(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の撮像軸を有する第１の撮像装置と前記第１の撮像軸に実質的に平行な第２の撮像軸を有する第２の撮像装置とを含む、撮像ボリューム内の３Ｄ特徴部を撮像するための立体撮像システムと、
前記撮像システムに結合され、前記撮像ボリューム内の３Ｄ特徴部の位置を特定するように構成された処理デバイスと、
を含み、
前記３Ｄ特徴部を撮像するため、前記撮像システムが、第１のＸ線画像及び第２のＸ線画像を含む前記撮像ボリュームの実質的に平行なＸ線画像を生成するように構成され、前記第１のＸ線画像が、前記撮像ボリューム内の３Ｄ特徴部に対応する第１の画像特徴部を含み、前記第２のＸ線画像が、前記撮像ボリューム内の３Ｄ特徴部に対応する第２の画像特徴部を含み、前記第２の画像特徴部が、前記第１の画像特徴部と実質的に類似していることを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記処理デバイスが更に、前記３Ｄ特徴部を前記撮像ボリュームの３Ｄ処置前ボリューム試験と位置合わせすることにより前記撮像ボリューム内の３Ｄ特徴部を追跡するように構成される、
ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記３Ｄ特徴部の位置を特定するため、前記処理デバイスが、前記第１の画像特徴部を前記第２の画像特徴部と一致させて、一致画像特徴部のペアを得て、前記一致画像特徴部のペアの平面座標から前記撮像ボリューム内の３Ｄ特徴部の位置を求めるように構成される、
ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記３Ｄ特徴部が複数の特徴点を含み、前記実質的に平行なＸ線画像を生成するため、前記処理デバイスが各特徴点に対して、
第１のＸ線源から前記撮像ボリューム内の特徴点を通って第１のＸ線を投影することにより、撮像軸から第１の方向の第１の変位及び前記撮像軸から第２の方向の第２の変位により定められる平面座標の第１のペアを前記撮像平面内に有する第１の画像点を前記撮像平面内に生成し、
第２のＸ線源から前記撮像ボリューム内の特徴点を通って第２のＸ線を投影することにより、前記撮像軸から前記第１の方向での第３の変位及び前記撮像軸から前記第２の方向での第４の変位により定められる平面座標の第２のペアを前記撮像平面内に有する第２の画像点を前記撮像平面内に生成する、
ように更に構成されており、
前記第１の画像点及び前記第２の画像点が、前記特徴点に対応する画像点の共役ペアを含む、
ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記第１のＸ線及び前記第２のＸ線が、前記特徴点で約４５度よりも小さい角度の範囲を定める、
ことを特徴とする請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記第１のＸ線画像における前記第１の画像特徴部が第１の複数の画像点を含み、前記第２のＸ線画像における前記第１の画像特徴部と実質的に類似した前記第２の画像特徴部が第２の複数の画像点を含み、
前記画像特徴部を一致させるため、前記処理デバイスが、前記第１の画像特徴部と前記第２の画像特徴部との間の類似性測度を計算し、前記第１の複数の画像点と前記第２の複数の画像点とを画像点の複数の共役ペアで一致させるように構成される、
ことを特徴とする請求項４に記載のシステム。
【請求項７】
前記撮像ボリューム内の３Ｄ特徴部の位置を特定するために、前記処理デバイスが、前記画像点の前記複数の共役ペアを前記撮像ボリュームの３Ｄ特徴部の複数の特徴点にマッピングするように構成される、
ことを特徴とする請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記撮像ボリューム内の３Ｄ特徴部が、基準マーカ、湾曲エッジ、コーナ及びエンドポイントのうちの１つを含む、
請求項１に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、医療撮像分野に関し、詳細には、画像誘導放射線処置システムにおける平行立体視に関する。
【背景技術】
【０００２】
放射線手術及び放射線療法システムは、外部放射線ビームを用いて、周囲組織及び危険解剖学的構造（例えば、脊髄）に対する放射線暴露を最小にしながら、投与線量の放射線（例えばＸ線又はガンマ線）を病理解剖学的構造に送達することにより、病理解剖学的構造（例えば、腫瘍、病変、血管奇形、神経障害、その他）を処置する放射線処置システムである。放射線手術及び放射線療法の両方は、健康な組織及び危険構造を温存しながら病理解剖学的構造を壊死させるように設計されている。放射線療法は、処置毎の放射線線量が少なく、処置回数が多い（例えば、３０〜４５日の処置）ことを特徴とする。放射線手術は、１回の処置、又は多くても数回の処置で比較的放射線線量が多いことを特徴とする。
【０００３】
放射線療法及び放射線手術の両方で、病理解剖学的構造の部位に複数の角度から放射線線量が送達される。各放射線ビームの角度が異なるので、各ビームは、病理解剖学的構造により占有される標的領域を交差することができるが、標的領域への往復の途中で健康な組織の異なる領域を通過する。その結果、標的領域の累積放射線線量は多くなり、健康な組織及び重要構成への平均放射線線量は少なくなる。放射線療法及び放射線手術処置システムは、フレームベースか又は画像誘導かに分類することができる。
【０００４】
フレームベース放射線手術及び放射線療法では、剛体で侵襲的なフレームを患者に固定し、診断撮像及び処置計画段階、及びその後の処置送達段階を通じて患者が動けないようにする。フレームは、全プロセスの間患者に固定される。画像誘導放射線手術及び放射線療法（ＩＧＲ）では、処置中の患者の移動を追跡して補正することにより侵襲性フレームを固定する必要が排除される。
【０００５】
画像誘導放射線療法及び放射線手術システムは、ガントリベースか又はロボットベースかに分類することができる。ガントリベースシステムでは、放射線源は、回転中心（アイソセンタ）の周りを単一平面内で移動するガントリに取り付けられる。処置中に放射線ビームが送達される毎に、ビームの軸線がアイソセンタを通過する。強度変調放射線療法（ＩＭＲＴ）システムとして知られるガントリベースシステムの幾つかでは、ビームの断面は、ビームが処置中の病理解剖学的構造に一致する形状にされる。ロボットベースシステムでは、放射線源は、単一の回転平面に制約されない。
【０００６】
画像誘導システムの幾つかでは、処置中の患者追跡は、患者の処置中の２ＤＸ線画像（患者がどこにいるかを示す）を患者の１つ又はそれ以上の処置前３Ｄボリューム試験の２Ｄ基準投影（処置計画と一致させるためには患者がどこにいる必要があるかを示す）と位置合わせし、患者又は放射線源の位置を２つの画像セット間の差を補正するように変化させることにより達成される。処置前３Ｄボリューム試験は、コンピュータ断層撮影法（ＣＴ）走査、核磁気共鳴画像法（ＭＲＩ）走査、陽電子放射断層撮影（ＰＥＴ）走査又は同様のものとすることができる。
【０００７】
デジタル再構成Ｘ線像（ＤＲＲ）として知られる基準投影（基準画像）は、処置中Ｘ線撮像システムの既知のジオメトリを複製して処置中Ｘ線画像として同じスケール及び方向の画像を生成する光線追跡アルゴリズムを用いて生成される。典型的には、処置中Ｘ線システムは、患者に大きな角（例えば９０度）の範囲を定める２つのＸ線源及び２つのＸ線カメラを用いて患者を撮像する。この手法により、患者の動きに対する個々の処置中Ｘ線画像の感度が最大になるが、これは、図１に示すように２つのあまり似ていないＸ線画像を生成する可能性がある。図１では、解剖学的特徴部（例えば骨）は、９０度分離された２つのＸ線源及び２つのＸ線カメラで撮像される。１つのカメラには、骨の長さ及び幅が撮像され、もう一方のカメラには、骨の断面が撮像される。２つのＸ線画像はあまり似ておらず、患者の位置を決定して処置前計画に一致させることができるようになる前に、各Ｘ線画像と位置合わせするために別個のＤＲＲが必要となる。
本発明は、添付図面の各図において限定ではなく例証として示される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第５，９０１，１９９号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Ｊ．Ｂ．Ａ．Ｍａｉｎｔｚ、Ｍ．Ａ．Ｖｉｅｒｇｅｖｅｒの「Ａ  Ｓｕｒｖｅｙ  ｏｆ  Ｍｅｄｉｃａｌ  Ｉｍａｇｅ  Ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ（医療画像位置合わせの調査）」医療画像分析（１９９８年）、版権オックスフォード大学出版、第２巻第１号１〜３７頁
【非特許文献２】Ｇ．Ｐ．Ｐｅｎｎｅｙ、Ｊ．Ｗｅｅｓｅの「Ａ  ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ  ｏｆ  ｓｉｍｉｌａｒｉｔｙ  ｍｅａｓｕｒｅｓ  ｆｏｒ  ｕｓｅ  ｉｎ  ２Ｄ−３Ｄ  ｍｅｄｉｃａｌ  ｉｍａｇｅ  ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ（２Ｄ−３Ｄ医療画像位置合わせに用いるための類似性測度の比較）」ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．Ｍｅｄ．Ｉｍａｇ．第１７巻  ５８６〜５９５頁  １９９８年８月
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】広角Ｘ線撮像を示す図である。
【図２Ａ】非アイソセントリック画像誘導放射線処置システムの１つの実施形態を示す図である。
【図２Ｂ】画像誘導非アイソセントリック放射線処置の１つの実施形態を示す図である。
【図３】平行立体視撮像の１つの実施形態を示す図である。
【図４】画像誘導放射線処置の１つの実施形態を示す図である。
【図５】平行立体視ジオメトリの１つの実施形態を示す平面図である。
【図６】平行立体視ジオメトリの１つの実施形態を示す別の平面図である。
【図７】放射線処置システムの平行立体視の方法の１つの実施形態を示すフローチャートである。
【図８】本発明の実施形態を実施することができるシステムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下の説明では、本発明の実施形態が完全に理解されるように、特定の構成要素、装置、方法、その他の実施例のような、多くの特定の詳細が記載されている。しかしながら、これらの特定の詳細は、本発明の実施形態を実施するのに必ずしも利用する必要はない点は当業者には明らかであろう。他の例では、公知の材料又は方法は、本発明の実施形態を不必要に曖昧にするのを避けるために詳細には記載していない。本明細書で用いる用語「結合する」とは、直接結合すること、或いは、１つ又はそれ以上の介在構成要素又はシステムを介して間接的に結合することを意味することができる。本明細書で用いる用語「Ｘ線画像」とは、可視Ｘ線画像（例えば、画面上に表示される）、或いはＸ線画像のデジタル表現（例えば、Ｘ線検出器のピクセル出力に対応するファイル）を意味することもできる。本明細書で用いる用語「処置中画像」とは、放射線源がオン又はオフの時を含むことができる、放射線手術又は放射線療法手技の処置送達段階中の何れかの時点で取り込まれた画像をさすことができる。本明細書で用いる用語「ＩＧＲ」とは、画像誘導放射線療法、画像誘導放射線手術又は両方をさすことができる。
【００１２】
別途記載されない限り、以下の考察から明らかであるように、「処理する」、「生成する」「求める」、「計算する」、「位置決めする」、「追跡する」又は同様のもののような用語は、コンピュータシステムのレジスタ及びメモリ内の物理的（例えば電子）量として表わされるデータを操作及び変換して、コンピュータシステムのメモリ又はレジスタ、或いは他のこのような情報記憶装置、送信装置、又はディスプレイ装置内の物理量として同様に表わされる他のデータにするコンピュータシステム、又は同様の電子コンピュータ装置の動作及びプロセスを指すことができる点は理解されるであろう。本明細書に記載する方法の実施形態は、コンピュータソフトウェアを用いて実装することができる。認可規格に一致するプログラミング言語で記述される場合には、本方法を実施するように設計された命令シーケンスは、種々のハードウェアプラットフォーム上で実行するよう、及び種々のオペレーティングシステムにインタフェース接続するようにコンパイルすることができる。加えて、本発明の実施形態は、何れかの特定のプログラミング言語に関しては説明されない。本発明の実施形態を実施するのに種々のプログラミング言語を用いることができることは理解されるであろう。
【００１３】
平行立体視ジオメトリを用いて患者の処置中位置を処置前３Ｄボリューム試験と位置合わせすることにより、画像誘導放射線療法及び／又は放射線手術の間の患者の動きを追跡する方法及び装置を説明する。以下の本発明の実施形態の説明では、Ｘ線撮像は、２Ｄ処置中撮像用の例示的な撮像モダリティとして用いることができる。同様に、ＣＴ走査は、３Ｄ処置前診断及び処置計画試験用の例示的な撮像モダリティとして用いることができる。当業者であれば、他の３Ｄ撮像モダリティ（例えば、ＭＲＩ、ＰＥＴ、３Ｄ超音波）及び他の２Ｄ撮像モダリティ（例えば蛍光透視法（ｆｌｏｕｒｏｓｃｏｐｙ））を用いて、他の実施形態における作用を等しくすることができる点は理解されるであろう。
【００１４】
図２Ａは、本発明の実施形態を実施することができる画像誘導ロボットベース放射線処置システム２００（例えば、カリフォルニア州のＡｃｃｕｒａｙ，Ｉｎｃ．により製造されたＣｙｂｅｒＫｎｉｆｅ（登録商標）放射線手術システム）の構成を示す。図２Ａでは、放射線処置線源は、複数の（例えば５又はそれ以上）自由度を有するロボットアーム２１３（図４に示す）の端部上に装着される線形加速器（ＬＩＮＡＣ）２１１であり、ＬＩＮＡＣ２１１を位置決めして、患者２０９の周りの動作ボリュームの多くの角度から多くの平面に送達されるＸ線処置ビーム（例えば、ビーム２１２Ａ、２１２Ｂ、２１２Ｃ）で患者２０９の病理解剖学的構造（標的領域又はボリューム）に照射するようにする。処置は、単一のアイソセンタ、複数のアイソセンタ、又は非アイソセンタアプローチのビーム経路を伴うことができる。図２Ｂは、１つの実施形態における非アイソセンタ放射線処置を示す。図２Ｂでは、例えば、各々が標的内の単一点又はアイソセンタに収束することなく病理標的ボリューム２１４を交差する放射線処置ビーム２１６、２１７、２１８及び２１９により、脊髄２１５の周りで増殖する病理解剖学的構造（例えば腫瘍）２１４が処置される。
【００１５】
図２Ａに戻ると、撮像システム２００は、Ｘ線源２０１Ａ及び２０１Ｂ、並びにＸ線撮像装置（検出器）２０６Ａ及び２０６Ｂを含むことができる。２つのＸ線源２０１Ａ及び２０１Ｂは、手術室の天井２０７の固定位置に装着することができ、２つの異なる位置からの撮像Ｘ線ビーム２０２Ａ及び２０２Ｂを投影するように位置合わせすることができ、これにより、ビーム２０２Ａの撮像軸線２０３Ａが、ビーム２０２Ｂの撮像軸線２０３Ｂと実質的に平行になり、ビーム２０２Ａの光線２０４Ａが、処置中にＬＩＮＡＣ２１１及び患者２０９を処置台２１０上に位置決めするための基準点となる撮像中心（機械アイソセンタ）Ｍにおいてビーム２０２Ｂの光線２０４Ｂと交差するようにする。患者２０９を通過した後、撮像Ｘ線ビーム２０２Ａ及び２０２Ｂは、手術室の床２０８又はその近傍で実質的に互いに平行（例えば５度以内）に装着することができるＸ線撮像装置２０６Ａ及び２０６Ｂのそれぞれの撮像表面に照射することができる。Ｘ線撮像装置２０６Ａ及び２０６Ｂは、Ｘ線撮像装置２０６Ａ及び２０６Ｂの撮像表面が単一の撮像平面を形成するように実質的に同一平面上に存在することができる。１つの実施形態では、Ｘ線撮像装置２０６Ａ及び２０６Ｂは、Ｘ線ビーム２０２Ａ及び２０２Ｂ両方により生成される画像を取り込むのに十分な大きさの単一の撮像平面を備えた単一のＸ線撮像装置２０６（図４に示す）と置き換えることができる。以下でより詳細に説明するように、放射線処置システム２００は、光線２０４Ａが、実質的に９０度未満（例えば、４５度又はそれ未満）の角度で光線２０４Ｂと交差するように構成することができる。１つの実施形態では、Ｘ線ビーム２０２Ａ及び２０２Ｂは、Ｘ線ビーム２０５Ａ及び２０５ＢのようなＸ線撮像装置を照射することができるビームの部分のみが放射されるようにコリメート及び／又は形状にすることができる。
【００１６】
他の実施形態では、放射線処置システム２００は、２つより多いか少ないＸ線源及び２つより多いか少ない検出器を含むことができ、検出器及び／又は線源の何れも固定ではなく可動とすることができる。更に別の実施形態では、Ｘ線源及び検出器の位置は、置換又は回転することができる（例えば、ビーム２０２Ａ及び２０２Ｂが実質的に水平であるように壁に装着される）．
【００１７】
Ｘ線撮像装置２０６Ａ及び２０６Ｂは、Ｘ線を可視光に変える閃光放射物質（例えば、非晶質シリコン）と、ＣＭＯＳ（相補型金属酸化物シリコン）又はＣＣＤ（電荷結合素子）撮像セル（ピクセル）のアレイとから製作することができ、該撮像セルは、以下でより詳細に説明するように光をデジタル処理システムで処理することができるデジタル画像に変換する。
【００１８】
１つの実施形態では、画像誘導放射線処置システムにおける平行立体視するための方法は、実質的に平行な撮像軸線を有する２つ又はそれ以上の撮像Ｘ線源を用いて撮像ボリューム内の３次元（３Ｄ）特徴部を撮像する段階と、撮像ボリューム内で３Ｄ特徴部の位置を特定する段階と、３Ｄ特徴部を撮像ボリュームの３Ｄ処置前ボリューム試験に位置合わせすることにより撮像ボリューム内の３Ｄ特徴部を追跡する段階とを含む。３Ｄ特徴部を撮像する段階は、少なくとも第１のＸ線画像及び第２のＸ線画像を含む撮像ボリュームの実質的に平行なＸ線画像を生成する段階を含むことができる。第１のＸ線画像は、撮像ボリューム内の３Ｄ特徴部に対応する画像特徴部を含むことができる。また、第２のＸ線画像も、撮像ボリューム内の３Ｄ特徴部に対応する画像特徴部を含むことができ、第２のＸ線画像の画像特徴部は、第１のＸ線画像の画像特徴部と実質的に類似したものとすることができる。撮像ボリューム内の３Ｄ特徴部の位置を特定する段階は、第１の画像特徴部を第２の画像特徴部と一致させ、一致した画像特徴部のペアを得る段階と、撮像平面内の一致画像特徴部のペアの平面座標から撮像ボリューム内の３Ｄ特徴部の位置を求める段階とを含むことができる。
【００１９】
図３は、例えば、放射線処置システム２００の平行立体視撮像を示す。図３では、撮像中心Ｍの近傍に位置する３Ｄ解剖学的特徴部３０１（例えば、図１の骨と類似する骨）が、２つのＸ線源２０１Ａ及び２０１Ｂ並びに２つのＸ線撮像装置２０６Ａ及び２０６Ｂで撮像され、これらは、撮像中心Ｍにおいて実質的に９０度未満（例えば、４５度未満）の角度θの範囲を定める。解剖学的特徴部３０１の画像は、Ｘ線撮像装置２０６Ａ及び２０６Ｂに投影される。しかしながら、図１に示される投影とは違って、２つの投影は極めて類似している。Ｘ線撮像装置２０６Ａの画像３０２は細長いが、Ｘ線撮像装置２０６Ｂの画像３０３は縮小されている。しかしながら、両方の画像は、同じ解剖学的被検体の画像として識別される特徴部、すなわち、医療撮像分野で公知の特徴識別アルゴリズムを用いて認識、抽出、及び一致させることができる（例えば、Ｍｕｒｐｈｙらによる米国特許第５，９０１，１９９号を参照）特徴部を含む。角度θが小さくなると、Ｘ線撮像装置２０６Ａ及びＸ線撮像装置２０６Ｂに類似した投影を生成する３Ｄ特徴部配向の範囲が大きくなり、認識、抽出、一致することができる画像特徴部の数が増大する。画像特徴部は、解剖学的エッジ、形状、画像勾配、外形、被検体表面、被検体セグメント、又は類似の解剖学的特徴部とすることができる。また、画像特徴部は、例えば、患者に基準マーカを配置及び／又は埋め込むなどの人工的手段により生成することもできる。
【００２０】
例えば、図４は、画像誘導放射線処置システム４００の平行立体視ジオメトリを示す。図４では、ＬＩＮＡＣ  ２１１は、ロボットアーム２１３上に装着され、放射線ビーム２２０を処置ボリューム内の点Ｐに印加するように位置決めされる。点Ｐが病理解剖学的構造内の望ましい点と確実に一致するように、患者の処置中位置を処置計画に用いた患者の処置前３Ｄ走査（例えば、ＣＴ走査）と位置合わせすることができる。以下で説明するように、平行立体視ジオメトリにより、ＤＲＲを用いることなく２Ｄ処置中Ｘ線画像を直接３Ｄ処置中位置データに変換することが可能になる。
【００２１】
図４では、Ｘ線源４０１Ａは、点ＡからＸ線ビームを投影し、ビーム軸ＡＣと、撮像中心Ｍを通過して撮像平面４０６の右半分平面の右画像中心ＯRにて撮像平面４０６と交差する光線４０２Ａを有する。同様に、Ｘ線源４０１Ｂは、点ＢからＸ線ビームを投影し、ビーム軸ＢＤと、光線４０２Ａに対して角度θで撮像中心Ｍを通過し、撮像平面４０６の左半分の左画像中心ＯLにて撮像平面４０６と交差する光線４０２Ｂとを有する。点Ｍから撮像平面まで垂直に投影（撮像平面４０６に直角）すると、撮像平面の原点Ｏと撮像軸ＯＭとを定めることができる。また、Ｘ線源４０１Ａは、点Ｐを通過し、点ＰRで撮像装置４０６の撮像平面と交差する光線４０３Ａを投影し、これは、撮像軸ＯＭからのｘ座標方向の変位ξR、及び撮像軸ＯＭからのｙ座標方向の変位ψRにより定めることができる。同様に、Ｘ線源４０１Ｂは、点Ｐを通過して撮像装置４０６の撮像平面に点ＰLで交差する光線４０３Ｂを投影し、これは、撮像軸ＯＭからのｘ座標方向の変位ξL、及び撮像軸ＯＭからのｙ座標方向の変位ψLにより定めることができる。点Ｐの位置は、原点Ｏに対して座標ξ、ψ及びζにより定めることができ、ここで、ζは、撮像平面４０６の高度を定め、ξ及びψは、撮像平面４０６における点Ｐの垂直投影Ｅの位置を特定する。Ｘ線ビームにより範囲が定められる撮像ボリューム内の全ての点は、撮像ボリュームの１つのＸ線画像が左半分の平面に投影され（左画像）、実質的に類似するもう１つの画像が右半分の平面に投影される（右画像）ようにして投影することができる。詳細には、撮像ボリューム内の３Ｄ解剖学的特徴部は、左画像及び右画像内で実質的に類似する画像特徴部（例えば、コーナ、エンドポイント、湾曲縁）として投影することができる。放射線処置システム４００は更に、Ｘ線源４０１Ａ及び４０１Ｂ間の離隔距離ｂと、撮像平面４０６の上のＸ線源４０１Ａ及び４０１Ｂのそれぞれの高さαL及びαRとで定めることができ、ここで、ビーム軸線ＡＣ及びＢＤは、撮像平面４０６の原点Ｏを通る線分ＣＤに垂直である。
【００２２】
図５は、放射線処置システム４００の撮像システムのジオメトリをＸ−Ｚ平面で示している。図５では、三角形ＡＣＰRは、三角形ＰＥＰRと相似であり、三角形ＢＤＰLは、三角形ＰＥＰLと相似である。相似三角形は相似比を有し、従って次式で表される。
0005606065.tif 000002
（１）
及び、
0005606065.tif 000003
（２）
式中、上線は線分を表す。
従って、
0005606065.tif 000004
（３）
及び、
0005606065.tif 000005
（４）
であり、ａL＝ａR＝ａ（ａL≠ａRの場合には、較正係数は、当技術分野で公知のように計算することができる）である場合には、等式（１）及び（２）を加算し、
0005606065.tif 000006
（５）
減算することができる。
0005606065.tif 000007
（６）
Σ＝ｘR＋ｘLとし、Δ＝ｘR−ｘLとすると、
0005606065.tif 000008
（７）
及び
0005606065.tif 000009
（８）
【００２３】
図６は、放射線処置システム４００における撮像システムのジオメトリをＸ−Ｙ平面で示している。図６では、点Ｆは、ξ軸上の点ＰLの投影であり、点Ｇは、ξ軸上の点ＰRの投影である。三角形ＡＧＰRは、三角形ＡＥＰと相似であり、三角形ＢＦＰLは三角形ＰＥＰと相似である。従って、
0005606065.tif 000010
（９）
及び
0005606065.tif 000011
（１０）
である。従って、ｙには２つの独立解が存在する。即ち、
0005606065.tif 000012
（１１）
及び、
0005606065.tif 000013
（１２）
である。
等式（１１）及び（１２）は、平均することができ、
0005606065.tif 000014
（１３）
更に、ψについて解くことができる。
0005606065.tif 000015
（１４）
【００２４】
従って、点Ｐの３Ｄ座標は、点ＰL及びＰRの平面座標から計算することができる。点ＰL及びＰRは、３Ｄ特徴部点に対応する点の共役ペアと呼ぶことができる。撮像ボリュームのあらゆる３Ｄ特徴部は、幾つかの３Ｄ特徴部点に関して定めることができ、これは、例えば撮像平面４０６における点の等しい数の共役ペアとして投影されることになる。
【００２５】
１つの実施形態では、特徴部の抽出及び認識アルゴリズムを左画像及び右画像に適用して、各画像から実質的に類似する画像特徴部を抽出することができる。特徴認識アルゴリズムは、当技術分野で公知であり（例えば、Ｊ．Ｂ．Ａ．Ｍａｉｎｔｚ、Ｍ．Ａ．Ｖｉｅｒｇｅｖｅｒの「Ａ  Ｓｕｒｖｅｙ  ｏｆ  Ｍｅｄｉｃａｌ  Ｉｍａｇｅ  Ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ（医療画像位置合わせの調査）」Ｍｅｄｉｃａｌ  Ｉｍａｇｅ  Ａｎａｌｙｓｉｓ（１９９８年）、版権オックスフォード大学出版、第２巻  第１号  １〜３７頁を参照）、従って、詳細には説明しない。特徴抽出後、類似性測度を各画像からの抽出特徴部に対して適用し、画像特徴部のペアとして一致させることができる。２Ｄ  Ｘ線画像をＤＲＲと位置合わせするための類似性測度及び一致アルゴリズムを用いて、抽出した特徴を一致させることができる。類似性測度及び一致アルゴリズムは、当技術分野で公知であり（例えば、Ｇ．Ｐ．Ｐｅｎｎｅｙ、Ｊ．Ｗｅｅｓｅの「Ａ  ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ  ｏｆ  ｓｉｍｉｌａｒｉｔｙ  ｍｅａｓｕｒｅｓ  ｆｏｒ  ｕｓｅ  ｉｎ  ２Ｄ−３Ｄ  ｍｅｄｉｃａｌ  ｉｍａｇｅ  ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ（２Ｄ−３Ｄ医療画像位置合わせに用いるための類似性測度の比較）」ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．Ｍｅｄ．Ｉｍａｇ．第１７巻  ５８６〜５９５頁  １９９８年８月を参照）、従って、詳細には説明しない。
【００２６】
上述のように、画像特徴部は合同でない可能性もあるが、一般的には実質的に相似になるので、解剖学的特徴部のコーナ、エンドポイント及び湾曲エッジのような特徴部は一致することができる。画像特徴部のペアが一致されると、一致特徴部は、画像点の共役ペア（例えば点ＰL及びＰRのような）に分解することができる。１つ又はそれ以上の一致した画像特徴部に対する画像点の共役ペアが求められると、画像点の共役ペアの平面座標は、上記で得られた式（７）、（８）及び（１４）を用いて撮像ボリューム内の３Ｄ特徴部点（例えば点Ｐ）にマッピングし、撮像ボリューム内の３Ｄ特徴部の位置を求めることができる。１つの実施形態では、３Ｄ特徴部の位置は、当技術分野で公知の３Ｄ変換アルゴリズムを用いて３Ｄの処置前走査データ（例えばデジタル化ＣＴ走査データなど）と直接位置合わせすることができる。次いで、３Ｄと３Ｄとの位置合わせの結果を用いて、診断撮像及び／又は処置計画の間に患者の処置中位置と患者の処置前位置との間の差違を求め、患者の再位置決め及び／又は放射線処置線源（例えばＬＩＮＡＣ  ２１１）の位置修正とによってその差を補正することができる。
【００２７】
従って、図７に示すような１つの実施形態では、画像誘導放射線処置システムに平行立体視ジオメトリを用いるための方法７００は、実質的に平行な撮像軸を有する２つ又はそれ以上の撮像Ｘ線源で撮像ボリューム内の３Ｄ特徴部を撮像する段階（段階７０１）と、撮像ボリューム内の３Ｄ特徴部の位置を特定する段階（段階７０２）と、この３Ｄ特徴部を撮像ボリュームの３Ｄの処置前ボリューム試験と位置合わせすることにより撮像ボリューム内の３Ｄ特徴部を追跡する段階（段階７０３）とを含む。
【００２８】
図８は、放射線処置を実行するのに用いることができ、本発明の特徴を実施することができるシステムの１つの実施形態を示す。以下で説明され且つ図８に示すように、システム８００は、診断撮像システム１０００、処置計画システム２０００及び処置送達システム３０００を含むことができる。
【００２９】
診断撮像システム１０００は、患者の関心ボリューム（ＶＯＩ）の３Ｄボリューム試験から、医療診断画像を生成することができるあらゆるシステムとすることができ、医療診断画像は、その後の医療診断、処置計画及び／又は処置送達に用いることができる。例えば、診断撮像システム１０００は、コンピュータ断層撮影法（ＣＴ）システム、核磁気共鳴画像法（ＭＲＩ）システム、陽電子放射断層撮影（ＰＥＴ）システム、超音波システム、又は同様のものとすることができる。議論を容易にするために、診断撮像システム１０００は、以下で場合によっては、ＣＴ撮像モダリティに関して考察することができる。しかしながら、上述のような他の撮像モダリティも用いることができる。
【００３０】
診断撮像システム１０００は、撮像ビーム（例えば、Ｘ線、超音波、ラジオ周波数波等）を生成する撮像源１０１０と、撮像源１０１０により生成されるビーム或いは撮像源からのビームにより刺激される２次ビーム又は放射（例えば、ＭＲＩ又はＰＥＴ走査）を検出して受け取る撮像検出器１０２０とを含む。１つの実施形態では、診断撮像システム１０００は、３Ｄ画像を構成するのに用いることができる２Ｄ  Ｘ線撮影画像を小さな角度増分で生成することができる１つ又はそれ以上の診断Ｘ線源及び１つ又はそれ以上の対応する撮像検出器（例えば、コーンビームＣＴスキャナ）を含むことができる。例えば、２つのＸ線源を撮像される患者の周りに配置し、互いにある角度分離（例えば、９０度、４５度など）で固定し、直径方向でＸ線源に対して対向することができる撮像検出器に向かって患者を通して照射することができる。各Ｘ線撮像源により照射されることになる単一の大型撮像検出器又は複数の撮像検出器を用いることもできる。或いは、他の数及び構成の画像診断源及び撮像検出器を用いてもよい。
【００３１】
撮像源１０１０及び撮像検出器１０２０は、デジタル処理システム１０３０に結合し、撮像動作を制御して画像データを処理することができる。診断撮像システム１０００は、デジタル処理システム１０３０、撮像源１０１０及び撮像検出器１０２０間でデータ及びコマンドを転送するためのバス又は他の手段１０３５を含む。デジタル処理システム１０３０は、１つ又はそれ以上の汎用プロセッサ（例えばマイクロプロセッサ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）のような専用プロセッサ、又はコントローラ又はフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）のような他の種類の装置を含むことができる。また、デジタル処理システム１０３０は、メモリ、記憶装置、ネットワークアダプタ及び同様のもののような他の構成要素（図示せず）も含むことができる。デジタル処理システム１０３０は、例えばＤＩＣＯＭ（医用デジタル画像と通信）フォーマットのような標準フォーマットでデジタル診断画像を生成するように構成することができる。他の実施形態では、デジタル処理システム１０３０は、他の標準又は非標準デジタル画像フォーマットを生成することができる。デジタル処理システム１０３０は、データリンク１５００を介して診断画像ファイル（例えば、前述のＤＩＣＯＭフォーマットファイル）を処置計画システム２０００に送信することができ、該リンクは、例えば、直接リンク、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）リンク又はインターネットのような広域ネットワーク（ＷＡＮ）リンクとすることができる。また、システム間で送信される情報は、遠隔診断又は処置計画構成のようなシステムを接続する通信媒体にわたってプル又はプッシュすることができる。遠隔診断又は処置計画では、システムユーザと患者との間が物理的に離隔されていても、ユーザは、診断又は処置計画に本発明の実施形態を用いることができる。
【００３２】
処置計画システム２０００は、画像データを受け取って処理するための処理デバイス２０１０を含む。処理デバイス２０１０は、１つ又はそれ以上の汎用プロセッサ（例えばマイクロプロセッサ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）のような専用プロセッサ、或いはコントローラ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）又はフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）のような他の種類の装置を表すことができる。処理デバイス２０１０は、本明細書で議論した処置計画動作を実施するための命令を実行するように構成することができる。
【００３３】
また、処置計画システム２０００は、システムメモリ２０２０も含むことができ、該システムメモリは、情報及び処理デバイス２０１０が実行する命令を記憶するために、バス２０５５により処理デバイス２０１０に結合されたランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）又は他の動的記憶装置を含むことができる。また、システムメモリ２０２０は、処理デバイス２０１０が命令を実行する間に一時的変数又は他の中間情報を記憶するのに用いることもできる。また、システムメモリ２０２０は、処理デバイス２０１０のための静的情報及び命令を記憶するため、バス２０５５に結合された読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）及び／又は他の静的記憶装置を含むこともできる。
【００３４】
また、処置計画システム２０００は、情報及び命令を記憶するため、バス２０５５に結合された１つ又はそれ以上の記憶装置（例えば、磁気ディスクドライブ又は光ディスクドライブ）を表す記憶装置２０３０を含むこともできる。記憶装置２０３０は、本明細書で議論した処置計画を実行するための命令を記憶するのに用いることができる。
【００３５】
また、処理デバイス２０１０は、情報（例えばＶＯＩの２Ｄ又は３Ｄ表示）をユーザに表示するために、陰極線管（ＣＲＴ）又は液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のようなディスプレイ装置２０４０に結合することもできる。情報及び／又はコマンドの選択を処理デバイス２０１０に通信するために、キーボードのような入力装置２０５０を処理デバイス２０１０に結合することができる。また、１つ又はそれ以上の他のユーザ入力装置（例えば、マウス、トラックボール又はカーソル方向キー）を用いて、方向性情報を通信し、処理デバイス２０１０用のコマンドを選択し、ディスプレイ２０４０上でのカーソルの動きを制御することもできる。
【００３６】
処置計画システム２０００は、処置計画システムの１つの実施例のみを表しており、これは、多くの異なる構成及びアーキテクチャを含むことができ、処置計画システム２０００よりも多い構成要素又は少ない構成要素を含むことができ、更に、本発明と共に用いることができる点は理解されるであろう。例えば、一部のシステムは、周辺バス、専用キャッシュバス、その他のような複数のバスを有することが多い。また、処置計画システム２０００は、ＤＩＣＯＭインポートをサポートするためのＭＩＲＩＴ（医療画像検討及びインポートツール）（従って、画像は融合され、標的が異なるシステムに描写され、次いで、計画及び線量計算のために処置計画システムにインポートすることができる）と、種々の撮像モダリティ（例えば、ＭＲＩ、ＣＴ、ＰＥＴ等）の何れかで処置計画及び線量分布を見ることができる拡大画像融合能力とを含むこともできる。処置計画システムは、当技術分野では公知であり、従って、更に詳細には議論しない。
【００３７】
処置計画システム２０００は、データベース（例えば記憶装置２０３０に記憶されるデータ）を処置送達システム３０００のような処置送達システムと共有することができ、これにより、処置送達の前に処置計画システムからエクスポートする必要がないようにすることができる。処置計画システム２０００は、データリンク２５００を介して処置送達システム３０００とリンクすることができ、該リンクは、データリンク１５００に関して上記で議論したような、直接リンク、ＬＡＮリンク又はＷＡＮリンクとすることができる。データリンク１５００及び２５００がＬＡＮ又はＷＡＮ接続として実施されるときには、診断撮像システム１０００、処置計画システム２０００及び／又は処置送達システム３０００の何れかは、システムが互いに物理的に遠隔とすることができるように分散位置に存在することができる点に留意されたい。或いは、診断撮像システム１０００、処置計画システム２０００及び／又は処置送達システム３０００の何れかは、１つ又はそれ以上のシステム内に互いに一体化することもできる。
【００３８】
処置送達システム３０００は、処置計画に一致する処方放射線線量を標的ボリュームに投与するための処置的及び／又は外科的放射線源３０１０を含む。また、処置送達システム３０００は、放射線源に対して患者を位置決めするために、上述の診断画像と位置合わせ又は相関付ける患者ボリューム（標的ボリュームを含む）の処置中画像を取り込むための撮像システム３０２０を含むこともできる。撮像システム３０２０は、上述の撮像システムの何れかを含むこともできる。また、処置送達システム３０００は、放射線源３０１０、撮像システム３０２０、及び処置台３０４０のような患者支持装置を制御するためのデジタル処理システム３０３０を含むこともできる。デジタル処理システム３０３０は、２つ又はそれ以上の立体投影により撮像システム３０２０の２ＤＸ線撮影画像から解剖学的特徴部を認識及び／又は抽出し、処置計画システム２０００の処理デバイス２０１０により生成される３Ｄ走査データと位置合わせするために、ＶＯＩ内の解剖学的特徴部の３Ｄ座標を求めるように構成することができる。デジタル処理システム３０３０は、１つ又はそれ以上の汎用プロセッサ（例えばマイクロプロセッサ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）のような専用プロセッサ、或いはコントローラ、特定用途集積回路（ＡＳＩＣ）又はフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）のような他の種類の装置を含むことができる。また、デジタル処理システム３０３０は、メモリ、記憶装置、ネットワークアダプタ及び同様のもののような他の構成要素（図示せず）を含むこともできる。デジタル処理システム３０３０は、バス３０４５又は他の種類の制御及び通信インタフェースにより放射線源３０１０、撮像システム３０２０、及び処置台３０４０に結合することができる。
【００３９】
デジタル処理システム３０３０では、処置台３０４０上の患者を処置送達システム３０００内に位置合わせし、標的ボリュームに関して放射線源を正確に位置決めするために、撮像システム３０２０から得られる画像を手術前処置計画画像と位置合わせする方法（例えば、上に記載する方法７００のようなもの）を実施することができる。
【００４０】
処置台３０４０は、複数の（例えば５又はそれ以上）自由度を有する別のロボットアーム（図示せず）と結合することができる。カウチアーム（ｃｏｕｃｈ  ａｒｍ）は、５つの回転自由度と１つの実質的に垂直な直線自由度とを有することができる。或いは、カウチアームは、６つの回転自由度及び１つの実質的に垂直な直線自由度、或いは少なくとも４つの回転自由度を有することができる。カウチアームは、柱又は壁に垂直に装着することができ、或いは、受け台、床、又は天井に水平に装着することもできる。代替として、処置台３０４０は、カリフォルニア州のＡｃｃｕｒａｙ，Ｉｎｃ．により開発されたＡｘｕｍ（登録商標）処置台、又は当業者には公知の別の種類の従来の処置テーブルのような、別の機械的機構の構成要素とすることができる。
【００４１】
本明細書に記載される方法及び装置は、医療診断撮像及び処置にのみ用いることに限定されない点に留意されたい。別の実施形態では、本明細書の方法及び装置は、工業用撮像及び材料の非破壊試験（例えば、自動車産業のモータブロック、航空産業の機体、建設産業の溶接、及び石油産業のドリルコア）及び地震探査のような、医療技術分野以外の用途で用いることができる。このような用途では、例えば、「処置」とは、一般に放射線ビームを適用することを意味することができる。
【００４２】
本発明の態様は、少なくとも部分的にはソフトウェア内に具現化することができることは、前述の説明から明らかになるであろう。即ち、この技術は、システムメモリ２０２０のようなメモリに含まれる命令シーケンスを実行する、処理デバイス２０１０又はデジタル処理システム３０３０のようなプロセッサに応答するコンピュータシステム又は他のデータ処理システムで実施することができる。種々の実施形態では、ハードウェア回路網をソフトウェア命令と組み合わせて用いて、本発明を実施することができる。従って、この技術は、ハードウェア回路網及びソフトウェアのどのような特定の組み合わせにも、データ処理システムにより実行される命令のどのような特定の供給源にも限定されない。加えて、この明細書全体にわたって、説明を簡単にするために、種々の関数及びオペレーションはソフトウェアコードにより実施又は行われるものとして説明することができる。しかしながら、当業者であれば、このような表現で意味することは、このような機能は、処理デバイス２０１０又はデジタル処理システム３０３０のようなプロセッサ又はコントローラがコードを実行した結果であることは理解されるであろう。
【００４３】
データ処理システムにより実行されたときに、システムに対して本発明の種々の方法を実施させるソフトウェア及びデータを記憶するために、機械読み取り可能媒体を用いることができる。この実行可能ソフトウェア及びデータは、例えば、システムメモリ２０２０、及び記憶装置２０３０、或いはソフトウェアプログラム及び／又はデータを記憶することができるあらゆる他の装置を含む、種々の場所に記憶することができる。
【００４４】
従って、機械読み取り可能媒体は、機械（例えば、コンピュータ、ネットワーク装置、携帯情報端末、製造ツール、１つ又はそれ以上のプロセッサのセットを備えたあらゆる装置、その他）によりアクセス可能な形で情報を提供（即ち、記憶及び／又は送信）するあらゆる機構を含む。例えば、機械読み取り可能な媒体は、記録可能／非記録可能媒体（例えば、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、磁気ディスク記憶媒体、光学記憶媒体、フラッシュメモリ装置、その他）、並びに電気的、光学的、音響的又は他の形式の伝搬信号（例えば、搬送波、赤外線信号、デジタル信号、その他）、その他が含まれる。
【００４５】
本明細書全体を通して「１つの実施形態」又は「実施形態」についての言及は、実施形態に関して説明された特定の特徴、構造又は特性が本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味することは理解されたい。従って、本明細書の種々の部分において「実施形態」又は「１つの実施形態」又は「別の実施形態」についての２つ又はそれ以上の言及は、必ずしも全て同じ実施形態を指すとは限らない。更に、特定の特徴、構造又は特性は、本発明の１つ又はそれ以上の実施形態において適切であるように組み合わせることができる。加えて、本発明は、複数の実施形態に関して説明されたが、本発明は、記載の実施形態に限定されない点は当業者には理解されるであろう。本発明の実施形態は、添付の請求の範囲内にある修正形態及び変形形態で実施することができる。従って、本明細書及び図面は、本発明を限定するものでなく例示的なものとみなすべきである。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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