JP7298835B2 - 医用装置、医用装置の制御方法、およびプログラム - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、医用装置、医用装置の制御方法、およびプログラムに関する。

重粒子線や放射線などの治療ビームを患者（被検体）に照射する治療装置が知られている。被検体の患部、すなわち治療ビームＢを照射する箇所は、呼吸や心拍、腸の動きなどによって移動する場合がある。これに対応する治療法として、ゲーテッド照射法や追尾照射法が知られている。

呼吸によって移動する患部に治療ビームを照射する場合、被検体の呼吸位相と同期させて照射を行う必要がある。呼吸位相同期の手法として、被検体の身体に取り付けた各種センサの出力値を利用して呼吸位相を把握する手法（外部呼吸同期）と、被検体の透視画像に基づいて呼吸位相を把握する手法（内部呼吸同期）がある。呼吸位相同期のための処理は、治療装置に制御信号を出力する医用装置によって行われる。医用装置は、例えば治療装置と有線または無線で通信することで、治療装置を制御する。

この種の治療装置としては、例えば治療の際に外部呼吸波形などの呼吸波形を表示するものがある。ところが、呼吸波形を表示したとしても、呼吸波形と腫瘍の位置などの治療対象位置との関係が明らかでないことがあった。

特開２０１７－１４４０００号公報

本発明が解決しようとする課題は、呼吸波形が治療対象位置に有意に関連しているかを知らせることができる医用装置、医用装置の制御方法、およびプログラムを提供することである。

実施形態の医用装置は、取得部と、対応付部と、表示制御部と、を持つ。取得部は、被検体に取り付けられたセンサから外部呼吸波形を示す情報を取得すると共に、時系列に前記被検体を撮影した透視画像を取得する。対応付部は、前記時系列の透視画像に基づいて、被検体の呼吸位相に起因して変動する追跡値を対応付ける。表示制御部は、前記外部呼吸波形と前記追跡値の波形とを比較可能な態様で表示部に表示させる。

本実施形態によれば、呼吸波形が治療対象位置に有意に関連しているかを知らせることができる医用装置、医用装置の制御方法、およびプログラムを提供することができる。

医用装置１００を含む治療システム１の構成図。 医用装置１００の入力・表示部１２０により表示されるインターフェース画像ＩＭの一例を示す図。 医用装置１００により実行される処理の流れのフローチャートの一例を示す図。 第１ボタンＢ１、第２ボタンＢ２、および第３ボタンＢ３の表示態様の変化を示す図。 第４ボタンＢ４、第５ボタンＢ５、および第６ボタンＢ６の内容を示す図。 インターフェース画像ＩＭの領域Ａ２の表示例を示す図。 医用装置１００により実行される処理の流れの他のフローチャートの一例を示す図。 ターゲット位置の波形とともにヒストグラムを表示する例を示す図。

以下、実施形態の医用装置、医用装置の制御方法、およびプログラムを、図面を参照して説明する。なお、また、本願でいう「ＸＸに基づく」とは、「少なくともＸＸに基づく」ことを意味し、ＸＸに加えて別の要素に基づく場合も含む。また、「ＸＸに基づく」とは、ＸＸを直接に用いる場合に限定されず、ＸＸに対して演算や加工が行われたものに基づく場合も含む。「ＸＸ」は、任意の要素（例えば、任意の情報）である。

＜構成＞
図１は、医用装置１００を含む治療システム１の構成図である。治療システム１は、例えば、治療装置１０と、医用装置１００とを備える。

治療装置１０は、例えば、寝台１１と、放射線源１２－１、１２－２と、検出器１３－１、１３－２と、照射門１４と、センサ１５と、治療装置側制御部２０とを備える。以下、符号におけるハイフンおよびこれに続く数字は、いずれの放射線源および検出器の組による透視用の放射線、或いは透視画像であるかを示すものとする。また、適宜、符号におけるハイフンおよびこれに続く数字を省略して説明を行う。

寝台１１には、治療を受ける被検体Ｐが固定される。放射線源１２－１は、被検体Ｐに対して放射線ｒ－１を照射する。放射線源１２－２は、放射線源１２－１とは異なる角度から、被検体Ｐに対して放射線ｒ－２を照射する。放射線ｒ－１およびｒ－２は、電磁波の一例であり、例えばＸ線である。以下、これを前提とする。

放射線ｒ－１は検出器１３－１によって検出され、放射線ｒ－２は検出器１３－２によって検出される。検出器１３－１および１３－２は、例えばフラット・パネル・ディテクタ（ＦＰＤ；Flat Panel Detector）、イメージインテンシファイア、カラーイメージインテンシファイアなどである。検出器１３－１は、放射線ｒ－１のエネルギーを検出してデジタル変換し、透視画像ＴＩ－１として医用装置１００に出力する。検出器１３－２は、放射線ｒ－２のエネルギーを検出してデジタル変換し、透視画像ＴＩ－２として医用装置１００に出力する。図１では、２組の放射線源および検出器を示したが、治療装置１０は、３組以上の放射線源および検出器を備えてもよい。

照射門１４は、治療段階において、被検体Ｐに対して治療ビームＢを照射する。治療ビームＢには、例えば、重粒子線、Ｘ線、γ線、電子線、陽子線、中性子線などが含まれる。図１では、１つの照射門１４のみ示したが、治療装置１０は複数の照射門を備えてもよい。

センサ１５は、被検体Ｐの外部呼吸位相を認識するためのものであり、被検体Ｐの身体に取り付けられる。センサ１５は、例えば、圧力センサである。センサ１５は、被検体Ｐから受ける圧力を電圧値（検出値）によって検出する。センサ１５で検出された電圧値は、外部呼吸位相に相当する。

治療装置側制御部２０は、医用装置１００からの制御信号に応じて、放射線源１２－１、１２－２、検出器１３－１、１３－２、および照射門１４を動作させる。

医用装置１００は、例えば、統括制御部１１０と、入力・表示部１２０と、入力操作取得部１２２と、表示制御部１２４と、取得部１３０と、参照画像作成部１３２と、画像処理部１３６と、ターゲット位置特定部１４０と、出力制御部１５０と、記憶部１６０とを備える。統括制御部１１０、入力操作取得部１２２、表示制御部１２４、取得部１３０、参照画像作成部１３２、ターゲット位置特定部１４０、および出力制御部１５０は、例えば、少なくとも一部が、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＧＰＵ（Graphics Processing Unit）などのハードウェアプロセッサが記憶部１６０に格納されたプログラム（ソフトウェア）を実行することにより実現される。また、これらの構成要素のうち一部または全部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）などのハードウェア（回路部；circuitryを含む）によって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。

以下、医用装置１００の各部の機能について説明する。医用装置１００の説明において、透視画像ＴＩに対する処理として説明されたものは、特に注記が無い限り、透視画像ＴＩ－１、ＴＩ－２の双方に対して並行して実行されるものとする。統括制御部１１０は、医用装置１００の機能を統括的に制御する。

入力・表示部１２０は、例えば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）や有機ＥＬ（Electroluminescence）表示装置、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）ディスプレイなどの表示装置と、操作者による入力操作を受け付ける入力装置とを含む。入力・表示部１２０は、表示装置と入力装置が一体に形成されたタッチパネルであってもよいし、マウスやキーボードなどの入力デバイスを備えてもよい。

入力操作取得部１２２は、入力・表示部１２０に対してなされた操作（タッチ、フリック、スワイプ、クリック、ドラッグ、キー入力など）の内容を認識し、認識した操作の内容を統括制御部１１０に出力する。表示制御部１２４は、統括制御部１１０からの指示に応じて、入力・表示部１２０に画像を表示させる。表示制御部１２４は、治療の準備段階と、前記治療ビームＢの照射段階とのそれぞれの開始指示を受け付けるためのインターフェース画面を入力・表示部１２０に表示させる。なお、画像を表示させることには、演算結果に基づいて画像の要素を生成することと、予め作成された画像の要素を表示画面に割り当てることとが含まれる。

取得部１３０は、治療装置１０から透視画像ＴＩを取得する。また、取得部１３０は、センサ１５の検出値を取得する。また、取得部１３０は、医用検査装置（不図示）から被検体Ｐの三次元ボリュームデータを取得する。ターゲットの位置特定に透視画像ＴＩを参照画像として使用する場合、参照画像作成部１３２は、取得部１３０により取得された透視画像ＴＩに基づいて、ターゲット位置特定に使用される参照画像を生成する。これらについては後に詳述する。

画像処理部１３６は、デフォーマブルレジストレーション、ＤＲＲ（Digitally Reconstructed Radiograph）画像生成などの画像処理を行う。デフォーマブルレジストレーションとは、時系列の３次元ボリュームデータに対して、ある時点の３次元ボリュームデータについて指定された位置情報を、他の時点の３次元ボリュームデータに展開する処理である。ＤＲＲ画像とは、３次元ボリュームデータに対して、上記の仮想的な放射線源から放射線が照射されたと仮定した場合に、この放射線に対応して３次元ボリュームデータから生成される仮想的な透視画像である。

ターゲット位置特定部１４０は、透視画像ＴＩにおけるターゲットの位置を特定する。ターゲットとは、被検体Ｐの患部、すなわち治療ビームＢを照射する位置であってもよいし、マーカ或いは被検体Ｐの特徴箇所であってもよい。特徴箇所とは、横隔膜や心臓、骨など、透視画像ＴＩにおいて周囲の箇所との差異が比較的鮮明に現れるため、透視画像ＴＩをコンピュータが解析することで位置を特定しやすい箇所である。ターゲット位置は、一点であってもよいし、二次元または三次元の広がりを持つ領域であってもよい。

出力制御部１５０は、ターゲット位置特定部１４０により特定されたターゲット位置に基づいて、治療装置１０に照射許可信号を出力する。例えば、ゲーテッド照射法では、出力制御部１５０は、ターゲット位置がゲーティングウインドウ内に収まる場合に、治療装置１０にゲートオン信号を出力する。ゲーティングウインドウとは、二次元平面または三次元空間において設定される領域であり、照射許可範囲の一例である。ゲートオン信号とは、被検体Ｐに治療ビームＢを照射することを指示する信号であり、照射許可信号の一例である。以下、これらの前提として説明する。治療装置１０は、ゲートオン信号が入力されている場合、治療ビームＢを照射し、ゲートオン信号が入力されていない場合、治療ビームＢを照射しない。なお、照射許可範囲は、固定的に設定されるものに限らず、患部の移動に追従して移動するものであってもよい。

記憶部１６０は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、フラッシュメモリなどにより実現される。記憶部１６０には、前述したプログラムの他、時系列の三次元ＣＴ画像（以下、４ＤＣＴ画像）、透視画像ＴＩ、センサ１５の出力値などが格納される。

＜治療の流れ＞
以下、治療システム１における治療の流れについて説明する。治療システム１における治療は、計画段階、位置決め段階、準備段階、治療段階の複数の段階に分けて行われる。ここでは、各段階ごとにその治療の流れを説明する。また、治療システム１は、例えば、内部呼吸同期であるマーカレス追跡およびマーカ追跡、外部呼吸同期の３つのモードを切り替えて治療を行うことができる。ここでは、マーカレス追跡について説明する。なお、マーカレス追跡にはテンプレートマッチング法や機械学習を用いた手法等がある。以下では、テンプレートマッチング法を用いたマーカレス追跡について説明し、照射方法としてゲーテッド照射法を採用するものとして説明する。医用装置１００は、テンプレートマッチング法と、機械学習を用いた手法とを切り替え可能であってもよい。

［計画段階］
計画段階において、まず、被検体ＰのＣＴ撮影が行われる。ＣＴ撮影では、様々な呼吸位相毎に、様々な方向から被検体Ｐが撮影される。次に、ＣＴ撮影の結果に基づいて４ＤＣＴ画像が生成される。４ＤＣＴ画像は、三次元のＣＴ画像（前述した三次元ボリュームデータの一例）を時系列にｎ個並べたものである。このｎ個および時系列画像の時間間隔を乗算して求められる期間は、例えば、呼吸位相が１周期分変化する期間をカバーするように設定される。４ＤＣＴ画像は、記憶部１６０に格納される。

次に、医師や放射線技師などが、ｎ個のＣＴ画像のうち、例えば１つのＣＴ画像に対して、輪郭を入力する。この輪郭は、患部である腫瘍（治療対象）の輪郭や治療ビームＢを照射したくない臓器の輪郭等である。次に、例えば画像処理部１３６が、デフォーマブルレジストレーションによって、ｎ個のＣＴ画像のそれぞれについて輪郭を設定する。次に、治療計画が決定される。治療計画とは、設定された輪郭情報に基づいて、患部がどの位置にあるときに、どこに、どの方向から、どれだけの治療ビームＢを照射するかを規定するものであり、ゲーテッド照射法や追尾照射法などの治療法に応じて決定される。なお、計画段階の処理の一部または全部は、外部装置によって実行されてもよい。例えば、４ＤＣＴ画像を生成する処理は、ＣＴ装置によって実行されてもよい。

ここで、腫瘍の輪郭で区画される領域や、その領域の重心、或いは被検体Ｐの特徴箇所の位置などがターゲット位置となる。更に、治療計画において、ターゲット位置がどの位置にあれば治療ビームＢを照射してよいのかが決定される。デフォーマブルレジストレーションによって輪郭が設定された際に、ターゲット位置に対してマージンが自動的に、または手動で設定され、マージンを反映させてゲーティングウインドウが設定される。このマージンは、位置決めの誤差などを吸収するためのものである。

［位置決め段階］
位置決め段階においては、寝台位置の調整が行われる。被検体Ｐは寝台１１に寝かされ、シェル等で固定される。まず、寝台位置の粗い調整が行われる。この段階において、作業者が、被検体Ｐの位置と姿勢を目視で確認し、照射門１４からの治療ビームＢが当たりそうな位置へ寝台１１を動かす。これにより、寝台１１の位置が粗く調整される。次に、寝台位置を細かく調整するために利用する画像が撮影される。例えば、３Ｄ－２Ｄレジストレーションが行われる場合は透視画像ＴＩが撮影される。透視画像ＴＩは、例えば被検体Ｐが息を吐き切ったタイミングで撮影される。寝台１１の位置は粗く調整済みであるため、透視画像ＴＩには、被検体Ｐの患部付近が写っている。

３Ｄ－２Ｄレジストレーションが行われる場合、この段階において、放射線源１２－１、１２－２、検出器１３－１、１３－２、および被検体Ｐの治療計画情報を使用して三次元ボリュームデータからＤＲＲ画像が生成される。ＤＲＲ画像と透視画像ＴＩに基づいて寝台移動量が算出され、寝台１１が移動させられる。透視画像ＴＩの撮影、寝台移動量算出、寝台１１の移動を繰り返すことで、寝台１１の位置が細かく調整される。

［準備段階（その１）］
位置決め段階が終了すると、準備段階に移行する。まず４ＤＣＴ画像から各位相のＤＲＲ画像が作成される。ＤＲＲ画像の作成は４ＤＣＴ画像撮影以降であればいつ実施してもよい。このとき、治療計画において設定されたゲーティングウインドウを射影した位置がＤＲＲ上のゲーティングウインドウとして設定される。準備段階では、まず参照画像として選択される対象となる透視画像ＴＩの撮影が行われる。透視画像ＴＩの撮影にあたり、医師等は、例えば被検体Ｐに対して数回（２回以上）の深呼吸を行うように指示する。被検体Ｐが医師等の指示に従って数回の深呼吸を行う間に、透視画像ＴＩは、被検体Ｐの２呼吸分をカバーするように撮影される。また、被検体Ｐが深呼吸を行う間、被検体Ｐの外部呼吸波形が、透視画像ＴＩと同期して取得される。取得された外部呼吸波形は、表示制御部１２４により入力・表示部１２０に表示される。撮影された透視画像ＴＩには、外部呼吸波形から求められる被検体Ｐの呼吸位相に基づく追跡値が対応付けられる。

また、この段階において、ＤＲＲ画像とＤＲＲ画像上のターゲット位置の情報から透視画像ＴＩとターゲット位置との関係が学習され、更に、医師によるターゲット位置の修正が受け付けられる。そして、ターゲット位置が学習された透視画像ＴＩの中から、追跡値に基づいて、一つ以上の参照画像が選択され、選択された参照画像からテンプレートが生成される。テンプレートは、参照画像となる透視画像ＴＩそのものであってもよいし、この透視画像ＴＩの特徴的な一部を切り出したものであってよい。ターゲット位置の学習は、計画段階から治療段階までの間の、いずれのタイミングで実施されてもよい。例えば、被検体Ｐの２呼吸分の透視画像ＴＩうち、前半の１呼吸分の透視画像ＴＩからテンプレートを作成した場合、そのテンプレートを使用して、後半の１呼吸分の透視画像ＴＩでターゲットの追跡ができるか確認してもよい。その際、表示制御部１２４はＤＲＲ画像上に設定されたゲーティングウインドウを透視画像ＴＩ上に表示してもよい。このとき、表示制御部１２４により、入力・表示部１２０に外部呼吸波形及びターゲット位置のＸ座標、Ｙ座標、Ｚ座標ごとの座標位置が透視画像ＴＩに対応付けられて表示される。

［準備段階（その２）］
そして、再度、透視画像ＴＩの撮影が開始される。ターゲット位置特定部１４０は、時系列で入力される透視画像ＴＩに対してテンプレートとのマッチングを行い、透視画像ＴＩに対してターゲット位置を割り付ける。表示制御部１２４は、透視画像ＴＩを動画として入力・表示部１２０に表示させながら、ターゲット位置が割り付けられた透視画像ＴＩのフレームにターゲット位置を重畳表示させる。この結果、医師等によりターゲット位置の追跡結果が確認される。

この際に、表示制御部１２４はＤＲＲ画像上に設定されたゲーティングウインドウを透視画像ＴＩ上に表示する。出力制御部１５０は、透視画像ＴＩ－１、ＴＩ－２の双方に関して、ターゲット位置がゲーティングウインドウ内に収まっているか否かを判定する。治療段階では、ターゲット位置がゲーティングウインドウ内に収まっている場合にゲートオン信号が治療装置１０に出力されるのであるが、準備段階では、ゲートオン信号の出力の有無が統括制御部１１０を介して表示制御部１２４に伝えられる。表示制御部１２４は、動画の表示に併せてゲートオン信号の出力の有無を入力・表示部１２０に表示させる。この結果、医師等によりゲートオン信号の出力タイミングが確認される。

［治療段階］
治療段階では、表示制御部１２４はＤＲＲ画像上に設定されたゲーティングウインドウを透視画像ＴＩ上に表示する。出力制御部１５０が、透視画像ＴＩ－１、ＴＩ－２の双方に関して、ターゲット位置がゲーティングウインドウ内に収まっている場合にゲートオン信号を治療装置１０に出力する。これによって、治療ビームＢが照射され、治療が行われる。なお、ターゲット位置が患部の位置である場合には、追跡したターゲット位置がゲーティングウインドウ内に収まっている場合に治療ビームＢが被検体Ｐの患部に照射され、ターゲット位置が被検体Ｐの特徴箇所の位置である場合には、予め学習されたターゲット位置と患部の位置との関係に基づいて、ターゲット位置から導出された患部の位置がゲーティングウインドウ内に収まっている場合に治療ビームＢが照射される。なお、これらの複合手法によって患部の位置に治療ビームＢが照射されてもよい。すなわち、ターゲット位置として患部の位置と、特徴箇所の位置とをそれぞれ設定しておき、患部が第１ゲーティングウインドウに収まり、特徴箇所が第２ゲーティングウインドウに収まる場合に治療ビームＢを照射するようにしてもよい。

＜表示画像、フローチャート＞
以下、上記説明した治療の流れをサポートするための、医用装置１００の処理について説明する。

図２は、医用装置１００の入力・表示部１２０により表示されるインターフェース画像ＩＭの一例を示す図である。インターフェース画像ＩＭは、例えば、領域Ａ１－１、Ａ１－２、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、Ａ６、およびＡ７を含む。

領域Ａ１－１では、透視画像ＴＩ－１に対してゲーティングウインドウＧＷやターゲット位置ＰＴが重畳表示される。領域Ａ１－２では、透視画像ＴＩ－２に対してゲーティングウインドウＧＷやターゲット位置ＰＴが重畳表示される。領域Ａ２には、外部呼吸波形やターゲット位置などの各種グラフなどが表示される。また、治療段階では、領域Ａ２には、上記グラフの他に、ゲートオンか否かの状態、エラーの有無、ゲートオン信号、ゲートオン比率、エラー比率なども表示される。ゲートオンか否かの状態では、グラフが高い位置にあるときにゲートオンである状態を示し、低い位置にあるときにゲートオンでない状態を示している。エラーの有無は、グラフが高い位置にあるときにエラーがあり、低い位置にあるときにエラーがないことを示している。エラーの有無におけるエラーには、エラーが含まれ、咳やくしゃみ等により追跡値の移動速度が閾値以上になった場合などがある。また、エラーには、そのほか以下に示すＰＥＤ、ＤＢＲ、ＰＲＳ、ＩＶ、ＴＡＤがある。ＰＥＤエラーは、計算領域の輝度変化によるエラーである。ＰＥＤでは、例えば輝度平均が２０％変化したときにエラーと判定される。ＤＢＲは、領域Ａ１－１に表示される透視画像ＴＩ－１の追跡値と、領域Ａ１－２に表示される透視画像ＴＩ－２と追跡値の誤差によるエラーである。ＰＲＳは、テンプレートと透視画像ＴＩの類似度に基づくエラーである。ＰＲＳでは、例えば、テンプレートには横隔膜が写っていないが、透視画像ＴＩには横隔膜が写っている場合には、テンプレートと透視画像ＴＩの類似度が大幅に異なるので、エラーと判定される。ＩＶは、速度に基づくエラーである。ＩＶでは、くしゃみや咳などによって速度超過が生じた場合にエラーと判定される。ＴＡＤは、機械学習による類似度の異常検知によるエラーである。ＰＲＳでは、類似度の数値によってエラーを判定しているが、ＴＡＤでは、機械学習によって類似度のエラーを判定している。ゲートオン信号とは、外部呼吸波形、またはターゲット位置に基づいて、照射を許可する信号をいう。ゲートオン比率は、例えば治療時間に対してゲートオン信号が出力された比率をいう。エラー比率は、例えば治療時間に対してエラー信号が出力された時間の比率をいう。

領域Ａ３には、モードなどの選択を受け付けるセレクトウインドウＳＷ、透視画像ＴＩの撮影開始または撮影停止を指示するための第１ボタンＢ１、透視画像ＴＩの撮影の一時停止を指示するための第２ボタンＢ２、治療セッションの終了を指示するための第３ボタンＢ３、時系列のＤＲＲ画像や透視画像ＴＩを遡って確認するためのスライドバーやコマ送りスイッチなどが設定されたコントロールエリアＣＡ、準備段階が完了したことを確認するためのチェックボックスＣＢなどが設定される。インターフェース画像ＩＭの各部に対する操作は、例えば、タッチ操作、マウスによるクリック、或いはキーボード操作などにより行われる。例えば、第１ボタンＢ１は、タッチ操作またはマウスによるクリックによって操作される。

領域Ａ４には、モードに応じた治療段階が、次のステップに進むことを指示するための第４ボタンＢ４、第５ボタンＢ５、および第６ボタンＢ６が設定される。領域Ａ５には、センサ１５の出力値に基づく外部呼吸波形のグラフなどが表示される。領域Ａ６には、被検体Ｐの治療計画情報などを示す画像やテキスト情報が表示される。領域Ａ７では、被検体ＰのＣＴ画像の断面に対し、Ｘ線の照射方向、照射野、および治療ビームＢの照射方向、ターゲットの輪郭やマーカＲＯＩ等が重畳表示される。

以下、インターフェース画像ＩＭの各種機能について、フローチャートを参照しながら説明する。図３は、医用装置１００により実行される処理の流れの一例を示すフローチャート（その１）である。なお、以降の説明において、医用装置１００に対する操作がなされたことを検知する際には、統括制御部１１０が入力操作取得部１２２から入力される情報を参照して判断するものとし、都度の説明を省略する。

まず、統括制御部１１０が、入力操作取得部１２２から入力される情報を参照し、第１ボタンＢ１の操作によって撮影開始が選択されたか否かを判定する（ステップＳ１０２）。図４は、第１ボタンＢ１、第２ボタンＢ２、および第３ボタンＢ３の表示態様の変化を示す図である。図示するように、第１ボタンＢ１は、初期状態で、撮影が「ＯＦＦ」すなわち停止している状態を示すと共に、「撮影開始」の指示を受け付ける態様となっている。第１ボタンＢ１が操作されると、撮影が「ＯＮ」すなわち実行されている状態を示すと共に、「撮影停止」の指示を受け付ける態様に変化する。第１ボタンＢ１は、これらの二つの態様の間で状態遷移する。

なお、第２ボタンＢ２は、初期状態で、操作されると撮影の「一時停止」の指示を受け付ける態様となっている。第２ボタンＢ２は、操作されると、「撮影再開」の指示を受け付ける態様に変化する。また、第３ボタンＢ３は、初期状態で、インターフェース画像ＩＭを「閉じる」指示を受け付ける態様となっており、操作されるとインターフェース画像ＩＭの表示が停止され、一連の処理が終了する。

第１ボタンＢ１の操作によって撮影開始が選択されると、統括制御部１１０は、出力制御部１５０に指示し、テンプレートとなる透視画像ＴＩの撮影を治療装置１０に指示する（ステップＳ１０４）。出力制御部１５０は、例えば、ｋ回の呼吸分の透視画像ＴＩを撮影するように治療装置１０に指示する。

次に、統括制御部１１０は、第４ボタンＢ４の操作によってレジストレーションが指示されたか否かを判定する（ステップＳ１０６）。図５は、第４ボタンＢ４、第５ボタンＢ５、および第６ボタンＢ６の内容を示す図である。第４ボタンＢ４は、レジストレーション（透視画像ＴＩにおけるターゲット位置ＰＴの学習）の指示を受け付け、第５ボタンＢ５は、参照画像の選択指示を受け付け、第６ボタンＢ６はゲートオン信号の確認指示を受け付ける。

第４ボタンＢ４の操作によってレジストレーションが指示されると、統括制御部１１０は、画像処理部１３６に指示してＤＲＲ画像におけるターゲット位置ＰＴから透視画像ＴＩにおけるターゲット位置を求め、得られたターゲット位置ＰＴを透視画像ＴＩに重畳させて入力・表示部１２０に表示させるように表示制御部１２４に指示する（ステップＳ１０８）。前述したように、画像処理部１３６は、計画段階で撮影されたＣＴ画像から作成したＤＲＲ画像や、計画段階以降に撮影された透視画像ＴＩに基づいて、ターゲット位置ＰＴが既知であるＤＲＲ画像と、透視画像ＴＩとの間で画像の特徴部位をマッチングする処理などを行って、透視画像ＴＩにおけるターゲット位置ＰＴを導出する。透視画像ＴＩとターゲット位置ＰＴの関係は、参照画像作成部１３２に提供される。また、透視画像ＴＩにターゲット位置ＰＴが重畳した画像は、例えば、インターフェース画像ＩＭの領域Ａ１－１、Ａ１－２に表示される。

このとき、インターフェース画像ＩＭの領域Ａ２には、図６（Ａ）に示すように、外部呼吸波形と、ターゲット位置の座標位置の波形が重畳的に表示される。ターゲット位置の座標位置は、Ｘ座標、Ｙ座標、Ｚ座標ごとに表示される。表示制御部１２４は、外部呼吸波形とターゲット位置の座標位置の波形を重畳的に表示させることで、外部呼吸波形とターゲット位置の座標位置の波形を比較可能な態様で入力・表示部１２０に表示させる。外部呼吸波形とターゲット位置に座標位置の波形が比較可能な態様で表示されることから、テンプレートを作成するにあたり、外部呼吸波形がターゲット位置に有意に関連しているかどうかを知らせることができる。ターゲット位置の座標位置は、動きの大きい座標のみを表示してもよい。

この状態で、統括制御部１１０は、ターゲット位置の調整を受け付ける（ステップＳ１１０）。ターゲット位置ＰＴの調整は、例えば領域Ａ１－１、Ａ１－２に対するドラッグ／ドロップ操作によって行われる。ターゲット位置ＰＴの調整が行われると、統括制御部１１０は、調整された透視画像ＴＩとターゲット位置ＰＴの関係を参照画像作成部１３２に提供する。

次に、統括制御部１１０は、第５ボタンＢ５の操作によって参照画像の選択指示がされたか否かを判定する（ステップＳ１１２）。第５ボタンＢ５が操作されると、統括制御部１１０は、参照画像作成部１３２に指示し、参照画像として用いる透視画像ＴＩを選択し、リサイズなどの処理を行って、参照画像を作成する（ステップＳ１１４）。参照画像作成部１３２は、ターゲット位置ＰＴが対応づけられた参照画像（テンプレート）を作成し、記憶部１６０に記憶させる。

次に、統括制御部１１０は、第６ボタンＢ６の操作によってゲートオン信号の確認が指示されたか否かを判定する（ステップＳ１１６）。ゲートオン信号の確認が指示されると、統括制御部１１０は、表示制御部１２４に指示し、チェックボックスＣＢに「レ」（チェック）を入れた状態に変更させ、ゲートオン信号の出力タイミングを入力・表示部１２０に表示させる（ステップＳ１１８）。チェックボックスＣＢに「レ」が入った状態では、ゲートオン信号の出力タイミングは計算されて表示されるが、実際にゲートオン信号は治療装置１０に出力されない。

テンプレートが作成されたら、表示制御部１２４は、透視画像ＴＩを動画として入力・表示部１２０の領域Ａ１－１、Ａ１－２に表示させる際に、領域Ａ２において、図６（Ｂ）に示すように、外部呼吸波形及びターゲット位置に位置座標とともに、テンプレートにしたターゲット画像が撮影された撮影位置Ｆ１、Ｆ２、…、Ｆ５を表示する。こうして、医師等によるターゲット位置の追跡結果の確認などを補助することができる。

次に、統括制御部１１０は、第１ボタンＢ１の操作によって撮影開始が選択されたか否かを判定する（ステップＳ１２０）。第１ボタンＢ１の操作によって撮影開始が選択されると、統括制御部１１０は、出力制御部１５０に指示し、透視画像ＴＩの撮影を治療装置１０に指示すると共に、表示制御部１２４に指示し、撮影された透視画像ＴＩを用いた確認画像を入力・表示部１２０に表示させる（ステップＳ１２２）。また、入力・表示部１２０の領域Ａ２には、図６（Ｃ）に示すように、外部呼吸波形及びターゲット座標位置に並行して、ゲートオンか否かの状態、エラーの有無、ゲートオン信号、ゲートオン比率、及びエラー比率などが表示される。ゲートオン信号はターゲット位置ＰＴがゲーティングウインドウＧＷに収まっている場合と、実際に治療装置１０に出力したゲート信号を表示してもよい。治療装置１０に出力したゲート信号とは、例えばターゲット位置ＰＴがゲーティングウインドウＧＷに収まっており、かつエラー信号が出力されていない状態の時に出力される。

確認画像は、領域ＡＩ－１、ＡＩ－２に表示される。確認画像は、動画として再生される透視画像ＴＩに対して、ターゲット位置ＰＴやゲーティングウインドウＧＷが重畳された画像である（図２参照）。また、出力制御部１５０は、ターゲット位置ＰＴがゲーティングウインドウＧＷに収まっている場合に、ゲートオン信号を表示制御部１２４に出力し、領域Ａ２に表示させる。医師等は、この確認画像を視認することで、被検体Ｐの患部などのターゲット位置ＰＴが正しい位置として認識されているかどうか、ターゲット位置ＰＴがゲーティングウインドウＧＷに収まるタイミングは適切かどうか、ゲートオン信号の出力効率等を確認することができる。確認画像は、第１ボタンＢ１の操作によって撮影停止が選択されるまで表示される（ステップＳ１２４）。撮影停止が選択された後も、スライドバーやコマ送りスイッチなどが設定されたコントロールエリアＣＡを操作することで、確認画像を遡って確認することができる。

第１ボタンＢ１の操作によって撮影停止が選択されると、統括制御部１１０は、チェックボックスＣＢの「レ」が外されているか否かを判定する（ステップＳ１２６）。チェックボックスＣＢの「レ」が外されていない場合、統括制御部１１０は、第１ボタンＢ１の操作によって撮影開始が選択されたか否かを判定する（ステップＳ１２８）。撮影開始が選択された場合は、ステップＳ１２２に処理が戻され、撮影開始が選択されていない場合はステップＳ１２６に処理が戻される。チェックボックスＣＢの「レ」が外されている場合、統括制御部１１０は、治療装置１０から開始信号を受信したか否かを判定する（ステップＳ１３０）。この開始信号は、治療装置１０のスイッチ（不図示）が操作されることで治療装置１０が治療開始可能になったときに出力される信号である。治療装置１０から開始信号を受信すると、統括制御部１１０は、治療を開始するように、表示制御部１２４、ターゲット位置特定部１４０および出力制御部１５０に指示し、出力制御部１５０は透視画像ＴＩの撮影を治療装置に指示する（ステップＳ１３２）。また、ステップＳ１２６でチェックボックスが外されている場合、治療装置１０から開始信号を受信していなくても、統括制御部１１０が第１ボタンＢ１の操作によって撮影開始されたかどうかを判定し、ターゲット位置特定部１４０が特定したターゲット位置ＰＲがゲーティングウインドウに収まっていれば、治療装置１０へゲートオン信号を出力してもよい（不図示）。この場合、治療装置１０からビームＢが出力されることはない。また、ステップＳ１２６でチェックボックスが外されていないが、撮影開始が選択された後にチェックボックスを外された場合、撮影途中からゲートオン信号を出力してもよい（不図示）。ターゲット位置特定部１４０は、透視画像ＴＩとテンプレートとのマッチングを行い、ターゲット位置ＰＴを特定する。出力制御部１５０は、ターゲット位置がゲーティングウインドウに収まっている場合にゲートオン信号を治療装置１０に出力する。表示制御部１２４は、透視画像ＴＩにターゲット位置やゲーティングウインドウＧＷを重畳させた治療画像を、入力・表示部１２０に表示させる。治療画像は、領域Ａ１－１、Ａ１－２に表示される。治療は、第１ボタンＢ１の操作によって撮影停止が選択されるまで継続する（ステップＳ１３４）。なお、医用装置１００は、治療装置１０から照射完了の信号を受信した場合、或いは、治療装置１０において照射終了操作がなされたことを示す信号を治療装置１０から受信した場合も、治療を終了してよい。

表示制御部１２４は、確認画像および治療画像において、ゲートオン信号を出力する際（確認段階では出力する条件が成立した際）に、ゲーティングウインドウの色を変更するようにしてもよい。例えば、透視画像ＴＩ－１とＴＩ－２のいずれにおいてもターゲット位置ＰＴがゲーティングウインドウＧＷに収まっていない場合に第１の色、透視画像ＴＩ－１とＴＩ－２のいずれか一方のみにおいてターゲット位置ＰＴがゲーティングウインドウＧＷに収まっている場合に第２の色、透視画像ＴＩ－１とＴＩ－２の双方においてターゲット位置ＰＴがゲーティングウインドウＧＷに収まっている場合に（すなわちゲートオン信号を出力する条件が成立した場合に）第３の色でゲーティングウインドウＧＷの枠線を表示してよい。また、透視画像ＴＩ－１とＴＩ－２のいずれにおいてもターゲット位置ＰＴがゲーティングウインドウＧＷに収まっていない場合には、エラーアイコンを表示してもよい。

また、表示制御部１２４は、ゲートオン信号を出力する条件が成立した場合に、ゲーティングウインドウＧＷの内側領域と外側領域のいずれかの色彩または輝度を変更してもよい。更に、医用装置１００は、ゲートオン信号を出力する条件が成立した場合に、音または振動で通知する通知部を備えてもよい。

また、マーカレス追跡、マーカ追跡、外部呼吸同期などのモードの切り替えは、適宜のタイミングで受け付けられてもよい。例えば。上記のフローチャートにおけるステップＳ１０２の手前の処理で受け付けられるのではなく、準備段階から治療段階にかけての任意のタイミングで受け付けられてよい。また、適宜、処理のやり直しが受け付けられる。例えば、確認画像を表示している場面において、参照画像の撮影からやり直すための操作が受け付けられる。なお、透視画像ＴＩの撮影後にモード切り替えが行われた場合、既に撮影された透視画像ＴＩをテンプレートに採用してもよい。

また、複数回に分けて治療が行われる場合、前回以前に作成されたテンプレートを引き継いで治療が行われてもよい。図７は、医用装置１００により実行される処理の流れの一例を示すフローチャート（その２）である。図示するように、セレクトウインドウＳＷにおいてマーカレス追跡が選択された後、統括制御部１１０は、いずれかの領域において「前回のテンプレートを使用する」ことが選択されたか否かを判定する（ステップＳ１０１）。「前回のテンプレートを使用する」ことが選択された場合、ステップＳ１０２～Ｓ１１４の処理がスキップされ、ステップＳ１１６に処理が進められる。

以上説明した実施形態に係る医用装置１００によれば、被検体Ｐに取り付けられたセンサ１５から外部呼吸波形を示す情報を取得すると共に、時系列に被検体Ｐを撮影した４ＤＣＴ透視画像を取得する取得部１３０と、時系列の４ＤＣＴ透視画像に基づいて、被検体Ｐの呼吸位相に起因して変動するターゲット位置を対応付ける対応付部１３３と、外部呼吸波形とターゲット位置の波形とを比較可能な態様で入力・表示部１２０に表示させる表示制御部１２４と、を備えることにより、外部呼吸波形が治療タイミングに有意に関連しているかを知らせることができる。

また、実施形態に係る医用装置１００によれば、ターゲット位置は、４ＤＣＴから求めた被検体の特定の位置のＸ座標、Ｙ座標、Ｚ座標のうち一部または全部であることにより、外部呼吸波形と治療タイミングとの関連の判断の利便性を高めることができる。

また、実施形態に係る医用装置１００によれば、被検体Ｐの患部の位置を特定するターゲット位置特定部１４０と、ターゲット位置特定部１４０により特定されたターゲット位置がゲーティングウインドウ内に収まる場合に、被検体Ｐに治療ビームを照射する治療装置１０にゲートオン信号を出力する出力制御部１５０と、を更に備え、表示制御部１２４は、ゲートオン信号の出力の有無を外部呼吸波形およびターゲット位置の波形と共に入力・表示部１２０に表示させることにより、被検体の状態と治療タイミングとの関係を確認しながら治療を行うことができる。

また、実施形態に係る医用装置１００によれば、表示制御部１２４は、ゲートオン比率を入力・表示部１２０に更に表示させることにより、精度のよい治療に寄与できる。

また、実施形態に係る医用装置１００によれば、表示制御部１２４は、エラー比率を入力・表示部１２０に更に表示させることにより、精度のよい治療に寄与できる。

また、実施形態に係る医用装置１００によれば、表示制御部１２４は、ゲーティングウインドウを透視画像に重畳表示させ、ゲートオン信号を出力する際にゲーティングウインドウの色を変更することにより、ゲートオン信号が出力されていることを医師等に分かりやすく知らせることができる。

また、実施形態に係る医用装置１００によれば、表示制御部１２４は、ゲーティングウインドウを透視画像に重畳表示させ、ゲートオン信号を出力する際に、ゲーティングウインドウの内側領域と外側領域のいずれかの色彩または輝度を変更することにより、ゲートオン信号が出力されていることを医師等に分かりやすく知らせることができる。

また、実施形態に係る医用装置１００によれば、ゲートオン信号を出力する際に、音または振動で通知する通知部を備えることにより、ゲートオン信号が出力されていることを医師等に分かりやすく知らせることができる。

（変形例）
上記実施形態で例示したフローチャートにおける各ステップは、その性質に反しない限り、実行順序が変更され、複数同時に実施され、或いは実施毎に異なった順序で実施されてもよい。

また、上記実施形態では、治療装置１０と医用装置１００が別体の装置であるように説明したが、治療装置１０と医用装置１００は一体の装置であってもよい。また、治療装置１０と医用装置１００が別体の装置である場合において、出力制御部１５０は、医用装置１００に内蔵される機能であってもよい。

また、上記実施形態では、ターゲット位置の座標位置を波形で表しているが、ターゲット位置の座標位置を表す波形から、ターゲット位置の座標のヒストグラムを作成し、インターフェース画像ＩＭの領域Ａ２に表示してもよい。例えば、図８に示すように、ターゲット位置の波形αのようにターゲット位置の座標位置が変化したときには、ヒストグラムβとして作成することができる。ヒストグラムβは、縦軸の電圧値（呼吸位相）に出現回数を横軸に表したグラフである。外部呼吸波形では、最大呼気位置と最大吸気位置との間において、微小な上下動が含まれることから、電圧値（呼吸位相）の出現回数にもばらつきが見られるようになる。ヒストグラムを作成することにより、例えば、被検体Ｐに対する照射を継続できるかどうかの判断の対象とすることができる。このため、例えば、ヒストグラムの値が所定のしきい値を超えて大きくなったり、ヒストグラムの変化が所定のしきい値を超えて大きくなったりしたときに、警告を通知するようにしてもよい。また、上記実施形態では、表示制御部１２４により外部呼吸波形及びターゲット位置のＸ座標、Ｙ座標、Ｚ座標ごとの座標位置が透視画像ＴＩに対応付けられているが、表示制御部１２４以外の対応付部などを設けて外部呼吸波形及びターゲット位置のＸ座標、Ｙ座標、Ｚ座標ごとの座標位置が透視画像ＴＩに対応付けるようにしてもよい。

この変形例に係る医用装置によれば、表示制御部１２４は、ターゲット位置のヒストグラムを入力・表示部１２０に更に表示させることにより、治療を継続するか否かの判断材料を提供することができる。

また、被検体Ｐの呼吸状態が分かりやすくなる表示を行ってもよい。例えば、人の形をした人アイコンを表示し、呼気のときにはお腹に相当する位置をへこまし、吸気の際にはお腹に相当する位置を膨らませる表示を行うようにしてもよい。このような表示を行うことにより、医師等が、被検体Ｐの呼吸状態を容易に認識することができる。

また、上記実施形態では、呼吸波形として、センサ１５によって取得した検出値に基づく外部呼吸波形を表示しているが、他の呼吸波形を表示してもよい。例えば、体表面をビデオカメラで撮影し、撮影された映像における呼吸による動きを波形化して外部呼吸波形として表示してもよい。

上記実施形態で説明した医用装置の制御方法は、コンピュータが、被検体の呼吸波形を示す情報を取得すると共に、時系列に前記被検体を撮影した透視画像を取得し、前記時系列の透視画像に基づいて、被検体の呼吸位相に起因して変動する追跡値を対応付けし、前記呼吸波形と前記追跡値の波形とを比較可能な態様で表示部に表示させる、医用装置の制御方法である。

上記実施形態で説明したプログラムは、コンピュータに、被検体の呼吸波形を示す情報を取得させると共に、時系列に前記被検体を撮影した透視画像を取得させ、前記時系列の透視画像に基づいて、被検体の呼吸位相に起因して変動する追跡値を対応付けさせ、前記呼吸波形と前記追跡値の波形とを比較可能な態様で表示部に表示させる、プログラムである。

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、被検体（Ｐ）の呼吸波形を示す情報を取得すると共に、時系列に被検体を撮影した透視画像（４ＤＣＴ画像）を取得する取得部（１３０）と、時系列の透視画像に基づいて、被検体の呼吸位相に起因して変動する追跡値を対応付ける対応付部（表示制御部１２４）と、前記呼吸波形と追跡値の波形とを比較可能な態様で表示部（入力・表示部１２０）に表示させる表示制御部（１２４）と、を持つことにより、外部呼吸波形が治療タイミングに有意に関連しているかを知らせることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１…治療システム、１０…治療装置、１１…寝台、１２－１、１２－２…放射線源、１３－１、１３－２…検出器、１４…照射門、１５…センサ、２０…治療装置側制御部、１００…医用装置、１１０…統括制御部、１２０…入力・表示部、１２２…入力操作取得部、１２４…表示制御部（対応付部）、１３０…取得部、１３２…参照画像作成部、１３４…マーカ検知部、１３６…画像処理部、１４０…ターゲット位置特定部、１５０…出力制御部、１６０…記憶部

Claims (11)

1. 被検体の呼吸波形を示す情報を取得すると共に、時系列に前記被検体を撮影した透視画像を取得する取得部と、
   被検体の呼吸位相に起因して変動する前記被検体におけるターゲット位置の追跡値を前記時系列の透視画像のそれぞれに対応付ける対応付部と、
   治療ビームの照射を指示するゲートオン信号が間欠的に出力される期間において、前記呼吸波形と前記追跡値の波形とを重畳させて表示部に表示させる表示制御部と、
   を備える医用装置。
2. 前記追跡値は、透視画像から求めた被検体の特定の位置の座標の成分のうち一部または全部である請求項１に記載の医用装置。
3. 前記被検体の追跡対象箇所の位置を特定する特定部と、
   前記特定部により特定された追跡対象箇所の位置に基づいて、前記被検体に治療ビームを照射する治療装置に照射許可信号を出力する制御部と、を更に備え、
   表示制御部は、照射許可信号の出力の有無を呼吸波形または追跡値の波形と共に表示部に表示させる請求項１または２に記載の医用装置。
4. 前記表示制御部は、ゲートオン比率を前記表示部に更に表示させる請求項３に記載の医用装置。
5. 前記表示制御部は、エラー比率を前記表示部に更に表示させる請求項３に記載の医用装置。
6. 前記表示制御部は、前記追跡値のヒストグラムを前記表示部に更に表示させる請求項３に記載の医用装置。
7. 前記表示制御部は、照射許可範囲を透視画像に重畳表示させ、追跡対象箇所の位置が照射許可範囲内に収まって照射許可信号を出力する際に照射許可範囲の色を変更する請求項１～６のうちのいずれか１項に記載の医用装置。
8. 前記表示制御部は、照射許可範囲を透視画像に重畳表示させ、照射許可信号を出力する際に、照射許可範囲の内側領域と外側領域のいずれかの色彩または輝度を変更する請求項１～７のうちのいずれか１項に記載の医用装置。
9. 照射許可信号を出力する際に、音または振動で通知する通知部を備える請求項１～８のうちのいずれか１項に記載の医用装置。
10. コンピュータが、
    被検体の呼吸波形を示す情報を取得すると共に、時系列に前記被検体を撮影した透視画像を取得し、
    被検体の呼吸位相に起因して変動する前記被検体におけるターゲット位置の追跡値を前記時系列の透視画像のそれぞれに対応付けし、
    治療ビームの照射を指示するゲートオン信号が間欠的に出力される期間において、前記呼吸波形と前記追跡値の波形とを重畳させて表示部に表示させる、
    医用装置の制御方法。
11. コンピュータに、
    被検体の呼吸波形を示す情報を取得させると共に、時系列に前記被検体を撮影した透視画像を取得させ、
    被検体の呼吸位相に起因して変動する前記被検体におけるターゲット位置の追跡値を前記時系列の透視画像のそれぞれに対応付けさせ、
    治療ビームの照射を指示するゲートオン信号が間欠的に出力される期間において、前記呼吸波形と前記追跡値の波形とを重畳させて表示部に表示させることを行わせる、
    プログラム。

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