JP5425808B2 - 追跡品質を保証する立体視撮像対における単一ｘ線画像の使用 - Google Patents

Description

関連出願の参照
本出願は、２００８年１月１５日出願の米国特許出願第６１／０１１，３３１号に基づく出願日遡及の特典を請求するものであり、同出願は参照によりその全体を本願明細書に取り込むものとする。

本発明の実施形態は、画像誘導システムの分野に関し、特に画像誘導放射線治療システムに関する。
発明の分野

腫瘍や病変等の病理解剖学的組織は、患者にとって有害で危険に満ちることのある外科手術等の侵襲的技法を用いて治療することができる。病理学的解剖（例えば、腫瘍や病変や血管奇形や神経障害等）を治療する侵襲的方法は、外部ビーム照射治療であり、それは一般にＸ線を発生する線形加速器（ＬＩＮＡＣ）を用いる。一種の外部ビーム照射治療では、腫瘍がビームの回転中心（アイソセンター）となるよう患者を位置決めした状態で、外部照射線源が複数の角度から腫瘍箇所に一連のＸ線を誘導する。照射線源の角度が変わるにつれ、各ビームが腫瘍箇所を通過するが、腫瘍への途上で健康な組織の異なる領域を通過する。その結果、腫瘍における累積的な放射線量は高く、健康な組織への平均放射線量は低くなる。

用語「放射線外科手術」は、病変を壊死させるに十分なレベルで標的領域に放射線を照射する手術を指す。放射線外科手術は、一般に１治療当たりの比較的高い放射線量（例えば、１０００〜２０００センチグレイ）と、長時間に亙る治療時間（例えば、１治療当たり４５〜６０分）と、低分割法（例えば、１ないし３日の治療）とにより特徴付けられる。用語「放射線外科療法」は、壊死目的ではなく治療目的に標的領域に放射線を照射する治療を指す。放射線外科療法は、一般に１治療当たりの低線量（例えば、１００〜２００センチグレイ）と、より短い治療時間（例えば、１治療当たり１０〜３０分）と、高分割法（３０〜４５日の治療）とにより特徴付けられる。便宜上、用語「放射線治療」は、特に断らない限り、本願明細書では放射線外科手術と放射線外科療法の両方を包含するよう用いられる。

画像誘導放射線治療（ＩＧＲＴ）システムは、構台依拠システムとロボット依拠システムとを含む。構台依拠システムでは、放射線源は単一平面内で回転中心（アイソセンター）周りを動く構台に取り付けられる。放射線源は構台に堅固に取り付けるか、あるいはジンバル構造の機構により取り付けることができる。治療中に放射線ビームが投射される都度、ビームの軸はアイソセンターを通過する。それ故、治療場所は放射線源の回転範囲とジンバル構造機構の角度範囲と患者位置決めシステムの自由度とにより制限される。カルフォニア州サニーベール市のＡｃｃｕｒａｙ社により開発されたＣＹＢＥＲＫＮＩＦＥ（登録商標）システム等のロボット依拠システムにあっては、放射線源は単一の回転平面に拘束されず、５以上の自由度を有する。

従来の画像誘導放射線治療システムでは、治療中の患者追跡は治療中の患者の２次元（２Ｄ）Ｘ線画像を患者の３次元（３Ｄ）治療前診断撮像データから導出された２Ｄデジタル再生Ｘ線像（ＤＲＲ）と比較することで達成される。治療前撮像データは、例えば、電算処理放射線断層撮影（ＣＴ）データ、円錐ビームＣＴ、磁気共鳴映像法（ＭＲＩ）データや、陽電子照射断層撮影（ＰＥＴ）データ、あるいは３Ｄ回転血管造影法（３ＤＲＡ）とすることができる。一般に、治療中Ｘ線撮像システムは、２以上の異なる視点（例えば、直交投影）から患者の画像を生成する双眼視法によるものである。

ＤＲＲは、３Ｄ撮像データを介して光線を投光（数理的に投光）し、既知の治療中Ｘ線撮像システム体系を模擬することで生成される合成Ｘ線画像である。得られたＤＲＲはそこで治療中Ｘ線撮像システムと同じ大きさと視点を有し、治療中Ｘ線画像と比較して患者の位置と向き（と患者内の照射標的）とを割り出すことができる。異なる患者姿勢は、各ＤＲＲを生成する前に３Ｄ撮像データに対し３Ｄ変換（回転と並進）を行うことで模擬される。

ＤＲＲを用いた治療中Ｘ線画像の各比較が類似度または等価的には変異度を生成し、治療中Ｘ線画像に対しより高い類似度をもってＤＲＲを生成する３Ｄ変換を探索するのに用いることができる。類似度は、強度準拠あるいは特徴準拠（例えば、背骨や頭蓋骨等の内部あるいは外部の基準標識や生来の解剖学的特徴を使用）とすることができる。類似度を十分に最大化（あるいは等価的に変異度を最小化）したときに、対応する３Ｄ変換を用いて放射線治療システム内で患者を整合させ、実際の治療を治療計画に準拠させることができる。

従来、これらの治療システムは治療を開始する前に治療システムの３Ｄ座標系内に患者が適切に配置されていることを保証すべく２つの双眼視治療中Ｘ線画像を必要とし、これらの画像は治療セッション中に定期的に取得される。前記の如く、放射線治療線源の位置決めは、重篤な組織や他の健康な組織に対する放射線量を制限しつつ、病理解剖学的組織に対し目標放射線量を得るよう立案された計画に従う。治療計画が治療中撮像システムの体系に含まれない場合、放射線治療線源は一方のＸ線撮像ビーム経路を遮断し、双眼視撮像を妨害することがある。

従来は、患者の位置を確認するのに、撮像システムの遮断された視線を取り除くべく構台またはロボットをそれぞれ移動させ、次に治療ビームを照射すべく復帰させねばならない。この処置は時間を浪費し、手術室内での患者の時間を長引かせる。

他の状況では、放射線治療線源が撮像経路を遮断はしないものの、２つの双眼視画像のうち一方が患者追跡用に使用可能とはならないことがある。例えば、基準標識あるいは解剖学上の目印（例えば、頭蓋骨や背骨等の骨構造）は、一方の画像でのみ可視となることがある。別の例では、２つの画像の一方における強度変動が低すぎてパターン強度照合用の高品位の類似度を保証できないことがある。

本発明は、添付図面の各図において、限定によってではなく例示により説明する。
ロボット式加療システムを示す。 本発明の一実施形態における撮像システムの体系を示す。 治療中座標系と基準座標系との間の３Ｄ変換を示す。 本発明の一実施形態における平面内並進を示す。 本発明の一実施形態における平面内回転を示す。 本発明の一実施形態における第１の平面外回転を示す。 本発明の一実施形態における第２の平面外回転を示す。 本発明の一実施形態における単眼視撮像システムを示す。 本発明の一実施形態における単眼視撮像システムでの平面内並進を示す。 本発明の一実施形態における単眼視撮像システムでの平面内回転を示す。 本発明の一実施形態における単眼視撮像システムでの第１の平面外回転を示す。 本発明の一実施形態における単眼視撮像システムでの第２の平面外回転を示す。 本発明の一実施形態における単眼視撮像システムでの軸方向並進を示す。 本発明の一実施形態における方法を示すフローチャートである。 本発明の実施形態を実装することのできるシステムを示すブロック線図である。

詳細な説明
ここに説明するのは、双眼視撮像データを用いて関心領域を３Ｄ治療座標系内で基準位置に整合させ、単眼視撮像データを用いて３Ｄ治療座標系内での関心領域の整合を監視し補正する方法ならびにシステムである。下記の説明では、本発明の実施形態の完全な理解を提供するため、例えば具体的な構成要素やデバイスや方法等の数多くの具体的細部を説明する。しかしながら、本発明の実施形態を実施する上でこれらの具体的細部が採用されるとは限らないことは当業者には明らかとなろう。他の例では、本発明の実施形態を不要に曖昧にすることを回避すべく、周知の材料や方法を詳細に説明はしない。

下記の説明から明らかな如く、特に断らない限り、「生成する」、「見当合わせする」、「割り出す」、「整合させる」、「位置決めする」、「処理する」、「計算する」、「選択する」、「推定する」、「比較する」、「追跡する」等の用語が、コンピューターシステムや類似の電子計算装置の動作ならびに処理を指しており、それらがコンピューターシステムのレジスターやメモリー内の物理的（例えば、電子的）量として表わされるデータを、コンピューターシステムのメモリーやレジスターや他のこの種の情報記憶装置や伝送装置あるいは表示装置内の物理的量として同様に表わされる他のデータへ処理し変換することは理解されたい。本願明細書に説明する方法の実施形態は、コンピューターソフトウェアを用いて実装することができる。認定標準に準拠するプログラミング言語にて書かれた場合、方法を実装すべく設計された一連の命令は各種ハードウェア・プラットホーム上での実行や各種オペレーティングシステムへのインタフェースに合わせ機械語に翻訳することができる。加えて、本発明の実施形態は具体的なプログラミング言語を参照して説明することは一切ない。本発明の実施形態を実装するのに様々なプログラミング言語が使用できることは、理解されよう。

一般に、２つの双眼視画像は２Ｄ対２Ｄ見当合わせを行うのに用いられ、ＶＯＩを基準位置に整合し、画像を用いて腫瘍を直接追跡し、かつ／または相関モデルの有効性を点検して更新する。しかしながら、時として、双眼視撮像対の画像の一方は使用できないことがある。例えば、放射線治療線源がＸ線撮像ビーム経路の一方を遮断することがあり、治療寝台の放射線治療線源のロボット式アームがＸ線撮像ビーム経路の一方を遮断することがあり、基準標識あるいは解剖学的目印を画像のうちの一方でだけ可視となることがあり、すなわち２つの画像の一方における強度変動が過度に低く、パターン強度照合用に高品位類似度を保証できないことがある。双眼視撮像対の画像の一方が使用不能であるとき、ここに説明する実施形態は品質保証目的に単眼視撮像データを用いることができる。

一実施形態では、単眼視撮像データを用い、入手可能な画像と対応ＤＲＲとの２Ｄ対２Ｄ見当合わせを行うことができる。この見当合わせは、強度準拠見当合わせ、もしくは点準拠見当合わせ（例えば、基準追跡）とすることができる。一方の画像との２Ｄ見当合わせは、患者（あるいは患者の解剖学的組織における関心領域）が先に判別された位置について予め設定された閾値を上回って変位していなかったことを示す場合、そのときは治療は先の画像からの変位に対する補正を用いて進めることができる。

別の実施形態では、画像を用いて腫瘍を直接追跡する一方で、例えば骨構造は２つの投影の一方において、視認可能とすることができ、骨構造は両画像内で同時に視野に収め続けることはできない。本実施例形態では、入手可能な画像を用い、２Ｄの追跡を実行し、再整合が必要かどうか判定することができる。

ここに記載する実施形態は、放射線治療線源の動きをモデル化し、画像の一方が特定位置について遮断されたどうか判定し、患者に対するＸ線被爆を最小化することで、一方の画像だけを取得する等の他のアプリケーションにおいても用いることができる。

図１は、本発明の実施形態の実装に使用することのできるカルフォニア州サニーベール市のＡｃｃｕｒａｙ社が開発したＣＹＢＥＲＫＮＩＦＥ（登録商標）システム等のロボット式画像誘導放射線加療システム１００の構成を示すものである。図１中、放射線治療線源は線形加速器（ＬＩＮＡＣ）１０１であり、これは患者周りの処理領域内で多くの平面で多くの角度から投射されるビームを用いて病理解剖学的組織（標的域あるいは領域）が照射できるようＬＩＮＡＣ１０１を位置決めすべく、複数（例えば、５以上）の自由度を有するロボットアーム１０２の端部に取り付けてある。

図１の加療システムは治療中撮像システムを含んでおり、これにＸ線源１０３Ａ，１０３ＢとＸ線検出器（撮像器）１０４Ａ，１０４Ｂを含ませることができる。２個のＸ線源１０３Ａ，１０３Ｂは手術室の天井の固定位置に取り付けることができ、２個の異なる角度位置（例えば、９０度離隔）から撮像Ｘ線ビームを投射するよう整合させ、撮像アイソセンター１０５（寝台位置決めシステム１１２を用いた治療中に治療寝台１０６上に患者を位置決めする基準点を提供）にて交差させ、患者を透過させた後で個々の検出器１０４Ａ，１０４Ｂの撮像平面を照らすことができる。本発明の他の実施形態では、システム１００には３以上または２未満のＸ線源と３以上または２未満の検出器を含めることができ、いずれの検出器−線源対も固定ではなく可動とすることができる。本発明のさらに他の実施形態では、Ｘ線源と検出器の位置を置き換えることができる。

図２は、システム１００の撮像体系を示すシステム１００の一部概略図である。図２中、Ｘ線源１０３Ａ，１０３Ｂは、治療寝台１０６上の患者１０８内の関心領域（ＶＯＩ）の双眼視撮像用に所定の離隔角度だけ離隔させてある。Ｘ線源１０３Ａ，１０３Ｂは、個々の撮像検出器１０４Ａ，１０４Ｂ上へ患者１０８を介してそれぞれＸ線ビーム１０７Ａ，１０７Ｂを照射する。各検出器は、撮像平面と撮像軸とにより特徴付けられる。撮像軸が交差する箇所が、撮像アイソセンター１０５を定める。撮像平面の位置が、線源−検出器対のそれぞれについて線源−検出器間の離隔距離を規定する。

Ｘ線検出器１０４Ａ，１０４Ｂは、患者１０８内のＶＯＩの２次元（２Ｄ）投影画像を定期的に捕捉する。放射線治療線源１０１が撮像経路の一方を遮断せず、画像の品質が十分に良好であるときは常に、２個の投影内のＶＯＩのこれらの２Ｄ投影画像が双眼視撮像データを提供する。双眼視体系内の一対のＸ線画像からの双眼視撮像データを用い、３Ｄスキャンデータを参照して所望位置に対する患者の解剖学的組織や腫瘍の変位（例えば、６個の自由度の変位）を割り出すことができる。一実施形態では、双眼視撮像データを用い、ＶＯＩを治療室座標系内でＶＯＩの３Ｄスキャンデータが規定するＶＯＩの基準位置に整合させることができる。整合は、２個の投影のそれぞれにおける２Ｄ投影画像を３Ｄスキャンデータの３Ｄ変換から導出されたＤＲＲに見当合わせすることで達成することができる。前記の如く、ＤＲＲは加療システムの撮像体系を模擬する３Ｄ画像データから生成される合成Ｘ線画像である。加療システム内の異なる患者姿勢は、各ＤＲＲの生成前に３Ｄ撮像データに対し３Ｄ変換（回転と並進）を行うことで模擬することができる。代替的には、これらの３Ｄ変換に対応するＤＲＲ（回転と並進）は投影体系（例えば、治療室座標系）を修正して３Ｄ変換に対応させ、かくしてＤＲＲ生成前の３Ｄ撮像データの変換の必要性を取り除くこともできる。治療室と撮像システムは物理的空間内に固定されているが、ソフトウェアにおける概念上は、治療室座標系と撮像システムは仮想的に提示でき、関連する変換は患者（例えば、ＶＯＩ）に対する３Ｄ撮像データあるいは治療座標系（例えば、双眼視投影撮像システム）のいずれかにおいて行うことができる、２個の変換は、互いの逆変換となる筈である。

見当合わせとは、１個の空間内の座標系と別の空間内の座標系との間での１対１の写像あるいは変換を割り出し、解剖学上の同一点に対応する２個の空間内の点（領域画像データの場合、領域要素あるいは「３次元画素」）が相互に写像されるようにすることである。一旦正規の３Ｄ変換が見出されると、関心領域は位置決めシステムにより３Ｄスキャンデータの基準位置に合致するよう３Ｄ変換の逆変換を通じて移動（併進と回転）させることができる。代替的には、３Ｄ変換は放射線治療線源（例えば、ＬＩＮＡＣ１０１）の位置決め計画の修正係数として入力することもできる。代替的には、逆変換の一部と放射線治療線源の位置決め計画の部分的補正を通じたＶＯＩの動きの何らかの組み合わせを用いることができる。

双眼視撮像システムでは、見当合わせは２個（またはそれを上回る）投影のそれぞれにおけるＶＯＩの２Ｄ投影画像（例えば、Ｘ線画像）と各投影におけるＶＯＩの２Ｄ基準画像（例えば、ＤＲＲ）と比較することで行うことができる。一対のＸ線画像と一対のＤＲＲとの各比較が類似度あるいは等価的には変異度を生み出し、それを用いて類似度を最大化する一対のＤＲＲを生み出す３Ｄ変換を探索することができる。類似度が最大化（すなわち変異度が最小化）されると、対応する３Ｄ変換を用いてＶＯＩを治療座標系内で治療計画に対応する基準位置に整合させることができる。

図３は２個の２Ｄ投影Ａ，Ｂを有する撮像システム内のＶＯＩの３Ｄ座標［Ｘ_P，Ｙ_P，Ｚ_P］と患者の３Ｄスキャンデータに関連する３Ｄ基準座標系［Ｘ_R，Ｙ_R，Ｚ_R］との間の３Ｄ変換パラメータを示すものである（図３中、両座標系のｘ座標は図３の平面を直角に指している）。図３の投影Ａ，Ｂは撮像システム１００内の検出器１０４Ａ，１０４Ｂの位置に関連しており、Ｓ_A，Ｓ_BはＸ線源１０３Ａ，１０３Ｂの位置を表わし、Ｏ_A，Ｏ_Bは２個の位置（すなわち、撮像軸が撮像平面と交差する箇所）におけるＸ線検出器の撮像平面の中心である。図３中、投影Ａ，Ｂはそれぞれ方向Ｏ_AＳ_A，Ｏ_BＳ_Bから視認される。これら２個の２Ｄ画像投影をＤＲＲＳと比較し、全体的な患者整合と標的追跡の双方について画像の見当合わせと整合を達成する。図３の例では、図示のし易さから、２個の線源検出器の離隔角度を９０度として示してあり、この構造について下式が導出される。他の撮像体系が可能であり、対応する式は当業者によって、直接的な仕方にて導出することができる。

３Ｄ変換は、図４Ａ〜４Ｄにおいて、座標系［Ｘ_P，Ｙ_P，Ｚ_P］（座標ｘ’，ｙ’，ｚ’を有する）から座標系［Ｘ_R，Ｙ_R，Ｚ_R］（座標ｘ，ｙ，ｚを有する）への６個のパラメータ、すなわち３個の並進（Δｘ，Δｙ，Δｚ）と３個の回転（Δθ_x，Δθ_y，Δθ_z）について定義することができる。２個の３Ｄ座標系間の３Ｄ精密変換は、基本的な三角法から下記の如く導き出すことができる。
ｘ＝ｘ’，ｙ＝（ｙ’−ｚ’）／２^1/2，ｚ＝（ｙ’＋ｚ’）／２^1/2
θ_x＝θ_x'，θ_y＝（θ_y'−θ_z'）／２^1/2，θｚ＝（θ_y'＋θ_z'）／２^1/2
（１）

投影Ａに関する２Ｄ座標系（ｘ_Aｙ_A）では、３Ｄ精密変換を１個の平面内変換（Δｘ_A，Δｙ_A，Δθ_A）と２個の平面外回転（Δθ_xA，Δθ_y'）とに分解することができる。同様に、投影Ｂに関する２Ｄ座標系（ｘ_Bｙ_B）では、分解は平面内変換（Δｘ_B，Δｙ_B，Δθ_B）と２個の平面外回転（Δθ_xB，Δθ_z'）とからなる。図４Ａ〜４Ｄは、ここで説明する平面内変換と平面外回転を示すものであり、ここで２ＤのＸ線画像は平面４１により表わされ、２ＤのＤＲＲは平面４２により表わされる。式（１）の３Ｄ精密変換は、２個の投影の使用が３Ｄ精密変換の６個のパラメータに対する解を過拘束することに着目することで簡略化することができる。投影Ａ内の並進ｘ_Aは、投影Ｂ内のｘ_Bと同じパラメータであり、投影Ａ内の平面外回転θ_xAは投影Ｂ内のθ_xBと同じである。α_Aとα_Bをそれぞれ投影Ａ，Ｂに関する幾何学的な倍率（例えば、線源から患者までと患者から検出器までの距離に関連する縮尺係数）とした場合、そのときは座標系［ｘ’ｙ’ｚ’］と２Ｄ座標系との間の変換は下記の関係を有する。
Δｘ’＝（α_BΔｘ_B−α_AΔｘ_A）／２，
Δｙ’＝α_AΔｙ_A，
Δｚ’＝α_BΔｙ_B
（２）

投影Ａについては、２個の平面外回転（Δθ_xA，Δθ_y'）の異なる組み合わせに対応する一組のＤＲＲ画像が与えられると、２Ｄ平面内変換（Δｘ_A，Δｙ_A，Δθ_A）は２Ｄ対２Ｄ画像比較により推定でき、２個の平面外回転（Δθ_xA，Δθ_y'）は類似度を用いて下記に説明する如く一組のＤＲＲ画像に対し画像を照合させることで算出することができる。同様に、同じ処理を用い、投影Ｂに関する２Ｄ平面内変換（Δｘ_B，Δｙ_B，Δθ_B）と平面外回転（θ_xB，Δθ_z'）とを解くことができる。下記に説明する如く、平面内変換と平面外回転は投影Ａと投影Ｂの両方とは無関係に画像とＤＲＲとの間の見当合わせにより得ることができる。平面外回転との照合を用いてＤＲＲ画像が識別されると、平面内回転と平面外回転は下記の関係を有する。
Δθ_y'＝Δθ_B， Δθ_z'＝Δθ_A （３）

投影Ａについて一組の基準ＤＲＲにおいて、平面外回転θ_y'を無視する場合、θ_y'が微量（例えば、５度未満）である時平面内変換は（Δｘ_A，Δｙ_A，Δθ_A）により近似的に記述することができる。一旦この簡略化仮定がなされ、各種の平面外回転Δθ_xAに対応する一組の基準ＤＲＲ画像が与えられると、平面内回転（Δｘ_A，Δｙ_A，Δθ_A）と平面外回転Δθ_xAは当分野で周知の如く１以上の探索法により見出すことができる。これらの方法は一般に類似度の算出を用いており、治療中Ｘ線画像と選択されたＤＲＲとの間の類似性を最大化するよう勾配探索アルゴリズムの適用が続く。類似度の例には、（これらに限定はされないが）正規化断面積や差分画像エントロピーや相互情報や勾配相関やパターン強度や勾配差が含まれる。投影Ｂについて、対応する簡略化を行うことができる。

投影Ａにおける結果（Δｘ_A，Δｙ_A，Δθ_A，Δθ_xA）と投影Ｂにおける結果（Δｘ_B，Δｙ_B，Δθ_B，Δθ_xB）が与えられると、３Ｄ座標系内での３Ｄ精密変換の近似が下式を用いて得られる。
Δｘ＝（−α_AΔｘ_A＋α_BΔｘ_B）／２，
Δｙ＝（α_AΔｙ_A−α_BΔｙ_B）／２^1/2，
Δｚ＝（α_AΔｙ_A＋α_BΔｙ_B）／２^1/2，
Δθ_x＝（Δθ_xA＋Δθ_xB）／２，
Δθ_y＝（Δθ_B−Δθ_A）／２^1/2，
Δθ_z＝（Δθ_B＋Δθ_A）／２^1/2
（４）

かくして、６個のパラメータ、すなわち撮像システムの３Ｄ座標系を３Ｄスキャン領域の３Ｄ座標系に整合させるのに必要な３Ｄ変換は、２組の４個のパラメータ（Δｘ_A，Δｙ_A，Δθ_A，Δθ_xA）と（Δｘ_B，Δｙ_B，Δθ_B，Δ_xB）により完全に定義することができる。

本発明の１以上の実施形態では、当分野で公知の変換を割り出す他の方法を熟慮するものである。本発明の一実施形態では、Ｘ線撮像システムの各投影における２ＤＸ線画像を、米国特許出願公開第２００７／０１２７８４５号明細書に記載された術前３Ｄスキャンデータを用いた直接２Ｄ−３Ｄ見当合わせ用に組み合わせることができる。

前述の説明から、一般にＶＯＩの２Ｄ投影画像とＶＯＩのＤＲＲとを用いてＶＯＩを基準位置に整合させるのに２つの双眼視画像が必要であることは、明らかとなろう。しかしながら、下記に説明する本発明の各種実施形態では、単眼視撮像データ（すなわち、単一の２Ｄ投影画像）を同一投影内のＤＲＲと併用し、ＶＯＩの整合を検証するとともに初期双眼視整合後のＶＯＩの動きを検出することができる。例えば、骨構造を用いて強度準拠見当合わせ（例えば、カルフォニア州サニーベール市のＡｃｃｕｒａｙ社が開発したＸＳＩＧＨＴ（登録商標）追跡システムと６Ｄ頭蓋骨追跡システム）を行う放射線治療システムでは、２Ｄ投影の一方は初期患者整合後の患者の動きに対し低感度を有することがある。低感度は、例えば骨構造の２Ｄ投影を奥行短縮したり歪曲する患者位置から生ずることがある。しかしながら、他の２Ｄ投影には患者の位置を検証し患者の動きを検出するのに十分な感度レベルを持たせることができる。本発明の他の実施形態では、単眼視撮像データを用い、初期単眼視整合後のＶＯＩの被検出不整合を補正することができる。

一部の放射線治療用途では、２個の２Ｄ投影を用いて標的病理（例えば、肺の腫瘍）を直接追跡することができるが、患者全体の整合に用いる背骨構造は１つの投影にだけ出現することがある（例えば、腫瘍と背骨の特徴との間の距離が両投影の視界内に両方が出現するのを阻止する）。上記の如く、使用可能な背骨の図を含む投影を用い、整合を検証したり動きを検出することができる。

一実施形態では、カルフォニア州サニーベール市のＡｃｃｕｒａｙ社が開発したＸＳＩＧＨＴ（登録商標）肺追跡システムが、２回の連続した見当合わせ、すなわち先ず背骨領域の見当合わせによる患者全体の整合と、続く腫瘍ＶＯＩの見当合わせによる直接的な腫瘍追跡とを行う。背骨領域と肺腫瘍は一般にかなり離れているため、背骨領域と肺腫瘍の両方を両投影画像内で視られそうもなく、何故なら背骨領域を両画像内で同時に視界内に保つことはできないからである。肺腫瘍を追跡している間、背骨領域が一方の２Ｄ投影内だけに姿を現す場合、単一の２Ｄ投影画像（例えば、単眼視撮像データ）を用い、患者全体の整合の確認および／またはＸＳＩＧＨＴ（登録商標）肺追跡システムを用いた再整合が必要かどうかの判定が可能である。単一の２Ｄ投影画像を用いて患者全体の整合を確認することで、システムが患者全体の整合を行うべく背骨の撮像位置へ復帰するのを阻止できるが、直接的な腫瘍追跡に向け肺腫瘍を撮像する位置に止まらせることができる。代替的には、単眼視撮像データを用い、ＸＳＩＧＨＴ（登録商標）肺追跡システム以外の他の追跡システムにて患者の整合を確認することができる。

再度図４Ａ〜４Ｄを参照するに、同一投影中の選択されたＤＲＲとＸ線画像は、初期双眼視整合後に一致する筈である。すなわち、平面内並進パラメータΔＹ，ΔＸと平面内回転パラメータΔθと平面外回転パラメータΔφ₁，Δφ２は、全て（例えば０．５ｍｍ未満とすることのできる初期整合処理の精度内で）ほぼゼロとされることになる。この初期状態の下では、ＶＯＩのしかるべき回転と並進は１個の投影のみ用いて監視し検出することができる。前記の如く、遮断された撮像経路、双眼視画像の一方における品質の低さ、あるいは撮像放射線に対する患者の総被爆を制限する必要性あるいは欲求が故に、１個の投影だけ利用可能とすることができる。

図５は、本発明の一実施形態における単眼視撮像システム５００を示すものであり、それは例えば撮像システム１００の線源−検出器対１０３Ａ，１０４Ａか、あるいは線源−検出器対１０３Ｂ，１０４Ｂのいずれかとすることができる。単眼視撮像システム５００は、Ｘ線源５０１と、撮像平面５０４と撮像平面５０４とビーム軸５０７との交差により規定される撮像中心５０６とを有するＸ線検出器５０２とを含んでいる。図５中、関心領域５０５が画像見当合わせに用いることのできる特徴５０３を含むものと仮定してある。特徴とこの特徴の投影画像は、説明目的に合わせ単純な幾何形状（すなわち、矩形）として図示してある。実際は、特徴は複雑な形状（例えば、骨や、頭蓋骨や背骨の一節）、外部のあるいは埋め込まれた基準標識のパターン、あるいは画像強度パターンとすることができる。

特徴５０３は、弧に対し角度αを張っており、これは線源−特徴間の離隔距離と特徴５０３の大きさとの関数となる。撮像平面５０４内の特徴５０３の投影画像は、線源−特徴間の離隔距離に対する線源−検出器間の離隔距離の比の関数となる。

一実施形態では、双眼視撮像データを用いた３Ｄ治療座標系内でのＶＯＩの基準位置への整合は、１）２以上の投影のそれぞれにおいて、ＶＯＩの第１の２Ｄ投影画像を取得し、２）２以上の投影のそれぞれにおける第１の２Ｄ投影画像を２以上の投影のそれぞれにおけるＶＯＩの２Ｄ基準画像に見当合わせすることにより行うことができる。ＶＯＩの２Ｄ基準画像は、ＶＯＩの３Ｄスキャンデータの３Ｄ変換から導出される。ＶＯＩの第１の２Ｄ投影画像は、１）２以上の投影のそれぞれにおける第１の２Ｄ投影画像と２以上の投影のそれぞれにおける２Ｄ基準画像とを比較し、２）２以上の投影のそれぞれにおける第１の２Ｄ投影画像と２以上の投影のそれぞれにおける選択された２Ｄ基準画像との第１の類似度を割り出し、３）ＶＯＩの座標系とＶＯＩの３Ｄスキャンデータの座標系との間の第１の類似度を最大化する第１の３Ｄ変換を見出すことで、見当合わせすることができる。一実施形態では、第１の３Ｄ変換はＶＯＩの座標系内の３次元画素をＶＯＩの３Ｄスキャンデータの座標系内の対応する３次元画素へ写像する。代替的には、当業者には理解される筈の他種の変換を用いることもできる。ＶＯＩはそこで第１の３Ｄ変換の逆変換を通じて動かし、基準位置に整合させることができる。代替的には、治療線源は第１の３Ｄ変換を補償するよう位置決めすることができる。

本発明の一実施形態では、治療座標系内でのＶＯＩの整合は、単眼視撮像データを用い、１）初期単眼視整合後の特徴５０３の第２の２Ｄ投影画像５０８を取得（先の実施形態にて説明）し、２）ＶＯＩの第２の２Ｄ投影画像を整合に用いるＤＲＲと比較することで、監視することができる。ＶＯＩの動きは、ＶＯＩの第２の２Ｄ投影画像と一方の投影におけるＶＯＩの選択されたＤＲＲ（基準画像）との間の第２の類似度を割り出し、第２の類似度を第１の類似度と比較することで検出することができる。初期双眼視整合の後でＶＯＩが動いた（すなわち、患者が治療寝台上で位置を変えた）場合、特徴５０３の第２の（単眼視）２Ｄ投影画像５０８は第１の２Ｄ投影画像とは異なることになり、初期双眼視整合に用いた２Ｄ投影画像から計算される第１の類似度とは異なる第２の類似度が生み出される。第２の類似度と第１の類似度との間の差分が所定値未満で、ＶＯＩが臨界量未満だけ動いたことを示している場合、そのときは治療をそこで継続することができる。ＶＯＩの検出動作には、第２の類似度を最大化する３Ｄスキャンデータの第２の３Ｄ変換の検出を含めることもできる。ＶＯＩは、第２の３Ｄ変換の逆変換を通じてＶＯＩを動かすか、あるいは治療線源を位置決めして第２の３Ｄ変換を補償することで再整合させることができる。

別の実施形態では、治療座標系内でのＶＯＩの整合は、１）初期双眼視整合後に特徴５０３の第２の２Ｄ投影画像５０８を取得し、２）ＶＯＩの第２の２Ｄ投影画像と初期双眼視整合における２以上の投影の１つ（例えば、一対のＸ線画像の一方）とを比較することで監視することができる。先の実施形態同様、ＶＯＩの動きは第２の２Ｄ投影画像と第１の２Ｄ投影画像との間の第２の類似度を割り出すことで検出することができる。初期双眼視整合後にＶＯＩが動いた（すなわち、患者が治療寝台上を移動した）場合、特徴５０３の第２の（単眼視）２Ｄ投影画像５０８は第１の２Ｄ投影画像とは異なることになり、初期双眼視整合に用いた２Ｄ投影画像から計算される第１の類似度とは異なる第２の類似度が生み出される。第２の類似度と第１の類似度との間の差分が所定値未満であって、ＶＯＩが臨界量未満だけ動いたことを示している場合、そのときは治療をそこで継続することができる。ＶＯＩの検出動作には、第２の類似度を最大化する３Ｄスキャンデータの第２の３Ｄ変換の検出を含めることもできる。ＶＯＩは、第２の３Ｄ変換の逆変換を通じてＶＯＩを動かすか、あるいは治療線源を位置決めして第２の３Ｄ変換を補償することで再整合させることができる。ＤＲＲ（基準画像）が２Ｄ投影画像よりも比較用細部をより少なく有する傾向があるが故に、画像どうしの比較は画像対ＤＲＲの比較よりも優れることに留意されたい。

図６Ａ〜６Ｅは、如何にして単眼視撮像システム５００を用い、初期双眼視整合後のＶＯＩの動きが検出できるかを示すものである。図６Ａ〜６Ｅ中、特徴５０３と特徴投影画像５０８の初期（基準）位置（図５に対応）は点線で示してあり、新規位置は実線で示してある。

図６Ａは、一実施形態になるＶＯＩの平面内並進を示すものである。図６Ａに示す如く、ＸとＹの変位の任意の組み合わせにおけるＶＯＩの動きは、基準位置（点線）と比較することのできる撮像平面５０４内の特徴画像５０８の並進に帰着することになる。並進は、前述の如く第１の類似度とは異なる第２の類似度として検出することができる。

図６Ｂは、一実施形態になるＶＯＩの平面内回転を示すものである。図６Ｂに示す如く、ＶＯＩの平面内回転は、基準位置と比較することのできる撮像平面５０４内の特徴画像５０８の回転に帰着することになる。平面内回転は、前述の如く第１の類似度とは異なる第２の類似度として検出することができる。

図６Ｃは、一実施形態になるＶＯＩの第１の平面外回転を示すものである。図６Ｃに示す如く、ＶＯＩの第１の平面外回転は、基準位置と比較することのできる１つの次元における撮像平面５０４内の特徴画像５０８の奥行短縮に帰着することになる。第１の平面外回転は、前述の如く第１の類似度とは異なる第２の類似度として検出することができる。

図６Ｄは、一実施形態になるＶＯＩの第２の平面外回転を示すものである。図６Ｄに示す如く、ＶＯＩの第２の平面外回転は基準位置と比較することのできる第２の次元における撮像平面５０４内の特徴画像５０８の奥行短縮に帰着することになる。第２の平面外回転は、前述の如く第１の類似度とは異なる第２の類似度として検出することができる。

図６Ｅは、一実施形態になる撮像ビーム軸に沿うＶＯＩの軸方向並進を示すものである。図６Ｅに示す如く、線源と検出器が撮像ビームが平行とならないほど十分に接近している場合、ＶＯＩの並進は基準位置と比較することのできる撮像平面５０４内の特徴画像の縮尺変更に帰着することになる。軸方向の並進は、前述の如く第１の類似度とは異なる第２の類似度として検出することができる。

本発明の一実施形態では、第２の類似度と第１の類似度との間の差分が第１の臨界値（例えば、病理解剖学的組織に対する実際の放射線量が計画された線量よりも最大量未満異なるであろうことを示す値）未満である場合、そのときは放射線治療は元々の双眼視整合（すなわち、ＶＯＩの座標系とＶＯＩの３Ｄスキャンデータの基準座標系との間の３Ｄ変換）に基づき継続することができる。

本発明の一実施形態では、第２の類似度と第１の類似度との間の差分が第１の臨界値以上である場合、そのときはＶＯＩの整合に双眼視画像データが使用できるまで放射線治療を中断することができる。単眼視撮像データは、単眼視撮像データが曖昧でない場合にＶＯＩを再整合させるのに用いることができる。実際には、撮像データは多くの場合曖昧ではない。図６Ａ，６Ｂから、ＶＯＩの平面内並進と平面内回転の方向と大きさが単眼視撮像データから識別できることが、見てとれる。図６Ｅから、ＶＯＩの軸方向並進の方向と大きさもまた単眼視撮像データから識別できることが、見てとれる。しかしながら、図６Ｃ，６Ｄに示したＶＯＩの平面外回転は正回転かまたは逆回転かについて曖昧（例えば、＋５度の回転は−５度の回転とは識別不能）であり、何故なら両回転は同じ２Ｄ投影画像を投影するからである。対称性のある物体についてのみ曖昧さの存在することがある点に、留意されたい。ここに説明する実施形態は、画像が斜視投影図である限り、単一（単眼視）画像を用いた３Ｄ・ＶＯＩの６Ｄ変換を電算処理するのに用いることができることにも、留意されたい。しかしながら、６Ｄ変換は一対の双眼視画像よりも一部の次元において、より信頼できず、より不正確であることがある。例えば、深さと平面外回転は平面内パラメータほど正確でないことがある。

前記した如く、単眼視撮像データが曖昧でない場合、そのときは前記した双眼視見当合わせに類似の態様にてＶＯＩの２Ｄ単眼視投影画像を基準ＤＲＲに見当合わせすることができる。単眼視投影画像は同じ投影内の基準画像（ＤＲＲ）（すなわち、第１の２Ｄ投影画像）と比較され、類似度を計算することができ、この類似度を用いて類似度を最大化する３Ｄ変換（例えば、平面内並進と回転および軸方向並進との組み合わせ）について探索することができる。次に、ＶＯＩは３Ｄ変換の逆変換を通じて動かすことができ、放射線治療線源の位置を３Ｄ変換を用いて補正するか、あるいは部分的な動きと部分的な補正との何らかの組み合わせを前述の如く用いることができる。

本発明の一実施形態では、単眼視撮像データが曖昧である場合、すなわち第２の類似度と第１の類似度との間の差分が第２の臨界値（例えば、重篤な組織と健康な組織の放射線被爆を特定の最大値を超過させるＶＯＩの動きレベルを示す値）以上である場合、そのときは双眼視撮像データをＶＯＩの再整合に使用できるまで放射線治療を中断することができる。

図７は、本発明の一実施形態における方法７００を例示するフローチャートである。処理７０１において、双眼視撮像データを用いてＶＯＩを３Ｄ治療座標系内でＶＯＩの基準位置に整合させる。処理７０２において、単眼視撮像データを用いてＶＯＩの整合を監視する。処理７０３において、ＶＯＩが動いたかどうか判定する。ＶＯＩが動いていない場合、そのときは方法を処理７０２にて継続する。ＶＯＩが動いた場合、そのときは処理７０４において、再整合なしで治療が継続できるかどうか（例えば、その動きが第１の臨界値未満であるかどうか）判定する。治療が継続できる場合、方法を処理７０２にて継続する。再整合なしで治療が継続できない場合、そのときは処理７０５において、治療を停止する。処理７０６において、単眼視撮像データを用い、（例えば、前述した如く）不整合が補正できるかどうか判定する。（例えば、ＶＯＩの動きが明瞭で第２の臨界値未満であるが故に）単眼視撮像データを用いてＶＯＩを再整合できると判定された場合、そのとき処理７０７において、ＶＯＩを再整合させ、方法を処理７０２にて継続する。処理７０６において、（例えば、ＶＯＩの動きが曖昧であるか、あるいは第２の臨界値を上回るが故に）単眼視撮像データを用いてＶＯＩを再整合できない場合、そのときは方法は双眼視整合用の処理７０１へ戻る。

図８は、本発明の実施形態を実装することのできるシステム８００を示すものである。下記に説明し図８に例示するように、システム８００には診断撮像システム１０００と、治療計画システム２０００と、加療システム３０００とを含ませることができる。

診断撮像システム１０００は、後続の医療診断や治療計画および／または加療に用いることのできる患者の医療診断画像を生成することのできる任意のシステムとすることができる。例えば、診断撮像システム１０００は、血管造影撮像システム（例えば、システム１００）や、電算処理放射線断層撮影（ＣＴ）システム、磁気共鳴撮影（ＭＲＩ）システムや、陽電子照射断層撮影（ＰＥＴ）システムや、超音波システム等とすることができる。

診断撮像システム１０００は、撮像ビーム（Ｘ線）を生成する撮像線源１０１０と、撮像線源１０１０が生成したビームを検出し受信する撮像検出器１０２０とを含む。本発明の一実施形態では、診断撮像システム１０００には２以上の診断Ｘ線源と２以上の対応する撮像検出器とを含ませることができる。例えば、２個のＸ線源を撮像対象である患者の周りに配置し、互いに一定の離隔角度（例えば、９０度や４５度等）にて固定し、直径上でＸ線源に対向する（１個または複数の）撮像検出器に向け患者を介して狙いを定める。各Ｘ線撮像線源により照射される筈の単一の大型撮像検出器や複数の撮像検出器もまた、用いることができる。代替的には、他の個数や構成の撮像線源ならびに撮像検出器を用いることもできる。

撮像線源１０１０と撮像検出器１０２０は、撮像処理と処理画像データとを制御するデジタル処理システム１０３０とに結合することができる。診断撮像システム１０００は、デジタル処理システム１０３０間でデータやコマンドを転送するバスあるいは他の手段１０３５と、撮像線源１０１０と、撮像検出器１０２０とを含む。デジタル処理システム１０３０には、１以上の汎用プロセッサ（例えば、マイクロプロセッサ）や、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）等の専用プロセッサや、コントローラや書き換え可能ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）等の他種のデバイスを含めることができる。デジタル処理システム１０３０には、メモリーや記憶装置やネットワークアダプター等の他の構成要素（図示せず）を含ませることもできる。デジタル処理システム１０３０は、例えばＤＩＣＯＭ（医薬におけるデジタル撮像ならびに通信）フォーマット等の標準フォーマットにてデジタル診断画像を生成するよう構成することができる。本発明の他の実施形態では、デジタル処理システム１０３０は他の標準あるいは非標準のデジタル画像フォーマットを生成することができる。デジタル処理システム１０３０は、データリンク１５００を介して治療計画システム２０００へ診断画像ファイル（例えば、前述のＤＩＣＯＭフォーマット済みファイル）を送信することができ、データリンクは例えば直接リンクやローカル・エリア・ネットワーク（ＬＡＮ）リンクやインターネット等のワイド・エリア・ネットワーク（ＷＡＮ）リンクとすることができる。加えて、システム間で転送される情報は、遠隔診断や治療計画構成等のシステムを接続する通信媒体を介して受信あるいは送信のいずれも可能である。遠隔診断あるいは治療計画では、システムユーザと患者との間の物理的な離隔距離の存在に拘わらず、ユーザは本発明の実施形態を活用して診断や治療計画を立てることができる。

治療計画システム２０００は、前述の血管造影撮像データと３Ｄスキャンデータ等の撮像データを受信し処理する処理装置２０１０を含む。処理装置２０１０は、１以上の汎用プロセッサ（例えば、マイクロプロセッサ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）等の専用プロセッサ、あるいはコントローラや書き換え可能ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）等の他の型のデバイスで提示することができる。処理装置２０１０は、治療計画および／またはここに記載した背骨分節化ツール等のここで論ずる撮像操作を行う命令を実行するよう構成することができる。

治療計画システム２０００には、バス２０５５により処理装置２０１０に結合されて処理装置２０１０が実行する情報と命令を記憶する随時読み書き可能メモリー（ＲＡＭ）や他の動的記憶装置を含ませることのできるシステムメモリー２０２０を含ませることもできる。システムメモリー２０２０は、処理装置２０１０による命令の実行期間中に一時的な変数や他の中間情報を記憶するのに用いることもできる。システムメモリー２０２０には、バス２０５５に結合されて処理装置２０１０用の静的情報と命令を記憶する読み出し専用メモリー（ＲＯＭ）および／または他の静的記憶装置を含ませることもできる。

治療計画システム２０００には、バス２０５５に結合されて情報と命令を記憶する１以上の記憶装置（例えば、磁気ディスク駆動装置や光学ディスク駆動装置）を提示する記憶装置２０３０を含ませることもできる。記憶装置２０３０は、ここに説明した治療計画ステップを実行し、かつ／またはここに説明した３Ｄ撮像データやＤＲＲを記憶する命令を記憶するのに用いることができる。

処理装置２０１０は、ユーザーに対し情報（例えば、ＶＯＩの２Ｄあるいは３Ｄ表現）を表示するための陰極線管（ＣＲＴ）や液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）等のディスプレイ装置２０４０に結合することもできる。キーボード等の入力装置２０５０を、処理装置２０１０へ情報および／またはコマンド選択を通信する処理装置２０１０へ結合することができる。１以上のユーザー入力デバイス（例えば、マウスやトラックボールやカーソル方向キー）もまた、方向性情報を通信し、処理装置２０１０向けコマンドを選択し、ディスプレイ２０４０上のカーソルの動きを制御するよう用いることができる。

治療計画システム２０００は治療計画システムの１例のみ提示したものであり、これに多くの異なる構成ならびに体系を持たせることができ、また治療計画システム２０００よりも多数の構成要素あるいはより少数の構成要素を含ませることができ、さらに本発明と共に採用できることが理解されよう。例えば、一部システムは多くの場合周辺バスや専用キャッシュバス等の複数バスを有する。治療計画システム２０００にはまた、ＤＩＣＯＭ取り込みを支え（かくして、画像を異なるシステム上で融合して標的を描写し、続いて治療計画システム内に取り込んで計画を立て線量算出す）るＭＩＲＩＴ（医療画像精査取り込みツール）や、ユーザーが各種撮像様態（例えば、ＭＲＩ，ＣＴ，ＰＥＴ等）のいずれか１つについて治療計画を立てて線量分布が視認できるようにする拡張画像融合機能を含ませることができる。治療計画システムは、当分野では周知である。従って、より詳細な説明を提供はしない。

治療計画システム２０００は、そのデータベース（例えば、記憶デバイス２０３０に記憶するデータ）を加療システム３０００等の加療システムと共有させ、加療前に治療計画システムから送出する必要がないようにできる。治療計画システム２０００は、データリンク１５００について前記した如く直接リンクやＬＡＮリンクやＷＡＮリンクとすることのできるデータリンク２５００を介して加療システム３０００にリンクさせることができる。データリンク１５００，２５００をＬＡＮあるいはＷＡＮとして実装するときは、診断撮像システム１０００や治療計画システム２０００および／または加療システム３０００のいずれも、システムを互いに物理的に疎遠にできるよう分散させた場所に置くことができる。代替的には、診断撮像システム１０００や治療計画システム２０００および／または加療システム３０００のいずれも、１以上のシステムにおいて互いに統合することができる。

加療システム３０００は、治療計画に準拠して標的領域に所定の放射線量を投与する治療および／または外科放射線源３０１０を含む。加療システム３０００には、患者を放射線源に対し位置決めするため、前述の診断画像を用いた見当合わせあるいは相関用に患者領域（標的領域を含む）の治療中画像を捕捉する撮像システム３０２０を含めることもできる。撮像システム３０２０には、前記した撮像システムのいずれをも含ませることができる。加療システム３０００には、放射線源３０１０と撮像システム３０２０と治療寝台３０４０等の患者支持装置を制御するデジタル処理システム３０３０を含ませることもできる。デジタル処理システム３０３０は、撮像システム３０２０すなわち２以上の双眼視投影からの２Ｄ放射線撮影画像を、診断撮像システム１０００内のデジタル処理システム１０３０により生成されるデジタル再生放射線像（例えば、セグメント化された３Ｄ撮像データからのＤＲＲ）および／または治療計画システム２０００内の処理装置２０１０が生成するＤＲＲと見当合わせするよう構成することができる。デジタル処理システム３０３０には、１以上の汎用プロセッサ（例えば、マイクロプロセッサ）や、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）等の専用プロセッサや、コントローラや書き換え可能ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）等の他の型のデバイスを含めることができる。デジタル処理システム３０３０には、メモリーや記憶装置やネットワークアダプター等の他の構成要素（図示せず）を含めることもできる。デジタル処理システム３０３０は、バス３０４５や他種の制御・通信インタフェースにより、放射線源３０１０や撮像システム３０２０や治療寝台３０４０に結合することができる。

デジタル処理システム３０３０には、治療寝台３０４０上の患者を加療システム３０００内に整合させ、標的領域に対し放射線源を精確に位置決めするよう、撮像システム３０２０から得られる画像を術前治療計画画像に見当合わせする方法（例えば、前述の方法１２００等）を実装することができる。

治療寝台３０４０は、複数（例えば、５以上）の自由度を有する別のロボットアーム（図示せず）に結合することができる。寝台アームには、５個の回転自由度と、１個の実質垂直な直線自由度とを持たせることができる。代替的には、寝台アームには、６個の回転自由度と、１個の実質垂直な直線自由度あるいは少なくとも４個の回転自由度とを持たせることができる。寝台アームは、柱や壁に垂直に取り付けるか、あるいは台や床や天井に垂直に取り付けることができる。代替的には、治療寝台３０４０は、カルフォニア州サニーベール市のＡｃｃｕｒａｙ社が開発したＡＸＵＭ（登録商標）治療寝台や、当業者には周知の別種の従来の治療台等の別の機械的な機構の構成要素とすることができる。

代替的には、加療システム３０００は、別種の加療システム、例えば構台依拠（アイソセンター）強度変調放射線療法（ＩＭＲＴ）システムとすることができる。ＩＭＲＴでは、放射線ビームの形状はビームの一部が遮断できるようにし、患者に入射する残るビームが所定の形状を有するようにする多分割絞りコリメータにより規定される。得られるシステムは、イソセンターにおいて互いに交差して標的領域に所定線量分布を投射する任意形状の放射線ビームを生成する。ＩＭＲＴ計画では、最適化アルゴリズムは主ビームの部分集合を選択し、患者を各部分集合に曝すべき時間量を割り出し、所定の線量拘束が最善の状態で満されるようにする。本発明の１つの特定の実施形態では、構台依拠システムにジンバル構造放射線源ヘッド組立体を持たせることができ、ここでジンバル機構は２以上の自由度を有する。構台依拠システムの実施形態では、構台の幾つかの角度が撮像器の１つを遮断する先験的に周知のものとなろうことに留意されたい。これらの機台角度については、単一の画像を得ることができ、画像誘導処理における追跡の品質保証原理をここに説明した如く適用することができる。

本願明細書に記載した方法と装置が、医学的な診断撮像および治療だけの使用に限定されない点に留意されたい。本発明の代替実施形態では、本願明細書の方法と装置は、工業的撮像や、材料（例えば、自動車産業のモーターブロックや航空機産業の機体や建設業の溶接や石油産業のドリル芯）の非破壊検査や、地震調査等の医療技術分野外の用途に用いることができる。この種の用途では、例えば「治療」は概ねビーム（例えば、放射線や音響等）の治療計画システムにより制御される処理の遂行を指し、「標的」は非解剖学的対象や領域を指す。

本発明の実施形態は、ここに説明した様々な処理を含んでいる。これらの処理は、ハードウェア構成要素、ソフトウェア、ファームウェアあるいはそれらの組み合わせにより実行することができる。ここに記載した各種バスを介して供給されるどの信号も、他の信号と時間多重し、１以上の共通バスを介して供給すねことができる。加えて、回路部品やブロック間の相互接続はバスあるいは単一の信号線路として示すことができる。各バスは代替的に１以上の単一信号線路とすることができ、また各単一信号線路は代替的にバスとすることができる。

本発明の幾つかの実施形態は、機械読み取り可能な媒体が記憶する命令を含ませることのできるコンピュータープログラム製品として実装することができる。これらの命令は、汎用或いは専用プロセッサを前記処理を行うようプログラムするのに用いることができる。機械読み取り可能な媒体には、機械（例えば、コンピューター）が読み取り可能な形（例えば、ソフトウェアや処理アプリケーション）にて情報を記憶し伝送する任意の機構が含まれる。機械可読媒体には、これらに限定はされないが、磁気記憶媒体（例えば、フロッピーディスク）、光記憶媒体（例えば、ＣＤ−ＲＯＭ）、光磁気記憶媒体、読出し専用メモリ（ＲＯＭ）、随時読み書き可能メモリー（ＲＡＭ）、消去可能で再書き込み可能なメモリー（例えばＥＰＲＯＭやＥＥＰＲＯＭ）、フラッシュメモリー、電気的、光学的、音響的あるいは他の形式の伝搬信号（例えば、搬送波、赤外信号、デジタル信号等）、あるいは電子的命令を記憶するのに適した他の型の媒体を含めることができる。

加えて、本発明の一部実施形態は、機械読み取りが可能な媒体を２以上のコンピューターシステムにより記憶しかつ／または実行する分散型電算処理環境にて実施することができる。加えて、コンピューターシステム間で転送される情報は遠隔診断や監視システム等のコンピューターシステム間を接続する通信媒体を介して受信あるいは送信のいずれも可能である。遠隔診断或いは監視では、ユーザーと患者との間の物理的な離隔距離の存在にも拘わらず、ユーザーは患者を診断し監視することができる。加えて、加療システムは治療計画システムから遠く離すことができる。

ここでは１つ（または複数）の方法の処理を特定の順序で図示し説明したが、各方法の処理順序を変更して幾つかの処理を逆順に行ったり、あるいは幾つかの処理を少なくとも一部他の処理と同時並行的に行うこともできる。本発明の別の実施形態では、別個の処理の命令や下位処理を間欠および／または交互態様とすることができる。加えて、一部の処理を特定の方法の繰り返しの中で反復させることができる。

前述の細目明細では、本発明をその特定の例示実施形態を参照して説明してきた。しかしながら、添付特許請求の範囲に記載された本発明のより広義の趣旨ならびに範囲から逸脱することなく様々な改変と変形がそこに可能であることは明白である。明細書と図面は、かくして限定的な意味合いではなく例示的意味合いにて斟酌さるべきである。

Claims (13)

1. 画像誘導放射線加療システム用の方法であって、前記画像誘導放射線加療システムが、関心領域の位置を位置決めする位置決めシステム、関心領域の双眼視撮像を取得するよう構成した撮像システム、及び前記位置決めシステム及び前記撮像システムを制御するためのデジタル処理システムから成り、前記デジタル処理システムが、
   双眼視撮像データと１つ以上の基準画像と見当合わせすることに基づいて、関心領域を３次元治療室座標系内で基準位置に整合させ、
   単一の撮像線源によって発生された単眼視撮像データを用いて３次元治療室座標系内での関心領域の整合を監視し、
   単眼視撮像データを用いて３次元治療室座標系内での関心領域の不整合を検出し、
   単眼視撮像データを用いて検出された不整合が、単眼視撮像データを用いて修正することができるか否かを決定する、
   ことを含む、方法。
2. 前記単眼視撮像データ用いて検出された不整合が所定の値を越える場合に、双眼視撮像データを取得し、
   該双眼視撮像データを用いて３次元治療室座標系内での関心領域を再整合するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記不整合が所定の値を越えない場合、前記単眼視撮像データを用いて前記３次元治療室座標系内で前記関心領域を再整合できるか判別するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記単眼視撮像データを用いて前記３次元治療室座標系内で前記関心領域を再整合させるステップをさらに含む、請求項３に記載の方法。
5. 前記双眼視撮像データが２次元投影画像から成り、
   前記関心領域を前記基準位置に整合させるステップは、
   ２以上の投影において、前記関心領域の第１の２次元投影画像を取得するステップと、
   前記２以上の投影における前記関心領域の前記第１の２次元投影画像を前記２以上の投影における前記関心領域の２次元基準画像に見当合わせするステップで、前記関心領域の前記２次元基準画像を前記関心領域の３次元スキャンデータの３次元変換から導出するステップとを含む、請求項４に記載の方法。
6. 前記見当合わせステップは、
   前記２以上の投影のそれぞれにおける前記第１の２次元投影画像を前記２以上の投影における前記２次元基準画像と比較するステップと、
   前記２以上の投影のそれぞれにおける前記第１の２次元投影画像と前記２以上の投影における選択された２次元基準画像との間の第１の類似度を割り出すステップと、
   前記関心領域の座標系と前記第１の類似度を最大化する前記関心領域の前記３次元スキャンデータの座標系との間の第１の３次元変換を見出すステップで、前記第１の３次元変換が前記関心領域の前記座標系内の３次元画素を前記関心領域の前記３次元スキャンデータの前記座標系内の対応する３次元画素へ写像するステップとを含む、請求項５に記載の方法。
7. 前記基準位置を用いて前記関心領域を整合させるステップは、前記第１の３次元変換の逆変換を通じて前記関心領域を動かすステップと、放射線治療線源を位置決めして前記第１の３次元変換を補償するステップのうちの少なくとも一方を含む、請求項６に記載の方法。
8. 前記３次元治療室座標系内での前記関心領域の前記整合の監視ステップは、
   前記２以上の投影の１つにおいて前記関心領域の第２の２次元投影画像を取得するステップと、
   前記第２の２次元投影画像と前記２以上の投影の前記１つにおける前記関心領域の選択された第２の２次元投影画像との間の第２の類似度を決定するステップとを含む、請求項６に記載の方法。
9. 前記３次元治療室座標系内での前記関心領域の前記整合の監視ステップは、
   前記２以上の投影の１つにおいて前記関心領域の第２の２次元投影画像を取得するステップと、
   前記第２の２次元投影画像と前記２以上の投影の前記１つにおける前記関心領域の第１の２次元投影画像との間の第２の類似度を決定するステップとを含む、請求項６に記載の方法。
10. 画像誘導放射線加療システムであって、
    関心領域を位置決めする位置決めシステムと、
    前記関心領域の双眼視画像を取得するよう構成した撮像システムと、
    前記撮像システムと前記位置決めシステムとを制御するデジタル処理システムで、
    双眼視撮像データと１つ以上の基準画像と見当合わせすることに基づいて、双眼視撮像データを用いて前記関心領域を３次元治療座標系内で基準位置に整合させ、前記基準画像は３次元治療前診断撮像データから導出されたデジタル再生放射線像から成り、
    単一の撮像線源によって発生された単眼視撮像データを用いて前記３次元治療座標系内での前記関心領域の整合を監視し、
    単眼視撮像データを用いて３次元治療室座標系内での関心領域の不整合を検出し、
    単眼視撮像データを用いて検出された不整合が、単眼視撮像データを用いて修正することができるか否かを決定し、
    単眼視撮像データを用いて検出された不整合が、単眼視撮像データを用いて修正することができる場合に、前記放射線治療を自動的に修正する構成としたデジタル処理システムとを備える、加療システム。
11. 前記デジタル処理システムはさらに、前記不整合が変位閾値を越える場合に、双眼視撮像データを取得し、該双眼視撮像データを用いて３次元治療室座標系内での関心領域を再整合するよう構成した、請求項１０に記載の加療システム。
12. 前記位置決めシステムは、５以上の自由度を有するロボット式位置決めシステムを含む、請求項１０に記載の加療システム。
13. 前記デジタル処理システムにより制御される放射線治療線源をさらに備え、前記デジタル処理システムを、前記単眼視撮像データを用い、前記放射線治療線源を位置決めして前記関心領域の前記不整合を補償する構成とした、請求項１０に記載の加療システム。

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