(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
追跡対象の撮像画像を撮像するＸ線撮像装置と、
前記Ｘ線撮像装置によって撮像された撮像画像から、前記追跡対象の位置を求める動体追跡制御装置とを備えた動体追跡装置であって、
前記動体追跡制御装置は、追跡対象の移動に応じて画素値範囲を変えて前記撮像画像に対して諧調処理し、前記諧調処理後の撮像画像を用いて前記追跡対象の位置を求める
ことを特徴とする動体追跡装置。
【請求項２】
請求項１に記載の動体追跡装置において、
前記諧調処理する画素値範囲を入力するためのウィンドウ設定部を備え、
前記動体追跡制御装置は、前記ウィンドウ設定部で入力された画素値範囲に基づいて前記諧調処理する
ことを特徴とする動体追跡装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の動体追跡装置において、
前記動体追跡制御装置は、前記諧調処理における画素値範囲を、記憶装置に記憶された前記追跡対象の諧調処理のパラメータを用いて決定する
ことを特徴とする動体追跡装置。
【請求項４】
請求項１に記載の動体追跡装置において、
前記画素値範囲は、前記諧調処理を行う対象の撮像画像より前に前記追跡対象を撮像した撮像画像の前記画素値範囲の上限の画素値と、前記画素値範囲の下限の画素値と、追跡対象のピーク位置の画素値より決定する
ことを特徴とする動体追跡装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の動体追跡装置において、
前記動体追跡制御装置は、前記画素値範囲が設定されると、前記画素値範囲の上限より大きい画素を前記画素値範囲の上限の画素値に変換し、前記画素値範囲の下限より小さい画素を前記画素値範囲の下限の画素値に変換する
ことを特徴とする動体追跡装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の動体追跡装置において、
前記動体追跡制御装置は、求めた前記追跡対象の位置に基づき放射線の照射を制御する信号を生成する
ことを特徴とする動体追跡装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の動体追跡装置において、
前記Ｘ線撮像装置は、前記追跡対象の撮像画像を異なる２方向から撮像する
ことを特徴とする動体追跡装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の動体追跡装置において、
前記追跡対象は、標的を識別するためのマーカー、前記標的、高密度領域の何れかである
ことを特徴とする動体追跡装置。
【請求項９】
請求項１に記載の動体追跡装置において、
前記画素値範囲を、直前の設定をそのまま引き継ぐ、以前の設定の平均値を用いる、直前の複数回の移動平均値を用いる、のいずれかにより決定する
ことを特徴とする動体追跡装置。
【請求項１０】
標的に対して放射線を照射するための放射線照射装置と、
この放射線照射装置を制御する照射制御装置と、
請求項１乃至９のいずれか一項に記載の動体追跡装置とを備え、
前記照射制御装置は、前記動体追跡装置が生成する信号に基づき、治療用放射線を制御する
ことを特徴とする放射線照射システム。
【請求項１１】
請求項１０に記載の放射線照射システムにおいて、
前記動体追跡装置は、前記追跡対象の位置が予め指定した範囲内にあるときに前記照射制御装置に対して放射線の出射を許可する信号を出力する
ことを特徴とする放射線照射システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子やＸ線などの放射線を腫瘍等の患部に照射して治療する放射線照射システムおよびこのような放射線照射システムに好適な動体追跡装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
体幹部内で動き回る腫瘍の位置を実時間で、かつ自動的に算出し、機構系の絶対精度に依存せずに実質必要な精度を確保することができる動体追跡照射装置の一例として、特許文献１には、腫瘍近傍に埋め込まれた腫瘍マーカーを第１及び第２の方向から同時に撮像して第１及び第２の撮像映像を得る撮像装置と、デジタイズされた第１及び第２の撮像映像に予め登録された腫瘍マーカーのテンプレート画像を作用させた濃淡正規化相互相関法によるテンプレートマッチングを所定フレームレートの実時間レベルで実行し、第１及び第２の撮像変換行列に基づき前記腫瘍マーカーの第１及び第２の２次元座標を算出する画像入力認識処理部と、前記算出された第１及び第２の２次元座標に基づき前記腫瘍マーカーの３次元座標を計算する中央演算処理部と、前記計算された腫瘍マーカーの３次元座標に基づきライナックの治療ビーム照射を制御する照射制御部とを備えた動体追跡照射装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３０５３３８９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
癌などの患者に荷電粒子やＸ線などの放射線を照射する方法が知られている。荷電粒子には陽子線や炭素線などがある。この照射に用いる放射線照射システムは、カウチと呼ばれる患者用ベッド上に固定された患者の体内で腫瘍などの標的の形状に適した線量分布を形成する。
【０００５】
ところで、腫瘍などの標的が呼吸などで移動すると、正確な照射が難しくなる。そこで、標的が予め決められた範囲（ゲート範囲）にある場合のみ照射するゲート照射を実施することが近年実現されている。
【０００６】
上述した特許文献１には、患部付近に埋め込まれたマーカーの位置に基づいてゲート照射を実施する動体追跡照射と呼ばれる方法が記載されている。
【０００７】
特許文献１に記載されたようなゲート照射で用いられるマーカーは、例えば直径２ｍｍ程の金属製の球体などである。
【０００８】
動体追跡照射では、患部付近に埋め込まれたマーカーや標的そのもの等の追跡対象の位置に基づきゲート照射を実施する。マーカー等の追跡対象の位置は、交差する２方向のＸ線による撮像画像を用いて計測される。撮像画像に写る追跡対象の位置は、テンプレートマッチングと呼ばれる方法により検出される。
【０００９】
このテンプレートマッチングとは、テンプレート画像と呼ばれる予め用意した追跡対象の画像と撮像画像を比較し、撮像画像の中でテンプレート画像に最も近いパターンを検出する方法である。追跡対象が写ったＸ線測定器上の位置と撮像用Ｘ線発生装置を結ぶ２本の線が最も接近する位置を追跡対象が存在する位置とみなしている。このテンプレートマッチングの際には、撮像画像とテンプレート画像を比較して、規格化相互相関などの類似度をマッチングスコアとして評価する。
【００１０】
ここで、上述した特許文献１に記載の技術で用いられているようなテンプレートマッチングでは、追跡対象に似た構造（非追跡対象）が追跡対象の近傍に現れると、その非追跡対象の画素値の範囲が真の追跡対象の画素値の範囲とは異なる場合であっても、その非追跡対象の場所もマッチングスコアが高くなり、追跡対象ではないものを追跡対象と誤検出することがある、との問題があることが本発明者らの検討によって明らかとなった。
【００１１】
本発明は、動体追跡において、追跡対象に似た構造が追跡対象の近傍にある場合においても、誤検出することなく追跡対象を追跡することができる動体追跡装置および放射線照射システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。
本発明は、上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、追跡対象の撮像画像を撮像するＸ線撮像装置と、前記Ｘ線撮像装置によって撮像された撮像画像から、前記追跡対象の位置を求める動体追跡制御装置とを備えた動体追跡装置であって、前記動体追跡制御装置は、追跡対象の移動に応じて画素値範囲を変えて前記撮像画像に対して諧調処理し、前記諧調処理後の撮像画像を用いて前記追跡対象の位置を求めることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、追跡対象の誤検出の頻度を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】放射線照射システムの全体構成図である。
【図２】動体追跡装置が撮像画像を取得する概念図である。
【図３】動体追跡装置が撮像画像からマーカーの位置を計算する概念図である。
【図４Ａ】比較のための一般的な方法におけるマーカー位置判定方法を示す概念図である。
【図４Ｂ】比較のための一般的な方法における図４Ａの点線上の画素値の分布を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施例における諧調処理のウィンドウを設定する方法を示す概念図である。
【図６Ａ】第１の実施例におけるマーカー位置判定方法を示す概念図である。
【図６Ｂ】第１の実施例における図６Ａの点線上の画素値の分布を示す図である。
【図７】第１の実施例におけるコンソールの画面を示す概念図である。
【図８Ａ】第３の実施例における諧調処理のウィンドウを補正する方法を示す概念図である。
【図８Ｂ】第３の実施例における諧調処理のウィンドウを補正する方法を示す概念図である。
【図８Ｃ】第３の実施例における諧調処理のウィンドウを補正する方法を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に本発明の動体追跡装置および放射線照射システムの実施例を、図面を用いて説明する。
【００１６】
＜実施例１＞  
本発明の動体追跡装置および放射線照射システムの実施例１を、図１乃至図７を用いて説明する。
【００１７】
本発明の動体追跡装置は、Ｘ線照射システムや陽子線照射システム、例えば炭素等の重粒子を標的に照射する重粒子線照射システムなどの放射線照射システムに適用することができる。本実施例では、図１に示すような照射する放射線として陽子を用いる陽子線照射システムを例にして説明する。
【００１８】
図１において、本発明の実施例のひとつである陽子線照射システムは、陽子線発生装置１０、ビーム輸送系２０、照射ノズル２２、動体追跡装置３８、カウチ２７、制御装置４０等を備えている。このうち、陽子線発生装置１０、ビーム輸送系２０、照射ノズル２２とで放射線照射装置が構成される。
【００１９】
陽子線発生装置１０は、イオン源１２、ライナック１３、シンクロトロン１１を備える。シンクロトロン１１は、偏向電磁石１４、四極電磁石（図示せず）、高周波加速装置１８、高周波出射装置１９、出射用デフレクタ１７等を備える。イオン源１２はライナック１３に接続されており、ライナック１３はシンクロトロン１１に接続されている。陽子線発生装置１０では、イオン源１２より発生した陽子線はライナック１３により前段加速され、シンクロトロン１１に入射する。シンクロトロン１１でさらに加速された陽子線はビーム輸送系２０に出射される。
【００２０】
ビーム輸送系２０は、複数の偏向電磁石２１と四極電磁石（図示せず）を備えており、シンクロトロン１１と照射ノズル２２に接続されている。また、ビーム輸送系２０の一部と照射ノズル２２は筒状のガントリー２５に設置されており、ガントリー２５と共に回転することができる。シンクロトロン１１から出射された陽子線は、ビーム輸送系２０内を通過しながら四極電磁石によって収束し、偏向電磁石２１によって方向を変えて照射ノズル２２に入射する。
【００２１】
照射ノズル２２は２対の走査電磁石と、線量モニタと、位置モニタ（いずれも不図示）とを備えている。２対の走査電磁石は、互いに直交する方向に設置されており、標的の位置においてビーム軸に垂直な面内の所望の位置に陽子線が到達するように陽子線を偏向することができる。線量モニタは照射された陽子線の量を計測する。位置モニタは陽子線が通過した位置を検出することができる。照射ノズル２２を通過した陽子線は照射対象２６内の標的に到達する。なお、癌などの患者を治療する場合、照射対象２６は患者を表し、標的は腫瘍などを表す。
【００２２】
照射対象２６を載せるベッドをカウチ２７と呼ぶ。カウチ２７は制御装置４０からの指示に基づき、直交する３軸の方向へ移動することができ、さらにそれぞれの軸を中心として回転することができる。これらの移動と回転により、照射対象２６の位置を所望の位置に移動することができる。
【００２３】
制御装置４０は、陽子線発生装置１０、ビーム輸送系２０、照射ノズル２２、動体追跡制御装置４１、カウチ２７、記憶装置４２、コンソール４３などと接続されており、これらの機器を制御する。
【００２４】
動体追跡装置３８は、マーカー２９の撮像画像Ａ６１を撮像する撮像用Ｘ線発生装置２３ＡとＸ線測定器２４Ａおよびマーカー２９の撮像画像Ｂ６２を撮像する撮像用Ｘ線発生装置２３ＢとＸ線測定器２４Ｂとからなる２対のＸ線撮像装置と、動体追跡制御装置４１とを備える。
【００２５】
撮像用Ｘ線発生装置２３ＡおよびＸ線測定器２４Ａと撮像用Ｘ線発生装置２３ＢおよびＸ線測定器２４Ｂとの２組は、それぞれのＸ線の経路が交差するように設置されている。なお、２対の撮像用Ｘ線発生装置２３Ａ，２３ＢとＸ線測定器２４Ａ，２４Ｂは、互いに直交する方向に設置されることが好ましいが、直交していなくてもよい。また、撮像用Ｘ線発生装置２３Ａ，２３ＢおよびＸ線測定器２４Ａ，２４Ｂは、必ずしもガントリー２５の内部に配置されている必要はなく、天井や床などの固定された場所に配置されていても良い。
【００２６】
動体追跡制御装置４１は、Ｘ線撮像装置から入力される信号に基づいて、マーカー２９の位置を演算し、その上で、マーカー２９の位置に基づいて陽子線の出射を許可するか否かを判定し、陽子線の照射の可否の信号を制御装置４０に対して送信する。
【００２７】
より具体的には、動体追跡制御装置４１は、図２に示すように、撮像用Ｘ線発生装置２３Ａから発生させたＸ線をマーカー２９に照射し、マーカー２９を通過したＸ線の２次元線量分布をＸ線測定器２４Ａによって測定することでマーカー２９を撮像し、撮像用Ｘ線発生装置２３Ｂから発生させたＸ線をマーカー２９に照射し、マーカー２９を通過したＸ線の２次元線量分布をＸ線測定器２４Ｂによって測定することでマーカー２９を撮像する。動体追跡制御装置４１は、取得した２つの撮像画像から照射対象２６内に埋め込まれたマーカー２９の３次元位置を演算し、その結果に基づいてマーカー２９の位置に基づいて陽子線の出射を許可するか否かを判定する。例えば、動体追跡制御装置４１は、マーカー２９の位置から求めた標的の位置が予め指定したゲート範囲（照射許可範囲）に入っているか否かを判定し、標的の位置がゲート範囲に入っていると判定された場合はゲートオン信号を制御装置４０に対して送信して出射を許可する。これに対し標的の位置がゲート範囲に入っていないと判定された場合は、ゲートオフ信号を送信して出射を許可しない。
【００２８】
Ｘ線撮像装置による撮像画像の取得は、例えば３０Ｈｚの一定間隔で実施される。取得した撮像画像には体内に埋め込まれたマーカー２９が写っており、予め用意したマーカー２９のテンプレート画像とのテンプレートマッチングによりマーカー２９の照射対象２６内における位置を特定する。撮像画像の全範囲を探索すると探索に時間を要するため、ひとつ前の撮像画像におけるマーカー２９の位置を中心として予め定められた大きさの範囲内でのみマーカー２９の位置を探索する。
【００２９】
図３にテンプレートマッチングにより検出したマーカー２９のＸ線測定器２４Ａ上における位置と撮像用Ｘ線発生装置２３Ａとを結ぶ線２８Ａおよびマーカー２９のＸ線測定器２４Ｂ上における位置と撮像用Ｘ線発生装置２３Ｂとを結ぶ線２８Ｂを示す。この２本の線は、理想的には１点で交わり、その交点がマーカー２９の存在する位置である。
【００３０】
しかし、実際には、テンプレートマッチングの精度やＸ線撮像装置の設置誤差などの影響から、通常２本の線は交わらずにねじれの関係にある。このねじれの関係にある２本の線が最も接近する位置には共通の垂線を引くことができる。この共通の垂線を共通垂線３０と呼ぶ。そして、この共通垂線３０の中点をマーカー２９の位置としている。
【００３１】
ここで、少なくとも片方の撮像画像上でマーカー２９を正しく検出していない場合、共通垂線は長くなる。これを利用して、共通垂線３０の長さが予め設定した閾値を超えた場合、マーカー２９を正確に検出できていない可能性が高いとして、動体追跡制御装置４１はマーカー２９の位置がゲート範囲内にある場合でもゲートオフ信号を制御装置４０に送信して陽子線の照射を停止させている。
【００３２】
本実施例の動体追跡制御装置４１の特徴は、このマーカー２９を検出する方法にある。テンプレートマッチングでは、予め用意したマーカー２９のテンプレート画像と撮像画像とを比較してマッチングスコアと呼ばれるテンプレート画像との類似度を計算する。マッチングスコアには規格化相互相関などの類似度が使用される。このマッチングスコアが高いほど探索中の撮像画像とテンプレート画像とが一致していることを表す。
【００３３】
一般的な方法では、撮像画像の探索範囲内からマッチングスコアが最も高い位置をマーカー２９の位置として検出していた。
【００３４】
ここで、規格化相互相関などのマッチングスコアは、画素値の相対分布形状がテンプレート画像と似ていれば、画素値の絶対値が異なっていても類似度が高くなる。そのため、探索領域内にマーカー２９と似た構造３９の部分があると、その位置のマッチングスコアが高くなるため、その場所をマーカー２９と見誤る恐れがあることが明らかになった。
【００３５】
図４Ａおよび図４Ｂを用いて一般的な方法を具体的に説明する。図４Ａはマーカー２９の付近にマーカー２９に似た構造３９がある場合の撮像画像を表し、図４Ａに示す撮像画像の点線上の画素値の分布を図４Ｂに示す。実際のテンプレート画像は二次元の画像であるが、図４Ａでは簡易的に１次元の画素値分布のテンプレート画像を示した。
【００３６】
図４Ａおよび図４Ｂに示すように、テンプレートマッチングでは、撮像画像の画素値の分布とテンプレート画像との類似度を評価している。しかし、規格化相互相関のような画素値の絶対値に結果が影響を受けないマッチングスコアを使用する場合、図４Ａに示すようなマーカー２９に似た構造３９の部分も、図４Ｂに示すように、画素値の変化がテンプレートに類似する。このため、マッチングスコアが高くなる。このような場合、マーカー２９に似た構造３９の部分をマーカー２９と誤検出してしまう恐れがある。
【００３７】
そこで、本実施例の動体追跡制御装置４１では、画素値の絶対値が異なるマーカー２９に似た構造３９への誤検出を防ぐために、撮像画像に諧調処理を実施してからマーカー２９の位置を判定する。この本実施例における諧調処理とは、特定の画素値の範囲（ウィンドウ）を設定し、ウィンドウ上限の画素値より大きい画素は上限の画素値に変換し、ウィンドウ下限の画素値より小さい画素は下限の画素値に変換する画像処理のことを言う。
【００３８】
オペレータは、図５に示すような諧調処理のウィンドウを設定する。ウィンドウの設定は、オペレータがコンソール４３を操作して実施してもよいし、予め陽子線を照射する照射対象２６の照射野ごとに設定値を記憶装置４２に記憶しておき、記憶された設定値を適用してもよい。本実施例ではオペレータがコンソール４３の操作によりウィンドウを設定する方法を説明する。その詳細は後述する。
【００３９】
図４Ａに示した撮像画像に対して諧調処理を行った後の撮像画像を図６Ａに、図６Ａに示す諧調処理後の撮像画像の点線上の画素値の分布を図６Ｂに示す。図６Ａに示すように、マーカー２９に似た構造３９の画素値は諧調処理のウィンドウの外側にあるため、諧調処理後の撮像画像にはマーカー２９に似た構造３９は見られない。そのため、図６Ｂに示したとおり、諧調処理のウィンドウの外側の領域は均一な画素値となり、パターンマッチングによるマッチングスコアは小さくなる。そのため、マーカー２９に似た構造３９をマーカー２９と誤検出してしまう可能性を低減することができる。
【００４０】
上述の本実施例の陽子線照射システムは、スポットスキャニング法と呼ばれる照射方法を採用したものである。スポットスキャニング法は、細い陽子線が形成する線量分布を並べて標的の形状に合わせた線量分布を形成する方法である。陽子線は、体内でエネルギーを損失しながら進み、停止直前にエネルギー損失が最大になる特徴がある。このエネルギー損失による線量分布の形状は、ブラッグカーブと呼ばれ、飛程終端にピークを有する。陽子線がピークを形成する深さは、陽子線のエネルギーを変更することにより調整することができる。また、陽子線が形成するビーム軸に垂直な方向の線量分布形状は、概ね正規分布である。ビーム軸に垂直な方向の線量分布を形成する位置は、走査電磁石により陽子線を走査することにより調整することができる。エネルギーの変更と走査電磁石による走査を組み合わることで標的全体に一様な線量分布を形成することができる。
【００４１】
図１に戻り、記憶装置４２には治療計画装置などにより作成された照射のためのパラメータが保存されており、制御装置４０は、照射前に記憶装置４２から必要な情報を受信する。
【００４２】
コンソール４３は、制御装置４０や動体追跡制御装置４１と接続されており、制御装置４０と動体追跡制御装置４１から取得した信号に基づいて画面上に情報を表示する。また、コンソール４３は、陽子線照射システムを操作するオペレータからの入力を受け取り、制御装置４０と動体追跡制御装置４１に様々な制御信号を送信する。例えば、コンソール４３は、Ｘ線撮像装置によって得られた撮像画像やマーカー２９の追跡状況を表示する。また、コンソール４３から、マーカー２９の追跡に必要なパラメータを設定することができる。
【００４３】
図７に、コンソール４３に表示される動体追跡制御装置４１に関係する動体追跡用の画面を示す。図７に示すように、コンソール４３に表示される画面上には、Ｘ線測定器２４Ａから得られた撮像画像Ａ６１およびＸ線測定器２４Ｂから得られた撮像画像Ｂ６２が表示される。更に、画面上には撮像画像Ａ６１に対する諧調処理を実施する画素値範囲を入力するためのウィンドウ設定部６３および撮像画像Ｂ６２に対する諧調処理を実施する画素値範囲を入力するためのウィンドウ設定部６４が表示される。動体追跡制御装置４１は、コンソール４３に表示されたウィンドウ設定部６３，６４で入力された画素値範囲に基づいて諧調処理を実施する。
【００４４】
なお、図７には諧調処理を実施する画素値範囲を指定するウィンドウ設定方法として、ウィンドウレベルならびにウィンドウ幅を設定するスライドバーを示したが、別の設定手段をとることも可能である。別の設定手段としては、例えば、ウィンドウの最大画素値ならびに最小画素値を設定するスライドバーや、それらを数値として直接入力する機能が考えられる。オペレータのウィンドウ設定の変更に応じて撮像画像Ａ６１や撮像画像Ｂ６２の表示は変更される。オペレータは画面上の撮像画像Ａ６１および撮像画像Ｂ６２を見ながら、マーカー２９が見えやすくなるように諧調処理のウィンドウを調整する。
【００４５】
次に、陽子線を照射する場合の手順について説明する。
【００４６】
最初に、カウチ２７の上に照射対象２６を固定する。その後、カウチ２７を動かして照射対象２６を予め計画した位置に移動する。この際、Ｘ線撮像装置を用いて撮像画像を撮像することにより、照射対象２６が予め計画した位置に移動したことを確認する。
【００４７】
オペレータによりコンソール４３上の照射準備ボタンが押下されると、制御装置４０は、記憶装置４２からガントリー角度とエネルギーとスポットの情報を読み込む。読み込んだガントリー角度に合わせて、オペレータは、コンソール４３からガントリー回転ボタンを押下しガントリー２５を回転させる。
【００４８】
ガントリー２５の回転後、オペレータはコンソール４３から撮像開始ボタン５０を押下して動体追跡制御装置４１にＸ線撮像を開始させる。オペレータはふたつのＸ線撮像装置に対応するふたつの撮像画像を見て、マーカー２９が見えやすくなるように諧調処理のウィンドウを調整する。ウィンドウの設定はオペレータがコンソール４３に表示されるウィンドウ設定部６３，６４を操作することで実施する。
【００４９】
諧調処理完了後、オペレータは追跡したいマーカー２９を画面上で選択することにより、それぞれの撮像画像上でマーカー２９の追跡を開始する。マーカー２９の追跡にはテンプレートマッチングを用いる。テンプレートマッチングでは、予めテンプレート画像として登録されたマーカー２９画像のパターンに最も合う位置を撮像画像上で探索する。それぞれの撮像画像上でマッチングスコアが最大の位置をマーカー２９として検出し追跡する。
【００５０】
ふたつのＸ線撮像装置に対応するふたつの撮像画像上で追跡の開始を確認した後、ゲート範囲を設定し、ゲートスタートボタン５１を押下する。ゲートスタートボタン５１の押下により、マーカー２９の位置がゲート範囲内にあれば動体追跡制御装置４１から制御装置４０に向けてゲートオン信号が送信される。なお、オペレータがコンソール４３の画面上を確認して、意図したマーカー２９を追跡していないと判断した場合には、オペレータが修正することもできる。
【００５１】
オペレータがコンソール４３上の照射開始ボタンを押下すると、制御装置４０は、記憶装置４２から読み込んだエネルギーとスポットの情報に基づき、最初に照射するエネルギーまで陽子線を加速する。
【００５２】
具体的には、制御装置４０は、イオン源１２とライナック１３を制御して、イオン源１２で発生させた陽子線をライナック１３により前段加速し、シンクロトロン１１へ入射させる。
【００５３】
次いで、制御装置４０は、シンクロトロン１１を制御して、入射した陽子線を最初に照射するエネルギーまで加速する。シンクロトロン１１を周回する陽子線は、高周波加速装置１８からの高周波により加速される。制御装置４０は、最初に照射するエネルギーの陽子線がシンクロトロン１１から照射ノズル２２へ到達できるようにビーム輸送系２０の偏向電磁石２１と四極電磁石の励磁量を制御する。また、記憶装置４２からのスポット情報にある最初に照射するスポット位置に陽子線が到達するように照射ノズル２２内の２台の走査電磁石の励磁量を設定する。
【００５４】
これらの設定が完了した後、動体追跡制御装置４１から制御装置４０がゲートオン信号を受信していれば陽子線の照射を開始する。また、ゲートオフ信号を受信していれば、ゲートオン信号を受信するまで待機する。
【００５５】
ゲートオン信号を受信した後、制御装置４０は高周波出射装置１９に高周波を印加して陽子線の出射を開始する。高周波出射装置１９に高周波が印加されるとシンクロトロン１１内を周回する陽子線の一部が出射用デフレクタ１７を通過してビーム輸送系２０を通過し照射ノズル２２に到達する。照射ノズル２２に到達した陽子線は２台の走査電磁石により走査され、線量モニタと位置モニタを通過して照射対象２６の標的に到達し線量分布を形成する。スポット毎の照射量は記憶装置４２からのスポット情報に登録されており、線量モニタが測定した照射量がスポット情報に登録された値に到達すると制御装置４０は出射用高周波を制御して陽子線の出射を停止する。陽子線の出射後、制御装置４０は位置モニタが測定した陽子線の位置情報から標的位置での陽子線の到達位置を計算し、スポット情報に登録された位置と一致することを確認する。
【００５６】
制御装置４０は次のスポットを照射するため、スポット情報に登録されている位置に陽子線が到達するように走査電磁石の励磁量を設定する。設定完了後、ゲートオン信号を受信し続けていれば制御装置４０は出射用高周波を制御して陽子線の出射を開始する。ゲートオフ信号を受信していれば、ゲートオン信号を受信するまで待機する。あるスポットの照射の途中でゲートオフ信号を受信した場合には、照射中のスポットの照射が完了するまでは陽子線の出射を継続する。
【００５７】
スポットの照射を繰り返し、最初のエネルギーで照射するスポットの照射を全て完了すると、制御装置４０はシンクロトロン１１を制御して陽子線を減速させ、次のエネルギーの陽子線の照射準備を開始する。制御装置４０は、最初のエネルギーの場合と同様に、イオン源１２とライナック１３を制御して陽子線をシンクロトロン１１に入射させ、シンクロトロン１１を制御して２番目のエネルギーまで陽子線を加速する。制御装置４０は、ビーム輸送系２０と走査電磁石を制御してスポットの照射を継続する。
【００５８】
以上の動作を繰り返し、記憶装置４２から読み込んだ全てのスポットを照射する。照射が完了すると、制御装置４０から動体追跡制御装置４１に照射完了信号が送信される。照射完了信号を受信した動体追跡制御装置４１は撮像用Ｘ線発生装置２３Ａ，２３Ｂを制御してＸ線の撮像を停止する。
【００５９】
標的を複数の方向から照射する場合、ガントリー２５の角度とカウチ２７の位置を変更した後、オペレータが照射準備ボタンを押下して陽子線の照射を同様に繰り返す。
【００６０】
次に、本実施例の効果について説明する。
【００６１】
上述した本発明の動体追跡装置および放射線照射システムの実施例１では、動体追跡制御装置４１は、撮像画像Ａ６１、撮像画像Ｂ６２に対して諧調処理を実施し、この諧調処理実施後の撮像画像Ａ６１、撮像画像Ｂ６２を用いてマーカー２９の位置を計測し、このマーカー２９の位置に基づき放射線の照射を制御する信号を生成する。
【００６２】
以上のような構成により、マーカー２９の近くにマーカー２９に似た構造３９が存在する場合でも、動体追跡装置３８はマーカー２９を見失うことなく継続して追跡することができる。このようにマーカー２９を見失う頻度が低減することにより、マーカー２９を見失った場合にオペレータが動体追跡装置３８にマーカー２９を再検出させるための手間を省略することができ、よって照射時間を短縮することが可能である。また、照射時間が短くなることにより、Ｘ線の撮像回数を削減することができ、照射対象２６の被ばく線量の低減も図ることができる。更に、撮像画像の質が低下した場合にもマーカー２９を追跡できるため、Ｘ線撮像装置におけるＸ線の強度を低下させてもマーカー２９の追跡を行うことができ、同様に照射対象２６の被ばく線量の低減を図ることができる。
【００６３】
また、諧調処理を実施する画素値範囲を入力するためのウィンドウ設定部６３，６４を更に備え、動体追跡制御装置４１は、ウィンドウ設定部６３，６４で入力された画素値範囲に基づいて諧調処理を実施するため、オペレータがコンソール４３に表示された撮像画像を確認しながら諧調処理を実施する画素値範囲を決定することができ、高い精度での諧調処理を実施することができる。よって、マーカー２９を見失う頻度をより低減することができる。
【００６４】
更に、２つの撮像用Ｘ線発生装置２３Ａ，２３Ｂと２つのＸ線測定器２４Ａ，２４ＢからなるＸ線撮像装置は、マーカー２９の撮像画像Ａ６１、撮像画像Ｂ６２を異なる２方向から撮像することで、照射対象２６内のマーカー２９の３次元位置を高い精度で求めることができる。
【００６５】
また、諧調処理として、特定の画素値の範囲を設定し、画素値の範囲より大きい画素を範囲の上限の画素値に変換し、画素値の範囲より小さい画素を範囲の下限の画素値に変換することにより、マーカー２９に似た構造３９をマーカー２９と誤検出してしまう可能性をより低減することができる。
【００６６】
また、動体追跡装置３８は、マーカー２９の位置が予め指定した範囲内にあるときに制御装置４０に対して放射線の出射を許可する信号を出力することにより、照射対象２６内の標的に対する放射線の照射精度を高めることができる。
【００６７】
＜実施例２＞  
本発明の動体追跡装置および放射線照射システムの実施例２を説明する。図１乃至図７と同じ構成には同一の符号を示し、説明は省略する。以下の実施例においても同様とする。
【００６８】
本発明の第二の実施例の動体追跡装置および放射線照射システムと第一の実施例との違いは、撮像画像に実施する諧調処理のウィンドウの設定方法にある。
【００６９】
通常、放射線治療では、一人の患者を治療するために、複数日に渡って同一の照射を繰り返す。ここで、患者の体型は治療日の数日の間に大きく変化することは少ない。このため、治療日が異なっても、同じ照射角度であれば、マーカー２９を追跡するために取得する撮像画像の画素値は大きく変化しない。そのため、本実施例では、動体追跡制御装置４１は、諧調処理における画素値範囲を前日までの治療時に設定した諧調処理のウィンドウを用いて設定し、この設定を用いて照射する当日の諧調処理を実施する。以下に具体的に説明する。
【００７０】
まず、初日の治療時は第一の実施例と同様の手法等によってオペレータが諧調処理のウィンドウを設定する。その際、照射野毎に設定したウィンドウの情報は記憶装置４２に記憶される。
【００７１】
２日目の治療では、オペレータがコンソール４３から撮像開始ボタン５０を押下して動体追跡制御装置４１にＸ線撮像を開始させた時点で、記憶装置４２に記憶された情報に基づいて前日の諧調処理のウィンドウを設定した撮像画像を画面上に表示する。その際、オペレータは撮像画像を確認し、必要に応じてウィンドウを調整する。２日目のウィンドウの情報も記憶装置４２に記憶される。諧調処理完了後の治療は第一の実施例と同様に実施される。
【００７２】
３日目以降も同様に、記憶装置４２に記憶された情報に基づいて前日のウィンドウを設定して撮像画像に諧調処理を実施する。
【００７３】
なお、上述した以外の構成は実施例１の動体追跡装置や放射線照射システムと略同じ構成であり、また、マーカー２９の位置に基づきゲート信号を生成し、分布形成用放射線の照射・停止を制御する方法は実施例１と同様であるため、詳細は省略する。
【００７４】
本実施例の動体追跡装置および放射線照射システムにおいても、前述した実施例１の動体追跡装置および放射線照射システムと同様の効果が得られる。
【００７５】
また、動体追跡制御装置４１は、諧調処理における画素値範囲を、マーカー２９を撮像した撮像画像Ａ６１、撮像画像Ｂ６２に対して以前行った諧調処理のパラメータを記憶装置４２に記憶し、記憶装置４２の情報に基づいて決定することにより、照射条件がほぼ変化しない２日目以降の照射を速やかに開始することができ、照射時間の更なる短縮化を図ることができる。
【００７６】
なお、上記の説明では、２日目以降の諧調処理の際に、前日のウィンドウ設定をそのまま引き継ぐ場合について説明したが、例えば、初日から前日までの平均値を設定しても良いし、直前の数日間の移動平均を設定しても良い。
【００７７】
＜実施例３＞  
本発明の動体追跡装置および放射線照射システムの実施例３を図８Ａ乃至図８Ｃを用いて説明する。
【００７８】
本発明の第三の実施例の動体追跡装置および放射線照射システムと第一の実施例や第二の実施例との違いは、撮像画像に実施する諧調処理のウィンドウの設定方法にある。
【００７９】
上述のように、動体追跡に使用するマーカー２９も、標的と同様に患者の呼吸や拍動などの影響で体内を移動する。このような移動の間に、マーカー２９が撮像用Ｘ線の照射方向から見て骨などの水等価厚が大きい部分の裏側に移動した場合、撮像Ｘ線の透過量が減ることがある。このような場合、マーカー２９の画素値は低下する。逆に、水等価厚が小さい部分に移動した場合は、撮像Ｘ線の透過量が増えることにより、マーカー２９の画素値は増大する。
【００８０】
このように、マーカー２９の画素値はマーカー２９の移動により変化する。しかし、諧調処理のウィンドウが固定されていた場合、マーカー２９の移動により、マーカー２９の画素値が諧調処理のウィンドウの範囲外に出てしまう可能性がある。マーカー２９の画素値が諧調処理のウィンドウ外に出た場合、マッチングスコアが低下するためマーカー２９の３次元位置の誤検出が起こる恐れがある。
【００８１】
そこで、本実施例では、評価する対象の撮像画像Ａ６１、撮像画像Ｂ６２より前にマーカー２９が撮像された撮像画像Ａ６１，撮像画像Ｂ６２に基づき諧調処理のウィンドウを調整する。図８Ａ乃至図８Ｃを用いて具体的に説明する。図８Ａはマーカー２９追跡開始時の画像を示す図であり、図８Ｂはマーカー２９追跡開始から２フレーム目の画像を示す図、図８Ｃはマーカー２９追跡開始から３フレーム目の画像を示す図である。
【００８２】
まず、マーカー２９の追跡を始めるために、オペレータはコンソール４３から撮像開始ボタン５０を押下して動体追跡制御装置４１にＸ線撮像を開始させる。オペレータはふたつのＸ線撮像装置に対応するふたつの撮像画像を見て、マーカー２９が見えやすくなるようにコンソール４３に表示されるウィンドウ設定部６３，６４を操作して諧調処理のウィンドウを調整する。
【００８３】
諧調処理完了後、オペレータが追跡したいマーカー２９を画面上で選択することにより、それぞれの諧調処理された撮像画像上でマーカー２９の追跡を開始する。オペレータがマーカー２９を選択した時点で、動体追跡制御装置４１は、図８Ａに示すような諧調処理のウィンドウ上限の画素値Ｗｔ１、ウィンドウ下限の画素値Ｗｂ１、マーカー２９のピーク位置の画素値Ｍ１を記憶する。以降では、マーカー２９追跡開始からｎフレーム目の撮像画像において、諧調処理のウィンドウの上限と下限をそれぞれＷｔｎ、Ｗｂｎ、マーカー２９のピーク位置の画素値をＭｎとする。
【００８４】
例えば、図８Ｂに示すようなマーカー２９の追跡開始から２フレーム目の撮像画像に対しては、諧調処理のウィンドウは１フレーム目の撮像画像と同等とする。つまり、Ｗｔ２＝Ｗｔ１、Ｗｂ２＝Ｗｂ１である。
【００８５】
図８Ｃに示すように、マーカー２９の追跡開始から３フレーム目以降の撮像画像に対しては、ピークとウィンドウの画素値間隔を１フレーム目の状態を維持するようにウィンドウの上下限の画素値を補正する。つまり、３フレーム目の撮像画像に対しては、Ｗｔ３＝Ｍ２＋（Ｗｔ１−Ｍ１）、Ｗｂ３＝Ｍ２−（Ｍ１−Ｗｂ１）とする。すなわち、ｎフレーム目の撮像画像に対しては、Ｗｔｎ＝Ｍｎ−１＋（Ｗｔ１−Ｍ１）、Ｗｂｎ＝Ｍｎ−１−（Ｍ１−Ｗｂ１）と設定した状態で諧調処理を実施する。
【００８６】
なお、本実施例でも、上述した以外の構成は実施例１の動体追跡装置や放射線照射システムと略同じ構成であり、また、マーカー２９の位置に基づきゲート信号を生成し、分布形成用放射線の照射・停止を制御する方法は実施例１と同様であるため、詳細は省略する。
【００８７】
本実施例の動体追跡装置および放射線照射システムにおいても、前述した動体追跡装置および放射線照射システムの第１の実施例と同様の効果が得られる。
【００８８】
また、動体追跡制御装置４１は、諧調処理における画素値範囲を、諧調処理を行う対象の撮像画像Ａ６１、撮像画像Ｂ６２より前にマーカー２９を撮像した撮像画像Ａ６１、撮像画像Ｂ６２の情報に基づいて決定することにより、マーカー２９の移動によるマーカー２９部分の画素値の変動が起こる場合であっても、諧調処理のウィンドウがそれに追従して補正されるため、マーカー２９の画素値が諧調処理のウィンドウの範囲外に出てしまう可能性、すなわちマーカー２９を見失う可能性をより低減することができる。
【００８９】
なお、上記の説明では、１フレーム目の諧調処理のウィンドウ設定はオペレータが実施する場合について説明したが、第二の実施例のように前日までの治療時の情報に基づき自動で設定しても、本実施例に示したウィンドウの補正は効果がある。
【００９０】
また、上記の説明では、ピークとウィンドウの画素値間隔を一定にするようにウィンドウの上下限を補正する場合について説明したが、必ずしもピークとウィンドウの上下限を一定に保つ必要はない。例えば、ウィンドウの下限は固定し、ウィンドウの上限とピークの画素値範囲を一定に保つようにしても良い。また、ウィンドウの上限は固定し、ウィンドウの下限とピークの画素値範囲を一定に保つようにしても良い。
【００９１】
また、上記の説明では、ピークの上限と下限の画素値間隔Ｗｔｎ−Ｗｂｎを一定にするようにウィンドウの上下限を補正する場合について説明したが、必ずしもＷｔｎ−Ｗｂｎを一定にする必要はなく、マーカー２９の移動に合わせて補正しても良い。
【００９２】
＜その他＞  
なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記の実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることも可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。
【００９３】
例えば、上述の実施例では２台のＸ線撮像装置を用いて標的を撮像する場合を例に説明したが、Ｘ線撮像装置は必ずしも２台である必要はない。例えば、１台のＸ線撮像装置を移動させることによって、追跡対象の撮像画像を異なる２方向から撮像してもよい。
【００９４】
上述の実施例では球形のマーカー２９の位置に基づいてゲート照射を実施する場合を例に説明したが、マーカー２９の形状はコイル状であってもよい。また、追跡対象をマーカー２９とした場合について説明したが、追跡対象はマーカー２９に限られず、マーカー２９を使用することなく標的を直接検出してもよい。または、追跡対象は照射対象２６内の高密度領域、例えば肋骨等の骨などとすることができる。
【００９５】
また、照射方法は、ゲート照射の代わりにマーカー２９などの位置に基づいて照射位置を追尾する追尾照射であってもよい。例えばＸ線の追尾照射では、標的の動きに合わせて分布形成用Ｘ線発生装置の向きを変更し、標的の動きに合わせてＸ線の照射位置を変更する。粒子線の場合にも走査電磁石の励磁量を標的の位置に合わせて調整することにより追尾照射をすることができる。
【００９６】
撮像用Ｘ線も放射線の一種ではあるが、線量分布を形成する目的での使用はしないため、本明細書では、撮像用Ｘ線以外の放射線の総称として分布形成用放射線を用いている。
【００９７】
更に、上述の実施例では陽子線照射システムを例に説明したが、本発明の放射線照射システムは、炭素線などの陽子線以外の粒子線、Ｘ線、電子線などを照射するシステムに対しても同様に適用することができる。例えば、Ｘ線を用いた場合、放射線照射装置はＸ線発生装置、ビーム輸送系、照射ノズルから構成される。
【００９８】
また、粒子線照射装置の場合、上述の実施例で説明したスポットスキャニング法の他、粒子線を停止することなく細い粒子線を照射するラスタースキャニング法やラインスキャニング法にも同様に適用することができる。また、スキャニング法の他、ワブラー法や二重散乱体法など粒子線の分布を広げた後、コリメータやボーラスを用いて標的の形状に合わせた線量分布を形成する照射方法にも本発明を適用することができる。
【００９９】
また、粒子線照射システムの場合、粒子線発生装置には上述の実施例で説明したシンクロトロン１１のほかにサイクロトロンであってもよい。
【符号の説明】
【０１００】
１０：陽子線発生装置
１１：シンクロトロン
１２：イオン源
１３：ライナック
１４：偏向電磁石
１７：出射用デフレクタ
１８：高周波加速装置
１９：高周波出射装置
２０：ビーム輸送系
２１：偏向電磁石
２２：照射ノズル
２３Ａ，２３Ｂ：撮像用Ｘ線発生装置
２４Ａ，２４Ｂ：Ｘ線測定器
２５：ガントリー
２６：照射対象
２７：カウチ
２９：マーカー
３０：共通垂線
３８：動体追跡装置
３９：マーカーに似た構造
４０：制御装置
４１：動体追跡制御装置
４２：記憶装置
４３：コンソール
５０：撮像開始ボタン
５１：ゲートスタートボタン
６１：撮像画像Ａ
６２：撮像画像Ｂ
６３：ウィンドウ設定部
６４：ウィンドウ設定部
【図１】
0006744123.tif 000002
【図２】
0006744123.tif 000003
【図３】
0006744123.tif 000004
【図４Ａ】
0006744123.tif 000005
【図４Ｂ】
0006744123.tif 000006
【図５】
0006744123.tif 000007
【図６Ａ】
0006744123.tif 000008
【図６Ｂ】
0006744123.tif 000009
【図７】
0006744123.tif 000010
【図８Ａ】
0006744123.tif 000011
【図８Ｂ】
0006744123.tif 000012
【図８Ｃ】
0006744123.tif 000013