CN105709340B - 运动体跟踪治疗装置及方法 - Google Patents

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Abstract

一种运动体跟踪治疗装置(10)，具备：三维动态图像M的取得部(12)；第1投影像生成部(13)，生成第1投影动态图像；患部像提取部(14a)，提取患部区域；追踪目标像提取部(14c)，提取追踪目标；导出部(15)，导出第1参数(P1)；导出部(17)，导出第2参数(P2)；决定部(16)，至少基于第1参数(P1)决定治疗台(43)的位置信息(Q)；追踪目标识别部(31)，基于第2参数(P2)识别追踪目标；相位判定部(32)，判定追踪目标的相位是否符合相位条件R；以及束照射部(33)，在得到了符合相位条件R的判定的定时照射束(41)。

Description

运动体跟踪治疗装置及方法
技术领域
本发明的实施方式涉及将由于患者的呼吸等移位的患部通过束照射来治疗的运动体跟踪治疗技术(装置)。
背景技术
对于癌等的恶性肿瘤，因为较高的治疗效果、较少的副作用及对身体的负担减轻等的良好的特征，使用粒子线束的治疗技术受到关注。
入射到患者的体内的粒子线束如果在穿过的过程中失去运动能量而下降到某一定的速度，则急剧停止而发生称作黑色峰值的大线量。
这样，通过在细点(pin point)处产生的大线量，仅瞄准癌细胞进行轰击将其杀死，能够使对于正常细胞的影响停留在最小限度。
因而，在利用粒子线束的治疗装置中，为了不使正常的组织损伤，要求将向患部照射的束的瞄准(日语：照準)正确地匹配。
为此，在束的照射开始前进行以下操作：通过X射线观察等确定患部的位置，适当地调整载置有患者的可动式床的位置、角度，将患部正确地对位到束的照射范围中。
进而，在向存在于具有运动的内脏(肺等)中的患部进行束照射的情况下，为了确保束照射的正确性，需要使照射定时匹配于伴随着呼吸等的周期性的移位。在这样的情况下，以往采取了将金等的标记植入到患部附近、或在患者的体表粘贴标记等、通过X射线摄影跟踪该标记的运动来确定患部的位置的方法。
作为这样的方法，有日本公开特许公报特开2014－54302号公报(以下称作专利文献1)、同样是日本公开特许公报的特开2013－78479号公报(以下称作专利文献2)、此外同样是日本公开特许公报的特开2000－167072号公报(以下称作专利文献3)。
发明内容
但是，将标记植入到患部附近的方法有如下课题，即：在专用标记的制作中花费成本，由于伴随着手术而患者的负担也变大。
此外，将标记粘贴到患者的体表的方法虽然患者的负担较小，但是有另外设置专用的检测照相机及同步装置并需要它们的精密的位置调整等实施上的制约变严格的课题。
本发明是考虑这样的情况而做出的，目的是提供一种能够不使用标记而正确地进行移位的患部的跟踪的运动体跟踪治疗技术。
有关本发明的技术方案的运动体跟踪治疗装置的特征在于，具备：取得部，取得对患者的体内进行摄像而得到的三维动态图像；第1投影像生成部，生成第1投影动态图像，该第1投影动态图像通过使作为内脏的一部分的追踪目标及患部区域移位的状态的上述三维动态图像从一定方向投影到二维面而得到；患部像提取部，从上述第1投影动态图像中提取上述移位的上述患部区域；追踪目标像提取部，从上述第1投影动态图像中提取上述移位的上述追踪目标；第1参数导出部，导出表示束的照射点的位置信息的第1参数，该束的照射点的位置信息是在上述第1投影动态图像中从上述移位的上述患部区域中选择出的；第2参数导出部，基于从上述第1投影动态图像提取出的上述追踪目标，导出从别的投影动态图像提取对应的上述追踪目标所需要的第2参数。决定部，至少基于上述第1参数决定载置上述患者而移动并与上述束的瞄准匹配的治疗台的位置信息；追踪目标识别部，从在基于上述位置信息使上述治疗台移动后摄像到的上述患者的第2投影动态图像中，基于上述第2参数识别上述追踪目标；相位判定部，判定在上述第2投影动态图像中移位的上述追踪目标的相位是否符合上述患部区域移位而与上述照射点一致的相位条件；以及束照射部，在得到了符合上述相位条件的判定的定时照射上述束。
根据本发明的实施方式，能够提供一种能够不使用标记而正确地进行移位的患部的跟踪的运动体跟踪治疗技术。
附图说明
图1是表示有关本发明的第1实施方式的运动体跟踪治疗装置的块图。
图2是表示将患者的肺的三维动态图像投影到二维面上的第1投影动态图像的图。
图3是表示通过呼吸而移位的追踪目标及患部区域的轨跡的曲线图。
图4是表示对载置在治疗台上的患者进行摄像的第2投影动态图像的图。
图5是表示有关本发明的实施方式的运动体跟踪治疗方法或运动体跟踪治疗程序的流程图。
图6是例示在患者的体内能够作为追踪目标的部分的图。
图7是表示有关本发明的第3实施方式的运动体跟踪治疗装置的块图。
图8是在从第1投影动态图像中提取追踪目标或患部区域时、根据这些追踪目标或患部区域的类别将提取条件分类的表。
具体实施方式
以下，基于附图说明本发明的实施方式。
(第1实施方式)
如图1所示，有关第1实施方式的运动体跟踪治疗装置10具备：三维动态图像取得部12，取得对患者的体内进行摄像而得到的三维动态图像M；第1投影像生成部13，生成将作为内脏的一部分的追踪目标51a(参照图2)及患部区域52a移位的状态的三维动态图像M从一定方向投影在二维面上的第1投影动态图像(图2)；患部像提取部14a，从第1投影动态图像(图2)中提取移位的患部区域52a；追踪目标像提取部14c，从第1投影动态图像(图2)中提取移位的追踪目标51a；第1参数导出部15，导出表示在第1投影动态图像(图2)中从移位的患部区域52a中选定的束的照射点G(图3)的位置信息的第1参数P1；第2参数导出部17，基于从第1投影动态图像(图2)提取出的追踪目标51a，导出从别的投影动态图像提取对应的追踪目标51b(图4)所需要的第2参数P2；治疗台位置信息决定部16，至少基于第1参数P1决定载置患者42并移动、匹配准束41的瞄准的治疗台43的位置信息Q；追踪目标识别部31，从使治疗台43基于位置信息Q移动后摄像到的患者42的第2投影动态图像S(图4)中，基于第2参数P2识别追踪目标51b；相位判定部32，判定在第2投影动态图像S中移位的追踪目标51b的相位是否符合患部区域52b移位而与照射点G一致的相位条件R；束照射部33，在得到了符合相位条件R的判定的定时，照射束41。
进而，运动体跟踪治疗装置10具备：静止像提取部21，从三维动态图像M中提取三维静止像N；患部指定部22，指定三维静止像N中包含的患部区域(图示略)；追踪目标指定部23，指定三维静止像N中包含的追踪目标(图示略)；指定区域检测部24，基于在三维静止像N中指定的患部区域及追踪目标，检测在三维动态图像M中移位的患部区域(图示略)及追踪目标(图示略)。
有关实施方式的运动体跟踪治疗装置10由治疗装置主体40及其控制部30、以及控制参数规定部20A(20)构成。
另外，对于使用粒子线束的治疗而言，在进入使用运动体跟踪治疗装置10的工序之前，经过固定工具制作、模拟、CT摄影、试拍(rehearsal)等的前工序。
在其中的CT摄影的工序中，用X射线CT装置等将患者的三维动态图像M摄像，导出向患部照射的束41的能量条件。
进而，该三维动态图像M被向控制参数规定部20A的三维动态图像取得部12发送，用于作为束41的瞄准匹配所需要的治疗台43的控制参数之一的第1参数P1、和在追踪目标的识别中需要的第2参数P2的导出。
另外，这里三维动态图像M的数据形式没有被特别限定，连续变化的患部区域52a的位置只要能够相对于时间轴确定就可以。
因而，三维动态图像M也包括是将描绘闭环轨跡的患部区域52a的至少一周期量进行时间划分而得到的多个三维静止像的集合体的情况。
静止像提取部21从三维动态图像M中提取某个时点下的一个三维静止像N。该静止像提取部21的作用是在静止状态下正确地识别移位的追踪目标及患部区域的轮廓。
操作者操作患部指定部22及追踪目标指定部23，指定在该三维静止像N中包含的患部区域(图示略)及追踪目标(图示略)。
这里，追踪目标的伴随着呼吸的反复移位与患部区域的移位联动，需要指定。
具体而言，在治疗处于肺的内部的患部的情况下，可以考虑作为追踪目标而指定横隔膜。此外，追踪目标的指定例如也可以采用边缘检测、轮廓检测、模板匹配等的图像提取机构。
指定区域检测部24基于在三维静止像N中指定的患部区域及追踪目标，在三维动态图像M中检测移位的患部区域(图示略)及追踪目标(图示略)。由此，能够正确地掌握三维空间中的患部区域的移位与追踪目标的移位之间的关联性。
第1投影像生成部13使三维动态图像M从一定方向投影到二维面上、生成图2所示的第1投影动态图像。这样，第1投影动态图像(图2)可以在二维面上捕捉追踪目标51a及患部区域52a移位的状态。
另外，第1投影动态图像(图2)的投影方向设定为与后述第2投影动态图像S(图4)相同的方向。
患部像提取部14a在第1投影动态图像(图2)中提取移位的患部区域52a。即，该患部区域52a与由指定区域检测部24检测到的患部区域的从三维空间向二维面的投影像对应。基准区域提取部14b在第1投影动态图像(图2)中提取没有移位的区域作为基准区域。具体而言，选择不通过呼吸而移位的背骨、内脏器官和其他轮廓。该基准区域为进行后述的治疗台43的瞄准匹配时的基准。另外，在载置有患者42的治疗台43等患者42的身体以外设置基准的情况下，也能够省略该基准区域提取部14b。
追踪目标像提取部14c在第1投影动态图像(图2)中提取移位的追踪目标51a。即，该追踪目标51a与由指定区域检测部24检测到的追踪目标的从三维空间向二维面的投影像对应。
图3所示的曲线图是在第1投影动态图像(图2)中在基准区域中设定X－Y固定坐标、表示因呼吸带来的追踪目标51a及患部区域52a的Y成分移位(或X成分移位)的相对于时间轴的轨跡的图。这样，由于追踪目标51a及患部区域52a的移位相互同步，所以将束41(图1)向患部区域52a照射的点G可以根据追踪目标51a的移位的相位求出。
另外，在图3中，将照射点G取在患部区域52a的移位呈现极小值的位置，但并不限定于此，可以选择任意的位置。
相位条件解析部26将追踪目标51a及患部区域52a的轨跡对比，将患部区域52a的位置与照射点G一致的定时中的追踪目标51a的相位条件R解析。
由此，跟踪追踪目标51a，在符合相位条件R的定时，将束41的瞄准匹配于患部区域52a的照射点G。
第1参数导出部15从这样移位的患部区域52a中选择束41的照射点G，导出表示该照射点G的位置信息的第1参数P1。该第1参数P1在以第1投影动态图像(图2)内的背骨等的不动区域为基准区域的坐标系中设定。
第2参数导出部17基于从第1投影动态图像(图2)提取出的追踪目标51a导出从别的投影动态图像(例如第2投影动态图像S(图4))中提取对应的追踪目标51b所需要的第2参数P2。
即，该第2参数P2基于二维图像中的概略的位置信息、概略的形状信息、概略的轨跡信息，确定在该二维图像内移位的对象区域。
治疗台位置信息决定部16决定表示治疗装置主体40中的治疗台43的位置的位置信息Q，以使束照射端口44的方向与患者42的照射点G相交。如果取得了取第1投影动态图像(图2)内的基准区域(背骨等)为基准的坐标系与使治疗台43移动的治疗台移动部35的坐标系的相关，则可以基于第1参数P1决定该位置信息Q。
具体而言，通过设在治疗装置主体40中的两对X射线照射部45(45a、45b)及X射线检测部46(46a、46b)对患者42的投影静止像T进行摄像。并且，通过从该投影静止像T中提取对应的基准区域(背骨等)，能够将基准区域(背骨等)的坐标系组合到治疗台移动部35的坐标系中。
即，在载置患者42使治疗台43移动并临时定位后，第2投影像摄像部36将投影静止像T摄像。并且，将该投影静止像T向治疗台位置信息决定部16发送，能够基于第1参数P1决定治疗台43的位置信息Q。
另外，在将基准设置在该治疗台43等患者42的身体以外的情况下，也能够将该投影静止像T的摄像省略。
治疗台移动部35基于位置信息Q将治疗台43移动，将束41的瞄准与所载置的患者42的照射点G匹配。
此外，根据需要，在基于该位置信息Q将治疗台43移动后，将投影静止像T再次摄像，从基准区域(背骨等)的位置导出偏移量，通过再移动进行调整。
这样，在治疗装置主体40中，在确定了载置着患者42的治疗台43的位置后，不使治疗台移动部35动作而使第2投影像摄像部36动作，开始第2投影动态图像S的摄像。
追踪目标识别部31取得第2参数P2，从摄像中的第2投影动态图像S中识别追踪目标51b，监视其轨跡。
另外，第2投影动态图像S(图4)与第1投影动态图像(图2)相比是低分辨率，所以不能充分识别患部区域52b。
相位判定部32判定在第2投影动态图像S中移位的追踪目标51b的相位是否符合相位条件R。
这里，如果追踪目标51b的相位符合相位条件R，则束41的瞄准匹配于在第2投影动态图像S中难以识别的患部区域52b的照射点G。
束照射部33在得到了监视的追踪目标51b的相位符合相位条件R的判定的定时，照射束41。
该照射的束41在移位到照射点G的患部区域52b的位置产生黑色峰值，将处于该患部区域52b的细胞杀死。
基于图5的流程图对有关实施方式的运动体跟踪治疗方法及运动体跟踪治疗程序进行说明。
在X射线CT装置等中，取得将患者的体内摄像而成的三维动态图像(S11)，从该三维动态图像中指定患部区域及追踪目标(S12)。
使移位的追踪目标及患部区域处于识别状态的三维动态图像从一定方向投影到二维面上而生成第1投影动态图像(图2)(S13)。
从该第1投影动态图像(图2)中，提取移位的患部区域52a及追踪目标51a(S14)。从提取出的患部区域52a中设定束的照射点(S15)，导出表示该照射点的位置信息的第1参数P1(S16)。
另一方面，基于提取出的追踪目标51a，导出从之后摄像的第2投影动态图像S提取对应的追踪目标51b所需要的第2参数(S17)。
进而，对患部区域52a与照射点一致的定时下的追踪目标51a的相位条件进行解析(S18)。
在使患者42载置在治疗台43上之后(S19)，使治疗台43移动到束照射端口44的正下方而进行临时定位(S20)。
并且，将患者42的投影静止像T摄像(S21)，基于该投影静止像T和第1参数P1，决定使束41的瞄准匹配于患者42的照射点的治疗台的位置信息Q(S22)。
并且，基于该位置信息Q使治疗台43移动，进行正式定位(S23)。
开始载置在治疗台43上的患者42的第2投影动态图像S的摄像(S24)。从该第2投影动态图像S中，基于第2参数识别并跟踪追踪目标51b(S25)。
判定追踪目标51b的相位是否符合相位条件(S26否/是)，如果符合，则在该定时照射束41(S27)。
(第2实施方式)
图6例示了在患者42的体内能够作为追踪目标51(51p、51q、51r)的部分。在第1实施方式中，例示将横隔膜作为追踪目标51a(图2)的情况而进行了说明，但所选择的追踪目标只要是与患部区域52联动而移位的部位就可以，没有被特别限定。
作为与呼吸一同联动运动的体内部位，可以举出肺的一部分(标号51p)、肝脏的一部分(标号51q)、助骨(标号51r)等。
此外，作为追踪目标51选择的体内部位并不限定于某一个，可以选择多个。
所以，在第2实施方式中，追踪目标指定部23(图1)能够在患者42的体内的各自的不同的位置设定多个追踪目标51。
并且，追踪目标像提取部14c分别提取包含在第1投影动态图像中的多个追踪目标51(51p、51q、51r)。
进而，在第2参数导出部17中，导出与多个追踪目标51(51p、51q、51r)分别对应的多个第2参数P2。
此外，相位条件解析部26将追踪目标51(51p、51q、51r)的各自及患部区域52a的轨跡进行对比。并且，解析患部区域52a的位置与照射点G一致的定时的中、与追踪目标51(51p、51q、51r)的各个相关的多个相位条件R。
并且，在追踪目标识别部31中，基于多个第2参数P2识别对应的多个追踪目标51。在相位判定部32中，分别独立地监视识别出的多个追踪目标51的相位，对各自进行相位条件R的判定，决定照射束41的定时。
(第3实施方式)
接着，参照图7对本发明的第3实施方式进行说明。
另外，在图7中具有与图1共通的结构或功能的部分用相同标号表示，省略重复的说明。
有关第3实施方式的运动体跟踪治疗装置将第1实施方式(图1)的静止像提取部21、患部指定部22、追踪目标指定部23及指定区域检测部24去除，在控制参数规定部20B(20)中具备提取条件登录部27，还具备参数登录部34。
提取条件登录部27如图8所示，是将从第1投影动态图像(图2)中提取追踪目标51或患部区域52的条件按照这些追踪目标或患部的类别分类而登录的。
并且，关于采用哪个患部区域52，可以通过选择复选框的许可/不许可来决定。此外，在采用多个患部区域52的情况下，将对应的多个复选框选择为许可。
进而，关于图像处理方法，也例如在对提取条件设定了边缘检测1的情况下，可以以在作为事前处理而进行噪声除去1后进行边缘检测1、实施细线化处理等的方式，对各个追踪目标51(51b、51p、51q、51r)进行设定。
进而，虽然省略了记载，但作为这些图像处理方法，还可以设定平准化、LOG滤波、微分检测等通常的方法、或对体内部位特殊化而从图像上仅除去特定的部分而提取那样的处理。
参数登录部34将按照追踪目标51的类别分类的第2参数P2登录。如果这样登录第2参数P2，则在别的患者42的治疗中也不需要新提取第2参数P2，能够将第2参数P2反复使用。
根据以上所述的至少一个实施方式的运动体跟踪治疗装置，通过将内脏的一部分作为追踪目标，能够不使用标记而正确地进行用来将束向通过呼吸等移位的患部区域照射的瞄准匹配。
说明了本发明的一些实施方式，但这些实施方式是作为例子提示的，并不是要限定发明的范围。这些实施方式能够以其他各种各样的形态实施，在不脱离发明的主旨的范围内能够进行各种省略、替换、变更、组合。这些实施方式及其变形包含在发明的范围或主旨中，同样包含在权利要求书所记载的发明和其等价的范围中。
此外，运动体跟踪治疗装置的构成要素也可以通过计算机的处理器实现，可以通过运动体跟踪治疗程序而动作。
标号说明
10运动体跟踪治疗装置；12三维动态图像取得部(取得部)；13投影像生成部；14a患部像提取部；14b基准区域提取部；14c追踪目标像提取部；15参数导出部；16治疗台位置信息决定部(决定部)；17参数导出部；20(20A、20B)控制参数规定部；21静止像提取部；22患部指定部；23追踪目标指定部；24指定区域检测部；26相位条件解析部；27提取条件登录部；30控制部；31追踪目标识别部；32相位判定部；33束照射部；34参数登录部；35治疗台移动部(移动部)；36投影像摄像部；40治疗装置主体；41束；42患者；43治疗台；44束照射端口；45(45a、45b)X射线照射部、46(46a、46b)X射线检测部、51(51a、51b、51p、51q、51r)追踪目标；52(52a、52b)患部区域；M三维动态图像；N三维静止像；P1第1参数；P2第2参数；Q位置信息；R相位条件；S第2投影动态图像；T投影静止像。

Claims (9)

1.一种运动体跟踪治疗装置，其特征在于，具备：
取得部，取得对患者的体内进行摄像而得到的三维动态图像；
第1投影像生成部，生成第1投影动态图像，该第1投影动态图像通过使作为内脏的一部分的追踪目标及患部区域正在移位的状态的上述三维动态图像从一定方向投影到二维面而得到；
患部像提取部，从上述第1投影动态图像中提取移位的上述患部区域；
追踪目标像提取部，从上述第1投影动态图像中提取移位的上述追踪目标；
第1参数导出部，导出表示束的照射点的位置信息的第1参数，该束的照射点是在上述第1投影动态图像中从移位的上述患部区域中选择出的；以及
第2参数导出部，基于从上述第1投影动态图像提取出的上述追踪目标，导出从别的投影动态图像提取对应的上述追踪目标所需要的第2参数。
2.如权利要求1所述的运动体跟踪治疗装置，其特征在于，还具备：
决定部，至少基于上述第1参数来决定载置上述患者而移动并与上述束的瞄准匹配的治疗台的位置信息；
追踪目标识别部，从在基于上述位置信息使上述治疗台移动后摄像到的上述患者的第2投影动态图像中，基于上述第2参数识别上述追踪目标；
相位判定部，判定在上述第2投影动态图像中移位的上述追踪目标的相位是否符合上述患部区域移位而与上述照射点一致的相位条件；以及
束照射部，在得到了符合上述相位条件的判定的定时，照射上述束。
3.如权利要求1或2所述的运动体跟踪治疗装置，其特征在于，还具备：
提取部，从上述三维动态图像中提取三维静止像；
患部指定部，指定上述三维静止像中包含的上述患部区域；
追踪目标指定部，指定上述三维静止像中包含的上述追踪目标；以及
指定区域检测部，基于在上述三维静止像中指定的上述患部区域及上述追踪目标，检测在上述三维动态图像中移位的上述患部区域及上述追踪目标。
4.如权利要求2所述的运动体跟踪治疗装置，其特征在于，
上述追踪目标在上述患者的体内的分别不同的位置设定有多个；
导出与多个上述追踪目标分别对应的多个上述第2参数；
对基于多个上述第2参数而识别的多个上述追踪目标的相位分别独立地监视，在各自中进行上述相位条件的判定，决定照射上述束的定时。
5.如权利要求1或2所述的运动体跟踪治疗装置，其特征在于，
还具备将按照上述追踪目标的类别分类的上述第2参数登录的登录部。
6.如权利要求1或2所述的运动体跟踪治疗装置，其特征在于，
还具备将从上述第1投影动态图像提取出的上述患部区域的移位及上述追踪目标的移位对比而解析成为照射上述束的定时的上述追踪目标的相位条件的解析部。
7.如权利要求1或2所述的运动体跟踪治疗装置，其特征在于，
还具备将从上述第1投影动态图像提取上述追踪目标或上述患部区域的条件按照上述追踪目标或上述患部的类别分类并登录的登录部。
8.一种运动体跟踪方法，其特征在于，包括：
取得对患者的体内进行摄像而得到的三维动态图像的步骤；
生成在作为内脏的一部分的追踪目标及患部区域正在移位的状态下使上述三维动态图像从一定方向投影到二维面而得到的第1投影动态图像的步骤；
从上述第1投影动态图像中提取移位的上述患部区域的步骤；
从上述第1投影动态图像中提取移位的上述追踪目标的步骤；
导出表示束的照射点的位置信息的第1参数的步骤，上述束的照射点是在上述第1投影动态图像中从移位的上述患部区域中选择出的；以及
基于从上述第1投影动态图像提取出的上述追踪目标，导出从别的投影动态图像提取对应的上述追踪目标所需要的第2参数的步骤。
9.如权利要求8所述的运动体跟踪方法，其特征在于，还包括：
至少基于上述第1参数来决定载置上述患者而移动并与上述束的瞄准匹配的治疗台的位置信息的步骤；
从在基于上述位置信息使上述治疗台移动后摄像到的上述患者的第2投影动态图像中，基于上述第2参数识别上述追踪目标的步骤；
判定在上述第2投影动态图像中移位的上述追踪目标的相位是否符合上述患部区域移位而与上述照射点一致的相位条件的步骤；以及
求出得到了符合上述相位条件的判定的定时的步骤。
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