動体追跡照射装置、動体追跡照射方法およびプログラム
【課題】 透視Ｘ線による不要な被曝を大幅に低減することができる動体追跡照射装置を提供することである。
【解決手段】 腫瘍近傍に埋め込まれた腫瘍マーカを第１及び第２方向から撮像して第１及び第２透視画像を得るＸ線透視装置と、第１及び第２透視画像に基づいて求められた腫瘍マーカの実測定位置である時系列位置データが格納される時系列位置データ記憶部と、新たな透視画像を取得した第１時点、或いは第１時点の１つ前の透視画像を取得した第２時点と第１時点との間において、第１時点における腫瘍マーカの位置データを除く時系列位置データに基づいて第１時点における腫瘍マーカの位置を推定する位置推定部と、第１時点における実測定位置と推定位置とを比較して、実測定位置と推定位置との差が、所定の許容値よりも小さいか否かを判定する判定部とを備えている。
【解決手段】 腫瘍近傍に埋め込まれた腫瘍マーカを第１及び第２方向から撮像して第１及び第２透視画像を得るＸ線透視装置と、第１及び第２透視画像に基づいて求められた腫瘍マーカの実測定位置である時系列位置データが格納される時系列位置データ記憶部と、新たな透視画像を取得した第１時点、或いは第１時点の１つ前の透視画像を取得した第２時点と第１時点との間において、第１時点における腫瘍マーカの位置データを除く時系列位置データに基づいて第１時点における腫瘍マーカの位置を推定する位置推定部と、第１時点における実測定位置と推定位置とを比較して、実測定位置と推定位置との差が、所定の許容値よりも小さいか否かを判定する判定部とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、放射線治療に用いられる動体追跡照射装置、動体追跡照射方法およびプログラムに関する。より詳細には、本発明は、透視Ｘ線による不要な被曝の大幅な低減を可能にする動体追跡照射装置、動体追跡照射方法およびプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
放射線治療に用いる装置として、動体追跡照射装置が知られている。動体追跡照射装置は、治療部位にＸ線不透過なマーカを埋め込み、埋め込んだマーカをＸ線透視装置でモニタして治療部位の位置変動を把握し、適切な位置で放射線を照射して治療を行う装置である。動体追跡照射装置は、マーカの三次元的な位置を的確に把握するため、二方向からマーカをモニタする二方向Ｘ線透視型式のものが一般的である。このような動体追跡照射装置としては、本発明者などが開発した装置（特許文献１参照）の他、種々の装置が提案されている。
【０００３】
【特許文献１】特許第３０５３３８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の二方向Ｘ線透視型式の動体追跡照射装置の観測タイミングは一定であり、治療の間、継続して透視が行われる。したがって、例えば、マーカが殆ど動かないような場合や、治療部位が治療計画の位置から大きく離れて、マーカの観測精度が要求されないような場合であっても、透視が継続して行われるため、本来、必要のない箇所にも放射線の照射が行われるという課題があった。
【０００５】
本発明は、このような状況に鑑みて開発されたものであって、透視Ｘ線による不要な被曝を大幅に低減することができる動体追跡照射装置、動体追跡照射方法およびプログラムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願請求項１に記載の動体追跡照射装置は、腫瘍近傍に埋め込まれた腫瘍マーカを第１及び第２方向から撮像して第１及び第２透視画像を得るＸ線透視装置と、前記第１及び第２透視画像に基づいて求められた前記腫瘍マーカの実測定位置である時系列位置データが格納される時系列位置データ記憶部と、新たな透視画像を取得した第１時点、或いは前記第１時点の１つ前の透視画像を取得した第２時点と前記第１時点との間において、前記第１時点における前記腫瘍マーカの位置データを除く前記時系列位置データに基づいて前記第１時点における前記腫瘍マーカの位置を推定する位置推定部と、前記第１時点における実測定位置と推定位置とを比較して、前記実測定位置と前記推定位置との差が、所定の許
容値よりも小さいか否かを判定する判定部とを備えていることを特徴とするものである。
【０００７】
本願請求項２に記載の動体追跡照射装置は、前記請求項１の装置において、前記差が前記許容値よりも小さい場合には、前記Ｘ線透視装置へのＸ線出力タイミングパルスの出力を抑制又は停止するように構成されていることを特徴とするものである。
【０００８】
本願請求項３に記載の動体追跡照射装置は、前記請求項１又は２の装置において、前記許容値がステップ状に設定されており、前記差がいずれの許容値を満足するかに応じて、透視Ｘ線の間引き度を選定するように構成されていることを特徴とするものである。
【０００９】
本願請求項４に記載の動体追跡照射装置は、前記請求項１から請求項３までのいずれか１項の装置において、前記位置推定部における前記腫瘍マーカの位置の推定が、多項式近似処理によって行われることを特徴とするものである。
【００１０】
本願請求項５に記載の動体追跡照射方法は、腫瘍近傍に埋め込まれた腫瘍マーカをＸ線透視装置によって第１及び第２方向から撮像して第１及び第２透視画像を得る段階と、前記第１及び第２透視画像に基づいて、前記腫瘍マーカの実測定位置である時系列位置データを求める段階と、新たな透視画像を取得した第１時点、或いは前記第１時点の１つ前の透視画像を取得した第２時点と前記第１時点との間において、前記第１時点における前記腫瘍マーカの位置データを除く前記時系列データに基づいて前記第１時点における前記腫瘍マーカの位置を推定する段階と、前記第１時点における実測定位置と推定位置とを比較して、前記実測定位置と前記推定位置との差が、所定の許容値よりも小さいか否かを判定する段階とを含むことを特徴とするものである。
【００１１】
本願請求項６に記載の動体追跡照射方法は、前記請求項５の方法において、前記差が前記許容値よりも小さい場合には、前記Ｘ線透視装置へのＸ線出力タイミングパルスの出力を抑制又は停止する段階を更に含むことを特徴とするものである。
【００１２】
本願請求項７に記載の動体追跡照射方法は、前記請求項５又は６の方法において、前記許容値がステップ状に設定されており、前記差がいずれの許容値を満足するかに応じて、透視Ｘ線の間引き度を選定することを特徴とするものである。
【００１３】
本願請求項８に記載の動体追跡照射方法は、前記請求項１から請求項３までのいずれか１項の方法において、前記腫瘍マーカの位置の推定が、多項式近似処理によって行われることを特徴とするものである。
【００１４】
本願請求項９に記載のコンピュータに実行させるためのプログラムは、腫瘍近傍に埋め込まれた腫瘍マーカをＸ線透視装置によって第１及び第２方向から撮像して得られた第１及び第２透視画像に基づいて、前記腫瘍マーカの実測定位置である時系列位置データを求めるステップと、新たな透視画像を取得した第１時点、或いは前記第１時点の１つ前の透視画像を取得した第２時点と前記第１時点との間において、前記第１時点における前記腫瘍マーカの位置データを除く前記時系列データに基づいて前記第１時点における前記腫瘍マーカの位置を推定するステップと、前記第１時点における実測定位置と推定位置とを比較して、前記実測定位置と前記推定位置との差が、所定の許容値よりも小さいか否かを判定するステップとを含むことを特徴とするものである。
【００１５】
本願請求項１０に記載のコンピュータに実行させるためのプログラムは、前記請求項９のプログラムにおいて、前記許容値がステップ状に設定されており、前記差がいずれの許容値を満足するかに応じて、透視Ｘ線の間引き度を選定することを特徴とするものである。
【００１６】
本願請求項１１に記載のコンピュータに実行させるためのプログラムは、前記請求項９又は１０のプログラムにおいて、前記腫瘍マーカの位置の推定が、多項式近似処理によって行われることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、患者の治療部位に埋め込まれた腫瘍マーカ１６の動きに合わせて、腫瘍マーカ１６の追跡ができなくならない程度にＸ線透視装置の撮像レートを増減させることにより、透視Ｘ線による不要被曝を大幅に低減させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
次に図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態に係る動体追跡照射装置について詳細に説明する。図１は、本発明の好ましい実施の形態に係る動体追跡照射装置を模式的に示した全体図である。図１において全体として参照符号１０で示される本発明の好ましい実施の形態に係る動体追跡照射装置は、ライナック１２を備えている。図１において、参照符号１４、１６、１８は、ライナック１２から照射される治療ビーム、患者の体内の腫瘍に埋め込まれる腫瘍マーカ、天板を有する治療台をそれぞれ表している。なお、腫瘍マーカ１６は、直径１〜２ｍｍ程度の大きさのものであって、Ａｕ、Ｐｔ、Ｉｒ等の人体に害が少なく且つＸ線の吸収が大きい材料で形成されており、治療台１８の天板は、ＣＦＲＰ等のＸ線の吸収が少ない材料で形成されている。
【００１９】
動体追跡照射装置１０は又、第１Ｘ線透視装置２０と、第２Ｘ線透視装置２２とを備えている。第１Ｘ線透視装置２０は、治療室床下に設置された第１Ｘ線管２０ａと、第１Ｘ線管２０ａから照射されるＸ線を絞るための第１コリメータ２０ｂと、アイソセンタを挟んで第１Ｘ線管２０ａの対角にあたる治療室天井に設置された第１イメージインテンシファイア２０ｃと、第１イメージインテンシファイア２０ｃに接続された第１ＴＶカメラ２０ｄと、第１Ｘ線管２０ａを制御する第１Ｘ線高電圧装置２０ｅとを有している。また、第２Ｘ線透視装置２２は、治療室床下に設置された第２Ｘ線管２２ａと、第２Ｘ線管２２ａから照射されるＸ線を絞るための第２コリメータ２２ｂと、アイソセンタを挟んで第２Ｘ線管２２ａの対角にあたる治療室天井に設置された第２イメージインテンシファイア２２ｃと、第２イメージインテンシファイア２２ｃに接続された第２ＴＶカメラ２２ｄと、第２Ｘ線管２２ａを制御する第２Ｘ線高電圧装置２２ｅとを有している。
【００２０】
なお、図１において、参照符号２０ｆ、２２ｆは、第１Ｘ線管２０ａから照射されるＸ線、第２Ｘ線管２２ａから照射されるＸ線をそれぞれ表している。
【００２１】
動体追跡照射装置１０は又、ライナック１２の治療ビームを直接オン／オフ制御するライナック照射制御部２４と、第１ＴＶカメラ２０ｄに接続された第１ＴＶカメラ制御ユニット２６と、第２ＴＶカメラ２２ｄに接続された第２ＴＶカメラ制御ユニット２８とを備えている。
【００２２】
動体追跡照射装置１０は更に、ライナック照射制御部２４、第１ＴＶカメラ制御ユニット２６、第２ＴＶカメラ制御ユニット２８、第１Ｘ線高電圧装置２０ｅ、及び第２Ｘ線高電圧装置２２ｅにそれぞれ接続されたコンピュータ３０を備えている。
【００２３】
コンピュータ３０は、画像入力部３２と、認識処理部３４と、中央演算処理部３６と、トリガ制御部３８と、時系列位置データ記憶部４０と、位置推定部４２と、判定部４４と、画像表示部４０と、モニタ４２とを有している。
【００２４】
次に、以上のように構成された動体追跡照射装置１０の動作について説明する。まず、腫瘍マーカ１６の時系列的な位置データを取得する。時系列位置データの取得は、例えば、上述の特許文献１に詳細に記載されている方法で行う。その方法を簡単に説明すると、以下のとおりである。最初に、中央演算処理部３６の指示に基づき、トリガ制御部３８から第１及び第２Ｘ線高電圧装置２０ｅ、２２ｅにＸ線出力タイミングパルスＡを出力する。これと同時に、トリガ制御部３８から第１及び第２ＴＶカメラ制御ユニット２６、２８並びに画像入力部３２に同期信号Ｂを送出すると、第１及び第２ＴＶカメラ２０ｄ、２２ｄの画像が一定周期で同期しながら認識処理部３４に送られる。一方、第１及び第２Ｘ線管２０ｂ、２２ｂからそれぞれ照射されたパルス状のＸ線２０ｆ、２２ｆが、治療台１８上の患者の体内の腫瘍近傍に埋め込まれた腫瘍マーカ１６付近を通り、第１及び第２イメージインテンシファイア２０ｃ、２２ｃの管面にそれぞれ透視像を形成する。これらの透視像を、第１及び第２ＴＶカメラ２０ｄ、２２ｄにより電気信号に変換し、第１及び第２カメラ制御ユニット２６、２８を経て画像入力部３２に入力し、所定の解像度及び階調にデジタイズされた透視像との間で濃淡正規化相互相関によるテンプレートマッチングを実行して、腫瘍マーカ１６の２次元座標を求め、更に、中央演算処理部３６において、２次元座標を基にして３次元座標を得る。
【００２５】
このような操作を繰り返すことにより、腫瘍マーカ１６の時系列的な座標（位置）Ｘ-n，・・・，Ｘ-2，Ｘ-1，Ｘ0 を求め、時系列位置データとして時系列位置データ記憶部４０に格納する（Ｘ-n，・・・，Ｘ-2，Ｘ-1，Ｘ0 は、ｔ＝−ｎ，・・・，−２，−１，０における腫瘍マーカ１６の位置をそれぞれ表す）。これらの時系列位置データは、腫瘍マーカ１６の実測定位置を示すデータとなる。
【００２６】
次いで、位置推定部４２において、現在時点ｔ＝０における位置データＸ0 を除いた時系列位置データ（Ｘ-n，・・・，Ｘ-2，Ｘ-1）を基にして、現在時点（ｔ＝０）における腫瘍マーカ１６の位置ｘ0 を推定する。過去の時系列位置データ（Ｘ-n，・・・，Ｘ-2，Ｘ-1）から現在の位置ｘ0 を推定するのには、例えば、多項式近似モデルを用いる。すなわち、この多項式近似モデルでは、腫瘍マーカの位置を時刻ｔの多項式として近似する。なお、多項式近似モデルのパラメータは、最小二乗アルゴリズムや逐次最小二乗アルゴリズム等により決定する。
【００２７】
次いで、判定部４４において、現在時点（ｔ＝０）における腫瘍マーカ１６の推定位置ｘ0 と、時系列位置データ記憶部４０に格納されている位置データ（実測定位置）Ｘ0 とを比較して、推定位置ｘ0 と実測定位置Ｘ0 との差が予め定めた許容値αよりも小さいか否かを判定し、許容値αよりも小さい場合には、中央演算処理部３６からトリガ制御部３８に透視Ｘ線の間引き指示を送る。中央演算処理部３６からトリガ制御部３８に間引き指示が送られると、トリガ制御部３８は、第１及び第２Ｘ線高電圧装置２０ｅ、２２ｅへのＸ線出力タイミングパルスＡの出力を抑制し又は停止する（Ｘ線出力タイミングパルスＡの出力が抑制されると、透視Ｘ線照射量が通常の場合よりも低減され、Ｘ線出力タイミングパルスＡの出力が停止されると、透視Ｘ線が照射されない）。なお、このような判定に用いる許容値αとしては、実測定位置Ｘ0 に対する推定位置ｘ0 の距離の他、例えば、推定に使用する近似式を求める際に得られた誤差の標準偏差値を用いてもよい。
【００２８】
透視Ｘ線の間引きが行われると、当該時点において透視Ｘ線の出力が抑制されるが、この場合であっても、対応する画像情報の送受は行われる。このような場合には、画像情報に、無効を示す識別情報が付加され（従って、画像は無効とされ）、同期信号のみが意味をもつこととなる。なお、透視Ｘ線の間引きが行われ、Ｘ線出力タイミングパルスＡの出力が停止されると、透視Ｘ線は照射されず、従って、画像情報は生成されない。
【００２９】
このようにして、Ｘ線を照射して腫瘍マーカ１６の位置を実測定しなくとも、腫瘍マーカ１６の位置を所要の確度で推定し続けるのに支障のない箇所を抽出し、そのような箇所では、透視Ｘ線を照射せずに或いは透視Ｘ線の照射を抑制して、推定した位置を使用することにより、透視Ｘ線の照射量を大幅に低減することができる。
【００３０】
そして、実測定された腫瘍マーカ１６の位置、或いは推定された腫瘍マーカ１６の位置が、医師の策定した治療計画上の腫瘍マーカ位置を満足する場合には、トリガ制御部３８は、ライナック照射制御部２４に治療ビームイネーブル信号Ｃを送出し、治療ビーム１４が照射される。なお、治療ビーム照射位置の正確性を期すため、腫瘍マーカ１６の位置が推定位置である場合には、治療ビーム１４を照射しないように構成してもよい。
【００３１】
上述の形態では、推定位置ｘ0 と実測定位置Ｘ0 との比較において単一の許容値αが定められているが、ステップ状の許容値α1 、α2 、α3 、・・・を設定し、いずれの許容値αi （ｉ＝１，２，３，・・・）を満足するかに応じて、透視Ｘ線の間引きの度合（間引き度）を変更するように構成してもよい。すなわち、例えば、３ステップの許容値α1、α2 、α3 （α1 ＜α2 ＜α3 ）を設定し、許容値α3 を満足している場合には透視Ｘ線を１フレーム間引きし（１回毎に間引く）、許容値α2 を満足している場合には透視Ｘ線を２フレーム間引きし（１回照射して２回間引く）、許容値α1 を満足している場合には透視Ｘ線を３フレーム間引く（１回照射して３回連続して間引く）ように構成してもよい。
【００３２】
また、上述の形態では、現在位置ｘ0 の推定は、現在情報（現在時点ｔ＝０における腫瘍マーカ１６の実測定位置）Ｘ0 を取得してから行われている（図３においてＴ1 で示す時点）が、処理の負荷を軽減して効率を高めるため、１フレーム前の時点（ｔ＝−１）における実測定位置Ｘ-1を取得した後、現在情報Ｘ0 を取得する前に（図３においてＴ2 で示す時点）、現在位置ｘ0 を推定してもよい。動体追跡処理は時系列的に連続して行われるため、例えば、第ｎフレームの処理後に第（ｎ＋１）フレームの位置を推定するのは、第（ｎ＋１）フレームが透視Ｘ線の間引きを行う無効フレームである場合には必須である一方、第（ｎ＋１）フレームが透視Ｘ線の間引きを行わない有効フレームである場合にも、実測定位置との比較を行うのに使用することができる。
【００３３】
また、上述の実施の形態において、近似式を用いて腫瘍マーカ１６の位置が推定されているが、有効な透視が行われたフレーム毎に最新の位置データで近似式を更新するのが好ましい。
【００３４】
さらに、前記実施の形態では、コンピュータ３０内に、画像入力部３２、認識処理部３４、中央演算処理部３６、トリガ制御部３８、時系列位置データ記憶部４０、位置推定部４２、判定部４４、及び画像表示部４０が設けられているが、時系列位置データ記憶部４０、位置推定部４２、及び判定部４４の機能を、中央処理演算部３６に代替させるように構成してもよい（図４参照）。
【００３５】
本発明は、以上の発明の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で、種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の好ましい実施の形態に係る動体追跡照射装置を模式的に示した全体図である。
【図２】図１の装置の動作を示したフロー図である。
【図３】推定位置を求める時点を説明するための図である。
【図４】動体追跡照射装置の変形形態を模式的に示した図１と同様な図である。
【符号の説明】
【００３７】
１０ 動体追跡照射装置
１２ ライナック
１４ 治療ビーム
１６ 腫瘍マーカ
１８ 治療台
２０、２２ Ｘ線透視装置
２４ ライナック照射制御部
２６、２８ ＴＶカメラ制御ユニット
３０ コンピュータ
３２ 画像入力部
３４ 認識処理部
３６ 中央演算処理部
３８ トリガ制御部
４０ 時系列位置データ記憶部
４２ 位置推定部
４４ 判定部
４６ 画像表示部
４８ モニタ
Ａ Ｘ線出力タイミングパルス
Ｂ 同期信号
Ｃ 治療ビームイネーブル信号
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、放射線治療に用いられる動体追跡照射装置、動体追跡照射方法およびプログラムに関する。より詳細には、本発明は、透視Ｘ線による不要な被曝の大幅な低減を可能にする動体追跡照射装置、動体追跡照射方法およびプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
放射線治療に用いる装置として、動体追跡照射装置が知られている。動体追跡照射装置は、治療部位にＸ線不透過なマーカを埋め込み、埋め込んだマーカをＸ線透視装置でモニタして治療部位の位置変動を把握し、適切な位置で放射線を照射して治療を行う装置である。動体追跡照射装置は、マーカの三次元的な位置を的確に把握するため、二方向からマーカをモニタする二方向Ｘ線透視型式のものが一般的である。このような動体追跡照射装置としては、本発明者などが開発した装置（特許文献１参照）の他、種々の装置が提案されている。
【０００３】
【特許文献１】特許第３０５３３８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の二方向Ｘ線透視型式の動体追跡照射装置の観測タイミングは一定であり、治療の間、継続して透視が行われる。したがって、例えば、マーカが殆ど動かないような場合や、治療部位が治療計画の位置から大きく離れて、マーカの観測精度が要求されないような場合であっても、透視が継続して行われるため、本来、必要のない箇所にも放射線の照射が行われるという課題があった。
【０００５】
本発明は、このような状況に鑑みて開発されたものであって、透視Ｘ線による不要な被曝を大幅に低減することができる動体追跡照射装置、動体追跡照射方法およびプログラムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願請求項１に記載の動体追跡照射装置は、腫瘍近傍に埋め込まれた腫瘍マーカを第１及び第２方向から撮像して第１及び第２透視画像を得るＸ線透視装置と、前記第１及び第２透視画像に基づいて求められた前記腫瘍マーカの実測定位置である時系列位置データが格納される時系列位置データ記憶部と、新たな透視画像を取得した第１時点、或いは前記第１時点の１つ前の透視画像を取得した第２時点と前記第１時点との間において、前記第１時点における前記腫瘍マーカの位置データを除く前記時系列位置データに基づいて前記第１時点における前記腫瘍マーカの位置を推定する位置推定部と、前記第１時点における実測定位置と推定位置とを比較して、前記実測定位置と前記推定位置との差が、所定の許
容値よりも小さいか否かを判定する判定部とを備えていることを特徴とするものである。
【０００７】
本願請求項２に記載の動体追跡照射装置は、前記請求項１の装置において、前記差が前記許容値よりも小さい場合には、前記Ｘ線透視装置へのＸ線出力タイミングパルスの出力を抑制又は停止するように構成されていることを特徴とするものである。
【０００８】
本願請求項３に記載の動体追跡照射装置は、前記請求項１又は２の装置において、前記許容値がステップ状に設定されており、前記差がいずれの許容値を満足するかに応じて、透視Ｘ線の間引き度を選定するように構成されていることを特徴とするものである。
【０００９】
本願請求項４に記載の動体追跡照射装置は、前記請求項１から請求項３までのいずれか１項の装置において、前記位置推定部における前記腫瘍マーカの位置の推定が、多項式近似処理によって行われることを特徴とするものである。
【００１０】
本願請求項５に記載の動体追跡照射方法は、腫瘍近傍に埋め込まれた腫瘍マーカをＸ線透視装置によって第１及び第２方向から撮像して第１及び第２透視画像を得る段階と、前記第１及び第２透視画像に基づいて、前記腫瘍マーカの実測定位置である時系列位置データを求める段階と、新たな透視画像を取得した第１時点、或いは前記第１時点の１つ前の透視画像を取得した第２時点と前記第１時点との間において、前記第１時点における前記腫瘍マーカの位置データを除く前記時系列データに基づいて前記第１時点における前記腫瘍マーカの位置を推定する段階と、前記第１時点における実測定位置と推定位置とを比較して、前記実測定位置と前記推定位置との差が、所定の許容値よりも小さいか否かを判定する段階とを含むことを特徴とするものである。
【００１１】
本願請求項６に記載の動体追跡照射方法は、前記請求項５の方法において、前記差が前記許容値よりも小さい場合には、前記Ｘ線透視装置へのＸ線出力タイミングパルスの出力を抑制又は停止する段階を更に含むことを特徴とするものである。
【００１２】
本願請求項７に記載の動体追跡照射方法は、前記請求項５又は６の方法において、前記許容値がステップ状に設定されており、前記差がいずれの許容値を満足するかに応じて、透視Ｘ線の間引き度を選定することを特徴とするものである。
【００１３】
本願請求項８に記載の動体追跡照射方法は、前記請求項１から請求項３までのいずれか１項の方法において、前記腫瘍マーカの位置の推定が、多項式近似処理によって行われることを特徴とするものである。
【００１４】
本願請求項９に記載のコンピュータに実行させるためのプログラムは、腫瘍近傍に埋め込まれた腫瘍マーカをＸ線透視装置によって第１及び第２方向から撮像して得られた第１及び第２透視画像に基づいて、前記腫瘍マーカの実測定位置である時系列位置データを求めるステップと、新たな透視画像を取得した第１時点、或いは前記第１時点の１つ前の透視画像を取得した第２時点と前記第１時点との間において、前記第１時点における前記腫瘍マーカの位置データを除く前記時系列データに基づいて前記第１時点における前記腫瘍マーカの位置を推定するステップと、前記第１時点における実測定位置と推定位置とを比較して、前記実測定位置と前記推定位置との差が、所定の許容値よりも小さいか否かを判定するステップとを含むことを特徴とするものである。
【００１５】
本願請求項１０に記載のコンピュータに実行させるためのプログラムは、前記請求項９のプログラムにおいて、前記許容値がステップ状に設定されており、前記差がいずれの許容値を満足するかに応じて、透視Ｘ線の間引き度を選定することを特徴とするものである。
【００１６】
本願請求項１１に記載のコンピュータに実行させるためのプログラムは、前記請求項９又は１０のプログラムにおいて、前記腫瘍マーカの位置の推定が、多項式近似処理によって行われることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、患者の治療部位に埋め込まれた腫瘍マーカ１６の動きに合わせて、腫瘍マーカ１６の追跡ができなくならない程度にＸ線透視装置の撮像レートを増減させることにより、透視Ｘ線による不要被曝を大幅に低減させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
次に図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態に係る動体追跡照射装置について詳細に説明する。図１は、本発明の好ましい実施の形態に係る動体追跡照射装置を模式的に示した全体図である。図１において全体として参照符号１０で示される本発明の好ましい実施の形態に係る動体追跡照射装置は、ライナック１２を備えている。図１において、参照符号１４、１６、１８は、ライナック１２から照射される治療ビーム、患者の体内の腫瘍に埋め込まれる腫瘍マーカ、天板を有する治療台をそれぞれ表している。なお、腫瘍マーカ１６は、直径１〜２ｍｍ程度の大きさのものであって、Ａｕ、Ｐｔ、Ｉｒ等の人体に害が少なく且つＸ線の吸収が大きい材料で形成されており、治療台１８の天板は、ＣＦＲＰ等のＸ線の吸収が少ない材料で形成されている。
【００１９】
動体追跡照射装置１０は又、第１Ｘ線透視装置２０と、第２Ｘ線透視装置２２とを備えている。第１Ｘ線透視装置２０は、治療室床下に設置された第１Ｘ線管２０ａと、第１Ｘ線管２０ａから照射されるＸ線を絞るための第１コリメータ２０ｂと、アイソセンタを挟んで第１Ｘ線管２０ａの対角にあたる治療室天井に設置された第１イメージインテンシファイア２０ｃと、第１イメージインテンシファイア２０ｃに接続された第１ＴＶカメラ２０ｄと、第１Ｘ線管２０ａを制御する第１Ｘ線高電圧装置２０ｅとを有している。また、第２Ｘ線透視装置２２は、治療室床下に設置された第２Ｘ線管２２ａと、第２Ｘ線管２２ａから照射されるＸ線を絞るための第２コリメータ２２ｂと、アイソセンタを挟んで第２Ｘ線管２２ａの対角にあたる治療室天井に設置された第２イメージインテンシファイア２２ｃと、第２イメージインテンシファイア２２ｃに接続された第２ＴＶカメラ２２ｄと、第２Ｘ線管２２ａを制御する第２Ｘ線高電圧装置２２ｅとを有している。
【００２０】
なお、図１において、参照符号２０ｆ、２２ｆは、第１Ｘ線管２０ａから照射されるＸ線、第２Ｘ線管２２ａから照射されるＸ線をそれぞれ表している。
【００２１】
動体追跡照射装置１０は又、ライナック１２の治療ビームを直接オン／オフ制御するライナック照射制御部２４と、第１ＴＶカメラ２０ｄに接続された第１ＴＶカメラ制御ユニット２６と、第２ＴＶカメラ２２ｄに接続された第２ＴＶカメラ制御ユニット２８とを備えている。
【００２２】
動体追跡照射装置１０は更に、ライナック照射制御部２４、第１ＴＶカメラ制御ユニット２６、第２ＴＶカメラ制御ユニット２８、第１Ｘ線高電圧装置２０ｅ、及び第２Ｘ線高電圧装置２２ｅにそれぞれ接続されたコンピュータ３０を備えている。
【００２３】
コンピュータ３０は、画像入力部３２と、認識処理部３４と、中央演算処理部３６と、トリガ制御部３８と、時系列位置データ記憶部４０と、位置推定部４２と、判定部４４と、画像表示部４０と、モニタ４２とを有している。
【００２４】
次に、以上のように構成された動体追跡照射装置１０の動作について説明する。まず、腫瘍マーカ１６の時系列的な位置データを取得する。時系列位置データの取得は、例えば、上述の特許文献１に詳細に記載されている方法で行う。その方法を簡単に説明すると、以下のとおりである。最初に、中央演算処理部３６の指示に基づき、トリガ制御部３８から第１及び第２Ｘ線高電圧装置２０ｅ、２２ｅにＸ線出力タイミングパルスＡを出力する。これと同時に、トリガ制御部３８から第１及び第２ＴＶカメラ制御ユニット２６、２８並びに画像入力部３２に同期信号Ｂを送出すると、第１及び第２ＴＶカメラ２０ｄ、２２ｄの画像が一定周期で同期しながら認識処理部３４に送られる。一方、第１及び第２Ｘ線管２０ｂ、２２ｂからそれぞれ照射されたパルス状のＸ線２０ｆ、２２ｆが、治療台１８上の患者の体内の腫瘍近傍に埋め込まれた腫瘍マーカ１６付近を通り、第１及び第２イメージインテンシファイア２０ｃ、２２ｃの管面にそれぞれ透視像を形成する。これらの透視像を、第１及び第２ＴＶカメラ２０ｄ、２２ｄにより電気信号に変換し、第１及び第２カメラ制御ユニット２６、２８を経て画像入力部３２に入力し、所定の解像度及び階調にデジタイズされた透視像との間で濃淡正規化相互相関によるテンプレートマッチングを実行して、腫瘍マーカ１６の２次元座標を求め、更に、中央演算処理部３６において、２次元座標を基にして３次元座標を得る。
【００２５】
このような操作を繰り返すことにより、腫瘍マーカ１６の時系列的な座標（位置）Ｘ-n，・・・，Ｘ-2，Ｘ-1，Ｘ0 を求め、時系列位置データとして時系列位置データ記憶部４０に格納する（Ｘ-n，・・・，Ｘ-2，Ｘ-1，Ｘ0 は、ｔ＝−ｎ，・・・，−２，−１，０における腫瘍マーカ１６の位置をそれぞれ表す）。これらの時系列位置データは、腫瘍マーカ１６の実測定位置を示すデータとなる。
【００２６】
次いで、位置推定部４２において、現在時点ｔ＝０における位置データＸ0 を除いた時系列位置データ（Ｘ-n，・・・，Ｘ-2，Ｘ-1）を基にして、現在時点（ｔ＝０）における腫瘍マーカ１６の位置ｘ0 を推定する。過去の時系列位置データ（Ｘ-n，・・・，Ｘ-2，Ｘ-1）から現在の位置ｘ0 を推定するのには、例えば、多項式近似モデルを用いる。すなわち、この多項式近似モデルでは、腫瘍マーカの位置を時刻ｔの多項式として近似する。なお、多項式近似モデルのパラメータは、最小二乗アルゴリズムや逐次最小二乗アルゴリズム等により決定する。
【００２７】
次いで、判定部４４において、現在時点（ｔ＝０）における腫瘍マーカ１６の推定位置ｘ0 と、時系列位置データ記憶部４０に格納されている位置データ（実測定位置）Ｘ0 とを比較して、推定位置ｘ0 と実測定位置Ｘ0 との差が予め定めた許容値αよりも小さいか否かを判定し、許容値αよりも小さい場合には、中央演算処理部３６からトリガ制御部３８に透視Ｘ線の間引き指示を送る。中央演算処理部３６からトリガ制御部３８に間引き指示が送られると、トリガ制御部３８は、第１及び第２Ｘ線高電圧装置２０ｅ、２２ｅへのＸ線出力タイミングパルスＡの出力を抑制し又は停止する（Ｘ線出力タイミングパルスＡの出力が抑制されると、透視Ｘ線照射量が通常の場合よりも低減され、Ｘ線出力タイミングパルスＡの出力が停止されると、透視Ｘ線が照射されない）。なお、このような判定に用いる許容値αとしては、実測定位置Ｘ0 に対する推定位置ｘ0 の距離の他、例えば、推定に使用する近似式を求める際に得られた誤差の標準偏差値を用いてもよい。
【００２８】
透視Ｘ線の間引きが行われると、当該時点において透視Ｘ線の出力が抑制されるが、この場合であっても、対応する画像情報の送受は行われる。このような場合には、画像情報に、無効を示す識別情報が付加され（従って、画像は無効とされ）、同期信号のみが意味をもつこととなる。なお、透視Ｘ線の間引きが行われ、Ｘ線出力タイミングパルスＡの出力が停止されると、透視Ｘ線は照射されず、従って、画像情報は生成されない。
【００２９】
このようにして、Ｘ線を照射して腫瘍マーカ１６の位置を実測定しなくとも、腫瘍マーカ１６の位置を所要の確度で推定し続けるのに支障のない箇所を抽出し、そのような箇所では、透視Ｘ線を照射せずに或いは透視Ｘ線の照射を抑制して、推定した位置を使用することにより、透視Ｘ線の照射量を大幅に低減することができる。
【００３０】
そして、実測定された腫瘍マーカ１６の位置、或いは推定された腫瘍マーカ１６の位置が、医師の策定した治療計画上の腫瘍マーカ位置を満足する場合には、トリガ制御部３８は、ライナック照射制御部２４に治療ビームイネーブル信号Ｃを送出し、治療ビーム１４が照射される。なお、治療ビーム照射位置の正確性を期すため、腫瘍マーカ１６の位置が推定位置である場合には、治療ビーム１４を照射しないように構成してもよい。
【００３１】
上述の形態では、推定位置ｘ0 と実測定位置Ｘ0 との比較において単一の許容値αが定められているが、ステップ状の許容値α1 、α2 、α3 、・・・を設定し、いずれの許容値αi （ｉ＝１，２，３，・・・）を満足するかに応じて、透視Ｘ線の間引きの度合（間引き度）を変更するように構成してもよい。すなわち、例えば、３ステップの許容値α1、α2 、α3 （α1 ＜α2 ＜α3 ）を設定し、許容値α3 を満足している場合には透視Ｘ線を１フレーム間引きし（１回毎に間引く）、許容値α2 を満足している場合には透視Ｘ線を２フレーム間引きし（１回照射して２回間引く）、許容値α1 を満足している場合には透視Ｘ線を３フレーム間引く（１回照射して３回連続して間引く）ように構成してもよい。
【００３２】
また、上述の形態では、現在位置ｘ0 の推定は、現在情報（現在時点ｔ＝０における腫瘍マーカ１６の実測定位置）Ｘ0 を取得してから行われている（図３においてＴ1 で示す時点）が、処理の負荷を軽減して効率を高めるため、１フレーム前の時点（ｔ＝−１）における実測定位置Ｘ-1を取得した後、現在情報Ｘ0 を取得する前に（図３においてＴ2 で示す時点）、現在位置ｘ0 を推定してもよい。動体追跡処理は時系列的に連続して行われるため、例えば、第ｎフレームの処理後に第（ｎ＋１）フレームの位置を推定するのは、第（ｎ＋１）フレームが透視Ｘ線の間引きを行う無効フレームである場合には必須である一方、第（ｎ＋１）フレームが透視Ｘ線の間引きを行わない有効フレームである場合にも、実測定位置との比較を行うのに使用することができる。
【００３３】
また、上述の実施の形態において、近似式を用いて腫瘍マーカ１６の位置が推定されているが、有効な透視が行われたフレーム毎に最新の位置データで近似式を更新するのが好ましい。
【００３４】
さらに、前記実施の形態では、コンピュータ３０内に、画像入力部３２、認識処理部３４、中央演算処理部３６、トリガ制御部３８、時系列位置データ記憶部４０、位置推定部４２、判定部４４、及び画像表示部４０が設けられているが、時系列位置データ記憶部４０、位置推定部４２、及び判定部４４の機能を、中央処理演算部３６に代替させるように構成してもよい（図４参照）。
【００３５】
本発明は、以上の発明の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で、種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の好ましい実施の形態に係る動体追跡照射装置を模式的に示した全体図である。
【図２】図１の装置の動作を示したフロー図である。
【図３】推定位置を求める時点を説明するための図である。
【図４】動体追跡照射装置の変形形態を模式的に示した図１と同様な図である。
【符号の説明】
【００３７】
１０ 動体追跡照射装置
１２ ライナック
１４ 治療ビーム
１６ 腫瘍マーカ
１８ 治療台
２０、２２ Ｘ線透視装置
２４ ライナック照射制御部
２６、２８ ＴＶカメラ制御ユニット
３０ コンピュータ
３２ 画像入力部
３４ 認識処理部
３６ 中央演算処理部
３８ トリガ制御部
４０ 時系列位置データ記憶部
４２ 位置推定部
４４ 判定部
４６ 画像表示部
４８ モニタ
Ａ Ｘ線出力タイミングパルス
Ｂ 同期信号
Ｃ 治療ビームイネーブル信号
【特許請求の範囲】
【請求項１】
腫瘍近傍に埋め込まれた腫瘍マーカを第１及び第２方向から撮像して第１及び第２透視画像を得るＸ線透視装置と、
前記第１及び第２透視画像に基づいて求められた前記腫瘍マーカの実測定位置である時系列位置データが格納される時系列位置データ記憶部と、
新たな透視画像を取得した第１時点、或いは前記第１時点の１つ前の透視画像を取得した第２時点と前記第１時点との間において、前記第１時点における前記腫瘍マーカの位置データを除く前記時系列位置データに基づいて前記第１時点における前記腫瘍マーカの位置を推定する位置推定部と、
前記第１時点における実測定位置と推定位置とを比較して、前記実測定位置と前記推定位置との差が、所定の許容値よりも小さいか否かを判定する判定部と、
を備えていることを特徴とする動体追跡照射装置。
【請求項２】
前記差が前記許容値よりも小さい場合には、前記Ｘ線透視装置へのＸ線出力タイミングパルスの出力を抑制又は停止するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の動体追跡照射装置。
【請求項３】
前記許容値がステップ状に設定されており、前記差がいずれの許容値を満足するかに応じて、透視Ｘ線の間引き度を選定するように構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の動体追跡照射装置。
【請求項４】
前記位置推定部における前記腫瘍マーカの位置の推定が、多項式近似処理によって行われることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の動体追跡照射装置。
【請求項５】
腫瘍近傍に埋め込まれた腫瘍マーカをＸ線透視装置によって第１及び第２方向から撮像して第１及び第２透視画像を得る段階と、
前記第１及び第２透視画像に基づいて、前記腫瘍マーカの実測定位置である時系列位置データを求める段階と、
新たな透視画像を取得した第１時点、或いは前記第１時点の１つ前の透視画像を取得した第２時点と前記第１時点との間において、前記第１時点における前記腫瘍マーカの位置データを除く前記時系列データに基づいて前記第１時点における前記腫瘍マーカの位置を推定する段階と、
前記第１時点における実測定位置と推定位置とを比較して、前記実測定位置と前記推定位置との差が、所定の許容値よりも小さいか否かを判定する段階と、
を含むことを特徴とする動体追跡照射方法。
【請求項６】
前記差が前記許容値よりも小さい場合には、前記Ｘ線透視装置へのＸ線出力タイミングパルスの出力を抑制又は停止する段階を更に含むことを特徴とする請求項５に記載の動体追跡照射方法。
【請求項７】
前記許容値がステップ状に設定されており、前記差がいずれの許容値を満足するかに応じて、透視Ｘ線の間引き度を選定することを特徴とする請求項５又は６に記載の動体追跡照射方法。
【請求項８】
前記腫瘍マーカの位置の推定が、多項式近似処理によって行われることを特徴とする請求項５から請求項７までのいずれか１項に記載の動体追跡照射方法。
【請求項９】
腫瘍近傍に埋め込まれた腫瘍マーカをＸ線透視装置によって第１及び第２方向から撮像して得られた第１及び第２透視画像に基づいて、前記腫瘍マーカの実測定位置である時系列位置データを求めるステップと、
新たな透視画像を取得した第１時点、或いは前記第１時点の１つ前の透視画像を取得した第２時点と前記第１時点との間において、前記第１時点における前記腫瘍マーカの位置データを除く前記時系列データに基づいて前記第１時点における前記腫瘍マーカの位置を推定するステップと、
前記第１時点における実測定位置と推定位置とを比較して、前記実測定位置と前記推定位置との差が、所定の許容値よりも小さいか否かを判定するステップと、
をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【請求項１０】
前記許容値がステップ状に設定されており、前記差がいずれの許容値を満足するかに応じて、透視Ｘ線の間引き度を選定することを特徴とする請求項９に記載のプログラム。
【請求項１１】
前記腫瘍マーカの位置の推定が、多項式近似処理によって行われることを特徴とする請求項９又は１０に記載のプログラム。
【請求項１】
腫瘍近傍に埋め込まれた腫瘍マーカを第１及び第２方向から撮像して第１及び第２透視画像を得るＸ線透視装置と、
前記第１及び第２透視画像に基づいて求められた前記腫瘍マーカの実測定位置である時系列位置データが格納される時系列位置データ記憶部と、
新たな透視画像を取得した第１時点、或いは前記第１時点の１つ前の透視画像を取得した第２時点と前記第１時点との間において、前記第１時点における前記腫瘍マーカの位置データを除く前記時系列位置データに基づいて前記第１時点における前記腫瘍マーカの位置を推定する位置推定部と、
前記第１時点における実測定位置と推定位置とを比較して、前記実測定位置と前記推定位置との差が、所定の許容値よりも小さいか否かを判定する判定部と、
を備えていることを特徴とする動体追跡照射装置。
【請求項２】
前記差が前記許容値よりも小さい場合には、前記Ｘ線透視装置へのＸ線出力タイミングパルスの出力を抑制又は停止するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の動体追跡照射装置。
【請求項３】
前記許容値がステップ状に設定されており、前記差がいずれの許容値を満足するかに応じて、透視Ｘ線の間引き度を選定するように構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の動体追跡照射装置。
【請求項４】
前記位置推定部における前記腫瘍マーカの位置の推定が、多項式近似処理によって行われることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の動体追跡照射装置。
【請求項５】
腫瘍近傍に埋め込まれた腫瘍マーカをＸ線透視装置によって第１及び第２方向から撮像して第１及び第２透視画像を得る段階と、
前記第１及び第２透視画像に基づいて、前記腫瘍マーカの実測定位置である時系列位置データを求める段階と、
新たな透視画像を取得した第１時点、或いは前記第１時点の１つ前の透視画像を取得した第２時点と前記第１時点との間において、前記第１時点における前記腫瘍マーカの位置データを除く前記時系列データに基づいて前記第１時点における前記腫瘍マーカの位置を推定する段階と、
前記第１時点における実測定位置と推定位置とを比較して、前記実測定位置と前記推定位置との差が、所定の許容値よりも小さいか否かを判定する段階と、
を含むことを特徴とする動体追跡照射方法。
【請求項６】
前記差が前記許容値よりも小さい場合には、前記Ｘ線透視装置へのＸ線出力タイミングパルスの出力を抑制又は停止する段階を更に含むことを特徴とする請求項５に記載の動体追跡照射方法。
【請求項７】
前記許容値がステップ状に設定されており、前記差がいずれの許容値を満足するかに応じて、透視Ｘ線の間引き度を選定することを特徴とする請求項５又は６に記載の動体追跡照射方法。
【請求項８】
前記腫瘍マーカの位置の推定が、多項式近似処理によって行われることを特徴とする請求項５から請求項７までのいずれか１項に記載の動体追跡照射方法。
【請求項９】
腫瘍近傍に埋め込まれた腫瘍マーカをＸ線透視装置によって第１及び第２方向から撮像して得られた第１及び第２透視画像に基づいて、前記腫瘍マーカの実測定位置である時系列位置データを求めるステップと、
新たな透視画像を取得した第１時点、或いは前記第１時点の１つ前の透視画像を取得した第２時点と前記第１時点との間において、前記第１時点における前記腫瘍マーカの位置データを除く前記時系列データに基づいて前記第１時点における前記腫瘍マーカの位置を推定するステップと、
前記第１時点における実測定位置と推定位置とを比較して、前記実測定位置と前記推定位置との差が、所定の許容値よりも小さいか否かを判定するステップと、
をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【請求項１０】
前記許容値がステップ状に設定されており、前記差がいずれの許容値を満足するかに応じて、透視Ｘ線の間引き度を選定することを特徴とする請求項９に記載のプログラム。
【請求項１１】
前記腫瘍マーカの位置の推定が、多項式近似処理によって行われることを特徴とする請求項９又は１０に記載のプログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００６−２３０６７３（Ｐ２００６−２３０６７３Ａ）
【公開日】平成１８年９月７日（２００６．９．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−４８７０３（Ｐ２００５−４８７０３）
【出願日】平成１７年２月２４日（２００５．２．２４）
【出願人】（５０４１７３４７１）国立大学法人 北海道大学 (971)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年９月７日（２００６．９．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年２月２４日（２００５．２．２４）
【出願人】（５０４１７３４７１）国立大学法人 北海道大学 (971)
【Ｆターム（参考）】
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