JP4247533B2

JP4247533B2 - 呼吸同期装置

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Publication number: JP4247533B2
Application number: JP2003311691A
Authority: JP
Inventors: 美博三宅; 知仁山本; 宏祐平澤; 直樹白松; 久原田
Original assignee: Tokyo Institute of Technology NUC
Current assignee: Tokyo Institute of Technology NUC
Priority date: 2003-09-03
Filing date: 2003-09-03
Publication date: 2009-04-02
Anticipated expiration: 2023-09-03
Also published as: JP2005074156A

Description

本発明は、呼吸同期装置に関する。

肺や肝臓などの体幹部の臓器を対象とした放射線治療では、呼吸の影響で患部が動くため、正常組織に不要な被曝を与えることなく、ビームを患部にのみ集中的に照射することが困難であるという問題点がある。同じく、体幹部を対象とした放射線（等による）画像診断では、呼吸の影響で対象領域が動くため、息止めを実施しない場合には、撮影画像の画質が劣化するという問題点がある。放射線治療、画像診断のいずれにおいても、臓器の動きが比較的長時間停止するとされる呼気相終末（呼吸ボトム）のタイミングに同期して、ビーム照射や画像撮影が実施されるのならば、上記問題点を解決できるとされている。

よって、従来から、各種センサにより呼吸信号を検出し、呼吸に同期してビーム照射や画像撮影を実施する、いわゆる呼吸同期方式が採用されている。この呼吸同期方式では、照射効率と照***度のバランスの取れた治療をおこなうために、患者の呼吸が安定していることが要求される。（呼吸同期方式については、後で詳述する。）

呼吸同期方式を利用し核磁気共鳴装置を対象とする特許文献１（特開平１−９７４４５）に係る発明では、一定リズム（テンポ）を持った音楽を患者に聞かせることで、呼吸を一定周期に近づけ、定常状態になったのを確認してから、呼吸に同期して撮影を開始するようにしている。更に、特許文献１の発明は、音楽の小節周期、もしくはその整数倍の周期に、患者の呼吸周期が引き込むという、いわゆる引き込み現象を応用しているが、それは特に強制引き込みと呼ばれているものである。医療現場では、患者の呼吸が不安定であるケースが多く、一定リズムの音楽を患者に聞かせるだけでは、呼吸の安定化には不十分であるといえる。

また、特許文献１には、一定の慣性モーメントを持つ物体を回させる等の規則的な動作を患者に行わせるという手法が記載されているが、その利用は体幹部の体動につながり、放射線治療や画像診断に適合的と言えない。

放射線治療装置を対象とした特許文献２に係る発明では、通常の呼吸同期方式とは異なるゲーティング方式が提案されている。つまり、パターンマッチングにより呼吸周期を予測し、予測した呼吸周期から得られる呼吸位相に基づくゲーティングをおこなう。予測したビーム照射期間に先立ち、事前にゲーティングシステムを運転開始することで、ゲーティングシステムの機械的な立ち上がり時間を補償し、ゲート信号のオン状態と実際のビーム照射期間とを完全一致させる。これにより、効率的なビーム照射が実現されるとする。ところで、人間の生理的な挙動は時々刻々変動し、ささいな心理的状態の変化にも大きく影響を受ける。このような状況下では上記パターンマッチングに基づく予測は不十分である。特に例外処理において大きい限界がある。つまり、呼吸が安定しない状況下ではパターン化できる生理的挙動の比率は全データ内で大きくない。このため、予測精度の劣化が生じ、ゲート信号のオン状態の出現頻度が著しく低下してしまい、治療時間の大幅な延長につながる。

以上により、自然呼吸状態下での呼吸周期の予測、予測したタイミングでのビーム照射制御は実効的に不可能であり、実際の治療に適用することはできなかった。

上記特許文献２の発明は、機械から人間に一方的に適応する形式であり、上記特許文献１は、人間が機械に一方的に適応する形式である。いずれの形式でも、その特徴は作用関係が一方向的であることであり、そのような形式にとどまっている限り、上記の問題点は克服できないと考えられる。
特開平１−９７４４５号公報特表２００２−５２８１９３公報

本発明は、治療時間を大幅に延長することなく、呼吸ボトムの出現時点でピンポイントにビーム照射や画像撮影を実行可能にすることを目的とする。この際、患者に負担をかけることなく、安定した呼吸状態を長時間維持できるようにする。

本発明は、上記の目的を達成するためになされたものである。本発明に係る呼吸同期装置は、
患者の呼吸を経時的に呼吸信号として検出する呼吸測定部と、
呼吸信号から呼吸位相信号と呼吸周期信号を計算し、呼吸位相信号をテンポ制御部に受け渡し、呼吸周期信号を呼吸ボトム予測部に受け渡す呼吸信号処理部と、
呼吸位相信号に応じて音楽のテンポを可変調整するテンポ調整信号を生成し、該テンポ調整信号を音響制御部へ送るテンポ制御部と、
テンポ制御部からのテンポ調整信号に応じてテンポ調整した音楽を発生する音響制御部とを有し、
過去の呼吸周期データから、次の呼吸ボトムの出現タイミングを予測し、その出現タイミングに応じて機器の動作を指示する呼吸同期装置である。その呼吸同期装置において、
患者の呼吸信号とテンポ調整信号に係る振動子とが位相における相互引き込みを為すことを特徴とする。

まず、本発明を利用することにより、患者の呼吸が誘導され呼吸周期の安定化が図られる。更に、呼吸ボトムが的確に予想され、よって、呼吸ボトムでのピンポイントでのビーム照射や画像撮影が可能となり、大幅に照***度や画像の質が向上する。

以下において、図面を参照しつつ本発明に係る実施の形態を説明する。

呼吸同期方式について．
まず、実施の形態の説明の前提として、図１、図２、図３及び図４により呼吸同期方式を説明する。呼吸同期方式では、呼吸信号に対して閾値を設定し、呼吸信号が閾値に関する要件を満たしている場合にゲート信号がオン状態になる。要件とは、呼吸信号が閾値以下のレベルにある、呼吸信号が閾値以上のレベルにある、呼吸信号が２つの閾値の中間レベルにある、などというものである。ゲート信号とは、ビーム照射や画像撮影を制御するための信号であり、ゲート信号がオン状態の時に、ビーム照射や画像撮影が実行され、ゲート信号がＯＦＦ状態の時は、ビーム照射や画像撮影は実行されない。図１は、呼吸信号が閾値以下のレベルにあるという要件の場合の、ゲート信号の遷移の例を示す。

ここで、図２のように、閾値の設定が適切でない、即ち呼吸ボトムよりかなり上のレベルに設定されてしまうと、呼吸ボトムの出現時点から時間的にずれたタイミングでも、ビーム照射や画像撮影が実行されることになり得る。そこで、図３のように、閾値が呼吸ボトム近辺のレベルに設定された場合、ゲート信号のオン状態の時間間隔は狭くなり、ビーム照射や画像撮影の期間は呼吸ボトムの出現時点に近づくため、この問題を回避することができる。しかし、図４のように、呼吸そのものが不安定な場合は、閾値が呼吸ボトム近辺のレベルに設定されることで、ゲート信号のオン状態の出現頻度が著しく低下し、治療時間の大幅な延長につながる。これは、患者の負担が大きくなるため避けなければならない。

従って、呼吸同期方式では、照射効率と照***度のバランスの取れた治療を行うため、患者の呼吸が安定していることが要求される。よって本発明では、人間の生理的挙動は時々刻々と変化し安定しにくいという現実の状況下で、安定し難い挙動を安定させるために、人間と人間を制御する側の機械との間のインタラクションを導入する。

具体的には、相互引き込みという手法により人間の生理的挙動のリズムと機械のリズムを相互に引き込ませ、ある程度の生理的挙動のばらつきを許容しつつ、生理的挙動を安定化させる。同時に、次の生理的挙動のサイクルを予測することで、放射線治療装置又は画像診断装置の生理的挙動に完全同期した動作を実現する。つまり、生理的挙動の安定化と生理的挙動の予測という２重化された制御手法を利用する。

実施の形態１．
図５は、本発明に係る実施の形態１の呼吸誘導型放射線治療装置１００（以下、「放射線治療装置１００」と称する）の構成を示すブロック図である。放射線治療装置１００では、患者に音楽を聞かせ、音楽に合わせたタッピングをさせることで、患者の呼吸を誘導する。その結果、患者の呼吸周期は一定値に安定して、呼吸に完全同期した放射線治療を行うことができる。

上記放射線治療装置１００は、音響制御部１０１、呼吸測定部１０２、呼吸信号処理部１０３、テンポ制御部１０４、放射線発生部１０５、照射部１０６、照射制御部１０７、呼吸ボトム予測部１０８、及び、スイッチ１０９を有する。これらの構成要素を備える放射線治療装置１００による実施の形態１の概略ポイント（３点）をまず示す。

１つ目は、テンポ制御部１０４内で、呼吸のモデルである位相振動子の微分方程式（以下の数１の式）の解をリアルタイムに数値計算し、微分方程式の解の周期に応じて音楽のテンポを生成し、音響制御部１０１から出力する点である。数１の位相振動子の微分方程式には、患者の呼吸信号の位相と位相振動子の位相との差に応じた摂動項が挿入されている。これにより、音楽を媒介にして、患者の呼吸と位相振動子とが相互に引き込むようになる。呼吸と位相振動子の両者の位相関係に基づいて、音楽のテンポが変化するため、テンポは一定ではなく、ある種のゆらぎをもったものになる。一方が他方の一定リズムに一方的に引き込む強制引き込みではなく、一方と他方がお互いに歩み寄るような形式で中間点に引き込むこのようなケースは、相互引き込みと呼ばれている。相互引き込みにより、引き込みを安定的に継続させることが可能となる。

２つ目は、音楽に合わせたタッピング動作を導入する点である。音楽による聴覚刺激と、音楽に合わせた身体動作とを組み合わせることで、音楽リズムと呼吸リズムの引き込み頻度が飛躍的に高まる。身体動作としては、指を動かす程度のタッピングで十分であり、放射線治療および画像診断の分野に十分適用可能である。タッピングを導入することで、患者が音楽に合わせて呼吸をするという意識を持たなくても、引き込みが発生する。これは、患者の強制感を緩和することにつながる。患者は、例えば、スイッチ１０９を押す（タップする）ことによりタッピング動作を実現することができる。タッピング動作は他の形態のものであってもよい。

３つ目は、上記２つの工夫により呼吸が安定化した状態において、呼吸ボトムを予測する点である。呼吸ボトム予測部１０８では、呼吸信号処理部１０３から呼吸周期に関する情報を得、蓄積した過去の呼吸周期から次の呼吸周期を予測し、呼吸ボトムの出現タイミングを予測する。ビーム照射や画像撮影の理想的なタイミングは呼吸ボトムの出現時点であるため、そのタイミングでビーム照射や画像撮影することで、大幅な精度の改善を図ることができる。呼吸が安定化した状態であるため、移動平均、自己回帰モデル、カルマンフィルタなどの既存の推定手法を用いることで次の呼吸周期の予測が容易にできる。

続いて、各部の構成について示す。なお、以下では、放射線治療装置について説明するが、本発明の実施の形態は、画像診断装置においても利用可能である。その場合、例えば、照射部１０６の代わりに、画像撮影部（等）が設定されることになる。更に、本発明の実施の形態は、核磁気共鳴画像診断装置や超音波画像診断装置などにおいても、利用可能である。

放射線発生部１０５は、放射線を加速する加速器である。加速器の種類としては、例えばシンクロトロンや線型加速器が挙げられる。シンクロトロンは陽子線や炭素線を発生・加速させ、線型加速器は電子線やＸ線を発生・加速させる。

照射部１０６は、放射線を患者に向けて照射するための装置である。例えば、照射野形成のためのコリメータやフィルタ等から構成される。

照射制御部１０７は、後述するゲート信号に基づいて、放射線発生部１０５および照射部１０６を制御する。

呼吸測定部１０２は、例えば位置計測用のカメラとそのコントローラであり、患者の体表に貼り付けたマーカーの呼吸に伴う位置変動を呼吸信号として検出する。その他、呼吸信号計測用のセンサとしては、伸縮性可変抵抗素子を内蔵したバンド式の呼吸ピックアップ、サーミスタ、歪ゲージ、レーザー変位計などを用いることができる。

呼吸信号処理部１０３は、呼吸信号から位相と周期を計算する。位相の計算は、一つ前の呼吸周期に対して、現在のサンプル点の位置関係から検出する。周期は、呼吸ボトム間の間隔を計算して求める。呼吸位相はテンポ制御部１０４に受け渡され、呼吸周期は呼吸ボトム予測部１０８に受け渡される。

テンポ制御部１０４は、呼吸モデルである位相振動子（数１）の解（θ_１）をリアルタイムに数値計算し、位相振動子の周期に応じて音楽のテンポを生成し、音楽のテンポを可変調整するためのテンポ調整信号を音響制御部１０１へ送る。

位相振動子の周期から音楽のテンポを生成するには、まず、位相振動子の周期から１分間あたりの波の数を計算する。次に、１分間あたりの波の数と１小節を構成する拍数とを掛け合わせ、音楽のテンポとする。例えば、周期が４秒で４分の４拍子の曲であれば、１分間あたりの波の数は１５（回／分）、１小節を構成する拍数は４（拍）となり、６０（ＢＰＭ：ＢｅａｔＰｅｒＭｉｎｕｔｅ）が音楽テンポになる。このようにして、位相振動子の周期を音楽のテンポに反映させることで、音楽を媒介にして、位相振動子と患者の呼吸とが相互に引き込むようになる。なお、呼吸との引き込みは他の非線形振動子でも可能であり、位相振動子は一例である。

音楽リズムと患者の呼吸リズムとの関係を、下記の数１、数２を用いて模式的に説明する。なお、数２は説明のために患者の呼吸をモデル化したものであり、実際に数値計算されるものではない。θ_１は音楽（位相振動子）の位相、ω_１は音楽（位相振動子）の固有振動数、θ_２は呼吸の位相、ω_２は呼吸の固有振動数である。ξ_１は音楽（位相振動子）と呼吸間の結合の強さをあらわす係数である。ξ_１を大きくすると音楽テンポは呼吸に応じて変化しやすくなり、小さいとその逆となる。ξ_２は患者の内的な状態をあらわす係数である。例えば、（後で説明する）音楽に合わせたタッピング動作によりξ_２は大きくなる可能性がある。ξ_２を大きくすると呼吸テンポは音楽に応じて変化しやすくなり、小さいとその逆となる。

数１の挙動について考える。θ_２がθ_１より大きい場合、つまり、呼吸が音楽より位相が進んでいる場合、数１の右辺第二項は正となり、やがてθ_１はθ_２に近づく。つまり、音楽のテンポが早まり、音楽の位相が呼吸の位相に近づく。θ_２がθ_１より小さい場合、つまり、呼吸が音楽より位相が遅れている場合、数１の右辺第二項は負となり，やがてθ_１はθ_２に近づく。つまり、音楽のテンポが遅くなり、音楽の位相が呼吸の位相に近づく。

数２の挙動について考える。θ_１がθ_２より大きい場合、つまり、音楽が呼吸より位相が進んでいる場合、数２の右辺第二項は正となり、やがてθ_２はθ_１に近づくことが予想される。つまり、呼吸のテンポが速まり、呼吸の位相が音楽の位相に近づくことが期待される。θ_１がθ_２より小さい場合、つまり、音楽が呼吸より位相が遅れている場合、数２の右辺第二項は負となり、やがてθ_２はθ_１に近づくことが予想される。つまり、呼吸のテンポが遅くなり、呼吸の位相が音楽の位相に近づくことが期待される。以上のように、位相振動子の周期を音楽のテンポと対応づけることで、音楽を媒介にした位相振動子と患者の呼吸の相互引き込みが成立する。

呼吸ボトム予測部１０８は、過去の呼吸周期から、未来の次の呼吸周期を推定し、呼吸ボトムの出現タイミングを予測する。更に、次の呼吸ボトムが予測される時点を基準にして、その前後でゲート信号がオン状態になり、その他の時はＯＦＦ状態となるようにする。ここで、ゲート信号がオン状態の場合のみ加速器からビームを取り出すことが可能になる。換言すれば、ゲート信号とは、患部に放射線を照射可能な期間を示すといえる。また、呼吸ボトムは最も照射に適したタイミングである。この場合、最も照射に適したタイミングとは、呼吸等により移動する患部が治療計画時とほぼ同じ位置にあるタイミングをいう。ゲート信号の幅は、ビームの幅（スピル幅）と同程度、もしくは、若干大きめぐらいにしておけばよい。

予測アルゴリズムは、例えば、自己回帰（ＡＲ：ＡｕｔｏＲｅｇｒｅｓｓｉｖｅ）モデルやその移動平均（ＡＲＭＡ：ＡｕｔｏＲｅｇｒｅｓｓｉｖｅＭｏｖｉｎｇＡｖｅｒａｇｅ）モデルを用いる。自己回帰モデルは、以下の数３のように記述される。

呼吸信号処理部１０３より逐次得られる呼吸周期を、過去１呼吸前（ｙ_ｎ−１）から過去p呼吸前（ｙ_ｎ−ｐ）まで蓄積し、これらの呼吸周期の値から数３に従って、未来の次の呼吸周期（ｙ_ｎ）を推定する。（ｐ+1）個の呼吸周期データを使って、事前に、数３の左辺と右辺を最小２乗法でフィッテングし、係数ａ_０〜ａ_ｐを決定しておく必要がある。ｘ_ｎはノイズ項をあらわし、同じく、事前に値を設定しておく必要がある。係数ａ_０〜ａ_ｐは一度計算したら、そのまま固定値として使用できるが、新たな呼吸周期が得られるたびに逐次再計算して、新たなものを使用するようにしてもよい。また、予測アルゴリズムとしてカルマンフィルタを利用するようにしてもよいし、過去の呼吸周期の移動平均を利用するようにしてもよい。

よって、予測アルゴリズムとしては、
（１）単純外挿法、
（２）移動平均法、
（３）自己回帰モデル、
（４）（ａ_０・・ａ_ｐが呼吸周期を求める毎に計算される）カルマンフィルタ、
などが利用され得ることになる。

音響制御部１０１は、音源データ格納部とプレイヤとスピーカから構成され、外部からの信号に応じて任意にテンポ調整が可能である。音楽のデータ形式に制約はなく、そのテンポ制御は、音譜と音譜との間の時間を延ばしたり、縮めたりすることで実現可能である。例えば、音源データがいわゆるＭＩＤＩデータである場合には、音譜と音譜との間隔を各々の音譜ごとに制御するようにしてもよい。また、音譜ごとに時間間隔が変わると違和感が感じられる場合、一定時間ごと、もしくは、音楽の小節周期ごとにテンポを変化させてもよい。

スイッチ１０９は、タッピング動作のためのスイッチである。患者が、当該スイッチをタッピングする（継続して軽く打つ）ことで、音楽に合わせた指のタッピング動作を実現することができる。

次に、図６を参照して、図５に示す放射線治療装置１００が、放射線の照射に際して、患者の呼吸を誘導する処理を説明する。図６は、放射線治療装置１００が、患者の呼吸を誘導する処理を示すフローチャートである。

最初に、Ｓ１で、安静時の患者の呼吸を一定時間計測し、音楽（位相振動子）の固有振動数（ω_１）を決定する。つまり、音楽テンポの初期値を決定する。同時に、呼吸ボトム予測部１０８で、呼吸ボトムの出現タイミングを予測するための、予測モデル（例えば、自己回帰モデル）における係数を決定しておく。

次にＳ２で、音響制御部１０１を動作させて、前記テンポでの音楽の再生を開始する。同時に、呼吸測定部１０２において、患者の呼吸を測定して、呼吸信号を生成する。

次にＳ３で、呼吸信号処理部１０３が、呼吸測定部１０２から受け取った呼吸信号を元に、呼吸の位相を計算する。位相の計算は一定時間ごとに実施する。Ｓ４で、呼吸の周期を計算する。周期の計算は呼吸のボトムが検出されるたびに実施する。

次にＳ５で、テンポ演算部１０４において、位相振動子の解を数値計算する。例えば４次のルンゲクッタ法を用いた数値計算をコンピュータプログラムで実行する。位相振動子の周期を計算して、周期から音楽テンポを決定する。

次にＳ６で、呼吸ボトム予測部８は、呼吸信号処理部１０３から受け取った呼吸周期を元に、次の呼吸ボトムを予測し、ゲート信号を生成する。

Ｓ５が終了すると、Ｓ３へ戻り、Ｓ６が終了すると、Ｓ４へ戻り、治療が終了するまで上記手続きが繰り返される。

図７に基づき、実施の形態１の効果を説明する。従来の呼吸同期方式では、呼吸振幅のＰｅａｋｔｏＰｅａｋのボトムから約３分の１付近に閾値が設定され、呼吸信号が閾値を下回ると図７（１）下段に示すようにゲート信号がオン状態になっていた。この方式では、ボトムからずれた場所でもビームが照射されてしまう。照***度を上げるためには、閾値を呼吸ボトムに近づける必要があるが、患者の呼吸振幅が不安定である場合には、閾値を下げると治療時間が大幅に延長してしまう。実施の形態１により、呼吸を誘導し周期の安定化を図り、呼吸ボトムを予想した場合、呼吸ボトムでのピンポイントでのビーム照射が可能となり（図７（２））、大幅に照***度が向上する。

実施の形態２．
実施の形態２は、患者の呼吸を、予め設定された目標となる呼吸周期に誘導する構成を備える。目標となる呼吸周期への誘導は、相互引き込み状態を多段階的に創出させることで実現する。具体的には、患者の呼吸と位相振動子の相互引き込み状態を判定し、相互引き込みが達成された場合、位相振動子の固有振動数ω_１を目標周期へ若干近づけて変化させることにより、次の相互引き込み状態を誘発する。以上を繰り返し実行することで、患者の呼吸を任意の目標周期に誘導可能とする。

図８は、本発明に係る実施の形態２の呼吸誘導型放射線治療装置２００（以下、「放射線治療装置２００」と称する）の構成を示すブロック図である。放射線治療装置２００では、実施の形態１の放射線治療装置１００に対して、判定部２０１と、目標値入力部２０２とが新たに設けられている。これらの構成の追加に伴い、テンポ演算部１０４は新たな動作を行う。

以下、放射線治療装置２００の構成および動作を説明する。但し、以下説明する構成および動作以外については、実施の形態１の放射線治療装置１００（図５）と同じであるので、その説明は省略する。

まず、目標値入力部２０２は、患者の呼吸周期の目標値を入力する装置であり、例えば、キーボード、マウス、数値ダイヤル等である。なお、実施の形態１で説明したように、患者の呼吸周期とテンポとは相関関係があるので、患者の呼吸周期に変えて、目標となる音楽のテンポを入力し、目標値となる呼吸周期を求めてもよい。

判定部２０１は、患者の呼吸と位相振動子の相互引き込み状態を判定する。本実施の形態では、位相振動子の位相（θ_１）と呼吸の位相（θ_２）との位相差が所定の値以下になった場合に引き込みが成立したとする。このとき、テンポ演算部１０４は、相互引き込み時の位相振動子の周期と、目標値入力部２０２から入力された目標呼吸周期との差分の一部を、相互引き込み時の位相振動子の固有振動数ω_１に加算する。例えば、差分が４Ｓのとき、差分の一部（２Ｓ）を周期から振動数に変換し、相互引き込み時の位相振動子の固有振動数ω_１に加算する。これにより、位相振動子の固有振動数ω_１が変更される。

さらに次のステップでは、差分の残り２Ｓの一部（例えば、Ｓ）を周期から振動数に変換し、位相振動子の固有振動数ω_１に加算する。このように位相振動子の固有振動数ω_１を目標周期へ徐々に近づけて変化させることにより、次々と段階的に相互引き込み状態を誘発する。その結果、患者の呼吸は最終的な目標呼吸周期に誘導される。

また、患者の呼吸と加速器の運転周期・初期位相とを一致させることにより、時間短縮による大幅な治療効率の向上が期待できる。

実施の形態２によれば、位相振動子の周期と目標呼吸周期との差に応じて位相振動子の固有振動数を修正し、修正した位相振動子の周期に基づいて、患者へ与える音楽テンポを調整するため、患者の呼吸状態に合わせた無理のない相互引き込みが実現できるとともに、患者の呼吸を任意の周期に誘導することができる。

実施の形態３．
図９は、本発明に係る実施の形態３の呼吸誘導型放射線治療装置３００（以下、「放射線治療装置３００」と称する）の構成を示すブロック図である。放射線治療装置３００では、実施の形態１の放射線治療装置１００に対して、スイッチ１０９と接続する刺激提示部１１０が新たに設けられている。

以下、放射線治療装置３００の構成および動作を説明する。但し、以下説明する構成および動作以外については、実施の形態１の放射線治療装置１００（図５）と同じであるので、その説明は省略する。

刺激提示部１１０は、患者がスイッチを押した（タッピングした）ことにより生成されるタイミング情報を、患者自身に提示する手段である。提示する手段（刺激提示部１１０）として、音楽に別途ドラム音を被せる、というものであってもよい。更に提示する手段として、光刺激や振動刺激を利用するものであってもよい。

このように、患者のスイッチによるタイミング情報を患者自身にフィードバックすることにより、相互引き込みの引きこみ率や安定性を向上させることができる。

その他の実施の形態．
上述の実施の形態では、再生する音楽のテンポを利用して、患者の呼吸を誘導するとして説明した。しかし音楽に限らず、例えば、光の緩やかな明滅や、患者の手足等への振動であってもよい。また、実施の形態１乃至実施の形態３では、放射線治療装置に関して述べたが、それに限定されるわけではなく、ビーム照射を画像撮影に置き換えることで、画像診断装置にも利用することができる。同様に、核磁気共鳴画像診断装置や超音波画像診断装置にも利用することができる。

なお、実施の形態１乃至実施の形態３で説明した放射線治療装置の動作は、例えば、図６に示すフローチャートの処理を実現するコンピュータプログラムにより実現できる。したがって、そのような動作を行うコンピュータプログラム自体もまた、本発明の範疇に含まれる。そのようなコンピュータプログラムは、ＣＤ、ＤＶＤ等の光ディスク、フレキシブルディスク等の磁気記録媒体、フラッシュメモリ等の半導体記録媒体に記録され得る。また、そのようなコンピュータプログラムは、インターネット等のネットワークを介して伝送され得る。

呼吸信号が閾値以下のレベルにあるという要件の場合の、ゲート信号の遷移の例を示す。呼吸信号が閾値以下のレベルにあるという要件の場合の、ゲート信号の遷移の例を示すが、閾値の設定が適切でないものの例である。呼吸信号が閾値以下のレベルにあるという要件の場合の、ゲート信号の遷移の例を示し、且つ、呼吸信号が安定している場合の例である。呼吸信号が閾値以下のレベルにあるという要件の場合の、ゲート信号の遷移の例を示すが、呼吸信号が不安定である場合の例である。本発明に係る実施の形態１の呼吸誘導型放射線治療装置の構成を示すブロック図である。実施の形態１において、放射線治療装置が患者の呼吸を誘導する処理を示すフローチャートである。実施の形態１を利用した場合の、呼吸信号及びゲート信号の推移の例である。本発明に係る実施の形態２の呼吸誘導型放射線治療装置の構成を示すブロック図である。本発明に係る実施の形態３の呼吸誘導型放射線治療装置の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１００、２００、３００放射線治療装置、１０１音響制御部、１０２呼吸測定部、１０３呼吸信号処理部、１０４テンポ制御部、１０５放射線発生部、１０６照射部、１０７照射制御部、１０８呼吸ボトム予測部、１０９スイッチ、１１０刺激提示部、２０１判定部、２０２目標値入力部。

Claims

患者の呼吸を経時的に呼吸信号として検出する呼吸測定部と、
呼吸信号から呼吸位相信号と呼吸周期信号を計算し、呼吸位相信号をテンポ制御部に受け渡し、呼吸周期信号を呼吸ボトム予測部に受け渡す呼吸信号処理部と、
呼吸位相信号に応じて音楽のテンポを可変調整するテンポ調整信号を生成し、該テンポ調整信号を音響制御部へ送るテンポ制御部と、
テンポ制御部からのテンポ調整信号に応じてテンポ調整した音楽を発生する音響制御部とを有し、
過去の呼吸周期データから、次の呼吸ボトムの出現タイミングを予測し、その出現タイミングに応じて機器の動作を指示する呼吸同期装置において、
患者の呼吸信号とテンポ調整信号に係る振動子とが位相における相互引き込みを為すことを特徴とする呼吸同期装置。
上記テンポ調整信号に係る振動子の固有振動数を、目標値の振動数に向けて複数の段階において変化させ、位相における相互引き込みを多段階に発生させることを特徴とする、請求項１に記載の呼吸同期装置。
患者が音楽に合わせたタッピングを行うためのスイッチを備えることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の呼吸同期装置。