放射線治療システム及び放射線治療プログラム
【課題】 高速で正確な減弱補正方法を用いて散乱源の再構成を行うことで、散乱線が被検体自体で減弱されるために生じる治療線の線量の測定誤差を低減し、定量性の高い散乱源分布を計測することができる放射線治療システム等を提供すること。
【解決手段】 治療放射線の線量を散乱線によりモニタする方式の放射線治療システムにおいて、散乱線が体内を通過することによる減弱を補正するため、散乱源の存在する平面を決定し、散乱源から検出器の間の通過パスをＣＴ画像を元に決定し、源弱の程度を推定し散乱線の検出結果に含まれる源弱による影響を補正する。
【解決手段】 治療放射線の線量を散乱線によりモニタする方式の放射線治療システムにおいて、散乱線が体内を通過することによる減弱を補正するため、散乱源の存在する平面を決定し、散乱源から検出器の間の通過パスをＣＴ画像を元に決定し、源弱の程度を推定し散乱線の検出結果に含まれる源弱による影響を補正する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線治療システムにおいて実際に照射した線量を計測し表示する機能を持つ放射線治療システムに関し、特に、散乱線画像から線量分布を３次元再構成する際に、体内での散乱線の減弱を補正するものに関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線外照射治療に代表される放射線治療では、治療前に、患者画像上で照射計画（病変部に対してどの方向から、どれだけの線量を照射するか）が立案され、これに基づいて患者への照射行われる。しかし、現在のところ実際に計画通りの位置、線量が患者に照射されているか否かを確認する手段がなく、病変部への過少照射や正常組織への過剰照射が起こっても気づかれないのが現状である。照射前にファントムとＸ線検出器を用いて、計画通りの照射が行えることが確認されることもあるが、簡便に持ち運びができ、自由に位置を調整できるファントムと異なり、患者を寝台上の、照射計画どおりの位置に置くことは困難であり、これらの照射前確認は、患者への計画通りの照射を完全に保証するものではない。
【０００３】
ところで、従来より、可視光像と散乱線発生源の画像をピンホールカメラにて同時に撮影する装置がある（例えば、非特許文献１参照）。本装置は放射線防護の研究のため、どの場所で散乱線が発生しているかを調べるためのものであり、そのため散乱線発生源の画像と可視像（写真）といういずれも2次元の画像を同時撮影するものとなっている。放射線治療中の３次元線量分布を測定するためには３次元画像の撮影が必要であるが、そのような構成にはなっていない。また、視覚的に確認することが目的であり、ファントム内部での散乱線の減弱についてもまったく考慮されておらず、本装置では定量的な数値を求めることはできない。
【非特許文献１】散乱Ｘ線発生源の視覚的特定 ―第１報 基本原理―ピンホールカメラを用いた散乱Ｘ線発生源の観察、日本放射線技術学会東北部会 第１２号Ｐ１８１（２００３年１月）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
治療のため患部へ向けて照射している治療用Ｘ線から散乱する散乱Ｘ線の画像を多方向で計測し、３次元再構成することで、散乱線の発生源の３次元分布を得ることができると考えられる。ところが、散乱線は被検体の内部で源弱されるので、散乱線画像を用いて直接再構成を行うと、散乱線画像に誤差が生じる。例えば５００ｋｅＶの散乱線が体内を１０ｃｍ通過すると仮定すると約１０％の減弱が生じ、これを用いて再構成を行えば同様に１０％程度の誤差が散乱源分布に生じる。放射線治療中の線量分布を計測することは、その計測値を用いて患部や健常部への照射線量をコントロールすることが目的であり、１０％の誤差は全く見過ごすことはできない。従って、散乱源分布を定量的に求めるためには、散乱線に対しての減弱補正が必要である。
【０００５】
本発明は、上記事情を鑑みてなされたもので、高速で正確な減弱補正方法を用いて散乱源の再構成を行うことで、散乱線が被検体自体で減弱されるために生じる治療線の線量の測定誤差を低減し、 定量性の高い散乱源分布を計測することができる放射線治療システム、放射線治療データ処理装置及び放射線治療プログラムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記目的を達成するため、次のような手段を講じている。
【０００７】
請求項１に記載の発明は、被検体に対して治療用放射線ビームを照射する第１の照射手段と、前記治療用放射線ビームに基づいて発生する前記被検体内からの散乱線を検出し散乱線データを発生する第１の検出手段と、前記治療用放射線ビームが照射される前記被検体の被照射領域に関する放射線の減弱係数の空間分布と、前記各散乱線データとに基づいて、減弱補正が施された散乱線ボリュームデータを生成する再構成手段と、前記散乱線ボリュームデータを、吸収された放射線量の三次元分布を示す吸収線量ボリュームデータに変換する変換手段と、前記吸収線量ボリュームデータを用いて、前記被検体内における吸収線量画像を生成する画像生成手段と、前記吸収線量画像を表示する表示手段と、を具備することを特徴とする放射線治療システムである。
【０００８】
請求項９に記載の発明は、治療用放射線ビームが照射される前記被検体の被照射領域から散乱線を複数の方向から検出した散乱線データと、前記被照射領域に関する放射線の減弱係数の空間分布と、を記憶する記憶手段と、前記散乱線データと前記放射線の減弱係数の空間分布とに基づいて、減弱補正が施された散乱線ボリュームデータを生成する生成手段と、を具備することを特徴とする放射線治療データ処理装置である。
【０００９】
請求項１０に記載の発明は、コンピュータに、治療用放射線ビームが照射される前記被検体の被照射領域から散乱線を複数の方向から検出した散乱線データと、前記被照射領域に関する放射線の減弱係数の空間分布と、に基づいて、減弱補正が施された散乱線ボリュームデータを生成させる生成機能と、を実現させることを特徴とする放射線治療プログラムである。
【発明の効果】
【００１０】
以上本発明によれば、高速で正確な減弱補正方法を用いて散乱源の再構成を行うことで、散乱線が被検体自体で減弱されるために生じる治療線の線量の測定誤差を低減し、 定量性の高い散乱源分布を計測することができる放射線治療システム、放射線治療データ処理装置及び放射線治療プログラムを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の第１実施形態乃至第６実施形態を図面に従って説明する。なお、以下の説明において、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。
【００１２】
（第１実施形態）
［原理と方法］
本実施形態に係る放射線治療システムは、被検体に対して照射した放射線に基づく当該被検体からの散乱線を計測し、これに基づいて被検体のどの部位に、どれだけの線量が照射されたかを客観的に示す情報を取得するものである。その原理と方法は、次の様である。
【００１３】
図１は、本放射線治療システムの治療用放射線に基づく被検体からの散乱線計測の原理、方法を説明するための図である。
【００１４】
外照射Ｘ線照射による治療効果は、主として患者体内で起こるＸ線の散乱によってもたらされる。すなわち、治療Ｘ線ビームが患者体内の電子によって散乱される際、エネルギーを受け取った電子は組織内を飛行したのち、停止する。このとき、電子は停止するまでに、組織内の分子をラジカル化し、細胞内のDNAに損傷を与える。そして、損傷を受け、修復することができなかった細胞は最終的に死に至る。これがＸ線照射による治療効果である。反跳電子が多く発生すればするほど組織を構成する細胞が死に至る確率が高くなるため、治療効果は、散乱反応が起こる回数に比例する。
【００１５】
上述から、組織内で起こった散乱の回数が分かれば、治療効果（=組織がどれだけ損傷を受けたか）を知ることができる。そして起こった散乱の回数は、散乱線の数を測定することで知ることができる。散乱されたＸ線の多くは、電子に進行方向を変えられた後、患者体外に出てくるため、患者体外に設置したＸ線検出器で測定することができる。
【００１６】
本実施形態の第１の実施例に係る放射線治療システムでは、治療Ｘ線ビームに対して特定の角度をなす位置にコリメータを備えた検出器を設置し、その方向に来た散乱線のみを選択的に検出する。コンプトン散乱で、どの角度に、どれだけＸ線が散乱されるかは理論的に分かるため、ある角度での散乱線を検出できれば、他の角度への散乱線の数も推定できる。さらに、患者体内の、散乱の起こった場所の分布を３次元的に得るために、照射中に検出器を回転させ、一周のすべての方向から散乱線の測定を行う（例えば、図４参照）。その後、再構成処理を行い、被検体内部の散乱線の発生分布を３次元的に画像化する。
【００１７】
また、本実施形態の第２の実施例に係る放射線治療システムでは、治療Ｘ線ビームに対して所定の角度（散乱角）をなす位置にコリメータを備えた検出器を設置し、その方向に来た散乱線のみを選択的に検出し、この検出を、照射部から照射される治療用Ｘ線ビームの軸と検出器の検出面とのなす角を維持しつつ治療用Ｘ線ビームと検出面とを移動させながら実行することで、被検体内の３次元領域をスキャンする。得られた所定の散乱角に関する３次元散乱線データを用いて、散乱線ボリュームデータを再構成すると共に、当該散乱線ボリュームデータを吸収された放射線量の３次元分布を示す吸収線量ボリュームデータに変換し、吸収線量画像を生成する。
【００１８】
［構成］
図２は、本実施形態に係る放射線治療システム１のブロック構成図を示している。同図に示すように、本放射線治療システム１は、放射線照射システム２、散乱線検出システム３、データ取得制御部４、データ処理システム５、表示部６、記憶部７、操作部８、ネットワークＩ／Ｆ９を具備している。放射線照射システム２及び散乱線検出システム３は架台（ガントリ）に設置され、架台を移動、回転させることで、被検体に対して任意の位置に配置することができる。また、データ取得制御部４、データ処理システム５、表示部６、記憶部７、操作部８、ネットワークＩ／Ｆ９は、例えば放射線治療システム１の本体（筐体）に設置される。
【００１９】
［放射線照射システム］
放射線照射システム２は、電力供給部２０１、照射部２０３、タイミング制御部２０５、ガントリ制御部２０７を有している。
【００２０】
電力供給部２０１は、データ取得制御部４からの制御に従って照射部２０３に電力を供給する。
【００２１】
照射部２０３は、例えば線形加速器（ライナック）等の機構を有する放射線照射装置である。当該照射部２０３では、加速管の一端に設けられた電子銃により、陰極から放射された熱電子は数１００keVになるまで加速される。次に、クライストロンで発生したマイクロ波は導波管を使って加速管まで導かれ、そこでこの熱電子は数MeVのエネルギーに達するまで加速される。この加速された熱電子は磁石によってその方向を変えられ、透過型ターゲットに衝突する。このとき制動放射により、数MeVのエネルギーのＸ線（γ線）が発生する。照射部２０３は、コリメータによってこのＸ線を所定の形状（例えば、円錐形状、或いは薄い平面形状）に成形し、寝台上に配置された被検体の三次元領域に照射する。
【００２２】
タイミング制御部２０５は、データ取得制御部４からの制御に従って所定のタイミングで照射部２０３に電力が供給されるように、電力供給部２０１を制御する。
【００２３】
ガントリ制御部２０７は、例えば操作部８やデータ取得制御部４からの制御指示に従って、ガントリの移動位置・回転位置を制御する。
【００２４】
［散乱線検出システム］
散乱線検出システム３は、検出器３０１、コリメータ３０３、移動機構部３０５、位置検出部３０７を有している。
【００２５】
検出器３０１は、数1００keVのＸ線を検出できる半導体検出器や、イメージング・プレート等であり、被検体に対して照射した放射線に基づく当該被検体からの散乱線を検出する。この検出器の好ましいサイズ、照射ビーム軸に対する配置角度、画素数等については、後述する。
【００２６】
コリメータ３０３は、特定の方向に来た散乱線のみを選択的に検出するための絞り装置である。
【００２７】
移動機構部３０５は、照射部２０３の照射ビーム軸に対する検出器３０１の検出面の角度（すなわち、照射ビーム軸と検出器３０１の検出面の法線との角度）、放射線ビーム軸を中心とした検出器３０１の回転角、被検体と検出器３０１の検出面との距離等を制御するために、検出器３０１の位置や角度を移動させるための移動機構部である。
【００２８】
位置検出部３０７は、検出器３０１の位置を検出するためのエンコーダである。
【００２９】
［データ取得制御部］
データ取得制御部４は、放射線治療時における散乱線計測に関する総合的な制御を行う。例えば、データ取得制御部４は、放射線照射システム２のタイミング制御部２０５からの信号を得て、散乱線検出システム３に対して散乱線計測開始トリガーや検出データの伝送トリガーを送信する等、放射線照射、散乱線計測、データ処理、画像表示、ネットワーク通信等について、本放射線治療システム１を静的又は動的に制御する。また、データ取得制御部４は、必要に応じて、ネットワークを介して放射線治療計画装置から受け取った治療計画に基づいて、各照射の照射時間に合わせてスキャン時間を最適化する。
【００３０】
［データ処理システム］
データ処理システム５は、補正処理部５０１、散乱源存在領域決定部５０２、再構成処理部５０３、変換処理部５０５、データ処理部５０７を有している。
【００３１】
補正処理部５０１は、必要に応じてデータのキャリブレーション処理やノイズを除去するための補正処理等を行う。
【００３２】
減弱係数分布推定部５０２は、治療計画用に取得されたＣＴ画像等を用いて、放射線治療部位を含む放射線被照射領域についての減弱係数の空間分布を推定する。この推定処理の内容については、後で詳しく説明する。
【００３３】
再構成処理部５０３は、散乱線検出システム３において検出された散乱線画像データと各散乱線画像データを検出した位置を示す位置情報とを用いて画像再構成処理を実行し、散乱イベント回数（散乱発生回数）の密度の三次元的分布を示す散乱線ボリュームデータを取得する。再構成法式としては、例えば、コリメータの方向がスキャン軸と直交していればＣＴの再構成手法を、一方直交していなければ、断層撮影の再構成手法を用いる。特に、本再構成処理部５０３は、推定された減弱係数の空間分布を用いて、減弱補正を伴う画像再構成処理を実行し、減弱補正が施された散乱線ボリュームデータを取得する。この減弱補正を伴う画像再構成処理の内容については、後で詳しく説明する。
【００３４】
変換処理部５０５は、画像再構成処理によって得られた三次元画像データを、吸収された放射線量（吸収線量）の三次元分布を示す吸収線量ボリュームデータに変換する。
【００３５】
［表示部、記憶部、操作部、ネットワークＩ／Ｆ］
表示部６は、ＬＣＤ等のディスプレイで構成される。表示部６は、上記データ処理部５０７の各種モジュールにより出力されるデータをもとに、例えば、吸収線量画像を計画画像や照射直前、照射中に得た画像とフュージョンして表示を行う。
【００３６】
記憶部７は、照射する放射線ビームの軸を中心として検出器３０１を回転させながら散乱線データを取得（スキャン）するための所定のスキャンシーケンス７０１、補正処理、画像再構成処理、変換処理、表示処理等の実行、および治療計画を当該システムで表示、編集するための制御プログラム７０２や、当該放射線治療システム１によって取得された散乱線ボリュームデータ７０３、吸収線量ボリュームデータ７０４、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置等の他のモダリティによって取得された形態画像データ７０５等を記憶する。当該記憶部７に記憶されているこれらのデータは、ネットワークＩ／Ｆ９０を経由して外部装置へ転送することも可能となっている。
【００３７】
操作部８は、オペレータからの各種指示、条件、関心領域（ＲＯＩ）の設定指示、種々の画質条件設定指示等を装置本体１１にとりこむための各種スイッチ、ボタン、トラックボール１３ｓ、マウス１３ｃ、キーボード１３ｄ等を有している。
【００３８】
ネットワークＩ／Ｆ９は、当該放射線治療システム１によって得られた吸収線量画像データ等をネットワーク経由で他の装置に転送し、また、例えば放射線治療計画装置において作成された治療計画等をネットワーク経由で取得する。
【００３９】
（散乱線ボリュームデータ等の生成方法）
（第１の実施例）
次に、第１の実施例に係る放射線治療システム１を用いた散乱線ボリュームデータ等の生成方法について説明する。本実施形態に係る放射線治療システムでは、治療Ｘ線ビームに対して特定の角度をなす位置にコリメータを備えた検出器を設置し、その方向に来た散乱線のみを選択的に検出する。さらに、患者体内の、散乱の起こった場所の分布を３次元的に得るために、照射中に検出器を回転させ、複数の方向から散乱線の測定を行う（例えば、図６参照）。その後、再構成処理を行い、被検体内部の散乱線の発生分布を３次元的に画像化する。
【００４０】
図３は、本実施形態に係る吸収線量画像データの生成処理を含む放射線治療時における処理の流れを示したフローチャートである。以下、各ステップの処理内容について説明する。
【００４１】
[被検体の配置等：ステップＳ１ａ]
まず、データ取得制御部４は、例えばネットワークを介して当該被検体に関する治療計画情報を取得し、表示部６に表示する。術者は、表示された治療計画に従って寝台上に被検体を配置すると共に、操作部８を介して、放射線照射時間の設定、散乱線計測を行う回転角度の設定、スキャンシーケンスの選択等を行う（ステップＳ１ａ）。なお、放射線照射時間の設定等については、取得した治療計画情報に基づいて、自動的に行うようにしてもよい。
【００４２】
[放射線照射／多方向における散乱線画像データの取得：ステップＳ２ａ]
図４は、本放射線治療システム１の散乱線の測定形態を示した図である。同図に示すように、放射線照射システム２は被検体に対して、三次元領域を照射するための治療用放射線を所定のタイミングで発生する。また、散乱線検出システム２は、当該照射放射線に基づいて被検体外に出てくる散乱線を照射される放射線ビームの軸を中心とした複数の回転角において検出する（ステップＳ２ａ）。例えば、ある１つの方向から３分間照射が行える場合、１方向につき１０秒ずつ、１８方向のデータを収集する。このとき、１８方向はビーム軸を中心として等角度間隔であることが好ましい。検出器３０３が各方向で検出した散乱線のカウント数及び位置検出部３０７で計測した散乱線検出時における検出器３０３の位置情報は、データ処理システム５に伝送される。
【００４３】
なお、本実施形態では、検出器３０１の配置角度を、散乱角θが１２０°≦θ≦１６５°の範囲のいずれか（例えば、１５５°）である後方散乱線を検出するように、検出器３０１の配置角度を設定するものとする。
【００４４】
また、上記の例において、例えば２Gyの照射が３方向から行われる場合、１方向あたりのカウント数は、１．２４×１０５×１／３となりおよそ４×1０4[counts/cm2]である。１方向あたり１８０秒で照射されるとして１０秒間測定すると、4×1０4×1０/１８０=２×1０3[counts/cm2]となるが、Ｓ／Ｎ比に問題はない。
【００４５】
また、散乱線の検出は、少なくとも２つ以上の方向が必要であるが、現実にはできる限り多くの方向において検出することが好ましい。また、各検出位置は、照射ビームの軸を中心として等角度間隔に配置されていることが好ましい。
【００４６】
[前処理（補正処理等）：ステップＳ３ａ]
収集されたデータは、検出器設置角度方向に散乱されたＸ線のみカウントしている。しかし実際には、Ｘ線はあらゆる方向への散乱が起こっている。データ処理システム５の補正処理部５０１は、検出器のカウント値を補正し、所定の計算しきに従って、すべての方向への散乱数を取得する（ステップＳ３ａ）。
【００４７】
[画像再構成処理：ステップＳ４ａ]
次に、データ処理システム５の画像再構成処理部５０３は、多方向の投影データを用いて画像再構成処理を実行し、散乱線ボリュームデータを取得する（ステップＳ４ａ）。このとき、検出器３０１の回転軸とコリメータの方向が直交しており、１８０度（＋α）以上の角度範囲で画像を撮影する場合はＣＴの再構成方法を用いればよいが、その他の場合はＸ線断層撮影の再構成方法を用いる。断層撮影の手法として、例えば投影画像にフィルタ処理を適用した後バックプロジェクション処理を行うfiltered backprojection法を用いる。filterの構成方法としては古典的なShepp-Logan filterや、特願２００６−２８４３２５, 特願２００７−２６９４４７に開示されているフィルタを用いる。特に、特願２００６−２８４３２５, 特願２００７−２６９４４７に記載されている方法を用いれば、物理的意味が明確な散乱源分布画像を生成することができる。
【００４８】
検出器画像にフィルタ処理を施し、バックプロジェクションを行って得られる画像は、単位体積あたりの散乱線発生密度（単位体積あたりの散乱回数）である。上記の再構成処理の全ステップ（各種補正処理、フィルタ処理、バックプロジェクション処理）をとおして、治療用放射線が被検体を通過する近傍での散乱線発生密度の３次元分布（散乱線ボリュームデータ）を取得することができる。
【００４９】
なお、本実施形態に係る放射線治療システムでは、本ステップにおいて後述する条件付き反復再構成処理が実行されることになる。
【００５０】
[変換処理：ステップＳ５ａ]
次に、データ処理システム５の変換処理部５０７は、ボクセル（voxel）ごとに算出された単位体積あたりの散乱回数nを、吸収線量に換算することで、散乱線ボリュームデータを吸収された放射線量（吸収線量）の三次元分布を示す吸収線量ボリュームデータに変換する（ステップＳ５ａ）。
【００５１】
［吸収線量画像データの生成／画像データの表示：ステップＳ６ａ、Ｓ７ａ］
次に、画像処理部５０７は、吸収線量ボリュームデータ等を用いて、被検体の所定部位に関する吸収された放射線量（吸収線量）の分布を示す吸収線量画像データを生成し、例えばフュージョン表示するためにＣＴ画像と合成する（ステップＳ６ａ）。表示部６は、所定の形態にて吸収線量画像を表示する（ステップＳ７ａ）。
【００５２】
（第２の実施例）
次に、第２の実施例に係る放射線治療システム１を用いた散乱線ボリュームデータ等の生成方法について説明する。本実施形態に係る放射線治療システムでは、治療Ｘ線ビームに対して所定の角度（散乱角）をなす位置にコリメータを備えた検出器を設置し、その方向に来た散乱線のみを選択的に検出し、この検出を照射部から照射される治療用Ｘ線ビームの軸と検出器の検出面とのなす角を維持しつつ治療用Ｘ線ビームと検出面とを移動させながら実行することで、被検体内の３次元領域をスキャンする。得られた所定の散乱角に関する３次元散乱線データを用いて、散乱線ボリュームデータを再構成すると共に、当該散乱線ボリュームデータを吸収された放射線量の３次元分布を示す吸収線量ボリュームデータに変換し、吸収線量画像を生成する。
【００５３】
図５は、本実施形態に係る吸収線量画像データの生成処理を含む放射線治療時における処理の流れを示したフローチャートである。以下、各ステップの処理内容について説明する。
【００５４】
[被検体の配置等：ステップＳ１ｂ]
まず、第１の実施形態と同様に、被検体の配置等が実行される（ステップＳ１ｂ）。
【００５５】
[放射線照射（散乱線データの取得）：ステップＳ２]
図６は、本放射線治療システム１の散乱線の測定形態の一例を示した図である。同図に示すように、放射線照射システム２は、被検体に対して薄い平面状に整形されたＸ線ビームＢ２を所定のタイミングで照射し、放射線検出システム２は、当該照射放射線に基づいて被検体外に出てくる所定の散乱角の散乱線を検出する。また、データ取得制御部４は、照射部２０３から照射される治療用のＸ線ビームＢ２の軸と検出器３０１の視線方向とのなす角を維持しながらＸ線ビームＢ２による励起断面を移動させ、当該被検体内の３次元領域を走査（スキャン）するように、ガントリ制御部２０７或いは移動機構部３０５を制御する（ステップＳ２）。この治療用のＸ線ビームＢ２を用いた３次元領域のスキャンにより、Ｘ線ビームＢ２の平面に対応する複数の二次元散乱線データからなる３次元散乱線データが取得される。
【００５６】
なお、図６は、散乱線の測定形態の一例である。従って、本実施形態に係る散乱線の測定形態は、当該例に拘泥されない。例えば、図７に示すように、検出器３０１の検出面（及びコリメータ３０３の開口面）を、治療用放射線ビームの照射方向に対する検出面のなす角度を一定に保ちながら、治療用放射線ビームの軸の位置の移動に連動して移動させることによっても、複数の二次元散乱線データからなる３次元散乱線データを取得することができる。
【００５７】
[前処理（補正処理等）：ステップＳ３ｂ]
次に、データ処理システム５の補正処理部５０１は、減弱補正を含む前処理を実行し、投影データを取得する（ステップＳ３）。ここで、減弱補正とは、治療用放射線や散乱線が被検体内を伝播することに起因する信号減弱に関する補正処理である。
【００５８】
[画像再構成処理：ステップＳ４ｂ]
次に、データ処理システム５の画像再構成処理部５０３は、取得された投影データを用いて画像再構成処理を実行し、散乱線ボリュームデータを取得する（ステップＳ４）。なお、本実施形態に係る放射線治療システムでは、本ステップにおいて後述する条件付き反復再構成処理が実行されることになる。
【００５９】
[変換処理：ステップＳ５ｂ]
次に、データ処理システム５の変換処理部５０７は、第１の実施形態と同様に、散乱線ボリュームデータを吸収された放射線量（吸収線量）の３次元分布を示す吸収線量ボリュームデータに変換する（ステップＳ５）。
【００６０】
［吸収線量画像データの生成／画像データの表示：ステップＳ６ｂ、Ｓ７ｂ］
次に、画像処理部５０７は、吸収線量ボリュームデータ等を用いて、被検体の所定部位に関する吸収された放射線量（吸収線量）の分布を示す吸収線量画像データを生成し、例えばフュージョン表示するためにＣＴ画像と合成する（ステップＳ６ｂ）。表示部６は、所定の形態にて吸収線量画像を表示する（ステップＳ７ｂ）。
【００６１】
（減弱係数分布の推定機能）
次に、本放射線治療システム１が有する減弱係数分布の推定機能について説明する。この機能は、治療計画用に取得されたＣＴ画像等を用いて、放射線治療部位を含む放射線被照射領域についての減弱係数を推定するものである。ここで用いるＣＴ画像としては、計画用の術前ＣＴ画像、治療直前のＣＴ画像、放射線治療システムに組み込まれたＭＶＣＴによるＣＴ画像または放射線治療システムに組み込まれたＭＶＣＴによるＣＴ画像が挙げられるが、それぞれどのＣＴ画像を用いるかに応じて異なる減弱係数推定処理が必要である。また、この減弱係数分布の推定機能に従う処理（減弱係数分布の推定処理）は、放射線治療前の任意のタイミングで実行され、当該処理によって得られる減弱係数分布は、記憶部７に記憶される。
【００６２】
図８は、減弱係数分布の推定処理の流れを示したフローチャートである。同図を利用して、減弱係数分布の推定処理部５０２において実行される減弱係数分布の推定処理の内容を以下説明する。
【００６３】
減弱係数分布の推定処理部５０２は、Ｘ線ＣＴ装置によって取得され、放射線の被照射領域に対応するＣＴ画像を入力する（ステップＳＡ）。このＣＴ画像から得られる減弱係数μ６０は、ＣＴ値から、次の式（１）の様に求めることができる。
【数１】
【００６４】
これは、Ｘ線ＣＴ装置が発生するＸ線の実効単色エネルギーにおける減弱係数である。減弱補正に必要なのは散乱線のエネルギーにおける減弱係数μｓｃであるから、上の減弱係数をそのまま用いることはできない。従って、種々の方法で散乱線のエネルギーでの減弱係数に変換が必要である。
【００６５】
減弱係数分布の推定処理部５０２は、次の式（２）に従って、線形変換による減弱係数を推定する（ステップＳＢ）。なお、変換パラメータａおよびｂは水、筋肉、脂肪、骨などの各光子エネルギーにおける減弱係数の計測値からあらかじめ決めておく。
【数２】
【００６６】
減弱係数のエネルギー依存は原子によって異なるため、正確な減弱係数を求めるためには、組織ごとに異なる係数を用いて変換する必要がある。従って、減弱係数分布の推定処理部５０２は、例えば次の式（３）に従って、大まかに減弱係数が大きい組織と小さい組織に分割し、それぞれ異なる変換式により減弱係数を推定する（ステップＳＣ）。
【数３】
【００６７】
ここで、μ６０は実効単色エネルギーが６０ｅＶのＸ線ＣＴ装置にて撮影して得た減弱係数である。Ｅｓｃはは散乱線の実効単色エネルギーであり、次の式（４）により求めることができる。
【数４】
【００６８】
ここで、ｈνは治療線の実効単色エネルギー、ｍは電子の静止質量である。上の方法でμ６０≦０．２２４４の場合の変換式は筋肉に対する減弱係数の変換式であり、μ６０＞０．２２４４の場合の変換式は骨の領域に対する減弱係数の変換式である。同様に、脂肪や空気の領域に対する変換式を加えることも容易である。
【００６９】
減弱係数分布の推定処理部５０２は、被照射領域（治療用放射線が照射される予定の領域又は過去に照射された領域）内の全ての位置についてステップＳＡ〜ＳＣまでの処理を繰り返し、当該被照射領域に関する減弱係数分布を作成する（ステップＳＤ）。
【００７０】
（減弱補正機能）
次に、本放射線治療システム１が有する減弱補正機能について説明する。この機能は、例えば既述の推定処理によって得られた減弱係数分布を用いて、減弱補正を伴う画像再構成処理を実行し、当該補正がなされた散乱線ボリュームデータを生成するものである。当該減弱補正機能に従う処理（減弱補正処理）は、例えば図３のステップＳ４ａ、図５のステップＳ４ｂにおいて実行される。
【００７１】
図９は、減弱補正処理の流れを示したフローチャートを示している。同図に示すように、再構成処理部５０３は、Ｎｐ個の位置で測定し補正されたＮｐ個の投影画像の各々についてバックプロジェクション処理を実行し、各バックプロジェクションの結果を補正値ｃｋ（ｘ）にて除算したのち、加算して散乱線ボリュームデータを生成する。ここで、ｃｋ（ｘ）は減弱の影響を補正する係数であり、点状線源の位置（ｘ）からk番目の検出器位置までの間の総減弱を次の式（５）を用いて計算することで得られる。
【数５】
【００７２】
ここで、図１０に示すように、ｘは再構成空間内の位置を、ｎｋはk番目のプロジェクションの投影方向をそれぞれ表す。減弱補正を伴うバックプロジェクションは、次の式（６）で表すことができる。
【数６】
【００７３】
ここで、ｆ（ｘ）は減弱補正後の再構成画像、ｇｋ（ｕ）は検出器上の位置ｕにおける第kプロジェクションの投影画像、ｐｋ（ｘ）は再構成空間内の位置ｘを、第kプロジェクションの検出面に投影した検出器上の位置である。なお、バックプロジェクション処理の実装方法には様々な方法があり、上式の表現方法は単なる一例に過ぎない。
【００７４】
なお、参考のため、図１１に、減弱補正を行わない従来の再構成処理の流れの一例を示した。
【００７５】
（再構成処理の詳細な説明）
次に、再構成処理５０３によって実行される再構成処理の詳細について説明する。
【００７６】
［プロジェクション過程のモデル化］
被検体内のある点で散乱した散乱線が検出器に入射する様子を次のようにモデル化する。
【００７７】
１.散乱の角度依存性と検出器への入射確率
治療用放射線の照射方向に対して、角度θだけ異なる方向に散乱した散乱線が、検出器画素に入射するものとする。散乱は全方位に起こるが、角度依存性がある。全散乱のうち検出器画素に入射する散乱線の割合をＲΔΩ（ｘ）で表すものとする（入射確率）。このとき、コリメータの存在は無視する。ΔΩ（ｘ）は位置ｘから検出器画素を見込む立体角である。比例係数Ｒ（単位立体角当たりの入射確率）は、微分散乱断面積ｄσ（θ）／ｄΩを全散乱断面積で割った値である。
【００７８】
２．コリメータ感度分布
検出器位置ｕに入射する散乱線にも角度依存性がある。コリメータの軸方向からの散乱線は最も大きな確率で検出器に入射し、軸から大きく外れる方向からの散乱線は検出器へは入射しない。図１２（ａ）、（ｂ）に示すように、被検体空間の位置ｘから検出器画素位置ｕに入射する散乱線の確率をコリメータ感度ｈ（ｘ，ｕ）とする。
【００７９】
３. 散乱線の入射モデルA
被検体の微小体積ｄｘから位置ｕ検出器画素に入射する散乱線の面積密度ｅ（ｕ）は、次の式（７）で表すことができる。
【数７】
【００８０】
ここで、Ｎνは全方位散乱密度（単位体積当たりの全方位散乱数）、ｅ（ｕ）は検出器位置ｕの入射散乱線密度、Ａｅは検出器画素の面積である。積分記号は被検体周囲の空間での体積積分を表す。
【００８１】
４．散乱線の入射モデルB
上記式（７）を簡単化するため、式（７）の体積積分を次の式（８）の様にコリメータ軸ｔの方向とその直交面Ｓの積分に分解する。
【数８】
【００８２】
ここで、ｄｓは直交面Ｓの面要素である。直交面の面積積分の範囲ではＮν、Ｒ、ΔΩには大きな変動がないことから、式（８）のｔに関する被積分関数は、次の式（９）の様に近似することができる。
【数９】
【００８３】
なお、式（９）の右辺の積分はコリメータの開口面積に対応し、検出面からの距離の２乗に比例する。また、立体角ΔΩは検出面からの距離の２乗に反比例する従って、両者の積である式（９）の右辺の括弧内は、コリメータ軸方向の各位置においてほぼ一定値を示す。そこで、次の式（１０）のに示す面積Ａｃを導入する。
【数１０】
【００８４】
この式（１０）を用いれば、式（９）は次の式（１１）の様に簡単化することができる。
【数１１】
【００８５】
この式（１１）を式（１０）に代入すると、次の式（１２）又は式（１３）が得られる。
【数１２】
【００８６】
なお、式（１３）は、投影画像の補正処理のうち、散乱線の散乱角依存性の補正およびコリメータで絞られた特定方向範囲の散乱線から全方位散乱数への補正に相当する。
【００８７】
［再構成に適用するプロジェクションおよびバックプロジェクションの演算式］
再構成処理では、再構成空間内の関数ｆ（ｘ）を、Ｎｐ個の投影画像ｇｋ（ｕ）から推定する（ｋ＝１，２，・・・、Ｎｐ）。特願２００６−２８４３２５、特願２００７−２６９４４７などの方法で再構成処理を行うためには、バックプロジェクション（投影）処理と、プロジェクション（逆投影）処理を本提案書の問題に沿うように変更する必要がある。その２つの例を下記に示す。
【００８８】
散乱線の入射モデルＡを直接用いれば、プロジェクション演算の定義式として、式（７）を直接用いることができる。この場合のプロジェクション演算の定義式は、次の式（１４）の様である。
【数１３】
【００８９】
バックプロジェクション演算の定義式は、式（１４）を反転させた次の式（１５）を用いる。
【数１４】
【００９０】
ここで、ｕに関する積分は、検出面上での面積積分を表す。Ｔは長さの次元を持つ定数であるが値には任意性がある。式を簡単にするため、Ｔ／Ａｅ＝１としても良い。
【００９１】
式（１３）による散乱線の入射モデルＢを用いると、プロジェクション演算は次の式（１６）の様に表すことができる。
【数１５】
【００９２】
この式（１６）を用いて、バックプロジェクション演算もより簡単に式（１７）の様に表すことができる。
【数１６】
【００９３】
ここで、Ｔは長さの次元を持つ定数であるが値には任意性がある。式を簡単にするため、Ｔ＝１としても良い。式（１６）、式（１７）はＸ線ＣＴ装置やＸ線断層撮影のプロジェクション演算とバックプロジェクション演算と同じ形をしている。従って、これらの式を用いればＸ線ＣＴ装置やＸ線ＣＴ撮影の様々な再構成方法を利用することができる。
【００９４】
既述の減弱補正処理では、減弱補正を伴うバックプロジェクション処理が式（６）に従って実行される。式（６）は式（１７）と非常に近い形をしているが、減弱補正の補正係数ｃｋが式（６）の分母に乗算されている点が異なっている。すなわち、減弱補正を伴うバックプロジェクション処理の構成では、通常のバックプロジェクション処理に補正係数ｃｋでの除算が新たに追加されている。
【００９５】
［減弱補正を考慮し吸収線量を求める再構成］
既述の減弱補正において、全方位散乱密度に１散乱あたりの吸収エネルギーと密度の逆数を乗じて、その場所の吸収線量（Ｊ／ｋｇ）を求めることを述べた。ここでは、減弱補正を考慮しつつ、さらに吸収線量へ変換した値を再構成する方法について説明する。
【００９６】
投影画像ｇｋ（ｕ）を離散化し、各画素の値を縦に並べたベクトルをｇｋ、プロジェクションｋの投影画像ｇｋをプロジェクション数分だけさらに縦に並べたベクトルをｇとする。また、再構成空間の画像ｆ（ｘ）を離散化し縦に並べたベクトルｆとする。式（１５）または式（１７）をこれらのベクトルを用いると、次の式（１８）の様に表すことができる。
【数１７】
【００９７】
ここで、Ｗｋはプロジェクション演算を表す係数行列である（プロジェクションｋのバックプロジェクション演算を表す行列をＷｋＴと記すことにする）。
【００９８】
減弱補正および吸収エネルギーへの変換を加えると、式（１８）は、次の式（１９）又は式（２０）の様に表すことができる。
【数１８】
【００９９】
ここで、Ｃｋは減弱補正の係数ｃｋ（ｘ）を対角要素にもつ対角行列、Ｂは１散乱あたりの吸収エネルギーを密度で割った値ｂ（ｘ）を対角要素にもつ対角行列である。
【０１００】
２乗平均推定法によれば方程式（１９）の解は、次の式（２１）の様に表すことができる。
【数１９】
【０１０１】
γ２は推定パラメータであるが投影データの分散を解の分散で割った値が最適値であることが知られている。特願２００６−２８４３２５、特願２００７−２６９４４７には、例えば次の式（２２）に示すようなフィルタ後投影画像を投影画像から求めるためのフィルタ係数の算出方法が記載されている。
【数２０】
【０１０２】
本実施形態に係る再構成処理に適用するために、Ａｋ＝ＷｋＣｋＢであることによる修正を行えば、特願２００６−２８４３２５、特願２００７−２６９４４７の技術を用いてフィルタ後投影画像を求めることができる。ここで、式（２２）によるフィルタ係数の算出の過程でＣｋを用いた減弱補正および、Ｂを用いた吸収エネルギーへの変換を実施する点が、従来と異なる重要な点である。
【０１０３】
フィルタ後投影画像が求まれば、次の式（２３）により解を得ることができる。
【数２１】
【０１０４】
この処理において、フィルタ後投影画像を各プロジェクションに分解したベクトルをｘｋとすると、式（２３）は、次の式（２４）の様に表すことができる。
【数２２】
【０１０５】
ここで、ＷｋＴはプロジェクションｋのバックプロジェクション演算である。式（２４）を用いる処理ステップは、図１３に示すようになる。なお、図１３に示す処理においては、（２）、（３）の処理は、プロジェクションｋの各々についてするものとする。また、全てのプロジェクションについて（２）、（３）の処理が終わった後、（４）、（５）の処理が実行される。
【０１０６】
（効果）
以上述べた様に、本実施形態では、治療計画用に取得されたＣＴ画像等を用いて、治療用放射線の被照射領域における減弱係数ｃｋ（ｘ）の空間分布を取得し、これを用いて各プロジェクション画像のバックプロジェクションの再にｃｋ（ｘ）にて除算を行うことで、減弱補正を伴う再構成処理を行っている。これにより、散乱線が被検体自体で減弱されるために生じる治療用放射線の測定誤差を低減させることができ、定量性の高い散乱源の空間分布を高精度で計測することができる。
【０１０７】
（第２の実施形態）
図１４は、第２の実施形態に係る減弱補正処理及び再構成処理の流れを示したフローチャートである。同図に示すように、本実施形態では、バックプロジェクションを実施する前の投影データに減弱補正処理を適用する。
【０１０８】
放射線治療を行う際は、被検体に対してどの位置におおよそ放射線錐があたるかがわかっていなければならない。そのため、治療線の焦点位置と放射方向の測定装置および、被検体の位置合わせ方法がかならず実施されている。本実施形態では、それらの位置あわせの結果を用いて、図１５（ａ）、（ｂ）に示す様に、放射線錐のおよその中心軸の位置を求める。さらに、求められた中心軸を通り、かつ、放射線錐の中心軸と検出器の投影軸(コリメータの方向)の両方に直交する直線を通る平面（散乱源平面）を求める。ここでは、この平面上の座標値をｘｃとする。
【０１０９】
本実施形態による減弱補正方法は、散乱源平面と検出器の間の総減弱量を求め、検出器での計測値を総減弱量で除算するものである。平面と検出器の間の総減弱量は次の式（２５）の様に求められる。
【数２３】
【０１１０】
総減弱量Ｃｋはプロジェクション毎に異なった値であるとともに、画素ごとにも異なる値を持っている。この総減弱量にて検出器の各画素の計測値ｅｋを除算して、式（２６）に示す様な補正後の投影データｅｋ’が得られる
【数２４】
【０１１１】
得られた投影データｅｋ’に対しフィルタを適用して投影データｇｋを求め、ｇｋを次の式（２７）のバックプロジェクションして再構成画像が得られる。
【数２５】
【０１１２】
得られた再構成画像を用いて、反復処理により減弱補正の精度をさらに改善することも可能である。再構成画像内で大きな画素値を持つ領域は放射線錐にあたる領域と考えられるから、一定値以上の画素値を持つ領域の中心軸を求め、その中心軸から散乱源平面を求めなおす。修正した散乱源平面を用いて減弱補正と再構成を再実行し、再構成画像を作成する。３回以上反復する構成も考えられるが２回の反復で十分である。
【０１１３】
（第３の実施形態）
第１、第２の実施形態では、治療計画に用いるＣＴ画像など通常のＸ線ＣＴ装置で撮影したＣＴ画像から散乱線の減弱係数分布を推定する例について述べた。これに対し、本実施形態では、減弱係数の推定に用いるＣＴ画像の取得方法として、本放射線治療システム１に備えられている治療用放射線源を使ったＣＴ画像を作成する例について述べる。
【０１１４】
図１６は、第３の実施形態に係る放射線治療システム１の回転撮像系の構成及び動きを説明するための図である。図１６に示す放射線治療システム１の特徴的な点は、照射部２０３と対向して設けられた（検出器３０１とは別体の）第２の検出器３０９をさらに具備することである。
【０１１５】
通常の照射部２０３（治療用Ｘ線源）には、放射口を患部の形に合わせて絞る絞りが備えられている。治療用のＸ線の照射時には、この絞りを用いて照射を行う。本実施形態では、治療用の放射線照射とは別に、減弱係数の推定に利用するＣＴ画像を撮影するため、治療用Ｘ線源２０３を用いて治療より小線量のＸ線照射を行う。ＣＴ画像を撮影のための照射時は、線量を小さくするとともに絞りを大きく開いて、治療時より大きな領域にＸ線が照射される。照射部２０３と対向する位置には第２の検出器３０９が配置され、被検体の患部周辺の大きな領域（大視野）のＸ線画像を撮影する。照射部２０３と第２の検出器３０９とは、対向した位置関係を保ちつつ被検体周囲を１回転し、回転中の複数箇所にてＸ線画像を撮影する。これらＸ線画像を用いてＣＴ画像を再構成すれば、治療用Ｘ線のエネルギーを用いたＣＴ画像を生成することができる。減弱係数の空間分布は、こうして得られたＣＴ画像を利用して、既述の手法により推定することが可能である（なお、治療用Ｘ線のエネルギーと散乱線のエネルギーは大きく異なるため、既述の減弱係数変換が必要である）。
【０１１６】
（第４の実施形態）
図１７は、第４の実施形態に係る放射線治療システム１の構成及び回転撮像系の動きを説明するための図である。同図に示すように、第４の実施形態に係る放射線治療システム１は、散乱線検出用の検出器３０１と対向する位置に第２の照射部（Ｘ線源）２０９を備え、さらに第２の照射部２０９との回転軌道面と検出器３０１の回転軌道面とが平行になるように、第２の照射部２０９と検出器３０１とを所定の位相間隔を維持しながら同期回転させる回転機構を備える。
【０１１７】
すなわち、検出器３０１と対向する位置に第２の照射部２０９を置き、検出器３０１と第２の照射部２０９とを対向させながら、例えば放射線ビームの中心軸を中心として同期回転させ、回転中の複数個所でＸ線画像を撮影する。検出器３０１のコリメータは、第２の照射部２０９の焦点を向くように形成する。さらに、第２の照射部２０９のＸ線管が発生するＸ線のエネルギー分布が散乱線のエネルギー分布と近くなるように、第２の照射部２０９の管電圧を設定する。代表的な管電圧は３００ｋＶから１０００ｋＶの間である。得られたＸ線画像を用いて断層撮影を行えば、減弱係数分布を得ることができる。本方法では、Ｘ線管のエネルギー分布が散乱線のエネルギー分布とほぼ等しいので、減弱係数の変換を行う必要は無く、第１及び第３の実施形態に係る放射線治療システムよりも正確な減弱係数を迅速且つ簡単に求めることができる。
【０１１８】
（第５の実施形態）
第５の実施形態に係る放射線治療システム１は、図１８に示すように、第４の実施形態と同様に散乱線検出用の検出器３０１と対向する位置に第２の照射部３０９を配置し、検出器３０１と第２の照射部３０９との位置関係を保ったまま（対向させつつ）、例えば被検体の体軸を中心に両者を回転させ、回転中の複数位置でのＸ線画像を撮影し、これら撮影データを用いてＣＴ画像を再構成する。このとき、第２の照射部３０９が発生するＸ線のエネルギー分布が散乱線のエネルギー分布と近くなるように、第２の照射部３０９の管電圧を設定する。本方法では、第４の実施形態と同様にＸ線管のエネルギー分布が散乱線のエネルギー分布とほぼ等しいので、減弱係数の変換を行う必要は無く、第１及び第３の実施形態に係る放射線治療システムよりも正確な減弱係数を迅速且つ簡単に求めることができる。
【０１１９】
（第６の実施形態）
第６の実施形態に係る放射線治療システム１は、平板状放射線を用いて散乱源分布の３次元再構成を行う方法（すなわち、図６、図７に示した方法）に対して、第１乃至第５の実施形態に係るいずれか減弱補正処理を適用するものである。
【０１２０】
図１９は、照射角度bにて照射を行う場合の減弱補正方法を説明する図である。一点鎖線は照射角度bの平板状放射線の中心面を表している。この中心面位置は、照射部２０３が有するエンコーダなどの計測値から算出される。中心面と検出器の間の総減弱量は次の式（２８）の様に求められる。
【数２６】
【０１２１】
ここで、ｋは照射角度ａ，ｂ，ｃ，ｄを区別する番号である。μ（ｘ）は、位置ｘでの減弱係数で、例えば第１の実施形態に係る減弱係数推定処理により得られた値である。ｘｃは中心面上の座標置、ｎｋは検出器への散乱線の入射方向、ｐｋ（ｘ）はｘをｎｋの方向に検出面上に投影したときの検出器面上の位置である。総減弱量Ｃｋは照射角度毎に異なった値であるとともに、画素ごとにも別個の値を持っている。この総減弱量にて検出器の各画素の計測値ｅｋを除算して、式（２９）に示すような補正後の投影データｅｋ’が得られる。
【数２７】
【０１２２】
以上述べた構成によっても、第１乃至第５の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１２３】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。具体的な変形例としては、例えば次のようなものがある。
【０１２４】
本実施形態に係る各機能は、当該処理を実行するプログラムをワークステーション等のコンピュータにインストールし、これらをメモリ上で展開することによっても実現することができる。このとき、コンピュータに当該手法を実行させることのできるプログラムは、磁気ディスク（フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスクなど）、光ディスク（ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤなど）、半導体メモリなどの記録媒体に格納して頒布することも可能である。
【０１２５】
また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１２６】
以上本発明によれば、高速で正確な減弱補正方法を用いて散乱源の再構成を行うことで、散乱線が被検体自体で減弱されるために生じる治療線の線量の測定誤差を低減し、 定量性の高い散乱源分布を計測することができる放射線治療システム、放射線治療データ処理装置及び放射線治療プログラムを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１２７】
【図１】図１は、本放射線治療用線量分布測定装置の治療用放射線に基づく被検体からの散乱線計測の原理、方法を説明するための図である。
【図２】図２は、本実施形態に係る放射線治療用線量分布測定装置１のブロック構成図を示している。
【図３】図３は、吸収線量画像データの生成処理を含む放射線治療時における処理の流れを示したフローチャートである。
【図４】図４は、本放射線治療システム１の散乱線の測定形態を示した図である。
【図５】図５は、本実施形態に係る吸収線量画像データの生成処理を含む放射線治療時における処理の流れを示したフローチャートである。
【図６】図６は、本放射線治療システム１の散乱線の測定形態の一例を示した図である。
【図７】図７は、本放射線治療システム１の散乱線の測定形態の他の例を示した図である。
【図８】図８は、減弱係数分布の推定処理の流れを示したフローチャートである。
【図９】図９は、減弱補正処理の流れを示したフローチャートを示している。
【図１０】図１０は、再構成空間内の位置ｘ、k番目のプロジェクションの投影方向ｎｋを示した図である。
【図１１】図１１に、減弱補正を行わない従来の再構成処理の流れの一例を示したフローチャートである。
【図１２】図１２（ａ）、（ｂ）は、検出器に入射する散乱線の角度依存性を説明するための図である。
【図１３】図１３は、減弱補正を考慮した画像再構成処理の流れの一例を示したフローチャートである。
【図１４】図１４は、第２の実施形態に係る減弱補正処理及び再構成処理の流れを示したフローチャートである。
【図１５】図１５（ａ）、（ｂ）は、放射線錐のおよその中心軸の位置、放射線錐の中心軸と検出器の投影軸の両方に直交する直線を通る散乱源平面を説明するための図である。
【図１６】図１６は、第３の実施形態に係る放射線治療システム１の回転撮像系の動きを説明するための図である。
【図１７】図１７は、第４の実施形態に係る放射線治療システム１の回転撮像系の動きを説明するための図である。
【図１８】図１８は、第５の実施形態に係る放射線治療システム１の回転撮像系の動きを説明するための図である。
【図１９】図１９は、第６の実施形態に係る減弱補正処理を説明するための図である。
【符号の説明】
【０１２８】
１…放射線治療用線量分布測定装置、２…放射線照射システム、３…散乱線検出システム、４…データ取得制御部、５…データ処理システム、６…表示部、７…記憶部、８…操作部、９…ネットワークＩ／Ｆ、２０１…電力供給部、２０３…照射部、２０５…タイミング制御部、２０７…ガントリ制御部、３０１…検出器、３０３…コリメータ、３０５…移動機構部、３０７…位置検出部、５０１…補正処理部、５０２…減弱係数分布推定部、５０３…再構成処理部、５０５…変換処理部、５０７…画像処理部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線治療システムにおいて実際に照射した線量を計測し表示する機能を持つ放射線治療システムに関し、特に、散乱線画像から線量分布を３次元再構成する際に、体内での散乱線の減弱を補正するものに関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線外照射治療に代表される放射線治療では、治療前に、患者画像上で照射計画（病変部に対してどの方向から、どれだけの線量を照射するか）が立案され、これに基づいて患者への照射行われる。しかし、現在のところ実際に計画通りの位置、線量が患者に照射されているか否かを確認する手段がなく、病変部への過少照射や正常組織への過剰照射が起こっても気づかれないのが現状である。照射前にファントムとＸ線検出器を用いて、計画通りの照射が行えることが確認されることもあるが、簡便に持ち運びができ、自由に位置を調整できるファントムと異なり、患者を寝台上の、照射計画どおりの位置に置くことは困難であり、これらの照射前確認は、患者への計画通りの照射を完全に保証するものではない。
【０００３】
ところで、従来より、可視光像と散乱線発生源の画像をピンホールカメラにて同時に撮影する装置がある（例えば、非特許文献１参照）。本装置は放射線防護の研究のため、どの場所で散乱線が発生しているかを調べるためのものであり、そのため散乱線発生源の画像と可視像（写真）といういずれも2次元の画像を同時撮影するものとなっている。放射線治療中の３次元線量分布を測定するためには３次元画像の撮影が必要であるが、そのような構成にはなっていない。また、視覚的に確認することが目的であり、ファントム内部での散乱線の減弱についてもまったく考慮されておらず、本装置では定量的な数値を求めることはできない。
【非特許文献１】散乱Ｘ線発生源の視覚的特定 ―第１報 基本原理―ピンホールカメラを用いた散乱Ｘ線発生源の観察、日本放射線技術学会東北部会 第１２号Ｐ１８１（２００３年１月）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
治療のため患部へ向けて照射している治療用Ｘ線から散乱する散乱Ｘ線の画像を多方向で計測し、３次元再構成することで、散乱線の発生源の３次元分布を得ることができると考えられる。ところが、散乱線は被検体の内部で源弱されるので、散乱線画像を用いて直接再構成を行うと、散乱線画像に誤差が生じる。例えば５００ｋｅＶの散乱線が体内を１０ｃｍ通過すると仮定すると約１０％の減弱が生じ、これを用いて再構成を行えば同様に１０％程度の誤差が散乱源分布に生じる。放射線治療中の線量分布を計測することは、その計測値を用いて患部や健常部への照射線量をコントロールすることが目的であり、１０％の誤差は全く見過ごすことはできない。従って、散乱源分布を定量的に求めるためには、散乱線に対しての減弱補正が必要である。
【０００５】
本発明は、上記事情を鑑みてなされたもので、高速で正確な減弱補正方法を用いて散乱源の再構成を行うことで、散乱線が被検体自体で減弱されるために生じる治療線の線量の測定誤差を低減し、 定量性の高い散乱源分布を計測することができる放射線治療システム、放射線治療データ処理装置及び放射線治療プログラムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記目的を達成するため、次のような手段を講じている。
【０００７】
請求項１に記載の発明は、被検体に対して治療用放射線ビームを照射する第１の照射手段と、前記治療用放射線ビームに基づいて発生する前記被検体内からの散乱線を検出し散乱線データを発生する第１の検出手段と、前記治療用放射線ビームが照射される前記被検体の被照射領域に関する放射線の減弱係数の空間分布と、前記各散乱線データとに基づいて、減弱補正が施された散乱線ボリュームデータを生成する再構成手段と、前記散乱線ボリュームデータを、吸収された放射線量の三次元分布を示す吸収線量ボリュームデータに変換する変換手段と、前記吸収線量ボリュームデータを用いて、前記被検体内における吸収線量画像を生成する画像生成手段と、前記吸収線量画像を表示する表示手段と、を具備することを特徴とする放射線治療システムである。
【０００８】
請求項９に記載の発明は、治療用放射線ビームが照射される前記被検体の被照射領域から散乱線を複数の方向から検出した散乱線データと、前記被照射領域に関する放射線の減弱係数の空間分布と、を記憶する記憶手段と、前記散乱線データと前記放射線の減弱係数の空間分布とに基づいて、減弱補正が施された散乱線ボリュームデータを生成する生成手段と、を具備することを特徴とする放射線治療データ処理装置である。
【０００９】
請求項１０に記載の発明は、コンピュータに、治療用放射線ビームが照射される前記被検体の被照射領域から散乱線を複数の方向から検出した散乱線データと、前記被照射領域に関する放射線の減弱係数の空間分布と、に基づいて、減弱補正が施された散乱線ボリュームデータを生成させる生成機能と、を実現させることを特徴とする放射線治療プログラムである。
【発明の効果】
【００１０】
以上本発明によれば、高速で正確な減弱補正方法を用いて散乱源の再構成を行うことで、散乱線が被検体自体で減弱されるために生じる治療線の線量の測定誤差を低減し、 定量性の高い散乱源分布を計測することができる放射線治療システム、放射線治療データ処理装置及び放射線治療プログラムを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の第１実施形態乃至第６実施形態を図面に従って説明する。なお、以下の説明において、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。
【００１２】
（第１実施形態）
［原理と方法］
本実施形態に係る放射線治療システムは、被検体に対して照射した放射線に基づく当該被検体からの散乱線を計測し、これに基づいて被検体のどの部位に、どれだけの線量が照射されたかを客観的に示す情報を取得するものである。その原理と方法は、次の様である。
【００１３】
図１は、本放射線治療システムの治療用放射線に基づく被検体からの散乱線計測の原理、方法を説明するための図である。
【００１４】
外照射Ｘ線照射による治療効果は、主として患者体内で起こるＸ線の散乱によってもたらされる。すなわち、治療Ｘ線ビームが患者体内の電子によって散乱される際、エネルギーを受け取った電子は組織内を飛行したのち、停止する。このとき、電子は停止するまでに、組織内の分子をラジカル化し、細胞内のDNAに損傷を与える。そして、損傷を受け、修復することができなかった細胞は最終的に死に至る。これがＸ線照射による治療効果である。反跳電子が多く発生すればするほど組織を構成する細胞が死に至る確率が高くなるため、治療効果は、散乱反応が起こる回数に比例する。
【００１５】
上述から、組織内で起こった散乱の回数が分かれば、治療効果（=組織がどれだけ損傷を受けたか）を知ることができる。そして起こった散乱の回数は、散乱線の数を測定することで知ることができる。散乱されたＸ線の多くは、電子に進行方向を変えられた後、患者体外に出てくるため、患者体外に設置したＸ線検出器で測定することができる。
【００１６】
本実施形態の第１の実施例に係る放射線治療システムでは、治療Ｘ線ビームに対して特定の角度をなす位置にコリメータを備えた検出器を設置し、その方向に来た散乱線のみを選択的に検出する。コンプトン散乱で、どの角度に、どれだけＸ線が散乱されるかは理論的に分かるため、ある角度での散乱線を検出できれば、他の角度への散乱線の数も推定できる。さらに、患者体内の、散乱の起こった場所の分布を３次元的に得るために、照射中に検出器を回転させ、一周のすべての方向から散乱線の測定を行う（例えば、図４参照）。その後、再構成処理を行い、被検体内部の散乱線の発生分布を３次元的に画像化する。
【００１７】
また、本実施形態の第２の実施例に係る放射線治療システムでは、治療Ｘ線ビームに対して所定の角度（散乱角）をなす位置にコリメータを備えた検出器を設置し、その方向に来た散乱線のみを選択的に検出し、この検出を、照射部から照射される治療用Ｘ線ビームの軸と検出器の検出面とのなす角を維持しつつ治療用Ｘ線ビームと検出面とを移動させながら実行することで、被検体内の３次元領域をスキャンする。得られた所定の散乱角に関する３次元散乱線データを用いて、散乱線ボリュームデータを再構成すると共に、当該散乱線ボリュームデータを吸収された放射線量の３次元分布を示す吸収線量ボリュームデータに変換し、吸収線量画像を生成する。
【００１８】
［構成］
図２は、本実施形態に係る放射線治療システム１のブロック構成図を示している。同図に示すように、本放射線治療システム１は、放射線照射システム２、散乱線検出システム３、データ取得制御部４、データ処理システム５、表示部６、記憶部７、操作部８、ネットワークＩ／Ｆ９を具備している。放射線照射システム２及び散乱線検出システム３は架台（ガントリ）に設置され、架台を移動、回転させることで、被検体に対して任意の位置に配置することができる。また、データ取得制御部４、データ処理システム５、表示部６、記憶部７、操作部８、ネットワークＩ／Ｆ９は、例えば放射線治療システム１の本体（筐体）に設置される。
【００１９】
［放射線照射システム］
放射線照射システム２は、電力供給部２０１、照射部２０３、タイミング制御部２０５、ガントリ制御部２０７を有している。
【００２０】
電力供給部２０１は、データ取得制御部４からの制御に従って照射部２０３に電力を供給する。
【００２１】
照射部２０３は、例えば線形加速器（ライナック）等の機構を有する放射線照射装置である。当該照射部２０３では、加速管の一端に設けられた電子銃により、陰極から放射された熱電子は数１００keVになるまで加速される。次に、クライストロンで発生したマイクロ波は導波管を使って加速管まで導かれ、そこでこの熱電子は数MeVのエネルギーに達するまで加速される。この加速された熱電子は磁石によってその方向を変えられ、透過型ターゲットに衝突する。このとき制動放射により、数MeVのエネルギーのＸ線（γ線）が発生する。照射部２０３は、コリメータによってこのＸ線を所定の形状（例えば、円錐形状、或いは薄い平面形状）に成形し、寝台上に配置された被検体の三次元領域に照射する。
【００２２】
タイミング制御部２０５は、データ取得制御部４からの制御に従って所定のタイミングで照射部２０３に電力が供給されるように、電力供給部２０１を制御する。
【００２３】
ガントリ制御部２０７は、例えば操作部８やデータ取得制御部４からの制御指示に従って、ガントリの移動位置・回転位置を制御する。
【００２４】
［散乱線検出システム］
散乱線検出システム３は、検出器３０１、コリメータ３０３、移動機構部３０５、位置検出部３０７を有している。
【００２５】
検出器３０１は、数1００keVのＸ線を検出できる半導体検出器や、イメージング・プレート等であり、被検体に対して照射した放射線に基づく当該被検体からの散乱線を検出する。この検出器の好ましいサイズ、照射ビーム軸に対する配置角度、画素数等については、後述する。
【００２６】
コリメータ３０３は、特定の方向に来た散乱線のみを選択的に検出するための絞り装置である。
【００２７】
移動機構部３０５は、照射部２０３の照射ビーム軸に対する検出器３０１の検出面の角度（すなわち、照射ビーム軸と検出器３０１の検出面の法線との角度）、放射線ビーム軸を中心とした検出器３０１の回転角、被検体と検出器３０１の検出面との距離等を制御するために、検出器３０１の位置や角度を移動させるための移動機構部である。
【００２８】
位置検出部３０７は、検出器３０１の位置を検出するためのエンコーダである。
【００２９】
［データ取得制御部］
データ取得制御部４は、放射線治療時における散乱線計測に関する総合的な制御を行う。例えば、データ取得制御部４は、放射線照射システム２のタイミング制御部２０５からの信号を得て、散乱線検出システム３に対して散乱線計測開始トリガーや検出データの伝送トリガーを送信する等、放射線照射、散乱線計測、データ処理、画像表示、ネットワーク通信等について、本放射線治療システム１を静的又は動的に制御する。また、データ取得制御部４は、必要に応じて、ネットワークを介して放射線治療計画装置から受け取った治療計画に基づいて、各照射の照射時間に合わせてスキャン時間を最適化する。
【００３０】
［データ処理システム］
データ処理システム５は、補正処理部５０１、散乱源存在領域決定部５０２、再構成処理部５０３、変換処理部５０５、データ処理部５０７を有している。
【００３１】
補正処理部５０１は、必要に応じてデータのキャリブレーション処理やノイズを除去するための補正処理等を行う。
【００３２】
減弱係数分布推定部５０２は、治療計画用に取得されたＣＴ画像等を用いて、放射線治療部位を含む放射線被照射領域についての減弱係数の空間分布を推定する。この推定処理の内容については、後で詳しく説明する。
【００３３】
再構成処理部５０３は、散乱線検出システム３において検出された散乱線画像データと各散乱線画像データを検出した位置を示す位置情報とを用いて画像再構成処理を実行し、散乱イベント回数（散乱発生回数）の密度の三次元的分布を示す散乱線ボリュームデータを取得する。再構成法式としては、例えば、コリメータの方向がスキャン軸と直交していればＣＴの再構成手法を、一方直交していなければ、断層撮影の再構成手法を用いる。特に、本再構成処理部５０３は、推定された減弱係数の空間分布を用いて、減弱補正を伴う画像再構成処理を実行し、減弱補正が施された散乱線ボリュームデータを取得する。この減弱補正を伴う画像再構成処理の内容については、後で詳しく説明する。
【００３４】
変換処理部５０５は、画像再構成処理によって得られた三次元画像データを、吸収された放射線量（吸収線量）の三次元分布を示す吸収線量ボリュームデータに変換する。
【００３５】
［表示部、記憶部、操作部、ネットワークＩ／Ｆ］
表示部６は、ＬＣＤ等のディスプレイで構成される。表示部６は、上記データ処理部５０７の各種モジュールにより出力されるデータをもとに、例えば、吸収線量画像を計画画像や照射直前、照射中に得た画像とフュージョンして表示を行う。
【００３６】
記憶部７は、照射する放射線ビームの軸を中心として検出器３０１を回転させながら散乱線データを取得（スキャン）するための所定のスキャンシーケンス７０１、補正処理、画像再構成処理、変換処理、表示処理等の実行、および治療計画を当該システムで表示、編集するための制御プログラム７０２や、当該放射線治療システム１によって取得された散乱線ボリュームデータ７０３、吸収線量ボリュームデータ７０４、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置等の他のモダリティによって取得された形態画像データ７０５等を記憶する。当該記憶部７に記憶されているこれらのデータは、ネットワークＩ／Ｆ９０を経由して外部装置へ転送することも可能となっている。
【００３７】
操作部８は、オペレータからの各種指示、条件、関心領域（ＲＯＩ）の設定指示、種々の画質条件設定指示等を装置本体１１にとりこむための各種スイッチ、ボタン、トラックボール１３ｓ、マウス１３ｃ、キーボード１３ｄ等を有している。
【００３８】
ネットワークＩ／Ｆ９は、当該放射線治療システム１によって得られた吸収線量画像データ等をネットワーク経由で他の装置に転送し、また、例えば放射線治療計画装置において作成された治療計画等をネットワーク経由で取得する。
【００３９】
（散乱線ボリュームデータ等の生成方法）
（第１の実施例）
次に、第１の実施例に係る放射線治療システム１を用いた散乱線ボリュームデータ等の生成方法について説明する。本実施形態に係る放射線治療システムでは、治療Ｘ線ビームに対して特定の角度をなす位置にコリメータを備えた検出器を設置し、その方向に来た散乱線のみを選択的に検出する。さらに、患者体内の、散乱の起こった場所の分布を３次元的に得るために、照射中に検出器を回転させ、複数の方向から散乱線の測定を行う（例えば、図６参照）。その後、再構成処理を行い、被検体内部の散乱線の発生分布を３次元的に画像化する。
【００４０】
図３は、本実施形態に係る吸収線量画像データの生成処理を含む放射線治療時における処理の流れを示したフローチャートである。以下、各ステップの処理内容について説明する。
【００４１】
[被検体の配置等：ステップＳ１ａ]
まず、データ取得制御部４は、例えばネットワークを介して当該被検体に関する治療計画情報を取得し、表示部６に表示する。術者は、表示された治療計画に従って寝台上に被検体を配置すると共に、操作部８を介して、放射線照射時間の設定、散乱線計測を行う回転角度の設定、スキャンシーケンスの選択等を行う（ステップＳ１ａ）。なお、放射線照射時間の設定等については、取得した治療計画情報に基づいて、自動的に行うようにしてもよい。
【００４２】
[放射線照射／多方向における散乱線画像データの取得：ステップＳ２ａ]
図４は、本放射線治療システム１の散乱線の測定形態を示した図である。同図に示すように、放射線照射システム２は被検体に対して、三次元領域を照射するための治療用放射線を所定のタイミングで発生する。また、散乱線検出システム２は、当該照射放射線に基づいて被検体外に出てくる散乱線を照射される放射線ビームの軸を中心とした複数の回転角において検出する（ステップＳ２ａ）。例えば、ある１つの方向から３分間照射が行える場合、１方向につき１０秒ずつ、１８方向のデータを収集する。このとき、１８方向はビーム軸を中心として等角度間隔であることが好ましい。検出器３０３が各方向で検出した散乱線のカウント数及び位置検出部３０７で計測した散乱線検出時における検出器３０３の位置情報は、データ処理システム５に伝送される。
【００４３】
なお、本実施形態では、検出器３０１の配置角度を、散乱角θが１２０°≦θ≦１６５°の範囲のいずれか（例えば、１５５°）である後方散乱線を検出するように、検出器３０１の配置角度を設定するものとする。
【００４４】
また、上記の例において、例えば２Gyの照射が３方向から行われる場合、１方向あたりのカウント数は、１．２４×１０５×１／３となりおよそ４×1０4[counts/cm2]である。１方向あたり１８０秒で照射されるとして１０秒間測定すると、4×1０4×1０/１８０=２×1０3[counts/cm2]となるが、Ｓ／Ｎ比に問題はない。
【００４５】
また、散乱線の検出は、少なくとも２つ以上の方向が必要であるが、現実にはできる限り多くの方向において検出することが好ましい。また、各検出位置は、照射ビームの軸を中心として等角度間隔に配置されていることが好ましい。
【００４６】
[前処理（補正処理等）：ステップＳ３ａ]
収集されたデータは、検出器設置角度方向に散乱されたＸ線のみカウントしている。しかし実際には、Ｘ線はあらゆる方向への散乱が起こっている。データ処理システム５の補正処理部５０１は、検出器のカウント値を補正し、所定の計算しきに従って、すべての方向への散乱数を取得する（ステップＳ３ａ）。
【００４７】
[画像再構成処理：ステップＳ４ａ]
次に、データ処理システム５の画像再構成処理部５０３は、多方向の投影データを用いて画像再構成処理を実行し、散乱線ボリュームデータを取得する（ステップＳ４ａ）。このとき、検出器３０１の回転軸とコリメータの方向が直交しており、１８０度（＋α）以上の角度範囲で画像を撮影する場合はＣＴの再構成方法を用いればよいが、その他の場合はＸ線断層撮影の再構成方法を用いる。断層撮影の手法として、例えば投影画像にフィルタ処理を適用した後バックプロジェクション処理を行うfiltered backprojection法を用いる。filterの構成方法としては古典的なShepp-Logan filterや、特願２００６−２８４３２５, 特願２００７−２６９４４７に開示されているフィルタを用いる。特に、特願２００６−２８４３２５, 特願２００７−２６９４４７に記載されている方法を用いれば、物理的意味が明確な散乱源分布画像を生成することができる。
【００４８】
検出器画像にフィルタ処理を施し、バックプロジェクションを行って得られる画像は、単位体積あたりの散乱線発生密度（単位体積あたりの散乱回数）である。上記の再構成処理の全ステップ（各種補正処理、フィルタ処理、バックプロジェクション処理）をとおして、治療用放射線が被検体を通過する近傍での散乱線発生密度の３次元分布（散乱線ボリュームデータ）を取得することができる。
【００４９】
なお、本実施形態に係る放射線治療システムでは、本ステップにおいて後述する条件付き反復再構成処理が実行されることになる。
【００５０】
[変換処理：ステップＳ５ａ]
次に、データ処理システム５の変換処理部５０７は、ボクセル（voxel）ごとに算出された単位体積あたりの散乱回数nを、吸収線量に換算することで、散乱線ボリュームデータを吸収された放射線量（吸収線量）の三次元分布を示す吸収線量ボリュームデータに変換する（ステップＳ５ａ）。
【００５１】
［吸収線量画像データの生成／画像データの表示：ステップＳ６ａ、Ｓ７ａ］
次に、画像処理部５０７は、吸収線量ボリュームデータ等を用いて、被検体の所定部位に関する吸収された放射線量（吸収線量）の分布を示す吸収線量画像データを生成し、例えばフュージョン表示するためにＣＴ画像と合成する（ステップＳ６ａ）。表示部６は、所定の形態にて吸収線量画像を表示する（ステップＳ７ａ）。
【００５２】
（第２の実施例）
次に、第２の実施例に係る放射線治療システム１を用いた散乱線ボリュームデータ等の生成方法について説明する。本実施形態に係る放射線治療システムでは、治療Ｘ線ビームに対して所定の角度（散乱角）をなす位置にコリメータを備えた検出器を設置し、その方向に来た散乱線のみを選択的に検出し、この検出を照射部から照射される治療用Ｘ線ビームの軸と検出器の検出面とのなす角を維持しつつ治療用Ｘ線ビームと検出面とを移動させながら実行することで、被検体内の３次元領域をスキャンする。得られた所定の散乱角に関する３次元散乱線データを用いて、散乱線ボリュームデータを再構成すると共に、当該散乱線ボリュームデータを吸収された放射線量の３次元分布を示す吸収線量ボリュームデータに変換し、吸収線量画像を生成する。
【００５３】
図５は、本実施形態に係る吸収線量画像データの生成処理を含む放射線治療時における処理の流れを示したフローチャートである。以下、各ステップの処理内容について説明する。
【００５４】
[被検体の配置等：ステップＳ１ｂ]
まず、第１の実施形態と同様に、被検体の配置等が実行される（ステップＳ１ｂ）。
【００５５】
[放射線照射（散乱線データの取得）：ステップＳ２]
図６は、本放射線治療システム１の散乱線の測定形態の一例を示した図である。同図に示すように、放射線照射システム２は、被検体に対して薄い平面状に整形されたＸ線ビームＢ２を所定のタイミングで照射し、放射線検出システム２は、当該照射放射線に基づいて被検体外に出てくる所定の散乱角の散乱線を検出する。また、データ取得制御部４は、照射部２０３から照射される治療用のＸ線ビームＢ２の軸と検出器３０１の視線方向とのなす角を維持しながらＸ線ビームＢ２による励起断面を移動させ、当該被検体内の３次元領域を走査（スキャン）するように、ガントリ制御部２０７或いは移動機構部３０５を制御する（ステップＳ２）。この治療用のＸ線ビームＢ２を用いた３次元領域のスキャンにより、Ｘ線ビームＢ２の平面に対応する複数の二次元散乱線データからなる３次元散乱線データが取得される。
【００５６】
なお、図６は、散乱線の測定形態の一例である。従って、本実施形態に係る散乱線の測定形態は、当該例に拘泥されない。例えば、図７に示すように、検出器３０１の検出面（及びコリメータ３０３の開口面）を、治療用放射線ビームの照射方向に対する検出面のなす角度を一定に保ちながら、治療用放射線ビームの軸の位置の移動に連動して移動させることによっても、複数の二次元散乱線データからなる３次元散乱線データを取得することができる。
【００５７】
[前処理（補正処理等）：ステップＳ３ｂ]
次に、データ処理システム５の補正処理部５０１は、減弱補正を含む前処理を実行し、投影データを取得する（ステップＳ３）。ここで、減弱補正とは、治療用放射線や散乱線が被検体内を伝播することに起因する信号減弱に関する補正処理である。
【００５８】
[画像再構成処理：ステップＳ４ｂ]
次に、データ処理システム５の画像再構成処理部５０３は、取得された投影データを用いて画像再構成処理を実行し、散乱線ボリュームデータを取得する（ステップＳ４）。なお、本実施形態に係る放射線治療システムでは、本ステップにおいて後述する条件付き反復再構成処理が実行されることになる。
【００５９】
[変換処理：ステップＳ５ｂ]
次に、データ処理システム５の変換処理部５０７は、第１の実施形態と同様に、散乱線ボリュームデータを吸収された放射線量（吸収線量）の３次元分布を示す吸収線量ボリュームデータに変換する（ステップＳ５）。
【００６０】
［吸収線量画像データの生成／画像データの表示：ステップＳ６ｂ、Ｓ７ｂ］
次に、画像処理部５０７は、吸収線量ボリュームデータ等を用いて、被検体の所定部位に関する吸収された放射線量（吸収線量）の分布を示す吸収線量画像データを生成し、例えばフュージョン表示するためにＣＴ画像と合成する（ステップＳ６ｂ）。表示部６は、所定の形態にて吸収線量画像を表示する（ステップＳ７ｂ）。
【００６１】
（減弱係数分布の推定機能）
次に、本放射線治療システム１が有する減弱係数分布の推定機能について説明する。この機能は、治療計画用に取得されたＣＴ画像等を用いて、放射線治療部位を含む放射線被照射領域についての減弱係数を推定するものである。ここで用いるＣＴ画像としては、計画用の術前ＣＴ画像、治療直前のＣＴ画像、放射線治療システムに組み込まれたＭＶＣＴによるＣＴ画像または放射線治療システムに組み込まれたＭＶＣＴによるＣＴ画像が挙げられるが、それぞれどのＣＴ画像を用いるかに応じて異なる減弱係数推定処理が必要である。また、この減弱係数分布の推定機能に従う処理（減弱係数分布の推定処理）は、放射線治療前の任意のタイミングで実行され、当該処理によって得られる減弱係数分布は、記憶部７に記憶される。
【００６２】
図８は、減弱係数分布の推定処理の流れを示したフローチャートである。同図を利用して、減弱係数分布の推定処理部５０２において実行される減弱係数分布の推定処理の内容を以下説明する。
【００６３】
減弱係数分布の推定処理部５０２は、Ｘ線ＣＴ装置によって取得され、放射線の被照射領域に対応するＣＴ画像を入力する（ステップＳＡ）。このＣＴ画像から得られる減弱係数μ６０は、ＣＴ値から、次の式（１）の様に求めることができる。
【数１】
【００６４】
これは、Ｘ線ＣＴ装置が発生するＸ線の実効単色エネルギーにおける減弱係数である。減弱補正に必要なのは散乱線のエネルギーにおける減弱係数μｓｃであるから、上の減弱係数をそのまま用いることはできない。従って、種々の方法で散乱線のエネルギーでの減弱係数に変換が必要である。
【００６５】
減弱係数分布の推定処理部５０２は、次の式（２）に従って、線形変換による減弱係数を推定する（ステップＳＢ）。なお、変換パラメータａおよびｂは水、筋肉、脂肪、骨などの各光子エネルギーにおける減弱係数の計測値からあらかじめ決めておく。
【数２】
【００６６】
減弱係数のエネルギー依存は原子によって異なるため、正確な減弱係数を求めるためには、組織ごとに異なる係数を用いて変換する必要がある。従って、減弱係数分布の推定処理部５０２は、例えば次の式（３）に従って、大まかに減弱係数が大きい組織と小さい組織に分割し、それぞれ異なる変換式により減弱係数を推定する（ステップＳＣ）。
【数３】
【００６７】
ここで、μ６０は実効単色エネルギーが６０ｅＶのＸ線ＣＴ装置にて撮影して得た減弱係数である。Ｅｓｃはは散乱線の実効単色エネルギーであり、次の式（４）により求めることができる。
【数４】
【００６８】
ここで、ｈνは治療線の実効単色エネルギー、ｍは電子の静止質量である。上の方法でμ６０≦０．２２４４の場合の変換式は筋肉に対する減弱係数の変換式であり、μ６０＞０．２２４４の場合の変換式は骨の領域に対する減弱係数の変換式である。同様に、脂肪や空気の領域に対する変換式を加えることも容易である。
【００６９】
減弱係数分布の推定処理部５０２は、被照射領域（治療用放射線が照射される予定の領域又は過去に照射された領域）内の全ての位置についてステップＳＡ〜ＳＣまでの処理を繰り返し、当該被照射領域に関する減弱係数分布を作成する（ステップＳＤ）。
【００７０】
（減弱補正機能）
次に、本放射線治療システム１が有する減弱補正機能について説明する。この機能は、例えば既述の推定処理によって得られた減弱係数分布を用いて、減弱補正を伴う画像再構成処理を実行し、当該補正がなされた散乱線ボリュームデータを生成するものである。当該減弱補正機能に従う処理（減弱補正処理）は、例えば図３のステップＳ４ａ、図５のステップＳ４ｂにおいて実行される。
【００７１】
図９は、減弱補正処理の流れを示したフローチャートを示している。同図に示すように、再構成処理部５０３は、Ｎｐ個の位置で測定し補正されたＮｐ個の投影画像の各々についてバックプロジェクション処理を実行し、各バックプロジェクションの結果を補正値ｃｋ（ｘ）にて除算したのち、加算して散乱線ボリュームデータを生成する。ここで、ｃｋ（ｘ）は減弱の影響を補正する係数であり、点状線源の位置（ｘ）からk番目の検出器位置までの間の総減弱を次の式（５）を用いて計算することで得られる。
【数５】
【００７２】
ここで、図１０に示すように、ｘは再構成空間内の位置を、ｎｋはk番目のプロジェクションの投影方向をそれぞれ表す。減弱補正を伴うバックプロジェクションは、次の式（６）で表すことができる。
【数６】
【００７３】
ここで、ｆ（ｘ）は減弱補正後の再構成画像、ｇｋ（ｕ）は検出器上の位置ｕにおける第kプロジェクションの投影画像、ｐｋ（ｘ）は再構成空間内の位置ｘを、第kプロジェクションの検出面に投影した検出器上の位置である。なお、バックプロジェクション処理の実装方法には様々な方法があり、上式の表現方法は単なる一例に過ぎない。
【００７４】
なお、参考のため、図１１に、減弱補正を行わない従来の再構成処理の流れの一例を示した。
【００７５】
（再構成処理の詳細な説明）
次に、再構成処理５０３によって実行される再構成処理の詳細について説明する。
【００７６】
［プロジェクション過程のモデル化］
被検体内のある点で散乱した散乱線が検出器に入射する様子を次のようにモデル化する。
【００７７】
１.散乱の角度依存性と検出器への入射確率
治療用放射線の照射方向に対して、角度θだけ異なる方向に散乱した散乱線が、検出器画素に入射するものとする。散乱は全方位に起こるが、角度依存性がある。全散乱のうち検出器画素に入射する散乱線の割合をＲΔΩ（ｘ）で表すものとする（入射確率）。このとき、コリメータの存在は無視する。ΔΩ（ｘ）は位置ｘから検出器画素を見込む立体角である。比例係数Ｒ（単位立体角当たりの入射確率）は、微分散乱断面積ｄσ（θ）／ｄΩを全散乱断面積で割った値である。
【００７８】
２．コリメータ感度分布
検出器位置ｕに入射する散乱線にも角度依存性がある。コリメータの軸方向からの散乱線は最も大きな確率で検出器に入射し、軸から大きく外れる方向からの散乱線は検出器へは入射しない。図１２（ａ）、（ｂ）に示すように、被検体空間の位置ｘから検出器画素位置ｕに入射する散乱線の確率をコリメータ感度ｈ（ｘ，ｕ）とする。
【００７９】
３. 散乱線の入射モデルA
被検体の微小体積ｄｘから位置ｕ検出器画素に入射する散乱線の面積密度ｅ（ｕ）は、次の式（７）で表すことができる。
【数７】
【００８０】
ここで、Ｎνは全方位散乱密度（単位体積当たりの全方位散乱数）、ｅ（ｕ）は検出器位置ｕの入射散乱線密度、Ａｅは検出器画素の面積である。積分記号は被検体周囲の空間での体積積分を表す。
【００８１】
４．散乱線の入射モデルB
上記式（７）を簡単化するため、式（７）の体積積分を次の式（８）の様にコリメータ軸ｔの方向とその直交面Ｓの積分に分解する。
【数８】
【００８２】
ここで、ｄｓは直交面Ｓの面要素である。直交面の面積積分の範囲ではＮν、Ｒ、ΔΩには大きな変動がないことから、式（８）のｔに関する被積分関数は、次の式（９）の様に近似することができる。
【数９】
【００８３】
なお、式（９）の右辺の積分はコリメータの開口面積に対応し、検出面からの距離の２乗に比例する。また、立体角ΔΩは検出面からの距離の２乗に反比例する従って、両者の積である式（９）の右辺の括弧内は、コリメータ軸方向の各位置においてほぼ一定値を示す。そこで、次の式（１０）のに示す面積Ａｃを導入する。
【数１０】
【００８４】
この式（１０）を用いれば、式（９）は次の式（１１）の様に簡単化することができる。
【数１１】
【００８５】
この式（１１）を式（１０）に代入すると、次の式（１２）又は式（１３）が得られる。
【数１２】
【００８６】
なお、式（１３）は、投影画像の補正処理のうち、散乱線の散乱角依存性の補正およびコリメータで絞られた特定方向範囲の散乱線から全方位散乱数への補正に相当する。
【００８７】
［再構成に適用するプロジェクションおよびバックプロジェクションの演算式］
再構成処理では、再構成空間内の関数ｆ（ｘ）を、Ｎｐ個の投影画像ｇｋ（ｕ）から推定する（ｋ＝１，２，・・・、Ｎｐ）。特願２００６−２８４３２５、特願２００７−２６９４４７などの方法で再構成処理を行うためには、バックプロジェクション（投影）処理と、プロジェクション（逆投影）処理を本提案書の問題に沿うように変更する必要がある。その２つの例を下記に示す。
【００８８】
散乱線の入射モデルＡを直接用いれば、プロジェクション演算の定義式として、式（７）を直接用いることができる。この場合のプロジェクション演算の定義式は、次の式（１４）の様である。
【数１３】
【００８９】
バックプロジェクション演算の定義式は、式（１４）を反転させた次の式（１５）を用いる。
【数１４】
【００９０】
ここで、ｕに関する積分は、検出面上での面積積分を表す。Ｔは長さの次元を持つ定数であるが値には任意性がある。式を簡単にするため、Ｔ／Ａｅ＝１としても良い。
【００９１】
式（１３）による散乱線の入射モデルＢを用いると、プロジェクション演算は次の式（１６）の様に表すことができる。
【数１５】
【００９２】
この式（１６）を用いて、バックプロジェクション演算もより簡単に式（１７）の様に表すことができる。
【数１６】
【００９３】
ここで、Ｔは長さの次元を持つ定数であるが値には任意性がある。式を簡単にするため、Ｔ＝１としても良い。式（１６）、式（１７）はＸ線ＣＴ装置やＸ線断層撮影のプロジェクション演算とバックプロジェクション演算と同じ形をしている。従って、これらの式を用いればＸ線ＣＴ装置やＸ線ＣＴ撮影の様々な再構成方法を利用することができる。
【００９４】
既述の減弱補正処理では、減弱補正を伴うバックプロジェクション処理が式（６）に従って実行される。式（６）は式（１７）と非常に近い形をしているが、減弱補正の補正係数ｃｋが式（６）の分母に乗算されている点が異なっている。すなわち、減弱補正を伴うバックプロジェクション処理の構成では、通常のバックプロジェクション処理に補正係数ｃｋでの除算が新たに追加されている。
【００９５】
［減弱補正を考慮し吸収線量を求める再構成］
既述の減弱補正において、全方位散乱密度に１散乱あたりの吸収エネルギーと密度の逆数を乗じて、その場所の吸収線量（Ｊ／ｋｇ）を求めることを述べた。ここでは、減弱補正を考慮しつつ、さらに吸収線量へ変換した値を再構成する方法について説明する。
【００９６】
投影画像ｇｋ（ｕ）を離散化し、各画素の値を縦に並べたベクトルをｇｋ、プロジェクションｋの投影画像ｇｋをプロジェクション数分だけさらに縦に並べたベクトルをｇとする。また、再構成空間の画像ｆ（ｘ）を離散化し縦に並べたベクトルｆとする。式（１５）または式（１７）をこれらのベクトルを用いると、次の式（１８）の様に表すことができる。
【数１７】
【００９７】
ここで、Ｗｋはプロジェクション演算を表す係数行列である（プロジェクションｋのバックプロジェクション演算を表す行列をＷｋＴと記すことにする）。
【００９８】
減弱補正および吸収エネルギーへの変換を加えると、式（１８）は、次の式（１９）又は式（２０）の様に表すことができる。
【数１８】
【００９９】
ここで、Ｃｋは減弱補正の係数ｃｋ（ｘ）を対角要素にもつ対角行列、Ｂは１散乱あたりの吸収エネルギーを密度で割った値ｂ（ｘ）を対角要素にもつ対角行列である。
【０１００】
２乗平均推定法によれば方程式（１９）の解は、次の式（２１）の様に表すことができる。
【数１９】
【０１０１】
γ２は推定パラメータであるが投影データの分散を解の分散で割った値が最適値であることが知られている。特願２００６−２８４３２５、特願２００７−２６９４４７には、例えば次の式（２２）に示すようなフィルタ後投影画像を投影画像から求めるためのフィルタ係数の算出方法が記載されている。
【数２０】
【０１０２】
本実施形態に係る再構成処理に適用するために、Ａｋ＝ＷｋＣｋＢであることによる修正を行えば、特願２００６−２８４３２５、特願２００７−２６９４４７の技術を用いてフィルタ後投影画像を求めることができる。ここで、式（２２）によるフィルタ係数の算出の過程でＣｋを用いた減弱補正および、Ｂを用いた吸収エネルギーへの変換を実施する点が、従来と異なる重要な点である。
【０１０３】
フィルタ後投影画像が求まれば、次の式（２３）により解を得ることができる。
【数２１】
【０１０４】
この処理において、フィルタ後投影画像を各プロジェクションに分解したベクトルをｘｋとすると、式（２３）は、次の式（２４）の様に表すことができる。
【数２２】
【０１０５】
ここで、ＷｋＴはプロジェクションｋのバックプロジェクション演算である。式（２４）を用いる処理ステップは、図１３に示すようになる。なお、図１３に示す処理においては、（２）、（３）の処理は、プロジェクションｋの各々についてするものとする。また、全てのプロジェクションについて（２）、（３）の処理が終わった後、（４）、（５）の処理が実行される。
【０１０６】
（効果）
以上述べた様に、本実施形態では、治療計画用に取得されたＣＴ画像等を用いて、治療用放射線の被照射領域における減弱係数ｃｋ（ｘ）の空間分布を取得し、これを用いて各プロジェクション画像のバックプロジェクションの再にｃｋ（ｘ）にて除算を行うことで、減弱補正を伴う再構成処理を行っている。これにより、散乱線が被検体自体で減弱されるために生じる治療用放射線の測定誤差を低減させることができ、定量性の高い散乱源の空間分布を高精度で計測することができる。
【０１０７】
（第２の実施形態）
図１４は、第２の実施形態に係る減弱補正処理及び再構成処理の流れを示したフローチャートである。同図に示すように、本実施形態では、バックプロジェクションを実施する前の投影データに減弱補正処理を適用する。
【０１０８】
放射線治療を行う際は、被検体に対してどの位置におおよそ放射線錐があたるかがわかっていなければならない。そのため、治療線の焦点位置と放射方向の測定装置および、被検体の位置合わせ方法がかならず実施されている。本実施形態では、それらの位置あわせの結果を用いて、図１５（ａ）、（ｂ）に示す様に、放射線錐のおよその中心軸の位置を求める。さらに、求められた中心軸を通り、かつ、放射線錐の中心軸と検出器の投影軸(コリメータの方向)の両方に直交する直線を通る平面（散乱源平面）を求める。ここでは、この平面上の座標値をｘｃとする。
【０１０９】
本実施形態による減弱補正方法は、散乱源平面と検出器の間の総減弱量を求め、検出器での計測値を総減弱量で除算するものである。平面と検出器の間の総減弱量は次の式（２５）の様に求められる。
【数２３】
【０１１０】
総減弱量Ｃｋはプロジェクション毎に異なった値であるとともに、画素ごとにも異なる値を持っている。この総減弱量にて検出器の各画素の計測値ｅｋを除算して、式（２６）に示す様な補正後の投影データｅｋ’が得られる
【数２４】
【０１１１】
得られた投影データｅｋ’に対しフィルタを適用して投影データｇｋを求め、ｇｋを次の式（２７）のバックプロジェクションして再構成画像が得られる。
【数２５】
【０１１２】
得られた再構成画像を用いて、反復処理により減弱補正の精度をさらに改善することも可能である。再構成画像内で大きな画素値を持つ領域は放射線錐にあたる領域と考えられるから、一定値以上の画素値を持つ領域の中心軸を求め、その中心軸から散乱源平面を求めなおす。修正した散乱源平面を用いて減弱補正と再構成を再実行し、再構成画像を作成する。３回以上反復する構成も考えられるが２回の反復で十分である。
【０１１３】
（第３の実施形態）
第１、第２の実施形態では、治療計画に用いるＣＴ画像など通常のＸ線ＣＴ装置で撮影したＣＴ画像から散乱線の減弱係数分布を推定する例について述べた。これに対し、本実施形態では、減弱係数の推定に用いるＣＴ画像の取得方法として、本放射線治療システム１に備えられている治療用放射線源を使ったＣＴ画像を作成する例について述べる。
【０１１４】
図１６は、第３の実施形態に係る放射線治療システム１の回転撮像系の構成及び動きを説明するための図である。図１６に示す放射線治療システム１の特徴的な点は、照射部２０３と対向して設けられた（検出器３０１とは別体の）第２の検出器３０９をさらに具備することである。
【０１１５】
通常の照射部２０３（治療用Ｘ線源）には、放射口を患部の形に合わせて絞る絞りが備えられている。治療用のＸ線の照射時には、この絞りを用いて照射を行う。本実施形態では、治療用の放射線照射とは別に、減弱係数の推定に利用するＣＴ画像を撮影するため、治療用Ｘ線源２０３を用いて治療より小線量のＸ線照射を行う。ＣＴ画像を撮影のための照射時は、線量を小さくするとともに絞りを大きく開いて、治療時より大きな領域にＸ線が照射される。照射部２０３と対向する位置には第２の検出器３０９が配置され、被検体の患部周辺の大きな領域（大視野）のＸ線画像を撮影する。照射部２０３と第２の検出器３０９とは、対向した位置関係を保ちつつ被検体周囲を１回転し、回転中の複数箇所にてＸ線画像を撮影する。これらＸ線画像を用いてＣＴ画像を再構成すれば、治療用Ｘ線のエネルギーを用いたＣＴ画像を生成することができる。減弱係数の空間分布は、こうして得られたＣＴ画像を利用して、既述の手法により推定することが可能である（なお、治療用Ｘ線のエネルギーと散乱線のエネルギーは大きく異なるため、既述の減弱係数変換が必要である）。
【０１１６】
（第４の実施形態）
図１７は、第４の実施形態に係る放射線治療システム１の構成及び回転撮像系の動きを説明するための図である。同図に示すように、第４の実施形態に係る放射線治療システム１は、散乱線検出用の検出器３０１と対向する位置に第２の照射部（Ｘ線源）２０９を備え、さらに第２の照射部２０９との回転軌道面と検出器３０１の回転軌道面とが平行になるように、第２の照射部２０９と検出器３０１とを所定の位相間隔を維持しながら同期回転させる回転機構を備える。
【０１１７】
すなわち、検出器３０１と対向する位置に第２の照射部２０９を置き、検出器３０１と第２の照射部２０９とを対向させながら、例えば放射線ビームの中心軸を中心として同期回転させ、回転中の複数個所でＸ線画像を撮影する。検出器３０１のコリメータは、第２の照射部２０９の焦点を向くように形成する。さらに、第２の照射部２０９のＸ線管が発生するＸ線のエネルギー分布が散乱線のエネルギー分布と近くなるように、第２の照射部２０９の管電圧を設定する。代表的な管電圧は３００ｋＶから１０００ｋＶの間である。得られたＸ線画像を用いて断層撮影を行えば、減弱係数分布を得ることができる。本方法では、Ｘ線管のエネルギー分布が散乱線のエネルギー分布とほぼ等しいので、減弱係数の変換を行う必要は無く、第１及び第３の実施形態に係る放射線治療システムよりも正確な減弱係数を迅速且つ簡単に求めることができる。
【０１１８】
（第５の実施形態）
第５の実施形態に係る放射線治療システム１は、図１８に示すように、第４の実施形態と同様に散乱線検出用の検出器３０１と対向する位置に第２の照射部３０９を配置し、検出器３０１と第２の照射部３０９との位置関係を保ったまま（対向させつつ）、例えば被検体の体軸を中心に両者を回転させ、回転中の複数位置でのＸ線画像を撮影し、これら撮影データを用いてＣＴ画像を再構成する。このとき、第２の照射部３０９が発生するＸ線のエネルギー分布が散乱線のエネルギー分布と近くなるように、第２の照射部３０９の管電圧を設定する。本方法では、第４の実施形態と同様にＸ線管のエネルギー分布が散乱線のエネルギー分布とほぼ等しいので、減弱係数の変換を行う必要は無く、第１及び第３の実施形態に係る放射線治療システムよりも正確な減弱係数を迅速且つ簡単に求めることができる。
【０１１９】
（第６の実施形態）
第６の実施形態に係る放射線治療システム１は、平板状放射線を用いて散乱源分布の３次元再構成を行う方法（すなわち、図６、図７に示した方法）に対して、第１乃至第５の実施形態に係るいずれか減弱補正処理を適用するものである。
【０１２０】
図１９は、照射角度bにて照射を行う場合の減弱補正方法を説明する図である。一点鎖線は照射角度bの平板状放射線の中心面を表している。この中心面位置は、照射部２０３が有するエンコーダなどの計測値から算出される。中心面と検出器の間の総減弱量は次の式（２８）の様に求められる。
【数２６】
【０１２１】
ここで、ｋは照射角度ａ，ｂ，ｃ，ｄを区別する番号である。μ（ｘ）は、位置ｘでの減弱係数で、例えば第１の実施形態に係る減弱係数推定処理により得られた値である。ｘｃは中心面上の座標置、ｎｋは検出器への散乱線の入射方向、ｐｋ（ｘ）はｘをｎｋの方向に検出面上に投影したときの検出器面上の位置である。総減弱量Ｃｋは照射角度毎に異なった値であるとともに、画素ごとにも別個の値を持っている。この総減弱量にて検出器の各画素の計測値ｅｋを除算して、式（２９）に示すような補正後の投影データｅｋ’が得られる。
【数２７】
【０１２２】
以上述べた構成によっても、第１乃至第５の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１２３】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。具体的な変形例としては、例えば次のようなものがある。
【０１２４】
本実施形態に係る各機能は、当該処理を実行するプログラムをワークステーション等のコンピュータにインストールし、これらをメモリ上で展開することによっても実現することができる。このとき、コンピュータに当該手法を実行させることのできるプログラムは、磁気ディスク（フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスクなど）、光ディスク（ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤなど）、半導体メモリなどの記録媒体に格納して頒布することも可能である。
【０１２５】
また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１２６】
以上本発明によれば、高速で正確な減弱補正方法を用いて散乱源の再構成を行うことで、散乱線が被検体自体で減弱されるために生じる治療線の線量の測定誤差を低減し、 定量性の高い散乱源分布を計測することができる放射線治療システム、放射線治療データ処理装置及び放射線治療プログラムを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１２７】
【図１】図１は、本放射線治療用線量分布測定装置の治療用放射線に基づく被検体からの散乱線計測の原理、方法を説明するための図である。
【図２】図２は、本実施形態に係る放射線治療用線量分布測定装置１のブロック構成図を示している。
【図３】図３は、吸収線量画像データの生成処理を含む放射線治療時における処理の流れを示したフローチャートである。
【図４】図４は、本放射線治療システム１の散乱線の測定形態を示した図である。
【図５】図５は、本実施形態に係る吸収線量画像データの生成処理を含む放射線治療時における処理の流れを示したフローチャートである。
【図６】図６は、本放射線治療システム１の散乱線の測定形態の一例を示した図である。
【図７】図７は、本放射線治療システム１の散乱線の測定形態の他の例を示した図である。
【図８】図８は、減弱係数分布の推定処理の流れを示したフローチャートである。
【図９】図９は、減弱補正処理の流れを示したフローチャートを示している。
【図１０】図１０は、再構成空間内の位置ｘ、k番目のプロジェクションの投影方向ｎｋを示した図である。
【図１１】図１１に、減弱補正を行わない従来の再構成処理の流れの一例を示したフローチャートである。
【図１２】図１２（ａ）、（ｂ）は、検出器に入射する散乱線の角度依存性を説明するための図である。
【図１３】図１３は、減弱補正を考慮した画像再構成処理の流れの一例を示したフローチャートである。
【図１４】図１４は、第２の実施形態に係る減弱補正処理及び再構成処理の流れを示したフローチャートである。
【図１５】図１５（ａ）、（ｂ）は、放射線錐のおよその中心軸の位置、放射線錐の中心軸と検出器の投影軸の両方に直交する直線を通る散乱源平面を説明するための図である。
【図１６】図１６は、第３の実施形態に係る放射線治療システム１の回転撮像系の動きを説明するための図である。
【図１７】図１７は、第４の実施形態に係る放射線治療システム１の回転撮像系の動きを説明するための図である。
【図１８】図１８は、第５の実施形態に係る放射線治療システム１の回転撮像系の動きを説明するための図である。
【図１９】図１９は、第６の実施形態に係る減弱補正処理を説明するための図である。
【符号の説明】
【０１２８】
１…放射線治療用線量分布測定装置、２…放射線照射システム、３…散乱線検出システム、４…データ取得制御部、５…データ処理システム、６…表示部、７…記憶部、８…操作部、９…ネットワークＩ／Ｆ、２０１…電力供給部、２０３…照射部、２０５…タイミング制御部、２０７…ガントリ制御部、３０１…検出器、３０３…コリメータ、３０５…移動機構部、３０７…位置検出部、５０１…補正処理部、５０２…減弱係数分布推定部、５０３…再構成処理部、５０５…変換処理部、５０７…画像処理部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体に対して治療用放射線ビームを照射する第１の照射手段と、
前記治療用放射線ビームに基づいて発生する前記被検体内からの散乱線を複数の方向から検出した散乱線データを発生する第１の検出手段と、
前記治療用放射線ビームが照射される前記被検体の被照射領域に関する放射線の減弱係数の空間分布と、前記各散乱線データとに基づいて、減弱補正が施された散乱線ボリュームデータを生成する再構成手段と、
前記散乱線ボリュームデータを、吸収された放射線量の三次元分布を示す吸収線量ボリュームデータに変換する変換手段と、
前記吸収線量ボリュームデータを用いて、前記被検体内における吸収線量画像を生成する画像生成手段と、
前記吸収線量画像を表示する表示手段と、
を具備することを特徴とする放射線治療システム。
【請求項２】
前記再構成手段は、前記照射ビームの中心軸及び前記散乱線データの投影軸によって定義される散乱源平面と前記第１の検出手段との間の領域に対応する前記減弱係数の総数を計算し、前記各散乱線データを前記減弱係数の総数で除算することで、前記減弱補正を実行することを特徴とする請求項１記載の放射線治療システム。
【請求項３】
前記再構成手段は、前記被照射領域の各位置と前記第１の検出手段の検出位置との間の領域に対応する前記減弱係数の総数を計算し、前記各散乱線データを前記被照射領域の各位置毎の前記減弱係数の総数で除算することで、前記減弱補正を実行することを特徴とする請求項１記載の放射線治療システム。
【請求項４】
前記放射線の減弱係数の空間分布は、Ｘ線ＣＴ装置によって取得されたＣＴ画像データを用いて生成されたものであることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一項記載の放射線治療システム。
【請求項５】
前記第１の照射手段に対向して設けられた第２の検出手段と、
前記第１の照射手段と前記第２の検出手段とを対向させながら前記被検体の体軸を中心として回転させる回転機構と、をさらに具備し、
前記放射線の減弱係数の空間分布は、前記回転機構によって前記第１の照射手段を回転させながら前記被検体内からの散乱線に近似するエネルギーを持つ放射線を照射させ、前記第２の検出手段により複数の位置で取得された画像データを用いて生成されたものであることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一項記載の放射線治療システム。
【請求項６】
前記第１の照射手段に対向して設けられた第２の検出手段と、
前記第１の照射手段の回転軌道面と前記第２の検出手段の回転軌道面とが平行になるように、前記第１の照射手段と前記第２の検出手段とを所定の位相間隔を維持しながら同期回転させる回転機構と、をさらに具備し、
前記放射線の減弱係数の空間分布は、前記回転機構によって前記第１の照射手段を回転させながら前記被検体内からの散乱線に近似するエネルギーを持つ放射線を照射させ、前記第２の検出手段により複数の位置で取得された画像データを用いて生成されたものであることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一項記載の放射線治療システム。
【請求項７】
前記第１の検出器に対向して設けられた第２の照射手段と、
前記第２の照射手段と前記第１の検出手段とを対向させながら前記被検体の体軸を中心として回転させる回転機構と、をさらに具備し、
前記放射線の減弱係数の空間分布は、前記回転機構によって前記第２の照射手段を回転させながら放射線を照射させ、前記第１の検出手段により複数の位置で取得された画像データを用いて生成されたものであることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一項記載の放射線治療システム。
【請求項８】
前記放射線の減弱係数の空間分布を計算する計算手段をさらに具備することを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれか一項記載の放射線治療システム。
【請求項９】
治療用放射線ビームが照射される前記被検体の被照射領域から散乱線を複数の方向から検出した散乱線データと、前記被照射領域に関する放射線の減弱係数の空間分布と、を記憶する記憶手段と、
前記散乱線データと前記放射線の減弱係数の空間分布とに基づいて、減弱補正が施された散乱線ボリュームデータを生成する生成手段と、
を具備することを特徴とする放射線治療データ処理装置。
【請求項１０】
コンピュータに、
治療用放射線ビームが照射される前記被検体の被照射領域から散乱線を複数の方向から検出した散乱線データと、前記被照射領域に関する放射線の減弱係数の空間分布と、に基づいて、減弱補正が施された散乱線ボリュームデータを生成させる生成機能と、
を実現させることを特徴とする放射線治療プログラム。
【請求項１】
被検体に対して治療用放射線ビームを照射する第１の照射手段と、
前記治療用放射線ビームに基づいて発生する前記被検体内からの散乱線を複数の方向から検出した散乱線データを発生する第１の検出手段と、
前記治療用放射線ビームが照射される前記被検体の被照射領域に関する放射線の減弱係数の空間分布と、前記各散乱線データとに基づいて、減弱補正が施された散乱線ボリュームデータを生成する再構成手段と、
前記散乱線ボリュームデータを、吸収された放射線量の三次元分布を示す吸収線量ボリュームデータに変換する変換手段と、
前記吸収線量ボリュームデータを用いて、前記被検体内における吸収線量画像を生成する画像生成手段と、
前記吸収線量画像を表示する表示手段と、
を具備することを特徴とする放射線治療システム。
【請求項２】
前記再構成手段は、前記照射ビームの中心軸及び前記散乱線データの投影軸によって定義される散乱源平面と前記第１の検出手段との間の領域に対応する前記減弱係数の総数を計算し、前記各散乱線データを前記減弱係数の総数で除算することで、前記減弱補正を実行することを特徴とする請求項１記載の放射線治療システム。
【請求項３】
前記再構成手段は、前記被照射領域の各位置と前記第１の検出手段の検出位置との間の領域に対応する前記減弱係数の総数を計算し、前記各散乱線データを前記被照射領域の各位置毎の前記減弱係数の総数で除算することで、前記減弱補正を実行することを特徴とする請求項１記載の放射線治療システム。
【請求項４】
前記放射線の減弱係数の空間分布は、Ｘ線ＣＴ装置によって取得されたＣＴ画像データを用いて生成されたものであることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一項記載の放射線治療システム。
【請求項５】
前記第１の照射手段に対向して設けられた第２の検出手段と、
前記第１の照射手段と前記第２の検出手段とを対向させながら前記被検体の体軸を中心として回転させる回転機構と、をさらに具備し、
前記放射線の減弱係数の空間分布は、前記回転機構によって前記第１の照射手段を回転させながら前記被検体内からの散乱線に近似するエネルギーを持つ放射線を照射させ、前記第２の検出手段により複数の位置で取得された画像データを用いて生成されたものであることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一項記載の放射線治療システム。
【請求項６】
前記第１の照射手段に対向して設けられた第２の検出手段と、
前記第１の照射手段の回転軌道面と前記第２の検出手段の回転軌道面とが平行になるように、前記第１の照射手段と前記第２の検出手段とを所定の位相間隔を維持しながら同期回転させる回転機構と、をさらに具備し、
前記放射線の減弱係数の空間分布は、前記回転機構によって前記第１の照射手段を回転させながら前記被検体内からの散乱線に近似するエネルギーを持つ放射線を照射させ、前記第２の検出手段により複数の位置で取得された画像データを用いて生成されたものであることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一項記載の放射線治療システム。
【請求項７】
前記第１の検出器に対向して設けられた第２の照射手段と、
前記第２の照射手段と前記第１の検出手段とを対向させながら前記被検体の体軸を中心として回転させる回転機構と、をさらに具備し、
前記放射線の減弱係数の空間分布は、前記回転機構によって前記第２の照射手段を回転させながら放射線を照射させ、前記第１の検出手段により複数の位置で取得された画像データを用いて生成されたものであることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一項記載の放射線治療システム。
【請求項８】
前記放射線の減弱係数の空間分布を計算する計算手段をさらに具備することを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれか一項記載の放射線治療システム。
【請求項９】
治療用放射線ビームが照射される前記被検体の被照射領域から散乱線を複数の方向から検出した散乱線データと、前記被照射領域に関する放射線の減弱係数の空間分布と、を記憶する記憶手段と、
前記散乱線データと前記放射線の減弱係数の空間分布とに基づいて、減弱補正が施された散乱線ボリュームデータを生成する生成手段と、
を具備することを特徴とする放射線治療データ処理装置。
【請求項１０】
コンピュータに、
治療用放射線ビームが照射される前記被検体の被照射領域から散乱線を複数の方向から検出した散乱線データと、前記被照射領域に関する放射線の減弱係数の空間分布と、に基づいて、減弱補正が施された散乱線ボリュームデータを生成させる生成機能と、
を実現させることを特徴とする放射線治療プログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２００９−１８９５５８（Ｐ２００９−１８９５５８Ａ）
【公開日】平成２１年８月２７日（２００９．８．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３３３６１（Ｐ２００８−３３３６１）
【出願日】平成２０年２月１４日（２００８．２．１４）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（５９４１６４５４２）東芝メディカルシステムズ株式会社 (4,066)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月２７日（２００９．８．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月１４日（２００８．２．１４）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（５９４１６４５４２）東芝メディカルシステムズ株式会社 (4,066)
【Ｆターム（参考）】
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