(57)【要約】【課題】新しい技術により微細なＸ線ビームの発生を可能にして、MMRT（Microbeam Modulated Radiation Therapy）という迅速で精密なＸ線治療を可能にする。【解決手段】本発明によるＸ線治療装置は、マーカセンサ３，４により、患部に対して既知の位置関係を保って患者に固定されるマーカのカウチ２に対する位置を検出し患部位置データを得る。カウチ操作ロボット６は、カウチ２の位置・姿勢を変更させることができる。治療用Ｘ線源（治療用Ｘ線発生装置１）は、Ｘ線治療ビームの形状、強度を制御可能であり、操作ロボット５は治療用Ｘ線発生装置１を支持して患部に向けて、治療用Ｘ線発生装置１の位置・姿勢を制御する。中央処理装置（ＣＰＵ）８は、治療計画データに基づいて、マーカセンサ３，４の出力により特定された患部に対して必要なＸ線治療ビームの強さと方向と時間を演算して治療用Ｘ線発生装置１と操作ロボット５，６（線源，カウチ）に制御信号を送り動作させる。【選択図】図１Ｂ
2010227142.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カウチに仰臥した患者に、異なる位置からのＸ線ビームを患部で交差または患部に通過させて一回以上のＸ線照射治療をするＸ線治療装置であって、
患部に対して既知の位置関係を保って患者に固定されるマーカのカウチに対する位置を検出し患部位置データを得るマーカセンサと、
カウチの位置・姿勢を変更させるカウチ操作手段と、
Ｘ線治療ビームの形状、線量を制御可能な治療用Ｘ線源と、
前記治療用Ｘ線源より照射され、患部を透過したＸ線を検出する治療用Ｘ線センサと、
前記治療用Ｘ線源を支持して患部に向けて、前記治療用Ｘ線源の位置・姿勢を制御する線源操作手段と、
治療計画データに基づいて、前記マーカセンサの出力により特定された患部におけるＸ線治療ビームの形状、線量を演算して前記治療用Ｘ線源と前記各操作手段に制御信号を発生する中央処理装置と、
から構成したＸ線治療装置。
【請求項２】
請求項１記載のＸ線治療装置において、
前記線源操作手段は、６軸または７軸ロボットアームのヘッドに前記治療用Ｘ線源を支持するものであることを特徴とするＸ線治療装置。
【請求項３】
請求項１記載のＸ線治療装置において、
前記線源操作手段は、前記治療用Ｘ線源を支持して前記カウチの移動と共同して自由にＸ線治療ビームの方向を決定するガントリであるかまたは環状回転構造であることを特徴とするＸ線治療装置。
【請求項４】
請求項１記載のＸ線治療装置において、
前記治療用Ｘ線源は、１ＭＶ以上の高エネルギーＸ線を発生し、ビーム径が１ｍｍ〜１０ｍｍの細いＸ線ビームを出力するＸ線管を複数本束ねたＸ線管アレイにより構成されているＸ線治療装置。
【請求項５】
請求項４記載のＸ線治療装置において、
前記治療用Ｘ線源のＸ線管の動作選択は治療計画データにしたがって行われることを特徴とするＸ線治療装置。
【請求項６】
請求項１記載のＸ線治療装置において、
前記マーカセンサの検出対象であるマーカは人体に無害な重金属であり、前記マーカセンサはカウチに固定された患部に向けられる二つの低エネルギーＸ線発生装置とそれぞれに対応する画像センサであり、患部とマーカの像を出力することを特徴とするＸ線治療装置。
【請求項７】
請求項１記載のＸ線治療装置において、
前記二つの低エネルギーＸ線発生装置とそれぞれに対応する画像センサはガントリに設けられていることを特徴とするＸ線治療装置。
【請求項８】
請求項１記載のＸ線治療装置において、
前記マーカセンサの検出対象は、患部と一定の位置関係をもち患部と同一の動きを示す電波発信機であり、前記マーカセンサは受信機であることを特徴とするＸ線治療装置。
【請求項９】
請求項１記載のＸ線治療装置において、
Ｘ線照射治療は治療計画データに基づいて、複数回の一連の照射が行われるものであり、
低エネルギーＸ線を照射してマーカの位置を検出し予め治療計画で取得したマーカ及び患部の画像データと比較照合して確認し、
治療用高エネルギーＸ線を照射して、その透過Ｘ線を前記治療用Ｘ線センサで検出して確認し、必要に応じて治療計画データを修正して次期の照射を行うことを特徴とするＸ線治療装置。
【請求項１０】
請求項９記載のＸ線治療装置において、
前記Ｘ線治療装置は、Ｘ線治療ビームの形状、線量を前回までの治療用Ｘ線センサの画像データまたはマーカ及び患部の画像データのいずれかまたはそれらの組み合わせに基づいて修正することを特徴とするＸ線治療装置。
【請求項１１】
請求項１記載のＸ線治療装置において、
高エネルギーＸ線を検出する治療用Ｘ線センサは、前記カウチに取り付けられていることを特徴とするＸ線治療装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線治療を行うにあたり、患者の呼吸等により患部が移動して患部以外にＸ線が及ぶことによる正常組織の損壊を防止することができるＸ線治療装置に関する。
さらに詳しく言えば、本発明は、MMRT（Microbeam Modulated Radiation Therapy）という新しい技術により微細なＸ線ビームの発生を可能にして、迅速で精密なＸ線治療を可能にするＸ線治療装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線治療装置を用いてＸ線治療を行う際に、患者の呼吸等により患部が移動することで患部以外にＸ線が及ぶことによる正常組織の損壊が問題になり、これらに関連して種々の提案が行われている。
特許文献１記載の放射線治療装置は、治療用Ｘ線を照射する放射線発生装置と、検査用Ｘ線を出射する２つの放射線源と、２つの検出器と、画像形成装置と、解析装置とを備えている。検査対象部の３次元画像から追尾対象部位の３次元位置および３次元形状を求め、これに合わせて出射口可変式コリメータの出射口の形状を制御装置によって変化させて、治療対象部位に応じて治療用放射線の照射野を追尾させるように構成されている。
この装置は出射口可変式コリメータの出射口の形状を変化させることによって、治療対象部位の移動に追従させるため、コリメータの形状設定が完了するまで放射線の照射は行えない。照射野に対する形状的精度は、コリメータの形状設定精度に依存し、高速性と高分解能は相反して同時にこれらを満足させられないという問題がある。
【０００３】
特許文献２記載の発明は、患者の呼吸を照射のタイミングと同期がとりやすいように誘導し、効率よく放射線の照射を行うことができる放射線発生装置を用いて、患者の呼吸を治療装置や診断装置の運転に適した状態に誘導し、診断および治療を効率的に行うことができる放射線治療装置および放射線診断装置を提案している。しかし患者の動きにリアルタイムに追従した治療はできないという問題がある。
【０００４】
特許文献３記載の放射線治療装置は、腫瘍近傍に少なくとも３個の腫瘍マーカを埋め込み、これらの腫瘍マーカを２方向からＸ線透視装置で撮像し、この撮像された透視像をデジタイズし、予め登録された腫瘍マーカのテンプレート画像との間で濃淡正規化相互相関法によるテンプレートマッチングを所定フレームの実時間レベルで実行し、デジタイズされた透視象上でもっとも相関度の高い３個の腫瘍マーカの２次元座標を求めている。そして、この２次元座標に基づき少なくとも３個の腫瘍マーカの３次元座標、アイソセンタ位置等を計算して、当初計画されたアイソセンタ位置等とのずれを補正し、体幹内部の腫瘍に選択的に大線量の照射を行い、健全細胞の被爆の低減を可能にしている。
しかしながら、連続照射の速度は、腫瘍マーカの位置認識とコリメータの設定時間で制約を受けるので、一層の高速化は難しい。また、腫瘍の縁端部に対する照射の場合、コリメータを使用しているため、微小な照射は難しく、健全細胞へのダメージは残る。
【０００５】
特許文献４記載の動体追跡照射装置は、腫瘍近傍に埋め込まれた腫瘍マーカを第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線透過装置と、画像入力部Ａ，Ｂによってデジタイズされた画像情報に予め登録された腫瘍マーカのテンプレート画像を作用させた濃淡正規化相互相関法によるテンプレートマッチングを所定フレームレートの実時間レベルで実行し、前記腫瘍マーカの２次元座標を求める認識処理部Ａ，Ｂと認識処理部で算出された２次元座標より腫瘍マーカの３次元座標を計算するＣＰＵと腫瘍マーカの３次元座標によりライナックの治療ビーム照射を制御する照射制御部とを備えている。そして体幹部内の動き回る腫瘍に対しても選択的に大線量の照射を行い、健全細胞への被爆の低減を図っている。
しかしながら、特許文献３で検討したように連続照射の速度は、腫瘍マーカの位置認識とコリメータの設定時間で制約を受けるので、一層の高速化は難しい。また、腫瘍の縁端部に対する照射の場合、コリメータを使用しているため、微小な照射は難しく、健全細胞へのダメージは残る。
【０００６】
特許文献５記載の治療中の患者の呼吸および他の移動を補償する装置は、内部標的領域に関する位置データを周期的に発生する第１検出装置と、１つ以上の外部センサに関する位置データを連続的に発生する第２検出装置と、治療が外部センサから得た位置データに基づいて患者の標的領域の位置に向けてなされるように内部標的領域の位置と外部センサの位置との対応関係を創成すべく、内部標的領域および外部センサに関する位置データを受けるプロセッサとを有することを特徴としている。
しかしながら、連続照射の速度は、腫瘍マーカの位置認識とコリメータの設定時間で制約を受けるので、一層の高速化は難しい。
また、腫瘍の縁端部に対する照射の場合、コリメータを使用しているため、微小な照射は難しく、健全細胞へのダメージは残るという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３７９０４８１号公報
【特許文献２】特許第３８８１１９９号公報
【特許文献３】特許第３７４８５３１号公報
【特許文献４】特許第３０５３３８９号公報
【特許文献５】特表２００３−５２３２２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前述した各装置は、解決されるべき次の課題を含んでいる。
・連続照射ができないため、治療に時間がかかり、患者の精神的・肉体的負担が大きくなる。
・Ｘ線治療の結果に対する検証(Verification)の精度が低い上に操作が煩雑であった。
・Ｘ線ビームの直径を小さくすることができないから患部周辺の健全細胞を損傷することなく、腫瘍等を完全に除去することは困難である。
・ガントリを用いるものが殆どでＸ線の照射方向に制限があり、任意の方向から最適な角度での照射が制限されている。
本発明の目的は、患者の治療対象部位の動きにリアルタイムに追従することができ、しかも高出力で細いＸ線(Microbeam)を用い、患部の健全な細胞へ悪影響を及ぼすことなく、患部の外形（治療対象腫瘍の形状）に沿って高速、高精度にＸ線治療を行うことができるＸ線治療装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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Ｘ線治療装置は、
カウチに仰臥した患者に、異なる位置からのＸ線ビームを患部で交差または患部に通過させて一回以上のＸ線照射治療をするＸ線治療装置であって、
患部に対して既知の位置関係を保って患者に固定されるマーカのカウチに対する位置を検出し患部位置データを得るマーカセンサと、
カウチの位置・姿勢を変更させるカウチ操作手段と、
Ｘ線治療ビームの形状、線量を制御可能な治療用Ｘ線源と、
前記治療用Ｘ線源より照射され、患部を透過したＸ線を検出する治療用Ｘ線センサと、
前記治療用Ｘ線源を支持して患部に向けて、前記治療用Ｘ線源の位置・姿勢を制御する線源操作手段と、
治療計画データに基づいて、前記マーカセンサの出力により特定された患部におけるＸ線治療ビームの形状、線量を演算して前記治療用Ｘ線源と前記各操作手段に制御信号を発生する中央処理装置と、から構成されている。
マーカは患部に対して既知の位置関係を保って患者に固定されるから、マーカを検出することによりカウチに対する患部の位置が明らかになり、治療用Ｘ線源を患部に向けて、適切な照射による治療が可能となる。
【００１０】
本発明による請求項２記載のＸ線治療装置は、請求項１記載のＸ線治療装置において、
前記線源操作手段は、６軸または７軸ロボットアームのヘッドに前記治療用Ｘ線源を支持するものであることを特徴とする。
これにより、患部に向かう広い立体角内からのＸ線の治療が可能となる。
また、本発明による請求項３記載のＸ線治療装置は、請求項１記載のＸ線治療装置において、
前記線源操作手段は、前記治療用Ｘ線源を支持して前記カウチの移動と共同して自由にＸ線治療ビームの方向を決定するガントリであるかまたは環状回転構造であることを特徴とする。
【００１１】
本発明による請求項４記載のＸ線治療装置は、請求項１記載のＸ線治療装置において、
前記治療用Ｘ線源は、１ＭＶ以上の高エネルギーＸ線を発生し、ビーム径が１ｍｍ〜１０ｍｍ程度の細いＸ線ビームを出力するＸ線管を複数本束ねたＸ線管アレイにより構成されている。
これにより精密な治療ができる。
また、本発明による請求項５記載のＸ線治療装置は、請求項４記載のＸ線治療装置において、
前記治療用Ｘ線源のＸ線管の動作選択は治療計画データにしたがって行われることを特徴とするものである。
このような請求項４，５記載の構成によれば、従来マルチコリメータにより形成されていた治療用のＸ線ビームの（断面）形状の変更をＸ線管の各束の要素（１ｍｍ〜１０ｍｍ程度の細いＸ線ビーム）の動作選択による組み合わせにより無限の形状にかつリアルタイムで変更することができ、複雑な患部の治療が可能になる。
このＸ線ビームの（断面）形状の設定や変更は、後述するように一連のＸ線照射治療中にリアルタイムで行われ、治療の質の向上と、治療時間の短縮に寄与している。
【００１２】
本発明による請求項６記載のＸ線治療装置は、請求項１記載のＸ線治療装置において、
前記マーカセンサの検出対象であるマーカは人体に無害な重金属であり、前記マーカセンサはカウチに固定された患部に向けられる二つの低エネルギーＸ線発生装置とそれぞれに対応する画像センサであり、患部とマーカの像を出力することを特徴とするものである。
このＸ線治療装置によって、カウチとの関係で患部の位置が特定できる。
また、本発明による請求項７記載のＸ線治療装置は、請求項１記載のＸ線治療装置において、
前記二つの低エネルギーＸ線発生装置とそれぞれに対応する画像センサはガントリに設けられていることを特徴とするものである。
【００１３】
本発明による請求項８記載のＸ線治療装置は、請求項１記載のＸ線治療装置において、
前記マーカセンサの検出対象は、患部と一定の位置関係をもち患部と同一の動きを示す電波発信機であり、前記マーカセンサは受信機であることを特徴とするものである。
【００１４】
本発明による請求項９記載のＸ線治療装置は、請求項１記載のＸ線治療装置において、
Ｘ線照射治療は治療計画データに基づいて、複数回の一連の照射が行われるものであり、
低エネルギーＸ線を照射してマーカの位置を検出し予め治療計画で取得したマーカ及び患部の画像データと比較照合して確認し、
治療用高エネルギーＸ線を照射して、その透過Ｘ線を前記治療用Ｘ線センサで検出して確認し、必要に応じて治療計画データを修正して次期の照射を行うことを特徴とするものである。
この治療用Ｘ線センサは、治療後のＸ線治療検証（Verification）にも用いられる。
また、本発明による請求項１０記載のＸ線治療装置は、請求項９記載のＸ線治療装置において、
前記Ｘ線治療装置は、Ｘ線治療ビームの形状、線量を前回までの治療用Ｘ線センサの画像データまたはマーカ及び患部の画像データのいずれかまたはそれらの組み合わせに基づいて修正することを特徴とするものである。
これにより、Ｘ線治療の要素を変更しながら一連の治療が実現でき、患者の負担を少なくした精密な治療が可能になる。
さらに、本発明による請求項１１記載のＸ線治療装置は、請求項１記載のＸ線治療装置において、
高エネルギーＸ線を検出する治療用Ｘ線センサは、前記カウチに取り付けられていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
前記構成によれば、患者の治療対象部位の動きにリアルタイムに追従することができ、しかも高出力で細いＸ線(Microbeam)を用い、患部の健全な細胞へ悪影響を及ぼすことなく、患部の外形（治療対象腫瘍の形状）に沿って高速、高精度にＸ線治療（Microbeam Modulated Radiation Therapy）を行うことができるＸ線治療装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１Ａ】本発明によるＸ線治療装置の実施形態を示す斜視図である。
【図１Ｂ】本発明によるＸ線治療装置の実施形態を示すブロック図である。
【図２Ａ】本発明によるＸ線治療装置で用いるＸ線源の実施例を示すブロック図である。
【図２Ｂ】本発明によるＸ線治療装置で用いる前記Ｘ線源の動作を示す説明図である。
【図２Ｃ】前記Ｘ線源の電子ビームの偏向を説明するための説明図である。
【図２Ｄ】本発明によるＸ線治療装置で用いる他のＸ線源の実施例を示すブロック図（ａ）および、（ａ）のＸ線ターゲット管アレイのＡ−Ａ視図（ｂ）である。
【図２Ｅ】前記他のＸ線源の偏向電磁石の断面図である。
【図２Ｆ】前記他のＸ線源のＸ線ターゲットの照射野について説明する図である。
【図３Ａ】動体追跡技術で用いられる線源とセンサ一組を取り出して示した斜視図である。
【図３Ｂ】動体追跡技術の動作を説明するための略図である。
【図４】本発明によるＸ線治療装置の線源の照射動作を説明するための波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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。
図１Ａは、本発明によるＸ線治療装置の実施形態を示す斜視図であり、図１Ｂは前記装置のブロック図である。以下の実施の形態は、患部が腫瘍である場合について記述されている。
前記装置において基準点（物理学的な体）に対して患部と治療用Ｘ線源の放射方向と位置は調整され、異なる位置からのＸ線ビームが患部で交差または近接通過することにより、Ｘ線ビームのエネルギー密度の上昇により患部（腫瘍）の組織が破壊（治療）される。マーカｍは患部に対して既知の位置関係を保って患者に固定される。
マーカセンサの検出対象であるマーカｍは、人体に安全でＸ線の吸収が大きいＡｕ、Ｐｔなどの重金属である。
マーカセンサはカウチ２に固定されて患部に向けられる２つの低エネルギーＸ線発生装置（マーカ検出用低エネルギーＸ線発生装置３（Ｌ，Ｒ））とそれぞれに対応する画像センサ（マーカ検出用センサ４（Ｌ，Ｒ））を含んでいる。この２組のマーカセンサにより、マーカｍのカウチ２に対する空間的位置とマーカｍと既知な関係にある腫瘍の情報が得られる。この腫瘍の位置の特定については項を分けて（動体追跡技術）として後述する。
【００１８】
カウチ２の位置はカウチ位置姿勢制御手段により変更させられる。
カウチ位置姿勢制御手段はカウチ２を支持して、カウチ２を基準平面（例えば本装置が設置された空間の水平面）に対して上下、この上下軸回りの回転、前記水平面に平行な軸回りの回転、前記軸方向に進退させることができる（図１Ａ参照）。
カウチ２に対するマーカｍの位置を検出するマーカセンサは当然カウチ２と一体に移動させられることにより、マーカｍのカウチ２に対する３次元位置を特定する。
【００１９】
治療用Ｘ線源（治療用Ｘ線発生装置１）は治療ビームの形状、強度が制御可能である。この装置の詳細な構成は項を分けて（Ｘ線源の第１の実施例，第２の実施例）として後述する。
操作ロボット５は治療用Ｘ線発生装置１を支持して、患部に向けて治療用Ｘ線発生装置１の位置、方向を制御する。操作ロボット５は６軸または７軸ロボットアームにより、治療用Ｘ線発生装置１を支持している。
操作ロボット５とは別の、カウチ２を操作するためのロボット６が設けられている。
このロボット６は操作ロボット５に対して床面における相対位置を調節（例えば６ａの方向の移動）ができるように設けられており、その位置において垂直軸方向の上下移動、同軸回りの回転、カウチ２の中心軸回りの回転を可能にしている。
【００２０】
図１Ｂは、前述した実施形態をブロック図に示したものである。
治療用Ｘ線発生装置１は、ロボット５に支持されており、カウチ２側にフラットパネルを検出器として用いた治療用Ｘ線センサ１０が設けられている。
治療用Ｘ線センサ１０は、治療用Ｘ線の位置、強度、方向などの治療中の患部の照射状態を検出するためのセンサであり、治療用Ｘ線発生装置１が動作中に患部を透過して到達する透過Ｘ線を検出するためにカウチ２に関連して設けられ、ロボット６によりカウチ２とともに移動させられるか、または治療用Ｘ線発生装置１の移動に追従して移動するように更に他のロボット（図示せず）によりカウチ２の下側の空間でカウチ２に対しても移動できるように設けられている。また治療用Ｘ線発生装置１の出力を低下させてＸ線治療後の患部の状態を知るためのセンサとして使用することも可能である。
マーカセンサの一対のマーカ検出用Ｘ線発生装置３（Ｌ，Ｒ）の出力はマーカ検出用センサ４（Ｌ，Ｒ）に取り込まれインターフェース８ｂを介してＣＰＵ８に取り込まれ、表示装置９（マーカ検出用センサ４Ｌの出力は９−４Ｌ、４Ｒの出力は９−４Ｒに、治療用Ｘ線センサ１０の出力は９−１０）で表示されるとともに記憶装置７に蓄積される。
なお、８ａはキーボード等の入力装置である。
【００２１】
この実施形態では事前に、またはマーカセンサ３，４により得られたデータにより策定された治療計画データに基づいて、中央処理装置（ＣＰＵ）８は、マーカセンサの出力により特定された患部に対して必要なビームの強さと方向と時間を演算し、ロボット５の動作を指示または動作終了後に治療用Ｘ線発生装置１用のＸ線源を作動させる。
なお医者の位置には表示装置９が設けられ、治療の状態を観測できるようにしてある。
【００２２】
腫瘍の近傍に埋め込まれた金属マーカｍにマーカ検出用Ｘ線を照射して、腫瘍の動きを捉える。マーカ検出用Ｘ線発生装置３と照射されたＸ線を検出するマーカ検出用センサ４はカウチ２に２組設置される。マーカ検出用Ｘ線のエネルギーは、Ｘ線の照射をパルス状に１０万発以上照射しても細胞に悪影響を与えないように、低いエネルギーレベルに設定する。照射されたマーカ検出用Ｘ線は、直交する２方向から照射されて患者を透過して、埋め込まれたマーカｍの画像をカウチ２に設置されたフラットパネルなどのマーカ検出用センサ４に結ぶ。
カウチ２に関連して、前述した治療用Ｘ線センサ１０も設置されていて、Ｘ線ビームの強度や照射位置と方向を検出する。このデータは、次の治療用Ｘ線照射の制御に使用されるが、その他に、治療後に治療計画通りの照射が実施されたか検証(Verification)するときの重要なデータとなる。これによって、治療後の検証が容易になり、医師の負担を軽減できる。
【００２３】
（Ｘ線照射治療単位の説明）
治療用Ｘ線と腫瘍マーカ検出用Ｘ線の照射タイミングは、以下に説明する図の通りである。
図４の（Ａ）は、治療用Ｘ線の照射タイミング図、図４の（Ｂ）はマーカ検出用Ｘ線の照射タイミング図である。
治療用Ｘ線（治療用Ｘ線発生装置１による）照射の間隙にマーカセンサのマーカ検出用Ｘ線発生装置３からのＸ線を照射してマーカの位置検出を行い、この検出結果に基づいて治療用Ｘ線を照射する。治療用Ｘ線照射は、２００パルス／秒を１０分間程度継続する。１パルスのマイクロビームＸ線のエネルギーは、健全な細胞にダメージを与えるレベルではない。
治療対象の腫瘍には、後述するように治療計画で定めた特定の方向（略全方位中から選択される）から約１２万パルスのマイクロビームＸ線が集中するので、癌細胞を破壊するのに十分な線量分布を得ることができる。
【００２４】
（治療計画に基づく治療）
本願発明のＸ線治療装置による治療は、本願発明装置のセンサによって得たデータ、他の検査装置等で得たデータを医師が総合判断して、策定された基本治療計画に基づいてなされる。基本治療計画は一連の照射における、Ｘ線ビームの方向、Ｘ線ビームの形状、Ｘ線ビームの強度を含んでいる。
（１）マーカ検出用Ｘ線発生装置３を起動して、低エネルギーＸ線を患部とマーカを含む領域に照射してマーカの位置を検出し、予め策定された基本治療計画で取得したマーカ及び患部の画像データと比較照合して確認する。
（２）治療用Ｘ線発生装置１を起動して、基本治療計画の定めるビーム形状、強度を備える治療用高エネルギーＸ線を患部に向けて照射する。
（３）前記照射は同時に治療用Ｘ線センサ１０で検出され確認される。
（４）前記（３）の結果に基づき次の照射の要素（強度の増減、ビーム形状の変更）の一部を変更して、次の（１）→（２）を続行する。
【００２５】
以上により、本発明によるＸ線治療装置は、Ｘ線治療ビームの形状、線量を前回までの治療用Ｘ線センサまたはマーカ及び患部の画像データのいずれかまたはそれらの組み合わせに基づいてリアルタイムで修正し、最適な治療を実施できる。
【００２６】
本発明による装置で使用する特に治療用の線源はMMRT（Microbeam Modulated Radiation Therapy）という新しい技術に適合するように、本件発明者が開発したものであって平成１９年１２月１３日に発明の名称「Ｘ線発生装置」（特願２００７−３２２４８３）としてすでに出願されている。
以下このＸ線源を本発明による治療装置との関連で説明する。
【００２７】
（Ｘ線源の第１の実施例）図２Ａは、本発明によるＸ線治療装置で用いるＸ線源の実施例を示すブロック図、図２Ｂは、前記Ｘ線源の動作を示す説明図であり、図２Ｃは、前記Ｘ線源の電子ビームの偏向を説明するための説明図である。
図２Ａに示すように、Ｘ線発生装置１０１は、真空容器１０２の中に、高エネルギー電子ビームを照射する電子源（以下、電子銃という。）１０３と、電子銃１０３が照射した高エネルギー電子ビームを衝突させてＸ線ビームを放射する複数のＸ線ターゲット管１０４−１〜１０４−ｎを単列に並べて構成したＸ線ターゲット管アレイ１０５と、電子銃１０３が照射した高エネルギー電子ビームの進行方向を偏向する第１偏向電磁石１０６および第２偏向電磁石１０７とを備える。
【００２８】
真空容器１０２の外部に、電子銃１０３に高エネルギーパルスを所定のタイミングで出力する電力源１０８と、電子銃１０３に高電圧のマイクロ波を供給するマイクロ波源１１０と、電力源１０８、マイクロ波源１１０、第１偏向電磁石１０６および第２偏向電磁石１０７を制御するコントローラ１０９とを備える。
【００２９】
コントローラ１０９には、照射制御プログラム１１１、Ｘ線ターゲット管アレイ１０５の照射野の照射強度データ１１２から構成される治療野の照射強度データ１１３が格納される。照射野の照射強度データ１１２は、Ｘ線ターゲット管アレイ１０５を構成するＸ線ターゲット管１０４−１〜１０４−ｎ毎に照射線量を定めたものである。
【００３０】
照射制御プログラム１１１は、電子銃１０３から照射された高エネルギー電子ビームが単列に並んだＸ線ターゲット管１０４−１〜１０４−ｎに順番に入射するように高電圧マイクロ波源１１０の制御、第１偏向電磁石１０６および第２偏向電磁石１０７の励磁動作を制御し、さらに電力源１０８から出力される高エネルギーパルスの幅を制御する。
【００３１】
図２Ｂはこの実施例の照射野の照射強度データに対応してＸ線ターゲット管アレイの照射野が強度変調される様子を示している。図２Ｂに示すように、電力源１０８から所望の照射線量に対応する高エネルギーパルスｐ−１〜ｐ−ｎが出力されると、電子銃１０３より順次、高エネルギーパルスｐ−１〜ｐ−ｎに対応した電子ビームが照射され、Ｘ線ターゲット管アレイ１０５を構成するＸ線ターゲット管１０４−１〜１０４−ｎの内壁に衝突して、Ｘ線ビームｘ−１〜ｘ−ｎを放射する。Ｘ線ビームｘ−１〜ｘ−ｎは、照射野の照射強度データ１１２に基づいて強度変調されたものとなる。
【００３２】
図２Ａに示す第１偏向電磁石１０６および第２偏向電磁石１０７は、それぞれ平行平面の電磁石であって、第１偏向電磁石１０６は、高エネルギー電子ビームの進行方向をＸ線ターゲット管アレイ１０５の中の目標とするターゲット管の方向に曲げるように作用する。第２偏向電磁石１０７は、第１偏向電磁石で進行方向を曲げられた高エネルギー電子ビームを、目標とするＸ線ターゲット管の中心軸と平行になるように偏向する。
図２Ｃに偏向の状態を略図示してある。
【００３３】
（Ｘ線源の第２の実施例）図２Ｄの（ａ）は本発明によるＸ線治療装置で用いる他のＸ線源の実施例を示すブロック図、図２Ｄの（ｂ）は（ａ）のＸ線ターゲット管アレイのＡ−Ａ視図であり、図２Ｅは４極電磁石の実施例を示す断面図である。
前述の第１の実施例と共通部分については、同じ番号で示す。この第２の実施例の特徴は、Ｘ線ターゲット管アレイ２０５が図２Ｄの（ｂ）に示すようにＸ線ターゲット管１０４をマトリックス状に配列して構成され、このＸ線ターゲット管アレイ２０５に高エネルギー電子ビームをスキャンしながら照射すること、さらに、Ｘ線ターゲット管アレイ２０５の入口開口部面の形状を放射状にすることによって、４極電磁石２０６によって偏向された高エネルギー電子ビームがＸ線ターゲット管アレイ２０５の各Ｘ線ターゲット管１０４（ｉ，ｊ）の中心軸に対して並行に入射できるようにしたことである。この構成によって、例えば、出口開口部から５０ｃｍ離れた位置でＸ線ターゲット管アレイ２０５の照射野を５０ｍｍ×５０ｍｍのように放射状に形成することができる。この実施例に係るＸ線発生装置を実現するために、第１の実施例に係るＸ線発生装置において、高エネルギー電子ビームの進行方向を１次元的に偏向する第１偏向電磁石１０６と第２偏向電磁石１０７に替えて、２次元的な偏向が可能な４極電磁石２０６を配置する。
【００３４】
図２Ｅは、高エネルギー電子ビームを２次元方向に偏向する４極電磁石を電子ビームの進行方向（Ｚ軸方向）に垂直な面（Ｘ−Ｙ軸面）で切断した断面図である。図２Ｅにおいて、４個の磁心１３１ａ〜１３１ｄとそれぞれの磁心に巻かれた励磁コイル１３２ａ〜１３２ｄで構成され、コイルに励磁電流を流すことで図中の点線矢印で示した方向に磁場が発生する。磁界の方向は、励磁電流の極性を反転することで、逆方向に設定することができる。
【００３５】
図２Ｅにおいて、高エネルギー電子ビームがＺ軸方向（紙面の表から裏へ）に入射してきた場合、ローレンツ力は実線矢印の方向に働く。したがって、励磁電流の大きさと極性を制御することによって、Ｘ−Ｙ軸面の任意の方向に電子の進路を偏向することができる。
【００３６】
４極電磁石の磁界を通過した電子は、直進してＸ線ターゲット管アレイ２０５の入口開口部面に到達する。Ｘ線ターゲット管１０４（ｉ，ｊ）は図２Ｄの（ｂ）に示すように、マトリックス状に配列されており、さらにその入口開口面は、偏向された後、直進してきた電子が、Ｘ線ターゲット管１０４（ｉ，ｊ）の中心軸に対して水平に入射するように放射状に配置されている。したがって、Ｘ線ターゲット管アレイ２０５から放射されるＸ線は放射状に照射され、図２Ｆに示すように面状の照射野を形成する。
【００３７】
Ｘ線ターゲット管アレイ２０５の照射野を構成する各Ｘ線ターゲット管１０４（ｉ，ｊ）の照射野は、第１の実施例の場合と同様に１／２値幅が隣接するように形成される。第２の実施例においては、Ｘ線ターゲット管１０４（ｉ，ｊ）の照射はマトリックス状に隣接するので、その隣接の仕方として、図２Ｆの（ａ）に示すように照射野の１／２値幅が４か所で接する場合と図２Ｆの（ｂ）に示すように６か所で接する場合などが考えられる。
【００３８】
例えば、Ｘ線ターゲット管アレイ２０５の出口開口部から５０ｃｍの位置に５０ｍｍ×５０ｍｍの照射野を形成する場合は、Ｘ線ターゲット管１０４の１／２値幅の直径を１ｍｍとし、隣接するＸ線ターゲット管と４か所で接するような配置とする場合、Ｘ線ターゲット管アレイ２０５は、２５０本のＸ線ターゲット管で構成される。各Ｘ線ターゲット管１０４（ｉ，ｊ）の照射強度は、第１の実施例と同様に、予め設定された照射野の照射強度データ１１２に基づく。なお、本発明によればＸ線ターゲット管アレイ２０５を、従来の装置よりも、より患部に近接させることができるから、Ｘ線ターゲット管１０４の１／２値幅を１０ｍｍ程度にしても良い。
【００３９】
照射する場合のスキャンの方向としては、照射野の中心部から外側方向へ向かってスキャンする形態と照射野の外周から始めて、中心部へ向かってスキャンする形態及び一方の隅から他方の隅へ向かって行または列方向にスキャンする形態など、その使用状況に応じて選択することができる。
【００４０】
以上説明したように、第２の実施例によれば、Ｘ線ターゲット管アレイを放射状に配列するので、その照射野を面状に広く形成することができる。従って、Ｘ線発生装置または患者を載せた治療台を移動させることなく、第１の実施例に係るＸ線源を用いたＸ線治療装置よりもさらに治療時間を短縮することができ、ＭＭＲＴに好適なＸ線治療装置を提供することができる。
【００４１】
（動体追跡技術）体内に埋め込まれたマーカ等が呼吸その他の理由により移動する状態をリアルタイムで追跡する動体追跡技術は、特許第３０５３３８９号（北大方式）等に示されているように周知の技術である。本願発明ではこの周知技術に改良を施してカウチ２に対するマーカｍの検出に利用する。
北大方式は図３Ａに示すような、Ｘ線管３１とイメージインテンシファイア３２の対を図３Ｂの（ａ）に示すように２組使用する。これにより、基準の空間に対する腫瘍マーカと物理アイソセンタ４１（腫瘍の中心）を、図３Ｂの（ｂ）に示すように獲得する。
北大方式はこのようにマーカの追跡を行って、マーカの３次元座標（演算をして算出）があらかじめ与えられた範囲内にある時に照射する。
【００４２】
北大方式以外の従来の動体追跡技術は、アイソセンタを基準点（腫瘍治療の基準点）として、動体（マーカと腫瘍）がアイソセンタからどれだけ移動したかを計測し、このデータを基に動体の移動を予測してＸ線を照射している。
【００４３】
これに対して、本発明のＸ線治療装置の実施形態では、前述のように、カウチに設置されたマーカセンサで検出されたマーカの位置情報から腫瘍の位置に対してＸ線を照射し、同時にこの照射ビームの位置や方向に関する情報を検出して、次のマーカ位置情報と合わせて最適な照射条件を算出して照射する。即ち、本発明は、マーカｍの動きを追尾しながら前述のように連続的に治療用Ｘ線を照射する。
これにより照射精度と照射スピードも向上させている。これによって、治療時間を短縮することができ、患者の負担を軽減することができる。ハードウエアとしてはセンサとして、イメージインテンシファイア３２の代わりに固体撮像素子を用いるようにして、カウチと一体の移動を実現している。
【００４４】
さらに他の動体追跡技術として、電波を利用することができる。
電波発信機として、ＩＣタグを利用することができ、ＩＣタグを患部近傍に複数個埋め込み、ＩＣタグリーダに測位システムを組み込んだ受信機によって患部の位置を正確に認識することが可能となる。
【００４５】
（変形例）
以上詳しく説明した実施形態、治療例につき、本発明の範囲内で種々の変形を施すことができる。
６軸または７軸ロボットアームの例を示したが、他の形式のロボットを利用することもできる。
ガントリまたは、環状回転構造も広い意味でロボットの一種と考えることができ、線源操作手段は最も広く解釈されるべきである。
治療用のＸ線発生装置でＸ線管を整列させて用いる例を示したが、他の形状の配列、たとえば渦巻き状等の配列も考えられる。
マーカとして人体に無害な重金属を用いる例およびＩＣタグのような無線通信で情報をやりとりする例を示したが、他のアクティブな信号源の利用も考えられる。
治療用およびマーカ検出用にＸ線源を利用する例を示したが、他の線源を利用することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
病院等の医療施設で腫瘍等の治療に用いられる医療機械である。
【符号の説明】
【００４７】
１  治療用Ｘ線発生装置
２  カウチ
３  マーカ検出用Ｘ線発生装置
４  マーカ検出用センサ
５  ロボット（線源）
６  ロボット（カウチ）
７  記憶装置
８  ＣＰＵ
９  表示装置
１０  治療用Ｘ線センサ
３１  Ｘ線管
３２  イメージインテンシファイア
３２ｃ  イメージインテンシファイア中心
１０１  Ｘ線発生装置
１０２  真空容器
１０３  電子銃
１０４  Ｘ線ターゲット管
１０５，２０５  Ｘ線ターゲット管アレイ
１０６  第１偏向電磁石
１０７  第２偏向電磁石
１０８  電力源
１０９  コントローラ
１１０  マイクロ波源
２０６  ４極電磁石
【図１Ｂ】
2010227142.tif 000003
【図２Ａ】
2010227142.tif 000004
【図２Ｂ】
2010227142.tif 000005
【図２Ｃ】
2010227142.tif 000006
【図２Ｄ】
2010227142.tif 000007
【図２Ｅ】
2010227142.tif 000008
【図３Ａ】
2010227142.tif 000009
【図３Ｂ】
2010227142.tif 000010
【図４】
2010227142.tif 000011
【図１Ａ】
2010227142.tif 000012
【図２Ｆ】
2010227142.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成21年9月3日(2009.9.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
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Ｘ線治療装置は、
カウチに仰臥した患者に、異なる位置からのＸ線ビームを患部で交差または患部に通過させて一回以上のＸ線照射治療をするＸ線治療装置であって、
患部に対して既知の位置関係を保って患者に固定されるマーカのカウチに対する位置を検出し患部のデータを得る低エネルギーＸ線発生装置と対応する画像センサよりなるマーカセンサと、
カウチの位置・姿勢を変更させるカウチ操作手段と、
Ｘ線治療ビームの形状、線量を電子ビーム偏向により制御する治療用Ｘ線源と、
前記治療用Ｘ線源より照射され、患部を透過したＸ線を検出する治療用Ｘ線センサと、
前記治療用Ｘ線源を支持して患部に向けて、前記治療用Ｘ線源の位置・姿勢を制御する線源操作手段と、
治療計画データに基づいて、前記マーカセンサの出力により特定された患部の位置に対応してＸ線治療ビームの形状、線量を演算して前記治療用Ｘ線源と前記各操作手段に制御信号を発生し、さらに前記治療用Ｘ線センサの出力信号を受けて前記治療計画データを修正して次の制御信号を前記治療用Ｘ線源と前記各操作手段に発生する中央処理装置と、から構成されている。
マーカは患部に対して既知の位置関係を保って患者に固定されるから、マーカを検出することによりカウチに対する患部の位置が明らかになり、治療用Ｘ線源を患部に向けて、適切な照射による治療が可能となる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
本発明による請求項４記載のＸ線治療装置は、請求項２または３記載のＸ線治療装置において、
前記治療用Ｘ線源は、１ＭＶ以上の高エネルギーＸ線を発生し、ビーム径が１ｍｍ〜１０ｍｍ程度の細いＸ線ビームを出力するＸ線管を複数本束ねたＸ線管アレイにより構成されている。
これにより精密な治療ができる。
また、本発明による請求項５記載のＸ線治療装置は、請求項４記載のＸ線治療装置において、
前記治療用Ｘ線源のＸ線管の動作選択は治療計画データにしたがって行われることを特徴とするものである。
このような請求項４，５記載の構成によれば、従来マルチコリメータにより形成されていた治療用のＸ線ビームの（断面）形状の変更をＸ線管の各束の要素（１ｍｍ〜１０ｍｍ程度の細いＸ線ビーム）の動作選択による組み合わせにより無限の形状にかつリアルタイムで変更することができ、複雑な患部の治療が可能になる。
このＸ線ビームの（断面）形状の設定や変更は、後述するように一連のＸ線照射治療中にリアルタイムで行われ、治療の質の向上と、治療時間の短縮に寄与している。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
本発明による請求項６記載のＸ線治療装置は、請求項２または３記載のＸ線治療装置において、
前記マーカセンサの検出対象であるマーカは人体に無害な重金属であり、前記マーカセンサはカウチに固定された患部に向けられる二つの低エネルギーＸ線発生装置とそれぞれに対応する画像センサであり、患部とマーカの像を出力することを特徴とするものである。
このＸ線治療装置によって、カウチとの関係で患部の位置が特定できる。
また、本発明による請求項７記載のＸ線治療装置は、請求項３記載のＸ線治療装置において、
前記二つの低エネルギーＸ線発生装置とそれぞれに対応する画像センサはガントリに設けられていることを特徴とするものである。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
本発明によるＸ線治療装置おいて、前記マーカセンサの検出対象は、患部と一定の位置関係をもち患部と同一の動きを示す電波発信機であり、前記マーカセンサは受信機とすることもできる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
本発明による請求項８記載のＸ線治療装置は、請求項２または３記載のＸ線治療装置において、
Ｘ線照射治療は治療計画データに基づいて複数回の一連の照射が行われるものであり、
前記マーカセンサによりマーカの位置を検出し、患部に治療用高エネルギーＸ線を照射して、その透過Ｘ線を前記治療用Ｘ線センサで検出して確認し、治療計画データを修正して、次期の照射を行うことを特徴とするものである。
この治療用Ｘ線センサは、治療後のＸ線治療検証（Verification）にも用いられる。
また、本発明による請求項９記載のＸ線治療装置は、請求項８記載のＸ線治療装置において、
前記Ｘ線治療装置は、Ｘ線治療ビームの形状、線量、または方向を前回までの治療用Ｘ線センサの画像データまたはマーカセンサの画像データのいずれかまたはそれらの組み合わせに基づいて修正することを特徴とするものである。
これにより、Ｘ線治療の要素を変更しながら一連の治療が実現でき、患者の負担を少なくした精密な治療が可能になる。
さらに、本発明による請求項１０記載のＸ線治療装置は、請求項２または３記載のＸ線治療装置において、
高エネルギーＸ線を検出する治療用Ｘ線センサは、前記カウチに取り付けられていることを特徴とするものである。
【手続補正６】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カウチに仰臥した患者に、異なる位置からのＸ線ビームを患部で交差または患部に通過させて一回以上のＸ線照射治療をするＸ線治療装置であって、
患部に対して既知の位置関係を保って患者に固定されるマーカのカウチに対する位置を検出し患部のデータを得る低エネルギーＸ線発生装置と対応する画像センサよりなるマーカセンサと、
カウチの位置・姿勢を変更させるカウチ操作手段と、
Ｘ線治療ビームの形状、線量を電子ビーム偏向により制御する治療用Ｘ線源と、
前記治療用Ｘ線源より照射され、患部を透過したＸ線を検出する治療用Ｘ線センサと、
前記治療用Ｘ線源を支持して患部に向けて、前記治療用Ｘ線源の位置・姿勢を制御する線源操作手段と、
治療計画データに基づいて、前記マーカセンサの出力により特定された患部の位置に対応してＸ線治療ビームの形状、線量を演算して前記治療用Ｘ線源と前記各操作手段に制御信号を発生し、さらに前記治療用Ｘ線センサの出力信号を受けて前記治療計画データを修正して次の制御信号を前記治療用Ｘ線源と前記各操作手段に発生する中央処理装置と、
から構成したＸ線治療装置。
【請求項２】
請求項１記載のＸ線治療装置において、
前記線源操作手段は、６軸または７軸ロボットアームのヘッドに前記治療用Ｘ線源を支持するものであることを特徴とするＸ線治療装置。
【請求項３】
請求項１記載のＸ線治療装置において、
前記線源操作手段は、前記治療用Ｘ線源を支持して前記カウチの移動と共同して自由にＸ線治療ビームの方向を決定するガントリであるかまたは環状回転構造であることを特徴とするＸ線治療装置。
【請求項４】
請求項２または３記載のＸ線治療装置において、
前記治療用Ｘ線源は、１ＭＶ以上の高エネルギーＸ線を発生し、ビーム径が１ｍｍ〜１０ｍｍの細いＸ線ビームを出力するＸ線管を複数本束ねたＸ線管アレイにより構成されているＸ線治療装置。
【請求項５】
請求項４記載のＸ線治療装置において、
前記治療用Ｘ線源のＸ線管の動作選択は治療計画データにしたがって行われることを特徴とするＸ線治療装置。
【請求項６】
請求項２または３記載のＸ線治療装置において、
前記マーカセンサの検出対象であるマーカは人体に無害な重金属であり、前記マーカセンサはカウチに固定された患部に向けられる二つの低エネルギーＸ線発生装置とそれぞれに対応する画像センサであり、患部とマーカの像を出力することを特徴とするＸ線治療装置。
【請求項７】
請求項３記載のＸ線治療装置において、
前記二つの低エネルギーＸ線発生装置とそれぞれに対応する画像センサはガントリに設けられていることを特徴とするＸ線治療装置。
【請求項８】
請求項２または３記載のＸ線治療装置において、
Ｘ線照射治療は治療計画データに基づいて複数回の一連の照射が行われるものであり、
前記マーカセンサによりマーカの位置を検出し、患部に治療用高エネルギーＸ線を照射して、その透過Ｘ線を前記治療用Ｘ線センサで検出して確認し、治療計画データを修正して、次期の照射を行うことを特徴とするＸ線治療装置。
【請求項９】
請求項８記載のＸ線治療装置において、
前記Ｘ線治療装置は、Ｘ線治療ビームの形状、線量、または方向を前回までの治療用Ｘ線センサの画像データまたはマーカセンサの画像データのいずれかまたはそれらの組み合わせに基づいて修正することを特徴とするＸ線治療装置。
【請求項１０】
請求項２または３記載のＸ線治療装置において、
高エネルギーＸ線を検出する治療用Ｘ線センサは、前記カウチに取り付けられていることを特徴とするＸ線治療装置。