(57)【要約】  本発明に係るＸ線動体追跡装置は、被検体（１０）内における横隔膜の運動を抑制する電流生成装置（２００）であって、電気刺激により横隔膜の運動に関連する腹筋の収縮を維持させる維持電流を生成する電流出力部と、被検体の皮膚表面に配置され、維持電流を腹筋に伝導する電極部（２０４）と、維持電流を電極部に出力する状態と、維持電流を電極部に出力しない状態とを、切り替える制御を電流出力部に行う電流出力制御部とを備える。
2017002917.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体内における横隔膜の運動を抑制する電流生成装置であって、  電気刺激により前記横隔膜の運動に関連する筋肉の収縮を維持させる維持電流を出力する電流出力部と、  被検体の皮膚表面に配置され、前記維持電流を前記筋肉に伝導する電極部と、  前記維持電流を前記電極部に出力する状態と、前記維持電流を前記電極部に出力しない状態とを、切り替える制御を行う電流出力制御部と、  を備える電流生成装置。
【請求項２】
前記電流出力制御部は、前記被検体が予め定められた呼吸状態になると、前記電極部に維持電流を出力する制御を電流出力部に行う請求項１に記載の電流生成装置。
【請求項３】
前記予め定められた呼吸状態は、前記被検体の撮影に用いる医用画像機器の種類に応じて変更される請求項２に記載の電流生成装置。
【請求項４】
前記予め定められた呼吸状態は、前記被検体における肺内の空気量を示す値と、所定の閾値との比較に基づく状態である請求項２に記載の電流生成装置。
【請求項５】
前記被検体の撮影に用いる医用画像機器の種類に応じて、  前記被検体における肺内の空気量を示す値が第１閾値以下であると、前記予め定められた呼吸状態とする場合と、  前記被検体における肺内の空気量を示す値が第２閾値以上であると、前記予め定められた呼吸状態とする場合と、  が変更される請求項２に記載の電流生成装置。
【請求項６】
前記被検体の呼吸波形に基づき、前記被検体が予め定められた呼吸状態にあることを示す解析信号を出力する解析部を、更に備え、  前記電流出力制御部は、前記解析信号に基づき前記電流出力部に前記維持電流を出力させる請求項２に記載の電流生成装置。
【請求項７】
前記予め定められた呼吸状態は、患部標的の位置が治療ビームのゲート内に入った位置に対応する請求項２に記載の電流生成装置。
【請求項８】
前記被検体が予め定められた呼吸状態にあることを通知する通知部を、  更に備える請求項１に記載の電流生成装置。
【請求項９】
前記被検体の呼吸波形に基づき、前記被検体が予め定められた呼吸状態にあることを示す解析信号を出力する解析部を、更に備え、  前記通知部は、前記解析信号に基づき前記通知を行う請求項８に記載の電流生成装置。
【請求項１０】
前記維持電流を前記電極部に出力する状態と、前記維持電流を前記電極部に出力しない状態とを、切り替える操作部を更に備え、前記電流出力制御部は、前記操作部の操作に従い前記制御を行う請求項１に記載の電流生成装置。
【請求項１１】
前記被検体の腹部の高さを測定する測定部と、  前記腹部の高さの情報に基づき呼吸波形を生成する呼吸波形生成部と、を更に備え、  前記解析部は、前記呼吸波形生成部が生成した呼吸波形に基づき解析する請求項６又は９に記載の電流生成装置。
【請求項１２】
前記呼吸波形生成部は、４ＤＣＴ画像から得られた情報に基づき、予め得られた腹部高さの時系列変化と肺野内の空気量の時系列変化との関係を用いて呼吸波形を生成する請求項１１に記載の電流生成装置。
【請求項１３】
表示部、及び音声発生部のいずれかを、更に備え、  前記表示部を備える場合に、前記通知部は、前記呼吸波形と共にマーカを前記表示部に表示させ、  前記音声発生部を備える場合に、前記通知部は、前記被検体が可聴できる音声を前記音声発生部に発生させる請求項９に記載の電流生成装置。
【請求項１４】
前記解析部は、前記維持電流を前記電極部から出力させない状態における呼吸波形に基づき、前記予め定められた呼吸状態にある時間を解析し、前記電流出力制御部は、当該時間の所定倍の期間の間において前記維持電流を前記電流出力部に出力させる請求項６又は９に記載の電流生成装置。
【請求項１５】
前記電極部は、  第１医用画像機器では、腹直筋、外腹斜筋、内腹斜筋、及び腹横筋を含む筋肉を刺激できる皮膚表面位置に配置固定され、  前記第１医用画像機器と異なる種類の第２医用画像機器では、外肋間筋、及び横隔膜を含む筋肉を刺激できる皮膚表面位置に配置固定され、  前記維持電流はパルス電流であって、当該パルス電流の発生間隔が前記筋肉の収縮を維持する間隔である請求項１に記載の電流生成装置。
【請求項１６】
前記電流出力制御部は、前記被検体が予め定められた呼吸状態にある場合に、前記電流出力部に前記維持電流を出力させる請求項２に記載の電流生成装置。
【請求項１７】
前記電流出力制御部は、前記被検体が予め定められた呼吸状態にない場合に、前記電流出力部に前記維持電流の出力を制限させる請求項２に記載の電流生成装置。  
【請求項１８】
請求項１乃至１７のいずれか一項に記載の電流生成装置と、  第１のＸ線を被検体に向けて照射する第１のＸ線照射部と、  前記被検体を透過した前記第１のＸ線に基づいて第１のＸ線画像を撮像する第１のＸ線撮像部と、  第２のＸ線を被検体に向けて照射する第２のＸ線照射部と、  前記被検体を透過した前記第２のＸ線に基づいて第２のＸ線画像を撮像する第２のＸ線撮像部と、  前記第１のＸ線画像及び前記第２のＸ線画像に基づいて、前記被検体内の追跡対象の位置を検出する位置検出部と、を有する動体追跡照射装置と、  を備える動体追跡照射システム。
【請求項１９】
横隔膜の運動に関連する腹筋の収縮を維持させる維持電流を電流出力部が出力する工程と、  前記維持電流を前記腹筋に伝導するための電極部に出力する工程と、  前記維持電流を前記電極部に出力する状態と、前記維持電流を前記電極部に出力しない状態とを、被検体の操作部の操作にしたがい切り替える工程と、  を備える電流生成装置の制御方法。
【請求項２０】
電気刺激により筋肉の収縮を維持する維持電流を被検体に伝導可能なＸ線照射装置であって、  前記被検体に向けてＸ線を照射するＸ線照射部と、  前記維持電流が前記被検体へ伝導されている場合における前記Ｘ線の照射状態と、前記維持電流が前記被検体へ伝導されていない場合における前記Ｘ線の照射状態とを、異ならせる制御を前記Ｘ線照射部に対して行う制御部と、  を備えるＸ線照射装置。
【請求項２１】
前記制御部は、前記維持電流が前記被検体へ伝導されていない間の前記Ｘ線の照射頻度よりも、前記維持電流が前記被検体へ伝導されている間の前記Ｘ線の照射頻度を下げる請求項２０に記載のＸ線照射装置。
【請求項２２】
前記制御部は、前記維持電流が前記被検体へ伝導されていない間の前記Ｘ線の強度及び照射時間よりも、前記維持電流が前記被検体へ伝導されている間の前記Ｘ線の強度を下げ且つ照射時間を長くする請求項２０に記載のＸ線照射装置。
【請求項２３】
前記制御部は、前記維持電流が前記被検体へ伝導されている場合に前記Ｘ線を照射させ、前記維持電流が前記被検体へ伝導されていない場合に前記Ｘ線を照射させない請求項２０に記載のＸ線照射装置。
【請求項２４】
被検体に向けてＸ線を照射するＸ線照射部と、  前記被検体の呼吸波形に基づき、前記Ｘ線の照射頻度を変更する制御を前記Ｘ線照射部に行う制御部と、  を備えるＸ線照射装置。
【請求項２５】
被検体の患部標的を時系列に撮像した複数のＸ線画像に基づいて、前記被検体の呼吸状態に対応する患部標的の位置を得る位置取得部と、  前記被検体の呼吸状態に対応する患部標的の位置に基づき、予め定められた呼吸状態に対応する患部標的の位置に治療ビームのゲートを設定する設定部と、  を更に備える請求項２０に記載のＸ線照射装置。
【請求項２６】
筋肉の収縮を維持させる維持電流を電流出力部が生成する工程と、  前記維持電流を被検体に伝導するための電極部に出力する工程と、  前記維持電流の生成に基づき、Ｘ線照射部が当該被検体へＸ線を照射する照射状態を変更する制御を行う工程と、  を備えるＸ線照射装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明の実施の形態は、電流生成装置、電流生成装置の制御方法、動体追跡照射システム、Ｘ線照射装置、及びＸ線照射装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  正常細胞を保護すると共に患部標的に集中して高線量を照射する高精度放射線治療技術が臨床で普及している。この高精度放射線治療技術には、重粒子線、陽子線、及びＸ線等の治療用ビームが使用され、体幹部定位放射線治療や強度変調放射線治療などが行われる。これらの放射線治療では、患部標的である腫瘍細胞に対して大きな殺傷効果が生じるように、治療用ビームのエネルギー、投与線量、及び入射方向等が綿密に治療計画され、この治療計画にしたがった治療が行われる。一方、横隔膜を挟んだ胸腔と腹腔に内包される臓器等には呼吸性移動がある。この呼吸性移動により、これらの臓器は、体表面の動きでは追跡できない３次元的な移動をすることがある。このため、これらの臓器に患部標的がある場合、患部標的を３次元的に追跡することが必要であり、この３次元的な追跡には動体追跡照射法が適用される。【０００３】  この動体追跡照射法には、直交した２方向Ｘ線透視撮影装置を用いて患部標的の位置を追跡するゲーティング照射法が用いられる。すなわち、このゲーティング照射法は、患部標的が治療用ビームの照射範囲であるゲート内に位置する場合に、この治療用ビームを照射する。また、この患部標的の位置の追跡方法には、呼吸波形を示す呼吸信号が用いられる場合がある。すなわち、呼吸波形の所定の位相に治療用ビームの照射のタイミングを同期させる。これらの方法は、呼吸性移動する患部標的と治療用ビームの照射位置とのずれを相対的に小さくするので、治療対象者は自由呼吸下で治療を実施することが可能である。つまり、これらの方法は、患部標的の生理的移動を考慮した体内マージンであるＩＭ（Internal Margin）を縮小させることが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４２３０７０９号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】放射線治療分科会監修、「放射線治療における位置照合とセットアップの実際」、初版、日本放射線技術学会、２０１５年２月２０日、Ｐ．１―１４３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】  しかし、動体追跡照射法では、呼吸の再現性に依存して、治療効果に影響を及ぼす場合がある。すなわち、呼吸波形が時間経過と共に変動することにより、治療用ビームのゲート内に患部標的が規則的に入らない場合があり、投与線量に影響を及ぼす場合がある。例えば呼吸のドリフト現象により呼吸位相が変化する場合、患部標的の移動軌跡がヒステリシスループを示す場合、及び呼吸停止位相がずれる場合などを不確定な要因として、呼吸波形が変動することがある。また、現在のシステムでは、常に動いているこの患部標的を、リアルタイムで追跡することには限界がある。このため、この患部標的の移動を予測する要素が生じることから、呼吸の再現性、すなわち呼吸波形の再現性は更に重要となる。【０００７】  そこで、呼吸の再現性が得られるように、治療対象者に対する呼吸性移動対策についての十分な指導、教育、及び呼吸訓練が重要となっている。例えば呼吸の再現性を向上させる具体的な方法として、酸素を吸入することで呼吸数や換気量を少なくする酸素吸入法、自発的或いは受動的に同一レベルで呼吸を停止する呼吸停止法、バンドやシェル等で腹部を固定する腹部圧迫法、及びメトロノームを用いて規則的に呼吸させる規則性呼吸学習法などが試みられている。ところが、これらの方法を用いても呼吸の再現性に関して目的とするレベルを得るのは困難であると共に、治療対象者の負担が増すといった問題がある。【０００８】  また、現状の治療では、上述の不確定な要因を考慮して治療対象者毎のＩＭを設定する必要があり、医療機関の負担も大きくなっている。【０００９】  さらにまた、ＣＴ、単純撮影などの一般的なＸ線撮影においても、呼吸による体動、呼気不足、吸気不足などによる撮影画像の品質低下を抑制する必要がある。【００１０】  また、動体追跡照射法では、患部標的の動きを例えば３０ｆｐｓと高頻度のＸ線透視で追跡しており、被検体に照射されるＸ線の積算線量をより低減することが求められている。【００１１】  そこで、本発明の実施形態は、このような点を考慮してなされたものであり、被検体内における横隔膜の運動をより高精度に抑制する電流生成装置を提供することを目的とする。【００１２】  また、本発明の実施形態は、被検体内の患部標的を追跡するために用いるＸ線の積算線量をより低減可能なＸ線照射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】
【００１３】  本実施形態に係る電流生成装置は、  被検体内における横隔膜の運動を抑制する電流生成装置であって、  電気刺激により前記横隔膜の運動に関連する腹筋の収縮を維持させる維持電流を出力する電流出力部と、  被検体の皮膚表面に配置され、前記維持電流を前記腹筋に伝導する電極部と、  前記維持電流を前記電極部に出力する状態と、前記維持電流を前記電極部に出力しない状態とを、切り替える制御を電流出力部に行う電流出力制御部と、  を備える。【００１４】  本実施形態に係る電流生成装置の制御方法は、  横隔膜の運動に関連する腹筋の収縮を維持させる維持電流を電流出力部が生成する工程と、  前記維持電流を前記腹筋に伝導するための電極部に出力する工程と、  前記維持電流を前記電極部に出力する状態と、前記維持電流を前記電極部に出力しない状態とを、前記被検体の操作部の操作にしたがい切り替える工程と、  を備える。【００１５】  本実施形態に係るＸ線照射装置は、電気刺激により筋肉の収縮を維持する維持電流を被検体に伝導可能なＸ線照射装置であって、  前記被検体に向けてＸ線を照射するＸ線照射部と、  前記維持電流が前記被検体へ伝導されている場合における前記Ｘ線の照射状態と、前記維持電流が前記被検体へ伝導されていない場合における前記Ｘ線の照射状態とを、異ならせる制御を前記Ｘ線照射部に対して行う制御部と、  を備える。【００１６】  本実施形態に係るＸ線照射装置は、前記被検体に向けてＸ線を照射するＸ線照射部と、  前記被検体の呼吸波形に基づき、前記Ｘ線の照射頻度を変更する制御を前記Ｘ線照射部に行う制御部と、  を備える。【００１７】  本実施形態に係るＸ線照射装置の制御方法は、  筋肉の収縮を維持させる維持電流を電流出力部が生成する工程と、  前記維持電流を前記被検体に伝導するための電極部に出力する工程と、  前記維持電流の生成に基づき、Ｘ線照射部が当該被検体へＸ線を照射する照射状態を変更する制御を行う工程と、  を備える。
【発明の効果】
【００１８】  本実施形態によれば、被検体内における横隔膜の運動をより高精度に抑制する電流生成装置を提供することができる。また、本実施形態によれば、被検体内の患部標的を追跡するために用いるＸ線の積算線量をより低減可能なＸ線照射装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１実施形態に係る動体追跡照射システムの全体構成を説明するブロック図。
【図２】電流生成装置の構成を説明するブロック図。
【図３】腹部の高さの時系列変化と、肺内の空気量の時系列変化とを示す模式図。
【図４】呼吸波形と解析信号の出力範囲とを示す模式図。
【図５】電流生成部で生成するパルス状にした維持電流を説明する図。
【図６】呼吸に関連する腹筋の位置と電極部の配置位置を示す模式図。
【図７】４ＤＣＴ内での腫瘍の移動範囲とゲートの位置を示す模式図。
【図８】呼吸波形と患部標的である腫瘍の移動の関係を示す模式図。
【図９】電流生成装置の制御タイミングについて示す図。
【図１０】第２実施形態に係るＣＴシステムの全体構成を説明するブロック図。
【図１１】第２実施形態に係る肺内の空気量の時系列変化、及び解析信号の出力範囲を示す模式図。
【図１２】第３実施形態に係る単純撮影システム１２００の全体構成を説明するブロック図。
【図１３】第４実施形態に係るＸ線照射装置１３００の全体構成を説明するブロック図。
【図１４】第４実施形態に係る電流生成本体部の構成を説明するブロック図。
【図１５】第４実施形態に係る肺内の空気量の時系列変化と、解析信号の出力タイミングとを示す模式図。
【図１６】第４実施形態に係る４ＤＣＴ内での腫瘍の移動範囲とゲートの位置を示す模式図。
【図１７】第４実施形態に係る呼吸波形と患部標的である腫瘍の移動の関係を示す模式図。
【図１８】Ｘ線照射装置の制御タイミングについて示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】  以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
【００２１】（第１実施形態）  第１実施形態に係る電流生成装置は、電気刺激により横隔膜の運動に関連する腹筋の収縮を維持させる維持電流を電極部に出力する状態と、維持電流を電極部に出力しない状態とを、被検体の操作にしたがい切り替えさせ、被検体内における横隔膜の運動を被検体の操作にしたがい抑制しようとしたものである。より詳しく、以下に説明する。
【００２２】  図１乃至図４に基づいて本実施形態に係る動体追跡照射システム１の全体構成を説明する。図１は、本実施形態に係る動体追跡照射システム１の全体構成を説明するブロック図である。この図１に示すように、本実施形態に係る動体追跡照射システム１は、呼吸性移動する患部標的の位置を追跡すると共に、電気刺激により患部標的の動きを抑制するシステムであり、動体追跡照射装置１００と、電流生成装置２００とを、備えて構成されている。
【００２３】  動体追跡照射装置１００は、Ｘ線を用いて被検体１０内の患部標的を撮像し、この患部標的の３次元座標を得るものである。すなわち、この動体追跡照射装置１００は、第１の高電圧パルス発生部１０２Ａと、第２の高電圧パルス発生部１０２Ｂと、第１のＸ線管保持部１０４Ａと、第２のＸ線管保持部１０４Ｂと、第１のコリメータ部１０６Ａと、第２のコリメータ部１０６Ｂと、治療台１０８と、第１のＸ線撮影部１１０Ａと、第２のＸ線撮影部１１０Ｂと、第１の２Ｄ画像出力部１１２Ａと、第２の２Ｄ画像出力部１１２Ｂと、同期制御部１１４と、３Ｄ画像出力部１１６と、標的座標出力部１１８と、照射許可判定部１２０とを、備えて構成されている。
【００２４】  第１の高電圧パルス発生部１０２Ａは、第１の高電圧パルスを発生する。また、第１のＸ線管保持部１０４Ａは、不図示の第１のＸ線管を保持している。この第１のＸ線管に第１の高電圧パルスが印加されることで、被検体１０に向けた第１のパルスＸ線が第１のＸ線管保持部１０４Ａから照射される。さらにまた、第１のコリメータ部１０６Ａは、この第１のＸ線管のＸ線出力面に装着され、第１のパルスＸ線の照射範囲を制御する。治療台１０８は、仰向けに横臥した被検体１０を固定して搭置する。
【００２５】  第１のＸ線撮影部１１０Ａは、第１のコリメータ部１０６Ａを介して照射された第１のパルスＸ線のＸ線量を電気信号に変換して出力するものであり、例えば間接変換方式のＦＰＤ（Flat Panel Detector）で構成されている。すなわち、第１のＸ線撮影部１１０Ａは、被検体１０を透過した第１のパルスＸ線のＸ線量を電気信号に変換して出力する。また、この第１のＸ線撮影部１１０Ａに、よりＸ線感度の高いカラーイメージインテンシファイヤー（カラーI.I.TM）を用いてもよい。この場合、ＦＰＤと比較して透視撮影に必要なＸ線照射線量を下げられるので、被検体１０が受けるＸ線被ばくを低減できる可能性がある。第１の２Ｄ画像出力部１１２Ａは、第１のＸ線撮影部１１０Ａが出力する電気信号を演算処理して２Ｄ画像データに変換出力する。
【００２６】  第２の高電圧パルス発生部１０２Ｂは、第１の高電圧パルス発生部１０２Ａと同等の構成であり、第２の高電圧パルスを発生する。また、第２のＸ線管保持部１０４Ｂも、第１のＸ線管保持部１０４Ａと同等の構成であり、第１のＸ線管保持部１０４Ａと異なる方向から被検体１０に第２のＸ線を照射する。さらにまた、第２のコリメータ部１０６Ｂも、第１のコリメータ部１０６Ａと同等の構成であり、第２のＸ線管が発生する第２のＸ線の照射範囲を制限する。第２のＸ線撮影部１１０Ｂも、第１のＸ線撮影部１１０Ａと同等の構成であり、被検体１０を透過した第２のパルスＸ線のＸ線量を電気信号に変換して出力する。そして、第２の２Ｄ画像出力部１１２Ｂも、第１の２Ｄ画像出力部１１２Ａと同等の構成であり、第２のＸ線撮影部１１０Ｂが出力する電気信号を演算処理して２次元の画像データに変換し出力する。
【００２７】  Ｘ線発管保持部１０４Ａ、１０４ＢとＸ線撮影部１１０Ａ、１１０Ｂとからなる２組のＸ線透視撮影系は被検体１０を介して直交配置とする。Ｘ線発管保持部１０４Ａ、１０４ＢとＸ線撮影部１１０Ａ、１１０Ｂの上下配置は逆にしてもよく、２組のＸ線透視撮影系を９０°傾けて、腹部側及び背中側からX線を照射するように構成してもよい。
【００２８】  同期制御部１１４は、第１の高電圧パルス発生部１０２Ａ及び第２の高電圧パルス発生部１０２Ｂにおける高電圧パルスの発生タイミングを同期させる制御を行う。さらに、この同期制御部１１４は、第１のＸ線撮影部１１０Ａ及び第２のＸ線撮影部１１０Ｂの撮像タイミングを、この高電圧パルスの発生タイミングに同期させる制御を行う。
【００２９】  ３Ｄ画像出力部１１６は、第１の２Ｄ画像出力部１１２Ａ及び第２の２Ｄ画像出力部１１２Ｂから出力されるそれぞれの２次元の画像データを合成処理して３次元の画像を生成する。標的座標出力部１１８は、それぞれの２次元の画像データに基づく３次元の画像データから患部標的を検出し、３次元の座標を求める。また、標的座標出力部１１８は、第１の２Ｄ画像出力部１１２Ａから出力される２次元の画像データに基づいて、患部標的の第１の２次元座標を求め、第２の２Ｄ画像出力部１１２Ｂから出力される２次元の画像データに基づいて、患部標的の第２の２次元座標を求め、第１の２次元座標及び第２の２次元座標に基づいて、患部標的の３次元座標を求めてもよい。
【００３０】  照射許可判定部１２０は、この患部標的の３次元座標に基づき、治療用ビームの照射許可を判定する。すなわち、この照射許可判定部１２０は、この治療用ビームの照射範囲であるゲート内に、この患部標的が位置するか否かを判定する。なお、本実施の形態においては、第１のＸ線管保持部１０４Ａが第１のＸ線照射部を構成しており、第２のＸ線管保持部１０４Ｂが第２のＸ線照射部を構成しており、第１のＸ線撮影部１１０Ａ及び第１の２Ｄ画像出力部１１２Ａが第1のＸ線撮像部を構成しており、第２のＸ線撮影部１１０Ｂ及び第２の２Ｄ画像出力部１１２Ｂが第２のＸ線撮像部を構成しており、標的座標出力部１１８が位置検出部を構成している。
【００３１】  臓器移動は、呼吸性移動や心拍（数秒単位）、嚥下や腸管の蠕動（分単位）、膀胱の蓄尿量や胃腸の内容物の変化（日々で変化）等がある。このため、治療用ビームの照射中の誤差影響に限定すれば、呼吸性移動や心拍が対象であり、安静時の心拍は再現性が高いと考えられる。このことから、治療用ビームの照射中は呼吸性移動の対策が求められる。
【００３２】  次に、電流生成装置２００は、横隔膜の運動に関連する腹筋の収縮を維持させる維持電流をこの腹筋に伝導することで、被検体１０内における横隔膜の運動を抑制する。すなわち、電流生成装置２００は、電流生成部２０２と、電極部２０４と、押しボタン部２０６と、手動スイッチ部２０８と、呼吸波形表示部２１０と、スピーカ部２１２と、画像表示部２１４と、呼吸モニタ部２１６と、入力部２１８とを、備えて構成されている。
【００３３】  電流生成部２０２は、横隔膜の運動に関連する腹筋の収縮を維持させる維持電流を生成すると共に、入力信号に応じた電気信号を出力する。電極部２０４は、被検体１０の皮膚表面に配置され、電流生成部２０２が生成した維持電流を、横隔膜の運動に関連する腹筋に伝導する。すなわち、電極部２０４は、腹直筋、外腹斜筋、内腹斜筋、及び腹横筋を含む腹筋を刺激できる皮膚表面位置に配置固定される。また、電極部２０４はＸ線透視領域から外れた人体皮膚面の位置に配置固定される。すなわち、第１のＸ線管保持部１０４Ａと、第２のＸ線管保持部１０４Ｂとが照射するＸ線の照射範囲から外れた位置に配置固定される。例えば、この電極部２０４は人体皮膚表面に吸着する吸着パットで構成されている。また、この電極部２０４は、例えば導電性テープ或いは導電性フィルムで構成されている。
【００３４】  押しボタン部２０６は、押下げられた場合にオン信号を出力する。例えば、この押しボタン部２０６は、被検体１０の手の中に納まり親指等の位置にボタンのある構造に構成されている。手動スイッチ部２０８は、押しボタン部２０６が接続されており、被検体１０によるこの押しボタン部２０６の押下げ操作にしたがい維持電流をオンするための押下信号を電流生成部２０２に出力する。すなわち、この手動スイッチ部２０８は、この押しボタン部２０６が被検体１０により押下げされている期間に、継続して押下信号を出力する。この押下信号に基づき、電流生成部２０２は、維持電流を生成し電極部２０４に出力する。なお、本実施形態においては、押しボタン部２０６及び手動スイッチ部２０８が操作部を構成している。
【００３５】  呼吸波形表示部２１０は、電流生成部２０２からの入力信号にしたがい、呼吸波形を表示する。また、この呼吸波形表示部２１０は、被検体１０が予め定められた呼吸状態にある場合に、押しボタン部２０６の押下げを指示するマーカを呼吸波形と共に表示する。なお、この予め定められた呼吸状態における患部標的の位置に基づき、治療用ビームのゲートの位置が設定されている。
【００３６】  スピーカ部２１２は、被検体１０が予め定められた呼吸状態にある場合に、電流生成部２０２からの入力信号にしたがい被検体１０が可聴できる音を発生する。このスピーカ部２１２は、被検体１０が聴きやすいように配置されており、例えばこのスピーカ部２１２は耳に固定できるイヤホンで構成されている。また、このスピーカ部２１２が発生する音色は強制性を与えるようなものではなく、やわらかな音色とされている。なお、本実施形態においては、スピーカ部２１２が音声発生部を構成している。
【００３７】  画像表示部２１４は、押しボタン部２０６の押下げに応じて電流生成部２０２から入力される影像信号を表示する。これにより操作者は、押しボタン部２０６が押下げされていることを確認できるのである。
【００３８】  呼吸モニタ部２１６は、呼吸波形に関連する測定信号を被検体１０から取得し電流生成部２０２に出力する。この測定信号は、例えば腹部の高さを示すのである。この呼吸モニタ部２１６には非接触式センサ及び接触式センサを用いることが可能である。例えば、この非接触式センサとして、赤外線式、超音波式、電波式、レーザー式等を呼吸モニタ部２１６に用いることが可能である。一方で、接触式センサとして、圧電式、ストレンゲージ式、サーボ式等を呼吸モニタ部２１６に用いることが可能である。一般に、接触式センサは治療部位によっては照射や透視の邪魔となる場合があり、放射線の影響も受けやすいことから、本実施形態の例では、非接触式センサが用いられている。
【００３９】  また、呼吸モニタ部２１６は、被検体１０の肺野における換気流量を測定信号として取得してもよい。ここでの呼吸波形は、肺野内の空気量の時系列変化を意味する。すなわち、換気流量の積算値の時系列変化が呼吸波形である。なお、本実施形態においては、呼吸モニタ部２１６が測定部を構成している。
【００４０】  入力部２１８は、維持電流の強度を示す強度信号を操作者の操作にしたがい入力する。この強度信号は、電流生成部２０２に出力され維持電流の強度が制御される。
【００４１】  また、この入力部２１８は、維持電流を被検体１０の腹筋に伝導する操作モードを選択する選択信号を操作者の操作にしたがい入力する。この選択信号は、電流生成部２０２に出力され維持電流の生成が制御される。すなわち、この入力部２１８は、被検体１０がボタンを押下している場合に維持電流を電極部２０４から出力する第１モード、被検体１０が予め定められた呼吸状態にない場合に、維持電流を電極部２０４から出力することを制限或いは停止する第２モード、被検体１０が予め定められた呼吸状態になると、維持電流を電極部２０４から出力する第３モードの中のいずれかを選択するために用いられる。第３モードは、被検体１０の押し下げの有る、無しにかかわらず、自動的に維持電流を電極部２０４から出力するモードである。例えば意識レベルの下がった患者や、幼児などの患者を撮影する場合に用いられる。
【００４２】  次に図１を参照にしつつ図２に基づいて電流生成部２０２の構成を説明する。図２は、電流生成装置２００の構成を説明するブロック図である。この図２に示すように、この電流生成装置２００に設けられた電流生成部２０２は、制御部２２０と、記憶部２２１と、電流生成部２２２と、ボタン押下検出部２２８と、ボタン押下通知部２３０と、呼吸波形生成部２３２と、解析部２３４と、通知部２３６とを、備えて構成されている。
【００４３】  制御部２２０は、バスを介して電流生成部２０２の各構成部を制御する。すなわち、この制御部２２０は、例えばＣＰＵで構成されており、プログラムの実行により各構成部を制御させることが可能である。記憶部２２１は、制御部２２０が実行する制御プログラムを格納したり、制御部２２０によるプログラム実行時の作業領域を提供したりする。
【００４４】  電流生成部２２２は、電気刺激により横隔膜の運動に関連する腹筋の収縮を維持させる維持電流を生成する。すなわち、この電流生成部２２２は、パルス生成部２２４と、電流出力制御部２２６とを備えて構成されている。
【００４５】  パルス生成部２２４は、維持電流としてのパルス電流を生成する。すなわち、このパルス生成部２２４は、パルスの発生間隔が腹筋の収縮を維持する間隔であるパルス電流を生成する。
【００４６】  電流出力制御部２２６は、パルス生成部２２４を制御する。すなわち、電流出力制御部２２６は、入力部２１８からの選択信号で選択された動作モードにしたがいパルス生成部２２４におけるパルス電流の生成とパルス電流の強度とを制御する。
【００４７】  ボタン押下検出部２２８は、この押下信号を検知した場合、出力信号を出力する。すなわち、このボタン押下検出部２２８は、この押下信号を検知している期間の間、出力信号を継続して電流出力制御部２２６に出力する。電流出力制御部２２６はこの出力信号の入力に応じてパルス生成部２２４に対して維持電流を生成させる制御を行う。なお、本実施形態では、パルス生成部２２４が電流出力部を構成している。
【００４８】  ボタン押下通知部２３０は、ボタン押下検出部２２８の出力信号の入力にしたがい、ボタンの押下げ状態を示す影像信号を生成する。そして、このボタン押下通知部２３０は、画像表示部２１４にこの影像信号を出力することで、ボタンの押下げ状態を示す影像を画像表示部２１４に表示させる。
【００４９】  呼吸波形生成部２３２は、呼吸モニタ部２１６で取得された腹部の高さの情報に基づき呼吸波形を生成する。この呼吸波形生成部２３２における生成処理の詳細を、図３に基づいて説明する。
【００５０】  図３は、腹部の高さの時系列変化と、呼吸波形とを示す模式図である。図３の横軸は時間であり、上図の縦軸は肺内の空気量であり、下図の縦軸は呼吸モニタ部２１６で測定した腹部の高さである。この図３に示すように、呼吸モニタ部２１６で測定された腹部の高さと、肺内の空気量の時系列変化とは高い相関を有する。
【００５１】  肺内の空気量の時系列変化、すなわち呼吸波形は、一般に吸気の開始からほぼ単調増加し、呼気の開始から終了までほぼ単調減少する。同様に、対応する吸気の期間において腹部の高さもほぼ単調増加し、呼気の期間でほぼ単調減少する。なお、図３のデータは、被検体１０が仰向けに横臥している安静時のデータ例である。
【００５２】  このため、呼吸波形生成部２３２は、予め得られた腹部高さの時系列変化と肺野内の空気量の時系列変化との関係を用いて、呼吸波形を生成する。例えば、この呼吸波形生成部２３２は、吸気の期間における腹部の高さを入力値とし、肺野内の空気量を出力値とする関数を予め生成する。同様に、呼気の期間における腹部の高さを入力値とし、肺野内の空気量を出力値とする関数を予め生成する。これにより、この呼吸波形生成部２３２は、これらの関数を用いて腹部の高さを肺野内の空気量に変換し、呼吸波形を生成する。すなわち、この呼吸波形生成部２３２は、呼吸モニタ部２１６が測定した腹部の高さを示す測定信号に基づき、呼吸波形を生成する。なお、呼吸波形生成部２３２は、測定信号に換気流量を用いる場合、換気流量の積算値を演算し、この演算値の時系列変化を呼吸波形として生成する。
【００５３】  また、腹部の高さの時系列変化と肺内の空気量の時系列変化の相関が高い場合には、腹部の高さの値を線形変換して呼吸波形を生成してもよい。あるいは、腹部の高さの時系列変化を呼吸波形として用いてもよい。
【００５４】  腹部の高さの時系列変化と肺内の空気量の時系列変化の関係は、４ＤＣＴ画像（Four-Dimensional Computed Tomography）の情報に基づき得られる。この４ＤＣＴ画像は、被検体１０が自由呼吸している状態で撮像される。また、４ＤＣＴ画像を撮像する際に、被検体１０は治療台１０８の上に仰向けに横臥した安静状態で固定されている。この場合、腹部の高さは、腹部表面における特定領域の治療台１０８からの距離であり、４ＤＣＴ画像に基づき求めることが可能である。すなわち、特定領域を横切る被検体１０の腹部ＣＴ断面図を、時系列に４ＤＣＴから取り出し、この特定領域の治療台１０８からの距離を腹部の高さとして演算する。これにより、４ＤＣＴ画像を撮像した撮像時間の経過にしたがい変化する腹部高さの時系列変化を求めることが可能である。
【００５５】  一方、肺野に相当するＣＴ値を有する４ＤＣＴ画像内のボクセル数をカウントすることで、肺野の容積、すなわち撮像時における肺内の空気量を求めることが可能である。すなわち、肺野に相当するＣＴ値を有する４ＤＣＴ画像内のボクセル数を、４ＤＣＴ画像に基づき、時系列にカウントする。これにより、４ＤＣＴ画像を撮像した撮像時間の経過にしたがい変化する肺内の空気量の時系列変化、すなわち呼吸波形を得ることが可能である。このようにして、肺内の空気量の時系列変化、すなわち呼吸波形と、腹部の高さの時系列変化の関係を予め求めることが可能である。
【００５６】  再び図２に示すように、解析部２３４は、呼吸波形生成部２３２で生成した呼吸波形に基づき、解析信号を出力する。より具体的には、解析部２３４は、肺野内の空気量が予め定められた閾値以下になっている間、継続して解析信号を出力する。また、吸気した状態で撮影する場合には、解析部２３４は、肺野内の空気量が予め定められた閾値以上になっている間、継続して解析信号を出力する。
【００５７】  この解析部２３４における解析処理の詳細を、図４に基づいて説明する。
【００５８】図４は、肺内の空気量の時系列変化と解析信号の出力範囲を示す模式図である。図４の横軸は時間であり、上図の縦軸は肺内の空気量である。ここでは、肺野内の空気量が予め定められた閾値以下にあると解析信号を出力する場合について説明する。
【００５９】  この図４に示すように呼吸波形生成部２３２で生成した呼吸波形の値が閾値以下である場合、すなわち肺内の空気量が閾値以下である場合に解析部２３４は解析信号を出力する。この閾値は、例えば最大呼気時における肺内の空気量の値、すなわち最大呼気時における呼吸波形の値に基づいて定められ、例えば最大呼気時における肺内の空気量の所定比率を示す値に定められている。この閾値は、例えば予備撮影した４ＤＣＴの情報に基づき定められ、例えばこの所定比率は２０％である。
【００６０】  この閾値以下の期間における被検体１０の呼吸状態は、横隔膜の弛緩がすすんだ状態であり、安静時に吐き出される肺内の空気がほぼ吐き出された状態である。すなわち、解析部２３４は、最大呼気における呼吸波形の値に基づいて、予め定められた呼吸状態にあることを示す解析信号を出力するのである。なお、呼吸波形の値の時間に対する変化量と、呼吸性移動する患部標的の時間に対する移動量は高い相関を有する。このため、解析信号が出力されている期間は、呼吸性移動する患部標的の経過時間に対する移動量もより低減された状態にある。これから分かるように、解析部２３４は、呼吸波形の値の時間に対する変化量が所定以下になった場合に解析信号を出力してもよい。すなわち、解析部２３４は、呼吸波形の値の時間に対する変化量に基づいて閾値を定めてもよい。
【００６１】  また、マーカ４０１は、前述の押しボタン部２０６の押下げを指示するマーカの一例あり、解析部２３４が解析信号の出力を開始したタイミングに基づき呼吸波形表示部２１０に表示される。
【００６２】  再び図２に示すように、通知部２３６は、被検体１０が予め定められた呼吸状態にあることを通知する。すなわち、この通知部２３６は、解析部２３４が出力する解析信号に基づき、図４に例示するマーカ４０１及び対応する呼吸波形を呼吸波形表示部２１０に表示させる。また、スピーカ部２１２には、マーカ４０１の表示タイミングに合わせて、音声信号を出力する。これにより、被検体１０は、被検体１０の呼吸状態が予め定められた呼吸状態にあることが通知される。通知部２３６は、このマーカ４０１を、解析部２３４が解析信号を出力したタイミングから所定期間表示してもよく、解析信号が出力されている期間継続して表示してもよい。
【００６３】  以上が本実施形態に係る動体追跡照射システム１の全体構成の説明であるが、次に、電流出力制御部２２６の制御動作を説明する。
【００６４】  第１モードが選択されている場合、被検体１０が押しボタン部２０６を押下することで、維持電流を電極部２０４から出力可能である。すなわち、電流出力制御部２２６は、ボタン押下検出部２２８から出力信号が入力されている間、パルス生成部２２４が維持電流を生成するように制御する。なお、この被検体１０が通知部２３６の通知にしたがう場合、予め定められた呼吸状態にあるタイミングに合わせ、押しボタン部２０６を押下することができる。
【００６５】  第２モードが選択されている場合、第１モードと同等の制御動作を行うと共に、被検体１０が予め定められた呼吸状態にない場合には、電極部２０４からの維持電流の出力が制限或いは禁止される。すなわち、この第２モードが選択されている場合、上述の出力信号が入力され、且つ解析部２３４から予め定められた呼吸状態にあることを示す解析信号が入力されている場合に、電流出力制御部２２６は、維持電流を生成するようにパルス生成部２２４の制御を行う。これにより、被検体１０が予め定められた呼吸状態にない場合に、横隔膜の運動が抑制されてしまうことを回避することができる。また、第２モードが選択されている場合、押しボタン部２０６を押下げておけば、予め定められた呼吸状態にある場合に、自動的に維持電流が電極部２０４から出力される。このため、被検体１０は、押しボタン部２０６を押すタイミングを通知部２３６の通知に合わせなくともよい。
【００６６】  第３モードが選択されている場合、被検体１０が予め定められた呼吸状態にある場合に、電極部２０４から維持電流が出力される。すなわち、この第３モードが選択されている場合、解析部２３４から予め定められた呼吸状態にあることを示す解析信号が入力されている場合に、電流出力制御部２２６は、維持電流を生成するようにパルス生成部２２４の制御を行う。これにより、被検体１０が予め定められた呼吸状態にある場合に、横隔膜の運動を抑制することができる。
【００６７】  また、第２モード又は第３モードが選択されている場合、電流出力制御部２２６は、予め定められた間においてパルス生成部２２４に維持電流を出力させる制御を行う。これにより、安全性を確保する。より具体的には、解析部２３４は、維持電流を電極部２０４から出力させない状態における呼吸波形に基づき、予め定められた呼吸状態にある時間を解析する。電流出力制御部２２６は、この時間の所定倍の間においてパルス生成部２２４に維持電流を出力させる制御を行う。
【００６８】  なお、電極部２０４とパルス生成部２２４との間には、不図示のスイッチング素子を配置してもよい。この場合、電流出力制御部２２６は、スイッチング素子を遮断することで維持電流を停止させてもよい。これにより、パルス生成部２２４を駆動した状態でも、維持電流を遮断可能である。また、パルス生成部２２４の異常動作時にも対応可能である。
【００６９】  このことから分かるように、第１モード及び第２モードの内のいずれのモードを、入力部２１８を介して選択した場合でも、被検体１０は、自身の体調の都合を優先させることが可能である。すなわち、被検体１０は、呼吸のリズムが安定しない場合などには、押しボタン部２０６を押す必要がなく、維持電流が体内に出力されないようにできる。このため、維持電流を電極部２０４から出力することに対して、被検体１０の意思や都合を反映可能となる。
【００７０】  また、第３モードを、入力部２１８を介して選択した場合には、意識レベルの下がった患者、及び幼児などのように自身での操作が困難である場合にも、有効である。
【００７１】  また、押しボタン部２０６を被検体１０が押下している間、維持電流が継続して電極部２０４から出力される構成としてもよく、或いは、維持電流が電極部２０４から継続して出力される時間を、あらかじめ所定時間に設定してもよい。この所定時間に設定されている場合、押しボタン部２０６の押下げが継続していても、電流出力制御部２２６は、維持電流の生成を所定時間の経過後に停止させる。この所定時間は、被検体１０の体調、及び上述のように治療の開始前の呼吸波形などに基づいて設定することが可能である。なお、この所定時間は、治療用ビームを照射する時間とも関連するため、治療計画内で設定することが好ましい。
【００７２】  次に、図５に基づいて電流生成部２２２が生成する維持電流について説明する。図５は、電流生成部２２２で生成するパルス状の維持電流を説明する図である。すなわち、この図５に示すように維持電流は、パルス状のパルス電流である。この維持電流は、例えばパルスの間隔が約２５ｍｓｅｃでありパルスの幅が約０．２ｍｓｅｃである。また、電極部２０４間の電圧は、例えば２５〜７０Ｖであり、電極部２０４間に流れる維持電流は約４５ｍＡである。
【００７３】  ここで、電流刺激に対する被検体１０の筋組織の反応について説明する。この筋組織に皮膚表面等から維持電流が伝導されている間、この筋組織は収縮を維持する。一方で、この維持電流の筋組織への伝導を止めれば、この筋組織は弛緩する。
【００７４】  また、一般に、維持電流が筋組織に継続して伝導され続け、筋組織の収縮が維持されている場合、収縮している状態の筋組織は人の意思で弛緩させることは不可能である。また、図５の上段に示すように維持電流を連続電流として筋組織に伝導させると、被検体１０は感電状態になり、被検体１０は苦痛を感じる。ところが、図５の下段に示すようなパルス電流にした維持電流を伝導すると、人体は電気への耐性が向上し、苦痛を感じることなく筋組織は収縮を維持する。このため、電流生成部２２２が生成するパルス電流の発生間隔は、被検者に苦痛を与えない間隔であって、筋組織の収縮を維持する間隔とされている。このことから分かるように、電極部２０４から出力する維持電流を制御することで、被検体１０に苦痛を与えることなく、狙った筋組織の収縮の持続と弛緩を時間的に制御することが可能である。
【００７５】  なお、参考までに、このような筋組織の収縮と弛緩を時間的に制御する仕組みは、例えば低周波治療器や電気治療器として一般に用いられている。これらの治療器は、取扱いに関して、医師免許がなくても一般の人が扱えるものである。また、乾電池程度の電力で維持電流を発振でき、更に構造が単純なため、これらの治療器は安価に構成されている。
【００７６】  次に、図４を参照にしつつ図６に基づいて腹筋の収縮と横隔膜の運動の抑制との関係を説明する。図６は、呼吸に関連する腹筋の位置と電極部２０４の配置位置を示す模式図である。この図６に示すように呼吸運動に関係する腹部の筋肉、すなわち腹筋は、大きく分けて、腹直筋、外腹斜筋、内腹斜筋、腹横筋の４つによって構成されている。これら腹直筋、外腹斜筋、内腹斜筋、腹横筋等に維持電流が伝導される位置に電極部２０４を配置し、維持電流を与えた場合、これらの筋組織は収縮を維持し、横隔膜の動きを抑制する。この横隔膜の動きの抑制について以下に説明する。
【００７７】  これら４つの筋肉は、大きく息を吐き出すときに働く筋肉である。すなわち、安静時の呼吸では用いられていない。この腹直筋は、胸骨から恥骨にかけ縦に走る筋肉で体の屈曲に機能し、収縮した場合に、内臓器を所定の位置に収めるように働く。また、この外腹斜筋は体を横に倒したときや捻ったときに使われ、この腹直筋を助けるように働く。さらにまた、この内腹斜筋は、骨盤から肋骨へ斜めに走っている筋肉で外腹斜筋の下に位置する筋肉である。前述した外腹斜筋と内腹斜筋は、たすき掛け状になっており、腹直筋の働きを助けるように働く。腹横筋は、腹壁外側部を走る筋肉で内腹斜筋の深層に位置する筋肉である。この腹横筋は、収縮した場合に、腹圧を高め横隔膜を押し上げ息を吐き出す働きをする。これから分かるように、これら４つの筋肉を収縮させた場合、横隔膜を押し上げ、内臓器を所定の位置に収める作用をする。
【００７８】  一方、安静時の呼吸は、外肋間筋と横隔膜の２つの筋肉の収縮と弛緩によって行われている。この外肋間筋は、吸息時に収縮して胸郭を外側に拡げて胸腔の陰圧を高め、肺を膨らませる。また、この横隔膜は、呼吸運動に関する筋肉で吸息専用筋肉であり、吸気時に外肋間筋と共に収縮する。また、この横隔膜は頭側を頂点とするドーム型をした筋肉の膜であり、この横隔膜の周囲は胸壁に固定されている。このため、横隔膜が収縮するとこのドーム状の横隔膜の頂点は頭側から離れ得る方向に動き、全体的に平坦化する。
【００７９】  息を吐く時、すなわち呼気時には、この外肋間筋及びこの横隔膜が弛緩する。肺は、自から収縮する性質をもっているため、これらの筋肉が弛緩すると、肺の縮む力で収縮して息を吐き出す。横隔膜が弛緩するとドーム状の横隔膜の頂点は再び頭側に上がり、肺内の空気量は減少する。
【００８０】  このことから分かるように、安静時に息を吐き出している状態で、維持電流を伝導して腹筋を収縮させると、通常の安静時の呼吸では加わることのない力が、人為的に横隔膜と内臓に加わることになる。このため、例えば、図４で示した呼吸波形の値が閾値以下になる範囲のタイミングで維持電流が腹筋に加えられた場合、横隔膜は弛緩しているので横隔膜を押し上げる力により頭側に押される。この押された横隔膜は、肺自身が有する自然収縮力と釣り合う位置で止まると考えられている。この場合、これらの腹筋の収縮が維持されている間、これらの腹筋力は横隔膜を押し上げ続けるように作用するので、横隔膜の動きが抑制される状態が生じている。なお、横隔膜が停止する時間が長くなるほど治療用ビームを照射する時間がより長くとれ、治療効率がより上がるものである。
【００８１】  一方、呼吸のドリフト現象が生じている被検体１０に、治療用ビームを照射する場合がある。このような被検体１０の最大呼気時における横隔膜の止まる位置は、撮影時間の経過にしたがい頭から離れた位置にずれていく傾向が見られる。このため、これらの被検体１０に対しても、維持電流を適切なタイミングで腹筋に伝導することで、最大呼気時の横隔膜の位置をより再現性のある位置で止めさせることが可能であると考えられている。すなわち、維持電流が腹筋に加えられた場合、安静時における最大呼気時の横隔膜の位置よりも、より押し込まれた位置に横隔膜が動かされるため、ドリフト現象などがより抑制される可能性があると考えられている。
【００８２】  また、横隔膜は、胸腔と腹腔の境界にある。胸腔には、肺や心臓、腹腔には胃、膵臓、胆嚢、脾臓、肝臓、腎臓等の臓器が納まりこれら臓器は横隔膜の動きに連動して呼吸性移動する。一方で、維持電流を上述のように腹筋に伝導する場合、横隔膜の位置をより再現性のある位置で止めさせることが可能である。このため、横隔膜と連動し呼吸性移動するこれら臓器もより再現性のある位置で動きを止めさせることが可能である。これにより、これら臓器内の患部標的に対する治療用ビームのゲートを再現性のある位置に設定可能である。このため、治療効率をより上げることが可能である。さらに、維持電流を腹筋に伝導して横隔膜の動きを抑制できるので、治療用ビームを照射する時間がより長くとれ、治療効率をより上げることが可能である。
【００８３】  さらにまた、上述のように、横隔膜は、吸息専用筋肉であり、吸気時に外肋間筋と共に収縮する。このため、吸気の状態で維持するには、外肋間筋及び横隔膜を含む筋肉に維持電流が加えられる。この場合、外肋間筋及び横隔膜はより収縮するので、ドーム状の横隔膜の頂点は頭側から離れ得る方向に動き、全体的に平坦化した状態で維持される。このため、吸気状態の撮影を行う場合には、外肋間筋及び横隔膜へ維持電流を加えることにより、吸気状態を維持可能である。この場合、電極部２０４は、外肋間筋、及び横隔膜を含む筋肉を刺激できる皮膚表面位置に配置固定される。
【００８４】  次に、図７に基づいて、患部標的である腫瘍に対する治療用ビームのゲートついて説明する。ここでは、４ＤＣＴを撮像する場合に被検体１０が寝台等に固定されており、本実施形態に係る動体追跡照射システム１で追跡対象を追跡する場合にも、この４ＤＣＴを撮像した際の体位に、被検体１０を治療台１０８に固定してＸ線の透視撮像が行われている例を説明する。この場合、４ＤＣＴのデータから取得した患部標的の位置と患部標的の腫瘍との位置関係は、本実施形態に係る動体追跡照射システム１で患部標的を追跡する場合にも、ほぼ同様の関係で再現される。また、患部標的である胸部下部の腫瘍が、呼吸周期にしたがって呼吸性移動している例を用いて説明する。
【００８５】  図７は、４ＤＣＴ内での腫瘍の移動範囲とゲートの位置を示す模式図である。図７の左図は、４ＤＣＴ内で腫瘍が移動している範囲を示す模式図である。この図７左図に示すように、肺野内にできた腫瘍は、四角の枠内に矢印で示す移動範囲７０１内を呼吸周期に従い移動する。すなわち、最大呼気時にこの腫瘍は頭側である最上部近辺に移動し、最大吸気時には足側である最下部近辺に移動する。この呼吸周期は、安静時の成人においておよそ１２〜２０回／毎分の頻度と言われている。すなわち、１回の呼吸周期は、３〜５秒程度である。
【００８６】  次に、図７の右図に基づいて、治療用ビームのゲートについて説明する。図７の右図は、第１のＸ線撮影部１１０Ａで得られた電気信号に基づいて得られた２次元画像７０２と、２次元画像７０２内のゲート位置７０３とを示す模式図である。この図７の右図に示すように、治療用ビームのゲート位置７０３は腫瘍が最上部近傍に移動した位置に基づいて設定される。この腫瘍がこの位置にある場合、安静時の横隔膜が最も弛緩した位置に対応する。すなわち、腫瘍が最上部近傍に移動した位置は、再現性が高く、且つ腫瘍が位置する時間がより長くなるのである。
【００８７】  また、第１のＸ線撮影部１１０Ａ及び第２のＸ線撮影部１１０Ｂそれぞれの撮影面のほぼ中心部に、腫瘍が最上部近傍に移動した位置が撮影されるように、動体追跡照射システム１は設定される。このように、これらの設定は、４ＤＣＴで得られた腫瘍部の位置に基づいて設定される。
【００８８】  次に、図７を参照にしつつ図８に基づいて呼吸波形と患部標的である腫瘍の移動の関係を説明する。ここでは、図７で説明した４ＤＣＴ及び腫瘍の例を用いて説明する。図８は、呼吸波形と患部標的である腫瘍の移動の関係を示す模式図である。横軸は時間であり、上図の縦軸は図７で示した腫瘍の移動範囲に対応する範囲８０１であり、下図の縦軸は肺内の空気量である。また、ゲート８０２は、図７のゲート７０３の縦軸に対応する。この図８で示すように呼吸性移動する腫瘍は、呼吸波形に連動して移動する。すなわち、吸気が進むにしたがい腫瘍は足側に移動し、呼気が進むにしたがい腫瘍は頭側に移動する。特に、呼気の中期から吸気が始まるまでの期間では、腫瘍の移動量は他の期間より少なくなっている。すなわち、治療用ビームのゲート８０２は、患部標的である腫瘍の時間あたりの移動量が、他の期間より少なくなる範囲に設定されている。上述のように本実施形態における解析部２３４が解析信号を出力する範囲は、ほぼ患部標的がゲート８０２内に位置する範囲に設定されている。上述したように、この期間は、安静時における横隔膜が最も弛緩した期間を含み、呼吸サイクルを繰り返した場合でも、患部標的がゲート内に存在する再現性が高くなる。
【００８９】  これらのことから分かるように、呼吸波形に基づいて、患部標的の位置の再現性を考慮した閾値が解析関数内で設定されている。また、この閾値に基づき維持電流が腹筋に伝導され横隔膜の動きが抑制されるので患部標的がゲート８０２内に止まる時間がより長くなる。
【００９０】  また、解析部２３４の解析信号の出力に基づき、呼吸波形表示部２１０が呼吸波形とマーク４０１を表示する。これにより、被検者１０は自由呼吸しつつも、呼吸状態をモニタリングし、ゲート８０２内に患部標的が留まるタイミングでかつ自身の都合で腹部筋組織を所定時間電気刺激可能である。また、電気刺激中は自身の意思で筋組織を弛緩できない生体作用を利用して、呼吸性移動の主要因である横隔膜の移動を一時的に抑制可能である。これにより、再現性よく、治療用ビームのゲート８０２内に患部標的を一時的に停止させ、治療用ビームをより効率的に照射する呼吸同期を行うことができる。
【００９１】  次に、図９に基づいて、本実施形態に係る電流生成装置２００の動作について説明する。ここでは、入力部２１８で第１モードが選択され、押しボタン部２０６が押下げられている期間の間、維持電流が出力される場合の例を用いて説明する。
【００９２】  図９は、電流生成装置２００の制御タイミングについて示す図である。横軸は、時間を示しており、縦軸は、ＯＮ状態とＯＦＦ状態とを示している。この図９に示すように、解析部２３４の解析信号に基づき、時刻Ｔ０において通知部２３６が被検体１０に、被検体１０が予め定められた呼吸状態にあることを通知する。
【００９３】  次に、時刻Ｔ１において被検体１０の操作にしたがい押しボタン部２０６が押下げられる。この押下げに基づいて、制御部２２０の制御下で、時刻Ｔ２に電流生成部２２２が、横隔膜の運動に関連する腹筋の収縮を維持させる維持電流の生成を開始し、この維持電流が維持電流を腹筋に伝導する電極部２０４から出力される。これにより、横隔膜の動きが被検体１０の押しボタン部２０６の操作で停止させられる。すなわち、この場合、予め定められた呼吸状態で横隔膜の移動は一時的に抑制される。
【００９４】  次に、被検者の操作にしたがい押しボタン部２０６の押下げが解除され、この解除に基づいて、制御部２２０の制御にしたがい電流生成部２２２が、維持電流の生成を停止する。このように、被検体１０の押しボタン部２０６の操作にしたがい腹筋が弛緩し、通常の安静時の呼吸状態に戻る。
【００９５】  以上のように、本実施形態に係る電流生成装置２００によれば、電流生成部１６０で生成された維持電流を、被検体１０の押しボタン部２０６の押下げ操作にしたがい電極部２０４から横隔膜の運動に関連する腹筋に伝導させることとした。このため、被検体１０の操作にしたがい腹筋の収縮を維持させ横隔膜の運動を抑制することができる。さらにまた、被検体１０が予め定められた呼吸状態にある場合に、通知部２３６が通知することとしたので、予め定められた呼吸状態における横隔膜の運動を被検体１０の操作にしたがい抑制できる。
【００９６】（第２実施形態）  第２実施形態に係る撮影システムは、第１実施形態に係る動体追跡照射システム１に加えてＣＴ（Computed Tomography）５００を用いたＣＴシステム１０００を更に備えることで第１実施形態と相違する。以下に、第１実施形態と相違する点を説明する。
【００９７】  図２を参照にしつつ図１０に基づいて第２実施形態に係るＣＴシステム１０００の全体構成を説明する。図１０は、本実施形態に係るＣＴシステム１０００の全体構成を説明するブロック図である。第１実施形態と同等の構成には同一の番号を付して説明を省略する。
【００９８】  この図１０に示すように、本実施形態に係るＣＴシステム１０００は、ＣＴ撮影により被検体のＣＴスキャン撮影を行うと共に、電気刺激により被検体１０の呼吸動作を抑制するシステムであり、電流生成装置２００と、ＣＴ５００とを、備えて構成されている。すなわち、動体追跡照射システム１に係る医用画像機器が間接変換方式のＦＰＤ（Flat Panel Detector）であったのに対し、ＣＴシステム１０００に係る医用画像機器がＣＴ５００であることで相違する。なお、動体追跡照射システム１と、ＣＴシステム１０００とは、異なる検査室に配置される。
【００９９】  ＣＴ５００を用いた撮影では、一般に吸気状態で撮影が行われる。すなわち、深呼吸をした状態で呼吸を停止させた状態で撮影が行われる。このため、電極２０４は、外肋間筋、及び横隔膜を含む筋肉を刺激できる皮膚表面位置に配置固定される。つまり、電極２０４が出力する維持電流により、深呼吸をした状態で外肋間筋、及び横隔膜を収縮させた状態で撮影を行うのである。
【０１００】  電流出力制御部２２６は、被検体１０が予め定められた呼吸状態になると、電極部２０４に維持電流を出力する制御を行うのである。より具体的には、電流出力制御部２２６は、被検体における肺内の空気量を示す値が第２閾値以上であると、維持電流を生成するようにパルス生成部２２４の制御を行うのである。
【０１０１】  また、電流出力制御部２２６は、被検体の撮影に用いる医用画像機器の種類に応じて、予め定められた呼吸状態を変更する。より具体的には、電流出力制御部２２６は、被検体１０の撮影に用いる医用画像機器の種類に応じて、被検体における肺内の空気量を示す値が第１閾値以下であると、予め定められた第１呼吸状態とする場合と、被検体１０における肺内の空気量を示す値が第２閾値以上であると、予め定められた第２呼吸状態とする場合とがある。
【０１０２】  例えば、電流出力制御部２２６は、医用画像機器がＦＰＤ（Flat Panel Detector）で有る場合には、被検体における肺内の空気量を示す値が第１閾値以下であると、予め定められた第１呼吸状態とする。この場合、電極部２０４は、腹直筋、外腹斜筋、内腹斜筋、腹横筋等に維持電流が伝導される位置に配置固定される。
【０１０３】  また、例えば、医用画像機器がＣＴ５００で有る場合には、被検体１０における肺内の空気量を示す値が第２閾値以上であると、予め定められた第２呼吸状態とする。この場合、電極２０４は、外肋間筋、及び横隔膜を含む筋肉を刺激できる皮膚表面位置に配置固定される。ここでの、第１閾値及び第２閾値は、実験的に定められた値である。
【０１０４】  ＣＴ５００は、Ｘ線を用いて被検体１０内の患部標的を撮像し、この患部標的の３次元画像を得るものである。すなわち、このＣＴ５００は、Ｘ線発生部５０２と、センサ５０４と、を備えて構成されている。
【０１０５】  Ｘ線発生部５０２は、Ｘ線パルスを発生する。センサ５０４は、被検体１０を透過したＸ線を画像信号に変換する。Ｘ線発生部５０２及びセンサ５０４は、不図示の回転軸を中心に矢印の向きに回転し、被検体の画像信号を３６０度の方向から取得する。
【０１０６】  次に図２を参照にしつつ図１１に基づき、本実施形態に係る解析部２３４の処理を説明する。図１１は、第２実施形態に係る肺内の空気量の時系列変化、及び解析信号の出力範囲を示す模式図である。図１１の横軸は時間であり、上図の縦軸は肺内の空気量である。
【０１０７】  この図１１に示すように、呼吸波形生成部２３２で生成した呼吸波形の値が第２閾値以上である場合、すなわち肺内の空気量を示す値が第２閾値以上である場合に解析部２３４は解析信号を出力する。この第２閾値は、例えば最大吸気時における肺内の空気量を示す値に基づいて定められる。例えば、最大吸気時における呼吸波形の値の８０％の値に設定されている。
【０１０８】  また、マーカ１１０１は、解析部２３４が解析信号の出力を開始したタイミングに基づき呼吸波形表示部２１０に表示される。
【０１０９】  さらにまた、上述の第２モード又は第３モードが選択されている場合には、解析部２３４が解析信号の出力を開始したタイミングに基づき、電流出力制御部２２６の制御により、電流生成部２０２が維持電流の生成を開始する。この場合、ＣＴ５００が撮影を開始するタイミングも解析部２３４が解析信号の出力を開始したタイミングに基づいている。さらに、電流生成部２０２が維持電流の生成を終了する時間は、ＣＴ５００が撮影を終了したタイミングに基づいている。
【０１１０】  以上のように、本実施形態に係る電流生成装置２００によれば、電流出力制御部２２６は、被検体１０が予め定められた呼吸状態になると、電極部２０４に維持電流を出力する制御を行うこととした。これにより、予め定められた呼吸状態を維持しつつＣＴ撮影を行うことが可能である。この場合、呼吸による体動が抑制されるので、モーションアーティファクトの低減されたＣＴ画像をえることができる。
【０１１１】（第３実施形態）  第３実施形態に係る撮影システムは、第２実施形態に係る動体追跡照射システム１及びＣＴシステム１０００に加えて、単純撮影システム１２００を更に備えることで第２実施形態と相違する。以下に、第２実施形態と相違する点を説明する。
【０１１２】  図２を参照にしつつ図１２に基づいて本実施形態に係る単純撮影システム１２００の全体構成を説明する。図１２は、第３実施形態に係る単純撮影システム１２００の全体構成を説明するブロック図である。第１実施形態と同等の構成には同一の番号を付して説明を省略する。この図１２に示すように、本実施形態に係る単純撮影システム１２００は、被検体の単純撮影を行うと共に、電気刺激により被検体１０の呼吸動作を抑制するシステムであり、第３のＸ線管保持部１０４Ｃと、第３のコリメータ部１０６Ｃと、第３のＸ線撮影部１１０Ｃと、同期制御部１１４、電流生成装置２００と、支持部１０８０とを、備えて構成されている。
【０１１３】  第３のＸ線管保持部１０４Ｃも、第１のＸ線管保持部１０４Ａと同等の構成であり、被検体１０にＸ線を照射する。さらにまた、第３のコリメータ部１０６Ｃも、第１のコリメータ部１０６Ａと同等の構成であり、第３の線管保持部１０４Ｃが発生するＸ線の照射範囲を制限する。第３のＸ線撮影部１１０Ｃも、第１のＸ線撮影部１１０Ａと同等の構成であり、被検体１０を透過したＸ線のＸ線量を電気信号に変換して出力する。ここでの医用画像機器は、第３のＸ線撮影部１１０Ｃである。この第３のＸ線撮影部１１０Ｃは、上述のように、例えばＦＰＤ、及びカラーI.I.の内のいずれかである。
【０１１４】  支持部１０８０は、第３のＸ線撮影部１１０Ｃを支持する。ここでは、胸側から背中に向けた撮影（ＡＰ撮影）の例を示している。撮影の向きは、これに限定されず、ＰＡ撮影でもよい。
【０１１５】  単純撮影では、一般に吸気状態で撮影が行われる。このため、電極２０４は、外肋間筋、及び横隔膜を含む筋肉を刺激できる皮膚表面位置に配置固定される。
【０１１６】  電流出力制御部２２６は、被検体１０が予め定められた呼吸状態になると、電極部２０４に維持電流を出力する制御を行う。より、具体的には、電流出力制御部２２６は、被検体における肺内の空気量を示す値が第２閾値以上であると、電流生成部２０２に維持電流を出力させる。
【０１１７】  また、電流出力制御部２２６は、被検体の撮影に用いる医用画像機器の撮影目的に応じて、予め定められた呼吸状態を変更する。より具体的には、電流出力制御部２２６は、被検体１０の撮影に用いる医用画像機器の撮影目的に応じて、被検体における肺内の空気量を示す値が第１閾値以下であると、予め定められた第１呼吸状態とする場合と、被検体１０における肺内の空気量を示す値が第２閾値以上であると、予め定められた第２呼吸状態とする場合と、がある。
【０１１８】  例えば、電流出力制御部２２６は、医用画像機器が呼吸性移動する患部標的の位置を追跡する場合には、被検体における肺内の空気量を示す値が第１閾値以下であると、予め定められた第１呼吸状態とする。また、例えば、医用画像機器が単純撮影を行う場合には、被検体１０における肺内の空気量を示す値が第２閾値以上であると、予め定められた第２呼吸状態とする。ここでの、第１閾値及び第２閾値は、実験的に定められた値である。
【０１１９】  次に図２を参照にしつつ図１１に基づき、本実施形態に係る解析部２３４の処理例を説明する。第２実施形態と同様に、解析部２３４は、呼吸波形生成部２３２で生成した呼吸波形の値が第２閾値以上である場合、すなわち肺内の空気量を示す値が第２閾値以上である場合に第２解析信号を出力する。この第２閾値は、例えば最大吸気時における肺内の空気量を示す値に基づいて定められる。例えば、最大吸気時の呼吸波形の値の８０％の値に設定されている。
【０１２０】  また、マーカ１１０１は、解析部２３４が解析信号の出力を開始したタイミングに基づき呼吸波形表示部２１０に表示される。
【０１２１】  さらにまた、上述の第２モード又は第３モードが選択されている場合には、解析部２３４が解析信号の出力を開始したタイミングに基づき、電流出力制御部２２６の制御により、電流生成部２０２が維持電流の生成を開始する。この場合、第３のＸ線管保持部１０４ＣがＸ線の照射を開始するタイミングも解析部２３４が解析信号の出力を開始したタイミングに基づいている。
【０１２２】  以上のように、本実施形態に係る電流生成装置２００によれば、電流出力制御部２２６は、被検体１０が予め定められた呼吸状態になると、電極部２０４に維持電流を出力する制御を行うこととした。これにより、予め定められた呼吸状態を維持しつつ単純撮影を行うことが可能である。この場合、呼吸による体動が抑制されるので、モーションアーティファクトの低減された単純撮影画像をえることができる。
【０１２３】（第４実施形態）  第４実施形態に係るＸ線照射装置は、維持電流が被検体へ伝導されている場合におけるＸ線の照射状態と、維持電流が被検体へ伝導されていない場合におけるＸ線の照射状態とを、異ならせ、被検体に照射されるＸ線の積算線量をより低減しようとしたものである。より詳しく、以下に説明する。
【０１２４】  図１３及び図１４に基づいて本実施形態に係るＸ線照射装置１３００の全体構成を説明する。図１３は、第４実施形態に係るＸ線照射装置１３００の全体構成を説明するブロック図である。この図１３に示すように、本実施形態に係るＸ線照射装置１３００は、患部標的にＸ線を照射すると共に、電気刺激により患部標的の動きを抑制する装置である。第１の制御部１１１４が、維持電流が被検体１０へ伝導されている場合におけるＸ線の照射状態と、維持電流が被検体１０へ伝導されていない場合におけるＸ線の照射状態とを、異ならせる制御を行うことで第１実施形態と相違する。第１実施形態と同等の構成には同一の番号を付して説明を省略する。
【０１２５】  すなわち、このＸ線照射装置１３００は、第１の高電圧パルス発生部１０２Ａと、第２の高電圧パルス発生部１０２Ｂと、第１のＸ線管保持部１０４Ａと、第２のＸ線管保持部１０４Ｂと、第１のコリメータ部１０６Ａと、第２のコリメータ部１０６Ｂと、治療台１０８と、第１のＸ線撮影部１１０Ａと、第２のＸ線撮影部１１０Ｂと、第１の２Ｄ画像出力部１１２Ａと、第２の２Ｄ画像出力部１１２Ｂと、第１の制御部１１１４と、第１の記憶部１１５と、３Ｄ画像出力部１１６と、標的座標出力部１１８と、照射許可判定部１２０と、位置取得部１２２と、設定部１２４と、電流生成本体部２０２と、電極部２０４と、押しボタン部２０６と、手動スイッチ部２０８と、呼吸波形表示部２１０と、スピーカ部２１２と、画像表示部２１４と、呼吸モニタ部１２１６と、入力部１２１８とを、備えて構成されている。
【０１２６】  第１の制御部１１１４は、Ｘ線照射装置１３００の各構成部を制御する。すなわち、この第１の制御部１１１４は、例えばＣＰＵで構成されており、プログラムの実行により各構成部を制御させることが可能である。第１の記憶部１１５は、この第１の制御部１１１４が実行する制御プログラムを格納したり、このプログラムの実行時における作業領域を提供したりする。
【０１２７】  この第１の制御部１１１４は、第１の高電圧パルス発生部１０２Ａ及び第２の高電圧パルス発生部１０２Ｂにおける高電圧パルスの発生タイミングを同期させる制御を行う。さらに、この第１の制御部１１１４は、第１のＸ線撮影部１１０Ａ及び第２のＸ線撮影部１１０Ｂの撮像タイミングを、この高電圧パルスの発生タイミングに同期させる制御を行う。
【０１２８】  また、この第１の制御部１１１４は、外部から入力される信号にしたがい第１の高電圧パルス発生部１０２Ａ及び第２の高電圧パルス発生部１０２Ｂが発生する高電圧パルスの強度、発生頻度、及び高電圧パルスのパルス幅を制御する。すなわち、この第１の制御部１１１４は、第１のＸ線管保持部１０４Ａ、及び第２のＸ線管保持部１０４Ｂが照射するＸ線の強度、発生頻度、及び照射時間を制御する。
【０１２９】  位置取得部１２２は、被検体１０の患部標的を時系列に撮像した複数のＸ線画像に基づいて、被検体１０の呼吸状態に対応する患部標的の位置を取得する。すなわち、位置取得部１２２は、第１の２Ｄ画像出力部１１２Ａ、及び第２の２Ｄ画像出力部１１２Ｂのそれぞれから時系列に得られた第１の画像データ及び第２の画像データに基づき患部標的の位置を取得する。
【０１３０】  設定部１２４は、被検体１０の予め定められた呼吸状態における患部標的の位置に治療用ビームの照射範囲であるゲートを設定する。すなわち、この設定部１２４は、位置取得部１２２が取得した患部標的の位置に基づき、横隔膜の弛緩がすすんだ状態における患部標的の位置に基づいて、このゲートを設定する。
【０１３１】  なお、本実施の形態においては、第１の高電圧パルス発生部１０２Ａ及び第１のＸ線管保持部１０４Ａが第１のＸ線照射部を構成しており、第２の高電圧パルス発生部１０２Ｂ及び第２のＸ線管保持部１０４Ｂが第２のＸ線照射部を構成しており、第１の高電圧パルス発生部１０２Ａ、第２の高電圧パルス発生部１０２Ｂ、第１のＸ線管保持部１０４Ａ、及び第２のＸ線管保持部１０４ＢがＸ線照射部を構成しており、第１のＸ線撮影部１１０Ａ及び第１の２Ｄ画像出力部１１２Ａが第１のＸ線撮像部を構成しており、第２のＸ線撮影部１１０Ｂ及び第２の２Ｄ画像出力部１１２Ｂが第２のＸ線撮像部を構成しており、第１のＸ線撮影部１１０Ａ、第２のＸ線撮影部１１０Ｂ、第１の２Ｄ画像出力部１１２Ａ及び第２の２Ｄ画像出力部１１２ＢがＸ線撮像部を構成しており、標的座標出力部１１８が位置検出部を構成している。
【０１３２】  呼吸モニタ部１２１６は、呼吸波形に関連する測定信号を被検体１０から取得し、電流生成本体部２０２に出力する。この測定信号は、例えば腹部の高さを示す。この呼吸モニタ部１２１６には非接触式センサ及び接触式センサを用いることが可能である。例えば、この非接触式センサとして、赤外線式、超音波式、電波式、レーザー式等を呼吸モニタ部１２１６に用いることが可能である。すなわち、この非接触式センサは、光波、音波、及び電波の中のいずれかを用いて被検体１０の呼吸状態を測定する。
【０１３３】  一方、接触式センとして、圧電式、ストレンゲージ式、サーボ式等を呼吸モニタ部１２１６に用いることが可能である。一般に、接触式センサは治療部位によっては照射や透視の邪魔となる場合があり、放射線の影響も受けやすいことから、本実施形態の例では、非接触式センサが用いられている。
【０１３４】  また、呼吸モニタ部１２１６は、被検体１０の肺野における換気流量を測定信号として取得してもよい。ここでの呼吸波形は、肺野内の空気量の時系列変化を意味する。すなわち、換気流量の積算値の時系列変化が呼吸波形である。なお、本実施形態においては、呼吸モニタ部１２１６が測定部を構成している。
【０１３５】  さらにまた、呼吸モニタ部１２１６は、呼吸波形に関連する測定信号を被検体１０の複数部位から取得し電流生成本体部２０２に出力してもよい。すなわち、この呼吸モニタ部１２１６は、胸部、腹部、背中部、鼻孔、及び口の中のいずれかから呼吸波形に関連する複数の測定信号を取得する。
【０１３６】  入力部１２１８は、維持電流の強度を示す強度信号を操作者の操作にしたがい入力する。
【０１３７】この強度信号にしたがい、電流生成本体部２０２が出力する維持電流の強度が制御される。
【０１３８】  また、この入力部１２１８は、維持電流を被検体１０に伝導する操作モードを選択する選択信号を操作者の操作にしたがい入力する。この選択信号は、電流生成本体部２０２に出力され、維持電流の生成が制御される。すなわち、この入力部１２１８は、押しボタン部２０６の押し下げの有無にかかわらず被検体１０が予め定められた呼吸状態にある場合に、維持電流を電極部２０４から出力する第０モード、被検体１０が押しボタン部２０６を押下げしている場合に維持電流を電極部２０４から出力する第１モード、及び被検体１０が押しボタン部２０６を押下げしている場合であっても被検体１０が予め定められた呼吸状態にない場合に、維持電流を電極部２０４から出力することを制限或いは停止する第２モード、の中のいずれかを選択するために用いられる。
【０１３９】  さらにまた、この入力部１２１８は、維持電流を出力するために用いる解析信号を得る解析処理のモードを選択する選択信号を操作者の操作にしたがい入力する。すなわち、この選択信号は、Ａモード、又はＢモードを選択するために用いられる。
【０１４０】  次に図１３を参照にしつつ図１４に基づいて電流生成本体部２０２の構成を説明する。図１４は、第４実施形態に係る電流生成本体部２０２の構成を説明するブロック図である。この図１４に示すように、この電流生成本体部２０２は、第２の制御部２２０と、第２の記憶部２２１と、電流生成部２２２と、ボタン押下検出部２２８と、ボタン押下通知部２３０と、呼吸波形生成部１２３２と、解析部１２３４と、通知部２３６とを、備えて構成されている。
【０１４１】  なお、本実施形態においては、第１の制御部１１１４及び第２の制御部２２０が制御部を構成しており、第１の制御部１１１４及び第２の制御部２２０を一体的に構成してもよい。
【０１４２】  電流生成部２２２は、電気刺激により、筋肉の収縮を維持させる維持電流を生成する。
【０１４３】すなわち、この電流生成部２２２は、パルス生成部２２４と、電流出力制御部１２２６とを備えて構成されている。
【０１４４】  電流出力制御部１２２６は、パルス生成部２２４を制御する。すなわち、電流出力制御部１２２６は、入力部１２１８からの選択信号で選択された動作モードにしたがい、パルス生成部２２４におけるパルス電流の生成とパルス電流の強度とを制御する。また、この電流出力制御部１２２６は、パルス電流の生成のタイミングに基づき、Ｘ線の照射頻度を変更する変更信号を第１の制御部１１１４に出力する。
【０１４５】  ボタン押下検出部２２８は、この押下信号を検知した場合、出力信号を出力する。すなわち、このボタン押下検出部２２８は、この押下信号を検知している期間の間、出力信号を継続して電流出力制御部１２２６に出力する。第１モード及び第２モードのいずれかが選択されている場合、電流出力制御部１２２６は、この出力信号の入力に応じてパルス生成部２２４に対して維持電流を生成させる制御を行う。
【０１４６】  ボタン押下通知部２３０は、第１モード及び第２モードのいずれかがが選択されている場合、ボタン押下検出部２２８の出力信号の入力にしたがい、ボタンの押下げ状態を示す影像信号を生成する。そして、このボタン押下通知部２３０は、画像表示部２１４にこの影像信号を出力することで、ボタンの押下げ状態を示す影像を画像表示部２１４に表示させる。
【０１４７】  ここでの、腹部の高さの時系列変化と、呼吸波形との関係は図３と同様である。このため、図３及び図１４を参照にしつつ、呼吸波形生成部１２３２における生成処理の詳細を説明する。呼吸波形生成部１２３２は、呼吸モニタ部１２１６で取得された腹部の高さの情報などに基づき呼吸波形を生成する。
【０１４８】  呼吸波形生成部１２３２は、予め得られた腹部高さの時系列変化と肺野内の空気量の時系列変化との関係を用いて、呼吸波形を生成する。この呼吸波形の生成は、上述した呼吸波形生成部２３２での処理と同等である。すなわち、呼吸波形生成部１２３２は、予め得られた腹部高さの時系列変化と肺野内の空気量の時系列変化との関係を用いて、呼吸波形を生成する。詳細な処理は上述した通りであるので、説明を省略する。
【０１４９】  また、呼吸波形生成部１２３２は、呼吸モニタ部１２１６で被検体１０の複数部位から取得された呼吸波形に関連する測定信号を用いて呼吸波形を生成してもよい。例えば、腹部の高さに基づく呼吸波形の値と、胸部の高さに基づく呼吸波形の値と、の平均値を得る演算処理を行い、新たな呼吸波形としてもよい。これにより、いずれか一方の呼吸波形に特異な変化、例えば異常動作やノイズなどが生じた場合でも、特異な変化の程度を抑制することが可能である。また、呼吸波形の時間変化に対する微分値、すなわち時間に対する呼吸波形の値の変化量を演算し、所定値を超える変化量を示した部位の呼吸波形の値を、平均値を得る演算処理から除いてもよい。この場合、特異な変化を示した部位の呼吸波形の影響を低減可能である。
【０１５０】  上述のように、腹部の高さの時系列変化と肺内の空気量の時系列変化の関係は、４ＤＣＴ画像（Four-Dimensional Computed Tomography）の情報に基づき得ることが可能である。詳細な処理は上述した通りであるので、詳細な説明を省略する。
【０１５１】  再び図１４に示すように、解析部１２３４は、呼吸波形生成部１２３２で生成した呼吸波形、及び標的座標出力部１１８が出力する患部標的の３次元座標のいずれかに基づき、被検体１０が予め定められた呼吸状態にある場合に解析信号を出力する。この解析部１２３４は、この呼吸波形が予め定められた第１位相を示す場合に、Ｘ線照射を指示するＸ線照射信号を解析信号として第１の制御部１１１４に出力する。すなわち、この解析部１２３４は、第１位相として、肺野内の空気量が予め定められた第１の閾値Ｔｈ１以下になると、第１の制御部１１１４へＸ線照射信号の出力を開始する。
【０１５２】  また、この解析部１２３４は、維持電流の出力を指示する解析信号である維持電流出力信号を得る解析方法については、２つのモード、すなわちＡモードとＢモードとを有している。このＡモードは、例えば呼吸波形の再現性が高い被検体１０向けである。すなわち、解析部１２３４は、呼吸波形に基づき、維持電流出力信号を出力する。
【０１５３】  Ｂモードは、例えば呼吸波形の再現性が低い被検体１０向けであり、患部標的の位置情報に基づき、維持電流出力信号を出力する。すなわち、解析部１２３４は、この患部標的がゲート内に入ったタイミングで、維持電流出力信号を電流出力制御部１２２６に出力する。
【０１５４】  ここで、呼吸波形の再現性が低いとは、同一位相であっても呼吸サイクル毎に患部標的の位置が変動する場合、又は、呼吸サイクル毎に呼吸波形が変動する場合を、意味する。
【０１５５】なお、この呼吸波形の再現性は、例えば予備撮影した４ＤＣＴの情報などに基づき判断可能である。
【０１５６】  次に、Ａモードが選択された場合の解析処理を詳細に説明する。解析部１２３４は、呼吸波形が予め定められた第２位相を示す場合に、この維持電流出力信号を解析信号として電流出力制御部１２２６に出力する。すなわち、この解析部１２３４は、第２位相として、肺野内の空気量が予め定められた閾値Ｔｈ２（Ｔｈ１≧Ｔｈ２）以下になると、電流出力制御部１２２６への解析信号の出力を開始する。この場合、肺野内の空気量が予め定められた閾値Ｔｈ２以下になっている間、継続して解析信号を出力してもよく。或いは、予め定められた時間の間継続して解析信号を出力してもよい。予め定められた時間の間、継続して解析信号を出力する場合、被検体１０に維持電流を伝導する期間は例えば０．１秒から３秒の間であり、治療計画内で定めてもよい。ここで、第２位相が発生するタイミングと、このゲート内に患部標的が入るタイミングとは、対応するように予め設定されている。
【０１５７】  この閾値Ｔｈ２は、例えば予備撮影した４ＤＣＴの情報に基づき定められ、例えば呼吸波形の最大値に対して、Ｔｈ２が２０％の値に設定されている。この閾値Ｔｈ２以下の期間における被検体１０の呼吸状態は、横隔膜の弛緩がすすんだ状態であり、安静時に吐き出される肺内の空気がほぼ吐き出された状態である。すなわち、解析部１２３４は、最大呼気における呼吸波形の値に基づいて、予め定められた呼吸状態にあることを示す維持電流出力信号を出力するのである。
【０１５８】  一方、閾値Ｔｈ１は、例えば被検体１０の呼吸波形の再現性に基づいて定められる。すなわち、呼吸波形の再現性が高い場合には、例えばＴｈ１とＴｈ２を同じ値にしてもよい。この場合には、維持電流出力信号が出力されたタイミングに一致させてＸ線照射信号が出力される。これにより、治療用ビームの照射範囲であるゲート内に患部標的が入るタイミングに合わせて、維持電流が出力されると共に、Ｘ線が照射される。このため、ゲート内に患部標的が存在しない場合に、被検体１０に照射されるＸ線がより抑制されるので、被検体１０に照射されるＸ線の積算量をより低減可能である。
【０１５９】  また、第１位相のタイミングは、第２位相のタイミングから時間Ｔ５前に設定してもよい。この時間Ｔ５は、呼吸波形の再現性に応じて設定可能である。すなわち、この再現性が低くなるにしたがい、時間Ｔ５が長く設定されるので、閾値Ｔｈ１の値は、より高い値に設定される。一方、この再現性が高くなるにしたがい、間Ｔ５をより短くすることが可能であるので、被検体１０に照射されるＸ線の積算量をより低減可能である。
【０１６０】  さらにまた、Ａモードが選択された場合、第２位相のタイミングにおいて、患部標的がゲート内に入っていなければ、維持電流出力信号の出力を中止してもよい。すなわち、維持電流出力信号を出力するタイミングに、標的座標出力部１１８から得た患部標的の３次元座標がゲート内に入ってない場合、解析部１２３４は、維持電流出力信号の出力を中止する。これにより、タイミングのずれた維持電流が被検体１０に出力されることが防がれる。
【０１６１】  一方で、この時間Ｔ５は、照射許可判定部１２０の通常処理が行える時間範囲に設定されている。このため、維持電流出力信号の出力を中止した場合であっても、維持電流の伝導をしない状態で治療用ビームの照射を行うことが可能である。
【０１６２】  また、Ａモードが選択された場合、Ｘ線照射信号の出力時間は、第１位相が発生したタイミングから、維持電流出力信号の出力が終了し、更に所定時間Ｔ５が経過するまでの間である。呼吸波形の再現性が高い場合には、Ｔ５はゼロに設定可能であり、Ｘ線照射信号の出力時間と、維持電流出力信号の出力時間とを一致させることが可能である。すなわち、Ｘ線の照射時間と維持電流の出力時間を一致させることができる。
【０１６３】  次に、Ｂモードが選択された場合の解析処理を詳細に説明する。呼吸波形の再現性が低い場合に対応するため、第１位相のタイミングから第２位相のタイミングまでの時間Ｔ５をより長く設定してもよい。この時間Ｔ５は、上述のように呼吸波形の再現性が低いほど長く取ることが可能である。また、従来装置と同様に治療ビームを用いた治療期間を時間Ｔ５としてもよい。すなわち、この場合、治療ビームを用いた治療期間の全ての間でＸ線が照射される。
【０１６４】  この解析部１２３４は、標的座標出力部１１８が出力する患部標的の３次元座標に基づき、患部標的がゲート内に入ったタイミングで、電流出力制御部１２２６に維持電流出力信号を出力する。これにより、呼吸波形の再現性が低い場合であっても、患部標的がこのゲート内に入ったタイミングで維持電流を被検体１０に出力できる。
【０１６５】  Ｂモードが選択された場合、患部標的がこのゲート内に入っている間、継続して維持電流出力信号を出力してもよく。或いは、予め定められた時間の間継続して維持電流出力信号を出力してもよい。予め定められた時間の間、継続して解析信号を出力する場合、被検体１０に維持電流を伝導する期間は例えば０．１秒から３秒の間であり、治療計画内で定めることができる。また、Ｂモードが選択された場合、Ｘ線照射信号の出力時間は、第１位相が発生したタイミングから、維持電流出力信号の出力が終了し、更に所定時間Ｔ６が経過するまでの間である。ここで、この所定時間Ｔ６は、第１位相が発生したタイミングから、維持電流出力信号を出力するまでの時間である。このことから分かるように、Ａモード、Ｂモードのいずれが選択された場合でも、呼吸波形の再現性に応じて被検体１０へのＸ線の積算線量を低減させることが可能である。
【０１６６】  さらにまた、解析部１２３４は、通知信号を解析信号として生成する。すなわち、この解析部１２３４は、肺野内の空気量が予め定められた第３の閾値Ｔｈ３以下になるタイミングを第３位相とし、この第３位相のタイミングで通知信号を出力する。この第３位相のタイミングは、第２位相のタイミングから時間Ｔ７前に設定される。この時間Ｔ７は、維持電流が伝導されることを予め認識でき、押しボタン部２０６を押下げる時間を考慮した時間に設定される。
【０１６７】  再び図１４に示すように、通知部２３６は、被検体１０が予め定められた呼吸状態にあることを通知する。すなわち、この通知部２３６は、解析部１２３４が出力する解析信号に基づき、マーカ及び対応する呼吸波形を呼吸波形表示部２１０に表示させる。すなわち、通知部２３６は、解析部１２３４から入力される通知信号にしたがい、この呼吸波形などを呼吸波形表示部２１０に表示させる。一方で、Ｂモードが選択された場合、通知部２３６は、解析部１２３４から入力される維持電流出力信号にしたがい、この呼吸波形などを呼吸波形表示部２１０に表示させる。
【０１６８】  また、スピーカ部２１２には、マーカの表示タイミングに合わせて、音声信号を出力する。これにより、被検体１０は、被検体１０の呼吸状態が予め定められた呼吸状態にあることが通知される。通知部２３６は、このマーカを、解析部１２３４が解析信号を出力したタイミングから所定期間表示してもよい。
【０１６９】  以上が本実施形態に係るＸ線照射装置１３００の全体構成の説明であるが、次に、電流出力制御部１２２６の制御動作を説明する。
【０１７０】  第０モードが選択されている場合、電流出力制御部１２２６は、解析部１２３４からの維持電流出力信号に応じて、維持電流を生成する制御をパルス生成部２２４に行う。すなわち、この電流出力制御部１２２６は、押しボタン部２０６の押し下げの有無にかかわらず、維持電流出力信号が入力されている場合に、維持電流を生成するようにパルス生成部２２４の制御を行う。
【０１７１】  第１モードが選択されている場合、被検体１０が押しボタン部２０６を押下げることで、維持電流を電極部２０４から出力可能である。すなわち、電流出力制御部１２２６は、ボタン押下検出部２２８から出力信号が入力されている間、維持電流を生成するようにパルス生成部２２４の制御を行う。なお、この被検体１０が通知部２３６の通知にしたがう場合、予め定められた呼吸状態にあるタイミングに合わせ、押しボタン部２０６を押下げることができる。このことから分かるように、電流出力制御部１２２６は、維持電流出力信号の入力の有無にかかわらず、出力信号に応じてパルス生成部２２４の制御を行う。
【０１７２】  第２モードが選択されている場合、第１モードと同等の制御動作を行うと共に、被検体１０が予め定められた呼吸状態にない場合には、電極部２０４からの維持電流の出力が制限或いは禁止される。すなわち、出力信号が入力され、且つ維持電流出力信号が入力されている場合に、電流出力制御部１２２６は、維持電流を生成するようにパルス生成部２２４の制御を行う。これにより、被検体１０が予め定められた呼吸状態にない場合に、横隔膜の運動が抑制されることを回避することができる。
【０１７３】  また、第２モードが選択されている場合、押しボタン部２０６を押下げておけば、予め定められた呼吸状態にある場合に、自動的に維持電流が電極部２０４から出力される。このため、被検体１０は、押しボタン部２０６を押すタイミングを通知部２３６の通知に合わせなくともよい。
【０１７４】  このことから分かるように、第１モード、及び第２モードが選択されている場合、被検体１０は、自身の体調の都合を優先させることが可能である。すなわち、被検体１０は、呼吸のリズムが安定しない場合などには、押しボタン部２０６を押す必要がなく、維持電流が体内に出力されないようにできる。このため、維持電流を電極部２０４から出力することに対して、被検体１０の意思や都合を反映可能となる。
【０１７５】  また、押しボタン部２０６を被検体１０が押下げしている間、維持電流が継続して電極部２０４から出力される構成としてもよく、或いは、維持電流が電極部２０４から継続して出力される時間を、あらかじめ所定時間に設定してもよい。この所定時間に設定されている場合、押しボタン部２０６の押下げが継続していても、電流出力制御部１２２６は、維持電流の生成を所定時間の経過後に停止させる。この所定時間は、被検体１０の体調、及び上述のように治療の開始前の呼吸波形などに基づいて設定することが可能である。なお、この所定時間は、治療用ビームを照射する時間とも関連するため、治療計画内で設定することが好ましい。
【０１７６】  次に、図１５に基づいて解析部１２３４の出力信号に基づく制御動作の一例を説明する。図１５は、第４実施形態に係る肺内の空気量の時系列変化と、解析信号の出力タイミングとを示す模式図である。
【０１７７】図１５の横軸は時間であり、上図の縦軸は肺内の空気量である。また、下図の縦軸は、Ｘ線の照射頻度を示している。ここでは、上述のＡモード及び第０モードが選択されている場合について説明する。また、患部標的である胸部下部の腫瘍が、呼吸周期にしたがって呼吸性移動している例を用いて説明する。
【０１７８】  この図１５に示すように、呼吸波形が第１位相ｆ１になると、解析部１２３４から第１の制御部１１１４にＸ線照射信号が入力される。これにより、第１のＸ線管保持部１０４Ａ及び第２のＸ線管保持部１０４ＢがＸ線の照射を開始する。このＸ線の照射に同期して第１のＸ線撮影部１１０Ａが第１の画像データを撮像し、第２のＸ線撮影部１１０Ｂが第２の画像データを撮像する。続いて、これらの画像データに基づき、標的座標出力部１１８が患部標的の３次元の座標を解析部１２３４に出力する。そして、解析部１２３４は、呼吸波形が第２位相ｆ２になると、この３次元の座標がゲートの範囲にあれば、維持電流出力信号を電流出力制御部１２２６に出力する。すなわち、被検体１０の予め定められた呼吸状態としての第２位相ｆ２になると、この３次元の座標がゲートの範囲にあることを条件として、維持電流出力信号が出力される。ここでは、この３次元の座標がゲートの範囲にあるので、肺野内の空気量が予め定められた閾値以下になっている間、継続して維持電流出力信号は出力される。
【０１７９】  このことから分かるように、第１の制御部１１１４は、呼吸波形の情報に基づき、Ｘ線の照射を開始する制御を第１の高電圧パルス発生部１０２Ａ、及び第２の高電圧パルス発生部１０２Ｂに対して行う。すなわち、第１の制御部１１１４は、被検体の呼吸状態に応じてＸ線の照射を開始する制御を行う。これにより、患部標的がゲートからより離れた位置にある場合には、不要なＸ線が被検体１０に照射されないので、よりＸ線の積算線量が低減される。
【０１８０】  また、解析部１２３４は、通知部２３６に通知信号を出力する。これにより、この通知部２３６は、マーカ４０１及び対応する呼吸波形を呼吸波形表示部２１０に表示させる。
【０１８１】  次に、電流出力制御部１２２６は、維持電流の生成のタイミングに基づき、第１の制御部１１１４に対して、Ｘ線の照射頻度を低減させる変更信号を出力する。この変更信号は、維持電流が出力されている間、継続して第１の制御部１１１４に出力される。続いて、第１の制御部１１１４は、Ｘ線の照射頻度を低減する制御を第１の高電圧パルス発生部１０２Ａ、及び第２の高電圧パルス発生部１０２Ｂに対して行う。すなわち、この第１の制御部１１１４は、維持電流が被検体１０へ伝導されていない間のＸ線の照射頻度に対して、維持電流が被検体１０へ伝導されている間のＸ線の照射頻度を下げる制御を行う。このことから分かるように、第１の制御部１１１４は、呼吸波形の情報に基づき、Ｘ線の照射状態を変更する制御を第１の高電圧パルス発生部１０２Ａ、及び第２の高電圧パルス発生部１０２Ｂに対して行う。すなわち、第１の制御部１１１４は、被検体の呼吸状態に応じてＸ線の照射状態を変更する制御を行う。
【０１８２】  さらにまた、この変更信号が入力された場合、この第１の制御部１１１４は、第１の高電圧パルス発生部１０２Ａ、及び第２の高電圧パルス発生部１０２Ｂに対して、Ｘ線の強度を低下させると共に照射時間を長くさせる制御を行う。すなわち、この第１の制御部１１１４は、維持電流が被検体１０へ伝導されていない間のＸ線の強度及び照射時間に対して、維持電流が被検体１０へ伝導されている間のＸ線の強度を下げ且つ照射時間を長くする制御を、第１の高電圧パルス発生部１０２Ａ、及び第２の高電圧パルス発生部１０２Ｂに対して行う。例えば、被検体１０へ照射されるＸ線のｍａｓ値が、一定値になるようにＸ線の照射が制御される。これにより、Ｘ線の照射強度を低下できるので、Ｘ線管などの負荷を低減できる。
【０１８３】  次に、第１の制御部１１１４は、変更信号が入力されなくなるタイミングに基づき、Ｘ線の照射頻度を元に戻す制御を第１の高電圧パルス発生部１０２Ａ、及び第２の高電圧パルス発生部１０２Ｂに対して行う。すなわち、この第１の制御部１１１４は、第１位相のタイミングから第２位相のタイミングまでの時間Ｔ５と同じ時間の間、Ｘ線の照射を継続させる制御を第１の高電圧パルス発生部１０２Ａ、及び第２の高電圧パルス発生部１０２Ｂに対して行う。
【０１８４】  このことから分かるように、Ｘ線の照射を、被検体１０の予め定められた呼吸状態である第１位相になるまで行わないので、不要なＸ線の照射を抑制でき、従来のように全期間の間、Ｘ線の照射を継続する場合と比較して、Ｘ線の積算線量を低減できる。さらに、維持電流が被検体１０へ伝導されている間、Ｘ線の照射頻度をより下げるので、よりＸ線の積算線量を低減できる。例えば、従来のように全期間の間、Ｘ線の照射を継続する場合と比較して、被検体１０に対するＸ線の積算線量を１０分の１以下に低減することが可能である。
【０１８５】  本実施形態に係る電流生成部２２２が生成する維持電流については、図５に基づいて説明したパルス状のパルス電流と同等である。また、電流刺激に対する被検体１０の筋組織の反応についても上述と同様であるので、ここでの詳細な説明を省略する。
【０１８６】  本実施形態に係る電極部２０４の配置位置については、上述のように、図６に基づいて説明した内容と同等である。すなわち、電極部２０４が、腹直筋、外腹斜筋、内腹斜筋、腹横筋等に維持電流が伝導される位置に配置された場合、これらの筋組織は収縮を維持し、呼気時の横隔膜の動きを抑制する。
【０１８７】  また、電極部２０４が、外肋間筋、及び横隔膜を含む筋肉を刺激できる皮膚表面位置に配置された場合、これらの筋組織は収縮を維持し、吸気時の横隔膜の動きを抑制する。横隔膜の動きの抑制についての説明は、上述と同様であるので、ここでの説明は省略する。
【０１８８】  次に、図１６に基づいて、患部標的である腫瘍に対する治療用ビームのゲートついて説明する。図１６は、第４実施形態に係る４ＤＣＴ内での腫瘍の移動範囲とゲートの位置を示す模式図である。ここでは、被検体１０が寝台１０８に固定されて予備撮影されおり、本実施形態に係るＸ線照射装置１３００で追跡対象を追跡する場合にも、この予備撮影した際の体位に、被検体１０を治療台１０８に固定してＸ線の透視撮像が行われている例を説明する。この場合、予備撮影した患部標的の位置と患部標的の腫瘍との位置関係は、本実施形態に係るＸ線照射装置１３００で患部標的を追跡する場合にも、ほぼ同様の関係で再現される。また、患部標的である胸部下部の腫瘍が、呼吸周期にしたがって呼吸性移動している例を用いて説明する。
【０１８９】  図１６の左図は、４ＤＣＴ内で患部標的である腫瘍が移動している範囲を示す模式図である。この図１６左図に示すように、肺野内にできた腫瘍は、四角の枠内に矢印で示す移動範囲７０１内を呼吸周期に従い移動する。すなわち、最大呼気時にこの腫瘍は頭側である最上部近辺に移動し、最大吸気時には足側である最下部近辺に移動する。この呼吸周期は、安静時の成人においておよそ１２〜２０回／毎分の頻度と言われている。すなわち、１回の呼吸周期は、３〜５秒程度である。
【０１９０】  次に、図１６の右図に基づいて、治療用ビームのゲートについて説明する。図１６の右図は、第１のＸ線撮影部１１０Ａで得られた電気信号に基づいて得られた２次元画像７０２と、位置取得部１２２が取得した腫瘍の位置を示す模式図である。この図１６の右図に示すように、位置取得部１２２は、時系列に取得された複数の２次元画像７０２それぞれから腫瘍の２次元位置を取得する。
【０１９１】  設定部１２４は、腫瘍が最上部近傍に移動した位置に基づいて、この治療用ビームのゲート７０３を設定する。この腫瘍がこのゲート７０３内に位置する場合、安静時の横隔膜が最も弛緩した状態に対応する。すなわち、このゲート７０３は、被検体１０の横隔膜が弛緩した状態の腫瘍の位置に対応させて設定される。このため、腫瘍が呼吸周期の中でゲート７０３内に入る再現性が高く、且つ腫瘍が位置する時間がより長くなる。
【０１９２】  同様に、第２のＸ線撮影部１１０Ｂにおいて時系列に取得された複数の２次元画像に基づきゲート位置が設定される。また、設定部１２４は、設定された二次元のゲート領域に対応する３次元のゲート領域を照射許可判定部１２０に設定する。
【０１９３】  さらにまた、第１のＸ線撮影部１１０Ａ及び第２のＸ線撮影部１１０Ｂそれぞれの撮影面のほぼ中心部に、腫瘍が最上部近傍に移動した位置が撮影されるように、Ｘ線照射装置１３００は設定される。このように、これらの設定は、患部標的である腫瘍部の位置に基づいて行われる。
【０１９４】  なお、ゲートは、再現性が高く、且つ患部標的である腫瘍が位置する時間がより長くなる位置に設定すればよい。このため、横隔膜が最も足側に移動した最大呼気の状態における腫瘍の位置に対応させてゲートを設定してもよい。この場合、解析部１２３４における第１位相、第２位相、及び第３位相の設定を、最大呼気の状態を基準に行うことが可能である。
【０１９５】  次に、図１６を参照にしつつ図１７に基づいて解析部１２３４の出力信号に基づく制御動作の一例を説明する。図１７は、第４実施形態に係る呼吸波形と患部標的である腫瘍の移動の関係を示す模式図である。横軸は時間であり、上図の縦軸は図１６で示した腫瘍の移動範囲に対応する範囲８０１であり、下図の縦軸は肺内の空気量である。また、ゲート８０２は、図１６のゲート７０３の縦軸に対応する。ここでは、図１６で説明した腫瘍の例を用いて説明する。また、上述のＢモード及び第２モードが選択されている場合について説明する。
【０１９６】  この図１７に示すように、呼吸波形が第１位相ｆ１になると、Ｘ線照射信号が第１の制御部１１１４に入力される。これにより、第１のＸ線管保持部１０４Ａ及び第２のＸ線管保持部１０４ＢがＸ線の照射を開始する。このＸ線の照射に同期して第１のＸ線撮影部１１０Ａが第１の画像データを撮像し、第２のＸ線撮影部１１０Ｂが第２の画像データを撮像する。続いて、これらの画像データに基づき、標的座標出力部１１８が患部標的の３次元の座標を解析部１２３４に出力する。そして、解析部１２３４は、この３次元の座標がゲート８０２の範囲内にあり、且つ押しボタン部２０６の押下げを示す押下信号が入力される場合に、維持電流出力信号を電流出力制御部１２２６に出力する。すなわち、解析部１２３４は、標的座標出力部１１８が出力する患部標的の３次元座標に基づき、患部標的がゲート８０２内に入ったタイミングで、維持電流出力信号を電流出力制御部１２２６に出力する。これにより、パルス発生部２２４は、電流出力制御部１２２６の制御にしたがい、維持電流としてのパルス電流を電極部２０４に出力する。このように、被検体１０の予め定められた呼吸状態として、この３次元の座標がゲート８０２の範囲内になると、この押下信号が入力されていることを条件として、維持電流出力信号が出力される。
【０１９７】  次に、電流出力制御部１２２６は、維持電流の生成のタイミングに基づき、第１の制御部１１１４に対して、Ｘ線の照射頻度を低減させる変更信号を出力する。この変更信号は、維持電流が出力されている間、継続して第１の制御部１１１４に出力される。続いて、第１の制御部１１１４は、Ｘ線の照射頻度を低減する制御を第１のＸ線管保持部１０４Ａ及び第２のＸ線管保持部１０４Ｂに対して行う。すなわち、この第１の制御部１１１４は、維持電流が被検体１０へ伝導されていない間のＸ線の照射頻度に対して、維持電流が被検体１０へ伝導されている間のＸ線の照射頻度を下げる。この場合、この第１の制御部１１１４は、維持電流が被検体１０へ伝導されていない間のＸ線に対して、Ｘ線の強度を下げ、且つ照射時間が長くなるように制御を行う。
【０１９８】  また、解析部１２３４は、通知部２３６に維持電流出力信号を出力する。これにより、この通知部２３６は、マーカ４０１及び対応する呼吸波形を呼吸波形表示部２１０に表示させる。この通知部２３６は、Ｂモードが選択されているので、維持電流出力信号を用いて表示処理を行う。
【０１９９】  次に、解析部１２３４は、標的座標出力部１１８が出力する患部標的の３次元座標に基づき、患部標的がゲート８０２内から出るタイミングに合わせ、維持電流出力信号の出力を停止する。続いて、第１の制御部１１１４は、変更信号が入力されなくなるタイミングに基づき、Ｘ線の照射頻度を元に戻す制御を第１の高電圧パルス発生部１０２Ａ、及び第２の高電圧パルス発生部１０２Ｂに対して行う。すなわち、この第１の制御部１１１４は、第１位相のタイミングから維持電流出力信号が出力されるタイミングまでの時間Ｔ６と同じ時間の間、Ｘ線の照射を継続させる制御を第１の高電圧パルス発生部１０２Ａ、及び第２の高電圧パルス発生部１０２Ｂに対して行う。
【０２００】  このことから分かるように、呼吸波形の再現性が低い場合でも、患部標的がゲート８０２の範囲内にある場合に維持電流を出力することが可能である。さらに、Ｘ線の照射を、被検体１０の予め定められた呼吸状態である第１位相になるまで行わないので不要なＸ線の照射を抑制でき、従来のように全期間の間、Ｘ線の照射を継続する場合と比較して、被検体１０に対するＸ線の積算線量を低減できる。さらに、維持電流が被検体１０へ伝導されている間、Ｘ線の照射頻度をより下げるので、よりＸ線の積算線量を低減できる。
【０２０１】  次に、図１８に基づいて、本実施形態に係るＸ線照射装置１３００の動作について説明する。ここでは、Ａモード及び第２モードが選択された場合にいて説明する。
【０２０２】  図１８は、Ｘ線照射装置１３００の制御タイミングについて示す図である。横軸は、時間を示しており、縦軸は、ＯＮ状態とＯＦＦ状態とを示している。この図１８に示すように、解析部１２３４は、呼吸波形が第１位相のタイミングである時刻Ｔ１０に、Ｘ線照射信号を第１の制御部１１１４に出力する。これにより、第１のＸ線管保持部１０４Ａ及び第２のＸ線管保持部１０４ＢがＸ線の照射を開始する。
【０２０３】  次に、この解析部１２３４は、押しボタン部２０６の押下げを示す押下信号が入力されている場合、呼吸波形が第２位相のタイミングである時刻Ｔ１２に、維持電流出力信号を電流出力制御部１２２６に出力する。これにより、電流生成部２２２が維持電流としてのパルス電流の出力を開始する。同時に、電極部２０４に維持電流が出力される。時刻Ｔ１２において、電流出力制御部１２２６は、電流生成部２２２における維持電流の生成に基づき、変更信号を第１の制御部１１１４に出力する。また、この時刻Ｔ１２において、この変更信号を入力された第１の制御部１１１４は、このＸ線の頻度、強度、及び照射時間を変更する制御を第１の高電圧パルス発生部１０２Ａ及び第２の高電圧パルス発生部１０２Ｂに対して行う。
【０２０４】  次に、時刻Ｔ１４において、変更信号の入力が停止された第１の制御部１１１４は、Ｘ線の照射状態を時刻Ｔ１０から時刻Ｔ１２と同じ状態に戻す制御を第１の高電圧パルス発生部１０２Ａ及び第２の高電圧パルス発生部１０２Ｂに対して行う。そして、第１の制御部１１１４は、時刻Ｔ１０から時刻Ｔ１２までと同じ時間の間Ｘ線を照射させ、時刻Ｔ１６においてＸ線の照射を停止させる制御を行う。
【０２０５】  以上のように、本実施形態に係るＸ線照射装置１３００によれば、第１の制御部１１１４が、Ｘ線管保持部１０４Ａ、１０４Ｂが被検体に向けて照射するＸ線の照射状態を、被検体１０に維持電流が伝導されている場合と、伝導されていない場合とで異ならせることとした。
【０２０６】このため、被検体１０に照射されるＸ線の積算線量をより低減することができる。さらにまた、被検体１０の予め定められた呼吸状態である呼吸波形の第１位相f1に基づき、被検体１０へのＸ線の照射を開始する制御を第１の制御部１１１４が行うこととしたので、不要なＸ線の照射を抑制でき、被検体１０に照射されるＸ線の積算線量をより低減することができる。
【０２０７】  上述した実施形態で説明した電流生成装置、動体追跡照射システム、ＣＴシステム、単純撮影システム、およびＸ線照射装置の少なくとも一部は、ハードウェアで構成してもよいし、ソフトウェアで構成してもよい。ソフトウェアで構成する場合には、電流生成装置、動体追跡照射システム、ＣＴシステム、単純撮影システム、およびＸ線照射装置の少なくとも一部の機能を実現するプログラムをフレキシブルディスクやＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に収納し、コンピュータに読み込ませて実行させてもよい。記録媒体は、磁気ディスクや光ディスク等の着脱可能なものに限定されず、ハードディスク装置やメモリなどの固定型の記録媒体でもよい。
【０２０８】  また、電流生成装置、動体追跡照射システム、ＣＴシステム、単純撮影システム、およびＸ線照射装置の少なくとも一部の機能を実現するプログラムを、インターネット等の通信回線（無線通信も含む）を介して頒布してもよい。
【０２０９】さらに、同プログラムを暗号化したり、変調をかけたり、圧縮した状態で、インターネット等の有線回線や無線回線を介して、あるいは記録媒体に収納して頒布してもよい。
【０２１０】  以上、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例としてのみ提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図したものではない。本明細書で説明した新規な装置、方法およびシステムは、その他の様々な形態で実施することができる。また、本明細書で説明した装置、方法およびシステムの形態に対し、発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の省略、置換、変更を行うことができる。添付の特許請求の範囲およびこれに均等な範囲は、発明の範囲や要旨に含まれるこのような形態や変形例を含むように意図されている。
【図１】
2017002917.tif 000003
【図２】
2017002917.tif 000004
【図３】
2017002917.tif 000005
【図４】
2017002917.tif 000006
【図５】
2017002917.tif 000007
【図６】
2017002917.tif 000008
【図７】
2017002917.tif 000009
【図８】
2017002917.tif 000010
【図９】
2017002917.tif 000011
【図１０】
2017002917.tif 000012
【図１１】
2017002917.tif 000013
【図１２】
2017002917.tif 000014
【図１３】
2017002917.tif 000015
【図１４】
2017002917.tif 000016
【図１５】
2017002917.tif 000017
【図１６】
2017002917.tif 000018
【図１７】
2017002917.tif 000019
【図１８】
2017002917.tif 000020
【国際調査報告】
2017002917.tif 000021
2017002917.tif 000022
2017002917.tif 000023
2017002917.tif 000024
2017002917.tif 000025
2017002917.tif 000026