JP4941974B2 - 放射線治療用ベッド位置決めシステム、治療計画装置及びベッド位置決め装置 - Google Patents
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Description
前記第1画像ファイルを用いて前記第1画像を表示するとともに、前記第1画像上の前記第1計算点に対応する位置に前記第1計算点の前記三次元の座標値から得た二次元の座標値を用いて前記第1計算点を表示し、かつベッド上の照射対象を撮影した現在画像である第2画像を表示するとともに、入力手段の指示に基づいて前記第2画像上の前記第1計算点に対応する位置にベッド位置決め演算に用いる第2計算点を設定し、この第2計算点の二次元の座標値を三次元の座標値に再構成する演算を行い、前記第1画像データに付加された前記第1計算点の前記三次元の座標値と前記第2画像上に設定した前記第2計算点の前記三次元の座標値とを用いてベッド位置決めデータを生成するベッド位置決め装置とを備えることにより解決される。
<装置構成>
図1は、本発明の一実施の形態に係わる放射線治療用ベッド位置決めシステムの全体構成を示す図である。この図1を用いて、まず、システムを構成する各装置について説明する。
<データのフローの概要>
図1に示すシステムにおけるデータの流れについて図2を用いて説明する。データは、治療計画装置101、X線画像撮像システム114にて生成され、それらが画像データサーバ109に蓄積され、ベッド位置決め装置115にて使用される。
<治療計画装置101>
まず、照射標的への照射やベッド位置決め以前に、治療計画装置101を用いてベッド位置決めに使用するDRR画像を生成する。そのために、治療計画装置101において、治療計画立案のためのCT画像データを画像データサーバ109から読込み、CT画像を記憶装置106及び主記憶装置108に格納する(ステップ201,202)。CT画像上に表示されているマーカや特徴点上に計算点(第1計算点;参照点)を設定する(ステップ203)。その後、計算点が設定されたCT画像を用いてDRR画像を生成する(ステップ204)。生成したDRR画像は、画像データサーバ109に送信し(ステップ205)、画像データサーバ109では受信したDRR画像を記憶装置111に保存する(ステップ206,207)。CT画像上に計算点を設定するステップ203からDRR画像を生成するステップ204までの処理内容については、後述する。
<X線画像撮像システム114>
X線画像撮像システム114では、照射標的の照射前に、ベッド上に照射標的を置いた状態でベッド上の照射標的をX線撮影し(ステップ208)、得られたX線データをX線画像撮影装置制御操作卓131に送信する(ステップ209)。X線画像撮影装置制御操作卓131にてX線データをDR画像(現在画像)を提供するDR画像データに変換し(ステップ210)、変換したDR画像データを画像データサーバ109に送信する(ステップ211)。DR画像データをX線画像撮像システム114より受信した画像データサーバ109は、DR画像データを記憶装置111に保存する(ステップ212,213)。ここで、DR画像データは、ベッド位置決め装置115の分野にて一般的に使用されているダイコム(DICOM)フォーマットであるとする。ただし、その他の画像フォーマットでもかまわない。また、DRR画像も同様である。
<ベッド位置決め演算装置118>
ベッド位置決め演算装置118では、ベッド位置決め演算を実施するために、DRR画像(参照画像)及びDR画像(現在画像)を画像データサーバ109から受信し、演算処理装置121内に読込み(ステップ215)、主記憶装置122及び記憶装置120に保存する(ステップ216)。読込んだDRR画像及びDR画像とをモニタ116上に表示し(ステップ217)、DR画像上に表示された特徴点やマーカ上に計算点(第2計算点)を設定し、DRR画像上に表示された計算点(第1計算点)とDR画像上に設定した計算点(第2計算点)の位置座標値を用いて位置決め演算を実施する(ステップ218)。位置決め演算後に、得られたベッド移動量をベッド制御装置123に送信する(ステップ219)。ベッド移動量送信後、座標変換したDR画像DRR画像は、画像データサーバ109に送信し(ステップ220)、画像データサーバ109では受信した座標変換後のDR画像を記憶装置111に保存する(ステップ221,222)。ここで、モニタ117上に画像データを表示するステップ217からベッド制御装置123へ移動量を送信するステップ219までの処理内容については、後述する。
<各ステップ単位での詳細>
図2に示すステップ203,204,217,218の詳細を図3を用いて説明する。
[DRRの生成まで(治療計画)]
DRR画像に対し計算点の三次元座標値を設定する方法について説明する。
[参照点をDRR画像に設定する方法]
ベッド位置決め用のDRR画像の生成が終了すると、引き続き治療計画装置101は、計算点をDRR画像に付加する処理を実施する。CT画像上に入力された計算点(参照点)はCT値としてCT画像内に存在している訳ではないため、DRR画像の生成過程において自動的にDRR画像上に写りこむことはない。そのため、三次元座標値である計算点がDRR画像すなわちX線受像装置133上のどこに投影されるか、さらにアイソセンタ面に投影した場合はアイソセンタ面上のどこに位置するかを計算する(ステップ204(2))。演算にはCT画像からDRR画像を計算する方法と同様の方法を使用する。
[2方向のDRR画像の必要性について]
DRR画像ファイル生成の説明の都合上1枚のDRR画像ファイルしか生成しないかのように記述を進めてきたが、実際は2枚以上のDRR画像ファイルをベッド位置決めにおいて使用するのが一般的である。つまり、異なる方向からアイソセンタ点に向けて撮影したDRR画像を用いる。異なる方向から生成した2枚のDRR画像を用いることで、三次元空間内での平行移動及び各平行移動軸まわりの回転量(これを6自由度と呼ぶ)を求めることが可能となる。1枚のDRR画像では二次元のデータであり、その二次元面内の2つの平行移動及び二次元面に垂直な方向まわりの回転量しか求めることができない。そのため、少なくとも2枚のDRR画像が必要である。実際に6自由度を求める演算方法については、後述する。また、いずれのDRR画像ファイルにおいても前述したDRR画像に計算点の座標値を付加する処理が実施される。
[位置決め演算について]
ステップ217以降のベッド位置決め演算装置115の動作について説明する。画像データサーバ109から読込まれたDRR画像(参照画像)及びDR画像(現在画像)はモニタ116上に表示される。例えば、図10のような配置で表示される(ステップ217)。この配置を2×2表示と呼ぶことにする。その他にもベッド位置決め演算装置は、2方向のDRR画像もしくはDR画像のみを表示する表示方法や特定の1方向のDRR画像及びDR画像を表示する表示方法を備える。これらの表示方法の切り替えは、モニタに表示されているGUI部品であるボタンやコンボボックス等を用いて、ベッド位置決め演算処理装置121に指示を与えることで実現する。図10では、表示されている画像の内容については省略し、画像を表示する領域の配置のみを示した。モニタ116内には、2枚のDRR画像を表示するために第1DRR画像表示領域701と第2DRR画像表示領域702がある。また、同様の目的をDR画像に対し実現するために第1DR画像表示領域703と第2DR画像表示領域704がある。さらに、表示切替や画像のコントラスト調整その他の操作をGUIにて実現するために操作パネル705がある。もちろん、図10に示す表示領域701〜704及び操作パネル705の配置は任意の並びが可能である。
Mは、座標の変換行列を表す。x_DRR、 y_DRR、 z_DRRはDRR上の計算点の座標であり、x_DR、 y_DR、 z_DRは対応するDR画像上の計算点の座標である。つまり、同じ番号を割り当てられた計算点間で式1が成立する。行列Mは、6自由度である平行移動3成分と回転3成分とを含む。
ここで、式2中のθ、φ、ψは回転量であり、Δx、Δy、Δzは平行移動量である。また、s()、c()の記法はそれぞれsin()、 cos()を表している。ベッド位置決め演算では、式1の関係が成立するように式2中の回転量及び平行移動量を求める。それがベッドの移動量となる。
となる。ここで、OAは原点から点Aへのベクトル、ABは点Aと点Bとを結ぶベクトル、OCは原点から点Cへのベクトル、CDは点Cと点Dとを結ぶベクトルである。また、式中ではOA等の上に矢印がついているが、これはベクトルであることを表す記号である。2直線間の距離N(s、t)は、
である。式4をs及びtで偏微分することで、2直線の最小距離を求めることができる。偏微分した結果の各係数を以下のようにすると、
2直線が最小になる場合の媒介変数s、tは、以下の式6にて求めることができる。
式6を式4に代入することで、交点Nを求めることができる。このような演算処理によりDR画像上の計算点の三次元座標値を求める(ステップ218(3))。本演算処理は、計算点の数だけ繰り返す。また求まった三次元座標値は、前述したデータ構造を用いて主記憶装置122に格納される。
ここで、添え字iはi番目のDRR画像及び座標変換されたDR画像の計算点である。また、DRR()の記法は、括弧の中にx、y、zが入ることによりそれぞれに対応した座標値成分となることを意味する。
[DR画像の保存]
ベッド移動量をベッドへと送信し終わりベッド位置決めが完了すると(ステップ219)、位置決め演算装置118はベッド位置決め演算処理装置121を用い、主記憶装置122上に存在するDR画像とDR画像上に設定された計算点とをDR画像ファイルへと変換し、記憶装置120に書き込み保存する(ステップ220)。ファイルのフォーマットは、例えば図9に示すようなDRR画像ファイルと同様な形式を用いる。また、事前にDR画像はベッド移動量に基づき座標変換されており、計算点も同様に座標変換されている。そして、ベッド位置決め演算装置118は生成したDR画像ファイルを通信装置119を経由して画像データサーバ109へと送信し、画像データサーバ109では受信したDR画像ファイルを記憶装置111に保存する(ステップ220〜ステップ222)。これら一連の処理の目的は、ベッド位置決め時の情報を検証及び確認するためであり、また翌日以降のベッド位置決め時にDRR画像の代わりにDR画像を使用するためである。
102 モニタ(第1表示装置)
103 入力手段
104 治療計画演算装置(第1画像ファイル生成装置)
105 通信装置
106 記憶装置
107 治療計画演算処理装置
108 主記憶装置
109 画像データサーバ
110 通信装置
111 記憶装置
112 データ演算処理装置
113 主記憶装置
114 X線画像撮像システム
115 ベッド位置決め装置(第2画像ファイル生成装置を含む)
116 モニタ(第2表示装置)
117 入力手段
118 ベッド位置決め演算装置
119 通信装置
120 記憶装置
121 ベッド位置決め演算処理装置
122 主記憶装置
123 ベッド制御装置
124 ネットワーク
701 第1DRR画像表示領域
702 第2DRR画像表示領域
703 第1DR画像表示領域
704 第2DR画像表示領域
705 操作パネル
Claims (17)
- 放射線治療におけるベッド位置決めシステムにおいて、
入力手段の指示に基づいてX線CT画像上にベッド位置決め演算に用いる第1計算点が指定されたとき、この第1計算点の三次元の座標値を計算して保存することで、前記X線CT画像に前記第1計算点を設定するとともに、前記X線CT画像を提供するCT画像データに基づいてベッド位置決めの参照画像である第1画像を提供する第1画像データを生成し、前記第1画像データに前記第1計算点の前記三次元の座標値を付加して保存し、第1画像ファイルを生成する第1画像ファイル生成装置と、
前記第1画像ファイルを用いて前記第1画像を表示するとともに、前記第1画像上の前記第1計算点に対応する位置に前記第1計算点の前記三次元の座標値から得た二次元の座標値を用いて前記第1計算点を表示し、かつベッド上の照射対象を撮影した現在画像である第2画像を表示するとともに、入力手段の指示に基づいて前記第2画像上の前記第1計算点に対応する位置にベッド位置決め演算に用いる第2計算点を設定し、この第2計算点の二次元の座標値を三次元の座標値に再構成する演算を行い、前記第1画像データに付加された前記第1計算点の前記三次元の座標値と前記第2画像上に設定した前記第2計算点の前記三次元の座標値とを用いてベッド位置決めデータを生成するベッド位置決め装置とを備えることを特徴とするベッド位置決めシステム。 - 請求項1記載のベッド位置決めシステムにおいて、
前記第1画像ファイル生成装置は、前記第1画像データとして、前記X線CT画像を提供するCT画像データに基づいてX線による撮像を模擬したX線透視画像を演算処理によって生成することを特徴とするベッド位置決めシステム。 - 請求項2記載のベッド位置決めシステムにおいて、
前記第1画像ファイル生成装置は、前記X線CT画像に設定した前記第1計算点の三次元の座標値を用いて前記第1画像における前記第1計算点の二次元の座標値を演算し、前記第1画像ファイルに、前記第1計算点の座標値として、前記三次元の座標値と前記二次元の座標値を付加することを特徴とするベッド位置決めシステム。 - 請求項1〜3のいずれか1項記載のベッド位置決めシステムにおいて、
前記ベッド位置決め装置は、前記第2画像としてX線画像撮像システムにより得たX線透視画像を用いることを特徴とするベッド位置決めシステム。 - 請求項1〜3のいずれか1項記載のベッド位置決めシステムにおいて、
前記ベッド位置決め装置は、前記第2画像に設定した仮の第2計算点を入力手段の指示に応じて移動する編集機能を備え、この編集機能による移動後の仮の第2計算点を前記第2計算点として設定することを特徴とするベッド位置決めシステム。 - 請求項1〜3のいずれか1項記載のベッド位置決めシステムにおいて、
前記ベッド位置決め装置は、前記第1画像上に表示された前記第1計算点を前記第2画像上の同じ座標位置に仮の第2計算点として表示する転写機能と、前記第2画像上に表示された前記仮の第2計算点を入力手段の指示に応じて移動する編集機能とを備え、この編集機能による移動後の仮の第2計算点を前記第2計算点として設定することを特徴とするベッド位置決めシステム。 - 請求項1〜3のいずれか1項記載のベッド位置決めシステムにおいて、
前記ベッド位置決め装置は、前記ベッド位置決めデータのベッド移動量を反映した新たな第2画像データ及び第2計算点の座標値を生成し、前記新たな第2画像データに前記新たな第2計算点の座標値を付加して保存し、第2画像ファイルを生成する第2画像ファイル生成装置を備えることを特徴とするベッド位置決めシステム。 - 請求項7記載のベッド位置決めシステムにおいて、
前記第2画像ファイル生成装置は、前記第2演算装置で生成したベッド位置決めデータに基づいて前記第2画像及び前記第2計算点の二次元の座標値を座標変換し、この座標変換後の第2画像を提供する第2画像データ及び第2計算点の座標値を前記新たな第2画像データ及び第2計算点の座標値として保存し、前記第2画像ファイルを生成することを特徴とするベッド位置決めシステム。 - 請求項1記載のベッド位置決めシステムにおいて、
前記第1画像ファイル生成装置は、
第1表示装置と、
この第1表示装置に前記X線CT画像を表示させ、この第1表示装置に表示されたX線CT画像に前記入力手段の指示に基づいて前記第1計算点を設定する第1演算装置と、
前記X線CT画像を提供するCT画像データに基づいてX線による撮像を模擬した画像データを前記第1画像データとして生成する第2演算装置と、
前記CT画像に設定した前記第1計算点の三次元の座標値を用いて前記第1画像における前記第1計算点の二次元の座標値を演算し、前記第1画像データに前記第1計算点の三次元の座標値と二次元の座標値を付加して保存し、前記第1画像ファイルを生成する第3演算装置とを有することを特徴とするベッド位置決めシステム。 - 請求項1又は9記載のベッド位置決めシステムにおいて、
前記ベッド位置決め装置は、
第2表示装置と、
この第2表示装置に前記第1画像及び前記第1計算点と前記第2画像を表示させ、この第2表示装置に表示された第2画像上の目標位置に前記第2計算点を設定する第4演算装置と、
前記第1計算点の座標値と前記第2計算点の座標値とを用いて前記ベッド位置決めデータを生成する第5演算装置とを有することを特徴とするベッド位置決めシステム。 - 放射線治療における治療計画装置において、
表示装置と、
この表示装置にX線CT画像を表示させ、入力手段の指示に基づいて前記表示装置に表示されたX線CT画像上にベッド位置決め演算に用いる第1計算点が指定されたとき、この第1計算点の三次元の座標値を計算して保存することで、前記X線CT画像に前記第1計算点を設定する第1演算装置と、
前記X線CT画像を提供するCT画像データに基づいてX線による撮像を模擬した第1画像を提供する第1画像データを生成する第2演算装置と、
前記X線CT画像に設定した前記第1計算点の三次元の座標値を用いて前記第1画像における前記第1計算点の二次元の座標値を演算し、前記第1画像データに前記第1計算点の三次元の座標値と二次元の座標値を付加して保存し、第1画像ファイルを生成する第3演算装置とを備えることを特徴とする治療計画装置。 - 放射線治療におけるベッド位置決め装置において、
表示装置と、
X線CT画像を提供するCT画像データに基づいて生成したベッド位置決めの参照画像である第1画像を提供する第1画像データに、前記X線CT画像上に予め設定されたベッド位置決め演算に用いる第1計算点の三次元の座標値を付加して保存する記憶装置と、
前記表示装置に前記ベッド位置決めの参照画像である第1画像を表示させるとともに、前記第1画像上の前記第1計算点に対応する位置に、前記第1計算点の前記三次元の座標値から得た二次元の座標値を用いて前記第1計算点を表示させ、かつベッド上の照射対象を撮影した現在画像である第2画像を表示させ、入力手段の指示に基づいて前記表示装置に表示された第2画像上の前記第1計算点に対応する位置にベッド位置決め演算に用いる第2計算点を設定する第4演算装置と、
前記第3演算装置により設定した前記第2計算点の二次元の座標値を三次元の座標値に再構成する演算を行い、前記第1計算点の三次元の座標値と前記第2計算点の三次元の座標値とを用いてベッド位置決めデータを生成する第5演算装置とを備えることを特徴とするベッド位置決め装置。 - 請求項12記載のベッド位置決め装置において、
前記第4演算装置は、
前記第1画像上に表示された前記第1計算点を前記第2画像上の同じ座標位置に仮の第2計算点として表示する転写機能と、前記第2画像上に表示された前記仮の第2計算点を入力手段の指示に応じて移動する編集機能とを備え、この編集機能による移動後の仮の第2計算点を前記第2計算点として設定することを特徴とするベッド位置決め装置。 - 請求項12記載のベッド位置決め装置において、
前記第5演算手段は、前記ベッド位置決めデータのベッド移動量を反映した新たな第2画像データ及び第2計算点の座標値を生成し、前記新たな第2画像データに前記新たな第2計算点の座標値を付加して保存し、第2画像ファイルを生成することを特徴とするベッド位置決め装置。 - 請求項14記載のベッド位置決め装置において、
前記第5演算装置は、前記第2演算装置で生成したベッド位置決めデータに基づいて前記第2画像及び前記第2計算点の二次元の座標値を座標変換し、この座標変換後の第2画像を提供する第2画像データ及び第2計算点の座標値を前記新たな第2画像データ及び第2計算点の座標値として保存し、前記第2画像ファイルを生成することを特徴とするベッド位置決め装置。 - 請求項12記載のベッド位置決め装置において、
前記第5演算装置は、前記第1計算点の座標値と前記第2計算点の座標値との偏差を演算し、その偏差が最小となる前記第2計算点の移動量を演算し、この移動量に基づいて前記ベッド位置決めデータを生成することを特徴とするベッド位置決め装置。 - 請求項16記載のベッド位置決め装置において、
前記第5演算装置は、前記第2計算点の移動量に応じて前記第2画像及び前記第2計算点の二次元の座標値を座標変換して、前記表示装置に表示し、入力手段より承認通知を受信すると、前記ベッド位置決めデータを有効化することを特徴とするベッド位置決め装置。
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