特許 7120584 被検体の位置決め装置、被検体の位置決め方法、被検体の位置決めプログラムおよび放射線治療システム

(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】

(24)【登録日】2022-08-08

(45)【発行日】2022-08-17

(54)【発明の名称】被検体の位置決め装置、被検体の位置決め方法、被検体の位置決めプログラムおよび放射線治療システム

(51)【国際特許分類】

   A61N 5/10 20060101AFI20220809BHJP

【ＦＩ】

A61N5/10 T

A61N5/10 M

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2021053062

(22)【出願日】2021-03-26

(62)【分割の表示】P 2017051076の分割

【原出願日】2017-03-16

(65)【公開番号】P2021094460

(43)【公開日】2021-06-24

【審査請求日】2021-03-26

(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】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

(74)【代理人】

【識別番号】110001380

【氏名又は名称】弁理士法人東京国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】坂田 幸辰

(72)【発明者】

【氏名】田口 安則

(72)【発明者】

【氏名】平井 隆介

(72)【発明者】

【氏名】岡屋 慶子

(72)【発明者】

【氏名】森 慎一郎

【審査官】木村 立人

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－１８６５３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１０１３５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平３－１２１５７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１４／０２０５１６７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１５／１２５６００（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ａ６１Ｂ ６／００ ― ６／１４

Ａ６１Ｎ ５／１０

Ｇ１６Ｈ ３０／００ ― ３０／４０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被検体の位置決めを行うときに透視撮影装置を用いて撮影され、前記被検体の位置決めの指標となる指標部の第１像と前記指標部以外の非指標部の第２像と前記第１像および前記第２像が重なった像とが写る３次元ボリューム画像である撮影画像を取得する撮影画像取得部と、
治療計画時であって前記被検体の位置決めを行う前に少なくとも前記被検体の画像を含む３次元ボリューム画像を取得する３次元画像取得部と、
予め取得されている前記非指標部の３次元形状および３次元空間内における配置に関するデータである３次元モデル情報に基づいて前記撮影画像のうち前記第２像および前記重なった像が写る特定領域を特定する領域特定部と、
前記特定領域に基づいて前記撮影画像から特定された前記第２像および前記重なった像を消去する画像処理を行う画像処理部と、
前記画像処理後に前記撮影画像の前記第１像と前記被検体の位置決めを行う前に前記３次元画像取得部により取得された３次元ボリューム画像に基づいて生成される参照画像の像とを照合して前記被検体の位置決めを行う位置決め部と、
を備えることを特徴とする被検体の位置決め装置。

【請求項2】

前記３次元モデル情報は、前記透視撮影装置に関する情報と、前記被検体を載置する載置台に関する情報と、前記被検体を固定する固定具に関する情報と、の少なくともいずれかの情報を含む請求項１に記載の被検体の位置決め装置。

【請求項3】

前記画像処理部は、前記第２像の画素値を前記第１像の画素値よりも低減させる前記画像処理を行う請求項１または請求項２に記載の被検体の位置決め装置。

【請求項4】

前記３次元画像取得部が取得した前記３次元ボリューム画像であって前記被検体および前記被検体以外の画像を含む前記３次元ボリューム画像に基づいて前記非指標部の前記３次元モデル情報を生成するモデル情報生成部を備える請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の被検体の位置決め装置。

【請求項5】

前記３次元画像取得部が取得した前記３次元ボリューム画像に基づいて前記指標部および前記非指標部を特定する指標特定部と、
前記指標特定部が特定した前記指標部および前記非指標部に基づいて前記参照画像を生成する参照画像生成部と、
を備える請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の被検体の位置決め装置。

【請求項6】

撮影画像取得部が、被検体の位置決めを行うときに透視撮影装置を用いて撮影され、前記被検体の位置決めの指標となる指標部の第１像と前記指標部以外の非指標部の第２像と前記第１像および前記第２像が重なった像とが写る３次元ボリューム画像である撮影画像を取得するステップと、
３次元画像取得部が、治療計画時であって前記被検体の位置決めを行う前に少なくとも前記被検体の画像を含む３次元ボリューム画像を取得するステップと、
領域特定部が、予め取得されている前記非指標部の３次元形状および３次元空間内における配置に関するデータである３次元モデル情報に基づいて前記撮影画像のうち前記第２像および前記重なった像が写る特定領域を特定するステップと、
画像処理部が、前記特定領域に基づいて前記撮影画像から特定された前記第２像および前記重なった像を消去する画像処理を行うステップと、
位置決め部が、前記画像処理後に前記撮影画像の前記第１像と前記被検体の位置決めを行う前に前記３次元画像取得部により取得された３次元ボリューム画像に基づいて生成される参照画像の像とを照合して前記被検体の位置決めを行うステップと、
を含むことを特徴とする被検体の位置決め方法。

【請求項7】

被検体の位置決めを行うときに透視撮影装置を用いて撮影され、前記被検体の位置決めの指標となる指標部の第１像と前記指標部以外の非指標部の第２像と前記第１像および前記第２像が重なった像とが写る３次元ボリューム画像である撮影画像を取得するステップと、
治療計画時であって前記被検体の位置決めを行う前に少なくとも前記被検体の画像を含む３次元ボリューム画像を取得するステップと、
予め取得されている前記非指標部の３次元形状および３次元空間内における配置に関するデータである３次元モデル情報に基づいて前記撮影画像のうち前記第２像および前記重なった像が写る特定領域を特定するステップと、
前記特定領域に基づいて前記撮影画像から特定された前記第２像および前記重なった像を消去する画像処理を行うステップと、
前記画像処理後に前記撮影画像の前記第１像と前記被検体の位置決めを行う前に取得された３次元ボリューム画像に基づいて生成される参照画像の像とを照合して前記被検体の位置決めを行うステップと、
をコンピュータに実行させることを特徴とする被検体の位置決めプログラム。

【請求項8】

請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の被検体の位置決め装置と、
前記位置決めが行われた前記被検体におけるターゲット部に放射線を照射する放射線照射装置と、
を備えることを特徴とする放射線治療システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、放射線治療システムを用いて治療を行うときの被検体の位置決め技術に関する。

【背景技術】

【0002】

放射線治療では、治療計画時にＣＴ装置を用いて取得した３次元画像に基づいてＤＲＲ画像を生成し、このＤＲＲ画像と放射線照射前に患者を撮影したＸ線画像とを照合し、患者の位置合わせをしている。ここで、治療計画時の３次元画像に寝台および拘束具などの像が含まれている場合でも、患者の像のみが抽出されたＤＲＲ画像を生成する技術がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１６－１０１３５８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

前述の技術にあっては、治療計画時に生成されるＤＲＲ画像（参照画像）から寝台および拘束具などの像が取り除かれるものの、放射線照射前のＸ線画像（撮影画像）には、寝台および拘束具などの像が写った状態であるので、この像が邪魔になってしまい、患者の位置決めが行い難いという課題がある。

【0005】

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、撮影画像と参照画像との照合精度を向上させることができ、被検体の位置決めが行い易くなる被検体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】

【0006】

本発明の実施形態に係る被検体の位置決め装置は、被検体の位置決めを行うときに透視撮影装置を用いて撮影され、前記被検体の位置決めの指標となる指標部の第１像と前記指標部以外の非指標部の第２像と前記第１像および前記第２像が重なった像とが写る３次元ボリューム画像である撮影画像を取得する撮影画像取得部と、治療計画時であって前記被検体の位置決めを行う前に少なくとも前記被検体の画像を含む３次元ボリューム画像を取得する３次元画像取得部と、予め取得されている前記非指標部の３次元形状および３次元空間内における配置に関するデータである３次元モデル情報に基づいて前記撮影画像のうち前記第２像および前記重なった像が写る特定領域を特定する領域特定部と、前記特定領域に基づいて前記撮影画像から特定された前記第２像および前記重なった像を消去する画像処理を行う画像処理部と、前記画像処理後に前記撮影画像の前記第１像と前記被検体の位置決めを行う前に前記３次元画像取得部により取得された３次元ボリューム画像に基づいて生成される参照画像の像とを照合して前記被検体の位置決めを行う位置決め部と、を備える。

【発明の効果】

【0007】

本発明の実施形態により、撮影画像と参照画像との照合精度を向上させることができ、被検体の位置決めが行い易くなる被検体の位置決め技術が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】第１実施形態の放射線治療システムを示す図。

【図2】第１実施形態の位置決め装置を示すブロック図。

【図3】Ｘ線照射部とＸ線検出部と被検体との関係を示す概略図。

【図4】位置決め処理を示すフローチャート。

【図5】位置決め処理を示すフローチャート。

【図6】Ｘ線画像の画像処理を示す説明図。

【図7】Ｘ線画像とＤＲＲ画像との照合処理を示す説明図。

【図8】変形例のＸ線画像の画像処理を示す説明図。

【図9】変形例のＸ線画像とＤＲＲ画像との照合処理を示す説明図。

【図10】変形例の画像処理技術を示す説明図。

【図11】変形例の画像処理技術を示す説明図。

【図12】変形例の画像処理技術を示す説明図。

【図13】変形例の画像処理技術を示す説明図。

【図14】変形例の画像処理技術を示す説明図。

【図15】変形例の画像処理技術を示す説明図。

【図16】第２実施形態の放射線治療システムを示す図。

【図17】第２実施形態の位置決め装置を示すブロック図。

【発明を実施するための形態】

【0009】

（第１実施形態）
以下、本実施形態を添付図面に基づいて説明する。まず、第１実施形態の被検体の位置決め装置について図１から図１５を用いて説明する。図１の符号１は、患者Ｐの体内に発生した腫瘍などの患部Ｇに放射線Ｒを照射して治療を行うために用いる放射線治療システムである。なお、治療に用いる放射線Ｒには、Ｘ線、γ線、電子線、陽子線、中性子線、重粒子線などが用いられる。

【0010】

なお、放射線治療を行うときには、充分な出力の放射線Ｒを患者Ｐ（被検体）の患部Ｇ（ターゲット部）の位置に正確に照射しなければならない。さらに、患部Ｇの近傍の正常な組織（非ターゲット部）の被ばく量を抑える必要がある。そこで、本実施形態では、治療計画時に取得した患者Ｐの画像と、放射線照射時に撮影した患者Ｐの画像とを照合することで、患者Ｐの位置決めを行って放射線Ｒを照射する。

【0011】

図１に示すように、放射線治療システム１を用いた治療計画を立てる際に、３次元ボリューム画像を入手する。例えば、まず、患者Ｐ（被検体）のコンピュータ断層撮影を行う。本実施形態では、コンピュータ断層撮影により患者Ｐの各種検査を行うための医用検査装置２が設けられている。この医用検査装置２は、Ｘ線ＣＴ装置で構成される。そして、医用検査装置２を用いて患者Ｐの３次元ボリューム画像（透視画像）を生成する。なお、３次元ボリューム画像は、例えば、ボクセルデータからなる。

【0012】

なお、本実施形態では、医用検査装置２としてＸ線ＣＴ装置を例示しているが、この医用検査装置２（診断装置）は、患者Ｐの３次元ボリューム画像を取得できるものであれば他の装置であっても良い。例えば、医用検査装置２は、ＭＲＩ装置（Magnetic Resonance Imaging）であっても良いし、超音波画像診断装置であっても良い。

【0013】

本実施形態の放射線治療システム１は、患者Ｐを透視した像が写るＸ線画像４０（撮影画像、透視画像、図６参照）を撮影するＸ線撮影装置３（透視撮影装置）と、このＸ線画像４０に基づいて患者Ｐの位置決めを行う位置決め装置４と、患者Ｐが載置される載置台５と、載置台５の位置を変更する台駆動装置６と、患者Ｐの患部Ｇに放射線を照射する放射線照射装置７と、放射線照射装置７を制御する照射制御部８と、を備える。また、患者Ｐは、載置台５に載置された状態で固定具９により固定される（図３参照）。

【0014】

なお、位置決め装置４は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤなどのハードウエア資源を有し、ＣＰＵが各種プログラムを実行することで、ソフトウエアによる情報処理がハードウエア資源を用いて実現されるコンピュータで構成される。さらに、後述の位置決め方法は、プログラムをコンピュータに実行させることで実現される。

【0015】

また、位置決め装置４は、医用検査装置２とＸ線撮影装置３と台駆動装置６と照射制御部８とに接続される。なお、Ｘ線撮影装置３は、Ｘ線を患者Ｐに照射するＸ線照射部１０と、患者Ｐを透過したＸ線を検出するＸ線検出部１１と、を備える。また、Ｘ線検出部１１は、フラットパネルディテクタ（ＦＰＤ）またはイメージインテンシファイアなどで構成される。

【0016】

本実施形態では、１のＸ線照射部１０および１のＸ線検出部１１で１組の機器が合計２組設けられている。２組のＸ線照射部１０およびＸ線検出部１１で異なる２方向から同時にＸ線撮影を行う。なお、Ｘ線撮影を時系列に沿って連続して行うことで、Ｘ線画像４０を用いた動画像を生成しても良い。

【0017】

なお、実際のＸ線撮影では、２組のＸ線照射部１０およびＸ線検出部１１を用いて、２方向（例えば、患者Ｐの右手側および左手側の２方向）から撮影した一対のＸ線画像４０が得られる。さらに、後述のＤＲＲ画像５０（Digitally Reconstructed Radiograph、デジタル再構成画像）についても、一対の画像が得られる。一対のＸ線画像４０およびＤＲＲ画像５０を用いることで、３次元的な位置決めを行うことが可能になる。しかしながら以下の説明では、理解を助けるために、患者Ｐを１方向から撮影したＸ線画像４０およびＤＲＲ画像５０を例示して説明する（図６から図１５参照）。

【0018】

図３に示すように、放射線治療を行う際には、載置台５（寝台）の上に患者Ｐが載置される（典型的には、寝かされる）。例えば、脳腫瘍などの治療を行う場合は、患部Ｇが存在する患者Ｐの頭部を固定具９で固定する。この固定具９は、載置台５に固定される金属製の固定部材１２と、患者Ｐの顔面を覆う樹脂製の拘束部１３を備える。また、載置台５は、樹脂製の台本体１４と、その内部に設けられた金属製のフレーム１５などを備える。以下、患部Ｇが頭部に存在する場合を例に説明するが、本発明の適用対象を特に限定するものではなく、患部Ｇ（典型的には腫瘍）が全身のいずれに存在する場合にも本発明を適用することができる。

【0019】

なお、金属製の固定部材１２およびフレーム１５などは、Ｘ線を通し難いので、Ｘ線画像４０に明瞭に写る。また、樹脂製の拘束部１３および台本体１４などは、Ｘ線を通し易いので、Ｘ線画像４０に殆ど写らない。また、Ｘ線撮影装置３では、人体を構成する部分において、骨Ｓの部分が最も明瞭に写るようにＸ線の出力を調整される。そして、Ｘ線照射部１０から照射されたＸ線がＸ線検出部１１で検出され、骨Ｓの部分を写したＸ線画像４０が得られる。

【0020】

また、本実施形態では、Ｘ線画像４０に写る患者Ｐの骨Ｓの部分が位置決めの指標となる指標部となっている。そして、この骨Ｓ以外の部分、例えば、載置台５および固定具９などの部分を非指標部とする。なお、Ｘ線画像４０において、人体を構成する骨Ｓ以外の臓器なども非指標部とする。

【0021】

さらに、治療計画時に、３次元ボリューム画像に基づいて、患者Ｐの骨Ｓの部分のみが写ったＤＲＲ画像５０を生成する。さらに、放射線照射に適した位置に骨Ｓが存在するように生成したＤＲＲ画像５０を参照画像とする。そして、放射線治療時にＸ線画像４０に写る骨Ｓの位置と、ＤＲＲ画像５０に写る骨Ｓの位置とが一致するように載置台５を移動させて患者Ｐの位置決めを行う（図７参照）。本実施形態では、放射線照射装置７の位置が固定されている。

【0022】

なお、一般的に、治療計画を行ってから治療を開始するまでに数週間の時間差が生じる。そのため、患者Ｐと載置台５および固定具９などの位置関係が、治療計画時と放射線治療時とで異なってしまう場合がある。また、治療計画時に想定した患者Ｐの位置と放射線照射装置７の位置とが異なってしまう場合もある。そこで、治療計画時に取得した３次元ボリューム画像に基づくＤＲＲ画像５０と、放射線治療時に撮影するＸ線画像４０とを正確に照合させる必要がある。

【0023】

ここで、Ｘ線画像４０には、固定具９および載置台５の金属部分の像が写り込んでしまう。このような像がＸ線画像４０に写った状態で、ＤＲＲ画像５０との照合作業を行おうとすると、固定具９および載置台５の像が邪魔になり、位置決め精度の低下を招いてしまう。そこで、本実施形態では、Ｘ線画像４０における骨Ｓ以外の像を消去する画像処理を施す（図３および図６参照）。

【0024】

なお、以下の説明では、Ｘ線画像４０に写る像おいて、患者Ｐの骨Ｓ（指標部、患者部）の像を第１像４１と称し、それ以外の固定具９など（非指標部、非患者部）の像を第２像４２と称する場合がある（図６参照）。さらに、ＤＲＲ画像５０に写る骨Ｓの像を基準像５１と称する場合がある（図７参照）。

【0025】

図１に示すように、位置決め装置４は、照射制御部８に接続されている。また、照射制御部８は、放射線照射装置７に接続されている。なお、照射制御部８は、位置決め装置４から出力される照射開始信号を受信したときに、放射線Ｒの照射を開始するように放射線照射装置７を制御する。

【0026】

図２に示すように、医用検査装置２は、患者Ｐの複数の方向からの投影データ（透視画像データ）を撮影する投影データ撮影部１６と、この投影データ撮影部１６により得られる２次元の複数の投影データに基づいて患者Ｐの立体的な３次元ボリューム画像を生成する３次元画像生成部１７と、を備える。なお、３次元ボリューム画像は、複数のボクセルの情報を含む。そして、３次元画像生成部１７は、３次元ボリューム画像を位置決め装置４に向けて出力する。

【0027】

なお、医用検査装置２は、コンピュータ断層撮影を時系列に沿って連続して行うことで、患者Ｐの立体的な動画像を生成しても良い。例えば、患部Ｇが動く部位である場合に、その３次元的な動きを取得することができる。

【0028】

また、位置決め装置４は、図２に示すように、患者Ｐの３次元ボリューム画像を医用検査装置２から取得する３次元画像取得部１８と、３次元ボリューム画像に含まれる指標部および非指標部の部分を特定する指標特定部１９と、３次元ボリューム画像に基づいて指標部のＤＲＲ画像５０を生成するＤＲＲ画像生成部２０（再構成画像生成部）と、ＤＲＲ画像生成部２０が生成した画像に基づいて参照画像となるＤＲＲ画像５０を生成する参照画像生成部２１と、生成した参照画像（ＤＲＲ画像５０）を記憶する参照画像記憶部２２と、を備える。

【0029】

ここで、ＤＲＲ画像生成部２０は、３次元ボリューム画像とＸ線撮影装置３のジオメトリ情報とに基づいてＤＲＲ画像５０（Digitally Reconstructed Radiograph、デジタル再構成画像）を生成する。なお、ＤＲＲ画像５０は、Ｘ線撮影装置３を用いて撮影したときのＸ線画像４０を、３次元ボリューム画像に基づいて仮想的に生成した画像である。また、Ｘ線画像４０およびＤＲＲ画像５０は、ほぼ同じ構図の画像となる。なお、前述の指標特定部１９では、指標部および非指標部を特定する処理を行い、画像を消去する処理を行わない。また、ＤＲＲ画像生成部２０が生成したＤＲＲ画像５０には、固定具９などが映り込んでいる。

【0030】

また、参照画像生成部２１は、ＤＲＲ画像生成部２０が生成したＤＲＲ画像５０から固定具９などが写った領域の像（非指標部と、この非指標部と重なっている指標部の一部の像を含む像）を消去して、参照画像となるＤＲＲ画像５０を生成する。そして、生成された参照画像（ＤＲＲ画像５０）が参照画像記憶部２２に記憶される。このようにすれば、第１像４１（指標部）において消去されずに残された部分に相当する像のみが参照画像となるＤＲＲ画像５０に含まれるので、Ｘ線画像４０とＤＲＲ画像５０との照合精度を向上させることができる。

【0031】

なお、ジオメトリ情報には、Ｘ線照射部１０の位置、Ｘ線検出部１１の位置、およびＸ線検出部１１においてＸ線を検出する面の向きを表すパラメータが含まれる。このジオメトリ情報は、Ｘ線撮影装置３の設計図データ（ＣＡＤデータ）などに基づいて予め構成される。このジオメトリ情報は、後述の情報入力部２４に入力される入力情報である。

【0032】

また、ジオメトリ情報は、治療計画時にユーザ（例えば医師）が入力するものであっても良いし、外部機器から取得するものであっても良い。さらに、ＤＲＲ画像生成部２０がジオメトリ情報を予め記憶していても良い。なお、情報入力部２４は、Ｘ線撮影装置３が可動式である場合に、可動に応じて変化する各状態のジオメトリ情報を継続的に取得しても良いし、予め記憶しておいても良い。

【0033】

また、医用検査装置２で撮影した３次元ボリューム画像には、患者Ｐの画像の他に、載置台５および固定具９の像も含まれる。また、患者Ｐの画像は、骨Ｓの部分および骨Ｓ以外の組織の部分の像が含まれる。これら各部分のＣＴ値は、それぞれ異なっている。そして、位置決め装置４の指標特定部１９は、３次元ボリューム画像のＣＴ値を識別することで、患者Ｐの骨Ｓの部分（指標部）および他の部分（非指標部）を特定することができる。また、情報入力部２４に入力される入力情報を用いて骨Ｓ以外の部分（非指標部）を特定しても良い。

【0034】

なお、骨Ｓの部分および他の部分を識別する作業を、治療計画時にユーザの入力作業に基づいて行っても良い。例えば、ユーザが３次元ボリューム画像に含まれる骨Ｓの部分を特定する入力操作を行っても良い。さらに、ユーザを補助するために、コンピュータが自動的に骨Ｓの部分を特定し、その修正をユーザが行うものでも良い。

【0035】

また、位置決め装置４は、図２に示すように、Ｘ線撮影装置３が撮影したＸ線画像４０を取得するＸ線画像取得部２３（撮影画像取得部）と、載置台５の配置状態などの各種情報が入力される情報入力部２４と、非指標部の３次元モデル情報を生成するモデル情報生成部２５と、この非指標部の３次元モデル情報を記憶するモデル情報記憶部２６と、をさらに備える。

【0036】

また、情報入力部２４に入力される各種情報には、Ｘ線撮影装置３のジオメトリ情報と、患者Ｐを載置する載置台５の配置状態を示す台情報と、患者Ｐを固定する固定具９の配置状態を示す固定具情報などが含まれる。なお、情報入力部２４では、ユーザに各種情報の入力が行われても良いし、他の機器からネットワークを介して各種情報の入力が行われても良い。

【0037】

また、モデル情報生成部２５は、例えば、前述の指標特定部１９が３次元ボリューム画像において特定した骨Ｓ以外の部分（非指標部）に基づいて非指標部の３次元モデル情報を生成する。典型的には、３次元ボリューム画像の骨Ｓの部分（指標部）と、骨Ｓ以外の部分（非指標部）とを分離することで、非指標部の３次元ボリューム画像を取得する。そして、この非指標部の３次元ボリューム画像に基づいて非指標部の３次元モデル情報を生成する。

【0038】

例えば、モデル情報生成部２５は、３次元ボリューム画像を画素値（ボクセル値）と画素の空間的な連続性を利用して複数の領域に分割する。そして、それぞれの領域の平均画素値、サイズ、形状、位置関係といった情報に基づいて、指標部と非指標部とを決定する。

【0039】

また、予め用意したラベルを各画素に付与し、これらのラベルに基づいて３次元ボリューム画像を分割しても良い。例えば、指標部の画素に指標ラベルを付与し、非指標部の画素に非指標ラベルを付与した画像を予め用意する。さらに、この画像の画素の周辺パターンから抽出した特徴量によって、その画素の非指標部らしさを算出する辞書を作成しておく。そして、３次元ボリューム画像の各画素に対して辞書を適用することで、非指標部らしさを算出し、閾値処理を行うことで非指標部の画素を分離する。なお、治療計画時に入力された非指標部を表す情報がある場合は、その情報に基づいて３次元ボリューム画像を分割しても良い。

【0040】

また、非指標部の３次元モデル情報には、載置台５および固定具９などの構成を示す情報と、患者Ｐを構成する部分で骨Ｓ以外の部分を示す情報とを含んでも良い。このようにすれば、治療計画時などに取得可能な患者Ｐの３次元ボリューム画像によって、載置台５および固定具９などの非指標部の３次元モデル情報を取得できるので、非指標部の３次元モデル情報（載置台５および固定具９の設計図データなど）を別途に準備する手間を省くことができる。なお、３次元ボリューム画像から分離された非指標部の部分は、３次元モデル情報として生成され、モデル情報記憶部２６に記憶される。

【0041】

なお、３次元ボリューム画像を基に非指標部の３次元モデル情報を生成する方法を例として説明したが、３次元モデル情報の生成方法は、特にこれに限定されない。例えば、情報入力部２４に入力される台情報または固定具情報を参照して非指標部の３次元モデル情報を生成しても良い。或いはまた、非指標部の３次元モデル情報は、医用検査装置２以外の装置から入力されても良いし、医用画像を蓄積するサーバから入力されても良いし、ＣＤまたはＤＶＤなどの記憶媒体（メディア）から入力されても良いし、他の機器からネットワークを介して入力されても良い。

【0042】

また、位置決め装置４は、図２に示すように、モデル情報記憶部２６に記憶された非指標部の３次元モデル情報を取得する非指標情報取得部２７と、非指標部の３次元モデル情報に基づいてＸ線画像４０における非指標部の第２像４２の領域を特定する領域特定部２８と、特定された領域に画像処理を施す画像処理部２９と、画像処理が施されたＸ線画像４０の指標部の第１像４１と参照画像としてのＤＲＲ画像５０の基準像５１とを照合して患者Ｐの位置決めを行う位置決め部３０と、画像処理が施されたＸ線画像４０を表示する表示部３１と、Ｘ線画像４０の第１像４１と参照画像としてのＤＲＲ画像５０の基準像５１とのずれ量を算出するずれ量算出部３２と、ずれ量に基づいて載置台５を移動させる台駆動装置６と、ずれ量が予め定められた閾値以下である場合に照射開始信号を出力する照射信号出力部３３と、をさらに備える。

【0043】

図６（Ａ）は、Ｘ線撮影装置３を用いて撮影したＸ線画像４０である。このＸ線画像４０には、患者Ｐの頭蓋骨Ｓの第１像４１と、固定具９などの第２像４２とが写っている。ここで、領域特定部２８は、非指標情報取得部２７が取得した非指標部の３次元モデル情報と、情報入力部２４に入力された各種情報とに基づいて、Ｘ線画像４０において固定具９などの第２像４２が写っている特定領域Ｑ（図６（Ａ）において破線で示す）を特定する。なお、図６（Ａ）の例では、第２像４２の一部が第１像４１の一部（頭蓋骨Ｓの側頭部）と重なっている。なお、特定領域Ｑは、第２像４２と重なった部分であるが、図６（Ａ）では、理解を助けるために、特定領域Ｑを示す破線と第２像４２を示す実線とを、ずらして図示している。

【0044】

本実施形態では、領域特定部２８が情報入力部２４に入力された各種情報に基づいて特定領域Ｑを特定することで、Ｘ線撮影装置３と載置台５と固定具９の配置状態により写り方が変化する特定領域Ｑ（第２像４２が写る領域）を特定することができる。なお、情報入力部２４に入力された全ての入力情報を用いる必要はなく、各装置の配置状態を示すいずれかの情報のみを用いて特定領域Ｑを特定しても良い。また、情報入力部２４に入力される各種情報には、患者Ｐの衣服または装着物の情報が含まれていても良い。

【0045】

図６（Ｂ）に示すように、画像処理部２９は、Ｘ線画像４０において特定領域Ｑに写る像を消去する画像処理を行う。なお、第１実施形態では、特定領域Ｑに写る第１像４１および第２像４２の双方を消去する。この画像処理は、特定領域Ｑの画素値（輝度値）を固定値で置き換えるようにすると良い。例えば、Ｘ線画像４０の画素値は、必ず正の値を持つため、特定領域Ｑの画素値を－１に置き換えることで、特定領域Ｑと特定領域以外の領域（非特定領域）とを区別することができる。このようにすると、Ｘ線画像４０には、特定領域以外に写る第１像４１（頭蓋骨Ｓの部分）のみが残る。つまり、特定領域Ｑに写る第２像４２を位置決めの照合対象から排除することができる。

【0046】

さらに、表示部３１は、画像処理が施されたＸ線画像４０を表示する。なお、この表示部３１に表示されたＸ線画像４０をユーザが見ることができる。つまり、位置決め部３０による照合状態を、表示部３１を用いてユーザが見ることができる。ここで、表示部３１は、Ｘ線画像４０とＤＲＲ画像５０とを重複した状態で表示する。また、表示部３１は、Ｘ線画像４０とＤＲＲ画像５０とを並べて表示しても良いし、双方を交互に切り替えて表示しても良い。このようにすれば、指標部を用いて患者Ｐの位置決めを行うときに、その状態を表示部３１に表示されるＸ線画像４０によってユーザが把握することができる。ここで、画像処理が施されたＸ線画像４０を変更または修正するユーザの操作を受け付けるようにしても良い。

【0047】

また、第１実施形態において、表示部３１に画像処理後のＸ線画像４０を表示するときには、消去した特定領域Ｑに所定の色彩を付して表示しても良いし、特定領域Ｑの画素を反転させて表示しても良いし、特定領域を一色で塗り潰して表示しても良い。

【0048】

図７に示すように、位置決め部３０は、画像処理が施されたＸ線画像４０（図７（Ａ））と、参照画像として生成されたＤＲＲ画像５０（図７（Ｂ））とを照合して患者Ｐの位置決めを開始する。なお、ＤＲＲ画像５０の特定領域Ｑに写る像は、参照画像生成部において参照画像が生成される際に予め消去されている。また、Ｘ線画像４０とＤＲＲ画像５０とを照合する位置決め作業は、互いの画像の類似度（患者Ｐの位置のずれ量）が閾値以下であると判定されるまで実行される（図７（Ｃ））。本実施形態において、２つの画像の類似度は、当該画像に写る患者Ｐの位置のずれ量を示し、類似度を示す値が小さいほど両画像が類似していることを示すものとする。なお、基準像５１は、第１像４１と重なった部分であるが、図７（Ｃ）では、理解を助けるために、基準像５１を示す破線と第１像４１を示す実線とを、ずらして図示している。

【0049】

また、ずれ量算出部３２は、患者Ｐの位置のずれ量を示す値であって、Ｘ線画像４０とＤＲＲ画像５０との類似度を算出する。例えば、Ｘ線画像４０とＤＲＲ画像５０との類似度が閾値を超えている場合は、台駆動装置６を用いて患者Ｐを載せた載置台５を移動させる。そして、再びＸ線撮影を行ってＸ線画像４０を取得する。さらに、再びＸ線画像４０とＤＲＲ画像５０とを照合し、かかる載置台５の移動からＸ線画像４０とＤＲＲ画像５０とを照合するまでの作業を、Ｘ線画像４０とＤＲＲ画像５０との類似度が閾値以下になるまで繰り返す。

【0050】

ここで、ＤＲＲ画像５０とＸ線画像４０の各画素の各座標位置を（ｕ,ｖ）とした場合に、ＤＲＲ画像５０の画素位置（ｕ,ｖ）における画素値をＩ（ｕ,ｖ）とし、Ｘ線画像４０の画素位置（ｕ,ｖ）における画素値をＸ（ｕ,ｖ）として表す。また、ＤＲＲ画像５０（参照画像）とＸ線画像４０（撮影画像）の類似度（患者Ｐの位置のずれ量）を示す誤差をｅとした場合に、以下の数式１および数式２のように計算する。数式１および数式２は、Ｘ線画像４０の特定領域Ｑの画素値を－１に置き換える場合のずれ量の計算式である。なお、φは所定の関数である。

【0051】

【数1】

【0052】

【数2】

【0053】

そして、誤差ｅが予め定められた閾値以下になるまで、Ｘ線画像４０の撮影と載置台５の移動を繰り返すと良い。

【0054】

なお、患者Ｐの位置決め作業が完了した後（すなわち、ずれ量算出部３２において類似度が閾値以下であると判定されると）、照射信号出力部３３が照射制御部８に向けて照射開始信号を出力する。また、照射制御部８は、位置決め装置４から出力される照射開始信号を受信したときに、放射線照射装置７を用いた放射線Ｒの照射を開始する。

【0055】

次に、位置決め装置４が実行する位置決め処理（位置決め方法）について図４および図５を用いて説明する。なお、フローチャートの各ステップの説明にて、例えば「ステップＳ１１」と記載する箇所を「Ｓ１１」と略記する。

【0056】

まず、治療計画時において、患者Ｐを医用検査装置２で検査することで３次元ボリューム画像が生成される。そして、位置決め装置４において、３次元画像取得部１８は、医用検査装置２から３次元ボリューム画像を取得する（Ｓ１１）。次に、Ｘ線撮影装置３のジオメトリ情報と載置台５の台情報と固定具９の固定具情報などが、情報入力部２４に入力される（Ｓ１２）。

【0057】

次に、指標特定部１９は、３次元ボリューム画像の骨Ｓの部分（指標部）と、骨Ｓ以外の部分（非指標部）とを特定する（Ｓ１３）。次に、ＤＲＲ画像生成部２０は、３次元ボリューム画像とＸ線撮影装置３のジオメトリ情報とに基づいてＤＲＲ画像５０を生成する（Ｓ１４）。次に、参照画像生成部２１は、ＤＲＲ画像生成部２０が生成したＤＲＲ画像５０から固定具９など（非指標部）の部分を消去して、参照画像となるＤＲＲ画像５０を生成する（Ｓ１５）。

【0058】

次に、モデル情報生成部２５は、骨Ｓの部分（指標部）と、骨Ｓ以外の部分（非指標部）とが特定された３次元ボリューム画像に基づいて、固定具９など（非指標部）の３次元モデル情報を生成する（Ｓ１６）。次に、非指標情報取得部２７は、固定具９などの３次元モデル情報を取得する（Ｓ１７）。

【0059】

次に、放射線治療を開始する。この放射線治療の開始時において、Ｘ線撮影装置３は、患者ＰのＸ線画像４０を撮影する（Ｓ１８）。次に、Ｘ線画像取得部２３は、患者Ｐの位置決めの指標となる骨Ｓの部分（指標部）の第１像４１と、骨Ｓ以外の部分（非指標部）の第２像４２とが写るＸ線画像４０をＸ線撮影装置３から取得する（Ｓ１９）。

【0060】

次に、領域特定部２８は、Ｘ線画像４０において固定具９などの第２像４２が写っている特定領域Ｑを特定する（Ｓ２０）。次に、画像処理部２９は、Ｘ線画像４０において特定領域Ｑに写る像を消去する画像処理を行う（Ｓ２１）。次に、表示部３１は、画像処理が施されたＸ線画像４０を表示する（Ｓ２２）。

【0061】

次に、位置決め部３０は、画像処理が施されたＸ線画像４０と、参照画像として生成されたＤＲＲ画像５０とを照合して患者Ｐの位置決め作業を開始する（Ｓ２３）。次に、ずれ量算出部３２は、患者Ｐの位置のずれ量を示す値であって、Ｘ線画像４０とＤＲＲ画像５０との類似度を算出する（Ｓ２４）。

【0062】

次に、ずれ量算出部３２は、算出されたずれ量（類似度）が閾値以下であるか否かを判定する（Ｓ２５）。ここで、ずれ量が閾値以下である場合は、照射信号出力部３３から照射制御部８へ照射開始信号を出力し（Ｓ２６）、位置決め処理を終了する。一方、ずれ量が閾値を超えている場合は、台駆動装置６を用いて患者Ｐを載せた載置台５を移動させる（Ｓ２７）。そして、前述のＳ１８に戻る。なお、載置台５を移動させるときには、Ｘ線画像４０とＤＲＲ画像５０とのずれ量（差分）に基づいて、載置台５の移動方向または移動量を調整しても良い。

【0063】

なお、本実施形態の各フローチャートにおいて、各ステップが直列に実行される形態を例示しているが、必ずしも各ステップの前後関係が固定されるものでなく、一部のステップの前後関係が入れ替わっても良い。また、一部のステップが他のステップと並列に実行されても良い。

【0064】

なお、第１実施形態では、Ｘ線画像４０から第２像４２を除去するなどの画像処理を行う前に、領域特定部２８がＸ線画像４０における特定領域Ｑ（第２像４２が写る領域）を特定するので、Ｘ線画像４０の全体に画像処理を行う必要が無い。即ち、画像処理を行う面積（画素数）を最小限度にすることができる。そのため、リアルタイム処理を効率的に行うことができる。このように、第１実施形態に記載の技術によると、特定領域Ｑの画素の処理で済み、画像全体の画素を処理することと比較して、画像処理の負荷を低減することができる。例えば、患者Ｐ（被検体）の位置合わせをするときには、患者Ｐの位置が変更される度にＸ線画像４０の再撮影を行うので、多量のＸ線画像４０の処理を行わなければならないが、第１実施形態では、その処理負荷を低減させることができる。

【0065】

また、第１実施形態では、撮影画像が、患者Ｐの位置決めを行うときに撮影される２次元のＸ線画像４０であり、位置決め部３０は、ＤＲＲ画像５０を参照画像として患者Ｐの位置決めを行うようにしている。このようにすれば、位置決めに用いる撮影画像の撮影を行うときには、２次元のＸ線画像４０の撮影で済むので、患者Ｐの被ばく量を低減することができる。

【0066】

なお、第１実施形態では、画像処理部２９が、特定領域Ｑに写る第１像４１および第２像４２の双方を完全に消去するようにしているが、特定領域Ｑに写る第１像４１および第２像４２の双方を完全に消去しなくても良い。例えば、特定領域Ｑに写る第１像４１および第２像４２の画素値を、特定領域以外に写る第１像４１の画素値よりも低減させるものであっても良い。

【0067】

なお、第１実施形態では、非指標部の３次元モデル情報を治療計画時に撮影した３次元ボリューム画像に基づいて生成しているが、その他の態様で３次元モデル情報を取得しても良い。例えば、非指標部の３次元モデル情報が外部から入力されても良い。

【0068】

次に、変形例におけるＸ線画像４０の画像処理について図８および図９を用いて説明する。なお、前述した実施形態に示される構成部分と同一構成部分については同一符号を付して重複する説明を省略する。

【0069】

図８（Ａ）に示すように、Ｘ線画像４０（撮影画像、透視画像）には、患者Ｐの頭蓋骨Ｓの第１像４１と、固定具９などの第２像４２とが写っている。ここで、領域特定部２８は、非指標情報取得部２７が取得した非指標部の３次元モデル情報と、情報入力部２４に入力された各種情報とに基づいて、Ｘ線画像４０において固定具９などの第２像４２が写っている特定領域Ｑを特定する。なお、図８（Ａ）の例では、第２像４２の一部が第１像４１の一部（頭蓋骨Ｓの側頭部）と重なっている。なお、特定領域Ｑは、第２像４２と重なった部分であるが、図８（Ａ）では、理解を助けるために、特定領域Ｑを示す破線と第２像４２を示す実線とを、ずらして図示している。

【0070】

図８（Ｂ）に示すように、画像処理部２９は、前述の位置決め処理の画像処理のステップ（Ｓ２１）にて、Ｘ線画像４０において特定領域Ｑに写る第２像４２を消去する画像処理を行う。なお、前述の第１実施形態では、特定領域Ｑに写る第１像４１および第２像４２の双方を消去しているが、変形例では、特定領域Ｑに写る第１像４１を残し、第２像４２のみを消去する。

【0071】

この画像処理は、ＤＲＲ画像生成部２０が生成したＤＲＲ画像５０（図９（Ｂ））に基づいて、予めＸ線画像４０に写ることが想定される第２像４２の画素値（輝度値）を算出しておく。なお、算出した画素値は、画像の各画素に対応している。そして、算出した画素値を、実際に撮影されたＸ線画像４０における各画素から減算することで、第２像４２のみを消去することができる。なお、基準像５１は、第１像４１と重なった部分であるが、図９（Ｃ）では、理解を助けるために、基準像５１を示す破線と第１像４１を示す実線とを、ずらして図示している。

【0072】

このようにすると、第１像４１に第２像４２の一部が重なっている場合でも、第２像４２のみが消去され、第１像４１（頭蓋骨Ｓの部分）の全部がＸ線画像４０（図９（Ａ））に残るので、指標部を指標とした位置決めが行い易くなる（図９（Ｃ））。なお、第１像４１に第２像４２の一部が重なっている場合に、第２像４２のみを消去する画像処理技術には、様々なものを適用することができる。

【0073】

なお、変形例では、画像処理部２９が、第２像４２を完全に消去するようにしているが、第２像４２を完全に消去しなくても良い。例えば、第２像４２の画素値を第１像４１の画素値よりも低減させるものであっても良い。また、第１像４１の全部がＸ線画像４０に残るようにしているが、特定領域Ｑの第１像４１の画素値が低減されるものであっても良い。その場合に、第１像４１の画素値の低減量が、第２像４２の画素値の低減量よりも小さくなっていれば良い。

【0074】

また、変形例において、表示部３１に画像処理後のＸ線画像４０を表示するときには、第２像４２を消去した部分に所定の色彩を付して表示しても良いし、第２像４２を消去したＸ線画像４０と第２像４２を消去する前のＸ線画像４０との差分画像を表示しても良いし、第２像４２を消去したＸ線画像４０と第２像４２を消去する前のＸ線画像４０とを切り換えて表示しても良い。

【0075】

次に、Ｘ線画像４０から第２像４２のみを消去する変形例の画像処理技術について図１０～図１５を用いて説明する。なお、図１０～図１５では、理解を助けるために、Ｘ線画像４０（撮影画像、透視画像）の頭蓋骨Ｓ（第１像４１、指標部）の中央近傍に、固定具９（第２像４２、非指標部）が写っているものを例示する。なお、図１０～図１５中のラインＬは、同じ位置である。

【0076】

また、骨Ｓおよび固定具９などのＸ線を透過し難い部分がＸ線画像４０上で暗く写るものとして説明する。さらに、Ｘ線画像４０において、明るい部分の輝度値が大きく、暗い部分の輝度値が小さくなる。つまり、この輝度値が小さい部分は、骨Ｓの形状を示す第１像４１、または固定具９の形状を示す第２像４２を構成する情報を含んでいる場合がある。

【0077】

なお、Ｘ線画像４０は、白黒反転（明暗反転）させることが可能である。白黒反転した場合には、Ｘ線を透過し難い部分がＸ線画像４０上で明るく写る場合がある。以下の説明で述べる「明るい」と「暗い」の文言、および輝度値の大小は、Ｘ線画像４０の白黒反転に応じて任意に変更可能である。

【0078】

図１０（Ａ）は、画像処理前のＸ線画像４０である。このＸ線画像４０には、患者Ｐの頭蓋骨Ｓの第１像４１と、固定具９の第２像４２とが写っている。なお、特定領域Ｑは、第２像４２と重なった部分であるが、図１０（Ａ）では、理解を助けるために、特定領域Ｑを示す破線と第２像４２を示す実線とを、ずらして図示している。また、図１０（Ｂ）のグラフにおいて、横軸は、Ｘ線画像４０のラインＬ上の位置（ｕ軸）を示し、縦軸は、Ｘ線画像４０のラインＬに対応した各画素の輝度値（明るさ）を示している。なお、Ｘ線画像４０において、第１像４１の部分の輝度値４３が小さくなっている。さらに、第１像４１と第２像４２とが重なった部分の輝度値４４が最も小さくなっている。

【0079】

図１１（Ａ）は、固定具９の第２像４２が写ったＤＲＲ画像５０である。このＤＲＲ画像５０は、非指標部の３次元モデル情報に基づいて生成される。また、図１１（Ｂ）のグラフにおいて、横軸は、ＤＲＲ画像５０のラインＬ上の位置（ｕ軸）を示し、縦軸は、ＤＲＲ画像５０のラインＬに対応した各画素の輝度値（明るさ）を示している。なお、ＤＲＲ画像５０において、第２像４２の部分の輝度値５２が小さくなっている。

【0080】

図１２（Ａ）は、画像処理後のＸ線画像４０である。このＸ線画像４０は、固定具９の第２像４２が消去され、患者Ｐの頭蓋骨Ｓの第１像４１のみが写っている。また、図１２（Ｂ）のグラフにおいて、横軸は、Ｘ線画像４０のラインＬ上の位置（ｕ軸）を示し、縦軸は、Ｘ線画像４０のラインＬに対応した各画素の輝度値（明るさ）を示している。なお、画像処理後のＸ線画像４０では、前述の図１０（Ｂ）の最も小さい輝度値４４が消去され、第１像４１の輝度値４３が残っている。

【0081】

Ｘ線画像４０から第２像４２のみを消去する画像処理技術について詳述すると、ＤＲＲ画像５０とＸ線画像４０の各画素の各座標位置を（ｕ,ｖ）とした場合に、図１０に示す画像処理前のＸ線画像４０の画素位置（ｕ,ｖ）における画素値をＸ（ｕ,ｖ）とし、図１１に示すＤＲＲ画像５０の画素位置（ｕ,ｖ）における画素値をＩ（ｕ,ｖ）とし、図１２に示す画像処理後のＸ線画像４０の画素位置（ｕ,ｖ）における画素値をＡ（ｕ,ｖ）として表す。例えば、図１０に示す画像処理前のＸ線画像４０の画素値Ｘ（ｕ,ｖ）から、図１１に示すＤＲＲ画像５０の画素値Ｉ（ｕ,ｖ）を減算することで、図１２に示す画像処理後のＸ線画像４０の画素値Ａ（ｕ,ｖ）が生成される。

【0082】

また、画像処理技術の一例として、図１０に示すＸ線画像４０に対して、画像処理としてのインペインティング処理を施すことができる。このインペインティング処理を施すことで、図１２に示すＸ線画像４０が生成される。なお、インペインティング処理が施される部分は、固定具９の第２像４２が写っている画素が集合した特定領域Ｑの部分である。この特定領域Ｑは、前述の固定具９など（非指標部）の３次元モデル情報に基づいて決定することができる。

【0083】

なお、Ｘ線画像４０には、患者Ｐの頭蓋骨Ｓの形状に関する細部情報を含んでいる。この細部情報は、頭蓋骨Ｓの表面の凹凸、または頭蓋骨Ｓの内部の詳細な構造などの情報を含んでいる。前述のインペインティング処理では、このような細部情報が消去されてしまう場合がある。そこで、前述の図１２に示すＸ線画像４０の画素値Ａ（ｕ,ｖ）に対して細部情報を残した画像処理を行う例を次に説明する。なお、実際のＸ線画像４０は細部情報を含むものであるが、理解を助けるために、図１２に示すＸ線画像４０が細部情報を含まないものとして説明をする。

【0084】

図１３（Ａ）は、画像処理前のＸ線画像４０である。このＸ線画像４０には、患者Ｐの頭蓋骨Ｓの第１像４１と、固定具９の第２像４２とが写っている。なお、特定領域Ｑは、第２像４２と重なった部分であるが、図１３（Ａ）では、理解を助けるために、特定領域Ｑを示す破線と第２像４２を示す実線とを、ずらして図示している。また、図１３（Ｂ）の画像処理前のＸ線画像４０の画素値Ｘ（ｕ,ｖ）のグラフにおいて、横軸は、Ｘ線画像４０のラインＬ上の位置（ｕ軸）を示し、縦軸は、Ｘ線画像４０のラインＬに対応した各画素の輝度値（明るさ）を示している。なお、Ｘ線画像４０において、第１像４１と第２像４２とが重なった部分の輝度値４４に、頭蓋骨Ｓの表面の凹凸、または頭蓋骨Ｓの内部の詳細な構造などを示す細部情報４５が含まれる。

【0085】

図１３（Ｃ）は、減算用の画素値Ｙ（ｕ,ｖ）のグラフである。このグラフには、第１像４１の部分の輝度値４３と、第１像４１と第２像４２とが重なった部分の輝度値４４とが含まれる。なお、第１像４１の部分の輝度値４３と、第１像４１と第２像４２とが重なった部分の輝度値４４とは、ＤＲＲ画像生成部２０で生成されるＤＲＲ画像５０に基づいて予め生成することができる。

【0086】

ここで、図１３（Ｂ）の画像処理前のＸ線画像４０の画素値Ｘ（ｕ,ｖ）から、図１３（Ｃ）の減算用の画素値Ｙ（ｕ,ｖ）を減算することで、図１４（Ｂ）の減算後の画素値Ｔ（ｕ,ｖ）のグラフを得ることができる。なお、図１４（Ａ）は、減算後の画素値Ｔ（ｕ,ｖ）のＸ線画像４０である。このＸ線画像４０は、第２像４２と重なった部分（図１３（Ａ）参照）の第１像４１の一部４１Ａを含む。また、図１４に示すように、減算後のＸ線画像４０では、第１像４１における細部情報４５が含まれる部分のみが残る。

【0087】

なお、前述した態様では、減算用の画素値Ｙ（ｕ,ｖ）をＤＲＲ画像生成部で生成されるＤＲＲ画像５０に基づいて生成する場合を例として説明したが、これに限定されない。例えば、図１４（Ｂ）に示す画素値Ｔ（ｕ,ｖ）を推定する場合は、Ｘ線画像４０における特定領域Ｑを参照したエッジ保存型の平滑化による処理を行い、図１３（Ｃ）の減算用の画素値Ｙ（ｕ,ｖ）を推定する。さらに、図１３（Ｂ）の画素値Ｘ（ｕ,ｖ）から図１３（Ｃ）の画素値Ｙ（ｕ,ｖ）を減算することで、図１４（Ｂ）の減算後の画素値Ｔ（ｕ,ｖ）を推定すると良い。また、エッジ保存型の平滑化としては、例えば、ジョイントバイラテラルフィルタまたはガイデッドフィルタなどを用いることができる。

【0088】

そして、図１４（Ｂ）の画素値Ｔ（ｕ,ｖ）を、図１２（Ｂ）の画素値Ａ（ｕ,ｖ）に加算することで、図１５（Ａ）に示す細部情報４５を含む第１像４１を生成することができる。図１５（Ｂ）に示すように、細部情報４５を含むＸ線画像４０の画素値Ａ（ｕ,ｖ）を生成することができる。

【0089】

なお、Ｘ線画像４０に対してインペインティング処理を施す画像処理を例示したが、インペインティング処理を用いない画像処理を行っても良い。例えば、類似度（患者Ｐの位置のずれ量）を示す誤差をｅとした場合に、以下の数式３のように計算する。

【0090】

【数3】

【0091】

ここで、Ａ（ｕ,ｖ）は、Ｘ線撮影装置３の被写体に固定具９など（非指標部）がなかったと仮定した場合に、Ｘ線照射部１０からＸ線検出部１１にＸ線が多く到達すると想定できる画素値を示す。また、Ｘ（ｕ,ｖ）は、実際に撮影されたＸ線画像４０に基づく既知の画像値である。つまり、Ｘ線画像４０から固定具９の第２像４２を仮想的に除去した画素値Ａ（ｕ,ｖ）のＸ線画像４０を生成する場合に、固定具９の第２像４２の画素値Ｉ（ｕ,ｖ）を推定する必要がある。

【0092】

この画素値Ｉ（ｕ,ｖ）を推定するときには、まず、治療計画時に取得される３次元ボリューム画像に基づいて、固定具９の第２像４２が写るＤＲＲ画像５０を生成する。このＤＲＲ画像５０の画素値をＤ（ｕ,ｖ）とする。例えば、画素値Ｉ（ｕ,ｖ）を画素値Ｄ（ｕ,ｖ）の一次変換で表現し、その係数を推定することで、画素値Ｉ（ｕ,ｖ）が得られる。この推定は、不良設定問題であるものの、係数が局所的に一定であるなどの仮定を置くことで解ける。こうして画素値Ｉ（ｕ,ｖ）が得られることで、画素値Ａ（ｕ,ｖ）が生成される。

【0093】

なお、第１像４１および第２像４２が写ったＸ線画像４０から第２像４２が仮想的に除去された画像を機械学習により生成するようにしても良い。さらに、画素値Ｉ（ｕ,ｖ）を各画素に持つ画像を出力する関数を機械学習により取得しても良い。また、機械学習には、Ｄｅｅｐ Ｌｅａｒｎｉｎｇ、ＳＶＭなどを利用することができる。そして、機械学習を行った所定の画像処理装置に、第１像４１および第２像４２が写ったＸ線画像４０を入力して、第２像４２を仮想的に除去されたＸ線画像４０が生成されても良い。また、所定の画像処理装置に、第１像４１および第２像４２が写ったＸ線画像４０と、第２像４２が写ったＤＲＲ画像５０と、を入力して、第２像４２を仮想的に除去されたＸ線画像４０が生成されても良い。

【0094】

なお、患者Ｐの位置決めを行う場合に、ＤＲＲ画像５０（参照画像）とＸ線画像４０（撮影画像）の類似度（患者Ｐの位置のずれ量）を示す誤差ｅを、以下の数式４のように計算すると良い。この例では、Ｘ線画像４０から固定具９など（非指標部）の第２像４２が除去されているので、前述の第１実施形態と異なり、誤差ｅの計算に用いる画素を、特定領域Ｑと特定領域以外の領域（非特定領域）とで区別する必要がない。

【0095】

【数4】

【0096】

このようにすれば、Ｘ線画像４０に写る第１像４１とＤＲＲ画像５０の基準像５１との照合精度を向上させることができ、患者Ｐの位置決めが行い易くなる。

【0097】

なお、本実施形態では、Ｘ線画像４０（撮影画像）に画像処理を施した後に、ＤＲＲ画像５０（参照画像）と照合しているが、Ｘ線画像４０に画像処理を施さずに、つまり、第２像４２を消去していないＤＲＲ画像５０と照合しても良い。例えば、ＤＲＲ画像５０の生成は、放射線治療システム１における実際の機器の配置に合わせて行われる。このため、ＤＲＲ画像５０を構成する各画素のうち、第２像４２が写る部分（典型的には特定領域Ｑ）の画素を生成することができる。

【0098】

例えば、Ｘ線照射部１０からＸ線検出部１１の各画素を結ぶ仮想線Ｋが（図３参照）、固定具９などと交差するか否かを判定し、交差する画素を特定領域の画素として生成する。また、３次元ボリューム画像に基づいて生成する場合に、Ｘ線照射部１０からＸ線検出部１１の各画素を結ぶ仮想線Ｋ上に存在する全てのＣＴ値を積算することで、Ｘ線検出部１１の各画素の画素値（輝度値）を計算し、閾値処理によって特定領域Ｑの画素を生成することができる。さらに、２値化するのではなく、例えば、閾値を増やすことで３値のように、離散化された複数の非連続な値を用いても良いし、画素値そのものを用いて連続値としても良い。

【0099】

そして、Ｘ線画像４０と、第２像４２を消去していないＤＲＲ画像５０とを照合し、互いの画像における画素値の誤差が閾値以下になるまで載置台５の移動を繰り返すときに、特定領域Ｑの画素値を用いないようにする。例えば、Ｘ線画像４０の特定領域Ｑの画素値が２値（０または１）の場合は、特定領域Ｑの画素値を誤差計算に利用しない。また、Ｘ線画像４０の特定領域Ｑの画素値が連続値（０～ｎ）の場合は、誤差計算時に画素値の重みを制御すると良い。

【0100】

ここで、ＤＲＲ画像５０とＸ線画像４０の各画素位置を（ｕ,ｖ）とし、ＤＲＲ画像５０の画素位置における画素値をＩ（ｕ,ｖ）とし、Ｘ線画像４０の画素位置における画素値をＸ（ｕ,ｖ）とし、特定領域Ｑまたは特定領域Ｑ以外の領域の各画素値を補正する補正値をＬ（ｕ,ｖ）とし、ＤＲＲ画像５０とＸ線画像４０の類似度（患者Ｐの位置のずれ量）を示す誤差をｅとした場合に、以下の数式５のように計算する。

【0101】

【数5】

【0102】

また、特定領域Ｑの画素値が２値の場合は、特定領域Ｑに対応する補正値をＬ（ｕ,ｖ）＝０とし、特定領域Ｑ以外に対応する補正値をＬ（ｕ,ｖ）＝１とする。また、特定領域Ｑの画素値が連続値の場合は、特定領域Ｑに対応する補正値（Ｌ（ｕ,ｖ））を０に近づけるようにし、特定領域Ｑ以外に対応する補正値（Ｌ（ｕ,ｖ））を１に近づけるようにすると良い。そして、誤差ｅが予め定められた閾値以下になるまで、Ｘ線画像４０の撮影と載置台５の移動を繰り返すと良い。

【0103】

このようにすれば、Ｘ線画像４０の画像処理を行わなくても、Ｘ線画像４０の第１像４１とＤＲＲ画像５０の基準像５１とを照合して位置決めを行うことができる。なお、本実施形態では、誤差を画素値の２乗誤差としているが、これに限定されるものではなく、例えば、絶対値誤差または正規化相関などの画像の差を表すものを用いても良い。

【0104】

なお、本実施形態では、２組のＸ線照射部１０およびＸ線検出部１１が設けられているが、１組のＸ線照射部１０およびＸ線検出部１１を用いて１方向以上からＸ線画像を取得し、この画像を用いて患者Ｐの位置決めを行っても良い。さらに、３組以上のＸ線照射部１０およびＸ線検出部１１を用いて３方向以上からＸ線画像を取得し、この画像を用いて患者Ｐの位置決めを行っても良い。

【0105】

なお、本実施形態では、治療計画時に生成したＤＲＲ画像５０を参照画像とし、このＤＲＲ画像５０と放射線治療時に撮影したＸ線画像４０とを照合しているが、ＤＲＲ画像５０以外の画像を参照画像として用いても良い。例えば、放射線治療時に複数回のＸ線画像４０の撮影を行う場合に、先に撮影したＸ線画像４０を参照画像とし、このＸ線画像４０と後に撮影したＸ線画像４０とを照合しても良い。また、複数回の放射線治療を行う場合に、１回目の放射線治療時に位置決めに用いたＸ線画像４０を参照画像とし、このＸ線画像４０と２回目の放射線治療時に撮影したＸ線画像４０とを照合しても良い。これらの場合にもＸ線画像４０から特定領域を算出し、位置決めを行うことで、患者Ｐの指標部のみに注目した位置決めを行うことができる。

【0106】

（第２実施形態）
次に、第２実施形態の被検体の位置決め装置４Ａについて図１６から図１７を用いて説明する。なお、前述した実施形態に示される構成部分と同一構成部分については同一符号を付して重複する説明を省略する。また、以下に特段の説明をしない構成については、前述の第１実施形態で説明したものと同様の構成を特に限定なく適用することができる。

【0107】

図１６に示すように、第２実施形態の放射線治療システム１Ａは、患者Ｐの３次元ボリューム画像（透視画像）を撮影する３次元撮影装置３４（透視撮影装置）と、この３次元ボリューム画像に基づいて患者Ｐの位置決めを行う位置決め装置４Ａと、載置台５と、台駆動装置６と、放射線照射装置７と、照射制御部８と、を備える。

【0108】

また、３次元撮影装置３４は、患者Ｐの複数の方向からの投影データ（透視画像データ）を撮影する投影データ撮影部３５と、この投影データ撮影部３５により得られる２次元の複数の投影データに基づいて患者Ｐの立体的な３次元ボリューム画像を生成する３次元画像生成部３６と、を備える。

【0109】

第２実施形態の３次元撮影装置３４は、前述の第１実施形態の医用検査装置２とほぼ同じ構成のＸ線ＣＴ装置となっている。つまり、治療計画を立てる際に、放射線治療システム１Ａの３次元撮影装置３４を用いて患者Ｐ（被検体）のコンピュータ断層撮影を行うことができる。なお、３次元撮影装置３４は、ＭＲＩ装置であっても良いし、超音波画像診断装置であっても良い。

【0110】

また、位置決め装置４Ａは、３次元撮影装置３４と台駆動装置６と照射制御部８とに接続される。この第２実施形態では、治療計画時に３次元撮影装置３４を用いて撮影した３次元ボリューム画像に基づいて参照画像を生成する。

【0111】

例えば、位置決め装置４Ａの３次元画像取得部１８が、３次元撮影装置３４から３次元ボリューム画像を取得する。そして、指標特定部１９は、３次元ボリューム画像のＣＴ値を識別することで、患者Ｐの骨Ｓの部分（指標部）を特定する。さらに、参照画像生成部２１は、特定された骨Ｓの部分に基づいて指標像を生成する。そして、この指標像を含む参照画像（３次元ボリューム画像）を参照画像記憶部２２に記憶する。

【0112】

なお、第２実施形態では、載置台５および固定具９など（非指標部）の３次元モデル情報が外部から入力される。この非指標部の３次元モデル情報は、モデル情報記憶部２６に記憶される。また、指標特定部１９は、情報入力部２４に入力される各種情報に基づいて、載置台５および固定具９などの部分（非指標部）を特定し、これらの部分を３次元ボリューム画像から消去しても良い。これによって、３次元ボリューム画像から参照画像が生成される。

【0113】

この第２実施形態では、放射線治療時に患者Ｐの位置決めを行うときに、３次元撮影装置３４を用いて患者Ｐの３次元ボリューム画像（撮影画像）を撮影する。そして、この３次元ボリューム画像を３次元画像取得部１８が取得する。この取得した３次元ボリューム画像が領域特定部２８に送られる。そして、領域特定部２８は、モデル情報記憶部２６に記憶された非指標部の３次元モデル情報に基づいて、３次元ボリューム画像に含まれる固定具９など（非指標部）の第２像の領域を特定する。なお、画像処理部２９では、３次元ボリューム画像における固定具９などの第２像を消去する画像処理を行う。この第２実施形態における第２像を消去する画像処理方法は、第１実施形態で説明した方法を特に限定なく適用することができる。

【0114】

そして、位置決め部３０は、放射線治療時に撮影した３次元ボリューム画像（撮影画像）の骨Ｓの第１像と、治療計画時に撮影した３次元ボリューム画像（参照画像）の指標像とを照合して、患者Ｐの位置決めを行う。このようにすれば、３次元ボリューム画像同士を照合するので、骨Ｓの部分（指標部）の３次元的な位置合わせが行い易くなる。

【0115】

なお、第２実施形態では、非指標部の３次元モデル情報が外部から入力されるが、その他の態様で３次元モデル情報を取得しても良い。例えば、第２の実施態様についても、第１の実施形態と同様に、非指標部の３次元モデル情報を治療計画時に撮影した３次元ボリューム画像に基づいて生成しても良い。

【0116】

本実施形態に係る被検体の位置決め装置を第１実施形態から第２実施形態に基づいて説明したが、いずれか１の実施形態において適用された構成を他の実施形態に適用しても良いし、各実施形態において適用された構成を組み合わせても良い。

【0117】

なお、本実施形態の所定の値（ずれ量）と判定値（閾値）との判定において「判定値以下か否か」の判定をしているが、この判定は、「判定値未満か否か」の判定でも良いし、「判定値以上か否か」の判定でも良いし、「判定値を超えているか否か」の判定でも良い。

【0118】

なお、位置決め装置４は、専用のチップ、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、または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）またはＲＡＭ（Random Access Memory）などの記憶装置と、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）または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、マウスまたは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エア構成で実現できる。

【0119】

なお、位置決め装置４で実行されるプログラムは、ＲＯＭなど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また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）など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良い。

【0120】

また、位置決め装置４で実行されるプログラムは、インターネットなどのネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせて提供するようにしても良い。また、位置決め装置４は、構成要素の各機能を独立して発揮する別々のモジュールを、ネットワークまたは専用線で相互に接続し、組み合わせて構成することもできる。

【0121】

なお、本実施形態では、被検体として人間である患者Ｐを例示しているが、犬、猫などの動物を被検体とし、これらの動物に放射線治療を行う際に、位置決め装置４を用いても良い。

【0122】

なお、本実施形態の位置決め装置４では、Ｘ線画像４０またはＤＲＲ画像５０などを表示する表示部（モニタ）を備えているが、表示部の構成を省略しても良い。

【0123】

なお、本実施形態では、患者Ｐの骨Ｓの部分が指標部となっているが、骨Ｓ以外の部分、例えば、患部Ｇを指標部としても良く、その場合には、患者Ｐの骨Ｓの部分を非指標部として、患者Ｐの位置決めを行っても良い。

【0124】

なお、本実施形態では、患者Ｐを載せた載置台５を移動させることで、患者Ｐの位置決めを行っているが、放射線照射装置７を移動させることで、患者Ｐの位置決めを行っても良い。例えば、載置台５を固定し、放射線照射装置７を移動可能とする。また、仮想空間内において、ＤＲＲ画像５０に含まれる基準像５１の位置と放射線照射装置７の位置とを固定しておく。そして、仮想空間内で、基準像５１が、患者ＰのＸ線画像４０の第１像４１と一致するように移動させると、放射線照射装置７の位置が任意に決定される。

【0125】

以上説明した実施形態によれば、第１像と予め生成された参照画像の像とを照合して被検体の位置決めを行う位置決め部を備えることにより、撮影画像と参照画像との照合精度を向上させることができ、被検体の位置決めが行い易くなる。

【0126】

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。

【符号の説明】

【0127】

１（１Ａ）…放射線治療システム、２…医用検査装置、３…Ｘ線撮影装置、４（４Ａ）…位置決め装置、５…載置台、６…台駆動装置、７…放射線照射装置、８…照射制御部、９…固定具、１０…Ｘ線照射部、１１…Ｘ線検出部、１２…固定部材、１３…拘束部、１４…台本体、１５…フレーム、１６…投影データ撮影部、１７…３次元画像生成部、１８…３次元画像取得部、１９…指標特定部、２０…ＤＲＲ画像生成部、２１…参照画像生成部、２２…参照画像記憶部、２３…Ｘ線画像取得部、２４…情報入力部、２５…モデル情報生成部、２６…モデル情報記憶部、２７…非指標情報取得部、２８…領域特定部、２９…画像処理部、３０…位置決め部、３１…表示部、３２…ずれ量算出部、３３…照射信号出力部、３４…３次元撮影装置、３５…投影データ撮影部、３６…３次元画像生成部、４０…Ｘ線画像、４１（４１Ａ）…第１像、４２…第２像、４３…輝度値、４４…輝度値、４５…細部情報、５０…ＤＲＲ画像、５１…基準像、５２…輝度値。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】