特許 7058980 放射線治療システム

(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】

(24)【登録日】2022-04-15

(45)【発行日】2022-04-25

(54)【発明の名称】放射線治療システム

(51)【国際特許分類】

   A61N 5/10 20060101AFI20220418BHJP

   G01T 7/00 20060101ALI20220418BHJP

   G01T 1/17 20060101ALI20220418BHJP

【ＦＩ】

A61N5/10 Q

G01T7/00 C

G01T1/17 E

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2017218512

(22)【出願日】2017-11-13

(65)【公開番号】P2019088413

(43)【公開日】2019-06-13

【審査請求日】2020-08-25

(73)【特許権者】

【識別番号】594164542

【氏名又は名称】キヤノンメディカルシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100108855

【弁理士】

【氏名又は名称】蔵田 昌俊

(74)【代理人】

【識別番号】100103034

【弁理士】

【氏名又は名称】野河 信久

(74)【代理人】

【識別番号】100075672

【弁理士】

【氏名又は名称】峰 隆司

(74)【代理人】

【識別番号】100153051

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 直樹

(74)【代理人】

【識別番号】100179062

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 正

(74)【代理人】

【識別番号】100189913

【氏名又は名称】鵜飼 健

(72)【発明者】

【氏名】長谷川 慎二

【審査官】宮崎 敏長

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１４／０１１４１５０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１７－１８７２８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－３４６８９４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ａ６１Ｎ ５／１０

Ｇ０１Ｔ ７／００

Ｇ０１Ｔ １／１７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

放射線を照射する照射部と、
光学カメラにより発生された複数方向の２次元の光学画像を記憶する記憶部であって、前記複数方向の２次元の光学画像各々は、前記照射部から水ファントムに放射線が照射されることにより発生する微弱光が描出される、記憶部と、
前記複数方向の２次元の光学画像に基づいて前記微弱光が描出された３次元の光学画像を再構成する再構成部と、
前記３次元の光学画像を、治療計画装置により作成された放射線治療計画用の３次元の線量分布画像に対して比較する比較部と、
前記３次元の光学画像と前記３次元の線量分布画像との比較結果を表示する表示部と、
を具備する放射線治療システム。

【請求項2】

前記比較部は、前記３次元の光学画像に描出された微弱光の線量分布を前記３次元の線量分布画像に描出された線量分布に対して比較する、請求項１記載の放射線治療システム。

【請求項3】

前記照射部は、放射線治療の前段階において、放射線治療計画装置により前記放射線治療のために作成された放射線の線量分布に従い前記水ファントムに放射線を照射する、請求項１記載の放射線治療システム。

【請求項4】

前記比較部は、前記３次元の光学画像と前記３次元の線量分布画像との差分画像を生成し、
前記表示部は、前記比較結果として前記差分画像を表示する、
請求項１記載の放射線治療システム。

【請求項5】

前記差分画像に基づいて治療計画を変更する変更部を更に備える、請求項４記載の放射線治療システム。

【請求項6】

前記差分画像に基づいて放射線治療における前記照射部の照射位置を変更する変更部を更に備える、請求項４記載の放射線治療システム。

【請求項7】

前記比較部は、前記３次元の光学画像と前記３次元の線量分布画像との合成画像を生成し、
前記表示部は、前記比較結果として前記合成画像を表示する、
請求項１記載の放射線治療システム。

【請求項8】

前記照射部は、前記放射線として陽子線を照射する、請求項１記載の放射線治療システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、放射線治療システムに関する。

【背景技術】

【0002】

陽子線治療において陽子線の線量分布は、患者照射前に電離箱方式の検出器を用いて把握されている。しかし、電離箱方式の検出器は構造が複雑で高価であり、また電離箱方式の検出器を用いて精度良く３次元で線量分布を把握するためには長時間を要し実用性が乏しい。

【0003】

近年、陽子線を水に照射した際に発生する微弱光をＣＣＤカメラで画像化できる事が判明された（非特許文献１参照）。しかしながら、ＣＣＤカメラにより発生された画像から３次元の線量分布を把握することはできない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１０－０３２４１９号公報

【文献】特開２００１－３４６８９４号公報

【非特許文献】

【0005】

【文献】「陽子線照射により生じる微弱光画像から、陽子線の飛程を高精度で計測することに成功」，２０１５年１０月１６日，名古屋大学，［平成２９年８月２５日検索］，インターネット<URL:http://www.nagoya-u.ac.jp/about-nu/public-relations/researchinfo/upload_images/20151016_med.pdf>

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

発明が解決しようとする課題は、放射線の３次元の線量分布を患者照射前に簡易且つ正確に把握することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本実施形態に係る放射線治療システムは、放射線を照射する照射部と、光学カメラにより発生された複数方向の２次元の光学画像を記憶する記憶部であって、前記複数方向の２次元の光学画像各々は、前記照射部から水ファントムに放射線が照射されることにより発生する微弱光が描出される、記憶部と、前記複数方向の２次元の光学画像に基づいて前記微弱光が描出された３次元の光学画像を再構成する再構成部と、前記３次元の光学画像を放射線治療計画用の３次元の線量分布画像に対して比較する比較部と、前記３次元の光学画像と前記３次元の線量分布画像との比較結果を表示する表示部と、を具備する。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、本実施形態に係る放射線治療システムの構成を示す図である。

【図2】図２は、図１の放射線治療装置の外観を示す図である。

【図3】図３は、本実施形態に係る水ファントム装置の外観の一例を示す図である。

【図4】図４は、図１の画像処理装置の構成を示す図である。

【図5】図５は、本実施形態に係る放射線治療システムの処理の典型的な流れを示す図である。

【図6】図６は、本実施形態に係る改良型の水ファントム装置の斜視図である。

【図7】図７は、図６の改良型の水ファントム装置の平面図である。

【図8】図８は、図６の改良型の水ファントム装置の縦断面図である。

【図9】図９は、本実施形態に係る改良型の水ファントム装置の構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面を参照しながら本実施形態に係わる放射線治療システム及び水ファントム装置を説明する。

【0010】

図１は、本実施形態に係る放射線治療システム１の構成を示す図である。図１に示すように、放射線治療システム１は、治療計画装置１０、放射線治療装置３０、水ファントム装置５０及び画像処理装置７０を有する。

【0011】

治療計画装置１０は、Ｘ線シミュレータやＣＴシミュレータ等の画像撮影装置により生成された医用画像を利用して治療対象の患者の治療計画を作成するコンピュータである。治療計画装置１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等のプロセッサとＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）等のメモリとを有する。当該プロセッサは、当該メモリに記憶された治療計画プログラムを実行することにより治療計画を作成する。治療計画に含まれる項目としては、放射線治療装置３０の照射角度や３次元線量分布等が含まれる。３次元線量分布は、Ｘ線画像やＣＴ画像等の形態画像に線量値を表す色を重畳した３次元の画像データとして提供される。３次元線量分布画像等の治療計画のデータは、放射線治療装置３０と画像処理装置７０とに送信される。また、治療計画装置１０は、汎用のコンピュータ又はワークステーションが備える入力機器、ディスプレイ、通信機器及び記憶装置を備える。

【0012】

放射線治療装置３０は、放射線治療を目的とした装置であり、治療計画装置１０により作成された治療計画に従い患者に放射線を照射して患者を治療する。本実施形態に係る放射線治療装置は、陽子線を照射する陽子線治療装置及び重粒子を照射する重粒子線治療装置の何れにも適用可能である。以下の説明を具体的に行うため、放射線治療装置は陽子線治療装置であるとする。

【0013】

図２は、図１の放射線治療装置３０の外観を示す図である。図２に示すように、放射線治療装置３０は、治療架台３１と治療寝台３２とを有する。治療架台３１は、回転軸Ｚ回りに回転可能に照射ヘッド部３１２を支持する架台本体３１１を有する。回転軸Ｚ回りの照射ヘッド部３１２の角度は照射角度と呼ばれる。照射ヘッド部３１２は、治療計画データに従い陽子線を照射する。より詳細には、照射ヘッド部３１２には、サイクロトロンやシンクロトロン等の粒子加速器が設けられる。粒子加速器は、水素の原子核（陽子）を加速して照射ヘッド部３１２に輸送する。照射ヘッド部３１２は、粒子加速器からの陽子線を照射する。照射ヘッド部３１２は、多分割絞り（マルチリーフ・コリメータ）により照射野を形成し、当該照射野により正常組織への照射を抑える。治療部位に陽子線が照射されることにより当該治療部位が消滅又は縮小する。図２に示すように、治療寝台３２は、基台３２１と天板３２２とを有する。基台３２１は、床面に設置され、天板３２２を移動自在に支持する。天板３２２には患者や水ファントム装置５０が載置される。

【0014】

図３は、本実施形態に係る水ファントム装置５０の外観の一例を示す図である。水ファントム装置５０は、陽子線の線量分布の検出装置を搭載した水ファントムである。図１及び図３に示すように、水ファントム装置５０は、水ファントム５１と複数の光学カメラ５３とを有する。水ファントム５１は、人体の組成を模擬する水５１１を収容する上段容器５１２と上段容器５１２の下部に設けられた下段容器５１３とを有する。上段容器５１２は、光透過性を有する材料により形成される。上段容器５１２及び下段容器５１３の形状は、図３に示すような角柱形状でも良いし、円筒形状でも良い。上段容器５１２に収容された水５１１には、放射線治療装置３０の照射ヘッド部３１２から陽子線が照射される。水５１１に陽子線が照射されると微弱光（チェレンコフ光）が発生する。微弱光は陽子線照射で水に生じたフリーラジカルに起因すると考えられている。下段容器５１３には水が収容されず、空気等の気体で満たされている。

【0015】

図３に示すように、複数の光学カメラ５３は、水ファントム５１の内部を光学撮影可能な向きに配置される。光学カメラ５３は、上段容器５１２の側面に配置される光学カメラ５３－１と上段容器５１２の底面に配置される光学カメラ５３－２とを有する。すなわち、光学カメラ５３－２は下段容器５１３に収容される。光学カメラ５３－１及び光学カメラ５３－２は、各光学カメラ５３の撮影軸が水ファントム５１の中心を通り、且つ水ファントム５１の中心から異なる方位で同距離に配置される。

【0016】

光学カメラ５３－１及び光学カメラ５３－２は、照射ヘッド部３１２による陽子線照射に起因して水ファントム５１において発生している微弱光を光学撮影し、当該微弱光が描出された２次元の光学画像（以下、２次元光学画像と呼ぶ）を生成する。上段容器５１２が光透過性を有する材料により形成されるので上段容器５１２外に配置された光学カメラにより微弱光を光学撮影することができる。光学カメラ５３－１及び光学カメラ５３－２は、光学撮影可能な如何なる機器でも良い。例えば、光学カメラとして高感度のＣＣＤ（Charge-Coupled Device）カメラが用いられる。２次元光学画像は、有線又は無線を介して画像処理装置７０に送信される。

【0017】

なお、図３において上段容器５１２の側面に配置される光学カメラ５３－１は、１個だけであるが、後述の３次元光学画像を高精度にするため、２個以上設けられても良い。この場合、光学カメラ５３－１は、上段容器５１２の中心から同距離且つ異なる方位に設けられると良い。これにより、複数の光学カメラ５３－１は、撮影方向が異なる複数の２次元光学画像を生成することが可能になる。

【0018】

また、上段容器の５１２の底面に光学カメラ５３－２が設けられるとしたが、必須ではない。底面の光学カメラ５３－２が無くても、複数の撮影方向に関する複数の光学カメラ５３－１を収集可能であれば、２以上の光学カメラ５３－１が設けられるのみで良い。

【0019】

図４は、画像処理装置７０の構成を示す図である。画像処理装置７０は、光学画像を処理するコンピュータである。図４に示すように、画像処理装置７０は、処理回路７１、記憶回路７３、表示機器７５、入力機器７７及び通信機器７９を有する。

【0020】

処理回路７１は、ハードウェア資源として、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサとＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）等のメモリとを有する。当該プロセッサは、当該メモリに記憶された照射時間管理プログラムを実行することにより、３次元画像再構成機能７１１、比較機能７１２、変更機能７１３及び表示制御機能７１４を有する。

【0021】

３次元画像再構成機能７１１において処理回路７１は、複数の光学カメラ５３により生成された複数の２次元光学画像に基づいて３次元の光学画像（以下、３次元光学画像と呼ぶ）を再構成する。例えば、２方向以上の光学画像に基づいて、微弱光が描出された３次元光学画像が再構成される。

【0022】

比較機能７１２において処理回路７１は、３次元画像再構成機能７１１により再構成された３次元光学画像を治療計画装置１０から供給された３次元線量分布画像に対して比較する。具体的には、比較機能７１２は、差分機能７１５と合成機能７１６とを有する。差分機能７１５において処理回路７１は、３次元光学画像と３次元線量分布画像との差分画像を生成する。差分画像は、３次元の画像データである。合成機能７１６において処理回路７１は、３次元光学画像と３次元線量分布画像との合成画像を生成する。合成画像は、３次元の画像データである。

【0023】

変更機能７１３において処理回路７１は、比較機能７１２による比較結果に基づいて、治療計画装置１０から供給された治療計画データを変更する。または、処理回路７１は、比較機能７１２による比較結果に基づいて、照射ヘッド部３１２の照射角度を変更する。

【0024】

表示制御機能７１４において処理回路７１は、３次元光学画像、３次元線量分布画像、３次元差分画像又は３次元合成画像に３次元画像処理を施して２次元の表示画像を生成し、生成された２次元の表示画像を表示機器７５に表示する。３次元画像処理としては、ボリュームレンダリングやサーフェスボリュームレンダリング、画素値投影処理、ＭＰＲ（Multi-Planer Reconstruction）処理、ＣＰＲ（Curved MPR）処理が利用可能である。

【0025】

記憶回路７３は、種々の情報を記憶するＨＤＤ（Hard Disk Drive）やＳＳＤ（Solid State Drive）、集積回路記憶装置等の記憶装置である。例えば、記憶回路７３は、治療計画装置１０から供給された照射角度や３次元線量分布画像等の治療計画データ等を記憶する。ハードウェアとして記憶回路７３は、ＣＤ－ＲＯＭドライブやＤＶＤドライブ、フラッシュメモリ等の可搬性記憶媒体との間で種々の情報を読み書きする駆動装置等であっても良い。

【0026】

表示機器７５は、種々の情報を表示する。表示機器としては、例えば、ＣＲＴディスプレイや液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、ＬＥＤディスプレイ、プラズマディスプレイ、又は当技術分野で知られている他の任意のディスプレイが適宜利用可能である。

【0027】

入力機器７７は、ユーザからの各種指令を受け付ける。入力機器としては、キーボードやマウス、各種スイッチ等が利用可能である。入力機器からの出力信号は、バスを介して処理回路７１に供給される。

【0028】

通信機器７９は、図示しない有線又は無線を介して、放射線治療システム１を構成する治療計画装置１０と放射線治療装置３０との間でデータ通信を行う。

【0029】

次に、本実施形態に係る放射線治療システム１の動作例について説明する。

【0030】

図５は、本実施形態に係る放射線治療システム１の処理の典型的な流れを示す図である。図５に示す放射線治療システム１の処理は、放射線治療装置３０による陽子線の患者照射の前段階における線量分布の事前確認のためのものである。線量分布の事前確認においては、治療計画装置１０により作成された治療計画に従い放射線治療装置３０が陽子線を水ファントム装置５０に照射する。水ファントム装置５０の水ファントム５１に収容された水からは、陽電子照射により微弱光が発生する。水ファントム５１に取り付けられた光学カメラ５３－１及び光学カメラ５３－２は、当該微弱光を対象として光学撮影を行い、少なくとも２以上の撮影方向に関する複数の光学画像Ｉ２Ｏ－ｎ（ｎは、撮影方向数を示す２以上の整数）を生成する。生成された光学画像Ｉ２Ｏ－ｎは、光学カメラ５３－１及び光学カメラ５３－２から画像処理装置７０に伝送される。

【0031】

２次元光学画像Ｉ２Ｏ－ｎは、画像空間において２次元的に配列された複数のピクセルにより構成され、各ピクセルには対象物の色相や明度、彩度等に対応する画素値が割り当てられている。微弱光のエネルギーは、陽子線が水に与えるエネルギーに依存する。陽子線が水に与えるエネルギーが大きいほど微弱光は強く発光する。すなわち、２次元光学画像Ｉ２Ｏ－ｎにおける画素値の分布は陽子線が水に与える線量の２次元空間分布を示す。画素値が大きいほど、線量が大きいことを示す。陽子線は、物質中でエネルギーを失いながら進み、停止直前で大きなエネルギーを物質に与える。陽子線の物質入射位置から停止位置までの距離は飛程と呼ばれる。

【0032】

光学画像Ｉ２Ｏ－ｎの数は、陽子線線量分布を高精度に計測するためには多いほど良いが、３次元光学画像を生成するためには、少なくとも２以上あれば良い。光学カメラ５３－１及び光学カメラ５３－２は、技師や医師等の撮影指示を受けて光学撮影を行っても良いし、画像処理装置７０から撮影指示を受けて光学撮影を行っても良い。光学カメラ５３－１及び光学カメラ５３－２は、略同時に光学撮影を行っても良いし、異なる時刻に光学撮影を行っても良い。また、一台の光学カメラ５３－１は一の撮影方向に固定されても良いし、技師や医師等により水ファントム５１に対して着脱可能に設けられても良い。技師や医師等は、水ファントム５１の周囲を移動しながら微弱光を一台の光学カメラ５３で複数の撮影方向から光学撮影することにより、複数の撮影方向に関する複数の２次元光学画像Ｉ２Ｏ－ｎを生成することを可能である。

【0033】

複数の２次元光学画像Ｉ２Ｏ－ｎが伝送されると画像処理装置７０の処理回路７１は、３次元画像再構成機能７１１を行う（ステップＳ１）。ステップＳ１において処理回路７１は、複数の撮影方向に関する複数の２次元光学画像Ｉ２Ｏ－ｎに対して当該複数の撮影方向に基づいて３次元画像再構成処理を施して３次元光学画像Ｉ３Ｏを再構成する。３次元画像再構成法としては、如何なる方法でも良いが、例えば、エピポーラ幾何を利用した方法等が挙げられる。３次元光学画像Ｉ３Ｏは、画像空間において３次元的に配列された複数のボクセルにより構成され、各ボクセルには対象物の明度や彩度等に対応する画素値が割り当てられている。すなわち、３次元光学画像Ｉ３Ｏの画素値分布は、陽子線が水に与える線量の３次元空間分布を示す。

【0034】

ステップＳ１が行われると処理回路７１は、比較機能７１２を実行する（ステップＳ２）。ステップＳ２において処理回路７１は、ステップＳ１において再構成された３次元光学画像Ｉ３Ｏを、治療計画において作成された３次元線量分布画像Ｉ３Ｄに対して画素値の比較を行う。３次元線量分布画像Ｉ３Ｄは、治療計画装置１０により作成された予測線量の３次元空間分布であり、各ボクセルには線量値に対応する色値が割り当てられている。処理回路７１は、３次元光学画像Ｉ３Ｏに描出された微弱光の３次元線量分布と３次元線量分布画像Ｉ３Ｄに描出された微弱光の３次元線量分布との形状、位置及び画素値を比較する。

【0035】

３次元光学画像Ｉ３Ｏと３次元線量分布画像Ｉ３Ｄとのマトリクスサイズが異なる場合、処理回路７１は、補間等の処理により、３次元光学画像Ｉ３Ｏと３次元線量分布画像Ｉ３Ｄとのマトリクスサイズを同一にした後、比較処理を行う。３次元光学画像Ｉ３Ｏと３次元線量分布画像Ｉ３Ｄとの画素値のスケールが異なる場合、処理回路７１は、３次元光学画像Ｉ３Ｏと３次元線量分布画像Ｉ３Ｄとの画素値のスケールを同一にした後、比較処理を行う。これにより、３次元光学画像Ｉ３Ｏと３次元線量分布画像Ｉ３Ｄとをより正確に比較することが可能になる。

【0036】

具体的には、処理回路７１は、比較機能７１２として差分機能７１５を実行する。差分機能７１５において処理回路７１は、３次元光学画像Ｉ３Ｏと３次元線量分布画像Ｉ３Ｄとの差分画像Ｉ３Ｃを発生する。差分画像Ｉ３Ｃの各画素には、３次元光学画像Ｉ３Ｏの画素値と３次元線量分布画像Ｉ３Ｄの画素値との差分値が割り当てられる。すなわち、差分画像Ｉ３Ｃは、３次元光学画像Ｉ３Ｏが描出する３次元線量分布と３次元線量分布画像Ｉ３Ｄが描出する３次元線量分布との差分を表現する。

【0037】

差分機能７１５の実行後、処理回路７１は、例えば、表示制御機能７１４を実行する。表示制御機能７１４において処理回路７１は、差分画像Ｉ３Ｃに３次元画像処理を施して２次元表示画像を生成し、表示機器７５に表示する。例えば、３次元画像処理としてボリュームレンダリングを行う場合、指定の視線方向に関するボリュームレンダリング画像が表示画像として表示される。また、３次元画像処理としてＭＰＲ処理を行う場合、指定の表示断面に関するＭＰＲ画像が表示画像として表示される。技師や医師等のユーザは、２次元表示画像を観察することにより、治療計画通りに陽子線が照射されているか否かを確認することができる。なお、視線方向又は表示断面は、入力機器７７を介して任意に変更可能である。

【0038】

なお、差分機能７１５の代わりに又は差分機能７１５と共に、処理回路７１は、比較機能７１２として合成機能７１６を実行しても良い。合成機能７１６において処理回路７１は、３次元光学画像Ｉ３Ｏと３次元線量分布画像Ｉ３Ｄとの合成画像Ｉ３Ｃを発生する。合成画像Ｉ３Ｃは、３次元光学画像Ｉ３Ｏに３次元線量分布画像Ｉ３Ｄが重畳された３次元画像である。

【0039】

合成機能７１６の実行後、処理回路７１は、例えば、表示制御機能７１４を実行する。表示制御機能７１４において処理回路７１は、合成画像Ｉ３Ｃに３次元画像処理を施して、指定の視線方向又は表示断面に関する２次元表示画像を生成し、表示機器７５に表示する。技師や医師等のユーザは、２次元表示画像を観察することにより、治療計画通りに陽子線が照射されているか否かを確認することができる。なお、視線方向又は表示断面は、入力機器７７を介して任意に変更可能である。

【0040】

差分機能７１５又は合成機能７１６の実行後、又は表示制御機能７１４の実行後、処理回路７１は、入力機器７７を介した実行指示に従い又は自動的に変更機能７１３を実行しても良い。変更機能７１３において処理回路７１は、例えば、３次元光学画像Ｉ３Ｏの３次元線量分布の形状及び線量値が３次元線量分布画像Ｉ３Ｄの３次元線量分布の形状及び線量値に一致するように、照射ヘッド部３１２の照射角度やマルチリーフ・コリメータの各リーフの位置等の照射条件を変更する。照射条件の変更は、処理回路７１により、差分画像又は合成画像に従い自動的に行われても良いし、差分画像又は合成画像に基づく２次元表示画像を観察する技師や医師等のユーザによる入力機器７７を介した指示に従い手動的に行われても良い。変更後の照射条件に従い照射ヘッド部３１２から陽子線を照射することにより、患者体内での線量分布を３次元線量分布画像Ｉ３Ｄの３次元線量分布に略一致させることができる。

【0041】

また、処理回路７１は、３次元線量分布画像Ｉ３Ｄの３次元線量分布の形状及び線量値を３次元光学画像Ｉ３Ｏの３次元線量分布の形状及び線量値に一致するように変更する。３次元線量分布画像Ｉ３Ｄの３次元線量分布の変更は、処理回路７１により、差分画像又は合成画像に従い自動的に行われても良いし、差分画像又は合成画像に基づく２次元表示画像を観察する技師や医師等のユーザによる入力機器７７を介した指示に従い手動的に行われても良い。変更後の３次元線量分布（治療計画）に従い照射ヘッド部３１２から陽子線を照射することにより、患者体内での線量分布を３次元線量分布画像Ｉ３Ｄの３次元線量分布に略一致させることができる。

【0042】

なお、これら比較機能７１２の比較結果は、放射線治療システム１に関するＱＡ（Quality Assurance）及びＱＣ（Quality Control）に用いても良い。例えば、３次元光学画像Ｉ３Ｏの３次元線量分布と３次元線量分布画像Ｉ３Ｄの３次元線量分布との差分は、放射線治療装置３０が治療計画通りに正確に陽子線照射を行うことができたか否かを測る指標になるので、放射線治療装置３０のＱＡ及びＱＣに用いることができる。

【0043】

以上により、図５を用いた放射線治療システム１の処理の説明を終了する。

【0044】

上記の説明において光学カメラ５３は水ファントム５１に固定されているものとした。しかしながら、本実施形態はこれに限定されない。以下、本実施形態に係る他の水ファントム装置（以下、改良型の水ファントム装置と呼ぶ）について説明する。なお以下の説明において、上記水ファントム装置５０と略同一の機能を有する構成要素については、同一符号を付し、必要な場合にのみ重複説明する。

【0045】

図６は、改良型の水ファントム装置５０’の斜視図、図７は、改良型の水ファントム装置５０’の平面図、図８は、改良型の水ファントム装置５０’の縦断面図、図９は、改良型の水ファントム装置５０’の構成を示す図である。なお、水ファントム装置５０’の高さ方向をＺ軸方向、Ｚ軸方向に水平に直交する直交２軸方向をそれぞれＸ軸方向及びＹ軸方向に規定する。

【0046】

図６、図７、図８及び図９に示すように、水ファントム装置５０’は、水ファントム５１を有する。水ファントム５１は、水５１１を収容する上段容器５１２を有する。上段容器５１２の直径は、例えば、５００ｍｍ程度に設計される。上段容器５１２の周囲には回動機構６０が設けられる。回動機構６０は、上段容器５１２の内部を撮影可能な向きに光学カメラ５３－１が取り付けられ、光学カメラ５３－１を上段容器５１２の側面回りを回動可能に支持する。改良型の水ファントム装置５０’は、上記の水ファントム装置５０と同様、陽子線の線量分布の事前確認等のために天板等に載置される。なお、上段容器５１２の下部には、上記水ファントム装置５０の下段容器５１３が設けられる必要はない。

【0047】

具体的には、回動機構６０は、例えば、直動ガイドにより構成される。直動ガイド６０は、上段容器５１２の側面回りに取り付けられた台座６１を有する。台座６１は、上段容器５１２の底部及び側面下部を覆い、上段容器５１２の側面において外側にＬ字形に折れ曲がる折曲部６２を有している。折曲部６２は、上段容器５１２の側面を覆う略円環形状を有する。折曲部６２の表面（走行面）は、床面に対して略水平を向くように形成され、光学カメラ５３－１の走行面を兼ねる。

【0048】

図６、図７及び図８に示すように、折曲部６２の表面には案内レール６３が形成される。案内レール６３には摺動体６４が嵌まり合う。案内レール６３には図示しないボールねじが埋設されている。案内レール６３と摺動体６４との間で複数のボールが循環可能に、複数のボールの流路（図示せず）が形成される。台座６１又は摺動体６４には駆動装置６７が内蔵される。駆動装置６７は、例えば、案内レール６３に収容されたボールねじを回転するモータを含む。撮影制御回路６９からの駆動指示を受けて当該モータはボールねじを回転する。これにより、案内レール６３と摺動体６４との間で複数のボールが循環され、摺動体６４が案内レール６３に沿ってスライドする。摺動体６４は、上段容器５１２の中心を通る回転軸Ａ１回りに案内レール６３に沿ってスライドする。摺動体６４は、時計回り及び反時計回りの何れの方向にもスライド可能である。

【0049】

摺動体６４には光学カメラ５３－１が設置される。光学カメラ５３－１は、上段容器５１２の中心軸が光学カメラ５３－１の撮影軸を通るように摺動体６４に設置される。より詳細には、光学カメラ５３－１が回転軸Ａ１回りに回転している間、常に光学カメラ５３－１の撮影軸が上段容器５１２の略中心に位置するように、光学カメラ５３－１、摺動体６４及び容器５１２の相対的な位置関係が設計される。光学カメラ５３－１は、撮影制御回路６９からの撮影指示を受けて光学撮影を行い、当該光学撮影時の撮影方向に関する２次元光学画像を生成する。

【0050】

撮影制御回路６９は、台座６１、摺動体６４又は光学カメラ５３－１に収容される。撮影制御回路６９は、ハードウェア資源として、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサとＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）等のメモリとを有する。撮影制御回路６９は、改良型の水ファントム装置５０’の中枢として機能する。

【0051】

改良型の水ファントム装置５０’は、放射線治療装置３０による陽子線の線量分布の確認時において、例えば、以下のように使用される。まず、技師や医師等のユーザは、治療室に設置された治療寝台３２の天板３２２等に改良型の水ファントム装置５０’を設置する。改良型の水ファントム装置５０’が設置されると撮影制御回路６９は、駆動装置６７に駆動指令を供給し、光学カメラ５３－１を上段容器５１２の中心軸Ａ１回りに回動させる。例えば、水ファントム装置５０’に回動ボタンが設けられ、回動ボタンが押下されることを契機として撮影制御回路６９は、駆動装置６７に駆動指令を供給する。

【0052】

光学カメラ５３－１の回動中、放射線治療装置３０による陽子線照射が行われ、上段容器５１２内の水から微弱光が発生する。陽子線照射時において撮影制御回路６９は、光学カメラ５３－１に撮影指令を繰り返し供給する。例えば、水ファントム装置５０’に撮影開始ボタンと撮影終了ボタンとが設けられる。撮影開始ボタンが押下されることを契機として撮影制御回路６９は、一定の時間間隔で撮影指令を光学カメラ５３－１に供給する。光学カメラ５３－１は、撮影指令の供給を受ける毎に、微弱光を光学撮影し、光学撮影時の撮影方向に関する２次元光学画像Ｉ２Ｏ－ｎを生成する。撮影制御回路６９は、少なくとも光学カメラ５３－１が上段容器５１２の回りを一周する間、複数回に亘り撮影指令を光学カメラ５３－１に供給する。これにより、光学カメラ５３－１は複数の撮影方向に関する複数の２次元光学画像Ｉ２Ｏ－ｎを生成することができる。撮影終了ボタンが押下されることを契機として撮影制御回路６９は、光学カメラ５３－１への撮影指令の供給を終了する。

【0053】

なお、改良型の水ファントム装置５０’においても、上段容器５１２の底面に光学カメラ５３－２が設けられても良い。これにより、３次元光学画像の２次元線量分布の精度を向上させることができる。

【0054】

以上により、上記の少なくとも一の実施形態によれば、放射線の３次元の線量分布を患者照射前に簡易且つ正確に把握することが可能になる。

【0055】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

【符号の説明】

【0056】

１…放射線治療システム、１０…治療計画装置、３０…放射線治療装置、３１…治療架台、３２…治療寝台、５０…水ファントム装置、５０’ …改良型の水ファントム装置、５１…水ファントム、５３…光学カメラ、６０…回動機構（直動ガイド）、６１…台座、６２…折曲部、６３…案内レール、６４…摺動体、６７…駆動装置、６９…撮影制御回路、７０…画像処理装置、７１…処理回路、７３…記憶回路、７５…表示機器、７７…入力機器、７９…通信機器、３１１…架台本体、３１２…照射ヘッド部、３２１…基台、３２２…天板、５１１…水、５１２…上段容器、５１３…下段容器、７１１…３次元画像再構成機能、７１２…比較機能、７１３…変更機能、７１４…表示制御機能、７１５…差分機能、７１６…合成機能。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】