放射線治療システム
【課題】放射線治療ベッド位置決めにおいて、臓器などの軟組織情報を用いて位置決め精度の向上を図る。
【解決手段】被検診者をのせるベッドと、放射線治療においてベッドを位置決めするベッド位置決め装置と、Ｘ線を発生するＸ線発生装置及びＸ線発生装置からのＸ線を受信するＸ線受像器を有するＸ線撮像装置とを備え、ベッド位置決め装置は、Ｘ線撮像装置で撮影した第１のＸ線透視画像データ、及び治療計画時に取得したＸ線ＣＴ画像データから生成された軟組織投影画像データに基づいて、ベッド位置決めデータを生成することによって、上記課題を解決することができる。
【解決手段】被検診者をのせるベッドと、放射線治療においてベッドを位置決めするベッド位置決め装置と、Ｘ線を発生するＸ線発生装置及びＸ線発生装置からのＸ線を受信するＸ線受像器を有するＸ線撮像装置とを備え、ベッド位置決め装置は、Ｘ線撮像装置で撮影した第１のＸ線透視画像データ、及び治療計画時に取得したＸ線ＣＴ画像データから生成された軟組織投影画像データに基づいて、ベッド位置決めデータを生成することによって、上記課題を解決することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線又は粒子線（陽子線や重粒子線などの荷電粒子ビーム）等の各種放射線を患部に照射して治療する放射線治療システムであって、特に、放射線治療用のベッド位置決めシステムを備える放射線治療システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
腫瘍細胞を各種放射線を照射することで壊死させることを目的とする放射線治療は、近年広く行われつつある。用いられる放射線としては最も広く利用されているＸ線だけでなく、陽子線をはじめとする粒子線を使った治療も行われている。
【０００３】
放射線治療の重要なプロセスの一つにベッド位置決めがある。ベッド位置決めとは、一般に治療計画装置から出力されたＤＲＲ（Digital Reconstructed Radiograph）画像と放射線照射前にＸ線撮像装置を用いて治療用ベッド（以下、ベッドと省略する）の上に患者を寝かせた状態で撮影するＸ線画像（ＤＲ画像，Digital Radiograph画像）とを技師または医師が比較することにより、治療計画で決定した照射標的の位置と現在のベッド上の照射標的の位置とのズレを算出し、二種類の画像が一致するようにベッドの移動量を求め、ベッドを移動させるプロセスである。
【０００４】
ＤＲＲ画像は、Ｘ線画像を模擬した２次元画像であり、治療計画時に撮影された３次元画像であるＣＴ画像から生成される。なお、ベッド位置決めでは、参照画像として上記ＤＲＲ画像の代わりにＸ線シミュレータ等を用いて撮影した画像を用いる場合もある。
【０００５】
ベッド位置決めにおいて上記の方法は広く普及している。ＤＲ画像とＤＲＲ画像を用いたベッド位置決め（以下ＤＲ−ＤＲＲベッド位置決め）では、平行移動３自由度及び撮影方向を軸とする回転（平面内回転）２自由度を精度良く検出可能だが、Ｘ線の撮影方向に直行する軸周りの回転（平面外回転）を自動で検出することは困難であることが知られており（非特許文献１）、より高精度なベッド位置合せの実現は難しい。
【０００６】
従来のＤＲ−ＤＲＲベッド位置決めと同一の機器で、自動で６自由度を検出可能な位置決め方法としてベッド位置決めシステムにてＣＴ画像とＤＲ画像を用いる方法（以下、ＣＴ−ＤＲベッド位置決め）が知られている（非特許文献２）。ＤＲ−ＤＲＲベッド位置決めでは、治療計画位置でのみ生成したＤＲＲ画像とＤＲ画像との画素値を比較し移動量を算出するのに対し、ＣＴ−ＤＲベッド位置決めでは治療計画ＣＴ画像から様々な角度でＤＲＲ画像を作成しＤＲ画像と画素値を比較することで移動量を算出する。治療計画ＣＴ画像から全方位のＤＲＲ画像を作成可能なため、６自由度を検出可能である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】J. Hanley, et al.「The Effects Of Out-Of-Plane Rotations On Two On Two Dimensional Portal Image Registration In Conformal Radiotherapy Of Prostate」, Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys. 33(5), 1331-43, 1995.
【非特許文献２】Ｊ. Kim et al.,「Effects of x-ray and CT image enhancements on the robustness and accuracy of a rigid 3D/2D image registration」, Med. Phys . 32(4), April, 2005.
【非特許文献３】：村木 茂、他「３次元画像解析とグラフィックス技術の医学応用に関するサーベイ」電子情報通信学会論文誌 D-II Vol. J97-D-II No.10 pp.1887-1920 2004.
【非特許文献４】Jinkoo Kim, 他,「Effects of x-ray image enhancements on the robustness and accuracy of a rigid 3D/2D image registration」,Medical Physics, vol.32, No.4, 2005.
【非特許文献５】Frederik Maes, 他,「Multimodality image registration by maximization of mutual information」, IEEE Trans. Med. Image., Vol.16, No.2, 1997.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
Ｘ線画像（ＤＲ画像）やＤＲＲ画像には、主にＸ線吸収率の高い骨等の構造物が映るため、臓器等の軟組織に腫瘍領域が存在する場合、直接腫瘍位置を画像から観察するのが困難な場合があり、臓器自身の輪郭や領域も不鮮明になる。この理由は、Ｘ線画像（ＤＲ画像）が人体の３次元構造を２次元面に投影したデータであり、骨と比較し軟組織のＸ線吸収係数が低く、また臓器毎の係数値の差が小さいため、投影方向に関して複数の軟組織が重なっているとその境界判別が難しくなることが考えられる。このため、Ｘ線画像（ＤＲ画像）を用いるベッド位置決めでは、腫瘍領域つまり軟組織と骨との位置関係が大きく変化しないと想定し、ベッド位置決めを実施していた。しかし、実際には体内の臓器の位置はわずかながら毎日変化するため、必ずしも治療計画時のＣＴ画像における臓器位置と治療時のベッド上での臓器位置は一致していない場合もある。
【０００９】
直交したＸ線装置により取得されるＤＲ画像と、治療計画用ＣＴ画像から作成される任意方向のＤＲＲ画像とを用いたベッド位置決め装置では、平行移動および回転の６自由度を検出可能という利点を持つ。
【００１０】
本方式を用いる場合、Ｘ線撮像装置から得られるＤＲ画像および治療計画用ＣＴ画像から得られるＤＲＲ画像は共に吸収率の高い骨等の構造物が明瞭に映され、患部や臓器といった軟組織の境界は不明瞭である。そのため、ＤＲ画像とＤＲＲ画像の画素値を比較してベッド位置決め用の６自由度を検出できても、軟組織の形態情報は十分に利用できておらず、臓器といった軟組織の位置は治療計画時と変わらないと想定してベッド位置決めされている。
【００１１】
一方、最近では、腫瘍領域の近傍にある周辺臓器への線量付与をなるべく避け、腫瘍領域（患部）へ放射線を集中させる３次元放射線治療が盛んになっている。例えば、ＩＭＲＴ（Intensity Modulated Radiation Therapy）や粒子線を用いる放射線治療である。これらの３次元治療では、周辺臓器を含めた患部の位置を位置決め時に把握し、骨ではなく臓器に基づいて位置決めすることが、より高精度な照射のために求められ始めている。このような高精度３次元放射線治療では、正常組織への線量投与をなるべく避ける必要がある。
【００１２】
本発明が解決しようとする課題は、放射線治療装置に用いられるＸ線画像装置により取得されたＤＲ画像と治療計画ＣＴ画像とを用いるベッド位置決めにおいて、従来の骨等の構造に加え、臓器といった軟組織の情報を用いて、ベッド位置決め精度の向上を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記した課題を解決する本発明の特徴は、被検診者をのせるベッドと、放射線治療においてベッドを位置決めするベッド位置決め装置と、Ｘ線を発生するＸ線発生装置及びＸ線発生装置からのＸ線を受信するＸ線受像器を有するＸ線撮像装置とを備え、このベッド位置決め装置が、Ｘ線撮像装置で撮影した第１のＸ線透視画像データ、及び治療計画時に取得したＸ線ＣＴ画像データから生成された軟組織投影画像データに基づいて、ベッド位置決めデータを生成することにある。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、骨や軟組織を用いたベッド位置決めが可能となるため、より高精度なベッド位置決めが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明を実施するための放射線治療システムの構成図（側面）である。
【図２】本実施例の治療計画装置において、Ｘ線ＣＴ画像から軟組織を抽出するまでの流れを示すフローチャート図である。
【図３】本実施例の放射線治療システムのベッド位置決めの流れを示すフローチャート図である。
【図４】軟組織特徴形状データ作成の概要を示す図である。
【図５】ベッド位置決め用画像のモニタ上の配置を示す図である。
【図６】軟組織特徴形状データを利用したベッド位置決めの概要を示す図である。
【図７】実施例の放射線治療システムのＸ線画像撮像システム１１５の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。
【実施例１】
【００１７】
本実施例の放射線治療システム１は、図１に示すように、治療計画装置１０１，画像データサーバ１１０，Ｘ線画像撮像システム１１５，ベッド位置決め装置１１６，放射線照射システム１２７を備える。
【００１８】
治療計画装置１０１は、表示装置であるモニタ１０２，入力手段１０３，治療計画演算装置１０４を備える。治療計画演算装置１０４は、放射線照射による治療に先立って、治療計画を演算するための演算装置である。モニタ１０２は、治療計画演算処理装置１０７の演算結果を表示する。入力手段１０３は、治療計画演算装置１０７に対しモニタ１０２上に表示されたユーザーインターフェースを通して指示を与えるための入力手段であり、一般的にはキーボードやマウス等である。また、ユーザーインターフェースとしてはグラフィカルユーザーインタフェース（ＧＵＩ）が良く用いられる。さらに、治療計画演算装置１０７は、ネットワーク１２６に接続し通信をするための通信装置１０５，演算結果やＣＴ画像等のデータまた治療計画プログラムを保存するための記憶装置１０６，治療計画プログラムの演算処理及び治療計画装置１０１を制御するための治療計画演算処理装置１０７、そして治療計画演算処理装置１０７にて治療計画プログラムを演算する際に記憶装置１０６に保存してある治療計画プログラム及び処理に必要なデータを一時的に保管するための主記憶装置１０８を備える。
【００１９】
画像データサーバ１１０は、ネットワーク１２６に接続して他の装置とデータの交換をするための通信装置１１１，データを保存するための記憶装置１１２，画像データサーバの各内部装置を制御しデータに対し例えばデータ容量の圧縮等の演算を実施するデータ演算処理装置１１３、及びデータ演算処理装置１１３が使用する処理プログラムや処理対象データを一時的に格納するための主記憶装置１１４を備える。
【００２０】
また、治療計画演算装置１０４は、ネットワーク１２６を介して画像データサーバ１１０から治療計画用ＣＴ画像を取得し、記憶装置１０６に保存してある軟組織抽出プログラムと主記憶装置１０８を用いて治療計画用ＣＴから軟組織を抽出するための軟組織抽出演算処理装置１０９を備える。
【００２１】
ベッド位置決め装置１１６は、表示装置であるモニタ１１７，入力手段１１８，ベッド位置決め演算装置１１９を備える。ベッド位置決め演算装置１１９は、放射線治療においてベッド１２８の位置決め演算を実施するための演算装置である。モニタ１１７は、ベッド位置決め演算装置１１９で演算した結果を表示する機能、及びユーザーインターフェースを表示する機能を有する。入力手段１１８は、モニタ１１７上に表示されるユーザーインターフェースを通じてベッド位置決め演算装置１１９及びベッド制御装置１２５への指示を入力するための入力手段である。入力手段１１８としては、キーボードやマウス等が用いられる。さらに、ベッド位置決め演算装置１１９は、入力データ及び演算結果を送信するための通信装置１２０，データ及びベッド位置決め演算プログラムを保存するための記憶装置１２１，ベッド位置決め演算を実行するためのベッド位置決め演算処理装置１２２及び、演算プログラムや入力データ等をベッド位置決め演算処理装置１２２にて使用するために一時的に格納するための主記憶装置１２３より構成される。また、ベッド位置決め演算装置１１９は、ネットワーク１２６を介して画像データサーバ１１０から軟組織抽出画像を取得し、軟組織特徴形状を算出するための軟組織特徴形状作成演算処理１２４を備える。軟組織特徴形状作成処理の詳細に関しては後述する。
【００２２】
ベッド制御装置１２５は、簡略化して示しているが、放射線を照射する照射標的を載せるベッド１２８を制御するための制御装置である。ベッド制御装置１２５は、ベッド位置決め装置１１６が演算により算出したベッド１２８の移動量（ベッド位置決めデータ）を受信し、ベッド１２８に含まれる駆動機構に対し移動指令を送出する機能を持つ。ベッド１２８及びベッド制御装置１２５は本明細書では詳細には記述しないが、放射線照射システム１２７の一部を構成するものである。放射線照射システム１２７は、その他に放射線を出射する照射ヘッド（照射ノズル）１２９や照射ヘッドを備え保持するガントリ１３０，照射ヘッド１２９やガントリ１３０を制御するための治療装置制御部１３１，治療装置制御部１３１に指示を与えるための治療装置操作卓１３２を備える。ガントリ１２９は一般に回転機構を備え、この回転ガントリ１２９を回転駆動することによって、治療用の放射線の照射方向を任意に変更することができる。ここで、治療照射室には、治療用の放射線を出射する照射ヘッド１２９，患者をのせるベッド１２８，Ｘ線源１３４及びＸ線受像装置１３５で構成されるＸ線撮像装置が設置されている。
【００２３】
Ｘ線画像撮像システム１１５は、図７に示すように、Ｘ線画像撮影装置及びＸ線画像撮影装置制御操作卓１３３を備える。Ｘ線画像撮像装置は、Ｘ線発生装置（Ｘ線源）１３４及びＸ線源１３４に対向な位置に配置されたＸ線受像装置１３５から構成される。ベッド１２８は、Ｘ線源１３４とＸ線受像装置１３５の間に位置し、ベッド上に照射標的が存在する。Ｘ線画像撮像装置は、ベッド１２８上の照射標的を撮像するために使用する。また、Ｘ線受像装置１３５は、フラットパネルディテクタやイメージインテンシファイア等を使用する。Ｘ線画像撮影装置制御操作卓１３３は、Ｘ線画像撮影装置に対し、撮像のための例えばＸ線源１３４の電圧や撮影時間等の撮影に必要な撮影条件を設定する機能とそれらをＸ線撮影装置制御部１３６に送信する機能を持つ。Ｘ線撮像装置制御部１３６は、受信した操作卓からの指示をＸ線源１３４及び受像装置１３５に送信する。さらに、Ｘ線画像撮影装置にて撮影されたＸ線画像をＸ線画像撮影装置より受信し画像データサーバ１１０に送信する機能を持つ。
【００２４】
治療計画装置１０１，画像データサーバ１１０，ベッド位置決め装置１１６，Ｘ線画像撮像システム１１５及び、ベッド制御装置１２５はネットワーク１２６を介して接続されておりデータをネットワーク経由で送受信することが可能である。
【００２５】
図１に示すシステムにおけるベッド位置決め処理の流れについて図２，図３を用いて説明する。画像データは、治療計画装置１０１，Ｘ線画像撮像システム１１５にて生成され、それらが画像データサーバ１１０に蓄積され、ベッド位置決め装置１１６にて使用される。以下に、ベッド位置決め処理の流れについて詳細に説明する。
【００２６】
まず、治療計画装置１０１では、治療計画立案のための治療に先立って取得されたＸ線ＣＴ画像データを画像データサーバ１１０からネットワーク１２５を介して読み込み（ステップ２０１）、Ｘ線ＣＴ画像を記憶装置１０６及び主記憶装置１０８に記憶させる（ステップ２０２）。治療計画装置１０１には、照射標的に対してどの領域を照射するのかを設定する機能があり、これを照射領域設定と呼び、設定された領域を照射領域と呼ぶ。また、治療計画装置１０１は、設定された照射領域に対して、どの方向からどのように放射線を照射するかを、操作者の指示に基づき計算する機能（照射計画機能）を有する。このように、治療計画装置１０１は治療計画を立案する（ステップ２０３）。ここまでが、一般的な治療計画手順である。
【００２７】
本実施例の治療計画装置１０は、軟組織抽出演算処理装置１０９を備える。この軟組織抽出演算処理装置１０９は、主記憶装置１０８に記憶されたＸ線ＣＴ画像（治療計画ＣＴ画像）を読み込むと（受信すると）、この治療計画ＣＴ画像に基づいて、ベッド位置決めのターゲットとして用いる目的軟組織（臓器）を抽出する（ステップ２０４）。軟組織自動抽出法としては、非特許文献４に記載されたRegion Growing法，形状モデルを利用した手法などがある。軟組織抽出演算処理装置１０９は、モニタ１１７に抽出結果を出力する。モニタ１１７上には、目的軟組織の塗りつぶしやポリゴン形状で表示される。モニタ１１７に表示された目標軟組織の表示に基づいて、医療従事者（医師や診断放射線技師など）は、軟組織領域が正しいかどうかを判断する（ステップ２０５）。抽出精度が十分であると判断された場合、医療従事者は、入力手段１１８から抽出完了信号を入力する。抽出完了信号が入力されると、ベッド位置決め演算装置１１９は、この抽出軟組織画像を画像データサーバ１１０に送信する（ステップ２０６）。抽出精度が不十分であると判断すると、医療従事者は、入力手段１１８から抽出開始信号を入力する。この抽出開始信号を受信した軟組織抽出演算処理装置１０９が、再度、軟組織抽出処理を実行する。この抽出開始信号を入力する替わりに、医療従事者がユーザーインターフェースを介してマニュアルにて修正することも可能である。また、軟組織抽出演算処理装置１０９による再度の軟組織抽出処理の代わりに、一連の軟組織抽出処理を医療従事者が入力手段１１８にて行うこともできる。すべての臓器抽出処理を入力手段１１８を用いて目的軟組織の塗りつぶしやポリゴン形状を指定して領域を抽出するなどマニュアルで実行してもよい。画像データサーバ１０９では受信した抽出軟組織画像を記憶装置１１２に保存する（ステップ２０６）。
【００２８】
放射線治療では、照射標的への放射線照射前に患者内の腫瘍に設定された照射標的と照射中心点とを一致させる必要があり、これらを一致させるためにベッド位置決めが実施される。本実施例が提供するベッド位置決め装置及び方法について説明する。
【００２９】
本実施例が提供するベッド位置決めの流れを図３に示し、これに沿って説明する。ベッド１２７に照射対象が置かれたのちに、医療従事者が、まずレーザーマーカ等の光学的装置を用いて照射標的が照射中心点近くになるようにベッドを移動する（ステップ３０１）。ステップ３０１は、光学的装置を用いずに照射対象上に貼られたまたは描かれたシールや十字線等のマーカを目印に目測でベッドを移動させる場合もある。
【００３０】
次に、Ｘ線画像撮像システム１１５では、放射線照射のためにベッド１２８に固定された患者のＸ線透視画像を撮影するために、Ｘ線源１３４からのＸ線の放射を開始する。治療室内に設置されたＸ線源１３４から放射されたＸ線は、患者を通過してＸ線受像装置１３５で受信される。Ｘ線受像装置１３５は、得られたＸ線データをＸ線画像撮影装置操作卓１３３に送信する（ステップ３０２）。
【００３１】
Ｘ線画像撮影装置操作卓１３３にてＸ線データをＤＲ画像データに変換し（ステップ３０３）、変換したＤＲ画像データを画像データサーバ１１０に送信する。ＤＲ画像データをＸ線画像撮像システム１１５より受信した画像データサーバ１１０は、ＤＲ画像データを記憶装置１１２に保存する。ここで、ＤＲ画像データは、ベッド位置決め装置１１６の分野にて一般的に使用されているダイコム（ＤＩＣＯＭ）フォーマットであるとする。
【００３２】
また、生成した画像データは、Ｘ線撮像装置操作卓１３３からネットワーク１２６を経由し、位置決め演算装置１１９の通信装置１２０に送信される（ステップ３０４）。位置決め演算装置１１９では、通信装置に画像データを受信する（ステップ３０５）と、主記憶装置１０８にロードされたデータの到着を常に監視しているプログラムが主記憶装置１０８に画像データを取り込む処理を実施し、さらに記憶装置１０６へと保存する。
【００３３】
ベッド位置決め装置１１６にて実施する位置決め演算について説明する。ベッド位置決め装置１１６を操作する操作者（医療従事者）は予めデータサーバから治療計画に使用したＣＴ画像データ及び治療計画に使用したＣＴ画像データから生成した１枚以上のＤＲＲ画像を位置決め演算装置１１９の通信装置１２０を通じて読みこみ、主記憶装置１２３または記憶装置１２１に保存する（ステップ３０６）。また、Ｘ線撮像装置操作卓１３３から、ＤＲ画像の送信終了通知が位置決め装置１１６に通知されない限り位置決め演算は開始できない。
【００３４】
ベッド位置決め装置１１６のベッド位置決め演算装置１１９は、主記憶装置１２８にロードされたＣＴ画像データ及びプログラムを用い、例えば非特許文献４にあるような高速なＤＲＲ画像の生成手法を用いて位置決め演算処理装置１２２により演算を実施し全方向のＤＲＲ画像を生成する。非特許文献４の手法は、ＤＲＲ画像をグラフィックスハードウェアのテクスチャマッピング機能を用いて生成するものである。この手法を用いることにより高速なＤＲＲ画像の生成が可能となる。
【００３５】
例えば治療計画ＣＴ画像において、全方向０.５度もしくは１度刻みでＣＴ画像を回転させかつ、数ミリメートル（２〜３ミリメートル）の範囲でＣＴ画像を平行移動させ、それらの組合せを一つのパラメータとする。ガントリ角度を１度刻みずつ増加させ同一パラメータに対するＤＲＲ画像の組を生成する（ステップ３０７）。同一パラメータにおいてガントリ角度が異なる複数枚のＤＲＲ画像が生成される。これら複数枚のＤＲＲ画像の生成に使用したパラメータは既知であるので、各ＤＲＲ画像（ＤＲＲ画像の組と組内のＤＲＲ画像）とそれを生成した際の各角度及び平行移動量に関するパラメータを関連付けることができる。これらのパラメータは、ＣＴ画像の移動量であるとともにベッドの移動量を表している。ＤＲＲ画像からパラメータを迅速に探索するために、位置決め演算装置１１９の主記憶装置１２３または、記憶装置１２１にＤＲＲ画像とそれを生成するのに使用したパラメータを関連付けて保存する。
【００３６】
なお、位置決め演算に使用するＤＲＲの枚数（すなわち角度や移動量の刻み幅や数値範囲）は変更することが可能である。例えば、より多くのＤＲＲ画像を使用したり、比較するＤＲＲ画像を４枚のみと制限することもできる。１枚以上の画像があれば位置決め演算は可能である。
【００３７】
生成されたＤＲＲ画像とＸ線撮像装置操作卓１１１より送信されたＤＲ画像データとを比較することで最も一致するＤＲＲ画像が求まる。ＤＲＲ画像と画像生成に使用したパラメータは、関連付けられて保存されているので、ＤＲＲ画像の生成に使用したパラメータを取得することができる。パラメータが取得できれば、照射標的位置が照射中心点とどれぐらい離れているかがわかり、それを解消するために必要なベッド移動量がわかる（ステップ３０９）。
【００３８】
ＤＲＲ画像データとＸ線画像データとの比較（ステップ３０８）には、広く知られている非特許文献５に記載のある相互情報量最大化法を使用する。相互情報量最大化法は、二つの画像間の類似度を求める方法であり、本発明ではＤＲＲ画像とＤＲ画像との類似度を計算し、類似度が最大の画像をもっとも一致する画像とする。
【００３９】
ベッド位置決め装置１１６において、ベッド位置決め装置１１６を操作する操作者は予めデータサーバから治療計画時に作成した軟組織抽出画像データを受信し（ステップ３１０）、ベッド位置決め演算装置１１９の記憶装置１２１および主記憶装置１２３に保存する。
【００４０】
ベッド位置決め演算装置１１９の軟組織特徴形状データ作成演算装置１２４が、軟組織抽出画像データから軟組織特徴形状データを作成する（ステップ３１２）。軟組織特徴形状データ作成演算装置１２４が軟組織特徴形状データを作成する手順について、図４を用いて説明する。ＤＲ画像データとＤＲＲ画像データの比較により求めた最適なパラメータと記憶装置１２１に保存された前記ＤＲＲ作成プログラムを用いて軟組織抽出画像から軟組織投影画像を作成する。ＤＲＲ画像と軟組織投影画像を用いて投影画像内で目的軟組織の特徴形状を表す点，線，領域などを持つ軟組織特徴形状データを作成する。例えば軟組織投影画像の境界線（エッジ）とＤＲＲ画像上に現れるエッジが両画像で確認できる部位を軟組織特徴形状データとすることができる。図４では説明を簡単にするために軟組織が矩形形状とした場合を示している。軟組織が実際の曲線，局面で構成されている場合にも処理の内容は全く変わらない。撮像対象が３つの矩形物が上下左右にわずかにずれた状態で並んでおり、目的軟組織が２つの別組織にはさまれているとする。この画像データを図４の矢印の方向から投影したＤＲＲ画像は長方形をずらして３つ重ねた形状となる。一方臓器抽出した画像を投影すると長方形形状となる。ＤＲＲ画像と臓器抽出画像は完全に位置が合っているため、目的軟組織の投影形状がＤＲＲ画像上でどの位置かは認識可能である。ＤＲＲ画像上では３つの長方形が重なっているため、目的軟組織の輪郭すべてを認識不可能であるが、軟組織抽出画像の投影像からは、すべての輪郭，領域が認識可能なため、ＤＲＲ上で目的軟組織の特徴形状である点，線，領域である部分を識別し、軟組織特徴形状データとする。
【００４１】
ベッド位置決め装置１１６のモニタ１１７にＤＲ画像，ＤＲＲ画像と軟組織特徴形状データを表示する（ステップ３１３）。モニタ１１７上の画像配置例を図５に示す。表示領域５０１，５０２，５０３にＸ線画像，ＤＲＲ画像，軟組織特徴形状データを表示し、ＤＲ画像と軟組織特徴形状データをフュージョン表示する領域５０４にてベッド位置決め装置１１６の操作者は画像のずれ量を確認する。また操作パネル５０５にて操作者は画像の位置ずれを修正する。
【００４２】
操作者が軟組織特徴形状データとＸ線画像を用いて位置合せする方法について図６を用いて説明する。図６に治療時の撮像対象の状態を示す。図４と同様の撮像対象であるが、目的軟組織の位置が治療計画時と図示したよう点線部分からずれているとする。Ｘ線画像上で軟組織の例えば輪郭をすべて認識することはできないが、その一部の点，線，領域といった特徴形状があれば、その特徴形状を軟組織特徴形状データと比較し操作者によって位置合せすることができる。また軟組織特徴形状データにおいて形状を表す画素値分布とＸ線画像の画素値分布を比較することにより自動で位置合せする（ステップ３１６）ことも可能である。
【００４３】
ベッド位置決め装置の操作者が移動量の確認を入力手段から入力され（ステップ３１５）、ＤＲ画像とＤＲＲ線画像の画像位置合せ移動量をベッドの移動量に変換し、ベッド制御装置１２４に送信する（ステップ３１７）ことで、ベッド位置決めを終了する。
【００４４】
以上により、本実施例が提供するベッド位置決めシステムと方法により、臓器といった軟組織の情報を用いて、ベッド位置決めの精度向上が実現する。
【００４５】
直交Ｘ線装置により取得されるＤＲ画像と、治療計画ＣＴ画像を用いる従来のベッド位置決めにおいて、患部や臓器といった軟組織の位置情報を用いた位置決めを妨げる主要因は、ＤＲ画像およびＤＲＲ画像上で軟組織の領域や輪郭の判別が困難であることが考えられる。これは各画像が２次元投影画像であって、その投影方向によっては画像上の軟組織の領域や輪郭情報が曖昧もしくは消失しているためである。そのため、本実施例では、ＤＲ画像とＤＲＲ画像に主に描画されている骨組織を用いてベッド位置決めを行うだけでなく、治療計画ＣＴ画像にて目的領域・臓器を抽出し、その輪郭や領域情報を用いてＤＲ画像とＤＲＲ画像上における対応する輪郭，領域を特定し、その情報を利用してベッド位置決めすることとした。具体的には、治療計画ＣＴ画像に基づいて目的領域・臓器（軟組織）を抽出する。また、治療計画ＣＴ画像からＤＲＲ画像を作成する。抽出した軟組織の領域，輪郭を投影した画像を作成し、これらを元に投影画像上で軟組織の形状となり得る特徴点，輪郭線，領域を表すデータを得る。実際のベッド位置決め時にＤＲ画像，ＤＲＲ画像、および軟組織の投影した形状特徴データを用いて、ＤＲ画像とＤＲＲ画像を位置合せする。これにより、軟組織の形状を用いたベッド位置決めが可能となり、ベッド位置決めの精度が向上する。
【００４６】
本実施例によれば、治療計画ＣＴ画像においてベッド位置決めパラメータ算出するために基準となる軟組織（臓器）を抽出し、目的軟組織抽出画像を作成する。治療計画ＣＴ画像から作成されるＤＲＲ画像と前記目的軟組織抽出画像をＤＲＲ画像と同方向に投影した軟組織投影画像を用いて投影画像上での目的臓器の特徴形状を有する軟組織特徴形状データを作成する。治療時に撮像するＸ線画像，ＤＲＲ画像、および軟組織特徴形状データを比較することで軟組織情報を用いたベッド位置決めを行う。このように、本実施例によれば、放射線治療のベッド位置決め、特に高精度３次元放射線治療において、従来の主に骨の構造を用いた位置合せに加え、軟組織の構造を用いたベッド位置決めにより、従来よりも更に高精度なベッド位置決めが可能となる。その結果、治療用の放射線照射線量を患部に集中でき、高精度な放射線治療が可能となる。
【００４７】
本実施例は、その機能を損なうことなく本実施例に述べた構成以外にも適用が可能である。まず、本実施例では治療計画装置１０１，ベッド位置決め装置１１６，Ｘ線撮像装置操作卓１３３，治療装置操作卓１３２を独立した装置として記述したが、これらは全てがひとつの装置であってもかまわないし、これらのうちいくつかが一つの装置となっていてもかまわない。
【００４８】
本実施例では、Ｘ線画像撮像装置操作卓１３３から位置決め装置１１６へと送信するＤＲ画像データ及び画像データサーバ１１０からＣＴ画像データ，臓器抽出画像のフォーマット（データ形式）にダイコムフォーマットを使用しているが、もちろん他のフォーマット、例えばＪＰＥＧ画像やビットマップ画像等のフォーマットを用いてもかまわない。
【００４９】
画像データサーバ１１０にデータファイルを保存するような構成を取っているが、直接治療計画装置１０１とベッド位置決め装置１１６とが通信し、データファイルを交換しても良い。また、ＤＲ画像ファイルは、画像データサーバ１１０に保管せずにベッド位置決め演算処理装置１１９の記憶装置１２１に補完しても良い。さらに、治療計画装置１０１及びベッド位置決め演算装置１１９は１台の装置であってもかまわない。また、ネットワーク１２６によるデータファイル等の通信を用いる形態を説明したが、データファイルの交換手段として他の記憶媒体たとえばフロッピー（登録商標）ディスクやＣＤ−Ｒ等の大容量記憶媒体を用いても良い。
【００５０】
本実施例では、照射対象が放射線治療システムのベッドに置かれた場合について述べたが、放射線治療システムと同様のベッドとＸ線撮像システムを持つ部屋でベッド位置決めが行われた場合にもそのまま適用できる。
【００５１】
また、本実施例ではＸ線治療装置について説明したが、Ｘ線以外の粒子線を用いる粒子線治療装置も照射ヘッドを備えた回転するガントリを備えており本発明はそのまま適用できる。
【符号の説明】
【００５２】
１ 放射線治療システム
１０１ 治療計画装置
１０２，１１７ モニタ
１０３，１１８ 入力手段
１０４ 治療計画演算装置
１０５，１１１，１２０ 通信装置
１０６，１１２，１２１ 記憶装置
１０７ 治療計画演算処理装置
１０８，１１４，１２３ 主記憶装置
１０９ 軟組織抽出演算処理装置
１１０ 画像データサーバ
１１３ データ演算処理装置
１１５ Ｘ線画像撮像システム
１１６ ベッド位置決め装置
１１９ ベッド位置決め演算装置
１２２ ベッド位置決め演算処理装置
１２４ 軟組織特徴形状データ作成演算装置
１２５ ベッド制御装置
１２６ ネットワーク
１２７ 放射線治療システム１２６
１２８ ベッド
１２９ 照射ヘッド
１３０ ガントリ
１３１ 治療装置制御部
１３２ 治療装置操作卓
１３３ Ｘ線画像撮像装置操作卓
１３４ Ｘ線源
１３５ 受像装置
１３６ Ｘ線撮像装置制御部
５０１ ＤＲ画像表示領域
５０２ ＤＲＲ線画像表示領域
５０３ 軟組織特徴形状データ表示領域
５０４ フュージョン画像表示領域
５０５ 操作パネル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線又は粒子線（陽子線や重粒子線などの荷電粒子ビーム）等の各種放射線を患部に照射して治療する放射線治療システムであって、特に、放射線治療用のベッド位置決めシステムを備える放射線治療システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
腫瘍細胞を各種放射線を照射することで壊死させることを目的とする放射線治療は、近年広く行われつつある。用いられる放射線としては最も広く利用されているＸ線だけでなく、陽子線をはじめとする粒子線を使った治療も行われている。
【０００３】
放射線治療の重要なプロセスの一つにベッド位置決めがある。ベッド位置決めとは、一般に治療計画装置から出力されたＤＲＲ（Digital Reconstructed Radiograph）画像と放射線照射前にＸ線撮像装置を用いて治療用ベッド（以下、ベッドと省略する）の上に患者を寝かせた状態で撮影するＸ線画像（ＤＲ画像，Digital Radiograph画像）とを技師または医師が比較することにより、治療計画で決定した照射標的の位置と現在のベッド上の照射標的の位置とのズレを算出し、二種類の画像が一致するようにベッドの移動量を求め、ベッドを移動させるプロセスである。
【０００４】
ＤＲＲ画像は、Ｘ線画像を模擬した２次元画像であり、治療計画時に撮影された３次元画像であるＣＴ画像から生成される。なお、ベッド位置決めでは、参照画像として上記ＤＲＲ画像の代わりにＸ線シミュレータ等を用いて撮影した画像を用いる場合もある。
【０００５】
ベッド位置決めにおいて上記の方法は広く普及している。ＤＲ画像とＤＲＲ画像を用いたベッド位置決め（以下ＤＲ−ＤＲＲベッド位置決め）では、平行移動３自由度及び撮影方向を軸とする回転（平面内回転）２自由度を精度良く検出可能だが、Ｘ線の撮影方向に直行する軸周りの回転（平面外回転）を自動で検出することは困難であることが知られており（非特許文献１）、より高精度なベッド位置合せの実現は難しい。
【０００６】
従来のＤＲ−ＤＲＲベッド位置決めと同一の機器で、自動で６自由度を検出可能な位置決め方法としてベッド位置決めシステムにてＣＴ画像とＤＲ画像を用いる方法（以下、ＣＴ−ＤＲベッド位置決め）が知られている（非特許文献２）。ＤＲ−ＤＲＲベッド位置決めでは、治療計画位置でのみ生成したＤＲＲ画像とＤＲ画像との画素値を比較し移動量を算出するのに対し、ＣＴ−ＤＲベッド位置決めでは治療計画ＣＴ画像から様々な角度でＤＲＲ画像を作成しＤＲ画像と画素値を比較することで移動量を算出する。治療計画ＣＴ画像から全方位のＤＲＲ画像を作成可能なため、６自由度を検出可能である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】J. Hanley, et al.「The Effects Of Out-Of-Plane Rotations On Two On Two Dimensional Portal Image Registration In Conformal Radiotherapy Of Prostate」, Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys. 33(5), 1331-43, 1995.
【非特許文献２】Ｊ. Kim et al.,「Effects of x-ray and CT image enhancements on the robustness and accuracy of a rigid 3D/2D image registration」, Med. Phys . 32(4), April, 2005.
【非特許文献３】：村木 茂、他「３次元画像解析とグラフィックス技術の医学応用に関するサーベイ」電子情報通信学会論文誌 D-II Vol. J97-D-II No.10 pp.1887-1920 2004.
【非特許文献４】Jinkoo Kim, 他,「Effects of x-ray image enhancements on the robustness and accuracy of a rigid 3D/2D image registration」,Medical Physics, vol.32, No.4, 2005.
【非特許文献５】Frederik Maes, 他,「Multimodality image registration by maximization of mutual information」, IEEE Trans. Med. Image., Vol.16, No.2, 1997.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
Ｘ線画像（ＤＲ画像）やＤＲＲ画像には、主にＸ線吸収率の高い骨等の構造物が映るため、臓器等の軟組織に腫瘍領域が存在する場合、直接腫瘍位置を画像から観察するのが困難な場合があり、臓器自身の輪郭や領域も不鮮明になる。この理由は、Ｘ線画像（ＤＲ画像）が人体の３次元構造を２次元面に投影したデータであり、骨と比較し軟組織のＸ線吸収係数が低く、また臓器毎の係数値の差が小さいため、投影方向に関して複数の軟組織が重なっているとその境界判別が難しくなることが考えられる。このため、Ｘ線画像（ＤＲ画像）を用いるベッド位置決めでは、腫瘍領域つまり軟組織と骨との位置関係が大きく変化しないと想定し、ベッド位置決めを実施していた。しかし、実際には体内の臓器の位置はわずかながら毎日変化するため、必ずしも治療計画時のＣＴ画像における臓器位置と治療時のベッド上での臓器位置は一致していない場合もある。
【０００９】
直交したＸ線装置により取得されるＤＲ画像と、治療計画用ＣＴ画像から作成される任意方向のＤＲＲ画像とを用いたベッド位置決め装置では、平行移動および回転の６自由度を検出可能という利点を持つ。
【００１０】
本方式を用いる場合、Ｘ線撮像装置から得られるＤＲ画像および治療計画用ＣＴ画像から得られるＤＲＲ画像は共に吸収率の高い骨等の構造物が明瞭に映され、患部や臓器といった軟組織の境界は不明瞭である。そのため、ＤＲ画像とＤＲＲ画像の画素値を比較してベッド位置決め用の６自由度を検出できても、軟組織の形態情報は十分に利用できておらず、臓器といった軟組織の位置は治療計画時と変わらないと想定してベッド位置決めされている。
【００１１】
一方、最近では、腫瘍領域の近傍にある周辺臓器への線量付与をなるべく避け、腫瘍領域（患部）へ放射線を集中させる３次元放射線治療が盛んになっている。例えば、ＩＭＲＴ（Intensity Modulated Radiation Therapy）や粒子線を用いる放射線治療である。これらの３次元治療では、周辺臓器を含めた患部の位置を位置決め時に把握し、骨ではなく臓器に基づいて位置決めすることが、より高精度な照射のために求められ始めている。このような高精度３次元放射線治療では、正常組織への線量投与をなるべく避ける必要がある。
【００１２】
本発明が解決しようとする課題は、放射線治療装置に用いられるＸ線画像装置により取得されたＤＲ画像と治療計画ＣＴ画像とを用いるベッド位置決めにおいて、従来の骨等の構造に加え、臓器といった軟組織の情報を用いて、ベッド位置決め精度の向上を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記した課題を解決する本発明の特徴は、被検診者をのせるベッドと、放射線治療においてベッドを位置決めするベッド位置決め装置と、Ｘ線を発生するＸ線発生装置及びＸ線発生装置からのＸ線を受信するＸ線受像器を有するＸ線撮像装置とを備え、このベッド位置決め装置が、Ｘ線撮像装置で撮影した第１のＸ線透視画像データ、及び治療計画時に取得したＸ線ＣＴ画像データから生成された軟組織投影画像データに基づいて、ベッド位置決めデータを生成することにある。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、骨や軟組織を用いたベッド位置決めが可能となるため、より高精度なベッド位置決めが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明を実施するための放射線治療システムの構成図（側面）である。
【図２】本実施例の治療計画装置において、Ｘ線ＣＴ画像から軟組織を抽出するまでの流れを示すフローチャート図である。
【図３】本実施例の放射線治療システムのベッド位置決めの流れを示すフローチャート図である。
【図４】軟組織特徴形状データ作成の概要を示す図である。
【図５】ベッド位置決め用画像のモニタ上の配置を示す図である。
【図６】軟組織特徴形状データを利用したベッド位置決めの概要を示す図である。
【図７】実施例の放射線治療システムのＸ線画像撮像システム１１５の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。
【実施例１】
【００１７】
本実施例の放射線治療システム１は、図１に示すように、治療計画装置１０１，画像データサーバ１１０，Ｘ線画像撮像システム１１５，ベッド位置決め装置１１６，放射線照射システム１２７を備える。
【００１８】
治療計画装置１０１は、表示装置であるモニタ１０２，入力手段１０３，治療計画演算装置１０４を備える。治療計画演算装置１０４は、放射線照射による治療に先立って、治療計画を演算するための演算装置である。モニタ１０２は、治療計画演算処理装置１０７の演算結果を表示する。入力手段１０３は、治療計画演算装置１０７に対しモニタ１０２上に表示されたユーザーインターフェースを通して指示を与えるための入力手段であり、一般的にはキーボードやマウス等である。また、ユーザーインターフェースとしてはグラフィカルユーザーインタフェース（ＧＵＩ）が良く用いられる。さらに、治療計画演算装置１０７は、ネットワーク１２６に接続し通信をするための通信装置１０５，演算結果やＣＴ画像等のデータまた治療計画プログラムを保存するための記憶装置１０６，治療計画プログラムの演算処理及び治療計画装置１０１を制御するための治療計画演算処理装置１０７、そして治療計画演算処理装置１０７にて治療計画プログラムを演算する際に記憶装置１０６に保存してある治療計画プログラム及び処理に必要なデータを一時的に保管するための主記憶装置１０８を備える。
【００１９】
画像データサーバ１１０は、ネットワーク１２６に接続して他の装置とデータの交換をするための通信装置１１１，データを保存するための記憶装置１１２，画像データサーバの各内部装置を制御しデータに対し例えばデータ容量の圧縮等の演算を実施するデータ演算処理装置１１３、及びデータ演算処理装置１１３が使用する処理プログラムや処理対象データを一時的に格納するための主記憶装置１１４を備える。
【００２０】
また、治療計画演算装置１０４は、ネットワーク１２６を介して画像データサーバ１１０から治療計画用ＣＴ画像を取得し、記憶装置１０６に保存してある軟組織抽出プログラムと主記憶装置１０８を用いて治療計画用ＣＴから軟組織を抽出するための軟組織抽出演算処理装置１０９を備える。
【００２１】
ベッド位置決め装置１１６は、表示装置であるモニタ１１７，入力手段１１８，ベッド位置決め演算装置１１９を備える。ベッド位置決め演算装置１１９は、放射線治療においてベッド１２８の位置決め演算を実施するための演算装置である。モニタ１１７は、ベッド位置決め演算装置１１９で演算した結果を表示する機能、及びユーザーインターフェースを表示する機能を有する。入力手段１１８は、モニタ１１７上に表示されるユーザーインターフェースを通じてベッド位置決め演算装置１１９及びベッド制御装置１２５への指示を入力するための入力手段である。入力手段１１８としては、キーボードやマウス等が用いられる。さらに、ベッド位置決め演算装置１１９は、入力データ及び演算結果を送信するための通信装置１２０，データ及びベッド位置決め演算プログラムを保存するための記憶装置１２１，ベッド位置決め演算を実行するためのベッド位置決め演算処理装置１２２及び、演算プログラムや入力データ等をベッド位置決め演算処理装置１２２にて使用するために一時的に格納するための主記憶装置１２３より構成される。また、ベッド位置決め演算装置１１９は、ネットワーク１２６を介して画像データサーバ１１０から軟組織抽出画像を取得し、軟組織特徴形状を算出するための軟組織特徴形状作成演算処理１２４を備える。軟組織特徴形状作成処理の詳細に関しては後述する。
【００２２】
ベッド制御装置１２５は、簡略化して示しているが、放射線を照射する照射標的を載せるベッド１２８を制御するための制御装置である。ベッド制御装置１２５は、ベッド位置決め装置１１６が演算により算出したベッド１２８の移動量（ベッド位置決めデータ）を受信し、ベッド１２８に含まれる駆動機構に対し移動指令を送出する機能を持つ。ベッド１２８及びベッド制御装置１２５は本明細書では詳細には記述しないが、放射線照射システム１２７の一部を構成するものである。放射線照射システム１２７は、その他に放射線を出射する照射ヘッド（照射ノズル）１２９や照射ヘッドを備え保持するガントリ１３０，照射ヘッド１２９やガントリ１３０を制御するための治療装置制御部１３１，治療装置制御部１３１に指示を与えるための治療装置操作卓１３２を備える。ガントリ１２９は一般に回転機構を備え、この回転ガントリ１２９を回転駆動することによって、治療用の放射線の照射方向を任意に変更することができる。ここで、治療照射室には、治療用の放射線を出射する照射ヘッド１２９，患者をのせるベッド１２８，Ｘ線源１３４及びＸ線受像装置１３５で構成されるＸ線撮像装置が設置されている。
【００２３】
Ｘ線画像撮像システム１１５は、図７に示すように、Ｘ線画像撮影装置及びＸ線画像撮影装置制御操作卓１３３を備える。Ｘ線画像撮像装置は、Ｘ線発生装置（Ｘ線源）１３４及びＸ線源１３４に対向な位置に配置されたＸ線受像装置１３５から構成される。ベッド１２８は、Ｘ線源１３４とＸ線受像装置１３５の間に位置し、ベッド上に照射標的が存在する。Ｘ線画像撮像装置は、ベッド１２８上の照射標的を撮像するために使用する。また、Ｘ線受像装置１３５は、フラットパネルディテクタやイメージインテンシファイア等を使用する。Ｘ線画像撮影装置制御操作卓１３３は、Ｘ線画像撮影装置に対し、撮像のための例えばＸ線源１３４の電圧や撮影時間等の撮影に必要な撮影条件を設定する機能とそれらをＸ線撮影装置制御部１３６に送信する機能を持つ。Ｘ線撮像装置制御部１３６は、受信した操作卓からの指示をＸ線源１３４及び受像装置１３５に送信する。さらに、Ｘ線画像撮影装置にて撮影されたＸ線画像をＸ線画像撮影装置より受信し画像データサーバ１１０に送信する機能を持つ。
【００２４】
治療計画装置１０１，画像データサーバ１１０，ベッド位置決め装置１１６，Ｘ線画像撮像システム１１５及び、ベッド制御装置１２５はネットワーク１２６を介して接続されておりデータをネットワーク経由で送受信することが可能である。
【００２５】
図１に示すシステムにおけるベッド位置決め処理の流れについて図２，図３を用いて説明する。画像データは、治療計画装置１０１，Ｘ線画像撮像システム１１５にて生成され、それらが画像データサーバ１１０に蓄積され、ベッド位置決め装置１１６にて使用される。以下に、ベッド位置決め処理の流れについて詳細に説明する。
【００２６】
まず、治療計画装置１０１では、治療計画立案のための治療に先立って取得されたＸ線ＣＴ画像データを画像データサーバ１１０からネットワーク１２５を介して読み込み（ステップ２０１）、Ｘ線ＣＴ画像を記憶装置１０６及び主記憶装置１０８に記憶させる（ステップ２０２）。治療計画装置１０１には、照射標的に対してどの領域を照射するのかを設定する機能があり、これを照射領域設定と呼び、設定された領域を照射領域と呼ぶ。また、治療計画装置１０１は、設定された照射領域に対して、どの方向からどのように放射線を照射するかを、操作者の指示に基づき計算する機能（照射計画機能）を有する。このように、治療計画装置１０１は治療計画を立案する（ステップ２０３）。ここまでが、一般的な治療計画手順である。
【００２７】
本実施例の治療計画装置１０は、軟組織抽出演算処理装置１０９を備える。この軟組織抽出演算処理装置１０９は、主記憶装置１０８に記憶されたＸ線ＣＴ画像（治療計画ＣＴ画像）を読み込むと（受信すると）、この治療計画ＣＴ画像に基づいて、ベッド位置決めのターゲットとして用いる目的軟組織（臓器）を抽出する（ステップ２０４）。軟組織自動抽出法としては、非特許文献４に記載されたRegion Growing法，形状モデルを利用した手法などがある。軟組織抽出演算処理装置１０９は、モニタ１１７に抽出結果を出力する。モニタ１１７上には、目的軟組織の塗りつぶしやポリゴン形状で表示される。モニタ１１７に表示された目標軟組織の表示に基づいて、医療従事者（医師や診断放射線技師など）は、軟組織領域が正しいかどうかを判断する（ステップ２０５）。抽出精度が十分であると判断された場合、医療従事者は、入力手段１１８から抽出完了信号を入力する。抽出完了信号が入力されると、ベッド位置決め演算装置１１９は、この抽出軟組織画像を画像データサーバ１１０に送信する（ステップ２０６）。抽出精度が不十分であると判断すると、医療従事者は、入力手段１１８から抽出開始信号を入力する。この抽出開始信号を受信した軟組織抽出演算処理装置１０９が、再度、軟組織抽出処理を実行する。この抽出開始信号を入力する替わりに、医療従事者がユーザーインターフェースを介してマニュアルにて修正することも可能である。また、軟組織抽出演算処理装置１０９による再度の軟組織抽出処理の代わりに、一連の軟組織抽出処理を医療従事者が入力手段１１８にて行うこともできる。すべての臓器抽出処理を入力手段１１８を用いて目的軟組織の塗りつぶしやポリゴン形状を指定して領域を抽出するなどマニュアルで実行してもよい。画像データサーバ１０９では受信した抽出軟組織画像を記憶装置１１２に保存する（ステップ２０６）。
【００２８】
放射線治療では、照射標的への放射線照射前に患者内の腫瘍に設定された照射標的と照射中心点とを一致させる必要があり、これらを一致させるためにベッド位置決めが実施される。本実施例が提供するベッド位置決め装置及び方法について説明する。
【００２９】
本実施例が提供するベッド位置決めの流れを図３に示し、これに沿って説明する。ベッド１２７に照射対象が置かれたのちに、医療従事者が、まずレーザーマーカ等の光学的装置を用いて照射標的が照射中心点近くになるようにベッドを移動する（ステップ３０１）。ステップ３０１は、光学的装置を用いずに照射対象上に貼られたまたは描かれたシールや十字線等のマーカを目印に目測でベッドを移動させる場合もある。
【００３０】
次に、Ｘ線画像撮像システム１１５では、放射線照射のためにベッド１２８に固定された患者のＸ線透視画像を撮影するために、Ｘ線源１３４からのＸ線の放射を開始する。治療室内に設置されたＸ線源１３４から放射されたＸ線は、患者を通過してＸ線受像装置１３５で受信される。Ｘ線受像装置１３５は、得られたＸ線データをＸ線画像撮影装置操作卓１３３に送信する（ステップ３０２）。
【００３１】
Ｘ線画像撮影装置操作卓１３３にてＸ線データをＤＲ画像データに変換し（ステップ３０３）、変換したＤＲ画像データを画像データサーバ１１０に送信する。ＤＲ画像データをＸ線画像撮像システム１１５より受信した画像データサーバ１１０は、ＤＲ画像データを記憶装置１１２に保存する。ここで、ＤＲ画像データは、ベッド位置決め装置１１６の分野にて一般的に使用されているダイコム（ＤＩＣＯＭ）フォーマットであるとする。
【００３２】
また、生成した画像データは、Ｘ線撮像装置操作卓１３３からネットワーク１２６を経由し、位置決め演算装置１１９の通信装置１２０に送信される（ステップ３０４）。位置決め演算装置１１９では、通信装置に画像データを受信する（ステップ３０５）と、主記憶装置１０８にロードされたデータの到着を常に監視しているプログラムが主記憶装置１０８に画像データを取り込む処理を実施し、さらに記憶装置１０６へと保存する。
【００３３】
ベッド位置決め装置１１６にて実施する位置決め演算について説明する。ベッド位置決め装置１１６を操作する操作者（医療従事者）は予めデータサーバから治療計画に使用したＣＴ画像データ及び治療計画に使用したＣＴ画像データから生成した１枚以上のＤＲＲ画像を位置決め演算装置１１９の通信装置１２０を通じて読みこみ、主記憶装置１２３または記憶装置１２１に保存する（ステップ３０６）。また、Ｘ線撮像装置操作卓１３３から、ＤＲ画像の送信終了通知が位置決め装置１１６に通知されない限り位置決め演算は開始できない。
【００３４】
ベッド位置決め装置１１６のベッド位置決め演算装置１１９は、主記憶装置１２８にロードされたＣＴ画像データ及びプログラムを用い、例えば非特許文献４にあるような高速なＤＲＲ画像の生成手法を用いて位置決め演算処理装置１２２により演算を実施し全方向のＤＲＲ画像を生成する。非特許文献４の手法は、ＤＲＲ画像をグラフィックスハードウェアのテクスチャマッピング機能を用いて生成するものである。この手法を用いることにより高速なＤＲＲ画像の生成が可能となる。
【００３５】
例えば治療計画ＣＴ画像において、全方向０.５度もしくは１度刻みでＣＴ画像を回転させかつ、数ミリメートル（２〜３ミリメートル）の範囲でＣＴ画像を平行移動させ、それらの組合せを一つのパラメータとする。ガントリ角度を１度刻みずつ増加させ同一パラメータに対するＤＲＲ画像の組を生成する（ステップ３０７）。同一パラメータにおいてガントリ角度が異なる複数枚のＤＲＲ画像が生成される。これら複数枚のＤＲＲ画像の生成に使用したパラメータは既知であるので、各ＤＲＲ画像（ＤＲＲ画像の組と組内のＤＲＲ画像）とそれを生成した際の各角度及び平行移動量に関するパラメータを関連付けることができる。これらのパラメータは、ＣＴ画像の移動量であるとともにベッドの移動量を表している。ＤＲＲ画像からパラメータを迅速に探索するために、位置決め演算装置１１９の主記憶装置１２３または、記憶装置１２１にＤＲＲ画像とそれを生成するのに使用したパラメータを関連付けて保存する。
【００３６】
なお、位置決め演算に使用するＤＲＲの枚数（すなわち角度や移動量の刻み幅や数値範囲）は変更することが可能である。例えば、より多くのＤＲＲ画像を使用したり、比較するＤＲＲ画像を４枚のみと制限することもできる。１枚以上の画像があれば位置決め演算は可能である。
【００３７】
生成されたＤＲＲ画像とＸ線撮像装置操作卓１１１より送信されたＤＲ画像データとを比較することで最も一致するＤＲＲ画像が求まる。ＤＲＲ画像と画像生成に使用したパラメータは、関連付けられて保存されているので、ＤＲＲ画像の生成に使用したパラメータを取得することができる。パラメータが取得できれば、照射標的位置が照射中心点とどれぐらい離れているかがわかり、それを解消するために必要なベッド移動量がわかる（ステップ３０９）。
【００３８】
ＤＲＲ画像データとＸ線画像データとの比較（ステップ３０８）には、広く知られている非特許文献５に記載のある相互情報量最大化法を使用する。相互情報量最大化法は、二つの画像間の類似度を求める方法であり、本発明ではＤＲＲ画像とＤＲ画像との類似度を計算し、類似度が最大の画像をもっとも一致する画像とする。
【００３９】
ベッド位置決め装置１１６において、ベッド位置決め装置１１６を操作する操作者は予めデータサーバから治療計画時に作成した軟組織抽出画像データを受信し（ステップ３１０）、ベッド位置決め演算装置１１９の記憶装置１２１および主記憶装置１２３に保存する。
【００４０】
ベッド位置決め演算装置１１９の軟組織特徴形状データ作成演算装置１２４が、軟組織抽出画像データから軟組織特徴形状データを作成する（ステップ３１２）。軟組織特徴形状データ作成演算装置１２４が軟組織特徴形状データを作成する手順について、図４を用いて説明する。ＤＲ画像データとＤＲＲ画像データの比較により求めた最適なパラメータと記憶装置１２１に保存された前記ＤＲＲ作成プログラムを用いて軟組織抽出画像から軟組織投影画像を作成する。ＤＲＲ画像と軟組織投影画像を用いて投影画像内で目的軟組織の特徴形状を表す点，線，領域などを持つ軟組織特徴形状データを作成する。例えば軟組織投影画像の境界線（エッジ）とＤＲＲ画像上に現れるエッジが両画像で確認できる部位を軟組織特徴形状データとすることができる。図４では説明を簡単にするために軟組織が矩形形状とした場合を示している。軟組織が実際の曲線，局面で構成されている場合にも処理の内容は全く変わらない。撮像対象が３つの矩形物が上下左右にわずかにずれた状態で並んでおり、目的軟組織が２つの別組織にはさまれているとする。この画像データを図４の矢印の方向から投影したＤＲＲ画像は長方形をずらして３つ重ねた形状となる。一方臓器抽出した画像を投影すると長方形形状となる。ＤＲＲ画像と臓器抽出画像は完全に位置が合っているため、目的軟組織の投影形状がＤＲＲ画像上でどの位置かは認識可能である。ＤＲＲ画像上では３つの長方形が重なっているため、目的軟組織の輪郭すべてを認識不可能であるが、軟組織抽出画像の投影像からは、すべての輪郭，領域が認識可能なため、ＤＲＲ上で目的軟組織の特徴形状である点，線，領域である部分を識別し、軟組織特徴形状データとする。
【００４１】
ベッド位置決め装置１１６のモニタ１１７にＤＲ画像，ＤＲＲ画像と軟組織特徴形状データを表示する（ステップ３１３）。モニタ１１７上の画像配置例を図５に示す。表示領域５０１，５０２，５０３にＸ線画像，ＤＲＲ画像，軟組織特徴形状データを表示し、ＤＲ画像と軟組織特徴形状データをフュージョン表示する領域５０４にてベッド位置決め装置１１６の操作者は画像のずれ量を確認する。また操作パネル５０５にて操作者は画像の位置ずれを修正する。
【００４２】
操作者が軟組織特徴形状データとＸ線画像を用いて位置合せする方法について図６を用いて説明する。図６に治療時の撮像対象の状態を示す。図４と同様の撮像対象であるが、目的軟組織の位置が治療計画時と図示したよう点線部分からずれているとする。Ｘ線画像上で軟組織の例えば輪郭をすべて認識することはできないが、その一部の点，線，領域といった特徴形状があれば、その特徴形状を軟組織特徴形状データと比較し操作者によって位置合せすることができる。また軟組織特徴形状データにおいて形状を表す画素値分布とＸ線画像の画素値分布を比較することにより自動で位置合せする（ステップ３１６）ことも可能である。
【００４３】
ベッド位置決め装置の操作者が移動量の確認を入力手段から入力され（ステップ３１５）、ＤＲ画像とＤＲＲ線画像の画像位置合せ移動量をベッドの移動量に変換し、ベッド制御装置１２４に送信する（ステップ３１７）ことで、ベッド位置決めを終了する。
【００４４】
以上により、本実施例が提供するベッド位置決めシステムと方法により、臓器といった軟組織の情報を用いて、ベッド位置決めの精度向上が実現する。
【００４５】
直交Ｘ線装置により取得されるＤＲ画像と、治療計画ＣＴ画像を用いる従来のベッド位置決めにおいて、患部や臓器といった軟組織の位置情報を用いた位置決めを妨げる主要因は、ＤＲ画像およびＤＲＲ画像上で軟組織の領域や輪郭の判別が困難であることが考えられる。これは各画像が２次元投影画像であって、その投影方向によっては画像上の軟組織の領域や輪郭情報が曖昧もしくは消失しているためである。そのため、本実施例では、ＤＲ画像とＤＲＲ画像に主に描画されている骨組織を用いてベッド位置決めを行うだけでなく、治療計画ＣＴ画像にて目的領域・臓器を抽出し、その輪郭や領域情報を用いてＤＲ画像とＤＲＲ画像上における対応する輪郭，領域を特定し、その情報を利用してベッド位置決めすることとした。具体的には、治療計画ＣＴ画像に基づいて目的領域・臓器（軟組織）を抽出する。また、治療計画ＣＴ画像からＤＲＲ画像を作成する。抽出した軟組織の領域，輪郭を投影した画像を作成し、これらを元に投影画像上で軟組織の形状となり得る特徴点，輪郭線，領域を表すデータを得る。実際のベッド位置決め時にＤＲ画像，ＤＲＲ画像、および軟組織の投影した形状特徴データを用いて、ＤＲ画像とＤＲＲ画像を位置合せする。これにより、軟組織の形状を用いたベッド位置決めが可能となり、ベッド位置決めの精度が向上する。
【００４６】
本実施例によれば、治療計画ＣＴ画像においてベッド位置決めパラメータ算出するために基準となる軟組織（臓器）を抽出し、目的軟組織抽出画像を作成する。治療計画ＣＴ画像から作成されるＤＲＲ画像と前記目的軟組織抽出画像をＤＲＲ画像と同方向に投影した軟組織投影画像を用いて投影画像上での目的臓器の特徴形状を有する軟組織特徴形状データを作成する。治療時に撮像するＸ線画像，ＤＲＲ画像、および軟組織特徴形状データを比較することで軟組織情報を用いたベッド位置決めを行う。このように、本実施例によれば、放射線治療のベッド位置決め、特に高精度３次元放射線治療において、従来の主に骨の構造を用いた位置合せに加え、軟組織の構造を用いたベッド位置決めにより、従来よりも更に高精度なベッド位置決めが可能となる。その結果、治療用の放射線照射線量を患部に集中でき、高精度な放射線治療が可能となる。
【００４７】
本実施例は、その機能を損なうことなく本実施例に述べた構成以外にも適用が可能である。まず、本実施例では治療計画装置１０１，ベッド位置決め装置１１６，Ｘ線撮像装置操作卓１３３，治療装置操作卓１３２を独立した装置として記述したが、これらは全てがひとつの装置であってもかまわないし、これらのうちいくつかが一つの装置となっていてもかまわない。
【００４８】
本実施例では、Ｘ線画像撮像装置操作卓１３３から位置決め装置１１６へと送信するＤＲ画像データ及び画像データサーバ１１０からＣＴ画像データ，臓器抽出画像のフォーマット（データ形式）にダイコムフォーマットを使用しているが、もちろん他のフォーマット、例えばＪＰＥＧ画像やビットマップ画像等のフォーマットを用いてもかまわない。
【００４９】
画像データサーバ１１０にデータファイルを保存するような構成を取っているが、直接治療計画装置１０１とベッド位置決め装置１１６とが通信し、データファイルを交換しても良い。また、ＤＲ画像ファイルは、画像データサーバ１１０に保管せずにベッド位置決め演算処理装置１１９の記憶装置１２１に補完しても良い。さらに、治療計画装置１０１及びベッド位置決め演算装置１１９は１台の装置であってもかまわない。また、ネットワーク１２６によるデータファイル等の通信を用いる形態を説明したが、データファイルの交換手段として他の記憶媒体たとえばフロッピー（登録商標）ディスクやＣＤ−Ｒ等の大容量記憶媒体を用いても良い。
【００５０】
本実施例では、照射対象が放射線治療システムのベッドに置かれた場合について述べたが、放射線治療システムと同様のベッドとＸ線撮像システムを持つ部屋でベッド位置決めが行われた場合にもそのまま適用できる。
【００５１】
また、本実施例ではＸ線治療装置について説明したが、Ｘ線以外の粒子線を用いる粒子線治療装置も照射ヘッドを備えた回転するガントリを備えており本発明はそのまま適用できる。
【符号の説明】
【００５２】
１ 放射線治療システム
１０１ 治療計画装置
１０２，１１７ モニタ
１０３，１１８ 入力手段
１０４ 治療計画演算装置
１０５，１１１，１２０ 通信装置
１０６，１１２，１２１ 記憶装置
１０７ 治療計画演算処理装置
１０８，１１４，１２３ 主記憶装置
１０９ 軟組織抽出演算処理装置
１１０ 画像データサーバ
１１３ データ演算処理装置
１１５ Ｘ線画像撮像システム
１１６ ベッド位置決め装置
１１９ ベッド位置決め演算装置
１２２ ベッド位置決め演算処理装置
１２４ 軟組織特徴形状データ作成演算装置
１２５ ベッド制御装置
１２６ ネットワーク
１２７ 放射線治療システム１２６
１２８ ベッド
１２９ 照射ヘッド
１３０ ガントリ
１３１ 治療装置制御部
１３２ 治療装置操作卓
１３３ Ｘ線画像撮像装置操作卓
１３４ Ｘ線源
１３５ 受像装置
１３６ Ｘ線撮像装置制御部
５０１ ＤＲ画像表示領域
５０２ ＤＲＲ線画像表示領域
５０３ 軟組織特徴形状データ表示領域
５０４ フュージョン画像表示領域
５０５ 操作パネル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検診者をのせるベッドと、
放射線治療において前記ベッドを位置決めするベッド位置決め装置と、
Ｘ線を発生するＸ線発生装置及び前記Ｘ線発生装置からの前記Ｘ線を受信するＸ線受像器を有するＸ線撮像装置とを備え、
前記ベッド位置決め装置は、
前記Ｘ線撮像装置で撮影した第１のＸ線透視画像データ、及び治療計画時に取得したＸ線ＣＴ画像データから生成された軟組織投影画像データに基づいて、ベッド位置決めデータを生成することを特徴とする放射線治療システム。
【請求項２】
前記ベッド位置決め装置は、
治療計画装置から受け取った前記軟組織投影画像データに基づいて、前記軟組織特徴形状を抽出した軟組織特徴形状データを生成し、生成した前記軟組織特徴形状データと前記第１のＸ線透視画像データを比較して前記ベッド位置決めデータを生成することを特徴とする請求項１に記載の放射線治療システム。
【請求項３】
前記ベッド位置決め装置は、
治療計画装置から受け取った前記軟組織画像データに基づいて、前記軟組織特徴形状を抽出した軟組織特徴形状データを生成し、
前記第１のＸ線透視画像データに含まれる軟組織画像の特徴形状データと前記軟組織特徴形状データとを比較して前記ベッド位置決めデータを生成することを特徴とする請求項１に記載の放射線治療システム。
【請求項４】
前記軟組織特徴形状の画像と前記第１のＸ線透視画像の合成画像を表示する表示装置を備えることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の放射線治療システム。
【請求項５】
前記ベッド位置決めデータに基づいて、前記ベッドを移動して位置決め制御するベッド制御装置を備えることを特徴とする放射線治療システム。
【請求項６】
Ｘ線ＣＴ画像データに含まれる軟組織を抽出し、Ｘ線による撮像を模擬して作成された前記軟組織投影画像データを作成する治療計画装置を備える請求項１乃至５のいずれか１項に記載の放射線治療システム。
【請求項１】
被検診者をのせるベッドと、
放射線治療において前記ベッドを位置決めするベッド位置決め装置と、
Ｘ線を発生するＸ線発生装置及び前記Ｘ線発生装置からの前記Ｘ線を受信するＸ線受像器を有するＸ線撮像装置とを備え、
前記ベッド位置決め装置は、
前記Ｘ線撮像装置で撮影した第１のＸ線透視画像データ、及び治療計画時に取得したＸ線ＣＴ画像データから生成された軟組織投影画像データに基づいて、ベッド位置決めデータを生成することを特徴とする放射線治療システム。
【請求項２】
前記ベッド位置決め装置は、
治療計画装置から受け取った前記軟組織投影画像データに基づいて、前記軟組織特徴形状を抽出した軟組織特徴形状データを生成し、生成した前記軟組織特徴形状データと前記第１のＸ線透視画像データを比較して前記ベッド位置決めデータを生成することを特徴とする請求項１に記載の放射線治療システム。
【請求項３】
前記ベッド位置決め装置は、
治療計画装置から受け取った前記軟組織画像データに基づいて、前記軟組織特徴形状を抽出した軟組織特徴形状データを生成し、
前記第１のＸ線透視画像データに含まれる軟組織画像の特徴形状データと前記軟組織特徴形状データとを比較して前記ベッド位置決めデータを生成することを特徴とする請求項１に記載の放射線治療システム。
【請求項４】
前記軟組織特徴形状の画像と前記第１のＸ線透視画像の合成画像を表示する表示装置を備えることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の放射線治療システム。
【請求項５】
前記ベッド位置決めデータに基づいて、前記ベッドを移動して位置決め制御するベッド制御装置を備えることを特徴とする放射線治療システム。
【請求項６】
Ｘ線ＣＴ画像データに含まれる軟組織を抽出し、Ｘ線による撮像を模擬して作成された前記軟組織投影画像データを作成する治療計画装置を備える請求項１乃至５のいずれか１項に記載の放射線治療システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−７２４５７（Ｐ２０１１−７２４５７Ａ）
【公開日】平成２３年４月１４日（２０１１．４．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２２５８８３（Ｐ２００９−２２５８８３）
【出願日】平成２１年９月３０日（２００９．９．３０）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年４月１４日（２０１１．４．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月３０日（２００９．９．３０）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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