JP4391023B2 - 放射線治療の予測的な生理的ゲーティングのためのシステム - Google Patents

Description

【０００１】
(発明の技術分野)
本発明は、医療方法及び医療システムに関するものである。より詳しくは、本発明は放射線治療の生理的ゲーティングのための方法及びシステムに関するものである。
【０００２】
(背景技術)
放射線治療は、癌性腫瘍などといった人体のある領域に対して大量の放射線を選択的に照射する医学的処置を含んでいる。放射線治療の目的は、有害組織が破壊されるように目標生体組織に放射線を照射することである。ある種の放射線治療では、必要以上の放射線照射が健全な組織を損傷するのを避けるために、腫瘍又は目標組織領域の寸法及び形状に合わせて放射線照射容量が限定されることができる。例えば、立体照射治療(conformal therapy)は、治療部分を目標とされた腫瘍により近づけることにより放射線量分布を最適化するのにしばしば用いられる１つの放射線治療技術である。
【０００３】
正常な生理的挙動は、従来の放射線治療及び立体放射線治療の臨床計画及びその実行に制限を課する。例えば、呼吸又は心臓の鼓動などといった正常な生理的挙動は、放射線を照射している腫瘍又は組織の領域の位置的移動を惹起するかもしれない。もし放射線ビームが、処理部分を腫瘍の正確な寸法に合致するように形づくられていれば、治療中におけるその腫瘍の移動は、放射線ビームが、目標とされる腫瘍組織を完全にカバーするのに十分な寸法又は形状を備えたものとはならないといった結果を招くであろう。
【０００４】
この問題に対する１つの対処法は、治療時に患者の体の動きに同期させられたゲーティング信号を用いる放射線ビームの生理的ゲーティングを含んでいる。この対処法においては、患者の生理的な状態及び／又は挙動を測定するのに複数の機器が利用される。例えば、呼吸は、患者の体内の肺腫瘍の位置の移動を惹起することが証明されている。放射線治療が肺腫瘍に応用される場合は、患者の呼吸サイクルを測定するために、温度センサ、ひずみ計、プレモタクトログラフ（preumotactrograph）又は光学的画像処理システムが利用されるであろう。これらの機器は、呼吸サイクル中での患者の挙動を示す信号を生成することができる。放射線ビームは、肺腫瘍の過度な動きに対応する呼吸信号中の特定の時点では該放射線ビームが解放又は停止されるよう、測定された呼吸信号のある閾値振幅レベルに基づいてゲーティングされることができる。
【０００５】
放射線治療の生理的ゲーティングに対する既知の対処法は反作用的である。すなわち、既知の対処法は、生理的挙動の測定されたレベルに追従的に反作用を及ぼすゲーティング方法を利用する。反作用的なゲーティングシステムの１つの欠点は、測定された生理的挙動が、ゲーティングシステムの構成要素の有効に動作する速度に比べて比較的速い運動を含むかもしれないということである。かくして、純粋に反作用的なゲーティングシステムは、照射された放射線を有効にゲーティングするのに十分に速く反作用を及ぼすことはできないであろう。例えば、ゲーティングシステムは、放射線処理をゲーティングするためのスイッチを含んでいてもよく、ここにおいては、スイッチが十分に動作するには、所定の期間Δｔを必要とする。もし切り替え期間Δｔが、測定された生理的挙動サイクルに比較して相対的に遅ければ、反作用的な仕様でこのようなスイッチを用いているシステムは、放射線治療中における適当な時点で放射線の照射を有効にゲーティングすることはできないであろう。
【０００６】
したがって、関連技術における種々の問題に対処するためのシステム及び方法が必要とされている。生理的挙動の信号を測定するために、純粋に反作用的でない生理的ゲーティングのための方法及びシステムが必要とされている。
【０００７】
(発明の要旨)
本発明は、放射線治療用の生理的ゲーティングのための改良された方法及びシステムを提供する。１つの態様によれば、本発明は、生理的な活動又は挙動（動作）の正規のサイクルを検出しかつ予測的に推定するための方法及びシステムを含んでいる。本発明のもう１つの態様は、ゲーティングシステムの構成要素の予測的な駆動に関連するものである。本発明のさらにもう１つの態様は、生理的活動の位相に基づく放射線治療の生理的ゲーティングに関連するものである。
本発明の種々の態様、目的及び利点は、詳細な説明、図面及び請求項の中に記載されている。
添付の図面は、詳細な説明と相まって、本発明をさらに深く理解させ、また本発明を理論的に説明するために用いられる。
【０００８】
(発明の詳細な説明)
本発明の１つの態様は、生理的な活動又は挙動（動作、動き）の正規のサイクルを検出しかつ予測的に推定するための方法を含んでいる。本発明にかかる方法は、例えば呼吸又は心臓のサイクルを含むあらゆる正規の生理的活動に対して用いられることができる。
【０００９】
操作に際しては、対象となっている生理的活動をあらわす１つ又はこれより多いデータ集合が患者について収集される。例えば、心電計が、心臓のサイクルをあらわすデータを生成するために用いられることができる。呼吸のサイクルをあらわすデータを生成するために、温度センサ、ひずみ計又はプレモタクトログラフが用いられることができる。生理的な活動又は挙動をあらわすデータ集合を得るために、本発明の技術範囲内においてその他の機器又は機構が用いられることができる。
【００１０】
図１は、放射線治療における生理的ゲーティング用のシステム１００の実施の形態の構成要素を示しており、ここにおいて、生理的活動をあらわすデータは、光学的画像処理装置を用いて収集される。システム１００は、治療台１０４上に位置する患者１０６に放射線ビームが向くように位置決めされた、放射線ビーム源１０２(従来公知の線形加速器など)を含んでいる。この放射線ビーム源１０２にはスイッチ１１６が作用的（operatively）に接続されている。スイッチ１１６は、患者１０６への放射線ビームの照射を一時停止（suspend）するよう操作されることができる。１つの実施の形態においては、スイッチ１１６は、放射線ビーム源１０２の電気機械構造体の一部をなす。別の実施の形態では、スイッチ１１６は、放射線ビーム源１０２の電子制御器に接続された外部装置を含んでいる。
【００１１】
ビデオカメラ１０８などの光学的装置又はビデオ画像装置は、患者１０６の少なくとも一部分がカメラの視野に入るように狙いが定められる。カメラ１０８は、測定されている特定の生理的活動に関連する挙動について患者１０６を監視する。例えば、患者の呼吸の挙動が監視されている場合、カメラ１０８は、患者の胸部の動きを監視するように配置されることができる。１つの実施の形態によれば、カメラ１０８は、その光軸が患者１０６の縦軸に対してほぼ４５°となるように配置される。胸部が約３〜５ｍｍ動く呼吸活動を測定する場合、ビデオ画像視野は、患者の胸部のほぼ２０ｃｍ×２０ｃｍの領域が視野に入るように設定されるのが好ましい。例示の目的で、図１には１台のカメラ１０８が示されている。しかしながら、本発明で用いられるカメラ１０８の数は、上記の数よりも多くてもよく、本発明で用いられる正確な数は、それが用いられる特定の用途に依存する。
【００１２】
１つの実施の形態においては、１つ又はこれより多い照明源（好ましい実施の形態では赤外線照明源）が、治療台１０４の上の患者１０６に光を投射する。生成された光は、患者の体の上の１つ又はこれより多い標識点（ランドマーク）で反射される。患者１０６に向けられたカメラ１０８は、１つ又はこれより多い標識点からの反射光をとらえて検出する。標識点は、検査されている生理的活動に基づいて選択される。例えば、呼吸の挙動の測定の場合、標識点は患者の胸部の上の１つ又はこれより多い箇所から選択される。
【００１３】
カメラ１０８の出力信号は、ビデオ画像を受信する能力を有するコンピュータ１１０又はその他の処理ユニットに送信される。特定の実施の形態によれば、コンピュータ１１０は、マイクロソフト社のウィンドウズＮＴをランさせるインテル社のペンティアムをベースとするプロセッサを含み、かつ該システムで利用される各ビデオソースごとに異なるチャンネルを有するビデオフレーム取込みカードを含んでいる。カメラ１０８により記録された画像は、処理用のコンピュータ１１０に送られる。もしカメラ１０８がアナログ出力を生成すれば、フレーム取込み装置は、コンピュータ１１０による処理に先立って、このカメラ信号をデジタル信号に変換する。コンピュータ１１０によって受信されたビデオ信号に基づいて、スイッチ１１６を操作するための制御信号がコンピュータ１１０から送り出されることができる。
【００１４】
１つの実施の形態によれば、１つ又はこれより多い受動マーカー１１４が、挙動が検出されるべき領域において患者の上に配置される。各マーカー１１４は、好ましく、可視波長であるか非可視波長であるかにかかわらず、光を反射させることができる反射性材料又は逆反射性材料を含んでいる。もし照明源がカメラ１０８と同一の位置に配置されていれば、マーカー１１４は、大部分の光を照明源の方向へ反射させる逆反射性材料を含んでいるのが好ましい。別の実施の形態では、各マーカー１１４は、それ自身の光源を含んでいる。マーカー１１４は、患者の挙動を検出するために、カメラ１０８によって画像化される患者の体の上の物理的な標識点に代えて、又はこれと併用して用いられる。マーカー１１４は、患者の体に設けられる標識点の代わりに用いられるのが好ましい。なぜなら、このようなマーカー１１４は、検出しやすく、かつカメラ１０８によって生成されるビデオ画像を介して追跡しやすいからである。好ましいマーカー１１４の反射性又は逆反射性の特性により、とくにカメラ１０８と照射源とが同一位置にあるときには、マーカー１１４は先天的に、カメラ１０８などの光検出装置に対して、ビデオ画像に高コントラストをもたらす。
【００１５】
患者の挙動を追跡するためのビデオ又は光学的システムを利用すれば、いくつかの利点が得られる。第１に、ビデオ又は光学的システムによれば、任意の患者に複数回使用する際に測定結果を繰り返すための信頼性の高いメカニズムを得ることができる。第２に、本発明にかかる方法は非侵襲性であり、たとえマーカーが用いられる場合でも、患者にケーブル又は接続器をつける必要はない。さらに、マーカーの使用が非実用的である場合は、選択された生体上の標識点とつながりのある生理的活動の測定を行うことにより、該システムはマーカーなしでも利用されることができる。最後に、本発明にかかる方法は、外部の解剖的な身体運動の絶対的な測定に基づいているので、より高精度である。
【００１６】
マーカー１１４を追跡する際に考えられる非効率的なことは、該マーカーがビデオフレームのどこにでもあらわれる可能性があり、マーカー１１４の位置を決定するために、該ビデオフレームの画素が全て検査されなければならないかもしれないということである。かくして、ある実施の形態では、マーカー１１４の位置の最初の決定には、ビデオフレームの画素を全て検査することを必要とする。もしビデオフレームが６４０×４８０の画素を含んでいれば、マーカー１１４の位置を見つけるために、全部で３０７２００(６４０×４８０)個の画素が最初に検査される。
【００１７】
マーカー１１４をリアルタイムで追跡するために、マーカー１１４の位置をリアルタイムで決定すべくあらゆるビデオフレームについてあらゆる画素を検査すれば、大量のシステムリソースを消費することになる。かくして、ある実施の形態では、ビデオフレーム内ですでに確認されたマーカー１１４の位置の推定に基づいて設けられる、ここでは「追跡ゲート」と呼ばれるビデオフレームの小領域を処理することにより、リアルタイムでのマーカー１１４の追跡が促進されることができる。以前のビデオフレーム内で定められたマーカー１１４の以前に決定された位置は、同一マーカーに対する初期検索範囲（即ち、追跡ゲート）をリアルタイムで定めるために用いられる。追跡ゲートは、マーカー１１４の以前の位置を中心とするビデオフレームの比較的小さい部分である。追跡ゲートは、マーカー１１４の新たな位置を含まない場合に限り拡張される。一例として、特定マーカーについて以前に決定された位置がビデオフレーム内の画素（５０，５０）である状況について考察する。もし追跡ゲートがビデオフレームの５０×５０の領域に限られていれば、この事例に対する追跡ゲートは、座標（２５，５０)、(７５，５０)、(５０，２５)及び(５０，７５)によって画成される領域内に入っている画素を含むであろう。ビデオフレームのその他の部分は、マーカー１０６がこの追跡ゲート内で見出されない場合に限って検索される。
【００１８】
カメラ１０８からコンピュータ１１０に送られるビデオ画像信号は、患者の体の上のマーカー１１４及び／又は標識点の構造の動きをあらわす挙動信号を生成して追跡するのに用いられる。図２は、任意の測定期間におけるマーカー１１４の動きに関する情報を含んでいる、呼吸についての挙動信号チャート２００の一例を示している。横軸は時間をあらわし、縦軸はマーカー１１４の相対的な位置又は動きをあらわしている。ある実施の形態によれば、図２中に示された信号は、挙動信号チャート２００に沿ってプロットされた離散的な複数のデータポイントを含んでいる。
【００１９】
放射線治療の生理的ゲーティングの重要な態様は、放射線を照射するための「治療間隔（treatment intervals）」の境界を決定することにある。ゲーティングを目的として、治療間隔の境界を定めるために、挙動信号の振幅範囲にわたって閾値点が定められることができる。治療間隔の境界外の患者の挙動は、照射の目標である腫瘍又は組織に対して許容できないレベルの動きを惹起するものと予測される動きに対応する。ある実施の形態によれば、治療間隔は、臨床上の目標部分の動きが最小化される生理的サイクルの部分に対応している。治療間隔の境界を決定するその他の要因は、目標部分の最小の動きを伴う挙動信号の部分、又は危険にさらされている器官からの目標部分の最大の離間を伴う挙動信号の部分を確認することを含む。かくして、放射線ビームパターンは、患者の挙動を考慮した上で、可能な限り最小のマージン(margin)でもって形づくられることができる。
【００２０】
放射線は、挙動信号が所定の治療間隔内にあるときに限り患者に照射される。図３に、挙動信号チャート２００中に示された挙動データについて規定された、信号範囲３０２により示された治療間隔の一例が示されている。図３の例においては、０．８の値(上側の境界線３０４で示されている)を超える測定された体の位置の動き、又は０．０の値(下側の境界線３０６で示されている)より下で移動する測定された体の位置の動きは、いずれも治療間隔の境界外となっている。
【００２１】
図３には、挙動信号チャート２００にあてはまるゲーティング信号チャート３００の一例が示されている。治療間隔信号範囲３０２の外側にあるどの挙動信号も、結果的に、患者に対する放射線の照射を停止する「ビームホールド」ゲーティング信号閾値３１０となる。治療間隔信号範囲３０２の内側にあるどの挙動信号も、結果的に、患者に対する放射線の照射を許容する「ビームオン」ゲーティング信号閾値３１２となる。ある実施の形態では、挙動信号チャート２００中に示された情報をあらわすデジタル信号は、コンピュータ１１０により処理され、そして治療間隔信号範囲３０２の閾値レベルと比較されてゲーティング信号閾値３１０及び３１２を生成する。別の実施の形態では、ゲーティング信号閾値３１０及び３１２は、アナログの挙動信号を比較器に送って、治療間隔信号範囲３０２に対応するアナログの閾値信号と比較することにより得られる。いずれの場合も、ゲーティング信号閾値３１０及び３１２は、コンピュータ１１０により生成され、そして患者１０６に対する放射線の照射を停止又は開始させるために、放射線ビーム源１０２（図１）の操作を制御するスイッチ１１６に印加される。
【００２２】
図４は、本発明の１つの実施の形態において実行される処理動作のフローチャートである。最初の処理動作は、カメラによって検出される挙動信号の範囲にわたって治療間隔の境界を定めることである(４０２)。前述したように、治療間隔の境界外にくるどの動きも、結果的に放射線の目標とされる腫瘍又は組織の許容できないレベルの動きになると予測される動きに対応する。ビデオカメラなどの光学的システム又はデオ撮像システムは、患者の生理的挙動を測定するのに用いられ(４０４)、そして光学システム又はビデオ撮像システムの出力信号は処理され、測定された挙動信号を治療間隔の閾値境界と比較する(４０６)。
【００２３】
もし挙動信号が治療間隔の境界外にあれば、「ビームオフ」ゲーティング信号閾値が、放射線ビーム源に作用的に連結されたスイッチに印加される（４０８）。もし射線ビーム源が現に患者に放射線を照射していれば(４１０)、スイッチの設定は、放射線ビームがホールド又は停止するように操作される(４１１)。この後、プロセスはプロセス動作４０６に戻る。
【００２４】
もし挙動信号が治療間隔の境界内にあれば、「ビームオン」ゲーティング信号閾値が生成され(４１２)、そして照射線ビーム源に作用的に連結されたスイッチに印加される。もし放射線ビーム源が現に患者に印加されている最中でなければ(４１３)、スイッチの設定は、患者に放射線を照射するために、放射線ビーム源をオンさせ又は動作するように操作される（４１４）。この後、プロセスはプロセス動作４０６に戻る。
【００２５】
１つの実施の形態によれば、もし患者の正規の生理的挙動において著しい偏差（偏奇）が検出されれば、放射線ビーム源は非動作とされることができる。このような偏差は、患者による突然の挙動又は咳から生じる。たとえ挙動信号の振幅範囲がこの偏差の発生時における治療間隔の境界内にあったとしても、目標とされる組織の位置及び／又は向きはこの偏差の結果として許容できないほど変化するかもしれない。かくして、このような偏差の検出は、照射治療をゲーティングトするための適当な周期（期間）を定める上で役立つものである。
【００２６】
本発明は、生理的活動の周期（期間）を検出しかつ予測的に推定するための方法を提供する。実質的には、本発明は、患者の生理的挙動に対して「位相ロック（phase lock）」を行うことができる。ゲーティングシステムの移動が運動周期にロックされるので、その周期からの偏差は確認されかつ適切に定められることができる。例えば、呼吸サイクルに対するゲーティングの場合は、患者による突然の挙動又は咳は結果的に呼吸サイクルの検出された周期からの偏差となる。放射線処理は、正規の周期からこれらの偏差が発生している間ゲーティングされることができる。本発明はまた、後に続く生理的挙動の周期を予測的に推定するための方法を提供する。
【００２７】
図５は、正規の生理的挙動サイクルの検出及び予測的推定を実行するための本発明の実施の形態のプロセスフローチャートである。プロセス動作５０２においては、対象となっている生理的活動をあらわすデータ信号を生成するために、ある機器又はシステム（図１のシステム１００のような）が用いられる。ある実施の形態においては、データ信号は、検査下にある生理的挙動をあらわす信号波パターンを集合的に形成するデジタルデータサンプルのストリームを含む。多数の離散的な測定サンプルは、任意の周期中における生理的活動のために採取される。例えば、呼吸の測定に向けられた本発明の実施の形態では、およそ２００〜２１０のデータサンプルが、それぞれおよそ７秒の時間間隔で測定される。
【００２８】
プロセス動作５０４では、測定されたデータサンプルに対してパターンマッチング解析が実行される。ある実施の形態においては、生理的信号のための最新のデータサンプル集合が直前のデータサンプル信号集合に対して相関させられ、該信号の周期及び反復性が決定される。このパターンマッチングを実行するために自動相関関数が用いられることができる。生理的挙動又は生理的監視センサ信号の新しい各サンプルポイントに対して、該プロセスは、該信号中の最後のｎ個のサンプルの自動相関関数を計算する。ここで、ｎは、およそ１．５〜２の信号呼吸周期に対応する。この後、信号の周期及び反復性を決定するために、自動相関関数の第２のピークが確認される。
【００２９】
代替的なある実施の形態では、自動相関関数に代えて、絶対差分関数が用いられる。第２のピークに代えて、絶対差分における第２の最小値が検索される。生理的挙動又は生理的監視センサ信号の新しい各サンプル点に対して、該プロセスは、重複しているデータサンプルの範囲にわたって２つのデータ集合間の最小絶対差分を計算する。第２の最小値は、最近のデータサンプル集合を先行するデータサンプル集合に最も良くマッチングさせるデータ位置に対応する。
【００３０】
代替的なさらにもう１つの実施の形態は、測定されている生理的活動のモデルに基づいてパターンマッチングを実行する。該モデルは、この生理的活動に対する生理的挙動又は生理的監視センサ信号を動的に表現するものである。最新のデータサンプル集合は、反復的なプロセスのパラメータを推定するためにモデルに対してマッチングさせられる。
【００３１】
測定された生理的信号を用いるパターンマッチングは（５０４）、反復的なプロセスに対する最良のマッチング位置と同様に、マッチングの度合いに関する情報を与える。プロセス動作５０４において自動相関関数が用いられる場合は、第２のピークの相対的な強度は、該信号がどのように反復的であるかの尺度を与える。２つのデータサンプル集合間のマッチングの度合いの指標を与えるために、閾値範囲の値が定められる。もし第２のピークの強度が定められた閾値範囲内にあれば（処理動作５０８）、マッチングの度合いは、該信号が反復的であることを示し、第２のピークの位置は、信号の周期の推定値を与える。もし処理動作５０４において絶対差分関数が用いられれば、第２の最小値の相対的な値は、該信号がどのように反復的であるかの尺度を与える。もし第２の最小値が定められた閾値範囲に合致すれば（５０８）、マッチングの度合いは、該信号が反復的であることを示し、第２の最小値の位置は信号の周期の推定値を与える。
【００３２】
もし第２のピーク又は第２の最小値の相関値が、定められた閾値範囲に合致しなければ、正規の生理的活動からの偏差が検出され、これにより患者の正規の生理的挙動における不規則性が示される（５１０）。この不規則性は、例えば、患者の突然の挙動又は咳の結果生じるかもしれない。ある実施の形態においては、この検出された不規則性は、結果的に、患者への放射線の照射を一時停止させる「ビームホールド」信号の生成をもたらす。
【００３３】
もしマッチングの度合いが反復性を示していれば、周期が合理的な範囲内にあるかどうかを決定するために、最良のマッチングポイントがテストされる。第２のピーク又は第２の最小値の位置は、生理的活動の周期の推定値を与える。ある実施の形態においては、最良のマッチングポイントは、閾値範囲と比較される（５０９）。もし最良のマッチングポイントが閾値範囲内に入っていなければ、正規の生理的活動からの偏差が検出される（５１０）。もし最良のマッチングポイントが閾値範囲内に入っていれば、該信号は反復的なものとして受け入れられる（５１２）。
【００３４】
最良のマッチングポイントに基づく周期の推定は、該信号に対する次のデータサンプル集合の周期及び波形パラメータを予測するのに用いられる（５１４）。処理動作５０４、５０８及び５０９は、このようなサンプルの範囲にわたって、複数のデータサンプルに基づいて反復性をテストすることに注目されたい。しかしながら、ある環境においては、正規の生理的挙動からの大きな偏差は、解析されている新しい又は最新のデータサンプル内で実際に生じるかもしれない。なぜなら、データサンプルの全集合が反復性を示し（例えば、比較されているデータサンプルの範囲にわたっての絶対差分の平均化により）、処理動作５０４、５０８及び５０９は偏差を検出しないかもしれないからである。急激な偏差に対するテストを実行するために、処理動作５１４からの予測値は、次の対応するデータサンプルと比較される（５１５）。もし予測値が規定された閾値範囲内の実際のデータサンプルとマッチしなければ、偏差が検出される（５１０）。もし予測されたデータサンプル値と実際のデータサンプル値との比較が規定された閾値範囲内に入っていれば、反復性が確認され、このデータサンプル範囲については、偏差は検出されない（５１６）。
【００３５】
ある実施の形態においては、第１回目は図５の処理が実行され、パターンマッチング処理動作（５０４）がデータサンプルの全範囲にわたって実行される。この後、パターンマッチング処理動作が、該処理の直前の実行の結果によって定められる限られた検索間隔にわたって実行されることができる。例えば、処理動作５１４からの予測値は、次のデータサンプル集合のための検索間隔の位置を規定するのに用いられることができる。しかしながら、もし処理動作５０８、５０９及び５１４が最初の検索間隔の解析に基づいて偏差を検出すれば、検索間隔は、該偏差が実際に生じることを確実化するために拡張されることができる。図５の処理は、最初の検索間隔の外側の最良のマッチングポイントを見出すよう試みるために、増加された検索間隔で繰り返されることができる。ある実施の形態では、この増加された検索間隔はデータサンプルの全範囲を含む。これに代わる実施の形態では、増加された検索間隔は、データサンプルの全範囲の拡張された部分のみを含む。
【００３６】
本発明のある実施の形態によれば、生理的ゲーティングは、その振幅よりもむしろ生理的活動の位相に基づいて実行されることができる。これは、生理的挙動信号の振幅が放射線の照射のための治療間隔の境界を定めるようになっている図３に示された例とは対照的なものである。
【００３７】
図９には、生理的挙動信号の位相の進行を示すチャート９００の一例が示されている。治療間隔範囲９０２は位相チャート９００にわたって定められている。図９の例では、治療間隔範囲９０２の境界は、検出された信号の位相により定められている。生理的挙動信号の位相が治療間隔範囲９０２の境界内に入っているときにのみ、患者に放射線が照射される。図９は、３０°から３００°にわたる境界を有する治療間隔領域９０２の例を示している。かくして、生理的挙動信号の位相が３０１°と２９°との間にあるときには、患者に対して照射される放射線は一時停止又は停止される。
【００３８】
図９には、位相チャート９００と整列されたゲーティング信号チャート９０６が示されている。もし生理的挙動信号の位相が治療間隔範囲９０２の外側にあれば、「ビームホールド」信号閾値９１０が生じる。もし生理的挙動信号の位相が治療間隔範囲９０２の境界内にあれば、「ビームオン」信号閾値９１２が生じる。「ビームオン」及び「ビームホールド」の信号閾値９１０及び９１２は、放射線ビーム源１０２（図１）の操作を作用的に制御するスイッチ１１６に印加される。もし患者に放射線が照射されていれば、「ビームホールド」信号閾値９１０の印加は、スイッチ１１６に放射線の照射を一時停止させ又は停止させる。もし患者に放射線が照射されていなければ、「ビームオン」信号閾値９１２の印加は、患者に対する放射線の照射を開始させる。
【００３９】
本発明の予測特性は、たとえ測定された生理的挙動が、ゲーティングシステムの構成要素の有効操作速度に比べて比較的速い動きを含んでいても、ゲーティングシステムの操作を可能にする。これに該当する１つの例として、完全にはたらくのに既知の時間間隔Δｔを必要とする、放射線治療をゲーティングするためのスイッチを含んでいるゲーティングシステムについて考察する。もし切り替えの時間間隔Δｔが、測定された生理的挙動サイクルに比べて相対的に遅ければ、反作用的な仕様でこのようなスイッチを用いているシステムは、患者に対する放射線の照射を有効にゲーティングすることはできないであろう。
【００４０】
本発明は、スイッチ１１６の予測的な作動が、該スイッチを完全に動作させるのに必要とされる時間Δｔの長さを補償することを可能にする。生理的活動に対する予測期間は、図５の処理を用いることにより得られることができる。治療間隔範囲は、生理的活動の期間の一部にわたって定められる。スイッチ１１６を完全に駆動するのに必要とされる時間Δｔに基づいて、スイッチ１１６は治療間隔の境界の時間に先だって、この時間間隔Δｔによって予め駆動されることができ、これによりスイッチ１１６の完全な駆動のための時間が治療間隔の境界と一致する。かくして、スイッチ１１６の操作速度にかかわりなく、放射線が治療間隔の境界で、有効にゲートされることができる。同様の手法は、その他のゲーティングシステムの構成要素の操作速度を補償するためにも用いられることができる。
【００４１】
以下、ビジュアルベーシック（Visual Basic）プログラム言語で作成された本発明の１つの実施の形態を示す。以下のプログラムコードは、絶対差分関数を用いて呼吸サイクル周期を検出しかつ予測的に推定するための処理についてのものである。
【００４２】
Public Function Predict (ByVal i As Long, ByVal Range As Long, Period As Double, MinAbsDiff As Double, Diff As Double) As Double
Dim j As Long, StartJ As Long, CurrJ As Long
Dim k As Long, MaxK As Long
Dim AbsDiff As Double
Dim NormAbsDiff As Double, n As Long
k=Period-Range
MinAbsDiff=10000000#
StartJ=TimeRefIdxBuf((i-201+BufLength) Mod BufLength)
CurrJ=TimeRefIdxBuf((i-1+BufLength) Mod BufLength)
【００４３】
Do
j=StartJ
AbsDiff=0#
n=0
Do
AbsDiff=AbsDiff+Abs(SigBuf(SigRefIdxBuf(j))-SigBuf(SigRefIdxBuf(j+k+ChartWidth) Mod CartWidth)))
n=n+1
j=(j+10) Mod ChartWidth
Loop While n<=(200-k)/10
NormAbsDiff=100*AbsDiff/(n*Abs(MaxSignal-MinSignal))
【００４４】
If NormAbsDiff<=MinAbsDiff Then
MinAbsDiff=NormAbsDiff
MaxK=k
End If
k=k+1
Loop While k<=Period+Range
If MaxK>=40 And MaxK<=150 Then Period=MaxK
Predict=SigBuf(SigRefIdxBuf((CurrJ-Period+ChartWidth) Mod ChartWidth))
Diff=100*Abs(SigBuf(SigRefIdxBuf(CurrJ))-Predict)/Abs(MaxSignal-MinSignal)
【００４５】
If MinAbsDiff<=20 Then
ProgressBar1.Value=MinAbsDiff
Else
ProgressBar1.Value=20
End If
End Function
【００４６】
このプログラムコードにおいて、変数「ｉ」は、処理されているデータサンプルに対するカウンタ又はインデックス（指標）をあらわしている。変数「Range」は、解析されるべき検索範囲をあらわしている。もし生理的サイクルの周期がすでに決定されていれば（すなわち、このプログラムコードの前の実行から）、変数「Period」は、検出された周期を含む。もし周期がまだ決定されていなければ、変数「Period」は、正規の呼吸サイクルをあらわす無効値（default value）に設定される（例えば、正規の呼吸サイクルにおけるデータポイント数であり、これはおよそ２００〜２１０のデータサンプルがおよそ７秒の時間周期にわたって得られる本発明のある実施の形態においてはおよそ９５のデータサンプルである）。変数「MinAbsDiff」は、検索範囲にわたっての最小絶対差分値である。変数「Diff」は、次のデータサンプルの実際の値とその次のデータサンプルの予測された値との間の比較をあらわしている。
【００４７】
変数「ｊ」、「StartJ」及び「CurrJ」は、処理されているデータサンプルへのカウンタ又はインデックスである。変数「ｋ」は、検索範囲に対するカウンタである。変数「MaxK」は、最小絶対差分値を有する検索範囲内における位置をあらわしている。変数「AbsDiff」は、重複しているデータサンプルのための絶対差分値の合計を保持している。変数「NormAbsDiff」は、パーセント値であらわされた、検索範囲内における特定の位置に対する平均絶対差分値である。変数「ｎ」は、パーセント値であらわされた検索範囲に対する相対的なデータサンプルの位置を追跡するために用いられる。「Predict」は、このプログラムコードによって戻される予測値である。
【００４８】
変数「MinAbsDiff」は、初期値がある高い値に設定され、これによりこの後のすべての絶対差分値がこの初期値より小さくなる。ある実施の形態においては、処理されているデータサンプル集合は、２００のデータポイントを含んでいる。かくして、このプログラムコードでは、変数「StartJ」は、２０１のデータサンプルで初期化しなおされる。変数「CurrJ」は、１つのデータサンプルで初期化しなおされる。サークル状の配列が用いられているので、変数「BufLength」は、「StartJ」及び「CurrJ」の両方の初期化のときに参照される。
【００４９】
外側のＤｏループは、現在及び先行するデータサンプル集合を互いに相対的に移動させる。外側のＤｏループは活動的（active）であり、他方変数「ｋ」は、プログラムコードが検索範囲内で処理を行っていることを示す。ある実施の形態では、検索範囲は、最初に、予測された位置のいずれかの側部に対して３つの位置で設定される。予測される位置は、プログラムコードの直前の実行に対して得られる周期に基づく。もしプログラムコードが直前に実行されていなければ、無効周期値が用いられる。もしこの検索範囲内で許容できる最小絶対差分値が見出されなければ、検索範囲は、例えば予測される位置のいずれかの側部に対して５０の位置に拡張されることができる。
【００５０】
変数「ｊ」は、「StartJ」の値に対して初期化される。変数「AbsDiff」及び「ｎ」もまた、内側Ｄｏループの実行に先だって初期化される。
内側Ｄｏループは、データサンプルの現在の集合と前の集合との間の絶対差分値の計算を実行する。変数「AbsDiff」は、比較されているデータサンプルを重複させるために絶対差分値の合計を保持する。絶対差分値を決定するために解析されているデータサンプルの数は、処理されている検索範囲内の位置に基づいて変化することに注目されたい。これは、検索範囲内での異なる位置は、比較されている前のデータサンプル集合と重複するデータサンプルの異なる数をもつことに起因する。このプログラムコードの実施の形態においては、絶対差分関数は、１０番目毎の信号サンプルポイントを用いて計算される。すなわち、サブサンプル式減算（subsampled substruction）が用いられる。サークル状の配列が用いられているので、変数「ChartWidth」は、「AbsDiff」の計算中に参照される。
【００５１】
変数「MaxSignal」及び「MinSignal」は、前にサンプリングされた信号値に対する最大及び最小の範囲を示している。これらの値は、例えば、データサンプルが複数の呼吸サイクルについて得られるシステムのための学習期間中に定立されることができる。変数「NormAbsDiff」は、「MaxSignal」及び「MinSignal」の値に基づいて、パーセント値であらわされた平均絶対差分値を保持する。
【００５２】
もし「NormAbsDiff」の値が、前に定立された「MinAbsDiff」の値より小さいか又は等しければ、変数「MinAbsDiff」が「NormAbsDiff」の値に設定される。もし「MinAbsDiff」の値がリセットされれば、変数「MaxK」は、値「ｋ」に設定される。この後、変数「ｋ」はインクリメントされ、もし「ｋ」の値がなお検索範囲内にあれば、プログラムコードは外側Ｄｏループの最初の部分に戻る。
【００５３】
このプログラムコードの結果は、最小絶対差分値の候補であり、かつ最小絶対差分の位置の候補である。MaxKの値は、これが処理されている生理的活動に対する値の正確な範囲内に入るのを確実化するために、予め設定された閾値と比較される。かくして、ある実施の形態では、MaxKの値は、これが４０以上でありかつ１５０以下となるのを確実化するためにテストされる。もしマーク値が閾値範囲に合致すれば、変数「Period」は「MaxK」の値に設定される。変数「Predict」は、処理されるべき次のデータサンプル集合に対する予測値に戻る。変数「Diff」は、現在のデータサンプル値と予測されたデータサンプル値との間の差分値を示し、かつ「MaxSignal」及び「MinSignal」の値に対するパーセントであらわされる。
【００５４】
ある実施の形態では、進行バー（progress bar）の画像が、信号サンプルの周期性を可視的に示すために表示されることができる。プログラムコードによれば、もし「MinAbsDiff」の値が２０％の差分以下であれば、可視的な進行バーは、計算された「MinAbsDiff」の値でもって更新される。あるいは、可視的な進行バーは、「２０」の無効値である２０％の差分を超えているその他のすべての「MinAbsDiff」の値を表示する。
【００５５】
図６ａ及び６ｂは、生理的挙動をあらわすデータを光学的又は可視的に収集するための、本発明で用いられることができるカメラ１０８の実施例を示している。カメラ１０８は、１つ又はこれより多い光電陰極と１つ又はこれより多い電荷結合素子(ＣＣＤ)とを有する電荷結合素子カメラ（「ＣＣＤ」）である。ＣＣＤ素子は、局所的に電荷を蓄積することができ、適当な制御信号に応答して、読出し点までその電荷を転送することができる半導体素子である。撮像されるべき光景からの光子が光電陰極に達したときに、カメラに受け入れられた光の強さに比例して電子が放出される。これらの電子は、ＣＣＤ素子内に配置された電荷バケットに捕らえられる。電荷バケットに捕らえられた電子の分布は、カメラに受け入れられた画像をあらわしている。ＣＣＤはこれらの電子をアナログ・デジタル変換器へ転送する。このアナログ・デジタル変換器の出力は、コンピュータ４１０に送られ、これによりビデオ画像が処理されるとともに、逆反射性マーカー４０６の位置が計算される。本発明のある実施の形態によれば、カメラ１０８は、ＲＳ-１７０の出力と、６４０×４８０画素の解像度とを有する白黒ＣＣＤ型カメラである。これに代えて、カメラ４０８は、ＣＣＩＲの出力と、７５６×５６７画素の解像度とを有するＣＣＤカメラを備えていてもよい。
【００５６】
本発明の特別の実施の形態では、カメラ１０８に赤外線照明器６０２(「ＩＲ照明器」)が併設されている。ＩＲ照明器６０２は、カメラ１０８と同じ方向に向けられた１つ又はこれより多い赤外線ビームを生成する。ＩＲ照明器６０２は、カメラ本体６０８のレンズ６０６を中心とするリング形の表面を含んでいる。ＩＲ照明器６０２の表面は、赤外光を生成する複数の個々のＬＥＤ素子６０４を含んでいる。ＬＥＤ素子６０４は、ＩＲ照明器６０２の上に、螺旋状のパターンで配置されている。赤外光に対するカメラの感度を高めるために、カメラ１０８の一部をなすこともできる赤外フィルタは、除去され、または無効化される。
【００５７】
ある実施の形態によれば、治療中の患者のデジタルビデオ記録は、カメラ１０８を介して行われることができる。患者の動きを追跡するのに用いられるのと同一のカメラ１０８は、将来の参考のために患者のビデオ画像を記録するのに用いられることができる。通常の周囲光による患者の一連の画像が、マーカー１１４の測定された挙動信号と同期して得られることができる。
【００５８】
図７ａ及び７ｂは、本発明において用いられることができる逆反射性マーカー７００の実施例を示している。逆反射性マーカー７００は、反射光に対する隆起した反射面７０２を含んでいる。隆起した反射面７０２は半球形状を呈しているので、光源からの光の入射角とは無関係に光を反射することができる。この隆起反射面７０２は、平坦面７０４により囲まれている。平坦面７０４の裏側は、患者の体の上の特定の位置に逆反射性マーカー７００を取り付けるための取り付け領域を与える。ある実施の形態によれば、逆反射性マーカー７００は、３Ｍ社から入手可能な逆反射材３Ｍ＃７６１０ＷＳで構成されている。ある実施の形態においては、マーカー７００は、直径がおよそ０．５ｃｍであり、隆起反射面７０２における最大高さがおそよ０．１ｃｍである。
【００５９】
図８は、逆反射性マーカー７００を製作するのに用いられることができる装置８０２を示している。装置８０２は、弾性リング８０６ａが取付けられているベース部８０４を含んでいる。弾性リング８０６は、その中心に膨張突起部を有する底部成形片８０８に取り付けられている。制御レバー８１０は、支持ロッド８１４に沿って頂部８１２を移動させるために操作されることができる。頂部８１２は、バネ付勢型頂部成形片８１４を含んでいる。頂部成形片８１４は、その下面に半球形状空洞が形成されている。操作に際しては、逆反射性材料片を底部成形片８０８の上に配置される。頂部８１２をベース部８０４に向かって移動させるために、制御レバー８１０が操作される。逆反射性材料は、底部成形片８０８と頂部成形片８１４との間で圧縮されて成形される。頂部成形片８１４は、逆反射性材料の上部外側を半球形状に成形する。
【００６０】
ある代替的な実施の形態では、マーカー１１４は、１つ又はこれより多い参照位置をその表面に有するマーカーブロックを含んでいる。マーカーブロック上の各参照位置は、好ましく、カメラ１０８などの光学撮像装置により検出可能な逆反射性又は反射性の材料を含んでいる。
【００６１】
図１１は、マーカーブロック１１００の実施例を示し、このマーカーブロックは、円筒形状であって、その表面に配置された逆反射性素子１１０２からなる複数の参照位置を備えている。マーカーブロック１１００は、中実ブロックとして(例えば、スチロフォームで)形成されることができる。このようにして製作されたブロックは、複数回、また複数の患者に対して繰り返し使用されることができる。逆反射性素子１１０２は、図７ａ及び７ｂの逆反射性マーカー１１４を構成するのに用いられたのと同一材料で形成されることができる。好ましくは、マーカーブロックは、患者による通常の呼吸の妨げとならないような十分に軽い材料で形成される。
【００６２】
マーカーブロックの形状や寸法は、参照位置の寸法や間隔、位置などが、カメラ又はその他の光学撮像装置から眺めやすく、マーカーブロックの位置を正確に示す画像が得られる限り、どのようなものであってもよい。例えば、図１０は、その表面に複数の逆反射性素子１００２が取付けられている半球形状の代替的なマーカーブロック１０００を示している。
【００６３】
マーカーブロックは特定の体の部分にフィットするような形に形成されることができる。例えば、体の特定の箇所にフィットする成形品ないし鋳造品がマーカーブロックとして用いられることができる。体のある部位とフィットするように形づくられたマーカーブロックは、患者の特定部位に該マーカーブロックを繰り返し配置するのを助ける。別の実施の形態では、マーカーブロックは、患者の体に取り付けられた取付具にフィットするように形成されることができる。例えば、マーカーブロックは、眼鏡に取り付けられるのを可能にする凹凸や溝に形成されてもよい。別の実施の形態では、取付具は、反射性又は逆反射性のマーカーを有する一体形成されたマーカーブロックで形成される。
【００６４】
マーカーブロックの代替的な実施例は、その表面にただ１つの参照位置又は反射性素子を含んでいる。この実施例にかかるマーカーブロックは、光学撮像装置で患者の体の上の特定の位置を検出するために、逆反射性マーカー４０６の代わりに用いられる。
【００６５】
カメラ１０８、マーカー１１４、マーカーブロック又は生理的挙動の光学的測定についての手法に関するさらに詳細な事項は、これと同時に提出され、かつ全面的に参照されてここに組み入れられている、同時継続中の米国特許出願［まだ出願番号がついていない］（バリアン事件番号第９８−３４号、代理人事件番号第２３６／２２３号）及び米国特許出願［まだ出願番号がついていない］（バリアン事件番号第９８−３３号、代理人事件番号第２３６／２２４号）に記載されている。
【００６６】
図１２は、本発明の１つの実施の形態が実施されることができるコンピュータシステム１９００の１つの実施例を示すブロック図である。コンピュータシステム１９００は、情報をやり取りするためのバス１９０２又はその他の通信機構と、情報処理のためにバス１９０２に接続されたプロセッサ１９０４とを含んでいる。コンピュータシステム１９００はまた、プロセッサ１９０４によって実行されるべき情報及び命令を格納するための、バス１９０２に接続されたランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）又はその他の動的な記憶装置などの主メモリ１９０６を含んでいる。主メモリ１９０６はまた、プロセッサ１９０４によって実行されるべき命令の実行中に一時的変数（temporary variables）又はその他の中間情報を格納するためにも用いられることができる。コンピュータシステム１９００はさらに、プロセッサ１９０４のための静的な情報又は命令を格納するための、バス１９０２に接続されたリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）１９０８又はその他の静的な記憶装置を含んでいる。磁気ディスク又は光ディスクなどのデータ記憶装置１９１０は、情報及び命令を格納するために設けられ、バス１９０２に接続されている。
【００６７】
コンピュータシステム１９００は、ユーザに対して情報を表示するために、バス１９０２を介して、陰極線管（ＣＲＴ）などのディスプレイ１９１２に接続されてもよい。プロセッサ１９０４に対して情報及び命令選択をやり取りするための、文字・数字キー及びその他のキーを含んでいる入力装置１９１４がバス１９０２に接続されている。その他のタイプのユーザ用入力装置としては、プロセッサ１９０４と方向情報及び命令選択をやり取りし、かつディスプレイ１９１２上でカーソルの移動を制御するための、マウス、トラックボール又はカーソル方向キーなどのカーソル制御器１９１６があげられる。この入力装置は、典型的には、第１の軸（例えば、ｘ軸）及び第２の軸（例えば、ｙ軸）の２つの軸について２つの自由度をもち、該装置は面内における位置を特定することができる。
【００６８】
本発明は、生理的サイクルを検出しかつ予測的に推定するためのコンピュータシステム１９００の使用手順に関するものである。本発明の１つの実施の形態によれば、このような使用手順は、主メモリ１９０６内に格納されている１つ又はこれより多い命令の１つ又はこれより多いシーケンス（連鎖）を実行するプロセッサ１９０４に応答して、コンピュータシステム１９００によって与えられる。このような命令は、記憶装置１９１０などのその他のコンピュータによる読み取りが可能な媒体から主メモリ１９０６に読み込まれてもよい。主メモリ１９０６に格納されている命令のシーケンスの実行は、プロセッサ１９０４がここに記載された処理ステップを実行する結果となる。複数処理方式の処理装置における１つ又はこれより多いプロセッサはまた、主メモリ１９０６に格納されている命令のシーケンスを実行するためにも用いられる。代替的な実施の形態では、本発明を実施するためのソフトウエア命令に代えて又はこれと組み合わせて、ハードウエアで接続された回路が用いられる。それゆえ、本発明の実施の形態は、ハードウエア回路とソフトウエアとの特定の組み合わせに限定されるものではない。
【００６９】
ここでは、「コンピュータによる読み取りが可能な媒体」との語は、プロセッサ１９０４に実行命令を与えるのにかかわるあらゆる媒体を意味するものとして用いられている。このような媒体は、限定されるわけではないが、非揮発性媒体、揮発性媒体及び伝達媒体を含む多数の形態のものであってもよい。非揮発性媒体は、例えば、記憶装置１９１０などの光ディスク又は磁気ディスクを含む。揮発性媒体は、主メモリ１９０６などのダイナミックメモリを含む。伝達媒体は、バス１９０２を含むワイヤを含んでいる同軸ケーブル、銅線及び光ファイバを含む。伝達媒体はまた、ラジオ波及び赤外線データの通信の際に生成されるような音響波又は光波の形態をとることもできる。
【００７０】
コンピュータによる読み取りが可能な媒体の普通の形態は、例えば、フロッピー（登録商標）ディスク、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テープないしはその他のあらゆる磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭないしはその他のあらゆる光媒体、パンチカード、紙テープ、穴のパターンを伴ったその他のあらゆる物理的媒体、ＲＡＭ、ＰＲＯＭ及びＥＰＲＯＭ、ＦＲＡＳＨ−ＥＰＲＯＭ、その他のあらゆるメモリチップないしはカートリッジ、この後説明されるキャリアウエーブ、又はコンピュータが読み取ることができるその他のあらゆる媒体を含む。
【００７１】
種々の形態の、コンピュータによる読み取りが可能な媒体は、プロセッサ１９０４に対して、１つ又はこれより多い実行命令の１つ又はこれより多いシーケンスを伴っていてもよい。例えば、命令は、最初に、遠隔のコンピュータの磁気ディスクに与えられてもよい。遠隔のコンピュータは、命令をそのダイナミックメモリにロードし、そしてモデムを用いて電話回線で該命令を送ることができる。コンピュータシステム１９００に対してローカルなモデムは、電話回線でデータを受信し、赤外線トランスミッタを用いてデータを赤外線信号に変換することができる。バス１９０２に接続された赤外線検出器は、赤外線信号でもって与えられるデータを受信し、該データをバス１９０２にのせることができる。バス１９０２は、データを主メモリ１９０６に与え、プロセッサ１９０４はこれを回復して命令を実行する。主メモリ１９０６によって受信された命令は、プロセッサ１９０４による実行の前又は後のいずれかで、オプションとして記憶装置１９１０に格納されてもよい。
【００７２】
コンピュータシステム１９００はまた、バス１９０２に接続された通信インターフェース１９１８を含む。通信インターフェース１９１８は、ローカルネットワーク１９２２に接続されたネットワークリンク１９２０に対する２方向性のデータ通信結合を与える。例えば、通信インターフェース１９１８は、対応するタイプの電話回線とデータ通信接続を行う一体型サービスデジタルネットワーク（ＩＳＤＮ）のカード又はモデムであってもよい。もう１つの例としては、通信インターフェース１９１８は、両立式ＬＡＮとデータ通信接続を行うローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）のカードであってもよい。無線接続もまた用いられることができる。このようなあらゆる実施態様において、通信インターフェース１９１８は、種々のタイプの情報をあらわしているデータストリームを含んでいる電気信号、磁気信号又は光信号を送信し、かつ受信する。
【００７３】
ネットワークリンク１９２０は、典型的には、１つ又はこれより多いネットワークを経由して、その他の装置とデータ通信を行う。例えば、ネットワークリンク１９２０は、放射線ビーム源又は放射線ビーム源に作用的に接続されたスイッチなどの医療機器１９２６又はホストコンピュータ１９２４と、ローカルネットワーク１９２２を経由して接続されることができる。ネットワークリンク１９２０に伝達されるデータストリームは、電気信号、磁気信号又は光信号を含むことができる。データをコンピュータシステム１９００に送り込み又はここから取り出す通信インターフェース１９１８を介しての信号及びネットワークリンク１９２０上の信号と、種々のネットワーク上の信号とは、情報を伝送するキャリアウエーブの典型的な形態である。コンピュータシステム１９００は、ネットワーク、ネットワークリンク１９２０及び通信インターフェース１９１８を介して、プログラムコードを含むメッセージを送信しかつデータを受信することができる。
【００７４】
以上の説明においては、本発明は、その特定の実施の形態について説明されている。しかしながら、本発明のより広い思想及び範囲から逸脱することなく、種々の変形例及び修正例がなされることができるのは明らかなことである。例えば、コンピュータ１１０によって実行される操作は、本発明の範囲に含まれるハードウェアとソフトウエアとの任意の組合せにより実行されることができ、「コンピュータ」についての特定の定義にあてはまるような特定の実施の形態に限定されるべきではない。したがって、この明細書及び図面は、例示のためのものと考えられるべきであり、限定的なものとして考えられるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の１つの実施の形態にかかる生理的ゲーティングのためのシステムの構成要素を示している。
【図２】 呼吸の挙動信号チャートの一例を示している。
【図３】 挙動信号チャート及びゲーティング信号チャートを示している。
【図４】 本発明の実施の形態で実行される処理動作を示すフローチャートである。
【図５】 正規の生理的挙動を検出しかつ予測・推定するための処理動作を示すフローチャートである。
【図６ａ】 本発明で利用されることができるカメラの実施例の側面図を示している。
【図６ｂ】 図６ａのカメラの正面図を示している。
【図７ａ】 本発明の実施の形態にかかる逆反射性マーカーを示している。
【図７ｂ】 図７ａの逆反射性マーカーの断面図を示している。
【図８】 逆反射性マーカーを製作するための装置を示している。
【図９】 ゲーティング信号チャートとマッチングさせられた位相チャートを示している。
【図１０】 円柱形のマーカーブロックの実施例を示している。
【図１１】 半球形のマーカーブロックの実施例を示している。
【図１２】 本発明が実施されることができるコンピュータハードウエアシステムのブロック図である。
【符号の説明】
１００…撮像システム、１０２…放射線源、１０４…治療台、１０６…患者、１０８…ビデオカメラ、１１０…コンピュータ、１１４…マーカー、１１６…スイッチ。

Claims (14)

1. 第１の時間周期中に患者の生理的挙動あらわす第１の信号データ集合を測定する手段と、
   上記第１の信号データ集合を、第２の時間周期中に測定された患者の生理的挙動に関連する第２の信号データ集合とパターンマッチングさせるパターンマッチング手段と、
   パターンマッチングの結果に基づいて放射線ビームをゲーティングするゲーティング手段とを含んでいて、
   上記パターンマッチング手段が、上記第１の信号データ集合を上記第２の信号データ集合に、自動相関関数又は絶対差分関数を用いてパターンマッチングさせるようになっている放射線ビームをゲーティングするシステム。
2. さらに、第１の信号データ集合と第２の信号データ集合との間のマッチングの度合いを決定する決定手段を含んでいる請求項１に記載のシステム。
3. 上記決定手段が、マッチングの度合いを、自動相関関数の第２のピーク値によって決定するようになっている請求項２に記載のシステム。
4. 上記決定手段が、マッチングの度合いを、絶対差分関数の第２の最小値によって決定するようになっている請求項２に記載のシステム。
5. さらに、マッチングの度合いを閾値範囲と比較する比較手段を含んでいる請求項２に記載のシステム。
6. 閾値範囲外でのマッチングの度合いが、正常な生理的挙動からの偏差を示す請求項５に記載のシステム。
7. 閾値範囲内でのマッチングの度合いが、反復的な生理的挙動を示す請求項５に記載のシステム。
8. 最良のマッチング点が生理的挙動の周期を示す請求項７に記載のシステム。
9. さらに、第３の時間周期中に生理的挙動の周期を予測する予測手段を含んでいる請求項１に記載のシステム。
10. さらに、予測された周期に基づいて該ゲーティングシステムの構成要素を予測的に駆動する駆動手段含んでいる請求項９に記載のシステム。
11. さらに、生理的挙動の周期を決定する周期決定手段を含んでいる請求項１に記載のシステム。
12. さらに、放射線ビームをゲーティングするための治療間隔を定める治療間隔設定手段を含んでいる請求項１１に記載のシステム。
13. 上記治療間隔設定手段が、治療間隔を、生理的挙動の周期の位相範囲に基づいて定めるようになっている請求項１２に記載のシステム。
14. 第２の信号データ集合が、患者の生理的挙動のデータモデルである請求項１に記載のシステム。

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