０２を透過したＸ線の二次元線量分布を検出するＸ線検出器３０９Ａとを備えている。Ｘ線検出器３０９Ａは、二次元的に配置された複数の検出素子（詳細には、例えば放射線を電荷に変換する半導体素子等）を有し、それら検出素子からのアナログ信号を信号処理回路３１１に対して出力する。
　Ｘ線撮像装置３０５Ｂは、Ｘ線撮像装置３０５Ａと同様に、ベッド３０１上の被験者３０２内の標的３０３およびマーカ３０４をＸ線撮像する装置であり、第２方向（本実施形態では、第１方向に対して直交する方向）から被験者３０２にＸ線を照射するＸ線管３０８Ｂと、このＸ線管３０８Ｂから照射されて被験者３０２を透過したＸ線の二次元線量分布を検出するＸ線検出器３０９Ｂとを備えている。Ｘ線検出器３０９Ｂは、二次元的に配置された複数の検出素子を有し、それら検出素子からのアナログ信号を信号処理回路３１１に対して出力する。このＸ線撮像装置３０５Ｂによる撮像動作は、Ｘ線撮像装置３０５Ａの撮像動作と同期して行われる。
　これらＸ線撮像装置３０５ＡおよびＸ線撮像装置３０５Ｂによる標的３０３およびマーカ３０４の撮像の頻度は、標的３０３およびマーカ３０４の動きを捉えるのに十分な頻度（例えば３０Ｈｚ程度）で行われている。
　信号処理回路３１１は、Ｘ線検出器３０９Ａ，３０９Ｂからのアナログ信号を処理してＸ線透視画像のデータを生成し、標的位置認識装置３０６へ送信するようになっている。
　標的位置認識装置３０６は、これらＸ線撮像装置３０５Ａ，３０５Ｂで撮像された画像から、被験者３０２内におけるマーカ３０４の３次元位置をリアルタイムで演算し、演算したマーカ３０４の３次元位置を認識結果出力装置３０７に対して出力する。
　認識結果出力装置３０７は、標的位置認識装置３０６において演算されたマーカ３０４の３次元位置に基づいて粒子線の出射を許可するか否かを判定する。例えば、マーカ３０４の位置から求めた標的３０３の位置が予め指定したゲート範囲（照射許可範囲）に入っているか否かを判定し、標的３０３の位置がゲート範囲に入っていると判定された場合はゲートオン信号を照射制御装置２０４に対して送信する。これに対し標的３０３の位置がゲート範囲に入っていないと判定された場合は、ゲートオフ信号を送信して出射を許可しない。
　続いて、マーカ認識シミュレータ４０１の構成を図４乃至図５を用いて説明する。図４は、マーカ認識シミュレータの全体構成を示す図である。また、図５は、本実施形態のマーカ認識シミュレータを用いた場合の治療までの流れを示す図である。
　マーカ認識シミュレータ４０１は、図４に示すように、入力装置４０２、表示装置（表示部）４０３、メモリ（記憶装置）４０４、データ格納装置４０５、演算処理装置４０６、通信装置４０７を備える。これらの各装置はマーカ認識シミュレータ４０１内で接続されており、また通信装置４０７を介してネットワークと接続されており、このネットワークを介してデータサーバ４０８と接続されている。
　このマーカ認識シミュレータ４０１は、放射線治療における被験者３０２内のマーカ３０４を認識するための装置であり、また、放射線治療における被験者３０２内のマーカ３０４の埋め込み推奨位置を求め、医療従事者にその推奨位置を提示するための装置でもある。
　入力装置４０２は、マウス等の機器であり、医療従事者が、ＣＴ画像の中の標的３０３領域、重要臓器およびマーカ３０４の位置を入力するための機器である。また、被験者３０２内にマーカ３０４を埋め込んだ際のマーカ３０４の移動想定範囲を入力するための機器でもある。
　表示装置４０３は、演算処理装置４０６で演算されたマーカ３０４の認識の可否や撮像条件、演算処理装置４０６で演算されたマーカ３０４挿入位置の推奨位置を表示する装置である。
　メモリ（記憶装置）４０４は、入力装置４０２を用いて入力されたＣＴ画像の中の標的３０３領域、重要臓器およびマーカ３０４の位置に関する情報や、Ｘ線撮影装置３０５ＡやＸ線撮影装置３０５Ｂの設置角度、Ｘ線管３０８ＡとＸ線検出器３０９Ａ間やＸ線管３０８ＢとＸ線検出器３０９Ｂ間の距離、Ｘ線検出器３０９Ａ，３０９Ｂの寸法などの動体追跡装置２０５の形状パラメータの情報（装置情報）、演算処理装置４０６で演算された水等価厚マップ、水等価厚勾配マップ、マーカ推奨値マップ等の情報を記憶する。
　データ格納装置４０５は、実測データ又は、臨床データ（ＣＴ画像から算出した水等価厚と実治療に用いた撮像条件）から作成された最大水等価厚－撮像条件テーブルが格納されている。
　演算処理装置４０６は、被験者３０２のＣＴ画像から被験者３０２内の水等価厚情報を求める。そして、この求めた水等価厚情報に基づいてマーカ３０４の認識の可否およびマーカ３０４を認識可能なＸ線の撮像条件を演算する。また、求めた水等価厚情報と入力装置４０２により入力された移動想定範囲とに基づいてマーカ３０４挿入位置の推奨度を算出する。
　通信装置４０７は、ネットワークを介してデータサーバ４０８に接続されており、データサーバ４０８とマーカ認識シミュレータ４０１内の各装置との間で被験者３０２に関するデータのやりとりをする。
　データサーバ４０８は、ＣＴ装置を用いて撮像された、治療される被験者３０２の診断用ＣＴ画像に関するデータ（ＣＴデータ）を保存している。このＣＴデータは、ボクセルと呼ばれる小さな領域ごとにＣＴ値が記録された３次元のデータである。
　次に、本実施形態に係る追跡対象認識シミュレータ、マーカ認識シミュレータおよび動体追跡装置ならびに放射線照射システムの動作やこれらを用いた粒子線の照射の手順について図５乃至図１１を参照して説明する。
　まず、医療従事者は、ＣＴ装置で被験者３０２の診断用ＣＴ画像を撮像し、撮像した画像をデータサーバ４０８に登録する（ステップＳ５０１）。
　次いで、マーカ３０４を挿入するために、医療従事者は、照射予定角度を決め（ステップＳ５０２）、その後、本実施形態のマーカ認識シミュレータ４０１を用いて任意の位置でのマーカ挿入の推奨度を算出し（ステップＳ５０３）、マーカ挿入位置を決定する（ステップＳ５０４）。
　ステップＳ５０３における本実施形態のマーカ認識シミュレータを用いたマーカ挿入の推奨度を計算する際における、操作者の動作を図６に、マーカ認識シミュレータ４０１の演算処理装置４０６の動作を図７に示す。
　図６において、マーカ認識シミュレータ４０１の操作者（医療従事者に相当）が、入力装置４０２から被験者３０２の情報（患者ＩＤ）を入力する（ステップＳ６０１）。この入力を受けて、マーカ認識シミュレータ４０１は患者ＩＤに相当する被験者３０２におけるマーカ挿入の推奨度算出に使用するパラメータ設定を開始する。
　具体的には、まず、マーカ認識シミュレータ４０１の入力装置４０２は、入力された患者ＩＤを演算処理装置４０６に出力する。演算処理装置４０６は、入力された患者ＩＤに基づいて、データサーバ４０８から対象となる被験者３０２のＣＴデータを読み込む。すなわち、マーカ認識シミュレータ４０１は、通信装置４０７に接続されたネットワークを通じて、データサーバ４０８から患者ＩＤに対応する被験者３０２のＣＴデータを受け取り、メモリ４０４に記憶させる。また、マーカ認識シミュレータ４０１は、受け取ったＣＴデータに基づいて治療計画用のＣＴ画像を作成し、表示装置４０３に表示させる。表示装置４０３は、被験者３０２の患部を含む領域を複数の層に分割した各スライス（各層）での画像を表示する。
　また、操作者は、領域入力画面で入力装置４０２を用いてＣＴ画像のスライスごとに指定すべき領域を入力する（ステップＳ６０１）。ここで言う指定すべき領域とは、標的として指定する領域（標的領域）と付与される線量を極力抑制したい領域（重要臓器）を表す。
　各スライスでの入力も終えたら、操作者は入力した領域をマーカ認識シミュレータ４０１への登録指示操作を行う（ステップＳ６０２）。この結果、操作者が入力した領域は、３次元の位置情報としてマーカ認識シミュレータ４０１に登録され、メモリ４０４内に保存される。
　続いて、操作者は動体追跡装置２０５の形状パラメータ（以下、形状パラメータ）を設定し、マーカ認識シミュレータ４０１への登録指示操作を行う（ステップＳ６０３）。この結果、操作者が入力した形状パラメータは、マーカ認識シミュレータ４０１に登録され、メモリ４０４内に保存される。
　形状パラメータ登録後、操作者は登録された標的領域と重要臓器の位置関係に基づいて標的領域に対して照射予定角度を決定し、マーカ認識シミュレータ４０１への登録指示操作を行う（ステップＳ６０４）。この結果、操作者が設定した照射予定角度はマーカ認識シミュレータ４０１に登録され、メモリ４０４内に保存される。
　続いて操作者は、入力装置４０２を操作して４ＤＣＴデータや過去のマーカ挿入時におけるマーカの軌跡データに基づいてマーカの移動想定範囲を設定し、マーカ認識シミュレータ４０１への登録指示操作を行う（ステップＳ６０５）。本実施形態では、移動想定範囲として頭尾方向、腹背方向、左右方向のマーカ移動量を設定した場合を例に説明する。
　以上の条件の設定を完了すると、操作者は演算開始指示を行う（ステップＳ６０６）。この演算開始指示により、演算処理装置４０６はＸ線管３０８ＡからＸ線検出器３０９Ａまでの水等価厚の勾配およびＸ線管３０８ＢからＸ線検出器３０９Ｂまでの水等価厚の勾配を計算し、任意の位置でのマーカ挿入の推奨度を計算する。Ｘ透視画像撮像時に照射されるＸ線は、ある位置（Ｘ線管３０８Ａ，３０８Ｂ位置）に線源８０２を持つビームとして照射される。この様子を図８に示す。
　粒子線照射システムおよび動体追跡装置２０５では、装置の中心位置であるアイソセンタと呼ばれる点８０１が定義されており、通常はこの点８０１の位置が標的領域の中心に一致するように位置決めが行われている。点８０１と線源８０２との距離は、ステップＳ６０３で設定した形状パラメータから求まる。
　マーカ認識シミュレータ４０１の演算処理装置４０６は、まず、Ｘ線管３０８ＡからＸ線検出器３０９Ａの検出面までの水等価厚およびＸ線管３０８ＢからＸ線検出器３０９Ｂの検出面までの水等価厚を計算する（ステップＳ７０１）。
　ステップＳ７０１において、具体的には、まず、演算処理装置４０６は、メモリ４０４に記憶された情報のうち、照射予定角度および動体追跡装置２０５の形状パラメータを読み込む。
　続いて、演算処理装置４０６は、Ｘ線源８０２と点８０１とを結ぶ直線８０３に垂直な面８０４を定義し、面８０４を適切な解像度（通常は数ｍｍ以下）で分割する。分割された領域一つ一つをピクセルと呼ぶ。
　続いて、演算処理装置４０６は、あるピクセル８０５の中心位置と線源８０２とを結ぶ直線８０６に沿って、決められたステップ（通常はピクセル８０５と同程度のサイズ）ごとにＣＴデータのボクセルの値を線源８０２側から検出面まで積算していく。この時、各ボクセルに保持されたＣＴ値は、あらかじめマーカ認識シミュレータ４０１のメモリ４０４に記憶されたテーブルにより、ボクセル内の物質を水に換算した場合の厚みに変換された上で積算される。これを水等価厚と呼ぶ。ＣＴ値から水等価厚への変換は、計算前にまとめて行ってもよい。
　演算処理装置４０６は、Ｘ線照射方向に垂直な面８０４を分割したすべてのピクセルに関して同様の水等価厚を求める計算を行う。この操作により任意の位置における、Ｘ線管３０８ＡからＸ線検出器３０９Ａの検出面までの水等価厚およびＸ線管３０８ＢからＸ線検出器３０９Ｂの検出面までの水等価厚が計算され、全てのピクセルの水等価厚をメモリ４０４に保存する。
　その後、演算処理装置４０６は、ステップＳ７０１で計算した水等価厚に基づき水等価厚勾配を計算する（ステップＳ７０２）。
　ステップＳ７０２においては、具体的には、まず、演算処理装置４０６は、面８０４のあるピクセル８０５において、ピクセル８０５とピクセル８０５の周囲のピクセルとの水等価厚の差を積算することで水等価厚勾配を計算する。これを面８０４の全てのピクセルに対して計算する。この計算により、Ｘ線管３０８ＡからＸ線検出器３０９Ａ間の水等価厚勾配マップおよびＸ線管３０８ＢからＸ線検出器３０９Ｂ間の水等価厚勾配マップを計算する。その後、演算処理装置４０６は、全てのピクセルの水等価厚勾配マップをメモリ４０４に保存する。
　続いて、演算処理装置４０６は、各照射予定角度のＸ線管３０８Ａ，３０８Ｂ毎に、マーカ推奨値の計算範囲を各ピクセルに対して定義し、マーカ推奨値マップを作成する。
　その後、演算処理装置４０６は、マーカ推奨値の計算範囲を算出する（ステップＳ７０３）。
　ステップＳ７０３では、具体的には、演算処理装置４０６は、ある点９０１を中心とし、ステップＳ６０５で操作者が頭尾方向、腹背方向、左右方向に設定したマーカ移動量を一辺の幅とする直方体９０２を定義する。
　次いで、点９０１を面８０４に射影した点を有するピクセル９０３および直方体９０２を面８０４に射影した領域（ピクセル範囲）９０４を算出する。ここで、ピクセル９０４の範囲はピクセル９０３のマーカ推奨値の計算範囲となる。
　その後、演算処理装置４０６は、先のステップＳ７０３において算出したマーカ推奨値の計算範囲内のピクセル９０４の水等価厚勾配の平均値を算出し（ステップＳ７０４）、ピクセル９０３のマーカ推奨値として設定する。このマーカ推奨値の計算範囲を、面８０４内の全てのピクセルに対して適応することで、面８０４内のマーカ推奨値マップを作成することが可能となる。
　演算処理装置４０６は、このマーカ推奨値マップを表示装置４０３に表示させる。医療従事者はＣＴ画面上でマーカ３０４の挿入候補位置を入力すると、マーカ認識シミュレータ４０１は、その位置に対応するマーカ推奨値マップ上での位置をＸ線管毎に算出し、マーカ推奨値マップ上での位置とマーカ推奨値を画面に表示する。医療従事者はこの画面を見ながら、マーカ推奨値が小さくなる位置を探し、マーカ挿入候補位置として選択する。
　図５に戻り、マーカ挿入位置決定後、医療従事者は先に選択したマーカ挿入候補位置にマーカ３０４を挿入する（ステップＳ５０４）。マーカ３０４を挿入し、被験者３０２内でのマーカ３０４の位置が安定した後、医療従事者はＣＴ撮像装置を用いて、治療計画用ＣＴ画像を撮像する。医療従事者は治療計画用ＣＴ画像撮像後、データサーバ４０８に登録する（ステップＳ５０５）。
　続いて、医療従事者は、治療計画用ＣＴ画像とマーカ認識シミュレータ４０１とを用いて、マーカ３０４を認識可能な動体追跡装置２０５の撮像条件を算出する（ステップＳ５０６）。以下で撮像条件の算出方法について説明する。撮像条件計算時の演算処理装置４０６の動作を図１０に示す。
　図１０において、操作者（医療従事者）が、入力装置４０２を用いて被験者３０２情報（患者ＩＤ）を入力すると、マーカ認識シミュレータ４０１は患者ＩＤに相当する被験者３０２に対する動体追跡装置２０５の撮像条件の算出を開始する。撮像条件の算出のために、演算処理装置４０６は、まずマーカの移動範囲における最大水等価厚を算出する（ステップＳ１００１）。
　ステップＳ１００１では、まず、医療従事者は、入力装置４０２を用いて患者ＩＤを入力する。演算処理装置４０６は、マーカ推奨値算出時の手順と同様の手順で、入力された患者ＩＤに基づいて、データサーバ４０８から対象となる被験者３０２のＣＴデータを読み込む。マーカ推奨値算出時に設定した患者ＩＤと同一の患者ＩＤの診断用ＣＴ画像がデータサーバ４０８内に存在する場合は、ステップＳ６０２からステップＳ６０５にかけて設定した照射予定角度、移動想定範囲、撮像装置の形状パラメータを呼び出す。一方、マーカ推奨値算出時に設定した患者ＩＤと同一の患者ＩＤの診断用ＣＴ画像がデータサーバ４０８内にない場合、上述したステップＳ７０１～Ｓ７０４におけるマーカ推奨値の算出時と同様の手順で、これらの値を設定する。ここで、設定した値は、操作者によって変更可能である。
　続いて、操作者は、領域入力画面で入力装置４０２を用いてＣＴ画像のスライスごとに指定すべき領域を入力する。ここで言う指定すべき領域とは、標的領域、重要臓器、挿入したマーカ３０４の位置を表す。全てのスライスで入力が終わると、操作者は入力した領域をマーカ認識シミュレータ４０１への登録指示操作を行う。この結果、操作者が入力した領域は、３次元の位置情報としてマーカ認識シミュレータ４０１に登録され、メモリ４０４内に保存される。
　その後、演算処理装置４０６は、先に説明したステップＳ７０２と同様の手順で、Ｘ線管３０８ＡからＸ線検出器３０９Ａの間の水等価厚マップおよびＸ線管３０８ＢからＸ線検出器３０９Ｂの間の水等価厚マップを計算し、計算した水等価厚マップをメモリ４０４に保存する（ステップＳ１００２）。
　その後、演算処理装置４０６は、各照射予定角度のＸ線管３０８Ａ，３０８Ｂ毎に入力装置４０２によって設定されたマーカ移動範囲を定義し、マーカ移動範囲内での水等価厚の最大値を算出する（ステップＳ１００３）。ここでは、マーカを複数個挿入した場合を例に挙げて説明する。
　ステップＳ１００３では、具体的には、まず、演算処理装置４０６は、マーカ位置１１０１を中心とし、操作者が頭尾方向、腹背方向、左右方向に設定したマーカ移動量を一辺の長さとする直方体１１０３と、マーカ位置１１０２を中心とし、操作者が頭尾方向、腹背方向、左右方向に設定したマーカ移動量を一辺の長さとする直方体１１０４とを定義する。
　続いて、演算処理装置４０６は、直方体１１０３および直方体１１０４を面８０４に射影した領域（ピクセル範囲）１１０５，１１０６を算出し、それぞれのマーカ３０４に対するマーカ移動範囲として設定する。演算処理装置４０６は、照射予定角度のＸ線管３０８Ａ，３０８Ｂ毎に、全てのマーカ移動範囲内（図１１では、ピクセル範囲１１０５および１１０６）のピクセルに対して、水等価厚の最大値（最大水等価厚）を探索し、メモリ４０４に保存する。
　その後、演算処理装置４０６は、データ格納装置４０５から最大水等価厚－撮像条件テーブルを読み出す。演算処理装置４０６は読み出した最大水等価厚－撮像条件テーブルを参照し、メモリ４０４に保存されている各照射方向のＸ線管３０８Ａ，３０８Ｂごとの最大水等価厚から、マーカを認識可能な撮像条件を算出する（ステップＳ１００４）。また、算出した撮像条件は動体追跡装置２０５へ転送する。
　撮像条件算出後、演算処理装置４０６は、撮像条件と認識可能を表すメッセージを表示装置４０３に表示する。もしマーカ３０４を認識可能な撮像条件が存在しない場合は、表示装置４０３に認識不可を表すメッセージを表示する。
　図５に戻り、その後、マーカ認識シミュレータ４０１が算出した撮像条件を初期値とし、リハーサルを実施する（ステップＳ５０７）。
　リハーサルの実施後、操作者は治療計画を作成する（ステップＳ５０８）。
　次いで、治療計画時に照射角度を変更したか否かを判断し（ステップＳ５０９）、変更したと判断された場合は再度撮像条件を算出し（ステップＳ５１０）、リハーサルを再度実施する（ステップＳ５１１）。その後、再度治療計画を治療計画装置により作成する（ステップＳ５０８）。
　これに対し、照射角度を照射予定角度から変更していないと判断されたときは、医療従事者は、作成された治療計画に従って、被験者３０２への照射を実施する（ステップＳ５１２）。
　次に、本実施形態の効果について説明する。
　上述した本発明の追跡対象認識シミュレータおよび動体追跡装置ならびに放射線照射システムの第１の実施形態は、演算処理装置４０６において、被験者３０２のＣＴ画像から被験者３０２内の水等価厚情報を求め、この求めた水等価厚情報に基づいてマーカ３０４の認識の可否およびマーカ３０４を認識可能なＸ線の撮像条件を演算し、表示装置４０３で表示する。
　これによって、ＣＴ画像から算出した水等価厚情報を基に、追跡対象の認識の可否および追跡対象を認識可能な動体追跡装置の撮像条件をリハーサル前に算出することで追跡対象を追跡するための適切な撮像条件の目安をリハーサル前の段階で算出することができ、リハーサルに要する時間を短縮することができる。また、適切な撮像条件での追跡対象の撮像が可能となり、追跡対象を見失う可能性が低くなり、治療時間の短縮を図ることができる。
　また、上述した本発明のマーカ認識シミュレータおよび動体追跡装置ならびに放射線照射システムの第１の実施形態では、マーカ３０４の移動想定範囲を入力し、演算処理装置４０６において、被験者３０２内の水等価厚情報を求め、マーカ３０４挿入位置の推奨度を算出し、表示装置４０３に表示する。
　これによって、マーカ３０４を認識しにくい水等価厚勾配が急峻な場所を事前に把握することが出来るため、マーカの認識のしやすさをマーカ挿入位置の選択時に判断でき、適切な挿入位置を決定することが出来る。よって、マーカ３０４の認識率を向上させることが可能となり、リハーサルに要する時間を短縮することができる。また、追跡対象を見失う可能性が低くなるため、同様に治療時間の短縮を図ることができる。
　＜第２の実施形態＞　
　本発明の追跡対象認識シミュレータ、マーカ認識シミュレータおよび動体追跡装置ならびに放射線照射システムの第２の実施形態を図１２を用いて説明する。図２乃至図１１と同じ構成には同一の符号を示し、説明は省略する。
　図１２に示す本実施形態のマーカ認識シミュレータ４０１Ａは、治療計画装置１２０１と連携した動作を実行するものである。図１２は、マーカ認識シミュレータと治療計画装置との関係を示す構成図である。
　図１２に示す、本実施形態のマーカ認識シミュレータ４０１Ａは、放射線治療における被験者３０２内のマーカ３０４を認識し、また放射線治療における被験者３０２内のマーカ３０４の埋め込み推奨位置を提示する点は、第１の実施形態のマーカ認識シミュレータ４０１と同様である。
　更に、本実施形態のマーカ認識シミュレータ４０１Ａは、治療計画装置１２０１と連携して、治療計画装置１２０１で設定したガントリー角度（陽子線の照射角度）に対して、設定された撮像パラメータに対してマーカ３０４が認識可能かどうかを判定し、治療計画装置１２０１の表示装置１２０１Ａに認識の可否を表示することができるようになっているものである。
　マーカ認識シミュレータ４０１Ａは、図１２に示すように、入力装置４０２、表示装置４０３、メモリ（記憶装置）４０４、データ格納装置４０５、演算処理装置４０６Ａ、通信装置４０７を備える。これらの各装置はマーカ認識シミュレータ４０１Ａ内で接続されている。
　演算処理装置４０６Ａは、マーカ３０４の認識の可否およびマーカ３０４を認識可能なＸ線の撮像条件を演算し、また、マーカ３０４挿入位置の推奨度を算出する点は、第１の実施形態の演算処理装置４０６と同様である。
　更に、本実施形態の演算処理装置４０６Ａは、治療計画装置１２０１において設定された照射角度の情報と動体追跡装置２０５の形状パラメータに基づいて、Ｘ線撮像装置３０５Ａ，３０５ＢにおけるＸ線の照射角度を演算する。その後、演算したＸ線の照射角度の情報とＣＴ画像とに基づいてマーカ３０４の認識の可否を演算する。また、演算処理装置４０６Ａは、放射線を照射する全ての角度に対するマーカ３０４の認識の可否を演算する。これらの演算結果は、通信装置４０７を介して治療計画装置１２０１に対して出力する。
　通信装置４０７は、ネットワークを介してデータサーバ４０８および治療計画装置１２０１に接続されており、データサーバ４０８や治療計画装置１２０１とマーカ認識シミュレータ４０１Ａ内の各装置との間で被験者３０２に関するデータのやりとりをする。
　治療計画装置１２０１は、放射線の照射方向や、各照射方向からの照射量・照射分布等の放射線の照射パラメータを決定する治療計画を作成する。この治療計画装置１２０１は、マーカ認識シミュレータ４０１Ａの演算処理装置４０６Ａにおいて求められた放射線を照射する全ての角度に対するマーカ３０４の認識の可否の結果や、照射可能なガントリー角度を表示するための表示装置１２０１Ａを備えている。
　マーカ認識シミュレータ４０１Ａ内の入力装置４０２、表示装置４０３、メモリ４０４、データ格納装置４０５、データサーバ４０８や、マーカ認識シミュレータ４０１Ａ以外の構成は前述した第１の実施形態の追跡対象認識シミュレータ、マーカ認識シミュレータおよび動体追跡装置ならびに放射線照射システムと略同じ構成であり、詳細は省略する。なお、本実施形態においては、表示装置４０３および表示装置１２０１Ａによって表示部が構成される。
　次に、本実施形態に係る追跡対象認識シミュレータ、マーカ認識シミュレータおよび動体追跡装置ならびに放射線照射システムにおける動作のうち、第１の実施形態との相違点について以下説明する。
　まず、治療計画装置１２０１を用いて操作者が設定したガントリー角度のデータをマーカ認識シミュレータ４０１Ａに転送する。
　マーカ認識シミュレータ４０１Ａの演算処理装置４０６Ａでは、転送されたガントリー角度とマーカ認識シミュレータ４０１Ａのメモリ４０４内に保存されている形状パラメータとに基づいて、Ｘ線の照射角度を決定する。
　続いて、マーカ認識シミュレータ４０１Ａは、形状パラメータ中のＸ線の照射角度の情報およびデータサーバ４０８から取得したＣＴ画像に基づいて、撮像パラメータを算出した際と同様の手法でマーカ３０４の認識の可否を求め、結果を治療計画装置１２０１へ転送する。
　治療計画装置１２０１では、転送されたマーカ３０４の認識の可否の結果を表示装置１２０１Ａ上に表示する。
　また、演算処理装置４０６Ａでは、全てのガントリー角度に対して、設定された撮像パラメータでのマーカ認識の可否を算出する。そして、認識不可となったガントリー角度情報を治療計画装置１２０１へ転送する。
　治療計画装置１２０１では、転送されたマーカ認識不可のガントリー角度を設定できないようにするとともに、ガントリー角度をマスクして表示装置１２０１Ａ上に表示する。
　本発明の追跡対象認識シミュレータ、マーカ認識シミュレータおよび動体追跡装置ならびに放射線照射システムの第２の実施形態においても、前述した追跡対象認識シミュレータ、マーカ認識シミュレータおよび動体追跡装置ならびに放射線照射システムの第１の実施形態とほぼ同様な効果が得られる。
　また、本実施態によれば、予め、マーカを認識できない角度を治療計画のガントリー角度選択時に知ることが出来るため、治療計画立案の際の効率を従来に比べて高めることができ、トータルの治療時間をさらに短縮することができる。
　＜その他＞　
　なお、本発明は上記の実施形態に限られず、種々の変形、応用が可能なものである。上述した実施形態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ない。
　例えば、上述した実施形態では、動体追跡治療時の撮像条件の算出方法に関して説明したが、本発明の追跡対象認識シミュレータやマーカ認識シミュレータは動体追跡治療のみの利用に限らず、マーカを用いて位置決めを行う際の撮像条件の算出にも利用可能である。
　また、ＣＴ画像から算出した水等価厚情報を基に追跡対象の認識の可否および追跡対象を認識可能な動体追跡装置の撮像条件を算出する場合について説明したが、追跡対象の認識の可否および追跡対象を認識可能な動体追跡装置の撮像条件の算出方法はこれに限られず、ＣＴ画像から算出した密度情報をそのまま用いて、追跡対象の認識の可否および追跡対象を認識可能な動体追跡装置の撮像条件を算出することができる。
　また、マーカ認識シミュレータが動体追跡装置の一部である場合を例にして説明したが、マーカ認識シミュレータは動体追跡装置内に設けられる場合に限定されず、マーカ認識シミュレータ単体で治療計画装置や動体追跡装置に接続される態様とすることができ、また治療計画装置の一部として設けられる態様とすることもできる。
　また、追跡対象としてマーカを用い、追跡対象認識シミュレータをマーカ認識シミュレータとする場合について説明したが、追跡対象は間接的な標的認識であるマーカに限られず、追跡対象は直接標的そのものや間接的に骨などの密度が高い高密度領域のいずれかとすることができる。
　また、Ｘ線撮像装置によって第１方向および第２方向から撮像を行う場合について説明したが、追跡対象の撮像は、一軸方向から撮像を行う配置であってもよいし、Ｘ線管とＸ線検出器の配置を逆転させて配置してもよいし、追加でＸ線撮像装置を設けてもよい。
　また、粒子線の照射方法は、スキャニング照射法に限られず、ラスタースキャニング照射法や散乱体照射法を用いることができる。また、上述した実施形態は、Ｘ線や中性子線等の他の放射線を照射する装置若しくは照射方法等においても用いることができる。
２０１…粒子線加速器
２０２…粒子線輸送系
２０３…粒子線照射ノズル
２０４…照射制御装置
２０５…動体追跡装置
３０１…ベッド
３０２…被験者
３０３…標的
３０４…マーカ（追跡対象）
３０５Ａ，３０５Ｂ…Ｘ線撮像装置
３０６…標的位置認識装置
３０７…認識結果出力装置
３０８Ａ，３０８Ｂ…Ｘ線管
３０９Ａ，３０９Ｂ…Ｘ線検出器
３１０…撮像条件設定装置
４０１，４０１Ａ…マーカ認識シミュレータ
４０２…入力装置
４０３…表示装置
４０４…メモリ
４０５…データ格納装置
４０６，４０６Ａ…演算処理装置
４０７…通信装置
４０８…データサーバ
８０１…点（アイソセンタ）
８０２…Ｘ線源
８０３…直線
８０４…垂直な面
８０５…ピクセル
８０６…直線
９０１…ＣＴ画像上のある点
９０２…直方体
９０３…ピクセル
９０４…領域
１１０１，１１０２…マーカ位置
１１０３…直方体
１１０４…直方体
１１０５…領域
１１０６…領域
１２０１…治療計画装置
１２０１Ａ…表示装置

Claims (12)

  1. 　放射線の発生装置と、
    　前記放射線を被験体に照射する照射装置と、
    　前記被験体内の標的を直接若しくは間接的に認識するためのＸ線撮像装置と、
    　前記Ｘ線撮像装置が前記標的を直接若しくは間接的に認識できるかを判定するシミュレータ装置と、を有する
    　ことを特徴とする放射線照射システム。
  2. 　請求項１に記載の放射線照射システムであって、
    　前記シミュレータ装置の判定に基づき前記被験体内のマーカの埋め込み推奨位置を表示する表示装置を更に有する
    　ことを特徴とする放射線照射システム。
  3. 　放射線治療における被験者内の追跡対象を認識するための追跡対象認識シミュレータであって、
    　前記被験者のＣＴ画像から前記被験者内の水等価厚情報または密度情報を求め、この求めた水等価厚情報または密度情報に基づいて前記追跡対象の認識の可否および前記追跡対象を認識可能なＸ線の撮像条件を演算する演算処理装置と、
    　この演算処理装置で演算された前記追跡対象の認識の可否および前記撮像条件を表示する表示部と、を備えた
    　ことを特徴とする追跡対象認識シミュレータ。
  4. 　請求項３に記載の追跡対象認識シミュレータにおいて、
    　前記ＣＴ画像の中の標的領域、重要臓器および前記追跡対象の位置を入力するための入力装置を更に備えた
    　ことを特徴とする追跡対象認識シミュレータ。
  5. 　請求項３に記載の追跡対象認識シミュレータにおいて、
    　前記追跡対象は、前記被験者内の標的を識別するためのマーカ、前記標的そのもの、高密度領域の何れかである
    　ことを特徴とする追跡対象認識シミュレータ。
  6. 　請求項３に記載の追跡対象認識シミュレータと、
    　前記追跡対象の透視画像を撮像するＸ線撮像装置と、
    　このＸ線撮像装置によって撮像された透視画像から、前記追跡対象の位置を計測する追跡対象認識装置とを備え、
    　前記Ｘ線撮像装置は、前記追跡対象認識シミュレータから出力される前記撮像条件に基づいて前記追跡対象の透視画像を撮像する
    　ことを特徴とする動体追跡装置。
  7. 　請求項３に記載の追跡対象認識シミュレータを備えた、放射線治療の治療計画を作成する治療計画装置であって、
    　前記演算処理装置は、前記治療計画装置において設定された照射角度の情報と前記追跡対象を追跡する動体追跡装置の装置情報に基づいて前記Ｘ線撮像装置におけるＸ線の照射角度を演算し、この演算したＸ線の照射角度の情報と前記ＣＴ画像とに基づいて前記追跡対象の認識の可否を演算する
    　ことを特徴とする治療計画装置。
  8. 　請求項７に記載の治療計画装置において、
    　前記演算処理装置は、放射線を照射する全ての角度に対する前記追跡対象の認識の可否を演算し、
    　前記治療計画装置は、前記演算処理装置で演算された照射する全ての角度に対する前記追跡対象の認識の可否に基づいて前記治療計画を作成する
    　ことを特徴とする治療計画装置。
  9. 　前記被験者内の標的に対して放射線を照射するための放射線照射装置と、
    　この放射線照射装置を制御する照射制御装置と、
    　請求項６に記載の動体追跡装置とを備え、
    　前記動体追跡装置は、前記追跡対象の位置が予め指定した範囲内にあるときに前記照射制御装置に対して放射線の出射を許可する信号を出力し、
    　前記照射制御装置は、前記動体追跡装置が生成する信号に基づき、治療用放射線を制御する
    　ことを特徴とする放射線照射システム。
  10. 　放射線治療における被験者内のマーカの埋め込み推奨位置を提示するためのマーカ認識シミュレータであって、
    　前記被験者内にマーカを埋め込んだ際の前記マーカの移動想定範囲を入力するための入力装置と、
    　前記被験者のＣＴ画像から前記被験者内の水等価厚情報または密度情報を求め、この求めた水等価厚情報または密度情報と前記入力装置により入力された前記移動想定範囲とに基づいてマーカ挿入位置の推奨度を算出する演算処理装置と、
    　この演算処理装置で演算された前記マーカ挿入位置の推奨度を表示する表示部と、を備えた
    　ことを特徴とするマーカ認識シミュレータ。
  11. 　請求項１０に記載のマーカ認識シミュレータと、
    　前記マーカの透視画像を撮像するＸ線撮像装置と、
    　このＸ線撮像装置によって撮像された透視画像から、前記マーカの位置を計測する追跡対象認識装置と、を備えた
    　ことを特徴とする動体追跡装置。
  12. 　前記被験者内の標的に対して放射線を照射するための放射線照射装置と、
    　この放射線照射装置を制御する照射制御装置と、
    　請求項１１に記載の動体追跡装置とを備え、
    　前記動体追跡装置は、前記マーカの位置が予め指定した範囲内にあるときに前記照射制御装置に対して放射線の出射を許可する信号を出力し、
    　前記照射制御装置は、前記動体追跡装置が生成する信号に基づき、治療用放射線を制御する
    　ことを特徴とする放射線照射システム。
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