JP2014054392A

JP2014054392A - 放射線治療計画装置

Info

Publication number: JP2014054392A
Application number: JP2012200982A
Authority: JP
Inventors: Shintaro Funasako; 慎太郎舟迫
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Medical Systems Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Canon Medical Systems Corp
Priority date: 2012-09-12
Filing date: 2012-09-12
Publication date: 2014-03-27

Abstract

【課題】最適なスキャン条件を容易に設定できるようにすること。
【解決手段】本実施形態に係る放射線治療計画装置３８は、被検体の標準的な臓器又は組織の形状を画像化したモデルデータをモデルデータ記憶部３９に記憶しておき、被検体を複数方向から撮像したスキャノ画像に合わせて上記モデルデータを変形し、変形されたモデルデータをもとにスキャン条件を設定し、スキャン条件に基づいて被検体の臓器又は組織ごとの被曝線量を算出し、算出された被曝線量を上記変形されたモデルデータ上に重ね合わせ、表示装置３６に表示させる。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、治療用放射線の照射計画を立案するための放射線治療計画装置に関する。

放射線治療計画用のＣＴ（Computerized Tomography）装置は、大口径のガントリと、治療寝台と同じ天板が用いられており、実際の放射線治療と同じ***でＣＴを撮影することで、治療部位の位置や範囲を的確に把握することができる。

ＣＴ装置の空間分解能や濃度分解能が高い領域はＦＯＶ（field of view）領域の中心とされている。このため、心臓などの部位を撮影する場合は、操作者が患者の心臓がＦＯＶの中心になるように位置合わせを行う必要がある。

従来の放射線治療計画装置では、スキャンパラメータおよびスキャノ画像から得られる患者の体厚を用いて被曝線量を概算し、治療用放射線の照射計画に用いている。

上述したように、従来では、操作者が目視（レーザーポインタ）にて寝台上の患者を手作業で位置設定を行い、スキャノ画像で確認している。この場合、必ずしも正しい位置に合わせられず何度かスキャノ画像を撮影し直して位置合わせしなおす必要があり、煩雑な作業である。

また、従来の被曝線量（照射線量）を見積もるための技術は、スキャノ画像から得られた体厚および吸収線量からのみ計算している。そのため、三次元的な構造を呈する臓器ごとの詳細な被曝線量を見積もることができないという問題がある。

本実施形態の目的は、最適なスキャン条件を容易に設定することができる放射線治療計画装置を提供することにある。

本実施形態に係る放射線治療計画装置の一態様は、治療用放射線の照射計画を立案するための装置であって、被検体を複数方向から撮像したスキャノ画像を取得する取得手段と、前記被検体の標準的な臓器又は組織の形状を画像化したモデルデータを記憶する記憶手段と、前記スキャノ画像に合わせて前記モデルデータを変形する変形手段と、前記変形されたモデルデータをもとにスキャン条件を設定する設定手段と、前記スキャン条件に基づいて前記被検体の臓器又は組織ごとの被曝線量を算出する算出手段と、前記算出された被曝線量を前記変形されたモデルデータ上に重ね合わせ表示させる表示手段とを具備するものである。

本実施形態に係る放射線治療システムを示す図。放射線治療計画装置の動作を示すフローチャート。モデルデータの一例を示す図。スキャノ画像をもとに変形されたモデルデータの一例を示す図。被曝線量の表示例を示す図。

以下、図面を参照しながら本実施形態に係る放射線治療計画装置を説明する。

図１は、本実施形態に係る放射線治療システムを示す図である。

図１において、Ｘ線ＣＴ装置は、架台装置１０、寝台装置２０、及びコンソール部３０を備えている。架台装置１０は、回転架台（ガントリ）１１を有し、この回転架台１１を挟んでＸ線源１２とＸ線検出器１３が対向して配置されている。また、架台装置１０には、高電圧発生部１４、架台駆動部１５、絞り駆動部１６及びデータ収集部（ＤＡＳ）１７が設けられている。

回転架台１１は、Ｘ線源１２とＸ線検出器１３とを保持するもので、架台駆動部１５によりＸ線源１２とＸ線検出器１３を結ぶ直線の中間点に位置する回転軸を中心にして回転される。架台駆動部１５は、後述する制御部３１により出力された架台制御信号に基づいて回転架台１１を回転させる。

高電圧発生部１４は、制御部３１からの制御信号に基づいて、撮影条件に従った高電圧をＸ線源１２に供給する。この場合、Ｘ線源１２は、高電圧発生部１４から供給された高電圧によって、ファン状やコーン状などのＸ線ビームを曝射する。絞り駆動部１６は、撮影条件に従ってＸ線遮蔽板を移動させ、Ｘ線のスライス方向の曝射範囲を調整する。

Ｘ線検出器１３は、Ｘ線源１２から曝射され、被検体Ｐを透過したＸ線ビームを検出し、検出信号を出力する。ここで、Ｘ線ＣＴ装置が、例えばシングルスライスＣＴ装置の場合、Ｘ線検出器１３は、ファン状又は直線状に、例えば１０００チャンネルのＸ線検出素子を１列に並べて構成されている。また、これらＸ線検出素子は、複数のチャンネル、例えば２４チャンネル毎に一纏めしたユニットに構成され、これらユニットが複数配列されている。

一方、寝台装置２０は、被検体Ｐが載置される寝台天板２１を有している。寝台天板２１は、寝台駆動部２３を有する寝台基台２２により支持されている。

寝台駆動部２３は、制御部３１から出力された寝台移動制御信号に基づいて、回転架台１１の１回転当たりの寝台天板２１の移動量を演算し、スキャン時に、演算された移動量で寝台天板２１を移動させる。この場合、寝台天板２１は、被検体Ｐを載せた状態で、寝台駆動部２３により上下方向に移動されるとともに、被検体Ｐの体軸方向に移動可能となっている。

コンソール部３０は、制御部３１を有している。制御部３１には、上述した高電圧発生部１４、架台駆動部１５、絞り駆動部１６、データ収集部１７及び寝台駆動部２３が接続されている。また、コンソール部３０は、制御部３１の他に、コンソールＩ／Ｆ（インターフェース）ユニット３２、再構成処理部３３、画像記憶部３４、画像処理部３５、表示装置３６、入力部３７及び放射線治療計画装置３８を有している。

制御部３１は、システム全体を制御する。制御部３１は、高電圧発生部１４に対して、Ｘ線ビーム発生を制御するＸ線ビーム発生制御信号を出力し、また、架台駆動部１５に対して、診断開始の指示、及び回転架台１１の駆動を制御する架台制御信号を出力する。さらに、制御部３１は、データ収集部１７に対して、データの収集駆動を制御するデータ収集制御信号を出力し、絞り駆動部１６に対して、Ｘ線ビームの絞りを制御する絞り制御信号を出力する。そして、寝台駆動部２３に対して、診断開始の指示、及び寝台移動を制御する寝台移動制御信号を出力する。

コンソールＩ／Ｆユニット３２は、架台装置１０でＸ線検出器１３の検出信号を収集したデータ収集部１７からの送信データを受信する。再構成処理部３３は、コンソールＩ／Ｆユニット３２を介して入力されるデータ収集部１７の収集データに基づいて被検体Ｐに対する画像を再構成し画像データを出力する。画像記憶部３４は、再構成処理部３３で再構成された断層画像データを一時的に記憶する。画像処理部３５は、画像記憶部３４に記憶されたデータからＣＴ画像データを生成し、表示装置３６に表示させる。

放射線治療計画装置３８は、被検体Ｐの臓器又は組織ごとの被曝線量を算出する機能を有している。モデルデータ記憶部３９には、被検体の標準的な臓器又は組織の形状を画像化したモデルデータ（Ｖｏｌｕｍｅ画像）が予め記憶される。モデルデータは、エックス線吸収係数・組織・物質ごとの実効原子番号など、被曝計算を行うために必要な情報を内包している。例えば、モデルデータは、被検体の体型・性別・年齢・検査部位・***ごとに用意される。

放射線治療計画装置３８は、モデルデータ形状を実際の患者の大きさに合わせるために、２方向スキャノ画像を用い、剛体もしくは非線形位置合わせ、拡大縮小、部位ごとの屈曲、モデルデータ頂点の編集を行う。そして、変形したモデルデータをもとにスキャンパラメータ（ｋｅＶ，ｍＡ，ｓｅｃ他）および寝台位置を設定し、スキャン条件を考慮した被曝線量を見積り、この被曝線量をモデルデータ上に重ね合わせて表示装置３６に表示させる。

次に、このように構成された放射線治療システムの動作について説明する。図２は、放射線治療計画装置の動作を示すフローチャートである。

図２において、先ず、被検体Ｐを寝台天板２１に乗せ、２方向スキャノ画像を取得する（ステップＳ１）。放射線治療計画装置３８は、得られたスキャノ画像をもとに、モデルデータ記憶部３９にあらかじめ用意したモデルデータ画像を変形・移動して位置合わせを行う（ステップＳ２）。

図３に示すように、モデルデータは、例えば臓器、組織、筋肉、脂肪、骨、空気等の形状を簡略化した標準的な形状を有する三次元画像で構成される。モデルデータは、エックス線吸収係数・組織・物質ごとの実効原子番号など、被曝計算を行うために必要な情報を内包している。また、モデルデータは、体型（痩せ気味・普通・太り気味）、性別（男・女）、年齢（乳児・小児・成人・老人）、部位（頭頸部・胸部・腹部・四肢）、***（腕上げ下げ・屈曲位等）ごとに用意される。過去の被検体データも流用可能である。

図４に示すように、放射線治療計画装置３８は、モデルデータ形状を実際の患者の大きさに合わせるために、２方向スキャノ画像を用い、剛体もしくは非線形位置合わせ、拡大縮小、部位ごとの屈曲、モデルデータ頂点の編集を行う。

次に、変形したモデルデータをもとに寝台位置（ジオメトリ：ガントリ角度、寝台前後左右上下動）およびスキャンパラメータ（管電圧、管電流、曝射時間、曝射位置、管電流時間変化、ヘリカルピッチ、フィルタ等）の設定を行う（ステップＳ３）。

放射線治療計画装置３８は、上記設定された寝台位置およびスキャンパラメータをもとにモンテカルロシミュレーション等を行い、被検体の臓器又は組織ごとの被曝線量を計算する（ステップＳ４）。そして、計算された組織・臓器ごとの被曝線量を上記変形されたモデルデータ上に重ね合わせ表示させる（ステップＳ５）。図５に示すように、スキャノ画像に合わせて変形されたモデルデータ上に被曝線量のシミュレーション結果が被曝線量Ｍａｐとして重ね合わせ表示される。また、図５中に管電流時間変化をｍＡ小、ｍＡ中、ｍＡ大で示す。なお、図５の被曝線量マップは等高線表示で示したが、カラーマップでもよい。

さらに、放射線治療計画装置３８は、被曝線量が閾値を超える臓器が検出された場合には（ステップＳ６）、線量多過領域について警告表示を行う（ステップＳ７）。また、予め定められた基準線量と比較して線量が足りず、画質が十分得られない領域についても警告表示を行う。この場合、ステップＳ３に移行して、例えば、特に線量を軽減したい骨髄などの重要臓器の線量を低減し、診断で注目する臓器（例えば心臓）の線量を大きくするように設定し、再度のシミュレーションを行うことができる。また、画質を良くしたいところ、被曝を抑えたいところを設定すると、自動的に最適ジオメトリをシミュレーションするように構成してもよい。上記シミュレーションによりスキャン条件決定後、放射線治療計画装置３８は、自動的に寝台位置およびスキャンパラメータをＣＴ装置に設定する（ステップＳ８）。

以上述べたように、上記実施形態では、あらかじめ用意したモデルデータを、スキャノ画像に合わせて変形し、スキャン条件に応じた被曝線量をモンテカルロシミュレーションなどを使って見積もりを行う。従来装置では、煩雑な位置決めが必要、かつ大まかな被曝線量の見積もりしかできなかったが、本実施形態によれば、被曝線量結果の確認をすることで適切な寝台位置およびスキャンパラメータを容易に設定することが可能となる。

なお、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

Ｐ…被検体、１０…架台装置、１１…回転架台、１２…Ｘ線源、１３…Ｘ線検出器、１４…高電圧発生部、１５…架台駆動部、１６…絞り駆動部、１７…データ収集部、２０…寝台装置、２１…寝台天板、２２…寝台基台、２３…寝台駆動部、３０…コンソール部
３１…制御部、３２…コンソールＩ／Ｆユニット、３３…再構成処理部、３４…画像記憶部、３５…画像処理部、３６…表示装置、３７…入力部、３８…放射線治療計画装置、３９…モデルデータ記憶部。

Claims

治療用放射線の照射計画を立案するための装置であって、
被検体を複数方向から撮像したスキャノ画像を取得する取得手段と、
前記被検体の標準的な臓器又は組織の形状を画像化したモデルデータを記憶する記憶手段と、
前記スキャノ画像に合わせて前記モデルデータを変形する変形手段と、
前記変形されたモデルデータをもとにスキャン条件を設定する設定手段と、
前記スキャン条件に基づいて前記被検体の臓器又は組織ごとの被曝線量を算出する算出手段と、
前記算出された被曝線量を前記変形されたモデルデータ上に重ね合わせ表示させる表示手段と
を具備することを特徴とする放射線治療計画装置。
前記スキャン条件は、前記被検体が載置される寝台の位置に関する情報を含むことをさらに特徴とする請求項１に記載の放射線治療計画装置。
前記被曝線量が予め定められた閾値を超える臓器が検出された場合に警告する警告手段をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の放射線治療計画装置。
前記被曝線量が予め定められた基準線量に満たない領域が有る場合に警告する警告手段をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の放射線治療計画装置。
前記スキャン条件をＣＴ装置に設定することをさらに特徴とする請求項１に記載の放射線治療計画装置。