JP2019208950A - 腫瘍位置表示装置及び放射線治療システム - Google Patents

Abstract

【課題】個々の腫瘍の動きに対応した適切な放射線治療計画方針の決定を支援すること。【解決手段】実施形態に係る腫瘍位置表示装置は、複数の時相に関する複数の３次元医用画像に含まれる腫瘍領域を特定する特定部と、前記複数の時相に亘る前記腫瘍領域の移動経路に含まれる画素各々について、前記画素各々への前記腫瘍領域の滞留の程度を示すパラメータを算出する算出部と、前記複数の３次元医用画像のうちの少なくとも一の３次元医用画像に基づく２次元医用画像を、前記パラメータの値に応じた濃度又は色で表示する表示部と、を具備する。【選択図】 図１

Description

本発明の実施形態は、腫瘍位置表示装置及び放射線治療システムに関する。

放射線治療における動体追跡照射においては、患者の腫瘍付近を４次元ＣＴにより撮像し、呼吸による腫瘍の動きを考慮して治療計画を行っている。この手法によれば、呼吸による腫瘍の動きは把握することができるが、腫瘍の移動量や移動速度を直感的に把握することは困難である。そのため、操作者が計測等を行い、経験的に呼吸制御手法を決定している。また、動体追跡照射は、腫瘍が定位置に到達したときに限定して放射線を照射する、いわゆる待ち伏せ照射である。そのため、動体追跡照射は、連続的に放射線を照射する場合に比して治療完了まで多くの時間を要する。

特表２００４−５１３７３５号公報 特開２００９−１４８３３６号公報 特開２０１２−２１３６０４号公報

発明が解決しようとする課題は、個々の腫瘍の動きに対応した適切な放射線治療方針の決定を支援することである。

実施形態に係る腫瘍位置表示装置は、複数の時相に関する複数の３次元医用画像に含まれる腫瘍領域を特定する特定部と、前記複数の時相に亘る前記腫瘍領域の移動経路に含まれる画素各々について、前記画素各々への前記腫瘍領域の滞留の程度を示すパラメータを算出する算出部と、前記複数の３次元医用画像のうちの少なくとも一の３次元医用画像に基づく２次元医用画像を、前記パラメータの値に応じた濃度又は色で表示する表示部と、を具備する。

図１は、本実施形態に係る放射線治療システムの構成を示す図である。 図２は、本実施形態に係る放射線治療システムによる治療計画の典型的な流れを示す図である。 図３は、図２のステップＳ２において処理回路により行われる腫瘍領域及び移動経路領域の特定処理を示す図である。 図４は、図２のステップＳ４において処理回路により算出される滞留パラメータの概念を示す図である。 図５は、図２のステップＳ４において処理回路により算出される滞留時間の概念を示す図である。 図６は、図２のステップＳ５において処理回路により生成される滞留パラメータマップを示す図である。 図７は、図２のステップＳ５において処理回路により表示される、滞留パラメータマップが重畳された２次元画像の一例を示す図である。 図８は、図２のステップＳ６において処理回路により表示される移動距離の表示画面を示す図である。 図９は、図２のステップＳ７において処理回路により表示される腫瘍位置及び照射態様の選択画面を示す図である。 図１０は、図２のステップＳ７における照射態様の決定の指針を概念的に示す図である。 図１１は、図１の処理回路により表示される治療計画の選択画面を示す図である。

以下、図面を参照しながら本実施形態に係わる腫瘍位置表示装置及び放射線治療システムを説明する。

本実施形態に係る腫瘍位置表示装置は、放射線治療における治療計画のために、患者の腫瘍の位置を表示するためのコンピュータである。本実施形態に係る腫瘍位置表示装置は、腫瘍の位置を表示するための専用のコンピュータであっても良いし、治療計画用のコンピュータ（以下、治療計画装置と呼ぶ）に組み込まれても良いし、医用画像診断装置や放射線治療装置等の他の装置に組み込まれても良い。以下、本実施形態に係る腫瘍位置表示装置は、治療計画装置に組み込まれているものとする。

図１は、本実施形態に係る放射線治療システム１の構成を示す図である。図１に示すように、放射線治療システム１は、医用画像診断装置１０、治療計画装置３０、放射線治療情報管理システム（OIS: Oncology Information System）５０、呼吸同期照射管理システム７０及び放射線治療装置９０を有する。医用画像診断装置１０、治療計画装置３０、放射線治療情報管理システム５０、呼吸同期照射管理システム７０及び放射線治療装置９０は、互いにネットワークを介して通信可能に接続されている。

医用画像診断装置１０は、治療対象の患者に医用撮像を施して、治療計画に使用する４次元医用画像データを生成する。４次元医用画像データは、複数の時相に関する複数の３次元医用画像（ボリュームデータ）を含む。本実施形態に係る医用画像診断装置１０は、４次元医用画像を生成可能な如何なるモダリティ装置に適用可能である。本実施形態に適用可能なモダリティ装置としては、例えば、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置、磁気共鳴イメージング装置、コーンビームＣＴ装置、核医学診断装置等が挙げられる。生成された４次元医用画像データは、例えば、治療計画装置３０に送信される。

治療計画装置３０は、４次元医用画像データを利用して治療対象の患者の治療計画を作成するコンピュータである。図１に示すように、治療計画装置３０は、処理回路３１、記憶装置３３、表示機器３５、入力機器３７及び通信機器３９を有する。処理回路３１、記憶装置３３、表示機器３５、入力機器３７及び通信機器３９は、バス（Bus）等を介して通信可能に接続されている。

処理回路３１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等のプロセッサとＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）等のメモリとを有する。当該プロセッサは、当該メモリに記憶されたプログラムを実行することにより、腫瘍領域特定機能３１１、移動時間算出機能３１２、滞留パラメータ算出機能３１３、腫瘍位置設定機能３１４、照射態様決定機能３１５、治療計画機能３１６及び表示制御機能３１７を実現する。

腫瘍領域特定機能３１１において処理回路３１は、医用画像診断装置１０により生成された複数の時相に関する複数の３次元医用画像に含まれる腫瘍領域を特定する。腫瘍領域が特定される３次元医用画像は、医用画像診断装置１０により生成された全ての時相に関する全ての３次元医用画像であっても良いが、全ての時相のうちの一部時相に関する３次元医用画像でも良い。

移動時間算出機能３１２において処理回路３１は、腫瘍領域特定機能３１１により特定された腫瘍領域の複数の時相に亘る移動時間を算出する。

滞留パラメータ算出機能３１３において処理回路３１は、腫瘍領域特定機能３１１により特定された腫瘍領域の複数の時相に亘る移動経路に含まれる画素各々について、当該画素各々への腫瘍領域の滞留の程度を示すパラメータを算出する。以下、滞留の程度を示すパラメータを滞留パラメータと呼ぶことにする。

腫瘍位置設定機能３１４において処理回路３１は、画像処理により又は入力機器３７を介した操作者の指示に従い、複数の時相に関する複数の３次元医用画像等に腫瘍領域の位置を設定する。

照射態様決定機能３１５において処理回路３１は、所定のアルゴリズムに従い自動的に又は入力機器３７を介した操作者の指示に従い、放射線治療における放射線の照射態様を決定する。

治療計画機能３１６において処理回路３１は、腫瘍位置設定機能３１４により設定された位置の腫瘍領域と照射態様決定機能３１５により決定された照射態様に基づき治療計画を作成する。

表示制御機能３１７において処理回路３１は、表示機器３５に種々の情報を表示する。例えば、処理回路３１は、複数の３次元医用画像のうちの少なくとも一の３次元医用画像に基づく２次元画像を、滞留パラメータ算出機能３１３により算出された滞留パラメータの値に応じた濃度又は色で表示する。２次元画像は、処理回路３１による３次元画像処理により生成される。３次元画像処理としては、例えば、ボリュームレンダリングや、サーフェスボリュームレンダリング、画素値投影処理、ＭＰＲ（Multi-Planer Reconstruction）処理、ＣＰＲ（Curved MPR）処理等が挙げられる。また、処理回路３１は、治療計画機能３１６により作成された治療計画等を表示機器３５に表示しても良い。

記憶装置３３は、種々の情報を記憶するＨＤＤ（Hard Disk Drive）やＳＳＤ（Solid State Drive）、集積回路記憶装置等の記憶装置である。記憶装置３３は、例えば、医用画像診断装置１０により生成された複数の時相に関する複数の３次元医用画像を記憶する。記憶装置３３は、ＨＤＤやＳＳＤ等以外にも、ＣＤ（Compact Disc）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、フラッシュメモリ等の可搬性記憶媒体や、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の半導体メモリ素子等との間で種々の情報を読み書きする駆動装置であってもよい。また、記憶装置３３は、治療計画装置３０にネットワークで接続された外部記憶装置として実現されても良い。

表示機器３５は、各種の情報を表示する。例えば、表示機器３５は、処理回路３１によって生成された２次元画像や治療計画等を表示する。例えば、表示機器３５としては、例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ（ＯＥＬＤ：Organic Electro Luminescence Display）、プラズマディスプレイ又は他の任意のディスプレイが利用可能である。

入力機器３７は、操作者からの各種指令を受け付ける。入力機器３７としては、キーボードやマウス、各種スイッチ等が利用可能である。入力機器３７は、受け付けた指令に応じた操作信号をバスを介して処理回路３１に供給する。

通信機器３９は、図示しない有線又は無線を介して、放射線治療システム１を構成する医用画像診断装置１０、治療計画装置３０、放射線治療情報管理システム５０、呼吸同期照射管理システム７０及び放射線治療装置９０との間でデータ通信を行う。

放射線治療情報管理システム５０は、医用画像診断装置１０、治療計画装置３０、呼吸同期照射管理システム７０及び放射線治療装置９０等と連携して放射線治療に関する情報を管理するコンピュータシステムである。放射線治療情報管理システム５０は、汎用のコンピュータ又はワークステーションが備える入力機器、ディスプレイ、通信機器及び記憶装置を備える。例えば、放射線治療情報管理システム５０は、治療計画装置３０により作成された治療計画を管理する。放射線治療情報管理システム５０は、治療計画に含まれる照射条件等を呼吸同期照射管理システム７０や放射線治療装置９０に供給する。

呼吸同期照射管理システム７０は、放射線照射前又は放射線照射中等の放射線治療時において、放射線治療室の治療寝台に載置された患者の呼吸動を計測する。例えば、呼吸同期照射管理システム７０は、機械式又は光学式等の呼吸センサにより患者の呼吸レベルの推移を示す呼吸波形を生成し、患者の呼吸レベルを監視する。呼吸レベルが所定の閾値範囲内にある場合、呼吸同期照射管理システム７０は、放射線照射指示信号を放射線治療装置９０に供給する。

放射線治療装置９０は、放射線治療を目的とした装置であり、治療計画装置３０により作成された治療計画に従い患者に放射線を照射して患者を治療する。放射線治療装置９０は、治療室に設けられた治療架台と治療寝台とを有する。治療架台は、回転軸回りに回転可能に照射ヘッド部を支持する。照射ヘッド部は、放射線治療情報管理システム５０から供給された照射条件等に従い放射線を照射する。具体的には、照射ヘッド部は、多分割絞り（マルチリーフコリメータ）により照射野を形成し、当該照射野により正常組織への照射を抑える。治療部位に放射線が照射されることにより当該治療部位が消滅又は縮小する。呼吸同期照射の場合、放射線治療装置９０は、呼吸同期照射管理システム７０からの放射線照射指示信号を受けた場合に限定して放射線を照射する。これにより、腫瘍が呼吸動等により大きく動く場合であっても正常組織への放射線照射を低減することができる。

以下、本実施形態に係る放射線治療システム１による治療計画の動作例について説明する。

図２は、本実施形態に係る放射線治療システム１による治療計画の典型的な流れを示す図である。図２に示すように、まず、医用画像診断装置１０は、治療対象の患者に医用撮像を施して４次元医用画像データを生成する（ステップＳ１）。ステップＳ１において医用画像診断装置１０は、一定期間に亘り繰り返し医用撮像を施し、４次元医用画像データとして、複数の時相に関する複数の３次元医用画像を生成する。本実施形態に係る治療対象は、患者の呼吸により位置が変化する腫瘍であるとする。このような腫瘍としては、例えば、胸部や腹部の組織に発生した癌が挙げられる。３次元画像各々について医用撮像時における患者の呼吸時相を把握するため、３次元画像各々に呼吸時相に係る情報が関連付けられる。呼吸時相に係る情報としては、呼吸時相の数値や名称でも良いし、患者の胸部や腹部の高さ（以下、呼吸レベルと呼ぶ）の数値が挙げられる。１呼吸周期において呼吸レベルが最も低い時相は最大呼気時と呼ばれ、呼吸レベルが最も高い時相は最大吸気時と呼ばれる。呼吸時相の数値は、例えば、１呼吸周期の時間に占める基準時相からの時間の割合でも良いし、基準時相からの時間でも良い。呼吸時相の名称は、前述の最大呼気時や最大吸気時である。

ステップＳ１が行われると治療計画装置３０の処理回路３１は、腫瘍領域特定機能３１１を実行する（ステップＳ２）。ステップＳＳ２において処理回路３１は、医用画像診断装置１０により生成された３次元医用画像のうちの特定期間の３次元医用画像を対象として腫瘍領域及び移動経路領域を特定する。特定期間は、少なくとも最大呼気時から最大吸気時又は最大吸気時から最大呼気時を含む期間に設定される。以下の実施形態において特定期間は、一呼吸周期に設定されるものとする。一呼吸周期は、隣り合う任意の特定呼吸時相の間の期間に規定される。典型的には、一呼吸周期は、隣り合う最大呼気時の間の期間又は隣り合う最大吸気時の間の期間に規定される。

図３は、ステップＳ２において処理回路３１により行われる腫瘍領域及び移動経路領域の特定処理を示す図である。図３に示すように、一呼吸周期は、例えば、最大呼気時Ｔｅ１、最大呼気時Ｔｅ１に続く最大吸気時Ｔａ、最大吸気時Ｔａに続く最大呼気時Ｔｅ２を含む。処理回路３１は、最大呼気時Ｔｅ１から最大呼気時Ｔｅ２までの各時相について３次元医用画像に含まれる腫瘍領域を特定する。処理回路３１は、閾値処理やセグメント処理、機械学習等の任意の画像処理により腫瘍領域を抽出しても良いし、入力機器３７を介したユーザの指示に従い手動的に腫瘍領域を特定しても良い。例えば、最大呼気時Ｔｅ１に関する３次元医用画像Ｖｔｅ１について腫瘍領域Ｒｔｅ１が、最大呼気時Ｔｅ１に関する３次元医用画像Ｖｔａについて腫瘍領域Ｒｔａが、最大呼気時Ｔｅ２に関する３次元医用画像Ｖｔｅ２について腫瘍領域Ｒｔｅ２が特定される。図３に示すように、医用撮像時における患者の呼吸動により３次元医用画像ＶＯ内において腫瘍領域の位置が周期的に変化する。

腫瘍領域が特定されると処理回路３１は、一呼吸周期を構成する複数の時相の腫瘍領域の和領域を算出する。例えば、最大呼気時Ｔｅ１から最大呼気時Ｔｅ２までに含まれる複数の時相に関する複数の腫瘍領域の和領域が算出される。算出された和領域は、最大呼気時Ｔｅ１から最大呼気時Ｔｅ２までに腫瘍領域が移動した経路であると推定される。算出された和領域は移動経路領域Ｒｔｒに設定される。

ステップＳ２が行われると処理回路３１は、移動時間算出機能３１２を実行する（ステップＳ３）。ステップＳ３において処理回路３１は、一呼吸周期における腫瘍領域の移動時間を算出する。本実施形態に係る移動時間は、腫瘍領域が移動している期間の長さに規定される。換言すれば、本実施形態に係る移動時間は、呼吸制動等の人体の生体活動における臓器移動が考慮された腫瘍の移動時間である。例えば、最大呼気時から最大吸気時までの時間が１．２秒、最大吸気時から最大呼気時までの時間は２．４秒である場合、一呼吸周期における腫瘍領域の移動時間は、３．６秒である。腫瘍領域が常に移動している場合、一呼吸周期における移動時間は一呼吸周期の時間長に等しい。一呼吸周期における腫瘍領域の移動時間は、１サイクル呼吸時間とも呼ばれる。なお、最大呼気時から最大吸気時までの時間と最大吸気時から最大呼気時までの時間とは、最大呼気時に関連付けられた時間情報と最大吸気時に関連付けられた時間情報とに基づいて算出されれば良い。

ステップＳ３が行われると処理回路３１は、滞留パラメータ算出機能３１３を実行する（ステップＳ４）。ステップＳ４において処理回路３１は、一呼吸周期における腫瘍領域の滞留パラメータを算出する。滞留パラメータは、移動経路領域に含まれる画素各々について算出される。滞留パラメータは、移動経路領域に含まれる画素各々への腫瘍領域の滞留の程度を示すパラメータである。以下、移動経路領域に含まれる画素を移動経路画素と呼ぶことにする。滞留パラメータとしては、移動経路画素各々に腫瘍領域が存在するフレーム数（以下、滞留フレーム数と呼ぶ）、１サイクル呼吸時間あたりにおける滞留フレーム数、１サイクル呼吸時間に対する一呼吸周期あたりの滞留フレーム数の比率（以下、滞留比率と呼ぶ）、滞留比率と１サイクル呼吸時間との積（以下、滞留時間と呼ぶ）、１サイクル呼吸時間に対する滞留比率の比率（以下、滞留比率比と呼ぶ）、腫瘍領域の移動速度が挙げられる。なお、フレームは、各３次元医用画像の時相に対応する。フレームレートは、単位時間に含まれる時相数、換言すれば、３次元医用画像の個数に規定される。

図４は、ステップＳ４において処理回路３１により算出される滞留パラメータの概念を示す図である。図４に示すように、３次元医療画像ＶＯにおいて腫瘍領域が呼吸動に伴い周期的に移動する。ここで、移動経路領域に含まれる移動経路画素Ｖｘに着目する。処理回路３１は、一呼吸周期を構成する複数の時相（フレーム）各々について腫瘍領域が当該移動経路画素Ｖｘに含まれるか否かを判定する。腫瘍領域が当該移動経路画素Ｖｘに含まれる場合、当該時相（フレーム）について「滞留あり」、腫瘍領域が当該移動経路画素Ｖｘに含まれない場合、当該時相（フレーム）について「滞留なし」と判定される。例えば、図４に示すように、最大呼気時に関する腫瘍領域Ｒｔｅ１は移動経路画素Ｖｘに含まれないので最大呼気時に関して「滞留なし」、最大吸気時に関する腫瘍領域Ｒｔａは移動経路画素Ｖｘに含まれないので最大吸気時に関して「滞留なし」、最大呼気と最大吸気時との中間時相に関する腫瘍領域Ｒｔｍは移動経路画素Ｖｘに含まれるので中間時相に関して「滞留あり」と判定される。

例えば、最大呼気時→最大吸気時→最大呼気時からなる１サイクル呼吸時間は３．６秒であり、４次元ＣＴにおける撮像フレームレートが１５ｆｐｓであるとする。この場合、最大呼気時→最大吸気時→最大呼気時からなる１呼吸サイクルにおいて腫瘍領域は、３.６×１５＝５４個抽出される。すなわち、１呼吸サイクルの時相数（フレーム数）は５４である。処理回路３１は、移動経路画素各々について「滞留あり」と判定された時相数（フレーム数）を、滞留フレーム数として計数する。例えば、１呼吸サイクルにおいて、ある移動経路画素で腫瘍領域が２７個のフレームで「滞留あり」と判定された場合、滞留フレーム数は２７と算出される。処理回路３１は、滞留フレーム数と１サイクル呼吸時間とに基づいて滞留比率を算出する。具体的には、処理回路３１は、滞留フレーム数を１サイクル呼吸時間で除することにより滞留比率を算出する。例えば、滞留フレーム数が２７、１呼吸サイクルのフレーム数が５４である場合、滞留比率は、２７／５４＝０．５と算出される。処理回路３１は、滞留比率と１サイクル呼吸時間とに基づいて滞留時間を算出する。具体的には、処理回路３１は、滞留比率を１サイクル呼吸時間に乗算することにより滞留時間を算出する。例えば、滞留比率が０．５、１サイクル呼吸時間は３．６秒である場合、滞留時間は、０．５×３．６＝１．８秒と算出される。

図５は、ステップＳ４において処理回路３１により算出される滞留時間の概念を示す図である。図５に示すように、処理回路３１は、移動経路領域Ｒｔｒを構成する移動経路画素Ｖｘ毎に滞留時間を算出する。例えば、移動経路画素Ｖｘ１の滞留時間は１．８秒、移動経路画素Ｖｘ２の滞留時間は１．７秒、というように全ての移動経路画素Ｖｘについて滞留時間が算出される。

患者の呼吸に関わらず腫瘍領域が全く動かない場合、１サイクル呼吸時間が３．６秒、１呼吸サイクルのフレーム数が５４であり、全フレームにおいて「滞留あり」と判定され場合、滞留比率は５４／５４＝１．０、滞留時間は３．６×１．０＝３．６秒である。

なお、処理回路３１は、滞留パラメータとして、１サイクル呼吸時間に対する滞留比率の比率である滞留比率比を算出しても良い。例えば、１サイクル呼吸時間が３．６秒、滞留比率が０．５である場合、滞留比率比は０．５／３．６＝０．１４である。処理回路３１は、滞留パラメータとして、腫瘍領域の移動速度を算出しても良い。例えば、腫瘍領域の移動速度は、単位時間あたりに腫瘍領域が移動した画素数により規定される。

ステップＳ４が行われると処理回路３１は、表示制御機能３１７を実行する（ステップＳ５）。ステップＳ５において処理回路３１は、滞留パラメータに応じた重み付け表示を行う。詳細には、処理回路３１は、まず、一呼吸周期に亘る複数の時相に関する複数の３次元画像の少なくとも一の３次元医用画像に３次元画像処理を施して２次元画像を生成する。例えば、特定の１時相の３次元医用画像のボリュームレンダリング処理を施してボリュームレンダリング画像を生成しても良いし、ＭＰＲ処理を施して任意断面の断面画像を生成しても良い。また、処理回路３１は、複数の時相に関する３次元医用画像の加算平均画像を生成し、生成された加算平均画像に基づくボリュームレンダリング画像や断面画像を生成しても良い。

また、処理回路３１は、ステップＳ４において算出された滞留パラメータの空間分布を表現するマップ（以下、滞留パラメータマップと呼ぶ）を生成する。滞留パラメータマップは、当該マップを構成する移動経路画素毎に滞留パラメータの値に応じた濃度を割り当てることにより生成される。なお移動経路画素の色は、白や黒、赤、青等の任意の色に設定されれば良い。

図６は、図２のステップＳ５において処理回路３１により生成される滞留パラメータマップＭｔｒを示す図である。図６に示す滞留パラメータマップＭｔｒは、滞留パラメータの値に応じた濃度が画素に割り当てられたマップである。図６においては、滞留パラメータマップＭｔｒの各画素には、滞留パラメータ値に応じた灰色の濃度、すなわち、グレイレベルが割り当てられている。図６に示すように、最大呼気時と最大吸気時との間で腫瘍領域Ｒｔが周期的に移動する。典型的には、最大呼気時と最大吸気時とにおいて腫瘍領域Ｒｔは一時的に留まる傾向にある。すなわち、最大呼気時の腫瘍領域Ｒｔと最大吸気時の腫瘍領域Ｒｔとの存在範囲において滞留パラメータ（例えば、滞留時間や滞留比率）は比較的大きな値になる。従って滞留パラメータマップＭｔｒは、両端に行くにつれ濃度が高く、中央に行くにつれ濃度が低くなるような濃度分布を有する。滞留パラメータマップＭｔｒの生成対象である滞留パラメータの種類としては、上記の滞留フレーム数、滞留比率、滞留時間、滞留比率比及び腫瘍移動速度の中から入力機器３７等を介して任意に設定可能である。

図７は、図２のステップＳ５において処理回路３１により表示される、滞留パラメータマップＭｔｒが重畳された２次元画像Ｉ１の一例を示す図である。図７に示すように、２次元画像Ｉ１は、患者の体内の構造ＲＰを描出する形態画像である。処理回路３１は、２次元画像Ｉ１に滞留パラメータマップＭｔｒを位置整合して重畳し、表示機器３５に表示する。これにより、滞留パラメータの重み付け表示が行われることとなる。例えば、滞留パラメータマップＭｔｒは、２次元画像Ｉ１のオーバレイ（Overlay）として表示される。滞留パラメータマップＭｔｒは、重畳されている２次元画像Ｉ１の部分も視認できるように、半透明で表示される。ユーザは、滞留パラメータマップＭｔｒが重畳された２次元画像Ｉ１を観察することにより、患者の体内における腫瘍の移動範囲や当該移動範囲内での腫瘍の滞留の程度を把握することが可能になる。

ステップＳ５が行われると処理回路３１は、表示制御機能３１７を実行する（ステップＳ６）。ステップＳ６において処理回路３１は、一呼吸周期における腫瘍領域の移動距離を表示機器３５に表示する。

図８は、ステップＳ６において処理回路３１により表示される移動距離の表示画面ＳＣ１を示す図である。図８に示すように、表示画面ＳＣ１は、滞留パラメータマップＭｔｒが重畳された２次元画像Ｉ２と表示欄Ｉ３とを含む。表示欄Ｉ３には、一呼吸周期における腫瘍領域の移動距離が表示される。当該移動距離は、最大呼気時の腫瘍領域と最大吸気時の腫瘍領域との間の距離により規定される。例えば、処理回路３１は、ステップＳ２において特定された移動経路領域の移動方向に関する両端部間の距離を当該移動距離として算出する。距離は、画素数として算出されても良いし、ミリ・メートル（ｍｍ）等の単位で表される実寸の距離として算出されても良い。図８に示すように、処理回路３１は、滞留パラメータマップＭｔｒが重畳された２次元画像Ｉ２と、腫瘍領域の移動距離の表示欄Ｉ３とを並べて表示する。例えば、移動距離が１５ｍｍであると算出された場合、「腫瘍の移動距離：１５ｍｍ」のように表示される。ユーザは、腫瘍の移動距離を知ることにより、患者の体内における腫瘍の移動範囲や当該移動範囲内での腫瘍の滞留の程度を更に良く把握することが可能になる。

ステップＳ６が行われると処理回路３１は、腫瘍位置設定機能３１４及び照射態様決定機能３１５を実行する（ステップＳ７）。ステップＳ７において処理回路３１は、腫瘍位置及び照射態様が選択されることを待機する。

図９は、ステップＳ７において処理回路３１により表示される腫瘍位置及び照射態様の選択画面ＳＣ２を示す図である。図９に示すように、選択画面ＳＣ２は、滞留パラメータマップＭｔｒが重畳された２次元画像Ｉ４と、一呼吸周期における腫瘍領域の移動距離が表示される表示欄Ｉ５と、照射態様の選択欄Ｉ６とを含む。また、選択画面ＳＣ２には、腫瘍位置と照射態様とを確定させるための確定ボタンＢ１が表示される。ユーザは、２次元画像Ｉ４に、入力機器３７を介して、治療計画に用いる腫瘍領域の位置Ｐｔを指定する。処理回路３１は、指定された位置Ｐｔを腫瘍位置として設定する。本実施形態によれば、滞留パラメータマップＭｔｒを観察できるので、呼吸動をより正確に考慮して腫瘍位置を指定することができる。例えば、滞留パラメータマップＭｔｒの全体を囲むように腫瘍位置Ｐｔが指定されても良いし、滞留パラメータマップＭｔｒにおける一部（滞留の度合いが局所的に高い部分）のみが腫瘍位置Ｐｔに指定されても良い。

図９に示すように、選択欄Ｉ６には照射態様の指定ボタンＢｒ１、Ｂｒ２、Ｂｒ３が表示される。本実施形態に係る照射態様は、放射線治療における放射線の照射方式を指す。照射態様としては、例えば、呼吸同期、強度変調、通常照射が挙げられる。「呼吸同期」は、腫瘍が特定範囲に位置しているときに限定して放射線を照射するために、特定の呼吸時相に限定して放射線を照射する照射態様である。「強度変調」は、空間的に非均一な線量分布での非呼吸同期法である。「強度変調」では、放射線の照射範囲内において放射線の強度を空間的に変調させながら常に放射線が照射される。「通常照射」は、空間的に均一な線量分布での非呼吸同期法である。「通常照射」では、放射線の照射範囲内において放射線の強度を空間的に変調させず常に放射線が照射される。図９においては、呼吸同期に対応する指定ボタンＢｒ１が選択されている。処理回路３１は、選択された指定ボタンに対応する照射態様を、放射線治療における照射態様として設定する。

図１０は、照射態様の決定の指針を概念的に示す図である。図１０に示すように、滞留パラメータマップと移動距離との両方から照射態様が判断される。例えば、図１０の左端に示すように、腫瘍領域の移動距離が比較的長く（１２ｍｍ）、滞留パラメータマップ内において滞留パラメータの値に偏りがある（すなわち、濃度又は色に偏りがある）場合、照射態様として呼吸同期が選択される。図１０の中央に示すように、腫瘍領域の移動距離が比較的短く（３ｍｍ）、滞留パラメータマップ内において滞留パラメータの値に偏りがない（すなわち、濃度又は色に偏りがない）場合、照射態様として通常照射が選択される。図１０の右端に示すように、腫瘍領域の移動距離が比較的短く（７ｍｍ）、滞留パラメータマップ内において滞留パラメータの値に偏りがある場合、照射態様として強度変調が選択される。

ユーザにより入力機器３７を介して確定ボタンＢ１が押下された場合、処理回路３１は、選択された照射態様と腫瘍位置とを確定する。

なお、処理回路３１は、滞留パラメータマップと移動距離とに基づいて放射線治療における照射態様を自動的に決定しても良い。具体的には、処理回路３１は、滞留パラメータマップにおける滞留パラメータ値の偏りの有無を判定する。偏りの有無は、例えば、滞留パラメータマップの端部の滞留パラメータ値と中央の滞留パラメータ値との差分と第１閾値との大小関係により判定される。処理回路３１は、当該差分が第１閾値より大きい場合、偏りがあると判定し、当該差分が第１閾値より小さい場合、偏りがないと判定する。次に、処理回路３１は、移動距離を第２閾値に対して比較する。処理回路３１は、移動距離が第２閾値より長い場合、移動距離が比較的長いと判定し、移動距離が第２閾値より短い場合、移動距離が比較的短いと判定する。図１０の左端に示すように、偏りがあり且つ移動距離が比較的長いと判定した場合、処理回路３１は、照射態様として「呼吸同期」を選択する。図１０の中央に示すように、偏りがなく且つ移動距離が比較的短いと判定した場合、処理回路３１は、照射態様として「通常照射」を選択する。図１０の右端に示すように、偏りがあり且つ移動距離が比較的短いと判定した場合、処理回路３１は、照射態様として「強度変調」を選択する。このように本実施形態によれば、腫瘍の移動距離と滞留パラメータとに基づいて照射態様を客観的に採択することができる。

なお、処理回路３１は、照射態様と滞留パラメータマップとに基づいて腫瘍位置を自動的に設定することも可能である。例えば、照射対象が「呼吸同期」である場合、滞留パラメータマップのうちの滞留パラメータ値が第３閾値よりも高い領域を腫瘍位置に設定する。これにより、滞留の程度が比較的部分を標的とした治療計画を行う事が出来る。なお、第３閾値は、入力機器３７を介して任意の値に設定可能である。照射対象が「通常照射」及び「強度変調」である場合、滞留パラメータマップの全体領域を腫瘍位置に設定する。これにより、腫瘍移動領域全体を標的とした治療計画を行う事が出来る。なお、呼吸動のばらつき等を考慮して、滞留パラメータマップの全体領域からマージン範囲だけ拡大した領域が腫瘍位置に設定されても良い。

ステップＳ７において腫瘍位置及び照射態様が選択されたと判定された場合（ステップＳ７：ＹＥＳ）、処理回路３１は、治療計画機能３１６を実行する（ステップＳ８）。ステップＳ８において処理回路３１は、一呼吸周期に含まれる複数の時相に関する複数の３次元医用画像の少なくとも一の３次元医用画像を利用して、ステップＳ７において選択された腫瘍位置及び照射態様に基づいて治療計画を作成する。治療計画としては、空間的な線量分布等が算出される。処理回路３１は、ステップＳ７において選択された腫瘍位置を標的領域とし、ステップＳ７において選択された照射態様に依存した空間的な線量分布を生成する。作成された治療計画は、処理回路３１により表示機器３５に表示される。

以上により、本実施形態に係る放射線治療システム１による治療計画の動作例についての説明を終了する。

なお、上記の治療計画の流れは一例であり種々の変形が可能である。例えば、ステップＳ６における移動距離の表示は、必要が無ければ省略が可能である。また、ステップＳ２における腫瘍領域及び移動経路領域の特定とステップＳ３における移動時間の算出とは順番が逆であっても良い。

滞留パラメータマップの表示態様についても上記例に限定されない。上記例において滞留パラメータマップは、任意色の濃度で滞留パラメータ値を表現するものとしている。しかしながら、滞留パラメータマップは、色の種類により滞留パラメータ値を表現したカラーマップでも良い。例えば、滞留パラメータ値を大きさに応じて複数の区分に分け、当該区分毎に色が割り当てられる。例えば、５つの区分に分割された場合、最も値が大きい１番目の区分は赤色、２番目の区分は橙色、３番目の区分は緑色、４番目の区分は青色、５番目の区分は紫色が割り当てられる。このように、色の種類により滞留パラメータ値を表現することにより、滞留の程度をより迅速且つ明確に把握することが可能になる。なお、各区分において色の濃度は同一でも良いし、滞留パラメータ値に応じて変化させても良い。

２次元画像の表示態様についても上記例に限定されない。処理回路３１は、２次元画像に重畳して複数の時相に亘る腫瘍領域の動きをアニメーションで表示しても良い。具体的には、処理回路３１は、２次元画像に描出される腫瘍領域に重畳して腫瘍を表現する絵を表示する。アニメーション表示に係る腫瘍領域は、２次元画像の腫瘍領域に比して視認性が高いため、複数の時相に亘る腫瘍領域の動きや時相毎の腫瘍領域の位置を明確に把握することができる。なお、処理回路３１は、滞留パラメータマップに重畳して複数の時相に亘る腫瘍領域の動きをアニメーションで表示しても良い。

上記例において治療計画は、ステップＳ７において選択された腫瘍位置呼び腫瘍態様に基づいて作成されるものとした。しかしながら、本実施形態はこれに限定されない。放射線治療は複数日に亘り行われるので、治療開始日から比較して患者の呼吸パターンが変化することが想定される。本実施形態に係る処理回路３１は、腫瘍領域の移動距離と滞留パラメータ値と照射態様とが異なる複数の組合せ各々について治療計画を作成することが可能である。治療計画は、当該複数の組合せ各々について、上記の通り、一呼吸周期に含まれる複数の時相に関する複数の３次元医用画像の少なくとも一の３次元医用画像を利用して作成される。処理回路３１は、当該複数の組合せ各々について作成された治療計画を表示機器３５に表示する。

図１１は、処理回路３１により表示される治療計画の選択画面ＳＣ３を示す図である。図１１に示すように、選択画面ＳＣ３には、腫瘍領域の移動距離と照射態様とが異なる複数の組合せ各々について作成された治療計画ＤＤが表示される。治療計画ＤＤとして、ＣＴ画像に空間的線量分布が重畳された線量分布画像が表示される。例えば、照射対象「通常照射」且つ移動距離「３ｍｍ」についての線量分布画像Ｉ７、照射対象「強度変調」且つ移動距離「７ｍｍ」についての線量分布画像Ｉ８、照射対象「呼吸同期」且つ移動距離「１５ｍｍ」についての線量分布画像Ｉ９が表示される。各線量分布画像の近傍には、対応する治療計画の選択を指示するための指示ボタンＢｒが表示される。例えば、図１１に示すように、線量分布画像Ｉ７の下方には、当該線量分布画像Ｉ７に対応する治療計画の選択を指示するための指示ボタンＢｒ４が表示される。任意の指示ボタンＢｒが押下され、確定ボタンＢ２が押下された場合、処理回路３１は、押下された指示ボタンに対応する治療計画を採用する。例えば、ユーザは、各照射態様について移動距離の変化による空間的線量分布の変化を観察する。そしてユーザは、空間的線量分布の少ない照射態様を選択し、選択された照射態様に関し且つステップＳ４において算出された滞留パラメータ値及びステップＳ６において算出された移動距離又はその近傍に関する治療計画を選択する。これにより、呼吸パターンの変化に強いロバストら治療計画を採用することができる。

なお、図１１においては、移動距離と照射態様との組合せ毎に線量分布画像が作成され表示されるとしたが、移動距離毎、滞留パラメータ値毎、照射態様毎、移動距離と滞留パラメータ値との組合せ毎、移動距離と滞留パラメータ値と照射態様との組合せ毎、滞留パラメータ値と照射態様との組合せ毎に線量分布画像が作成され表示されても良い。

このように、本実施形態に係る処理回路３１は、移動距離と滞留パラメータ値と照射態様との少なくとも一からなる複数の組合せ毎に治療計画を作成及び表示することが可能になる。これによりユーザは、呼吸動に伴う腫瘍領域の移動距離及び滞留の程度等を考慮しつつ、呼吸パターンの変化に強い治療計画を採用することができる。

上記の通り、本実施形態に係る腫瘍位置表示装置３０は、少なくとも腫瘍領域特定機能３１１、滞留パラメータ算出機能３１３及び表示制御機能３１７を実行可能な処理回路３１を有する。処理回路３１は、複数の時相に関する複数の３次元医用画像に含まれる腫瘍領域を特定する。処理回路３１は、複数の時相に亘る腫瘍領域の移動経路に含まれる移動経路画素各々について、移動経路画素各々への腫瘍領域の滞留の程度を示す滞留パラメータを算出する。処理回路３１は、複数の３次元医用画像のうちの少なくとも一の３次元医用画像に基づく２次元医用画像を、滞留パラメータの値に応じた濃度又は色で表示機器３５に表示する。

上記の構成により、本実施形態に係る腫瘍位置表示装置３０は、滞留パラメータの上記重み付け表示を行うことにより、呼吸動に伴う腫瘍の動きの程度及び態様をユーザに提示することができる。ユーザは、重み付け表示を観察することにより、呼吸動に伴う個々の腫瘍の動きを正確に把握することができる。これによりユーザは、呼吸動に伴う個々の腫瘍の動きに対応した適切な照射態様を選択することができ、ひいては、適切な放射線治療計画方針を決定することができる。

以上説明した少なくとも１つの実施形態によれば、個々の腫瘍の動きに対応した適切な放射線治療計画方針の決定を支援することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１ 放射線治療システム
１０ 医用画像診断装置
３０ 腫瘍位置表示装置（治療計画装置）
３１ 処理回路
３３ 記憶装置
３５ 表示機器
３７ 入力機器
３９ 通信機器
５０ 放射線治療情報管理システム（ＯＩＳ： Ｏｎｃｏｌｏｇｙ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）
７０ 呼吸同期照射管理システム
９０ 放射線治療装置
３１１ 腫瘍領域特定機能
３１２ 移動時間算出機能
３１３ 滞留パラメータ算出機能
３１４ 腫瘍位置設定機能
３１５ 照射態様決定機能
３１６ 治療計画機能
３１７ 表示制御機能

Claims (10)

1. 複数の時相に関する複数の３次元医用画像に含まれる腫瘍領域を特定する特定部と、
   前記複数の時相に亘る前記腫瘍領域の移動経路に含まれる画素各々について、前記画素各々への前記腫瘍領域の滞留の程度を示すパラメータを算出する算出部と、
   前記複数の３次元医用画像のうちの少なくとも一の３次元医用画像に基づく２次元医用画像を、前記パラメータの値に応じた濃度又は色で表示する表示部と、
   を具備する腫瘍位置表示装置。
2. 前記算出部は、前記パラメータとして、前記画素各々に前記腫瘍領域が存在するフレーム数、一呼吸周期における前記画素各々への前記腫瘍領域が存在するフレーム数、前記腫瘍領域の移動時間に対するフレーム数の比率である滞留比率、前記滞留比率と前記移動時間との積である滞留時間、前記移動時間に対する前記滞留比率の比率又は前記腫瘍領域の移動速度を算出する、請求項１記載の腫瘍位置表示装置。
3. 前記表示部は、前記２次元医用画像に、前記パラメータの空間分布を示し前記パラメータの値に応じた濃度又は色を有するマップを重畳する、請求項１記載の腫瘍位置表示装置。
4. 前記複数の時相は、最大呼気の時相と最大吸気の時相とを含む、請求項１記載の腫瘍位置表示装置。
5. 前記２次元医用画像における前記パラメータの空間分布に基づいて、治療計画の作成に利用する腫瘍位置を設定する設定部を更に備える、請求項１記載の腫瘍位置表示装置。
6. 前記算出部は、前記複数の時相に亘る前記腫瘍領域の移動距離を算出し、
   前記表示部は、前記２次元医用画像と前記腫瘍領域の移動距離とを表示する、
   請求項１記載の腫瘍位置表示装置。
7. 前記移動距離と前記パラメータの空間分布とに基づいて放射線治療における放射線の照射態様を決定する決定部を更に備え、
   前記表示部は、前記照射態様を表示する、
   請求項６記載の腫瘍位置表示装置。
8. 前記照射態様は、呼吸同期と空間的に均一な線量分布での非呼吸同期と空間的に非均一な線量分布での非呼吸同期とを含む、請求項７記載の腫瘍位置表示装置。
9. 前記腫瘍領域の移動距離と前記パラメータと放射線治療における放射線の照射態様とが異なる複数の組合せ各々について治療計画を作成する治療計画部を更に備え、
   前記表示部は、前記複数の組合せ各々について前記治療計画を表示する、
   請求項１記載の腫瘍位置表示装置。
10. 患者に医用撮像を施して複数の時相に関する複数の３次元医用画像を生成する撮像部と、
    前記複数の３次元医用画像に含まれる腫瘍領域を特定する特定部と、
    前記複数の時相に亘る前記腫瘍領域の移動経路に含まれる画素各々について、前記画素各々への前記腫瘍領域の滞留の程度を示すパラメータを算出する算出部と、
    前記複数の３次元医用画像のうちの少なくとも一の３次元医用画像に基づく２次元医用画像を、前記パラメータの値に応じた濃度又は色で表示する表示部と、
    を具備する放射線治療システム。