JP6800462B2 - 患者位置決め支援装置 - Google Patents

Description

本発明は、重粒子線治療等の放射線治療において、患者を載置したベッドを位置決め制御を行う際、患者位置決め作業を支援する、患者位置決め支援装置に関する。また、本発明による患者位置決め支援装置は、患者位置決めの制御も可能である。

重粒子線や陽子線等の粒子線は、Ｘ線と比較すると、正常な細胞に余り影響を与えずに、患者の体内に存在する腫瘍患部のみを死滅させる効果が大きい。このため、重粒子線治療は非侵襲で副作用も少ない、がん治療の有力な手法の一つである。
粒子線治療を的確に実施するためには、腫瘍患部に対し、正確に重粒子線を照射する必要がある。このため、患者の正確な位置決めが極めて重要である。

なお、本発明の技術分野に近い先行技術文献を特許文献１に示す。
特許文献１には、照射対象である臓器によって、その移動や変形する要因が異なるが、そのような場合にも、形成される線量分布が治療として許容できる範囲に収まる治療計画であるかどうかを適切に判断できる治療計画装置に関する技術が開示されている。

特開２０１６−１６８０７７号公報

放射線治療の手順を以下に簡単に説明する。
（１）先ず、患者の腫瘍患部周辺をＸ線ＣＴ装置でスキャニングを行い、Ｘ線画像の集合体である３Ｄ−ＣＴボリュームデータを得る。
（２）患者を放射線治療装置のベッドに固定するための治具を作成する。
（３）次に、３Ｄ−ＣＴボリュームデータに基づいて患者の腫瘍患部を確認し、どの角度からどの方向で放射線を照射するのかを決定する。これを治療計画という。
（４）治療計画が決定したら、患者を放射線治療装置のベッドに載置し、治具でベッドに固定した上で、患者の腫瘍患部に対し、２方向からＸ線撮影を行い、Ｘ線画像（Digital Radiograph、以下「ＤＲ画像」と略す）を得る。
（５）一方、（１）で得た３Ｄ−ＣＴボリュームデータから、擬似的に２方向からＸ線撮影を行うなどの演算処理を行って、疑似Ｘ線画像（Digital Reconstructed Radiograph、以下「ＤＲＲ画像」と略す）を得る。
（６）計算機を用いて、（４）で得たＤＲ画像に、（５）で得たＤＲＲ画像が一致するように、６軸上のずれを計算する。そして、患者のベッドに対して６軸の駆動制御を行う。６軸の駆動とは、Ｘ座標、Ｙ座標、Ｚ座標の三次元方向の移動と、Ｘ回転座標、Ｙ回転座標、Ｚ回転座標の三次元方向の回転である。
なお、上記（１）から（４）に至るまで、概ね１週間程度の期間が必要となることが多い。

ところが、人体の生体組織は柔らかい。このため、上記（１）で３Ｄ−ＣＴボリュームデータを得た時点から、上記（４）で放射線治療を実施する直前にＤＲ画像を得た時点では、腫瘍患部を有する生体組織が変形していることが往々にしてある。すると、どんなに頑張ってＤＲ画像にＤＲＲ画像を一致させようと努力しても、ＤＲ画像とＤＲＲ画像を完全に一致させることができない。
このような生体組織の変形は、病変の位置変動とともに、特に粒子線治療では粒子の打ち込み深さの変動等により病変への線量付与が担保できなくなるため、治療計画のやり直しを余儀なくされる場合もある。
また、ＤＲ画像もＤＲＲ画像も基がコントラストの低いＸ線画像であるため、ＤＲ画像とＤＲＲ画像とを比較する作業は、熟練を要する作業となっている。

本発明は係る状況に鑑みてなされたものであり、患者の臓器が変形していても、容易にＤＲ画像とＤＲＲ画像を一致させることができ、さらに、患者全体と移動変形した臓器それぞれの変位量を独立かつ同時に定量化できる、患者位置決め支援装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の患者位置決め支援装置は、患者の人体をスキャンした三次元透過画像データから、三次元関心領域であるＶＯＩを切り出す座標情報であるＶＯＩ座標データを生成し、三次元透過画像データから仮想空間内に配置する３ＤＣＴイメージと、三次元透過画像データ及びＶＯＩ座標データからＶＯＩを仮想空間内に配置するＶＯＩイメージを生成し、仮想空間内においてＶＯＩイメージを６軸座標方向に移動及び回転を実現する３Ｄイメージ生成処理部と、仮想空間内において３ＤＣＴイメージ及びＶＯＩイメージに対し、６軸座標方向に逆移動及び逆回転させたＸ線カメラの座標情報に基づいて、異なる二方向の疑似Ｘ線画像である第一ＤＲＲ画像及び第二ＤＲＲ画像を生成するＤＲＲ生成処理部とを具備する。更に、第一ＤＲＲ画像及び第二ＤＲＲ画像に対し、Ｘ線カメラから得られる第一ＤＲ画像及び第二ＤＲ画像との類似度を算出する類似度演算処理部と、類似度演算処理部から得られる類似度が最大になるように、３Ｄイメージ生成処理部に６軸移動及び回転情報を与える、類似度最大化処理部とを具備する。

本発明により、患者の臓器が変形していても、容易にＤＲ画像とＤＲＲ画像を一致させることができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の実施形態である患者位置決め支援装置の全体構成を示すブロック図である。 患者位置決め支援装置のハードウェア構成を示すブロック図である。 患者位置決め支援装置のソフトウェア機能を示すブロック図である。 ３Ｄイメージ生成処理部の詳細を説明するブロック図である。 人体と肝臓を示す模式図と、人体に存在する肝臓を仮想的な立方体で分割した状態を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る患者位置決め支援装置における、表示部に表示されるＤＲ画像表示画面の表示例である。 本発明の実施形態に係る患者位置決め支援装置における、表示部に表示されるＤＲＲ画像表示画面の表示例である。 本発明の実施形態に係る患者位置決め支援装置における、表示部に表示される、ＤＲ画像に近似させたＤＲＲ画像の表示例である。 ＤＲＲ画像の基となる３ＤＣＴイメージと、ＶＯＩイメージの、６軸座標上におけるずれの概念を説明する概略図である。

前述の通り、患者をＸ線ＣＴ装置でスキャニングした時点から、実際に患者に対して重粒子線治療を実施するまでに、患者の臓器が時間経過と共に変形することが多い。また、時間経過に関係なく、患者の臓器は様々な要因によって日々変動することが往々にして生じ得る。このために、ＤＲ画像とＤＲＲ画像が一致しないことがしばしば起こる。
そこで発明者は、患者の臓器が変形して、ＤＲ画像がＤＲＲ画像に対して不一致を引き起こすならば、ＤＲＲ画像も患者の臓器と同様に変形できるようにすればよいのではないかと考えた。
先ず、３Ｄ−ＣＴボリュームデータ（三次元透過画像データ）から、変形や変動が生じる箇所を分離する。この分離した箇所を、三次元関心領域またはＶＯＩ（volume of interest）と呼ぶ。そして、計算機の仮想空間内で３Ｄ−ＣＴボリュームデータとＶＯＩのそれぞれに独立して６軸の移動ができるように、計算機のプログラムを構成する。その上で、再構成したＶＯＩを含む３Ｄ−ＣＴボリュームデータからＤＲＲ画像を作成して、ＤＲ画像と画面上で比較する。
本発明の実施形態にて説明する患者位置決め支援装置は、３Ｄ−ＣＴボリュームデータとＶＯＩとを、それぞれ独立して仮想空間内で動かして、ＤＲＲ画像を形成した上で、ＤＲ画像との一致を計算する、医療用三次元ＣＧエディタとも呼べる。そして更に、ＤＲ画像にＤＲＲ画像が一致するように自動計算を行う、患者位置決め支援機能をも有する。

［患者位置決め支援装置１０１の全体構成］
図１は、本発明の実施形態である患者位置決め支援装置１０１を示すブロック図である。
重粒子線治療施設内において、患者１０２は患者ベッド１０３に寝かされている。患者ベッド１０３はモータを有する駆動機構１０４によって、６軸の駆動が行われる。患者ベッド１０３の下にはＸ線受像素子１０５が敷かれている。
図１は患者１０２を頭の方向から見た視点で描かれている。このため、駆動機構１０４の下にＸ線受像素子１０５が設けられているように見えるが、実際には、駆動機構１０４は患者１０２の足元側等、Ｘ線受像素子１０５が患者１０２のＸ線受像を妨げない位置に設けられている。

これに対し、患者１０２の正面に位置する天井には、Ｘ線照射器１０６と重粒子線照射器１０７が設置されている。また、患者ベッド１０３の横にもＸ線照射器１０８が設置されている。そして、患者ベッド１０３を挟んでＸ線照射器１０８とは反対側の、患者ベッド１０３の横にも、Ｘ線受像素子１０９が立てかけられている。この、二つのＸ線受像素子１０５及び１０９が、ＤＲ画像を形成する。

なお、図１において、重粒子線照射器１０７が、Ｘ線照射器１０６と同一箇所に設けられているように描かれているが、必ずしも、重粒子線照射器１０７とＸ線照射器１０６が同一箇所に設けられていなくてもよい。また、異なる二方向のＸ線照射器およびＸ線受像素子が正面（縦）方向と側面（横）方向に描かれているが、必ずしもこれらの方向でなくてもよい。

二つのＸ線受像素子１０５及び１０９は、パソコンやワークステーション等の計算機よりなる患者位置決め支援装置１０１に接続され、Ｘ線受像素子１０５及び１０９が生成したＤＲ画像は患者位置決め支援装置１０１に入力される。また、患者位置決め支援装置１０１には、予め患者１０２を図示しないＸ線ＣＴ装置でスキャニングしたことによって作成した３Ｄ−ＣＴボリュームデータ１１０が入力される。
一方、患者位置決め支援装置１０１には、キーボード及びマウス等のポインティングデバイスよりなる操作部１１１か、図示しないＵＳＢメモリやネットワーク等から、治療計画データが入力される。

図示しない操作者は、患者位置決め支援装置１０１の表示部１１２に３Ｄ−ＣＴボリュームデータ１１０を表示する。そして、操作部１１１を通じて、３Ｄ−ＣＴボリュームデータ１１０の中に存在する立体形状で、ＶＯＩを指定する。また、３Ｄ−ＣＴボリュームデータ１１０とＶＯＩをそれぞれ独立して操作しながら、ＤＲＲ画像を作成する。そして、表示部１１２にＤＲ画像とＤＲＲ画像をそれぞれ表示しながら、ＤＲＲ画像がＤＲ画像に一致するように、３Ｄ−ＣＴボリュームデータ１１０とＶＯＩを操作する。

３Ｄ−ＣＴボリュームデータ１１０とＶＯＩを操作して、ある程度互いの位置が近づいてきたら、現在の６軸変位量を初期変位量として、患者位置決め支援装置１０１に記憶し、操作部１１１を操作して、自動位置決めを実行する。すると、患者位置決め支援装置１０１は、３Ｄ−ＣＴボリュームデータ１１０とＶＯＩの微調整を行い、ＤＲ画像にＤＲＲ画像を一致させる。このように、手動あるいは自動位置決めを必要に応じて行う。
なお、６軸変位または６軸移動とは、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の平行移動と、Ｘ軸回転方向、Ｙ軸回転方向、Ｚ軸回転方向の回転移動を指す。

［患者位置決め支援装置１０１のハードウェア構成］
図２は、患者位置決め支援装置１０１のハードウェア構成を示すブロック図である。
一般的な計算機である患者位置決め支援装置１０１は、バス２０１に接続されたＣＰＵ２０２、ＲＯＭ２０３、ＲＡＭ２０４、表示部１１２、操作部１１１、不揮発性ストレージ２０５とシリアルポート２０６を備える。
不揮発性ストレージ２０５には、計算機を患者位置決め支援装置１０１として動作させるためのプログラムが格納されている。
シリアルポート２０６には、治療計画データを入力するためのＵＳＢメモリが接続される他、患者ベッド１０３を駆動する駆動機構１０４も接続される。
なお、病院情報システムなどのネットワーク経由で必要な画像やデータを取得する場合は、シリアルポート２０６の代わりにネットワークインターフェースを用いることとなる。

［患者位置決め支援装置１０１のソフトウェア機能］
図３は、患者位置決め支援装置１０１のソフトウェア機能を示すブロック図である。
３Ｄ−ＣＴボリュームデータ１１０は、３Ｄイメージ生成処理部３０１に入力される。また、３Ｄイメージ生成処理部３０１には操作部１１１が接続されており、操作部１１１の操作情報に基づいて、３Ｄ−ＣＴボリュームデータ１１０からＶＯＩを切り出すためのＶＯＩ座標データ３０２が形成される。そして、ＶＯＩ座標データ３０２も３Ｄイメージ生成処理部３０１に入力される。
ＶＯＩとは、３Ｄ−ＣＴボリュームデータ１１０から腫瘍患部を含む臓器や所定の立体形状を切り出した部分の領域を示すものである。したがって、ＶＯＩを特定するためには、３Ｄ−ＣＴボリュームデータ１１０に対し、ＶＯＩを形成するための座標情報を作成すればよい。ＶＯＩ座標情報としては、放射線治療計画装置等で描画、出力された輪郭情報を利用することもできる。

３Ｄイメージ生成処理部３０１は、操作部１１１から操作情報を受けて、３Ｄ−ＣＴボリュームデータ１１０からＶＯＩ座標データ３０２を用いて切り出したＶＯＩに対して６軸移動を行うための、ＶＯＩイメージ４０４（図４にて後述する。）を作成する。この時、操作部１１１から入力された、ＶＯＩに対する６軸移動情報が、ＶＯＩ用初期変位座標３０６として記憶される。
そして、３Ｄイメージ生成処理部３０１は、３Ｄ−ＣＴボリュームデータ１１０と、ＶＯＩ用初期変位座標３０６及び後述するＶＯＩ用最適化変位座標３２１によって６軸変位されたＶＯＩ座標データ３０２に基いて、ＶＯＩ変位済３ＤＣＴイメージ３０３を生成する。
なお、３Ｄイメージ生成処理部３０１が生成するＶＯＩ変位済３ＤＣＴイメージ３０３は、必要に応じてリアルタイムでＧＵＩ処理部３０７を通じて表示部１１２に表示される。

３Ｄイメージ生成処理部３０１が生成するＶＯＩ変位済３ＤＣＴイメージ３０３は、ＤＲＲ生成処理部３０８に入力される。ＤＲＲ生成処理部３０８には、ＶＯＩ変位済３ＤＣＴイメージ３０３における腫瘍患部の位置（アイソセンタ）と重粒子線の照射方向の情報である治療計画データ３０９と、ＤＲ画像の基となるＸ線照射器１０６及び１０８とＸ線受像素子１０５及び１０９の座標情報であるＤＲカメラ座標３１０も入力される。また、ＤＲＲ生成処理部３０８にも３Ｄイメージ生成処理部３０１と同様に操作部１１１が接続されており、操作部１１１から操作情報を受けて、ＶＯＩ変位済３ＤＣＴイメージ３０３からＤＲ画像を作成する際のＤＲカメラ座標３１０に対して６軸移動を行う。この時、操作部１１１から入力された、ＤＲカメラ座標３１０に対する６軸移動情報が、３ＤＣＴ用初期変位座標３０５として記憶される。

ＤＲＲ生成処理部３０８は、ＶＯＩ変位済３ＤＣＴイメージ３０３に対し、治療計画データ３０９により中心位置を決める。次に、３ＤＣＴ用初期変位座標３０５及び後述する３ＤＣＴ用最適化変位座標３２０によって、ＤＲカメラ座標３１０を６軸逆変位させる。そして、ＶＯＩ変位済３ＤＣＴイメージ３０３に対し、６軸逆変位されたＤＲカメラ座標３１０を用いて、レイトレーシングを実行し、ＤＲ縦画像３１１に対応するＤＲＲ縦画像３１２と、ＤＲ横画像３１３に対応するＤＲＲ横画像３１４を生成する。
なお、ＤＲＲ生成処理部３０８が生成するＤＲＲ縦画像３１２とＤＲＲ横画像３１４は、必要に応じてリアルタイムでＧＵＩ処理部３０７を通じて表示部１１２に表示される。

３Ｄイメージ生成処理部３０１では、ＶＯＩイメージ４０４の６軸変位のみ行い、ＶＯＩ変位済３ＤＣＴイメージ３０３の６軸変位は実行しない。これは、３次元画像データである３Ｄ−ＣＴボリュームデータ１１０のデータ量が膨大であることから、この膨大なデータに６軸変位を施すとなると、膨大な行列演算を必要とする。そこで、ＶＯＩ変位済３ＤＣＴイメージ３０３そのものには６軸変位を施さない代わりに、レイトレーシングで形成するＤＲＲ画像の生成処理において、ＤＲカメラ座標３１０を６軸逆変位させることで、演算量を減らしている。

３Ｄイメージ生成処理部３０１が実行する処理を、より詳細に説明する。
図４は、３Ｄイメージ生成処理部３０１の詳細を説明するブロック図である。図４は、図３の一部抜粋及び拡大図である。
３Ｄイメージ生成処理部３０１は、ＶＯＩ切り出し処理部４０１、ＶＯＩ変位処理部４０２、境界処理部４０３よりなる。
３Ｄ−ＣＴボリュームデータ１１０は、ＶＯＩ座標データ３０２と共にＶＯＩ切り出し処理部４０１に入力される。
ＶＯＩ切り出し処理部４０１は、３Ｄ−ＣＴボリュームデータ１１０からＶＯＩ座標データ３０２に基いて、ＶＯＩイメージ４０４を切り出す。また、ＶＯＩ切り出し処理部４０１は操作部１１１の操作情報に基づいて、３Ｄ−ＣＴボリュームデータ１１０からＶＯＩを切り出すためのＶＯＩ座標データ３０２を形成する。

ＶＯＩ変位処理部４０２は、ＶＯＩ用初期変位座標３０６及びＶＯＩ用最適化変位座標３２１に基づいて、ＶＯＩイメージ４０４に仮想三次元空間内における６軸変位を実行する。また、ＶＯＩ変位処理部４０２は操作部１１１の操作情報に基づいて、ＶＯＩ用初期変位座標３０６（またはＶＯＩ用最適化変位座標３２１）を設定し、変更する。更に、ＶＯＩ変位処理部４０２は相関値最大化処理部３１９の制御情報に基づいて、ＶＯＩ用最適化変位座標３２１（またはＶＯＩ用初期変位座標３０６）を設定し、変更する。

ＶＯＩ変位処理部４０２から出力された、６軸変位されたＶＯＩイメージ４０４と、ＶＯＩ切り出し処理部４０１から出力された、ＶＯＩが抜き取られた３Ｄ−ＣＴボリュームデータ１１０は、境界処理部４０３に入力される。境界処理部４０３は、６軸変位されたＶＯＩイメージ４０４と、ＶＯＩが抜き取られた３Ｄ−ＣＴボリュームデータ１１０との、境界部分における処理を行う。具体的には、空隙については境界部分と同一の輝度に塗り潰す、あるいは、ＶＯＩと共に変位した３Ｄ−ＣＴイメージと元の３Ｄ−ＣＴイメージの画素値の最小値を採る処理、重なった箇所については重なった画素値の最大値を採る（MIP（maximum intensity projection））処理を行う。あるいは、変位したＶＯＩの境界が３Ｄ−ＣＴボリュームと連続性を保つように、境界周辺を膨張・圧縮変形させる処理を行う。
こうして、境界処理部４０３は、変位済ＶＯＩイメージ４０５とＶＯＩ抜き３ＤＣＴイメージ４０６よりなる、ＶＯＩ変位済３ＤＣＴイメージ３０３を出力する。
ＤＲＲ生成処理部３０８には、このＶＯＩ変位済３ＤＣＴイメージ３０３が入力される。

図３に戻って、ブロック図の説明を続ける。
ＤＲＲ生成処理部３０８が生成するＤＲＲ縦画像３１２とＤＲＲ横画像３１４は、相関値演算処理部３１５に入力される。
相関値演算処理部３１５には、ノイズ除去処理部３１６によってノイズ除去が施されたＤＲ縦画像３１１及びＤＲ横画像３１３も入力される。このＤＲ縦画像３１１及びＤＲ横画像３１３は、ＤＲＲ縦画像３１２とＤＲＲ横画像３１４との比較対象となる画像である。ノイズ除去処理部３１６は、ＤＲ縦画像３１１及びＤＲ横画像３１３に含まれている軸線等の除去を行う。
更に相関値演算処理部３１５には、操作部１１１を通じて比較対象範囲指定部３１７によって作成される、比較対象領域座標３１８及び比較除外領域座標３２２も入力される。

比較対象領域座標３１８は、ＤＲ縦画像３１１及びＤＲ横画像３１３と、ＤＲＲ縦画像３１２とＤＲＲ横画像３１４とで相関値を演算する際、相関値の演算対象とする領域を限定する。比較除外領域座標３２２は、比較対象領域座標３１８において設定された、相関値の演算対象とする領域に対し、部分的に相関値の演算対象から除外する領域を指定する。この比較除外領域座標３２２は、必ずしも設定しなくてもよいが、後述する相関値最大化処理部３１９が実行する相関値の演算処理において、相関値の演算処理に不要な箇所を除外することで相関値の演算を支援するために指定する場合がある。

相関値演算処理部３１５が算出した相関値の情報は、相関値最大化処理部３１９に入力される。
相関値最大化処理部３１９には、３Ｄイメージ生成処理部３０１が作成した、３ＤＣＴ用変位座標と、ＶＯＩ用変位座標も入力される。
この相関値最大化処理部３１９は、図示されていないが、操作部１１１によってオン・オフ制御される。相関値最大化処理部３１９は、ＤＲＲ縦画像３１２及びＤＲＲ横画像３１４を、ＤＲ縦画像３１１及びＤＲ横画像３１３に自動的に合わせ込むための機能ブロックである。

相関値最大化処理部３１９がオフ状態の時、ＶＯＩ変位済３ＤＣＴイメージ３０３を構成する変位済ＶＯＩイメージ４０５とＶＯＩ抜き３ＤＣＴイメージ４０６は、患者位置決め支援装置１０１が形成する仮想空間内で、操作部１１１の操作情報によって操作者の手動にて動かされる様に見える。その、動かされた６軸の情報は、３ＤＣＴ用初期変位座標３０５と、ＶＯＩ用初期変位座標３０６に記憶される。操作者は、表示部１１２に表示されるＤＲ縦画像３１１及びＤＲ横画像３１３と、ＤＲＲ縦画像３１２及びＤＲＲ横画像３１４とを比較しながら、なるべくＤＲＲ縦画像３１２及びＤＲＲ横画像３１４がＤＲ縦画像３１１及びＤＲ横画像３１３に近づくように、操作部１１１を操作して変位済ＶＯＩイメージ４０５とＶＯＩ変位済３ＤＣＴイメージ３０３（実際はＤＲカメラ座標３１０である。）を動かす。

ある程度、ＤＲ縦画像３１１及びＤＲ横画像３１３に対してＤＲＲ縦画像３１２及びＤＲＲ横画像３１４が近づいてきたら、操作者は操作部１１１を通じて、相関値最大化処理部３１９を起動する。すると、相関値最大化処理部３１９は、３Ｄイメージ生成処理部３０１に対し、変位済ＶＯＩイメージ４０５を６軸に微小移動させる。同様に、ＤＲＲ生成処理部３０８に対し、ＶＯＩ変位済３ＤＣＴイメージ３０３に対するＤＲカメラ座標３１０を６軸に微小逆移動させる。そして、相関値演算処理部３１５から得られる相関値を記憶する。次に、一例として勾配法（最急降下法）及び黄金分割法を用いて、相関値が最大になる６軸上の変位情報を特定する。特定した６軸上の変位情報は、３ＤＣＴ用最適化変位座標３２０とＶＯＩ用最適化変位座標３２１に記憶される。そして、３ＤＣＴ用初期変位座標３０５と３ＤＣＴ用最適化変位座標３２０を加算した６軸情報を３ＤＣＴ用変位座標として（図３中、丸囲み「Ｂ」）、また、ＶＯＩ用初期変位座標３０６とＶＯＩ用最適化変位座標３２１を加算した６軸情報をＶＯＩ用変位座標として（図３中、丸囲み「Ａ」）、外部へ出力する。

なお、３ＤＣＴ用初期変位座標３０５及びＶＯＩ用初期変位座標３０６は、必ずしも手動の位置決めのための情報ではなく、３ＤＣＴ用最適化変位座標３２０及びＶＯＩ用最適化変位座標３２１と同様に、自動位置決めの情報として使用してもよい。例えば、手動または自動で一旦位置決めを実行した後、ＶＯＩ座標データ３０２、比較対象領域座標３１８、比較除外領域座標３２２等を変更して再度位置決め作業を遂行する等、位置決めのやり直しを行う際に、初期変位量を記憶しておくことは必要である。

以上に説明したデータ処理のうち、
・ノイズ除去処理部３１６から得られる、ノイズ除去が施される前あるいは後のＤＲ縦画像３１１及びＤＲ横画像３１３、
・ＤＲＲ生成処理部３０８から得られるＤＲＲ縦画像３１２及びＤＲＲ横画像３１４、３ＤＣＴ用初期変位座標３０５、３ＤＣＴ用最適化変位座標３２０、
・３Ｄイメージ生成処理部３０１から得られるＶＯＩ変位済３ＤＣＴイメージ３０３、ＶＯＩ用初期変位座標３０６及びＶＯＩ用最適化変位座標３２１
等は、操作部１１１の操作指示に基づいて、ＧＵＩ処理部３０７を通じて、表示部１１２に選択的に表示される。

［ＶＯＩ変位済３ＤＣＴイメージ３０３と変位済ＶＯＩイメージ４０５］
本発明の実施形態に係る患者位置決め支援装置１０１は、ＶＯＩ抜き３ＤＣＴイメージ４０６と変位済ＶＯＩイメージ４０５をそれぞれ独立して動かすことが可能である。ＶＯＩ変位済３ＤＣＴイメージ３０３については、実際に動かしているのはＤＲカメラ座標３１０であるが、説明の便宜上、ＶＯＩ変位済３ＤＣＴイメージ３０３が動いているものと見做して説明する。以下、このＶＯＩ変位済３ＤＣＴイメージ３０３と変位済ＶＯＩイメージ４０５について説明する。

図５Ａは、人体５０１と肝臓５０２を示す模式図である。図５Ａ中、楕円柱は患者１０２、すなわち人体５０１をＸ線ＣＴ装置でスキャンした３Ｄ−ＣＴボリュームデータ１１０に基づいて作成した、胴体のＶＯＩ変位済３ＤＣＴイメージ３０３である。このＶＯＩ変位済３ＤＣＴイメージ３０３の中に、肝臓５０２が存在する。今、この肝臓５０２に悪性腫瘍が存在するものと仮定する。なお、母体とＶＯＩの例として、ここでは「腹部における肝臓」が示されているが、他にも「頭頸部における下顎」、「胸部における肩甲骨」、「骨盤領域における大腿骨」などが挙げられる。

Ｘ線ＣＴ装置でスキャンしてＶＯＩ変位済３ＤＣＴイメージ３０３を作成した日から、実際に重粒子線治療を実施する日迄には、概ね１週間程度の期間が空く。その間、または当日の患者１０２の体調や容態によって、患者１０２の体内でこの肝臓５０２の位置がずれる他、肝臓５０２自体に変形が生じることがしばしば起こる。人体の肝臓は、肝冠状間膜と肝鎌状間膜によって、横隔膜にぶら下がるように固定されている。これら腹膜は柔軟性を有するので、人の姿勢の変化等の様々な要因で肝臓自体の位置がずれる可能性がある。また、肝臓自体も柔軟性を有するので、位置のずれと同様の要因で肝臓自体が変形する可能性もある。

そこで、この肝臓５０２をＶＯＩ変位済３ＤＣＴイメージ３０３である人体５０１とは別個に、独立して動かせるように、ＶＯＩとして指定する。
図５Ａでは、肝臓５０２そのものをＶＯＩとして指定した状態を想定している。ＤＲＲ画像に現れる、コントラストが大きくなっている境界線部分をなぞることで、ＶＯＩ変位済３ＤＣＴイメージ３０３から肝臓５０２自体をＶＯＩとして指定することができる。このような、臓器全体をＶＯＩとして指定する手法は、臓器自体に変形が少なく、臓器の体内における位置だけがずれている場合に効果的である。

図５Ｂは、人体５０１に存在する肝臓５０２の一部分を仮想的な立方体で分割した状態を示す模式図である。
図５Ｂでは、図５Ａとは異なり、肝臓５０２に存在する悪性腫瘍とその周縁部分のみを立方体あるいは直方体等の幾何学的立体形状５０３で切り出す。あるいは、悪性腫瘍を含む臓器の一部の輪郭情報を与えてもよい。このような、臓器の一部分をＶＯＩとして指定する手法は、臓器自体に変形が生じている場合に効果的である。またこの場合、ＶＯＩ以外の臓器のずれを考慮しないようにするために、比較対象範囲指定部３１７を通じて、比較除外領域座標３２２をＶＯＩ外の臓器に設定することが好ましい。
このように、本発明の実施形態に係る患者位置決め支援装置１０１は、ＶＯＩを様々な形状で指定することが可能である。

［ＤＲ画像とＤＲＲ画像と６軸ずれ情報］
図６は、本発明の実施形態に係る患者位置決め支援装置１０１における、表示部１１２に表示されるＤＲ画像表示画面の表示例である。
図６において、左側に表示されるＸ線画像はＤＲ縦画像３１１であり、右側に表示されるＸ線画像はＤＲ横画像３１３である。ＤＲ縦画像３１１及びＤＲ横画像３１３には、患者１０２の腫瘍６０１が造影剤によって他の箇所と比べてやや高い明度で現れている。また、図６では明瞭には見えていないが、腫瘍６０１の近傍にはＸ線不透過金属マーカーが配置されている。操作者は、このＤＲ縦画像３１１及びＤＲ横画像３１３に対し、比較対象領域座標３１８を設定する。図６において、比較対象領域座標３１８は矩形形状である。

図７は、本発明の実施形態に係る患者位置決め支援装置１０１における、表示部１１２に表示されるＤＲＲ画像表示画面の表示例である。
図７において、左側はＤＲＲ縦画像３１２であり、右側はＤＲＲ横画像３１４である。ＤＲＲ縦画像３１２及びＤＲＲ横画像３１４には、患者１０２の腫瘍６０１が造影剤によって他の箇所と比べてやや高い明度で現れている。また更に、図７では明瞭には見えていないが、腫瘍６０１の近傍にはＸ線不透過金属マーカーが配置されている。操作者は、このＤＲＲ縦画像３１２及びＤＲＲ横画像３１４に対し、比較対象領域座標３１８を設定する。この時、このＤＲＲ画像表示画面では、ＤＲ画像表示画面において設定した比較対象領域座標３１８と同一になるように設定されている。
更に、図７では図６のＤＲ縦画像３１１及びＤＲ横画像３１３にはない、変位済ＶＯＩイメージ４０５の外形状の二次元投影像が表示されている。図７中では、変位済ＶＯＩイメージ４０５は直方体形状で表示されている。

図８は、本発明の実施形態に係る患者位置決め支援装置１０１における、表示部１１２に表示される、ＤＲ画像に近似させたＤＲＲ画像の表示例である。
図８において、左側はＤＲＲ縦画像３１２であり、右側はＤＲＲ横画像３１４である。
図８の表示画面に表示されているＤＲＲ縦画像３１２及びＤＲＲ横画像３１４の、図７との相違点は、ＶＯＩ座標データ３０２が元にあった場所（ＶＯＩ座標データ８０１）からずれている点である。変位済ＶＯＩイメージ４０５がずれた結果、ＤＲＲ縦画像３１２及びＤＲＲ横画像３１４には、空隙８０２が生じている。
この時、この表示画面中、左上には「マッチング位置ずれ量」として、左側にＶＯＩ変位済３ＤＣＴイメージ３０３のずれ量の欄Ｒ８０３が、右側に変位済ＶＯＩイメージ４０５のずれ量の欄Ｒ８０４が、表示されている。

図９Ａは、ＤＲＲ画像の基となるＶＯＩ変位済３ＤＣＴイメージ３０３の、６軸座標上におけるずれの概念を説明する概略図である。
図９Ｂは、ＤＲＲ画像の基となる変位済ＶＯＩイメージ４０５の、６軸座標上におけるずれの概念を説明する概略図である。
図９Ａに示すベクトルＡ９０１は、患者１０２の現在の状態に対して、ＤＲＲ画像の基となる実体とＤＲ画像の基となる実体が、どのようにずれているのかを、６軸座標情報として示したベクトルである。
そして図９Ｂに示すベクトルＡ９０２は、ＶＯＩ変位済３ＤＣＴイメージ３０３を示すベクトルに対して、変位済ＶＯＩイメージ４０５がどの程度ずれているのかを、６軸座標情報として示している。すなわち、変位済ＶＯＩイメージ４０５は、ＶＯＩ変位済３ＤＣＴイメージ３０３を起点としてずれる。変位済ＶＯＩイメージ４０５が全くずれていない場合は、ＶＯＩ変位済３ＤＣＴイメージ３０３と同様に６軸座標上で駆動される。

以上に説明したように、本発明の実施形態に係る患者位置決め支援装置１０１は、治療直前に撮影したＤＲ画像に、ＤＲＲ画像を合わせ込む為に必要な６軸のずれ情報を算出することができる。腫瘍患部の位置をＸ線ＣＴ装置撮影時点と同じように患者１０２を位置決めするためには、３Ｄイメージ生成処理部３０１から得られる３ＤＣＴ用変位座標に、これも３Ｄイメージ生成処理部３０１から得られるＶＯＩ用変位座標を加算すればよい。

しかし、実際に患者１０２を位置決めした時点で、本当に治療を実行すべきなのかを再考する必要がある。粒子線のような放射線が骨によって遮られてしまう等の状況が発生し得るからである。そこで、３Ｄイメージ生成処理部３０１から得られるＶＯＩ変位済３ＤＣＴイメージ３０３、変位済ＶＯＩイメージ４０５、ＶＯＩ用変位座標（ＶＯＩ用初期変位座標３０６とＶＯＩ用最適化変位座標３２１の加算値）と、ＤＲＲ生成処理部３０８から得られる３ＤＣＴ用変位座標（３ＤＣＴ用初期変位座標３０５と３ＤＣＴ用最適化変位座標３２０の加算値）を、治療計画データ３０９と共に、外部の計算処理である治療計画ビームの線量分布計算処理へ出力する（図３及び図４参照）。線量分布計算処理プログラムに上記の情報を出力することで、現在の患者１０２の状態で治療計画データ３０９に基づいて放射線を照射すると、腫瘍患部に照射される放射線の線量分布がどのようになるのかをシミュレーション計算で得ることが可能になる。

以上に説明した実施形態は、以下に記す応用が可能である。
（１）上述の実施形態では、ＶＯＩを１個だけ示したが、ＶＯＩの個数は１個に限定するものではない。計算機の演算能力とソフトウェアの改良で、ＶＯＩを複数個設定し、それらをそれぞれ独立して動かせるように構成してもよい。
更に、ＶＯＩとして指定する対象も、単一の臓器に限らない。場合によっては必要に応じて、複数の臓器に跨るようにＶＯＩを指定してもよい。

（２）上述の実施形態では、ＤＲ縦画像３１１及びＤＲ横画像３１３と、ＤＲＲ縦画像３１２とＤＲＲ横画像３１４は、被写体に対する撮影方向が直交するように構成されていた。これは、異なる方向の仮想二次元画像を２枚用いることで、仮想三次元空間内に目的とする立体を構成し、現実の二次元画像位置合わせを行うためである。立体を構成する必要条件は、異なる２方向の二次元画像を２枚用いることであり、必ずしもその画像同士が直交関係でなくてもよいし、図１で示したような正面（縦）方向と側面（横）方向でなくてもよい。

（３）相関値演算処理部３１５では、ＤＲ画像とＤＲＲ画像の類似度を表す指標として、相関値（ゼロ平均正規化相互相関）を採用した。この指標は、二つの画像の一致性を数値化するために用いるものであるので、二つの画像の類似度を算出するアルゴリズムであれば、必ずしもこれに限られない。例えば、差分の二乗和や相互情報量等、相関値を用いない類似度の算出アルゴリズムが利用可能である。したがって、相関値演算処理部３１５は、類似度演算処理部という上位概念に含まれる。同様に、相関値最大化処理部３１９は、類似度最大化処理部という上位概念に含まれる。

（４）上述の実施形態に係る患者位置決め支援装置１０１の適用対象は、重粒子線治療施設に限らない。陽子線治療、Ｘ線治療等、多種多様な放射線治療施設あるいは近赤外線等の、放射線とは異なる媒体であってもよい。本発明は治療に用いる媒体に限定されない。

本実施形態では、患者位置決め支援装置１０１を開示した。
３Ｄイメージ生成処理部３０１は、Ｘ線ＣＴ装置の撮影データである３Ｄ−ＣＴボリュームデータ１１０から仮想的に切り出したＶＯＩイメージ４０４を作成する。このＶＯＩイメージ４０４を６軸変位させ、変位済ＶＯＩイメージ４０５を作成する。３Ｄ−ＣＴボリュームデータ１１０からＶＯＩイメージ４０４を切り出したＶＯＩ抜き３ＤＣＴイメージ４０６と、変位済ＶＯＩイメージ４０５を組み合わせて、ＶＯＩ変位済３ＤＣＴイメージ３０３を作成し、計算機の三次元仮想空間内に配置する。このＶＯＩ変位済３ＤＣＴイメージ３０３をレイトレーシングにてＤＲＲ縦画像３１２とＤＲＲ横画像３１４を作成する際、ＤＲカメラ座標３１０を６軸逆変位させる。こうして、ＶＯＩ変位済３ＤＣＴイメージ３０３と変位済ＶＯＩイメージ４０５を独立して三次元仮想空間内で６軸方向に動かせる機能を実現する。相関値演算処理部３１５はＤＲＲ縦画像３１２とＤＲＲ横画像３１４に対し、ＤＲ縦画像３１１及びＤＲ横画像３１３との相関値を算出する。相関値最大化処理部３１９は、相関値演算処理部３１５が算出する相関値が最大になるように、ＤＲカメラ座標３１０と変位済ＶＯＩイメージ４０５をそれぞれ独立に６軸方向に動かす。
このように、ＤＲカメラ座標３１０と変位済ＶＯＩイメージ４０５を独立して動かせるように構成することで、患者１０２の臓器の変形や移動にも柔軟に対応が可能になる。
また、本発明の実施形態に係る患者位置決め支援装置１０１は、過去に撮影した３Ｄ−ＣＴボリュームデータ１１０から、Ｘ線ＣＴ装置で再度撮影することなく、現在の患者１０２の臓器の状態を把握することが可能になる。このことにより、実際に治療計画に基づいて治療を行うべきか否かを、操作者である医師の経験に頼ることなく、客観的なデータに基づいて判断することが可能になる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、他の変形例、応用例を含む。
例えば、上記した実施形態は本発明をわかりやすく説明するために装置及びシステムの構成を詳細且つ具体的に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることは可能であり、更にはある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。
また、上記の各構成、機能、処理部等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計するなどによりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行するためのソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の揮発性或は不揮発性のストレージ、または、ＩＣカード、光ディスク等の記録媒体に保持することができる。
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしもすべての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

１０１…患者位置決め支援装置、１０２…患者、１０３…患者ベッド、１０４…駆動機構、１０５…Ｘ線受像素子、１０６…Ｘ線照射器、１０７…重粒子線照射器、１０８…Ｘ線照射器、１０９…Ｘ線受像素子、１１０…３Ｄ−ＣＴボリュームデータ、１１１…操作部、１１２…表示部、２０１…バス、２０２…ＣＰＵ、２０３…ＲＯＭ、２０４…ＲＡＭ、２０５…不揮発性ストレージ、２０６…シリアルポート、３０１…３Ｄイメージ生成処理部、３０２…ＶＯＩ座標データ、３０３…ＶＯＩ変位済３ＤＣＴイメージ、３０５…３ＤＣＴ用初期変位座標、３０６…ＶＯＩ用初期変位座標、３０７…ＧＵＩ処理部、３０８…ＤＲＲ生成処理部、３０９…治療計画データ、３１０…ＤＲカメラ座標、３１１…ＤＲ縦画像、３１２…ＤＲＲ縦画像、３１３…ＤＲ横画像、３１４…ＤＲＲ横画像、３１５…相関値演算処理部、３１６…ノイズ除去処理部、３１７…比較対象範囲指定部、３１８…比較対象領域座標、３１９…相関値最大化処理部、３２０…３ＤＣＴ用最適化変位座標、３２１…ＶＯＩ用最適化変位座標、３２２…比較除外領域座標、４０１…ＶＯＩ切り出し処理部、４０２…ＶＯＩ変位処理部、４０３…境界処理部、４０４…ＶＯＩイメージ、４０５…変位済ＶＯＩイメージ、４０６…ＶＯＩ抜き３ＤＣＴイメージ、５０１…人体、５０２…肝臓、５０３…幾何学的立体形状、６０１…腫瘍、８０１…ＶＯＩ座標データ、８０２…空隙

Claims (2)

1. 患者の人体をスキャンした三次元透過画像データから、三次元関心領域であるＶＯＩを切り出す座標情報であるＶＯＩ座標データを生成し、前記三次元透過画像データから仮想空間内に配置する３ＤＣＴイメージと、前記三次元透過画像データ及び前記ＶＯＩ座標データから前記ＶＯＩを前記仮想空間内に配置するＶＯＩイメージを生成し、前記仮想空間内において前記ＶＯＩイメージを６軸座標方向に移動及び回転を実現する３Ｄイメージ生成処理部と、
   前記仮想空間内において前記３ＤＣＴイメージ及び前記ＶＯＩイメージに対し、６軸座標方向に逆移動及び逆回転させたＸ線カメラの座標情報に基づいて、異なる二方向の疑似Ｘ線画像である第一ＤＲＲ画像及び第二ＤＲＲ画像を生成するＤＲＲ生成処理部と、
   前記第一ＤＲＲ画像及び前記第二ＤＲＲ画像に対し、Ｘ線カメラから得られる第一ＤＲ画像及び第二ＤＲ画像との類似度を算出する類似度演算処理部と、
   前記類似度演算処理部から得られる類似度が最大になるように、前記３Ｄイメージ生成処理部に６軸移動及び回転情報を与える、類似度最大化処理部と
   を具備する、患者位置決め支援装置。
2. 更に、
   操作者の操作情報を受け付ける操作部と、
   前記３ＤＣＴイメージ及び前記ＶＯＩイメージを表示可能な表示部と
   を具備し、
   前記類似度最大化処理部は、前記操作部によってオン・オフ制御されるものであり、
   前記３Ｄイメージ生成処理部は、前記類似度最大化処理部がオフ状態において、前記３ＤＣＴイメージ及び前記ＶＯＩイメージを、操作部を通じて手動で可動可能である、
   請求項１記載の患者位置決め支援装置。