KR102479266B1 - 치료 시스템, 캘리브레이션 방법, 및 프로그램 - Google Patents

치료 시스템, 캘리브레이션 방법, 및 프로그램 Download PDF

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유키노부 사카타
류스케 히라이
아키유키 다니자와
신이치로 모리
게이코 오카야
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도시바 에너지시스템즈 가부시키가이샤
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Abstract

실시형태의 치료 시스템은, 하나 이상의 방사선원과 복수의 검출부를 포함하는 촬상계와, 제1 취득부와, 제2 취득부와, 제1 도출부와, 제2 도출부와, 교정부(較正部)를 가진다. 방사선원은, 물체에 대하여 서로 다른 복수의 방향으로부터 방사선을 조사한다. 복수의 검출부는, 방사선을 서로 다른 위치에서 검출한다. 제1 취득부는, 방사선에 의거하는 화상을 취득한다. 제2 취득부는, 삼차원 공간에 있어서의 제1 촬상 기기의 위치 정보를 취득한다. 제1 도출부는, 화상에 있어서 상기 물체의 위치를 도출한다. 제2 도출부는, 상기 화상 상에서의 상기 물체의 위치와, 상기 제1 촬상 기기의 위치 등에 의거하여, 제2 촬상 기기의 상기 삼차원 공간에 있어서의 위치 등을 도출한다. 교정부는, 상기 제2 도출부의 도출 결과에 의거하여, 상기 촬상계의 캘리브레이션을 행한다.

Description

치료 시스템, 캘리브레이션 방법, 및 프로그램
본 발명의 실시형태는, 치료 시스템, 캘리브레이션 방법, 및 프로그램에 관한 것이다.
방사선을 이용한 치료에서는, 고정밀도의 환자의 위치 결정이나 종양 추적을 실현하기 위해, 치료 전에 FPD(Flat Panel Detector)나 X선관과 같은 촬상계의 캘리브레이션을 행할 필요가 있다. 이에 관련하여, 치료실의 삼차원 공간 내에서 위치가 기지(旣知)인 마커를 매립한 팬텀을 치료실 내의 소정의 위치에 설치하고, 설치한 팬텀을 방사선에 의해 촬상하고, 촬상한 화상으로부터 마커의 위치를 도출하고, 화상으로부터 도출한 마커의 위치와, 삼차원 공간에 있어서 기지인 마커의 위치에 의거하여, 촬상계를 캘리브레이션하는 기술이 알려져 있다.
그러나, 종래의 기술에서는, 마커의 삼차원 위치가 기지가 아닐 경우, 혹은, 기지로 한 마커의 삼차원 위치에 오차가 포함될 경우, 정밀하게 캘리브레이션을 행할 수 없을 경우가 있었다. 이 결과, 환자 등의 피검체의 위치를 고정밀도로 결정하거나, 종양 등의 대상물을 정밀하게 추적할 수 없을 경우가 있었다.
일본국 특개2016-221156호 공보
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 피검체의 위치를 고정밀도로 결정할 수 있음과 함께, 대상물을 정밀하게 추적할 수 있는 치료 시스템, 캘리브레이션 방법, 및 프로그램을 제공하는 것이다.
실시형태의 치료 시스템은, 하나 이상의 방사선원과 복수의 검출부의 각각을 촬상 기기로서 포함하는 촬상계와, 제1 취득부와, 제2 취득부와, 제1 도출부와, 제2 도출부와, 교정부(較正部)를 가진다. 방사선원은, 어떤 물체에 대하여, 서로 다른 복수의 방향으로부터 방사선을 조사한다. 복수의 검출부는, 상기 방사선원에 의해 조사된 방사선을, 서로 다른 위치에서 검출한다. 제1 취득부는, 상기 복수의 검출부의 각각에 의해 검출된 방사선에 의거하는 복수의 화상을 취득한다. 제2 취득부는, 상기 촬상계가 놓인 삼차원 공간에 있어서의, 상기 촬상계에 포함되는 제1 촬상 기기의 위치 또는 방향의 적어도 한쪽을 나타내는 위치 정보를 취득한다. 제1 도출부는, 상기 제1 취득부에 의해 취득된 상기 복수의 화상의 각각에 있어서, 상기 물체의 위치를 도출한다. 제2 도출부는, 상기 제1 도출부에 의해 도출된 상기 화상 상에서의 상기 물체의 위치와, 상기 제2 취득부에 의해 취득된 상기 위치 정보가 나타내는 상기 제1 촬상 기기의 위치 또는 방향에 의거하여, 상기 촬상계에 포함되는 제2 촬상 기기의 상기 삼차원 공간에 있어서의 위치 또는 방향의 적어도 한쪽을 도출한다. 교정부는, 상기 제2 도출부에 의한 도출 결과에 의거하여, 상기 촬상계의 캘리브레이션을 행한다.
본 실시형태에 따르면, 피검체의 위치를 고정밀도로 결정할 수 있음과 함께, 대상물을 정밀하게 추적할 수 있는 치료 시스템, 캘리브레이션 방법, 및 프로그램을 제공할 수 있다.
도 1은 제1 실시형태에 있어서의 치료 시스템의 일례를 나타내는 도면.
도 2는 제1 실시형태에 있어서의 치료 장치의 외관도.
도 3은 제1 실시형태에 있어서의 의료용 화상 처리 장치의 구성의 일례를 나타내는 도면.
도 4는 캘리브레이션 처리부의 구성의 일례를 나타내는 도면.
도 5는 캘리브레이션의 처리의 일례를 나타내는 플로우 차트.
도 6은 2개의 방사선원으로부터 방사선을 조사시키는 형태를 모식적으로 나타내는 도면.
도 7은 번들(bundle) 조정 방법에 의해 방사선원의 삼차원 위치를 도출하는 방법을 설명하기 위한 도면.
도 8은 캘리브레이션의 처리의 다른 예를 나타내는 플로우 차트.
도 9는 표시부에 표시시키는 화면의 일례를 나타내는 도면.
도 10은 치료 계획 데이터의 일례를 나타내는 도면.
도 11은 치료 계획에 의거하는 투시 화상의 선택 방법을 설명하기 위한 도면.
도 12는 치료 계획에 의거하는 투시 화상의 선택 방법을 설명하기 위한 도면.
이하, 실시형태의 치료 시스템, 캘리브레이션 방법, 및 프로그램을, 도면을 참조하여 설명한다.
(제1 실시형태)
도 1은, 제1 실시형태에 있어서의 치료 시스템(1)의 일례를 나타내는 도면이다. 예를 들면, 치료 시스템(1)은, 치료 장치(10)와, 단말 장치(20)와, 의료용 화상 처리 장치(100)를 구비한다. 이들 장치는, 네트워크(NW)를 통해 접속된다. 네트워크(NW)는, 예를 들면, 인터넷, WAN(Wide Area Network), LAN(Local Area Network), 프로바이더 단말, 무선 통신망, 무선 기지국, 전용 회선 등을 포함한다. 도 1에 나타내는 각 장치의 모든 조합이 상호 통신 가능할 필요는 없고, 네트워크(NW)의 일부에는, 로컬 네트워크가 포함되어도 된다.
치료 장치(10)는, 피검체(OB)를 중심으로 한 주위 360도의 임의의 방향으로부터, 제1 방사선을 빔(이하, 치료 빔(B)을 칭함)으로서 피검체(OB)에 조사하는 장치이다. 피검체(OB)는, 예를 들면, 치료 빔(B)에 의한 치료를 받는 환자이다. 제1 방사선은, 예를 들면, 중입자선, 전자선, 양자선, 중성자선과 같은 입자 방사선이나, X선, γ선과 같은 전자 방사선을 포함한다. 치료 장치(10)는, 피검체(OB)의 위치를 확인하기 위해, 제2 방사선을 조사하여, 피검체(OB)의 단층 화상을 생성한다. 제2 방사선은, 예를 들면, X선 등의 전자 방사선을 포함한다. 이하, 일례로서, 제1 방사선(치료 빔(B))이 「중입자선」이며, 제2 방사선이 「X선」인 것으로서 설명한다.
단말 장치(20)는, 예를 들면, 치료 장치(10)의 정비나 유지, 보수, 점검, 관리와 같은 메인터넌스를 행하는 유저(이하, 메인터넌스 작업자(U)라고 칭함)에 의해 이용된다. 예를 들면, 단말 장치(20)는, 스마트폰 등의 휴대전화, 태블릿 단말, 각종 퍼스널 컴퓨터 등의, 입력 장치, 표시 장치, 통신 장치, 기억 장치, 및 연산 장치를 구비하는 단말 장치여도 된다. 단말 장치(20)의 통신 장치는, NIC(Network Interface Card) 등의 네트워크 카드, 무선 통신 모듈 등을 포함한다.
의료용 화상 처리 장치(100)는, 피검체(OB)인 환자의 호흡이나 심박의 움직임에 의해 이동하는 타깃을 추적하고, 적절한 타이밍에 치료 장치(10)에, 추적한 타깃에 대하여 치료 빔(B)을 조사시킨다. 타깃은, 예를 들면, 폐나 간장 등의 기관이다. 이 타깃의 추적은, 치료 단계보다 전 단계에, X선 등으로 촬상한 피검체(OB)의 단층 화상과, 치료 단계 시에 피검체(OB)를 촬상한 투시 화상에 의거하여 행해진다.
의료용 화상 처리 장치(100)는, 치료 단계 시에 있어서의 피검체(OB)의 위치와, 치료 계획을 계획했을 때의 피검체(OB)의 위치와의 위치 어긋남을 도출하고, 그 도출한 위치 어긋남에 관한 정보를, 치료 시스템(1)을 이용하는 방사선 치료의 실시자(의사 등)에게 제공해도 된다.
도 2는, 제1 실시형태에 있어서의 치료 장치(10)의 외관도이다. 제1 실시형태에 있어서의 치료 장치(10)는, 예를 들면, 침대(11)와, 아암부(11a)와, 복수의 방사선원(방사선 조사구)(12)과, 2개의 검출기(13-1 및 13-2)와, 조사문(14)과, 센서(15)와, 치료 장치측 제어부(16)를 구비한다. 2개의 검출기(13-1 및 13-2)는, 「검출부」의 일례이다.
복수의 방사선원(12)과, 2개의 검출기(13-1 및 13-2)와, 조사문(14)은, 회전 갠트리(G)라고 불리는, 링 형상(토러스 형상)의 하우징에 설치된다. 예를 들면, 치료 장치(10)가 설치된 방(이하, 치료실이라고 칭함)을 나타내는 삼차원 공간의 연직 방향을 Zf, 수평 방향 중 한쪽을 Xf, 다른쪽을 Yf로서 나타냈을 경우, 회전 갠트리(G)는, Yf 방향을 회전축으로 하고, 그 회전축 둘레로 360도 회전 가능하게 설치된다. 회전 갠트리(G)는, 「촬상계」의 일례이며, 회전 갠트리(G)에 설치된 복수의 방사선원(12)과, 2개의 검출기(13-1 및 13-2)의 각각은 「촬상 기기」의 일례이다. 조사문(14)은, 「입자선원」의 일례이다.
침대(11)에는, 피검체(OB)가 고정된다. 아암부(11a)는, 일단(一端)이 치료실 바닥 등에 고정되고, 타단(他端)이 침대(11)에 고정되고, 침대(11)를 치료실 바닥 등으로부터 떨어뜨린 상태에서 회전 갠트리(G)의 외측으로부터 내측으로, 또는 내측으로부터 외측으로 이동시킨다.
복수의 방사선원(12)은, 예를 들면, 회전 갠트리(G)의 둘레 방향으로 소정 간격으로 배치된다. 각 방사선원(12)은, 예를 들면, 회전 갠트리(G)의 내주측에 X선을 조사한다. 이에 따라, 예를 들면, 회전 갠트리(G)의 내측으로 침대(11)가 이동하면, 침대(11)에 고정된 피검체(OB)에 대하여, 360도의 서로 다른 복수의 방향으로부터 X선이 조사된다. X선을 발생시키는 방사선 발생 장치(도시 생략)는, 치료실 외에 설치되어도 된다.
검출기(13-1 및 13-2)는, 예를 들면, 방사선원(12)에 의해 조사된 X선을 검출한다. 예를 들면, 검출기(13-1 및 13-2)는, 플랫·패널·디텍터(FPD; Flat Panel Detector), 이미지 인텐시파이어, 컬러 이미지 인텐시파이어 등의 직사각형 형상의 검출기를 포함한다. 검출기(13-1 및 13-2)는, 예를 들면, 검출한 X선에 의거하는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고, 그 디지털 신호를 투시 화상(TI)으로서 의료용 화상 처리 장치(100)에 출력한다. 투시 화상(TI)은, 이차원 화상이며, 피검체(OB)의 하나의 단층 화상이다. 회전 갠트리(G)에 설치되는 검출기는 2개에 한정되지 않고, 3개 이상이어도 된다.
조사문(14)은, 회전 갠트리(G)의 둘레 방향의, 어떤 위치에 배치된다. 조사문(14)은, 회전 갠트리(G)의 내주측에 치료 빔(B)을 조사한다. 도 1의 예에서는, 회전 갠트리(G)에 1개의 조사문(14)이 설치되어 있는 것을 나타내고 있지만 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 회전 갠트리(G)에는, 복수의 조사문이 설치되어도 된다. 치료 빔(B)을 발생시키는 방사선 발생 장치(도시 생략)는, 치료실 외에 설치되어도 된다.
센서(15)는, 피검체(OB)가 환자일 경우, 그 환자의 호흡에 의한 환부의 움직임을 위상으로서 검출하는 센서이다. 예를 들면, 센서(15)는, 압력 센서이다. 이 경우, 센서(15)는, 환자의 신체에 부착되어도 된다. 센서(15)는, 검출한 환자의 호흡의 위상을 파형으로서 나타낸 정보를 의료용 화상 처리 장치(100)에 출력한다.
치료 장치측 제어부(16)는, 예를 들면, CPU(Central Processing Unit)나 GPU(Graphics Processing Unit) 등의 하드웨어 프로세서가, ROM(Read Only Memory) 등의 기억 장치(도시 생략)에 기억된 프로그램(소프트웨어)을 실행함으로써 실현된다. 치료 장치측 제어부(16)는, LSI(Large Scale Integration), ASIC(Application Specific Integrated Circuit), FPGA(Field-Programmable Gate Array) 등의 하드웨어(회로부: circuitry)에 의해 실현되어도 되고, 소프트웨어와 하드웨어의 협동에 의해 실현되어도 된다.
치료 장치측 제어부(16)는, 의료용 화상 처리 장치(100)에 의한 제어를 받아, 복수의 방사선원(12), 검출기(13-1 및 13-2), 및 조사문(14)을 동작시킨다. 치료 장치측 제어부(16)는, 의료용 화상 처리 장치(100)에 의한 제어를 받아, 회전 갠트리(G)를 회전시킨다.
도 3은, 제1 실시형태에 있어서의 의료용 화상 처리 장치(100)의 구성의 일례를 나타내는 도면이다. 제1 실시형태에 있어서의 의료용 화상 처리 장치(100)는, 예를 들면, 통신부(102)와, 입력부(104)와, 표시부(106)와, 의료용 화상 처리 장치측 제어부(110)와, 기억부(130)를 구비한다.
통신부(102)는, 예를 들면, NIC 등의 통신 인터페이스를 포함한다. 통신부(102)는, 네트워크(NW)를 통해 치료 장치(10)나 단말 장치(20)와 통신하고, 각종 정보를 수신한다. 통신부(102)는, 수신한 정보를 의료용 화상 처리 장치측 제어부(110)에 출력한다. 통신부(102)는, 의료용 화상 처리 장치측 제어부(110)에 의한 제어를 받아, 네트워크(NW)를 통해 접속된 치료 장치(10)나 단말 장치(20)에 정보를 송신해도 된다. 통신부(102)는, 「출력부」의 일례이다.
입력부(104)는, 예를 들면, 의사나 간호사 등의 유저로부터 입력 조작을 접수하고, 접수한 입력 조작에 의거하는 신호를 의료용 화상 처리 장치측 제어부(110)에 출력한다. 예를 들면, 입력부(104)는, 마우스나 키보드, 트랙 볼, 스위치, 버튼, 조이 스틱, 터치패널 등에 의해 실현된다. 입력부(104)는, 예를 들면, 마이크 등의 음성 입력을 접수하는 유저 인터페이스에 의해 실현되어도 된다. 입력부(104)가 터치패널일 경우, 후술하는 표시부(106)는 입력부(104)와 일체적으로 형성되어도 된다.
표시부(106)는, 각종 정보를 표시한다. 예를 들면, 표시부(106)는, 의료용 화상 처리 장치측 제어부(110)에 의해 생성된 화상을 표시하거나, 조작자로부터의 입력 조작을 접수하기 위한 GUI(Graphical User Interface) 등을 표시한다. 예를 들면, 표시부(106)는, LCD(Liquid Crystal Display)나, 유기 EL(Electroluminescence) 디스플레이 등이다. 표시부(106)는, 「출력부」의 다른 예이다.
의료용 화상 처리 장치측 제어부(110)는, 예를 들면, 제1 취득부(112)와, 제2 취득부(114)와, 화상 처리부(116)와, 치료 빔 조사 제어부(118)와, 정보 출력 제어부(120)와, 캘리브레이션 처리부(122)를 구비한다. 치료 장치측 제어부(16) 및 치료 빔 조사 제어부(118)는, 「조사 제어부」의 일례이다.
이들 구성 요소는, CPU나 GPU 등의 하드웨어 프로세서가, 기억부(130)에 기억된 프로그램(소프트웨어)을 실행함으로써 실현된다. 이들 복수의 구성 요소 중 일부 또는 전부는, LSI, ASIC, FPGA 등의 하드웨어(회로부: circuitry)에 의해 실현되어도 되고, 소프트웨어와 하드웨어의 협동에 의해 실현되어도 된다. 상기의 프로그램은, 미리 기억부(130)에 저장되어 있어도 되고, DVD나 CD-ROM 등의 착탈 가능한 기억 매체에 저장되어 있으며, 기억 매체가 의료용 화상 처리 장치(100)의 드라이브 장치에 장착됨으로써 기억 매체로부터 기억부(130)에 인스톨되어도 된다.
기억부(130)는, 예를 들면, ROM, 플래시 메모리, RAM(Random Access Memory), HDD(Hard Disc Drive), SSD(Solid State Drive), 레지스터 등의 기억 장치에 의해 실현된다. 플래시 메모리나 HDD, SSD 등은, 비일과성의 기억 매체이다. 이들 비일과성의 기억 매체는, NAS(Network Attached Storage)나 외부 스토리지 서버 장치 등의 네트워크(NW)를 통해 접속되는 다른 기억 장치에 의해 실현되어도 된다. 기억부(130)에는, 예를 들면, 사차원 단층 화상 데이터(132)나, 치료 계획 데이터(134) 등이 저장된다. 이들에 대해서는 후술한다.
사차원 단층 화상 데이터(132)는, 예를 들면, 삼차원의 볼륨 데이터인 삼차원 단층 화상(CT 화상)을 시계열로 n개 나열한 것이다. 삼차원 단층 화상은, 예를 들면, 치료 계획의 단계에서 촬상된다. n개 및 시계열 화상의 시간 간격을 승산하여 구해지는 기간은, 예를 들면, 호흡 위상이 1주기분 변화하는 기간을 커버하도록 설정된다. 호흡 위상은, 환자가 숨을 내쉬고 나서 숨을 들이마시고, 다시 숨을 내쉴 때까지를 1주기로 한 위상이다. 예를 들면, n＝10이다. 예를 들면, n개의 삼차원 단층 화상 중 적어도 하나에는, 그 화상 영역 내에, 환부인 종양의 윤곽을 나타내는 영역이나 치료 빔(B)을 조사하고 싶지 않은 장기의 윤곽을 나타내는 영역 등이 의사 등의 입력 조작에 의해 설정되어 있다. 그 밖의 삼차원 단층 화상에는, 의사 등이 입력 조작으로 설정한 윤곽의 영역과 같은 영역이 디포머블 레지스트레이션에 의해 자동적으로 설정되어 있다. 디포머블 레지스트레이션이란, 시계열의 삼차원 볼륨 데이터에 대하여, 어떤 시점의 삼차원 볼륨 데이터에 대해서 지정된 위치 정보(상기의 경우 장기의 윤곽 등)를, 다른 시점의 삼차원 볼륨 데이터로 전개(展開)하는 처리이다.
치료 계획 데이터(134)는, 치료 계획의 단계에 있어서 입안(계획)된 치료 계획을 나타내는 데이터이다. 치료 계획이란, 예를 들면, 피검체(OB)인 환자마다, 그 환자가 어느 위치에 있을 때에, 어느 방향으로부터 치료 빔(B)을 조사하는 것인지와 같은 치료 빔(B)의 조사 방향이나, 치료 빔(B)을 조사할 때의 치료 빔(B)의 강도 등이 결정된 계획이다. 이러한 치료 계획은, 게이티드 조사법이나 추미(追尾) 조사법 등의 치료법에 의거하여 계획되어도 된다.
제1 취득부(112)는, 예를 들면, 통신부(102)를 통해 검출기(13-1 및 13-2)로부터 투시 화상(TI)을 취득한다. 예를 들면, 치료 시에는, 검출기(13-1 및 13-2)에 의해 리얼타임으로 투시 화상(TI)이 생성되기 때문에, 제1 취득부(112)는, 시계열로 연속된 투시 화상(TI)을 취득한다.
제2 취득부(114)는, 회전 갠트리(G)에 설치된 복수의 촬상 기기 중, 하나 이상의 촬상 기기의 위치 또는 방향(치료실의 삼차원 공간에 있어서의 위치 또는 방향)을 나타내는 위치 정보를 취득한다. 예를 들면, 촬상 기기의 삼차원의 위치 또는 방향은, 레이저 트래커에 의해 계측된다. 이때, 레이저 트래커의 위치는, 치료실의 삼차원 공간에 있어서 원점으로 하는 물표(예를 들면 회전 갠트리(G)의 회전축 등)를 기준으로 한 상대 위치로서 결정되는 것으로 한다.
본 실시형태에서는, 일례로서, 레이저 트래커에 의해 위치 또는 방향이 계측되는 촬상 기기를 검출기(13-1 및 13-2)로서 설명한다. 레이저 트래커에 의해 위치 또는 방향이 계측되는 촬상 기기는, 방사선원(12)이어도 된다. 예를 들면, 검출기(13-1 및 13-2)의 위치 및 방향을 계측할 경우, 의사나 간호사 등의 의료 종사자는, 검출기(13-1 및 13-2)의 검출면의 3개소 이상에, 레이저광을 반사하기 쉬운 프로브(예를 들면 반사판 등)를 마련하고, 그 프로브를 레이저 트래커에 의해 계측함으로써, 복수의 프로브의 상대 위치를 구한다. 그리고, 의료 종사자는, 복수의 프로브의 상대 위치에 의거하여 검출기(13-1 및 13-2)의 위치 및 방향을 도출한다. 레이저 트래커에 의해 위치 또는 방향이 계측되는 촬상 기기는, 「제1 촬상 기기」의 일례이다.
제2 취득부(114)는, 레이저 트래커에 의해 촬상 기기의 삼차원 위치가 계측되었을 경우, 통신부(102)를 통해 레이저 트래커로부터 촬상 기기의 삼차원 위치를 나타내는 위치 정보를 취득한다. 의사 등이 입력부(104)에 위치 정보를 입력했을 경우, 제2 취득부(114)는, 입력부(104)에 입력된 정보를, 촬상 기기의 삼차원 위치를 나타내는 위치 정보로서 취득해도 된다. 촬상 기기의 위치 또는 방향은, 레이저 트래커에 의해 계측되는 것에 한정되지 않고, 예를 들면, 스테레오 카메라나 접촉형 센서를 이용하여 계측되어도 된다.
화상 처리부(116)는, 피검체(OB)의 위치를 결정한다. 예를 들면, 화상 처리부(116)는, 기억부(130)에 기억된 각 피검체(OB)의 사차원 단층 화상 데이터(132)에 포함되는 각 호흡 위상의 삼차원 단층 화상에 의거하여, DRR(Digitally Reconstructed Radiograph)을 생성한다. DRR이란, 삼차원 단층 화상(삼차원 볼륨 데이터)에 대하여, 가상적인 방사선원으로부터 방사선이 조사되었다고 가정했을 경우에, 이 방사선원에 대응하여 삼차원 볼륨 데이터로부터 생성되는 가상적인 투시 화상이다.
예를 들면, 화상 처리부(116)는, 사차원 단층 화상 데이터(132)에 포함되는 각 호흡 위상의 삼차원 단층 화상과, 제1 취득부(112)에 의해 취득된 검출기(13-1)측의 투시 화상(TI) 및 검출기(13-2)측의 투시 화상(TI)에 의거하여, 3D-2D 레지스트레이션이라고 불리는 방법에 의해, 현재 피검체(OB)에 조사되고 있는 X선의 조사 방향과 동(同)방향으로부터의 시점에서 삼차원 단층 화상을 봤을 때의 DRR을 생성한다. 화상 처리부(116)는, DRR을 생성할 때, 레이캐스팅법을 이용하여 삼차원 단층 화상을 렌더링함으로써, 이차원의 가상적인 단층 화상인 DRR을 생성해도 된다. 이때, 화상 처리부(116)는, 삼차원 단층 화상의 각 요소값을 적분하고, 그 적분값을 DRR의 각 요소의 요소값으로 해도 되고, 삼차원 단층 화상의 각 요소값의 최대값을 DRR의 각 요소의 요소값으로 해도 된다.
예를 들면, 화상 처리부(116)는, 각 호흡 위상의 삼차원 단층 화상에 대응한 DRR 중에서, 호기(呼氣) 위상의 삼차원 단층 화상에 대응한 DRR을 템플릿 화상으로서 선택한다. 호기 위상이란, 피검체(OB)인 환자가 숨을 내쉰 상태에서 촬상된 단층 화상이다.
화상 처리부(116)는, 템플릿 화상으로서 선택한 DRR과, 제1 취득부(112)에 의해 축차 취득된 투시 화상(TI)과 비교하여, 타깃(장기 등)의 위치의 매칭을 행한다. 화상 처리부(116)는, DRR과 투시 화상(TI)에 있어서 서로 타깃의 위치가 매칭될 경우, DRR의 기반이 된 삼차원 단층 화상의 호흡 위상(호기 위상)과, 현재의 환자의 호흡 위상이 합치한다고 판정하고, 치료 빔(B)의 조사를 허가한다. 이때, 화상 처리부(116)는, 또한, 타깃의 위치가 미리 결정된 조사 영역 내일 경우에, 치료 빔(B)의 조사를 허가해도 된다. 조사 영역은, 예를 들면, 의료 종사자가 임의로 결정해도 된다.
치료 빔 조사 제어부(118)는, 화상 처리부(116)에 의해 치료 빔(B)의 조사가 허가되면, 화상 처리부(116)에 의해 위치가 결정된 피검체(OB)에 대하여, 조사문(14)에 치료 빔(B)을 조사시킨다. 예를 들면, 치료 빔 조사 제어부(118)는, 치료 계획 데이터(134)가 나타내는 치료 계획으로부터 치료 빔(B)의 조사 각도나 치료 빔(B)의 강도 등의 정보를 추출하고, 추출한 각종 정보를 치료 장치측 제어부(16)에 출력한다. 이것을 받아, 치료 장치측 제어부(16)는, 회전 갠트리(G)를 회전시키거나, 조사문(14)에 치료 빔(B)을 조사시킨다.
정보 출력 제어부(120)는, 예를 들면, 치료 빔(B)의 조사 허가의 유무 등에 따라, 표시부(106)에 화상을 표시시키거나, 통신부(102)에 정보를 송신시킨다.
캘리브레이션 처리부(122)는, 회전 갠트리(G)의 캘리브레이션을 행한다. 도 4는, 캘리브레이션 처리부(122)의 구성의 일례를 나타내는 도면이다. 캘리브레이션 처리부(122)는, 예를 들면, 제1 도출부(122a)와, 제2 도출부(122b)와, 교정부(122c)를 구비한다.
이하, 캘리브레이션 처리부(122)의 각 구성 요소의 처리에 대해서 플로우 차트를 이용하여 설명한다. 도 5는, 캘리브레이션의 처리의 일례를 나타내는 플로우 차트이다. 본 플로우 차트의 처리는, 예를 들면, 제1 주기로 반복하여 행해져도 된다. 제1 주기는, 예를 들면, 1개월, 혹은 수개월 정도의 기간이다.
우선, 의료 종사자 등은, 레이저 트래커 등을 이용하여 검출기(13-1 및 13-2)의 위치 및 방향을 도출한다(스텝 S100).
다음으로, 제2 취득부(114)는, 검출기(13-1 및 13-2)의 삼차원 공간에 있어서의 위치 및 방향을 나타내는 위치 정보를 취득한다(스텝 S102). 이에 따라, 캘리브레이션 시에는, 삼차원 공간에 있어서의 검출기(13-1 및 13-2)의 위치 및 방향이 기지인 정보로서 취급된다.
다음으로, 의료 종사자 등은, 투시 화상(TI)에 비춰 들어가도록, 회전 갠트리(G)의 내측에, 4개 이상의 마커가 매립된 팬텀을 설치한다(스텝 S104). 팬텀은, 예를 들면, 큐브 형상의 아크릴제의 케이스이다.
마커는, 예를 들면, 철구(鐵球)나 와이어와 같은 X선을 감쇠시키는 어떠한 물체여도 된다. 4개 이상의 마커 중 적어도 1개 이상의 마커는, 팬텀 중의 삼차원 공간에 있어서, 다른 3개 이상의 마커의 각각이 존재하는 평면(이차원 공간)과 다른 평면에 존재하도록 팬텀에 매립된다. 이에 따라, 팬텀에 매립된 마커의 각각을 정점으로 했을 때에 형성되는 공간이 삼차원 공간이 된다. 이들 마커의 위치와, 마커끼리의 서로의 위치 관계는, 미리 기지인 것으로 한다.
의료 종사자 등은, 팬텀을 설치하는 대신에, 침대(11)나 아암부(11a) 등의 치료 장치(10)에 부수되는 물체를, 회전 갠트리(G)의 내측에 배치해도 된다.
다음으로, 의료 종사자 등은, 팬텀의 설치가 완료된 것을 입력부(104)에 대하여 입력한다. 이것을 받아, 치료 장치(10)의 치료 장치측 제어부(16)는, 복수의 방사선원(12) 중에서 2개의 방사선원(12)을 선택하고, 그 선택한 2개의 방사선원(12)에, 서로 다른 복수의 방향으로부터 X선을 조사시킨다(스텝 S106).
도 6은, 2개의 방사선원(12)으로부터 방사선을 조사시키는 형태를 모식적으로 나타내는 도면이다. 도면 중의 12-1은, 선택된 2개의 방사선원(12) 중 한쪽의 방사선원을 나타내고, 12-2는, 선택된 2개의 방사선원(12) 중 다른쪽의 방사선원을 나타내고 있다. 파선(r-1)은, 방사선원(12-1)으로부터 조사된 X선을 나타내고, 파선(r-2)은, 방사선원(12-2)으로부터 조사된 X선을 나타내고 있다. PH는, 팬텀을 나타내고, MK는, 마커를 나타내고 있다. 14a는, 조사문(14)으로부터 조사되는 치료 빔(B)의 조사구(중입자원)를 나타내고 있다.
예를 들면, 치료 장치측 제어부(16)는, 회전 갠트리(G)의 회전축 둘레의 각도가, 어떤 각도 θ1이 되도록 회전 갠트리(G)를 회동시키고, 방사선원(12-1 및 12-2)의 각각에 X선을 조사시킨다. 다음으로, 치료 장치측 제어부(16)는, 회전 갠트리(G)의 회전축 둘레의 각도를, 각도 θ1로부터 소정 각(예를 들면 15도) 시프트한 각도 θ2가 되도록 회전 갠트리(G)를 회동시키고, 방사선원(12-1 및 12-2)의 각각으로 X선을 조사시킨다. 회전 갠트리(G)를 회동시킬 때, X선을 이용하여 촬상되는 팬텀(PH)(마커(MK))의 위치는 불변으로 한다. 이와 같이, 치료 장치측 제어부(16)는, 소정 각도 폭마다 회전 갠트리(G)를 회전시키면서, 방사선원(12-1 및 12-2)의 각각으로 X선을 조사시키는 것을 반복함으로써, 검출기(13-1 및 13-2)의 각각에, 복수의 방향으로부터 팬텀(PH)을 촬상한 투시 화상(TI)을 생성시킨다(스텝 S108). 예를 들면, 360도의 전(全)방향 중에서, 15도씩 각도를 변경하면서 방사선원(12-1 및 12-2)의 각각에 의해 X선이 조사되었을 경우, 검출기(13-1 및 13-2)의 각각은, 24매(2개의 검출기의 화상을 합쳐 합계 48매)의 투시 화상(TI)을 생성한다.
다음으로, 제1 취득부(112)는, 통신부(102)를 통해 검출기(13-1 및 13-2)로부터 복수의 투시 화상(TI)을 취득한다(스텝 S110).
다음으로, 제1 도출부(122a)는, 제1 취득부(112)에 의해 취득된 복수의 투시 화상(TI)의 각각에 대해서, 마커(MK)의 위치를 도출한다(스텝 S112).
예를 들면, 제1 도출부(122a)는, 미리 준비된 템플릿 화상과, 투시 화상(TI)을 템플릿 매칭시킴으로써, 마커(MK)의 위치를 도출한다. 템플릿 화상에는, 사전에 마커(MK)를 촬영한 화상이나, 시뮬레이션으로 생성한 화상 등이 이용되어도 된다. 제1 도출부(122a)는, 마커(MK)의 형상이 기지일 경우, 투시 화상(TI)에 대하여, 마커(MK)의 형상을 추출하기 위한 형상 필터를 래스터 스캔 등에 의해 주사하고, 형상 필터와의 일치 정도가 큰 위치를 마커(MK)의 위치로서 도출해도 된다.
다음으로, 제2 도출부(122b)는, 투시 화상(TI)으로부터 도출된 마커(MK)의 위치와, 제2 취득부(114)에 의해 취득된 위치 정보에 의거하여, 미지(未知) 파라미터인 방사선원(12-1 및 12-2)의 각각의 삼차원 위치를 도출한다(스텝 S114). 레이저 트래커 등에 의해 위치 또는 방향이 계측되는 촬상 기기가 방사선원(12)일 경우, 제2 도출부(122b)는, 미지 파라미터인 검출기(13-1 및 13-2)의 위치 및 방향을 도출해도 된다. 제2 도출부(122b)에 의해 삼차원 위치가 도출되는 촬상 기기는, 「제2 촬상 기기」의 일례이다.
예를 들면, 회전 갠트리(G)를 회전시키면서, 다방향으로부터 마커(MK)를 촬상할 때에는, 촬상 대상인 마커(MK)의 삼차원 위치는 미지이지만, 그 위치는 불변이다. 그 때문에, 투시 화상(TI)간에서 각 물체의 삼차원 위치를 공통의 파라미터로 표현할 수 있다. 예를 들면, 제2 도출부(122b)는, 번들 조정과 같은, 다시점 화상간에서 서로 대응하는 특징점에 의거하여 삼차원 위치와 촬상계의 파라미터를 도출하는 방법을 적용하여, 방사선원(12-1 및 12-2)의 각각의 위치를 도출해도 된다. 번들 조정이라고 불리는 방법은, 추정한 촬상계의 파라미터로 마커(MK)를 화상 상에 재투영했을 때에, 그 재투영한 마커(MK)의 위치가, 화상으로부터 검출된 마커의 위치와 가능한 한 일치하도록 모든 미지 파라미터를 조정하는 방법이다.
도 7은, 번들 조정 방법에 의해 방사선원(12)의 삼차원 위치를 도출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 예를 들면, 팬텀(PH)에 매립되는 마커(MK)의 수를 N개로 했을 경우, 도시한 예와 같이, 각 마커(MK)의 삼차원 위치는, Xi(→)＝(Xi, Yi, Zi)t로 표현된다. 「i」는, 1∼N 중의 임의의 자연수를 나타내고, t는, 전치(轉置)를 나타내고, (→)는, 벡터인 것을 나타내고 있다. M종류의 각도로 촬상함으로써 얻어진 M세트의 투시 화상(TI)으로부터 도출된 각 마커(MK)의 위치는, xij(→)＝(xij, yij)t로 표현된다. 「j」는, 1∼M 중의 임의의 자연수를 나타내고 있다.
각 마커(MK)의 삼차원 위치 Xi(→)를, j번째의 투시 화상(TI)의 평면에 사영(射影)하는 사영 행렬을 Pj(→)로 했을 경우, i번째의 마커(MK)가 j번째의 투시 화상(TI) 상에 투영되어야 할 위치는, xij(∼)(→)＝(xij(∼), yij(∼))t로 표현된다. (∼)는, 물결표 기호를 나타내고 있다. 예를 들면, 제2 도출부(122b)는, 수식 (1)을 풂으로써, j번째의 투시 화상(TI) 상에 투영되는 i번째의 마커(MK)의 위치(화상 상에서의 이차원 위치) xij(∼)(→)를 도출한다.
[수식 1]
Figure 112021007394673-pct00001
예를 들면, 제2 도출부(122b)는, 번들 조정으로서, 각 마커(MK)의 투영되어야 할 위치 xij(∼)(→)와, 도출한 각 마커(MK)의 위치 xij(→)의 차분(어긋남)의 제곱합의 총합(이하, 재투영 오차라고 칭함)이 최소가 되는 각종 파라미터를 탐색한다.
예를 들면, 제2 도출부(122b)는, j번째의 투시 화상(TI)을 촬상했을 때의 검출기(13)의 기저(基底) 벡터 Rj(→)＝(uj, vj, wj)와, 검출기(13)의 검출면의 중심 위치(투시 화상(TI)의 중심 위치) Cj(→)＝(cx j, cy j, cz j)t와, 방사선원(12)의 삼차원 위치 Tj(→)＝(lx j, ly j, lz j)t에 의거하여, 사영 행렬 Pj(→)를 도출한다. 검출기(13)의 검출면의 중심 위치 Cj(→)는, 투시 화상(TI)의 폭을 w, 높이를 h로 했을 때의 ((w-1)／2,(h-1)／2)의 삼차원 위치이다.
예를 들면, 제2 도출부(122b)는, 수식 (2)에 의거하여, 상술한 파라미터를 이용하여 사영 행렬 Pj(→)를 도출한다.
[수식 2]
Figure 112021007394673-pct00002
수식 (2)에 있어서의 f는, 방사선원(12)의 삼차원 위치로부터, 검출기(13)의 삼차원 위치까지의 거리를 나타내고, su 및 sv는, 투시 화상(TI)의 각각의 축(u, v)의 화소 피치를 나타내고 있으며, xc 및 yc는, 광축 w가 검출기(13)의 검출면과의 교차했을 때의 화상 상에서의 교점 위치를 나타내고 있다. 거리 f는, 수식 (3)과 같이 표현할 수 있고, 교점 위치(xc, yc)는, 수식 (4)와 같이 표현할 수 있다.
[수식 3]
Figure 112021007394673-pct00003
[수식 4]
Figure 112021007394673-pct00004
제2 도출부(122b)는, 수식 (5)에 의거하여, 재투영 오차를 도출한다. 상술한 바와 같이, 삼차원 공간에 있어서의 검출기(13-1 및 13-2)의 위치 및 방향이 기지이기 때문에, 최적화하는 파라미터는, 방사선원(12)의 삼차원 위치 Tj(→), 및 마커(MK)의 삼차원 위치 Xi(→)가 된다.
[수식 5]
Figure 112021007394673-pct00005
예를 들면, 제2 도출부(122b)는, 방사선원(12)의 삼차원 위치 Tj(→), 및 마커(MK)의 삼차원 위치 Xi(→)의 2종류의 파라미터의 최적화를, 입자군 최적화라고 불리는 최적화 방법을 이용하여 행해도 된다. 입자군 최적화란, 곤충 무리의 행동을 모방한 최적화 방법이며, 입자에 탐색 공간의 위치 및 속도의 정보를 갖게 함으로써, 입자간에서 통신하면서 자신의 위치·속도를 갱신하면서 최적의 위치를 찾는 방법이다. 본 실시형태에서는, 검출기(13)의 위치 및 방향을 기지로 했지만, 예를 들면, 방사선원(12)의 삼차원 위치를 기지로 했을 경우, 제2 도출부(122b)는, 최적화하는 파라미터에, 검출기(13)의 검출면의 중심 위치(투시 화상(TI)의 중심 위치) Cj(→)와, 기저 벡터 Rj(→)과, 마커(MK)의 삼차원 위치 Xi(→)를 채용해도 된다. 이와 같이, 기지인 파라미터가, 검출기(13)의 위치 또는 방사선원(12) 중 어느 것이어도, 회전 갠트리(G)에 설치된 각 촬상 기기의 위치를 추정할 수 있다. 기지로 하는 파라미터는, 검출기(13)의 위치 및 방향과, 방사선원(12)의 위치 중 어느 것이어도 되고, 이들을 조합한 파라미터여도 된다.
다음으로, 제2 도출부(122b)는, 도출한 방사선원(12)(12-1, 12-2)의 삼차원 위치 Tj(→)를, 다음 번 이후의 처리에 있어서 참조되는 방사선원(12)의 기준 위치로서 기억부(130)에 기억시킨다(스텝 S116). 이에 따라, 본 플로우 차트의 처리가 종료된다. 방사선원(12)의 기준 위치는, 예를 들면, 제1 주기보다 짧은 제2 주기로 행해지는 캘리브레이션 시에 참조되는 파라미터이다. 제2 주기는, 예를 들면, 하루, 혹은 수일 정도의 기간이다.
이하, 제2 주기로 행하는 캘리브레이션에 대해서 플로우 차트를 이용하여 설명한다. 도 8은, 캘리브레이션의 처리의 다른 예를 나타내는 플로우 차트이다. 본 플로우 차트의 처리는, 예를 들면, 제2 주기로 반복하여 행해진다.
우선, 의료 종사자 등은, 투시 화상(TI)에 비춰 들어가도록, 회전 갠트리(G)의 내측에, 4개 이상의 마커(MK)가 매립된 팬텀을 설치한다(스텝 S200).
다음으로, 의료 종사자 등은, 팬텀의 설치가 완료된 것을 입력부(104)에 대하여 입력한다. 이것을 받아, 치료 장치(10)의 치료 장치측 제어부(16)는, 복수의 방사선원(12) 중에서 2개의 방사선원(12)을 선택하고, 그 선택한 2개의 방사선원(12)으로, 서로 다른 복수의 방향으로부터 X선을 조사시킨다(스텝 S202).
다음으로, 검출기(13-1 및 13-2)는, 복수의 방향으로부터 팬텀(PH)을 촬상한 투시 화상(TI)을 생성한다(스텝 S204).
다음으로, 제1 취득부(112)는, 통신부(102)를 통해 검출기(13-1 및 13-2)로부터 복수의 투시 화상(TI)을 취득한다(스텝 S206).
다음으로, 제1 도출부(122a)는, 제1 취득부(112)에 의해 취득된 복수의 투시 화상(TI)의 각각에 대해서, 마커(MK)의 위치를 도출한다(스텝 S208).
다음으로, 제2 도출부(122b)는, 투시 화상(TI)으로부터 도출된 마커(MK)의 위치와, 제2 취득부(114)에 의해 취득된 위치 정보에 의거하여, 미지 파라미터인 방사선원(12-1 및 12-2)의 각각의 삼차원 위치를 도출한다(스텝 S210).
다음으로, 교정부(122c)는, 제2 도출부(122b)에 의해 도출된 방사선원(12-1 및 12-2)의 각각의 삼차원 위치와, 기억부(130)에 기억된 방사선원(12-1 및 12-2)의 각각의 기준 위치의 차분을 도출하고, 그 차분이 임계값 이상인지의 여부를 판정한다(스텝 S212).
기지인 파라미터가 방사선원(12-1 및 12-2)의 각각의 삼차원 위치일 경우, 기억부(130)에는, 제1 주기의 캘리브레이션에서 도출된 검출기(13-1 및 13-2)의 각각의 삼차원 위치가 기준 위치, 삼차원 방향이 기준 방향으로서 기억된다. 이 경우, S210의 처리로서, 제2 도출부(122b)에 의해, 미지 파라미터인 검출기(13-1 및 13-2)의 각각의 삼차원 위치 및 삼차원 방향이 도출되어진다. 따라서, 교정부(122c)는, 기지인 파라미터가 방사선원(12-1 및 12-2)의 각각의 삼차원 위치일 경우, 제2 도출부(122b)에 의해 도출된 검출기(13-1 및 13-2)의 각각의 삼차원 위치와 기준 위치의 차분과, 제2 도출부(122b)에 의해 도출된 검출기(13-1 및 13-2)의 각각의 삼차원 방향과 기준 방향의 차분을 각각 도출하고, 각 차분이 임계값 이상인지의 여부를 판정해도 된다.
정보 출력 제어부(120)는, 교정부(122c)에 의해 차분이 임계값 이상이라고 판정되었을 경우, 치료 장치(10)를 이용하는 의료 종사자 등을 향하여, 메인터넌스가 필요한 것을 나타내는 알람을 출력한다(스텝 S214).
예를 들면, 정보 출력 제어부(120)는, 표시부(106)에, 도 9에 예시하는 바와 같은 화상을 알람으로서 표시시킨다. 도 9는, 표시부(106)에 표시시키는 화면의 일례를 나타내는 도면이다. 도시한 예와 같이, 표시부(106)의 화면에는, 메인터넌스가 필요한 것을 나타내는 문자나 화상이 표시되어도 된다.
정보 출력 제어부(120)는, 알람으로서, 통신부(102)를 통해 단말 장치(20)에 메인터넌스를 의뢰하는 메일이나 푸쉬 통지를 출력해도 된다.
한편, 교정부(122c)는, 차분이 임계값 미만이라고 판정했을 경우, 기준 위치(또는 기준 방향)와의 차분에 의거하여, 캘리브레이션을 행한다(스텝 S216).
예를 들면, 교정부(122c)는, 기준 위치(또는 기준 방향)와의 차분을 보정량으로 하고, 그 보정량을 기초로, DRR을 아핀 변환 등의 기하학적으로 변환하는 것을 캘리브레이션으로서 행해도 된다. 교정부(122c)는, 기준 위치(또는 기준 방향)와의 차분을 보정량으로 하고, 그 보정량을 기초로 DRR을 아핀 변환하는 대신에, 혹은 더하여, 투시 화상(TI)을 아핀 변환하는 것을 캘리브레이션으로서 행해도 된다.
교정부(122c)는, 캘리브레이션으로서, 기준 위치(또는 기준 방향)와의 차분을 보정량으로 하고, 그 보정량을 기초로, DRR이 생성될 때에 참조되는 파라미터를 보정해도 된다. 이 파라미터에는, 예를 들면, 회전 갠트리(G)에 설치된 각 촬상 기기의 위치나 방향이 포함된다. 보다 구체적으로는, 상기 파라미터에는, 검출기(13-1 및 13-2)의 위치 및／또는 방향과, 방사선원(12)의 위치가 포함된다.
교정부(122c)는, 치료 장치(10)가 방사선원(12)이나 검출기(13)의 위치를 자동 조절하는 조정 기구를 구비할 경우, 그 조정 기구를 제어하여, 각 촬상 기기의 위치나 방향을 조정해도 된다. 이러한 캘리브레이션에 의해, 정밀도가 좋은 DRR을 생성할 수 있다.
상술한 설명에서는, 치료 장치(10)가 회전 갠트리(G)를 채용한 치료 장치인 것으로 했지만 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 치료 장치(10)는, 방사선원(12) 등의 촬상 기기의 위치가 고정식(고정 포트식)인 치료 장치여도 된다.
재투영 오차가 어떤 방향에서는 작고, 어떤 방향에서는 큰 통계가 있을 경우, 캘리브레이션 처리부(122)는, 재투영 오차가 작아지는 방향으로부터 촬상된 투시 화상(TI)을 기초로 캘리브레이션을 행해도 된다.
이상 설명한 제1 실시형태에 따르면, 어떤 물체에 대하여, 서로 다른 복수의 방향으로부터 방사선을 조사하는 하나 이상의 방사선원(12)과, 방사선원(12)에 의해 조사된 방사선을, 서로 다른 위치에서 검출하는 복수의 검출기(13)를 촬상 기기로서 포함하는 회전 갠트리(G)와, 복수의 검출기(13)의 각각에 의해 검출된 방사선에 의거하는 복수의 투시 화상(TI)을 취득하는 제1 취득부(112)와, 방사선원(12) 또는 검출기(13)의 위치 정보를 취득하는 제2 취득부(114)와, 제1 취득부(112)에 의해 취득된 복수의 투시 화상(TI)의 각각에 있어서, 팬텀(PH) 내의 마커(MK)의 위치를 도출하는 제1 도출부(122a)와, 제1 도출부(122a)에 의해 도출된 투시 화상(TI) 상에서의 마커(MK)의 위치와, 제2 취득부(114)에 의해 취득된 위치 정보가 나타내는 방사선원(12)의 삼차원 위치 또는 검출기(13)의 삼차원 위치 및 삼차원 방향에 의거하여, 위치 정보가 취득되어 있지 않은 쪽의 촬상 기기의 삼차원 위치 등을 도출하는 제2 도출부(122b)와, 제2 도출부(122b)에 의한 도출 결과에 의거하여, 회전 갠트리(G)의 캘리브레이션을 행하는 교정부(122c)를 구비함으로써, 마커(MK)의 삼차원 위치가 기지가 아닐 경우, 혹은, 기지로 한 마커(MK)의 삼차원 위치에 오차가 포함될 경우여도, 치료 장치(10)의 촬상계를 고정밀도로 캘리브레이션할 수 있다. 이 결과, 치료 시에, 피검체의 위치를 고정밀도로 결정할 수 있음과 함께, 대상물을 정밀하게 추적할 수 있다.
일반적으로, 방사선 치료를 행할 때에는, 충분한 출력의 방사선을 환자의 환부에 정확하게 조사해야만 한다. 그 때문에, 치료 계획 시에 취득한 환자의 화상과, 방사선 조사 시에 촬영한 환자의 화상의 대조에 의해 환자를 위치 결정하고, 호흡에 의해 움직이는 환부에 대해서는 위치 결정 후에 X선에 의한 투시 화상(TI)으로부터 환부를 추적하여, 방사선을 조사한다. 이 환자를 위치 결정이나 환부 추적을 고정밀도로 행하기 위해 촬상계가 캘리브레이션되어 있을 필요가 있다. 그러나, 마커(MK)의 삼차원 위치가 기지가 아닐 경우, 혹은, 기지로 한 마커(MK)의 삼차원 위치에 오차가 포함될 경우, 피검체의 위치를 고정밀도로 결정할 수 없거나, 대상물을 정밀하게 추적할 수 없을 경우가 있다.
특히, 캘리브레이션을 행할 때에, 팬텀(PH)을 가대(架台)에 설정하여 촬상하므로, 기지로 한 마커(MK)의 삼차원 위치에 상정보다 큰 오차가 생기기 쉽다. 예를 들면, 회전 갠트리(G)를 채용하지 않고, 방사선원(12) 등의 촬상 기기의 위치가 고정식인 치료 장치일 경우, 치료실 바닥에 직방체 형상의 가대를 설치하고, 그 가대 위에 팬텀(PH)을 재치(載置)하는 것을 생각할 수 있다. 그러나, 본 실시형태와 같이, 회전 갠트리(G)를 채용한 치료 장치(10)일 경우, 방사선원(12)이 치료실 바닥에 깔려 있기 때문에, 직방체 형상의 가대를 바닥에 설치하는 것이 어려울 경우가 있다. 그 때문에, 예를 들면, 방사선원(12)이 깔린 위치로부터 떨어진 위치에, L자 형상의 가대를 설치할 경우가 있다. 이때, L자 형상의 가대는, L자의 단부(端部) 중 한쪽이 바닥에 접지되고, 다른쪽이 공중에 뜬 상태가 되도록 바닥에 설치된다. 예를 들면, 팬텀(PH)은, L자 형상의 가대의 단부 중 공중에 뜬 쪽의 단부에 재치된다. L자 형상의 가대에는, 힘의 모먼트에 의해, 공중에 뜬 쪽의 단부가 연직 방향 아래쪽으로 휘는 미소한 변형이 생길 수 있다. 이러한 경우, 팬텀(PH)의 위치의 오차는, 본래 상정한 오차보다 큰 것이 되기 쉽다. 한편, 가대를 준비하지 않고, 침대(11) 등에 팬텀(PH)을 재치했을 경우여도, 바닥으로부터 침대까지 이어지는 아암부(11a)의 치수 오차 등이 적분됨으로써, 팬텀(PH)의 위치의 오차는, 본래 상정한 오차보다 큰 것이 되기 쉽다. 이와 같이 치료실에 팬텀(PH)을 설치할 경우에는, 팬텀(PH)의 위치에 오차가 생기기 쉽다. 팬텀(PH)의 위치에 오차가 생기면, 검출기(13)의 삼차원 위치 및 삼차원 방향과, 방사선원(12)의 삼차원 위치에도 오차가 포함되게 되기 때문에, 캘리브레이션의 정밀도가 저하하기 쉽다.
이에 대하여, 본 실시형태에서는, 레이저 트래커 등을 이용하여 미리 회전 갠트리(G)에 마련된 어느 촬상 기기의 삼차원 위치를 계측해 둠으로써, 마커(MK)의 위치를 기지로 하지 않더라도, 미지의 촬상 기기의 삼차원 위치를 도출할 수 있다. 이 결과, 치료 장치(10)의 촬상계를 고정밀도로 캘리브레이션할 수 있고, 피검체의 위치를 고정밀도로 결정할 수 있음과 함께, 대상물을 정밀하게 추적할 수 있다.
상술한 의료용 화상 처리 장치(100)는, CPU나 GPU 등의 프로세서와, ROM이나 RAM, HDD, 플래시 메모리 등의 기억 장치를 구비하고, 기억 장치에는, 프로세서를, 어떤 물체에 대하여, 서로 다른 복수의 방향으로부터 방사선을 조사하는 하나 이상의 방사선원(12)과, 방사선원(12)에 의해 조사된 방사선을, 서로 다른 위치에서 검출하는 복수의 검출기(13)를 촬상 기기로서 포함하는 회전 갠트리(G)와, 복수의 검출기(13)의 각각에 의해 검출된 방사선에 의거하는 복수의 투시 화상(TI)을 취득하는 제1 취득부(112)와, 방사선원(12) 또는 검출기(13)의 위치 정보를 취득하는 제2 취득부(114)와, 제1 취득부(112)에 의해 취득된 복수의 투시 화상(TI)의 각각에 있어서, 팬텀(PH) 내의 마커(MK)의 위치를 도출하는 제1 도출부(122a)와, 제1 도출부(122a)에 의해 도출된 투시 화상(TI) 상에서의 마커(MK)의 위치와, 제2 취득부(114)에 의해 취득된 위치 정보가 나타내는 방사선원(12)의 삼차원 위치 또는 검출기(13)의 삼차원 위치 및 삼차원 방향에 의거하여, 위치 정보가 취득되어 있지 않은 쪽의 촬상 기기의 삼차원 위치 등을 도출하는 제2 도출부(122b)와, 제2 도출부(122b)에 의한 도출 결과에 의거하여, 회전 갠트리(G)의 캘리브레이션을 행하는 교정부(122c)로서 기능시키기 위한 프로그램이 기억된 범용적인 장치에 의해 실현되어도 된다.
(제2 실시형태)
이하, 제2 실시형태에 대해서 설명한다. 제2 실시형태에서는, 환자의 치료 계획에 의거하여, 캘리브레이션 시에 위치의 도출 대상으로 하는 투시 화상(TI)을 선별하는 점에서 상술한 제1 실시형태와 상이하다. 이하, 제1 실시형태와의 상이점을 중심으로 설명하고, 제1 실시형태와 공통되는 점에 대해서는 설명을 생략한다. 제2 실시형태의 설명에 있어서, 제1 실시형태와 같은 부분에 대해서는 동일 부호를 붙여 설명한다.
도 10은, 치료 계획 데이터(134)의 일례를 나타내는 도면이다. 예를 들면, 치료 계획 데이터(134)는, 환자마다, 치료 일시와, 치료 시에 조사하는 치료 빔(B)의 조사 각도 θ와 같은 치료 계획이 대응지어진 정보이다.
제2 실시형태에 있어서의 제1 도출부(122a)는, 제1 취득부(112)에 의해 취득된 복수의 투시 화상(TI) 중에서, 마커(MK)의 위치의 도출 대상으로 하는 투시 화상(TI)을 선택하고, 선택한 투시 화상(TI)에 있어서, 마커(MK)의 위치를 도출한다.
예를 들면, 제2 주기의 캘리브레이션의 실시 타이밍을 각 날짜의 이른 아침으로 했을 경우, 제1 도출부(122a)는, 치료 계획에 있어서 치료가 예정된 복수의 환자 중에서, 캘리브레이션 후에 치료가 예정된 환자를 선택한다. 예를 들면, 치료 계획이 도 10에 예시한 것이며, 제2 주기의 캘리브레이션의 실시 타이밍이 「2020년 6월 1일 이른 아침」이었을 경우, 제1 도출부(122a)는, 그 날에 치료가 예정된 환자 A, B, C를 선택한다. 그리고, 제1 도출부(122a)는, 선택한 환자 A, B, C의 각각에 대응지어진 치료 빔(B)의 조사 각도 θ를 기초로 마커(MK)의 위치의 도출 대상으로 하는 투시 화상(TI)을 선택한다.
도 11 및 도 12는, 치료 계획에 의거하는 투시 화상(TI)의 선택 방법을 설명하기 위한 도면이다. 예를 들면, 회전 갠트리(G)의 회전축 둘레의 각도에 있어서, 회전축심을 지나는 수평 방향 Xf로부터, 조사문(14)의 치료 빔(B)의 조사 방향까지의 각도를, 치료 빔(B)의 조사 각도 θ로 했을 경우, 제1 도출부(122a)는, 그 각도 θ로 회전 갠트리(G)를 회동시켰을 때에 방사선원(12-1 및 12-2)의 각각에 의해 조사된 X선을 기초로 생성된 투시 화상(TI)을 선택한다. 예를 들면, 환자 A의 경우, 치료 빔(B)의 조사 각도 θ가 90도이기 때문에, 제1 도출부(122a)는, 도 12에 나타내는 바와 같이, 마커(MK)를 포함하는 팬텀(PH)이 회전 갠트리(G)의 내측에 배치되고, 바로 위에서 환자 A에게 치료 빔(B)을 조사하는 각도로 회전 갠트리(G)를 회동시켰을 때에 방사선원(12-1 및 12-2)의 각각에 의해 조사된 X선에 의해 마커(MK)가 촬상된 투시 화상(TI)을 선택한다. 이에 따라, 그 날의 치료에서 사용되지 않는 치료 빔(B)의 조사 방향에 대해서는 캘리브레이션을 생략할 수 있다.
이상 설명한 제2 실시형태에 따르면, 환자의 치료 계획에 의거하여, 캘리브레이션 시에 위치의 도출 대상으로 하는 투시 화상(TI)을 선별하기 때문에, 360도의 전방향에서 캘리브레이션할 경우와 비교하여, 캘리브레이션에 요하는 시간을 단축할 수 있다.
이상 설명한 적어도 하나의 실시형태에 따르면, 어떤 물체에 대하여, 서로 다른 복수의 방향으로부터 방사선을 조사하는 하나 이상의 방사선원(12)과, 방사선원(12)에 의해 조사된 방사선을, 서로 다른 위치에서 검출하는 복수의 검출기(13)를 촬상 기기로서 포함하는 회전 갠트리(G)와, 복수의 검출기(13)의 각각에 의해 검출된 방사선에 의거하는 복수의 투시 화상(TI)을 취득하는 제1 취득부(112)와, 방사선원(12) 또는 검출기(13)의 위치 정보를 취득하는 제2 취득부(114)와, 제1 취득부(112)에 의해 취득된 복수의 투시 화상(TI)의 각각에 있어서, 팬텀(PH) 내의 마커(MK)의 위치를 도출하는 제1 도출부(122a)와, 제1 도출부(122a)에 의해 도출된 투시 화상(TI) 상에서의 마커(MK)의 위치와, 제2 취득부(114)에 의해 취득된 위치 정보가 나타내는 방사선원(12)의 삼차원 위치 또는 검출기(13)의 삼차원 위치 및 삼차원 방향에 의거하여, 위치 정보가 취득되어 있지 않은 쪽의 촬상 기기의 삼차원 위치 등을 도출하는 제2 도출부(122b)와, 제2 도출부(122b)에 의한 도출 결과에 의거하여, 회전 갠트리(G)의 캘리브레이션을 행하는 교정부(122c)를 구비함으로써, 마커(MK)의 삼차원 위치가 기지가 아닐 경우, 혹은, 기지로 한 마커(MK)의 삼차원 위치에 오차가 포함될 경우여도, 치료 장치(10)의 촬상계를 고정밀도로 캘리브레이션할 수 있다. 이 결과, 치료 시에, 피검체의 위치를 고정밀도로 결정할 수 있음과 함께, 대상물을 정밀하게 추적할 수 있다.
본 발명의 몇 가지 실시형태를 설명했지만, 이들 실시형태는, 예로서 제시한 것이며, 발명의 범위를 한정하는 것은 의도하고 있지 않다. 이들 실시형태는, 그 밖의 다양한 형태로 실시되는 것이 가능하며, 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서, 각종 생략, 치환, 변경을 행할 수 있다. 이들 실시형태나 그 변형은, 발명의 범위나 요지에 포함되는 것과 마찬가지로, 특허청구범위에 기재된 발명과 그 균등한 범위에 포함되는 것이다.

Claims (13)

  1. 어떤 물체에 대하여, 서로 다른 복수의 방향으로부터 방사선을 조사하는 하나 이상의 방사선원과, 상기 방사선원에 의해 조사된 방사선을, 서로 다른 위치에서 검출하는 복수의 검출부의 각각을 촬상 기기로서 포함하는 촬상계와,
    상기 복수의 검출부의 각각에 의해 검출된 방사선에 의거하는 복수의 화상을 취득하는 제1 취득부와,
    상기 촬상계가 놓인 삼차원 공간에 있어서의, 상기 촬상계에 포함되는 제1 촬상 기기의 위치 또는 방향의 적어도 한쪽을 나타내는 위치 정보를 취득하는 제2 취득부와,
    상기 제1 취득부에 의해 취득된 상기 복수의 화상의 각각에 있어서, 상기 물체의 위치를 도출하는 제1 도출부와,
    상기 제1 도출부에 의해 도출된 상기 화상 상에서의 상기 물체의 위치와, 상기 제2 취득부에 의해 취득된 상기 위치 정보가 나타내는 상기 제1 촬상 기기의 위치 또는 방향에 의거하여, 상기 촬상계에 포함되는 제2 촬상 기기의 상기 삼차원 공간에 있어서의 위치 또는 방향의 적어도 한쪽을 도출하는 제2 도출부와,
    상기 제2 도출부에 의한 도출 결과에 의거하여, 상기 촬상계의 캘리브레이션을 행하는 교정부(較正部)를 구비하는 치료 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 촬상계는, 회전 갠트리에 설치되고,
    상기 회전 갠트리를 회동시키고, 상기 물체에 대한 상기 방사선원의 위치를 바꾸면서, 상기 방사선원으로 상기 방사선을 조사시키는 조사 제어부를 더 구비하는 치료 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 물체는, 4개 이상의 마커를 포함하고,
    상기 4개 이상의 마커 중 적어도 1개 이상의 마커는, 상기 물체 중의 상기 삼차원 공간에 있어서, 다른 3개 이상의 마커의 각각이 존재하는 제1 평면과는 다른 제2 평면에 존재하는 치료 시스템.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2 도출부는, 또한, 상기 제1 도출부에 의해 도출된 상기 화상 상에서의 상기 물체의 위치와, 상기 제2 취득부에 의해 취득된 상기 위치 정보가 나타내는 상기 제1 촬상 기기의 위치 또는 방향에 의거하여, 상기 물체의 상기 삼차원 공간에 있어서의 위치를 도출하는 치료 시스템.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 방사선원에 의해 조사되는 방사선과는 다른 입자선을, 피검체에 조사하는 입자선원을 더 구비하고,
    상기 제1 도출부는,
    상기 피검체마다, 상기 입자선원에 의해 조사시키는 상기 입자선의 조사 방향이 대응지어진 치료 계획에 의거하여, 상기 제1 취득부에 의해 취득된 상기 복수의 화상 중에서, 상기 물체의 위치의 도출 대상으로 하는 화상을 선택하고,
    상기 선택한 화상에 있어서, 상기 물체의 위치를 도출하는 치료 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 도출부는,
    상기 치료 계획에 있어서 상기 입자선을 조사하는 것이 예정된 복수의 피검체 중에서, 상기 촬상계의 캘리브레이션 후에, 상기 입자선을 조사하는 것이 예정된 상기 피검체를 선택하고,
    상기 제1 취득부에 의해 취득된 상기 복수의 화상 중에서, 상기 선택한 피검체에 대응지어진 상기 입자선의 조사 방향과 같은 방향으로부터 조사된 상기 방사선에 의거하는 화상을, 상기 물체의 위치의 도출 대상으로 하는 화상으로서 선택하는 치료 시스템.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 검출부에 의해 검출된 방사선에 의거하는 화상을 상기 방사선의 조사 방향으로 나열한 삼차원의 화상에 의거하여, 어떤 시점에서 봤을 때의 가상적인 이차원 화상을 생성하는 화상 처리부를 더 구비하고,
    상기 교정부는, 상기 제2 도출부에 의한 도출 결과에 의거하여, 상기 화상 처리부에 의해 생성된 상기 이차원 화상을 기하학적으로 변환하는 것을, 상기 캘리브레이션으로서 행하는 치료 시스템.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 교정부는, 상기 제2 도출부에 의한 도출 결과에 의거하여, 상기 제1 취득부에 의해 취득된 상기 화상을 기하학적으로 변환하는 것을, 상기 캘리브레이션으로서 행하는 치료 시스템.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 검출부에 의해 검출된 방사선에 의거하는 화상을 상기 방사선의 조사 방향으로 나열한 삼차원 화상에 의거하여, 어떤 시점에서 봤을 때의 가상적인 이차원 화상을 생성하는 화상 처리부를 더 구비하고,
    상기 교정부는, 상기 제2 도출부에 의한 도출 결과에 의거하여, 상기 화상 처리부에 의해 상기 이차원 화상이 생성될 때에 참조되는 파라미터를 보정하는 것을, 상기 캘리브레이션으로서 행하는 치료 시스템.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    정보를 출력하는 출력부와,
    상기 제2 도출부에 의해 도출된 상기 제2 촬상 기기의 상기 삼차원 공간에 있어서의 위치와 기준 위치의 제1 차분, 또는 상기 제2 도출부에 의해 도출된 상기 제2 촬상 기기의 상기 삼차원 공간에 있어서의 방향과 기준 방향의 제2 차분이 임계값 이상일 경우, 상기 출력부를 제어하여, 상기 촬상계의 메인터넌스를 행하는 유저의 단말 장치에, 상기 촬상계의 위치 또는 방향의 조정을 의뢰하는 정보를 출력하는 출력 제어부를 더 구비하는 치료 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제2 도출부는, 상기 제2 촬상 기기의 상기 삼차원 공간에 있어서의 위치 또는 방향의 적어도 한쪽을 도출하는 것을, 제1 주기와, 상기 제1 주기보다 짧은 제2 주기의 각각에서 반복하고,
    상기 기준 위치는, 상기 제2 도출부에 의해 상기 제1 주기에서 도출된 상기 제2 촬상 기기의 상기 삼차원 공간에 있어서의 위치이며,
    상기 기준 방향은, 상기 제2 도출부에 의해 상기 제1 주기에서 도출된 상기 제2 촬상 기기의 상기 삼차원 공간에 있어서의 방향이며,
    상기 제1 차분은, 상기 제2 도출부에 의해 상기 제2 주기에서 도출된 상기 제2 촬상 기기의 상기 삼차원 공간에 있어서의 위치와 상기 기준 위치의 차분이며,
    상기 제2 차분은, 상기 제2 도출부에 의해 상기 제2 주기에서 도출된 상기 제2 촬상 기기의 상기 삼차원 공간에 있어서의 방향과 상기 기준 방향의 차분인 치료 시스템.
  12. 어떤 물체에 대하여, 서로 다른 복수의 방향으로부터 방사선을 조사하는 하나 이상의 방사선원과, 상기 방사선원에 의해 조사된 방사선을, 서로 다른 위치에서 검출하는 복수의 검출부의 각각을 촬상 기기로서 포함하는 촬상계를 제어하는 컴퓨터가,
    상기 복수의 검출부의 각각에 의해 검출된 방사선에 의거하는 복수의 화상을 취득하고,
    상기 촬상계가 놓인 삼차원 공간에 있어서의, 상기 촬상계에 포함되는 제1 촬상 기기의 위치 또는 방향의 적어도 한쪽을 나타내는 위치 정보를 취득하고,
    상기 취득한 상기 복수의 화상의 각각에 있어서, 상기 물체의 위치를 도출하고,
    상기 도출한 상기 화상 상에서의 상기 물체의 위치와, 상기 취득한 상기 위치 정보가 나타내는 상기 제1 촬상 기기의 위치 또는 방향에 의거하여, 상기 촬상계에 포함되는 제2 촬상 기기의 상기 삼차원 공간에 있어서의 위치 또는 방향의 적어도 한쪽을 도출하고,
    상기 도출한 제2 촬상 기기의 상기 삼차원 공간에 있어서의 위치 또는 방향에 의거하여, 상기 촬상계의 캘리브레이션을 행하는 캘리브레이션 방법.
  13. 어떤 물체에 대하여, 서로 다른 복수의 방향으로부터 방사선을 조사하는 하나 이상의 방사선원과, 상기 방사선원에 의해 조사된 방사선을, 서로 다른 위치에서 검출하는 복수의 검출부의 각각을 촬상 기기로서 포함하는 촬상계를 제어하는 컴퓨터에,
    상기 복수의 검출부의 각각에 의해 검출된 방사선에 의거하는 복수의 화상을 취득하는 처리와,
    상기 촬상계가 놓인 삼차원 공간에 있어서의, 상기 촬상계에 포함되는 제1 촬상 기기의 위치 또는 방향의 적어도 한쪽을 나타내는 위치 정보를 취득하는 처리와,
    상기 취득한 상기 복수의 화상의 각각에 있어서, 상기 물체의 위치를 도출하는 처리와,
    상기 도출한 상기 화상 상에서의 상기 물체의 위치와, 상기 취득한 상기 위치 정보가 나타내는 상기 제1 촬상 기기의 위치 또는 방향에 의거하여, 상기 촬상계에 포함되는 제2 촬상 기기의 상기 삼차원 공간에 있어서의 위치 또는 방향의 적어도 한쪽을 도출하는 처리와,
    상기 도출한 제2 촬상 기기의 상기 삼차원 공간에 있어서의 위치 또는 방향에 의거하여, 상기 촬상계의 캘리브레이션을 행하는 처리를 실행시키기 위한, 기억 매체에 기억된 프로그램.
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