JP2016059606A - 位置決め装置及び位置決め方法 - Google Patents

Abstract

【課題】患者の位置決めを自動的に高速で行うことが可能な位置決め装置及び位置決め方法を提供する。【解決手段】位置決め装置４０は、機能的構成として、ＣＴ画像データに基づきＤＲＲ画像を作成するＤＲＲ画像作成部４１と、透視投影パラメータを最適化して患者５７の位置ずれ量を算出する最適化部４３と、最適化部４３においてＣＴ画像データの回転・平行移動に関する透視投影パラメータを最適化する前に最適化開始時の透視投影パラメータの初期位置を変更する初期パラメータ調整部４２と、を備える。【選択図】図１

Description

この発明は、患者に対して治療を行うときに患者の位置決めを行う位置決め装置及び位置決め方法に関する。

癌等の患部に対してＸ線、電子線、粒子線等の放射線を照射する放射線治療においては、放射線を患部に正確に照射する必要がある。放射線治療装置を利用して放射線治療を実行するときには、治療に先だって治療計画が策定される。そして、放射線治療の実行時には、患者の位置が治療計画時と一致するように位置決めを行うことが必要となる。放射線治療装置における患者の位置決めは、従来は、技師がレーザ墨出し器により示される位置を目視で確認しながら、患者を載置する診療台の位置を操作することにより行われていた。また、近年ではＸ線透視像を使用して患者の位置決めを行うことが提案されている（特許文献１から特許文献３参照）。

このような放射線治療においては、患者の位置決めから治療が終了するまで、患者は同じ姿勢で治療台に拘束されることになり、それが患者へのストレスとなっている。このような患者のストレスを軽減するために、患者の位置決めをより速く行うことが求められている。また、より多くの患者が放射線治療装置による治療機会を得られるようにするためには、患者の位置決めを高速化し、患者一人当たりの放射線治療装置の使用時間を短縮する必要がある。

特許文献２の患者位置決め装置では、患者の過去の治療台位置決めデータに基づいて、治療台の粗位置決め位置を学習させることで、位置決めの繰り返し回数を低減することが提案されている。

また、Ｘ線画像を使用した患者の位置決めにおいては、コンピュータ上に治療装置におけるＸ線撮影系の幾何学的配置を再現し、治療計画時にＸ線ＣＴ装置により収集した３次元画像データを利用した仮想的透視投影であるＤＲＲ（Ｄｅｇｉｔａｌ Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ Ｒａｄｉｏｇｒａｐｈｙ）を実行している。そして、現実のＸ線撮影画像とＤＲＲ画像の類似性を評価すること（画像レジストレーション）により、患者の現在位置と治療計画時位置とのずれ量を算出している。ＤＲＲは、計算コストが膨大なものとなるため、特許文献３では、ＤＲＲの実行に必要な計算コストを削減することで、放射線治療における患者の位置決めを高速化した自動位置決め装置が提案されている。

特開２００７−２８２８７７号公報 特開２０１０−５７８１０号公報 特開２０１３−９９４３１号公報

画像レジストレーションにおいて対比されるＤＲＲ画像と患者の現実のＸ線撮影画像との類似度は、一般にＤＲＲ画像作成時の投影ジオメトリに対して非凸関数となる。このため、両画像の類似性を評価する評価尺度を最適化して得られる解が、局所解となる場合がある。一方で、最適化演算時に局所解に陥ることを防止するには、最適化開始時の投影ジオメトリの初期パラメータを、最適解により近づけることが有効である。すなわち、最適化演算を開始する前の位置決めである粗調整の段階で、現実の患者の撮影ジオメトリをＤＲＲ投影ジオメトリにより近づけることが要求される。

従来の最適化演算を開始する前の患者の粗位置決めは、例えば、レーザ墨出し器を用いた調整や、ディスプレイに表示されたＤＲＲ画像と患者の実透視画像とを入力装置を介して操作者が重ね合わせる等、操作者の手動により実行され、その確認は操作者の目視に依った作業であった。このため、操作者による判断の個人差が位置決め精度の差となることがあった。しかしながら、治療位置との関係において達成すべき位置決め精度が、操作者の熟練度によって変化することは好ましくない。さらに、上述した従来の手法では、位置決めに係る時間も長くなる傾向にあった。

また、特許文献２の患者位置決め装置においては、過去の治療台位置決めデータに基づいて位置決めを行っているため、分割照射による第１回目の治療や、定位放射線照射のような１回照射で治療が完結する場合等、過去の治療台位置決めデータが存在しない患者の治療に際しては、従来のように手動による位置決めを行わなければならない。このような場合には、患者の位置決めに操作者の判断の個人差の問題や、位置決めに長い時間がかかるなどの問題が生じる。

この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、患者の位置決めを自動的に高速で行うことが可能な位置決め装置及び位置決め方法を提供することを目的とする。

第１の発明では、コンピュータ上にＸ線撮影系の幾何学的配置を再現し、予め収集されたＸ線ＣＴ画像データに仮想的に透視投影を行うことによりＤＲＲ画像を得るＤＲＲ画像作成部と、前記ＤＲＲ画像作成部により得た前記ＤＲＲ画像とＸ線撮影系により患者を透視または撮影して得た現実の撮影画像との一致度を評価する評価関数が最大となるように、前記Ｘ線ＣＴ画像データの回転・平行移動に関する透視投影パラメータを最適化して、前記Ｘ線ＣＴ画像データを収集したときの患者の位置と、Ｘ線撮影系により患者を透視または撮影したときの現実の患者の位置とのずれ量を算出する最適化部と、を備えた患者の位置決め装置であって、前記最適化部により前記透視投影パラメータを最適化する最適化演算を開始する前に、前記ＤＲＲ画像と前記撮影画像のずれ量から患者の粗位置ずれ量を算出し、当該粗位置ずれ量に基づいて前記透視投影パラメータの初期位置を変更する初期パラメータ調整部を備える。

第２の発明では、前記初期パラメータ調整部は、前記ＤＲＲ画像を所定方向に積分した１次元積分プロファイルと前記撮影画像を所定方向に積分した１次元積分プロファイルとをそれぞれ算出し、前記ＤＲＲ画像と前記撮影画像の同一方向の１次元積分プロファイル間での比較を実行することにより、前記粗位置ずれ量を算出する。

第３の発明では、前記初期パラメータ調整部は、前記ＤＲＲ画像と前記撮影画像の同一方向の１次元積分プロファイル間での比較において、前記１次元積分プロファイルをヒストグラムとしてヒストグラム間の類似度を算出し、当該ヒストグラム間の類似度が最大となる位置を前記透視投影パラメータの初期位置とする。

第４の発明では、コンピュータ上にＸ線撮影系の幾何学的配置を再現し、予め収集されたＸ線ＣＴ画像データに仮想的に透視投影を行うことによりＤＲＲ画像を得るＤＲＲ画像作成ステップと、前記ＤＲＲ画像作成ステップにより得た前記ＤＲＲ画像とＸ線撮影系により患者を透視または撮影して得た現実の撮影画像との一致度を評価する評価関数が最大となるように、前記Ｘ線ＣＴ画像データの回転・平行移動に関する透視投影パラメータを最適化して、前記Ｘ線ＣＴ画像データを収集したときの患者の位置と、Ｘ線撮影系により患者を透視または撮影したときの現実の患者の位置とのずれ量を算出する最適化ステップと、を含む患者の位置決め方法であって、前記最適化ステップにより前記透視投影パラメータを最適化する最適化演算を開始する前に、前記ＤＲＲ画像と前記撮影画像のずれ量から患者の粗位置ずれ量を算出し、当該粗位置ずれ量に基づいて前記透視投影パラメータの初期位置を変更する初期パラメータ調整ステップを含む。

第５の発明では、前記初期パラメータ調整ステップは、前記ＤＲＲ画像を所定方向に積分した１次元積分プロファイルと前記撮影画像を所定方向に積分した１次元積分プロファイルとをそれぞれ算出し、前記ＤＲＲ画像と前記撮影画像の同一方向の１次元積分プロファイル間での比較を実行することにより、前記粗位置ずれ量を算出する。

第６の発明では、前記初期パラメータ調整ステップは、前記ＤＲＲ画像と前記撮影画像の同一方向の１次元積分プロファイル間での比較において、前記１次元積分プロファイルをヒストグラムとしてヒストグラム間の類似度を算出し、当該ヒストグラム間の類似度が最大となる位置を前記透視投影パラメータの初期位置とする。

第１の発明及び第４の発明によれば、ＤＲＲ画像と撮影画像を用いて、最適化部で最適化演算を開始する前に透視投影パラメータの初期位置を自動的に得ることができる。これにより、従来のような手動による位置決めにかかる操作者の労力を軽減することができる。また、ＤＲＲ画像と撮影画像の粗位置ずれ量を自動的に算出することから、例えば、分割照射治療での初回治療時であっても、従来の手動による粗位置決め調整ステップを省略することができ、治療スループットを向上させることができる。さらに、操作者の手動による位置決め操作を省略可能な構成としたことで、操作者の熟練度に依存しない再現性の高い患者の位置決め精度を達成することが可能となるとともに、患者の位置決めに要する時間を短縮することができる。そして、患者の拘束時間が短くなることで、位置決め中に患者が同じ姿勢を維持できずに動いてしまうことによる位置決め精度の低下を抑制するとともに、同じ姿勢を維持しなければならない患者の苦痛も低減することが可能となる。

第２の発明及び第５の発明によれば、ＤＲＲ画像と撮影画像の同一方向の１次元積分プロファイル間で比較を行うことから、２次元画像であるＤＲＲ画像と撮影画像を直接比較するよりも画像間の類似度が最も高い位置の探索をより高速に行うことが可能となる。さらに、積分により、各画像のノイズ成分による位置決め精度への悪影響を低減することができる。

第３の発明及び第６の発明によれば、ＤＲＲ画像と撮影画像との比較において、１次元積分プロファイルをヒストグラムとしてヒストグラム間の類似度を算出するヒストグラム・インターセクションを用いることから、ＤＲＲ画像と撮影画像の画質の違いや、各画像における治療台やコリメータなどの患者以外の要素の写り込みの有無により生じる差異および濃度の違いに対しても、頑健で高速な類似度が最も高い位置の探索が可能となる。

この発明に係る位置決め装置４０を適用する放射線治療装置１０の概要図である。 患者５７の位置決めの手順を示すフローチャートである。 最適化演算を開始する前の初期パラメータ調整の手順を示すフローチャートである。 撮影画像１０１のＸ方向およびＹ方向の画素値の１次元積分プロファイルを説明する概要図である。 ＤＲＲ画像１０２のＸ方向およびＹ方向の画素値の１次元積分プロファイルを説明する概要図である。 撮影画像１０１とＤＲＲ画像１０２のＸ方向の１次元積分プロファイルを示すグラフである。 撮影画像１０１とＤＲＲ画像１０２のＹ方向の１次元積分プロファイルを示すグラフである。 図６のグラフを正規化した正規化積分プロファイルとヒストグラム・インターセクションＨＩを説明するグラフである。 図７のグラフを正規化した正規化積分プロファイルとヒストグラム・インターセクションＨＩを説明するグラフである。 図８の正規化積分プロファイルを移動させたときのヒストグラム・インターセクションＨＩの変化を示すグラフである。 図９の正規化積分プロファイルを移動させたときのヒストグラム・インターセクションＨＩの変化を示すグラフである。 初期パラメータ調整後のＸ方向の正規化積分プロファイルを示すグラフである。 初期パラメータ調整後のＹ方向の正規化積分プロファイルを示すグラフである。 初期パラメータ調整後の撮影画像１０１とＤＲＲ画像１０２の重ね合わせ像１０３を示す概要図である。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、この発明に係る位置決め装置４０を適用する放射線治療装置１０の概要図である。

この放射線治療装置１０は、治療台２７に載置された患者５７に対して放射線治療を行うものであり、治療装置全体の動作を制御する治療制御装置３０と、この発明に係る位置決め装置４０を備える。治療制御装置３０と位置決め装置４０とは相互に通信可能に接続されている。また、治療制御装置３０と位置決め装置４０は、ネットワーク１７を介して、患者情報を格納する患者ＤＢ（データベース）１６、治療前の患者５７の患部を含む３次元のＸ線ＣＴ画像データを得るためのＸ線ＣＴ装置１４、および、Ｘ線ＣＴ装置１４により収集されたＣＴ画像データに基づいて治療計画を策定する治療計画装置１５に接続されている。なお、Ｘ線ＣＴ装置１４により収集されたＣＴ画像データ、および、治療計画装置１５により策定された患者５７の治療計画は、患者ＤＢ１６に保存される。

治療制御装置３０は、論理演算を実行するＣＰＵ、装置の制御に必要な動作制御プログラムが格納されたＲＯＭ、制御時にデータ等が一時的に記憶されるＲＡＭ等を備え、この放射線治療装置１０の全体を制御する。また治療制御装置３０は、機能的構成として、治療ビーム照射制御部３１、治療台移動制御部３２およびＸ線透視撮影制御部３３を備える。

放射線治療装置１０は、電子線等の治療ビームを照射する水平照射ポート２１と垂直照射ポート２２を備える。水平照射ポート２１および垂直照射ポート２２からの治療ビームの照射制御は、治療ビーム照射制御部３１により行われる。また、放射線治療装置１０の治療台２７は、治療台移動制御部３２により、６軸方向に移動および回転可能となっている。

放射線治療装置１０は、Ｘ線管２５から照射され患者５７を通過したＸ線を検出するためのＸ線検出器２３と、Ｘ線管２６から照射され患者５７を通過したＸ線を検出するためのＸ線検出器２４とからなる２方向からの透視・撮影が可能なＸ線撮影系を備える。Ｘ線撮影系の動作は、Ｘ線透視撮影制御部３３により制御される。なお、Ｘ線検出器２３およびＸ線検出器２４としては、例えば、イメージインテンシファイア（Ｉ．Ｉ．）やフラットパネルディテクタ（ＦＰＤ）が使用される。

この放射線治療装置１０では、水平照射ポート２１および垂直照射ポート２２は、室内に固定されている。そして、Ｘ線検出器２４は、Ｘ線管２６と患者５７を介して対向する水平照射ポート２１の前面の撮影位置（図１に仮想線で示す位置）と、水平照射ポート２１から離隔した退避位置（図１に実線で示す位置）との間を移動可能となっている。同様に、Ｘ線検出器２３は、Ｘ線管２５と患者５７を介して対向する垂直照射ポート２２の前面の撮影位置（図１に仮想線で示す位置）と、垂直照射ポート２２から離隔した退避位置（図１に実線で示す位置）との間を移動可能となっている。

位置決め装置４０は、論理演算を実行するＣＰＵ、後述する患者５７の位置決めを実現するためのプログラムが格納されたＲＯＭ、演算結果が一時的に記憶されるＲＡＭ等を備えたコンピュータであり、表示部４７が接続されている。表示部４７は、この放射線治療装置１０のグラフィカルユーザインターフェース（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ Ｕｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ：ＧＵＩ）としても機能するものであり、例えば、タッチパネル機能を具備した液晶表示パネル等から構成される。この表示部４７には、Ｘ線検出器２３およびＸ線検出器２４により検出されたＸ線に基づく透視・撮影画像（以下、撮影画像と呼称する）や、予めＸ線ＣＴ装置１４により収集された３次元ＣＴ画像が表示される。さらに表示部４７には、後述するＣＴ画像データから作成されるＤＲＲ画像、放射線の照射情報およびＸ線撮影情報等の、その他の情報も表示される。

位置決め装置４０は、機能的構成として、ＣＴ画像データに基づきＤＲＲ画像を作成するＤＲＲ画像作成部４１と、透視投影パラメータを最適化して患者５７の位置ずれ量を算出する最適化部４３と、最適化部４３においてＣＴ画像データの回転・平行移動に関する透視投影パラメータを最適化する前に最適化開始時の透視投影パラメータの初期位置を変更する初期パラメータ調整部４２と、を備える。

ＤＲＲ画像作成部４１は、予めＸ線ＣＴ装置１４により収集されたＣＴ画像データを患者ＤＢ１６から読み出し、コンピュータ上にＸ線撮影系の幾何学的配置を再現するとともに、このＣＴ画像データに対して仮想的に透視投影を行うことでＤＲＲ画像を作成する。すなわち、この放射線治療装置１０のＸ線管２５から３次元ＣＴ画像にＸ線を照射したと仮定した２次元画像、および、Ｘ線管２６から３次元ＣＴ画像にＸ線を照射したと仮定した２次元画像を計算する。これらの２次元画像はＤＲＲ画像であり、仮想的なＸ線パスに沿って各ＣＴ画像データのボクセル値を積算することにより作成される。

初期パラメータ調整部４２は、ＤＲＲ画像作成部４１において最初の仮想的透視投影により作成されたＤＲＲ画像の初期投影ジオメトリ、すなわち、ＣＴ画像データの回転・平行移動に関する透視投影パラメータの初期位置を、ＤＲＲ画像と撮影画像の比較により算出される粗位置ずれ量に基づいて調整する。そして、調整された透視投影パラメータは、最適化部４３でＤＲＲ画像と撮影画像のより正確なずれ量を算出するために、両画像の一致度を評価する評価尺度（評価関数）を最適化する際の初期パラメータとなる。

次に、上述した放射線治療装置１０における患者５７の位置決めについて説明する。図２は、患者５７の位置決め手順を示すフローチャートである。図３は、最適化演算を開始する前の初期パラメータの調整手順を示すフローチャートである。図４は、撮影画像１０１の１次元積分プロファイルを説明する概要図であり、図５は、ＤＲＲ画像１０２の１次元積分プロファイルを説明する概要図である。また、図４の撮影画像１０１は、Ｘ線検出器２３の検出値に基づく患者５７の頭部の静止画像を模式的に示したものであり、患者５７の頭部像を実線で示している。図５のＤＲＲ画像１０２は、予めＸ線ＣＴ装置１４で収集した患者５７の頭部のＣＴ画像データに対して、図１に示すＸ線管２５からＸ線検出器２３に向かうＸ線パスに沿ってＤＲＲを実行して得た２次元画像を模式的に示したものであり、患者５７の頭部像を破線で示している。

放射線治療を行う場合には、患部に治療ビームが正確に照射されるように、水平照射ポート２１および垂直照射ポート２２に対して、治療台２７を移動させて患者５７の位置決めを行う。患者５７の位置決めを行う場合には、ＣＴ画像データやその他の治療計画情報が患者ＤＢ１６より取得され、ＤＲＲ画像１０２が作成される(ステップＳ１）。この治療計画情報には、治療ビームとしての放射線の照射方向等のパラメータが含まれている。

続いて、Ｘ線検出器２３およびＸ線検出器２４を、図１に仮想線で示す位置に配置した状態で、患者５７にＸ線管２５およびＸ線管２６からＸ線を照射し、患者５７の現在の撮影画像１０１を取得する（ステップＳ２）。

しかる後、最適化部４３において透視投影パラメータを最適化する最適化演算を開始する前に、ステップＳ１で作成されたＤＲＲ画像１０２と、ステップＳ２で取得された撮影画像１０１とを用いて、透視投影パラメータの初期位置である初期パラメータを調整する（ステップＳ３）。なお、図４に示す撮影画像１０１および図５に示すＤＲＲ画像１０２は、必要に応じて表示部４７に表示される。

初期パラメータの調整は、図３に示す手順により行われる。まず、撮影画像１０１とＤＲＲ画像１０２をそれぞれ所定方向に積分した１次元積分プロファイルを作成する（ステップＳ３１）。図４および図５において積分方向を矢印で示す。これらの図においては、画像の横方向（Ｘ方向）および縦方向（Ｙ方向）に積分した１次元積分プロファイルを算出している。

図６は、撮影画像１０１とＤＲＲ画像１０２のＸ方向の１次元積分プロファイルを示すグラフであり、図７は、撮影画像１０１とＤＲＲ画像１０２のＹ方向の１次元積分プロファイルを示すグラフである。グラフの横軸は画素であり、縦軸は積分値である。図６および図７においては、撮影画像１０１の１次元積分プロファイルを実線で示し、ＤＲＲ画像１０２の１次元積分プロファイルを破線で示している。

図６および図７に示すように、放射線治療装置１０の治療台２７の患者５７を撮影した撮影画像１０１の１次元積分プロファイルと、ＣＴ画像データから作成されたＤＲＲ画像１０２の１次元積分プロファイルとでは、全く一致してない。これは、放射線治療装置１０の治療台２７の患者５７とＸ線ＣＴ装置１４でＣＴ画像データを収集したときの患者５７とでは、その位置・角度にずれがあること、撮影画像１０１とＤＲＲ画像１０２との間に画質の違いや濃度の違いがあること、治療台２７等の装置を構成する部材の画像への写り込みの有無等による違いがあることに起因している。

このように互いに一致していない撮影画像１０１とＤＲＲ画像１０２の１次元積分プロファイルに対し、スケールを統一する正規化を行う。この正規化は、各１次元積分プロファイルをヒストグラムとみなし、後述するヒストグラム・インターセクションＨＩにより１次元積分プロファイル相互の類似度を評価できるようにするために実行される。すなわち、下記式（１）により、撮影画像１０１の１次元積分プロファイルＨ１［ｉ］の面積が、ＤＲＲ画像１０２の１次元積分プロファイルＨ２［ｉ］の面積に一致するように正規化する（ステップＳ３２）。

図８は、図６のグラフを正規化した正規化積分プロファイルとヒストグラム・インターセクションＨＩを説明するグラフである。図９は、図７のグラフを正規化した正規化積分プロファイルとヒストグラム・インターセクションＨＩを説明するグラフである。図８および図９において、撮影画像１０１の正規化積分プロファイルを実線で示し、ＤＲＲ画像１０２の正規化積分プロファイルを破線で示している。

なお、この正規化は、撮影画像１０１とＤＲＲ画像１０２の濃度の違いを揃えることも兼ねている。すなわち、１次元積分プロファイル上では、画像間の画質の違い等の影響が小さいため、実用的な精度で患者像の濃度を揃えることが可能である。ここで、ＤＲＲ画像１０２はＣＴ画像データを利用して撮影画像１０１を模擬したものであるため、ＣＴ値の濃度分布幅を調整しなくとも、Ｘ線量のゲインの調整のみで濃度を揃えることも可能である。なお、ＣＴ値の濃度分布幅を調整する必要がある場合には、従来のＷＬ（Ｗｉｎｄｏｗ Ｌｅｖｅｌ）／ＷＷ（Ｗｉｎｄｏｗ Ｗｉｄｔｈ）処理を併用して画像間の濃度を揃えるようにしてもよい。

次に、撮影画像１０１とＤＲＲ画像１０２の同一方向の正規化後の１次元積分プロファイル（以下、正規化積分プロファイルと呼称する）が最も類似している位置を探索する。この探索は、ヒストグラム・インターセクションＨＩを用いて、撮影画像１０１とＤＲＲ画像１０２の両正規化積分プロファイルの類似度を、下記式（２）により求める（ステップＳ３３）。

上述した正規化により、図８中、実線で囲まれた撮影画像１０１のヒストグラムの面積と、破線で囲まれたＤＲＲ画像１０２のヒストグラムの面積は一致している。同様に、図９中、実線で囲まれた撮影画像１０１のヒストグラムの面積と、破線で囲まれたＤＲＲ画像１０２のヒストグラムの面積は一致している。ヒストグラム・インターセクションＨＩは、図８および図９にハッチングで示すように、ヒストグラムの面積に対して、撮影画像１０１とＤＲＲ画像１０２のヒストグラムが重なっている領域の面積の割合である。したがって、ヒストグラム・インターセクションＨＩは、０以上１以下の値をとり、１に近いほどヒストグラムの一致度が高いことを示す。

ヒストグラムの一致度が最も高い位置は、撮影画像１０１とＤＲＲ画像１０２の両正規化積分プロファイルが最も類似している位置である。そして、この位置は、両画像が最も重なる位置であると推定できる。したがって、ヒストグラムの一致度が最も高い位置、すなわち、ヒストグラム・インターセクションＨＩが最大となる位置を探索する（ステップＳ３４）。このステップＳ３４における探索は、一方の画像の正規化積分プロファイルの位置に対して、他方の画像の正規化積分プロファイルの位置を図８および図９のグラフの横軸に沿って移動させながら、ヒストグラム・インターセクションＨＩを算出することにより行われる。

図１０は、図８の正規化積分プロファイルを移動させたときのヒストグラム・インターセクションＨＩの変化を示すグラフであり、図１１は、図９の正規化積分プロファイルを移動させたときのヒストグラム・インターセクションＨＩの変化を示すグラフである。グラフの横軸は移動画素数、縦軸はヒストグラム・インターセクションＨＩである。

一方の画像（撮影画像１０１）の正規化積分プロファイルの位置に対して、他方の画像（ＤＲＲ画像１０２）の正規化積分プロファイルの位置を図８および図９のグラフの横軸方向にずらした場合のヒストグラム・インターセクションＨＩは、図１０および図１１に示すようになる。図１０に示すグラフでは、ヒストグラム・インターセクションＨＩのピークが明らかであることから、ヒストグラム・インターセクションＨＩが最大となる正規化積分プロファイルの位置の探索は容易に行える。正規化積分プロファイルを用いたヒストグラム・インターセクションＨＩの算出は、画像そのものを用いた場合よりも計算コストを十分小さくすることができる。このため、ヒストグラム・インターセクションＨＩの最大値の探索には、網羅的計算を行ってもよく、Ｂｒｅｎｔ法などの１次元最適化手法を用いてもよい。

一方、図１１に示すヒストグラム・インターセクションＨＩの変化のように、ピークが平坦となりヒストグラム・インターセクションＨＩが最大となる正規化積分プロファイルの位置の探索が困難な場合がある。例えば、比較する画像間に治療台２７等の写り込みの違いがある場合に、ヒストグラム・インターセクションＨＩは図１１に示すような変化となる。このようにヒストグラム・インターセクションＨＩの最大値が複数ある場合には、平坦部分の中央を最大値の位置としてもよい。

ヒストグラム・インターセクションＨＩの最大値の探索が終了すると、そのヒストグラム・インターセクションＨＩが最大となる位置を、透視投影パラメータの初期位置に設定する（ステップＳ３５）。

図１２は、ヒストグラム・インターセクションＨＩが最大となる位置での撮影画像１０１とＤＲＲ画像１０２のＸ方向の正規化積分プロファイルを示すグラフである。図１３は、ヒストグラム・インターセクションＨＩが最大となる位置での撮影画像１０１とＤＲＲ画像１０２のＹ方向の正規化積分プロファイルを示すグラフである。図１４は、図１２および図１３に示すヒストグラム・インターセクションＨＩが最大となる位置で初期パラメータを調整した後の撮影画像１０１とＤＲＲ画像１０２の重ね合わせ画像１０３を示す概要図である。図１４中においては、撮影画像１０１に由来する患者５７の頭部像を実線で示し、ＤＲＲ画像１０２に由来する患者５７の頭部像を破線で示している。

図１２に示すように、撮影画像１０１とＤＲＲ画像１０２のＸ方向の正規化積分プロファイルは、相互に類似している。図１３に示すように、Ｙ方向の正規化積分プロファイルもまた、相互に類似している。なお、撮影画像１０１の正規化積分プロファイルとＤＲＲ画像１０２の正規化積分プロファイルとでは、患者５７の位置や角度の違い等によりヒストグラムの形状そのもの異なるものとなることから、完全に一致することはない。すなわち、両正規化積分プロファイルが最も類似している位置は、撮影画像１０１とＤＲＲ画像１０２が重なる位置と厳密に一致するとは限らない。しかし、初期パラメータの調整（ステップＳ３）を行う目的は、後段の最適化（ステップＳ４）において、最適化演算時の解が局所解に陥ることを防止するために、透視投影ジオメトリを現実のＸ線撮影系のジオメトリにより近づけることにある。すなわち、最適化演算を開始する前の初期パラメータの調整という観点からすれば、上述した手順（ステップＳ３１〜ステップＳ３４）により得られた、撮影画像１０１とＤＲＲ画像１０２の正規化積分プロファイルが最も類似する位置を最適化演算前の初期位置とすることは、患者５７の位置の粗調整の精度としては十分に実用的な範疇にあると言える。

なお、上述した図４から図１４を参照した例では、撮影画像１０１とＤＲＲ画像１０２がＸ線管２５からＸ線検出器２３へのＸ線照射軸を画像中心とするＸ―Ｙ平面の２次元画像の場合を説明したが、Ｘ線管２６からＸ線検出器２４へのＸ線照射軸を画像中心とするＹ−Ｚ平面の２次元画像についても同様の手順により最適化演算前の初期位置を自動で決定することができる。

初期パラメータの調整が終わると、図１４に示す撮影画像１０１とＤＲＲ画像１０２の重ね合わせ画像１０３が、粗位置調整後の画像として、表示部４７に表示される。そして、透視投影パラメータの最適化を実行し、現在の患者５７の位置とＣＴ画像データ取得時の患者５７の位置との間での位置ずれ量を算出する(ステップＳ５）。位置ずれ量は、治療台２７の移動量に換算され、治療台移動制御部３２の作用により、治療台２７の移動が実行される（ステップＳ６）。

治療台２７が移動した後に、再度、撮影画像が取得され、表示部４７に表示される画像の操作者の目視による確認や、撮影画像１０１とＤＲＲ画像１０２のずれ量が、治療ビームの照射位置の誤差範囲として許容される範囲内にあるか否かの自動判定による確認が実行される（ステップＳ７）。患者５７の位置決めが適正に行われたことが確認された後、Ｘ線検出器２３およびＸ線検出器２４を図１に実線で示す位置に移動させ、患者５７の患部に治療ビームを照射する放射線治療が実行される（ステップＳ８）。

従来では、最適化演算の最初のステップでＤＲＲ画像を作成していたが、上述した実施形態では、初期パラメータの調整前にＤＲＲ画像１０２を作成している。なお、このＤＲＲ画像１０２をそのまま最適化演算に用いることができる。

上述した実施形態では、放射線治療装置１０に位置決め装置４０を適用した例を説明したが、例えば、心臓カテーテル治療を行う際に使用されるＸ線透視台に、この発明の位置決め装置を適用して、先にＸ線ＣＴ装置により取得した心臓の３次元画像と現在の患者の位置を合わせることも可能である。

この発明は、癌等の患部に対してＸ線、電子線、粒子線等の放射線を照射する放射線治療の分野において、患者の位置決めを行う位置決め装置及び位置決め方法に関するものであり、産業上の利用可能性を有する。

１０ 放射線治療装置
１４ Ｘ線ＣＴ装置
１５ 治療計画装置
１６ 患者ＤＢ
１７ ネットワーク
２１ 水平照射ポート
２２ 垂直照射ポート
２３ Ｘ線検出器
２４ Ｘ線検出器
２５ Ｘ線管
２６ Ｘ線管
２７ 治療台
３０ 治療制御装置
３１ 治療ビーム照射制御部
３２ 治療台移動制御部
３３ Ｘ線透視撮影制御部
４０ 位置決め装置
４１ ＤＲＲ画像作成部
４２ 初期パラメータ調整部
４３ 最適化部
４７ 表示部
５７ 患者
１０１ 撮影画像
１０２ ＤＲＲ画像
１０３ 重ね合わせ画像

Claims (6)

1. コンピュータ上にＸ線撮影系の幾何学的配置を再現し、予め収集されたＸ線ＣＴ画像データに仮想的に透視投影を行うことによりＤＲＲ画像を得るＤＲＲ画像作成部と、
   前記ＤＲＲ画像作成部により得た前記ＤＲＲ画像とＸ線撮影系により患者を透視または撮影して得た現実の撮影画像との一致度を評価する評価関数が最大となるように、前記Ｘ線ＣＴ画像データの回転・平行移動に関する透視投影パラメータを最適化して、前記Ｘ線ＣＴ画像データを収集したときの患者の位置と、Ｘ線撮影系により患者を透視または撮影したときの現実の患者の位置とのずれ量を算出する最適化部と、
   を備えた患者の位置決め装置であって、
   前記最適化部により前記透視投影パラメータを最適化する最適化演算を開始する前に、前記ＤＲＲ画像と前記撮影画像のずれ量から患者の粗位置ずれ量を算出し、当該粗位置ずれ量に基づいて前記透視投影パラメータの初期位置を変更する初期パラメータ調整部を備える、位置決め装置。
2. 請求項１に記載の位置決め装置において、
   前記初期パラメータ調整部は、前記ＤＲＲ画像を所定方向に積分した１次元積分プロファイルと前記撮影画像を所定方向に積分した１次元積分プロファイルとをそれぞれ算出し、前記ＤＲＲ画像と前記撮影画像の同一方向の１次元積分プロファイル間での比較を実行することにより、前記粗位置ずれ量を算出する位置決め装置。
3. 請求項２に記載の位置決め装置において、
   前記初期パラメータ調整部は、前記ＤＲＲ画像と前記撮影画像の同一方向の１次元積分プロファイル間での比較において、前記１次元積分プロファイルをヒストグラムとしてヒストグラム間の類似度を算出し、当該ヒストグラム間の類似度が最大となる位置を前記透視投影パラメータの初期位置とする位置決め装置。
4. コンピュータ上にＸ線撮影系の幾何学的配置を再現し、予め収集されたＸ線ＣＴ画像データに仮想的に透視投影を行うことによりＤＲＲ画像を得るＤＲＲ画像作成ステップと、
   前記ＤＲＲ画像作成ステップにより得た前記ＤＲＲ画像とＸ線撮影系により患者を透視または撮影して得た現実の撮影画像との一致度を評価する評価関数が最大となるように、前記Ｘ線ＣＴ画像データの回転・平行移動に関する透視投影パラメータを最適化して、前記Ｘ線ＣＴ画像データを収集したときの患者の位置と、Ｘ線撮影系により患者を透視または撮影したときの現実の患者の位置とのずれ量を算出する最適化ステップと、
   を含む患者の位置決め方法であって、
   前記最適化ステップにより前記透視投影パラメータを最適化する最適化演算を開始する前に、前記ＤＲＲ画像と前記撮影画像のずれ量から患者の粗位置ずれ量を算出し、当該粗位置ずれ量に基づいて前記透視投影パラメータの初期位置を変更する初期パラメータ調整ステップを含む、位置決め方法。
5. 請求項４に記載の位置決め方法において、
   前記初期パラメータ調整ステップは、前記ＤＲＲ画像を所定方向に積分した１次元積分プロファイルと前記撮影画像を所定方向に積分した１次元積分プロファイルとをそれぞれ算出し、前記ＤＲＲ画像と前記撮影画像の同一方向の１次元積分プロファイル間での比較を実行することにより、前記粗位置ずれ量を算出する位置決め方法。
6. 請求項５に記載の位置決め方法において、
   前記初期パラメータ調整ステップは、前記ＤＲＲ画像と前記撮影画像の同一方向の１次元積分プロファイル間での比較において、前記１次元積分プロファイルをヒストグラムとしてヒストグラム間の類似度を算出し、当該ヒストグラム間の類似度が最大となる位置を前記透視投影パラメータの初期位置とする位置決め方法。

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