JP7479176B2 - 位置決め支援装置及び位置決め方法 - Google Patents

Description

本発明は、位置決め支援装置及び位置決め方法に関するものである。

従来から、がんの治療方法として患者に放射線を照射する放射線治療が知られている（例えば、非特許文献１参照。）。放射線治療では、治療台上の事前に計画された位置に患者を載置する必要がある。一般的な患者の位置決め作業において、治療台上にレーザ光走査によりマーカー線が描写される。一方、患者の体表面にも所定の基準線が予め付されており、治療台上に誘導された患者の体表面の基準線が上記レーザ光によるマーカー線の位置に一致することをもって、患者が治療台上で正しい位置に載置されたことが確認される。

"放射線治療"、［online］、がん研有明病院、［令和２年３月３日検索］、インターネット〈URL:https://www.jfcr.or.jp/hospital/cancer/treatment/radiation/index.html〉

この種の位置決めでは、位置決め作業時間の短縮やヒューマンエラーの低減等を図るべく、より直感的に患者の位置決めがされることが好ましい。本発明は、放射線治療の治療台上における直感的な患者の位置決めを可能にする位置決め支援装置及び位置決め方法を提供することを目的とする。

本発明の位置決め支援装置は、放射線治療の患者を目標位置及び目標体位で治療台上に載置する位置決め作業を支援する位置決め支援装置であって、治療台上の患者の表面を投影面として、目標位置及び目標体位にある患者の表面を示す目標表面画像を投影する投影装置を備える。

投影装置は、目標表面画像として二次元的な画像を投影することとしてもよい。投影装置は、治療台が放射線治療の準備室内の所定の準備位置に配置されたときに当該治療台上の患者の表面に目標表面画像を投影することとしてもよい。また、目標表面画像は、患者の体表に位置する身体部位の位置を示す画像を含むこととしてもよい。投影装置は、目標表面画像に重畳させて、患者の体内の情報を表す画像を更に投影可能であることとしてもよい。また、上記の放射線治療は中性子捕捉療法であってもよい。

本発明の位置決め方法は、放射線治療の患者を目標位置及び目標体位で治療台上に載置する位置決め方法であって、治療台上の患者の表面を投影面として、目標位置及び目標体位にある患者の表面を示す目標表面画像を投影装置から投影する投影工程と、目標表面画像と患者とが一致するように患者の位置及び体位を誘導し調整する調整工程と、備える。

本発明によれば、放射線治療の治療台上における直感的な患者の位置決めを可能にする位置決め支援装置及び位置決め方法を提供することができる。

実施形態の位置決め支援装置が適用される中性子線治療装置を示す図である。 図１の中性子線治療装置の中性子線出力部近傍を示す図である。 図１の中性子線治療装置の照射室と準備室とを示す斜視図である。 位置決め支援装置を示すブロック図である。 本実施形態の位置決め方法のフローチャートである。 患者の表面に投影された体内情報画像の一例を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、「上流」「下流」の語は、出射する荷電粒子線及び中性子線の上流（加速器側）、下流（患者側）をそれぞれ意味している。

図１は、本実施形態の位置決め支援装置及び位置決め方法が適用される中性子線治療装置１（放射線治療装置）を示す。中性子線治療装置１は、ホウ素中性子捕捉療法（ＢＮＣＴ：BoronNCT）を用いたがん治療を行う装置であり、ホウ素１０（^１０Ｂ）が投与された患者４０に対し中性子線Ｎを照射する。中性子線治療装置１は、加速器１０（例えば、サイクロトロン）を備え、加速器１０は、荷電粒子（例えば、陽子）を加速して、荷電粒子線Ｐ（例えば、陽子線）を作り出し、出射する。ここでの加速器１０は、例えば、ビーム半径４０ｍｍ、６０ｋＷ（＝３０ＭｅＶ×２ｍＡ）の荷電粒子線Ｐを生成する能力を有している。

加速器１０から出射された荷電粒子線Ｐは、水平型ステアリング１２、４方向スリット１４、水平垂直型ステアリング１６、四重極電磁石１８，１９，２０、９０度偏向電磁石２２、四重極電磁石２４、水平垂直型ステアリング２６、四重極電磁石２８、４方向スリット３０、電流モニタ３２、荷電粒子線走査部３４を順次に通過し、中性子線出力部３６に導かれる。中性子線出力部３６では荷電粒子線ＰがターゲットＴに照射されることで生成された中性子線Ｎを出射し、当該中性子線Ｎが治療台３８上の患者４０に照射される。

水平型ステアリング１２、水平垂直型ステアリング１６，２６は、例えば電磁石を用いて荷電粒子線Ｐのビーム軸調整を行うものである。同様に、四重極電磁石１８，１９，２０，２４，２８は、例えば電磁石を用いて荷電粒子線Ｐのビームの発散を抑制するものである。４方向スリット１４，３０は、端のビームを切ることにより、荷電粒子線Ｐのビーム整形を行うものである。

９０度偏向電磁石２２は、荷電粒子線Ｐの進行方向を９０度偏向するものである。なお、９０度偏向電磁石２２には、切替部４２が設けられており、切替部４２によって荷電粒子線Ｐを正規の軌道から外してビームダンプ４４に導くことが可能になっている。ビームダンプ４４は、治療前などにおいて荷電粒子線Ｐの出力確認を行うことができる。

電流モニタ３２は、中性子線出力部３６のターゲットＴに照射される荷電粒子線Ｐの電流値（つまり、電荷，照射線量率）をリアルタイムで測定するものである。電流モニタ３２は、荷電粒子線Ｐに影響を与えずに電流測定可能な非破壊型のＤＣＣＴ（DC Current Transformer）が用いられている。この電流モニタ３２には、所定のコントローラが接続されている。なお、「線量率」とは、単位時間当たりの線量を意味する（以下、同じ）。

荷電粒子線走査部３４は、荷電粒子線Ｐを走査し、ターゲットＴに対する荷電粒子線Ｐの照射制御を行うものである。ここでの荷電粒子線走査部３４は、例えば、荷電粒子線ＰのターゲットＴに対する照射位置や、荷電粒子線Ｐのビーム径等を制御する。

図２に示すように、中性子線出力部３６は、荷電粒子線Ｐを通すビームダクト４８の下流端部に配設されたターゲットＴと、ターゲットＴで発生した中性子線Ｎを減速させるモデレータ５０と、これらを覆うように設けられた遮蔽体５２と、遮蔽体５２の下流端に取り付けられたコリメータ４６と、を含んで構成されている。

ターゲットＴは、荷電粒子線Ｐの照射を受けて中性子線Ｎを発生させるものである。ここでのターゲットＴは、例えば、ベリリウム（Ｂｅ）により形成され、直径１６０ｍｍの円板状を成している。モデレータ５０は、ターゲットＴから出射される中性子線Ｎを減速させ、エネルギーが低減された治療用中性子線Ｎとするものである。モデレータ５０は、例えば異なる複数の材料から成る積層構造とされている。モデレータ５０の材料は、荷電粒子線Ｐのエネルギー等の諸条件によって適宜選択される。

遮蔽体５２は、中性子線Ｎ、及び当該中性子線Ｎの発生に伴って生じたガンマ線等が外部へ放出されないよう遮蔽するものであり、照射室３の床に取り付けられている。コリメータ４６は、治療用中性子線Ｎの出力口となる円形の開口４６ａを備え、治療用中性子線Ｎの照射野を規定する。なお、コリメータ４６は、治療台３８に取り付けられていてもよい。

中性子線出力部３６においては、荷電粒子線走査部３４で走査された荷電粒子線ＰがターゲットＴに照射され、これにより中性子線が発生する。発生した中性子線は、モデレータ５０で減速されて治療用中性子線Ｎとなる。そして、モデレータ５０から出射された治療用中性子線Ｎが、コリメータ４６の開口４６ａを通過して治療台３８上の患者４０へ照射される。治療用中性子線Ｎのビームには、ガンマ線、速中性子線、熱外中性子線、及び熱中性子線が含まれている。このうちの熱中性子線が、主に、患者４０体内の腫瘍中に取り込まれたホウ素１０と核反応し、有効な治療効果を発揮する。なお、治療用中性子線Ｎのビームに含まれる熱外中性子線の一部も、患者４０の体内で減速されて上記治療効果を発揮する熱中性子線となる。熱中性子線は、０．５eV以下のエネルギーの中性子線である。

図３は、中性子線治療装置１が構築された建物の照射室３と準備室５とを示す模式図である。照射室３は、患者４０に中性子線が照射される治療が実行される部屋であり、上述の中性子線出力部３６は照射室３に設置されている。照射室３においては、治療位置Ｐ１に治療台３８が設置され、当該治療台３８上の患者４０に対して中性子線Ｎが照射される。準備室５は、治療の準備を行う部屋である。図３に示されるように、中性子線治療装置１を用いた中性子捕捉療法では、患者４０を治療台３８に載置し拘束する等の準備作業を準備室５の室内で実施する。準備室５での準備作業には、準備位置Ｐ２に治療台３８が設置された状態で、事前に計画された患者４０の位置及び体位を治療台３８上で再現し拘束する位置決め作業が含まれる。そして、治療台３８に対する患者の拘束の状態を維持したまま治療台３８ごと患者４０を照射室３の治療位置Ｐ１へ移動させ、照射室３の室内において、中性子線出力部３６から患者４０に中性子線が照射される。

なお、上記準備作業は、上記のように準備室５で実行されてもよいが、照射室３で直接実行されてもよい。但し、照射室３の放射線量は比較的高く、準備室５は照射室３から遮蔽壁で遮蔽されているので、準備室５の放射線量は照射室３に比較して低い。従って、準備室５で準備作業を行えば、照射室３で準備作業を行う場合に比較して、準備作業中における患者４０の被曝が低減される。以下では、準備室５で準備作業を実行する場合を例として説明する。

ここで、コリメータ４６の開口４６ａから照射された中性子線は開口４６ａから遠ざかるほど拡散しフラックスが低下するので、患者４０の腫瘍の位置を可能な限り開口４６ａに近づける必要がある。その一方で、中性子線治療装置１における中性子線の出口（コリメータ４６の取付口）と照射方向は、照射室３内で変更することはできない。このため、治療中の患者４０は、腫瘍を開口４６ａに近づけるべく肩や首を捻るなどの立体的な複雑な体位を取る場合がある。特に、患者４０の頭頸部に中性子線を照射する場合には、体位が複雑になる傾向にある。そして、準備室５における患者４０の位置決め作業は、このような患者４０の肩の角度や首の角度等を含む複雑な体位を治療台３８上で再現する必要がある。そこで、複雑な患者４０の体位の位置決め作業を支援すべく、本実施形態の位置決め支援装置６１が使用され、本実施形態の位置決め方法が実行される。

本実施形態の本実施形態の位置決め支援装置６１及び位置決め方法は、治療台３８上における患者４０の位置決め作業に適用される。図４に示されるように、位置決め支援装置６１は、所定の投影面に画像光６３ａを投光し当該投影面上に画像を形成する投影装置６３と、投影装置６３を制御する制御部６５とを備えている。制御部６５は、例えばコンピュータで構成される。投影装置６３は、例えば準備室５の壁又は天井に設置され、準備室５における治療台３８の設置位置に向けて画像光６３ａを投光する。なお、投影装置６３は複数存在してもよい。また、投影装置６３は治療台３８に固定されてもよい。

位置決め支援装置６１を用いた位置決め方法について、図５のフローチャートを参照しながら説明する。まず、位置決め作業の準備として、事前に撮影した患者４０のＸ線ＣＴ画像に基づいて患者４０の腫瘍の位置が認識される。次に、患者４０の腫瘍の位置に基づいて、治療中に患者４０が配置されるべき治療台３８上での位置、及び治療中に患者４０が治療台３８上で取るべき体位が計画される。このように計画された位置及び体位は、患者４０の位置決め作業における位置決めの目標であり、以下では、それぞれ単に、「目標位置」、「目標体位」と呼ぶ。次に、上記の目標位置及び目標体位を取った場合の患者４０の３次元データが取得される（Ｓ１０１）。この３次元データの取得は、実物の患者４０を３次元スキャンすることや、実物の患者４０をＣＴ撮影すること等によって実行されてもよい。

次に、上記３次元データに基づき、治療台３８上で目標位置及び目標体位にある場合の患者４０の表面４０ａのモデルのデータが作成される。そして、当該モデルの画像を治療台３８上の実物の患者４０の表面４０ａに表示するための画像データ６５ａが作成され、患者データ６７の一部として保存される（Ｓ１０３）。なお、上記のような表面４０ａのモデルの作成や画像データ６５ａの作成は、公知のプロジェクションマッピングの手法を用いて、制御部６５の演算によって実行されてもよい。画像データ６５ａには、位置合わせの目印のために、患者４０の体表に位置する身体部位４０ｂの画像が含まれてもよい。このような身体部位４０ｂとしては、人間が首や肩を捻っても変位し難いような部位（例えば、輪郭、耳孔、眼窩等）が選択される。また、画像データ６５ａには、上記身体部位４０ｂの位置を示すマーク等の画像が含まれてもよい。

位置決め作業では、治療台３８が準備室５における所定の準備位置Ｐ２に固定されることで、準備室５の壁に固定された投影装置６３と治療台３８との相対的な位置関係が固定される。この治療台３８上に患者４０が載置され、患者位置決めの作業者は、治療台３８上で患者４０の位置及び体位を誘導し、目標位置及び目標体位に概ね近い状態とする。その一方で、位置決め支援装置６１では、制御部６５が、患者データ６７に含まれる上記画像データ６５ａを読込んで、当該画像データ６５ａを投影装置６３に送信する。そして、投影装置６３は、画像データ６５ａに基づく画像光６３ａを治療台３８上の患者４０に向けて投光する。そうすると、患者４０の表面４０ａを投影面として、患者４０が目標位置及び目標体位にある場合の当該患者４０の表面４０ａを示す二次元的な目標表面画像６３ｂが、患者４０の表面４０ａに表示される（Ｓ１０５：投影工程）。なお、目標表面画像６３ｂが「二次元的」である、とは、目標表面画像６３ｂが平面的に描写される画像（例えば、患者４０の身体部位４０ｂの写真又は絵等）であることを言う。例えば、位置決め用のマーカー線を示す一次元的な直線の画像が患者４０の表面４０ａに投影されるような場合、このような直線の画像は上記の「二次元的」な目標表面画像６３ｂには含まれない。上記のように、複雑な凹凸形状をなす患者４０の表面４０ａを投影面として目標表面画像６３ｂを投影するために、前述のとおり、プロジェクションマッピングの手法を用いて画像データ６５ａが作成される。

ここでは、照射室３内の治療位置Ｐ１に設置された治療台３８上の患者４０の目標位置及び目標体位のモデルに対し、当該モデルを照射室３の治療位置Ｐ１と準備室５の準備位置Ｐ２との位置差に対応して座標移動したモデルの目標表面画像６３ｂが、投影装置６３によって表示される。

なお、表示された目標表面画像６３ｂを撮影するカメラが準備室５内に存在し、カメラの撮影画像に基づいて投影装置６３の画像光６３ａがフィードバック制御されることで、目標表面画像６３ｂの歪み補正がなされてもよい。また、このような目標表面画像６３ｂの歪み補正に用いるために、患者４０にマーカーが付されてもよい。

ここで、画像データ６５ａの投影面である患者４０の表面４０ａとは、患者４０の体表面であってもよく、患者４０が着用している衣類等の表面であってもよい。或いは、画像光６３ａの収差を低減するために、画像を投影し易い平滑な表面を有するシェル状の装身具を患者４０が装着してもよく、この場合の上記装身具の表面が患者４０の表面４０ａであってもよい。

次に作業者は、上記目標表面画像６３ｂと治療台３８上の実物の患者４０とが重なるように、患者４０の位置及び体位を誘導し調整する。この調整では、例えば、目標表面画像６３ｂに含まれる患者４０の身体部位４０ｂの画像（例えば、輪郭、耳孔、眼窩の画像）と、実物の患者４０の身体部位４０ｂ（例えば、輪郭、耳孔、眼窩）と、の位置が一致するように、患者４０が誘導される（Ｓ１０７：調整工程）。そして、上記のように画像と実物とが重なったことをもって、患者４０が治療台３８上で目標位置及び目標体位にあることが確認される。なお、上記のような調整を容易にするために、位置決めの基準となる耳孔、眼窩等の画像が、色分けや輪郭線表示によって強調表示されてもよい。

なお、患者４０の表面４０ａを示す上記の目標表面画像６３ｂだけでなく、患者４０の体内の情報を表す体内情報画像６４が、目標表面画像６３ｂに重畳され患者４０の表面４０ａに投影装置６３から投影されてもよい。患者４０の体内の情報の例として、例えば、患者４０のＰＥＴ画像から得られる薬剤集積分布、治療計画から予想される中性子線量分布、治療計画から予想されるガンマ線照射分布等が挙げられる。このような情報が体内情報画像６４として患者４０の表面４０ａに表示されることで、患者４０の位置及び体位の誤差が許容範囲であるか否かを、医師や放射線技師が視覚的に確認可能である。

上記の患者４０の体内の情報は、予め準備され患者データ６７の一部として保存され、公知のプロジェクションマッピングの手法を用いた制御部６５の演算によって、投影装置６３用の画像データに変換されればよい。そして、前述の薬剤集積分布、中性子線量分布、ガンマ線線量分布等が、医師や放射線技師の視点から見て実物の患者４０の体内での分布として見えるように、体内情報画像６４が患者４０の表面４０ａに表示される。図６に示されるように、体内情報画像６４として、例えば、薬剤集積分布、中性子線量分布、ガンマ線線量分布等のコンター図が患者４０の表面４０ａに表示されてもよい。

上記のように患者４０の位置決めが完了した後、作業者は、治療台３８に対する相対的な患者４０の位置及び体位を維持したまま、治療台３８及び患者４０を照射室３に搬送し、治療台３８を照射室３内の所定の治療位置Ｐ１に固定する（図３参照）。その後、中性子線出力部３６からの中性子線が治療台３８上の患者４０に照射され、ホウ素中性子捕捉療法による治療が行われる。

以上説明したような本実施形態の位置決め支援装置６１及び位置決め方法によれば、作業者は、患者４０の表面４０ａの画像と、実物の患者４０の表面４０ａとを一致させるように、患者４０の位置及び体位を誘導すればよい。従って、患者４０を誘導すべき目標位置及び目標体位が視覚的に判りやすく、作業者は、容易に直感的に患者４０の位置決めを行うことができる。そして、このような直感的な位置決めが実行されることにより、位置決め作業時間の短縮やヒューマンエラーの低減を図ることができる。

位置決め作業時間が短縮されることで、ひいては中性子線治療装置１のスループットが向上する。また医療スタッフの作業負荷が軽減され、人的コスト削減が図られる。また、Ｘ線投影装置を用いた患者４０の位置決めに比較して、患者４０の被曝量が低減される。

なお、他の手法として、上記のような目標表面画像６３ｂを、位置決め作業者が装着したヘッドマウントディスプレイで仮想的に患者４０の表面４０ａに表示する手法も考えられる。しかしながら、この場合、作業者の人数分のヘッドマウントディスプレイが必要になる。これに対して、本実施形態の位置決め支援装置６１及び位置決め方法では、作業者が増加しても投影装置６３を増加させる必要がほとんどない点で好ましい。また、ヘッドマウントディスプレイの着脱や装置配線の取扱いの手間が作業者の負担になるが、位置決め支援装置６１の投影装置６３は主に部屋等に固定されるのでこのような問題は発生し難い。

ここで、ホウ素中性子捕捉療法は、患者４０の患部近傍に中性子線を照射し、照射範囲内の腫瘍細胞に取り込まれたホウ素１０と中性子線とを反応させることで、腫瘍細胞に集中してダメージを付与する方式の治療法である。従って、ホウ素中性子捕捉療法では、陽子線治療等の他の放射線治療に比較すれば、患者４０の位置決めの要求精度は低い。

例えば仮に、陽子線治療に本実施形態の位置決め支援装置６１及び位置決め方法が適用された場合には、位置決め後の患者４０のＣＴ撮影を照射室３において更に実行し、位置決め支援装置６１による患者４０の位置決め精度が十分であるか否かを最終確認せざるを得ないと考えられる。

これに対し、本実施形態の位置決め支援装置６１及び位置決め方法による患者４０の位置決め精度は、ホウ素中性子捕捉療法には十分とされる可能性も高い。従って、本実施形態の位置決め支援装置６１及び位置決め方法がホウ素中性子捕捉療法に適用された場合には、上記のような最終確認のためのＣＴ撮影を省略することも可能になる。また、上記のような最終確認に用いられるＣＴ装置は、座位姿勢の患者４０に対応出来ない場合もあるところ、最終確認のためのＣＴ撮影が不要であれば、座位姿勢の患者４０を取扱うことができないといった問題は発生しない。よって、実施形態の位置決め支援装置６１及び位置決め方法は、ホウ素中性子捕捉療法に好適に適用可能である。

本発明は、上述した実施形態を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した様々な形態で実施することができる。また、上述した実施形態に記載されている技術的事項を利用して、実施例の変形例を構成することも可能である。各実施形態の構成を適宜組み合わせて使用してもよい。例えば、上述の実施形態では、仰臥位・腹臥位用の治療台３８を例示しているが、治療台３８は座位用のものであってもよい。また、上述の実施形態では、準備室５で患者４０の位置決め作業が実行されたが、前述したように、照射室３内の実際に中性子線が照射される位置において、治療台３８上の患者４０の位置決めが直接実行されてもよい。この場合、例えば照射室３の壁又は天井に投影装置６３が固定されればよい。

５…準備室、３８…治療台、４０…患者、４０ａ…表面（投影面）、４０ｂ…身体部位、６１…位置決め支援装置、６３…投影装置、６３ｂ…目標表面画像、Ｐ２…準備位置、６４…体内情報画像。

Claims (5)

1. 中性子捕捉療法の患者を目標位置及び目標体位で治療台上に載置する作業者による位置決め作業を支援する位置決め支援装置であって、
   前記治療台上の前記患者の表面を投影面として、前記目標位置及び前記目標体位にある前記患者の前記表面を示す目標表面画像を投影する投影装置を備え、
   前記目標位置及び前記目標体位は、
   位置及び向きが変更不可能であるように照射室に固定され中性子線の照射野を規定するコリメータの開口を前記治療台上の前記患者に対して近づけた状態における該患者の位置及び体位であり、
   前記患者に投影される前記目標表面画像のうち、前記位置決め作業において位置決めの基準となる前記患者の部位の画像の色は、他の部位の画像の色と異なる、位置決め支援装置。
2. 前記投影装置は、前記目標表面画像として二次元的な画像を投影する請求項１に記載の位置決め支援装置。
3. 前記投影装置は、
   前記治療台が前記中性子捕捉療法の準備室内の所定の準備位置に配置されたときに当該治療台上の前記患者の表面に前記目標表面画像を投影する、請求項１又は２に記載の位置決め支援装置。
4. 位置決めの基準となる前記患者の部位の画像は、患者の体表に位置する身体部位の位置を示す画像を含む、請求項１～３の何れか１項に記載の位置決め支援装置。
5. 前記投影装置は、
   前記目標表面画像に重畳させて、前記患者の体内の情報を表す画像を更に投影可能である、請求項１～４の何れか１項に記載の位置決め支援装置。

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