JP2017225487A - Radiotherapy support system, image generation method, and image generation program - Google Patents

Radiotherapy support system, image generation method, and image generation program Download PDF

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Masatoshi Hashimoto
成世 橋本
正彦 小口
Masahiko Oguchi
正彦 小口
竹雄 橋本
Takeo Hashimoto
竹雄 橋本
拓洋 小塚
Takuhiro Kozuka
拓洋 小塚
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a radiotherapy support system, an image generation method, and an image generation program which reduce burden on a patient and is capable of speedily and accurately positioning the patient during radiotherapy.SOLUTION: A radiotherapy support system comprises: an associating unit which associates the positions of bones and joints of a patient with the positions of respective portions of a human body model representing the body surface and inside of the patient; and an image generation unit which, on the basis of a result of association by the associating unit, generates an image in which the respective portions of the human body model have been moved in accordance with the positions of the bones and joints of the patient at the time of radiotherapy.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、放射線治療支援システム、画像生成方法および画像生成プログラムに関する。   The present invention relates to a radiation therapy support system, an image generation method, and an image generation program.

従来、放射線(X線)を患者の腫瘍部(癌)に照射して治療を行う従来の放射線治療では、通常数回〜40回の分割照射が複数日間に亘って行われる。放射線治療においては、放射線の特性から腫瘍部位に高い線量を集中させることができる反面、より高精度な位置決めが要求される。すなわち、放射線治療毎の患者体位は一定であることが望ましく、放射線に対する患者の位置を精度良く決めることが必要となる。このような患者の位置決め(「患者セットアップ」とも言う)には、腫瘍部の位置を知る指標としての体表マーカー(例えば、インキ等)が用いられる。   Conventionally, in conventional radiotherapy in which radiation (X-rays) is applied to a tumor part (cancer) of a patient for treatment, usually several to 40 divided irradiations are performed over a plurality of days. In radiotherapy, a high dose can be concentrated on a tumor site due to the characteristics of radiation, but more accurate positioning is required. That is, it is desirable that the patient position for each radiotherapy is constant, and it is necessary to accurately determine the position of the patient with respect to the radiation. For such patient positioning (also referred to as “patient setup”), a body surface marker (for example, ink) is used as an index for knowing the position of the tumor.

体表マーカーは、次のような流れに従って患者の体表に描かれる。始めに、断層像撮影装置(例えば、X線CT(Computed Tomography)装置)を用いて、治療計画用のコンピューター断層撮影画像(CT画像)を取得する。次に、得られたCT画像に基づいて腫瘍部の位置や形状を特定した上で、腫瘍部や正常臓器等の輪郭をコンピューター上で入力し、放射線の照射方向や照射位置を決定し、治療計画を作成するとともに、放射線の発生点から見た患者の透視画像である擬似X線画像を作成する。擬似X線画像は、患者位置決めの最も基本的な指標となる。疑似X線画像は、例えば治療時の放射線入射方向に加え、患者上方および側方からの2方向のものを作成し、記録装置に記録保存する。   The body surface marker is drawn on the patient's body surface according to the following flow. First, a computed tomography image (CT image) for treatment planning is acquired using a tomography apparatus (for example, an X-ray CT (Computed Tomography) apparatus). Next, after identifying the position and shape of the tumor part based on the obtained CT image, the contour of the tumor part or normal organ is input on the computer, the radiation direction and position are determined, and treatment is performed. A plan is created, and a pseudo X-ray image, which is a fluoroscopic image of a patient viewed from the generation point of radiation, is created. The pseudo X-ray image is the most basic index for patient positioning. For example, pseudo X-ray images are created in two directions from above and from the side of a patient in addition to the radiation incident direction during treatment, and are recorded and stored in a recording device.

実際の放射線治療時には、医師・技師は、放射線治療装置で撮影されたX線画像(以下、「位置決め用X線画像」と言う)と擬似X線画像とを比較し、患者体位および照射領域が一致していることを目視で確認する。そして、一致した患者体位において、放射線治療室に設置されたレーザー指示器(投光器)により、患者の体表に投影された投影マーカーを基にして患者の体表に体表マーカーを描く。もし患者体位および照射領域が一致していない場合には、治療台を動かす等して患者体位を微調整し、再度、放射線治療装置で位置決め用X線画像を撮影して擬似X線画像と比較する。このような作業を、位置決め用X線画像と擬似X線画像とが一致するまで繰り返し行い、体表マーカーを描く。   At the time of actual radiotherapy, the doctor / engineer compares the X-ray image (hereinafter referred to as “positioning X-ray image”) taken with the radiotherapy apparatus with the pseudo X-ray image, and determines the patient position and irradiation area. Visually confirm that they match. Then, in the matched patient position, a body surface marker is drawn on the patient's body surface by a laser indicator (projector) installed in the radiation treatment room based on the projection marker projected on the patient's body surface. If the patient's body position and irradiation area do not match, finely adjust the patient's body position by moving the treatment table, etc., and again take a positioning X-ray image and compare it with the pseudo X-ray image. To do. Such work is repeated until the positioning X-ray image and the pseudo X-ray image coincide with each other, and a body surface marker is drawn.

その後、実際の放射線治療の度に、照射時位置決めを行う。具体的には、体表マーカーとレーザー指示器により患者の体表に投影された投影マーカーとが一致するよう、目視による手動操作等で治療台を動かしたり、患者の体位を動かしたりすることにより患者の位置決めを行う。   Thereafter, positioning is performed at the time of actual radiotherapy. Specifically, by moving the treatment table by visual operation or moving the patient's body position so that the body surface marker and the projected marker projected onto the patient's body surface by the laser indicator coincide. Perform patient positioning.

なお、放射線治療に関連する技術として、X線透視や超音波を使用して治療対象部位の運動を実時間で直接観察し、直接観察した治療対象部位の移動ベクトルに基づいて放射線の照射を制御する放射線治療システムが提案されている(例えば、特許文献1、2を参照)。   In addition, as a technique related to radiotherapy, the movement of the treatment target part is directly observed in real time using X-ray fluoroscopy and ultrasound, and the irradiation of radiation is controlled based on the movement vector of the directly observed treatment target part. (See, for example, Patent Documents 1 and 2).

特開2005−185336号公報JP 2005-185336 A 特開2003−117010号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2003-1117010

しかしながら、患者の体表に描かれた体表マーカーは、手足の位置の違いや皮膚のたるみによって簡単に動いてしまい、体軸の傾きや捻じれ、体幹部に対する腕や脚の位置および角度の再現性にも限界があるため、治療計画時の腫瘍部の位置や形状が放射線治療時において異なり、患者の位置決め誤差が発生するおそれがあるという問題があった。そのため、現状では、発生し得る位置決め誤差の大きさ分だけ放射線の照射範囲をあらかじめ大きくせざるを得ないという問題があった。   However, body surface markers drawn on the patient's body surface can easily move due to differences in limb position and sagging skin, and the tilt and twist of the body axis, the position and angle of the arms and legs relative to the trunk. Since the reproducibility is limited, there is a problem that the position and shape of the tumor part at the time of treatment planning differ at the time of radiation treatment, and there is a possibility that patient positioning errors may occur. Therefore, at present, there has been a problem that the radiation irradiation range has to be enlarged in advance by the amount of positioning error that can occur.

近年、放射線治療毎に位置決め用X線画像(またはCT画像)を取得して擬似X線画像と比較することにより患者の位置決めを行う方法が実施されているものの、体表マーカーを基に患者の位置決めを行うことに変わりはないため、患者の位置決め誤差が発生するおそれは依然として残る。また、位置決め用X線画像を取得する際には、その取得の度に患者のX線被曝が発生するという問題がある。さらに言えば、位置決め用X線画像と擬似X線画像とを比較して患者体位および照射領域が一致するまでに位置決め用X線画像の取得回数が多くなると、その分だけ患者の位置決めに要する時間および患者のX線被曝線量が増加してしまう。   In recent years, a method of positioning a patient by acquiring a positioning X-ray image (or CT image) for each radiotherapy and comparing it with a pseudo X-ray image has been implemented. Since there is no change in positioning, there is still a possibility that a patient positioning error will occur. Moreover, when acquiring the X-ray image for positioning, there exists a problem that a patient's X-ray exposure generate | occur | produces for every acquisition. Furthermore, if the number of times of acquisition of the positioning X-ray image increases until the patient body position and the irradiation region coincide with each other by comparing the positioning X-ray image and the pseudo X-ray image, the time required for positioning the patient accordingly And the patient's X-ray exposure dose increases.

本発明の目的は、放射線治療時において、患者の負担を減らすとともに、患者の位置決めを短時間かつ精度良く行うことが可能な放射線治療支援システム、画像生成方法および画像生成プログラムを提供することである。   An object of the present invention is to provide a radiation therapy support system, an image generation method, and an image generation program capable of reducing the burden on a patient and performing patient positioning in a short time and with high accuracy during radiation therapy. .

本発明に係る放射線治療支援システムは、
患者の骨格および関節の位置と、当該患者の体表面および内部を模した人体モデルの各部の位置とを対応づける対応づけ部と、
前記対応づけ部による対応づけの結果に基づいて、放射線治療時の前記患者の骨格および関節の位置に合わせて前記人体モデルの各部を移動させた画像を生成する画像生成部と、
備える。
The radiation therapy support system according to the present invention includes:
An association unit that associates the position of the patient's skeleton and joints with the position of each part of the human body model simulating the patient's body surface and interior;
An image generation unit that generates an image obtained by moving each part of the human body model according to the position of the skeleton and joints of the patient at the time of radiation treatment based on the result of the association by the association unit;
Prepare.

本発明に係る画像生成方法は、
患者の骨格および関節の位置と、当該患者の体表面および内部を模した人体モデルの各部の位置との対応づけを行い、
前記対応づけの結果に基づいて、放射線治療時の前記患者の骨格および関節の位置に合わせて前記人体モデルの各部を移動させた画像を生成する。
An image generation method according to the present invention includes:
Correlate the position of the patient's skeleton and joints with the position of each part of the human body model that imitates the patient's body surface and interior,
Based on the result of the association, an image is generated by moving each part of the human body model in accordance with the positions of the skeleton and joints of the patient at the time of radiation therapy.

本発明に係る画像生成プログラムは、
コンピューターに、
患者の骨格および関節の位置と、当該患者の体表面および内部を模した人体モデルの各部の位置との対応づけを行う処理と、
前記対応づけの結果を記憶させる処理と、
記憶された前記対応づけの結果に基づいて、放射線治療時の前記患者の骨格および関節の位置に合わせて前記人体モデルの各部を移動させた画像を生成する処理と、
を実行させる。
An image generation program according to the present invention includes:
On the computer,
A process for associating the position of the patient's skeleton and joints with the position of each part of the human body model imitating the patient's body surface and interior;
Processing for storing the result of the association;
A process for generating an image in which each part of the human body model is moved in accordance with the position of the skeleton and joints of the patient at the time of radiotherapy based on the stored result of the correspondence;
Is executed.

本発明によれば、放射線治療時において、患者の負担を減らすとともに、患者の位置決めを体軸の捻じれや四肢の角度も含めて短時間かつ精度良く行うことができる。   According to the present invention, it is possible to reduce the burden on the patient during radiotherapy and to perform positioning of the patient including the twist of the body axis and the angles of the limbs in a short time and with high accuracy.

本実施の形態における放射線治療支援システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the radiation therapy assistance system in this Embodiment. 本実施の形態における検査室および放射線治療室の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the examination room and radiotherapy room in this Embodiment. 本実施の形態における骨格モデルの例を示す図である。It is a figure which shows the example of the skeleton model in this Embodiment. 本実施の形態における人体モデルの例を示す図である。It is a figure which shows the example of the human body model in this Embodiment. 実空間上における放射線治療室内の患者を仮想空間上で再現させる様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that the patient in the radiotherapy room on real space is reproduced on virtual space. 本実施の形態における比較用X線画像の表示例を示す図である。It is a figure which shows the example of a display of the X-ray image for a comparison in this Embodiment. 本実施の形態における比較用X線画像の生成動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the production | generation operation | movement of the X-ray image for a comparison in this Embodiment.

以下、本実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図1は、本実施の形態における放射線治療支援システム1の構成の一例を示す図である。図2は、本実施の形態における検査室および放射線治療室の構成の一例を示す図である。   Hereinafter, the present embodiment will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a configuration of a radiation therapy support system 1 in the present embodiment. FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a configuration of an examination room and a radiation therapy room in the present embodiment.

図1に示すように、放射線治療支援システム1は、第1検出部10、CT装置12(本発明の「CT画像生成部」に対応)、治療計画装置14、第2検出部20、比較用X線画像生成装置30および放射線治療装置50を備えて構成される。   As shown in FIG. 1, the radiation therapy support system 1 includes a first detection unit 10, a CT apparatus 12 (corresponding to the “CT image generation unit” of the present invention), a treatment planning apparatus 14, a second detection unit 20, and a comparison. An X-ray image generation apparatus 30 and a radiation therapy apparatus 50 are provided.

図1,2に示すように、第1検出部10、CT装置12および患者寝台60は、各種の検査を行う検査室に設置される。治療計画装置14は、放射線治療を行うための治療計画を作成する治療計画室に設置される。第2検出部20、比較用X線画像生成装置30、放射線治療装置50および治療台80は、放射線治療を行う放射線治療室に設置される。なお、比較用X線画像生成装置30は、放射線治療室ではなく、検査室または治療計画室に設置されても良い。   As shown in FIGS. 1 and 2, the first detection unit 10, the CT apparatus 12, and the patient bed 60 are installed in an examination room that performs various examinations. The treatment planning device 14 is installed in a treatment planning room for creating a treatment plan for performing radiation treatment. The second detection unit 20, the comparative X-ray image generation apparatus 30, the radiotherapy apparatus 50, and the treatment table 80 are installed in a radiotherapy room that performs radiotherapy. Note that the comparative X-ray image generation apparatus 30 may be installed in an examination room or a treatment planning room instead of the radiation treatment room.

第1検出部10は、検査室において、放射線治療時と同一の体位で患者寝台60に載置された患者70を検出する。本実施の形態では、第1検出部10は、図2Aに示すように、検査室の例えば天井に取り付けられた距離画像センサーであり、患者70を撮像するとともに、第1検出部10から撮像範囲内に存在する患者70までの距離(奥行)を測定する。そして、第1検出部10は、検出結果(撮像画像、距離情報)を比較用X線画像生成装置30に送信する。   The first detection unit 10 detects a patient 70 placed on the patient bed 60 in the same position as that during radiotherapy in the examination room. In the present embodiment, as shown in FIG. 2A, the first detection unit 10 is a distance image sensor attached to, for example, the ceiling of the examination room, and images the patient 70 and the imaging range from the first detection unit 10. The distance (depth) to the patient 70 existing inside is measured. Then, the first detection unit 10 transmits the detection result (captured image, distance information) to the comparative X-ray image generation device 30.

CT装置12は、患者70の周りを360度回転しながらX線を照射して、放射線治療時と同一の体位で患者寝台60に載置された患者70の横断面を撮影し、各方向からの撮像画像をコンピューターで処理して患者70のCT画像を生成する。そして、CT装置12は、生成したCT画像を治療計画装置14および比較用X線画像生成装置30に送信する。   The CT apparatus 12 irradiates the patient 70 with X-rays while rotating 360 degrees around the patient 70, images the cross-section of the patient 70 placed on the patient bed 60 in the same posture as during radiotherapy, and from each direction A CT image of the patient 70 is generated by processing the captured image of the patient 70 with a computer. The CT apparatus 12 transmits the generated CT image to the treatment planning apparatus 14 and the comparative X-ray image generation apparatus 30.

治療計画装置14は、CT装置12から送信されたCT画像から得られる患者70の体内情報を基に、患者70体内における放射線の線量分布を数値計算によりシミュレートする機能を有する。操作者(治療の計画を立案する作業者)は、治療計画装置14の計算結果を参照しながら、最適な放射線の照射方向やエネルギー、照射位置、照射量等の照射条件を決定し、治療計画を策定する。治療計画装置14は、操作者により策定された治療計画を示す治療計画情報を比較用X線画像生成装置30に送信する。   The treatment planning apparatus 14 has a function of simulating the radiation dose distribution in the patient 70 by numerical calculation based on the in-vivo information of the patient 70 obtained from the CT image transmitted from the CT apparatus 12. An operator (an operator who plans a treatment plan) refers to the calculation result of the treatment planning device 14 to determine an irradiation condition such as an optimum irradiation direction, energy, irradiation position, and irradiation amount of the radiation. Formulate. The treatment planning device 14 transmits treatment plan information indicating the treatment plan formulated by the operator to the comparative X-ray image generation device 30.

第2検出部20は、放射線治療室において、放射線治療時と同一の体位で治療台80に載置された患者70を検出する。本実施の形態では、第2検出部20は、図2Bに示すように、放射線治療室の例えば天井に取り付けられた距離画像センサーであり、患者70を撮像するとともに、第2検出部20から撮像範囲内に存在する患者70までの距離(奥行)を測定する。そして、第2検出部20は、検出結果(撮像画像、距離情報)を比較用X線画像生成装置30および放射線治療装置50に送信する。   The second detection unit 20 detects the patient 70 placed on the treatment table 80 in the same position as that during radiation treatment in the radiation treatment room. In the present embodiment, as shown in FIG. 2B, the second detection unit 20 is a distance image sensor attached to, for example, the ceiling of the radiotherapy room, and images the patient 70 and images from the second detection unit 20. The distance (depth) to the patient 70 existing within the range is measured. Then, the second detection unit 20 transmits the detection result (captured image, distance information) to the comparative X-ray image generation device 30 and the radiotherapy device 50.

なお、図2Bには、放射線治療装置50のガントリが回転した際における回転軌道を点線Gで示している。この場合、放射線治療装置50の回転中心は、アイソセンターと呼ばれる。   In FIG. 2B, the rotation trajectory when the gantry of the radiation therapy apparatus 50 rotates is indicated by a dotted line G. In this case, the rotation center of the radiation therapy apparatus 50 is called an isocenter.

比較用X線画像生成装置30は、患者70に対して放射線治療を行うときの当該患者70の位置決めの際に、CT装置12により生成されたCT画像に基づいて生成されたX線画像、より具体的には放射線の発生点から見た患者70の透視画像である擬似X線画像と比較するために使用される比較用X線画像を生成する。   The comparative X-ray image generation apparatus 30 is an X-ray image generated based on the CT image generated by the CT apparatus 12 when the patient 70 is positioned when performing radiation therapy on the patient 70. Specifically, a comparative X-ray image used for comparison with a pseudo X-ray image that is a fluoroscopic image of the patient 70 viewed from the generation point of radiation is generated.

実際の放射線治療時には、医師・技師は、比較用X線画像生成装置30により生成された比較用X線画像と擬似X線画像とを目視により比較し、患者体位および照射領域が一致していることを確認する。   At the time of actual radiotherapy, the doctor / engineer visually compares the comparative X-ray image generated by the comparative X-ray image generation device 30 with the pseudo X-ray image, and the patient's body position and the irradiation region match. Make sure.

もし患者体位および照射領域が一致していない場合には、治療台80や患者70自身を動かす等して患者体位および照射領域を微調整し、再度、比較用X線画像生成装置30により生成された比較用X線画像と擬似X線画像とを比較する。この比較作業は、比較用X線画像と擬似X線画像とが一致するまで繰り返し行われる。医師・技師は、比較用X線画像と擬似X線画像とが一致したことを確認できたら、患者70の位置決め作業を終了する。   If the patient position and the irradiation region do not match, the patient position and the irradiation region are finely adjusted by moving the treatment table 80 or the patient 70 itself, etc., and again generated by the comparative X-ray image generation device 30. The comparison X-ray image and the pseudo X-ray image are compared. This comparison operation is repeated until the comparison X-ray image and the pseudo X-ray image match. When the doctor / engineer confirms that the comparative X-ray image matches the pseudo X-ray image, the positioning operation of the patient 70 is terminated.

放射線治療装置50は、患者70の位置決め作業の終了後、治療計画装置14から送信された治療計画情報に基づいて、治療台80に載置された患者70に対して放射線治療を行う。放射線治療装置50は、患者70の周りを360度回転し任意の角度から放射線(治療ビーム)を照射することを可能とする回転機構を備える。なお、放射線治療装置50は、患者70に対して、サイバーナイフ治療、トモセラピー、重粒子治療等を行っても良い。   The radiotherapy apparatus 50 performs radiotherapy for the patient 70 placed on the treatment table 80 based on the treatment plan information transmitted from the treatment planning apparatus 14 after the positioning operation of the patient 70 is completed. The radiation therapy apparatus 50 includes a rotation mechanism that rotates 360 degrees around the patient 70 and that can irradiate radiation (treatment beam) from an arbitrary angle. The radiation therapy apparatus 50 may perform cyber knife therapy, tomotherapy, heavy particle therapy, or the like on the patient 70.

次に、比較用X線画像生成装置30の具体的な構成について説明する。図1に示すように、比較用X線画像生成装置30は、第1骨格モデル生成部32、人体モデル生成部34、位置合わせ部36、第2骨格モデル生成部38、人体モデル移動部40、比較用X線画像生成部42および比較用X線画像表示部44を備えて構成される。   Next, a specific configuration of the comparative X-ray image generation apparatus 30 will be described. As shown in FIG. 1, the comparative X-ray image generation apparatus 30 includes a first skeleton model generation unit 32, a human body model generation unit 34, an alignment unit 36, a second skeleton model generation unit 38, a human body model movement unit 40, A comparison X-ray image generation unit 42 and a comparison X-ray image display unit 44 are provided.

第1骨格モデル生成部32、人体モデル生成部34および位置合わせ部36は、本発明の「対応づけ部」に対応する。第2骨格モデル生成部38、人体モデル移動部40および比較用X線画像生成部42は、本発明の「画像生成部」に対応する。比較用X線画像表示部44は、本発明の「画像表示部」に対応する。   The first skeleton model generation unit 32, the human body model generation unit 34, and the alignment unit 36 correspond to the “association unit” of the present invention. The second skeleton model generating unit 38, the human body model moving unit 40, and the comparative X-ray image generating unit 42 correspond to the “image generating unit” of the present invention. The comparative X-ray image display unit 44 corresponds to the “image display unit” of the present invention.

なお、比較用X線画像生成装置30は、図示しないが、例えば、プロセッサとしてのCPU(Central Processing Unit)などのプロセッサ、制御プログラム(本発明の「画像生成プログラム」に対応)を格納したROM(Read Only Memory)等の記憶媒体、RAM(Random Access Memory)等の作業用メモリ、および通信回路を有する。この場合、上記した各部の機能は、プロセッサが制御プログラムを実行することにより実現される。   Although not shown, the comparative X-ray image generation apparatus 30 includes, for example, a ROM (corresponding to the “image generation program” of the present invention), a processor such as a CPU (Central Processing Unit) as a processor, and a control program. It has a storage medium such as a read only memory (RAM), a working memory such as a random access memory (RAM), and a communication circuit. In this case, the function of each unit described above is realized by the processor executing the control program.

第1骨格モデル生成部32は、第1検出部10の検出結果に基づいて、患者70の骨格および関節を模した第1骨格モデルを生成する。そして、第1骨格モデル生成部32は、生成した第1骨格モデルを位置合わせ部36に出力する。   The first skeleton model generation unit 32 generates a first skeleton model that imitates the skeleton and joints of the patient 70 based on the detection result of the first detection unit 10. Then, the first skeleton model generation unit 32 outputs the generated first skeleton model to the alignment unit 36.

第1骨格モデル生成部32は、例えばモーションキャプチャデータから骨格モデルを生成する既知の手法を用いて第1骨格モデルを生成することができる。モーションキャプチャデータは、専用のマーカーを用いるモーションキャプチャ(光学式・磁気式・機械式等)の他、画像を利用するビデオ式モーションキャプチャなど種々のモーションキャプチャ技術を用いて得られる。   The first skeleton model generation unit 32 can generate the first skeleton model using a known method for generating a skeleton model from motion capture data, for example. The motion capture data can be obtained by using various motion capture techniques such as a video motion capture using an image in addition to a motion capture using an exclusive marker (optical, magnetic, mechanical, etc.).

図3は、本実施の形態における骨格モデルの例を示す図である。図3に示すように、骨格モデルは複数のジョイントからなり、各ジョイントは木構造状に連結される。各ジョイントの間を繋ぐ線は人体でいう骨に相当し、一般的にボーンと呼ばれる。添字A〜Kはそれぞれ腰、股関節、膝関節、足関節、脊椎中央、脊椎上部、肩関節、肘関節、手関節、指関節、首を示すジョイントである。また、それぞれのジョイントは、3次元的な位置情報と傾き(回転)に関する情報を有する。   FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a skeleton model in the present embodiment. As shown in FIG. 3, the skeleton model is composed of a plurality of joints, and each joint is connected in a tree structure. A line connecting each joint corresponds to a bone in the human body and is generally called a bone. Subscripts A to K are joints indicating the waist, hip joint, knee joint, ankle joint, center of the spine, upper spine, shoulder joint, elbow joint, wrist joint, finger joint, and neck, respectively. Each joint has three-dimensional position information and information on tilt (rotation).

ジョイントを繋ぐ矢印は、親子関係を示している。すなわち、添字Hの肘関節は添字Gの肩関節の子に、また添字Iの手関節は肘関節Hの子になっており、体幹部から抹消のジョイントに行くに従い子になることを示している。なお、骨格モデルにおけるジョイントの数は放射線の照射部位等に応じて適切な数を選択すれば良く、当該骨格モデルは抹消へ行くに従い親から子になるデータ構造を有すれば良い。   Arrows connecting the joints indicate a parent-child relationship. In other words, the elbow joint of the subscript H is a child of the shoulder joint of the subscript G, and the wrist joint of the subscript I is a child of the elbow joint H, indicating that it becomes a child as it goes from the trunk to the extermination joint. Yes. It should be noted that the number of joints in the skeletal model may be selected appropriately depending on the irradiation site of the radiation and the like, and the skeleton model only needs to have a data structure that changes from parent to child as it goes to deletion.

人体モデル生成部34は、CT装置12から送信されたCT画像に基づいて、患者70の体表面および内部を模した人体モデルを生成する。本実施の形態では、この人体モデルは、体表面および内部をメッシュで表現したメッシュモデルであるものとする。そして、人体モデル生成部34は、生成した人体モデルを位置合わせ部36に出力する。   The human body model generation unit 34 generates a human body model simulating the body surface and the inside of the patient 70 based on the CT image transmitted from the CT apparatus 12. In this embodiment, the human body model is a mesh model in which the body surface and the inside are represented by a mesh. Then, the human body model generation unit 34 outputs the generated human body model to the alignment unit 36.

人体モデルは、CT装置12から送信されたCT画像、治療計画装置14を用いた治療計画の際に得られる組織や臓器の輪郭情報(例えばDICOM RT−Structure setなど)から作成される。   The human body model is created from the CT image transmitted from the CT apparatus 12 and the outline information (for example, DICOM RT-Structure set) of tissues and organs obtained at the time of treatment planning using the treatment planning apparatus 14.

より具体的には、人体モデルの生成には例えば、輪郭情報でラベリングされたボクセルデータから等値面を含む立方体を取り出し、その立方体に含まれる等値面を三角形で近似するマーチングキューブ法が利用される。輪郭情報は、治療計画装置14によるCT値(画素値)の閾値を用いた輪郭抽出や、手動入力により作成することが可能である。なお、CT値の閾値を用いた輪郭抽出や手動入力は、CT画像が読み込むことが可能な他の画像ソフトウェア上で行っても良い。   More specifically, the human body model is generated by, for example, using a marching cube method in which a cube including an isosurface is extracted from voxel data labeled with contour information, and the isosurface included in the cube is approximated by a triangle. Is done. The contour information can be created by contour extraction using the CT value (pixel value) threshold by the treatment planning device 14 or by manual input. Note that the contour extraction and manual input using the CT value threshold may be performed on other image software capable of reading a CT image.

図4は、本実施の形態におけるメッシュで表現された人体モデルの例を示す図である。図4には、患者70の位置決め作業に多く用いられる体表、骨を含む人体モデルを示している。治療計画では、体表、骨、肺以外にも他の臓器や腫瘍部(標的)の輪郭を囲むことが多い。そのため、これらの腫瘍部や他の臓器を含む人体モデルを生成することによって、患者70の位置決め作業を容易にすることができる。   FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a human body model represented by a mesh in the present embodiment. FIG. 4 shows a human body model including a body surface and bones that are frequently used for positioning the patient 70. In the treatment plan, in addition to the body surface, bones, and lungs, other organs and tumors (targets) are often surrounded. Therefore, the positioning operation of the patient 70 can be facilitated by generating a human body model including these tumor parts and other organs.

なお、放射線の照射部位などに応じて有用な患者70の位置決め指標が変化するため、人体モデルに含まれる組織や臓器は、照射部位等に応じて適切に選択されれば良い。また、図4に示すように、メッシュモデルに割り当てられる材質には、透過性が与えられている。これは、X線透視画像のように身体内部の情報を外観から得られるようにすることで、仮想的な比較用X線画像の生成を可能にするためである。   In addition, since the positioning index of the useful patient 70 changes according to the irradiation site | part etc. of a radiation, the structure | tissue and organ contained in a human body model should just be selected appropriately according to an irradiation site | part etc. Further, as shown in FIG. 4, the material assigned to the mesh model is given transparency. This is because it is possible to generate a virtual X-ray image for comparison by allowing information inside the body to be obtained from the appearance like an X-ray fluoroscopic image.

位置合わせ部36は、第1検出部10、CT装置12からそれぞれ送信された検出結果およびCT画像の両方に含まれる所定の基準(後述するマーカー)を用いて、第1骨格モデル生成部32から出力された第1骨格モデルの骨格および関節の位置と、人体モデル生成部34から出力された人体モデルの各部の位置とをそれらの位置が整合するよう対応づける。そして、位置合わせ部36は、その結果得られる第1骨格モデルおよび人体モデルを人体モデル移動部40に出力する。   The alignment unit 36 uses the predetermined reference (a marker to be described later) included in both the detection result and the CT image respectively transmitted from the first detection unit 10 and the CT apparatus 12, from the first skeleton model generation unit 32. The output skeleton and joint positions of the first skeletal model are associated with the positions of the respective parts of the human body model output from the human body model generation unit 34 so that their positions match. Then, the alignment unit 36 outputs the first skeleton model and the human body model obtained as a result to the human body model moving unit 40.

第1骨格モデルと人体モデルは、別々の構成(第1検出部10、CT装置12)で得られるために異なる座標系を持つ。そこで、位置合わせ部36は、次のような手順により第1骨格モデルの座標系を人体モデルの座標系に変換して、上記対応付けを行う。この対応付けは、第1検出部10、CT装置12のそれぞれから送信された検出結果(撮像画像)およびCT画像内で検出可能なマーカーを患者70の体表に添付することで行われる。   The first skeleton model and the human body model have different coordinate systems because they are obtained by different configurations (first detection unit 10 and CT apparatus 12). Therefore, the alignment unit 36 performs the above association by converting the coordinate system of the first skeleton model into the coordinate system of the human body model by the following procedure. This association is performed by attaching a detection result (captured image) transmitted from each of the first detection unit 10 and the CT apparatus 12 and a marker detectable in the CT image to the body surface of the patient 70.

具体的には、マーカーとしての微小金属球(本実施の形態では、4つ以上)を第1検出部10(距離画像センサー)で撮像可能な患者70の体表位置(仰向けであれば前面)に添付して当該マーカーの座標値を求める。   Specifically, the position on the body surface of the patient 70 (front surface if facing up) that can capture micro metal balls (four or more in this embodiment) as markers with the first detection unit 10 (distance image sensor). To obtain the coordinate value of the marker.

そして、位置合わせ部36は、第1検出部10で撮像されたマーカー座標と、CT画像で求まるマーカー座標との3次元移動量を算出する。その後、位置合わせ部36は、算出した3次元移動量を第1骨格モデルの位置情報に反映させることによって、第1骨格モデルの座標系を人体モデルの座標系に変換して、第1骨格モデルの骨格および関節の位置と人体モデルの各部とをそれらの位置が整合するよう対応付ける。   Then, the alignment unit 36 calculates a three-dimensional movement amount between the marker coordinates imaged by the first detection unit 10 and the marker coordinates obtained from the CT image. Thereafter, the alignment unit 36 converts the coordinate system of the first skeleton model into the coordinate system of the human body model by reflecting the calculated three-dimensional movement amount on the position information of the first skeleton model, and thereby the first skeleton model. The positions of the skeletons and joints of the human body model and each part of the human body model are associated with each other so that their positions are matched.

3次元移動量の算出には例えばプロクラステス解析を適応することができる。この場合、位置合わせ部36は、第1検出部10で撮像されたマーカー座標とCT画像で求まるマーカー座標との差の二乗和が最小化される近似解を求めることによって3次元移動量を算出する。上記対応付けの後、第1骨格モデルおよび人体モデルは、第1骨格モデルを親、人体モデルを子としたデータ構造にペアレント化される。   For example, a procrustes analysis can be applied to the calculation of the three-dimensional movement amount. In this case, the alignment unit 36 calculates the three-dimensional movement amount by obtaining an approximate solution that minimizes the square sum of the difference between the marker coordinates imaged by the first detection unit 10 and the marker coordinates obtained from the CT image. To do. After the association, the first skeleton model and the human body model are parented into a data structure having the first skeleton model as a parent and the human body model as a child.

第2骨格モデル生成部38は、第2検出部20から送信された検出結果に基づいて、第1骨格モデル生成部32と同様の方法を用いて、患者70の骨格および関節を模した第2骨格モデルを生成する。そして、第2骨格モデル生成部38は、生成した第2骨格モデルを人体モデル移動部40に出力する。   The second skeletal model generation unit 38 uses the same method as the first skeletal model generation unit 32 based on the detection result transmitted from the second detection unit 20 to simulate the skeleton and joints of the patient 70. Generate a skeletal model. Then, the second skeleton model generation unit 38 outputs the generated second skeleton model to the human body model moving unit 40.

人体モデル移動部40は、位置合わせ部36から出力された第1骨格モデルに対応する骨格および関節の位置が、第2骨格モデル生成部38から出力された第2骨格モデルに対応する骨格および関節の位置に一致するように、位置合わせ部36により第1骨格モデルと対応付けられた人体モデルの各部を移動させる。そして、人体モデル移動部40は、各部を移動させた人体モデルを比較用X線画像生成部42に出力する。   The human body model moving unit 40 includes a skeleton and a joint corresponding to the second skeleton model output from the second skeleton model generation unit 38 in the positions of the skeleton and the joint corresponding to the first skeleton model output from the alignment unit 36. Each part of the human body model associated with the first skeleton model is moved by the alignment unit 36 so as to coincide with the position of the human body model. Then, the human body model moving unit 40 outputs the human body model obtained by moving each unit to the comparative X-ray image generating unit 42.

本実施の形態では、人体モデルの各部を放射線治療の際に得られる第2骨格モデルを基に移動させることで、患者70の位置決め時の擬似X線画像と比較するための比較用X線画像を生成する。そのため、第1骨格モデルに対応する骨格および関節の位置と第2骨格モデルに対応する骨格および関節の位置とが一致しないときにどのように人体モデルの頂点を移動させるかについて決定する必要がある。この決定作業は、一般的にはスキニングと呼ばれる。   In the present embodiment, a comparative X-ray image for comparison with a pseudo X-ray image at the time of positioning of the patient 70 by moving each part of the human body model based on the second skeletal model obtained at the time of radiotherapy. Is generated. Therefore, it is necessary to determine how to move the vertex of the human body model when the position of the skeleton and joint corresponding to the first skeleton model does not match the position of the skeleton and joint corresponding to the second skeleton model. . This determination operation is generally called skinning.

スキニングにより各ボーン(ジョイント)と人体モデルのメッシュの各頂点とがグループ化される。また、各頂点は複数のグループに属することができ、複数のボーンの動きに追随させることができる。どのボーンにどの割合で追随するかは頂点毎の重み付けによって定義される。   Skinning groups each bone (joint) and each vertex of the human body model mesh. Each vertex can belong to a plurality of groups, and can follow the movement of a plurality of bones. Which bones follow at what rate is defined by the weight per vertex.

第1骨格モデルに対応する骨格および関節の位置が第2骨格モデルに対応する骨格および関節の位置に一致するように人体モデルの各部を移動させるにあたっては、まず、放射線治療室の実空間上における幾何学的配置(図5A,5Cを参照)を仮想空間上で再現させる(図5B,5Dを参照)。   In moving each part of the human body model so that the positions of the skeleton and the joint corresponding to the first skeleton model coincide with the positions of the skeleton and the joint corresponding to the second skeleton model, first, in the real space of the radiotherapy room The geometric arrangement (see FIGS. 5A and 5C) is reproduced in the virtual space (see FIGS. 5B and 5D).

具体的には、アイソセンター(ガントリ回転軌道Gの中心)を原点とする実空間上の座標系における第2検出部20の位置と姿勢(向き)を求め、その位置と姿勢とを仮想空間上に定義する。ここで、第2検出部20は、第2検出部20を中心とした物体の3次元座標データを取得することができるため、予め計測しておいた放射線治療室内の物体の3次元座標データと第2検出部20から取得した物体の3次元座標データとの対応関係から、第2検出部20の位置と姿勢を求めることができる。   Specifically, the position and orientation (orientation) of the second detection unit 20 in the coordinate system in the real space with the isocenter (center of the gantry rotation trajectory G) as the origin is obtained, and the position and orientation are obtained in the virtual space. Defined in Here, since the 2nd detection part 20 can acquire the 3D coordinate data of the object centering on the 2nd detection part 20, the 3D coordinate data of the object in the radiotherapy room measured in advance and From the correspondence with the three-dimensional coordinate data of the object acquired from the second detection unit 20, the position and orientation of the second detection unit 20 can be obtained.

当該位置および姿勢の導出方法としては、例えばOrthogonal Procrustes Problem法が用いられる。また、放射線治療室内の3次元座標位置と第2検出部20から取得した3次元点群との対応付けは、SHOT特徴量などの3次元特徴量を用いて行うことができる。   As a method for deriving the position and orientation, for example, Orthogonal Procedures Problem method is used. In addition, the association between the three-dimensional coordinate position in the radiation therapy room and the three-dimensional point group acquired from the second detection unit 20 can be performed using a three-dimensional feature amount such as a SHOT feature amount.

なお、第2検出部20(距離画像センサー)は画像データを取得することができるため、既知のパターン画像(例えばチェスボード)の位置を変えて複数撮影することによって、第2検出部20の位置と姿勢を求めても良い。このように、第2検出部20の位置と姿勢は様々な方法で求めることが可能であり、使用する第2検出部20に適する方法を使えば良い。   In addition, since the 2nd detection part 20 (distance image sensor) can acquire image data, the position of the 2nd detection part 20 is obtained by changing the position of a known pattern image (for example, chess board) and photographing several. You may ask for attitude. In this way, the position and orientation of the second detection unit 20 can be obtained by various methods, and a method suitable for the second detection unit 20 to be used may be used.

ここで、図5Aに示す実空間上の第2検出部20は、患者70の第2骨格モデルを取得するために使用される。また、仮想空間上に定義された第2検出部20’の位置は、人体モデル100を配置する際の基準として使用される。そして、第2骨格モデルの骨格および関節の位置を第1骨格モデルの骨格および関節の位置に配置することによって、実空間上の患者70の位置を仮想空間上に再現することができる。   Here, the second detection unit 20 in the real space illustrated in FIG. 5A is used to acquire the second skeletal model of the patient 70. Further, the position of the second detection unit 20 ′ defined in the virtual space is used as a reference when placing the human body model 100. Then, by arranging the positions of the skeleton and joints of the second skeleton model at the positions of the skeleton and joints of the first skeleton model, the position of the patient 70 in the real space can be reproduced in the virtual space.

また、仮想空間上における人体モデル100の3次元位置および角度は、人体モデル100の親としてペアレント化された第1骨格モデルのうち任意ジョイント(図3に示す第1骨格モデルの場合には、例えば添字Aに対応する腰)の3次元座標および回転角度情報によって決定される。その他のジョイントについては回転角度のみが使用され、当該回転角度を第1骨格モデルの各ジョイントの回転角度に反映させることで、人体モデル100の各部を移動させることができる。以上のように、本実施の形態では、実空間上における患者70の位置と体位を、スケルタルアニメーションによって仮想空間上に再現する。   Further, the three-dimensional position and angle of the human body model 100 in the virtual space are arbitrary joints among the first skeleton models parented as the parent of the human body model 100 (in the case of the first skeleton model shown in FIG. It is determined by the three-dimensional coordinates of the waist) corresponding to the subscript A and the rotation angle information. Only the rotation angle is used for the other joints, and each part of the human body model 100 can be moved by reflecting the rotation angle on the rotation angle of each joint of the first skeleton model. As described above, in the present embodiment, the position and posture of the patient 70 in the real space are reproduced on the virtual space by the skeletal animation.

なお、スケルタルアニメーションは、ボーンアニメーション、またスキンドメッシュアニメーションとも呼ばれるキャラクターのコンピュータアニメーションに用いられる技術である。スケルタルアニメーションでは、骨格(ボーン)を階層的に連結したスケルトンで所定の姿勢(キーフレーム)を表現し、それに応じてキャラクターの体表面を構成する構成点群の位置を追従させることでキャラクターのアニメーションを実現する。   Skeletal animation is a technique used for computer animation of characters, also called bone animation or skinned mesh animation. In skeletal animation, a predetermined posture (key frame) is expressed by a skeleton that is a hierarchical connection of skeletons (bones), and the position of the component points that make up the character's body surface is tracked accordingly. Realize animation.

比較用X線画像生成部42は、人体モデル移動部40から出力された人体モデルおよび治療計画装置14から送信された治療計画情報に基づいて、比較用X線画像を生成する。比較用X線画像生成部42は、複数の方向から見た複数の比較用X線画像を生成することが可能である。そして、比較用X線画像生成部42は、生成した比較用X線画像を比較用X線画像表示部44に出力する。   The comparative X-ray image generating unit 42 generates a comparative X-ray image based on the human body model output from the human body model moving unit 40 and the treatment plan information transmitted from the treatment planning device 14. The comparison X-ray image generation unit 42 can generate a plurality of comparison X-ray images viewed from a plurality of directions. Then, the comparison X-ray image generation unit 42 outputs the generated comparison X-ray image to the comparison X-ray image display unit 44.

ここで、比較用X線画像を生成するため、仮想空間上に定義されたアイソセンター(ガントリ回転軌道G’の中心、図5Bを参照)の位置を基準として、ガントリ回転軌道G’上に仮想的なカメラを仮想カメラとして配置する。配置される仮想カメラの位置および数は、任意に選択することができる。仮想カメラの角度としては、一般的には放射線の照射方向の角度が選択される。ただし、正面(ガントリ角度0°、180°)や側面(ガントリ角度90°、270°)の照射方向が存在しない場合には、これらの角度が追加して選択されることが多い。   Here, in order to generate a comparative X-ray image, a virtual position on the gantry rotation trajectory G ′ is used with reference to the position of the isocenter (center of the gantry rotation trajectory G ′, see FIG. 5B) defined in the virtual space. A typical camera as a virtual camera. The position and number of virtual cameras to be arranged can be arbitrarily selected. As an angle of the virtual camera, an angle in the radiation irradiation direction is generally selected. However, when there is no irradiation direction on the front side (gantry angles 0 °, 180 °) and side surfaces (gantry angles 90 °, 270 °), these angles are often additionally selected.

本実施の形態では、比較用X線画像生成部42は、放射線の照射方向に対応する比較用X線画像を生成する場合、治療計画装置14から送信された治療計画情報に含まれるコリメータ角度、JAW位置および多分割コリメータ位置を参照して放射線の照射領域を描出する。比較用X線画像生成部42は、仮想カメラの位置から見た透視投影によって比較用X線画像を生成する。   In the present embodiment, when the comparison X-ray image generation unit 42 generates a comparison X-ray image corresponding to the radiation irradiation direction, the collimator angle included in the treatment plan information transmitted from the treatment planning device 14, A radiation irradiation region is depicted with reference to the JAW position and the multi-division collimator position. The comparison X-ray image generation unit 42 generates a comparison X-ray image by perspective projection viewed from the position of the virtual camera.

比較用X線画像表示部44は、治療計画装置14から送信された治療計画情報を用いて比較用X線画像生成部42から出力された比較用X線画像を表示する。複数の方向から見た複数の比較用X線画像が比較用X線画像生成部42から出力された場合、比較用X線画像表示部44は、当該複数の比較用X線画像を同時に表示することができる。   The comparison X-ray image display unit 44 displays the comparison X-ray image output from the comparison X-ray image generation unit 42 using the treatment plan information transmitted from the treatment planning device 14. When a plurality of comparison X-ray images viewed from a plurality of directions are output from the comparison X-ray image generation unit 42, the comparison X-ray image display unit 44 simultaneously displays the plurality of comparison X-ray images. be able to.

図6は、本実施の形態における比較用X線画像を同時に表示した場合の表示例を示す図である。図6には、図中左から正面像、側面像、右前斜めから見た像が示されている。最上段に示す比較用X線画像200,210,220は、患者70の位置決めを開始する前の表示例である。また、最下段に示す比較用X線画像206,216,226は、患者70の位置決めが完了したときの表示例である。また、最上段と最下段との間に示す比較用X線画像202,204,212,214,222,224は、患者70の位置決め中の表示例である。   FIG. 6 is a diagram showing a display example when the comparative X-ray image in the present embodiment is displayed at the same time. FIG. 6 shows a front image, a side image, and an image viewed from the right front obliquely from the left in the drawing. The comparative X-ray images 200, 210, and 220 shown at the top are display examples before the positioning of the patient 70 is started. The comparative X-ray images 206, 216, and 226 shown at the bottom are display examples when the positioning of the patient 70 is completed. Further, comparative X-ray images 202, 204, 212, 214, 222, and 224 shown between the uppermost stage and the lowermost stage are display examples during positioning of the patient 70.

患者70の位置決めを開始する前では、患者70がアイソセンター付近に位置していないため、比較用X線画像200,210上にはスケーラーのみが表示されている。また、比較用X線画像220には、スケーラーと、治療計画装置14から送信された治療計画情報に含まれるX線照射領域の枠とが表示されている。   Before the positioning of the patient 70 is started, since the patient 70 is not located near the isocenter, only the scaler is displayed on the comparative X-ray images 200 and 210. In addition, in the comparative X-ray image 220, a scaler and a frame of an X-ray irradiation region included in the treatment plan information transmitted from the treatment planning device 14 are displayed.

2段目の比較用X線画像202,212,222は、患者70がアイソセンター付近に位置するときの画像である。図6に示す表示例では、図示しない擬似X線画像との目視による比較において、患者70の頭尾方向および身体の回転等にずれが生じているものとする。この場合、患者70の位置または体位の修正がなされる。   The second-stage comparative X-ray images 202, 212, and 222 are images when the patient 70 is located near the isocenter. In the display example shown in FIG. 6, it is assumed that there is a deviation in the head-to-tail direction of the patient 70 and the rotation of the body in a visual comparison with a pseudo X-ray image (not shown). In this case, the position or body position of the patient 70 is corrected.

3段目の比較用X線画像204,214,224は、患者70の頭尾方向、身体の回転を修正した後の画像である。図6に示す表示例では、図示しない擬似X線画像との目視による比較において、患者70の左腕の位置がずれているものとする。最下段の比較用X線画像206,216,226は、患者70の左腕の位置を修正し、患者70の位置決め作業が完了したときの画像である。   The third-stage comparative X-ray images 204, 214, and 224 are images after correcting the head-to-tail direction and body rotation of the patient 70. In the display example illustrated in FIG. 6, it is assumed that the position of the left arm of the patient 70 is shifted in visual comparison with a pseudo X-ray image (not shown). The lowermost comparison X-ray images 206, 216 and 226 are images when the position of the left arm of the patient 70 is corrected and the positioning operation of the patient 70 is completed.

次に、図7に示すフローチャートを参照し、本実施の形態における比較用X線画像の生成動作について説明する。   Next, with reference to the flowchart shown in FIG. 7, a comparison X-ray image generation operation in the present embodiment will be described.

まず、第1骨格モデル生成部32は、第1検出部10の検出結果に基づいて、患者70の骨格および関節を模した第1骨格モデルを生成する(ステップS100)。   First, the first skeleton model generation unit 32 generates a first skeleton model imitating the skeleton and joints of the patient 70 based on the detection result of the first detection unit 10 (step S100).

次に、人体モデル生成部34は、CT装置12により生成されたCT画像に基づいて、患者70の体表面および内部を模した人体モデルを生成する(ステップS120)。   Next, the human body model generation unit 34 generates a human body model that imitates the body surface and the inside of the patient 70 based on the CT image generated by the CT apparatus 12 (step S120).

次に、位置合わせ部36は、第1検出部10の検出結果、および、CT装置12により生成されたCT画像の両方に含まれる所定の基準を用いて、第1骨格モデル生成部32により生成された第1骨格モデルの骨格および関節の位置と、人体モデル生成部34により生成された人体モデルの各部の位置とが整合するよう対応づける(ステップS140)。   Next, the alignment unit 36 is generated by the first skeleton model generation unit 32 using a predetermined reference included in both the detection result of the first detection unit 10 and the CT image generated by the CT apparatus 12. The positions of the skeleton and joints of the first skeleton model thus made correspond to the positions of the respective parts of the human body model generated by the human body model generation unit 34 (step S140).

次に、第2骨格モデル生成部38は、第2検出部20の検出結果に基づいて、患者70の骨格および関節を模した第2骨格モデルを生成する(ステップS160)。   Next, the second skeleton model generation unit 38 generates a second skeleton model imitating the skeleton and joints of the patient 70 based on the detection result of the second detection unit 20 (step S160).

次に、人体モデル移動部40は、位置合わせ部36により対応付けられた第1骨格モデルの骨格および関節の位置が、第2骨格モデル生成部38により生成された第2骨格モデルの骨格および関節の位置に一致するように、第1骨格モデルと対応付けられた人体モデルの各部を移動させる(ステップS180)。   Next, the human body model moving unit 40 uses the skeleton and joints of the second skeleton model generated by the second skeleton model generation unit 38 so that the positions of the skeleton and joints of the first skeleton model associated by the alignment unit 36 are the same. Each part of the human body model associated with the first skeletal model is moved so as to coincide with the position (step S180).

最後に、比較用X線画像生成部42は、人体モデル移動部40により移動された人体モデル、および、治療計画装置14により生成された治療計画情報に基づいて、比較用X線画像を生成する(ステップS200)。ステップS200の処理が完了することによって、比較用X線画像の生成動作は終了する。   Finally, the comparative X-ray image generation unit 42 generates a comparative X-ray image based on the human body model moved by the human body model moving unit 40 and the treatment plan information generated by the treatment planning device 14. (Step S200). When the process of step S200 is completed, the generation operation of the comparative X-ray image ends.

ここで生成された比較用X線画像は、放射線の発生点から見た患者70の透視画像である擬似X線画像と比較するために使用される。   The comparative X-ray image generated here is used for comparison with a pseudo X-ray image that is a fluoroscopic image of the patient 70 viewed from the radiation generation point.

以上詳しく説明したように、本実施の形態では、放射線治療支援システム1は、放射線を照射して放射線治療を行うための治療計画を作成する際、患者寝台60に載置された患者70を検出する第1検出部10の検出結果に基づいて、当該患者70の骨格および関節を模した第1骨格モデルを生成する第1骨格モデル生成部32と、治療計画を作成する際、患者70のCT画像を生成するCT装置12(CT画像生成部)により生成されたCT画像に基づいて、当該患者70の体表面および内部を模した人体モデルを生成する人体モデル生成部34と、上記検出結果およびCT画像の両方に含まれる所定の基準を用いて、第1骨格モデルの骨格および関節の位置と人体モデルの各部の位置とが整合するように対応づける位置合わせ部36と、放射線治療を行う際、治療台80に載置された患者を検出する第2検出部20の検出結果に基づいて、当該患者70の骨格および関節を模した第2骨格モデルを生成する第2骨格モデル生成部38と、第1骨格モデルに対応する骨格および関節の位置が第2骨格モデルに対応する骨格および関節の位置に一致するように、第1骨格モデルと対応付けられた人体モデルの各部を移動させる人体モデル移動部40と、人体モデル移動部40により移動された人体モデルに基づいて、患者70に対して放射線治療を行うときの当該患者70の位置決めの際に、CT画像に基づいて生成されたX線画像(疑似X線画像)と比較するために使用される比較用X線画像を生成する比較用X線画像生成部42とを備える。   As described above in detail, in the present embodiment, the radiation therapy support system 1 detects the patient 70 placed on the patient bed 60 when creating a treatment plan for performing radiation therapy by irradiating radiation. The first skeleton model generating unit 32 that generates a first skeleton model imitating the skeleton and joints of the patient 70 based on the detection result of the first detecting unit 10 and the CT of the patient 70 when creating a treatment plan Based on the CT image generated by the CT apparatus 12 (CT image generation unit) that generates the image, the human body model generation unit 34 that generates a human body model imitating the body surface and the inside of the patient 70, the detection result, and Using a predetermined reference included in both of the CT images, an alignment unit 36 that associates the position of the skeleton and joints of the first skeleton model with the position of each part of the human body model, A second skeleton that generates a second skeleton model that imitates the skeleton and joints of the patient 70 based on the detection result of the second detection unit 20 that detects the patient placed on the treatment table 80 when performing the radiation therapy. Each part of the human body model associated with the first skeleton model so that the position of the skeleton and joint corresponding to the first skeleton model matches the position of the skeleton and joint corresponding to the second skeleton model. Based on the CT image when positioning the patient 70 when performing radiation therapy on the patient 70 based on the human body model moving unit 40 that moves the human body model and the human body model moved by the human body model moving unit 40 A comparison X-ray image generation unit 42 that generates a comparison X-ray image used for comparison with the generated X-ray image (pseudo X-ray image).

このように構成した本実施の形態によれば、人体モデル100の各部を放射線治療の際に得られる第2骨格モデルを基に移動させることで、患者70の位置決め時に擬似X線画像と比較するための比較用X線画像が生成される。これにより、擬似X線画像と比較するための位置決め用X線画像を取得する度に患者のX線被曝が発生していた従来と異なり、患者のX線被曝を減らすことができる。また、従来、位置決め用X線画像、すなわちX線写真を取得するためには、一度放射線治療室から出て撮影する必要があったが、本実施の形態ではリアルタイムに比較用X線画像を生成表示させて医師が確認することができるため、患者の位置決めを体軸の捻じれや四肢の角度も含めて短時間で行うことができる。   According to the present embodiment configured as described above, each part of the human body model 100 is moved based on the second skeletal model obtained at the time of radiotherapy, and compared with the pseudo X-ray image when the patient 70 is positioned. An X-ray image for comparison is generated. This makes it possible to reduce the patient's X-ray exposure, unlike the conventional case where the patient's X-ray exposure occurs every time a positioning X-ray image for comparison with a pseudo X-ray image is acquired. Conventionally, in order to obtain an X-ray image for positioning, that is, an X-ray photograph, it has been necessary to leave the radiation treatment room and take an image, but in this embodiment, an X-ray image for comparison is generated in real time. Since it is displayed and can be confirmed by the doctor, the patient can be positioned in a short time including the twist of the body axis and the angle of the limbs.

また、従来、患者の体表に描かれた体表マーカーが簡単に動いてしまうことに起因して、治療計画時と放射線治療時との間で患者の位置決め誤差が発生するおそれがあったが、本実施の形態では、治療計画時と放射線治療時の両方で得られる情報に基づいて、患者の身体の位置が反映される比較用X線画像が生成されるため、患者の位置決め精度を向上させることができる。また、患者の位置決めのために、患者の体表に体表マーカーを描くことを不要にすることもできる。   Further, conventionally, there has been a possibility that a positioning error of the patient may occur between the treatment planning time and the radiation treatment time because the body surface marker drawn on the patient's body surface easily moves. In this embodiment, since a comparative X-ray image that reflects the position of the patient's body is generated based on information obtained both during treatment planning and during radiation treatment, patient positioning accuracy is improved. Can be made. It is also possible to eliminate the need to draw a body surface marker on the patient's body surface for patient positioning.

さらに言えば、リアルタイムに複数方向から見た比較用X線画像を同時に表示させることによって、医師は一度に複数方向における比較用X線画像と疑似X線画像との比較を行うことができ、患者の位置決め時間の短縮に加えて、位置決め精度を向上させることもできる。以上より、放射線治療時において、患者70のX線被曝線量を減らすとともに、患者70の位置決めを短時間かつ精度良く行うことができる。また、X線照射が必要ないことから、患者の位置決めを別室で行うことも可能となる。位置決めを行った後の患者70をロボットアーム等により放射線治療室まで運ぶ機構を有する装置を用いれば、患者1人あたりの放射線治療室の使用時間をさらに短縮することができる。   Furthermore, by simultaneously displaying a comparative X-ray image viewed from a plurality of directions in real time, a doctor can compare a comparative X-ray image and a pseudo X-ray image in a plurality of directions at a time. In addition to shortening the positioning time, positioning accuracy can be improved. As described above, during radiation therapy, the X-ray exposure dose of the patient 70 can be reduced, and the patient 70 can be positioned in a short time with high accuracy. In addition, since X-ray irradiation is not necessary, the patient can be positioned in a separate room. If an apparatus having a mechanism for carrying the patient 70 after positioning to the radiation treatment room by a robot arm or the like is used, the use time of the radiation treatment room per patient can be further shortened.

なお、上記実施の形態では、検査室にCT装置12が設置される例について説明したが、CT装置12とともに、または、CT装置12の代わりにMRI装置が設置されても良い。この場合、MRI装置は、CT装置12が生成するCT画像に相当する、患者70のMRI画像を生成する。   In the above embodiment, an example in which the CT apparatus 12 is installed in the examination room has been described. However, an MRI apparatus may be installed together with the CT apparatus 12 or instead of the CT apparatus 12. In this case, the MRI apparatus generates an MRI image of the patient 70 corresponding to the CT image generated by the CT apparatus 12.

上記実施の形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。   Each of the above-described embodiments is merely an example of the implementation of the present invention, and the technical scope of the present invention should not be construed as being limited thereto. That is, the present invention can be implemented in various forms without departing from the gist or the main features thereof.

本発明は、放射線治療時において、患者の負担を減らすとともに、患者の位置決めを短時間かつ精度良く行うことが可能な放射線治療支援システム、画像生成方法および画像生成プログラムとして有用である。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is useful as a radiation therapy support system, an image generation method, and an image generation program that can reduce the burden on a patient and perform patient positioning in a short time and with high accuracy during radiotherapy.

1 放射線治療支援システム
10 第1検出部
12 CT装置
14 治療計画装置
20,20’ 第2検出部
30 比較用X線画像生成装置
32 第1骨格モデル生成部
34 人体モデル生成部
36 位置合わせ部
38 第2骨格モデル生成部
40 人体モデル移動部
42 比較用X線画像生成部
44 比較用X線画像表示部
50 放射線治療装置
60 患者寝台
70 患者
80 治療台
100 人体モデル
200,202,204,206,210,212,214,216,220,222,224,226 比較用X線画像
G,G’ ガントリ回転軌道
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Radiotherapy support system 10 1st detection part 12 CT apparatus 14 Treatment plan apparatus 20,20 '2nd detection part 30 X-ray image generation apparatus for comparison 32 1st skeleton model generation part 34 Human body model generation part 36 Positioning part 38 Second skeleton model generation unit 40 Human body model moving unit 42 Comparison X-ray image generation unit 44 Comparison X-ray image display unit 50 Radiation therapy device 60 Patient bed 70 Patient 80 Treatment table 100 Human body model 200, 202, 204, 206, 210, 212, 214, 216, 220, 222, 224, 226 X-ray image for comparison G, G 'gantry rotation orbit

Claims (7)

患者の骨格および関節の位置と、当該患者の体表面および内部を模した人体モデルの各部の位置とを対応づける対応づけ部と、
前記対応づけ部による対応づけの結果に基づいて、放射線治療時の前記患者の骨格および関節の位置に合わせて前記人体モデルの各部を移動させた画像を生成する画像生成部と、
備える放射線治療支援システム。
An association unit that associates the position of the patient's skeleton and joints with the position of each part of the human body model simulating the patient's body surface and interior;
An image generation unit that generates an image obtained by moving each part of the human body model according to the position of the skeleton and joints of the patient at the time of radiation treatment based on the result of the association by the association unit;
Radiation therapy support system provided.
前記対応づけ部は、
放射線を照射して放射線治療を行うための治療計画を作成するためのCT画像を撮影する際、患者寝台に載置された前記患者を検出する第1検出部の検出結果に基づいて、当該患者の骨格および関節を模した第1骨格モデルを生成する第1骨格モデル生成部と、
前記治療計画を作成する際、前記患者のCT画像を生成するCT画像生成部により生成されたCT画像に基づいて、前記人体モデルを生成する人体モデル生成部と、
前記検出結果および前記CT画像の両方に含まれる所定の基準を用いて、前記第1骨格モデルの骨格および関節の位置と前記人体モデルの各部の位置とが整合するように対応づける位置合わせ部と、
を有する請求項1に記載の放射線治療支援システム。
The association unit includes
When taking a CT image for creating a treatment plan for performing radiation therapy by irradiating with radiation, the patient is detected based on the detection result of the first detection unit that detects the patient placed on the patient bed. A first skeleton model generation unit that generates a first skeleton model imitating the skeleton and joints of
A human body model generation unit that generates the human body model based on a CT image generated by a CT image generation unit that generates a CT image of the patient when creating the treatment plan;
An alignment unit that associates the position of the skeleton and joints of the first skeleton model with the position of each part of the human body model using a predetermined reference included in both the detection result and the CT image; ,
The radiation therapy support system according to claim 1, comprising:
前記画像生成部は、
前記放射線治療を行う際、治療台に載置された前記患者を検出する第2検出部の検出結果に基づいて、当該患者の骨格および関節を模した第2骨格モデルを生成する第2骨格モデル生成部と、
前記第1骨格モデルに対応する骨格および関節の位置が前記第2骨格モデルに対応する骨格および関節の位置に一致するように、前記第1骨格モデルと対応付けられた前記人体モデルの各部を移動させる人体モデル移動部と、
前記人体モデル移動部により移動された前記人体モデルに基づいて、前記患者に対して前記放射線治療を行うときの当該患者の位置決めの際に、前記CT画像に基づいて生成されたX線画像と比較するために使用される比較用X線画像を生成する比較用X線画像生成部と、
を有する請求項2に記載の放射線治療支援システム。
The image generation unit
A second skeletal model that generates a second skeletal model simulating the skeleton and joints of the patient based on the detection result of the second detection unit that detects the patient placed on the treatment table when performing the radiotherapy A generator,
Move each part of the human body model associated with the first skeleton model so that the positions of the skeleton and joint corresponding to the first skeleton model coincide with the positions of the skeleton and joint corresponding to the second skeleton model A human body model moving unit,
Based on the human body model moved by the human body model moving unit, compared with the X-ray image generated based on the CT image when positioning the patient when performing the radiation therapy on the patient A comparison X-ray image generation unit that generates a comparison X-ray image used to
The radiation therapy support system according to claim 2, comprising:
前記画像生成部は、複数の方向から見た複数枚の前記画像を生成する、
請求項1〜3の何れか1項に記載の放射線治療支援システム。
The image generation unit generates a plurality of the images viewed from a plurality of directions.
The radiation therapy support system according to any one of claims 1 to 3.
前記画像生成部により生成された複数の前記画像を同時に表示する画像表示部を備える、
請求項4に記載の放射線治療支援システム。
An image display unit that simultaneously displays the plurality of images generated by the image generation unit;
The radiation therapy support system according to claim 4.
患者の骨格および関節の位置と、当該患者の体表面および内部を模した人体モデルの各部の位置との対応づけを行い、
前記対応づけの結果に基づいて、放射線治療時の前記患者の骨格および関節の位置に合わせて前記人体モデルの各部を移動させた画像を生成する、
画像生成方法。
Correlate the position of the patient's skeleton and joints with the position of each part of the human body model that imitates the patient's body surface and interior,
Based on the result of the association, generate an image in which each part of the human body model is moved in accordance with the position of the skeleton and joints of the patient at the time of radiotherapy.
Image generation method.
コンピューターに、
患者の骨格および関節の位置と、当該患者の体表面および内部を模した人体モデルの各部の位置との対応づけを行う処理と、
前記対応づけの結果を記憶させる処理と、
記憶された前記対応づけの結果に基づいて、放射線治療時の前記患者の骨格および関節の位置に合わせて前記人体モデルの各部を移動させた画像を生成する処理と、
を実行させる画像生成プログラム。
On the computer,
A process for associating the position of the patient's skeleton and joints with the position of each part of the human body model imitating the patient's body surface and interior;
Processing for storing the result of the association;
A process for generating an image in which each part of the human body model is moved in accordance with the position of the skeleton and joints of the patient at the time of radiotherapy based on the stored result of the correspondence;
An image generation program that executes
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JP2019122555A (en) * 2018-01-16 2019-07-25 住友重機械工業株式会社 Treatment planning system

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