粒子線治療装置
【課題】粒子線の侵入位置や照射方向の自由度を高めつつ、かつ被検体から発生するガンマ線を検出するＰＥＴ検出部を備えることを課題とする。
【解決手段】粒子線照射部１０３は、天板１００に載置された被検体に向けて粒子線を照射する。すると、ＰＥＴ検出部２０１は、被検体から発生するガンマ線を検出素子にて検出する。また、天板１１０およびＰＥＴ検出部２０１は、照射に応じて移動する。このため、補正係数算出部３００は、減弱マップの原点とＰＥＴ検出部２０１の検出素子との相対的な位置関係を示す座標を、天板１１０およびＰＥＴ検出部２０１の移動量を用いて算出し、算出した座標を用いて吸収補正係数を算出する。そして、画像生成部２０２は、ＰＥＴ検出部２０１によって検出されたガンマ線と補正係数算出部３００によって算出された吸収補正係数とを用いて画像を生成する。
【解決手段】粒子線照射部１０３は、天板１００に載置された被検体に向けて粒子線を照射する。すると、ＰＥＴ検出部２０１は、被検体から発生するガンマ線を検出素子にて検出する。また、天板１１０およびＰＥＴ検出部２０１は、照射に応じて移動する。このため、補正係数算出部３００は、減弱マップの原点とＰＥＴ検出部２０１の検出素子との相対的な位置関係を示す座標を、天板１１０およびＰＥＴ検出部２０１の移動量を用いて算出し、算出した座標を用いて吸収補正係数を算出する。そして、画像生成部２０２は、ＰＥＴ検出部２０１によって検出されたガンマ線と補正係数算出部３００によって算出された吸収補正係数とを用いて画像を生成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子線治療装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、加速された荷電粒子線（以下「粒子線」）を患部に照射することで癌細胞を破壊する粒子線治療が行われている。粒子は、停止直前に最大のエネルギー（Bragg Peak）を放出する。このため、被検体内でエネルギーが単調減衰するＸ線治療などに比較すると、粒子線治療では、患部以外の正常組織に対するダメージを抑制することができる。
【０００３】
このようなことから、粒子線治療では、治療の観点に加え、ダメージ抑制の観点から、粒子線の侵入位置や照射方向が決定される。例えば、粒子線が被検体の体表から患部に到達するまでの距離が最短となるように決定されたり、重要な臓器に粒子線が照射されないように決定されたりする。また、最近では、粒子線の侵入位置や照射方向の自由度を高めることを目的として、回転ガントリーや回転寝台などを備える粒子線治療装置が登場している。
【０００４】
ところで、被検体に照射された粒子線は、被検体内の原子と衝突して陽電子放射核を生成する。また、陽電子放射核から放射された陽電子は、近傍の電子と結合してガンマ線を発生する。このガンマ線を検出することができれば、粒子の停止位置、すなわち粒子が照射された位置を割り出すことができる。このため、最近では、粒子が照射された位置を割り出すことを目的として、ＰＥＴ（Positron Emission computed Tomography）検出部を備える粒子線治療装置が登場した。例えば、ＰＥＴ検出部がガンマ線を検出することで粒子の停止位置を割り出し、割り出した停止位置を画像上に出力する技術が開示されている（特許文献１など）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−１８９７６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記した従来の技術では、粒子線治療装置がＰＥＴ検出部を備える結果、粒子線の侵入位置や照射方向の自由度が低くなってしまうという課題があった。すなわち、粒子線治療装置が、粒子線の侵入位置や照射方向の自由度を高めることを目的として回転ガントリーや回転寝台などを備えたとしても、粒子線の侵入位置や照射方向は、固定的に設置されたＰＥＴ検出部の配置を優先して決定されざるを得ず、結果として、その自由度は低くなってしまう。
【０００７】
そこで、本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、粒子線の侵入位置や照射方向の自由度を高めつつ、かつ被検体から発生するガンマ線を検出するＰＥＴ検出部を備えた粒子線治療装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記した課題を解決し、目的を達成するために、請求項１に記載の本発明は、天板に載置された被検体に向けて粒子線を照射する粒子線照射手段と、前記粒子線照射手段によって照射されることで前記被検体から発生するガンマ線を検出素子にて検出するＰＥＴ検出手段と、前記天板および前記ＰＥＴ検出手段を前記照射に応じて移動させる移動手段と、前記被検体について作成された減弱マップの原点と前記ＰＥＴ検出手段の検出素子との相対的な位置関係を示す位置情報を、前記移動手段によって移動される前記天板および前記ＰＥＴ検出手段の移動量を用いて算出する位置情報算出手段と、前記位置情報算出手段によって算出された位置情報を用いて補正係数を算出する補正係数算出手段と、前記ＰＥＴ検出手段によって検出されたガンマ線と前記補正係数算出手段によって算出された補正係数とを用いて画像を生成する画像生成手段とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１の本発明によれば、粒子線の侵入位置や照射方向の自由度を高めつつ、かつ被検体から発生するガンマ線を検出するＰＥＴ検出部を備えることが可能になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、実施例１に係る粒子線治療装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、粒子線治療装置を回転ガントリーの回転軸方向からみた模式的な正面図および模式的な側面図である。
【図３】図３は、粒子線治療装置の模式的な上面図である。
【図４】図４は、減弱マップの原点と検出素子との相対的な位置関係を説明するための図である。
【図５】図５は、減弱マップの原点と検出素子との相対的な位置関係を説明するための図である。
【図６】図６は、検出素子を説明するための図である。
【図７】図７は、実施例１に係る粒子線治療装置による処理手順を示すフローチャートである。
【図８】図８は、実施例２に係る粒子線治療装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明に係る粒子線治療装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施例により本発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【００１２】
［実施例１に係る粒子線治療装置の構成］
まず、図１〜図６を用いて、実施例１に係る粒子線治療装置の構成を説明する。図１は、実施例１に係る粒子線治療装置の構成を示すブロック図である。
【００１３】
図１に示すように、実施例１に係る粒子線治療装置は、ユーザインタフェース０１０と、表示制御部０２０と、粒子線治療部１００と、ＰＥＴ部２００と、補正係数算出部３００とを備える。
【００１４】
なお、図１においては、粒子線治療部１００が備える各部を明示することを目的として破線を用い、同様に、ＰＥＴ部２００が備える各部を明示することを目的として破線を用いている。また、図１においては、制御を行う各部については点線の枠で示した。また、図１においては、ユーザインタフェース０１０から制御を行う各部に操作内容が伝送される点や、制御を行う各部から各機構に制御内容が伝送される点については点線の矢印で示し、それ以外の情報が伝送される点については実線の矢印で示している。また、矢印ではない実線で接続されている各部は、一方が他方に支持される関係にあるなど、物理的に連動する関係にあることを示す。
【００１５】
実施例１に係る粒子線治療装置は、粒子線治療部１００を備え、被検体の患部に粒子線を照射することで患部の細胞を破壊する治療を行う。また、実施例１に係る粒子線治療装置は、ＰＥＴ部２００を備え、粒子線が照射されている位置を検出する。すなわち、実施例１に係る粒子線治療装置は、ＰＥＴ部２００によって検出される粒子線の照射位置に基づき、粒子線治療部１００によって粒子線を照射することで、照射対象となる患部（以下「照射対象部位」）に正確に粒子線を照射し、効果的な治療を行う。
【００１６】
具体的には、実施例１に係る粒子線治療装置は、粒子線の照射方向を最適な位置に設定するように粒子線照射部１０３および天板１１０を移動させる。また、粒子線治療装置は、その粒子線の照射を妨げないように、すなわち、粒子線の照射野を妨げないように、および接触などの機械的な干渉を起こさないように、ＰＥＴ検出部２０１を移動させる。以下では、粒子線治療部１００、ＰＥＴ部２００、補正係数算出部３００、ユーザインタフェース０１０、表示制御部０２０を順に説明する。
【００１７】
図１に示すように、粒子線治療部１００は、粒子線発生／加速部１０１と、粒子線伝送部１０２と、粒子線照射部１０３（照射ノズル）と、照射ノズル回転部１０４（回転ガントリー）と、照射ノズル回転制御部１０５とを備える。
【００１８】
粒子線発生／加速部１０１は、粒子線伝送部１０２と接続され、イオン源と、直線加速器、サイクロトロン、シンクロトロンなどの加速器（いずれも不図示）とを有する。具体的には、まず、粒子線発生／加速部１０１は、イオン源で陽イオン（例えば、水素イオン、ヘリウムイオン、炭素イオン、ネオンイオンなど）を発生させる。次に、粒子線発生／加速部１０１は、発生させた陽イオンを加速器で所定のエネルギーまで加速する。例えば、粒子線発生／加速部１０１は、発生した陽イオンを直線加速器で加速し、直線加速器から射出された陽イオンをシンクロトロンなどでさらに加速することで、所定のエネルギーまで加速する。そして、粒子線発生／加速部１０１は、所定のエネルギーまで加速された陽イオンを粒子線伝送部１０２に射出する。
【００１９】
粒子線伝送部１０２は、粒子線発生／加速部１０１と粒子線照射部１０３と接続され、粒子線発生／加速部１０１から粒子線照射部１０３へと繋がるビーム経路（不図示）を有する。具体的には、粒子線伝送部１０２は、粒子線発生／加速部１０１から射出された陽イオンをビーム経路を経由させて粒子線照射部１０３へと伝送する。
【００２０】
粒子線照射部１０３は、粒子線伝送部１０２と接続され、また、図２の（Ａ）に示すように、照射ノズル回転部１０４の内壁の所定位置に設置されている。図２は、粒子線治療装置を回転ガントリーの回転軸方向からみた模式的な正面図および模式的な側面図である。
【００２１】
粒子線照射部１０３は、照射ノズル回転部１０４の回転とともに被検体の周りを回転する。また、粒子線照射部１０３は、粒子線伝送部１０２から伝送された陽イオンを被検体に向けて照射する。この時、粒子線照射部１０３は、照射中心（アイソセンター）に向けて粒子線の照射を行う。なお、粒子線照射部１０３の回転の基準位置を図２の（Ａ）のように位置Ｐ１に位置している状態とする。すなわち、被検体を真下に見る位置に粒子線照射部１０３が位置している状態を粒子線照射部１０３の角度θ＝０の状態とする。
【００２２】
照射ノズル回転部１０４は、照射ノズル回転制御部１０５と接続され、また、図２の（Ａ）に示すように、粒子線照射部１０３を設置する。
【００２３】
照射ノズル回転部１０４は、図２の（Ａ）に示すように、側面から見ると中心軸Ｓを中心に円形をしているガントリーおよび該ガントリーを回転させるモータ（不図示）を有する。ここで、図２の（Ｂ）に示すように、図２の（Ａ）の中心軸Ｓは照射中心を通過する軸で、図２の（Ａ）の紙面正面から裏面に向けて貫通している軸を表している。また、以下の説明では、中心軸Ｓに直交し照射中心を貫通する平面を平面αとする。照射ノズル回転部１０４のガントリーは、平面α内を回転移動するため、平面αは固定平面である。
【００２４】
そして、照射ノズル回転部１０４のガントリーは、図２の（Ｂ）に示すように、中心軸Ｓに沿う方向に厚みを有した略筒型の形状を有している。さらに、照射ノズル回転部１０４のガントリーは、照射ノズル回転制御部１０５によって制御されることで、中心軸Ｓを中心に回転を行う。これにより、粒子線照射部１０３も中心軸Ｓを中心に回転を行うことになる。
【００２５】
実施例１では、図２の（Ａ）における点Ｐ１を基準位置として点Ｐ１からの粒子線照射部１０３までの角度を平面αにおける照射角度とする。具体的には、中心軸Ｓに向けて照射角度θで粒子線を照射する場合には、照射ノズル回転部１０４のガントリーは、照射角度θ分回転することになる。
【００２６】
照射ノズル回転制御部１０５は、照射ノズル回転部１０４を制御する。具体的には、照射ノズル回転制御部１０５は、ユーザインタフェース０１０の入力部０１１と照射ノズル回転部１０４と接続され、入力部０１１から入力された操作指示に基づき移動量を算出し、算出した移動量に基づき照射ノズル回転部１０４を制御する。
【００２７】
天板１１０は、床に平行で人が寝られる大きさの板状の形状を有する。天板１１０の上には、粒子線治療を行う対象である被検体を載置する。被検体が載置されている平面を「載置平面」と呼ぶことにする。天板１１０は、天板移動部１０８によって、載置した被検体の体軸方向またはその直交方向に並進移動が行われる。また、天板１１０は、天板回転部１０６によって、載置平面内で回転移動が行われる。
【００２８】
天板移動部１０８は、天板移動制御部１０９と接続され、天板１１０を被検体の体軸方向またはその直交方向に並進移動させる機構と、該機構を動かすモータとを有する。具体的には、天板移動部１０８は、天板移動制御部１０９によって制御されてモータを駆動することで、天板１１０を被検体の体軸方向またはその直交方向に移動させる。例えば、天板移動部１０８のモータによりギアなどの回転部材を回転させて、ギアとかみ合う水平移動部材が移動することで、天板１１０が並進移動する構成になっている。
【００２９】
天板移動制御部１０９は、天板移動部１０８を制御する。具体的には、天板移動制御部１０９は、ユーザインタフェース０１０の入力部０１１と天板移動部１０８と補正係数算出部３００と接続され、入力部０１１から入力された操作指示に基づき移動量を算出し、算出した移動量に基づき天板移動部１０８を制御する。また、天板移動制御部１０９は、天板移動部１０８の制御に用いた移動量を補正係数算出部３００に通知する。
【００３０】
天板回転部１０６は、天板回転制御部１０７と接続され、天板移動部１０８および天板１１０を天板１１０と平行な平面内で回転させる円盤と、該円盤を動かすモータとを有する。具体的には、天板回転部１０６は、天板回転制御部１０７によって制御されてモータを駆動することで、天板１１０と平行な平面内で天板１１０および天板移動部１０８を照射中心を軸に回転させる。すなわち、天板回転部１０６は、図３で示す矢印Ｂのように、天板１１０および天板移動部１０８を回転移動させる。天板１１０と平行な平面でかつ被検体の体軸を含む平面を平面βとする。図３は、粒子線治療装置の模式的な上面図である。
【００３１】
天板回転制御部１０７は、天板回転部１０６を制御する。具体的には、天板回転制御部１０７は、ユーザインタフェース０１０の入力部０１１と天板回転部１０６と接続され、入力部０１１から入力された操作指示に基づき移動量を算出し、算出した移動量に基づき天板回転部１０６を制御する。
【００３２】
ＰＥＴ部２００は、図１に示すように、ＰＥＴ検出部２０１と、画像生成部２０２と、第１支持アーム２０３と、第１制御部２０４と、第２支持アーム２０５と、第２制御部２０６とを備える。
【００３３】
ＰＥＴ検出部２０１は、画像生成部２０２と接続され、被検体から発生するガンマ線を検出素子にて検出し、検出したガンマ線に基づく電気信号を画像生成部２０２に出力する。具体的には、ＰＥＴ検出部２０１は、図２の（Ａ）に示すように、照射ノズル回転部１０４および粒子線照射部１０３の内側に、天板１１０および天板１１０に載置された被検体を囲むように配置される。また、ＰＥＴ検出部２０１は、図２の（Ｂ）に示すように、中心軸Ｓに沿う方向に厚みを有する。また、ＰＥＴ検出部２０１は、図２の（Ａ）に示すように、粒子線照射部１０３と照射中心との間に粒子線を通過させるための第１の開口部、および被検体から見て粒子線照射部１０３と反対側の部分（第１の開口部と反対側の部分）に第２の開口部を有した略筒型の形状を有する。
【００３４】
ここで、略筒型の形状とは、被検体から一定距離の周囲の一定範囲を覆う形状であればよい。それぞれの開口部は小さいほどよく、後に説明するように、粒子線の照射野が通過できる範囲の大きさがあればよい。ＰＥＴ検出部２０１の筒型は、第１の開口部および第２の開口部によって２つの部分（図２における紙面に対し左右対称のＣ字型の部分）に分割されている。
【００３５】
また、ＰＥＴ検出部２０１は、図３に示すように、第２支持アーム２０５の円弧部分に沿って動くようになっており、第２支持アーム２０５が水平の場合には、第１支持アーム２０３によって、天板１１０と平行な平面βと平行な方向に回転可能に保持される。すなわち、ＰＥＴ検出部２０１は、矢印Ｃで示すように、平面βと平行な方向に回転移動する。
【００３６】
また、ＰＥＴ検出部２０１は、図３に示すように、第２支持アーム２０５によって、図３における被検体の体軸方向の周りに回転可能に保持されている。すなわち、図３の状態（未だいずれの方向にも回転を行っていない状態）では、ＰＥＴ検出部２０１は、矢印Ａで示すように、平面αと平行な平面内で回転移動する。
【００３７】
ここで、実施例１では、被検体に照射された粒子線のうち被検体を通過した粒子線がＰＥＴ検出部２０１あたることで障害が発生したり故障したりすることの回避、および天板１１０へのＰＥＴ検出部２０１の接触の回避のために第２の開口部を設けている。ただし、粒子線が被検体を通過する量は極めて少ないと考えられるため、ＰＥＴ検出部２０１に微小の粒子線があたることを許容でき、低い角度（天板１１０とＰＥＴ検出部２０１が接触するような角度）からの粒子線の照射を行わない場合には、第２の開口部を有さない構成にしてもよい。この点、ＰＥＴ検出部２０１の形状をより大きな筒形にすれば、天板１１０との接触が避けられるとも考えられるが、この場合、ＰＥＴ検出部２０１が被検体から離れた位置に配置されることになり、ガンマ線の検出効率が低下するため好ましくない。
【００３８】
ＰＥＴ検出部２０１は、最も一般的な構成では、検出素子として、前述の筒型の部分の内側の全面に多数のシンチレータアレイが配置されている。シンチレータアレイは、ガンマ線を検出するシンチレータ結晶、および微弱光パルスを高速かつ高感度に検出する光電子倍増管を有する。また、ＰＥＴ検出部２０１は、粒子線照射部１０３によって照射されることで被検体から発生したガンマ線をシンチレータアレイにて検出する。
【００３９】
画像生成部２０２は、ＰＥＴ検出部２０１と補正係数算出部３００と表示制御部０２０と接続され、ＰＥＴ検出部２０１によって検出されたガンマ線と補正係数算出部３００によって算出された吸収補正係数とを用いてＰＥＴ画像を生成し、生成したＰＥＴ画像を表示制御部０２０へ出力する。具体的には、画像生成部２０２は、補正係数算出部３００から受信した吸収補正係数を用いて、ＰＥＴ検出部２０１から受信した電気信号に対して吸収補正処理を行う。その後、画像生成部２０２は、その他の画像処理を行って、ＰＥＴ画像を生成する。
【００４０】
第１支持アーム２０３は、第１制御部２０４と接続され、また、実施例１では、図３に示すように、天板１１０と逆方向から被検体を見下ろした状態でＣ字型の形状をしている。また、第１支持アーム２０３は、該Ｃ字型の部材を回転させるためのモータを有する。また、第１支持アーム２０３のＣ字型の部材の両端には、ＰＥＴ検出部２０１の２分割された筒型の各部分がそれぞれ固定されている。
【００４１】
第１支持アーム２０３は、第１制御部２０４によって制御され、矢印Ｃの方向にＰＥＴ検出部２０１を保持した状態でモータを駆動させることで、ＰＥＴ検出部２０１の２つの開口部を通過する軸を中心にＰＥＴ検出部２０１を回転させる。例えば、第１支持アーム２０３が、図３の状態からモータによりＣ字型の部材を角度φ回転することで、ＰＥＴ検出部２０１は平面βと平行な方向に粒子線の放射方向の軸を中心に角度φ回転する。ここで、実施例１では第１支持アーム２０３はＣ字型としたが、これはＰＥＴ検出部２０１の２つの部材を向き合う形で固定できる形状で回転可能な形状であれば他の形状でもよい。
【００４２】
第１制御部２０４は、第１支持アーム２０３を制御する。具体的には、第１制御部２０４は、ユーザインタフェース０１０の入力部０１１と第１支持アーム２０３と接続され、入力部０１１から入力された操作指示に基づき移動量を算出し、算出した移動量に基づき第１支持アーム２０３を制御する。
【００４３】
第２支持アーム２０５は、第２制御部２０６と接続され、また、実施例１では、図３に示すように、第１支持アーム２０３を保持することでＰＥＴ検出部２０１を保持する保持部材と、該保持部材を回転させるモータとを有する。第２支持アーム２０５は、第１支持アーム２０３およびＰＥＴ検出部２０１を被検体の体軸方向の周りに回転可能となるように保持している。
【００４４】
第２支持アーム２０５は、第２制御部２０６によって制御され、モータを駆動することで保持部材を回転させ、それにより第１支持アーム２０３を矢印Ａの方向に回転させる。また、第２支持アーム２０５に保持された第１支持アーム２０３が、被検体の体軸方向の周りに回転することで、第１支持アーム２０３に保持されたＰＥＴ検出部２０１が、被検体の体軸方向の周りに回転移動を行うことになる。
【００４５】
例えば、図３に示されている初期の状態では、第１支持アーム２０３によるＰＥＴ検出部２０１の回転が行われていないため、ＰＥＴ検出部２０１と照射ノズル回転部１０４とは同じ回転平面を有する。すなわち、第２支持アーム２０５が角度θ回転することより、ＰＥＴ検出部２０１は平面α内を図３における被検体の体軸を中心に角度θ回転する。
【００４６】
第２制御部２０６は、第２支持アーム２０５を制御する。具体的には、第２制御部２０６は、ユーザインタフェース０１０の入力部０１１と第２支持アーム２０５と補正係数算出部３００と接続され、入力部０１１から入力された操作指示に基づき移動量を算出し、算出した移動量に基づき第２支持アーム２０５を制御する。また、第２制御部２０６は、第２支持アーム２０５の制御に用いた移動量を補正係数算出部３００に通知する。
【００４７】
ユーザインタフェース０１０は、入力部０１１と、表示部０１２とを備える。
【００４８】
入力部０１１は、操作者から入力された操作指示を各部に出力する。具体的には、入力部０１１は、照射ノズル回転制御部１０５と、天板回転制御部１０７と天板移動制御部１０９と第１制御部２０４と第２制御部２０６と接続され、操作指示を受け付けると、受け付けた操作指示を各部に出力する。例えば、入力部０１１には、マウスやトラックボールなどのポインティングデバイス、あるいはキーボードなどの入力デバイスなどが利用される。
【００４９】
表示部０１２は、各種情報やＰＥＴ画像などを表示する。具体的には、表示部０１２は、表示制御部０２０と接続され、表示制御部０２０によって制御されてＰＥＴ画像を表示する。例えば、表示部０１２には、液晶表示器などの表示デバイスなどが利用される。
【００５０】
表示制御部０２０は、ＰＥＴ画像の表示を制御する。具体的には、表示制御部０２０は、画像生成部２０２とユーザインタフェース０１０と接続され、画像生成部２０２から入力されたＰＥＴ画像をユーザインタフェース０１０の表示部０１２に表示させる。このように、ガンマ線の発生した位置を示すＰＥＴ画像が表示部０１２に表示されることで、操作者は、粒子線が照射された被検体内の位置を把握することができ、そのＰＥＴ画像を基に粒子線の照射位置を調整できる。これにより、より正確に照射対象部位に粒子線の照射を行うことが可能となる。
【００５１】
［補正係数算出部３００］
さて、上記してきたように、実施例１に係る粒子線治療装置は、治療計画において決定された粒子線の侵入位置や照射方向に基づき適切に粒子線が照射されるように、粒子線照射部１０３、天板１１０、およびＰＥＴ検出部２０１を移動する。具体的には、照射回転ノズル制御部１０５、天板回転制御部１０７、天板移動制御部１０９、第１制御部２０４や第２制御部２０６が、入力部０１１から操作者によって入力された操作指示に基づき移動量を算出し、算出した移動量に基づき、粒子線照射部１０３、天板１１０、およびＰＥＴ検出部２０１を移動する。この時、粒子線治療装置は、粒子線照射部１０３の回転および天板１１０の回転や並進移動を調整し、粒子線の適切な侵入位置や照射方向を決定する。また、ＰＥＴ検出部２０１が粒子線の照射野を遮らないように、かつＰＥＴ検出部２０１の開口部を照射方向の中心軸が通過するように、ＰＥＴ検出部２０１を移動する。このようなことから、被検体に対して適切に粒子線を照射することができ、かつその時に発生するガンマ線を検出することができる。
【００５２】
もっとも、実施例１に係る粒子線治療装置のように、ＰＥＴ検出部２０１が移動するようになると、ＰＥＴ画像の生成において、吸収補正係数による補正処理を適切に行うことができないという新たな課題が生じる。ここで、吸収補正係数による補正処理は、被検体から予め作成された減弱マップに基づく補正である。すなわち、減弱マップは、いわば被検体の座標系で作成されるものであり、ＰＥＴ検出部の検出素子の座標も、被検体との相対的な位置関係に基づき算出される。
【００５３】
従来のＰＥＴ検出部は、固定的に設置されているものであったので、被検体とＰＥＴ検出部との相対的な位置関係に変動は生じず、検出素子の座標も変動しない。このため、吸収補正係数による補正処理も、固定的な座標を用いて行えばよい。しかしながら、ＰＥＴ検出部２０１が移動するようになると、被検体とＰＥＴ検出部２０１との相対的な位置関係に変動が生じることになる。そうであるとすると、被検体とＰＥＴ検出部２０１との相対的な位置関係ごとの吸収補正係数を用いなければ、適切な補正処理を行うことができないはずである。言い換えると、吸収補正係数による補正処理が固定的な座標によって行われてしまうと、適切な吸収補正係数による補正処理が行われず、正確なＰＥＴ画像が生成されない結果、ひいては医療者に誤った照射位置の情報を提供してしまうおそれがある。
【００５４】
そこで、実施例１に係る粒子線治療装置は、補正係数算出部３００が、照射に応じて被検体とＰＥＴ検出部２０１との相対的な位置関係に変動が生じるごとに、被検体とＰＥＴ検出部２０１との相対的な位置関係を算出し、吸収補正係数を算出する。以下、詳細に説明する。
【００５５】
図１に示すように、補正係数算出部３００は、天板制御部１０９と第２制御部２０６と画像生成部２０２と接続され、吸収補正係数を算出する。具体的には、補正係数算出部３００は、天板制御部１０９や第２制御部２０６から天板１１０の移動量や第２支持アーム２０５の移動量を受信する。また、補正係数算出部３００は、被検体について作成された減弱マップ上の原点とＰＥＴ検出部２０１の検出素子との相対的な位置関係を示す座標を、受信した移動量を用いて算出する。また、補正係数算出部３００は、算出した座標を用いて吸収補正係数を算出し、算出した吸収補正係数を画像生成部２０２に伝送する。
【００５６】
まず、補正係数算出部３００による座標算出処理を説明する。ＰＥＴ検出部２０１の検出素子ｉと検出素子ｊとで検出された真の同時計測数は、以下の（１）式によって示される。
【数１】
すなわち、真の同時計測数は、検出素子ｉと検出素子ｊとで計測される同時計測数を、吸収補正係数と吸収補正以外の補正に関する係数とで補正したものである。なお、吸収補正以外の補正とは、例えば、検出素子ごとの感度補正や散乱数補正などのことであり、実施例１においては、吸収補正以外の補正に関する係数は予め求められているものとする。
【００５７】
上記したように、補正係数算出部３００は、照射に応じて被検体とＰＥＴ検出部２０１との相対的な位置関係に変動が生じるごとに、吸収補正係数Ａijを算出する。
【００５８】
次に、吸収補正係数Ａijは、以下の（２）式によって示される。
【数２】
すなわち、吸収補正係数Ａijは、検出素子ｉと検出素子ｊとの間に存在する物質（実施例１において被検体）の吸収補正係数の分布である減弱マップを、検出素子ｉと検出素子ｊとを結ぶ線分に沿って積分したものである。なお、検出素子ｉと検出素子ｊとを結ぶＬijを図４に示す。図４は、減弱マップの原点と検出素子との相対的な位置関係を説明するための図である。
【００５９】
（２）式に示すように、被検体とＰＥＴ検出部２０１との相対的な位置関係に変動が生じるごとに吸収補正係数Ａijを算出するには、検出素子ｉと検出素子ｊとを結ぶ線分Ｌijを算出しなければならない。また、線分Ｌijを算出するには、被検体とＰＥＴ検出部２０１との相対的な位置関係に変動が生じた後の検出素子ｉおよび検出素子ｊの座標を算出しなければならない。
【００６０】
そこで次に、相対的な位置関係に変動が生じた後の検出素子ｉおよび検出素子ｊの座標を算出する手法について説明する。実施例１における補正係数算出部３００は、天板１１０の移動量や第２支持アーム２０５の移動量を用いて検出素子ｉおよび検出素子ｊの座標を算出する。後述するように、照射開始時においては、減弱マップの原点と照射中心とが一致している。そうであるとすると、照射開始時から天板１１０の移動量や第２支持アーム２０５がどれだけ移動したかを示す移動量を取得することができれば、減弱マップの原点がどれだけ移動したかを算出することができるはずである。以下、式を用いて具体的に説明する。
【００６１】
まず、相対的な位置関係に変動が生じた後の検出素子ｉの座標を、以下の（３）式で示す。
【数３】
【００６２】
また、相対的な位置関係に変動が生じた後の検出素子ｊの座標を、以下の（４）式で示す。
【数４】
【００６３】
すると、照射開始時に照射中心を原点とする座標系で、すなわち、減弱マップの原点と照射中心とが一致している時の検出素子ｉが、第２支持アーム２０５がｘ軸周りにθ回転した後の座標は、以下の（５）式および（６）式によって算出される。
【数５】
【００６４】
また、さらに、天板１１０がｘ軸、ｙ軸、ｚ軸方向に（ｔX、ｔy、ｔz）移動した後の座標は、以下の（７）式および（８）式によって算出される。
【数６】
なお、第２支持アーム２０５の移動および天板１１０の移動を図５に示す。図５は、減弱マップの原点と検出素子との相対的な位置関係を説明するための図である。
【００６５】
このように、同様に、補正係数算出部３００は、天板１１０の移動量や第２支持アーム２０５の移動量を用いて検出素子ｊの座標を算出し、検出素子ｉおよび検出素子ｊの座標を算出すると、続いて、算出後の座標を用いて吸収補正係数Ａijを算出する。すなわち、補正係数算出部３００は、まず、以下の（９）式によって線分Ｌijを算出し、その後、（２）式に、算出した線分Ｌijを代入することで、吸収補正係数Ａijを算出する。
【数７】
【００６６】
こうして、補正係数算出部３００は、照射に応じて被検体とＰＥＴ検出部２０１との相対的な位置関係に変動が生じるごとに、被検体とＰＥＴ検出部２０１との相対的な位置関係を算出し、吸収補正係数を算出することになる。
【００６７】
なお、画像生成部２０２は、ＰＥＴ検出部２０１によって検出されたガンマ線と、補正係数算出部３００によってこのように算出された吸収補正係数Ａijとを用いて、以下の（１０）式におけるｆ（ｒ）（ｒは太字）を求めることで、ＰＥＴ画像を生成する。ｆ（ｒ）はガンマ線発生源密度分布であり、すなわち、どれだけ粒子線が照射されたかを示す分布である。
【数８】
【００６８】
ところで、同時計測において、検出素子ｉのペアとなる検出素子ｊはひとつではない。図６に示すようなＰＥＴ検出器の構成では、ひとつの検出素子ｉにつき、ペアとなる検出素子ｊはＮ個存在する。図６は、検出素子を説明するための図である。なお、実施例１においては、検出素子ｉ同士のペアは考えないこととする。すると、補正係数算出部３００は、Ｎ個の検出素子ｉそれぞれについて、ペアとなるＮ個の検出素子ｊの吸収補正係数を算出することになり、被検体とＰＥＴ検出部２０１とのある相対的な位置関係ごとに、Ｎ×Ｎ個の吸収補正係数からなる１組のデータセットが準備されることになる。
【００６９】
［実施例１に係る粒子線治療装置による処理手順］
続いて、図７を用いて、実施例１に係る粒子線治療装置による処理手順を説明する。図７は、実施例１に係る粒子線治療装置による処理手順を示すフローチャートである。
【００７０】
図７に示すように、粒子線治療装置を操作する操作者は、通常、治療開始前に被検体の減弱マップを作成する（ステップＳ１０１）。減弱マップは、例えば、専用線源を用いて撮影された画像から作成する手法や、ＣＴ（Computed Tomography）画像から作成する手法など、公知の手法によって作成することができる。
【００７１】
なお、粒子線治療では、通常、治療計画がＣＴ画像を用いて行われるため、治療計画に用いられたＣＴ画像から減弱マップを作成するのがよい。治療計画においては、照射方向を決定するためにＣＴ画像上で照射中心を決定する。したがって、このＣＴ画像から作成された減弱マップ上での照射中心も判明する。減弱マップを作成する際に、減弱マップの原点と減弱マップ上での照射中心とを一致させておけば、ステップＳ１０２において、減弱マップ上の照射中心と実際の照射中心とが一致し、この結果、減弱マップの原点と実際の照射中心とが一致することになる。すると、照射開始時から天板１１０の移動量や第２支持アーム２０５がどれだけ移動したかを示す移動量を取得した場合に、減弱マップの原点がどれだけ移動したかを直接的に算出することができ、吸収補正係数の算出も容易である。
【００７２】
次に、操作者は、粒子線治療装置の天板１１０の上に患者（被検体）をセットアップする（ステップＳ１０２）。具体的には、操作者は、被検体の表面や被検体を固定するカバーの表面に付されたマークを元に天板１１０の位置を調整し、ステップＳ１０１の治療計画において決定した位置に被検体を載置する。なお、上記したように、この作業によって、減弱マップ上での照射中心が実際の照射中心に一致し、この結果、減弱マップの原点と実際の照射中心とが一致する。
【００７３】
続いて、操作者は、治療計画において決定した照射を行うための照射準備を行う（ステップＳ１０３）。具体的には、操作者は、粒子線照射部１０３の回転および天板１１０の回転や並進移動を調整する。また、操作者は、ＰＥＴ検出部２０１が粒子線の照射野を遮らないように、かつＰＥＴ検出部２０１の開口部を照射方向の中心軸が通過するように、ＰＥＴ検出部２０１を移動させる。
【００７４】
そして、粒子線治療装置は、照射を開始する（ステップＳ１０４）。具体的には、粒子線照射部１０３が、陽イオンを被検体に向けて照射する。
【００７５】
続いて、粒子線治療装置は、同時計測を行う（ステップＳ１０５）。具体的には、ＰＥＴ検出部２０１が、被検体から発生するガンマ線を検出素子にて検出し、検出したガンマ線に基づく電気信号を画像生成部２０２に出力する。
【００７６】
ところで、図７に示すように、粒子線治療装置は、ステップＳ１０４やステップＳ１０５の処理と並行して、吸収補正係数を算出する処理を行う（ステップＳ１０６）。具体的には、補正係数算出部３００が、天板１１０の移動量や第２支持アーム２０５の移動量を用いて検出素子ｉおよび検出素子ｊの座標を算出し、算出した検出素子ｉおよび検出素子ｊの座標を用いて吸収補正係数Ａijを算出する。
【００７７】
すると、粒子線治療装置は、ステップＳ１０７において、ＰＥＴ画像を生成する処理を行う（ステップＳ１０７）。具体的には、画像生成部２０２は、補正係数算出部３００から受信した吸収補正係数を用いて、ＰＥＴ検出部２０１から受信した電気信号に対して吸収補正処理やその他の画像処理を行い、ＰＥＴ画像を生成し、生成したＰＥＴ画像を表示制御部０２０へ出力する。
【００７８】
そして、粒子線治療装置は、ＰＥＴ画像を表示する（ステップＳ１０８）。具体的には、表示制御部０２０が、画像生成部２０２から入力されたＰＥＴ画像をユーザインタフェース０１０の表示部０１２に表示させる。
【００７９】
次に、粒子線治療装置は、照射が継続されるか（例えば第２の照射が行われるか）否かを判定する（ステップＳ１０９）。照射が継続されない場合には（ステップＳ１０９否定）、粒子線治療装置は、処理を終了する。一方、照射が継続される場合には（ステップＳ１０９肯定）、粒子線治療装置は、ステップＳ１０３に戻り、ステップＳ１０３〜ステップＳ１０８の処理を繰り返す。なお、粒子線治療装置は、ステップＳ１０９において照射が継続されると判定する限り、ステップＳ１０３に戻り、ステップＳ１０３〜ステップＳ１０８の処理を繰り返す。
【００８０】
［実施例１の効果］
上記してきたように、実施例１において、粒子線照射部１０３は、天板１００に載置された被検体に向けて粒子線を照射する。すると、ＰＥＴ検出部２０１は、被検体から発生するガンマ線を検出素子にて検出する。また、天板１１０およびＰＥＴ検出部２０１は、照射に応じて移動する。このため、補正係数算出部３００は、減弱マップの原点とＰＥＴ検出部２０１の検出素子との相対的な位置関係を示す座標を、天板１１０およびＰＥＴ検出部２０１の移動量を用いて算出し、算出した座標を用いて吸収補正係数を算出する。そして、画像生成部２０２は、ＰＥＴ検出部２０１によって検出されたガンマ線と補正係数算出部３００によって算出された吸収補正係数とを用いて画像を生成する。
【００８１】
このようなことから、実施例１によれば、被検体に対して適切に粒子線を照射することができ、かつその時に発生するガンマ線を検出することができる。また、実施例１によれば、適切な補正処理を行うことができる。
【実施例２】
【００８２】
ところで、実施例１においては、粒子線治療装置が、照射の都度、検出素子の座標を算出し、その都度、吸収補正係数を算出する手法であった。しかしながら本発明はこれに限られるものではない。例えば、天板や第２支持アームの移動量と対応づけて検出素子の座標を予め算出しておき、また、予め算出した座標と対応づけて吸収補正係数を予め算出しておく手法でもよい。この手法によれば、天板や第２支持アームの移動量と対応づけて適切な吸収補正係数が予め準備されることになるので、粒子線治療装置は、照射の際には、予め準備された吸収補正係数を移動量に基づいて検索し、取得するのみでよい。この結果、粒子線治療装置の処理負荷を軽減することが可能になる。
【００８３】
以下、図８を用いて、実施例２に係る粒子線治療装置を説明する。図８は、実施例２に係る粒子線治療装置の構成を示すブロック図である。
【００８４】
図８に示すように、実施例２に係る粒子線治療装置は、補正係数算出部３００の替わりに、治療計画部４００と補正係数データセット照合部４０３とを備える。また、治療計画部４００は、補正係数算出部４０１と補正係数記憶部４０２とを有する。
【００８５】
補正係数算出部４０１は、補正係数記憶部４０２と接続される。具体的には、補正係数算出部４０１は、例えば治療計画時に想定されるものとして操作者から入力された天板１１０の移動量や第２支持アーム２０５の移動量を用いて、減弱マップ上の原点とＰＥＴ検出部２０１の検出素子との相対的な位置関係を示す座標を算出する。また、補正係数算出部４０１は、算出した座標を用いて吸収補正係数を算出し、算出した吸収補正係数と、この算出に用いた天板１１０の移動量や第２支持アーム２０５の移動量とを対応づけて、補正係数記憶部４０２に伝送する。すなわち、補正係数算出部４０１は、天板１１０の移動量や第２支持アーム２０５の移動量ごとにＮ×Ｎ個の吸収補正係数が対応づけられたデータセットを補正係数記憶部４０２に伝送する。
【００８６】
補正係数記憶部４０２は、補正係数算出部４０１と補正係数データセット照合部４０３と接続される。具体的には、補正係数記憶部４０２は、補正係数算出部４０１から受信したデータセットを記憶し、補正係数記憶部４０２が記憶するデータセットは、補正係数データセット照合部４０３による処理に用いられる。
【００８７】
補正係数データセット照合部４０３は、天板制御部１０９と第２制御部２０６と補正係数記憶部４０２と画像生成部２０２と接続され、吸収補正係数を取得する。具体的には、補正係数データセット照合部４０３は、天板制御部１０９や第２制御部２０６から天板１１０の移動量や第２支持アーム２０５の移動量を受信する。また、補正係数データセット照合部４０３は、受信した天板１１０の移動量や第２支持アーム２０５の移動量を用いて補正係数記憶部４０２を参照し、この移動量に対応づけて記憶されているＮ×Ｎ個の吸収補正係数を取得する。そして、補正係数データセット照合部４０３は、取得した吸収補正係数を画像生成部２０２に送信する。
【００８８】
［実施例２の効果］
上記してきたように、実施例２において、補正係数算出部４０１は、検出素子の座標を天板１１０およびＰＥＴ検出部２０１の移動量を用いて予め算出する。また、補正係数算出部４０１は、吸収補正係数を、予め算出された検出素子の座標を用いて予め算出する。また、粒子線治療装置は、予め算出された吸収補正係数と、算出に用いられた天板１１０およびＰＥＴ検出部２０１の移動量とを対応づけて記憶する補正係数記憶部４０２をさらに備える。また、粒子線治療装置は、補正係数データセット照合部４０３をさらに備え、補正係数データセット照合部４０３が、天板１１０およびＰＥＴ検出部２０１の移動量を用いて補正係数記憶部４０２を参照し、移動量に対応づけて記憶されている吸収補正係数を取得する。そして、画像生成部２０２は、ＰＥＴ検出部２０２によって検出されたガンマ線と、補正係数データセット照合部４０３によって取得された吸収補正係数とを用いて画像を生成する。
【００８９】
このようなことから、実施例２によれば、粒子線治療装置の処理負荷を軽減することが可能になる。
【実施例３】
【００９０】
なお、これまで本発明の実施例１および２について説明してきたが、本発明は上記した実施例以外にも、種々の異なる形態にて実施されてよいものである。
【００９１】
実施例１および２においては、天板１１０の移動量や第２支持アーム２０５の移動量のみを考慮する手法を説明してきた。これは、実施例１および２において例示した粒子線治療装置では、天板１１０の回転は、第１制御部２０４によって打ち消される（同じだけ回転する）構成となっていたためである。したがって、本発明は、天板１１０の移動量や第２支持アーム２０５の移動量のみを考慮する手法に限られず、天板１１０の回転の移動量などを考慮する手法にも同様に適用することができる。すなわち、この場合にも、上記した行列と同様に行列を決定し、天板回転制御部１０７から取得した移動量を用いて検出素子の座標を算出すればよい。
【符号の説明】
【００９２】
０１０ ユーザインタフェース
０１１ 入力部
０１２ 表示部
０２０ 表示制御部
１００ 粒子線治療部
１０１ 粒子線発生／加速部
１０２ 粒子線伝送部
１０３ 粒子線照射部
１０４ 照射ノズル回転部
１０５ 照射ノズル回転制御部
１０６ 天板回転部
１０７ 天板回転制御部
１０８ 天板移動部
１０９ 天板移動制御部
１１０ 天板
２００ ＰＥＴ部
２０１ ＰＥＴ検出部
２０２ 画像生成部
２０３ 第１支持アーム
２０４ 第１制御部
２０５ 第２支持アーム
２０６ 第２制御部
３００ 補正係数算出部
４００ 治療計画部
４０１ 補正係数算出部
４０２ 補正係数記憶部
４０３ 補正係数データセット照合部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子線治療装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、加速された荷電粒子線（以下「粒子線」）を患部に照射することで癌細胞を破壊する粒子線治療が行われている。粒子は、停止直前に最大のエネルギー（Bragg Peak）を放出する。このため、被検体内でエネルギーが単調減衰するＸ線治療などに比較すると、粒子線治療では、患部以外の正常組織に対するダメージを抑制することができる。
【０００３】
このようなことから、粒子線治療では、治療の観点に加え、ダメージ抑制の観点から、粒子線の侵入位置や照射方向が決定される。例えば、粒子線が被検体の体表から患部に到達するまでの距離が最短となるように決定されたり、重要な臓器に粒子線が照射されないように決定されたりする。また、最近では、粒子線の侵入位置や照射方向の自由度を高めることを目的として、回転ガントリーや回転寝台などを備える粒子線治療装置が登場している。
【０００４】
ところで、被検体に照射された粒子線は、被検体内の原子と衝突して陽電子放射核を生成する。また、陽電子放射核から放射された陽電子は、近傍の電子と結合してガンマ線を発生する。このガンマ線を検出することができれば、粒子の停止位置、すなわち粒子が照射された位置を割り出すことができる。このため、最近では、粒子が照射された位置を割り出すことを目的として、ＰＥＴ（Positron Emission computed Tomography）検出部を備える粒子線治療装置が登場した。例えば、ＰＥＴ検出部がガンマ線を検出することで粒子の停止位置を割り出し、割り出した停止位置を画像上に出力する技術が開示されている（特許文献１など）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−１８９７６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記した従来の技術では、粒子線治療装置がＰＥＴ検出部を備える結果、粒子線の侵入位置や照射方向の自由度が低くなってしまうという課題があった。すなわち、粒子線治療装置が、粒子線の侵入位置や照射方向の自由度を高めることを目的として回転ガントリーや回転寝台などを備えたとしても、粒子線の侵入位置や照射方向は、固定的に設置されたＰＥＴ検出部の配置を優先して決定されざるを得ず、結果として、その自由度は低くなってしまう。
【０００７】
そこで、本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、粒子線の侵入位置や照射方向の自由度を高めつつ、かつ被検体から発生するガンマ線を検出するＰＥＴ検出部を備えた粒子線治療装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記した課題を解決し、目的を達成するために、請求項１に記載の本発明は、天板に載置された被検体に向けて粒子線を照射する粒子線照射手段と、前記粒子線照射手段によって照射されることで前記被検体から発生するガンマ線を検出素子にて検出するＰＥＴ検出手段と、前記天板および前記ＰＥＴ検出手段を前記照射に応じて移動させる移動手段と、前記被検体について作成された減弱マップの原点と前記ＰＥＴ検出手段の検出素子との相対的な位置関係を示す位置情報を、前記移動手段によって移動される前記天板および前記ＰＥＴ検出手段の移動量を用いて算出する位置情報算出手段と、前記位置情報算出手段によって算出された位置情報を用いて補正係数を算出する補正係数算出手段と、前記ＰＥＴ検出手段によって検出されたガンマ線と前記補正係数算出手段によって算出された補正係数とを用いて画像を生成する画像生成手段とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１の本発明によれば、粒子線の侵入位置や照射方向の自由度を高めつつ、かつ被検体から発生するガンマ線を検出するＰＥＴ検出部を備えることが可能になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、実施例１に係る粒子線治療装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、粒子線治療装置を回転ガントリーの回転軸方向からみた模式的な正面図および模式的な側面図である。
【図３】図３は、粒子線治療装置の模式的な上面図である。
【図４】図４は、減弱マップの原点と検出素子との相対的な位置関係を説明するための図である。
【図５】図５は、減弱マップの原点と検出素子との相対的な位置関係を説明するための図である。
【図６】図６は、検出素子を説明するための図である。
【図７】図７は、実施例１に係る粒子線治療装置による処理手順を示すフローチャートである。
【図８】図８は、実施例２に係る粒子線治療装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明に係る粒子線治療装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施例により本発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【００１２】
［実施例１に係る粒子線治療装置の構成］
まず、図１〜図６を用いて、実施例１に係る粒子線治療装置の構成を説明する。図１は、実施例１に係る粒子線治療装置の構成を示すブロック図である。
【００１３】
図１に示すように、実施例１に係る粒子線治療装置は、ユーザインタフェース０１０と、表示制御部０２０と、粒子線治療部１００と、ＰＥＴ部２００と、補正係数算出部３００とを備える。
【００１４】
なお、図１においては、粒子線治療部１００が備える各部を明示することを目的として破線を用い、同様に、ＰＥＴ部２００が備える各部を明示することを目的として破線を用いている。また、図１においては、制御を行う各部については点線の枠で示した。また、図１においては、ユーザインタフェース０１０から制御を行う各部に操作内容が伝送される点や、制御を行う各部から各機構に制御内容が伝送される点については点線の矢印で示し、それ以外の情報が伝送される点については実線の矢印で示している。また、矢印ではない実線で接続されている各部は、一方が他方に支持される関係にあるなど、物理的に連動する関係にあることを示す。
【００１５】
実施例１に係る粒子線治療装置は、粒子線治療部１００を備え、被検体の患部に粒子線を照射することで患部の細胞を破壊する治療を行う。また、実施例１に係る粒子線治療装置は、ＰＥＴ部２００を備え、粒子線が照射されている位置を検出する。すなわち、実施例１に係る粒子線治療装置は、ＰＥＴ部２００によって検出される粒子線の照射位置に基づき、粒子線治療部１００によって粒子線を照射することで、照射対象となる患部（以下「照射対象部位」）に正確に粒子線を照射し、効果的な治療を行う。
【００１６】
具体的には、実施例１に係る粒子線治療装置は、粒子線の照射方向を最適な位置に設定するように粒子線照射部１０３および天板１１０を移動させる。また、粒子線治療装置は、その粒子線の照射を妨げないように、すなわち、粒子線の照射野を妨げないように、および接触などの機械的な干渉を起こさないように、ＰＥＴ検出部２０１を移動させる。以下では、粒子線治療部１００、ＰＥＴ部２００、補正係数算出部３００、ユーザインタフェース０１０、表示制御部０２０を順に説明する。
【００１７】
図１に示すように、粒子線治療部１００は、粒子線発生／加速部１０１と、粒子線伝送部１０２と、粒子線照射部１０３（照射ノズル）と、照射ノズル回転部１０４（回転ガントリー）と、照射ノズル回転制御部１０５とを備える。
【００１８】
粒子線発生／加速部１０１は、粒子線伝送部１０２と接続され、イオン源と、直線加速器、サイクロトロン、シンクロトロンなどの加速器（いずれも不図示）とを有する。具体的には、まず、粒子線発生／加速部１０１は、イオン源で陽イオン（例えば、水素イオン、ヘリウムイオン、炭素イオン、ネオンイオンなど）を発生させる。次に、粒子線発生／加速部１０１は、発生させた陽イオンを加速器で所定のエネルギーまで加速する。例えば、粒子線発生／加速部１０１は、発生した陽イオンを直線加速器で加速し、直線加速器から射出された陽イオンをシンクロトロンなどでさらに加速することで、所定のエネルギーまで加速する。そして、粒子線発生／加速部１０１は、所定のエネルギーまで加速された陽イオンを粒子線伝送部１０２に射出する。
【００１９】
粒子線伝送部１０２は、粒子線発生／加速部１０１と粒子線照射部１０３と接続され、粒子線発生／加速部１０１から粒子線照射部１０３へと繋がるビーム経路（不図示）を有する。具体的には、粒子線伝送部１０２は、粒子線発生／加速部１０１から射出された陽イオンをビーム経路を経由させて粒子線照射部１０３へと伝送する。
【００２０】
粒子線照射部１０３は、粒子線伝送部１０２と接続され、また、図２の（Ａ）に示すように、照射ノズル回転部１０４の内壁の所定位置に設置されている。図２は、粒子線治療装置を回転ガントリーの回転軸方向からみた模式的な正面図および模式的な側面図である。
【００２１】
粒子線照射部１０３は、照射ノズル回転部１０４の回転とともに被検体の周りを回転する。また、粒子線照射部１０３は、粒子線伝送部１０２から伝送された陽イオンを被検体に向けて照射する。この時、粒子線照射部１０３は、照射中心（アイソセンター）に向けて粒子線の照射を行う。なお、粒子線照射部１０３の回転の基準位置を図２の（Ａ）のように位置Ｐ１に位置している状態とする。すなわち、被検体を真下に見る位置に粒子線照射部１０３が位置している状態を粒子線照射部１０３の角度θ＝０の状態とする。
【００２２】
照射ノズル回転部１０４は、照射ノズル回転制御部１０５と接続され、また、図２の（Ａ）に示すように、粒子線照射部１０３を設置する。
【００２３】
照射ノズル回転部１０４は、図２の（Ａ）に示すように、側面から見ると中心軸Ｓを中心に円形をしているガントリーおよび該ガントリーを回転させるモータ（不図示）を有する。ここで、図２の（Ｂ）に示すように、図２の（Ａ）の中心軸Ｓは照射中心を通過する軸で、図２の（Ａ）の紙面正面から裏面に向けて貫通している軸を表している。また、以下の説明では、中心軸Ｓに直交し照射中心を貫通する平面を平面αとする。照射ノズル回転部１０４のガントリーは、平面α内を回転移動するため、平面αは固定平面である。
【００２４】
そして、照射ノズル回転部１０４のガントリーは、図２の（Ｂ）に示すように、中心軸Ｓに沿う方向に厚みを有した略筒型の形状を有している。さらに、照射ノズル回転部１０４のガントリーは、照射ノズル回転制御部１０５によって制御されることで、中心軸Ｓを中心に回転を行う。これにより、粒子線照射部１０３も中心軸Ｓを中心に回転を行うことになる。
【００２５】
実施例１では、図２の（Ａ）における点Ｐ１を基準位置として点Ｐ１からの粒子線照射部１０３までの角度を平面αにおける照射角度とする。具体的には、中心軸Ｓに向けて照射角度θで粒子線を照射する場合には、照射ノズル回転部１０４のガントリーは、照射角度θ分回転することになる。
【００２６】
照射ノズル回転制御部１０５は、照射ノズル回転部１０４を制御する。具体的には、照射ノズル回転制御部１０５は、ユーザインタフェース０１０の入力部０１１と照射ノズル回転部１０４と接続され、入力部０１１から入力された操作指示に基づき移動量を算出し、算出した移動量に基づき照射ノズル回転部１０４を制御する。
【００２７】
天板１１０は、床に平行で人が寝られる大きさの板状の形状を有する。天板１１０の上には、粒子線治療を行う対象である被検体を載置する。被検体が載置されている平面を「載置平面」と呼ぶことにする。天板１１０は、天板移動部１０８によって、載置した被検体の体軸方向またはその直交方向に並進移動が行われる。また、天板１１０は、天板回転部１０６によって、載置平面内で回転移動が行われる。
【００２８】
天板移動部１０８は、天板移動制御部１０９と接続され、天板１１０を被検体の体軸方向またはその直交方向に並進移動させる機構と、該機構を動かすモータとを有する。具体的には、天板移動部１０８は、天板移動制御部１０９によって制御されてモータを駆動することで、天板１１０を被検体の体軸方向またはその直交方向に移動させる。例えば、天板移動部１０８のモータによりギアなどの回転部材を回転させて、ギアとかみ合う水平移動部材が移動することで、天板１１０が並進移動する構成になっている。
【００２９】
天板移動制御部１０９は、天板移動部１０８を制御する。具体的には、天板移動制御部１０９は、ユーザインタフェース０１０の入力部０１１と天板移動部１０８と補正係数算出部３００と接続され、入力部０１１から入力された操作指示に基づき移動量を算出し、算出した移動量に基づき天板移動部１０８を制御する。また、天板移動制御部１０９は、天板移動部１０８の制御に用いた移動量を補正係数算出部３００に通知する。
【００３０】
天板回転部１０６は、天板回転制御部１０７と接続され、天板移動部１０８および天板１１０を天板１１０と平行な平面内で回転させる円盤と、該円盤を動かすモータとを有する。具体的には、天板回転部１０６は、天板回転制御部１０７によって制御されてモータを駆動することで、天板１１０と平行な平面内で天板１１０および天板移動部１０８を照射中心を軸に回転させる。すなわち、天板回転部１０６は、図３で示す矢印Ｂのように、天板１１０および天板移動部１０８を回転移動させる。天板１１０と平行な平面でかつ被検体の体軸を含む平面を平面βとする。図３は、粒子線治療装置の模式的な上面図である。
【００３１】
天板回転制御部１０７は、天板回転部１０６を制御する。具体的には、天板回転制御部１０７は、ユーザインタフェース０１０の入力部０１１と天板回転部１０６と接続され、入力部０１１から入力された操作指示に基づき移動量を算出し、算出した移動量に基づき天板回転部１０６を制御する。
【００３２】
ＰＥＴ部２００は、図１に示すように、ＰＥＴ検出部２０１と、画像生成部２０２と、第１支持アーム２０３と、第１制御部２０４と、第２支持アーム２０５と、第２制御部２０６とを備える。
【００３３】
ＰＥＴ検出部２０１は、画像生成部２０２と接続され、被検体から発生するガンマ線を検出素子にて検出し、検出したガンマ線に基づく電気信号を画像生成部２０２に出力する。具体的には、ＰＥＴ検出部２０１は、図２の（Ａ）に示すように、照射ノズル回転部１０４および粒子線照射部１０３の内側に、天板１１０および天板１１０に載置された被検体を囲むように配置される。また、ＰＥＴ検出部２０１は、図２の（Ｂ）に示すように、中心軸Ｓに沿う方向に厚みを有する。また、ＰＥＴ検出部２０１は、図２の（Ａ）に示すように、粒子線照射部１０３と照射中心との間に粒子線を通過させるための第１の開口部、および被検体から見て粒子線照射部１０３と反対側の部分（第１の開口部と反対側の部分）に第２の開口部を有した略筒型の形状を有する。
【００３４】
ここで、略筒型の形状とは、被検体から一定距離の周囲の一定範囲を覆う形状であればよい。それぞれの開口部は小さいほどよく、後に説明するように、粒子線の照射野が通過できる範囲の大きさがあればよい。ＰＥＴ検出部２０１の筒型は、第１の開口部および第２の開口部によって２つの部分（図２における紙面に対し左右対称のＣ字型の部分）に分割されている。
【００３５】
また、ＰＥＴ検出部２０１は、図３に示すように、第２支持アーム２０５の円弧部分に沿って動くようになっており、第２支持アーム２０５が水平の場合には、第１支持アーム２０３によって、天板１１０と平行な平面βと平行な方向に回転可能に保持される。すなわち、ＰＥＴ検出部２０１は、矢印Ｃで示すように、平面βと平行な方向に回転移動する。
【００３６】
また、ＰＥＴ検出部２０１は、図３に示すように、第２支持アーム２０５によって、図３における被検体の体軸方向の周りに回転可能に保持されている。すなわち、図３の状態（未だいずれの方向にも回転を行っていない状態）では、ＰＥＴ検出部２０１は、矢印Ａで示すように、平面αと平行な平面内で回転移動する。
【００３７】
ここで、実施例１では、被検体に照射された粒子線のうち被検体を通過した粒子線がＰＥＴ検出部２０１あたることで障害が発生したり故障したりすることの回避、および天板１１０へのＰＥＴ検出部２０１の接触の回避のために第２の開口部を設けている。ただし、粒子線が被検体を通過する量は極めて少ないと考えられるため、ＰＥＴ検出部２０１に微小の粒子線があたることを許容でき、低い角度（天板１１０とＰＥＴ検出部２０１が接触するような角度）からの粒子線の照射を行わない場合には、第２の開口部を有さない構成にしてもよい。この点、ＰＥＴ検出部２０１の形状をより大きな筒形にすれば、天板１１０との接触が避けられるとも考えられるが、この場合、ＰＥＴ検出部２０１が被検体から離れた位置に配置されることになり、ガンマ線の検出効率が低下するため好ましくない。
【００３８】
ＰＥＴ検出部２０１は、最も一般的な構成では、検出素子として、前述の筒型の部分の内側の全面に多数のシンチレータアレイが配置されている。シンチレータアレイは、ガンマ線を検出するシンチレータ結晶、および微弱光パルスを高速かつ高感度に検出する光電子倍増管を有する。また、ＰＥＴ検出部２０１は、粒子線照射部１０３によって照射されることで被検体から発生したガンマ線をシンチレータアレイにて検出する。
【００３９】
画像生成部２０２は、ＰＥＴ検出部２０１と補正係数算出部３００と表示制御部０２０と接続され、ＰＥＴ検出部２０１によって検出されたガンマ線と補正係数算出部３００によって算出された吸収補正係数とを用いてＰＥＴ画像を生成し、生成したＰＥＴ画像を表示制御部０２０へ出力する。具体的には、画像生成部２０２は、補正係数算出部３００から受信した吸収補正係数を用いて、ＰＥＴ検出部２０１から受信した電気信号に対して吸収補正処理を行う。その後、画像生成部２０２は、その他の画像処理を行って、ＰＥＴ画像を生成する。
【００４０】
第１支持アーム２０３は、第１制御部２０４と接続され、また、実施例１では、図３に示すように、天板１１０と逆方向から被検体を見下ろした状態でＣ字型の形状をしている。また、第１支持アーム２０３は、該Ｃ字型の部材を回転させるためのモータを有する。また、第１支持アーム２０３のＣ字型の部材の両端には、ＰＥＴ検出部２０１の２分割された筒型の各部分がそれぞれ固定されている。
【００４１】
第１支持アーム２０３は、第１制御部２０４によって制御され、矢印Ｃの方向にＰＥＴ検出部２０１を保持した状態でモータを駆動させることで、ＰＥＴ検出部２０１の２つの開口部を通過する軸を中心にＰＥＴ検出部２０１を回転させる。例えば、第１支持アーム２０３が、図３の状態からモータによりＣ字型の部材を角度φ回転することで、ＰＥＴ検出部２０１は平面βと平行な方向に粒子線の放射方向の軸を中心に角度φ回転する。ここで、実施例１では第１支持アーム２０３はＣ字型としたが、これはＰＥＴ検出部２０１の２つの部材を向き合う形で固定できる形状で回転可能な形状であれば他の形状でもよい。
【００４２】
第１制御部２０４は、第１支持アーム２０３を制御する。具体的には、第１制御部２０４は、ユーザインタフェース０１０の入力部０１１と第１支持アーム２０３と接続され、入力部０１１から入力された操作指示に基づき移動量を算出し、算出した移動量に基づき第１支持アーム２０３を制御する。
【００４３】
第２支持アーム２０５は、第２制御部２０６と接続され、また、実施例１では、図３に示すように、第１支持アーム２０３を保持することでＰＥＴ検出部２０１を保持する保持部材と、該保持部材を回転させるモータとを有する。第２支持アーム２０５は、第１支持アーム２０３およびＰＥＴ検出部２０１を被検体の体軸方向の周りに回転可能となるように保持している。
【００４４】
第２支持アーム２０５は、第２制御部２０６によって制御され、モータを駆動することで保持部材を回転させ、それにより第１支持アーム２０３を矢印Ａの方向に回転させる。また、第２支持アーム２０５に保持された第１支持アーム２０３が、被検体の体軸方向の周りに回転することで、第１支持アーム２０３に保持されたＰＥＴ検出部２０１が、被検体の体軸方向の周りに回転移動を行うことになる。
【００４５】
例えば、図３に示されている初期の状態では、第１支持アーム２０３によるＰＥＴ検出部２０１の回転が行われていないため、ＰＥＴ検出部２０１と照射ノズル回転部１０４とは同じ回転平面を有する。すなわち、第２支持アーム２０５が角度θ回転することより、ＰＥＴ検出部２０１は平面α内を図３における被検体の体軸を中心に角度θ回転する。
【００４６】
第２制御部２０６は、第２支持アーム２０５を制御する。具体的には、第２制御部２０６は、ユーザインタフェース０１０の入力部０１１と第２支持アーム２０５と補正係数算出部３００と接続され、入力部０１１から入力された操作指示に基づき移動量を算出し、算出した移動量に基づき第２支持アーム２０５を制御する。また、第２制御部２０６は、第２支持アーム２０５の制御に用いた移動量を補正係数算出部３００に通知する。
【００４７】
ユーザインタフェース０１０は、入力部０１１と、表示部０１２とを備える。
【００４８】
入力部０１１は、操作者から入力された操作指示を各部に出力する。具体的には、入力部０１１は、照射ノズル回転制御部１０５と、天板回転制御部１０７と天板移動制御部１０９と第１制御部２０４と第２制御部２０６と接続され、操作指示を受け付けると、受け付けた操作指示を各部に出力する。例えば、入力部０１１には、マウスやトラックボールなどのポインティングデバイス、あるいはキーボードなどの入力デバイスなどが利用される。
【００４９】
表示部０１２は、各種情報やＰＥＴ画像などを表示する。具体的には、表示部０１２は、表示制御部０２０と接続され、表示制御部０２０によって制御されてＰＥＴ画像を表示する。例えば、表示部０１２には、液晶表示器などの表示デバイスなどが利用される。
【００５０】
表示制御部０２０は、ＰＥＴ画像の表示を制御する。具体的には、表示制御部０２０は、画像生成部２０２とユーザインタフェース０１０と接続され、画像生成部２０２から入力されたＰＥＴ画像をユーザインタフェース０１０の表示部０１２に表示させる。このように、ガンマ線の発生した位置を示すＰＥＴ画像が表示部０１２に表示されることで、操作者は、粒子線が照射された被検体内の位置を把握することができ、そのＰＥＴ画像を基に粒子線の照射位置を調整できる。これにより、より正確に照射対象部位に粒子線の照射を行うことが可能となる。
【００５１】
［補正係数算出部３００］
さて、上記してきたように、実施例１に係る粒子線治療装置は、治療計画において決定された粒子線の侵入位置や照射方向に基づき適切に粒子線が照射されるように、粒子線照射部１０３、天板１１０、およびＰＥＴ検出部２０１を移動する。具体的には、照射回転ノズル制御部１０５、天板回転制御部１０７、天板移動制御部１０９、第１制御部２０４や第２制御部２０６が、入力部０１１から操作者によって入力された操作指示に基づき移動量を算出し、算出した移動量に基づき、粒子線照射部１０３、天板１１０、およびＰＥＴ検出部２０１を移動する。この時、粒子線治療装置は、粒子線照射部１０３の回転および天板１１０の回転や並進移動を調整し、粒子線の適切な侵入位置や照射方向を決定する。また、ＰＥＴ検出部２０１が粒子線の照射野を遮らないように、かつＰＥＴ検出部２０１の開口部を照射方向の中心軸が通過するように、ＰＥＴ検出部２０１を移動する。このようなことから、被検体に対して適切に粒子線を照射することができ、かつその時に発生するガンマ線を検出することができる。
【００５２】
もっとも、実施例１に係る粒子線治療装置のように、ＰＥＴ検出部２０１が移動するようになると、ＰＥＴ画像の生成において、吸収補正係数による補正処理を適切に行うことができないという新たな課題が生じる。ここで、吸収補正係数による補正処理は、被検体から予め作成された減弱マップに基づく補正である。すなわち、減弱マップは、いわば被検体の座標系で作成されるものであり、ＰＥＴ検出部の検出素子の座標も、被検体との相対的な位置関係に基づき算出される。
【００５３】
従来のＰＥＴ検出部は、固定的に設置されているものであったので、被検体とＰＥＴ検出部との相対的な位置関係に変動は生じず、検出素子の座標も変動しない。このため、吸収補正係数による補正処理も、固定的な座標を用いて行えばよい。しかしながら、ＰＥＴ検出部２０１が移動するようになると、被検体とＰＥＴ検出部２０１との相対的な位置関係に変動が生じることになる。そうであるとすると、被検体とＰＥＴ検出部２０１との相対的な位置関係ごとの吸収補正係数を用いなければ、適切な補正処理を行うことができないはずである。言い換えると、吸収補正係数による補正処理が固定的な座標によって行われてしまうと、適切な吸収補正係数による補正処理が行われず、正確なＰＥＴ画像が生成されない結果、ひいては医療者に誤った照射位置の情報を提供してしまうおそれがある。
【００５４】
そこで、実施例１に係る粒子線治療装置は、補正係数算出部３００が、照射に応じて被検体とＰＥＴ検出部２０１との相対的な位置関係に変動が生じるごとに、被検体とＰＥＴ検出部２０１との相対的な位置関係を算出し、吸収補正係数を算出する。以下、詳細に説明する。
【００５５】
図１に示すように、補正係数算出部３００は、天板制御部１０９と第２制御部２０６と画像生成部２０２と接続され、吸収補正係数を算出する。具体的には、補正係数算出部３００は、天板制御部１０９や第２制御部２０６から天板１１０の移動量や第２支持アーム２０５の移動量を受信する。また、補正係数算出部３００は、被検体について作成された減弱マップ上の原点とＰＥＴ検出部２０１の検出素子との相対的な位置関係を示す座標を、受信した移動量を用いて算出する。また、補正係数算出部３００は、算出した座標を用いて吸収補正係数を算出し、算出した吸収補正係数を画像生成部２０２に伝送する。
【００５６】
まず、補正係数算出部３００による座標算出処理を説明する。ＰＥＴ検出部２０１の検出素子ｉと検出素子ｊとで検出された真の同時計測数は、以下の（１）式によって示される。
【数１】
すなわち、真の同時計測数は、検出素子ｉと検出素子ｊとで計測される同時計測数を、吸収補正係数と吸収補正以外の補正に関する係数とで補正したものである。なお、吸収補正以外の補正とは、例えば、検出素子ごとの感度補正や散乱数補正などのことであり、実施例１においては、吸収補正以外の補正に関する係数は予め求められているものとする。
【００５７】
上記したように、補正係数算出部３００は、照射に応じて被検体とＰＥＴ検出部２０１との相対的な位置関係に変動が生じるごとに、吸収補正係数Ａijを算出する。
【００５８】
次に、吸収補正係数Ａijは、以下の（２）式によって示される。
【数２】
すなわち、吸収補正係数Ａijは、検出素子ｉと検出素子ｊとの間に存在する物質（実施例１において被検体）の吸収補正係数の分布である減弱マップを、検出素子ｉと検出素子ｊとを結ぶ線分に沿って積分したものである。なお、検出素子ｉと検出素子ｊとを結ぶＬijを図４に示す。図４は、減弱マップの原点と検出素子との相対的な位置関係を説明するための図である。
【００５９】
（２）式に示すように、被検体とＰＥＴ検出部２０１との相対的な位置関係に変動が生じるごとに吸収補正係数Ａijを算出するには、検出素子ｉと検出素子ｊとを結ぶ線分Ｌijを算出しなければならない。また、線分Ｌijを算出するには、被検体とＰＥＴ検出部２０１との相対的な位置関係に変動が生じた後の検出素子ｉおよび検出素子ｊの座標を算出しなければならない。
【００６０】
そこで次に、相対的な位置関係に変動が生じた後の検出素子ｉおよび検出素子ｊの座標を算出する手法について説明する。実施例１における補正係数算出部３００は、天板１１０の移動量や第２支持アーム２０５の移動量を用いて検出素子ｉおよび検出素子ｊの座標を算出する。後述するように、照射開始時においては、減弱マップの原点と照射中心とが一致している。そうであるとすると、照射開始時から天板１１０の移動量や第２支持アーム２０５がどれだけ移動したかを示す移動量を取得することができれば、減弱マップの原点がどれだけ移動したかを算出することができるはずである。以下、式を用いて具体的に説明する。
【００６１】
まず、相対的な位置関係に変動が生じた後の検出素子ｉの座標を、以下の（３）式で示す。
【数３】
【００６２】
また、相対的な位置関係に変動が生じた後の検出素子ｊの座標を、以下の（４）式で示す。
【数４】
【００６３】
すると、照射開始時に照射中心を原点とする座標系で、すなわち、減弱マップの原点と照射中心とが一致している時の検出素子ｉが、第２支持アーム２０５がｘ軸周りにθ回転した後の座標は、以下の（５）式および（６）式によって算出される。
【数５】
【００６４】
また、さらに、天板１１０がｘ軸、ｙ軸、ｚ軸方向に（ｔX、ｔy、ｔz）移動した後の座標は、以下の（７）式および（８）式によって算出される。
【数６】
なお、第２支持アーム２０５の移動および天板１１０の移動を図５に示す。図５は、減弱マップの原点と検出素子との相対的な位置関係を説明するための図である。
【００６５】
このように、同様に、補正係数算出部３００は、天板１１０の移動量や第２支持アーム２０５の移動量を用いて検出素子ｊの座標を算出し、検出素子ｉおよび検出素子ｊの座標を算出すると、続いて、算出後の座標を用いて吸収補正係数Ａijを算出する。すなわち、補正係数算出部３００は、まず、以下の（９）式によって線分Ｌijを算出し、その後、（２）式に、算出した線分Ｌijを代入することで、吸収補正係数Ａijを算出する。
【数７】
【００６６】
こうして、補正係数算出部３００は、照射に応じて被検体とＰＥＴ検出部２０１との相対的な位置関係に変動が生じるごとに、被検体とＰＥＴ検出部２０１との相対的な位置関係を算出し、吸収補正係数を算出することになる。
【００６７】
なお、画像生成部２０２は、ＰＥＴ検出部２０１によって検出されたガンマ線と、補正係数算出部３００によってこのように算出された吸収補正係数Ａijとを用いて、以下の（１０）式におけるｆ（ｒ）（ｒは太字）を求めることで、ＰＥＴ画像を生成する。ｆ（ｒ）はガンマ線発生源密度分布であり、すなわち、どれだけ粒子線が照射されたかを示す分布である。
【数８】
【００６８】
ところで、同時計測において、検出素子ｉのペアとなる検出素子ｊはひとつではない。図６に示すようなＰＥＴ検出器の構成では、ひとつの検出素子ｉにつき、ペアとなる検出素子ｊはＮ個存在する。図６は、検出素子を説明するための図である。なお、実施例１においては、検出素子ｉ同士のペアは考えないこととする。すると、補正係数算出部３００は、Ｎ個の検出素子ｉそれぞれについて、ペアとなるＮ個の検出素子ｊの吸収補正係数を算出することになり、被検体とＰＥＴ検出部２０１とのある相対的な位置関係ごとに、Ｎ×Ｎ個の吸収補正係数からなる１組のデータセットが準備されることになる。
【００６９】
［実施例１に係る粒子線治療装置による処理手順］
続いて、図７を用いて、実施例１に係る粒子線治療装置による処理手順を説明する。図７は、実施例１に係る粒子線治療装置による処理手順を示すフローチャートである。
【００７０】
図７に示すように、粒子線治療装置を操作する操作者は、通常、治療開始前に被検体の減弱マップを作成する（ステップＳ１０１）。減弱マップは、例えば、専用線源を用いて撮影された画像から作成する手法や、ＣＴ（Computed Tomography）画像から作成する手法など、公知の手法によって作成することができる。
【００７１】
なお、粒子線治療では、通常、治療計画がＣＴ画像を用いて行われるため、治療計画に用いられたＣＴ画像から減弱マップを作成するのがよい。治療計画においては、照射方向を決定するためにＣＴ画像上で照射中心を決定する。したがって、このＣＴ画像から作成された減弱マップ上での照射中心も判明する。減弱マップを作成する際に、減弱マップの原点と減弱マップ上での照射中心とを一致させておけば、ステップＳ１０２において、減弱マップ上の照射中心と実際の照射中心とが一致し、この結果、減弱マップの原点と実際の照射中心とが一致することになる。すると、照射開始時から天板１１０の移動量や第２支持アーム２０５がどれだけ移動したかを示す移動量を取得した場合に、減弱マップの原点がどれだけ移動したかを直接的に算出することができ、吸収補正係数の算出も容易である。
【００７２】
次に、操作者は、粒子線治療装置の天板１１０の上に患者（被検体）をセットアップする（ステップＳ１０２）。具体的には、操作者は、被検体の表面や被検体を固定するカバーの表面に付されたマークを元に天板１１０の位置を調整し、ステップＳ１０１の治療計画において決定した位置に被検体を載置する。なお、上記したように、この作業によって、減弱マップ上での照射中心が実際の照射中心に一致し、この結果、減弱マップの原点と実際の照射中心とが一致する。
【００７３】
続いて、操作者は、治療計画において決定した照射を行うための照射準備を行う（ステップＳ１０３）。具体的には、操作者は、粒子線照射部１０３の回転および天板１１０の回転や並進移動を調整する。また、操作者は、ＰＥＴ検出部２０１が粒子線の照射野を遮らないように、かつＰＥＴ検出部２０１の開口部を照射方向の中心軸が通過するように、ＰＥＴ検出部２０１を移動させる。
【００７４】
そして、粒子線治療装置は、照射を開始する（ステップＳ１０４）。具体的には、粒子線照射部１０３が、陽イオンを被検体に向けて照射する。
【００７５】
続いて、粒子線治療装置は、同時計測を行う（ステップＳ１０５）。具体的には、ＰＥＴ検出部２０１が、被検体から発生するガンマ線を検出素子にて検出し、検出したガンマ線に基づく電気信号を画像生成部２０２に出力する。
【００７６】
ところで、図７に示すように、粒子線治療装置は、ステップＳ１０４やステップＳ１０５の処理と並行して、吸収補正係数を算出する処理を行う（ステップＳ１０６）。具体的には、補正係数算出部３００が、天板１１０の移動量や第２支持アーム２０５の移動量を用いて検出素子ｉおよび検出素子ｊの座標を算出し、算出した検出素子ｉおよび検出素子ｊの座標を用いて吸収補正係数Ａijを算出する。
【００７７】
すると、粒子線治療装置は、ステップＳ１０７において、ＰＥＴ画像を生成する処理を行う（ステップＳ１０７）。具体的には、画像生成部２０２は、補正係数算出部３００から受信した吸収補正係数を用いて、ＰＥＴ検出部２０１から受信した電気信号に対して吸収補正処理やその他の画像処理を行い、ＰＥＴ画像を生成し、生成したＰＥＴ画像を表示制御部０２０へ出力する。
【００７８】
そして、粒子線治療装置は、ＰＥＴ画像を表示する（ステップＳ１０８）。具体的には、表示制御部０２０が、画像生成部２０２から入力されたＰＥＴ画像をユーザインタフェース０１０の表示部０１２に表示させる。
【００７９】
次に、粒子線治療装置は、照射が継続されるか（例えば第２の照射が行われるか）否かを判定する（ステップＳ１０９）。照射が継続されない場合には（ステップＳ１０９否定）、粒子線治療装置は、処理を終了する。一方、照射が継続される場合には（ステップＳ１０９肯定）、粒子線治療装置は、ステップＳ１０３に戻り、ステップＳ１０３〜ステップＳ１０８の処理を繰り返す。なお、粒子線治療装置は、ステップＳ１０９において照射が継続されると判定する限り、ステップＳ１０３に戻り、ステップＳ１０３〜ステップＳ１０８の処理を繰り返す。
【００８０】
［実施例１の効果］
上記してきたように、実施例１において、粒子線照射部１０３は、天板１００に載置された被検体に向けて粒子線を照射する。すると、ＰＥＴ検出部２０１は、被検体から発生するガンマ線を検出素子にて検出する。また、天板１１０およびＰＥＴ検出部２０１は、照射に応じて移動する。このため、補正係数算出部３００は、減弱マップの原点とＰＥＴ検出部２０１の検出素子との相対的な位置関係を示す座標を、天板１１０およびＰＥＴ検出部２０１の移動量を用いて算出し、算出した座標を用いて吸収補正係数を算出する。そして、画像生成部２０２は、ＰＥＴ検出部２０１によって検出されたガンマ線と補正係数算出部３００によって算出された吸収補正係数とを用いて画像を生成する。
【００８１】
このようなことから、実施例１によれば、被検体に対して適切に粒子線を照射することができ、かつその時に発生するガンマ線を検出することができる。また、実施例１によれば、適切な補正処理を行うことができる。
【実施例２】
【００８２】
ところで、実施例１においては、粒子線治療装置が、照射の都度、検出素子の座標を算出し、その都度、吸収補正係数を算出する手法であった。しかしながら本発明はこれに限られるものではない。例えば、天板や第２支持アームの移動量と対応づけて検出素子の座標を予め算出しておき、また、予め算出した座標と対応づけて吸収補正係数を予め算出しておく手法でもよい。この手法によれば、天板や第２支持アームの移動量と対応づけて適切な吸収補正係数が予め準備されることになるので、粒子線治療装置は、照射の際には、予め準備された吸収補正係数を移動量に基づいて検索し、取得するのみでよい。この結果、粒子線治療装置の処理負荷を軽減することが可能になる。
【００８３】
以下、図８を用いて、実施例２に係る粒子線治療装置を説明する。図８は、実施例２に係る粒子線治療装置の構成を示すブロック図である。
【００８４】
図８に示すように、実施例２に係る粒子線治療装置は、補正係数算出部３００の替わりに、治療計画部４００と補正係数データセット照合部４０３とを備える。また、治療計画部４００は、補正係数算出部４０１と補正係数記憶部４０２とを有する。
【００８５】
補正係数算出部４０１は、補正係数記憶部４０２と接続される。具体的には、補正係数算出部４０１は、例えば治療計画時に想定されるものとして操作者から入力された天板１１０の移動量や第２支持アーム２０５の移動量を用いて、減弱マップ上の原点とＰＥＴ検出部２０１の検出素子との相対的な位置関係を示す座標を算出する。また、補正係数算出部４０１は、算出した座標を用いて吸収補正係数を算出し、算出した吸収補正係数と、この算出に用いた天板１１０の移動量や第２支持アーム２０５の移動量とを対応づけて、補正係数記憶部４０２に伝送する。すなわち、補正係数算出部４０１は、天板１１０の移動量や第２支持アーム２０５の移動量ごとにＮ×Ｎ個の吸収補正係数が対応づけられたデータセットを補正係数記憶部４０２に伝送する。
【００８６】
補正係数記憶部４０２は、補正係数算出部４０１と補正係数データセット照合部４０３と接続される。具体的には、補正係数記憶部４０２は、補正係数算出部４０１から受信したデータセットを記憶し、補正係数記憶部４０２が記憶するデータセットは、補正係数データセット照合部４０３による処理に用いられる。
【００８７】
補正係数データセット照合部４０３は、天板制御部１０９と第２制御部２０６と補正係数記憶部４０２と画像生成部２０２と接続され、吸収補正係数を取得する。具体的には、補正係数データセット照合部４０３は、天板制御部１０９や第２制御部２０６から天板１１０の移動量や第２支持アーム２０５の移動量を受信する。また、補正係数データセット照合部４０３は、受信した天板１１０の移動量や第２支持アーム２０５の移動量を用いて補正係数記憶部４０２を参照し、この移動量に対応づけて記憶されているＮ×Ｎ個の吸収補正係数を取得する。そして、補正係数データセット照合部４０３は、取得した吸収補正係数を画像生成部２０２に送信する。
【００８８】
［実施例２の効果］
上記してきたように、実施例２において、補正係数算出部４０１は、検出素子の座標を天板１１０およびＰＥＴ検出部２０１の移動量を用いて予め算出する。また、補正係数算出部４０１は、吸収補正係数を、予め算出された検出素子の座標を用いて予め算出する。また、粒子線治療装置は、予め算出された吸収補正係数と、算出に用いられた天板１１０およびＰＥＴ検出部２０１の移動量とを対応づけて記憶する補正係数記憶部４０２をさらに備える。また、粒子線治療装置は、補正係数データセット照合部４０３をさらに備え、補正係数データセット照合部４０３が、天板１１０およびＰＥＴ検出部２０１の移動量を用いて補正係数記憶部４０２を参照し、移動量に対応づけて記憶されている吸収補正係数を取得する。そして、画像生成部２０２は、ＰＥＴ検出部２０２によって検出されたガンマ線と、補正係数データセット照合部４０３によって取得された吸収補正係数とを用いて画像を生成する。
【００８９】
このようなことから、実施例２によれば、粒子線治療装置の処理負荷を軽減することが可能になる。
【実施例３】
【００９０】
なお、これまで本発明の実施例１および２について説明してきたが、本発明は上記した実施例以外にも、種々の異なる形態にて実施されてよいものである。
【００９１】
実施例１および２においては、天板１１０の移動量や第２支持アーム２０５の移動量のみを考慮する手法を説明してきた。これは、実施例１および２において例示した粒子線治療装置では、天板１１０の回転は、第１制御部２０４によって打ち消される（同じだけ回転する）構成となっていたためである。したがって、本発明は、天板１１０の移動量や第２支持アーム２０５の移動量のみを考慮する手法に限られず、天板１１０の回転の移動量などを考慮する手法にも同様に適用することができる。すなわち、この場合にも、上記した行列と同様に行列を決定し、天板回転制御部１０７から取得した移動量を用いて検出素子の座標を算出すればよい。
【符号の説明】
【００９２】
０１０ ユーザインタフェース
０１１ 入力部
０１２ 表示部
０２０ 表示制御部
１００ 粒子線治療部
１０１ 粒子線発生／加速部
１０２ 粒子線伝送部
１０３ 粒子線照射部
１０４ 照射ノズル回転部
１０５ 照射ノズル回転制御部
１０６ 天板回転部
１０７ 天板回転制御部
１０８ 天板移動部
１０９ 天板移動制御部
１１０ 天板
２００ ＰＥＴ部
２０１ ＰＥＴ検出部
２０２ 画像生成部
２０３ 第１支持アーム
２０４ 第１制御部
２０５ 第２支持アーム
２０６ 第２制御部
３００ 補正係数算出部
４００ 治療計画部
４０１ 補正係数算出部
４０２ 補正係数記憶部
４０３ 補正係数データセット照合部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
天板に載置された被検体に向けて粒子線を照射する粒子線照射手段と、
前記粒子線照射手段によって照射されることで前記被検体から発生するガンマ線を検出素子にて検出するＰＥＴ検出手段と、
前記天板および前記ＰＥＴ検出手段を前記照射に応じて移動させる移動手段と、
前記被検体について作成された減弱マップの原点と前記ＰＥＴ検出手段の検出素子との相対的な位置関係を示す位置情報を、前記移動手段によって移動される前記天板および前記ＰＥＴ検出手段の移動量を用いて算出する位置情報算出手段と、
前記位置情報算出手段によって算出された位置情報を用いて補正係数を算出する補正係数算出手段と、
前記ＰＥＴ検出手段によって検出されたガンマ線と前記補正係数算出手段によって算出された補正係数とを用いて画像を生成する画像生成手段と
を備えたことを特徴とする粒子線治療装置。
【請求項２】
前記位置情報算出手段は、前記天板および前記ＰＥＴ検出手段が移動される毎に前記位置情報を算出し、
前記補正係数算出手段は、前記天板および前記ＰＥＴ検出手段が移動される毎に前記位置情報算出手段によって算出された位置情報を用いて補正係数を算出し、
前記画像生成手段は、前記ＰＥＴ検出手段によって検出されたガンマ線と、前記天板および前記ＰＥＴ検出手段が移動される毎に前記補正係数算出手段によって算出された補正係数とを用いて画像を生成することを特徴とする請求項１に記載の粒子線治療装置。
【請求項３】
前記位置情報算出手段は、前記位置情報を、前記天板および前記ＰＥＴ検出手段の移動量を用いて予め算出し、
前記補正係数算出手段は、前記補正係数を、前記位置情報算出手段によって予め算出された位置情報を用いて予め算出するものであって、
前記粒子線治療装置は、
前記補正係数算出手段によって予め算出された補正係数と、当該算出に用いられた前記天板および前記ＰＥＴ検出手段の移動量とを対応づけて記憶する補正係数記憶手段と、
前記移動手段によって移動される前記天板および前記ＰＥＴ検出手段の移動量を用いて前記補正係数記憶手段を参照し、当該移動量に対応づけて記憶されている補正係数を取得する補正係数取得手段とをさらに備え、
前記画像生成手段は、前記ＰＥＴ検出手段によって検出されたガンマ線と、前記補正係数取得手段によって取得された補正係数とを用いて画像を生成することを特徴とする請求項１に記載の粒子線治療装置。
【請求項１】
天板に載置された被検体に向けて粒子線を照射する粒子線照射手段と、
前記粒子線照射手段によって照射されることで前記被検体から発生するガンマ線を検出素子にて検出するＰＥＴ検出手段と、
前記天板および前記ＰＥＴ検出手段を前記照射に応じて移動させる移動手段と、
前記被検体について作成された減弱マップの原点と前記ＰＥＴ検出手段の検出素子との相対的な位置関係を示す位置情報を、前記移動手段によって移動される前記天板および前記ＰＥＴ検出手段の移動量を用いて算出する位置情報算出手段と、
前記位置情報算出手段によって算出された位置情報を用いて補正係数を算出する補正係数算出手段と、
前記ＰＥＴ検出手段によって検出されたガンマ線と前記補正係数算出手段によって算出された補正係数とを用いて画像を生成する画像生成手段と
を備えたことを特徴とする粒子線治療装置。
【請求項２】
前記位置情報算出手段は、前記天板および前記ＰＥＴ検出手段が移動される毎に前記位置情報を算出し、
前記補正係数算出手段は、前記天板および前記ＰＥＴ検出手段が移動される毎に前記位置情報算出手段によって算出された位置情報を用いて補正係数を算出し、
前記画像生成手段は、前記ＰＥＴ検出手段によって検出されたガンマ線と、前記天板および前記ＰＥＴ検出手段が移動される毎に前記補正係数算出手段によって算出された補正係数とを用いて画像を生成することを特徴とする請求項１に記載の粒子線治療装置。
【請求項３】
前記位置情報算出手段は、前記位置情報を、前記天板および前記ＰＥＴ検出手段の移動量を用いて予め算出し、
前記補正係数算出手段は、前記補正係数を、前記位置情報算出手段によって予め算出された位置情報を用いて予め算出するものであって、
前記粒子線治療装置は、
前記補正係数算出手段によって予め算出された補正係数と、当該算出に用いられた前記天板および前記ＰＥＴ検出手段の移動量とを対応づけて記憶する補正係数記憶手段と、
前記移動手段によって移動される前記天板および前記ＰＥＴ検出手段の移動量を用いて前記補正係数記憶手段を参照し、当該移動量に対応づけて記憶されている補正係数を取得する補正係数取得手段とをさらに備え、
前記画像生成手段は、前記ＰＥＴ検出手段によって検出されたガンマ線と、前記補正係数取得手段によって取得された補正係数とを用いて画像を生成することを特徴とする請求項１に記載の粒子線治療装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−２７９６０２（Ｐ２０１０−２７９６０２Ａ）
【公開日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１３６１７８（Ｐ２００９−１３６１７８）
【出願日】平成２１年６月５日（２００９．６．５）
【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２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月５日（２００９．６．５）
【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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