放射線治療装置、制御方法及び制御プログラム
【課題】重粒子線の照射角度の自由度を確保したうえで、重粒子線が照射された部位を精度よく確認すること。
【解決手段】実施の形態の放射線治療装置は、放射線照射装置６００と、ＰＥＴスキャナ２００に内蔵される検出器と、制御部５４０と、ＰＥＴ画像再構成部５２５とを有する。放射線照射装置６００は、重粒子線を照射する。検出器は、ガンマ線に由来する光を計数し、被検体の体軸を軸とする回転面に放射線照射装置６００により照射された重粒子線を通過させる隙間部分が設けられる。制御部５４０は、隙間部分への重粒子線照射が可能な状態で、放射線照射装置６００と検出器とを同期して回転するように制御する。ＰＥＴ画像再構成部５２５は、制御部５４０による回転制御が実行された状態で、重粒子線のエネルギー放出にともない放出された対消滅ガンマ線を略同時に計数した検出器２１０の計数時における位置情報に基づいて、ＰＥＴ画像を再構成する。
【解決手段】実施の形態の放射線治療装置は、放射線照射装置６００と、ＰＥＴスキャナ２００に内蔵される検出器と、制御部５４０と、ＰＥＴ画像再構成部５２５とを有する。放射線照射装置６００は、重粒子線を照射する。検出器は、ガンマ線に由来する光を計数し、被検体の体軸を軸とする回転面に放射線照射装置６００により照射された重粒子線を通過させる隙間部分が設けられる。制御部５４０は、隙間部分への重粒子線照射が可能な状態で、放射線照射装置６００と検出器とを同期して回転するように制御する。ＰＥＴ画像再構成部５２５は、制御部５４０による回転制御が実行された状態で、重粒子線のエネルギー放出にともない放出された対消滅ガンマ線を略同時に計数した検出器２１０の計数時における位置情報に基づいて、ＰＥＴ画像を再構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、放射線治療装置、制御方法及び制御プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、被検体の生体組織における機能診断を行なうことができる核医学イメージング装置として、陽電子断層撮影装置（ＰＥＴ装置、ＰＥＴ：Positron Emission computed Tomography）が知られている。
【０００３】
具体的には、ＰＥＴ検査では、陽電子放出核種で標識された化合物が被検体に投与される。そして、ＰＥＴ装置は、標識化合物から放出された陽電子が電子と結合して消滅する際に、略反対方向に放出する５１１ｋｅＶの一対のガンマ線（対消滅ガンマ線）を、被検体の周囲に配置されたフォトンカウンティング（photon counting）方式の検出器を用いて同時計数する。そして、ＰＥＴ装置は、同時計数したガンマ線のデータ（同時計数情報）を演算処理することにより、ＰＥＴ画像の再構成を行なう。
【０００４】
また、近年、治療用の放射線として重粒子線を照射する放射線照射装置により、腫瘍に障害を与える放射線治療が行なわれている。重粒子線は、炭素イオン、ネオンイオン、シリコンイオン、アルゴンイオンなどの粒子を高速度に加速することで発生する放射線である。重粒子線は、加速器により与えられたエネルギーによって人体内に入る深さが定まる。また、重粒子線は、飛行過程にある電子や原子核と衝突することで、人体内でエネルギーを放出する。特に、重粒子線は、飛行過程の終端近くでエネルギーを急激に放出し（ブラッグピーク：Bragg peak）、止まる。すなわち、重粒子線を用いた放射線治療では、ブラッグピークを利用して、腫瘍の部分で粒子が止まるように加速器で粒子のエネルギーを調節することで、飛行過程にある正常細胞にあまり影響を与えないで、腫瘍細胞だけを殺傷することができる。
【０００５】
重粒子線を用いた放射線治療では、ＰＥＴ画像や、Ｘ線ＣＴ画像、ＭＲＩ画像などの各種医用画像を用いた治療計画により定められた範囲（腫瘍部位）に対して重粒子線の照射が行なわれる。例えば、放射線照射装置は、治療計画により定められた範囲に対して多方向から重粒子線を照射する。また、重粒子線を用いた放射線治療として、任意の方向から重粒子線の強度を変調しながら照射することで、正常細胞への影響を軽減し、腫瘍の輪郭内に線量を集中させる強度変調放射線治療（ＩＭＲＴ：Intensity Modulated Radiation Therapy）も知られている。
【０００６】
ここで、エネルギーが「５１１×２ｋｅＶ」以上である場合、重粒子線は、その飛行過程にて電子と陽電子とを対生成する。対生成された陽電子は、周囲にある電子と結合して消滅し、その結果、対消滅ガンマ線が放出される。すなわち、放射線照射装置により重粒子線を照射しながら、ＰＥＴ装置によりＰＥＴ画像を略リアルタイムで再構成することで、医師は、治療計画により定めた部位に重粒子線が照射されているかをモニタすることができる。
【０００７】
そこで、近年、放射線治療モニタ用ＰＥＴ装置の開発が進められている。例えば、放射線治療モニタ用ＰＥＴ装置として、平板な２つの検出器を、被検体を挟んで対向する位置に設置したＰＥＴ装置が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−１０７９９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述した従来の放射線治療モニタ用ＰＥＴ装置は、被検体を軸とする円周の全方向にて同時計数を行なえないので、ＰＥＴ画像の画質が劣化する。また、上述した従来の放射線治療モニタ用ＰＥＴ装置では、放射線照射装置から照射される重粒子線の照射角度が限定される。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
実施形態の放射線治療装置は、照射部と、検出器と、制御部と、画像再構成部とを備える。照射部は、治療用放射線として重粒子線を照射する。検出器は、ガンマ線に由来する光を計数し、被検体の体軸を軸とする回転面に前記照射部により照射された重粒子線を通過させる隙間部分が設けられる。制御部は、前記隙間部分への重粒子線照射が可能な状態で、前記照射部と前記検出器とを同期して回転するように制御する。画像再構成部は、前記制御部による回転制御が実行された状態で、前記照射部から照射された重粒子線のエネルギー放出にともない放出された対消滅ガンマ線を略同時に計数した前記検出器の計数時における位置情報に基づいて、核医学画像を再構成する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、第１の実施形態における放射線治療装置が有するＰＥＴ−ＣＴ装置の構成の全体像について示す図である。
【図２】図２は、第１の実施形態におけるＰＥＴスキャナの隙間部分の一例について示す図である。
【図３】図３は、第１の実施形態におけるＰＥＴスキャナと放射線照射装置との位置関係の一例について示す図（１）である。
【図４】図４は、第１の実施形態におけるＰＥＴスキャナと放射線照射装置との位置関係の一例について示す図（２）である。
【図５】図５は、第１の実施形態におけるＰＥＴスキャナとＸ線ＣＴスキャナとの関係の一例を示す図である。
【図６】図６は、第１の実施形態におけるＰＥＴスキャナの構成について示す図である。
【図７】図７は、第１の実施形態における検出器の構造の一例を示す図である。
【図８】図８は、第１の実施形態におけるアンガー型の検出器により検出される情報を示す図である。
【図９】図９は、第１の実施形態におけるコンソール装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図１０】図１０は、第１の実施形態における計数情報記憶部５２１に記憶された計数情報の一例を示す図である。
【図１１】図１１は、第１の実施形態における同時計数情報記憶部に記憶された同時計数情報の一例を示す図である。
【図１２】図１２は、第１の実施形態における位置情報記憶部により記憶される位置情報の一例を示す図である。
【図１３】図１３は、第１の実施形態における放射線治療装置によるＰＥＴ画像撮影処理の流れの一例を示すフローチャートである。
【図１４】図１４は、隙間部分の一例について示す図（１）である。
【図１５】図１５は、隙間部分の一例について示す図（２）である。
【図１６】図１６は、ＰＥＴスキャナの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（第１の実施形態）
以下では、放射線治療装置の一例として、治療用放射線として重粒子線を照射する放射線照射装置がＰＥＴ−ＣＴ装置に設置された装置を用いて説明するが、これに限定されるものではない。例えば、放射線照射装置が設置される装置は、ＰＥＴ装置であっても良く、ＰＥＴ−ＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）装置でも良い。
【００１３】
なお、第１の実施形態では、任意の方向から強度を変調しながら重粒子線を照射する強度変調放射線治療（ＩＭＲＴ：Intensity Modulated Radiation Therapy）を実行可能な放射線照射装置がＰＥＴ−ＣＴ装置に設置される場合について説明する。しかし、第１の実施形態は、重粒子線を照射する装置であるならば、適用可能である。
【００１４】
図１は、第１の実施形態における放射線治療装置が有するＰＥＴ−ＣＴ装置の構成の全体像について示す図である。図１において、１００はＰＥＴ−ＣＴ装置を示し、２００はＰＥＴスキャナを示し、３００はＸ線ＣＴスキャナを示し、４００は寝台を示し、４０１は被検体が載せられる天板を示し、４０２は、被検体を示す。図１に示すように、ＰＥＴ−ＣＴ装置１００は、ＰＥＴスキャナ２００と、Ｘ線ＣＴスキャナ３００と、寝台４００と、コンソール装置５００とを有する。図１におけるＸ方向は、図１の天板４０１に載せられた被検体４０２の体軸方向を示す。Ｙ方向は、Ｘ方向と直行する水平面上の方向を示す。Ｚ方向は、垂直方向を示す。
【００１５】
寝台４００は、被検体４０２が載せられる天板４０１を有する。また、図１には図示していないが、寝台４００は、天板４０１を移動させる寝台制御部を有する。寝台制御部は、コンソール装置５００により制御され、天板４０１に載せられた被検体４０２をＰＥＴ−ＣＴ装置１００の撮影口内に移動させる。
【００１６】
ＰＥＴスキャナ２００は、ＰＥＴ画像を再構成するためのガンマ線に由来する光を計数するフォトンカウンティング（Photon Counting）方式の検出器２１０（後述）を内蔵する。そして、第１の実施形態におけるＰＥＴスキャナ２００には、図１に示すように、被検体４０２の体軸を軸とする回転面に、後述する放射線照射装置６００により照射された重粒子線を通過させる隙間部分２０１が設けられている。ここで、隙間部分２０１は、検出器２１０（後述）およびＰＥＴスキャナ２００に設けられたカバー２０２の双方に設けられている。カバー２０２は、検出器２１０（後述）を収納する。また、カバー２０２は、被検体４０２の体軸を軸として回転可能である。すなわち、カバー２０２は、検出器２１０（後述）とともに回転可能である。
【００１７】
図２は、第１の実施形態におけるＰＥＴスキャナの隙間部分の一例について示す図である。図２に示す例では、ＰＥＴスキャナ２００のカバー２０２は、回転面の対向する位置に複数の隙間部分を有する。すなわち、検出器２１０（後述）は、回転面の対向する位置に複数の隙間部分を有する。
【００１８】
図３と図４とは、第１の実施形態におけるＰＥＴスキャナと放射線照射装置との位置関係の一例について示す図である。第１の実施形態における放射線治療装置は、図３に示すように、治療用放射線として重粒子線を照射する放射線照射装置６００が設置される。放射線照射装置６００は、図３に示すように、カバー２０２の隙間部分から重粒子線が被検体４０２に対して照射可能となるように設置される。放射線照射装置６００から照射された重粒子線６０１は、図示しない加速器によりエネルギーが調整されることで、被検体４０２の患部にて大部分が止まる。
【００１９】
そして、放射線照射装置６００とカバー２０２とは、後述するコンソール装置の制御部５４０の制御により、隙間部分２０１への重粒子線照射が可能な状態で、同期して回転する。図３に示す例では、放射線照射装置６００およびカバー２０２が、被検体４０２を頭部から見た状態で、同期して時計回りへと回転する場合を例に示したが、第１の実施形態はこれに限定されるものではなく、被検体４０２を頭部から見た状態で、同期して反時計回りへと回転する場合であってもよい。
【００２０】
ここで、放射線照射装置６００は、カバー２０２の回転面との相対的な位置を維持した状態で回転するが、図４に示すように、カバー２０２の隙間部分２０１に対して、任意の位置および任意の方向から重粒子線６０１を照射することができる。
【００２１】
このように、第１の実施形態における放射線治療装置は、放射線照射装置６００とＰＥＴスキャナ２００のカバー２０２とが同期して回転可能とすることで、治療計画にて定められた３次元の照射部位に対して、３６０度の任意の方向から重粒子線を照射することができる。
【００２２】
ここで、上述したＰＥＴスキャナ２００の検出器２１０が検出するガンマ線について説明する。ＰＥＴスキャナ２００は、ＰＥＴ画像を再構成するためのガンマ線を検出する検出器２１０を複数有する。複数ある検出器２１０は、被検体４０２の体軸を中心としてリング上に配置される。例えば、検出器２１０は、天板４０１に載せられた被検体４０２の体外から、被検体４０２の体内から放出された一対のガンマ線（対消滅ガンマ線）を検出する。
【００２３】
具体的には、ＰＥＴスキャナ２００は、検出器２１０がガンマ線を計数するごとに、ガンマ線を検出した検出器２１０の位置を示す検出位置と、ガンマ線が検出器２１０に入射した時点におけるエネルギー値と、検出器２１０がガンマ線を検出した検出時間とを収集する。ＰＥＴスキャナ２００により収集される情報を「計数情報」とも称する。なお、第１の実施形態では、ガンマ線の検出時間として検出時刻（絶対時間）が計数情報として収集されるＴＯＦ（Time Of Flight）検出器を検出器２１０として用いる場合について説明する。しかし、第１の実施形態は、計数情報として時間を含まないｎｏｎ―ＴＯＦ検出器を検出器２１０として用いる場合であっても良い。
【００２４】
ここで、第１の実施形態における検出器２１０は、放射線照射装置６００から照射された重粒子線のエネルギー放出にともない被検体４０２から放出された対消滅ガンマ線を検出する。すなわち、第１の実施形態における検出器２１０は、放射線照射装置６００から隙間部分２０１に向かって重粒子線を照射することで、被検体４０２から放出された対消滅ガンマ線を検出器２１０で検出する。これにより、ＰＥＴ−ＣＴ装置１００は、重粒子線の経路が描出されたＰＥＴ画像を再構成する。
【００２５】
図１に示すＸ線ＣＴスキャナ３００は、Ｘ線ＣＴ画像を再構成するためのＸ線を照射するＸ線管３０１と、Ｘ線管３０１により照射されたＸ線を検出するＸ線検出器３０２とを有する。Ｘ線ＣＴスキャナ３００では、Ｘ線管３０１がＸ線を被検体４０２に照射し、被検体４０２を透過したＸ線をＸ線検出器３０２が検出する。具体的には、Ｘ線ＣＴスキャナ３００は、被検体４０２の体軸を中心として回転しながら、Ｘ線管３０１がＸ線を照射し、Ｘ線検出器３０２がＸ線を検出する。言い換えると、Ｘ線ＣＴスキャナ３００は、被検体４０２の体軸を中心として回転しながら多方向からＸ線を被検体４０２に照射し、被検体４０２を透過することで被検体４０２に吸収されて減弱したＸ線を検出する。Ｘ線検出器３０２により検出されたＸ線に対して増幅処理やＡＤ変換処理などを行うことで生成されるデータを「Ｘ線投影データ」とも称する。Ｘ線ＣＴスキャナ３００は、Ｘ線投影データと、Ｘ線投影データを生成する際に用いられたＸ線を検出した検出位置とを収集する。
【００２６】
図５は、第１の実施形態におけるＰＥＴスキャナとＸ線ＣＴスキャナとの関係の一例を示す図である。図５では、Ｙ軸方向に見た場合におけるＰＥＴスキャナ２００とＸ線ＣＴスキャナ３００との断面図を示した。図５に示す例では、Ｙ軸方向に見た場合におけるＰＥＴスキャナ２００とＸ線ＣＴスキャナ３００との断面に、隙間部分２０１ではなく検出器２１０がある場合における図を示した。図５において、２００は、ＰＥＴスキャナを示し、２１０は、検出器を示し、３００は、Ｘ線ＣＴスキャナを示し、３０１は、Ｘ線管を示し、３０２はＸ線検出器を示し、３０３は、Ｘ線管３０１により照射されたＸ線を示す。図５では、説明の便宜上、ＰＥＴスキャナ２００とＸ線ＣＴスキャナ３００とに加えて、天板４０１を併せて示した。
【００２７】
図５に示すように、ＰＥＴスキャナ２００では、Ｘ軸方向に複数の検出器２１０が配置される。また、複数の検出器２１０は、被検体４０２の体軸をリング状に取り囲むように配置される。図５に示すように、Ｘ線ＣＴスキャナ３００は、Ｘ線管３０１とＸ線検出器３０２とを有する。Ｘ線管３０１とＸ線検出器３０２とは、測定時に被検体４０２が載せられる天板４０１を挟んで対向する位置に配置される。
【００２８】
図６は、第１の実施形態におけるＰＥＴスキャナの構成について示す図である。図６において、４００は寝台を示し、４０１は天板を示し、４０２は被検体を示し、２０１は、隙間部分を示し、２０２は、カバーを示し、２１０は検出器を示す。図６は、Ｘ軸方向に見たＰＥＴスキャナの断面図である。図６では、説明の便宜上、ＰＥＴスキャナ２００に加えて、被検体４０２と、寝台４００と、天板４０１とを併せて示した。
【００２９】
図６に示すように、ＰＥＴスキャナ２００は、複数の検出器２１０が被検体４０２の周囲をリング状に取り囲むように配置される。検出器２１０は、例えば、フォトンカウンティング（Photon Counting）方式の検出器が該当する。また、図６に示すように、ＰＥＴスキャナ２００は、回転面に隙間部分２０１を有する。図６に示す例では、複数ある検出器２１０の間およびカバー２０２に隙間部分２０１を有する。
【００３０】
図７は、第１の実施形態における検出器の構造の一例を示す図である。図７において、２１１はシンチレータを示し、２１２はライトガイドを示し、２１３は光電子増倍管（ＰＭＴ：Photo Multiplier Tube）を示す。
【００３１】
図７に示すように、ガンマ線に由来する光を計数する検出器２１０は、シンチレータ２１１と、ライトガイド２１２と、光電子増倍管２１３とを有する。シンチレータ２１１は、被検体４０２から放出されて検出器２１０に入射されたガンマ線を可視光に変換し、可視光を出力する。シンチレータ２１１は、例えば、ガンマ線を可視光に変換するＮａＩやＢＧＯなどで形成される。また、シンチレータ２１１は、図７に示すように、２次元に配列される。シンチレータ２１１により出力された可視光を「シンチレーション光」とも称する。ライトガイド２１２は、シンチレータ２１１から出力された可視光を光電子増倍管２１３に伝達する。ライトガイド２１２は、例えば、光透過性に優れたプラスチック素材などで形成される。光電子増倍管２１３は、シンチレータ２１１によって出力された可視光をライトガイド２１２を介して受信し、受信した可視光を電気信号に変換する。光電子増倍管２１３は、複数個配置される。
【００３２】
光電子増倍管２１３について更に説明する。光電子増倍管２１３は、シンチレーション光を受信して光電子を発生させる光電陰極と、光電陰極により発生された光電子を加速する電場を与える多段のダイノードと、電子の流れ出し口である陽極とを有する。光電効果により光電陰極から放出された電子は、ダイノードに向かって加速されてダイノードの表面に衝突し、複数の電子をたたき出す。ダイノードの表面にて複数の電子がたたき出される現象が多段のダイノードに渡って繰り返されることで、電子数がなだれ的に増える。
【００３３】
例えば、陽極は、シンチレーション光を１つ受信した場合に、約１００万もの電子を出力する。シンチレーション光を１つ受信した場合に陽極から得られる電子の数を「光電子増倍管の利得率」とも称する。この場合、光電子増倍管２１３の利得率は「１００万倍」となる。なお、電子数をなだれ的に増やす際には、ダイノードと陽極との間には、通常、１０００ボルト以上の電圧が印加される。
【００３４】
このように、検出器２１０では、シンチレータ２１１がガンマ線を可視光に変換し、光電子増倍管２１３が可視光を電気信号に変換することで、被検体４０２から放出されたガンマ線を検出する。
【００３５】
上述したように、ＰＥＴスキャナ２００は、検出器２１０がガンマ線を検出するごとに、検出位置とエネルギー値と検出時刻とを収集する。ここで、図８を用いて、複数の隣接する検出器２１０が同時にガンマ線を検出した場合における検出位置とエネルギー値とを計算する処理の一例について簡単に説明する。図８は、実施例１におけるアンガー型の検出器により検出される情報を示す図である。
【００３６】
例えば、ＰＥＴスキャナ２００は、アンガー型位置計算処理を行うことで、検出位置を確定する。また、例えば、ＰＥＴスキャナ２００は、光電子増倍管２１３が位置検出型の光電子増倍管である場合には、位置検出型の光電子増倍管２１３を用いて検出位置を収集する。図８の（１）に示すように、３つの光電子増倍管２１３が、同じタイミングにてシンチレーション光を電気信号に変換して出力した場合を用いて説明する。この場合、ＰＥＴスキャナ２００は、同時に電気信号を出力した光電子増倍管２１３の位置を取得し、同時に電気信号を出力した光電子増倍管２１３から出力された電気信号のエネルギー値各々を取得する。そして、ＰＥＴスキャナ２００は、取得したエネルギー値から重心の位置を算出し、算出した重心の位置に対応するシンチレータ２１１を特定する。また、ＰＥＴスキャナ２００は、同じタイミングにてシンチレーション光を電気信号に変換して出力した各光電子増倍管２１３が出力した電気信号のエネルギー値を積分し、積分結果となるエネルギー値を検出器２１０に入射したガンマ線のエネルギー値とする。
【００３７】
図８の（２）に示すように、検出器２１０がガンマ線を検出するごとに、ＰＥＴスキャナ２００は、シンチレータ２１１を一意に識別する「シンチレータ番号」と、「エネルギー値」と、「検出時刻」とを収集する。図８の（２）に示す例では、「シンチレータ番号」「エネルギー値」「検出時刻」に加えて、更に、複数ある検出器２１０を一意に特定する情報である「モジュールＩＤ」を出力する場合を示した。
【００３８】
検出器２１０は、例えば、１０−１０秒〜１０−１２秒の精度にて検出時刻を収集する。
【００３９】
ここで、第１の実施形態におけるＰＥＴ−ＣＴ装置１００がＰＥＴ画像とＸ線ＣＴ画像とを再構成する場合における処理の流れについて簡単に説明する。ＰＥＴ−ＣＴ装置１００は、ＰＥＴスキャナ２００とＸ線ＣＴスキャナ３００とが、図１や図５において左から右に移動したり、天板４０１や寝台４００が右から左に移動したりすることで、Ｘ線ＣＴスキャナ３００がＸ線投影データを収集し、その後、ＰＥＴスキャナ２００が計数情報を収集する。その後、コンソール装置５００が、収集した情報に基づいてＰＥＴ画像とＸ線ＣＴ画像とを再構成する。ただし、これに限定されるものではなく、ＰＥＴスキャナ２００とＸ線ＣＴスキャナ３００とが図１や図５において右から左に移動しても良い。
【００４０】
図９は、第１の実施形態におけるコンソール装置の構成の一例を示すブロック図である。コンソール装置５００は、Ｘ線ＣＴスキャナ３００により収集された情報によりＸ線ＣＴ画像を再構成する。また、コンソール装置５００は、ＰＥＴスキャナ２００により収集された計数情報を用いて同時計数情報を生成し、生成した同時計数情報に基づいてＰＥＴ画像を再構成する。以下では、コンソール装置５００によるＰＥＴ画像を再構成する処理やＸ線ＣＴ画像を再構成する処理については、任意の手法を用いて実行して良く、説明を簡潔に行う。
【００４１】
図９に示す例では、説明の便宜上、コンソール装置５００に加えて、ＰＥＴスキャナ２００とＸ線ＣＴスキャナ３００と放射線照射装置６００とを併せて示した。図９に示す例では、コンソール装置５００は、入出力部５１０と、制御部５４０とを有する。また、図９に示す例では、コンソール装置５００は、Ｘ線ＣＴ画像を再構成するために、Ｘ線投影データ記憶部５３０と、Ｘ線ＣＴ画像再構成部５３１とを有する。また、また、図９に示す例では、コンソール装置５００は、ＰＥＴ画像を再構成するために、計数情報収集部５２０と、計数情報記憶部５２１と、同時計数情報生成部５２２と、位置情報記憶部５２３と、同時計数情報記憶部５２４と、ＰＥＴ画像再構成部５２５とを有する。なお、第１の実施形態では、１台のコンソール装置５００においてＸ線ＣＴ画像とＰＥＴ画像とが再構成される場合について説明する。しかし、第１の実施形態は、Ｘ線ＣＴ画像の再構成とＰＥＴ画像の再構成とが別々のコンソール装置において行なわれる場合であっても適用可能である。
【００４２】
入出力部５１０は、制御部５４０と接続される。入出力部５１０は、放射線治療装置を利用する利用者から各種指示を受け付け、受け付けた各種指示を制御部５４０に送信する。また、入出力部５１０は、制御部５４０から情報を受信し、受信した情報を利用者に出力する。例えば、入出力部５１０は、キーボードやマウス、マイクなどが該当し、モニタやスピーカなどが該当する。なお、入出力部５１０によって受け付けられる情報や指示の詳細や、入出力部５１０によって出力される情報の詳細については、ここでは説明を省略し、関係する各部について説明する際に併せて説明する。
【００４３】
制御部５４０は、各種の処理手順などを規定したプログラムを記憶する内部メモリを有し、種々の処理を制御する。制御部５４０は、例えば、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）などの電子回路が該当する。制御部５４０は、放射線治療装置全体の処理を制御する。具体的には、制御部５４０は、ＰＥＴスキャナ２００およびＸ線ＣＴスキャナ３００を制御することで、ＰＥＴ−ＣＴ装置１００による撮影を制御する。また、制御部５４０は、治療計画に沿って多方向から重粒子線が連続的又は間欠的に照射されるように放射線照射装置６００を制御する。また、制御部５４０は、隙間部分２０１への重粒子線照射が可能な状態で、放射線照射装置６００と検出器２１０（カバー２０２）とを同期して回転するように制御する。
【００４４】
また、制御部５４０は、コンソール装置５００におけるＰＥＴ画像再構成処理およびＸ線ＣＴ画像再構成処理を制御する。また、制御部５４０は、ＰＥＴ画像や、Ｘ線ＣＴ画像、ＰＥＴ画像およびＸ線ＣＴ画像の重畳画像などを、入出力部５１０のモニタにて表示させる。
【００４５】
Ｘ線投影データ記憶部５３０は、Ｘ線ＣＴスキャナ３００から送信されたＸ線投影データを記憶する。Ｘ線ＣＴ画像再構成部５３１は、Ｘ線投影データ記憶部５３０が記憶するＸ線投影データを、例えば、ＦＢＰ（Filtered Back Projection）法により逆投影処理することで、Ｘ線ＣＴ画像を再構成する。
【００４６】
計数情報収集部５２０は、複数の検出器２１０が出力した計数結果から計数情報を収集して計数情報記憶部５２１に格納する。すなわち、計数情報収集部５２０は、ＰＥＴスキャナ２００にて収集された計数情報を順次受信して、受信した計数情報を計数情報記憶部５２１に格納する。なお、計数情報収集部５２０は、ＰＥＴスキャナ２００内に設置される場合であっても良い。
【００４７】
計数情報記憶部５２１は、計数情報収集部５２０により格納された計数情報を記憶する。計数情報記憶部５２１は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）やフラッシュメモリ（Flash Memory）などの半導体メモリ素子、又は、ハードディスクや光ディスクなどの記憶装置が該当する。図１０は、第１の実施形態における計数情報記憶部５２１に記憶された計数情報の一例を示す図である。
【００４８】
図１０に示す例では、計数情報記憶部５２１は、「モジュールＩＤ」に対応付けて、「シンチレータ番号」と「エネルギー値」と「検出時刻」とを記憶する。なお、「モジュールＩＤ」は、複数ある検出器２１０それぞれを一意に特定するための情報である。
【００４９】
図１０に示す例では、計数情報記憶部５２１は、モジュールＩＤ「Ｄ１」に対応付けて、シンチレータ番号「Ｐ１１」エネルギー値「Ｅ１１」検出時刻「Ｔ１１」を記憶し、シンチレータ番号「Ｐ１２」エネルギー値「Ｅ１２」検出時刻「Ｔ１２」を記憶する。すなわち、計数情報記憶部５２１は、検出器「Ｄ１」にて検出時刻「Ｔ１１」にシンチレータ「Ｐ１１」がエネルギー値「Ｅ１１」のガンマ線を検出したことを記憶し、検出器「Ｄ１」にて検出時刻「Ｔ１２」にシンチレータ「Ｐ１２」がエネルギー値「Ｅ１２」のガンマ線を検出したことを記憶する。また、計数情報記憶部５２１は、他の検出器２１０から出力された計数結果に基づく計数情報についても同様に記憶する。
【００５０】
図９に戻って、同時計数情報生成部５２２は、計数情報記憶部５２１に記憶されている計数情報のうち、検出時刻の差がタイムウィンドウにある２つ計数情報の組み合わせを、対消滅ガンマ線を略同時に計数した同時計数情報として生成する。
【００５１】
具体的には、同時計数情報生成部５２２は、操作者により指定された同時計数情報生成条件に基づいて同時計数情報を生成する。例えば、同時計数情報生成条件には、タイムウィンドウが含まれる。タイムウィンドウは、一対のガンマ線の双方を計数した場合における２つの検出時刻の差の上限を示す。
【００５２】
陽電子放出核種から同時に放出された一対のガンマ線であれば、一対のガンマ線に含まれるガンマ線各々の検出時刻は、同時であったり、同時でなくても２つの検出時刻の差が僅かになる。このことを踏まえ、同時計数情報生成部５２２は、タイムウィンドウを用いることで、誤った同時計数情報を生成するのを防止する。
【００５３】
例えば、タイムウィンドウ「１０ナノ秒」を用いて同時計数情報生成部５２２が同時計数情報を生成する場合を例に説明する。この場合、同時計数情報生成部５２２は、「モジュールＩＤ」ごとの「検出時刻（Ｔ）」を参照し、２つの検出時刻の差が「タイムウィンドウ：１０ナノ秒」以内である計数情報の組み合わせを、モジュール間で検索する。
【００５４】
ここで、検出時刻がタイムウィンドウ以内にある組み合わせを検索することを「Coincidence Finding」とも称する。また、同時計数情報生成部５２２により生成された同時計数情報のリストを「Coincidence List」とも称する。
【００５５】
なお、同時計数情報生成条件として、エネルギーウィンドウが設定される場合であってもよい。陽電子が消滅することで放出される一対のガンマ線のエネルギー値は予めわかっている。例えば、１８Ｆや１５Ｏ、１１Ｃなどでは、「５１１ｋｅＶ」のガンマ線が放出される。このため、陽電子放出核種から同時に放出されたガンマ線であれば、エネルギー値が所定の範囲に入る。このことを踏まえ、同時計数情報生成部５２２は、エネルギーウィンドウを用いることで、陽電子放出核種から放出された一対のガンマ線ではない計数情報を除外した上で同時計数情報を生成することで、誤った同時計数情報を生成するのを防止することもできる。このように、同時計数情報生成条件の設定により、偶発同時計数を除外するためのランダム補正、散乱したガンマ線の計数情報が同時計数情報として生成されることを除外するための散乱補正、検出器２１０間の感度の違いを補正するための感度補正などを行なうことができる。
【００５６】
そして、同時計数情報生成部５２２は、生成した同時計数情報を同時計数情報記憶部５２４に格納する。例えば、同時計数情報記憶部５２４は、ＲＡＭ（Random Access Memory）やフラッシュメモリ（Flash Memory）などの半導体メモリ素子、又は、ハードディスクや光ディスクなどの記憶装置が該当する。図１１は、第１の実施形態における同時計数情報記憶部に記憶された同時計数情報の一例を示す図である。
【００５７】
図１１に示すように、同時計数情報記憶部５２４は、２つの計数情報の組み合わせを記憶する。図１１では記載の便宜上、計数情報の組み合わせに含まれる２つの計数情報をそれぞれ「計数情報Ａ」と「計数情報Ｂ」と記載した。図１１に示す例では、同時計数情報記憶部５２４は、シンチレータ番号「Ｐ１１」エネルギー値「Ｅ１１」検出時刻「Ｔ１１」を含む計数情報Ａと、シンチレータ番号「Ｐ２２」エネルギー値「Ｅ２２」検出時刻「Ｔ２２」を含む計数情報Ｂとの組み合わせを記憶する。すなわち、同時計数情報記憶部５２４は、重粒子線のエネルギー放出にともない被検体４０２から放出された対消滅ガンマ線のうち一方について、検出時刻「Ｔ１１」にシンチレータ「Ｐ１１」が検出したことを記憶し、重粒子線のエネルギー放出にともない被検体４０２から放出された対消滅ガンマ線のうち他方について、検出時刻「Ｔ２２」にシンチレータ「Ｐ２２」が検出したことを記憶する。
【００５８】
図９に戻って、ＰＥＴ画像再構成部５２５は、同時計数情報生成部５２２により生成された同時計数情報を同時計数情報記憶部５２４から読み出して、読み出した同時計数情報を用いてＰＥＴ画像を再構成する。具体的には、ＰＥＴ画像再構成部５２５は、同時計数情報をガンマ線の投影データとし、ガンマ線の投影データから逐次近似法を用いることで、ＰＥＴ画像を再構成する。なお、逐次近似法としては、ＭＬＥＭ（Maximum Likelihood Expectation Maximization）法や、ＭＬＥＭ法のアルゴリズムを改良することで大幅に収束時間を短縮したＯＳＥＭ（Ordered Subset MLEM）法がある。
【００５９】
しかし、第１の実施形態においては、検出器２１０が、重粒子線の照射とともに回転している。そこで、第１の実施形態におけるＰＥＴ画像再構成部５２５は、制御部５４０による回転制御が実行された状態で、放射線照射装置６００から照射された重粒子線のエネルギー放出にともない放出された対消滅ガンマ線を略同時に計数した検出器２１０の計数時における位置情報に基づいて、ＰＥＴ画像を再構成する。
【００６０】
すなわち、ＰＥＴ画像再構成部５２５は、同時計数情報におけるシンチレータ番号が、実際の計数時における位置に修正された情報を用いてＰＥＴ画像を再構成する。
【００６１】
かかる処理の一例について、以下、説明する。例えば、同時計数情報生成部５２２は、図９に示す位置情報記憶部５２３を用いて同時計数情報の修正を行なう。図１２は、第１の実施形態における位置情報記憶部により記憶される位置情報の一例を示す図である。
【００６２】
位置情報記憶部５２３は、検出器２１０の位置を示す位置情報を、時刻を示す時刻情報に対応付けて記憶する。図１２に示す例では、位置情報記憶部５２３は、シンチレータ番号に対応付けて、時刻情報と位置情報とを記憶する。例えば、位置情報記憶部５２３は、シンチレータ番号「Ｐ１１」に対応付けて、時刻情報「Ｔ１１」と位置情報「５、４、１０」とを記憶する。なお、位置情報「５、４、１０」に含まれる数字各々は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸上における座標を示す。すなわち、位置情報記憶部５２３は、シンチレータ「Ｐ１１」が、時刻「Ｔ１１」に位置情報「５、４、１０」にあったことを記憶する。また、同様に、位置情報記憶部５２３は、他の時刻についての位置情報を記憶し、他のシンチレータ２１１についても同様に時刻情報と位置情報とを記憶する。
【００６３】
なお、図１２に示す例では、位置情報記憶部５２３が、シンチレータ番号に対応付けて時刻情報と位置情報とを記憶する場合を示したが、第１の実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、位置情報記憶部５２３は、検出器２１０を識別する識別情報に対応付けて位置情報と時刻情報とを記憶しても良く、被検体４０２のいる空間座標における検出位置を特定できれば任意の情報に対応付けて位置情報と時刻情報とを記憶して良い。また、図１２に示す例では、位置情報として、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸上における座標を用いる場合を示したが、第１の実施形態はこれに限定されるものではなく、任意の情報を用いて良い。
【００６４】
位置情報記憶部５２３に記憶される位置情報は、例えば、治療計画に沿って放射線照射装置６００および検出器２１０の回転制御を行なう制御部５４０により提供される。例えば、制御部５４０は、検出器２１０の初期位置および回転速度に基づいて、図１２に示す一例のような位置情報を生成して、生成した位置情報を位置情報記憶部５２３に格納する。
【００６５】
そして、同時計数情報生成部５２２は、位置情報記憶部５２３が記憶する位置情報を用いて、生成した同時計数情報のシンチレータ番号を、計数時の位置（座標）に修正して、同時計数情報記憶部５２４に格納する。そして、ＰＥＴ画像再構成部５２５は、位置情報が修正された同時計数情報を同時計数情報記憶部５２４から読み出して、ＰＥＴ画像を再構成する。なお、ＰＥＴ画像再構成部５２５により再構成されたＰＥＴ画像は、制御部５４０の制御により、入出力部５１０のモニタに表示される。
【００６６】
［放射線治療装置によるＰＥＴ画像の再構成処理］
図１３を用いて、第１の実施形態における放射線治療装置によるＰＥＴ画像撮影処理の流れの一例を示す。図１３は、第１の実施形態における放射線治療装置によるＰＥＴ画像撮影処理の流れの一例を示すフローチャートである。なお、ＰＥＴ−ＣＴ装置１００は、以下に説明する一連の処理に先だって、Ｘ線ＣＴ画を撮影する。また、ＰＥＴ画像の撮影時には、上述したように、制御部５４０は、隙間部分２０１への重粒子線照射が可能な状態で、放射線照射装置６００と検出器２１０とを同期して回転するように制御する。なお、制御部５４０は、放射線照射装置６００の回転中に、隙間部分２０１への重粒子線の照射方向を、治療計画に沿って任意に変更することができる（図４を参照）。
【００６７】
図１３に示すように、放射線治療装置を構成するＰＥＴ−ＣＴ装置１００では、撮影要求を利用者から受け付けると（ステップＳ１０１肯定）、制御部５４０がＰＥＴスキャナ２００を動作させ、ＰＥＴスキャナ２００が計数情報を収集する（ステップＳ１０２）。すなわち、ＰＥＴスキャナ２００は、ガンマ線を検出するごとに、検出位置とエネルギー値と検出時刻とを収集する。
【００６８】
そして、計数情報収集部５２０は、ＰＥＴスキャナ２００により収集された計数情報を受信して計数情報記憶部５２１に格納する（ステップＳ１０３）。そして、同時計数情報生成部５２２は、計数情報記憶部５２１に格納された計数情報から同時計数情報を生成し、さらに、位置情報記憶部５２３が記憶する位置情報に基づいてシンチレータ番号を修正した同時計数情報を生成する（ステップＳ１０４）。
【００６９】
そして、ＰＥＴ画像再構成部５２５は、修正済みの同時計数情報を用いてＰＥＴ画像を再構成し（ステップＳ１０５）、処理を終了する。
【００７０】
［第１の実施形態の効果］
上述したように、第１の実施形態によれば、放射線照射装置６００は、治療用放射線として重粒子線を照射する。検出器２１０は、ガンマ線に由来する光を計数し、被検体４０２の体軸を軸とする回転面に放射線照射装置６００により照射された重粒子線を通過させる隙間部分２０１が設けられる。制御部５４０は、隙間部分２０１への重粒子線照射が可能な状態で、放射線照射装置６００と検出器２１０とを同期して回転するように制御する。ＰＥＴ画像再構成部５２５は、制御部５４０による回転制御が実行された状態で、放射線照射装置６００から照射された重粒子線のエネルギー放出にともない放出された対消滅ガンマ線を略同時に計数した検出器２１０の計数時における位置情報に基づいて、ＰＥＴ画像を再構成する。
【００７１】
すなわち、第１の実施形態では、重粒子線の経路が描出されたＰＥＴ画像を撮影する際でも、任意の方向から重粒子線を照射することができる。また、第１の実施形態では、被検体を軸とする円周の全方向にて同時計数ができる。すなわち、第１の実施形態では、ＰＥＴ画像の画質を均一にすることができる。したがって、第１の実施形態では、重粒子線の照射角度の自由度を確保したうえで、重粒子線が照射された部位を精度よく確認することが可能となる。
【００７２】
また、第１の実施形態によれば、ＰＥＴスキャナ２００は、回転面の対向する位置に複数の隙間部分２０１を有する。すなわち、第１の実施形態では、仮に重粒子線が体内で止まらずに、検出器２１０により検出されることを防止できる。その結果、第１の実施形態では、ＰＥＴ画像にノイズが発生することを防止でき、重粒子線が照射された部位を確実に確認することが可能となる。
【００７３】
（第２の実施形態）
さて、上述した第１の実施形態以外にも、その他の実施形態にて実施されても良い。そこで、以下では、その他の実施形態を示す。
【００７４】
［修正処理］
上述した第１の実施形態では、同時計数情報を一旦生成したのちに、位置情報を用いてシンチレータ番号の修正処理が行なわれる場合について説明した。しかし、実施形態は、ＰＥＴ画像の再構成に用いられる同時計数情報におけるガンマ線の検出位置が、計数時の検出器２１０の位置を反映したものであれば良い。例えば、計数情報収集部５２０が計数情報のシンチレータ番号を、計数時の座標に修正する場合であってもよい。また、ＰＥＴスキャナ２００において、計数情報のシンチレータ番号を、計数時の座標に修正する場合であってもよい。
【００７５】
また、位置情報の修正処理は、上述したテーブルを参照して実行される場合であっても良いが、回転速度の情報を用いて検出時刻から検出位置（計数時における位置）を算出して行なわれる場合であってもよい。
【００７６】
［隙間部分］
また、例えば、上述した第１の実施形態では、ＰＥＴスキャナ２００に長方形状の隙間部分２０１が２つ設けられた場合について説明したが、実施形態はこれに限定されるものではなく、任意の形状であって良く、任意の数であっても良い。例えば、図１４に示すように、隙間部分２０１の形状は円や楕円であっても良く、任意の形状であって良い。また、図１５に示すように、隙間部分２０１の数は３つ以上であっても良く、任意の数であって良い。また、隙間部分２０１は１つであっても良い。なお、図１５には、隙間部分２０１が４つある場合を示した。図１４と図１５とは、隙間部分の一例について示す図である。
【００７７】
［ＰＥＴスキャナ］
また、例えば、上述した第１の実施形態では、ＰＥＴスキャナ２００にて、検出器２１０がリング状に配置された場合について説明したが、実施形態はこれに限定されるものではない。放射線照射装置６００と同期して回転可能であるならば、例えば、図１６に示すように、検出器２１０が平板上に配列されても良く、任意の形状であって良い。図１６は、ＰＥＴスキャナの一例を示す図である。図１６は、Ｚ軸方向に見たＰＥＴスキャナ２００の断面図である。
【００７８】
［計数情報］
また、例えば、上述した第１の実施形態では、コンソール装置５００がＰＥＴスキャナ２００から計数情報を受信して用いる場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、コンソール装置５００は、ＰＥＴスキャナ２００から検出器２１０による検出結果そのものを受信しても良い。この場合、コンソール装置５００は、光電子増倍管２１３から出力される波形データそのものを受信し、受信した波形データから計数情報を生成する。
【００７９】
［同時計数情報］
また、例えば、上述した第１の実施形態では、コンソール装置５００がＰＥＴスキャナ２００から計数情報を受信して同時計数情報を生成する場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、ＰＥＴスキャナ２００は、計数情報から同時計数情報を生成し、生成した同時計数情報をコンソール装置５００に送信しても良い。
【００８０】
［システム構成］
また、第１の実施形態において説明した各処理のうち、自動的に行われるものとして説明した処理の全部又は一部を手動的に行うこともでき、あるいは、手動的に行われるものとして説明した処理の全部又は一部を公知の方法で自動的に行うこともできる。この他、上述文書中や図面中で示した処理手順、制御手順、具体的名称、各種のデータやパラメータを含む情報については（図１〜図１６）、特記する場合を除いて任意に変更することができる。
【００８１】
また、図示した各装置の各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。すなわち、各装置の分散・統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部又は一部を、各種の負荷や使用状況などに応じて、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。
【００８２】
［その他］
なお、第１の実施形態で説明した放射線治療装置が実行する制御方法は、あらかじめ用意された制御プログラムをパーソナルコンピュータやワークステーションなどのコンピュータで実行することによって実現することができる。また、制御プログラムは、ハードディスク、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤなどのコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録され、コンピュータによって記録媒体から読み出されることによって実行することもできる。
【００８３】
［実施例の効果］
上述したように、第１の実施形態や第２の実施形態によれば、重粒子線の照射角度の自由度を確保したうえで、重粒子線が照射された部位を精度よく確認することが可能となる。
【００８４】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００８５】
１００ ＰＥＴ−ＣＴ装置
２００ ＰＥＴスキャナ
２０１ 隙間部分
２０２ カバー
２１０ 検出器
２１１ シンチレータ
２１２ ライトガイド
２１３ 光電子増倍管
３００ Ｘ線ＣＴスキャナ
３０１ Ｘ線管
３０２ Ｘ線検出器
５００ コンソール装置
５１０ 入出力部
５２０ 計数情報収集部
５２１ 計数情報記憶部
５２２ 同時計数情報生成部
５２３ 位置情報記憶部
５２４ 同時計数情報記憶部
５２５ ＰＥＴ画像再構成部
５３０ Ｘ線投影データ記憶部
５３１ Ｘ線ＣＴ画像再構成部
５４０ 制御部
６００ 放射線照射装置
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、放射線治療装置、制御方法及び制御プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、被検体の生体組織における機能診断を行なうことができる核医学イメージング装置として、陽電子断層撮影装置（ＰＥＴ装置、ＰＥＴ：Positron Emission computed Tomography）が知られている。
【０００３】
具体的には、ＰＥＴ検査では、陽電子放出核種で標識された化合物が被検体に投与される。そして、ＰＥＴ装置は、標識化合物から放出された陽電子が電子と結合して消滅する際に、略反対方向に放出する５１１ｋｅＶの一対のガンマ線（対消滅ガンマ線）を、被検体の周囲に配置されたフォトンカウンティング（photon counting）方式の検出器を用いて同時計数する。そして、ＰＥＴ装置は、同時計数したガンマ線のデータ（同時計数情報）を演算処理することにより、ＰＥＴ画像の再構成を行なう。
【０００４】
また、近年、治療用の放射線として重粒子線を照射する放射線照射装置により、腫瘍に障害を与える放射線治療が行なわれている。重粒子線は、炭素イオン、ネオンイオン、シリコンイオン、アルゴンイオンなどの粒子を高速度に加速することで発生する放射線である。重粒子線は、加速器により与えられたエネルギーによって人体内に入る深さが定まる。また、重粒子線は、飛行過程にある電子や原子核と衝突することで、人体内でエネルギーを放出する。特に、重粒子線は、飛行過程の終端近くでエネルギーを急激に放出し（ブラッグピーク：Bragg peak）、止まる。すなわち、重粒子線を用いた放射線治療では、ブラッグピークを利用して、腫瘍の部分で粒子が止まるように加速器で粒子のエネルギーを調節することで、飛行過程にある正常細胞にあまり影響を与えないで、腫瘍細胞だけを殺傷することができる。
【０００５】
重粒子線を用いた放射線治療では、ＰＥＴ画像や、Ｘ線ＣＴ画像、ＭＲＩ画像などの各種医用画像を用いた治療計画により定められた範囲（腫瘍部位）に対して重粒子線の照射が行なわれる。例えば、放射線照射装置は、治療計画により定められた範囲に対して多方向から重粒子線を照射する。また、重粒子線を用いた放射線治療として、任意の方向から重粒子線の強度を変調しながら照射することで、正常細胞への影響を軽減し、腫瘍の輪郭内に線量を集中させる強度変調放射線治療（ＩＭＲＴ：Intensity Modulated Radiation Therapy）も知られている。
【０００６】
ここで、エネルギーが「５１１×２ｋｅＶ」以上である場合、重粒子線は、その飛行過程にて電子と陽電子とを対生成する。対生成された陽電子は、周囲にある電子と結合して消滅し、その結果、対消滅ガンマ線が放出される。すなわち、放射線照射装置により重粒子線を照射しながら、ＰＥＴ装置によりＰＥＴ画像を略リアルタイムで再構成することで、医師は、治療計画により定めた部位に重粒子線が照射されているかをモニタすることができる。
【０００７】
そこで、近年、放射線治療モニタ用ＰＥＴ装置の開発が進められている。例えば、放射線治療モニタ用ＰＥＴ装置として、平板な２つの検出器を、被検体を挟んで対向する位置に設置したＰＥＴ装置が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−１０７９９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述した従来の放射線治療モニタ用ＰＥＴ装置は、被検体を軸とする円周の全方向にて同時計数を行なえないので、ＰＥＴ画像の画質が劣化する。また、上述した従来の放射線治療モニタ用ＰＥＴ装置では、放射線照射装置から照射される重粒子線の照射角度が限定される。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
実施形態の放射線治療装置は、照射部と、検出器と、制御部と、画像再構成部とを備える。照射部は、治療用放射線として重粒子線を照射する。検出器は、ガンマ線に由来する光を計数し、被検体の体軸を軸とする回転面に前記照射部により照射された重粒子線を通過させる隙間部分が設けられる。制御部は、前記隙間部分への重粒子線照射が可能な状態で、前記照射部と前記検出器とを同期して回転するように制御する。画像再構成部は、前記制御部による回転制御が実行された状態で、前記照射部から照射された重粒子線のエネルギー放出にともない放出された対消滅ガンマ線を略同時に計数した前記検出器の計数時における位置情報に基づいて、核医学画像を再構成する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、第１の実施形態における放射線治療装置が有するＰＥＴ−ＣＴ装置の構成の全体像について示す図である。
【図２】図２は、第１の実施形態におけるＰＥＴスキャナの隙間部分の一例について示す図である。
【図３】図３は、第１の実施形態におけるＰＥＴスキャナと放射線照射装置との位置関係の一例について示す図（１）である。
【図４】図４は、第１の実施形態におけるＰＥＴスキャナと放射線照射装置との位置関係の一例について示す図（２）である。
【図５】図５は、第１の実施形態におけるＰＥＴスキャナとＸ線ＣＴスキャナとの関係の一例を示す図である。
【図６】図６は、第１の実施形態におけるＰＥＴスキャナの構成について示す図である。
【図７】図７は、第１の実施形態における検出器の構造の一例を示す図である。
【図８】図８は、第１の実施形態におけるアンガー型の検出器により検出される情報を示す図である。
【図９】図９は、第１の実施形態におけるコンソール装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図１０】図１０は、第１の実施形態における計数情報記憶部５２１に記憶された計数情報の一例を示す図である。
【図１１】図１１は、第１の実施形態における同時計数情報記憶部に記憶された同時計数情報の一例を示す図である。
【図１２】図１２は、第１の実施形態における位置情報記憶部により記憶される位置情報の一例を示す図である。
【図１３】図１３は、第１の実施形態における放射線治療装置によるＰＥＴ画像撮影処理の流れの一例を示すフローチャートである。
【図１４】図１４は、隙間部分の一例について示す図（１）である。
【図１５】図１５は、隙間部分の一例について示す図（２）である。
【図１６】図１６は、ＰＥＴスキャナの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（第１の実施形態）
以下では、放射線治療装置の一例として、治療用放射線として重粒子線を照射する放射線照射装置がＰＥＴ−ＣＴ装置に設置された装置を用いて説明するが、これに限定されるものではない。例えば、放射線照射装置が設置される装置は、ＰＥＴ装置であっても良く、ＰＥＴ−ＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）装置でも良い。
【００１３】
なお、第１の実施形態では、任意の方向から強度を変調しながら重粒子線を照射する強度変調放射線治療（ＩＭＲＴ：Intensity Modulated Radiation Therapy）を実行可能な放射線照射装置がＰＥＴ−ＣＴ装置に設置される場合について説明する。しかし、第１の実施形態は、重粒子線を照射する装置であるならば、適用可能である。
【００１４】
図１は、第１の実施形態における放射線治療装置が有するＰＥＴ−ＣＴ装置の構成の全体像について示す図である。図１において、１００はＰＥＴ−ＣＴ装置を示し、２００はＰＥＴスキャナを示し、３００はＸ線ＣＴスキャナを示し、４００は寝台を示し、４０１は被検体が載せられる天板を示し、４０２は、被検体を示す。図１に示すように、ＰＥＴ−ＣＴ装置１００は、ＰＥＴスキャナ２００と、Ｘ線ＣＴスキャナ３００と、寝台４００と、コンソール装置５００とを有する。図１におけるＸ方向は、図１の天板４０１に載せられた被検体４０２の体軸方向を示す。Ｙ方向は、Ｘ方向と直行する水平面上の方向を示す。Ｚ方向は、垂直方向を示す。
【００１５】
寝台４００は、被検体４０２が載せられる天板４０１を有する。また、図１には図示していないが、寝台４００は、天板４０１を移動させる寝台制御部を有する。寝台制御部は、コンソール装置５００により制御され、天板４０１に載せられた被検体４０２をＰＥＴ−ＣＴ装置１００の撮影口内に移動させる。
【００１６】
ＰＥＴスキャナ２００は、ＰＥＴ画像を再構成するためのガンマ線に由来する光を計数するフォトンカウンティング（Photon Counting）方式の検出器２１０（後述）を内蔵する。そして、第１の実施形態におけるＰＥＴスキャナ２００には、図１に示すように、被検体４０２の体軸を軸とする回転面に、後述する放射線照射装置６００により照射された重粒子線を通過させる隙間部分２０１が設けられている。ここで、隙間部分２０１は、検出器２１０（後述）およびＰＥＴスキャナ２００に設けられたカバー２０２の双方に設けられている。カバー２０２は、検出器２１０（後述）を収納する。また、カバー２０２は、被検体４０２の体軸を軸として回転可能である。すなわち、カバー２０２は、検出器２１０（後述）とともに回転可能である。
【００１７】
図２は、第１の実施形態におけるＰＥＴスキャナの隙間部分の一例について示す図である。図２に示す例では、ＰＥＴスキャナ２００のカバー２０２は、回転面の対向する位置に複数の隙間部分を有する。すなわち、検出器２１０（後述）は、回転面の対向する位置に複数の隙間部分を有する。
【００１８】
図３と図４とは、第１の実施形態におけるＰＥＴスキャナと放射線照射装置との位置関係の一例について示す図である。第１の実施形態における放射線治療装置は、図３に示すように、治療用放射線として重粒子線を照射する放射線照射装置６００が設置される。放射線照射装置６００は、図３に示すように、カバー２０２の隙間部分から重粒子線が被検体４０２に対して照射可能となるように設置される。放射線照射装置６００から照射された重粒子線６０１は、図示しない加速器によりエネルギーが調整されることで、被検体４０２の患部にて大部分が止まる。
【００１９】
そして、放射線照射装置６００とカバー２０２とは、後述するコンソール装置の制御部５４０の制御により、隙間部分２０１への重粒子線照射が可能な状態で、同期して回転する。図３に示す例では、放射線照射装置６００およびカバー２０２が、被検体４０２を頭部から見た状態で、同期して時計回りへと回転する場合を例に示したが、第１の実施形態はこれに限定されるものではなく、被検体４０２を頭部から見た状態で、同期して反時計回りへと回転する場合であってもよい。
【００２０】
ここで、放射線照射装置６００は、カバー２０２の回転面との相対的な位置を維持した状態で回転するが、図４に示すように、カバー２０２の隙間部分２０１に対して、任意の位置および任意の方向から重粒子線６０１を照射することができる。
【００２１】
このように、第１の実施形態における放射線治療装置は、放射線照射装置６００とＰＥＴスキャナ２００のカバー２０２とが同期して回転可能とすることで、治療計画にて定められた３次元の照射部位に対して、３６０度の任意の方向から重粒子線を照射することができる。
【００２２】
ここで、上述したＰＥＴスキャナ２００の検出器２１０が検出するガンマ線について説明する。ＰＥＴスキャナ２００は、ＰＥＴ画像を再構成するためのガンマ線を検出する検出器２１０を複数有する。複数ある検出器２１０は、被検体４０２の体軸を中心としてリング上に配置される。例えば、検出器２１０は、天板４０１に載せられた被検体４０２の体外から、被検体４０２の体内から放出された一対のガンマ線（対消滅ガンマ線）を検出する。
【００２３】
具体的には、ＰＥＴスキャナ２００は、検出器２１０がガンマ線を計数するごとに、ガンマ線を検出した検出器２１０の位置を示す検出位置と、ガンマ線が検出器２１０に入射した時点におけるエネルギー値と、検出器２１０がガンマ線を検出した検出時間とを収集する。ＰＥＴスキャナ２００により収集される情報を「計数情報」とも称する。なお、第１の実施形態では、ガンマ線の検出時間として検出時刻（絶対時間）が計数情報として収集されるＴＯＦ（Time Of Flight）検出器を検出器２１０として用いる場合について説明する。しかし、第１の実施形態は、計数情報として時間を含まないｎｏｎ―ＴＯＦ検出器を検出器２１０として用いる場合であっても良い。
【００２４】
ここで、第１の実施形態における検出器２１０は、放射線照射装置６００から照射された重粒子線のエネルギー放出にともない被検体４０２から放出された対消滅ガンマ線を検出する。すなわち、第１の実施形態における検出器２１０は、放射線照射装置６００から隙間部分２０１に向かって重粒子線を照射することで、被検体４０２から放出された対消滅ガンマ線を検出器２１０で検出する。これにより、ＰＥＴ−ＣＴ装置１００は、重粒子線の経路が描出されたＰＥＴ画像を再構成する。
【００２５】
図１に示すＸ線ＣＴスキャナ３００は、Ｘ線ＣＴ画像を再構成するためのＸ線を照射するＸ線管３０１と、Ｘ線管３０１により照射されたＸ線を検出するＸ線検出器３０２とを有する。Ｘ線ＣＴスキャナ３００では、Ｘ線管３０１がＸ線を被検体４０２に照射し、被検体４０２を透過したＸ線をＸ線検出器３０２が検出する。具体的には、Ｘ線ＣＴスキャナ３００は、被検体４０２の体軸を中心として回転しながら、Ｘ線管３０１がＸ線を照射し、Ｘ線検出器３０２がＸ線を検出する。言い換えると、Ｘ線ＣＴスキャナ３００は、被検体４０２の体軸を中心として回転しながら多方向からＸ線を被検体４０２に照射し、被検体４０２を透過することで被検体４０２に吸収されて減弱したＸ線を検出する。Ｘ線検出器３０２により検出されたＸ線に対して増幅処理やＡＤ変換処理などを行うことで生成されるデータを「Ｘ線投影データ」とも称する。Ｘ線ＣＴスキャナ３００は、Ｘ線投影データと、Ｘ線投影データを生成する際に用いられたＸ線を検出した検出位置とを収集する。
【００２６】
図５は、第１の実施形態におけるＰＥＴスキャナとＸ線ＣＴスキャナとの関係の一例を示す図である。図５では、Ｙ軸方向に見た場合におけるＰＥＴスキャナ２００とＸ線ＣＴスキャナ３００との断面図を示した。図５に示す例では、Ｙ軸方向に見た場合におけるＰＥＴスキャナ２００とＸ線ＣＴスキャナ３００との断面に、隙間部分２０１ではなく検出器２１０がある場合における図を示した。図５において、２００は、ＰＥＴスキャナを示し、２１０は、検出器を示し、３００は、Ｘ線ＣＴスキャナを示し、３０１は、Ｘ線管を示し、３０２はＸ線検出器を示し、３０３は、Ｘ線管３０１により照射されたＸ線を示す。図５では、説明の便宜上、ＰＥＴスキャナ２００とＸ線ＣＴスキャナ３００とに加えて、天板４０１を併せて示した。
【００２７】
図５に示すように、ＰＥＴスキャナ２００では、Ｘ軸方向に複数の検出器２１０が配置される。また、複数の検出器２１０は、被検体４０２の体軸をリング状に取り囲むように配置される。図５に示すように、Ｘ線ＣＴスキャナ３００は、Ｘ線管３０１とＸ線検出器３０２とを有する。Ｘ線管３０１とＸ線検出器３０２とは、測定時に被検体４０２が載せられる天板４０１を挟んで対向する位置に配置される。
【００２８】
図６は、第１の実施形態におけるＰＥＴスキャナの構成について示す図である。図６において、４００は寝台を示し、４０１は天板を示し、４０２は被検体を示し、２０１は、隙間部分を示し、２０２は、カバーを示し、２１０は検出器を示す。図６は、Ｘ軸方向に見たＰＥＴスキャナの断面図である。図６では、説明の便宜上、ＰＥＴスキャナ２００に加えて、被検体４０２と、寝台４００と、天板４０１とを併せて示した。
【００２９】
図６に示すように、ＰＥＴスキャナ２００は、複数の検出器２１０が被検体４０２の周囲をリング状に取り囲むように配置される。検出器２１０は、例えば、フォトンカウンティング（Photon Counting）方式の検出器が該当する。また、図６に示すように、ＰＥＴスキャナ２００は、回転面に隙間部分２０１を有する。図６に示す例では、複数ある検出器２１０の間およびカバー２０２に隙間部分２０１を有する。
【００３０】
図７は、第１の実施形態における検出器の構造の一例を示す図である。図７において、２１１はシンチレータを示し、２１２はライトガイドを示し、２１３は光電子増倍管（ＰＭＴ：Photo Multiplier Tube）を示す。
【００３１】
図７に示すように、ガンマ線に由来する光を計数する検出器２１０は、シンチレータ２１１と、ライトガイド２１２と、光電子増倍管２１３とを有する。シンチレータ２１１は、被検体４０２から放出されて検出器２１０に入射されたガンマ線を可視光に変換し、可視光を出力する。シンチレータ２１１は、例えば、ガンマ線を可視光に変換するＮａＩやＢＧＯなどで形成される。また、シンチレータ２１１は、図７に示すように、２次元に配列される。シンチレータ２１１により出力された可視光を「シンチレーション光」とも称する。ライトガイド２１２は、シンチレータ２１１から出力された可視光を光電子増倍管２１３に伝達する。ライトガイド２１２は、例えば、光透過性に優れたプラスチック素材などで形成される。光電子増倍管２１３は、シンチレータ２１１によって出力された可視光をライトガイド２１２を介して受信し、受信した可視光を電気信号に変換する。光電子増倍管２１３は、複数個配置される。
【００３２】
光電子増倍管２１３について更に説明する。光電子増倍管２１３は、シンチレーション光を受信して光電子を発生させる光電陰極と、光電陰極により発生された光電子を加速する電場を与える多段のダイノードと、電子の流れ出し口である陽極とを有する。光電効果により光電陰極から放出された電子は、ダイノードに向かって加速されてダイノードの表面に衝突し、複数の電子をたたき出す。ダイノードの表面にて複数の電子がたたき出される現象が多段のダイノードに渡って繰り返されることで、電子数がなだれ的に増える。
【００３３】
例えば、陽極は、シンチレーション光を１つ受信した場合に、約１００万もの電子を出力する。シンチレーション光を１つ受信した場合に陽極から得られる電子の数を「光電子増倍管の利得率」とも称する。この場合、光電子増倍管２１３の利得率は「１００万倍」となる。なお、電子数をなだれ的に増やす際には、ダイノードと陽極との間には、通常、１０００ボルト以上の電圧が印加される。
【００３４】
このように、検出器２１０では、シンチレータ２１１がガンマ線を可視光に変換し、光電子増倍管２１３が可視光を電気信号に変換することで、被検体４０２から放出されたガンマ線を検出する。
【００３５】
上述したように、ＰＥＴスキャナ２００は、検出器２１０がガンマ線を検出するごとに、検出位置とエネルギー値と検出時刻とを収集する。ここで、図８を用いて、複数の隣接する検出器２１０が同時にガンマ線を検出した場合における検出位置とエネルギー値とを計算する処理の一例について簡単に説明する。図８は、実施例１におけるアンガー型の検出器により検出される情報を示す図である。
【００３６】
例えば、ＰＥＴスキャナ２００は、アンガー型位置計算処理を行うことで、検出位置を確定する。また、例えば、ＰＥＴスキャナ２００は、光電子増倍管２１３が位置検出型の光電子増倍管である場合には、位置検出型の光電子増倍管２１３を用いて検出位置を収集する。図８の（１）に示すように、３つの光電子増倍管２１３が、同じタイミングにてシンチレーション光を電気信号に変換して出力した場合を用いて説明する。この場合、ＰＥＴスキャナ２００は、同時に電気信号を出力した光電子増倍管２１３の位置を取得し、同時に電気信号を出力した光電子増倍管２１３から出力された電気信号のエネルギー値各々を取得する。そして、ＰＥＴスキャナ２００は、取得したエネルギー値から重心の位置を算出し、算出した重心の位置に対応するシンチレータ２１１を特定する。また、ＰＥＴスキャナ２００は、同じタイミングにてシンチレーション光を電気信号に変換して出力した各光電子増倍管２１３が出力した電気信号のエネルギー値を積分し、積分結果となるエネルギー値を検出器２１０に入射したガンマ線のエネルギー値とする。
【００３７】
図８の（２）に示すように、検出器２１０がガンマ線を検出するごとに、ＰＥＴスキャナ２００は、シンチレータ２１１を一意に識別する「シンチレータ番号」と、「エネルギー値」と、「検出時刻」とを収集する。図８の（２）に示す例では、「シンチレータ番号」「エネルギー値」「検出時刻」に加えて、更に、複数ある検出器２１０を一意に特定する情報である「モジュールＩＤ」を出力する場合を示した。
【００３８】
検出器２１０は、例えば、１０−１０秒〜１０−１２秒の精度にて検出時刻を収集する。
【００３９】
ここで、第１の実施形態におけるＰＥＴ−ＣＴ装置１００がＰＥＴ画像とＸ線ＣＴ画像とを再構成する場合における処理の流れについて簡単に説明する。ＰＥＴ−ＣＴ装置１００は、ＰＥＴスキャナ２００とＸ線ＣＴスキャナ３００とが、図１や図５において左から右に移動したり、天板４０１や寝台４００が右から左に移動したりすることで、Ｘ線ＣＴスキャナ３００がＸ線投影データを収集し、その後、ＰＥＴスキャナ２００が計数情報を収集する。その後、コンソール装置５００が、収集した情報に基づいてＰＥＴ画像とＸ線ＣＴ画像とを再構成する。ただし、これに限定されるものではなく、ＰＥＴスキャナ２００とＸ線ＣＴスキャナ３００とが図１や図５において右から左に移動しても良い。
【００４０】
図９は、第１の実施形態におけるコンソール装置の構成の一例を示すブロック図である。コンソール装置５００は、Ｘ線ＣＴスキャナ３００により収集された情報によりＸ線ＣＴ画像を再構成する。また、コンソール装置５００は、ＰＥＴスキャナ２００により収集された計数情報を用いて同時計数情報を生成し、生成した同時計数情報に基づいてＰＥＴ画像を再構成する。以下では、コンソール装置５００によるＰＥＴ画像を再構成する処理やＸ線ＣＴ画像を再構成する処理については、任意の手法を用いて実行して良く、説明を簡潔に行う。
【００４１】
図９に示す例では、説明の便宜上、コンソール装置５００に加えて、ＰＥＴスキャナ２００とＸ線ＣＴスキャナ３００と放射線照射装置６００とを併せて示した。図９に示す例では、コンソール装置５００は、入出力部５１０と、制御部５４０とを有する。また、図９に示す例では、コンソール装置５００は、Ｘ線ＣＴ画像を再構成するために、Ｘ線投影データ記憶部５３０と、Ｘ線ＣＴ画像再構成部５３１とを有する。また、また、図９に示す例では、コンソール装置５００は、ＰＥＴ画像を再構成するために、計数情報収集部５２０と、計数情報記憶部５２１と、同時計数情報生成部５２２と、位置情報記憶部５２３と、同時計数情報記憶部５２４と、ＰＥＴ画像再構成部５２５とを有する。なお、第１の実施形態では、１台のコンソール装置５００においてＸ線ＣＴ画像とＰＥＴ画像とが再構成される場合について説明する。しかし、第１の実施形態は、Ｘ線ＣＴ画像の再構成とＰＥＴ画像の再構成とが別々のコンソール装置において行なわれる場合であっても適用可能である。
【００４２】
入出力部５１０は、制御部５４０と接続される。入出力部５１０は、放射線治療装置を利用する利用者から各種指示を受け付け、受け付けた各種指示を制御部５４０に送信する。また、入出力部５１０は、制御部５４０から情報を受信し、受信した情報を利用者に出力する。例えば、入出力部５１０は、キーボードやマウス、マイクなどが該当し、モニタやスピーカなどが該当する。なお、入出力部５１０によって受け付けられる情報や指示の詳細や、入出力部５１０によって出力される情報の詳細については、ここでは説明を省略し、関係する各部について説明する際に併せて説明する。
【００４３】
制御部５４０は、各種の処理手順などを規定したプログラムを記憶する内部メモリを有し、種々の処理を制御する。制御部５４０は、例えば、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）などの電子回路が該当する。制御部５４０は、放射線治療装置全体の処理を制御する。具体的には、制御部５４０は、ＰＥＴスキャナ２００およびＸ線ＣＴスキャナ３００を制御することで、ＰＥＴ−ＣＴ装置１００による撮影を制御する。また、制御部５４０は、治療計画に沿って多方向から重粒子線が連続的又は間欠的に照射されるように放射線照射装置６００を制御する。また、制御部５４０は、隙間部分２０１への重粒子線照射が可能な状態で、放射線照射装置６００と検出器２１０（カバー２０２）とを同期して回転するように制御する。
【００４４】
また、制御部５４０は、コンソール装置５００におけるＰＥＴ画像再構成処理およびＸ線ＣＴ画像再構成処理を制御する。また、制御部５４０は、ＰＥＴ画像や、Ｘ線ＣＴ画像、ＰＥＴ画像およびＸ線ＣＴ画像の重畳画像などを、入出力部５１０のモニタにて表示させる。
【００４５】
Ｘ線投影データ記憶部５３０は、Ｘ線ＣＴスキャナ３００から送信されたＸ線投影データを記憶する。Ｘ線ＣＴ画像再構成部５３１は、Ｘ線投影データ記憶部５３０が記憶するＸ線投影データを、例えば、ＦＢＰ（Filtered Back Projection）法により逆投影処理することで、Ｘ線ＣＴ画像を再構成する。
【００４６】
計数情報収集部５２０は、複数の検出器２１０が出力した計数結果から計数情報を収集して計数情報記憶部５２１に格納する。すなわち、計数情報収集部５２０は、ＰＥＴスキャナ２００にて収集された計数情報を順次受信して、受信した計数情報を計数情報記憶部５２１に格納する。なお、計数情報収集部５２０は、ＰＥＴスキャナ２００内に設置される場合であっても良い。
【００４７】
計数情報記憶部５２１は、計数情報収集部５２０により格納された計数情報を記憶する。計数情報記憶部５２１は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）やフラッシュメモリ（Flash Memory）などの半導体メモリ素子、又は、ハードディスクや光ディスクなどの記憶装置が該当する。図１０は、第１の実施形態における計数情報記憶部５２１に記憶された計数情報の一例を示す図である。
【００４８】
図１０に示す例では、計数情報記憶部５２１は、「モジュールＩＤ」に対応付けて、「シンチレータ番号」と「エネルギー値」と「検出時刻」とを記憶する。なお、「モジュールＩＤ」は、複数ある検出器２１０それぞれを一意に特定するための情報である。
【００４９】
図１０に示す例では、計数情報記憶部５２１は、モジュールＩＤ「Ｄ１」に対応付けて、シンチレータ番号「Ｐ１１」エネルギー値「Ｅ１１」検出時刻「Ｔ１１」を記憶し、シンチレータ番号「Ｐ１２」エネルギー値「Ｅ１２」検出時刻「Ｔ１２」を記憶する。すなわち、計数情報記憶部５２１は、検出器「Ｄ１」にて検出時刻「Ｔ１１」にシンチレータ「Ｐ１１」がエネルギー値「Ｅ１１」のガンマ線を検出したことを記憶し、検出器「Ｄ１」にて検出時刻「Ｔ１２」にシンチレータ「Ｐ１２」がエネルギー値「Ｅ１２」のガンマ線を検出したことを記憶する。また、計数情報記憶部５２１は、他の検出器２１０から出力された計数結果に基づく計数情報についても同様に記憶する。
【００５０】
図９に戻って、同時計数情報生成部５２２は、計数情報記憶部５２１に記憶されている計数情報のうち、検出時刻の差がタイムウィンドウにある２つ計数情報の組み合わせを、対消滅ガンマ線を略同時に計数した同時計数情報として生成する。
【００５１】
具体的には、同時計数情報生成部５２２は、操作者により指定された同時計数情報生成条件に基づいて同時計数情報を生成する。例えば、同時計数情報生成条件には、タイムウィンドウが含まれる。タイムウィンドウは、一対のガンマ線の双方を計数した場合における２つの検出時刻の差の上限を示す。
【００５２】
陽電子放出核種から同時に放出された一対のガンマ線であれば、一対のガンマ線に含まれるガンマ線各々の検出時刻は、同時であったり、同時でなくても２つの検出時刻の差が僅かになる。このことを踏まえ、同時計数情報生成部５２２は、タイムウィンドウを用いることで、誤った同時計数情報を生成するのを防止する。
【００５３】
例えば、タイムウィンドウ「１０ナノ秒」を用いて同時計数情報生成部５２２が同時計数情報を生成する場合を例に説明する。この場合、同時計数情報生成部５２２は、「モジュールＩＤ」ごとの「検出時刻（Ｔ）」を参照し、２つの検出時刻の差が「タイムウィンドウ：１０ナノ秒」以内である計数情報の組み合わせを、モジュール間で検索する。
【００５４】
ここで、検出時刻がタイムウィンドウ以内にある組み合わせを検索することを「Coincidence Finding」とも称する。また、同時計数情報生成部５２２により生成された同時計数情報のリストを「Coincidence List」とも称する。
【００５５】
なお、同時計数情報生成条件として、エネルギーウィンドウが設定される場合であってもよい。陽電子が消滅することで放出される一対のガンマ線のエネルギー値は予めわかっている。例えば、１８Ｆや１５Ｏ、１１Ｃなどでは、「５１１ｋｅＶ」のガンマ線が放出される。このため、陽電子放出核種から同時に放出されたガンマ線であれば、エネルギー値が所定の範囲に入る。このことを踏まえ、同時計数情報生成部５２２は、エネルギーウィンドウを用いることで、陽電子放出核種から放出された一対のガンマ線ではない計数情報を除外した上で同時計数情報を生成することで、誤った同時計数情報を生成するのを防止することもできる。このように、同時計数情報生成条件の設定により、偶発同時計数を除外するためのランダム補正、散乱したガンマ線の計数情報が同時計数情報として生成されることを除外するための散乱補正、検出器２１０間の感度の違いを補正するための感度補正などを行なうことができる。
【００５６】
そして、同時計数情報生成部５２２は、生成した同時計数情報を同時計数情報記憶部５２４に格納する。例えば、同時計数情報記憶部５２４は、ＲＡＭ（Random Access Memory）やフラッシュメモリ（Flash Memory）などの半導体メモリ素子、又は、ハードディスクや光ディスクなどの記憶装置が該当する。図１１は、第１の実施形態における同時計数情報記憶部に記憶された同時計数情報の一例を示す図である。
【００５７】
図１１に示すように、同時計数情報記憶部５２４は、２つの計数情報の組み合わせを記憶する。図１１では記載の便宜上、計数情報の組み合わせに含まれる２つの計数情報をそれぞれ「計数情報Ａ」と「計数情報Ｂ」と記載した。図１１に示す例では、同時計数情報記憶部５２４は、シンチレータ番号「Ｐ１１」エネルギー値「Ｅ１１」検出時刻「Ｔ１１」を含む計数情報Ａと、シンチレータ番号「Ｐ２２」エネルギー値「Ｅ２２」検出時刻「Ｔ２２」を含む計数情報Ｂとの組み合わせを記憶する。すなわち、同時計数情報記憶部５２４は、重粒子線のエネルギー放出にともない被検体４０２から放出された対消滅ガンマ線のうち一方について、検出時刻「Ｔ１１」にシンチレータ「Ｐ１１」が検出したことを記憶し、重粒子線のエネルギー放出にともない被検体４０２から放出された対消滅ガンマ線のうち他方について、検出時刻「Ｔ２２」にシンチレータ「Ｐ２２」が検出したことを記憶する。
【００５８】
図９に戻って、ＰＥＴ画像再構成部５２５は、同時計数情報生成部５２２により生成された同時計数情報を同時計数情報記憶部５２４から読み出して、読み出した同時計数情報を用いてＰＥＴ画像を再構成する。具体的には、ＰＥＴ画像再構成部５２５は、同時計数情報をガンマ線の投影データとし、ガンマ線の投影データから逐次近似法を用いることで、ＰＥＴ画像を再構成する。なお、逐次近似法としては、ＭＬＥＭ（Maximum Likelihood Expectation Maximization）法や、ＭＬＥＭ法のアルゴリズムを改良することで大幅に収束時間を短縮したＯＳＥＭ（Ordered Subset MLEM）法がある。
【００５９】
しかし、第１の実施形態においては、検出器２１０が、重粒子線の照射とともに回転している。そこで、第１の実施形態におけるＰＥＴ画像再構成部５２５は、制御部５４０による回転制御が実行された状態で、放射線照射装置６００から照射された重粒子線のエネルギー放出にともない放出された対消滅ガンマ線を略同時に計数した検出器２１０の計数時における位置情報に基づいて、ＰＥＴ画像を再構成する。
【００６０】
すなわち、ＰＥＴ画像再構成部５２５は、同時計数情報におけるシンチレータ番号が、実際の計数時における位置に修正された情報を用いてＰＥＴ画像を再構成する。
【００６１】
かかる処理の一例について、以下、説明する。例えば、同時計数情報生成部５２２は、図９に示す位置情報記憶部５２３を用いて同時計数情報の修正を行なう。図１２は、第１の実施形態における位置情報記憶部により記憶される位置情報の一例を示す図である。
【００６２】
位置情報記憶部５２３は、検出器２１０の位置を示す位置情報を、時刻を示す時刻情報に対応付けて記憶する。図１２に示す例では、位置情報記憶部５２３は、シンチレータ番号に対応付けて、時刻情報と位置情報とを記憶する。例えば、位置情報記憶部５２３は、シンチレータ番号「Ｐ１１」に対応付けて、時刻情報「Ｔ１１」と位置情報「５、４、１０」とを記憶する。なお、位置情報「５、４、１０」に含まれる数字各々は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸上における座標を示す。すなわち、位置情報記憶部５２３は、シンチレータ「Ｐ１１」が、時刻「Ｔ１１」に位置情報「５、４、１０」にあったことを記憶する。また、同様に、位置情報記憶部５２３は、他の時刻についての位置情報を記憶し、他のシンチレータ２１１についても同様に時刻情報と位置情報とを記憶する。
【００６３】
なお、図１２に示す例では、位置情報記憶部５２３が、シンチレータ番号に対応付けて時刻情報と位置情報とを記憶する場合を示したが、第１の実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、位置情報記憶部５２３は、検出器２１０を識別する識別情報に対応付けて位置情報と時刻情報とを記憶しても良く、被検体４０２のいる空間座標における検出位置を特定できれば任意の情報に対応付けて位置情報と時刻情報とを記憶して良い。また、図１２に示す例では、位置情報として、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸上における座標を用いる場合を示したが、第１の実施形態はこれに限定されるものではなく、任意の情報を用いて良い。
【００６４】
位置情報記憶部５２３に記憶される位置情報は、例えば、治療計画に沿って放射線照射装置６００および検出器２１０の回転制御を行なう制御部５４０により提供される。例えば、制御部５４０は、検出器２１０の初期位置および回転速度に基づいて、図１２に示す一例のような位置情報を生成して、生成した位置情報を位置情報記憶部５２３に格納する。
【００６５】
そして、同時計数情報生成部５２２は、位置情報記憶部５２３が記憶する位置情報を用いて、生成した同時計数情報のシンチレータ番号を、計数時の位置（座標）に修正して、同時計数情報記憶部５２４に格納する。そして、ＰＥＴ画像再構成部５２５は、位置情報が修正された同時計数情報を同時計数情報記憶部５２４から読み出して、ＰＥＴ画像を再構成する。なお、ＰＥＴ画像再構成部５２５により再構成されたＰＥＴ画像は、制御部５４０の制御により、入出力部５１０のモニタに表示される。
【００６６】
［放射線治療装置によるＰＥＴ画像の再構成処理］
図１３を用いて、第１の実施形態における放射線治療装置によるＰＥＴ画像撮影処理の流れの一例を示す。図１３は、第１の実施形態における放射線治療装置によるＰＥＴ画像撮影処理の流れの一例を示すフローチャートである。なお、ＰＥＴ−ＣＴ装置１００は、以下に説明する一連の処理に先だって、Ｘ線ＣＴ画を撮影する。また、ＰＥＴ画像の撮影時には、上述したように、制御部５４０は、隙間部分２０１への重粒子線照射が可能な状態で、放射線照射装置６００と検出器２１０とを同期して回転するように制御する。なお、制御部５４０は、放射線照射装置６００の回転中に、隙間部分２０１への重粒子線の照射方向を、治療計画に沿って任意に変更することができる（図４を参照）。
【００６７】
図１３に示すように、放射線治療装置を構成するＰＥＴ−ＣＴ装置１００では、撮影要求を利用者から受け付けると（ステップＳ１０１肯定）、制御部５４０がＰＥＴスキャナ２００を動作させ、ＰＥＴスキャナ２００が計数情報を収集する（ステップＳ１０２）。すなわち、ＰＥＴスキャナ２００は、ガンマ線を検出するごとに、検出位置とエネルギー値と検出時刻とを収集する。
【００６８】
そして、計数情報収集部５２０は、ＰＥＴスキャナ２００により収集された計数情報を受信して計数情報記憶部５２１に格納する（ステップＳ１０３）。そして、同時計数情報生成部５２２は、計数情報記憶部５２１に格納された計数情報から同時計数情報を生成し、さらに、位置情報記憶部５２３が記憶する位置情報に基づいてシンチレータ番号を修正した同時計数情報を生成する（ステップＳ１０４）。
【００６９】
そして、ＰＥＴ画像再構成部５２５は、修正済みの同時計数情報を用いてＰＥＴ画像を再構成し（ステップＳ１０５）、処理を終了する。
【００７０】
［第１の実施形態の効果］
上述したように、第１の実施形態によれば、放射線照射装置６００は、治療用放射線として重粒子線を照射する。検出器２１０は、ガンマ線に由来する光を計数し、被検体４０２の体軸を軸とする回転面に放射線照射装置６００により照射された重粒子線を通過させる隙間部分２０１が設けられる。制御部５４０は、隙間部分２０１への重粒子線照射が可能な状態で、放射線照射装置６００と検出器２１０とを同期して回転するように制御する。ＰＥＴ画像再構成部５２５は、制御部５４０による回転制御が実行された状態で、放射線照射装置６００から照射された重粒子線のエネルギー放出にともない放出された対消滅ガンマ線を略同時に計数した検出器２１０の計数時における位置情報に基づいて、ＰＥＴ画像を再構成する。
【００７１】
すなわち、第１の実施形態では、重粒子線の経路が描出されたＰＥＴ画像を撮影する際でも、任意の方向から重粒子線を照射することができる。また、第１の実施形態では、被検体を軸とする円周の全方向にて同時計数ができる。すなわち、第１の実施形態では、ＰＥＴ画像の画質を均一にすることができる。したがって、第１の実施形態では、重粒子線の照射角度の自由度を確保したうえで、重粒子線が照射された部位を精度よく確認することが可能となる。
【００７２】
また、第１の実施形態によれば、ＰＥＴスキャナ２００は、回転面の対向する位置に複数の隙間部分２０１を有する。すなわち、第１の実施形態では、仮に重粒子線が体内で止まらずに、検出器２１０により検出されることを防止できる。その結果、第１の実施形態では、ＰＥＴ画像にノイズが発生することを防止でき、重粒子線が照射された部位を確実に確認することが可能となる。
【００７３】
（第２の実施形態）
さて、上述した第１の実施形態以外にも、その他の実施形態にて実施されても良い。そこで、以下では、その他の実施形態を示す。
【００７４】
［修正処理］
上述した第１の実施形態では、同時計数情報を一旦生成したのちに、位置情報を用いてシンチレータ番号の修正処理が行なわれる場合について説明した。しかし、実施形態は、ＰＥＴ画像の再構成に用いられる同時計数情報におけるガンマ線の検出位置が、計数時の検出器２１０の位置を反映したものであれば良い。例えば、計数情報収集部５２０が計数情報のシンチレータ番号を、計数時の座標に修正する場合であってもよい。また、ＰＥＴスキャナ２００において、計数情報のシンチレータ番号を、計数時の座標に修正する場合であってもよい。
【００７５】
また、位置情報の修正処理は、上述したテーブルを参照して実行される場合であっても良いが、回転速度の情報を用いて検出時刻から検出位置（計数時における位置）を算出して行なわれる場合であってもよい。
【００７６】
［隙間部分］
また、例えば、上述した第１の実施形態では、ＰＥＴスキャナ２００に長方形状の隙間部分２０１が２つ設けられた場合について説明したが、実施形態はこれに限定されるものではなく、任意の形状であって良く、任意の数であっても良い。例えば、図１４に示すように、隙間部分２０１の形状は円や楕円であっても良く、任意の形状であって良い。また、図１５に示すように、隙間部分２０１の数は３つ以上であっても良く、任意の数であって良い。また、隙間部分２０１は１つであっても良い。なお、図１５には、隙間部分２０１が４つある場合を示した。図１４と図１５とは、隙間部分の一例について示す図である。
【００７７】
［ＰＥＴスキャナ］
また、例えば、上述した第１の実施形態では、ＰＥＴスキャナ２００にて、検出器２１０がリング状に配置された場合について説明したが、実施形態はこれに限定されるものではない。放射線照射装置６００と同期して回転可能であるならば、例えば、図１６に示すように、検出器２１０が平板上に配列されても良く、任意の形状であって良い。図１６は、ＰＥＴスキャナの一例を示す図である。図１６は、Ｚ軸方向に見たＰＥＴスキャナ２００の断面図である。
【００７８】
［計数情報］
また、例えば、上述した第１の実施形態では、コンソール装置５００がＰＥＴスキャナ２００から計数情報を受信して用いる場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、コンソール装置５００は、ＰＥＴスキャナ２００から検出器２１０による検出結果そのものを受信しても良い。この場合、コンソール装置５００は、光電子増倍管２１３から出力される波形データそのものを受信し、受信した波形データから計数情報を生成する。
【００７９】
［同時計数情報］
また、例えば、上述した第１の実施形態では、コンソール装置５００がＰＥＴスキャナ２００から計数情報を受信して同時計数情報を生成する場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、ＰＥＴスキャナ２００は、計数情報から同時計数情報を生成し、生成した同時計数情報をコンソール装置５００に送信しても良い。
【００８０】
［システム構成］
また、第１の実施形態において説明した各処理のうち、自動的に行われるものとして説明した処理の全部又は一部を手動的に行うこともでき、あるいは、手動的に行われるものとして説明した処理の全部又は一部を公知の方法で自動的に行うこともできる。この他、上述文書中や図面中で示した処理手順、制御手順、具体的名称、各種のデータやパラメータを含む情報については（図１〜図１６）、特記する場合を除いて任意に変更することができる。
【００８１】
また、図示した各装置の各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。すなわち、各装置の分散・統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部又は一部を、各種の負荷や使用状況などに応じて、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。
【００８２】
［その他］
なお、第１の実施形態で説明した放射線治療装置が実行する制御方法は、あらかじめ用意された制御プログラムをパーソナルコンピュータやワークステーションなどのコンピュータで実行することによって実現することができる。また、制御プログラムは、ハードディスク、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤなどのコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録され、コンピュータによって記録媒体から読み出されることによって実行することもできる。
【００８３】
［実施例の効果］
上述したように、第１の実施形態や第２の実施形態によれば、重粒子線の照射角度の自由度を確保したうえで、重粒子線が照射された部位を精度よく確認することが可能となる。
【００８４】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００８５】
１００ ＰＥＴ−ＣＴ装置
２００ ＰＥＴスキャナ
２０１ 隙間部分
２０２ カバー
２１０ 検出器
２１１ シンチレータ
２１２ ライトガイド
２１３ 光電子増倍管
３００ Ｘ線ＣＴスキャナ
３０１ Ｘ線管
３０２ Ｘ線検出器
５００ コンソール装置
５１０ 入出力部
５２０ 計数情報収集部
５２１ 計数情報記憶部
５２２ 同時計数情報生成部
５２３ 位置情報記憶部
５２４ 同時計数情報記憶部
５２５ ＰＥＴ画像再構成部
５３０ Ｘ線投影データ記憶部
５３１ Ｘ線ＣＴ画像再構成部
５４０ 制御部
６００ 放射線照射装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
治療用放射線として重粒子線を照射する照射部と、
ガンマ線に由来する光を計数し、被検体の体軸を軸とする回転面に前記照射部により照射された重粒子線を通過させる隙間部分が設けられた検出器と、
前記隙間部分への重粒子線照射が可能な状態で、前記照射部と前記検出器とを同期して回転するように制御する制御部と、
前記制御部による回転制御が実行された状態で、前記照射部から照射された重粒子線のエネルギー放出にともない放出された対消滅ガンマ線を略同時に計数した前記検出器の計数時における位置情報に基づいて、核医学画像を再構成する画像再構成部と
を備えたことを特徴とする放射線治療装置。
【請求項２】
前記検出器は、前記回転面の対向する位置に複数の隙間部分を有することを特徴とする請求項１に記載の放射線治療装置。
【請求項３】
治療用放射線として重粒子線を照射する照射部と、ガンマ線に由来する光を計数し、被検体の体軸を軸とする回転面に前記照射部により照射された重粒子線を通過させる隙間部分が設けられた検出器とを、前記隙間部分への重粒子線照射が可能な状態で、同期して回転するように制御する制御ステップと、
前記制御ステップによる回転制御が実行された状態で、前記照射部から照射された重粒子線のエネルギー放出にともない放出された対消滅ガンマ線を略同時に計数した前記検出器の計数時における位置情報に基づいて、核医学画像を再構成する画像再構成ステップと、
を含んだことを特徴とする制御方法。
【請求項４】
治療用放射線として重粒子線を照射する照射部と、ガンマ線に由来する光を計数し、被検体の体軸を軸とする回転面に前記照射部により照射された重粒子線を通過させる隙間部分が設けられた検出器とを、前記隙間部分への重粒子線照射が可能な状態で、同期して回転するように制御する制御手順と、
前記制御手順による回転制御が実行された状態で、前記照射部から照射された重粒子線のエネルギー放出にともない放出された対消滅ガンマ線を略同時に計数した前記検出器の計数時における位置情報に基づいて、核医学画像を再構成する画像再構成ステップと、
をコンピュータに実行させることを特徴とする制御プログラム。
【請求項１】
治療用放射線として重粒子線を照射する照射部と、
ガンマ線に由来する光を計数し、被検体の体軸を軸とする回転面に前記照射部により照射された重粒子線を通過させる隙間部分が設けられた検出器と、
前記隙間部分への重粒子線照射が可能な状態で、前記照射部と前記検出器とを同期して回転するように制御する制御部と、
前記制御部による回転制御が実行された状態で、前記照射部から照射された重粒子線のエネルギー放出にともない放出された対消滅ガンマ線を略同時に計数した前記検出器の計数時における位置情報に基づいて、核医学画像を再構成する画像再構成部と
を備えたことを特徴とする放射線治療装置。
【請求項２】
前記検出器は、前記回転面の対向する位置に複数の隙間部分を有することを特徴とする請求項１に記載の放射線治療装置。
【請求項３】
治療用放射線として重粒子線を照射する照射部と、ガンマ線に由来する光を計数し、被検体の体軸を軸とする回転面に前記照射部により照射された重粒子線を通過させる隙間部分が設けられた検出器とを、前記隙間部分への重粒子線照射が可能な状態で、同期して回転するように制御する制御ステップと、
前記制御ステップによる回転制御が実行された状態で、前記照射部から照射された重粒子線のエネルギー放出にともない放出された対消滅ガンマ線を略同時に計数した前記検出器の計数時における位置情報に基づいて、核医学画像を再構成する画像再構成ステップと、
を含んだことを特徴とする制御方法。
【請求項４】
治療用放射線として重粒子線を照射する照射部と、ガンマ線に由来する光を計数し、被検体の体軸を軸とする回転面に前記照射部により照射された重粒子線を通過させる隙間部分が設けられた検出器とを、前記隙間部分への重粒子線照射が可能な状態で、同期して回転するように制御する制御手順と、
前記制御手順による回転制御が実行された状態で、前記照射部から照射された重粒子線のエネルギー放出にともない放出された対消滅ガンマ線を略同時に計数した前記検出器の計数時における位置情報に基づいて、核医学画像を再構成する画像再構成ステップと、
をコンピュータに実行させることを特徴とする制御プログラム。
【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】
【公開番号】特開２０１２−４５２９１（Ｐ２０１２−４５２９１Ａ）
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１９２２８４（Ｐ２０１０−１９２２８４）
【出願日】平成２２年８月３０日（２０１０．８．３０）
【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２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月３０日（２０１０．８．３０）
【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）】
[ Back to top ]