JP2001259060A - 患者位置ずれ計測方法、装置、及び、これを用いた患者位置決め方法、装置、並びに放射線治療装置 - Google Patents
患者位置ずれ計測方法、装置、及び、これを用いた患者位置決め方法、装置、並びに放射線治療装置Info
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Abstract
位置を直接計測して、位置決め精度を向上させる。 【解決手段】 患者位置ずれ量の予想範囲内における全
てのオプティカルフローを予め計算し、これと実際に計
測したオプティカルフローを比較して、患者の位置ずれ
量を求める。
Description
方法、装置、及び、これを用いた患者位置決め方法、装
置、並びに放射線治療装置に係り、特に、外部照射によ
る放射線治療の患者位置決めに用いるのに好適な、患者
位置の目標位置からのずれ量を計測するための患者位置
ずれ計測方法、装置、及び、これを用いた患者位置決め
方法、装置、並びに放射線治療装置に関する。
に、線量局在性に優れた放射線治療を行う際には、放射
線を照射ターゲットである病巣に正確に照射するため
に、正確に患者を位置決めする必要がある。
る患者位置決めの様子を示す。
く、まずステップ100で、放射線の照射門数、方向、
強度等の照射計画(治療計画と称する)を決定するため
に、X線CT撮影装置12で、患者10のX線CT画像
を撮影する。
置30で、前記X線CT画像を用いて、照射する患部の
位置や大きさを把握し、照射方向や厚さ等の条件(いわ
ゆる照射パラメータ)を決定する治療計画を行う。具体
的には、撮影したX線CT画像を用い、患者の体輪郭や
腫瘍領域の設定、更に放射線を照射してはいけない重要
臓器の入力設定を行い、これらの3次元モデルを作成す
る。この3次元モデル及び画像を用いて治療計画を行
い、照射方向や、照射線量を、計算機シミュレーション
により決定する。照射の際、計画に使用したX線CTと
治療台上の患者の位置や姿勢がずれていると、正確な照
射ができないため、照射治療の際の患者位置決めは、治
療の成否を決める非常に重要な作業となる。
位置決めのための疑似X線画像を計算機シミュレーショ
ンにより作成する。該疑似X線画像は、例えば患者上方
及び側方からの2方向を作成し、記録装置に記録保存す
る。
なる。
う。これには、事前位置決め段階130と、照射時位置
決め段階140の2つの作業があり、事前位置決め13
0は、照射治療前に1回だけ行う。放射線の外部照射治
療の場合、通常20〜30回の分割照射が行われるが、
照射時位置決め140は、照射毎に毎回行われる。従っ
て、この位置決め作業を簡略化できれば、技師と患者の
双方の負担を減らすことができる。
患者の体表(又は患者固定具表面)へのマーキングと、
照射時位置決めのためのX線画像撮影を行う。
132で、治療用の回転ガントリ14内の治療台16上
における患者10の位置を大まかに推定し、これに合わ
せて治療台16を目視による手動操作で移動する(荒位
置決めと称する)。
例えば上方と側方と2方向から、例えばX線発生装置2
2A、22B及びX線撮像装置24A、24Bをそれぞ
れ含むX線透過撮影装置20A、20Bを用いてX線透
過撮影を行い、ステップ120で作成した疑似X線画像
と一致するように、治療台16を動かす。治療台16を
動かしたら、再度X線画像を撮影し、結果を確認する。
必要に応じ、この作業が繰り返される(詳細位置決めと
称する)。
み、2つのX線透過画像を記録装置に記録保存する。
系に固定された投光器により、患者体表に投影されたマ
ーカーを、例えばインキ等で体表や固定具に転写する。
置決め140を行う。具体的には、ステップ142で、
体表のマーカーと照射装置系に固定された投光器による
投影マーカーを一致させるよう、目視による手動操作で
治療台16を動かす(荒位置決めと称する)。
行い、ステップ136で保存した位置決め用X線透過画
像と一致するように、治療台16を動かす。治療台16
を動かしたら、再度X線透過画像を撮影し、結果を確認
する。必要に応じて、この作業が繰り返される(詳細位
置決めと称する)。
画で決定された照射パラメータに基づいて照射される
が、X線CT撮影装置12と治療装置(回転ガントリ1
4)は異なる装置であるため、治療台16上の患者10
の座標系と、治療計画時に用いたX線CT画像の座標系
との間には、若干のずれが生じることになる。従って、
治療計画どおりに正確に患部に照射するためには、この
座標系のずれを補正する必要がある。ずれ量を正確に測
定できれば、例えば6自由度の治療台16により、患者
位置の補正が可能である。
決めでは、X線透過画像を用いて患者位置の計測を行っ
ている。X線透過画像では、骨等の密度の高い物質は比
較的視認し易いが、筋肉やその他の軟部組織は判別が難
しい。従って、通常は近傍にある骨等の特徴ある形状を
ランドマークとして位置決めを行うが、胸部や腹部のよ
うな体幹部では、コントラストが低く、正確な位置決め
が困難であるという問題点を有していた。
くなされたもので、判別が難しい軟部組織中の照射ター
ゲットの位置を直接計測することにより、位置決め精度
を向上させることを第1の課題とする。
せて、病院側スタッフ及び患者の負担を軽減することを
第2の課題とする。
標位置からのずれ量を計測するための患者位置ずれ計測
方法において、患者位置ずれ量の予想範囲内における全
てのオプティカルフローを予め計算し、これと実際に計
測したオプティカルフローを比較して、患者の位置ずれ
量を求めることにより、前記第1の課題を解決したもの
である。
合成ベクトルのノルムを計算し、該ノルムが最大となる
基準ノルム近傍で前記実際のオプティカルフローを計測
するようにして、照射ターゲットの検出を容易としたも
のである。
ずれ量を計測するための患者位置ずれ計測装置におい
て、予め計算した患者位置ずれ量の予想範囲内における
全てのオプティカルフローを保存する保存手段と、実際
のオプティカルフローを計測する計測手段と、前記保存
手段に保存された保存オプティカルフローと実際に計測
された計測オプティカルフローを比較して、患者の位置
ずれ量を求めるマッチング手段とを備えることにより、
前記第1の課題を解決したものである。
合成ベクトルのノルムを計算し、該ノルムが最大となる
基準ノルムを求める手段を備え、該基準ノルム近傍で前
記実際のオプティカルフローを計測するようにして、照
射ターゲットの検出を容易としたものである。
法により求められた位置ずれ量に応じて、患者の位置決
めを行うようにして、前記第1の課題を解決したもので
ある。
て、前記の患者位置ずれ計測装置と、該患者位置ずれ計
測装置により求められた位置ずれ量に応じて、患者の位
置決めを行う患者位置決め制御装置とを備えることによ
り、同じく前記第1の課題を解決したものである。
前記の患者位置決め装置と、該患者位置決め装置により
位置決めされた患者に放射線を照射する放射線照射装置
とを備えることにより、前記第2の課題を解決したもの
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や可能であり、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、照射ターゲットの3次元位置決めを行う。
施形態を詳細に説明する。
は、図3に示す如く、図1に示したX線CT撮影装置1
2で撮影された、放射線治療に必要なX線CT画像を保
存する画像データベース(DB)32と、該画像DB3
2からX線CT画像を取出し、照射ターゲットの3次元
位置・形状入力や、線量分布シミュレーションを行っ
て、放射線治療の照射パラメータを決定する、従来と同
様の治療計画装置30と、該治療計画装置30で設定さ
れた照射ターゲット付近のオプティカルフロー情報、及
び、患者10の回りに回動可能な照射ノズル18から放
射線を照射して治療を行うための回転ガントリ14の回
転情報を計算し、後出3次元(3D)位置決め制御装置
36に送信する、本発明に係る3次元(3D)位置決め
計画装置34と、まず、該3D位置決め計画装置34で
計算されたガントリ回転情報に基づきX線透過撮影を行
って、その画像を収集し、次に、この画像からオプティ
カルフローを計算して、照射ターゲット付近のオプティ
カルフロー情報とのずれを計算し、これを治療台16の
回転・移動情報に変換する、本発明に係る3次元(3
D)位置決め制御装置36とを含んで構成されており、
これらが、治療システムのネットワークに接続されてい
る。
に示す如く、まずステップ200で、治療直前の患者位
置決めで行われているX線透過撮影の画像を、1回転分
(ガントリ角度0〜360°)、設定された各回転角度
ステップ(例えば2°)でシミュレーションして、図5
に示す如く、多ガントリ方向からのX線透過シミュレー
ション画像XI(n)、XI(n+1)・・・を作成す
る。ステップ角度は任意に設定できるが、例えば2°に
設定すると、180枚のX線透過シミュレーション画像
が作成される。
装置30で設定された照射ターゲット付近のオプティカ
ルフローを、各シミュレーション画像間で計算する。具
体的には、図6に示す如く、2つの隣接するX線透過シ
ミュレーション画像X(n)、X(n+1)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、
同じ物が移動したと仮定して、2つの画素間の移動ベク
トルを算出することにより、オプティカルフローを計算
して、図6の右側に示すようなオプティカルフロー画像
Oを得る。画像中の矢印が、X(n)とX(n+1)と
の間での移動量と方向を示す。筋肉やその他の、コント
ラストが低い、軟部組織であっても、動きの判別は可能
である。
如く、それぞれのオプティカルフロー画像で、画像中心
付近のオプティカルフローベクトルof(i)及びその
ノルム(絶対値)を計算し、その中から最大のノルム値
を検索して、基準ノルムXN(n)とする。又、このと
きのオプティカルフローを基準オプティカルフローと
し、この基準オプティカルフローを計算した回転角度情
報と合わせて、計3つの情報を保存する。基準ノルム近
傍では、オプティカルフローベクトルが大きく、照射タ
ーゲット付近での画像の見え方に大きな変化があると考
えられるため、この回転角度情報を用いて、X線透過撮
影を行えば、照射ターゲットを検出し易くなる。
で、図8のステップ230に進み、この回転角度近傍で
患者セットアップ誤差(例えば±30%)の範囲で、X
線CT画像を回転・移動させて、ステップ240で、図
9に示す如く、ベッド角度やチルト角度も入れて基準角
度周辺微小領域のX線透過シミュレーション画像を再作
成し、回転・移動量(n)と、そのときのオプティカル
フロー(n)(ステップ250)、合成ベクトルのノル
ム(n)(ステップ260)を計算して、テーブルに保
存する。この保存情報は、前記3D位置決め制御装置3
6に転送される。
に示す如く、ステップ310で前記3D位置決め計画装
置34から出力された回転角度情報と回転角度ステップ
情報を用いて、回転ガントリ及びX線透過撮影装置を制
御し、X線透過撮影を行い、ステップ320で、計測さ
れたオプティカルフローを計測オプティカルフローとし
て計算し、保存する。更に、ステップ330で、合成ベ
クトルのノルムも計算し、計測ノルムとして保存する。
の計測オプティカルフローOfm(i)と、テーブルと
して保存したオプティカルフローOfm(i)とのパタ
ーンマッチングを、図12に示す如く、例えば対応する
画素毎のベクトルの内積の総和PMをとることによって
行い、マッチングの値が最小(PMは最大)になった回
転・移動量を、回転・移動のずれ量として出力する。
傍での画像の見え方に大きな変化があると考えられる基
準ノルム近傍での回転角度情報を用いて、X線透過撮影
を行っているので、照射ターゲットを容易に精度良く検
出できる。なお、基準ノルム近傍でなくても十分な精度
が得られる時には、他の回転角度で位置ずれを検出する
ことも可能である。
イムでのシミュレーションも可能である。
を代わりに用いるのではなく、照射ターゲットそのもの
を計測するので、位置決めの精度が向上する。従って、
放射線の照***度が向上して、病院側スタッフと患者双
方の負担を軽減させることができる。
患者の被爆量が低減される。
場合には、オペレータ毎のばらつきを防ぐことができ
る。
めの様子を示す線図
を示すブロック図
計画装置の動作の前半を示す流れ図
トリ角度方向からシミュレーション画像を作成している
様子を示す斜視図
を示す線図
いる様子を示す線図
流れ図
周辺微小領域でのシミュレーション画像を作成している
様子を示す斜視図
制御装置の動作の前半を示す流れ図
ィカルフローのパターンマッチングを行っている様子を
示す線図
Claims (7)
- 【請求項1】患者位置の目標位置からのずれ量を計測す
るための患者位置ずれ計測方法において、 患者位置ずれ量の予想範囲内における全てのオプティカ
ルフローを予め計算し、 これと実際に計測したオプティカルフローを比較して、 患者の位置ずれ量を求めることを特徴とする患者位置ず
れ計測方法。 - 【請求項2】前記計算した各オプティカルフローで合成
ベクトルのノルムを計算し、該ノルムが最大となる基準
ノルム近傍で前記実際のオプティカルフローを計測する
ことを特徴とする請求項1に記載の患者位置ずれ計測方
法。 - 【請求項3】患者位置の目標位置からのずれ量を計測す
るための患者位置ずれ計測装置において、 予め計算した患者位置ずれ量の予想範囲内における全て
のオプティカルフローを保存する保存手段と、 実際のオプティカルフローを計測する計測手段と、 前記保存手段に保存された保存オプティカルフローと実
際に計測された計測オプティカルフローを比較して、患
者の位置ずれ量を求めるマッチング手段と、 を備えたことを特徴とする患者位置ずれ計測装置。 - 【請求項4】予め計算した各オプティカルフローで合成
ベクトルのノルムを計算し、該ノルムが最大となる基準
ノルムを求める手段を備え、 該基準ノルム近傍で前記実際のオプティカルフローを計
測することを特徴とする請求項3に記載の患者位置ずれ
計測装置。 - 【請求項5】請求項1又は2に記載の患者位置ずれ計測
方法により求められた位置ずれ量に応じて、患者の位置
決めを行うことを特徴とする患者位置決め方法。 - 【請求項6】請求項3又は4に記載の患者位置ずれ計測
装置と、 該患者位置ずれ計測装置により求められた位置ずれ量に
応じて、患者の位置決めを行う患者位置決め制御装置
と、 を備えたことを特徴とする患者位置決め装置。 - 【請求項7】請求項6に記載の患者位置決め装置と、 該患者位置決め装置により位置決めされた患者に放射線
を照射する放射線照射装置と、 を備えたことを特徴とする放射線治療装置。
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