特許 6351017 放射線治療用動体追跡装置、放射線治療用照射領域決定装置および放射線治療装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6351017

(24)【登録日】2018年6月15日

(45)【発行日】2018年7月4日

(54)【発明の名称】放射線治療用動体追跡装置、放射線治療用照射領域決定装置および放射線治療装置

(51)【国際特許分類】

   A61N 5/10 20060101AFI20180625BHJP

   A61B 6/00 20060101ALI20180625BHJP

   A61B 6/03 20060101ALI20180625BHJP

【ＦＩ】

   A61N5/10 P

   A61B6/00 370

   A61B6/03 377

【請求項の数】8

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2016-504018(P2016-504018)

(86)(22)【出願日】2015年2月3日

(86)【国際出願番号】JP2015052967

(87)【国際公開番号】WO2015125600

(87)【国際公開日】20150827

【審査請求日】2017年2月16日

(31)【優先権主張番号】特願2014-32888(P2014-32888)

(32)【優先日】2014年2月24日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】301032942

【氏名又は名称】国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構

(73)【特許権者】

【識別番号】000001993

【氏名又は名称】株式会社島津製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100101753

【弁理士】

【氏名又は名称】大坪 隆司

(72)【発明者】

【氏名】森 慎一郎

(72)【発明者】

【氏名】山岸 義行

(72)【発明者】

【氏名】鳥越 唯

【審査官】 木村 立人

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００２−２１００２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１３−５２９５０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特許第３０５３３８９（ＪＰ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ａ６１Ｂ ６／００ ― ６／１４

Ａ６１Ｎ ５／１０

Ｇ０６Ｔ １／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

患者に対して治療ビームを照射することにより治療を行う放射線治療に用いられる動体追跡装置において、
基準呼吸位相における治療対象部位の位置と、連続する複数の呼吸位相における治療対象部位を含む領域の２次元のＸ線画像データ群からなる３次元Ｘ線画像データとを記憶部から取得するＸ線画像情報取得部と、
前記記憶部から取得した３次元Ｘ線画像データに対して画像レジストレーションを実行することにより、異なる呼吸位相間での治療対象部位を含む２次元のＸ線画像の変形量を算出するＸ線画像変形量算出部と、
前記記憶部から取得した基準呼吸位相における治療対象部位の位置と、前記Ｘ線画像変形量算出部により算出した異なる呼吸位相間での治療対象部位を含む２次元Ｘ線画像の変形量とに基づいて、各呼吸位相における治療対象部位の位置を算出する位置算出部と、
治療対象部位を含む領域を連続する複数の呼吸位相にわたってＸ線画像を取得するとともに、テンプレートマッチングのためのパラメータを設定してトラッキングを実行するときのテンプレートを作成し、連続して取得されたＸ線画像に対してテンプレートマッチングを実行することにより各呼吸位相における治療対象部位の位置を特定する動作を、前記パラメータを変更して複数回実行するテンプレートマッチング部と、
前記位置算出部により算出した各呼吸位相における治療対象部位の位置と、前記テンプレートマッチング部により特定した各呼吸位相における治療対象部位の位置とを比較することにより、各パラメータ毎のそれらの誤差値を特定する比較部と、
を備えたことを特徴とする放射線治療用動体追跡装置。

【請求項2】

請求項１に記載の放射線治療用動体追跡装置において、
前記パラメータは、呼吸の１周期間に取得するテンプレートの数、および／または、テンプレートマッチングに使用する閾値である放射線治用動体追跡療装置。

【請求項3】

請求項２に記載の放射線治療用動体追跡装置において、
呼吸の１周期間に取得するテンプレートの数、および／または、テンプレートマッチングに使用する閾値を変化させたときの、それらの呼吸の１周期間に取得するテンプレートの数、および／または、テンプレートマッチングに使用する閾値と、前記誤差値との関係を、表示部にグラフィック表示させるための画像処理部を備える放射線治療用動体追跡装置。

【請求項4】

請求項３に記載の放射線治療用動体追跡装置において、
前記画像処理部は、呼吸の１周期間に取得するテンプレートの数とテンプレートマッチングに使用する閾値とを縦軸と横軸とし、前記誤差値を異なる色で表現した２次元カラーマップを、前記表示部にグラフィック表示させる放射線治療用動体追跡装置。

【請求項5】

請求項１に記載の放射線治療用動体追跡装置において、
基準呼吸位相における治療対象部位の形状と、連続する複数の呼吸位相における治療対象部位を含む領域の３次元のＣＴ画像データ群からなる４次元ＣＴ画像データとを記憶部から取得する治療計画取得部と、
前記記憶部から取得した４次元ＣＴ画像データに対して画像レジストレーションを実行することにより、異なる呼吸位相間での治療対象部位を含む３次元のＣＴ画像の変形量を算出するＣＴ画像変形量算出部と、
前記記憶部から取得した基準呼吸位相における治療対象部位の形状と、前記ＣＴ画像変形量算出部により算出した異なる呼吸位相間での治療対象部位を含む３次元ＣＴ画像の変形量とに基づいて、各呼吸位相における治療対象部位の形状を算出する形状算出部と、
前記形状算出部により算出した各呼吸位相における治療対象部位の形状に基づいて、治療ビームの照射領域を決定する照射領域決定部と、
前記照射領域決定部で決定した治療ビームの照射領域と、前記テンプレートマッチング部において、前記比較部により特定した誤差値に基づいて補正した後のパラメータを使用してテンプレートマッチングを実行して得た治療対象部位の位置とを利用して、治療ビーム照射部に治療ビームを照射させる治療ビーム照射制御部と、
をさらに備える放射線治療用動体追跡装置。

【請求項6】

請求項１から請求項５のいずれかに記載の放射線治療用動体追跡装置を備えた放射線治療装置。

【請求項7】

患者に対して治療ビームを照射することにより治療を行う放射線治療装置に用いられる治療ビームの照射領域決定装置において、
基準呼吸位相における治療対象部位の形状と、連続する複数の呼吸位相における治療対象部位を含む領域の３次元のＣＴ画像データ群からなる４次元ＣＴ画像データとを記憶部から取得する治療計画取得部と、
前記記憶部から取得した４次元ＣＴ画像データに対して画像レジストレーションを実行することにより、異なる呼吸位相間での治療対象部位を含む３次元のＣＴ画像の変形量を算出するＣＴ画像変形量算出部と、
前記記憶部から取得した基準呼吸位相における治療対象部位の形状と、前記ＣＴ画像変形量算出部により算出した異なる呼吸位相間での治療対象部位を含む３次元ＣＴ画像の変形量とに基づいて、各呼吸位相における治療対象部位の形状を算出する形状算出部と、
前記形状算出部により算出した各呼吸位相における治療対象部位の形状に基づいて、治療ビームの照射領域を決定する照射領域決定部と、
を備えたことを特徴とする放射線治療用照射領域決定装置。

【請求項8】

請求項７に記載の放射線治療用照射領域決定装置を備えた放射線治療装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、患者に対して治療ビームを照射することにより治療を行う放射線治療に用いられる放射線治療用動体追跡装置、放射線治療用照射領域決定装置および放射線治療装置に関する。ここで、動体追跡装置とは、患者の呼吸等に伴って移動する動体であるターゲットをトラッキング（追跡）するターゲットトラッキングにより動体の位置を追跡する装置を意味する。

【背景技術】

【0002】

腫瘍などの患部に対してＸ線や電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。しかしながら、患者の呼吸に伴って患部が移動する場合がある。例えば、肺の近くの腫瘍は呼吸に基づき大きく移動する。このため、腫瘍の近傍に金属製のマーカーを配置し、このマーカーの位置をＸ線透視装置により検出して、治療放射線の照射を制御する構成を有する放射線治療装置が提案されている（特許文献１参照）。

【0003】

ここで、近年においては、腫瘍等の特定部位の位置を画像認識することによりこれをマーカーの代わりに使用し、患者の体内にマーカーを挿入することを省略することが可能なマーカーレストラッキングも提案されている。

【0004】

また、異なる時点で撮影された３次元画像の集まりである４次元ＣＴ画像データを用いて放射線治療計画を作成する方法も提案されている(特許文献２参照)。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第３０５３３８９号公報

【特許文献2】特開２００８−８０１３１号公報

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ターゲットとして患者の体内に配置された金属製のマーカーを使用するマーカートラッキングの場合であっても、ターゲットとして患者の特定部位を利用するマーカーレストラッキングの場合であっても、これらのターゲットトラッキングを実行するには、ターゲットの位置を画像処理により認識する必要がある。そして、ターゲットトラッキングの精度は、ターゲットトラッキングを実行するときのパラメータの設定により左右される。このパラメータは、患者個人によってもその適切値が異なることから、パラメータを適切に設定することは極めて困難であり、豊富な経験が必要となる。

【0007】

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、ターゲットトラッキングを実行するときのパラメータを容易に設定することが可能な放射線治療用動体追跡装置および放射線治療装置を提供することを第１の目的とする。

【0008】

また、治療対象部位の位置や形状を特定するためには、予め取得した基準呼吸位相における治療特定部位の位置や形状の情報を、患者の呼吸による体動に伴って補正する必要がある。この作業をマニュアルで実行した場合には、多大な作業時間が必要となるばかりではなく、誤差が生ずることになる。

【0009】

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、患者の体動に伴う治療対象部位の位置や形状を容易に特定することが可能な放射線治療用照射領域決定装置および放射線治療装置を提供することを第２の目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

第１の発明は、患者に対して治療ビームを照射することにより治療を行う放射線治療に用いられる動体追跡装置において、基準呼吸位相における治療対象部位の位置と、連続する複数の呼吸位相における治療対象部位を含む領域の２次元のＸ線画像データ群からなる３次元Ｘ線画像データとを記憶部から取得するＸ線画像情報取得部と、前記記憶部から取得した３次元Ｘ線画像データに対して画像レジストレーションを実行することにより、異なる呼吸位相間での治療対象部位を含む２次元のＸ線画像の変形量を算出するＸ線画像変形量算出部と、前記記憶部から取得した基準呼吸位相における治療対象部位の位置と、前記Ｘ線画像変形量算出部により算出した異なる呼吸位相間での治療対象部位を含む２次元Ｘ線画像の変形量とに基づいて、各呼吸位相における治療対象部位の位置を算出する位置算出部と、治療対象部位を含む領域を連続する複数の呼吸位相にわたってＸ線画像を取得するとともに、テンプレートマッチングのためのパラメータを設定してトラッキングを実行するときのテンプレートを作成し、連続して取得されたＸ線画像に対してテンプレートマッチングを実行することにより各呼吸位相における治療対象部位の位置を特定する動作を、前記パラメータを変更して複数回実行するテンプレートマッチング部と、前記位置算出部により算出した各呼吸位相における治療対象部位の位置と、前記テンプレートマッチング部により特定した各呼吸位相における治療対象部位の位置とを比較することにより、各パラメータ毎のそれらの誤差値を特定する比較部と、を備えたことを特徴とする。

【0011】

第２の発明は、前記パラメータは、呼吸の１周期間に取得するテンプレートの数、および／または、テンプレートマッチングに使用する閾値である。

【0012】

第３の発明は、呼吸の１周期間に取得するテンプレートの数、および／または、テンプレートマッチングに使用する閾値を変化させたときの、それらの呼吸の１周期間に取得するテンプレートの数、および／または、テンプレートマッチングに使用する閾値と、前記誤差値との関係を、表示部にグラフィック表示させるための画像処理部を備える。

【0013】

第４の発明は、前記画像処理部は、呼吸の１周期間に取得するテンプレートの数とテンプレートマッチングに使用する閾値とを縦軸と横軸とし、前記誤差値を異なる色で表現した２次元カラーマップを、前記表示部にグラフィック表示させる。

【0014】

第５の発明は、基準呼吸位相における治療対象部位の形状と、連続する複数の呼吸位相における治療対象部位を含む領域の３次元のＣＴ画像データ群からなる４次元ＣＴ画像データとを記憶する治療計画記憶部と、前記治療計画記憶部から取得した４次元ＣＴ画像データに対して画像レジストレーションを実行することにより、異なる呼吸位相間での治療対象部位を含む３次元のＣＴ画像の変形量を算出するＣＴ画像変形量算出部と、前記治療計画記憶部に記憶した基準呼吸位相における治療対象部位の形状と、前記ＣＴ画像変形量算出部により算出した異なる呼吸位相間での治療対象部位を含む３次元ＣＴ画像の変形量とに基づいて、各呼吸位相における治療対象部位の形状を算出する形状算出部と、前記形状算出部により算出した各呼吸位相における治療対象部位の形状に基づいて、治療ビームの照射領域を決定する照射領域決定部と、前記照射領域決定部で決定した治療ビームの照射領域と、前記テンプレートマッチング部において、前記比較部により特定した誤差値に基づいて補正した後のパラメータを使用してテンプレートマッチングを実行して得た治療対象部位の位置とを利用して、治療ビームを照射する治療ビーム照射部と、をさらに備える。

【0015】

第６の発明は、第１の発明から第５の発明に係る動体追跡装置を備えた放射線治療装置である。

【0016】

第７の発明は、患者に対して治療ビームを照射することにより治療を行う放射線治療装置に用いられる治療ビームの照射領域決定装置において、基準呼吸位相における治療対象部位の形状と、連続する複数の呼吸位相における治療対象部位を含む領域の３次元のＣＴ画像データ群からなる４次元ＣＴ画像データとを記憶部から取得する治療計画取得部と、前記記憶部から取得した４次元ＣＴ画像データに対して画像レジストレーションを実行することにより、異なる呼吸位相間での治療対象部位を含む３次元のＣＴ画像の変形量を算出するＣＴ画像変形量算出部と、前記記憶部から取得した基準呼吸位相における治療対象部位の形状と、前記ＣＴ画像変形量算出部により算出した異なる呼吸位相間での治療対象部位を含む３次元ＣＴ画像の変形量とに基づいて、各呼吸位相における治療対象部位の形状を算出する形状算出部と、前記形状算出部により算出した各呼吸位相における治療対象部位の形状に基づいて、治療ビームの照射領域を決定する照射領域決定部と、を備えたことを特徴とする。

【0017】

第８の発明は、第７の発明に係る放射線治療用照射領域決定装置を備えた放射線治療装置である。

【発明の効果】

【0018】

第１、第２、第３、第６の発明によれば、ターゲットトラッキングを実行するときのパラメータを、容易かつ高精度に設定することが可能となる。

【0019】

第４の発明によれば、パラメータとしての呼吸の１周期間に取得するテンプレートの数およびテンプレートマッチングに使用する閾値と、位置算出部により算出した各呼吸位相における治療対象部位の位置とテンプレートマッチング部により特定した各呼吸位相における治療対象部位の位置との誤差値との関係を、グラフィック表示により容易に認識することが可能となる。

【0020】

第５、第７、第８の発明によれば、画像レジストレーションを利用することにより、患者の体動に伴う治療対象部位の位置や形状を容易に特定することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】この発明に係る放射線治療装置の概要図である。

【図2】この発明に係る放射線治療装置のブロック図である。

【図3】放射線治療の基本的な工程を示すフローチャートである。

【図4】ターゲットトラッキング準備工程を示すフローチャートである。

【図5】呼吸に同期した照射領域を示す説明図である。

【図6】テンプレートマッチング動作を示す説明図である。

【図7】表示部３４にグラフィック表示された２次元カラーマップの模式図である。

【図8】表示部３４にグラフィック表示された２次元カラーマップの模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

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、この発明に係る放射線治療装置の概要図であり、図２は、その主要な制御系を示すブロック図である。なお、この放射線治療装置を構成する放射線照射部３５やＸ線撮影部３６は、それぞれが独立した装置であり、個々に制御部を備えているが、図２においては、放射線治療装置全体の機能的構成をブロック図で示している。また、図２における放射線治療装置のうち、記憶部３０、放射線照射部３５、ＣＴ撮影装置３７および治療計画装置３８等を除外した構成は、この発明に係る放射線治療用動体追跡装置または放射線治療用照射領域決定装置を構成する。

【0023】

この放射線治療装置は、患者５７を載置するための治療台２７を備える。この治療台２７は、６軸方向に移動および回転可能となっている。また、この放射線治療装置は、各々、Ｘ線や電子線等の放射線を射出する水平照射ポート２１および垂直照射ポート２２を備えた放射線照射部３５を備える。また、この放射線治療装置は、一対のＸ線管２５、２６と、これらのＸ線管２５、２６から照射され患者５７を通過したＸ線を測定するための一対のＸ線検出器２３、２４とを備えたＸ線撮影部３６を備える。なお、Ｘ線検出器２３、２４としては、例えば、イメージインテンシファイア（Ｉ．Ｉ．）やフラットパネルディテクタ（ＦＰＤ）が使用される。

【0024】

さらに、この放射線治療装置は、患者５７をＣＴ撮影するＣＴ撮影装置３７と、患者５７に対する治療計画を作成する治療計画装置３８と、院内システム等とネットワークを介して接続され患者５７についての各種のデータを記憶する記憶部３０と、キーボードやマウスからなる入力部３３と、液晶表示パネル等からなる表示部３４とを備える。そして、この放射線治療装置全体は、制御部１０により制御される。

【0025】

水平照射ポート２１および垂直照射ポート２２は、検査室内に固定されている。そして、Ｘ線検出器２４は、Ｘ線管２６と患者５７を介して対向する水平照射ポート２１の前面の撮影位置と、水平照射ポート２１から離隔した退避位置との間を移動可能となっており、Ｘ線検出器２３は、Ｘ線管２５と患者５７を介して対向する垂直照射ポート２２の前面の撮影位置と、垂直照射ポート２２から離隔した退避位置との間を移動可能となっている。

【0026】

ＣＴ撮影装置３７は、放射線治療を行うに先だって、患者５７の３次元ＣＴ撮影を行って、患者５７の患部を含むＣＴ画像を得るためのものである。ＣＴ撮影装置３７で撮影されたＣＴ画像は、治療計画装置３８に送られ、治療計画装置３８においては、記憶部３０から読み出した患者データとＣＴ撮影装置３７により撮影した３次元のＣＴ画像とに基づいて治療計画が作成される。なお、患者５７の３次元ＣＴ撮影は、少なくとも患者５７の呼吸の１周期間において実行される。そして、連続する複数の呼吸位相における治療対象部位を含む領域の３次元のＣＴ画像データ群からなる４次元ＣＴ画像データは、基準呼吸位相における治療対象部位の形状とともに、治療計画の一部として、記憶部３０における治療計画記憶部３１に記憶される。

【0027】

また、治療計画時には、患者５７に対してＸ線撮影部３６によるＸ線画像の取得（Ｘ線撮影又はＸ線透視が採用され得るが、以下ではＸ線透視として説明する。）が実行される。この患者５７に対するＸ線透視は、少なくとも患者５７の呼吸の１周期間において実行される。そして、連続する複数の呼吸位相における治療対象部位を含む領域の２次元のＸ線画像データ群からなる３次元Ｘ線画像データは、基準呼吸位相における治療対象部位の位置とともに、記憶部３０におけるＸ線画像情報記憶部３２に記憶される。

【0028】

上述した制御部１０は、異なる呼吸位相間での治療対象部位を含む３次元のＣＴ画像の変形量を算出するＣＴ画像変形量算出部１１と、各呼吸位相における治療対象部位の形状を算出する形状算出部１２と、治療ビームの照射領域を決定する照射領域決定部１３と、異なる呼吸位相間での治療対象部位を含む２次元のＸ線画像の変形量を算出するＸ線画像変形量算出部１４と、各呼吸位相における治療対象部位の位置を算出する位置算出部１５と、テンプレートマッチングにより各呼吸位相における治療対象部位の位置を特定するテンプレートマッチング部１６と、位置算出部１５により算出した各呼吸位相における治療対象部位の位置とテンプレートマッチング部１６により特定した各呼吸位相における治療対象部位の位置とを比較してそれらの誤差値を特定する比較部１７と、誤差値に基づいてパラメータを補正する補正部１８と、誤差値を異なる色で表現した２次元カラーマップを表示部３４にグラフィック表示させる画像処理部１９とを備える。

【0029】

また、制御部１０は、治療計画記憶部３１から４次元ＣＴデータや基準呼吸位相における治療対象部位の形状を取得する治療計画取得部４１と、Ｘ線画像情報記憶部３２から３次元Ｘ線画像データや基準呼吸位相における治療対象部位の位置を取得するＸ線画像情報取得部４２と、放射線照射部３５を制御することにより治療ビームとしての放射線を照射させる放射線照射制御部４３とを備える。

【0030】

次に、上述した放射線治療装置により放射線治療を行う放射線治療工程について説明する。まず、放射線治療の基本的な工程について説明する。図３は、放射線治療の基本的な工程を示すフローチャートである。

【0031】

放射線治療を行う場合には、患者５７が入室した後（ステップＳ１）、患者５７の位置決めを行う(ステップＳ２）。患者５７が治療に適した位置に位置決めされれば、ターゲットトラッキングの準備を行う（ステップＳ３）。しかる後、放射線照射部３５が放射線照射制御部４３からの指令を受け、治療ビームとしての放射線を照射する(ステップＳ４）。そして、必要な治療が終了すれば、患者５７が退室する(ステップＳ５）。

【0032】

次に、上述したターゲットトラッキング準備工程（ステップＳ３）について説明する。図４は、ターゲットトラッキング準備工程を示すフローチャートである。なお、以下の説明においては、治療対象部位が患者５７の腫瘍である場合について説明する。

【0033】

ターゲットトラッキングの準備を行う場合には、最初に、治療ビームの照射領域を設定する。このときには、制御部１０における治療計画取得部４１が、記憶部３０における治療計画記憶部３１から、治療計画情報を取得する（ステップＳ３１）。この治療計画情報は、ＲＴ−ＤＩＣＯＭ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｉｍａｇｉｎｇ ａｎｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ）に記録されている。そして、この治療計画情報から、治療を行うべき腫瘍の形状と、４次元ＣＴ画像データを取得する。ここで、４次元ＣＴ画像データは、連続する複数の呼吸位相における腫瘍を含む領域の３次元のＣＴ画像データ群からなるデータである。

【0034】

また、このとき、腫瘍を含む臓器形状のデータをあわせて取得するとともに、基準呼吸位相のＣＴデータ上に腫瘍形状等を重畳表示し、オペレータがこれを確認するようにしてもよい。

【0035】

次に、ＣＴ画像変形量算出部１１が、治療計画記憶部３１から取得した４次元ＣＴ画像データに対して画像レジストレーションを実行することにより、異なる呼吸位相間での腫瘍を含む３次元のＣＴ画像の変形量を算出する（ステップＳ３２）。より具体的には、各呼吸位相におけるＣＴ画像データに対して、非線形レジストレーションを実行することにより、各呼吸位相間のＣＴ画像データの変形量（３Ｄ−Ｖｅｃｔｏｒ）を算出する。

【0036】

次に、形状算出部１２が、記憶部３０における治療計画記憶部３１に記憶した基準呼吸位相における腫瘍の形状と、ＣＴ画像変形量算出部１１により算出した異なる呼吸位相間での腫瘍を含む３次元ＣＴ画像の変形量とに基づいて、各呼吸位相における腫瘍の形状を算出する（ステップＳ３３）。

【0037】

そして、各呼吸位相における３次元ＣＴ画像上に算出された腫瘍の形状を重畳表示して、オペレータが各呼吸位相毎の形状を確認し、必要に応じその修正を行う（ステップＳ３４）。

【0038】

しかる後、照射領域決定部１３が、各呼吸位相における治療対象部位の形状ならびに呼吸性移動に伴うマージンを加えた領域を作成し、放射線照射部３５による治療ビームの呼吸に同期した照射領域を決定する（ステップＳ３５）。後述するテンプレートマッチングを利用した治療ビームの照射は、この照射領域内において実行される。

【0039】

図５は、呼吸に同期した照射領域を示す説明図である。

【0040】

各呼吸位相における腫瘍の形状は、先に算出されている。各呼吸位相の腫瘍の位置１０２のうち、治療ビームを照射すべき領域であるゲーティングウインドウ（Ｇａｔｉｎｇ Ｗｉｎｄｏｗ）１００に対して呼吸性移動に伴うマージン領域１０１を加えた領域を、呼吸に同期した照射領域として決定する。

【0041】

次に、ターゲットトラッキングに利用するテンプレートを作成するためのパラメータの最適化を行って、テンプレートを作成する。このときには、制御部１０におけるＸ線画像情報取得部４２が、記憶部３０におけるＸ線画像情報記憶部３２から、Ｘ線画像情報を取得する（ステップＳ３６）。そして、このＸ線画像情報から、治療を行うべき腫瘍の位置と、３次元Ｘ線画像データを取得する。ここで、３次元Ｘ線画像データは、連続する複数の呼吸位相における腫瘍を含む領域の２次元のＸ線画像データ群からなるデータである。

【0042】

次に、Ｘ線画像変形量算出部１４が、Ｘ線画像情報記憶部３２から取得した３次元Ｘ線画像データに対して画像レジストレーションを実行することにより、異なる呼吸位相間での腫瘍を含む２次元のＸ線画像の変形量を算出する（ステップＳ３７）。より具体的には、各呼吸位相におけるＸ線画像データに対して、非線形レジストレーションを実行することにより、各呼吸位相間のＸ線画像データの変形量（２Ｄ−Ｖｅｃｔｏｒ）を算出する。

【0043】

次に、位置算出部１５が、Ｘ線画像情報記憶部３２に記憶された基準呼吸位相における腫瘍の位置と、Ｘ線画像変形量算出部１４により算出した異なる呼吸位相間での腫瘍を含む２次元Ｘ線画像の変形量とに基づいて、各呼吸位相における腫瘍の位置を算出する（ステップＳ３８）。

【0044】

次に、テンプレートマッチング部１６が、テンプレートマッチングのためのパラメータの初期値を設定する（ステップＳ３９）。このパラメータとしては、この実施形態においては、呼吸の１周期間に取得するテンプレートの数と、テンプレートマッチングに使用する閾値が採用される。

【0045】

すなわち、第１のパラメータとしては、患者５７の呼吸の１周期の間に、何枚のテンプレートを作成するかというパラメータが採用される。このテンプレートとしては、マーカートラッキングを行う場合には、金属製のマーカーを含む画像が利用され、マーカーレストラッキングを行う場合には、マーカーの代わりに使用される特定部位（腫瘍）を含む画像が利用される。ターゲットトラッキングは、作成された複数枚のテンプレートを利用してテンプレートマッチングを行うことにより実行される。

【0046】

また、第２のパラメータとしては、テンプレートマッチングに使用する閾値が採用される。この閾値は、テンプレートマッチングを行ったときに、テンプレートとマーカーあるいは特定部位であるターゲットとの一致の程度がどの程度であったときにそれをターゲットとして認識するかという、テンプレートマッチングで使用される信頼度を指す。

【0047】

そして、テンプレートマッチング部１６は、設定されたパラメータの下、治療対象部位である腫瘍を含む領域のＸ線画像を取得（特に限定されないが、本例ではＸ線透視）することによりトラッキングを実行するときのテンプレートを作成するとともに、腫瘍を含む領域を連続する複数の呼吸位相にわたってＸ線画像を取得（特に限定されないが、本例ではＸ線透視）し（ステップＳ４０）、連続して取得されたＸ線画像に対して作成されたテンプレートを利用してテンプレートマッチングを実行することにより、各呼吸位相における治療対象部位の位置を特定する（ステップＳ４１）。

【0048】

図６は、このテンプレートマッチング動作を示す説明図である。図６においては、テンプレートマッチングに使用する画像を符号Ｍで示している。なお、腫瘍等の特定部位を利用したマーカーレストラッキングを行う場合には、画像Ｍとして腫瘍等の特定部位の画像が使用される。また、マーカーを使用したマーカートラッキングを行う場合には、画像Ｍとして金属製のマーカーの画像が使用される。

【0049】

画像Ｍを含むテンプレートを作成する場合においては、患者５７の画像を連続して透視することにより、画像Ｍを含む画像８０ａ、８０ｂ、８０ｃ・・・８０ｎを取得する。このときには、患者５７における１呼吸分以上の期間、例えば、３０ｆｐｓ（Ｆｒａｍｅｓ
Ｐｅｒ Ｓｅｃｏｎｄ）程度のフレームレートで透視を行うことにより、画像Ｍを含む画像８０ａ、８０ｂ、８０ｃ・・・８０ｎを得る。そして、これらの画像Ｍを含む画像８０ａ、８０ｂ、８０ｃ・・・８０ｎから、画像Ｍ部分を抽出して、テンプレート画像８１ａ、８１ｂ、８１ｃ・・・８１ｎを得る。このときには、患者５７の呼吸に伴って、画像Ｍの領域が移動中の画像が取得される。このため、取得された画像Ｍは、図６に示すように、順次、変形することになる。

【0050】

このときの１呼吸分の期間に作成するテンプレート画像８１ａ、８１ｂ、８１ｃ・・・８１ｎの数は、上述したパラメータのうちの一つとなる。

【0051】

次に、３０ｆｐｓ程度のフレームレートで画像Ｍを含む領域に対して透視を行う。そして、一定時間毎に取得される画像８２における画像Ｍが含まれる領域８３対して、複数のテンプレート画像８１ａ、８１ｂ、８１ｃ・・・８１ｎを利用してテンプレートマッチングを行う。すなわち、一定時間毎に取得される画像８２における画像Ｍが含まれる領域８３対して、複数のテンプレート画像８１ａ、８１ｂ、８１ｃ・・・８１ｎの全てを順次マッチングさせる。

【0052】

そして、複数のテンプレート画像８１ａ、８１ｂ、８１ｃ・・・８１ｎのうちのいずれかが、予め設定したマッチングのための閾値を越えた場合に、マッチングが成功したと判断する。なお、複数のテンプレート画像８１ａ、８１ｂ、８１ｃ・・・８１ｎのうち、いくつかのテンプレート画像が閾値を越えた場合には、それらのうちの最もマッチング度が高いテンプレート画像を、マッチングしたテンプレート画像と認識する。

【0053】

このときのテンプレートマッチングに使用する閾値は、上述したパラメータのうちの一つとなる。

【0054】

再度図４を参照して、比較部１７により、位置算出部１５により算出した各呼吸位相における腫瘍の位置と、テンプレートマッチング部１６により特定した各呼吸位相における治療対象部位の位置とを比較し誤差値を算出する（ステップＳ４２）。予め設定した全てのパラメータの組み合わせ条件が完了するまで（ステップＳ４３）、補正部１８が上述した二つのパラメータを変更した後（ステップＳ４４）、ステップＳ４１〜ステップＳ４３を繰り返す。すなわち、パラメータとしての呼吸の１周期間に取得するテンプレートの数と、テンプレートマッチングに使用する閾値とを変更してテンプレートを作成し、このテンプレートを利用して、先に透視により連続して取得されたＸ線画像に対してテンプレートマッチングを実行する動作を、パラメータを変更して複数回繰り返すことにより、各パラメータ毎の誤差値を算出する。

【0055】

一方、位置算出部１５により算出した各呼吸位相における腫瘍の位置と、テンプレートマッチング部１６により特定した各呼吸位相における治療対象部位の位置との誤差値算出が全てのパラメータの組み合わせ条件で完了すれば（ステップＳ４３）、画像処理部１９が、誤差値を異なる色で表現した２次元カラーマップを表示部３４にグラフィック表示させる（ステップＳ４５）。

【0056】

図７および図８は、表示部３４にグラフィック表示された２次元カラーマップの模式図である。なお、図７および図８は、互いに直交する方向（図１におけるＸ線検出器２３による検出方向とＸ線検出器２４による検出方向に相当する方向）の２次元カラーマップを示している。

【0057】

これら図においては、色の違いをハッチングにより模式的に表現している。なお、これらの図において縦軸は、患者５７の呼吸の１周期の間に作成するテンプレート数を示し、横軸は、テンプレートマッチングに使用する閾値を示している。また、これらの図におけるカラーバンドＢにおいては、上に行くほど誤差が大きな領域を示している。また、これらの図において、２次元カラーマップに示された互いの直交する直線は、その交点部分が最も誤差の小さい領域であることを示している。この２本の直線は、比較部１７による演算結果に基づいて表示される。なお、この２本の直線を、オペレータが指定するようにしてもよい。

【0058】

このような２次元カラーマップを表示部３４にグラフィック表示することにより、パラメータとしての呼吸の１周期間に取得するテンプレートの数およびテンプレートマッチングに使用する閾値と、位置算出部１５により算出した各呼吸位相における治療対象部位の位置とテンプレートマッチング部１６により特定した各呼吸位相における治療対象部位の位置との誤差値との関係を、容易に認識することが可能となる。

【0059】

以上の工程により、治療ビームの照射領域の設定と、パラメータの最適化およびテンプレートの作成を含むターゲットトラッキング準備工程（ステップＳ３）が終了する。上述した治療ビームの照射（ステップＳ４）は、このターゲットトラッキング準備工程で得られた治療ビームの照射領域および最適化されたパラメータに基づくテンプレートを利用して実行される。

【0060】

なお、上記の実施例に限定されず、以下の通り変形することも可能である。すなわち、位置算出部１５により算出した各呼吸位相における腫瘍の位置と、テンプレートマッチング部１６により特定した各呼吸位相における治療対象部位の位置との誤差値が許容範囲となるまで、補正部１８が上述した２つのパラメータを変更した後、Ｓ４１〜Ｓ４３を繰り返す。位置算出部１５により算出した各呼吸位相における腫瘍の位置と、テンプレートマッチング部１６により特定した各呼吸位相における治療対象部位の位置との誤差値が許容範囲内になれば、当該パラメータに自動的に決定する。

【符号の説明】

【0061】

１０ 制御部
１１ ＣＴ画像変形量算出部
１２ 形状算出部
１３ 照射領域決定部
１４ Ｘ線画像変形量算出部
１５ 位置算出部
１６ テンプレートマッチング部
１７ 比較部
１８ 補正部
１９ 画像処理部
２１ 水平照射ポート
２２ 垂直照射ポート
２３ Ｘ線検出器
２４ Ｘ線検出器
２５ Ｘ線管
２６ Ｘ線管
２７ 治療台
３１ 治療計画記憶部
３２ Ｘ線画像情報記憶部
３４ 表示部
３５ 放射線照射部
３６ Ｘ線撮影部
３７ ＣＴ撮影装置
３８ 治療計画装置
４１ 治療計画取得部
４２ Ｘ線画像情報取得部
４３ 放射線照射制御部
５７ 患者
８０ａ〜８０ｎ 透視により取得された画像
８１ａ〜８１ｎ テンプレート画像
８２ 透視により取得された画像
８３ 画像Ｍが含まれる領域
１００ ゲーティングウインドウ
１０１ 呼吸性移動に伴うマージン領域
１０２ 各呼吸位相の腫瘍の位置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】