WO2019064337A1 - 粒子線治療装置 - Google Patents

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WO2019064337A1
WO2019064337A1 PCT/JP2017/034710 JP2017034710W WO2019064337A1 WO 2019064337 A1 WO2019064337 A1 WO 2019064337A1 JP 2017034710 W JP2017034710 W JP 2017034710W WO 2019064337 A1 WO2019064337 A1 WO 2019064337A1
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WO
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emission
visibility
range
particle beam
possible range
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PCT/JP2017/034710
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English (en)
French (fr)
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裕介 坂本
卓紀 角尾
洋一 今林
孝之 瀬光
坂手　寛治
啓太 吉田
Original Assignee
三菱電機株式会社
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Publication date
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00—Radiation therapy
    • A61N5/10—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy

Definitions

  • the present invention relates to a particle beam treatment apparatus that performs treatment by irradiating a particle beam (charged particle beam) to an affected part such as a tumor.
  • a particle beam charged particle beam
  • Image-guided particle therapy is known as a technique for precisely irradiating a treatment beam (particle beam) to an affected area in a respiratory movement site such as lung or liver in particle beam therapy.
  • the IGPT acquires image information of the affected area by in-vivo imaging means such as X-ray fluoroscopy, for example, and automatically specifies the position of the affected area by image analysis technology using a computer.
  • the IGPT moves by irradiating the treatment beam when the position of the affected area is within a predetermined range, and interrupting the irradiation of the treatment beam when the position of the affected area deviates from the predetermined range. It is possible to improve the irradiation accuracy to the affected area.
  • Image-guided radiotherapy is known as a technique for precisely irradiating radiation such as X-rays to an affected area located in a region which is moved by respiration, such as lung and liver. Similar to IGPT, IGRT acquires image information of the affected area by internal imaging means such as X-ray fluoroscopy, and automatically specifies the position of the affected area by image analysis technology using a computer. The IGRT irradiates radiation when the position of the affected area is within a predetermined range, and the affected area moves by interrupting the radiation when the position of the affected area deviates from the predetermined range. Irradiation accuracy can be enhanced.
  • Patent Document 1 in order to prevent misrecognition of a tracking target in a captured X-ray image, a secondary tracking target, which is an alternative marker, is placed in the vicinity of a main tracking target, which is a tumor, A motion tracking device is disclosed that continues tracking based on a secondary tracking target when the similarity to a template is low. Further, Patent Document 1 discloses a radiotherapy system which emits a therapeutic X-ray or irradiates a particle beam, which is provided with this moving body tracking device.
  • the radiation therapy system of Patent Document 1 suspends therapeutic X-ray radiation or particle beam irradiation if the degree of similarity between the main tracking target and the template is low, and continues moving body tracking, and the main tracking target and the secondary tracking target If the similarity between both and the template is low, the radiography is stopped and the therapeutic X-ray radiation or particle beam irradiation is stopped.
  • Patent Document 2 discloses a particle beam treatment system which performs gate irradiation by defining different emission possible ranges for each irradiation position of scanning irradiation, for the purpose of shortening a treatment time while maintaining a planned dose distribution. ing.
  • the peripheral portion of the affected area (target), the end of the range of the affected area, and the low dose area are made small emission areas, and the other areas are made large emission areas. Irradiating.
  • Patent No. 5954734 (figure 4-figure 7) JP, 2014-57738, A (Drawing 1, Drawing 6, Drawing 8) N. Dalal and B. Triggs, “Histograms of Oriented Gradients for Human Detection”, CVPR 05, 2005 Yusuke Mutoh, Kazutaka Shibata, Tsutomu Endo, "A hand shape recognition method using HOG features combining SVM and sequential learning", IEICE technical report, PRMU, pattern recognition / media understanding 109 (470), 459-464, 2010-03-08 D.
  • G. Lowe “Distinctive Image Features from Scale-Invariant Keypoints”, International Journal of Computer Vision November 2004, Volume 60, Issue 2, pp 91-110
  • the radiation therapy system of Patent Document 1 continues the tracking based on the secondary tracking object when the similarity between the main tracking object and the template is low, but the similarity between the main tracking object and the template is low. Since the therapeutic X-ray radiation or particle beam irradiation is interrupted, there is a problem that the irradiation time is extended and lengthened.
  • the particle beam therapy system of Patent Document 2 irradiates the particle beam by setting the periphery of the affected area, the end of the range of the affected area, and the area around the low dose area to a small emission possible area and the other areas as a large emission possible area. However, when the irradiation position of the affected area is not within the set range, the particle beam irradiation is stopped as in the case of the normal gate irradiation, so that the irradiation time is extended and prolonged.
  • the present invention is intended to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a particle beam therapy system capable of minimizing the extension of the irradiation time while maintaining the irradiation accuracy.
  • the particle beam therapy system of the present invention generates a charged particle beam and generates a beam generator for accelerating to a predetermined energy by an accelerator, a beam transport system for transporting a charged particle beam accelerated by the beam generator, and a beam transport system
  • a particle beam irradiation apparatus for irradiating a patient with a charged particle beam transported in the X direction and Y direction perpendicular to the beam axis of the charged particle beam by an X direction scanning electromagnet and a Y direction
  • a moving object tracking device that tracks an object to be tracked in the body of the placed patient and generates an ejectable signal indicating whether or not the charged particle beam can be emitted.
  • the motion tracking device includes an in-vivo imaging device for capturing the movement of a tracking target, and an emission signal generating device for generating an emission enable signal based on a captured image captured by the in-vivo imaging device.
  • the emission signal generation device includes a position specifying unit that specifies a position of a tracking target by performing image processing on a captured image, a visibility determination unit that determines a good degree of visibility of the captured image, and a position specifying unit. And a signal generation unit that generates an ejectable signal based on a specified position that is a specified position of the tracking target.
  • the particle beam irradiation apparatus includes an irradiation management apparatus that controls the charged particle beam to be irradiated to the patient when the emission enable signal indicates that the emission is possible.
  • the signal generation unit is configured to track the selected emission enable range, which is an emission enable range selected from among a plurality of predetermined emission enable ranges according to the visibility determination result of the captured image by the visibility determination unit. When there is a specific position, it generates an ejectable signal indicating that the charged particle beam can be emitted.
  • the particle beam therapy system is capable of emitting the charged particle beam when the emission possible range is selected according to the result of the visibility determination of the photographed image and the selected selective emission possible range has the specific position of the tracking target. Since the moving object tracking device that generates the ejectable signal that indicates the d) is provided, it is possible to reduce the extension of the irradiation time as much as possible while maintaining the irradiation accuracy.
  • FIG. 1 shows the structure of the moving body tracking device by Embodiment 1 of this invention.
  • BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a schematic block diagram of the particle radiotherapy apparatus by Embodiment 1 of this invention. It is a figure which shows the structure of the particle beam irradiation apparatus of FIG. It is a figure explaining the 1st possible radiation range used for the moving body tracking device of FIG. It is a figure explaining the 2nd possible radiation range used for the moving body tracking device of FIG. It is a figure explaining the radiation possible signal which the moving body tracking device of Drawing 1 generates. It is a figure explaining the radiation possible signal which the moving body tracking device of Drawing 1 generates.
  • FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a moving object tracking device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic block diagram of the particle beam therapy system according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a diagram showing the configuration of the particle beam irradiation system of FIG.
  • FIG. 4 and FIG. 5 are diagrams for explaining a first possible radiation range and a second possible radiation range, respectively, used for the moving object tracking device of FIG. 6 and 7 are diagrams for explaining the ejectable signals generated by the moving object tracking device of FIG.
  • FIG. 8 is a flow chart showing the operation of the moving object tracking device of FIG.
  • FIG. 9 is a view showing another example of step S 004 of FIG.
  • the moving object tracking device 10 includes an X-ray imaging device 3 including an X-ray tube 1 and an X-ray image receiver 2, and an emission signal generation device 11.
  • the X-ray imaging apparatus 3 perspectives the tracking target with X-rays and captures the movement of the tracking target that has been viewed.
  • the tracking target is an affected area 15 to which a charged particle beam (particle beam) is irradiated, or an organ in the vicinity of the affected area 15 and known in advance to move following the affected area 15 (referred to as a surrogate) .
  • the emission signal generation device 11 performs image processing on the X-ray image Imc obtained by the X-ray imaging device 3 to specify the position of the tracking target by the image processing, and the obtained X-ray image Imc
  • a visibility determination unit 13 that determines a good degree of visibility
  • a signal generation unit that outputs an emission enable signal sig1 that permits emission of the charged particle beam 31 when the specified position of the tracking target is within a predetermined range
  • the moving object tracking device 10 according to the first embodiment is an example in which the visibility is determined by one determination criterion.
  • the X-ray imaging apparatus 3 is an example of an in-vivo imaging apparatus that captures the movement of a tracking target in the body of a patient 45, and the X-ray image Imc is an example of a captured image captured by the in-vivo imaging apparatus.
  • the signal generation unit 14 indicates whether or not the light can be emitted, that is, can indicate whether or not the light can be emitted, based on the information on the possible emission area Iad (information of the possible emission areas Ad1 and Ad2) and the determination result of the visibility determination unit 13 Generate a signal sig1.
  • the determination result of the visibility determination unit 13 indicates good visibility (good determination)
  • the signal generation unit 14 can emit light when the position of the tracking target is within a predetermined first range (ejectable range Ad1).
  • the determination result of the visibility determination unit 13 is a visibility defect (defect determination)
  • the position of the tracking target is within a predetermined second range (ejectable range Ad2).
  • a radiation enable signal sig1 indicating that radiation is possible is output.
  • the signal generation unit 14 outputs an available radiation signal sig1 indicating that the emission is not possible.
  • the particle beam therapy system 51 includes a beam generator 52, a beam transport system 59, and particle beam irradiators 58a and 58b.
  • the beam generator 52 has an ion source (not shown), a pre-accelerator 53, and a charged particle accelerator 54.
  • the particle beam irradiation device 58b is installed in the rotating gantry 6 (see FIG. 1).
  • the particle beam irradiation device 58 a is installed in an irradiation chamber which does not have the rotating gantry 6.
  • the role of the beam transport system 59 is in communication between the charged particle accelerator 54 and the particle beam irradiation devices 58a and 58b.
  • a part of the beam transport system 59 is installed in the rotating gantry 6, and has a plurality of deflection electromagnets 55a, 55b, 55c in that part.
  • the charged particle beam 31 which is a particle beam such as a proton beam generated by the ion source, is accelerated by the pre-stage accelerator 53 and is incident on the charged particle accelerator 54 from the incidence device 46.
  • the charged particle accelerator 54 is, for example, a synchrotron.
  • the charged particle beam 31 is accelerated to a predetermined energy.
  • the emission enable signal sig1 indicates that the emission is possible, it is emitted from the emitting device 47 of the charged particle accelerator 54, and the charged particle beam 31 is transported to the particle beam irradiation devices 58a and 58b via the beam transport system 59. .
  • the particle beam irradiation devices 58 a and 58 b irradiate the charged particle beam 31 to the affected area 15 of the patient 45.
  • the reference numeral 58 of the particle beam irradiation apparatus is generally used, and 58a and 58b are used in the case of being separately described.
  • the charged particle beam 31 is not emitted from the emission device 47 of the charged particle accelerator 54 when the emission enable signal sig1 indicates that the emission is not possible.
  • the charged particle beam 31 generated by the beam generator 52 and accelerated to a predetermined energy is transmitted to the particle beam irradiation device 58 via the beam transport system 59 when the emission enable signal sig1 indicates that the emission is possible.
  • the particle beam irradiation device 58 scans the charged particle beam 31 in the X and Y directions which are directions perpendicular to the charged particle beam 31, the X direction scanning electromagnet 32 and the Y direction scanning electromagnet 33, and the position monitor 34.
  • a dose data converter 36, a beam data processing device 41, a scanning electromagnet power source 37, and an irradiation management device 38 for controlling the particle beam irradiation device 58.
  • the irradiation management device 38 includes an irradiation control computer 39 and an irradiation control device 40.
  • the dose data converter 36 includes a trigger generator 42, a spot counter 43, and an inter-spot counter 44.
  • the traveling direction of the charged particle beam 31 is the -Z direction.
  • the X direction scanning electromagnet 32 is a scanning electromagnet that scans the charged particle beam 31 in the X direction
  • the Y direction scanning electromagnet 33 is a scanning electromagnet that scans the charged particle beam 31 in the Y direction.
  • the position monitor 34 detects beam information for calculating a passing position (center of gravity position) and a size of a beam through which the charged particle beam 31 scanned by the X direction scanning electromagnet 32 and the Y direction scanning electromagnet 33 passes.
  • the beam data processing device 41 calculates the passing position (the position of the center of gravity) and the size of the charged particle beam 31 based on beam information composed of a plurality of analog signals (beam information) detected by the position monitor 34. Further, the beam data processing device 41 generates an abnormality detection signal indicating position abnormality or size abnormality of the charged particle beam 31, and outputs the abnormality detection signal to the irradiation management device 38.
  • the dose monitor 35 detects the dose of the charged particle beam 31.
  • the irradiation management device 38 controls the gate irradiation and irradiation position of the charged particle beam 31 in the affected part 15 of the patient 45 based on the treatment plan data and the emission enable signal sig1 created by the treatment planning device (not shown), and the dose monitor 35
  • the charged particle beam 31 is moved to the next irradiation position when the dose measured by the D.D. and converted into digital data by the dose data converter 36 reaches the target dose.
  • the scanning electromagnet power source 37 sets the setting current of the X direction scanning electromagnet 32 and the Y direction scanning electromagnet 33 based on the control input (command) to the X direction scanning electromagnet 32 and the Y direction scanning electromagnet 33 output from the irradiation management device 38. Change.
  • the irradiation management device 38 controls each device of the particle beam therapy device 51 based on the treatment plan data when the emission enable signal sig1 indicates that the emission is possible.
  • the radiation management device 38 interrupts the radiation based on the treatment plan data when the radiation enable signal sig1 indicates that radiation is not possible.
  • the scanning irradiation method of the particle beam irradiation device 58 is a raster scanning irradiation method in which the charged particle beam 31 is not stopped when changing the irradiation position of the charged particle beam 31.
  • the irradiation position was shown as a method of moving successively between the spot positions.
  • the spot counter 43 measures the irradiation dose while the beam irradiation position of the charged particle beam 31 is stationary.
  • the inter-spot counter 44 measures the irradiation dose while the beam irradiation position of the charged particle beam 31 is moving.
  • the trigger generation unit 42 generates a dose expiration signal when the dose of the charged particle beam 31 at the beam irradiation position reaches the target irradiation dose.
  • a patient 45 placed and fixed on the treatment table 4 is disposed so as to be sandwiched between the X-ray tube 1 and the X-ray receiver 2.
  • the 31 beam axes 8 intersect at the isocenter If.
  • the isocenter If is a reference when irradiating the charged particle beam 31.
  • the isocenter If is a point of intersection of the gantry rotation axis and the beam axis 8 of the charged particle beam 31 when the particle beam irradiation device 58 is mounted on the rotating gantry 6, and is a reference of the irradiation target. Further, when the particle beam irradiation device 58 is not mounted on the rotating gantry 6, the isocenter If is on the beam axis 8 and is the reference of the irradiation target determined within the adjustable range of the treatment table 4.
  • FIG. 1 shows an example in which the beam axis 8 and the X-ray radiation axis 7 intersect at 45 °.
  • the coordinate system of the tracking target such as the affected area 15 tracked by the moving body tracking device 10 has, for example, the rotation axis of the rotating gantry 6 as the z axis, the X-ray radiation axis 7 of the X-ray imaging device 3 as the y axis, and the z axis and y It is a coordinate system in which an axis perpendicular to the axis is the x axis.
  • the affected area 15 is a site that moves by breathing, such as lungs and liver.
  • the affected area 15 is moving like the affected area movement 16 of FIG. In FIG.
  • the structure for making it difficult to see the affected area 15 of the X-ray fluoroscopic image captured by the moving object tracking device 10 does not overlap the affected area 15, so the visibility is good.
  • the structure 17 which makes it difficult to view the affected area 15 of the X-ray fluoroscopic image captured by the moving body tracking device 10 overlaps the affected area 15, the visibility is poor.
  • the structure 17 is, for example, a bone or the like. Detailed definitions of visibility will be described later.
  • the position specifying part 12 specifies the position of the tracking target with high accuracy, but as shown in FIG. If the gender is poor (if it is low), there may be a gap between the position of the tracking target indicated by the position identification unit 12 and the true position of the tracking target. Therefore, even if the position of the tracking target indicated by the position specifying unit 12 falls within the predetermined range, ie, the first range (extractable range Ad1), the true position may not fall within the predetermined range. obtain. If the charged particle beam 31 is irradiated in such a state, there is a risk that the charged particle beam 31 does not hit the entire diseased part, or the unnecessary charged particle beam 31 is irradiated to an area other than the diseased part.
  • the signal generation unit 14 outputs an emission enable signal sig 1 which permits emission of the charged particle beam 31.
  • the second range (projectable range Ad2) be set narrower than the first range (projectable range Ad1). More specifically, the second range (the possible emission range Ad2) is inferior to the first range (the possible emission range Ad1) in position identification accuracy and visibility when the visibility of the tracking target is good. It is considered desirable to set a smaller value for the difference in position identification accuracy.
  • FIG. 5 shows an example in which the first range (projectable range Ad1) includes the second range (projectable range Ad2), the first range (projectable range Ad1) corresponds to the second A part of the range (projectable range Ad2) may be included.
  • the emission enable signal sig1 generated by the moving object tracking device 10 according to the position of the affected area 15 will be described with reference to FIGS. 6 and 7 show the diseased part movement waveform 18 and the radiation enable signal sig1 together in order to facilitate understanding of the timing.
  • the horizontal axis in FIGS. 6 and 7 is time, and the vertical axis is the position of the affected area.
  • the emission enable signal sig1 has a high signal level (H level) when emission of the charged particle beam 31 is permitted, and a low signal level (L level) when emission of the charged particle beam 31 is not permitted. An example was shown.
  • the broken line 19 indicates the state of the possible radiation range.
  • FIG. 6 corresponds to the case where the visibility of the affected area 15 (tracking target) shown in FIG.
  • the state of the possible radiation range indicates the possible radiation range Ad1.
  • the radiation possible signal sig1 is in the radiation possible state (H state).
  • the radiation possible signal sig1 is in the radiation impossible state (L state).
  • emission possible range Ad1 and Ad2 is mentioned later.
  • FIG. 7 corresponds to the case where the visibility of the affected area 15 (tracking target) shown in FIG. 5 is poor (low status), and the state of the available radiation range is the available radiation range at time t1.
  • the range Ad2 is from the range Ad2 to the range Ad2.
  • Time region R1 until time t1 is a region where the visibility of affected part 15 (tracking object) is good, and time region R2 after time t1 is poor in visibility of affected part 15 (tracking object) It is an area (an area with low visibility).
  • the radiation enable signal sig1 is the same as in FIG.
  • the radiation possible signal sig1 is in the radiation possible state (H state).
  • the radiation possible signal sig1 is in the radiation impossible state (L state).
  • the time region R2 when the estimated position of the affected area 15 is within the range of the possible radiation range Ad2, the possible radiation signal sig1 is in the possible radiation state (H state).
  • the radiation possible signal sig1 is in the radiation impossible state (L state).
  • the possible radiation signal sig1 in the time region R1 is the time when the radiation possible signal sig1 in the time region R2 is in the radiation possible state (H state) It is shorter than the time in the radiation enable state (H state).
  • step S001 the position specifying unit 12 of the emission signal generation device 11 acquires a template Imr to be tracked (reference image acquisition procedure).
  • the template is an image of a tracking target prepared in advance for position estimation.
  • the template may include surrounding structures and the like in addition to the tracking target.
  • step S002 the position specifying unit 12 and the signal generation unit 14 acquire information on the possible radiation ranges Ad1 and Ad2 (a possible radiation range acquiring procedure).
  • step S003 the position specifying unit 12 acquires an X-ray image Imc currently captured from the X-ray receiver 2 of the X-ray imaging apparatus 3 (X-ray image acquisition procedure).
  • step S 004 visibility determination of the X-ray image Imc and position estimation of the tracking target are performed (visibility determination and position estimation procedure).
  • the visibility determination and position estimation procedure of step S 004 includes the visibility determination procedure of step S 005 and the tracking target position estimation procedure of step S 006.
  • the order of the visibility determination procedure and the tracking target position estimation procedure differs depending on the determination method of visibility.
  • FIG. 8 shows an example in which the tracking target position estimation procedure follows the visibility determination procedure. This example is a case where the visibility determination procedure is executed by a determination method based on the degree of similarity described later.
  • the visibility determination unit 13 determines the visibility of the X-ray image Imc (visibility determination procedure).
  • step S 006 the position specifying unit 12 compares the X-ray image Imc with the template Imr to estimate the position of the tracking target (tracking target position estimation procedure).
  • step S007 the signal generation unit 14 confirms the visibility result of the tracking target in the X-ray image Imc (visibility result confirmation procedure). If the visibility of the tracking target is good, the process proceeds to step S008, and if the visibility of the tracking target is poor (if the visibility is low), the process proceeds to step S009.
  • step S 008 the signal generation unit 14 determines whether the estimated position of the tracking target is within the range of the emergent possible range Ad 1 (first emergent possibility determination procedure). If the estimated position of the tracking target is within the range of the ejectable range Ad1, the process proceeds to step S010, and if the estimated position of the tracking target is outside the range of the ejectable range Ad1, the process proceeds to step S011.
  • step S 009 the signal generation unit 14 determines whether the estimated position of the tracking target is within the range of the emergent possible range Ad 2 (second emergent possibility determination procedure).
  • Ad 2 second emergent possibility determination procedure
  • step S010 the signal generation unit 14 generates an emission enable signal sig1 capable of emitting, and transmits the emission enable signal sig1 to the irradiation management device 38.
  • step S011 the signal generation unit 14 generates an emission impossible signal sig1 which can not be emitted, and transmits it to the irradiation management device 38.
  • extraction signal generation device 11 determines whether or not the treatment has ended, and proceeds to step S003 if the treatment has not ended, and ends if the treatment has ended.
  • FIG. 10 is a diagram showing a hardware configuration for realizing the function of the outgoing radiation signal generation device of FIG.
  • Each function of the extraction signal generation device 11 is realized by the processor 98 executing a program stored in the memory 99.
  • the plurality of processors 98 and the plurality of memories 99 may cooperate to execute the above function.
  • FIG. 11 to FIG. 11 and 12 are diagrams showing a first example of an ejectable range used for the moving object tracking device of FIG.
  • FIGS. 13 and 14 are diagrams showing a second example of the ejectable range used for the moving object tracking device of FIG.
  • FIGS. 15 and 16 are diagrams showing a third example of an ejectable range used for the moving object tracking device of FIG.
  • the first example of the projectable range is a setting range 23 a of a size that can include all of the tracking objects 22.
  • the determination as to whether or not the emission is possible using the first example of the possible emission range is made using the entire tracking target 22.
  • the signal generation unit 14 In the case of the first example of the possible radiation range, the signal generation unit 14 generates the possible radiation signal sig1 indicating that radiation is possible when all the tracking targets 22 are within the range of the setting range 23a, and in other cases.
  • the signal generation unit 14 generates a radiation enable signal sig1 indicating that radiation can not be performed.
  • FIG. 11 is a view in the case where emission is possible
  • FIG. 12 is a view in the case where emission is not possible.
  • a second example of the possible radiation range is a rectangular setting range 23 b smaller than the circumscribed rectangle 24 circumscribing the tracking target 22.
  • the determination as to whether or not the emission is possible using the second example of the possible emission range is determined using the center 25 of the circumscribed rectangle 24 circumscribing the tracking target 22.
  • the signal generation unit 14 when the center 25 of the circumscribed rectangle 24 is within the range of the set range 23b, the signal generation unit 14 generates the possible radiation signal sig1 indicating that radiation is possible, and in other cases In addition, the signal generation unit 14 generates a radiation enable signal sig1 indicating that radiation can not be performed.
  • FIG. 13 is a view in the case where emission is possible
  • FIG. 14 is a view in the case where emission is not possible.
  • the third example of the possible radiation range is a setting range 23 c smaller than the tracking object 22.
  • the determination as to whether or not the emission is possible using the third example of the possible emission range is made using the center of gravity 26 of the tracking target 22.
  • the center of gravity 26 of the tracking target 22 takes, for example, the position of the center of gravity set on the template Imr of the tracking target 22 as the center of gravity 26.
  • the setting range 23 c is a rectangular example, but may be another shape depending on the shape of the tracking target 22.
  • the signal generation unit 14 In the third example of the possible radiation range, the signal generation unit 14 generates the possible radiation signal sig1 indicating that radiation is possible when the center of gravity 26 of the tracking target 22 is within the setting range 23c, and in other cases In addition, the signal generation unit 14 generates a radiation enable signal sig1 indicating that radiation can not be performed.
  • FIG. 15 is a view in the case where emission is possible
  • FIG. 16 is a view in the case where emission is not possible.
  • FIGS. 17 to 21 are diagrams for explaining first to fifth examples of the visibility determination method of the visibility determination unit of FIG. 1, respectively.
  • the first example of the visibility determination method is a determination method based on the degree of similarity.
  • the determination method based on the degree of similarity is a method of matching the X-ray image Imc captured by the X-ray imaging apparatus 3 with the template Imr to search for a portion having the highest degree of similarity with the template Imr.
  • the searched position is estimated by the position specifying unit 12 as the position of the tracking target.
  • the determination method based on the similarity is also performed in Patent Document 1 and is a general method.
  • the tracking object 22 and the tracking obstruction of the X-ray image Imc 27 and template 60 are compared.
  • HOG Histogram of Oriented Gradient
  • SIFT scale-invariant feature transform
  • the visibility determination method may be a method based on the estimated position of the tracking target 22 in addition to the determination method based on the similarity. This method is effective, for example, in the case where the tracking target 22 and a tracking inhibition structure (tracking inhibition 27) such as bone overlap, etc., when the tracking inhibition structure that causes the deterioration of the position estimation accuracy is known in advance. .
  • the chase inhibiting structure (chase inhibitor 27) is bone.
  • the position of the tracking target 22 is estimated, and at the same time, the position of the tracking inhibition structure is estimated in the same manner. Then, when the positional relationship between the two is closer than the determination reference, it is considered that the two are overlapping, and it is determined that the visibility is low (low).
  • the positional relationship between the two is farther than the determination reference, it is considered that the two do not overlap, and it is determined that the visibility is good (high).
  • the template Imr of the tracking object 22 and the template Imr of the tracking inhibitor 27 are used. In this case, the tracking inhibitor 27 can also be considered as a tracking target.
  • the visibility determination method As shown in FIG. 18, when the tracking target 22 and a part of the tracking inhibitor 27 overlap, it is determined that the visibility is bad (low). When the tracking target 22 and the tracking inhibitor 27 do not overlap, it is determined that the visibility is good (high).
  • the visibility is poor (low) when the overlapping area S1 of the tracking target 22 and the tracking obstruction 27 is equal to or greater than a specified value (determination value) It is determined that When the overlapping area S1 of the tracking target 22 and the tracking inhibitor 27 is smaller than a designated value (determination value), it is determined that the visibility is good (high).
  • the difference between the coordinates of the center 25 of the circumscribed rectangle 24 of the tracking target 22 and the coordinates of the center 29 of the circumscribed rectangle 28 of the tracking obstacle 27 is specified.
  • the range determination range
  • Visibility is good (high) when the difference between the coordinates of the center 25 of the circumscribed rectangle 24 of the tracking target 22 and the coordinates of the center 29 of the circumscribed rectangle 28 of the tracking obstacle 27 is out of the specified range (determination range)
  • the fifth example of the visibility determination method as shown in FIG.
  • the size of bone movement is smaller than the size of organ movement by respiration.
  • the movement magnitude of the tracking obstruction 27 is small compared to the movement magnitude of the tracking object 22 and at a negligible level, then the position or contour of the tracking obstruction 27 is the algorithm at the beginning of the treatment. It is possible to determine the visibility only by estimating the position of the tracking object 22 by assuming that it is estimated or designated by the operator and does not change thereafter.
  • FIG. 22 is a flow chart showing an operation when scanning irradiation is performed by the particle beam treatment apparatus of FIG. 2, and FIG. 23 shows an operation when broad beam irradiation is performed by the particle beam treatment apparatus of FIG. FIG.
  • the irradiation management device 38 sets the beam energy of the charged particle beam 31 to the first energy in the treatment plan (energy setting procedure).
  • the scanning electromagnet power supply 37 sets the beam spot position of the charged particle beam 31 to the first position of the energy (initial position setting procedure).
  • the scanning electromagnet power supply 37 sets the set current of the X-direction scanning electromagnet 32 and the Y-direction scanning electromagnet 33 so as to be the first position (initial spot) of the energy.
  • the irradiation management device 38 determines whether or not the emission enable signal sig 1 can be emitted (emission availability determination procedure).
  • the process proceeds to step S025, and when the radiation enable signal sig1 indicates that radiation is not possible, the process proceeds to step S024.
  • step S024 the irradiation management device 38 proceeds to step S023 if the beam irradiation is not in progress, temporarily stops (suspends) the irradiation of the charged particle beam 31 if the beam irradiation is in progress, and proceeds to step S023 (conditions Beam interruption procedure).
  • step S025 the irradiation management device 38 determines whether the dose to the spot has reached a designated value (value of target dose) (dose determination procedure). If the dose has reached the designated value in step S025, the process proceeds to step S027. If the dose has not reached the designated value, the process proceeds to step S026.
  • step S026 beam irradiation of charged particle beam 31 is started when beam irradiation is not in progress, and beam irradiation is continued when beam irradiation is in progress (beam irradiation procedure).
  • step S027 the irradiation management device 38 determines whether the beam spot position of the charged particle beam 31 corresponds to the final spot of the energy (final spot determination procedure). In step S027, if the beam spot position corresponds to the final spot of the energy, the process proceeds to step S029, and if the beam spot position does not correspond to the final spot of the energy, the process proceeds to step S028.
  • step S028 the irradiation management device 38 and the scanning electromagnet power supply 37 move the beam spot position to the next spot (spot moving procedure). Specifically, the scanning electromagnet power supply 37 changes the set current of the X-direction scanning electromagnet 32 and the Y-direction scanning electromagnet 33 so as to be at the position of the next spot of the energy according to the trigger signal from the irradiation management device 38.
  • step S029 the irradiation management device 38 stops beam irradiation of the charged particle beam 31 (a beam stop procedure).
  • step S030 the irradiation management device 38 determines whether the energy is the planned final energy (energy determination procedure).
  • step S030 when the energy is not the final energy, the process proceeds to step S031, and ends when the energy is the final energy.
  • step S031 the irradiation management device 38 changes the beam energy of the charged particle beam 31 to the next energy in the treatment plan, and proceeds to step S022 (energy change procedure).
  • the charged particle beam 31 supplied to the particle beam irradiation device 58 is in the state of a so-called pencil beam focused to a diameter of several mm or less, but, for example, a circular trajectory is obtained by the X direction scanning electromagnet 32 and the Y direction scanning electromagnet 33.
  • the irradiation field can be expanded in the extending direction (surface direction) of the surface perpendicular to the beam axis 8.
  • An irradiation method using the charged particle beam 31 whose irradiation field is expanded in the surface direction is called a broad beam irradiation method.
  • a particle beam irradiation apparatus 58 for performing broad beam irradiation according to the broad beam irradiation method has, for example, a configuration as shown in FIG. FIG. 24 is a view showing another configuration of the particle beam irradiation apparatus of FIG.
  • the particle beam irradiation apparatus 58 for performing broad beam irradiation includes an X-direction scanning electromagnet 32 and a Y-direction scanning electromagnet 33 for scanning the charged particle beam 31 in the X direction and the Y direction which are directions perpendicular to the charged particle beam 31.
  • a data converter 36, a scanning electromagnet power source 37, and an irradiation management device 38 for controlling the particle beam irradiation device 58 are provided.
  • the scatterer 61 is made of lead or the like and scatters the charged particle beam 31.
  • the ridge filter 62 is made of aluminum or the like, and expands the width of the Bragg peak of the charged particle beam 31 according to the thickness of the affected area 15.
  • the range shifter 63 changes the energy of the charged particle beam 31 and changes the range of the charged particle beam 31.
  • three transmission units 64a, 64b, 64c having different thicknesses are shown.
  • the range shifter 63 attenuates and changes the energy of the charged particle beam 31 by moving the transmission units 64a, 64b and 64c to change the total thickness of the transmission units.
  • the multi-leaf collimator 65 is constituted by a leaf drive mechanism for driving each of a leaf portion and a leaf plate consisting of a plurality of leaf plates, and forms an irradiation field (planar shape) perpendicular to the beam axis 8 of the charged particle beam 31 Adjust to fit.
  • the bolus (compensation filter) 66 adjusts the energy of the charged particle beam 31 to fit the depth shape (distal shape) of the affected area 15.
  • the ridge filter 62 is formed, for example, in a shape in which a large number of pyramids or plates having a triangular cross section are arranged in the plane direction, whereby charged particle beams 31 passing through different thicknesses for each divided area in the plane direction exist. It is supposed to be. In FIG.
  • the triangular prisms are arranged sideways.
  • the Bragg peak is expanded to have a predetermined width of SOBP (Spread-Out Bragg Peak). That is, the irradiation field is expanded in the beam axis direction (depth direction) by the ridge filter 62.
  • the flow chart of FIG. 23 will be described.
  • the irradiation management device 38 sets the beam energy of the charged particle beam 31 to the beam energy value planned in the treatment plan before executing the flow of FIG. Further, the total thickness of the transmission unit in the range shifter 63 and the aperture shape of the multileaf collimator 65 are set as planned in the treatment plan.
  • the irradiation management device 38 determines whether or not the emission enable signal sig1 can be output (emission availability determination procedure). In step S041, if the radiation enable signal sig1 indicates that radiation is possible, the process proceeds to step S043. If the radiation enable signal sig1 indicates that radiation is not possible, the process proceeds to step S042.
  • step S042 the irradiation management device 38 proceeds to step S041 if the beam irradiation is not being performed, or stops (suspends) the irradiation of the charged particle beam 31 if the beam irradiation is being performed, and proceeds to step S041 (conditions Beam interruption procedure).
  • step S043 the irradiation management device 38 determines whether the dose to the affected area 15 has reached a designated value (target dose value) (dose determination procedure). In step S043, when the dose reaches the designated value, the process goes to step S045, and when the dose does not reach the designated value, the process goes to step S044.
  • step S044 beam irradiation of the charged particle beam 31 is started when beam irradiation is not in progress, and beam irradiation is continued when beam irradiation is in progress (beam irradiation procedure).
  • step S045 the irradiation management device 38 stops beam irradiation of the charged particle beam 31 (a beam stop procedure).
  • the type of accelerator of the beam generator 52 is a synchrotron
  • the type of accelerator is a cyclotron
  • the energy of the charged particle beam 31 can be changed by arranging an energy selection system (ESS: Energy Selection System) in the middle of the particle beam transport path.
  • ESS Energy Selection System
  • the moving object tracking device 10 according to the first embodiment is different from the scanning irradiation method described in the first embodiment, and includes particle beam irradiation apparatus 58 such as spot scanning and raster scanning.
  • the present invention is also applicable to the device 51.
  • the particle beam therapy system 51 generates the charged particle beam 31 and accelerates it to a predetermined energy by the accelerator (charged particle accelerator 54).
  • a moving object tracking device 10 for generating an emission enable signal sig1 indicating availability.
  • the motion tracking device 10 is based on an in-vivo imaging device (X-ray imaging device 3) for imaging the movement of the tracking target 22 and a captured image (X-ray image Imc) captured by the in-vivo imaging device (X-ray imaging device 3). And an emission signal generator 11 for generating an emission enable signal sig1.
  • the emission signal generation device 11 performs position processing on the position of the tracking target 22 by performing image processing on the captured image (X-ray image Imc), and the visibility of the captured image (X-ray image Imc).
  • a visibility determination unit 13 that determines the degree of goodness, and a signal generation unit 14 that generates an emission enable signal sig1 based on a specific position that is the position of the tracking target 22 specified by the position specification unit 12 is provided.
  • the particle beam irradiation device 58 includes an irradiation management device 38 that controls the charged particle beam 31 to be irradiated to the patient 45 when the emission enable signal sig1 indicates that the emission is possible.
  • the signal generation unit 14 selects one of a plurality of emission possible ranges Ad1 and Ad2 determined in advance according to the visibility determination result of the captured image (X-ray image Imc) by the visibility determination unit 13. When there is a specific position of the tracking object 22 in the selected emission possible range, an emission enable signal sig1 indicating the emission possible of the charged particle beam 31 is generated.
  • the particle beam therapy system 51 selects an available emission range Ad1 or Ad2 according to the result of the visibility determination of the radiographed image (X-ray image Imc), and enables selected emission. Since the moving object tracking device 10 for generating the emission enable signal sig1 indicating that the charged particle beam 31 can be emitted when the range Ad1 and Ad2 have the specific position of the tracking object 22, the irradiation time is maintained while maintaining the irradiation accuracy The extension of can be reduced as much as possible.
  • the moving object tracking device 10 has described the example of determining the visibility based on one determination criterion, the visibility may be determined based on a plurality of determination criteria.
  • the moving object tracking device 10 according to the second embodiment determines the good degree of visibility in three or more stages (the number of judgment criteria + 1) or more based on two or more judgment criteria, and sets the extraction possible range Ad according to the goodness
  • FIG. 25 is a diagram showing the configuration of a moving object tracking device according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 26 is a flow chart showing the operation of the moving object tracking device of FIG.
  • FIG. 27 is a view for explaining the possible radiation range used for the moving body tracking device of FIG. 25, and FIG.
  • the moving object tracking device 10 according to the second embodiment is different from the moving object tracking device 10 according to the first embodiment in that the emitting range information Iad including information of three emitting regions Ad1, Ad2 and Ad3 is used.
  • the signal generation unit 14 indicates whether or not light emission is possible, that is, indicates whether or not the light emission is possible, based on the judgment information of the possible radiation range information Iad (information of the possible radiation range Ad1, Ad2, Ad3) and the visibility determination unit 13.
  • An emergenable signal sig1 is generated.
  • the range of emission available in the flow chart of FIG. 8 is changed to three, and steps S007 to S009 in FIG. 8 are steps S013 and S014. Parts different from the flow of FIG. 8 will be described.
  • step S002 the position specifying unit 12 and the signal generation unit 14 acquire information on the possible radiation ranges Ad1, Ad2, and Ad3 (a possible radiation range acquiring procedure).
  • step S 004 visibility determination of the X-ray image Imc and position estimation of the tracking target are performed (visibility determination and position estimation procedure).
  • step S004 the visibility determination unit 13 determines the degree of visibility of the X-ray image Imc in three levels (visibility determination procedure). The degree of good visibility is high, medium and low. That is, the determination result of the visibility determination unit 13 is one of the high visibility determination, the during visibility determination, and the low visibility determination.
  • step S013 the signal generation unit 14 confirms the visibility result of the tracking target in the X-ray image Imc (visibility result confirmation procedure).
  • the signal generation unit 14 sets the possible radiation range Ad to the possible radiation range Ad1, Ad2, and Ad3 when the degree of visibility of the tracking target is high, medium, and low, respectively.
  • the signal generation unit 14 determines whether or not the estimated position of the tracking target is within the range of the settable extractable range Ad (extraction possibility determination procedure).
  • the process proceeds to step S010, and when the estimated position of the tracking target is outside the range of the ejectable range Ad, the process proceeds to step S011.
  • the possible radiation ranges Ad1, Ad2 and Ad3 are set as shown in FIG. 27, for example.
  • the emission possible range Ad1 is the widest range
  • the emission possible range Ad3 is the narrowest range
  • the emission possible range Ad2 is an intermediate width between these two ranges.
  • the emission possible range Ad2 is smaller than the emission possible range Ad1 by the difference between the position identification accuracy when the good degree of visibility of the tracking target is high and the position identification accuracy when the good degree of visibility is medium. It is considered desirable to set.
  • the emission possible range Ad3 is a difference between the position identification accuracy when the good degree of visibility of the tracking target is medium and the position identification accuracy when the good degree of visibility is small compared to the emission possible range Ad2 It is considered desirable to set as small as possible.
  • the possible radiation range Ad1 may include a part of the possible radiation range Ad2, and the possible radiation range Ad2 may include a part of the possible radiation range Ad3.
  • the emission possible ranges Ad1, Ad2, and Ad3 may have the same size and different positions.
  • the emission enable signal sig1 generated in steps S010 and S011 is, for example, as shown in FIG.
  • FIG. 28 shows both the diseased part movement waveform 18 and the radiation enable signal sig1.
  • the horizontal axis in FIG. 28 is time, and the vertical axis is the affected area position.
  • the emission enable signal sig1 has a high signal level (H level) when emission of the charged particle beam 31 is permitted, and a low signal level (L level) when emission of the charged particle beam 31 is not permitted.
  • H level high signal level
  • L level low signal level
  • the broken line 19 indicates the state of the possible radiation range.
  • Time region R1 until time t1 is a region where the visibility of diseased part 15 (tracking object) has a high degree of visibility
  • time region R2 from time t1 to t2 is the visibility of diseased part 15 (tracking object) It is an area
  • region R3 after time t2 is an area
  • the radiation enable signal sig1 is the same as in FIG. That is, when the estimated position of the affected area 15 is within the range of the radiation possible range Ad1, the radiation possible signal sig1 is in the radiation possible state (H state). When the estimated position of the affected part 15 is out of the range of the radiation possible range Ad1, the radiation possible signal sig1 is in the radiation impossible state (L state). In the time region R2, when the estimated position of the affected area 15 is within the range of the possible radiation range Ad2, the possible radiation signal sig1 is in the possible radiation state (H state). When the estimated position of the affected part 15 is out of the range of the radiation possible range Ad2, the radiation possible signal sig1 is in the radiation impossible state (L state).
  • the possible radiation signal sig1 is in the possible radiation state (H state).
  • the radiation possible signal sig1 is in the radiation impossible state (L state).
  • the possible radiation range Ad1 is the largest, the possible radiation range Ad3 is the smallest, and the possible radiation range Ad2 is an intermediate size between Ad1 and Ad2, the possible radiation signal sig1 is in the radiation possible state (H state The time to be) becomes shorter as it becomes the time domain R1, R2 and R3.
  • the visibility determination unit 13 determines the degree of goodness of visibility in three or more stages
  • the signal generation unit 14 determines three types predetermined according to the degree of goodness of visibility.
  • One of the above ranges projectable ranges Ad1, Ad2 and Ad3 is selected, and a possible signal sig1 for permitting emission is output when the estimated position to be tracked is within the selected range.
  • the particle beam therapy system 51 provided with the moving object tracking device 10 according to the second embodiment can select an emission possible range more appropriate than the first embodiment according to the good degree of visibility in three or more stages. The irradiation accuracy can be improved more than one.
  • the third embodiment is an example in which the moving object tracking device 10 is provided with a plurality of X-ray imaging devices 3 for capturing the movement of the tracking object from at least two different directions.
  • FIG. 29 is a diagram showing the configuration of a moving object tracking device according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 30 is a flow chart showing the operation of the moving object tracking device of FIG. 31 and 32 are diagrams for explaining the movement of the affected area imaged by the X-ray imaging apparatus of FIG.
  • FIG. 33 and FIG. 34 are diagrams for explaining the possible radiation range of the flow chart of FIG.
  • FIG. 29 includes two X-ray imaging devices 3a and 3b, and the outgoing radiation signal generation device 11 has two X-ray images Imc1 and Imc2 and two templates Imr1 and Imr2.
  • the third embodiment differs from the moving subject tracking device 10 according to the first embodiment in that emission range information Iad including information on four emission ranges Ada1, Ada2, Adb1 and Adb2 is used. Parts different from the moving object tracking device 10 according to the first embodiment will be described.
  • FIG. 29 shows an example in which the imaging direction of the X-ray imaging apparatus 3a and the imaging direction of the X-ray imaging apparatus 3b are orthogonal to each other.
  • the X-ray imaging apparatus 3a includes an X-ray tube 1a and an X-ray receiver 2a, and is disposed such that an X-ray radiation axis 7a of X-rays emitted by the X-ray tube 1a is directed in the y direction.
  • the X-ray imaging apparatus 3b includes an X-ray tube 1b and an X-ray receiver 2b, and is disposed such that the X-ray radiation axis 7b of X-rays emitted by the X-ray tube 1b is oriented in the x direction.
  • the affected area 15 imaged by the X-ray imaging apparatus 3a is displayed on, for example, a monitor as shown in a screen 21a of FIG.
  • the affected area 15 imaged by the X-ray imaging apparatus 3b is displayed on a monitor or the like as in the screen 21b of FIG. 32, for example.
  • the movement of the affected area 15 can be displayed as in the screens 21a and 21b.
  • affected part movements 16 a and 16 b are movements of the affected part representative point 20 representing the affected part 15.
  • the affected area representative point 20 may be any part of the affected area 15.
  • the affected area representative point 20 is, for example, the center of gravity.
  • the emission possible ranges Ada1 and Ada2 in FIG. 33 are emission possible ranges for the X-ray image Imc1 along the X-ray radiation axis 7a.
  • the emission possible ranges Adb1 and Adb2 in FIG. 34 are emission possible ranges for the X-ray image Imc2 with the X-ray radiation axis 7b.
  • the signal generation unit 14 indicates whether or not light emission is possible, that is, whether or not light emission is possible, based on the judgment information of the light emission possible range information Iad (information of the light emission possible ranges Ada1, Ada2, Adb1, Adb2) and the visibility determination unit 13. To generate an emission enable signal sig1.
  • the signal generation unit 14 sets the available radiation ranges Ada * and Adb * based on the determination results of the visibility determination unit 13 with respect to the X-ray images Imc1 and Imc2 for each imaging direction, and the emission location for which the estimated position of the tracking target is set.
  • Ada * the available radiation range
  • Adb * the possible radiation range
  • Ada * is the possible radiation range Ada1 or the possible radiation range Ada2.
  • Adb * is the possible radiation range Adb1 or the possible radiation range Adb2.
  • the set of the possible radiation ranges is the first set (Ada1, Adb1), the second set (Ada2, Adb1), the third set (Ada1, Adb2), and the fourth set (Ada2, Adb2).
  • the first set (Ada1, Adb1) is a case where the visibility of the X-ray images Imc1 and Imc2 is good.
  • the second set (Ada2, Adb1) is a case where the visibility of the X-ray image Imc1 is poor and the visibility of the X-ray image Imc2 is good.
  • the third set (Ada1, Adb2) is a case where the visibility of the X-ray image Imc1 is good and the visibility of the X-ray image Imc2 is poor.
  • the fourth set (Ada2, Adb2) is a case where the visibility of the X-ray images Imc1 and Imc2 is poor.
  • step S001 the position specifying unit 12 of the emission signal generation device 11 acquires the templates Imr1 and Imr2 to be tracked (reference image acquisition procedure).
  • step S 002 the position specifying unit 12 and the signal generation unit 14 acquire information of the emergent possible ranges Ada 1, Ada 2, Adb 1, and Adb 2 (ejectable range acquiring procedure).
  • step S003 the position specifying unit 12 acquires the X-ray images Imc1 and Imc2 currently captured from the X-ray receivers 2a and 2b of the X-ray imaging apparatus 3 (X-ray image acquisition procedure).
  • step S 004 visibility determination of the X-ray images Imc 1 and Imc 2 and position estimation of the tracking target are performed (visibility determination and position estimation procedure).
  • step S015 the signal generation unit 14 confirms the visibility result of the tracking object in the X-ray images Imc1 and Imc2 (visibility result confirmation procedure).
  • the signal generation unit 14 sets the possible radiation range Ada * to the possible radiation range Ada1, and sets the possible radiation range Adb * as the possible radiation range Adb1.
  • the signal generation unit 14 sets the possible radiation range Ada * to the possible radiation range Ada2, and sets the possible radiation range Adb * as the possible radiation range Adb2.
  • step S016 the signal generation unit 14 determines whether or not the estimated position of the tracking target is within the range of the emergenable range Ada * and the ejectable range Adb * in which the estimated position is set (ejecting possibility determination procedure).
  • the process proceeds to step S010, and when the estimated position of the tracking target does not correspond to the determination condition 1, step S011 Go to
  • the estimated position of the tracking target can be emitted when the estimated position of the tracking target is out of the range of the extractable range Ada * and the extractable range Adb * (not applicable 1) If it is within the range Ada * but outside the range Adb * (not applicable 2), the estimated position of the tracking target is within the range Adb * but the range Ada It is out of the range of * (not applicable 3).
  • the moving object tracking apparatus 10 includes a plurality of X-ray imaging apparatuses 3a and 3b that capture the movement of the tracking target from at least two different directions, and the X-ray obtained by the visibility determination unit 13 in each direction. A good degree of visibility of the images Imc1 and Imc2 is determined.
  • the signal generation unit 14 determines two or more types of predetermined ranges (ejectable ranges Ada1, Ada2, Adb1, Adb2) determined in advance in accordance with the degree of good visibility for each imaging direction. Select one from among the above, and when the estimated position of the tracking target is within the selected range in the entire shooting direction (within the range of the available extraction range Ada *, Adb *) Output.
  • the signal generation unit 14 determines in advance the visibility determination unit 13 according to the visibility determination result of the X-ray images (captured images) Imc1 and Imc2 for each imaging direction. There is a state where there is a specific position of the tracking target in the corresponding shooting direction in the selected available radiation range which is the available radiation range selected from among the plurality of available radiation ranges (projectable range Ada1, Ada2, Adb1, Adb2) When the above condition is satisfied in all the imaging directions, an emission enable signal sig1 indicating the emission enable of the charged particle beam 31 is generated.
  • the particle beam therapy system 51 provided with the moving object tracking device 10 according to the third embodiment can capture the movement of the tracking target from a plurality of directions, so that it is possible to select a more appropriate emitting range than the first embodiment for each imaging direction. Therefore, the irradiation accuracy can be improved more than in the first embodiment.
  • FIG. 35 is a diagram showing the configuration of a moving object tracking device according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 36 is a flow chart showing the operation of the moving object tracking device of FIG.
  • FIG. 37 and FIG. 38 are diagrams for explaining the possible radiation range of the flow chart of FIG.
  • the moving object tracking device 10 according to the fourth embodiment includes a plurality of X-ray imaging devices 3 for capturing the movement of the tracking object from at least two different directions from each other, and the moving object tracking device 10 has two or more good visibility levels.
  • the moving object tracking device 10 uses emission possible range information Iad including information of three emission possible ranges, that is, Adb1, Adb2 and Adb3 of six emission possible ranges Ada1, Ada2 and Ada3, for each imaging direction.
  • the second embodiment differs from the moving object tracking device 10 according to the third embodiment in the point.
  • the signal generation unit 14 can or can not emit light based on the emission possible range information Iad (information of Adb1, Adb2 and Adb3 of the emission possible ranges Ada1, Ada2 and Ada3) and the determination result of the visibility determination unit 13.
  • An emission enable signal sig1 is generated, which indicates that the emission is possible.
  • the emergent coverage of the flow chart of FIG. 30 is changed to six, and the degree of good visibility is changed to three levels in step S015. Portions different from the third embodiment and portions different from the flow of FIG. 30 will be described.
  • FIG. 35 shows an example in which the imaging direction of the X-ray imaging apparatus 3a and the imaging direction of the X-ray imaging apparatus 3b are orthogonal to each other.
  • step S002 the position specifying unit 12 and the signal generation unit 14 acquire information of Adb1, Adb2 and Adb3 of the emission possible ranges Ada1, Ada2 and Ada3 (ejectable range acquisition procedure).
  • step S 004 visibility determination of the X-ray images Imc 1 and Imc 2 and position estimation of the tracking target are performed (visibility determination and position estimation procedure).
  • step S004 the visibility determination unit 13 determines the degree of visibility of the X-ray images Imc1 and Imc2 in each imaging direction in three steps (visibility determination procedure). The degree of good visibility is high, medium and low.
  • step S015 the signal generation unit 14 confirms the visibility result of the tracking object in the X-ray images Imc1 and Imc2 (visibility result confirmation procedure).
  • the signal generation unit 14 sets the possible radiation range Ada * to the possible radiation range Ada1, Ada2, Ada3 when the degree of goodness of visibility of the tracking object is high, medium, or small for each shooting direction, and allows radiation.
  • the range Adb * is set to the possible radiation range Adb1, Adb2, Adb3, respectively.
  • the emission possible ranges Ada1, Ada2 and Ada3 of the X-ray image Imc1 whose imaging direction is the y direction are set as shown in FIG. 37, for example.
  • the emission possible ranges Adb1, Adb2, Adb3 of the X-ray image Imc2 whose imaging direction is the x direction are set as shown in FIG. 38, for example.
  • the available radiation ranges Ada1 and Adb1 are the widest range
  • the available radiation ranges Ada3 and Adb3 are the narrowest range
  • the available radiation ranges Ada2 and Adb2 are intermediate widths of two ranges in the corresponding photographing direction.
  • the allowable range Ada2 and Adb2 are lower than the allowable range Ada1 and Adb1 for each imaging direction, when the degree of goodness of visibility of the tracking target is high and the degree of goodness of visibility is medium. It is considered desirable to set as small as possible by the difference in the position specification accuracy. Also, compared with the possible outgoing ranges Ada2 and Adb2 for the respective shooting directions, the possible outgoing ranges Ada3 and Adb3 have a low degree of good position identification accuracy and good degree of visibility when the good degree of visibility of the tracking target is medium It is considered desirable to set smaller as much as the difference in the position specification accuracy at the time of.
  • the radiation possible range Ada1 may include a part of the radiation possible range Ada2, and the radiation possible range Ada2 may include a part of the radiation possible range Ada3.
  • the emission possible range Adb1 may include a part of the emission possible range Adb2, and the emission possible range Adb2 may include a part of the emission possible range Adb3.
  • the emission possible ranges Ada1, Ada2 and Ada3 may have the same size and different positions.
  • the emission possible ranges Adb1, Adb2, Adb3 may have the same size and different positions.
  • the moving object tracking device 10 includes a plurality of X-ray imaging devices 3a and 3b that capture the movement of the tracking object from at least two different directions, and the X-ray obtained by the visibility determination unit 13 in each direction.
  • the goodness of visibility of the images Imc1 and Imc2 is determined in three or more steps.
  • the signal generation unit 14 determines the Adb1 of six or more types of ranges (ejectable ranges Ada1, Ada2, Ada3, and so on) predetermined in accordance with the degree of good visibility for each imaging direction.
  • the particle beam therapy system 51 provided with the moving body tracking device 10 according to the fourth embodiment images the movement of the tracking object from a plurality of directions, and sets the emission possible range according to the good degree of visibility in three or more stages. Therefore, the emission possible range can be selected more appropriately than in the first embodiment according to each photographing direction and in accordance with the good degree of visibility, so that the irradiation accuracy can be improved more than the first embodiment.
  • the particle beam therapy system 51 provided with the moving object tracking device 10 according to the fourth embodiment sets the emission possible range according to the good degree of visibility in three or more stages, so the embodiment according to the good degree of visibility Since the emission possible range more appropriate than 3 can be selected, the irradiation accuracy can be improved more than the third embodiment.

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Abstract

照***度を維持しつつ、照射時間の延長をなるべく少なくできる粒子線治療装置を提供することを目的とする。　粒子線治療装置(51)は、追跡対象(22)の動きを撮影する体内撮影装置(3)と、体内撮影装置(3)により撮影された撮影画像(Imc)に基づいて出射可能信号(sig1)を生成する出射信号生成装置(11)とを備えた動体追跡装置(10)を備えている。出射信号生成装置(11)は、追跡対象(22)の位置を特定する位置特定部(12)と、撮影画像(Imc)の視認性の良好度合いを判定する視認性判定部(13)と、追跡対象(22)の位置である特定位置に基づいて出射可能信号(sig1)を生成する信号生成部(14)と、を備え、信号生成部(14)は、視認性判定部(13)による撮影画像(Imc)の視認性判定結果に応じて、予め定められた複数の出射可能範囲(Ad1, Ad2)の内から選択された選択出射可能範囲に、追跡対象(22)の特定位置があるときに、荷電粒子ビーム(31)の出射可能を示す出射可能信号(sig1)を生成する。

Description

粒子線治療装置
　本発明は、粒子線（荷電粒子ビーム）を腫瘍等の患部に照射して治療を行う粒子線治療装置に関する発明である。
　粒子線治療において、肺や肝臓など呼吸で動く部位にある患部へ治療ビーム（粒子線）を精度良く照射するための技術として、画像誘導照射治療（ＩＧＰＴ：Ｉｍａｇｅ　Ｇｕｉｄｅｄ　Ｐａｒｔｉｃｌｅ　Ｔｈｅｒａｐｙ）がある。ＩＧＰＴは、例えばＸ線透視などの体内イメージング手段によって動く患部の画像情報を取得し、コンピュータを用いた画像解析技術によって患部の位置を自動的に特定する。ＩＧＰＴは、患部の位置が予め定められた所定の範囲内にあるときは治療ビームを照射し、患部の位置が前記所定の範囲から外れたときは治療ビームの照射を中断することで、動いている患部に対する照***度を高めることができる。
　また、Ｘ線等の放射線を、肺や肝臓など呼吸で動く部位にある患部へ放射線を精度良く照射するための技術として、画像誘導放射線治療（ＩＧＲＴ：Ｉｍａｇｅ　Ｇｕｉｄｅｄ　Ｒａｄｉｏｔｈｅｒａｐｙ）がある。ＩＧＲＴは、ＩＧＰＴと同様に、例えばＸ線透視などの体内イメージング手段によって動く患部の画像情報を取得し、コンピュータを用いた画像解析技術によって患部の位置を自動的に特定する。ＩＧＲＴは、患部の位置が予め定められた所定の範囲内にあるときは放射線を照射し、患部の位置が前記所定の範囲から外れたときは放射線の照射を中断することで、動いている患部に対する照***度を高めることができる。
　体内イメージングでは、状況によって患部の視認性が低下するケースがある。例えば、Ｘ線透視する方法、すなわちＸ線放射方向から見て患部と肋骨が重なってしまった場合、患部が肋骨の陰に隠れるような画像となり画像解析による患部位置推定精度が低下する可能性がある。
　特許文献１には、撮影されたＸ線画像において追跡対象の誤認識を防ぐことを目的として、代替マーカである副追跡対象を腫瘍である主追跡対象の近傍に設置して、主追跡対象とテンプレートとの類似度が低い場合には副追跡対象を基準にして追跡を継続する動体追跡装置が開示されている。また、特許文献１には、この動体追跡装置を備えた、治療用のＸ線を放射する、又は粒子線を照射する放射線治療システムが開示されている。特許文献１の放射線治療システムは、主追跡対象とテンプレートとの類似度が低い場合には治療用のＸ線放射又は粒子線照射を中断しかつ動体追跡を継続し、主追跡対象及び副追跡対象とテンプレートとの類似度が共に低い場合にはＸ線撮影を中止しかつ治療用のＸ線放射又は粒子線照射を中止している。
　特許文献２には、計画通りの線量分布を保ちつつ治療時間を短縮することを目的として、スキャニング照射の照射位置毎に異なる出射可能範囲を定めて、ゲート照射を行う粒子線治療システムが開示されている。特許文献２の粒子線治療システムは、患部（標的）の辺縁部、患部の飛程終端部、低線量領域周辺を小さな出射可能範囲にし、その他の領域を大きな出射可能範囲にして粒子線を照射している。
特許第５９５４７３４号公報（図４～図７） 特開２０１４－５７７３８号公報（図１、図６、図８） N. Dalal and B. Triggs, "Histograms of Oriented Gradients for Human Detection", CVPR05, 2005 武藤亮介、嶋田和孝、遠藤勉、"ＳＶＭと逐次学習を併用したＨＯＧ特徴による手形状認識手法"、電子情報通信学会技術研究報告、PRMU、パターン認識・メディア理解109(470)、 459-464、2010-03-08 D. G. Lowe, "Distinctive Image Features from Scale-Invariant Keypoints", International Journal of Computer Vision November 2004, Volume 60, Issue 2, pp 91-110
　特許文献１の放射線治療システムは、主追跡対象とテンプレートとの類似度が低い場合には副追跡対象を基準にして追跡を継続するものの、主追跡対象とテンプレートとの類似度が低い場合には治療用のＸ線放射又は粒子線照射を中断するので、照射時間が延長され長くなる問題があった。特許文献２の粒子線治療システムは、患部の辺縁部、患部の飛程終端部、低線量領域周辺を小さな出射可能範囲にし、その他の領域を大きな出射可能範囲にして粒子線を照射しているものの、患部の照射位置が設定された出射可能範囲にない場合に、通常のゲート照射と同様に粒子線照射を停止するので、照射時間が延長され長くなる問題があった。
　特許文献２の粒子線治療システムは、画像誘導照射治療を行う際に撮影しているＸ線画像において、骨等により追跡対象の視認性が悪いときの処理方法の記載がなく、このとき粒子線照射を停止しない場合は照***度が低下するリスクがあった。また、特許文献１の放射線治療システムは、上述したように、画像誘導照射治療を行う際に撮影しているＸ線画像において、骨等により追跡対象の視認性が悪い場合には粒子線照射を停止しており、照射時間が長くなる問題があった。
　本発明は上記課題を解決するものであり、照***度を維持しつつ、照射時間の延長をなるべく少なくできる粒子線治療装置を提供することを目的とする。
　本発明の粒子線治療装置は、荷電粒子ビームを発生させ、加速器により所定のエネルギーまで加速するビーム発生装置と、ビーム発生装置により加速された荷電粒子ビームを輸送するビーム輸送系と、ビーム輸送系で輸送された荷電粒子ビームをＸ方向走査電磁石及びＹ方向走査電磁石により当該荷電粒子ビームのビーム軸に垂直なＸ方向及びＹ方向に走査して患者に照射する粒子線照射装置と、治療台に載置された患者の体内における追跡対象を追跡して荷電粒子ビームの出射可否を示す出射可能信号を生成する動体追跡装置と、を備えている。動体追跡装置は、追跡対象の動きを撮影する体内撮影装置と、体内撮影装置により撮影された撮影画像に基づいて出射可能信号を生成する出射信号生成装置と、を備えている。出射信号生成装置は、撮影画像に対して画像処理を施すことで追跡対象の位置を特定する位置特定部と、撮影画像の視認性の良好度合いを判定する視認性判定部と、位置特定部により特定された追跡対象の位置である特定位置に基づいて出射可能信号を生成する信号生成部と、を備えている。粒子線照射装置は、出射可能信号が出射可能を示すときに荷電粒子ビームが患者に照射されるように制御する照射管理装置を備えている。信号生成部は、視認性判定部による撮影画像の視認性判定結果に応じて、予め定められた複数の出射可能範囲の内から選択された出射可能範囲である選択出射可能範囲に、追跡対象の特定位置があるときに、荷電粒子ビームの出射可能を示す出射可能信号を生成する。
　本発明の粒子線治療装置は、撮影画像の視認性判定結果に応じて出射可能範囲が選択され、選択された選択出射可能範囲に追跡対象の特定位置があるときに、荷電粒子ビームの出射可能を示す出射可能信号を生成する動体追跡装置を備えたので、照***度を維持しつつ、照射時間の延長をなるべく少なくできる。
本発明の実施の形態１による動体追跡装置の構成を示す図である。 本発明の実施の形態１による粒子線治療装置の概略構成図である。 図２の粒子線照射装置の構成を示す図である。 図１の動体追跡装置に用いる、第一の出射可能範囲を説明する図である。 図１の動体追跡装置に用いる、第二の出射可能範囲を説明する図である。 図１の動体追跡装置が生成する出射可能信号を説明する図である。 図１の動体追跡装置が生成する出射可能信号を説明する図である。 図１の動体追跡装置の動作を示すフロー図である。 図８のステップＳ００４の他の例を示す図である。 図１の出射信号生成装置の機能を実現するハードウェア構成を示す図である。 図１の動体追跡装置に用いる、出射可能範囲の第一例を示す図である。 図１の動体追跡装置に用いる、出射可能範囲の第一例を示す図である。 図１の動体追跡装置に用いる、出射可能範囲の第二例を示す図である。 図１の動体追跡装置に用いる、出射可能範囲の第二例を示す図である。 図１の動体追跡装置に用いる、出射可能範囲の第三例を示す図である。 図１の動体追跡装置に用いる、出射可能範囲の第三例を示す図である。 図１の視認性判定部の視認性判定方法の第一例を説明する図である。 図１の視認性判定部の視認性判定方法の第二例を説明する図である。 図１の視認性判定部の視認性判定方法の第三例を説明する図である。 図１の視認性判定部の視認性判定方法の第四例を説明する図である。 図１の視認性判定部の視認性判定方法の第五例を説明する図である。 図２の粒子線治療装置によりスキャニング照射が実行される場合の動作を示すフロー図である。 図２の粒子線治療装置によりブロードビーム照射が実行される場合の動作を示すフロー図である。 図２の粒子線照射装置の他の構成を示す図である。 本発明の実施の形態２による動体追跡装置の構成を示す図である。 図２５の動体追跡装置の動作を示すフロー図である。 図２５の動体追跡装置に用いる、出射可能範囲を説明する図である。 図２５の動体追跡装置が生成する出射可能信号を説明する図である。 本発明の実施の形態３による動体追跡装置の構成を示す図である。 図２９の動体追跡装置の動作を示すフロー図である。 図２９のＸ線撮影装置が撮影した患部の動きを説明する図である。 図２９のＸ線撮影装置が撮影した患部の動きを説明する図である。 図３０のフロー図の出射可能範囲を説明する図である。 図３０のフロー図の出射可能範囲を説明する図である。 本発明の実施の形態４による動体追跡装置の構成を示す図である。 図３５の動体追跡装置の動作を示すフロー図である。 図３６のフロー図の出射可能範囲を説明する図である。 図３６のフロー図の出射可能範囲を説明する図である。
実施の形態１．
　図１は本発明の実施の形態１による動体追跡装置の構成を示す図である。図２は本発明の実施の形態１による粒子線治療装置の概略構成図であり、図３は図２の粒子線照射装置の構成を示す図である。図４、図５は、それぞれ図１の動体追跡装置に用いる、第一の出射可能範囲及び第二の出射可能範囲を説明する図である。図６、図７は、図１の動体追跡装置が生成する出射可能信号を説明する図である。図８は図１の動体追跡装置の動作を示すフロー図である。図９は、図８のステップＳ００４の他の例を示す図である。
　本発明の実施の形態１による動体追跡装置１０は、Ｘ線管１及びＸ線受像器２を備えたＸ線撮影装置３と、出射信号生成装置１１とを備える。Ｘ線撮影装置３は、追跡対象をＸ線で透視して、透視された追跡対象の動きを撮影する。追跡対象は、荷電粒子ビーム（粒子線）を照射する患部１５、又は患部１５の近傍にある臓器であって、患部１５に追随して動くことが予め分かっている臓器（サロゲートと呼ばれる）である。出射信号生成装置１１は、Ｘ線撮影装置３で得られたＸ線画像Ｉｍｃに対して画像処理を施すことで追跡対象の位置を特定する位置特定部１２と、得られたＸ線画像Ｉｍｃの視認性の良好度合いを判定する視認性判定部１３と、特定された追跡対象の位置が所定の範囲内にあるときに荷電粒子ビーム３１の出射を許可する出射可能信号ｓｉｇ１を出力する信号生成部１４とを備える。実施の形態１の動体追跡装置１０は１つの判定基準により視認性を判定する例である。Ｘ線撮影装置３は患者４５の体内の追跡対象の動きを撮影する体内撮影装置の一例であり、Ｘ線画像Ｉｍｃは体内撮影装置により撮影された撮影画像の一例である。
　信号生成部１４は、出射可能範囲情報Ｉａｄ（出射可能範囲Ａｄ１、Ａｄ２の情報）と視認性判定部１３の判定結果に基づいて、出射可能又は出射不可能を示す、すなわち出射可否を示す出射可能信号ｓｉｇ１を生成する。信号生成部１４は、視認性判定部１３の判定結果が視認性良好（良判定）の場合は追跡対象の位置が所定の第一の範囲（出射可能範囲Ａｄ１）内にあるときに出射可能を示す出射可能信号ｓｉｇ１を出力し、視認性判定部１３の判定結果が視認性不良（不良判定）の場合は追跡対象の位置が所定の第二の範囲（出射可能範囲Ａｄ２）内にあるときに出射可能を示す出射可能信号ｓｉｇ１を出力する。信号生成部１４は、設定された出射可能範囲外に追跡対象の位置があるときに、出射不可能を示す出射可能信号ｓｉｇ１を出力する。
　本発明の実施の形態１による粒子線治療装置５１は、ビーム発生装置５２と、ビーム輸送系５９と、粒子線照射装置５８ａ、５８ｂとを備える。ビーム発生装置５２は、イオン源（図示せず）と、前段加速器５３と、荷電粒子加速器５４とを有する。粒子線照射装置５８ｂは回転ガントリ６（図１参照）に設置される。粒子線照射装置５８ａは回転ガントリ６を有しない照射室に設置される。ビーム輸送系５９の役割は荷電粒子加速器５４と粒子線照射装置５８ａ、５８ｂの連絡にある。ビーム輸送系５９の一部は回転ガントリ６に設置され、その部分には複数の偏向電磁石５５ａ、５５ｂ、５５ｃを有する。
　イオン源で発生した陽子線等の粒子線である荷電粒子ビーム３１は、前段加速器５３で加速され、入射装置４６から荷電粒子加速器５４に入射される。荷電粒子加速器５４は、例えばシンクロトロンである。荷電粒子ビーム３１は、所定のエネルギーまで加速される。出射可能信号ｓｉｇ１が出射可能を示している場合に、荷電粒子加速器５４の出射装置４７から出射され、この荷電粒子ビーム３１は、ビーム輸送系５９を経て粒子線照射装置５８ａ、５８ｂに輸送される。粒子線照射装置５８ａ、５８ｂは荷電粒子ビーム３１を患者４５の患部１５に照射する。粒子線照射装置の符号は、総括的に５８を用い、区別して説明する場合に５８ａ、５８ｂを用いる。出射可能信号ｓｉｇ１が出射不可能を示している場合に、荷電粒子ビーム３１は荷電粒子加速器５４の出射装置４７から出射されない。
　ビーム発生装置５２で発生され、所定のエネルギーまで加速された荷電粒子ビーム３１は、出射可能信号ｓｉｇ１が出射可能を示している場合に、ビーム輸送系５９を経由し、粒子線照射装置５８へと導かれる。図３において、粒子線照射装置５８は、荷電粒子ビーム３１に垂直な方向であるＸ方向及びＹ方向に荷電粒子ビーム３１を走査するＸ方向走査電磁石３２及びＹ方向走査電磁石３３と、位置モニタ３４と、線量モニタ３５と、線量データ変換器３６と、ビームデータ処理装置４１と、走査電磁石電源３７と、粒子線照射装置５８を制御する照射管理装置３８とを備える。照射管理装置３８は、照射制御計算機３９と照射制御装置４０とを備える。線量データ変換器３６は、トリガ生成部４２と、スポットカウンタ４３と、スポット間カウンタ４４とを備える。なお、荷電粒子ビーム３１の進行方向は－Ｚ方向である。
　Ｘ方向走査電磁石３２は荷電粒子ビーム３１をＸ方向に走査する走査電磁石であり、Ｙ方向走査電磁石３３は荷電粒子ビーム３１をＹ方向に走査する走査電磁石である。位置モニタ３４は、Ｘ方向走査電磁石３２及びＹ方向走査電磁石３３で走査された荷電粒子ビーム３１が通過するビームにおける通過位置（重心位置）やサイズを演算するためのビーム情報を検出する。ビームデータ処理装置４１は、位置モニタ３４が検出した複数のアナログ信号（ビーム情報）からなるビーム情報に基づいて荷電粒子ビーム３１の通過位置（重心位置）やサイズを演算する。また、ビームデータ処理装置４１は、荷電粒子ビーム３１の位置異常やサイズ異常を示す異常検出信号を生成し、この異常検出信号を照射管理装置３８に出力する。
　線量モニタ３５は、荷電粒子ビーム３１の線量を検出する。照射管理装置３８は、図示しない治療計画装置で作成された治療計画データ及び出射可能信号ｓｉｇ１に基づいて、患者４５の患部１５における荷電粒子ビーム３１のゲート照射及び照射位置を制御し、線量モニタ３５で測定され、線量データ変換器３６でデジタルデータに変換された線量が目標線量に達すると荷電粒子ビーム３１を次の照射位置へ移動する。走査電磁石電源３７は、照射管理装置３８から出力されたＸ方向走査電磁石３２及びＹ方向走査電磁石３３への制御入力（指令）に基づいてＸ方向走査電磁石３２及びＹ方向走査電磁石３３の設定電流を変化させる。照射管理装置３８は、出射可能信号ｓｉｇ１が出射可能を示している場合に、治療計画データに基づいて、粒子線治療装置５１の各機器を制御する。照射管理装置３８は、出射可能信号ｓｉｇ１が出射不可能を示している場合に、治療計画データに基づく照射を中断する。
　図３の構成では、粒子線照射装置５８のスキャニング照射方式を、荷電粒子ビーム３１の照射位置を変えるときに荷電粒子ビーム３１を停止させないラスタースキャニング照射方式であり、スポットスキャニング照射方式のようにビーム照射位置がスポット位置間を次々と移動していく方式として示した。スポットカウンタ４３は、荷電粒子ビーム３１のビーム照射位置が停留している間の照射線量を計測するものである。スポット間カウンタ４４は、荷電粒子ビーム３１のビーム照射位置が移動している間の照射線量を計測するものである。トリガ生成部４２は、ビーム照射位置における荷電粒子ビーム３１の線量が目標照射線量に達した場合に、線量満了信号を生成するものである。
　動体追跡装置１０について説明する。治療台４に載置され、固定された患者４５はＸ線管１とＸ線受像器２とにより挟むように配置されている。Ｘ線撮影装置３のＸ線管１が放射するＸ線のＸ線放射軸７と、回転ガントリ６に配置された粒子線照射装置５８の先端部分である照射ポート５から照射される荷電粒子ビーム３１のビーム軸８とがアイソセンタＩｆで交わっている。アイソセンタＩｆは、荷電粒子ビーム３１を照射する際の基準である。アイソセンタＩｆは、回転ガントリ６に粒子線照射装置５８が搭載された場合にはガントリ回転軸と荷電粒子ビーム３１のビーム軸８との交点であり、照射目標の基準である。また、粒子線照射装置５８が回転ガントリ６に搭載されない場合には、アイソセンタＩｆはビーム軸８上であって、治療台４の調整可能範囲内に決められた照射目標の基準である。図１ではビーム軸８とＸ線放射軸７が４５°で交わっている例を示した。
　動体追跡装置１０が追跡する患部１５等の追跡対象の座標系は、例えば回転ガントリ６の回転軸をｚ軸とし、Ｘ線撮影装置３のＸ線放射軸７をｙ軸とし、ｚ軸及びｙ軸に垂直な軸をｘ軸とした座標系である。患部１５が肺や肝臓など呼吸で動く部位である場合を考える。例えば、患部１５が図４の患部動き１６のように動いている。図４では、動体追跡装置１０が撮影したＸ線透視画像の患部１５を見難くする構造物が患部１５に重なっていないので、視認性は良好である。これに対して、図５では、動体追跡装置１０が撮影したＸ線透視画像の患部１５を見難くする構造物１７が患部１５に重なっているので、視認性は不良である。構造物１７は例えば骨等である。視認性の詳しい定義は後述する。
　図４のように、患部１５の視認性が良好の場合は、位置特定部１２は高い精度で追跡対象の位置を特定していることが期待できるが、図５のように、患部１５の視認性が不良の場合（低い場合）は、位置特定部１２が示す追跡対象の位置と、追跡対象の真の位置との間に隔たりがある可能性がある。従って、位置特定部１２が示す追跡対象の位置が所定の範囲、すなわち第一の範囲（出射可能範囲Ａｄ１）に入っていたとしても、真の位置は所定の範囲に入っていないということが起こり得る。このような状態で荷電粒子ビーム３１を照射すると、患部全域に荷電粒子ビーム３１が当たらなかったり、患部以外の領域へ不要な荷電粒子ビーム３１を照射してしまうリスクがある。
　しかし、実施の形態１の粒子線治療装置５１は、図５のように、患部１５の視認性が不良の場合は、位置特定部１２が示す追跡対象の位置が第二の範囲（出射可能範囲Ａｄ２）に入っているときに、信号生成部１４は荷電粒子ビーム３１の出射を許可する出射可能信号ｓｉｇ１を出力する。第二の範囲（出射可能範囲Ａｄ２）を適切に設定することによって、患部１５の視認性が不良の場合でも、動く患部１５に対して荷電粒子ビーム３１の照***度を高めることができる。
　一般的には第二の範囲（出射可能範囲Ａｄ２）は第一の範囲（出射可能範囲Ａｄ１）よりも狭く設定されることが望ましいと考えられる。さらに具体的には、第二の範囲（出射可能範囲Ａｄ２）は、第一の範囲（出射可能範囲Ａｄ１）に比べ、追跡対象の視認性が良好のときの位置特定精度と視認性が不良のときの位置特定精度の差の分だけ小さく設定することが望ましいと考えられる。図５では、第一の範囲（出射可能範囲Ａｄ１）が第二の範囲（出射可能範囲Ａｄ２）を包含している例を示したが、第一の範囲（出射可能範囲Ａｄ１）が第二の範囲（出射可能範囲Ａｄ２）の一部を包含していても良い。
　図６、図７を用いて、患部１５の位置に応じて動体追跡装置１０が生成する出射可能信号ｓｉｇ１を説明する。図６、図７には、タイミングを理解し易くするために、患部動き波形１８及び出射可能信号ｓｉｇ１を共に示した。図６、図７の横軸は時間であり、縦軸は患部位置である。出射可能信号ｓｉｇ１は、荷電粒子ビーム３１の出射を許可するときは信号値が高レベル（Ｈレベル）であり、荷電粒子ビーム３１の出射を許可しないときは信号値が低レベル（Ｌレベル）である例を示した。破線１９は出射可能範囲の状態を示している。図６は、図４に示した患部１５（追跡対象）の視認性が良好である状態の場合に対応しており、出射可能範囲の状態が出射可能範囲Ａｄ１を示している。患部１５の推定位置が出射可能範囲Ａｄ１の範囲内にある場合には、出射可能信号ｓｉｇ１が出射可能状態（Ｈ状態）になっている。患部１５の推定位置が出射可能範囲Ａｄ１の範囲外にある場合には、出射可能信号ｓｉｇ１が出射不可能状態（Ｌ状態）になっている。なお、患部１５の推定位置が出射可能範囲Ａｄ１、Ａｄ２の範囲内にあるかの判定方法は後述する。
　図７は、図５に示した患部１５（追跡対象）の視認性が不良である状態（低い状態）を含んでいる場合に対応しており、出射可能範囲の状態が時間ｔ１で出射可能範囲Ａｄ１から出射可能範囲Ａｄ２になっている例である。時間がｔ１までの時間領域Ｒ１は、患部１５（追跡対象）の視認性が良好である領域であり、時間がｔ１以降の時間領域Ｒ２は、患部１５（追跡対象）の視認性が不良である領域（視認性が低い領域）である。時間領域Ｒ１では、出射可能信号ｓｉｇ１は図６と同様である。すなわち、患部１５の推定位置が出射可能範囲Ａｄ１の範囲内にある場合には、出射可能信号ｓｉｇ１が出射可能状態（Ｈ状態）なっている。患部１５の推定位置が出射可能範囲Ａｄ１の範囲外にある場合には、出射可能信号ｓｉｇ１が出射不可能状態（Ｌ状態）なっている。時間領域Ｒ２では、患部１５の推定位置が出射可能範囲Ａｄ２の範囲内にある場合には、出射可能信号ｓｉｇ１が出射可能状態（Ｈ状態）なっている。患部１５の推定位置が出射可能範囲Ａｄ２の範囲外にある場合には、出射可能信号ｓｉｇ１が出射不可能状態（Ｌ状態）なっている。図７では出射可能範囲Ａｄ２が出射可能範囲Ａｄ１よりも小さくなっているので、時間領域Ｒ２における出射可能信号ｓｉｇ１が出射可能状態（Ｈ状態）である時間は、時間領域Ｒ１における出射可能信号ｓｉｇ１が出射可能状態（Ｈ状態）である時間よりも短くなっている。
　図８を用いて、動体追跡装置１０の出射信号生成装置１１の動作を説明する。ステップＳ００１にて、出射信号生成装置１１の位置特定部１２は、追跡対象のテンプレートＩｍｒを取得する（基準画像取得手順）。テンプレートは、位置推定の為に予め用意された追跡対象の画像である。テンプレートには追跡対象以外に周辺の構造物等が含まれていてもよい。ステップＳ００２にて、位置特定部１２及び信号生成部１４は出射可能範囲Ａｄ１、Ａｄ２の情報を取得する（出射可能範囲取得手順）。ステップＳ００３にて、位置特定部１２はＸ線撮影装置３のＸ線受像器２から現在撮影しているＸ線画像Ｉｍｃを取得する（Ｘ線画像取得手順）。ステップＳ００４にて、Ｘ線画像Ｉｍｃの視認性判定及び追跡対象の位置推定を行う（視認性判定及び位置推定手順）。ステップＳ００４の視認性判定及び位置推定手順は、ステップＳ００５の視認性判定手順とステップＳ００６の追跡対象位置推定手順を含んでいる。視認性判定手順と追跡対象位置推定手順の順番は、視認性の判定方法によって異なる。図８では、視認性判定手順の次に追跡対象位置推定手順になる例を示した。この例は、後述する類似度による判定方法により視認性判定手順を実行する場合である。ステップＳ００５にて、視認性判定部１３はＸ線画像Ｉｍｃの視認性を判定する（視認性判定手順）。ステップＳ００６にて、位置特定部１２はＸ線画像ＩｍｃとテンプレートＩｍｒと比較して追跡対象の位置を推定する（追跡対象位置推定手順）。
　ステップＳ００７にて、信号生成部１４はＸ線画像Ｉｍｃにおける追跡対象の視認性結果を確認する（視認性結果確認手順）。追跡対象の視認性が良好の場合はステップＳ００８に進み、追跡対象の視認性が不良の場合（視認性が低い場合）はステップＳ００９に進む。ステップＳ００８にて、信号生成部１４は追跡対象の推定位置が出射可能範囲Ａｄ１の範囲内にあるかを判定する（第一出射可否判定手順）。追跡対象の推定位置が出射可能範囲Ａｄ１の範囲内にある場合はステップＳ０１０に進み、追跡対象の推定位置が出射可能範囲Ａｄ１の範囲外にある場合はステップＳ０１１に進む。ステップＳ００９にて、信号生成部１４は追跡対象の推定位置が出射可能範囲Ａｄ２の範囲内にあるかを判定する（第二出射可否判定手順）。追跡対象の推定位置が出射可能範囲Ａｄ２の範囲内にある場合はステップＳ０１０に進み、追跡対象の推定位置が出射可能範囲Ａｄ２の範囲外にある場合はステップＳ０１１に進む。
　ステップＳ０１０にて、信号生成部１４は出射可能の出射可能信号ｓｉｇ１を生成し、照射管理装置３８に送信する。ステップＳ０１１にて、信号生成部１４は出射不可能の出射可能信号ｓｉｇ１を生成し、照射管理装置３８に送信する。ステップＳ０１２にて、出射信号生成装置１１は治療が終了したかを判定し、治療が終了していない場合はステップＳ００３に進む、治療が終了した場合は終了する。
　出射信号生成装置１１における位置特定部１２、視認性判定部１３、信号生成部１４等の機能は、図１０に示すプロセッサ９８、メモリ９９により実現される。図１０は、図１の出射信号生成装置の機能を実現するハードウェア構成を示す図である。出射信号生成装置１１の各機能は、プロセッサ９８がメモリ９９に記憶されたプログラムを実行することにより、実現される。また、複数のプロセッサ９８および複数のメモリ９９が連携して上記機能を実行してもよい。
　出射可能範囲の設定例と出射可否の判定方法について、図１１～図１６を用いて説明する。図１１、図１２は、図１の動体追跡装置に用いる、出射可能範囲の第一例を示す図である。図１３、図１４は、図１の動体追跡装置に用いる、出射可能範囲の第二例を示す図である。図１５、図１６は、図１の動体追跡装置に用いる、出射可能範囲の第三例を示す図である。出射可能範囲の第一例は、追跡対象２２の全てを包含できる大きさの設定範囲２３ａである。出射可能範囲の第一例を用いた出射可否判定は、追跡対象２２の全体を用いて判定する。この出射可能範囲の第一例のときは、追跡対象２２の全てが設定範囲２３ａの範囲内にある場合に、信号生成部１４は出射可能を示す出射可能信号ｓｉｇ１を生成し、その他の場合に、信号生成部１４は出射不可能を示す出射可能信号ｓｉｇ１を生成する。図１１は出射可能である場合の図であり、図１２は出射不可能である場合の図である。
　出射可能範囲の第二例は、追跡対象２２に外接する外接矩形２４よりも小さな矩形の設定範囲２３ｂである。出射可能範囲の第二例を用いた出射可否判定は、追跡対象２２に外接する外接矩形２４の中心２５を用いて判定する。この出射可能範囲の第二例のときは、外接矩形２４の中心２５が設定範囲２３ｂの範囲内にある場合に、信号生成部１４は出射可能を示す出射可能信号ｓｉｇ１を生成し、その他の場合に、信号生成部１４は出射不可能を示す出射可能信号ｓｉｇ１を生成する。図１３は出射可能である場合の図であり、図１４は出射不可能である場合の図である。出射可能範囲の第三例は、追跡対象２２よりも小さな設定範囲２３ｃである。出射可能範囲の第三例を用いた出射可否判定は、追跡対象２２の重心２６を用いて判定する。追跡対象２２の重心２６は、例えば追跡対象２２のテンプレートＩｍｒに設置された重心の位置を重心２６とする。図１５、図１６では、設定範囲２３ｃは矩形の例を示したが、追跡対象２２の形状によって他の形状であってもよい。この出射可能範囲の第三例のときは、追跡対象２２の重心２６が設定範囲２３ｃの範囲内にある場合に、信号生成部１４は出射可能を示す出射可能信号ｓｉｇ１を生成し、その他の場合に、信号生成部１４は出射不可能を示す出射可能信号ｓｉｇ１を生成する。図１５は出射可能である場合の図であり、図１６は出射不可能である場合の図である。
　視認性判定部１３が実行する、追跡対象２２の視認性の判定方法を、図１７～図２１を用いて説明する。図１７～図２１は、それぞれ図１の視認性判定部の視認性判定方法の第一例～第五例を説明する図である。視認性判定方法の第一例は、類似度による判定方法である。類似度による判定方法は、Ｘ線撮影装置３で撮影したＸ線画像ＩｍｃとテンプレートＩｍｒとを照合してテンプレートＩｍｒと最も類似度の高い箇所を探索する方法である。探索された位置は、位置特定部１２により追跡対象の位置として推定される。この類似度による判定方法は、特許文献１においても行われており、一般的な方法である。図１７に示すように、Ｘ線撮影装置３で撮影したＸ線画像Ｉｍｃにおいて、追跡対象２２の上部に追跡阻害物２７が重なっている場合は、Ｘ線画像Ｉｍｃの追跡対象２２及び追跡阻害物２７とテンプレート６０とを照合する。
　ここで、類似度を判断するために、テンプレートＩｍｒ（図１７のテンプレート６０）とＸ線画像Ｉｍｃとの特徴量を比較することになる。特徴量を評価するためのパラメータとして、ＨＯＧ（Ｈｉｓｔｏｇｒａｍ　ｏｆ　Ｏｒｉｅｎｔｅｄ　Ｇｒａｄｉｅｎｔ）（非特許文献１、２参照）、やＳＩＦＴ（Ｓｃａｌｅ－Ｉｎｖａｒｉａｎｔ　Ｆｅａｔｕｒｅ　Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）（非特許文献３参照）が一般に知られている。類似度による判定方法は、特徴量の予め定めた閾値（判定値）を基準にして、視認性が悪い（低い）又は視認性が良い（高い）を判定することができる。
　視認性判定方法は、類似度による判定方法の他に、追跡対象２２の推定位置に基づく方法が考えられる。この方法は、例えば追跡対象２２と骨等の追跡阻害構造物（追跡阻害物２７）が重なる場合など、位置推定精度が悪化する要因となる追跡阻害構造物が予め分かっている場合に有効である。この場合は、追跡阻害構造物（追跡阻害物２７）は骨となる。この方法では、追跡対象２２の位置を推定すると同時に、追跡阻害構造物に対しても同様の方法で位置を推定する。そして、両者の位置関係が判定基準よりも近い場合には両者が重なっているとみなし、視認性が悪い（低い）と判定する。また、両者の位置関係が判定基準よりも遠い場合には両者が重なっていないとみなし、視認性が良い（高い）と判定する。両者の位置関係を判断する具体的な例は、４つ考えられる。この４つの方法（視認性判定方法の第二例～第五例）を用いても、視認性が悪い（低い）又は視認性が良い（高い）を判定することができる。なお、この追跡対象２２の推定位置に基づく方法では、追跡対象２２のテンプレートＩｍｒと追跡阻害物２７のテンプレートＩｍｒを使用する。この場合、追跡阻害物２７も追跡対象と考えることができる。
　視認性判定方法の第二例は、図１８に示すように、追跡対象２２と追跡阻害物２７の一部が重なっている場合に、視認性が悪い（低い）と判定する。追跡対象２２と追跡阻害物２７とが重なっていない場合に、視認性が良い（高い）と判定する。視認性判定方法の第三例は、図１９に示すように、追跡対象２２と追跡阻害物２７の重なっている面積Ｓ１が指定値（判定値）以上の場合に、視認性が悪い（低い）と判定する。追跡対象２２と追跡阻害物２７の重なっている面積Ｓ１が指定値（判定値）より小さい場合に、視認性が良い（高い）と判定する。
　視認性判定方法の第四例は、図２０に示すように、追跡対象２２の外接矩形２４の中心２５の座標と、追跡阻害物２７の外接矩形２８の中心２９の座標との差分が指定の範囲（判定範囲）内の場合に、視認性が悪い（低い）と判定する。追跡対象２２の外接矩形２４の中心２５の座標と、追跡阻害物２７の外接矩形２８の中心２９の座標との差分が指定の範囲（判定範囲）外の場合に、視認性が良い（高い）と判定する。視認性判定方法の第五例は、図２１に示すように、追跡対象２２の重心２６の座標と、追跡阻害物２７の重心３０の座標との差分が指定の範囲（判定範囲）内の場合に、視認性が悪い（低い）と判定する。追跡対象２２の重心２６の座標と、追跡阻害物２７の重心３０の座標との差分が指定の範囲（判定範囲）外の場合に、視認性が良い（高い）と判定する。なお、視認性判定方法の第四例及び第五例の判定範囲は、追跡対象２２及び追跡阻害物２７それぞれの位置及び大きさによって変化する。
　また一般に、呼吸による臓器の動きの大きさに比べ、骨の動きの大きさは小さいと考えられる。このように追跡対象２２の動きの大きさに比べ追跡阻害物２７の動きの大きさが小さく、無視できるレベルである場合には、追跡阻害物２７の位置または輪郭を、治療の最初に、アルゴリズムにより推定または操作者により指定し、以後は変化しないと仮定することで、追跡対象２２の位置推定だけで視認性を判定することが可能である。
　実施の形態１の粒子線治療装置５１の動作を図２２、図２３を用いて説明する。図２２は図２の粒子線治療装置によりスキャニング照射が実行される場合の動作を示すフロー図であり、図２３は図２の粒子線治療装置によりブロードビーム照射が実行される場合の動作を示すフロー図である。まず粒子線治療装置５１がスキャニング照射を実行する場合の動作を説明する。ステップＳ０２１にて、照射管理装置３８は荷電粒子ビーム３１のビームエネルギーを、治療計画における最初のエネルギーに設定する（エネルギー設定手順）。走査電磁石電源３７は、荷電粒子ビーム３１のビームスポット位置を当該エネルギーの最初の位置に設定する（初期位置設定手順）。具体的には、走査電磁石電源３７は、当該エネルギーの最初の位置（初期スポット）になるようにＸ方向走査電磁石３２及びＹ方向走査電磁石３３の設定電流を設定する。ステップＳ０２３にて、照射管理装置３８は出射可能信号ｓｉｇ１が出射可能かを判定する（出射可否判定手順）。ステップＳ０２３にて、出射可能信号ｓｉｇ１が出射可能を示している場合はステップＳ０２５に進み、出射可能信号ｓｉｇ１が出射不可能を示している場合はステップＳ０２４に進む。
　ステップＳ０２４にて、照射管理装置３８は、ビーム照射中でない場合にはステップＳ０２３に進み、ビーム照射中の場合には荷電粒子ビーム３１の照射を一旦停止（中断）してステップＳ０２３に進む（条件付きビーム中断手順）。ステップＳ０２５にて、照射管理装置３８はスポットへの線量が指定値（目標線量の値）に到達したかを判定する（線量判定手順）。ステップＳ０２５にて、線量が指定値に到達した場合はステップＳ０２７に進み、線量が指定値に到達していない場合はステップＳ０２６に進む。ステップＳ０２６にて、ビーム照射中でない場合に荷電粒子ビーム３１のビーム照射を開始し、ビーム照射中の場合にビーム照射を継続する（ビーム照射手順）。ステップＳ０２７にて、照射管理装置３８は荷電粒子ビーム３１のビームスポット位置が当該エネルギーの最終スポットに該当するかを判定する（最終スポット判定手順）。ステップＳ０２７にて、ビームスポット位置が当該エネルギーの最終スポットに該当する場合にステップＳ０２９に進み、ビームスポット位置が当該エネルギーの最終スポットに該当しない場合にステップＳ０２８に進む。
　ステップＳ０２８にて、照射管理装置３８及び走査電磁石電源３７はビームスポット位置を次のスポットへ移動させる（スポット移動手順）。具体的には、走査電磁石電源３７は、照射管理装置３８からのトリガ信号により当該エネルギーの次のスポットの位置になるようにＸ方向走査電磁石３２及びＹ方向走査電磁石３３の設定電流を変更する。ステップＳ０２９にて、照射管理装置３８は荷電粒子ビーム３１のビーム照射を停止する（ビーム停止手順）。ステップＳ０３０にて、照射管理装置３８は当該エネルギーが計画された最終エネルギーかを判定する（エネルギー判定手順）。ステップＳ０３０にて、当該エネルギーが最終エネルギーでない場合にステップＳ０３１に進み、当該エネルギーが最終エネルギーである場合に終了する。ステップＳ０３１にて、照射管理装置３８は荷電粒子ビーム３１のビームエネルギーを、治療計画における次のエネルギーに変更し、ステップＳ０２２に進む（エネルギー変更手順）。
　次に、粒子線治療装置５１がブロードビーム照射を実行する場合の動作を説明する。粒子線照射装置５８に供給された荷電粒子ビーム３１は、直径数ｍｍ以下に収束された、いわゆるペンシルビームの状態であるが、Ｘ方向走査電磁石３２及びＹ方向走査電磁石３３によって、例えば円形軌道を描くように走査され、散乱体６１によって散乱されることによって、ビーム軸８に垂直な面の延在方向（面方向）で照射野が拡大できる。面方向に照射野が拡大された荷電粒子ビーム３１を用いる照射方式をブロードビーム照射方式という。ブロードビーム照射方式によるブロードビーム照射を実行する粒子線照射装置５８は、例えば図２４のような構成である。図２４は、図２の粒子線照射装置の他の構成を示す図である。
　ブロードビーム照射を実行する粒子線照射装置５８は、荷電粒子ビーム３１に垂直な方向であるＸ方向及びＹ方向に荷電粒子ビーム３１を走査するＸ方向走査電磁石３２及びＹ方向走査電磁石３３と、散乱体６１と、リッジフィルタ６２と、複数の透過ユニット６４ａ、６４ｂ、６４ｃを有するレンジシフタ６３と、線量モニタ３５と、マルチリーフコリメータ６５と、ボーラス（補償フィルタ）６６と、トリガ生成部４２を有する線量データ変換器３６と、走査電磁石電源３７と、粒子線照射装置５８を制御する照射管理装置３８とを備える。散乱体６１は、鉛などで構成され、荷電粒子ビーム３１を散乱させる。リッジフィルタ６２は、アルミニウムなどで構成され、患部１５の厚さに応じて、荷電粒子ビーム３１のブラッグピークの幅を拡大する。レンジシフタ６３は、荷電粒子ビーム３１のエネルギーを変更し、荷電粒子ビーム３１の飛程を変更する。図２４では、厚みの異なる３つの透過ユニット６４ａ、６４ｂ、６４ｃを示した。レンジシフタ６３は、透過ユニット６４ａ、６４ｂ、６４ｃを移動して透過ユニット合計厚みを変更することで、荷電粒子ビーム３１のエネルギーを減衰させて変更する。
　マルチリーフコリメータ６５は、複数のリーフ板からなるリーフ部とリーフ板のそれぞれを駆動するリーフ駆動機構で構成され、荷電粒子ビーム３１のビーム軸８に垂直な照射野（平面形状）を患部形状に合わせるように調整する。ボーラス（補償フィルタ）６６は、患部１５の深さ形状（ディスタル形状）に合うように荷電粒子ビーム３１のエネルギーを調整する。リッジフィルタ６２は、例えば錐状体や断面が三角形の板を面方向に多数並べたような形状にされ、これにより、面方向における分割領域毎に異なる厚みを通過する荷電粒子ビーム３１が存在するようになっている。図２４では、理解しやすいように三角柱が横向きに並べられたように記載している。これにより、ブラッグピークが拡大され、所定の幅のＳＯＢＰ（Ｓｐｒｅａｄ－Ｏｕｔ　Ｂｒａｇｇ　Ｐｅａｋ）を有するようになる。すなわち、リッジフィルタ６２により、照射野はビーム軸方向（深さ方向）にも広げられたことになる。
　図２３のフロー図を説明する。照射管理装置３８は、図２３のフローを実行する前に、荷電粒子ビーム３１のビームエネルギーを治療計画で計画されたビームエネルギー値に設定している。また、レンジシフタ６３における透過ユニット合計厚み、マルチリーフコリメータ６５の開口形状は、治療計画で計画された設定にされている。ステップＳ０４１にて、照射管理装置３８は出射可能信号ｓｉｇ１が出射可能かを判定する（出射可否判定手順）。ステップＳ０４１にて、出射可能信号ｓｉｇ１が出射可能を示している場合はステップＳ０４３に進み、出射可能信号ｓｉｇ１が出射不可能を示している場合はステップＳ０４２に進む。
　ステップＳ０４２にて、照射管理装置３８は、ビーム照射中でない場合にはステップＳ０４１に進み、ビーム照射中の場合には荷電粒子ビーム３１の照射を一旦停止（中断）してステップＳ０４１に進む（条件付きビーム中断手順）。ステップＳ０４３にて、照射管理装置３８は患部１５への線量が指定値（目標線量の値）に到達したかを判定する（線量判定手順）。ステップＳ０４３にて、線量が指定値に到達した場合はステップＳ０４５に進み、線量が指定値に到達していない場合はステップＳ０４４に進む。ステップＳ０４４にて、ビーム照射中でない場合には荷電粒子ビーム３１のビーム照射を開始し、ビーム照射中の場合にはビーム照射を継続する（ビーム照射手順）。ステップＳ０４５にて、照射管理装置３８は荷電粒子ビーム３１のビーム照射を停止する（ビーム停止手順）。
　荷電粒子ビーム３１のエネルギーを変更する際に、ビーム発生装置５２の加速器の種類がシンクロトロンである場合には、シンクロトロンの運転パターンを変化させることで粒子線のエネルギーを変更することが可能である。また、加速器の種類がサイクロトロンである場合には、粒子線輸送路の途中にエネルギー選択システム（ＥＳＳ：Ｅｎｅｒｇｙ　Ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍ）を配置することで荷電粒子ビーム３１のエネルギーを変更することが可能である。
　なお、実施の形態１の動体追跡装置１０は、実施の形態１で説明したスキャニング照射方式と異なる他のスキャニング照射方式、すなわちスポットスキャニング、ラスタースキャニング等の粒子線照射装置５８を備えた粒子線治療装置５１にも適用できる。
　以上のように、実施の形態１の粒子線治療装置５１は、荷電粒子ビーム３１を発生させ、加速器（荷電粒子加速器５４）により所定のエネルギーまで加速するビーム発生装置５２と、ビーム発生装置５２により加速された荷電粒子ビーム３１を輸送するビーム輸送系５９と、ビーム輸送系５９で輸送された荷電粒子ビーム３１をＸ方向走査電磁石３２及びＹ方向走査電磁石３３により当該荷電粒子ビーム３１のビーム軸８に垂直なＸ方向及びＹ方向に走査して患者４５に照射する粒子線照射装置５８と、治療台４に載置された患者４５の体内における追跡対象２２を追跡して荷電粒子ビーム３１の出射可否を示す出射可能信号ｓｉｇ１を生成する動体追跡装置１０と、を備えている。動体追跡装置１０は、追跡対象２２の動きを撮影する体内撮影装置（Ｘ線撮影装置３）と、体内撮影装置（Ｘ線撮影装置３）により撮影された撮影画像（Ｘ線画像Ｉｍｃ）に基づいて出射可能信号ｓｉｇ１を生成する出射信号生成装置１１と、を備えている。出射信号生成装置１１は、撮影画像（Ｘ線画像Ｉｍｃ）に対して画像処理を施すことで追跡対象２２の位置を特定する位置特定部１２と、撮影画像（Ｘ線画像Ｉｍｃ）の視認性の良好度合いを判定する視認性判定部１３と、位置特定部１２により特定された追跡対象２２の位置である特定位置に基づいて出射可能信号ｓｉｇ１を生成する信号生成部１４と、を備えている。粒子線照射装置５８は、出射可能信号ｓｉｇ１が出射可能を示すときに荷電粒子ビーム３１が患者４５に照射されるように制御する照射管理装置３８を備えている。信号生成部１４は、視認性判定部１３による撮影画像（Ｘ線画像Ｉｍｃ）の視認性判定結果に応じて、予め定められた複数の出射可能範囲Ａｄ１、Ａｄ２の内から選択された出射可能範囲である選択出射可能範囲に、追跡対象２２の特定位置があるときに、荷電粒子ビーム３１の出射可能を示す出射可能信号ｓｉｇ１を生成する。実施の形態１の粒子線治療装置５１は、このような構成により、撮影画像（Ｘ線画像Ｉｍｃ）の視認性判定結果に応じて出射可能範囲Ａｄ１、Ａｄ２が選択され、選択された選択出射可能範囲Ａｄ１、Ａｄ２に追跡対象２２の特定位置があるときに、荷電粒子ビーム３１の出射可能を示す出射可能信号ｓｉｇ１を生成する動体追跡装置１０を備えたので、照***度を維持しつつ、照射時間の延長をなるべく少なくできる。
実施の形態２．
　実施の形態１の動体追跡装置１０は１つの判定基準により視認性を判定する例を説明したが、複数の判定基準で視認性を判定してもよい。実施の形態２の動体追跡装置１０は、視認性の良好度合いを２つ以上の判定基準により３段階（判定基準数＋１の段階）以上で判定し、良好度合いに応じて出射可能範囲Ａｄを設定する例である。図２５は、本発明の実施の形態２による動体追跡装置の構成を示す図である。図２６は、図２５の動体追跡装置の動作を示すフロー図である。図２７は図２５の動体追跡装置に用いる、出射可能範囲を説明する図であり、図２８は図２５の動体追跡装置が生成する出射可能信号を説明する図である。実施の形態２の動体追跡装置１０は、３つの出射可能範囲Ａｄ１、Ａｄ２、Ａｄ３の情報を含む出射可能範囲情報Ｉａｄを用いる点で、実施の形態１の動体追跡装置１０と異なる。信号生成部１４は、出射可能範囲情報Ｉａｄ（出射可能範囲Ａｄ１、Ａｄ２、Ａｄ３の情報）と視認性判定部１３の判定結果に基づいて、出射可能又は出射不可能を示す、すなわち出射可否を示す出射可能信号ｓｉｇ１を生成する。図２６のフロー図は、図８のフロー図の出射可能範囲が３つに変更されており、図８のステップＳ００７～Ｓ００９がステップＳ０１３、Ｓ０１４になっている。図８のフローと異なる部分を説明する。
　ステップＳ００２にて、位置特定部１２及び信号生成部１４は出射可能範囲Ａｄ１、Ａｄ２、Ａｄ３の情報を取得する（出射可能範囲取得手順）。ステップＳ００４にて、Ｘ線画像Ｉｍｃの視認性判定及び追跡対象の位置推定を行う（視認性判定及び位置推定手順）。ステップＳ００４にて、視認性判定部１３はＸ線画像Ｉｍｃの視認性の良好度合いを３段階に判定する（視認性判定手順）。視認性の良好度合いは、大、中、小である。すなわち、視認性判定部１３の判定結果は、視認性大判定、視認性中判定、視認性小判定のいずれか一つとなる。ステップＳ０１３にて、信号生成部１４はＸ線画像Ｉｍｃにおける追跡対象の視認性結果を確認する（視認性結果確認手順）。信号生成部１４は、追跡対象の視認性の良好度合いが大、中、小の場合に、出射可能範囲Ａｄをそれぞれ出射可能範囲Ａｄ１、Ａｄ２、Ａｄ３に設定する。ステップＳ０１４にて、信号生成部１４は追跡対象の推定位置が設定された出射可能範囲Ａｄの範囲内にあるかを判定する（出射可否判定手順）。追跡対象の推定位置が出射可能範囲Ａｄの範囲内にある場合はステップＳ０１０に進み、追跡対象の推定位置が出射可能範囲Ａｄの範囲外にある場合はステップＳ０１１に進む。
　出射可能範囲Ａｄ１、Ａｄ２、Ａｄ３は、例えば図２７のように設定される。出射可能範囲Ａｄ１が最も広い範囲であり、出射可能範囲Ａｄ３が最も狭い範囲であり、出射可能範囲Ａｄ２がこれら２つの範囲の中間の広さである。出射可能範囲Ａｄ２は、出射可能範囲Ａｄ１に比べ、追跡対象の視認性の良好度合いが大のときの位置特定精度と、視認性の良好度合いが中のときの位置特定精度の差の分だけ小さく設定することが望ましいと考えられる。また、出射可能範囲Ａｄ３は、出射可能範囲Ａｄ２に比べ、追跡対象の視認性の良好度合いが中のときの位置特定精度と、視認性の良好度合いが小のときの位置特定精度の差の分だけ小さく設定することが望ましいと考えられる。なお、出射可能範囲Ａｄ１が出射可能範囲Ａｄ２の一部を包含していてもよく、出射可能範囲Ａｄ２が出射可能範囲Ａｄ３の一部を包含していても良い。また、出射可能範囲Ａｄ１、Ａｄ２、Ａｄ３は、同じ広さで位置が異なっていても良い。
　ステップＳ０１０、Ｓ０１１にて生成される出射可能信号ｓｉｇ１は、例えば図２８のようになる。図２８には、タイミングを理解し易くするために、患部動き波形１８及び出射可能信号ｓｉｇ１を共に示した。図２８の横軸は時間であり、縦軸は患部位置である。出射可能信号ｓｉｇ１は、荷電粒子ビーム３１の出射を許可するときは信号値が高レベル（Ｈレベル）であり、荷電粒子ビーム３１の出射を許可しないときは信号値が低レベル（Ｌレベル）である例を示した。破線１９は出射可能範囲の状態を示している。図２８は、出射可能範囲の状態が時間ｔ１で出射可能範囲Ａｄ１から出射可能範囲Ａｄ２になり、出射可能範囲の状態が時間ｔ２で出射可能範囲Ａｄ２から出射可能範囲Ａｄ３になる例である。時間がｔ１までの時間領域Ｒ１は、患部１５（追跡対象）の視認性の良好度合いが大である領域であり、時間がｔ１からｔ２までの時間領域Ｒ２は、患部１５（追跡対象）の視認性の良好度合いが中である領域であり、時間がｔ２以降の時間領域Ｒ３は、患部１５（追跡対象）の視認性の良好度合いが小である領域である。
　時間領域Ｒ１では、出射可能信号ｓｉｇ１は図６と同様である。すなわち、患部１５の推定位置が出射可能範囲Ａｄ１の範囲内にある場合には、出射可能信号ｓｉｇ１が出射可能状態（Ｈ状態）なっている。患部１５の推定位置が出射可能範囲Ａｄ１の範囲外にある場合には、出射可能信号ｓｉｇ１が出射不可能状態（Ｌ状態）なっている。時間領域Ｒ２では、患部１５の推定位置が出射可能範囲Ａｄ２の範囲内にある場合には、出射可能信号ｓｉｇ１が出射可能状態（Ｈ状態）なっている。患部１５の推定位置が出射可能範囲Ａｄ２の範囲外にある場合には、出射可能信号ｓｉｇ１が出射不可能状態（Ｌ状態）なっている。時間領域Ｒ３では、患部１５の推定位置が出射可能範囲Ａｄ３の範囲内にある場合には、出射可能信号ｓｉｇ１が出射可能状態（Ｈ状態）なっている。患部１５の推定位置が出射可能範囲Ａｄ３の範囲外にある場合には、出射可能信号ｓｉｇ１が出射不可能状態（Ｌ状態）なっている。図２８では、出射可能範囲Ａｄ１が最も大きく、出射可能範囲Ａｄ３が最も小さく、出射可能範囲Ａｄ２がＡｄ１とＡｄ２の中間の大きさになっているので、出射可能信号ｓｉｇ１が出射可能状態（Ｈ状態）である時間は、時間領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３になるにしたがって短くなっている。
　実施の形態２の動体追跡装置１０は、視認性判定部１３が視認性の良好度合いを３段階以上で判定し、信号生成部１４が、視認性の良好度合いに応じて予め定められた３種類以上の範囲（出射可能範囲Ａｄ１、Ａｄ２、Ａｄ３）の中から一つを選択し、追跡対象の推定位置が選択された範囲内にあるときに出射を許可する出射可能信号ｓｉｇ１を出力する。実施の形態２の動体追跡装置１０を備えた粒子線治療装置５１は、３段階以上の視認性の良好度合いに応じて実施の形態１よりも適切な出射可能範囲を選択できるので、実施の形態１よりも照***度を高めることができる。
実施の形態３．
　実施の形態３は、動体追跡装置１０が少なくとも互いに異なる２方向から追跡対象の動きを撮影する複数のＸ線撮影装置３を備えた例である。図２９は、本発明の実施の形態３による動体追跡装置の構成を示す図である。図３０は、図２９の動体追跡装置の動作を示すフロー図である。図３１、図３２は、図２９のＸ線撮影装置が撮影した患部の動きを説明する図である。図３３、図３４は、図３０のフロー図の出射可能範囲を説明する図である。ここでは、Ｘ線撮影装置３を２つ備えた例を説明する。図２９に示した実施の形態３の動体追跡装置１０は、２つのＸ線撮影装置３ａ、３ｂを備え、出射信号生成装置１１が２つのＸ線画像Ｉｍｃ１、Ｉｍｃ２と、２つのテンプレートＩｍｒ１、Ｉｍｒ２と、４つの出射可能範囲Ａｄａ１、Ａｄａ２、Ａｄｂ１、Ａｄｂ２の情報を含む出射可能範囲情報Ｉａｄを用いる点で、実施の形態１の動体追跡装置１０と異なる。実施の形態１の動体追跡装置１０と異なる部分を説明する。なお、図２９ではＸ線撮影装置３ａの撮影方向とＸ線撮影装置３ｂの撮影方向が直交している例を示した。
　Ｘ線撮影装置３ａは、Ｘ線管１ａ及びＸ線受像器２ａを備えており、Ｘ線管１ａが放射するＸ線のＸ線放射軸７ａがｙ方向に向くように配置されている。Ｘ線撮影装置３ｂは、Ｘ線管１ｂ及びＸ線受像器２ｂを備えており、Ｘ線管１ｂが放射するＸ線のＸ線放射軸７ｂがｘ方向に向くように配置されている。Ｘ線撮影装置３ａで撮影された患部１５は、例えば図３１の画面２１ａのようにモニタ等に表示される。Ｘ線撮影装置３ｂで撮影された患部１５は、例えば図３２の画面２１ｂのようにモニタ等に表示される。出射信号生成装置１１がモニタを備える場合は、画面２１ａ、２１ｂのように患部１５の動きを表示することができる。図３１、図３２において、患部動き１６ａ、１６ｂは、患部１５を代表する患部代表点２０の動きである。患部代表点２０は、患部１５のいずれの箇所で構わない。患部代表点２０は、例えば重心である。
　図３３の出射可能範囲Ａｄａ１、Ａｄａ２は、Ｘ線放射軸７ａによるＸ線画像Ｉｍｃ１に対する出射可能範囲である。図３４の出射可能範囲Ａｄｂ１、Ａｄｂ２は、Ｘ線放射軸７ｂによるＸ線画像Ｉｍｃ２に対する出射可能範囲である。信号生成部１４は、出射可能範囲情報Ｉａｄ（出射可能範囲Ａｄａ１、Ａｄａ２、Ａｄｂ１、Ａｄｂ２の情報）と視認性判定部１３の判定結果に基づいて、出射可能又は出射不可能を示す、すなわち出射可否を示す出射可能信号ｓｉｇ１を生成する。信号生成部１４は、撮影方向毎のＸ線画像Ｉｍｃ１、Ｉｍｃ２に対する視認性判定部１３の判定結果に基づいて出射可能範囲Ａｄａ＊、Ａｄｂ＊を設定し、追跡対象の推定位置が設定された出射可能範囲Ａｄａ＊、Ａｄｂ＊の範囲内にあるときに出射可能を示す出射可能信号ｓｉｇ１を出力し、追跡対象の推定位置が設定された出射可能範囲Ａｄａ＊、Ａｄｂ＊の範囲外にあるときに出射不可能を示す出射可能信号ｓｉｇ１を出力する。出射可能範囲Ａｄａ＊は、出射可能範囲Ａｄａ１又は出射可能範囲Ａｄａ２である。同様に出射可能範囲Ａｄｂ＊は、出射可能範囲Ａｄｂ１又は出射可能範囲Ａｄｂ２である。
　撮影方向毎のＸ線画像Ｉｍｃ１、Ｉｍｃ２に対する視認性判定部１３の判定結果はそれぞれ２通りあるので、出射可能範囲Ａｄａ＊、Ａｄｂ＊の組合せは４通りある。すなわち出射可能範囲の組は、第一組（Ａｄａ１、Ａｄｂ１）、第二組（Ａｄａ２、Ａｄｂ１）、第三組（Ａｄａ１、Ａｄｂ２）、第四組（Ａｄａ２、Ａｄｂ２）である。第一組（Ａｄａ１、Ａｄｂ１）はＸ線画像Ｉｍｃ１、Ｉｍｃ２の視認性が共に良好の場合である。第二組（Ａｄａ２、Ａｄｂ１）は、Ｘ線画像Ｉｍｃ１の視認性が不良であり、Ｘ線画像Ｉｍｃ２の視認性が良好の場合である。第三組（Ａｄａ１、Ａｄｂ２）は、Ｘ線画像Ｉｍｃ１の視認性が良好であり、Ｘ線画像Ｉｍｃ２の視認性が不良の場合である。第四組（Ａｄａ２、Ａｄｂ２）は、Ｘ線画像Ｉｍｃ１、Ｉｍｃ２の視認性が共に不良の場合である。
　図３０を用いて、実施の形態３の動体追跡装置１０の動作を説明する。図３０のフローは、図８のフローのテンプレート及びＸ線画像がそれぞれ２に変更されており、出射可能範囲が撮影方向毎にあり、すなわち出射可能範囲が４つに変更されており、図８のステップＳ００７～Ｓ００９がステップＳ０１５、Ｓ０１６になっている。図８のフローと異なる部分を説明する。ステップＳ００１にて、出射信号生成装置１１の位置特定部１２は、追跡対象のテンプレートＩｍｒ１、Ｉｍｒ２を取得する（基準画像取得手順）。ステップＳ００２にて、位置特定部１２及び信号生成部１４は出射可能範囲Ａｄａ１、Ａｄａ２、Ａｄｂ１、Ａｄｂ２の情報を取得する（出射可能範囲取得手順）。ステップＳ００３にて、位置特定部１２はＸ線撮影装置３のＸ線受像器２ａ、２ｂから現在撮影しているＸ線画像Ｉｍｃ１、Ｉｍｃ２を取得する（Ｘ線画像取得手順）。ステップＳ００４にて、Ｘ線画像Ｉｍｃ１、Ｉｍｃ２の視認性判定及び追跡対象の位置推定を行う（視認性判定及び位置推定手順）。
　ステップＳ０１５にて、信号生成部１４はＸ線画像Ｉｍｃ１、Ｉｍｃ２における追跡対象の視認性結果を確認する（視認性結果確認手順）。信号生成部１４は、撮影方向毎に追跡対象の視認性が良好な場合に、出射可能範囲Ａｄａ＊を出射可能範囲Ａｄａ１に設定し、出射可能範囲Ａｄｂ＊を出射可能範囲Ａｄｂ１に設定する。信号生成部１４は、撮影方向毎に追跡対象の視認性が不良な場合に、出射可能範囲Ａｄａ＊を出射可能範囲Ａｄａ２に設定し、出射可能範囲Ａｄｂ＊を出射可能範囲Ａｄｂ２に設定する。ステップＳ０１６にて、信号生成部１４は追跡対象の推定位置が設定された出射可能範囲Ａｄａ＊及び出射可能範囲Ａｄｂ＊の範囲内にあるかを判定する（出射可否判定手順）。追跡対象の推定位置が出射可能範囲Ａｄａ＊及び出射可能範囲Ａｄｂ＊の範囲内（判定条件１）にある場合はステップＳ０１０に進み、追跡対象の推定位置が判定条件１に該当しない場合はステップＳ０１１に進む。判定条件１に該当しないとき（状態）は、追跡対象の推定位置が出射可能範囲Ａｄａ＊及び出射可能範囲Ａｄｂ＊の範囲外にあるとき（非該当１）と、追跡対象の推定位置が出射可能範囲Ａｄａ＊の範囲内にあるが、出射可能範囲Ａｄｂ＊の範囲外にあるとき（非該当２）と、追跡対象の推定位置が出射可能範囲Ａｄｂ＊の範囲内にあるが、出射可能範囲Ａｄａ＊の範囲外にあるとき（非該当３）である。
　実施の形態３の動体追跡装置１０は、少なくとも互いに異なる２方向から追跡対象の動きを撮影する複数のＸ線撮影装置３ａ、３ｂを備え、視認性判定部１３がそれぞれ方向で得られたＸ線画像Ｉｍｃ１、Ｉｍｃ２の視認性の良好度合いを判定する。実施の形態３の動体追跡装置１０は、信号生成部１４が、撮影方向毎に視認性の良好度合いに応じて予め定められた２種類以上の範囲（出射可能範囲Ａｄａ１、Ａｄａ２、Ａｄｂ１、Ａｄｂ２）の中から一つを選択し、追跡対象の推定位置が全撮影方向において選択された範囲内（出射可能範囲Ａｄａ＊、Ａｄｂ＊の範囲内）にあるときに出射を許可する出射可能信号ｓｉｇ１を出力する。すなわち、実施の形態３の動体追跡装置１０は、信号生成部１４が、視認性判定部１３による撮影方向毎のＸ線画像（撮影画像）Ｉｍｃ１、Ｉｍｃ２の視認性判定結果に応じて、予め定められた複数の出射可能範囲（出射可能範囲Ａｄａ１、Ａｄａ２、Ａｄｂ１、Ａｄｂ２）の内から選択された出射可能範囲である選択出射可能範囲に、該当する撮影方向における追跡対象の特定位置がある状態が、全撮影方向において成立する場合に、荷電粒子ビーム３１の出射可能を示す出射可能信号ｓｉｇ１を生成する。実施の形態３の動体追跡装置１０を備えた粒子線治療装置５１は、複数の方向から追跡対象の動きを撮像するので、撮影方向毎に実施の形態１よりも適切な出射可能範囲を選択できるので、実施の形態１よりも照***度を高めることができる。
実施の形態４．
　図３５は、本発明の実施の形態４による動体追跡装置の構成を示す図である。図３６は、図３５の動体追跡装置の動作を示すフロー図である。図３７、図３８は、図３６のフロー図の出射可能範囲を説明する図である。実施の形態４の動体追跡装置１０は、動体追跡装置１０が少なくとも互いに異なる２方向から追跡対象の動きを撮影する複数のＸ線撮影装置３を備えており、視認性の良好度合いを２つ以上の判定基準により３段階（判定基準数＋１の段階）以上で判定し、撮影方向毎の視認性の良好度合いに応じて出射可能範囲Ａｄａ＊、Ａｄｂ＊を設定する例である。実施の形態４の動体追跡装置１０は、撮影方向毎に３つの出射可能範囲、すなわち６つの出射可能範囲Ａｄａ１、Ａｄａ２、Ａｄａ３、のＡｄｂ１、Ａｄｂ２、Ａｄｂ３の情報を含む出射可能範囲情報Ｉａｄを用いる点で、実施の形態３の動体追跡装置１０と異なる。信号生成部１４は、出射可能範囲情報Ｉａｄ（出射可能範囲Ａｄａ１、Ａｄａ２、Ａｄａ３、のＡｄｂ１、Ａｄｂ２、Ａｄｂ３の情報）と視認性判定部１３の判定結果に基づいて、出射可能又は出射不可能を示す、すなわち出射可否を示す出射可能信号ｓｉｇ１を生成する。図３６のフロー図は、図３０のフロー図の出射可能範囲が６つに変更されており、ステップＳ０１５において視認性の良好度合いが３段階に変更されている。実施の形態３と異なる部分及び図３０のフローと異なる部分を説明する。なお、図３５ではＸ線撮影装置３ａの撮影方向とＸ線撮影装置３ｂの撮影方向が直交している例を示した。
　ステップＳ００２にて、位置特定部１２及び信号生成部１４は出射可能範囲Ａｄａ１、Ａｄａ２、Ａｄａ３、のＡｄｂ１、Ａｄｂ２、Ａｄｂ３の情報を取得する（出射可能範囲取得手順）。ステップＳ００４にて、Ｘ線画像Ｉｍｃ１、Ｉｍｃ２の視認性判定及び追跡対象の位置推定を行う（視認性判定及び位置推定手順）。ステップＳ００４にて、視認性判定部１３は撮影方向毎のＸ線画像Ｉｍｃ１、Ｉｍｃ２の視認性の良好度合いを３段階に判定する（視認性判定手順）。視認性の良好度合いは、大、中、小である。ステップＳ０１５にて、信号生成部１４はＸ線画像Ｉｍｃ１、Ｉｍｃ２における追跡対象の視認性結果を確認する（視認性結果確認手順）。信号生成部１４は、撮影方向毎に追跡対象の視認性の良好度合いが大、中、小の場合に、出射可能範囲Ａｄａ＊をそれぞれ出射可能範囲Ａｄａ１、Ａｄａ２、Ａｄａ３に設定し、かつ出射可能範囲Ａｄｂ＊をそれぞれ出射可能範囲Ａｄｂ１、Ａｄｂ２、Ａｄｂ３に設定する。ステップＳ０１６以降は、図３０と同じである。
　撮影方向がｙ方向であるＸ線画像Ｉｍｃ１の出射可能範囲Ａｄａ１、Ａｄａ２、Ａｄａ３は、例えば図３７のように設定される。撮影方向がｘ方向であるＸ線画像Ｉｍｃ２の出射可能範囲Ａｄｂ１、Ａｄｂ２、Ａｄｂ３は、例えば図３８のように設定される。出射可能範囲Ａｄａ１、Ａｄｂ１が最も広い範囲であり、出射可能範囲Ａｄａ３、Ａｄｂ３が最も狭い範囲であり、出射可能範囲Ａｄａ２、Ａｄｂ２が対応する撮影方向の２つの範囲の中間の広さである。出射可能範囲Ａｄａ２、Ａｄｂ２は、対応する撮影方向毎の出射可能範囲Ａｄａ１、Ａｄｂ１に比べ、追跡対象の視認性の良好度合いが大のときの位置特定精度と、視認性の良好度合いが中のときの位置特定精度の差の分だけ小さく設定することが望ましいと考えられる。また、出射可能範囲Ａｄａ３、Ａｄｂ３は、対応する撮影方向毎の出射可能範囲Ａｄａ２、Ａｄｂ２に比べ、追跡対象の視認性の良好度合いが中のときの位置特定精度と、視認性の良好度合いが小のときの位置特定精度の差の分だけ小さく設定することが望ましいと考えられる。なお、出射可能範囲Ａｄａ１が出射可能範囲Ａｄａ２の一部を包含していても良く、出射可能範囲Ａｄａ２が出射可能範囲Ａｄａ３の一部を包含していても良い。出射可能範囲Ａｄｂ１が出射可能範囲Ａｄｂ２の一部を包含していても良く、出射可能範囲Ａｄｂ２が出射可能範囲Ａｄｂ３の一部を包含していても良い。また、出射可能範囲Ａｄａ１、Ａｄａ２、Ａｄａ３は、同じ広さで位置が異なっていても良い。出射可能範囲Ａｄｂ１、Ａｄｂ２、Ａｄｂ３は、同じ広さで位置が異なっていても良い。
　実施の形態４の動体追跡装置１０は、少なくとも互いに異なる２方向から追跡対象の動きを撮影する複数のＸ線撮影装置３ａ、３ｂを備え、視認性判定部１３がそれぞれ方向で得られたＸ線画像Ｉｍｃ１、Ｉｍｃ２の視認性の良好度合いを３段階以上で判定する。実施の形態４の動体追跡装置１０は、信号生成部１４が、撮影方向毎に視認性の良好度合いに応じて予め定められた６種類以上の範囲（出射可能範囲Ａｄａ１、Ａｄａ２、Ａｄａ３、のＡｄｂ１、Ａｄｂ２、Ａｄｂ３）の中から一つを選択し、追跡対象の推定位置が選択された範囲内（出射可能範囲Ａｄａ＊、Ａｄｂ＊の範囲内）にあるときに出射を許可する出射可能信号ｓｉｇ１を出力する。実施の形態４の動体追跡装置１０を備えた粒子線治療装置５１は、複数の方向から追跡対象の動きを撮像すると共に、３段階以上の視認性の良好度合いに応じて出射可能範囲を設定するので、撮影方向毎にかつ視認性の良好度合いに応じて実施の形態１よりも適切な出射可能範囲を選択できるので、実施の形態１よりも照***度を高めることができる。実施の形態４の動体追跡装置１０を備えた粒子線治療装置５１は、３段階以上の視認性の良好度合いに応じて出射可能範囲を設定するので、視認性の良好度合いに応じて実施の形態３よりも適切な出射可能範囲を選択できるので、実施の形態３よりも照***度を高めることができる。
　なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
　３、３ａ、３ｂ…Ｘ線撮影装置（体内撮影装置）、４…治療台、８…ビーム軸、１０…動体追跡装置、１１…出射信号生成装置、１２…位置特定部、１３…視認性判定部、１４…信号生成部、２２…追跡対象、２７…追跡阻害物（第二追跡対象）、３１…荷電粒子ビーム、３２…Ｘ方向走査電磁石、３３…Ｙ方向走査電磁石、３８…照射管理装置、４５…患者、５１…粒子線治療装置、５２…ビーム発生装置、５４…荷電粒子加速器、５８、５８ａ、５８ｂ…粒子線照射装置、５９…ビーム輸送系、６０…テンプレート、Ｉｍｃ、Ｉｍｃ１、Ｉｍｃ２…Ｘ線画像（撮影画像）、Ｉｍｒ、Ｉｍｒ１、Ｉｍｒ２…テンプレート、Ａｄ、Ａｄ１、Ａｄ２、Ａｄ３、Ａｄａ１、Ａｄａ２、Ａｄａ３、Ａｄｂ１、Ａｄｂ２、Ａｄｂ３、Ａｄａ＊、Ａｄｂ＊…出射可能範囲、ｓｉｇ１…出射可能信号

Claims (14)

  1. 　荷電粒子ビームを発生させ、加速器により所定のエネルギーまで加速するビーム発生装置と、前記ビーム発生装置により加速された前記荷電粒子ビームを輸送するビーム輸送系と、前記ビーム輸送系で輸送された前記荷電粒子ビームをＸ方向走査電磁石及びＹ方向走査電磁石により当該荷電粒子ビームのビーム軸に垂直なＸ方向及びＹ方向に走査して患者に照射する粒子線照射装置と、治療台に載置された前記患者の体内における追跡対象を追跡して前記荷電粒子ビームの出射可否を示す出射可能信号を生成する動体追跡装置と、を備え、
    前記動体追跡装置は、
    前記追跡対象の動きを撮影する体内撮影装置と、前記体内撮影装置により撮影された撮影画像に基づいて前記出射可能信号を生成する出射信号生成装置と、を備え、
    前記出射信号生成装置は、
    前記撮影画像に対して画像処理を施すことで前記追跡対象の位置を特定する位置特定部と、前記撮影画像の視認性の良好度合いを判定する視認性判定部と、前記位置特定部により特定された前記追跡対象の位置である特定位置に基づいて前記出射可能信号を生成する信号生成部と、を備え、
    前記粒子線照射装置は、前記出射可能信号が出射可能を示すときに前記荷電粒子ビームが前記患者に照射されるように制御する照射管理装置を備え、
    前記信号生成部は、
    前記視認性判定部による前記撮影画像の視認性判定結果に応じて、予め定められた複数の出射可能範囲の内から選択された出射可能範囲である選択出射可能範囲に、前記追跡対象の前記特定位置があるときに、前記荷電粒子ビームの出射可能を示す前記出射可能信号を生成することを特徴とする粒子線治療装置。
  2. 　前記視認性判定部は、前記撮影画像に対する前記視認性判定結果を２段階である良判定又は不良判定で出力し、
    前記信号生成部は、
    前記撮影画像の視認性判定結果が良判定の場合に、範囲が異なる２つの前記出射可能範囲の一方である第一出射可能範囲に、前記追跡対象の前記特定位置があるときに、前記荷電粒子ビームの出射可能を示す前記出射可能信号を生成し、
    前記撮影画像の視認性判定結果が不良判定の場合に、前記第一出射可能範囲と異なる第二出射可能範囲に、前記追跡対象の前記特定位置があるときに、前記荷電粒子ビームの出射可能を示す前記出射可能信号を生成することを特徴とする請求項１記載の粒子線治療装置。
  3. 　前記視認性判定部は、前記撮影画像に対する前記視認性判定結果を３段階である視認性大判定、視認性中判定、視認性小判定のいずれか一つで出力し、
    前記信号生成部は、
    前記撮影画像の前記視認性判定結果が前記視認性大判定の場合に、前記視認性大判定に対応した第一出射可能範囲に、前記追跡対象の前記特定位置があるときに、前記荷電粒子ビームの出射可能を示す前記出射可能信号を生成し、
    前記撮影画像の前記視認性判定結果が前記視認性中判定の場合に、前記視認性中判定に対応した第二出射可能範囲に、前記追跡対象の前記特定位置があるときに、前記荷電粒子ビームの出射可能を示す前記出射可能信号を生成し、
    前記撮影画像の前記視認性判定結果が前記視認性小判定の場合に、前記視認性小判定に対応した第三出射可能範囲に、前記追跡対象の前記特定位置があるときに、前記荷電粒子ビームの出射可能を示す前記出射可能信号を生成することを特徴とする請求項１記載の粒子線治療装置。
  4. 　前記動体追跡装置は少なくとも２つの前記体内撮影装置を備え、
    それぞれの前記体内撮影装置は互いに異なる方向から前記追跡対象の動きを撮影するように配置されており、
    前記位置特定部は、撮影方向毎に前記撮影画像における前記追跡対象の位置を特定し、
    前記視認性判定部は、撮影方向毎に前記撮影画像の視認性の良好度合いを判定し、
    前記信号生成部は、
    前記視認性判定部による撮影方向毎の前記撮影画像の視認性判定結果に応じて、予め定められた複数の出射可能範囲の内から選択された出射可能範囲である選択出射可能範囲に、該当する撮影方向における前記追跡対象の前記特定位置がある状態が、全撮影方向において成立する場合に、前記荷電粒子ビームの出射可能を示す前記出射可能信号を生成することを特徴とする請求項１記載の粒子線治療装置。
  5. 　前記視認性判定部は、撮影方向毎に前記撮影画像に対する前記視認性判定結果を２段階である良判定又は不良判定で出力し、
    前記信号生成部は、
    撮影方向毎に、
    前記撮影画像の視認性判定結果が良判定の場合に、範囲が異なる２つの前記出射可能範囲の一方である第一出射可能範囲を前記選択出射可能範囲に選択し、
    前記撮影画像の視認性判定結果が不良判定の場合に、前記第一出射可能範囲と異なる第二出射可能範囲を前記選択出射可能範囲に選択することを特徴とする請求項４記載の粒子線治療装置。
  6. 　前記視認性判定部は、撮影方向毎に前記撮影画像に対する前記視認性判定結果を３段階である視認性大判定、視認性中判定、視認性小判定のいずれか一つで出力し、
    前記信号生成部は、
    撮影方向毎に、
    前記撮影画像の前記視認性判定結果が前記視認性大判定の場合に、前記視認性大判定に対応した第一出射可能範囲を前記選択出射可能範囲に選択し、
    前記撮影画像の前記視認性判定結果が前記視認性中判定の場合に、前記視認性中判定に対応した第二出射可能範囲を前記選択出射可能範囲に選択し、
    前記撮影画像の前記視認性判定結果が前記視認性小判定の場合に、前記視認性小判定に対応した第三出射可能範囲を前記選択出射可能範囲に選択することを特徴とする請求項４記載の粒子線治療装置。
  7. 　前記第一出射可能範囲は前記第二出射可能範囲の位置が異なることを特徴とする請求項２または５に記載の粒子線治療装置。
  8. 　前記第一出射可能範囲は前記第二出射可能範囲よりも広いことを特徴とする請求項２または５に記載の粒子線治療装置。
  9. 　前記第一出射可能範囲は前記第二出射可能範囲の一部を包含することを特徴とする請求項２または５に記載の粒子線治療装置。
  10. 　前記第一出射可能範囲、前記第二出射可能範囲、前記第三出射可能範囲は、それぞれ位置が異なることを特徴とする請求項３または６に記載の粒子線治療装置。
  11. 　前記第一出射可能範囲は、前記第二出射可能範囲及び前記第三出射可能範囲よりも広く、前記第二出射可能範囲は前記第三出射可能範囲よりも広いことを特徴とする請求項３または６に記載の粒子線治療装置。
  12. 　前記第一出射可能範囲は、前記第二出射可能範囲及び前記第三出射可能範囲の一部を包含し、前記第二出射可能範囲は前記第三出射可能範囲の一部を包含することを特徴とする請求項３または６に記載の粒子線治療装置。
  13. 　前記視認性判定部は、
    前記撮影画像と、前記撮影画像の撮影方向に対応した前記追跡対象の画像であるテンプレートとの類似度に基づいて、前記撮影画像の視認性の良好度合いを判定することを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の粒子線治療装置。
  14. 　前記位置特定部は、
    前記撮影画像において、一つの前記追跡対象である第一追跡対象と、第一追跡対象の追跡を阻害する他の前記追跡対象である第二追跡対象との位置を特定し、
    前記視認性判定部は、
    特定された前記第一追跡対象の位置である第一特定位置と、特定された前記第二追跡対象の位置である第二特定位置との位置関係に基づいて、前記撮影画像の視認性の良好度合いを判定することを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の粒子線治療装置。
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