JP6607015B2 - X線撮影装置、被検者の位置決め装置および被検者の位置決め方法 - Google Patents

X線撮影装置、被検者の位置決め装置および被検者の位置決め方法 Download PDF

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Description

この発明は、X線撮影装置、被検者の位置決め装置および被検者の位置決め方法に関する。
癌等の患部に対してX線、電子線、粒子線等の放射線を照射する放射線治療においては、放射線を患部に正確に照射する必要がある。放射線治療装置を利用して放射線治療を実行するときには、治療に先だって治療計画が策定される。そして、放射線治療の実行時には、患者の位置が治療計画時と一致するように位置決めを行うことが必要となる。このような位置決めを行う場合には、DRRとX線画像との比較が実行される(特許文献1参照)。
X線CT装置により収集した3次元画像データを利用した仮想的透視投影であるDRR(Degital Reconstructed Radiography:デジタル再投影放射線画像)を作成するときには、コンピュータ上にX線撮影装置におけるX線撮影系の幾何学的配置を再現する。すなわち、コンピュータ上に、仮想的に、CT画像を挟んでX線管とX線検出器の幾何学配置であるジオメトリを再現する。そして、仮想的なX線管から仮想的なX線検出器を結ぶ線分上にあるCTデータボクセルにおけるCT値の線積分を求める。しかる後、CT値の線積分を線減弱係数の線積分に変換してX線の減弱を算出し、これに基づいて各画素に到達する相対X線量を計算する。そして、相対X線量に正規化を施すことにより、各画素の画素値を算出してDRRを得ている。
一方、X線画像を作成するときには、X線管とX線検出器とから成るX線撮影装置におけるX線撮影系の幾何学的配置をDRR作成時と一致させた状態でX線撮影を実行する。そして、このようにして得られたX線画像とDRRとを比較することにより、被検者の位置ずれ量を演算し、演算された位置ずれ量に基づいて被検者を載置した検診台を移動させることにより被検者の位置決めを行っている。
特開2013ー99431号公報
上述したX線画像を得るためにX線撮影を実行する場合においては、X線管に対する管電圧の大きさ等のX線条件を設定する必要がある。このときのX線条件は、X線が被検者を通過する距離である体厚の厚い被検者に対しても、適切なX線撮影が実行し得るように設定されている。このため、体厚の薄い被検者に対しては、より少ないX線量でもX線撮影が可能であるにもかかわらず、高い線量のX線条件で撮影が行われるという問題が生じている。
この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、被検者の体厚に応じた適切なX線条件でX線撮影を実行することが可能なX線撮影装置、被検者の位置決め装置および被検者の位置決め方法を提供することを目的とする。
第1の発明は、X線管およびX線検出器からなるX線撮影系と被検者をX線CT撮影して得たX線CTボリュームデータとが位置決めされた状態において、前記X線管と前記X線検出器とを結ぶX線の光軸が前記X線CTボリュームデータにおける前記被検者に相当する領域を通過する距離を体厚として演算する体厚演算部と、前記体厚演算部により演算された前記被検者の撮影領域の体厚に基づいて、前記被検者の位置決め時における前記X線管に対するX線条件を決定するX線条件決定部と、を備え、前記X線条件決定部により決定されたX線条件によって前記X線管から照射され前記被検者を通過したX線を前記X線検出器により検出することにより得られたX線画像と、コンピュータ上に前記X線撮影系の幾何学的配置を再現し、前記X線CTボリュームデータに仮想的に透視投影を行うことにより得られたDRRと、を比較することにより、前記被検者の位置決めを行うことを特徴とする。
の発明は、X線管とX線検出器とを備え、前記X線管から照射され前記被検者を通過したX線を前記X線検出器により検出することによりX線画像を撮影するX線撮影系と、コンピュータ上に前記X線撮影系の幾何学的配置を再現し、前記被検者をX線CT撮影して得たX線CTボリュームデータに仮想的に透視投影を行うことによりDRRを得るDRR作成部と、前記X線撮影系と前記X線CTボリュームデータとが位置決めされた状態において、前記X線管と前記X線検出器とを結ぶX線の光軸が前記X線CTボリュームデータにおける前記被検者に相当する領域を通過する距離を体厚として演算する体厚演算部と、前記体厚演算部により演算された前記被検者の撮影領域の体厚に基づいて、前記被検者の位置決め時における前記X線管に対するX線条件を決定するX線条件決定部と、前記DRR作成部により作成されたDRRと、前記X線条件決定部によって決定されたX線条件によって前記X線管から照射され前記被検者を通過したX線を前記X線検出器により検出することにより得られたX線画像とを比較することにより、前記被検者の位置ずれ量を演算する位置ずれ量演算部と、前記位置ずれ量演算部により演算された位置ずれ量に基づいて、前記被検者を載置した検診台を移動させるための信号を作成する被検者移動部と、を備えたことを特徴とする。
の発明は、コンピュータ上にX線撮影系の幾何学的配置を再現し、被検者をX線CT撮影して得たX線CTボリュームデータに仮想的に透視投影を行うことによりDRRを得るDRR作成工程と、前記X線撮影系と前記X線CTボリュームデータとが位置決めされた状態において、前記X線管と前記X線検出器とを結ぶX線の光軸が前記X線CTボリュームデータにおける前記被検者に相当する領域を通過する距離を体厚として演算する体厚演算工程と、前記体厚演算工程において演算された前記被検者の撮影領域の体厚に基づいて、X線管に対するX線条件を決定するX線条件決定工程と、前記X線条件決定工程において決定したX線条件によりX線管からX線を照射し、前記被検者を通過したX線をX線検出器で検出することによりX線画像を得るX線画像作成工程と、前記DRR作成工程で得たDRRと前記X線画像作成工程で得たX線画像とを比較することにより、前記被検者の位置ずれ量を演算する位置ずれ量演算工程と、前記位置ずれ量演算工程で演算した位置ずれ量に基づいて前記被検者を載置する検診台を移動させることにより、前記被検者の位置決めを行う位置決め工程と、を含むことを特徴とする。
第1から第の発明によれば、DRRの作成に使用されるX線CTボリュームデータを利用して演算した体厚によりX線条件を決定することから、被検者の体厚に応じた適切なX線条件でX線撮影を実行することが可能となる。このため、被検者に必要以上の線量のX線が照射されることを防止することが可能となる。
この発明に係るX線撮影装置を、放射線照射装置90とともに示す斜視図である。 検診台31を、検診台移動機構30とともに示す斜視図である。 この発明に係るX線撮影装置の制御系を示すブロック図である。 この発明に係るX線撮影装置による被検者の位置決め動作を示すフローチャートである。 被検者Mの領域の長さの判定方法を示す説明図である。 被検者Mの領域の長さから管電圧を決定する方法を示す説明図である。
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図1は、この発明に係るX線撮影装置を、放射線照射装置90とともに示す斜視図である。これらのX線撮影装置と放射線照射装置90とにより、放射線治療装置が構成される。
放射線照射装置90は、カウチとも呼称される検診台31上の被検者Mに対して放射線照射を行うものであり、治療室の床面に設置された基台91に対して揺動可能に設置されたガントリー92と、このガントリー92に配設された治療ビームを出射するヘッド93とを備える。この放射線照射装置90によれば、ガントリー92が基台91に対して揺動することにより、ヘッド93から照射される治療ビームの照射方向を変更することができる。このため、被検者Mにおける腫瘍等の患部に対して様々な方向から治療ビームを照射することが可能となる。
この放射線治療装置とともに使用されるX線撮影装置は、後述する被検者Mの位置決めのためのX線撮影を実行するとともに、被検者Mの患部の位置を特定する動体追跡を行うためのX線透視を実行するものである。
すなわち、上述した放射線照射装置90を使用した放射線治療時においては、放射線を被検者Mの体動に伴って移動する患部に正確に照射する必要がある。このため、被検者Mの患部付近には、マーカが設置される。そして、被検者Mの体内に埋め込まれたマーカを連続的にX線透視して、マーカの三次元の位置情報を演算することで、マーカを高精度で検出する、所謂、動体追跡を行う構成となっている。なお、被検者Mにおける患部付近にマーカを設置する代わりに、被検者Mにおける腫瘍等の特定部位に画像をマーカの代わりに使用するマーカレストラッキングが採用される場合もある。
このX線透視装置は、第1X線管11a、第2X線管11b、第3X線管11c、第4X線管11dと、第1フラットパネルディテクタ21a、第2フラットパネルディテクタ21b、第3フラットパネルディテクタ21c、第4フラットパネルディテクタ21dとを備える。第1X線管11aから照射されたX線は、検診台31上の被検者Mを透過した後、第1フラットパネルディテクタ21aにより検出される。第1X線管11aと第1フラットパネルディテクタ21aとは、第1X線撮影系を構成する。第2X線管11bから照射されたX線は、検診台31上の被検者Mを透過した後、第2フラットパネルディテクタ21bにより検出される。第2X線管11bと第2フラットパネルディテクタ21bとは、第2X線撮影系を構成する。第3X線管11cから照射されたX線は、検診台31上の被検者Mを透過した後、第3フラットパネルディテクタ21cにより検出される。第3X線管11cと第3フラットパネルディテクタ21cとは、第3X線撮影系を構成する。第4X線管11dから照射されたX線は、検診台31上の被検者Mを透過した後、第4フラットパネルディテクタ21dにより検出される。第4X線管11dと第4フラットパネルディテクタ21dとは、第4X線撮影系を構成する。
なお、被検者Mの位置決めのためのX線撮影と、動体追跡を行うためのX線透視とを実行するときには、第1X線撮影系、第2X線撮影系、第3X線撮影系、第4X線撮影系のうちの2つのX線撮影系が選択されて使用される。
図2は、検診台31を、検診台移動機構30とともに示す斜視図である。
被検者Mを載置する検診台31は、アーム構造を有する検診台移動機構30により、片
持ち式に支持される。検診台31は、検診台移動機構30により、X、Y、Z方向およびその回転方向の6軸方向に移動可能に支持されており、検診台31を介して被検者Mを移動させることで、被検者Mの位置決めが実行される。
図3は、この発明に係るX線撮影装置の制御系を示すブロック図である。なお、図3においては、後述するX線条件の決定と被検者Mの位置決めとを実行するために必要な制御系のみを図示している。
このX線透視装置は、論理演算を実行するCPU、装置の制御に必要な動作プログラムが格納されたROM、制御時にデータ等が一時的にストアされるRAM等を備え、装置全体を制御する制御部40を備える。この制御部40は、第1フラットパネルディテクタ21a、第2フラットパネルディテクタ21b、第3フラットパネルディテクタ21c、第4フラットパネルディテクタ21dにより検出したX線に基づいてX線画像を作成する画像処理部41と、X線CTボリュームデータからDRRを得るDRR作成部42と、X線CTボリュームデータに基づいて被検者Mの体厚を演算する体厚演算部43と、被検者Mの位置決め時における第1X線管11a、第2X線管11b、第3X線管11c、第4X線管11dに対するX線条件を決定するX線条件決定部44と、DRRとX線画像とを比較することにより被検者Mの位置ずれ量を演算する位置ずれ量演算部45と、位置ずれ量演算部45により演算された位置ずれ量に基づいて、被検者Mを載置した検診台31を移動させるための信号を作成する被検者移動部46とを備える。
また、制御部40は、被検者移動部46により作成された検診台31を移動させるための信号に基づいて検診台31を移動させる検診台移動機構30と接続されている。なお、図3においては図示を省略しているが、この制御部40は、第1X線管11a、第2X線管11b、第3X線管11c、第4X線管11dおよび第1フラットパネルディテクタ21a、第2フラットパネルディテクタ21b、第3フラットパネルディテクタ21c、第4フラットパネルディテクタ21dとも接続されている。
さらに、制御部40は、病院内の被検者管理システムの院内通信である院内ネットワーク100を介して、被検者MをX線CT撮影するX線CT撮影装置47と、被検者Mに対する治療計画を作成する治療計画装置48と、被検者Mについての各種のデータを記憶する患者データ記憶部49と接続されている。ここで、治療計画装置48は、X線CT撮影装置47により撮影した被検者MのX線CT画像等に基づいて、腫瘍等の患部に対してどの程度のエネルギーの放射線をどの方向からどの程度の回数照射するのかをスケジューリングすることにより、被検者Mに対する治療計画を作成する。
次に、以上のような構成を有するX線撮影装置を利用して、第1X線管11a、第2X線管11b、第3X線管11c、第4X線管11dに対するX線条件を決定した後、被検者Mの位置決めを実行するときの動作について説明する。図4は、この発明に係るX線撮影装置による被検者Mの位置決め動作を示すフローチャートである。
被検者Mの位置決めを実行するときには、最初に、図3に示すDRR作成部42により、DDRを作成する(ステップS1)。このDRRを作成するときには、コンピュータ上に仮想的に、治療計画作成時にX線CT撮影装置47により得たX線CTボリュームデータを挟んで、第1X線管11a、第2X線管11b、第3X線管11c、第4X線管11dと、第1フラットパネルディテクタ21a、第2フラットパネルディテクタ21b、第3フラットパネルディテクタ21c、第4フラットパネルディテクタ21dとの幾何学配置であるジオメトリを再現する。そして、仮想的なX線管から仮想的なフラットパネルディテクタを結ぶ線分上にあるCTデータボクセルにおけるX線CT値の線積分を求める。そして、X線CT値の線積分を線減弱係数の線積分に変換してX線の減弱を算出し、これ
に基づいて各画素に到達する相対X線量を計算する。しかる後、相対X線量に正規化を施すことにより、各画素の画素値を算出してDRRを得ている。
このDRRは、図3に示す治療計画装置48により治療計画を作成するときに、被検者Mが正しい位置に配置されたときのものとなっている。なお、このDRRは、上述した第1X線撮影系、第2X線撮影系、第3X線撮影系、第4X線撮影系のうちの2つのX線撮影系に対応するものが作成される。
次に、図3に示す体厚演算部43により、仮想的なX線管から仮想的なフラットパネルディテクタを結ぶ線分上にあるCTデータに基づいて、この線分上の被検者Mの領域の長さを演算する(ステップS2)。この場合には、CTデータ値が一定以上となる領域の長さを、被検者Mの領域の長さであると判定する。
図5は、被検者Mの領域の長さの判定方法を示す説明図である。
この図に示すように、被検者MをX線CT撮影して得たX線CTボリュームデータ50に対して、仮想的なX線管11から仮想的なフラットパネルディテクタ21を結ぶ線分上にあるCTデータ値を取得する。そして、X線CTボリュームデータ50のうち、そのCTデータ値が一定以上となる領域の長さLをX線が被検者Mを通過する長さLであると判定する。なお、この被検者Mの長さLは、例えば、仮想的なX線管11から仮想的なフラットパネルディテクタ21に至るX線の光軸部分の長さであってもよく、また、仮想的なX線管11から仮想的なフラットパネルディテクタ21に至るX線が被検者Mを通過する領域の長さの平均値であってもよい。
そして、体厚演算部43により、被検者Mの領域の長さから被検者Mの体厚を演算し(ステップS3)、図3に示すX線条件決定部44により、演算された被検者Mの体厚からX線条件を決定する(ステップS4)。
図6は、被検者Mの領域の長さからX線条件である管電圧を決定する方法を示す説明図である。
この図に示すように、被検者Mの領域の長さと、被検者Mの体厚と、その被検者MをX線撮影するときに適切な管電圧との関係は、予め実験的に求められ、グラフとして記憶されている。このため、この図において破線の矢印で示すように、被検者Mの領域の長さから被検者Mの体厚を求め、求められた被検者Mの体圧からその被検者MをX線撮影するときに適切な管電圧を求めることが可能となる。すなわち、この図に示すように、被検者Mの領域の長さが大きな場合には、被検者Mの体厚が大きいものと判断し、管電圧を大きく設定する。また、逆に、被検者Mの領域の長さが小さな場合には、被検者Mの体厚が小さなものと判断し、管電圧を小さく設定する。
なお、この実施形態においては、X線条件として、X線撮影時に第1X線管11a、第2X線管11b、第3X線管11c、第4X線管11dに付与する電圧である管電圧を使用しているが、管電圧だけではなく、あるいは、管電圧に替えて、管電流や管電流時間積をX線条件として決定してもよい。例えば、図6に示す実施形態において、被検者Mの体厚が大きな場合に、管電圧を大きくするかわりに、管電流や管電流時間積を大きくしてもよい。
X線条件が決定すれば、このX線条件でX線撮影を実行する(ステップS5)。そして、このX線撮影により、図3に示す画像処理部41においてX線画像が作成される(ステップS6)。なお、このX線画像は、上述した第1X線撮影系、第2X線撮影系、第3X
線撮影系、第4X線撮影系のうち、DRRと同様、2つのX線撮影系に対応するものが作成される。
次に、図3に示す位置ずれ量演算部45によって、2つのX線撮影系におけるDRRとX線画像とを、各々、比較することにより(ステップS7)、被検者Mの位置ずれ量を演算する(ステップS8)。すなわち、治療計画時に被検者Mが正しい位置に配置されたときのDRRと、実際に被検者MをX線撮影して得たX線画像とを比較することにより、被検者Mの位置ずれ量を演算する。
しかる後、求められた位置ずれ量に基づいて、被検者移動部46により被検者Mを載置した検診台31を移動させるための信号を作成する。そして、図2および図3に示す検診台移動機構30により、検診台31をX、Y、Z方向およびその回転方向の6軸方向に移動させることにより、検診台31を介して被検者Mを移動させることで(ステップS9)、被検者Mの位置決めを実行する。
なお、図4に示す被検者Mの位置決め動作が完了した後には、放射線照射装置90による放射線治療が行われる。このときには、上述したX線撮影装置により動体追跡を実行する。このX線撮影装置によりX線透視によりマーカの位置を検出する動体追跡を実行するときには、第1撮影系、第2撮影系、第3撮影系、第4撮影系のうちから、X線透視に使用する2個の撮影系が選択され、それらの撮影系を使用してX線透視による動体追跡が実行される。
上述した実施形態においては、被検者Mの位置決めを実行するためのX線撮影のX線条件をX線CTボリュームデータに基づいて演算した被検者Mの体厚に基づいて決定しているが、位置決め時におけるX線撮影に限らず、その他のX線撮影時におけるX線条件の決定にこの発明を適用するようにしてもよい。
11a 第1X線管
11b 第2X線管
11c 第3X線管
11d 第4X線管
21a 第1フラットパネルディテクタ
21b 第2フラットパネルディテクタ
21c 第3フラットパネルディテクタ
21d 第4フラットパネルディテクタ
30 検診台移動機構
31 検診台
40 制御部
41 画像処理部
42 DRR作成部
43 体厚演算部
44 X線条件決定部
45 位置ずれ量演算部
46 被検者移動部
47 X線CT装置
50 X線CTボリュームデータ
90 放射線照射装置
M 被検者

Claims (3)

  1. X線管およびX線検出器からなるX線撮影系と被検者をX線CT撮影して得たX線CTボリュームデータとが位置決めされた状態において、前記X線管と前記X線検出器とを結ぶX線の光軸が前記X線CTボリュームデータにおける前記被検者に相当する領域を通過する距離を体厚として演算する体厚演算部と、
    前記体厚演算部により演算された前記被検者の撮影領域の体厚に基づいて、前記被検者の位置決め時における前記X線管に対するX線条件を決定するX線条件決定部と、を備え、
    前記X線条件決定部により決定されたX線条件によって前記X線管から照射され前記被検者を通過したX線を前記X線検出器により検出することにより得られたX線画像と、コンピュータ上に前記X線撮影系の幾何学的配置を再現し、前記X線CTボリュームデータに仮想的に透視投影を行うことにより得られたDRRと、を比較することにより、前記被検者の位置決めを行うことを特徴とするX線撮影装置。
  2. X線管とX線検出器とを備え、前記X線管から照射され前記被検者を通過したX線を前記X線検出器により検出することによりX線画像を撮影するX線撮影系と、
    コンピュータ上に前記X線撮影系の幾何学的配置を再現し、前記被検者をX線CT撮影して得たX線CTボリュームデータに仮想的に透視投影を行うことによりDRRを得るDRR作成部と、
    前記X線撮影系と前記X線CTボリュームデータとが位置決めされた状態において、前記X線管と前記X線検出器とを結ぶX線の光軸が前記X線CTボリュームデータにおける前記被検者に相当する領域を通過する距離を体厚として演算する体厚演算部と、
    前記体厚演算部により演算された前記被検者の撮影領域の体厚に基づいて、前記被検者の位置決め時における前記X線管に対するX線条件を決定するX線条件決定部と、
    前記DRR作成部により作成されたDRRと、前記X線条件決定部によって決定されたX線条件によって前記X線管から照射され前記被検者を通過したX線を前記X線検出器により検出することにより得られたX線画像とを比較することにより、前記被検者の位置ずれ量を演算する位置ずれ量演算部と、
    前記位置ずれ量演算部により演算された位置ずれ量に基づいて、前記被検者を載置した検診台を移動させるための信号を作成する被検者移動部と、
    を備えたことを特徴とする被検者の位置決め装置。
  3. コンピュータ上にX線撮影系の幾何学的配置を再現し、被検者をX線CT撮影して得たX線CTボリュームデータに仮想的に透視投影を行うことによりDRRを得るDRR作成工程と、
    前記X線撮影系と前記X線CTボリュームデータとが位置決めされた状態において、前記X線管と前記X線検出器とを結ぶX線の光軸が前記X線CTボリュームデータにおける前記被検者に相当する領域を通過する距離を体厚として演算する体厚演算工程と、
    前記体厚演算工程において演算された前記被検者の撮影領域の体厚に基づいて、X線管に対するX線条件を決定するX線条件決定工程と、
    前記X線条件決定工程において決定したX線条件によりX線管からX線を照射し、前記被検者を通過したX線をX線検出器で検出することによりX線画像を得るX線画像作成工程と、
    前記DRR作成工程で得たDRRと前記X線画像作成工程で得たX線画像とを比較することにより、前記被検者の位置ずれ量を演算する位置ずれ量演算工程と、
    前記位置ずれ量演算工程で演算した位置ずれ量に基づいて前記被検者を載置する検診台を移動させることにより、前記被検者の位置決めを行う位置決め工程と、
    を含むことを特徴とする被検者の位置決め方法。
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