(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線治療の治療計画の際に撮影された３次元基準画像と治療の際に撮影される３次元現在画像を各々読み込む３次元画像入力部と、
前記３次元基準画像と前記３次元現在画像とを照合し、前記３次元現在画像における患部の位置姿勢を前記３次元基準画像における患部の位置姿勢に合うように体位補正量を計算する照合処理部と、を備え、
前記照合処理部は、前記３次元基準画像から前記３次元現在画像に対して１次パターンマッチングを行う１次照合部と、
前記３次元基準画像又は前記３次元現在画像の一方から前記１次パターンマッチングの結果に基づいて生成された所定のテンプレート領域から、前記所定のテンプレート領域の生成元とは異なる前記３次元基準画像又は前記３次元現在画像の他方から前記１次パターンマッチングの結果に基づいて生成された所定の検索対象領域に対して、２次パターンマッチングを行う２次照合部と、
前記３次元基準画像に準備された患部情報に基づいて、前記３次元基準画像から３次元領域の基準画像テンプレート領域を生成する基準テンプレート領域生成部と、
３次元画像の位置姿勢を変換する位置姿勢変換部と、を有し、
前記位置姿勢変換部は、前記基準画像テンプレート領域の位置姿勢を所定の位置姿勢に変換した位置姿勢変換テンプレート領域を生成し、
前記１次照合部は、前記１次パターンマッチングの際に、前記位置姿勢変換テンプレート領域から前記３次元現在画像に対してパターンマッチングを行うことを特徴とする画像照合装置。
【請求項２】
放射線治療の治療計画の際に撮影された３次元基準画像と治療の際に撮影される３次元現在画像を各々読み込む３次元画像入力部と、
前記３次元基準画像と前記３次元現在画像とを照合し、前記３次元現在画像における患部の位置姿勢を前記３次元基準画像における患部の位置姿勢に合うように体位補正量を計算する照合処理部と、
データベース装置から人体データベースを取得する人体データベース入力部と、
前記人体データベースにおける患者の患部に対応する臓器部分から平均テンプレート領域を生成する平均テンプレート領域生成部と、を備え、
前記照合処理部は、前記３次元基準画像から前記３次元現在画像に対して１次パターンマッチングを行う１次照合部と、
前記３次元基準画像又は前記３次元現在画像の一方から前記１次パターンマッチングの結果に基づいて生成された所定のテンプレート領域から、前記所定のテンプレート領域の生成元とは異なる前記３次元基準画像又は前記３次元現在画像の他方から前記１次パターンマッチングの結果に基づいて生成された所定の検索対象領域に対して、２次パターンマッチングを行う２次照合部と、
前記平均テンプレート領域から前記３次元基準画像に対してパターンマッチングを行い、前記パターンマッチングの結果に基づいて前記３次元基準画像から３次元領域の基準画像テンプレート領域を生成する基準テンプレート領域生成部と、
３次元画像の位置姿勢を変換する位置姿勢変換部と、を有し、
前記位置姿勢変換部は、前記基準画像テンプレート領域の位置姿勢を所定の位置姿勢に変換した位置姿勢変換テンプレート領域を生成し、
前記１次照合部は、前記１次パターンマッチングの際に、前記位置姿勢変換テンプレート領域から前記３次元現在画像に対してパターンマッチングを行うことを特徴とする画像照合装置。
【請求項３】
前記１次照合部は、前記位置姿勢変換テンプレート領域において前記３次元基準画像のスライス画像に平行な断面を生成し、前記３次元現在画像と前記断面との間でパターンマッチングを行い、前記断面の複数のなかから最も相関値の高い断面である高相関断面の決定、前記位置姿勢変換テンプレート領域における姿勢変化量の演算、及び前記３次元現在画像における前記高相関断面に対応する抽出領域の抽出を実行することを特徴とする請求項１または２に記載の画像照合装置。
【請求項４】
前記１次照合部は、前記１次パターンマッチングの際に抽出された前記抽出領域を包含するように前記所定のテンプレート領域である現在画像テンプレート領域を生成し、
前記位置姿勢変換部は、前記３次元基準画像の位置姿勢を、前記現在画像テンプレート領域に対応する前記抽出領域の姿勢変化量だけ変換した姿勢変換基準画像領域を生成し、
前記２次照合部は、前記２次パターンマッチングの際に、前記現在画像テンプレート領域から前記検索対象領域である前記姿勢変換基準画像領域に対してパターンマッチングを行うことを特徴とする請求項３記載の画像照合装置。
【請求項５】
前記２次照合部は、前記姿勢変換基準画像領域において前記３次元現在画像のスライス画像に平行な断面である照合実行面を生成し、前記現在画像テンプレート領域と、前記照合実行面との間でパターンマッチングを行うことを特徴とする請求項４記載の画像照合装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の画像照合装置と、
前記画像照合装置によって計算された体位補正量に基づいて、治療台の各軸を制御するパラメータを算出する治療台制御パラメータ算出部と、を備えたことを特徴とする患者位置決め装置。
【請求項７】
放射線治療の治療計画の際に撮影された３次元基準画像と治療の際に撮影される３次元現在画像とを照合する画像照合方法であって、
前記３次元基準画像から３次元領域の基準画像テンプレート領域を生成する基準画像テンプレート領域生成手順と、
前記基準画像テンプレート領域の位置姿勢を所定の位置姿勢に変換した位置姿勢変換テンプレート領域を生成する位置姿勢変換テンプレート領域生成手順と、
前記位置姿勢変換テンプレート領域から前記３次元現在画像に対して１次パターンマッチングを実行する１次パターンマッチング手順と、
前記１次パターンマッチングの結果に基づいて生成された所定のテンプレート領域である前記位置姿勢変換テンプレート領域から、前記３次元現在画像から前記１次パターンマッチングの結果に基づいて生成された所定の検索対象領域に対して、２次パターンマッチングを実行する２次パターンマッチング手順と、を含むことを特徴とする画像照合方法。
【請求項８】
放射線治療の治療計画の際に撮影された３次元基準画像と治療の際に撮影される３次元現在画像を各々読み込む３次元画像入力部と、
前記３次元基準画像と前記３次元現在画像とを照合し、前記３次元現在画像における患部の位置姿勢を前記３次元基準画像における患部の位置姿勢に合うように体位補正量を計算する照合処理部と、を備え、
前記照合処理部は、前記３次元基準画像から前記３次元現在画像に対して１次パターンマッチングを行う１次照合部と、
前記３次元基準画像又は前記３次元現在画像の一方から前記１次パターンマッチングの結果に基づいて生成された所定のテンプレート領域から、前記所定のテンプレート領域の生成元とは異なる前記３次元基準画像又は前記３次元現在画像の他方から前記１次パターンマッチングの結果に基づいて生成された所定の検索対象領域に対して、２次パターンマッチングを行う２次照合部と、
前記３次元基準画像に準備された患部情報に基づいて、前記３次元基準画像から３次元領域の基準画像テンプレート領域を生成する基準テンプレート領域生成部と、
３次元画像の位置姿勢を変換する位置姿勢変換部と、を有し、
前記位置姿勢変換部は、前記基準画像テンプレート領域の位置姿勢を所定の位置姿勢に変換した位置姿勢変換テンプレート領域を生成し、
前記１次照合部は、前記３次元現在画像から前記基準画像テンプレート領域との相関値が最も高くなった領域を包含するように前記検索対象領域である１次抽出現在画像領域を生成し、
前記２次照合部は、前記２次パターンマッチングの際に、前記所定のテンプレート領域である前記位置姿勢変換テンプレート領域から前記１次抽出現在画像領域に対してパターンマッチングを行うことを特徴とする画像照合装置。
【請求項９】
放射線治療の治療計画の際に撮影された３次元基準画像と治療の際に撮影される３次元現在画像を各々読み込む３次元画像入力部と、
前記３次元基準画像と前記３次元現在画像とを照合し、前記３次元現在画像における患部の位置姿勢を前記３次元基準画像における患部の位置姿勢に合うように体位補正量を計算する照合処理部と、
データベース装置から人体データベースを取得する人体データベース入力部と、
前記人体データベースにおける患者の患部に対応する臓器部分から平均テンプレート領域を生成する平均テンプレート領域生成部と、を備え、
前記照合処理部は、前記３次元基準画像から前記３次元現在画像に対して１次パターンマッチングを行う１次照合部と、
前記３次元基準画像又は前記３次元現在画像の一方から前記１次パターンマッチングの結果に基づいて生成された所定のテンプレート領域から、前記所定のテンプレート領域の生成元とは異なる前記３次元基準画像又は前記３次元現在画像の他方から前記１次パターンマッチングの結果に基づいて生成された所定の検索対象領域に対して、２次パターンマッチングを行う２次照合部と、
前記平均テンプレート領域から前記３次元基準画像に対してパターンマッチングを行い、前記パターンマッチングの結果に基づいて前記３次元基準画像から３次元領域の基準画像テンプレート領域を生成する基準テンプレート領域生成部と、
３次元画像の位置姿勢を変換する位置姿勢変換部と、を有し、
前記位置姿勢変換部は、前記基準画像テンプレート領域の位置姿勢を所定の位置姿勢に変換した位置姿勢変換テンプレート領域を生成し、
前記１次照合部は、前記３次元現在画像から前記基準画像テンプレート領域との相関値が最も高くなった領域を包含するように前記検索対象領域である１次抽出現在画像領域を生成し、
前記２次照合部は、前記２次パターンマッチングの際に、前記所定のテンプレート領域である前記位置姿勢変換テンプレート領域から前記１次抽出現在画像領域に対してパターンマッチングを行うことを特徴とする画像照合装置。
【請求項１０】
前記２次照合部は、前記位置姿勢変換テンプレート領域において前記１次抽出現在画像領域を構成するスライス画像に平行な断面を複数生成し、前記１次抽出現在画像領域と、複数の前記断面との間でパターンマッチングを行うことを特徴とする請求項８または９に記載の画像照合装置。
【請求項１１】
請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の画像照合装置と、
前記画像照合装置によって計算された体位補正量に基づいて、治療台の各軸を制御するパラメータを算出する治療台制御パラメータ算出部と、を備えたことを特徴とする患者位置決め装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線、ガンマ線、粒子線等の放射線を患者の患部に照射してがん治療を行う放射線治療装置において、ＣＴ画像データ等を利用した画像照合装置、及びこの画像照合装置を用いて放射線を照射する放射線照射位置に患者を位置決めする患者位置決め装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、がん治療を目的とした放射線治療装置では、陽子や重イオン等の粒子線を用いたがん治療装置（特に、粒子線治療装置と呼ばれる）の開発や建設が進められている。周知のとおり、粒子線を用いた粒子線治療はＸ線、ガンマ線等の従来の放射線治療に比べて、がん患部に集中的に照射することができ、すなわち、患部の形状に合わせてピンポイントで粒子線を照射することができ、正常細胞に影響を与えずに治療することが可能である。
【０００３】
粒子線治療では、粒子線をがんなどの患部に高精度に照射することが重要である。その為、患者は粒子線治療時には治療室（照射室）の治療台に対して位置がずれないように、固定具等を用いて固定される。がんなどの患部を放射線照射範囲に精度よく位置決めする為に、レーザポインタなどを利用した患者の粗据付けなどのセッティングを行い、次いで、Ｘ線画像等をもちいて患者の患部の精密な位置決めを行っている。
【０００４】
特許文献１には、Ｘ線透視画像の基準画像及びＸ線受像器により撮影している現在画像のいずれの画像にも同じ複数のモニュメントの同じ位置を指定することなく、２段階パターンマッチングを行い、治療台を駆動する位置決め用情報を生成するベッド位置決め装置及びその位置決め方法が提案されている。１次パターンマッチングでは、２次元基準画像に対して設置されたアイソセンタ（ビーム照射中心）を含む第１設定領域と略同じ大きさの第２設定領域を２次元現在画像に対して設定し、２次元現在画像の領域内で第２設定領域を、順次、移動させて、第２設定領域のそれぞれの位置で、第１設定領域内の２次元基準画像と第２設定領域内の２次元現在画像とを比較し、第１設定領域の２次元基準画像と最も類似した２次元現在画像を持つ第２設定領域を抽出する。２次パターンマッチングでは、１次パターンマッチングで抽出した第２設定領域内の２次元現在画像を前記第１設定領域内の前記２次元基準画像と比較し、両画像が最も一致するようにパターンマッチングを行っていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３７４８４３３号公報（０００７〜０００９段、００４９段、図８、図９）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
患部の形状は３次元の立体形状であるので、治療計画時の患部位置に患部を位置決めするには３次元画像を用いる方が、２次元画像を用いるよりも高精度の位置決めが可能になる。一般的に、治療計画データ作成の際には、Ｘ線ＣＴ（Computed Tomography）画像を
用いて３次元的に患部形状を特定することが行われる。近年、治療室にＸ線ＣＴ装置を備え、治療の際にＸ線ＣＴ装置により撮影したＸ線ＣＴ現在画像と、治療計画の際のＸ線ＣＴ画像とを用いて、位置決めを行いたいという要求がある。Ｘ線透視画像では軟部組織である患部は良く映らないため骨を使った位置合わせが基本となるが、Ｘ線ＣＴ画像を用いた位置決めは、Ｘ線ＣＴ画像に映った患部同士での位置合わせができるからである。
【０００７】
そこで、従来の２段階パターンマッチングにおいて、基準画像及び現在画像を３次元画像に拡張する場合を考える。３次元基準画像及び３次元現在画像は、Ｘ線ＣＴ装置で撮影された複数の断層画像（スライス画像）を含んでいる。３次元現在画像は、Ｘ線被ばくなどの観点から画像枚数が少ないことが想定されるため、密な画像情報を有する３次元基準画像と、３次元基準画像よりも粗い画像情報を有する３次元現在画像とを比較する必要がある。従来の２段階パターンマッチングでは、それぞれ同一密度の画像情報を有する２次元基準画像と２次元現在画像との比較はできるものの、画像情報の密度が異なる３次元基準画像と３次元現在画像との比較する際には、従来技術の画像次元を２次元から３次元に単純に高次元化するだけでは、２段階パターンマッチングを実現することはできない問題がある。すなわち、従来と同様に、設定される第１設定領域内の３次元基準画像から第２設定領域内の３次元現在画像への１次パターンマッチングを単純に行い、抽出された第２設定領域内の３次元現在画像を第１設定領域内の３次元基準画像第と単純に比較し、両３次元画像が最も一致するようにパターンマッチングを実現することはできない問題がある。
【０００８】
本発明は、放射線治療の患者位置決めの際に、３次元現在画像の断層画像数が３次元基準画像よりも少ない場合であっても、精度の高い２段階パターンマッチング（２段階照合）を実現することを目的にする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る画像照合装置は、放射線治療の治療計画の際に撮影された３次元基準画像と治療の際に撮影される３次元現在画像を各々読み込む３次元画像入力部と、３次元基準画像と３次元現在画像とを照合し、３次元現在画像における患部の位置姿勢を３次元基準画像における患部の位置姿勢に合うように体位補正量を計算する照合処理部と、を備える。照合処理部は、３次元基準画像から３次元現在画像に対して１次パターンマッチングを行う１次照合部と、３次元基準画像又は３次元現在画像の一方から１次パターンマッチングの結果に基づいて生成された所定のテンプレート領域から、所定のテンプレート領域の生成元とは異なる３次元基準画像又は３次元現在画像の他方から１次パターンマッチングの結果に基づいて生成された所定の検索対象領域に対して、２次パターンマッチングを行う２次照合部と、３次元基準画像に準備された患部情報に基づいて、３次元基準画像から３次元領域の基準画像テンプレート領域を生成する基準テンプレート領域生成部と、３次元画像の位置姿勢を変換する位置姿勢変換部と、を有し、位置姿勢変換部は、基準画像テンプレート領域の位置姿勢を所定の位置姿勢に変換した位置姿勢変換テンプレート領域を生成し、１次照合部は、１次パターンマッチングの際に、位置姿勢変換テンプレート領域から３次元現在画像に対してパターンマッチングを行う。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る画像照合装置は、３次元基準画像から３次元現在画像に１次パターンマッチングを行い、次に、１次パターンマッチングの結果に基づいて、所定のテンプレート領域と所定の検索対象領域を生成して、検索対象領域とテンプレート領域との２次パターンマッチングを実行するので、３次元現在画像の断層画像数が３次元基準画像よりも少ない場合であっても、精度の高い２段階パターンマッチングを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１による画像照合装置及び患者位置決め装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の画像照合装置及び患者位置決め装置に関する全体機器構成を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１による３次元基準画像及び基準画像テンプレート領域を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１による３次元現在画像を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態１による１次パターンマッチング方法を説明する図である。
【図６】図５の１次パターンマッチング方法における基準画像テンプレート領域とスライス画像の関係を説明する図である。
【図７】本発明の実施の形態１による１次パターンマッチング方法によって、抽出されたスライス画像の１次抽出領域を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態１による２次パターンマッチング方法を説明する図である。
【図９】図８の２次パターンマッチング方法における基準画像テンプレート領域とスライス画像の関係を説明する図である。
【図１０】本発明の実施の形態２による１次パターンマッチング方法を説明する図である。
【図１１】図１０の１次パターンマッチング方法における基準画像テンプレート領域とスライス画像の関係を説明する図である。
【図１２】本発明の実施の形態２による姿勢変換後の３次元基準画像を示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態２による２次パターンマッチング方法を説明する図である。
【図１４】本発明の実施の形態３による画像照合装置及び患者位置決め装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１による画像照合装置及び患者位置決め装置の構成を示す図であり、図２は本発明の画像照合装置及び患者位置決め装置に関する全体機器構成を示す図である。図２において、１は放射線治療に先立って行われる治療計画を行うためのＣＴシミュレータ室であり、ここにはＣＴガントリー２、ＣＴ画像撮影用ベッドの天板３があり、天板３の上に患者４を横たえて、患部５を含むように治療計画用のＣＴ画像データが撮影される。一方、６は放射線治療を行うための治療室であり、ここにはＣＴガントリー７、回転治療台８と、回転治療台８の上部には天板９があり、天板９の上に患者１０を横たえて、治療時の患部１１を含むように位置決め用のＣＴ画像データが撮影される。
【００１３】
ここで、位置決めとは、治療時の患者１０と患部１１の位置を、治療計画用のＣＴ画像データから割り出し、治療計画に合うように体位補正量を計算し、治療時の患部１１が放射線治療のビーム照射中心１２にくるように位置合わせを行うことである。位置合わせは患者１０を天板９に載せたまま回転治療台８を駆動制御して天板９の位置を移動することで実現する。回転治療台８は並進・回転の６自由度の駆動補正が可能であるとともに、回転治療台８の天板９を１８０度回転することで、ＣＴ撮影ポジション（図２において実線にて示す）から放射線を照射する照射ヘッド１３のある治療ポジション（図２において点線にて示す）へ移動することもできる。なお、図２では、ＣＴ撮影ポジションと治療ポジションが１８０度の対向位置関係にあるものが示されているが、この配置形態に限られず、両者の位置関係が９０度等その他の角度をなすものであってもかまわない。
【００１４】
治療計画用のＣＴ画像データと位置決め用のＣＴ画像データとは位置決め計算機１４に転送される。治療計画用のＣＴ画像データは３次元基準画像となり、位置決め用のＣＴ画像データは３次元現在画像となる。本発明における画像照合装置２９および患者位置決め装置３０は、いずれもこの位置決め計算機１４内に存在するコンピュータソフトウェアに関するものであり、画像照合装置２９は前記体位補正量（並進量、回転量）を計算するとともに、患者位置決め装置３０は画像照合装置２９を包含しつつ、更にこの体位補正量に基づいて回転治療台８（適宜、単に治療台８と呼ぶ）の各駆動軸を制御するパラメータを算出する機能を有するものである。患者位置決め装置３０は、画像照合装置２９によるマッチング結果（照合結果）によって治療台８を制御することで、粒子線治療の対象患部が、治療装置のビーム照射中心１２に位置するように導く。
【００１５】
従来の放射線治療における位置決めでは、治療計画用ＣＴ画像データから生成したＤＲＲ（Digitally Reconstructed Radiography）画像やこれと同時に撮影したＸ線透視画像
と治療時の治療室で撮影したＸ線透視画像とを照合することで位置ずれ量を計算していた。Ｘ線透視画像では軟部組織である患部は良く映らないため骨を使った位置合わせが基本となる。本実施の形態で記述するＣＴ画像データを用いた位置決めは、治療室６にＣＴガントリー７を設置し、治療直前のＣＴ画像データと治療計画用ＣＴ画像データとで位置合わせをするため、患部を直接的に描出可能で、患部での位置合わせができるという特徴を有する。
【００１６】
次に、本実施の形態における画像照合装置２９および患者位置決め装置３０での前記体位補正量の計算手順について説明する。図１は画像照合装置及び患者位置決め装置を構成する各データ処理部間の関係を示しており、ここで画像照合装置２９は、ＣＴ画像データを読み込む３次元画像入力部２１、照合処理部２２、照合結果表示部２３、照合結果出力部２４を有する。画像照合装置２９に治療台制御パラメータ算出部２６を加えたものが患者位置決め装置患者位置決め装置３０である。
【００１７】
前述したように、３次元基準画像は治療計画時に治療計画用に撮影されたデータであり、粒子線治療の対象となる患部を示す患部情報（患部形状等）が人手により入力されていることを特徴とする。３次元現在画像は、治療時に患者位置決め用に撮影されたデータであり、Ｘ線被ばくを抑制する観点から、断層画像（スライス画像とも呼ぶ）枚数が少ないことを特徴とする。
【００１８】
本発明では、３次元基準画像から３次元現在画像に１次パターンマッチングし、次に、１次パターンマッチングの結果に基づいて、所定のテンプレート領域と所定の検索対象領域を生成して、この所定のテンプレート領域を用いて、同方向、もしくは、逆方向に２次パターンマッチングする２段階パターンマッチングの構成とする。２段階パターンマッチングでは、１次パターンマッチング時のマッチングパラメータと、２次パターンマッチング時のマッチングパラメータとを異なるものとすることで、処理の高速化や高精度化を図ることができる。例えば、１次パターンマッチングを粗い解像度で広範囲を対象に行って、見つけたテンプレート領域又は検索対象領域を用いて、２次パターンマッチングを密な解像度で絞り込んだ範囲を対象に行うような方法がある。
【００１９】
３次元画像入力部２１について説明する。３次元画像入力部２１は、Ｘ線ＣＴ装置により撮影され、複数の断層画像に構成された画像群をＤＩＣＯＭ(Digital Imaging and Communications in Medicine)形式の画像データ（スライス画像群）を、３次元のボリュームデータとして読み込むものである。治療計画用のＣＴ画像データは、治療計画時の３次元ボリュームデータであり、すなわち３次元基準画像である。位置決め用のＣＴ画像データは、治療時の３次元ボリュームデータであり、すなわち３次元現在画像である。なお、ＣＴ画像データはＤＩＣＯＭ形式に限定されるものではなく、他の形式であっても構わない。
【００２０】
照合処理部２２は、３次元基準画像と３次元現在画像とを照合（パターンマッチング）し、３次元現在画像における患部の位置姿勢を前記３次元基準画像における患部の位置姿勢に合うように体位補正量を計算する。照合結果表示部２３は、照合処理部２２により照合した結果（後述する体位補正量や、この体位補正量で移動させた３次元現在画像を３次元基準画像に重ねて表示した画像等）を、位置決め計算機１４のモニター画面に表示する。照合結果出力部２４は、照合処理部２２により３次元基準画像と３次元現在画像とを照合させた際の補正量、すなわち照合処理部２２により計算された体位補正量（並進量、回転量）を出力する。治療台制御パラメータ算出部２６は、照合結果出力部２４の出力値（並進３軸［ΔＸ、ΔＹ、ΔＺ］、回転３軸［ΔＡ、ΔＢ、ΔＣ］の計６自由度）を、治療台８の各軸を制御するパラメータに変換し、すなわちパラメータを算出する。治療台８は、治療台制御パラメータ算出部２６により計算された治療台制御パラメータに基づいて治療台８の各軸の駆動装置を駆動する。これにより、治療計画に合うように体位補正量を計算し、治療時の患部１１が放射線治療のビーム照射中心１２にくるように位置合わせすることができる。
【００２１】
照合処理部２２は、位置姿勢変換部２５、１次照合部１６、２次照合部１７、基準テンプレート領域生成部１８を有する。位置姿勢変換部２５は、１次パターンマッチングや２次パターンマッチングの際に、対象データの位置姿勢を変更するものである。１次照合部１６は、３次元基準画像から３次元現在画像に対して１次パターンマッチングを行う。２次照合部１７は、３次元基準画像又は３次元現在画像の一方から１次パターンマッチングの結果に基づいて生成された所定のテンプレート領域から、所定のテンプレート領域の生成元とは異なる３次元基準画像又は３次元現在画像の他方から１次パターンマッチングの結果に基づいて生成された所定の検索対象領域に対して、２次パターンマッチングを行う。
【００２２】
図３乃至図９を用いて、照合処理部２２について、詳しく説明する。図３は、本発明の実施の形態１による３次元基準画像及び基準画像テンプレート領域を示す図である。図４は、本発明の実施の形態１による３次元現在画像を示す図である。図５は、本発明の実施の形態１による１次パターンマッチング方法を説明する図である。図６は、図５の１次パターンマッチング方法における基準画像テンプレート領域とスライス画像の関係を説明する図である。図７は、本発明の実施の形態１による１次パターンマッチング方法によって、抽出されたスライス画像の１次抽出領域を示す図である。図８は、本発明の実施の形態１による２次パターンマッチング方法を説明する図である。図９は、図８の２次パターンマッチング方法における基準画像テンプレート領域とスライス画像の関係を説明する図である。
【００２３】
照合処理部２２の基準テンプレート領域生成部１８は、治療計画時に入力されている患部形状（患部情報）を用いて、３次元基準画像３１から、基準画像テンプレート領域３３を生成する。３次元基準画像３１は、複数のスライス画像３２から構成される。図３では、複雑にならないように５枚のスライス画像３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅからなる例を示した。患部形状はＲＯＩ(Region of Interest)３５として、スライス画像毎に患部を囲む閉輪郭として入力されている。前記閉輪郭を包含する領域を、例えば外接四角形３４として、各外接四角形３４を包含する直方体領域をテンプレート領域とすれば良い。このテンプレート領域を基準画像テンプレート領域３３とする。照合処理部２２の１次照合部１６は、基準画像テンプレート領域３３を３次元現在画像３６に１次パターンマッチングする。図４に示した３次元現在画像３６は、３枚のスライス画像３７ａ、３７ｂ、３７ｃからなる例を示した。図５に示した現在画像領域３８は、３枚のスライス画像３７ａ、３７ｂ、３７ｃを含む直方体として表現した。図５のように、現在画像領域３８において基準画像テンプレート領域３３（３３ａ、３３ｂ、３３ｃ）をラスタースキャン状に動かして行き、３次元現在画像３６との相関値を計算する。相関値としては、正規化相互相関値など、画像マッチング（画像照合）で利用されるあらゆる相関値を利用することができる。
【００２４】
基準画像テンプレート領域３３ａは、スライス画像３７ａをスキャン経路３９ａに沿ってラスタースキャン状に動かされる。同様に、基準画像テンプレート領域３３ｂはスライス画像３７ｂをスキャン経路３９ｂに沿ってラスタースキャン状に動かされ、基準画像テンプレート領域３３ｃはスライス画像３７ｃをスキャン経路３９ｃに沿ってラスタースキャン状に動かされる。スキャン経路３９ｂ、３９ｃは図が複雑にならないように簡略化して示した。
【００２５】
１次パターンマッチングの際には、図６に示すように、基準画像テンプレート領域３３を構成するスライス画像５３毎に、現在画像領域３８を構成するスライス画像３７との画像照合を行う。スライス画像５３は、３次元基準画像３１のスライス画像３２において基準画像テンプレート領域３３で区切られた画像である。基準画像テンプレート領域３３は、３次元基準画像における５枚のスライス画像３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅに対応した５枚のスライス画像５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄ、５３ｅから構成される。したがって、１次パターンマッチングの際には、３次元現在画像３６のスライス画像３７ａに対して、基準画像テンプレート領域３３における５枚のスライス画像５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄ、５３ｅそれぞれとで画像照合を行う。３次元現在画像３６のスライス画像３７ｂ、３７ｃに対して、同様に画像照合を行う。
【００２６】
１次照合部１６は、１次パターンマッチングによって、現在画像領域３８と基準画像テンプレート領域３３との相関値が最も高くなった領域を包含するように、３次元現在画像３６の各スライス画像３７から１次抽出領域４３を抽出する。図７に示すように、３次元現在画像３６のスライス画像３７ａから１次抽出領域４３ａが抽出される。同様に、３次元現在画像３６のスライス画像３７ｂ、３７ｃから１次抽出領域４３ｂ、４３ｃが抽出される。１次抽出領域４３ａ、４３ｂ、４３ｃを含むように、２次パターンマッチングに用いる検索対象領域である１次抽出現在画像領域４２は生成される。このように、１次照合部１６は、２次パターンマッチングに用いる検索対象領域である１次抽出現在画像領域４２を生成する。
【００２７】
ここで、位置決め前の状態においては、３次元基準画像３１と３次元現在画像３６の姿勢（回転３軸）が合っていないため、図５のような単純なラスタースキャンでは、３次元現在画像３６のスライス枚数が少ない場合には、角度ずれまで検出する精度の高いマッチングが出来ないものの、２次パターンマッチングを行うための１次抽出領域４３を抽出するには問題はない。そこで、１次パターンマッチングでは角度ずれまで検出せずに相関値を計算し、その後の２次パターンマッチングでは角度ずれまで検出する精度の高いマッチングを行う。
【００２８】
２次パターンマッチングについて説明する。２次パターンマッチングでは、マッチング処理部２２の位置姿勢変換部２５により、３次元基準画像３１から生成された基準画像テンプレート領域３３の位置姿勢を変換した位置姿勢変換テンプレート領域４０を生成する。２次パターンマッチングでは、図８及び図９のように、マッチング時に、基準画像テンプレート領域３３の姿勢変化量（回転３軸）をパラメータとして追加する。２次照合部１７は、位置姿勢変換部２５により位置姿勢を変換した位置姿勢変換テンプレート領域４０とスライス画像枚数が少ない３次元現在画像３６の１次抽出現在画像領域４２との間で、角度ずれまで含めた高精度なマッチングを行う。このようにすることで、角度ずれまで含めた高精度な２段階パターンマッチングが実現できる。２次パターンマッチングの探索範囲として、１次パターンマッチングで求まった領域を含んだ狭い範囲を対象とすることで、１次パターンマッチングを粗い解像度で広範囲を対象に行って、見つけた１次抽出領域４３を含む１次抽出現在画像領域４２を用いて、２次パターンマッチングを密な解像度で行うことができ、パターンマッチングに要する時間を短縮することができる。
【００２９】
図８に示した１次抽出現在画像領域４２は、３つの１次抽出領域４３ａ、４３ｂ、４３ｃを含む直方体として表現した。位置姿勢が変換された基準画像テンプレート領域である位置姿勢変換テンプレート領域４０ａは、スライス画像３７ａの１次抽出領域４３ａをスキャン経路３９ａに沿ってラスタースキャン状に動かされる。同様に、位置姿勢が変換された位置姿勢変換テンプレート領域４０ｂはスライス画像３７ｂの１次抽出領域４３ｂを
スキャン経路３９ｂに沿ってラスタースキャン状に動かされ、位置姿勢が変換された位置姿勢変換テンプレート領域４０ｃはスライス画像３７ｃの１次抽出領域４３ｃをスキャン経路３９ｃに沿ってラスタースキャン状に動かされる。スキャン経路３９ｂ、３９ｃは図が複雑にならないように簡略化して示した。
【００３０】
２次パターンマッチングの際には、２次照合部１７により、図９に示すように、位置姿勢変換テンプレート領域４０の断面４１と１次抽出現在画像領域４２を構成するスライス画像３７の１次抽出領域４３との間で画像照合を行う。また、３次元現在画像３６のスライス画像３７において１次抽出現在画像領域４２で区切られた画像であるスライス画像５５と、断面４１との間で画像照合を行ってもよい。位置姿勢変換テンプレート領域４０の断面４１は、３次元基準画像３１の複数のスライス画像３２から生成する。例えば、断面４１のデータは、３次元基準画像３１を構成する複数のスライス画像３２から切り出したものである。通常、位置姿勢変換テンプレート領域４０の断面４１のデータ密度と３次元現在画像３６の１次抽出領域４３のデータ密度は異なることになるが、断面４１の画素毎の相関値を計算すればよい。また、位置姿勢変換テンプレート領域４０の断面４１は、そのデータ密度が３次元現在画像３６の１次抽出領域４３のデータ密度と同様になるように補完したデータを含むものであってもよい。
【００３１】
ここで、実施の形態１の２段階パターンマッチング方法についてまとめる。まず、照合処理部２２の基準テンプレート領域生成部１８は、３次元基準画像３１から基準画像テンプレート領域３３を生成する（基準画像テンプレート領域生成手順）。１次照合部１６は、基準画像テンプレート領域３３から３次元現在画像３６に対して１次パターンマッチングを実行する（１次パターンマッチング手順）。１次パターンマッチングは、基準画像テンプレート領域３３を構成するスライス画像５３毎に、現在画像領域３８を構成するスライス画像３７との画像照合を行う。１次照合部１６は、基準画像テンプレート領域３３をスキャンする度に、現在画像領域３８と基準画像テンプレート領域３３との相関値を計算し（相関値計算手順）、１次パターンマッチングによって、現在画像領域３８と基準画像テンプレート領域３３との相関値が最も高くなった領域を包含するように１次抽出領域４３を抽出する（１次抽出領域抽出手順）。１次照合部１６は、現在画像領域３８を構成するスライス画像３７毎の１次抽出領域４３を含むように、２次パターンマッチングに用いる検索対象領域である１次抽出現在画像領域４２を生成する（検索対象生成手順）。実施の形態１の２段階パターンマッチング方法は、基準画像テンプレート領域生成手順と、１次パターンマッチング手順と、後述する２次パターンマッチング手順を含む。１次パターンマッチング手順は、相関値計算手順と、１次抽出領域抽出手順と、検索対象生成手順を含む。
【００３２】
次に、照合処理部２２の２次照合部１７は、位置姿勢変換部２５により基準画像テンプレート領域３３の位置姿勢を変換した位置姿勢変換テンプレート領域４０から、３次元現在画像３６の１次抽出現在画像領域４２に対して２次パターンマッチングを実行する（２次パターンマッチング手順）。２次パターンマッチングは、所定の位置姿勢に変換した位置姿勢変換テンプレート領域４０の断面４１を複数生成し（断面生成手順）、断面４１毎に、１次抽出現在画像領域４２を構成するスライス画像３７の１次抽出領域４３やスライス画像５５と、当該断面４１との間で画像照合を行う。２次照合部１７は、位置姿勢変換テンプレート領域４０をスキャンする度に、１次抽出現在画像領域４２と位置姿勢変換テンプレート領域４０の複数の断面４１との相関値を計算する（相関値計算手順）。また、位置姿勢変換部２５は、先の位置姿勢と異なる位置姿勢に変換し（位置姿勢変換手順）、２次照合部１７は、当該位置姿勢における位置姿勢変換テンプレート領域４０の断面４１を複数生成し（断面生成手順）、位置姿勢変換テンプレート領域４０をスキャンする度に、１次抽出現在画像領域４２と位置姿勢変換テンプレート領域４０の複数の断面４１との相関値を計算する（相関値計算手順）。照合処理部２２の２次照合部１７は、計算した相関値のうち最も高い相関値となった３次元基準画像と３次元現在画像との位置姿勢関係（位置姿勢情報）を、最適解として選定する（最適解選定手順）。このように、３次元基準画像と３次元現在画像との両３次元画像が最も一致するようにパターンマッチングを実現する。２次パターンマッチング手順は、断面生成手順と、相関値計算手順と、位置姿勢変換手順と、最適解選定手順を含む。
【００３３】
パターンマッチングが完了した後に、照合処理部２２は、計算した相関値のうち最も高い相関値となった位置姿勢変換テンプレート領域４０の位置姿勢から、３次元基準画像３１と３次元現在画像３６とを照合させた際の体位補正量（並進量、回転量）を計算する（体位補正量計算手順）。照合結果表示部２３は、体位補正量や、この体位補正量で移動させた３次元現在画像を３次元基準画像に重ねて表示した画像等を計算機１４のモニター画面に表示する。照合結果出力部２４は、照合処理部２２により３次元基準画像３１と３次元現在画像３６とを照合させた際の体位補正量（並進量、回転量）を出力する（体位補正量出力手順）。治療台制御パラメータ算出部２６は、照合結果出力部２４の出力値（並進３軸［ΔＸ、ΔＹ、ΔＺ］、回転３軸［ΔＡ、ΔＢ、ΔＣ］の計６自由度）を、治療台８の各軸を制御するパラメータに変換し、すなわちパラメータを算出する（治療台制御パラメータ算出手順）。治療台８は、治療台制御パラメータ算出部２６により計算された治療台制御パラメータに基づいて治療台８の各軸の駆動装置を駆動する（治療台駆動手順）。
【００３４】
実施の形態１による画像照合装置２９は、３次元基準画像３１から３次元現在画像３６に１次パターンマッチングを行い、次に、１次パターンマッチングの結果に基づいて、３次元基準画像３１から所定の２次パターンマッチング用のテンプレート領域である位置姿勢変換テンプレート領域４０を生成し、３次元現在画像３６から１次抽出領域４３を含むように、２次パターンマッチングに用いる所定の検索対象領域である１次抽出現在画像領域４２を生成するので、３次元現在画像３６の断層画像数（スライス画像数）が３次元基準画像３１よりも少ない場合であっても、精度の高い２段階パターンマッチングを実現することができる。
【００３５】
実施の形態１による画像照合装置２９は、３次元現在画像３６の断層画像数（スライス画像数）が３次元基準画像３１よりも少ない場合であっても、精度の高い２段階パターンマッチングを実現することができるので、位置合わせの際のＸ線ＣＴ装置による３次元現在画像３６の断層画像数を少なくすることができ、位置合わせの際のＸ線ＣＴ装置による患者の被ばく量を低減することができる。
【００３６】
実施の形態１による画像照合装置２９は、３次元基準画像３１から３次元現在画像３６に１次パターンマッチングを実行した結果に基づいて、１次抽出現在画像領域４２を生成し、現在画像領域３８よりも狭い領域である１次抽出現在画像領域４２を検索対象とすることで、１次パターンマッチングを粗い解像度で広範囲を対象に行って、見つけた１次抽出領域４３を含む１次抽出現在画像領域４２を用いて、２次パターンマッチングを密な解像度で行うことができ、パターンマッチングに要する時間を短縮することができる。
【００３７】
実施の形態１による患者位置決め装置３０は、画像照合装置２９により計算された体位補正量に基づいて、治療計画の際の位置姿勢に合うようにすることができる。治療計画の際の位置姿勢に合うようにすることができるので、治療時の患部１１が放射線治療のビーム照射中心１２にくるように位置合わせすることができる。
【００３８】
実施の形態１による患者位置決め装置３０は、位置姿勢変換部２５によって、３次元基準画像３１から得られる基準画像テンプレート領域３３から、３次元基準画像３１よりも断層画像数（スライス画像数）が少ない３次元現在画像３６にマッチングするのに適切な位置姿勢変換テンプレート領域４０が生成でき、角度ずれまで含めた精度の高い２段階パ
ターンマッチングが実現できる。
【００３９】
実施の形態１による画像照合装置２９によれば、放射線治療の治療計画の際に撮影された３次元基準画像３１と治療の際に撮影される３次元現在画像３６を各々読み込む３次元画像入力部２１と、３次元基準画像３１と３次元現在画像３６とを照合し、３次元現在画像３６における患部の位置姿勢を３次元基準画像３１における患部の位置姿勢に合うように体位補正量を計算する照合処理部２２と、を備え、照合処理部２２は、３次元基準画像３１から３次元現在画像３６に対して１次パターンマッチングを行う１次照合部１６と、３次元基準画像３１又は３次元現在画像３６の一方から１次パターンマッチングの結果に基づいて生成された所定のテンプレート領域（位置姿勢変換テンプレート領域４０）から、所定のテンプレート領域（位置姿勢変換テンプレート領域４０）の生成元とは異なる３次元基準画像３１又は３次元現在画像３６の他方から１次パターンマッチングの結果に基づいて生成された所定の検索対象領域４２に対して、２次パターンマッチングを行う２次照合部１７と、を有するので、３次元現在画像３６の断層画像数が３次元基準画像３１よりも少ない場合であっても、精度の高い２段階パターンマッチングを実現することができる。
【００４０】
実施の形態１による患者位置決め装置３０によれば、画像照合装置２９と、画像照合装置２９によって計算された体位補正量に基づいて、治療台８の各軸を制御するパラメータを算出する治療台制御パラメータ算出部２６と、を備え、画像照合装置２９は、放射線治療の治療計画の際に撮影された３次元基準画像３１と治療の際に撮影される３次元現在画像３６を各々読み込む３次元画像入力部２１と、３次元基準画像３１と３次元現在画像３６とを照合し、３次元現在画像３６における患部の位置姿勢を３次元基準画像３１における患部の位置姿勢に合うように体位補正量を計算する照合処理部２２と、を備える。照合処理部２２は、３次元基準画像３１から３次元現在画像３６に対して１次パターンマッチングを行う１次照合部１６と、３次元基準画像３１又は３次元現在画像３６の一方から１次パターンマッチングの結果に基づいて生成された所定のテンプレート領域（位置姿勢変換テンプレート領域４０）から、所定のテンプレート領域（位置姿勢変換テンプレート領域４０）の生成元とは異なる３次元基準画像３１又は３次元現在画像３６の他方から１次パターンマッチングの結果に基づいて生成された所定の検索対象領域４２に対して、２次パターンマッチングを行う２次照合部１７と、を有するので、３次元現在画像３６の断層画像数が３次元基準画像３１よりも少ない場合であっても、精度の高い位置決めを行うことができる。
【００４１】
実施の形態１による画像照合方法によれば、放射線治療の治療計画の際に撮影された３次元基準画像３１と治療の際に撮影される３次元現在画像３６とを照合する画像照合方法であって、３次元基準画像３１から３次元現在画像３６に対して１次パターンマッチングを実行する１次パターンマッチング手順と、３次元基準画像３１又は３次元現在画像３６の一方から１次パターンマッチングの結果に基づいて生成された所定のテンプレート領域（位置姿勢変換テンプレート領域４０）から、所定のテンプレート領域（位置姿勢変換テンプレート領域４０）の生成元とは異なる３次元基準画像３１又は３次元現在画像３６の他方から１次パターンマッチングの結果に基づいて生成された所定の検索対象領域４２に対して、２次パターンマッチングを実行する２次パターンマッチング手順と、を含むので、３次元現在画像３６の断層画像数が３次元基準画像３１よりも少ない場合であっても、精度の高い２段階パターンマッチングを実現することができる。
【００４２】
実施の形態２．
実施の形態２の２段階パターンマッチングでは、３次元基準画像３１から３次元現在画像３６に１次パターンマッチングを行い、次に、１次パターンマッチングの結果に基づいて、３次元現在画像３６から所定の２次パターンマッチング用のテンプレート領域である
現在画像テンプレート領域４４を生成し、３次元基準画像３１の位置姿勢を変換した姿勢変換基準画像領域４７を検索対象として、現在画像テンプレート領域４４から姿勢変換基準画像領域４７に対して２次パターンマッチングを行う。２次パターンマッチングは、１次パターンマッチングとは逆方向のパターンマッチングである。
【００４３】
図１０は本発明の実施の形態２による１次パターンマッチング方法を説明する図であり、図１１は図１０の１次パターンマッチング方法における基準画像テンプレート領域とスライス画像の関係を説明する図である。実施の形態２では、１次パターンマッチングにて、１次照合部１６は回転３軸まで含めた探索を行って姿勢変化量を求める。
【００４４】
図１０に示した現在画像領域３８は、３枚のスライス画像３７ａ、３７ｂ、３７ｃを含む直方体として表現した。実施の形態２の基準画像テンプレート領域となる位置姿勢変換テンプレート領域４０ａ、４０ｂ、４０ｃは、位置姿勢変換部２５により位置姿勢を変換したものである。ただし、初めの位置姿勢は、デフォルト状態、例えば、回転３軸のパラメータは０になっている。位置姿勢が変換された基準画像テンプレート領域である位置姿勢変換テンプレート領域４０ａは、スライス画像３７ａをスキャン経路３９ａに沿ってラスタースキャン状に動かされる。同様に、位置姿勢が変換された位置姿勢変換テンプレート領域４０ｂはスライス画像３７ｂをスキャン経路３９ｂに沿ってラスタースキャン状に動かされ、位置姿勢が変換された位置姿勢変換テンプレート領域４０ｃはスライス画像３７ｃをスキャン経路３９ｃに沿ってラスタースキャン状に動かされる。スキャン経路３９ｂ、３９ｃは図が複雑にならないように簡略化して示した。
【００４５】
３次元現在画像３６のスライス画像３７ａ、３７ｂ、３７ｃと位置姿勢変換テンプレート領域４０との相関計算は、位置姿勢を変化させながら行う。例えば、回転３軸毎に所定の変化量や変化率で変化させて、相関計算を行い、次のスキャン位置に移動し、相関計算を行う。図１１に示すように、１次照合部１６は、位置姿勢変換テンプレート領域４０の断面４１と現在画像領域３８を構成するスライス画像３７との間で画像照合を行う。位置姿勢変換テンプレート領域４０の断面４１は、位置姿勢変換テンプレート領域４０を初めの位置姿勢である３次元基準画像３１のスライス画像３２に平行な面で切断した面であり、３次元基準画像３１の複数のスライス画像３２から生成する（断面生成手順）。例えば、実施の形態１で説明した方法を用いることができる。すなわち、断面４１のデータは、３次元基準画像３１を構成する複数のスライス画像３２から切り出したものとすることができる。また、位置姿勢変換テンプレート領域４０の断面４１は、そのデータ密度が３次元現在画像３６のデータ密度と同様になるように補完したデータを含むものであってもよい。
【００４６】
次に、１次照合部１６は、２次パターンマッチングに用いる現在画像テンプレート領域４４を生成する。１次照合部１６は、例えば、各スライス画像３７ａ、３７ｂ、３７ｃ毎に回転３軸まで含めた探索の結果から、最も相関値の高い位置姿勢変換テンプレート領域４０の断面４１、その際の位置姿勢変換テンプレート領域４０の姿勢変化量、及びその断面４１に対応するスライス画像３７の抽出領域を求める。１次照合部１６は、求められたスライス画像毎の抽出領域のなかから、最も相関値の高い３次元現在画像の抽出領域を包含するように、現在画像テンプレート領域４４を生成する。現在画像テンプレート領域４４は２次元画像である。
【００４７】
次に、図１２のように照合処理部２２の位置姿勢変換部２５にて、現在画像テンプレート領域４４を生成する際に求めた前記姿勢変化量で３次元基準画像３１全体の姿勢を変化させて、姿勢変換後の３次元姿勢変換基準画像４５、すなわち姿勢変換基準画像領域４７を生成する。図１２は、本発明の実施の形態２による姿勢変換後の３次元基準画像を示す図である。スライス画像４６ａ、４６ｂ、４６ｃ、４６ｄ、４６ｅは、それぞれスライス
画像３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅを前記姿勢変化量で姿勢を変化されたスライス画像である。
【００４８】
次に、図１３のように、２次照合部１７は、現在画像テンプレート領域４４を姿勢変換後の３次元姿勢変換基準画像４５である姿勢変換基準画像領域４７に対してスキャン経路４９に沿って、ラスタースキャン状にマッチングさせることで、並進ずれのみを高速に検出することができる。図１３は、本発明の実施の形態２による２次パターンマッチング方法を説明する図である。姿勢変換された姿勢変換基準画像領域４７は、５枚のスライス画像４６ａ、４６ｂ、４６ｃ、４６ｄ、４６ｅを含む直方体として表現した。照合実行面４８は、１次パターンマッチングにより３次元現在画像３６のスライス画像３７に対応した姿勢と最も相関値の高い姿勢に対応した画像面であり、すなわち姿勢変換基準画像領域４７における３次元現在画像３６のスライス画像３７に対応した姿勢と同等の姿勢になる面である。２次照合部１７は、姿勢変換基準画像領域４７から所定の照合実行面４８を、３次元姿勢変換基準画像４５の複数のスライス画像４６から生成する（照合実行面生成手順）。例えば、実施の形態１で説明した方法を用いることができる。すなわち、照合実行面４８のデータは、３次元姿勢変換基準画像４５を構成する複数のスライス画像から切り出したものとすることができる。また、照合実行面４８は、そのデータ密度が現在画像テンプレート領域４４のデータ密度と同様になるように補完したデータを含むものであってもよい。
【００４９】
実施の形態２の２段階パターンマッチング方法についてまとめる。まず、照合処理部２２は、位置姿勢変換部２５によって、３次元基準画像３１から位置姿勢を変換した位置姿勢変換テンプレート領域４０を生成する（位置姿勢変換テンプレート領域生成手順）。照合処理部２２の１次照合部１６は、位置姿勢変換テンプレート領域４０を３次元現在画像３６に対して１次パターンマッチングを実行する（１次パターンマッチング手順）。１次パターンマッチングは、現在画像領域３８を構成する各スライス画像３７に対して、位置姿勢変換テンプレート領域４０の位置姿勢を変化させる度（位置姿勢変換手順の実行する度）に、位置姿勢変換テンプレート領域４０の断面４１を生成し（断面生成手順）、この位置姿勢変換テンプレート領域４０の断面４１と現在画像領域３８を構成するスライス画像３７との間で画像照合を行う。
【００５０】
１次照合部１６は、位置姿勢変換テンプレート領域４０の位置姿勢を変化させる度に現在画像領域３８と位置姿勢変換テンプレート領域４０との相関値を計算する（相関値計算手順）。また、１次照合部１６は、位置姿勢変換テンプレート領域４０をスキャンする度に、現在画像領域３８と位置姿勢変換テンプレート領域４０との相関値を計算し、１次パターンマッチングによって、現在画像領域３８と位置姿勢変換テンプレート領域４０との相関値が最も高くなった位置姿勢変換テンプレート領域４０の抽出領域を包含するように、現在画像テンプレート領域４４を生成する（現在画像テンプレート領域生成手順）。
【００５１】
次に、照合処理部２２は、位置姿勢変換部２５にて、現在画像テンプレート領域４４を生成する際に求めた前記姿勢変化量で３次元基準画像３１全体の姿勢を変化させて、姿勢変換後の３次元姿勢変換基準画像４５、すなわち姿勢変換基準画像領域４７を生成する（姿勢変換基準画像領域生成手順）。２次照合部１７は、現在画像テンプレート領域４４を、姿勢変換基準画像領域４７に対して２次パターンマッチングを実行する（２次パターンマッチング手順）。２次パターンマッチングは、照合実行面生成手順にて照合実行面４８を生成し、照合実行面生成手順で生成した照合実行面４８と現在画像テンプレート領域４４との画像照合を行う。この画像照合の際に、現在画像テンプレート領域４４を回転させずに並進させながら、照合実行面４８と現在画像テンプレート領域４４との相関値を計算する（相関値計算手順）。
【００５２】
２次パターンマッチングにおいて、照合処理部２２の２次照合部１７は、計算した相関値のうち最も高い相関値となった３次元姿勢変換基準画像４５と現在画像テンプレート領域４４との位置姿勢関係（位置姿勢情報）を、最適解として選定する（最適解選定手順）。このように、２段階マッチングによって３次元基準画像３１と３次元現在画像３６との両３次元画像が最も一致するようにパターンマッチングを実現する。実施の形態２の２段階パターンマッチング方法は、位置姿勢変換テンプレート領域生成手順と、１次パターンマッチング手順と、姿勢変換基準画像領域生成手順と、２次パターンマッチング手順を含む。１次パターンマッチング手順は、断面生成手順と、相関値計算手順と、位置姿勢変換手順と、現在画像テンプレート領域生成手順を含む。２次パターンマッチング手順は、照合実行面生成手順と、相関値計算手順と、最適解選定手順を含む。
【００５３】
パターンマッチングが完了した後に、照合処理部２２は、計算した相関値のうち最も高い相関値となった３次元姿勢変換基準画像４５における高相関値領域の位置姿勢から、３次元基準画像３１と３次元現在画像３６とを照合させた際の体位補正量（並進量、回転量）を計算する（体位補正量計算手順）。照合結果表示部２３は、体位補正量や、この体位補正量で移動させた３次元現在画像を３次元基準画像に重ねて表示した画像等を計算機１４のモニター画面に表示する。照合結果出力部２４は、照合処理部２２により３次元基準画像３１と３次元現在画像３６とを照合させた際の体位補正量（並進量、回転量）を出力する（体位補正量出力手順）。治療台制御パラメータ算出部２６は、照合結果出力部２４の出力値（並進３軸［ΔＸ、ΔＹ、ΔＺ］、回転３軸［ΔＡ、ΔＢ、ΔＣ］の計６自由度）を、治療台８の各軸を制御するパラメータに変換し、すなわちパラメータを算出する（治療台制御パラメータ算出手順）。治療台８は、治療台制御パラメータ算出部２６により計算された治療台制御パラメータに基づいて治療台８の各軸の駆動装置を駆動する（治療台駆動手順）。
【００５４】
実施の形態２による画像照合装置２９は、３次元基準画像３１の位置姿勢変換テンプレート領域４０から３次元現在画像３６に対して、回転３軸まで含めた画像照合である１次パターンマッチングを行い、次に、１次パターンマッチングの結果に基づいて、３次元現在画像３６から２次パターンマッチング用のテンプレート領域である現在画像テンプレート領域４４を生成するので、３次元現在画像３６の断層画像数（スライス画像数）が３次元基準画像３１よりも少ない場合であっても、精度の高い２段階パターンマッチングを実現することができる。
【００５５】
実施の形態２による画像照合装置２９は、３次元基準画像３１から姿勢変換後の３次元基準画像である３次元姿勢変換基準画像４５、すなわち姿勢変換基準画像領域４７を生成することで、２次元の現在画像テンプレート領域４４を用いて、姿勢変換基準画像領域４７に対して回転移動を伴わない並進移動により直接パターンマッチングが実現できる。２次パターンマッチングにおいて、並進移動毎の相関値のみを計算するので、回転移動及び並進移動毎の相関値を計算する場合に比べて、２次パターンマッチングの高速化が図れる。
【００５６】
実施の形態３．
実施の形態３は、実施の形態１の１次パターンマッチング用の基準画像テンプレート領域３３や、実施の形態２の位置姿勢変換テンプレート領域４０の元となる基準画像テンプレート領域３３を、人体データベース（アトラスモデル）を用いて生成する点で、実施の形態１及び２とは異なる。図１４は、本発明の実施の形態３による画像照合装置及び患者位置決め装置の構成を示す図である。実施の形態３による画像照合装置２９は、実施の形態１及び２による画像照合装置２９とは、人体データベース入力部５０と、平均テンプレート領域生成部５１を有する点で異なる。実施の形態３による患者位置決め装置３０は、画像照合装置２９と治療台制御パラメータ算出部２６を有する。
【００５７】
人体データベース入力部５０は、データベース装置等の記憶装置から、人体データベース（アトラスモデル）を取得する。平均テンプレート領域生成部５１は、患者４、１０の患部５、１１に対応する人体データベースの臓器部分から平均テンプレート領域５４を切り出す。照合処理部２２の基準テンプレート領域生成部１８は、この平均テンプレート領域５４を、３次元基準画像３１にパターンマッチングすることで、基準画像テンプレート領域３３を自動生成する（基準画像テンプレート領域生成手順）。
【００５８】
上記の基準画像テンプレート領域３３を用いて、実施の形態１の２段階パターンマッチングや実施の形態２の２段階パターンマッチングを実行する。このようにすることで、３次元基準画像上にあらかじめ患部を示す情報（患部形状等）を準備してなくても、２段階パターンマッチングを実現できる。
【００５９】
なお、平均テンプレート領域生成部５１は、患者４、１０の患部５、１１に対応する人体データベースの臓器部分から２次元の平均テンプレート領域を切り出すことも考えられる。２次元の平均テンプレート領域５４の場合は、２次元の平均テンプレート領域を複数切り出して、複数の２次元の平均テンプレート領域を束ねて、照合処理部２２に出力してもよい。照合処理部２２の基準テンプレート領域生成部１８は、この複数の２次元の平均テンプレート領域を、３次元基準画像３１にパターンマッチングすることで、基準画像テンプレート領域３３を自動生成する。
【符号の説明】
【００６０】
１６…１次照合部、１７…２次照合部、１８…基準テンプレート領域生成部、２１…３次元画像入力部、２２…照合処理部、２５…位置姿勢変換部、２６…治療台制御パラメータ算出部、２９…画像照合装置、３０…患者位置決め装置、３１…３次元基準画像、３３…基準画像テンプレート領域、３６…３次元現在画像、４０、４０ａ、４０ｂ、４０ｃ…位置姿勢変換テンプレート領域、４１…断面、４２…１次抽出現在画像領域、４４…現在画像テンプレート領域、４５…３次元姿勢変換基準画像、４８…照合実行面、５０…人体データベース入力部、５１…平均テンプレート領域生成部。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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