(57)【要約】【課題】本発明は、放射線治療の分野に関し、詳細には、固定放射線焦点を有する放射線治療ユニットを備える放射線治療システムにおける位置決め装置を校正する方法に関する。【解決手段】方法は、少なくとも１つの基準物を備える校正ツールに照射するステップと、校正ツールの基準物の断面写像を含めて少なくとも１つの２次元画像を撮影するステップと、各基準物の写像の画像座標を決定するステップとを含む。基準物画像座標、校正ツールの原点に対する定位座標系における基準物の位置、及び画像化ユニットに対する校正ツールの原点の位置に基づき、並進及び回転の位置差を含む定位座標系における校正ツールの位置と画像化装置座標系における校正ツールの位置との間の位置差を計算する。【選択図】図１
2020039893.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線治療システム（１）に対し、患者の画像を撮影する画像化装置（５０）を校正する方法であって、前記放射線治療システムが、固定放射線焦点を有する放射線治療ユニット（１０）、及び前記放射線治療ユニット（１０）における前記固定焦点に対し患者を位置決めする位置決め装置（２０）を備え、前記方法が、
前記画像化装置（５０）の放射線ユニット（５１)を用いて、画像走査手順中に、少なくとも１つの基準物を備える校正ツール（１１０）に電離放射線を照射するステップであって、前記校正ツール（１１０）及び前記少なくとも１つの基準物（１１２）が、定位座標系において知られる位置を有する、ステップと、
前記画像走査手順中に、前記画像化装置（５０）の検出器（５２）を用いて、前記校正ツール（１１０）の基準物（１１２）の断面写像を含む少なくとも１つの２次元画像を撮影するステップと、
前記撮影された画像において、各基準物（１１２）の前記写像の画像座標（ｄｘｙ）を決定するステップと、
前記画像化ユニット（５１）に対する前記校正ツール（１１０）の原点（ｏ）の位置（ｒｓｏ）を取得するステップと、
前記定位座標系における前記校正ツール（１１０）の位置と画像化装置座標系における前記校正ツール（１１０）の位置との間の変換を計算するステップと
を含み、
前記計算が、前記基準物画像座標（ｄｘｙ）、前記校正ツール（１１０）の原点（ｏ）に対する前記定位座標系における前記基準物（１１２）の位置（ｒｏｂ）、及び前記画像化ユニット（５１）に対する前記校正ツール（１１０）の前記原点（ｏ）の前記位置（ｒｓｏ）に基づいている、方法。
【請求項２】
前記画像化ユニット（５１）に対する前記校正ツール（１１０）の原点（ｏ）の位置（ｒｓｏ）を取得するステップは、前記画像化ユニット（５１）に対する前記校正ツール（１１０）の前記原点（ｏ）の前記位置（ｒｓｏ）を計算するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記画像化ユニット（５１）に対する前記基準物（１１２）の位置（ｒｓｄ）を、前記基準物画像座標（ｄｘｙ）及び前記画像化ユニット（５１）に対する前記検出器（５２）の位置（ｒｓｄ）に基づいて決定するステップと、
前記変換を、前記画像化ユニット（５１）に対する前記基準物の位置（ｒｓｄ）、前記画像化座標系における前記基準物の位置（ｒｏ’ｂ）、及び前記画像化ユニット（５１）に対する前記校正ツールの位置（ｒｓｏ）に基づいて計算するステップと
をさらに含む、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記変換の計算が、前記画像化ユニット（５１）と前記検出器（５２）との間の距離（ＳＤＤ）、及び前記定位座標系における前記検出器の位置と前記画像化ユニット座標系における前記検出器の位置との間の検出器の回転にさらに基づいている、請求項１から３までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記基準物位置と前記画像化ユニット（５１）の位置との間のベクトル（ｒｓｂ）を、前記それぞれの基準物画像座標（ｄｘｙ）、及び、前記基準物位置と前記画像化ユニット（５１）の前記位置との間の前記ベクトル（ｒｓｂ）が各基準物（１１２）に対し前記基準物画像座標（ｄｘｙ）と前記画像化ユニット（５１）の位置との間のベクトル（ｒｓｄ）に平行であるとの前提に基づいて決定するステップと、
前記変換を計算する際に、前記基準物位置と前記画像化ユニット（５１）の前記位置との間の前記ベクトル（ｒｓｄ）と、前記基準物画像座標（ｄｘｙ）と前記画像化ユニット（５１）の位置との間の前記ベクトル（ｒｓｂ）との間の関係を用いるステップと、
をさらに含む、請求項１から４までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記画像化ユニット（５１）に対する前記基準物画像座標（ｄｘｙ）への前記ベクトル（ｒｓｄ）と、前記画像化ユニット（５１）に対する前記基準物位置の前記ベクトル（ｒｓｂ）との間の関係をスカラとして定義するステップと、
前記スカラの値を、前記画像化ユニット（５１）に対する前記基準物の位置（ｒｓｄ）、前記画像化座標系における前記基準物の位置（ｒｏ’ｂ）、及び前記画像化ユニット（５１）に対する前記校正ツールの位置（ｒｓｏ）に基づいて決定するステップと
をさらに含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記画像化装置座標系における前記校正ツール（１１０）の原点（ｏ）に対する前記基準物（１１２）の位置（ｒｏ’ｂ’）を、前記定位座標系における前記校正ツール（１１０）の前記原点（ｏ）に対する前記基準物の前記位置（ｒｏｂ）に基づいて計算するステップと、
前記変換を、前記基準物画像座標（ｄｘｙ）、前記画像化座標系における前記基準物の座標（ｒｏ’ｂ’）、及び前記画像化ユニット（５１）に対する前記校正ツールの座標（ｒｓｏ）に基づき計算するステップと、
をさらに含む、請求項１から６までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記定位座標系における基準物の位置と前記画像化座標系におけるその基準物の位置との間の各関係が、ベクトル回転方法を用いて、並進及び回転の変換を定義するベクトルとして計算される、請求項１から７までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記位置決め装置が、前記位置決め装置（２０）に対して少なくとも患者の一部分を固定する為の定位固定ユニットに脱着可能で確実に係合する固定装置（２８）を含む、請求項１から８までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
放射線治療システム（１）に対し、患者の画像を撮影する為の画像化装置（５０）を校正する装置であって、前記放射線治療システムが、固定放射線焦点を有する放射線治療ユニット（１０）、及び前記放射線治療ユニット（１０）における前記固定焦点に対し患者を位置決めする位置決め装置（２０）を備え、
前記画像化装置（５０）が、画像走査手順中に、放射線ユニット（５１)を用いて少なくとも１つの基準物を備える校正ツール（１１０）に電離放射線を照射するように構成され、前記校正ツール（１１０）及び前記少なくとも１つの基準物（１１２）が定位座標系において知られる位置を有し、
前記画像化装置（５０）が、前記画像走査手順中に、検出器（５２）を用いて前記校正ツール（１１０）の基準物（１１２）の断面写像を含む少なくとも１つの２次元画像を撮影するように構成され、
処理ユニット（１２０）が、
前記撮影された画像において、各基準物（１１２）の前記写像の画像座標（ｄｘｙ）を決定し、
前記画像化ユニット（５１）に対する前記校正ツール（１１０）の原点（ｏ）の位置（ｒｓｏ）を取得し、
前記定位座標系における前記校正ツール（１１０）の位置と画像化装置座標系における前記校正ツール（１１０）の位置との間の変換を計算し、前記計算が、前記基準物画像座標（ｄｘｙ）、前記校正ツール（１１０）の原点（ｏ）に対する前記定位座標系における前記基準物（１１２）の位置（ｒｏｂ）、及び前記画像化ユニット（５１）に対する前記校正ツール（１１０）の前記原点（ｏ）の位置（ｒｓｏ）に基づく、
装置。
【請求項１１】
前記処理ユニット（１２０）が、前記画像化ユニット（５１）に対する前記校正ツール（１１０）の前記原点（ｏ）の前記位置（ｒｓｏ）を計算するようにさらに構成されている、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記処理ユニット（１２０）が、
前記画像化ユニット（５１）に対する前記基準物（１１２）の位置（ｒｓｄ）を、前記基準物画像座標（ｄｘｙ）及び前記画像化ユニット（５１）に対する前記検出器（５２）の位置（ｒｓｄ）に基づいて決定し、
前記変換を、前記画像化ユニットに（５１）対する前記基準物の位置（ｒｓｄ）、前記画像化座標系における前記基準物の位置（ｒｏ’ｂ）、及び前記画像化ユニット（５１）に対する前記校正ツールの位置（ｒｓｏ）に基づいて計算する
ようにさらに構成されている、請求項１０又は１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記処理ユニット（１２０）が、前記画像化ユニット（５１）と前記検出器（５２）との間の距離（ＳＤＤ）、及び前記定位座標系における前記検出器の位置と前記画像化ユニット座標系における前記検出器の位置との間の検出器の回転に基づいて、前記変換を計算するようにさらに構成されている、請求項１０から１２までのいずれか一項に記載の装置。
【請求項１４】
前記処理ユニット（１２０）が、
前記基準物位置と前記画像化ユニット（５１）の位置との間のベクトル（ｒｓｂ）を、前記それぞれの基準物画像座標（ｄｘｙ）、及び、前記基準物位置と前記画像化ユニット（５１）の前記位置との間の前記ベクトル（ｒｓｂ）が各基準物（１１２）に対し前記基準物画像座標（ｄｘｙ）と前記画像化ユニット（５１）の位置との間のベクトル（ｒｓｄ）に平行であるとの前提に基づいて決定し、
前記変換を計算する際に、前記基準物位置と前記画像化ユニット（５１）の前記位置との間の前記ベクトル（ｒｓｄ）と、前記基準物画像座標（ｄｘｙ）と前記画像化ユニット（５１）の位置との間の前記ベクトル（ｒｓｂ）との間の関係を用いる
ようにさらに構成されている、請求項１０から１３までのいずれか一項に記載の装置。
【請求項１５】
前記処理ユニット（１２０）が、
前記画像化ユニット（５１）に対する前記基準物画像座標（ｄｘｙ）への前記ベクトル（ｒｓｄ）と、前記画像化ユニット（５１）に対する前記基準物の位置の前記ベクトル（ｒｓｂ）との間の関係をスカラとして定義し、
前記スカラの値を、前記画像化ユニット（５１）に対する前記基準物の位置（ｒｓｄ）、前記画像化座標系における前記基準物の位置（ｒｏ’ｂ）、及び前記画像化ユニット（５１）に対する前記校正ツールの位置（ｒｓｏ）に基づいて決定する
ようにさらに構成されている、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記処理ユニット（１２０）が、
前記画像化装置座標系における前記校正ツール（１１０）の原点（ｏ）に対する前記基準物（１１２）の位置（ｒｏ’ｂ’）を、前記定位座標系における前記校正ツール（１１０）の前記原点（ｏ）に対する前記基準物の前記位置（ｒｏｂ）に基づいて計算し、
前記変換を、前記基準物画像座標（ｄｘｙ）、前記画像化座標系における前記基準物の座標（ｒｏ’ｂ’）、及び前記画像化ユニット（５１）に対する前記校正ツールの座標（ｒｓｏ）に基づいて計算する
ようにさらに構成されている、請求項１０から１５までのいずれか一項に記載の装置。
【請求項１７】
前記定位座標系における基準物の位置と前記画像化座標系におけるその基準物の位置との間の各関係が、ベクトル回転方法を用いて、並進及び回転の変換を定義するベクトルとして計算される、請求項１０から１６までのいずれか一項に記載の装置。
【請求項１８】
前記位置決め装置が、前記位置決め装置（２０）に対して少なくとも患者の一部分を固定する為の定位固定ユニットに脱着可能で確実に係合する固定装置（２８）を含む、請求項１０から１７までのいずれか一項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は放射線治療の分野に関する。詳細には、本発明は、固定放射線焦点を有する放射線治療ユニットを備える放射線治療システムにおける、位置決め装置を校正する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
外科技術が年来大きな進展を遂げている。たとえば、患者を苦しませる外傷のほとんど無い非侵襲手術が、脳外科を必要とする患者に対し現在利用可能である。
【０００３】
非侵襲手術に対する１つのシステムがレクセル・ガンマ・ナイフ（Ｌｅｋｓｅｌｌ  Ｇａｍｍａ  Ｋｎｉｆｅ（登録商標））の名前で販売され、ガンマ放射による手術などを提供する。放射は、非常に多くの固定放射源から放たれ、コリメータ、すなわち、断面の制限されたビームを取得する為の通路又はチャネルで、確定されたターゲット又は治療容積に向かって収束する。放射源がそれぞれガンマ放射の量を供給するが、間の細胞を十分に破壊するほどではない。しかしながら、細胞の破壊が起こるのは全放射源からの放射ビームが交差するか又は収束するところであり、放射が細胞破壊レベルに達する。収束点は以降「焦点」と呼ぶ。
【０００４】
放射線治療を処方される患者が定位固定ユニットを用いて位置決め装置に固定される。したがって、定位固定ユニットが患者の治療容積を位置決め装置に対して固定し、すなわち、処置される細胞領域を含む患者の部分を固定する。たとえば、治療領域又は治療容積が患者の頭部内の細胞の一部分の場合、一般に、定位固定ユニットが頭部固定フレームを構成し、たとえば、フレームが患者の骸骨に具体的には固定スクリュー等によって固定されてもよい。次いで、定位固定ユニットの座標が定位固定ユニット座標系によって定義され、これを介して治療容積との固定された関係が治療容積の輪郭を画定するのにも用いられる。定位固定ユニット及びよって定位固定ユニット座標系が、操作で固定放射線焦点に対し移動して、焦点が固定ユニット座標系の意図する座標に正確に位置付けられる。
【０００５】
そのような定位固定ユニット及び座標系の例に、レクセル（Leksell）定位ヘッド・フレーム及びレクセルＸＹＺ座標系がそれぞれある。レクセルＸＹＺ座標系が、定位固定ユニットのフレームに完全に整列した３つの垂直軸によって画定される、３つの垂直面に配置されるデカルト座標系である。患者に対し、Ｘ軸が患者の内側外側方向に延在し、Ｙ軸が前後方向に延在し、Ｚ軸が頭部−つま先方向に延在する。
【０００６】
言い換えるならば、患者がレクセルＸＹＺ座標系に正しく位置付けられれば、Ｘ軸が患者の耳から耳に、Ｚ軸が頭部からつま先、及びＹ軸が背面から正面に延在する。
【０００７】
放射線治療システムにおける放射線治療に関し、治療が治療計画システムで計画される。患者の治療容積が画像化装置、たとえば、コーン・ビーム・コンピュータ断層写真（ＣＢＣＴ：cone beam computed tomography）システムを用いて走査され、走査された画像が治療計画システムに入力される。コンピュータ断層写真（ＣＴ：computed tomography）画像化が、コンピュータ横断層写真（ＣＡＴ）スキャンとも呼ばれ、デジタルコンピュータに結合された回転Ｘ線装置を用いることを含み、体の画像を取得する。ＣＴ画像化を用いて、体の組織及び細胞の断面画像が生成され得る。医者は、ＣＴ画像化を用いて、腫瘍が存在するのを確認するだけでなく、それらの位置を正確に特定でき、腫瘍の大きさを正確に測定でき、隣接する細胞に拡がったかどうかを判断できる。ＣＴ画像化が、ある癌の診断だけでなく放射線癌治療の計画及び診断に、又、ある種の手術を計画するのにも用いられる。ＣＢＣＴ画像を用いて、治療容積の空間再構成が生成され、治療を計画する際にそれが用いられ得る。この目標を達成する為に、治療容積の空間再構成が、放射治療システム、及び位置決め装置の焦点位置に正確に関連付けされる必要がある。
【０００８】
しかしながら、ＣＢＣＴ再構成が画像化装置の回転軸に対して生成され、ＣＢＣＴシステム及び定位固定ユニット座標系が、たとえば、製造ばらつきにより整列しないで偏移を有する。治療セッションで患者が位置決め装置に固定され放射線ユニット内に位置付けされる際に、ＣＢＣＴ座標系と定位固定ユニット座標系との間の角度偏移などが、たとえば位置誤差に至る。
【０００９】
先行技術において、上記の課題を解決する試みが為されてきた。同じ出願人による特許文献１において、画像化装置を校正する装置及び方法が示される。特許文献１によれば、校正ツールの３次元再構成が、画像の組に基づき生成され、３次元再構成が次いで知られる位置及び向き、すなわち定位座標系における校正ツールの姿勢と比較されて位置差を取得とする。この方法によれば、校正ツールの適正な空間再構成を生成する為に非常に多くの画像が取得される必要がある。
【００１０】
対象間の位置ずれに類似する課題が、コンピュータ・ビジョン及びロボット学のような技術分野においても扱われる。これらの分野で、共通のタスクに、画像に特別な対象を特定し座標系に対する各対象の位置及び向きを決定することが含まれる。たとえば、機械学習アルゴリズムが、２次元画像特徴からマッピングすることを学習するのに用いられ、訓練案件の多大な組に基づいて変換を提示するか、又はフィードバック・メカニズムを介して適合を最適化するのを試みる。別のアプローチがいわゆる幾何学的な方法であり、対象上の制御点の組、典型的に角や他の特徴的な特徴部が、対象の画像においてこれに基づいて特定され、姿勢変換が解かれ得る。このアプローチでは、画像センサ（カメラ）が校正され、シーンにおける３次元ポイントからのマッピング及び画像における２次元ポイントが知られる必要がある。しかしながら、これらの方法は医療システムにおいて使用に適さない。
【００１１】
このように、ＣＢＣＴシステムなどの画像化装置の座標系と定位固定ユニット座標系との間の偏移を決定し補償する改善された方法及び装置が未だに必要とされる。さらに、ＣＢＣＴシステムなどの画像化装置の座標系と定位固定ユニット座標系との間の偏移を、向上した正確さ及びよって向上したさらに正確な校正で決定し補償する方法及び装置が必要とされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】国際公開第２０１２／１４６３０１号
【特許文献２】国際公開第２００４／０６２６９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、ＣＢＣＴシステムなどの画像化装置の座標系と定位固定ユニット座標系との間の偏移を補償する装置及び方法を提供することである。
【００１４】
さらに目的は、ＣＢＣＴなどの画像化装置の座標系と定位固定ユニット座標系との間の偏移に対し、向上した正確さ及びしたがって向上したさらに正確な校正で決定し補償する為の方法及び装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
これら及び他の目的は、独立請求項において定義される特徴を有する校正方法を提供することで達成される。好適な実施例が従属請求項において定義される。
【００１６】
本出願の内容において、用語「姿勢」が対象の位置及び向きの組合せを定義する。
【００１７】
本発明の態様によれば、患者の画像を撮影する為の画像化装置を放射線治療システムに対して校正する方法が提供される。放射線治療システムが、放射線治療ユニットにおいて固定放射線焦点及び固定焦点に対し患者を位置決めする位置決め装置を有する放射線治療ユニットを備える。本発明のこの態様によれば、方法が、画像操作手順中に、少なくとも１つの基準物を備える校正ツールを画像化装置の放射線ユニットを用いて電離放射線で照射することを含む。校正ツール又は校正ツールの基準点、及び少なくとも１つの基準物が定位座礁系において知られる位置又は座標を有する。さらに、画像操作手順中に、校正ツールの基準物の断面写像を含む少なくとも１つの２次元画像が画像化装置の検出器を用いて撮影される。撮影された画像における各基準物の写像の画像座標が決定され、画像化ユニットに対する校正ツールの原点の位置が決定される。基準物画像座標、定位座標系における校正ツールの原点に対する基準物の位置、及び画像化ユニットに対する校正ツールの原点の位置に基づいて、定位座標系における校正ツールの位置と画像化装置座標系における校正ツールの位置との間の変換が計算される。言い換えると、基準物画像座標、校正ツールの原点に対する定位座標系における各基準物の姿勢及び画像化ユニットに対する校正ツールの原点の位置に基づいて、定位座標系における校正ツールの姿勢と画像化装置における校正ツールの姿勢との間の変換が計算される。
【００１８】
本発明の別の態様によれば、放射線治療システムに対して患者の画像を撮影する画像化装置を校正するシステムが提供され、放射線治療システムが、固定放射線焦点を有する放射線治療ユニットと、放射線治療ユニットにおいて固定焦点に対して患者を位置付けする位置決め装置を備える。画像化装置が、画像走査手順中に放射線ユニットを用いて少なくとも１つの基準物を備える校正ツールを電離放射線で照射するように構成される。校正ツール又は校正ツールの基準点、及び少なくとも１つの基準物が、定位座標系における知られる位置及び座標を有する。画像化装置がさらに、画像走査手順中に校正ツールの基準物の断面写像を含む少なくとも１つの２次元画像を検出器を用いて撮影するように構成される。処理ユニットが、撮影した画像において各基準物の写像の画像座標を決定し、画像化ユニットに対する校正ツールの原点の位置を取得するように構成される。さらに、処理ユニットが、定位座標系における校正ツールの位置と画像化装置座標系における校正ツールの位置との間の変換を、基準物画像座標、校正ツールの原点に対する定位座標系における基準物の位置、及び画像化ユニットに対する校正ツールの原点の位置に基づいて計算するように構成される。言い換えると、基準物画像座標、定位座標系における校正ツールの原点に対する各基準物の姿勢、画像化ユニットに対する校正ツールの原点の位置に基づいて、定位座標系における校正ツールの姿勢と画像化装置座標系における校正ツールの姿勢との間の変換が計算される。
【００１９】
変換が、定位座標系における校正ツールの位置と画像化装置座標系における校正ツールの位置との間の並進及び回転の位置差を含む。
【００２０】
本発明が、ＬＩＮＡＣシステム（LINAC system）又はレクセル・ガンマ・ナイフ（登録商標）・システム（Leksell Gamma Knife(R) system）などにおいて、放射線治療システムに用いられる。
【００２１】
本発明は、たとえば製造ばらつきによって、ＣＢＣＴシステムなどの画像化装置の座標系と治療位置を画定する定位座標系との間に、角度偏移又は偏差があるとの識見に基づく。ＣＢＣＴシステムが患者の画像を撮影するのに用いられ、治療容積及び治療容積の再構成画像はよって治療ユニットの焦点及び患者位置決め装置に関連付けされる必要がある。ＣＢＣＴ座標が物理的に焦点からオフセットし、ＣＢＣＴシステムが焦点に対しどの位置にあるかはばらつきから機械的に知り得ない。このように、これらの偏移又は偏差が、患者が治療のために放射線治療ユニットの中に移動するときに位置誤差を引き起こす。非常に小さい類洞の誤差であっても、患者が大きな距離を移動する場合大きな偏移になる惧れがあり、よって大きな位置誤差を引き起こす惧れがある。これらの識見により、ＣＢＣＴシステムなどの画像化装置の座標系と治療位置を画定した定位座標系との間の偏移を決定し補償する発明及び考えに至った。決定された偏移を用いて、再構成された対象の位置及び回転が定位座標系に対して決定され得る。
【００２２】
偏移を決定する為に、定位座標系に容易に整列され正確に位置付けられる校正ツール及びしたがって画像取得中でも確実に維持される校正ツールが用いられる。たとえば、校正ツールが患者位置決め装置の定位固定ユニットに実装され又は取り付けられ得る。治療容積を固定する為の定位固定ユニットが患者位置決め装置と固定して係合し、位置決め装置に対して並進又は回転され得ない。
【００２３】
座標系における校正ツールの画像化装置に対する位置が、画像化装置の検出器によって撮影された少なくとも１つの２次元画像を用いて決定される。本発明の好適な実施例において、固定ユニットに取り付け可能な少なくとも３つのボール・バーを有する校正ツールが用いられる。各ボール・バーが定位座標系において及び校正ツールの原点に対し知られる位置（座標）を有する。校正ツールの基準物の大きさ、形状及び材料により、それらの突出が、水平又は垂直の何れにも重なることなく背景に対し高いコントラストを有する領域を画像に占める。このように、各基準物の写像が特定でき、それらの画像座標が決定され得る。定位座標系における基準物の座標及び画像化装置における検出器の位置が知られているので、基準物の画像座標が決定され得る。
【００２４】
画像化装置のＸ線源の位置から基準ツールのそれぞれの基準物へのベクトルを各画像に対し決定することによって、校正ツールの位置又は座標が画像化装置座標系に対し決定され得る。以降、画像化装置座標系における校正ツールの決定された位置及び定位固定ユニット座標系における校正ツールの知られる位置の間の変換が計算され得る。
【００２５】
本発明は、先行技術と比較し非常に正確な校正を提供する。
【００２６】
本発明の実施例によれば、画像化ユニットに対する校正ツールの原点の位置が計算される。別の実施例で、画像化ユニットに対し校正ツールの原点の位置が予め決定され知られる。
【００２７】
本発明の実施例によれば、画像化ユニットに対する基準物の位置が、基準物画像座標及び画像化ユニットに対する検出器の位置に基づいて決定され、変換が、画像化ユニットに対する基準物の位置、画像座標系における基準物の位置、及び画像化ユニットに対する校正ツールの位置に基づいて計算される。
【００２８】
本発明の実施例によれば、変換の計算がさらに、画像化ユニットと検出器との間の距離及び検出器回転に基づく。それは検出器の位置の差、又は定位座標系における検出器の位置と画像化装置座標系における検出器の位置との間の変換である。
【００２９】
本発明の実施例によれば、基準物位置と画像化ユニットの位置との間のベクトルが、それぞれの基準物画像座標、及び、基準物位置と画像化ユニットの位置との間のベクトルがそれぞれの基準物に対し基準物画像座標と画像化ユニットの位置との間のベクトルに平行であるとの前提に基づき決定される。基準物位置と画像化ユニットの位置との間のベクトル、及び基準物画像座標と画像化ユニットの位置間のベクトル間の関係が変換を計算するのに次いで用いられる。
【００３０】
本発明の実施例によれば、画像化ユニットに対する基準物画像化座標のベクトルと画像化ユニットに対する基準物位置のベクトルとの間の関係がスカラとして定義され、スカラの値が、画像化ユニットに対する基準物の位置、画像化座標系における基準物の位置、及び画像化ユニットに対する校正ツールの位置に基づいて決定される。
【００３１】
本発明の実施例によれば、画像装置座標系における校正ツールの原点に対する基準物の位置が定位座標系における校正ツールの原点に対する基準物の位置に基づいて計算され、変換が、基準物画像座標、画像化座標系における基準物の座標、及び画像化ユニットに対する校正ツールの座標に基づいて計算される。
【００３２】
本発明の実施例によれば、定位座標系における基準物の位置と画像化座標系における基準物の位置との間の各関係が、ベクトル回転方法を用いて並進及び回転の位置差を定義するベクトルとして計算される。
【００３３】
本発明の実施例によれば、校正ツールが、患者位置決め装置の固定装置に脱着可能に取り付けられ得る取付手段と、６次元で位置決定を可能とする形状を有する基準物とを備える。本発明の実施例において、校正ツールが、取付手段及びそれぞれのロッドに取り付けられた鋼球を備えるベース・プレートに取り付けられたロッドをそれぞれが含む少なくとも３つの基準物を備える。
【００３４】
本発明の実施例によれば、画像化装置の校正が、画像化装置の回転軸を決定することを含んで実行される。この校正のステップが、画像化装置座標系と定位座標系との間の偏差を決定するセッションが実行される前に実行されてもよい。
【００３５】
当業者が容易に分かるように、放射線焦点を決定する為の種々の知られる方法が用いられ得て、そのうちいくつかは上述された。しかしながら、本発明は本明細書に示され説明される特別な例に限定されず、放射線焦点を決定する何れの好適な測定方法が本発明の範囲内で考えられる。
【００３６】
本発明の好適な実施例が添付の図面を参照してより詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明を用いる校正に適した放射線治療システムの一般的な原理を概略的に示した図である。
【図２】図１の放射線治療システムで実施される本発明に係るシステムの実施例を概略的に示した図である。
【図３】本発明に係る校正ツールの実施例を概略的に示した図である。
【図４】定位座標系のＺ軸の方向の反対方向で図１の放射線ユニットを正面から見た配置を示した図である。
【図５】Ｚ軸の方向の反対方向で図１の放射線ユニットを正面から見た配置の拡大を概略的に示した図である。
【図６】定位座標系と比較された検出器の回転を示した図である。
【図７】本発明に係る方法の全体ステップを示すフローチャートである。
【図８】本発明の実施例に係る方法のステップを示すフローチャートである。
【図９】本発明の実施例に係る方法のステップを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
図１を参照すると、本発明が適用される放射線治療システム１が、放射線ユニット１０及び患者位置決めユニット２０を備える。放射線ユニット１０において、放射線源、放射線源ホルダ、コリメータ体、及び外部シールド要素が設けられる。コリメータ体が、当分野に広く知られるような方法で、共通焦点に向けて向けられた数多くのコリメータ・チャネルを備える。
【００３９】
コリメータ体が、放射線がコリメータ・チャネル以外に患者に達するのを防ぐ放射線シールドとしても機能する。本発明に適用可能な放射線治療システムにおいてコリメータ装置の例が、特許文献２に示され本明細書に援用される。
【００４０】
患者位置決めユニット２０が、固いフレームワーク２２、摺動自在又は移動可能キャリッジ２４、及びキャリッジ２４をフレームワーク２２に対し動かすモータ（図示せず）を備える。キャリッジ２４が患者全体を搬送し動かす患者ベッド（図示せず）をさらに備える。キャリッジ２４の一端に固定装置２８が設けられ、直接に又はアダプタ・ユニット（図示せず）経由で定位固定ユニット（図示せず）を受けて固定し、これにより定位固定ユニットが可動キャリッジ２４に対し並進又は回転移動するのを防ぐ。患者は、図１に示す少なくとも３つの直行軸ｘ、ｙ及びｚに沿って、患者位置決めユニット２０を用いて放射線治療システム１又は患者位置決めユニット２０の座標系の中で移動される。患者が、ある実施例でたとえば回転軸に沿っても移動される。
【００４１】
患者の画像を撮影する画像化装置５０が、たとえば治療計画又は治療に関連して、放射線ユニット１０たとえばコーン・ビーム・コンピュータ断層写真（ＣＢＣＴ）システムに配置又は位置付けられる。
【００４２】
画像化装置５０が、Ｘ線源５１及び検出器５２を含む。Ｘ線源５１及び検出器５２が画像化装置５０の座標系（ａ、ｂ、ｃ）の回転軸ｃ（図１参照）の回りに回転するよう配置され、異なる角度で患者ベッド２６上に位置付けされた患者の画像を撮影する。理想的には、Ｘ線源５１及び検出器５２が、患者位置決めユニット２０のＺ軸の回りに回転し、Ｚ軸が画像化装置５０の回転軸ｃと整列される。しかしながら、実際には、たとえば、製造ばらつきの為にアライメント誤差があって、患者位置決めユニット２０の座標系と画像化装置５０との間の誤った整列に至り、よってｃ軸がｚ軸に整列しない。
【００４３】
コンピュータ断層写真において、回転の１つの軸の回りに非常に小さなステップ（たとえば、＜１°）で２次元Ｘ線画像の連続を撮影しながら対象の回りの画像化装置を回転させることで、３次元画像が生成される。他の用途では、対象が小さなステップで画像化の回りを回転される。すなわち、画像化装置又は対象がそれぞれ対象又は画像化装置の回りにたとえば１８０°又は３６０°回転される。その後に最終の３次元画像が、２次元画像に基づき数値的に再構成され、断層画像の連続又は３次元画像として表示され得る。
【００４４】
図１から分かるように、説明された実施例が、患者の頭部におけるターゲット容積へガンマ放射線治療を提供する放射線治療システムに関わる。このような治療がしばしば定位手術と呼ばれる。治療の間、患者の頭部が、放射線治療システムの固定装置２８との係合に適合された係合点を備えた、たとえば定位頭部フレームの形状のバイト・ブロック及び固定ユニットを用いて、定位固定ユニットに固定される。このように、定位手術の間、患者の頭部が、定位フレームに固定され、今度は固定装置２８を介して患者位置決め装置に固定して取り付けられる。放射線焦点に対して、たとえば図１に示される３つの軸ｘ、ｙ、ｚに沿って、患者の頭部における治療容積の移動の間、患者全体が動く。このように、ヘッド・フレームと患者位置決め装置２０のキャリッジ２４との間の移動の関連が無い。
【００４５】
さて、図２を見ると、本発明に係るシステムの実施例が説明される。図２で、本発明に係るシステム１００が、概略的に示された放射線ユニット１０及び画像化装置５０と一緒に概略的に示される。本発明に係るシステム１が、一般的に、放射線治療システムの固定装置２８へ着脱自在で確実に取り付けられるように配置された校正ツール１１０、及び処置ユニット１２０、たとえばパーソナル・コンピュータ（ＰＣ）を備える。図３において、校正ツール１１０の実施例のさらに詳細な図が示される。
【００４６】
校正ツール１１０が定位固定ユニット座標系に容易に整列され正確に位置付けられて配置される。校正ツール１１０が患者位置決めユニット２０に対して何れの移動する可能性も無く校正ツール１１０を取付手段１１８で確実に取り付けることによって、校正ツールが、定位固定ユニット座標系において確定された所定位置、ｘｃａｌ.ｔｏｏｌ、ｙｃａｌ.ｔｏｏｌ、ｚｃａｌ.ｔｏｏｌに配置され、画像取得中にそのままで維持されるよう固定され得る。
【００４７】
好適には、校正ツール１１０が固定装置２８に取り付けされる際に、校正ツール１１０は、定位固定ユニット座標系において所定又は知られる位置を有する少なくとも１つの基準物又はマーク１１２をそれぞれ備える。すなわち、校正ツール１１０の所定位置に対する基準物又はマーク１１２の位置が知られそして定位固定ユニット座標系における所定座標を有する。基準物１１２が、画像化装置５０の検出器５２によって撮影された２次元画像において特定されるような材料で作られ配置され形状とされる。
【００４８】
図２及び図３に示される校正ツール１１０の実施例において、校正ツール１１０が、それぞれがプレート１１９上に装着された鋼球１１５を備えたロッド１１６を含む、４つの基準物１１２を備える。各基準物１１２が、校正ツール１１０が固定装置２８に装着される際に、定位固定ユニット座標系における所定位置を有する。
【００４９】
検出器５２によって撮影された２次元画像における基準物の特定を可能とする為、基準物１１２は画像化ユニット又はＸ線源５１から発せれるＸ線放射を減衰させるスチールなどの材料で作られる。Ｘ線が基準物１１２により減衰され、これにより、各基準物の写像が検出器によって撮影され、写像が影として各画像に見られるようになる。各基準物写像を特定する手順が以降に説明される。
【００５０】
処理ユニット１２０が画像化装置５０に接続可能にされて、双方向通信が、たとえばブルートゥース（登録商標）やＷＬＡＮなどを用いてワイヤレスで可能とされる。このように、処理ユニット１２０が、たとえば画像化装置５０から画像情報を取得し、指令を画像化装置５０に送信して、画像走査手順を開始してもよい。
【００５１】
一般的に、処理ユニット１２０が、定位座標系における校正ツール１１０の位置と画像化装置座標系における校正ツール１１０の位置との間の変換又は並進及び回転の位置差を計算するために構成される。校正ツール１１０が中に配置される定位固定ユニットの座標系（軸ｘ、ｙ、ｚで定義される）が、たとえば製造ばらつきにより画像化装置の座標系（軸ａ、ｂ、ｃで定義される）に整列しない。
【００５２】
このように、処理ユニット１２０が画像化装置５０の座標系における校正ツール１１０の位置、ａｃａｌ.ｔｏｏｌ、ｂｃａｌ.ｔｏｏｌ、ｃｃａｌ.ｔｏｏｌを決定し、又は寧ろ基準物の位置すなわち座標の組は、各基準物が３つの座標に関連するところで取得される。好ましくは、各基準物１１４の座標が決定されて、一列の位置座標となる。
【００５３】
さらに、処理ユニット１２０が画像化装置に関連する座標系における校正ツールの所定位置ａｃａｌ.ｔｏｏｌ、ｂｃａｌ.ｔｏｏｌ、ｃｃａｌ.ｔｏｏｌと、定位固定ユニット座標系における校正ツールの位置ｘｃａｌ.ｔｏｏｌ、ｙｃａｌ.ｔｏｏｌ、ｚｃａｌ.ｔｏｏｌとの間の変換を計算して、画像化装置に関連する座標系と定位固定ユニット座標系における校正ツールの位置との関係を決定する。好適には、定位固定ユニット座標系における基準マークの知られる位置と画像化装置に関連する座標系における校正ツールの所定位置との間の変換が決定される。
【００５４】
計算が、基準物画像座標ｄｘｙ、校正ツール１１０の原点ｏに対する定位座標系における基準物１１２の位置ｒｏｂ、画像化ユニット５１に対する校正ツール１１０の原点ｏの位置ｒｓｏに基づく。
【００５５】
本発明の実施例において、変換の計算が、画像化ユニット５１に対する基準物の位置ｒｓｄ、画像化座標系の基準物の位置ｒｏ’ｂ、画像化ユニット５１に対する校正ツールの位置ｒｓｏに基づく。
【００５６】
本発明の実施例において、変換の計算がさらに、画像化ユニット５１と検出器５２との間の距離ＳＤＤ（図４参照）、定位座標系における検出器の位置と画像化ユニット座標系における検出器の位置との間の検出器の回転に基づく。図６を参照し、ベクトル回転が３つのパラメータに定義され、ここでｑ及びｗが面からの回転角で、ｎが面内回転角である。検出器面が整列されて、ｖ軸がｚ軸に平行で、ｕ軸がｙ軸に平行である。ｕ＝ｕ０の軸に沿った検出器面の回転角がｑで、ｖ＝ｖ０の軸に沿った検出器面の回転角がｗ、（ｕ０、ｖ０）の点に沿った検出器面の回転角がｎである。軸ｘ、ｙ、ｚが定位座標系（図１参照）に関連し、ｕ及びｖが検出器面に関連する。
【００５７】
本発明の実施例において、変換を計算する際に、それぞれの基準物画像座標ｄｘｙ、及び基準物位置と画像化ユニット５１の位置との間のベクトルｒｓｂがそれぞれの基準物１１２に対し基準物画像座標ｄｘｙと画像化ユニット５１の位置との間のベクトルｒｓｄに平行であるとの前提に基づいて、基準物位置と画像化ユニット５１の位置との間のベクトルｒｓｄ、及び基準物画像座標ｄｘｙと画像化ユニット５１の位置間のベクトルｒｓｂ間の関係を用いて、基準物位置と画像化ユニット５１の位置との間のベクトルｒｓｂが決定される。
【００５８】
本発明の実施例によれば、画像化座標系における校正ツール１１０の原点ｏに対する基準物１１２の位置ｒｏ’ｂ’が、定位座標系における校正ツール１１０の原点ｏに対する基準物の位置ｒｏｂに基づいて計算され、変換が、基準物画像座標ｄｘｙ、画像化座標系における基準物の座標ｒｏ’ｂ’、及び画像化ユニット５１に対する校正ツールの座標ｒｓｏに基づいて計算される。
【００５９】
さて、図４〜図９を参照し、放射線治療システムにおいて治療計画又は治療に関連する患者の画像を撮影する画像化装置５０を校正する本発明に係る方法が説明される。方法が、たとえば図２に説明されるようなシステムで実行される。図４〜図６が画像化手順の間の配置を概略的に示し、図７〜図９が本発明に係る方法の実施例のフローチャートを示す。
【００６０】
図４及び図５を参照し、配置が、放射線ユニット１０の正面から見て概略的に図示され、この実施例においては、すなわち図１に示される定位座標系のＺ軸の方向と反対の方向のガンマ・ナイフである。Ｘ線源５１が、位置ｓにおいて（すなわち画像化装置座標系の座標ａｓ、ｂｓ、ｃｓにおいて）放射線を発し、放射線は、位置ｂにおいて（すなわち定位座標系における座標ｘｂ,ｙｂ,ｚｂにおいて）基準物１１２によって減衰される。明確に差別化される影が次いで位置ｄ（ｄｘ、ｄｙ）で検出器５２上に検出され得る。空間における各基準物の写像の位置ｄ、すなわち定位座標系におけるｘｄ,ｙｄ,ｚｄは画像に基づく。校正ツール１１０が位置ｏに位置し、すなわち校正ツール１１０の基準点が定位座標系における点ｘｏ,ｙｏ,ｚｏに位置する。画像化装置５０における校正ツール１１０の位置がｏ’すなわちａｏ’,ｂｏ’,ｃｏ’である。
【００６１】
ベクトルｒｓｂは点ｓから点ｂへのベクトル、すなわち、Ｘ線源５１からそれぞれの基準物１１２までのベクトルである。ベクトルｒｏｂが点ｏから点ｂまでのベクトル、すなわち、校正ツール１１０の中心点からそれぞれの基準物１１２までのベクトルである。このベクトルｒｏｂが知られる。ベクトルｒｓｏが点ｓから点ｏまでのベクトル、すなわちＸ線源５１から校正ツール１１０までのベクトルである。ベクトルｒｏ’ｂ’。ＳＤＤが「ソースから検出器までの距離」、すなわちＸ線源５１と検出器５２との距離である。
【００６２】
ガントリ角度βが、Ｘ線源５１の現在位置ｓとｙ軸との間の角度を定義する。角度αが、補正が必要とされる回転を定義し、よって画像化装置５０の座標系における校正ツール１１０の位置ｏ’が、定位座標系における校正ツール１１０の位置ｏと比較される。図５が図４に示される配置のさらに詳細な図である。
【００６３】
図４を参照し、ベクトルｒｓｂが、次式に表される。
【数１】
2020039893.tif 000003
ここで、符号ｒｓｂが上述のように点ｓ（Ｘ線源５１）から点ｂ（それぞれの基準物１１２）までのベクトルを表す。校正ツール１１０の中心点ｏに対して基準物１１２の位置が知られると仮定する。定位座標系における座標と回転された座標系の座標すなわち画像化装置の座標系との間の関係が、空間におけるベクトル回転に対するアルゴリズム、たとえばロドリゲス回転公式（Ｒｏｄｒｉｇｕｅｓ  ｒｏｔａｔｉｏｎ  ｆｏｒｍｕｌａ）を用いることで決定され、軸＾ｋ及び回転角度αとする。
【数２】
2020039893.tif 000004
回転軸が単位ベクトルなので、２つのパラメータθ及びφで次式に表される。
【数３】
2020039893.tif 000005
ガントリ回転が検討される。図４に定義されるように基準の静止フレームを仮定し、これが、＾ｋ＝＾ｚ及びα＝βである式（２）をｒｓｏ（β＝０）及びｒｓｄ（β＝０）に適用することで為される。
【数４】
2020039893.tif 000006
【数５】
2020039893.tif 000007
ベクトルｒｓｄ＝（ｘｄ,ｙｄ,ｚｄ）が画像たとえば質量算定の中心によって計算され得る。基準物１１２の各写像が画素よりも大きい検出器面（すなわち画像における）の領域を占める。本発明の実施例によれば、検出器面の中の１つの点又は画素が投影を正確に表す各基準物に対して選択される。検出器面の選択された点ｄｘ及びｄｙに基づいて、ベクトルｒｓｄ（ｘｄ,ｙｄ,ｚｄ）が決定され得る。基準物１１２が背景に対し高いコントラストを有し、よって閾値が投影を特定するか決定する効果的な方法である。校正ツール１１０及び基準物１１２が好ましくは、画像において異なる投影間で水平方向又は鉛直方向に何れも重ならないように設計される。好適な実施例によれば、関心の領域が各投影に対し決定され、正確に投影を表すように決定される点がたとえば質量算定の中心を用いて関心の領域から選択される。
【００６４】
ベクトルｒｓｂがｒｓｄに平行なので、次式を適用する。
【数６】
2020039893.tif 000008
ここで、λがスカラである。このスカラの値が余弦公式を図５に示される三角に適用することで表され、次式を得る。
【数７】
2020039893.tif 000009
式（７）を式（６）に結合し、スカラ積として長さを表して、次式を得る。
【数８】
2020039893.tif 000010
【数９】
2020039893.tif 000011
式（８）及び式（９）に基づき、式（１）が次式に表される。
【数１０】
2020039893.tif 000012
自由度が、校正ツールのθ、φ、α、及びソース−軸距離（ＳＡＤ）で決定される並進ｒｏｏ’＝（ｘ０,ｙ０,ｚ０）及び回転である。式（１０）が各画像における各基準物に対し解かれる。好適な実施例で、３つの基準物が用いられ、３００画像が画像化セッションの間に撮影される。さらに、式（１０）が、好適な実施例によれば、少なくとも数的に最小二乗法で解かれる。
【００６５】
以降に、ガウス・ニュートン・アルゴリズムを用いて式（１０）の数的解法の例が示される。簡単な表記の為に、次式が導出される。
【数１１】
2020039893.tif 000013
【数１２】
2020039893.tif 000014
【数１３】
2020039893.tif 000015
【数１４】
2020039893.tif 000016
【数１５】
2020039893.tif 000017
【数１６】
2020039893.tif 000018
ここで、ベクトル・コンポーネント及び基準物の両方への適当なインデキシングが分かる。ＲＳＡＤがソースすなわちＸ線源５１から校正ツール１１０の原点ｏを経由する軸までの距離、すなわち校正ツール１１０の位置である。次に、残りのｖｉが式（１０）を解く際に検討される。
【数１７】
2020039893.tif 000019
これにガウス・ニュートン・アルゴリズムが二乗和を最小にするのを目指す。初期のガウスｘ０で開始し、アルゴリズムが反復して次に従い解を更新する。
【数１８】
2020039893.tif 000020
ここで、Δが次の正規方程式を解いて決定される小さなステップである。
【数１９】
2020039893.tif 000021
今度は、Ｊがｘに対するＦのヤコビアンであり、すなわち、次式である。
【数２０】
2020039893.tif 000022
正規方程式がＪのコレスキー分解又はＱＲ因数分解を用いて１ステップで解かれてもよい。大きなシステムでは、共役傾斜法などの反復手法がさらに効率的な場合がある。そして、Ｊ（ｘ）の解析式が計算され得る。
【数２１】
2020039893.tif 000023
ｖ（ｘ）＝ｒｓｏ（ＲＳＡＤ,β）＋ｒｏｏ’（ｘ０,ｙ０,ｚ０）＋ｒｏ’ｂ（θ、φ、α)であるため、次が適用される。
【数２２】
2020039893.tif 000024
【数２３】
2020039893.tif 000025
【数２４】
2020039893.tif 000026
【数２５】
2020039893.tif 000027
【数２６】
2020039893.tif 000028
【数２７】
2020039893.tif 000029
【数２８】
2020039893.tif 000030
ここで、次式を参照する。
【数２９】
2020039893.tif 000031
【数３０】
2020039893.tif 000032
最後に次が適用される。
【数３１】
2020039893.tif 000033
これが、コンポーネント形式で次に変換される。
【数３２】
2020039893.tif 000034
したがって、式（２１）が次のように書き換えられる。
【数３３】
2020039893.tif 000035
【００６６】
ここで図７を参照し、放射線治療システムにおける治療計画又は治療について患者の画像を撮影する為に、画像化装置５０を検出するための本発明に係る方法の実施例の一般的なステップが説明される。方法は、たとえば図２に説明されるようなシステムにおいて実行されてもよい。
【００６７】
第１のステップが、画像化装置５０の回転軸を決定することを含む画像化装置５０の画質パラメータの校正を実行することでよい。別法では、校正が先に実行されたならば、画像化装置５０が校正を必要としなくてもよいし、校正データが校正ファイルに保存され得る。
【００６８】
ステップ２１０で、画像走査手順が開始され脱着可能な校正ツール１１０が、画像化装置５０の放射線ユニット５１を用いて照射される。
【００６９】
ステップ２２０で、校正ツール１１０の基準物１１２の断面写像を含む少なくとも１つの２次元画像が、画像走査手順中に画像化装置５０の検出器５２を用いて撮影される。
【００７０】
ステップ２３０で、各基準物１１２の写像又は投影の画像座標ｄｘｙが撮影された画像に特定されるか決定される。上述したように、各対象１１２に対する点が決定され、これは、各対象の投影が決定されることを示す。対象１１２の大きさにより、それらの投影が画素よりも大きい画像の中の領域を占め、よって中心点を表す点を特定するのに効率的である。たとえば、閾値が用いられて、投影を背景から分離する。投影が水平にも鉛直にも重ならないように、基準物１１２が校正ツール１１０上に配置される。重ならない方向における合計及び隣接非ゼロ領域の特定が実行される。この手順がセグメント化された一辺の各々に対し両方の方向で繰り返される。分類された点が関心の結果の領域に見い出される。たとえば質量算定の中心がこの目的に用いられる。
【００７１】
ステップ２４０で、画像化ユニット５１に対する校正ツール１１０の原点ｏの位置、又は画像化ユニット５１と校正ツールの原点ｏとの間のベクトルｒｓｏが取得される。本発明の実施例で、画像化ユニット５１と校正ツールの原点ｏとの間のベクトルｒｓｏが計算され、本発明の別の実施例において、画像化ユニット５１と校正ツールの原点ｏとの間のベクトルｒｓｏが予め決定される。
【００７２】
ステップ２５０で、定位座標系における校正ツール１１０の位置と画像化装置座標系における校正ツール１１０の位置との間の並進及び回転の位置差を含む変換が、たとえば上述の式（１）〜（３３）を用いて計算される。一般に、計算は、基準物画像座標ｄｘｙ、校正ツール１１０の原点ｏに対する定位座標系における基準物１１２の位置ｒｏｂ、及び画像化ユニット５１に対する校正ツール１１０の原点ｏの位置ｒｓｏに基づいて為される。ＳＡＤが予め決定されていない場合、変換が計算される同じ時間に、ＳＡＤが計算される。
【００７３】
次のステップにおいて、計算された変換が、放射線治療システム１に対する画像化装置５０を校正する為に用いられ得る。
【００７４】
さて、図８を戻り、本発明に係る方法の別の実施例の放射線治療システムにおける治療計画又は治療に関する患者の画像を撮影する為の、画像化装置５０を校正するステップが説明される。方法が、たとえば、図２に説明されたようなシステムにおいて実行されてもよい。第１のステップが、画像化装置５０の回転軸を決定することを含む画像化装置５０の画質パラメータの校正を実行してもよい。別法では、校正が先に実行されたならば、画像化装置５０が校正を必要としなくてもよいし、校正データが校正ファイルに保存され得る。
【００７５】
ステップ３１０で、画像走査手順が開始され脱着可能に装着された校正ツール１１０が、画像化装置５０の放射線ユニット５１を用いて照射される。
【００７６】
ステップ３２０で、校正ツール１１０の基準物１１２の断面写像を含む少なくとも１つの２次元画像が、画像走査手順中に画像化装置５０の検出器５２を用いて撮影される。
【００７７】
ステップ３３０で、各基準物１１２の写像又は投影の画像座標ｄｘｙが、撮影された画像に特定されるか決定される。上述したように、各対象１１２に対する点が決定され、これは、各対象の投影が決定されることを示す。対象１１２の大きさにより、それらの投影が画素よりも大きい画像の中の領域を占め、よって中心点を表す点を特定するのに効率的である。たとえば、閾値が用いられて、投影を背景から分離する。投影が水平にも鉛直にも重ならないように、基準物１１２が校正ツール１１０上に配置される。図４参照のこと。重ならない方向における合計及び隣接非ゼロ領域の特定が実行される。この手順が、図４で示されるように、セグメント化された一辺の各々に対し両方の方向で繰り返される。分類された点が関心の結果の領域に見い出される。たとえば質量算定の中心がこの目的に用いられる。
【００７８】
ステップ３４０で、画像化ユニット５１に対する基準物１１２の位置ｒｓｄが、基準物画像座標ｄｘｙ、及び画像化ユニット又はＸ線源５１に対する検出器５２の位置ｒｓｄに基づき決定されるか計算される。
【００７９】
ステップ３５０で、画像化ユニット５１に対する校正ツール１１０の原点ｏの位置が取得され、又は、画像化ユニット５１と校正ツールの原点ｏとの間のベクトルｒｓｏが取得される。本発明の実施例で、画像化ユニット５１と校正ツールの原点との間のベクトルｒｓｏが計算され、本発明の別の実施例において、画像化ユニット５１と校正ツールの原点ｏとの間のベクトルｒｓｏが予め決定される。
【００８０】
ステップ３６０で、定位座標系における校正ツール１１０の位置と画像化装置座標系における校正ツール１１０の位置との間の並進及び回転の位置差を含む変換が、たとえば上述の式（１）〜（３３）を用いて計算される。一般に、計算が、画像化ユニット５１に対する基準物の位置ｒｓｄ、画像化座標系における基準物の位置ｒｏ’ｂ、及び画像化ユニット５１に対する校正ツール１１０の原点ｏの位置ｒｓｏに基づく。ＳＡＤが予め決定されていない場合、変換が計算される同じ時間に、ＳＡＤが計算される。次のステップにおいて、計算された変換が放射線治療システム１に対する画像化装置５０を校正する為に用いられ得る。
【００８１】
さて、図９に移り、放射線治療システムにおける治療計画又は治療に関する患者の画像を撮影する為の、画像化装置５０を校正する本発明に係る方法の別の実施例のステップが説明される。方法が、たとえば、図２に説明されたようなシステムにおいて実行されてもよい。第１のステップで、画像化装置５０の回転軸を決定することを含む画像化装置５０の画質パラメータの校正が実行されてもよい。別法では、校正が先に実行されたならば、画像化装置５０が校正を必要としなくてもよいし、校正データが校正ファイルに保存され得る。
【００８２】
ステップ４１０で、画像走査手順が開始され脱着可能に装着された校正ツール１１０が画像化装置５０の放射線ユニット５１を用いて照射される。
【００８３】
ステップ４２０で、校正ツール１１０の基準物１１２の断面写像を含む少なくとも１つの２次元画像が、画像走査手順中に画像化装置５０の検出器５２を用いて撮影される。
【００８４】
ステップ４３０で、各基準物１１２の写像又は投影の画像座標ｄｘｙが撮影された画像に特定されるか決定される。上述したように、各対象１１２に対する点が決定され、これは、各対象の投影が決定されることを示す。対象１１２の大きさにより、それらの投影が、画素よりも大きい画像の中の領域を占め、よって中心点を表す点を特定するのに効率的である。たとえば、閾値が用いられて、投影を背景から分離する。投影が水平にも鉛直にも重ならないように、基準物１１２が校正ツール１１０上に配置される図４参照のこと。重ならない方向における合計及び隣接非ゼロ領域の特定が実行される。この手順がセグメント化された一辺の各々に対し図４に示されるように両方の方向で繰り返される。分類された点が関心の結果の領域に見い出される。たとえば質量算定の中心がこの目的に用いられる。
【００８５】
ステップ４４０で、基準物位置と画像化ユニット５１の位置との間のベクトルｒｓｂは、それぞれの基準物画像座標ｄｘｙ、及び基準物位置と画像化ユニット５１の位置との間のベクトルｒｓｂがそれぞれの基準物１１２に対して基準物画像座標ｄｘｙと画像化ユニット５１の位置との間のベクトルｒｓｄと平行であるとの前提に基づいて決定される。
【００８６】
ステップ４５０で、画像化ユニット５１に対する校正ツール１１０の原点ｏの位置が取得され、又は、画像化ユニット５１と校正ツールの原点ｏとの間のベクトルｒｓｏが取得される。本発明の実施例で、画像化ユニット５１と校正ツールの原点ｏとの間のベクトルｒｓｏが計算され、本発明の別の実施例において、画像化ユニット５１と校正ツールの原点ｏとの間のベクトルｒｓｏが予め決定される。
【００８７】
ステップ４６０で、定位座標系における校正ツール１１０の位置と画像化装置座標系における校正ツール１１０の位置との間の並進及び回転の位置差を含む変換が、変換を計算する際に、たとえば上述の式（１）〜（３３）を用いて、基準物位置と画像化ユニット５１の位置とのベルトルｒｓｄ、及び基準物画像座標ｄｘｙ及び画像化ユニット５１の位置との間のベクトルｒｓｂの関係も用いて計算される。ＳＡＤが予め決定されていない場合、変換が計算されるのと同じ時間にＳＡＤが計算される。
【００８８】
次のステップにおいて、計算された変換が放射線治療システム１に対する画像化装置５０を校正する為に用いられ得る。
【００８９】
本発明が、これらの例示の実施例を用いて上述されたが、当業者が理解するように、それらの変態、改善及び複合は、添付の特許請求の範囲に定義されるように本発明の範囲から逸脱しないで為される。
【図１】
2020039893.tif 000036
【図２】
2020039893.tif 000037
【図３】
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【図４】
2020039893.tif 000039
【図５】
2020039893.tif 000040
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【手続補正書】
【提出日】令和1年12月13日(2019.12.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線治療システム（１）に対し、患者の画像を撮影する画像化装置（５０）を校正する方法であって、前記放射線治療システムが、固定放射線焦点を有する放射線治療ユニット（１０）、及び前記放射線治療ユニット（１０）における前記固定放射線焦点に対し患者を位置決めする位置決め装置（２０）を備え、前記方法が、
前記画像化装置（５０）の画像化ユニット（５１）を用いて、画像走査手順中に、複数の基準物を備える校正ツール（１１０）に電離放射線を照射するステップであって、前記校正ツール（１１０）及び前記複数の基準物（１１２）が、定位座標系において知られる位置を有する、ステップと、
前記画像走査手順中に、前記画像化装置（５０）の検出器（５２）を用いて、前記校正ツール（１１０）の前記複数の基準物（１１２）の断面写像を含む少なくとも１つの２次元画像を撮影するステップと、
前記撮影された画像において、各基準物（１１２）の前記断面写像の画像座標（ｄｘｙ）を決定するステップと、
前記定位座標系における前記画像化ユニット（５１）に対する前記校正ツール（１１０）の原点（ｏ）の位置（ｒｓｏ）を取得するステップと、
前記定位座標系における前記校正ツール（１１０）の３次元位置と画像化装置座標系における前記校正ツール（１１０）の３次元位置との間の変換を計算するステップと
を含み、
ｙ軸と前記画像化ユニット（５１）の現在位置（ｓ）との間で測定された既知のガントリ角度（β）と、前記画像化ユニット（５１）と前記検出器（５２）との間の既知のソースから検出器までの距離（ＳＤＤ）とを考慮し、それによって、前記位置（ｒｓｏ）がβ＝０で得られ、
前記計算が、前記複数の基準物の各々の前記画像座標（ｄｘｙ）、前記画像化装置座標系における前記校正ツール（１１０）の原点（ｏ’）に対する前記定位座標系における前記複数の基準物（１１２）の各々の位置（ｒｏ’ｂ）、及び前記画像化ユニット（５１）に対する前記校正ツール（１１０）の前記原点（ｏ）の前記位置（ｒｓｏ）に基づいている、方法。
【請求項２】
前記画像化ユニット（５１）に対する前記校正ツール（１１０）の原点（ｏ）の位置（ｒｓｏ）を取得するステップは、前記画像化ユニット（５１）に対する前記校正ツール（１１０）の前記原点（ｏ）の前記位置（ｒｓｏ）を計算するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記画像化ユニット（５１）に対する前記複数の基準物（１１２）のうちの少なくとも１つのベクトル（ｒｓｂ）を、前記少なくとも１つの基準物の前記画像座標（ｄｘｙ）と、前記画像化ユニット（５１）に対する前記検出器（５２）のベクトル（ｒｓｄ）と、前記画像化ユニット（５１）に対する前記少なくとも１つの基準物（１１２）の前記ベクトル（ｒｓｂ）が各基準物（１１２）に対して前記画像化ユニット（５１）に対する前記検出器（５２）の前記ベクトル（ｒｓｄ）に平行であるとの前提とに基づいて決定するステップと、
前記変換を、前記画像化ユニット（５１）に対する前記少なくとも１つの基準物の前記ベクトル（ｒｓｂ）、前記画像化装置座標系における前記少なくとも１つの基準物の位置（ｒｏ’ｂ）、及び前記画像化ユニット（５１）に対する前記校正ツールの前記原点（ｏ）の前記位置（ｒｓｏ）に基づいて計算するステップと
をさらに含む、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記変換の計算が、前記画像化ユニット（５１）と前記検出器（５２）との間の距離（ＳＤＤ）、及び前記定位座標系における前記検出器の位置と前記画像化装置座標系における前記検出器の位置との間の前記検出器の回転にさらに基づいている、請求項１から３までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記画像化ユニット（５１）に対する前記検出器（５２）の前記ベクトル（ｒｓｄ）と、前記画像化ユニット（５１）に対する前記少なくとも１つの基準物の前記ベクトル（ｒｓｂ）との間の関係をスカラとして定義するステップと、
前記スカラの値を、前記画像化ユニット（５１）に対する前記少なくとも１つの基準物の位置、前記画像化装置座標系における前記少なくとも１つの基準物の位置（ｒｏ’ｂ）、及び前記画像化ユニット（５１）に対する前記校正ツールの前記原点（ｏ）の前記位置（ｒｓｏ）に基づいて決定するステップと
をさらに含む、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記画像化装置座標系における前記校正ツール（１１０）の原点（ｏ）に対する前記複数の基準物（１１２）のうちの少なくとも１つの位置（ｒｏ’ｂ’）を、前記定位座標系における前記校正ツール（１１０）の前記原点（ｏ）に対する前記少なくとも１つの基準物の位置（ｒｏｂ）に基づいて計算するステップと、
前記変換を、前記少なくとも１つの基準物の前記画像座標（ｄｘｙ）、前記画像化装置座標系における前記少なくとも１つの基準物の前記位置（ｒｏ’ｂ’）、及び前記画像化ユニット（５１）に対する前記校正ツールの前記原点（ｏ）の前記位置（ｒｓｏ）に基づき計算するステップと、
をさらに含む、請求項１から５までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記定位座標系における基準物の位置と前記画像化装置座標系におけるその基準物の位置との間の各関係が、ベクトル回転方法を用いて、並進及び回転の変換を定義するベクトルとして計算される、請求項１から６までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記位置決め装置が、前記位置決め装置（２０）に対して少なくとも患者の一部分を固定する為の定位固定ユニットに脱着可能で確実に係合する固定装置（２８）を含む、請求項１から７までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
放射線治療システム（１）に対し、患者の画像を撮影するように適合された画像化装置（５０）を校正する方法であって、前記放射線治療システムが、定位座標系において知られる位置での固定放射線焦点を有する放射線治療ユニット（１０）、及び前記放射線治療ユニット（１０）における前記固定放射線焦点に対し患者を位置決めする位置決め装置（２０）を備え、前記方法が、
前記画像化装置（５０）のＸ線源（５１）を用いて、画像走査手順中に、少なくとも３つの３次元基準物を備える校正ツール（１１０）に電離放射線を照射するステップであって、前記校正ツール（１１０）と前記少なくとも３つの３次元基準物（１１２）の各々とが、前記定位座標系において知られる位置を有し、前記少なくとも３つの３次元基準物が、前記校正ツールの原点に対して知られる位置を有する、ステップと、
前記画像走査手順中に、前記画像化装置（５０）の検出器（５２）を用いて、前記校正ツール（１１０）の前記少なくとも３つの３次元基準物（１１２）の断面写像を含む少なくとも１つの２次元画像を撮影するステップであって、前記画像化装置（５０）の前記検出器（５２）が、前記定位座標系において知られる位置を有する、ステップと、
前記定位座標系における前記少なくとも３つの３次元基準物（１１２）及び前記検出器知られる座標に基づいて、前記撮影された画像において、各３次元基準物（１１２）の前記断面写像の画像座標（ｄｘｙ）を決定するステップと、
前記定位座標系における前記Ｘ線源（５１）に対する前記校正ツール（１１０）の原点（ｏ）の位置（ｒｓｏ）を取得するステップと、
前記定位座標系における前記校正ツール（１１０）の３次元位置と画像化装置座標系における前記校正ツール（１１０）の３次元位置との間の変換を計算するステップと
を含み、
ｙ軸と前記Ｘ線源（５１）の現在位置（ｓ）との間で測定された知られるガントリ角度（β）と、前記Ｘ線源（５１）と前記検出器（５２）との間の知られるソースから検出器までの距離（ＳＤＤ）とを考慮し、それによって、前記位置（ｒｓｏ）がβ＝０で得られ、
前記計算が、前記少なくとも３つの３次元基準物の各々の前記画像座標（ｄｘｙ）、前記画像化装置座標系における前記校正ツール（１１０）の原点（ｏ’）に対する前記定位座標系における前記少なくとも３つの３次元基準物（１１２）の各々の位置（ｒｏ’ｂ）、及び前記Ｘ線源（５１）に対する前記校正ツール（１１０）の前記原点（ｏ）の前記位置（ｒｓｏ）に基づいている、方法。
【請求項１０】
前記Ｘ線源（５１）に対する前記校正ツール（１１０）の原点（ｏ）の位置（ｒｓｏ）を、前記Ｘ線源（５１）に対する前記校正ツール（１１０）の前記原点（ｏ）の前記位置（ｒｓｏ）を計算することによって取得するステップと、
前記Ｘ線源（５１）に対する前記少なくとも３つの３次元基準物（１１２）のうちの少なくとも１つのベクトル（ｒｓｂ）を、前記少なくとも１つの３次元基準物の前記画像座標（ｄｘｙ）と、前記Ｘ線源（５１）に対する前記検出器（５２）のベクトル（ｒｓｄ）と、前記Ｘ線源（５１）に対する前記少なくとも１つの３次元基準物（１１２）の前記ベクトル（ｒｓｂ）が各３次元基準物（１１２）に対して前記Ｘ線源（５１）に対する前記検出器（５２）の前記ベクトル（ｒｓｄ）に平行であるとの前提とに基づいて決定するステップと、
前記変換を、前記Ｘ線源（５１）に対する前記少なくとも１つの３次元基準物の前記ベクトル（ｒｓｂ）、前記画像化装置座標系における前記少なくとも１つの３次元基準物の位置（ｒｏ’ｂ）、及び前記Ｘ線源（５１）に対する前記校正ツールの前記原点（ｏ）の前記位置（ｒｓｏ）に基づいて計算するステップと
を更に含む、請求項９に記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６４】
ベクトルｒｓｂがｒｓｄに平行なので、次式を適用する。
【数６】
2020039893.tif 000045
ここで、λがスカラである。このスカラの値が余弦公式を図５に示される三角に適用することで表され、次式を得る。
【数７】
2020039893.tif 000046
式（７）を式（６）に結合し、スカラ積として長さを表して、次式を得る。
【数８】
2020039893.tif 000047
【数９】
2020039893.tif 000048
式（８）及び式（９）に基づき、式（１）が次式に表される。
【数１０】
2020039893.tif 000049
自由度が、校正ツールのθ、φ、α、及びソース−軸距離（ＳＡＤ）で決定される並進ｒｏｏ’＝（ｘ０,ｙ０,ｚ０）及び回転である。式（１０）が各画像における各基準物に対し解かれる。好適な実施例で、３つの基準物が用いられ、３００画像が画像化セッションの間に撮影される。さらに、式（１０）が、好適な実施例によれば、少なくとも数的に最小二乗法で解かれる。
【外国語明細書】
2020039893000001.pdf