JP6215108B2 - 放射線治療装置向けベッド位置決め装置 - Google Patents

Description

本発明は、放射線治療向けベッド位置決め装置に関する。

放射線治療において、治療時にベッド上の被検体をＸ線透視撮影し、撮影された画像と治療計画の基準画像との比較により、被検体位置が計画と一致するようベッドを位置決めする。

高精度な放射線治療である粒子線治療やＸ線ＩＭＲＴ（Intensity Modulated Radiation Therapy）などでは標的に集中した線量分布が実現可能であり、位置決めにおいても被検体中の標的の位置を計画と高精度に一致させる必要がある。

位置決めに用いる治療時の画像としては、Ｘ線透視画像やＸ線ＣＴ(Computed Tomography)画像が用いられる。Ｘ線透視画像は主に骨構造等のＸ線コントラストの高い構造物の位置を明確に確認可能な２次元画像であり、直交する２方向から撮影して、被検体内の骨構造等を基にした位置決めに用いられる。Ｘ線ＣＴ画像は軟組織も確認可能な３次元画像であり、放射線治療の標的の位置を確認し、被検体の位置決めを行う。これらは被検体の治療対象部位や、治療方法によって使い分けられるため、同一の装置で選択的に実施できることが望ましい。

Ｘ線透視画像による位置決めでは、治療計画ＣＴ画像から被検体と治療装置の相対位置関係を基に数値シミュレーションにより作成された模擬透視画像、又は、事前に計画通りの位置で撮影したＸ線透視画像と、治療時の透視画像に写った被検体位置を一致させる（２Ｄ／２Ｄ位置決め）。また、それとは別に、治療計画ＣＴ画像から様々な被検体と治療装置の相対位置関係で模擬透視画像を計算し、治療時の透視画像との比較から被検体のずれ量を算出して位置決めする方法がある（３Ｄ／２Ｄ位置決め）。

ＣＴ画像を用いる位置決めでは主にコーンビームＣＴが用いられる。放射線治療装置は一般に任意の方向から治療放射線を照射するために回転可能な治療放射線照射装置を備え、治療放射線照射装置にＸ線撮影装置を付加することで、回転撮影し、コーンビームＣＴ撮影機能を実現する。ＣＴ撮影により撮影された被検体内部の軟組織位置を計画と一致させる、又は、骨構造等で位置決めし、軟組織位置が正しい位置にあるか確認する。一般に治療放射線治療装置に設置されたＸ線撮影装置は、Ｘ線透視画像による位置決めにも使用され、少ない機器点数で両方の位置決めを可能としている。

被検体以外の構造物を透視画像から除去する背景技術として、特許4344825（特許文献１）がある。特許文献１には以下の方法が記載されている。模擬透視画像と照射野確認画像（ＬＧ: Liniac Graphy）を用いて患者位置決めするシステムにおいて、模擬透視画像とＬＧを位置合わせし、コリメータの形状データを基にＬＧ上のコリメータのエッジを除去し、除去画像により擬透視画像とＬＧのずれを検出する。

特許4344825

コーンビームＣＴ撮影では、高画質化を目的としてボウタイフィルタをつけて撮影する場合がある。図７に示すように、ボウタイフィルタ５は被写体の厚みが少ない辺縁部でのＸ線量を減らすための金属性の構造体であり、Ｘ線管の下流に設置される。ＣＴの回転軸方向にはボウタイフィルタ５の厚みは一様であるのに対し、回転軸と垂直な方向には被写体の厚みに応じてボウタイフィルタ５の厚みが異なる。これにより撮影されるＸ線透視画像では、辺縁部に構造体が写ることになる。ＣＴ画像の再構成では、写った構造体を考慮して再構成する。一方で、ボウタイフィルタの写りこんだＸ線画像をそのまま３Ｄ／２Ｄ位置決めに用いると、誤差が生じる可能性がある。高精度の３Ｄ／２Ｄ位置決めをするにボウタイフィルタを外せば良いが、取り外しに時間がかかり、治療のスループットを低減させる問題があった。

ボウタイフィルタが写りこんだ透視画像からボウタイフィルタを除去する方法として、予めボウタイフィルタの構造を読み込み、その情報を基にボウタイフィルタを除去する処理が考えられる。しかしながら、実際にはＸ線の撮影条件（Ｘ線強度など）毎に画像への写り方が異なる。除去したい構造物がコリメータの場合、コリメータ端部の投影形状のみ分かれば除去処理が可能である。しかしながら、ボウタイフィルタの場合、撮像の対象物と重なって映っているため、写り方に応じて除去処理をする必要がある。よって、構造情報だけからボウタイフィルタを除去することは困難である。実際には構造情報として、Ｘ線撮影条件毎に撮影したボウタイフィルタ投影画像情報を用いて除去する必要があり、適用が困難である。

本発明の目的は、ＣＴ撮影時に必要なボウタイフィルタを、３Ｄ／２Ｄ位置決めにおいて、事前の除去用画像データなしに除去して高精度なベッド位置決めを実現することにある。

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、「ベッド上の被検体周辺でＸ線管及びＸ線検出器を回転させることで、Ｘ線透視画像撮影及びＣＴ画像撮影が可能な放射線治療システムのベッド位置決め装置であって、計画ＣＴ画像から生成された模擬透視画像とＸ線管及びＸ線検出器で撮像された第１Ｘ線透視画像から差分画像を生成し、当該差分画像を予め定められた指定方向で処理した補正用画像を用いて第１Ｘ線透視画像を補正し、当該補正後の第２Ｘ線透視画像と模擬透視画像を比較してベッドの移動量を求める透視画像位置決め装置を備えることを特徴とするベッド位置決め装置」にある。

予め多数の補正画像データを用意する必要なく、位置決め計算に用いるＣＴ画像、透視画像からボウタイフィルタなどの構造物を除去し、高精度なベッド位置決めを可能とする。

治療計画装置と本発明の一実施形態である放射線治療向けベッド位置決め装置の構成を示す構成図である。 実施例１の放射線治療向けベッド位置決め装置を構成する透視画像位置決め装置の構成図である。 実施例１の放射線治療向けベッド位置決め装置によるベッド位置決めのフローを示すフローチャートである。 透視画像から補正透視画像を作成するまでの手順を説明する説明図である。 実施例２の放射線治療向けベッド位置決め装置を構成する透視画像位置決め装置の構成図の例である。 実施例２の放射線治療向けベッド位置決め装置によるベッド位置決めのフローを示すフローチャートである。 ボウタイフィルタの概略図である。

以下、実施例を図面を用いて説明する。

本実施例では、３Ｄ／２Ｄ位置決めを行うベッド位置決め装置を例に説明する。図１は、本実施例のベッド位置決め装置１００の構成図の例である。放射線治療を受ける被検体１がベッド（支持台）２に支持される。ベッド２は平行移動、回転の駆動機構を備え、被検体１を乗せたまま移動させることができる。治療放射線照射装置３は回転機構を持ち、回転軸周りの任意の方向から被検体１に対し治療放射線を照射することができる。

治療放射線治療装置３には、Ｘ線管４とＸ線検出器５が支持アームを通して設置されている。治療放射線照射装置３の回転に伴い、Ｘ線管４及びＸ線検出器５が回転軸周りに回転する。ベッド２上の被検体１のまわりをＸ線管４とＸ線検出器５を回転することで、被検体１の任意の方向からの透視画像を撮影可能である。

治療時には画像撮影制御装置９が治療放射線照射装置３に指令を出して、撮影角度に回転し、Ｘ線管４及びＸ線検出器５を制御してＸ線画像を撮影する。特定の角度で停止した状態で撮影するＸ線透視画像撮影モードや、回転しながら複数の方向から撮影するＣＴ撮影モードを切り替えて実施することができる。

画像撮影制御装置９のＣＴ撮影モードでは、Ｘ線管４とＸ線検出器５を回転させながら、間欠的、又は連続的にＸ線透視画像を撮影することで、被検体１の複数の方向の透視画像を撮影することができる。撮影された画像をＣＴ再構成装置１０で再構成することにより、ベッド２上の被検体１のＣＴ画像を取得できる。ＣＴ画像は被検体１の断層像であり、複数の断層像から被検体１の３次元構造の情報を持った画像となる。また、ＣＴ撮影時に、Ｘ線管４とＸ線検出器５の間にボウタイフィルタ５を設置することで、被検体１を高精度に撮像できＣＴ画像を高画質化することができる。Ｘ線管４から放出されたＸ線は、ボウタイフィルタ５を通過し、その後に被検体１を通過ししＸ線検出器５で検出される。ボウタイフィルタ５は、図７に示すように、被写体（被検体）の厚みが少ない辺縁部でのＸ線量を減らすための金属性の構造体であり、Ｘ線管４の下流側に設置される。ＣＴの回転軸方向にはボウタイフィルタ５の厚みは一様であるのに対し、回転軸と垂直な方向には被写体の厚みに応じてボウタイフィルタ６の厚みが異なる。

ＣＴ画像を用いる位置決めでは、撮影したＣＴ画像をＣＴ画像位置決め装置１１に送信し、治療計画ＣＴと被検体１の位置のずれを算出する。ずれの算出では、画像の類似度の指標である相互情報量や相関係数等を用いて最も画像が類似する位置を探索し、計画とのずれ量を求める。ずれ量を補正後の治療時ＣＴ画像と、治療計画ＣＴ画像を位置決め結果表示装置１２にて表示する。操作者が確認後、ＣＴ画像位置決め装置１１は、求めた計画とのずれ量に基づいてベッド２の移動量を求め、ベッドの移動量情報を治療放射線照射装置３に出力する。治療放射線照射装置３は受け取ったベッドの移動量情報に基づいてベッド２を駆動し、被検体１を正しい位置（計画した位置）に移動する。

画像撮影制御装置９のＸ線透視画像撮影モードでは、Ｘ線管４及びＸ線検出器５を用いて、位置決めに用いる方向からのＸ線の撮影を行う。一般に被検体１の正面方向と側面方向からの２方向のＸ線撮影を行う。撮影された画像が透視画像位置決め装置１２に送信される。透視画像位置決め装置１２では、治療計画ＣＴ画像から被検体１と治療放射線照射装置３の相対位置関係を基に数値シミュレーションにより作成された模擬透視画像、又は、事前に計画通りの位置で撮影したＸ線透視画像と、治療時の透視画像に写った被検体位置を一致させる２Ｄ／２Ｄ位置決め計算か、または、治療計画ＣＴ画像から様々な被検体１と治療放射線照射装置３の相対位置関係で模擬透視画像を計算し、治療時の透視画像との比較から被検体１のずれ量を算出して位置決めする３Ｄ／２Ｄ位置決め計算を行う。それぞれの計算結果のずれ量を補正した画像を表示装置１２にて表示する。操作者が確認後、透視画像位置決め装置１２は、求めた計画とのずれ量に基づいてベッド２の移動量を求め、ベッドの移動量情報を治療放射線照射装置３に出力する。治療放射線照射装置３は受け取ったベッドの移動量情報に基づいて、ベッド２を駆動し、被検体１を正しい位置に移動する。

図２は、透視画像位置決め装置１２の構成の例である。透視画像位置決め装置１２は、３Ｄ／２Ｄ位置決め計算を行う被検体ずれ量計算部２１、求められたすれ量を基にＸ線透視画像と一致する位置で模擬透視画像を生成し、Ｘ線透視画像から減算する画像減算部２２、ＣＴ画像撮影軸方向に画像を平均化する回転軸方向平均部２３を備える。

次に、本実施形態の処理手順を、図３を用いて説明する。図３は、本実施形態における処理内容を表すフローチャートである。

ベッド位置決め装置１００によるベッド位置決めが開始されると、ステップＳ９０において、オペレータの指示により画像撮影装置９をＸ線透視画像撮影モードに切り替える。

その後、ステップＳ１００に進み、被検体１の正面方向、及び、側面方向からのＸ線透視画像２１０を撮影する。Ｘ線管４とＸ線検出器５が一組の場合、それぞれの方向からの撮影には治療放射線照射装置３を回転させ、Ｘ線管４及びＸ線検出器５を回転させて所定の位置に停止させてから撮影する。複数のＸ線管４とＸ線検出器５がある場合には、複数の方向をほぼ同時に撮影してよい。

その後、ステップＳ１１０に進み、画像撮影制御装置９が２方向のＸ線透視画像２００を透視画像位置決め装置１２に送信する。

その後、ステップＳ１２０に進み、透視画像位置決め装置１２の被検体ずれ量計算部２１が２方向のＸ線透視画像２００とＣＴ画像を基に予備的に３Ｄ／２Ｄ位置決め計算を行う。この時、Ｘ線透視画像２００にはボウタイフィルタ５が写りこんでおり、被検体１以外の構造物を含めた画像で画像の類似度を比較するため、誤差が生じているが、模擬透視画像２１０中の被検体１の投影像とＸ線透視画像２００中の被検体１の投影像はおおよそ一致している。基準画像である計画ＣＴ画像から生成された模擬透視画像２１０にはボウタイフィルタ５は写っていないため、被検体１の投影像のみが一致しており、それ以外の構造物はＸ線透視画像２００のみに写っている状態である。

その後、ステップＳ１３０に進み、画像減算部２１により、それぞれのＸ線透視画像２００から、予備位置決めされた配置での模擬透視画像２１０を減算した、差分画像２２０を作成する。模擬透視画像２１０とＸ線透視画像２００では、被検体１の投影像がおおよそ一致しているため、差分画像２２０ではおおよそ被検体１以外の構造物のみが写った画像となる。特にボウタイフィルタ５が入っている場合には、ボウタイフィルタ５の成分が濃く写ることになる。差分画像２２０の作成時に予め設定された係数をかけて差分を取っても良い。また、骨の強調処理等を実施しても良い。ＣＴ画像中であらかじめ分離が容易なベッドを除去してから模擬透視画像２１０を作成しても良い。

その後、ステップＳ１４０に進み、回転軸方向平均部２３により、差分画像２２０をＣＴ画像撮像軸方向（治療放射線照射装置３のＸ線管４及びＸ線検出器５の回転軸の方向）に平均化する。これはボウタイフィルタ５が、ＣＴ画像撮像軸方向で略一様な厚みを備えるためである。差分画像２２０にはボウタイフィルタ５以外の物質も写っているが、平均化処理をすることで均され、ＣＴ画像撮像軸方向に一様な媒質が強調される。この平均された画像を補正用画像２３０と呼ぶ。

１組のＸ線管４及びＸ線検出器５で複数の角度から撮影する場合には、同一のボウタイフィルタ５で撮影することになる。その場合、補正用画像２３０中のボウタイフィルタ５成分は同一となるはずである。よって、回転軸方向平均部２３により、複数の方向から得られたそれぞれの補正用画２３０の平均を取ることで誤差を低減することもできる。

その後、ステップＳ１５０に進み、画像減算部２２により、透視画像２００から補正用画像を差し引き、補正透視画像（第２Ｘ線透視画像）２４０を作成する。補正透視画像２４０はボウタイフィルタ５成分が低減され、おおよそ被検体１のみが写った画像となる。

その後、ステップＳ１６０に進み、被検体ずれ量計算部２１により、補正透視画像２４０とＣＴ画像を用いて３Ｄ／２Ｄ位置決め計算を行う。補正後透視画像２４０と模擬透視画像２１０には双方ともおおよそ被検体１のみが写った画像となるため、高精度の位置決めが可能となる。

その後、ステップＳ１７０に進み、透視画像位置決め装置１２から位置ずれ量を補正するベッド位置をベッド２に送信し、ベッドを移動させる。

ここで、ステップＳ１６０で得られた高精度の位置決め計算結果を基に、ステップＳ１３０からステップＳ１５０の補正透視画像２４０の作成を修正することでさらに高精度の位置決め計算が可能となる。この過程を再帰的に行い、より高精度に位置決め計算をしても良い。

本実施例では、実施例１に記載の３Ｄ／２Ｄ位置決めを行う装置１００において、透視画像位置決め装置の中の回転軸方向平均部２３を図５に記載の回転軸方向最頻値抽出部２４に置き換えた位置決め装置について説明する。

フローチャートは図６となり、図３で示したフローチャートのステップＳ１４０がステップＳ３４０に置き換わったものとなる。差分画像２２０の作成までは、実施例１のフローチャート（図３）と同一の手順で実施され、ステップＳ３４０にて、ＣＴ画像回転軸方向に平均を取るのではなく、最頻値を取る。最頻値とは、画像のＣＴ画像撮像軸方向の線上の画素を同一画素値を取る組に分け、画素数が最も大きい組の画素値のことを示す。特に画像全体に被検体１が部分的にしか写っていない場合に有効である。その場合、ボウタイフィルタ５のみを通過して画像化される領域が存在し、一様である。一方で、被検体を通過した領域は減算処理によりおおよそボウタイフィルタのみの画像となっている。この画像でＣＴ画像回転軸方向に最頻値を取ると、ボウタイフィルタのみが写った領域が抽出される。よって、ＣＴ画像回転軸方向に得られた最頻値で一様な値を持った画像を補正用画像２３０とすることで、より高精度にボウタイフィルタを除去した高精度の位置決め計算が可能となる。

１ 被検体
２ ベッド
３ 治療放射線照射装置
４ Ｘ線管
５ Ｘ線検出器
９ 画像撮影制御装置
１０ ＣＴ再構成装置
１１ ＣＴ画像位置決め装置
１２ 透視画像位置決め装置
１３ 位置決め結果表示装置
１４ 治療計画装置
２１ 被検体ずれ量計算部
２２ 画像減算部
２３ 回転軸方向平均部
２４ 回転軸方向最頻値抽出部
２００ Ｘ線透視画像
２１０ 模擬透視画像
２２０ 差分画像
２３０ 補正用画像
２４０ 補正透視画像

Claims (4)

1. ベッド上の被検体周辺でＸ線管及びＸ線検出器を回転させることで、Ｘ線透視画像撮影及びＣＴ画像撮影が可能な放射線治療システムのベッド位置決め装置であって、
   計画ＣＴ画像から生成された模擬透視画像と前記Ｘ線管及び前記Ｘ線検出器で撮像された第１Ｘ線透視画像から差分画像を生成し、当該差分画像を前記Ｘ線管の回転する軸方向に平均化して生成された、または当該差分画像の当該軸方向における画素の最頻値に基づき生成された補正用画像を用いて前記第１Ｘ線透視画像を補正し、当該補正後の第２Ｘ線透視画像と前記模擬透視画像を比較して前記ベッドの移動量を求める透視画像位置決め装置を備えることを特徴とするベッド位置決め装置。
2. 前記Ｘ線管と前記Ｘ線検出器の間に配置される構造物を備え、
   前記第１Ｘ線透視画像は前記構造物を配置して撮像された透視画像であり、前記計画ＣＴ画像は前記構造体が映っていない基準となるＣＴ画像であることを特徴とする請求項１に記載のベッド位置決め装置。
3. 前記構造物は、前記Ｘ線管及びＸ線検出器の回転軸の方向には厚みが略一様であり、前記回転軸と垂直な方向には厚みが異なる構成を有することを特徴とする請求項２に記載のベッド位置決め装置。
4. 前記透視画像位置決め装置は、
   前記補正用画像を用いて前記第１Ｘ線透視画像を補正することで、前記構造物を第１透視画像から除去した第２Ｘ線透視画像を生成することを特徴とする請求項２又は３に記載のベッド位置決め装置。