(57)【要約】【課題】放射線治療時において、患者の負担を減らすとともに、患者の位置決めを短時間かつ精度良く行うことが可能な放射線治療支援システム、画像生成方法および画像生成プログラムを提供する。【解決手段】放射線治療支援システムは、患者の骨格および関節の位置と、当該患者の体表面および内部を模した人体モデルの各部の位置とを対応づける対応づけ部と、対応づけ部による対応づけの結果に基づいて、放射線治療時の患者の骨格および関節の位置に合わせて人体モデルの各部を移動させた画像を生成する画像生成部とを備える。【選択図】図１
2017225487.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
患者の骨格および関節の位置と、当該患者の体表面および内部を模した人体モデルの各部の位置とを対応づける対応づけ部と、
前記対応づけ部による対応づけの結果に基づいて、放射線治療時の前記患者の骨格および関節の位置に合わせて前記人体モデルの各部を移動させた画像を生成する画像生成部と、
備える放射線治療支援システム。
【請求項２】
前記対応づけ部は、
放射線を照射して放射線治療を行うための治療計画を作成するためのＣＴ画像を撮影する際、患者寝台に載置された前記患者を検出する第１検出部の検出結果に基づいて、当該患者の骨格および関節を模した第１骨格モデルを生成する第１骨格モデル生成部と、
前記治療計画を作成する際、前記患者のＣＴ画像を生成するＣＴ画像生成部により生成されたＣＴ画像に基づいて、前記人体モデルを生成する人体モデル生成部と、
前記検出結果および前記ＣＴ画像の両方に含まれる所定の基準を用いて、前記第１骨格モデルの骨格および関節の位置と前記人体モデルの各部の位置とが整合するように対応づける位置合わせ部と、
を有する請求項１に記載の放射線治療支援システム。
【請求項３】
前記画像生成部は、
前記放射線治療を行う際、治療台に載置された前記患者を検出する第２検出部の検出結果に基づいて、当該患者の骨格および関節を模した第２骨格モデルを生成する第２骨格モデル生成部と、
前記第１骨格モデルに対応する骨格および関節の位置が前記第２骨格モデルに対応する骨格および関節の位置に一致するように、前記第１骨格モデルと対応付けられた前記人体モデルの各部を移動させる人体モデル移動部と、
前記人体モデル移動部により移動された前記人体モデルに基づいて、前記患者に対して前記放射線治療を行うときの当該患者の位置決めの際に、前記ＣＴ画像に基づいて生成されたＸ線画像と比較するために使用される比較用Ｘ線画像を生成する比較用Ｘ線画像生成部と、
を有する請求項２に記載の放射線治療支援システム。
【請求項４】
前記画像生成部は、複数の方向から見た複数枚の前記画像を生成する、
請求項１〜３の何れか１項に記載の放射線治療支援システム。
【請求項５】
前記画像生成部により生成された複数の前記画像を同時に表示する画像表示部を備える、
請求項４に記載の放射線治療支援システム。
【請求項６】
患者の骨格および関節の位置と、当該患者の体表面および内部を模した人体モデルの各部の位置との対応づけを行い、
前記対応づけの結果に基づいて、放射線治療時の前記患者の骨格および関節の位置に合わせて前記人体モデルの各部を移動させた画像を生成する、
画像生成方法。
【請求項７】
コンピューターに、
患者の骨格および関節の位置と、当該患者の体表面および内部を模した人体モデルの各部の位置との対応づけを行う処理と、
前記対応づけの結果を記憶させる処理と、
記憶された前記対応づけの結果に基づいて、放射線治療時の前記患者の骨格および関節の位置に合わせて前記人体モデルの各部を移動させた画像を生成する処理と、
を実行させる画像生成プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線治療支援システム、画像生成方法および画像生成プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、放射線（Ｘ線）を患者の腫瘍部（癌）に照射して治療を行う従来の放射線治療では、通常数回〜４０回の分割照射が複数日間に亘って行われる。放射線治療においては、放射線の特性から腫瘍部位に高い線量を集中させることができる反面、より高精度な位置決めが要求される。すなわち、放射線治療毎の患者体位は一定であることが望ましく、放射線に対する患者の位置を精度良く決めることが必要となる。このような患者の位置決め（「患者セットアップ」とも言う）には、腫瘍部の位置を知る指標としての体表マーカー（例えば、インキ等）が用いられる。
【０００３】
体表マーカーは、次のような流れに従って患者の体表に描かれる。始めに、断層像撮影装置（例えば、Ｘ線ＣＴ(Computed Tomography)装置）を用いて、治療計画用のコンピューター断層撮影画像（ＣＴ画像）を取得する。次に、得られたＣＴ画像に基づいて腫瘍部の位置や形状を特定した上で、腫瘍部や正常臓器等の輪郭をコンピューター上で入力し、放射線の照射方向や照射位置を決定し、治療計画を作成するとともに、放射線の発生点から見た患者の透視画像である擬似Ｘ線画像を作成する。擬似Ｘ線画像は、患者位置決めの最も基本的な指標となる。疑似Ｘ線画像は、例えば治療時の放射線入射方向に加え、患者上方および側方からの２方向のものを作成し、記録装置に記録保存する。
【０００４】
実際の放射線治療時には、医師・技師は、放射線治療装置で撮影されたＸ線画像（以下、「位置決め用Ｘ線画像」と言う）と擬似Ｘ線画像とを比較し、患者体位および照射領域が一致していることを目視で確認する。そして、一致した患者体位において、放射線治療室に設置されたレーザー指示器（投光器）により、患者の体表に投影された投影マーカーを基にして患者の体表に体表マーカーを描く。もし患者体位および照射領域が一致していない場合には、治療台を動かす等して患者体位を微調整し、再度、放射線治療装置で位置決め用Ｘ線画像を撮影して擬似Ｘ線画像と比較する。このような作業を、位置決め用Ｘ線画像と擬似Ｘ線画像とが一致するまで繰り返し行い、体表マーカーを描く。
【０００５】
その後、実際の放射線治療の度に、照射時位置決めを行う。具体的には、体表マーカーとレーザー指示器により患者の体表に投影された投影マーカーとが一致するよう、目視による手動操作等で治療台を動かしたり、患者の体位を動かしたりすることにより患者の位置決めを行う。
【０００６】
なお、放射線治療に関連する技術として、Ｘ線透視や超音波を使用して治療対象部位の運動を実時間で直接観察し、直接観察した治療対象部位の移動ベクトルに基づいて放射線の照射を制御する放射線治療システムが提案されている（例えば、特許文献１、２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−１８５３３６号公報
【特許文献２】特開２００３−１１７０１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、患者の体表に描かれた体表マーカーは、手足の位置の違いや皮膚のたるみによって簡単に動いてしまい、体軸の傾きや捻じれ、体幹部に対する腕や脚の位置および角度の再現性にも限界があるため、治療計画時の腫瘍部の位置や形状が放射線治療時において異なり、患者の位置決め誤差が発生するおそれがあるという問題があった。そのため、現状では、発生し得る位置決め誤差の大きさ分だけ放射線の照射範囲をあらかじめ大きくせざるを得ないという問題があった。
【０００９】
近年、放射線治療毎に位置決め用Ｘ線画像（またはＣＴ画像）を取得して擬似Ｘ線画像と比較することにより患者の位置決めを行う方法が実施されているものの、体表マーカーを基に患者の位置決めを行うことに変わりはないため、患者の位置決め誤差が発生するおそれは依然として残る。また、位置決め用Ｘ線画像を取得する際には、その取得の度に患者のＸ線被曝が発生するという問題がある。さらに言えば、位置決め用Ｘ線画像と擬似Ｘ線画像とを比較して患者体位および照射領域が一致するまでに位置決め用Ｘ線画像の取得回数が多くなると、その分だけ患者の位置決めに要する時間および患者のＸ線被曝線量が増加してしまう。
【００１０】
本発明の目的は、放射線治療時において、患者の負担を減らすとともに、患者の位置決めを短時間かつ精度良く行うことが可能な放射線治療支援システム、画像生成方法および画像生成プログラムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る放射線治療支援システムは、
患者の骨格および関節の位置と、当該患者の体表面および内部を模した人体モデルの各部の位置とを対応づける対応づけ部と、
前記対応づけ部による対応づけの結果に基づいて、放射線治療時の前記患者の骨格および関節の位置に合わせて前記人体モデルの各部を移動させた画像を生成する画像生成部と、
備える。
【００１２】
本発明に係る画像生成方法は、
患者の骨格および関節の位置と、当該患者の体表面および内部を模した人体モデルの各部の位置との対応づけを行い、
前記対応づけの結果に基づいて、放射線治療時の前記患者の骨格および関節の位置に合わせて前記人体モデルの各部を移動させた画像を生成する。
【００１３】
本発明に係る画像生成プログラムは、
コンピューターに、
患者の骨格および関節の位置と、当該患者の体表面および内部を模した人体モデルの各部の位置との対応づけを行う処理と、
前記対応づけの結果を記憶させる処理と、
記憶された前記対応づけの結果に基づいて、放射線治療時の前記患者の骨格および関節の位置に合わせて前記人体モデルの各部を移動させた画像を生成する処理と、
を実行させる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、放射線治療時において、患者の負担を減らすとともに、患者の位置決めを体軸の捻じれや四肢の角度も含めて短時間かつ精度良く行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施の形態における放射線治療支援システムの構成を示す図である。
【図２】本実施の形態における検査室および放射線治療室の構成を示す図である。
【図３】本実施の形態における骨格モデルの例を示す図である。
【図４】本実施の形態における人体モデルの例を示す図である。
【図５】実空間上における放射線治療室内の患者を仮想空間上で再現させる様子を示す図である。
【図６】本実施の形態における比較用Ｘ線画像の表示例を示す図である。
【図７】本実施の形態における比較用Ｘ線画像の生成動作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】
【００１６】
以下、本実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本実施の形態における放射線治療支援システム１の構成の一例を示す図である。図２は、本実施の形態における検査室および放射線治療室の構成の一例を示す図である。
【００１７】
図１に示すように、放射線治療支援システム１は、第１検出部１０、ＣＴ装置１２（本発明の「ＣＴ画像生成部」に対応）、治療計画装置１４、第２検出部２０、比較用Ｘ線画像生成装置３０および放射線治療装置５０を備えて構成される。
【００１８】
図１，２に示すように、第１検出部１０、ＣＴ装置１２および患者寝台６０は、各種の検査を行う検査室に設置される。治療計画装置１４は、放射線治療を行うための治療計画を作成する治療計画室に設置される。第２検出部２０、比較用Ｘ線画像生成装置３０、放射線治療装置５０および治療台８０は、放射線治療を行う放射線治療室に設置される。なお、比較用Ｘ線画像生成装置３０は、放射線治療室ではなく、検査室または治療計画室に設置されても良い。
【００１９】
第１検出部１０は、検査室において、放射線治療時と同一の体位で患者寝台６０に載置された患者７０を検出する。本実施の形態では、第１検出部１０は、図２Ａに示すように、検査室の例えば天井に取り付けられた距離画像センサーであり、患者７０を撮像するとともに、第１検出部１０から撮像範囲内に存在する患者７０までの距離（奥行）を測定する。そして、第１検出部１０は、検出結果（撮像画像、距離情報）を比較用Ｘ線画像生成装置３０に送信する。
【００２０】
ＣＴ装置１２は、患者７０の周りを３６０度回転しながらＸ線を照射して、放射線治療時と同一の体位で患者寝台６０に載置された患者７０の横断面を撮影し、各方向からの撮像画像をコンピューターで処理して患者７０のＣＴ画像を生成する。そして、ＣＴ装置１２は、生成したＣＴ画像を治療計画装置１４および比較用Ｘ線画像生成装置３０に送信する。
【００２１】
治療計画装置１４は、ＣＴ装置１２から送信されたＣＴ画像から得られる患者７０の体内情報を基に、患者７０体内における放射線の線量分布を数値計算によりシミュレートする機能を有する。操作者（治療の計画を立案する作業者）は、治療計画装置１４の計算結果を参照しながら、最適な放射線の照射方向やエネルギー、照射位置、照射量等の照射条件を決定し、治療計画を策定する。治療計画装置１４は、操作者により策定された治療計画を示す治療計画情報を比較用Ｘ線画像生成装置３０に送信する。
【００２２】
第２検出部２０は、放射線治療室において、放射線治療時と同一の体位で治療台８０に載置された患者７０を検出する。本実施の形態では、第２検出部２０は、図２Ｂに示すように、放射線治療室の例えば天井に取り付けられた距離画像センサーであり、患者７０を撮像するとともに、第２検出部２０から撮像範囲内に存在する患者７０までの距離（奥行）を測定する。そして、第２検出部２０は、検出結果（撮像画像、距離情報）を比較用Ｘ線画像生成装置３０および放射線治療装置５０に送信する。
【００２３】
なお、図２Ｂには、放射線治療装置５０のガントリが回転した際における回転軌道を点線Ｇで示している。この場合、放射線治療装置５０の回転中心は、アイソセンターと呼ばれる。
【００２４】
比較用Ｘ線画像生成装置３０は、患者７０に対して放射線治療を行うときの当該患者７０の位置決めの際に、ＣＴ装置１２により生成されたＣＴ画像に基づいて生成されたＸ線画像、より具体的には放射線の発生点から見た患者７０の透視画像である擬似Ｘ線画像と比較するために使用される比較用Ｘ線画像を生成する。
【００２５】
実際の放射線治療時には、医師・技師は、比較用Ｘ線画像生成装置３０により生成された比較用Ｘ線画像と擬似Ｘ線画像とを目視により比較し、患者体位および照射領域が一致していることを確認する。
【００２６】
もし患者体位および照射領域が一致していない場合には、治療台８０や患者７０自身を動かす等して患者体位および照射領域を微調整し、再度、比較用Ｘ線画像生成装置３０により生成された比較用Ｘ線画像と擬似Ｘ線画像とを比較する。この比較作業は、比較用Ｘ線画像と擬似Ｘ線画像とが一致するまで繰り返し行われる。医師・技師は、比較用Ｘ線画像と擬似Ｘ線画像とが一致したことを確認できたら、患者７０の位置決め作業を終了する。
【００２７】
放射線治療装置５０は、患者７０の位置決め作業の終了後、治療計画装置１４から送信された治療計画情報に基づいて、治療台８０に載置された患者７０に対して放射線治療を行う。放射線治療装置５０は、患者７０の周りを３６０度回転し任意の角度から放射線（治療ビーム）を照射することを可能とする回転機構を備える。なお、放射線治療装置５０は、患者７０に対して、サイバーナイフ治療、トモセラピー、重粒子治療等を行っても良い。
【００２８】
次に、比較用Ｘ線画像生成装置３０の具体的な構成について説明する。図１に示すように、比較用Ｘ線画像生成装置３０は、第１骨格モデル生成部３２、人体モデル生成部３４、位置合わせ部３６、第２骨格モデル生成部３８、人体モデル移動部４０、比較用Ｘ線画像生成部４２および比較用Ｘ線画像表示部４４を備えて構成される。
【００２９】
第１骨格モデル生成部３２、人体モデル生成部３４および位置合わせ部３６は、本発明の「対応づけ部」に対応する。第２骨格モデル生成部３８、人体モデル移動部４０および比較用Ｘ線画像生成部４２は、本発明の「画像生成部」に対応する。比較用Ｘ線画像表示部４４は、本発明の「画像表示部」に対応する。
【００３０】
なお、比較用Ｘ線画像生成装置３０は、図示しないが、例えば、プロセッサとしてのＣＰＵ（Central Processing Unit）などのプロセッサ、制御プログラム（本発明の「画像生成プログラム」に対応）を格納したＲＯＭ（Read Only Memory）等の記憶媒体、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の作業用メモリ、および通信回路を有する。この場合、上記した各部の機能は、プロセッサが制御プログラムを実行することにより実現される。
【００３１】
第１骨格モデル生成部３２は、第１検出部１０の検出結果に基づいて、患者７０の骨格および関節を模した第１骨格モデルを生成する。そして、第１骨格モデル生成部３２は、生成した第１骨格モデルを位置合わせ部３６に出力する。
【００３２】
第１骨格モデル生成部３２は、例えばモーションキャプチャデータから骨格モデルを生成する既知の手法を用いて第１骨格モデルを生成することができる。モーションキャプチャデータは、専用のマーカーを用いるモーションキャプチャ（光学式・磁気式・機械式等）の他、画像を利用するビデオ式モーションキャプチャなど種々のモーションキャプチャ技術を用いて得られる。
【００３３】
図３は、本実施の形態における骨格モデルの例を示す図である。図３に示すように、骨格モデルは複数のジョイントからなり、各ジョイントは木構造状に連結される。各ジョイントの間を繋ぐ線は人体でいう骨に相当し、一般的にボーンと呼ばれる。添字Ａ〜Ｋはそれぞれ腰、股関節、膝関節、足関節、脊椎中央、脊椎上部、肩関節、肘関節、手関節、指関節、首を示すジョイントである。また、それぞれのジョイントは、３次元的な位置情報と傾き（回転）に関する情報を有する。
【００３４】
ジョイントを繋ぐ矢印は、親子関係を示している。すなわち、添字Ｈの肘関節は添字Ｇの肩関節の子に、また添字Ｉの手関節は肘関節Ｈの子になっており、体幹部から抹消のジョイントに行くに従い子になることを示している。なお、骨格モデルにおけるジョイントの数は放射線の照射部位等に応じて適切な数を選択すれば良く、当該骨格モデルは抹消へ行くに従い親から子になるデータ構造を有すれば良い。
【００３５】
人体モデル生成部３４は、ＣＴ装置１２から送信されたＣＴ画像に基づいて、患者７０の体表面および内部を模した人体モデルを生成する。本実施の形態では、この人体モデルは、体表面および内部をメッシュで表現したメッシュモデルであるものとする。そして、人体モデル生成部３４は、生成した人体モデルを位置合わせ部３６に出力する。
【００３６】
人体モデルは、ＣＴ装置１２から送信されたＣＴ画像、治療計画装置１４を用いた治療計画の際に得られる組織や臓器の輪郭情報(例えばＤＩＣＯＭ  ＲＴ−Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  ｓｅｔなど)から作成される。
【００３７】
より具体的には、人体モデルの生成には例えば、輪郭情報でラベリングされたボクセルデータから等値面を含む立方体を取り出し、その立方体に含まれる等値面を三角形で近似するマーチングキューブ法が利用される。輪郭情報は、治療計画装置１４によるＣＴ値（画素値）の閾値を用いた輪郭抽出や、手動入力により作成することが可能である。なお、ＣＴ値の閾値を用いた輪郭抽出や手動入力は、ＣＴ画像が読み込むことが可能な他の画像ソフトウェア上で行っても良い。
【００３８】
図４は、本実施の形態におけるメッシュで表現された人体モデルの例を示す図である。図４には、患者７０の位置決め作業に多く用いられる体表、骨を含む人体モデルを示している。治療計画では、体表、骨、肺以外にも他の臓器や腫瘍部（標的）の輪郭を囲むことが多い。そのため、これらの腫瘍部や他の臓器を含む人体モデルを生成することによって、患者７０の位置決め作業を容易にすることができる。
【００３９】
なお、放射線の照射部位などに応じて有用な患者７０の位置決め指標が変化するため、人体モデルに含まれる組織や臓器は、照射部位等に応じて適切に選択されれば良い。また、図４に示すように、メッシュモデルに割り当てられる材質には、透過性が与えられている。これは、Ｘ線透視画像のように身体内部の情報を外観から得られるようにすることで、仮想的な比較用Ｘ線画像の生成を可能にするためである。
【００４０】
位置合わせ部３６は、第１検出部１０、ＣＴ装置１２からそれぞれ送信された検出結果およびＣＴ画像の両方に含まれる所定の基準（後述するマーカー）を用いて、第１骨格モデル生成部３２から出力された第１骨格モデルの骨格および関節の位置と、人体モデル生成部３４から出力された人体モデルの各部の位置とをそれらの位置が整合するよう対応づける。そして、位置合わせ部３６は、その結果得られる第１骨格モデルおよび人体モデルを人体モデル移動部４０に出力する。
【００４１】
第１骨格モデルと人体モデルは、別々の構成（第１検出部１０、ＣＴ装置１２）で得られるために異なる座標系を持つ。そこで、位置合わせ部３６は、次のような手順により第１骨格モデルの座標系を人体モデルの座標系に変換して、上記対応付けを行う。この対応付けは、第１検出部１０、ＣＴ装置１２のそれぞれから送信された検出結果（撮像画像）およびＣＴ画像内で検出可能なマーカーを患者７０の体表に添付することで行われる。
【００４２】
具体的には、マーカーとしての微小金属球（本実施の形態では、４つ以上）を第１検出部１０（距離画像センサー）で撮像可能な患者７０の体表位置（仰向けであれば前面）に添付して当該マーカーの座標値を求める。
【００４３】
そして、位置合わせ部３６は、第１検出部１０で撮像されたマーカー座標と、ＣＴ画像で求まるマーカー座標との３次元移動量を算出する。その後、位置合わせ部３６は、算出した３次元移動量を第１骨格モデルの位置情報に反映させることによって、第１骨格モデルの座標系を人体モデルの座標系に変換して、第１骨格モデルの骨格および関節の位置と人体モデルの各部とをそれらの位置が整合するよう対応付ける。
【００４４】
３次元移動量の算出には例えばプロクラステス解析を適応することができる。この場合、位置合わせ部３６は、第１検出部１０で撮像されたマーカー座標とＣＴ画像で求まるマーカー座標との差の二乗和が最小化される近似解を求めることによって３次元移動量を算出する。上記対応付けの後、第１骨格モデルおよび人体モデルは、第１骨格モデルを親、人体モデルを子としたデータ構造にペアレント化される。
【００４５】
第２骨格モデル生成部３８は、第２検出部２０から送信された検出結果に基づいて、第１骨格モデル生成部３２と同様の方法を用いて、患者７０の骨格および関節を模した第２骨格モデルを生成する。そして、第２骨格モデル生成部３８は、生成した第２骨格モデルを人体モデル移動部４０に出力する。
【００４６】
人体モデル移動部４０は、位置合わせ部３６から出力された第１骨格モデルに対応する骨格および関節の位置が、第２骨格モデル生成部３８から出力された第２骨格モデルに対応する骨格および関節の位置に一致するように、位置合わせ部３６により第１骨格モデルと対応付けられた人体モデルの各部を移動させる。そして、人体モデル移動部４０は、各部を移動させた人体モデルを比較用Ｘ線画像生成部４２に出力する。
【００４７】
本実施の形態では、人体モデルの各部を放射線治療の際に得られる第２骨格モデルを基に移動させることで、患者７０の位置決め時の擬似Ｘ線画像と比較するための比較用Ｘ線画像を生成する。そのため、第１骨格モデルに対応する骨格および関節の位置と第２骨格モデルに対応する骨格および関節の位置とが一致しないときにどのように人体モデルの頂点を移動させるかについて決定する必要がある。この決定作業は、一般的にはスキニングと呼ばれる。
【００４８】
スキニングにより各ボーン（ジョイント）と人体モデルのメッシュの各頂点とがグループ化される。また、各頂点は複数のグループに属することができ、複数のボーンの動きに追随させることができる。どのボーンにどの割合で追随するかは頂点毎の重み付けによって定義される。
【００４９】
第１骨格モデルに対応する骨格および関節の位置が第２骨格モデルに対応する骨格および関節の位置に一致するように人体モデルの各部を移動させるにあたっては、まず、放射線治療室の実空間上における幾何学的配置（図５Ａ，５Ｃを参照）を仮想空間上で再現させる（図５Ｂ，５Ｄを参照）。
【００５０】
具体的には、アイソセンター（ガントリ回転軌道Ｇの中心）を原点とする実空間上の座標系における第２検出部２０の位置と姿勢（向き）を求め、その位置と姿勢とを仮想空間上に定義する。ここで、第２検出部２０は、第２検出部２０を中心とした物体の３次元座標データを取得することができるため、予め計測しておいた放射線治療室内の物体の３次元座標データと第２検出部２０から取得した物体の３次元座標データとの対応関係から、第２検出部２０の位置と姿勢を求めることができる。
【００５１】
当該位置および姿勢の導出方法としては、例えばＯｒｔｈｏｇｏｎａｌ  Ｐｒｏｃｒｕｓｔｅｓ  Ｐｒｏｂｌｅｍ法が用いられる。また、放射線治療室内の３次元座標位置と第２検出部２０から取得した３次元点群との対応付けは、ＳＨＯＴ特徴量などの３次元特徴量を用いて行うことができる。
【００５２】
なお、第２検出部２０（距離画像センサー）は画像データを取得することができるため、既知のパターン画像（例えばチェスボード）の位置を変えて複数撮影することによって、第２検出部２０の位置と姿勢を求めても良い。このように、第２検出部２０の位置と姿勢は様々な方法で求めることが可能であり、使用する第２検出部２０に適する方法を使えば良い。
【００５３】
ここで、図５Ａに示す実空間上の第２検出部２０は、患者７０の第２骨格モデルを取得するために使用される。また、仮想空間上に定義された第２検出部２０’の位置は、人体モデル１００を配置する際の基準として使用される。そして、第２骨格モデルの骨格および関節の位置を第１骨格モデルの骨格および関節の位置に配置することによって、実空間上の患者７０の位置を仮想空間上に再現することができる。
【００５４】
また、仮想空間上における人体モデル１００の３次元位置および角度は、人体モデル１００の親としてペアレント化された第１骨格モデルのうち任意ジョイント（図３に示す第１骨格モデルの場合には、例えば添字Ａに対応する腰）の３次元座標および回転角度情報によって決定される。その他のジョイントについては回転角度のみが使用され、当該回転角度を第１骨格モデルの各ジョイントの回転角度に反映させることで、人体モデル１００の各部を移動させることができる。以上のように、本実施の形態では、実空間上における患者７０の位置と体位を、スケルタルアニメーションによって仮想空間上に再現する。
【００５５】
なお、スケルタルアニメーションは、ボーンアニメーション、またスキンドメッシュアニメーションとも呼ばれるキャラクターのコンピュータアニメーションに用いられる技術である。スケルタルアニメーションでは、骨格（ボーン）を階層的に連結したスケルトンで所定の姿勢（キーフレーム）を表現し、それに応じてキャラクターの体表面を構成する構成点群の位置を追従させることでキャラクターのアニメーションを実現する。
【００５６】
比較用Ｘ線画像生成部４２は、人体モデル移動部４０から出力された人体モデルおよび治療計画装置１４から送信された治療計画情報に基づいて、比較用Ｘ線画像を生成する。比較用Ｘ線画像生成部４２は、複数の方向から見た複数の比較用Ｘ線画像を生成することが可能である。そして、比較用Ｘ線画像生成部４２は、生成した比較用Ｘ線画像を比較用Ｘ線画像表示部４４に出力する。
【００５７】
ここで、比較用Ｘ線画像を生成するため、仮想空間上に定義されたアイソセンター（ガントリ回転軌道Ｇ’の中心、図５Ｂを参照）の位置を基準として、ガントリ回転軌道Ｇ’上に仮想的なカメラを仮想カメラとして配置する。配置される仮想カメラの位置および数は、任意に選択することができる。仮想カメラの角度としては、一般的には放射線の照射方向の角度が選択される。ただし、正面（ガントリ角度０°、１８０°）や側面（ガントリ角度９０°、２７０°）の照射方向が存在しない場合には、これらの角度が追加して選択されることが多い。
【００５８】
本実施の形態では、比較用Ｘ線画像生成部４２は、放射線の照射方向に対応する比較用Ｘ線画像を生成する場合、治療計画装置１４から送信された治療計画情報に含まれるコリメータ角度、ＪＡＷ位置および多分割コリメータ位置を参照して放射線の照射領域を描出する。比較用Ｘ線画像生成部４２は、仮想カメラの位置から見た透視投影によって比較用Ｘ線画像を生成する。
【００５９】
比較用Ｘ線画像表示部４４は、治療計画装置１４から送信された治療計画情報を用いて比較用Ｘ線画像生成部４２から出力された比較用Ｘ線画像を表示する。複数の方向から見た複数の比較用Ｘ線画像が比較用Ｘ線画像生成部４２から出力された場合、比較用Ｘ線画像表示部４４は、当該複数の比較用Ｘ線画像を同時に表示することができる。
【００６０】
図６は、本実施の形態における比較用Ｘ線画像を同時に表示した場合の表示例を示す図である。図６には、図中左から正面像、側面像、右前斜めから見た像が示されている。最上段に示す比較用Ｘ線画像２００，２１０，２２０は、患者７０の位置決めを開始する前の表示例である。また、最下段に示す比較用Ｘ線画像２０６，２１６，２２６は、患者７０の位置決めが完了したときの表示例である。また、最上段と最下段との間に示す比較用Ｘ線画像２０２，２０４，２１２，２１４，２２２，２２４は、患者７０の位置決め中の表示例である。
【００６１】
患者７０の位置決めを開始する前では、患者７０がアイソセンター付近に位置していないため、比較用Ｘ線画像２００，２１０上にはスケーラーのみが表示されている。また、比較用Ｘ線画像２２０には、スケーラーと、治療計画装置１４から送信された治療計画情報に含まれるＸ線照射領域の枠とが表示されている。
【００６２】
２段目の比較用Ｘ線画像２０２，２１２，２２２は、患者７０がアイソセンター付近に位置するときの画像である。図６に示す表示例では、図示しない擬似Ｘ線画像との目視による比較において、患者７０の頭尾方向および身体の回転等にずれが生じているものとする。この場合、患者７０の位置または体位の修正がなされる。
【００６３】
３段目の比較用Ｘ線画像２０４，２１４，２２４は、患者７０の頭尾方向、身体の回転を修正した後の画像である。図６に示す表示例では、図示しない擬似Ｘ線画像との目視による比較において、患者７０の左腕の位置がずれているものとする。最下段の比較用Ｘ線画像２０６，２１６，２２６は、患者７０の左腕の位置を修正し、患者７０の位置決め作業が完了したときの画像である。
【００６４】
次に、図７に示すフローチャートを参照し、本実施の形態における比較用Ｘ線画像の生成動作について説明する。
【００６５】
まず、第１骨格モデル生成部３２は、第１検出部１０の検出結果に基づいて、患者７０の骨格および関節を模した第１骨格モデルを生成する（ステップＳ１００）。
【００６６】
次に、人体モデル生成部３４は、ＣＴ装置１２により生成されたＣＴ画像に基づいて、患者７０の体表面および内部を模した人体モデルを生成する（ステップＳ１２０）。
【００６７】
次に、位置合わせ部３６は、第１検出部１０の検出結果、および、ＣＴ装置１２により生成されたＣＴ画像の両方に含まれる所定の基準を用いて、第１骨格モデル生成部３２により生成された第１骨格モデルの骨格および関節の位置と、人体モデル生成部３４により生成された人体モデルの各部の位置とが整合するよう対応づける（ステップＳ１４０）。
【００６８】
次に、第２骨格モデル生成部３８は、第２検出部２０の検出結果に基づいて、患者７０の骨格および関節を模した第２骨格モデルを生成する（ステップＳ１６０）。
【００６９】
次に、人体モデル移動部４０は、位置合わせ部３６により対応付けられた第１骨格モデルの骨格および関節の位置が、第２骨格モデル生成部３８により生成された第２骨格モデルの骨格および関節の位置に一致するように、第１骨格モデルと対応付けられた人体モデルの各部を移動させる（ステップＳ１８０）。
【００７０】
最後に、比較用Ｘ線画像生成部４２は、人体モデル移動部４０により移動された人体モデル、および、治療計画装置１４により生成された治療計画情報に基づいて、比較用Ｘ線画像を生成する（ステップＳ２００）。ステップＳ２００の処理が完了することによって、比較用Ｘ線画像の生成動作は終了する。
【００７１】
ここで生成された比較用Ｘ線画像は、放射線の発生点から見た患者７０の透視画像である擬似Ｘ線画像と比較するために使用される。
【００７２】
以上詳しく説明したように、本実施の形態では、放射線治療支援システム１は、放射線を照射して放射線治療を行うための治療計画を作成する際、患者寝台６０に載置された患者７０を検出する第１検出部１０の検出結果に基づいて、当該患者７０の骨格および関節を模した第１骨格モデルを生成する第１骨格モデル生成部３２と、治療計画を作成する際、患者７０のＣＴ画像を生成するＣＴ装置１２（ＣＴ画像生成部）により生成されたＣＴ画像に基づいて、当該患者７０の体表面および内部を模した人体モデルを生成する人体モデル生成部３４と、上記検出結果およびＣＴ画像の両方に含まれる所定の基準を用いて、第１骨格モデルの骨格および関節の位置と人体モデルの各部の位置とが整合するように対応づける位置合わせ部３６と、放射線治療を行う際、治療台８０に載置された患者を検出する第２検出部２０の検出結果に基づいて、当該患者７０の骨格および関節を模した第２骨格モデルを生成する第２骨格モデル生成部３８と、第１骨格モデルに対応する骨格および関節の位置が第２骨格モデルに対応する骨格および関節の位置に一致するように、第１骨格モデルと対応付けられた人体モデルの各部を移動させる人体モデル移動部４０と、人体モデル移動部４０により移動された人体モデルに基づいて、患者７０に対して放射線治療を行うときの当該患者７０の位置決めの際に、ＣＴ画像に基づいて生成されたＸ線画像（疑似Ｘ線画像）と比較するために使用される比較用Ｘ線画像を生成する比較用Ｘ線画像生成部４２とを備える。
【００７３】
このように構成した本実施の形態によれば、人体モデル１００の各部を放射線治療の際に得られる第２骨格モデルを基に移動させることで、患者７０の位置決め時に擬似Ｘ線画像と比較するための比較用Ｘ線画像が生成される。これにより、擬似Ｘ線画像と比較するための位置決め用Ｘ線画像を取得する度に患者のＸ線被曝が発生していた従来と異なり、患者のＸ線被曝を減らすことができる。また、従来、位置決め用Ｘ線画像、すなわちＸ線写真を取得するためには、一度放射線治療室から出て撮影する必要があったが、本実施の形態ではリアルタイムに比較用Ｘ線画像を生成表示させて医師が確認することができるため、患者の位置決めを体軸の捻じれや四肢の角度も含めて短時間で行うことができる。
【００７４】
また、従来、患者の体表に描かれた体表マーカーが簡単に動いてしまうことに起因して、治療計画時と放射線治療時との間で患者の位置決め誤差が発生するおそれがあったが、本実施の形態では、治療計画時と放射線治療時の両方で得られる情報に基づいて、患者の身体の位置が反映される比較用Ｘ線画像が生成されるため、患者の位置決め精度を向上させることができる。また、患者の位置決めのために、患者の体表に体表マーカーを描くことを不要にすることもできる。
【００７５】
さらに言えば、リアルタイムに複数方向から見た比較用Ｘ線画像を同時に表示させることによって、医師は一度に複数方向における比較用Ｘ線画像と疑似Ｘ線画像との比較を行うことができ、患者の位置決め時間の短縮に加えて、位置決め精度を向上させることもできる。以上より、放射線治療時において、患者７０のＸ線被曝線量を減らすとともに、患者７０の位置決めを短時間かつ精度良く行うことができる。また、Ｘ線照射が必要ないことから、患者の位置決めを別室で行うことも可能となる。位置決めを行った後の患者７０をロボットアーム等により放射線治療室まで運ぶ機構を有する装置を用いれば、患者１人あたりの放射線治療室の使用時間をさらに短縮することができる。 
【００７６】
なお、上記実施の形態では、検査室にＣＴ装置１２が設置される例について説明したが、ＣＴ装置１２とともに、または、ＣＴ装置１２の代わりにＭＲＩ装置が設置されても良い。この場合、ＭＲＩ装置は、ＣＴ装置１２が生成するＣＴ画像に相当する、患者７０のＭＲＩ画像を生成する。
【００７７】
上記実施の形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明は、放射線治療時において、患者の負担を減らすとともに、患者の位置決めを短時間かつ精度良く行うことが可能な放射線治療支援システム、画像生成方法および画像生成プログラムとして有用である。
【符号の説明】
【００７９】
１  放射線治療支援システム
１０  第１検出部
１２  ＣＴ装置
１４  治療計画装置
２０，２０’  第２検出部
３０  比較用Ｘ線画像生成装置
３２  第１骨格モデル生成部
３４  人体モデル生成部
３６  位置合わせ部
３８  第２骨格モデル生成部
４０  人体モデル移動部
４２  比較用Ｘ線画像生成部
４４  比較用Ｘ線画像表示部
５０  放射線治療装置
６０  患者寝台
７０  患者
８０  治療台
１００  人体モデル
２００，２０２，２０４，２０６，２１０，２１２，２１４，２１６，２２０，２２２，２２４，２２６  比較用Ｘ線画像
Ｇ，Ｇ’  ガントリ回転軌道
【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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