(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
処置放射源を有し、コントローラと接続されて処置プランを実施するための処置実施システムの作動方法であって、
ほぼ処置時に関心領域の第１の対をなす投影図を有する２次元（２Ｄ）のＸ線画像を得るステップと、
前記２ＤのＸ線画像を、前記関心領域の第２の対をなす投影図を有する、対応する２Ｄの処置前Ｘ線画像と重ね合わせて、前記ほぼ処置時に２Ｄの重ね合わせ結果を取得するステップと、
前記コントローラが、前記重ね合わせ結果に基づいて、前記２Ｄの処置前Ｘ線画像における関心領域を前記２ＤのＸ線画像における関心領域の予想範囲に対応する時に、患者位置が前記処置前Ｘ線画像を取得したときの患者位置からずれることによって、前記処置実施システムを調整し、前記処置放射源の動作を修正するステップと
を有することを特徴とする処置実施システムの作動方法。
【請求項２】
前記ほぼ処置時に、前記２Ｄの重ね合わせ結果を３Ｄの追跡結果に変換して前記関心領域を追跡するステップをさらに有することを特徴とする請求項１記載の処置実施システムの作動方法。
【請求項３】
前記２Ｄの処置前Ｘ線画像は、前記関心領域の第１の複数の対の直交投影図を有し、前記ほぼ処置時に、前記２ＤのＸ線画像は前記関心領域の第２の複数の対の直交投影図を有することを特徴とする請求項１記載の処置実施システムの作動方法。
【請求項４】
前記ほぼ処置時に、前記２ＤのＸ線画像を前記対応する２Ｄの処置前Ｘ線画像と重ね合わせるステップは、面内並進、面内回転、面外回転を算定するステップを有することを特徴とする請求項１記載の処置実施システムの作動方法。
【請求項５】
前記２Ｄの処置前Ｘ線画像は３Ｄの処置プランニングに使用されるコーン・ビームＣＴスキャンのサブセットを有することを特徴とする請求項１記載の処置実施システムの作動方法。
【請求項６】
ＣＡＴスキャンを用いて３Ｄの処置プランを作成するステップをさらに有することを特徴とする請求項１記載の処置実施システムの作動方法。
【請求項７】
前記２Ｄの処置前Ｘ線画像及び前記２ＤのＸ線画像は、結像する寸法形状の相違が存在する場合、前記ほぼ処置時に前記２ＤのＸ線画像を倍率変更して前記結像する寸法形状の相違を補正するステップをさらに有することを特徴とする請求項１に記載の処置実施システムの作動方法。
【請求項８】
ほぼ前記ほぼ処置時に、前記２Ｄの処置前Ｘ線画像を処理して、前記２ＤのＸ線画像との重ね合わせのための特徴形状画像を抽出するステップをさらに有することを特徴とする請求項１記載の処置実施システムの作動方法。
【請求項９】
処置放射源を有し、処置プランを実施するための処置実施システムと、
ほぼ処置時に、関心領域の第１の対をなす投影図を有する２ＤのＸ線画像を得るための結像システムと、
前記結像システムを制御し、前記ほぼ処置時に、前記２ＤのＸ線画像を、前記関心領域の第２の対をなす投影図を有する、対応する２Ｄの処置前Ｘ線画像と重ね合わせ、かつ２Ｄの重ね合わせ結果を得るために前記結像システムに結合された処理デバイスと、
前記処置実施システム、前記結像システムおよび前記処理デバイスと接続され、前記重ね合わせ結果に基づいて、前記２Ｄの処置前Ｘ線画像における関心領域を前記２ＤのＸ線画像における関心領域の予想範囲に対応する時に、患者位置が前記処置前Ｘ線画像を取得したときの患者位置からずれることによって、前記処置実施システムを調整し、前記処置放射源の動作を修正するためのコントローラと
を備えることを特徴とする装置。
【請求項１０】
前記ほぼ処置時に、前記処理デバイスは、前記関心領域を追跡するために前記２Ｄの重ね合わせ結果を３Ｄの追跡結果に変換することを特徴とする請求項９記載の装置。
【請求項１１】
前記２Ｄの処置前Ｘ線画像は、前記関心領域の第１の複数の対の直交投影図を有し、前記結像システムは、前記ほぼ処置時に、前記関心領域の直交投影図の第２の複数の対として前記２ＤのＸ線画像を得るように構成されることを特徴とする請求項９記載の装置。
【請求項１２】
前記処理デバイスは、前記ほぼ処置時に、面内並進、面内回転、面外回転を算定することにより前記２ＤのＸ線画像を前記対応する２Ｄの処置前Ｘ線画像と重ね合わせることを特徴とする請求項９記載の装置。
【請求項１３】
前記２Ｄの処置前Ｘ線画像は３Ｄの処置プランニングに使用されるコーン・ビームＣＴスキャンのサブセットを備え、前記処理デバイスは前記２Ｄの重ね合わせ結果を３Ｄの追跡結果に変換することを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１４】
前記２Ｄの処置前Ｘ線画像及び前記２ＤのＸ線画像は、結像する寸法形状の相違が存在する場合、前記ほぼ処置時に前記２ＤのＸ線画像を倍率変更して前記結像する寸法形状の相違を補正するための、前記結像システム及び前記処理デバイスに結合された第１の画像プロセッサをさらに備えることを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１５】
前記ほぼ処置時に前記２Ｄの処置前Ｘ線画像を処理して前記２ＤのＸ線画像との重ね合わせのための特徴形状画像を抽出するために第２の画像プロセッサをさらに備えることを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１６】
処置プランを実施するための処置実施システムと、
前記処置実施システム、前記結像システム及び前記処理デバイスに結合され、前記処置実施システムを３Ｄの追跡結果と連携して働かせるコントローラとをさらに備えることを特徴とする請求項９記載の装置。
【請求項１７】
処置放射源を有し、コントローラと接続されて処置プランを実施するための処置実施システムの作動方法であって、
中間変換なしで２Ｄの処置前Ｘ線画像を直接生成する第１の結像システムから、関心領域の第１の対をなす投影図を有する２Ｄの処置前Ｘ線画像を受信するステップと、
第２の結像システムから、ほぼ処置時に取得した、前記関心領域の第２の対をなす投影図を有する２Ｄの処置中Ｘ線画像を受信するステップと、
前記２Ｄの処置中Ｘ線画像を対応する前記２Ｄの処置前Ｘ線画像と重ね合わせて、前記ほぼ処置時に２Ｄの重ね合わせ結果を取得するステップと、
前記コントローラが、前記重ね合わせ結果に基づいて、前記２Ｄの処置前Ｘ線画像における関心領域を前記２ＤのＸ線画像における関心領域の予想範囲に対応する時に、患者位置が前記処置前Ｘ線画像を取得したときの患者位置からずれることによって、前記処置実施システムを調整し、前記処置放射源の動作を修正するステップと
から構成されることを特徴とする処置実施システムの作動方法。
【請求項１８】
コーン・ビームＣＴスキャナによって得られたコーン・ビームＣＴスキャンのボリュームを受信するステップと、
前記コーン・ビーム・ＣＴスキャンのボリュームから前記２Ｄの処置前Ｘ線画像を選択するステップと、
前記２Ｄの処置前Ｘ線画像を前処理して、前処理Ｘ線画像の特徴形状画像を抽出するステップと、
前記２Ｄの処理中Ｘ線画像を処理して、前記処理中Ｘ線画像の特徴形状画像を抽出するステップと、
から構成され、前記第１の結像システムはコーン・ビームＣＴスキャナであり、前記コーン・ビームＣＴスキャナは１つまたは複数のＸ線ソースと患者の周囲にある検出器を回転することにより前記２ＤのＸ線画像を生成することを特徴とする請求項１７記載の処置実施システムの作動方法。
【請求項１９】
前記第１の結像システムと前記第２の結像システム間に異なる寸法形状が存在する場合、前記２Ｄの処置中Ｘ線画像を倍率変更して補正するステップをさらに有することを特徴とする請求項１８に記載の処置実施システムの作動方法。
【請求項２０】
前記２Ｄの処置中Ｘ線画像を３Ｄ処置中ボリュームに変換するために寸応形状変形を実行するステップと、
前記コーン・ビーム・ＣＴスキャンのボリュームに対し、前記３Ｄの処置中ボリュームを追跡するステップと
をさらに有することを特徴とする請求項１８記載の処置実施システムの作動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に画像誘導放射線処置システムに関し、具体的には、処置前のＸ線画像と処置実施中に得られたＸ線画像の重ね合わせに関する。
【背景技術】
【０００２】
腫瘍学は、腫瘍の発生、診断、処置、予防の研究を含めて腫瘍を扱う医学の一分科である。腫瘍は、生理学的機能に役立たない細胞が抑制されずに累進的に増殖することに起因する組織の成長異常である。腫瘍は悪性（癌）かもしれないし、良性かもしれない。悪性腫瘍は、血管又はリンパ系を通って他の身体各部へ癌細胞を広げる（転移する）腫瘍である。良性腫瘍は、転移しないが、神経、血管、器官などの重要な身体構造に影響を及ぼすとき、やはり生命を脅かす恐れがある。
【０００３】
放射線外科及び放射線治療は、周囲の組織への放射線被曝を最小限にする一方で、標的領域（関心領域すなわちＲＯＩ）へ規定された放射線量（例えばＸ線又はγ線）を照射することにより、腫瘍及び他の病変を処置するために外部放射線ビームを使用する放射線処置システムである。放射線外科及び放射線治療の両方の目的は、健康な組織や重要な組成を救う一方で腫瘍の組織を破壊することである。放射線治療は、１回の処置当りの線量が低いこと及び処置が多いこと（例えば３０日から４５日の処置）を特徴とする。放射線外科は、１回又はせいぜい数回の処置で、腫瘍に対して比較的高線量の放射線を照射することを特徴とする。放射線治療及び放射線外科では、どちらも放射線量が複数の角度から腫瘍部位に照射される。各放射ビームの角度が異なるので、すべてのビームは腫瘍部位を通り抜けるが、腫瘍に至る途上では健康な組織の異なる領域を通過する。その結果、腫瘍における蓄積放射線量は高く、健康な組織に対する平均放射線量は低い。
【０００４】
従来の放射線治療及び放射線外科処置システムは、剛体で侵襲性定位の（３次元の基準の）フレームを使用して、関心領域を結像する診断／処置プランニングＣＡＴ（コンピュータ体軸断層撮影）スキャン又は他の３Ｄ結像方式（例えばＭＲＩスキャン又はＰＥＴスキャン）の間中、及び後続の放射線処置中は患者を固定する。フレーム上の標点（基準）が、結像される領域（例えば脳）と固定の空間的関係を有するように、剛体のフレームが患者の骨性の構造（例えば頭蓋）に取り付けられる。次に、処置中に、フレームは、１つ又は複数の放射ビームの位置決め用に基準点を与える。従来の放射線外科システムでは、特定用途向けに機械加工された放射線遮蔽の穴を通る複数の同時放射ビームを生成するために、分配された放射源（例えばコバルト６０）が使用される。従来の放射線処置システムでは、放射源は、固定の回転面で患者の回りを回転するガントリ構造中に取り付けられた単一ビーム・デバイスである。すべてのビームは回転中心（等角点）を通り抜けるが、患者は、各放射ビームが照射される前に、等角点に対して適切に位置決め又は再位置決めされなければならない。
【０００５】
画像誘導の放射線治療システム及び放射線外科システム（一緒に、画像誘導の放射線処置システムすなわちＩＧＲ処置システム）は、処置プランニング段階（処置前結像段階）と処置実施段階（処置段階）の間の患者の位置の差を補正することにより、侵襲性のフレーム固定の使用を解消する。この補正は、処置実施段階中にリアルタイムのＸ線画像を得て、それらを、処置前ＣＡＴスキャンから与えられた、デジタル再構成されたＸ線写真（ＤＲＲ）として知られている基準画像と重ね合わせることにより達成される。
【０００６】
図１は、ＣＡＴスキャナの概略図を示す。図１に示されるように、Ｘ線源は、患者を通って検出器に当るＸ線の扇形ビームを生成する。処置台が静止している一方で、Ｘ線源と検出器を患者のまわりで回転させ、様々な角度位置から体を横切るスライスをスキャンさせることにより患者の横断面の像が得られる。各横断面のスライスが完了した後、台が（図１の面に垂直に）進められ、次の横断面のスライスが得られる。スライスからの画像データを統合することにより３次元（３Ｄ）画像（ＣＴボリューム）が得られる。規定された放射線量を照射するために必要とされる、Ｘ線ビームの角度、持続時間、強度を算定する処置プランを作成するために、ＣＡＴスキャンが使用される。
【０００７】
ＤＲＲは、ＣＡＴスキャン・スライスからのデータを組み合わせて、スライスを通る２次元の（２Ｄ）投影図（リアルタイム結像システムの形状寸法を近似する）を計算することにより生成される合成Ｘ線画像である。ＤＲＲ画像とリアルタイムＸ線画像の間の重ね合わせプロセスは、基準画像とリアルタイム画像の間の並進と回転の位置合わせ不良を補正することを意図する。
【０００８】
重ね合わせの精度は、重ね合わせプロセスに使用されたＤＲＲ画像の精度によって制限される。また、ＤＲＲ画像の精度は、診断ＣＡＴスキャンの分解能によって制限される。前述のように、ＤＲＲは合成のＸ線である。ＤＲＲは、ＣＴボリュームを通してスライスからスライスまでトレース・ラインを統合することにより得られる。Ｘ線画像と比べてＤＲＲはぼやけており、また、像の詳細のいくつかが失われることがある。したがって、重ね合わせプロセスは、高画質のリアルタイムＸ線画像を低画質のＤＲＲ画像と比較する。また、重ね合わせの全体的性能はＤＲＲの分解能によって制限される。
【０００９】
図２は、ＤＲＲ画像の使用に関連した１つの起こり得る問題を示す。図２は、不規則性のある血管のすぐ近くに腫瘤がある様子を示す。ＣＡＴスキャンは、一連の増分によって分離された一連の横断面のスライスから成り、増分が患者の総計のＸ線被曝を安全なレベルに制限する働きをする。ＣＡＴスキャン・データからＤＲＲが生成されるとき、画像はスライス間の直線補間によって与えられるが、これによって、与えられた画像の詳細が損なわれる。図３は、図２から得られたデータからの、腫瘤と血管のそのような描写を示す。図３では、ＣＡＴスキャン・スライス間の増分が不規則性のサイズより大きいので、血管の不規則性が失われる。特徴形状データが失われると、重ね合わせプロセスを駆動するために使用される、ＤＲＲとリアルタイムＸ線画像の間のあらゆる類似性測度の有効性が低下する。ＤＲＲ描写プロセスによって、増分中の密度変化データも失われ、このことによって、処置中に軟繊維組織の運動を追跡することが困難又は不可能になる恐れがある。
【００１０】
本発明は、添付図面において、限定ではなく例として説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下の説明では、本発明の実施形態についての十分な理解をもたらすために、特定の構成要素、デバイス、方法等の例など多数の具体的な細部が明らかにされる。しかし、本発明の実施形態を実行するために、これらの具体的な細部を使用する必要はないことが当業者には明らかであろう。他の例では、本発明の実施形態を不必要に不明瞭にしないために、周知の材料又は方法は詳細には説明されていない。本明細書に使用される用語「結合された」は、１つ又は複数の介在する構成要素又はシステムによって直接結合されるか又は間接的に結合されることを意味してよい。本明細書に使用される用語「Ｘ線画像」は、可視のエックス線画像（例えば画面に表示されたもの）又はＸ線画像のデジタル表現（例えばＸ線検出器の画素出力に対応するファイル）を意味してよい。用語「処置中の画像」又は本明細書に使用されるような「リアルタイム画像」は、放射線外科又は放射線治療処置の処置実施段階中の任意の時点（放射源がオンの時もオフの時も含み得る）で捕えられた画像を意味している。本明細書に使用される用語ＩＧＲは、画像誘導放射線治療、画像誘導放射線外科又はその両方を意味している。
【００１２】
画像誘導放射線外科及び画像誘導放射線治療のための、Ｘ線画像のＣＴスキャン画像への高精度重ね合わせのための方法及びシステムが説明される。一実施形態では、本方法は、処置前結像システムからの関心領域の２Ｄの処置前Ｘ線画像（例えば処置プランニング段階中のもの）を含む。本方法は、関心領域の２Ｄの処置中Ｘ線画像を（例えば処置実施段階中に）得て、この２Ｄの処置中Ｘ線画像を、対応する２Ｄの処置前Ｘ線画像と重ね合わせて２Ｄの重ね合わせ結果を得ることも含む。最終的に、本方法は、２Ｄの重ね合わせの結果を３Ｄの追跡結果へ変換して、画像誘導放射線外科又は画像誘導放射線治療（ＩＧＲ）処置中に関心領域を追跡することを含む。
【００１３】
図４に示される一実施形態では、処置プランニング及び実施システム４００は、患者の関心領域の処置前Ｘ線画像を得るために画像診断システム４０１を含む。画像診断システム４０１は、３Ｄの結像及び診断プロセスの一部として２Ｄの高画質Ｘ線画像を直接生成する結像システムである。例えば、画像診断システム４０１は、患者のまわりで１つ又は複数のＸ線源と検出器の対を回転させることにより、１組の投影された２ＤのＸ線画像を生成するコーン・ビームＣＴスキャナである。コーン・ビームＣＴスキャナは当技術において既知であり、したがって本明細書では詳細に説明しない。あるいは、画像診断システム４０１は、中間の変換なしで２ＤのＸ線画像を直接生成する他の結像システムでもよい。画像診断システム４０１によって生成されたＸ線画像は、単一のＸ線源と検出器によって連続的に生成された又は同時に２組のＸ線源と検出器によって生成された、患者の関心領域を通る対の直交投影図を含む。画像診断システム４０１によって得られた画像の組は、診断及び処置プランニング用のＣＴボリュームを構成するために十分な数の関心領域の画像を含む。あるいは、画像診断システム４０１によって得られた２Ｄの処置前Ｘ線画像の組は、画像誘導放射線処置中の関心領域の２Ｄの処置中Ｘ線画像の期待範囲にほぼ対応する少数の画像であり、その場合には、処置前Ｘ線画像の組は、従来のＣＡＴスキャンと互いに相関させられる。２Ｄの処置Ｘ線画像の期待範囲は、ＩＧＲ処置中の患者位置の期待範囲に対応し、この位置は、処置前画像取得プロセス中に患者の１つ又は複数の位置からずれるかもしれない。
【００１４】
画像診断システム４０１によって得られた画像は、当技術で既知のデジタル・エンハンスメント技術を用いて、画像プロセッサ４０２によって画像の特徴形状を向上させるように処理することができ、処置プランニング・システム４０３中の処置プランニング・ライブラリ４０３−Ａに格納される。処置プランニング・ライブラリ４０３−Ａは、例えばデジタルＸ線画像を格納することができる磁気媒体又はソリッド・ステート媒体など任意の種類のデジタル記憶媒体でよい。処置プランニング・システム４０３は、３Ｄの診断画像及び１つ又は複数の処置プランを与えるように構成することができ、その処置プランは、将来のＩＧＲ処置中の放射線処置Ｘ線源と関心領域の空間的関係を含むことができる。処置プランニング・システム４０３を、システム・プロセッサ４０４に結合することができ、このプロセッサは、命令を実行し、画像データや他のデータに関して動作し、ＩＧＲシステム４０６などのＩＧＲシステムに指令することができる任意のタイプの汎用又は特殊用途の処理デバイスでよい。システム・プロセッサ４０４はメモリ４０５を含み、これは、オペレーティング・システム４００向けにデータと命令を格納することができる任意のタイプのメモリでよい。一実施形態では、ＩＧＲシステム４０６は、フレームレス・ロボット・ベースの線形加速器（ＬＩＮＡＣ）放射線外科システム、例えばカリフォルニア州サニーヴェールのアキュラシー社によって製造されたサイバーナイフ（登録商標）定位的放射線処置システムである。ＩＧＲシステム４０６は、ＩＧＲ実施システム４０８とリアルタイム結像システム４０９と結合されたＩＧＲコントローラ４０７を含む。ＩＧＲコントローラ４０７は、システム・プロセッサ４０４からのコマンドに応答してＩＧＲ実施システム４０８とリアルタイム結像システム４０９の動作を調整するように構成される。リアルタイム結像システム４０９から得られたリアルタイムＸ線画像は、前述のように、画像の特徴形状を向上させるために画像プロセッサ４１０によって処理され、これによって、処置前画像と処置中画像の間の類似性測度を改善することができる。処置前画像と処置中画像の重ね合わせは、処置プランニング・システム４０３とリアルタイム結像システム４０９からシステム・プロセッサ４０４に送られた画像データに対してシステム・プロセッサ４０４によって実行することができる。処置前Ｘ線画像と処置中Ｘ線画像の重ね合わせは、面内変換、面内回転、面外回転の計算を含むことができるが、これは当技術では既知である。
【００１５】
図５は、本発明が使用することができるフレームレス・ロボット・ベースのＬＩＮＡＣ放射線外科システムの一実施形態を示す。図５では、処置実施システム４０８は、放射線外科Ｘ線ビームを生成するための線形加速器（ＬＩＮＡＣ）５０１と、そのＬＩＮＡＣ  ５０１を患者と関心領域へ位置決めするためのロボット・アーム５０９と、リアルタイム結像システム４０９に対して患者を位置決めするための診察台５０３とを含む。そのようなシステムでは、ＬＩＮＡＣを位置決めして、患者のまわりの動作ボリューム（例えば球体）内で多くの角度から照射される高度にコリメートされたビームで腫瘍の組織を照射するために、ＬＩＮＡＣ  ５０１は、動きに多自由度（例えば５以上）を与えるように、ロボット・アーム５０９の端部に取り付けられる。処置は、単一の等角点、複数の等角点、又は非等角アプローチ（例えば、ビームは標的にされた腫瘤と交差するだけで、必ずしも標的部位中の単一ポイントすなわち等角点に集束するわけではない）のビーム経路を含むことができる。処置は単一のセッション（モノ・フラクション）又は処置プランニング中に求められるような少数のセッション（ハイポ分別）で実施される。
【００１６】
あるいは、他のタイプの処置実施システムを使用してもよい。一例に、ガントリ・ベース（非等角）の強度変調された放射線治療（ＩＭＲＴ）システムがある。ガントリ・ベースのシステムでは、放射源（例えばＬＩＮＡＣ）は、患者の軸方向のスライスに対応する固定面で回転するように、回転するガントリに取り付けられる。次いで、放射は、回転面のいくつかの角度位置から照射される。ＩＭＲＴでは、放射ビームの形状は、ビームの一部が阻止されて、患者に入射する残りのビームが既定の形状を有することができるようにするマルチリーフ・コリメータによって決められる。ＩＭＲＴプランニングでは、処置プランニングのアルゴリズムは、メイン・ビームのサブセットを選択し、その総合的な線量制約条件を満たすように各補助ビームに対する被曝時間の量を求める。処置実施システムの他の例は、γ線実施システム（例えば、放射源としてコバルト・アイソトープを使用する）を含む。
【００１７】
ＩＧＲコントローラ４０７（図５に示さず）は、ロボット・アーム５０９に埋め込まれてよく、又は個別の構成要素でもよい。図５では、リアルタイム結像システム４０９は、結像Ｘ線源５０６−Ａ、５０６−Ｂ及びＸ線画像検出器５０７−Ａ、５０７−Ｂを含む。Ｘ線画像検出器５０７−Ａ、５０７−Ｂは、ＩＧＲ処置中に２Ｄの高画質Ｘ線画像を生成することができるアモルファス・シリコン検出器でよく、互いに９０度で、かつ床に対して４５度に取り付けられている。処置段階中に、以下に説明されるような３Ｄ空間へ２Ｄの画像を再構成することを容易にするために、患者は、４５度のＬＡＯ（左前方斜位）角度とＲＡＯ（右前方斜位）角度で結像される。当技術で知られているように、ＩＧＲシステム４０６の他の実施形態は、ガントリ・ベースの放射線治療システム又は放射線外科システムを含むことができる。
【００１８】
図６は、図５に例示のＩＧＲのシステム４０６を概略的に示す。図６では、理解しやすいようにロボット・アーム５０９が省略されている。図６に示されるように、ＬＩＮＡＣ  ５０１は、患者５０２の関心領域に高エネルギー放射線を照射するように位置決めされる。電動診察台５０３は、患者５０２の関心領域を装置の中心５０５に位置決めするように使用されるが、以下でより詳細に説明される。前述のように、ロボット・アーム５０９は、ＬＩＮＡＣ  ５０１を位置決めする際に６自由度（例えば３つの直角座標と各座標のまわりの回転）を与えることができる。装置の中心５０５を取り巻くほぼ半球の領域５０４の任意の個所にＬＩＮＡＣ  ５０１を位置決めすることができる。結像Ｘ線源５０６−Ａ、５０６−Ｂは、ＬＩＮＡＣ  ５０１の動作範囲外に取り付けられ、直角に配置された２つのＸ線検出器５０７−Ａ、５０７−Ｂを照射するよう整合される。Ｘ線源５０６−Ａ、５０６−ＢからのＸ線ビームを使用して、Ｘ線源５０６−Ａ、５０６−Ｂからのトレースされたそれぞれの放射線５０８−Ａと５０８−Ｂの交差個所で、図６中の「ｘ」によって示された装置の中心５０５を決める。両放射線はそれぞれの検出器５０７−Ａ、５０７−Ｂに対して垂直である。装置の中心５０５は、処置前Ｘ線画像と処置中Ｘ線画像の重ね合わせのための基準点として使用される。代替の結像構成と形状寸法を使用できることに留意されたい。例えば、Ｘ線検出器５０７−Ａと５０７−Ｂの間の角度は、９０度より大きくても小さくてもよい。他の実施形態では、１つ又は複数の追加の装置中心を決めるために追加のＸ線源と検出器を使用することがある。
【００１９】
図７は、リアルタイム結像システム４０９を用いてＩＧＲ処置中に患者の動きをどのように検出することができるかを示す。図７では、２つの位置６０１−１、６０１−２での患者の投射画像は、結像システムの（ｘ、ｙ、ｚ）座標系に対して参照されて投影図６０２−Ａ、６０２−Ｂに示され、円は、図の面へ入る座標方向を示す。投影図６０２−ＡはＹ−Ｚ面の動きを検出し、投影図６０２−ＢはＸ−Ｚ面の動きを検出する。そのような直交投影図システムは当技術において既知であり、したがって本明細書では詳細に説明しない。投影図６０２−Ａと６０２−Ｂの組合せは、３つの座標軸すべてにおける位置情報を与えることができ、この情報がシステム・プロセッサ４０５経由でＩＧＲコントローラ４０７に伝達されて、装置中心５０５を基準として患者５０２を配置する。
【００２０】
処置実施段階中に、ＬＩＮＡＣが再位置決めされて始動される前に、リアルタイム結像システム４０９によって毎回患者の２ＤのリアルタイムＸ線画像を得ることができる。処置中Ｘ線画像は、処置プランニング・ライブラリ４０２に保存された２Ｄの高画質処置前Ｘ線画像の組と比較することができ、最もよく合致するものを重ね合わせ用に選択する。処置前画像とリアルタイムＸ線画像の直接比較では、以下の理由により完全な一致は実現しないかもしれない。１）処置前結像システムの形状寸法がリアルタイム結像システムの形状寸法と異なる（例えば２つの結像システムにおいてＸ線源から関心領域への距離と関心領域から検出器への距離が異なるかもしれない）かも知れず、異なった画像サイズとなり、また、２）患者が剛体でなく、処置前の測位に対して、処置時には、各軸（ヨー、ピッチ、ロール）のまわりの回転変位や肉体の圧縮また伸長があるであろう。したがって、処置プランによって放射線処置が関心領域（例えば腫瘤）に照射されることを確実なものにするために、処置前画像と処置中画像の重ね合わせが必要となる。
【００２１】
一実施形態では、各ビームを活性化する前に、直角に投影された２つのリアルタイムＸ線画像が、２つのよく対応する直角に投影された処置前Ｘ線画像と比較され、重ね合わされる。各投影図における２Ｄの重ね合わせは独立して実行されてよく、面内の並進と回転（例えば、投影図６０２−ＡにおけるＹ−Ｚ並進と回転及び投影図６０２−ＢにおけるＸ−Ｚ並進と回転）を修正し、その結果を組み合わせて３Ｄの追跡結果を与える３Ｄの剛体の変化に変換し、これが放射線量の照射に先立ってＬＩＮＡＣ  ５０１の位置を修正するために使用される。３Ｄ変換によって、例えば画像の特徴形状（解剖学的エッジ、画像勾配、輪郭、対象のサーフェス又はセグメント化された対象など）又は画像の強度に基づく類似性測度を用いて、リアルタイム画像と基準画像の間の面内並進の相違及び面外回転の相違の予測がもたらされる。例えば、公開された米国特許出願第２００５／００４７５４４号、第２００５／００４９４７７号及び第２００５／００４９４７８号に説明されるように、画像重ね合わせ技術は当技術において既知である。本発明の実施形態では、合成ＤＲＲ画像と比べて、高画質処置前Ｘ線画像の利用可能性によって特徴抽出及び軟繊維の可視化が改善され、重ね合わせプロセスで用いられる当技術で既知の最小化技術によって、重ね合わせ誤差をほぼ０に追い込むことが可能になる。
【００２２】
別の実施形態では、３Ｄの処置プランは別の方式（例えば従来のＣＴスキャン）を用いて作成してよく、２Ｄの処置前画像は別々に３Ｄの処置プランと相関させてもよい。
【００２３】
別の実施形態では、処置前結像システムと処置中結像システムの結像する形状寸法が異なるとき、処置中画像は、異なる形状寸法を補正するために、例えばシステム・プロセッサの倍率変更アルゴリズムによって倍率変更されてもよい。
【００２４】
図８は、画像誘導放射線外科及び画像誘導放射線治療のためのＣＴスキャンへのＸ線画像の高精度重ね合わせの一実施形態における方法８００を示す。図４に関して、この方法は、処置プランニング段階中に、画像診断システム４０１を用いてコーン・ビームＣＴスキャン・ボリュームを得るステップ（ステップ８０１）と、処置プランニング・システム４０２を用いてコーン・ビームＣＴから２Ｄの処置前Ｘ線画像を選択するステップ（ステップ８０２）と、画像プロセッサ４０３を用いて２Ｄの処置前Ｘ線画像を前処理し、処置前Ｘ線画像の特徴形状を抽出するステップ（ステップ８０３）とを含んでいる。処置実施段階では、この方法は、リアルタイム結像システム４０９を用いて２ＤのリアルタイムＸ線画像を得るステップ（ステップ８０４）と、画像プロセッサ４１０を用いて２ＤのリアルタイムＸ線画像を処理して、リアルタイムＸ線画像の特徴形状を抽出し、かつ画像診断システム４０１とリアルタイム結像システム４０９の間の、結像する形状寸法の相違を補正するために任意選択で２ＤのリアルタイムＸ線画像を倍率変更するステップ（ステップ８０５）と、２ＤのリアルタイムＸ線画像をシステム・プロセッサ４０４内の対応する２Ｄの処置前Ｘ線画像と重ね合わせて、２Ｄの重ね合わせ結果を得るステップ（ステップ８０６）と、システム・プロセッサ４０４において幾何学的変換を行って２ＤのリアルタイムＸ線画像を３Ｄのリアルタイム・ボリュームに変換するステップ（ステップ８０７）と、処置前ＣＴボリュームに対して３Ｄのリアルタイム・ボリュームを追跡するステップ（ステップ８０８）とを含んでいる。
【００２５】
このように、画像誘導放射線外科のための、ＣＴスキャンへのＸ線画像の高精度重ね合わせ向けのシステム及び方法が説明された。本発明の態様が少なくとも部分的にソフトウェアで実施されてもよいことは上記説明から明らかであろう。すなわち、本技術は、メモリ４０５などのメモリに含まれた命令のシーケンスを実行するシステム・プロセッサ４０４など、そのプロセッサに応じてコンピュータ・システム又は他のデータ処理システム内で実行することができる。様々な実施形態において、ハードウェアの回路をソフトウェアの命令と組み合わせて使用して本発明を実施することができる。したがって、本技術は、いかなるハードウェア回路とソフトウェアの特定の組合せ、又はデータ処理システムによって実行される命令のためのいかなる特定のソースにも限定されない。さらに、この説明の全体にわたって、説明を簡単にするために、様々な機能とオペレーションは、ソフトウェア・コードによって実行されるか又はソフトウェア・コードによってもたらされるものとして説明される。しかし、当業者なら、そのような表現によって意味されるのは、それらの機能は、システム・プロセッサ４０４又はＩＧＲコントローラ４０７などのプロセッサ又はコントローラによるコードの実行に由来するということであると理解することができる。
【００２６】
機械可読媒体は、データ処理システムによって実行されたとき、システムに本発明の様々な方法を実行させるソフトウェアとデータを格納するために使用することができる。この実行可能なソフトウェアとデータは、例えば、メモリ４０５、処置プランニング・ライブラリ４０３−Ａ、又はソフトウェア・プログラム及び／又はデータを格納することができる任意の他のデバイスを含む様々な所に格納することができる。
【００２７】
したがって、機械可読媒体は、装置（例えばコンピュータ、ネットワーク・デバイス、携帯情報端末、製作ツール、１組の１つ又は複数のプロセッサを有する任意のデバイスなど）によってアクセス可能な形で情報を与える（すなわち、送信及び／又は格納する）任意の仕組みを含む。例えば、機械可読媒体は、記録可能媒体／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、光学式記憶媒体、フラッシュ・メモリ・デバイスなど）などや電気的、光学式、音響、又は他の形式の伝搬信号（例えば搬送波、赤外線信号、デジタル信号など）などを含む。
【００２８】
この明細書の全体にわたって、「一実施形態」又は「実施形態」との言及は、その実施形態に関連して説明された特定の特徴、構造又は特性が、少なくとも本発明の一実施形態に含まれることを意味するものと理解されたい。したがって、この明細書の様々な部分における「実施形態」、「一実施形態」又は「代替実施形態」への２つ以上の言及が、必ずしもすべてが同一の実施形態に言及しているのではないことが強調されており、理解されるべきである。その上、特定の特徴、構造又は特性は、本発明の１つ又は複数の実施形態において適当なものとして組み合わせることができる。さらに、本発明はいくつかの実施形態に関して説明されているが、本発明が説明された実施形態に限定されないことを当業者なら理解するであろう。本発明の実施形態は、添付の特許請求の範囲の範囲内の変更形態及び改変形態で実施することができる。したがって、本明細書及び図面は、本発明を限定するものではなく例示と見なされるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】従来のＣＡＴスキャン装置を示す図である。
【図２】従来のＣＡＴスキャン・システムにおける断面の結像を示す図である。
【図３】従来のＣＡＴスキャン・システムにおけるＤＲＲ描写を示す図である。
【図４】画像誘導放射線処置のための、コーン・ビームＣＴスキャンへのＸ線画像の高精度重ね合わせの一実施形態におけるシステムを示す図である。
【図５】画像誘導放射線処置システムの一実施形態を示す図である。
【図６】結像システムの一実施形態を示す図である。
【図７】画像誘導放射線処置のための、コーン・ビームＣＴスキャンへのＸ線画像の高精度重ね合わせの一実施形態におけるリアルタイム結像システムを示す図である。
【図８】画像誘導放射線処置のための、コーン・ビームＣＴスキャンへのＸ線画像の高精度重ね合わせの一実施形態における方法を示す図である。
【図１】
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【図２】
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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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