放射線治療装置及び治療部位の位置決め方法
【課題】ランドマークとの相対的な位置関係がずれる軟部組織の治療部位であっても正確かつ迅速に位置決めすることができる放射線治療装置を提供する。
【解決手段】計画時ＣＴ画像１１と治療時ＣＴ画像１２との双方から骨部１３を抽出し、骨部１３のパターンの類似度に基づいて治療時ＣＴ画像１２に対応する計画時ＣＴ画像１１のスライス位置及びスライス面内位置を決定し、計画時ＣＴ画像１１の治療部位を含むスライス画像に対応する治療時ＣＴ画像１２から治療部位を含む部分画像１４を切り出し、計画時ＣＴ画像１１から部分画像１４に最も類似する領域を含むスライス画像を探索し、探索されたスライス画像からみた治療部位の相対的な位置を算出すると共に、この相対的な位置関係を用いて算出した治療時ＣＴ画像１２の部分画像の位置からみた治療部位の相対的な位置を最終的な治療部位とする。
【解決手段】計画時ＣＴ画像１１と治療時ＣＴ画像１２との双方から骨部１３を抽出し、骨部１３のパターンの類似度に基づいて治療時ＣＴ画像１２に対応する計画時ＣＴ画像１１のスライス位置及びスライス面内位置を決定し、計画時ＣＴ画像１１の治療部位を含むスライス画像に対応する治療時ＣＴ画像１２から治療部位を含む部分画像１４を切り出し、計画時ＣＴ画像１１から部分画像１４に最も類似する領域を含むスライス画像を探索し、探索されたスライス画像からみた治療部位の相対的な位置を算出すると共に、この相対的な位置関係を用いて算出した治療時ＣＴ画像１２の部分画像の位置からみた治療部位の相対的な位置を最終的な治療部位とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、放射線治療装置及びこの装置における放射線治療部位の位置決め方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
癌や悪性腫瘍の放射線治療においては、治療計画を立てるために、まず治療部位とその周辺部を含む少し広めの領域の詳細なＸ線ＣＴ（Computed Tomography）画像を撮影し、このＸ線ＣＴ画像を医師が詳細に吟味することにより、放射線を当てる領域（治療部位）、放射線の強度、放射線の照射方向等が決定される。このような治療計画の立案は、一般的に時間を要し、実際に放射線を照射しての治療は後日となる。また、放射線の照射は、日をおいて何回にも分けて行われる場合もある。
【０００３】
放射線の照射は生体の正常部位へのダメージをできるだけ小さくするため、治療部位をピンポイントで狙う必要がある。そのため、治療ベッドに横になった患者に対して治療計画で決定した治療部位がどこに位置しているかできるだけ正確に知る必要があるが、癌や腫瘍は一般的に体内にあり体表に基準位置を設定する方法では十分な精度が得られない。治療計画時と同じように詳細なＸ線ＣＴ画像を撮影すれば治療計画時に決定した治療部位を正確に位置決めできると思われるが、これは患者のＸ線被曝量が大きくなるため、毎回治療時に実施することは実用的でない。
【０００４】
そのため、治療時に患者のＸ線被曝量を抑えつつ患者の体内をＸ線で透視して、治療計画で決定した治療部位を位置決めする方法が工夫されている。例えば、特許文献１では、治療計画時に照射対象近傍で必ず画像に写る骨などの少なくとも３箇所以上の体内部位を透視画像上にランドマークマーカとして指定し、この透視画像上のランドマークマーカの位置に基づいて治療時に取得されたイメージャ（Ｘ線源）による透視画像等のランドマークマーカの位置を照合し、治療時の照射対象位置を判別している。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１８０９１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の放射線治療装置では、治療計画時に記録したランドマークと治療部位との相対位置関係を利用して治療時の治療部位の位置を決定するので、ランドマークとなり得る部位と治療部位との相対的な位置関係が保たれない場合、正確な治療部位の位置決めができないという課題があった。例えば、肝臓は腹腔内で移動しやすく、一般にランドマークとなり得る骨部との相対的な位置関係が保たれない。
【０００７】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、骨部等のランドマークとなり得る部位との相対的な位置関係がずれる軟部組織の治療部位であっても正確かつ迅速に位置決めすることができる放射線治療装置及びこの装置における放射線治療部位の位置決め方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る放射線治療装置は、治療計画の策定に用いる患部を含む領域が撮影された一連のスライス画像からなり、患部が放射線を照射すべき治療部位として指定された計画時ＣＴ画像と、放射線治療の際に撮影した一連のスライス画像からなる治療時ＣＴ画像との双方からランドマークを抽出するランドマーク抽出部と、ランドマークの類似度に基づいて治療時ＣＴ画像に対応する計画時ＣＴ画像のスライス位置及びスライス面内位置を決定する対応判定部と、計画時ＣＴ画像の治療部位に対応する治療時ＣＴ画像から治療部位を含む部分画像を切り出す画像切り出し部と、計画時ＣＴ画像から部分画像に最も類似する領域を含むスライス画像を探索し、探索されたスライス画像からみた治療部位の相対的な位置を算出すると共に、この相対的な位置関係を用いて治療時ＣＴ画像の部分画像の位置からみた治療部位の相対的な位置を算出し、放射線治療の際に放射線を照射すべき治療部位の位置として出力する治療部位決定部とを備えるものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、治療計画の策定に用いる患部を含む領域が撮影された一連のスライス画像からなり、患部が放射線を照射すべき治療部位として指定された計画時ＣＴ画像と、放射線治療の際に撮影した一連のスライス画像からなる治療時ＣＴ画像との双方からランドマークを抽出し、ランドマークの類似度に基づいて治療時ＣＴ画像に対応する計画時ＣＴ画像のスライス位置及びスライス面内位置を決定し、計画時ＣＴ画像の治療部位に対応する治療時ＣＴ画像から治療部位を含む部分画像を切り出し、計画時ＣＴ画像から部分画像に最も類似する領域を含むスライス画像を探索し、探索されたスライス画像からみた治療部位の相対的な位置を算出すると共に、この相対的な位置関係を用いて治療時ＣＴ画像の部分画像の位置からみた治療部位の相対的な位置を算出し、放射線治療の際に放射線を照射すべき治療部位の位置とするので、ランドマークとの相対的な位置関係が変化する軟部組織に含まれる治療部位であっても、正確かつ迅速に位置決めすることができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による放射線治療装置の構成を示す図である。図１において、実施の形態１による放射線治療装置１は、解析装置２、制御装置３、ＣＴ撮像装置４及び放射線照射装置７を備える。解析装置２は、記憶部２ａ、骨領域抽出部（ランドマーク抽出部）２ｂ、対応判定部２ｃ、画像切り出し部２ｄ、治療部位決定部２ｅ、表示装置２ｆ及び入力装置２ｇを備える。記憶部２ａは、解析装置２として機能するコンピュータに搭載されたハードディスクや外付け記憶装置の記憶メディアの記憶領域上に構築され、治療計画時に撮影した複数のＣＴ画像（以降、計画時ＣＴ画像と称す）を記憶する。
【００１１】
計画時ＣＴ画像は、治療計画を策定するのに十分なスライス厚とスライスピッチで詳細に撮影された複数のＣＴ画像であり、医師の吟味により放射線を照射して治療すべき治療部位が指定される。治療部位の指定は、例えば治療部位が写っているＣＴ画像上の治療部位を取り囲む閉領域を指定することでなされる。この場合、治療部位を含むスライス画像を複数枚重ねることにより３次元の閉領域が指定される。なお、同一の撮影対象を所定のスライス厚とスライスピッチで撮影した一連のＣＴ画像を構成する各ＣＴ画像をスライス画像と呼ぶ。また、本発明でいう治療部位は、その近傍の領域を含むものとする。
【００１２】
骨領域抽出部２ｂは、計画時ＣＴ画像と、治療時に撮影されたＣＴ画像（以降、治療時ＣＴ画像と称す）から両画像上の骨部領域を抽出する。対応判定部２ｃは、骨領域抽出部２ｂにより抽出された骨領域の情報に基づいて、治療時ＣＴ画像と計画時ＣＴ画像とでどのスライス画像が対応するかを判定するとともに、スライス面内でのずれ量も判定する。画像切り出し部２ｄは、治療時ＣＴ画像から治療部位に近い部分の部分画像を切り出す処理を実行する。治療部位決定部２ｅは、画像切り出し部２ｄが切り出した部分画像に最も類似している計画時ＣＴ画像中のスライス画像を探索し、探索結果のスライス画像上における治療部位の重心位置を治療時の治療部位座標と決定する。
【００１３】
表示装置２ｆは、ＣＴ画像や医師による治療部位の指定に必要な他の情報を表示する。入力装置２ｇは、ユーザが装置外部から情報の入力や選択設定等の操作を行うための構成要素であり、キーボードやマウス等が挙げられる。また、入力装置２ｇを介した入力操作に連動する設定画面を表示装置２ｆに表示して情報の入力や選択等の操作のためのＧＵＩ（Graphical User Interface）が提供される。
【００１４】
上述した、骨領域抽出部２ｂ、対応判定部２ｃ、画像切り出し部２ｄ及び治療部位決定部２ｅは、本発明の趣旨に従う解析用プログラムをコンピュータに読み込ませてその動作を制御することにより、当該コンピュータ上でソフトウエアとハードウェアが協働した具体的な手段として実現できる。なお、コンピュータ自体の構成及びその基本的な機能については、当業者が当該技術分野の技術常識に基づいて容易に認識できるものであり、本発明の本質に直接関わるものでないので詳細な記載を省略する。
【００１５】
制御装置３は、解析装置２から入力した治療部位のデータに基づいて、治療用寝台６の位置及び可動部材８ａの可動軸の角度を移動調整することにより、治療部位の重心位置に治療用放射線の照射軸を合わせる。なお、制御装置３は、コンピュータにより実現され、そのメモリに収納された制御用プログラムをＣＰＵが読み込んで実行することにより、治療用寝台６の駆動装置６ａを制御してその位置及び可動部材８ａの回転軸の角度を移動調整し、治療部位の重心位置にアイソセンタＣが合わせられる。
【００１６】
ＣＴ撮像装置４は、扇形状のファンビームのＸ線束を発生するＸ線源とＸ線検出器とを収容する回転架台５を備える。Ｘ線源と２次元Ｘ線検出器とは、治療用寝台６のスライド天板に載置された患者Ｋを挟んで対向した状態で回転架台５に装備される。
【００１７】
放射線照射装置７は、放射線発生装置８、可動部材８ａ、ガイド９及び駆動用モータ１０を備える。放射線発生装置８は、可動部材８ａを介してガイド９の円枠内に内接され、回動軸Ａ周りに３６０度回動自在に配設される。また、放射線発生装置８から放射される治療用放射線の放射線軸は、アイソセンタＣを原点とする座標系で位置制御される。可動部材８ａは、制御装置３によって動作が制御され、放射線発生装置８をｘ軸、ｙ軸方向に駆動させる。ガイド９は、制御装置３によって動作が制御される駆動用モータ１０によって回転軸Ａと直交する傾倒軸Ｂ周りに回動する。
【００１８】
次に動作について説明する。
図２は、図１中の放射線治療装置による治療動作を示すフローチャートであり、この図に沿って説明する。なお、以降の説明では、治療用寝台６の座標系を基準とする。つまり、ＣＴ撮像装置４で撮影されたスライス画像のスライス位置やスライス画像上の座標は、全て治療用寝台６の座標に換算される。
【００１９】
先ず、治療計画の策定のため、ステップＳＴ１からステップＳＴ３までの処理が実行される。ステップＳＴ４以降は、放射線治療時の処理である。
ステップＳＴ１において、患者Ｋを所定の姿勢で寝かして治療用寝台６に固定する。所定の姿勢は、治療計画時と治療時とでできるだけ同じ姿勢となるようにする。なお、治療計画時と治療時とで同じ姿勢をとり易くするため、患者Ｋの体型に合わせた個人用の治具をあてがってもよい。
【００２０】
次に、患者Ｋが寝かされた治療用寝台６をＣＴ撮像装置４の撮影位置に配置し、制御装置３によって治療用寝台６の駆動装置６ａの位置を制御して、治療計画を策定するのに十分なスライス厚とスライスピッチでＣＴ撮像装置４によるＣＴ画像の撮影を行う（ステップＳＴ２）。治療計画の策定には、放射線の照射が必要な患部が確実に撮影される必要があるので、患部の撮り漏らしがないように十分に薄いスライス厚と小さなスライスピッチが設定される。例えば、スライス厚を１ｍｍ、スライスピッチを１ｍｍで詳細なＣＴ画像を撮影する。ステップＳＴ２で撮影されたＣＴ画像を計画時ＣＴ画像と呼ぶ。
【００２１】
図３は、計画時ＣＴ画像を概念的に示す図である。計画時ＣＴ画像１１を構成する各スライス画像は生体の断面を画像化したもので、撮影時のスライスピッチＰで一連のスライス画像を重ねることにより生体の３次元的な画像情報となる。なお、スライス厚Ｔは、一枚のスライス画像で表示される一断面の厚さに相当する。図３に示すように、ステップＳＴ２では、計画時ＣＴ画像１１を構成する一連のスライス画像に患部が確実に含まれるように深さ方向に広い範囲でＣＴ撮影される（一連のＣＴ画像撮影でスライス画像が多数取得される）。
【００２２】
ステップＳＴ２で撮影された計画時ＣＴ画像１１は、ＣＴ撮像装置４から解析装置２へ出力され、記憶部２ａに格納される。解析装置２では、記憶部２ａから読み出した計画時ＣＴ画像１１を、治療部位の指定に必要な他の情報と共に表示装置２ｆを介して医師に提示する。医師は、表示装置２ｆに表示された計画時ＣＴ画像１１を詳細に吟味し、入力装置２ｇを用いて計画時ＣＴ画像を構成するスライス画像に放射線を照射すべき治療部位を指定する（ステップＳＴ３）。
【００２３】
治療部位の指定は、入力装置２ｇを用いて治療部位が写っているスライス画像上の治療部位を取り囲む閉領域を指定する。この場合、治療部位を含むスライス画像を複数枚重ねることにより３次元の閉領域が指定される。概念的に言えば、図３に示すスライス画像を重ねた直方体の内部に治療部位として小さな閉領域が定まる。
【００２４】
以上が治療計画時になされる処理である。なお、患者に対する放射線被曝量を低減するため、治療計画と放射線治療は、一般的に同日に行われず、放射線治療は日を改めて行われる。このため、放射線治療時に患者を同じ治療用寝台６に横たわらせたとき、治療計画時に指定された治療部位がどの位置にあるかを調べる必要がある。
【００２５】
次に放射線治療時の処理を説明する。
ステップＳＴ４において、患者Ｋを治療計画時とできるだけ同じ姿勢で寝かして治療用寝台６に固定する。続いて、患者Ｋが寝かされた治療用寝台６をＣＴ撮像装置４の撮影位置に配置し、制御装置３によって治療用寝台６の駆動装置６ａの位置を制御して、治療計画時よりも粗い条件でＣＴ撮像装置４がＣＴ画像撮影を行う（ステップＳＴ５）。ここでは、治療計画時のスライスピッチを１ｍｍとしたので、例えばスライスピッチを７ｍｍとする。ステップＳＴ５で撮影されたＣＴ画像を治療時ＣＴ画像と呼ぶ。
【００２６】
図４は、治療時ＣＴ画像を概念的に示す図である。図４に示すように、治療時ＣＴ画像１２は、治療計画時のスライスピッチＰよりも大きなスライスピッチＰ１で、かつ計画時ＣＴ画像１１よりも深さ方向に狭い範囲で撮影される。これにより、患者ＫのＸ線被曝量を低減することができる。
【００２７】
なお、計画時ＣＴ画像１１よりも深さ方向に狭い範囲としては、治療時ＣＴ画像１２においても治療部位が撮影されるように、計画時ＣＴ画像１１の治療部位が指定されたスライス位置近辺の範囲とする。また、スライスピッチだけでなく、スライス厚Ｔを治療計画時から変更してもよい。例えば、治療時ＣＴ画像１２のスライス厚を計画時ＣＴ画像よりも薄くすること等が考えられる。このようにすることでも、患者ＫのＸ線被曝量を低減することができる。
【００２８】
ステップＳＴ５で撮影された治療時ＣＴ画像は、ＣＴ撮像装置４から解析装置２へ出力される。解析装置２の骨領域抽出部２ｂは、入力した治療時ＣＴ画像１２、及び記憶部２ａから読み出した対応する計画時ＣＴ画像１１の双方からＣＴ画像上の骨領域を抽出する（ステップＳＴ６）。骨領域は、生体内の他の部分と比較してＣＴ画像上で画素値（ＣＴ値）が高い。この特性を利用して、骨領域抽出部２ｂは、計画時ＣＴ画像１１及び治療時ＣＴ画像１２の双方に画素値に関する所定の閾値処理を施して２値化し、閾値を越える画素値を有する骨領域を抽出する。
【００２９】
図５は、骨領域を抽出したＣＴ画像を示す図であり、計画時ＣＴ画像１１及び治療時ＣＴ画像１２の双方の先頭のスライス画像に対して閾値処理を施した結果である。骨領域は生体内の他の部分と比較して高い画素値を示すため、閾値処理によるＣＴ画像上の画素値の２値化によって、図５に示すように骨部１３を抽出することができる。計画時ＣＴ画像１１及び治療時ＣＴ画像１２で抽出された骨部１３の情報は、骨領域抽出部２ｂから対応判定部２ｃへ出力される。なお、骨部１３の情報としては、その形状に関する情報の他、ＣＴ画像上での位置情報等も含まれる。
【００３０】
対応判定部２ｃは、骨領域抽出部２ｂから入力した骨部１３の情報に基づいて、治療時ＣＴ画像１２の各スライス画像が計画時ＣＴ画像１１のどのスライス位置に対応するかを判定すると共に、判定結果のスライス位置に対応するスライス画像上での骨部１３のずれ量を算出し、このずれを合わせる処理を実行する（ステップＳＴ７）。例えば、治療時ＣＴ画像１２の各スライス画像から抽出された骨部１３のパターンと最も類似する骨部１３のパターンを有する計画時ＣＴ画像１１のスライス画像を、対応するスライス位置のスライス画像として特定する。
【００３１】
ここで、計画時ＣＴ画像１１と治療時ＣＴ画像１２のスライス位置の対応付けの信頼性を向上させるため、計画時ＣＴ画像１１と治療時ＣＴ画像１２のスライスピッチを考慮して複数のスライス画像のセットとして総合的な類似度を評価するようにしてもよい。例えば、計画時ＣＴ画像１１のスライス厚が１ｍｍでスライスピッチが１ｍｍ、治療時ＣＴ画像１２のスライス厚が１ｍｍでスライスピッチが７ｍｍである場合、計画時ＣＴ画像１１の７スライスごとに抜き出されたスライス画像が治療時ＣＴ画像１２の各スライス画像との対応候補とする。この後、対応する全てのスライス画像間の類似度の合計が最も大きいスライス位置の対応付けを選択する。また、類似度は、例えばスライス画像における骨部１３のパターンや位置を定量的に表すことにより決定する。
【００３２】
なお、スライスピッチの他、スライス厚を変更して治療時ＣＴ画像１２を撮影した場合等、計画時ＣＴ画像１１と治療時ＣＴ画像１２との間で対応するスライス位置がずれている可能性が高い。このような場合、対応判定部２ｃは、計画時ＣＴ画像１１のスライス画像間を補間アルゴリムで補間合成した画像を用いて、治療時ＣＴ画像１２のスライス画像との対応を判定する。これにより、スライス位置の対応付け精度を向上させることができる。また、スライス画像の補間アルゴリズムとしては、例えば計画時ＣＴ画像１１のスライス画像間で対応する画素の値を線形補間で決定するアルゴリズムを用いる。
【００３３】
図６は、計画時ＣＴ画像と治療時ＣＴ画像のスライス位置の対応付けを概念的に示す図である。骨部１３は、治療計画時と治療時で位置変化がないと考えられるので、骨部１３の情報のみを用いることにより、計画時ＣＴ画像１１と治療時ＣＴ画像１２のスライス位置の対応付けを、信頼性の向上を図りつつ、容易に実行することができる。
【００３４】
なお、図６では、スライス方向のみを合わせた場合を示しているが、対応判定部２ｃがスライス画像上での骨部１３のずれ量を算出し、このずれを合わせる処理を実行することにより、対応するスライス位置の各スライス画像上に写った部位の位置合わせも実行される。このようにスライス位置の対応付けがなされたＣＴ画像の情報は、対応判定部２ｃから画像切り出し部２ｄに出力される。
【００３５】
画像切り出し部２ｄは、計画時ＣＴ画像１１に指定された治療部位若しくはその近傍の領域を含むスライス画像に対応する治療時ＣＴ画像１２のスライス画像から、上記治療部位若しくはその近傍の領域を含む部分画像１４を切り出す（ステップＳＴ８）。切り出し処理の流れとしては、画像切り出し部２ｄが、先ず、計画時ＣＴ画像の各スライス位置に対応付けられた治療時ＣＴ画像１２のスライス画像の中から、治療計画時に指定された治療部位の重心に最も近いスライス位置のスライス画像を選択する。次に、選択したスライス画像（対応判定部２ｃにより計画時ＣＴ画像１１とスライス面内の位置が合わされているものとする）上で、計画時ＣＴ画像１１で指定された治療部位の重心と同じスライス面内位置となる点を中心とする一定のサイズの部分画像を切り出す。
【００３６】
図７は、部分画像の切り出し処理を説明するための図である。図７において、スライス画像１１−ｎは、計画時ＣＴ画像１１中で治療部位が指定されたスライス画像であり、そのスライス位置をＳｎ、スライス位置Ｓｎのスライス画像１１−ｎ上における治療部位の重心をＳｃとし、そのスライス面内位置を（Ｘｃ，Ｙｃ）とする。また、治療時ＣＴ画像１２のスライス画像１２−ｎは、計画時ＣＴ画像１１のスライス位置Ｓｎに対応するスライス位置Ｔｎのスライス画像である。なお、スライス位置Ｓｎ，Ｔｎは、計画時ＣＴ画像１１及び治療時ＣＴ画像１２のそれぞれのスライス位置を特定する先頭のスライスからの通し番号である。
【００３７】
なお、スライス画像１２−ｎは、対応判定部２ｃによってずらし量（ｄｘ，ｄｙ）でスライス面内位置が合わせられている。これにより、スライス画像１２−ｎのスライス面内座標系では、治療部位の重心位置が（Ｘｃ−ｄｘ，Ｙｃ−ｄｙ）となる。画像切り出し部２ｄは、治療時ＣＴ画像１２からスライス画像１２−ｎを選択すると、（Ｘｃ−ｄｘ，Ｙｃ−ｄｙ）を中心とする図７中で破線で示す部分画像１４を切り出す。この部分画像１４の切り出しサイズは、予め設定した固定サイズであるものとする。このようにして得られた部分画像１４の情報は、画像切り出し部２ｄから治療部位決定部２ｅへ出力される。
【００３８】
治療部位決定部２ｅでは、計画時ＣＴ画像１１から、画像切り出し部２ｄによって切り出された部分画像１４に最も類似する領域を含むスライス画像のスライス位置及びそのスライス面内位置を探索する（ステップＳＴ９）。ここでは、対応判定部２ｃによって計画時ＣＴ画像１１と治療時ＣＴ画像１２との間で骨部１３のスライス面内位置が合わせられているので、計画時ＣＴ画像１１のスライス位置Ｓｎのスライス画像１１−ｎにおける治療部位の重心Ｓｃのスライス面内位置（Ｘｃ，Ｙｃ）を中心として、スライス方向も含めて探索を行う。なお、探索範囲は、位置（Ｘｃ，Ｙｃ）を中心として治療部位が含まれる臓器が骨格に対して相対的に移動し得る範囲を許容範囲として設定する。
【００３９】
この探索処理によって、計画時ＣＴ画像１１のスライス位置Ｓｄ及びスライス位置Ｓｄのスライス画像１１−ｄにおける治療部位に対応する点のスライス面内位置（Ｘｄ，Ｙｄ）が、部分画像１４に最も類似する領域を含むスライス画像のスライス位置及びそのスライス面内位置として得られたものとする。なお、スライス位置Ｓｄは、計画時ＣＴ画像１１のスライス位置を特定する先頭のスライスからの通し番号である。
【００４０】
次に、治療部位決定部２ｅは、計画時ＣＴ画像１１のスライス画像１１−ｄにおける治療部位に対応する点のスライス面内位置（Ｘｄ，Ｙｄ）からみた上記治療部位の重心の相対的な位置を算出する（ステップＳＴ１０）。この相対的な位置としては、位置（Ｘｄ，Ｙｄ）からみた上記治療部位の重心のスライス位置及びスライス面内位置の相対的な位置が求められ、上述の例では、スライス位置（Ｓｎ−Ｓｄ）及びスライス面内位置（Ｘｄ−Ｘｃ，Ｙｄ−Ｙｃ）が得られる。
【００４１】
続いて、治療部位決定部２ｅは、ステップＳＴ８で部分画像１４を切り出した治療時ＣＴ画像１２のスライス位置Ｔｎのスライス画像を読み出し、ステップＳＴ１０で求めた相対的な位置関係を用いて、スライス位置Ｔｎのスライス画像のスライス面内位置（Ｘｃ−ｄｘ，Ｙｃ−ｄｙ）からみた治療部位の重心の相対的な位置を算出し、治療時において放射線を照射すべき治療部位として制御装置３に出力する（ステップＳＴ１１）。上述の例では、スライス位置Ｔｎ及びスライス面内位置（Ｘｃ−ｄｘ，Ｙｃ−ｄｙ）からみた治療部位の重心の相対的な位置として、スライス位置Ｔｎ及びスライス面内位置（Ｘｃ−ｄｘ，Ｙｃ−ｄｙ）にスライス位置（Ｓｎ−Ｓｄ）及びスライス面内座標（Ｘｄ−Ｘｃ，Ｙｄ−Ｙｃ）を加算した、スライス位置（Ｔｎ＋Ｓｎ−Ｓｄ）及びスライス面内座標（Ｘｄ−ｄｘ，Ｙｄ−ｄｙ）が算出され、放射線を照射すべき治療部位と決定される。
【００４２】
なお、治療時ＣＴ画像１２には、スライス位置（Ｔｎ＋Ｓｎ−Ｓｄ）に相当するスライス画像が存在しない可能性もある。そこで、治療部位決定部２ｅが治療部位のデータを制御装置３に出力する前に、スライス位置（Ｔｎ＋Ｓｎ−Ｓｄ）のスライス画像を改めて撮影し、スライス面内位置（Ｘｄ−ｄｘ，Ｙｄ−ｄｙ）を中心とする部分画像と計画時ＣＴ画像１１で指定された治療部位を中心とする部分画像とを比較して、ステップＳＴ１１で決定した位置が正確に治療部位に合致しているか否か（放射線を照射すべき患部が撮影されているか否か）を確認する処理を追加してもよい。
【００４３】
制御装置３は、治療部位決定部２ｅから入力した治療部位のデータに基づいて、治療用寝台６の位置及び可動部材８ａの可動軸の角度を移動調整することにより、治療部位の重心位置をアイソセンタＣに合わせる。この後、放射線照射装置７によって治療用放射線を治療部位に照射し治療を行う。
【００４４】
以上のように、この実施の形態１によれば、治療計画の策定に用いる患部を含む領域が撮影された一連のスライス画像からなり、患部が放射線を照射すべき治療部位として指定された計画時ＣＴ画像１１と、放射線治療の際に撮影した一連のスライス画像からなる治療時ＣＴ画像１２との双方のスライス画像からランドマークとなる骨部１３を抽出し、骨部１３のパターンの類似度に基づいて治療時ＣＴ画像１２の各スライス画像に対応する計画時ＣＴ画像１１のスライス位置及びスライス面内位置を決定し、計画時ＣＴ画像１１の治療部位を含むスライス画像に対応する治療時ＣＴ画像１２のスライス画像から治療部位を含む部分画像１４を切り出し、計画時ＣＴ画像１１から部分画像１４に最も類似する領域を含むスライス画像を探索し、探索結果のスライス画像からみた治療部位の相対的な位置を算出すると共に、この相対的な位置関係を用いて治療時ＣＴ画像１２の部分画像の位置からみた治療部位の相対的な位置を算出し、放射線治療の際に放射線を照射すべき治療部位の位置とするので、ランドマークとした骨部１３との相対位置がずれる肝臓等の軟部組織における患部であっても、自動的に正確かつ迅速に放射線を照射する治療位置を決定することができる。
【００４５】
なお、上記実施の形態１では、ランドマークとして骨部１３を抽出する場合を示したが、治療計画時と治療時とで位置の動きが少ない臓器をランドマークとしても構わない。
【００４６】
また、上記実施の形態１によれば、治療時ＣＴ画像１２を計画時ＣＴ画像１１よりも粗く撮影された一連のスライス画像から構成し、特に治療時ＣＴ画像１２を計画時ＣＴ画像１１より大きなスライスピッチで撮影したので、患者ＫのＸ線被爆量を低減することができる。
【００４７】
さらに、上記実施の形態１によれば、計画時ＣＴ画像１１と治療時ＣＴ画像１２との対応する全てのスライス画像間の類似度を総合的に評価して、治療時ＣＴ画像１２の各スライス画像に対応する計画時ＣＴ画像１１のスライス位置及びスライス面内位置を決定するので、より信頼性高く対応スライスを決定することができる。
【００４８】
さらに、上記実施の形態１によれば、計画時ＣＴ画像１１の隣接するスライス画像間のスライス画像を画像補間により推定し、推定したスライス画像を含む計画時ＣＴ画像１１を用いて、治療時ＣＴ画像１２の各スライス画像に対応する計画時ＣＴ画像１１のスライス位置及びスライス面内位置を決定するので、より精度よく対応スライス位置を決定することができる。
【００４９】
さらに、上記実施の形態１によれば、解析装置２が放射線を照射すべき治療部位の位置を決定した後、決定した治療部位を含むＣＴ画像を用いて、放射線を照射すべき患部が治療部位として撮影されているか否かを確認するので、より高い確度で治療部位の位置決めを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】この発明の実施の形態１による放射線治療装置の構成を示す図である。
【図２】図１中の放射線治療装置による治療動作を示すフローチャートである。
【図３】計画時ＣＴ画像を概念的に示す図である。
【図４】治療時ＣＴ画像を概念的に示す図である。
【図５】骨領域を抽出したＣＴ画像を示す図である。
【図６】計画時ＣＴ画像と治療時ＣＴ画像のスライス位置の対応付けを概念的に示す図である。
【図７】部分画像の切り出し処理を説明するための図である。
【符号の説明】
【００５１】
１ 放射線治療装置、２ 解析装置、２ａ 記憶部、２ｂ 骨領域抽出部（ランドマーク抽出部）、２ｃ 対応判定部、２ｄ 画像切り出し部、２ｅ 治療部位決定部、２ｆ 表示装置、２ｇ 入力装置、３ 制御装置、４ ＣＴ撮像装置、５ 回転架台、６ 治療用寝台、６ａ 駆動装置、７ 放射線照射装置、８ 放射線発生装置、８ａ 可動部材、９ ガイド、１０ 駆動用モータ、１１ 計画時ＣＴ画像、１２ 治療時ＣＴ画像、１３ 骨部、１４ 部分画像。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、放射線治療装置及びこの装置における放射線治療部位の位置決め方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
癌や悪性腫瘍の放射線治療においては、治療計画を立てるために、まず治療部位とその周辺部を含む少し広めの領域の詳細なＸ線ＣＴ（Computed Tomography）画像を撮影し、このＸ線ＣＴ画像を医師が詳細に吟味することにより、放射線を当てる領域（治療部位）、放射線の強度、放射線の照射方向等が決定される。このような治療計画の立案は、一般的に時間を要し、実際に放射線を照射しての治療は後日となる。また、放射線の照射は、日をおいて何回にも分けて行われる場合もある。
【０００３】
放射線の照射は生体の正常部位へのダメージをできるだけ小さくするため、治療部位をピンポイントで狙う必要がある。そのため、治療ベッドに横になった患者に対して治療計画で決定した治療部位がどこに位置しているかできるだけ正確に知る必要があるが、癌や腫瘍は一般的に体内にあり体表に基準位置を設定する方法では十分な精度が得られない。治療計画時と同じように詳細なＸ線ＣＴ画像を撮影すれば治療計画時に決定した治療部位を正確に位置決めできると思われるが、これは患者のＸ線被曝量が大きくなるため、毎回治療時に実施することは実用的でない。
【０００４】
そのため、治療時に患者のＸ線被曝量を抑えつつ患者の体内をＸ線で透視して、治療計画で決定した治療部位を位置決めする方法が工夫されている。例えば、特許文献１では、治療計画時に照射対象近傍で必ず画像に写る骨などの少なくとも３箇所以上の体内部位を透視画像上にランドマークマーカとして指定し、この透視画像上のランドマークマーカの位置に基づいて治療時に取得されたイメージャ（Ｘ線源）による透視画像等のランドマークマーカの位置を照合し、治療時の照射対象位置を判別している。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１８０９１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の放射線治療装置では、治療計画時に記録したランドマークと治療部位との相対位置関係を利用して治療時の治療部位の位置を決定するので、ランドマークとなり得る部位と治療部位との相対的な位置関係が保たれない場合、正確な治療部位の位置決めができないという課題があった。例えば、肝臓は腹腔内で移動しやすく、一般にランドマークとなり得る骨部との相対的な位置関係が保たれない。
【０００７】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、骨部等のランドマークとなり得る部位との相対的な位置関係がずれる軟部組織の治療部位であっても正確かつ迅速に位置決めすることができる放射線治療装置及びこの装置における放射線治療部位の位置決め方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る放射線治療装置は、治療計画の策定に用いる患部を含む領域が撮影された一連のスライス画像からなり、患部が放射線を照射すべき治療部位として指定された計画時ＣＴ画像と、放射線治療の際に撮影した一連のスライス画像からなる治療時ＣＴ画像との双方からランドマークを抽出するランドマーク抽出部と、ランドマークの類似度に基づいて治療時ＣＴ画像に対応する計画時ＣＴ画像のスライス位置及びスライス面内位置を決定する対応判定部と、計画時ＣＴ画像の治療部位に対応する治療時ＣＴ画像から治療部位を含む部分画像を切り出す画像切り出し部と、計画時ＣＴ画像から部分画像に最も類似する領域を含むスライス画像を探索し、探索されたスライス画像からみた治療部位の相対的な位置を算出すると共に、この相対的な位置関係を用いて治療時ＣＴ画像の部分画像の位置からみた治療部位の相対的な位置を算出し、放射線治療の際に放射線を照射すべき治療部位の位置として出力する治療部位決定部とを備えるものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、治療計画の策定に用いる患部を含む領域が撮影された一連のスライス画像からなり、患部が放射線を照射すべき治療部位として指定された計画時ＣＴ画像と、放射線治療の際に撮影した一連のスライス画像からなる治療時ＣＴ画像との双方からランドマークを抽出し、ランドマークの類似度に基づいて治療時ＣＴ画像に対応する計画時ＣＴ画像のスライス位置及びスライス面内位置を決定し、計画時ＣＴ画像の治療部位に対応する治療時ＣＴ画像から治療部位を含む部分画像を切り出し、計画時ＣＴ画像から部分画像に最も類似する領域を含むスライス画像を探索し、探索されたスライス画像からみた治療部位の相対的な位置を算出すると共に、この相対的な位置関係を用いて治療時ＣＴ画像の部分画像の位置からみた治療部位の相対的な位置を算出し、放射線治療の際に放射線を照射すべき治療部位の位置とするので、ランドマークとの相対的な位置関係が変化する軟部組織に含まれる治療部位であっても、正確かつ迅速に位置決めすることができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による放射線治療装置の構成を示す図である。図１において、実施の形態１による放射線治療装置１は、解析装置２、制御装置３、ＣＴ撮像装置４及び放射線照射装置７を備える。解析装置２は、記憶部２ａ、骨領域抽出部（ランドマーク抽出部）２ｂ、対応判定部２ｃ、画像切り出し部２ｄ、治療部位決定部２ｅ、表示装置２ｆ及び入力装置２ｇを備える。記憶部２ａは、解析装置２として機能するコンピュータに搭載されたハードディスクや外付け記憶装置の記憶メディアの記憶領域上に構築され、治療計画時に撮影した複数のＣＴ画像（以降、計画時ＣＴ画像と称す）を記憶する。
【００１１】
計画時ＣＴ画像は、治療計画を策定するのに十分なスライス厚とスライスピッチで詳細に撮影された複数のＣＴ画像であり、医師の吟味により放射線を照射して治療すべき治療部位が指定される。治療部位の指定は、例えば治療部位が写っているＣＴ画像上の治療部位を取り囲む閉領域を指定することでなされる。この場合、治療部位を含むスライス画像を複数枚重ねることにより３次元の閉領域が指定される。なお、同一の撮影対象を所定のスライス厚とスライスピッチで撮影した一連のＣＴ画像を構成する各ＣＴ画像をスライス画像と呼ぶ。また、本発明でいう治療部位は、その近傍の領域を含むものとする。
【００１２】
骨領域抽出部２ｂは、計画時ＣＴ画像と、治療時に撮影されたＣＴ画像（以降、治療時ＣＴ画像と称す）から両画像上の骨部領域を抽出する。対応判定部２ｃは、骨領域抽出部２ｂにより抽出された骨領域の情報に基づいて、治療時ＣＴ画像と計画時ＣＴ画像とでどのスライス画像が対応するかを判定するとともに、スライス面内でのずれ量も判定する。画像切り出し部２ｄは、治療時ＣＴ画像から治療部位に近い部分の部分画像を切り出す処理を実行する。治療部位決定部２ｅは、画像切り出し部２ｄが切り出した部分画像に最も類似している計画時ＣＴ画像中のスライス画像を探索し、探索結果のスライス画像上における治療部位の重心位置を治療時の治療部位座標と決定する。
【００１３】
表示装置２ｆは、ＣＴ画像や医師による治療部位の指定に必要な他の情報を表示する。入力装置２ｇは、ユーザが装置外部から情報の入力や選択設定等の操作を行うための構成要素であり、キーボードやマウス等が挙げられる。また、入力装置２ｇを介した入力操作に連動する設定画面を表示装置２ｆに表示して情報の入力や選択等の操作のためのＧＵＩ（Graphical User Interface）が提供される。
【００１４】
上述した、骨領域抽出部２ｂ、対応判定部２ｃ、画像切り出し部２ｄ及び治療部位決定部２ｅは、本発明の趣旨に従う解析用プログラムをコンピュータに読み込ませてその動作を制御することにより、当該コンピュータ上でソフトウエアとハードウェアが協働した具体的な手段として実現できる。なお、コンピュータ自体の構成及びその基本的な機能については、当業者が当該技術分野の技術常識に基づいて容易に認識できるものであり、本発明の本質に直接関わるものでないので詳細な記載を省略する。
【００１５】
制御装置３は、解析装置２から入力した治療部位のデータに基づいて、治療用寝台６の位置及び可動部材８ａの可動軸の角度を移動調整することにより、治療部位の重心位置に治療用放射線の照射軸を合わせる。なお、制御装置３は、コンピュータにより実現され、そのメモリに収納された制御用プログラムをＣＰＵが読み込んで実行することにより、治療用寝台６の駆動装置６ａを制御してその位置及び可動部材８ａの回転軸の角度を移動調整し、治療部位の重心位置にアイソセンタＣが合わせられる。
【００１６】
ＣＴ撮像装置４は、扇形状のファンビームのＸ線束を発生するＸ線源とＸ線検出器とを収容する回転架台５を備える。Ｘ線源と２次元Ｘ線検出器とは、治療用寝台６のスライド天板に載置された患者Ｋを挟んで対向した状態で回転架台５に装備される。
【００１７】
放射線照射装置７は、放射線発生装置８、可動部材８ａ、ガイド９及び駆動用モータ１０を備える。放射線発生装置８は、可動部材８ａを介してガイド９の円枠内に内接され、回動軸Ａ周りに３６０度回動自在に配設される。また、放射線発生装置８から放射される治療用放射線の放射線軸は、アイソセンタＣを原点とする座標系で位置制御される。可動部材８ａは、制御装置３によって動作が制御され、放射線発生装置８をｘ軸、ｙ軸方向に駆動させる。ガイド９は、制御装置３によって動作が制御される駆動用モータ１０によって回転軸Ａと直交する傾倒軸Ｂ周りに回動する。
【００１８】
次に動作について説明する。
図２は、図１中の放射線治療装置による治療動作を示すフローチャートであり、この図に沿って説明する。なお、以降の説明では、治療用寝台６の座標系を基準とする。つまり、ＣＴ撮像装置４で撮影されたスライス画像のスライス位置やスライス画像上の座標は、全て治療用寝台６の座標に換算される。
【００１９】
先ず、治療計画の策定のため、ステップＳＴ１からステップＳＴ３までの処理が実行される。ステップＳＴ４以降は、放射線治療時の処理である。
ステップＳＴ１において、患者Ｋを所定の姿勢で寝かして治療用寝台６に固定する。所定の姿勢は、治療計画時と治療時とでできるだけ同じ姿勢となるようにする。なお、治療計画時と治療時とで同じ姿勢をとり易くするため、患者Ｋの体型に合わせた個人用の治具をあてがってもよい。
【００２０】
次に、患者Ｋが寝かされた治療用寝台６をＣＴ撮像装置４の撮影位置に配置し、制御装置３によって治療用寝台６の駆動装置６ａの位置を制御して、治療計画を策定するのに十分なスライス厚とスライスピッチでＣＴ撮像装置４によるＣＴ画像の撮影を行う（ステップＳＴ２）。治療計画の策定には、放射線の照射が必要な患部が確実に撮影される必要があるので、患部の撮り漏らしがないように十分に薄いスライス厚と小さなスライスピッチが設定される。例えば、スライス厚を１ｍｍ、スライスピッチを１ｍｍで詳細なＣＴ画像を撮影する。ステップＳＴ２で撮影されたＣＴ画像を計画時ＣＴ画像と呼ぶ。
【００２１】
図３は、計画時ＣＴ画像を概念的に示す図である。計画時ＣＴ画像１１を構成する各スライス画像は生体の断面を画像化したもので、撮影時のスライスピッチＰで一連のスライス画像を重ねることにより生体の３次元的な画像情報となる。なお、スライス厚Ｔは、一枚のスライス画像で表示される一断面の厚さに相当する。図３に示すように、ステップＳＴ２では、計画時ＣＴ画像１１を構成する一連のスライス画像に患部が確実に含まれるように深さ方向に広い範囲でＣＴ撮影される（一連のＣＴ画像撮影でスライス画像が多数取得される）。
【００２２】
ステップＳＴ２で撮影された計画時ＣＴ画像１１は、ＣＴ撮像装置４から解析装置２へ出力され、記憶部２ａに格納される。解析装置２では、記憶部２ａから読み出した計画時ＣＴ画像１１を、治療部位の指定に必要な他の情報と共に表示装置２ｆを介して医師に提示する。医師は、表示装置２ｆに表示された計画時ＣＴ画像１１を詳細に吟味し、入力装置２ｇを用いて計画時ＣＴ画像を構成するスライス画像に放射線を照射すべき治療部位を指定する（ステップＳＴ３）。
【００２３】
治療部位の指定は、入力装置２ｇを用いて治療部位が写っているスライス画像上の治療部位を取り囲む閉領域を指定する。この場合、治療部位を含むスライス画像を複数枚重ねることにより３次元の閉領域が指定される。概念的に言えば、図３に示すスライス画像を重ねた直方体の内部に治療部位として小さな閉領域が定まる。
【００２４】
以上が治療計画時になされる処理である。なお、患者に対する放射線被曝量を低減するため、治療計画と放射線治療は、一般的に同日に行われず、放射線治療は日を改めて行われる。このため、放射線治療時に患者を同じ治療用寝台６に横たわらせたとき、治療計画時に指定された治療部位がどの位置にあるかを調べる必要がある。
【００２５】
次に放射線治療時の処理を説明する。
ステップＳＴ４において、患者Ｋを治療計画時とできるだけ同じ姿勢で寝かして治療用寝台６に固定する。続いて、患者Ｋが寝かされた治療用寝台６をＣＴ撮像装置４の撮影位置に配置し、制御装置３によって治療用寝台６の駆動装置６ａの位置を制御して、治療計画時よりも粗い条件でＣＴ撮像装置４がＣＴ画像撮影を行う（ステップＳＴ５）。ここでは、治療計画時のスライスピッチを１ｍｍとしたので、例えばスライスピッチを７ｍｍとする。ステップＳＴ５で撮影されたＣＴ画像を治療時ＣＴ画像と呼ぶ。
【００２６】
図４は、治療時ＣＴ画像を概念的に示す図である。図４に示すように、治療時ＣＴ画像１２は、治療計画時のスライスピッチＰよりも大きなスライスピッチＰ１で、かつ計画時ＣＴ画像１１よりも深さ方向に狭い範囲で撮影される。これにより、患者ＫのＸ線被曝量を低減することができる。
【００２７】
なお、計画時ＣＴ画像１１よりも深さ方向に狭い範囲としては、治療時ＣＴ画像１２においても治療部位が撮影されるように、計画時ＣＴ画像１１の治療部位が指定されたスライス位置近辺の範囲とする。また、スライスピッチだけでなく、スライス厚Ｔを治療計画時から変更してもよい。例えば、治療時ＣＴ画像１２のスライス厚を計画時ＣＴ画像よりも薄くすること等が考えられる。このようにすることでも、患者ＫのＸ線被曝量を低減することができる。
【００２８】
ステップＳＴ５で撮影された治療時ＣＴ画像は、ＣＴ撮像装置４から解析装置２へ出力される。解析装置２の骨領域抽出部２ｂは、入力した治療時ＣＴ画像１２、及び記憶部２ａから読み出した対応する計画時ＣＴ画像１１の双方からＣＴ画像上の骨領域を抽出する（ステップＳＴ６）。骨領域は、生体内の他の部分と比較してＣＴ画像上で画素値（ＣＴ値）が高い。この特性を利用して、骨領域抽出部２ｂは、計画時ＣＴ画像１１及び治療時ＣＴ画像１２の双方に画素値に関する所定の閾値処理を施して２値化し、閾値を越える画素値を有する骨領域を抽出する。
【００２９】
図５は、骨領域を抽出したＣＴ画像を示す図であり、計画時ＣＴ画像１１及び治療時ＣＴ画像１２の双方の先頭のスライス画像に対して閾値処理を施した結果である。骨領域は生体内の他の部分と比較して高い画素値を示すため、閾値処理によるＣＴ画像上の画素値の２値化によって、図５に示すように骨部１３を抽出することができる。計画時ＣＴ画像１１及び治療時ＣＴ画像１２で抽出された骨部１３の情報は、骨領域抽出部２ｂから対応判定部２ｃへ出力される。なお、骨部１３の情報としては、その形状に関する情報の他、ＣＴ画像上での位置情報等も含まれる。
【００３０】
対応判定部２ｃは、骨領域抽出部２ｂから入力した骨部１３の情報に基づいて、治療時ＣＴ画像１２の各スライス画像が計画時ＣＴ画像１１のどのスライス位置に対応するかを判定すると共に、判定結果のスライス位置に対応するスライス画像上での骨部１３のずれ量を算出し、このずれを合わせる処理を実行する（ステップＳＴ７）。例えば、治療時ＣＴ画像１２の各スライス画像から抽出された骨部１３のパターンと最も類似する骨部１３のパターンを有する計画時ＣＴ画像１１のスライス画像を、対応するスライス位置のスライス画像として特定する。
【００３１】
ここで、計画時ＣＴ画像１１と治療時ＣＴ画像１２のスライス位置の対応付けの信頼性を向上させるため、計画時ＣＴ画像１１と治療時ＣＴ画像１２のスライスピッチを考慮して複数のスライス画像のセットとして総合的な類似度を評価するようにしてもよい。例えば、計画時ＣＴ画像１１のスライス厚が１ｍｍでスライスピッチが１ｍｍ、治療時ＣＴ画像１２のスライス厚が１ｍｍでスライスピッチが７ｍｍである場合、計画時ＣＴ画像１１の７スライスごとに抜き出されたスライス画像が治療時ＣＴ画像１２の各スライス画像との対応候補とする。この後、対応する全てのスライス画像間の類似度の合計が最も大きいスライス位置の対応付けを選択する。また、類似度は、例えばスライス画像における骨部１３のパターンや位置を定量的に表すことにより決定する。
【００３２】
なお、スライスピッチの他、スライス厚を変更して治療時ＣＴ画像１２を撮影した場合等、計画時ＣＴ画像１１と治療時ＣＴ画像１２との間で対応するスライス位置がずれている可能性が高い。このような場合、対応判定部２ｃは、計画時ＣＴ画像１１のスライス画像間を補間アルゴリムで補間合成した画像を用いて、治療時ＣＴ画像１２のスライス画像との対応を判定する。これにより、スライス位置の対応付け精度を向上させることができる。また、スライス画像の補間アルゴリズムとしては、例えば計画時ＣＴ画像１１のスライス画像間で対応する画素の値を線形補間で決定するアルゴリズムを用いる。
【００３３】
図６は、計画時ＣＴ画像と治療時ＣＴ画像のスライス位置の対応付けを概念的に示す図である。骨部１３は、治療計画時と治療時で位置変化がないと考えられるので、骨部１３の情報のみを用いることにより、計画時ＣＴ画像１１と治療時ＣＴ画像１２のスライス位置の対応付けを、信頼性の向上を図りつつ、容易に実行することができる。
【００３４】
なお、図６では、スライス方向のみを合わせた場合を示しているが、対応判定部２ｃがスライス画像上での骨部１３のずれ量を算出し、このずれを合わせる処理を実行することにより、対応するスライス位置の各スライス画像上に写った部位の位置合わせも実行される。このようにスライス位置の対応付けがなされたＣＴ画像の情報は、対応判定部２ｃから画像切り出し部２ｄに出力される。
【００３５】
画像切り出し部２ｄは、計画時ＣＴ画像１１に指定された治療部位若しくはその近傍の領域を含むスライス画像に対応する治療時ＣＴ画像１２のスライス画像から、上記治療部位若しくはその近傍の領域を含む部分画像１４を切り出す（ステップＳＴ８）。切り出し処理の流れとしては、画像切り出し部２ｄが、先ず、計画時ＣＴ画像の各スライス位置に対応付けられた治療時ＣＴ画像１２のスライス画像の中から、治療計画時に指定された治療部位の重心に最も近いスライス位置のスライス画像を選択する。次に、選択したスライス画像（対応判定部２ｃにより計画時ＣＴ画像１１とスライス面内の位置が合わされているものとする）上で、計画時ＣＴ画像１１で指定された治療部位の重心と同じスライス面内位置となる点を中心とする一定のサイズの部分画像を切り出す。
【００３６】
図７は、部分画像の切り出し処理を説明するための図である。図７において、スライス画像１１−ｎは、計画時ＣＴ画像１１中で治療部位が指定されたスライス画像であり、そのスライス位置をＳｎ、スライス位置Ｓｎのスライス画像１１−ｎ上における治療部位の重心をＳｃとし、そのスライス面内位置を（Ｘｃ，Ｙｃ）とする。また、治療時ＣＴ画像１２のスライス画像１２−ｎは、計画時ＣＴ画像１１のスライス位置Ｓｎに対応するスライス位置Ｔｎのスライス画像である。なお、スライス位置Ｓｎ，Ｔｎは、計画時ＣＴ画像１１及び治療時ＣＴ画像１２のそれぞれのスライス位置を特定する先頭のスライスからの通し番号である。
【００３７】
なお、スライス画像１２−ｎは、対応判定部２ｃによってずらし量（ｄｘ，ｄｙ）でスライス面内位置が合わせられている。これにより、スライス画像１２−ｎのスライス面内座標系では、治療部位の重心位置が（Ｘｃ−ｄｘ，Ｙｃ−ｄｙ）となる。画像切り出し部２ｄは、治療時ＣＴ画像１２からスライス画像１２−ｎを選択すると、（Ｘｃ−ｄｘ，Ｙｃ−ｄｙ）を中心とする図７中で破線で示す部分画像１４を切り出す。この部分画像１４の切り出しサイズは、予め設定した固定サイズであるものとする。このようにして得られた部分画像１４の情報は、画像切り出し部２ｄから治療部位決定部２ｅへ出力される。
【００３８】
治療部位決定部２ｅでは、計画時ＣＴ画像１１から、画像切り出し部２ｄによって切り出された部分画像１４に最も類似する領域を含むスライス画像のスライス位置及びそのスライス面内位置を探索する（ステップＳＴ９）。ここでは、対応判定部２ｃによって計画時ＣＴ画像１１と治療時ＣＴ画像１２との間で骨部１３のスライス面内位置が合わせられているので、計画時ＣＴ画像１１のスライス位置Ｓｎのスライス画像１１−ｎにおける治療部位の重心Ｓｃのスライス面内位置（Ｘｃ，Ｙｃ）を中心として、スライス方向も含めて探索を行う。なお、探索範囲は、位置（Ｘｃ，Ｙｃ）を中心として治療部位が含まれる臓器が骨格に対して相対的に移動し得る範囲を許容範囲として設定する。
【００３９】
この探索処理によって、計画時ＣＴ画像１１のスライス位置Ｓｄ及びスライス位置Ｓｄのスライス画像１１−ｄにおける治療部位に対応する点のスライス面内位置（Ｘｄ，Ｙｄ）が、部分画像１４に最も類似する領域を含むスライス画像のスライス位置及びそのスライス面内位置として得られたものとする。なお、スライス位置Ｓｄは、計画時ＣＴ画像１１のスライス位置を特定する先頭のスライスからの通し番号である。
【００４０】
次に、治療部位決定部２ｅは、計画時ＣＴ画像１１のスライス画像１１−ｄにおける治療部位に対応する点のスライス面内位置（Ｘｄ，Ｙｄ）からみた上記治療部位の重心の相対的な位置を算出する（ステップＳＴ１０）。この相対的な位置としては、位置（Ｘｄ，Ｙｄ）からみた上記治療部位の重心のスライス位置及びスライス面内位置の相対的な位置が求められ、上述の例では、スライス位置（Ｓｎ−Ｓｄ）及びスライス面内位置（Ｘｄ−Ｘｃ，Ｙｄ−Ｙｃ）が得られる。
【００４１】
続いて、治療部位決定部２ｅは、ステップＳＴ８で部分画像１４を切り出した治療時ＣＴ画像１２のスライス位置Ｔｎのスライス画像を読み出し、ステップＳＴ１０で求めた相対的な位置関係を用いて、スライス位置Ｔｎのスライス画像のスライス面内位置（Ｘｃ−ｄｘ，Ｙｃ−ｄｙ）からみた治療部位の重心の相対的な位置を算出し、治療時において放射線を照射すべき治療部位として制御装置３に出力する（ステップＳＴ１１）。上述の例では、スライス位置Ｔｎ及びスライス面内位置（Ｘｃ−ｄｘ，Ｙｃ−ｄｙ）からみた治療部位の重心の相対的な位置として、スライス位置Ｔｎ及びスライス面内位置（Ｘｃ−ｄｘ，Ｙｃ−ｄｙ）にスライス位置（Ｓｎ−Ｓｄ）及びスライス面内座標（Ｘｄ−Ｘｃ，Ｙｄ−Ｙｃ）を加算した、スライス位置（Ｔｎ＋Ｓｎ−Ｓｄ）及びスライス面内座標（Ｘｄ−ｄｘ，Ｙｄ−ｄｙ）が算出され、放射線を照射すべき治療部位と決定される。
【００４２】
なお、治療時ＣＴ画像１２には、スライス位置（Ｔｎ＋Ｓｎ−Ｓｄ）に相当するスライス画像が存在しない可能性もある。そこで、治療部位決定部２ｅが治療部位のデータを制御装置３に出力する前に、スライス位置（Ｔｎ＋Ｓｎ−Ｓｄ）のスライス画像を改めて撮影し、スライス面内位置（Ｘｄ−ｄｘ，Ｙｄ−ｄｙ）を中心とする部分画像と計画時ＣＴ画像１１で指定された治療部位を中心とする部分画像とを比較して、ステップＳＴ１１で決定した位置が正確に治療部位に合致しているか否か（放射線を照射すべき患部が撮影されているか否か）を確認する処理を追加してもよい。
【００４３】
制御装置３は、治療部位決定部２ｅから入力した治療部位のデータに基づいて、治療用寝台６の位置及び可動部材８ａの可動軸の角度を移動調整することにより、治療部位の重心位置をアイソセンタＣに合わせる。この後、放射線照射装置７によって治療用放射線を治療部位に照射し治療を行う。
【００４４】
以上のように、この実施の形態１によれば、治療計画の策定に用いる患部を含む領域が撮影された一連のスライス画像からなり、患部が放射線を照射すべき治療部位として指定された計画時ＣＴ画像１１と、放射線治療の際に撮影した一連のスライス画像からなる治療時ＣＴ画像１２との双方のスライス画像からランドマークとなる骨部１３を抽出し、骨部１３のパターンの類似度に基づいて治療時ＣＴ画像１２の各スライス画像に対応する計画時ＣＴ画像１１のスライス位置及びスライス面内位置を決定し、計画時ＣＴ画像１１の治療部位を含むスライス画像に対応する治療時ＣＴ画像１２のスライス画像から治療部位を含む部分画像１４を切り出し、計画時ＣＴ画像１１から部分画像１４に最も類似する領域を含むスライス画像を探索し、探索結果のスライス画像からみた治療部位の相対的な位置を算出すると共に、この相対的な位置関係を用いて治療時ＣＴ画像１２の部分画像の位置からみた治療部位の相対的な位置を算出し、放射線治療の際に放射線を照射すべき治療部位の位置とするので、ランドマークとした骨部１３との相対位置がずれる肝臓等の軟部組織における患部であっても、自動的に正確かつ迅速に放射線を照射する治療位置を決定することができる。
【００４５】
なお、上記実施の形態１では、ランドマークとして骨部１３を抽出する場合を示したが、治療計画時と治療時とで位置の動きが少ない臓器をランドマークとしても構わない。
【００４６】
また、上記実施の形態１によれば、治療時ＣＴ画像１２を計画時ＣＴ画像１１よりも粗く撮影された一連のスライス画像から構成し、特に治療時ＣＴ画像１２を計画時ＣＴ画像１１より大きなスライスピッチで撮影したので、患者ＫのＸ線被爆量を低減することができる。
【００４７】
さらに、上記実施の形態１によれば、計画時ＣＴ画像１１と治療時ＣＴ画像１２との対応する全てのスライス画像間の類似度を総合的に評価して、治療時ＣＴ画像１２の各スライス画像に対応する計画時ＣＴ画像１１のスライス位置及びスライス面内位置を決定するので、より信頼性高く対応スライスを決定することができる。
【００４８】
さらに、上記実施の形態１によれば、計画時ＣＴ画像１１の隣接するスライス画像間のスライス画像を画像補間により推定し、推定したスライス画像を含む計画時ＣＴ画像１１を用いて、治療時ＣＴ画像１２の各スライス画像に対応する計画時ＣＴ画像１１のスライス位置及びスライス面内位置を決定するので、より精度よく対応スライス位置を決定することができる。
【００４９】
さらに、上記実施の形態１によれば、解析装置２が放射線を照射すべき治療部位の位置を決定した後、決定した治療部位を含むＣＴ画像を用いて、放射線を照射すべき患部が治療部位として撮影されているか否かを確認するので、より高い確度で治療部位の位置決めを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】この発明の実施の形態１による放射線治療装置の構成を示す図である。
【図２】図１中の放射線治療装置による治療動作を示すフローチャートである。
【図３】計画時ＣＴ画像を概念的に示す図である。
【図４】治療時ＣＴ画像を概念的に示す図である。
【図５】骨領域を抽出したＣＴ画像を示す図である。
【図６】計画時ＣＴ画像と治療時ＣＴ画像のスライス位置の対応付けを概念的に示す図である。
【図７】部分画像の切り出し処理を説明するための図である。
【符号の説明】
【００５１】
１ 放射線治療装置、２ 解析装置、２ａ 記憶部、２ｂ 骨領域抽出部（ランドマーク抽出部）、２ｃ 対応判定部、２ｄ 画像切り出し部、２ｅ 治療部位決定部、２ｆ 表示装置、２ｇ 入力装置、３ 制御装置、４ ＣＴ撮像装置、５ 回転架台、６ 治療用寝台、６ａ 駆動装置、７ 放射線照射装置、８ 放射線発生装置、８ａ 可動部材、９ ガイド、１０ 駆動用モータ、１１ 計画時ＣＴ画像、１２ 治療時ＣＴ画像、１３ 骨部、１４ 部分画像。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
治療計画の策定に用いる患部を含む領域が撮影された一連のスライス画像からなり、前記患部が放射線を照射すべき治療部位として指定された計画時ＣＴ画像と、放射線治療の際に撮影された一連のスライス画像からなる治療時ＣＴ画像との双方からランドマークを抽出するランドマーク抽出部と、
前記ランドマークの類似度に基づいて前記治療時ＣＴ画像に対応する前記計画時ＣＴ画像のスライス位置及びスライス面内位置を決定する対応判定部と、
前記計画時ＣＴ画像の前記治療部位に対応する前記治療時ＣＴ画像から前記治療部位を含む部分画像を切り出す画像切り出し部と、
前記計画時ＣＴ画像から前記部分画像に最も類似する領域を含むスライス画像を探索し、探索されたスライス画像からみた前記治療部位の相対的な位置を算出すると共に、この相対的な位置関係を用いて前記治療時ＣＴ画像の前記部分画像の位置からみた前記治療部位の相対的な位置を算出し、放射線治療の際に放射線を照射すべき治療部位の位置として出力する治療部位決定部とを備えた放射線治療装置。
【請求項２】
治療時ＣＴ画像は、計画時ＣＴ画像よりも粗く撮影された一連のスライス画像からなることを特徴とする請求項１記載の放射線治療装置。
【請求項３】
治療時ＣＴ画像は、計画時ＣＴ画像より大きなスライスピッチで撮影された一連のスライス画像からなることを特徴とする請求項２記載の放射線治療装置。
【請求項４】
対応判定部は、計画時ＣＴ画像と治療時ＣＴ画像との対応する全てのスライス画像間の類似度を総合的に評価して、前記治療時ＣＴ画像の各スライス画像に対応する前記計画時ＣＴ画像のスライス位置及びスライス面内位置を決定することを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の放射線治療装置。
【請求項５】
対応判定部は、計画時ＣＴ画像の隣接するスライス画像間のスライス画像を画像補間により推定し、推定したスライス画像を含む計画時ＣＴ画像を用いて、前記治療時ＣＴ画像の各スライス画像に対応する前記計画時ＣＴ画像のスライス位置及びスライス面内位置を決定することを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の放射線治療装置。
【請求項６】
ＣＴ撮像装置によって、治療計画の策定に用いる被検体の患部を含む一連のスライス画像を撮影し、放射線を照射すべき治療部位として前記患部を指定した計画時ＣＴ画像を取得するステップと、
放射線治療の際、前記ＣＴ撮像装置によって撮影された一連のスライス画像からなる治療時ＣＴ画像を取得するステップと、
解析装置が、前記計画時ＣＴ画像と前記治療時ＣＴ画像との双方からランドマークを抽出するステップと、
前記解析装置が、前記ランドマークの類似度に基づいて前記治療時ＣＴ画像に対応する前記計画時ＣＴ画像のスライス位置及びスライス面内位置を決定するステップと、
前記解析装置が、前記計画時ＣＴ画像の前記治療部位に対応する前記治療時ＣＴ画像から前記治療部位を含む部分画像を切り出すステップと、
前記解析装置が、前記計画時ＣＴ画像から前記部分画像に最も類似する領域を含むスライス画像を探索し、探索されたスライス画像からみた前記治療部位の相対的な位置を算出すると共に、この相対的な位置関係を用いて前記治療時ＣＴ画像の前記部分画像の位置からみた前記治療部位の相対的な位置を算出し、放射線治療の際に放射線を照射すべき治療部位の位置として前記制御装置に出力するステップと、
制御装置が、前記解析装置から入力した治療部位の位置データに基づいて前記被検体と前記放射線照射装置による放射線の照射位置との位置関係を制御し、当該治療部位に放射線の照射位置を合わせるステップとを備えた治療部位の位置決め方法。
【請求項７】
解析装置が、放射線を照射すべき治療部位の位置を決定した後、決定した治療部位を含むＣＴ画像を用いて、放射線を照射すべき患部が治療部位として撮影されているか否かを確認するステップを備えたことを特徴とする請求項６記載の治療部位の位置決め方法。
【請求項１】
治療計画の策定に用いる患部を含む領域が撮影された一連のスライス画像からなり、前記患部が放射線を照射すべき治療部位として指定された計画時ＣＴ画像と、放射線治療の際に撮影された一連のスライス画像からなる治療時ＣＴ画像との双方からランドマークを抽出するランドマーク抽出部と、
前記ランドマークの類似度に基づいて前記治療時ＣＴ画像に対応する前記計画時ＣＴ画像のスライス位置及びスライス面内位置を決定する対応判定部と、
前記計画時ＣＴ画像の前記治療部位に対応する前記治療時ＣＴ画像から前記治療部位を含む部分画像を切り出す画像切り出し部と、
前記計画時ＣＴ画像から前記部分画像に最も類似する領域を含むスライス画像を探索し、探索されたスライス画像からみた前記治療部位の相対的な位置を算出すると共に、この相対的な位置関係を用いて前記治療時ＣＴ画像の前記部分画像の位置からみた前記治療部位の相対的な位置を算出し、放射線治療の際に放射線を照射すべき治療部位の位置として出力する治療部位決定部とを備えた放射線治療装置。
【請求項２】
治療時ＣＴ画像は、計画時ＣＴ画像よりも粗く撮影された一連のスライス画像からなることを特徴とする請求項１記載の放射線治療装置。
【請求項３】
治療時ＣＴ画像は、計画時ＣＴ画像より大きなスライスピッチで撮影された一連のスライス画像からなることを特徴とする請求項２記載の放射線治療装置。
【請求項４】
対応判定部は、計画時ＣＴ画像と治療時ＣＴ画像との対応する全てのスライス画像間の類似度を総合的に評価して、前記治療時ＣＴ画像の各スライス画像に対応する前記計画時ＣＴ画像のスライス位置及びスライス面内位置を決定することを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の放射線治療装置。
【請求項５】
対応判定部は、計画時ＣＴ画像の隣接するスライス画像間のスライス画像を画像補間により推定し、推定したスライス画像を含む計画時ＣＴ画像を用いて、前記治療時ＣＴ画像の各スライス画像に対応する前記計画時ＣＴ画像のスライス位置及びスライス面内位置を決定することを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の放射線治療装置。
【請求項６】
ＣＴ撮像装置によって、治療計画の策定に用いる被検体の患部を含む一連のスライス画像を撮影し、放射線を照射すべき治療部位として前記患部を指定した計画時ＣＴ画像を取得するステップと、
放射線治療の際、前記ＣＴ撮像装置によって撮影された一連のスライス画像からなる治療時ＣＴ画像を取得するステップと、
解析装置が、前記計画時ＣＴ画像と前記治療時ＣＴ画像との双方からランドマークを抽出するステップと、
前記解析装置が、前記ランドマークの類似度に基づいて前記治療時ＣＴ画像に対応する前記計画時ＣＴ画像のスライス位置及びスライス面内位置を決定するステップと、
前記解析装置が、前記計画時ＣＴ画像の前記治療部位に対応する前記治療時ＣＴ画像から前記治療部位を含む部分画像を切り出すステップと、
前記解析装置が、前記計画時ＣＴ画像から前記部分画像に最も類似する領域を含むスライス画像を探索し、探索されたスライス画像からみた前記治療部位の相対的な位置を算出すると共に、この相対的な位置関係を用いて前記治療時ＣＴ画像の前記部分画像の位置からみた前記治療部位の相対的な位置を算出し、放射線治療の際に放射線を照射すべき治療部位の位置として前記制御装置に出力するステップと、
制御装置が、前記解析装置から入力した治療部位の位置データに基づいて前記被検体と前記放射線照射装置による放射線の照射位置との位置関係を制御し、当該治療部位に放射線の照射位置を合わせるステップとを備えた治療部位の位置決め方法。
【請求項７】
解析装置が、放射線を照射すべき治療部位の位置を決定した後、決定した治療部位を含むＣＴ画像を用いて、放射線を照射すべき患部が治療部位として撮影されているか否かを確認するステップを備えたことを特徴とする請求項６記載の治療部位の位置決め方法。
【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２００９−３６９（Ｐ２００９−３６９Ａ）
【公開日】平成２１年１月８日（２００９．１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１６５３４５（Ｐ２００７−１６５３４５）
【出願日】平成１９年６月２２日（２００７．６．２２）
【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２１年１月８日（２００９．１．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年６月２２日（２００７．６．２２）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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