JP7432437B2 - 治療支援装置及び治療支援プログラム - Google Patents

Description

本明細書及び図面に開示の実施形態は、治療支援装置及び治療支援プログラムに関する。

従来、放射線治療における治療計画においては、治療計画用ＣＴ（Computed Tomography）装置によって撮像されたＣＴ画像と、治療計画用ＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）装置によって撮像されたＭＲＩ画像とを合成した合成画像が用いられる場合がある。例えば、腫瘍のコンツーリング（境界領域の抽出）を行う場合に、ＣＴ画像では腫瘍の境界の識別が難しいケースなどにおいて、組織のコントラストが良く、腫瘍の形状が識別しやすいＭＲＩ画像との合成画像が用いられる。

ここで、ＣＴ画像とＭＲＩ画像とを合成する場合、まず、ＭＲＩ画像の歪みが補正され、その後、ＣＴ画像における座標系とＭＲＩ画像における座標系とのズレが補正される。さらに、ＣＴ画像撮像時の体位とＭＲＩ画像撮像時の体位との違いに起因する画像間のズレや、撮像時の呼吸位相の違いに起因する画像間のズレが補正された後に、補正後のＭＲＩ画像とＣＴ画像とが合成される。そして、合成画像に基づいて、診断や治療計画などが行われる。

特表２０１９－５００１１０号公報

本明細書及び図面に開示の実施形態が解決しようとする課題の一つは、画像の劣化を抑止することである。ただし、本明細書及び図面に開示の実施形態により解決しようとする課題は上記課題に限られない。後述する実施形態に示す各構成による各効果に対応する課題を他の課題として位置づけることもできる。

実施形態に係る治療支援装置は、取得部と、変形処理部とを備える。取得部は、同一の被治療体を対象に撮像されたＣＴ（Computed Tomography）画像データ及びＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）画像データを取得する。変形処理部は、前記ＣＴ画像データの撮像時と前記ＭＲＩ画像データの撮像時とで体勢変化がある場合に、歪み補正前の前記ＭＲＩ画像データを非剛体変形処理することで、前記歪み補正前のＭＲＩ画像データと前記ＣＴ画像データとを位置合わせする。

図１は、第１の実施形態に係る治療支援システムの構成の一例を示す図である。 図２は、第１の実施形態に係る治療支援装置の構成の一例を示す図である。 図３は、第１の実施形態に係る治療支援装置による処理手順を示すフローチャートである。 図４Ａは、第１の実施形態に係る合成画像の一例を示す図である。 図４Ｂは、第１の実施形態に係る合成画像の一例を示す図である。

以下に添付図面を参照して、本願に係る治療支援装置及び治療支援プログラムの実施形態を詳細に説明する。なお、本願に係る治療支援装置及び治療支援プログラムは、以下に示す実施形態によって限定されるものではない。また、実施形態は、処理内容に矛盾が生じない範囲で他の実施形態や従来技術との組み合わせが可能である。

（第１の実施形態）
まず、本実施形態に係る治療支援装置を含む治療支援システムについて説明する。図１は、第１の実施形態に係る治療支援システム１の構成の一例を示す図である。図１に示すように、第１の実施形態に係る治療支援システム１は、治療計画用ＣＴ（Computed Tomography）装置１００と、治療計画用ＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）装置２００と、ＰＡＣＳ（Picture Archiving and Communication Systems）３００と、放射線治療情報システム４００と、治療支援装置５００と、治療計画装置６００と、放射線治療装置７００とを含む。治療計画用ＣＴ装置１００、治療計画用ＭＲＩ装置２００、ＰＡＣＳ３００、放射線治療情報システム４００、治療支援装置５００、治療計画装置６００、及び、放射線治療装置７００は、ネットワーク２を介して、相互に通信可能に接続されている。なお、図１に示す構成はあくまでも一例であり、実施形態はこれに限定されるものではなく、例えば、その他種々の装置（ＣＴ装置や、ＭＲＩ装置などの他のモダリティ）やシステム（種々の部門システム）が治療支援システム１に含まれる場合でもよい。

治療計画用ＣＴ装置１００は、架台と、天板を有する寝台装置と、コンソールとを有し、天板に横臥した被治療体の治療対象部位（腫瘍など）を含むＣＴ画像データを収集して、収集したＣＴ画像データをＰＡＣＳ３００、治療支援装置５００、治療計画装置６００などに送信する。具体的には、治療計画用ＣＴ装置１００は、架台に備えられたＸ線管とＸ線検出器とを被治療体の周囲で回転させながら投影データを収集し、収集した投影データに基づいて３次元のＣＴ画像データを再構成する。ここで、治療計画用ＣＴ装置１００における天板は、放射線治療装置の天板と同様に平面形状を有している。

治療計画用ＭＲＩ装置２００は、架台と、天板を有する寝台装置と、コンソールとを有し、天板に横臥した被治療体の治療対象部位（腫瘍など）を含むＭＲＩ画像データを収集して、収集したＭＲＩ画像データをＰＡＣＳ３００、治療支援装置５００、治療計画装置６００などに送信する。具体的には、治療計画用ＭＲＩ装置２００は、被治療体をスキャンすることで得られた磁気共鳴信号に基づいて３次元のＭＲＩ画像データを再構成する。ここで、治療計画用ＭＲＩ装置２００における天板は、放射線治療装置の天板と同様に平面形状を有している。

ＰＡＣＳ３００は、治療計画用ＣＴ装置１００及び治療計画用ＭＲＩ装置２００を含む各種モダリティによって収集された医用画像データをネットワーク２を介して受信し、保管、管理する。例えば、ＰＡＣＳ３００は、治療計画用ＣＴ装置１００及び治療計画用ＭＲＩ装置２００によって、同一被治療体から収集したＣＴ画像データ及びＭＲＩ画像データを保管、管理する。

放射線治療情報システム４００は、放射線治療に関する種々の情報を記憶して管理する。具体的には、放射線治療情報システム４００は、治療計画や、実績情報（照射履歴）、種々の報告、被治療体の状況の記録など、治療の進捗に関わる種々の情報を、被治療体ごとに記憶して管理する。放射線治療情報システム４００は、ネットワーク２に接続された各装置からアクセスされ、管理する情報を提供することができる。

治療支援装置５００は、治療計画用ＣＴ装置１００、治療計画用ＭＲＩ装置２００或いは、ＰＡＣＳ３００からＣＴ画像データ及びＭＲＩ画像データを取得し、取得したＣＴ画像データ及びＭＲＩ画像データを用いて、治療計画に用いられる画像データを生成する。具体的には、治療支援装置５００は、ＣＴ画像データに対して位置合わせの補正を行ったＭＲＩ画像データを生成する。そして、治療支援装置５００は、補正後のＭＲＩ画像データとＣＴ画像データとを治療計画装置６００に送信する。なお、治療支援装置５００による補正については、後に詳述する。

治療計画装置６００は、治療計画用ＣＴ装置１００により収集された被治療体の３次元のＣＴ画像データ及び治療計画用ＭＲＩ装置２００により収集された同一被治療体の３次元のＭＲＩ画像データを用いて、放射線治療装置７００による放射線治療の治療計画を立てる。例えば、治療計画装置６００は、治療支援装置５００によって補正されて、合成されたＣＴ画像データ及びＭＲＩ画像データを用いて、被治療体内の治療対象部位の位置の特定及び照射領域の決定が行われる。

例えば、放射線の照射領域の決定においては、まず、治療計画用ＣＴ装置１００によって収集されたＣＴ画像データなどに基づいて、放射線の照射を避けるべきリスク臓器が設定される。そして、腫瘍の進展や存在が肉眼的に確認できる３次元領域である肉眼的腫瘍体積（ＧＴＶ：gross tumor volume）が設定され、設定されたＧＴＶ及び肉眼的には確認できないが潜在的な腫瘍領域を含む臨床的標的体積（ＣＴＶ：clinical target volume）が設定される。ここで、ＧＴＶの設定には、ＣＴ画像データとＭＲＩ画像データとを合成した合成画像が用いられる。例えば、ＭＲＩ画像データに対してＧＴＶを設定することで、ＣＴ画像データにおける対応する位置にＧＴＶが設定される。なお、リスク臓器、ＧＴＶ及びＣＴＶの設定は、例えば、コンツーリング（輪郭の抽出）によって行われるが、コンツーリングは、医師による手動の処理及び画像処理技術による自動の処理のどちらでも行うことができる。

そして、放射線の照射領域の決定においては、呼吸、嚥下、心拍動、蠕動などの体内臓器の動きによる影響を吸収するためのインターナルマージン（ＩＭ：internal margin）を含めたＩＴＶ（internal target volume）がＣＴＶに対して設定される。さらに、毎回の照射における設定誤差（ＳＭ：set-up margin）を含めた計画標的体積（ＰＴＶ：planning target volume）がＩＴＶに対して設定されることで、放射線の照射領域が決定される。

そして、治療計画装置６００は、決定された放射線の照射領域に対して放射線治療装置７００が照射する放射線の照射角度や、照射角度ごとの線量及び照射野の形状、照射する回数などの計画を立てる。そして、治療計画装置６００は、放射線治療情報システム４００及び放射線治療装置７００に対して治療計画を送信する。

放射線治療装置７００は、治療計画装置６００による治療計画に従い、被治療体に対して放射線を照射し、放射線治療を実行する。具体的には、放射線治療装置７００は、放射線発生器と、放射線絞り器と、撮像装置とを有する架台と、天板を有する寝台装置とを含み、コンソールからの制御に基づいて、放射線治療を行う。例えば、放射線治療装置７００は、治療計画に沿って、放射線の照射角度、照射角度ごとの線量及び照射野の形状、照射回数などの照射条件が設定される。ここで、照射野の形状は、例えば、放射線絞り器であるマルチリーフコリメータ（ＭＬＣ：Multi-Leaf Collimator）によって形成される。ＭＬＣは、放射線の照射範囲を設定する複数の放射線遮蔽板を有し、治療計画に基づいて各遮蔽板が独立して駆動することで、放射線の照射領域（ＰＴＶ）の形状に一致した照射野を形成することができる。

このように、放射線治療装置７００は、受信した治療計画に沿って、天板に横臥した被治療体に対して放射線を照射する。ここで、放射線治療装置７００における天板は、平面形状を有しており、治療計画用ＣＴ装置１００及び治療計画用ＭＲＩ装置２００と同一の形状を有する。

上述したように、放射線治療における治療計画では、ＣＴ画像データとＭＲＩ画像データとを合成した合成画像が用いられるが、この合成に際し、歪みの補正、画像座標系の補正、撮像時の体位や呼吸位相の違いによるズレに関する補正が段階的に実施される。これらの補正は、いずれも変形処理である。変形処理では、補正前の各画素の位置が、補正後に画素の中心位置にはないため、補間処理が必要になる。補間処理は、一種のローパスフィルター処理であるため、補間処理後の画質は劣化する。したがって、このような補正を段階的に複数回行った場合、その劣化は顕著となる。

特に、放射線治療の治療計画では、ＣＴ画像データでリスク臓器を同定し、線量計算シミュレーションにおいてＣＴ画像データの画素値を電子密度あるいは物理密度に変換する。さらに、放射線の照射領域（腫瘍およびマージン）を同定するが、ＣＴ画像では腫瘍領域を明確に同定できない場合も多く、このような場合に腫瘍領域が明確に同定できるＭＲＩ画像を用いることがある。この場合、複数回の補正処理が施されたＭＲＩ画像とＣＴ画像とを合成し、補正後のＭＲＩ画像上で腫瘍領域を同定すると、対応するＣＴ画像上に腫瘍領域が同定される。しかしながら、この時、補正後のＭＲＩ画像は、複数回の変形処理を行っているため、特に元々シャープであった腫瘍領域の辺縁が少し鈍ってしまっている。その結果、ＭＲＩ画像上での腫瘍領域の境界が不鮮明あるいはボケによって少し幅を持って認識されることがある。

そこで、本実施形態に係る治療支援装置５００は、補正処理を段階的に複数回行わずに、１度のみ行うようにすることで、画質の劣化を抑止する。具体的には、治療支援装置５００は、ＣＴ画像データに含まれる被治療体の解剖学的構造と、ＭＲＩ画像データに含まれる被治療体の解剖学的構造とが略一致している場合に、１度の補正処理でＣＴ画像データとＭＲＩ画像データとを合成した合成画像を生成する。これにより、治療支援装置５００は、１度の補間処理で合成画像を生成することができ、画質の劣化を抑止することを可能にする。

図２は、第１の実施形態に係る治療支援装置５００の構成の一例を示す図である。図２に示すように、第１の実施形態に係る治療支援装置５００は、通信インターフェース５１０と、入力インターフェース５２０と、ディスプレイ５３０と、記憶回路５４０と、処理回路５５０とを有する。

通信インターフェース５１０は、処理回路５５０に接続され、ネットワーク２を介して接続された各装置との間で行われる各種データの伝送及び通信を制御する。例えば、通信インターフェース５１０は、ネットワークカードやネットワークアダプタ、ＮＩＣ（Network Interface Controller）等によって実現される。

入力インターフェース５２０は、処理回路５５０に接続され、操作者（医療従事者）から受け付けた入力操作を電気信号に変換して処理回路５５０に出力する。具体的には、入力インターフェース５２０は、操作者から受け付けた入力操作を電気信号へ変換して処理回路５５０に出力する。例えば、入力インターフェース５２０は、トラックボール、スイッチボタン、マウス、キーボード、操作面へ触れることで入力操作を行うタッチパッド、表示画面とタッチパッドとが一体化されたタッチスクリーン、光学センサを用いた非接触入力回路、及び音声入力回路等によって実現される。なお、本明細書において、入力インターフェース５２０は、マウス、キーボード等の物理的な操作部品を備えるものだけに限られない。例えば、装置とは別体に設けられた外部の入力機器から入力操作に対応する電気信号を受け取り、この電気信号を制御回路へ出力する電気信号の処理回路も入力インターフェース５２０の例に含まれる。

ディスプレイ５３０は、処理回路５５０に接続され、処理回路５５０から出力される各種情報及び各種画像データを表示する。例えば、ディスプレイ５３０は、液晶ディスプレイやＣＲＴ（Cathode Ray Tube）ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、プラズマディスプレイ、タッチパネル等によって実現される。本実施形態では、例えば、ディスプレイ５３０は、ＣＴ画像データとＭＲＩ画像データとを合成した合成画像などを表示する。

記憶回路５４０は、処理回路５５０に接続され、各種データを記憶する。また、記憶回路５４０は、処理回路５５０が読み出して実行することで各種機能を実現するための種々のプログラムを記憶する。例えば、記憶回路５４０は、ＲＡＭ（Random Access Memory）、フラッシュメモリ等の半導体メモリ素子や、ハードディスク、光ディスク等によって実現される。一例を挙げると、記憶回路５４０は、ＣＴ画像データ５４１や、ＭＲＩ画像データ５４２、補正後データ５４３などを記憶する。また、記憶回路５３４は、放射線治療情報システム４００から受信した治療計画や、各種処理結果などを記憶する。

ＣＴ画像データ５４１は、治療計画用ＣＴ装置１００あるいは図示しないＣＴ装置によって収集された３次元のＣＴ画像データである。ここで、ＣＴ画像データ５４１は、被治療体における治療対象領域について、同一の被治療体から収集されたＭＲＩ画像データ５４２に含まれる領域と同一の領域を含む。たとえば、ＣＴ画像データ５４１は、通信インターフェース５１０を介して治療計画用ＣＴ装置１００、図示しないＣＴ装置あるいはＰＡＣＳ３００から取得され、記憶回路５４０に格納される。

ＭＲＩ画像データ５４２は、治療計画用ＭＲＩ装置２００あるいは図示しないＭＲＩ装置によって収集された３次元のＭＲＩ画像データである。ここで、ＭＲＩ画像データ５４２は、被治療体における治療対象領域について、同一の被治療体から収集されたＣＴ画像データ５４１に含まれる領域と同一の領域を含む。たとえば、ＭＲＩ画像データ５４２は、通信インターフェース５１０を介して治療計画用ＭＲＩ装置２００、図示しないＭＲＩ装置あるいはＰＡＣＳ３００から取得され、記憶回路５４０に格納される。

補正後データ５４３は、処理回路５５０によって補正処理が実行されたのちのＭＲＩ画像データである。具体的には、補正後データ５４３は、処理回路５５０によって変形処理が加えられたＭＲＩ画像データである。

処理回路５５０は、入力インターフェース５２０を介して操作者から受け付けた入力操作に応じて、治療支援装置５００全体の動作を制御する。例えば、処理回路５５０は、プロセッサによって実現される。図２に示すように、処理回路５５０は、制御機能５５１、同定機能５５２、変形処理機能５５３、及び、合成機能５５４を実行する。ここで、制御機能５５１は、取得部の一例である。また、同定機能５５２は、判定部の一例である。また、変形処理機能５５３は、変形処理部の一例である。また、合成機能５５４は、合成部の一例である。

制御機能５５１は、入力インターフェース５３２を介して入力された各種要求に応じた処理を実行するように制御する。具体的には、制御機能５５１は、通信インターフェース５１０を介した情報の送受信、記憶回路５４０への情報の格納、ディスプレイ５３０への情報の表示などを制御する。

例えば、制御機能５５１は、通信インターフェース５１０を介して治療計画用ＣＴ装置１００、図示しないＣＴ装置あるいはＰＡＣＳ３００から、ＣＴ画像データ５４１を取得し、記憶回路５４０に格納する。また、制御機能５５１は、通信インターフェース５１０を介して治療計画用ＭＲＩ装置２００、図示しないＭＲＩ装置あるいはＰＡＣＳ３００から、ＭＲＩ画像データ５４２を取得し、記憶回路５４０に格納する。ここで、制御機能５５１は、入力インターフェース５３２を介して入力された画像データの取得要求に応じて、同一被治療体を対象に撮像されたＣＴ画像データ５４１及びＭＲＩ画像データ５４２を取得する。また、制御機能５５１は、合成機能５５４によって合成された合成画像をディスプレイ５３０に表示させる。

同定機能５５２は、ＣＴ画像データの撮像時における撮像部位の解剖学的構造と、ＭＲＩ画像データの撮像時における撮像部位の解剖学的構造とが略一致するか否かを判定する。具体的には、同定機能５５２は、ＣＴ画像データを撮像した時点での被治療体内の解剖学的構造と、ＭＲＩ画像データを撮像した時点での被治療体内の解剖学的構造とに変化が生じているか否かを判定する。

例えば、同定機能５５２は、ＣＴ画像データとＭＲＩ画像データとの合成を指示されると、合成の対象となるＣＴ画像データとＭＲＩ画像データについて、各画像データの付帯情報から撮像日を取得する。そして、同定機能５５２は、取得したＣＴ画像データの撮像日と、ＭＲＩ画像データの撮像日との間の日数が閾値以下である場合に、ＣＴ画像データの撮像時における撮像部位の解剖学的構造と、ＭＲＩ画像データの撮像時における撮像部位の解剖学的構造とが略一致すると判定する。

例えば、腫瘍の治療においては、放射線治療の他、抗がん剤を用いた化学療法が並行して行われる場合もある。このような場合、抗がん剤の副作用により被治療体の体型が大きく変化することもある。そこで、同定機能５５２は、ＣＴ画像データの撮像日と、ＭＲＩ画像データの撮像日との間の日数が閾値以下である場合、被治療体内の解剖学的構造に変化が生じていないと判定する。一方、ＣＴ画像データの撮像日と、ＭＲＩ画像データの撮像日との間の日数が閾値を超えている場合、同定機能５５２は、被治療体内の解剖学的構造に変化が生じていると判定する。なお、比較する閾値は任意に設定することができる。

また、同定機能５５２は、ＣＴ画像データの撮像日とＭＲＩ画像データの撮像日との間に、撮像部位の解剖学的構造が変化する事象が含まれている場合に、ＣＴ画像データの撮像時における撮像部位の解剖学的構造と、ＭＲＩ画像データの撮像時における撮像部位の解剖学的構造とが異なると判定する。例えば、同定機能５５２は、被治療体の治療の進捗に関わる情報を取得して、ＣＴ画像データの撮像日とＭＲＩ画像データの撮像日との間で、手術などの解剖学的構造を変更するイベントがあったか否かを判定する。

ここで、ＣＴ画像データの撮像日とＭＲＩ画像データの撮像日との間で、手術などの解剖学的構造を変更するイベントがあった場合には、同定機能５５２は、被治療体内の解剖学的構造に変化が生じていると判定する。一方、解剖学的構造を変更するイベントがない場合には、同定機能５５２は、被治療体内の解剖学的構造に変化が生じていないと判定する。

そして、同定機能５５２は、ＣＴ画像データの撮像時における撮像部位の解剖学的構造とＭＲＩ画像データの撮像時における撮像部位の解剖学的構造とで変化が生じていないと判定した場合に、さらに、歪み補正前のＭＲＩ画像データとＣＴ画像データとの間で解剖学的に対応する画素の相関関係を同定することで、ＭＲＩ画像データの歪みに関する情報と、ＣＴ画像データとＭＲＩ画像データにおける体勢変化に関する情報とを組み合わせた補正を一度に行う。

ここで、同定機能５５２は、歪み補正前のＭＲＩ画像データとＣＴ画像データとの間で、体勢変化によるズレが生じているか否かを判定する。すなわち、同定機能５５２は、体勢変化によるズレが生じていない場合には、ＭＲＩ画像の歪み補正のみを行うように制御する。例えば、同定機能５５２は、歪み補正を行うためのマップを変形処理機能５５３に出力する。一方、体勢変化によるズレが生じている場合には、同定機能５５２は、以下の処理を実行する。

なお、体勢変化によるズレを判定する場合、同定機能５５２は、例えば、画像データに描出された外形形状の違いによって判定する。なお、体勢変化によるズレを判定する場合に、歪み補正後のＭＲＩ画像データとＣＴ画像データとを比較する場合でもよい。すなわち、同定機能５５２は、体勢変化によるズレを判定するために、一度歪み補正を行って歪み補正後のＭＲＩ画像データを取得し、取得したＭＲＩ画像データとＣＴ画像データとを比較することで、体勢変化によるズレを判定する。

体勢変化によるズレが生じている場合には、例えば、同定機能５５２は、ＣＴ画像データとＭＲＩ画像データ間の相互情報量を類似度として用いて、歪み補正前のＭＲＩ画像データとＣＴ画像データとの間で対応する画素の相関関係を同定する。かかる場合には、例えば、同定機能５５２は、歪み補正前のＭＲＩ画像データに対して種々の変換を施し、変換ごとの相互情報量を算出する。そして、同定機能５５２は、相互情報量が最大となる、データ間のボクセルの対応関係（対応マップ）と決定する。すなわち、同定機能５５２は、類似度の算出と相対位置の更新とを繰り返し、類似度が最大となる相対位置を検索する。

ここで、同定機能５５２は、歪み補正前のＭＲＩ画像データに対して、歪みを考慮した変換を施し、相互情報量を算出してもよい。ＭＲＩ画像データは、静磁場不均一などの理由により歪みが生じているため、同定機能５５２は、この歪みの補正を含む位置合わせを行うためのデータ間の対応関係を決定する。例えば、同定機能５５２は、静磁場不均一の状態を示すフィールドマップに基づくボクセルの変位を、上記した変換行列に加え、当該変換行列を用いて相互情報量を算出する。これにより、一度の相対位置の検索により、ＭＲＩ画像データの歪み及び画像データ間の位置ズレを補正するための対応マップが得られることとなる。

なお、ＣＴ画像データとＭＲＩ画像データとの類似度の算出は、上記した相互情報量を用いる手法に限られず、どのような手法が用いられてもよい。例えば、ＭＲＩ画像データからＣＴ画像データを作成する深層学習が用いられても良い。あるいは、例えば、類似度を算出する際、グローバルな検索範囲を対象に相関を同定し、その中からさらにローカルな相関を同定するアルゴリズムが用いられてもよい。

また、例えば、相関関係の同定が深層学習によって行われる場合でもよい。かかる場合には、例えば、ＣＴ画像データ及び歪み補正前のＭＲＩ画像データの入力に対してボクセルの対応関係（対応マップ）を出力する学習済みモデルが生成される。そして、同定機能５５２は、ＣＴ画像データ及び歪み補正前のＭＲＩ画像データを学習済みモデルに入力することで、対応マップを取得する。なお、深層学習としては、例えば、Ｕ－Ｎｅｔなどが用いられる。

なお、同定機能５５２は、被治療体内の解剖学的構造に変化が生じていると判定した場合、ＣＴ画像とＭＲＩ画像との正確な位置合わせはできないので処理を中断する。

変形処理機能５５３は、ＣＴ画像データの撮像時における撮像部位の解剖学的構造とＭＲＩ画像データの撮像時における撮像部位の解剖学的構造とが略一致することを条件に、歪み補正前のＭＲＩ画像データを非剛体変形処理することで、歪み補正前のＭＲＩ画像データとＣＴ画像データとを位置合わせする。すなわち、変形処理機能５５３は、同定機能５５２によって同定された歪み補正と位置ズレの補正とを含む対応マップを用いて、ＣＴ画像データと歪み補正前のＭＲＩ画像データとを位置合わせする。

例えば、変形処理機能５５３は、ＭＲＩ画像データに対して対応マップを適用した非剛体変形処理を施した補正後のＭＲＩ画像データを生成することで、ＣＴ画像データと歪み補正前のＭＲＩ画像データとを位置合わせする。そして、変形処理機能５５３は、生成した補正後のＭＲＩ画像データを補正後データ５４３として記憶回路５４０に格納する。

合成機能５５４は、変形処理機能５５３によって位置合わせされたＣＴ画像データとＭＲＩ画像データとを合成した合成画像を生成する。例えば、合成機能５５４は、位置合わせされた各画像データからＣＴ画像を第１レイヤー、ＭＲＩ画像を第２レイヤーに示す合成画像を生成する。すなわち、合成機能５５４は、同一断面を示すＣＴ画像及びＭＲＩ画像を位置合わせ後の画像データからそれぞれ生成する。

制御機能５５１は、合成機能５５４によって生成された合成画像をディスプレイ５３０に表示させる。例えば、制御機能５５１は、ＣＴ画像を第１レイヤーに表示させ、ＭＲＩ画像を第２レイヤーに表示させ、それぞれのレイヤーの透明度を変更して重ね合せて表示させる。また、例えば、制御機能５５１は、ディスプレイ５３０にＣＴ画像及びＭＲＩ画像を並列表示させる。

以下、図３を用いて、治療支援装置５００による処理の一例を説明する。図３は、第１の実施形態に係る治療支援装置５００による処理手順を示すフローチャートである。ここで、図３におけるステップＳ１０１は、例えば、処理回路５５０が制御機能５５１に対応するプログラムを記憶回路５４０から読み出して実行することにより実現される。また、ステップＳ１０２、Ｓ１０３は、例えば、処理回路５５０が同定機能５５２に対応するプログラムを記憶回路５４０から読み出して実行することにより実現される。また、ステップＳ１０４、Ｓ１０６は、例えば、処理回路５５０が変形処理機能に対応するプログラムを記憶回路５４０から読み出して実行することにより実現される。また、ステップＳ１０５は、例えば、処理回路５５０が制御機能５５１及び合成機能５５４に対応するプログラムを記憶回路５４０から読み出して実行することにより実現される。

第１の実施形態に係る治療支援装置５００においては、まず、操作者が、合成する対象であるＣＴ画像データを、治療計画用ＣＴ装置１００、あるいはＰＡＣＳ３００から取得する（ステップＳ１０１）。さらに、操作者は、同じく合成する対象であるＭＲＩ画像データを、治療計画用ＭＲＩ装置２００、あるいはＰＡＣＳ３００から取得する（ステップＳ１０１）。

そして、操作者が、ＣＴ画像上でリスク臓器をコンツーリング（境界領域の抽出）する。次に、操作者は、腫瘍領域を同様にコンツーリングするが、ＣＴ画像では腫瘍領域を明確に同定できない場合に、ＭＲＩ画像を用いてコンツーリングするため、画像合成を指示する。

操作者によって画像合成が指示されると、同定機能５５２は、ＣＴ画像データに含まれる解剖学的な形態と、ＭＲＩ画像データに含まれる解剖学的な形態とに変化が生じる可能性があるか否かを判定する（ステップＳ１０２）。例えば、同定機能５５２は、ＣＴ画像データの撮像日とＭＲＩ画像データの撮像日との間の日数や、その間に手術などがあったか否かを判定する。

ここで、形態に変化が生じる可能性がないと判定されると（ステップＳ１０２、否定）、同定機能５５２は、体勢変化があるか否かを判定する（ステップＳ１０３）。例えば、同定機能５５２は、画像データ間で外形形状に違いがあるか否かを判定する。ここで、体勢変化がある場合には（ステップＳ１０３、肯定）、同定機能５５２は、ＭＲＩ画像データの歪み及び画像データ間の位置ズレを補正するための対応マップを同定して、変形処理機能５５３に出力する。変形処理機能５５３は、受け付けた対応マップに基づくワーピング処理により、体勢変化及び歪みを補正する（ステップＳ１０４）。

一方、体勢変化がない場合には（ステップＳ１０３、否定）、同定機能５５２は、歪み補正を行うためのフィールドマップを変形処理機能５５３に出力する。変形処理機能５５３は、受け付けたフィールドマップに基づくワーピング処理により、歪みを補正する（ステップＳ１０６）。

ステップＳ１０４又はステップＳ１０６により補正処理が実行されると、合成機能５５４が補正後の画像データを合成し、制御機能５５１が合成画像を表示させる（ステップＳ１０５）。図４Ａ及び図４Ｂは、第１の実施形態に係る合成画像の一例を示す図である。例えば、図４Ａに示すように、制御機能５５１は、第１レイヤーにＣＴ画像を表示させ、第２レイヤーにＭＲＩ画像を表示させ、各画像の透過度を変化させた合成画像をディスプレイ５３０に表示させる。

また、例えば、制御機能５５１は、図４Ｂに示すように、ディスプレイ５３０の表示領域を第１象限～第４象限に分割し、第１象限（及び第３象限）にＭＲＩ画像を示し、第２象限（及び第４象限）にＣＴ画像を示した合成画像を表示させる。また、例えば、制御機能５５１は、ＭＲＩ画像とＣＴ画像を並べて表示し、２つの画像上に共通の座標系を定義する。そして、たとえばカーソルで一方の画像の座標系が移動されると、制御機能５５１は、もう他方の画像の座標系も同期して移動するように制御する。

上述したように、第１の実施形態によれば、制御機能５５１は、同一の被治療体を対象に撮像されたＣＴ画像データ及びＭＲＩ画像データを取得する。同定機能５５２は、ＣＴ画像データの撮像時における撮像部位の解剖学的構造と、ＭＲＩ画像データの撮像時における撮像部位の解剖学的構造とが略一致するか否かを判定する。変形処理機能５５３は、ＣＴ画像データの撮像時における撮像部位の解剖学的構造とＭＲＩ画像データの撮像時における撮像部位の解剖学的構造とが略一致することを条件に、歪み補正前のＭＲＩ画像データを非剛体変形処理することで、歪み補正前のＭＲＩ画像データとＣＴ画像データとを位置合わせする。従って、第１の実施形態に係る治療支援装置５００は、ＭＲＩ画像データの歪みに関する補正と、ＭＲＩ画像データとＣＴ画像データとの位置ズレに関する補正とを１度の補正で行うことができ、補正に伴う画質の劣化を抑止することを可能にする。また、治療支援装置５００は、ＭＲＩ画像データの歪みに関する補正と、ＭＲＩ画像データとＣＴ画像データとの位置ズレに関する補正とを１度の補正で行うことで、時間の節約を同時に行うことを可能にする。

また、第１の実施形態によれば、同定機能５５２は、ＣＴ画像データの撮像日とＭＲＩ画像データの撮像日との間の日数が閾値以下である場合に、ＣＴ画像データの撮像時における撮像部位の解剖学的構造と、ＭＲＩ画像データの撮像時における撮像部位の解剖学的構造とが略一致すると判定する。従って、第１の実施形態に係る治療支援装置５００は、治療による解剖学的構造の変化を考慮した補正を行うことを可能にする。

また、第１の実施形態によれば、同定機能５５２は、ＣＴ画像データの撮像日とＭＲＩ画像データの撮像日との間に、撮像部位の解剖学的構造が変化する事象が含まれている場合に、ＣＴ画像データの撮像時における撮像部位の解剖学的構造と、ＭＲＩ画像データの撮像時における撮像部位の解剖学的構造とが異なると判定する。

また、第１の実施形態によれば、同定機能５５２は、ＣＴ画像データの撮像時における撮像部位の解剖学的構造とＭＲＩ画像データの撮像時における撮像部位の解剖学的構造とが略一致した場合に、さらに、ＭＲＩ画像データの歪みに関する情報と、ＣＴ画像データとＭＲＩ画像データにおける位置ズレに関する情報とを組み合わせた、歪み補正前のＭＲＩ画像データとＣＴ画像データとの間で対応する画素の相関関係を同定する。変形処理機能５５３は、相関関係に基づいて、歪み補正前のＭＲＩ画像データとＣＴ画像データとを位置合わせする。従って、第１の実施形態に係る治療支援装置５００は、ＭＲＩ画像データの歪みに関する補正と、ＭＲＩ画像データとＣＴ画像データとの位置ズレに関する補正とを１度の補正で行うことを可能にする。

また、第１の実施形態によれば、合成機能５５４は、変形処理機能５５３によって位置合わせされたＣＴ画像データとＭＲＩ画像データとを合成した合成画像を生成する。従って、第１の実施形態に係る治療支援装置５００は、ＭＲＩ画像データとＣＴ画像データについて、精度の高い位置合わせを行った合成画像を生成することを可能にする。

（その他の実施形態）
さて、これまで第１の実施形態について説明したが、上述した第１の実施形態以外にも、種々の異なる形態にて実施されてよいものである。

なお、上述した実施形態では、放射線治療に関する画像データの位置合わせを行う場合について説明した。しかしながら、実施形態はこれに限定されるものではなく、診断目的でＣＴ画像とＭＲＩ画像とを合成する場合でもよい。かかる場合には、制御機能５５１は、図示しないＣＴ装置によって収集されたＣＴ画像データを、図示しないＣＴ装置あるいはＰＡＣＳ３００から取得する。また、制御機能５５１は、図示しないＭＲＩ装置によって収集されたＭＲＩ画像データを、図示しないＭＲＩ装置あるいはＰＡＣＳ３００から取得する。

そして、同定機能５５２は、操作者による画像合成の指示に応じて、上記した同定処理を行う。また、変形処理機能５５３は、同定機能５５２によって同定された対応マップに基づいて、制御機能５５１によって取得されたＭＲＩ画像データを変形することで、ＣＴ画像データとの位置合わせを行う。合成機能５５４は、変形処理後のＭＲＩ画像データとＣＴ画像データとの合成画像を生成し、制御機能５５１は、合成画像をディスプレイ５３０に表示させる。

上述した実施形態では、処理回路５５０が有する各処理機能について説明した。ここで、例えば、上述した各処理機能は、コンピュータによって実行可能なプログラムの形態で記憶回路５４０に記憶される。処理回路５５０は、各プログラムを記憶回路５４０から読み出し、読み出した各プログラムを実行することで、各プログラムに対応する処理機能を実現する。換言すると、各プログラムを読み出した状態の処理回路５５０は、図２に示した各処理機能を有することとなる。

なお、図２では、単一の処理回路５５０によって各処理機能が実現される場合の例を説明したが、実施形態はこれに限られない。例えば、処理回路５５０は、複数の独立したプロセッサを組み合わせて構成され、各プロセッサが各プログラムを実行することにより各処理機能を実現するものとしても構わない。また、処理回路５５０が有する各処理機能は、単一又は複数の処理回路に適宜に分散又は統合されて実現されてもよい。

また、上述した各実施形態の説明で用いた「プロセッサ」という文言は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ(Graphics Processing Unit)、或いは、特定用途向け集積回路（Application Specific Integrated Circuit：ＡＳＩＣ）、プログラマブル論理デバイス（例えば、単純プログラマブル論理デバイス（Simple Programmable Logic Device：ＳＰＬＤ）、複合プログラマブル論理デバイス（Complex Programmable Logic Device：ＣＰＬＤ）、及びフィールドプログラマブルゲートアレイ（Field Programmable Gate Array：ＦＰＧＡ））等の回路を意味する。ここで、記憶回路にプログラムを保存する代わりに、プロセッサの回路内にプログラムを直接組み込むように構成しても構わない。この場合には、プロセッサは回路内に組み込まれたプログラムを読み出して実行することで機能を実現する。また、本実施形態の各プロセッサは、プロセッサごとに単一の回路として構成される場合に限らず、複数の独立した回路を組み合わせて１つのプロセッサとして構成され、その機能を実現するようにしてもよい。

ここで、プロセッサによって実行される治療支援プログラムは、ＲＯＭ（Read Only Memory）や記憶部等に予め組み込まれて提供される。なお、この治療支援プログラムは、これらの装置にインストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ（Compact Disk）－ＲＯＭ、ＦＤ（Flexible Disk）、ＣＤ－Ｒ（Recordable）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）等のコンピュータで読み取り可能な記憶媒体に記憶されて提供されてもよい。また、この治療支援プログラムは、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納され、ネットワーク経由でダウンロードされることにより提供又は配布されてもよい。例えば、この治療支援プログラムは、各機能部を含むモジュールで構成される。実際のハードウェアとしては、ＣＰＵが、ＲＯＭ等の記憶媒体からプログラムを読み出して実行することにより、各モジュールが主記憶装置上にロードされて、主記憶装置上に生成される。

以上説明した少なくとも１つの実施形態によれば、画像の劣化を抑止することができる。

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、実施形態同士の組み合わせ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。

５００ 治療支援装置
５５１ 制御機能
５５２ 同定機能
５５３ 変形処理機能
５５４ 合成機能

Claims (7)

1. 同一の被治療体を対象に撮像されたＣＴ（Computed Tomography）画像データ及びＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）画像データを取得する取得部と、
   前記ＣＴ画像データに描出された外形形状と、歪み補正前の前記ＭＲＩ画像データ又は歪み補正後の前記ＭＲＩ画像データに描出された外形形状との違いに基づいて、前記ＣＴ画像データの撮像時と前記ＭＲＩ画像データの撮像時とで体勢変化があるか否かを判定する判定部と、
   前記ＣＴ画像データの撮像時と前記ＭＲＩ画像データの撮像時とで体勢変化がある場合に、歪み補正前の前記ＭＲＩ画像データに対して、前記ＭＲＩ画像データの歪みに関する情報と、前記ＣＴ画像データと前記ＭＲＩ画像データとにおける体勢変化に関する情報とを用いた非剛体変形処理を実行することで、前記歪み補正前のＭＲＩ画像データと前記ＣＴ画像データとを位置合わせする変形処理部と、
   を備える、治療支援装置。
2. 前記判定部は、前記ＣＴ画像データの撮像日と前記ＭＲＩ画像データの撮像日との間の日数に基づいて、前記ＣＴ画像データの撮像時における撮像部位の解剖学的構造と、前記ＭＲＩ画像データの撮像時における前記撮像部位の解剖学的構造とが略一致するか否かをさらに判定し、
   前記変形処理部は、前記判定部によって前記ＣＴ画像データの撮像時における撮像部位の解剖学的構造と、前記ＭＲＩ画像データの撮像時における前記撮像部位の解剖学的構造とが略一致すると判定され、かつ、前記体勢変化があると判定された場合に、前記非剛体変形処理により前記歪み補正前のＭＲＩ画像データと前記ＣＴ画像データとを位置合わせし、前記解剖学的構造が略一致しないと判定された場合に、処理を中断する、請求項１に記載の治療支援装置。
3. 前記判定部は、前記ＣＴ画像データの撮像日と前記ＭＲＩ画像データの撮像日との間の日数が閾値以下である場合に、前記ＣＴ画像データの撮像時における前記撮像部位の解剖学的構造と、前記ＭＲＩ画像データの撮像時における前記撮像部位の解剖学的構造とが略一致すると判定する、請求項２に記載の治療支援装置。
4. 前記判定部は、前記ＣＴ画像データの撮像日と前記ＭＲＩ画像データの撮像日との間に、手術が実施されている場合に、前記ＣＴ画像データの撮像日と前記ＭＲＩ画像データの撮像日との間の日数に基づく判定を行わず、前記ＣＴ画像データの撮像時における前記撮像部位の解剖学的構造と、前記ＭＲＩ画像データの撮像時における前記撮像部位の解剖学的構造とが異なると判定する、請求項２又は３に記載の治療支援装置。
5. 前記判定部は、前記ＣＴ画像データの撮像時における撮像部位の解剖学的構造と前記ＭＲＩ画像データの撮像時における前記撮像部位の解剖学的構造とが略一致した場合に、さらに、前記ＭＲＩ画像データの歪みに関する情報と、前記ＣＴ画像データと前記ＭＲＩ画像データにおける体勢変化による位置ズレに関する情報とを組み合わせた、前記歪み補正前のＭＲＩ画像データと前記ＣＴ画像データとの間で対応する画素の相関関係を同定し、
   前記変形処理部は、前記相関関係に基づく前記非剛体変形処理により前記歪み補正前のＭＲＩ画像データと前記ＣＴ画像データとを位置合わせする、請求項２～４のいずれか１つに記載の治療支援装置。
6. 前記変形処理部によって位置合わせされたＣＴ画像データとＭＲＩ画像データとを合成した合成画像を生成する合成部をさらに備える、請求項１～５のいずれか１つに記載の治療支援装置。
7. 同一の被治療体を対象に撮像されたＣＴ（Computed Tomography）画像データ及びＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）画像データを取得する取得機能と、
   前記ＣＴ画像データに描出された外形形状と、歪み補正前の前記ＭＲＩ画像データ又は歪み補正後の前記ＭＲＩ画像データに描出された外形形状との違いに基づいて、前記ＣＴ画像データの撮像時と前記ＭＲＩ画像データの撮像時とで体勢変化があるか否かを判定する判定機能と、
   前記ＣＴ画像データの撮像時と前記ＭＲＩ画像データの撮像時とで体勢変化がある場合に、歪み補正前の前記ＭＲＩ画像データに対して、前記ＭＲＩ画像データの歪みに関する情報と、前記ＣＴ画像データと前記ＭＲＩ画像データとにおける体勢変化に関する情報とを用いた非剛体変形処理を実行することで、前記歪み補正前のＭＲＩ画像データと前記ＣＴ画像データとを位置合わせする変形処理機能と、
   をコンピュータに実行させる、治療支援プログラム。

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