JP2020065840A - Ｘ線撮影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 治療開始後に被検者に生ずる位置ずれが生じる場合でも、被検者に対する治療ビームの照射を適正に実行することが可能なＸ線撮影装置を提供する。【解決手段】 制御部３０は、被検者に対して治療を実行しているときにＸ線撮影系により撮影したＸ線画像とＤＲＲ画像作成部３２により作成したＤＲＲ画像とを比較することにより被検者の位置ずれ量を検出する位置検出部３３と、被検者に対して治療を実行しているときに位置検出部３３により検出した被検者の位置ずれ量が予め設定した設定値を超えたときに、表示部３９に対して警告表示を行い、あるいは、治療ビーム照射装置９０に対して治療ビーム照射指示部３４を介して治療ビーム照射の停止信号を送信する警告部３６とを備える。【選択図】 図２

Description

この発明は、治療ビーム照射装置を使用して被検者の患部に治療ビームを照射することにより治療を実行するときに、被検者載置部上の被検者の位置決めを行うＸ線撮影装置に関する。

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。これに対し、近年ではＸ線画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１参照）。

このとき、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）画像を利用し、Ｘ線撮影系により撮影したＸ線撮影画像とＤＲＲ画像と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１では、ＤＲＲの実行に必要な計算コストを削減して、患者の位置決めを高速化している。

特開２０１３−９９４３１号公報

上述した従来の装置においては、被検者の位置決めを行って被検者を固定した後、治療を開始すれば、被検者の位置の確認は行われない。このため、何らかの理由で被検者の体位等が変化した場合においても、術者はこれに気づかず治療が継続される。このため、治療を行うべき位置以外の位置に治療ビームが照射される場合がある。

また、被検者の肺の近くの腫瘍に対して治療ビームを照射する場合には、被検者の呼吸に従って腫瘍の位置が大きく変化する。このため、このような場合においては、Ｘ線撮影部により被検者を異なる二方向から連続して撮影し、被検者の体内に留置されたマーカを含むＸ線画像または被検者の特定部位を含むＸ線画像を収集することにより、被検者の体動に伴って移動するマーカまたは特定部位の位置を追跡する動体追跡と呼称される機能を備えたＸ線撮影装置が使用される。このような動体追跡機能を有するＸ線撮影装置を使用した場合においては、治療を行うべき位置以外の位置に治療ビームが照射されることは防止できるが、マーカまたは特定部位がゲーティングウインドウと呼称される治療ビームを照射すべき位置に到達する頻度が低くなり、被検者は動体追跡のための余分なＸ線の被ばくを受けることになる。

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、治療開始後に被検者に生ずる位置ずれが生じる場合でも、被検者に対する治療ビームの照射を適正に実行することが可能なＸ線撮影装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、治療ビーム照射装置を使用して被検者の患部に治療ビームを照射することにより治療を実行するときに、被検者載置部上の被検者の位置決めを行うＸ線撮影装置であって、Ｘ線管と当該Ｘ線管から照射され被検者を通過したＸ線を検出するＸ線検出器とを有するＸ線撮影系を複数個備え、前記被検者を異なる２方向からＸ線撮影するＸ線撮影部と、治療計画時に作成された前記被検者のＣＴ画像データに対して、前記被検者に対する前記Ｘ線撮影系の幾何学的撮影条件を模擬した仮想的透視投影を行うことにより、前記被検者のＤＲＲ画像を作成するＤＲＲ画像作成部と、前記被検者に対して治療を実行する前に、前記Ｘ線撮影部により撮影したＸ線画像と前記ＤＲＲ画像作成部により作成したＤＲＲ画像とを比較することにより前記被検者の位置ずれ量を検出するとともに、前記被検者に対して治療を実行しているときに、前記Ｘ線撮影部により撮影したＸ線画像と前記ＤＲＲ画像作成部により作成したＤＲＲ画像とを比較することにより前記被検者の位置ずれ量を検出する位置検出部と、を備えたことを特徴とする。

第２の発明は、前記被検者に対して治療を実行しているときに前記位置検出部により検出した前記被検者の位置ずれ量に基づいて前記被検者載置部を移動させる移動指示部をさらに備えたことを特徴とする。

第３の発明は、前記被検者に対して治療を実行しているときに前記位置検出部により検出した前記被検者の位置ずれ量が予め設定した設定値を超えたときに、警告表示を行い、あるいは、前記治療ビーム照射装置に対して治療ビーム照射の停止信号を送信する警告部をさらに備えたことを特徴とする。

第４の発明は、前記Ｘ線撮影部により前記被検者を異なる二方向から連続して撮影し、前記被検者の体内に留置されたマーカを含むＸ線画像または前記被検者の特定部位を含むＸ線画像を収集することにより、前記被検者の体動に伴って移動する前記マーカまたは前記特定部位の位置を追跡する動体追跡部をさらに備える。

第１の発明によれば、被検者に対して治療を実行しているときに生ずる位置ずれを位置検出部により検出することが可能となる。

第２の発明によれば、被検者に対して治療を実行しているときに位置検出部により検出した位置ずれ量に基づいて被検者載置部を移動させることから、治療開始後に被検者に位置ずれが生じた場合においても、被検者を治療開始前に位置決めされた位置に復帰させることができ、被検者に対する治療ビームの照射を適正に実行することが可能となる。

第３の発明によれば、被検者に対して治療を実行しているときに位置検出部により検出した位置ずれ量が予め設定した設定値を超えたときに、警告表示を行い、あるいは、治療ビーム照射装置に対して治療ビーム照射の停止信号を送信することから、治療開始後に被検者に位置ずれが生じた場合においても、不適切な位置への治療ビームの照射を防止することにより、被検者に対する治療ビームの照射を適正に実行することが可能となる。

第４の発明によれば、動体追跡時に取得したＸ線画像を利用することにより、被検者に対して治療を実行しているときにＸ線画像とＤＲＲ画像とを比較して被検者の位置ずれ量を検出することができる。このため、被検者に対して余分な被ばくを生ずることなく、被検者に対する治療ビームの照射を適正に実行することが可能となる。

この発明に係るＸ線撮影装置を、治療ビーム照射装置９０とともに示す斜視図である。 この発明に係るＸ線撮影装置の主要な制御系を示すブロック図である。 被検者の治療時におけるＸ線撮影装置の動作の概要を示すフローチャートである。 ＤＲＲ画像作成工程で作成されたＤＲＲ画像Ｄを示す概要図である。 Ｘ線撮影工程で作成されたＸ線画像Ｘ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Ｘ線撮影装置を、治療ビーム照射装置９０とともに示す斜視図である。

治療ビーム照射装置９０は、検診台２７上の被検者に対して放射線照射を行うものであり、治療室の床面に設置された基台９１に対して揺動可能に設置されたガントリー９２と、治療ビームを出射するためにガントリー９２に配設された治療ビーム照射部９３とを備える。このガントリー９２は、治療ビーム照射部９３とともに、基台９１に対して３６０度の範囲で回転可能な構造となっている。従って、この治療ビーム照射装置９０によれば、ガントリー９２が基台９１に対して任意の角度まで回転することにより、治療ビーム照射部９３から照射される治療ビームの照射方向を変更することができる。このため、被検者における腫瘍等の患部に対して、様々な方向から治療ビームを照射することが可能となる。

この治療ビーム照射装置９０とともに使用されるＸ線撮影装置は、被検者の患部の位置を特定する動体追跡を行うためのＸ線撮影を実行するものである。すなわち、上述した治療ビーム照射装置９０を使用した放射線治療時においては、被検者の呼吸等に起因する体動に伴って移動する患部に対して、放射線を正確に照射する必要がある。このため、このＸ線撮影装置においては、被検者を互いに異なる２方向から透視し、その透視画像に対して画像認識を実行することにより、被検者の特定部位または被検者の特定部位付近に留置されたマーカ（以下、これらを総称して「マーカ等」という）の位置を検出し、マーカ等の三次元の位置情報を演算することで、マーカ等を高精度で検出する、所謂、動体追跡を行う構成となっている。この動体追跡時においては、時間Ｔの間隔で間欠的にＸ線が照射され、Ｘ線撮影が実行される。

上述した画像認識の一つの実施態様としては、被検者の特定部位付近に留置したマーカの画像を予めテンプレートとして登録し、このテンプレートを利用してマーカの位置を検出して追跡（トラッキング）するテンプレートマッチングが利用される。なお、被検者における患部付近にマーカを留置する代わりに、被検者における腫瘍等の特定部位の画像をマーカとして使用する動体追跡を採用してもよい。

また、この画像認識の他の実施態様として、マーカ等に対して、予め登録した多数の正解画像と不正解画像とから、学習により識別器を作成し、この識別器を利用してマーカ等の位置を検出して追跡する機械学習が利用される。このような機械学習としては、例えば、ＳＶＭ（Ｓｕｐｐｏｒｔ Ｖｅｃｔｏｒ Ｍａｃｈｉｎｅ／サポートベクターマシン）を利用することができる。このＳＶＭは、パターン認識を実行するときに、多くの手法の中でも最も迅速性に優れ、かつ、認識性能の高い学習モデルの一つである。また、認識性能に優れた機械学習として、ＳＶＭにかえて、Ｈａａｒ‐ｌｉｋｅ特徴量などによるＢｏｏｓｔｉｎｇ（ブースティング）や、Ｄｅｅｐ Ｌｅａｒｎｉｎｇ（深層学習）などのニューラルネットワークを利用してもよい。

このＸ線撮影装置は、第１Ｘ線管１１ａ、第２Ｘ線管１１ｂ、第３Ｘ線管１１ｃ、第４Ｘ線管１１ｄ（これらを総称する場合には「Ｘ線管１１」という）と、第１フラットパネルディテクタ２１ａ、第２フラットパネルディテクタ２１ｂ、第３フラットパネルディテクタ２１ｃ、第４フラットパネルディテクタ２１ｄ（これらを総称するときには「フラットパネルディテクタ２１」という）とを備える。第１Ｘ線管１１ａから照射されたＸ線は、検診台２７上の被検者を透過した後、第１フラットパネルディテクタ２１ａにより検出される。第１Ｘ線管１１ａと第１フラットパネルディテクタ２１ａとは、第１Ｘ線撮影系を構成する。第２Ｘ線管１１ｂから照射されたＸ線は、検診台２７上の被検者を透過した後、第２フラットパネルディテクタ２１ｂにより検出される。第２Ｘ線管１１ｂと第２フラットパネルディテクタ２１ｂとは、第２Ｘ線撮影系を構成する。第３Ｘ線管１１ｃから照射されたＸ線は、検診台２７上の被検者を透過した後、第３フラットパネルディテクタ２１ｃにより検出される。第３Ｘ線管１１ｃと第３フラットパネルディテクタ２１ｃとは、第３Ｘ線撮影系を構成する。第４Ｘ線管１１ｄから照射されたＸ線は、検診台２７上の被検者を透過した後、第４フラットパネルディテクタ２１ｄにより検出される。第４Ｘ線管１１ｄと第４フラットパネルディテクタ２１ｄとは、第４Ｘ線撮影系を構成する。

なお、動体追跡を行うためのＸ線撮影を実行するときには、第１Ｘ線撮影系、第２Ｘ線撮影系、第３Ｘ線撮影系、第４Ｘ線撮影系のうちの２個のＸ線撮影系が選択されて使用される。そして、各Ｘ線撮影系は、同様の動作により２方向からのＸ線撮影を実行する。以下のＸ線撮影動作の説明は、一方のＸ線撮影系についてのものであるが、他方のＸ線撮影系も同様の動作を実行する。

検診台２７は、基部２８と、カウチとも呼称される被検者載置部２９とを備える。被検者載置部２９は、基部２８に対して６軸方向に移動および回転可能となっている。

図２は、この発明に係るＸ線撮影装置の主要な制御系を示すブロック図である。

このＸ線撮影装置は、装置全体を制御する制御部３０を備える。この制御部３０は、ソフトウエアがインストールされたコンピュータから構成される。この制御部３０に含まれる各部の機能は、コンピュータにインストールされているソフトウエアを実行することで実現される。

この制御部３０は、上述したＸ線管１１、フラットパネルディテクタ２１、検診台２７および治療ビーム照射装置９０と接続されている。また、この制御部３０は、キーボード等の入力機構を備え各種の操作を実行する操作部３８と、液晶表示パネル等を備えた表示部３９とに接続されている。さらに、この制御部３０は、放射線治療に先だって治療計画が策定する治療計画装置９９にオンラインまたはオフラインで接続されている。治療計画装置９９は、図示を省略したＣＴ撮影装置により撮影した被検者のＣＴ画像データを取得している。制御部３０は、治療計画装置９９からこのＣＴ画像データを取得する。

この制御部３０は、Ｘ線管１１およびフラットパネルディテクタ２１を備えたＸ線撮影系を使用したＸ線撮影を制御するＸ線撮影制御部３１と、治療計画時に作成された被検者の患部を含む領域のＣＴ画像データに対して、被検者に対する各Ｘ線撮影系の幾何学的撮影条件を模擬した仮想的透視投影を行うことにより、被検者のＤＲＲ画像を作成するＤＲＲ画像作成部３２と、被検者に対して治療を実行する前に、Ｘ線撮影系により撮影したＸ線画像とＤＲＲ画像作成部３２により作成したＤＲＲ画像とを比較することにより被検者の位置ずれ量を検出するとともに、被検者に対して治療を実行しているときにＸ線撮影系により撮影したＸ線画像とＤＲＲ画像作成部３２により作成したＤＲＲ画像とを比較することにより被検者の位置ずれ量を検出する位置検出部３３と、治療ビーム照射装置９０に対して治療ビームの照射の指示を行う治療ビーム照射指示部３４と、検診台２７における被検者載置部２９の移動を制御するための移動指示部３５と、被検者に対して治療を実行しているときに位置検出部３３により検出した被検者の位置ずれ量が予め設定した設定値を超えたときに、表示部３９に対して警告表示を行い、あるいは、治療ビーム照射装置９０に対して治療ビーム照射指示部３４を介して治療ビーム照射の停止信号を送信する警告部３６と、被検者を異なる二方向から連続して撮影して被検者の体内に留置されたマーカ等を含むＸ線画像を収集することにより被検者の体動に伴って移動するマーカ等の位置を追跡する動体追跡部３７と、を備える。

次に、以上のような構成を有するＸ線撮影装置による被検者の位置決め等の動作について説明する。図３は、被検者の治療時におけるＸ線撮影装置の動作の概要を示すフローチャートである。

被検者に対する治療を開始するときには、最初に、被検者の位置決めに使用するＤＲＲ画像を作成する（ステップＳ１）。ＤＲＲ画像作成時には、治療計画装置９９から取得した被検者のＣＴ画像データを利用する。このＣＴ画像データは、複数の２次元のＣＴ画像データの集合である３次元のボクセルデータである。そして、このＣＴ画像データに対して被検者に対する各Ｘ線撮影系の幾何学的撮影条件を模擬した仮想的透視投影を行うことにより、被検者のＤＲＲ画像を作成する。

次に、被検者の位置決めに使用するＸ線画像を取得するため、Ｘ線撮影を実行する（ステップＳ２）。この時には、第１Ｘ線撮影系から第４Ｘ線撮影系のうち、ＤＲＲ画像の作成時に幾何学的撮影条件を模擬されたＸ線撮影系が使用される。

そして、ＤＲＲ画像作成工程（ステップＳ１）で作成されたＤＲＲ画像とＸ線撮影工程（ステップＳ２）で作成されたＸ線画像とを比較することにより被検者に対する最初の位置検出を実行する（ステップＳ３）。

図４は、ＤＲＲ画像作成工程（ステップＳ１）で作成されたＤＲＲ画像Ｄを示す概要図であり、図５は、Ｘ線撮影工程（ステップＳ２）で作成されたＸ線画像Ｘを示す概要図である。

ＤＲＲ画像ＤとＸ線画像Ｘには、被検者の骨部４１の画像と軟部組織４２の画像とが表示されている。被検者が治療計画時に設定した適切な位置に位置決めされたときには、ＤＲＲ画像ＤとＸ線画像Ｘとが整合することになる。位置検出部３３は、ＤＲＲ画像ＤとＸ線画像Ｘにおける被検者の肋骨部分の画像等に基づいて、被検者の位置ずれ量を検出する。そして、位置検出部３３により検出された位置ずれ量に基づいて、移動指示部３５が検診台２７に対して信号を送信し、検診台２７の被検者載置部２９を移動させることにより、被検者の位置決めを実行する。このときには、検出された位置ずれ量に基づいて被検者載置部２９の移動量を演算した後、被検者載置部２９を移動させてもよく、被検者載置部２９の移動時に連続してＸ線撮影を実行してもよい。

被検者の位置が治療計画時に設定した適切な位置となったときには、被検者に対する治療を開始する（ステップＳ４）。治療を開始するときには、被検者の体動に伴って移動するマーカ等の位置を追跡する動体追跡を開始する（ステップＳ５）。動体追跡を行うためのＸ線撮影を実行するときには、第１Ｘ線撮影系、第２Ｘ線撮影系、第３Ｘ線撮影系、第４Ｘ線撮影系のうちの２個のＸ線撮影系が選択され、例えば、３０ＦＰＳ（Ｆｒａｍｅｓ Ｐｅｒ Ｓｅｃｏｎｄ）程度のフレームレートで連続してＸ線撮影が実行される。そして、撮影されたＸ線画像を利用して、テンプレートマッチングや機械学習により、マーカ等の位置が連続して検出される。

この動体追跡動作は、動体追跡部３７により、被検者に対する治療が終了するまで（ステップＳ６）継続して実行される。そして、被検者に対する治療中には、一定時間毎に、被検者の位置検出が実行される（ステップＳ７）。この時には、ＤＲＲ画像作成工程で取得したＤＲＲ画像と、動体追跡のための連続したＸ線撮影で取得したＸ線画像とを比較することにより、治療中における被検者の位置検出を実行する。この位置検出に使用されるＸ線画像は、３０ＦＰＳ程度のフレームレートで取得されるＸ線画像のうち、例えば、１分ごとに取得されたＸ線画像が使用される。

なお、この位置検出を行う場合に、第１Ｘ線撮影系、第２Ｘ線撮影系、第３Ｘ線撮影系、第４Ｘ線撮影系のうちの使用されるＸ線撮影系が変更された場合においては、それらのＸ線撮影系の幾何学的撮影条件を模擬した仮想的透視投影を行うことにより、再度、ＤＲＲ画像を取得するようにすればよい。

そして、被検者の位置検出の結果、被検者が正しい位置に位置決めされているときには、治療が終了するまで一定時間毎に位置検出が実行される（ステップＳ６、ステップＳ７）。そして、治療が終了すれば、動体追跡動作を終了する（ステップＳ８）。

一方、被検者の位置検出の結果、被検者が正しい位置から移動していた場合には、一つの実施形態として、被検者を正しい位置に移動させる位置決め動作が実行される。この位置決め動作は、位置検出部３３により検出された位置ずれ量に基づいて、移動指示部３５が検診台２７に対して信号を送信し、検診台２７の被検者載置部２９を移動させることにより実行される。これにより、被検者に対する治療を継続して実行することが可能となる。

また、他の実施形態として、位置検出部３３により検出された位置ずれ量に基づいて、警告部３６が表示部３９に対して信号を送信し、表示部３９に警告表示を表示するとともに、警告部３６が治療ビーム照射指示部３４を介して治療計画装置９９に、治療ビーム照射の停止信号を送信する。これにより、不適切な位置への治療ビームの照射を防止することが可能となる。

以上のように、この発明に係るＸ線撮影装置によれば、被検者に対する治療ビームによる治療中においても、継続して被検者の位置ずれを検出し、被検者に対する治療ビームの照射を適正に実行することが可能となる。このとき、被検者の位置検出に使用されるＸ線画像は、動体追跡により取得されたＸ線画像の一部を利用すればよいことから、被検者に対する余分な被ばくが生ずることはない。

なお、上述した実施形態においては、被検者に対して動体追跡を行うＸ線撮影装置を使用し、動体追跡時に取得されるＸ線画像を利用して治療中の位置ずれを検出しているが、この発明は、動体追跡を行わない場合においても適用することが可能である。このような場合には、一定時間毎にＸ線撮影系を使用して被検者のＸ線画像を取得し、このＸ線画像と予め取得されたＤＲＲ画像とを比較することにより、位置ずれ量を検出するようにすればよい。

１１ａ 第１Ｘ線管
１１ｂ 第２Ｘ線管
１１ｃ 第３Ｘ線管
１１ｄ 第４Ｘ線管
２１ａ 第１フラットパネルディテクタ
２１ｂ 第２フラットパネルディテクタ
２１ｃ 第３フラットパネルディテクタ
２１ｄ 第４フラットパネルディテクタ
２７ 検診台
２９ 被検者載置部
３０ 制御部
３１ Ｘ線撮影制御部
３２ ＤＲＲ画像作成部
３３ 位置検出部
３４ 治療ビーム照射指示部
３５ 移動指示部
３６ 警告部
３８ 操作部
３９ 表示部
９０ 治療ビーム照射装置
９９ 治療計画装置
Ｄ ＤＲＲ画像
Ｘ Ｘ線画像

Claims (4)

1. 治療ビーム照射装置を使用して被検者の患部に治療ビームを照射することにより治療を実行するときに、被検者載置部上の被検者の位置決めを行うＸ線撮影装置であって、
   Ｘ線管と当該Ｘ線管から照射され被検者を通過したＸ線を検出するＸ線検出器とを有するＸ線撮影系を複数個備え、前記被検者を異なる２方向からＸ線撮影するＸ線撮影部と、
   治療計画時に作成された前記被検者のＣＴ画像データに対して、前記被検者に対する前記Ｘ線撮影系の幾何学的撮影条件を模擬した仮想的透視投影を行うことにより、前記被検者のＤＲＲ画像を作成するＤＲＲ画像作成部と、
   前記被検者に対して治療を実行する前に、前記Ｘ線撮影部により撮影したＸ線画像と前記ＤＲＲ画像作成部により作成したＤＲＲ画像とを比較することにより前記被検者の位置ずれ量を検出するとともに、前記被検者に対して治療を実行しているときに、前記Ｘ線撮影部により撮影したＸ線画像と前記ＤＲＲ画像作成部により作成したＤＲＲ画像とを比較することにより前記被検者の位置ずれ量を検出する位置検出部と、
   を備えたことを特徴とするＸ線撮影装置。
2. 請求項１に記載のＸ線撮影装置において、
   前記被検者に対して治療を実行しているときに前記位置検出部により検出した前記被検者の位置ずれ量に基づいて前記被検者載置部を移動させる移動指示部をさらに備えたことを特徴とするＸ線撮影装置。
3. 請求項１または請求項２に記載のＸ線撮影装置において、
   前記被検者に対して治療を実行しているときに前記位置検出部により検出した前記被検者の位置ずれ量が予め設定した設定値を超えたときに、警告表示を行い、あるいは、前記治療ビーム照射装置に対して治療ビーム照射の停止信号を送信する警告部をさらに備えたことを特徴とするＸ線撮影装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載のＸ線撮影装置において、
   前記Ｘ線撮影部により前記被検者を異なる二方向から連続して撮影し、前記被検者の体内に留置されたマーカを含むＸ線画像または前記被検者の特定部位を含むＸ線画像を収集することにより、前記被検者の体動に伴って移動する前記マーカまたは前記特定部位の位置を追跡する動体追跡部をさらに備えるＸ線撮影装置。
   

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