(57)【要約】【課題】的確に放射線照射が行われたか否かを確認することができる生体機能観測装置、および、的確な放射線照射を行うことができる放射線治療システムを提供する。【解決手段】放射線治療システム１は、検出部１１ａ、処理部１２、検出部２１ａ，２１ｂ、処理部２２、機能観測部３０等を備える。検出部１１ａおよび処理部１２は、所定期間（照射線照射期間）中に発生した即発ガンマ線γｐを検出して、ポジトロン放出核の発生分布を表す第１画像を取得する。検出部２１ａ，２１ｂおよび処理部２２は、所定期間後にポジトロン放出核から放出されたポジトロンと電子との対消滅により発生した消滅ガンマ線γａを検出して、ポジトロン放出核の存在分布を表す第１画像を取得する。機能観測部３０は、第１画像を基準としたときの第２画像の変化に基づいてポジトロン放出核の残留状態を求めて、生体９０の機能を求める。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定期間に亘る放射線照射により即発ガンマ線およびポジトロン放出核が発生した生体の機能を観測する装置であって、
前記所定期間中に発生した前記即発ガンマ線を検出して、その検出結果に基づいて前記ポジトロン放出核の発生分布を表す第１画像を取得する第１画像取得部と、
前記所定期間後に前記ポジトロン放出核から放出されたポジトロンと電子との対消滅により発生した消滅ガンマ線を検出して、その検出結果に基づいて前記ポジトロン放出核の存在分布を表す第２画像を取得する第２画像取得部と、
前記第１画像を基準としたときの前記第２画像の変化に基づいて前記生体内における前記ポジトロン放出核の残留状態に基づく生体機能を求める機能観測部と、
を備えることを特徴とする生体機能観測装置。
【請求項２】
所定期間に亘り生体へ放射線を照射して前記生体内に即発ガンマ線およびポジトロン放出核を発生させる放射線照射部と、
前記放射線照射部により放射線を照射された前記生体の機能を観測する請求項１に記載の生体機能観測装置と、
を備えることを特徴とする放射線治療システム。
【請求項３】
前記生体機能観測装置により求められた生体機能に基づいて前記放射線照射部による前記生体への次回の放射線照射の線量分布を調整する制御部を更に備えることを特徴とする請求項２に記載の放射線治療システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体機能観測装置および放射線治療システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
生体内の癌を治療する方法として、外科的手術、化学療法、免疫療法および放射線治療がある。そのうち、放射線治療は、放射線を腫瘍に集中的に照射することで癌を治療する方法であり、原発部位の癌の根治が可能であると期待されている。放射線治療で用いられる放射線は、Ｘ線等の光子線、電子線、陽子線、中性子線およびイオン線などである。
【０００３】
これらのうち、陽子線およびイオン線などの放射線は、厚みのあるターゲットに照射したとき、エネルギー阻止能の関係で放射線が停止する寸前の領域で大きなエネルギーを損失する。その結果、その部分にブラッグピークと呼ばれる高い線量領域が形成される。腫瘍部分にそのピーク位置が集中するように放射線照射位置および入射エネルギーを調整することで、効果的な放射線治療を実現することができる。
【０００４】
仮に、腫瘍への放射線照射の線量が不足し、或いは、腫瘍の一部に放射線が照射されなかった場合には、癌治療が不完全なものとなり、癌が再発する可能性がある。また、仮に、腫瘍の周囲にある正常部位（特に重要臓器）に対して放射線を照射してしまうと、その正常部位に障害が発生する可能性がある。したがって、放射線治療において、腫瘍に対して必要な線量の放射線を照射することが重要であり、且つ、正常部位に対して放射線を照射しないことも重要である。
【０００５】
そこで、放射線治療において、腫瘍への線量集中性が高い放射線照射を高精度かつ安全に実施する為に、放射線照射に先立って、Ｘ線ＣＴ（Computed Tomography）等によって腫瘍の位置や形状を測定して、その測定結果に基づき放射線を照射する方向、数および線量を決定する放射線治療の計画を作成し、その後に、その治療計画に従って腫瘍に対し放射線を照射する。また、治療計画どおりに腫瘍に対し放射線が照射されたか否かを確認することも重要である。この確認の為には、生体における放射線照射領域（照射された放射線が大きなエネルギーを損失する領域）を可視化する必要がある。
【０００６】
放射線照射領域を可視化する技術が特許文献１に記載されている。この文献に記載された放射線照射領域可視化技術は、生体への放射線照射により生じたポジトロン放出核から放出されたポジトロンと電子との対消滅により発生した消滅ガンマ線を検出し、この検出結果に基づいてポジトロン放出核の存在分布を求め、このポジトロン放出核の存在分布から放射線照射領域可視化画像を取得する。また、上記のような放射線照射領域可視化画像を、生体へ放射線を照射する度に取得する。そして、各々の放射線照射領域可視化画像に基づいて、または、放射線照射領域可視化画像の時間的変化に基づいて、腫瘍に対して放射線が的確に照射されたか否かを確認するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１４−１８５２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、本発明者は、放射線を照射すべき腫瘍に対して的確に照射が行われたか否かを確認するには特許文献１に記載された放射線照射領域可視化技術は充分ではないという問題点を見出した。すなわち、生体内においてポジトロン放出核が生成時からポジトロン放出時までに移動する場合がある。また、ポジトロン放出核の生成時からポジトロン放出時までの残留状態が生体の機能（細胞の交換や血液の流れ）に依って異なる。これらのことから、ポジトロン放出核の存在分布から取得される放射線照射領域可視化画像は、放射線を照射すべき腫瘍に対して的確に照射が行われたか否かを確認するには充分ではない。
【０００９】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、放射線を照射された生体の機能を観測することにより腫瘍に対して的確に放射線照射が行われたか否かを確認することができる生体機能観測装置を提供することを目的とする。また、このような生体機能観測装置を備えて腫瘍に対して的確な放射線照射を行うことができる放射線治療システム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】
【００１０】
本発明の生体機能観測装置は、所定期間に亘る放射線照射により即発ガンマ線およびポジトロン放出核が発生した生体の機能を観測する装置であって、(1) 所定期間中に発生した即発ガンマ線を検出して、その検出結果に基づいてポジトロン放出核の発生分布を表す第１画像を取得する第１画像取得部と、(2) 所定期間後にポジトロン放出核から放出されたポジトロンと電子との対消滅により発生した消滅ガンマ線を検出して、その検出結果に基づいてポジトロン放出核の存在分布を表す第２画像を取得する第２画像取得部と、(3) 第１画像を基準としたときの第２画像の変化に基づいて生体内におけるポジトロン放出核の残留状態に基づく生体機能を求める機能観測部と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明の放射線治療システムは、所定期間に亘り生体へ放射線を照射して生体内に即発ガンマ線およびポジトロン放出核を発生させる放射線照射部と、放射線照射部により放射線を照射された生体の機能を観測する上記の本発明の生体機能観測装置と、を備えることを特徴とする。また、本発明の放射線治療システムは、生体機能観測装置により求められた生体機能に基づいて放射線照射部による生体への次回の放射線照射の線量分布を調整する制御部を更に備えるのが好適である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の生体機能観測装置は、放射線を照射された生体の機能を観測することにより、腫瘍に対して的確および最適に放射線照射が行われたか否かを確認することができる。また、本発明の放射線治療システムは、腫瘍に対して的確および最適な放射線照射を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態の放射線治療システム１の構成を示す図である。
【図２】生体への放射線照射の積算線量と腫瘍内ポジトロン放出核の残留割合との関係の一例を示すグラフである。
【図３】第２実施形態の放射線治療システム２の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。本発明は、これらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００１５】
図１は、第１実施形態の放射線治療システム１の構成を示す図である。第１実施形態の放射線治療システム１は、第１検出部１１ａ、第１処理部１２、第２検出部２１ａ，２１ｂ、第２処理部２２、機能観測部３０、放射線照射部４０および制御部５０を備える。これらのうち、第１検出部１１ａ、第１処理部１２、第２検出部２１ａ，２１ｂ、第２処理部２２および機能観測部３０は、放射線照射部４０による所定期間に亘る放射線照射により即発ガンマ線およびポジトロン放出核が発生した生体９０の機能を観測する装置である。
【００１６】
放射線照射部４０は、所定期間に亘って生体９０に対して放射線を照射する。放射線治療で用いられる放射線は、Ｘ線等の光子線、電子線、陽子線、中性子線およびイオン線などである。Ｘ線等の光子線、電子線、陽子線、中性子線およびイオン線などが用いられる場合、生体９０内に存在する標的原子核との間で原子核反応が生じる。生体９０への放射線照射による原子核反応により、生体９０内の放射線照射領域において即発ガンマ線γｐおよびポジトロン放出核が発生する。
【００１７】
例えば、生体９０内にある標的原子核16Ｏに対して放射線が照射されると、主にエネルギー２.７ＭｅＶの即発ガンマ線などの発生やポジトロン放出核15Ｏが生成される。また、生体９０内にある標的原子核16Ｏに対して放射線が照射されると、ポジトロン放出核14Ｏが生成されるとともに、エネルギー２.３ＭｅＶの即発ガンマ線が発生する。また、例えば、生体９０内にある標的原子核12Ｃに対して放射線が照射されると、ポジトロン放出核10Ｃが生成されるとともに、エネルギー７１８ｋｅＶの即発ガンマ線が発生する。即発ガンマ線は、放射線照射後１０-15秒程で放射される。ポジトロン放出核は、その種類に応じた半減期を有し、β＋崩壊してポジトロンを放出する。その放出されたポジトロンは、近くに存在する電子と直ちに対消滅する。そして、その対消滅により、エネルギー５１１ｋｅＶの１対の消滅ガンマ線γａが発生する。その１対の消滅ガンマ線γａの光子は、対消滅位置から互いに反対の方向に飛行する。
【００１８】
第１検出部１１ａおよび第１処理部１２は、所定期間（照射線照射期間）中に発生した即発ガンマ線γｐを検出して、その検出結果に基づいてポジトロン放出核の発生分布を表す第１画像を取得する第１画像取得部を構成する。第１検出部１１ａは、即発ガンマ線γｐを検出して、その飛来方向とエネルギーを測定する。第１検出部１１ａとして例えばガンマカメラやコンプトンカメラが用いられる。第１検出部１１ａとして用いられるコンプトンカメラは、ガンマ線光子のコンプトン散乱位置および反跳電子のエネルギーや飛行方向を検出するとともに、散乱光子の吸収位置および光子エネルギーを検出することで、即発ガンマ線γｐの飛来方向を測定することができる。また、このコンプトンカメラは、コンプトン散乱位置で生じた反跳電子のエネルギーおよび飛行方向をも検出することができる電子飛跡検出型であるのが好適である。
【００１９】
第１処理部１２は、第１検出部１１ａによる即発ガンマ線γｐ検出結果について所要の処理をして、生体９０内の放射線照射領域におけるポジトロン放出核の発生分布を表す第１画像を取得する。この処理に際しては、放射線照射により発生する即発ガンマ線γｐとポジトロン放出核との間の物理相関関係が用いられる。
【００２０】
第２検出部２１ａ，２１ｂおよび第２処理部２２は、所定期間（照射線照射期間）後にポジトロン放出核から放出されたポジトロンと電子との対消滅により発生した消滅ガンマ線γａを検出して、その検出結果に基づいてポジトロン放出核の存在分布を表す第２画像を取得する第２画像取得部を構成する。第２検出部２１ａ，２１ｂおよび第２処理部２２はＰＥＴ（positron emission tomography）装置を構成している。検出部２１ａ，２１ｂそれぞれは、消滅ガンマ線γａが入射するとシンチレーション光を発生するシンチレータと、そのシンチレーション光を検出する光検出器（例えば光電子増倍管）とを含み、消滅ガンマ線γａの入射位置を検出することができる。検出部２１ａと検出部２１ｂとは、生体９０のうちの放射線照射領域を挟むように対向して配置されている。
【００２１】
第２処理部２２は、検出部２１ａ，２１ｂによる消滅ガンマ線γａ検出結果に基づいて所要の処理をして、生体９０内のポジトロン放出核の存在分布を表す第２画像を取得する。この処理に際しては、検出部２１ａ，２１ｂが検出したガンマ線がエネルギー５１１ｋｅＶの消滅ガンマ線γａであるか否かが判断され、また、検出部２１ａ，２１ｂが１対の消滅ガンマ線γａを同時検出したか否かが判断されて、その判断結果に基づいて、消滅ガンマ線γａの発生分布の画像が取得される。この消滅ガンマ線γａの発生分布の画像から、ポジトロン放出核の存在分布を表す第２画像が取得される。
【００２２】
ポジトロン放出核の存在分布を表す第２画像は、照射線照射期間後に取得される。この第２画像は、照射線照射期間の直後から一定期間に亘って取得されてもよいし、照射線照射期間後に或る時間だけ経過してから一定期間に亘って取得されてもよいし、また、照射線照射期間後に断続的に繰り返して取得されてもよい。
【００２３】
機能観測部３０は、第１画像を基準としたときの第２画像の変化に基づいて生体９０内におけるポジトロン放出核の残留状態を求め、このポジトロン放出核の残留状態から生体機能を求める。第１画像は、生体９０への放射線照射により直ちに生じた即発ガンマ線の検出結果に基づくものであり、生体９０内の放射線照射領域におけるポジトロン放出核の発生分布を表す。第２画像は、生体９０への放射線照射の後にポジトロン放出核から放出されたポジトロンと電子との対消滅により発生した消滅ガンマ線の検出結果に基づくものであり、その消滅ガンマ線発生時におけるポジトロン放出核の存在分布を表す。それ故、第１画像を基準としたときの第２画像の変化は、生体９０内におけるポジトロン放出核の残留状態を表している。
【００２４】
生体９０内におけるポジトロン放出核の残留状態は、生体の機能（細胞の交換や血液の流れ）に依って異なる。すなわち、細胞の交換や血液の流れが盛んである場合、放射線照射により生じたポジトロン放出核は、時間の経過とともに発生位置から移動してしまう。逆に、細胞の交換や血液の流れが滞っている場合、放射線照射により生じたポジトロン放出核は、時間が経過しても発生位置に留まり、或いは、時間の経過による移動が僅かなものとなる。このことから、機能観測部３０は、第１画像を基準としたときの第２画像の変化に基づいて生体９０内におけるポジトロン放出核の残留状態を求め、このポジトロン放出核の残留状態から生体機能を求めることができる。
【００２５】
図２は、生体への放射線照射の積算線量と腫瘍内で生成されたポジトロン放出核の残留割合との関係の一例を示すグラフである。生体への放射線照射は１日当り一定の線量とした。横軸は放射線照射の積算線量を示し、これは時間の経過と等価である。縦軸は、初日の放射線照射の後に測定した腫瘍内ポジトロン放出核の量を基準として、各日の放射線照射の後に測定した腫瘍内ポジトロン放出核の量の割合を示している。この図に示されるように、日々放射線治療を進めるに従って、放射線照射に生じた腫瘍内ポジトロン放出核の移動は盛んになり、生体の機能（細胞の交換や血液の流れ）が活発になることが確認された。
【００２６】
図１に示される本実施形態の放射線治療システム１は、放射線を照射された生体９０の機能を観測する上記のような生体機能観測装置に加えて、放射線照射部４０および制御部５０を備える。放射線照射部４０は、所定期間に亘り生体９０へ放射線を照射して生体内に即発ガンマ線およびポジトロン放出核を発生させる。例えば、放射線が陽子線である場合、放射線照射部４０は、陽子線加速器により所定のエネルギー（数百ＭｅＶ）とされた陽子線を入力し、生体９０内の所望領域が放射線照射領域となるように陽子線の線量分布を調整して、その調整後の陽子線を生体９０に照射する。制御部５０は、放射線照射部４０による生体９０への放射線照射を制御する。特に、制御部５０は、生体機能観測装置により求められた生体機能に基づいて放射線照射部４０による生体９０への次回の放射線照射の線量分布を調整する。
【００２７】
本実施形態の放射線治療システム１は以下のように用いられる。初めに、治療対象の生体９０における腫瘍の位置や形状がＸ線ＣＴ等によって測定され、その測定結果に基づいて放射線治療の計画が制御部５０により作成される。この放射線治療計画は、別に設けられた治療計画作成装置により作成されてもよい。その後に、その治療計画に従って制御部５０による制御の下、放射線照射部４０から生体９０に対し放射線が照射される。このときの放射線照射領域が計画どおりであったか否かは、第１検出部１１ａおよび第１処理部１２により即発ガンマ線γｐ検出結果に基づいて取得されるポジトロン放出核の発生分布を表す第１画像により確認され得る。また、生体９０の機能は、機能観測部３０により第１画像を基準としたときの第２画像の変化に基づいて得られる生体９０内におけるポジトロン放出核の残留状態から確認され得る。
【００２８】
これらの確認の結果、放射線照射領域が計画と異なっていた場合や、放射線照射により生体９０の機能が変化して放射線照射領域を変更する必要がある場合には、放射線照射部４０による生体９０への次回の放射線照射の線量分布が制御部５０により調整され、次回の放射線照射の際には、その調整後の放射線が放射線照射部４０から生体９０に対し照射される。このように、本実施形態では、放射線を照射された生体９０の機能を観測することにより、腫瘍に対して的確に放射線照射が行われたか否かを確認することができる。また、腫瘍に対して的確な放射線照射を行うことができる。
【００２９】
図３は、第２実施形態の放射線治療システム２の構成を示す図である。第２実施形態の放射線治療システム２は、第１検出部１１ａ，１１ｂ、第１処理部１２、第２検出部２１ａ〜２１ｄ、第２処理部２２、機能観測部３０、放射線照射部４０および制御部５０を備える。これらのうち、第１検出部１１ａ，１１ｂ、第１処理部１２、第２検出部２１ａ〜２１ｄ、第２処理部２２および機能観測部３０は、放射線照射部４０による所定期間に亘る放射線照射により即発ガンマ線およびポジトロン放出核が発生した生体９０の機能を観測する装置である。
【００３０】
本実施形態では、即発ガンマ線γｐの検出結果に基づいてポジトロン放出核の発生分布を表す第１画像を取得する第１画像取得部は、第１検出部１１ａ，１１ｂおよび第１処理部１２により構成される。検出部１１ａ，１１ｂそれぞれとして例えばガンマカメラやコンプトンカメラが用いられ、また、コンプトンカメラの中でも電子飛跡検出型のものが用いられるのが好適である。検出部１１ａと検出部１１ｂとは、生体９０のうちの放射線照射領域を挟むように対向して配置されてもよいが、互いに異なる方向から放射線照射領域を臨むように配置されるのが好ましい。第１処理部１２は、第１検出部１１ａ、１ｂそれぞれによる即発ガンマ線γｐ検出結果について所要の処理をして、生体９０内の放射線照射領域におけるポジトロン放出核の発生分布を表す第１画像を取得する。
【００３１】
また、本実施形態では、ポジトロン放出核から放出されたポジトロンと電子との対消滅により発生した消滅ガンマ線γａの検出結果に基づいてポジトロン放出核の存在分布を表す第２画像を取得する第２画像取得部は、第２検出部２１ａ〜２１ｄおよび第２処理部２２により構成される。第２検出部２１ａ〜２１ｄおよび第２処理部２２はＰＥＴ装置を構成している。検出部２１ａ〜２１ｄそれぞれは、消滅ガンマ線γａが入射するとシンチレーション光を発生するシンチレータと、そのシンチレーション光を検出する光検出器（例えば光電子増倍管）とを含み、消滅ガンマ線γａの入射位置を検出することができる。検出部２１ａと検出部２１ｂとは、生体９０のうちの放射線照射領域を挟むように対向して配置されている。検出部２１ｃと検出部２１ｄとは、放射線照射領域を挟むように対向して配置されている。第２処理部２２は、検出部２１ａ〜２１ｄによる消滅ガンマ線γａ検出結果に基づいて所要の処理をして、生体９０内のポジトロン放出核の存在分布を表す第２画像を取得する。
【００３２】
第２実施形態の放射線治療システム２は、第１実施形態の放射線治療システム１と同様に用いられ、同様の効果を奏する。特に、第２実施形態の放射線治療システム２は、第１画像を取得するための第１検出部の個数が多く、また、第２画像を取得するための第２検出部の個数が多いので、より正確な第１画像および第２画像を取得することができ、より正確な生体機能の観測が可能であり、また、より的確な放射線治療が可能である。
【００３３】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、第１画像を取得するための第１検出部の種類や個数は任意であり、第２画像を取得するための第２検出部の種類や個数も任意である。第２実施形態では２対の第２検出部が設けられたが、３対以上の第２検出部が設けられてもよく、また、複数対の第２検出部が円形状に配置されてもよい。また、第１画像を取得するための第１検出部および第２画像を取得するための第２検出部は、共通の検出部であってもよい。
【符号の説明】
【００３４】
１，２…放射線治療システム、１１ａ，１１ｂ…第１検出部、１２…第１処理部、２１ａ〜２１ｄ…第２検出部、２２…第２処理部、３０…機能観測部、４０…放射線照射部、５０…制御部、９０…生体。
【図１】
2015188589.tif 000003
【図２】
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【図３】
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