JP2022131757A - 放射線治療装置、医用画像処理装置、放射線治療方法、およびプログラム - Google Patents

放射線治療装置、医用画像処理装置、放射線治療方法、およびプログラム Download PDF

Info

Publication number
JP2022131757A
JP2022131757A JP2021030869A JP2021030869A JP2022131757A JP 2022131757 A JP2022131757 A JP 2022131757A JP 2021030869 A JP2021030869 A JP 2021030869A JP 2021030869 A JP2021030869 A JP 2021030869A JP 2022131757 A JP2022131757 A JP 2022131757A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
image
projection
pixel
elemental
dimensional
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2021030869A
Other languages
English (en)
Inventor
幸辰 坂田
Koshin Sakata
健太 梅根
Kenta UMENE
隆介 平井
Ryusuke Hirai
昭行 谷沢
Akiyuki Tanizawa
慎一郎 森
Shinichiro Mori
慶子 岡屋
Keiko Okaya
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Energy Systems and Solutions Corp
National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology
Original Assignee
Toshiba Energy Systems and Solutions Corp
National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Energy Systems and Solutions Corp, National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology filed Critical Toshiba Energy Systems and Solutions Corp
Priority to JP2021030869A priority Critical patent/JP2022131757A/ja
Priority to KR1020237023477A priority patent/KR20230118935A/ko
Priority to PCT/JP2022/007513 priority patent/WO2022181663A1/ja
Priority to CN202280009578.6A priority patent/CN116709991A/zh
Publication of JP2022131757A publication Critical patent/JP2022131757A/ja
Priority to US18/351,276 priority patent/US20230368421A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00—Image analysis
    • G06T7/70—Determining position or orientation of objects or cameras
    • G06T7/73—Determining position or orientation of objects or cameras using feature-based methods
    • G06T7/74—Determining position or orientation of objects or cameras using feature-based methods involving reference images or patches
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T15/00—3D [Three Dimensional] image rendering
    • G06T15/10—Geometric effects
    • G06T15/20—Perspective computation
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00—Radiation therapy
    • A61N5/10—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy
    • A61N5/1048—Monitoring, verifying, controlling systems and methods
    • A61N5/1049—Monitoring, verifying, controlling systems and methods for verifying the position of the patient with respect to the radiation beam
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/02—Arrangements for diagnosis sequentially in different planes; Stereoscopic radiation diagnosis
    • A61B6/03—Computed tomography [CT]
    • A61B6/032—Transmission computed tomography [CT]
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/52—Devices using data or image processing specially adapted for radiation diagnosis
    • A61B6/5211—Devices using data or image processing specially adapted for radiation diagnosis involving processing of medical diagnostic data
    • A61B6/5229—Devices using data or image processing specially adapted for radiation diagnosis involving processing of medical diagnostic data combining image data of a patient, e.g. combining a functional image with an anatomical image
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00—Radiation therapy
    • A61N5/10—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy
    • A61N5/103—Treatment planning systems
    • A61N5/1037—Treatment planning systems taking into account the movement of the target, e.g. 4D-image based planning
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00—Radiation therapy
    • A61N5/10—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy
    • A61N5/103—Treatment planning systems
    • A61N5/1039—Treatment planning systems using functional images, e.g. PET or MRI
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00—Radiation therapy
    • A61N5/10—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy
    • A61N5/1048—Monitoring, verifying, controlling systems and methods
    • A61N5/1064—Monitoring, verifying, controlling systems and methods for adjusting radiation treatment in response to monitoring
    • A61N5/1065—Beam adjustment
    • A61N5/1067—Beam adjustment in real time, i.e. during treatment
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/16—Measuring radiation intensity
    • G01T1/17—Circuit arrangements not adapted to a particular type of detector
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T15/00—3D [Three Dimensional] image rendering
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T5/00—Image enhancement or restoration
    • G06T5/50—Image enhancement or restoration using two or more images, e.g. averaging or subtraction
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00—Radiation therapy
    • A61N5/10—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy
    • A61N5/1048—Monitoring, verifying, controlling systems and methods
    • A61N5/1049—Monitoring, verifying, controlling systems and methods for verifying the position of the patient with respect to the radiation beam
    • A61N2005/1061—Monitoring, verifying, controlling systems and methods for verifying the position of the patient with respect to the radiation beam using an x-ray imaging system having a separate imaging source
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00—Radiation therapy
    • A61N5/10—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy
    • A61N5/1048—Monitoring, verifying, controlling systems and methods
    • A61N5/1049—Monitoring, verifying, controlling systems and methods for verifying the position of the patient with respect to the radiation beam
    • A61N2005/1061—Monitoring, verifying, controlling systems and methods for verifying the position of the patient with respect to the radiation beam using an x-ray imaging system having a separate imaging source
    • A61N2005/1062—Monitoring, verifying, controlling systems and methods for verifying the position of the patient with respect to the radiation beam using an x-ray imaging system having a separate imaging source using virtual X-ray images, e.g. digitally reconstructed radiographs [DRR]
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2200/00—Indexing scheme for image data processing or generation, in general
    • G06T2200/04—Indexing scheme for image data processing or generation, in general involving 3D image data
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/10—Image acquisition modality
    • G06T2207/10072—Tomographic images
    • G06T2207/10081—Computed x-ray tomography [CT]
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/10—Image acquisition modality
    • G06T2207/10116—X-ray image
    • G06T2207/10121—Fluoroscopy
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/20—Special algorithmic details
    • G06T2207/20212—Image combination
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/30—Subject of image; Context of image processing
    • G06T2207/30004—Biomedical image processing
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2210/00—Indexing scheme for image generation or computer graphics
    • G06T2210/41—Medical

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Computer Graphics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Pulmonology (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Radiation-Therapy Devices (AREA)

Abstract

【課題】ＤＲＲの生成処理を高速化することで、患者の位置決めを短時間且つ高精度に行うことができる放射線治療装置、医用画像処理装置、放射線治療方法、およびプログラムを提供することである。【解決手段】実施形態の放射線治療装置は、取得部と、投影位置算出部と、要素投影像生成部と、要素投影像合成部と、を持つ。取得部は、治療段階におけるＸ線撮像の条件および治療段階よりも前に撮像された患者の３次元画像を取得する。投影位置算出部は、Ｘ線撮像の条件に基づいて、３次元画像に含まれる画素の各々が、Ｘ線撮像により生成される２次元のＸ線透視画像上に投影されたときの投影位置を算出する。要素投影像生成部は、３次元画像に含まれる画素の各々がＸ線透視画像上に投影されたときの画素ごとの要素投影像を生成する。要素投影像合成部は、投影位置に基づいて、画素ごとの要素投影像を合成することで、再構成画像を生成する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、放射線治療装置、医用画像処理装置、放射線治療方法、およびプログラムに関する。
放射線治療は、放射線を患者の体内にある患部に対して照射することによって、その患部を破壊する治療方法である。放射線治療では、正常な組織を損傷させないように、放射線の照準を患部に正確に合わせる必要がある。このため、放射線の照射を開始する前に、患部の位置をＸ線透視画像などにより特定し、患者を載置した可動式の治療台の位置および角度を適切に調整し、放射線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。このような位置合わせは、治療計画の段階で予めコンピュータ断層撮影（Computed Tomography：ＣＴ）を行うことにより得られた３次元のＣＴ画像から仮想的にＸ線透視画像を再構成したデジタル再構成Ｘ線写真（Digitally Reconstructed Radiograph：ＤＲＲ）と、治療の段階で撮影されたX線透視画像とを照合させることにより行われる。
上記のような位置合わせにおいては、治療の段階で撮影されたX線透視画像と、ＤＲＲとの類似度を指標とした６次元（並進３次元，回転３次元）の探索問題を解くことで患者の移動量が求められる。この探索問題は解析的に解が求められないため、繰り返し計算によって解かれることが一般的であり、高精度な位置合わせを実現しようとすると処理に時間を要してしまう。特に、ＤＲＲの生成に要する演算量が大きく、処理時間の大半を占めてしまうため、高速な位置合わせを実現するためにはＤＲＲの生成回数を減らすか生成速度を速くする必要がある。
処理時間を短くするために、画像の変化が大きい１方向でのみＤＲＲとＸ線透視画像との類似度を評価することでＤＲＲの生成回数を減らし、高速に位置合わせを行う手法が提案されている。この従来の手法では、ＤＲＲの生成回数を減らすことは可能である。しかしながら、ＤＲＲの生成には、演算量が多く処理に時間を要するレイトレーシング法が用いられているため、１回のＤＲＲの生成に要する時間を短縮することはできず、依然として、高速な位置合わせを実現できていない。
特開２０１３－９９４３１号公報
本発明が解決しようとする課題は、ＤＲＲの生成処理を高速化することで、患者の位置決めを短時間且つ高精度に行うことができる放射線治療装置、医用画像処理装置、放射線治療方法、およびプログラムを提供することである。
実施形態の放射線治療装置は、取得部と、投影位置算出部と、要素投影像生成部と、要素投影像合成部と、を持つ。取得部は、治療段階におけるＸ線撮像の条件および治療段階よりも前に撮像された患者の３次元画像を取得する。投影位置算出部は、Ｘ線撮像の条件に基づいて、３次元画像に含まれる画素の各々が、Ｘ線撮像により生成される２次元のＸ線透視画像上に投影されたときの投影位置を算出する。要素投影像生成部は、３次元画像に含まれる画素の各々がＸ線透視画像上に投影されたときの画素ごとの要素投影像を生成する。要素投影像合成部は、算出された投影位置に基づいて、生成された画素ごとの要素投影像を合成することで、３次元画像からＸ線透視画像を仮想的に再現した再構成画像を生成する。
実施形態の放射線治療装置を含む放射線治療システムの概略構成を示すブロック図。 実施形態に係る投影位置の算出処理に用いられる射影行列を説明する図。 従来のレイトレーシング法によりＤＲＲが生成される様子を示す図。 実施形態に係るＤＲＲ生成部によりＤＲＲが生成される様子を示す図。 実施形態に係るＤＲＲ生成部の概略構成を示す機能ブロック図。 実施形態に係る放射線治療システムの処理の流れの一例を示すフローチャート。 実施形態に係るＤＲＲ生成部のＤＲＲ生成処理の流れの一例を示すフローチャート。 実施形態に係るＤＲＲ生成部により要素投影像が生成される様子を示す図。 実施形態に係るＤＲＲ生成部により生成されるＤＲＲのイメージ図。 実施形態に係る放射線治療装置および比較例の装置の位置決め処理の実験結果を示す図。
以下、実施形態の放射線治療装置、医用画像処理装置、放射線治療方法、およびプログラムを、図面を参照して説明する。
図１は、実施形態の放射線治療装置を含む放射線治療システムの概略構成を示すブロック図である。放射線治療システム１は、例えば、治療台１０と、２つの放射線源２０（放射線源２０－１および放射線源２０－２）と、２つの放射線検出器３０（放射線検出器３０－１および放射線検出器３０－２）と、治療ビーム照射門４０と、放射線治療装置１００とを備える。放射線治療装置１００は、「放射線治療装置」または「医用画像処理装置」の一例である。
治療台１０は、放射線による治療を受ける被検体（患者）Ｐを載置および固定する寝台である。治療台１０は、固定された患者Ｐに照射される治療ビームの方向を変えるための並進機構および回転機構を備える。治療台１０は、並進機構および回転機構の各々により、３軸方向、つまり、６軸方向に移動することができる。
放射線源２０－１は、患者Ｐの体内を透視するための放射線ｒ－１を予め定められた角度から照射する。放射線源２０－２は、患者Ｐの体内を透視するための放射線ｒ－２を、放射線源２０－１と異なる予め定められた角度から照射する。放射線ｒ－１および放射線ｒ－２は、例えば、Ｘ線である。図１は、治療台１０上に固定された患者Ｐに対して、２方向からＸ線撮影を行う場合を示している。なお、図１においては、放射線源２０による
放射線ｒの照射を制御する制御部の図示を省略している。
放射線検出器３０－１は、放射線源２０－１から照射されて患者Ｐの体内を通過して到達した放射線ｒ－１を検出し、検出した放射線ｒ－１のエネルギーの大きさに応じた患者Ｐの体内のＸ線透視画像を生成する。放射線検出器３０－２は、放射線源２０－２から照射されて患者Ｐの体内を通過して到達した放射線ｒ－２を検出し、検出した放射線ｒ－２のエネルギーの大きさに応じた患者Ｐの体内のＸ線透視画像を生成する。
放射線検出器３０は、２次元のアレイ状に配置された複数のＸ線検出器を備える。放射線検出器３０は、それぞれのＸ線検出器に到達した放射線ｒのエネルギーの大きさをデジタル値で表したデジタル画像を、Ｘ線透視画像として生成する。放射線検出器３０は、例えば、フラット・パネル・ディテクタ（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ：ＦＰＤ）である。放射線検出器３０－１および３０－２は、生成したそれぞれのＸ線透視画像Ｔ１およびＴ２を放射線治療装置１００に出力する。なお、図１においては、放射線検出器３０によるＸ線透視画像の生成を制御する制御部の図示を省略している。
放射線治療システム１では、放射線源２０と放射線検出器３０との位置が固定されているため、放射線源２０と放射線検出器３０との組によって構成される撮像装置が撮像する方向（治療室の固定座標系に対する相対方向）が固定されている。このため、放射線治療システム１が設置された３次元空間内において３次元座標を定義した場合、放射線源２０と放射線検出器３０との位置を、３軸の座標値で表すことができる。以下の説明においては、この３軸の座標値の情報を、放射線源２０と放射線検出器３０との組によって構成される撮像装置の撮像系ジオメトリ情報とよぶ。撮像系ジオメトリ情報は、放射線源２０の位置、放射線検出器３０の位置および傾きなどの情報を含む。撮像系ジオメトリ情報を用いれば、所定の３次元座標内の患者Ｐの位置を、放射線源２０から照射された放射線が患者Ｐの体内を通過して放射線検出器３０に到達したときの位置から求めることができる。
撮像系ジオメトリ情報は、放射線治療システム１を設置するときに設計された放射線源２０および放射線検出器３０の設置位置から得ることができる。或いは、ジオメトリ情報は、３次元計測器などによって計測した放射線源２０および放射線検出器３０の設置位置から得ることもできる。射影行列を撮像系ジオメトリ情報から求めておくことによって、放射線治療装置１００は、３次元空間内にある患者Ｐが、撮影された２次元の透視画像のどの位置（投影位置）に撮影されるか（３次元空間内の各点がＤＲＲ上のどの位置に射影されるのか）を計算することができる。
図２は、実施形態に係る投影位置の算出処理に用いられる射影行列を説明する図である。射影行列Ｐは３次元空間内のある点を２次元の透視画像上に投影したときの対応関係を表す行列である。３次元空間内の点Ｘ（→）＝（Ｘ，Ｙ，Ｚ）ｔと、その投影先の２次元の透視画像上の点ｕ＝（ｕ，ｖ）ｔとの関係は（（→）はベクトルを表す）、以下の式（１）により表される。
Figure 2022131757000002
射影行列Ｐは以下の式（２）および（３）により表される。式（２）および（３）において、放射線源２０の位置をＬ（→）＝（ｌＸ，ｌＹ，ｌＺ）ｔ、放射線検出器３０（ＦＰＤ）の基底ベクトルをｕ（→）＝（ｕＸ，ｕＹ，ｕ）ｔ、ｖ（→）＝（ｖＸ，ｖ，ｖＺ）ｔ、ｗ（→）＝（ｗＸ，ｗＹ，ｗ）ｔ、Ｌ（→）を放射線検出器３０上に投影した点をｃ（→）＝（ｃｕ，ｃｖ）ｔ，Ｌ（→）からｃ（→）までの距離をｆ，放射線検出器３０の画素ピッチをそれぞれｓｕ［ｍｍ／ｐｉｘｅｌ］、ｓｖ［ｍｍ／ｐｉｘｅｌ］とする。
Figure 2022131757000003
Figure 2022131757000004
また、図１に示すような患者Ｐの２つの透視画像を同時に撮影する撮像装置では、放射線源２０と放射線検出器３０との組ごとに、射影行列を求めておく。これにより、２つの透視画像に撮像された患者Ｐの体内の病巣や骨などの患部、あるいは患者Ｐの体内に予め留置されているマーカーの像の位置から、患部あるいはマーカーの位置を表す所定の３次元座標での座標値を計算することができる。
なお、図１では、２組の放射線源２０と放射線検出器３０、つまり、２つの撮像装置を備える放射線治療システム１の構成を示した。放射線治療システム１は、３つ以上の撮像装置（３組以上の放射線源２０と放射線検出器３０との組）を備えてもよい。また、放射線治療システム１は、１つの撮像装置（１組の放射線源２０と放射線検出器３０との組）のみを備えてもよい。
治療ビーム照射門４０は、患者Ｐの体内の治療の対象部位である患部を破壊するための放射線を治療ビームＢとして照射する。治療ビームＢは、例えば、Ｘ線、γ線、電子線、陽子線、中性子線、重粒子線などである。治療ビームＢは、治療ビーム照射門４０から直線的に患者Ｐに照射される。なお、図１では、固定された１つの治療ビーム照射門４０を備える放射線治療システム１の構成を示したが、これに限定されず、放射線治療システム１は、複数の治療ビーム照射門を備えてもよい。
放射線治療装置１００は、放射線治療システム１の各機能の動作を制御する。放射線治療装置１００は、例えば、入力インターフェース１１０と、表示部１２０と、記憶部１３０と、制御部１４０とを備える。なお、これらの各機能部は、複数の装置に分散して設けられるようにしてもよい。例えば、制御部１４０におけるＤＲＲの生成機能は、放射線治療装置１００とは別体の処理装置により実現されてもよい。この処理装置は、「医用画像処理装置」の一例である。
入力インターフェース１１０は、放射線治療システム１を利用する放射線治療の実施者（医師、技師など）からの各種入力操作を受け付け、受け付けた入力操作を示す信号を制御部１４０に出力する。入力インターフェース１１０は、例えば、キーボード、マウス、タッチパネルなどである。
表示部１２０は、ＣＴ画像、ＤＲＲ、Ｘ線透視画像、患者Ｐの現在の位置、放射線治療を行うために事前に定められた好適な位置（以下、「好適位置」という）などの情報を表示する。表示部１２０は、例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）である。入力インターフェース１１０がタッチパネルにより実現されている場合、表示部１２０の機能はタッチパネルに組み込まれてよい。
記憶部１３０は、放射線治療に必要な各種情報を記憶する。記憶部１３０は、例えば、治療計画の段階で撮影された患者Ｐの体内を透視可能な３次元画像を記憶する。３次元画像は、例えば、ＣＴ装置や、コーンビーム（Cone-Beam：ＣＢ）ＣＴ装置、磁気共鳴画像（Magnetic Resonance Imaging：ＭＲＩ）装置などの撮像装置で患者Ｐを撮影することによって取得した３次元の画像データである。以下の説明においては、３次元画像が、ＣＴ装置によって患者Ｐを撮影することにより得られたＣＴ画像Ｄ１である場合を例に挙げて説明する。その他、記憶部１３０は、例えば、治療計画の段階で決定された患者ごとの放射線ビームＢの照射位置、照射方向、照射レベル、照射回数などの治療計画情報Ｄ２、撮像系ジオメトリ情報Ｄ３などを記憶する。記憶部１３０は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）などによって実現される。
制御部１４０は、放射線治療システム１の各種機能を実現するための動作を制御する。制御部１４０は、例えば、第１取得部１５１と、第２取得部１５３と、ＤＲＲ生成部１５５と、位置決め部１５７と、寝台制御部１５９と、照射制御部１６１と、表示制御部１６３とを備える。
第１取得部１５１は、記憶部１３０から、患者ＰのＣＴ画像Ｄ１、患者Ｐの治療計画情報Ｄ２、および撮像系ジオメトリ情報Ｄ３を取得する。なお、第１取得部１５１は、入力インターフェース１１０を介して入力される情報に基づいてＣＴ画像Ｄ１などを取得してもよい。また、第１取得部１５１は、ネットワークを介して接続されたデータベース（ファイルサーバなど）からＣＴ画像Ｄ１などを取得してもよい。また、第１取得部１５１は、放射線治療装置１００に装着されたドライブ装置を介してＤＶＤやＣＤ－ＲＯＭなどの記憶媒体から、ＣＴ画像Ｄ１を取得してもよい。すなわち、第１取得部１５１は、治療段階におけるＸ線撮像の条件および治療段階よりも前に撮像された患者の３次元画像を取得する。第１取得部１５１は、「取得部」の一例である。
第２取得部１５３は、治療の段階で放射線検出器３０－１および３０－２から入力されるＸ線透視画像Ｔ１およびＴ２を取得する。
ＤＲＲ生成部１５５は、第１取得部１５１により取得されたＣＴ画像Ｄ１および撮像系ジオメトリ情報Ｄ３に基づいて、ＤＲＲを生成する。図３Ａは、従来のレイトレーシング法によりＤＲＲが生成される様子を示す図である。図３Ｂは、実施形態に係るＤＲＲ生成部１５５によりＤＲＲが生成される様子を示す図である。
図３Ａに示すように、従来のレイトレーシング法においては、放射線源２０とＤＲＲとの間にＣＴ画像Ｄ１が仮想的に配置される。ＤＲＲの各画素の輝度値は、放射線源２０とその画素を結ぶＸ線の経路上のＣＴ画像Ｄ１の各画素ＰＸの輝度値を積分することで得られる。この場合、Ｘ線の経路上を短い間隔でサンプリングし、ＣＴ画像Ｄ１の輝度値を足し合わせていくことになる。すなわち、Ｘ線が通過するＣＴ画像Ｄ１の画素の輝度を参照し、積分する処理をＤＲＲの画素ごとにする必要があり、計算量が大きい。サンプリング間隔を短くしてサンプリング回数を増やすことで高精度なＤＲＲを生成できるが、サンプリング回数が増えると処理時間が増大するため、ＤＲＲの画質と処理時間との間にはトレードオフが存在する。位置決めに十分な画質のＤＲＲを生成するためには、ＣＴ画像Ｄ１の画素ピッチ以下のサンプリング間隔が望ましい。
一方、図３Ｂに示すように、ＤＲＲ生成部１５５によるＤＲＲの生成処理においては、Ｘ線の経路の情報は利用せず、代わりに、ＣＴ画像Ｄ１の各画素が投影されるＤＲＲの投影位置の情報と、投影された画素（以下、「要素投影像」と言う）の情報とに基づいて、ＤＲＲを生成する。ＤＲＲはＣＴ画像Ｄ１を投影したものであるため、ＤＲＲ生成部１５５は、ＣＴ画像Ｄ１の全画素の要素投影像を重ね合わせることでＤＲＲを生成することができる。例えば、図３Ｂに示す例では、ＤＲＲ生成部１５５は、ＣＴ画像Ｄ１における代表的な画素ＰＸ１（以下、「基準画素」と言う）に対応する要素投影像ＥＰ１を生成し、生成した要素投影像ＥＰ１を２次元的に変換することで他の画素に対応する要素投影像（要素投影像ＥＰ２など）を生成する。また、これら要素投影像によりＤＲＲを生成する場合、レイトレーシングを用いた場合とは異なり、計算量はＣＴ画像Ｄ１の画素数のみに依存するものとなる。このため、ＤＲＲを生成するための処理時間を短縮することができる。
図４は、実施形態に係るＤＲＲ生成部１５５の概略構成を示す機能ブロック図である。ＤＲＲ生成部１５５は、例えば、投影位置算出部２０１と、要素投影像生成部２０３と、要素投影像合成部２０５とを備える。
投影位置算出部２０１は、撮像系ジオメトリ情報Ｄ３に基づいて、ＣＴ画像Ｄ１の各画素がＤＲＲ上に投影されたときの投影位置を算出する。ＣＴ画像Ｄ１には、治療計画に基づいて３次元位置および回転角などの情報が設定されている。投影位置算出部２０１は、以下の式（４）により、ＣＴ画像Ｄ１に設定された３次元の画像座標系ｘ（→）＝（ｘ，ｙ，ｚ）ｔを、部屋座標系Ｘ（→）＝（Ｘ，Ｙ，Ｚ）ｔに変換する。部屋座標系のある１点がＤＲＲ上のどの位置に投影されるかは、撮像系ジオメトリ情報Ｄ３に基づいて算出できる。式（４）においてＡは、撮像系ジオメトリ情報Ｄ３に基づいて設定される所定の変換行列である。さらに、投影位置算出部２０１は、以下の式（５）により、部屋座標系Ｘ（→）から、ＤＲＲ座標系ｕ（→）＝（ｕ，ｖ）ｔを算出する。式（５）においてＰは、射影行列である。
Figure 2022131757000005
Figure 2022131757000006
すなわち、投影位置算出部２０１は、Ｘ線撮像の条件に基づいて、３次元画像に含まれる画素の各々が、Ｘ線撮像により生成される２次元のＸ線透視画像上に投影されたときの投影位置を算出する。
要素投影像生成部２０３は、ＣＴ画像Ｄ１の各画素がＤＲＲ上に投影されたときの要素投影像を生成する。ただし、ＣＴ画像Ｄ１に含まれる全画素について正確な要素投影像を生成しようとすると処理時間がかかる。このため、要素投影像生成部２０３は、まず、基準画素についての要素投影像を生成し、生成した要素投影像を２次元的に変換することで他の画素の要素投影像を近似して生成する。すなわち、要素投影像生成部２０３は、３次元画像に含まれる画素の各々がＸ線透視画像上に投影されたときの画素ごとの要素投影像を生成する。要素投影像生成部２０３は、３次元画像に含まれる基準画素の要素投影像を生成し、生成された基準画素の要素投影像に対して２次元の変換処理を行うことで、３次元画像に含まれる基準画像以外の他の画素の要素投影像を生成する。
要素投影像合成部２０５は、要素投影像生成部２０３により生成された要素投影像を投影位置に張り付けて合成することでＤＲＲを生成する。基本的に、要素投影像のサイズは１画素以上であり、ＤＲＲの各画素に複数の要素投影像が重なるため、要素投影像合成部２０５は、合成の際は輝度値を足しこむようにする。すなわち、要素投影像合成部２０５は、算出された投影位置に基づいて、生成された画素ごとの要素投影像を合成することで、３次元画像からＸ線透視画像を仮想的に再現した再構成画像を生成する。投影位置算出部２０１、要素投影像生成部２０３、および要素投影像合成部２０５の処理の詳細については後述する。
図１に戻り、位置決め部１５７は、ＤＲＲ生成部１５５により生成されたＤＲＲと、第２取得部１５３により取得されたＸ線透視画像Ｔ１およびＴ２とを照合し、放射線治療を行うために好適な患者Ｐの位置を決定する。そして、位置決め部１５７は、治療台１０に固定されている患者Ｐの現在の位置を、放射線治療を行うのに好適な位置に移動させるための治療台１０の移動量を求める。言い換えれば、位置決め部１５７は、患者Ｐの現在の位置を、計画段階においてＣＴ画像Ｄ１に対して事前に定めた照射方向から治療部位に治療ビームＢを照射させるために必要な治療台１０の移動量を求める。位置決め部１５７は、求めた移動量を寝台制御部１５９に出力する。すなわち、位置決め部１５７は、生成された再構成画像に基づいて、患者の位置決めを行う。
寝台制御部１５９は、位置決め部１５７により出力された移動量の情報に基づいて、治療台１０に固定された患者Ｐの位置および方向を変えるために、治療台１０に設けられた並進機構および回転機構を制御する。寝台制御部１５９は、移動量を示す信号Ｓ１を治療台１０に出力する。寝台制御部１５９は、例えば、治療台１０の並進機構および回転機構のそれぞれを３軸方向、つまり、６軸方向に制御する。
照射制御部１６１は、治療ビーム照射門４０による治療ビームＢの照射を制御する。照射制御部１６１は、第１取得部１５１により取得された治療計画情報Ｄ２と、第２取得部１５３により治療の段階でリアルタイムで取得されたＸ線透視画像Ｔ１およびＴ２とに基づいて、治療ビームＢの照射タイミングを指示する信号Ｓ２を治療ビーム照射門４０に出力する。
表示制御部１６３は、表示部１２０を制御して、ＣＴ画像、ＤＲＲ、Ｘ線透視画像、患者Ｐの現在の位置、好適位置などの情報を表示させる。
上述した放射線治療装置１００の制御部１４０の機能のうち一部または全部は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのハードウェアプロセッサと、プログラム（ソフトウェア）を記憶した記憶装置（非一過性の記憶媒体を備える記憶装置）とを備え、プロセッサがプログラムを実行することにより各種機能が実現されてもよい。また、上述した放射線治療装置１００の制御部１４０の機能のうち一部または全部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）などのハードウェア（回路部；circuitryを含む）などによって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって各種機能が実現されてもよい。また、上述した放射線治療装置１００の制御部１４０の機能のうち一部または全部は、専用のＬＳＩによって各種機能が実現されてもよい。プログラム（ソフトウェア）は、記憶部１３０に格納されていてもよいし、ＤＶＤやＣＤ－ＲＯＭなどの着脱可能な記憶媒体（非一過性の記憶媒体）に格納されており、記憶媒体が放射線治療システム１のドライブ装置に装着されることで、記憶部１３０にインストールされてもよい。また、プログラム（ソフトウェア）は、他のコンピュータ装置からネットワークを介して予めダウンロードされて、記憶部１３０にインストールされてもよい。
次に、放射線治療システム１の処理について説明する。図５は、実施形態に係る放射線治療システムの処理の流れの一例を示すフローチャートである。なお、以下の説明においては、治療計画の段階においてＣＴ装置により撮像された患者ＰのＣＴ画像Ｄ１および治療計画情報Ｄ２が、記憶部１３０に予め記憶されているものとする。
まず、第１取得部１５１は、記憶部１３０から、治療対象の患者ＰのＣＴ画像Ｄ１を取得する（ステップＳ１０１）。第１取得部１５１は、取得したＣＴデータＤ１を、ＤＲＲ生成部１５５に出力する。
次に、第２取得部１５３は、放射線検出器３０により出力された現在の患者ＰのＸ線透視画像を取得する（ステップＳ１０３）。第２取得部１５３は、取得したＸ線透視画像を、位置決め部１５７に出力する。
次に、ＤＲＲ生成部１５５および位置決め部１５７は、治療室の３次元空間内に仮想的に配置されたＣＴ画像Ｄ１の位置（以下、「ＣＴ位置」と言う）の疎探索の処理を開始する。ＣＴ位置の疎探索の処理において、ＤＲＲ生成部１５５は、第１取得部１５１により出力されたＣＴ画像Ｄ１に基づいて、ＤＲＲを生成する（ステップＳ１０５）。ＤＲＲ生成部１５５は、生成したＤＲＲを位置決め部１５７に出力する。ＤＲＲ生成部１５５によるＤＲＲ生成処理の詳細については後述する。
次に、位置決め部１５７は、ＤＲＲ生成部１５５により出力されたＤＲＲと、第２取得部１５３により出力されたＸ線透視画像とに基づいて、現在のＤＲＲとＸ線透視画像との類似度が最も高いＣＴ位置を探索する（ステップＳ１０７）。
続いて、位置決め部１５７は、探索したＣＴ位置における患者Ｐの位置ずれ量が所定の範囲内であるか否かを判定する（ステップＳ１０９）。位置ずれ量とは、ＣＴ画像Ｄ１のＣＴ位置（ＣＴ画像Ｄ１における患者Ｐの位置）と、治療台１０に固定された現在の患者Ｐの位置との間の位置のずれ量を示す。
位置決め部１５７は、探索したＣＴ位置における患者Ｐの位置ずれ量が所定の範囲内ではないと判定した場合、探索したＣＴ位置の情報をＤＲＲ生成部１５５に出力して、処理をステップＳ１０５に戻す。これにより、ＤＲＲ生成部１５５は、ステップＳ１０５において、位置決め部１５７により出力されたＣＴ位置の情報に基づいて新たなＤＲＲを生成し、位置決め部１５７は、ステップＳ１０７において、ＤＲＲ生成部１５５により生成された新たなＤＲＲと、Ｘ線透視画像とに基づいて、新たなＤＲＲとＸ線透視画像との類似度が最も高いＣＴ位置を探索する。このように、ＤＲＲ生成部１５５と位置決め部１５７とは互いに連携して、探索したＣＴ位置における患者Ｐの位置ずれ量が所定の範囲内になるまで、つまり、ＤＲＲとＸ線透視画像との類似度が所定の類似度の閾値よりも高くなるまで、ＣＴ位置の疎探索の処理を繰り返す。
一方、ステップＳ１０９において、探索したＣＴ位置における患者Ｐの位置ずれ量が所定の範囲内であると判定した場合、ＤＲＲ生成部１５５および位置決め部１５７は、患者Ｐの位置ずれ量が最も少ないＣＴ位置をより詳細に探索する密探索の処理を開始する。ＣＴ位置の密探索の処理において、ＤＲＲ生成部１５５は、疎探索の処理において探索したＣＴ位置を基準としたＤＲＲを生成する（ステップＳ１１１）。ＤＲＲ生成部１５５は、生成したＤＲＲを位置決め部１５７に出力する。
次に、位置決め部１５７は、疎探索の処理において探索されたＣＴ位置を基準とし、ＤＲＲ生成部１５５により出力されたＤＲＲと、第２取得部１５３により出力されたＸ線透視画像とに基づいて、最終的なＣＴ位置を探索する（ステップＳ１１３）。例えば、位置決め部１５７は、疎探索の処理において探索されたＣＴ位置を基準としたＤＲＲとＸ線透視画像とに基づいて、治療室内の３次元座標に準拠した回転および並進方向に沿ってＣＴ位置を移動させながら、患者Ｐの位置ずれ量が最も少ないＣＴ位置を探索する。言い換えれば、位置決め部１５７は、治療室内の３次元座標に準拠した回転量および並進量を表す６つのパラメータに従ってＣＴ位置を移動させ、ＤＲＲとＸ線透視画像との類似度が最も高いＣＴ位置を探索する。
次に、位置決め部１５７は、探索した最終的なＣＴ位置に基づいて、治療台１０を治療室内の３次元座標に準拠して回転および並進させるための移動量（６つの制御パラメータ）を算出する（ステップＳ１１５）。位置決め部１５７は、算出した移動量を寝台制御部１５９に出力する。
次に、寝台制御部１５９は、位置決め部１５７により出力された移動量に従って治療台１０を移動させる（ステップＳ１１７）。その後、照射制御部１６１は、治療ビーム照射門４０を制御して、治療ビームＢを患者Ｐの患部に照射する。以上により、本フローチャートの処理が終了する。
次に、上述のステップ１０５および１１１におけるＤＲＲの生成処理の詳細ついて説明する。図６は、実施形態に係るＤＲＲ生成部１５５のＤＲＲ生成処理の流れの一例を示すフローチャートである。
まず、投影位置算出部２０１は、撮像系ジオメトリ情報Ｄ３に基づいて、ＣＴ画像Ｄ１の各画素がＤＲＲ上に投影されたときの投影位置を算出する（ステップＳ２０１）。投影位置算出部２０１は、ＣＴ画像Ｄ１に設定された画像座標系を、部屋座標系に変換し、部屋座標系に対して撮像系ジオメトリ情報Ｄ３に基づく射影行列を掛けることで、ＤＲＲ上の位置であるＤＲＲ座標系を算出する。
次に、要素投影像生成部２０３は、ＣＴ画像Ｄ１の各画素がＤＲＲ上に投影された際の要素投影像を生成する（ステップＳ２０３）。ＣＴ画像Ｄ１に含まれる画素の各々は、同じ形状であっても３次元空間上での位置が変わると、要素投影像も変化する。厳密に計算するならば、ＣＴ画像Ｄ１に含まれる全画素について正確な要素投影像を生成する必要があるが、計算コストが高く、ＤＲＲを高速に生成することはできない。このため、要素投影像生成部２０３は、まず、基準画素に対応する要素投影像を生成し、生成した要素投影像を２次元的に変換することで基準画素以外の他の画素の要素投影像を近似する。
次に、要素投影像合成部２０５は、要素投影像生成部２０３により生成された複数の要素投影像を、投影位置に張り付けて合成することでＤＲＲを生成する（ステップＳ２０５）。
図７は、実施形態に係るＤＲＲ生成部１５５により要素投影像が生成される様子を示す図である。ＤＲＲ生成部１５５は、基準画素に対応する要素投影像を生成し、生成した要素投影像を２次元的に変換することで他の画素の要素投影像を生成し、生成した複数の要素投影像を投影位置に張り付けて合成することでＤＲＲを生成する。
具体的には、３次元空間の位置Ｘ（→）＝（Ｘ，Ｙ，Ｚ）ｔにあるＣＴ画像Ｄ１の１画素をＤＲＲ平面（放射線検出器３０）に投影することで生成される画像を要素投影像ｅ（ｕ，ｖ）とする。ＤＲＲ上でのｅ（ｕ，ｖ）の中心位置は、Ｘ（→）をＤＲＲ上に投影した座標ｅｃ（→）＝（ｅｕ，ｅｖ）ｔとなる。Ｘ（→）とｅｃ（→）には以下の式（６）の関係が成り立つ。
Figure 2022131757000007
上記の式（６）において、Ｐは撮像系ジオメトリＤ３から算出される射影行列である。ｅ（ｕ，ｖ）を重ね合わせることで生成されるＩ（ｕ，ｖ）を考える。ＣＴ画像Ｄ１の画素は３次元空間内に立体的に配置されており、要素投影像のサイズも１画素より大きいことがほとんどであるため、一般的にはＤＲＲ上の座標（ｕ，ｖ）に重なる要素投影像は複数存在する。このため、Ｉ（ｕ，ｖ）は、以下の式（７）により計算される。
Figure 2022131757000008
上記の式（７）において、Ｅｕｖは座標（ｕ，ｖ）に重なる要素投影像の集合であり、ｗｉ、ｈｉはＥｕｖ内のｉ番目の要素投影像の画像サイズであり、ｓｅｕ［ｍｍ／ｐｉｘｅｌ］、ｓｅｖ［ｍｍ／ｐｉｘｅｌ］は要素投影像の画素ピッチである。
次に、ｅ（ｕ，ｖ）の生成方法について説明する。厳密にはＣＴ画像Ｄ１の全画素について要素投影像を生成する必要があるが、それでは従来のレイトレーシング法によりＤＲＲを生成する場合と同じ計算量がかかる。このため、ＤＲＲ生成部１５５は、基準画素に対応する要素投影像を２次元的に変換し、他の画素の要素投影像を近似することで処理を簡略化する。基準画素は、例えば、放射線が集中して照射される部位であるアイソセンタの画素である。以下においては、基準画素が、アイソセンタの画素である場合を例に挙げて説明する。
要素投影像の輝度値は基となったＣＴ画像Ｄ１の輝度値Ｖ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に依存（比例）する。このため、アイソセンタの画素の要素投影像の輝度値を定数倍することで他の画素の要素投影像の輝度値を求めることができる。すなわち、要素投影像生成部２０３は、ＣＴ画像Ｄ１において、アイソセンタの画素の輝度値に対する他の各画素の輝度値の比を算出する。そして、要素投影像生成部２０３は、算出した比を、アイソセンタの画素の要素投影像の輝度値に対して乗算することで、他の画素の要素投影像の輝度値を算出することができる。
また、ＣＴ画像Ｄ１に含まれる画素は、放射線源２０に近づくほど要素投影像は大きくなり、放射線検出器３０に近づくほど（放射線源２０から離れるほど）要素投影像は小さくなる。言い換えると、他の画素の位置が、アイソセンタの画素の位置よりも放射線源２０に近ければ要素投影像は大きくなり、他の画素の位置が、アイソセンタの画素の位置よりも放射線検出器３０（ＤＲＲ）に近ければ要素投影像は小さくなる。このような傾向を考慮した要素投影像のサイズは、幾何学的に計算可能である。このため、要素投影像生成部２０３は、要素投影像のサイズを拡大または縮小することでＣＴ画像Ｄ１に含まれる各画素の位置の違いを考慮して変換を行うことができる。
アイソセンタの位置（Ｘiso，Ｙiso，Ｚiso）にある画素に対してレイトレーシング法によって生成した要素投影像を基準要素投影像ｅiso（ｕ，ｖ）とする。アイソセンタ以外の位置（Ｘi，Ｙi，Ｚi）にある画素の要素投影像をｅiso（ｕ，ｖ）の２次元変換で近似したものをｅi（ｕ，ｖ）とすると、変換式は以下の式（８）、（９）、（１０）により表される。
Figure 2022131757000009
Figure 2022131757000010
Figure 2022131757000011
上記の式（８）から（１０）において、ｗ、ｈはそれぞれの要素投影像のサイズである。αは各要素投影像の基となったＣＴ画像Ｄ１の画素値の比である。ＣＴ画像Ｄ１の画素値は、画素位置と関係なく、基準要素投影像のリサイズだけでは処理対象の他の画素（以下、「注目画素」とも言う）の要素投影像の輝度値を近似できないため、画素値の比で補正する。λｉおよびλisoは上記の式（６）によって計算され、βは放射線源２０から注目画素までの奥行と、放射線源２０からアイソセンタの位置までの奥行の比を表す。放射線源２０から注目画素までの奥行とは、例えば、放射線源２０とアイソセンタの位置とを結ぶ直線Ｌ１に対して注目画素（例えば、画素１）の位置から垂線を下ろした点と、放射線源２０との距離Ｗ１である（図７参照）。放射線源２０からアイソセンタの位置までの奥行とは、例えば、放射線源２０からアイソセンタの位置まで直線距離Ｗ０である（図７参照）。
図７に示す例では、まず、要素投影像生成部２０３は、ＣＴ画像Ｄ１に含まれる画素のうち、アイソセンタにある画素を投影し、基準要素投影像ＥＰ１０を生成する。次に、要素投影像生成部２０３は、ＣＴ画像Ｄ１に含まれる画素のうち、他の画素である画素１の要素投影像ＥＰ１１を生成する。ここで、画素１は、アイソセンタよりも放射線源２０に近い位置にある。このため、要素投影像生成部２０３は、上記の奥行きの比に基づいて、基準要素投影像ＥＰ１０よりもサイズが大きい要素投影像ＥＰ１１（拡大された要素投影像）を生成する。また、要素投影像生成部２０３は、基準要素投影像ＥＰ１０に対して、アイソセンタ位置の画素に対する画素１の輝度値の比を乗算することで、要素投影像ＥＰ１１の輝度値を算出する。
同様に、要素投影像生成部２０３は、ＣＴ画像Ｄ１に含まれる画素のうち、他の画素である画素２の要素投影像ＥＰ１２を生成する。ここで、画素２は、アイソセンタよりも放射線検出器３０に近い位置にある。このため、要素投影像生成部２０３は、上記の奥行きの比に基づいて、基準要素投影像ＥＰ１０のサイズを縮小した要素投影像ＥＰ１２を生成する。また、要素投影像生成部２０３は、基準要素投影像ＥＰ１０に対して、アイソセンタ位置の画素に対する画素２の輝度値の比を乗算することで、要素投影像ＥＰ１２の輝度値を算出する。
要素投影像生成部２０３は、ＣＴ画像Ｄ１に含まれる残りの画素についても同様に、要素投影像を生成する。要素投影像合成部２０５は、要素投影像生成部２０３により生成された複数の要素投影像を、投影位置に張り付けて合成することで、図８に示すようなＤＲＲを生成することができる。
すなわち、要素投影像生成部２０３は、３次元画像を、Ｘ線撮像を行う放射線源と、放射線検出器との間に仮想的に配置し、他の画素が基準画素よりも放射線源に近い場合、基準画素の要素投影像を拡大する変換処理を行って他の画素の要素投影像を生成し、他の画素が基準画素よりも放射線検出器に近い場合、基準画素の要素投影像を縮小する変換処理を行って他の画素の要素投影像を生成する。また、要素投影像生成部２０３は、３次元画像における基準画素の輝度値と他の画素の輝度値との比に基づいて、他の画素の要素投影像の輝度値を算出する。要素投影像生成部２０３は、基準画素の要素投影像の輝度値に、基準画素の輝度値に対する他の画素の輝度値の比を乗算することで、他の画素の要素投影像の輝度値を算出する。
上記の通り、２次元の変換では厳密な変換は不可能であるため、アイソセンタから放射線検出器３０に水平な方向に離れた画素ほど要素投影像の近似誤差が大きくなる。患者位置決めにおいて、患部はアイソセンタに位置し、最も高精度に位置決めしたい場所である。すなわち、本実施形態のようにアイソセンタの位置の画素で生成した要素投影像を基準としてＤＲＲを生成すれば、アイソセンタ付近の誤差を小さく抑えることが可能である。
図９は、実施形態に係る放射線治療装置１００および比較例の装置の位置決め処理の実験結果を示す図である。この実験では、特定の処理性能を有するコンピュータを用い、実施形態に係る要素投影像を用いてＤＲＲを生成する場合と、比較例の従来のレイキャスティング法でＤＲＲを生成する場合との各々において、適当な初期位置から位置決め処理（疎探索、密探索）を行って移動量を算出した。図９において、ｔｘ、ｔｙ、およびｔｚは、並進機構における３軸方向の移動量を示し、ｒｘ、ｒｙ、およびｒｚは、回転機構における３軸方向の移動量を示す。図９に示すとおり、比較例の従来のレイキャスティング法を採用した場合の処理時間と比較して、実施形態に係る要素投影像を用いた処理の場合、処理時間を大幅に短縮することができることを確認できた。
以上説明した実施形態によれば、３次元画像から要素投影像を生成して合成することでＤＲＲの生成処理を高速化し、患者の位置決めを短時間且つ高精度に行うことができる。
なお、ＣＴ画像Ｄ１が直方体の３次元画像である場合には、ＤＲＲ生成部１５５は、ＣＴ画像Ｄ１を等方化する処理（ＣＴ画像Ｄ１を立方体に変換する処理）を行った上で、要素投影像の生成処理を行うようにしてもよい。直方体よりも立方体のほうがどの角度から投影しても近い要素投影像になりやすいため、要素投影像のばらつきを抑えることができる。
また、ＤＲＲ生成部１５５は、基準となる位置（例えば、アイソセンタの位置）に輝度１の画素を１画素設置してＤＲＲを生成して１画素の投影像とするようにしてもよい。これにより、高精度なＤＲＲが必要となるアイソセンタ付近の画像の誤差を少なくすることができる。この場合、輝度値は定数倍で表現可能であり、奥行方向の移動はスケール変更で表現可能とすることができる。また、ＣＴ画像Ｄ１の画素のサイズを小さくするようにしてもよい。これにより、高画質のＤＲＲを生成することができる。
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、治療段階におけるＸ線撮像の条件および治療段階よりも前に撮像された患者の３次元画像を取得する取得部（１５１）と、Ｘ線撮像の条件に基づいて、３次元画像に含まれる画素の各々が、Ｘ線撮像により生成される２次元のＸ線透視画像上に投影されたときの投影位置を算出する投影位置算出部（２０１）と、３次元画像に含まれる画素の各々がＸ線透視画像上に投影されたときの画素ごとの要素投影像を生成する要素投影像生成部（２０３）と、算出された投影位置に基づいて、生成された画素ごとの要素投影像を合成することで、３次元画像からＸ線透視画像を仮想的に再現した再構成画像（ＤＲＲ）を生成する要素投影像合成部（２０５）と、を備えることで、ＤＲＲの生成処理を高速化し、患者の位置決めを短時間且つ高精度に行うことができる。
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…治療台、２０，２０－１，２０－２…放射線源、３０，３０－１，３０－２…放射線検出器、４０…治療ビーム照射門、１００…放射線治療装置、１１０…入力インターフェース、１２０…表示部、１３０…記憶部、１４０…制御部、１５１…第１取得部、１５３…第２取得部、１５５…ＤＲＲ生成部、１５７…位置決め部、１５９…寝台制御部、１６１…照射制御部、１６３…表示制御部、２０１…投影位置算出部、２０３…要素投影像生成部、２０５…要素投影像合成部

Claims (10)

  1. 治療段階におけるＸ線撮像の条件および前記治療段階よりも前に撮像された患者の３次元画像を取得する取得部と、
    前記Ｘ線撮像の条件に基づいて、前記３次元画像に含まれる画素の各々が、前記Ｘ線撮像により生成される２次元のＸ線透視画像上に投影されたときの投影位置を算出する投影位置算出部と、
    前記３次元画像に含まれる画素の各々が前記Ｘ線透視画像上に投影されたときの前記画素ごとの要素投影像を生成する要素投影像生成部と、
    算出された前記投影位置に基づいて、生成された前記画素ごとの要素投影像を合成することで、前記３次元画像から前記Ｘ線透視画像を仮想的に再現した再構成画像を生成する要素投影像合成部と、
    を備える放射線治療装置。
  2. 生成された前記再構成画像に基づいて、前記患者の位置決めを行う位置決め部をさらに備える、
    請求項１に記載の放射線治療装置。
  3. 前記要素投影像生成部は、
    前記３次元画像に含まれる基準画素の要素投影像を生成し、
    生成された前記基準画素の要素投影像に対して２次元の変換処理を行うことで、前記３次元画像に含まれる前記基準画像以外の他の画素の要素投影像を生成する、
    請求項１または２に記載の放射線治療装置。
  4. 前記基準画素は、放射線治療におけるアイソセンタの位置の画素である、
    請求項３に記載の放射線治療装置。
  5. 前記要素投影像生成部は、
    前記３次元画像を、前記Ｘ線撮像を行う放射線源と、放射線検出器との間に仮想的に配置し、
    前記他の画素が前記基準画素よりも前記放射線源に近い場合、前記基準画素の要素投影像を拡大する変換処理を行って前記他の画素の要素投影像を生成し、
    前記他の画素が前記基準画素よりも前記放射線検出器に近い場合、前記基準画素の要素投影像を縮小する変換処理を行って前記他の画素の要素投影像を生成する、
    請求項３または４に記載の放射線治療装置。
  6. 前記要素投影像生成部は、
    前記３次元画像における前記基準画素の輝度値と前記他の画素の輝度値との比に基づいて、前記他の画素の要素投影像の輝度値を算出する、
    請求項３から５のいずれか一項に記載の放射線治療装置。
  7. 前記要素投影像生成部は、
    前記基準画素の要素投影像の輝度値に、前記基準画素の輝度値に対する前記他の画素の輝度値の比を乗算することで、前記他の画素の要素投影像の輝度値を算出する、
    請求項６に記載の放射線治療装置。
  8. 治療段階におけるＸ線撮像の条件および前記治療段階よりも前に撮像された患者の３次元画像を取得する取得部と、
    前記Ｘ線撮像の条件に基づいて、前記３次元画像に含まれる画素の各々が、前記Ｘ線撮像により生成される２次元のＸ線透視画像上に投影されたときの投影位置を算出する投影位置算出部と、
    前記３次元画像に含まれる画素の各々が前記Ｘ線透視画像上に投影されたときの前記画素ごとの要素投影像を生成する要素投影像生成部と、
    算出された前記投影位置に基づいて、生成された前記画素ごとの要素投影像を合成することで、前記３次元画像から前記Ｘ線透視画像を仮想的に再現した再構成画像を生成する要素投影像合成部と、
    を備える医用画像処理装置。
  9. コンピュータが、
    治療段階におけるＸ線撮像の条件および前記治療段階よりも前に撮像された患者の３次元画像を取得し、
    前記Ｘ線撮像の条件に基づいて、前記３次元画像に含まれる画素の各々が、前記Ｘ線撮像により生成される２次元のＸ線透視画像上に投影されたときの投影位置を算出し、
    前記３次元画像に含まれる画素の各々が前記Ｘ線透視画像上に投影されたときの前記画素ごとの要素投影像を生成し、
    算出された前記投影位置に基づいて、生成された前記画素ごとの要素投影像を合成することで、前記３次元画像から前記Ｘ線透視画像を仮想的に再現した再構成画像を生成する、
    放射線治療方法。
  10. コンピュータに、
    治療段階におけるＸ線撮像の条件および前記治療段階よりも前に撮像された患者の３次元画像を取得させ、
    前記Ｘ線撮像の条件に基づいて、前記３次元画像に含まれる画素の各々が、前記Ｘ線撮像により生成される２次元のＸ線透視画像上に投影されたときの投影位置を算出させ、
    前記３次元画像に含まれる画素の各々が前記Ｘ線透視画像上に投影されたときの前記画素ごとの要素投影像を生成させ、
    算出された前記投影位置に基づいて、生成された前記画素ごとの要素投影像を合成することで、前記３次元画像から前記Ｘ線透視画像を仮想的に再現した再構成画像を生成させる、
    プログラム。
JP2021030869A 2021-02-26 2021-02-26 放射線治療装置、医用画像処理装置、放射線治療方法、およびプログラム Pending JP2022131757A (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021030869A JP2022131757A (ja) 2021-02-26 2021-02-26 放射線治療装置、医用画像処理装置、放射線治療方法、およびプログラム
KR1020237023477A KR20230118935A (ko) 2021-02-26 2022-02-24 방사선 치료 장치, 의료용 화상 처리 장치, 방사선 치료 방법 및 컴퓨터 프로그램
PCT/JP2022/007513 WO2022181663A1 (ja) 2021-02-26 2022-02-24 放射線治療装置、医用画像処理装置、放射線治療方法、およびプログラム
CN202280009578.6A CN116709991A (zh) 2021-02-26 2022-02-24 放射线治疗装置、医用图像处理装置、放射线治疗方法以及程序
US18/351,276 US20230368421A1 (en) 2021-02-26 2023-07-12 Radiation therapy device, medical image processing device, radiation therapy method, and storage medium

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021030869A JP2022131757A (ja) 2021-02-26 2021-02-26 放射線治療装置、医用画像処理装置、放射線治療方法、およびプログラム

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2022131757A true JP2022131757A (ja) 2022-09-07

Family

ID=83049083

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021030869A Pending JP2022131757A (ja) 2021-02-26 2021-02-26 放射線治療装置、医用画像処理装置、放射線治療方法、およびプログラム

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20230368421A1 (ja)
JP (1) JP2022131757A (ja)
KR (1) KR20230118935A (ja)
CN (1) CN116709991A (ja)
WO (1) WO2022181663A1 (ja)

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3531963B2 (ja) * 1994-03-25 2004-05-31 株式会社東芝 放射線治療計画装置
JP3896188B2 (ja) * 1997-06-13 2007-03-22 株式会社日立製作所 放射線治療計画のための画像処理装置
US8040352B2 (en) * 2003-06-05 2011-10-18 Konninklijke Philips Electronics, N.V. Adaptive image interpolation for volume rendering
JP4941974B2 (ja) * 2007-03-20 2012-05-30 株式会社日立製作所 放射線治療用ベッド位置決めシステム、治療計画装置及びベッド位置決め装置
WO2009081297A2 (en) * 2007-12-18 2009-07-02 Koninklijke Philips Electronics, N.V. Features-based 2d/3d image registration
JP5921119B2 (ja) * 2011-09-02 2016-05-24 株式会社東芝 Ｘ線診断装置
JP2013099431A (ja) 2011-11-08 2013-05-23 Natl Inst Of Radiological Sciences 放射線治療における患者自動位置決め装置及び方法並びに患者自動位置決め用プログラム
JP6437286B2 (ja) * 2014-11-26 2018-12-12 株式会社東芝 画像処理装置、画像処理プログラム、画像処理方法及び治療システム
JP6732489B2 (ja) * 2016-03-18 2020-07-29 株式会社東芝 Ｘ線撮影機器のアライメント調整支援装置、方法及びプログラム

Also Published As

Publication number Publication date
US20230368421A1 (en) 2023-11-16
CN116709991A (zh) 2023-09-05
WO2022181663A1 (ja) 2022-09-01
KR20230118935A (ko) 2023-08-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7098485B2 (ja) 撮像で使用する仮想位置合わせ画像
EP2193479B1 (en) Radiation systems and methods using deformable image registration
CN110381839A (zh) 处置计划图像、分次内3D图像和分次内2D x射线图像的图像配准
CN102814006B (zh) 图像对照装置、患者定位装置及图像对照方法
CN110381840A (zh) 使用旋转2Dx射线成像器作为成像装置以在放射处置递送期间进行靶跟踪
JP2015147041A (ja) Ｘ線ｃｔ装置及びｃｔ画像表示方法
JP6165591B2 (ja) 画像処理装置、治療システム、及び画像処理方法
JP2008544831A (ja) 画像誘導放射線処置のためのコーン・ビームｃｔスキャンへのｘ線画像の高精度重ね合わせ
JP2006068538A (ja) 放射線療法のための送出修正システム
US20180040121A1 (en) Method and system for automatic tube current modulation
JP7323128B2 (ja) 医用画像処理装置、医用装置、治療システム、医用画像処理方法、およびプログラム
US20220054862A1 (en) Medical image processing device, storage medium, medical device, and treatment system
US20100195890A1 (en) Method for completing a medical image data set
WO2022181663A1 (ja) 放射線治療装置、医用画像処理装置、放射線治療方法、およびプログラム
KR20150065611A (ko) Cbct/mr 하이브리드 시뮬레이션 시스템 및 방사선 치료를 위한 기준영상 생성 방법
JP7513980B2 (ja) 医用画像処理装置、治療システム、医用画像処理方法、およびプログラム
JP2008119380A (ja) ベッド位置決めシステム及びベッド位置決め方法
JP2020127600A (ja) 医用画像処理装置、ｘ線診断装置及び医用情報処理システム
EP3338860A1 (en) Registration of particle beam radiography data
WO2023223614A1 (ja) 医用画像処理装置、治療システム、医用画像処理方法、プログラム、および記憶媒体
JP2021171483A (ja) 治療支援装置及び治療支援プログラム
JP2022182902A (ja) 治療計画装置、治療計画作成方法及びコンピュータプログラム
JP2021178126A (ja) 医用画像処理装置、放射線治療計画装置及び医用画像処理方法
JP2018134123A (ja) 患者位置決め装置
KR20230151364A (ko) 의료 영상 기반의 시술 시뮬레이션 제공 방법 및 장치

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20231006