特許 6259283 モデル生成装置、放射線治療装置制御装置およびモデル生成方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6259283

(24)【登録日】2017年12月15日

(45)【発行日】2018年1月10日

(54)【発明の名称】モデル生成装置、放射線治療装置制御装置およびモデル生成方法

(51)【国際特許分類】

   A61N 5/10 20060101AFI20171227BHJP

【ＦＩ】

   A61N5/10 P

   A61N5/10 M

   A61N5/10 Z

【請求項の数】10

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2013-270736(P2013-270736)

(22)【出願日】2013年12月27日

(65)【公開番号】特開2015-123268(P2015-123268A)

(43)【公開日】2015年7月6日

【審査請求日】2016年9月9日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005108

【氏名又は名称】株式会社日立製作所

(73)【特許権者】

【識別番号】504132272

【氏名又は名称】国立大学法人京都大学

(74)【代理人】

【識別番号】110001210

【氏名又は名称】特許業務法人ＹＫＩ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】▲高▼橋 邦夫

(72)【発明者】

【氏名】中村 光宏

(72)【発明者】

【氏名】秋元 麻未

(72)【発明者】

【氏名】椋本 宜学

(72)【発明者】

【氏名】金子 周史

(72)【発明者】

【氏名】平岡 真寛

【審査官】 伊藤 孝佑

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０１１−５００２６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１６１８３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２９７５５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１２−５３３３６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００４−５２９６６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１６０９４２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ａ６１Ｎ ５／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

周期的に移動する照射対象の動きの基準モデルを記憶する基準モデル記憶部と、
呼吸に同期して発生する信号である呼吸信号を取得する呼吸信号取得部と、
照射対象の位置を示す情報を取得する照射対象位置情報取得装置に、前記呼吸信号の位相にて示される所定のタイミングで、前記照射対象の位置を示す情報を取得させる位置情報取得制御部と、
前記基準モデルと、前記呼吸信号と、前記照射対象の位置を示す情報とに基づいて、前記呼吸信号と前記照射対象の位置との関係を示す照射対象位置モデルを生成するモデル生成部と、
を具備し、
前記基準モデル記憶部は、吸気時における前記基準モデルと、呼気時における前記基準モデルとを記憶し、
前記モデル生成部は、
前記照射対象位置情報取得装置が取得する前記照射対象の位置を示す情報に基づいて、吸気時における前記基準モデルと呼気時における前記基準モデルとを組み合わせて、前記照射対象の位置の履歴情報を生成する位置履歴情報生成部と、
前記照射対象の位置の履歴情報に基づいて、前記照射対象位置モデルのパラメータを設定するパラメータ設定部と、
を具備するモデル生成装置。

【請求項2】

前記位置情報取得制御部は、前記呼吸信号のピーク位置のタイミングで、前記照射対象位置情報取得装置に前記照射対象の位置を示す情報を取得させる、請求項１に記載のモデル生成装置。

【請求項3】

前記位置情報取得制御部は、前記呼吸信号のピーク位置のタイミングから予測する、前記照射対象のピーク位置のタイミングで、前記照射対象位置情報取得装置に前記照射対象の位置を示す情報を取得させる、請求項１に記載のモデル生成装置。

【請求項4】

周期的に移動する照射対象の動きの基準モデルを記憶する基準モデル記憶部と、
呼吸に同期して発生する信号である呼吸信号を取得する呼吸信号取得部と、
照射対象の位置を示す情報を取得する照射対象位置情報取得装置に、前記呼吸信号の位相にて示される所定のタイミングで、前記照射対象の位置を示す情報を取得させる位置情報取得制御部と、
前記基準モデルと、前記呼吸信号と、前記照射対象の位置を示す情報とに基づいて、前記呼吸信号と前記照射対象の位置との関係を示す照射対象位置モデルを生成するモデル生成部と、
を具備し、
前記位置情報取得制御部は、前記呼吸信号のピーク位置のタイミングから予測する、前記照射対象のピーク位置のタイミングで、前記照射対象位置情報取得装置に前記照射対象の位置を示す情報を取得させる、
モデル生成装置。

【請求項5】

前記位置情報取得制御部は、前記照射対象位置情報取得装置に前記照射対象の位置を示す情報を取得させてから所定時間、次の前記照射対象の位置を示す情報の取得を抑制する、請求項１から４のいずれか一項に記載のモデル生成装置。

【請求項6】

前記位置情報取得制御部は、前記呼吸信号のピーク位置のタイミングに応じた所定の時間範囲で、前記照射対象位置情報取得装置に前記照射対象の位置を示す情報を取得させる、請求項１に記載のモデル生成装置。

【請求項7】

周期的に移動する照射対象の動きの基準モデルを記憶する基準モデル記憶部と、
呼吸に同期して発生する信号である呼吸信号を取得する呼吸信号取得部と、
照射対象の位置を示す情報を取得する照射対象位置情報取得装置と、
前記呼吸信号の位相にて示される所定のタイミングで、前記照射対象位置情報取得装置に前記照射対象の位置を示す情報を取得させる位置情報取得制御部と、
前記基準モデルと、前記呼吸信号と、前記照射対象の位置を示す情報とに基づいて、前記呼吸信号と前記照射対象の位置との関係を示す照射対象位置モデルを生成するモデル生成部と、
を具備し、
前記基準モデル記憶部は、吸気時における前記基準モデルと、呼気時における前記基準モデルとを記憶し、
前記モデル生成部は、
前記照射対象位置情報取得装置が取得する前記照射対象の位置を示す情報に基づいて、吸気時における前記基準モデルと呼気時における前記基準モデルとを組み合わせて、前記照射対象の位置の履歴情報を生成する位置履歴情報生成部と、
前記照射対象の位置の履歴情報に基づいて、前記照射対象位置モデルのパラメータを設定するパラメータ設定部と、
を具備する放射線治療装置制御装置。

【請求項8】

呼吸に同期して発生する信号である呼吸信号を取得する呼吸信号取得ステップと、
前記呼吸信号の位相にて示される所定のタイミングで、照射対象の位置を示す情報を取得する位置情報取得ステップと、
周期的に移動する照射対象の動きの基準モデルと、前記呼吸信号と、前記照射対象の位置を示す情報とに基づいて、前記呼吸信号と前記照射対象の位置との関係を示す照射対象位置モデルを生成するモデル生成ステップと、
を有し、
前記モデル生成ステップは、
前記照射対象の位置を示す情報に基づいて、吸気時における前記基準モデルと呼気時における前記基準モデルとを組み合わせて、前記照射対象の位置の履歴情報を生成するステップと、
前記照射対象の位置の履歴情報に基づいて、前記照射対象位置モデルのパラメータを設定するステップと、
を有するモデル生成方法。

【請求項9】

周期的に移動する照射対象の動きの基準モデルを記憶する基準モデル記憶部と、
呼吸に同期して発生する信号である呼吸信号を取得する呼吸信号取得部と、
照射対象の位置を示す情報を取得する照射対象位置情報取得装置と、
前記呼吸信号の位相にて示される所定のタイミングで、前記照射対象位置情報取得装置に前記照射対象の位置を示す情報を取得させる位置情報取得制御部と、
前記基準モデルと、前記呼吸信号と、前記照射対象の位置を示す情報とに基づいて、前記呼吸信号と前記照射対象の位置との関係を示す照射対象位置モデルを生成するモデル生成部と、
を具備し、
前記位置情報取得制御部は、前記呼吸信号のピーク位置のタイミングから予測する、前記照射対象のピーク位置のタイミングで、前記照射対象位置情報取得装置に前記照射対象の位置を示す情報を取得させる、
放射線治療装置制御装置。

【請求項10】

呼吸に同期して発生する信号である呼吸信号を取得する呼吸信号取得ステップと、
前記呼吸信号の位相にて示される所定のタイミングで、照射対象の位置を示す情報を取得する位置情報取得ステップと、
周期的に移動する照射対象の動きの基準モデルと、前記呼吸信号と、前記照射対象の位置を示す情報とに基づいて、前記呼吸信号と前記照射対象の位置との関係を示す照射対象位置モデルを生成するモデル生成ステップと、
を有し、
前記位置情報取得ステップにおいて、前記呼吸信号のピーク位置のタイミングから予測する、前記照射対象のピーク位置のタイミングで、前記照射対象の位置を示す情報を取得する、
モデル生成方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、モデル生成装置、放射線治療装置制御装置およびモデル生成方法に関する。

【背景技術】

【0002】

放射線治療では、腫瘍等の放射線照射対象に放射線を照射することに加えて、正常部位の被ばく量を低く抑えることが望まれ、関連する幾つかの技術が提案されている。
例えば、特許文献１に記載の方法は、患部が測定時刻ｔ０〜ｔｎに配置される患部位置７１−０〜７１−ｎに基づいて予測経路７３を算出するステップと、予測経路７３に基づいて制御経路７５を算出するステップと、制御経路７５に放射線照射装置が向くように、その放射線照射装置を駆動する駆動装置を制御するステップと、その放射線照射装置が向く位置と予測経路７３との差が所定誤差範囲内であるときにのみ、治療用放射線が曝射されるように、その放射線照射装置を制御するステップとを備えている。このような動作によれば、その患部にその治療用放射線が曝射される期間がより長くなるように、その放射線照射装置をより高精度に駆動することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１１−１６０９４２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

放射線治療において、治療用放射線の照射時以外に、照射対象の位置を把握するためにＸ線を用いて透視画像を撮像する際も、正常部位が被ばくする。特に、動体追尾照射において、赤外線マーカなどによる呼吸信号と照射対象の位置との関係を示すモデルを構築するために、短い時間間隔で照射対象の透視画像の撮像を繰り返すと、正常部位の被ばく量が増える。一方、正常部位の被ばく量を低減させるために透視画像の撮像間隔を長くするなど透視画像の撮像回数を減少させる場合、得られる透視画像の数の減少によってモデルの精度が低下すると、治療用放射線照射時に正常部位の被ばく量が増える可能性がある。

【0005】

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、放射線治療のために照射対象の位置を示すモデルを生成する際、透視画像の撮像など照射対象の位置情報の取得回数を低減し、かつ、より高い精度のモデルを生成できるようにすることにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の第１の態様によれば、モデル生成装置は、周期的に移動する照射対象の動きの基準モデルを記憶する基準モデル記憶部と、呼吸に同期して発生する信号である呼吸信号を取得する呼吸信号取得部と、照射対象の位置を示す情報を取得する照射対象位置情報取得装置に、前記呼吸信号の位相にて示される所定のタイミングで、前記照射対象の位置を示す情報を取得させる位置情報取得制御部と、前記基準モデルと、前記呼吸信号と、前記照射対象の位置を示す情報とに基づいて、前記呼吸信号と前記照射対象の位置との関係を示す照射対象位置モデルを生成するモデル生成部と、を具備する。

【0007】

前記基準モデル記憶部は、吸気時における前記基準モデルと、呼気時における前記基準モデルとを記憶し、前記モデル生成部は、前記照射対象位置情報取得装置が取得する前記照射対象の位置を示す情報に基づいて、吸気時における前記基準モデルと呼気時における前記基準モデルとを組み合わせて、前記照射対象の位置の履歴情報を生成する位置履歴情報生成部と、前記照射対象の位置の履歴情報に基づいて、前記照射対象位置モデルのパラメータを設定するパラメータ設定部と、を具備するようにしてもよい。

【0008】

前記位置情報取得制御部は、前記呼吸信号のピーク位置のタイミングで、前記照射対象位置情報取得装置に前記照射対象の位置を示す情報を取得させるようにしてもよい。

【0009】

前記位置情報取得制御部は、前記呼吸信号のピーク位置のタイミングから予測する、前記照射対象のピーク位置のタイミングで、前記照射対象位置情報取得装置に前記照射対象の位置を示す情報を取得させるようにしてもよい。

【0010】

前記位置情報取得制御部は、前記照射対象位置情報取得装置に前記照射対象の位置を示す情報を取得させてから所定時間、次の前記照射対象の位置を示す情報の取得を抑制するようにしてもよい。

【0011】

前記位置情報取得制御部は、前記呼吸信号のピーク位置のタイミングに応じた所定の時間範囲で、前記照射対象位置情報取得装置に前記照射対象の位置を示す情報を取得させるようにしてもよい。

【0012】

また、本発明の第２の態様によれば、放射線治療装置制御装置は、周期的に移動する照射対象の動きの基準モデルを記憶する基準モデル記憶部と、呼吸に同期して発生する信号である呼吸信号を取得する呼吸信号取得部と、照射対象の位置を示す情報を取得する照射対象位置情報取得装置と、前記呼吸信号の位相にて示される所定のタイミングで、前記照射対象位置情報取得装置に前記照射対象の位置を示す情報を取得させる位置情報取得制御部と、前記基準モデルと、前記呼吸信号と、前記照射対象の位置を示す情報とに基づいて、前記呼吸信号と前記照射対象の位置との関係を示す照射対象位置モデルを生成するモデル生成部と、前記モデル生成部が生成する前記照射対象位置モデルに基づいて、放射線照射装置の放射線照射を制御する照射制御部と、を具備する。

【0013】

また、本発明の第３の態様によれば、モデル生成方法は、呼吸に同期して発生する信号である呼吸信号を取得する呼吸信号取得ステップと、前記呼吸信号の位相にて示される所定のタイミングで、前記照射対象の位置を示す情報を取得する位置情報取得ステップと、周期的に移動する照射対象の動きの基準モデルと、前記呼吸信号と、前記照射対象の位置を示す情報とに基づいて、前記呼吸信号と前記照射対象の位置との関係を示す照射対象位置モデルを生成するモデル生成ステップと、を有する。

【発明の効果】

【0014】

上記したモデル生成装置、放射線治療装置制御装置およびモデル生成方法によれば、放射線治療のために照射対象の位置を示すモデルを生成する際、透視画像の撮像など照射対象の位置情報の取得回数を低減し、かつ、より高い精度のモデルを生成することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の一実施形態における放射線治療システムの機能構成を示す概略ブロック図である。

【図2】同実施形態における放射線治療装置の装置構成を示す概略構成図である。

【図3】同実施形態における赤外線カメラが撮像する赤外線マーカの配置例を示す説明図である。

【図4】同実施形態における放射線治療装置制御装置の機能構成を示す概略ブロック図である。

【図5】同実施形態における基準モデル記憶部が記憶する基準モデルの例を示す説明図である。

【図6】同実施形態における照射対象の取得例を示す説明図である。

【図7】同実施形態における位置履歴情報生成部が取得する照射対象の位置の履歴情報の例を示す説明図である。

【図8】同実施形態における放射線治療システムを用いて、同一の患者に対して複数回の追尾照射を実施する際の治療の流れの例を示す説明図である。

【図9】同実施形態における放射線治療装置制御装置が、基準モデルを用いて照射対象位置モデルを取得する処理手順を示すフローチャートである。

【図10】同実施形態における放射線治療装置制御装置が行う処理手順で得られた照射対象位置モデルを用いた、照射対象の位置の予測例を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明の実施形態を説明するが、以下の実施形態は請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
図１は、本発明の一実施形態における放射線治療システムの機能構成を示す概略ブロック図である。同図において、放射線治療システム１は、治療計画装置１１と、放射線治療装置制御装置１２と、放射線治療装置１３とを具備する。

【0017】

放射線治療システム１は、放射線治療を行うためのシステムである。具体的には、放射線治療システム１は、放射線（治療用放射線）を照射する。放射線治療システム１が照射する治療用放射線は、Ｘ線などの電磁波であってもよいし、重粒子線または陽子線などの粒子線であってもよい。
特に、放射線治療システム１は、追尾照射によって放射線照射を行う。ここでいう追尾照射とは、呼吸などにより移動する照射対象の位置情報をリアルタイムに取得し、照射対象に放射線を連続照射するように放射線治療装置を制御する方法である。また、ここでいう照射対象は、腫瘍など、患者の体内において治療用放射線照射のターゲットとなる部分である。

【0018】

治療計画装置１１は、放射線治療システム１が治療用放射線を照射するための治療計画を生成する。ここでいう治療計画は、放射線治療装置制御装置１２が放射線治療装置１３に対して行う制御の内容を示す情報である。具体的には、放射線治療システム１が生成する治療計画は、どのように放射線治療装置１３を動作させて治療用放射線の照射を行わせるかの計画を示す。

【0019】

放射線治療装置制御装置１２は、治療計画装置１１が生成する治療計画に従って放射線治療装置１３を制御し、追尾照射による治療用放射線の照射を行わせる。放射線治療装置制御装置１２は、例えばコンピュータを含んで構成される。特に、放射線治療装置制御装置１２は、呼吸信号と放射線の照射対象の位置との関係を示すモデルを生成し、当該モデルを用いて照射対象の位置を検出して、放射線治療装置の制御を行う。
放射線治療装置１３は、放射線治療装置制御装置１２の制御に従って、治療用放射線の照射を実行する。

【0020】

図２は、放射線治療装置１３の装置構成を示す概略構成図である。同図において、放射線治療装置１３は、旋回駆動装置３１１と、Ｏリング３１２と、走行ガントリ３１３と、首振り機構（ジンバル（Gimbal）機構）３２１と、照射部３３０と、センサアレイ３５１、３６１および３６２と、カウチ３８１とを具備する。照射部３３０は、放射線照射装置３３１と、マルチリーフコリメータ（Multi Leaf Collimator；ＭＬＣ）３３２と、撮像用放射線源３４１および３４２と、赤外線（Infrared；ＩＲ）カメラ３９１とを具備する。

【0021】

旋回駆動装置３１１は、回転軸Ａ１１を中心に回転可能にＯリング３１２を土台に支持し、放射線治療装置制御装置１２の制御に従ってＯリング３１２を回転させる。回転軸Ａ１１は、鉛直方向の軸である。
Ｏリング３１２は、回転軸Ａ１２を中心とするリング状に形成され、回転軸Ａ１２を中心に回転可能に走行ガントリ３１３を支持している。回転軸Ａ１２は、カウチ３８１の長手方向の軸である。また、回転軸Ａ１２は、水平方向の軸（すなわち、鉛直方向に直角な軸）であり、アイソセンタＰ１１にて回転軸Ａ１１と直交する。回転軸Ａ１２は、Ｏリング３１２に対して固定されている。すなわち、回転軸Ａ１２は、Ｏリング３１２の回転に伴って回転軸Ａ１１を中心に回転する。

【0022】

走行ガントリ３１３は、回転軸Ａ１２を中心とするリング状に形成され、Ｏリング３１２の内側にＯリング３１２と同心円になるように配置されている。放射線治療装置１３は、さらに、図示されていない走行駆動装置を備えており、走行ガントリ３１３は、走行駆動装置からの動力にて回転軸Ａ１２を中心に回転する。
走行ガントリ３１３は、自らが回転することで、撮像用放射線源３４１およびセンサアレイ３６１や撮像用放射線源３４２およびセンサアレイ３６２など、走行ガントリ３１３に設置されている各部を一体的に回転させる。

【0023】

首振り機構３２１は、走行ガントリ３１３のリングの内側に固定され、照射部３３０を走行ガントリ３１３に支持している。首振り機構３２１は、照射部３３０を向き変更可能に支持しており、放射線治療装置制御装置１２の制御に従って照射部３３０の向きを変化させる。具体的には、首振り機構３２１は、回転軸Ａ１２に平行なパン軸Ａ２１を中心に照射部３３０を回転させる。また、首振り機構３２１は、パン軸Ａ２１に直交するチルト軸Ａ２２を中心に照射部３３０を回転させる。

【0024】

照射部３３０は、走行ガントリ３１３の内側に、首振り機構３２１に支持されて配置されており、治療用放射線や撮像用放射線を照射する。
放射線照射装置３３１は、放射線治療装置制御装置１２の制御に従って、患者Ｔ１１の患部へ向けて治療用放射線を照射する。
マルチリーフコリメータ３３２は、放射線治療装置制御装置１２の制御に従ってリーフの開閉を行うことで、治療用放射線の一部または全部を遮蔽する。これにより、マルチリーフコリメータ３３２は、治療用放射線が患者Ｔ１１に照射される際の照射野を調整する。

【0025】

撮像用放射線源３４１は、放射線治療装置制御装置１２の制御に従って、センサアレイ３６１へ向けて撮像用放射線（Ｘ線）を照射する。撮像用放射線源３４２は、放射線治療装置制御装置１２の制御に従って、センサアレイ３６２へ向けて撮像用放射線を照射する。撮像用放射線源３４１と３４２とは、照射する放射線が直交する向きで照射部３３０（例えばマルチリーフコリメータ３３２の筐体）に固定されている。

【0026】

センサアレイ３５１は、放射線照射装置３３１からの治療用放射線が当たる位置に、放射線照射装置３３１の方を向いて配置されて、走行ガントリ３１３のリングの内側に固定されている。センサアレイ３５１は、患者Ｔ１１等を透過した治療用放射線を、照射位置の確認や治療の記録用に受光する。なお、ここでいう受光とは、放射線を受けることである。

【0027】

センサアレイ３６１は、撮像用放射線源３４１からの撮像用放射線が当たる位置に、撮像用放射線源３４１の方を向いて配置されて、走行ガントリ３１３のリングの内側に固定されている。センサアレイ３６１は、撮像用放射線源３４１から照射されて患者Ｔ１１等を透過した撮像用放射線を、患部位置特定用に受光する。
センサアレイ３６１が、撮像用放射線源３４１からの撮像用放射線を受光することで、放射線画像が得られる。

【0028】

センサアレイ３６２は、撮像用放射線源３４２からの撮像用放射線が当たる位置に、撮像用放射線源３４２の方を向いて配置されて、走行ガントリ３１３のリングの内側に固定されている。センサアレイ３６２は、撮像用放射線源３４２から照射されて患者Ｔ１１等を透過した撮像用放射線を、患部位置特定用に受光する。
センサアレイ３６２が、撮像用放射線源３４２からの撮像用放射線を受光することで、放射線画像が得られる。特に、撮像用放射線源３４２とセンサアレイ３６２との組み合わせにより、撮像用放射線源３４１とセンサアレイ３６１との組み合わせとは異なる方向からの放射線画像が得られる。

【0029】

撮像用放射線源３４１とセンサアレイ３６１との組み合わせや、撮像用放射線源３４２とセンサアレイ３６２との組み合わせにより、動体追尾照射のためのモデルを生成する際、照射対象の位置を示す情報が得られる。具体的には、撮像用放射線源３４１とセンサアレイ３６１との組み合わせや、撮像用放射線源３４２とセンサアレイ３６２との組み合わせにて照射対象の透視画像を撮像することで、照射対象の三次元の位置情報が得られる。撮像用放射線源３４１とセンサアレイ３６１との組み合わせ、および、撮像用放射線源３４２とセンサアレイ３６２との組み合わせは、照射対象位置情報取得装置の一例に該当する。

【0030】

但し、照射対象位置情報取得装置の構成は、撮像用放射線源３４１とセンサアレイ３６１との組み合わせ、および、撮像用放射線源３４２とセンサアレイ３６２との組み合わせに限らず、照射対象の位置情報を取得可能な様々な構成とすることができる。例えば、照射対象位置情報取得装置として、位置情報を出力する測位装置を、照射対象の近傍に埋め込むようにしてもよい。

【0031】

カウチ３８１は、患者Ｔ１１が横臥することに利用されて当該患者Ｔ１１を支持する。カウチ３８１は、長手方向が回転軸Ａ１２の方向を向くように設置されている。そして、カウチ３８１は、長手方向を回転軸Ａ１２の方向に向けたまま様々な方向に移動可能である。

【0032】

赤外線（infrared；ＩＲ）カメラ３９１は、赤外線を受光して赤外線画像を撮像する。特に、赤外線カメラ３９１は、カウチ３８１に横臥する患者Ｔ１１に向けて設置される。そして、赤外線カメラ３９１は、患者Ｔ１１の患部付近の体表面に設けられた赤外線マーカを撮像して、当該赤外線マーカの位置情報をリアルタイムで取得する。特に、赤外線カメラ３９１は、時刻情報と対応付けて、当該時刻における赤外線マーカの位置情報を取得する。

【0033】

図３は、赤外線カメラ３９１が撮像する赤外線マーカの配置例を示す説明図である。同図の例では、患者Ｔ１１の腹部表面に赤外線マーカＭ１１が設けられている。赤外線マーカＭ１１は、患者Ｔ１１の呼吸に同期して周期的に動いており、赤外線カメラ３９１が赤外線マーカＭ１１を撮像して得られる位置情報は、呼吸に同期して発生する信号である呼吸信号の一例に該当する。

【0034】

治療用放射線の照射時には、赤外線カメラ３９１が赤外線マーカＭ１１を撮像して得られる呼吸信号に基づいて、放射線治療装置制御装置１２がリアルタイムで照射対象の位置を算出し、治療用放射線が照射対象に向けて照射されるように首振り機構３２１を制御する。

【0035】

また、呼吸信号と照射対象の位置との関係を示すモデルを生成する際は、赤外線カメラ３９１が赤外線マーカＭ１１を撮像し、撮像用放射線源３４１とセンサアレイ３６１との組み合わせ、および、撮像用放射線源３４２とセンサアレイ３６２との組み合わせにて対象部位の位置情報を取得する。これにより、呼吸信号と照射対象の位置との関係が示され、モデルの生成が可能になる。

【0036】

図４は、放射線治療装置制御装置１２の機能構成を示す概略ブロック図である。同図において、放射線治療装置制御装置１２は、通信部２１０と、記憶部２２０と、処理部２３０とを具備する。記憶部２２０は、基準モデル記憶部２２１と、テンプレート記憶部２２２とを具備する。処理部２３０は、位置情報取得制御部２３１と、モデル生成部２３２とを具備する。モデル生成部２３２は、位置履歴情報生成部２３３と、パラメータ設定部２３４とを具備する。

【0037】

通信部２１０は、治療計画装置１１（図１）や放射線治療装置１３と通信を行う。特に、通信部２１０は、治療計画装置１１から治療計画を取得する。また、通信部２１０は、放射線治療装置１３から、赤外線カメラ３９１が赤外線マーカＭ１１を撮像して得られる呼吸信号や、撮像用放射線源３４１とセンサアレイ３６１との組み合わせ、および、撮像用放射線源３４２とセンサアレイ３６２との組み合わせにて撮像する照射対象の透視画像を取得する。
通信部２１０は、呼吸信号取得部の一例に該当する。

【0038】

記憶部２２０は、放射線治療装置制御装置１２の具備する記憶デバイスを用いて構成され、各種情報を記憶する。
基準モデル記憶部２２１は、周期的に移動する照射対象の動きの基準モデルを記憶する。基準モデル記憶部２２１が記憶する基準モデルは、照射対象の透視画像から得られる照射対象の位置情報を時間方向に補間するために用いられる。当該補間により、照射対象の撮像頻度を減らして正常部位の被ばく量を低減させることができ、かつ、モデル生成部２３２は、照射対象位置モデルを、より高精度に生成することができる。ここでいう照射対象位置モデルは、呼吸信号と照射対象の位置との関係を示すモデルである。

【0039】

図５は、基準モデル記憶部２２１が記憶する基準モデルの例を示す説明図である。同図のグラフの横軸は時刻を示し、縦軸は振幅を示す。
基準モデル記憶部２２１は、呼吸の１周期分の基準モデルを、吸気時における基準とモデルと呼気時における基準モデルとに分けて記憶している。これにより、容易に、吸気時と呼気時とで異なる倍率で基準モデルを拡大または縮小でき、周期毎に振幅が異なる場合に容易に対応し得る。

【0040】

基準モデルは、照射対象の位置の測定値から、１周期分を抽出することで得られる。
図６は、照射対象の取得例を示す説明図である。同図のグラフの横軸は時刻を示し、縦軸は振幅を示す。
同図において、呼吸信号を示す上側のグラフと、照射対象の位置を示す下側のグラフとが、時刻を揃えて示されている。線Ｌ２１１は、呼吸信号を示す。線Ｌ２２１は、照射対象の左右方向の動きを示す。線Ｌ２２２は、照射対象の背腹方向の動きを示す。線Ｌ２２３は、照射対象の頭尾方向の動きを示す。

【0041】

基準モデルの取得は、放射線治療装置制御装置１２が自動で行うようにしてもよいし、人手で行うようにしてもよい。
まず、呼吸信号のピーク位置（極大の位置または極小の位置）を検出する。通常、人間の呼吸は平均４秒程度であるため、例えば、４秒幅で呼吸信号が最大となる位置または最小となる位置を検出する。図６の例では、呼吸信号が極小となる点Ｐ２１〜Ｐ２９が抽出されている。

【0042】

次に、検出したピーク位置間の各々について周期を求める。図６の例では、点Ｐ２１から点Ｐ２２までの時間、点Ｐ２２から点Ｐ２３までの時間、点Ｐ２３から点Ｐ２４までの時間、・・・をそれぞれ算出する。
そして、得られた周期のうち中央値となる周期の区間を選択する。その際、２秒以下や１０秒以上など、極端に短い周期や極端に長い周期を除外するようにしてもよい。
図６の例では、点Ｐ２４からＰ２５までの周期が中央値となっており、時間Ｔ２１の区間が選択されている。
線Ｌ２２１〜Ｌ２２３の各々について、時間Ｔ２１の区間で得られる波形を吸気と呼気とに分けて、基準モデルとする。

【0043】

なお、周期の中央値を取るのは、標準的なデータを得るためである。中央値を取る方法に限らず、複数の波形の平均を取る方法や、基準モデルとして何パターン化の波形を予め用意しておき、パターンマッチにて測定値に最もマッチするパターンを選択する方法等を用いるようにしてもよい。

【0044】

図４に戻って、テンプレート記憶部２２２は、照射対象位置モデルのテンプレートを記憶する。テンプレート記憶部２２２が記憶するテンプレートのパラメータを設定することで、赤外線マーカＭ１１の位置や変化量（速度および加速度）を入力として、照射対象の位置を出力する照射対象位置モデルが得られる。

【0045】

処理部２３０は、放射線治療装置制御装置１２の各部を制御して各種機能を実行する。処理部２３０は、例えば、放射線治療装置制御装置１２の具備するＣＰＵ（Central Processing Unit、中央処理装置）が記憶部２２０からプログラムを読み出して実行することで構成される。
位置情報取得制御部２３１は、撮像用放射線源３４１とセンサアレイ３６１との組み合わせ、および、撮像用放射線源３４２とセンサアレイ３６２との組み合わせによる照射対象の透視画像の撮像タイミングを制御する。具体的には、位置情報取得制御部２３１は、赤外線カメラ３９１が撮像する赤外線マーカＭ１１の位置がピーク（最も高い位置および最も低い位置）となるタイミングで、撮像を行わせる。このように、位置情報取得制御部２３１は、照射対象の位置を示す情報を取得する照射対象位置情報取得装置に、呼吸信号の位相にて示される所定のタイミングで、照射対象の位置を示す情報を取得させる。
照射対象の位置のピークを赤外線マーカＭ１１の位置のピークで近似することで、位置情報取得制御部２３１は、照射対象の位置を求めるために複雑な演算を行う必要がない。この点で、位置情報取得制御部２３１の負荷を比較的低くすることができる。

【0046】

モデル生成部２３２は、基準モデルと、呼吸信号と、照射対象の位置を示す情報とに基づいて、呼吸信号と前記照射対象の位置との関係を示す照射対象位置モデルを生成する。
具体的には、まず、位置履歴情報生成部２３３が、通信部２１０が取得する照射対象の位置を示す情報に基づいて、吸気時における基準モデルと呼気時における基準モデルとを組み合わせて、照射対象の位置の履歴情報を生成する。
そして、パラメータ設定部２３４は、位置履歴情報生成部２３３が生成した照射対象の位置の履歴情報に整合するように、テンプレート記憶部２２２が記憶している照射対象位置モデルのテンプレートのパラメータを設定する。

【0047】

図７は、位置履歴情報生成部２３３が取得する照射対象の位置の履歴情報の例を示す説明図である。同図のグラフの横軸は時刻を示し、縦軸は振幅を示す。また、点Ｐ１１〜Ｐ１７は、それぞれ、撮像用放射線源３４１とセンサアレイ３６１との組み合わせ、および、撮像用放射線源３４２とセンサアレイ３６２との組み合わせが照射対象を撮像して得られた、照射対象の位置を示す。位置履歴情報生成部２３３は、各点間を基準モデルで補間することで、照射対象の位置の履歴情報を取得する。

【0048】

その際、図５を参照して説明したように、位置履歴情報生成部２３３は、１周期が吸気と呼気とに分割されている基準モデルを用いる。図７の例において、位置履歴情報生成部２３３は、点Ｐ３１とＰ３２との間を図５の吸気の基準モデルで補間する。また、点Ｐ３２とＰ３３との間を図５の呼気の基準モデルで補間する。

【0049】

基準モデルが吸気と呼気とに分かれていることで、吸気と呼気とを異なる倍率で拡大または縮小することができ、振幅や周期のばらつきに容易に対応し得る。例えば、図７の例において、点Ｐ３２から点Ｐ３３までの振幅よりも、点Ｐ３３から点Ｐ３４までの振幅のほうが大きい。そこで、位置履歴情報生成部２３３は、点Ｐ３３から点Ｐ３４までの区間を吸気の基準モデルで補間する際、点Ｐ３２からＰ３３までの区間の場合よりも振幅が大きくなるように基準モデルを伸縮させて用いる。

【0050】

次に、図８を参照して、放射線治療システム１における放射線治療の流れについて説明する。
図８は、放射線治療システム１を用いて、同一の患者に対して複数回の追尾照射を実施する際の治療の流れの例を示す説明図である。同図の例において、放射線の照射精度を高めるため、追尾照射を行う前に照射対象位置モデル（呼吸信号から照射対象の位置を得るためのモデル）を毎回生成している。

【0051】

初回の追尾照射（ステップＳ１０２）のための、初回の照射対象位置モデルの生成（ステップＳ１０１）では、未だ基準モデルが得られていない。この場合は、例えば８０ミリ秒（ｍｓｅｃ）毎など短い時間間隔で照射対象の透視画像を撮像して、照射対象の位置情報の履歴を詳細に得る。ステップＳ１０１で詳細なデータを得ることで、図６を参照して説明したように、基準モデルを得られる。

【0052】

２回目の追尾照射（ステップＳ１０４）のための、２回目の照射対象位置モデルの生成（ステップＳ１０３）では、基準モデルが得られていることから、図７を参照して説明したように照射対象の位置のピークが得られれば、基準モデルを用いて補間することができる。従って、照射対象の位置がピークとなるタイミングでのみ照射対象の透視画像を撮像すればよく、撮像回数を大幅に減らすことができる。これにより、正常部位の被ばくを低減させ、かつ、照射対象位置モデルを精度よく得ることができる。
同様に、３回目以降の照射対象位置モデルの生成（ステップＳ１０５、・・・）でも、正常部位の被ばくを低減させ、かつ、照射対象位置モデルを精度よく得ることができる。

【0053】

次に図９を参照して、放射線治療装置制御装置１２の動作について説明する。
図９は、放射線治療装置制御装置１２が、基準モデルを用いて照射対象位置モデルを取得する処理手順を示すフローチャートである。
同図の処理において、通信部２１０は、赤外線カメラ３９１から呼吸信号を取得する（ステップＳ２０１）。そして、位置情報取得制御部２３１は、呼吸信号がピークとなるタイミングか否かを判定する（ステップＳ２０２）。呼吸信号がピークとなるタイミングではないと判定した場合（ステップＳ２０２：ＮＯ）、ステップＳ２０１へ戻る。

【0054】

一方、呼吸信号がピークとなるタイミングであると判定した場合（ステップＳ２０２：ＹＥＳ）、位置情報取得制御部２３１は、撮像用放射線源３４１とセンサアレイ３６１との組み合わせ、および、撮像用放射線源３４２とセンサアレイ３６２との組み合わせに撮像を指示し、照射対象の位置情報を取得する（ステップＳ２０３）。

【0055】

そして、位置情報取得制御部２３１は、所定量のデータ（照射対象位置モデルを精度よく生成することのできる量のデータ）を得られたか否かを判定する（ステップＳ２０４）。所定量のデータを得られていないと判定した場合（ステップＳ２０４：ＮＯ）、ステップＳ２０１へ戻る。
一方、所定量のデータを得られたと判定した場合（ステップＳ２０４：ＹＥＳ）、位置履歴情報生成部２３３が、ステップＳ２０３で得られた照射対象の位置情報を基準モデルで補間して、照射対象の位置の履歴情報を生成する（ステップＳ２０５）。そして、パラメータ設定部２３４が、テンプレート記憶部２２２の記憶している照射対象位置モデルのテンプレートのパラメータを、ステップＳ２０５で得られた照射対象の位置の履歴情報に整合するように設定することで、照射対象位置モデルを取得する（ステップＳ２０６）。
ステップＳ２０６の後、図９の処理を終了する。その後、得られた照射対象位置モデルを用いて追尾照射を行うことができる。

【0056】

次に、図１０を参照して、放射線治療装置制御装置１２が生成する照射対象位置モデルの使用例について説明する。
図１０は、放射線治療装置制御装置１２が行う処理手順で得られた照射対象位置モデルを用いた、照射対象の位置の予測例を示す説明図である。同図のグラフの横軸は時刻を示し、縦軸は振幅を示す。

【0057】

図１０において、照射対象の位置の実際値を示す上側のグラフと、上述した処理手順で得られた照射対象位置モデルを用いて算出された照射対象の位置の予測値（計算値）を示す下側のグラフとが、時刻を揃えて示されている。線Ｌ４１１は、照射対象の左右方向の動きの実際値を示す。線Ｌ４１２は、照射対象の背腹方向の動きの実際値を示す。線Ｌ４１３は、照射対象の頭尾方向の動きの実際値を示す。一方、線Ｌ４２１は、照射対象の左右方向の動きの予測値を示す。線Ｌ４２２は、照射対象の背腹方向の動きの予測値を示す。線Ｌ４２３は、照射対象の頭尾方向の動きの予測値を示す。
図１０に示すように、実際値と予測値とで、波形、振幅、周期のいずれも類似しており、照射対象位置モデルを精度よく得ることができた。

【0058】

以上のように、基準モデル記憶部２２１は、周期的に移動する照射対象の動きの基準モデルを記憶する。また、通信部２１０は、呼吸に同期して発生する信号である呼吸信号を赤外線カメラ３９１から取得する。また、位置情報取得制御部２３１は、照射対象の位置を示す情報を取得する照射対象位置情報取得装置（撮像用放射線源３４１とセンサアレイ３６１との組み合わせ、および、撮像用放射線源３４２とセンサアレイ３６２との組み合わせ）に、呼吸信号ピークのタイミングで、照射対象の位置を示す情報を取得させる。そして、モデル生成部２３２は、基準モデルと、呼吸信号と、照射対象の位置を示す情報とに基づいて、呼吸信号と照射対象の位置との関係を示す照射対象位置モデルを生成する。
モデル生成部２３２が、照射対象の位置情報を、基準モデルを用いて補間することで、照射対象の位置情報の取得回数を低減し、かつ、より精度の高い照射対象位置モデルを生成することができる。これにより、正常部位の透視画像の撮像回数を減らして、正常部位の被ばく量を低減させることができる。また、照射対象位置情報取得装置の負荷を低減させることができる。

【0059】

なお、放射線治療装置制御装置１２は、基準モデル記憶部２２１と、通信部２１０と、位置情報取得制御部２３１と、モデル生成部２３２とを具備しており、モデル生成装置の一例に該当する。
但し、モデル生成装置は、放射線治療装置制御装置１２の一部として構成される態様に限らず、単体の装置として構成される、あるいは、ＣＴ（Computed Tomography）装置の一部として構成されるなど、様々な態様で構成可能である。

【0060】

また、基準モデル記憶部２２１は、吸気時における基準モデルと、呼気時における基準モデルとを記憶する。そして、位置履歴情報生成部２３３は、通信部２１０が取得する照射対象の位置を示す情報（照射対象の透視画像）に基づいて、吸気時における基準モデルと呼気時における基準モデルとを組み合わせて、照射対象の位置の履歴情報を生成する。そして、パラメータ設定部２３４は、照射対象の位置の履歴情報に基づいて、照射対象位置モデルのパラメータを設定する。
このように、位置履歴情報生成部２３３が、呼気時と吸気時とに分割された基準モデルを用いることで、呼気と吸気とを異なる倍率で拡大・縮小することができる。これにより、位置履歴情報生成部２３３は、照射対象の位置情報における振幅や周期にばらつきがある場合でも容易に照射対象の位置の履歴情報を生成できる。

【0061】

なお、以上では、位置情報取得制御部２３１が、呼吸信号のピーク位置のタイミングで、照射対象位置情報取得装置（撮像用放射線源３４１とセンサアレイ３６１との組み合わせ、および、撮像用放射線源３４２とセンサアレイ３６２との組み合わせ）に照射対象の位置を示す情報を取得させる場合を例に説明した。この場合、位置情報取得制御部２３１は、呼吸信号のピーク位置を検出するという比較的簡単な処理で、照射対象の位置を示す情報を取得するタイミングを検出することができる。この点において、位置情報取得制御部２３１の負荷の増加を回避することができる。

【0062】

一方、位置情報取得制御部２３１が、照射対象の位置を示す情報を取得するタイミングを検出する方法は、呼吸信号のピーク位置のタイミングを検出する方法に限らない。例えば、位置情報取得制御部２３１が、呼吸信号のピーク位置のタイミングから予測する、照射対象のピーク位置のタイミングで、照射対象位置情報取得装置に照射対象の位置を示す情報を取得させるようにしてもよい。例えば、位置情報取得制御部２３１は、呼吸信号のピーク位置のタイミングと、照射対象のピーク位置のタイミングとのオフセットを予め記憶しておき、呼吸信号のピーク位置のタイミングからオフセット分を増減したタイミングで、照射対象位置情報取得装置に照射対象の位置を示す情報を取得させる。
これにより、放射線治療装置制御装置１２は、照射対象のピーク位置のタイミングおよび振幅を、より正確に得ることができる。

【0063】

また、位置情報取得制御部２３１が、照射対象位置情報取得装置に照射対象の位置を示す情報を取得させてから所定時間、次の照射対象の位置を示す情報の取得を抑制するようにしてもよい。
これにより、照射対象の位置がピーク付近でふらついた場合など、近接する極値（極大値または極小値）が存在する場合に、これら近接する極値の両方を検出することで、ピークの周期を誤検出してしまうことを回避し得る。

【0064】

あるいは、位置情報取得制御部２３１が、呼吸信号のピーク位置のタイミングに応じた所定の時間範囲で、照射対象位置情報取得装置に照射対象の位置を示す情報を取得させるようにしてもよい。
これにより、呼吸信号のピーク位置のタイミングと、照射対象のピーク位置のタイミングとのオフセットが一定でない場合や不明な場合でも、照射対象のピーク位置のタイミングおよび振幅を、より正確に得ることができる。また、所定の時間範囲以外の時間は、照射対象位置情報取得装置による照射対象の位置を示す情報の取得を抑制して、正常部位の被ばく量を低減させることができ、また、照射対象位置情報取得装置の負荷を低減させることができる。

【0065】

なお、放射線治療装置制御装置１２の全部または一部の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより各部の処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。

【0066】

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

【符号の説明】

【0067】

１２ 放射線治療装置制御装置
２１０ 通信部
２２０ 記憶部
２２１ 基準モデル記憶部
２２２ テンプレート記憶部
２３０ 処理部
２３１ 位置情報取得制御部
２３２ モデル生成部
２３３ 位置履歴情報生成部
２３４ パラメータ設定部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】