JPWO2010013346A1

JPWO2010013346A1 - 放射線治療・ｐｅｔ複合装置

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Publication number: JPWO2010013346A1
Application number: JP2010522575A
Authority: JP
Inventors: 山谷　泰賀; 泰賀山谷; 村山　秀雄; 秀雄村山; 拓稲庭
Original assignee: National Institute of Radiological Sciences
Current assignee: National Institute of Radiological Sciences
Priority date: 2008-08-01
Filing date: 2008-08-01
Publication date: 2012-01-05
Also published as: WO2010013346A1; US8461539B2; US20110092814A1

Abstract

X線、ガンマ線や粒子線を患部に照射して行う放射線治療において、患部や治療ビームの様子を画像化してモニタリングする際に、マルチリングでなる検出器リングを体軸方向に互いに対向するように隙間を空けて配置した開放型PET装置と、前記隙間から放射線治療を行なうための放射線治療装置とを備えた放射線治療・ＰＥＴ複合装置により、放射線治療の照射野の関心領域が、開放型PET装置の視野に含まれるようにして、PET画像を用いた照射野の位置決めや治療モニタリングを可能とする。

Description

本発明は、X線、ガンマ線や粒子線を患部に照射して行う放射線治療において、患部や治療ビームの様子を画像化してモニタリングすることが可能な放射線治療・ＰＥＴ複合装置に関する。

癌や脳血管障害、認知症等の早期診断に有効と注目されている陽電子放射断層撮像法（ＰＥＴ）は、極微量の陽電子放出核種で標識した化合物を投与し、体内から放出される消滅放射線を検出することで、糖代謝等、生体機能を画像化し、病気の有無や程度を調べる検査法であり、これを実施するためのＰＥＴ装置が実用化されている。

ＰＥＴの原理は次のとおりである。陽電子崩壊によって陽電子放出核種から放出された陽電子が周囲の電子と対消滅し、それによって生じる一対の５１１ｋｅＶの消滅放射線を、対の放射線検出器で同時計数の原理によって測定する。これにより、核種の存在位置を、対の検出器同士を結ぶ１本の線分（同時計数線）上に特定することができる。患者の頭から足の方向に向かう軸を体軸と定義すると、体軸と垂直に交わる平面上の核種の分布は、その平面上において様々な方向から測定された同時計数線のデータから、２次元画像再構成によって求められる。

よって、初期のＰＥＴ装置は、視野とする平面上に、視野を囲むように密に検出器をリング状に配置したシングルリング型検出器から構成されていた。その後、多数のシングルリング型検出器を体軸方向に密に配置したマルチリング型検出器の登場によって、２次元の視野が３次元化された。更に１９９０年代に入ると、異なる検出器リング間においても同時計数測定を行うことによって、感度を大幅に高めた３ＤモードのＰＥＴ装置の開発が盛んに行われ、現代に至っている。

一方、ＰＥＴ診断等で発見された癌に対する治療の役割も重要である。外科手術や薬物治療とは異なる方法として、X線やガンマ線などの放射線を患部に照射する放射線治療がある。特に、重粒子線や陽子線を癌の部位に絞って照射する粒子線治療は、優れた治療効果と鋭い患部集中照射特性を併せ持つ方法として、大きな注目を集めている。照射は、別途撮影したＸ線ＣＴ画像などに基づいて綿密に計算された治療計画に従って、ビームの方向や線量を精密に制御して行う。

治療計画に正確に従った治療を実現するためには、患者の位置決めの精度が鍵となる。照射野の位置決めはX線画像に基づいて行われることが多いが、一般にX線画像では腫瘍と正常組織のコントラストが十分ではなく、腫瘍そのものを認識した位置あわせは困難である。このような患者セットアップ時の照射野位置ずれに加え、治療計画作成時から腫瘍の大きさが変化したり、呼吸などによって腫瘍位置が変動したりする問題も指摘されている。しかし現状は、治療計画通りの照射が行われたかどうかを正確に確認することは難しく、もし実際の照射野が治療計画ずれてしまったとしても、それを検知することは容易ではない。

上記の問題を解決するために、ＰＥＴの方法を用いて、照射野をリアルタイムに画像化する方法が注目されている。１つは、フルデオキシグルコース（ＦＤＧ）などがん診断に用いられるＰＥＴ薬剤を治療前に投与して、治療装置に併設されたＰＥＴ装置にて画像化することによって、腫瘍の位置を直接的に見ながら照射野の位置決めを行う研究が行われている。もう１つは、ＰＥＴ薬剤を投与するのではなく、粒子線ビーム照射やX線照射において、入射核破砕反応、標的核破砕反応や光核反応を通して生じる消滅放射線をＰＥＴの原理を用いて画像化する方法である。消滅放射線の発生位置が、照射ビームの線量分布と強い相関性を持つため、治療モニターが可能であるとされる（W. Enghardt、他、”Charged hadron tumour therapy monitoring by means of PET、” Nucl. Instrum. Methods A 525、 pp. 284-288、2004。S. Janek、他、“Development of dose delivery verification by PET imaging of photonuclear reactions following high energy photon therapy，”Phys. Med. Biol.、vol. 51 (2006) pp. 5769-5783）。

将来、腫瘍細胞や正常細胞の活性度を即時に判定できるような新しいＰＥＴ薬剤が実用化されれば、腫瘍位置や線量分布の画像化だけでなく、腫瘍細胞への治療効果や周囲正常細胞への影響をリアルタイムにモニタリングして、照射をより的確に制御することも可能になると見込まれる。

通常のPET装置ではリング状に検出器を配置するが、治療装置に併せて設置するためには、治療ビームを遮ることのないように、検出器を配置する必要がある。これまでに、平面型の２つのPET検出器を治療装置のベッドを挟むように設置する対向ガンマカメラ型ＰＥＴ装置が検討されてきたが、検出器の隙間により、画像再構成に必要な情報が欠落するために分解能が不均一になってしまうことに加え、装置感度が低下するという決定的な問題点を有していた（Ｐ．Ｃrespo、他、“Ｏn the detector arrangement for in-beam ＰＥＴ for hadron therapy monitoring，”Ｐhys．Ｍed．Ｂiol．誌、vol．51（2006）pp．2143−2163、山口哲、他、“患者セットアップのための分子イメージング装置の開発−Open-PET装置の基礎シミュレーション−,”医学物理、第28巻、Sup. 2（2008）pp.256-257）。

ＰＥＴ装置の感度を高めるためには、図１（ａ）に例示する如く、検出器をトンネル状に密に配置してマルチリング型検出器１０を構成し、立体角を高める必要があるが、長いトンネル状の患者ポートは、検査中の患者６の心理的ストレスを高めると共に、患者への手当ての障害にもなる。これに対して、出願人は、図１（ｂ）に例示する如く、患者６の体軸方向に複数に分割したマルチリング型検出器（検出器リングとも称する）１１、１２を離して配置し、物理的に開放された視野領域（開放視野とも称する）を有する開放型ＰＥＴ装置を提案している。開放領域は、図２に示す如く、残存するマルチリング型検出器１１、１２間の同時計数線から、画像が再構成される。図において、８はベッドである。

これまでに、図１（ｂ）や図２に示すように、検出器を均等幅に２分割した開放型ＰＥＴ装置の設計が行なわれている（Ｔaiga Ｙamaya，Ｔaku Ｉnaniwa，Ｓhinichi Ｍinohara，Ｅiji Ｙoshida，Ｎaoko Ｉnadama，Ｆumihiko Ｎishikido，Ｋengo Ｓhibuya，Ｃhih Ｆung Ｌam and Ｈideo Ｍurayama，“Ａproposal of an open ＰＥＴ geometry，”Ｐhy．Ｍed．Ｂiol．，53，pp．757-773，2008．）。開放型PET装置は、検出器に干渉することなくビーム照射を行うことができるため、放射線治療のモニタリングに適している。

ここで、図３に示す如く、それぞれの検出器リング１１、１２の体軸方向寸法（幅とも称する）をＷとして、間の開放領域の体軸方向寸法（隙間とも称する）をＧとすると、体軸方向視野は２Ｗ＋Ｇとなる。図３（ｃ）に示す如く、開放領域隙間ＧがＷを越えると、画像化できる領域が体軸方向に断続してしまうため、体軸方向に連続した視野を得るための開放領域隙間Ｇの上限は、図３（ｂ）に示す如く、Ｗとなる。しかし、開放領域の中央に感度が集中し、開放領域の周辺で感度が極端に低下してしまう。開放領域の両端における極端な感度低下を抑制するためには、図３（ａ）に示すように、ＧをＷより小さく設定する必要があるが、開放領域隙間及び体軸方向視野が減少してしまう（上記文献参照）。

このように、出願人が先に提案した開放型ＰＥＴ装置では、開放領域の中央に感度が集中し、開放領域の周辺で感度が極端に低下してしまう問題があるため、この局所的な感度低下を抑制するためには、Gに対して相対的にWを拡大する必要があった。また、開放領域隙間はＷに制限されるため、開放領域隙間を更に拡大するためにも、Ｗ自体を拡大する必要があった。しかし、１つのマルチリング型検出器を構成する検出器数の増加により、装置が高価格化、大型化、複雑化してしまうという問題点を有していた。

特に、開放型PET装置を用いて粒子線治療のモニタリングを行う際、ビーム照射中は、検出器の回路自体が影響を受けるなどして検出器の性能が低下したり故障したりする恐れがある。よって、ビーム照射中は、検出器を照射野から数十cm離しておく必要がある。しかし、先に述べた通り、開放領域隙間Gを拡大するためには、検出器の体軸方向寸法W自体を拡張する必要があるが、装置の高価格化、大型化、複雑化は望ましくない。あるいは、照射終了後に照射野近辺へ移動させてからPET計測を行う方法が考えられるが、移動時間の分だけ患者の拘束時間を増やしてしまう問題がある。加えて、ビーム照射によって生成される核種の半減期は数十秒から２０分程度と非常に短いことに加え、血流などの影響によって生体内で核種が移動してしまうことから、照射直後からPET計測を行うことが望ましい。

本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、X線、ガンマ線や粒子線を患部に照射して行う放射線治療において、患部や治療ビームを画像化してモニタリングできるようにすることを課題とする。

（１）開放視野と照射野の関係について
図４は、第1検出器リング１１と第2検出器リング１２から構成される開放型ＰＥＴ装置であり、第１検出器リング１１のリング径をＤ１、体軸方向の感度エリア幅をＷ１、第２検出器リング１２のリング径をＤ２、体軸方向の感度エリア幅をＷ２とし、検出器リング間の隙間をＧとしている。図４は、Ｇが大きすぎて不感領域が生じている場合を図示している。文献（Ｔaiga Ｙamaya，Ｔaku Ｉnaniwa，Ｓhinichi Ｍinohara，Ｅiji Ｙoshida，Ｎaoko Ｉnadama，Ｆumihiko Ｎishikido，Ｋengo Ｓhibuya，Ｃhih Ｆung Ｌam and Ｈideo Ｍurayama，“Ａproposal of an open ＰＥＴ geometry，”Ｐhy．Ｍed．Ｂiol．，53，pp．757-773，2008．）に示されているように、視野中に不感領域が生じると、不感領域の周囲で画像にアーティファクトが発生してしまう。

しかし、図４に示した、直径ＤＯ、長さＷＯの円筒形の視野（開放視野と称する）に核種分布、すなわち照射野が内包されていれば、Ｇの大きさに寄らず、不感領域からの影響を受けずに画像化が可能となる。ここで、ＤＯおよびＷＯは次式により計算される。
ＷＯ＝（Ｄ１×Ｗ２＋Ｄ２×Ｗ１）／（Ｄ１＋Ｄ２） …（１）
ＤＯ＝Ｄ1×Ｄ2×ＷＯ／（Ｄ1×Ｈ2＋Ｄ2×Ｈ1） …（２）
Ｈ1＝Ｄ１×（Ｇ＋Ｗ２）／（Ｄ１＋Ｄ２） …（３）
Ｈ2＝Ｄ２×（Ｇ＋Ｗ１）／（Ｄ１＋Ｄ２） …（４）

第1の検出器リング１１と第2の検出器リング１２が同一サイズである、すなわちＤ１＝Ｄ２、Ｗ１＝Ｗ２である場合、開放視野の直径および長さは、
ＷＯ＝Ｗ１
ＤＯ＝Ｗ１×Ｄ１／（Ｇ＋Ｗ１）
となる。

（２）Ｗ１やＷ２の拡大について
開放視野を拡大するためには、第1および第2の検出器リングの体軸方向視野であるＷ１およびＷ２自体を拡大する必要があるが、検出器リングをより細かな検出器リングに分割し、体軸方向に隙間を空けて配置することで、実際の検出器数を増やさずに、Ｗ１やＷ２を拡大することができる。

図５のステップ１に示す如く、幅Ｗの検出素子又は検出素子ブロックで構成される要素検出器リング１１をユニット［０］とし、Ｄ個のユニット［０］をαＷの間隔を空けて配置した構成全体を、第１レベルのユニット［１］とする。このユニット［１］の幅Ｗ［１］は、（Ｄ＋（Ｄ−１）α）Ｗとなる。

次に、図５のステップ２に示す如く、Ｄ個のユニット［１］をαＷ［１］の間隔を空けて配置した構成全体を、第２レベルのユニット［２］とする。このユニット［２］の幅Ｗ［２］は、（Ｄ＋（Ｄ−１）α）^２Ｗとなる。

上記のステップを計Ｎ回繰り返して、図５のステップＮに示す如く、第Ｎレベルのユニット［Ｎ］を得る。即ち、幅Ｄ^ＮＷ分の要素検出器リングで、体軸方向視野（Ｄ＋（Ｄ−１）α）^ＮＷをカバーすることができる。

ここで、視野拡大の倍率は｛（Ｄ＋（Ｄ−１）α）／Ｄ｝^Ｎと定義される。例えばＤ＝２、α＝０．５の場合、Ｎ＝５なら倍率は約３倍、Ｎ＝１０なら約９倍、Ｎ＝２０なら約８７倍となる。

αは、体軸方向視野の拡大効果と、感度むらの低減効果のバランスを調整するパラメータであり、０＜α≦１の範囲であれば、ユニット毎またはステップ毎に値を変えてもよい。αを小さくする程、局所的な感度低下が抑制される一方、体軸方向視野の拡大効果は減少する。逆に、αを最大値である１に固定すれば、体軸方向視野は最大化されるが、局所的な感度低下が強調されてしまう。

なお説明上、要素検出器リング幅Ｗ、ステップ内での配置数Ｄ、αは、一定値としているが、Ｗは均一でなくてもよく、またα及びＤもステップ毎に固定である必要はない。

なお本発明に一見類似するものとして、検出器を隙間を空けてまばらに配置することによって、同時計数線のサンプリングの粗密をまばらにして均一性を高めると共に、視野領域を広げる技術思想が提案されている（特開平９−２１１１３０号公報、特開２００１−１４１８２７号公報参照）。特に、特開平９−２１１１３０号公報においては、受光面幅Ｗの検出器を一方向に配列し、端の検出器とその隣の検出器の受光面中心点間距離をＬとし、端を除く任意の検出器の隣同士の受光面中心点間距離をＬ’としたとき、Ｗ≦Ｌ≦２ＷかつＬ’＝２Ｌとすることが明記されている。Ｌ’の最大値は４Ｗとなるが、これは、隣り合あう検出器の受光面の端から端までの距離が３Ｗであることを意味している。

しかし、本技術思想は、平面撮像のポジトロンイメージング装置を対象にして考案されたものであり、画像化の原理が根本的に異なる断層撮影装置であるＰＥＴ装置への適用については一切言及していない。仮に、本技術思想に従って、リング上に検出器をまばらに配置した場合、画像再構成に必要な同時計数線が欠落してしまうため、画質の低下は避けられない。あるいは、リング上には検出器を密に配置するが、体軸方向にのみ本技術思想を応用して、個々のシングルリング型検出器をまばらに配置するＰＥＴ装置とした場合、体軸方向視野の拡大率は約２倍が上限となり有益性は少ない。

本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、マルチリングでなる検出器リングを体軸方向に互いに対向するように各検出器リングの幅よりも大きな隙間を空けて配置した開放型PET装置と、前記隙間から放射線ビームを患部にむけて照射して放射線治療を行なうための放射線治療装置とを備え、放射線治療の照射野に内在する関心領域が、開放型PET装置の視野に含まれるようにされ、PET画像を用いた照射野の位置決めやビームモニタリング、治療モニタリングが可能とされていることを特徴とする放射線治療・ＰＥＴ複合装置を提供するものである。

ここで、前記照射野の全てが、ＰＥＴ装置の視野に含まれるようにすることができる。

又、前記検出器リングにおいて、各々所定数の検出素子リングからなる所定数の要素検出器ユニットを互いに隙間を空けて配列し、該隙間が各々隙間を形成する二つの要素検出器ユニット幅の平均以下とすることができる。

又、前記検出器リングにおいて、各々所定数の検出素子リングからなる所定数の要素検出器ユニットを互いに隙間を空けて配列し、該隙間が各々隙間を形成する二つの要素検出器ユニット幅の平均以下である第１のリングセットと、所定数の要素検出器ユニットから構成される第２のリングセットが、第1のリングセットの幅と第２のリングセットの幅の平均以下となる隙間を隔てて配列することができる。

又、前記開放型ＰＥＴ装置の体軸方向の隙間を、可変とすることができる。

又、前記開放型ＰＥＴ装置において、照射野を含む隙間によって分断された
第1の検出器リングと第2の検出器リングが同一サイズで、直径Ｄ１＝Ｄ２、長さＷ１＝Ｗ２であり、隙間Gを空けて配置されている場合、開放視野の直径および長さを、
ＷＯ＝Ｗ１
ＤＯ＝Ｗ１×Ｄ１／（Ｇ＋Ｗ１）
とすることができる。

又、前記開放型ＰＥＴ装置において、第1の検出器リングと第2の検出器リングが照射野を含む隙間を形成する場合、第1の検出器リング同士、または第2の検出器リング同士では同時計数測定を行わず、第1の検出器リングと第2の検出器リングの間のみにて同時計数測定を行うことができる。

又、前記放射線ビームを呼吸フェーズに合わせて照射する呼吸同期照射において、ビーム照射の合間に合わせて計測を行うことができる。

又、前記検出器リングの構成を、各々の検出器リングによって変えることができる。

（ａ）従来の一般的なＰＥＴ装置、及び、（ｂ）出願人が先に提案した開放型ＰＥＴ装置の構成を示す斜視図及び断面図開放型ＰＥＴ装置における画面再構成の原理を示す断面図開放型ＰＥＴ装置の開放領域隙間と感度の関係を示す断面図及びグラフ開放視野と照射野の関係を示す図開放視野の拡大方法を示す図本発明の第１実施形態の構成を示す図第１実施形態の作用を示す図Ｇ＝Ｗで円筒ファントムを計測する場合の検出器配置と再構成画像の断面を示す図Ｇ＝２Ｗで円筒ファントムを計測する場合の検出器配置と再構成画像の断面を示す図Ｇ＝Ｗで球体ファントムを計測する場合の検出器配置と再構成画像の断面を示す図Ｇ＝２Ｗで球体ファントムを計測する場合の検出器配置と再構成画像の断面を示す図Ｇ＝２Ｗにおける感度分布を示す図本発明の第２実施形態を示す図本発明の第３実施形態を示す図呼吸同期制御の一例を示す図呼吸同期制御の他の例を示す図呼吸同期制御の作動を示すフローチャート

以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。

図６に、リング状の２つの同一の検出器リング１２ａ、１２ｂを、独立したガントリ（６０ａ、６０ｂ）として平行に配置し、検出器リング１２ａ、１２ｂ間に、放射線照射装置２４を挿入することによって、治療と同一時刻に同一部位をＰＥＴで確認する治療モニタリングを実現した第１実施形態の構成を示す。検出器リング１２ａ、１２ｂの位置はベッド８や照射装置２４に対して固定されていてもよいが、ここでは検出器リング間の隙間を可変にする構成としている。

具体的には、検出器リング１２ａ、１２ｂ、それぞれを囲うガントリカバー６０ａ、６０ｂ、患者６が横たわるベッド８で構成され、それぞれのガントリには車輪６２を装着し、共通又は別々のレール６４の前後に移動できる機能を持つ。

開放視野を体軸方向にずらす際は、固定ベッド８に対して検出器リング１２ａ及び１２ｂを移動させるか、又は、検出器リング１２ａ及び１２ｂを固定させてベッド８を移動させる。

放射線照射装置２４から発生された治療ビーム２２は、検出器リング１２ａ、１２ｂ間の隙間領域を通り、ＰＥＴのガントリ（６０ａ、６０ｂ）と干渉することなく、患者６の照射野に向けて照射される。放射線照射装置２４は、照射装置制御システム２６によって制御される。検出器リング１２ａ、１２ｂ間の隙間は、治療ビーム２２とＰＥＴガントリ（６０ａ、６０ｂ）が干渉しないことに加え、ビームの破砕片が検出器に影響を与えないように余裕をもって決定する。得られたＰＥＴ画像は、照射装置制御システム２６にフィードバックされ、照射野の位置決め、治療効果の確認や治療計画の修正に用いられる。

次に、計測データの処理方法について述べる。患者６の体内の核種７からは、ほぼ１８０°の角度をなして飛行する一対の消滅放射線７ａ、７ｂが四方八方に放出される。検出器リング１２ａ及び１２ｂにおいて、一対の消滅放射線７ａ、７ｂのうちの片側の計測データであるシングルイベントデータＳＤは、共通の同時計数回路４０に送られて、検出器リング１２ａと１２ｂの間の同時計数ペアの情報であるリストモードデータＬＤに変換される。

このリストモードデータＬＤは、データ収集装置４２にて記録媒体に保存された後、画像再構成装置４４に送られて、画像再構成演算を行なった後、画像表示装置４６にて再構成画像が表示される。

検出器リング１２ａ、１２ｂの移動は、コンソール装置６６から指定されたガントリ位置情報に基づき、ガントリ位置制御装置６８によって制御される。ガントリ位置情報は、同時計数回路４０を通じてリストモードデータＬＤ内に含めるか、あるいは、画像再構成装置４４に直接送る等して、画像再構成演算の際に、実際の検出器の位置情報に基づいて計算が行なえるようにする。

ビーム照射中は、PET計測にとってノイズ成分となる即発性のガンマ線が多く発生することが知られており、ビーム照射中のＰＥＴ計測データは画像化に適さない。よって、データ収集システムの負荷を避けるためには、画像再構成に使うデータのみを選択した後にデータ収集することが望ましいが、データ収集システムに余裕があれば、常にデータ収集まで行うようにして、画像再構成の前段階において、データ選択の処理を入れることも可能である。

次に、図７を参照して、第１実施形態の動作を説明する。

本実施形態は、第１検出器リング１２ａと第２検出器リング１２ｂを結ぶ一部又は全ての検出器ペアにて同時計数測定を行なうだけでなく、第１検出器リング１２ａ内の一部又は全ての検出器ペア、及び、第２検出器リング１２ｂ内の一部又は全ての検出器ペアにて同時係数測定を行うことも出来るが、開放視野のみを画像化する場合は、第１検出器リング１２ａと第２検出器リング１２ｂの間の同時計数測定のみで十分である。これによって、不要なシングルイベントデータＳＤをデータストリームの中から除去できるため、スループットが改善し、ダイナミックレンジを拡大することができる。得られたリストモードデータＬＤは、データ収集装置４２、画像再構成装置４４を経由し、画像化される。

次に、市販のＰＥＴ装置を基にして、直径８２７ｍｍの円周上に５７６個の検出素子（シンチレータ）が並んだ検出器素子リング（幅４．８ｍｍ）３２本から構成される検出器リング（体軸方向感度エリア幅Ｗ＝１５３．６ｍｍ）を左右に配置した計算機シミュレーションを行なった。左右の検出器リングの隙間Ｇは、不感領域が生じない上限であるＧ＝Ｗの場合と、この上限を超えたケースとしてＧ＝２Ｗの場合をシミュレートした。数値ファントムは、開放視野よりも大きな円筒ファントムと、開放視野内に内包される球体ファントムをシミュレートした。円筒ファントムは、一様な円筒状線源（直径２３０ｍｍ、長さ６１４．４ｍｍ）の中に直径４．０ｍｍのスポットを６３個含むものであり、円筒とスポットのコントラスト比は１：５とした。球体ファントムは、直径１２０ｍｍの球体状線源の内部に、直径１０ｍｍのスポットを9個、直径３０ｍｍのスポットを2個含むものであり、球体とスポットのコントラスト比は１：３とした。

図８から図１１は、検出器配置と再構成画像の断面を合わせて図示したものである。表示している断面画像は、視認性を高める目的で、輪郭抽出処理を施している。図８は、円筒ファントムをＧ＝Ｗの条件で計測した場合の結果、図９は、円筒ファントムをＧ＝２Ｗの条件で計測した場合の結果である。これより、物体すなわち照射野が開放視野より大きな場合、ＧがＷを超えると、不感領域の発生によって、正しく画像化できないことが分かる。

一方、図１０は、球体ファントムをＧ＝Ｗの条件で計測した場合の結果、図１１は、球体ファントムをＧ＝２Ｗの条件で計測した場合の結果である。これより、物体すなわち照射野が開放視野に内包される場合、Ｇの大きさに依らず、正しく画像化できることが分かる。

Ｇ＝２Ｗにおける、感度の分布を図１２に示す。これは、体軸上における感度分布を相対値でプロットしたものである。開放視野の体軸幅は、Ｗすなわち１５３．６ｍｍに限定される。

これに対し、図１３は、検出器リングを要素検出器リングに分割した第2実施形態を示している。この第2実施形態における左右の検出器リングは、それぞれ、４本の検出素子リングをユニット［０］として（Ｗ＝１９．２ｍｍ）、Ｄ＝２、α＝０．５、Ｎ＝３の条件で検出器を配置した結果である。用いている検出素子リングの総数は図１２と同じであるが、開放視野を２９７．６ｍｍにまで拡張しており、より大きな照射野にも対応できるようになる。

図１４は、さらに、検出器影響を避けるために検出器を照射野から離した第３実施形態を示す図である。

なお、胸部の治療などにおいては、呼吸等による患部の移動を考慮する必要がある。具体的には、例えば呼吸サイクルの呼気状態など比較的安定的な呼吸フェーズにおいて照射する治療計画を作成し、治療においては、胸部に装着したマーカーなどの動きを検出する呼吸モニタリングを行い、治療計画における呼吸フェーズと一致したときのみ、照射を行う制御を行う。

図１５は、呼吸信号の呼気フェーズに応じて、照射をONにする制御を図示したものである。このとき、照射がOFFになっているタイミング（吸気フェーズ）に合わせてＰＥＴ計測を行うことによって、一連の照射の最中において効率的にＰＥＴ計測を行うことができる。

図１５は、加速器から連続的に照射ビームを取り出せるケースを想定していたが、周期的に断続して照射ビームを取り出すケースもある。図１６は後者において、呼吸同期の照射を行う場合である。呼気フェーズと照射クロックが合致したときのみ、照射を行うことができる。よって、図１５のケースよりも照射可能なタイミングが限られてしまうが、一方で、ＰＥＴ計測が可能なタイミングは増加し、ＰＥＴ計測時間を短縮することができる。なお、治療において考慮すべき体動には、呼吸に限らず、心拍やその他の動きも含まれる。

図１７（Ａ）に示すフローチャートにおいて、まず、検出器で放射線を検出すると（Ｓ１１）、既知の技術により同時計数判定を行う（Ｓ１２）。同時に、放射線照射部近傍に設けたマーカーの動きを検出分析するなどして得ている呼吸モニタリングデータを参照し（Ｓ１３）、呼吸フェーズ以外のフェーズを選んで（Ｓ１４）、同時計数と判定したデータを収集し（Ｓ１５）、照射が終了して計測も終了する（Ｓ１６）と、収集したデータを基に画像再構成をおこない（Ｓ１７）、画像を出力する（Ｓ１８）。

呼吸同期照射にＰＥＴ計測を適用した例は、これまでにない。図１７（Ｂ）に示すフローチャートは、呼吸同期照射ではない通常の照射において、呼吸モニタリングデータを参照する代わりにステップＳ１３において加速器情報を参照している既知の技術を示す。本発明に於いては呼吸モニタリングデータを参照しているので、照射システムに影響することなく簡便にＰＥＴ計測のための同期データを取得できるほか、呼吸フェーズ毎にＰＥＴ画像再構成を行うなどして、呼吸によるＰＥＴ画像のぶれを抑制することも可能になる。

なお、リング形状は円に限定されず、８角形や６角形等の多角形でも良い。

産業上の利用の可能性

X線、ガンマ線や粒子線を患部に照射して行う放射線治療において、患部や治療ビームの様子を画像化してモニタリングできるようになる。

Claims

マルチリングでなる検出器リングを体軸方向に互いに対向するように各検出器リングの幅よりも大きな隙間を空けて配置した開放型PET装置と、
前記隙間から放射線ビームを患部に向けて照射して放射線治療を行なうための放射線治療装置とを備え、
放射線治療の照射野に内在する関心領域が、開放型PET装置の視野に含まれるようにされ、PET画像を用いた照射野の位置決めやビームモニタリング、治療モニタリングが可能とされていることを特徴とする放射線治療・ＰＥＴ複合装置。
前記照射野の全てが、ＰＥＴ装置の視野に含まれることを特徴とする請求項１に記載の放射線治療・ＰＥＴ複合装置。
前記検出器リングにおいて、各々所定数の検出素子リングからなる所定数の要素検出器ユニットが互いに隙間を空けて配列されており、該隙間が各々隙間を形成する二つの要素検出器ユニット幅の平均以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の放射線治療・ＰＥＴ複合装置。
前記検出器リングにおいて、各々所定数の検出素子リングからなる所定数の要素検出器ユニットが互いに隙間を空けて配列されており、
該隙間が各々隙間を形成する二つの要素検出器ユニット幅の平均以下である第１のリングセットと、所定数の要素検出器ユニットから構成される第２のリングセットが、第1のリングセットの幅と第２のリングセットの幅の平均以下となる隙間を隔てて配列されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の放射線治療・ＰＥＴ複合装置。
前記開放型ＰＥＴ装置の体軸方向の隙間が、可変とされていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の放射線治療・ＰＥＴ複合装置。
前記開放型ＰＥＴ装置において、照射野を含む隙間によって分断された
第1の検出器リングと第2の検出器リングが同一サイズで、直径Ｄ１＝Ｄ２、長さＷ１＝Ｗ２であり、隙間Gを空けて配置されている場合、開放視野の直径および長さが、
ＷＯ＝Ｗ１
ＤＯ＝Ｗ１×Ｄ１／（Ｇ＋Ｗ１）
であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の放射線治療・ＰＥＴ複合装置。
前記開放型ＰＥＴ装置において、第1の検出器リングと第2の検出器リングが照射野を含む隙間を形成する場合、第1の検出器リング同士、または第2の検出器リング同士では同時計数測定を行わず、第1の検出器リングと第2の検出器リングの間のみにて同時計数測定を行うことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の放射線治療・ＰＥＴ複合装置。
前記放射線ビームを呼吸フェーズに合わせて照射する呼吸同期照射において、ビーム照射の合間に合わせてPET計測を行うことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の放射線治療・ＰＥＴ複合装置。
前記検出器リングの構成を、各々の検出器リングによって変えることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の放射線治療・ＰＥＴ複合装置。