JP5253052B2 - 放射線治療における患者位置決め装置および患者位置決め方法 - Google Patents

Description

この発明は、陽子や重イオン等の粒子線を含む放射線を患者の患部に照射して治療を行う放射線治療で患者の位置決めを行う、放射線治療における患者位置決め装置および患者位置決め方法に関するものである。

近年、陽子や重イオン等の粒子線を用いる粒子線治療は、病巣に対して放射線を集中照射でき、正常組織の損傷を少なくできることから、患者の負担を軽減しつつ癌などの悪性腫瘍を効果的に治療できる治療方法として注目され、実用化が進んでいる。
このような粒子線治療の実用化により、放射線の影響を受けやすい器官の近くの腫瘍に対しても治療を行うことが可能となったが、正常組織を回避しながら病巣に対してピンポイントで粒子線を照射するためには、照射する粒子線に対して患者の位置姿勢を高精度で位置決めすることが要求される。

一般に、粒子線治療システムは、患者情報の管理や入院患者の管理を行う病院管理システムと、Ｘ線画像やＣＴ画像の管理を行う放射線情報システムとを含む病院系と、患者のＣＴ画像に基づいて治療計画を立案する治療計画系と、治療計画系によって決定された治療計画に従って患者に対して粒子線の照射を実施する照射系と、照射系からの指令に基づいて粒子線を治療に必要なエネルギーを持つように加速・制御する加速器系とから構成される。
照射系は、患者が固定され、患者の位置姿勢を設定する治療台と、治療台に固定された患者のＸ線画像を撮像するＸ線撮像装置と、治療台を制御して照射ノズルに対する患者の位置姿勢を位置決めする位置決め計算機などから構成される患者位置決め装置を含み、患者位置決め装置によって治療に際しての患者の位置決めが行われる。

粒子線治療は、患者のＣＴ画像に基づいて、患部の位置や重要臓器等を特定し、使用する核種、エネルギー、照射野の形状、照射角、照射線量、照射回数等を決定する治療計画段階と、計画された治療計画に基づき、加速器系で生成される粒子線を患者に照射する治療段階とに分けられる。
治療計画段階では、まず初めに患者を治療台に固定するための固定具が作成され、作成された固定具により固定された患者の患部周辺の３次元ＣＴ画像が撮影される。次に、治療計画装置において撮影されたＣＴ画像により治療シミュレーションが行われ、治療計画が立案される。また、このとき、治療段階において患者の位置姿勢を治療計画段階と合せるための参照画像として、３次元ＣＴ画像を正側２方向に投影したＤＲＲ（Ｄｉｇｉｔａｌｌｙ Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ Ｒａｄｉｏｇｒａｐｈｓ）画像が生成される。

治療段階では、同じ固定具を用いて患者が治療台に固定され、粒子線照射に先立って、患者の位置姿勢を治療計画時の患者の位置姿勢に合せるための位置決めが行われる。
この位置決めは、治療台に固定された患者についてＸ線撮像装置により正側２方向（垂直と水平）の照合画像を撮像し、撮像された照合画像をそれぞれ対応する参照画像と照合し、両画像の位置ずれ量に基づいて患者の位置姿勢を補正するための治療台の各軸の移動量を演算し、演算された移動量に基づいて治療台を移動させる。
正側２方向のＸ線画像から、治療台の各軸の移動量を演算する方法としては、例えば、正側２方向の照合画像と参照画像について、それぞれ対応する部分をマーキングし、各マーキングについての２次元距離に基づいて治療台の各軸の移動量を演算するランドマーク法や、正側２方向の照合画像のそれぞれについて、画像を移動・回転させて対応する参照画像と最も一致する２次元移動距離および回転角度を求め、求められた正側２方向の移動距離と回転角度から治療台の各軸の移動量を演算する画像処理法が用いられる。
このような患者の位置決めは、照合画像と参照画像の位置ずれ量が許容範囲に入るまで繰り返し行われ、患者の位置姿勢が治療計画段階の患者の位置姿勢に対して許容される誤差の範囲に入ったら、治療計画段階で決定した条件に従って実際の照射が行われる。

以上のような、放射線治療における患者の位置決めを行う先行技術として、以下のような特許文献が開示されている。
特許文献１は、Ｘ線撮像装置を患者回りに回転させる手段を備え、ランドマーク法による位置決めにおいて、マーキングが重ならないようにＸ線撮像装置を回転させて照合画像を撮像することで、位置決め精度と作業効率を向上できるようにしている。
特許文献２は、画像処理法による位置決めとして、患者位置ずれ量の予想範囲内における全てのオプティカルフローを予め計算し、これと実際に計測したオプティカルフローを比較して患者の位置ずれ量を求めることで、位置決め精度を向上させている。
特許文献３は、ランドマーク法による位置決めとして、画像データに記録されているマーキングを自動認識させることで、オペレータの技量や経験に依存しない位置決めを可能としている。
特許文献４は、画像処理法による位置決めとして、照合画像と参照画像のパターンマッチングにより位置決めを行うことにより、操作者の技量に関係なく十分な位置決め精度を確保できるようにしている。
特許文献５は、位置姿勢パラメータを変化させながらＤＲＲ画像を生成し、所定領域（ＲＯＩ：Ｒｅｇｉｏｎ ｏｆ ｉｎｔｅｒｅｓｔ）について照合画像との相関演算を行い、相関値が最大となる位置姿勢の変化量を対象部位の並進量と回転量として位置決めすることで、的確な位置決めを行うようにしている。

特開２０００−１４０１３７号公報（第７〜１０頁、図５） 特開２００１−２５９０６０号公報（第４頁、図３） 特開２００２−１２６１０６号公報（第４〜９頁、図１） 特開２００４−２６７２５０号公報（第６〜１５頁、図１） 特開２００７−２８２８７７号公報（第３〜９頁、図１）

しかしながら、固定具による患者の治療台への固定は必ずしも完全なものではなく、固定具には多少の遊びを含んでいるため、治療台を移動させて患者の姿勢を変化させると、治療台に対する患者の位置姿勢に変動が生ずる。また、仮に固定具により患者の体が完全に固定できたとしても、人間の体は剛体ではないため、患者の体表面と患部との位置関係は姿勢によって変化するという問題がある。
このため、治療段階の患者の位置決めにおいて、特許文献１〜５に開示されているランドマーク法や画像処理法を用いて、照合画像と参照画像を完全に一致させるための治療台の移動量が正確に計算されたとしても、治療台を移動させることによって患者の位置姿勢に変動が生じるため、一回の治療台の移動で治療計画時の位置姿勢を再現することは困難であり、治療台の位置決めを何度も繰り返して行う必要が生ずる。
一般に、治療のための粒子線の照射は、患者への負担を考慮して、多数回に分けて実施され（例えば、前立腺がんの治療では治療は３７回に分けて行われる）、治療の度に患者は固定具を装着し直して治療台に固定されるため、その都度患者の位置決めを行う必要が生ずる。
従って、治療の度に上述の治療台の位置決め動作を繰り返し行うことになると、全体として治療時間が長時間化し、Ｘ線撮影による患者の被爆量も多大なものとなるという問題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、放射線治療における患者の位置決め繰り返し回数を低減し、治療時間の短縮化と患者の被爆量の低減化を図る放射線治療における患者位置決め装置および患者位置決め方法を得ることを目的としている。

この発明に係わる放射線治療における患者位置決め装置においては、放射線照射手段によって照射される放射線を患者の患部に照射して治療するに際し患者の位置決めを行う放射線治療における患者位置決め装置であって、
患者が固定され、放射線照射手段に対する患者の位置姿勢を設定する手段を有する治療台、
患者の過去に位置決めされた治療台位置決め位置のデータに基づいて治療台の粗位置決め位置を学習させる粗位置決め位置学習手段、
この粗位置決め位置学習手段により学習させた粗位置決め位置に治療台を初期移動させる治療台初期移動手段、
治療台に固定された患者に対し、少なくとも２方向から患者の体内画像を撮像する撮像手段、
この撮像手段により撮像された撮像画像を基準となる参照画像と照合し、両画像間に位置ずれがある場合に、この位置ずれに基づき、患者の位置姿勢を修正し、位置決めするための治療台の移動量を演算し、この演算された移動量にしたがって治療台を移動させて患者の位置決めを行う位置決め制御手段、
及びこの位置決め制御手段により位置決めされた患者の治療台位置決め位置のデータを記録する治療台位置決めデータ記録手段を備えたものである。

この発明は、以上説明したように、放射線照射手段によって照射される放射線を患者の患部に照射して治療するに際し患者の位置決めを行う放射線治療における患者位置決め装置であって、
患者が固定され、放射線照射手段に対する患者の位置姿勢を設定する手段を有する治療台、
患者の過去に位置決めされた治療台位置決め位置のデータに基づいて治療台の粗位置決め位置を学習させる粗位置決め位置学習手段、
この粗位置決め位置学習手段により学習させた粗位置決め位置に治療台を初期移動させる治療台初期移動手段、
治療台に固定された患者に対し、少なくとも２方向から患者の体内画像を撮像する撮像手段、
この撮像手段により撮像された撮像画像を基準となる参照画像と照合し、両画像間に位置ずれがある場合に、この位置ずれに基づき、患者の位置姿勢を修正し、位置決めするための治療台の移動量を演算し、この演算された移動量にしたがって治療台を移動させて患者の位置決めを行う位置決め制御手段、
及びこの位置決め制御手段により位置決めされた患者の治療台位置決め位置のデータを記録する治療台位置決めデータ記録手段を備えたので、放射線治療における患者の位置決め繰り返し回数が低減され、治療時間の短縮化と患者の被爆量の低減化を図ることができる。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による放射線治療における患者位置決め装置を示す構成図である。
図１において、患者位置決め装置は、患者が固定される治療台１０と、治療台１０に固定された患者の正側２方向（垂直と水平）のＸ線透過画像を撮像するＸ線撮像装置２０と、Ｘ線撮像装置２０（撮像手段）で撮像された患者のＸ線画像に基づいて治療台１０を駆動して患者の位置姿勢を位置決めする位置決め計算機３０と、治療台１０やＸ線撮像装置２０を制御する機器制御計算機４０と、各患者の情報を管理する患者ファイルサーバ５０から構成される。
治療台１０は、患者に対して照射する粒子線の照射ノズル６０（放射線照射手段）のアイソセンターに対して患者の位置と姿勢を３次元的に位置設定するための駆動機構を有している。
ここでは、治療台１０は、前後移動軸１０ａ、左右移動軸１０ｂ、上下移動軸１０ｃ、アイソセンター回転軸１０ｄ、ローリング軸１０ｅ、ピッチング軸１０ｆの６自由度を有するベッド式治療台を例示しているが、これに限定されるものではない。
例えば、患者を座らせて固定する座位式の治療台を使用する場合もあり、その場合には、前後移動軸、左右移動軸、上下移動軸、アイソセンター回転軸、リクライニング軸の５自由度を有する駆動機構が用いられることが多い。

Ｘ線撮像装置２０は、患者の正面方向（垂直）のＸ線画像を撮像する正面Ｘ線撮像装置２０ａと患者の側面方向（水平）のＸ線画像を撮像する側面Ｘ線撮像装置２０ｂとから構成され、それぞれ、Ｘ線を発生させるＸ線発生装置２１ａ、２１ｂと、患者を透過したＸ線を撮像するためのＸ線カメラ２２ａ、２２ｂを備える。
Ｘ線撮像装置２０には、一般に呼吸同期装置が接続され（図示省略）、Ｘ線画像は治療計画時のＣＴ画像を撮影したときと同じ呼吸条件で撮像されるようにしている。
位置決め計算機３０（位置決め制御手段）は、Ｘ線撮像装置２０により撮像されたＸ線画像を取り込み、参照画像との画像照合を行い、位置ずれがある場合に、必要な治療台１０の移動量を演算し、機器制御計算機４０に対して治療台の移動指令を送信する後述の患者位置決め処理が実行されるコンピュータである。
また、機器制御計算機４０は、位置決め計算機３０からの指令を受けて、治療台１０やＸ線撮像装置２０を制御するコンピュータである。
なお、ここでは、位置決め計算機３０や機器制御計算機４０は、プログラマブルコントローラ（シーケンサ）等を用いて構成されているが、これに限定されるものでない。

患者ファイルサーバ５０（治療台位置決めデータ記録手段）は、治療を受ける患者の情報を管理するコンピュータであり、治療を受ける患者の患者情報データ、治療計画データ、参照画像データ、過去の治療台位置決めデータが記憶された患者データベース５２を備える。
患者ファイルサーバ５０は、ネットワークを介して病院系と接続されており、治療を受ける各患者の情報を取得し、患者データベース５２の患者情報データに記録する。
また、患者ファイルサーバ５０は、治療計画装置７０と接続され、治療計画装置７０はＣＴ撮像装置８０に接続されている。治療計画装置７０は、ＣＴ撮像装置８０によって撮影されたＣＴ画像を取得して各患者の治療計画を立案するとともに、当該ＣＴ画像から正側２方向のＤＲＲ画像を生成する。患者ファイルサーバ５０は、治療計画装置７０から立案された各患者の治療計画と、生成された各患者の正側２方向のＤＲＲ画像を取り込み、それぞれ患者データベース５２の治療計画データと参照画像データに記録する。
なお、参照画像データは、治療前に位置決めのリハーサルが行われた場合には、リハーサル時に取得された正側２方向のＸ線画像に置き換えてもよい。

図２は、この発明の実施の形態１による放射線治療における患者位置決め装置の位置決め計算機で実行される患者位置決め処理を示すフロー図である。
図３は、この発明の実施の形態１による放射線治療における患者位置決め装置の患者位置決め処理における粗位置決め位置学習初期設定の処理手順を示すフロー図である。
図３において、ｉは患者の過去の位置決めデータをカウンタするカウンタ、ｊは学習した学習データをカウンタするカウンタ、ＬＤ（Ｉ）_ｊは治療台の各軸のｊ番目の学習データ、ＲＰ（Ｉ）は治療台の各軸のリハーサル時の位置決めデータ、ＡＶ（Ｉ）は学習データＬＤ（Ｉ）の各軸の平均値、ＳＤ（Ｉ）は学習データＬＤ（Ｉ）の各軸の標準偏差である。

図４は、この発明の実施の形態１による放射線治療における患者位置決め装置の手動学習平均演算法による粗位置決め位置学習処理の処理手順を示すフロー図である。
図４において、ＰＤ（Ｉ）_ｉは治療台の各軸のｉ番目の位置決めデータ、ＣＰ（Ｉ）は治療台の各軸の粗位置決め位置である。

図５は、この発明の実施の形態１による放射線治療における患者位置決め装置の患者位置決め処理における手動学習平均演算法による粗位置決め位置学習処理の画面表示例を示す図である。
図５において、画面には、患者ＩＤ、患者名、治療計画の計画ＩＤ、照射ＩＤ、患部の部位等が表示され、患者のリハーサルデータと過去の位置決めデータが治療台の軸別に表示され、各位置決めデータには、学習データとして採用するか否かを入力するための学習採否ボタンが設けられている。

次に、動作について説明する。
まず、位置決め計算機３０によって実行される患者位置決め処理の処理手順を、図２に基づいて説明する。
患者位置決め処理は、各患者の各治療時において、照射を行う前に患者の位置姿勢を治療計画段階の位置姿勢に合せるために実行されるものである。
患者位置決め処理（Ｓ１００）では、最初に、治療台の粗位置決め位置を学習により設定する粗位置決め位置学習処理（Ｓ１０２）（粗位置決め位置学習手段、第一の工程）と、粗位置決め位置学習処理により設定された粗位置決め位置を位置決め開始位置として治療台１０を移動させる治療台初期移動処理（Ｓ１０４）（治療台初期移動手段、第二の工程）とが実行される。
粗位置決め位置学習処理（Ｓ１０２）は、患者データベース５２に記録されている当該患者の過去の治療台位置決めデータを取得し、その患者の最終位置決め位置に近い治療台の粗位置決め位置を学習させる演算を行うものであり、詳細は後述する。

Ｓ１０４の治療台の初期移動が完了したら、機器制御計算機４０に対してＸ線画像の撮像を指示し、Ｘ線撮像装置２０より正側２方向のＸ線画像を照合画像として取得する（Ｓ１０６、第三の工程）。
次に、患者データベース５２に記録されている当該患者の正側２方向の参照画像を取得し、正側２方向の照合画像を対応する参照画像と照合する（Ｓ１０８、第四の工程）。
この画像照合において、正側２方向の少なくともいずれかで許容範囲内を超える位置ずれ（移動および回転）がある場合には（Ｓ１１０）、正側２方向の位置ずれ量に基づいて治療台の各軸の移動量を演算し（Ｓ１１２）、演算された移動量に基づいて治療台１０を移動させて（Ｓ１１４）、Ｓ１０６に戻る。（Ｓ１１０とＳ１１２とＳ１１４が第五の工程）
なお、画像の照合を行って正側２方向の位置ずれを求め、これに基づいて治療台の各軸の移動量を演算する方法は、背景技術で述べた各種の方法を用いて行うことができるものであり、ここでは詳細説明を省略する。

Ｓ１１０で、正側２方向のいずれも許容範囲内にある場合には、位置決めの完了確認を行い（Ｓ１１６）、現在の治療台の各軸の位置を当該患者の治療台位置決めデータとして患者データベース５２に記録し（Ｓ１１８、第六の工程）、患者の位置決め処理を終了する。
なお、Ｓ１１６で、位置決めの完了確認を行っているのは、異常動作により誤った照射が行われないようにするための安全確認であり、充分な信頼性が確保される場合には省略されてもよい。
また、上記説明では、画像照合によって検出された位置ずれ（移動および回転）が許容範囲内にある場合に位置決めが完了したと判断するようにしたが、画像照合により検出された位置ずれ量に基づいて治療台の各軸の移動量を演算し、演算された治療台の各軸の移動量が許容範囲内にある場合に位置決めが完了したと判断するようにしてもよい。

位置決め計算機３０による患者の位置決めが完了したら、機器制御計算機４０より加速系に対して照射準備指令が出され、患者データベース５２の治療計画データに基づいて治療台１０と加速器系が制御され、治療のための照射が行われる。
なお、照射ノズルは、例えば、回転ガントリーに取り付けられ、患部に対して任意の方向から照射するもの、水平方向に固定され、座位式治療台に固定された患者の患部に対して水平方向に照射するもの、水平方向と垂直方向に設けられ、水平方向と垂直方向の２方向を同時に照射するものなどが、治療目的や病状に応じて適宜使い分けられる。

次に、患者位置決め処理（Ｓ１００）の粗位置決め位置学習処理（Ｓ１０２）について説明する。
なお、以下の処理においては、特に断らない限り、治療台のすべての軸Ｉについて実行されるものとする。
まず、粗位置決め位置学習処理（Ｓ１０２）のためのパラメータの初期化を行う粗位置決め位置学習初期設定の処理手順を図３に基づいて説明する。
粗位置決め位置学習初期設定（Ｓ２００）は、位置決めデータのカウンタｉと学習データのカウンタｊを初期値１にセットし（Ｓ２０２）、学習データＬＤ（Ｉ）_ｊの初期値（ｊ＝１）をリハーサルデータＲＰ（Ｉ）に、各軸の平均値ＡＶ（Ｉ）をリハーサルデータＲＰ（Ｉ）に、各軸の標準偏差ＳＤ（Ｉ）の初期値を通常の位置決めにおいて生ずる各軸の誤差ＩＳＤ（Ｉ）に、それぞれ初期設定する（Ｓ２０４）。
なお、Ｓ２０４は、最初の治療時において粗位置決め位置学習処理（Ｓ１０２）により粗位置決め位置を学習できるように初期値を定めるものであり、粗位置決め位置学習処理（Ｓ１０２）で一定数の位置決めデータが蓄積されてから粗位置決め位置を学習させるようにするものであれば、このような初期設定を行う必要はない。

次に、実施の形態１による粗位置決め位置学習処理について説明する。
実施の形態１では、前回の治療台位置決めデータを学習させるか否かを手動選択させ、学習データの平均値を粗位置決め位置として学習させる手動学習平均演算法による粗位置決め位置学習処理を行う。
この手動学習平均演算法による粗位置決め位置学習処理について、図４に基づき説明する。
手動学習平均演算法による粗位置決め位置学習処理（Ｓ３００）は、最初に、前回の位置決めデータＰＤ（Ｉ）_ｉと、これまでの学習による平均値ＡＶ（Ｉ）と標準偏差ＳＤ（Ｉ）を画面表示し（Ｓ３０２）、オペレータに前回の位置決めデータＰＤ（Ｉ）_ｉが学習データとして適切であるかどうかを判断させて前回データの採否を入力させる。
前回データを採用すると入力された場合は（Ｓ３０４）、学習データのカウンタｊをインクリメントし（Ｓ３０６）、当該前回の位置決めデータＰＤ（Ｉ）_ｉを学習データＬＤ（Ｉ）_ｊに登録し（Ｓ３０８）、ｊ個の学習データＬＤ（Ｉ）についての平均値を演算して平均値ＡＶ（Ｉ）を置換し、ｊ個の学習データＬＤ（Ｉ）についての標準偏差を演算して標準偏差ＳＤ（Ｉ）を置換し（Ｓ３１０）、平均値と標準偏差の画面表示を更新し（Ｓ３１２）、位置決めデータのカウンタｉをインクリメントする（Ｓ３１４）。

一方、Ｓ３０４において、前回データを採用しないと入力された場合は、学習データの登録を行わず、Ｓ３１４に進んで位置決めデータのカウンタｉをインクリメントする。
ここで、オペレータに、現在の平均値ＡＶ（Ｉ）が学習された粗位置決め位置として適切であるか否かを判断させ、学習データの採否を入力させる。
学習データとして採用すると入力された場合は（Ｓ３１６）、現在の平均値ＡＶ（Ｉ）を粗位置決め位置ＣＰ（Ｉ）に設定し（Ｓ３１８）、Ｓ３１６で、学習データとして採用しないと入力された場合であって、手動で位置決め位置が設定されている場合は（Ｓ３２０）、当該手動設定位置を粗位置決め位置ＣＰ（Ｉ）に設定し（Ｓ３２２）、Ｓ３２０において手動で位置決め位置が設定されていない場合は、リハーサル位置ＲＰ（Ｉ）を粗位置決め位置ＣＰ（Ｉ）に設定し（Ｓ３２４）、粗位置決め位置学習処理を終了する。

図５に、この手動学習平均演算法による粗位置決め位置学習処理（Ｓ３００）により粗位置決め位置を手動で学習させるための画面表示の例を示している。
図５の画面には、患者ＩＤ、患者名、治療計画の計画ＩＤ、照射ＩＤ、患部の部位等が表示され、当該患者のリハーサルデータと過去の位置決めデータが治療台の軸別に表示される。
各位置決めデータには、Ｓ３０４において学習データとして採用するか否かを入力するための学習採否ボタンが設けられている。
また、画面の下部において、学習データとして採用された位置決めデータの平均値（ＡＶ）と標準偏差（ＳＤ）が軸別に表示され、平均値を粗位置決め位置として採用するか否かを入力するための学習データ採否ボタンが軸別に設けられている。
さらに、粗位置決め位置として平均値を採用しない軸について手動設定を入力する手動設定入力欄を備え、これらの情報に基づいて、最終的に決定された粗位置決め位置が軸別に表示される。
この例では、学習採否ボタンにより、第２回治療時の位置決めデータと第３回治療時の位置決めデータが学習データとして採用され、学習データ採否ボタンにより、上下軸、左右軸、回転軸、ピッチング軸については学習された平均値が、ピッチング軸については手動設定データが、前後軸についてはリハーサルデータが、それぞれ第４回治療時の粗位置決め位置として使用される。

実施の形態１によれば、各患者の各治療時の位置決めに際して、当該患者の過去の治療台位置決めデータに基づいて治療台の粗位置決め位置を学習させ、学習させた粗位置決め位置に基づいて治療台の位置決め開始位置を最終位置決め位置に近い位置に初期設定させるようにしたので、位置決め繰り返し回数が低減され、治療時間の短縮化と患者の被爆の低減化を図ることができる。
また、各患者の各治療時の位置決めに際して、当該患者の過去の治療台位置決めデータの各軸毎の平均値を粗位置決め位置として治療台の位置決め開始位置を初期設定するようにしたので、治療台を移動させたときに生ずる患者の位置姿勢の変動による誤差が平均化され、位置決め繰り返し回数を効果的に低減させることができる。

実施の形態２．
図６は、この発明の実施の形態２による放射線治療における患者位置決め装置の患者位置決め処理における自動学習平均演算法による粗位置決め位置学習処理の処理手順を示すフロー図である。

実施の形態２は、前回の治療台位置決めデータを学習させるか否かを自動で判定させ、学習データの平均値を粗位置決め位置として学習させる自動学習平均演算法による粗位置決め位置学習処理を行うようにした。
次に、自動学習平均演算法による粗位置決め位置学習処理について、図６に基づき説明する。
この場合の自動学習平均演算法による粗位置決め位置学習処理では、前回の位置決めデータを学習させるか否かを、前回の位置決めデータの偏差値Ｚ（Ｉ）が所定範囲内にあるか否かと、前回の位置決めデータの位置決め誤差ＥＰ_ｉが所定範囲内にあるか否かと、前回の位置決めデータの位置決め繰り返し回数ＮＰ_ｉが所定回数内にあるか否かによって判定する。
このため、患者位置決め処理（Ｓ１００）の位置決めデータＰＤ（Ｉ）_ｉの記録（Ｓ１１８）において、当該治療時の最終位置決め誤差ＥＰ_ｉ（最後の画像照合における正側２方向の位置ずれ量）と、位置決め完了までに要した位置決め繰り返し回数ＮＰ_ｉを同時に記録しておく。

自動学習平均演算法による粗位置決め位置学習処理（Ｓ４００）は、最初に、学習データの平均値ＡＶ（Ｉ）と標準偏差ＳＤ（Ｉ）とを用いて、前回の位置決めデータＰＤ（Ｉ）_ｉの偏差値Ｚ（Ｉ）を求める（Ｓ４０２）。
当該患者の前回の位置決めデータの偏差値Ｚ（Ｉ）が所定の範囲内にあり（Ｓ４０４）、前回の位置決めデータの最終位置決め誤差ＥＰ_ｉが所定範囲内にあり（Ｓ４０６）、前回の位置決めデータの位置決め繰り返し回数ＮＰ_ｉが所定回数内にある場合に（Ｓ４０８）、学習データのカウンタｊをインクリメントし（Ｓ４１０）、前回の位置決めデータＰＤ（Ｉ）_ｉを学習データＬＤ（Ｉ）_ｊに登録し（Ｓ４１２）、ｊ個の学習データＬＤ（Ｉ）についての平均値を演算して平均値ＡＶ（Ｉ）を置換し、ｊ個の学習データＬＤ（Ｉ）についての標準偏差を演算して標準偏差ＳＤ（Ｉ）を置換し、平均値と標準偏差の画面表示を更新し（Ｓ４１４）、位置決めデータのカウンタｉをインクリメントする（Ｓ４１６）。

一方、Ｓ４０４において、前回の位置決めデータの偏差値Ｚ（Ｉ）が所定の範囲内にない場合、Ｓ４０６において前回の位置決めデータの最終位置決め誤差ＥＰ_ｉが所定範囲内にない場合、Ｓ４０８において前回の位置決めデータの位置決め繰り返し回数ＮＰ_ｉが所定回数内にない場合は、いずれも学習データの登録を行わず、Ｓ４１６に進んで位置決めデータのカウンタｉをインクリメントする。
そして、現在の平均値ＡＶ（Ｉ）を粗位置決め位置ＣＰ（Ｉ）に設定して（Ｓ４１８）、自動学習判定式の粗位置決め位置学習処理を終了する。

なお、上記の説明では、最終位置決め誤差ＥＰ_ｉは、最後の画像照合における正側２方向の位置ずれ量を用いるものとして説明したが、前述のように、最後の画像照合における位置ずれ量から演算される治療台の各軸の移動量を用いるようにしてもよい。
また、上記の説明では、前回の位置決めデータの偏差値が所定範囲内にあり、前回の位置決めデータの位置ずれ量が所定範囲内にあり、前回の位置決め繰り返し回数が所定回数内にある場合に、前回の位置決めデータを学習させるものとして説明したが、これらのパラメータのうちの一部を用いて前回の位置決めデータを学習させるか否かを判定させるようにしてもよい。

実施の形態２によれば、各患者の各治療時の位置決めに際して、所定範囲を超える偏差値を有するデータを除外して学習させた粗位置決め位置に治療台の位置決め開始位置が初期設定されるので、突発的に発生した患者の位置姿勢の大きな変動による不適切な学習が排除され、位置決め繰り返し回数をより効果的に低減させることができる。
また、各患者の各治療時の位置決めに際して、当該患者の過去の治療台位置決めデータのうち患者の位置決め誤差が所定範囲を超えるデータを除外して学習させた粗位置決め位置に治療台の位置決め開始位置が初期設定されるので、位置決め精度が悪かったという不安定な位置決めが行われた可能性のあるデータによる不適切な学習が排除され、位置決め繰り返し回数をより効果的に低減させることができる。
また、各患者の各治療時の位置決めに際して、当該患者の過去の治療台位置決めデータのうち位置決め繰り返し回数が所定回数を超えるデータを除外して学習させた粗位置決め位置に治療台の位置決め開始位置が初期設定されるので、位置決めの収束性が悪かったという不安定な位置決めが行われた可能性のあるデータによる不適切な学習が排除され、位置決め繰り返し回数をより効果的に低減させることができる。

実施の形態３．
図７は、この発明の実施の形態３による放射線治療における患者位置決め装置の患者位置決め処理における自動学習予測演算法による粗位置決め位置学習処理の処理手順を示すフロー図である。

実施の形態３は、前回の治療台位置決めデータを学習させるか否かを自動判定させ、学習データに対して予測演算により粗位置決め位置を学習させる自動学習予測演算法による粗位置決め位置学習処理についてのものである。
次に、自動学習予測演算法による粗位置決め位置学習処理の処理手順について、図７に基づき説明する。
自動学習予測演算法による粗位置決め位置学習処理（Ｓ５００）は、最初に前回の位置決めデータの偏差値Ｚ（Ｉ）を求め（Ｓ５０２）、偏差値Ｚ（Ｉ）が所定範囲内にあり（Ｓ５０４）、前回の位置決めデータの最終位置決め誤差ＥＰ_ｉが所定範囲内にあり（Ｓ５０６）、前回の位置決めデータの位置決め繰り返し回数ＮＰ_ｉが所定回数内にある場合に（Ｓ５０８）、学習データのカウンタｊをインクリメントし（Ｓ５１０）、前回の位置決めデータＰＤ（Ｉ）_ｉを学習データＬＤ（Ｉ）_ｊとして登録し（Ｓ５１２）、学習データの平均値ＡＶ（Ｉ）と標準偏差ＳＤ（Ｉ）を求め（Ｓ５１４）、位置決めデータのカウンタｉをインクリメントする（Ｓ５１６）。この一連の処理は自動学習平均演算法による粗位置決め位置学習処理（Ｓ４００）と同様である。
自動学習予測演算法による粗位置決め位置学習処理（Ｓ５００）では、学習データＬＤ（Ｉ）に対して、最小二乗法を用いて次の位置決め予測位置ＦＰ（Ｉ）を求め（Ｓ５１８）、求められた位置決め予測位置ＦＰ（Ｉ）を粗位置決め位置ＣＰ（Ｉ）として用いる（Ｓ５２０）。

なお、上記の説明では、過去の位置決めデータから次の位置決め位置を予測する予測演算として最小二乗法を用いたが、これに限定されるものではなく、例えば、カーブフィッティング、各種トレンド解析手法に基づく予測、ファジー推論等、過去の位置決めデータの変化傾向から次の位置決め位置を予測するあらゆる予測演算手法を用いることができる。
また、予測演算は、各軸毎に独立に次の位置決め位置を予測するようにしてもよく、多次元空間上の位置変化に基づいて次の位置決め位置を予測するようにしてもよい。
また、上記説明では、過去の位置決めデータから、偏差値が所定範囲内にないもの、位置決め誤差ＥＰ_ｉが所定範囲内にないもの、位置決め繰り返し回数が所定回数内にないものを除外して学習させた学習データについて予測演算を行うようにしたが、過去のすべての位置決めデータを用いて次の位置決め位置を予測させるようにしてもよく、これらのパラメータの一部を用いて学習させたデータを用いて予測演算を行わせるようにしてもよく、手動で選択させたデータを用いて学習させたデータを用いて予測演算を行わせるようにしてもよい。

実施の形態３によれば、各患者の各治療時の位置決めに際して、当該患者の過去の治療台位置決めデータの変化傾向に基づいて次の治療台位置決め位置を予測し、予測された位置決め位置を粗位置決め位置として治療台の位置決め開始位置を初期設定するようにしたので、上述のように治療台に対する患者の位置姿勢に傾向性がある場合においても、位置決め繰り返し回数を効果的に低減させることができる。

実施の形態４．
図８は、この発明の実施の形態４による放射線治療における患者位置決め装置の患者位置決め処理における移動履歴再現移動機能を有する治療台初期移動処理の処理手順を示すフロー図である。

実施の形態４は、患者位置決め処理における移動履歴再現移動機能を有する治療台初期移動処理についてのものである。
図２の患者位置決め処理（Ｓ１００）の治療台初期移動処理（Ｓ１０４）において、過去の位置決めにおける治療台の移動履歴を再現移動させることで、位置決め繰り返し回数を効果的に低減させる方法について説明する。
この場合においては、患者位置決め処理（Ｓ１００）の位置決めデータＰＤ（Ｉ）_ｉの記録（Ｓ１１８）時に、最終位置決めが完了するまでの位置決め繰り返し回数ＮＰ_ｉと、治療台の移動履歴データＰＨ（Ｉ）_{ｉ，ｋ（ｋ＝１〜ＮＤ）}を同時に記録しておく。

次に、過去の位置決めにおける治療台の移動履歴を再現移動させる移動履歴再現移動機能を有する治療台初期移動処理の例について図８に基づき説明する。
移動履歴再現移動機能を有する治療台初期移動処理（Ｓ６００）は、最初に、位置決め開始位置として指定された粗位置決め位置ＣＰ（Ｉ）に対して当該患者の過去の位置決めデータから最も近い位置決めデータＰＤ（Ｉ）_ｍを抽出する（Ｓ６０２）。
ここで、当該抽出された最も近い位置決めデータＰＤ（Ｉ）_ｍが指定された粗位置決め位置ＣＰ（Ｉ）に対して所定範囲内にある場合に（Ｓ６０４）、当該位置決め時の治療台移動履歴データＰＨ（Ｉ）_{ｍ，ｋ（ｋ＝１〜ＮＤ）}のローリング軸とピッチング軸についての治療台の移動履歴を再現移動させる（Ｓ６０６）。
そして、最後に、治療台を指定された粗位置決め位置ＣＰ（Ｉ）に移動させ（Ｓ６０８）、治療台初期移動処理を終了する。
Ｓ６０４において、当該抽出された最も近い位置決めデータＰＤ（Ｉ）_ｍが指定された粗位置決め位置ＣＰ（Ｉ）に対して所定範囲内にない場合は、治療台の移動履歴の再現移動は行わず、治療台を指定された粗位置決め位置ＣＰ（Ｉ）に移動させて、治療台初期移動処理を終了する。
このように、過去の位置決めデータのなかに粗位置決め位置に近いデータが存在する場合に、当該位置決め時の治療台のローリング軸とピッチング軸の移動履歴を再現させることで、固定具内での患者の位置姿勢が当該位置決め時と同じ状態となり、患者の位置決め繰り返し回数を効果的に低減することができる。

なお、上記の説明では、患者に対して治療台の横方向及び縦方向に傾斜を与えるローリング軸とピッチング軸についてのみ治療台の移動履歴を再現移動させるものとして説明したが、すべての軸について治療台の移動履歴を再現移動させるようにしてもよいことは言うまでもない。
また、上記説明では、記録されている移動履歴の最初から最後までの全部を再現移動させるものとして説明したが、例えばローリング軸またはピッチング軸について大きな移動があった移動履歴のみを再現移動させたり、ローリング軸とピッチング軸についての最後の大きな移動についてのみを再現移動させるなど、一部の移動履歴のみを再現移動させるようにしてもよい。

実施の形態４によれば、過去の治療台位置決めデータのなかに、設定された粗位置決め位置に近いデータがある場合に、治療台の初期移動において、当該治療台位置決めデータの治療台移動履歴に基づいて治療台を再現移動させるようにしたので、固定具に遊びがあって治療台を移動させたときの移動履歴によって患者の位置姿勢に変動が生ずる場合であっても、その影響を小さくすることができる。
とくに、治療台のローリング軸とピッチング軸は、患者に対して傾斜を与えるものであり、傾斜によって固定具に対する患者の負荷条件が大きく変わるため、移動履歴によって患者の位置姿勢が変動する大きな要因となる。従って、治療台の初期移動において、ローリング軸とピッチング軸について移動履歴を再現移動させることで、位置決め繰り返し回数を効果的に低減させることができる。

実施の形態５．
図９は、この発明の実施の形態５による放射線治療における患者位置決め装置の治療台のローリング軸とピッチング軸についてオフセット移動機能を有する治療台移動制御処理の処理手順を示すフロー図である。
図９において、ＤＰ（Ｉ）は各軸の移動先、ＰＰ（Ｉ）は各軸の移動元（現在位置）、ＯＳ（Ｉ）はオフセット移動量である。

実施の形態５は、治療台のローリング軸とピッチング軸についてオフセット移動機能を有する治療台移動制御処理についてのものである。
上述した固定具の遊び等により治療台のローリング軸とピッチング軸を移動させたときに生ずる患者の位置姿勢の変動による位置決め誤差を抑制するために、治療台のローリング軸とピッチング軸について、不安定状態へ移動する際にオフセット移動を行うようにした。このオフセット移動機能を有する患者位置決め装置における治療台移動制御処理について、図９に基づき説明する。
図９のＤＰ（Ｉ）は各軸の移動先、ＰＰ（Ｉ）は各軸の移動元（現在位置）、ＯＳ（Ｉ）はオフセット移動量である。
オフセット移動機能を有する治療台移動制御処理（Ｓ７００）は、上下軸、前後軸、左右軸、回転軸については移動による患者の位置姿勢の変動は無視できるので、オフセット移動は行わず、これらの軸の移動先ＤＰ（ｖｅｒ，ｌｏｎｇ，ｌａｔ，ｒｏｔ）に直接移動させる（Ｓ７０２）。

ローリング軸の移動先ＤＰ（ｒｏｌ）≧０のとき、すなわち移動先（第二のポジション）が水平または水平に対して一方向（第二の方向）に傾斜しているときは（Ｓ７０４）、ＤＰ（ｒｏｌ）＜ＯＳ（ｒｏｌ）かつＰＰ（ｒｏｌ）≦０の場合、すなわち、移動先がオフセット角度（所定角度）より小さい傾斜で、かつ移動元（第一のポジション）が水平または水平に対して逆方向（第一の方向）の傾斜である場合に（Ｓ７０６）、ローリング軸を移動先と同一方向（第二の方向）の所定角度のＯＳ（ｒｏｌ）にオフセット移動させる（Ｓ７０８）。
Ｓ７０４において、ＤＰ（ｒｏｌ）＜０のとき、すなわち移動先が水平に対して逆方向に傾斜しているときは、ＤＰ（ｒｏｌ）＞−ＯＳ（ｒｏｌ）かつＰＰ（ｒｏｌ）≧０の場合に、すなわち、移動先がオフセット角度より小さい傾斜で、かつ移動元が水平または水平に対して一方向の傾斜である場合に（Ｓ７１０）、ローリング軸を移動先と同一方向の所定角度の−ＯＳ（ｒｏｌ）にオフセット移動させる（Ｓ７１２）。
そして、ローリング軸を移動先ＤＰ（ｒｏｌ）に移動させる（Ｓ７１４）。

同様に、ピッチング軸の移動先ＤＰ（ｐｉｔ）≧０のときは（Ｓ７２０）、ＤＰ（ｐｉｔ）＜ＯＳ（ｐｉｔ）かつＰＰ（ｐｉｔ）≦０の場合に（Ｓ７２２）、ピッチング軸をＯＳ（ｐｉｔ）にオフセット移動させる（Ｓ７２４）。
Ｓ７２０において、ＤＰ（ｐｉｔ）＜０のときは、ＤＰ（ｐｉｔ）＞−ＯＳ（ｐｉｔ）かつＰＰ（ｐｉｔ）≧０の場合に（Ｓ７２６）、ピッチング軸を−ＯＳ（ｐｉｔ）にオフセット移動させる（Ｓ７２８）。
そして、ピッチング軸を移動先ＤＰ（ｐｉｔ）に移動させ（Ｓ７３０）、治療台移動制御処理を終了する。

以上のように、治療台のローリング軸とピッチング軸については、固定具への負荷状態が一定しない不安定状態への移動に際して、所定のオフセット移動を行うことで固定具への負荷状態が常に一定条件となり、患者の位置姿勢の再現精度が向上し、患者の位置決め繰り返し回数を低減させることができる。
なお、このように患者の位置姿勢の再現精度が向上することは、照射前に行われる患者の位置決めだけではなく、照射時の患者の位置決めにおいても有効に作用するものであり、病巣に対してより精度よく粒子線照射を行うことが可能となるという効果を奏する。

実施の形態５によれば、治療台の不安定状態への移動に対して、移動先と同一方向の所定角度にオフセット移動させた後に指定された移動先に移動させるようにしたので、固定具に対する患者の負荷条件が常に一定となり、患者の位置決め精度が向上し、位置決め繰り返し回数をより効果的に低減できる。

なお、この発明は上述した実施の形態１〜実施の形態５に限定されるものではなく、この発明の効果を奏する限り、実施の形態１〜実施の形態５で述べた構成要素を適宜入れ替えたり、新たな構成要素を追加したり、一部の構成要素を削除したりしてもよいことはいうまでもない。

この発明の実施の形態１による放射線治療における患者位置決め装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態１による放射線治療における患者位置決め装置の位置決め計算機で実行される患者位置決め処理を示すフロー図である。 この発明の実施の形態１による放射線治療における患者位置決め装置の患者位置決め処理における粗位置決め位置学習初期設定の処理手順を示すフロー図である。 この発明の実施の形態１による放射線治療における患者位置決め装置の手動学習平均演算法による粗位置決め位置学習処理の処理手順を示すフロー図である。 この発明の実施の形態１による放射線治療における患者位置決め装置の患者位置決め処理における手動学習平均演算法による粗位置決め位置学習処理の画面表示例を示す図である。 この発明の実施の形態２による放射線治療における患者位置決め装置の患者位置決め処理における自動学習平均演算法による粗位置決め位置学習処理の処理手順を示すフロー図である。 この発明の実施の形態３による放射線治療における患者位置決め装置の患者位置決め処理における自動学習予測演算法による粗位置決め位置学習処理の処理手順を示すフロー図である。 この発明の実施の形態４による放射線治療における患者位置決め装置の患者位置決め処理における移動履歴再現移動機能を有する治療台初期移動処理の処理手順を示すフロー図である。 この発明の実施の形態５による放射線治療における患者位置決め装置の治療台のローリング軸とピッチング軸についてオフセット移動機能を有する治療台移動制御処理の処理手順を示すフロー図である。

符号の説明

１０ 治療台
２０ Ｘ線撮像装置
３０ 位置決め計算機
４０ 機器制御計算機
５０ 患者ファイルサーバ
５２ 患者データベース
６０ 照射ノズル
７０ 治療計画装置
８０ ＣＴ撮像装置

Claims (10)

1. 放射線照射手段によって照射される放射線を患者の患部に照射して治療するに際し患者の位置決めを行う放射線治療における患者位置決め装置であって、
   上記患者が固定され、上記放射線照射手段に対する患者の位置姿勢を設定する手段を有する治療台、
   上記患者の過去に位置決めされた治療台位置決め位置のデータに基づいて上記治療台の粗位置決め位置を学習させる粗位置決め位置学習手段、
   この粗位置決め位置学習手段により学習させた粗位置決め位置に上記治療台を初期移動させる治療台初期移動手段、
   上記治療台に固定された患者に対し、少なくとも２方向から上記患者の体内画像を撮像する撮像手段、
   この撮像手段により撮像された撮像画像を基準となる参照画像と照合し、両画像間に位置ずれがある場合に、この位置ずれに基づき、上記患者の位置姿勢を修正し、位置決めするための治療台の移動量を演算し、この演算された移動量にしたがって上記治療台を移動させて上記患者の位置決めを行う位置決め制御手段、
   及びこの位置決め制御手段により位置決めされた上記患者の上記治療台位置決め位置のデータを記録する治療台位置決めデータ記録手段を備えたことを特徴とする放射線治療における患者位置決め装置。
2. 上患者の位置姿勢を設定する手段は、複数の駆動軸を有することを特徴とする請求項１記載の放射線治療における患者位置決め装置。
3. 上記粗位置決め位置学習手段は、上記患者の過去の治療台位置決め位置のデータについて上記各駆動軸毎の平均値を上記粗位置決め位置として学習させることを特徴とする請求項２記載の放射線治療における患者位置決め装置。
4. 上記粗位置決め位置学習手段は、上記患者の過去の治療台位置決め位置のデータの変化傾向に基づいて次の治療台位置決め位置を予測する予測演算を行い、この予測演算により求められた治療台位置決め位置の予測位置を上記粗位置決め位置として学習させることを特徴とする請求項１記載の放射線治療における患者位置決め装置。
5. 上記粗位置決め位置学習手段は、上記患者の過去の治療台位置決めデータについて偏差値を求め、この偏差値が所定範囲を超えるデータを除外して上記粗位置決め位置を学習させることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の放射線治療における患者位置決め装置。
6. 上記治療台位置決めデータ記録手段は、上記位置決め制御手段により位置決めを完了した上記患者の位置決め誤差を記録するとともに、
   上記粗位置決め位置学習手段は、上記治療台位置決めデータ記録手段により記録された上記位置決め誤差が所定範囲を超えるデータを除外して上記粗位置決め位置を学習させることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の放射線治療における患者位置決め装置。
7. 上記治療台位置決めデータ記録手段は、上記位置決め制御手段により上記患者の位置決めが完了するまでの位置決め繰り返し回数を記録するとともに、
   上記粗位置決め位置学習手段は、上記治療台位置決めデータ記録手段により記録された上記位置決め繰り返し回数が所定回数を超えるデータを除外して上記粗位置決め位置を学習させることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の放射線治療における患者位置決め装置。
8. 上記複数の駆動軸には、上記治療台を横方向に傾斜させるローリング軸及び縦方向に傾斜させるピッチング軸が含まれ、
   上記治療台位置決めデータ記録手段は、上記位置決め制御手段により患者の位置決めが完了するまでに治療台が移動した治療台移動履歴を記録するとともに、
   上記治療台初期移動手段は、上記患者の過去の治療台位置決め位置のデータのうちに、上記決定された粗位置決め位置に対して所定範囲内にある治療台位置決め位置のデータが存在する場合に、上記治療台位置決め位置のデータに対応する治療台移動履歴に基づいて、少なくとも上記ローリング軸及びピッチング軸について、再現移動させることを特徴とする請求項２または請求項３記載の放射線治療における患者位置決め装置。
9. 上記複数の駆動軸には、上記治療台を横方向に傾斜させるローリング軸及び縦方向に傾斜させるピッチング軸が含まれ、
   上記位置決め制御手段は、上記ローリング軸またはピッチング軸について、第一のポジションから第二のポジションに移動するとき、上記第一のポジションが水平または水平に対して第一の方向に傾斜されている場合で、かつ上記第二のポジションが上記第一の方向とは逆の第二の方向に水平に対して傾斜されている場合に、上記治療台を上記第二の方向の上記第二のポジションより大きい所定角度にオフセット移動させた後に、上記第二のポジションに移動させることを特徴とする請求項２または請求項３記載の放射線治療における患者位置決め装置。
10. 放射線を患者の患部に照射して治療するに際し患者の位置決めを行う放射線治療における患者位置決め方法であって、
    位置決め計算機によって、
    上記患者の過去に位置決めされた治療台位置決め位置のデータに基づいて、上記患者が固定された治療台の粗位置決め位置を粗位置決め位置学習処理によって学習させる第一の工程、
    この第一の工程により学習させた上記粗位置決め位置に上記治療台を初期移動させる第二の工程、
    上記治療台に固定された患者に対し、少なくとも２方向から撮像手段により上記患者の体内画像を撮像する第三の工程、
    上記撮像手段により撮像された撮像画像を基準となる参照画像と照合する第四の工程、
    この第四の工程の上記照合により、両画像間に位置ずれがある場合に、この位置ずれに基づき、上記患者の位置姿勢を修正し、位置決めするための治療台の移動量を演算し、この演算された移動量にしたがって上記治療台を移動させて上記患者の位置決めを行う第五の工程、
    及び上記位置決めされた上記患者の上記治療台位置決め位置のデータを記録する第六の工程を実行することを特徴とする放射線治療における患者位置決め方法。
    

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