(57)【要約】【課題】放射線治療ビーム照射中であっても患者の治療部位が変位した場合、この変位を検知し患部が照射ビームから外れないようにする。【解決手段】治療台２上にて患者１の治療部位を固定する固定具又は体表面に、治療部位の変位を伝えるワイヤ８，１４，１５が取り付けられた変位伝達手段を固着し（固着部７）、ワイヤ８，１４，１５の他端を、ワイヤの変位を電気信号に変換するエンコーダ１０，１１，１２に接続し、各エンコーダからの変位信号はＸＹＺ方向変位量演算器１６へ入力して変位のＸＹＺ各方向成分を算出して位置制御駆動装置１７へ送る。その出力を放射線治療ビーム発生装置１９が取り付けられているロボット１８へ送り変位に応じて位置を制御する。【選択図】　　　　図２
2004129836.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記の各手段を具備することを特徴とする放射線照射位置制御装置。
（イ）　治療台上にて患者の患部を含む部位を固定する固定具
（ロ）　前記固定具又は患者の体表面に固着され患部を含む部位の変位を伝えるワイヤが取り付けられた変位伝達手段
（ハ）　前記変位伝達手段のワイヤの他端が接続され、ワイヤの長手方向の変位により、患者の患部を含む部位の変位を検知し、変位量を電気信号として出力する変位検知器
（ニ）　前記変位検知器からの変位信号を受け、患部を照射する放射線治療ビーム発生装置の放射ビームが患部の変位を追跡するように制御する放射線治療ビーム発生装置位置制御装置
【請求項２】
下記の各手段を具備することを特徴とする放射線照射位置制御装置。
（イ）　治療台上にて患者の患部を含む部位を固定する固定具
（ロ）　前記固定具又は患者の体表面に固着され患部を含む部位の変位を伝えるワイヤが取り付けられた変位伝達手段
（ハ）　前記変位伝達手段のワイヤの他端が接続され、ワイヤの長手方向の変位により、患者の患部を含む部位の変位を検知し、変位量を電気信号として出力する変位検知器
（ニ）　前記変位検知器からの変位信号を受け、治療台上で患部を含む部位が変位しても、患部が放射線治療ビーム発生装置の放射ビームの照射から外れないように治療台の位置を制御する治療台位置制御装置
【請求項３】
変位検知器がエンコーダであることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の放射線照射位置制御装置。
【請求項４】
変位検知器がポテンショメータであることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の放射線照射位置制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放射線治療において放射線ビームを正確に治療対象部位（患部）へ照射するための技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
まず、図４の（ａ）に示すように患者の治療部位を含む所定範囲（図で頭部）がＣＴにより所定間隔で断面撮影され、このＣＴ画像をコンピュータでディジタル的に再構成して治療部位を含む３次元像を組み立てる。この像をＤＲＲ（Ｄｉｇｉｔａｌｌｙ　Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ　Ｒａｄｉｏｇｒａｐｈｙ）と呼ぶ。こうして組み立てたＤＲＲに原点Ｏを定めておく。このＤＲＲを、その原点Ｏが、患者治療部位の位置変化（変位）を監視検出する図４の（ｂ）の１対のＸ線撮影診断装置２３ａ，２３ｂの視野軸の交点（視野交点Ｓ）にくるようにして、コンピュータにより仮想的に置き、このＤＲＲがＸ線撮影診断装置２３ａ，２３ｂの受光面２４ａ，２４ｂに投影されるべき投影像２５ａ，２５ｂを算出する。
【０００３】
同時に、ＤＲＲの原点を前記視野交点からＸ，Ｙ，Ｚのそれぞれの軸上で規定量ずつ位置変化させた多数の画像も前記受光面に投影されるように算出しておく（図示せず）。この一群の画像をシンセサイズド画像（Ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄ　Ｉｍａｇｅ）と呼んでいる。
【０００４】
次いで、患者が放射線治療を受けるべく治療台に載せられ、位置を定めるべく治療部位を含む所定範囲が前記１対のＸ線撮影診断装置２３ａ，２３ｂで撮影され、その投影像がＸ線撮影診断装置２３ａ，２３ｂの受光面２４ａ，２４ｂに投影される。この像を実像（Ｒｅａｌ　Ｉｍａｇｅ）と言う。
【０００５】
図４の（ｂ）の真中の頭部図は、コンピュータによるＤＲＲの仮配置と実患者を示す。投影像２５ａ，２５ｂとしてはシンセサイズド画像と実像が現れることになる。
この実像が、原点Ｏが視野交点Ｓと一致しているＤＲＲと合致すれば、患者の治療部位は、放射線が照射されるべき所定の位置にあることになる。
【０００６】
これに対して、実像が上記ＤＲＲと合致しない場合には、治療部位が放射線の照射位置から変位していることになる。この変位量は、前述の、位置を規定量ずらして多数形成されているシンセサイズド画像のどれと合致あるいは近接しているかによってＸ，Ｙ，Ｚそれぞれの軸上における変位が分かることになる。
【０００７】
この変位量を、放射線治療ビーム発生装置が取り付けられているロボットの位置を制御するコンピュータへ送ることにより、治療部位の変位分に対応して放射線治療ビーム発生装置を変位させ治療部位に放射線ビームが確実に照射されるようにしている。
【０００８】
また、別の手段として、治療部位の変位量を、治療台の位置を制御するコンピュータへ送ることにより、治療台上での治療部位の変位に対応させて治療台を逆変位させることにより、放射線治療ビームに対しては恰も治療部位の変位がなかったように治療台位置を制御するようにしている。
【０００９】
以上に対し、患者を治療台に載せたときの、Ｘ線撮影診断装置による実像原点の視野交点からのずれが、制御可能な許容規定値を越えている場合には、治療台位置をＸ，Ｙ，Ｚ軸で調整して実像原点をできるだけＸ線撮影診断装置の視野交点に近づけるようにする（例えば特許文献１，２参照）。
【００１０】
【特許文献１】
米国特許第５，２０７，２２３号明細書
【特許文献２】
特表平６−５０２３３０号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術ではＸ線撮影診断装置による実像の撮影から、シンセサイズド画像との比較、変位量検出、放射線治療ビーム照準補正或いは治療台位置補正までの所要時間として１０数秒を要する。
そうすると、この１０数秒の間に何らかの理由により患者の治療部位が更に変位する可能性がある。もし変位があると、１０数秒かけて補正してもそれは、現実の治療部位の位置に合致しないものになるという問題がある。
【００１２】
また、以上のような補正は放射線治療ビーム照射中は行うことができず、照射直前でしか行われないため、放射線治療ビーム照射中（照射時間は１０数秒）の患者治療部位の変位に対応できていないという問題があった。
【００１３】
従って、補正に必要な１０数秒と放射線ビーム照射時間の１０数秒の合わせて２０数秒は患者の治療部位の変位を極力抑えるために、非侵襲の固定具を用いて患者の治療部位を固定するようにしているが、それで完全に固定できるというわけではなかった。そこで、１０数秒の放射線ビーム照射を終える毎に、Ｘ線撮影診断装置による撮影から始まり１０数秒かかる補正を行うということを、例えば１００回位繰り返すということを行っていた。
【００１４】
この繰り返しを避けるためにＸ線撮影診断装置の連続的運転使用も考えられたが、Ｘ線撮影診断装置の能力に限界がある他、患者のＸ線被爆量が増大するという問題があるため実現不能であった。
【００１５】
本発明の目的は、上記従来技術の問題点に鑑みて、治療部位に放射線治療ビームを照射中であっても、治療部位の変位を検知し、この変位データに基づいて放射線治療装置の放射線ビームが治療部位の変位を追跡するように制御したり、或いは治療部位が照射中の放射線ビームから外れないように治療台の位置を制御したりできる放射線照射位置制御装置を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明は以下の各手段構成を有する。
本発明の第１の手段構成は、下記の各手段を具備することを特徴とする放射線照射位置制御装置である。
（イ）　治療台上にて患者の患部を含む部位を固定する固定具
（ロ）　前記固定具又は患者の体表面に固着され患部を含む部位の変位を伝えるワイヤが取り付けられた変位伝達手段
（ハ）　前記変位伝達手段のワイヤの他端が接続され、ワイヤの長手方向の変位により、患者の患部を含む部位の変位を検知し、変位量を電気信号として出力する変位検知器
（ニ）　前記変位検知器からの変位信号を受け、患部を照射する放射線治療ビーム発生装置の放射ビームが患部の変位を追跡するように制御する放射線治療ビーム発生装置位置制御装置
【００１７】
本発明の第２の手段構成は、下記の各手段を具備することを特徴とする放射線照射位置制御装置である。
（イ）　治療台上にて患者の患部を含む部位を固定する固定具
（ロ）　前記固定具又は患者の体表面に固着され患部を含む部位の変位を伝えるワイヤが取り付けられた変位伝達手段
（ハ）　前記変位伝達手段のワイヤの他端が接続され、ワイヤの長手方向の変位により、患者の患部を含む部位の変位を検知し、変位量を電気信号として出力する変位検知器
（ニ）　前記変位検知器からの変位信号を受け、治療台上で患部を含む部位が変位しても、患部が放射線治療ビーム発生装置の放射ビームの照射から外れないように治療台の位置を制御する治療台位置制御装置
【００１８】
本発明の第３の手段構成は、前記第１の手段構成又は第２の手段構成において、変位検知器がエンコーダであることを特徴とする放射線照射位置制御装置である。
【００１９】
本発明の第４の手段構成は、前記第１の手段構成又は第２の手段構成において、変位検知器がポテンショメータであることを特徴とする放射線照射位置制御装置である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態は、従来技術のように、ＣＴ画像からコンピュータで再構成されるＤＲＲやそれに基づくシンセサイズド画像と、治療台上の患者の治療部位を含む範囲のＸ線撮影診断装置の撮影によって受光面に投影される画像（実像）との比較によって、治療部位の変位を検出するのではなく、治療部位を含む患者の体の変位を一旦そのまま機械的に取り出しその変位を電気信号に変換してコンピュータを含む制御手段へ送り、変位に対応した分だけ、放射線治療ビーム発生装置の位置を変位させたり、或いは、治療台を患者の体の変位と丁度逆方向に変位させ照射ビームに対しては恰も変位がなかったように治療台の位置を制御することにより、放射線ビームの照射中に何らかの理由により、治療台の上で治療部位が動いたとしても、治療部位が照射ビームの照準から外れることのないようにするものである。
従来のようにＸ線撮影によって変位を検出する方法が放射線ビーム照射中は行うことができないのに較べて、本発明のように治療部位の変位の機械的取り出しは、放射線ビームの照射中であっても継続的に可能であるという点が非常に大きな利点である。
【００２１】
更に、従来技術では、シンセサイズド画像と実像の２つの画像比較によって３次元の変位を算出するものであるため、コンピュータの演算量が多く時間を要するのに対し、本発明においては、機械的に取り出した変位を電気信号に変換したものがすでに変位データそのものであり、３次元成分に変換する演算があったとしても従来より演算量は非常に少なくなり、治療部位の変位に対する放射線治療ビーム発生装置或いは治療台の追随性は従来技術に較べて遥かに高くなる。
【００２２】
治療部位の変位を機械的に取り出す手段としては、変位取り出し点に固着され、その点の変位を機械的に伝える手段としては、固着部分からワイヤ、或いは棒状固体が出ているものが考えられる。
また、取り出された機械的変位を電気信号に変換する手段としては、エンコーダやポテンショメータ等が考えられる。
【００２３】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の変位伝達手段を、頭部に治療部位のある患者に装着し、変位検出器へ頭部の変位を伝達する状況を示す図である。
（ａ）は患者１が治療台２の上で、頭部３を枕４の上に載せ仰臥しており、頭部３の動きを抑えるようにネット状の固定具５が被せられ固定具５は頭部３の左右側で枕台６に固定されている。
本発明の変位伝達手段は頭部３の額部分か固定具５の額部分に固着された固着部７と、それに取り付けられたワイヤ８、ワイヤ１４、ワイヤ１５および各ワイヤが掛るプーリ９（３個）で構成される。ワイヤ８の他端はエンコーダ１０に、ワイヤ１４の他端はエンコーダ１１に、ワイヤ１５の他端はエンコーダ１２にそれぞれ繋がっている。これらのエンコーダが変位検知器である。各プーリ９および各エンコーダ１０，１１，１２は頭頂部方向から見た図（ｂ）に示すように治療台２の下から延びているフレーム１３に固定されている（エンコーダ１１およびそれへ行くワイヤ１４およびプーリは省略されている）。
そして、ワイヤがその長手方向に動くことによりその変位量に応じた電気信号を出力する。
【００２４】
今、頭部３が左右（図の傍に示した座標軸でＹ方向）に動くとそれに連れてワイヤ８およびワイヤ１５が動きその動きはエンコーダ１０およびエンコーダ１２に伝達され、それぞれのエンコーダから変位量を示す電気信号が出力される。このとき、エンコーダに対するワイヤの出入りはエンコーダ１０とエンコーダ１２とでは逆になるので、一方をプラスとすれば他方はマイナスを示す信号が出力される。このように、固着部７がＹ方向に動いたとき多少なりともワイヤ１４も引っ張られるからエンコーダ１１も変位信号を出力することが考えられるが、エンコーダ１０とエンコーダ１２の変位出力が値が同じで極性（ワイヤがエンコーダから出るかエンコーダに入るかを示す属性）が逆であれば単純にＹ方向の変位であることを示しているからエンコーダ１１の出力は無視することになる。
【００２５】
次に、固着部７がＸ方向に移動した場合には、ワイヤ１４がエンコーダ１１に対して出入りすることになり、エンコーダ１１は変位量に応じた変位信号を出力することになる。このときワイヤ８およびワイヤ１５も引っ張られるからエンコーダ１０もエンコーダ１２も変位信号を出力するが変位量が同じで極性も同じであるので、このような場合はＸ方向の変位であることを示しているからエンコーダ１０およびエンコーダ１２の出力は無視することになる。
【００２６】
次に、固着部７がＺ方向に変位する場合は、３つのエンコーダから共にワイヤが引っ張られて出ることになり、その量は固着点から各プーリまでの距離が定まっていれば、Ｚ方向の変位に対する量が定まることになり、Ｚ方向の変位に対応した変位信号が出力されることになる。
【００２７】
ところで、Ｚ方向の変位に対しては変位量が同じであれば上がっても下がってもエンコーダ出力は同じになると思われるが、下がるということは考えられないので、上がった変位量と考えてよいことになる。
【００２８】
以上は、固着部７がＸ，Ｙ，Ｚの３軸方向に変位した場合について述べたが、この３つの方向成分を含む変位をした場合にも、各エンコーダ出力は、ワイヤが入った出たかの極性をも含めその変位に対応する変位量電気信号を出力するので、この３つのエンコーダの出力信号をもとに演算することにより固着部７の変位のＸ方向成分、Ｙ方向成分、およびＺ方向成分を算出することができる。
【００２９】
それは、最初に設定した固着部７の位置を原点とし、３つのプーリ９の座標位置をそれぞれ（ｘ１，ｙ１，ｚ１）、（ｘ２，ｙ２，ｚ２）、（ｘ３，ｙ３，ｚ３）とすれば、固着部７から各プーリ９迄の距離Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３はそれぞれ数式１となる。
【００３０】
【数１】
2004129836.tif 000003
【００３１】
次に、固着部７が原点から（ｘｍ、ｙｍ、ｚｍ）へ変位したとすれば、その変位点から各プーリまでの距離Ｓ１′、Ｓ２′、Ｓ３′はそれぞれ数式２で表される。
【００３２】
【数２】
2004129836.tif 000004
【００３３】
そうすると各ワイヤの変位量ｄ１、ｄ２、ｄ３は数式３で表される。
【００３４】
【数３】
ｄ１＝Ｓ１−Ｓ１′
ｄ２＝Ｓ２−Ｓ２′
ｄ３＝Ｓ３−Ｓ３′
【００３５】
以上の数式において各プーリ９の位置は予め知れている既知数であり、ｄ１、ｄ２、ｄ３はエンコーダによって知れている数値であるから、３つの未知数ｘｍ、ｙｍ、ｚｍに対して数式３の３本の数式が存在することになり、これを演算することにより固着部７の変位量ｘｍ、ｙｍ、ｚｍが算出し得ることになる。
これにより固着部７の変位のＸ方向成分ｘｍ、Ｙ方向成分ｙｍ、Ｚ方向成分ｚｍが算出し得ることになる。
【００３６】
図２は、固着部７の変位に応じて放射線治療ビーム発生装置１９の位置を制御することにより、同装置からの放射線ビーム２１が、固着部７の変位にかかわらず、患部２２から外れないようにする本発明装置の第１の手段構成を示すブロック図である。
治療台２上の患者１の患部２２を含む治療部位に固着された固着部７の変位は、ワイヤ８，１４，１５によってエンコーダ１０，１１，１２へ伝達され、各エンコーダで検知された変位信号はＸＹＺ方向変位量演算器１６へ送られ、ここで固着部７の変位のＸ方向成分、Ｙ方向成分およびＺ方向成分が演算出力される。この演算出力は位置制御駆動装置１７へ送られ、ここでは、その変位量に基づいて、ロボット１８に取り付けられた放射線治療ビーム発生装置１９から放射される放射線ビーム２１が変位した患部２２から外れないように、放射線治療ビーム発生装置１９の位置を変位させるようロボット１８の動きを制御する駆動信号を発生しロボット１８へ送る。
【００３７】
かくして、患部２２への放射線ビーム照射中であっても、固着部７の変位があったは場合には、放射線ビームが逐次これに追随して患部２２から外れることがないということになる。
この例では、ＸＹＺ方向変位量演算器１６、位置制御駆動装置１７およびロボット１８が放射線治療ビーム発生装置位置制御装置を構成することになる。
【００３８】
図３は、本発明装置の第２の手段構成を示すブロック図であり、固着部７の変位に応じて治療台２の位置を制御することにより、放射線治療ビーム発生装置１９からの放射線ビーム２１から、固着部の変位にかかわらず、患部２２が外れないようにする手段構成を示すブロック図である。
【００３９】
治療台２上の患者１の患部２２を含む治療部位に固着された固着部７の変位は、ワイヤ８，１４，１５によってエンコーダ１０，１１，１２へ伝達され、各エンコーダで検出された変位信号は、ＸＹＺ方向変位量演算器１６へ送られ、ここで固着部７の変位のＸ方向成分、Ｙ方向成分およびＺ方向成分が演算出力される。この演算出力は位置制御駆動装置２０へ送られ、ここではその変位量に基づいて、患部２２が治療台２に対して変位しても、その変位と逆方向に同じ量だけ治療台を変位させるように制御駆動させることにより、患部２２が放射線ビーム２１から外れないようにするものである。
この例では、ＸＹＺ方向変位量演算器１６および位置制御駆動装置２０が治療台位置制御装置を構成することになる。
【００４０】
以上、２つの実施例においては、変位検知器の例としてエンコーダを用いているが、ポテンショメータを用いてもよい。要するにワイヤの変位を、そのままの直線運動として捉えるか或いは回転運動に変換するなどして、その運動により電気信号が変化する手段であれば広く変位検知器として用いることができる。
【００４１】
また、固着部の変位量が予め定めた変位量を越えた場合には、放射線治療ビーム発生装置の放射線ビーム照射を停止するようになっている。
これは、エンコーダ出力或いは、ＸＹＺ方向変位量演算器１６の出力を取り出し、予め定めた変位量と比較し、これを越えた場合には放射線治療ビーム発生装置へビーム照射停止信号を送るものである。また、必要に応じてする手操作による停止も可能である。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の放射線照射位置制御装置は、治療部位の変位を機械的手段により取り出すようにしたので、従来のように放射線ビーム照射中は変位を検出できないという制約から開放され、放射線ビーム照射治療中であっても治療部位の変位があればこれを検知して、この変位データに基づいて、放射線治療ビーム発生装置の位置或いは治療台の位置を制御して照射ビームが患部から或いは患部が照射ビームから外れないようにすることができるという利点がある。更に変位データを得るのに従来はシンセサイズド画像と、Ｘ線撮影診断装置の撮影画像との画像比較によって行っていたため、コンピュータの演算に時間がかかっていたが、本発明では、機械手段により変位を直接検知しているので変位データを得るための演算時間は少なくて済み、治療部位の変位によく追随する位置制御を行うことができるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における変位伝達手段を頭部に装着し、変位検出器へ頭部の変位を伝達する状況説明図である。
【図２】本発明の第１の手段構成の実施例の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第２の手段構成の実施例の構成を示すブロック図である。
【図４】従来の、患者の治療部位の位置特定手順説明図である。
【符号の説明】
１　患者
２　治療台
３　頭部
４　枕
５　固定具
６　枕台
７　固着部
８　ワイヤ
９　プーリ
１０　エンコーダ
１１　エンコーダ
１２　エンコーダ
１３　フレーム
１４　ワイヤ
１５　ワイヤ
１６　ＸＹＺ方向変位量演算器
１７　位置制御駆動装置
１８　ロボット
１９　放射線治療ビーム発生装置
２０　位置制御駆動装置
２１　放射線ビーム
２２　患部
２３ａ　Ｘ線撮影診断装置
２３ｂ　Ｘ線撮影診断装置
２４ａ　受光面
２４ｂ　受光面
２５ａ　投影像
２５ｂ　投影像
【図１】
2004129836.tif 000005
【図２】
2004129836.tif 000006
【図３】
2004129836.tif 000007
【図４】
2004129836.tif 000008