JP3785136B2

JP3785136B2 - Radiotherapy apparatus and method of operating radiotherapy apparatus

Info

Publication number: JP3785136B2
Application number: JP2002336528A
Authority: JP
Inventors: 謙治原; 真赤津; 則幸川田
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-11-20
Filing date: 2002-11-20
Publication date: 2006-06-14
Anticipated expiration: 2022-11-20
Also published as: JP2004166975A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放射線治療装置及び放射線治療装置の操作方法に関し、特に放射線治療の際の治療履歴を記録する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、放射線を用いた癌や腫瘍を治療する放射線治療装置が知られている。定位多軌道で放射線を照射する三次元照射放射線治療装置として、ラジオサージェリ治療装置、リニアック治療装置等が知られている。定位多軌道照射とは、小病巣に対して多方向から放射線が集中的に照射されて治療効果を上げると共に、周囲組織の被曝量を最小限に抑える放射線治療法である。
【０００３】
従来のラジオサージェリ治療装置は、治療装置に固定された放射線照射ユニットから、細い放射線ビームを、高い精度で特定の小領域に集中的に照射する。放射線照射ユニットとしては、ガンマ線源やリニアックが用いられる。ラジオサージェリ治療装置では、フレームと呼ばれる患部精密位置決め用固定具を用いて、患者の頭蓋骨等の患部又はその周辺部が機械的に固定される。このフレームを位置決め用の座標基準治具として、Ｘ線ＣＴ（Computed Tomography）やＭＲＩ、ＤＡＳ（Digital Subtraction Angiography）等の診断撮像を行って、患部の正確な位置及び形状を割り出す。そして、放射線照射ユニットと、これをコリメートして空間の小領域に治療用放射線を集中させるコリメート機構から構成される照射装置へ、このフレームのままで患者を機械的に固定する。これにより、上記小領域に照射野を機械的に精密に合わせて、精密な定位照射を行っている。患部が球形の場合には、１度の照射で所要の治療線量を照射することも可能である。患部が不定形の場合、治療野の形状に合わせて、数回に分けて位置決めが繰り返される。同時に、コリメータの口径もその都度選び直して照射治療が行われる。
【０００４】
ラジオサージェリ治療装置では、装置や手順が極めてシンプルであり、高い信頼性が得られる。それと共に、頭部のように頭蓋骨に対して照射対象が移動しない場合には、極めて精密な位置決め及び照射が可能である。しかし、放射線照射ユニットの照射野は固定されているため、頚部以下の呼吸や心鼓動、蠕動や膀胱内の尿量等、臓器の運動や状態の影響を受けて腫瘍等照射対象が移動する体部に対しては、定位照射治療を実施できないのが現状である。また、厳密には、患部をリアルタイムで観察しながら放射線を照射してはいない。
【０００５】
また、従来のリニアック治療装置では、大型のガントリが設置面に対して平行な１軸周りに３６０度回転することにより、アイソセントリックな照射治療が行われる。更に、治療用ベッドの上下及び水平面内での２次元の移動及び同水平面内での回転を加えることにより、多様な照射が可能である。また、ＭＬＣ（Multi Leaf Collimator）により、複雑な形状の照射対象にも対応でき、照射線量分布を制御して、精密な照射治療（ＩＭＲＴ：Intensity Modulated Radio Therapy）が可能である。
【０００６】
このリニアック治療装置では、高速の位置制御はできない。そのため、心鼓動による移動のような高速に移動する治療野へのリアルタイムの追従照射はできない。また、照射中の照射野のモニタ手段としては、治療用Ｘ線の透過線によるライナックグラフィを用いている。治療用Ｘ線は、透過性が強く散乱線も多いため、照射対象のリアルタイムモニタ用として使用するには不適切である。
【０００７】
呼吸運動のみに対しては呼吸同期装置による同期照射が行われている。これは、患部画像をリアルタイムでイメージングすることができないため、患部位置を所定の方法で推定する。そして、患部が決められた照射位置に来たと推定される時点で照射装置にトリガを掛けて治療照射する。推定する方法としては、患部に取り付けたマーカを光学的に追尾する、或いは、呼気の流量を直接計測することにより、患者の呼吸の状態を把握して患部の移動を推定する等による。しかし、同期照射は、患部位置を推定し、推定された位置へ向かって放射線を照射しているのであって、患部をリアルタイムで追尾しながら放射線を照射しているわけではない。
【０００８】
また、他の三次元照射放射線治療装置として、電子リニアックをアイソセントリックに駆動する装置や、電子リニアックを所定の形状のガントリに沿って駆動する装置が知られている。
【０００９】
電子リニアックをアイソセントリックに駆動する装置としては、産業用の汎用ロボットアームの先端に小型の電子リニアックを装備したものがある。患部の正確な形状や位置は、Ｘ線ＣＴやＭＲＩ等により、頭蓋骨や胸部といったランドマーク的な体組織や患部付近に標識として埋め込まれた小型の金プレート等のマーカに関連付けて割り出される。そして、治療照射時には、異なる目視線を持つ２台のＸ線カメラにより、ランドマークの動きを監視して照準を補正しつつ、精密な照射が行われる。この装置は、６自由度ロボットアームの自在な移動能力により、本質的にノンアイソセントリックな照射治療が可能である。
【００１０】
この装置は、頭部治療の場合、頭部固定用の固定具を使用するが、患部の画像を直接見ながら照射しているわけではない。即ち、治療ビームの照射線中に、Ｘ線カメラによる撮像を行っていない。そのため、照射開始前に撮像を完了し、照射位置を確認してから照射を開始する方法をとっている。従って、この場合にもリアルタイムに照射野をモニタしてはいない。また、電子リニアックは重量が大きいため、片持ち構造のロボットアームの先端で保持しながら、心鼓動のような早い動きに対してリアルタイムに精密な追従照射を行うには、イナーシャ等の問題の解決が必要である。
【００１１】
また、産業用ロボットアームは、指定した空間座標に対して絶対的な精度を保証しているわけではなく、ティーチングによる繰り返し精度を保証するに止まっている。そのため、実際の治療に先だって、ティーチングやそれに関わる作業が必要である。
【００１２】
電子リニアックを所定の形状のガントリに沿って駆動する装置としては、例えば、特表平８−５０４３４７号公報（国際出願番号：ＰＣＴ／ＵＳ９３／１１８７２：特許文献１参照）及び特表平６−５０２３３０号公報（国際出願番号：ＰＣＴ／ＵＳ９１／０７６９６：特許文献２参照）に開示されている。この技術の定位放射線治療装置は、２つの回転軸を持ったＣ−アーム型Ｘ線カメラと、同様に２つの回転軸を持った医療用電子リニアックとを備えている。１軸方向の回転しかできなかった従来の電子リニアックに対して、更に他の回転軸を付け加えることにより、３次元的な照射を行うことができる。ただし、照射方式は、アイソセントリックであり、フレームで頭部を固定する必要がある点では、ラジオサージェリ治療装置の場合と同様である。また、大型ガントリを２軸で駆動する点でラジオサージェリ治療装置の場合と異なる。
【００１３】
患者の患部は、治療中にも動いている。特に、頚部から下では、呼吸や心鼓動、蠕動や膀胱内の尿量等、臓器の運動や状態の影響を受けて腫瘍等の照射対象が常時動いている。例えば、患者が横になるだけで、体が徐々に扁平になって行く。また、周期的な動作である呼吸や心鼓動は、周期的であるにもかかわらず、それに伴う各臓器の動きは毎回同じ経路を通るとは限らない。一方、照射対象の動きをリアルタイムに正確に捉えようとすれば、最も速い動きの一つである心鼓動は、１〜２回／秒であるため、３０画像／秒程度の画像撮影技術が必要といわれている。そして、照射対象をリアルタイムに正確に追尾し、放射線を照射しようとすれば、１／３０秒毎に正確に放射線照射ヘッドを照射対象へ向けることが必要である。
【００１４】
ところで、上述したような放射線治療装置を用いて放射線治療を行った場合は、法律により治療履歴を残すように義務付けられている。これに対応するために、従来の放射線治療装置を用いた治療では、治療放射線の照射位置を確認するために、治療直後に照射部の透視像を撮って記録する。この記録された透視像は、要請に応じて厚生労働省に提出されると共に、医師に提供される。しかし、治療中の照射情報が記録されているわけではないので治療放射線を実際に照射した部位が不明である。従って、治療履歴の記録としては十分とは言えず、その後の治療計画に支障をきたすという問題が生じている。そこで、治療中に治療放射線が照射された部位を明確にすることが望まれている。
【００１５】
また、従来の放射線治療装置を用いた治療では、予め計画された方向から計画された線量を照射し、照射した総線量をカルテ等に記録すると共に、治療直後に、照射部の透視像を撮って照射位置として記録し、この記録された透視像が医師に提供されると共に、要請に応じて厚生労働省に提出される。従って、治療中の照射状態を示す情報がないので治療放射線を照射した部位及びその時点での線量が不明であり、医師による治療状況の確認、次の治療行為の立案、現在の治療の良否の判断等が難しいという問題がある。そこで、医師による治療状況の確認、現在の治療の良否の判断、次の治療行為の立案等を容易に行うことのできる方法の開発が望まれている。
【００１６】
また、従来の放射線治療装置を用いた治療では、治療室内の様子をテレビカメラでモニタすると共に、照射線量を表示し、不具合があれば医師が治療を中止することが行われている。しかし、治療内容の良否については判断できず、治療の質については不明確である。そこで、治療部の状況まで含めて総合情報で治療の良否を判断できる方法の開発が望まれている。
【００１７】
更に、従来の放射線治療装置を用いた治療では、放射線ヘッドに付けられた放射線線量計により治療用放射線量を計測し、これを放射線ヘッドのヘッド位置空間座標と共に記録している。しかし、この方法では、患者の患部の座標情報が分からず、放射線の方向が不明であり、治療計画との照合が難しいという問題がある。
【特許文献１】
特表平８−５０４３４７号公報
【特許文献２】
特表平６−５０２３３０号公報
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、被検体に対して放射線治療がなされた後の治療計画を容易にすることのできる放射線治療装置及び放射線治療装置の動作方法を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
以下に、［発明の実施の形態]で使用される番号・符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明の実施の形態］との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号・符号を、［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。
【００２０】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様に係る放射線治療装置は、治療用放射線を照射する放射線照射ヘッド（１０）と、放射線照射ヘッド（１０）からの治療用放射線が照射される被検体の患部を追尾しながら該患部の画像を生成する画像処理部（３０、３１）と、画像処理部（３０、３１）で生成された患部の画像を順次記録する記録部（８０）、とを備えている。
【００２１】
この第１の態様に係る放射線治療装置によれば、治療中の患部の画像が記録されるので治療放射線を実際に照射した部位を容易に知ることができる。従って、治療履歴の記録としては十分であり、また、放射線治療がなされた後の治療計画を容易に立てることができる。
【００２２】
この第１の態様に係る放射線治療装置は、放射線照射ヘッド（１０）の稼働状態に基づいて治療用放射線による治療履歴を算出する演算部（８０）を更に備え、記録部（８０）は、演算部（８０）で算出された治療履歴を患部の画像に対応付けて順次記録するように構成できる。この場合、演算部（８０）は、治療履歴として、治療用放射線が投入された治療線量及び被検体に吸収されたと推定される推定吸収線量を、治療用放射線の照射方向毎に算出するように構成できる。また、照射方向は、放射線照射ヘッド（１０）の線源を表す線源座標と被検体の患部の座標を表す目標座標とから定めることができる。この構成によれば、医師による治療状況の確認、現在の治療の良否の判断、次の治療行為の立案等を容易に行うことができる。
【００２３】
また、この第１の態様に係る放射線治療装置は、記録部（８０）に記録された患部の画像及び治療履歴を表示する表示器（８１）、を更に備えて構成できる。この構成によれば、医者はこの表示器（８１）を見ることにより的確な判断を迅速に下すことができる。
【００２４】
また、この第１の態様に係る放射線治療装置において、表示器（８１）は、治療用放射線の照射線量の瞬時値及び積算値を更に表示するように構成できる。この構成によれば、治療中の照射状態を表す情報に加えて、治療放射線を照射した部位及びその時の線量が表示器（８１）に表示されるので、医師による治療状況の確認、次の治療行為の立案、現在の治療の良否の判断等が容易である。
【００２５】
また、この第１の態様に係る放射線治療装置において、表示器（８１）は、治療位置の適否を表す情報を更に表示するように構成できる。この構成によれば、治療位置の適否を表す情報が表示されるので、治療部の状況まで含めて総合情報で治療の良否を判断できる。
【００２６】
更に、この第１の態様に係る放射線治療装置において、記録部（８０）は、放射線照射ヘッド（１０）からの治療用放射線が照射される患部の空間座標を更に記録するように構成できる。この構成によれば、放射線の照射方向が明確になるので治療計画との照合が容易になる。
【００２７】
本発明の第２の態様に係る放射線治療装置の動作方法は、放射線照射ヘッド（１０）からの治療用放射線が照射される被検体の患部を追尾しながら該患部の画像を生成する画像生成ステップと、該生成された患部の画像を順次記録する記録ステップ、を備えている。
【００２８】
この第２の態様に係る放射線治療装置の動作方法は、放射線照射ヘッド（１０）の稼働状態に基づいて治療用放射線による治療履歴を算出する演算ステップ、を更に備え、記録ステップは、演算ステップで算出された治療履歴を患部の画像に対応付けて順次記録するように構成できる。この場合、演算ステップは、治療履歴として、治療用放射線が投入された治療線量及び被検体に吸収されたと推定される推定吸収線量を、治療用放射線の照射方向毎に算出するように構成でみる。また、照射方向は、放射線照射ヘッド（１０）の線源を表す線源座標と被検体の患部の座標を表す目標座標とから定めることができる。
【００２９】
この第２の態様に係る放射線治療装置の動作方法は、記録ステップで記録された患部の画像及び治療履歴を表示する表示ステップ、を更に備えて構成できる。また、表示ステップは、治療用放射線の照射線量の瞬時値及び積算値を更に表示するように構成できる。また、表示ステップは、治療位置の適否を表す情報を更に表示するように構成できる。更に、記録ステップは、放射線照射ヘッド（１０）からの治療用放射線が照射される患部の空間座標を更に記録するように構成できる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の放射線治療装置を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
【００３１】
図１は、本発明の実施の形態に係る放射線治療装置の側面図、図２は、その正面図、図３は、その斜視図である。なお、図によっては一部が省略されている。座標２００は、図１〜図３におけるＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸を有する３次元直交座標を示す。
【００３２】
放射線治療装置６は、治療用ベッドシステム７、Ｘ線ヘッド１０、第１首振り機構１３１、第２首振り機構１３２、アークガイドレール９、マイクロ波発生装置７０、従動型導波管系１１及びリアルタイム・イメージャ３０を備えている。
【００３３】
治療用ベッドシステム７は、ベッド駆動システム７−１、治療用ベッド７−２及び患者固定装置７−３から構成されている。治療用ベッド７−２は、放射線治療の対象である患者４を載せて移動可能に構成されており、ベッド駆動システム７−１のＸ−Ｙテーブル上に搭載される。患者固定装置７−３は、患者４を治療用ベッド７−２に固定する。ベッド駆動システム７−１は、内蔵された図示しない駆動機構により、治療用ベッド７−２を、その長手方向（Ｘ軸方向）と幅方向（Ｙ軸方向）との２軸方向に移動させる。ベッド駆動システム７−１は、後述するシステム制御装置８０の制御により、リアルタイム・イメージャ３０（Ｘ線ＣＴ検査装置）で撮影された診断画像データに基づいて、照射野５’となる患部５がアイソセンタ５ａに位置するように治療用ベッド７−２の位置を調整する。治療用ベッド７−２及び患者固定装置７−３としては、リアルタイム・イメージャ３０、Ｘ線用固体撮像素子（Ｘ線ＣＣＤ）、ＰＥＴ（Positron Emission Tomography）といった画像診断機器における画像処理に適した材質及び形状が選択される。
【００３４】
Ｘ線ヘッド１０は、照射野５’（患部５）に治療用Ｘ線３ａを照射する。このＸ線ヘッド１０は、４ＭｅＶ〜１０ＭｅＶのエネルギを有する治療用Ｘ線３ａを発生する小型の電子リニアックを備えている。Ｘ線ヘッド１０は、アークガイドレール９に周回移動機構６８を介して移動可能に取り付けられている。また、このＸ線ヘッド１０は、第１首振り機構１３１及び第２首振り機構１３２を備えている。
【００３５】
第１首振り機構１３１は、Ｘ線ヘッド１０を、アークガイドレール９上で、第１首振り軸Ｓ１の周りで図２の矢印Ｒ１で示すように揺動（回転運動）させる。第１首振り軸Ｓ１は、Ｘ線ヘッド１０が首振りしたときの慣性が小さくなるように、Ｘ線ヘッド１０の慣性中心をほぼ通る軸上又はその近傍に設けられている。
【００３６】
第２首振り機構１３２は、Ｘ線ヘッド１０を、アークガイドレール９上で、第２首振り軸Ｓ２の周りで図１の矢印Ｒ２で示すように揺動（回転運動）させる。第２首振り軸Ｓ２は、Ｘ線ヘッド１０が首振りしたときの慣性が小さくなるように、Ｘ線ヘッド１０の慣性中心をほぼ通る軸上又はその近傍に設けられている。
【００３７】
アークガイドレール９は、ガイドレール傾動機構２８と周回移動機構６８とを備えている。アークガイドレール９は、治療用ベッド７−２より上半分の円弧状をなす半円リングから成り、治療用ベッド７−２を跨ぐように設けられている。ガイドレール傾動軸２６は、半円の両端及び中心を結ぶＹ軸方向の軸であり、円の中心はアイソセンタ５ａと一致する。このアークガイドレール９は、ガイドレール傾動機構２８により傾動可能に支持されている。ガイドレール傾動機構２８は、アークガイドレール９をガイドレール傾動軸２６の周りに０度（Ｚ軸正方向に直立する位置）〜９０度（Ｘ軸正方向に横倒しとなる位置）の範囲内で図１の矢印Ｇ１に示すように傾ける。即ち、アークガイドレール９は、アイソセンタ５ａを中心とした四分の一球（１／４球殻）を描くように運動する。アークガイドレール９は、例えばステンレス鋼のように剛性の大きい材料で造られている。
【００３８】
また、周回移動機構６８は、図２の矢印Ｈ１に示すように、Ｘ線ヘッド１０をアークガイドレール９に沿って、アークガイドレール９の半円弧上を周回移動させる。周回移動機構６８としては、ラック・アンド・オピニオン方式やベルト方式を採用できる。
【００３９】
上記の３軸の駆動（Ｇ１、Ｈ１）により、Ｘ線ヘッド１０は、アイソセンタ５ａを中心とする１／４球殻上でアイソセントリックな動き（Ｘ線ヘッド１０はアイソセンタ５ａを向く）が可能になる。更に、上記の２軸の駆動（Ｒ１、Ｒ２）により、Ｘ線ヘッド１０は、１／４球殻上で擬似的にノンアイソセントリックな動き（Ｘ線ヘッド１０はアイソセンタ５ａ周辺近傍の３次元の領域５ｂ（図２参照）内の所望の点を向く）が可能になる。この擬似ノンアイソセントリック動作は、Ｘ線ヘッド１０の慣性中心周りの首振り運動であるため、アイソセントリック動作と比較して各段に素早い動きを行うことができる。擬似ノンアイソセントリックな高応答性の迅速な追尾モーションにより、例えば心鼓動等の早い動きに対してもヘッド照準を高応答かつ精密に追従させることができる。
【００４０】
マイクロ波発生装置７０は、クライストロンを含み、導波路に関わるサーキュレータ２１及びダミーロード２２を有し、従動型導波管系１１を介して、Ｘ線ヘッド１０へ電子加速用のマイクロ波を供給する。ここでは、Ｃバンド（例えば５．６ＧＨｚ）のマイクロ波を供給する。
【００４１】
従動型導波管系１１は、マイクロ波発生装置７０で発生したマイクロ波を、Ｘ線ヘッド１０へ供給する導波路である。関節部１４ａ、リンクアーム１２、関節部１４ｂ、リンクアーム１３、関節部１４ｃ、リンクアーム１５、関節部１６、Ｘ線ヘッド１０が互いに連結されてリンク機構が形成されている。関節部１４ａのみがＹ軸方向の軸の周りに回転可能であり、関節部１４ｂ、関節部１４ｃ、関節部１６は、Ｘ軸方向の軸の周りに回転可能である。なお、リンク先端のＸ線ヘッド１０は、周回移動機構６８により、アークガイドレール９に沿ってスライドし、また、第１首振り機構１３１により関節部１６周りに首振りされる。
【００４２】
そして、関節部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ及び１６は、マイクロ波を軸回転で伝えるロータリＲＦカプラ（図示せず）を含む。リンクアーム１２、１３及び１５は、導波管から成り、関節部１４ａ〜１４ｃ、１６により、電磁気的に連通している。マイクロ波発生装置７０で発生されたマイクロ波は、関節部１４ａ−リンクアーム１２−関節部１４ｂ−リンクアーム１３−関節部１４ｃ−リンクアーム１５−関節部１６を介して、Ｘ線ヘッド１０へ供給される。
【００４３】
リアルタイム・イメージャ３０は、Ｘ線ＣＴ検査装置である。Ｘ線ＣＴ検査装置は、被検体である患者４の患部（治療野）５に弱いファンビームＸ線である診断用Ｘ線３ｂを３６０度全周にわたる多方面から次々に照射して、その透過像を検出する。検出された診断画像データは、画像処理されることによりディスプレイ８１上に患部５の３次元断層診断画像として表示される。リアルタイム・イメージャ３０は、システム制御装置８０により制御される。
【００４４】
リアルタイム・イメージャ３０は、図１に示すイメージャ傾斜機構２０により所定の角度に傾斜（例えば、垂直軸に対して２０度〜３０度の傾き）した姿勢で支持されている。イメージャ傾斜機構２０を駆動させると、リアルタイム・イメージャ３０は、軸周りに傾動（図１中、矢印Ｋ１で表示）し、これにより、診断用Ｘ線３ｂの照射角度が変えられる。なお、リアルタイム・イメージャ３０とアークガイドレール９とは、機械的に密に結合されており、共通の座標基準を有する。
【００４５】
このリアルタイム・イメージャ３０は、アークガイドレール９及びＸ線ヘッド１０が干渉しないように制御される。イメージャとして、通常のＸ線カメラが用いられる場合は、必要に応じて、小型の金プレートを照射野の付近に埋め込んでマーカとしてこれを基準に照射野を標識する。
【００４６】
リアルタイム・イメージャ３０は、診断用スペースとしての中央開口を持つドーナッツ状真空槽を備え、この診断用スペースに被検体としての患者４が治療用ベッド７−２と共に出し入れされる。真空槽の内部は図示しない排気ポートを介して真空ポンプにより真空排気される。
【００４７】
真空槽内には、外周寄りの同心円上に配列された多数の診断用Ｘ線発生ユニットと、これらに対応して内周寄りの同心円上に配列された多数のセンサアレイとが、それぞれ設けられている。これらの診断用Ｘ線発生ユニットとセンサアレイとはＸ軸方向にシフトして配列され、診断用Ｘ線３ｂは真空槽の半径に対して前傾する方向に扇状に照射される。このため、扇状の診断用Ｘ線３ｂは、Ｘ線照射側（上側）のセンサアレイに遮られることなく、診断用スペースの患者４を透過して、反対側（下側）のセンサアレイで検出できる。
【００４８】
更に、真空槽には、ビームリミッタ、電子銃駆動回路、画像信号ディジタイザ等がそれぞれ適所に配置されている。診断用Ｘ線発生ユニットから放射された扇状の診断用Ｘ線３ｂは、図示しないコリメータにより絞られ、更にビームリミッタにより照射位置での幅に規定され、患者４を透過した後にセンサアレイにより検出される。
【００４９】
センサアレイは、患者４を透過した診断用Ｘ線３ｂを受信（受光）する。患者４が配置される診断用スペースを取り囲む円周上に稠密に固定して配置され、多数の超高感度ＣｄＴｅセンサを備え、０．５ｍｍの分解能を有している。検査時における１ショットの撮像幅は８０ｍｍである。また、Ｘ線の照射時間は、１ショット当たり０．０１秒である。
【００５０】
センサアレイで検出されたＸ線透過データは、透過Ｘ線量に比例した電流信号に変換され、プリアンプ、メインアンプを介して画像信号ディジタイザ及びデータ収録装置に送られて、診断画像データとして収録される。診断用Ｘ線３ｂによる撮像、データ収録等は、システム制御装置８０により制御される。収録された診断画像データは、データ収録装置からイメージャ信号処理装置３１（図５参照）へ出力され、イメージャ信号処理装置３１でデータ処理される。処理されたデータは、患部５のＸ線ＣＴ診断画像としてシステム制御装置８０のディスプレイ８１上に再生表示される。
【００５１】
一方、リアルタイム・イメージャ３０のＸ線発生制御装置の出力側には電源及び診断用Ｘ線発生ユニット内のアノード、カソード、ゲートアレイのグリット電極がそれぞれ接続されている。システム制御装置８０からＸ線発生指令信号がＸ線発生制御装置に向けて出力されると、その指令に基づいて、Ｘ線発生制御装置は、電源から電子銃駆動回路への給電動作を制御すると共に、ゲートアレイの中から撮影部位に適したグリット電極を選択する。これに応じて診断用Ｘ線発生ユニット内のいずれかのカソードから電子線が放射され、選択したグリット電極に印加したマイナスのバイアス電圧が解除されてゼロ電位となり、電子線がグリット電極の孔を通過してアノードに入射する。アノードに電子線が入射すると、アノードから２次Ｘ線が発生し、窓に取り付けられたコリメータを介して、患者４に向けて扇状の治療用Ｘ線３ｂが放射される。
【００５２】
なお、リアルタイム・イメージャ３０は、Ｘ線ＣＴ検査装置である必要はなく、Ｘ線源とそれに対向するセンサアレイの組であっても良い。図４は、この他のリアルタイム・イメージャ３０を採用した放射線治療装置の斜視図である。
【００５３】
このリアルタイム・イメージャ３０は、回転駆動機構９５、保持フレーム９６Ａ及び９６Ｂ、通常のＸ線カメラを構成する２組のＸ線源９７Ａ、９７Ｂ及びセンサアレイ９８Ａ、９８Ｂのセットを備えている。保持フレーム９６Ａの一端には、Ｘ線源９７Ａが、他端にはセンサアレイ９８Ａが設けられている。保持フレーム９６Ｂの一端にはＸ線源９７Ｂが、他端にはセンサアレイ９８Ｂが設けられている。保持フレーム９６Ａ及び９６Ｂの中心部は、回転駆動機構９５に取り付けられている。
【００５４】
センサアレイ９８Ａは、Ｘ線ヘッド１０のＹ軸方向の一方側の近傍に配置されている。そのセンサ側平面の中央部からの垂線がアイソセンタ５ａを向き、その延長線上にＸ線源９７Ａが配置されている。同様に、センサアレイ９８Ｂは、Ｘ線ヘッド１０のＹ軸方向の他方側の近傍に配置されている。そのセンサ側平面の中央部からの垂線がアイソセンタ５ａを向き、その延長線上にＸ線源９７Ｂが配置されている。回転駆動機構９５は、２組のＸ線源９７Ａ、９７Ｂ及び、９８Ｂのセットが所望の位置に来るように、アイソセンタ５ａを通りＸ軸と平行なリアルタイム・イメージャ回転軸Ｑを中心として保持フレーム９６Ａ及び９６Ｂを回転させる。
【００５５】
２組のＸ線源とセンサアレイのセット９７Ａと９８Ａ、及び９７Ｂと９８Ｂは、互いに所定の角度を保持するように制御される。所定の角度は、センサアレイ９８Ａ又はセンサアレイ９８Ｂ−アイソセンタ５ａ−Ｘ線ヘッド１０の成す角は、６０度〜２０度である。より好ましくは、４５度〜３０度である。これは、Ｘ線ヘッド１０、Ｘ線源９７Ａ及びＸ線源９７Ｂが、相互に影響を及ぼし合わずに、それぞれが正確に動作し、十分な精度を有する診断画像も得られる条件に基づいて設定される。ただし、２組のＸ線源とセンサアレイのセット９７Ａと９８Ａ、及び９７Ｂと９８Ｂは、Ｘ線源−センサアレイのセットの目視線は互いに一致しないようにすれば、それぞれ独立に位置の制御を行なっても良い。
【００５６】
図４に示す放射線治療装置の場合、リアルタイム・イメージャ３０のＸ線発生制御装置の出力側には、電源及びＸ線源９７Ａ、９７Ｂ内のアノード、カソード、グリット電極がそれぞれ接続されている。システム制御装置８０からＸ線発生指令信号がＸ線発生制御装置に向けて出力されると、その指令に基づいて、Ｘ線発生制御装置は、電源から電子銃駆動回路への給電動作を制御すると共に、回転駆動機構９５を差動させて、Ｘ線ヘッド１０との位置関係から最適な場所へ２組のＸ線源−センサアレイのセットを移動させる。これに応じてＸ線源９７Ａ、９７Ｂ内のカソードから電子線が放射され、グリット電極に印加したマイナスのバイアス電圧が解除されてゼロ電位となり、電子線がグリット電極の孔を通過してアノードに入射する。アノードに電子線が入射すると、アノードから２次Ｘ線が発生し、窓に取り付けられたコリメータを介して、患者４に向けて扇状の治療用Ｘ線３ｂが放射される。
【００５７】
Ｘ線源９７Ａ及びＸ線源９７Ｂは、図４におけるＸ線ヘッド１０−アイソセンタ５ａを結ぶ直線を挟んで互いに反対の側に確実にある。センサアレイ９８Ａ及びアイソセンタ９８Ｂも、同様である。これにより、患者４の体内における各部位の動きを迅速かつ正確に把握できる。また、センサアレイ９８Ａ及び９８Ｂは、Ｘ線ヘッド１０側に取り付けられているので、非常に強力なＸ線である治療用Ｘ線３ａがセンサアレイ９８Ａ及び９８Ｂに入射することがない。
【００５８】
図１に示すＳＡＤ（Source Axis Distance）は、アイソセンタ５ａからＸ線ヘッド１０内のＸ線ターゲット（図示せず）までの距離に相当する。この実施の形態では、基準となるＳＡＤを８０〜１００ｃｍに設定している。
【００５９】
次に、上述した放射線治療装置の制御システムについて説明する。図５は、この制御システムの構成を示すブロック図である。この制御システムは、治療用ベッドシステム７、Ｘ線ヘッドシステム８、リアルタイムイメージャ３０、イメージャ信号処理装置３１、マイクロ波発生装置７０、システム制御装置８０、システムユーティリティ９０から構成されている。
【００６０】
システム制御装置８０は、放射線治療装置の全体を統括して制御する。このシステム制御装置８０は、システム制御計算機を備え、コンピュータプログラムとしての「システム管理アルゴリズム」、「画像追尾アルゴリズム」、「治療計画アルゴリズム」、「治療管理アルゴリズム」、「グラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）」、「インターロックアルゴリズム」を含み、「治療計画データベース」、「トレンド記録データベース」、「治療データベース」を搭載している。また、システム制御装置８０は、システムモニタ（ディスプレイ８１）及びＢＩＴを含み、これを中心として他のブロックがそれぞれ接続され、入出力信号のやりとりがなされる。
【００６１】
「治療計画データベース」は、医師が立てる治療計画に関する情報としての治療計画情報を格納している。治療計画情報は術前に行われる種々の検査に基づくものである。治療計画情報は、患者属性情報、患者画像情報、推定吸収線量情報、治療線量情報、患部位置情報等を互いに関連付けている。
【００６２】
患者属性情報は、患者４の氏名、生年月日等を含む。患者画像情報は、患者４のＸ線断層画像から成る。推定吸収線量情報は、患部５に対する放射線（Ｘ線）の推定吸収線量、その照射方法（回数、１回の推定吸収線量、照射方向（ルート））等を示す推定吸収線量設定に関する情報である。治療線量情報は、患部５に対する放射線（Ｘ線）の治療線量、その照射方法（回数、１回の治療線量、照射方向（ルート））等を示す治療線量設定に関する情報である。患部位置情報は、患部５の位置に関する情報である。患部５の位置は、後述する定義領域５−１であっても良い。
【００６３】
「トレンド記録データベース」は、照射治療の実績に関する照射実績情報を格納している。照射実績情報は、治療の際に実際に照射した放射線（Ｘ線）に関するものである。照射実績情報は、患者属性情報、環部画像情報、積算治療線量、積算推定吸収線量、照射方向（ポータル数）毎の治療線量、推定吸収線量、目標座標（患部５における照射目標の座標）及び機械座標（実際に照射を行った照射野５’の座標）、等を互いに関連付けている。患部画像情報は、治療中にリアルタイム・イメージャ３０からリアルタイムに得られる患者４のＸ線断層画像である。この患部画像情報の一部は、患者画像情報として治療計画データベースに反映される。この照射実績情報は、治療履歴の記録として医師へ提示されると共に、要請に応じて厚生労働省に提出される。
【００６４】
「治療データベース」は、物質の種類、物質の厚みと放射線（Ｘ線）の吸収量との関係を示す放射線吸収量曲線、等を互いに関連付けて格納している。
【００６５】
「システム管理アルゴリズム」は、各アルゴリズム、ＧＵＩ、システムモニタ（ディスプレイ８１）及びＢＩＴ等のシステム制御装置８０の全体を統括制御する。
【００６６】
「治療計画アルゴリズム」は、治療計画データベース（患者４のＸ線断層画像、推定吸収線量情報）と治療データベース（物質毎の放射線吸収量曲線）とに基づいて、治療線量情報（照射方向（ルート）毎のＸ線の治療線量、積算の治療線量）等を算出する。そして、ディスプレイ８１に表示し、医師の確認を受ける。医師は、必要に応じて、照射方向やＸ線の推定吸収線量等を変化させて、所望の治療線量情報となるようにする。医師の確認後、治療計画データベースへ格納する。
【００６７】
「治療管理アルゴリズム」は、治療計画データベースの治療計画情報及び／又は画像追尾アルゴリズムからのＸ線ヘッド１０の首振り量に基づいて、Ｘ線ヘッド１０が所定の方向へ向くようにＸ線ヘッドシステム８を制御する。また、治療中にイメージャ信号処理装置３１、Ｘ線ヘッドシステム８、画像追尾アルゴリズム等から得られる照射実績情報をトレンド記録データベースへ格納する。
【００６８】
「画像追尾アルゴリズム」は、イメージャ信号処理装置３１から得られる追尾用画像データに基づいて、患部５の座標を算出する。また、Ｘ線ヘッドシステム８から得られる各種データに基づいて、Ｘ線ヘッド１０の照射野５’の座標を求める。そして、患部５の座標と、照射野５’の座標とに基づいて、Ｘ線ヘッド１０の首振り量を算出する。
【００６９】
「インターロックアルゴリズム」は、所定の条件が満たされた場合において、治療用Ｘ線３ａや診断用Ｘ線３ｂを緊急停止させる。所定の条件は、緊急停止ボタンが押された場合、照射野５’と患部５とが予め設定された距離以上に離れた場合、患者４に対する治療線量及び推定吸収線量の少なくとも一方が、それぞれに対して予め設定された許容値を超えた場合、治療用Ｘ線３ａを照射する際に診断用Ｘ線３ｂを停止する場合、診断用Ｘ線３ｂを照射する際に治療用Ｘ線３ａを停止する場合、等である。
【００７０】
リアルタイムイメージャ３０で検出されたＸ線透過データは、イメージャ信号処理装置３１内の画像再構成アルゴリズムにより診断画像に再構成され、システム制御装置８０に送信される。これにより診断画像が治療中にリアルタイムで生成され、医師はシステム制御装置８０のディスプレイ８１上に表示された診断画像を観ながら治療を行うことができる。
【００７１】
マイクロ波発生装置７０は、クライストロンモジュレータ・アンド・リニアックシステム制御装置、クライストロン及びＲＦドライバを備えている。クライストロンは、従動型導波管系１１を介して、Ｘ線ヘッド１０に接続され、その内部の加速管にマイクロ波を供給する供給源である。
【００７２】
Ｘ線ヘッドシステム８は、Ｘ線ヘッド１０、アイソセントリック駆動機構（アークガイドレール９、ガイドレール傾動機構２８、ヘッド周回移動機構６８を含む）、及び、首振り駆動機構（第１首振り機構１３１、第２首振り機構１３２及びロータリＲＦカプラを含む）を備えている。アイソセントリック駆動機構及び首振り駆動機構は、それぞれに対応した各ドライバ（アイソセントリック駆動ドライバ及び首振り駆動ドライバ）を介して、システム制御装置８０に接続され、アイソセントリック照射時におけるＸ線ヘッド１０のヘッド周回駆動機構６８及び擬似アイソセントリック照射時におけるＸ線ヘッド１０の２軸首振り駆動がそれぞれ制御される。
【００７３】
次に、上記のように構成される本発明の実施の形態に係る放射線治療装置の動作を、添付図面を参照しながら説明する。
【００７４】
先ず、位置較正について説明する。図６は、放射線治療装置６の位置較正を説明するための図であり、図６（ａ）は、放射線治療装置６の正面図、図６（ｂ）は側面図を示す。図１〜図３に示した構成の他に、治療用ベッド７−２上にＣＣＤカメラ６０が配設されている。
【００７５】
ＣＣＤカメラ６０は、その受光面の中心部がアイソセンタ５ａと重なり、受光面が水平となるように設置される。ＣＣＤカメラ６０は、レーザ強度分析器（図示せず）に接続されている。Ｘ線ヘッド１０には、加速管等の替わりに、低出力小型のＨｅ−Ｎｅレーザといったレーザ発信器（図示せず）が、放射されるＸ線と同軸となるように設置される。
【００７６】
次に、位置較正の手順について説明する。
（１）ステップＳ１−１
図６に示す状態において、Ｘ線ヘッド１０のレーザ発信器は、ＣＣＤカメラ６０へレーザを出力する。
（２）ステップＳ１−２
ＣＣＤカメラ６０は、レーザを受光する。そして、受光結果をレーザ強度分析器（図示せず）へ出力する。
（３）ステップＳ１−３
レーザ強度分析器は、レーザの強度分布を検出する。そして、アイソセンタ５ａ（＝ＣＣＤカメラ６０の受光面の中心）と、レーザ強度のピーク位置との変位（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向）を算出する。
（４）ステップＳ１−４
算出した変位を補正値としてシステム制御装置８０の記憶部（図示されず）へ格納する。
【００７７】
上記位置較正の方法により、非常に簡単な方法で短時間にアークガイドレール９のような大きな機械工作物における、工作時の歪み、自重等によるたわみ、取り付け時の応力等による位置ずれを精度良く補正することができ、位置精度を向上させることが可能になる。この実施の形態の場合、位置分解能を２０μｍ程度にすることが可能となった。
【００７８】
この位置較正は、放射線治療装置６の設置時及び定期点検時に実施される。なお、位置較正は、所定の使用回数毎、放射線治療毎に行っても良い。
【００７９】
次に、本発明の実施の形態に係る放射線治療装置の動作を図７に示すタイミングチャートを参照しながら説明する。
【００８０】
図７（ａ）は、診断画像を処理するタイミング、図７（ｂ）は、処理後の診断画像に基づく画像追尾計算及びＸ線ヘッド１０の首振り動作のタイミング、そして、図７（ｃ）は、治療Ｘ線の照射のタイミングをそれぞれ示している。
【００８１】
先ず、放射線治療装置６のメインスイッチがオンにされると、治療用ベッドシステム７、Ｘ線ヘッドシステム８、リアルタイム・イメージャ３０、マイクロ波発生装置７０、システム制御装置８０、システムユーティリティ９０の電源がそれぞれ待機状態になる。そして、治療用ベッドシステム７が作動し、患者４が治療用ベッド７−２と共に治療エリア内に移動し、リアルタイム・イメージャ３０を作動させて患部５が治療装置のアイソセンタ５ａに一致するように治療用ベッド７−２を動かして位置合わせをする。このアイソセントリック位置合わせ完了後、以下の手順で、リアルタイム・イメージャ３０によるリアルタイム画像診断とＸ線ヘッド１０による放射線治療とが行われる。
【００８２】
（１）ステップＳ２−１：時間ｔ０〜ｔ１
通常Ｘ線のカメラ（リアルタイム・イメージャ３０）は、診断用Ｘ線発生ユニットから診断用Ｘ線３ｂを照射野５’に照射する。そして、センサアレイで、そのＸ線透過データを診断画像データとして検出する。被曝を最小限とするため、診断用Ｘ線３ｂの照射時間は、ｔ０〜ｔ１に限定する。
【００８３】
（２）ステップＳ２−２：時間ｔ１〜ｔ２
検出された診断画像データは、透過Ｘ線量に比例した電流信号に変換され、プリアンプ、メインアンプを介して画像信号ディジタイザ及びデータ収録装置に取り込まれる。
【００８４】
（３）ステップＳ２−３：時間ｔ２〜ｔ３
収録された診断画像データは、データ収録装置からイメージャ信号処理装置３１に送られる。そして、イメージャ信号処理装置３１は、画像再構成アルゴリズムを用いて診断画像データを演算処理し、追尾用画像データに変換する。追尾用画像データは、放射線治療装置６の座標系の各座標点（Ｘｉ、Ｙｉ、Ｚｉ）、（ｉ＝１〜ｎ：ｎはデータ数）での診断画像を示すデータである。この追尾用画像データは、システム制御装置８０に送られる。
【００８５】
システム制御装置８０は、追尾用画像データを、患部５の（Ｘ線ＣＴ）診断画像としてディスプレイ８１上に再生表示すると共に、患部画像情報としてトレンド記録データベースに格納する。ディスプレイ８１上には、図１５に示すように、（Ｘ線ＣＴ）診断画像の他に照射線量及び積算線量が表示される。これにより、医師による治療状況の確認、現在の治療の良否の判断、次の治療行為の立案等を容易に行うことのできる。なお、ディスプレイ８１上への表示は、照射線量及び積算線量に加え、推定吸収線量及び積算推定吸収線量を表示するように構成できる。また、図１５中の右側の絵は、計画線量（破線で示す）に対し、現在線量（実線で示す）の方向に放射線が照射されていることを示している。
【００８６】
リアルタイム・イメージャ３０及びイメージャ信号処理装置３１は、時間ｔ３の後、再び時間ｔ０〜ｔ３のプロセスを繰り返す。図７中、時間ｔ３＝時間ｔ１０であり、時間ｔ０〜ｔ３のプロセス＝時間ｔ１０〜ｔ１３、時間ｔ２０〜ｔ２３…のプロセスである。
【００８７】
治療用Ｘ線３ａの直接線、漏洩線及び散乱線が、リアルタイム・イメージャ３０のセンサアレイ（検出器）に影響を与えないようにするため、少なくとも診断用Ｘ線３ｂを照射している時間ｔ０〜ｔ１においては、治療用Ｘ線３ａが照射されないように、Ｘ線ヘッド１０はインターロックされている。
【００８８】
これらの診断画像処理（ステップＳ２−１〜Ｓ２−３）に要する合計時間ｔ０〜ｔ３は、０．０１秒である。即ち、診断画像処理の１サイクル時間は、０．０１秒である。これは、心鼓動等の速い動きに追従する上では充分なサンプルレートである。
【００８９】
（４）ステップＳ２−４：時間ｔ３〜ｔ４
システム制御装置８０は、画像追尾アルゴリズムを用いて、以下の画像追尾計算を行う。即ち、追尾用画像データに基づいて、患部５の座標（放射線治療装置６の座標系での座標点（Ｘ、Ｙ、Ｚ））を抽出する。一方、ガイドレール傾動機構２８、ヘッド周回移動機構６８、第１首振り機構１３１及び第２首振り機構１３２の位置（座標）、回転角等に基づいて、現在のＸ線ヘッド１０の照射野５’の座標（放射線治療装置６の座標系での座標点（ｘ、ｙ、ｚ））を算出する。そして、▲１▼２点間の距離Ｌ＝｜（Ｘ、Ｙ、Ｚ）−（ｘ、ｙ、ｚ）｜が予め設定された値Ｌ０２以下である場合、首振り制御をしないこととし、▲２▼距離Ｌが予め設定された値Ｌ０１以上である場合、首振り量をθ０とし、▲３▼Ｌ０２＜距離Ｌ＜Ｌ０１の場合、患部５の座標と照射野５’の座標とに基づいて、Ｘ線ヘッド１０の首振り量（θ１、θ２）を算出する。
【００９０】
ただし、Ｘ線ヘッド１０の首振り量（θ１、θ２）は、Ｓ１首振りドライブ軸周りの微小変位角（首振り角）θ１（回転方向、回転角度の大きさ）及びＳ２首振りドライブ軸周りの微小変位角（首振り角）θ２（回転方向、回転角度の大きさ）である。Ｌ０１は、時間ｔ４〜ｔ５の間にＸ線ヘッド１０が首振り可能な最大距離である。また、Ｌ０２は、患部５の座標点（Ｘ、Ｙ、Ｚ）及び照射野５’の座標点（ｘ、ｙ、ｚ）の算出の際に見込まれる誤差の値である。
【００９１】
この患部５の移動（運動）の状態（座標点（Ｘ、Ｙ、Ｚ））は、図１４に示すように、システム制御装置８０のディスプレイ８１上に表示される。ただし、患部５だけでなく、その周辺の領域（例示：患部５を含む輪郭線５−２（後述））を同様に示しても良い。この際、図１６の右側の絵に示すように、計画線量（破線で示す）に対し、現在線量（実線で示す）の方向が大きくずれた場合は、「治療線偏差大」というメッセージが表示されると共にインターロックがかけられる。これにより、医師は、治療部の状況まで含めて総合情報で治療の良否を判断できる。
【００９２】
（５）ステップＳ２−５：時間ｔ４〜ｔ５
算出されたＸ線ヘッド１０の首振り量（θ１、θ２）に基づいて、システム制御装置８０は、治療管理アルゴリズムを用いて、Ｘ線ヘッド１０の首振り量（θ１、θ２）を示す首振り駆動信号を、Ｘ線ヘッドシステム８に送る。首振り駆動信号に基づいて、Ｘ線ヘッドシステム８のＸ線ヘッド首振り駆動ドライバにより、第１首振り機構１３１及び第２首振り機構１３２が駆動され、Ｘ線ヘッド１０が所望の方向へ向く。システム制御装置８０は、時間ｔ５の後の時間ｔ１３から、再び時間ｔ３〜ｔ５のプロセスを繰り返す。図７中では、時間ｔ３〜ｔ５のプロセス＝時間ｔ１３〜ｔ１５、時間ｔ２３〜ｔ２５…のプロセスである。
【００９３】
これらの画像追尾計算及びＸ線ヘッド首振り（ステップＳ２−４〜Ｓ２−５）にかかる合計時間ｔ３〜ｔ５は、０．０１秒である。即ち、画像追尾計算及びＸ線ヘッド首振りの１サイクル時間は、０．０１秒である。これは、心鼓動等の速い動きに追従する上では充分なレートである。
【００９４】
第１首振り機構１３１のＳ１首振り駆動用サーボモータ及び第２首振り機構１３２のＳ２首振り駆動用サーボモータ（何れも図示しない）を駆動している時間ｔ４〜ｔ５には、首振り角の誤動作の可能性があるため、治療用Ｘ線３ａが照射されないように、Ｘ線ヘッド１０はインターロックされ、安全性が確保されるようになっている。
【００９５】
（６）ステップＳ２−６：時間ｔ５〜ｔ６
システム制御装置８０は、システム管理アルゴリズムを用いて、時間ｔ５に治療用Ｘ線３ａの照射を指示ずる信号としての治療Ｘ線照射信号をＸ線ヘッド１０に送る。これにより、Ｘ線ヘッド１０のインターロックが解除され、患部５への治療用Ｘ線３ａの照射が開始される。治療用Ｘ線３ａの照射時間ｔ５〜ｔ６は、約５０ミリ秒である。照射のデューティは、約５０％である。システム制御装置８０は、時間ｔ６の後の時間ｔ１５から、再び時間ｔ５〜ｔ６のプロセスを繰り返す。図７中では、時間ｔ５〜ｔ６のプロセス＝時間ｔ１５〜ｔ１６、時間ｔ２５〜ｔ２６…のプロセスである。
【００９６】
この治療Ｘ線照射（ステップＳ２−６）にかかる合計時間ｔ５〜ｔ６は、０．０１秒である。即ち、治療Ｘ線照射の１サイクル時間は、０．０１秒である。これは、心鼓動等の速い動きに追従する上では充分なレートである。
【００９７】
ここで、Ｘ線ヘッド１０を首振りしながら治療Ｘ線３ａを照射する様子について、図面を参照して更に説明する。図８は、Ｘ線ヘッド１０による放射線治療の様子を示す斜視図である。Ｘ線ヘッド１０は、患部５へＸ線を照射する。
【００９８】
図９及び図１０は、Ｘ線ヘッド１０を首振りしながら治療Ｘ線３ａを照射する様子を説明する図である。図９は、図８におけるＡ−Ａ断面、図１０は、図８におけるＢ−Ｂ断面である。
【００９９】
照射野の移動に追従して照射するには、システム制御装置８０は、上記時間ｔ３〜ｔ４において、算出された患部５の位置（座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ））と、現在のＸ線ヘッド１０の照射野５’の座標（ｘ、ｙ、ｚ））とに基づいて、Ｘ軸方向及びＹ軸方向における患部５の照射野５’からのシフト量ＤＶ１、ＤＶ２を算出する。そして、シフト量ＤＶ１、ＤＶ２に基づいて、所定の計算式を用いて、第１首振りドライブ軸Ｓ１及び第２首振りドライブ軸Ｓ２周りの移動による変位角θ１及びθ２をそれぞれ求める。
【０１００】
上記時間ｔ５〜ｔ６において、Ｘ線ヘッド１０を第１首振りドライブ軸Ｓ１の周りに変位角θ１、第２首振りドライブ軸Ｓ２の周りに変位角θ２だけ高速首振りさせる。そして、首振りを停止させると同時に、Ｘ線ヘッド１０から治療用Ｘ線３ａを出射する。
【０１０１】
以上のステップＳ２−１〜ステップＳ２−６により、頚部以下の呼吸や心鼓動、蠕動や膀胱内の尿量等、臓器の運動や状態の影響を受けて動く腫瘍等の患部５に対して、Ｘ線ヘッド１０の照準が迅速かつ高応答に追従し、放射線（Ｘ線）を高精度に照射することが可能になる。即ち、診断画像の処理時間を含めて０．０３秒以内にＸ線ヘッド１０を高速で首振り動作させ、放射線（Ｘ線）させることができ、照射野（患部）の動きに対して迅速に追随させることができる。
【０１０２】
上記プロセスでは、ステップＳ２−４：時間ｔ３〜ｔ４において、ステップＳ２−５でＸ線ヘッド１０に首振りさせる角度を所定の大きさに制限している。これは、首振り角度が大きくなると、首振りにかかる時間が長くなり、その間に患部５が更に移動してしまう。その結果として、Ｘ線ヘッド１０の照射野５’の座標点（ｘ、ｙ、ｚ）が、患部５の座標点（Ｘ、Ｙ、Ｚ）の位置から大きくずれてしまうからである。
【０１０３】
Ｘ線ヘッド１０が追尾する患部５の早い動きは、呼吸及び心鼓動によるものである。この場合、患部５は、概ね同じ領域内（ただし、経路は必ずしも同じではない）で移動している。従って、一度、Ｘ線ヘッド１０の照射野５’の座標点（ｘ、ｙ、ｚ）と患部５の座標点（Ｘ、Ｙ、Ｚ）とが完全に一致しない場合があっても、その後一致させることは可能である。
【０１０４】
診断画像データの取得や画像追尾計算に異常が生じた場合には、その時点で治療用Ｘ線３ａの照射にインターロックをかけて照射を停止させ、安全性を確保する。本装置では、Ｘ線ヘッド１０の首振り、及び位置決めが正常に行われたことを確認してから治療用Ｘ線３ａの照射がなされるように設計されている。そして、照射野５’の座標点（ｘ、ｙ、ｚ）と患部５の座標点（Ｘ、Ｙ、Ｚ）との偏差が、予め設定された許容値以上の場合、そのサイクルでは、ステップＳ２−６（時間ｔ５〜ｔ６）での治療用Ｘ線３ａの照射は行なわれない。
【０１０５】
また、システム制御装置８０は、必要に応じて、ヘッド周回移動機構６８、傾斜機構２８及び治療用ベッドシステム７を移動して、患部５にＸ線ヘッド１０の照準を合わせようにすることも可能である。この場合、システム制御装置８０は、時間ｔ３〜ｔ４において、患部５の座標と照射野５’の座標とに基づいて、Ｘ線ヘッド１０の首振り量（第１首振り機構１３１及び第２首振り機構１３２用）及び移動量（ヘッド周回移動機構６８、傾斜機構２８及び治療用ベッドシステム７用）を算出する。次に、時間ｔ４〜ｔ５において、Ｘ線ヘッド１０の首振り量及び移動量をＸ線ヘッドシステム８へ出力する。そして、第１首振り機構１３１、第２首振り機構１３２、ヘッド周回移動機構６８、傾斜機構２８及び治療用ベッドシステム７を移動して、患部５にＸ線ヘッド１０の照準を合わせる。
【０１０６】
治療用Ｘ線３ａの照射停止後、タイミングｔ５で診断用ビーム３ｂの照射を開始し、次の診断画像処理サイクルｔ５〜ｔ８に移行する。次いで、診断画像処理後のタイミングｔ３にＸ線ヘッド１０のインターロックが解除され治療ビーム３ａの照射が再開される。
【０１０７】
このようにして、診断画像処理サイクル（図７中、０〜Ｔ１）：０．０１秒、画像追尾計算サイクル及びＸ線ヘッド首振りサイクル（図７中、Ｔ１〜Ｔ２）：０．０１秒、及び、治療Ｘ線照射サイクル（図７中、Ｔ２〜Ｔ３）：０．０１秒の計０．０３秒のサイクルが繰り返される。即ち、概ね１／３０秒毎に正確に放射線照射ヘッドを照射対象へ向けることができ、患部（治療野）が心鼓動のような最も速い動きを有していても、照射対象をリアルタイムに正確に追尾し、放射線を照射できる。
【０１０８】
また、治療中の追尾用画像データである患部５の診断画像データが患部画像情報として順次トレンド記録データベースに格納されるので、後にこのトレンド記録データベースを参照することにより、治療放射線を実際に照射した部位を明確に知ることができる。従って、治療履歴の記録として十分であり、また、その後の治療計画の立案が容易になる。
【０１０９】
次に、擬似ノンアイソセントリックな治療の手順について説明する。図１１は、擬似ノンアイソセントリックな治療の手順をディスプレイ８１の表示で示すフロー図である。なお、図１１に示した例では、Ｘ、Ｙ及びＺの３方向からの患部の診断画像がディスプレイ８１に表示されている例を示している
【０１１０】
（１）ステップＳ３−１
放射線治療においては、医師が治療計画を立てる。その治療計画は術前に行われる種々の検査に基づくものである。それらの治療計画は、治療計画データベースに格納される。更に、医師は手術中において、放射線治療装置を用いることにより、患部の病巣を直接的にリアルタイムで画像診断できるので高精度で確実性の高い放射線治療を行うことができる。
【０１１１】
（２）ステップＳ３−２
図１１（ａ）に示すように、リアルタイム・イメージャ３０及びイメージャ信号処理装置３１のみを用いて患部５及びその近傍領域の診断画像が再構成され、システム制御装置８０のディスプレイ８１上に再生表示される。この場合、図１５に示すように、照射線量及び積算線量、更には推定吸収線量及び積算推定吸収線量がディスプレイ８１上に表示されるが、図１１（ａ）〜図１１（ｆ）では省略してある。診断画像の再構成は、上記ステップＳ２−１〜ステップＳ２−３により行われる。ただし、この段階では、ステップＳ２−４〜ステップＳ２−６は行なわない。
【０１１２】
（３）ステップＳ３−３
図１１（ｂ）に示すように、医師は、ディスプレイ８１上で患部５の各断面図を確認して、画像追尾のための照射野５’の輪郭線を定義する。ここで、治療開始に先立って、照射野５’のマッピングは終了しており（治療計画データベース）、これを参考に複数のスライスで照射野５’の輪郭を定義する。輪郭で定義された領域は、定義領域５−１であり、定義領域５−１は患部５を含む。定義領域５−１は、治療計画データベースに格納される。
【０１１３】
治療計画アルゴリズムは、治療計画データベース（定義領域５−１を含む）と治療データベースとに基づいて、治療線量情報（照射方向（ルート）毎のＸ線の治療線量、積算の治療線量）等を算出する。そして、ディスプレイ８１に表示し、医師の確認を受ける。医師は、必要に応じて、照射方向やＸ線の推定吸収線量等を変化させて、所望の治療線量情報となるようにする。医師の確認後、治療線量情報は、治療計画データベースへ格納される。
【０１１４】
（４）ステップＳ３−４
図１１（ｃ）に示すように、システム制御装置８０の画像追尾アルゴリズムにより、画像輪郭抽出を行う。即ち、実際の患部５の診断画像と定義された定義領域５−１の輪郭線とのパターンマッチングを行い、輪郭線５−２として表示する（後述）。そして、画像追尾を開始し、図１４に示すように、患部５の移動状態をディスプレイ８１に表示する。医師は、画像追尾状況を目視で確認する。画像追尾は、上記ステップＳ２−４により行われる。従って、上記ステップＳ２−１〜ステップＳ２−４が繰り返し行われる。ただし、この段階では、ステップＳ２−５〜ステップＳ２−６は行なわない。
【０１１５】
（５）ステップＳ３−５
図１１（ｄ）に示すように、画像追尾が安定した後に、医師はマスターアームスイッチ（Master Arm SW）を操作して、Ｘ線ヘッドシステム８をＡＲＭＥＤ状態にする。Ｘ線ヘッドシステム８は、照準をクロスヘアラインで照射ボリュームを赤色でディスプレイ８１上に表示する。そして、画像追尾と同時に、Ｘ線ヘッド１０の追尾（首振り）も行われる。画像及びＸ線ヘッド１０による追尾が継続しているため、照準及び照射ボリュームは、照射野５’の移動と共に自動的に追従する。Ｘ線ヘッド１０の追尾（首振り）は、上記ステップＳ２−５により行われる。従って、上記ステップＳ２−１〜ステップＳ２−５が繰り返し行われる。ただし、この段階では治療用Ｘ線３ａの放出は行わないので、ステップＳ２−６は行なわない。
【０１１６】
（６）ステップＳ３−６
図１１（ｅ）に示すように、医師のトリガ操作で治療用Ｘ線３ａの照射を開始する。治療計画の段階で予定の照射時間は決まっており、ディスプレイ８１上ではカウントダウンが開始される。その一方で、１回の照射の照射時間（ステップＳ２−６：時間ｔ５〜ｔ６）も決まっている。従って、短時間（時間ｔ５〜ｔ６）の照射を繰り返す間に、カウントが減少する。そして、最終的にゼロになると治療用Ｘ線３ａは自動的に停止する。治療用Ｘ線３ａの治療線量は、Ｘ線ヘッド１０内の図示しない電離箱により検出され、治療管理アルゴリズムへ出力される。治療用Ｘ線３ａの照射は、上記ステップＳ２−６により行われる。従って、上記ステップＳ２−１〜ステップＳ２−６が繰り返し行われる。
【０１１７】
また、治療管理アルゴリズムにより、治療中にイメージャ信号処理装置３１、Ｘ線ヘッドシステム８、画像追尾アルゴリズム等から得られる照射実績情報（の全部又は一部）が、ディスプレイ８１上に継続的に表示される。医師は、この照射実績情報（の全部又は一部）を確認しながら、トリガを引きつづけて照射を継続する。照射実績情報は、トレンド記録データベースへ格納する。
【０１１８】
システム制御装置８０は、診断画像のサンプリング（追尾）、及び、治療用Ｘ線３ａの照射を高速に交互に続け、画像追尾と治療用Ｘ線の照射とをリアルタイムで継続する。カウントダウンがゼロになる前であっても、医師がトリガを離せば、そのタイミングで直ちに治療用Ｘ線３ａは停止するので、安全性は充分に確保される。
【０１１９】
（７）ステップＳ３−７
図１１（ｆ）に示すように、医師はマスターアームスイッチをＳＡＦＥ位置として、システムを安全な状態にし、Ｘ線ヘッド１０を次の照射位置へ移動させる。この段階では、上記ステップＳ２−１〜ステップＳ２−３により行われる。そして、ステップＳ２−４〜ステップＳ２−６は行なわない。
【０１２０】
以上のステップＳ３−１〜Ｓ３−７は、複数の照射方向（座標）について実施され、２つの診断画像から求められた照射方向毎の照射実績情報がトレンド記録データベースに格納される。より具体的には、照射方向として、図１７（Ａ）に概念的に示すように、Ｘ線ヘッド１０からの放射線の方向によりＸＹ軸方向が定まり、アークガイドレール９の傾きによりＺ軸方向が定まるような３次元の座標が求められる。図１７（Ｂ）は、６つの照射方向に対して計画線量、照射線量及び積算線量がトレンド記録データベースに格納される例を示している。この構成により、患者の患部の座標情報が得られるので放射線の方向が明確になり、治療計画との照合が容易になる。
【０１２１】
一連の照射終了後に、これに先立ち医師は１日の累積被曝線量の総計にあたるトータルドウズ（Total Dose）を確認する。即ち、治療管理アルゴリズムにより、トレンド記録データベースからデータを読出し、当日の累積線量及び１クール内の累積線量分布を画面に表示する。治療に関するデータは、トレンド記録データベース内の、患者４毎に作成される治療ファイル（照射実績情報を含む）に記憶される。
【０１２２】
ここで、ステップＳ３−４における実際の患部５の診断画像と定義領域５−１の輪郭線とのパターンマッチングする方法について、更に説明する。
【０１２３】
図１２は、患部５と定義領域５−１とパターンマッチングによる輪郭線５−２との関係を示す図である。図１２（ａ）は、患部５と定義領域５−１との関係を示し、図１２（ｂ）〜（ｅ）は、患部５と輪郭線５−２との関係を示す。
【０１２４】
（１）ステップＳ４−１
医師は、図１２（ａ）のように、ディスプレイ８１に描画可能なタッチペンで、或いは、マウスのようなポインタで描画ツールの要領でディスプレイ８１上に定義領域５−１を示す。
（２）ステップＳ４−２
治療計画アルゴリズムは、ディスプレイ８１上に描かれた定義領域５−１と、ディスプレイ８１上の診断画像とに基づいて、定義領域５−１内の診断画像を抽出する。そして、その診断画像の形状、座標、明度分布を把握する。又は、図１２（ｂ）に示すような定義領域５−１の所定の割合（例示９０％）を占める明度範囲の形状を抽出することにより、その診断画像の形状、座標、明度分布を把握する。
（３）ステップＳ４−３
治療計画アルゴリズムは、定義領域５−１の範囲の形状、又は、所定の割合を示す明度範囲の形状について、その重心を求める。そして、ディスプレイ８１上に「＋」で表示する。例えば、定義領域５−１（図１２（ａ））の重心は、図１２（ｃ）のようになる。所定の割合を示す明度範囲（図１２（ｂ））の重心は、図１２（ｄ）のようになる。なお、図１２（ｅ）のように、単に重心だけ示しても良い。以上により、パターンマッチングを終了する。
【０１２５】
ディスプレイ８１上において、定義領域５−１の範囲、又は、所定の割合を示す明度範囲を示す明度範囲を特定の色で表示し、その他は他の色で表示するという２値化表示を行うことも可能である。定義領域５−１等が判別しやすくすることができる。
【０１２６】
ただし、明度分布の把握は、以下のように行なう。図１３は、診断画像における明度分布の一例を示すグラフである。縦軸は明度、横軸は診断画像の位置である。診断画像の定義領域５−１における、明度は、グラフからＬ１〜Ｌ２の範囲となることがわかる。従って、定義領域５−１の明度範囲は、Ｌ１〜Ｌ２となる。
【０１２７】
また、定義領域５−１の所定の割合（例示９０％）を占める明度範囲とは、明度範囲Ｌ１〜Ｌ２のうち、定義領域５−１の所定の割合（例示９０％）の面積を占めるように選択された連続する明度範囲Ｌ３〜Ｌ４である。この場合、Ｌ２＝Ｌ４となる。なお、同じ明度を示す他の位置は、定義領域５−１から離れているので、認識しない。
【０１２８】
以上説明したように、本発明の実施の形態に係る放射線治療装置によれば、画像処理を含めて０．０２秒以内に放射線照射ヘッド（Ｘ線ヘッド１０）を高速首振り動作させ、照射野（患部）の動きに対して追従させることができるので、高精度に放射線を照射（照射時間０．０１秒）できる。このように患部の動きに対応して、高応答かつ高精度にノンアイソセントリック照射することが可能であるので、頚部以下の呼吸や心鼓動、蠕動や膀胱内の尿量等、臓器の運動や状態の影響を受けて腫瘍等の照射対象が移動する部位を治療対象とすることができるようになる。
【０１２９】
なお、上述した例では、検査装置としてリアルタイム・イメージャ３０を放射線治療装置と組み合せた場合について説明したが、本発明はこれのみに限定されることなく、通常型のＸ線カメラ、特殊な用途ではＰＥＴ（Positron Emission Tomography）等の他の非磁気型検査装置を放射線治療装置と組み合わせることが可能である。
【０１３０】
通常型のＸ線カメラの場合には、異なる目視線を持つ２つ以上のカメラが必要である。また、コントラストの低い軟部組織等は、イメージングできないため、骨組織等のコントラストの高いランドマークを元に予めＸ線ＣＴやＭＲＩ等で照射野の位置決めができるようにしておく。或いは、小型の金プレート等を照射野付近に埋め込んでマーカとするか、もしくはＤＳＡ（Digital Subtraction Angiography）のように造影剤や差分画像処理により画像強調できるような工夫を行う。また、Ｘ線ＣＴやＰＥＴでは、リアルタイムイメージングのために、高速のリアルタイム画像再構成計算を行う。
【０１３１】
次に、図１８及び図１９を参照して、本発明の実施の形態に係る放射線治療装置の第１の変形例について説明する。なお、上述した実施の形態に係る放射線治療装置の説明と重複する部分の説明は省略する。
【０１３２】
図１８は、本発明の実施の形態に係る放射線治療装置の第１の変形例の構成を示す側面図であり、図１９は、その回転ドラム（治療用ガントリ）の構成を示す正面図である。
【０１３３】
この放射線治療装置６Ａでは、回転ドラム（治療用ガントリ）９９上に治療用のＸ線ヘッド１０、治療用Ｘ線源（ＣＴ用Ｘ線管）９７及びセンサアレイ９８が搭載されている。即ち、装置全体の構造としては、上記実施の形態のリアルタイム・イメージャ３０である回転型のＸ線ＣＴ検査装置のドラム部の上部にＸ線ヘッド１０を装備した構造である。回転ドラム（治療用ガントリ）９９の回転中心は、アイソセンタ５ａである。Ｘ線ヘッド１０は、４ＭｅＶ〜１０ＭｅＶの電子リニアックからなり、図示するように、２軸（第１首振り軸Ｓ１、第２首振り軸Ｓ２）に首振りできる。即ち、これらの首振り動作によって、回転ドラムの回転軸周りのアイソセントリックな照射に加えて、２軸でのノンアイソセントリックな照射が可能である。なお、第２首振り軸Ｓ２の首振りには、回転ドラムの回転に伴う照準角度補正も含める。一方、第１首振り軸Ｓ１の首振りに関しての照準角度補正は不要である。
【０１３４】
診断用Ｘ線源（ＣＴ用Ｘ線管）９７及びセンサアレイ９８は、治療用のＸ線ヘッド１０と干渉を生じない箇所にそれぞれ取り付けられ、診断用Ｘ線源（ＣＴ用Ｘ線管）９７とセンサアレイ９８とは互いに向き合っている。検出用のセンサアレイ９８は、Ｘ線用であり、マルチ配列（Multi Law）タイプの多列センサである。Ｘ線ＣＴやＰＥＴでは、リアルタイムイメージングに高速のリアルタイム画像再構成計算処理を行う。
【０１３５】
次に、図２０を参照して、本発明の実施の形態に係る放射線治療装置の第２の変形例について説明する。なお、上述した実施の形態及びその第１の変形例に係る放射線治療装置説明と重複する部分の説明は省略する。
【０１３６】
図２０は、本発明の実施の形態に係る放射線治療装置の第２の変形例における回転ドラム（治療用ガントリ）の構成を示す正面図である。この放射線治療装置６Ｂでは、回転ドラム（治療用ガントリ）９９上に治療用のＸ線ヘッド１０、通常のＸ線カメラを構成する２組のＸ線源９７Ａ、９７Ｂ及びセンサアレイ９８Ａ、９８Ｂのセットを搭載している。それらの相対位置は、所定の範囲内で固定されている。所定の範囲は、センサアレイ９８Ａ又はセンサアレイ９８Ｂ−アイソセンタ５ａ−Ｘ線ヘッド１０の成す角は、６０度〜２０度である。より好ましくは、４５度〜３０度である。これは、Ｘ線ヘッド１０、Ｘ線源９７Ａ及びＸ線源９７Ｂが、相互に影響を及ぼし合わずに、それぞれが正確に動作し、十分な精度を有する診断画像も得られる条件に基づいて設定される。
【０１３７】
診断用Ｘ線源（ＣＴ用Ｘ線管）とセンサアレイとが装備された第１の変形例に係る放射線治療装置とは異なり、回転ドラム９９には、通常のＸ線カメラを構成する２組のＸ線源９７Ａ、９７Ｂ及びセンサアレイ９８Ａ、９８Ｂのセットを装備しており、Ｘ線源−センサアレイのセットの目視線は互いに一致しないようになっている。Ｘ線源９７Ａ及びＸ線源９７Ｂは、図２０におけるＸ線ヘッド１０−アイソセンタ５ａを結ぶ直線を挟んで互いに反対の側にある。センサアレイ９８Ａ及びアイソセンタ９８Ｂも、同様である。
【０１３８】
これにより、患者４の体内の患部５やランドマーク、微小な金プレート等のＸ線透視画像を２軸で取得し、患者４の体内における各部位の動きを迅速かつ正確に把握できる。なお、Ｘ線透視画像の画像強調方式としては、造影剤を用いてＤＳＡのような画像処理を行う方式も考えられる。また、センサアレイ９８Ａ、９８Ｂは、Ｘ線ヘッド１０側に取り付けられているので、非常に強力なＸ線である治療用Ｘ線３ａがセンサアレイ９８Ａ、９８Ｂに入射することがない。
【０１３９】
Ｘ線ヘッド１０は、４ＭｅＶ〜１０ＭｅＶの電子リニアックからなり、図示のように、２軸（第１首振り軸Ｓ１、第２首振り軸Ｓ２）に首振りできる。即ち、これらの首振り動作によって、回転ドラムの回転軸周りのアイソセントリックな照射に加えて、２軸でのノンアイソセントリックな照射が可能である。なお、第２首振り軸Ｓ２の首振りには、回転ドラムの回転に伴う照準角度補正も含める。一方、第１首振り軸Ｓ１の首振りに関しての照準角度補正は不要である。
【０１４０】
次に、図２１を参照して、本発明の実施の形態に係る放射線治療装置の第３の変形例について説明する。なお、上述した実施の形態及びその第１及び第２の変形例に係る放射線治療装置の説明と重複する部分の説明は省略する。
【０１４１】
図２１は、本発明の放射線治療装置の実施の形態の第３の変形例に係る放射線治療装置の構成を示す斜視図である。この放射線治療装置６Ｃは、リアルタイム・イメージャ（３０）としてＸ線ヘッド１０と、Ｘ線源９７Ａ、９７Ｂと、センサアレイ９８Ａ、９８Ｂとを備えている。
【０１４２】
Ｘ線ヘッド１０は、アークガイドレール９に移動可能に設けられている。Ｘ線源９７Ａ、９７Ｂは、それぞれＸ線ヘッド１０のＹ軸方向の互いに異なる一方の側に固定されている。センサアレイ９８Ａ、９８Ｂは、それぞれＸ線源９７Ａ、９７Ｂにアイソセンタ５ａを経由して対向する位置に、Ｘ線源９７Ａ、９７Ｂに対する相対的な位置関係を固定して設けられている。Ｘ線源９７Ａ及びＸ線源９７Ｂは、図２１におけるＸ線ヘッド１０−アイソセンタ５ａを結ぶ直線を挟んで互いに反対の側にある。センサアレイ９８Ａ及びアイソセンタ９８Ｂも、同様である。
【０１４３】
アークガイドレール９に治療用のＸ線ヘッド１０が搭載されている点で実施の形態に係る放射線治療装置と同様である。また、通常のＸ線カメラを構成する２組のＸ線源９７Ａ、９７Ｂ及びセンサアレイ９８Ａ、９８ＢのセットをＸ線ヘッド１０に対して固定している点で、第２変形例と同様である。搭載している。それらの相対位置は、所定の範囲内で固定されている。所定の範囲は、センサアレイ９８Ａ又はセンサアレイ９８Ｂ−アイソセンタ５ａ−Ｘ線ヘッド１０の成す角は、６０度〜２０度である。より好ましくは、４５度〜３０度である。これは、Ｘ線ヘッド１０、Ｘ線源９７Ａ及びＸ線源９７Ｂが、相互に影響を及ぼし合わずに、それぞれが正確に動作し、十分な精度を有する診断画像も得られる条件に基づいて設定される。
【０１４４】
Ｘ線ＣＴ検査装置が装備された上記実施の形態、回転ドラム９９に診断用Ｘ線源（ＣＴ用Ｘ線管）とセンサアレイとが装備された上記第１変形例、回転ドラム９９に２組のＸ線源及びセンサアレイのセットが装備された上記第２の変形例とは異なり、あらゆる照射状況にいても、Ｘ線源−センサアレイのセットは、Ｘ線ヘッド１０に接続され、Ｘ線ヘッド１０に対して、固定された位置関係を有するように動作する
【０１４５】
これにより、上記各実施の形態の動作の効果が得られるほかに、Ｘ線源−センサアレイのセットは、Ｘ線ヘッド１０に対して、固定された位置関係を有しているので、診断画像を取得する制御にかかる負担や、リアルタイム・イメージャの動作にかかる負担を大幅に低減できる。また、センサアレイ９８Ａ、９８Ｂは、Ｘ線ヘッド１０側に取り付けられているので、非常に強力なＸ線である治療用Ｘ線３ａがセンサアレイ９８Ａ、９８Ｂに入射することがない。
【０１４６】
Ｘ線ヘッド１０は、４ＭｅＶ〜１０ＭｅＶの電子リニアックからなり、図示のように、２軸（第１首振り軸Ｓ１、第２首振り軸Ｓ２）に首振りできる。即ち、これらの首振り動作によって、回転ドラムの回転軸周りのアイソセントリックな照射に加えて、２軸でのノンアイソセントリックな照射が可能である。
【０１４７】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、被検体に対して放射線治療がなされた後の治療計画を容易にすることのできる放射線治療装置及び放射線治療装置の動作方法を提供できる。より具体的には、治療中の患部の画像が記録されるので治療放射線を実際に照射した部位を容易に知ることができる。従って、治療履歴の記録としては十分であり、また、放射線治療がなされた後の治療計画を容易に立てることができる。
【０１４８】
また、本発明によれば、放射線照射ヘッドの稼働状態に基づいて治療用放射線による治療履歴を算出する演算部を更に備え、記録部は、演算部で算出された治療履歴を患部の画像に対応付けて順次記録するように構成し、更に、演算部は、治療履歴として、治療用放射線が投入された治療線量及び被検体に吸収されたと推定される推定吸収線量を、治療用放射線の照射方向毎に算出し、また、照射方向は、放射線照射ヘッドの線源を表す線源座標と被検体の患部の座標を表す目標座標とから定めるようにしたので、医師による治療状況の確認、現在の治療の良否の判断、次の治療行為の立案等を容易に行うことができる。
【０１４９】
また、本発明によれば、記録部に記録された患部の画像及び治療履歴を表示する表示器を更に備えたので、医者はこの表示器を見ることにより的確な判断を迅速に下すことができる。また、本発明によれば、表示器は、治療用放射線の照射線量の瞬時値及び積算値を更に表示すので、治療中の照射状態を表す情報に加えて、治療放射線を照射した部位及びその時の線量が表示器に表示されで、医師による治療状況の確認、次の治療行為の立案、現在の治療の良否の判断等が容易である。
【０１５０】
また、本発明によれば、表示器は、治療位置の適否を表す情報を更に表示するので、治療位置の適否を表す情報が表示されるので、治療部の状況まで含めて総合情報で治療の良否を判断できる。
【０１５１】
更に、本発明によれば、記録部は、放射線照射ヘッドからの治療用放射線が照射される患部の空間座標を更に記録するので、放射線の照射方向が明確になるので治療計画との照合が容易になる。また、医師による治療状況の確認、現在の治療の良否の判断、次の治療行為の立案等を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る放射線治療装置の構成を示す側面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る放射線治療装置の構成を示す正面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る放射線治療装置の構成を示す斜視図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る放射線治療装置の他の構成を示す斜視図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る放射線治療装置の制御システムの構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る放射線治療装置の位置較正を説明するための図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図を示す。
【図７】本発明の実施の形態に係る放射線治療装置の動作を示すタイミングチャートであり、（ａ）は診断画像を処理する動作のタイミング、（ｂ）は処理後の診断画像に基づく画像追尾計算及びＸ線ヘッドの首振り動作のタイミング、（ｃ）は治療Ｘ線の照射のタイミングを示す。
【図８】本発明の実施の形態に係る放射線治療装置のＸ線ヘッドによる放射線治療の様子を示す斜視図である。
【図９】本発明の実施の形態に係る放射線治療装置のＸ線ヘッドを首振りしながら治療Ｘ線を照射する様子を説明する図であり、図８におけるＡ−Ａ断面を示す。
【図１０】本発明の実施の形態に係る放射線治療装置のＸ線ヘッドを首振りしながら治療Ｘ線を照射する様子を説明する図であり、図８におけるＢ−Ｂ断面を示す。
【図１１】本発明の実施の形態に係る放射線治療装置の擬似ノンアイソセントリックな治療の手順をディスプレイの表示で示すフロー図である。
【図１２】本発明の実施の形態に係る放射線治療装置の患部と定義領域とパターンマッチングによる輪郭線との関係を示す図であり、（ａ）は患部と定義領域との関係、（ｂ）〜（ｅ）は患部と輪郭線との関係を示す。
【図１３】本発明の実施の形態に係る放射線治療装置の診断画像における明度分布の一例を示すグラフである。
【図１４】本発明の実施の形態に係る放射線治療装置の追尾状態モニタの例を示す図である。
【図１５】本発明の実施の形態に係る放射線治療装置のディスプレイへの表示例を示す図である。
【図１６】本発明の実施の形態に係る放射線治療装置のディスプレイへの他の表示例を示す図である。
【図１７】本発明の実施の形態に係る放射線治療装置の放射線の照射方向を説明するための図である。
【図１８】本発明の実施の形態に係る放射線治療装置の第１の変形例の構成を示す側面図である。
【図１９】本発明の実施の形態に係る放射線治療装置の第２の変形例の回転ドラム（治療用ガントリ）の構成を示す正面図である。
【図２０】本発明の実施の形態に係る放射線治療装置の第２の変形例の回転ドラム（治療用ガントリ）の構成を示す正面図である。
【図２１】本発明の実施の形態に係る放射線治療装置の第３の変形例の構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
３ａ治療用Ｘ線
３ｂ診断用Ｘ線
４患者
５患部
５’ 照射野
５ａアイソセンタ
５ｂ首振り領域
６、６Ａ、６Ｂ、６Ｃ放射線治療装置
７治療用ベッドシステム
７−１ベッド駆動システム
７−２治療用ベッド
７−３患者固定装置
８Ｘ線ヘッドシステム
９アークガイドレール
１０Ｘ線ヘッド
１１従動導波管系
１２、１３、１５リンクアーム
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１６関節部
２０イメージャ傾斜機構
２１サーキュレータ
２２ダミーロード
２６ガイドレール傾斜軸
２８ガイドレール傾動機構
３０リアルタイム・イメージャ
３１イメージャ信号処理装置
６０ＣＣＤカメラ
６８ヘッド周回移動機構
７０マイクロ波発生装置
８０システム制御装置
９０システムユーティリティ
９５回転駆動機構
９６、９６Ａ、９６Ｂ保持フレーム
９７、９７Ａ、９７ＢＸ線源
９８、９８Ａ、９８Ｂセンサアレイ
９９回転ドラム（治療用ガントリ）
１３１第１首振り機構
１３２第２首振り機構
Ｓ１第１首振り軸
Ｓ２第２首振り軸
Ｒ１第１首振り方向
Ｒ２第２首振り方向
Ｇ１アークガイドレール移動方向
Ｈ１Ｘ線ヘッド移動方向
Ｋ１リアルタイム・イメージャ移動方向
Ｑリアルタイム・イメージャ回転軸[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a radiotherapy apparatus and a method for operating the radiotherapy apparatus, and more particularly to a technique for recording a treatment history during radiotherapy.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a radiotherapy apparatus for treating cancer or tumor using radiation has been known. Radiosurgery treatment devices, linac treatment devices, and the like are known as three-dimensional irradiation radiation treatment devices that emit radiation in a stereotactic orbit. Stereotaxic multi-orbital irradiation is a radiotherapy method in which radiation is concentrated on a small lesion from multiple directions to increase the therapeutic effect and minimize the exposure dose of surrounding tissues.
[0003]
A conventional radiosurgery treatment apparatus irradiates a narrow radiation beam intensively to a specific small area with high accuracy from a radiation irradiation unit fixed to the treatment apparatus. A gamma ray source or a linac is used as the radiation irradiation unit. In the radiosurgery treatment device, an affected part such as a patient's skull or the peripheral part thereof is mechanically fixed using a fixture for precise positioning of the affected part called a frame. Using this frame as a coordinate reference jig for positioning, diagnostic imaging such as X-ray CT (Computed Tomography), MRI, and DAS (Digital Subtraction Angiography) is performed to determine the exact position and shape of the affected area. Then, the patient is mechanically fixed in this frame as it is to an irradiation apparatus including a radiation irradiation unit and a collimating mechanism that collimates the radiation irradiation unit and concentrates therapeutic radiation in a small area of the space. As a result, the irradiation field is mechanically precisely matched to the small area, and precise localization irradiation is performed. When the affected area is spherical, it is possible to irradiate a required therapeutic dose with a single irradiation. When the affected part is indefinite, positioning is repeated several times according to the shape of the treatment field. At the same time, the diameter of the collimator is selected again and irradiation treatment is performed.
[0004]
In the radiosurgery treatment device, the device and procedure are extremely simple, and high reliability can be obtained. At the same time, when the irradiation object does not move with respect to the skull like the head, extremely precise positioning and irradiation are possible. However, because the irradiation field of the radiation irradiation unit is fixed, the body to which the irradiation object such as tumor moves due to the influence of organ movement and condition such as breathing and heartbeat below the neck, peristalsis and urine volume in the bladder The current situation is that stereotactic radiation therapy cannot be performed on the department. Strictly speaking, radiation is not irradiated while observing the affected area in real time.
[0005]
Further, in the conventional linac treatment apparatus, the large gantry rotates 360 degrees around one axis parallel to the installation surface, so that isocentric irradiation treatment is performed. Furthermore, various irradiations are possible by adding a two-dimensional movement in the top and bottom of the treatment bed and in a horizontal plane and a rotation in the horizontal plane. In addition, MLC (Multi Leaf Collimator) can deal with irradiation objects with complicated shapes, and the irradiation dose distribution is controlled to enable precise irradiation therapy (IMRT: Intensity Modulated Radio Therapy).
[0006]
This linac treatment apparatus cannot perform high-speed position control. Therefore, real-time follow-up irradiation to a therapeutic field that moves at high speed, such as movement by heartbeat, is not possible. Further, as a means for monitoring the irradiation field during irradiation, linacography using therapeutic X-ray transmission rays is used. Since therapeutic X-rays are highly transmissive and have many scattered rays, they are inappropriate for use as a real-time monitor of an irradiation target.
[0007]
Synchronous irradiation is performed by a respiratory synchronizer only for respiratory motion. In this case, since the affected part image cannot be imaged in real time, the affected part position is estimated by a predetermined method. Then, at the time when it is estimated that the affected part has reached the determined irradiation position, the irradiation apparatus is triggered to perform treatment irradiation. As the estimation method, the marker attached to the affected part is optically tracked, or the movement of the affected part is estimated by grasping the respiratory state of the patient by directly measuring the flow rate of exhaled air. However, synchronous irradiation estimates the affected part position and irradiates the radiation toward the estimated position, and does not irradiate the patient while tracking the affected part in real time.
[0008]
As other three-dimensional irradiation radiotherapy apparatuses, there are known an apparatus that drives an electronic linac in an isocentric manner and an apparatus that drives an electronic linac along a gantry having a predetermined shape.
[0009]
As an apparatus for driving an electronic linac in an isocentric manner, there is a device equipped with a small electronic linac at the tip of an industrial general-purpose robot arm. The exact shape and position of the affected area are determined by X-ray CT, MRI, or the like in association with landmark body tissue such as a skull or chest or a marker such as a small gold plate embedded as a marker near the affected area. At the time of treatment irradiation, two X-ray cameras having different lines of sight perform precise irradiation while monitoring the movement of the landmark and correcting the aim. This device is capable of essentially non-isocentric irradiation treatment due to the free movement capability of the 6-DOF robot arm.
[0010]
In the case of head treatment, this device uses a fixing tool for fixing the head, but does not irradiate while directly viewing the image of the affected area. That is, imaging with an X-ray camera is not performed during irradiation of the treatment beam. Therefore, a method is adopted in which the imaging is completed before the irradiation is started and the irradiation is started after the irradiation position is confirmed. Therefore, in this case, the irradiation field is not monitored in real time. In addition, because the electronic linac is heavy, it is necessary to solve problems such as inertia in order to perform precise follow-up irradiation in real time for fast movements such as heartbeats while holding it at the tip of a cantilevered robot arm. is required.
[0011]
In addition, the industrial robot arm does not guarantee absolute accuracy with respect to the designated spatial coordinates, but only guarantees repeatability by teaching. Therefore, teaching and related work are required prior to actual treatment.
[0012]
As a device for driving an electronic linac along a gantry having a predetermined shape, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-504347 (see International Application No. PCT / US93 / 11872: Patent Document 1) and Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-502330. (International Application No .: PCT / US91 / 07696: Patent Document 2). The stereotactic radiotherapy apparatus of this technology includes a C-arm type X-ray camera having two rotation axes, and a medical electronic linac having two rotation axes. Three-dimensional irradiation can be performed by adding another rotating shaft to the conventional electronic linac that can only rotate in one axis direction. However, the irradiation method is isocentric and is the same as that of the radiosurgery treatment device in that the head needs to be fixed with a frame. Moreover, it differs from the case of the radiosurgery treatment device in that the large gantry is driven in two axes.
[0013]
The patient's affected area is also moving during treatment. In particular, the irradiation target such as a tumor is constantly moving from the neck to the bottom under the influence of organ movement and state such as breathing, heartbeat, peristalsis, and urine volume in the bladder. For example, just by lying down, the body gradually flattens. In addition, although periodic movements such as breathing and heartbeat are periodic, the movement of each organ accompanying the movement does not always follow the same path. On the other hand, if the movement of the irradiation target is to be accurately captured in real time, the heartbeat, which is one of the fastest movements, is 1 to 2 times / second, so an image capturing technique of about 30 images / second is required. It is said that. If the irradiation target is accurately tracked in real time and radiation is to be irradiated, it is necessary to accurately direct the radiation irradiation head to the irradiation target every 1/30 seconds.
[0014]
By the way, when a radiotherapy is performed using the radiotherapy apparatus as described above, it is obliged to leave a treatment history by law. In order to cope with this, in the treatment using the conventional radiotherapy apparatus, a fluoroscopic image of the irradiation unit is taken and recorded immediately after the treatment in order to confirm the irradiation position of the therapeutic radiation. This recorded fluoroscopic image is submitted to the Ministry of Health, Labor and Welfare upon request and provided to the doctor. However, since irradiation information during treatment is not recorded, the site where treatment radiation is actually irradiated is unknown. Therefore, it cannot be said that it is sufficient as a record of the treatment history, and there arises a problem that the subsequent treatment plan is hindered. Therefore, it is desired to clarify the site irradiated with therapeutic radiation during treatment.
[0015]
Moreover, in the treatment using the conventional radiotherapy apparatus, a planned dose is irradiated from a previously planned direction, the total irradiated dose is recorded on a medical record or the like, and a fluoroscopic image of the irradiation unit is taken immediately after the treatment. The recorded fluoroscopic image is provided to the doctor and submitted to the Ministry of Health, Labor and Welfare upon request. Therefore, since there is no information indicating the irradiation state during treatment, the site irradiated with the treatment radiation and the dose at that time are unknown, the doctor confirms the treatment status, plans the next treatment action, whether the current treatment is good or bad There is a problem that judgment is difficult. Therefore, it is desired to develop a method capable of easily confirming the treatment status by a doctor, determining whether the current treatment is good, and planning the next treatment action.
[0016]
Moreover, in the treatment using the conventional radiotherapy apparatus, the state in the treatment room is monitored with a television camera, the irradiation dose is displayed, and if there is a malfunction, the doctor stops the treatment. However, the quality of treatment cannot be judged, and the quality of treatment is unclear. Therefore, it is desired to develop a method capable of judging the quality of treatment with comprehensive information including the situation of the treatment department.
[0017]
Furthermore, in the treatment using the conventional radiation therapy apparatus, the radiation dose for treatment is measured by a radiation dosimeter attached to the radiation head, and this is recorded together with the head position space coordinates of the radiation head. However, this method has a problem that the coordinate information of the affected part of the patient is not known, the direction of radiation is unknown, and it is difficult to collate with the treatment plan.
[Patent Document 1]
JP-T 8-504347
[Patent Document 2]
Japanese Patent Publication No. 6-502330
[0018]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide a radiotherapy apparatus and an operation method of the radiotherapy apparatus that can facilitate a treatment plan after radiotherapy is performed on a subject.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
Hereinafter, means for solving the problem will be described using the numbers and symbols used in the embodiments of the present invention. These numbers and symbols are added to clarify the correspondence between the description of [Claims] and [Embodiments of the Invention]. However, these numbers and symbols should not be used for the interpretation of the technical scope of the invention described in [Claims].
[0020]
In order to solve the above-mentioned problems, a radiation therapy apparatus according to the first aspect of the present invention includes a radiation irradiation head (10) for irradiating therapeutic radiation, and therapeutic radiation from the radiation irradiation head (10). An image processing unit (30, 31) for generating an image of the affected part while tracking the affected part of the subject, and a recording unit (80) for sequentially recording the image of the affected part generated by the image processing unit (30, 31) , And.
[0021]
According to the radiotherapy apparatus according to the first aspect, since an image of the affected area under treatment is recorded, it is possible to easily know the site where the therapeutic radiation is actually irradiated. Therefore, it is sufficient as a record of treatment history, and a treatment plan after radiation treatment can be easily made.
[0022]
The radiotherapy apparatus according to the first aspect further includes a calculation unit (80) that calculates a treatment history with therapeutic radiation based on the operating state of the radiation irradiation head (10), and the recording unit (80) The treatment history calculated by the unit (80) can be sequentially recorded in association with the image of the affected part. In this case, the calculation unit (80) calculates, as the treatment history, the treatment dose to which the therapeutic radiation is input and the estimated absorbed dose estimated to have been absorbed by the subject for each irradiation direction of the therapeutic radiation. Can be configured. The irradiation direction can be determined from the source coordinates representing the radiation source of the radiation irradiation head (10) and the target coordinates representing the coordinates of the affected part of the subject. According to this configuration, it is possible to easily confirm the treatment status by the doctor, determine the quality of the current treatment, and plan the next treatment action.
[0023]
In addition, the radiotherapy apparatus according to the first aspect can further include a display (81) for displaying the image of the affected area and the treatment history recorded in the recording section (80). According to this configuration, the doctor can quickly make an accurate judgment by looking at the display (81).
[0024]
In the radiotherapy apparatus according to the first aspect, the display (81) can be configured to further display the instantaneous value and the integrated value of the irradiation dose of the therapeutic radiation. According to this configuration, in addition to the information indicating the irradiation state during treatment, the site irradiated with the therapeutic radiation and the dose at that time are displayed on the display (81). It is easy to plan actions and judge the quality of current treatment.
[0025]
Further, in the radiotherapy apparatus according to the first aspect, the display (81) can be configured to further display information indicating suitability of the treatment position. According to this configuration, since the information indicating the suitability of the treatment position is displayed, the quality of treatment can be determined from the comprehensive information including the situation of the treatment unit.
[0026]
Furthermore, in the radiotherapy apparatus according to the first aspect, the recording unit (80) can be configured to further record the spatial coordinates of the affected area irradiated with the therapeutic radiation from the radiation irradiation head (10). According to this configuration, the irradiation direction of the radiation is clarified, so that the comparison with the treatment plan is facilitated.
[0027]
The operation method of the radiotherapy apparatus according to the second aspect of the present invention is an image generation step of generating an image of an affected area while tracking the affected area of a subject irradiated with therapeutic radiation from the radiation irradiation head (10). And a recording step for sequentially recording the generated images of the affected area.
[0028]
The operation method of the radiotherapy apparatus according to the second aspect further includes a calculation step of calculating a treatment history by the therapeutic radiation based on the operating state of the radiation irradiation head (10), and the recording step is a calculation step. The calculated treatment history can be sequentially recorded in association with the image of the affected area. In this case, the calculation step is configured to calculate, as the treatment history, the treatment dose to which the treatment radiation is input and the estimated absorbed dose estimated to have been absorbed by the subject for each irradiation direction of the treatment radiation. . The irradiation direction can be determined from the source coordinates representing the radiation source of the radiation irradiation head (10) and the target coordinates representing the coordinates of the affected part of the subject.
[0029]
The operation method of the radiotherapy apparatus according to the second aspect may further include a display step for displaying the image of the affected part and the treatment history recorded in the recording step. Further, the display step can be configured to further display an instantaneous value and an integrated value of the irradiation dose of therapeutic radiation. Further, the display step can be configured to further display information indicating the suitability of the treatment position. Furthermore, the recording step can be configured to further record the spatial coordinates of the affected area irradiated with therapeutic radiation from the radiation irradiation head (10).
[0030]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the radiation therapy apparatus of this invention is demonstrated in detail, referring an accompanying drawing.
[0031]
1 is a side view of a radiotherapy apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a front view thereof, and FIG. 3 is a perspective view thereof. A part of the drawing is omitted. A coordinate 200 indicates a three-dimensional orthogonal coordinate having the X axis, the Y axis, and the Z axis in FIGS.
[0032]
The radiotherapy apparatus 6 includes a treatment bed system 7, an X-ray head 10, a first swing mechanism 131, a second swing mechanism 132, an arc guide rail 9, a microwave generator 70, a driven waveguide system 11, and A real-time imager 30 is provided.
[0033]
The therapeutic bed system 7 includes a bed driving system 7-1, a therapeutic bed 7-2, and a patient fixing device 7-3. The treatment bed 7-2 is configured to be movable with the patient 4 to be subjected to radiation therapy, and is mounted on the XY table of the bed drive system 7-1. The patient fixing device 7-3 fixes the patient 4 to the treatment bed 7-2. The bed drive system 7-1 moves the treatment bed 7-2 in the two-axis directions of the longitudinal direction (X-axis direction) and the width direction (Y-axis direction) by a built-in drive mechanism (not shown). The bed drive system 7-1 is configured so that the affected area 5 serving as the irradiation field 5 ′ is isocentered based on diagnostic image data photographed by the real-time imager 30 (X-ray CT inspection apparatus) under the control of the system controller 80 described later. The position of the treatment bed 7-2 is adjusted so as to be positioned at 5a. The treatment bed 7-2 and the patient fixing device 7-3 include materials suitable for image processing in diagnostic imaging equipment such as a real-time imager 30, a solid-state imaging device for X-rays (X-ray CCD), and PET (Positron Emission Tomography). And the shape is selected.
[0034]
The X-ray head 10 irradiates the therapeutic field X ′ 3a to the irradiation field 5 ′ (affected area 5). The X-ray head 10 includes a small electronic linac that generates a therapeutic X-ray 3a having an energy of 4 MeV to 10 MeV. The X-ray head 10 is movably attached to the arc guide rail 9 via a circular movement mechanism 68. Further, the X-ray head 10 includes a first swing mechanism 131 and a second swing mechanism 132.
[0035]
The first swing mechanism 131 swings (rotates) the X-ray head 10 on the arc guide rail 9 as shown by an arrow R1 in FIG. 2 around the first swing axis S1. The first swing axis S1 is provided on or in the vicinity of an axis that substantially passes through the center of inertia of the X-ray head 10 so that the inertia when the X-ray head 10 swings becomes small.
[0036]
The second swing mechanism 132 swings (rotates) the X-ray head 10 on the arc guide rail 9 as shown by an arrow R2 in FIG. 1 around the second swing axis S2. The second swing axis S2 is provided on or near an axis that substantially passes through the center of inertia of the X-ray head 10 so that the inertia when the X-ray head 10 swings becomes small.
[0037]
The arc guide rail 9 includes a guide rail tilting mechanism 28 and a circular movement mechanism 68. The arc guide rail 9 is formed of a semicircular ring having an arc shape that is an upper half of the therapeutic bed 7-2, and is provided so as to straddle the therapeutic bed 7-2. The guide rail tilting shaft 26 is an axis in the Y-axis direction connecting both ends and the center of the semicircle, and the center of the circle coincides with the isocenter 5a. The arc guide rail 9 is supported by a guide rail tilting mechanism 28 so as to be tiltable. The guide rail tilt mechanism 28 moves the arc guide rail 9 around the guide rail tilt axis 26 within a range of 0 degrees (position standing upright in the Z-axis positive direction) to 90 degrees (position lying sideways in the X-axis positive direction). Tilt as shown by arrow G1 in FIG. That is, the arc guide rail 9 moves so as to draw a quarter sphere (1/4 spherical shell) centering on the isocenter 5a. The arc guide rail 9 is made of a material having high rigidity such as stainless steel.
[0038]
Further, as shown by an arrow H <b> 1 in FIG. 2, the circling movement mechanism 68 circulates the X-ray head 10 around the semicircular arc of the arc guide rail 9 along the arc guide rail 9. As the circular movement mechanism 68, a rack and opinion method or a belt method can be adopted.
[0039]
By the above three-axis drive (G1, H1), the X-ray head 10 can move in an isocentric manner on the ¼ spherical shell centered on the isocenter 5a (the X-ray head 10 faces the isocenter 5a). become. Further, by the above-described two-axis drive (R1, R2), the X-ray head 10 moves in a pseudo non-isocentric manner on the ¼ spherical shell (the X-ray head 10 is three-dimensional in the vicinity of the isocenter 5a. Can be directed to a desired point in the region 5b (see FIG. 2). Since this pseudo non-isocentric motion is a swing motion around the center of inertia of the X-ray head 10, it is possible to perform a quick motion at each stage as compared with the isocentric motion. With the pseudo non-isocentric high-response quick tracking motion, the head sight can be followed with high response and precision even for fast movement such as heartbeat.
[0040]
The microwave generator 70 includes a klystron, has a circulator 21 and a dummy load 22 related to a waveguide, and supplies microwaves for electron acceleration to the X-ray head 10 through the driven waveguide system 11. . Here, a microwave of C band (for example, 5.6 GHz) is supplied.
[0041]
The driven waveguide system 11 is a waveguide that supplies the microwave generated by the microwave generator 70 to the X-ray head 10. The joint part 14a, the link arm 12, the joint part 14b, the link arm 13, the joint part 14c, the link arm 15, the joint part 16, and the X-ray head 10 are connected to each other to form a link mechanism. Only the joint part 14a can rotate around the axis in the Y-axis direction, and the joint part 14b, the joint part 14c, and the joint part 16 can rotate around the axis in the X-axis direction. The X-ray head 10 at the end of the link slides along the arc guide rail 9 by the circular movement mechanism 68 and is swung around the joint portion 16 by the first swing mechanism 131.
[0042]
Each of the joint portions 14a, 14b, 14c, and 16 includes a rotary RF coupler (not shown) that transmits microwaves by axial rotation. The link arms 12, 13, and 15 are made of a waveguide, and are electromagnetically communicated with each other through the joint portions 14 a to 14 c and 16. The microwave generated by the microwave generator 70 is supplied to the X-ray head 10 via the joint portion 14 a, the link arm 12, the joint portion 14 b, the link arm 13, the joint portion 14 c, the link arm 15, and the joint portion 16. Is done.
[0043]
The real-time imager 30 is an X-ray CT inspection apparatus. The X-ray CT examination apparatus irradiates the affected part (treatment field) 5 of the patient 4 as a subject with diagnostic X-rays 3b, which are weak fan beam X-rays, one after another from various directions over 360 degrees, and transmits them. Detect the image. The detected diagnostic image data is displayed as a three-dimensional tomographic diagnostic image of the affected area 5 on the display 81 by image processing. The real-time imager 30 is controlled by the system controller 80.
[0044]
The real-time imager 30 is supported in a posture tilted at a predetermined angle (for example, tilted by 20 degrees to 30 degrees with respect to the vertical axis) by the imager tilting mechanism 20 shown in FIG. When the imager tilting mechanism 20 is driven, the real-time imager 30 tilts around the axis (indicated by an arrow K1 in FIG. 1), thereby changing the irradiation angle of the diagnostic X-ray 3b. Note that the real-time imager 30 and the arc guide rail 9 are mechanically closely coupled and have a common coordinate reference.
[0045]
The real-time imager 30 is controlled so that the arc guide rail 9 and the X-ray head 10 do not interfere with each other. When a normal X-ray camera is used as an imager, if necessary, a small gold plate is embedded in the vicinity of the irradiation field, and the irradiation field is labeled as a marker.
[0046]
The real-time imager 30 includes a donut-shaped vacuum chamber having a central opening as a diagnostic space, and a patient 4 as a subject is taken in and out of the diagnostic space together with a treatment bed 7-2. The inside of the vacuum chamber is evacuated by a vacuum pump through an exhaust port (not shown).
[0047]
In the vacuum chamber, a number of diagnostic X-ray generation units arranged on concentric circles near the outer periphery and a number of sensor arrays arranged on concentric circles closer to the inner periphery are provided. ing. The diagnostic X-ray generation unit and the sensor array are arranged while being shifted in the X-axis direction, and the diagnostic X-ray 3b is irradiated in a fan shape in a direction inclined forward with respect to the radius of the vacuum chamber. For this reason, the fan-shaped diagnostic X-ray 3b passes through the patient 4 in the diagnostic space without being blocked by the X-ray irradiation side (upper) sensor array, and is detected by the opposite (lower) sensor array. it can.
[0048]
Further, in the vacuum chamber, a beam limiter, an electron gun drive circuit, an image signal digitizer, and the like are arranged at appropriate positions. The fan-shaped diagnostic X-ray 3b radiated from the diagnostic X-ray generation unit is narrowed by a collimator (not shown), further defined by the width at the irradiation position by a beam limiter, and detected by the sensor array after passing through the patient 4. The
[0049]
The sensor array receives (receives light) the diagnostic X-ray 3 b that has passed through the patient 4. It is densely arranged on the circumference surrounding the diagnostic space in which the patient 4 is arranged, has a number of ultra-sensitive CdTe sensors, and has a resolution of 0.5 mm. The imaging width of one shot at the time of inspection is 80 mm. The X-ray irradiation time is 0.01 seconds per shot.
[0050]
X-ray transmission data detected by the sensor array is converted into a current signal proportional to the transmitted X-ray dose, sent to the image signal digitizer and data recording device via the preamplifier and main amplifier, and recorded as diagnostic image data. . Imaging, data recording, and the like by the diagnostic X-ray 3b are controlled by the system controller 80. The recorded diagnostic image data is output from the data recording device to the imager signal processing device 31 (see FIG. 5), and data processing is performed by the imager signal processing device 31. The processed data is reproduced and displayed on the display 81 of the system controller 80 as an X-ray CT diagnosis image of the affected part 5.
[0051]
On the other hand, the output side of the X-ray generation control device of the real-time imager 30 is connected to the power source and the grid electrodes of the anode, cathode and gate array in the diagnostic X-ray generation unit. When an X-ray generation command signal is output from the system control device 80 to the X-ray generation control device, the X-ray generation control device controls the power feeding operation from the power source to the electron gun drive circuit based on the command. At the same time, a grid electrode suitable for the imaging region is selected from the gate array. In response, an electron beam is emitted from one of the cathodes in the diagnostic X-ray generation unit, the negative bias voltage applied to the selected grit electrode is released to zero potential, and the electron beam passes through the hole of the grit electrode. Passes through and enters the anode. When an electron beam enters the anode, secondary X-rays are generated from the anode, and fan-shaped therapeutic X-rays 3b are emitted toward the patient 4 via a collimator attached to the window.
[0052]
The real-time imager 30 does not have to be an X-ray CT inspection apparatus, and may be a set of an X-ray source and a sensor array facing the X-ray source. FIG. 4 is a perspective view of a radiotherapy apparatus that employs another real-time imager 30.
[0053]
The real-time imager 30 includes a rotary drive mechanism 95, holding frames 96A and 96B, two sets of X-ray sources 97A and 97B, and sensor arrays 98A and 98B that constitute a normal X-ray camera. An X-ray source 97A is provided at one end of the holding frame 96A, and a sensor array 98A is provided at the other end. An X-ray source 97B is provided at one end of the holding frame 96B, and a sensor array 98B is provided at the other end. The central portions of the holding frames 96 </ b> A and 96 </ b> B are attached to the rotation drive mechanism 95.
[0054]
The sensor array 98A is disposed in the vicinity of one side of the X-ray head 10 in the Y-axis direction. The perpendicular from the center of the sensor side plane faces the isocenter 5a, and the X-ray source 97A is arranged on the extended line. Similarly, the sensor array 98B is disposed near the other side of the X-ray head 10 in the Y-axis direction. The perpendicular from the center of the sensor side plane faces the isocenter 5a, and the X-ray source 97B is disposed on the extended line. The rotary drive mechanism 95 is configured to hold the holding frame 96A around the rotation axis Q of the real-time imager passing through the isocenter 5a and parallel to the X axis so that the two sets of X-ray sources 97A, 97B and 98B are at a desired position. And 96B are rotated.
[0055]
The two sets of X-ray source and sensor array 97A and 98A, and 97B and 98B are controlled to maintain a predetermined angle with respect to each other. The angle formed by the sensor array 98A or the sensor array 98B-isocenter 5a-X-ray head 10 is 60 degrees to 20 degrees. More preferably, it is 45 to 30 degrees. This is set based on the condition that the X-ray head 10, the X-ray source 97A, and the X-ray source 97B operate accurately without mutual influence and a diagnostic image having sufficient accuracy can be obtained. Is done. However, the two sets of X-ray source and sensor array 97A and 98A, and 97B and 98B can be controlled independently if the lines of sight of the X-ray source-sensor array set do not coincide with each other. You can do it.
[0056]
In the case of the radiotherapy apparatus shown in FIG. 4, the power source and the anodes, cathodes, and grid electrodes in the X-ray sources 97A and 97B are connected to the output side of the X-ray generation control apparatus of the real-time imager 30, respectively. When an X-ray generation command signal is output from the system control device 80 to the X-ray generation control device, the X-ray generation control device controls the power feeding operation from the power source to the electron gun drive circuit based on the command. At the same time, the rotational drive mechanism 95 is differentiated to move the two sets of the X-ray source-sensor array from the positional relationship with the X-ray head 10 to the optimum place. In response to this, an electron beam is emitted from the cathodes in the X-ray sources 97A and 97B, the negative bias voltage applied to the grit electrode is released and becomes zero potential, and the electron beam passes through the hole of the grit electrode and reaches the anode. Incident. When an electron beam enters the anode, secondary X-rays are generated from the anode, and fan-shaped therapeutic X-rays 3b are emitted toward the patient 4 via a collimator attached to the window.
[0057]
The X-ray source 97A and the X-ray source 97B are surely on opposite sides with respect to a straight line connecting the X-ray head 10 and the isocenter 5a in FIG. The same applies to the sensor array 98A and the isocenter 98B. Thereby, the movement of each part in the body of the patient 4 can be grasped quickly and accurately. In addition, since the sensor arrays 98A and 98B are attached to the X-ray head 10 side, the therapeutic X-ray 3a, which is a very strong X-ray, does not enter the sensor arrays 98A and 98B.
[0058]
The SAD (Source Axis Distance) shown in FIG. 1 corresponds to the distance from the isocenter 5a to the X-ray target (not shown) in the X-ray head 10. In this embodiment, the standard SAD is set to 80 to 100 cm.
[0059]
Next, a control system for the above-described radiotherapy apparatus will be described. FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of this control system. This control system includes a treatment bed system 7, an X-ray head system 8, a real-time imager 30, an imager signal processing device 31, a microwave generation device 70, a system control device 80, and a system utility 90.
[0060]
The system controller 80 controls the radiotherapy apparatus as a whole. The system controller 80 includes a system control computer, and includes a “system management algorithm”, an “image tracking algorithm”, a “treatment planning algorithm”, a “treatment management algorithm”, a “graphical user interface (GUI)” as a computer program, It includes an “interlock algorithm” and includes a “treatment plan database”, a “trend record database”, and a “treatment database”. The system control device 80 includes a system monitor (display 81) and a BIT, and other blocks are connected to each other to exchange input / output signals.
[0061]
The “treatment plan database” stores treatment plan information as information on treatment plans established by doctors. The treatment plan information is based on various examinations performed before surgery. The treatment plan information associates patient attribute information, patient image information, estimated absorbed dose information, treatment dose information, affected area position information, and the like.
[0062]
The patient attribute information includes the name and date of birth of the patient 4. The patient image information includes an X-ray tomographic image of the patient 4. The estimated absorbed dose information is information relating to the estimated absorbed dose setting indicating the estimated absorbed dose of radiation (X-rays) to the affected part 5, the irradiation method (number of times, one estimated absorbed dose, irradiation direction (route)), and the like. The treatment dose information is information relating to treatment dose setting indicating a treatment dose of radiation (X-rays) to the affected part 5, an irradiation method (number of times, one treatment dose, an irradiation direction (route)), and the like. The affected part position information is information relating to the position of the affected part 5. The position of the affected part 5 may be a definition area 5-1 described later.
[0063]
The “trend record database” stores irradiation result information related to the results of irradiation treatment. The irradiation result information relates to radiation (X-rays) actually irradiated at the time of treatment. The irradiation result information includes patient attribute information, ring image information, accumulated treatment dose, accumulated estimated absorbed dose, treatment dose for each irradiation direction (number of portals), estimated absorbed dose, target coordinates (coordinates of irradiation targets in the affected area 5) and Machine coordinates (coordinates of the irradiation field 5 ′ where irradiation is actually performed) and the like are associated with each other. The affected area image information is an X-ray tomographic image of the patient 4 obtained in real time from the real-time imager 30 during treatment. A part of the affected part image information is reflected in the treatment plan database as patient image information. This irradiation result information is presented to the doctor as a record of treatment history and is submitted to the Ministry of Health, Labor and Welfare upon request.
[0064]
The “treatment database” stores the type of substance, the radiation absorption amount curve indicating the relationship between the thickness of the substance and the absorption amount of radiation (X-rays), and the like in association with each other.
[0065]
The “system management algorithm” controls the entire system controller 80 such as each algorithm, GUI, system monitor (display 81), and BIT.
[0066]
The “treatment plan algorithm” is based on the treatment plan database (X-ray tomographic image of patient 4 and estimated absorbed dose information) and the treatment database (radiation absorption curve for each substance), and the treatment dose information (irradiation direction (route)). X-ray treatment dose for each, cumulative treatment dose) and the like are calculated. And it displays on the display 81 and receives a doctor's confirmation. The doctor changes the irradiation direction, the estimated absorbed dose of X-rays, and the like as necessary to obtain desired treatment dose information. After confirmation by the doctor, store in the treatment plan database.
[0067]
The “treatment management algorithm” is an X-ray head system in which the X-ray head 10 is directed in a predetermined direction based on the treatment plan information in the treatment plan database and / or the swing amount of the X-ray head 10 from the image tracking algorithm. 8 is controlled. In addition, irradiation result information obtained from the imager signal processing device 31, the X-ray head system 8, the image tracking algorithm, and the like during treatment is stored in a trend recording database.
[0068]
The “image tracking algorithm” calculates the coordinates of the affected part 5 based on the tracking image data obtained from the imager signal processing device 31. Further, the coordinates of the irradiation field 5 ′ of the X-ray head 10 are obtained based on various data obtained from the X-ray head system 8. Then, based on the coordinates of the affected area 5 and the coordinates of the irradiation field 5 ′, the swing amount of the X-ray head 10 is calculated.
[0069]
The “interlock algorithm” urgently stops the therapeutic X-ray 3a and the diagnostic X-ray 3b when a predetermined condition is satisfied. The predetermined condition is that when the emergency stop button is pressed, when the irradiation field 5 ′ and the affected part 5 are separated by a predetermined distance or more, at least one of the therapeutic dose and the estimated absorbed dose for the patient 4 is On the other hand, when the preset allowable value is exceeded, when the diagnostic X-ray 3b is stopped when the therapeutic X-ray 3a is irradiated, the therapeutic X-ray 3a is stopped when the diagnostic X-ray 3b is irradiated. If so, etc.
[0070]
The X-ray transmission data detected by the real-time imager 30 is reconstructed into a diagnostic image by an image reconstruction algorithm in the imager signal processing device 31 and transmitted to the system control device 80. As a result, a diagnostic image is generated in real time during treatment, and the doctor can perform treatment while viewing the diagnostic image displayed on the display 81 of the system control device 80.
[0071]
The microwave generator 70 includes a klystron modulator and linac system controller, a klystron and an RF driver. The klystron is connected to the X-ray head 10 via the driven waveguide system 11 and is a supply source for supplying microwaves to the internal acceleration tube.
[0072]
The X-ray head system 8 includes an X-ray head 10, an isocentric drive mechanism (including an arc guide rail 9, a guide rail tilting mechanism 28, and a head circumferential movement mechanism 68), and a swing drive mechanism (first swing mechanism). 131, a second swing mechanism 132, and a rotary RF coupler). The isocentric drive mechanism and the swing drive mechanism are connected to the system control device 80 via their corresponding drivers (isocentric drive driver and swing drive driver), and X-rays during isocentric irradiation The head rotation driving mechanism 68 of the head 10 and the biaxial swing driving of the X-ray head 10 during pseudo-isocentric irradiation are controlled.
[0073]
Next, the operation of the radiation therapy apparatus according to the embodiment of the present invention configured as described above will be described with reference to the accompanying drawings.
[0074]
First, position calibration will be described. 6A and 6B are diagrams for explaining the calibration of the position of the radiation therapy apparatus 6, FIG. 6A is a front view of the radiation therapy apparatus 6, and FIG. 6B is a side view. In addition to the configuration shown in FIGS. 1 to 3, a CCD camera 60 is disposed on the treatment bed 7-2.
[0075]
The CCD camera 60 is installed such that the center of the light receiving surface overlaps the isocenter 5a and the light receiving surface is horizontal. The CCD camera 60 is connected to a laser intensity analyzer (not shown). In the X-ray head 10, a laser transmitter (not shown) such as a low-power small He-Ne laser is installed in place of the acceleration tube or the like so as to be coaxial with the emitted X-ray.
[0076]
Next, the position calibration procedure will be described.
(1) Step S1-1
In the state shown in FIG. 6, the laser transmitter of the X-ray head 10 outputs a laser to the CCD camera 60.
(2) Step S1-2
The CCD camera 60 receives a laser. Then, the light reception result is output to a laser intensity analyzer (not shown).
(3) Step S1-3
The laser intensity analyzer detects the intensity distribution of the laser. Then, the displacement (X axis direction, Y axis direction, Z axis direction) between the isocenter 5a (= the center of the light receiving surface of the CCD camera 60) and the peak position of the laser intensity is calculated.
(4) Step S1-4
The calculated displacement is stored in a storage unit (not shown) of the system control device 80 as a correction value.
[0077]
By the above-described position calibration method, a large machine workpiece such as the arc guide rail 9 can be accurately displaced in a short time with a high degree of accuracy due to distortion during work, deflection due to its own weight, stress due to stress during installation, etc. It is possible to correct the positional accuracy. In the case of this embodiment, it is possible to make the position resolution about 20 μm.
[0078]
This position calibration is performed at the time of installation of the radiotherapy apparatus 6 and at a periodic inspection. Note that the position calibration may be performed every predetermined number of uses and every radiotherapy.
[0079]
Next, the operation of the radiotherapy apparatus according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the timing chart shown in FIG.
[0080]
FIG. 7A is a timing for processing a diagnostic image, FIG. 7B is a timing for image tracking calculation based on the processed diagnostic image and a swing operation of the X-ray head 10, and FIG. 7C. Respectively show the timing of irradiation of therapeutic X-rays.
[0081]
First, when the main switch of the radiotherapy apparatus 6 is turned on, the power of the treatment bed system 7, the X-ray head system 8, the real-time imager 30, the microwave generator 70, the system controller 80, and the system utility 90 is turned on. Each is in a standby state. Then, the treatment bed system 7 is activated, the patient 4 moves into the treatment area together with the treatment bed 7-2, and the real-time imager 30 is activated to treat the affected area 5 so as to coincide with the isocenter 5a of the treatment apparatus. Move the bed 7-2 for alignment. After the completion of this isocentric alignment, real-time image diagnosis by the real-time imager 30 and radiation therapy by the X-ray head 10 are performed in the following procedure.
[0082]
(1) Step S2-1: Time t0 to t1
The normal X-ray camera (real-time imager 30) irradiates the irradiation field 5 'with the diagnostic X-ray 3b from the diagnostic X-ray generation unit. Then, the sensor array detects the X-ray transmission data as diagnostic image data. In order to minimize the exposure, the irradiation time of the diagnostic X-ray 3b is limited to t0 to t1.
[0083]
(2) Step S2-2: Time t1 to t2
The detected diagnostic image data is converted into a current signal proportional to the transmitted X-ray dose, and is taken into the image signal digitizer and the data recording device via the preamplifier and the main amplifier.
[0084]
(3) Step S2-3: Time t2 to t3
The recorded diagnostic image data is sent from the data recording device to the imager signal processing device 31. Then, the imager signal processing device 31 performs arithmetic processing on the diagnostic image data using an image reconstruction algorithm, and converts the diagnostic image data into tracking image data. The image data for tracking is data indicating a diagnostic image at each coordinate point (Xi, Yi, Zi) (i = 1 to n: n is the number of data) of the coordinate system of the radiation therapy apparatus 6. This tracking image data is sent to the system control device 80.
[0085]
The system control device 80 reproduces and displays the tracking image data on the display 81 as an (X-ray CT) diagnostic image of the affected part 5, and stores it in the trend recording database as affected part image information. On the display 81, as shown in FIG. 15, an irradiation dose and an integrated dose are displayed in addition to the (X-ray CT) diagnostic image. Thereby, confirmation of the treatment status by the doctor, determination of the quality of the current treatment, planning of the next treatment action, and the like can be easily performed. The display on the display 81 can be configured to display the estimated absorbed dose and the accumulated estimated absorbed dose in addition to the irradiation dose and the accumulated dose. Further, the picture on the right side in FIG. 15 indicates that radiation is irradiated in the direction of the current dose (shown by a solid line) with respect to the planned dose (shown by a broken line).
[0086]
The real-time imager 30 and the imager signal processor 31 repeat the process from time t0 to t3 again after time t3. In FIG. 7, time t3 = time t10, process at time t0 to t3 = time t10 to t13, time t20 to t23...
[0087]
In order to prevent direct rays, leakage rays, and scattered rays of the therapeutic X-ray 3a from affecting the sensor array (detector) of the real-time imager 30, at least a time t0 when the diagnostic X-ray 3b is irradiated. In -t1, the X-ray head 10 is interlocked so that the therapeutic X-ray 3a is not irradiated.
[0088]
The total time t0 to t3 required for these diagnostic image processes (steps S2-1 to S2-3) is 0.01 seconds. That is, one cycle time of diagnostic image processing is 0.01 seconds. This is a sufficient sample rate to follow a fast movement such as a heartbeat.
[0089]
(4) Step S2-4: Time t3 to t4
The system control device 80 performs the following image tracking calculation using an image tracking algorithm. That is, based on the image data for tracking, the coordinates of the affected area 5 (coordinate points (X, Y, Z) in the coordinate system of the radiation therapy apparatus 6) are extracted. On the other hand, the irradiation field 5 of the current X-ray head 10 is determined based on the position (coordinates), rotation angle, and the like of the guide rail tilting mechanism 28, the head circling mechanism 68, the first swing mechanism 131, and the second swing mechanism 132. 'Coordinates (coordinate points (x, y, z) in the coordinate system of the radiation therapy apparatus 6) are calculated. (1) When the distance L = | (X, Y, Z) − (x, y, z) | between two points is less than or equal to a preset value L02, the swing control is not performed, and 2) If the distance L is greater than or equal to the preset value L01, the swing amount is θ0. (3) If L02 <distance L <L01, then based on the coordinates of the affected area 5 and the coordinates of the irradiation field 5 ′ Then, the swing amounts (θ1, θ2) of the X-ray head 10 are calculated.
[0090]
However, the amount of swing (θ1, θ2) of the X-ray head 10 is a minute displacement angle (swing angle) θ1 (rotation direction, magnitude of rotation angle) around the S1 swing drive axis and around the S2 swing drive axis. Is a minute displacement angle (swing angle) θ2 (rotation direction, magnitude of rotation angle). L01 is the maximum distance that the X-ray head 10 can swing between times t4 and t5. L02 is a value of an error expected when calculating the coordinate point (X, Y, Z) of the affected part 5 and the coordinate point (x, y, z) of the irradiation field 5 ′.
[0091]
The movement (movement) state (coordinate points (X, Y, Z)) of the affected part 5 is displayed on the display 81 of the system controller 80 as shown in FIG. However, not only the affected part 5 but also the surrounding area (example: contour line 5-2 including the affected part 5 (described later)) may be indicated in the same manner. At this time, as shown in the picture on the right side of FIG. 16, when the direction of the current dose (shown by a solid line) deviates greatly from the planned dose (shown by a broken line), a message “large treatment line deviation” is displayed. And an interlock is applied. Thereby, the doctor can judge the quality of treatment with comprehensive information including the situation of the treatment department.
[0092]
(5) Step S2-5: Time t4 to t5
Based on the calculated swing amounts (θ1, θ2) of the X-ray head 10, the system control device 80 swings the swing amounts (θ1, θ2) of the X-ray head 10 using a treatment management algorithm. A drive signal is sent to the X-ray head system 8. Based on the swing drive signal, the X-ray head swing drive driver of the X-ray head system 8 drives the first swing mechanism 131 and the second swing mechanism 132 so that the X-ray head 10 faces in a desired direction. . The system controller 80 repeats the process from time t3 to time t5 again from time t13 after time t5. In FIG. 7, the process at time t3 to t5 = time t13 to t15, time t23 to t25...
[0093]
The total time t3 to t5 required for the image tracking calculation and the X-ray head swing (steps S2-4 to S2-5) is 0.01 seconds. That is, one cycle time of image tracking calculation and X-ray head swing is 0.01 seconds. This is a sufficient rate for following a fast movement such as a heartbeat.
[0094]
During the time t4 to t5 during which the S1 swing drive servomotor of the first swing mechanism 131 and the S2 swing drive servomotor of the second swing mechanism 132 (both not shown) are driven, the swing angle Therefore, the X-ray head 10 is interlocked to ensure safety so that the therapeutic X-ray 3a is not irradiated.
[0095]
(6) Step S2-6: Time t5 to t6
The system control device 80 sends a therapeutic X-ray irradiation signal to the X-ray head 10 as a signal for instructing the irradiation of the therapeutic X-ray 3a at time t5 using the system management algorithm. Thereby, the interlock of the X-ray head 10 is released, and irradiation of the therapeutic X-ray 3a to the affected part 5 is started. The irradiation time t5 to t6 of the therapeutic X-ray 3a is about 50 milliseconds. The duty of irradiation is about 50%. The system controller 80 repeats the process from time t5 to time t6 again from time t15 after time t6. In FIG. 7, the process at time t5 to t6 = the process at time t15 to t16, time t25 to t26.
[0096]
The total time t5 to t6 required for this therapeutic X-ray irradiation (step S2-6) is 0.01 seconds. That is, one cycle time of therapeutic X-ray irradiation is 0.01 seconds. This is a sufficient rate for following a fast movement such as a heartbeat.
[0097]
Here, how the therapeutic X-ray 3a is irradiated while swinging the X-ray head 10 will be further described with reference to the drawings. FIG. 8 is a perspective view showing a state of radiation therapy by the X-ray head 10. The X-ray head 10 irradiates the affected part 5 with X-rays.
[0098]
FIG. 9 and FIG. 10 are diagrams for explaining how the therapeutic X-ray 3 a is irradiated while swinging the X-ray head 10. 9 is an AA cross section in FIG. 8, and FIG. 10 is a BB cross section in FIG.
[0099]
In order to irradiate following the movement of the irradiation field, the system control apparatus 80 calculates the position (coordinates (X, Y, Z)) of the affected part 5 and the current X-ray head at the time t3 to t4. Based on the coordinates (x, y, z) of the ten irradiation fields 5 ′, shift amounts DV1 and DV2 from the irradiation field 5 ′ of the affected area 5 in the X-axis direction and the Y-axis direction are calculated. Then, based on the shift amounts DV1 and DV2, the displacement angles θ1 and θ2 due to the movements around the first swing drive shaft S1 and the second swing drive shaft S2 are obtained using a predetermined calculation formula, respectively.
[0100]
At the time t5 to t6, the X-ray head 10 is swung at high speed by the displacement angle θ1 around the first swing drive axis S1 and by the displacement angle θ2 around the second swing drive axis S2. Then, simultaneously with stopping the swing, the therapeutic X-ray 3a is emitted from the X-ray head 10.
[0101]
By the above steps S2-1 to S2-6, the affected part 5 such as a tumor moving under the influence of the movement and state of the organ, such as breathing and heartbeat below the cervix, peristalsis and urine volume in the bladder, The aim of the X-ray head 10 follows quickly and with high response, and radiation (X-rays) can be irradiated with high accuracy. In other words, the X-ray head 10 can be swung at a high speed within 0.03 seconds including the processing time of the diagnostic image, and radiation (X-rays) can be generated. Can be followed.
[0102]
In the above-described process, at step S2-4: at times t3 to t4, the angle at which the X-ray head 10 is swung in step S2-5 is limited to a predetermined size. This is because as the swing angle increases, the time required for swinging becomes longer, and the affected part 5 further moves during that time. As a result, the coordinate point (x, y, z) of the irradiation field 5 ′ of the X-ray head 10 is greatly deviated from the position of the coordinate point (X, Y, Z) of the affected part 5.
[0103]
The fast movement of the affected part 5 tracked by the X-ray head 10 is due to breathing and heartbeat. In this case, the affected part 5 is moving in substantially the same region (however, the route is not necessarily the same). Therefore, once the coordinate point (x, y, z) of the irradiation field 5 ′ of the X-ray head 10 and the coordinate point (X, Y, Z) of the affected area 5 may not completely match, they will match thereafter. It is possible to make it.
[0104]
If an abnormality occurs in the acquisition of diagnostic image data or image tracking calculation, the irradiation of the therapeutic X-ray 3a is interlocked at that time to stop the irradiation, thereby ensuring safety. This apparatus is designed to irradiate the therapeutic X-ray 3a after confirming that the X-ray head 10 has been swung and positioned normally. If the deviation between the coordinate point (x, y, z) of the irradiation field 5 ′ and the coordinate point (X, Y, Z) of the affected part 5 is equal to or larger than a preset allowable value, step S2 is performed in the cycle. The irradiation of the therapeutic X-ray 3a at -6 (time t5 to t6) is not performed.
[0105]
Further, the system control device 80 can also move the head circling mechanism 68, the tilt mechanism 28, and the treatment bed system 7 so that the X-ray head 10 is aimed at the affected area 5 as necessary. It is. In this case, the system controller 80 determines the amount of swing of the X-ray head 10 (the first swing mechanism 131 and the second swing mechanism based on the coordinates of the affected part 5 and the coordinates of the irradiation field 5 ′ at time t3 to t4). (For the swing mechanism 132) and the movement amount (for the head circling mechanism 68, the tilt mechanism 28, and the treatment bed system 7) are calculated. Next, the amount of swing and the amount of movement of the X-ray head 10 are output to the X-ray head system 8 from time t4 to t5. Then, the first swing mechanism 131, the second swing mechanism 132, the head circling mechanism 68, the tilt mechanism 28, and the treatment bed system 7 are moved so that the X-ray head 10 is aimed at the affected area 5.
[0106]
After the irradiation of the therapeutic X-ray 3a is stopped, irradiation of the diagnostic beam 3b is started at timing t5, and the process proceeds to the next diagnostic image processing cycles t5 to t8. Next, the interlock of the X-ray head 10 is released at timing t3 after the diagnostic image processing, and the irradiation of the treatment beam 3a is resumed.
[0107]
Thus, diagnostic image processing cycle (0 to T1 in FIG. 7): 0.01 second, image tracking calculation cycle and X-ray head swing cycle (T1 to T2 in FIG. 7): 0.01 second, And a treatment X-ray irradiation cycle (in FIG. 7, T2 to T3): A cycle of 0.03 seconds in total of 0.01 seconds is repeated. In other words, the irradiation head can be accurately directed to the irradiation target approximately every 1/30 seconds, and the irradiation target can be accurately detected in real time even if the affected area (the treatment field) has the fastest movement such as a heartbeat. Can be tracked and irradiated.
[0108]
Further, since diagnostic image data of the affected part 5 which is image data for tracking during treatment is sequentially stored in the trend recording database as affected part image information, therapeutic radiation is actually irradiated by referring to the trend recording database later. The site can be clearly identified. Therefore, it is sufficient as a record of treatment history, and subsequent treatment planning can be easily made.
[0109]
Next, a pseudo non-isocentric treatment procedure will be described. FIG. 11 is a flowchart showing a pseudo non-isocentric treatment procedure on the display 81. In the example shown in FIG. 11, an example is shown in which a diagnostic image of the affected part from the three directions X, Y, and Z is displayed on the display 81.
[0110]
(1) Step S3-1
In radiation therapy, a doctor makes a treatment plan. The treatment plan is based on various tests performed before surgery. Those treatment plans are stored in a treatment plan database. Furthermore, since the doctor can directly perform real-time image diagnosis of the lesion in the affected area by using the radiotherapy device during the operation, the radiotherapy can be performed with high accuracy and high reliability.
[0111]
(2) Step S3-2
As shown in FIG. 11A, the diagnostic image of the affected area 5 and its vicinity is reconstructed using only the real-time imager 30 and the imager signal processing device 31, and is reproduced and displayed on the display 81 of the system control device 80. The In this case, as shown in FIG. 15, the irradiation dose and the accumulated dose, as well as the estimated absorbed dose and the accumulated estimated absorbed dose are displayed on the display 81, but are omitted in FIGS. 11 (a) to 11 (f). It is. The reconstruction of the diagnostic image is performed by the above steps S2-1 to S2-3. However, step S2-4 to step S2-6 are not performed at this stage.
[0112]
(3) Step S3-3
As shown in FIG. 11 (b), the doctor confirms each sectional view of the affected part 5 on the display 81 and defines the outline of the irradiation field 5 ′ for image tracking. Here, prior to the start of treatment, the mapping of the irradiation field 5 ′ has been completed (treatment plan database), and the contour of the irradiation field 5 ′ is defined by a plurality of slices with reference to this. The region defined by the contour is the definition region 5-1, and the definition region 5-1 includes the affected part 5. The definition area 5-1 is stored in the treatment plan database.
[0113]
The treatment plan algorithm calculates treatment dose information (X-ray treatment dose for each irradiation direction (route), integrated treatment dose) and the like based on the treatment plan database (including the definition area 5-1) and the treatment database. To do. And it displays on the display 81 and receives a doctor's confirmation. The doctor changes the irradiation direction, the estimated absorbed dose of X-rays, and the like as necessary to obtain desired treatment dose information. After the doctor confirms, the treatment dose information is stored in the treatment plan database.
[0114]
(4) Step S3-4
As shown in FIG. 11C, image contour extraction is performed by the image tracking algorithm of the system control device 80. That is, pattern matching is performed between the actual diagnostic image of the affected area 5 and the outline of the defined area 5-1 defined and displayed as the outline 5-2 (described later). Then, image tracking is started, and the moving state of the affected area 5 is displayed on the display 81 as shown in FIG. The doctor visually confirms the image tracking status. Image tracking is performed in step S2-4. Therefore, step S2-1 to step S2-4 are repeated. However, step S2-5 to step S2-6 are not performed at this stage.
[0115]
(5) Step S3-5
As shown in FIG. 11D, after the image tracking is stabilized, the doctor operates the master arm switch (Master Arm SW) to place the X-ray head system 8 in the ARMED state. The X-ray head system 8 displays the aim on the display 81 in cross hairline and the irradiation volume in red. Simultaneously with image tracking, tracking (swinging) of the X-ray head 10 is also performed. Since tracking by the image and the X-ray head 10 continues, the aim and the irradiation volume automatically follow as the irradiation field 5 ′ moves. Tracking (swinging) of the X-ray head 10 is performed by the above step S2-5. Therefore, step S2-1 to step S2-5 are repeated. However, since the therapeutic X-ray 3a is not released at this stage, step S2-6 is not performed.
[0116]
(6) Step S3-6
As shown in FIG. 11E, irradiation of the therapeutic X-ray 3a is started by a trigger operation of a doctor. The scheduled irradiation time is determined at the stage of treatment planning, and a countdown is started on the display 81. On the other hand, the irradiation time of one irradiation (step S2-6: time t5 to t6) is also determined. Therefore, the count decreases while repeating the irradiation for a short time (time t5 to t6). And when it finally becomes zero, the therapeutic X-ray 3a automatically stops. The therapeutic dose of the therapeutic X-ray 3a is detected by an ionization chamber (not shown) in the X-ray head 10 and is output to the treatment management algorithm. The irradiation with the therapeutic X-ray 3a is performed by the above step S2-6. Therefore, step S2-1 to step S2-6 are repeated.
[0117]
Further, irradiation treatment information (all or a part thereof) obtained from the imager signal processing device 31, the X-ray head system 8, the image tracking algorithm, etc. during treatment is continuously displayed on the display 81 by the treatment management algorithm. The The doctor continues the irradiation by continuing the trigger while confirming the irradiation result information (all or a part thereof). Irradiation result information is stored in a trend recording database.
[0118]
The system control device 80 continues sampling of the diagnostic image (tracking) and irradiation of the therapeutic X-ray 3a alternately at high speed, and continues image tracking and irradiation of the therapeutic X-ray in real time. Even before the countdown reaches zero, if the doctor releases the trigger, the therapeutic X-ray 3a immediately stops at that timing, so safety is sufficiently ensured.
[0119]
(7) Step S3-7
As shown in FIG. 11F, the doctor sets the master arm switch to the SAFE position, puts the system in a safe state, and moves the X-ray head 10 to the next irradiation position. At this stage, the above steps S2-1 to S2-3 are performed. And step S2-4-step S2-6 are not performed.
[0120]
The above steps S3-1 to S3-7 are performed for a plurality of irradiation directions (coordinates), and irradiation result information for each irradiation direction obtained from two diagnostic images is stored in the trend recording database. More specifically, as conceptually shown in FIG. 17A, the XY axis direction is determined by the direction of radiation from the X-ray head 10 as the irradiation direction, and the Z axis direction is determined by the inclination of the arc guide rail 9. A fixed three-dimensional coordinate is obtained. FIG. 17B shows an example in which the planned dose, the irradiation dose, and the integrated dose are stored in the trend recording database for the six irradiation directions. With this configuration, coordinate information of the affected area of the patient can be obtained, so that the direction of the radiation becomes clear, and collation with the treatment plan is facilitated.
[0121]
Before the end of the series of irradiation, the doctor confirms the total dose, which is the total accumulated daily dose. That is, the treatment management algorithm reads data from the trend record database, and displays the cumulative dose of the day and the cumulative dose distribution within one course on the screen. Data relating to treatment is stored in a treatment file (including irradiation result information) created for each patient 4 in the trend record database.
[0122]
Here, the method of pattern matching between the actual diagnostic image of the affected area 5 and the outline of the definition area 5-1 in step S3-4 will be further described.
[0123]
FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the affected part 5, the definition area 5-1, and the contour line 5-2 by pattern matching. 12A shows the relationship between the affected area 5 and the definition area 5-1, and FIGS. 12B to 12E show the relationship between the affected area 5 and the contour line 5-2.
[0124]
(1) Step S4-1
As shown in FIG. 12A, the doctor shows the definition area 5-1 on the display 81 in the manner of a drawing tool with a touch pen that can draw on the display 81 or a pointer such as a mouse.
(2) Step S4-2
The treatment planning algorithm extracts a diagnostic image in the definition area 5-1 based on the definition area 5-1 drawn on the display 81 and the diagnostic image on the display 81. Then, the shape, coordinates, and brightness distribution of the diagnostic image are grasped. Alternatively, the shape, coordinates, and lightness distribution of the diagnostic image are grasped by extracting the shape of the lightness range that occupies a predetermined ratio (example 90%) of the definition area 5-1 as shown in FIG. .
(3) Step S4-3
The treatment planning algorithm obtains the center of gravity of the shape in the range of the definition area 5-1 or the shape of the lightness range indicating a predetermined ratio. Then, “+” is displayed on the display 81. For example, the center of gravity of the definition area 5-1 (FIG. 12A) is as shown in FIG. The center of gravity of the lightness range (FIG. 12B) showing a predetermined ratio is as shown in FIG. Note that only the center of gravity may be shown as shown in FIG. Thus, the pattern matching is finished.
[0125]
On the display 81, a binarized display is performed in which the range of the definition area 5-1 or the brightness range indicating the brightness range indicating a predetermined ratio is displayed in a specific color, and the others are displayed in other colors. Is also possible. The definition area 5-1 and the like can be easily distinguished.
[0126]
However, the lightness distribution is grasped as follows. FIG. 13 is a graph showing an example of brightness distribution in a diagnostic image. The vertical axis is the brightness, and the horizontal axis is the position of the diagnostic image. It can be seen from the graph that the brightness in the diagnostic image definition area 5-1 is in the range of L1 to L2. Therefore, the brightness range of the definition area 5-1 is L1 to L2.
[0127]
Further, the lightness range occupying a predetermined ratio (example 90%) of the definition area 5-1 occupies an area of a predetermined ratio (example 90%) of the definition area 5-1 in the lightness ranges L1 to L2. Is a continuous lightness range L3 to L4. In this case, L2 = L4. In addition, since the other position which shows the same brightness is away from the definition area 5-1, it is not recognized.
[0128]
As described above, according to the radiotherapy apparatus according to the embodiment of the present invention, the radiation irradiation head (X-ray head 10) is swung at a high speed within 0.02 seconds including image processing, and the irradiation field Since it is possible to follow the movement of the affected area, radiation can be irradiated with high accuracy (irradiation time 0.01 seconds). In this way, it is possible to perform non-isocentric irradiation with high response and high accuracy in response to the movement of the affected area, so organ movement such as breathing and heartbeat, peristalsis and urine volume in the bladder, etc. It is possible to treat a site where an irradiation target such as a tumor moves under the influence of the condition or the state of treatment.
[0129]
In the above-described example, the case where the real-time imager 30 is combined with the radiotherapy apparatus as an inspection apparatus has been described. However, the present invention is not limited to this, and a normal X-ray camera is not used for special applications. Other non-magnetic type inspection devices such as PET (Positron Emission Tomography) can be combined with the radiation therapy device.
[0130]
In the case of a normal type X-ray camera, two or more cameras having different lines of sight are required. In addition, since soft tissues with low contrast cannot be imaged, the irradiation field can be positioned in advance by X-ray CT, MRI or the like based on landmarks with high contrast such as bone tissue. Alternatively, a small gold plate or the like is embedded in the vicinity of the irradiation field to be used as a marker, or a device such as DSA (Digital Subtraction Angiography) is used to enhance the image by contrast medium or differential image processing. In X-ray CT and PET, high-speed real-time image reconstruction calculation is performed for real-time imaging.
[0131]
Next, with reference to FIG.18 and FIG.19, the 1st modification of the radiotherapy apparatus which concerns on embodiment of this invention is demonstrated. In addition, the description of the part which overlaps with description of the radiotherapy apparatus which concerns on embodiment mentioned above is abbreviate | omitted.
[0132]
FIG. 18 is a side view showing the configuration of the first modification of the radiotherapy apparatus according to the embodiment of the present invention, and FIG. 19 is a front view showing the configuration of the rotating drum (treatment gantry). .
[0133]
In this radiotherapy apparatus 6A, a therapeutic X-ray head 10, a therapeutic X-ray source (CT X-ray tube) 97, and a sensor array 98 are mounted on a rotating drum (treatment gantry) 99. That is, the overall structure of the apparatus is a structure in which the X-ray head 10 is mounted on the upper part of the drum portion of the rotary X-ray CT inspection apparatus which is the real-time imager 30 of the above embodiment. The rotation center of the rotary drum (therapeutic gantry) 99 is the isocenter 5a. The X-ray head 10 is composed of an electronic linac of 4 MeV to 10 MeV, and can swing around two axes (first swing axis S1 and second swing axis S2) as shown in the figure. That is, by these swinging operations, non-isocentric irradiation with two axes is possible in addition to the isocentric irradiation around the rotation axis of the rotating drum. The swing of the second swing axis S2 includes aiming angle correction accompanying the rotation of the rotary drum. On the other hand, the aiming angle correction for the swing of the first swing axis S1 is not necessary.
[0134]
The diagnostic X-ray source (CT X-ray tube) 97 and the sensor array 98 are respectively attached to locations that do not interfere with the therapeutic X-ray head 10, and the diagnostic X-ray source (CT X-ray tube) 97. And the sensor array 98 face each other. The sensor array 98 for detection is for X-rays, and is a multi-array type multi-row sensor. In X-ray CT and PET, high-speed real-time image reconstruction calculation processing is performed for real-time imaging.
[0135]
Next, with reference to FIG. 20, the 2nd modification of the radiotherapy apparatus which concerns on embodiment of this invention is demonstrated. In addition, description of the part which overlaps with radiotherapy apparatus description which concerns on embodiment mentioned above and its 1st modification is abbreviate | omitted.
[0136]
FIG. 20 is a front view showing a configuration of a rotating drum (treatment gantry) in the second modification of the radiotherapy apparatus according to the embodiment of the present invention. In this radiotherapy apparatus 6B, a set of a therapeutic X-ray head 10, a pair of X-ray sources 97A and 97B and sensor arrays 98A and 98B constituting a normal X-ray camera on a rotating drum (treatment gantry) 99. It is equipped with. Their relative positions are fixed within a predetermined range. In the predetermined range, the angle formed by the sensor array 98A or the sensor array 98B-isocenter 5a-X-ray head 10 is 60 degrees to 20 degrees. More preferably, it is 45 to 30 degrees. This is set based on the condition that the X-ray head 10, the X-ray source 97A, and the X-ray source 97B operate accurately without mutual influence and a diagnostic image having sufficient accuracy can be obtained. Is done.
[0137]
Unlike the radiotherapy apparatus according to the first modification equipped with a diagnostic X-ray source (CT X-ray tube) and a sensor array, the rotating drum 99 includes two sets constituting a normal X-ray camera. X-ray sources 97A and 97B and sensor arrays 98A and 98B are set, and the visual lines of the X-ray source-sensor array set do not coincide with each other. The X-ray source 97A and the X-ray source 97B are on opposite sides of a straight line connecting the X-ray head 10 and the isocenter 5a in FIG. The same applies to the sensor array 98A and the isocenter 98B.
[0138]
Thereby, X-ray fluoroscopic images of the affected part 5, landmark, minute gold plate, etc. in the body of the patient 4 can be acquired in two axes, and the movement of each part in the body of the patient 4 can be grasped quickly and accurately. As an image enhancement method for a fluoroscopic image, a method of performing image processing such as DSA using a contrast agent is also conceivable. In addition, since the sensor arrays 98A and 98B are attached to the X-ray head 10 side, the therapeutic X-ray 3a, which is a very powerful X-ray, does not enter the sensor arrays 98A and 98B.
[0139]
The X-ray head 10 is composed of an electronic linac of 4 MeV to 10 MeV, and can swing around two axes (first swing axis S1 and second swing axis S2) as shown. That is, by these swinging operations, non-isocentric irradiation with two axes is possible in addition to the isocentric irradiation around the rotation axis of the rotating drum. The swing of the second swing axis S2 includes aiming angle correction accompanying the rotation of the rotary drum. On the other hand, the aiming angle correction for the swing of the first swing axis S1 is not necessary.
[0140]
Next, with reference to FIG. 21, the 3rd modification of the radiotherapy apparatus which concerns on embodiment of this invention is demonstrated. In addition, description of the part which overlaps with description of the radiotherapy apparatus which concerns on embodiment mentioned above and its 1st and 2nd modification is abbreviate | omitted.
[0141]
FIG. 21 is a perspective view showing a configuration of a radiation therapy apparatus according to a third modification of the embodiment of the radiation therapy apparatus of the present invention. This radiotherapy apparatus 6C includes an X-ray head 10, X-ray sources 97A and 97B, and sensor arrays 98A and 98B as a real-time imager (30).
[0142]
The X-ray head 10 is movably provided on the arc guide rail 9. The X-ray sources 97A and 97B are respectively fixed to different one sides of the X-ray head 10 in the Y-axis direction. The sensor arrays 98A and 98B are provided at fixed positions relative to the X-ray sources 97A and 97B at positions facing the X-ray sources 97A and 97B via the isocenter 5a, respectively. The X-ray source 97A and the X-ray source 97B are on opposite sides of a straight line connecting the X-ray head 10 and the isocenter 5a in FIG. The same applies to the sensor array 98A and the isocenter 98B.
[0143]
The X-ray head 10 for treatment is mounted on the arc guide rail 9 and is the same as the radiotherapy apparatus according to the embodiment. The second modification is the same as the second modification in that a set of two sets of X-ray sources 97A and 97B and sensor arrays 98A and 98B constituting an ordinary X-ray camera is fixed to the X-ray head 10. . It is installed. Their relative positions are fixed within a predetermined range. In the predetermined range, the angle formed by the sensor array 98A or the sensor array 98B-isocenter 5a-X-ray head 10 is 60 degrees to 20 degrees. More preferably, it is 45 to 30 degrees. This is set based on the condition that the X-ray head 10, the X-ray source 97A, and the X-ray source 97B operate accurately without mutual influence and a diagnostic image having sufficient accuracy can be obtained. Is done.
[0144]
The above-described embodiment equipped with an X-ray CT inspection apparatus, the above-described first modification in which a rotating drum 99 is equipped with a diagnostic X-ray source (CT X-ray tube) and a sensor array, two sets in the rotating drum 99 Unlike the second variant, in which the X-ray source and sensor array set is provided, the X-ray source-sensor array set is connected to the X-ray head 10 in any irradiation situation, Operates to have a fixed positional relationship with respect to the head 10
[0145]
Thereby, in addition to the effects of the operations of the above-described embodiments, the X-ray source-sensor array set has a fixed positional relationship with respect to the X-ray head 10, so that a diagnostic image is obtained. The load on the control to acquire the image and the load on the operation of the real-time imager can be greatly reduced. In addition, since the sensor arrays 98A and 98B are attached to the X-ray head 10 side, the therapeutic X-ray 3a, which is a very powerful X-ray, does not enter the sensor arrays 98A and 98B.
[0146]
The X-ray head 10 is composed of an electronic linac of 4 MeV to 10 MeV, and can swing around two axes (first swing axis S1 and second swing axis S2) as shown. That is, by these swinging operations, non-isocentric irradiation with two axes is possible in addition to the isocentric irradiation around the rotation axis of the rotating drum.
[0147]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, it is possible to provide a radiotherapy apparatus and an operation method of the radiotherapy apparatus that can facilitate a treatment plan after radiotherapy is performed on a subject. More specifically, since an image of the affected area under treatment is recorded, it is possible to easily know a site where treatment radiation is actually irradiated. Therefore, it is sufficient as a record of treatment history, and a treatment plan after radiation treatment can be easily made.
[0148]
In addition, according to the present invention, the image processing apparatus further includes a calculation unit that calculates a treatment history with the therapeutic radiation based on the operating state of the radiation irradiation head, and the recording unit corresponds to the treatment history calculated by the calculation unit with the image of the affected part. In addition, the calculation unit is configured to record, as the treatment history, the treatment dose to which the therapeutic radiation has been injected and the estimated absorbed dose that is estimated to have been absorbed by the subject. In addition, the irradiation direction is determined from the source coordinates representing the radiation source of the radiation irradiation head and the target coordinates representing the coordinates of the affected part of the subject. It is possible to easily determine the quality of treatment and to plan the next treatment.
[0149]
Further, according to the present invention, since the display further displays the image of the affected part and the treatment history recorded in the recording unit, the doctor can quickly make an accurate judgment by looking at the display. . Further, according to the present invention, the display further displays an instantaneous value and an integrated value of the irradiation dose of the therapeutic radiation, so that in addition to the information indicating the irradiation state during the treatment, the region irradiated with the therapeutic radiation and the time Thus, it is easy for the doctor to check the treatment status, plan the next treatment, determine the quality of the current treatment, and the like.
[0150]
Further, according to the present invention, since the display further displays information indicating the suitability of the treatment position, the information indicating the suitability of the treatment position is displayed. You can judge good or bad.
[0151]
Furthermore, according to the present invention, since the recording unit further records the spatial coordinates of the affected part to which the therapeutic radiation from the radiation irradiation head is irradiated, the irradiation direction of the radiation becomes clear, so that it can be easily compared with the treatment plan. become. In addition, it is possible to easily check the treatment status by the doctor, determine the quality of the current treatment, and plan the next treatment action.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view showing a configuration of a radiotherapy apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a front view showing the configuration of the radiotherapy apparatus according to the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a perspective view showing the configuration of the radiotherapy apparatus according to the embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a perspective view showing another configuration of the radiation therapy apparatus according to the embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of a control system of the radiotherapy apparatus according to the embodiment of the present invention.
6A and 6B are diagrams for explaining position calibration of the radiotherapy apparatus according to the embodiment of the present invention, where FIG. 6A is a front view, and FIG. 6B is a side view.
7A and 7B are timing charts showing the operation of the radiotherapy apparatus according to the embodiment of the present invention, where FIG. 7A is a timing of an operation for processing a diagnostic image, and FIG. 7B is an image tracking based on the processed diagnostic image. The timing of the calculation and the swing motion of the X-ray head, (c) shows the timing of treatment X-ray irradiation.
FIG. 8 is a perspective view showing a state of radiotherapy using an X-ray head of the radiotherapy apparatus according to the embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a view for explaining the state of irradiation with therapeutic X-rays while swinging the X-ray head of the radiotherapy apparatus according to the embodiment of the present invention, and shows a cross section taken along the line AA in FIG.
FIG. 10 is a view for explaining the state of irradiation with therapeutic X-rays while swinging the X-ray head of the radiotherapy apparatus according to the embodiment of the present invention, and shows a cross section taken along line BB in FIG.
FIG. 11 is a flowchart showing a pseudo non-isocentric treatment procedure of the radiotherapy apparatus according to the embodiment of the present invention on a display.
12A and 12B are diagrams showing a relationship between an affected area, a definition area, and a contour line by pattern matching in the radiotherapy apparatus according to the embodiment of the present invention, wherein FIG. 12A is a relationship between the affected area and the definition area; -(E) shows the relationship between an affected part and an outline.
FIG. 13 is a graph showing an example of lightness distribution in a diagnostic image of the radiation therapy apparatus according to the embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a diagram showing an example of a tracking state monitor of the radiotherapy apparatus according to the embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a diagram showing a display example on the display of the radiotherapy apparatus according to the embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a diagram showing another display example on the display of the radiation therapy apparatus according to the embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a view for explaining the radiation direction of the radiation therapy apparatus according to the embodiment of the present invention.
FIG. 18 is a side view showing the configuration of the first modification of the radiotherapy apparatus according to the embodiment of the present invention.
FIG. 19 is a front view showing a configuration of a rotating drum (treatment gantry) of a second modified example of the radiotherapy apparatus according to the embodiment of the present invention.
FIG. 20 is a front view showing a configuration of a rotating drum (treatment gantry) of a second modified example of the radiation therapy apparatus according to the embodiment of the present invention.
FIG. 21 is a perspective view showing a configuration of a third modification of the radiotherapy apparatus according to the embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
3a X-ray for treatment
3b X-ray for diagnosis
4 patients
5 affected area
5 'Irradiation field
5a Isocenter
5b Swing area
6, 6A, 6B, 6C Radiation therapy equipment
7 Treatment bed system
7-1 Bed drive system
7-2 Treatment bed
7-3 Patient fixation device
8 X-ray head system
9 Arc guide rail
10 X-ray head
11 Driven waveguide system
12, 13, 15 Link arm
14a, 14b, 14c, 16 joint
20 Imager tilt mechanism
21 Circulator
22 Dummy load
26 Guide rail tilt axis
28 Guide rail tilt mechanism
30 Real-time imager
31 Imager signal processor
60 CCD camera
68 Head rotation mechanism
70 Microwave generator
80 System controller
90 System Utilities
95 Rotation drive mechanism
96, 96A, 96B Holding frame
97, 97A, 97B X-ray source
98, 98A, 98B sensor array
99 Rotating drum (Gantry for treatment)
131 First swing mechanism
132 Second swing mechanism
S1 First swing axis
S2 Second swing axis
R1 First swing direction
R2 Second swing direction
G1 Arc guide rail moving direction
H1 X-ray head moving direction
K1 Real-time imager moving direction
Q Real-time imager rotation axis

Claims

A radiation irradiation head for irradiating therapeutic radiation;
An image processing unit that generates an image of an affected area of the subject irradiated with the therapeutic radiation from the radiation irradiation head;
Repeat the cycle including the generation of the image and the irradiation of the therapeutic radiation, and before the irradiation of the therapeutic radiation of the first cycle, the diagnostic X-rays in the second cycle following the first cycle The imaging of the image to be used is completed, and processing of the captured image is completed and the image of the affected area is generated during the irradiation of the therapeutic radiation in the first period, and the radiation irradiation head and the A radiotherapy apparatus comprising a control unit that controls an image processing unit.

The radiotherapy apparatus according to claim 1 , further comprising a recording unit that sequentially records images of the affected area generated by the image processing unit.

A calculation unit for calculating a treatment history by the treatment radiation based on an operating state of the radiation irradiation head;
The treatment history includes a treatment dose irradiated with the therapeutic radiation and an estimated absorbed dose estimated to have been absorbed by the subject,
The radiotherapy apparatus according to claim 2, wherein the recording unit sequentially records the treatment history calculated by the calculation unit in association with an image of the affected part.

The radiotherapy apparatus according to claim 3, wherein the calculation unit calculates the treatment history for each irradiation direction of the therapeutic radiation.

The radiotherapy apparatus according to any one of claims 2 to 4, further comprising a display for displaying an image of the affected part recorded in the recording unit and the treatment history.

The radiotherapy apparatus according to claim 5, wherein the display further displays an instantaneous value and an integrated value of an irradiation dose of the therapeutic radiation.

The radiotherapy apparatus according to claim 6, wherein the display further displays information indicating suitability of an irradiation position of the therapeutic radiation.

The radiotherapy apparatus according to any one of claims 2 to 7, wherein the recording unit further records data indicating the position of the affected part with respect to the radiotherapy apparatus in association with the image.

The control unit performs the processing for tracking the affected part of the radiation irradiation head in the second cycle , and the irradiation of the therapeutic radiation in the first cycle is performed after the imaging of the image in the second cycle. any but to so that is started prior to completion of the irradiation of the radiation for the treatment of the first period based on the generated image, of claims 1 to 8 for controlling said image processing unit and said radiation irradiating head The radiotherapy apparatus of Claim 1.

And repeating the cycle comprising irradiation period of the therapeutic radiation with the generation period of the image,
And controlling so as before the irradiation of the therapeutic radiation from the radiation irradiation head of the first cycle, the imaging of the image using the diagnostic X-ray in the next second period of the first cycle is completed,
An image generation step of generating an image of the subject of the affected area from the captured image while the therapeutic radiation from the front Kiho ray emitting head is irradiated in the first period,
And a recording step of sequentially recording the generated images of the affected area.

A calculation step of calculating a treatment history by the therapeutic radiation based on an operating state of the radiation irradiation head;
The treatment history includes a treatment dose irradiated with the therapeutic radiation and an estimated absorbed dose estimated to have been absorbed by the subject,
The operation method of the radiotherapy apparatus according to claim 10, wherein the recording step sequentially records the treatment history calculated in the calculation step in association with an image of the affected part.

The operation method of the radiotherapy apparatus according to claim 11, wherein the calculating step calculates the treatment history for each irradiation direction of the therapeutic radiation.

The operation method of the radiotherapy apparatus according to claim 11 or 12, further comprising a display step of displaying the image of the affected part recorded in the recording step and the treatment history.

The operation method of the radiotherapy apparatus according to claim 13, wherein the display step further displays an instantaneous value and an integrated value of an irradiation dose of the therapeutic radiation.

The display step further displays information indicating the appropriateness of irradiation good location of the therapeutic radiation,
The operation method of the radiotherapy apparatus according to any one of claims 10 to 14, wherein the recording step further records data indicating a position of an affected part with respect to the radiotherapy apparatus.

The controlling step includes tracking the affected part of the radiation irradiation head in the second period so that the therapeutic radiation in the first period is performed after the imaging of the image in the second period. 16. The process according to any one of claims 10 to 15, including a step of controlling so that processing for starting is started before completion of the irradiation of the therapeutic radiation in the first period based on the generated image. Method of radiation therapy apparatus of the present invention.