(57)【要約】  対象物の位置を決定するシステムは、ベースを有するブロックと、そのブロックに固定された複数の細長い部材とを具備している。対象物の位置を決定するシステムは、各細長い部材の一部分の画像を取得し、複数の細長い部材に取り付けられた対象物の位置を決定するように構成されたプロセッサを具備している。対象物の位置を決定する方法は、各細長い部材の一部分の第1画像を取得するステップと、第1画像を用いて対象物の第1位置を決定するステップとを具備している。
2009540935.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物の位置を決定するシステムであって、
前記システムは、
ベースを有するブロックと、
前記ブロックに固定された複数の細長い部材と
を具備することを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記複数の細長い部材は、第1棒と第2棒とを具備し、
前記第1棒は、前記第2棒に対して非平行であ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】
前記複数の細長い部材の1つは、少なくとも6インチの長さを有す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】
前記複数の細長い部材の各部分の画像を取得する画像化システムをさらに具備することを特徴とする請求項1に記載のシステム。
【請求項５】
前記画像化システムは、X線源と撮像装置とを具備す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】
前記画像化システムは、コンピュータトモグラフィーシステムを具備す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】
前記画像を用いて前記ブロックの位置を決定するように構成されるプロセッサをさらに具備することを特徴とする請求項4に記載のシステム。
【請求項８】
前記プロセッサは、さらに前記ブロックの決定された位置に基づいて生理学的サイクルの位相を決定するように構成されることを特徴とする請求項7に記載のシステム。
【請求項９】
前記プロセッサは、さらに前記決定された位相に基づいて複数の画像をソートするように構成されることを特徴とする請求項8に記載のシステム。
【請求項１０】
前記画像は、患者の内部組織の画像を含むことを特徴とする請求項4に記載のシステム。
【請求項１１】
対象物の位置を決定するためのシステムであって、
前記システムは、各細長い部材の一部分の画像を取得し、前記複数の細長い部材に取り付けられた対象物の位置を決定するように構成されるプロセッサを具備することを特徴とするシステム。
【請求項１２】
前記画像を取得する画像化システムをさらに具備することを特徴とする請求項11に記載のシステム。
【請求項１３】
前記画像化システムは、コンピュータトモグラフィーシステムを具備することを特徴とする請求項12に記載のシステム。
【請求項１４】
前記細長い部材を複数さらに具備することを特徴とする請求項11に記載のシステム。
【請求項１５】
前記対象物は、前記複数の細長い部材が固定されたブロックを具備することを特徴とする請求項11に記載のシステム。
【請求項１６】
前記対象物は、患者の一部分を含むことを特徴とする請求項11に記載のシステム。
【請求項１７】
前記プロセッサは、
前記画像内の前記複数の細長い部材の一部分の位置を決定し、
前記複数の細長い部材の間の相対的な方向を決定して、
前記決定された一部分の位置と、前記決定された相対的な方向とに基づいて、前記対象物の位置を計算することにより、
前記対象物の前記位置を決定するように構成されることを特徴とする請求項11に記載のシステム。
【請求項１８】
前記プロセッサは、さらに前記決定された位置に基づいて生理学的サイクルの位相を決定するように構成されることを特徴とする請求項11に記載のシステム。
【請求項１９】
前記プロセッサは、さらに前記決定された位相に基づいて複数の画像をソードするように構成されることを特徴とする請求項18に記載のシステム。
【請求項２０】
前記複数の画像は、生理学的サイクルの異なる位相において生成されたコンピュータトモグラフィー画像を含むことを特徴とする請求項19に記載のシステム。
【請求項２１】
前記プロセッサは、さらに前記対象物の決定された位相に関する三次元画像を決定するように構成されることを請求項18に記載のシステム。
【請求項２２】
対象物の位置を決定する方法であって、
前記方法は、
各細長い部材の一部分の第1画像を取得するステップと、
前記第1画像を用いて対象物の第1位置を決定するステップと
を具備することを特徴とする方法。
【請求項２３】
前記決定された位置に基づいて生理学的サイクルの第1位相を決定するステップをさらに具備することを特徴とする請求項22に記載の方法。
【請求項２４】
前記各細長い部材の一部分の第2画像を取得するステップと、
前記第2画像を用いて前記対象物の第2位置を決定するステップと
をさらに具備することを特徴とする請求項22に記載の方法。
【請求項２５】
前記第1および第2画像を用いて前記対象物の三次元画像を形成するステップをさらに具備することを特徴とする請求項24に記載の方法。
【請求項２６】
前記第1画像は第1位相に関連し、前記第2画像は前記第1位相とは異なる第2位相に関連することを特徴とする請求項24に記載の方法。
【請求項２７】
前記第1画像を用いて前記対象物の第1三次元画像を決定するステップと、
前記第1三次元画像を前記第1位相と関連付けるステップと、
前記第2画像を用いて前記対象物の第2三次元画像を決定するステップと、
前記第2三次元画像を前記第2位相と関連付けるステップと
をさらに具備することを特徴とする請求項26に記載の方法。
【請求項２８】
前記第1および第2三次元画像を順番に表示してビデオを形成するステップをさらに具備することを特徴とする請求項27に記載の方法。
【請求項２９】
前記第2画像内の前記細長い部材の前記一部分は、前記第1画像内の前記細長い部材の前記一部分と異なることを特徴とする請求項24に記載の方法。
【請求項３０】
前記第2画像内の前記細長い部材の一部分は、前記第1画像内の前記細長い部材の一部分と同じであることを特徴とする請求項24に記載の方法。
【請求項３１】
前記第1画像は、コンピュータトモグラフィーシステムを用いて取得されることを特徴とする請求項22に記載の方法。
【請求項３２】
前記対象物はブロックを含み、前記複数の細長い部材は前記ブロックに固定されることを特徴とする請求項22に記載の方法。
【請求項３３】
前記対象物は患者の一部分を含むことを特徴とする請求項22に記載の方法。
【請求項３４】
前記対象物の前記第1位置は、
前記第1画像内の前記複数の細長い部材の一部分の位置を決定するステップと、
前記複数の細長い部材の間の相対的な方向を決定するステップと、
前記決定された一部分の位置と、前記決定された相対的な方向とに基づいて、前記対象物の第1位置を計算するステップと
によって決定されることを特徴とする請求項22に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、一般に対象物の位置を決定するシステムおよび方法に関し、より具体的には画像化技術を用いて対象物の位置を決定するシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータトモグラフィーは、医療分野で広く使用されてきた画像化手段である。コンピュータトモグラフィーのための手順では、X線源および検出器が、検査する患者の一部分を挟んで対向する側に配置される。X線源はX線ビームを発生し患者に向けて導き、一方検出器装置はその過程の間にX線ビームによって確定された複数の通過経路におけるX線吸収を測定する。検出器装置は入射X線の強度に比例する電圧を発生し、その電圧は、引き続いてコンピュータ内で処理するために、読み取られデジタル化される。患者の周囲の複数の角度から複数の読み取り値を得ることにより、比較的大量のデータが蓄積される。次いで蓄積されたデータは、検査される身体部位の体積の密度関数表現を構成するマトリックスを再構成(視覚的または他の形の)するために解析、処理される。この体積内の1つまたは複数の断面を検討することにより、熟練した診断者は多くの場合、腫瘍、血栓などの様々な身体疾患を診断することができる。
【０００３】
コンピュータトモグラフィーは、比較的静止した状態の身体構造などの検査に主に適用されてきた。しかし、現在利用可能なコンピュータトモグラフィー装置は、患者の生理的動態により、十分な品質または精度でトモグラフィー画像を生成できないことがある。例えばヒトの心臓の鼓動および呼吸が、CT画像の品質劣化を引き起こすことが知られている。Hounsfieldに対して発行された特許文献１は、患者の心臓を監視しつつ、異なる角度において患者の画像データを収集することによって、心臓の運動に起因する放射線写真のぶれを補償するためのシステムを記載している。次いでコンピュータ内で画像データと心臓の運動データとの相関が取られ、心臓の運動が閾レベルを超した場合に取得された画像データは除去される。
【０００４】
患者の呼吸によるCT画像の品質劣化に対処することは、心臓の運動に関することよりも難しい。患者の呼吸は、CT画像化に対して心臓の運動とは異なる固有の問題を引き起こす。これは、患者の呼吸周期のパターンと周期とが、患者の心臓周期のそれと比較した場合、一般に一貫性が乏しいためである。このため、心臓周期の特定の位相は十分な精度で決定できるが、呼吸周期の特定の位相は容易には決定でき得ない。
【０００５】
既存のCT画像化システムは患者の位置を決定するためにカメラを使用することがある。このようなCT画像化システムでは、複数の反射要素を有するマーカーブロックが患者の胸の上に置かれる。次いでマーカーブロック上の反射要素を感知するためにカメラが用いられる。反射要素の位置を決定することによって、マーカーブロックの位置、および/または方向が決定できる。次いで位置データがCT画像を構築する場合に考慮され、それによって患者の運動が対処される。しかし、既存のCT画像化システムにカメラを追加することは、システムに費用を追加することになる。また、様々な機械的および電気的な制約のために、カメラを操作室に設置することが困難であったり、または不可能であったりする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第3,952,201号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
いくつかの実施形態によれば、対象物の位置を決定するためのシステムは、ベースを有するブロック、およびブロックに固定された複数の細長い部材を具備している。
【０００８】
別の実施形態によれば、対象物の位置を決定するためのシステムは、各細長い部材の一部分の画像を取得し、複数の細長い部材に取り付けられた対象物の位置を決定するように構成されたプロセッサを具備している。
【０００９】
別の実施形態によれば、対象物の位置を決定する方法は、各細長い部材の一部分の第1画像を取得するステップと、第1画像を用いて対象物の第1位置を決定するステップとを具備している。
【００１０】
別の態様および特徴は、以下に記載する実施形態の詳細な説明を読むことにより明らかになるであろう。
【００１１】
図面は実施形態の構成と効果とを例示しており、その中で類似の要素は共通の参照番号が付される。実施形態の利点および目的がどのように得られるかをよりよく認識するために、実施形態のより詳細な説明を添付図面に例示する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】いくつかの実施形態による、対象物の位置を決定するためのシステムを例示する図である。
【図２】いくつかの実施形態による、対象物の位置を決定するために使用される装置を例示する図である。
【図３】別の実施形態による、対象物の位置を決定するために使用される装置を例示する図である。
【図４】いくつかの実施形態による図1のシステムを用いる方法を例示する図である。
【図５】図1のシステムを用いて生成された複数の画像を例示する図である。
【図６】位相図と並べた振幅図の例を示す図である。
【図７】細長い対象のコントラスト特徴を有する2つの各画像の例を示す図である。
【図８】断面画像に相対的な、棒を有するブロックの形状の例を示す図である。
【図９】いくつかの実施形態による、本明細書に記載された様々な機能を実行するために使用できるコンピュータシステムのブロック図を例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図面を参照しながら、様々な実施形態を以下に説明する。ここで、図面は尺度通りに描かれていないことと、類似の構造物または機能の構成要素は図面を通して同様の参照番号が付されていることとに注意されたい。図面は、実施形態の説明を円滑にすることのみが意図されていることにも注意されたい。それらは、本発明の網羅的な説明、または本発明の範囲を限定することは意図していない。さらに、具体的な実施形態に関連して説明された態様は、その実施形態に必ずしも限定されるものではなく、任意の他の実施形態においても実施され得る。
【００１４】
図1は、いくつかの実施形態による放射線システム10を例示している。システム10は、開口部(または孔)13と、患者16を支持する患者支持体14と、ガントリー12の操作を制御するための制御システム18とを有するガントリー12を具備している。システム10は、患者16が少なくとも部分的に開口部13内に位置決めされている場合に、放射線ビーム26を患者16に向けて発射する放射線源20も具備している。放射線源20は、異なる実施形態において、コーンビーム、ファンビーム、または他の形式の放射線ビームを発生するように構成され得る。システム10はさらに、放射線源20と対向する側に位置決めされた撮像装置100を具備している。
【００１５】
例示された実施形態において、前記放射線源20は診断エネルギー(例えば、画像を生成するために適したエネルギー)を供給する診断放射線源である。別の実施形態において、放射線源20は診断放射線源であることに加えて、治療エネルギーを供給する治療放射線源であってもよい。いくつかの実施形態では、治療エネルギーは、一般的には160キロエレクトロンボルト(keV)以上、より典型的には1メガエレクトロンボルト(MeV)以上のエネルギーであり、診断エネルギーは、一般的にはこの高いエネルギー範囲より低いエネルギーであり、より典型的には160keV未満である。別の実施形態では、治療エネルギーおよび診断エネルギーは別のエネルギーレベルを有してよく、治療および診断の目的にそれぞれ使用されるエネルギーを用いてよい。いくつかの実施形態では、放射線源20は、約10keVと約20MeVとの間の任意の範囲内の、複数の光子エネルギーレベルのX線放射を発生することができる。異なるエネルギーレベルのX線放射を発生可能な放射線源は、2001年11月2日に出願され、その発明の名称を「RADIOTHERAPY APPARATUS EQUIPPED WITH AN ARTICULABLE GANTRY FOR POSITIONING AN IMAGING UNIT」と称する米国特許出願第10/033,327号明細書と、2003年10月15日に出願され、その発明の名称を「MULTI-ENERGY X-RAY SOURCE」と称する米国特許出願第10/687,573号明細書とに記載されている。いくつかの実施形態において、放射線源20が治療エネルギーを供給できる場合は、システム10は、放射線ビーム26の供給を制御するために、放射線源20に固定されたコリメータシステム(図示せず)をさらに具備することができる。さらに別の実施形態では、放射線源20は、治療に適したエネルギーレベルの放射線を供給するように構成された治療放射線源である。
【００１６】
例示された実施形態において、前記制御システム18は、コントローラ40に接続されたコンピュータプロセッサなどのプロセッサ54を具備している。制御システム18は、データを表示するためのモニタ56と、キーボードまたはマウスなどデータを入力するための入力装置58とを具備してもよい。例示された実施形態において、ガントリー12は患者16の周りで回転可能であり、画像化手順の間にガントリー12は患者16の周りを回転する。放射線源20およびガントリー12の操作はコントローラ40によって制御され、コントローラ40はプロセッサ54から受信した信号に基づいて、電力およびタイミング信号を放射線源20に供給し、ガントリー12の回転速度および位置を制御する。コントローラ40はガントリー12およびプロセッサ54から分離された構成要素として示されているが、代替の実施形態では、コントローラ40はガントリー12またはプロセッサ54の一部分であってよい。いくつかの実施形態では、システム10がコリメータシステムを具備する場合、コリメータシステムの操作もプロセッサ54によって制御される。さらに別の実施形態では、コントローラ40は患者支持体14の位置も制御する。例えば、コントローラ40は患者支持体14を開口部13に対して平行移動させ得る。
【００１７】
例示された実施形態において、前記撮像装置100は開口部13に隣接し、放射線源20に対向して設置されている。いくつかの実施形態では、撮像装置100は、ヨウ化セシウム(CsI)などのシンチレータ要素で作られた変換層と、変換層に接続された光検出器アレイ(例えば、光ダイオード層)とを具備している。変換層は放射線に応答して光量子を発生し、複数の検出器要素を具備する光検出器アレイは変換層からの光量子に応答して電気信号を発生するように構成されている。撮像装置100は曲線状の表面(例えば、円弧の一部)を有することもできる。そのように構成することによって、撮像装置100の各画像要素が放射線源20から実質的に同じ距離に設置されるという利点がある。代替の実施形態では、撮像装置100は直線状の表面、または他の形状を有する表面を有してもよい。撮像装置100は、アモルファスシリコン、結晶およびシリコンウエハー、結晶およびシリコン基板、またはフレキシブル基板(例えば、プラスチック)で作ることができ、フラットパネル技術、または撮像装置製作技術で知られている他の技術を用いて構築され得る。代替の実施形態では、撮像装置100は異なる検出方式を使用することができる。例えば代替の実施形態では、撮像装置100は変換層を有する代わりに光伝導体を有してよく、光伝導体は放射線に応答して電子正孔対、または電荷を生成する。
【００１８】
診断手順の間に、前記放射線源20は放射線ビーム26を発生して患者16に向けて導き、一方検出器100はその過程の間に、放射線ビームによって画成された複数の通過経路における放射線吸収を測定する。検出器装置100は入射X線の強度に比例する電圧を発生し、その電圧は、引き続いてプロセッサ54または別のプロセッサなどのコンピュータ内で処理するために、読み取られデジタル化される。異なるガントリー角度の画像データが収集された後、収集されたデータは、マトリックス(CT画像)の再構成のために処理され、マトリックスは検査される身体断面の密度関数表現を構成する。これらの断面の1つまたは複数を検討することにより、熟練した診断者は、多くの場合様々な身体疾患を診断できる。場合によっては治療計画立案を行うために、および/または目標組織の位置を確証するために、これらの1つまたは複数の断面が使われることもある。
【００１９】
前記放射線システム10はこれまでに説明した構成に限定されるべきでなく、放射線システム10は別の実施形態において別の構成を有することも可能であることに注意されたい。例えば別の実施形態において、放射線システム10は環状構成の代わりに、C字型アームの構成を有することができる。別の実施形態において、放射線システム10は放射線源20が固定されるアームを具備することもできる。さらに別の実施形態において、放射線システム10は放射線システムの技術内で知られている構成を有してもよい。
【００２０】
図1に示すように、前記放射線システム10はまた、患者16に取り付けられたマーカーブロック装置200を具備している。装置200はシステム10の操作中に使用され、患者16の少なくとも一部分の位置が決定される。様々な実施形態に従って装置200を用いる方法については以下で検討する。
【００２１】
図2は、いくつかの実施形態による、図1の前記放射線システム10に用いるための装置200を示している。装置200はブロック202、および複数の棒204a〜204cを具備している。例示された実施形態では、装置200は3本の棒204を具備している。別の実施形態では、装置200は3本より多数の棒204を具備している。ブロック202は、図に示した直方体形状に限定されるものではなく、別の実施形態では別の形状を有してよい。例えば、別の実施形態ではブロック202は円柱形状または半球形状を有する。例示された実施形態において、装置200は、システム10によって画像化されることが所望される(例えば、診断、治療計画立案、および/または治療目的)、少なくとも身体構造の全長に等しい全長206を有する。例えばいくつかの実施形態では、棒204は、装置200の全長206が5インチから15インチの間の値、より好ましくは約10インチ(例えば、10インチ±1インチ)となるような、全長をそれぞれ有する。別の実施形態では、全長206は別の値であってよい。さらに別の実施形態では、装置200の全長206は、呼吸運動に基づいて決定されてよい。例えば、画像化されることを所望する対象物が5インチの長さを有し、呼吸運動によって対象物が各方向に0.5インチ変位する場合は、装置200の全長206は少なくとも5＋0.5＋0.5＝6インチとなる。
【００２２】
さらに別の実施形態では、前記棒204はブロック202に取外し可能に取り付けられる。そのような場合にブロック202は、スロットの数が棒204の数より多い、複数のスロットを具備することができる。使用中、使用者は棒204を差し込むスロットのサブセットを選択して選ぶことができる。そのような特性によって、使用者は棒204の異なる編成を作ることができる。
【００２３】
図3は、他の実施形態による、図1の前記放射線システム10と共に使用するための装置200を例示するものである。装置200は図2に示したものと同様であり、ブロック202および複数の棒204a〜204cを具備している。しかし、例示された実施形態では、ブロック202は棒204a〜204cを封じ込めるように十分大きく作られている。例示された実施形態において、装置200は3本の棒204を具備している。別の実施形態において、装置200は3本より多くの棒204を具備している。ブロック202は図に示された直方体形状に限定されるものではなく、別の実施形態では別の形状を有してよい。例えば、別の実施形態ではブロック202は円柱形状または半球形状を有する。いくつかの実施形態では、ブロック202は透明な色を有する材料で作られてよく、それによって使用者はブロック内に埋め込まれた棒204を見ることができる。
【００２４】
上記の実施形態では、前記装置200の棒204は円形の断面を有する。しかし別の実施形態では、棒204は異なる断面形状を有してよい。例えば別の実施形態では、各棒204は四角柱形状、三角柱形状、楕円柱形状、菱形柱形状、八角柱形状、または不規則形状を有してよい。さらに別の実施形態では、1つまたは複数の棒204が、他の1つまたは複数の棒204と異なる断面形状、および/または寸法を有してもよい。このような特性は、棒204の一部分の画像が特定され、別の棒204の一部分の画像と区別することができるので有効である。
【００２５】
ここで、いくつかの実施形態に従って前記放射線システム10を使用する方法400を、図4を参照して説明する。最初に、マーカーブロック装置200が患者支持体14上の患者16に取り付けられる(ステップ402)。例示された実施形態では、装置200は患者の胸の上に置かれ、摩擦によって患者16に取り付けられる。代替として、装置200は、別の位置で患者に取り付けることが可能であり、さらに接着剤(例えば、テープ)またはストラップによって患者16に固定され得る。
【００２６】
例示された実施形態では、前記装置200が患者の胸の上に位置決めされ、装置200の全長206は画像化を所望する身体構造(例えば、内部組織)の全長をカバーする。また、例示された実施形態では、装置200は、そのZ軸がガントリー12の軸にほぼ平行となるように(例えば、ガントリー12の軸から±15°)方向決めされている。別の実施形態では、装置200はガントリー12の軸に対して別の角度に方向決めされてよい。別の実施形態では、装置200は、患者の別の一部分、例えば、患者の腹部に、または患者がうつぶせ位置の場合には患者の背中に、位置決めされてよい。
【００２７】
次に画像取得手順が実行され、前記患者16の一部分(例えば、目標部位)の複数の画像が取得される(ステップ404)。例えば放射線源20および検出器100を用いてコンピュータトモグラフィー(CT)の手順が実行され、異なる時刻における複数の画像が生成され得る。いくつかの実施形態において作成された各画像は、ガントリー12の全回転、または180°＋ファン角度の回転によって生成された断面画像である。いくつかの場合において、多重断面スキャナが用いられる場合は、各断面画像は多重断面スキャナ上の一行に相当する。これらの断面画像を取得する時間は比較的短いので、作成された断面画像は時間内の1点で生成されたと考えてよい。CT手順は画像技術においてすでに当業者に知られており、詳細には説明しない。別の実施形態では、異なる画像化技術および画像化システムを用いて複数の画像を取得することができる。例えば別の実施形態において、システム10はPET画像化システムであってよく、この場合はPET画像化技術が実行されて、複数のPET断面画像が取得される。
【００２８】
前記装置200の棒204は、画像化している目標組織の全長に渡って延伸しているので、システム10を用いて生成された各画像は、各棒204の一部分の画像(コントラスト特徴)を有することになる。図5は、ステップ404で生成された身体構造504の3つの画像502a〜502cの例を示している。画像502a〜502cは異なる時刻に生成された断面画像(これらは例えば、CT/X線断面、PET断面等であってよい)である。
【００２９】
図4に戻ると、生成された各画像に対して、棒が各画像に出現する場合、前記棒204の位置が決定される(ステップ406)。これは様々な技術を用いて達成される。実施形態によっては、棒204の位置が手作業で決定できることもある。別の実施形態では、棒204の位置を決定するようにプロセッサ54が構成される(例えば、プログラムされる、構築される、など)。そのような場合には、プロセッサ54が各画像に対して画像認識手順を実行することにより、各画像を解析するように構成される。例えば、画像認識手順は、対象が画像に出現した場合、対象の形状、強度、または他の属性に基づいて、画像内で対象を感知するように設計されたものであってよい。画像認識技術は画像化技術においてよく知られており、したがって詳細には説明しない。
【００３０】
次に各画像に対して、画像が取得された場合の、前記ブロック200の基準座標系に対する位置、および/または方向が決定される(ステップ408)。基準座標系は、システム10の座標系、患者支持体14に関連付けられた座標系、または使用者が予め定めた座標系であってよい。例示の実施形態では、各画像が取得された場合の、ブロック200の位置、および/または方向は、各画像に棒が出現した場合の棒204のパターンに基づいて決定される。図7は、システム10を用いて取得された画像700aの例を示す。画像700aは、各棒204a〜204cの一部分の画像(コントラスト特徴)702a〜702cを有する。いくつかの実施形態では、画像702a〜702cの位置、棒204a〜204cの相対位置、およびブロック202と棒204との間の相対位置が、ブロック202の位置と方向を計算するために使用され得る。棒204の互いに対する位置および方向は、各ブロックの位置および方向から、コントラスト特徴の固有な空間パターンが生じるように構成される。例えばいくつかの実施形態では、平行、または同一平面上の棒204の対は許されない。
【００３１】
図8は、前記棒204a〜204cを有するブロック202の、断面画像面700に対する幾何形状の例を示す。断面は測定座標X，Y，ZのZ＝0平面であるとする。この平面700と棒204との交点の座標が、ブロック202の位置(Xb,Yb,Zb)、および方向(例えば、座標系(X,Y,Z)に対するブロックの局所座標軸(u,v,w)の回転)を決定するために使用される。ブロック202の局所調査座標(u,v,w)は、図に示すようにブロック202の中心にあり、ブロック202の端部に合わされているとする。各棒204とブロック202の前面750との交点の3D座標は、(uf,vf,wf)で示される。同様に、各棒204とブロック202の後面752との交点の3D座標は、(ur,vr,wr)で示される。
【００３２】
図示された例において、前記棒204のうちの2本が同一平面にないという条件が付加される。また、対称性からw＝wr＝‐wfである。この目的は、断面基準座標に対する、ブロック202の位置および回転角(6自由度(dof))を推定することである。(X,Y,Z)を位置座標とし、(α,β,γ)を各ブロックのZ、X、およびY座標に対する回転角とする。すると、棒204の画像座標、すなわち棒と断面700との交点702は次式で与えられる。
Xp＝−((1＋a×x＋b×z)／(a×Cos((β)×Cos(α)−b×Sin(β)))＋
(((1＋c×y＋d×z)×(a×Cos(β)×Cos(α)−b×Sin(β))−
(1＋a×x＋b×z)×(−(d×Sin(β))＋c×Cos(β)×Sin(α)))×
(−(a×Cos(γ)×Sin(α))＋b×Cos(β)×Sin(γ)＋
a×Cos(α)×Sin(β)×Sin(γ)))／
((a×Cos(β)×Cos(α)−b×Sin(β))×
(−((−(d×Sin(β))＋c×Cos(β)×Sin(α))×
(−(a×Cos(γ)×Sin(α))＋b×Cos(β)×Sin(γ)＋
a×Cos(α)×Sin(β)×Sin(γ)))＋
(a×Cos(β)×Cos(α)−b×Sin(β))×
(c×Cos(α)×Cos(γ)＋d×Cos(β)×Sin(γ)＋
c×Sin(β)×Sin(α)×Sin(γ))))
Yp＝−(((1＋c×y＋d×z)×(a×Cos(β)×Cos(α)−b×Sin(β))−
(1＋a×x＋b×z)×(−(d×Sin(β))＋c×Cos(β)×Sin(α)))／
(−((−(d×Sin(β))＋c×Cos(β)×Sin(α))×
(−(a×Cos(γ)×Sin(α))＋b×Cos((β)×Sin(γ)＋
a×Cos(α)×Sin(β)×Sin(γ)))＋
(a×Cos(β)×Cos(α)−b×Sin(β))×
(c×Cos(α)×Cos(γ)＋d×Cos(β)×Sin(γ)＋
c×Sin((β)×Sin(α)×Sin(γ))))
ここで定数a、b、c、およびdは、前記ブロック202に対する棒204の位置によって決められる。特にこれらの定数は、棒204と、ブロック202の前面750、および後面752との交点702の座標によって、次のように決められる。
a−2／(vr＋vf)
b＝(1／w)×(vr−vf)／(vr＋vf)
c＝−2／(ur＋uf)
d＝(1／w)×(ur−uf)／(ur＋uf)
図示された例に示されたように、前記各棒204は、上記で定義したようにブロック202の6dofの関数として、XpおよびYpに対して1組の方程式を生成する。N＞＝3であるN本の棒に対して、6個の未知数、すなわちブロック202の3D位置および3回転の6個以上の方程式があることになる。いくつかの実施形態において、これらの方程式はガウスの逐次解法を用いて解くことができる。解を得るために、2本の棒204が同一平面にないという制約条件を用いることができる。解を得るために用いることができるその他の制約条件は、3本以上の棒204が断面画像700の視野内にあること、すなわち断面700と交わることである。ブロック202の位置と方向を決定するために使用できるアルゴリズムは、説明した例に限定されるものでなく、別の実施形態では別のアルゴリズムが使用できることに注意されたい。
【００３３】
図4に戻ると前記ステップ408の結果、時間経過におけるブロック202の位置および/または方向を表す軌跡は、断面画像内の棒の位置に基づいて決定することができ、各断面画像は軌跡上の点に対応している。例えばステップ408で決定されたブロック202の位置がグラフにプロットでき、そのy軸はブロック202の位置の値を表し、X軸は時間の値を表す。このような場合には、ブロック位置を決定するために用いられた(1回に生成された)断面画像は、グラフ内の点と関連付けられ、そこでこの点のXの値は断面画像が生成される(または生成されると考えられる)時刻を表し、この点のYの値は決定されたブロック202の位置を表す。別の実施形態では、ステップ408で決定されたブロック202の方向がグラフにプロットでき、そのy軸はブロック202の方向の値を表し、X軸は時間の値を表す。
【００３４】
例示された実施形態に示すように、前記棒204を使用することにより、たとえ画像の面がブロック202から離れた位置にある場合でも、画像700aが取得された場合のブロック200の位置および/または方向が決定できる。いくつかの実施形態では、ステップ404において、患者が呼吸サイクル(または呼吸サイクルの一部分)を行っている場合に複数の画像が取得される。これらの場合には、このサイクルの間に各画像が取得される場合に、ブロック202の位置および/または方向が上記のアルゴリズムを用いて決定されることになる。
【００３５】
次に、前記ステップ404で生成された複数の画像は、1つまたは複数のセットにグループ化されるか、またはビンに組み入れられる(ステップ410)。いくつかの実施形態では、画像のグループ化は、各画像に関連付けられた装置200の決定された位置に基づいて実行され得る。これらの場合には、それぞれが振幅の範囲にある複数の所定の振幅スロットを、画像をグループ化するために用いることができる。例えば装置200の2つの位置データ点が、それぞれ振幅値1インチおよび1.5インチであり、所定の振幅スロットが0.8インチから2インチの範囲であるならば、2つの位置データ点に関連する画像はこの振幅スロットのビンに組み入れられる。
【００３６】
別の実施形態では、前記各画像が取得された場合に、患者が行っていた生理学的サイクルの位相に基づいて、画像のグループ化を行うことができる。本明細書で用いられる用語「位相」とは、患者の一部分の生理学的サイクル(例えば、呼吸サイクル、または心臓サイクル)の完了の程度を示すものである。例えば、位相は0%と100%との間の値を取ることができる。この場合、位相値50%は生理学的サイクルが半分終了したことを表す。別の例では、位相は0°と360°との間の値を取ることができる。この場合、位相値180°は生理学的サイクルが半分終了したことを表す。
【００３７】
画像が取得された場合の生理学的サイクルの位相は、前記ステップ408で決定された装置200の位置データから決定できる。図6は、生理学的サイクルの位相を決定するための手法の例を図示するものである。図に示すように、振幅図600は、装置200の位置(したがって、患者16の一部分が行った運動の振幅)が時間とともにどのように変化するかを例示する。このような振幅図600は、装置200の複数の位置データを考慮することによって作成できる。振幅図600内の各点604は、対応する時刻tにおいて画像が生成された場合の装置200の位置を表す。この例に示すように、データ点604cおよび604gは、時刻tcおよびtgにおける隣接する2つのピーク値をそれぞれ表す。いくつかの実施形態では、位相図602は、第1点608aが(tc,360)であり、第2点が(tg,0)である、2点608a，608bを結ぶ線606を決定することにより作成できる。別の実施形態では、位相図602は、第1点608aが(tc,0)であり、第2点が(tg,360)である、2点608a，608bを結ぶ線606を決定することにより作成できる。図に示すように、位相図602は、生理学的サイクルの完了の程度が時間とともにどのように変わるかを示すものである。この例において、360°または0°の位相値は生理学的サイクルのピークに対応する。
【００３８】
前記線606が決定された後、点604cと604gとの間にある各データ点604d〜604fの位相は、各点から垂線を延ばし、垂線と線606との交点に該当する位相値を決定することによって決定できる。別の実施形態では、各画像の位相値は数学的に決定できる(例えば、プロセッサ54で実行される)。例えば、データ点604dの位相は方程式Pd＝360×(tg−td)／(tg−tc)で決定できる。各画像に関連する位相を決定する方法はこれまでに説明した例に限定されるものでなく、他の同様の手法も各画像の位相を決定するために用いることができるということに注意されたい。
【００３９】
いくつかの実施形態では、画像のグループ化は決定された位相値に基づいて実行できる。そのような場合には、それぞれが位相値の範囲である複数の規定された位相スロットが、画像をグループ化するために使用できる。例えば、前記データ点604dとデータ点604eとが、位相値350°および344°にそれぞれ関連付けられており、規定された位相スロットが340°から355°の範囲であるならば、各データ点604d，604eに関連付けられた画像は、その位相スロットのビンに組み入れられる。
【００４０】
いくつかの実施形態では、画像が1つまたは複数の(例えば、振幅または位相に基づいた)セットにグループ化された後、各画像のセットは三次元CT画像を構築するために使用される。いくつかの場合において、異なる生理学的サイクルの位相に対して複数の三次元CT画像が生成されるならば、CT画像を順番に表示してビデオを形成することができる。代替案では、前記ステップ410における画像のグループ化は不必要であり、ステップ408におけるブロック位置の決定された位置、および/または方向が、別の手順、例えば診断手順、治療計画立案、および治療手順において使用できる。
【００４１】
上記の実施形態に示したように、前記患者16の位置を決定するために装置200を使用することは、それによってマーカーブロックを感知するために別の光学的装置を使用する必要性が排除される、という点で有効である。システム10を用いる方法400は、ここまでに説明した実施例に限定されるものではない。別の実施形態では、方法400の中で1つまたは複数のステップが他のステップと結合され得る。さらに別の実施形態では、方法400はステップ402〜410の全てを具備する必要はない。
【００４２】
別の実施形態では、上記の手順が、前記ガントリー12の軸に沿った異なる位置で取得される別の画像に対して実行され得る。例えば図7に示すように、システム10を用いて、第1画像700aから隔てられた別の画像700bを取得することができる。画像700bは、各棒204a〜204cの一部分の画像(コントラスト特徴)708a〜708cを有する。棒204の方向により、画像700b内の画像708a〜708cのパターンは、画像700a内の画像702a〜702cのパターンとは異なる。いくつかの実施形態では、患者が呼吸サイクル(または呼吸サイクルの一部)を行っている場合に、複数の画像がそのような断面画像で取得される。そのような場合には、検討したことと同じように、各画像は上記のアルゴリズムを用いてブロック202の位置に関連付けられることになる。
【００４３】
前記システム10に関してCT画像を生成することに関連させて説明してきたが、別の実施形態において、システム10は画像を生成可能な他の任意の型式の画像化装置であってよい。例えば別の実施形態において、システム10はMR画像を生成するMRシステムであってよい。さらに別の実施形態では、システム10はPET画像を生成するPETシステム、またはSPECT画像を生成するSPECTシステムであってよい。さらに別の実施形態では、それによって断面画像が生成可能である限り、システム10は別の型式の画像化システムであってよい。さらに別の実施形態では、システム10は、診断装置、シミュレータ、検査装置、または医療用途に用いられ得る、または用いられ得ない他の装置のような、任意の様々な装置であってよい。
【００４４】
コンピュータシステム構成
図9は、本明細書で説明した種々の機能を実行するために使用可能なコンピュータシステム800の実施形態を例示するブロック図である。コンピュータシステム800は、情報を伝達するためのバス802またはその他の伝達機構、およびバス802に接続された、情報を処理するためのプロセッサ804を具備している。プロセッサ804は、図1のプロセッサ54の一例、またはそれに代えて、プロセッサ54の構成要素の一実施例とすることができる。またコンピュータシステム800は、バス802に接続された、情報およびプロセッサ804によって実行されるべき命令を記憶するためのランダムアクセスメモリ(RAM)またはその他の動的記憶装置などの主メモリ806も具備している。主メモリ806は、プロセッサ804によって実行されるべき命令が実行されている間における、一時的変数またはその他の中間情報の記憶のためにも使用され得る。コンピュータシステム800は、プロセッサ804のための静的な情報および命令を記憶するための、バス802に接続された読み出し専用メモリ(ROM)808、またはその他の静的記憶装置をさらに具備している。磁気ディスクまたは光ディスクなどのデータ記憶装置810は、情報および命令を記憶するために設けられ、バス802に接続されている。
【００４５】
前記コンピュータシステム800には、バス802を経由して、ユーザに対して情報を表示するための陰極線管(CRT)などのディスプレイ87を接続することができる。英数およびその他のキーを具備する入力装置814が、プロセッサ804に情報および命令の選択を伝えるために、バス802に接続されている。別型式のユーザ入力装置は、マウス、トラックボール、またはカーソル方向キーのような、方向情報およびコマンド選択をプロセッサ804に伝えるための、およびディスプレイ87上でカーソルの動作を制御するための、カーソルコントローラ816である。この入力装置は通常、第1軸(例えば、X)および第2軸(例えば、y)の2軸内において2自由度を有し、それによりこの装置は平面内の位置を指定することが可能である。
【００４６】
いくつかの実施形態では、本明細書に記載された様々な機能を実行するために、前記コンピュータシステム800が使用され得る。本発明のいくつかの実施形態によれば、その種の使用が、主メモリ806に収納された1つまたは複数の命令の、1つまたは複数のシーケンスを実行しているプロセッサ804に応答して、コンピュータシステム800によって提供される。本明細書に記載された機能および方法に基づいたそれらの命令を、どのように準備するかは当業者なら知ることができるであろう。それらの命令は、記憶装置810のようなコンピュータで読み取り可能な別のメディアから、主メモリ806内に読み込まれるようにできる。主メモリ806内に収納されている命令のシーケンスを実行することは、プロセッサ804に本明細書に記載された処理ステップを実行させることになる。多重プロセッシング構成において、主メモリ806内に収納された命令のシーケンスを実行するために、1つまたは複数のプロセッサを使用してもよい。代わりの実施形態では、本発明を実施するために、ソフトウェア命令の代わりに、またはそれと組み合わせて、ハードワイヤード回路を使用してもよい。このように、本発明の実施形態は、ハードウェア回路およびソフトウェアのある特定の組合せに限定されない。
【００４７】
用語「コンピュータで読み取り可能なメディア」は、本明細書で使用される場合、実行するために前記プロセッサ804に命令を与えることに関係する任意のメディアを称する。それらのメディアは、不揮発性メディア、揮発性メディア、および伝送メディアを含み、しかしそれに限定されない多くの形を取ってよい。不揮発性メディアは、例えば記憶装置810のような、光または磁気ディスクを含む。揮発性メディアは、主メモリ806などの動的メモリを含む。伝送メディアは、同軸ケーブル、銅線および光ファイバを含み、バス602を構成するワイヤも含まれる。伝送メディアは、無線波、および赤外線データ通信の間に生成されるような音響波または光波の形を取ることもできる。
【００４８】
コンピュータで読み取り可能なメディアの一般的な形は、例えば、フロッピィディスク、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テープ、またはその他の任意の磁気メディア、CD-ROM、その他の任意の光メディア、パンチカード、紙テープ、その他の孔のパターンを有する任意の物理的メディア、RAM、PROM、およびEPROM、FLASH-EPROM、その他の任意のメモリチップまたはカートリッジ、以下に記載するようなキャリア波、またはコンピュータで読み取り可能なその他の任意のメディアを含む。
【００４９】
実行するために1つまたは複数の命令の1つまたは複数のシーケンスを前記プロセッサ804に搬送する場合に、コンピュータで読み取り可能な様々な形のメディアが関与することがある。例えば、最初に、命令がリモートコンピュータの磁気ディスク上に収められていることがある。リモートコンピュータは、それらの命令をその動的メモリ内にロードし、そしてモデムを用い電話回線を介して、それらの命令を送ることができる。コンピュータシステム800の所にあるモデムは、電話回線上のそれらのデータを受信し、赤外線送信器を用いてそれらのデータを赤外線信号に変換できる。バス802に接続された赤外線検出器は、赤外線信号内の搬送されたデータを受信し、それらのデータをバス802に載せることができる。バス802はデータを主メモリ806に運び、プロセッサ804がそこから命令を取り出して実行する。主メモリ806によって受信された命令は、プロセッサ804によって実行される前または後のいずれかにおいて随意に記憶装置810上に記憶され得る。
【００５０】
前記コンピュータシステム800は、バス802に接続された通信インターフェース818も具備している。通信インターフェース818は、ローカルネットワーク822に接続されたネットワークリンク820と接続する2方向データ通信を提供する。例えば通信インターフェース818は、対応する電話回線の形式に対するデータ通信接続を実現するための、総合デジタル通信網サービス(ISDN)カード、またはモデムであってよい。別の例として通信インターフェース818は、互換LANにデータ通信接続を実現するためのローカルエリアネットワーク(LAN)カードであってもよい。無線リンクもまた実施されてよい。そのような任意の実施において、通信インターフェース818は、様々な種類の情報を表すデータストリームを搬送する、電気的、電磁的、または光学的信号を送信し、受信する。
【００５１】
前記ネットワークリンク820は通常、1つまたは複数のネットワークを介して別の装置に対するデータ通信を提供する。例えばネットワークリンク820は、ホストコンピュータ824、または本明細書に記す任意の装置(例えば、装置166、システム10、患者の支持システム200等)、または本明細書に記す任意の装置に操作可能に接続されたスイッチなどの機器826に対する接続を、ローカルネットワーク822を介して実現することができる。ネットワークリンク820を介して搬送されるデータストリームは、電気的、電磁的、または光学的信号を含んでよい。コンピュータシステム800へ、およびそれからデータを搬送する、様々なネットワークを介する信号、ならびにネットワークリンク820上の、および通信インターフェース818を介する信号は、情報を搬送しているキャリア波の例示的な形である。コンピュータシステム800は、プログラムコードを含む、メッセージの送信およびデータの受信を、ネットワーク(1つまたは複数)、ネットワークリンク820、および通信インターフェース818を介して行うことができる。
【００５２】
これまで特定の実施形態を示し、説明してきたが、それは本発明の特許請求の範囲を限定することを意図しておらず、また当業者には、本出願の趣旨および範囲から逸脱することなく、様々な変形および修正をなし得ることが明らかであることを、理解されたい。例えば、別の実施形態において、前記システム10は本明細書で説明した1つまたは複数の構成要素を具備しなくてもよい。また、プロセッサ54によって実行される操作は、ハードウェアおよびソフトウェアの任意の組合せによって実行されることが可能であり、「プロセッサ」の特定の定義を構成する特定の実施形態に限定されるべきではない。さらに、用語「画像」はこの明細書内で使用される場合に、回路またはコンピュータで読み取り可能なメディアに記憶され得る画像データを含み、視覚的に表示される画像データに限定されるべきではない。したがって、明細書および図面は、限定的な意味ではなく、例示的な意味に考えられるべきである。本発明は、特許請求の範囲に定義される本発明の趣旨および範囲内に含めることができる、代替案、修正案、および等価物を包含することが意図されている。
【符号の説明】
【００５３】
10  放射線システム
12  ガントリー
13  開口部
14  患者支持体
16  患者
18  制御システム
20  放射線源
26  放射線ビーム
40  コントローラ
54  プロセッサ
56  モニタ
58  入力装置
100  撮像装置
200  マーカーブロック装置
402  装置を患者に取り付けるステップ
404  複数の画像を取得するステップ
406  各画像に対して、棒が画像に出現した場合に、棒の一部分の位置を決定するステップ
408  各画像が生成された場合に、装置200の位置を決定するステップ
410  画像をグループ化するステップ
【図１】
2009540935.tif 000003
【図２】
2009540935.tif 000004
【図３】
2009540935.tif 000005
【図４】
2009540935.tif 000006
【図５】
2009540935.tif 000007
【図６】
2009540935.tif 000008
【図７】
2009540935.tif 000009
【図８】
2009540935.tif 000010
【図９】
2009540935.tif 000011
【国際調査報告】
2009540935.tif 000012
2009540935.tif 000013