放射线摄像装置及放射线治疗装置的制作方法

1.本发明涉及在通过放射线治疗装置来治疗被摄体中周期性活动的治疗对象时，拍摄被摄体和治疗对象的三维图像的技术，尤其涉及减少三维图像所包含的伪影的技术。


背景技术：

2.在对恶性肿瘤等治疗对象照射放射线的放射线治疗装置中，使放射线向治疗对象集中，并抑制向正常组织的照射尤为重要。特别是在治疗对象因呼吸等而周期性地活动的情况下，需要根据治疗对象的活动，准确地控制照射放射线的定时、位置。
3.在专利文献1中公开了一种放射线治疗系统，在包围被摄体的旋转支承装置中，与治疗用放射线源一起搭载有由x射线源和检测器成对构成的两组摄像装置。在专利文献1中，根据由两组摄像装置取得的两个投影图像求出治疗对象的三维位置，仅使用治疗对象位于特定的区域的投影图像来重构断层图像，或者使用全部的投影图像来重构断层图像。
4.现有技术文献
5.专利文献
6.专利文献1：日本专利第6181459号公报


技术实现要素：

7.发明所要解决的课题
8.然而，在专利文献1中，有时在重构后的断层图像中产生伪影。即，在仅使用治疗对象位于特定的区域的投影图像的情况下，若取得投影图像的投影角度的分布存在不均，则产生伪影，在使用了全部的投影图像的情况下，产生由治疗对象的活动引起的伪影。
9.因此，本发明的目的在于，提供一种能够减少包含周期性活动的治疗对象的被摄体的断层图像的伪影的放射线摄像装置以及放射线治疗装置。
10.用于解决课题的手段
11.为了实现上述目的，本发明为一种放射线摄像装置，其具备：机架，其将向被摄体照射放射线的放射线源和检测透过所述被摄体的放射线的检测器的对搭载为两组，并使所述放射线源和所述检测器绕所述被摄体旋转；重构部，其基于根据所述检测器的输出而生成的多个投影图像来重构所述被摄体的断层图像，其特征在于，还具备：相位计算部，其基于所述被摄体的周期性活动来计算活动的相位；分割部，其分别按照每个相位分割由第一组取得的多个投影图像即第一投影图像组和由第二组取得的多个投影图像即第二投影图像组；条件设定部，其以使得被分割为相同相位的第一投影图像组与第二投影图像组在彼此的投影角度之间进行补充的方式设定拍摄条件，所述重构部使用被分割为相同相位的第一投影图像组和第二投影图像组来重构断层图像。
12.另外，本发明为一种具备向治疗对象照射治疗用放射线的治疗用放射线源的放射线治疗装置，其特征在于，所述放射线治疗装置具备所述放射线摄像装置。
13.发明效果
14.根据本发明，能够提供一种能够减少包含周期性活动的治疗对象的被摄体的断层图像的伪影的放射线摄像装置以及放射线治疗装置。
附图说明
15.图1是放射线治疗装置的整体结构图。
16.图2是放射线摄像装置的整体结构图。
17.图3是对相位的计算进行说明的图。
18.图4是对在彼此的投影角度之间进行补充的投影图像组进行说明的图。
19.图5是说明投影图像的间隔的图。
20.图6是表示实施例1的处理的流程的一例的图。
21.图7是表示实施例1的处理流程的另一例的图。
22.图8是说明实施例2的权重的例子的图。
23.图9是对旋转测量的投影角度的范围的差异进行说明的图。
具体实施方式
24.以下，根据附图对本发明所涉及的放射线摄像装置以及放射线治疗装置的实施例进行说明。此外，在以下的说明以及附图中，对具有相同功能结构的结构要素标注相同的附图标记，从而省略重复说明。
25.实施例1
26.使用图1对放射线治疗装置的整体结构进行说明。放射线治疗装置具备治疗用放射线源101、床102、x射线源103、检测器104、机架105、控制部106。
27.治疗用放射线源101是对载置于床102的被摄体100中的治疗对象照射治疗用放射线的装置，与电子束加速器等连接。在治疗对象活动的情况下，在治疗对象进入照射区域时照射治疗用放射线，或者以跟踪治疗对象的方式改变治疗用放射线的朝向。床102是使被摄体100移动到适于治疗的位置的装置，上下左右前后移动。
28.x射线源103是向被摄体100照射x射线的装置。检测器104是检测透过被摄体100的x射线的二维分布的装置，与x射线源103相对并且夹着被摄体100被配置。通过x射线源103和检测器104的对来取得被摄体100的投影图像，提取投影图像上的治疗对象的二维位置。此外，在本实施例中，由于具备x射线源103a和检测器104a的对、x射线源103b和检测器104b的对这两组，所以能够根据由各组取得的各投影图像上的各二维位置计算治疗对象的三维位置。
29.机架105是搭载有x射线源103和检测器104的对，使x射线源103和检测器104绕被摄体100旋转的装置。两组的对通过机架105一起以相同的速度旋转。x射线源103和检测器104一边旋转一边反复进行x射线的照射和检测，由此取得来自多个方向的投影图像。此外，在取得投影图像时，将照射x射线的方向的角度设为投影角度，将从预定的方向、例如被摄体100的正上方照射x射线的方向设为0度的投影角度。另外，机架105既可以将x射线源103与检测器104的对搭载三组以上，也可以搭载治疗用放射线源101。
30.控制部106是控制放射线治疗装置的各部的装置，由计算机等构成。治疗所涉及的条件经由键盘、鼠标、触摸面板等输入装置由操作者设定。
31.使用图2对放射线摄像装置的整体结构进行说明。放射线摄像装置具备床102、x射线源103、检测器104、机架105、体动测量部200、控制部106。床102、x射线源103、检测器104、机架105如使用图1所说明的那样。此外，将x射线源103a和检测器104a的对与x射线源103b和检测器104b的对所成的角度设为δθ。δθ可以是恒定的值，例如90度，也可以变更为0度以及180度以外的任意的值。
32.体动测量部200是测量被摄体100的活动的装置，例如对被摄体100照射激光、超声波、毫米波、近红外线等，基于从被摄体100的外表面反射的激光等的测量值来测量外表面的位置的变化。或者，也可以是向被摄体100照射x射线、超声波、磁气等，测量被摄体100的内部的构造的位置的变化的装置。即，体动测量部200通过经时地测量被摄体100的关注点与基准点的距离，来测量被摄体100的周期性活动、例如基于呼吸的活动。
33.控制部106是控制放射线摄像装置的各部并且基于检测器104的输出来生成各种图像、例如断层图像的装置，由计算机等构成，具有cpu(central processing unit：中央处理单元)、存储器等。拍摄所涉及的条件经由键盘、鼠标、触摸面板等输入装置由操作者设定，或者在使用图2后述的条件设定部203设定后，由控制部106接收。由控制部106生成的各种图像显示于液晶显示器等显示装置，或者储存于hhd(hard disk drive：硬盘驱动器)、ssd(solid state drive：固态驱动器)等存储装置。
34.控制部106包含作为本实施例的主要部分的相位计算部201、分割部202、条件设定部203、旋转控制部204、重构部205。此外，这些主要部分可以由在控制部106中进行动作的软件构成，也可以由专用的硬件构成。在以下的说明中，对本实施例的主要部分由软件构成的情况进行说明。
35.相位计算部201基于体动测量部200的输出，计算被摄体100的活动的相位。具体而言，将活动的振幅分割为多个，对分割出的每个振幅的范围分配相位的编号。使用图3对相位的计算的一例进行说明。在图3中用虚线表示活动的波形的一例。此外，纵轴是测量点相对于任意基准点的活动的振幅，横轴是时间。在图3中，相位计算部201将活动的振幅分割成五个范围，从振幅的值大的一方开始按顺序分配相位的编号，将最小的振幅的范围设为相位5。即，基于活动的大小来计算相位。另外，相位计算单元201计算被摄体100的活动的周期。
36.分割部202将由x射线源103a和检测器104a的对取得的投影图像组即第一投影图像组和由x射线源103b和检测器104b的对取得的投影图像组即第二投影图像组分别按照每个相位进行分割。在各种投影角度取得投影图像的期间，被摄体100周期性地活动，因此各投影图像根据取得的定时而与被摄体100的活动的相位关联起来。即，多个投影图像根据投影角度而按照每个相位进行分割。
37.即使在被摄体100比机架105的旋转速度更高速地活动的情况下，也能够通过按照每个相位分割多个投影图像，并使用相同相位的投影图像组来重构断层图像，从而得到减少了因被摄体100的活动而导致的伪影的图像。例如，如图3所示，对分割成与相位5对应的投影角度的投影图像设定权重1.0，对相位1～4的投影图像设定权重0.0，由此，相位1～4的投影图像不用于断层图像的重构，仅通过相位5的投影图像组重构断层图像。但是，在取得投影图像的投影角度的分布存在不均的情况下，也产生伪影。因此，在本实施例中，以使分割为相同相位的投影图像组的投影角度变得均匀的方式设定拍摄条件。
38.条件设定部203以使被分割为相同相位的第一投影图像组与第二投影图像组在彼此的投影角度之间进行补充的方式设定拍摄条件。使用图4对补充彼此的投影角度之间的第一投影图像组和第二投影图像组的例子进行说明。在图4中，基于某相位、例如图3的相位5，用实线表示对第一投影图像组设定的权重，用点虚线表示对第二投影图像组设定的权重。此外，纵轴是针对投影图像组的权重，横轴是投影角度。另外，检测器104a的拍摄范围为从第一开始角度θas到第一结束角度θae为止，检测器104b的拍摄范围为从第二开始角度θbs到第二结束角度θbe为止，2个拍摄范围偏离δθ。在图4中，条件设定部203以使第一投影图像组与第二投影图像组的权重补充彼此的投影角度之间的方式设定拍摄条件。通过这样设定拍摄条件，由于被分割为相同相位的投影图像组的投影角度变得均匀，因此能够减少重构的断层图像的伪影。
39.此外，由条件设定部203设定的作为拍摄条件之一的机架105的旋转速度p例如通过下式进行计算。
40.p＝2δθ/(t
·
(2n-1))
…
(式1)
41.在此，δθ是x射线源103a和检测器104a的对与x射线源103b和检测器104b的对所形成的角度，t是被摄体100的活动的周期，n是自然数。即，基于x射线源103和检测器104这两对所成的角度、和被摄体100的活动的周期来设定机架105的旋转速度p。
42.另外，由条件设定部203设定的拍摄条件之一即来自x射线源103的x射线的照射定时t例如通过下式计算。
43.t＝2t/(2n-1)
…
(式2)
44.即，基于被摄体100的活动的周期来设定x射线的照射定时t。
45.另外，优选的是，条件设定部203以使被分割为相同相位的第一投影图像组与第二投影图像组等间隔或补充彼此的投影角度之间的方式设定拍摄条件。使用图5对第一投影图像组与第二投影图像组的间隔进行说明。在图5中，与图4同样地，用实线表示对第一投影图像组设定的权重，用点虚线表示对第二投影图像组设定的权重。此外，间隔a是第一投影图像组的权重1.0的中心角度与第二投影图像组的权重1.0的中心角度的间隔，间隔b是第二投影图像组的权重1.0的中心角度与下一个第一投影图像组的权重1.0的中心角度的间隔。间隔a和间隔b越接近相同值，被分割为相同相位的第一投影图像组与第二投影图像组越接近等间隔，被分割为相同相位的投影图像组的投影角度变得越均匀。
46.另外，在图5中，间隔c是第一投影图像组的权重1.0的结束角度与第二投影图像组的权重1.0的开始角度的间隔，间隔d是第二投影图像组的权重1.0的结束角度与下一个第一投影图像组的权重1.0的开始角度的间隔。间隔c和间隔d越接近相同值，被分割为相同相位的第一投影图像组与第二投影图像组越接近等间隔，被分割为相同相位的投影图像组的投影角度变得越均匀。
47.另外，间隔c和间隔d越小，被分割为相同相位的第一投影图像组与第二投影图像组的投影角度之间被彼此的投影图像填满，因此能够减少由投影图像的不足引起的伪影。此外，在间隔c和间隔d为负值的情况下，被分割为相同相位的第一投影图像组与第二投影图像组的彼此的一部分重叠，因此能够进一步减少由投影图像的不足引起的伪影。即，通过以使被分割为相同相位的第一投影图像组与第二投影图像组填满彼此的投影角度之间或者彼此的一部分重叠的方式设定各投影图像的投影角度宽度，能够减少伪影。
48.旋转控制部204按照由条件设定部203设定的拍摄条件之一即旋转速度来控制机架105的旋转。
49.重构部205使用被分割为相同相位的第一投影图像组和第二投影图像组重构断层图像。如上所述，由于被分割为相同相位的第一投影图像组和第二投影图像组补充彼此的投影角度之间，因此重构部205重构的断层图像减少伪影。
50.使用图6，对本实施例中执行的处理的流程的一例进行说明。
51.(s601)
52.体动测量部200在取得投影图像之前，测量被摄体100的活动。体动测量部200的测量值被发送到相位计算部201。
53.(s602)
54.相位计算部201基于体动测量部200的测量值，计算被摄体100的活动的相位，并且计算活动的周期。例如，从图3的点虚线所示的活动的波形中提取极大值和极小值，多次计算极大值的时刻与极小值的时刻之间的间隔，通过将这些间隔的平均值乘以2来计算活动的周期。由相位计算部201计算出的活动的周期被发送到条件设定部203。
55.(s603)
56.条件设定部203基于由相位计算部201计算出的活动的周期，计算作为拍摄条件之一的旋转速度。在机架105的旋转速度p的计算中，例如使用式1。计算出的旋转速度被设定为拍摄条件，向旋转控制部204发送。
57.(s604)
58.控制部106开始投影图像的旋转测量。更具体而言，旋转控制部204按照由条件设定部203设定的旋转速度使机架105旋转，随着机架105的旋转，通过x射线源103和检测器104的对而取得投影图像组。此外，随着各投影图像的取得，体动测量部200测量被摄体100的活动。另外，相位计算部201基于体动测量部200的测量值，计算被摄体100的活动的相位。计算出的相位与各投影图像关联起来。
59.(s605)
60.控制部106在取得断层图像的重构所需的角度范围的投影图像时，结束旋转测量。即，使来自x射线源103的x射线的照射和机架105的旋转停止。
61.(s606)
62.分割部202基于由相位计算部201计算出的活动的相位，按照每个相位对投影图像组进行分割。
63.(s607)
64.重构单元205基于重构断层图像的相位来设置权重。此外，重构断层图像的相位可以选择活动的振幅最小的相位，也可以经由输入装置由操作者预先设定。在选择活动的振幅最小的相位的情况下，设定图3的实线那样的权重。
65.(s608)
66.重构部205使用乘以在s607中设定的权重而得的投影图像组来重构断层图像。即，若使用图3的实线那样的权重，则仅与活动的振幅最小的相位对应的投影图像组用于断层图像的重构，因此能够抑制由活动引起的伪影。
67.通过以上说明的处理流程，被分割为相同相位的第一投影图像组和第二投影图像
组以补充彼此的投影角度之间的方式被取得，因此能够减少包含周期性活动的治疗对象的被摄体100的断层图像的伪影。
68.使用图7，对在本实施例中执行的处理的流程的其他例子，即根据旋转测量中的被摄体100的活动的变化来变更机架105的旋转速度的情况进行说明。此外，s601至s608是与图6相同的处理，因此省略说明。
69.(s711)
70.体动测量部200测量旋转测量中的被摄体100的活动。体动测量部200的测量值被发送到相位计算部201。
71.(s712)
72.相位计算部201基于体动测量部200的测量值，计算被摄体100的活动的相位，并且计算活动的周期。由相位计算部201计算出的活动的周期被发送到条件设定部203。
73.(s713)
74.条件设定部203基于由相位计算部201计算出的活动的周期，例如使用式1计算机架105的旋转速度。计算出的旋转速度被设定为拍摄条件，向旋转控制部204发送。
75.(s714)
76.如果被摄体100的活动有变化，例如如果在s602和s712中计算出的活动的周期的差异显著大，则旋转控制部204对机架105的旋转速度进行修正。此外，在旋转速度被加减速的期间，停止来自x射线源103的x射线的照射。
77.(s715)
78.控制部106基于所取得的投影图像的角度范围，判定是否使机架105的旋转结束。如果获取了断层图像的重构所需的角度范围的投影图像，则处理进入s606，否则处理返回到s711。
79.通过以上说明的处理流程，即使在旋转测量中被摄体100的活动产生了变化的情况下，被分割为相同相位的第一投影图像组与第二投影图像组也能够以补充彼此的投影角度之间的方式被取得，能够减少断层图像的伪影。
80.实施例2
81.在实施例1中，对断层图像的重构所使用的权重为矩形波形的情况进行了说明。若权重为矩形波形，则有时会产生因投影图像的不连续而引起的伪影。在本实施例中，对权重为在投影角度方向上连续的波形的情况进行说明。另外，对具有与实施例1相同功能的结构物标注相同的附图标记并省略说明。
82.使用图8，对本实施例的权重的波形进行说明。此外，图8中的(a)是基于使被摄体100的活动的波形的振幅反转后的波形而设定的权重的波形，图8中的(b)是用三角函数等对被摄体100的活动的反转波形进行近似而设定的权重的波形。
83.图8中的(a)所示的权重的波形是将活动的波形的反转波形标准化为最大值为1.0、最小值为0.0附近、即能够降低活动的影响的范围的值的波形。为了比较，在图8中的(a)中以点虚线示出活动的波形，用虚线示出图3的权重。如图8中的(a)所示，通过将权重设为在投影角度方向上连续的波形，能够减少因投影图像的不连续而引起的伪影。另外，通过使用与被摄体100的活动联动的权重，能够减少由活动引起的伪影。
84.图8中的(b)所示的权重的波形是用三角函数对活动的波形的反转波形进行近似
而设定的权重的波形。为了比较，在图8中的(b)中用点虚线表示活动的反转波形，用虚线表示图3的权重。在使用图8中的(b)那样的近似波形的情况下，根据数式来设定权重，因此即使存在被摄体100的急剧的活动的变化，也能够抑制其影响，能够避免权重表示异常值的风险。另外，由于是在投影角度方向上连续的权重的波形，所以能够减少因投影图像的不连续而引起的伪影。此外，近似中使用的式子不限于三角函数，也可以是多项式。
85.使用图9，对旋转测量的投影角度的范围的差异进行说明。另外，图9中的(a)是旋转测量的投影角度的范围为110度的情况，图9中的(b)是180度的情况，用实线表示检测器104a的权重，用点虚线表示检测器104b的权重。此外，δθ＝90度，投影角度180度以后的检测器104b的权重相当于投影角度0度以后。
86.在图9中的(a)中，在投影角度0度和90度附近，检测器104a的权重和检测器104b的权重补充彼此的投影角度之间，能够补充投影图像的不足。并且，在图9中的(b)中，在投影角度的整个区域中，检测器104a的权重和检测器104b的权重补充彼此的投影角度之间，补充投影图像的不足。即，通过扩大旋转测量的投影角度的范围，能够减少因投影图像的不足而引起的伪影。
87.此外，在实施例1中，说明了在全部的投影角度照射x射线来取得投影图像，仅使用与所取得的投影图像组中某个相位对应的投影图像组来重构断层图像的情况。在断层图像的重构中不使用的投影图像压迫存储装置的容量，并且成为使被摄体100的无效覆盖增加的主要原因，因此优选限制取得投影图像的投影角度的范围。因此，也可以基于图3或图8所示的权重来照射x射线，来限制取得投影图像的投影角度的范围。
88.另外，由条件设定部203设定的拍摄条件并不限定于通过式1计算出的旋转速度、通过式2计算出的x射线的照射定时。例如，也可以基于被摄体100的活动的周期t和机架105的旋转速度p，将x射线源103a和检测器104a的对、x射线源103b和检测器104b的对所形成的角度δθ设定为拍摄条件。在计算所形成的角度δθ时，使用从式1导出的下式。
89.δθ＝t
·
p
·
(2n-1)/2
…
(式3)
90.这里，n为自然数。通过设定成为由式3计算出的值的角度δθ，能够以使被分割为相同相位的第一投影图像组和第二投影图像组在彼此的投影角度之间进行补充的方式取得该第一投影图像组和该第二投影图像组，能够减少断层图像的伪影。
91.进而，也可以基于根据x射线源103a和检测器104a的对、x射线源103b和检测器104b的对所形成的角度δθ和机架105的旋转速度p计算出的周期t，显示提示被摄体100呼吸的定时。此外，在周期t的计算中使用从式1导出的下式。
92.t＝2δθ/(p
·
(2n-1))
…
(式4)
93.基于由式4计算出的周期t，通过提示被摄体100呼吸，被分割为相同相位的第一投影图像组和第二投影图像组以在彼此的投影角度之间进行补充的方式被取得，能够减少断层图像的伪影。
94.此外，本发明的放射线摄像装置以及放射线治疗装置并不限定于上述实施例，能够在不脱离发明的主旨的范围内对结构要素进行变形而具体化。另外，也可以将上述实施例所公开的多个结构要素适当组合。进而，也可以从上述实施例所示的全部结构要素中删除几个结构要素。
95.附图标记说明
96.100：被摄体、101：治疗用放射线源、102：床、103：x射线源、104：检测器、105：机架、106：控制部、200：体动测量部、201：相位计算部、202：分割部、203：条件设定部、204：旋转控制部、205：重构部。