特開 2016-131737 放射線治療システムおよび放射線治療プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2016-131737(P2016-131737A)

(43)【公開日】2016年7月25日

(54)【発明の名称】放射線治療システムおよび放射線治療プログラム

(51)【国際特許分類】

   A61N 5/10 20060101AFI20160627BHJP

【ＦＩ】

   A61N5/10 M

【審査請求】未請求

【請求項の数】18

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】23

(21)【出願番号】特願2015-8434(P2015-8434)

(22)【出願日】2015年1月20日

(71)【出願人】

【識別番号】504173471

【氏名又は名称】国立大学法人北海道大学

(74)【代理人】

【識別番号】100110766

【弁理士】

【氏名又は名称】佐川 慎悟

(74)【代理人】

【識別番号】100133260

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 基子

(74)【代理人】

【識別番号】100169340

【弁理士】

【氏名又は名称】川野 陽輔

(74)【代理人】

【識別番号】100195682

【弁理士】

【氏名又は名称】江部 陽子

(72)【発明者】

【氏名】宮本 直樹

(72)【発明者】

【氏名】清水 伸一

(72)【発明者】

【氏名】松浦 妙子

(72)【発明者】

【氏名】▲高▼尾 聖心

(72)【発明者】

【氏名】平田 雄一

(72)【発明者】

【氏名】梅垣 菊男

(72)【発明者】

【氏名】加藤 徳雄

【テーマコード（参考）】

4C082

【Ｆターム（参考）】

4C082AC02

4C082AC03

4C082AC05

4C082AE02

4C082AG08

4C082AJ10

4C082AP07

4C082AP08

(57)【要約】

【課題】 患者体内のマーカの三次元運動から直接的に呼吸位相を評価することにより、患者の位置合わせの再現性や放射線による治療精度を向上できるとともに、ベースラインシフトの発生を自動的に検知することができる放射線治療制御装置および放射線治療プログラムを提供する。
【解決手段】 マーカを撮影した透視画像に基づいてマーカの三次元位置を算出するマーカ位置算出部３４と、患者の呼吸周期におけるマーカの平均位置から最も離れたときのマーカの三次元位置を吸気相に対応付け、前回の吸気相から所定の距離だけ移動したときのマーカの三次元位置を前回の吸気相から今回の吸気相までにマーカが移動した移動距離に対する所定の距離の割合に応じた呼吸位相に対応付けて患者の呼吸位相を評価する呼吸位相評価部３５と、マーカの三次元位置と患者の呼吸位相に基づいて治療用放射線の照射可否を判別する治療用放射線照射判別部３８とを有する。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

患者の体内に埋め込まれたマーカを撮影した透視画像に基づいて、前記マーカの三次元位置を算出するマーカ位置算出部と、
前記患者の呼吸周期における前記マーカの平均位置から最も離れたときの前記マーカの三次元位置を吸気相に対応付けるとともに、前回の吸気相から所定の距離だけ移動したときの前記マーカの三次元位置を前回の吸気相から今回の吸気相までに前記マーカが移動した移動距離に対する前記所定の距離の割合に応じた呼吸位相に対応付けることにより、前記患者の呼吸位相を評価する呼吸位相評価部と、
前記マーカの三次元位置および前記患者の呼吸位相に基づいて、治療用放射線を照射してもよいか否かを判別する治療用放射線照射判別部と
を有する放射線治療システム。

【請求項2】

前記治療用放射線照射判別部は、前記マーカ位置算出部によって算出されたマーカの三次元位置が、前記マーカの計画位置から所定の許容範囲内に設定される待ち伏せ領域に入っており、かつ、前記呼吸位相評価部によって評価された呼吸位相が、治療計画時における呼吸位相から所定の許容範囲内に設定される待ち伏せ呼吸位相に入っているとき、治療用放射線を照射してもよいと判別する、請求項１に記載の放射線治療システム。

【請求項3】

前記呼吸位相評価部によって評価された呼吸位相のうち、前記患者の治療計画と同じ呼吸位相における透視画像を前記患者を位置合わせするための位置合わせ用画像として取得する位置合わせ用画像取得部と、
前記位置合わせ用画像内のマーカが、前記治療計画で定められた計画位置と合致するように患者を載せたベッドの位置を補正する患者位置合わせ部と
を有する、請求項１または請求項２に記載の放射線治療システム。

【請求項4】

前記呼吸位相評価部によって評価された所定の呼吸位相が、所定回数連続して前記待ち伏せ呼吸位相に合致しない場合、前記呼吸位相に変化が発生したものと検出するベースラインシフト検出部を有している、請求項２に記載の放射線治療システム。

【請求項5】

前記ベースラインシフト検出部は、前記マーカの三次元位置の時間的変化を監視するための基準となる座標軸を変更可能に構成されている、請求項４に記載の放射線治療システム。

【請求項6】

前記呼吸位相評価部によって評価された呼吸位相に基づいて、前記患者の治療計画を作成する治療計画作成装置を有している、請求項１から請求項５のいずれかに記載の放射線治療システム。

【請求項7】

前記呼吸位相評価部は、前回の吸気相から今回の吸気相までに前記マーカが移動した移動距離の半分まで移動したときの前記マーカの三次元位置を呼気相に対応付ける、請求項１から請求項６のいずれかに記載の放射線治療システム。

【請求項8】

前記治療用放射線の照射野をリアルタイムで制御可能なリアルタイム照射装置と、
前記呼吸位相評価部によって評価された複数の呼吸位相のそれぞれにおいて、前記治療用放射線照射判別部が前記治療用放射線を照射してもよいと判別しており、かつ、前記リアルタイム照射装置の前記照射野が、治療計画時における照射野から所定の許容範囲内に設定される待ち伏せ照射領域に入っている間のみ、前記リアルタイム照射装置に対して前記治療用放射線の照射を指示する照射指示信号を出力する照射制御・モニタ装置と
を有している、請求項１から請求項７のいずれかに記載の放射線治療システム。

【請求項9】

各呼吸位相における照射時間が所定時間以下またはゼロになったとき、前記照射制御・モニタ装置が、前記照射指示信号の出力時間が最大となるように前記照射野の動きを調整する、または、前記呼吸位相評価部が前記患者の呼吸位相を再評価する、請求項８に記載の放射線治療システム。

【請求項10】

患者の体内に埋め込まれたマーカを撮影した透視画像に基づいて、前記マーカの三次元位置を算出するマーカ位置算出部と、
前記患者の呼吸周期における前記マーカの平均位置から最も離れたときの前記マーカの三次元位置を吸気相に対応付けるとともに、前回の吸気相から所定の距離だけ移動したときの前記マーカの三次元位置を前回の吸気相から今回の吸気相までに前記マーカが移動した移動距離に対する前記所定の距離の割合に応じた呼吸位相に対応付けることにより、前記患者の呼吸位相を評価する呼吸位相評価部と、
前記マーカの三次元位置および前記患者の呼吸位相に基づいて、治療用放射線を照射してもよいか否かを判別する治療用放射線照射判別部と
してコンピュータを機能させる放射線治療制御プログラム。

【請求項11】

前記治療用放射線照射判別部は、前記マーカ位置算出部によって算出されたマーカの三次元位置が、前記マーカの計画位置から所定の許容範囲内に設定される待ち伏せ領域に入っており、かつ、前記呼吸位相評価部によって評価された呼吸位相が、治療計画時における呼吸位相から所定の許容範囲内に設定される待ち伏せ呼吸位相に入っているとき、治療用放射線を照射してもよいと判別する、請求項１０に記載の放射線治療制御プログラム。

【請求項12】

前記呼吸位相評価部によって評価された呼吸位相のうち、前記患者の治療計画と同じ呼吸位相における透視画像を前記患者を位置合わせするための位置合わせ用画像として取得する位置合わせ用画像取得部と、
前記位置合わせ用画像内のマーカが、前記治療計画で定められた計画位置と合致するように患者を載せたベッドの位置を補正する患者位置合わせ部と
してコンピュータを機能させる、請求項１０または請求項１１に記載の放射線治療制御プログラム。

【請求項13】

前記呼吸位相評価部によって評価された所定の呼吸位相が、所定回数連続して前記待ち伏せ呼吸位相に合致しない場合、前記呼吸位相に変化が発生したものと検出するベースラインシフト検出部としてコンピュータを機能させる、請求項１１に記載の放射線治療制御プログラム。

【請求項14】

前記ベースラインシフト検出部は、前記マーカの三次元位置の時間的変化を監視するための基準となる座標軸を変更可能に構成されている、請求項１３に記載の放射線治療制御プログラム。

【請求項15】

前記呼吸位相評価部によって評価された呼吸位相に基づいて、前記患者の治療計画を作成する治療計画作成装置としてコンピュータを機能させる、請求項１０から請求項１４のいずれかに記載の放射線治療制御プログラム。

【請求項16】

前記呼吸位相評価部は、前回の吸気相から今回の吸気相までに前記マーカが移動した移動距離の半分まで移動したときの前記マーカの三次元位置を呼気相に対応付ける、請求項１０から請求項１５のいずれかに記載の放射線治療制御プログラム。

【請求項17】

前記治療用放射線の照射野をリアルタイムで制御可能なリアルタイム照射装置と、
前記呼吸位相評価部によって評価された複数の呼吸位相のそれぞれにおいて、前記治療用放射線照射判別部が前記治療用放射線を照射してもよいと判別しており、かつ、前記リアルタイム照射装置の前記照射野が治療計画で指定された待ち伏せ照射領域に入っている間のみ、前記リアルタイム照射装置に対して前記治療用放射線の照射を指示する照射指示信号を出力する照射制御・モニタ装置と
してコンピュータを機能させる、請求項１０から請求項１６のいずれかに記載の放射線治療制御プログラム。

【請求項18】

各呼吸位相における照射時間が所定時間以下またはゼロになったとき、前記照射制御・モニタ装置が、前記照射指示信号の出力時間が最大となるように前記照射野の動きを調整する、または、前記呼吸位相評価部が前記患者の呼吸位相を再評価する、請求項１７に記載の放射線治療制御プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、放射線治療に用いられる放射線治療システムおよび放射線治療プログラムに関し、特に、患者の体内に埋め込まれたマーカの動きから患者の呼吸位相を評価することにより照射精度を高めることが可能な放射線治療システムおよび放射線治療プログラムに関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、放射線治療においては、患者の呼吸等に伴って移動するガン等の患部に対して、正常な部位の被曝を最小限に抑えつつ、放射線を照射することが求められている。このため、患者の体表面の運動から呼吸位相を把握し、特定の呼吸位相においてのみ放射線を患部に照射する呼吸同期放射線治療（特許文献１）や、体内の患部近傍に留置されたマーカをリアルタイムでモニタし、呼吸位相等に応じ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（特許文献２）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特表２００２−５２８１９４号公報

【特許文献2】特開２００６−２３０６７３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１に記載された発明を含め、従来の呼吸同期放射線治療においては、体外の動きと体内の動きが完全には一致しないため、体外から体内の呼吸位相を把握しようとしても大きな誤差を伴うおそれがある。また、特許文献１は、腹部の上下移動のように、１軸方向の運動のみに基づいて呼吸位相を把握するものである。このため、実際は複雑な三次元運動によって構成される呼吸位相の変化（いわゆるベースラインシフト）を検知できずに、正常な部位へ放射線を照射してしまうおそれもある。

【0005】

また、特許文献２に記載された発明を含め、従来の動体追跡放射線治療においては、治療を開始する際、Ｘ線透視した体内のマーカが、治療計画で定められた計画位置に来るように患者を位置合わせする必要がある。このため、従来、オペレータがマーカの動きを慎重に観察し、治療計画と同様の呼吸位相（一般的には呼気相）と思われるタイミングで透視映像を手動でストップし、マーカのＸ線画像を取得している。このため、患者の位置合わせ作業は、オペレータの判断や経験に依存するところが大きく、再現性が低いという問題がある。

【0006】

さらに、従来の動体追跡放射線治療においては、図１５（ａ）に示すように、マーカの計画位置から所定の許容範囲内に待ち伏せ領域を登録し、当該待ち伏せ領域にマーカが入る度に放射線を照射している。このとき、図１５（ｂ）に示すように、マーカが待ち伏せ領域に入ったときの呼吸位相が、治療計画時の呼吸位相と一致していれば、正常な照射が行われることとなる。

【0007】

しかしながら、異なる呼吸位相（呼気相と吸気相等）においては、マーカと患部（ターゲット）との位置関係も異なることが知られている。このため、図１５（ｃ）に示すように、マーカが待ち伏せ領域に入っていたとしても、その際の呼吸位相が治療計画時の呼吸位相と異なる場合には、患部の位置がずれている可能性がある。よって、従来のように、患者の呼吸位相に関わらず、マーカの位置のみに基づいて放射線を照射した場合、照射精度および治療精度が充分ではないという問題もある。

【0008】

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、患者の体内に埋め込まれたマーカの三次元運動から直接的に呼吸位相を評価することにより、患者の位置合わせの再現性や放射線による治療精度を向上できるとともに、ベースラインシフトの発生を自動的に検知することができる放射線治療制御装置および放射線治療プログラムを提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明に係る放射線治療システムは、患者の体内に埋め込まれたマーカを撮影した透視画像に基づいて、前記マーカの三次元位置を算出するマーカ位置算出部と、前記患者の呼吸周期における前記マーカの平均位置から最も離れたときの前記マーカの三次元位置を吸気相に対応付けるとともに、前回の吸気相から所定の距離だけ移動したときの前記マーカの三次元位置を前回の吸気相から今回の吸気相までに前記マーカが移動した移動距離に対する前記所定の距離の割合に応じた呼吸位相に対応付けることにより、前記患者の呼吸位相を評価する呼吸位相評価部と、前記マーカの三次元位置および前記患者の呼吸位相に基づいて、治療用放射線を照射してもよいか否かを判別する治療用放射線照射判別部とを有している。また、本発明に係る放射線治療プログラムは、上述の各構成部としてコンピュータを機能させる。

【0010】

また、本発明に係る放射線治療システムおよび放射線治療プログラムの一態様として、前記治療用放射線照射判別部は、前記マーカ位置算出部によって算出されたマーカの三次元位置が、前記マーカの計画位置から所定の許容範囲内に設定される待ち伏せ領域に入っており、かつ、前記呼吸位相評価部によって評価された呼吸位相が、治療計画時における呼吸位相から所定の許容範囲内に設定される待ち伏せ呼吸位相に入っているとき、治療用放射線を照射してもよいと判別してもよい。

【0011】

さらに、本発明に係る放射線治療システムの一態様として、前記呼吸位相評価部によって評価された呼吸位相のうち、前記患者の治療計画と同じ呼吸位相における透視画像を前記患者を位置合わせするための位置合わせ用画像として取得する位置合わせ用画像取得部と、前記位置合わせ用画像内のマーカが、前記治療計画で定められた計画位置と合致するように患者を載せたベッドの位置を補正する患者位置合わせ部とを有していてもよい。また、本発明に係る放射線治療プログラムの一態様として、前記の各構成部としてコンピュータを機能させてもよい。

【0012】

また、本発明に係る放射線治療システムの一態様として、前記呼吸位相評価部によって評価された所定の呼吸位相が、所定回数連続して前記待ち伏せ呼吸位相に合致しない場合、前記呼吸位相に変化が発生したものと検出するベースラインシフト検出部を有してもよい。また、本発明に係る放射線治療プログラムの一態様として、前記ベースラインシフト検出部としてコンピュータを機能させてもよい。

【0013】

さらに、本発明に係る放射線治療システムおよび放射線治療プログラムの一態様として、前記ベースラインシフト検出部は、前記マーカの三次元位置の時間的変化を監視するための基準となる座標軸を変更可能に構成されていてもよい。

【0014】

また、本発明に係る放射線治療システムの一態様として、前記呼吸位相評価部によって評価された呼吸位相に基づいて、前記患者の治療計画を作成する治療計画作成装置を有していてもよい。また、本発明に係る放射線治療プログラムの一態様として、前記治療計画作成装置としてコンピュータを機能させてもよい。

【0015】

さらに、本発明に係る放射線治療システムおよび放射線治療プログラムの一態様として、前記呼吸位相評価部は、前回の吸気相から今回の吸気相までに前記マーカが移動した移動距離の半分まで移動したときの前記マーカの三次元位置を呼気相に対応付けてもよい。

【0016】

また、本発明に係る放射線治療システムの一態様として、前記治療用放射線の照射野をリアルタイムで制御可能なリアルタイム照射装置と、前記呼吸位相評価部によって評価された複数の呼吸位相のそれぞれにおいて、前記治療用放射線照射判別部が前記治療用放射線を照射してもよいと判別しており、かつ、前記リアルタイム照射装置の前記照射野が、治療計画時における照射野から所定の許容範囲内に設定される待ち伏せ照射領域に入っている間のみ、前記リアルタイム照射装置に対して前記治療用放射線の照射を指示する照射指示信号を出力する照射制御・モニタ装置とを有してしてもよい。また、本発明に係る放射線治療プログラムの一態様として、前記リアルタイム照射装置および前記照射制御・モニタ装置としてコンピュータを機能させてもよい。

【0017】

さらに、本発明に係る放射線治療システムおよび放射線治療プログラムの一態様として、各呼吸位相における照射時間が所定時間以下またはゼロになったとき、前記照射制御・モニタ装置が、前記照射指示信号が最大となるように前記照射野の動きを調整してもよいし、前記呼吸位相評価部が前記患者の呼吸位相を再評価してもよい。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、患者の体内に埋め込まれたマーカの三次元運動から直接的に呼吸位相を評価することにより、患者の位置合わせの再現性や放射線による治療精度を向上できるとともに、ベースラインシフトの発生を自動的に検知することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明に係る放射線治療システムの第１実施形態を示すブロック図である。

【図2】本第１実施形態の放射線治療制御装置を示すブロック図である。

【図3】本第１実施形態の呼吸位相評価部による呼吸位相の評価方法を説明する図である。

【図4】本第１実施形態において、（ａ）マーカテーブルの一例、および（ｂ）マーカの軌跡を示す図である。

【図5】本第１実施形態において、マーカの三次元位置（ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸）の時間変化を示す図である。

【図6】本第１実施形態の放射線治療システムおよび放射線治療プログラムによって実行される放射線治療方法を示すフローチャートである。

【図7】本第１実施形態の事前準備段階における処理を示すフローチャートである。

【図8】本第１実施形態の患者位置合わせ段階における処理を示すフローチャートである。

【図9】本第１実施形態の呼吸位相評価ステップにおける処理を示すフローチャートである。

【図10】本第１実施形態の放射線治療段階における処理を示すフローチャートである。

【図11】本発明に係る放射線治療システムの第２実施形態を示すブロック図である。

【図12】本第２実施形態の放射線治療制御装置を示すブロック図である。

【図13】本第２実施形態において、呼吸位相Ｐ_０およびＰ_５０の二領域で照射する場合のシグナルチャートの一例を示す図である。

【図14】本第２実施形態の放射線治療段階における処理を示すフローチャートである。

【図15】従来の動体追跡放射線治療において（ａ）治療計画に基づく待ち伏せ領域を示す図、（ｂ）正常な照射が行われている様子を示す図、および（ｃ）患部が照射野からずれている様子を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本発明に係る放射線治療システム１Ａおよび放射線治療プログラム１ａの第１実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明において、放射線とは、Ｘ線やγ線等の電磁波、および陽子線や重粒子線等の粒子線を全て含む概念である。

【0021】

本第１実施形態の放射線治療システム１Ａは、動体追跡放射線治療を行うのに好適なシステムであって、図１に示すように、主として、治療計画作成装置１１と、透視画像撮影装置１２と、患者ベッド駆動装置１３と、治療用放射線ゲート制御装置１４と、照射制御・モニタ装置１５と、治療用放射線照射装置１６と、放射線治療制御装置１７とから構成されている。以下、各装置について詳細に説明する。

【0022】

治療計画作成装置１１は、放射線治療を受ける患者について事前に治療計画を作成する装置である。治療計画作成装置１１は、パーソナルコンピュータ等から構成されており、治療計画に関する治療計画データを記憶する治療計画データ記憶部１１ａを有している。本第１実施形態では、治療計画データとして、治療計画時におけるマーカの三次元位置である計画位置、治療計画時の呼吸位相である計画呼吸位相、計画位置における照射シークエンス（照射線量、照射姿勢）、計画位置において患者に投与されるべき治療用放射線の処方線量、および治療用放射線の照射により患者の体内に形成される線量分布等を算出して記憶している。

【0023】

上記計画位置は、治療を開始する前の治療計画時に撮影された患者のＣＴ（Computer Tomography; 計算機断層撮像法）画像に基づいて計算され、上記計画呼吸位相とともに放射線治療制御装置１７へ送信される。一方、照射シークエンス（照射線量、照射姿勢）、処方線量および線量分布は、照射制御・モニタ装置１５へ送信される。

【0024】

また、本第１実施形態では、いわゆる呼気相（息を吐ききった状態）に同期させて治療用放射線を照射する動体追跡放射線治療を行うため、治療計画時に撮影されるＣＴ画像は呼気相で得られたものである。すなわち、計画呼吸位相として呼気相を用いている。ただし、本発明において、計画呼吸位相は呼気相に限定されるものではなく、任意の呼吸位相を用いることができる。例えば、吸気相（息を吸いきった状態）に同期させて治療用放射線を照射する場合には、計画呼吸位相として吸気相が用いられる。

【0025】

なお、患者の体内に埋め込まれるマーカは、金、白金、イリジウム等の人体に害が少なく、放射線の吸収が大きい材料で形成することが好ましいが、特に限定されるものではない。また、マーカの形状は円柱状または球状が好ましいが、他の形状であってもよい。

【0026】

透視画像撮影装置１２は、撮影用放射線により透視画像を撮影するものであり、図１に示すように、異なる二方向にセッティングされた二組のＸ線発生器１２ａ，１２ａとＸ線検出器１２ｂ，１２ｂとを有している。Ｘ線発生器１２ａは、放射線治療制御装置１７から送信された撮影トリガーに応じてＸ線を発生させる。一方、Ｘ線検出器１２ｂは、前記撮影トリガーと同期して送信された同期信号に応じて、Ｘ線透視された患者の透視画像を放射線治療制御装置１７へ出力する。ここで、Ｘ線発生器１２ａ、１２ａおよびＸ線検出器１２ｂ、１２ｂによる第１の透視方向と第２の透視方向とのなす角度は９０°に近い方が好ましい。

【0027】

なお、本第１実施形態では、上述したとおり、二組の透視画像撮影装置１２を用いて二方向からの透視画像を取得しているが、この構成に限定されるものではない。例えば、本願発明者らが特開２０１３−１９２７０２号公報にて提案しているように、撮影用放射線による被曝量を低減するため、一組の透視画像撮影装置によって撮影された一方向からの透視画像のみからでも、マーカの三次元位置を算出することが可能である。また、逆に二方向以上からの透視画像を取得することでマーカの三次元座標を精度よく取得することも可能であるが、被爆量との兼ね合いを考慮する必要がある。なお、本第１実施形態では、撮影用放射線としてＸ線を使用しているが、その他の放射線を用いてもよい。

【0028】

患者ベッド駆動装置１３は、患者を載置するベッド１３ａを駆動し、治療用放射線を照射する際の位置合わせを行うものである。具体的には、図１に示すように、患者ベッド駆動装置１３はベッド１３ａに設けられており、放射線治療制御装置１７からの位置補正信号に応じてベッド１３ａを駆動し位置を補正するようになっている。

【0029】

治療用放射線ゲート制御装置１４は、治療用放射線を照射するか否かを示すゲート信号を制御するものである。本第１実施形態において、治療用放射線ゲート制御装置１４は、放射線治療制御装置１７によって治療用放射線の照射設定が可能に構成されている。具体的には、放射線治療制御装置１７が照射してもよいと判別した場合、ゲート信号がオンとなる一方、照射すべきではないと判別した場合、ゲート信号がオフとなる。そして、治療用放射線ゲート制御装置１４は、図１に示すように、当該ゲート信号を照射制御・モニタ装置１５へ出力するようになっている。

【0030】

照射制御・モニタ装置１５は、治療用放射線照射装置１６による治療用放射線の照射を制御するとともに、患者への累積投与線量を監視するものである。本第１実施形態において、照射制御・モニタ装置１５は、治療計画作成装置１１から照射シークエンス（照射線量、照射姿勢）、処方線量および線量分布等を取得して記憶する。そして、治療用放射線ゲート制御装置１４から受け取ったゲート信号がオンであれば、照射シークエンスで指定された放射線を照射するための照射指示信号を治療用放射線照射装置１６へ出力するようになっている。

【0031】

また、照射制御・モニタ装置１５は、放射線治療を行っている間、治療用放射線の累積投与線量をモニタする機能を有している。具体的には、照射制御・モニタ装置１５は、患者に投与された線量を累積しており、随時、当該累積投与線量と治療計画作成装置１１から取得した処方線量とを比較する。そして、累積投与線量が処方線量に到達しない限り放射線治療を継続する一方、累積投与線量が処方線量に到達した場合、放射線治療あるいは治療手順の一つが終了したことを操作者に通知する。

【0032】

なお、本第１実施形態では、放射線治療制御装置１７と照射制御・モニタ装置１５との間に、治療用放射線ゲート制御装置１４を介在させているが、この構成に限定されるものではない。例えば、照射制御・モニタ装置１５が治療用放射線ゲート制御装置１４の機能を有している場合、治療用放射線ゲート制御装置１４を別途、設ける必要はない。

【0033】

治療用放射線照射装置１６は、患者の患部へ向けて治療用放射線を照射するものである。具体的には、治療用放射線照射装置１６は、照射制御・モニタ装置１５から照射指示信号を受信すると、当該照射指示信号で指定された照射シークエンスに従って、治療用放射線を患者の患部へ向けて照射するようになっている。なお、本第１実施形態では、治療用放射線として、Ｘ線を使用しているが、その他の放射線を用いてもよい。また、患者の患部としては、癌や悪性腫瘍等のように放射線治療を必要とする患部はもとよりその他の必要な部位であってもよい。

【0034】

放射線治療制御装置１７は、本第１実施形態の放射線治療システム１Ａを用いた動体追跡放射線治療を制御するものである。本第１実施形態において、放射線治療制御装置１７は、体内に埋め込まれたマーカの三次元位置の時間的変化、すなわちマーカの三次元運動から患者の呼吸位相を評価することを特徴としている。以下、本第１実施形態の放射線治療制御装置１７について具体的に説明する。

【0035】

本第１実施形態において、放射線治療制御装置１７は、パーソナルコンピュータ等のコンピュータによって構成されており、図２に示すように、主として、本第１実施形態の放射線治療プログラム１ａや各種のデータ等を記憶する記憶手段２と、各種のデータ等を取得して演算処理する演算処理手段３とから構成されている。

【0036】

記憶手段２は、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）およびフラッシュメモリ等から構成されており、各種のデータを記憶するとともに、演算処理手段３が演算処理を行う際のワーキングエリアとして機能するものである。本第１実施形態において、記憶手段２は、図２に示すように、プログラム記憶部２１と、計画データ記憶部２２と、待ち伏せデータ記憶部２３と、テンプレート画像記憶部２４と、変換行列記憶部２５と、マーカ位置記憶部２６と、呼吸位相記憶部２７とを有している。以下、各構成部についてより詳細に説明する。

【0037】

プログラム記憶部２１には、本第１実施形態の放射線治療プログラム１ａがインストールされている。放射線治療プログラム１ａが演算処理手段３によって実行されることにより、後述する各構成部としてコンピュータを機能させるようになっている。なお、本発明では、放射線治療制御装置１７にインストールされるプログラムのみならず、治療計画作成装置１１、照射制御・モニタ装置１５および治療用放射線照射装置１６等にインストールされるプログラムを総称して、放射線治療プログラム１ａというものとする。

【0038】

また、放射線治療プログラム１ａの利用形態は、上記構成に限られるものではない。例えば、ＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤ−ＲＯＭ等のように、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に放射線治療プログラム１ａを記憶させておき、当該記録媒体から直接読み出して実行してもよい。また、外部サーバ等からＡＳＰ（Application Service Provider）方式やクラウドコンピューティング方式で利用してもよい。

【0039】

計画データ記憶部２２は、治療計画時におけるマーカの三次元位置である計画位置、および治療計画時における呼吸位相である計画呼吸位相を記憶するものである。本第１実施形態において、計画データ記憶部２２は、放射線治療を行う患者に対応付けて、後述する計画データ取得部３１が治療計画作成装置１１から取得した計画位置および計画呼吸位相を記憶するようになっている。

【0040】

待ち伏せデータ記憶部２３は、マーカの計画位置から所定の許容範囲内に設定される待ち伏せ領域、および治療計画時における呼吸位相から所定の許容範囲内に設定される待ち伏せ呼吸位相を記憶するものである。本第１実施形態において、待ち伏せ領域は、計画位置を中心として一辺が数ｍｍの立方体や、径が数ｍｍの球体によって設定される。また、待ち伏せ呼吸位相は、計画呼吸位相に対して前後数％の位相差によって設定される。すなわち、放射線治療中に得られる待ち伏せ照射時の呼吸位相と計画呼吸位相とのずれが数％以内の範囲が、待ち伏せ呼吸位相として設定される。

【0041】

なお、待ち伏せ呼吸位相については、放射線治療中に得られる計画呼吸位相に対応するマーカの位置と計画位置とのずれによって設定してもよい。すなわち、計画呼吸位相に対応するマーカが、計画位置を中心として一辺が数ｍｍの立方体や、径が数ｍｍの球体によって設定された範囲内にあれば、待ち伏せ呼吸位相内であると判定してもよい。

【0042】

テンプレート画像記憶部２４は、透視画像内におけるマーカの射影位置を特定するためのテンプレート画像を記憶するものである。このテンプレート画像は、後述するテンプレートパターンマッチング処理に際し、透視画像内の所定領域と類似度を算出する際のテンプレートとなる画像である。具体的には、テンプレート画像記憶部２４には、患者の体内に埋め込まれるマーカの画像を予めテンプレート画像として記憶しておく。なお、使用するマーカが球状以外の形状の場合には、当該マーカを様々な角度から射影した画像をテンプレート画像として複数記憶させてもよい。

【0043】

変換行列記憶部２５は、透視画像におけるマーカの射影位置と透視画像撮影装置１２の焦点位置とを結ぶ射影線の方程式を算出するための変換行列を記憶するものである。本第１実施形態では、予め二つの透視方向のそれぞれにおいて、透視画像撮影装置１２のキャリブレーション作業を実施する。そして、当該キャリブレーション作業により求められた各透視方向における二つの変換行列を変換行列記憶部２５に記憶させておく。

【0044】

マーカ位置記憶部２６は、マーカの三次元位置を時系列的に記憶するものである。マーカ位置記憶部２６は、後述するマーカ位置算出部３４によってリアルタイムに算出されたマーカの三次元位置を時系列で記憶する。この三次元位置の時系列データによって、マーカの三次元運動が再構成されるとともに、患者の呼吸運動が把握されることとなる。

【0045】

呼吸位相記憶部２７は、後述する呼吸位相評価部３５によって評価された呼吸位相とマーカの三次元位置との関係を記憶するものである。本第１実施形態において、呼吸位相記憶部２７は、呼気相および吸気相のそれぞれについて、マーカの三次元位置および基準となる呼吸位相からの移動時間を記憶している。しかしながら、この構成に限定されるものではなく、任意の呼吸位相に対するマーカの三次元位置の関係を記憶することが可能である。

【0046】

つぎに、演算処理手段３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等から構成されており、記憶手段２にインストールされた放射線治療プログラム１ａを実行することにより、コンピュータを本第１実施形態の放射線治療制御装置１７として実装するようになっている。

【0047】

具体的には、演算処理手段３によって実行された放射線治療プログラム１ａは、図２に示すように、計画データ取得部３１と、待ち伏せデータ設定部３２と、透視画像取得部３３と、マーカ位置算出部３４と、呼吸位相評価部３５と、位置合わせ用画像取得部３６と、患者位置合わせ部３７と、治療用放射線照射判別部３８と、ベースラインシフト検出部３９としてコンピュータを機能させる。以下、各構成部についてより詳細に説明する。

【0048】

計画データ取得部３１は、治療計画時におけるマーカの三次元位置である計画位置、および治療計画時における呼吸位相である計画呼吸位相を取得するものである。本第１実施形態において、計画データ取得部３１は、治療計画作成装置１１の治療計画データ記憶部１１ａから、放射線治療を行おうとする患者に埋め込まれたマーカの計画位置および計画呼吸位相を取得する。そして、これら計画位置および計画呼吸位相を計画データ記憶部２２に記憶させる。

【0049】

待ち伏せデータ設定部３２は、計画位置から所定の許容範囲内に設定される待ち伏せ領域、および計画呼吸位相から所定の許容範囲内に設定される待ち伏せ呼吸位相を設定するものである。本第１実施形態において、待ち伏せデータ設定部３２は、操作者からの指示入力に応じて、計画位置を中心とする一辺が数ｍｍの立方体や、径が数ｍｍの球体等によって待ち伏せ領域を設定する。また、待ち伏せデータ設定部３２は、操作者からの指示入力に応じて、計画呼吸位相に対して前後数％の位相差によって待ち伏せ呼吸位相を設定する。

【0050】

透視画像取得部３３は、放射線治療の開始前に患者を位置合わせする際、および実際に放射線治療を行っている間、透視画像撮影装置１２から透視画像を取得するものである。本第１実施形態において、透視画像取得部３３は、所定の時間間隔ごと（例えば１秒間に３０回程度）に各Ｘ線発生器１２ａに対して撮影トリガーを出力するのと同時に、各Ｘ線検出器１２ｂに対して同期信号を出力する。これにより、患者の体内に埋め込まれたマーカを異なる二方向から撮影した透視画像が透視画像撮影装置１２から取得される。

【0051】

なお、本第１実施形態では、透視画像取得部３３が、透視画像撮影装置１２から直接透視画像を取得しているが、この構成に限定されるものではなく、他の機器を介在させて透視画像撮影装置１２により撮影された透視画像を取得してもよい。また、本第１実施形態では、透視画像取得部３３が、透視画像を複数の静止画像によって取得しているが、動画像によって取得してもよい。

【0052】

マーカ位置算出部３４は、患者の体内に埋め込まれたマーカを撮影した透視画像に基づいて、マーカの三次元位置を算出するものである。本第１実施形態において、マーカ位置算出部３４は、まず、テンプレート画像記憶部２４からテンプレート画像を読み出し、透視画像取得部３３によって取得された各透視画像について規格化相互相関に基づくテンプレートパターンマッチング処理を施す。これにより、所定の時間間隔ごとに各透視画像上でのマーカの射影位置（二次元座標）を特定する。

【0053】

なお、本第１実施形態では、マーカ位置算出部３４が、規格化相互相関に基づくテンプレートパターンマッチング処理によりマーカの射影位置を特定しているが、この処理方法に限定されるものではない。マーカの射影位置を特定できるものであれば、相互情報量によって特定してもよく、他の画像認識技術を採用してもよい。

【0054】

つづいて、マーカ位置算出部３４は、各透視画像におけるマーカの射影位置と透視画像撮影装置１２の焦点位置とを結ぶ射影線の方程式をそれぞれ算出する。具体的には、マーカ位置算出部３４は、変換行列記憶部２５から各透視方向における変換行列を取得し、各変換行列を用いて各射影位置の三次元空間内での対応点が存在できる座標群（直線の方程式）を算出する。そして、マーカ位置算出部３４は、算出された各方程式の交点をマーカの三次元位置として算出する。

【0055】

呼吸位相評価部３５は、マーカの三次元位置の時間変化（三次元運動）に基づいて、患者の呼吸位相を評価するものである。具体的には、呼吸位相評価部３５は、図３に示すように、下記工程（１）〜（５）に従い、予め設定した患者の呼吸周期ごとに、直前の呼吸周期における呼吸位相と対応する三次元位置を評価する。なお、本第１実施形態において、呼吸周期は、患者の一呼吸に対応する４秒に設定されているが、患者の呼吸周期に応じて適宜設定することが可能である。

【0056】

（１）所定の呼吸周期におけるマーカの平均位置（三次元位置の平均）を算出する。
（２）算出された平均位置からマーカまでの距離を算出する。
（３）算出された距離が最も大きいときのマーカの三次元位置を吸気相に対応付ける。
（４）前回の吸気相から今回の吸気相までの移動距離を算出する。
（５）前回の吸気相から所定距離だけ移動したときのマーカの三次元位置を前記移動距離に対する前記所定距離の割合に応じた呼吸位相に対応付ける。

【0057】

すなわち、呼吸位相評価部３５は、患者の呼吸周期におけるマーカの平均位置から最も離れたときのマーカの三次元位置を吸気相に対応付ける。また、呼吸位相評価部３５は、前回の吸気相から所定の距離だけ移動したときのマーカの三次元位置を前回の吸気相から今回の吸気相までに前記マーカが移動した移動距離に対する前記所定の距離の割合に応じた呼吸位相に対応付ける。図３では、前記移動距離の半分（５０％）まで移動したときのマーカの三次元位置を呼気相に対応付けている。

【0058】

本第１実施形態において、呼吸位相評価部３５は、図４（ａ）に示すように、各呼吸位相ごとにマーカの三次元位置およびマーカの移動時間を対応づけてなるマーカテーブルを作成し、呼吸位相記憶部２７に記憶させる。

【0059】

例えば、呼吸位相評価部３５によって評価された前回の吸気相（Ｐ_０）から今回の吸気相（Ｐ_１００）までの移動距離をＬとした場合、図４（ｂ）に示すように、前回の吸気相Ｐ_０の三次元位置Ｍ_０からＬ／１０だけマーカが移動したときの三次元位置Ｍ_１０は、呼吸位相Ｐ_１０に対応付けられる。移動距離（Ｌ）に対する所定距離（Ｌ／１０）の割合が１０％であるため、当該割合に応じて１サイクルの呼吸における１０％の位相に当たる呼吸位相Ｐ_１０に対応付けられるためである。

【0060】

呼吸位相評価部３５は、呼吸位相Ｐ_１０における三次元位置Ｍ_１０の対応付けと合わせて、当該三次元位置Ｍ_１０までの移動時間ｔ_１０を算出する。同様に、その点からさらにＬ／１０だけマーカが移動する度に、その三次元位置Ｍ_２０、Ｍ_３０、Ｍ_４０、…Ｍ_１００を呼吸位相Ｐ_２０、Ｐ_３０、Ｐ_４０、…Ｐ_１００に設定し、移動時間ｔ_２０、ｔ_３０、ｔ_４０、…ｔ_１００を登録する。

【0061】

位置合わせ用画像取得部３６は、放射線治療を開始する際、患者を所望の位置に位置合わせするための位置合わせ用画像を取得するものである。具体的には、位置合わせ用画像取得部３６は、呼吸位相評価部３５によって評価された呼吸位相のうち、患者の治療計画と同じ呼吸位相における透視画像を位置合わせ用画像として取得するようになっている。なお、本第１実施形態では、治療計画時の呼吸位相として呼気相を採用しているが、任意の呼吸位相を用いてもよい、

【0062】

患者位置合わせ部３７は、治療用放射線を照射するにあたり、患者を適切な位置へ位置合わせするものである。本第１実施形態では、放射線治療を行うに際し、治療計画時に呼気相で撮影したＣＴ画像を利用する。このため、患者位置合わせ部３７は、位置合わせ用画像取得部３６によって取得された位置合わせ用画像内のマーカの三次元位置が、治療計画で定められた計画位置と合致するようにベッド１３ａの位置補正量を算出する。そして、当該位置補正量を位置補正信号として患者ベッド駆動装置１３へ出力し、患者を載せたベッド１３ａの位置を補正する。

【0063】

治療用放射線照射判別部３８は、マーカの三次元位置および患者の呼吸位相に基づいて、治療用放射線を照射してもよいか否かを判別するものである。具体的には、治療用放射線照射判別部３８は、待ち伏せデータ記憶部２３に登録されている待ち伏せ領域および待ち伏せ呼吸位相を読み出す。そして、治療用放射線照射判別部３８は、マーカ位置算出部３４によって算出されたマーカの三次元位置が待ち伏せ領域に入っており、かつ、呼吸位相評価部３５によって評価された呼吸位相が待ち伏せ呼吸位相に入っているとき、治療用放射線を照射してもよいと判別する。

【0064】

一方、マーカが待ち伏せ領域内に入っていない場合、または呼吸位相が待ち伏せ呼吸位相に入っていない場合には、治療用放射線を照射すべきではないと判別する。この判別結果に基づいて、治療用放射線ゲート制御装置１４におけるゲート信号のオン／オフが設定される。

【0065】

ベースラインシフト検出部３９は、呼吸位相の変化を示すベースラインシフトを検出するものである。具体的には、ベースラインシフト検出部３９は、呼吸位相評価部３５によって評価された呼気相が、所定回数連続して待ち伏せ呼吸位相に合致しない場合、呼吸位相に変化（ベースラインシフト）が発生したものと検出する。なお、検出に用いる呼吸位相は、呼気相に限定されるものではなく、待ち伏せ呼吸位相に対応する呼吸位相、すなわち治療計画時の呼吸位相であれば、所定の呼吸位相を用いてもよい。

【0066】

また、本第１実施形態において、ベースラインシフト検出部３９は、上記検出処理に際して、マーカの三次元位置の時間的変化を監視するための基準となる座標軸を変更可能に構成されている。例えば、図５に示すように、ｘ軸およびｚ軸については、呼吸に伴うマーカの振幅が小さくて観察しにくい場合でも、ｙ軸については振幅が大きく見やすい振動が観察される場合がある。そこで、ベースラインシフト検出部３９は、上記基準となる座標軸を変更することで、患者の呼吸運動を正しく把握するようになっている。

【0067】

つぎに、本第１実施形態の放射線治療プログラム１ａによって実行される放射線治療システム１Ａ、ならびに放射線治療方法の作用について説明する。

【0068】

本第１実施形態の放射線治療方法は、図６に示すように、大きく分けて、放射線治療に必要な治療計画や待ち伏せデータを事前に準備する事前準備段階（ステップＳ１）と、患者を所望の位置に位置合わせする患者位置合わせ段階（ステップＳ２）と、実際に治療用放射線を患者の患部に照射して放射線治療を行う放射線治療段階（ステップＳ３）とからなる。

【0069】

まず、待ち伏せデータ準備段階は、放射線治療に必要な治療計画や待ち伏せデータを事前に準備する段階である（ステップＳ１）。具体的には、図７に示すように、まず、ステップＳ１１において、治療計画作成装置１１が、所定のＣＴシステムを用いて取得した患者のＣＴ画像に基づいて、計画位置、照射シークエンス（照射線量、照射姿勢）、処方線量および線量分布等の治療計画データを作成し、予め治療計画データ記憶部１１ａに記憶する。

【0070】

なお、放射線治療においては、治療計画時と同じ状態で放射線を照射することが最も望ましいとされる。このため、本第１実施形態では、治療計画作成装置１１が、呼吸位相評価部３５によって評価された呼吸位相に基づいて、患者の治療計画を作成する。これにより、治療計画時と放射線治療時との整合性が高まり、より高精度な治療が可能となる。なお、評価呼吸位相に基づく治療計画の作成には、空間（三次元）に時間（一次元）を加えた四次元により、立体画像を連続的に取得することが可能な４Ｄ−ＣＴ（4-Dimensional Computed Tomography）等を用いることが好ましい。

【0071】

つぎに、ステップＳ１２において、計画データ取得部３１が、治療計画作成装置１１の治療計画データ記憶部１１ａからマーカの計画位置および治療計画時の呼吸位相（計画呼吸位相）を取得し、これら計画位置および計画呼吸位相を計画データ記憶部２２に記憶する。なお、本ステップＳ１２では、別途、治療計画作成装置１１が、治療計画データ記憶部１１ａに記憶されている照射シークエンス（照射線量、照射姿勢）、処方線量および線量分布等のデータを照射制御・モニタ装置１５へ送信するようになっている。

【0072】

つづいて、ステップＳ１３において、待ち伏せデータ設定部３２が、計画データ記憶部２２に記憶されている計画位置および計画呼吸位相と、操作者によって指示入力された許容範囲値とに基づいて、待ち伏せ領域および待ち伏せ呼吸位相を設定する。これにより、本第１実施形態の放射線治療に必要なデータの準備が完了する。

【0073】

つぎに、患者位置合わせ段階は、放射線治療を開始する前に患者を所望の位置に位置合わせする段階である（ステップＳ２）。具体的には、図８に示すように、まず、ステップＳ２１において、透視画像取得部３３が、所定の時間間隔ごとに、患者の体内に埋め込まれたマーカを異なる二方向から撮影した透視画像を透視画像撮影装置１２から取得する。

【0074】

つぎに、ステップＳ２２において、マーカ位置算出部３４が、透視画像取得部３３によって所定の時間間隔ごとに取得された二方向からの透視画像に基づいて、当該時間間隔ごとにマーカの三次元位置を算出する。これにより、マーカの三次元位置が時系列で得られるため、マーカの三次元運動が再構成され、患者の呼吸運動が把握される。

【0075】

つづいて、ステップＳ２３において、呼吸位相評価部３５が、マーカ位置算出部３４によって算出されたマーカの三次元運動に基づいて、患者の呼吸位相を評価する。具体的には、図３および図９に示すように、呼吸位相評価部３５は、所定の呼吸周期が経過するまで待機した後（ステップＳ２３１）、当該呼吸周期におけるマーカの平均位置を算出する（ステップＳ２３２）。そして、呼吸位相評価部３５は、当該平均位置からマーカまでの距離を算出し（ステップＳ２３３）、当該距離が最も大きいときのマーカの三次元位置を吸気相に対応付ける（ステップＳ２３４）。また、呼吸位相評価部３５は、前回の吸気相から今回の吸気相までの移動距離を算出し（ステップＳ２３５）、前回の吸気相から所定距離だけ移動したときのマーカの三次元位置を前記移動距離に対する所定距離の割合に応じた呼吸位相に対応付ける（ステップＳ２３６）。本第１実施形態では、移動距離の半分まで移動したときのマーカの三次元位置を呼気相に対応付ける。

【0076】

以上の処理により、患者の体内に埋め込まれたマーカの三次元運動に基づいて、患者の呼吸位相（呼気相や吸気相）が定量的に評価される。

【0077】

つづいて、ステップＳ２４において、位置合わせ用画像取得部３６が、呼吸位相評価部３５によって評価された呼吸位相のうち、患者の治療計画と同じ呼吸位相、すなわち本第１実施形態では呼気相における透視画像を位置合わせ用画像として取得する。これにより、従来、オペレータのマニュアル操作によって行われていた位置合わせ用画像が、自動的に取得される。このため、オペレータの判断等が介在することがなく、患者の位置合わせ作業の再現性が向上する。

【0078】

そして、ステップＳ２５において、患者位置合わせ部３７が、位置合わせ用画像取得部３６によって取得された位置合わせ用画像内のマーカの三次元位置が、治療計画で定められた計画位置と合致するように患者ベッド駆動装置１３を駆動し、ベッド１３ａの位置を補正する。これにより、患者に埋め込まれたマーカの治療室座標空間における三次元位置が、治療計画作成時の計画位置に一致され、放射線治療を実行するための準備が整う。

【0079】

なお、以下に詳述する放射線治療段階（ステップＳ３）の開始直前に、別途患者のＣＴ画像を撮影し、当該ＣＴ画像から得られるマーカの位置が、計画位置から所定の許容範囲内にある場合は、上述したステップＳ２１〜ステップＳ２５を省略してもよい。

【0080】

放射線治療段階は、実際に治療用放射線を患者の患部に照射して放射線治療を行う段階である（ステップＳ３）。具体的には、図１０に示すように、ステップＳ３１〜ステップＳ３３においては、図８の患者位置合わせ段階におけるステップＳ２１〜ステップＳ２３と同様の処理を行う。すなわち、ステップＳ３１において、透視画像取得部３３が、所定の時間間隔ごとに、患者の体内に埋め込まれたマーカを異なる二方向から撮影した透視画像を透視画像撮影装置１２から取得する。

【0081】

つぎに、ステップＳ３２において、マーカ位置算出部３４が、透視画像取得部３３によって所定の時間間隔ごとに取得された二方向からの透視画像に基づいて、当該時間間隔ごとにマーカの三次元位置を算出する。そして、ステップＳ３３において、呼吸位相評価部３５が、マーカ位置算出部３４によって算出されたマーカの三次元運動に基づいて、患者の呼吸位相を評価する。

【0082】

つぎに、ステップＳ３４において、治療用放射線照射判別部３８が、ステップＳ１３で設定された待ち伏せ領域と、ステップＳ２２で算出されたマーカの三次元位置とを比較する。また、治療用放射線照射判別部３８は、ステップＳ１３で設定された待ち伏せ呼吸位相と、ステップＳ３３で評価された呼吸位相（本第１実施形態では、呼気相）とを比較する。

【0083】

その比較の結果、マーカが待ち伏せ領域に入っており、かつ、呼吸位相が待ち伏せ呼吸位相に入っている場合のみ（ステップＳ３４：ＹＥＳ）、治療用放射線照射判別部３８は、治療用放射線を照射してもよいと判別し、治療用放射線ゲート制御装置１４におけるゲート信号をオンに設定する（ステップＳ３５）。そして、治療用放射線ゲート制御装置１４においてゲート信号がオンに設定されている間、照射制御・モニタ装置１５が、ステップＳ１２で取得した照射シークエンスに従って照射指示信号を治療用放射線照射装置１６へ出力し、治療用放射線を照射させる（ステップＳ３６）。

【0084】

一方、マーカが待ち伏せ領域内に入っていない場合、または呼吸位相が待ち伏せ呼吸位相に入っていない場合（ステップＳ３４：ＮＯ）、治療用放射線照射判別部３８は、治療用放射線を照射すべきではないと判別し、治療用放射線ゲート制御装置１４におけるゲート信号をオフに設定する（ステップＳ３７）。

【0085】

以上のように、マーカが待ち伏せ領域内に入っていることのみならず、その際の呼吸位相が待ち伏せ呼吸位相に入っていることも確認した上で、放射線の照射を許可するため、照射野に対する患部の位置がずれている可能性が低い。よって、従来のように、患者の呼吸位相に関わらず、マーカの位置のみに基づいて放射線を照射した場合と比較して、照射精度および治療精度が向上し、正常な部位への誤照射が低減する。

【0086】

ゲート信号がオフのままであれば、ステップＳ３８において、ベースラインシフト検出部３９が、ベースラインシフトの発生の有無を検出する。その検出の結果、ベースラインシフトの発生が検出された場合（ステップＳ３８：ＹＥＳ）、ステップＳ２の患者位置合わせ段階へと戻り、再度、位置合わせ作業を行う。これにより、ベースラインシフトの発生が自動的に検出され、患者の再位置合わせ作業が適切に行われるため、正常な部位へ放射線が照射されることが防止される。

【0087】

最後に、治療用放射線の照射後（ステップＳ３６）、またはベースラインシフトの発生が検知されなければ（ステップＳ３８：ＮＯ）、ステップＳ３９において、照射制御・モニタ装置１５が、ステップＳ１２で取得された処方線量と、患者に投与された累積投与線量とを比較する。そして、累積投与線量が処方線量に到達しない限り（ステップＳ３９：ＮＯ）、ステップＳ３１へと戻り、放射線治療を継続する。一方、累積投与線量が処方線量に到達した場合（ステップＳ３９：ＹＥＳ）、放射線治療を終了させる。

【0088】

以上のような本第１実施形態の放射線治療システム１Ａおよび放射線治療プログラム１ａによれば、以下のような作用効果を奏する。
１．患者の体内に埋め込まれたマーカの三次元運動から直接的に呼吸位相を評価することができる。
２．評価された呼吸位相に基づいて位置合わせ用画像を自動取得でき、患者の位置合わせの再現性を向上することができる。
３．マーカの三次元位置のみならず、患者の呼吸位相をモニターすることにより、放射線による治療精度を向上することができる。
４．ベースラインシフトの発生を自動的に検知し、正常な部位への誤照射を低減することができる。
５．マーカの三次元運動を監視するための基準となる座標軸を変更でき、患者の呼吸運動を正しく把握することができる。
６．評価された呼吸位相に基づいて患者の治療計画を作成することで、治療計画時と放射線治療時との整合性を高め、治療精度を向上することができる。

【0089】

つぎに、本発明に係る放射線治療システム１Ｂおよび放射線治療プログラム１ｂの第２実施形態について説明する。なお、本第２実施形態のうち、上述した第１実施形態の構成やステップと同一若しくは相当する構成やステップについては、同一の符号を付して再度の説明を省略する。

【0090】

本第２実施形態の特徴は、１サイクルの呼吸周期の中で複数回の照射を可能とすることにより、照射効率および治療効率を向上するとともに、治療時間を短縮し、患者への負担を軽減する点にある。

【0091】

本第２実施形態では、図１１に示すように、第１実施形態における治療用放射線照射装置１６に代えて、治療用放射線の照射野をリアルタイムで制御可能なリアルタイム照射装置１８を使用する。そして、１サイクルの呼吸周期における複数の呼吸位相のそれぞれにおいて放射線を照射するため、治療計画作成装置１１は、各呼吸位相のそれぞれにおいて治療計画を作成する。当該治療計画には、各呼吸位相ごとの照射野である計画照射野も追加される。

【0092】

また、放射線治療制御装置１７は、図１２に示すように、第１実施形態と比較して、制御信号送信部４０を別途有している。制御信号送信部４０は、複数の呼吸位相ごとの治療計画に基づき、各呼吸位相における患部に向けて照射野の方向を制御するための照射野制御信号をリアルタイム照射装置１８へ送信するものである。また、本第２実施形態において、待ち伏せデータ設定部３２は、治療計画作成装置１１から計画照射野を取得し、各呼吸位相ごとに、治療計画時における照射野から所定の許容範囲に設定される待ち伏せ照射野を設定する。

【0093】

リアルタイム照射装置１８は、照射野制御信号によって指定された方向に照射野を設定し、当該照射野が待ち伏せ照射領域に入っている場合、適切に位置設定が完了したか否か示すポジション信号を照射制御・モニタ装置１５へ送信する機能を有している。

【0094】

本第２実施形態において、照射制御・モニタ装置１５は、呼吸位相評価部３５によって評価された複数の呼吸位相のそれぞれにおいて、治療用放射線照射判別部３８が治療用放射線を照射してもよいと判別しており、かつ、リアルタイム照射装置１８の照射野が待ち伏せ照射領域に入っている間のみ、リアルタイム照射装置１８に対して治療用放射線の照射を指示する照射指示信号を出力するようになっている。

【0095】

ここで、図１３は、呼吸位相Ｐ_０（呼気相）およびＰ_５０（吸気相）の二領域で照射する場合のシグナルチャートの一例である。図１３に示すように、各呼吸位相Ｐ_０およびＰ_５０において、マーカが待ち伏せ領域に入っている間、各呼吸位相Ｐ_０およびＰ_５０に対応するゲート信号がオンに設定される。また、各呼吸位相Ｐ_０およびＰ_５０において、照射野が待ち伏せ照射領域に入っている間、各呼吸位相Ｐ_０およびＰ_５０に対応するポジション信号がオンに設定される。そして、各呼吸位相Ｐ_０およびＰ_５０において、ゲート信号およびポジション信号がいずれもオンの間のみ、照射指示信号がオンに設定されることとなる。

【0096】

言い換えると、ゲート信号およびポジション信号がいずれもオンとなる時間が無ければ、照射指示信号がオンに設定されることがない。そこで、本第２実施形態において、照射制御・モニタ装置１５は、各呼吸位相における照射時間が所定時間以下またはゼロになったとき、照射指示信号が最大となるように照射野の動きを調整する。

【0097】

具体的には、照射制御・モニタ装置１５は、ゲート信号がオンとなっている時間に対する照射指示信号がオンとなっている時間の割合が所定の設定値を下まわった場合に、ゲート信号のオンとポジション信号のオンとの重なりが最大となるようなズレ量を算出し、当該ズレ量に従って照射野の動きを調整するようになっている。すなわち、照射制御・モニタ装置１５は、図１３における照射野の動きを時間軸方向にずらして、照射指示信号がオンとなる時間を最大化させる。

【0098】

なお、本第２実施形態では、照射野の動きを調整することで上述したズレ量を調整しているが、この構成に限定されるものではない。例えば、呼吸位相評価部３５によって患者の呼吸位相を再評価し、図４（ａ）に示すマーカテーブルを更新してもよい。これにより、呼吸位相が最新の呼吸運動に基づいて再評価されるため、図１３におけるマーカの動きが時間軸方向に補正され、照射指示信号がオンとなる時間が増大することとなる。

【0099】

つぎに、本第２実施形態の放射線治療プログラム１ｂによって実行される放射線治療システム１Ｂ、ならびに放射線治療方法の作用について説明する。

【0100】

第１実施形態と同様、事前準備段階（ステップＳ１）および患者位置合わせ段階（ステップＳ２）の後、放射線治療段階（ステップＳ３）が行われる。具体的には、図１４に示すように、ステップＳ３１からステップＳ３３の処理によって呼吸位相が評価される。このとき、本第２実施形態では、呼吸位相評価部３５が、１つの呼吸周期において複数の呼吸位相ごとにマーカの三次元位置および移動時間を算出する。

【0101】

つぎに、ステップＳ４１において、制御信号送信部４０が、照射しようとする複数の呼吸位相ごとに、照射野制御信号をリアルタイム照射装置１８へ送信する。これにより、リアルタイム照射装置１８は、照射野制御信号によって指定された方向に照射野を設定し、当該照射野が待ち伏せ照射領域に入っている場合、適切に位置設定が完了したか否か示すポジション信号を照射制御・モニタ装置１５へ送信する。

【0102】

つづいて、ステップＳ３４において、治療用放射線照射判別部３８は、マーカが待ち伏せ領域に入っており、かつ、呼吸位相が待ち伏せ呼吸位相に入っている場合のみ（ステップＳ３４：ＹＥＳ）、ゲート信号をオンに設定する（ステップＳ３５）。つぎに、ステップＳ４２において、照射制御・モニタ装置１５が、ポジション信号をがオンになっているか否かを判別する。そして、ポジション信号がオンであれば（ステップＳ４２：ＹＥＳ）、照射指示信号をオンに設定する（ステップＳ３６）。これにより、１つの呼吸周期においても複数の呼吸位相で放射線が照射されるため、治療時間の増大が防止されるとともに、患者への負担が軽減される。

【0103】

ただし、ポジション信号がオンにならず、照射時間がゼロの場合（ステップＳ４２：ＮＯ）、または各呼吸位相における照射時間が所定時間以下の場合（ステップＳ４３：ＹＥＳ）、ステップＳ４４において、照射制御・モニタ装置１５が、照射指示信号の出力時間が最大となるように照射野の動きを時間軸方向に調整し、照射指示信号がオンとなる時間を最大化させる。これにより、自動的に適切な照射時間が担保される。

【0104】

以上のような本第２実施形態の放射線治療システム１Ｂおよび放射線治療プログラム１ｂによれば、上述した第１実施形態の作用効果に加えて、以下のような作用効果を奏する。
１．１つの呼吸周期において複数の呼吸位相で放射線を照射し、照射効率を向上することができる。
２．治療時間の増大を防止できるとともに、患者への負担を軽減することができる。
３．各呼吸位相における照射時間が短くなることを防止し、適切な照射時間を自動的に保持することができる。

【0105】

なお、本発明に係る放射線治療システムおよび放射線治療プログラムは、前述した各実施形態に限定されるものではなく、適宜変更することができる。

【0106】

例えば、上述した各実施形態の放射線治療システムにおいては、Ｘ線を用いて透視画像を取得しているが、超音波などＸ線以外の他の透視画像取得方法により透視画像を取得してもよい。また、各実施形態では、治療用放射線としてＸ線を使用しているが、Ｘ線以外の陽子線、重粒子線等を使用してもよい。

【符号の説明】

【0107】

１Ａ，１Ｂ 放射線治療システム
１ａ，１ｂ 放射線治療プログラム
２ 記憶手段
３ 演算処理手段
１１ 治療計画作成装置
１１ａ 治療計画データ記憶部
１２ 透視画像撮影装置
１２ａ Ｘ線発生器
１２ｂ Ｘ線検出器
１３ 患者ベッド駆動装置
１３ａ ベッド
１４ 治療用放射線ゲート制御装置
１５ 照射制御・モニタ装置
１６ 治療用放射線照射装置
１７ 放射線治療制御装置
１８ リアルタイム照射装置
２１ プログラム記憶部
２２ 計画データ記憶部
２３ 待ち伏せデータ記憶部
２４ テンプレート画像記憶部
２５ 変換行列記憶部
２６ マーカ位置記憶部
２７ 呼吸位相記憶部
３１ 計画データ取得部
３２ 待ち伏せデータ設定部
３３ 透視画像取得部
３４ マーカ位置算出部
３５ 呼吸位相評価部
３６ 位置合わせ用画像取得部
３７ 患者位置合わせ部
３８ 治療用放射線照射判別部
３９ ベースラインシフト検出部
４０ 制御信号送信部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】