JP2001259059A - 患部トラッキング方法、装置、及び、これを用いた放射線照射方法、装置、並びに放射線治療装置 - Google Patents
患部トラッキング方法、装置、及び、これを用いた放射線照射方法、装置、並びに放射線治療装置Info
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Abstract
って、呼吸同期照射を正確に行う。 【解決手段】 患部周辺を撮影したX線透過撮影画像X
からオプティカルフローOを計算し、そのフローベクト
ルof(i)を合成することによって、患部の動きベク
トルVを計算する。
Description
方法、装置、及び、これを用いた放射線照射方法、装
置、並びに放射線治療装置に係り、特に、外部照射によ
る放射線治療の呼吸同期照射に用いるのに好適な、患部
の移動をトラッキングするための患部トラッキング方
法、装置、及び、これを用いた放射線照射方法、装置、
並びに放射線治療装置に関する。
射線治療、特に、線量局在性に優れた放射線治療を行う
際には、呼吸性の臓器(病巣)移動の影響を低減して、
正常組織への不要な照射を防止するために、呼吸に同期
して照射ビームをオン・オフする呼吸同期照射が行われ
る。
雄、辻比呂志、早川吉則、丸橋晃、辻井博彦「呼吸位相
同調陽子線照射法」日本医放会誌52(8)1161−
1167頁、1992(平成4年)に記載された、歪み
ゲージを体表面(通常腹部)に貼り付けて、呼吸による
胸腹壁の皮膚の伸長度を検出する方法があるが、最近、
白土博樹、清水伸一、喜多村圭「次世代の放射線治療:
動体追跡放射線治療」映像情報(M)Vol.31No.
16(1999年8月)876−878頁に記載されて
いるように、患部周辺に微小な金属球(金マーカー)を
埋め込み、2方向からのX線透過撮影装置を用いてリア
ルタイムで三角測量を行い、3次元的な患部の動きを検
出する方法も提案されている。
方法では、体表面に歪みゲージを貼り付けるため、呼吸
以外の動きを検出する可能性がある。又、体内の患部の
動きを直接計測していないことによる誤差も考えられ
る。
の体内に挿入する必要があり、治療終了後には、これら
を取出す必要もある。従って、患者の肉体的、精神的な
苦痛を伴う。更に、外部照射の放射線治療は、通常、1
日1回の照射治療を10〜20回行うため、治療の進捗
に伴い、患部周辺組織に萎縮等が起こって、最初に埋め
込んだマーカーによる3次元位置計測が困難になる可能
性もある。
くなされたもので、患部の呼吸性移動を正確にトラッキ
ングすることを課題とする。
トラッキングするための患部トラッキング方法におい
て、患部周辺を撮影した透過画像からオプティカルフロ
ーを計算し、そのフローベクトルを合成することによっ
て、患部の動きベクトルを計算することにより、前記課
題を解決したものである。
各方向の透過画像から得た動きベクトルを合成すること
によって、患部の3次元動きベクトルを計算するように
したものである。
って、患部の位置を計算するようにしたものである。
するための患部トラッキング装置において、患部周辺を
撮影した透過画像からオプティカルフローを計算する手
段と、そのフローベクトルを合成することによって、患
部の動きベクトルを計算する手段とを備えることによ
り、同じく前記課題を解決したものである。
各方向の透過画像から得た動きベクトルを合成すること
によって、患部の3次元動きベクトルを計算するように
したものである。
よって、患部の位置を計算する手段を備えたものであ
る。
の患部トラッキング方法により検出される患部の移動状
態に同期して、患部に照射される放射線の照射状態を制
御するようにして、高精度の呼吸同期照射が行えるよう
にしたものである。
前記の患部トラッキング装置と、該患部トラッキング装
置により検出される患部の移動状態に同期して、患部に
照射される放射線の照射状態を制御する照射制御装置と
を備えることにより、同じく高精度の呼吸同期照射が行
えるようにしたものである。
前記の放射線照射装置を含むことにより、高精度の治療
を行えるようにしたものである。
素の流れ(動き)をベクトルで表わしたものを言い、通
常は動画像のフレーム間での各画素の動きをベクトルで
求めることで、移動方向を検出するのに用いられてい
る。その特徴は、瞬間瞬間の微小変化を扱い、変化が連
続的であれば、各画素の動きが流れるように変化すると
ころであると判断する。移動ベクトルを検出できれば、
移動物体の把握や追跡が可能であり、交通量調査や人間
のジェスチャの認識等に用いることが検討されている。
用して、照射ターゲット付近の3次元計測を行い、照射
ビームのオン・オフ制御を行う。
施形態を詳細に説明する。
は、図1に示す如く、例えば患者ベッド(図示省略)上
に載置される患者10の周囲に照射ノズル22を回転移
動させるための回転ガントリ20内に設置された、それ
ぞれX線発生装置32A、32B及びX線撮像装置34
A、34Bを含む2組のX線透過撮影装置30A、30
Bと、各X線透過撮影装置30A、30Bによって得ら
れるリアルタイム映像から、瞬時のオプティカルフロー
を計算し、2方向のオプティカルフローから、3次元の
動きベクトルを計測して、この情報を基に、治療ビーム
のオン・オフを制御する制御信号を出力する3次元(3
D)患部トラッキング装置40とから主に構成されてい
る。
患者10の体軸に垂直な面内に、例えば直交する方向か
ら撮影を行うよう設置されており、リアルタイムでX線
透過撮影を行うことができる市販のシステムを用いるこ
とができる。それぞれの透過撮影画像の中心は、予め治
療が計画された患部中心に一致するように設定される。
X線撮像装置34A、34Bから入力されるリアルタイ
ム映像から、瞬時のオプティカルフローを計算して動き
ベクトルを計算する、撮影方向毎に設けられた動きベク
トル計算装置42A、42Bと、該動きベクトル計算装
置42A、42Bによって得られる2方向の動きベクト
ルから、3次元の動きベクトルを計測する3次元(3
D)合成ベクトル計算装置60と、該3D合成ベクトル
計算装置60の出力をベクトル積分して3次元的な移動
量を計算する3D移動量計算装置62と、外部から設定
される照射可能範囲に応じて、照射ノズル22から照射
される治療用3Dビームの照射範囲を設定する3Dビー
ム照射範囲設定装置64と、該3Dビーム照射範囲設定
装置64で設定された照射範囲と前記3D移動量計算装
置62で計算された移動量を比較して、例えば移動量が
ビーム照射範囲を超えている場合に、照射ノズル22か
ら照射されるビームをオフとする制御信号を出力する判
定装置66とを含んで構成されている。
は、前記X線撮像装置34A又は34Bから連続画像を
入力するための連続画像入力装置44Aと、該連続画像
入力装置44から入力される画像を今回の画像として記
憶するための今回画像メモリ46Aと、該今回画像メモ
リ46Aに一旦記憶させた画像を前回の画像として記憶
するための前回画像メモリ48Aと、前記今回及び前回
の画像メモリ46A、48Aの差からオプティカルフロ
ーを計算するオプティカルフロー計算装置50Aと、該
オプティカルフロー計算装置50Aの出力を合成して動
きベクトルを計算するための合成ベクトル計算装置52
とを含んで構成されている。
ら入力される前回時刻T−1及び今回時刻TのX線透過
撮影画像Xが、図2の左側に示す如くであったとする。
図において、12は肺、14は治療対象(ここでは肝
臓)、16は照射ターゲット部分、24は照射中心(ア
イソセンタとも称する)である。
2つの画像において、同じ場所に設定したある微小領域
内の等輝度画素は、同じものが移動したものであると仮
定して、2つの画素間の移動ベクトルを算出することに
より、図2の右側に示すようなオプティカルフロー画像
Oを得る。このオプティカルフロー画像Oにおいて、画
像中の矢印が、前回時刻T−1と今回時刻Tとの間での
移動量と方向を示す。
中心付近(患部周辺)の画像中心(アイソセンタ)付近
のオプティカルフローベクトルof(i)を合成する
と、患部の動きを表わす合成ベクトルV(=Σof
(i))が得られる。
トル計算装置42A、44Bの出力V1、V2を合成す
ることにより、患部の3D動きベクトルVdを計算する
ことができ、これを積分することによって、3D位置軌
跡Pを得ることができる。
を照射可能領域(形状が直方体、楕円、楕球等)Rとし
て設定することにより、例えば照射可能領域R内ではビ
ームオン、範囲外ではビームオフの信号を出力する。こ
こで、前記許容範囲は、患部が大きく動いても問題の少
ない照射方向には、大きく設定することができる。
きベクトルV1、V2を合成して3D合成ベクトルVd
を求めていたが、1つの投影方向の動きのみが分かれば
よい場合には、1つの動きベクトルのみを用いることが
できる。又、位置に変換することなく、動きベクトルで
直接トラッングすることも可能である。又、同期対象も
呼吸に限定されない。
動きや位置を計測できるので、同期照射の精度が向上す
る。又、患者の体内に金属球等のマーカーを挿入する必
要がないので、身体的、精神的な負担がない。
ブロック図
算の様子を示す線図
の様子を示す線図
示す線図
Claims (9)
- 【請求項1】患部の移動をトラッキングするための患部
トラッキング方法において、 患部周辺を撮影した透過画像からオプティカルフローを
計算し、 そのフローベクトルを合成することによって、患部の動
きベクトルを計算することを特徴とする患部トラッキン
グ方法。 - 【請求項2】前記透過画像を複数の方向で撮影し、各方
向の透過画像から得た動きベクトルを合成することによ
って、患部の3次元動きベクトルを計算することを特徴
とする請求項1に記載の患部トラッキング方法。 - 【請求項3】前記動きベクトルを積分することによっ
て、患部の位置を計算することを特徴とする請求項1又
は2に記載の患部トラッキング方法。 - 【請求項4】患部の移動をトラッキングするための患部
トラッキング装置において、 患部周辺を撮影した透過画像からオプティカルフローを
計算する手段と、 そのフローベクトルを合成することによって、患部の動
きベクトルを計算する手段と、 を備えたことを特徴とする患部トラッキング装置。 - 【請求項5】前記透過画像を複数の方向で撮影し、各方
向の透過画像から得た動きベクトルを合成することによ
って、患部の3次元動きベクトルを計算することを特徴
とする請求項4に記載の患部トラッキング装置。 - 【請求項6】前記動きベクトルを積分することによっ
て、患部の位置を計算する手段を更に備えたことを特徴
とする患部トラッキング装置。 - 【請求項7】請求項1乃至3のいずれかに記載の患部ト
ラッキング方法により検出される患部の移動状態に同期
して、患部に照射される放射線の照射状態を制御するこ
とを特徴とする放射線照射方法。 - 【請求項8】請求項4乃至6のいずれかに記載の患部ト
ラッキング装置と、 該患部トラッキング装置により検出される患部の移動状
態に同期して、患部に照射される放射線の照射状態を制
御する照射制御装置と、 を備えたことを特徴とする放射線照射装置。 - 【請求項9】請求項8に記載の放射線照射装置を含むこ
とを特徴とする放射線治療装置。
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