(57)【要約】【課題】放射線ビームを精確に患者腫瘍位置に照射できるようにする放射線治療位置決め装置の提供。【解決手段】患者のＸ線断層撮影像データから患部および体表面の立体像を３次元データで再構成する立体像再構成コンピュータ１と、治療台上の患者を撮影しその体表面の精確な立体像３次元データを得る非接触３次元ディジタイザ３と、３次元座標で放射線治療空間が設定されており、再構成立体像をその患部が放射線治療ビームが照射される位置・傾きに設定して基準像とし、非接触３次元ディジタイザ３からの立体像を患者の実位置に相当する位置に実際像として設定し、実際像が基準像からどれだけずれているかを、３次元の各軸上のずれおよび各軸回り毎の傾きとして出力する変位算出コンピュータ２とを設ける。【選択図】        図１
2005027743.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記の各技術手段から構成されることを特徴とする放射線治療位置決め装置。
（イ）  患者のＸ線断層撮影像データから患部および体表面の立体像を３次元データで再構成する立体像再構成コンピュータ
（ロ）  放射線治療装置の治療台上の患者を撮影し、治療装置の特定箇所を基準位置とした患者の体表面の立体像３次元データを出力する非接触３次元ディジタイザ
（ハ）  放射線治療装置の基準位置を含むコンピュータ上の３次元座標において、前記（イ）で再構成された３次元データに基づいて、患者の立体像を、予め定められた位置および傾きの放射線ビームで丁度患部が照射される位置に、基準像として設定するとともに、前記非接触３次元ディジタイザからの３次元データに基づいて患者の実位置に相当する位置に患者の体表面立体像を設定し、この立体像を前記基準像と比較し、前記基準像からの位置および回転の変位量を３次元の各軸方向および各軸回りの回転の６つのパラメータについて算出出力する変位算出コンピュータ
【請求項２】
請求項１の構成に加えて、変位算出コンピュータからの変位量データを受けて患者が載置されている治療台の位置および傾きを、前記算出される変位量がゼロに近付くように制御する治療台制御装置を具備することを特徴とする放射線治療位置決め装置。
【請求項３】
請求項１の構成に加えて、変位算出コンピュータからの変位量データを受けて、放射線ビームの位置および傾きを、前記予め定められた位置および傾きから変位量データ分だけ変位させるビーム照射器制御装置を具備することを特徴とする放射線治療位置決め装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放射線を用いて腫瘍等の治療を行う放射線治療装置において、照射ビームが正しく患部を照射するための、照射ビーム或いは患者の位置決めの技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
今日、放射線治療においては、治療に先立ち、Ｘ線断層撮影装置（ＣＴ装置と言う）によって、患者の患部を含む部位のＸ線断層撮影が行われる。これにより、体内での腫瘍の位置や形状、大きさが分かる。
腫瘍の位置確認は次のようにして行われる。
患者をＣＴ装置の移動台の上に寝せて、断層撮影画像（ＣＴ画像）を見ながら移動台を頭尾方向に移動させて行き、腫瘍像が現れたならば、その大きさの変化から中心と考えられる所で移動台を停止させ、ＣＴ装置に装備されている投光器から、患者の体表面の、左側面から上面を経て右側面に渡って体表面に当り、真上から見ると直線（Ａ直線とする）になって見える光と、体表面の上面で頭尾方向に、Ａ直線と直交する直線（Ｂ直線とする）に見える光と、体表面の両側面にそれぞれの面上で頭尾方向に、Ａ直線と直交する直線（例えば左側面をＣ直線、右側面をＤ直線で高さは同じ）に見える光を投光する。
【０００３】
これらの直線の関係は、Ａ直線を通る垂直面と、Ｂ直線を通る垂直面と、Ｃ直線、Ｄ直線を通る水平面の交点が、Ｘ線ビームが回転する回転中心になっており、得られるＣＴ画像の中心であり、Ａ直線を含む垂直断面における２次元（垂直と水平）座標の原点ということになる。
【０００４】
従って、ＣＴ画像上に腫瘍像が現れたときにそこで投光器から光を投光して体表面に生じたＡ直線は、Ａ直線を含む垂直面が腫瘍にかかっていることを意味する。また、Ａ直線とＢ直線の交点を通る垂直線と、Ａ直線とＣ直線およびＤ直線の交点を通る水平線との交点が、垂直断面画像の原点であることを意味する。
【０００５】
そして、腫瘍の位置はこの垂直断面上で原点から水平方向（Ｘ軸）にいくら、垂直方向（Ｙ軸）にいくらの位置にあるというようにＸＹ２次元座標で特定されることになる。
【０００６】
このような腫瘍の位置情報を確保するために、ＣＴ画面上、腫瘍が現れたときに、移動台を停止して、投光器から患者の体表面にＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの各直線を投光し、筆記具でその直線をなぞって体表面に記録する。その結果、体表面の上面ではＡ直線とＢ直線が交差し、左側面ではＡ直線とＣ直線が交差し、右側面ではＡ直線とＢ直線とが交差することになる。この交差する線を十字線と呼んでいる。
【０００７】
このように体表面に十字線を書き込まれた患者は、放射線治療室へ移され、治療台の上に寝せられる。
治療室には、横壁或いは天井に投光器が設けられており、これで患者に投光するとＣＴ装置のときと同様に患者の体表面に、Ａ，Ｂ，ＣおよびＤの各直線に対応する光の線が映る。
【０００８】
そこで、患者の体表面に書き込まれた十字直線が、この光の線に一致するように患者の位置を調整する。体表面に書き込まれた各線が光の各線に一致したとき患者の体内での原点が、放射線治療装置のアイソセンタと一致するようになっている。
【０００９】
このようにアイソセンタと患者の体内原点を一致させておいて、ＣＴ装置で得られた腫瘍の２次元位置情報を放射線治療装置へ入力することにより、放射線ビームを腫瘍に正しく照射することができるということになる。
【００１０】
以上の手法の他に、ＣＴ画像で位置を把握した腫瘍を放射線治療装置のビーム照射位置へ持って行く手法としては、ＣＴ撮影に先立ち予め患者に固定具を取り付け、その固定具を基準位置として患者位置合わせを行う方法がある。治療台での位置合わせにおいては、治療台側に予め固定具の受け具が用意してあり、この受け具に患者に取り付けた固定具を合わせることで治療ビームの照準位置に患者を位置させることができる。固定具としては金属環をボルトで患者に固定するものや、熱可塑性を持つ網状のものを患者にかぶせる型式のものなどが利用されている（以上の先行技術については出願人の見聞体験によるものであり、本件出願時に出願人が知っている先行技術文献はない）。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の各技術には以下のような問題がある。
まず最初の、ＣＴ画像撮影時に患者の体表面に十字線を描くという手法では、高精度放射線治療として要求される照射位置誤差±１ｍｍ以内の位置決め精度を常に確保するということが困難であるという問題がある。
その理由は、そもそも、投光器からの光線自体が１ないし２ｍｍ程度の幅をもっており、患者体表面に描画する筆記具の線幅も２ないし３ｍｍ程度の幅がある。さらに、筆記具の代わりに綿棒などを用いることもあるが、その場合十字線の幅はさらに広くなってしまう。
【００１２】
また、十字線を投光する装置は治療室側壁や天井に設置されるが、治療室内での患者の位置から壁面までは３ｍ程度、天井までは１．５ｍ程度離れている。即ち、投光器が患者から３ｍの距離にあることになり、ここから発せられる光線を患者体表面に対して直角に合わせるのは困難である。
従って、斜め照射になった場合には体表面での線幅が広くなってしまう。
【００１３】
また、室内の温度や湿度によって壁面の取り付け位置は変化してしまうため、それらから投光される光が正しくアイソセンタと合致しているかどうかを常にチェックしなければならない。
更には、位置決めの手順が患者の左側面、上面、右側面の１面ずつしか行えない。即ち３つの次元を一度に合わせることができないため、手間もかかり、精度も不十分なものになることが少なくない。
【００１４】
次に、ＣＴ撮影に先立ちあらかじめ患者に固定具を取り付けるという手法のうち、固定具として金属環をボルトで患者に固定する方法は、患者に大きな肉体的精神的苦痛を与えるという問題があり、また熱可塑性を持つ網状のものを患者にかぶせる手法では、患者をＣＴ装置から放射線治療室の治療台に載せるまでの間に固定具に対する患者の位置ずれが生ずるのを完全には抑止できないという問題がある。
【００１５】
本発明の目的は、上記従来技術の問題点に鑑みて、患者に肉体的精神的苦痛を与えることなく、従来より高精度で放射線治療台上の患者の位置決めが可能な射線治療位置決め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の、本発明放射線治療位置決め装置の第１の構成は、下記の各技術手段からなる。
（イ）  患者のＸ線断層撮影像データから患部および体表面の立体像を３次元データで再構成する立体像再構成コンピュータ
（ロ）  放射線治療装置の治療台上の患者を撮影し、治療装置の特定箇所を基準位置とした患者の体表面の立体像３次元データを出力する非接触３次元ディジタイザ
（ハ）  放射線治療装置の基準位置を含むコンピュータ上の３次元座標において、前記（イ）で再構成された３次元データに基づいて、患者の立体像を、予め定められた位置および傾きの放射線ビームで丁度患部が照射される位置に、基準像として設定するとともに、前記非接触３次元ディジタイザからの３次元データに基づいて患者の実位置に相当する位置に患者の体表面立体像を設定し、この立体像を前記基準像と比較し、前記基準像からの位置および回転の変位量を３次元の各軸方向および各軸回りの回転の６つのパラメータについて算出出力する変位算出コンピュータ
【００１７】
第２の構成は、前記第１の構成に加えて、変位算出コンピュータからの変位量データを受けて患者が載置されている治療台の位置および傾きを、前記算出される変位量がゼロに近付くように制御する治療台制御装置を具備するものである。
【００１８】
第３の構成は、前記第１の構成に加えて、変位算出コンピュータからの変位量データを受けて、放射線ビームの位置および傾きを、前記予め定められた位置および傾きから変位量データ分だけ変位させるビーム照射器制御装置を具備するものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明は、患者をＸ線ＣＴ装置で撮影し、得られたＣＴ画像からコンピュータにより、患部および体表面の立体像を３次元データで再構成し、この立体像を、放射線治療空間が設定されているコンピュータへ入力し、放射線ビームが丁度患部に照射される位置および傾きで放射線治療空間に設定する。これを基準像とする。
【００２０】
一方、実際の患者を放射線治療台の上に載せ、治療台上の患者を撮影できる位置に設置された非接触３次元物体形状計測装置（非接触３次元ディジタイザ）で患者を撮影し、患者の体表面の立体像３次元データを得て、このデータを前記コンピュータへ入力し、コンピュータの放射線治療空間上で患者の実位置に相当する位置に設定する。
【００２１】
この実位置に設定する仕方は、放射線治療装置に特定の基準点を設けておき、コンピュータの放射線治療空間にもこの位置データを設定しておき、一方、非接触３次元ディジタイザで患者を撮影するときにこの特定基準点も一緒に撮影し、その特定基準点のデータを、コンピュータの放射線治療空間中に予め設定されている特定基準点のデータと一致するように、非接触３次元ディジタイザからの３次元データを設定することによって可能であるし、或いは非接触３次元ディジタイザの設定位置を、その出力データが、コンピュータに入力された場合そのまま実位置に相当するデータになるよう較正しておく仕方でもよい。
【００２２】
とにかくこうして、コンピュータの放射線治療空間上には、基準像と治療台上の患者の体表面立体像（これを実際像と呼ぶことにする）とが存在することになる。
【００２３】
もし、実際像が基準像の体表面像に一致していれば、放射線治療ビームは丁度患部を照射することになる。
これに対して実際像が基準像からずれている場合には、放射線治療ビームは患部から外れることになるから、患者或いは放射線治療ビームの位置や傾きを、実際像が基準像に一致するように動かす必要がある。
【００２４】
そこで、コンピュータは、基準像と実際像の３次元データから、実際像が基準像からどれだけずれているかのずれデータを、３次元の各軸上でのずれおよび各軸回りにおける傾き（回転）として算出して出力する。
【００２５】
操作者は、この算出値に基づいて、その値がゼロに近付くように治療台の位置や傾きを修正するか、逆に放射線治療ビームの位置や傾きを算出値分だけ変えて、患部に正確に放射線治療ビームか照射されるようにする。
【００２６】
このうち、治療台の位置を変える場合には、コンピュータのディスプレイ上で基準像と実際像を表示させ、実際像が基準像に重なるように治療台の位置を操作するようにしてもよい。
【００２７】
以上は、治療台或いは放射線治療ビームの位置および傾きを人の手によって操作する場合であるが、これを自動的に行うこともできる。
治療台を動かして実際像を基準像に一致させようとする場合には、ずれデータを入力として、治療台をずれデータが零に近付くように駆動制御する負帰還自動制御によって治療台の位置を制御すればよい。
【００２８】
放射線治療ビームを動かす場合には、ずれデータに対応する量だけ移動および傾かせる駆動制御を行うことになる。
【００２９】
【実施例】
以下、本発明の放射線治療位置決め装置の実施例を図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施例の構成を示すブロック図である。立体像再構成コンピュータ１はＸ線ＣＴ装置からＸ線ＣＴ画像データを受けて、これに基づき、患者の腫瘍等の患部と体表面の立体像を３次元データで再構成する。１断面のＣＴ画像は体中にＣＴ装置の原点を置いた左右方向（Ｘ軸）および上下方向（Ｙ軸）の２次元の画像であり、患部や体表面の位置は２次元座標で表される。このような画像を頭尾方向（Ｚ軸）に患者の位置を移動させながら撮影を繰り返しＺ軸方向の位置も記録されるので、こうして得られた３次元データに基づいて患部および体表面の立体像を再構成できることになる。
【００３０】
こうして得られた再構成立体像３次元データは、変位算出コンピュータ２へ送られる。送る方法はコンピュータ間を接続してもよいし、媒体に記録し、その媒体を変位算出コンピュータ２へ装着する方法であってもよい。
【００３１】
変位算出コンピュータ２には、３次元座標で放射線治療空間が設定されており、再構成立体像を入力するときには、患者の患部が丁度放射線ビームで照射される位置になるように入力する。そしてこの像を基準像とする。
【００３２】
ＣＴ撮影を終えた患者は、通常は別室にある放射線治療装置の治療台８の上に、ＣＴ装置の撮影移動台上に横になったときと同じように横になる。治療台８の近傍には、治療台８上の患者１３の体表面を撮影して体表面の３次元データを得るための非接触３次元物体形状計測装置（非接触３次元ディジタイザと呼ぶ）３が設けられている。
【００３３】
この非接触３次元ディジタイザ３は、レーザ光或いは白色光を光源とする光切断法によって、対象物体の表面立体形状を３次元データで計測する装置であり、±０．０１ｍｍ以下という高精度、±０．２５ｍｍ以下という高確度のものが光学機器メーカ等により既に市販されている。
【００３４】
この非接触３次元ディジタイザ３によって治療台８上の患者１３の体表面を撮影し、得られた体表面３次元データを変位算出コンピュータ２へ送り、コンピュータ内の放射線治療空間上で患者の実位置に相当する位置に設定する。これを実際像と呼ぶことにする。
【００３５】
結局、変位算出コンピュータ２の放射線治療空間には、基準像と実際像が存在することになる。
患者１３の体表面形状は同じ姿勢をしている同一人である以上、同一であるから基準像も実際像もその立体像の形状は同じであり、重ね合わせれば一致する筈のものである。
【００３６】
今もし、コンピュータ上で実際像が基準像に重なっているとすれば、治療台８上のそのままの位置、傾きで放射線ビームが患部に当たることになる。
これは実際像が基準像と重なっていれば、患部も基準像と同じ位置にあるという前提に立っている。
【００３７】
これに対して、実際像が基準像と重なっていない場合には、患部は放射線ビームから外れていることになるから、治療台上の患者はそのままの位置では治療を受けられない。
【００３８】
そこで変位算出コンピュータ２は、実際像が基準像からどれだけずれているかを、それらの３次元データに基づいて、Ｘ，Ｙ，Ｚの各軸方向における位置ずれおよび、各軸回りの回転ずれの計６個のずれデータを算出して出力する。
【００３９】
このデータに基づいて、そのずれ分を補正するように治療台８の位置や傾き或いは放射線ビーム照射器７の放射線ビーム１２の位置や傾きを調整したうえで治療を開始することになる。
【００４０】
この調整は、手動で行うこともできるし、自動的に行うこともできる。
治療台８の手動調整は、治療台制御装置４を用いずに、最初の位置ずれデータおよび回転ずれデータに基づいて調整していくと、ずれの値は漸次小さくなって行き、ゼロになったときが実際像が基準像に重なったときということになる。
【００４１】
このようにずれデータを見ながら調整することもできるし、変位算出コンピュータ２のディスプレイ６上に基準像９と実際像１０を映し出しておき、これを見ながら実際像１０が基準像９に重なるように調整して行くこともできる。しかし、最終的にはずれデータの数値がゼロ或いは許容範囲内に入ることを確認することにより、正確な位置決めができる。
【００４２】
以上は、治療台を手動操作で調整する場合であるが、治療台制御装置４により自動的に調整することもできる。
治療台制御装置４は、変位算出コンピュータ２からのずれデータが入力されると、このデータに基づいて、ずれデータがゼロに近付く方向に治療台８の位置や傾きを制御する負帰還自動制御回路を構成している。このような回路を構成することにより、実際像が基準像に重なるように治療台の位置、傾きを自動的に制御できることになる。
【００４３】
なお、立体像再構成コンピュータ１および変位算出コンピュータ２は、別々のコンピュータであってもよいし、１台のコンピュータを時系列的に用いてもよいし、また１部共用であってもよい。
【００４４】
図２は、図１の場合と異なり、治療台を動かすのではなく、放射線ビーム照射器７からの放射線ビーム１２の位置や傾きを動かす第２の実施例の構成を示すブロック図である。
変位算出コンピュータ２からのずれデータは、ビーム照射器制御装置５へ入力される。ビーム照射器制御装置５は、入力されたずれデータの数値に応じた分だけ放射線ビーム１２の位置や傾きを変える。この場合には帰還回路は形成されていない。
【００４５】
また、ビーム照射器制御装置５を用いないで、ずれデータの数値に応じた分だけ手動で放射線ビーム１２の位置や傾きを変えることもできる。
いずれにしても、ずれデータの数値分だけ放射線ビーム１２をずらすのであるから、放射線ビームは患部を照射することになる。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の放射線治療位置決め装置は、Ｘ線ＣＴ画像からコンピュータによって患者の患部および体表面の立体像を３次元データで再構成し、この立体像を放射線治療の３次元空間が設定されているコンピュータ（変位算出コンピュータ）へ入力し、放射線ビームが立体像中の患部を丁度照射する位置および傾きで放射線治療空間に設定し、これを基準像とし、他方、実際に治療台上に横たわっている患者を高精度・高確度の非接触３次元ディジタイザで撮影し、体表面の立体像３次元データを得、このデータを変位算出コンピュータの放射線治療空間で患者の実位置に相当する位置に実際像として設定し、この実際像が基準像からどれだけずれているかを３次元の各軸上でのずれおよび各軸回りでの傾きとして算出出力するので、精確なずれデータが得られ、この精確なずれデータに基づいて、手動操作或いは自動制御により、治療台或いは放射線ビームの位置や傾きを調整しているので、放射線ビームが患部を照射するための高精度、高確度の位置決めが可能になるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第２の実施例の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１  立体像再構成コンピュータ
２  変位算出コンピュータ
３  非接触３次元ディジタイザ
４  治療台制御装置
５  ビーム照射器制御装置
６  ディスプレイ
７  放射線ビーム照射器
８  治療台
９  基準像
１０  実際像
１１  腫瘍像
１２  放射線ビーム
１３  患者
【図１】
2005027743.tif 000003
【図２】
2005027743.tif 000004