JP2016116559A - 動体追跡治療装置、方法及びプログラム - Google Patents
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Abstract
Description
患者の体内に入射した粒子線ビームは、通過の過程で運動エネルギーを失いある一定の速度にまで低下すると、急激に停止してブラッグピークと呼ばれる大線量を発生させる。
このようにピンポイントで発生させた大線量により、がん細胞のみを狙い撃ちして死滅させ、正常細胞への影響を最小限にとどめることができる。
このために、ビームの照射開始前に、患部の位置をX線観察などにより特定し、患者を載置した可動式ベッドの位置・角度を適切に調整し、ビームの照射範囲に患部を正確に位置合わせすることが行われる。
このような場合、従来においては、患部近傍に金などのマーカを埋め込んだり患者の体表面にマーカを貼り付けたりして、X線撮影によりこのマーカの動きを追跡し、患部の位置を特定する方法がとられている。
また、マーカを患者の体表面に貼り付ける方法は、患者の負担が小さいが、専用の検出カメラや同期装置を別個に設けこれらの精密な位置調整が必要となる等、実施上の制約が厳しくなる課題があった。
(第1実施形態)
図1に示すように第1実施形態に係る動体追跡治療装置10は、患者の体内を撮像して得た三次元動画像Mを取得する取得部12と、内臓の一部である追尾目標51a(図2参照)及び患部領域52aが変位している状態の三次元動画像Mを一定方向から二次元面に投影させた第1投影動画像(図2)を生成する第1投影像生成部13と、第1投影動画像(図2)から変位する患部領域52aを抽出する患部像抽出部14aと、第1投影動画像(図2)から変位する追尾目標51aを抽出する追尾目標像抽出部14cと、第1投影動画像(図2)において変位する患部領域52aの中から選定されたビームの照射ポイントG(図3)の位置情報を示す第1パラメータP1を導出する第1パラメータ導出部15と、第1投影動画像(図2)から抽出した追尾目標51aに基づいて別の投影動画像から対応する追尾目標51b(図4)を抽出するのに必要な第2パラメータP2を導出する第2パラメータ導出部17と、患者42を載置させ移動してビーム41の照準を合わせる治療台43の位置情報Qを少なくとも第1パラメータP1に基づいて決定する決定部16と、治療台43を位置情報Qに基づいて移動させた後に撮像した患者42の第2投影動画像S(図4)の中から第2パラメータP2に基づいて追尾目標51bを識別する追尾目標識別部31と、第2投影動画像Sの中で変位する追尾目標51bの位相が、照射ポイントGに患部領域52bが変位して一致する位相条件Rに合致するか否かを判定する位相判定部32と、位相条件Rに合致するとの判定が得られたタイミングにおいてビーム41を照射させるビーム照射部33と、を備えている。
なお、粒子線ビームを用いた治療は、動体追跡治療装置10を使用する工程に入る前に、固定具作成、シミュレーション、CT撮影、リハーサルなどの前工程を経る。
さらに、この三次元動画像Mは、制御パラメータ規定部20Aの取得部12に送られて、ビーム41の照準合わせに必要な治療台43の制御パラメータの一つである第1パラメータP1と、追尾目標の認識に必要な第2パラメータP2との導出に利用される。
したがって、三次元動画像Mは、閉ループ軌跡を描く患部領域52aの少なくとも一周期分を時間分割して得た複数の三次元静止像の集合体である場合も含まれる。
患部指定部22及び追尾目標指定部23をオペレータが操作して、この三次元静止像Nに含まれる患部領域(図示略)及び追尾目標(図示略)を指定する。
具体的には、肺の内部にある患部を治療する場合は、追尾目標として横隔膜を指定することが考えられる。また、追尾目標の指定は、例えば、エッジ検出、輪郭検出、テンプレート・マッチングなどの画像抽出手段を適用することも可能である。
なお、第1投影動画像(図2)の投影方向は、後記する第2投影動画像S(図4)と同じ方向になるように設定される。
基準領域抽出部14bは、第1投影動画像(図2)において変位の無い領域を基準領域として抽出するものである。具体的には、呼吸によって変位しない背骨、臓器、その他の輪郭が選択される。この基準領域は、後述する治療台43の照準合わせを行う際の基準となる。なお、患者42を載置した治療台43等、患者42の身体以外に基準を設ける場合は、この基準領域抽出部14bを省略することもできる。
追尾目標像抽出部14cは、第1投影動画像(図2)において変位する追尾目標51aを抽出するものである。つまり、この追尾目標51aは、指定領域検出部24で検出された追尾目標の、三次元空間から二次元面への投影像に対応する。
このように、追尾目標51a及び患部領域52aの変位は、互いに同期しているため、ビーム41(図1)を患部領域52aに照射するポイントGは、追尾目標51aの変位の位相から求めることができる。
なお、図3において、照射ポイントGを、患部領域52aの変位が極小値を示す位置にとったが、これに限定されることはなく、任意の位置を選定することができる。
これにより、追尾目標51aを追跡して位相条件Rに合致するタイミングにおいて、ビーム41の照準が、患部領域52aの照射ポイントGに、合わせられることになる。
つまり、この第2パラメータP2は、二次元画像における概略の位置情報、概略の形状情報、概略の軌跡情報に基づいて、この二次元画像内で変位しているオブジェクト領域を特定するものである。
つまり、患者42を載せて治療台43を移動させ仮位置決めした後で、第2投影像撮像部36は、投影静止像Tを撮像する。そして、この投影静止像Tを、治療台位置情報決定部16に送り、第1パラメータP1に基づいて治療台43の位置情報Qを決定させる。
なお、この治療台43等、患者42の身体以外に基準を設けた場合は、この投影静止像Tの撮像を省略することもできる。
また必要に応じて、この位置情報Qに基づき治療台43を移動した後で、投影静止像Tを再度撮像し、基準領域(背骨等)の位置からずれ量を導きだし、再移動により調整する。
追尾目標識別部31は、第2パラメータP2を取得して、撮像中の第2投影動画像Sの中から追尾目標51bを識別し、その軌跡を監視する。
なお、第2投影動画像S(図4)は、第1投影動画像(図2)と比べて、低解像度であるために、患部領域52bを十分に識別することができない。
ここで、追尾目標51bの位相が位相条件Rに合致していれば、第2投影動画像Sでは識別が困難な患部領域52bの照射ポイントGに、ビーム41の照準が合うことになる。
この照射されたビーム41は、照射ポイントGに変位した患部領域52bの位置においてブラッグピークを発生させ、この患部領域52bにある細胞を死滅させる。
X線CT装置等で、患者の体内を撮像した三次元動画像を取得し(S11)、この三次元動画像から患部領域及び追尾目標を指定する(S12)。
変位している追尾目標及び患部領域が識別状態にある三次元動画像を一定方向から二次元面に投影させて第1投影動画像(図2)を生成する(S13)。
抽出された患部領域52aの中からビームの照射ポイントを設定し(S15)、この照射ポイントの位置情報を示す第1パラメータP1を導出する(S16)。
さらに、患部領域52aが照射ポイントに一致するタイミングにおける追尾目標51aの位相条件を解析する(S18)。
そして、この位置情報Qに基づいて治療台43を移動させ、本位置決めを行う(S23)。
追尾目標51bの位相が位相条件に合致するか否かを判定し(S26 No/Yes)、合致していれば、そのタイミングでビーム41を照射する(S27)。
図6は、患者42の体内において追尾目標51(51p,51q,51r)となり得る部分を例示している。第1実施形態においては、横隔膜を追尾目標51a(図2)とした場合を例示して説明したが、選択される追尾目標は、患部領域52と連動して変位する箇所であれば、特に限定されない。
また、追尾目標51として選択される体内部位は、いずれか一つに限定されることはなく、複数を選択することができる。
そして、追尾目標像抽出部14cは、第1投影動画像に含まれる複数の追尾目標51(51p,51q,51r)のそれぞれを抽出する。
また、位相条件解析部26は、追尾目標51(51p,51q,51r)の各々及び患部領域52aの軌跡を対比する。そして、患部領域52aの位置が照射ポイントGに一致するタイミングにおける、追尾目標51(51p,51q,51r)の各々に関する複数の位相条件Rを、解析する。
次に図7を参照して本発明における第3実施形態について説明する。なお、図7において図1と共通の構成又は機能を有する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。
第3実施形態に係る動体追跡治療装置は、第1実施形態(図1)における静止像抽出部21、患部指定部22、追尾目標指定部23及び指定領域検出部24を廃止して、制御パラメータ規定部20B(20)において抽出条件登録部27を備え、さらにパラメータ登録部34を備えている。
そして、いずれの患部領域52を採用するかについて、チェックボックスの許可/不許可を選択することにより、決定することができる。また、複数の患部領域52を採用する場合は、対応する複数のチェックボックスを許可に選択する。
さらに、記載を省略しているが、これらの画像処理方法として、平準化、LOGフィルタ、微分検出などの一般的な方法や、体内部位に特化して特定の部分だけを画像上から除去、抽出するような処理も設定することが可能である。
このように、第2パラメータP2を登録しておけば、別の患者42の治療においても、新規に第2パラメータP2を抽出する必要はなく、第2パラメータP2を使いまわしすることができる。
また、動体追跡治療装置の構成要素は、コンピュータのプロセッサで実現することも可能であり、動体追跡治療プログラムにより動作させることが可能である。
Claims (11)
- 患者の体内を撮像して得た三次元動画像を、取得する取得部と、
内臓の一部である追尾目標及び患部領域が変位している状態の前記三次元動画像を一定方向から二次元面に投影させた第1投影動画像を、生成する第1投影像生成部と、
前記第1投影動画像から前記変位する前記患部領域を抽出する患部像抽出部と、
前記第1投影動画像から前記変位する前記追尾目標を抽出する追尾目標像抽出部と、
前記第1投影動画像において前記変位する前記患部領域の中から選定されたビームの照射ポイントの位置情報を示す第1パラメータを、導出する第1パラメータ導出部と、
前記第1投影動画像から抽出した前記追尾目標に基づいて別の投影動画像から対応する前記追尾目標を抽出するのに必要な第2パラメータを、導出する第2パラメータ導出部と、を備えることを特徴とする動体追跡治療装置。 - 請求項1に記載の動体追跡治療装置において、
前記患者を載置させ移動して前記ビームの照準を合わせる治療台の位置情報を、少なくとも前記第1パラメータに基づいて、決定する決定部と、
前記治療台を前記位置情報に基づいて移動させた後に撮像した前記患者の第2投影動画像の中から、前記第2パラメータに基づいて前記追尾目標を、識別する追尾目標識別部と、
前記第2投影動画像の中で変位する前記追尾目標の位相が、前記照射ポイントに前記患部領域が変位して一致する位相条件に合致するか否かを、判定する位相判定部と、
前記位相条件に合致するとの判定が得られたタイミングにおいて、前記ビームを照射させるビーム照射部と、をさらに備えることを特徴とする動体追跡治療装置。 - 請求項1又は請求項2に記載の動体追跡治療装置において、
前記三次元動画像から三次元静止像を抽出する抽出部と、
前記三次元静止像に含まれる前記患部領域を指定する患部指定部と、
前記三次元静止像に含まれる前記追尾目標を指定する追尾目標指定部と、
前記三次元静止像において指定された前記患部領域及び前記追尾目標に基づいて前記三次元動画像で変位している前記患部領域及び前記追尾目標を検出する指定領域検出部と、をさらに備えることを特徴とする動体追跡治療装置。 - 請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の動体追跡治療装置において、
前記追尾目標は、前記患者の体内のそれぞれ異なる位置に複数設定し、
複数の前記追尾目標のそれぞれに対応する複数の前記第2パラメータが導出され、
複数の前記第2パラメータに基づいて識別される複数の前記追尾目標の位相をそれぞれ独立に監視して、それぞれにおいて前記位相条件の判定を行い、前記ビームを照射するタイミングを決定することを特徴とする動体追跡治療装置。 - 請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の動体追跡治療装置において、
前記追尾目標の種別に応じて分類された前記第2パラメータを登録する登録部をさらに備えることを特徴とする動体追跡治療装置。 - 請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の動体追跡治療装置において、
前記第1投影動画像から抽出された前記患部領域の変位及び前記追尾目標の変位を対比して前記ビームを照射するタイミングとなる前記追尾目標の位相条件を解析する解析部をさらに備えることを特徴とする動体追跡治療装置。 - 請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の動体追跡治療装置において、
前記第1投影動画像から前記追尾目標又は前記患部領域を抽出する条件を前記追尾目標又は前記患部の種別に応じて分類して登録する登録部をさらに備えることを特徴とする動体追跡治療装置。 - 患者の体内を撮像して得た三次元動画像を、取得するステップと、
内臓の一部である追尾目標及び患部領域が変位している状態で前記三次元動画像を一定方向から二次元面に投影させた第1投影動画像を、生成するステップと、
前記第1投影動画像から前記変位する前記患部領域を抽出するステップと、
前記第1投影動画像から前記変位する前記追尾目標を抽出するステップと、
前記第1投影動画像において前記変位する前記患部領域の中から選定されたビームの照射ポイントの位置情報を示す第1パラメータを、導出するステップと、
前記第1投影動画像から抽出した前記追尾目標に基づいて別の投影動画像から対応する前記追尾目標を抽出するのに必要な第2パラメータを、導出するステップと、を含むことを特徴とする動体追跡治療方法。 - 請求項8に記載の動体追跡治療方法において、
前記患者を載置させ移動して前記ビームの照準を合わせる治療台の位置情報を、少なくとも前記第1パラメータに基づいて、決定するステップと、
前記治療台を前記位置情報に基づいて移動させた後に撮像した前記患者の第2投影動画像の中から、前記第2パラメータに基づいて前記追尾目標を、識別するステップと、
前記第2投影動画像の中で変位する前記追尾目標の位相が、前記照射ポイントに前記患部領域が変位して一致する位相条件に合致するか否かを、判定するステップと、
前記位相条件に合致するとの判定が得られたタイミングにおいて、前記ビームを照射させるステップと、をさらに含むことを特徴とする動体追跡治療方法。 - コンピュータに、
患者の体内を撮像して得た三次元動画像を、取得するステップ、
内臓の一部である追尾目標及び患部領域が変位している状態で前記三次元動画像を一定方向から二次元面に投影させた第1投影動画像を、生成するステップ、
前記第1投影動画像から前記変位する前記患部領域を抽出するステップ、
前記第1投影動画像から前記変位する前記追尾目標を抽出するステップ、
前記第1投影動画像において前記変位する前記患部領域の中から選定されたビームの照射ポイントの位置情報を示す第1パラメータを、導出するステップ、
前記第1投影動画像から抽出した前記追尾目標に基づいて、別の投影動画像から対応する前記追尾目標を抽出するのに必要な第2パラメータを、導出するステップ、を実行させることを特徴とする動体追跡治療プログラム。 - 請求項10に記載の動体追跡治療プログラムにおいて、
前記患者を載置させ移動して前記ビームの照準を合わせる治療台の位置情報を、少なくとも前記第1パラメータに基づいて、決定するステップ、
前記治療台を前記位置情報に基づいて移動させた後に撮像した前記患者の第2投影動画像の中から、前記第2パラメータに基づいて前記追尾目標を、識別するステップ、
前記第2投影動画像の中で変位する前記追尾目標の位相が、前記照射ポイントに前記患部領域が変位して一致する位相条件に合致するか否かを、判定するステップ、
前記位相条件に合致するとの判定が得られたタイミングにおいて、前記ビームを照射させるステップ、をさらに実行させることを特徴とする動体追跡治療プログラム。
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