放射線治療干渉チェック装置及び放射線治療干渉チェック方法
【課題】放射線治療の前に、治療装置と患者或いは他の治療装置との物理的干渉の有無をチェックする干渉チェックシミュレーションの精度を向上させる事を目的とする。
【解決手段】患者２４を光学ステレオカメラ２３により撮影した光学画像と放射線治療の治療計画に用いるＣＴ画像とを関連付けされた患者３Ｄモデル１５を生成する患者３Ｄモデル撮影部５と、患者３Ｄモデル１５と治療装置の３Ｄモデルに基づいて物理的干渉の有無をチェックする干渉チェックシミュレーション部２とを備えた。
【解決手段】患者２４を光学ステレオカメラ２３により撮影した光学画像と放射線治療の治療計画に用いるＣＴ画像とを関連付けされた患者３Ｄモデル１５を生成する患者３Ｄモデル撮影部５と、患者３Ｄモデル１５と治療装置の３Ｄモデルに基づいて物理的干渉の有無をチェックする干渉チェックシミュレーション部２とを備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、癌治療を目的とした放射線治療装置や粒子線治療装置に関し、特に治療装置同士、または治療装置と患者との干渉確認を行う放射線治療干渉チェック装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の放射線治療や粒子線治療では、治療計画時に過去の参考データや経験則に基いて、治療装置同士、または治療装置と患者との干渉予測を行っていた。そのため、場合によっては治療時になって干渉が判明することがあり、その場合には、治療を中断して治療計画を再実施していた。そのため、患者の治療開始が遅れてしまううえに、治療計画作業の手戻りが発生し、さらには治療計画毎に作成した補償フィルタが無駄になるといった問題があった。
【０００３】
過去の参考データや経験則によらずに、照射計画時に放射線治療装置と治療用寝台および患者との物理的干渉を事前にチェックする照射計画装置が特許文献１に開示されている。この照射計画装置は、治療計画用に撮影したＣＴ（Computed Tomography）画像、また
はその他の放射線源を用いて得られた患者の輪郭情報を使って、干渉有無をシミュレーションする事が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１７４８８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この従来技術は、治療用放射線源装置が比較的小さく、治療計画用に撮影したＣＴ画像、またはその他の放射線源から得られた輪郭情報の範囲内で干渉有無が十分に判定できる場合は効果が期待できる。しかしながら、粒子線治療装置のように治療用放射線源装置が大きい場合には、治療計画用ＣＴ画像、及び他の放射線源で撮影した範囲外で患者や治療装置に干渉する可能性があり、干渉チェックシミュレーションの精度が十分ではない。また、干渉有無シミュレーションの為に必要十分な広い範囲をＣＴ装置や他の放射線源を用いて患者撮影を行うことは、患者に対する曝射量を増加させる事になる為、好ましいことではなく、現実的ではない。
【０００６】
この発明の目的は、干渉チェックシミュレーションの精度を向上させる事を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
患者を光学ステレオカメラにより撮影した光学画像と放射線治療の治療計画に用いるＣＴ画像とを関連付けされた患者３Ｄモデルを生成する患者３Ｄモデル撮影部と、患者３Ｄモデルと治療装置の３Ｄモデルに基づいて物理的干渉の有無をチェックする干渉チェックシミュレーション部とを備えた。
【発明の効果】
【０００８】
この発明に係る放射線治療干渉チェック装置は、治療計画に用いるＣＴ画像に関連付けされた患者３Ｄ（三次元）モデルを光学画像から生成したので、患者３Ｄモデルを用いた干渉シミュレーションを高精度に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の放射線治療干渉チェック装置のブロック図である。
【図２】図１の放射線治療干渉チェック装置の画面イメージ図である。
【図３】図１の患者３Ｄモデル撮影部を説明する図である。
【図４】図１の患者３Ｄモデル撮影部の撮影方法を説明する正面図である。
【図５】図１の患者３Ｄモデル撮影部の撮影方法を説明する上面図である。
【図６】この発明の実施の形態１の干渉チェックフローを示す図である。
【図７】この発明の実施の形態２における放射線治療干渉チェック装置の機能を説明する図である。
【図８】実施の形態２の放射線治療干渉チェック装置の３Ｄビュー画面である。
【図９】この発明の実施の形態３における放射線治療干渉チェック装置の機能を説明する図である。
【図１０】この発明の実施の形態４における放射線治療干渉チェック装置の機能を説明する図である。
【図１１】この発明の実施の形態５における放射線治療干渉チェック装置の機能を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１における放射線治療干渉チェック装置のブロック図である。放射線治療干渉チェック装置１は、干渉チェックシミュレーション部２と、治療装置３Ｄモデルデータベース３と、患者３Ｄモデルデータベース４と、患者３Ｄモデル撮影部５とを有する。干渉チェックシミュレーション部２は、コンピュータ及びソフトウェアで構成される。治療装置３Ｄモデルデータベース３には、治療室毎に干渉チェックに必要な全ての治療装置の３Ｄモデルである治療装置３Ｄモデルが格納されている。患者３Ｄモデルデータベース４には、患者の３Ｄモデルである患者３Ｄモデルが格納されている。患者３Ｄモデル撮影部５は、患者３Ｄモデルを撮影する機能を有し、患者の撮影及び患者の３Ｄモデルの作成後に、患者の３Ｄモデルを患者３Ｄモデルデータベース４へ格納する。治療計画装置１０は、照射対象である患部の三次元データに基づいて、照射条件などいくつかの治療計画を立案し、粒子線治療をシミュレートする。干渉チェックシミュレーション部２は、治療計画装置１０が生成した治療計画に基づいて、治療装置３Ｄモデルデータベース３に格納された治療装置３Ｄモデルと、患者３Ｄモデルデータベース４に格納された患者３Ｄモデルとの干渉チェックのシミュレーションを行う。
【００１１】
図２は、放射線治療干渉チェック装置の画面イメージ図である。放射線治療干渉チェック装置１の画面は、３Ｄモデル表示部２０と、操作メニュー部１８と、位置設定部１９を有する。３Ｄモデル表示部２０には、治療装置３Ｄモデルの回転ガントリー１１と、照射ノズル１２と、治療台天板１３と、治療台下部１４が配置され、治療台天板１３の上に患者３Ｄモデル１５が配置される。
【００１２】
回転ガントリー１１は、照射角度を変更する為に３６０度回転することができる。照射ノズル１２は、治療の際に最下部より粒子線を出射する。治療台下部１４は、治療台天板１３を支える。矢印１６は、照射ノズル１２と、治療台天板１３、治療台下部１４及び患者３Ｄモデル１５との最短距離を表す。点線１７は、エアギャップであり、照射ノズル１２の最下部中央から回転ガントリー１１の中心へ向かう直線上で、照射ノズル１２の最下部中央と患者３Ｄモデル１５の体表面との距離を表す。操作メニュー部１８は、干渉チェックシミュレーションの実行制御と、実行結果として最短距離とエアギャップを表示する。位置設定部１９は、患者モデルの位置設定を行う入力部であり、治療計画装置で算出した治療アイソセンタ座標と患者方向を入力することにより、患者３Ｄモデル１５を治療計画装置１０で計画した治療位置へ設定する。
【００１３】
図３は、放射線治療干渉チェック装置の患者３Ｄモデル撮影部を説明する図である。患者３Ｄモデル撮影部５は、ＣＴ室のＣＴ寝台２５に固定された患者２４を光学ステレオカメラ２３により光学画像を撮影する。ＣＴ原点２２は、ＣＴガントリー２１の中心である。ＣＴ画像原点２６は、患者２４がＣＴガントリー２１の内部に入り、ＣＴ撮影時にＣＴ画像原点となった点である。モデル基準座標点２７は、光学ステレオカメラ２３が撮影する撮影領域２８の基準座標点であり、撮影した患者３Ｄモデル１５の基準点となる。
【００１４】
光学ステレオカメラ２３はＣＴ装置（ＣＴガントリー２１）座標系に合わせるキャリブレーションを行う。可変距離Ｌ１は、ＣＴ原点２２とＣＴ画像原点２６との差分を表す。固定距離Ｌ０は、ＣＴ原点２２とモデル基準座標点２７との差分を表す。可変距離Ｌ２は、ＣＴ画像原点２６とモデル基準座標点２７との基準点を表す。ここで、ＣＴ原点２２、ＣＴ画像原点２６、モデル基準座標点２７のそれぞれの座標は、Ｘ座標、Ｚ座標については同一で、Ｙ座標のみ異なる。
【００１５】
図４は患者３Ｄモデル撮影部の撮影方法を説明する正面図であり、図５は患者３Ｄモデル撮影部の撮影方法を説明する上面図である。光学ステレオカメラ２３は、２台のレンズが１筐体に組み込まれており、２台のレンズが所定の一定距離の関係である為に、三角測量の原理で撮影対象物の三次元計測が可能となるものである。１台のカメラでは死角が多くなるため、２台の光学ステレオカメラ２３ａ、２３ｂ（レンズは４個）を使って、ＣＴ寝台２５に固定された患者２４の左右上方から撮影する構成が適している。これにより、死角を少なくでき、十分な画像を撮影することができる。光学ステレオカメラ２３の撮影視野を確保する為に、光学ステレオカメラ２３と患者２４との距離は約２ｍにする。これにより約１０００ｍｍの範囲（患者の身長方向、Ｙ方向）を撮影することができる。ＣＴ寝台法線６０と光学ステレオカメラ２３ａのカメラ法線６１ａとの角度θと、ＣＴ寝台法線６０と光学ステレオカメラ２３ｂのカメラ法線６１ｂとの角度θは約３５度である。撮影時に撮影精度を上げる為に、ランダムドットパターンを撮影対象に投光する。光源は可視光や赤外線を用いるのが適当である。可視光でまぶしいと感じる患者の場合には、赤外線で撮影することは有効な選択肢である。
【００１６】
図６は放射線治療干渉チェック装置を用いた干渉チェックフローを示す図である。ステップＳ００１は患者３Ｄモデル撮影部５による患者３Ｄモデル作成フェーズであり、ステップＳ００２〜Ｓ００６の処理から構成する。ステップＳ０１１は治療計画装置１０による治療計画の立案作業であり、ステップＳ０１２〜Ｓ０１４の処理から構成する。ステップＳ０２１は干渉チェックシミュレーション部２による干渉チェックシミュレーションのフェーズであり、ステップＳ０２２〜Ｓ０２７の処理から構成する。以下に動作について説明する。
【００１７】
放射線治療装置や粒子線治療の治療計画作業ステップＳ０１１を行う前に、治療計画に用いるＣＴ画像を撮影する。このＣＴ画像の撮影時に、患者３Ｄモデル撮影部５により患者を撮影し、患者３Ｄモデル１５を作成する。手順は次の通りとなる。治療計画用ＣＴ撮影後に患者をＣＴ寝台２５に乗せた状態で、光学ステレオカメラ２３の撮影範囲へ移動し固定する（ステップＳ００２）。治療時に治療用放射線源装置を近づける事になる治療アイソセンタはＣＴ画像原点２６付近にあると想定されるので、ＣＴ画像原点２６となった位置を光学ステレオカメラ撮影範囲の中心付近に移動する。ＣＴ画像原点２６となる位置は患者毎に異なるため、この時の移動距離は可変距離Ｌ１となる。
【００１８】
次に、光学ステレオカメラ２３を用いてＣＴ寝台２５上の患者２４を撮影する（ステップＳ００３）。図４、図５に示した撮影方法により撮影する。撮影時の情報であるＣＴ寝
台２５のＣＴ寝台移動量と患者２４の患者方向を撮影画像の属性情報として入力する（ステップＳ００４）。
【００１９】
光学ステレオカメラ２３が撮影する撮影領域２８の基準座標点２７を初期原点とした患者３Ｄモデルを生成する（ステップＳ００５）。ここで、固定距離Ｌ０は光学ステレオカメラ２３とＣＴガントリー２１との設置関係による固定距離であり、可変距離Ｌ１はＣＴ寝台２５の移動時にＣＴ装置により計測可能であるので、可変距離Ｌ２がＬ０−Ｌ１として算出できる。患者モデルの初期原点２７から可変距離Ｌ２だけ原点位置を移動させる処理を行うことにより、ＣＴ画像原点２６を原点とする患者３Ｄモデル１５を得ることができる。患者３Ｄモデル１５の詳しい説明は後述する。尚、患者方向についても患者３Ｄモデル保存時に撮影属性として保存する。後述する干渉チェックシミュレーションは、治療計画装置１０で算出した治療計画通りに患者２４をシミュレーション空間に設置する必要がある。治療計画装置１０での座標算出はＣＴ画像の座標系に基づく。上記に記載した方式によって、患者３Ｄモデル１５にＣＴ画像原点情報を持たせることができるため、ＣＴ装置とは直接座標関係を持たない光学ステレオカメラ２３で患者の撮影及び撮影した光学画像により作成した患者３Ｄモデル１５を干渉チェックシミュレーションに使用することができる。ステップＳ００５で作成した患者３Ｄモデル１５は患者３Ｄモデルデータベース４へ格納される（ステップＳ００６）。
【００２０】
ここで、患者３Ｄモデル１５について説明する。患者３Ｄモデル１５は体表面を表わすポリゴンデータの集合と属性情報を有する。干渉チェック目的では、患者３Ｄモデル１５の体表面情報だけあれば十分である。患者３Ｄモデル１５のポリゴンデータは、具体的にはＳＴＬ（Standard Triangulated Language）というフォーマットを使用し、各ポリゴン（三角形）を頂点座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）とその法線ベクトルで表わされる。患者３Ｄモデル１５は、属性情報として、患者ＩＤ、患者氏名、撮影日時、撮影時コメント、撮影時のＣＴ寝台２５と患者２４の位置関係、撮影時のＣＴ寝台位置（ＣＴ室内の位置）などを有する。
【００２１】
患者３Ｄモデル１５のポリゴンデータは、次のように生成する。まず、光学ステレオカメラ２３で撮影し、撮影対象物体（患者２４）の点群情報を得る。この時点では、撮影対象物体は多くの点（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の集合である。この点の集合に対してポリゴン（三角形）を張る処理を行い、ポリゴンデータを生成する。このように患者２４の体表面情報を患者３Ｄモデル１５に構成する。患者３Ｄモデル１５の属性情報における患者ＩＤ、患者氏名、撮影日時、撮影時コメントは、操作者が操作画面を見ながら入力する。撮影時のＣＴ寝台２５と患者２４の位置関係、撮影時のＣＴ寝台位置（ＣＴ室内の位置）は、操作者が測定して入力することもできるが、上述したようにＣＴ装置により計測も可能である。
【００２２】
次に、ステップＳ０１１に示す治療計画を行う。ステップＳ０１２で、治療計画を開始する。ステップＳ０１３で、治療アイソセンタ座標及び患者方向の算出を行う。ステップＳ０１３で、照射角度及びエアギャップの算出を行う。
【００２３】
次に、ステップＳ０２１に示す干渉チェックシミュレーション部２による干渉チェックシミュレーションを行う。粒子線治療干渉チェック装置のうち、干渉チェックシミュレーション部（機能）２を起動し、ステップＳ０２２〜Ｓ０２７の工程を行う。干渉チェックシミュレーション部（機能）２の起動の際、治療室、患者ＩＤを指定することによって、治療室については治療装置３Ｄモデルデータベース３から指定された治療室に該当する全ての治療装置３Ｄモデルを取り出し、干渉チェックシミュレーション空間へ配置する。同様に、患者３Ｄモデル１５についても、患者３Ｄモデルデータベース４より、指定された患者ＩＤのモデルを取り出し、干渉チェックシミュレーション空間へ配置する。
【００２４】
次に、治療計画で算出したデータのうち、治療アイソセンタの座標、患者方向を放射線治療干渉チェック装置１の位置設定部１９へ入力する（ステップＳ０２２）。治療アイソセンタの座標は治療計画装置１０でＣＴ画像原点２６からの距離として算出されるので、ＣＴ画像原点２６である患者３Ｄモデル１５の原点から入力した距離だけ移動させることにより、シミュレーション空間で患者３Ｄモデル１５の治療アイソセンタを粒子線照射位置である治療室の空間中心に一致させることができる。同様に患者方向についても、患者３Ｄモデル撮影部（機能）５で撮影した際に保存している患者方向情報を用いて、シミュレーション空間内で設定する。
【００２５】
次に、放射線治療干渉チェック装置１の操作メニュー部１８へ、干渉チェック条件として入力する（ステップＳ０２３）。入力する条件は、ガントリー角度、ノズル距離、治療台の回転等、各３Ｄモデルの位置を指定する値である。条件入力後、各３Ｄモデルは指定された位置へ移動する。
【００２６】
次に、放射線治療干渉チェック装置１の操作メニュー部１８を操作して、干渉チェックを実行する（ステップＳ０２４）。放射線治療干渉チェック装置１のシミュレーション空間では、照射ノズル１２が患者２４の患者３Ｄモデル１５へ向かって徐々に伸張する。その際、照射ノズル１２と患者３Ｄモデル１５及び治療台（治療台天板１３、治療台下部１４）間の最短距離１６と、エアギャップ１７をリアルタイムで強調線表示する（図２参照）。同時に、画面右側の操作メニュー部１８の上部には、エアギャップと最短距離が数値として表示される。条件入力で指定したノズル距離だけ伸張すると、照射ノズル１２は停止する。もし、ノズル距離に達する迄の間に干渉が発生した場合は、その時点で照射ノズル１２は停止し、操作メニュー部１８の結果表示欄へ干渉発生を表示する。
【００２７】
ステップＳ０２５で干渉が発生したかを判定し、治療計画で立案したノズル距離だけ照射ノズル１２を伸ばした場合に干渉が発生する事が分かった場合は、操作メニュー部１８の結果表示欄へ表示された干渉発生時のエアギャップを確認し（ステップＳ０２６）、この干渉発生時のエアギャップを参考に、ステップＳ０１４に戻って治療計画を修正する。
【００２８】
ステップＳ０２５で干渉が発生したかを判定し、治療計画で立案したノズル距離だけ照射ノズル１２を伸ばした場合に干渉が発生しない事が分かった場合は、適切なエアギャップであるかどうかを判定し（ステップＳ０２７）、適切である場合には、干渉チェックシミュレーションを終了する。この場合には、治療計画の修正はない。逆に、適切でないと判断した場合には、再度、操作メニュー部１８で条件入力を行い、適切なエアギャップをシミュレーションにより確認した（ステップＳ０２６）上で、ステップＳ０１４に戻って治療計画を修正する。
【００２９】
実施の形態１の放射線治療干渉チェック装置１は、治療計画に用いるＣＴ画像に関連付けされた広範囲の患者３Ｄモデル１５を光学画像から生成したので、患者３Ｄモデル１５を用いた干渉シミュレーションを高精度に行うことができる。
【００３０】
実施の形態１の放射線治療干渉チェック装置１は、干渉チェックシミュレーションに使用する必要十分な範囲の正確な患者３Ｄモデル１５を得ることができる為、治療計画作成時に、立案した治療計画に基づいて治療室で治療を行った場合に干渉が発生するかどうかを３Ｄシミュレーションによって正確に確認することができる。また、干渉が発生しない治療装置と患者２４の位置関係を必要に応じて治療計画にフィードバックし、治療計画の完成度を高めることができる。実際の治療を開始する前である治療計画作成時点でこれらのことが判断できるため、治療時になって干渉発生が判明する場合に比べて、患者２４の治療を計画通りに開始できること、治療計画を再実施する手戻りを削減できること、及び治療計画に基いて作成した補償フィルタが無駄にならないこと、といった効果がある。
【００３１】
以上のように実施の形態１の放射線治療干渉チェック装置１によれば、患者２４を光学ステレオカメラ２３により撮影した光学画像と放射線治療の治療計画に用いるＣＴ画像とを関連付けされた患者３Ｄモデル１５を生成する患者３Ｄモデル撮影部５と、患者３Ｄモデル１５と治療装置の３Ｄモデルに基づいて物理的干渉の有無をチェックする干渉チェックシミュレーション部２とを備えたので、患者３Ｄモデル１５を用いた干渉シミュレーションを高精度に行うことができる。
【００３２】
実施の形態２．
図７は、この発明の実施の形態２における放射線治療干渉チェック装置の機能を説明する図である。実施の形態１とは放射線治療干渉チェック装置１の干渉チェックシミュレーション部（機能）２へ「ノイズ除去機能（機能部）」を追加する点で異なる。「ノイズ除去機能（機能部）」を追加する事により、患者３Ｄモデルに含まれるノイズを除去できる為、干渉チェックの精度をさらに向上させることができる。以下に説明する。
【００３３】
図７（ａ）は光学画像から生成した患者３Ｄモデルにノイズが発生している状態を示す図であり、図７（ｂ）はノイズ除去後の患者３Ｄモデルを示す図である。３１はノイズ除去前の患者３Ｄモデルであり、３５はノイズ除去後の患者３Ｄモデルである。ノイズ３２は患者３Ｄモデル３１の体表面のポリゴンと頂点共有された腹部側面付近のノイズであり、ノイズ３３は患者３Ｄモデル３１の体表面のポリゴンと頂点非共有である腹部側面付近のノイズである。ノイズ３２、３３は、光学ステレオカメラ２３で撮影した際の点群データに含まれてしまったノイズである。点群データを取得した際に含まれてしまったノイズは、面張り処理（ポリゴン化）を行う前に、有る程度のノイズ除去が行なわれる。しかし、完全にノイズを除去しきれない場合には、体表面近くでは、ノイズの点に対しても面張り処理が行われてしまい、体表面近くで多少の凸凹や突起が発生することがある。
【００３４】
ノイズ３２、３３近辺に照射ノズル１２を近づける干渉チェックシミュレーションを行う場合、患者３Ｄモデル３１に含まれるノイズの影響で干渉チェック精度が低下する。そこで、図７（ａ）に示すように、ノイズ範囲指定３４を範囲指定する事により指定したノイズを削除する。ポリゴン集合で頂点共有しているノイズ３２の場合は、図８に示すように、放射線治療干渉チェック装置１の３Ｄビュー画面４１を開き、３Ｄビュー画面４１を使って、手動で削除する範囲であるノイズ範囲指定３６を指定して削除する。図８は放射線治療干渉チェック装置の３Ｄビュー画面を示す図である。ノイズ範囲指定３６は、例えば指定した頂点Ｐと指定した頂点Ｐからの直交する３方向の長さｍ１、ｍ２、ｍ３により指定する。ノイズ除去機能はステップＳ０２４の工程として、操作メニュー部１８のチェック実行（図２参照）を操作する前に行う。
【００３５】
尚、削除対象のノイズが患者３Ｄモデル３１とは分離したデータ、つまり、ポリゴン集合で頂点共有していないノイズ３３である場合、その条件を用いて自動的に削除することができる。
【００３６】
実施の形態２の干渉チェックシミュレーション部（機能）２に於けるノイズ除去機能は、患者３Ｄモデル撮影時に自動除去しきれなかったノイズを、干渉チェックシミュレーション部（機能）２の３Ｄビュー画面４１を用いて、操作者がノイズと判別した範囲を手動または自動機能で削除して、正確な患者３Ｄモデル３５を得ることができる。正確な患者３Ｄモデル３５を得ることができるので、干渉チェックシミュレーションの精度をさらに向上させるという効果がある。
【００３７】
実施の形態３．
図９は、この発明の実施の形態３における放射線治療干渉チェック装置の機能を説明す
る図である。実施の形態１及び２とは放射線治療干渉チェック装置１の干渉チェックシミュレーション部（機能）２へ「体表面補完機能（機能部）」を追加する点で異なる。「体表面補完機能（機能部）」を追加する事により、患者３Ｄモデルに含まれる欠落した体表面を補完できることにより、干渉チェック精度をさらに向上させることができる。以下に説明する。
【００３８】
図９（ａ）は光学画像から生成した患者３Ｄモデルに欠落部が発生している状態を示す図であり、図９（ｂ）は欠落部の補完後の患者３Ｄモデルを示す図である。４２は腹部側面に欠落した体表面（欠落部）４３が存在する患者３Ｄモデルの例であり、４４は欠落部の補完後の患者３Ｄモデルの例である。光学ステレオカメラ２３を含む光学カメラで患者２４を撮影する欠点として、撮影条件によっては点群データを取得できないことがある。鏡面反射する箇所と光を強く吸収する箇所である。例えば、患者２４を固定する固定具の一部で鏡面反射が発生した場合は、一方向に強い光が返ってくる為、光学ステレオカメラ２３ではレンズフレア現象が起き、その箇所については三次元計測ができずに体表面が欠落してしまうことがある。逆に光を強く吸収する場合は、ほとんどの光が光学ステレオカメラ２３に戻ってこない為、その箇所については三次元計測ができずに体表面が欠落してしまうことがある。
【００３９】
体表面補完機能はステップＳ０２４の工程として、操作メニュー部１８のチェック実行（図２参照）を操作する前に行う。欠落部４３を実施の形態２で示した３Ｄビュー画面４１で手動選択することにより、欠落部４３を補完する体表面４５を追加した患者３Ｄモデル４４を得ることができる。
【００４０】
実施の形態４．
図１０は、この発明の実施の形態３における放射線治療干渉チェック装置の機能を説明する図である。実施の形態１〜３とはＣＴ画像の輪郭情報により修正された患者３Ｄモデルで干渉チェックシミュレーションを実行する点で異なる。ＣＴ画像の輪郭情報により患者３Ｄモデルを修正する画像フュージョンする画像フュージョン機能（機能部）を有する。ＣＴ画像の輪郭情報により修正された患者３Ｄモデルは光学画像とＣＴ画像の輪郭像を画像フュージョンにより得られる。ＣＴ画像の輪郭情報により患者３Ｄモデルを修正することで、精度を高めた患者３Ｄモデルを得ることができ、その結果、干渉チェックシミュレーションの精度をさらに向上させることができる。以下に説明する。
【００４１】
図１０（ａ）は患者２４のＣＴ画像の撮影範囲を示す図であり、図１０（ｂ）は画像フュージョンの概略を示す図である。ＣＴ画像の撮影範囲４６は、ＣＴ画像の上限輪郭情報４９を含む上切断面４７とＣＴ画像の下限輪郭情報５０を含む下切断面４８との間である。光学ステレオカメラ２３により撮影された光学画像の輪郭５２（患者３Ｄモデル６３）と、この光学画像の輪郭５２部分に相当するＣＴ画像の輪郭５３を重ね合わせて、二重輪郭５５を得る。光学画像の輪郭５２をＣＴ画像の輪郭５３に近づくように収束させて、画像フュージョン後の光学画像の輪郭５４（患者３Ｄモデル６２）を得る。ＣＴ画像の撮影範囲４６に画像フュージョンを行うことで、ＣＴ画像の輪郭情報により修正された患者３Ｄモデル６２を得ることができる。
【００４２】
ＣＴ画像の輪郭情報は光学画像の輪郭情報よりも正確であると考えられる。ＣＴ画像の輪郭情報に合わせて、光学ステレオカメラ２３で撮影した体表面形状（輪郭）を修正する。光学ステレオカメラ２３で撮影した体表面形状（輪郭）をある程度維持しつつ、ＣＴ画像の輪郭にその体表面形状（輪郭）が全体的に最も近づくように収束させる処理を行う。具体的はＳＴＬデータ（ポリゴンデータ）の各頂点情報を変更して、収束処理を行う。
【００４３】
画像フュージョンはステップＳ０２４の工程として、操作メニュー部１８のチェック実
行（図２参照）を操作する前に行う。図１０（ａ）や図１０（ｂ）の光学画像の輪郭５２やＣＴ画像の輪郭５３が表示される画像フュージョン画面を開き、画像フュージョンの実行を行う。画像フュージョン画面が開くと、ＣＴ画像データベースから患者のＣＴ画像を読み出される。患者３ＤモデルはＣＴ画像の座標系に基づいているので、画像フュージョンの実行操作を行うことで、放射線治療干渉チェック装置１は、ＣＴ画像の上限輪郭情報４９及び下限輪郭情報５０の患者の身長方向（Ｙ方向）のＹ座標からＣＴ画像の撮影範囲４６を設定し、患者３Ｄモデル６３のＳＴＬデータ（ポリゴンデータ）の各頂点情報を変更して、収束処理を行う。
【００４４】
実施の形態４の放射線治療干渉チェック装置１は、画像フュージョンを用いてＣＴ画像の輪郭情報により患者３Ｄモデル６３を修正することで、精度を高めた患者３Ｄモデル６２を得ることができ、その結果、干渉チェックシミュレーションの精度をさらに向上させることができる。
【００４５】
実施の形態５．
図１１はこの発明の実施の形態５における放射線治療干渉チェック装置の機能を説明する図である。実施の形態１〜４とは、患者３Ｄモデル１５は、属性情報として、ＣＴ画像原点２６とＣＴ寝台２５との位置関係を有する点で異なる。干渉チェックシミュレーション時の患者３Ｄモデル１５と治療台１３との位置関係（図２参照）を、光学画像撮影時における患者２４とＣＴ寝台２５との関係を正確に再現できる。干渉チェックシミュレーションにおいて患者２４とＣＴ寝台２５との関係を正確に再現するので、この位置関係で治療を行う干渉シミュレーションをさらに高精度に行うことができる。
【００４６】
干渉チェックシミュレーションでは、患者３Ｄモデル１５の属性情報である撮影時のＣＴ寝台２５と患者２４の位置関係及び撮影時のＣＴ寝台位置（ＣＴ室内の位置）から患者３Ｄモデル１５の初期位置設定を行う。図１１に示すように、患者２４のＣＴ画像原点２６がＣＴ寝台２５の中央線５７から横方向にずれている場合には、ＣＴ画像原点２６とＣＴ寝台２５との位置関係を、ＣＴ寝台両端のマーカー５８、５９からの距離を光学ステレオカメラ２３によって自動計測する事によって求める。ＣＴ画像原点２６はＣＴガントリー２１の中心線５６上にあるので、マーカー５８、５９のＣＴ寝台の短手方向（Ｘ方向）の座標を得ることでＣＴ画像原点２６とマーカー５８、５９との位置関係を得ることができる。光学ステレオカメラ２３はＣＴ装置（ＣＴガントリー２１）座標系に合わせるキャリブレーションを行うので、マーカー５８、５９を三次元計測することにより、マーカー５８、５９のＣＴ寝台の短手方向（Ｘ方向）の座標を得ることができる。患者３Ｄモデル１５は、属性情報として、ＣＴ画像原点２６とＣＴ寝台２５との位置関係を有する。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
この発明に係る放射線治療干渉チェック装置は、放射線治療装置や粒子線治療装置を利用する際の治療装置同士、または治療装置と患者との干渉確認を好適に行うことができる。
【符号の説明】
【００４８】
１ 放射線治療干渉チェック装置 ２ 干渉チェックシミュレーション部
５ 患者３Ｄモデル撮影部 １５ 患者３Ｄモデル
２３ 光学ステレオカメラ ２３ａ 光学ステレオカメラ
２３ｂ 光学ステレオカメラ ２４ 患者
２５ ＣＴ寝台 ２６ ＣＴ画像原点
３４ ノイズ範囲指定 ３５ 患者３Ｄモデル（ノイズ除去後）
３６ ノイズ範囲指定 ４４ 患者３Ｄモデル（欠落部の補完後）６２ 患者３Ｄモデル（画像フュージョン後）
【技術分野】
【０００１】
この発明は、癌治療を目的とした放射線治療装置や粒子線治療装置に関し、特に治療装置同士、または治療装置と患者との干渉確認を行う放射線治療干渉チェック装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の放射線治療や粒子線治療では、治療計画時に過去の参考データや経験則に基いて、治療装置同士、または治療装置と患者との干渉予測を行っていた。そのため、場合によっては治療時になって干渉が判明することがあり、その場合には、治療を中断して治療計画を再実施していた。そのため、患者の治療開始が遅れてしまううえに、治療計画作業の手戻りが発生し、さらには治療計画毎に作成した補償フィルタが無駄になるといった問題があった。
【０００３】
過去の参考データや経験則によらずに、照射計画時に放射線治療装置と治療用寝台および患者との物理的干渉を事前にチェックする照射計画装置が特許文献１に開示されている。この照射計画装置は、治療計画用に撮影したＣＴ（Computed Tomography）画像、また
はその他の放射線源を用いて得られた患者の輪郭情報を使って、干渉有無をシミュレーションする事が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１７４８８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この従来技術は、治療用放射線源装置が比較的小さく、治療計画用に撮影したＣＴ画像、またはその他の放射線源から得られた輪郭情報の範囲内で干渉有無が十分に判定できる場合は効果が期待できる。しかしながら、粒子線治療装置のように治療用放射線源装置が大きい場合には、治療計画用ＣＴ画像、及び他の放射線源で撮影した範囲外で患者や治療装置に干渉する可能性があり、干渉チェックシミュレーションの精度が十分ではない。また、干渉有無シミュレーションの為に必要十分な広い範囲をＣＴ装置や他の放射線源を用いて患者撮影を行うことは、患者に対する曝射量を増加させる事になる為、好ましいことではなく、現実的ではない。
【０００６】
この発明の目的は、干渉チェックシミュレーションの精度を向上させる事を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
患者を光学ステレオカメラにより撮影した光学画像と放射線治療の治療計画に用いるＣＴ画像とを関連付けされた患者３Ｄモデルを生成する患者３Ｄモデル撮影部と、患者３Ｄモデルと治療装置の３Ｄモデルに基づいて物理的干渉の有無をチェックする干渉チェックシミュレーション部とを備えた。
【発明の効果】
【０００８】
この発明に係る放射線治療干渉チェック装置は、治療計画に用いるＣＴ画像に関連付けされた患者３Ｄ（三次元）モデルを光学画像から生成したので、患者３Ｄモデルを用いた干渉シミュレーションを高精度に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の放射線治療干渉チェック装置のブロック図である。
【図２】図１の放射線治療干渉チェック装置の画面イメージ図である。
【図３】図１の患者３Ｄモデル撮影部を説明する図である。
【図４】図１の患者３Ｄモデル撮影部の撮影方法を説明する正面図である。
【図５】図１の患者３Ｄモデル撮影部の撮影方法を説明する上面図である。
【図６】この発明の実施の形態１の干渉チェックフローを示す図である。
【図７】この発明の実施の形態２における放射線治療干渉チェック装置の機能を説明する図である。
【図８】実施の形態２の放射線治療干渉チェック装置の３Ｄビュー画面である。
【図９】この発明の実施の形態３における放射線治療干渉チェック装置の機能を説明する図である。
【図１０】この発明の実施の形態４における放射線治療干渉チェック装置の機能を説明する図である。
【図１１】この発明の実施の形態５における放射線治療干渉チェック装置の機能を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１における放射線治療干渉チェック装置のブロック図である。放射線治療干渉チェック装置１は、干渉チェックシミュレーション部２と、治療装置３Ｄモデルデータベース３と、患者３Ｄモデルデータベース４と、患者３Ｄモデル撮影部５とを有する。干渉チェックシミュレーション部２は、コンピュータ及びソフトウェアで構成される。治療装置３Ｄモデルデータベース３には、治療室毎に干渉チェックに必要な全ての治療装置の３Ｄモデルである治療装置３Ｄモデルが格納されている。患者３Ｄモデルデータベース４には、患者の３Ｄモデルである患者３Ｄモデルが格納されている。患者３Ｄモデル撮影部５は、患者３Ｄモデルを撮影する機能を有し、患者の撮影及び患者の３Ｄモデルの作成後に、患者の３Ｄモデルを患者３Ｄモデルデータベース４へ格納する。治療計画装置１０は、照射対象である患部の三次元データに基づいて、照射条件などいくつかの治療計画を立案し、粒子線治療をシミュレートする。干渉チェックシミュレーション部２は、治療計画装置１０が生成した治療計画に基づいて、治療装置３Ｄモデルデータベース３に格納された治療装置３Ｄモデルと、患者３Ｄモデルデータベース４に格納された患者３Ｄモデルとの干渉チェックのシミュレーションを行う。
【００１１】
図２は、放射線治療干渉チェック装置の画面イメージ図である。放射線治療干渉チェック装置１の画面は、３Ｄモデル表示部２０と、操作メニュー部１８と、位置設定部１９を有する。３Ｄモデル表示部２０には、治療装置３Ｄモデルの回転ガントリー１１と、照射ノズル１２と、治療台天板１３と、治療台下部１４が配置され、治療台天板１３の上に患者３Ｄモデル１５が配置される。
【００１２】
回転ガントリー１１は、照射角度を変更する為に３６０度回転することができる。照射ノズル１２は、治療の際に最下部より粒子線を出射する。治療台下部１４は、治療台天板１３を支える。矢印１６は、照射ノズル１２と、治療台天板１３、治療台下部１４及び患者３Ｄモデル１５との最短距離を表す。点線１７は、エアギャップであり、照射ノズル１２の最下部中央から回転ガントリー１１の中心へ向かう直線上で、照射ノズル１２の最下部中央と患者３Ｄモデル１５の体表面との距離を表す。操作メニュー部１８は、干渉チェックシミュレーションの実行制御と、実行結果として最短距離とエアギャップを表示する。位置設定部１９は、患者モデルの位置設定を行う入力部であり、治療計画装置で算出した治療アイソセンタ座標と患者方向を入力することにより、患者３Ｄモデル１５を治療計画装置１０で計画した治療位置へ設定する。
【００１３】
図３は、放射線治療干渉チェック装置の患者３Ｄモデル撮影部を説明する図である。患者３Ｄモデル撮影部５は、ＣＴ室のＣＴ寝台２５に固定された患者２４を光学ステレオカメラ２３により光学画像を撮影する。ＣＴ原点２２は、ＣＴガントリー２１の中心である。ＣＴ画像原点２６は、患者２４がＣＴガントリー２１の内部に入り、ＣＴ撮影時にＣＴ画像原点となった点である。モデル基準座標点２７は、光学ステレオカメラ２３が撮影する撮影領域２８の基準座標点であり、撮影した患者３Ｄモデル１５の基準点となる。
【００１４】
光学ステレオカメラ２３はＣＴ装置（ＣＴガントリー２１）座標系に合わせるキャリブレーションを行う。可変距離Ｌ１は、ＣＴ原点２２とＣＴ画像原点２６との差分を表す。固定距離Ｌ０は、ＣＴ原点２２とモデル基準座標点２７との差分を表す。可変距離Ｌ２は、ＣＴ画像原点２６とモデル基準座標点２７との基準点を表す。ここで、ＣＴ原点２２、ＣＴ画像原点２６、モデル基準座標点２７のそれぞれの座標は、Ｘ座標、Ｚ座標については同一で、Ｙ座標のみ異なる。
【００１５】
図４は患者３Ｄモデル撮影部の撮影方法を説明する正面図であり、図５は患者３Ｄモデル撮影部の撮影方法を説明する上面図である。光学ステレオカメラ２３は、２台のレンズが１筐体に組み込まれており、２台のレンズが所定の一定距離の関係である為に、三角測量の原理で撮影対象物の三次元計測が可能となるものである。１台のカメラでは死角が多くなるため、２台の光学ステレオカメラ２３ａ、２３ｂ（レンズは４個）を使って、ＣＴ寝台２５に固定された患者２４の左右上方から撮影する構成が適している。これにより、死角を少なくでき、十分な画像を撮影することができる。光学ステレオカメラ２３の撮影視野を確保する為に、光学ステレオカメラ２３と患者２４との距離は約２ｍにする。これにより約１０００ｍｍの範囲（患者の身長方向、Ｙ方向）を撮影することができる。ＣＴ寝台法線６０と光学ステレオカメラ２３ａのカメラ法線６１ａとの角度θと、ＣＴ寝台法線６０と光学ステレオカメラ２３ｂのカメラ法線６１ｂとの角度θは約３５度である。撮影時に撮影精度を上げる為に、ランダムドットパターンを撮影対象に投光する。光源は可視光や赤外線を用いるのが適当である。可視光でまぶしいと感じる患者の場合には、赤外線で撮影することは有効な選択肢である。
【００１６】
図６は放射線治療干渉チェック装置を用いた干渉チェックフローを示す図である。ステップＳ００１は患者３Ｄモデル撮影部５による患者３Ｄモデル作成フェーズであり、ステップＳ００２〜Ｓ００６の処理から構成する。ステップＳ０１１は治療計画装置１０による治療計画の立案作業であり、ステップＳ０１２〜Ｓ０１４の処理から構成する。ステップＳ０２１は干渉チェックシミュレーション部２による干渉チェックシミュレーションのフェーズであり、ステップＳ０２２〜Ｓ０２７の処理から構成する。以下に動作について説明する。
【００１７】
放射線治療装置や粒子線治療の治療計画作業ステップＳ０１１を行う前に、治療計画に用いるＣＴ画像を撮影する。このＣＴ画像の撮影時に、患者３Ｄモデル撮影部５により患者を撮影し、患者３Ｄモデル１５を作成する。手順は次の通りとなる。治療計画用ＣＴ撮影後に患者をＣＴ寝台２５に乗せた状態で、光学ステレオカメラ２３の撮影範囲へ移動し固定する（ステップＳ００２）。治療時に治療用放射線源装置を近づける事になる治療アイソセンタはＣＴ画像原点２６付近にあると想定されるので、ＣＴ画像原点２６となった位置を光学ステレオカメラ撮影範囲の中心付近に移動する。ＣＴ画像原点２６となる位置は患者毎に異なるため、この時の移動距離は可変距離Ｌ１となる。
【００１８】
次に、光学ステレオカメラ２３を用いてＣＴ寝台２５上の患者２４を撮影する（ステップＳ００３）。図４、図５に示した撮影方法により撮影する。撮影時の情報であるＣＴ寝
台２５のＣＴ寝台移動量と患者２４の患者方向を撮影画像の属性情報として入力する（ステップＳ００４）。
【００１９】
光学ステレオカメラ２３が撮影する撮影領域２８の基準座標点２７を初期原点とした患者３Ｄモデルを生成する（ステップＳ００５）。ここで、固定距離Ｌ０は光学ステレオカメラ２３とＣＴガントリー２１との設置関係による固定距離であり、可変距離Ｌ１はＣＴ寝台２５の移動時にＣＴ装置により計測可能であるので、可変距離Ｌ２がＬ０−Ｌ１として算出できる。患者モデルの初期原点２７から可変距離Ｌ２だけ原点位置を移動させる処理を行うことにより、ＣＴ画像原点２６を原点とする患者３Ｄモデル１５を得ることができる。患者３Ｄモデル１５の詳しい説明は後述する。尚、患者方向についても患者３Ｄモデル保存時に撮影属性として保存する。後述する干渉チェックシミュレーションは、治療計画装置１０で算出した治療計画通りに患者２４をシミュレーション空間に設置する必要がある。治療計画装置１０での座標算出はＣＴ画像の座標系に基づく。上記に記載した方式によって、患者３Ｄモデル１５にＣＴ画像原点情報を持たせることができるため、ＣＴ装置とは直接座標関係を持たない光学ステレオカメラ２３で患者の撮影及び撮影した光学画像により作成した患者３Ｄモデル１５を干渉チェックシミュレーションに使用することができる。ステップＳ００５で作成した患者３Ｄモデル１５は患者３Ｄモデルデータベース４へ格納される（ステップＳ００６）。
【００２０】
ここで、患者３Ｄモデル１５について説明する。患者３Ｄモデル１５は体表面を表わすポリゴンデータの集合と属性情報を有する。干渉チェック目的では、患者３Ｄモデル１５の体表面情報だけあれば十分である。患者３Ｄモデル１５のポリゴンデータは、具体的にはＳＴＬ（Standard Triangulated Language）というフォーマットを使用し、各ポリゴン（三角形）を頂点座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）とその法線ベクトルで表わされる。患者３Ｄモデル１５は、属性情報として、患者ＩＤ、患者氏名、撮影日時、撮影時コメント、撮影時のＣＴ寝台２５と患者２４の位置関係、撮影時のＣＴ寝台位置（ＣＴ室内の位置）などを有する。
【００２１】
患者３Ｄモデル１５のポリゴンデータは、次のように生成する。まず、光学ステレオカメラ２３で撮影し、撮影対象物体（患者２４）の点群情報を得る。この時点では、撮影対象物体は多くの点（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の集合である。この点の集合に対してポリゴン（三角形）を張る処理を行い、ポリゴンデータを生成する。このように患者２４の体表面情報を患者３Ｄモデル１５に構成する。患者３Ｄモデル１５の属性情報における患者ＩＤ、患者氏名、撮影日時、撮影時コメントは、操作者が操作画面を見ながら入力する。撮影時のＣＴ寝台２５と患者２４の位置関係、撮影時のＣＴ寝台位置（ＣＴ室内の位置）は、操作者が測定して入力することもできるが、上述したようにＣＴ装置により計測も可能である。
【００２２】
次に、ステップＳ０１１に示す治療計画を行う。ステップＳ０１２で、治療計画を開始する。ステップＳ０１３で、治療アイソセンタ座標及び患者方向の算出を行う。ステップＳ０１３で、照射角度及びエアギャップの算出を行う。
【００２３】
次に、ステップＳ０２１に示す干渉チェックシミュレーション部２による干渉チェックシミュレーションを行う。粒子線治療干渉チェック装置のうち、干渉チェックシミュレーション部（機能）２を起動し、ステップＳ０２２〜Ｓ０２７の工程を行う。干渉チェックシミュレーション部（機能）２の起動の際、治療室、患者ＩＤを指定することによって、治療室については治療装置３Ｄモデルデータベース３から指定された治療室に該当する全ての治療装置３Ｄモデルを取り出し、干渉チェックシミュレーション空間へ配置する。同様に、患者３Ｄモデル１５についても、患者３Ｄモデルデータベース４より、指定された患者ＩＤのモデルを取り出し、干渉チェックシミュレーション空間へ配置する。
【００２４】
次に、治療計画で算出したデータのうち、治療アイソセンタの座標、患者方向を放射線治療干渉チェック装置１の位置設定部１９へ入力する（ステップＳ０２２）。治療アイソセンタの座標は治療計画装置１０でＣＴ画像原点２６からの距離として算出されるので、ＣＴ画像原点２６である患者３Ｄモデル１５の原点から入力した距離だけ移動させることにより、シミュレーション空間で患者３Ｄモデル１５の治療アイソセンタを粒子線照射位置である治療室の空間中心に一致させることができる。同様に患者方向についても、患者３Ｄモデル撮影部（機能）５で撮影した際に保存している患者方向情報を用いて、シミュレーション空間内で設定する。
【００２５】
次に、放射線治療干渉チェック装置１の操作メニュー部１８へ、干渉チェック条件として入力する（ステップＳ０２３）。入力する条件は、ガントリー角度、ノズル距離、治療台の回転等、各３Ｄモデルの位置を指定する値である。条件入力後、各３Ｄモデルは指定された位置へ移動する。
【００２６】
次に、放射線治療干渉チェック装置１の操作メニュー部１８を操作して、干渉チェックを実行する（ステップＳ０２４）。放射線治療干渉チェック装置１のシミュレーション空間では、照射ノズル１２が患者２４の患者３Ｄモデル１５へ向かって徐々に伸張する。その際、照射ノズル１２と患者３Ｄモデル１５及び治療台（治療台天板１３、治療台下部１４）間の最短距離１６と、エアギャップ１７をリアルタイムで強調線表示する（図２参照）。同時に、画面右側の操作メニュー部１８の上部には、エアギャップと最短距離が数値として表示される。条件入力で指定したノズル距離だけ伸張すると、照射ノズル１２は停止する。もし、ノズル距離に達する迄の間に干渉が発生した場合は、その時点で照射ノズル１２は停止し、操作メニュー部１８の結果表示欄へ干渉発生を表示する。
【００２７】
ステップＳ０２５で干渉が発生したかを判定し、治療計画で立案したノズル距離だけ照射ノズル１２を伸ばした場合に干渉が発生する事が分かった場合は、操作メニュー部１８の結果表示欄へ表示された干渉発生時のエアギャップを確認し（ステップＳ０２６）、この干渉発生時のエアギャップを参考に、ステップＳ０１４に戻って治療計画を修正する。
【００２８】
ステップＳ０２５で干渉が発生したかを判定し、治療計画で立案したノズル距離だけ照射ノズル１２を伸ばした場合に干渉が発生しない事が分かった場合は、適切なエアギャップであるかどうかを判定し（ステップＳ０２７）、適切である場合には、干渉チェックシミュレーションを終了する。この場合には、治療計画の修正はない。逆に、適切でないと判断した場合には、再度、操作メニュー部１８で条件入力を行い、適切なエアギャップをシミュレーションにより確認した（ステップＳ０２６）上で、ステップＳ０１４に戻って治療計画を修正する。
【００２９】
実施の形態１の放射線治療干渉チェック装置１は、治療計画に用いるＣＴ画像に関連付けされた広範囲の患者３Ｄモデル１５を光学画像から生成したので、患者３Ｄモデル１５を用いた干渉シミュレーションを高精度に行うことができる。
【００３０】
実施の形態１の放射線治療干渉チェック装置１は、干渉チェックシミュレーションに使用する必要十分な範囲の正確な患者３Ｄモデル１５を得ることができる為、治療計画作成時に、立案した治療計画に基づいて治療室で治療を行った場合に干渉が発生するかどうかを３Ｄシミュレーションによって正確に確認することができる。また、干渉が発生しない治療装置と患者２４の位置関係を必要に応じて治療計画にフィードバックし、治療計画の完成度を高めることができる。実際の治療を開始する前である治療計画作成時点でこれらのことが判断できるため、治療時になって干渉発生が判明する場合に比べて、患者２４の治療を計画通りに開始できること、治療計画を再実施する手戻りを削減できること、及び治療計画に基いて作成した補償フィルタが無駄にならないこと、といった効果がある。
【００３１】
以上のように実施の形態１の放射線治療干渉チェック装置１によれば、患者２４を光学ステレオカメラ２３により撮影した光学画像と放射線治療の治療計画に用いるＣＴ画像とを関連付けされた患者３Ｄモデル１５を生成する患者３Ｄモデル撮影部５と、患者３Ｄモデル１５と治療装置の３Ｄモデルに基づいて物理的干渉の有無をチェックする干渉チェックシミュレーション部２とを備えたので、患者３Ｄモデル１５を用いた干渉シミュレーションを高精度に行うことができる。
【００３２】
実施の形態２．
図７は、この発明の実施の形態２における放射線治療干渉チェック装置の機能を説明する図である。実施の形態１とは放射線治療干渉チェック装置１の干渉チェックシミュレーション部（機能）２へ「ノイズ除去機能（機能部）」を追加する点で異なる。「ノイズ除去機能（機能部）」を追加する事により、患者３Ｄモデルに含まれるノイズを除去できる為、干渉チェックの精度をさらに向上させることができる。以下に説明する。
【００３３】
図７（ａ）は光学画像から生成した患者３Ｄモデルにノイズが発生している状態を示す図であり、図７（ｂ）はノイズ除去後の患者３Ｄモデルを示す図である。３１はノイズ除去前の患者３Ｄモデルであり、３５はノイズ除去後の患者３Ｄモデルである。ノイズ３２は患者３Ｄモデル３１の体表面のポリゴンと頂点共有された腹部側面付近のノイズであり、ノイズ３３は患者３Ｄモデル３１の体表面のポリゴンと頂点非共有である腹部側面付近のノイズである。ノイズ３２、３３は、光学ステレオカメラ２３で撮影した際の点群データに含まれてしまったノイズである。点群データを取得した際に含まれてしまったノイズは、面張り処理（ポリゴン化）を行う前に、有る程度のノイズ除去が行なわれる。しかし、完全にノイズを除去しきれない場合には、体表面近くでは、ノイズの点に対しても面張り処理が行われてしまい、体表面近くで多少の凸凹や突起が発生することがある。
【００３４】
ノイズ３２、３３近辺に照射ノズル１２を近づける干渉チェックシミュレーションを行う場合、患者３Ｄモデル３１に含まれるノイズの影響で干渉チェック精度が低下する。そこで、図７（ａ）に示すように、ノイズ範囲指定３４を範囲指定する事により指定したノイズを削除する。ポリゴン集合で頂点共有しているノイズ３２の場合は、図８に示すように、放射線治療干渉チェック装置１の３Ｄビュー画面４１を開き、３Ｄビュー画面４１を使って、手動で削除する範囲であるノイズ範囲指定３６を指定して削除する。図８は放射線治療干渉チェック装置の３Ｄビュー画面を示す図である。ノイズ範囲指定３６は、例えば指定した頂点Ｐと指定した頂点Ｐからの直交する３方向の長さｍ１、ｍ２、ｍ３により指定する。ノイズ除去機能はステップＳ０２４の工程として、操作メニュー部１８のチェック実行（図２参照）を操作する前に行う。
【００３５】
尚、削除対象のノイズが患者３Ｄモデル３１とは分離したデータ、つまり、ポリゴン集合で頂点共有していないノイズ３３である場合、その条件を用いて自動的に削除することができる。
【００３６】
実施の形態２の干渉チェックシミュレーション部（機能）２に於けるノイズ除去機能は、患者３Ｄモデル撮影時に自動除去しきれなかったノイズを、干渉チェックシミュレーション部（機能）２の３Ｄビュー画面４１を用いて、操作者がノイズと判別した範囲を手動または自動機能で削除して、正確な患者３Ｄモデル３５を得ることができる。正確な患者３Ｄモデル３５を得ることができるので、干渉チェックシミュレーションの精度をさらに向上させるという効果がある。
【００３７】
実施の形態３．
図９は、この発明の実施の形態３における放射線治療干渉チェック装置の機能を説明す
る図である。実施の形態１及び２とは放射線治療干渉チェック装置１の干渉チェックシミュレーション部（機能）２へ「体表面補完機能（機能部）」を追加する点で異なる。「体表面補完機能（機能部）」を追加する事により、患者３Ｄモデルに含まれる欠落した体表面を補完できることにより、干渉チェック精度をさらに向上させることができる。以下に説明する。
【００３８】
図９（ａ）は光学画像から生成した患者３Ｄモデルに欠落部が発生している状態を示す図であり、図９（ｂ）は欠落部の補完後の患者３Ｄモデルを示す図である。４２は腹部側面に欠落した体表面（欠落部）４３が存在する患者３Ｄモデルの例であり、４４は欠落部の補完後の患者３Ｄモデルの例である。光学ステレオカメラ２３を含む光学カメラで患者２４を撮影する欠点として、撮影条件によっては点群データを取得できないことがある。鏡面反射する箇所と光を強く吸収する箇所である。例えば、患者２４を固定する固定具の一部で鏡面反射が発生した場合は、一方向に強い光が返ってくる為、光学ステレオカメラ２３ではレンズフレア現象が起き、その箇所については三次元計測ができずに体表面が欠落してしまうことがある。逆に光を強く吸収する場合は、ほとんどの光が光学ステレオカメラ２３に戻ってこない為、その箇所については三次元計測ができずに体表面が欠落してしまうことがある。
【００３９】
体表面補完機能はステップＳ０２４の工程として、操作メニュー部１８のチェック実行（図２参照）を操作する前に行う。欠落部４３を実施の形態２で示した３Ｄビュー画面４１で手動選択することにより、欠落部４３を補完する体表面４５を追加した患者３Ｄモデル４４を得ることができる。
【００４０】
実施の形態４．
図１０は、この発明の実施の形態３における放射線治療干渉チェック装置の機能を説明する図である。実施の形態１〜３とはＣＴ画像の輪郭情報により修正された患者３Ｄモデルで干渉チェックシミュレーションを実行する点で異なる。ＣＴ画像の輪郭情報により患者３Ｄモデルを修正する画像フュージョンする画像フュージョン機能（機能部）を有する。ＣＴ画像の輪郭情報により修正された患者３Ｄモデルは光学画像とＣＴ画像の輪郭像を画像フュージョンにより得られる。ＣＴ画像の輪郭情報により患者３Ｄモデルを修正することで、精度を高めた患者３Ｄモデルを得ることができ、その結果、干渉チェックシミュレーションの精度をさらに向上させることができる。以下に説明する。
【００４１】
図１０（ａ）は患者２４のＣＴ画像の撮影範囲を示す図であり、図１０（ｂ）は画像フュージョンの概略を示す図である。ＣＴ画像の撮影範囲４６は、ＣＴ画像の上限輪郭情報４９を含む上切断面４７とＣＴ画像の下限輪郭情報５０を含む下切断面４８との間である。光学ステレオカメラ２３により撮影された光学画像の輪郭５２（患者３Ｄモデル６３）と、この光学画像の輪郭５２部分に相当するＣＴ画像の輪郭５３を重ね合わせて、二重輪郭５５を得る。光学画像の輪郭５２をＣＴ画像の輪郭５３に近づくように収束させて、画像フュージョン後の光学画像の輪郭５４（患者３Ｄモデル６２）を得る。ＣＴ画像の撮影範囲４６に画像フュージョンを行うことで、ＣＴ画像の輪郭情報により修正された患者３Ｄモデル６２を得ることができる。
【００４２】
ＣＴ画像の輪郭情報は光学画像の輪郭情報よりも正確であると考えられる。ＣＴ画像の輪郭情報に合わせて、光学ステレオカメラ２３で撮影した体表面形状（輪郭）を修正する。光学ステレオカメラ２３で撮影した体表面形状（輪郭）をある程度維持しつつ、ＣＴ画像の輪郭にその体表面形状（輪郭）が全体的に最も近づくように収束させる処理を行う。具体的はＳＴＬデータ（ポリゴンデータ）の各頂点情報を変更して、収束処理を行う。
【００４３】
画像フュージョンはステップＳ０２４の工程として、操作メニュー部１８のチェック実
行（図２参照）を操作する前に行う。図１０（ａ）や図１０（ｂ）の光学画像の輪郭５２やＣＴ画像の輪郭５３が表示される画像フュージョン画面を開き、画像フュージョンの実行を行う。画像フュージョン画面が開くと、ＣＴ画像データベースから患者のＣＴ画像を読み出される。患者３ＤモデルはＣＴ画像の座標系に基づいているので、画像フュージョンの実行操作を行うことで、放射線治療干渉チェック装置１は、ＣＴ画像の上限輪郭情報４９及び下限輪郭情報５０の患者の身長方向（Ｙ方向）のＹ座標からＣＴ画像の撮影範囲４６を設定し、患者３Ｄモデル６３のＳＴＬデータ（ポリゴンデータ）の各頂点情報を変更して、収束処理を行う。
【００４４】
実施の形態４の放射線治療干渉チェック装置１は、画像フュージョンを用いてＣＴ画像の輪郭情報により患者３Ｄモデル６３を修正することで、精度を高めた患者３Ｄモデル６２を得ることができ、その結果、干渉チェックシミュレーションの精度をさらに向上させることができる。
【００４５】
実施の形態５．
図１１はこの発明の実施の形態５における放射線治療干渉チェック装置の機能を説明する図である。実施の形態１〜４とは、患者３Ｄモデル１５は、属性情報として、ＣＴ画像原点２６とＣＴ寝台２５との位置関係を有する点で異なる。干渉チェックシミュレーション時の患者３Ｄモデル１５と治療台１３との位置関係（図２参照）を、光学画像撮影時における患者２４とＣＴ寝台２５との関係を正確に再現できる。干渉チェックシミュレーションにおいて患者２４とＣＴ寝台２５との関係を正確に再現するので、この位置関係で治療を行う干渉シミュレーションをさらに高精度に行うことができる。
【００４６】
干渉チェックシミュレーションでは、患者３Ｄモデル１５の属性情報である撮影時のＣＴ寝台２５と患者２４の位置関係及び撮影時のＣＴ寝台位置（ＣＴ室内の位置）から患者３Ｄモデル１５の初期位置設定を行う。図１１に示すように、患者２４のＣＴ画像原点２６がＣＴ寝台２５の中央線５７から横方向にずれている場合には、ＣＴ画像原点２６とＣＴ寝台２５との位置関係を、ＣＴ寝台両端のマーカー５８、５９からの距離を光学ステレオカメラ２３によって自動計測する事によって求める。ＣＴ画像原点２６はＣＴガントリー２１の中心線５６上にあるので、マーカー５８、５９のＣＴ寝台の短手方向（Ｘ方向）の座標を得ることでＣＴ画像原点２６とマーカー５８、５９との位置関係を得ることができる。光学ステレオカメラ２３はＣＴ装置（ＣＴガントリー２１）座標系に合わせるキャリブレーションを行うので、マーカー５８、５９を三次元計測することにより、マーカー５８、５９のＣＴ寝台の短手方向（Ｘ方向）の座標を得ることができる。患者３Ｄモデル１５は、属性情報として、ＣＴ画像原点２６とＣＴ寝台２５との位置関係を有する。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
この発明に係る放射線治療干渉チェック装置は、放射線治療装置や粒子線治療装置を利用する際の治療装置同士、または治療装置と患者との干渉確認を好適に行うことができる。
【符号の説明】
【００４８】
１ 放射線治療干渉チェック装置 ２ 干渉チェックシミュレーション部
５ 患者３Ｄモデル撮影部 １５ 患者３Ｄモデル
２３ 光学ステレオカメラ ２３ａ 光学ステレオカメラ
２３ｂ 光学ステレオカメラ ２４ 患者
２５ ＣＴ寝台 ２６ ＣＴ画像原点
３４ ノイズ範囲指定 ３５ 患者３Ｄモデル（ノイズ除去後）
３６ ノイズ範囲指定 ４４ 患者３Ｄモデル（欠落部の補完後）６２ 患者３Ｄモデル（画像フュージョン後）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線治療の前に、治療装置と患者或いは他の治療装置との物理的干渉の有無をシミュレーションによりチェックする放射線治療干渉チェック装置であって、
前記患者を光学ステレオカメラにより撮影した光学画像と前記放射線治療の治療計画に用いるＣＴ画像とを関連付けされた患者３Ｄモデルを生成する患者３Ｄモデル撮影部と、前記患者３Ｄモデルと前記治療装置の３Ｄモデルに基づいて物理的干渉の有無をチェックする干渉チェックシミュレーション部とを備えた放射線治療干渉チェック装置。
【請求項２】
前記患者３Ｄモデルは、当該患者３Ｄモデルの原点が前記ＣＴ画像のＣＴ画像原点であることを特徴とする請求項１記載の放射線治療干渉チェック装置。
【請求項３】
前記患者３Ｄモデルにおける光学画像は、前記光学ステレオカメラにより前記患者を複数の方向から撮影されたことを特徴とする請求項１または２に記載の放射線治療干渉チェック装置。
【請求項４】
前記干渉チェックシミュレーション部は、前記患者３Ｄモデル撮影部で生成した患者３Ｄモデルにおける体表面付近のノイズを除去するノイズ除去機能部を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の放射線治療干渉チェック装置。
【請求項５】
前記ノイズ除去機能部は、画面で指定されたノイズ範囲指定の前記ノイズを削除することを特徴とする請求項４記載の放射線治療干渉チェック装置。
【請求項６】
前記干渉チェックシミュレーション部は、前記患者３Ｄモデル撮影部で生成した患者３Ｄモデルにおける欠落した体表面を補完する体表面補完機能部を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の放射線治療干渉チェック装置。
【請求項７】
前記体表面補完機能部は、画面で指定された補完範囲指定の前記欠落した体表面を補完することを特徴とする請求項６記載の放射線治療干渉チェック装置。
【請求項８】
前記干渉チェックシミュレーション部は、前記患者３Ｄモデル撮影部で生成した患者３Ｄモデルを前記ＣＴ画像の輪郭情報に基づいて修正する画像フュージョン機能部を有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の放射線治療干渉チェック装置。
【請求項９】
前記患者３Ｄモデルは、前記ＣＴ画像のＣＴ画像原点と前記光学画像の撮影の際における患者が固定された台との位置関係を有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の放射線治療干渉チェック装置。
【請求項１０】
放射線治療の前に、治療装置と患者或いは他の治療装置との物理的干渉の有無をチェックする放射線治療干渉チェック方法であって、
前記患者を光学ステレオカメラにより撮影して光学画像を生成し、前記光学画像と前記放射線治療の治療計画に用いるＣＴ画像とを関連付けされた患者３Ｄモデルを生成する手順と、前記患者３Ｄモデルと前記治療装置の３Ｄモデルに基づいて物理的干渉の有無をチェックする手順とを含む放射線治療干渉チェック方法。
【請求項１】
放射線治療の前に、治療装置と患者或いは他の治療装置との物理的干渉の有無をシミュレーションによりチェックする放射線治療干渉チェック装置であって、
前記患者を光学ステレオカメラにより撮影した光学画像と前記放射線治療の治療計画に用いるＣＴ画像とを関連付けされた患者３Ｄモデルを生成する患者３Ｄモデル撮影部と、前記患者３Ｄモデルと前記治療装置の３Ｄモデルに基づいて物理的干渉の有無をチェックする干渉チェックシミュレーション部とを備えた放射線治療干渉チェック装置。
【請求項２】
前記患者３Ｄモデルは、当該患者３Ｄモデルの原点が前記ＣＴ画像のＣＴ画像原点であることを特徴とする請求項１記載の放射線治療干渉チェック装置。
【請求項３】
前記患者３Ｄモデルにおける光学画像は、前記光学ステレオカメラにより前記患者を複数の方向から撮影されたことを特徴とする請求項１または２に記載の放射線治療干渉チェック装置。
【請求項４】
前記干渉チェックシミュレーション部は、前記患者３Ｄモデル撮影部で生成した患者３Ｄモデルにおける体表面付近のノイズを除去するノイズ除去機能部を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の放射線治療干渉チェック装置。
【請求項５】
前記ノイズ除去機能部は、画面で指定されたノイズ範囲指定の前記ノイズを削除することを特徴とする請求項４記載の放射線治療干渉チェック装置。
【請求項６】
前記干渉チェックシミュレーション部は、前記患者３Ｄモデル撮影部で生成した患者３Ｄモデルにおける欠落した体表面を補完する体表面補完機能部を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の放射線治療干渉チェック装置。
【請求項７】
前記体表面補完機能部は、画面で指定された補完範囲指定の前記欠落した体表面を補完することを特徴とする請求項６記載の放射線治療干渉チェック装置。
【請求項８】
前記干渉チェックシミュレーション部は、前記患者３Ｄモデル撮影部で生成した患者３Ｄモデルを前記ＣＴ画像の輪郭情報に基づいて修正する画像フュージョン機能部を有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の放射線治療干渉チェック装置。
【請求項９】
前記患者３Ｄモデルは、前記ＣＴ画像のＣＴ画像原点と前記光学画像の撮影の際における患者が固定された台との位置関係を有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の放射線治療干渉チェック装置。
【請求項１０】
放射線治療の前に、治療装置と患者或いは他の治療装置との物理的干渉の有無をチェックする放射線治療干渉チェック方法であって、
前記患者を光学ステレオカメラにより撮影して光学画像を生成し、前記光学画像と前記放射線治療の治療計画に用いるＣＴ画像とを関連付けされた患者３Ｄモデルを生成する手順と、前記患者３Ｄモデルと前記治療装置の３Ｄモデルに基づいて物理的干渉の有無をチェックする手順とを含む放射線治療干渉チェック方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−１１０３３５（Ｐ２０１１−１１０３３５Ａ）
【公開日】平成２３年６月９日（２０１１．６．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２７１６６３（Ｐ２００９−２７１６６３）
【出願日】平成２１年１１月３０日（２００９．１１．３０）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月９日（２０１１．６．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月３０日（２００９．１１．３０）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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