(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線療法の治療間隔を判定する判定システムであって、
患者の生体の外部の部位の通常の生理的動きに関連した動き情報を生成する光学的撮像装置と、
患者の生体の内部の部位を表す画像データを生成する撮像システムと、
前記放射線療法の治療間隔を決定するために前記動き情報の表示と同期してビデオデータの形態での前記画像データを表示する表示装置を備えるユーザーインターフェースと
からなる判定システム。
【請求項２】
請求項１に記載の判定システムであって、前記撮像システムが蛍光透視撮像システムからなる、判定システム。
【請求項３】
請求項１に記載の判定システムであって、前記光学撮像装置が、通常の生理的動きを検出するように構成した一台以上のカメラからなる、判定システム。
【請求項４】
請求項１に記載の判定システムであって、シミュレートされる治療間隔を動き情報について定め、前記画像データをそのシミュレートされる治療間隔の間に表示する、判定システム。
【請求項５】
請求項４に記載の判定システムであって、前記シミュレートされる治療間隔が調整可能である、判定システム。
【請求項６】
請求項１に記載の判定システムであって、さらに、前記デジタル分析信号は、前記画像データに示される内部構造体の動きを定量化するデジタル分析の結果を含む、システム。
【請求項７】
請求項６に記載の判定システムであって、前記デジタル分析信号は画像フレームのデジタル減算で生成される、判定システム。
【請求項８】
請求項１に記載の判定システムであって、さらに、患者の生体の内部の部位の動きに関連した、定量化された動きデータを生成するコンピュータを備える、判定システム。
【請求項９】
請求項８に記載の判定システムであって、定量化された前記動きデータは、患者の外部の部位の通常の生理的動きから生じる患者の内部の部位の動きを定量化することにより生成される、判定システム。
【請求項１０】
請求項９に記載の判定システムであって、画像フレームのデジタル減算が、患者の外部の部位の通常の生理的動きから生じる患者の内部の部位の動きを定量化するために使用される、判定システム。
【請求項１１】
請求項８に記載の判定システムであって、さらに、
照射線源と、
該照射線源に接続するスイッチとからなり、
前記スイッチが、治療間隔の予め設定された境界を越えるときに作動可能である、判定システム。
【請求項１２】
請求項１記載の判定システムであって、さらに、
照射線源と、
該照射線源に接続するスイッチとからなり、
前記スイッチが、前記動き情報により示される動きのレベルに基づいて作動可能である、判定システム。
【請求項１３】
請求項１に記載の判定システムであって、さらに、患者の生体に付着可能なマーカーを設け、前記動き情報がこのマーカーの動きに関連する、判定システム。
【請求項１４】
請求項２に記載の判定システムであって、前記マーカーが逆反射性材料からなる判定システム。
【請求項１５】
請求項２に記載の判定システムであって、前記マーカーが一以上の反射性素子を有するマーカーブロックよりなる、判定システム。
【請求項１６】
請求項１に記載の判定システムであって、前記光学撮像装置がビデオカメラであって、画像データがビデオデータからなる、判定システム。
【請求項１７】
請求項１に記載の判定システムであって、前記光学撮像装置がＣＣＤ型カメラよりなる、判定システム。
【請求項１８】
請求項１に記載の判定システムであって、前記光学撮像装置と同位置に赤外光源を設けたことよりなる判定システム。
【請求項１９】
請求項１に記載の判定システムであって、治療間隔は前記動き情報にわたって定められる、判定システム。
【請求項２０】
請求項１９に記載の判定システムであって、前記治療間隔の境界が、照射対象である組織の動きが許容できないレベルになると予測される動きに対応して定められる、判定システム。
【請求項２１】
請求項１８または１９に記載の判定システムであって、前記動き情報と治療間隔との比較結果に基づいてゲート開閉信号を前記スイッチに供給する、判定システム。
【請求項２２】
請求項１２に記載の判定システムであって、前記スイッチを作動可能な動き情報により示された前記動きのレベルが、照射対象である組織の動きが許容できないと予測される動きに対応している、判定システム。
【請求項２３】
請求項１２に記載の判定システムであって、前記スイッチを作動させる動き情報により示された前記動きのレベルが、照射量不足を来すと予測される動きに対応している、判定システム。
【請求項２４】
請求項１２に記載の判定システムであって、前記スイッチを作動させる動き情報により示された前記動きのレベルが、危険に晒されている器官から対象物までの最大隔離をもたらすと予測される動きに対応している、判定システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
(技術分野)
本発明は医療方法とシステムとに関する。詳述すれば、本発明は放射線療法の生理的ゲート開閉の方法とシステムとに関する。
【０００２】
(背景技術)
放射線療法では、例えば癌性腫瘍の如くに人体にある部位に対して大量の放射線を選択的に照射すると言った医学的手順が伴っている。放射線療法の目的は、対象生体組織に照射して有害組織を破壊することにある。ある種の放射線療法では、必要以上の放射線照射量で健全な組織を損傷するようなことがないように、腫瘍や対象組織部位の大きさや形状に合わせて放射線照射量を制限している。例えば、放射線療法の一種に立体照射療法(conformal therapy)があって、この立体照射療法は対象腫瘍に治療用照射量をできるだけ近づけて放射線分布を最適化するのに屡々利用されている。
【０００３】
生理的運動が正常であれば、従来の放射線療法や立体放射線療法の臨床計画や利用が限られている。例えば呼吸や心活動の如くの生理的運動が正常に進行していると、腫瘍や照射部位の組織の位置が動いてしまうことがある。腫瘍の正確な寸法に合わせて適量の放射線を照射するために照射ビームの形を整えたのであれば、照射治療の際にその腫瘍が動いてしまうと、一旦形を整えた照射ビームは対象腫瘍組織を充分カバーできないものとなってしまう。
【０００４】
このような問題に対しては、「移動限界(movement margin)」(即ち、対象腫瘍を中心とするあらゆる方向に沿った予想移動距離)を利用することで、対象組織が充分照射されるように照射ビームのビーム径と形状を拡げることが考えられる。しかし、このような方法には、拡げた縁の近傍に臨む正常組織まで増加した照射量の放射線が照射されると言った問題がある。換言すれば、治療時に動きがあることから、ビーム径と形状を拡げた場合での照射領域に放射線を照射すると、対象治療部位を取り巻く正常組織まで許容しがたいほどの量の放射線を浴びてしまう。
【０００５】
前述の問題に対する別の対処法として、治療時に患者の体の動きに同調させたゲート開閉信号を利用して、照射ビームの生理的ゲート開閉をすることが挙げられる。この対処法では、検査中の特定の生理的動きに対する患者の生理的状態を測定するのに器具を利用している。例えば呼吸作用をしただけでも、患者の体における肺腫瘍の位置が動いてしまう。この肺腫瘍に放射線療法を行っている場合、患者の呼吸周期を測定するのに温度センサー、歪計、或いは呼吸気流計などを患者に取り付ける。そこで、肺腫瘍が著しく動く呼吸周期のある期間中にあっては照射を中断するように、測定した呼吸周期内におけるある閾点に基づいて放射線照射をゲート開閉している。
【０００６】
一般に生理的ゲート開閉を行っている従来の方法では、患者に取り付けたり、侵襲的に装身させる専用器具が必要である。例えば、呼吸周期と同調して生理的ゲート開閉を行う従来の方法では、患者の体に取り付ける歪計や呼吸計の如く患者取付け用器具が必要である。また、心周期と同調して生理的ゲート開閉を行う従来の方法では、患者の体に心電計を接続する必要がある。このように患者に取り付けたり、侵襲的に装身させる器具が必要であることから、ある状況のもとでは問題が発生することがあり得る。例えば、呼吸計は、呼吸作用時に患者の気道を流れる空気量を測定するために患者に装身させる呼吸気流の一種である。この呼吸系を装身するのは気持ちよいものではなく、そのために患者の呼吸周期を測定する器具としての有用性が限られ、このことはゲート開閉法ではそのような器具をかなり長時間にわたって装身している必要があることから、顕著である。また、大概の斯かる器具類には邪魔な電線や接続線がついており、そのために、治療室のスペースが限られているとか、患者の体型によってはそのような器具類の有用性も限られている。もう一つの問題点として、動きについて測定すべき体の各部分ごとに特殊器具を用意する必要があることが挙げられる。と言うことは、動きについて測定すべき体の部分が沢山あれば、それに応じて沢山の器具を用意する必要があるばかりではなくて、場合によっては検査中の体の特定部位に、動きを検出するために器具を取り付けられない場合もあり得る。
【０００７】
従って、前述の如くの従来技術に付随する諸問題に対処したシステムと方法とが待ち焦がれているのである。また、体外もしくは体内に装身すべき、或いは侵襲的に取り付けるべき器具やプローブを必要としない生理的ゲート開閉の方法とシステムとが望まれている。更に、放射線療法の生理的ゲート開閉のプランニングが正確かつ一貫してなし得る方法とシステムとが望まれている。
【０００８】
(発明の要旨)
本発明は、放射線療法での生理的ゲート開閉のための改良された方法とシステムとを提供するものである。ある一面においては、本発明は、光学ないしビデオ撮像システムを利用して患者の体の正常な生理的動きを測定する画像データを生成している。光学ないしビデオ撮像システムは患者の体の動きを測定するものとしては非侵襲法的なものである。得られた画像データは、対象弁への放射線照射に影響のある患者の恣意的ないし非恣意的な動きを定量化するのに利用できる。動きの周期において著しい動きが検出されると放射線照射を中断させるのにゲート開閉信号を発生している。
これらの目的や特徴などについては、後述の詳細な説明から明らかになるであろう。
【０００９】
(発明の詳細な説明)
図１は、本発明の実施の形態による放射線療法の生理的ゲート開閉のためのシステム１００の構成を示している。システム１００は、照射線源１０２(従来公知の線形加速器)からなり、この照射線源１０２は治療台１０４で横臥している患者１０６に対して放射線が照射されるように位置決めされている。この照射線源１０２にはスイッチ１１６が接続されている。このスイッチ１１６は、患者１０６に対する放射線の照射を中断するのに操作されるようになっている。実施の形態としては、このスイッチ１１６は照射線源１０２の電気機械構造体の一部をなしている。別の方法としては、このスイッチ１１６を、照射線源１０２の電子制御器と接続する外部スイッチであってもよい。
【００１０】
ビデオカメラ１０８の如くの光学ないしビデオ撮像装置を、患者１０６の少なくとも一部分がカメラの視野に入るように狙いを定めて設置する。このカメラ１０８は、測定すべき特定の生理的活動に関係のある動きについて患者１０６を監視する。例えば患者の呼吸作用による動きを監視しているのであれば、このカメラ１０８としては患者の胸部の動きを監視するように構成されていてもよい。実施の形態としては、カメラ１０８は、その光軸が患者１０６の縦軸に対して約４５°となるように設置する。胸部が約３〜５ミリ程度動く呼吸作用を測定する場合では、カメラの視野は患者の胸部の約２０ｘ２０cmの部分をカバーするように設定するのが望ましい。本発明はそれに限られるものではないが、図１においては一例として一台のカメラ１０８を示している。しかしながら、本発明で利用できるカメラの台数は二台やそれ以上であってもよく、正確な台数は用途に応じて選定すればよい。
【００１１】
実施の形態では、一基かそれ以上の照明源(好ましい実施の形態としては赤外線照明源)で治療台１０４にいる患者１０６を照らすようにしている。この照明源からの光は患者の体に設定した一つかそれ以上の標識点から反射される。患者１０６に向けたカメラ１０８が一つかそれ以上の標識点からの反射光を捉えて検出する。この標識点は、検査している生理的活動に基づいて選定されている。例えば呼吸作用の測定の場合、標識点は患者の胸部の一箇所やそれ以上の箇所から選定する。
【００１２】
カメラ１０８からの出力信号は、コンピュータ１１０もしくはビデオ画像の受信できるその他の処理装置に送信される。実施の形態によれば、コンピュータ１１０は、マイクロソフト社製ウィンドウズＮＴを走らせるインテル社製ペンティアム搭載型プロセッサからなり、システムで利用する各ビデオソースごとに異なったチャンネルを有するビデオフレーム取込みカードを備えている。カメラ１０８により記録された画像はコンピュータ１１０に送られて処理される。カメラ１０８がアナログ出力を出すようなものであれば、フレーム取込み装置により、コンピュータ１１０での処理に先立って当該アナログ信号がデジタル信号に変換してくれる。コンピュータが受信するビデオ信号に基づいて、スイッチ１１６を操作する制御信号がコンピュータ１１０へ送られる。
【００１３】
実施の形態によれば、患者における動きを検出すべき部位に一つかそれ以上の受動マーカー１１４が設けられている。各マーカー１１４は、可視光か非可視光の何れでもよい光を反射する反射性ないし逆反射性材料で構成されているのが望ましい。照明源がカメラ１０８と同一位置に配置されているのであれば、マーカー１１４としては、大部分の光を照明源へと反射する逆反射性材料で構成されているのが望ましい。別の方法としては、各マーカー１１４はそれ自身が光源であってもよい。このマーカー１１４は、患者の動きを検出するのにカメラ１０８により撮像される患者の体に設ける物理的な標識点の代わりに利用してもよいし、または、それと併用してもよい。ただ、マーカー１１４は検出しやすいこと、また、カメラ１０８の生成するビデオ画像で追跡しやすいことから、患者の体に設ける標識点の代わりとして利用するのが好ましい。このように好ましいマーカーが反射性もしくは逆反射性の特性を有していることから、特にカメラ１０８と照射源とが同位置にある場合、カメラ１０８の如くの光検出装置に対してこのマーカー１１４によりビデオ画像に高コントラストをもたらすことができる。
【００１４】
患者の動きを追跡するのにビデオないし光学によるシステムを利用すれば幾つかの利点が得られる。第一に、ビデオないし光学によるシステムを特定患者に対する複数の使用時の間で測定結果を信頼性よく繰り返すメカニズムを得ることができる。第二に、本発明の方法は非侵襲法であり、マーカーを利用したとしても、患者との間に電線や接続線などをたらす必要はない。また、マーカーの使用が実用的でないような場合、マーカーがなくても、選ばれた生体上の標識点とつながりのある生理的活動の測定を行うことにより、それでもシステムを利用することができる。
【００１５】
マーカー１１４を追跡するに当たって考えられる非効率的なところは、マーカーがビデオフレームの至る所に現れて、マーカー１１４の位置を判定するのに当該ビデオフレームの画素を全て検査しなければならないところにある。従って、実施の形態では、マーカー１１４の位置を最初に判定するに当たっては、ビデオフレームの画素を全て検査するようにしている。ビデオフレームが６４０ｘ６４０の画素からなるものであれば、マーカー１１４の位置を見つけるのに全体として１０７２００(=６４０ｘ６４０)個の画素が先ず検査されることになる。
【００１６】
マーカー１１４をリアルタイムで追跡するには、マーカー１１４の位置をリアルタイムで判断するために各ビデオフレームにつき各画素を検査しているようでは、大量のシステムリソースを消費することになる。従って、実施の形態では、ビデオフレームにおいて既に同定しているマーカー１１４の位置の予測に基づいて設ける、以後において「追跡ゲート」と称するビデオフレームの小領域を処理することにより、リアルタイムでのマーカー１１４の追跡を捗っている。以前のビデオフレームにあるマーカー１１４の以前に判定した位置を利用して、同一マーカーに対する初期検索範囲(即ち、追跡ゲート)をリアルタイムで定めている。追跡ゲートは、マーカー１１４の以前の位置を中心とするところにあるビデオフレームの比較的小さい部分である。追跡ゲートにマーカー１１４の新たな位置が含まれていない場合に限って、その追跡ゲートを拡張する。一例として特定マーカーの以前に判定した位置がビデオフレームの画素(５０、５０)である場合を想定して説明する。ここで追跡ゲートがビデオフレームの５０ｘ５０の部分に限られているとすると、本例の場合での追跡ゲートは座標点(２５、５０)、(７５、５０)、(５０、２５)、(５０、７５)で囲まれる部分内にある画素からなると考えられる。ビデオフレームの他の部分は、マーカー１０６が前述の追跡ゲートにない場合に限って検索される。
【００１７】
カメラ１０８からコンピュータ１１０に送られるビデオ画像信号は、患者の生体上のマーカー１１４と標識点の何れか、または両方の動きを表す動き信号を生成して追跡するのに利用される。図２は、特定の測定期間における呼吸運動に伴うマーカー１１４の動きに関する情報が含まれている変動信号のチャート２００の一例を示している。同図において水平軸は時間を、垂直軸はマーカー１１４の相対位置ないし動きを示している。
【００１８】
放射線療法の生理的ゲート開閉（gating）の重要な点は、放射線照射を行う「治療間隔(treatment intervals)」の境界を定めることにある。ゲート開閉の目的からして、治療間隔の境界を定めるために動き信号の振幅範囲にわたって閾点を定めるとする。治療間隔の境界外の患者の動きは、照射対象である腫瘍ないし組織に受容できないほどの動きをもたらすものと指摘された動きに相当する。実施の形態によれば、治療間隔は、臨床上対象物の動きが最小限となる生理サイクルの部分に対応している。治療間隔の境界を定めるその他の要因には、対象物の最小動きを伴う変動信号の部分、または、危険に晒されている器官から対象物までの最大隔離を伴う変動信号の部分を同定することが含まれる。よって、患者の動きを勘案した上で限界(margin)を最小限にする照射ビームパターンのビーム径や形状を定めることができるのである。
【００１９】
患者に対する放射線の照射は、動き信号が所定の治療間隔以内にあるときに限って行われる。図３に、変動信号チャート２００に示した変動データについて定めた治療間隔の一例を示すが、治療間隔は信号範囲３０２を以て示してある。図３の例においては、０．８なる値(上境界線３０４で示す)を越える測定生体位置の動きと、０．０なる値(下境界線３０６で示す)を下がる測定生体位置の動きは何れも治療間隔の境界外になっている。
【００２０】
図３には、動き信号チャート２００にあてはまるゲート開閉信号チャート３００の一例も示されている。動き信号が治療間隔信号範囲３０２の境界外になると、患者に対する放射線照射を停止する「照射ホールド」ゲート開閉信号閾値３１０が生ずる。治療間隔信号範囲３０２の境界内にある動き信号はどれも、患者に対して放射線照射を行う「照射続行」ゲート開閉信号閾値３１２が生ずる。実施の形態では、動き信号チャート２００に示した情報を表すデジタル信号がコンピュータ１１０により処理されて、治療間隔信号範囲３０２の閾値と比較された上で、ゲート開閉信号閾値３１０、３１２が生成される。別の方法としては、アナログ動き信号を比較器に送って、治療間隔信号範囲３０２に対応するアナログ閾信号を比較することでゲート開閉信号閾値３１０、３１２が得られるようにしてもよい。何れにしても、ゲート開閉信号閾値３１０、３１２はコンピュータ１１０により生成され、その後スイッチ１１６に供給して、患者１０６に対する放射線の照射を停止したり、開始したり照射線源１０２(図１)の動作を制御する。
【００２１】
図４は、本発明の実施の形態において行われる動作シーケンスを表すフローチャートを示している。まず最初に、カメラで検出した動き信号の範囲にわたって治療間隔の境界を定める(ステップ４０２)。前述したように、治療間隔の境界外に来るような動きは、照射対象の腫瘍または組織が許されないほどの動きをしていると指摘しうる動きに相当している。次に、ビデオカメラの如くの光学ないしビデオ撮像システムを利用して患者の生理的動きを測定し(ステップ４０４)、光学ないしビデオ撮像システムからの出力信号を処理して測定動き信号を治療間隔の限界境界と比較する(ステップ４０６)。
【００２２】
動き信号が治療間隔の境界外にあれば、「照射オフ」ゲート開閉信号閾値がスイッチに供給され、それにより照射線源が接続される(ステップ４０８)。その時照射線源が現に患者を照射している最中であれば(ステップ４１０)、スイッチの設定が動作して照射をホールドするか、または停止する(ステップ４１１)。その後プロセスはステップ４０６に戻る。
【００２３】
動き信号が治療間隔の境界内にあれば、「照射続行」ゲート開閉信号閾値が生成され(ステップ４１２)、それがスイッチに供給されることで照射線源が接続される。その時照射線源が現に患者を照射している最中であれば(ステップ４１３)、スイッチの設定が動作して照射線源をオンにするか、または続行させて患者の照射を行う(ステップ４１４)。その後プロセスはステップ４０６に戻る。
【００２４】
実施の形態によれば、照射線源は、患者の通常の生理的動きにおいて著しい変位が検出されれば非動作にされるようになっている。そのような変位は患者が突然動き出すか、咳払いするときに発生する。それに伴い、その変位の発生時に動き信号の振幅範囲が以前と治療間隔の境界内にあったとしても、対象組織の位置と向きの何れか、または両方が前述の変位の結果許容しがたいほど変わってしまう。従って、そのような変位を検出することは、照射治療をゲート開閉するための適当な時間枠を画定する上で役立つものである。患者の通常の生理的動きから斯かる変位を検出する方法については、本願と同時に米国で出願をなした同時係属中の米国特許出願(願番未定。出願人照合番号No.９８-３４、代理人照合番号No.２３６/２２２)に開示されており、この出願も本願明細書の一部をなすものとしてここに挙げておく。
【００２５】
放射線照射治療のプランニングの段階でゲート開閉のシミュレーションを行って治療間隔の最適境界を定める。図５ａは、ゲート開閉のシミュレーションを行うことのできるシステム５００を示している。図１に示したシステム１００と同様に、このシステム５００も、治療台１０４で横臥する患者に向けたカメラ１０８を備えている。このカメラ１０８からの出力信号はコンピュータ１１０に送られて処理される。この撮像システムとは別に、患者の体内における内部構造の画像を生成する撮像システムもこのシステム５００に設けられている。実施の形態では、このシステム５００は、Ｘ線源５０２とＸ線透視検出装置５０４とを有するデジタル式透視装置を備えている。得られる透視ビデオは、透視表示装置５０６に表示される。また、Ｘ線透視検出装置５０４からの出力信号はコンピュータ１１０にも供給されるようにしている。
【００２６】
ゲート開閉のシミュレーション中では、患者の生体上の一つかそれ以上の標識点ないしマーカー１１４の動きがカメラ１０８を利用することで光学的に測定される。検出された標識点ないしマーカー１１４の動きにより、図２を参照しながら説明したプロセスをたどって動き信号が生成される。動きのデータが収集されている間、透視ビデオシステムから照射対象である腫瘍や組織の撮像データが出力される。実施の形態では、透視撮像システムの幾何学的位置は、治療に当たって照射するのに利用する放射線源の投影幾何学に対応している。このようにすることで、実際の治療時になされるのと同一の対象物の正確なシミュレーションができるのである。
【００２７】
図５ｂは、透視画像と動き信号についての記録されたデータを表示するユーザインターフェース５１０の実施例を示している。ユーザインターフェース５１０の一部分には、測定動き信号のチャート５１２が表示されている。また、このユーザインターフェース５１０の別の部分には、透視画像５１４が表示されている。治療のプランニングの段階にあっては、対象腫瘍ないし組織の透視画像５１４を動き信号の表示と同期して表示する。このように二種のデータを同時に表示することで、動き信号の特定の期間中での腫瘍ないし対象組織の動きの範囲に基づいて、治療間隔の適切な境界を視覚的に画定することができるのである。
【００２８】
ゲート開閉のシミュレーションは、「ゲート開閉された再生(gated playback」を行うことで行ってもよい。ゲート開閉された再生では、治療間隔のためのシミュレートされた閾値境界の設定が伴っている。このゲート開閉された再生の時に、シミュレートされた治療期間の境界内に動き信号があれば透視画像だけをユーザインターフェースに表示するように、当該ユーザインターフェースを構築することができる。この透視画像は、シミュレートされた治療間隔外に動き信号があれば、オフにするか、または、フリーズすることができる。ゲート開閉の閾値は、透視画像と動き信号との両方がユーザインターフェースに表示されている間に、動的に調節されるようにすることもできる。この再生または調節手順は、医者が治療ウィンドウのゲート開閉の閾値で満足するまで行われるようにしても良い。表示速度は、透視画像の視覚的再生を速めたり、遅くしたり動的に調節されるようにしてもよい。
【００２９】
実施の形態では、透視画像５１４における検査対象部分の周囲に視覚的表示枠(boarder)が形成されている。例えば透視画像５１４に現れている腫瘍部の周囲に箱形表示枠が形成されるようになっていてもよい。別の方法としては、この表示枠は腫瘍部の形状に合わせて、当該腫瘍部の周囲を囲繞するような形であってもよい。この視覚的表示枠を利用することで、放射線照射部位の形状をシミュレートすることができる。再生時には動き信号範囲における特定の時点での視覚的表示枠に対する腫瘍部の移動を見ることで、治療感覚の境界を適切に判定することができるのである。
【００３０】
この透視画像を記録しておけば、通常の生理的動きによる腫瘍の動きの移動量をデジタル分析したり定量化することができる。各画像フレームごとに、腫瘍ないし対象組織に対応する画像データはコンピュータ１１０により強調表示されるか、そうでなければ選択されるようになっている。この画像データに基づいて演算を行えば、通常の生理的動きに伴う腫瘍ないし組織の動きを分析することができる。
【００３１】
実施の形態によれば、前記演算は、画像フレームをデジタル減算により行われる。このデジタル減算を利用する場合、動きの周期における第１時間点に対応する第１画像フレームを選択する。次に、動きの周期における第２時間点に対応する第２画像フレームを選択する。そして、これら第１および第２画像フレームの画素間でデジタル減算を行って、腫瘍ないし対象組織に対応する画像フレームの部分にわたる差を得る。実施の形態では、減算結果の画素値の標準偏差を利用してこの差の強さを算出する。減算の面積に対する分布面積の比(distribution area over the area of subtraction)を分析して、動きの周期における第１および第２時間点の間での腫瘍ないし対象組織の動きに伴う位置のズレの量を判断する。このような演算を全記録時間にわたって行うことで、動きの周期における種々の段階での腫瘍ないし対象組織の動きを正確に定量化するのである。
【００３２】
このように腫瘍ないし対象組織の動きについて定量化した動きデータは、治療間隔のためのゲート開閉の閾値の判定に役立っている。例えば、医師がある動きの限界を超えるようなことのない動きの期間を治療間隔に含めたいと望んでいるのであれば、前記定量化した動きデータを分析して、医者の望む動きの限界を満たす治療間隔の正確な境界を定めることができる。別の方法としては、現在の動きの限界に基づいて、システムで動きデータの分析を行って、現在の動きの限界を満たすような治療間隔の最適なゲート開閉の閾値を判定するようにしてもよい。このゲート開閉の閾値はシステムデフォルトとして設定してもよいし、または、患者ごとの推奨治療間隔としてもよい。
【００３３】
治療間隔についてのゲート開閉の閾値の設定が有効かどうかについて、検証を行ってもよい。このことは分割放射線照射(fractionated treatment)を行っているときには特に有用である。このような検証は、プランニングの段階で採用したゲート開閉のシミュレーションを繰り返す第２シミュレーション手順として行うことができる。別の方法としては、患者に対して策定した分割照射治療続行期間中に、ゲート開閉された検証撮像(gated verification imaging)を行ってもよい。分割放射線照射を行っている間に、ゲート開閉された電子ポータル画像(gated electronic portal image)が得られる。これが達成されるためには、ゲート開閉システムで単発露出もしくは数回にわたる連続露出を行い、元の基準画像と視覚的または自動的に比較すればよい。治療期間にわたり臨床的に必要と思われるときはいつでもこの検証を繰り返してもよい。
【００３４】
図６ａと図６ｂとは、本発明で利用できるカメラ１０８の実施例を示す。カメラ１０８は、一つかそれ以上の光電陰極と一つかそれ以上の電荷結合素子(ＣＣＤ)を有するＣＣＤ型カメラである。ＣＣＤ素子は、至る所に電荷を蓄積するが、適当な制御信号に応答して読出し部までその電荷を転送する半導体装置である。撮像すべき光景からの光子が光電陰極に達すると、カメラが受光した光の強さに比例して電子が放出される。放出された電子は、ＣＣＤ素子内にある電荷バケットに蓄えられる。電荷バケットに蓄えられた電子の分布が、カメラが受光した画像を表している。ＣＣＤはこれらの電子をアナログ・デジタル変換器へ転送する。この変換器からの出力はコンピュータ４１０に送られ、それによりビデオ画像が処理されると共に、逆反射性マーカー４０６の位置が算出される。本発明の実施の形態では、カメラ１０８は、ＲＳ-１７０出力を有し、解像度が６４０ｘ４８０画素となっている黒白ＣＣＤ型カメラである。別の方法として、このカメラ４０８として、ＣＣＩＲ出力を有し、解像度が７５６ｘ５６７画素のＣＣＤ型カメラであってもよい。
【００３５】
本発明の好ましい実施の形態では、カメラ１０８に赤外線照明器６０２(ＩＲ照明器)を設けている。ＩＲ照明器６０２は一本かそれ以上の赤外ビームをカメラ１０８の向きと同じ方向に照射する。このＩＲ照明器６０２は、カメラ本体６０８のレンズ６０６を中心とするリング型表面からなる。ＩＲ照明器６０２の表面には、赤外光を発する複数のＬＥＤ素子６０４が備わっている。これらのＬＥＤ素子６０４は、ＩＲ照明器６０２に螺旋状パターンを描くように配置されている。赤外光に対するカメラの感度を上げるために、カメラ１０８の一部をなすこともある赤外フィルターは除去するか、または、無効にしておく。
【００３６】
実施の形態によれば、治療中の患者のデジタルビデオ記録はカメラ１０８で行ってもよい。患者の動きを追跡するのに利用するのと同一カメラ１０８を、参考のために患者のビデオ画像を記録するのに利用してもよい。周囲光による患者の一連の画像が、マーカー１１４の測定動き信号を同期して得られる。
【００３７】
図７ａと図７ｂとは、本発明において利用できる逆反射性マーカー７００の実施例を示している。隆起反射面７０２は半球形状を呈しているので、光源からの光の入射角とは無関係に光を反射する。この隆起反射面７０２は平坦面７０４により囲繞されている。この平坦面７０４の裏側は、患者の生体の特定箇所に逆反射性マーカー７００を取付ける際に利用する取付け面をなしている。実施の形態によれば、この逆反射性マーカー７００は、３Ｍ社から入手可能な商品名3M#7610WSの逆反射材で構成してある。実施の形態においてはこのマーカー７００は、直径が約０．５センチ、隆起反射面７０２における最大高さが約０．１センチである。
【００３８】
図８は、前記した逆反射性マーカー７００を作製するのに利用し得る工作器具８０２を示している。この工作器具８０２は、弾性リング８０６ａが取付けられているベース部８０４を備えている。弾性リング８０６は、その中心に膨大突起を有する底部成形片８０８に取付けられている。制御レバー８１０は、支持棒８１４に沿って上部８１２を移動させるのに操作されるようになっている。上部８１２は、バネ付勢型上部成形片８１４を備えている。この上部成形片８１４には、その下面に半球形状空洞が形成されている。操作に際しては、逆反射性材料片を底部成形片８０８にのせる。その後、制御レバーを操作して上部８１２をベース部８０４へ向かって押し下げる。すると逆反射材片は底部成形片８０８と上部成形片８１４との間で圧縮されて成形されることになる。つまり、上部成形片８１５４は逆反射性材料の上部外側を半球形状にしてしまう。
【００３９】
実施の形態では、マーカー１１４は、一つかそれ以上の基準位置をその表面に有するマーカーブロックからなる。マーカー１１４における各基準位置は、好ましくは、カメラ１０８の如くの光学撮像装置により検出可能な逆反射性もしくは反射性材料からなるものが望ましい。
【００４０】
図９は、マーカーブロック９００の実施例を示すもので、このマーカーブロック９００は、円筒形状にして、その表面に逆反射性素子９０２からなる複数の基準位置が設けられている。このマーカーブロック９００は、中実ブロックとして(例えばスチロフォームで)形成してもよい。このようにして作製したブロックは、何回も、また複数の患者に対しても利用できるものである。逆反射性素子９０２としては、図７ａと図７ｂに示した逆反射性マーカー１１４を作製するのに利用したのと同一材料で形成してもよい。好ましくは、このマーカーブロックは、患者の通常の呼吸作用の妨げとはならない軽量材料で作製するのが望ましい。
【００４１】
このマーカーブロックの形状や大きさとしては、基準位置の大きさや間隔、位置などが、カメラやその他の光学撮像装置から眺めやすく、マーカーブロックの位置を正確に示す画像が得られる限り、どのようなものであってもよい。例えば、図１０はその表面に複数の逆反射性素子１０００２が取付けられている半球形状のマーカーブロック１０００を示している。
【００４２】
また、マーカーブロックは特定の生体部分にぴったり合うような形に形成してもよい。例えば、生体の特定の箇所に形状が合う成形品ないし鋳造品をマーカーブロックとして利用することもできる。生体の部位と形状が合うように作製したマーカーブロックは、患者の特定部位に当該マーカーブロックを繰り返して貼付することができる。別の方法としては、患者の生体に取り付けた取付具にぴったり合うようにマーカーブロックを作製してもよい。例えば、マーカーブロックに眼鏡に嵌合できるように凹凸や溝を形成してもよい。別の実施の形態では、取付具に、反射性ないし逆反射性マーカーを有するマーカーブロックを一体形成しておいてもよい。
【００４３】
マーカーブロックのまた別の実施例としては、その表面に一つの基準位置または反射性素子を有するものとしてもよい。この実施例によるマーカーブロックは、光学撮像装置で患者の生体における特定の位置を検出するのに逆反射性マーカー４０６の代わりに利用できる。
【００４４】
これまでの説明においては、特定の実施の形態について本発明を説明してきた。しかしながら、本発明の広義的な真髄や範囲から逸脱しなくとも種々の変形例や改変が想到しうるのは明らかである。例えば、コンピュータ１１０の動作は、本発明の範囲に含まれるハードウェアやソフトウェアの組合せにより実行され、「コンピュータ」についての特定の定義にあてはまるような特定の実施の形態に限定すべきではない。従って、本願明細書と添付図面は例示のためになしたものであり、限定するためになしたものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施の形態による生理的ゲート開閉のためのシステムの構成を示す。
【図２】  呼吸による動き信号チャートの一例を示す。
【図３】  動き信号チャートとゲート開閉信号チャートとを示す。
【図４】  本発明の実施の形態で行われる動作のシーケンスを示すフローチャートである。
【図５ａ】  本発明の実施の形態によるゲート開閉シミュレーションを行うためのシステムの構成を示す。
【図５ｂ】  ゲート開閉シミュレーションのためのユーザインターフェースの実施例を示す。
【図６ａ】  本発明で利用し得るカメラの実施形態の側面図である。
【図６ｂ】  図６ａに示したカメラの正面図を示す。
【図７ａ】  本発明の実施の形態による逆反射性マーカーを示す。
【図７ｂ】  図７ａに示した逆反射性マーカーの断面図を示す。
【図８】  逆反射性マーカーを作製する工作器具を示す。
【図９】  マーカーブロックの実施形態を示す。
【図１０】  マーカーブロックの変形例を示す。
【符号の説明】
１００…撮像システム          １０２…照射線源
１０４…治療台                １０８…カメラ
１１０…コンピュータ          １１４…マーカー
１１６…スイッチ
【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５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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