病巣組織リアルタイム位置同定装置およびこれを用いたＸ線治療装置
【課題】Ｘ線治療装置を小形化および高速化するために、治療対象の病巣組織の動きに追従して、その位置をリアルタイムに同定できる小形の位置同定装置が必要であった。病巣組織の近傍に埋め込まれる低侵襲性でＸ線撮像に適したマーカも必要であった。これらを使って、高速で高精度なＸ線治療方法を提供する。
【解決手段】本発明による病巣組織リアルタイム位置同定装置は、１または２以上のＸ線源が平面または円弧状曲面に配置され、前記Ｘ線源に対向して配置されたＸ線センサを備え、患者が仰臥するカウチに取り付けられるか６軸又は７軸ロボットのヘッドに取り付けられる。前記Ｘ線源はマイクロフォーカスＸ線源であって、フラットパネルセンサなどと組み合わせて高速のＸ線撮像ができる。病巣組織の近傍に埋め込まれるマーカは形状記憶合金製または超弾性合金製であって、患者に低侵襲性である。これらを使って、リアルタイムに高精度なＸ線治療を実現する。
【解決手段】本発明による病巣組織リアルタイム位置同定装置は、１または２以上のＸ線源が平面または円弧状曲面に配置され、前記Ｘ線源に対向して配置されたＸ線センサを備え、患者が仰臥するカウチに取り付けられるか６軸又は７軸ロボットのヘッドに取り付けられる。前記Ｘ線源はマイクロフォーカスＸ線源であって、フラットパネルセンサなどと組み合わせて高速のＸ線撮像ができる。病巣組織の近傍に埋め込まれるマーカは形状記憶合金製または超弾性合金製であって、患者に低侵襲性である。これらを使って、リアルタイムに高精度なＸ線治療を実現する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線治療において病巣組織または病巣組織の近傍に埋め込まれたマーカの位置を同定する位置同定装置とこれを用いたＸ線治療方法に関する。さらに詳しく言えば、病巣組織の位置同定または特殊なマーカを使用してマーカの位置同定をリアルタイムに行うことができる位置同定装置と、この位置同定装置の位置同定結果に基づいてＸ線治療を行うＸ線治療方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線治療において、治療用Ｘ線の照射が病巣組織に集中し、健全な組織に照射されることを避けるためには、治療対象の病巣組織またはその近傍に埋め込まれたマーカの位置を正確に同定する必要がある。しかし、治療対象の病巣組織は、患者の呼吸等により移動するため、その位置同定には動体追跡手段を必要とする。この動体追跡手段に関連して種々の提案が行われている。
【０００３】
特許文献１記載の動体追跡照射装置は、腫瘍近傍に埋め込まれたＡｕなどの球形腫瘍マーカを第１の方向から撮像する第１のＸ線透視装置と、腫瘍マーカを第２の方向から第１のＸ線透視装置と同時に撮像する第２のＸ線透視装置を備え、これらのＸ線透視装置によって取得した画像データをコンピュータによって画像データ処理と演算処理を行い、腫瘍マーカの３次元座標データを作成する。この動体追跡照射装置において、Ｘ線透視装置のＸ線管は治療室床下に設置され、画像センサ部のイメージインテンシファイアは治療室の天井に設置される。得られた腫瘍マーカの３次元座標が予め与えられた範囲内にある時のみ治療用Ｘ線が照射される。特許文献１記載の発明によれば、同定された腫瘍マーカの３次元座標が許容範囲内にあるときのみ治療用Ｘ線を照射するので、総合的な治療時間の短縮には限界がある。さらに、装置が大形であり、多くの医療施設に普及させるためには障害となる。また、腫瘍マーカの径は、１ｍｍ乃至２ｍｍあり、これを腫瘍近傍に埋め込むためには切開手術が必要であり、患者への負担が大きい。
【０００４】
特許文献２記載のＸ線ＣＴ装置は、ガントリーの回転機構を取り去り、被検体の周りに多数の小形Ｘ線管と、被検体を透過したＸ線を検出する多数のＸ線センサを備える。この発明によれば、被検体の周りの小形Ｘ線管とＸ線センサを同時的に動作させて、瞬時に画像データを獲得することができる。このため、臓器の動きよりも高速に撮像するため、心臓の動きなど臓器の連続撮影が可能である。特許文献２記載の発明によれば、多数のＸ線管による照射とそれに対応したＸ線センサによる検出を同時的に行うため、Ｘ線管に対応するＸ線センサを必要とし、さらに取得した画像データの量が多いため処理に時間を要する。したがって、臓器の画像の再構成のほか、その３次元位置を同定するまで時間がかかるので、Ｘ線治療装置の位置同定装置として使用しても、リアルタイムにＸ線治療を実施することは難しい。さらに、装置も大形となる。
【０００５】
図９に、従来のＸ線ＣＴ装置の構成図を示す。特許文献３記載の回転機構のない連続処理型Ｘ線ＣＴ装置は、図９に示すように、多数の高速スイッチング型微小Ｘ線源１０１と、半導体Ｘ線検出器アレイ１０４との組み合わせにより、回転機構をなくし、Ｘ線ＣＴ装置の小形化が可能となる。また、Ｘ線の発生順が任意に設定できるので、特定部位や特定角度において細かく撮像し、他の部位や角度においては粗くスキャンすることにより高速化を図ることもできる。特許文献３記載の発明によれば、複数のＸ線源は、選択的に順次照射するが、各々に対応したＸ線検出器アレイを必要とする。さらに、Ｘ線源とＸ線検出器アレイは、患者を囲むように環状に配置されるため、構造が大形になる。
【０００６】
特許文献４記載の患者モニタは、立体視カメラでカウチに仰臥する患者を撮影し、そのビデオ画像をコンピュータで画像処理して、患者の動きと呼吸のモデルを生成する。その後、治療中の患者の動きおよび呼吸がモニタリングされ、先に生成されたモデルと比較され、異常な動きおよび呼吸を検出したら、治療装置に対して中断するなどの処置がされる。特許文献４記載の発明によれば、患者の動きや異常な呼吸の検出は、体表面上の観測データによって行われるが、実際の病巣組織の動きを表すものではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３０５３３８９号公報
【特許文献２】特許第４００２９８４号公報
【特許文献３】特開２００７−２６７９８０号公報
【特許文献４】特表２０１０−５０２２４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
正確なＸ線治療を実施するためには、事前に策定された治療計画データに沿って、治療用Ｘ線が病巣組織のみに照射されるように病巣組織の形状、位置を正確に把握する必要がある。しかし、病巣組織は、患者の呼吸などにより絶えず移動しているため、動体追跡を行い、適当なタイミングを狙ってＸ線を照射するか、または病巣組織の動きにリアルタイムに追従できるような高速の位置同定とＸ線照射を実施する必要がある。病巣組織の位置同定装置として、特許文献１乃至特許文献４に開示されている従来技術は、装置自体が大形であって、多くの医療施設に普及させるためには、装置の小形化と低コスト化が必要である。また、特許文献４に開示されている発明のように、患者の動きや呼吸動作を体表面についてモニタリングしても、実際に治療する病巣組織の動きとの間には誤差が発生する。そこで、病巣組織の近傍に埋め込まれたマーカや病巣組織の位置を直接、高速に同定する必要がある。さらに、マーカや病巣組織の正確な形状と位置の同定には、画像分解能を向上させる必要がある。さらにまた、特許文献１に開示されているように、従来のマーカは直径が１〜２ｍｍの球形マーカであって、これを病巣組織近傍へ埋め込むためには、切開手術などの処置が必要で、患者への負担が大きい。マーカを埋め込む場合でも、患者に対して侵襲性の低い方法が望まれる。そこで、低侵襲性のマーカを使用するか、またはマーカを使用せずに病巣組織の位置を直接検出してその動きを追跡でき、しかも従来のＣＴ装置のような大形装置を使用せずに、リアルタイムに病巣組織の位置同定ができる小形の装置が望まれる。
【０００９】
本発明の目的は、Ｘ線治療において、病巣組織の位置同定をリアルタイムにしかも高精度に行うことができる小形の病巣組織位置同定装置を提供することであり、他の目的は、前記位置同定に基づいて、高速で、正確なＸ線治療を行うＸ線治療方法を提供することである。さらに具体的な目的は、前記病巣組織位置同定装置において患者の負担を軽減することができる低侵襲性のマーカを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成するために、本発明による請求項１記載の病巣組織リアルタイム位置同定装置は、Ｘ線源と前記Ｘ線源に対向して配置されたＸ線センサを備え、カウチに仰臥する患者の病巣組織近傍に埋め込まれたマーカまたは病巣組織に向けて前記Ｘ線源よりＸ線を照射し、照射されたＸ線を前記Ｘ線センサによって検出してマーカまたは病巣組織の位置を同定する装置において、１または２以上のＸ線源が、平面または円弧状曲面に配置されたＸ線源群と、前記Ｘ線源群に対向して１または２以上で構成された平面または円弧状曲面形状のＸ線センサが配置され、患者の病巣組織近傍に埋め込まれるマーカと、前記Ｘ線源群の照射タイミングを制御するＸ線源制御装置と、前記Ｘ線センサの位置、角度等を制御するＸ線センサ制御装置と、前記Ｘ線センサの出力データを画像処理して再構成画像を作成する画像処理装置と、前記Ｘ線源制御装置、前記Ｘ線センサ制御装置および前記画像処理装置を制御する中央処理装置と、前記マーカまたは病巣組織の撮像画像を表示する画像表示装置とを備え、前記Ｘ線源群および前記Ｘ線センサは、前記カウチに取り付けられ、前記Ｘ線源制御装置および前記Ｘ線センサ制御装置からの信号によって、各々その位置および姿勢を制御することができ、前記Ｘ線源群のＸ線源は、前記Ｘ線源制御装置の信号に従って逐次１台ずつ照射し、前記Ｘ線センサおよび前記画像処理装置は、前記Ｘ線源より照射されたＸ線を逐次検出して、リアルタイムに前記マーカまたは病巣組織の３次元の位置を同定することを特徴とする病巣組織リアルタイム位置同定装置である。
【００１１】
本発明による請求項２記載の病巣組織リアルタイム位置同定装置は、請求項１に記載の病巣組織リアルタイム位置同定装置において、前記Ｘ線源群は、１または２以上の未封入のＸ線源が、平面または円弧状曲面に配置され、全ての前記Ｘ線源が１の真空容器内に封入されたことを特徴とする病巣組織リアルタイム位置同定装置である。
【００１２】
本発明による請求項３記載の病巣組織リアルタイム位置同定装置は、請求項１に記載の病巣組織リアルタイム位置同定装置において、前記Ｘ線源は、Ｘ線ビームの焦点スポット径が１００μｍ以下のマイクロフォーカスＸ線源であることを特徴とする病巣組織リアルタイム位置同定装置である。
【００１３】
本発明による請求項４記載の病巣組織リアルタイム位置同定装置は、請求項１に記載の病巣組織リアルタイム位置同定装置において、前記Ｘ線センサおよび前記画像処理装置は、前記マーカまたは病巣組織の３次元の位置を５ｍｓ以下で同定することを特徴とする病巣組織リアルタイム位置同定装置である。
【００１４】
本発明による請求項５記載の病巣組織リアルタイム位置同定装置は、請求項１に記載の病巣組織リアルタイム位置同定装置において、前記Ｘ線源群および前記Ｘ線センサは、６軸または７軸ロボットアームに対向関係を維持して取り付けられ、前記Ｘ線源制御装置および前記Ｘ線センサ制御装置からの信号によって、各々その位置および姿勢を制御することができることを特徴とする病巣組織リアルタイム位置同定装置である。
【００１５】
本発明による請求項６記載の病巣組織リアルタイム位置同定装置は、請求項１に記載の病巣組織リアルタイム位置同定装置において、前記マーカは、形状記憶合金製または超弾性合金製であって、前記病巣組織近傍に埋め込まれることによってコイル状または有刺形状に変形することを特徴とする病巣組織リアルタイム位置同定装置である。
【００１６】
本発明による請求項７記載の病巣組織リアルタイム位置同定装置は、請求項１に記載の病巣組織リアルタイム位置同定装置において、前記Ｘ線源は少なくとも２種類の出力エネルギーを選択的に切り替えて、交互に照射することができることを特徴とする病巣組織リアルタイム位置同定装置である。
【００１７】
本発明による請求項８記載の病巣組織リアルタイム位置同定装置を用いたＸ線治療方法は、Ｘ線治療に先立って策定された治療計画に基づいて、治療用Ｘ線源で病巣組織に照射して行うＸ線治療において、１または２以上のＸ線源が、平面または円弧状曲面に配置された位置検出用Ｘ線源群と、前記位置検出用Ｘ線源群に対向して１または２以上で構成された平面または円弧状曲面形状の位置検出用Ｘ線センサが配置され、患者の病巣組織近傍に埋め込まれるマーカと、前記位置検出用Ｘ線源群の照射タイミングを制御するＸ線源制御装置と、前記位置検出用Ｘ線センサの位置、角度等を制御するＸ線センサ制御装置と、前記位置検出用Ｘ線センサの出力データを画像処理して再構成画像を作成する画像処理装置と、前記Ｘ線源制御装置、前記Ｘ線センサ制御装置および前記画像処理装置を制御する中央処理装置と、前記マーカまたは病巣組織の撮像画像を表示する画像表示装置とを備え、前記位置検出用Ｘ線源群のＸ線源は、前記Ｘ線源制御装置の信号に従って逐次１台ずつ照射し、前記位置検出用Ｘ線センサおよび前記画像処理装置は、前記位置検出用Ｘ線源群より照射されたＸ線を逐次検出して、リアルタイムに前記マーカまたは病巣組織の３次元の位置を同定することを特徴とする病巣組織リアルタイム位置同定装置の出力データと治療計画データとを逐次比較照合し、前記データ間に差異がある場合は、前記治療計画データに一致するように治療用Ｘ線源の照射条件を補正し、病巣組織に向けて照射し、照射された治療用Ｘ線源のＸ線を治療用Ｘ線検出センサによって検出し、検出されたデータと前記治療計画データ間に差異がある場合は、前記治療用Ｘ線源の照射条件を前記治療計画データに一致するように補正しながら前記治療用Ｘ線源を繰り返し照射することを特徴とするＸ線治療方法である。
【００１８】
本発明による請求項９記載のＸ線治療方法は、請求項８記載の病巣組織リアルタイム位置同定装置を用いたＸ線治療方法において、治療計画策定後、Ｘ線治療のためカウチ上に仰臥した患者に対して、前記病巣組織リアルタイム位置同定装置を使って前記マーカまたは病巣組織の３次元の位置を同定し、前記病巣組織リアルタイム位置同定装置の出力データと前記治療計画データとを比較照合し、前記データ間に差異がある場合は、前記カウチの位置または姿勢を補正して、前記マーカまたは病巣組織の位置および姿勢を前記治療計画データに合致させた後、Ｘ線治療を実施することを特徴とするＸ線治療方法である。
【発明の効果】
【００１９】
以上の構成の本発明によれば、Ｘ線治療において、病巣組織の位置同定をリアルタイムにしかも高精度に行うことができる小形の病巣組織位置同定装置を提供することができる。本発明による病巣組織位置同定装置をＸ線治療装置に組み込むことによって、高速、高精度でしかも小形のＸ線治療装置を構成することができ、多くの医療機関への普及が期待される。さらに、本発明による位置同定装置で用いられ病巣組織近傍に埋め込まれるマーカは、埋め込むまでは直径１０μｍ以下の線状なので、注射器のような注入器によって、患者に負担をかけることなく容易に埋め込むことができる。しかも、埋め込み後は、コイル状などの形状に変化するので組織内で移動しにくく、またＸ線撮像で明確に認識できる。さらに、本発明による病巣組織位置同定装置を使用するＸ線治療方法によれば、Ｘ線治療を開始する直前に、治療計画データの検証を行って、治療計画データ取得時からマーカや病巣組織の状態に変化がないか治療計画データの検証を行うことができるので、Ｘ線治療の精度が向上する。また、マーカや病巣組織の動きをリアルタイムに検出し、その位置を同定することができるので、Ｘ線照射のタイミングを選ぶことなく、高速にＸ線治療を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明による病巣組織リアルタイム位置同定装置の実施形態を示す構成図である。
【図２】本発明による病巣組織リアルタイム位置同定装置のＸ線源群の実施例を示す構成図である。
【図３】本発明による病巣組織リアルタイム位置同定装置のＸ線源群のその他の実施例を示す構成図である。
【図４】本発明による病巣組織リアルタイム位置同定装置で使用するマーカの説明図であり、（ａ）は形状記憶合金製のマーカ（マルテンサイト変態状態）とその注入器の概略図、（ｂ）は形状記憶合金製のマーカ（逆変態状態）の概略図、（ｃ）は超弾性合金製のマーカ（除荷状態）の概略図である。
【図５】本発明による病巣組織リアルタイム位置同定装置を６軸または７軸ロボットに搭載した他の実施形態を示す構成図である
【図６】本発明による病巣組織リアルタイム位置同定装置を使用するＸ線治療方法を説明するためのＸ線治療装置の実施例の構成図である。
【図７】本発明による病巣組織リアルタイム位置同定装置を使用するＸ線治療方法の工程フロー図である。
【図８】本発明による病巣組織リアルタイム位置同定装置を使用するＸ線治療方法を説明するためのＸ線治療装置の位置検出用Ｘ線源と治療用Ｘ線源の照射タイミングを示すタイミング図である。
【図９】従来のＸ線ＣＴ装置の構成を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳しく説明する。なお、各図中において同等または相当の機能を示す部分については同じ符号を用いている。
【００２２】
図１は、本発明による病巣組織リアルタイム位置同定装置の実施形態を示す構成図である。図２は、本発明による病巣組織リアルタイム位置同定装置のＸ線源群の実施例を示す構成図である。図３は、本発明による病巣組織リアルタイム位置同定装置のＸ線源群の他の実施例を示す構成図である。Ｘ線源群１とＸ線センサ２は、対向関係を維持して、カウチ９に取り付けられ、それぞれＸ線源制御装置５とＸ線センサ制御装置６によって、位置や姿勢を自由に制御することができる。
【００２３】
〔位置同定用Ｘ線源〕Ｘ線源２０は、電子源２１、グリッド２２、陽極２３、電子レンズ２５およびターゲット２６で構成される。電子源２１から放射された電子ビーム２４は、グリッド２２で中心軸に集束され、陽極２３によって加速され、電子レンズ２５によって、さらに集束されて、ターゲット２６に直径１００μｍ以下の微小焦点を結ぶ。ターゲット２６に衝突した電子ビーム２４によって、Ｘ線２７が発生する。Ｘ線２７は、コリメータ２８によって照射野が絞られる。Ｘ線源２０は、Ｘ線ビームの焦点スポット径が１００μｍ以下のマイクロフォーカスＸ線源とする。マイクロフォーカスＸ線源を使用することによって、画像分解能が向上し、鮮明な透視画像を得ることができる。さらに、マイクロフォーカスＸ線源を使用することで、屈折コントラスト撮像法を適用できるので、一層鮮明な画像を得ることができる。また、Ｘ線源２０の出力エネルギーを２種類に切り替えることによって、エネルギーサブトラクション法を適用することができる。これは、同一の被写体に対して２種類のエネルギー分布を有するＸ線を照射して２枚のＸ線画像を取得し、これら２枚のＸ線画像の各ピクセルを対応させて、それぞれの画像信号間で適当な重みづけ係数を乗算した後、減算を行って特定の物質の画像を表す差信号を生成する方法である。この方法を使用することによって、マーカや病巣組織を一層鮮明に画像化することができる。２種類のエネルギー分布をもったＸ線は、Ｘ線源の陰極−陽極間の電圧を制御して発生させる。以上説明したような撮像技術を使うことによって、病巣組織自体をＸ線撮像することができる。
【００２４】
図２（ａ）は、スチール、セラミックまたはガラス製の真空容器２９に封入されたＸ線源２０を平面状に並べて配置した実施例であり、図２（ｂ）は、真空容器２９に封入されたＸ線源２０を円弧状に並べて配置した実施例である。図２に示すＸ線源２０は、単体で真空容器２９に封入されている。
一方、図３（ａ）および（ｂ）に示すＸ線源群１はひとつの真空容器２９内に複数のＸ線源２０を封入したものである。複数のＸ線源２０は、スチール、セラミックまたはガラス製の真空容器２９内に位置決め固定される。
図２に示すＸ線源群１は、Ｘ線源２０が単体で真空容器に封入されているので、Ｘ線源２０の台数の変更、取り換えなど取扱いが容易である。その反面、図３に示す実施例に比べて大形になり、しかも重量も重くなる。一方、図３に示すＸ線源群１は、図２に示すＸ線源群１に比べて、小形、軽量に構成することができる。その反面、Ｘ線源２０の台数変更や取り換えは容易ではないので、用途に応じたＸ線源群１を準備する必要がある。
【００２５】
〔位置同定用Ｘ線センサ〕図１において、Ｘ線センサ２は、フラットパネルセンサが好適に利用できる。フラットパネルセンサは、高速動作、高分解能な製品で市販され、普及している。また、フォトンセンサを使用すれば、さらに高速、高精度を実現することができる。本発明による病巣組織リアルタイム位置同定装置の目的は、病巣組織またはマーカの位置を同定することなので、フラットパネルセンサの全画素をスキャンする必要はなく、スキャン画素を間引くことによって、本発明による病巣組織リアルタイム位置同定装置が必要とするフレームレートを確保することは可能である。Ｘ線センサ２は、単体でも２台以上配置してもよい。Ｘ線センサ２で検出されたマーカまたは病巣組織の２方向以上からの投影データは、画像処理装置７へ送出される。画像処理装置７は、ＤＬＴ（Direct Linear Transformation）法などを用いて、マーカまたは病巣組織の２次元座標から３次元座標を求める。さらに、投影データを再構成して、３次元画像に変換する。施術者は、マーカまたは病巣組織の３次元画像を画像表示装置８によって確認しながらＸ線治療を行うことができる。
【００２６】
〔中央処理装置等〕中央処理装置４、Ｘ線源制御装置５、Ｘ線センサ制御装置６および画像処理装置７は、カウチ９を支える台座に収めることが好ましい。これによって、病巣組織リアルタイム位置同定装置を一層小形化することができる。
【００２７】
図４は、本発明による病巣組織リアルタイム位置同定装置と共に使用し、病巣組織近傍に埋め込むマーカの外形図である。病巣組織の近傍に埋めるマーカは、従来、人体に悪影響がなく、Ｘ線を良く吸収する重金属、例えばＡｕやＰｔ製の直径１〜２ｍｍの球形あるいは直径０．３ｍｍ以上のコイル形状であった。この種のマーカは、切開手術または専用ニードルを用いて、病巣組織の近傍に埋め込むため、患者への負担が大きかった。
【００２８】
本発明による病巣組織リアルタイム位置同定装置に使用するマーカは、Ｐｄ、Ａｕ、ＰｔおよびＴｉなど人体に無害な金属によって組成される形状記憶合金製または超弾性合金製であって、体内に埋め込む前は、図４（ａ）に示すように直径数μｍの線材３１である。これは、コイル状形状に記憶処理されたマーカをマルテンサイト変態温度以下で引き伸ばし線状化したものである。この線状化したマーカが体内に埋め込まれると、体温によってマルテンサイト変態温度以上に上昇し、コイル状形状に逆変態し、図４（ｂ）に示すように、直径１０μｍ〜１００μｍ、長さ０．１ｍｍ〜１ｍｍのコイル状に変化する。本発明による装置で使用するマーカは、図４（ａ）に示すような注入器３２によって病巣組織近傍に埋め込まれる。注入器３２の先端部は、細い注射針と同様なので、患者への負担を大幅に軽減することができる。また、マーカを超弾性合金によって製造することで、体内に埋め込まれた後は、図４（ｃ）に示すように、有刺形状３４に広がり、病巣組織近傍に確実に留置される。
【００２９】
図５は、本発明による病巣組織リアルタイム位置同定装置を６軸または７軸ロボットに搭載した他の実施形態を示す構成図である。病巣組織リアルタイム位置同定装置を６軸または７軸ロボット３０に搭載することによって、同装置をカウチに取り付けた場合に比べて、多様な照射姿勢をとることができるので、マーカまたは病巣組織のより正確な位置情報および再構成画像を取得することができる。さらに、治療用Ｘ線源を搭載したロボットと一体化することで、Ｘ線治療装置を一層小形化することができる。
【００３０】
〔Ｘ線治療方法〕図６は、本発明による病巣組織リアルタイム位置同定装置を使ったＸ線治療方法を説明するためのＸ線治療装置の実施例の構成図を示す。図１の本発明による病巣組織リアルタイム位置同定装置の実施形態を示す構成図に、治療用Ｘ線源１０および治療用Ｘ線検出センサ１１が付加されている。図７は、本発明による病巣組織リアルタイム位置同定装置を使ったＸ線治療方法の工程を示すフローチャートである。図８は、本発明による病巣組織リアルタイム位置同定装置を含むＸ線治療装置における位置検出用Ｘ線源と治療用Ｘ線源の照射タイミングを示すタイミング図である。図６乃至図８を使って、本発明による病巣組織リアルタイム位置同定装置を使用するＸ線治療方法について説明する。
【００３１】
Ｘ線治療に先立って、ＣＴ、ＭＲＩなどの装置を使って、治療対象部位すなわち標的体積の決定を行い、Ｘ線治療のための照射方法、照射野、Ｘ線ビームの線質、線量分割法などを含めた適切な治療計画が策定される（ステップ４０）。一般的なＸ線治療の手順では、治療計画策定後、具体的なＸ線治療のステップへ移るが、本発明によるＸ線治療方法においては、大きく３つのステップに分かれる。図７において、第１のステップは、Ｘ線治療の直前に、本発明による病巣組織リアルタイム位置同定装置を使って、治療計画データの検証を行うステップである（ステップ５０）。この検証は、治療対象病巣組織（以下、治療対象ターゲットという）またはその近傍に埋め込まれたマーカ３の状態が治療計画策定後変化していないか確認することを目的とする。位置検出用Ｘ線源から低エネルギーのＸ線を治療対象ターゲット又はマーカに照射して（ステップ５１）、Ｘ線治療開始直前の治療対象ターゲット又はマーカの位置情報や形状情報を取得し、治療計画データと比較照合する（ステップ５２）。この検証の結果、治療計画データとＸ線治療開始直前のデータ間に差異がある場合は、治療計画データに合致するように、カウチ９の位置や姿勢を補正し、必要に応じて、治療用Ｘ線源１０の設定条件の補正を行う（ステップ５４）。
【００３２】
治療計画データの検証が完了した後、第２のステップ（ステップ６０）および第３のステップ（ステップ７０）から構成される具体的なＸ線治療のステップに移る。ステップ６２からステップ７６までの一連のステップは、病巣組織の治療に必要な線量を確保するため、２００ｐｐｓ以上（５ｍｓ以下）の繰返し周期で実行される。これは、治療用Ｘ線源１０の照射時間が、Ｘ線源を構成するマイクロ波源の制約から約４μｓに制限を受けるためである。治療計画装置を構成する各機器は、まず最初に初期値に設定される（ステップ６１）。この時、前記治療計画データの検証結果は初期値に反映されている。ステップ６０は、Ｘ線治療中移動する治療対象ターゲット又はマーカの動きをリアルタイムに追跡し、その位置を同定するステップである。まず、位置検出用Ｘ線源群１が治療対象ターゲット又はマーカに向けてＸ線を照射する（ステップ６２）。位置検出用Ｘ線は、低エネルギーのため、位置検出用Ｘ線センサ２が十分に認識するまで時間を要し、例えば、３ｍｓ必要となる。位置検出用Ｘ線の照射が終了した後、図８に示す治療対象ターゲット又はマーカの位置同定時間（ＴSHX ）内に治療対象ターゲット又はマーカの位置を検出し（ステップ６３）、そのデータと治療計画データの位置情報および画像データが比較照合されて、治療対象ターゲット又はマーカが同定される（ステップ６４）。この位置同定時間（ＴSHX ）は、２ｍｓ以下に設定される。このように、治療対象ターゲット又はマーカの位置同定を５ｍｓ以下で実行することができる。
もし、治療計画データと位置検出用Ｘ線源によって検出されたデータ間に差異がある場合は、治療用Ｘ線源１０の照射条件を補正する（ステップ６６）。
【００３３】
次に、ステップ７０の具体的なＸ線治療ステップに移る。治療用Ｘ線源１０から高エネルギーの治療用Ｘ線が治療対象ターゲットに向けて照射される（ステップ７１）。この照射のタイミングは、図８に示すように、治療対象ターゲット又はマーカの位置同定時間（ＴSHX ）後に照射される。治療用Ｘ線の照射時間（ＴWHX ）は、位置検出用Ｘ線源の照射時間（ＴWLX ）に比べると十分に短く設定され、４μｓ程度である。照射された治療用Ｘ線は、治療対象ターゲットを透過して治療用Ｘ線検出センサ１１で検出される（ステップ７２）。この検出されたデータは、治療計画データと比較照合されて、治療計画データ通りに照射が行われたか検証される（ステップ７３）。検証の結果、差異がある場合は、治療用Ｘ線源の照射条件が補正されて（ステップ７５）、次の照射に反映される。以上説明したステップ６２からステップ７６までの一連のＸ線治療ステップは、治療計画データに基づいてＸ線治療終了まで繰り返し実行される。
【００３４】
以上、詳しく説明した実施例について、本発明の範囲内で種々の変形を施すことができる。位置検出用Ｘ線源２０の任意の配置や個数の組み合わせにより、多種な患部に適した多様な位置同定用Ｘ線源の準備が可能である。
【符号の説明】
【００３５】
１ Ｘ線源群
２ Ｘ線センサ
３ マーカ又は病巣組織
４ 中央処理装置
５ Ｘ線源制御装置
６ Ｘ線センサ制御装置
７ 画像処理装置
８ 画像表示装置
９ カウチ
１０ 治療用Ｘ線源
１１ 治療用Ｘ線検出センサ
２０ Ｘ線源
２１ 電子源
２２ グリッド
２３ 陽極
２４ 電子ビーム
２５ 電子レンズ
２６ ターゲット
２７ Ｘ線
２８ コリメータ
２９ 真空容器
３０ ６軸又は７軸ロボット
３１ マルテンサイト変態状態の形状記憶合金製マーカ
３２ マーカ注入器
３３ 逆変態状態の形状記憶合金製マーカ
３４ 除荷状態の超弾性合金製マーカ
４０ 治療計画策定ステップ
５０ 治療計画データ検証ステップ
６０ マーカ又は病巣組織位置同定ステップ
７０ Ｘ線治療ステップ
１００ 撮像リング
１０１ Ｘ線源
１０２ Ｘ線
１０３ 被写体
１０４ Ｘ線検出器アレイ
１０５ 制御回路
１０６ 信号処理回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線治療において病巣組織または病巣組織の近傍に埋め込まれたマーカの位置を同定する位置同定装置とこれを用いたＸ線治療方法に関する。さらに詳しく言えば、病巣組織の位置同定または特殊なマーカを使用してマーカの位置同定をリアルタイムに行うことができる位置同定装置と、この位置同定装置の位置同定結果に基づいてＸ線治療を行うＸ線治療方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線治療において、治療用Ｘ線の照射が病巣組織に集中し、健全な組織に照射されることを避けるためには、治療対象の病巣組織またはその近傍に埋め込まれたマーカの位置を正確に同定する必要がある。しかし、治療対象の病巣組織は、患者の呼吸等により移動するため、その位置同定には動体追跡手段を必要とする。この動体追跡手段に関連して種々の提案が行われている。
【０００３】
特許文献１記載の動体追跡照射装置は、腫瘍近傍に埋め込まれたＡｕなどの球形腫瘍マーカを第１の方向から撮像する第１のＸ線透視装置と、腫瘍マーカを第２の方向から第１のＸ線透視装置と同時に撮像する第２のＸ線透視装置を備え、これらのＸ線透視装置によって取得した画像データをコンピュータによって画像データ処理と演算処理を行い、腫瘍マーカの３次元座標データを作成する。この動体追跡照射装置において、Ｘ線透視装置のＸ線管は治療室床下に設置され、画像センサ部のイメージインテンシファイアは治療室の天井に設置される。得られた腫瘍マーカの３次元座標が予め与えられた範囲内にある時のみ治療用Ｘ線が照射される。特許文献１記載の発明によれば、同定された腫瘍マーカの３次元座標が許容範囲内にあるときのみ治療用Ｘ線を照射するので、総合的な治療時間の短縮には限界がある。さらに、装置が大形であり、多くの医療施設に普及させるためには障害となる。また、腫瘍マーカの径は、１ｍｍ乃至２ｍｍあり、これを腫瘍近傍に埋め込むためには切開手術が必要であり、患者への負担が大きい。
【０００４】
特許文献２記載のＸ線ＣＴ装置は、ガントリーの回転機構を取り去り、被検体の周りに多数の小形Ｘ線管と、被検体を透過したＸ線を検出する多数のＸ線センサを備える。この発明によれば、被検体の周りの小形Ｘ線管とＸ線センサを同時的に動作させて、瞬時に画像データを獲得することができる。このため、臓器の動きよりも高速に撮像するため、心臓の動きなど臓器の連続撮影が可能である。特許文献２記載の発明によれば、多数のＸ線管による照射とそれに対応したＸ線センサによる検出を同時的に行うため、Ｘ線管に対応するＸ線センサを必要とし、さらに取得した画像データの量が多いため処理に時間を要する。したがって、臓器の画像の再構成のほか、その３次元位置を同定するまで時間がかかるので、Ｘ線治療装置の位置同定装置として使用しても、リアルタイムにＸ線治療を実施することは難しい。さらに、装置も大形となる。
【０００５】
図９に、従来のＸ線ＣＴ装置の構成図を示す。特許文献３記載の回転機構のない連続処理型Ｘ線ＣＴ装置は、図９に示すように、多数の高速スイッチング型微小Ｘ線源１０１と、半導体Ｘ線検出器アレイ１０４との組み合わせにより、回転機構をなくし、Ｘ線ＣＴ装置の小形化が可能となる。また、Ｘ線の発生順が任意に設定できるので、特定部位や特定角度において細かく撮像し、他の部位や角度においては粗くスキャンすることにより高速化を図ることもできる。特許文献３記載の発明によれば、複数のＸ線源は、選択的に順次照射するが、各々に対応したＸ線検出器アレイを必要とする。さらに、Ｘ線源とＸ線検出器アレイは、患者を囲むように環状に配置されるため、構造が大形になる。
【０００６】
特許文献４記載の患者モニタは、立体視カメラでカウチに仰臥する患者を撮影し、そのビデオ画像をコンピュータで画像処理して、患者の動きと呼吸のモデルを生成する。その後、治療中の患者の動きおよび呼吸がモニタリングされ、先に生成されたモデルと比較され、異常な動きおよび呼吸を検出したら、治療装置に対して中断するなどの処置がされる。特許文献４記載の発明によれば、患者の動きや異常な呼吸の検出は、体表面上の観測データによって行われるが、実際の病巣組織の動きを表すものではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３０５３３８９号公報
【特許文献２】特許第４００２９８４号公報
【特許文献３】特開２００７−２６７９８０号公報
【特許文献４】特表２０１０−５０２２４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
正確なＸ線治療を実施するためには、事前に策定された治療計画データに沿って、治療用Ｘ線が病巣組織のみに照射されるように病巣組織の形状、位置を正確に把握する必要がある。しかし、病巣組織は、患者の呼吸などにより絶えず移動しているため、動体追跡を行い、適当なタイミングを狙ってＸ線を照射するか、または病巣組織の動きにリアルタイムに追従できるような高速の位置同定とＸ線照射を実施する必要がある。病巣組織の位置同定装置として、特許文献１乃至特許文献４に開示されている従来技術は、装置自体が大形であって、多くの医療施設に普及させるためには、装置の小形化と低コスト化が必要である。また、特許文献４に開示されている発明のように、患者の動きや呼吸動作を体表面についてモニタリングしても、実際に治療する病巣組織の動きとの間には誤差が発生する。そこで、病巣組織の近傍に埋め込まれたマーカや病巣組織の位置を直接、高速に同定する必要がある。さらに、マーカや病巣組織の正確な形状と位置の同定には、画像分解能を向上させる必要がある。さらにまた、特許文献１に開示されているように、従来のマーカは直径が１〜２ｍｍの球形マーカであって、これを病巣組織近傍へ埋め込むためには、切開手術などの処置が必要で、患者への負担が大きい。マーカを埋め込む場合でも、患者に対して侵襲性の低い方法が望まれる。そこで、低侵襲性のマーカを使用するか、またはマーカを使用せずに病巣組織の位置を直接検出してその動きを追跡でき、しかも従来のＣＴ装置のような大形装置を使用せずに、リアルタイムに病巣組織の位置同定ができる小形の装置が望まれる。
【０００９】
本発明の目的は、Ｘ線治療において、病巣組織の位置同定をリアルタイムにしかも高精度に行うことができる小形の病巣組織位置同定装置を提供することであり、他の目的は、前記位置同定に基づいて、高速で、正確なＸ線治療を行うＸ線治療方法を提供することである。さらに具体的な目的は、前記病巣組織位置同定装置において患者の負担を軽減することができる低侵襲性のマーカを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成するために、本発明による請求項１記載の病巣組織リアルタイム位置同定装置は、Ｘ線源と前記Ｘ線源に対向して配置されたＸ線センサを備え、カウチに仰臥する患者の病巣組織近傍に埋め込まれたマーカまたは病巣組織に向けて前記Ｘ線源よりＸ線を照射し、照射されたＸ線を前記Ｘ線センサによって検出してマーカまたは病巣組織の位置を同定する装置において、１または２以上のＸ線源が、平面または円弧状曲面に配置されたＸ線源群と、前記Ｘ線源群に対向して１または２以上で構成された平面または円弧状曲面形状のＸ線センサが配置され、患者の病巣組織近傍に埋め込まれるマーカと、前記Ｘ線源群の照射タイミングを制御するＸ線源制御装置と、前記Ｘ線センサの位置、角度等を制御するＸ線センサ制御装置と、前記Ｘ線センサの出力データを画像処理して再構成画像を作成する画像処理装置と、前記Ｘ線源制御装置、前記Ｘ線センサ制御装置および前記画像処理装置を制御する中央処理装置と、前記マーカまたは病巣組織の撮像画像を表示する画像表示装置とを備え、前記Ｘ線源群および前記Ｘ線センサは、前記カウチに取り付けられ、前記Ｘ線源制御装置および前記Ｘ線センサ制御装置からの信号によって、各々その位置および姿勢を制御することができ、前記Ｘ線源群のＸ線源は、前記Ｘ線源制御装置の信号に従って逐次１台ずつ照射し、前記Ｘ線センサおよび前記画像処理装置は、前記Ｘ線源より照射されたＸ線を逐次検出して、リアルタイムに前記マーカまたは病巣組織の３次元の位置を同定することを特徴とする病巣組織リアルタイム位置同定装置である。
【００１１】
本発明による請求項２記載の病巣組織リアルタイム位置同定装置は、請求項１に記載の病巣組織リアルタイム位置同定装置において、前記Ｘ線源群は、１または２以上の未封入のＸ線源が、平面または円弧状曲面に配置され、全ての前記Ｘ線源が１の真空容器内に封入されたことを特徴とする病巣組織リアルタイム位置同定装置である。
【００１２】
本発明による請求項３記載の病巣組織リアルタイム位置同定装置は、請求項１に記載の病巣組織リアルタイム位置同定装置において、前記Ｘ線源は、Ｘ線ビームの焦点スポット径が１００μｍ以下のマイクロフォーカスＸ線源であることを特徴とする病巣組織リアルタイム位置同定装置である。
【００１３】
本発明による請求項４記載の病巣組織リアルタイム位置同定装置は、請求項１に記載の病巣組織リアルタイム位置同定装置において、前記Ｘ線センサおよび前記画像処理装置は、前記マーカまたは病巣組織の３次元の位置を５ｍｓ以下で同定することを特徴とする病巣組織リアルタイム位置同定装置である。
【００１４】
本発明による請求項５記載の病巣組織リアルタイム位置同定装置は、請求項１に記載の病巣組織リアルタイム位置同定装置において、前記Ｘ線源群および前記Ｘ線センサは、６軸または７軸ロボットアームに対向関係を維持して取り付けられ、前記Ｘ線源制御装置および前記Ｘ線センサ制御装置からの信号によって、各々その位置および姿勢を制御することができることを特徴とする病巣組織リアルタイム位置同定装置である。
【００１５】
本発明による請求項６記載の病巣組織リアルタイム位置同定装置は、請求項１に記載の病巣組織リアルタイム位置同定装置において、前記マーカは、形状記憶合金製または超弾性合金製であって、前記病巣組織近傍に埋め込まれることによってコイル状または有刺形状に変形することを特徴とする病巣組織リアルタイム位置同定装置である。
【００１６】
本発明による請求項７記載の病巣組織リアルタイム位置同定装置は、請求項１に記載の病巣組織リアルタイム位置同定装置において、前記Ｘ線源は少なくとも２種類の出力エネルギーを選択的に切り替えて、交互に照射することができることを特徴とする病巣組織リアルタイム位置同定装置である。
【００１７】
本発明による請求項８記載の病巣組織リアルタイム位置同定装置を用いたＸ線治療方法は、Ｘ線治療に先立って策定された治療計画に基づいて、治療用Ｘ線源で病巣組織に照射して行うＸ線治療において、１または２以上のＸ線源が、平面または円弧状曲面に配置された位置検出用Ｘ線源群と、前記位置検出用Ｘ線源群に対向して１または２以上で構成された平面または円弧状曲面形状の位置検出用Ｘ線センサが配置され、患者の病巣組織近傍に埋め込まれるマーカと、前記位置検出用Ｘ線源群の照射タイミングを制御するＸ線源制御装置と、前記位置検出用Ｘ線センサの位置、角度等を制御するＸ線センサ制御装置と、前記位置検出用Ｘ線センサの出力データを画像処理して再構成画像を作成する画像処理装置と、前記Ｘ線源制御装置、前記Ｘ線センサ制御装置および前記画像処理装置を制御する中央処理装置と、前記マーカまたは病巣組織の撮像画像を表示する画像表示装置とを備え、前記位置検出用Ｘ線源群のＸ線源は、前記Ｘ線源制御装置の信号に従って逐次１台ずつ照射し、前記位置検出用Ｘ線センサおよび前記画像処理装置は、前記位置検出用Ｘ線源群より照射されたＸ線を逐次検出して、リアルタイムに前記マーカまたは病巣組織の３次元の位置を同定することを特徴とする病巣組織リアルタイム位置同定装置の出力データと治療計画データとを逐次比較照合し、前記データ間に差異がある場合は、前記治療計画データに一致するように治療用Ｘ線源の照射条件を補正し、病巣組織に向けて照射し、照射された治療用Ｘ線源のＸ線を治療用Ｘ線検出センサによって検出し、検出されたデータと前記治療計画データ間に差異がある場合は、前記治療用Ｘ線源の照射条件を前記治療計画データに一致するように補正しながら前記治療用Ｘ線源を繰り返し照射することを特徴とするＸ線治療方法である。
【００１８】
本発明による請求項９記載のＸ線治療方法は、請求項８記載の病巣組織リアルタイム位置同定装置を用いたＸ線治療方法において、治療計画策定後、Ｘ線治療のためカウチ上に仰臥した患者に対して、前記病巣組織リアルタイム位置同定装置を使って前記マーカまたは病巣組織の３次元の位置を同定し、前記病巣組織リアルタイム位置同定装置の出力データと前記治療計画データとを比較照合し、前記データ間に差異がある場合は、前記カウチの位置または姿勢を補正して、前記マーカまたは病巣組織の位置および姿勢を前記治療計画データに合致させた後、Ｘ線治療を実施することを特徴とするＸ線治療方法である。
【発明の効果】
【００１９】
以上の構成の本発明によれば、Ｘ線治療において、病巣組織の位置同定をリアルタイムにしかも高精度に行うことができる小形の病巣組織位置同定装置を提供することができる。本発明による病巣組織位置同定装置をＸ線治療装置に組み込むことによって、高速、高精度でしかも小形のＸ線治療装置を構成することができ、多くの医療機関への普及が期待される。さらに、本発明による位置同定装置で用いられ病巣組織近傍に埋め込まれるマーカは、埋め込むまでは直径１０μｍ以下の線状なので、注射器のような注入器によって、患者に負担をかけることなく容易に埋め込むことができる。しかも、埋め込み後は、コイル状などの形状に変化するので組織内で移動しにくく、またＸ線撮像で明確に認識できる。さらに、本発明による病巣組織位置同定装置を使用するＸ線治療方法によれば、Ｘ線治療を開始する直前に、治療計画データの検証を行って、治療計画データ取得時からマーカや病巣組織の状態に変化がないか治療計画データの検証を行うことができるので、Ｘ線治療の精度が向上する。また、マーカや病巣組織の動きをリアルタイムに検出し、その位置を同定することができるので、Ｘ線照射のタイミングを選ぶことなく、高速にＸ線治療を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明による病巣組織リアルタイム位置同定装置の実施形態を示す構成図である。
【図２】本発明による病巣組織リアルタイム位置同定装置のＸ線源群の実施例を示す構成図である。
【図３】本発明による病巣組織リアルタイム位置同定装置のＸ線源群のその他の実施例を示す構成図である。
【図４】本発明による病巣組織リアルタイム位置同定装置で使用するマーカの説明図であり、（ａ）は形状記憶合金製のマーカ（マルテンサイト変態状態）とその注入器の概略図、（ｂ）は形状記憶合金製のマーカ（逆変態状態）の概略図、（ｃ）は超弾性合金製のマーカ（除荷状態）の概略図である。
【図５】本発明による病巣組織リアルタイム位置同定装置を６軸または７軸ロボットに搭載した他の実施形態を示す構成図である
【図６】本発明による病巣組織リアルタイム位置同定装置を使用するＸ線治療方法を説明するためのＸ線治療装置の実施例の構成図である。
【図７】本発明による病巣組織リアルタイム位置同定装置を使用するＸ線治療方法の工程フロー図である。
【図８】本発明による病巣組織リアルタイム位置同定装置を使用するＸ線治療方法を説明するためのＸ線治療装置の位置検出用Ｘ線源と治療用Ｘ線源の照射タイミングを示すタイミング図である。
【図９】従来のＸ線ＣＴ装置の構成を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳しく説明する。なお、各図中において同等または相当の機能を示す部分については同じ符号を用いている。
【００２２】
図１は、本発明による病巣組織リアルタイム位置同定装置の実施形態を示す構成図である。図２は、本発明による病巣組織リアルタイム位置同定装置のＸ線源群の実施例を示す構成図である。図３は、本発明による病巣組織リアルタイム位置同定装置のＸ線源群の他の実施例を示す構成図である。Ｘ線源群１とＸ線センサ２は、対向関係を維持して、カウチ９に取り付けられ、それぞれＸ線源制御装置５とＸ線センサ制御装置６によって、位置や姿勢を自由に制御することができる。
【００２３】
〔位置同定用Ｘ線源〕Ｘ線源２０は、電子源２１、グリッド２２、陽極２３、電子レンズ２５およびターゲット２６で構成される。電子源２１から放射された電子ビーム２４は、グリッド２２で中心軸に集束され、陽極２３によって加速され、電子レンズ２５によって、さらに集束されて、ターゲット２６に直径１００μｍ以下の微小焦点を結ぶ。ターゲット２６に衝突した電子ビーム２４によって、Ｘ線２７が発生する。Ｘ線２７は、コリメータ２８によって照射野が絞られる。Ｘ線源２０は、Ｘ線ビームの焦点スポット径が１００μｍ以下のマイクロフォーカスＸ線源とする。マイクロフォーカスＸ線源を使用することによって、画像分解能が向上し、鮮明な透視画像を得ることができる。さらに、マイクロフォーカスＸ線源を使用することで、屈折コントラスト撮像法を適用できるので、一層鮮明な画像を得ることができる。また、Ｘ線源２０の出力エネルギーを２種類に切り替えることによって、エネルギーサブトラクション法を適用することができる。これは、同一の被写体に対して２種類のエネルギー分布を有するＸ線を照射して２枚のＸ線画像を取得し、これら２枚のＸ線画像の各ピクセルを対応させて、それぞれの画像信号間で適当な重みづけ係数を乗算した後、減算を行って特定の物質の画像を表す差信号を生成する方法である。この方法を使用することによって、マーカや病巣組織を一層鮮明に画像化することができる。２種類のエネルギー分布をもったＸ線は、Ｘ線源の陰極−陽極間の電圧を制御して発生させる。以上説明したような撮像技術を使うことによって、病巣組織自体をＸ線撮像することができる。
【００２４】
図２（ａ）は、スチール、セラミックまたはガラス製の真空容器２９に封入されたＸ線源２０を平面状に並べて配置した実施例であり、図２（ｂ）は、真空容器２９に封入されたＸ線源２０を円弧状に並べて配置した実施例である。図２に示すＸ線源２０は、単体で真空容器２９に封入されている。
一方、図３（ａ）および（ｂ）に示すＸ線源群１はひとつの真空容器２９内に複数のＸ線源２０を封入したものである。複数のＸ線源２０は、スチール、セラミックまたはガラス製の真空容器２９内に位置決め固定される。
図２に示すＸ線源群１は、Ｘ線源２０が単体で真空容器に封入されているので、Ｘ線源２０の台数の変更、取り換えなど取扱いが容易である。その反面、図３に示す実施例に比べて大形になり、しかも重量も重くなる。一方、図３に示すＸ線源群１は、図２に示すＸ線源群１に比べて、小形、軽量に構成することができる。その反面、Ｘ線源２０の台数変更や取り換えは容易ではないので、用途に応じたＸ線源群１を準備する必要がある。
【００２５】
〔位置同定用Ｘ線センサ〕図１において、Ｘ線センサ２は、フラットパネルセンサが好適に利用できる。フラットパネルセンサは、高速動作、高分解能な製品で市販され、普及している。また、フォトンセンサを使用すれば、さらに高速、高精度を実現することができる。本発明による病巣組織リアルタイム位置同定装置の目的は、病巣組織またはマーカの位置を同定することなので、フラットパネルセンサの全画素をスキャンする必要はなく、スキャン画素を間引くことによって、本発明による病巣組織リアルタイム位置同定装置が必要とするフレームレートを確保することは可能である。Ｘ線センサ２は、単体でも２台以上配置してもよい。Ｘ線センサ２で検出されたマーカまたは病巣組織の２方向以上からの投影データは、画像処理装置７へ送出される。画像処理装置７は、ＤＬＴ（Direct Linear Transformation）法などを用いて、マーカまたは病巣組織の２次元座標から３次元座標を求める。さらに、投影データを再構成して、３次元画像に変換する。施術者は、マーカまたは病巣組織の３次元画像を画像表示装置８によって確認しながらＸ線治療を行うことができる。
【００２６】
〔中央処理装置等〕中央処理装置４、Ｘ線源制御装置５、Ｘ線センサ制御装置６および画像処理装置７は、カウチ９を支える台座に収めることが好ましい。これによって、病巣組織リアルタイム位置同定装置を一層小形化することができる。
【００２７】
図４は、本発明による病巣組織リアルタイム位置同定装置と共に使用し、病巣組織近傍に埋め込むマーカの外形図である。病巣組織の近傍に埋めるマーカは、従来、人体に悪影響がなく、Ｘ線を良く吸収する重金属、例えばＡｕやＰｔ製の直径１〜２ｍｍの球形あるいは直径０．３ｍｍ以上のコイル形状であった。この種のマーカは、切開手術または専用ニードルを用いて、病巣組織の近傍に埋め込むため、患者への負担が大きかった。
【００２８】
本発明による病巣組織リアルタイム位置同定装置に使用するマーカは、Ｐｄ、Ａｕ、ＰｔおよびＴｉなど人体に無害な金属によって組成される形状記憶合金製または超弾性合金製であって、体内に埋め込む前は、図４（ａ）に示すように直径数μｍの線材３１である。これは、コイル状形状に記憶処理されたマーカをマルテンサイト変態温度以下で引き伸ばし線状化したものである。この線状化したマーカが体内に埋め込まれると、体温によってマルテンサイト変態温度以上に上昇し、コイル状形状に逆変態し、図４（ｂ）に示すように、直径１０μｍ〜１００μｍ、長さ０．１ｍｍ〜１ｍｍのコイル状に変化する。本発明による装置で使用するマーカは、図４（ａ）に示すような注入器３２によって病巣組織近傍に埋め込まれる。注入器３２の先端部は、細い注射針と同様なので、患者への負担を大幅に軽減することができる。また、マーカを超弾性合金によって製造することで、体内に埋め込まれた後は、図４（ｃ）に示すように、有刺形状３４に広がり、病巣組織近傍に確実に留置される。
【００２９】
図５は、本発明による病巣組織リアルタイム位置同定装置を６軸または７軸ロボットに搭載した他の実施形態を示す構成図である。病巣組織リアルタイム位置同定装置を６軸または７軸ロボット３０に搭載することによって、同装置をカウチに取り付けた場合に比べて、多様な照射姿勢をとることができるので、マーカまたは病巣組織のより正確な位置情報および再構成画像を取得することができる。さらに、治療用Ｘ線源を搭載したロボットと一体化することで、Ｘ線治療装置を一層小形化することができる。
【００３０】
〔Ｘ線治療方法〕図６は、本発明による病巣組織リアルタイム位置同定装置を使ったＸ線治療方法を説明するためのＸ線治療装置の実施例の構成図を示す。図１の本発明による病巣組織リアルタイム位置同定装置の実施形態を示す構成図に、治療用Ｘ線源１０および治療用Ｘ線検出センサ１１が付加されている。図７は、本発明による病巣組織リアルタイム位置同定装置を使ったＸ線治療方法の工程を示すフローチャートである。図８は、本発明による病巣組織リアルタイム位置同定装置を含むＸ線治療装置における位置検出用Ｘ線源と治療用Ｘ線源の照射タイミングを示すタイミング図である。図６乃至図８を使って、本発明による病巣組織リアルタイム位置同定装置を使用するＸ線治療方法について説明する。
【００３１】
Ｘ線治療に先立って、ＣＴ、ＭＲＩなどの装置を使って、治療対象部位すなわち標的体積の決定を行い、Ｘ線治療のための照射方法、照射野、Ｘ線ビームの線質、線量分割法などを含めた適切な治療計画が策定される（ステップ４０）。一般的なＸ線治療の手順では、治療計画策定後、具体的なＸ線治療のステップへ移るが、本発明によるＸ線治療方法においては、大きく３つのステップに分かれる。図７において、第１のステップは、Ｘ線治療の直前に、本発明による病巣組織リアルタイム位置同定装置を使って、治療計画データの検証を行うステップである（ステップ５０）。この検証は、治療対象病巣組織（以下、治療対象ターゲットという）またはその近傍に埋め込まれたマーカ３の状態が治療計画策定後変化していないか確認することを目的とする。位置検出用Ｘ線源から低エネルギーのＸ線を治療対象ターゲット又はマーカに照射して（ステップ５１）、Ｘ線治療開始直前の治療対象ターゲット又はマーカの位置情報や形状情報を取得し、治療計画データと比較照合する（ステップ５２）。この検証の結果、治療計画データとＸ線治療開始直前のデータ間に差異がある場合は、治療計画データに合致するように、カウチ９の位置や姿勢を補正し、必要に応じて、治療用Ｘ線源１０の設定条件の補正を行う（ステップ５４）。
【００３２】
治療計画データの検証が完了した後、第２のステップ（ステップ６０）および第３のステップ（ステップ７０）から構成される具体的なＸ線治療のステップに移る。ステップ６２からステップ７６までの一連のステップは、病巣組織の治療に必要な線量を確保するため、２００ｐｐｓ以上（５ｍｓ以下）の繰返し周期で実行される。これは、治療用Ｘ線源１０の照射時間が、Ｘ線源を構成するマイクロ波源の制約から約４μｓに制限を受けるためである。治療計画装置を構成する各機器は、まず最初に初期値に設定される（ステップ６１）。この時、前記治療計画データの検証結果は初期値に反映されている。ステップ６０は、Ｘ線治療中移動する治療対象ターゲット又はマーカの動きをリアルタイムに追跡し、その位置を同定するステップである。まず、位置検出用Ｘ線源群１が治療対象ターゲット又はマーカに向けてＸ線を照射する（ステップ６２）。位置検出用Ｘ線は、低エネルギーのため、位置検出用Ｘ線センサ２が十分に認識するまで時間を要し、例えば、３ｍｓ必要となる。位置検出用Ｘ線の照射が終了した後、図８に示す治療対象ターゲット又はマーカの位置同定時間（ＴSHX ）内に治療対象ターゲット又はマーカの位置を検出し（ステップ６３）、そのデータと治療計画データの位置情報および画像データが比較照合されて、治療対象ターゲット又はマーカが同定される（ステップ６４）。この位置同定時間（ＴSHX ）は、２ｍｓ以下に設定される。このように、治療対象ターゲット又はマーカの位置同定を５ｍｓ以下で実行することができる。
もし、治療計画データと位置検出用Ｘ線源によって検出されたデータ間に差異がある場合は、治療用Ｘ線源１０の照射条件を補正する（ステップ６６）。
【００３３】
次に、ステップ７０の具体的なＸ線治療ステップに移る。治療用Ｘ線源１０から高エネルギーの治療用Ｘ線が治療対象ターゲットに向けて照射される（ステップ７１）。この照射のタイミングは、図８に示すように、治療対象ターゲット又はマーカの位置同定時間（ＴSHX ）後に照射される。治療用Ｘ線の照射時間（ＴWHX ）は、位置検出用Ｘ線源の照射時間（ＴWLX ）に比べると十分に短く設定され、４μｓ程度である。照射された治療用Ｘ線は、治療対象ターゲットを透過して治療用Ｘ線検出センサ１１で検出される（ステップ７２）。この検出されたデータは、治療計画データと比較照合されて、治療計画データ通りに照射が行われたか検証される（ステップ７３）。検証の結果、差異がある場合は、治療用Ｘ線源の照射条件が補正されて（ステップ７５）、次の照射に反映される。以上説明したステップ６２からステップ７６までの一連のＸ線治療ステップは、治療計画データに基づいてＸ線治療終了まで繰り返し実行される。
【００３４】
以上、詳しく説明した実施例について、本発明の範囲内で種々の変形を施すことができる。位置検出用Ｘ線源２０の任意の配置や個数の組み合わせにより、多種な患部に適した多様な位置同定用Ｘ線源の準備が可能である。
【符号の説明】
【００３５】
１ Ｘ線源群
２ Ｘ線センサ
３ マーカ又は病巣組織
４ 中央処理装置
５ Ｘ線源制御装置
６ Ｘ線センサ制御装置
７ 画像処理装置
８ 画像表示装置
９ カウチ
１０ 治療用Ｘ線源
１１ 治療用Ｘ線検出センサ
２０ Ｘ線源
２１ 電子源
２２ グリッド
２３ 陽極
２４ 電子ビーム
２５ 電子レンズ
２６ ターゲット
２７ Ｘ線
２８ コリメータ
２９ 真空容器
３０ ６軸又は７軸ロボット
３１ マルテンサイト変態状態の形状記憶合金製マーカ
３２ マーカ注入器
３３ 逆変態状態の形状記憶合金製マーカ
３４ 除荷状態の超弾性合金製マーカ
４０ 治療計画策定ステップ
５０ 治療計画データ検証ステップ
６０ マーカ又は病巣組織位置同定ステップ
７０ Ｘ線治療ステップ
１００ 撮像リング
１０１ Ｘ線源
１０２ Ｘ線
１０３ 被写体
１０４ Ｘ線検出器アレイ
１０５ 制御回路
１０６ 信号処理回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線源と前記Ｘ線源に対向して配置されたＸ線センサを備え、カウチに仰臥する患者の病巣組織近傍に埋め込まれたマーカまたは病巣組織に向けて前記Ｘ線源よりＸ線を照射し、照射されたＸ線を前記Ｘ線センサによって検出してマーカまたは病巣組織の位置を同定する装置において、
１または２以上のＸ線源が、平面または円弧状曲面に配置されたＸ線源群と、
前記Ｘ線源群に対向して１または２以上で構成された平面または円弧状曲面形状のＸ線センサが配置され、
患者の病巣組織近傍に埋め込まれるマーカと、
前記Ｘ線源群の照射タイミングを制御するＸ線源制御装置と、
前記Ｘ線センサの位置、角度等を制御するＸ線センサ制御装置と、
前記Ｘ線センサの出力データを画像処理して再構成画像を作成する画像処理装置と、
前記Ｘ線源制御装置、前記Ｘ線センサ制御装置および前記画像処理装置を制御する中央処理装置と、
前記マーカまたは病巣組織の撮像画像を表示する画像表示装置と、
を備え、
前記Ｘ線源群および前記Ｘ線センサは、前記カウチに取り付けられ、前記Ｘ線源制御装置および前記Ｘ線センサ制御装置からの信号によって、各々その位置および姿勢を制御することができ、
前記Ｘ線源群のＸ線源は、前記Ｘ線源制御装置の信号に従って逐次１台ずつ照射し、前記Ｘ線センサおよび前記画像処理装置は、前記Ｘ線源より照射されたＸ線を逐次検出して、リアルタイムに前記マーカまたは病巣組織の３次元の位置を同定することを特徴とする病巣組織リアルタイム位置同定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の病巣組織リアルタイム位置同定装置において、前記Ｘ線源群は、１または２以上の未封入のＸ線源が、平面または円弧状曲面に配置され、全ての前記Ｘ線源が１の真空容器内に封入されたことを特徴とする病巣組織リアルタイム位置同定装置。
【請求項３】
請求項１に記載の病巣組織リアルタイム位置同定装置において、前記Ｘ線源は、Ｘ線ビームの焦点スポット径が１００μｍ以下のマイクロフォーカスＸ線源であることを特徴とする病巣組織リアルタイム位置同定装置。
【請求項４】
請求項１に記載の病巣組織リアルタイム位置同定装置において、前記Ｘ線センサおよび前記画像処理装置は、前記マーカまたは病巣組織の３次元の位置を５ｍｓ以下で同定することを特徴とする病巣組織リアルタイム位置同定装置。
【請求項５】
請求項１に記載の病巣組織リアルタイム位置同定装置において、前記Ｘ線源群および前記Ｘ線センサは、６軸または７軸ロボットアームに対向関係を維持して取り付けられ、前記Ｘ線源制御装置および前記Ｘ線センサ制御装置からの信号によって、各々その位置および姿勢を制御することができることを特徴とする病巣組織リアルタイム位置同定装置。
【請求項６】
請求項１に記載の病巣組織リアルタイム位置同定装置において、前記マーカは、形状記憶合金製または超弾性合金製であって、前記病巣組織近傍に埋め込まれることによってコイル状または有刺形状に変形することを特徴とする病巣組織リアルタイム位置同定装置。
【請求項７】
請求項１に記載の病巣組織リアルタイム位置同定装置において、前記Ｘ線源は少なくとも２種類の出力エネルギーを選択的に切り替えて、交互に照射することができることを特徴とする病巣組織リアルタイム位置同定装置。
【請求項８】
Ｘ線治療に先立って策定された治療計画に基づいて、治療用Ｘ線源で病巣組織に照射して行うＸ線治療において、
１または２以上のＸ線源が平面または円弧状曲面に配置された位置検出用Ｘ線源群と、
前記位置検出用Ｘ線源群に対向して１または２以上で構成された平面または円弧状曲面形状の位置検出用Ｘ線センサが配置され、
患者の病巣組織近傍に埋め込まれるマーカと、
前記位置検出用Ｘ線源群の照射タイミングを制御するＸ線源制御装置と、
前記位置検出用Ｘ線センサの位置、角度等を制御するＸ線センサ制御装置と、
前記位置検出用Ｘ線センサの出力データを画像処理して再構成画像を作成する画像処理装置と、
前記Ｘ線源制御装置、前記Ｘ線センサ制御装置および前記画像処理装置を制御する中央処理装置と、
前記マーカまたは病巣組織の撮像画像を表示する画像表示装置と、
を備え、前記位置検出用Ｘ線源群のＸ線源は、前記Ｘ線源制御装置の信号に従って逐次１台ずつ照射し、前記位置検出用Ｘ線センサおよび前記画像処理装置は、前記位置検出用Ｘ線源群より照射されたＸ線を逐次検出して、リアルタイムに前記マーカまたは病巣組織の３次元の位置を同定することを特徴とする病巣組織リアルタイム位置同定装置の出力データと治療計画データとを逐次比較照合し、前記データ間に差異がある場合は、前記治療計画データに一致するように治療用Ｘ線源の照射条件を補正し、病巣組織に向けて照射し、照射された治療用Ｘ線源のＸ線を治療用Ｘ線検出センサによって検出し、検出されたデータと前記治療計画データ間に差異がある場合は、前記治療用Ｘ線源の照射条件を前記治療計画データに一致するように補正しながら前記治療用Ｘ線源を繰り返し照射することを特徴とするＸ線治療方法。
【請求項９】
請求項８に記載のＸ線治療方法において、治療計画策定後、Ｘ線治療のためカウチ上に仰臥した患者に対して、前記病巣組織リアルタイム位置同定装置を使って前記マーカまたは病巣組織の３次元の位置を同定し、前記病巣組織リアルタイム位置同定装置の出力データと前記治療計画データとを比較照合し、前記データ間に差異がある場合は、前記カウチの位置または姿勢を補正して、前記マーカまたは病巣組織の位置および姿勢を前記治療計画データに合致させた後、Ｘ線治療を実施することを特徴とするＸ線治療方法。
【請求項１】
Ｘ線源と前記Ｘ線源に対向して配置されたＸ線センサを備え、カウチに仰臥する患者の病巣組織近傍に埋め込まれたマーカまたは病巣組織に向けて前記Ｘ線源よりＸ線を照射し、照射されたＸ線を前記Ｘ線センサによって検出してマーカまたは病巣組織の位置を同定する装置において、
１または２以上のＸ線源が、平面または円弧状曲面に配置されたＸ線源群と、
前記Ｘ線源群に対向して１または２以上で構成された平面または円弧状曲面形状のＸ線センサが配置され、
患者の病巣組織近傍に埋め込まれるマーカと、
前記Ｘ線源群の照射タイミングを制御するＸ線源制御装置と、
前記Ｘ線センサの位置、角度等を制御するＸ線センサ制御装置と、
前記Ｘ線センサの出力データを画像処理して再構成画像を作成する画像処理装置と、
前記Ｘ線源制御装置、前記Ｘ線センサ制御装置および前記画像処理装置を制御する中央処理装置と、
前記マーカまたは病巣組織の撮像画像を表示する画像表示装置と、
を備え、
前記Ｘ線源群および前記Ｘ線センサは、前記カウチに取り付けられ、前記Ｘ線源制御装置および前記Ｘ線センサ制御装置からの信号によって、各々その位置および姿勢を制御することができ、
前記Ｘ線源群のＸ線源は、前記Ｘ線源制御装置の信号に従って逐次１台ずつ照射し、前記Ｘ線センサおよび前記画像処理装置は、前記Ｘ線源より照射されたＸ線を逐次検出して、リアルタイムに前記マーカまたは病巣組織の３次元の位置を同定することを特徴とする病巣組織リアルタイム位置同定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の病巣組織リアルタイム位置同定装置において、前記Ｘ線源群は、１または２以上の未封入のＸ線源が、平面または円弧状曲面に配置され、全ての前記Ｘ線源が１の真空容器内に封入されたことを特徴とする病巣組織リアルタイム位置同定装置。
【請求項３】
請求項１に記載の病巣組織リアルタイム位置同定装置において、前記Ｘ線源は、Ｘ線ビームの焦点スポット径が１００μｍ以下のマイクロフォーカスＸ線源であることを特徴とする病巣組織リアルタイム位置同定装置。
【請求項４】
請求項１に記載の病巣組織リアルタイム位置同定装置において、前記Ｘ線センサおよび前記画像処理装置は、前記マーカまたは病巣組織の３次元の位置を５ｍｓ以下で同定することを特徴とする病巣組織リアルタイム位置同定装置。
【請求項５】
請求項１に記載の病巣組織リアルタイム位置同定装置において、前記Ｘ線源群および前記Ｘ線センサは、６軸または７軸ロボットアームに対向関係を維持して取り付けられ、前記Ｘ線源制御装置および前記Ｘ線センサ制御装置からの信号によって、各々その位置および姿勢を制御することができることを特徴とする病巣組織リアルタイム位置同定装置。
【請求項６】
請求項１に記載の病巣組織リアルタイム位置同定装置において、前記マーカは、形状記憶合金製または超弾性合金製であって、前記病巣組織近傍に埋め込まれることによってコイル状または有刺形状に変形することを特徴とする病巣組織リアルタイム位置同定装置。
【請求項７】
請求項１に記載の病巣組織リアルタイム位置同定装置において、前記Ｘ線源は少なくとも２種類の出力エネルギーを選択的に切り替えて、交互に照射することができることを特徴とする病巣組織リアルタイム位置同定装置。
【請求項８】
Ｘ線治療に先立って策定された治療計画に基づいて、治療用Ｘ線源で病巣組織に照射して行うＸ線治療において、
１または２以上のＸ線源が平面または円弧状曲面に配置された位置検出用Ｘ線源群と、
前記位置検出用Ｘ線源群に対向して１または２以上で構成された平面または円弧状曲面形状の位置検出用Ｘ線センサが配置され、
患者の病巣組織近傍に埋め込まれるマーカと、
前記位置検出用Ｘ線源群の照射タイミングを制御するＸ線源制御装置と、
前記位置検出用Ｘ線センサの位置、角度等を制御するＸ線センサ制御装置と、
前記位置検出用Ｘ線センサの出力データを画像処理して再構成画像を作成する画像処理装置と、
前記Ｘ線源制御装置、前記Ｘ線センサ制御装置および前記画像処理装置を制御する中央処理装置と、
前記マーカまたは病巣組織の撮像画像を表示する画像表示装置と、
を備え、前記位置検出用Ｘ線源群のＸ線源は、前記Ｘ線源制御装置の信号に従って逐次１台ずつ照射し、前記位置検出用Ｘ線センサおよび前記画像処理装置は、前記位置検出用Ｘ線源群より照射されたＸ線を逐次検出して、リアルタイムに前記マーカまたは病巣組織の３次元の位置を同定することを特徴とする病巣組織リアルタイム位置同定装置の出力データと治療計画データとを逐次比較照合し、前記データ間に差異がある場合は、前記治療計画データに一致するように治療用Ｘ線源の照射条件を補正し、病巣組織に向けて照射し、照射された治療用Ｘ線源のＸ線を治療用Ｘ線検出センサによって検出し、検出されたデータと前記治療計画データ間に差異がある場合は、前記治療用Ｘ線源の照射条件を前記治療計画データに一致するように補正しながら前記治療用Ｘ線源を繰り返し照射することを特徴とするＸ線治療方法。
【請求項９】
請求項８に記載のＸ線治療方法において、治療計画策定後、Ｘ線治療のためカウチ上に仰臥した患者に対して、前記病巣組織リアルタイム位置同定装置を使って前記マーカまたは病巣組織の３次元の位置を同定し、前記病巣組織リアルタイム位置同定装置の出力データと前記治療計画データとを比較照合し、前記データ間に差異がある場合は、前記カウチの位置または姿勢を補正して、前記マーカまたは病巣組織の位置および姿勢を前記治療計画データに合致させた後、Ｘ線治療を実施することを特徴とするＸ線治療方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−２３４９３２（Ｐ２０１１−２３４９３２Ａ）
【公開日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１０９４９１（Ｐ２０１０−１０９４９１）
【出願日】平成２２年５月１１日（２０１０．５．１１）
【出願人】（５９９００８２８５）株式会社エーイーティー (8)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月１１日（２０１０．５．１１）
【出願人】（５９９００８２８５）株式会社エーイーティー (8)
【Ｆターム（参考）】
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