(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線治療を受ける患者を支持するベッドの位置決めを行うためのベッド移動量を演算するベッド位置決め装置と、
前記ベッド位置決め装置が演算したベッド移動量に基づき前記ベッドの移動制御を行うベッド制御装置とを備えたベッド位置決めシステムにおいて、
前記ベッド位置決め装置は、
治療用の参照画像である第１画像を提供する第１画像情報と患者の患部を撮影した現在画像である第２画像を提供する第２画像情報を用いて前記ベッドの位置決めのためのベッド移動量を演算する演算装置と、
前記演算装置で演算されるベッド移動量の自由度を指定する自由度指定装置と、
表示装置とを備え、
前記自由度指定装置は、前記表示装置に前記ベッド移動量の自由度を入力するための自由度指定領域を表示する手段を有し、
前記演算装置は、自由度の種類に応じた複数の座標変換式が記憶されており、前記自由度指定装置により前記自由度が指定されると、その自由度に対応する座標変換式を用いて前記ベッドの位置決めのためのベッド移動量を演算することを特徴とするベッド位置決めシステム。
【請求項２】
請求項１記載のベッド位置決めシステムにおいて、
前記演算装置は、前記第１画像情報および第２画像情報の少なくとも一方の画像情報として、ＣＴ画像情報からシミュレーションにより作成したＸ線透視画像情報を用い、それらの画像情報と前記自由度指定装置が指定する自由度に基づいて前記ベッドの位置決めのためのベッド移動量を演算することを特徴とするベッド位置決めシステム。
【請求項３】
請求項１記載のベッド位置決めシステムにおいて、
前記演算装置は、前記第１画像情報として、ＣＴ画像情報からシミュレーションにより作成したＸ線透視画像情報を用い、前記第２画像情報として、Ｘ線画像撮影装置により撮影したＸ線透視画像情報を用い、それらの画像情報と前記自由度指定装置が指定する自由度に基づいて前記ベッドの位置決めのためのベッド移動量を演算することを特徴とするベッド位置決めシステム。
【請求項４】
請求項１記載のベッド位置決めシステムにおいて、
前記演算装置は、前記第１画像情報および第２画像情報としてＣＴ画像情報を用い、それらの画像情報と前記自由度指定装置が指定する自由度に基づいて前記ベッドの位置決めのためのベッド移動量を演算することを特徴とするベッド位置決めシステム。
【請求項５】
請求項１記載のベッド位置決めシステムにおいて、
表示装置を更に備え、
前記演算装置は、前記表示装置に前記第１画像および第２画像を表示させ、これらの第１画像および第２画像上に入力又は設定された計算点の座標値を用いて前記ベッドの位置決めのためのベッド移動量を演算することを特徴とするベッド位置決めシステム。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項記載のベッド位置決めシステムと、
前記ベッド位置決め装置の演算装置が演算したベッド移動量に基づき前記ベッドの移動制御を行うベッド制御装置を有し、前記ベッドに支持される患者に放射線としてＸ線又は粒子線を照射する放射線照射装置とを備えることを特徴とする放射線治療装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線又は陽子線をはじめとする粒子線等の各種放射線を患者の患部（照射標的）に照射して治療する放射線治療用のベッド位置決めシステムおよび放射線治療装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
放射線治療においてベッド位置決めは照射標的と照射中心とを一致させる技術であり、放射線の照射標的への照射精度を維持するために重要である。そのため、最近はＸ線透視画像やＣＴ画像のデータを用いて照射標的内部の情報に基づいてベッド位置決め演算を実施することが盛んに実施されている。
【０００３】
従来、Ｘ線透視画像やＣＴ画像のデータを用いる場合には、その画像を表示し操作者の判断を支援する支援装置が用いられる。支援装置のことをベッド位置決め装置と呼ぶ。ベッド位置決め装置は、放射線治療計画に使用したＣＴ画像から生成されるＤＲＲ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ Ｒａｄｉｏｇｒａｐｈｙ）画像と、照射位置で照射標的を撮影したＸ線透視画像（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｒａｄｉｏｇｒａｈｙ（ＤＲ）画像と呼ぶ）とを演算装置のモニタに重ねてまたは並べて表示し、照射標的と照射中心とを一致させる位置決め演算機能を提供するものである（特許文献１）。
【０００４】
ベッド位置決め装置の操作者は、モニタに表示した画像をマウス等の入力手段を用い平行移動させたり回転させたりすることによりＤＲＲ画像とＤＲ画像とが一致した時点での平行移動量および回転量を確認し、ベッドの移動量とする。また、画像上に複数個の点を入力するか、または支援装置の演算器に用意されている点抽出機能により画像から特徴のある点を選択し、二つの対応する画像間の対応する入力点の座標値の誤差の総和が最小になるように演算器の移動量演算機能に演算させ、ベッドの移動量を算出させる（特許文献１）。この場合、ベッド位置決め装置の移動量演算機能は平行移動成分と回転量をベッドの移動量として算出することが一般的である。回転量としては、三次元空間の各直行する軸周りの回転を全て算出する場合や、それらのうち二つを算出する場合がある。これらの成分の総数は自由度とよばれ、それぞれ５自由度、６自由度と呼ぶ。また、点の対応により移動量を算出するのではなく、ＤＲＲ画像やＸ線透視画像の画素値である画像情報を用いて移動量を演算する機能を提供するベッド位置決め装置もある（特許文献３）。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１４０１３７号公報
【特許文献２】特表２０００−５１００２３号公報
【特許文献３】特開２００４−２６７２５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来技術には次のような問題があった。
【０００７】
いずれの自由度を備えるベッド位置決め装置の場合も自由度の数は固定であり、操作者がベッド位置決め毎やベッド位置決めの途中で自由度を変更することがこれまでできなかった。そのため、例えば画像上に計算点を入力し移動量を算出する場合に、例えば粗位置決めの目的で平行移動成分のみを求めたいことがあっても、５自由度や６自由度のベッド位置決め装置では、回転量も同時に算出されてしまう。結局操作者がマウス等の入力手段を用いて直接画像を移動させて平行移動量を算出する必要があり、操作者の熟練度に応じてベッド位置決めに要する時間や移動量が異なるという課題があった。
【０００８】
また、照射室が複数存在する場合、照射室毎にベッド（駆動機構を含む）の自由度が異なることもある。そのような場合、予めベッド位置決め装置をベッドの自由度に対応させて準備しておく必要があり、ベッド位置決め演算を実施するプログラムも予めベッドの自由度毎に合わせておく必要があり、位置決め装置を保守管理することが必要以上に複雑になるという課題があった。さらに、ベッドを途中で交換した場合にもプログラムを変更する必要が生じるという課題があった。
【０００９】
本発明の目的は、簡単な操作で自由度を変更してベッド移動量を演算することができるベッド位置決めシステムおよび放射線治療装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明では上記の課題を解決するために、演算装置で演算されるベッド移動量の自由度を指定する自由度指定装置を備えたベッド位置決め装置と、このベッド位置決め装置が演算したベッド移動量に基づきベッドの移動制御を行うベッド制御装置とを備えたベッド位置決めシステムを提供する。自由度指定装置は、表示装置にベッド移動量の自由度を入力するための自由度指定領域を表示する手段を有し、演算装置は、自由度の種類に応じた複数の座標変換式が記憶されており、自由度指定装置により前記自由度が指定されると、その自由度に対応する座標変換式を用いてベッドの位置決めのためのベッド移動量を演算する。これにより、位置決めの途中において簡単な操作で自由度を変更して位置決め演算することが可能となり、操作者の熟練度に依存しないベッド位置決め演算を実現できる。また、自由度指定装置を用いることで照射室毎にベッドの自由度が異なった場合やベッドの交換により自由度も変わった場合にも、プログラムを変更することなく対応ができるようになり、保守管理の労力を大幅に減少させることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ベッド位置決め装置を操作する操作者は、照射標的を撮像した画像と照射中心との位置関係に応じて簡単な操作で位置決め演算の自由度を選択することが可能となる。また、再度位置決め演算を実施する場合にも自由度を増減させて簡便に再演算が可能となり、大幅な効率向上となり、位置決め時間を短縮できる。さらに、自由度を選択することで自動でベッド移動量が計算されるので、入力手段を用いて操作者が直接画像を移動させての移動量演算の必要性がなくなり、再現性のある演算とすることができる。さらに、照射室毎にベッドの自由度が異なった場合やベッドの交換により自由度も変わった場合にも、プログラムを変更することなく対応ができるようになり、保守管理の労力を大幅に減少させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。
＜第１の実施の形態＞
〜システム構成〜
図１は、本発明の第１の実施の形態のシステム構成を示す図である。
【００１３】
図１において、本実施の形態に係わるベッド位置決めシステムは、画像データサーバ１００、ベッド位置決め装置１０７、ベッド制御装置１１５、Ｘ線画像撮像システム１１６を備えている。
【００１４】
画像データサーバ１００は、ネットワーク１０５に接続し他の装置とデータの交換をするための通信装置１０１と、データを保存するための記憶装置１０２と、画像データサーバ１００の各内部装置を制御し、データに対し例えばデータ容量の圧縮等の演算を実施するデータ演算処理装置１０３と、データ演算処理装置１０３が使用する処理プログラムや処理対象データを一時的に格納するための主記憶装置１０４から構成される。
【００１５】
ベッド位置決め装置１０７は、ベッド位置決め演算を実施するためのベッド位置決め演算装置１０８と、演算結果の表示およびユーザインタフェースを表示するためのモニタ１０９と、モニタ１０９上に表示されるユーザインタフェースを通じベッド位置決め演算装置１０８およびベッド制御装置１１５への指示を入力するための入力手段１１０から構成される。入力手段１１０としては、キーボードやマウス等が用いられる。ベッド位置決め演算装置１０８は、入力データおよび演算結果を送信するための通信装置１１１、データおよびベッド位置決め演算プログラムを保存するための記憶装置１１３、ベッド位置決め演算を実行するためのベッド位置決め演算処理装置１１２、および演算プログラムや入力データ等をベッド位置決め演算処理装置１１２にて使用するために一時的に格納するための主記憶装置１１４より構成される。
【００１６】
ベッド制御装置１１５は、簡略化して示しているが、放射線を照射する照射標的を載せるベッド１２４を制御するための制御装置であり、ベッド位置決め装置１０７が演算により算出したベッドの移動量を受信し、ベッド１２４に含まれる駆動機構に対し移動指令を送出する機能を持つ。
【００１７】
ベッド１２４およびベッド制御装置１１５は、本明細書では詳細には記述しないが、放射線照射システム１２１の一部を構成するものである。放射線照射システム１２１はその他に放射線を出射する照射ヘッド（ノズル）１２２や照射ヘッドを備え保持するガントリ１２３、照射ヘッド１２２やガントリ１２３を制御するための治療装置制御部１２６、治療装置制御部１２６に指示を与えるための治療装置操作卓１２５からなる。ガントリ１２３は一般に回転機構を備える。
【００１８】
Ｘ線画像撮像システム１１６は、Ｘ線画像撮像装置１１６Ａ、Ｘ線撮像装置制御部１１９およびＸ線画像撮像装置操作卓１２０から構成される。Ｘ線画像撮像装置１１６Ａは、Ｘ線源１１７およびＸ線源１１７に対向な位置に配置されたＸ線受像装置１１８から構成される。ベッド１２４はＸ線源１１７とＸ線受像装置１１８の間に位置し、ベッド上に患者が存在する。Ｘ線画像撮像装置１１６Ａはベッド上の照射標的を撮像するために使用する。また、Ｘ線受像装置１１８はフラットパネルディテクタやイメージインテンシファイア等を使用する。Ｘ線画像撮影装置操作卓１２０は、Ｘ線画像撮像装置１１６Ａに対し撮像のための例えばＸ線源の電圧や撮影時間等の撮影に必要な撮影条件を設定する機能と、それらをＸ線撮像装置制御部１１９に送信する機能を持つ。Ｘ線撮像装置制御部１１９は受信した操作卓１２０からの指示をＸ線源1１７および受像装置１１８に送信する。さらに、Ｘ線撮像装置制御部１１９はＸ線画像撮像装置１１６Ａにて撮影されたＸ線画像のデータ（Ｘ線データ）をＸ線画像撮像装置１１６Ａより受信し、そのＸ線データをＤＲ画像データに変換して画像データサーバ１００に送信する機能を持つ。
【００１９】
画像データサーバ１００、ベッド位置決め装置１０７、Ｘ線画像撮像システム１１６およびベッド制御装置１１５はネットワーク１０５を介して接続されており、データをネットワーク経由で相互に送受信することが可能である。画像データサーバ１００、ベッド位置決め装置１０７、Ｘ線画像撮像システム１１６およびベッド制御装置１１５は前述したようにベッド位置決めシステムを構成し、画像データサーバ１００、ベッド位置決め装置１０７およびＸ線画像撮像システム１１６と、ベッド制御装置１１５を有する放射線照射システム１２１は粒子線治療装置（放射線治療装置）を構成する。
〜データフロー〜
治療計画ソフトウェアが生成したＤＲＲ画像、および照射標的を寝台上で撮影したＤＲ画像を用いる場合を例に、ベッド位置決めの本実施の形態におけるデータフローについて図２を用いて説明する。データは、治療計画装置（図示せず）およびＸ線画像撮像システム１１６にて生成され、それらが画像データサーバ１００に蓄積され、ベッド位置決め装置１０７にて使用される。
【００２０】
まず照射標的への照射やベッド位置決め以前に治療計画装置を用いてベッド位置決めに使用するＤＲＲ画像を生成する。治療計画装置は図示していないが、ネットワーク１０５に接続されており、他のシステムと通信可能である。治療計画装置は、治療計画立案に用いる照射標的（患者の患部）のＣＴ画像データを画像データサーバ１００から読込み、ＣＴ画像を治療計画装置の記憶装置および主記憶装置に格納する。画像データサーバ１００には、治療計画立案のために事前にＸ線ＣＴ撮像装置により撮影したＣＴ画像データが保存されている。その後、取得したＣＴ画像を用いてＤＲＲ画像を生成する。生成したＤＲＲ画像は、画像データサーバ１００に送信し（ステップ２０１）、画像データサーバ１００では受信したＤＲＲ画像を記憶装置１０２に保存する（ステップ２０２とステップ２０３）。 ＤＲＲ画像は、ＣＴ画像を読み込み治療計画装置内に生成した照射標的の３次元密度分布に対し、Ｘ線を照射した際のＸ線透過をコンピュータシミュレーションすることにより生成した画像であり、ＤＲ画像の模擬画像である。
【００２１】
Ｘ線画像撮像システム１１６では、照射標的への照射前もしくは直前にベッド上に患者を置いた状態でベッド上の患者の患部（照射標的）をＸ線撮影（ステップ２０４）し、得られたＸ線データをＸ線撮像装置制御部１１９に送信する（ステップ２０５）。Ｘ線撮像装置制御部１１９はＸ線データをＤＲ画像データに変換し（ステップ２０６）、変換したＤＲ画像データを画像データサーバ１００に送信する（ステップ２０７）。ＤＲ画像データをＸ線画像撮像システム１１６より受信した画像データサーバ１００は、ＤＲ画像データを記憶装置１０２に保存する（ステップ２０８とステップ２０９）。ここで、ＤＲ画像データは、ベッド位置決め装置１０７の分野にて一般的に使用されているダイコム（DICOM）フォーマットであるとする。ただし、その他の画像フォーマットでもかまわない。また、ＤＲＲ画像も同様である。さらに、Ｘ線画像撮像装置１１６ＡからＸ線撮像装置制御部１１９に送信されるＸ線データとは、前記画像フォーマットに変換する前のデータを指し、その値は受像装置１１８が検出したＸ線量の計測値または、最大値で規格化された値であることが多い。
【００２２】
ベッド位置決め演算装置１０８では、ベッド位置決め演算を実施するために、ＤＲＲ画像およびＤＲ画像を画像データサーバ１００から受信し、演算装置内に読込み（ステップ２１１）、主記憶装置１１４および記憶装置１１３に保存する（ステップ２１２）。読込んだＤＲＲ画像およびＤＲ画像をモニタ１０９上に表示し（ステップ２１３）、位置決め演算を実施する（ステップ２１４）。位置決め演算後に、得られたベッド移動量をベッド制御装置１１５に送信する（ステップ２１５）。
【００２３】
なお、ベッド位置決め演算装置１０８においては、主記憶装置１１４にプログラムがロードされる際に、プログラムは位置決め演算に使用する自由度の初期設定値を記憶装置１１３に保存されている設定ファイルから読み込む。
【００２４】
ここで、ステップ２１３であるモニタ１０９上への画像データの表示からステップ２１５であるベッド制御装置１１５への移動量の送信までの処理内容について、詳細に説明する。
【００２５】
照射標的を位置合わせするためのベッド移動量を算出するために、ステップ２１３にて読み込んだＤＲＲ画像およびＤＲ画像をベッド位置決め装置１０７のモニタ１０９に表示する。ベッド位置決め演算装置１０８内のベッド位置決め演算処理装置１１２にロードされているプログラムは、グラフィカルユーザーインターフェース（ＧＵＩ）を備えており、モニタ１０９には予め位置決め演算を実施するためのＧＵＩが表示されている。ＤＲＲ画像およびＤＲ画像はＧＵＩの中に表示されている。図３にＧＵＩの例を示す。
【００２６】
図３において、ＧＵＩは、モニタ１０９内のモニタ表示領域３０１内に表示されている。ＧＵＩは、タイトルバー領域３０２、メニュー領域３０３、参照画像表示領域３０４およびフロート画像表示領域３０５、参照画像およびフロート画像のサムネイルを表示するサムネイル表示領域３０９、自由度指定領域３０６、編集操作指定領域３０７、そして計算および承認実行領域３０８にて構成される。
【００２７】
メニュー領域３０３には、プログラムへの指示に必要な様々な命令を表現したメニューが備えられている。参照画像表示領域３０４には、本例ではＤＲＲ画像が表示され、フロート画像表示領域３０５には、ＤＲ画像が表示される。サムネイル領域３０９には、異なる角度から撮像されたＤＲＲ画像およびＤＲ画像が表示されており、サムネイル領域３０９の画像をマウス等の入力手段１１０により指定すると参照画像３０４およびフロート画像表示領域３０５に表示されている画像が切り替わる。計算および承認実行領域３０８には、例えば”Calculation”ボタンや”Approve”ボタンが備えられている。”Calculation”ボタンを押下することで、位置決め移動量の計算開始をベッド位置決め演算処理装置１１２に指示する。また、”Approve”ボタンを押下することでベッド位置決め演算処理装置１１２は、ベッド制御装置１１５へと移動量を送信する。ベッド位置決めに使用するＤＲ画像はガントリ１２３の回転する面内の異なる2方向から撮影した2枚の画像を用いるのが一般的である。ＤＲ画像を２枚使用するため、ＤＲ画像のシミュレーション画像であるＤＲＲ画像も２枚使用する。
【００２８】
さらにＧＵＩには、参照画像表示領域３０４やフロート画像表示領域内３０５に計算点と呼ぶ点を入力する機能と、その入力した計算点を移動および消去する機能がある。入力された計算点は、ＤＲＲ画像およびＤＲ画像の上に重ねて表示され、ベッド移動量演算に使用される。ベッド移動量演算では、主記憶装置１１４に保持された計算点のＤＲＲ画像およびＤＲ画像上での２次元の座標値を用いる。座標系は例えば、図４に示すように画像の中心を原点とし、紙面右方向をＸ軸、紙面上方向をＹ軸というようなものを用いる。
【００２９】
本発明では、ベッド１２４に含まれる駆動機構の自由度やベッド１２４の位置決めの必要精度に応じて、ベッド位置決め演算装置１０８が演算し算出する移動量の自由度を位置決め演算前に選択できる手段を提供する。自由度とは、３次元空間における平行移動３成分および、各軸周りの回転量のことを言う。例えば６自由度という場合は、３つの平行移動成分と３つの回転成分のすべてを指す。また、ベッド１２４に含まれる駆動機構は、６自由度の場合もあるし、平行移動成分３つと照射標的を置く天板に垂直な軸周りの回転１つを持つ4自由度の場合もある。自由度はＤＯＦ(Degree Of Freedom)と略すこともあり、本実施の形態においても使用する。
【００３０】
ベッド位置決めのための移動量の自由度の選択は、自由度指定領域３０６を用い行うことができる。本実施の形態では、自由度指定領域３０６に３ＤＯＦのチェックボックスと５ＤＯＦのチェックボックスを表示し、入力手段１１０を通してそのいずれかにチェックを入れることで、ベッド移動量の自由度を指定する。自由度指定領域３０６と入力手段１１０は、ベッド位置決め演算装置１０８が算出する移動量の自由度を指定する自由度指定装置を構成する。
【００３１】
今、自由度指定領域３０６内の３ＤＯＦのチェックボックスが入力手段１１０を通してチェックされたとする。すると、ベッド位置決め演算装置１０８内のベッド位置決め演算処理装置１１２に入力手段からの指令が伝達され、指定された自由度に応じて移動量を計算する。本実施の形態では３ＤＯＦの場合は、平行移動成分のみを計算するものとする。
【００３２】
図５および図６を用いて２方向から撮影した画像と３次元空間の関係および、画像への計算点の入力から座標値への変換について説明する。図５に示すように、ベッド１２４上に置かれた照射標的内に原点を持つ３次元の座標系を考える。Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の各軸まわりの回転量をΔΨ，ΔΦ，Δθとする。また、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸それぞれの平行移動量をΔＸ，ΔＹ，ΔＺとする。
【００３３】
画像１上の座標系および画像２上の座標系も図５に示す。またベッド移動量算出にはＤＲ画像とＤＲＲ画像を用いるが、両方の画像に座標系を定義する。便宜上、ＤＲＲ画像上の座標系には記号にダッシュ（’）をつけるものとする。
【００３４】
画像１であるＤＲＲ画像とＤＲ画像上に入力された座標値をＤＲＲの方を(Ｘ’r1, Ｙ’r1)、ＤＲ画像の方を（Ｘr1, Ｙr1）とする。座標変換行列Ｍ１によりＤＲＲ画像とＤＲ画像上の座標値を対応付けることを考えると、対応関係は以下の式（座標変換式）であらわされる。
【００３５】
【数１】
0005002488.tif 000002
【００３６】
ここで、選ばれている自由度は平行移動のみであるので、変換行列Ｍ１は以下のようになる。
【００３７】
【数２】
0005002488.tif 000003
【００３８】
ΔＸ、ΔＹは三次元空間上での移動量である。同様に、画像２の方向では、ΔＹおよびΔＺを用いて(Ｘ’r2, Ｙ’r2)および(Ｘr2, Ｙr2)を対応づけることができる。画像２の場合に対応する変換行列をＭ２と表記する。実際の計算においては、複数個の計算点をＤＲＲ画像およびＤＲ画像に対し設定し、複数個の計算点の座標値から平行移動量を算出する。
【００３９】
変換行列Ｍ１，Ｍ２を、ＤＲＲ画像およびＤＲ画像に入力し設定した計算点から算出する手順について図６に示すフローチャートを参照しながら説明する。
【００４０】
図６において、ＤＲＲ画像およびＤＲ画像に対し計算点が設定され、Calculationボタンが押下されると、ベッド位置決め演算処理装置１１２に移動量演算指令が送信され、演算を開始する。まず、画像１および画像２に対する変換行列Ｍ１，Ｍ２を適切な初期値で初期化する。例えば、ΔＸ，ΔＹ，ΔＺに対し、１を設定する（ステップ６０１）。次に、画像１に対応する数式１および画像２に対応する数式２の座標変換式を用いてそれぞれのＤＲ画像上に設定された計算点を座標変換する（ステップ６０２）。画像１および画像２のそれぞれについて、ステップ６０２で得られた座標値とＤＲＲ画像上に入力された計算点の座標値の差（誤差）を計算し、誤差の絶対値の総和を求める（ステップ６０３）。求めた総和があらかじめ設定していた閾値よりも小さければ、移動量が求まったとし処理を終了する（ステップ６０４）。誤差の総和が閾値以上であれば、変換行列Ｍ１，Ｍ２を非線形最適化アルゴリズムを用いて更新し（ステップ６０５）、ステップ６０２からの手順を繰り返す。非線形最適化アルゴリズムとしては、例えばPowell法を用いる（「Numerical recipes in C」 技術評論社、1993年、参照）。これにより画像１から移動量ΔＸ、ΔＹを求めることができ、画像２から移動量ΔＹ、ΔＺを求めることができる。重複するΔＹについては画像１または画像２のどちらかの値を優先することとし、３自由度の各成分を算出する。ベッドの移動量等の計算値また座標値は主記憶装置１１４および記憶装置１１３に演算途中および演算後にも保管されている。
【００４１】
ベッド移動量の算出が終了すると、ベッド位置決め装置１０７はモニタ１０９上に算出した移動量を操作者に対し表示し、またＤＲ画像を移動量に基づき座標変換し座標変換後のＤＲ画像をモニタ１０９上に表示する。ＤＲ画像に対する座標変換の演算は演算処理装置１１２が実施する。同時に求まっているＤＲ画像上の計算点をＤＲ画像上に重ねて表示する。
【００４２】
ここで、操作者が“Calculation”ボタンを再び押下した場合は、再計算を実施する。またその際に自由度指定領域３０６のチェックを変更していた場合は、再指定された自由度で計算を実施する。これらの演算は演算処理装置１１２にて実施する。ベッド位置決め演算処理装置１１２は、自由度指定領域３０６（自由度指定装置）により自由度が指定されると、その自由度に対応する座標変換式を用いてベッドの位置決めのためのベッド移動量を演算する演算装置を構成する。
【００４３】
図７にベッド位置決め演算処理装置１１２が実行する自由度判定の処理（演算）手順を示す。図７に示すように自由度の判定手順であるステップ７０１において、ベッド位置決め演算処理装置１１２が自由度指定領域３０６によって指定されている自由度を判定し、自由度に応じてその後のベッド移動量算出機能を選択し、移動量演算を実施する。
【００４４】
例えば、自由度指定領域３０６において３ＤＯＦが選択されていた場合は、ステップ７０２の処理が演算処理装置１１２にて実施される。ステップ７０２の処理は、ここまで説明した通りである。自由度指定領域３０６において５ＤＯＦが選択されていた場合は、ステップ７０３の処理が演算処理装置１１２にて実施される。
【００４５】
ステップ７０３の５ＤＯＦの移動量演算は、数式２が３ＤＯＦの場合と異なる。その他の処理は３ＤＯＦの場合と同じであり、ステップ６０２を除いて図６に示す移動量算出手順をそのまま実施する。しかしながら、処理が同一であっても座標変換式（数式２に相当）が異なるため、演算処理装置１１２はステップ７０１で自由度が５ＤＯＦであると判別された時点で主記憶装置１１４にロードされているプログラムに５ＤＯＦの場合の処理モジュールをロードしなくてはならない。５ＤＯＦの場合の数式２に相当する座標変換式を次に示す。
【００４６】
【数３】
0005002488.tif 000004
【００４７】
ここで、数式３のΔＸ等の記号は、図５と同一の記号である。５ＤＯＦの場合は、数式３を数式２の代わりに用い、図６に記載の処理を実施する。
【００４８】
操作者が”Approve”ボタンを押下することにより承認指示が位置決め演算装置に対して出されると、位置決め演算処理装置１１２はベッド移動量をベッド制御装置１１５に通信装置１１１を通して送信する。
【００４９】
前述したようにベッド移動量をベッド制御装置１１５に伝達する前に、例えば３自由度で実施したベッド移動量演算結果が不十分な場合、操作者は自由度を変更することができる。従来は同じ自由度を用いての計算のやり直しはできても自由度を変更しての再計算はできず、再計算を繰り返してもベッド位置決めの精度を向上させることが困難であった。そのため、十分な結果を得るためには入力手段１１０を用いての計算点の再入力や再移動、もしくはマウス等の入力手段１１０を用いての操作者自身によるＤＲ画像の移動による移動量の算出を実施する必要があり、煩雑でありベッド位置決めに時間がかかる要因となっていた。
【００５０】
〜効果〜
以上のように本実施の形態によれば、操作者は、簡単な操作で位置決め演算の自由度を選択することが可能となる。また、再度位置決め演算を実施する場合にも自由度を変更させて簡便に再演算が可能となり、大幅な効率向上となり、位置決め時間を短縮できる。さらに、自由度を選択することで自動でベッド移動量が計算されるので、入力手段を用いて操作者が直接画像を移動させての移動量演算の必要性がなくなり、再現性のある演算とすることができる。さらに、照射室毎にベッドの自由度が異なった場合やベッドの交換により自由度も変わった場合にも、プログラムを変更することなく対応ができるようになり、保守管理の労力を大幅に減少させることができる。
＜他の実施の形態＞
上記実施の形態では、ＤＲＲ画像とＤＲ画像とを用いてのベッド位置決めについて説明したが、一般にベッド位置決めに用いる画像は色々である。例えば、治療計画時に使用したＣＴ画像とＤＲ画像との組み合わせを位置決め演算に用いることができる。また、ＤＲ画像の代わりに放射線照射システムが据え付けられた場所でベッド上の照射標的をＸ線ＣＴ撮像装置を用いて撮影してＣＴ画像を取得し、位置決め演算に用いることもできる。さらに、治療計画用ＣＴ画像の代わりにＭＲＩ装置で撮像した画像を用いることもできる。本発明はこれらの画像を用いるベッド位置決め装置に対しても有効である。
【００５１】
また、一般に照射対象への照射は数十回に分割されてなされる。そのため、１回目の照射にて撮影したＤＲ画像を２回目の照射時には、ＤＲＲ画像の代わりに用いることもできる。
【００５２】
図１及び図２を用いてＣＴ画像とＤＲ画像とを用いる場合について説明する。治療計画時に取得したＣＴ画像は、図１に示す画像データサーバ１００の記憶装置１０２に保存されている。データサーバ１００への保存は、図２のステップ２０１の処理と同時でもよいし、それ以前に例えば照射標的のＣＴ画像を撮影した時点でも良い。ベッド位置決め時には、ステップ２１１の処理時にデータサーバ１１０からＣＴ画像データを読み込む。ＣＴ画像とＤＲ画像を用いて移動量を演算するためには、ＣＴ画像をＤＲＲ画像に変換する必要があり、ベッド位置決め演算装置１０８の演算処理装置１１２にて実施する。ＤＲＲ画像への変換が終了するとステップ２１２、ステップ２１３と順次処理を実施し、上記実施の形態で述べた移動量演算を実施する。
【００５３】
ＤＲＲ画像は、ＤＲ画像をコンピュータシミュレーションにより模擬した画像であり、Ｘ線透視画像を模擬したものとなる。ＤＲＲ画像は照射標的内でのＸ線の減弱を演算することで生成する。Ｘ線の照射標的内での減衰はその密度分布に応じて計算できることが知られている。より具体的には、Ｘ線画像撮像システム１１６にあるＸ線管から照射標的に向けて照射されるＸ線の照射標的内での減衰は照射標的の密度分布を表すＣＴ画像データであるＣＴ値を用いることで算出可能である。ベッド位置決め演算装置１０８の演算処理装置１１２により複数枚のＣＴスライスから構成されるボクセルデータの要素に対しＸ線管から仮想的なレイと呼ばれるＸ線を模擬した線を通過させＸ線管からの距離と、ボクセルデータの要素に格納されているＣＴ値に比例してＸ線の減衰を計算する。そして、Ｘ線受像装置位置における減衰したレイの強度を求める。Ｘ線受像装置位置にて例えば画像サイズ５１２×５１２マトリックスの予め設定した解像度で二次元のメッシュ上の領域を構成しこれらの各要素中心でのレイの減衰を求める。このような演算を前述の二次元メッシュ内の要素全てに対し実施することでＸ線受像装置位置におけるＤＲＲ画像を生成できる。
【００５４】
本発明が提供する手段と方法は、画像上に入力手段を用いて計算点を入力する本実施の形態の方法以外にも、ベッド位置決め演算処理装置１１２により画像内の特徴点を点として選択する場合や、画像同士の類似度等の指標を用いてベッド移動量を算出する場合にも適用できる。
【００５５】
画像内の輝度が大きい部分や角張った部分等の特徴点を抽出するには、『「画像処理工学」 コロナ社、2000年』に記載の細線化処理や輪郭追跡処理を使用し、ＤＲＲ画像およびＤＲ画像に写っている照射対象の輪郭を演算処理装置１１２を用いて取得し、その後直線化処理であるハフ変換により直線を得て、例えば胸の部分であれば背骨や肋骨を表す直線の交点を直腸恬として取得する。また、照射対象に金属のマーカーや照射対象表面に放射線透過性の小さい物質が貼ってあった場合は、ＤＲ画像やＤＲＲ画像にそれらの像が写っているので、これを閾値処理等を用いて演算処理装置１１２を用いて処理し特徴点を得る。その後、上記実施の形態に記載のベッド移動量算出方法を用いて移動量を算出する。
【００５６】
画像同士の類似度としては、例えば上記の『「画像処理工学」 コロナ社、2000年』に記載の相互相関係数を使用したり、「Frederik Maes, 他，「Multimodality image registration by maximization of mutual information」，IEEE Trans. Med. Image., Vol.16, No.2, 1997」に記載の相互情報量を用いる。これらは、お互いの画像がどのくらい似ているかを定量的に示す指標である。類似度を用いてのベッド移動量算出では、計算点ではなく、例えば数式２や数式３の変換式を用いながら直接画像を座標変換する。
【００５７】
治療計画用ＣＴ画像と位置決め時に撮像したＣＴ画像とを用いて移動量を算出する方法について補足する。ＤＲＲ画像及びＤＲ画像を用いる場合と同様に、モニタ１０９上に表示されているＣＴ画像のスライス上に入力手段を用いて計算点を入力することで移動量を計算できる。また、同様な方法を用いることで画像内の輝度が大きい部分や角ばった部分等の特徴点や画像同士の類似度を使用することによっても移動量を計算することができる。ここで、モニタ１０９上では、参照画像表示領域３０４に治療計画時のＣＴスライス画像が、フロート画像表示領域３０５には位置決め時のＣＴスライス画像が表示されている。また、図示していないが、表示領域の脇等に表示スライス画像を変更するためのスライダ等の表示スライス画像変更手段を備えている。
【００５８】
本発明に用いる放射線照射システムの種類は、Ｘ線放射線照射システムおよび粒子線治療システムである。また、粒子線照射システムでは、陽子線、炭素線およびその他のイオン種を用いることを想定している。
上記実施の形態では、自由度指定領域３０６に配置する自由度として５ＤＯＦおよび３ＤＯＦを備えるＧＵＩを例示しているが、これは他の自由度であってもかまわない。本発明では自由度を切り替える手段を提供することが目的である。また、本発明の提供する手段の目的から考えると操作者がＧＵＩを起動した際に、あらかじめ決めておいた自由度が選択されていてもかまわない。これを自由度の初期設定値と呼ぶ。自由度の初期設定値は、設定ファイルとして記憶装置１１３に保存されていても、またはプログラムに固定の規定値として組み込まれていても良い。初期設定値が設定ファイルとして記憶装置１１３に保存されている場合は、照射室毎にベッドの自由度が異なる場合でもプログラム本体を変更する必要がなく、またプログラムの起動直後から直ぐに使用できるため効率が向上し、位置決め時間の短縮となる。
【００５９】
使用する画像の枚数すなわち撮影方向について上記実施の形態では２枚としているが、１枚のＤＲＲ画像とＤＲ画像とを用いても本発明の目的を損なわない。１枚だけすなわちある特定の方向からの画像を用いる場合としては、例えば放射線照射システム１２１の照射ヘッド１２２にＸ線源１１７が搭載されている場合がある。この場合、照射方向からのＤＲ画像を用いてベッド位置決めの最終確認をすることを目的にベッド位置決め演算を実施する。ただし、特にその他の方向から撮影した１枚の画像であってもベッド位置決め演算は実施できるため、本発明はそのような場合にも有効である。
【００６０】
１方向からのみ撮影した画像を用いる場合は、例えば上記実施の形態の図３に示すＧＵＩの自由度指定領域３０６の３自由度以上の自由度は選択できなくなる。１方向の画像の場合の自由度は最大で３自由度（平行移動成分が２つ、回転が１つ）であり、図３の自由度指定領域３０６は１方向の画像のみの場合は、例えば３自由度および２自由度のチェックボックスになってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の一実施の形態に係わるベッド位置決めシステムを備えた放射線治療装置の全体構成を示す図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係わるベッド位置決めシステムにおける処理内容のデータの流れを示すフローである。
【図３】モニタに表示されるグラフィカルユーザーインターフェース（ＧＵＩ）の一例を示す図である。
【図４】画像上の計算点の座標系を示す図である。
【図５】２方向から撮影した画像と３次元空間の関係を示す図である。
【図６】移動量の算出手順を示す図である。
【図７】ベッド位置決め演算装置における自由度判定の処理手順を示す図である。
【符号の説明】
【００６２】
１００  画像データサーバ
１０１  通信装置
１０２  記憶装置
１０３  データ演算処理装置
１０４  主記憶装置
１０５  ネットワーク
１０７  ベッド位置決め装置
１０８  ベッド位置決め演算装置
１０９  モニタ
１１０  入力手段（自由度指定装置）
１１１  通信装置
１１２  ベッド位置決め演算処理装置
１１３  記憶装置
１１４  主記憶装置
１１５  ベッド制御装置
１１６  Ｘ線画像撮像システム
１１６Ａ  Ｘ線画像撮像装置
１１７  Ｘ線源
１１８  受像装置
１１９  Ｘ線撮像装置制御部
１２０  Ｘ線画像撮像装置操作卓
１２１  放射線照射システム
１２２  照射ヘッド
１２３  ガントリ
１２４  ベッド（駆動機構を含む）
１２５  治療装置操作卓
１２６  治療装置制御部
３０１  モニタ表示領域
３０２  タイトルバー
３０３  メニュー領域
３０４  参照画像表示領域
３０５  フロート画像表示領域
３０６  自由度指定領域（自由度指定装置）
３０７  編集操作指定領域
３０８  計算および承認実行領域
３０９  サムネイル表示領域
【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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