JP5627626B2 - Ｃｔデータ照合装置、ｃｔデータ照合方法、および患者位置決めシステム - Google Patents

Description

本発明は、放射線や粒子線などを患者の病巣部に照射して治療を行う放射線治療における、好適な患者位置決めシステムに関する。

患者位置決めシステムでは、始めに、断層像撮影装置（例えば、Ｘ線ＣＴ(Computed Tomography)装置）を用いて患者の病巣部を撮影した治療計画用３次元ＣＴデータを取得し、このＣＴデータの診断結果に基づいて治療計画を立てる。このとき３次元ＣＴデータに基づいて腫瘍患部の位置や形状を特定し、放射線を照射する方向や照射線量などを決める。次に、決定した治療計画に基づいて放射線治療を行うことになる。しかし、ＣＴ撮影時から放射線治療までの間にかなりの時間が経過していると、治療時における治療台の患者の位置や体位が治療計画作成時の患者の位置や体位と異なっていることが多い。そのため放射線治療を行う前に、現在の患者位置と治療計画時の患者位置のずれを補正する必要がある。

このずれの補正量を算出するために、治療時においても治療台の患者の３次元ＣＴデータを取得する。この治療時ＣＴデータと、治療計画時ＣＴデータとを比較し、画像処理を施すことによって補正量を算出する。治療ビームが患部の適切な位置を照射するように、算出した補正量に基づいて治療台の３次元位置と姿勢を調整する。以上の処理を行う装置が患者位置決めシステムである。こうした患者位置決めシステムでは、患者位置決めの精度向上や速度向上が要望されている。

特に、近年、たとえば粒子線など、体内で線量を集中させることが可能な放射線治療法がある。この治療法では、粒子線ビームのエネルギーを調節して腫瘍の深さ方向の位置に合わせることによって、高い線量部分を腫瘍患部に一致させることが可能である。つまり、腫瘍だけに高い線量を照射しつつ、周囲の正常組織に対する影響を低減できる。この性質を活かすためには、腫瘍患部のみに粒子線を照射するための、高精度な患者の位置決め技術が重要になってくる。

このような患者位置決めシステムにおいては、精度向上や速度向上のために、様々な補助的な装置や方式が用いられている。例えば、特許文献１では、治療計画時に患者の特定の人体箇所の基準座標を決定し、治療時に、まず患者の人体箇所の相対位置決め（例えば姿勢）が、基準座標の相対位置決めと合致するように行われ、その後患者単体を基準座標の絶対位置と合致するよう移動させて位置決めする、という技術が開示されている。

また、特許文献２ではＣＴデータから算出した特徴点の３次元座標を用いて、ＩＣＰ（Iterative Closest Point）により初期位置決めを行い、ＭＰＲ（Multi Planar Reconstruction）画像を用いることにより位置決めの微調節を行う方法が開示されている。

特表２００２−５２８１６８号公報 国際公開第２０１０／１４３４００号公報

特許文献２によれば、ＣＴデータ同士の位置決めでは、ＣＴデータから算出した特徴点
の３次元座標を用いて、ＩＣＰ（Iterative Closest Point）により初期位置決めを行い
、ＭＰＲ（Multi Planar Reconstruction）画像を用いることにより位置決めの微調節を
行う。図１３にＭＰＲ画像生成の概念図を示す。ＣＴデータは複数の断面画像から構成され、ボクセルＰ１で表現することが可能である。ＭＰＲ画像は、Ｓ２のようにＣＴデータを分断する平面を仮定した際に、分断ボクセルのＣＴ値から作成することができる。このように、ＭＰＲ画像の生成は、平面とＣＴデータの分断面を算出する必要があるため、計算負荷が高いという問題がある。

上記のような問題点を解決するためになされたものであり、ＭＰＲ画像を生成することなく、計算負荷の軽減ができ、高速な位置決め演算を行うことを目的としている。

本発明の患者位置決めシステムは、入力された移動量により変換して新第二のＣＴデータを生成する照合スライス面生成部と、新第二のＣＴデータの各々のボクセルに最も近い第一のＣＴデータのボクセルを求めて、新第二のＣＴデータの各々のボクセルのＣＴ値はそのままで、求めたボクセル位置に変換して新第二のＣＴデータを第一のＣＴデータの座標系で表わした離散化処理後の第二のＣＴデータを生成する照合スライス面離散化部と、離散化処理後の第二のＣＴデータと、第一のＣＴデータとの相違度を算出する相違度算出部と、入力された移動量を修正して修正された移動量を照合スライス面生成部に出力する移動量修正部とを有し、繰り返し演算により相違度算出部で算出する相違度が最小となる最適移動量を求める詳細移動量演算部を備え、求めた最適移動量に基づいて治療台の位置決めを行うようにしたものである。

この発明によれば、ＭＰＲ画像を生成することなく位置決め演算を行うことができるため、計算負荷が軽く、高速な位置決め演算が可能となる患者位置決めシステムが得られる。

この発明の実施の形態１による患者位置決めシステムの構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１による患者位置決め装置の動作を説明するための治療計画時のブロック図である。 この発明の実施の形態１による患者位置決め装置の動作を説明するための治療時のブロック図である。 この発明の実施の形態１による患者位置決め装置の初期移動量演算部の動作を説明する概念図である。 この発明の実施の形態１による患者位置決め装置の照合スライス面離散化部の動作を説明する３次元で表わす概念図である。 この発明の実施の形態１による患者位置決め装置の照合スライス面離散化部の動作を説明する２次元で表わす概念図である。 図６の斜線部を拡大して示す拡大図である。 この発明の実施の形態１によるＣＴデータ照合方法の手順を示すフロー図である。 この発明の実施の形態２による患者位置決め装置の構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態２による患者位置決めシステムの照合スライス面離散化部の動作を説明する３次元で表わす概念図である。 この発明の実施の形態２による患者位置決めシステムの別の構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態３による患者位置決めシステムの構成を示すブロック図である。 ＭＰＲ画像生成の概念図である。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１による患者位置決めシステムの構成を示すブロック図である。また、図２は、本発明の実施の形態１による患者位置決めシステムの動作を説明するための治療計画時のブロック図、図３は治療時のブロック図である。図２に示すように、治療計画時に治療台３に載せられた患者１のＣＴ画像をＣＴスキャナ２で撮影して、ＣＴデータ取得部５で治療計画時ＣＴデータとして取得する。取得した治療計画時ＣＴデータは治療計画時ＣＴデータ保存部６に保存する。治療時には、図３に示すように、患者１のＣＴ画像をＣＴスキャナ２で撮影してＣＴデータ取得部５で治療時ＣＴデータとして取得し、移動量演算部８において治療時ＣＴデータと治療計画時ＣＴデータ保存部６に保存されている治療計画時ＣＴデータとを照合することにより、位置決めを行うための治療台の移動量の演算を実施する。演算により求めた移動量のデータが治療台制御部９に送られて治療台３を移動することにより患者位置決めが行われる。このように、患者位置決めシステムの要部は、ＣＴデータ同士を比較して照合するＣＴデータ照合装置１０である。

移動量演算では、特許文献２に記載された技術と同様に特徴点を抽出した結果を用いてＩＣＰにより、初期照合を行うことにより初期移動量演算を行う。初期移動量演算後に、断面をＣＴスライス面に量子化することにより、詳細照合、すなわち詳細移動量演算を行う。本発明は、この詳細移動量演算に関するものである。以上の移動量演算により、最終的に治療台の移動量を決定して、この移動量のデータを治療台制御部９に送り、治療台３を移動させて位置決めを行う。位置決め後粒子線などの放射線照射装置４により患者１に放射線を照射して治療を行う。

まず、患者位置決めシステムの治療計画時の動作について説明する。ＣＴデータ取得部５では、ＣＴスキャナ２を用いて撮影された患者１のＣＴ画像をＣＴデータとして取得する。撮影されたＣＴ画像は、ＤＩＣＯＭ（Digital Imaging and Communication in Medicine）形式のスライス画像群であるが、フォーマットは特にこれに限定されるものではない。治療計画時ＣＴデータ保存部６では、ＣＴデータ取得部５で取得された治療計画時ＣＴデータを保存する。このＣＴデータには、ＤＩＣＯＭ形式ファイルのようにタグ情報である画素間隔やスライス間隔の情報も同時に保存される。

次に、本発明の実施の形態１における治療時について説明する。ＣＴスキャナ２により撮影された治療時における患者１のＣＴ画像をＣＴデータ取得部５が治療時ＣＴデータとして取得し、取得した治療時ＣＴデータを移動量演算部８に出力する。治療時ＣＴデータは、治療計画時ＣＴデータと同様に、複数のスライス画像が集まったデータとなっており、タグ情報も同時に取得している。移動量演算部８は、治療計画時ＣＴデータ保存部６に保存されている治療計画時ＣＴデータとタグ情報も読み込む。

移動量演算部８の初期移動量演算部８１において、治療計画時ＣＴデータと治療時ＣＴデータを用いて、患者の位置決めを行うための移動量を算出する。ここで、移動量を、患者のＸ、Ｙ、Ｚ方向への平行移動ベクトルＴとＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を軸とした回転行列Ｒと定義する。初期移動量演算部８１では、図４の概念図に示すように、治療計画時ＣＴデータにおける特徴点ｆ０１、治療時ＣＴデータおよびにおける特徴点ｆ０２を抽出した結果を用いて、周知のＩＣＰ法により初期位置あわせを行えばよい。ＩＣＰ法では、治療計画時のＮ個の３次元特徴点をXn=(xn, yn, zn)とし、移動ベクトルＴ、回転行列Ｒにより変
換した治療計画時の３次元特徴点に最も近い治療時の３次元特徴点をX’n=(xn, yn, zn)
としたとき、以下のような式を満たす、すなわち誤差関数が最小となる移動量である移動ベクトルＴと回転行列Ｒを算出する。

詳細移動量演算部８２では、初期移動量演算部８１で算出した移動量を元に、ＣＴ値を基準とした演算を行い、最適な移動量を算出する。詳細移動量演算部８２は、図１に示す照合スライス面生成部８３、照合スライス面離散化部８４、相違度算出部８５、および移動量修正部８８を用い、滑降シンプレックス法などを用い、繰り返し演算により最適な移動量を算出する。滑降シンプレックス法においても、評価関数である相違度を最小とする移動量を求めることとなる。

照合スライス面生成部８３では、初期移動量演算部８１により算出した初期移動量を用いて治療時ＣＴデータの形状を変換、すなわち初期移動量だけ位置が移動した治療時ＣＴデータを求めて新治療時ＣＴデータとする。これは、平行移動ベクトルと回転行列による変換で求めることが可能である。

次に、照合スライス面離散化部８４において、新治療時ＣＴデータのスライス面に最も近い治療計画時ＣＴデータのボクセル群を算出する。このイメージを図５〜図７に示す。図５は、治療計画時ＣＴデータのボクセルＰ１と新治療時ＣＴデータのあるスライス面Ｓ２を３次元で示すイメージ図、図６は、治療計画時ＣＴデータのボクセルＰ１と、新治療時ＣＴデータのボクセルＰ２と、新治療時ＣＴデータのあるスライス面Ｓ２を２次元で示すイメージ図、図７は、図６の斜線部分を拡大して示すイメージ図である。図５において、新治療時ＣＴデータの、あるスライス面Ｓ２に最も近い治療計画時ＣＴデータのボクセルを黒塗りで示している。この関係を２次元で説明する図が、図６および図７である。図６において、実線で示すボクセルＰ１が治療計画時ＣＴデータのボクセルであり、破線で示すボクセルＰ２が新治療時ＣＴデータのボクセルである。この新治療時ＣＴデータは、スライス面を積み重ねたデータとなっており、新治療時ＣＴデータにおけるあるスライス面Ｓ２のボクセルに注目する。

以下、図７の拡大図を用いて照合スライス面離散化部８４の動作を説明する。ＣＴデータにおいて、各ボクセルのデータは、当該ボクセルのボクセル番号と当該ボクセルのＣＴ値によって表わされる。ボクセル番号は、位置に対応した番号となっており、３次元の番号で、例えば治療計画時ＣＴデータのボクセルをＰ１_ｉ,ｊ,ｋのような番号で表わす。図７では、ボクセル番号を簡単のため２次元のみの番号で示している。図７において、治療計画時のボクセルをＰ１、初期移動量演算により求めた移動量で形状変換した後の治療時ＣＴデータ、すなわち新治療時ＣＴデータのボクセルをＰ２で表わしている。

照合スライス面離散化部８４において、例えば、スライス面Ｓ２にある新治療時のボクセルＰ２_i,j位置に最も近い治療計画時ボクセルを演算によって求める。すなわちＰ２_i,jの中心ｐ２_i,jが治療計画時ボクセルのうちどのボクセル内にあるかを演算により求める
。図７では、ｐ２_i,jは治療計画時ボクセルのＰ１_i,j内にある。この場合、新治療時ＣＴデータのボクセルＰ２_i,jのＣＴ値そのものを用いて、治療計画時ボクセルのＰ１_i,jの位置のデータとして扱う。すなわち、新治療時のボクセルのＰ２_i,jのＣＴ値が治療計画時
ボクセルのＰ１_i,jの位置にあるとして、治療時ＣＴデータを表わす。同様に、形状変換
後の治療時ＣＴデータのＰ２_i,j+3のＣＴ値が治療計画時ボクセルのＰ１_i+1,j+3にあるとして、治療時ＣＴデータを表わす。以上の処理は、新治療時ＣＴデータを、補間処理によらず、治療計画時ＣＴデータのボクセル位置そのものに置き換えて治療計画時座標系のデ
ータに変換する処理であり、離散化処理といえる。離散化処理後の治療時ＣＴデータを、離散化処理後の治療時ＣＴデータと呼ぶ。

以上のようにして、新治療時ＣＴデータのＣＴ値をそのまま用いて、離散化処理により治療計画時座標系で表わされた離散化処理後の治療時ＣＴデータが得られる。例えば特許文献２では、治療計画時ＣＴデータのボクセル位置へデータ変換する際に、新治療時ＣＴデータのＣＴ値を用いて、補間処理により治療計画時のスライス面でのＭＰＲ画像を作成することによりデータ変換を行っていた。これに対して本発明の実施の形態１によれば、補間計算を必要とせず離散化処理のみでデータ変換を行うため、計算負荷の大幅な軽減ができる。

治療計画時座標系により表わされた離散化処理後の治療時ＣＴデータを得るのは、位置決めのためのデータを得ることが目的であり、例えば人間が鑑賞する映像の表示画像のように解像度の高い画像のデータを得ることが目的ではない。本発明者らは、補間を行わず最も近い治療計画時のボクセル位置でのデータであるとして扱っても、精度の良い詳細移動量演算を行えることを見出したのである。

なお、ＣＴデータ領域の端において、新治療時ＣＴデータのボクセルの位置に対応した治療計画時ＣＴデータのボクセルが無い場合や、逆に治療計画時ＣＴデータのボクセルに対応する新治療時ＣＴデータのボクセルが無い場合が発生する。これらは、データが無いとして、無視する、すなわち次のステップである相違度算出には用いない。このように無視しても、移動量演算への影響はほとんどない。あるいは、対応するデータが無い場合は、ペナルティーとして、相違度算出時に考慮することで、より移動量算出の精度が上がる、また例えば滑降シンプレックス法において収束速度が上がる。

以上の変換を行うための、実際の演算方法について説明する。初期移動量演算部８１において求めた移動量により変換した新治療時ＣＴデータのスライス面ｓ_２、ピクセル位置(u₂, v₂)が治療計画時ＣＴデータにおけるスライス面ｓ_１、ピクセル位置(u₁, v₁)に対応する箇所を算出する。新治療時スライス面s_２とピクセル位置(u₂, v₂)は、タグ情報であ
るスライス間隔α₂と画素間隔β₂=(β_u2,β_v2)により、治療計画時座標系へ変換できる。

変換した座標は、治療計画時座標系であり３次元座標となるため、移動量による変換を行うことで、治療計画時座標系へ変換することができる。

次に、治療計画時ＣＴデータのタグ情報であるスライス間隔α₁と画素間隔β₁=(β_u1,
β_v1)を用いることで、治療計画時ＣＴデータのスライス面の連続値s’₁、ピクセル位置
の連続値(u’₁, v'₁)に変換することができる。ここで連続値とは、整数が離散値である
のに対し、少数以下を有する値という意味で使用している。


これらの位置のデータ値は、各ボクセルの中央位置を整数値とした連続値となっている。よって、算出した連続値の小数点以下を四捨五入して整数値とすることにより、各位置が、最も近い治療計画時のボクセルの中央位置に変換される。

次に、相違度算出部８５において、照合スライス面離散化部８４で求めた対応点同士のＣＴ値の相違度を算出する。相違度の算出は、ＳＳＤ（Sum of Squared Difference）や
ＳＡＤ（Sum of Absolute Difference）、ＮＣＣ（Normalized Cross-Correlation）など、周知の方法を用いればよい。移動量修正部８８において移動量を修正して、以上説明した照合スライス面生成部８３、照合スライス面離散化部８４、相違度算出部８５を用い、滑降シンプレックス法などの繰り返し計算により、相違度が最小となる最適な移動量を算出することができる。この最適な移動量が、治療台を位置決めする最終的な移動量となるので、この最終的な移動量のデータを移動量演算部８から治療台制御部９に出力して、治療台を移動することにより、治療時の位置決めを行うことができる。

なお、上記説明では、離散値を算出したが、あらかじめ回転角および平行移動量に従い、離散位置を算出するＬＵＴ（Look Up Table）を作成しておいてもよい。

以上の説明では、治療時ＣＴデータを治療計画時座標系で表わすことにより移動量を求めたが、逆に治療計画時ＣＴデータを治療時座標系で表わすことにより移動量を求めても良いことは言うまでもない。このように、治療計画時ＣＴデータと治療時ＣＴデータとは可逆であり、ＣＴデータ照合装置１０は、一方のＣＴデータを他方のＣＴデータの座標系で表わし、一方のＣＴデータを移動させて変換しながら双方のＣＴデータを照合することにより、最も照合する一方のＣＴデータの移動量を求める装置であると言える。一方のＣ
Ｔデータを第二のＣＴデータ、他方のＣＴデータを第一のＣＴデータとすると、上記の説明は、第一のＣＴデータが治療計画時ＣＴデータであり、第二のＣＴデータが治療時ＣＴデータということになる。上記の説明において、治療時ＣＴデータを治療計画時ＣＴデータに置き換え、治療計画時ＣＴデータを治療時ＣＴデータに置き換えると、治療計画時ＣＴデータを治療時座標系で表わすことにより移動量を求めることになる。この場合、第一のＣＴデータは治療時ＣＴデータとなり、第二のＣＴデータが治療計画時データとなる。患者位置決めシステムは、ＣＴデータ照合装置１０により求めた移動量に基づいて治療台を移動させて位置決めを行う装置ということになる。

ＣＴデータ照合装置１０において、第一のＣＴデータと第二のＣＴデータとを用いて第二のＣＴデータを第二のＣＴデータに合わせるための最適な移動量を求める手順、すなわちＣＴデータ照合方法を、図８のフローチャートにまとめて示す。まず、第一のＣＴデータと第二のＣＴデータを取得し（ＳＴ０）、第一のＣＴデータと第二のＣＴデータとの誤差関数が最小となるようにＩＣＰ法を用いて、第二のＣＴデータの初期移動量を求める初期移動量演算を行う（ＳＴ１）。次に、求めた初期移動量により第二のＣＴデータを変換して新第二のＣＴデータを生成する（ＳＴ２）。新第二のＣＴデータの各々のボクセルに最も近い第一のＣＴデータのボクセルを求めて、新第二のＣＴデータに対して離散化処理を行って、新第二のＣＴデータを第一のＣＴデータの座標系で表わす離散化処理後の第二のＣＴデータを生成する（ＳＴ３）。第一のＣＴデータと、離散化処理後の第二のＣＴデータとの相違度を算出する（ＳＴ４）。相違度が最小となる最適移動量が求まったかどうか判断する（ＳＴ５）。最適移動量がまだ求まっていないとき（ＳＴ５ ＮＯ）は移動量を修正して（ＳＴ６）ステップＳＴ２に戻り、修正した移動量により第二のＣＴデータを変換して照合スライス面を生成する（ＳＴ２）。その後は、最適移動量が求まるまで（ＳＴ５ ＹＥＳ）、ＳＴ２〜ＳＴ６を繰り返す。

実施の形態２．
図９は、本発明の実施の形態２による患者位置決めシステムの構成を示すブロック図である。本実施の形態２においても実施の形態１と同様に、治療計画時に患者１のＣＴ画像をＣＴスキャナ２で撮影して治療計画時ＣＴデータを取得し、治療時において患者１のＣＴ画像をＣＴスキャナ２で撮影して治療時ＣＴデータを取得する。この治療計画時ＣＴデータと治療時ＣＴデータとを用いて移動量演算を行う。移動量演算では、まず、特許文献２に記載されている技術と同様に特徴点を抽出した結果を用いてＩＣＰにより初期移動量演算を行う。初期移動量演算後に、断面をＣＴスライス面に量子化することにより、詳細移動量演算を行う。

以下、図９のブロック図を用いて、実施の形態２における動作について説明する。治療計画時は、実施の形態１と同様の動作である。治療時の動作は以下のようである。ＣＴデータ取得部５より、治療時における患者１のＣＴデータを取得し、初期移動量演算部８１へ治療時ＣＴデータとして出力する。治療時ＣＴデータは、治療計画時ＣＴデータと同様に、複数のスライス画像が集まったデータとなっており、タグ情報も同時に取得している。初期移動量演算部８１では、治療計画時ＣＴデータ保存部６に保存された治療計画時ＣＴデータとタグ情報を読み込む。

初期移動量演算部８１では、治療計画時ＣＴデータと治療時ＣＴデータを用いて、患者の位置決めを行うための移動量を算出する。ここで、移動量を、患者のＸ、Ｙ、Ｚ方向への平行移動ベクトルＴとＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を軸とした回転行列Ｒと定義する。初期移動量演算部８１では、図４に示すように、特徴点を抽出した結果を用いてＩＣＰにより初期位置あわせを行えばよい。ＩＣＰ法では、治療計画時のＮ個の３次元特徴点をXn=(xn, yn, zn)と移動ベクトルＴ、回転行列Ｒにより変換した治療計画時の３次元特徴点に最も近い
治療時の３次元特徴点をX’n=(xn, yn, zn)としたとき、実施の形態１と同様式（１）を
満たす移動ベクトルＴと回転行列Ｒを算出する。

本実施の形態２では、図９に示すように局所領域抽出部８６を備えている。この局所領域抽出部８６では、治療時ＣＴデータから特徴的な領域のみを抽出する。たとえば、骨のコーナーやエッジといった、画像として隣接する部分と明確に識別できる箇所から、Ｎ×Ｍピクセルの領域を抽出する。ここでは、抽出した特徴的な領域を局所領域と呼ぶ。また、この抽出した局所領域の治療時ＣＴデータを、治療時局所領域ＣＴデータと呼ぶことにする。

詳細移動量演算部８２では、初期移動量演算部８１で算出した移動量を元に、局所領域のＣＴ値を基準とした移動量演算を行い、移動量を算出する。詳細移動量演算部８２は、照合スライス面生成部８３、照合スライス面離散化部８４、相違度算出部８５を用い、滑降シンプレックス法などにより、最適な移動量を算出する。滑降シンプレックス法においても、相違度を最小とする移動量を求めることとなる。

照合スライス面生成部８３では、初期移動量演算部８１により算出した初期移動量を用いて、局所領域抽出部８６で求めた治療時局所領域ＣＴデータの形状を変換して新治療時局所領域ＣＴデータを得る。この形状変換は実施の形態１と同様の方法で実行できる。すなわち、平行移動ベクトルと回転行列による変換で求めることが可能である。

次に、照合スライス面離散化部８４において、新治療時局所領域ＣＴデータのスライス面に最も近い治療計画時のボクセル群を算出する。図１０に、局所領域が複数の場合の離散化のイメージを示す。新治療時局所領域のスライス面ｓ３に最も近い治療計画時のボクセルを黒塗で示している。離散化方法は、実施の形態１と同様の方法、で行う。すなわち、新治療時局所領域のボクセルの中心が治療計画時ボクセルのうちどのボクセル内にあるかを演算により求める。これにより、新治療時局所領域ＣＴデータが治療計画時座標系で表わされた、離散化処理後の治療時局所領域ＣＴデータが得られる。

次に、相違度算出部８５において、照合スライス面離散化部８４で求めた離散化処理後の治療時局所領域ＣＴデータとこれに対応する点の治療計画時ＣＴデータとのＣＴ値の相違度を算出する。ここで、相違度の算出に用いる領域は、Ｎ×Ｍピクセルの局所領域のみである。局所領域は、隣接する部分と明確に識別できる箇所であるから、この局所領域のみを用いて相違度を算出することにより、移動量演算の評価指数としての相違度の役目を十分に果たす。なお、相違度の算出は、ＳＳＤ（Sum of Squared Difference）やＳＡＤ
（Sum of Absolute Difference）、ＮＣＣ（Normalized Cross-Correlation）といった周知の方法を用いればよい。以上のように、本実施の形態２によれば、ＣＴデータ全体の相違度を算出する必要が無いため、計算負荷がさらに軽減できる。

以上説明した照合スライス面生成部８３、照合スライス面離散化部８４、相違度算出部８５、移動量修正部８８を用い、滑降シンプレックス法など移動量の修正による繰り返し計算により、最適な移動量を算出することができる。この最適な移動量が、治療台を位置決めする最終的な移動量となるので、この最終的な移動量のデータを移動量演算部８から治療台制御部９に出力して、治療台を移動することにより、治療時の位置決めを行うことができる。

以上では、詳細移動量演算を、局所領域を用いて実行する場合を説明した。図１１のブロック図に示すように、局所領域抽出部８６で抽出した局所領域の治療時ＣＴデータを用いて、初期移動量演算部８１において初期移動量演算を行うこともできる。

実施の形態３．
図１２は、本発明の実施の形態３による患者位置決めシステムの構成を示すブロック図である。実施の形態２では、局所領域を治療時ＣＴデータから抽出していたが、実施の形態３では、治療計画時ＣＴデータから局所領域を抽出する。局所領域抽出部８７では、治療計画時ＣＴデータ保存部６に保存されている治療計画時ＣＴデータから、特徴的な領域のみを抽出する。たとえば、骨のコーナーやエッジといった、画像として隣接する部分と明確に識別できる箇所から、Ｎ×Ｍピクセルの領域を抽出する。この抽出した局所領域の治療計画時ＣＴデータを、治療計画時局所領域ＣＴデータと呼ぶことにする。

次に、実施の形態３における移動量演算について説明する。初期移動量演算部８１では、実施の形態１や実施の形態２と同様、治療計画時ＣＴデータと治療時ＣＴデータを用いて、患者の位置決めを行うための移動量を算出する。詳細移動量演算部８２では、初期移動量演算部８１で算出した移動量を元に、局所領域のＣＴ値を基準とした移動量演算を行い、移動量を算出する。本実施の形態３では、治療計画時局所領域ＣＴデータを初期移動量演算部８１で求めた移動量により形状変換して新治療計画時局所領域ＣＴデータを得る。この形状変換は実施の形態１と同様の方法で実行できる。すなわち、平行移動ベクトルと回転行列による変換で求めることが可能である。

次に、照合スライス面離散化部８４において、新治療計画時局所領域ＣＴデータのスライス面に最も近い治療時のボクセル群を算出する。この算出方法は、実施の形態１と同様の方法で行う。すなわち、新治療計画時局所領域のボクセルの中心が治療時ボクセルのうちどのボクセル内にあるかを演算により求める。これにより、新治療計画時局所領域ＣＴデータが治療時座標系で表わされた離散化処理後の治療計画時局所領域ＣＴデータが得られる。相違度算出部８５において、照合スライス面離散化部８４で求めた離散缶処理後の治療計画時局所領域ＣＴデータとこれに対応する治療時ＣＴデータとのＣＴ値の相違度を算出する。ここで、相違度の算出に用いる領域は、Ｎ×Ｍピクセルの局所領域のみである。局所領域は、隣接する部分と明確に識別できる箇所であるから、この局所領域のみを用いて相違度を算出することにより、移動量演算の評価指数としての相違度の役目を十分に果たす。なお、相違度の算出は、ＳＳＤ（Sum of Squared Difference）やＳＡＤ（Sum of Absolute Difference）、ＮＣＣ（Normalized Cross-Correlation）といった周知の方
法を用いればよい。以上のように、本実施の形態３によれば、実施の形態２と同様、ＣＴデータ全体の相違度を算出する必要が無いため、計算負荷がさらに軽減できる。

以上説明した照合スライス面生成部８３、照合スライス面離散化部８４、相違度算出部８５を用い、滑降シンプレックス法など移動量の修正による繰り返し計算により、最適な移動量を算出することができる。この最適な移動量が、治療台を位置決めする最終的な移動量となる。本実施の形態３では、移動量は治療計画時座標系を治療時座標系に合わせるための移動量となっている。一方、治療台は、治療時座標系を治療計画時座標系に合わせるための移動量により移動させる必要がある。この移動量は、求めた移動量と符号を逆にすれば良いため簡単に求めることができる。この移動量のデータを移動量演算部８から治療台制御部９に出力して、治療台を移動することにより、治療時の位置決めを行うことができる。

１：患者 ２：ＣＴスキャナ
３：治療台 ５：ＣＴデータ取得部
６：治療時ＣＴデータ保存部 ８：移動量演算部
８１：初期移動量演算部 ８２：詳細移動量演算部
８３：照合スライス面生成部 ８４：照合スライス面離散化部
８５：相違度算出部 ８６、８７：局所領域抽出部
８８：移動量修正部

Claims (7)

1. 第一のＣＴデータと第二のＣＴデータを取得するＣＴデータ取得部と、
   前記第一のＣＴデータと前記第二のＣＴデータとの誤差関数が最小となるようにＩＣＰ法を用いて前記第二のＣＴデータの移動量を求めて出力する初期移動量演算部と、
   入力された移動量により前記第二のＣＴデータを変換して新第二のＣＴデータを生成する照合スライス面生成部と、前記新第二のＣＴデータの各々のボクセルに最も近い前記第一のＣＴデータのボクセルを求めて、前記新第二のＣＴデータの各々のボクセルのＣＴ値はそのままで、前記新第二のＣＴデータの各々のボクセルの位置を前記求めた最も近い前記第一のＣＴデータのボクセル位置に変換することにより、前記新第二のＣＴデータを前記第一のＣＴデータの座標系で表わした離散化処理後の第二のＣＴデータを生成する照合スライス面離散化部と、前記離散化処理後の第二のＣＴデータと、前記第一のＣＴデータとの相違度を算出する相違度算出部と、前記入力された移動量を修正して修正された移動量を前記照合スライス面生成部に出力する移動量修正部とを有し、前記照合スライス面生成部と、前記照合スライス面離散化部と、前記相違度算出部と、前記移動量修正部とにより繰り返し演算を行って、前記相違度算出部において算出する相違度が最小となる最適移動量を求める詳細移動量演算部と
   を備えたことを特徴とするＣＴデータ照合装置。
2. 前記第二のＣＴデータから、特徴的な領域のみを抽出して、前記第二のＣＴデータを局所領域の第二のＣＴデータとし、詳細移動量演算部においては、変換する第二のＣＴデータを前記局所領域の第二のＣＴデータに置き換えて最適移動量を求めることを特徴とする請求項１に記載のＣＴデータ照合装置。
3. 患者の患部に放射線を照射して治療を行う放射線治療時に患者を載せる治療台を位置決めする患者位置決めシステムであって、
   請求項１または２に記載のＣＴデータ照合装置により求めた最適移動量に基づいて前記治療台の位置決めを行うことを特徴とする患者位置決めシステム。
4. 前記第一のＣＴデータは、治療計画時に取得した前記患者のＣＴデータであり、前記第二のＣＴデータは、治療時に取得した前記患者のＣＴデータであることを特徴とする請求項３に記載の患者位置決めシステム。
5. 前記第二のＣＴデータは、治療計画時に取得した前記患者のＣＴデータであり、前記第一のＣＴデータは、治療時に取得した前記患者のＣＴデータであることを特徴とする請求項３に記載の患者位置決めシステム。
6. 第一のＣＴデータと第二のＣＴデータを取得するＣＴデータ取得ステップと、
   前記第一のＣＴデータと前記第二のＣＴデータとの誤差関数が最小となるようにＩＣＰ法を用いて前記第二のＣＴデータの移動量を求める初期移動量演算ステップと、
   前記求めた移動量、または修正された移動量を用いて前記第二のＣＴデータを変換して新第二のＣＴデータを生成する照合スライス面生成ステップと、
   前記新第二のＣＴデータの各々のボクセルに最も近い前記第一のＣＴデータのボクセルを求めて、前記新第二のＣＴデータの各々のボクセルのＣＴ値はそのままで、前記求めた最も近い前記第一のＣＴデータのボクセル位置に変換して前記新第二のＣＴデータを前記第一のＣＴデータの座標系で表わした離散化処理後の第二のＣＴデータを生成する照合スライス面離散化ステップと、前記離散化処理後の第二のＣＴデータと、前記第一のＣＴデータとの相違度を算出する相違度算出ステップと、前記照合スライス面生成ステップにおいて用いた移動量を修正して前記照合スライス面生成ステップにおいて次回用いる前記修正された移動量を決定する移動量修正ステップと、を含み、前記照合スライス面生成ステップと、前記照合スライス面離散化ステップと、前記相違度算出ステップと、前記移動量修正ステップと、を繰り返して、前記相違度算出ステップで算出する相違度が最小となる最適移動量を求める詳細移動量演算ステップと、
   をＣＴデータ照合装置が実行することを特徴とするＣＴデータ照合方法。
   
7. 前記第二のＣＴデータから、特徴的な領域のみを抽出して、前記第二のＣＴデータを局所領域の第二のＣＴデータとし、詳細移動量演算ステップにおいては、変換する第二のＣＴデータを前記局所領域の第二のＣＴデータに置き換えて最適移動量を求めることを特徴とする請求項６に記載のＣＴデータ照合方法。