特許 7311109 医用画像処理装置、医用画像処理プログラム、医用装置、および治療システム

(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】2023-07-10

(45)【発行日】2023-07-19

(54)【発明の名称】医用画像処理装置、医用画像処理プログラム、医用装置、および治療システム

(51)【国際特許分類】

   A61B 6/03 20060101AFI20230711BHJP

   A61N 5/10 20060101ALI20230711BHJP

   G06T 1/00 20060101ALI20230711BHJP

【ＦＩ】

A61B6/03 371

A61N5/10 M

A61N5/10 T

G06T1/00 290A

G06T1/00 290B

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2019091410

(22)【出願日】2019-05-14

(65)【公開番号】P2020185144

(43)【公開日】2020-11-19

【審査請求日】2022-03-02

(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】110001634

【氏名又は名称】弁理士法人志賀国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】平井 隆介

(72)【発明者】

【氏名】坂田 幸辰

(72)【発明者】

【氏名】谷沢 昭行

(72)【発明者】

【氏名】岡屋 慶子

(72)【発明者】

【氏名】森 慎一郎

【審査官】亀澤 智博

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－１９８８９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２４６８８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１０－５００１５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－０８２４７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００７－５３０１２２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ａ６１Ｂ ６／００ － ６／１４

Ａ６１Ｎ ５／００ － ５／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

患者の第１透視画像を取得する第１画像取得部と、
照射した放射線を検出器によって検出して画像化する撮影装置から、前記第１透視画像の取得時とは異なる時刻に前記患者に照射した前記放射線に応じた第２透視画像を取得する第２画像取得部と、
前記検出器の３次元空間における設置位置に基づいて、仮想的に前記３次元空間に配置した前記第１透視画像を透視投影することによって前記第２透視画像に対応した再構成画像を生成する生成部と、
前記第２透視画像と前記再構成画像とに基づく計算の結果、類似度が高い最終的な位置を、前記３次元空間における前記第１透視画像の好適位置として求める計算部と、
を備え、
前記生成部は、前記計算部によって用いられる再構成画像を、前記第２透視画像に対応する範囲よりも広い範囲となるように生成する、
医用画像処理装置。

【請求項2】

前記再構成画像のうち前記第２透視画像に対応する範囲よりも広い範囲となるように生成された再構成画像は、前記患者の対象部位を包含するように生成される、
請求項１に記載の医用画像処理装置。

【請求項3】

前記生成部は、前記再構成画像のうち前記第２透視画像に対応する範囲よりも広い範囲の第１再構成画像と、
前記再構成画像のうち前記第１再構成画像以外の第２再構成画像とを生成し、
前記計算部は、前記第１再構成画像を前記第２透視画像に対して仮想的に平行移動させることで、前記第１再構成画像に含まれる前記対象部位と前記第２透視画像に含まれる前記対象部位との類似度が高い第１位置を求める第１計算部と、
前記第１計算部により求められた前記第１位置を基準とし、前記第２再構成画像を前記第２透視画像に対して仮想的に平行および回転移動させることで、前記第２再構成画像に含まれる前記対象部位と前記第２透視画像に含まれる前記対象部位との類似度が高い第２位置を求める第２計算部とを含み、
前記第２位置を最終的な前記好適位置として出力する、
請求項２に記載の医用画像処理装置。

【請求項4】

前記計算部は、前記第１位置を求める際に前記第１再構成画像を前記第２透視画像に対して仮想的に平行移動させる移動量に基づいて、次に生成する前記第１再構成画像の範囲を決定する画像範囲決定部、
をさらに備える、
請求項３に記載の医用画像処理装置。

【請求項5】

前記生成部は、前記患者に対して、少なくとも第１の方向から照射された前記放射線を検出する前記検出器に対応する前記第１再構成画像と、前記第１の方向とは異なる第２の方向から照射された前記放射線を検出する前記検出器に対応する前記第１再構成画像とを生成し、それぞれの前記検出器が前記放射線を検出する前記方向が示す情報を含む前記第２再構成画像を生成する、
請求項３または請求項４に記載の医用画像処理装置。

【請求項6】

前記第１計算部は、少なくとも、前記第１の方向または前記第２の方向のいずれか一方の方向から照射された前記放射線を検出する１つの前記検出器に対応する前記第１再構成画像を用いて前記第１位置を求める、
請求項５に記載の医用画像処理装置。

【請求項7】

前記第１計算部は、前記第１の方向または前記第２の方向のいずれか一方の方向から照射された前記放射線を検出する前記検出器に対応する前記第１再構成画像を用いて前記第１位置を求める処理と、前記第１位置を基準として、他方の方向から照射された前記放射線を検出する前記検出器に対応する前記第１再構成画像を用いて、前記第１再構成画像に含まれる前記対象部位と前記第２透視画像に含まれる前記対象部位との類似度がより高い前記第１位置を求める処理とを、前記第１再構成画像に含まれる前記対象部位と前記第２透視画像に含まれる前記対象部位との類似度が所定の範囲内になるまで繰り返し、
前記第２計算部は、前記所定の範囲内となった前記第１位置を基準として、前記第２位置を求める、
請求項６に記載の医用画像処理装置。

【請求項8】

前記生成部は、前記第１計算部がいずれか一方の前記検出器に対応する前記第１位置を求めた後に、他方の前記検出器に対応する前記第１再構成画像を生成する、
請求項７に記載の医用画像処理装置。

【請求項9】

前記第１透視画像および前記第２透視画像を表示装置に表示させ、さらに前記好適位置の情報を前記表示装置に表示させる表示制御部と、
前記第１透視画像の前記３次元空間内での前記好適位置の移動の指示を受け付ける受付
部と、
をさらに備える、
請求項１から請求項８のうちいずれか１項に記載の医用画像処理装置。

【請求項10】

コンピュータを、
患者の第１透視画像を取得する第１画像取得部と、
照射した放射線を検出器によって検出して画像化する撮影装置から、前記第１透視画像の取得時とは異なる時刻に前記患者に照射した前記放射線に応じた第２透視画像を取得する第２画像取得部と、
前記検出器の３次元空間における設置位置に基づいて、仮想的に前記３次元空間に配置した前記第１透視画像を透視投影することによって前記第２透視画像に対応した再構成画像を生成する生成部と、
前記第２透視画像と前記再構成画像とに基づく計算の結果、類似度が高い最終的な位置を、前記３次元空間における前記第１透視画像の好適位置として求める計算部と、
を備え、
前記生成部が、前記計算部によって用いられる再構成画像を、前記第２透視画像に対応する範囲よりも広い範囲となるように生成する、
医用画像処理装置として機能させるための医用画像処理プログラム。

【請求項11】

請求項１から請求項９のうちいずれか１項に記載の医用画像処理装置と、
前記患者に対して異なる方向から照射された前記放射線を検出する２つの検出器を備える撮影装置と、
を備える医用装置。

【請求項12】

請求項１１に記載の医用装置と、
前記患者の治療する対象の部位に治療ビームを照射する照射部と、
前記治療ビームの照射を制御する照射制御部と、
前記医用装置において求められた前記好適位置に合うように前記患者が固定された寝台の位置を移動させる寝台制御部と、
を備える治療システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、医用画像処理装置、医用画像処理プログラム、医用装置、および治療システムに関する。

【背景技術】

【0002】

放射線治療は、放射線を患者の体内にある病巣に対して照射することによって、その病巣を破壊する治療方法である。このとき、放射線は、病巣の位置に正確に照射される必要がある。これは、患者の体内の正常な組織に放射線を照射してしまうと、その正常な組織にまで影響を与える場合があるからである。そのため、放射線治療を行う際には、まず、治療計画の段階において、予めコンピュータ断層撮影（Computed Tomography：ＣＴ）が行われ、患者の体内にある病巣の位置が３次元的に把握される。そして、把握した病巣の位置に基づいて、正常な組織への照射を少なくするように、放射線を照射する方向や照射する放射線の強度が計画される。その後、治療の段階において、患者の位置を治療計画の段階の患者の位置に合わせて、治療計画の段階で計画した照射方向や照射強度に従って放射線が病巣に照射される。

【0003】

治療段階における患者の位置合わせでは、３次元のＣＴデータを治療室内に仮想的に配置し、この３次元のＣＴデータの位置に、実際に治療室内の移動式寝台に寝かせた患者の位置が一致するように寝台の位置を調整する。より具体的には、寝台に寝かせた状態で撮影した患者の体内のＸ線透視画像と、治療計画のときに撮影した３次元のＣＴ画像から仮想的にＸ線透視画像を再構成したデジタル再構成Ｘ線写真（Digitally Reconstructed Radiograph：ＤＲＲ）画像との２つの画像を照合することによって、それぞれの画像の間での患者の位置のずれを求める。このとき、患者のＸ線透視画像は、３次元空間での患者の位置を求めるために、少なくとも２つの異なる方向から撮影され、それぞれのＸ線透視画像とＤＲＲ画像との照合を行うことによって、３次元空間内での患者の位置のずれが求められる。そして、最終的に、画像照合によって求めた患者の位置のずれに基づいて寝台を移動させ、患者の体内の病巣や骨などの位置を、治療計画のときと合わせる。

【0004】

ところで、放射線治療では、患者の体内の病巣に対する放射線の照射が、複数回に分けて行われる。このため、放射線を病巣に照射する都度、患者の位置合わせ、つまり、Ｘ線透視画像とＤＲＲ画像との照合を行う必要がある。ここで、３次元のＣＴ画像からのＤＲＲ画像の再構成は、ＣＴ画像のデータに対してレイトレーシング法を適用して行うため計算コストが高い。つまり、ＤＲＲ画像を作成するための多くの時間を要する。また、患者は、放射線を病巣に照射する都度、位置がずれないように寝台に拘束されるため、放射線治療の際の患者の負担が大きい。このため、従来から、Ｘ線透視画像とＤＲＲ画像との画像照合を計算機によって自動計算することによって、放射線治療における患者の位置合わせに要する時間を短縮する方法が提案されている。

【0005】

従来の患者の位置合わせの方法では、２方向から撮影されたＸ線透視画像のそれぞれに対して位置合わせを行う際に、一方の撮影方向に沿ってＸ線透視画像とＤＲＲ画像とを照合する探索と、他方の撮影方向に沿ってＸ線透視画像とＤＲＲ画像とを照合する探索とを交互に行っている。これにより、従来の患者の位置合わせの方法では、探索をしている撮影方向に沿ったＤＲＲ画像における変化が少なくなるため、同じ撮影方向に対応するＤＲＲ画像の再作成が不要となり、それぞれの撮影方向における好適な位置の探索の高速化を図ることが可能となる。

【0006】

そして、従来の患者の位置合わせの方法では、Ｘ線透視画像と同じ撮影範囲をＤＲＲ画像で再現することによって、ＤＲＲ画像を作成する際の計算コストを低減している。しかしながら、近年では、Ｘ線撮像装置の低コスト化や設置場所の制限などの理由から、Ｘ線透視画像の撮影範囲が狭くなる場合がある。すると、ＣＴ画像から再構成したＤＲＲ画像における患者の位置と、寝台に寝かせた状態の現在の患者の位置との差異が大きい場合には、Ｘ線透視画像に写っている患者の部位が、ＤＲＲ画像に十分に含まれていないというようなことも考えられる。この場合、Ｘ線透視画像とＤＲＲ画像との画像照合によって患者の位置のずれを求めることが困難となってしまうことも考えられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特開２０１７－１８９２８５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明が解決しようとする課題は、患者の位置合わせを高い精度で行うことができる医用画像処理装置、医用画像処理プログラム、医用装置、および治療システムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

実施形態の医用画像処理装置は、第１画像取得部と、第２画像取得部と、生成部と、計算部とを持つ。第１画像取得部は、患者の第１透視画像を取得する。第２画像取得部は、照射した放射線を検出器によって検出して画像化する撮影装置から、前記第１透視画像の取得時とは異なる時刻に前記患者に照射した前記放射線に応じた第２透視画像を取得する。生成部は、前記検出器の３次元空間における設置位置に基づいて、仮想的に前記３次元空間に配置した前記第１透視画像を透視投影することによって前記第２透視画像に対応した再構成画像を生成する。計算部は、前記第２透視画像と前記再構成画像とに基づく計算の結果、類似度が高い最終的な位置を、前記３次元空間における前記第１透視画像の好適位置として求める。前記生成部は、前記計算部によって用いられる再構成画像を、前記第２透視画像に対応する範囲よりも広い範囲となるように生成する。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、患者の位置合わせを高い精度で行うことができる医用画像処理装置、医用画像処理プログラム、医用装置、および治療システムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】第１の実施形態の医用画像処理装置を含む医用装置を備えた治療システムの概略構成を示すブロック図。

【図2】第１の実施形態の医用画像処理装置の概略構成を示すブロック図。

【図3】第１の実施形態の治療システムにおける動作の流れを示すフローチャート。

【図4】第１の実施形態の治療システムにおける放射線の照射経路と、コンピュータ断層撮影画像および医用画像処理装置が生成するデジタル再構成Ｘ線写真画像との関係を説明するための図。

【図5】第１の実施形態の治療システムにおけるＸ線透視画像と医用画像処理装置が生成する再構成画像との関係を説明するための図。

【図6】第１の実施形態の医用画像処理装置が生成した再構成画像を用いて好適位置を求める動作を説明するための図。

【図7】第２の実施形態の医用画像処理装置の概略構成を示すブロック図。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、実施形態の医用画像処理装置、医用画像処理プログラム、医用装置、および治療システムを、図面を参照して説明する。

【0013】

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態の医用画像処理装置を含む医用装置を備えた治療システムの概略構成を示すブロック図である。治療システム１は、例えば、治療台１０と、寝台制御部１１と、２つの放射線源２０（放射線源２０－１および放射線源２０－２）と、２つの放射線検出器３０（放射線検出器３０－１および放射線検出器３０－２）と、治療ビーム照射門４０と、治療ビーム照射制御部４１と、画像解析部５０と、表示制御部６０と、表示装置６１と、指示受付部８０と、医用画像処理装置１００とを備える。

【0014】

なお、図１に示したそれぞれの符号に続いて付与した「－」とそれに続く数字は、対応関係を識別するためのものである。より具体的には、放射線源２０と放射線検出器３０との対応関係では、放射線源２０－１と放射線検出器３０－１とが対応して１つの組となっていることを示し、放射線源２０－２と放射線検出器３０－２とが対応してもう１つの組となっていることを示している。なお、以下の説明において複数ある同じ構成要素を区別せずに表す場合には、「－」とそれに続く数字を示さずに表す。

【0015】

治療台１０は、放射線による治療を受ける被検体（患者）Ｐを固定する寝台である。寝台制御部１１は、治療台１０に固定された患者Ｐに治療ビームを照射する方向を変えるために、治療台１０に設けられた並進機構および回転機構を制御する制御部である。寝台制御部１１は、例えば、治療台１０の並進機構および回転機構のそれぞれを３軸方向、つまり、６軸方向に制御する。

【0016】

放射線源２０－１は、患者Ｐの体内を透視するための放射線ｒ－１を予め定められた角度から照射する。放射線源２０－２は、患者Ｐの体内を透視するための放射線ｒ－２を、放射線源２０－１と異なる予め定められた角度から照射する。放射線ｒ－１および放射線ｒ－２は、例えば、Ｘ線である。図１は、治療台１０上に固定された患者Ｐに対して、２方向からＸ線撮影を行う場合を示している。なお、図１においては、放射線源２０による放射線ｒの照射を制御する制御部の図示を省略している。

【0017】

放射線検出器３０－１は、放射線源２０－１から照射されて患者Ｐの体内を通過して到達した放射線ｒ－１を検出し、検出した放射線ｒ－１のエネルギーの大きさに応じた患者Ｐの体内のＸ線透視画像を生成する。放射線検出器３０－２は、放射線源２０－２から照射されて患者Ｐの体内を通過して到達した放射線ｒ－２を検出し、検出した放射線ｒ－２のエネルギーの大きさに応じた患者Ｐの体内のＸ線透視画像を生成する。放射線検出器３０は、２次元のアレイ状にＸ線検出器が配置され、それぞれのＸ線検出器に到達した放射線ｒのエネルギーの大きさをデジタル値で表したデジタル画像を、Ｘ線透視画像として生成する。放射線検出器３０は、例えば、フラット・パネル・ディテクタ（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ：ＦＰＤ）や、イメージインテンシファイアや、カラーイメージインテンシファイアである。以下の説明においては、それぞれの放射線検出器３０が、ＦＰＤであるもとする。放射線検出器３０（ＦＰＤ）は、生成したそれぞれのＸ線透視画像を医用画像処理装置１００に出力する。なお、図１においては、放射線検出器３０によるＸ線透視画像の生成を制御する制御部の図示を省略している。

【0018】

治療システム１では、放射線源２０と放射線検出器３０との組が、特許請求の範囲における「撮影装置」の一例である。図１には、異なる２つ方向から患者ＰのＸ線透視画像を撮影する撮影装置を示している。撮影装置と医用画像処理装置１００とを合わせたものが、特許請求の範囲における「医用装置」の一例である。

【0019】

治療システム１では、放射線源２０と放射線検出器３０との位置が固定されているため、放射線源２０と放射線検出器３０との組によって構成される撮影装置が撮影する方向（治療室の固定座標系に対する相対方向）が固定されている。このため、治療システム１が設置された３次元空間内において３次元座標を定義した場合、放射線源２０と放射線検出器３０との位置を、３軸の座標値で表すことができる。以下の説明においては、３軸の座標値の情報を、放射線源２０と放射線検出器３０との組によって構成される撮影装置のジオメトリ情報とよぶ。ジオメトリ情報を用いれば、所定の３次元座標内の任意の位置に位置する患者Ｐの位置を、放射線源２０から照射された放射線が患者Ｐの体内を通過して放射線検出器３０に到達したときの位置から求めることができる。つまり、所定の３次元座標における患者Ｐの位置を、射影行列として求めることができる。

【0020】

ジオメトリ情報は、治療システム１を設置するときに設計された放射線源２０および放射線検出器３０の設置位置から得ることができる。ジオメトリ情報は、３次元計測器などによって計測した放射線源２０および放射線検出器３０の設置位置から得ることもできる。射影行列をジオメトリ情報から求めておくことによって、医用画像処理装置１００は、３次元空間内にある患者Ｐが、撮影された透視画像のどの位置に撮影されるかを計算することができる。

【0021】

また、図１に示したような患者Ｐの透視画像を２つ同時に撮影することが撮影装置では、それぞれの放射線源２０と放射線検出器３０との組ごとに、射影行列を求めておく。これにより、２つの透視画像に撮影された患者Ｐの体内の病巣や骨、あるいは患者Ｐの体内に予め留置されているマーカーの像の位置（２次元座標の位置）から、三角測量の原理と同様にして、病巣や骨、あるいはマーカーの位置を表す所定の３次元座標での座標値を計算することができる。

【0022】

なお、図１では、２組の放射線源２０と放射線検出器３０、つまり、２つの撮影装置を備える治療システム１の構成を示した。しかし、治療システム１が備える撮影装置の数は、２つに限定されない。例えば、治療システム１は、３つ以上の撮影装置（３組以上の放射線源２０と放射線検出器３０との組）を備えてもよい。また、治療システム１は、１つの撮影装置（１組の放射線源２０と放射線検出器３０との組）のみを備えてもよい。

【0023】

治療ビーム照射門４０は、患者Ｐの体内の治療する対象の部位である病巣を破壊するための放射線を治療ビームＢとして照射する照射部である。治療ビームＢは、例えば、Ｘ線、γ線、電子線、陽子線、中性子線、重粒子線などである。治療ビームＢは、治療ビーム照射門４０から直線的に患者Ｐ（より具体的には、患者Ｐの体内の病巣）に照射される。治療ビーム照射制御部４１は、治療ビーム照射門４０による治療ビームＢの照射を制御する。治療ビーム照射制御部４１は、画像解析部５０により出力された治療ビームＢの照射タイミングを指示する信号に応じて、治療ビーム照射門４０に治療ビームＢを照射させる。

【0024】

図１では、固定された１つの治療ビーム照射門４０を備える治療システム１の構成を示したが、これに限定されず、治療システム１は、複数の治療ビーム照射門を備えてもよい。例えば、治療システム１は、患者Ｐに水平方向から治療ビームを照射する治療ビーム照射門をさらに備えてもよい。また、治療システム１は、１つの治療ビーム照射門が患者Ｐの周辺を回転することによって、様々な方向から治療ビームを患者Ｐに照射する構成であってもよい。より具体的には、図１に示した治療ビーム照射門４０が、図１に示した水平方向Ｙの回転軸に対して３６０度回転することができる構成であってもよい。このような構成の治療システム１は、回転ガントリ型治療システムとよばれる。なお、回転ガントリ型治療システムでは、治療ビーム照射門４０の回転軸と同じ軸に対して、放射線源２０および放射線検出器３０も、同時に３６０度回転する。

【0025】

画像解析部５０は、肺や肝臓など、患者Ｐの呼吸や心拍の動きによって移動してしまう器官の位置を追跡し、患者Ｐの病巣に治療ビームＢを照射する照射タイミングを決定する。つまり、画像解析部５０は、呼吸同期照射方法によって放射線治療を行うための治療ビームＢの照射タイミングを決定する。画像解析部５０は、それぞれの放射線検出器３０によってリアルタイムに撮影された患者ＰのＸ線透視画像に写されている患者Ｐの体内の病巣や骨の像を追跡することによって、放射線治療において病巣に照射する治療ビームＢの照射タイミングを自動で決定する。このとき、画像解析部５０は、追跡している患者Ｐの体内の病巣や骨の像の位置が放射線治療を行う所定の範囲（領域）（以下、「ゲートウィンドウ」という）内にあるか否かを判定し、患者Ｐの体内の病巣や骨の像の位置がゲートウィンドウ内にあるタイミングを、治療ビームＢを照射する照射タイミングとして、この照射タイミングを指示する信号を、治療ビーム照射制御部４１に出力する。これにより、治療ビーム照射制御部４１は、画像解析部５０により出力された照射タイミングを指示する信号に応じて、治療ビーム照射門４０に治療ビームＢを照射させる。つまり、治療ビーム照射制御部４１は、追跡している患者Ｐの体内の病巣や骨の像の位置がゲートウィンドウ内にある場合にのみ、治療ビームＢを照射させるように治療ビーム照射門４０を制御し、患者Ｐの体内の病巣や骨の像の位置がゲートウィンドウ内にない場合には、治療ビームＢの照射を停止させるように治療ビーム照射門４０を制御する。

【0026】

なお、ゲートウィンドウは、放射線治療を行う前に撮影した３次元のコンピュータ断層撮影（Computed Tomography：ＣＴ）画像に写されている患者Ｐの体内の病巣や骨の位置を中心とし、その中心の位置にマージンを付加した３次元の領域が設定される。また、ゲートウィンドウは、ＣＴ画像に対して設定した範囲（領域）を、ＣＴ画像から仮想的にＸ線透視画像を再構成したデジタル再構成Ｘ線写真（Digitally Reconstructed Radiograph：ＤＲＲ）画像やＸ線透視画像に射影させた範囲（領域）として設定してもよい。また、ゲートウィンドウは、放射線治療を開始する直前の患者Ｐの状態を考慮して設定されたマージンを付加して設定してもよい。上記のようなことを考慮してゲートウィンドウを設定することにより、患者Ｐに対して不適切な治療ビームＢや不要な放射線ｒの照射を行ってしまうような事態、いわゆる、被ばくを回避することができる。

【0027】

なお、画像解析部５０は、それぞれの放射線検出器３０によってリアルタイムに撮影されたＸ線透視画像に基づいて、放射線治療において治療を行う患者Ｐの体内に予め留置されているマーカーの像を追跡することによって、マーカーと病巣との相対的な位置の関係などから、放射線治療において病巣に照射する治療ビームＢの照射タイミングを自動で決定してもよい。この場合、画像解析部５０は、追跡しているマーカーの像の位置がゲートウィンドウ内にあるタイミングを、治療ビームＢを照射する照射タイミングとして指示する信号を、治療ビーム照射制御部４１に出力する。

【0028】

医用画像処理装置１００は、現在の患者Ｐの位置を、治療計画の段階など、放射線治療を行う前の計画段階において事前に定められた位置に合わせる位置決めのための画像処理をする処理部である。医用画像処理装置１００は、放射線治療を行う前に事前に撮影した３次元のＣＴ画像などから仮想的にＸ線透視画像を再構成したＤＲＲ画像と、それぞれの放射線検出器３０により出力された現在のＸ線透視画像とを照合することによって、放射線治療を行うのに好適な患者Ｐの位置を自動で探索する。そして、医用画像処理装置１００は、治療台１０に固定されている患者Ｐの現在の位置を、放射線治療を行うために事前に定められた好適な位置（以下、「好適位置」という）に移動させるための治療台１０の移動量を求める。医用画像処理装置１００の構成および処理に関する詳細については後述する。

【0029】

なお、医用画像処理装置１００と放射線検出器３０のそれぞれとは、ＬＡＮ（Local Area Network）やＷＡＮ（Wide Area Network）によって接続される構成であってもよい。

【0030】

表示制御部６０は、医用画像処理装置１００において好適位置を探索している途中を含めて、ＣＴ画像や、ＤＲＲ画像、Ｘ線透視画像、さらには、現在の好適位置の情報を表示装置６１に表示させる。これにより、例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）などの表示装置６１に、ＣＴ画像や、ＤＲＲ画像、Ｘ線透視画像、現在の好適位置の情報が表示され、治療システム１を利用する放射線治療の実施者（医師など）が、現在の位置決めの状況を目視で確認することができる。

【0031】

指示受付部８０は、医用画像処理装置１００において探索した好適位置を、治療システム１を利用する放射線治療の実施者（医師など）が手動で調整するためのユーザーインターフェースである。指示受付部８０は、放射線治療の実施者（医師など）によって操作される操作部（不図示）を備えている。

【0032】

なお、第１の実施形態の医用画像処理装置は、医用画像処理装置１００と、表示制御部６０と、指示受付部８０とを含めた構成であってもよい。また、第１の実施形態の医用画像処理装置は、さらに、画像解析部５０を含めた構成であってもよい。また、第１の実施形態の医用画像処理装置は、さらに、表示装置６１と一体になった構成であってもよい。

【0033】

次に、治療システム１を構成する医用画像処理装置１００の構成について説明する。図２は、第１の実施形態の医用画像処理装置１００の概略構成を示すブロック図である。図２に示した医用画像処理装置１００は、第１画像取得部１０１と、第２画像取得部１０２と、生成部１０３と、計算部１０４とを備える。また、計算部１０４は、第１計算部１０４１と、第２計算部１０４２とを備える。

【0034】

第１画像取得部１０１は、治療対象の患者Ｐの体内を透視可能な３次元ボリュームデータ像を取得する。第１画像取得部１０１は、取得した３次元ボリュームデータを、生成部１０３に出力する。３次元ボリュームデータは、ＣＴ装置や、コーンビーム（Cone-Beam：ＣＢ）ＣＴ装置、磁気共鳴画像（Magnetic Resonance Imaging：ＭＲＩ）装置などの撮影装置で患者Ｐを撮影することによって取得した３次元のデータである。以下の説明においては、３次元ボリュームデータが、ＣＴ装置によって患者Ｐを撮影して取得したＣＴ画像のデータ（以下、「ＣＴデータ」という）であるものとする。

【0035】

第２画像取得部１０２は、治療システム１が設置された治療室において治療台１０に固定された現在の患者Ｐの体内のＸ線透視画像を取得する。つまり、第２画像取得部１０２は、それぞれの放射線検出器３０によってリアルタイムに撮影された患者Ｐの体内のＸ線透視画像を取得する。第２画像取得部１０２は、取得したＸ線透視画像を、計算部１０４に出力する。

【0036】

生成部１０３は、第１画像取得部１０１により出力されたＣＴデータに基づいて、ＤＲＲ画像を生成する。このとき、生成部１０３は、治療システム１において撮影装置を構成する２つの放射線検出器３０（ＦＰＤ）のそれぞれが放射線を検出する面に平行な２次元の平面に沿ってＦＰＤの大きさ、つまり、ＦＰＤの撮影範囲を仮想的に拡大したＤＲＲ画像（以下、「第１ＤＲＲ画像」という）と、２つのＦＰＤの撮影範囲と同じ撮影範囲のＤＲＲ画像（以下、「第２ＤＲＲ画像」という）とを生成する。生成部１０３は、生成した第１ＤＲＲ画像と第２ＤＲＲ画像とのそれぞれを、計算部１０４に出力する。

【0037】

計算部１０４は、生成部１０３が生成した第１ＤＲＲ画像または第２ＤＲＲ画像と、第２画像取得部１０２が取得したＸ線透視画像とに基づいて、治療システム１が設置された治療室の３次元空間内に仮想的に配置されたＣＴデータの位置（以下、「ＣＴ位置」という）と、治療台１０に固定された現在の患者Ｐの位置との間の位置のずれ（以下、「患者Ｐの位置ずれ量」という）を計算する。そして、計算部１０４は、計算した患者Ｐの位置ずれ量に基づいて、患者Ｐの位置ずれ量が最も少ないＣＴ位置を、好適位置として探索する。計算部１０４は、探索した好適位置のＣＴ位置に基づいて、治療室内の３次元座標に準拠した回転および並進を治療台１０にさせるための６つの制御パラメータを計算し、計算した６つの制御パラメータを寝台制御部１１に出力する。ここで、計算部１０４が寝台制御部１１に出力する６つの制御パラメータは、治療台１０に設けられた並進機構および回転機構のそれぞれを３軸方向に制御するためのパラメータである。

【0038】

第１計算部１０４１は、第１ＤＲＲ画像とＸ線透視画像とに基づいて、放射線検出器３０（ＦＰＤ）が放射線を検出する面に平行な２次元の平面に沿って患者Ｐの位置ずれ量を計算するＣＴ位置を移動させながら、患者Ｐの位置ずれ量が最も少ないＣＴ位置を探索する。例えば、第１計算部１０４１は、治療室内の３次元座標に準拠した並進量を表す１つのパラメータに従ってＣＴ位置を移動させ、第１ＤＲＲ画像とＸ線透視画像との類似度が最も高いＣＴ位置を探索する。そして、第１計算部１０４１は、患者Ｐの位置ずれ量が所定の範囲内になるまで、ＣＴ位置の探索を行う。このとき、第１計算部１０４１は、放射線検出器３０－１または放射線検出器３０－２のいずれか一方に対応する第１ＤＲＲ画像とＸ線透視画像とに基づいたＣＴ位置の探索と、放射線検出器３０－１または放射線検出器３０－２のいずれか他方に対応する第１ＤＲＲ画像とＸ線透視画像とに基づいたＣＴ位置の探索とを交互に行う。従って、第１計算部１０４１におけるＣＴ位置の探索は、いずれか一方の放射線検出器３０に対応するＣＴ位置の探索のみ、すなわち、１回のみで終了する場合もあるが、一方の放射線検出器３０に対応するＣＴ位置の探索と、他方の放射線検出器３０に対応するＣＴ位置の探索とを交互に複数回繰り返してから終了する場合もある。なお、第１計算部１０４１におけるＣＴ位置の探索は、患者Ｐの位置ずれ量が所定の範囲内になるまで、つまり、治療台１０に固定された患者Ｐの位置をある程度合わせることができるようになるまで行う簡易的なＣＴ位置の探索である。以下の説明においては、第１計算部１０４１におけるＣＴ位置の探索を、「疎探索」という。

【0039】

なお、第１計算部１０４１におけるＣＴ位置の疎探索では、上述したように、一方の放射線検出器３０に対応する第１ＤＲＲ画像とＸ線透視画像とに基づいたＣＴ位置の探索と、他方の放射線検出器３０に対応する第１ＤＲＲ画像とＸ線透視画像とに基づいたＣＴ位置の探索とを交互に行う。このため、第１計算部１０４１は、現在の第１ＤＲＲ画像を用いたＣＴ位置の疎探索が完了するごとに、疎探索した患者Ｐの位置ずれ量が最も少ないＣＴ位置の情報を、生成部１０３に出力する。これにより、生成部１０３は、第１計算部１０４１により出力された現在の第１ＤＲＲ画像におけるＣＴ位置を基準として、現在の第１ＤＲＲ画像に対応する放射線検出器３０とは異なる放射線検出器３０に対応する新たな第１ＤＲＲ画像を生成し、生成した新たな第１ＤＲＲ画像を第１計算部１０４１に出力する。このように、生成部１０３と第１計算部１０４１とは互いに連携して、患者Ｐの位置ずれ量が所定の範囲内になるまで、第１ＤＲＲ画像の生成とＣＴ位置の疎探索とを行う。

【0040】

第２計算部１０４２は、第１計算部１０４１に引き続き、患者Ｐの位置ずれ量が最も少ないＣＴ位置をより詳細に探索する。第２計算部１０４２は、第１計算部１０４１が探索した患者Ｐの位置ずれ量が最も少ないＣＴ位置を基準とした第２ＤＲＲ画像とＸ線透視画像とに基づいて、治療室内の３次元座標に準拠した回転および並進方向に沿って患者Ｐの位置ずれ量を計算するＣＴ位置を移動させながら、患者Ｐの位置ずれ量が最も少ないＣＴ位置を探索する。言い換えれば、第２計算部１０４２は、治療室内の３次元座標に準拠した回転量および並進量を表す６つのパラメータに従ってＣＴ位置を移動させ、第２ＤＲＲ画像とＸ線透視画像との類似度が最も高いＣＴ位置を、最終的な好適位置として探索する。なお、第２計算部１０４２におけるＣＴ位置の探索は、第２ＤＲＲ画像とＸ線透視画像とに基づいて最終的なＣＴ位置（好適位置）、つまり、治療台１０に固定された患者Ｐに治療ビームＢを照射する方向を自動で決定するための詳細なＣＴ位置の探索である。以下の説明においては、第２計算部１０４２におけるＣＴ位置の探索を、「密探索」という。第２計算部１０４２は、探索した最終的な好適位置（ＣＴ位置）に基づいて、治療台１０を治療室内の３次元座標に準拠して回転および並進させるための６つの制御パラメータを計算し、計算した６つの制御パラメータを寝台制御部１１に出力する。

【0041】

これにより、寝台制御部１１は、第２計算部１０４２により出力された６つの制御パラメータに従って治療台１０に設けられた並進機構および回転機構を制御し、治療台１０に固定された患者Ｐの方向を、治療ビームＢを照射して放射線治療を行うのに好適な方向に向けさせる。

【0042】

このような構成によって、医用画像処理装置１００は、第１計算部１０４１における疎探索と、第２計算部１０４２における密探索とによって、治療台１０に固定された患者Ｐの方向を好適な方向に向けさせるための６つの制御パラメータを計算する。これにより、医用画像処理装置１００を備えた治療システム１では、医用画像処理装置１００が計算した６つの制御パラメータに従って、放射線治療において治療を行う患者Ｐの方向を、治療ビームＢを照射するために好適な方向に向けさせることができる。そして、医用画像処理装置１００を備えた治療システム１では、画像解析部５０が決定した適切なタイミングで、患者Ｐの体内の病巣に治療ビームＢを照射することができる。

【0043】

なお、上述した医用画像処理装置１００に備えた構成要素の機能のうち一部または全部は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのハードウェアプロセッサと、プログラム（ソフトウェア）を記憶した記憶装置（非一過性の記憶媒体を備える記憶装置）とを備え、プロセッサがプログラムを実行することにより各種機能が実現されてもよい。また、上述した医用画像処理装置１００に備えた構成要素の機能のうち一部または全部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）などのハードウェア（回路部；circuitryを含む）などによって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって各種機能が実現されてもよい。また、上述した医用画像処理装置１００に備えた構成要素の機能のうち一部または全部は、専用のＬＳＩによって各種機能が実現されてもよい。ここで、プログラム（ソフトウェア）は、予めＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、フラッシュメモリなどの治療システム１に備えた記憶装置（非一過性の記憶媒体を備える記憶装置）に格納されていてもよいし、ＤＶＤやＣＤ－ＲＯＭなどの着脱可能な記憶媒体（非一過性の記憶媒体）に格納されており、記憶媒体が治療システム１に備えたドライブ装置に装着されることで、治療システム１に備えた記憶装置にインストールされてもよい。また、プログラム（ソフトウェア）は、他のコンピュータ装置からネットワークを介して予めダウンロードされて、治療システム１に備えた記憶装置にインストールされてもよい。

【0044】

次に、治療システム１の動作の概略について説明する。図３は、第１の実施形態の治療システム１における動作の流れ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、事前にＣＴ装置によって患者Ｐが撮影されており、ＣＴ画像のＣＴデータ（３次元ボリュームデータ）が用意されているものとする。また、第１計算部１０４１および第２計算部１０４２は、ＤＲＲ画像とＸ線透視画像との類似度に基づいて、ＣＴ位置の探索を行うものとする。

【0045】

治療システム１が動作を開始し、医用画像処理装置１００が起動すると、第１画像取得部１０１は、ＣＴデータを取得する（ステップＳ１００）。そして、第１画像取得部１０１は、取得したＣＴデータを、生成部１０３に出力する。

【0046】

続いて、第２画像取得部１０２は、それぞれの放射線検出器３０により出力された現在の患者Ｐの体内のＸ線透視画像を取得する（ステップＳ１０１）。そして、第２画像取得部１０２は、取得したＸ線透視画像を、計算部１０４に出力する。

【0047】

続いて、医用画像処理装置１００は、ＣＴ位置の疎探索の処理を開始する。ＣＴ位置の疎探索の処理において、生成部１０３は、第１画像取得部１０１により出力されたＣＴデータに基づいて、第１ＤＲＲ画像を生成する（ステップＳ１０２）。そして、生成部１０３は、生成した第１ＤＲＲ画像を計算部１０４に出力する。

【0048】

続いて、計算部１０４内の第１計算部１０４１は、生成部１０３により出力された第１ＤＲＲ画像と、第２画像取得部１０２により出力されたＸ線透視画像とに基づいて、現在の第１ＤＲＲ画像とＸ線透視画像との類似度が最も高いＣＴ位置を探索する（ステップＳ１０３）。

【0049】

続いて、第１計算部１０４１は、探索したＣＴ位置における患者Ｐの位置ずれ量が所定の範囲内であるか否かを判定する（ステップＳ１０４）。ステップＳ１０４において、探索したＣＴ位置における患者Ｐの位置ずれ量が所定の範囲内ではない場合、第１計算部１０４１は、探索したＣＴ位置の情報を生成部１０３に出力して、処理をステップＳ１０２に戻す。これにより、生成部１０３は、ステップＳ１０２において、第１計算部１０４１により出力されたＣＴ位置の情報に基づいて新たな第１ＤＲＲ画像を生成し、第１計算部１０４１は、ステップＳ１０３において、生成部１０３が生成した新たな第１ＤＲＲ画像と、第２画像取得部１０２により出力されたＸ線透視画像とに基づいて、新たな第１ＤＲＲ画像とＸ線透視画像との類似度が最も高いＣＴ位置を探索する。このように、医用画像処理装置１００では、生成部１０３と第１計算部１０４１とは互いに連携して、探索したＣＴ位置における患者Ｐの位置ずれ量が所定の範囲内になるまで、つまり、第１ＤＲＲ画像とＸ線透視画像との類似度が所定の類似度の閾値よりも高くなるまで、ＣＴ位置の疎探索の処理を繰り返す。

【0050】

一方、ステップＳ１０４において、探索したＣＴ位置における患者Ｐの位置ずれ量が所定の範囲内である場合、つまり、第１ＤＲＲ画像とＸ線透視画像との類似度が所定の類似度の閾値よりも高いＣＴ位置を探索した場合、第１計算部１０４１は、探索したＣＴ位置の情報を第２計算部１０４２に出力して、処理をステップＳ１０５に進める。

【0051】

これにより、医用画像処理装置１００は、ＣＴ位置の密探索の処理を開始する。ＣＴ位置の密探索の処理において、生成部１０３は、第１画像取得部１０１により出力されたＣＴデータに基づいて、第２ＤＲＲ画像を生成する（ステップＳ１０５）。そして、生成部１０３は、生成した第２ＤＲＲ画像を計算部１０４に出力する。

【0052】

続いて、第２計算部１０４２は、第１計算部１０４１が探索したＣＴ位置を基準とし、生成部１０３により出力された第２ＤＲＲ画像と、第２画像取得部１０２により出力されたＸ線透視画像とに基づいて、最終的なＣＴ位置を探索する（ステップＳ１０６）。このように、医用画像処理装置１００では、第２計算部１０４２によって、ＣＴ位置の密探索の処理１回のみ行う。

【0053】

続いて、表示制御部６０は、生成部１０３により出力された第２ＤＲＲ画像と、第２画像取得部１０２により出力されたＸ線透視画像とを表示装置６１に表示させる。さらに、表示制御部６０は、第２計算部１０４２が探索した最終的なＣＴ位置を表示装置６１に表示させる。そして、指示受付部８０は、治療システム１を利用する放射線治療の実施者（医師など）による最終的なＣＴ位置の調整を受け付け、受け付けた最終的なＣＴ位置の調整情報を、第２計算部１０４２に出力する（ステップＳ１０７）。

【0054】

続いて、第２計算部１０４２は、探索したＣＴ位置に、指示受付部８０により出力された最終的なＣＴ位置の調整情報を反映し、最終的なＣＴ位置（好適位置）とする。そして、第２計算部１０４２は、治療台１０を治療室内の３次元座標に準拠して回転および並進させるための６つの制御パラメータを計算する（ステップＳ１０８）。第２計算部１０４２は、計算した６つの制御パラメータを寝台制御部１１に出力する。

【0055】

続いて、寝台制御部１１は、第２計算部１０４２により出力された６つの制御パラメータに従って治療台１０移動させる（ステップＳ１０９）。

【0056】

次に、治療システム１を構成する医用画像処理装置１００の動作の詳細について説明する。まず、医用画像処理装置１００を構成する生成部１０３におけるＤＲＲ画像の生成方法について説明する。ＤＲＲ画像は、仮想的にＸ線透視画像をシミュレーションするために生成する画像である。このため、最初に、Ｘ線透視画像の撮影モデルについて説明し、続いて、ＤＲＲ画像の生成方法について説明する。

【0057】

（Ｘ線透視画像の撮影モデル）
Ｘ線撮影では、Ｘ線源である放射線源２０により照射されたＸ線が被写体である患者Ｐの体内を通過して、Ｘ線検出器を２次元のアレイ状に配置したＦＰＤである放射線検出器３０に到達したときのエネルギーの大きさを画像化することによって、患者Ｐの体内を透視したＸ線透視画像を得ることができる。このＸ線透視画像におけるそれぞれの画素位置、つまり、Ｘ線検出器の位置におけるＸ線のエネルギーＰ_ｉは、下式（１）によって表すことができる。

【0058】

【数1】

【0059】

上式（１）において、Ｐ_０は、被写体（患者Ｐ）に入射したときのＸ線のエネルギーである。また、上式（１）において、μ（ｌ，Ｐ）は、位置ｌにおける物体の線減弱係数であり、この物質を通過するＸ線のエネルギーＰによって変化する値である。Ｘ線源から画素位置ｉに到達するまでのＸ線の経路上にある物質の線減弱係数を線積分したものが、Ｘ線検出器に到達するＸ線のエネルギーとなる。ここで、Ｘ線検出器における検出特性は、Ｘ線のエネルギーＰ_ｉの対数をとったものに対して線形になるように設計されており、Ｘ線検出器が出力する信号値をピクセル値に線形に変換することによって画像を得ることができる。つまり、Ｘ線透視画像の画素値Ｔ_ｉは、下式（２）で表すことができる。

【0060】

【数2】

【0061】

上式（２）において、ｌｏｇ（Ｐ_０）は、定数である。このため、Ｘ線撮影によって得られるＸ線透視画像における各画素は、Ｘ線源から照射されるＸ線がＦＰＤを構成するそれぞれのＸ線検出器に到達する経路上の物質（つまり、患者Ｐ）の線減弱係数の積和に応じて画素化されることになる。

【0062】

（ＤＲＲ画像の生成方法）
続いて、ＤＲＲ画像の生成方法について説明する。ＤＲＲ画像は、３次元空間内に仮想的に配置したＣＴ画像を任意の方向から透視投影することによって生成する。ここで、図４に、ＤＲＲ画像の生成処理の一例を示す。図４は、第１の実施形態の治療システム１における放射線（Ｘ線）の照射経路と、コンピュータ断層撮影画像（ＣＴ画像）および医用画像処理装置１００が生成するデジタル再構成Ｘ線写真画像（ＤＲＲ画像）との関係を説明するための図である。図４では、治療システム１における撮影装置の座標系上の画素位置を（ｘ，ｙ，ｚ）、ＤＲＲ画像の座標系上の画素位置を（ｕ，ｖ）としている。画素位置（ｕ，ｖ）におけるＤＲＲ画像の輝度値Ｉ（ｕ，ｖ）は、下式（３）で表されるレイトレーシングの式によって計算される。

【0063】

【数3】

【0064】

上式（３）において、Ｖ（ｘ，ｙ，ｚ）は、治療システム１において仮想的に配置されたＣＴ画像の画素位置（ｘ，ｙ，ｚ）におけるＣＴ値である。そして、上式（３）では、ＤＲＲ画像の輝度値Ｉ（ｕ，ｖ）は、Ｘ線源から照射されるＸ線の照射経路ｌ上のＣＴ値の積分によって得られることを示している。ここで、上式（３）におけるＷ（Ｖ）は、ＣＴ値に掛かる重み係数である。この重み係数Ｗ（Ｖ）を制御することによって、特定のＣＴ値を強調したＤＲＲ画像を生成することができる。これは、Ｘ線透視画像とＤＲＲ画像とを照合する際に、重視したい患者Ｐの病巣の組織を強調したり、放射線治療の実施者（医師など）が注目したい組織を強調して視認性を高めたいときなどに有効である。

【0065】

ここで、ＤＲＲ画像の輝度値Ｉ（ｕ，ｖ）に含まれるＣＴ値Ｖ（ｘ，ｙ，ｚ）は、画素位置（ｘ，ｙ，ｚ）にある物質の線減弱係数に基づく値である。このため、Ｘ線の照射経路ｌにある物質の線減弱係数の和によってＤＲＲ画像を生成すると、Ｘ線透視画像も、上式（３）で示すようにＸ線の照射経路ｌ上の線減弱係数の和で画素値が決定され、ＤＲＲ画像とＸ線透視画像とは類似することになる。なお、ＤＲＲ画像のようにＣＴ値からＸ線透視画像を再構成するためには、Ｘ線の照射経路ｌとＣＴ値Ｖ（ｘ，ｙ，ｚ）との位置を定める必要がある。

【0066】

次に、医用画像処理装置１００を構成する計算部１０４、つまり、第１計算部１０４１および第２計算部１０４２におけるＣＴ位置（好適位置）の探索について説明する。まず、第１計算部１０４１と第２計算部１０４２とに共通するＣＴ位置（好適位置）の探索の考え方について、計算部１０４がＣＴ位置（好適位置）の探索をするものとして説明する。

【0067】

計算部１０４は、ＤＲＲ画像とＸ線透視画像とのそれぞれを構成する画素の値（画素値）に基づいた類似度を計算するための評価関数を定義し、最も評価値がよくなる（最も類似度が高くなる）画像が撮影された画素位置を求めることによって、ＣＴ位置（好適位置）を探索する。より具体的には、３次元空間内でＣＴデータの位置および姿勢を定める６つのパラメータによって定められるＣＴ位置を移動させながら、ＤＲＲ画像とＸ線透視画像とのそれぞれの画素値から求まる評価関数の出力（類似度）が最良となる位置を探索する。このとき、計算部１０４は、評価関数として、ＤＲＲ画像とＸ線透視画像との２つの画像のそれぞれの画素値の正規化相互相関を用いる。なお、計算部１０４は、ＤＲＲ画像とＸ線透視画像との２つの画像のそれぞれの画素値の相互情報量を、評価関数として用いてもよい。また、計算部１０４は、ＤＲＲ画像とＸ線透視画像との２つの画像を、ガウシアンフィルタ、ソーベルフィルタなどを用いる画像処理を施した画像に一旦変換し、変換した画像間での差分や、正規化相互相関、相互情報量を、評価関数として用いてもよい。また、計算部１０４は、ＤＲＲ画像とＸ線透視画像との２つの画像を構成する各画素の勾配方向を計算した画像に変換し、変換した各画素の勾配方向の一致度を、評価関数としてもよい。

【0068】

このような考え方に基づいて、計算部１０４（第１計算部１０４１および第２計算部１０４２）は、ＤＲＲ画像とＸ線透視画像とを用いてＣＴ位置（好適位置）を探索する。なお、従来の一般的な治療システムでは、ＣＴ位置（好適位置）の探索において上述したような類似度を計算するための評価関数を用いる場合、２つの画像の撮影範囲内に、患者Ｐの体内における同じ部位が写っていることが前提になっている。しかしながら、計算部１０４では、第１計算部１０４１による疎探索と、第２計算部１０４２による密探索、つまり、２段階の探索処理で、ＣＴ位置（好適位置）を探索している。これにより、計算部１０４は、治療システム１を構成する撮影装置の低コスト化や設置場所の制限などの理由から放射線検出器３０（ＦＰＤ）の撮影範囲が狭くなり、ＤＲＲ画像に写される患者Ｐの体内の部位と、Ｘ線透視画像に写される患者Ｐの体内の部位とに大きな差異があった場合でも、ＣＴ位置（好適位置）を高精度に探索することができる。つまり、計算部１０４は、患者Ｐの位置決めの処理を高い精度で行うことができる。

【0069】

続いて、第１計算部１０４１におけるＣＴ位置（好適位置）の疎探索について説明する。第１計算部１０４１は、上述したように、生成部１０３が放射線検出器３０（ＦＰＤ）が放射線を検出する面に平行な２次元の平面に沿ってＦＰＤの大きさを仮想的に拡大した第１ＤＲＲ画像と、Ｘ線透視画像とに基づいて、患者Ｐの位置ずれ量が最も少ないＣＴ位置を探索する。このため、最初に、生成部１０３が生成する第１ＤＲＲ画像の一例について説明し、続いて、第１計算部１０４１によるＣＴ位置（好適位置）の疎探索の方法について説明する。

【0070】

（第１ＤＲＲ画像）
図５は、第１の実施形態の治療システム１におけるＸ線透視画像と医用画像処理装置１００に備えた生成部１０３が生成する再構成画像（第１ＤＲＲ画像）との関係を説明するための図である。図５の（ａ）には、第２画像取得部１０２が取得したいずれか一方の放射線検出器３０により出力されたＸ線透視画像の一例を示し、図５の（ｂ）には、図５の（ａ）に示したＸ線透視画像に対応する第１ＤＲＲ画像を生成部１０３が生成するときの処理の一例を示している。以下の説明においては、図５に示したＸ線透視画像と第１ＤＲＲ画像とのそれぞれが、放射線検出器３０－１に対応する画像であるものとする。

【0071】

第２画像取得部１０２は、従来の一般的な治療システムと同様に、治療システム１が設置された治療室において治療台１０に固定された現在の患者Ｐの体内を放射線検出器３０－１が撮影したＸ線透視画像を取得する。ここで、仮に、生成部１０３が、従来の一般的な治療システムと同様に、放射線検出器３０－１の撮影範囲と同じ範囲のＤＲＲ画像を生成すると、例えば、図５の（ｂ－１）に示したようなＤＲＲ画像を生成する場合がある。この場合、図５の（ａ）と図５の（ｂ－１）とを比べてわかるように、図５の（ａ）に示したＸ線透視画像に写されている患者Ｐの部位と、図５の（ｂ－１）に示したＤＲＲ画像に写されている患者Ｐの部位とが大きくずれてしまうことも考えられる。図５の（ｂ－１）に示したＤＲＲ画像では、治療ビームＢを照射する対象の病巣の位置がほぼ中心になるように撮影された図５の（ａ）に示したＸ線透視画像に対して、中心位置が左上の方に大きくずれて、患者Ｐの頭部の上部が写されていない。すると、図５の（ａ）に示したＸ線透視画像と図５の（ｂ－１）に示したＤＲＲ画像とのそれぞれに共通して含まれる患者Ｐの部位の領域が少なくなり、患者Ｐの位置ずれ量の計算が困難となってしまう。つまり、図５の（ａ）に示したＸ線透視画像と図５の（ｂ－１）に示したＤＲＲ画像とのそれぞれの画素値から求まる評価関数による評価値（類似度）を計算することができず、最終的に寝台制御部１１に出力する６つの制御パラメータに多くの誤差が含まれてしまうことになる。

【0072】

このため、生成部１０３は、図５の（ｂ－２）に示したように、ＤＲＲ画像に写される患者Ｐの部位の範囲を仮想的に拡大して、つまり、ＤＲＲ画像に対応する放射線検出器３０－１（ＦＰＤ）における撮影範囲を仮想的に広げて、生成する第１ＤＲＲ画像が患者Ｐの部位を包含するようにする。より具体的には、生成部１０３は、放射線検出器３０－１が放射線源２０－１から照射されて患者Ｐの体内を通過して到達した放射線（Ｘ線）を検出する平面の方向、つまり、放射線検出器３０－１がＸ線透視画像を撮影する方向（角度）から見たときに、第１画像取得部１０１が取得して出力した患者ＰのＣＴデータ（３次元ボリュームデータ）が全て含まれる範囲まで撮影範囲を広げて、第１ＤＲＲ画像を生成するようにする。図５の（ｂ－２）には、図５の（ｂ－１）に示したＤＲＲ画像における撮影範囲を、左側および上側に広げている状態を示している。これにより、生成部１０３は、図５の（ｂ－３）に示したように、図５の（ｂ－１）に示したＤＲＲ画像における撮影範囲が左側および上側に広げられ、患者Ｐの頭部の全体が写された第１ＤＲＲ画像を生成する。これにより、図５の（ａ）に示したＸ線透視画像に含まれる患者Ｐの部位の領域が、図５の（ｂ－３）に示した第１ＤＲＲ画像に含まれることになり、図５の（ａ）に示したＸ線透視画像と図５の（ｂ－３）に示した第１ＤＲＲ画像とのそれぞれの画素値から、より高い精度で、評価関数による評価値（類似度）、つまり、患者Ｐの位置ずれ量を計算することができる。

【0073】

（ＣＴ位置の疎探索方法）
続いて、第１計算部１０４１によるＣＴ位置（好適位置）の疎探索の方法について説明する。図６は、第１の実施形態の医用画像処理装置１００に備えた生成部１０３が生成した再構成画像（第１ＤＲＲ画像）を用いて好適位置（ＣＴ位置）を求める動作を説明するための図である。図６には、ＣＴ位置の初期位置から疎探索を３回行って、患者Ｐの位置ずれ量、つまり、疎探索したＣＴ位置が終了位置から所定の範囲内になるまでの様子の一例を示している。

【0074】

まず、現在の位置が、初期位置ＩＰであった場合、生成部１０３は、放射線検出器３０－２に対応する第１ＤＲＲ画像を生成して第１計算部１０４１に出力する。より具体的には、生成部１０３は、治療システム１が設置された治療室の３次元空間内で初期位置ＩＰに仮想的に配置されたＣＴデータを含み、放射線検出器３０－２が放射線（Ｘ線）を検出する面に平行な２次元の平面を表す第１ＤＲＲ画像（例えば、図５の（ｂ－３）に示した第１ＤＲＲ画像）を生成して第１計算部１０４１に出力する。

【0075】

これにより、第１計算部１０４１は、生成部１０３により出力された第１ＤＲＲ画像に含まれるＣＴ位置を第１ＤＲＲ画像が表す２次元の平面に沿って順次移動させながら、現在の第１ＤＲＲ画像における好適位置（ＣＴ位置）を探索する。より具体的には、第１計算部１０４１は、現在の第１ＤＲＲ画像に含まれるＣＴ位置を１画素分ずつ順次移動させながら、現在の第１ＤＲＲ画像と放射線検出器３０－２に対応するＸ線透視画像とのそれぞれの画素値から求まる評価関数の出力（類似度）が最良となるＣＴ位置を探索する。ここで、第１ＤＲＲ画像に含まれるそれぞれの画素の３次元空間における縦方向および横方向の長さは、治療システム１における撮影装置のジオメトリ情報に基づいた簡単な幾何計算によって求めることができる。このため、第１計算部１０４１は、求めたそれぞれの画素における３次元空間の縦方向および横方向の長さを、第１ＤＲＲ画像においてそれぞれの画素が配置された２次元の平面内での縦方向および横方向の長さに変換する。そして、第１計算部１０４１は、変換した縦方向および横方向の長さに基づいて、ＣＴ位置を１画素分ずつ移動させながら、評価関数の出力（類似度）が最良となるＣＴ位置を探索する。図６には、放射線検出器３０－２に対応する現在の第１ＤＲＲ画像の平面内の探索経路Ｒ１に沿ってＣＴ位置を移動させて、現時点で最良のＣＴ位置を中間位置ＭＰ－１として探索した様子を示している。なお、図６では、探索経路Ｒ１を１つの直線で表しているが、上述したように、第１計算部１０４１は、ＣＴ位置を第１ＤＲＲ画像が表す２次元の平面に沿って移動させる。このため、探索経路Ｒ１は、第１ＤＲＲ画像内の縦方向および横方向に直線的にＣＴ位置を移動させる経路である。第１計算部１０４１は、探索した中間位置ＭＰ－１を表す情報を、生成部１０３に出力する。

【0076】

続いて、生成部１０３は、第１計算部１０４１により出力された中間位置ＭＰ－１を表す情報に基づいて、放射線検出器３０－１に対応する第１ＤＲＲ画像を生成して第１計算部１０４１に出力する。より具体的には、生成部１０３は、放射線検出器３０－２に対応する第１ＤＲＲ画像を生成するときと同様に、治療システム１が設置された治療室の３次元空間内で中間位置ＭＰ－１に仮想的に配置されたＣＴデータを含み、放射線検出器３０－１が放射線（Ｘ線）を検出する面に平行な２次元の平面を表す第１ＤＲＲ画像を生成して第１計算部１０４１に出力する。

【0077】

これにより、第１計算部１０４１は、中間位置ＭＰ－１を探索するときと同様に、現在の第１ＤＲＲ画像に含まれるＣＴ位置を１画素分ずつ順次移動させながら、現在の第１ＤＲＲ画像における好適位置（ＣＴ位置）を探索する。ただし、ここでは、第１計算部１０４１は、現在の第１ＤＲＲ画像と放射線検出器３０－１に対応するＸ線透視画像とのそれぞれの画素値から求まる評価関数の出力（類似度）が最良となるＣＴ位置を探索する。図６には、放射線検出器３０－１に対応する現在の第１ＤＲＲ画像の平面内の探索経路Ｒ２に沿ってＣＴ位置を移動させて、現時点で最良のＣＴ位置を中間位置ＭＰ－２として探索した様子を示している。なお、図６において１つの直線で表した探索経路Ｒ２も、探索経路Ｒ１と同様に、現在の第１ＤＲＲ画像内の縦方向および横方向に直線的にＣＴ位置を移動させる経路である。第１計算部１０４１は、探索した中間位置ＭＰ－２を表す情報を、生成部１０３に出力する。

【0078】

その後、同様に、生成部１０３は、第１計算部１０４１により出力された中間位置ＭＰ－２を表す情報に基づいて、中間位置ＭＰ－２に仮想的に配置されたＣＴデータを含む放射線検出器３０－２に対応する第１ＤＲＲ画像を生成して、第１計算部１０４１に出力する。そして、第１計算部１０４１も同様に、現在の第１ＤＲＲ画像と放射線検出器３０－２に対応するＸ線透視画像とのそれぞれの画素値から求まる評価関数の出力（類似度）が最良となるＣＴ位置を探索する。図６には、放射線検出器３０－２に対応する現在の第１ＤＲＲ画像の平面内の探索経路Ｒ３に沿ってＣＴ位置を移動させて、現時点で最良のＣＴ位置を中間位置ＭＰ－３として探索した様子を示している。なお、図６に示した探索経路Ｒ３も、探索経路Ｒ１と同様に、放射線検出器３０－２に対応する現在の第１ＤＲＲ画像内の縦方向および横方向に直線的にＣＴ位置を移動させる経路である。

【0079】

以降、同様に、生成部１０３によるいずれか一方の放射線検出器３０に対応する第１ＤＲＲ画像の生成と、第１計算部１０４１による現時点で最良のＣＴ位置の探索を繰り返す。これにより、第１計算部１０４１が疎探索したＣＴ位置が、終了位置ＥＰ、つまり、最終的なＣＴ位置に近づいていく。

【0080】

なお、第１計算部１０４１における疎探索は、上述したように、治療台１０に固定された患者Ｐの位置をある程度合わせることができるようになるまで行う簡易的なＣＴ位置の探索である。従って、第１計算部１０４１は、疎探索したＣＴ位置が終了位置ＥＰから所定の範囲内になると、つまり、患者Ｐの位置ずれ量が所定の範囲内になると、疎探索を終了する。図６では、第１計算部１０４１が、中間位置ＭＰ－３のＣＴ位置を探索した時点で疎探索を終了している。その後、計算部１０４における患者Ｐの位置ずれ量の計算は、第２計算部１０４２に引き継がれる。この場合、第１計算部１０４１は、探索した中間位置ＭＰ－３を表す情報を第２計算部１０４２に出力して、疎探索を終了する。

【0081】

ここで、第１計算部１０４１が疎探索を繰り返す回数、つまり、第１計算部１０４１が疎探索を終了すると判定する患者Ｐの位置ずれ量の所定の範囲は、第１ＤＲＲ画像とＸ線透視画像とのそれぞれの画素値から求まる評価関数の出力（類似度）に対して予め定められた類似度の閾値によって定める。なお、第１計算部１０４１が患者Ｐの位置ずれ量が所定の範囲内になったと判定する条件は、予め定められた他の条件であってもよい。例えば、第１計算部１０４１は、疎探索を予め定められた回数だけ行ったときに、患者Ｐの位置ずれ量が所定の範囲内になったと判定してもよい。また、例えば、第１計算部１０４１は、第１ＤＲＲ画像とＸ線透視画像とのそれぞれの写されている患者Ｐの体内の同じ病巣や骨、あるいはマーカーの像の距離が、放射線検出器３０（ＦＰＤ）に配置されているそれぞれのＸ線検出器によってＸ線透視画像に表すことができる実際の距離、いわゆる、Ｘ線透視画像を構成するそれぞれの画素の画素ピッチ以下になったときに、患者Ｐの位置ずれ量が所定の範囲内になったと判定してもよい。また、例えば、第１計算部１０４１は、患者Ｐの位置ずれ量を計算する際のＣＴ位置の移動量が、所定の移動量以下になったとき、言い換えれば、前回の疎探索において探索したＣＴ位置と今回の疎探索において探索したＣＴ位置との間の距離が、所定の距離以下になったときに、患者Ｐの位置ずれ量が所定の範囲内になったと判定してもよい。また、例えば、第１計算部１０４１は、第１ＤＲＲ画像とＸ線透視画像とのそれぞれの写されている患者Ｐの体内の同じ病巣や骨、あるいはマーカーの像の距離が、第２計算部１０４２が引き続き患者Ｐの位置ずれ量が最も少ないＣＴ位置を探索することができる探索可能範囲内の距離（例えば、０．５［ｍｍ］）以下になったとき、言い換えれば、第２計算部１０４２に患者Ｐの位置ずれ量の計算を引き継ぐことができる状態になったときに、患者Ｐの位置ずれ量が所定の範囲内になったと判定してもよい。

【0082】

（ＣＴ位置の密探索方法）
続いて、第２計算部１０４２におけるＣＴ位置（好適位置）の密探索について説明する。第２計算部１０４２は、上述したように、第１計算部１０４１による疎探索に引き続いて、第２ＤＲＲ画像とＸ線透視画像とに基づいた密探索を行う。なお、第２計算部１０４２における密探索は、従来の一般的な治療システムにおけるＣＴ位置の探索と同様である。つまり、第２計算部１０４２における密探索では、第１計算部１０４１における疎探索のようにＣＴ位置の移動を２次元の平面内に限定せずに、最終的な好適位置（ＣＴ位置）を探索する。より具体的には、第２計算部１０４２は、治療室内の３次元座標に準拠した回転量および並進量を表す６つのパラメータに従ってＣＴ位置をランダムに移動させながら、それぞれのＣＴ位置で第２ＤＲＲ画像とそれぞれの放射線検出器３０に対応するＸ線透視画像とのそれぞれの画素値から評価関数の出力（類似度）を求め、評価関数の出力（類似度）が最良となるＣＴ位置を密探索する。なお、第２計算部１０４２は、治療室内の３次元座標に準拠した回転量および並進量を表す６つのパラメータに従ってＣＴ位置を順次移動させながら評価関数の出力（類似度）が最良となるＣＴ位置を密探索してもよい。

【0083】

ただし、第２計算部１０４２が密探索を行うときには、第１計算部１０４１によって患者Ｐの位置ずれ量が所定の範囲内になっている。つまり、治療台１０に固定された患者Ｐの位置がある程度合わせられた状態になっている。このため、第２計算部１０４２は、第１計算部１０４１が疎探索を終了したＣＴ位置を基準として、第２ＤＲＲ画像に含まれるＣＴ位置を移動させる範囲を絞り込んだ状態で最終的な好適位置（ＣＴ位置）を密探索することができる。例えば、第２計算部１０４２は、ＣＴ位置を移動させる範囲を、第１計算部１０４１が疎探索したＣＴ位置を中心とした所定の範囲として、ＣＴ位置を密探索することができる。

【0084】

そして、第２計算部１０４２は、密探索によって探索した最終的なＣＴ位置に基づいて、治療台１０を移動させるための６つの制御パラメータを計算し、計算した６つの制御パラメータを寝台制御部１１に出力する。これにより、寝台制御部１１は、第２計算部１０４２により出力された６つの制御パラメータに従って治療台１０移動させる。

【0085】

なお、第２計算部１０４２は、上述したように、探索した最終的なＣＴ位置に基づいて治療台１０を移動させるための６つの制御パラメータを計算する前に、最終的なＣＴ位置の情報を表示制御部６０に出力して、治療システム１を利用する放射線治療の実施者（医師など）が確認するようにしてもよい。この場合、表示制御部６０は、生成部１０３が生成した第２ＤＲＲ画像に基づいて、それぞれの放射線検出器３０に対応する表示用のＤＲＲ画像を生成し、生成したそれぞれの放射線検出器３０に対応する表示用のＤＲＲ画像と、第２画像取得部１０２が取得した対応する放射線検出器３０のＸ線透視画像とを重畳した確認用の表示画像を、表示装置６１に表示させる。さらに、表示制御部６０は、表示用のＤＲＲ画像と対応するＸ線透視画像とを重畳した確認用の表示画像に、第２計算部１０４２が探索した最終的なＣＴ位置を重畳して、表示装置６１に表示させる。なお、表示用のＤＲＲ画像は、表示制御部６０が生成するのではなく、第２計算部１０４２が探索した最終的なＣＴ位置に基づいて生成部１０３が生成して表示制御部６０に出力してもよい。この場合、表示制御部６０は、生成部１０３が生成した表示用のＤＲＲ画像と対応するＸ線透視画像とを重畳し、さらに最終的なＣＴ位置を重畳して、表示装置６１に表示させる構成となる。

【0086】

また、第２計算部１０４２は、指示受付部８０により出力された、表示装置６１に表示された表示用のＤＲＲ画像およびＸ線透視画像と最終的なＣＴ位置とに基づいて放射線治療の実施者（医師など）が調整した、最終的なＣＴ位置を調整する情報を取得してもよい。この場合、第２計算部１０４２は、指示受付部８０により出力された最終的なＣＴ位置を調整する情報を探索したＣＴ位置に反映してから治療台１０を移動させるための６つの制御パラメータを計算し、計算した６つの制御パラメータを寝台制御部１１に出力する。これにより、寝台制御部１１は、第２計算部１０４２により出力された、放射線治療の実施者（医師など）が調整したＣＴ位置が反映された６つの制御パラメータに従って治療台１０移動させる。

【0087】

上述したように、第１の実施形態の医用画像処理装置１００では、第１計算部１０４１による疎探索と、第２計算部１０４２による密探索との２段階の探索処理で最終的なＣＴ位置（好適位置）を探索することによって、治療台１０に固定されている患者Ｐを放射線治療に好適位置に移動させるための位置決めの処理をする。ここで、第１計算部１０４１による疎探索において用いる第１ＤＲＲ画像は、平面で考えれば放射線検出器３０（ＦＰＤ）における撮影範囲よりも広くなるものの、ＣＴ位置を移動させる範囲は２次元の平面の範囲である。また、第２計算部１０４２による密探索は、第２ＤＲＲ画像においてＣＴ位置を移動させる範囲を絞り込んだ状態で、１回のみ行う。このため、第１の実施形態の医用画像処理装置１００を含む医用装置を備えた治療システム１では、ＤＲＲ画像に写される患者Ｐの体内の部位と、撮影装置が撮影したＸ線透視画像に写される患者Ｐの体内の部位とに大きな差異があった場合でも、ＣＴ位置を探索するために行う計算の負荷である計算コストを抑えた状態で、高精度に患者Ｐの位置決めの処理を行うことができる。

【0088】

なお、上述したように、患者Ｐの位置決めの処理をする際、医用画像処理装置１００では、計算部１０４に備えた第１計算部１０４１と第２計算部１０４２とのそれぞれが、ＤＲＲ画像に含まれるＣＴ位置を移動させることによって、放射線源２０と放射線検出器３０との組によって構成される撮影装置が設置された治療室内の３次元座標にＣＴ位置を合わせるものとして説明した。しかしながら、実際の放射線治療では、治療計画の段階などにおいて事前に定められた方向から、患者Ｐに対して治療ビームＢを照射する。従って、医用画像処理装置１００が寝台制御部１１に出力する最終的な６つの制御パラメータは、治療台１０に固定されている患者Ｐを、治療ビームＢを照射して放射線治療を行うために事前に定められた好適な方向に向けさせるために、探索した最終的なＣＴ位置から逆算して求めた制御パラメータである。言い換えれば、それぞれの放射線検出器３０が、事前に計画されたＤＲＲ画像と同じＸ線透視画像を撮影することができるように、治療台１０に固定されている患者Ｐの方向を変えるための制御パラメータである。

【0089】

このため、治療システム１では、医用画像処理装置１００による位置決めの処理が終了して治療台１０を移動させた後に、撮影装置によって再度Ｘ線透視画像を撮影して患者Ｐの向きを再確認してもよい。この場合に撮影されるＸ線透視画像は、事前に定められた好適な方向から患者Ｐを撮影した画像となる。そして、治療システム１では、表示用のＤＲＲ画像と、再度撮影したＸ線透視画像と、最終的なＣＴ位置とを重畳して表示装置６１に表示させ、放射線治療の実施者（医師など）が最終的に確認（判断）した後に、治療ビームＢを患者Ｐの体内の病巣に照射するようにしてもよい。

【0090】

なお、ここで放射線治療の実施者（医師など）が最終的に確認（判断）した結果、治療ビームＢを照射しない場合には、医用画像処理装置１００が再び患者Ｐの位置決めの処理を自動で行ってもよいし、放射線治療の実施者（医師など）が手動で患者Ｐの位置を調整してもよい。ここで、医用画像処理装置１００が再び患者Ｐの位置決めの処理を自動で行う場合には、第１計算部１０４１による疎探索を行わず、第２計算部１０４２による密探索のみを行うようにしてもよい。また、放射線治療の実施者（医師など）が手動で患者Ｐの位置を調整する場合には、第１計算部１０４１による疎探索においてＣＴ位置を移動させるために、３次元空間における縦方向および横方向の長さを２次元の平面内での縦方向および横方向の長さに変換したときの情報を利用して、患者Ｐの位置を２次元の平面内で調整させるようにしてもよい。

【0091】

上記説明したように、医用画像処理装置１００は、患者Ｐの３次元ボリュームデータ像（ＣＴ画像）を取得する第１画像取得部１０１と、照射した放射線（Ｘ線）を放射線検出器３０によって検出して画像（Ｘ線透視画像）化する撮影装置から、ＣＴ画像の取得時とは異なる時刻に患者Ｐに照射した放射線（Ｘ線）に応じたＸ線透視画像を取得する第２画像取得部１０２と、放射線検出器３０の３次元空間における設置位置に基づいて、仮想的に３次元空間に配置したＣＴ画像からＸ線透視画像を再現した再構成画像（ＤＲＲ画像）を生成する生成部１０３と、Ｘ線透視画像とＤＲＲ画像との類似度（評価値）に基づいて、３次元空間におけるＣＴ画像の好適位置を求める計算部１０４と、を備え、生成部１０３は、計算部１０４によって用いられるＤＲＲ画像を、Ｘ線透視画像に対応する範囲よりも広い範囲となるように生成する。

【0092】

また、上記説明したように、医用画像処理装置１００において、ＤＲＲ画像のうちＸ線透視画像に対応する範囲よりも広い範囲となるように生成されたＤＲＲ画像は、患者Ｐの対象部位を包含するように生成されてもよい。

【0093】

また、上記説明したように、生成部１０３は、ＤＲＲ画像のうちＸ線透視画像に対応する範囲よりも広い範囲の第１再構成画像（第１ＤＲＲ画像）と、ＤＲＲ画像のうち第１ＤＲＲ画像以外の第２再構成画像（第２ＤＲＲ画像）とを生成し、計算部１０４は、第１ＤＲＲ画像をＸ線透視画像に対して仮想的に平行移動させることで、当該第１再構成画像に含まれる対象部位と第２透視画像に含まれる対象部位との類似度が高い第１位置を求める第１計算部１０４１と、第１計算部１０４１により求められた第１位置を基準とし、第２ＤＲＲ画像をＸ線透視画像に対して仮想的に平行および回転移動させることで、当該第２ＤＲＲ画像に含まれる対象部位とＸ線透視画像に含まれる対象部位との類似度が高い第２位置を求める第２計算部１０４２とを含み、第２位置を最終的な好適位置として出力してもよい。

【0094】

また、上記説明したように、生成部１０３は、患者に対して、少なくとも第１の方向から照射された放射線を検出する放射線検出器３０に対応する第１ＤＲＲ画像と、第１の方向とは異なる第２の方向から照射された放射線を検出する放射線検出器３０に対応する第１ＤＲＲ画像とを生成し、それぞれの放射線検出器３０が放射線を検出する方向が示す情報を含む第２ＤＲＲ画像を生成してもよい。

【0095】

また、上記説明したように、第１計算部１０４１は、少なくとも、第１の方向または第２の方向のいずれか一方の方向から照射された放射線を検出する１つの放射線検出器３０に対応する第１ＤＲＲ画像を用いて第１位置を求めてもよい。

【0096】

また、上記説明したように、第１計算部１０４１は、第１の方向または第２の方向のいずれか一方の方向から照射された放射線を検出する放射線検出器３０に対応する第１ＤＲＲ画像を用いて第１位置を求める処理と、当該第１位置を基準として、他方の方向から照射された放射線を検出する放射線検出器３０に対応する第１ＤＲＲ画像を用いて、当該第１ＤＲＲ画像に含まれる対象部位とＸ線透視画像に含まれる対象部位との類似度がより高い第１位置を求める処理とを、第１ＤＲＲ画像に含まれる対象部位とＸ線透視画像に含まれる対象部位との類似度が所定の範囲内になるまで繰り返し、第２計算部１０４２は、所定の範囲内となった第１位置を基準として、第２位置を求めてもよい。

【0097】

また、上記説明したように、生成部１０３は、第１計算部１０４１がいずれか一方の放射線検出器３０に対応する第１位置を求めた後に、他方の放射線検出器３０に対応する第１再構成画像を生成してもよい。

【0098】

また、上記説明したように、医用画像処理装置１００は、ＣＴ画像およびＸ線透視画像を表示装置６１に表示させ、さらに好適位置の情報を表示装置６１に表示させる表示制御部６０と、ＣＴ画像の３次元空間内での好適位置の移動の指示を受け付ける指示受付部８０と、をさらに備えてもよい。

【0099】

また、上記説明したように、医用装置は、医用画像処理装置１００と、患者Ｐに対して異なる方向から照射された放射線（Ｘ線）を検出する２つの放射線検出器３０を備える撮影装置と、を備えてもよい。

【0100】

また、上記説明したように、治療システム１は、医用装置と、患者Ｐの治療する対象の部位に治療ビームＢを照射する治療ビーム照射門４０と、治療ビームＢの照射を制御する治療ビーム照射制御部４１と、医用装置において求められた好適位置に合うように患者Ｐが固定された治療台１０の位置を移動させる寝台制御部１１と、を備えてもよい。

【0101】

また、医用画像処理装置１００は、ＣＰＵやＧＰＵなどのプロセッサと、ＲＯＭやＲＡＭ、ＨＤＤ、フラッシュメモリなどの記憶装置とを備え、記憶装置には、プロセッサを、患者Ｐの３次元ボリュームデータ像（ＣＴ画像）を取得する第１画像取得部１０１と、照射した放射線（Ｘ線）を放射線検出器３０によって検出して画像（Ｘ線透視画像）化する撮影装置から、ＣＴ画像の取得時とは異なる時刻に患者Ｐに照射した放射線（Ｘ線）に応じたＸ線透視画像を取得する第２画像取得部１０２と、放射線検出器３０の３次元空間における設置位置に基づいて、仮想的に３次元空間に配置したＣＴ画像からＸ線透視画像を再現した再構成画像（ＤＲＲ画像）を生成する生成部１０３と、Ｘ線透視画像とＤＲＲ画像との類似度（評価値）に基づいて、３次元空間におけるＣＴ画像の好適位置を求める計算部１０４と、を備え、生成部１０３が、計算部１０４によって用いられるＤＲＲ画像を、Ｘ線透視画像に対応する範囲よりも広い範囲となるように生成するように機能させるためのプログラムが記憶された装置であってもよい。

【0102】

（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態について説明する。なお、第２の実施形態の医用画像処理装置を備えた治療システムの構成は、図１に示した第１の実施形態の医用画像処理装置１００を備えた治療システム１の構成において、医用画像処理装置１００が第２の実施形態の医用画像処理装置（以下、「医用画像処理装置２００」という）に代わった構成である。以下の説明においては、医用画像処理装置２００を備えた治療システムを、「治療システム２」という。

【0103】

なお、以下の説明においては、医用画像処理装置２００を備えた治療システム２の構成要素において、第１の実施形態の医用画像処理装置１００を備えた治療システム１の構成要素と同様の構成要素には、同一の符号を付与し、それぞれの構成要素に関する詳細な説明を省略する。そして、以下の説明においては、第１の実施形態の医用画像処理装置１００と異なる構成要素である医用画像処理装置２００の構成、動作、および処理についてのみを説明する。

【0104】

医用画像処理装置２００は、第１の実施形態の医用画像処理装置１００と同様に、現在の患者Ｐの位置を事前に定められた位置に合わせる位置決めの処理をする。つまり、医用画像処理装置２００も、第１の実施形態の医用画像処理装置１００と同様に、疎探索と密探索との２段階の探索処理によって、治療台１０に固定されている患者Ｐの現在の位置を事前に定められた好適位置に移動させるための治療台１０の移動量を求める。

【0105】

以下、治療システム２を構成する医用画像処理装置２００の構成について説明する。図７は、第２の実施形態の医用画像処理装置２００の概略構成を示すブロック図である。図７に示した医用画像処理装置２００は、第１画像取得部１０１と、第２画像取得部１０２と、生成部１０３と、計算部２０４とを備える。また、計算部２０４は、第１計算部１０４１と、第２計算部１０４２と、画像範囲決定部２０４３とを備える。

【0106】

医用画像処理装置２００は、第１の実施形態の医用画像処理装置１００を構成する計算部１０４が、計算部２０４に代わった構成である。計算部２０４は、第１の実施形態の医用画像処理装置１００を構成する計算部１０４に、画像範囲決定部２０４３が追加された構成である。なお、医用画像処理装置２００に備えたその他の構成要素は、第１の実施形態の医用画像処理装置１００に備えた構成要素と同じ構成要素である。従って、以下の説明においては、医用画像処理装置２００の構成要素において、第１の実施形態の医用画像処理装置１００に備えた構成要素と同様の構成要素には、同一の符号を付与し、それぞれの構成要素に関する詳細な説明を省略する。そして、以下の説明においては、第１の実施形態の医用画像処理装置１００と異なる構成要素についてのみを説明する。

【0107】

医用画像処理装置２００では、計算部２０４に備えた第１計算部１０４１が、現在の第１ＤＲＲ画像を用いて疎探索したＣＴ位置の情報を、生成部１０３に出力する代わりに、画像範囲決定部２０４３に出力する。

【0108】

画像範囲決定部２０４３は、第１計算部１０４１により出力されたＣＴ位置の情報に基づいて、第１計算部１０４１が次の疎探索において用いる第１ＤＲＲ画像の撮影範囲を決定する。画像範囲決定部２０４３は、決定した第１ＤＲＲ画像の撮影範囲の情報と、第１計算部１０４１により出力されたＣＴ位置の情報とを、生成部１０３に出力する。

【0109】

これにより、生成部１０３は、画像範囲決定部２０４３により出力された現在の第１ＤＲＲ画像におけるＣＴ位置を基準として、第１ＤＲＲ画像の撮影範囲の情報に応じた大きさで、第１計算部１０４１が次の疎探索において用いる新たな第１ＤＲＲ画像を生成し、生成した新たな第１ＤＲＲ画像を第１計算部１０４１に出力する。

【0110】

このような構成によって、医用画像処理装置２００では、第１計算部１０４１がＣＴ位置を疎探索する際の計算コストを、第１の実施形態の医用画像処理装置１００よりもさらに抑えた状態で、高精度に患者Ｐの位置決めの処理を行うことができる。

【0111】

ここで、画像範囲決定部２０４３における第１ＤＲＲ画像の撮影範囲の決定方法について説明する。なお、以下の説明においては、図６に示した第１ＤＲＲ画像を用いてＣＴ位置を求める動作の一例を参照して、画像範囲決定部２０４３における第１ＤＲＲ画像の撮影範囲の決定方法を説明する。

【0112】

第１計算部１０４１による疎探索において用いる第１ＤＲＲ画像の撮影範囲は、平面で考えると、放射線検出器３０（ＦＰＤ）における撮影範囲よりも広くなっている。しかしながら、第１計算部１０４１が疎探索したＣＴ位置が、終了位置、つまり、疎探索における最終的なＣＴ位置に近い場合には、第１計算部１０４１が疎探索において移動させるＣＴ位置の範囲は狭くしても問題なくなると考えられる。例えば、第１計算部１０４１における疎探索が終盤に差し掛かり、疎探索したＣＴ位置と疎探索における最終的なＣＴ位置との距離が放射線検出器３０（ＦＰＤ）の撮影範囲以内の距離である場合には、第１ＤＲＲ画像の撮影範囲は、放射線検出器３０（ＦＰＤ）の撮影範囲やそれ以下の範囲にすることができる。このため、画像範囲決定部２０４３は、第１計算部１０４１により出力されたＣＴ位置の情報に基づいて、次の疎探索において第１計算部１０４１が用いる第１ＤＲＲ画像の撮影範囲を狭くする。

【0113】

より具体的には、例えば、図６に示した第１ＤＲＲ画像を用いてＣＴ位置を求める動作の一例では、１回目の疎探索において第１ＤＲＲ画像の平面内でＣＴ位置を移動させる範囲は、探索経路Ｒ１に沿った、放射線検出器３０－２（ＦＰＤ）の撮影範囲よりも広い範囲である。これに対して、例えば、図６に示した動作の一例では、２回目の疎探索において第１ＤＲＲ画像の平面内でＣＴ位置を移動させる範囲は、探索経路Ｒ２に沿った範囲であり、放射線検出器３０－１（ＦＰＤ）の撮影範囲よりも狭い。さらに、例えば、図６に示した動作の一例では、３回目の疎探索において第１ＤＲＲ画像の平面内でＣＴ位置を移動させる範囲は、探索経路Ｒ３に沿った範囲であり、放射線検出器３０－２（ＦＰＤ）の撮影範囲よりも狭い。

【0114】

そこで、画像範囲決定部２０４３は、第１計算部１０４１が現在の疎探索においてＣＴ位置を移動させた距離に基づいて、次の疎探索においてＣＴ位置を移動させた距離を予測し、次の疎探索において第１計算部１０４１が用いる第１ＤＲＲ画像の撮影範囲を決定する。例えば、図６に示した動作の一例では、３回目の疎探索において第１ＤＲＲ画像の平面内でＣＴ位置を移動させる範囲は、１回目および２回目の疎探索によって、より高い確率で放射線検出器３０－２（ＦＰＤ）の撮影範囲よりも狭いと考えられる。このため、画像範囲決定部２０４３は、３回目の疎探索に用いる第１ＤＲＲ画像の撮影範囲を、例えば、放射線検出器３０－２（ＦＰＤ）の撮影範囲と同じ範囲に決定する。これにより、３回目の疎探索において第１計算部１０４１がＣＴ位置を移動させる範囲が、放射線検出器３０－２（ＦＰＤ）の撮影範囲となり、必要以上に第１ＤＲＲ画像を生成する際の生成部１０３における計算コストや、第１計算部１０４１における疎探索の計算コストが増加してしまうのを回避することができる。

【0115】

なお、上述したように、例えば、図６に示した動作の一例では、２回目の疎探索において第１ＤＲＲ画像の平面内でＣＴ位置を移動させる範囲も、放射線検出器３０－１（ＦＰＤ）の撮影範囲よりも狭いと考えられる。ただし、２回目の疎探索を行う段階では、１回目の疎探索のみが終了している段階であり、第１ＤＲＲ画像の平面内でＣＴ位置を移動させる範囲が放射線検出器３０－１（ＦＰＤ）の撮影範囲よりも狭いと考えられる確率が３回目の疎探索のときよりは低くなっていると考えられる。仮に、患者Ｐの位置ずれ量が最も少ないＣＴ位置が第１ＤＲＲ画像の撮影範囲を超えたＣＴ位置にある場合には、２回目の疎探索におけるＣＴ位置が第１ＤＲＲ画像の端部のＣＴ位置となり、以降に第１計算部１０４１が疎探索を繰り返す回数が増加してしまうことも考えられる。このため、画像範囲決定部２０４３は、より高い確率でＣＴ位置を移動させる範囲が放射線検出器３０（ＦＰＤ）の撮影範囲よりも狭くなる場合に、次の疎探索において第１計算部１０４１が用いる第１ＤＲＲ画像の撮影範囲を狭くするようにする。

【0116】

上述したように、第２の実施形態の医用画像処理装置２００でも、第１の実施形態の医用画像処理装置１００と同様に、第１計算部１０４１による疎探索と、第２計算部１０４２による密探索との２段階の探索処理で最終的なＣＴ位置（好適位置）を探索することによって、治療台１０に固定されている患者Ｐを放射線治療に好適位置に移動させるための位置決めの処理をする。さらに、第２の実施形態の医用画像処理装置２００では、画像範囲決定部２０４３が、第１計算部１０４１による疎探索において用いる第１ＤＲＲ画像の撮影範囲を狭い範囲にさせる。これにより、第２の実施形態の医用画像処理装置２００では、第１計算部１０４１が疎探索する際の計算コストを、第１の実施形態の医用画像処理装置１００よりも抑えた状態で、高精度に患者Ｐの位置決めの処理を行うことができる。

【0117】

上記説明したように、医用画像処理装置２００において、計算部２０４は、第１位置を求める際に第１再構成画像（第１ＤＲＲ画像）を第２透視画像（Ｘ線透視画像）に対して仮想的に平行移動させる移動量に基づいて、次に生成する第１ＤＲＲ画像の範囲を決定する画像範囲決定部２０４３、をさらに備えてもよい。

【0118】

上記に述べたとおり、各実施形態の医用画像処理装置では、第１計算部による疎探索と、第２計算部による密探索との２段階の探索処理で好適位置を探索することによって、放射線治療において治療ビームを病巣に照射させるために事前に定められた位置に治療台に固定されている患者を移動させるための位置決めの処理をする。これにより、各実施形態の医用画像処理装置を含む医用装置を備えた治療システムでは、好適位置を探索する計算コストを抑えた状態で、高精度に患者の位置決めの処理を行うことができる。そして、各実施形態の医用画像処理装置を含む医用装置を備えた治療システムでは、適切なタイミングで治療ビームを病巣に照射する放射線治療を安全に行うことができる。

【0119】

上記実施形態で説明した医用画像処理装置において用いられる医用画像処理プログラムは、コンピュータを、患者の第１透視画像を取得する第１画像取得部と、照射した放射線を検出器によって検出して画像化する撮影装置から、第１透視画像の取得時とは異なる時刻に患者に照射した放射線に応じた第２透視画像を取得する第２画像取得部と、検出器の３次元空間における設置位置に基づいて、仮想的に３次元空間に配置した第１透視画像から第２透視画像を再現した再構成画像を生成する生成部と、第２透視画像と再構成画像との類似度に基づいて、３次元空間における第１透視画像の好適位置を求める計算部と、を備え、生成部が、計算部によって用いられる再構成画像を、第２透視画像に対応する範囲よりも広い範囲となるように生成する、医用画像処理装置として機能させるための医用画像処理プログラムである。

【0120】

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、患者Ｐの３次元ボリュームデータ像（ＣＴ画像）を取得する第１画像取得部（１０１）と、照射した放射線（Ｘ線）を放射線検出器（３０）によって検出して画像（Ｘ線透視画像）化する撮影装置から、ＣＴ画像の取得時とは異なる時刻に患者Ｐに照射した放射線（Ｘ線）に応じたＸ線透視画像を取得する第２画像取得部（１０２）と、放射線検出器（３０）の３次元空間における設置位置に基づいて、仮想的に３次元空間に配置したＣＴ画像からＸ線透視画像を再現した再構成画像（ＤＲＲ画像）を生成する生成部（１０３）と、Ｘ線透視画像とＤＲＲ画像との類似度（評価値）に基づいて、３次元空間におけるＣＴ画像の好適位置を求める計算部（１０４）と、を持つことにより、生成部（１０３）は、計算部（１０４）によって用いられるＤＲＲ画像のうち少なくとも一部を、Ｘ線透視画像に対応する範囲よりも広い範囲となるように生成することで、患者の位置合わせを高い精度で行うことができる。

【0121】

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】

【0122】

１，２・・・治療システム
１０・・・治療台
１１・・・寝台制御部
２０，２０－１，２０－２・・・放射線源
３０，３０－１，３０－２・・・放射線検出器
４０・・・治療ビーム照射門
４１・・・治療ビーム照射制御部
５０・・・画像解析部
６０・・・表示制御部
６１・・・表示装置
８０・・・指示受付部
１００，２００・・・医用画像処理装置
１０１・・・第１画像取得部
１０２・・・第２画像取得部
１０３・・・生成部
１０４，２０４・・・計算部
１０４１・・・第１計算部
１０４２・・・第２計算部
２０４３・・・画像範囲決定部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】