特開 2024-158687 位置決め装置、放射線治療装置及び位置決め方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024158687

(43)【公開日】2024-11-08

(54)【発明の名称】位置決め装置、放射線治療装置及び位置決め方法

(51)【国際特許分類】

   A61N 5/10 20060101AFI20241031BHJP

【ＦＩ】

A61N5/10 M

A61N5/10 T

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023074087

(22)【出願日】2023-04-28

(71)【出願人】

【識別番号】501387839

【氏名又は名称】株式会社日立ハイテク

(74)【代理人】

【識別番号】110000279

【氏名又は名称】弁理士法人ウィルフォート国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】藤井 孝明

【テーマコード（参考）】

4C082

【Ｆターム（参考）】

4C082AA01

4C082AC05

4C082AE03

4C082AJ07

4C082AJ16

4C082AL07

(57)【要約】

【課題】最適化計算の計算時間を低減しながら精度の高い患者の位置決めを行うことが可能な位置決め装置を提供する。
【解決手段】関心領域描画部２３は、患者Bを互いに異なる時刻に撮影して得られた複数の透視画像のそれぞれに関心領域を設定する。画像照合部２４は、最適化計算により、関心領域描画部２３にて設定された関心領域を用いて複数の透視画像の間のずれ量を寝台７を移動させる移動量として算出する。その際、画像照合部２４は、関心領域に対応した３次元関心領域の重心を通る軸を、移動量の回転成分を算出する回転軸として使用する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

放射線治療時に被検者が搭載される寝台の位置を制御する位置決め装置であって、
前記被検者を互いに異なる時刻に撮影して得られた複数の画像のそれぞれに関心領域を設定する設定部と、
最適化計算により、前記関心領域を用いて前記複数の画像の間のずれ量を前記寝台を移動させる移動量として算出する照合部と、を有し、
前記照合部は、前記関心領域に対応した３次元関心領域の重心を通る軸を、前記移動量の回転成分を算出する回転軸として使用する、位置決め装置。

【請求項2】

前記画像は、複数の光源のそれぞれからの光を前記被検者を介して各光源に対応する検出面で検出することで前記被検者を撮影した複数の２次元透視画像と、３次元撮影装置にて前記被検者を撮影した３次元画像を前記検出面に投影した複数の２次元疑似透視画像とを含む、請求項１に記載の位置決め装置。

【請求項3】

前記照合部は、前記複数の光源のそれぞれに対応する、当該光源と当該光源からの光を検出する検出面に投影された２次元疑似透視画像に設定された前記関心領域の重心とを結ぶ線の共通垂線の中点を前記３次元関心領域の重心とする、請求項２に記載の位置決め装置。

【請求項4】

前記照合部は、前記３次元関心領域の重心を通り、前記複数の光源のそれぞれと当該光源からの光を検出する検出面とを結ぶ複数の撮影軸のそれぞれに沿った複数の軸を前記回転軸として使用する、請求項２に記載の位置決め装置。

【請求項5】

前記複数の透視画像のそれぞれは、３次元撮影装置にて前記被検者を撮影した３次元画像であり、
前記設定部は、前記関心領域として前記３次元画像内の３次元領域を設定し、
前記照合部は、前記設定部が設定した関心領域を前記３次元関心領域とする、請求項１に記載の位置決め装置。

【請求項6】

前記透視画像と前記透視画像における前記回転軸の位置を示す情報とを表示する画像表示部をさらに有する、請求項１に記載の位置決め装置。

【請求項7】

前記透視画像は、前記放射線治療の治療計画を作成するために予め撮影した画像と、前記放射線治療時に撮影した画像とを含む、請求項１に記載の位置決め装置。

【請求項8】

請求項１に記載の位置決め装置と、
前記位置決め装置にて算出された移動量に基づいて前記寝台を移動させる寝台制御装置と、
前記移動された寝台に搭載された被検者に放射線を照射する照射装置と、を有する放射線治療装置。

【請求項9】

被検者が搭載された寝台の位置を制御する位置決め装置による位置決め方法であって、
前記被検者を互いに異なる時刻に撮影して得られた複数の画像のそれぞれに関心領域を設定し、
最適化計算により、前記複数の画像のそれぞれに設定された関心領域のずれ量を前記寝台を移動させる移動量として算出し、
前記移動量の算出では、前記関心領域に応じた３次元関心領域の重心を通る軸を、前記移動量の回転成分を算出する回転軸として使用する、位置決め装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、位置決め装置、放射線治療装置及び位置決め方法に関する。

【背景技術】

【0002】

がんの治療法の１つとして、放射線を患者に照射する放射線治療が知られている。放射線治療で用いられる放射線は、Ｘ線又はガンマ線のような非荷電粒子線と、陽子線又は炭素線のような荷電粒子線とに大別される。後者の荷電粒子線を使用した放射線治療は、一般に粒子線治療と呼ばれている。

【0003】

非荷電粒子線の場合、線量は体内で浅い位置から深い位置にかけて一定の割合で減少する。一方、荷電粒子線の場合、特定の深さにエネルギー損失のピークを有する線量分布（ブラックカーブ）を形成することができる。このため、荷電粒子線のエネルギー損失のピークを腫瘍の位置に合わせることにより、腫瘍よりも深い位置にある正常な組織へ照射される荷電粒子線の線量を大幅に低下させることが可能となる。

【0004】

このため、放射線治療では、所望の線量の放射線を正確に標的となる腫瘍に照射することが治療効果の向上にとって重要である。放射線の腫瘍への正確な照射を実現するためには、予め作成した治療計画によって決められた計画位置と同じ位置に患者の位置を合わせる必要がある。この患者の位置を合わせることを患者の位置決めと呼ぶ。

【0005】

放射線治療における患者の位置決めの方法としては、以下の２つの方法が主に利用されている。１つ目の位置決め方法は、治療日に寝台の上に寝ている患者を２組のＸ線管と平面検出器（Flat Panel Detector：ＦＰＤ）により互いに異なる２方向から撮影した透視Ｘ線画像（Digital Radiography：ＤＲ）と、治療計画を作成する際に用いた治療計画ＣＴ（Computed Tomography）画像から作成した疑似透視Ｘ線画像とを比較して、骨のような位置決め対象構造物の位置が透視Ｘ線画像と疑似透視Ｘ線画像とで一致するように患者を位置決めする３次元－２次元（３Ｄ２Ｄ）位置合わせである。2つ目の位置決め方法は、治療計画ＣＴ画像と治療日に治療室内のＣＴ装置で撮影したＣＴ画像もしくは治療室の回転ガントリーに搭載されたＸ線撮影装置を使用して撮影するコーンビームＣＴ（Cone Beam CT：ＣＢＣＴ）画像とを合わせる３次元－３次元（３Ｄ３Ｄ）位置合わせである。

【0006】

３Ｄ２Ｄ位置合わせでは、透視Ｘ線画像に患者の固定具及び軟組織のような位置決め対象構造物以外の構造物が位置決め対象構造物と重ねて写り込んだり、位置決め対象構造物の配置が治療計画の作成時から変化したりすることがある。このような状況では、透視Ｘ線画像と疑似透視Ｘ線画像とに写された構造が画像全体にわたって一致しないことがある。このような場合、患者の位置決めは、透視Ｘ線画像における位置決め対象構造物が存在する領域を位置合わせの対象領域である関心領域（Region of Interest：ＲＯＩ）として設定して行われる。３Ｄ３Ｄ位置合わせでも同様に、３次元画像上の位置決め対象構造物が存在する領域を関心体積（Volume of Interest：ＶＯＩ）として設定して患者の位置決めが行われる。

【0007】

患者の位置決めは、患者が寝ている寝台の移動量をパラメータとし、そのパラメータの最適値を最適化計算により算出することで行われる。移動量は、通常、並進成分と回転成分とを有し、さらに、並進量は、互いに直交する３軸（ｘ、ｙ、ｚ）に沿った３成分を有し、回転量は、その３軸を回転軸とした３成分(Ｐｉｔｃｈ、Ｒｏｌｌ、Ｙａｗ)を有する。このため、最適化計算では、これら６成分のそれぞれに対する最適化プロセスの繰り返しで行われる。また、並進成分を規定する３軸は、患者を計画位置に配置するための寝台の移動軸と一致し、ｘ軸は仰向けに寝台に横たわった患者から見て右から左に向かう方向（Right-Left direction:ＲＬ方向）、ｙ軸は足から頭に向かう方向（Superior-Inferior direction：ＳＩ方向）、ｚ軸は背中から腹部に向かう方向（Anterior-Posterior：ＡＰ方向）を向いている。

【0008】

しかしながら、位置決め開始時の患者位置が治療計画の位置から離れている場合、最適化計算において、判断指標となる透視Ｘ線画像に対する疑似透視Ｘ線画像の類似度の変化が小さくなり、治療計画の位置に向かって類似度が高くなるという特徴を利用することが難しく、パラメータの最適値に到達できなかったり、最適化計算における繰り返し計算の回数の増加により計算量が増加することがある。

【0009】

これに対して、特許文献１及び２には、より少ない繰り返し計算回数で最適値を到達するための技術が開示されている。これらの技術では、最適化計算において、各成分に対する最適化プロセスが終了した後で透視Ｘ線画像を撮影する撮影軸に沿った方向に対する１次元方向の最適化プロセスを追加することで、最適化計算における最適化プロセスを繰り返す計算回数の軽減化が図られている。

【0010】

また、特許文献３には、撮影軸に沿った方向に対する並進量の最適化を、その透視撮影軸に直交する１方向によってのみ評価することで、最適化計算で使用する透視Ｘ線画像の枚数を削減して、患者の位置決めに係る時間の短縮化を図る技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0011】

【特許文献1】特許第６６６８９０２号

【特許文献2】国際公開第２０１８／２２５２３４号

【特許文献3】特開２０１３―９９４３１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

しかしながら、特許文献１～３の技術では、最適化計算の開始位置付近で類似度の変化が小さい場合、及び、局所的に類似度が高い箇所が存在する場合などでは、最適な値に向かって類似度が高くなるという傾向が弱まり、６自由度のパラメータを変数とした最適化計算では正しい解に到達できない可能性がある。

【0013】

最適化計算で正しい解に到達できない原因の１つとして、回転成分に対する最適化プロセスによる並進成分の値がずれる並進ずれが生じることが挙げられる。従来、最適化計算では、疑似透視Ｘ線画像を作成する際に設定した投影中心を通る軸が回転成分を算出するための回転軸として使用される。この場合、並進成分における透視Ｘ線画像と疑似透視Ｘ線画像とずれがなく、かつ、関心領域が投影中心から離れている場合、回転成分の位置合わせによって発生する関心領域の並進成分のずれにより、透視Ｘ線画像に対する疑似透視Ｘ線画像の類似度がかえって低下することがある。このため、回転成分の値が正しい解に到達できず、患者の位置決めの精度が低下してしまう。

【0014】

本開示の目的は、最適化計算の計算時間を低減しながら精度の高い患者の位置決めを行うことが可能な位置決め装置、放射線治療装置及び位置決め方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0015】

本開示の一態様に従う位置決め装置は、放射線治療時に被検者が搭載される寝台の位置を制御する位置決め装置であって、前記被検者を互いに異なる時刻に撮影して得られた複数の透視画像のそれぞれに関心領域を設定する設定部と、最適化計算により、前記複数の透視画像のそれぞれに設定された関心領域のずれ量を前記寝台を移動させる移動量として算出する照合部と、を有し、前記照合部は、前記関心領域に応じた３次元関心領域の重心を通る軸を、前記移動量の回転成分を算出する回転軸として使用する。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、最適化計算の計算時間を低減しながら精度の高い患者の位置決めを行うことが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本開示の実施例１に係る粒子線治療システムの全体構成を示す図である。

【図2】実施例１の患者位置決め処理の一例を説明するためのフローチャートである。

【図3】粒子線治療システムの撮影体系を示す図である。

【図4】粒子線治療システムの撮影体系に対応する仮想的な撮影体系を示す図である。

【図5】３次元関心領域の重心を算出する処理を説明するための図である。

【図6】図５に示された共通垂線付近の領域の拡大図である。

【図7】３次元関心領域の重心を通る回転軸の一例を説明するための図である。

【図8】ソフトウェア画面の一例を示す図である。

【図9】治療時３次元透過画像に設定された３次元関心領域の一例を示す図である。

【図10】実施例２の患者位置決め処理の一例を説明するためのフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本開示の実施例について図面を参照して説明する。

【0019】

なお、以下の記載及び図面は、本開示を説明するための例示であって、説明の明確化のため、適宜、省略及び簡略化がなされている。本発明は、他の種々の形態でも実施することが可能である。特に限定しない限り、各構成要素は単数でも複数でもよい。また、実施例を説明する図において、同一の機能を有する箇所には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略することがある。また、図面において示す各構成要素の位置、大きさ、形状、範囲などは、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、範囲などを表していない場合がある。このため、本発明は、図面に開示された位置、大きさ、形状、範囲などに限定されない。また、同一あるいは同様の構成要素が複数ある場合には、同一の符号に異なる添字を付して説明する場合がある。ただし、これらの複数の構成要素を区別する必要がない場合には、添字を省略して説明する場合がある。

【実施例0020】

図１は、本開示の実施例１に係る粒子線治療システムの全体構成を示す図である。図１に示す粒子線治療システムＡは、被検者である患者Ｂを標的として粒子線を照射するための装置群を有する放射線治療装置である。粒子線治療システムＡは、加速器１と、ビーム輸送装置２と、ガントリ３と、照射ノズル４と、ＦＰＤ５Ａ及び５Ｂと、Ｘ線管６Ａ及び６Ｂと、寝台７と、ロボットアーム８と、通信装置９と、データサーバ１０と、治療計画装置１１と、透視Ｘ線画像撮影装置１２と、寝台制御装置１３と、患者位置決め装置２０とを備える。

【0021】

加速器１は、患者Ｂに照射する粒子線を生成する粒子線生成器であり、粒子線を、患者Ｂの治療に適したエネルギーになるまで加速して出力する。ビーム輸送装置２は、加速器１から出力された粒子線をガントリ３まで輸送する。粒子線の種類は、特に限定されず、例えば、陽子線又は炭素線などである。

【0022】

ガントリ３及び照射ノズル４は、加速器１から輸送された粒子線を患者Ｂに照射する照射装置である。ガントリ３は、加速器１から輸送された粒子線を患者Ｂに照射する照射角度を調整する。具体的には、ガントリ３は、患者Ｂを囲って３６０°の回転することが可能な回転機構を有し、回転することにより照射角度を調整する。照射ノズル４は、ガントリ３に備わっており、ガントリ３まで輸送された粒子線を患者Ｂに照射する。照射ノズル４には、粒子線の形状を患者の患部の形状に合うように調整する機構が組み込まれていてもよい。

【0023】

ＦＰＤ５Ａ及び５ＢとＸ線管６Ａ及び６Ｂとは、患者Ｂの透視撮影を行う撮影体系を構成する。ＦＰＤ５Ａ及び５Ｂは、Ｘ線を検出面で検出して患者Ｂを撮影する平面状の検出器である。Ｘ線管６Ａ及び６Ｂは、光としてＸ線を出力する光源である。ＦＰＤ５Ａ及びＸ線管６Ａは、Ｘ線管６Ａから出力されたＸ線がＦＰＤ５Ａにて検出されるように対向して配置され、ＦＰＤ５Ｂ及びＸ線管６Ｂは、Ｘ線管６Ｂから出力されたＸ線がＦＰＤ５Ｂにて検出されるように対向して配置される。ＦＰＤ５Ａの中心とＸ線管６Ａとを結ぶ軸と、ＦＰＤ５Ｂの中心とＸ線管６Ｂとを結ぶ軸とが患者を撮影する２つの撮影軸となる。２つの撮影軸は、互いに直交することが好ましいが、互いに直交していなくてもよい。また、粒子線治療システムＡは、ＦＰＤ及びＸ線管をそれぞれ３つ以上備えてもよい。この場合、撮影軸も３つ以上となる。

【0024】

寝台７は、放射線治療時に（つまり、患者Ｂに粒子線を照射する際に）患者Ｂを載せる台である。ロボットアーム８は、寝台７を移動させる装置である。具体的には、ロボットアーム８は、寝台７に対して、複数の移動軸のそれぞれに沿った複数の並進方向に対する並進移動と、複数の回転軸を中心とした複数の回転方向に対する回転移動とを行う。本実施例では、寝台７の移動軸と回転軸とは同一であり、移動軸は３つある。また、各移動軸は、寝台７に仰向けに横たわった患者Ｂから見て左から右に向かう方向（ＲＬ方向）、患者Ｂの足から頭に向かう方向（ＳＩ方向）、背中から腹部に向かう方向（ＡＰ方向）を向いている。

【0025】

通信装置９は、データサーバ１０、治療計画装置１１及び患者位置決め装置２０を互いに通信可能に接続する。

【0026】

データサーバ１０は、患者Ｂの粒子線治療に関する種々の情報を格納する格納装置である。データサーバ１０は、例えば、３次元撮影装置にて患者Ｂを撮影した３次元画像と、患者Ｂの治療計画を示す治療計画情報とを格納する。３次元画像は、患者の形状及び電子密度をボクセル単位で示す情報を含む。３次元画像は、例えば、コンピュータ断層（Computed Tomography：ＣＴ）装置で撮影されたＣＴ画像などであり、事前（患者Ｂの治療計画情報を作成する前）に生成される。治療計画情報は、３次元画像に基づいて生成される。また、治療計画情報は、治療時の患者Ｂの配置である計画配置を示す計画配置情報を含む。患者Ｂの配置は、患者Ｂの位置及び角度（姿勢）を示し、寝台７の位置及び角度によって定められる。

【0027】

治療計画装置１１は、データサーバ１０に格納された３次元画像に基づいて、患者Ｂの治療計画を作成し、その治療計画を示す治療計画情報をデータサーバ１０に格納する。

【0028】

透視Ｘ線画像撮影装置１２は、ＦＰＤ５Ａ及びＸ線管６Ａと、ＦＰＤ５Ｂ及びＸ線管６Ｂとをそれぞれ制御して、患者Ｂを互いに異なる角度から撮影した複数の２次元透視画像である透視Ｘ線画像を取得して患者位置決め装置２０に送信する。透視Ｘ線画像は、本実施例では、２つある。

【0029】

寝台制御装置１３は、ロボットアーム８を制御して寝台７の配置を調整することで、患者Ｂの配置を調整する。

【0030】

患者位置決め装置２０は、患者Ｂを互いに異なるタイミング（時刻）で撮影して得られた複数の画像に基づいて、患者Ｂの位置決めを行う位置決め処理を実行する位置決め装置である。本実施例では、患者位置決め装置２０は、画像として、治療計画を作成するために予め撮影されてデータサーバ１０に格納された３次元画像（より具体的には、後述する３次元画像から作成された疑似透視X線画像）と、放射線治療時に透視Ｘ線画像撮影装置１２にて取得された透視Ｘ線画像とを用いる。

【0031】

患者位置決め処理は、患者Ｂに対する粒子線治療の開始前に、寝台７に載せられた患者Ｂを治療計画情報にて示される計画配置と同じ配置にする処理である。患者位置決め装置２０は、寝台制御装置１３を介してロボットアーム８を制御して寝台７の位置及び角度を調整することで、患者Ｂを計画配置と同じ配置にする。

【0032】

患者位置決め処理が終了すると、実際に患者Ｂの粒子線治療が行われる。具体的には、加速器１にて治療に適したエネルギーまで加速された粒子線がビーム輸送装置２を介してガントリ３に輸送される。粒子線は、ガントリ３にて適切な方向に偏向され、照射ノズル４を通過して患者Ｂの患部に照射される。

【0033】

以下、患者位置決め装置２０についてより詳細に説明する。

【0034】

患者位置決め装置２０は、図１に示すように、画像取得部２１と、疑似透視Ｘ線画像作成部２２と、関心領域描画部２３と、画像照合部２４と、画像表示部２５と、制御部２６とを有する。

【0035】

画像取得部２１は、データサーバ１０から通信装置９を介して３次元画像を取得し、透視Ｘ線画像撮影装置１２から透視Ｘ線画像を取得する。

【0036】

疑似透視Ｘ線画像作成部２２は、画像取得部２１にて取得された３次元画像を、透視Ｘ線画像を撮影した撮影体系と同じ撮影体系を想定した仮想空間である対応仮想空間上に配置し、その３次元画像を所定の面に投影した２次元疑似透視画像を疑似透視Ｘ線画像として作成する。所定の面は、ＦＰＤ５Ａ及び５Ｂに対応する、仮想空間上に配置された仮想的なＦＰＤの検出面である。本実施例では、実際のＦＰＤが２つあるため、所定の面も２つあり、疑似透視Ｘ線画像も２つ作成される。

【0037】

関心領域描画部２３は、疑似透視Ｘ線画像における患者の位置決めに使用する関心領域を設定する設定部である。例えば、関心領域描画部２３は、疑似透視Ｘ線画像を表示して、ユーザに疑似透視Ｘ線画像上に関心領域を描画させることで、関心領域を設定する。関心領域は、例えば、骨のような位置決め対象構造物を含むように設定される。

【0038】

画像照合部２４は、最適化計算により、透視Ｘ線画像と疑似透視Ｘ線画像の間のずれ量（つまり、透視Ｘ線画像と疑似透視Ｘ線画像を一致させるための画像上の移動量）を、寝台７を移動させる移動量であるカウチ移動量として算出する照合部である。関心領域描画部２３にて関心領域が設定されている場合、画像照合部２４は、関心領域内の情報だけを用いて透視Ｘ線画像と疑似透視Ｘ線画像とのずれ量をカウチ移動量として算出する。

【0039】

画像表示部２５は、種々の情報及び画像を表示する表示部である。例えば、画像表示部２５は、位置決め処理に係る情報（透視Ｘ線画像及び疑似透視Ｘ線画像など）を示すソフトウェア画面（図８参照）などを表示する。

【0040】

制御部２６は、寝台制御装置１３を制御して、画像照合部２４にて算出されたカウチ移動量に基づいて寝台７を移動させることで、患者Ｂの配置を調整する。

【0041】

以上の機能を有する患者位置決め装置２０は、コンピュータ装置のような種々の情報処理が可能な情報処理装置にて実現することができる。情報処理装置は、例えば、演算素子、記憶媒体及び通信インターフェースを有し、さらに、必要に応じてマウス及びキーボードのような入力部と、ディスプレイのような表示部とを有する。

【0042】

演算素子は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）及びＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）などのプロセッサである。記憶媒体は、例えば、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）などの磁気記憶媒体、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＳＳＤ（Solid State Drive）などの半導体記憶媒体などである。また、記憶媒体として、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）などの光ディスク及び光ディスクドライブの組み合わせが用いられてもよい。さらに、記憶媒体として、磁気テープメディアのような他の高値の記憶媒体が用いられてもよい。

【0043】

記憶媒体には、ファームウェアなどのプログラムが格納されている。患者位置決め装置２０の動作開始時（例えば電源投入時）に、演算素子がプログラムを記憶媒体から読み出して実行することにより、患者位置決め装置２０の各部２１～２６が実現され、全体の一連の制御が実行される。また、記憶媒体には、プログラム以外にも、患者位置決め装置２０の各処理に必要なデータ等が格納される。

【0044】

なお、本実施例の患者位置決め装置２０は、複数の情報処理装置が通信ネットワークを介して通信可能に構成された、いわゆるクラウドコンピューティングにて構成されてもよい。

【0045】

以下、患者位置決め装置２０による患者位置決め処理についてより詳細に説明する。

【0046】

図２は、患者位置決め処理の一例を説明するためのフローチャートである。

【0047】

なお、患者Ｂは、寝台７のセットアップポジションに配置されているものとする。セットアップポジションとは、患者Ｂを計画配置と同じ配置にするための位置である。例えば、寝台７上の患者Ｂの体表の位置が治療室内に設置された赤外線レーザを用いて測定され、その体表の位置に基づいて、患者Ｂが寝台７のセットアップポジションに配置される。

【0048】

患者位置決め処理では、先ず、制御部２６は、データサーバ１０から治療計画情報を取得し、その治療計画情報に含まれる計画配置情報に基づいて、寝台制御装置１３を介してロボットアーム８を制御して、患者Ｂの配置が計画配置情報にて示される計画配置となるように、患者Ｂを載せた寝台７を移動させる（ステップＳ１００）。このとき、寝台７に載せられた患者Ｂの位置決め対象構造物がＦＰＤ５Ａ及び５ＢとＸ線管６Ａ及び６Ｂとで形成される撮影領域（Ｘ線の照射領域）に含まれる。

【0049】

その後、画像取得部２１は、透視Ｘ線画像撮影装置１２を介して、患者Ｂを互いに異なる複数の方向から撮影した複数の透視Ｘ線画像情報を取得する（ステップＳ１０１）。本実施例では、画像取得部２１は、２つの撮影軸に沿った２つの方向から撮影した２つ透視Ｘ線画像情報を取得する。

【0050】

また、画像取得部２１は、データサーバ１０から３次元画像を取得する。疑似透視Ｘ線画像作成部２２は、その３次元画像を対応仮想空間上に配置し、その３次元画像を仮想的なＦＰＤの検出面のそれぞれに投影して２つの疑似透視Ｘ画像を作成する（ステップＳ１０２）。

【0051】

。
関心領域描画部２３は、２つの透視Ｘ線画像と２つの疑似透視Ｘ線画像とを用いて、各画像上に関心領域を設定する（ステップＳ１０３）。例えば、関心領域描画部２３は、ユーザが透視Ｘ線画像と疑似透視Ｘ線画像とを比較して描画した関心領域を受け付けてもよいし、透視Ｘ線画像及び疑似透視Ｘ線画像に基づいて自動的に関心領域を設定してもよい。なお、設定した関心領域は画像表示部２５にて表示されてもよい。

【0052】

画像照合部２４は、最適化計算により、関心領域を用いて透視Ｘ線画像及び疑似透視Ｘ線画像のずれ量をカウチ移動量として算出する（ステップＳ１０４）。本実施例の最適化計算は、多変量の最適化計算であり、並進３成分（ｘ，ｙ，ｚ）及び回転３成分（pitch, roll, yow）の計６つの変数を変化させながら、透視Ｘ線画像及び疑似透視Ｘ線画像の類似度が最も高くなる変数の値をずれ量として探索する処理である。最適化計算としては、例えば、準ニュートン法に基づく手法であるＢＦＧＳ法及びＰｏｗｅｌｌ法などが用いられる。また、本実施例の最適化計算では、画像照合部２４は、関心領域に対応した３次元関心領域の重心を求め、その重心を通る軸を、最適化計算によるカウチ移動量の回転成分を算出する回転軸として使用する。

【0053】

カウチ移動量を算出すると、画像照合部２４は、そのカウチ移動量を制御部２６に送信する。制御部２６は、カウチ移動量を受信すると、寝台制御装置１３を介して寝台７をカウチ移動量に応じて移動させて（ステップＳ１０５）、処理を終了する。

【0054】

図３及び図４は、図２のステップＳ１０２の処理における疑似透視Ｘ線画像を作成する作成方法を説明するための図である。具体的には、図３は、粒子線治療システムＡの治療室内の実際の撮影体系を示す図であり、図４は、実際の撮影体系に対応する仮想的な撮影体系を示す図である。本実施例では、図３に示すように、寝台７が並進移動する移動軸をｘ（ＲＬ）軸、ｙ（ＳＩ）軸及びｚ（ＡＰ）軸としている。

【0055】

疑似透視Ｘ線画像作成部２２は、疑似透視Ｘ線画像を作成する場合、図４に示すように、仮想的な撮影体系（仮想的なＦＰＤ５Ｃ及び５Ｄと仮想的なＸ線管６Ｃ及び６Ｄ）とを図３に示した実際の撮影体系（ＦＰＤ５Ａ及び５ＢとＸ線管６Ａ及び６Ｂ）と同じレイアウトとなるように仮想空間上に配置する。そして、疑似透視Ｘ線画像作成部２２は、画像取得部２1１にて取得された３次元画像を、実際の撮影体系上の患者Bの位置に対応する仮想空間上の位置に３次元画像１４として配置し、その３次元画像１４を仮想的なＦＰＤ５Ｃ及び５Ｄの検出面に投影することで、疑似透視Ｘ線画像を作成する。

【0056】

次に疑似透視Ｘ線画像に設定された関心領域に対応する３次元空間内における関心領域の重心位置を求める算出方法について、図４及び図５を用いて説明する。

【0057】

３次元空間内における空間内における関心領域１４Ａは、２つの疑似透視Ｘ線画像のそれぞれに設定された関心領域１６Ｃ及び１６Ｄに対応する、３次元画像１４内の３次元領域である。理想的には、仮想的なＦＰＤ５Ｃ及び５Ｄ上の関心領域１６Ｃ及び１６ＤをそれぞれＸ線管６Ｃ及び６Dに向けて逆投影してそれぞれが重なる空間がここでいう３次元空間における関心領域となる。但し、実際にはユーザーにより2次元の疑似透視X線画像上で描画する関心領域１６Ｃ及び１６Ｄが3次元空間上で同じ領域を描画するのが難しいため図中のような直方体領域にはならないこともあり得る。そのため以下に示す方法により３次元空間上の関心領域の重心を求めることができる。関心領域１６Ｃの重心１６Ｃ１とＸ線管６Ｃとを結ぶ線ｌ_１と、関心領域１６Ｄの重心１６Ｄ１とＸ線管６Ｄとを結ぶ線ｌ_２とは、理想的には、仮想空間上の１点で交わり、その点が３次元関心領域１４Ａの重心となる。しかしながら、実際には、これらの線ｌ_１及びｌ_２は、通常、ユーザの手動による関心領域１６Ｃ及び１６Ｄの設定によるずれ、及び、各疑似透視Ｘ線画像上での位置決め対象構造物の見え方の違いなどのため、１点に交わらない。このため、本実施例では、画像照合部２４は、線ｌ_１及びｌ_２が最も近づく位置、つまり線ｌ_１及びｌ_２の両方に垂直に交わる線である共通垂線の中点を、３次元関心領域１４Ａの重心として求める。

【0058】

図５は、３次元関心領域１４Ａの重心（共通垂線の中点）を算出する処理を説明するための図であり、図６は、図５に示された共通垂線付近の領域Ｒの拡大図である。

【0059】

ＦＰＤ５Ｃの検出面５Ｃ１上の関心領域１６Ｃの重心１６Ｃ１とＸ線管６Ｃとを結ぶ線ｌ_１と、ＦＰＤ５Ｄの検出面５Ｄ１上の関心領域１６Ｄの重心１６Ｄ１とＸ線管６Ｄとを結ぶ線ｌ_２とは、理想的には互いに交わるが、上述したように、実際には、互いに交わらない場合がある。

【0060】

線ｌ_１及び線ｌ_２が互いに交わらない場合、画像照合部２４は、線ｌ_１及び線ｌ_２上における、線ｌ_１と線ｌ_２との距離が最も小さくなる点を点Ｐ及び点Ｑとし、その点Ｐと点Ｑとを結ぶ線分ｌ_３の中点の位置を３次元関心領域の重心として算出する。線分ｌ_３は互いにねじれ関係にある線ｌ_１と線ｌ_２との両方に垂直な共通垂線である。以下、線分ｌ_３の長さを共通垂線長と呼ぶ。また、点Ｐ及びＱは、共通垂線（線分ｌ_３）の足となる。

【0061】

線ｌ_１の点Ｐと線ｌ_２の点Ｑは、媒介変数ｓ及びｔを用いて以下のようにベクトル表記することができる。
ｐ＝ａ＋ｓｕ
ｑ＝ｃ＋ｔｖ

【0062】

ここで、ｐは点Ｐの位置ベクトル（ｘ_ｐ，ｙ_ｐ，ｚ_ｐ）、ｑは点Ｑの位置ベクトル（ｘ_ｑ，ｙ_ｑ，ｚ_ｑ）、ａは、Ｘ線管６Ｃ上の点Ａの位置ベクトル（ｘ_ａ，ｙ_ａ，ｚ_ａ）、ｃはＸ線管６D上の点Ｃの位置ベクトル（ｘ_ｃ，ｙ_ｃ，ｚ_ｃ）、ｕは線ｌ_１の方向ベクトル、ｖは線ｌ_２の方向ベクトルである。

【0063】

線分ｌ_３は方向ベクトルｕ及びｖのそれぞれと直交するため、線分ｌ_３の方向ベクトルｗと方向ベクトルｕ及びｖとの内積はゼロとなる。つまり、ｗ・ｕ＝０、ｗ・ｖ＝０である。なお、演算子「・」は内積を示す。

【0064】

画像照合部２４は、この内積の２式を連立一次方程式として解くことで、媒介変数ｓ及びｔの値を求めることができる。これにより、点Ｐ及びＱの座標、並びに、線分ｌ_３の長さである共通垂線長ＬがＬ＝｜ｑ－ｐ｜＝（｜ｐ｜＋｜ｑ｜－２ｐ・ｑ）^１／２＝｛（ｘ_ｑ－ｘ_ｐ）^２＋（ｙ_ｑ－ｙ_ｐ）^２＋（ｚ_ｑ－ｚ_ｐ）^２｝^１／２と求まる。さらに画像照合部２４は、線分ｌ_３の中点Ｍの座標（ｘ_ｍ，ｙ_ｍ，ｚ_ｍ）を、３次元関心領域の重心の位置としてＭ（ｘ_ｍ，ｙ_ｍ，ｚ_ｍ）＝（（ｘ_ｑ＋ｘ_ｐ）／２，（ｙ_ｑ＋ｙ_ｐ）／２，（ｚ_ｑ＋ｚ_ｐ）／２）と求めることができる。

【0065】

３次元関心領域の重心の位置を求めると、画像照合部２４は、最適化計算の回転成分を算出するための回転軸として、３次元関心領域の重心を通る軸を設定する。

【0066】

図７は、３次元関心領域の重心を通る回転軸の一例を説明するための図である。

【0067】

図７（a）の例では、画像照合部２４は、３次元関心領域の重心であるＲＯＩ重心１８を通り、寝台７の並進移動が可能な３つの並進方向のそれぞれに平行な３つの軸（移動軸）を、回転軸として設定している。

【0068】

一方、図７（ｂ）の例では、画像照合部２４は、３次元関心領域の重心であるＲＯＩ重心１８を通り、透視Ｘ線画像を取得する撮影体系の２つの撮影軸のそれぞれに平行な２つの軸と、その２つの軸の両方に直交する軸とを、回転軸として設定している。

【0069】

また、ＲＯＩ重心１８を通る回転軸周りの回転は、例えば、３次元画像１４の各ボクセルに対して下記の変換行列ＴＲ_４×４Ｔ^－１用いた変換処理を行うことで実現できる。

【数1】

【数2】

【数3】

【数4】

ここで、点ｐは各ボクセルの位置に対応する。Ｔは点ｐを原点に平行移動する座標変換行列、Ｒは回転変換行列、Ｔ^－１は原点から点ｐに平行移動する座標変換行列である。なお、原点は、Ｘ線管６ＣからＦＰＤ５Ｃの検出面の中心に下した垂線とＸ線管６DからＦＰＤ５Dの検出面の中心に下した垂線との交点である投影中心１５である。

【0070】

なお、ＲＯＩ重心１８を通る回転軸周りの回転量は、従来の投影中心を通る回転軸周りの回転に応じたカウチ移動量に換算することができる。具体的には、３次元画像１４を、ＲＯＩ重心１８周りの回転の計算で使用した回転量（pitch,roll,yaw）分だけ、投影中心周りに回転させ、その後、下記の並進移動量を加算することで、投影中心を通る回転軸周りの回転に応じたカウチ移動量に換算することができる。並進移動量は、変換行列ＴＲ_４×４Ｔ^－１を利用して従来の投影中心の位置（x_(org_ctr), y_(org_ctr), z_(org_ctr)）をＲＯＩ重心１８周りに回転した場合の回転前後の並進変位量である。

【0071】

図８は、画像表示部２５により表示されるソフトウェア画面の一例を示す図である。図８に示すようにソフトウェア画面６０は、操作領域６１と、カウチ移動量表示領域６５と、画像表示領域６６～７１とを含む。

【0072】

操作領域６１は、ユーザにて操作される操作ボタンを含む。図８には、操作ボタンとして、自動計算開始ボタン６２、手動並進操作ボタン６３及び手動回転操作ボタン６４が示されている。カウチ移動量表示領域６５は、カウチ移動量を表示する。

【0073】

画像表示領域６６～７１は、画面中央付近に上下２段に分かれて左右方向に３列並んで配置される。具体的には、上段には左から順に画像表示領域６６、６８、７０が配置され、下段には左から順に画像表示領域６７、６９、７１が配置される。

【0074】

画像表示領域６６は、２つの疑似透視Ｘ線画像の一方を表示する第１疑似透視Ｘ線画像表示領域であり、画像表示領域６７は、２つの疑似透視Ｘ線画像の他方を表示する第２疑似透視Ｘ線画像表示領域である。画像表示領域７０は、２つの透視Ｘ線画像の一方を表示する第１透視Ｘ線画像表示領域であり、画像表示領域７１は、２つの透視Ｘ線画像の他方を表示する第２透視Ｘ線画像表示領域である。画像表示領域６８は、疑似透視Ｘ線画像の一方と透視Ｘ線画像の一方とを重ねて表示する第１重ね合わせ画像表示領域であり、画像表示領域６９は、疑似透視Ｘ線画像の他方と透視Ｘ線画像の他方とを重ねて表示する第２重ね合わせ画像表示領域である。

【0075】

操作領域６１に含まれる参照画像読み込みボタン（図示せず）が押下された場合、疑似透視Ｘ線画像が作成され、画像表示領域６６～６９に表示される。また、操作領域６１に含まれる透視Ｘ線画像読み込みボタンが押下された場合、透視Ｘ線画像が読み込まれて、画像表示領域６８～７１に表示される。

【0076】

また、手動並進操作ボタン６３が押下された場合、画像表示領域６６及び６７に表示されている疑似透視Ｘ線画像に対して、例えば、マウスを用いたドラック操作のような所定の操作を行うことで、疑似透視Ｘ線画像の画面上の並進方向の移動量が調整可能となる。同様に、手動回転操作ボタン６４が押下された場合、画像表示領域６６及び６７に表示されている疑似透視Ｘ線画像に対して、例えば、マウスを用いたドラック操作のような所定の操作を行うことで、疑似透視Ｘ線画像の画面上の回転量が調整可能となる。

【0077】

また、画像表示領域６６及び６７には、疑似透視Ｘ線画像内に関心領域７２が表示される。また、関心領域７２には、ＲＯＩ重心の位置が関心領域重心７３として、実線の十字線で表されている。また、従来の投影中心を回転軸として用いる際の画像上での重心位置は、投影中心１５として点線の十字線で表されている。

【0078】

最適化計算に使用される回転軸の選択が手動で行われる場合、操作領域６１に含まれる回転軸選択ボタン（図示せず）が押下されて、画像表示領域６６及び６７に対する所定の操作により回転軸が選択される。一方、最適化計算に使用される回転軸の選択が自動で行われる場合、自動計算開始ボタン６２が押下されることにより、自動的に回転軸がＲＯＩ重心に設定されて最適化計算が行われる。

【0079】

なお、本実施例では、放射線治療装置として、粒子線治療システムＡを例示したが、放射線治療装置は、粒子線治療システムＡに限らず、Ｘ線などの非粒子線を用いた放射線治療システムでもよい。この場合、加速器１は、例えば、Ｘ線を出力する電子線加速器で構成される。

【0080】

以上説明した本実施例では、関心領域描画部２３は、患者Bを互いに異なる時刻に撮影して得られた複数の透視画像のそれぞれに関心領域を設定する。画像照合部２４は、最適化計算により、関心領域描画部２３にて設定された関心領域を用いて複数の透視画像の間のずれ量を寝台７を移動させる移動量として算出する。その際、画像照合部２４は、関心領域に対応した３次元関心領域の重心を通る軸を、移動量の回転成分を算出する回転軸として使用する。この場合、回転成分の位置合わせによって発生する関心領域の並進成分のずれを抑制することが可能となるため、回転成分の値をより迅速に正しい解に到達させることが可能となる。したがって、適化計算の計算時間を低減しながら精度の高い患者の位置決めを行うことが可能になる。

【0081】

また、本実施例では、透視画像は、Ｘ線管６Ａ及び６ＢのそれぞれからのＸ線を患者Ｂを介してＦＰＤ５Ａ及び５Ｂの検出面で検出することで患者Ｂを撮影した複数の透視Ｘ線画像と、３次元撮影装置にて前記被検者を撮影した３次元画像をＦＰＤ５Ａ及び５Ｂの検出面に投影した複数の２次元疑似透視画像とを含む。このため、３Ｄ２Ｄ位置合わせにおいて、適化計算の計算時間を低減しながら精度の高い患者の位置決めを行うことが可能になる。

【0082】

また、本実施例では、画像照合部２４は、Ｘ線管６Ａ及び６Ｂのそれぞれに対応する、Ｘ線管とＦＰＤの検出面に投影された２次元疑似透視画像に設定された関心領域の重心とを結ぶ線の共通垂線の中点を３次元関心領域の重心とする。この場合、複数の２次元疑似透視画像に設定された関心領域にずれが生じている場合でも、適化計算の計算時間を低減しながら精度の高い患者の位置決めを行うことが可能になる。

【0083】

また、本実施例では、画像照合部２４は、３次元関心領域の重心を通り、透視Ｘ線画像の撮影軸のそれぞれに沿った複数の軸を回転軸として使用する。この場合、回転軸周りの回転で透視Ｘ線画像上でそれぞれが画像平面上の回転として見えるため、最適化計算をより容易に行うことが可能となる。

【0084】

画像表示部２５は、透視画像と透視画像における回転軸の位置を示す情報とを表示する。このため、ユーザは最適化計算における回転軸を把握することが可能となる。

【実施例0085】

実施例１では、患者位置合わせとして３Ｄ２Ｄ位置合わせが行われる例を説明したが、本実施例では、患者位置合わせとして３Ｄ３Ｄ位置合わせが行われれる例を説明する。

【0086】

本実施例では、画像取得部２１は、放射線治療時に透視Ｘ線画像撮影装置１２を介して透過画像として透視Ｘ線画像として取得する代わりに、３次元撮影装置にて患者Ｂを撮影して得られた患者Ｂを写した３次元画像である治療時３次元画像を取得する。３次元撮影装置は、例えば、ＦＰＤ５Ａ及び５ＢとＸ線管６Ａ及び６Ｂとがガントリ３に固定されたＣＢＣＴ装置である。この場合、画像取得部２１は、ガントリ３の回転とともに撮影された透視Ｘ線画像を再構成することでＣＢＣＴ画像を取得することができる。また、３次元撮影装置は、ＣＢＣＴ装置の代わりに、治療室内に配置されたＣＴ装置などでもよい。

【0087】

治療時３次元画像が取得された場合、関心領域描画部２３は、患者の位置決めに使用する関心領域として３次元関心領域を治療時３次元画像に設定する。

【0088】

図９は、治療時３次元透過画像に設定された３次元関心領域の一例を示す図である。図９の例では、治療時３次元透過画像５３と、その治療時３次元透過画像内に設定された３次元関心領域５４が示されている。

【0089】

また、従来の３Ｄ３Ｄ位置合わせにおける最適化計算では、カウチ移動量の回転成分を算出する回転軸として、治療時３次元透過画像の重心５５又は図示しないアイソセンタを通る軸が設定されていた。これに対して本実施例では、カウチ移動量の回転成分を算出する回転軸として、３次元関心領域５４の重心５６を通る軸が使用される。

【0090】

図１０は、本実施例の患者位置決め処理の一例を説明するためのフローチャートである。

【0091】

なお、患者Ｂは、実施例１と同様に、寝台７のセットアップポジションに配置されているものとする。

【0092】

患者位置決め処理では、先ず、制御部２６は、寝台制御装置１３を介してロボットアーム８を制御して、患者Ｂを載せた寝台７を所定の位置まで移動させる（ステップＳ２００）。所定の位置は、治療室内ＣＴを利用する場合はＣＴ装置内の位置であり、ＣＢＣＴを使用する場合は、ガントリ中心付近の位置である。

【0093】

その後、画像取得部２１は、３次元撮影装置を使用して、治療時３次元画像を取得する（ステップＳ２０１）。例えば、画像取得部２１は、治療室内ＣＴ装置で患者Ｂを撮影してＣＴ画像を取得する。もしくは画像取得部２１は、透視Ｘ線画像撮影装置１２を介して、ガントリ３を回転させて患者Ｂを複数の方向から透視Ｘ線画像情報を取得して再構成することでＣＢＣＴ画像を治療時３次元画像として取得する。

【0094】

関心領域描画部２３は、データサーバ１０から治療計画時の３次元画像を取得し、その３次元画像と治療時３次元透過画像とを用いて、治療時３次元画像上に３次元関心領域を設定する（ステップＳ２０２）。関心領域描画部２３は、ユーザから受け付けてもよいし、３次元画像と治療時３次元画像に基づいて自動的に関心領域を設定してもよい。

【0095】

画像照合部２４は、最適化計算により、３次元関心領域を用いて３次元画像と治療時３次元画像のずれ量をカウチ移動量として算出する（ステップＳ２０３）。このとき、画像照合部２４は、カウチ移動量の回転成分を算出する回転軸として、３次元関心領域５４の重心５６を通る軸を使用する。

【0096】

そして、画像照合部２４は、最適化計算で算出したカウチ移動量を制御部２６に送信する。制御部２６は、カウチ移動量を受信すると、寝台制御装置１３を介して寝台７をカウチ移動量分だけ移動させて（ステップＳ２０４）、処理を終了する。

【0097】

以上説明したように本実施例によれば、３Ｄ３Ｄ位置合わせにおいても、適化計算の計算時間を低減しながら精度の高い患者の位置決めを行うことが可能になる。

【0098】

上述した本開示の各実施例は、本開示の説明のための例示であり、本開示の範囲をそれらの実施例にのみ限定する趣旨ではない。当業者は、本開示の範囲を逸脱することなしに、他の様々な態様で本開示を実施することができる。