特許 6591229 患者の位置決め装置、装置の作動方法及びプログラム

(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】6591229

(24)【登録日】2019年9月27日

(45)【発行日】2019年10月16日

(54)【発明の名称】患者の位置決め装置、装置の作動方法及びプログラム

(51)【国際特許分類】

   A61N 5/10 20060101AFI20191007BHJP

【ＦＩ】

   A61N5/10 M

   A61N5/10 T

【請求項の数】11

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2015-159164(P2015-159164)

(22)【出願日】2015年8月11日

(65)【公開番号】特開2017-35348(P2017-35348A)

(43)【公開日】2017年2月16日

【審査請求日】2018年7月13日

(73)【特許権者】

【識別番号】317015294

【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】504171134

【氏名又は名称】国立大学法人 筑波大学

(74)【代理人】

【識別番号】110001380

【氏名又は名称】特許業務法人東京国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】大嶽 達哉

(72)【発明者】

【氏名】三ツ谷 祐輔

(72)【発明者】

【氏名】相川 徹郎

(72)【発明者】

【氏名】浅野 和仁

(72)【発明者】

【氏名】照沼 利之

(72)【発明者】

【氏名】熊田 博明

【審査官】 石田 智樹

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−０４３５６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０００−５１５７９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００２−５２８１６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／０１２３３８８（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ａ６１Ｎ ５／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

治療ビームの照射領域に配置された患者の表面形状を計測した表面像を保持する第１保持部と、
前記表面像に含まれる前記患者の特徴点を識別する第１識別部と、
前記表面像から識別された特徴点の前記照射領域の座標系における第１特徴点座標を演算する第１演算部と、
前記患者に付したマーカを前記表面像から検出する検出部と、
前記表面像から検出された前記マーカの前記照射領域の座標系におけるマーカ座標を演算するマーカ座標演算部と、
前記第１特徴点座標を前記マーカ座標に座標変換する変換パラメータを導出する変換パラメータ導出部と、
前記患者を三次元撮像した三次元像と前記照射領域の座標系に位置させる前記三次元像の位置情報とに基づいて演算された前記患者の特徴点の前記照射領域の座標系における第２特徴点座標を取得する取得部と、
前記変換パラメータにより前記第２特徴点座標を目標座標に変換する変換部と、
前記目標座標に投影するポインタを制御する制御部と、を備えることを特徴とする患者の位置決め装置。

【請求項2】

請求項１に記載の患者の位置決め装置において、
前記患者を三次元撮像した三次元像を保持する第２保持部と、
前記三次元像に含まれる前記患者の特徴点を識別する第２識別部と、
前記照射領域の座標系に位置させる前記三次元像の位置情報を保持する第３保持部と、
前記三次元像から識別された特徴点の前記照射領域の座標系における第２特徴点座標を前記位置情報に基づいて演算する第２演算部と、を有する前処理部を前記取得部に代えて備えることを特徴とする患者の位置決め装置。

【請求項3】

請求項１又は請求項２に記載の患者の位置決め装置において、
前記表面像を前記患者又は医療従事者がリアルタイムに観察できるよう画像表示させる画像出力部をさらに備えることを特徴とする患者の位置決め装置。

【請求項4】

請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の患者の位置決め装置において、
前記照射領域の座標系において前記マーカ座標を前記目標座標に移動させる移動ベクトルを計算する移動ベクトル計算部をさらに備えることを特徴とする患者の位置決め装置。

【請求項5】

請求項４に記載の患者の位置決め装置において、
前記制御部は、前記移動ベクトルの方向又は大きさに関する情報を、対応する前記ポインタとともに投影させることを特徴とする患者の位置決め装置。

【請求項6】

請求項４又は請求項５に記載の患者の位置決め装置において、
前記移動ベクトルが閾値に対して大きいか小さいかを判定する閾値判定部をさらに備え、前記制御部は、この判定結果に関する情報を対応する前記ポインタとともに投影させることを特徴とする患者の位置決め装置。

【請求項7】

請求項４から請求項６のいずれか１項に記載の患者の位置決め装置において、
前記照射領域において、前記患者を載置するベッドを、前記移動ベクトルに基づき移動させるベッド移動制御部をさらに備えることを特徴とする患者の位置決め装置。

【請求項8】

請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の患者の位置決め装置において、
前記表面像は、複数の光学カメラでステレオ撮影して取得したものであるか、又はレー
ザスキャナで前記患者の表面をレーザ走査して取得したものであることを特徴とする患者の位置決め装置。

【請求項9】

請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の患者の位置決め装置において、
前記照射領域に配置された較正体の表面形状を計測した表面像を保持し、この表面像から前記照射領域の座標系における座標値が既知である前記較正体の計測点を識別し、この識別された計測点が前記座標系の既知の座標値をとるように前記第１演算部及び前記マーカ座標演算部で実行される演算式の較正定数を設定する較正部をさらに備えることを特徴とする患者の位置決め装置。

【請求項10】

第１保持部が、治療ビームの照射領域に配置された患者の表面形状を計測した表面像を保持するステップと、
第１識別部が、前記表面像に含まれる前記患者の特徴点を識別するステップと、
第１演算部が、前記表面像から識別された特徴点の前記照射領域の座標系における第１特徴点座標を演算するステップと、
検出部が、前記患者に付したマーカを前記表面像から検出するステップと、
マーカ座標演算部が、前記表面像から検出された前記マーカの前記照射領域の座標系におけるマーカ座標を演算するステップと、
変換パラメータ導出部が、前記第１特徴点座標を前記マーカ座標に座標変換する変換パラメータを導出するステップと、
取得部が、前記患者を三次元撮像した三次元像と前記照射領域の座標系に位置させる前記三次元像の位置情報とに基づいて演算された前記患者の特徴点の前記照射領域の座標系における第２特徴点座標を取得するステップと、
変換部が、前記変換パラメータにより前記第２特徴点座標を目標座標に変換するステップと、
制御部が、前記目標座標に投影するポインタを制御するステップと、を含むことを特徴とする患者の位置決め装置の作動方法。

【請求項11】

コンピュータに、
治療ビームの照射領域に配置された患者の表面形状を計測した表面像を保持するステップ、
前記表面像に含まれる前記患者の特徴点を識別するステップ、
前記表面像から識別された特徴点の前記照射領域の座標系における第１特徴点座標を演算するステップ、
前記患者に付したマーカを前記表面像から検出するステップ、
前記表面像から検出された前記マーカの前記照射領域の座標系におけるマーカ座標を演算するステップ、
前記第１特徴点座標を前記マーカ座標に座標変換する変換パラメータを導出するステップ、
前記患者を三次元撮像した三次元像と前記照射領域の座標系に位置させる前記三次元像の位置情報とに基づいて演算された前記患者の特徴点の前記照射領域の座標系における第２特徴点座標を取得するステップ、
前記変換パラメータにより前記第２特徴点座標を目標座標に変換するステップ、
前記目標座標に投影するポインタを制御するステップ、を実行させることを特徴とする患者の位置決めプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、放射線治療を受ける患者の位置決め技術に関する。

【背景技術】

【0002】

放射線治療は、患者の病巣に治療ビームを照射して病巣組織を破壊する治療技術であるため、病巣範囲に治療ビームを正確に照射しないと、正常組織まで破壊してしまう虞がある。
そこで、治療ビームの照射に先立って、Ｘ線ＣＴ撮影を行い患者体内の三次元像のデータを取得し、病巣範囲を三次元的に把握することが行われている。
そして、この患者体内の三次元像データに基づき、正常組織への照射が少なくなるよう、治療ビームの照射方向や照射強度を決定する治療計画が策定される。

【0003】

そして治療ビームの照射段階において、治療ビームの照準が、治療計画で導いた患者の病巣範囲に合うように、患者の姿勢を調整したり患者を仰臥させたベッドを移動したりして、患者の位置決めが行われる。

【0004】

この患者の位置決めが正しく実行されたか否かの判断は、放射線治療システムに常設されたＸ線撮影部で患者を実写したＸ線投影像と、治療計画で使用した三次元像データを投影像に再構成したＤＲＲ（Digitally Reconstructed Radiograph）と、を照合し、それぞれの病巣範囲が一致しているか否かに基づいて行われている。
一方において、患者の被曝量を低減することを目的として、Ｘ線撮影部に代えて光学カメラを用い、患者の体表に貼付したマーカを基準点として位置決めの適正判断を実施する技術が公知となっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特表２００２−５２８１６８号公報（国際公開 ＷＯ００／２４３３３号）

【特許文献2】特開平１１−１９７２５９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上述した光学カメラを用いた患者位置決めは、適正かもしくは不適正であるかを判断するのにとどまり、不適正と判断された場合に、ずれ量をどのように解消するかについての対応策を与えてくれるものではなかった。

【0007】

本発明の実施形態はこのような事情を考慮してなされたもので、治療ビームの照射領域に患者を正確に短時間で被曝することなく位置決めすることが可能な患者の位置決め技術を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の実施形態に係る患者の位置決め装置は、治療ビームの照射領域に配置された患者の表面形状を計測した表面像を保持する第１保持部と、前記表面像に含まれる前記患者の特徴点を識別する第１識別部と、前記表面像から識別された特徴点の前記照射領域の座標系における第１特徴点座標を演算する第１演算部と、前記患者に付したマーカを前記表面像から検出する検出部と、前記表面像から検出された前記マーカの前記照射領域の座標系におけるマーカ座標を演算するマーカ座標演算部と、前記第１特徴点座標を前記マーカ座標に座標変換する変換パラメータを導出する変換パラメータ導出部と、前記患者を三次元撮像した三次元像と前記照射領域の座標系に位置させる前記三次元像の位置情報とに基づいて演算された前記患者の特徴点の前記照射領域の座標系における第２特徴点座標を取得する取得部と、前記変換パラメータにより前記第２特徴点座標を目標座標に変換する変換部と、前記目標座標に投影するポインタを制御する制御部と、を備えることを特徴とする。

【発明の効果】

【0009】

本発明の実施形態により、治療ビームの照射領域に患者を正確に短時間で被曝することなく位置決めすることが可能な患者の位置決め技術が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の第１実施形態に係る患者の位置決め装置を示す構成図。

【図2】光学カメラ（表面計測器）の較正方法の説明図。

【図3】ビームの照射領域に配置された患者の部分拡大図。

【図4】第２実施形態に係る患者の位置決め装置を示す構成図。

【図5】第３実施形態に係る患者の位置決め装置を示す構成図。

【図6】第４実施形態に係る患者の位置決め装置を示す構成図。

【図7】各実施形態に係る患者の位置決め方法又は患者の位置決めプログラムのフローチャート。

【発明を実施するための形態】

【0011】

（第１実施形態）
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１は、第１実施形態に係る患者の位置決め装置１０Ａ（１０）が適用される放射線治療システムの概要が示されている。
治療室３０には、照射制御部２９により制御された治療ビームを患者３２に向けて照射するビーム照射部３４と、照射領域３１内に患者３２を仰臥させるベッド３３と、患者３２の表面を計測する表面計測器３５と、患者３２の表面にポインタ４４（図３）を投影するプロジェクタ３６と、患者３２を撮影した画像をリアルタイムに表示するモニタ３７とから構成されている。

【0012】

患者の位置決め装置１０Ａ（１０）は、治療ビームの照射領域３１に配置された患者３２の表面形状を計測した表面像１１を保持する第１保持部と、この表面像１１に含まれる患者の特徴点４１（図３）を識別する第１識別部１２と、表面像１１から識別された特徴点４１の照射領域の座標系（Ｘ−Ｙ−Ｚ）における第１特徴点座標Ｐ（Ｐ₁，Ｐ₂，Ｐ₃）を演算する第１演算部１３と、患者３２に付したマーカ４２を表面像１１から検出する検出部１４と、表面像１１から検出されたマーカ４２の照射領域の座標系（Ｘ−Ｙ−Ｚ）におけるマーカ座標Ｑ（Ｑ₁，Ｑ₂，Ｑ₃）を演算するマーカ座標演算部１５と、第１特徴点座標Ｐをマーカ座標Ｑに座標変換する変換パラメータＷを導出する変換パラメータ導出部１６と、患者３２を三次元撮像した三次元像２１を保持する第２保持部と、三次元像２１に含まれる患者の特徴点４３を識別する第２識別部２２と、照射領域の座標系（Ｘ−Ｙ−Ｚ）に位置させる三次元像２１（図３）の位置情報２４を保持する第３保持部と、三次元像２１から識別された特徴点４３の照射領域の座標系（Ｘ−Ｙ−Ｚ）における第２特徴点座標Ｒ（Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃）を位置情報２４に基づいて演算する第２演算部２３と、変換パラメータＷにより第２特徴点座標Ｒを目標座標Ｓ（Ｓ₁，Ｓ₂，Ｓ₃）に変換する変換部２５と、目標座標Ｓにポインタ４４を投影するようにプロジェクタ３６を制御する制御部２６と、を備えることを特徴とする。

【0013】

各実施形態におけるビーム照射部３４は、治療室３０内に固定されているものを例示しているが、患者３２の体位や治療ビームの照射方向に合わせて、患者３２の周囲を回転移動又は並進移動するものであっても良い。
また治療ビームは、ガン等の患部組織に照射して細胞を死滅させる放射線であり、そのような放射線として、Ｘ線、γ線、電子線、陽子線、中性子線、及び、重粒子線などが採用される。
また、患者の位置決め装置１０Ａにおいて破線で区画されている、三次元像２１の第２保持部と、第２識別部２２と、位置情報２４の第３保持部と、第２演算部２３と、を含む前処理部２０を、別装置により構成してもよい。この場合、患者の位置決め装置１０Ａにおいて、患者３２の表面像１１を計測するのに先立って、この別装置で予め演算された第２特徴点座標Ｒを、取得部（図示略）で取得するようにしてもよい。

【0014】

本実施形態が適用される放射線治療システムは、設備の種類や適用する治療ビームにより規模や形態が大きく異なる。しかし、いずれの放射線治療システムであっても、治療ビームの照射に先立ち、治療計画が行われる点で共通する。
治療計画とは、治療ビームの照射を受ける姿勢と同じ姿勢で患者のＣＴ（Computed Tomography）撮影を予め行い、患部を含む患者の三次元像２１を取得する。
そして専門スタッフにより、この三次元像２１に基づいて、患部に照射する放射線の、放射線量、照射角度、照射範囲、回数などが協議され、照射領域３１に配置される患者３２の位置情報２４が決定される。

【0015】

そして、この治療計画で決定された位置情報２４に基づいて、照射領域３１に患者３２を位置決めする。なお、患者３２がベッド３３に位置決めされると、その状態は治療ビームの照射が終了するまで、維持されることが要求される。
この位置決め方法並びに状態の維持方法はいくつかあるが、第１実施形態では、患者が自身の判断で行う場合、又は医療従事者の判断により患者の姿勢を動かして行う場合について説明する。

【0016】

図１に例示される放射線治療システムは、中性子捕捉療法に関するもので、中性子と核反応して粒子線（アルファ線）を発生するホウ素等を含む化合物を予め腫瘍細胞にとりこませる。そして、中性子の治療ビームを患部に向けて照射し、核反応により発生したアルファ線により、ホウ素を多く取り込んだ腫瘍細胞のみが破壊される。

【0017】

中性子捕捉療法の利点は、アルファ線は、１０ミクロンしか飛ばないため、正常細胞を傷つけることなく腫瘍細胞のみを選択的に死滅させる点にある。
中性子捕捉療法では、治療ビームの一回の照射時間が数分から数十分程度と長い為、患者３２は、治療計画で決められた姿勢を、治療ビームの照射期間中ずっと取り続けている必要がある。
これに対し、Ｘ線やγ線を用いる放射線療法や、加速した重荷電粒子線を用いる重粒子線療法等においては、治療ビームを一回照射する際の患者の拘束時間が、中性子捕捉療法よりは短いといえる。

【0018】

患者３２の表面像１１を計測する表面計測器３５としては、複数の光学カメラ３５ａ，３５ｂ（図２）で患者３２の表面形状をステレオ撮影するものや、又はレーザスキャナ（図示略）で患者３２の表面形状をレーザ走査するものが挙げられる。
なお、照射領域３１の死角を減らすために、表面計測器３５は３台以上配置することが望ましい。

【0019】

ここで光学カメラとは、患者３２の表面を反射する可視光を、平面配置した複数の受光センサで検出し、二次元画像を得るものである。異なる位置に配置される複数の光学カメラが撮影した二次元画像の各々から、三角測量の原理に基づいて、患者の表面形状を表わす座標値の群を得ることができる。

【0020】

またレーザスキャナとは、患者３２の表面と受光センサとの間をレーザパルスが往復する時間や波長の位相差を計測することで距離を計測し、レーザパルスが発射した方向を同時に計測することで、患者の表面形状を表わす座標値の群を得ることができる。
このように、表面計測器３５で計測された患者３２の表面像１１は、患者の位置決め装置１０に保持される。

【0021】

較正部２７は、表面計測器３５の座標系により表された表面像１１の座標値を、照射領域３１の座標系（Ｘ−Ｙ−Ｚ）の座標値に置換するものである。
図２に基づいて、光学カメラ３５（３５ａ，３５ｂ）の較正について説明する。
照射領域３１に配置された較正体３８を複数の光学カメラ３５（３５ａ，３５ｂ）でステレオ撮影した表面像１１ａ，１１ｂの座標値は、光学カメラの固有の二次元座標系（ｘ−ｙ）で表されている。

【0022】

これら表面像１１ａ，１１ｂの二次元座標系（ｘ−ｙ）から照射領域の座標系（Ｘ−Ｙ−Ｚ）における座標値が既知である較正体の計測点４５を識別する。
そして、この二次元座標系（ｘ−ｙ）から識別された計測点４５が、座標系（Ｘ−Ｙ−Ｚ）の既知の座標値に置換されるように、較正定数Ｂが設定される。
この較正定数Ｂは、後述する第１演算部１３及びマーカ座標演算部１５において、表面計測器３５の座標系から照射領域の座標系（Ｘ−Ｙ−Ｚ）に置換される座標値の演算に用いられる。

【0023】

なお表面計測器３５の較正は、上述した座標系の置換に関わる外部定数以外に、焦点距離やレンズ歪み補正係数等の内部定数の較正も含む。
また表面計測器３５の較正は、システム構築時、システム修理や交換時に表面計測器３５の位置関係が変わった場合に実施すれば良く、患者３２が変わるたびに実施する必要はない。

【0024】

光学カメラの内部定数は、照射領域の座標系（Ｘ−Ｙ−Ｚ）における最低６点以上の既知の座標値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を用いる。例えば、光学カメラの三次元座標を（Ｘ₀，Ｙ₀，Ｚ₀）とした時、光学カメラにより較正体３８の計測点４５を撮影した二次元座標は（ｘ，ｙ）となり、三次元座標に表わすと(ｘ₀'，y₀'，‐ｆ)と表すことができる。
ただし（ｘ'，ｙ’）は、（ｘ，ｙ）を、撮像した写真縮尺などにより変換した値となる。このように表した座標が一直線上に並ぶことを利用した共線条件式（図２）を、最小二乗法などの収束演算により、内部定数を求めることができる。
なお、式中のａ₁₁〜ａ₃₃は光学カメラの各軸回りの回転角度を表す回転行列（カメラの姿勢）を表わしている。

【0025】

求めた光学カメラの内部定数を用い、各カメラの相対位置及び姿勢を求める。ここで、必要となる全てのカメラに撮影可能な位置に較正体３８を固定配置する。全てのカメラで撮影して得た計測点４５の二次元座標を用い、共線条件式（図２）を用いて、各カメラの位置・姿勢を収束演算する。
なお、カメラが２台の場合、較正体３８上の既知の計測点４５は、少なくとも３点は必要になり、収束演算の収束状況により適宜キャリブレーション計測点を増やす。

【0026】

表面計測器３５としてレーザスキャナ（図示略）の較正方法も、上述した光学カメラ３５の場合と同様に、照射領域の座標系（Ｘ−Ｙ−Ｚ）における座標値が既知である計測点４５を有する較正体３８を用いて行われる。
なお較正体３８を実測することにより、表面計測器３５の座標系を照射領域の座標系（Ｘ−Ｙ−Ｚ）に置換する較正方法について説明したが、このように較正体３８を実測する以外に設計仕様データから座標系を置換する較正を行うこともできる。

【0027】

図３に示すように、治療部位が頭部である場合、患者の特徴点４１として右外眼角、左外眼角、鼻尖部を頭部の表面像１１から識別することができる。その他に鼻根部、外耳なども特徴点４１として設定することができる。
第１識別部１２（図１）は、表面像１１に含まれるこれら特徴点４１を自動的に識別する場合がある。またその他に、医療従事者が操作設定部１７で、モニタ（図示略）に映し出された表面像１１に含まれる特徴点４１の位置をカーソル操作等で指定して、手動設定する場合もある。

【0028】

表面像１１から識別される特徴点４１は、表面計測器３５の座標系で表されている。
そこで第１演算部１３は、この表面計測器３５の座標系で表された特徴点４１の座標値を入力し、較正定数Ｂに基づいて、照射領域の座標系（Ｘ−Ｙ−Ｚ）の第１特徴点座標Ｐ（Ｐ₁，Ｐ₂，Ｐ₃）に置換する演算をし、出力する。

【0029】

図３に示すように、マーカ４２は、患者３２の表面に付するものである。
このマーカ４２は、後述するように、ベッド３３上の患者３２の姿勢（表面像１１の配置）が、治療計画で決定した姿勢（三次元像２１の配置）に一致するように、ポインタ４４をその上面に投影させるターゲットとしての役割を果たす。

【0030】

表面計測器３５が光学カメラである場合、マーカ４２として、色付きの球状物体や色付きの矩形・円形形状シール等を適用する。これにより、患者３２の体位が変化しても光学カメラの写り方に及ぼす影響が少ない効果が得られる。
一方、表面計測器３５がレーザスキャナの場合には、レーザ光等の波長を反射しやすい反射材から成る球状物体や矩形・円形シール等を、マーカ４２として適用する。

【0031】

マーカ検出部１４（図１）は、表面像１１に付されたマーカ４２を自動的に識別する場合がある。またその他に、医療従事者が操作設定部１７で、モニタ（図示略）に映し出された表面像１１に含まれるマーカ４２の位置をカーソル操作等で指定して、手動設定する場合もある。

【0032】

表面像１１から識別されるマーカ４２は、表面計測器３５の座標系で表されている。
そこでマーカ座標演算部１５は、この表面計測器３５の座標系で表されたマーカ４２の座標値を入力し、較正定数Ｂに基づいて、照射領域の座標系（Ｘ−Ｙ−Ｚ）のマーカ座標Ｑ（Ｑ₁，Ｑ₂，Ｑ₃）に置換する演算をし、出力する。

【0033】

このようにして演算された第１特徴点座標Ｐ（Ｐ₁，Ｐ₂，Ｐ₃）及びマーカ座標Ｑ（Ｑ₁，Ｑ₂，Ｑ₃）の相対位置関係（図３参照）は、照射領域の座標系（Ｘ−Ｙ−Ｚ）における表面像１１の配置とは無関係に一定である。
そこで、変換パラメータ導出部１６に、第１特徴点座標Ｐ及びマーカ座標Ｑを入力し、第１特徴点座標Ｐをマーカ座標Ｑに座標変換する変換パラメータＷを導出する。
この変換パラメータＷを用いることで、照射領域の座標系（Ｘ−Ｙ−Ｚ）の任意位置にある第１特徴点座標Ｐから、対応するマーカ座標Ｑを求めることができる。
このように導出された変換パラメータＷは、マーカ４２が同じ位置に付され同じシステムで同じ患者３２に適用する場合に限り、次回以降の治療ビーム照射の際も使い回すことができる。

【0034】

三次元像２１は、上述したように、治療計画の段階で、Ｘ線ＣＴ装置やＭＲＩ装置等の医用画像機器（モダリティ）により、治療ビームの照射を受ける姿勢と同じ姿勢で、患者３２を三次元撮像したものである。同様に、位置情報２４も、治療計画の段階で、照射領域の座標系（Ｘ−Ｙ−Ｚ）に、三次元像２１をどのように位置させるかを規定する情報として、予め決定されている。
そして、この三次元像２１及び位置情報２４は、患者３２がベッド３３に固定されるのに先立って、患者の位置決め装置１０に保持されている。

【0035】

図３に示すように、三次元像２１の特徴点４３は、表面計測器３５で計測した表面像１１の特徴点４１に対応するものが識別される。
第２識別部２２（図１）は、三次元像２１に含まれるこれら特徴点４３を自動的に識別する場合がある。またその他に、医療従事者が操作設定部１７で、モニタ（図示略）に映し出された三次元像２１に含まれる特徴点４３の位置をカーソル操作等で指定して、手動設定する場合もある。

【0036】

三次元像２１から識別される特徴点４３は、これを撮像した医用画像機器の座標系で表されている。
そこで第２演算部２３は、この医用画像機器の座標系で表された特徴点４３の座標値を入力し、位置情報２４に基づいて、照射領域の座標系（Ｘ−Ｙ−Ｚ）の第２特徴点座標Ｒ（Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₃）に置換する演算をし、出力する。

【0037】

この三次元像２１からは、表面像１１から検出されたマーカ４２に対応する位置（目標座標Ｓ）を、直接的に導くことはできない。しかし、第２特徴点座標Ｒ及び目標座標Ｓの相対位置関係は、三次元像２１の配置を規定した位置情報２４とは無関係に、照射領域の座標系（Ｘ−Ｙ−Ｚ）において一定である。
そこで、目標座標変換部２５に、第２特徴点座標Ｒ及び変換パラメータＷを入力し、第２特徴点座標Ｒを目標座標Ｓに座標変換する。

【0038】

プロジェクタ３６は、治療ビームの照射領域３１に向かってポインタの光線４４ａを投影するものである。そしてこの光線４４ａが患者の表面に入射した点に、ポインタ４４が投影される。すなわち、患者３２の体表面が、プロジェクタ３６が投影するポインタ４４のスクリーンとなる。
そのようなプロジェクタ３６は、可視光又はレーザ光の出力光源や、ポインタ４４の投影サイズ及び焦点を調整する光学レンズ等を備えたものであり、一般的な光学プロジェクタやレーザマーキング等の機器を採用することができる。

【0039】

ポインタ４４は、円形、十字等の形状をとる他に、患者患部周辺の体表モデルを投影させることとしても良い。
なおポインタ投影制御部２６も、上述した較正部２７と同様の較正を実施することにより、照射領域の座標系（Ｘ−Ｙ−Ｚ）において指定された座標値に、ポインタの光線４４ａが正確に投影されるように調整が行われる。
またポインタ投影制御部２６の較正は、システム構築時、システム修理や交換時にプロジェクタ３６の位置関係が変わった場合に実施すれば良く、患者３２が変わるたびに実施する必要はない。

【0040】

ポインタ投影制御部２６は、目標座標Ｓ（Ｓ₁，Ｓ₂，Ｓ₃）を通過するようにポインタの光線４４ａを制御するために、マーカ４２が目標座標Ｓに位置していれば、ポインタ４４はマーカ４２に投影されることになる。
そして、マーカ４２が目標座標Ｓからずれて位置している場合は、ポインタ４４はマーカ４２以外の患者の表面に投影されることになる。

【0041】

画像出力部２８は、患者３２のリアルタイムの表面像１１をモニタ３７に表示させている。治療室３０に固定されたベッド３３に横臥している患者３２は、モニタ３７に表示されている表面像１１を観察しながら、自身で体を動かして位置合わせすることができる。
なお、医療従事者がベッド３３に付いて、横臥している患者３２の位置合わせをする場合は、ポインタ４４及びマーカ４２を直接目視することができるので、モニタ３７を観察する必要はない。

【0042】

全てのポインタ４４が、対応するマーカ４２に一致して投影された状態は、位置合わせが完了していることを表わしている。即ち、照射領域の座標系（Ｘ−Ｙ−Ｚ）における患者の姿勢（表面像１１の配置）と治療計画で決定した患者の姿勢（三次元像２１の配置）とが一致した状態を示している。
よって、この状態で、ビーム照射部３４の照射制御部２９に指令を送れば、患者３２の患部範囲に治療ビームが集中的に照射され、患部細胞を死滅させることができる。

【0043】

（第２実施形態）
図４に示すように、第２実施形態に係る患者の位置決め装置１０Ｂは、照射領域の座標系（Ｘ−Ｙ−Ｚ）において、マーカ４２の座標Ｑ（Ｑ₁，Ｑ₂，Ｑ₃）を目標座標Ｓ（Ｓ₁，Ｓ₂，Ｓ₃）（図３）に移動させる移動ベクトルＴを計算する移動ベクトル計算部５１をさらに備えている。なお、図４において図１と共通の構成又は機能を有する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。

【0044】

そしてポインタ投影制御部２６は、この移動ベクトルＴの方向又は大きさに関する情報（矢印４６（４６₁，４６₂，４６₃））を、対応するポインタ４４とともに投影させる。
このように矢印４６（４６₁，４６₂，４６₃）が表示されることにより、患者を動かす方向を視覚的に認識することができ、患者３２の位置合わせを効率的に行える。

【0045】

閾値判定部５２は、移動ベクトルＴが閾値に対して大きいか小さいかを判定するものである。そして、ポインタ投影制御部２６は、この判定結果に関する情報（色情報）を、対応するポインタ４４とともに投影する。
このように判定結果に関する情報が投影されることにより、投影されたポインタ４４がマーカ４２に一致しているか否かを視覚的に認識することができ、患者３２の位置合わせを効率的に行える。

【0046】

なおポインタ投影制御部２６が、ポインタ４４とともに投影するその他の情報として、照射領域の座標系（Ｘ−Ｙ−Ｚ）におけるマーカ座標Ｑや、患者位置決めのずれ量を表わす移動ベクトルＴの大きさを数値で示したり、このずれ量に応じた大きさの図形（例えば、矢印、円形、クロス、矩形等を表わしたりすることが考えられる。

【0047】

（第３実施形態）
図５に示すように、第３実施形態に係る患者の位置決め装置１０Ｃは、治療ビームの照射領域３１において、患者３２を載置するベッド３３を、移動ベクトルＴに基づき移動させるベッド移動制御部５３をさらに備えている。このベッド移動制御部５３は、ベッド３３を、照射領域の座標系（Ｘ−Ｙ−Ｚ）の並進三軸及び回転三軸の合計六軸のうち、少なくとも一軸を動かすことができるものである。
なお、図５において図１と共通の構成又は機能を有する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。

【0048】

このように任意構成であるベッド移動制御部５３が備わることにより、患者３２をベッド３３に動かないように固定して、ベッド３３を動かすことにより、患者の位置決めを行うことができる。

【0049】

（第４実施形態）
図６に示すように、第４実施形態に係る患者の位置決め装置１０Ｄは、患者３２に治療ビームを照射する治療室３０とは別個に設けられた、医療従事者が待機する監視室５０に、患者３２を撮影した画像をリアルタイムに表示するモニタ３７を配置している。
さらにこの監視室５０には、患者３２と医療従事者とが相互に音声コミュニケーションを図る音声送受信器５４が設けられている。
なお、図６において図１と共通の構成又は機能を有する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。
これにより、患者３２と医療従事者とが協同して患者の位置決めを効率的に実施することができる。

【0050】

さらに第４実施形態に係る患者の位置決め装置１０Ｄは、機能部の図示を省略するが次のような機能を実現する構成要素を備えている。
位置決め過程において、プロジェクタ３６から投射されるポインタ４４が患者の眼に入る虞がある。そこで、患者の瞼の変化に連動して、目を開いているときはプロジェクタ３６の投射をＯＦＦ、閉じているときは投影をＯＮとする機能を備える。
その他に、呼吸に同期してマーカ４２が変位するような場合は、このプロジェクタ３６の投射のＯＮ／ＯＦＦ機能を、呼吸に連動させることもできる。

【0051】

図６のフローチャートに基づいて実施形態に係る患者の位置決め方法及び患者の位置決めプログラムについて説明する（適宜、図１，図３参照）。
まず、治療計画の工程において、Ｘ線ＣＴ装置やＭＲＩ装置等の医用画像機器で患者の三次元像２１を撮像する（Ｓ１１）。そして、この三次元像２１から、患者体内におけるガン等の患部範囲を特定する（Ｓ１２）。
そして、この患部範囲に照射する治療ビームの方向・強度等の諸特性を決定する（Ｓ１３）。さらに、治療ビームの照射領域３１における三次元像２１の位置情報２４を決定する（Ｓ１４ 計画工程 ＥＮＤ）。

【0052】

次に照射ビームによる治療工程において、治療計画の工程において撮像した三次元像２１及び決定された位置情報２４を患者の位置決め装置１０において保持する（Ｓ１５）。
そして、この三次元像２１に含まれる患者の特徴点４３を識別する（Ｓ１６）。さらに、この三次元像２１から識別された特徴点４３の、照射領域の座標系における第２特徴点座標Ｒを、位置情報２４に基づいて演算する（Ｓ１７）。なお、ステップＳ１５からＳ１７の工程は、ここでは治療工程で実施することとしたが、治療計画の工程で予め実施しておき、演算結果を取得するようにしても良い。

【0053】

次に、患者３２は、マーカ４２を体表面に貼付したうえで、治療ビームの照射領域３１に配置される（Ｓ１８）。そして、表面計測器３５によって患者３２の表面形状を示す表面像１１が計測される（Ｓ１９）。さらにこの表面像１１に含まれる患者の特徴点４１が識別される（Ｓ２０）。そして、表面像１１から識別された特徴点４１の、照射領域の座標系（Ｘ−Ｙ−Ｚ）における第１特徴点座標Ｐが、演算される（Ｓ２１）。

【0054】

次に患者３２に付したマーカ４２を表面像１１から検出する（Ｓ２２）。そして、検出されたマーカ４２の、照射領域の座標系（Ｘ−Ｙ−Ｚ）におけるマーカ座標Ｑを、演算する（Ｓ２３）。さらに、第１特徴点座標Ｐをマーカ座標Ｑに座標変換する変換パラメータＷを導出する（Ｓ２４）。

【0055】

次に、変換パラメータＷにより第２特徴点座標Ｒを目標座標Ｓに変換する（Ｓ２５）。そして、にプロジェクタ３６を制御して目標座標Ｓに向けてポインタ４４を投影する（Ｓ２６）。このときに、投影したポインタ４４がマーカ４２に一致していなければ（Ｓ２７ Ｎｏ）、患者３２の姿勢を調整してポインタ４４がマーカ４２に一致するようにする（Ｓ２７ Ｙｅｓ）。
これにより、治療ビームの照射領域３１に配置された患者３２が正確に位置決めされたことになるので、治療ビームが照射される（Ｓ２９ ＥＮＤ）。

【0056】

以上述べた少なくともひとつの実施形態の患者の位置決め装置によれば、プロジェクタから投影されたポインタが患者に付したマーカに一致するように患者の姿勢を調整ことで、治療ビームの照射領域における患者の位置決めを、正確に短時間で行うことができる。

【0057】

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、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。
また、患者の位置決め装置の構成要素は、コンピュータのプロセッサで実現することも可能であり、患者の位置決めプログラムにより動作させることが可能である。

【0058】

以上説明した患者の位置決め装置は、専用のチップ、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、又はＣＰＵ（Central Processing Unit）などのプロセッサを高集積化させた制御装置と、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）などの記憶装置と、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）やＳＳＤ（Solid State Drive）などの外部記憶装置と、ディスプレイなどの表示装置と、マウスやキーボードなどの入力装置と、通信Ｉ／Ｆとを、備えており、通常のコンピュータを利用したハードウェア構成で実現できる。

【0059】

また患者の位置決め装置で実行されるプログラムは、ＲＯＭ等に予め組み込んで提供される。もしくは、このプログラムは、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−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、メモリカード、ＤＶＤ、フレキシブルディスク（ＦＤ）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するようにしてもよい。

【符号の説明】

【0060】

１０（１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ）…患者の位置決め装置、１１（１１ａ，１１ｂ）…表面像、１２…第１識別部、１３…第１演算部、１４…マーカ検出部、１５…マーカ座標演算部、１６…変換パラメータ導出部、１７…操作設定部、２０…前処理部、２１…三次元像、２２…第２識別部、２３…第２演算部、２４…位置情報、２５…目標座標変換部、２６…ポインタ投影制御部、２７…較正部、２８…画像出力部、２９…治療ビーム照射制御部、３０…治療室、３１…治療ビームの照射領域、３２…患者、３３…ベッド、３４…ビーム照射部、３５（３５ａ，３５ｂ）…表面計測器（光学カメラ）、３６…プロジェクタ、３７…モニタ、３８…較正体、４１…表面像に含まれる患者の特徴点、４２…マーカ、４３…三次元像に含まれる患者の特徴点、４４…ポインタ、４４ａ…ポインタの光線、４５…計測点、４６…矢印、５０…監視室、５１…移動ベクトル計算部、５２…閾値判定部、５３…ベッド移動制御部、５４…音声送受信器。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】