(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線が照射される対象部位について、第１の撮像装置によって収集された医用画像と、第２の撮像装置によって収集された医用画像とを取得する取得部と、
前記対象部位に対する前記放射線の照射計画時に前記第１の撮像装置によって収集された第１の医用画像と前記放射線の照射計画時に前記第２の撮像装置によって収集された第２の医用画像との位置合わせの情報と、前記対象部位に対する前記放射線の照射時に前記第２の撮像装置によって収集された第３の医用画像と前記第２の医用画像との差異と、に基づいて、前記第３の医用画像と前記第１の医用画像との位置関係を求める関連付け部と、
を備える、放射線治療システム。
【請求項２】
前記関連付け部は、前記第１の医用画像に含まれる部位の位置が前記第３の医用画像に含まれる対応部位の位置と略一致するように、前記第１の医用画像を変形した変形画像を生成する、請求項１記載の放射線治療システム。
【請求項３】
前記第３の医用画像及び前記変形画像を表示部に表示させる表示制御部をさらに備える、請求項２記載の放射線治療システム。
【請求項４】
前記表示制御部は、前記照射計画時に計画された前記放射線の照射野をカラーで示し、前記変形画像上に表示させる、請求項３記載の放射線治療システム。
【請求項５】
前記対象部位に対して前記放射線を照射する直前に生成された前記変形画像に基づいて、前記対象部位に対する前記放射線の照射計画を再度実行する処理部をさらに備え、
前記表示制御部は、再度実行された照射計画に基づいて算出された線量分布及び線量体積ヒストグラムのうち少なくとも一方を前記表示部に表示させる、請求項３又は４記載の放射線治療システム。
【請求項６】
前記第１の医用画像は前記放射線の照射計画時に前記第１の撮像装置としてのＸ線ＣＴ装置によって収集されたＣＴ画像であり、前記第２の医用画像は前記放射線の照射計画時に前記第２の撮像装置としての超音波診断装置によって収集された超音波画像であり、前記第３の医用画像は前記放射線の照射時に前記超音波診断装置によって収集された超音波画像である、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の放射線治療システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施の形態は、放射線治療システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、被検体内の対象部位（例えば、腫瘍等）に対してＸ線などの放射線を照射することにより対象部位の治療を行う放射線治療システムについて、種々のシステムが知られている。例えば、放射線の照射直前や照射中に撮像された画像情報を用いて、対象部位の位置を確認しながら治療を行う画像誘導放射線治療（ＩＧＲＴ：image-guided  radiotherapy）システムが知られている。
【０００３】
このようなＩＧＲＴを行う放射線治療システムとしては、例えば、放射線治療中に対象部位の超音波画像を収集しながら対象部位の移動状況を観察し、対象部位が許容範囲を超えた場合に警告を発したり、放射線の照射を停止させたりするシステムがある。かかる放射線治療システムは、例えば、Ｘ線を用いた撮像では明瞭な画像が得られにくい前立腺などの軟部組織に生じた腫瘍の治療などに用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−０１１００１号公報
【特許文献２】特開平９−１３３７７１号公報
【特許文献３】特表２０１１−５０６０３３号公報
【特許文献４】特表２００９−５０４２４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、放射線治療の精度を向上させることを可能にする放射線治療システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態の放射線治療システムは、取得部と、関連付け部とを備える。取得部は、放射線が照射される対象部位について、第１の撮像装置によって収集された医用画像と、第２の撮像装置によって収集された医用画像とを取得する。関連付け部は、前記対象部位に対する前記放射線の照射計画時に前記第１の撮像装置によって収集された第１の医用画像と前記放射線の照射計画時に前記第２の撮像装置によって収集された第２の医用画像との位置合わせの情報と、前記対象部位に対する前記放射線の照射時に前記第２の撮像装置によって収集された第３の医用画像と前記第２の医用画像との差異と、に基づいて、前記第３の医用画像と前記第１の医用画像との位置関係を求める。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、第１の実施形態に係る放射線治療システムの構成の一例を示す図である。
【図２】図２は、第１の実施形態に係る放射線治療計画用ＣＴ装置の構成の一例を示す図である。
【図３】図３は、第１の実施形態に係る放射線治療装置の構成の一例を示す図である。
【図４】図４は、第１の実施形態に係る超音波診断装置の構成の一例を示す図である。
【図５】図５は、第１の実施形態に係る治療計画装置の構成の一例を示す図である。
【図６Ａ】図６Ａは、第１の実施形態に係る放射線治療の一例を説明するための図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、第１の実施形態に係る放射線治療の一例を説明するための図である。
【図７】図７は、第１の実施形態に係る治療計画時の画像の関連付けの一例を説明するための図である。
【図８】図８は、第１の実施形態に係る超音波画像の関連付けの一例を説明するための図である。
【図９】図９は、第１の実施形態に係る画像変形の一例を示す図である。
【図１０】図１０は、第１の実施形態に係る表示画像の一例を示す図である。
【図１１】図１１は、第１の実施形態に係る表示情報の一例を示す図である。
【図１２】図１２は、第１の実施形態に係る再治療計画に伴う表示情報の一例を示す図である。
【図１３】図１３は、第１の実施形態に係る再治療計画に伴う表示情報の一例を示す図である。
【図１４】図１４は、第１の実施形態に係る放射線治療システムによる処理の手順を示すフローチャートである。
【図１５】図１５は、第１の実施形態に係る放射線治療システムによる処理の手順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】
【０００８】
以下、添付図面を参照して、放射線治療システムの実施形態について説明する。なお、以下の実施形態では、超音波診断装置によって収集される超音波画像を用いた画像誘導放射線治療（ＩＧＲＴ：image-guided  radiotherapy）を行う放射線治療システムを一例に挙げて説明するが、実施形態は以下の内容に限定されるものではなく、種々のＩＧＲＴシステムにて実施することが可能である。
【０００９】
（第１の実施形態）
まず、第１の実施形態に係る放射線治療システム１の構成の一例について説明する。図１は、第１の実施形態に係る放射線治療システム１の構成の一例を示す図である。例えば、放射線治療システム１は、図１に示すように、放射線治療計画用ＣＴ装置１００と、放射線治療装置２００と、超音波診断装置３００と、治療計画装置４００とを有し、各装置が相互に接続される。ここで、第１の実施形態に係る放射線治療システム１においては、治療計画装置４００が、放射線治療計画用ＣＴ装置１００及び超音波診断装置３００からそれぞれＣＴ画像及び超音波画像を取得して、治療計画を実行して、放射線治療装置２００に治療計画を送信するとともに、放射線治療が実行される手技室などに配置されたディスプレイに種々の情報を表示させる表示制御を実行したり、放射線治療システム１における放射線治療全体の管理を実行したりする。なお、図１に示す構成は、あくまでも一例であり、実施形態はこれに限定されるものではなく、例えば、表示制御を実行する装置や、放射線治療管理を実行する装置などがそれぞれ別に配置される場合であってもよい。
【００１０】
放射線治療システム１においては、放射線治療装置２００による放射線治療に先立ち、まず、治療計画装置４００によって治療計画が立てられ、その後、放射線治療装置２００よって治療計画に沿った放射線治療が実行される。ここで、第１の実施形態に係る放射線治療システム１における治療計画では、放射線治療計画用ＣＴ装置１００によって収集されたＣＴ画像に加えて、超音波診断装置３００によって収集された超音波画像が用いられる。すなわち、放射線治療システム１においては、Ｘ線を用いた撮像では明瞭な画像が得られにくい前立腺などの軟部組織に生じた腫瘍も鮮明に確認することができるように、例えば、ＣＴ画像と超音波画像とがフュージョンされた重畳画像を用いて治療計画が立てられる。そして、放射線治療システム１では、放射線治療装置２００が、治療計画に基づく放射線治療を実行する。さらに、第１の実施形態に係る放射線治療システム１においては、超音波診断装置３００が、収集した超音波画像を用いて放射線治療の対象となる対象部位（以下、治療対象部位と記す）の移動状況を判定し、判定結果に応じて、放射線治療装置２００による放射線の照射を制御することが可能である。
【００１１】
ここで、上述したようにＣＴ画像と超音波画像との重畳画像を用いた治療計画と、超音波画像を用いたＩＧＲＴを実行するため、放射線治療システム１においては、放射線治療計画用ＣＴ装置１００における座標系と、放射線治療装置２００における座標系と、超音波診断装置３００における座標系とが予め位置合わせされる。例えば、放射線治療システム１においては、放射線治療計画用ＣＴ装置１００が設置された部屋、及び、放射線治療装置２００が設置された各部屋に赤外線追跡装置がそれぞれ設置され、マーカーを備えたファントム及び超音波プローブと、各部屋に設置されたレーザー照準器を用いて、座標系の位置合わせが行われる。
【００１２】
すなわち、放射線治療計画用ＣＴ装置１００における座標系と、超音波診断装置３００における座標系とが位置合わせによって対応付けられることで、各装置によって収集されたＣＴ画像と超音波画像とを正確に重畳させることができ、重畳画像を用いて治療計画を立てることができる。また、放射線治療装置２００における座標系と、超音波診断装置３００における座標系とが位置合わせによって対応付けられることで、放射線治療中のＸ線に対する治療対象部位の移動状況を超音波画像によって判定することができる。放射線治療システム１においては、各座標を対応付けた対応情報を各装置にて共有することができる。
【００１３】
次に、放射線治療システム１における各装置について説明する。放射線治療計画用ＣＴ装置１００は、図１に示すように、架台１１０と、天板１２２を有する寝台装置と、制御用のコンソールとを備える。天板１２２は、体軸方向にスライド可能に寝台装置に支持され、被検体が載置される。図２は、第１の実施形態に係る放射線治療計画用ＣＴ装置１００の構成の一例を示す図である。
【００１４】
架台１１０は、被検体Ｐ（患者）にＸ線を照射し、被検体Ｐを透過したＸ線を検出して、コンソール１３０に出力する装置であり、Ｘ線照射制御回路１１１と、Ｘ線発生装置１１２と、検出器１１３と、データ収集回路（ＤＡＳ：Data  Acquisition  System）１１４と、回転フレーム１１５と、架台駆動回路１１６とを有する。
【００１５】
回転フレーム１１５は、Ｘ線発生装置１１２と検出器１１３とを被検体Ｐを挟んで対向するように支持し、架台駆動回路１１６によって被検体Ｐを中心した円軌道にて高速に回転する円環状のフレームである。Ｘ線照射制御回路１１１は、高電圧発生部として、Ｘ線管１１２ａに高電圧を供給する装置であり、Ｘ線管１１２ａは、Ｘ線照射制御回路１１１から供給される高電圧を用いてＸ線を発生する。Ｘ線照射制御回路１１１は、スキャン制御回路１３３の制御により、Ｘ線管１１２ａに供給する管電圧や管電流を調整することで、被検体Ｐに対して照射されるＸ線量を調整する。
【００１６】
また、Ｘ線照射制御回路１１１は、ウェッジ１１２ｂの切り替えを行う。また、Ｘ線照射制御回路１１１は、コリメータ１１２ｃの開口度を調整することにより、Ｘ線の照射範囲（ファン角やコーン角）を調整する。Ｘ線発生装置１１２は、Ｘ線を発生し、発生したＸ線を被検体Ｐへ照射する装置であり、Ｘ線管１１２ａと、ウェッジ１１２ｂと、コリメータ１１２ｃとを有する。
【００１７】
Ｘ線管１１２ａは、図示しない高電圧発生部により供給される高電圧により被検体ＰにＸ線ビームを照射する真空管であり、回転フレーム１１５の回転にともなって、Ｘ線ビームを被検体Ｐに対して照射する。ウェッジ１１２ｂは、Ｘ線管１１２ａから曝射されたＸ線のＸ線量を調節するためのＸ線フィルタである。具体的には、ウェッジ１１２ｂは、Ｘ線管１１２ａから被検体Ｐへ照射されるＸ線が、予め定められた分布になるように、Ｘ線管１１２ａから曝射されたＸ線を透過して減衰するフィルタである。なお、ウェッジ１１２ｂは、ウェッジフィルタ（wedge  filter）や、ボウタイフィルタ（bow-tie  filter）とも呼ばれる。
【００１８】
コリメータ１１２ｃは、Ｘ線照射制御回路１１１の制御により、ウェッジ１１２ｂによってＸ線量が調節されたＸ線の照射範囲を絞り込むためのスリットである。架台駆動回路１１６は、回転フレーム１１５を回転駆動させることによって、被検体Ｐを中心とした円軌道上でＸ線発生装置１１２と検出器１１３とを旋回させる。検出器１１３は、被検体Ｐを透過したＸ線を検出する２次元アレイ型検出器（面検出器）であり、複数チャンネル分のＸ線検出素子を配してなる検出素子列が被検体Ｐの体軸方向（図２に示すＺ軸方向）に沿って複数列配列される。
【００１９】
データ収集回路１１４は、ＤＡＳであり、検出器１１３が検出したＸ線の検出データから、投影データを収集する。例えば、データ収集回路１１４は、検出器１１３により検出されたＸ線強度分布データに対して、増幅処理やＡ／Ｄ変換処理、チャンネル間の感度補正処理等を行なって投影データを生成し、生成した投影データをコンソール１３０に送信する。例えば、回転フレーム１１５の回転中に、Ｘ線管１１２ａからＸ線が連続曝射されている場合、データ収集回路１１４は、全周囲分（３６０度分）の投影データ群を収集する。また、データ収集回路１１４は、収集した各投影データに管球位置を対応付けて、コンソール１３０に送信する。管球位置は、投影データの投影方向を示す情報となる。
【００２０】
寝台装置１２０は、被検体Ｐを載せる装置であり、寝台駆動装置１２１と、天板１２２とを有する。寝台駆動装置１２１は、天板１２２をＺ軸方向へ移動して、被検体Ｐを回転フレーム１１５内に移動させる。天板１２２は、被検体Ｐが載置される板である。
【００２１】
コンソール１３０は、操作者による放射線治療計画用ＣＴ装置１００の操作を受け付けるとともに、架台１１０によって収集された投影データを用いてＸ線ＣＴ画像データ（ボリュームデータ）を再構成する装置である。コンソール１３０は、図２に示すように、入力回路１３１と、ディスプレイ１３２と、スキャン制御回路１３３と、前処理回路１３４と、記憶回路１３５と、画像再構成回路１３６と、処理回路１３７とを有する。
【００２２】
入力回路１３１は、放射線治療計画用ＣＴ装置１００の操作者が各種指示や各種設定の入力に用いるマウスやキーボード、トラックボール、スイッチ、ボタン、ジョイスティック等を有し、操作者から受け付けた指示や設定の情報を、処理回路１３７に転送する。ディスプレイ１３２は、操作者によって参照されるモニタであり、処理回路１３７による制御のもと、Ｘ線ＣＴ画像データから生成されたＣＴ画像を操作者に表示したり、入力回路１３１を介して操作者から各種指示や各種設定等を受け付けるためのＧＵＩ（Graphical  User  Interface）を表示したりする。
【００２３】
スキャン制御回路１３３は、処理回路１３７による制御のもと、Ｘ線照射制御回路１１１、架台駆動回路１１６、データ収集回路１１４及び寝台駆動装置１２１の動作を制御することで、架台１１０における投影データの収集処理を制御する。具体的には、スキャン制御回路１３３は、放射線治療計画用のＣＴ画像を収集する撮影における投影データの収集処理を制御する。
【００２４】
前処理回路１３４は、データ収集回路１１４によって生成された投影データに対して、対数変換処理と、オフセット補正、感度補正及びビームハードニング補正等の補正処理とを行なって、補正済みの投影データを生成して、記憶回路１３５に格納する。記憶回路１３５は、前処理回路１３４により生成された投影データを記憶する。また、記憶回路１３５は、画像再構成回路１３６によって生成された画像データを記憶する。
【００２５】
画像再構成回路１３６は、記憶回路１３５が記憶する投影データを用いてＸ線ＣＴ画像データ（ボリュームデータ）を再構成する。ここで、再構成方法としては、種々の方法があり、例えば、逆投影処理が挙げられる。また、逆投影処理としては、例えば、ＦＢＰ（Filtered  Back  Projection）法による逆投影処理が挙げられる。或いは、画像再構成回路１３６は、逐次近似法を用いて、Ｘ線ＣＴ画像データを再構成することもできる。また、画像再構成回路１３６は、Ｘ線ＣＴ画像データに対して各種画像処理を行うことで、ＣＴ画像を生成する。そして、画像再構成回路１３６は、再構成したＸ線ＣＴ画像データや、各種画像処理により生成したＣＴ画像を記憶回路１３５に格納する。
【００２６】
処理回路１３７は、架台１１０、寝台装置１２０及びコンソール１３０の動作を制御することによって、放射線治療計画用ＣＴ装置１００の全体制御を行う。具体的には、処理回路１３７は、スキャン制御回路１３３を制御することで、架台１１０で行なわれるＣＴスキャンを制御する。また、処理回路１３７は、画像再構成回路１３６を制御することで、コンソール１３０における画像再構成処理や画像生成処理を制御する。また、処理回路１３７は、再構成したＸ線ＣＴ画像データや、生成したＣＴ画像を治療計画装置４００に送信する。また、処理回路１３７は、記憶回路１３５が記憶する各種画像データを、ディスプレイ１３２に表示するように制御する。
【００２７】
なお、図２に示す各回路によって実現される各処理機能は、コンピュータによって実行可能なプログラムの形態で記憶回路１３５に記録されている。また、各回路は、各プログラムを記憶回路１３５から読み出し、実行することで各プログラムに対応する機能を実現するプロセッサである。
【００２８】
図１に戻って、放射線治療装置２００は、図１に示すように、回転架台２７０と、天板２５０を有する寝台装置と、治療用の放射線を照射する放射線発生器２３２と、放射線絞り器２３３とを有し、放射線治療計画用ＣＴ装置１００から転送された治療計画に沿って、治療対象部位に対して放射線を照射する。ここで、第１の実施形態に係る放射線治療装置２００は、図１に示すように、撮像用の放射線を照射する放射線発生器２７１と、撮像用の放射線を検出する検出器２７２をさらに備え、位置合わせ用のコーンビームＣＴ画像を生成することもできる。
【００２９】
例えば、放射線治療の前に、回転架台２７０を一回転させて、その間に放射線発生器２７１により放射線を被検体に照射し続け、被検体を透過した放射線が検出器２７２によって受容される。これにより、様々な方向からの被検体の透視画像（２次元画像）が生成される。そして、生成された複数の透視画像に基づいてコーンビームＣＴ画像が再構成され、ディスプレイ２２０に表示される。これにより、放射線治療時の治療対象部位の位置を確認することができる。すなわち、放射線発生器２３２によって治療用の放射線が照射されている間に、放射線発生器２７１が放射線を被検体に照射し続けてＸ線画像を生成することで、治療時の治療対象部位の位置を確認することができる。
【００３０】
図３は、第１の実施形態に係る放射線治療装置２００の構成の一例を示す図である。図３に示すように、放射線治療装置２００は、入力回路２１０と、ディスプレイ２２０と、放射線発生装置２３０と、移動機構２４０と、天板２５０と、システム制御回路２６０とを有する。放射線発生装置２３０は、放射線制御回路２３１と、放射線発生器２３２と、放射線絞り器２３３とを有する。放射線制御回路２３１は、システム制御回路２６０による制御のもと、治療計画に沿った放射線量の放射線を照射するように、放射線発生器２３２の高電圧発生器における印加電圧や印加時間等を制御する。放射線発生器２３２は、図示しない高電圧発生器とＸ線管を備える。高電圧発生器は、Ｘ線管の陰極から発生した熱電子を加速するために陽極と陰極との間に高電圧を印加する。Ｘ線管は、高電圧発生器から供給される高電圧によって加速した電子をタングステンターゲットに衝突させて治療用の放射線を放射する。放射線絞り器２３３は、治療用の放射線の照射範囲を設定する複数の絞り羽根を有する。例えば、放射線絞り器２３３は、絞り移動機構２４１によってこれらの絞り羽根を移動させることで被検体Ｐの治療対象部位に対応した形状を有する放射線照射領域を形成する。
【００３１】
移動機構２４０は、絞り移動機構２４１と、機構制御回路２４２と、天板移動機構２４３とを有する。絞り移動機構２４１は、機構制御回路２４２による制御のもと放射線絞り器２３３の絞り羽根を移動させる。天板移動機構２４３は、機構制御回路２４２による制御のもと、天板２５０を移動させる。機構制御回路２４２は、システム制御回路２６０による制御のもと、絞り羽根移動制御信号を絞り移動機構２４１に送信することにより絞り羽根を移動させる。また、機構制御回路２４２は、天板移動制御信号を天板移動機構２４３へ送信することにより、天板２５０を移動させる。
【００３２】
入力回路２１０は、放射線治療装置２００の操作者が各種指示や各種設定の入力に用いるマウスやキーボード、トラックボール、スイッチ、ボタン、ジョイスティック等を有し、操作者から受け付けた指示や設定の情報を、システム制御回路２６０に転送する。ディスプレイ２２０は、操作者によって参照されるモニタであり、システム制御回路２６０による制御のもと、コーンビームＣＴ画像を操作者に表示したり、入力回路２１０を介して操作者から各種指示や各種設定等を受け付けるためのＧＵＩを表示したりする。
【００３３】
システム制御回路２６０は、回転架台２７０、放射線発生装置２３０、移動機構２４０の動作を制御することによって、放射線治療装置２００の全体制御を行う。具体的には、システム制御回路２６０は、治療計画装置４００から受信した治療計画に基づいて、放射線制御回路２３１を制御することで、被検体Ｐへの放射線の照射を制御する。また、システム制御回路２６０は、治療計画に基づいて、機構制御回路２４２を制御することで、天板２５０の位置を制御する。また、システム制御回路２６０は、コーンビームＣＴ画像やＧＵＩを、ディスプレイ２２０に表示するように制御する。ここで、放射線治療装置２００においては、図示しない記憶回路を有し、治療計画装置４００から転送された治療計画を記憶回路に記憶する。そして、システム制御回路２６０は、記憶回路から治療計画を読み出して、上述した制御を実行する。
【００３４】
また、システム制御回路２６０は、超音波診断装置３００から受信した信号に基づいて、放射線発生装置２３０及び移動機構２４０の動作を制御する。具体的には、システム制御回路２６０は、超音波診断装置３００から受信した信号に基づいて、放射線の照射及び天板２５０の位置を制御する。
【００３５】
なお、図３に示す各回路によって実現される各処理機能は、コンピュータによって実行可能なプログラムの形態で図示しない記憶回路に記録されている。また、各回路は、各プログラムを図示しない記憶回路から読み出し、実行することで各プログラムに対応する機能を実現するプロセッサである。
【００３６】
図１に戻って、超音波診断装置３００は、被検体を３次元で走査可能な超音波プローブ３１０を有し、放射線治療計画時及び放射線治療時に超音波画像を収集して、収集した超音波画像を治療計画装置４００に転送したり、収集した超音波画像を用いて治療対象部位の移動状況を判定して、判定結果に基づいて放射線治療装置２００を制御したりする。ここで、第１の実施形態に係る超音波診断装置３００においては、例えば、治療対象部位が前立腺の場合、図１に示すような、天板２５０上に安定して載置可能な超音波プローブ３１０を用いることができる。
【００３７】
図４は、第１の実施形態に係る超音波診断装置の構成の一例を示す図である。図４に示すように、第１の実施形態に係る超音波診断装置３００は、超音波プローブ３１０と、装置本体３４０と、入力回路３２０と、ディスプレイ３３０とを有する。
【００３８】
超音波プローブ３１０は、装置本体３４０との間で信号を送受信するためのケーブルや無線通信回路を有し、コネクタなどによる有線或いは無線によって装置本体３４０と接続される。例えば、超音波プローブ３１０は、複数の超音波振動子を有し、これら複数の超音波振動子が、送受信回路３４１から供給される駆動信号に基づき超音波を発生する。また、超音波プローブ３１０は、被検体Ｐからの反射波を受信して電気信号に変換する。また、超音波プローブ３１０は、超音波振動子に設けられる整合層と、超音波振動子から後方への超音波の伝播を防止するバッキング材等を有する。
【００３９】
例えば、超音波プローブ３１０から被検体Ｐに超音波が送信されると、送信された超音波は、被検体Ｐの体内組織における音響インピーダンスの不連続面で次々と反射され、反射波信号として超音波プローブ３１０が有する複数の超音波振動子にて受信される。受信される反射波信号の振幅は、超音波が反射される不連続面における音響インピーダンスの差に依存する。なお、送信された超音波パルスが、移動している血流や心臓壁等の表面で反射された場合の反射波信号は、ドプラ効果により、移動体の超音波送信方向に対する速度成分に依存して、周波数偏移を受ける。
【００４０】
ここで、超音波プローブ３１０は、複数の超音波振動子がマトリックス状に配置されることで、被検体Ｐを３次元で超音波走査することが可能な２Ｄプローブである。或いは、超音波プローブ３１０は、一列に配置された複数の圧電振動子により、被検体Ｐを２次元で走査するとともに、複数の圧電振動子を所定の角度（揺動角度）で揺動させることで、被検体Ｐを３次元で走査するメカニカル４Ｄプローブである。
【００４１】
なお、第１の実施形態に係る超音波プローブ３１０は、放射線治療システム１の各装置における座標系を対応付けるため、放射線治療計画用ＣＴ装置１００が設置された部屋及び放射線治療装置２００が設置された部屋にそれぞれ設置された赤外線追跡装置から発せられた赤外線を反射するマーカーを有する。また、超音波プローブ３１０は、図１に示す形態の超音波プローブだけではなく、操作者によって把持される形態の超音波プローブであってもよい。
【００４２】
入力回路３２０は、マウス、キーボード、ボタン、パネルスイッチ、タッチコマンドスクリーン、フットスイッチ、トラックボール、ジョイスティック等を有し、超音波診断装置３００の操作者からの各種設定要求を受け付け、装置本体３４０に対して受け付けた各種設定要求を転送する。ディスプレイ３３０は、超音波診断装置３００の操作者が入力回路３２０を用いて各種設定要求を入力するためのＧＵＩを表示したり、装置本体３４０において生成された各種画像データ等を表示したりする。
【００４３】
装置本体３４０は、図４に示すように、送受信回路３４１と、Ｂモード処理回路３４２と、ドプラ処理回路３４３と、画像メモリ３４４と、記憶回路３４５と、処理回路３４６とを有する。送受信回路３４１は、パルス発生器、送信遅延回路、パルサ等を有し、超音波振動子に駆動信号を供給する。パルス発生器は、所定のレート周波数で、送信超音波を形成するためのレートパルスを繰り返し発生する。また、送信遅延回路は、超音波振動子から発生される超音波をビーム状に集束し、かつ送信指向性を決定するために必要な超音波振動子ごとの遅延時間を、パルス発生器が発生する各レートパルスに対し与える。また、パルサは、レートパルスに基づくタイミングで、超音波振動子に駆動信号（駆動パルス）を印加する。すなわち、送信遅延回路は、各レートパルスに対し与える遅延時間を変化させることで、超音波振動子面から送信される超音波の送信方向を任意に調整する。
【００４４】
なお、送受信回路３４１は、処理回路３４６の指示に基づいて、所定のスキャンシーケンスを実行するために、送信周波数、送信駆動電圧等を瞬時に変更可能な機能を有している。特に、送信駆動電圧の変更は、瞬時にその値を切り替え可能なリニアアンプ型の発信回路、又は、複数の電源ユニットを電気的に切り替える機構によって実現される。
【００４５】
また、送受信回路３４１は、プリアンプ、Ａ／Ｄ（Analog／Digital）変換器、受信遅延回路、加算器等を有し、超音波振動子が受信した反射波信号に対して各種処理を行って反射波データを生成する。プリアンプは、反射波信号をチャネル毎に増幅する。Ａ／Ｄ変換器は、増幅された反射波信号をＡ／Ｄ変換する。受信遅延回路は、受信指向性を決定するために必要な遅延時間を与える。加算器は、受信遅延回路によって処理された反射波信号の加算処理を行なって反射波データを生成する。加算器の加算処理により、反射波信号の受信指向性に応じた方向からの反射成分が強調され、受信指向性と送信指向性とにより超音波送受信の総合的なビームが形成される。なお、送受信回路３４１からの出力信号の形態は、ＲＦ（Radio  Frequency）信号と呼ばれる位相情報が含まれる信号である場合や、包絡線検波処理後の振幅情報である場合等、種々の形態が選択可能である。
【００４６】
Ｂモード処理回路３４２は、送受信回路３４１から反射波データを受信し、対数増幅、包絡線検波処理等を行なって、信号強度が輝度の明るさで表現されるデータ（Ｂモードデータ）を生成する。ドプラ処理回路３４３は、送受信回路３４１から受信した反射波データから速度情報を周波数解析し、ドプラ効果による血流や組織、造影剤エコー成分を抽出し、速度、分散、パワー等の移動体情報を多点について抽出したデータ（ドプラデータ）を生成する。
【００４７】
なお、第１の実施形態に係るＢモード処理回路３４２及びドプラ処理回路３４３は、３次元の反射波データについて処理可能である。すなわち、Ｂモード処理回路３４２は、３次元の反射波データから３次元のＢモードデータを生成する。また、ドプラ処理回路３４３は、３次元の反射波データから３次元のドプラデータを生成する。３次元のＢモードデータは、３次元走査範囲の各走査線上で設定された複数の点（サンプル点）それぞれに位置する反射源の反射強度に応じた輝度値が割り当てられたデータとなる。また、３次元のドプラデータは、３次元走査範囲の各走査線上で設定された複数の点（サンプル点）それぞれに、血流情報（速度、分散、パワー）の値に応じた輝度値が割り当てられたデータとなる。
【００４８】
画像メモリ３４４は、処理回路３４６が生成した画像データを記憶するメモリである。また、画像メモリ３４４は、Ｂモード処理回路３４２やドプラ処理回路３４３が生成したデータを記憶することも可能である。記憶回路３４５は、超音波送受信、画像処理及び表示処理を行なうための制御プログラム等の各種データを記憶する。また、記憶回路３４５は、必要に応じて、画像メモリ３４４が記憶する画像データの保管等にも使用される。
【００４９】
処理回路３４６は、超音波診断装置３００の処理全体を制御する。例えば、処理回路３４６は、Ｂモード処理回路３４２及びドプラ処理回路３４３が生成したデータから超音波画像データを生成する。すなわち、処理回路３４６は、Ｂモード処理回路３４２が生成したＢモードデータから反射波の強度を輝度にて表したＢモード画像データを生成する。Ｂモード画像データは、超音波走査された領域内の組織形状が描出されたデータとなる。また、処理回路３４６は、ドプラ処理回路３４３が生成したドプラデータから移動体情報を表すドプラ画像データを生成する。ドプラ画像データは、速度画像データ、分散画像データ、パワー画像データ、又は、これらを組み合わせた画像データである。ドプラ画像データは、超音波走査された領域内を流動する流体に関する流体情報を示すデータとなる。
【００５０】
ここで、処理回路３４６は、一般的には、超音波走査の走査線信号列を、テレビ等に代表されるビデオフォーマットの走査線信号列に変換（スキャンコンバート）し、表示用の超音波画像を生成する。具体的には、処理回路３４６は、超音波プローブ３１０による超音波の走査形態に応じて座標変換を行なうことで、超音波画像を生成する。また、処理回路３４６は、例えば、スキャンコンバート後の複数の画像フレームを用いて、輝度の平均値画像を再生成する画像処理（平滑化処理）や、画像内で微分フィルタを用いる画像処理（エッジ強調処理）等を行なう。
【００５１】
更に、処理回路３４６は、Ｂモード処理回路３４２が生成した３次元のＢモードデータに対して座標変換を行なうことで、３次元のＢモード画像データを生成する。また、処理回路３４６は、ドプラ処理回路３４３が生成した３次元のドプラデータに対して座標変換を行なうことで、３次元のドプラ画像データを生成する。３次元Ｂモードデータ及び３次元ドプラ画像データは、スキャンコンバート処理前のボリュームデータとなる。
【００５２】
更に、処理回路３４６は、ボリュームデータをディスプレイ３３０にて表示するための各種の２次元画像データを生成するために、ボリュームデータに対して種々のレンダリング処理を行なう。また、処理回路３４６は、上述した装置全体における種々の制御を実行する。例えば、処理回路３４６は、入力回路３２０を介して操作者から入力された各種設定要求や、記憶回路３４５から読込んだ各種データに基づき、送受信回路３４１、Ｂモード処理回路３４２、ドプラ処理回路３４３の処理を制御する。また、処理回路３４６は、画像メモリ３４４や記憶部３４５が記憶する表示用の超音波画像をディスプレイ３３０にて表示するように制御する。また、処理回路３４６は、ボリュームデータや、ボリュームデータから生成した超音波画像を治療計画装置４００に送信する。
【００５３】
なお、図４に示す各回路によって実現される各処理機能は、コンピュータによって実行可能なプログラムの形態で記憶回路３４５に記録されている。また、各回路は、各プログラムを記憶回路３４５から読み出し、実行することで各プログラムに対応する機能を実現するプロセッサである。
【００５４】
図１に戻って、治療計画装置４００は、放射線治療計画用ＣＴ装置１００及び超音波診断装置３００から画像データを受信して、受信した画像データを用いて被検体の治療対象部位に対する治療計画を実行する。図５は、第１の実施形態に係る治療計画装置４００の構成の一例を示す図である。図５に示すように、治療計画装置４００は、入力回路１０と、ディスプレイ４２０と、記憶回路４３０と、処理回路４４０とを有する。例えば、治療計画装置４００は、ワークステーションや、任意のパーソナルコンピュータなどである。
【００５５】
入力部４１０は、マウス等のポインティングデバイス、キーボード等の入力デバイスであり、治療計画装置４００に対する各種操作の入力を操作者から受け付ける。例えば、入力回路４１０は、放射線治療計画用ＣＴ装置１００によって収集されたＣＴ画像や、超音波診断装置３００によって収集された超音波画像に、放射線治療の対象部位（治療対象部位）を指定するための指定操作などを受付ける。ディスプレイ４２０は、液晶ディスプレイ等の表示デバイスであり、各種情報を表示する。例えば、ディスプレイ４２０は、操作者から各種操作を受け付けるためのＧＵＩや、治療計画を実行するためのＣＴ画像や超音波画像、さらに、後述する処理回路４４０による処理結果などを表示する。ここで、治療計画装置４００は、複数のディスプレイ４２０を備えることができ、例えば、操作者が治療計画を立案する部屋や、放射線治療装置２００が配置された部屋などにディスプレイ４２０をそれぞれ配置することもできる。
【００５６】
記憶回路４３０は、例えば、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）、フラッシュメモリ（Flash  Memory）等の半導体メモリ素子、又は、ハードディスク、光ディスク等の記憶装置などであり、後述する処理回路４４０によって取得された種々の画像データを記憶する。また、記憶回路４３０は、後述する処理回路４４０によって用いられる種々の情報を記憶する。例えば、記憶回路４３０は、処理回路４４０によって読み出され、実行される各種プログラムを記憶する。また、記憶回路４３０は、後述する処理回路４４０による処理結果を記憶する。例えば、記憶回路４３０は、図５に示すように、画像データ記憶回路４３１と、治療計画記憶回路４３２とを有する。
【００５７】
画像データ記憶回路４３１は、処理回路４４０によって取得された画像データを記憶する。例えば、画像データ記憶回路４３１は、放射線治療計画用ＣＴ装置１００から受信したＸ線画像データ（ボリュームデータ）や、超音波診断装置３００から受信したボリュームデータなどを記憶する。治療計画記憶回路４３２は、後述する処理回路４４０によって計画された治療計画に関する情報を記憶する。例えば、治療計画記憶回路４３２は、治療対象部位に対する放射線の照射条件や、照射条件に基づいて算出される線量分布及び線量体積ヒストグラムなどの情報を被検体ごとに記憶する。また、治療計画記憶回路４３２は、被検体ごとの被曝情報を記憶することも可能である。
【００５８】
処理回路４４０は、治療計画装置４００における各種処理を実行する。例えば、処理回路４４０は、図５に示す画像取得機能４４１、抽出機能４４２、治療計画機能４４３、位置合わせ機能４４４及び表示制御機能４４５に対応するプログラムを記憶回路４３０から読み出して実行することで、種々の処理を行う。なお、処理回路４４０による処理の詳細については、後述する。図５に示す各回路によって実現される各処理機能は、コンピュータによって実行可能なプログラムの形態で記憶回路４３０に記録されている。また、各回路は、各プログラムを記憶回路４３０から読み出し、実行することで各プログラムに対応する機能を実現するプロセッサである。また、図５に示す画像取得機能４４１は、特許請求の範囲における取得部に対応する。また、図５に示す位置合わせ機能４４４は、特許請求項の範囲における関連付け部に対応する。また、図５に示す表示制御機能４４５は、特許請求の範囲における表示制御部に対応する。
【００５９】
なお、上述した放射線治療計画用ＣＴ装置１００、放射線治療装置２００、超音波診断装置３００及び治療計画装置４００の説明において用いた「プロセッサ」という文言は、例えば、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、ＧＰＵ（Graphics  Processing  Unit）、或いは、特定用途向け集積回路（Application  Specific  Integrated  Circuit：ＡＳＩＣ）、プログラマブル論理デバイス（例えば、単純プログラマブル論理デバイス（Simple  Programmable  Logic  Device：ＳＰＬＤ）、複合プログラマブル論理デバイス（Complex  Programmable  Logic  Device：ＣＰＬＤ）、及びフィールドプログラマブルゲートアレイ（Field  Programmable  Gate  Array：ＦＰＧＡ））等の回路を意味する。プロセッサは記憶回路に保存されたプログラムを読み出し実行することで機能を実現する。なお、記憶回路にプログラムを保存する代わりに、プロセッサの回路内にプログラムを直接組み込むよう構成しても構わない。この場合、プロセッサは回路内に組み込まれたプログラムを読み出し実行することで機能を実現する。なお、本実施形態の各プロセッサは、プロセッサごとに単一の回路として構成される場合に限らず、複数の独立した回路を組み合わせて１つのプロセッサとして構成し、その機能を実現するようにしてもよい。
【００６０】
以上、第１の実施形態に係る放射線治療システム１の全体構成について説明した。かかる構成のもと、第１の実施形態に係る放射線治療システム１においては、治療計画装置４００における各種処理により、放射線治療の精度を向上させることを可能にする。以下、前立腺に生じた腫瘍に対する放射線治療を一例に挙げて説明する。
【００６１】
まず、第１の実施形態に係る放射線治療システム１における前立腺に生じた腫瘍に対する放射線治療の一例について、図６Ａ及び図６Ｂを用いて説明する。図６Ａ及び図６Ｂは、第１の実施形態に係る放射線治療の一例を説明するための図である。例えば、第１の実施形態に係る放射線治療システム１における前立腺の腫瘍に対する放射線治療は、図６Ａに示すように、放射線治療装置２００の天板上に載置された超音波プローブ３１０が、放射線治療中の被検体Ｐの治療対象部位を走査し続けることで、超音波画像が生成される。そして、放射線治療システム１では、超音波診断装置３００が、生成した超音波画像を用いて、治療中の治療対象部位の移動状況を判定する。すなわち、超音波診断装置３００は、図６Ｂに示すように、治療計画によって設定された放射線を照射する領域である計画標的体積（ＰＴＶ：planning  target  volume）を走査し続けて超音波画像を生成し、生成した超音波画像を用いて治療対象部位の移動状況を判定する。
【００６２】
ここで、図６Ｂに示すＰＴＶは、治療計画が立てられた時点で設定されるものがほとんどであり、放射線が照射されるごとにその都度設定されるわけではない。すなわち、放射線治療が実施される場合、まず、治療計画を立てるために、放射線治療計画用ＣＴ装置１００によって治療対象部位のＣＴ画像が収集される。このとき、図６Ａと同様に、放射線治療計画用ＣＴ装置１００の天板１２２上に超音波プローブ３１０が載置され、治療対象部位の超音波画像が収集される。そして、治療計画装置４００が、ＣＴ画像と超音波画像とを受信して、操作者による各種指示に基づいて治療計画を立てる。例えば、治療計画装置４００は、操作者から治療対象部位の領域を指定する指定操作や、放射線に対する感受性が高い臓器などを指定する指定操作を受け付けて、放射線の照射条件などを決定する。
【００６３】
その後、放射線治療装置２００が、治療計画装置４００から治療計画を受信して、受信した治療計画に基づく放射線の照射を実行する。例えば、放射線治療における照射は、１か月程度の期間で２０〜３０回に分けて実行される。ここで、放射線治療システムでは、放射線の照射時に超音波画像を収集して、被検体のセットアップ時の位置補正や、上述した治療対象部位の移動状況の判定処理を行う。このような、放射線治療において、従来技術では、リアルタイムで収集される超音波画像と治療計画時に収集されたＣＴ画像とで、例えば、治療対象部位や周辺臓器の形状が異なるため、現時点の治療対象部位付近の状況と治療計画とを正確に比較することが困難となる場合があった。そこで、第１の実施形態に係る放射線治療システム１においては、治療計画装置４００が、リアルタイムの超音波画像と治療計画時のＣＴ画像との位置関係を関連付けることで、現時点の治療対象部位付近の状況と治療計画とを正確に比較することを可能にし、放射線治療の精度を向上させることを可能にする。
【００６４】
以下、第１の実施形態に係る治療計画装置４００の詳細について説明する。図５に戻って、治療計画装置４００における画像取得機能４４１は、放射線が照射される対象部位について、第１の撮像装置によって収集された医用画像と、第２の撮像装置によって収集された医用画像とを取得する。例えば、画像取得機能４４１は、放射線治療計画用ＣＴ装置１００によって収集された３次元の医用画像データ（Ｘ線ＣＴ画像データ）を取得する。また、例えば、画像取得機能４４１は、超音波診断装置３００によって収集された３次元の超音波画像データを取得する。
【００６５】
抽出機能４４２は、超音波画像に含まれる治療対象部位を抽出する。例えば、抽出機能４４２は、治療計画時に操作者によって指定された治療対象部位を、放射線治療時に収集された３次元の超音波画像データから抽出する。一例を挙げると、抽出機能４４２は、治療計画時に操作者によって指定された肉眼的腫瘍体積（ＧＴＶ：gross  tumor  volume）に対応する領域を、解剖学的な特徴点などに基づいて、放射線治療時に収集された３次元の超音波画像データから抽出する。なお、上述した放射線を照射する領域であるＰＴＶは、ＧＴＶに基づいて設定される。
【００６６】
治療計画機能４４３は、放射線の治療計画時に収集された医用画像データを用いて治療計画を立てる。例えば、治療計画機能４４３は、治療計画時に収集されたＣＴ画像と超音波画像とを用いて指定された領域の情報に基づいて、治療対象部位に対する治療計画を立てる。一例を挙げると、まず、後述する表示制御機能４４５が、各装置における各座標について対応付けられた対応情報に基づいて、ＣＴ画像と超音波画像とをフュージョンした重畳画像をディスプレイ４２０に表示させる。操作者は、ディスプレイ４２０に表示された重畳画像を参照して、入力回路４１０を介して治療対象部位や、放射線に対する感受性が高く放射線が照射されないようにすべき臓器などの輪郭を指定する。治療計画機能４４３は、指定された輪郭に基づいて、治療対象部位の３次元的な形状、位置、指定された臓器との位置関係などを解析し、解析結果に基づいて、治療に用いる放射線の線質、入射方向、照射野、線量、照射回数などを含む治療計画を決定する。
【００６７】
ここで、治療計画機能４４３は、治療計画の決定に際して、放射線の照射条件ごとに線量分布や線量体積ヒストグラム（ＤＶＨ：Dose  Volume  Histogram）を算出する。そして、表示制御機能４４５が、照射条件とともに、算出された線量分布やＤＶＨをディスプレイ４２０に表示させる。ディスプレイ４２０に表示された照射条件や線量分布、ＤＶＨに対する操作者の確認操作が実行されると、治療計画機能４４３は、確認操作が実行された治療計画を放射線治療装置２００に送信する。なお、治療計画機能４４３は、治療計画時に収集された医用画像だけではなく、治療時に収集された医用画像を用いて治療計画を再度実行することも可能である。
【００６８】
位置合わせ機能４４４は、対象部位に対する放射線の照射計画時に第１の撮像装置（例えば、放射線照射計画用ＣＴ装置１００）によって収集された第１の医用画像（ＣＴ画像）と第２の撮像装置（例えば、超音波診断装置３００）によって収集された第２の医用画像（超音波画像）との位置合わせの情報に基づいて、対象部位に対する放射線の照射時に第２の撮像装置（超音波診断装置３００）によって収集された第３の医用画像（超音波画像）と第１の医用画像（ＣＴ画像）との位置関係を関連付ける。なお、以下では、計画時に収集されたＣＴ画像を「ＣＴ画像[計画]」と記載する。また、以下では、計画時に収集された超音波画像を「超音波画像[計画]」と記載する。また、上記した放射線の照射時とは、放射線治療直前（被検体が放射線治療装置２００の天板１２２に横臥した状態で放射線が照射されていない状態）又は治療中（放射線が照射された状態）を意味し、以下では、治療直前に収集された超音波画像を「超音波画像[治療前]」と記載し、治療中に照射された超音波画像を「超音波画像[治療中]」と記載する。なお、治療直前及び治療中のどちらも含む場合には、「超音波画像[治療前／中]」と記載する。
【００６９】
上述したように、放射線治療システム１においては、各装置における座標系が予め位置合わせされる。例えば、放射線治療システム１においては、放射線治療計画用ＣＴ装置１００が設置された部屋の空間座標を基準として、放射線治療計画用ＣＴ装置１００によって収集されるボリュームデータ（Ｘ線ＣＴ画像データ）と、超音波診断装置３００によって収集されるボリュームデータとの位置関係が関連付けられる。これにより、例えば、超音波プローブ３１０によって走査されている位置に対応するＣＴ画像の位置を特定することができる。
【００７０】
図７は、第１の実施形態に係る治療計画時の画像の関連付けの一例を説明するための図である。例えば、各装置における座標系が位置合わせされた状態で収集された「ＣＴ画像[計画]」と「超音波画像[計画]」とは位置関係が関連付けられているため、画像間で対応する位置を特定することができる。例えば、図７に示すように、「超音波画像[計画]」上に治療対象部位（例えば、ＧＴＶ）の領域Ｒ１が指定されると、位置合わせ機能４４４は、「ＣＴ画像[計画]」において対応する領域を抽出することができる。これにより、例えば、各画像を正確に重畳させて表示させることができる。なお、図７においては、２次元の画像を用いて画像の関連付けを示しているが、実際には、３次元の画像データ（ボリュームデータ）を用いて位置関係が関連付けられる。
【００７１】
位置合わせ機能４４４は、このように「ＣＴ画像[計画]」と位置関係が関連づけられた「超音波画像[計画]」を用いて、「超音波画像[治療前／中]」と「ＣＴ画像[計画]」との位置関係を関連付ける。具体的には、位置合わせ機能４４４は、「超音波画像[計画]」と「超音波画像[治療前／中]」との位置関係を関連付けることで、「ＣＴ画像[計画]」と「超音波画像[治療前／中]」との位置関係を関連付ける。図８は、第１の実施形態に係る超音波画像の関連付けの一例を説明するための図である。例えば、位置合わせ機能４４４は、図８に示すように、「超音波画像[治療前／中]」と「超音波画像[計画]」との差異を比較することで、位置関係を関連付けるための変換情報を算出する。換言すると、位置合わせ機能４４４は、リアルタイムに収集された「超音波画像[治療前／中]」に対して「ＣＴ画像[計画]」の位置を合わせるための変換情報を算出する。なお、図８においては、２次元の画像を用いて変換情報の算出について説明しているが、実際には、３次元の画像データ（ボリュームデータ）を用いて変換情報が算出される。
【００７２】
上述したように、「超音波画像[計画]」と「ＣＴ画像[計画]」は位置合わせされており、画像間で対応する位置を特定することができる。そこで、位置合わせ機能４４４は、リアルタイムに収集された「超音波画像[治療前／中]」と計画時に収集された「超音波画像[計画]」との位置を合わせるための変換情報を算出して、算出した変換情報を「ＣＴ画像[計画]」に適用することで、「超音波画像[治療前／中]に対して「ＣＴ画像[計画]」の位置を合わせる。例えば、位置合わせ機能４４４は、変換情報として、「超音波画像[計画]」における座標を「超音波画像[治療前／中]における座標に変換するための座標変換行列を算出する。
【００７３】
一例を挙げると、位置合わせ機能４４４は、「超音波画像[計画]」における解剖学的な特徴点と、「超音波画像[治療前／中]」における解剖学的な特徴点とをそれぞれ抽出する。そして、位置合わせ機能４４４は、抽出した各画像の解剖学的特徴点のうち、解剖学的に同じ特徴点間の座標を比較して位置ずれの値をそれぞれ算出し、算出した位置ずれの値の合計値が最小化するような座標変換行列を算出する。すなわち、位置合わせ機能４４４は、「超音波画像[計画]」を変形して「超音波画像[治療前／中]」に近似させることができる座標変換行列を算出する。算出した座標変換行列を用いることにより、例えば、図８に示す「超音波画像[計画]」における治療対象部位を示す領域Ｒ１を、「超音波画像[治療前／中]」における治療対象部位を示す領域Ｒ２と同様の形状に変形する処理を実行することができる。なお、領域Ｒ２は、抽出機能４４２によって抽出される。
【００７４】
そして、位置合わせ機能４４４は、「ＣＴ画像[計画]」に含まれる部位の位置が「超音波画像[治療前／中]に含まれる対応部位の位置と略一致するように、「ＣＴ画像[計画]」を変形した変形画像を生成する。図９は、第１の実施形態に係る画像変形の一例を示す図である。例えば、位置合わせ機能４４４は、「ＣＴ画像[計画]」に対して算出した変換情報（座標変換行列）を適用することにより、「ＣＴ画像[計画]」を変形した「ＣＴ画像[変形]」を生成する。すなわち、位置合わせ機能４４４は、現時点の被検体の状態を示すように、「ＣＴ画像[計画]」を変形した「ＣＴ画像[変形]」を生成する。なお、図９においては、２次元の画像を用いて画像の変形について説明しているが、実際には、変換情報が適用されることで、３次元の画像データ（ボリュームデータ）の座標変換が実行される。
【００７５】
図５に戻って、表示制御機能４４５は、放射線治療計画用ＣＴ装置１００から取得されたボリュームデータから生成されたＣＴ画像や、超音波診断装置３００から取得された３次元の画像データから生成された超音波画像をディスプレイ４２０に表示させる。図１０は、第１の実施形態に係る表示画像の一例を示す図である。例えば、表示制御機能４４５は、図１０に示すように、位置合わせ機能４４４によって座標変換が実行されることで変形されたボリュームデータから生成された表示画像である「ＣＴ画像[変形]」と、超音波診断装置３００によってリアルタイムで収集されたボリュームデータから生成された表示画像「超音波画像[治療前／中]」とをディスプレイ４２０に表示させる。なお、表示制御機能４４５は、図１０に示す「ＣＴ画像[変形]」と「超音波画像[治療前／中]」とを重畳して表示させることも可能である。
【００７６】
上述したように、治療計画装置４００は、治療計画時に収集された超音波画像と現時点で収集した超音波画像との位置関係の情報を用いて、治療計画時に収集されたＣＴ画像を現時点の被検体内における各部位の形状に変形した変形画像を生成して表示することができる。ここで、上述した処理は、治療直前に収集された「超音波画像[治療前]」及び治療中に収集された「超音波画像[治療中]」のそれぞれを用いて実行することができる。すなわち、放射線治療システム１においては、放射線治療開始直前の被検体内における各部位の状況についてＣＴ画像を用いて確認することができる。また、放射線治療システム１においては、放射線治療中の被検体内における各部位の状況についてＣＴ画像を用いて確認することができる。
【００７７】
例えば、表示制御機能４４５は、治療直前に収集された「超音波画像[治療前]」を用いて生成された「ＣＴ画像[変形]」をディスプレイ４２０に表示させる。ここで、表示制御機能４４５は、照射計画時に計画された放射線の照射野をカラーで示し、変形画像上に表示させることができる。図１１は、第１の実施形態に係る表示情報の一例を示す図である。例えば、表示制御機能４４５は、図１１に示すように、放射線の照射領域を示すＰＴＶをカラーで示し、「ＣＴ画像[変形]」上に重畳させた表示情報をディスプレイ４２０にて表示させる。操作者は、ディスプレイ４２０に表示された表示情報を参照して、治療対象部位を示す領域Ｒ２の形状及び位置とＰＴＶの形状及び位置との関係に基づいて、再治療計画を実行するか否かを判定する。
【００７８】
例えば、操作者は、治療対象部位を示す領域Ｒ２の形状及び位置とＰＴＶの形状及び位置との関係を参照して、天板の移動によって照射位置を補正できる場合には、再治療計画を実行せずに、位置補正を行うための操作を入力回路４１０を介して行う。位置補正を行うための操作を受け付けると、処理回路４４０は、位置補正を実行させるための制御信号を放射線治療装置２００に送信する。放射線治療装置２００は、制御信号を受信すると、システム制御回路２６０が機構制御回路２４２を制御して天板２５０を移動させる。一方、操作者が再治療計画を実行する旨の操作を実行すると、治療計画機能４４３は、「ＣＴ画像[変形]」と「超音波画像[治療前]」とを用いた再治療計画を実行する。
【００７９】
治療計画機能４４３は、再治療計画によって再度治療計画を決定すると、決定した治療計画に基づく線量分布やＤＶＨを算出する。すなわち、治療計画機能４４３は、「ＣＴ画像[変形]」と「超音波画像[治療前]」とを用いて、治療対象部位である領域Ｒ２の３次元的な形状、位置、指定された臓器との位置関係などを解析し、解析結果に基づいて、治療に用いる放射線の線質、入射方向、照射野、線量、照射回数などを含む治療計画を決定する。そして、治療計画機能４４３は、決定した治療計画に基づいて放射線を照射した場合の線量分布やＤＶＨを算出する。
【００８０】
表示制御機能４４５は、治療計画機能４４３によって再治療計画が実行され、線量分布やＤＶＨが算出されると、算出された情報をディスプレイ４２０にて表示するように制御する。図１２及び図１３は、第１の実施形態に係る再治療計画に伴う表示情報の一例を示す図である。例えば、表示制御機能４４５は、図１２に示すように、再治療計画に基づいて算出された線量分布を「ＣＴ画像[変形]」に重畳させた表示情報をディスプレイ４２０にて表示するように制御する。
【００８１】
また、例えば、表示制御機能４４５は、図１３に示すように、最初に実行された治療計画に基づくＤＶＨ（治療計画時）と、再治療計画に基づくＤＶＨ（再治療計画）とをそれぞれ表示させる。ここで、図１３に示すＤＶＨは、輪郭入力された領域の各体積を３次元で線量計算し、線量と体積の関係をグラフ化したものを示す。すなわち、図１３に示すＤＶＨでは、超音波画像（或いは、ＣＴ画像）上で２つの領域について輪郭入力され、それぞれの領域について線量計算されたものを示す。例えば、図１３における曲線Ｌ１は治療対象部位について輪郭入力された領域について算出された線量体積ヒストグラムを示す。また、図１３における曲線Ｌ２は放射線の照射をさけるべき臓器について輪郭入力された領域について算出された線量体積ヒストグラムを示す。すなわち、ＤＶＨ（治療計画時）とＤＶＨ（再治療計画）は、それぞれ各照射条件で放射線を照射した場合の各領域における線量と体積の関係を示す。操作者は、図１３に示すようなＤＶＨを参照して、治療対象部位の線量体積ヒストグラムを示す曲線Ｌ１については、できるだけ大きな領域（１００％により近い）に対して高線量の放射線が照射され、かつ、放射線の照射をさけるべき臓器の線量体積ヒストグラムを示す曲線Ｌ２については、高線量の放射線が照射される領域ができるだけ小さくなる（０％により近くなる）照射条件を選択する。
【００８２】
治療計画機能４４３によって実行された再治療計画に対して操作者が承認操作を実行すると、処理回路４４０は、再治療計画を放射線治療装置２００に送信する。放射線治療装置２００は、受信した再治療計画に基づいて放射線を照射する。放射線治療システム１は、照射中に収集された超音波画像を用いて上述したＣＴ画像の変形処理を行い、治療計画によって算出された照射野との比較を行い、所定の閾値以上の位置ずれが生じた場合に、ディスプレイ４２０上に警告を出したり、放射線の照射を停止するための制御信号を放射線治療装置２００に送信する。
【００８３】
次に、図１４及び図１５を用いて、第１の実施形態に係る放射線治療システム１の処理について説明する。図１４及び図１５は、第１の実施形態に係る放射線治療システム１による処理の手順を示すフローチャートである。なお、図１４における処理の手順は治療直前の処理について示し、図１５における処理の手順は治療中の処理について示す。なお、図１５に示す処理の手順は、図１４に示すステップＳ１１３の処理に対応する。
【００８４】
図１４に示すステップＳ１０１及びステップＳ１０３は、処理回路４４０が記憶回路４３０から画像取得機能４４１に対応するプログラムを読み出して実行されるステップである。また、図１４に示すステップＳ１０２及びステップＳ１１０は、処理回路４４０が記憶回路４３０から治療計画機能４４３に対応するプログラムを読み出して実行されるステップである。また、図１４に示すステップＳ１０４〜ステップＳ１０６は、処理回路４４０が記憶回路４３０から位置合わせ機能４４４に対応するプログラムを読み出して実行されるステップである。また、図１４に示すステップＳ１１１は、処理回路４４０が記憶回路４３０から表示制御機能４４５に対応するプログラムを読み出して実行されるステップである。
【００８５】
ステップＳ１０１では、処理回路４４０が、「ＣＴ画像[計画]」及び「超音波画像[計画]」を収集する。ステップＳ１０２では、処理回路４４０が、「ＣＴ画像[計画]」と「超音波画像[計画]」とを関連付けて、治療計画を実行する。ステップＳ１０３では、処理回路４４０が、放射線治療直前の被検体から「超音波画像[治療前]」を収集する。ステップＳ１０４では、処理回路４４０が、「超音波画像[計画]」と「超音波画像[治療前]」との差異に基づいて、変換情報を算出する。ステップＳ１０５では、処理回路４４０が、変換情報を用いて「ＣＴ画像[計画]」を変形した「ＣＴ画像[変形]」を生成する。
【００８６】
ステップＳ１０６では、処理回路４４０が、「ＣＴ画像[変形]」を用いて、照射野の位置ずれを算出する。ステップＳ１０７では、処理回路４４０が、再治療計画を実行するか否かを判定する。例えば、処理回路４４０は、操作者からの操作に基づいて、再治療計画を実行するか否かを判定する。ここで、再治療計画を実行しない場合（ステップＳ１０７否定）、ステップＳ１０８に進み、処理回路４４０は、天板２５０の位置を補正するように制御信号を送信する。一方、再治療計画を実行する場合（ステップＳ１０７肯定）、ステップＳ１１０に進み、処理回路４４０は、「ＣＴ画像[変形]」及び「超音波画像[治療前]」に基づいて、治療計画を再度実行する。そして、ステップＳ１１１にて、処理回路４４０は、再治療計画における線量分布及びＤＶＨを表示する。
【００８７】
ステップＳ１０８において天板の位置が補正された後、或いは、ステップＳ１１２において操作者によって再治療計画が承認された場合（ステップＳ１１２肯定）、ステップＳ１０９に進み、処理回路４４０は、治療計画を放射線治療装置２００に送信して放射線治療を開始させる。そして、ステップＳ１１３にて、処理回路４４０は、治療中のターゲットの位置を観察する。なお、ステップＳ１１２において、再治療計画が承認されなかった場合、処理回路４４０は、ステップＳ１１０にもどり再度治療計画を実行する。
【００８８】
次に、図１５における処理について説明する。図１５に示すステップＳ１１３１は、処理回路４４０が記憶回路４３０から画像取得機能４４１に対応するプログラムを読み出して実行されるステップである。また、図１５に示すステップＳ１１３２〜ステップＳ１１３４は、処理回路４４０が記憶回路４３０から位置合わせ機能４４４に対応するプログラムを読み出して実行されるステップである。
【００８９】
ステップＳ１０９にて、放射線治療が開始されると、ステップＳ１１３１にて、処理回路４４０が、放射線治療中の被検体から「超音波画像[治療中]」を収集する。ステップＳ１１３２では、処理回路４４０が、「超音波画像[計画]」と「超音波画像[治療中]」との差異に基づいて、変換情報を算出する。ステップＳ１１３３では、処理回路４４０が、変換情報を用いて「ＣＴ画像[計画]」を変形した「ＣＴ画像[変形]」を生成する。
【００９０】
ステップＳ１１３４では、処理回路４４０が、「ＣＴ画像[変形]」を用いて、照射野の位置ずれを算出する。ステップＳ１１３５では、処理回路４４０が、位置ずれが閾値を超えたか否かを判定する。ここで、閾値を超えていない場合（ステップＳ１１３５否定）、ステップＳ１１３６に進み、処理回路４４０は、治療が終了したか否かを判定する。例えば、処理回路４４０は、治療計画に沿った放射線の照射が終了したか否かを判定する。一方、閾値を超えた場合（ステップＳ１１３５肯定）、ステップＳ１１３７に進み、処理回路４４０は、位置の補正処理又は照射の停止処理を実行して、ステップＳ１１３６の判定処理を行う。
【００９１】
上述したように、第１の実施形態によれば、画像取得機能４４１が、放射線が照射される対象部位について、第１の撮像装置によって収集された医用画像と、第２の撮像装置によって収集された医用画像とを取得する。位置合わせ機能４４４が、対象部位に対する放射線の照射計画時に第１の撮像装置によって収集された第１の医用画像と第２の撮像装置によって収集された第２の医用画像との位置合わせの情報に基づいて、対象部位に対する放射線の照射時に第２の撮像装置によって収集された第３の医用画像と第１の医用画像との位置関係を関連付ける。従って、第１の実施形態に係る放射線治療システム１は、現時点の治療対象部位付近の状況と治療計画とを正確に比較することを可能にし、放射線治療の精度を向上させることを可能にする。
【００９２】
また、第１の実施形態によれば、位置合わせ機能４４４は、第２の医用画像と第３の医用画像との位置関係を関連付けることで、第２の医用画像と位置合わせされた第１の医用画像と前記第３の医用画像との位置関係を関連付ける。従って、第１の実施形態に係る放射線治療システム１は、現時点と計画時とを正確に位置合わせすることを可能にする。
【００９３】
また、第１の実施形態によれば、位置合わせ機能４４４は、第１の医用画像に含まれる部位の位置が第３の医用画像に含まれる対応部位の位置と略一致するように、第１の医用画像を変形した変形画像を生成する。従って、第１の実施形態に係る放射線治療システム１は、ＣＴ装置によって画像を収集することなく、現時点の状況を示すＣＴ画像を生成することができる。
【００９４】
また、第１の実施形態によれば、表示制御機能４４５は、第３の医用画像及び変形画像を表示部に表示させる。また、表示制御機能４４５は、照射計画時に計画された放射線の照射野をカラーで示し、前記変形画像上に表示させる。従って、第１の実施形態に係る放射線治療システム１は、操作者が治療計画をし直すか否かを容易に判断することを可能にする。
【００９５】
また、第１の実施形態によれば、治療計画機能４４３が対象部位に対して放射線を照射する直前に生成された変形画像に基づいて、対象部位に対する放射線の照射計画を再度実行する。表示制御機能４４５が、再度実行された照射計画に基づいて算出された線量分布及び線量体積ヒストグラムのうち少なくとも一方を表示部に表示させる。従って、第１の実施形態に係る放射線治療システム１は、高速ＡＲＴ（アダプティプ治療）に応用することを可能にする。
【００９６】
（第２の実施形態）
さて、これまで第１の実施形態について説明したが、上述した第１の実施形態以外にも、種々の異なる形態にて実施されてよいものである。
【００９７】
また、上述した第１の実施形態では、各装置が配置された部屋の座標系を用いて各装置における座標系の位置合わせが実行される場合について説明した。しかしながら、実施形態はこれに限定されるものではなく、任意の手法によって位置合わせが実行される場合であってもよい。
【００９８】
また、上述した第１の実施形態では、治療計画装置４００が、各処理を実行する場合について説明した。しかしながら、実施形態はこれに限定されるものではなく、放射線治療システム１に含まれるいずれの装置が処理する場合であってもよい。ここで、上述した各機能が同一の装置によって実行されてもよく、異なる装置で実行される場合であってもよい。
【００９９】
また、第１の実施形態では、ＩＧＲＴとして超音波画像が用いられる場合について説明したが、実施形態はこれに限定されるものではなく、例えば、ＭＲＩ装置が放射線治療システム１に含まれ、ＭＲＩ装置によって収集されたＭＲ画像を用いてＩＧＲＴが実行される場合であってもよい。
【０１００】
また、第１の実施形態で図示した各装置の各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。すなわち、各装置の分散・統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部または一部を、各種の負荷や使用状況などに応じて、任意の単位で機能的または物理的に分散・統合して構成することができる。さらに、各装置にて行なわれる各処理機能は、その全部または任意の一部が、ＣＰＵおよび当該ＣＰＵにて解析実行されるプログラムにて実現され、或いは、ワイヤードロジックによるハードウェアとして実現され得る。
【０１０１】
また、第１の実施形態で説明した制御方法は、予め用意された制御プログラムをパーソナルコンピュータやワークステーション等のコンピュータで実行することによって実現することができる。この制御プログラムは、インターネット等のネットワークを介して配布することができる。また、この制御プログラムは、ハードディスク、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤ等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録され、コンピュータによって記録媒体から読み出されることによって実行することもできる。
【０１０２】
以上説明したとおり、第１及び第２の実施形態によれば、放射線治療の精度を向上させることを可能にする。
【０１０３】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【０１０４】
１  放射線治療システム
４００  治療計画装置
４４１  画像取得機能
４４４  位置合わせ機能
４４５  表示制御機能
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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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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【図１５】
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