JP4444338B2 - 放射線治療装置制御装置および放射線照射方法 - Google Patents

Description

本発明は、放射線治療装置制御装置および放射線照射方法に関し、特に、患部に放射線を照射することにより患者を治療するときに利用される放射線治療装置制御装置および放射線照射方法に関する。

患部（腫瘍）に治療用放射線を照射することにより患者を治療する放射線治療が知られている。その治療用放射線としては、制動放射により生成される放射線が例示される。その放射線治療としては、患部が移動する移動分を考慮してその患部の大きさより広い範囲を照射すること、呼吸同期照射（ゲイテッドイラディエイション）、動体追尾照射が知られている。その呼吸同期照射は、患部の位置に基づいて治療用放射線を照射したりその照射を停止したりする手法である。その動体追尾照射は、患部の位置に基づいて治療用放射線の出射方向または照射野を変更する手法である。その呼吸同期照射と動体追尾照射は、その患部の大きさより広い範囲を照射することに比較して、患部と異なる正常な細胞に照射される治療用放射線の線量がより小さく好ましい。

このような呼吸同期照射と動体追尾照射では、患部の位置を逐次に測定する必要がある。その測定方法としては、Ｘ線撮影による方法、ＭＲＩ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｉｍａｇｉｎｇ）による方法が例示される。呼吸や拍動等の生理的な動きにより速く動くターゲット（肺腫瘍が例示される）に関しては、ターゲットの位置を正確に把握するために、体内のターゲット位置を観測する周期を短くする（観測する頻度を多くする）必要がある。Ｘ線撮影の頻度が多くなるほど、患者のＸ線撮影のためのＸ線の被曝量が増大する。患者の治療用放射線以外の放射線による被曝量を低減する放射線治療が望まれている。

Ｘ線撮影に利用されるＸ線と治療用放射線とを同時に患者に照射することは、法律により規制されている。ＭＲＩは、患部の位置を精度よく計測するために、長い間稼動する必要がある。ＭＲＩは、さらに、強い磁場を発生させるため、ＭＲＩによる患部の観測と治療用放射線の出射とを時分割する必要がある。このため、患部の位置の観測の頻度が多くなるほど、治療用放射線を照射する時間が減縮され、治療時間の長時間化を招くこととなっている。放射線治療の治療時間を低減し、患者の負担を低減することが望まれている。

患部の位置をより正確に観測し、かつ、患部の位置の観測する頻度を低減することが望まれている。

米国特許６１４４８７５号明細書には、呼吸によって動くターゲットについて、第１のセンサが体内のターゲットの位置を間欠的に取得し、第２のセンサが体外のターゲットの位置を連続的に取得し、それらの２つの位置を関連付け、体外のターゲットの位置に基づいて体内のターゲットの位置を推定して照射する技術が開示されている。

米国特許６３０７９１４号明細書には、呼吸によって動くターゲットについて、２つのイメージャを用いて、事前に決められたフレームレートでＸ線撮像し、その画像に基づいて体内マーカの３次元位置を計算し、その３次元位置に放射線を照射して治療する放射線治療装置が開示されている。

米国特許６１４４８７５号明細書 米国特許６３０７９１４号明細書

本発明の課題は、患部の位置の観測する頻度をより低減し、かつ、患部の位置をより高精度に観測する放射線治療装置制御装置および放射線照射方法を提供することにある。
本発明の他の課題は、治療用放射線以外の放射線による被曝量を低減する放射線治療装置制御装置および放射線照射方法を提供することにある。
本発明の課題は、放射線治療の治療時間を低減する放射線治療装置制御装置および放射線照射方法を提供することにある。

以下に、発明を実施するための最良の形態・実施例で使用される符号を括弧付きで用いて、課題を解決するための手段を記載する。この符号は、特許請求の範囲の記載と発明を実施するための最良の形態・実施例の記載との対応を明らかにするために付加されたものであり、特許請求の範囲に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。

本発明による放射線治療装置制御装置（２）は、被検体（４３）の運動を示している運動情報を第１センサ（５）から収集する被検体運動収集部（５２）と、第２センサ（２４、２５、３１、３２、３３）が被検体（４３）の照射部位（６１）の位置を測定する時間間隔（７２、７３）をその運動情報に基づいて変更するセンサ制御部（５５）と、照射部位（６１）に照射される治療用放射線（２３）が照射部位（６１）の位置に基づいて変化するように放射線治療装置（３）を制御する照射制御部（５６）とを備えている。時間間隔（７２、７３）は、照射部位（６１）の動きが速いときに、照射部位（６１）の位置を高精度に測定するために短くする必要がある。照射部位（６１）の運動は、一般的に、被検体（４３）の運動に同期している。このため、放射線治療装置制御装置（２）は、たとえば、被検体（４３）の運動に基づいて推測される照射部位（６１）の動きが鈍いときに、時間間隔（７２、７３）を長くして照射部位（６１）の位置を測定する頻度を低減することができる。すなわち、このような制御によれば、第２センサ（２４、２５、３１、３２、３３）が照射部位（６１）の位置を測定する頻度を低減し、かつ、照射部位（６１）の位置を高精度に測定することができる。

第２センサ（２４、２５、３１、３２、３３）は、被検体（４３）を透過した透過放射線（３５、３６）に基づいて照射部位（６１）の位置を測定する。このとき、放射線治療装置制御装置（２）は、第２センサ（２４、２５、３１、３２、３３）が照射部位（６１）の位置を測定する頻度を低減することにより、単位時間当たりに被検体（４３）を透過する透過放射線（３５、３６）の量を低減することができ、被検体（４３）の透過放射線（３５、３６）の被曝量を低減することができる。

照射制御部（５６）は、治療用放射線（２３）の出射方向が照射部位（６１）の位置に基づいて変化するように、放射線治療装置（３）を制御する。すなわち、放射線治療装置制御装置（２）は、動体追尾照射により治療用放射線（２３）を照射する放射線治療に適用されることができる。

第２センサ（２４、２５、３１、３２、３３）が照射部位（６１）の位置を測定する時間間隔（７２、７３）は、第１センサ（５）が被検体（４３）の運動を測定する時間間隔（７２、７３）より長いことが好ましい。

本発明による放射線治療装置制御装置（２）は、その運動情報に基づいて照射部位（６１）の位置の変化率を算出するターゲット運動算出部（５４）をさらに備えている。このとき、センサ制御部（５５）は、その変化率に基づいて時間間隔（７２、７３）を変更する。たとえば、放射線治療装置制御装置（２）は、その変化率の絶対値が大きいときに時間間隔（７２、７３）を小さくし、その変化率の絶対値が小さいときに時間間隔（７２、７３）を大きくすることができる。このような制御によれば、照射部位（６１）の位置を高精度に測定しつつ、照射部位（６１）の位置を測定する頻度を低減することができる。

本発明による放射線治療装置制御装置（２）は、その運動情報と照射部位（６１）の位置とに基づいて複数運動情報を複数位置に関連付けるテーブルを算出する相関算出部（５３）をさらに備えている。このとき、ターゲット運動算出部（５４）は、そのテーブルを参照して、その複数位置のうちのその運動情報に対応する推定位置に基づいて照射部位（６１）の位置の変化率を算出する。このため、放射線治療装置制御装置（２）は、被検体（４３）の運動と照射部位（６１）の運動との対応が放射線治療中に変動したときにも、照射部位（６１）の位置をより正確に算出することができる。すなわち、放射線治療装置制御装置（２）は、被検体（４３）の運動と照射部位（６１）の運動との対応が放射線治療中に変動したときにも、照射部位（６１）の位置を高精度に測定しつつ、照射部位（６１）の位置を測定する頻度を低減することができる。

本発明による放射線治療装置制御装置（２）は、その運動情報に基づいて被検体（４３）の運動の周期を算出するターゲット運動算出部（５４）をさらに備えている。このとき、センサ制御部（５５）は、その周期に基づいて時間間隔（７２、７３）を変更する。たとえば、放射線治療装置制御装置（２）は、その周期が小さいときに時間間隔（７２、７３）を小さくし、その周期が大きいときに時間間隔（７２、７３）を大きくすることができる。このような制御によれば、照射部位（６１）の位置を高精度に測定しつつ、照射部位（６１）の位置を測定する頻度を低減することができる。

照射制御部（５６）は、第２センサ（２４、２５、３１、３２、３３）により照射部位（６１）の位置を測定していない複数の期間（７２、７３）に治療用放射線（２３）を照射する。複数の期間（７２、７３）のうちの第１期間（７２）が複数の期間（７２、７３）のうちの第２期間（７３）より長いときに、第１期間（７２）に治療用放射線（２３）が照射される期間は、第２期間（７３）に治療用放射線（２３）が照射される期間より長い。このとき、放射線治療装置制御装置（２）は、複数の期間（７２、７３）ごとに一定の期間だけ治療用放射線（２３）を照射することに比較して、照射部位（６１）に照射される治療用放射線（２３）の量を増大させることができ、その分、治療時間を低減することができ、患者の負担を低減することができる。

本発明による放射線治療システム（１）は、本発明による放射線治療装置制御装置（２）と第１センサ（５）と第２センサ（２４、２５、３１、３２、３３）と放射線治療装置（３）とを備えていることが好ましい。

本発明による放射線照射方法は、被検体（４３）の運動を示している運動情報を第１センサ（５）から収集するステップ（Ｓ２）と、第２センサ（２４、２５、３１、３２、３３）が被検体（４３）の照射部位（６１）の位置を測定する時間間隔（７２、７３）をその運動情報に基づいて変更するステップ（Ｓ４）と、照射部位（６１）に照射される放射線（２３）が照射部位（６１）の位置に基づいて変化するように、放射線治療装置（３）を制御するステップ（Ｓ６）とを備えている。時間間隔（７２、７３）は、照射部位（６１）の動きが速いときに、照射部位（６１）の位置を高精度に測定するために短くする必要がある。照射部位（６１）の運動は、一般的に、被検体（４３）の運動に同期している。このような放射線照射方法によれば、たとえば、被検体（４３）の運動に基づいて推測される照射部位（６１）の動きが鈍いときに、時間間隔（７２、７３）を長くして照射部位（６１）の位置を測定する頻度を低減することができる。このような制御によれば、第２センサ（２４、２５、３１、３２、３３）が照射部位（６１）の位置を測定する頻度を低減し、かつ、照射部位（６１）の位置を高精度に測定することができる。

第２センサ（２４、２５、３１、３２、３３）は、被検体（４３）を透過した透過放射線（３５、３６）に基づいて照射部位（６１）の位置を測定する。このような放射線照射方法によれば、第２センサ（２４、２５、３１、３２、３３）が照射部位（６１）の位置を測定する頻度を低減することにより、単位時間当たりに被検体（４３）を透過する透過放射線（３５、３６）の量を低減することができ、被検体（４３）の透過放射線（３５、３６）の被曝量を低減することができる。

放射線治療装置（３）は、放射線（２３）の出射方向が照射部位（６１）の位置に基づいて変化するように、制御される。すなわち、このような放射線照射方法は、動体追尾照射により放射線（２３）を照射する放射線治療に適用されることができる。

第２センサ（２４、２５、３１、３２、３３）が照射部位（６１）の位置を測定する時間間隔（７２、７３）は、第１センサ（５）が被検体（４３）の運動を測定する時間間隔（７２、７３）より長いことが好ましい。

本発明による放射線照射方法は、その運動情報に基づいて照射部位（６１）の位置の変化率を算出するステップ（Ｓ３）をさらに備えている。このとき、時間間隔（７２、７３）は、その変化率に基づいて変更される。たとえば、その変化率の絶対値が大きいときに時間間隔（７２、７３）を小さくし、その変化率の絶対値が小さいときに時間間隔（７２、７３）を大きくすることができる。このような制御によれば、照射部位（６１）の位置を高精度に測定しつつ、照射部位（６１）の位置を測定する頻度を低減することができる。

本発明による放射線照射方法は、その運動情報と照射部位（６１）の位置とに基づいて複数運動情報を複数位置に関連付けるテーブルを算出するステップ（Ｓ１）をさらに備えている。このとき、照射部位（６１）の位置の変化率は、そのテーブルを参照して、その複数位置のうちのその運動情報に対応する推定位置に基づいて算出される。このため、放射線治療装置制御装置（２）は、被検体（４３）の運動と照射部位（６１）の運動との対応が途中で変動したときにも、照射部位（６１）の位置をより正確に算出することができる。すなわち、このような放射線照射方法は、被検体（４３）の運動と照射部位（６１）の運動との対応が放射線治療中に変動したときにも、照射部位（６１）の位置を高精度に測定しつつ、照射部位（６１）の位置を測定する頻度を低減することができる。

本発明による放射線照射方法は、その運動情報に基づいて被検体（４３）の運動の周期を算出するステップ（Ｓ３）をさらに備えている。このとき、時間間隔（７２、７３）は、その周期に基づいて変更される。たとえば、このような放射線照射方法によれば、その周期が小さいときに時間間隔（７２、７３）を小さくし、その周期が大きいときに時間間隔（７２、７３）を大きくすることができる。このような制御によれば、照射部位（６１）の位置を高精度に測定しつつ、照射部位（６１）の位置を測定する頻度を低減することができる。

放射線（２３）は、第２センサ（２４、２５、３１、３２、３３）により照射部位（６１）の位置を測定していない複数の期間（７２、７３）に照射される。複数の期間（７２、７３）のうちの第１期間（７２）が複数の期間（７２、７３）のうちの第２期間（７３）より長いときに、第１期間（７２）に放射線（２３）が照射される期間は、第２期間（７３）に放射線（２３）が照射される期間より長い。このとき、放射線照射方法は、複数の期間（７２、７３）ごとに一定の期間だけ放射線（２３）を照射することに比較して、照射部位（６１）に照射される放射線（２３）の量を増大させることができ、その分、放射線（２３）を出射する時間を低減することができる。

本発明による放射線治療装置制御装置および放射線照射方法は、被検体の運動に基づいて推測される照射部位の動きが鈍いときにその照射部位を測定する時間間隔を長くすることにより、照射部位の位置を測定する頻度を低減し、かつ、照射部位の位置を高精度に測定することができる。

図面を参照して、本発明による放射線治療装置制御装置の実施の形態を記載する。その放射線治療装置制御装置２は、図１に示されているように、放射線治療システム１に適用されている。放射線治療システム１は、放射線治療装置制御装置２と放射線治療装置３と赤外線カメラ５とを備えている。放射線治療装置制御装置２は、パーソナルコンピュータに例示されるコンピュータである。放射線治療装置制御装置２は、双方向に情報を伝送することができるように、放射線治療装置３に接続され、赤外線カメラ５に接続されている。

赤外線カメラ５は、患者に照射される赤外線の反射光を用いて患者の赤外線画像を撮像し、その赤外線画像を放射線治療装置制御装置２に出力する。

図２は、放射線治療装置３を示している。放射線治療装置３は、旋回駆動装置１１とＯリング１２と走行ガントリ１４と首振り機構１５と治療用放射線照射装置１６とを備えている。旋回駆動装置１１は、回転軸１７を中心に回転可能にＯリング１２を土台に支持し、放射線治療装置制御装置２により制御されて回転軸１７を中心にＯリング１２を回転させる。回転軸１７は、鉛直方向に平行である。Ｏリング１２は、回転軸１８を中心とするリング状に形成され、回転軸１８を中心に回転可能に走行ガントリ１４を支持している。回転軸１８は、鉛直方向に垂直であり、回転軸１７に含まれるアイソセンタ１９を通る。回転軸１８は、さらに、Ｏリング１２に対して固定され、すなわち、Ｏリング１２とともに回転軸１７を中心に回転する。走行ガントリ１４は、回転軸１８を中心とするリング状に形成され、Ｏリング１２のリングと同心円になるように配置されている。放射線治療装置３は、さらに、図示されていない走行駆動装置を備えている。その走行駆動装置は、放射線治療装置制御装置２により制御されて回転軸１８を中心に走行ガントリ１４を回転させる。

首振り機構１５は、走行ガントリ１４のリングの内側に固定され、治療用放射線照射装置１６が走行ガントリ１４の内側に配置されるように、治療用放射線照射装置１６を走行ガントリ１４に支持している。首振り機構１５は、パン軸２１およびチルト軸２２を有している。チルト軸２２は、走行ガントリ１４に対して固定され、回転軸１８に交差しないで回転軸１８に平行である。パン軸２１は、チルト軸２２に直交している。首振り機構１５は、放射線治療装置制御装置２により制御されて、パン軸２１を中心に治療用放射線照射装置１６を回転させ、チルト軸２２を中心に治療用放射線照射装置１６を回転させる。

治療用放射線照射装置１６は、放射線治療装置制御装置２により制御されて、治療用放射線２３を放射する。治療用放射線２３は、パン軸２１とチルト軸２２とが交差する交点を通る直線に概ね沿って放射される。治療用放射線２３は、一様強度分布を持つように形成されている。治療用放射線照射装置１６は、ＭＬＣ（マルチリーフコリメータ）２０を備えている。そのＭＬＣ２０は、放射線治療装置制御装置２により制御され、治療用放射線２３の一部を遮蔽することにより、治療用放射線２３が患者に照射されるときの照射野の形状を変更する。

治療用放射線２３は、このように治療用放射線照射装置１６が走行ガントリ１４に支持されることにより、首振り機構１５で治療用放射線照射装置１６がアイソセンタ１９に向かうように一旦調整されると、旋回駆動装置１１によりＯリング１２が回転し、または、その走行駆動装置により走行ガントリ１４が回転しても、常に概ねアイソセンタ１９を通る。即ち、走行・旋回を行うことで任意方向からアイソセンタ１９に向けて治療用放射線２３の照射が可能になる。

放射線治療装置３は、さらに、複数のイメージャシステムを備えている。すなわち、放射線治療装置３は、診断用Ｘ線源２４、２５とセンサアレイ３２、３３とを備えている。診断用Ｘ線源２４は、走行ガントリ１４に支持されている。診断用Ｘ線源２４は、走行ガントリ１４のリングの内側に配置され、アイソセンタ１９から診断用Ｘ線源２４を結ぶ線分とアイソセンタ１９から治療用放射線照射装置１６を結ぶ線分とがなす角が鋭角になるような位置に配置されている。診断用Ｘ線源２４は、放射線治療装置制御装置２により制御されてアイソセンタ１９に向けて診断用Ｘ線３５を放射する。診断用Ｘ線３５は、診断用Ｘ線源２４が有する１点から放射され、その１点を頂点とする円錐状のコーンビームである。診断用Ｘ線源２５は、走行ガントリ１４に支持されている。診断用Ｘ線源２５は、走行ガントリ１４のリングの内側に配置され、アイソセンタ１９から診断用Ｘ線源２５を結ぶ線分とアイソセンタ１９から治療用放射線照射装置１６を結ぶ線分とがなす角が鋭角になるような位置に配置されている。診断用Ｘ線源２５は、放射線治療装置制御装置２により制御されてアイソセンタ１９に向けて診断用Ｘ線３６を放射する。診断用Ｘ線３６は、診断用Ｘ線源２５が有する１点から放射され、その１点を頂点とする円錐状のコーンビームである。

センサアレイ３２は、走行ガントリ１４に支持されている。センサアレイ３２は、診断用Ｘ線源２４により放射されてアイソセンタ１９の周辺の被写体を透過した診断用Ｘ線３５を受光して、その被写体の透過画像を生成する。センサアレイ３３は、走行ガントリ１４に支持されている。センサアレイ３３は、診断用Ｘ線源２５により放射されてアイソセンタ１９の周辺の被写体を透過した診断用Ｘ線３６を受光して、その被写体の透過画像を生成する。センサアレイ３２、３３としては、ＦＰＤ（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）、Ｘ線ＩＩ（Ｉｍａｇｅ Ｉｎｔｅｎｓｉｆｉｅｒ）が例示される。

このようなイメージャシステムによれば、センサアレイ３２、３３により得た画像信号に基づき、アイソセンタ１９を中心とする透過画像を生成することができる。

放射線治療装置３は、さらに、センサアレイ３１を備えている。センサアレイ３１は、センサアレイ３１と治療用放射線照射装置１６とを結ぶ線分がアイソセンタ１９を通るように配置されて、走行ガントリ１４のリングの内側に固定されている。センサアレイ３１は、治療用放射線照射装置１６により放射されてアイソセンタ１９の周辺の被写体を透過した治療用放射線２３を受光して、その被写体の透過画像を生成する。センサアレイ３１としては、ＦＰＤ、Ｘ線ＩＩが例示される。

放射線治療装置３は、さらに、カウチ４１とカウチ駆動装置４２とを備えている。カウチ４１は、放射線治療システム１により治療される患者４３が横臥することに利用される。カウチ４１は、図示されていない固定具を備えている。その固定具は、その患者が動かないように、その患者をカウチ４１に固定する。カウチ駆動装置４２は、カウチ４１を土台に支持し、放射線治療装置制御装置２により制御されてカウチ４１を移動させる。

図３は、患者４３を示している。患者４３は、内部にターゲット６１を有している。ターゲット６１は、患者４３の患部を示し、治療用放射線２３を照射すべき部位を示している。ターゲット６１としては、肺の一部が例示される。患者４３は、さらに、体外マーカ６２が配置されている。体外マーカ６２は、赤外線カメラ５により撮像される赤外線画像に映し出されるものであり、患者４３の体表面に貼り付けられている。

図４は、放射線治療装置制御装置２を示している。その放射線治療装置制御装置２は、コンピュータであり、図示されていないＣＰＵと記憶装置と入力装置と出力装置とインターフェースとを備えている。そのＣＰＵは、放射線治療装置制御装置２にインストールされるコンピュータプログラムを実行して、その記憶装置と入力装置と出力装置とを制御する。その記憶装置は、そのコンピュータプログラムを記録し、そのＣＰＵに利用される情報を記録し、そのＣＰＵにより生成される情報を記録する。その入力装置は、ユーザに操作されることにより生成される情報をそのＣＰＵに出力する。その入力装置としては、キーボード、マウスが例示される。その出力装置は、そのＣＰＵにより生成された情報をユーザに認識可能に出力する。その出力装置としては、ディスプレイが例示される。そのインターフェースは、放射線治療装置制御装置２に接続される外部機器により生成される情報をそのＣＰＵに出力し、そのＣＰＵにより生成された情報をその外部機器に出力する。その外部機器は、赤外線カメラ５と放射線治療装置３の旋回駆動装置１１と走行駆動装置と首振り機構１５と治療用放射線照射装置１６とＭＬＣ２０とイメージャシステム（診断用Ｘ線源２４、２５、センサアレイ３１、３２、３３）とカウチ駆動装置４２とを含んでいる。

そのコンピュータプログラムは、治療計画部５１と運動収集部５２と相関算出部５３とターゲット運動算出部５４とイメージャ制御部５５と照射制御部５６とを含んでいる。

治療計画部５１は、図示されていないコンピュータ断層撮影装置により生成された患者４３の３次元データをユーザにより閲覧可能に出力装置に表示する。治療計画部５１は、さらに、入力装置を用いて入力される情報に基づいて治療計画を作成する。その治療計画は、患者４３のターゲット６１の３次元データを示し、照射角度と線量との組み合わせを示している。その照射角度は、その患者の患部に治療用放射線を照射する方向を示し、すなわち、Ｏリング回転角とガントリ回転角とを示している。そのＯリング回転角は、土台１０に対するＯリング１２の向きを示している。そのガントリ回転角は、Ｏリング１２に対する走行ガントリ１４の向きを示している。その線量は、その各照射角度から患部に照射される治療用放射線の線量を示している。

運動収集部５２は、赤外線カメラ５を用いて患者４３の体外マーカ６２の赤外線画像を周期的に（たとえば、０．０１秒〜０．１秒毎に）撮像する。運動収集部５２は、その赤外線画像を撮影時刻に対応付けて記憶装置に一時的に記録する。運動収集部５２は、さらに、その赤外線画像に基づいて体外マーカ６２の位置を算出する。

相関算出部５３は、放射線治療装置３のイメージャシステムにより撮像された透過画像に基づいてターゲット６１の位置を算出する。相関算出部５３は、さらに、その透過画像が撮像された時刻に近い時刻に赤外線カメラ５により撮像された赤外線画像から算出された体外マーカ６２の位置とに基づいて、ターゲット６１の位置と体外マーカ６２の位置との相関関係を算出する。相関算出部５３は、さらに、その相関関係を示すテーブルを作成する。

ターゲット運動算出部５４は、相関算出部５３により算出されたテーブルを参照して、運動収集部５２により算出された体外マーカ６２の位置に基づいてターゲット６１の位置を算出する。ターゲット運動算出部５４は、さらに、その算出されたターゲット６１の位置とその体外マーカ６２の位置の算出に用いられた赤外線画像の撮像時刻とに基づいて、ターゲット６１の位置の変化率を算出する。

イメージャ制御部５５は、間欠的に診断用Ｘ線３５、３６が出射して、患者４３の透過画像を撮像するように、放射線治療装置３のイメージャシステムを制御する。イメージャ制御部５５は、さらに、ターゲット運動算出部５４により算出された変化率に基づいて時間間隔を算出する。その時間間隔は、運動収集部５２により赤外線画像が撮像される時間間隔より長く、または、同等であり、たとえば、１／３０秒〜数秒である。イメージャ制御部５５は、さらに、その時間間隔で診断用Ｘ線３５、３６が出射し、その時間間隔で透過画像が撮像されるように、放射線治療装置３のイメージャシステムを制御する。

照射制御部５６は、放射線治療装置３のイメージャシステムにより撮像された透過画像に基づいてターゲット６１の位置を算出する。照射制御部５６は、その算出された位置を治療用放射線２３が透過するように、首振り機構１５を用いて治療用放射線照射装置１６を駆動し、ＭＬＣ２０を用いて治療用放射線２３の照射野の形状を制御する。照射制御部５６は、首振り機構１５とＭＬＣ２０とを駆動した後で、治療用放射線照射装置１６を用いて治療用放射線２３を出射する。治療用放射線２３を出射する期間は、その診断用Ｘ線３５、３６が出射していない期間が長いほど長い。なお、照射制御部５６は、その患部位置を治療用放射線２３が透過するように、旋回駆動装置１１または走行駆動装置またはカウチ駆動装置４２をさらに用いて、患者４３と治療用放射線照射装置１６との位置関係を変更することもできる。

図５は、赤外線カメラ５により撮像された赤外線画像から算出された体外マーカ６２の位置と、その透過画像が撮像された時刻と概ね同時刻に放射線治療装置３のイメージャシステムにより撮像された透過画像から算出されたターゲット６１の位置との相関図の例を示している。その相関図６５は、相関が強いことを示し、ターゲット６１が体外マーカ６２に同期していることを示している。

図５は、さらに、相関関係を示している。その相関関係６６は、相関算出部５３により相関図６５に基づいて算出され、体外マーカ６２の位置とターゲット６１の位置との相関関係を示している。すなわち、相関算出部５３は、所定の時間内（たとえば、１０秒）に、赤外線カメラ５により撮像された赤外線画像と放射線治療装置３のイメージャシステムにより撮像された透過画像とに基づいて、相関図６５を作成する。相関算出部５３は、相関図６５に基づいて相関関係６６を算出する。相関算出部５３は、その相関関係６６に基づいて、テーブルを作成して記憶装置に一時的に記録する。そのテーブルは、体外マーカ６２の位置集合をターゲット６１の位置集合に対応付けている。すなわち、体外マーカ６２の位置集合のうちの任意の要素は、ターゲット６１の位置集合のうちの１つの要素に対応している。

図６は、ターゲット運動算出部５４により算出されるターゲット６１の位置の変化の例を示している。その変化７１は、ターゲット６１の位置の変化率が変動していることを示し、ターゲット６１が概ね周期的に運動していることを示している。図６は、さらに、放射線治療装置３のイメージャシステムが透過画像を撮像するタイミング（すなわち、診断用Ｘ線３５または診断用Ｘ線３６を出射するタイミング）を破線により示し、イメージャ制御部５５により算出される時間間隔を示している。その時間間隔は、さらに、放射線治療装置３のイメージャシステムが診断用Ｘ線３５、３６を出射していない期間に概ね等しい。図６は、その時間間隔が一定でないことを示し、ターゲット６１の位置の変化率が小さい期間で算出される時間間隔７２に比較して、ターゲット６１の位置の変化率が大きい期間で算出される時間間隔７３が小さいことを示している。

ここで、照射制御部５６は、放射線治療装置３のイメージャシステムが診断用Ｘ線３５、３６を出射していない期間に、治療用放射線２３を出射する。照射制御部５６は、さらに、その期間が長いほど、長時間に治療用放射線２３を出射する事が可能である。すなわち、照射制御部５６は、時間間隔７２で治療用放射線２３を出射する時間が時間間隔７３で治療用放射線２３を出射する時間より長くなるように、治療用放射線２３を出射する事が可能である。

本発明による放射線照射方法の実施の形態は、放射線治療システム１を用いて実行され、治療計画を作成する動作と、放射線治療する動作とを備えている。

その治療計画を作成する動作では、まず、ユーザは、コンピュータ断層撮影装置により生成された患者４３の３次元データを放射線治療装置制御装置２に入力する。放射線治療装置制御装置２は、その３次元データに基づいて、その患者の患部とその患部の周辺の臓器とを示す画像を生成する。ユーザは、放射線治療装置制御装置２を用いてその画像を閲覧し、その患部の位置を特定する。ユーザは、さらに、その画像に基づいて治療計画を作成し、その治療計画を放射線治療装置制御装置２に入力する。その治療計画は、その患者の患部に治療用放射線を照射する照射角度と、その各照射角度から照射する治療用放射線の線量および性状とを示している。

図７は、放射線治療する動作を示している。ユーザは、まず、治療計画を作成したときと同様の姿勢に放射線治療装置３のカウチ４１に患者４３を固定する。放射線治療装置制御装置２は、赤外線カメラ５を用いて体外マーカ６２を赤外線画像に周期的に撮像し、その赤外線画像の撮像に並行して、放射線治療装置３のイメージャシステムを用いて患者４３のターゲット６１を透過画像に周期的に撮像する。放射線治療装置制御装置２は、その赤外線画像と透過画像とに基づいてテーブルを作成して記憶装置に一時的に記録する（ステップＳ１）。そのテーブルは、体外マーカ６２の位置集合をターゲット６１の位置集合に対応付けている。

放射線治療装置制御装置２は、放射線治療が開始されると、赤外線カメラ５を用いて体外マーカ６２を赤外線画像に周期的に撮像し、放射線治療装置３のイメージャシステムを用いて患者４３のターゲット６１を透過画像に周期的に撮像する。放射線治療装置制御装置２は、その赤外線画像に基づいて体外マーカ６２の位置を算出する（ステップＳ２）。放射線治療装置制御装置２は、そのテーブルを参照して、その体外マーカ６２の位置に基づいてターゲット６１の位置を算出する。放射線治療装置制御装置２は、さらに、その体外マーカ６２の位置の算出に用いられた赤外線画像の撮像時刻とその算出されたターゲット６１の位置とに基づいて、ターゲット６１の位置の変化率を算出する（ステップＳ３）。

放射線治療装置制御装置２は、その算出された変化率に基づいて時間間隔を算出する。その時間間隔は、運動するターゲット６１の位置を十分に高精度に測定することができる値であり、すなわち、その変化率の絶対値が大きいほど小さい値を示している。放射線治療装置制御装置２は、その時間間隔で診断用Ｘ線３５、３６が出射し、その時間間隔で透過画像が撮像されるように、放射線治療装置３のイメージャシステムを制御する（ステップＳ４）。

放射線治療装置制御装置２は、その撮像された透過画像に基づいてターゲット６１の位置を算出する（ステップＳ５）。放射線治療装置制御装置２は、その算出された位置を治療用放射線２３が透過するように、首振り機構１５を用いて治療用放射線照射装置１６を駆動し、ＭＬＣ２０を用いて治療用放射線２３の照射野の形状を制御する。放射線治療装置制御装置２は、首振り機構１５とＭＬＣ２０とを駆動した後で、診断用Ｘ線３５、３６が出射していない期間に、治療用放射線照射装置１６を用いて治療用放射線２３を出射する（ステップＳ６）。このとき、放射線治療装置制御装置２は、さらに、その時間間隔が長いほど、長時間に治療用放射線２３を出射する。

放射線治療装置制御装置２は、治療計画に示される線量の治療用放射線２３がターゲット６１に照射されるまで、ステップＳ１〜ステップＳ６の動作を繰り返して実行する。この繰り返しの中のステップＳ１では、放射線治療装置制御装置２は、所定の期間に撮像された赤外線画像とその所定の期間に撮像された透過画像とに基づいてテーブルを更新して記憶装置に一時的に記録する。その所定の期間は、現在より所定の時間（たとえば、１０秒）前の時刻から現在の時刻までの期間である。すなわち、その赤外線画像は、ステップＳ２で撮像された赤外線画像を含み、その透過画像は、ステップＳ２で撮像された透過画像を含んでいる。

このような動作によれば、放射線治療装置制御装置２は、運動するターゲット６１の位置を動体追尾照射に十分な程度に高精度に測定することができ、かつ、放射線治療全体で放射線治療装置３のイメージャシステムによるターゲット６１の位置の測定の頻度を低減することができる。一般に、放射線治療装置３のイメージャシステムは、診断用Ｘ線３５、３６を出射するときに電磁波を放射し、その電磁波は、他の機器に悪影響を及ぼすことがある。放射線治療装置制御装置２は、放射線治療装置３のイメージャシステムによる測定の頻度を低減することにより、放射線治療装置３が備える機器または放射線治療装置３の近傍に配置される機器に及ぼす悪影響を低減することができる。放射線治療装置制御装置２は、さらに、放射線治療全体で、放射線治療装置３のイメージャシステムにより消費される電力をより低減することができる。放射線治療装置制御装置２は、さらに、放射線治療全体で、患者４３に照射される診断用Ｘ線３５、３６の量を低減し、患者４３の診断用Ｘ線３５、３６の被曝量を低減し、患者４３の負担を低減することができる。

放射線治療装置制御装置２は、診断用Ｘ線３５、３６を出射する時間間隔が長いほど長時間に治療用放射線２３を出射することにより、放射線治療全体で単位時間当たりに出射される治療用放射線２３の量を増大させることができ、放射線治療にかかる時間を低減し、患者４３の負担を低減することができる。

図８は、放射線治療の直前に観測されたターゲット６１の位置の変化の例を示している。その変化８１は、ターゲット６１の位置が概ね周期的に変化していることを示している。図８は、さらに、放射線治療の最中に観測されたターゲット６１の位置の変化の例を示している。その変化８２は、ターゲット６１の位置が概ね周期的に変化していることを示し、その変化の周期が変化８１の周期より大きいことを示している。このように、ターゲット６１の位置は、概ね周期的に変動するが、その周期が変動することがある。

本発明による放射線照射方法によれば、放射線治療装置制御装置２は、ターゲット６１の位置の運動の周期が変動した場合であっても、運動するターゲット６１の位置をより適切な時間間隔で測定することができ、運動するターゲット６１の位置を動体追尾照射に十分な程度に高精度に測定することができる。

図９は、放射線治療の直前に観測されたターゲット６１の位置の変化の他の例を示している。その変化８３は、ターゲット６１の位置が概ね周期的に変化していることを示している。図９は、さらに、放射線治療の最中に観測されたターゲット６１の位置の変化の例を示している。その変化８４は、時間が経つにつれて、ターゲット６１の所定期間（その周期の自然数倍の時間）での平均の位置８５が移動していることを示している。このように、ターゲット６１の位置は、概ね周期的に変動するが、時間が経つにつれて、その平均の位置が変動することがある。

本発明による放射線照射方法によれば、放射線治療装置制御装置２は、ターゲット６１の平均の位置が変動した場合であっても、運動するターゲット６１の位置をより適切な時間間隔で測定することができ、運動するターゲット６１の位置を動体追尾照射に十分な程度に高精度に測定することができる。

なお、赤外線カメラ５は、呼吸に例示される患者４３の運動を測定する他のセンサに置換することができる。そのセンサとしては、ＣＣＤカメラ、体表面レーザスキャン、ロードセルが例示される。そのＣＣＤカメラは、患者４３に照射される可視光線の反射光を用いて体外メーカ６２の画像を撮像し、その画像を示す運動情報を放射線治療装置制御装置２に出力する。その体表面レーザスキャンは、患者４３の体表面に照射されるレーザ光を用いてその体表面をスキャンすることにより患者４３の体表面の位置と形状とを測定し、その体表面の位置と形状とを示す運動情報を運動情報を放射線治療装置制御装置２に出力する。そのロードセルは、患者４３の腹部に巻かれるベルトの内側に配置され、その腹部とそのベルトとに挟まれる圧力を測定し、その圧力を示す運動情報を運動情報を放射線治療装置制御装置２に出力する。このとき、放射線治療装置制御装置２は、その運動情報に基づいてターゲット６１の運動を推測することができる。すなわち、放射線治療装置制御装置２は、放射線治療システム１が赤外線カメラ５２に置換してこのようなセンサを備える場合であっても、同様にして、ターゲット６１の位置を十分な程度に高精度に測定することができ、かつ、放射線治療全体で放射線治療装置３のイメージャシステムによるターゲット６１の位置の測定の頻度を低減することができる。

なお、放射線治療装置３のイメージャシステムは、ターゲット６１の３次元位置を測定する他のセンサに置換することができる。そのセンサとしては、ＣＴ装置、ＭＲＩ装置が例示される。

そのＣＴ装置は、複数の方向から透過した複数のＸ線に基づいて複数の透過画像を撮影し、その複数の透過画像をコンピュータで画像処理して患者４３の断面の画像を生成し、その複数の透過画像をコンピュータで画像処理することにより患者４３のターゲット６１の位置を算出する。このとき、放射線治療装置制御装置２は、放射線治療装置３のイメージャシステムのときと同様にして、患者４３の運動情報に基づいてそのＣＴ装置によるＸ線の出射する時間間隔を変更する。

そのＭＲＩ装置は、患者４３に強い静磁場を作用させ、核磁気共鳴を利用して患者４３の３次元データを画像化し、その画像を画像処理することにより患者４３のターゲット６１の位置を算出する。このとき、放射線治療装置制御装置２は、放射線治療装置３のイメージャシステムのときと同様にして、患者４３の運動情報に基づいてそのＭＲＩ装置による強い磁場を発生させる時間間隔を変更する。

すなわち、放射線治療装置制御装置２は、放射線治療装置３のイメージャシステムがこのようなセンサに置換された場合であっても、同様にして、ターゲット６１の位置を十分な程度に高精度に測定することができ、かつ、放射線治療全体で放射線治療装置３のイメージャシステムによるターゲット６１の位置の測定の頻度を低減することができる。放射線治療装置制御装置２は、さらに、そのセンサの近傍に配置される機器に及ぼす悪影響を低減することができ、そのセンサにより消費される電力をより低減することができる。

放射線治療装置制御装置２は、そのセンサがＣＴ装置であるときに、さらに、そのＣＴ装置により患者４３に照射されるＸ線の被曝量を低減し、患者４３の負担を低減することができる。放射線治療装置制御装置２は、そのセンサがＭＲＩ装置であるときに、さらに、そのＭＲＩ装置により患者４３に照射される電磁波の被曝量を低減し、患者４３の負担を低減することができる。

なお、放射線治療装置制御装置２は、ターゲット６１の位置の変化量に基づいて時間間隔を変更することに置換して、赤外線カメラ５の計測結果に基づいて算出される他の値に基づいて時間間隔を変更することもできる。その値としては、ターゲット６１の位置そのもの、ターゲットの運動の周期が例示される。このような制御であっても、同様にして、ターゲット６１の位置を十分な程度に高精度に測定することができ、かつ、放射線治療全体で放射線治療装置３のイメージャシステムによるターゲット６１の位置の測定の頻度を低減することができる。

なお、本発明による技術は、ターゲット６１の位置に基づいて治療用放射線２３が変化する他の照射手法を実行する放射線治療に適用することができる。その照射手法としては、呼吸同期照射が例示される。このとき、放射線治療装置制御装置２は、放射線治療装置３のイメージャシステムによる計測結果に基づいて、治療用放射線２３を照射したり照射を停止したりする。放射線治療装置制御装置２は、このような照射手法に適用された場合であっても、同様にして、ターゲット６１の位置を十分な程度に高精度に測定することができ、かつ、放射線治療全体で放射線治療装置３のイメージャシステムによるターゲット６１の位置の測定の頻度を低減することができる。

図１は、本発明による放射線治療システムの実施の形態を示すブロック図である。 図２は、放射線治療装置を示す斜視図である。 図３は、患者を示す断面図である。 図４は、放射線治療装置制御装置を示すブロック図である 図５は、体外マーカの位置とターゲットの位置との相関図を示し、相関算出部により算出される相関関係を示すグラフである。 図６は、ターゲット運動算出部により算出されるターゲットの位置を示し、イメージャ制御部により算出される時間間隔を示すグラフである。 図７は、放射線治療する動作を示すフローチャートである。 図８は、放射線治療の直前に観測されたターゲットの位置と放射線治療の最中に観測されたターゲットの位置との例を示すグラフである。 図９は、放射線治療の直前に観測されたターゲットの位置と放射線治療の最中に観測されたターゲットの位置との例を示すグラフである。

符号の説明

１ ：放射線治療システム
２ ：放射線治療装置制御装置
３ ：放射線治療装置
５ ：赤外線カメラ
１０：土台
１１：旋回駆動装置
１２：Ｏリング
１４：走行ガントリ
１５：首振り機構
１６：治療用放射線照射装置
１７：回転軸
１８：回転軸
１９：アイソセンタ
２０：ＭＬＣ
２１：パン軸
２２：チルト軸
２３：治療用放射線
２４：診断用Ｘ線源
２５：診断用Ｘ線源
３１：センサアレイ
３２：センサアレイ
３３：センサアレイ
３５：診断用Ｘ線
３６：診断用Ｘ線
４１：カウチ
４２：カウチ駆動装置
４３：患者
５１：治療計画部
５２：運動収集部
５３：相関算出部
５４：ターゲット運動算出部
５５：イメージャ制御部
５６：照射制御部
６１：ターゲット
６２：体外マーカ
６５：相関図
６６：相関関係

Claims (13)

1. 被検体の運動を示す運動情報を第１センサから収集する被検体運動収集部と、
   前記運動情報に基づいて算出された時間間隔で前記被検体の透過画像が撮影されるように、第２センサを制御するセンサ制御部と、前記透過画像は、前記被検体を透過した透過放射線に基づいて撮影され、
   前記透過画像に基づいて前記照射部位の位置を算出し、前記照射部位に照射される治療用放射線が前記位置に基づいて変化するように、放射線治療装置を制御する照射制御部
   とを具備する放射線治療装置制御装置。
2. 請求項１において、
   前記照射制御部は、前記治療用放射線の出射方向が前記位置に基づいて変化するように、前記放射線治療装置を制御する
   放射線治療装置制御装置。
3. 請求項１または請求項２のいずれかにおいて、
   前記時間間隔は、前記第１センサが前記運動を測定する他の時間間隔より長い
   放射線治療装置制御装置。
4. 請求項１〜請求項３のいずれかにおいて、
   前記運動情報に基づいて前記照射部位の位置の変化率を算出するターゲット運動算出部を更に具備し、
   前記センサ制御部は、前記変化率に基づいて前記時間間隔を変更する
   放射線治療装置制御装置。
5. 請求項４において、
   前記運動情報と前記位置とに基づいて複数運動情報を複数位置に関連付けるテーブルを算出する相関算出部を更に具備し、
   前記ターゲット運動算出部は、前記テーブルを参照して、前記複数位置のうちの前記運動情報に対応する推定位置に基づいて前記照射部位の位置の変化率を算出する
   放射線治療装置制御装置。
6. 請求項１〜請求項３のいずれかにおいて、
   前記運動情報に基づいて前記運動の周期を算出するターゲット運動算出部を更に具備し、
   前記センサ制御部は、前記周期に基づいて前記時間間隔を変更する
   放射線治療装置制御装置。
7. 請求項１〜請求項３のいずれかにおいて、
   前記照射制御部は、前記第２センサにより前記照射部位の位置を測定していない複数の期間に前記治療用放射線を照射し、
   前記複数の期間のうちの第１期間が前記複数の期間のうちの第２期間より長いときに、前記第１期間に前記治療用放射線が照射される期間は、前記第２期間に前記治療用放射線が照射される期間より長い
   放射線治療装置制御装置。
8. 請求項１〜請求項７のいずれかに記載される放射線治療装置制御装置と、
   前記第１センサと、
   前記第２センサと、
   前記放射線治療装置
   とを具備する放射線治療システム。
9. 第１センサと、
   第２センサと、
   放射線を出射する放射線照射装置
   とを備える放射線治療装置
   を制御する放射線治療装置制御装置により実行される放射線治療装置の作動方法であり、
   前記放射線治療装置制御装置が前記第１センサにより測定された被検体の運動を示す運動情報に基づいて算出された時間間隔で前記第２センサにより撮影された前記被検体の透過画像に基づいて前記照射部位の位置を算出するステップと、前記透過画像は、前記被検体を透過した透過放射線に基づいて撮影されたものであり、
   前記放射線治療装置制御装置が前記位置に基づいて前記放射線照射装置を駆動するステップ
   とを具備する放射線治療装置の作動方法。
10. 請求項９において、
    前記時間間隔は、前記第１センサが前記運動を測定する他の時間間隔より長い
    放射線治療装置の作動方法。
11. 請求項９または請求項１０のいずれかにおいて、
    前記放射線治療装置制御装置が前記運動情報に基づいて前記照射部位の位置の変化率を算出するステップを更に具備し、
    前記時間間隔は、前記変化率に基づいて変更される
    放射線治療装置の作動方法。
12. 請求項１１において、
    前記放射線治療装置制御装置が前記運動情報と前記位置とに基づいて複数運動情報を複数位置に関連付けるテーブルを算出するステップを更に具備し、
    前記照射部位の位置の変化率は、前記テーブルを参照して、前記複数位置のうちの前記運動情報に対応する推定位置に基づいて算出される
    放射線治療装置の作動方法。
13. 請求項９または請求項１０のいずれかにおいて、
    前記放射線治療装置制御装置が前記運動情報に基づいて前記運動の周期を算出するステップを更に具備し、
    前記時間間隔は、前記周期に基づいて変更される
    放射線治療装置の作動方法。

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