JP2018042831A - Medical image processing apparatus, treatment system, and medical image processing program - Google Patents
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Abstract
【課題】計画した放射線のエネルギーを病巣に与えられるように患者の位置を合わせることができる医用画像処理装置、治療システム、および医用画像処理プログラムを提供することである。【解決手段】実施形態の医用画像処理装置は、第1画像取得部と、第2画像取得部と、経路取得部と、探索部とを持つ。第1画像取得部は、被検体の3次元の第1画像を取得する。第2画像取得部は、第1画像とは異なる時刻に撮像された被検体の3次元の第2画像を取得する。経路取得部は、第1画像に設定した放射線経路を取得する。探索部は、第1画像に含まれ放射線経路が通過する3次元の第1画素の画素値を積分した第1積分値と、第2画像内の放射線経路に対応する経路が通過する3次元の第2画素の画素値を積分した第2積分値とに基づいて、第2画像に写された被検体の位置を第1画像に写された被検体の位置に合わせるための第2画像の移動量を表す移動量信号を出力する。【選択図】図1A medical image processing apparatus, a medical treatment system, and a medical image processing program capable of adjusting the position of a patient so that planned energy of radiation is given to a lesion. According to one embodiment, a medical image processing apparatus includes a first image acquisition unit, a second image acquisition unit, a route acquisition unit, and a search unit. The first image acquisition unit acquires a three-dimensional first image of the subject. The second image acquisition unit acquires a three-dimensional second image of the subject captured at a different time from the first image. The path acquisition unit acquires the radiation path set for the first image. The search unit is configured to integrate a first integrated value obtained by integrating a pixel value of a three-dimensional first pixel included in the first image and passing through the radiation path, and a three-dimensional pixel passing through a path corresponding to the radiation path in the second image. Movement of the second image for adjusting the position of the subject shown in the second image to the position of the subject shown in the first image based on the second integrated value obtained by integrating the pixel value of the second pixel. A movement amount signal representing the amount is output. [Selection diagram] Fig. 1
Description
本発明の実施形態は、医用画像処理装置、治療システム、および医用画像処理プログラムに関する。 Embodiments described herein relate generally to a medical image processing apparatus, a treatment system, and a medical image processing program.
放射線治療は、放射線を患者の体内にある病巣に対して照射することによって、その病巣を破壊する治療方法である。放射線治療では、放射線を、病巣の位置に正確に照射する必要がある。これは、患者の体内の正常な組織に放射線を照射してしまうと、その正常な組織に対してもダメージを与えることになるからである。そのため、放射線治療を行う際には、まず、治療計画の段階において、予めコンピュータ断層撮影(Computed Tomography:CT)を行って患者の体内にある病巣の位置を3次元的に把握する。そして、把握した病巣の位置に基づいて、正常な組織への照射を少なくするように、放射線を照射する際の方向や照射する放射線の強度を計画する。その後、治療の段階において、治療計画の段階の患者の位置に合うように患者を配置し、治療計画の段階で計画した照射方向や照射強度に従って放射線を病巣に照射する。 Radiotherapy is a treatment method that destroys a lesion by irradiating the lesion in the body of the patient. In radiation therapy, it is necessary to accurately irradiate radiation at the position of a lesion. This is because if normal tissue in the patient's body is irradiated with radiation, the normal tissue will be damaged. Therefore, when performing radiotherapy, first, in the stage of treatment planning, computer tomography (CT) is performed in advance to grasp the position of the lesion in the patient's body three-dimensionally. Then, based on the grasped position of the lesion, the direction when irradiating the radiation and the intensity of the irradiating radiation are planned so as to reduce the irradiation to the normal tissue. Thereafter, in the treatment stage, the patient is arranged so as to match the position of the patient in the treatment planning stage, and the lesion is irradiated with radiation according to the irradiation direction and irradiation intensity planned in the treatment planning stage.
治療段階における患者の位置合わせでは、治療を開始する直前に患者を寝台に寝かせた状態で撮影した患者の体内の透視画像と、治療計画のときに撮影した3次元のCT画像から仮想的に透視画像を再構成したデジタル再構成X線写真(Digitally Reconstructed Radiograph:DRR)画像との画像照合を行って、それぞれの画像の間での患者の位置のずれを求める。そして、求めたずれに基づいて寝台を移動させることによって、患者の体内の病巣や骨などの位置を治療計画のときのそれらと合わせる。 In the patient alignment in the treatment stage, the patient is virtually seen through a fluoroscopic image of the patient's body taken while the patient is lying on the bed immediately before the start of treatment and a three-dimensional CT image taken at the time of treatment planning. Image matching with a digitally reconstructed radiograph (DRR) image obtained by reconstructing the image is performed, and a shift in the position of the patient between the images is obtained. Then, by moving the bed based on the obtained deviation, the position of the lesion, bone, etc. in the patient's body is matched with those in the treatment plan.
患者の位置のずれは、透視画像と最も類似するDRR画像が再構成されるように、CT画像中の位置を探索することによって求める。患者の位置の探索をコンピュータによって自動化する方法は多数提案されている。自動で探索した結果を利用者(医師など)が透視画像とDRR画像とを見比べることによって確認する。 The patient position shift is obtained by searching for a position in the CT image so that a DRR image most similar to the fluoroscopic image is reconstructed. A number of methods have been proposed for automating the search for a patient's location by a computer. The result of the automatic search is confirmed by a user (such as a doctor) comparing the fluoroscopic image and the DRR image.
このとき、透視画像に写された病巣の位置を目視によって確認することが難しい場合があった。これは、病巣は、骨などに比べてX線の透過性が高いため、透視画像に病巣がはっきり写らないためである。そこで、治療を行う際に、透視画像の代わりにCT画像を撮影して病巣の位置を確認することも行われている。この場合、患者の位置のずれは、治療計画のときに撮影したCT画像と、治療段階において撮影したCT画像とを画像照合する、つまり、CT画像同士の画像照合によって求める。 At this time, it may be difficult to visually confirm the position of the lesion imaged in the fluoroscopic image. This is because the lesion has a higher X-ray permeability than bones and the like, and the lesion is not clearly visible in the fluoroscopic image. Therefore, when performing treatment, a CT image is taken instead of a fluoroscopic image to confirm the position of a lesion. In this case, the position shift of the patient is obtained by performing image matching between the CT image taken at the time of the treatment plan and the CT image taken at the treatment stage, that is, by image matching between the CT images.
CT画像同士の画像照合では、一方のCT画像の位置をずらしながら、他方のCT画像と最も類似する位置を求める。CT画像同士の画像照合を行う方法の一例として、例えば、特許文献1に開示されている方法がある。特許文献1に開示されている方法では、治療計画のときに撮影したCT画像に含まれる病巣周辺の画像をテンプレートとして用意する。そして、特許文献1に開示されている方法では、治療段階において撮影したCT画像に対してテンプレートマッチングを行うことによって、最も類似した画像の位置を病巣の位置として探索する。そして、探索した位置に基づいて、患者の位置のずれを求め、上記と同様にずれに応じて寝台を移動させて、治療計画のときと同じ体位に患者の位置を合わせる。 In image collation between CT images, a position most similar to the other CT image is obtained while shifting the position of one CT image. As an example of a method for performing image matching between CT images, for example, there is a method disclosed in Patent Document 1. In the method disclosed in Patent Document 1, an image around a lesion included in a CT image taken at the time of treatment planning is prepared as a template. In the method disclosed in Patent Document 1, the position of the most similar image is searched as the position of the lesion by performing template matching on the CT image captured in the treatment stage. Then, based on the searched position, a shift in the position of the patient is obtained, and the bed is moved in accordance with the shift in the same manner as described above, and the position of the patient is adjusted to the same position as in the treatment plan.
ところで、放射線治療において用いる放射線は、物質を通過する際にエネルギーを失う。このため、治療計画では、撮影したCT画像に基づいて、照射する放射線のエネルギー損失量を仮想的に算出することによって放射線の照射方法を定める。そして、治療段階において患者の位置を合わせる際には、照射する放射線が通過する経路にある患者の体内の組織も一致していることが重要になる。 By the way, radiation used in radiotherapy loses energy when passing through a substance. Therefore, in the treatment plan, a radiation irradiation method is determined by virtually calculating the amount of energy loss of radiation to be irradiated based on the captured CT image. And when aligning a patient's position in a treatment stage, it is important that the tissues in the patient's body in the path through which the radiation to be irradiated also match.
しかしながら、特許文献1に開示されている方法では、テンプレートとして用意した病巣周辺のCT画像に、注目する病巣周辺の位置を合わせることを重視している。このため、特許文献1に開示されている方法では、病巣の周辺以外においても患者の体内組織の位置が正確に合うとは限らない。つまり、特許文献1に開示されている方法で患者の位置を合わせた場合には、照射した放射線が病巣に届いたとしても、放射線が通過する経路にある患者の体内の組織によっては、計画した放射線のエネルギーを病巣に与えることができない場合があった。 However, in the method disclosed in Patent Document 1, it is important to align the position around the focus of interest with the CT image around the focus prepared as a template. For this reason, in the method disclosed in Patent Document 1, the position of the patient's body tissue does not always match even outside the vicinity of the lesion. In other words, when the position of the patient is aligned by the method disclosed in Patent Document 1, even if the irradiated radiation reaches the lesion, it is planned depending on the tissue in the patient's body in the path through which the radiation passes. In some cases, the energy of radiation could not be given to the lesion.
本発明が解決しようとする課題は、計画した放射線のエネルギーを病巣に与えられるように患者の位置を合わせることができる医用画像処理装置、治療システム、および医用画像処理プログラムを提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide a medical image processing apparatus, a treatment system, and a medical image processing program capable of aligning a patient so that planned radiation energy can be applied to a lesion.
実施形態の医用画像処理装置は、第1画像取得部と、第2画像取得部と、経路取得部と、探索部とを持つ。第1画像取得部は、撮像装置によって撮像された被検体の3次元の第1画像を取得する。第2画像取得部は、前記第1画像とは異なる時刻に前記撮像装置によって撮像された前記被検体の3次元の第2画像を取得する。経路取得部は、前記第1画像に設定した放射線経路を取得する。探索部は、前記第1画像に含まれ前記放射線経路が通過する3次元の第1画素の画素値を積分した第1積分値と、前記第2画像内の前記放射線経路に対応する経路が通過する3次元の第2画素の画素値を積分した第2積分値とに基づいて、前記第2画像に写された前記被検体の位置を前記第1画像に写された前記被検体の位置に合わせるための前記第2画像の移動量を表す移動量信号を出力する。 The medical image processing apparatus according to the embodiment includes a first image acquisition unit, a second image acquisition unit, a route acquisition unit, and a search unit. The first image acquisition unit acquires a three-dimensional first image of the subject imaged by the imaging device. The second image acquisition unit acquires a three-dimensional second image of the subject imaged by the imaging device at a time different from the first image. The path acquisition unit acquires a radiation path set in the first image. The search unit includes a first integration value obtained by integrating pixel values of a three-dimensional first pixel included in the first image and passing through the radiation path, and a path corresponding to the radiation path in the second image. Based on the second integrated value obtained by integrating the pixel values of the three-dimensional second pixels, the position of the subject imaged in the second image is changed to the position of the object imaged in the first image. A movement amount signal representing the movement amount of the second image for matching is output.
以下、実施形態の医用画像処理装置、治療システム、および医用画像処理プログラムを、図面を参照して説明する。 Hereinafter, a medical image processing apparatus, a treatment system, and a medical image processing program according to embodiments will be described with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態の医用画像処理装置を備えた治療システムの概略構成を示したブロック図である。図1に示した治療システム1は、医用画像処理装置100と、治療装置10とを備える。
(First embodiment)
FIG. 1 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a treatment system including the medical image processing apparatus according to the first embodiment. The treatment system 1 illustrated in FIG. 1 includes a medical
まず、治療システム1を構成する治療装置10について説明する。治療装置10は、治療台11と、コンピュータ断層撮影(Computed Tomography:CT)装置12(以下、「CT撮像装置12」という)と、治療ビーム照射門13とを備える。
First, the
治療台11は、放射線による治療を受ける被検体(患者)Pを、例えば、固定具などによって寝かせた状態で固定する寝台である。治療台11は、患者Pを固定した状態で開口部を有する円環状のCT撮像装置12の中に移動することができる。なお、図1においては、治療台11の移動を制御する治療台制御部の図示を省略している。
The treatment table 11 is a bed on which a subject (patient) P to be treated with radiation is fixed in a state in which it is laid with a fixing tool or the like. The treatment table 11 can move into an annular
CT撮像装置12は、3次元のコンピュータ断層撮影を行うための撮像装置である。CT撮像装置12は、円環状の開口部の内側に複数の放射線源が配置され、それぞれの放射線源から、患者Pの体内を透視するための放射線を照射する。つまり、CT撮像装置12は、患者Pの周囲から放射線を照射する。CT撮像装置12においてそれぞれの放射線源から照射する放射線は、例えば、X線である。また、CT撮像装置12は、円環状の開口部の内側に複数配置された放射線検出器によって、放射線源から照射されて患者Pの体内を通過して到達した放射線を検出し、検出した放射線のエネルギーの大きさに基づいて患者Pの体内のCT画像を生成する。CT撮像装置12によって生成される患者PのCT画像は、放射線のエネルギーの大きさをデジタル値で表した3次元のデジタル画像である。CT撮像装置12は、生成したCT画像を医用画像処理装置100に出力する。なお、図1においては、CT撮像装置12に備えたそれぞれの放射線源からの放射線の照射や、それぞれの放射線検出器が検出した放射線に基づいたCT画像の生成、つまり、患者Pの体内を3次元撮影するための制御部の図示を省略している。
The
治療ビーム照射門13は、患者Pの体内の照射対象(患者Pの体内に存在する病巣)を破壊するための放射線を治療ビームBとして照射する。治療ビームBは、例えば、X線、γ線、電子線、陽子線、中性子線、重粒子線などである。なお、図1においては、治療ビーム照射門13による治療ビームBの照射を制御する制御部の図示を省略している。
The treatment
なお、図1においては、1つの治療ビーム照射門13を備える治療装置10の構成を示した。しかし、治療装置10は、治療ビーム照射門13を1つのみ備えた構成に限定されるのではなく、複数の治療ビーム照射門を備える構成であってもよい。例えば、図1では、患者Pに垂直方向から治療ビームBを照射する治療ビーム照射門13を備えている治療装置10の構成を示したが、患者Pに水平方向から治療ビームを照射する治療ビーム照射門をさらに備えている治療装置を含んで治療システム1を構成してもよい。
In addition, in FIG. 1, the structure of the
医用画像処理装置100は、CT撮像装置12から出力されたCT画像に基づいて、放射線治療を行う際の患者Pの位置を合わせるための処理を行う。より具体的には、医用画像処理装置100は、放射線治療において治療を行う患者Pの体内の病巣や組織の位置を合わせるための情報を出力する。医用画像処理装置100における病巣や組織の位置合わせの処理は、治療計画の段階など、放射線治療を行う前に撮影した患者PのCT画像と、CT撮像装置12から出力された現在の患者PのCT画像とに基づいて行われる。
The medical
このとき、医用画像処理装置100は、患者Pの体内の病巣や組織の位置を仮想的に移動させた後、治療ビームBが病巣に到達するまでの経路上にある組織を判定する。つまり、医用画像処理装置100は、治療ビームBが通過する経路(放射線経路)にある患者Pの体内の組織が一致しているか否かを判定する。これは、照射した治療ビームBが患者Pの体内の組織を通過する際に失うエネルギーの量(エネルギー損失量)が、治療計画の段階において算出したエネルギー損失量に対して許容範囲内であるか否かを通知するためである。言い換えれば、照射した治療ビームBのブラッグ曲線における極大部分(ブラッグピーク)の位置が治療する対象の病巣の位置から外れていないことを通知するためである。医用画像処理装置100における治療ビームBが通過する経路上の組織の判定は、放射線治療を行う前に撮影した患者PのCT画像に含まれる病巣までの間の組織と、現在の患者PのCT画像に含まれる病巣までの間の組織とを比較することによって行われる。医用画像処理装置100は、治療ビームBが通過する経路上の組織を比較した結果を表す情報を出力する。
At this time, the medical
なお、医用画像処理装置100と治療装置10に備えたCT撮像装置12とは、LAN(Local Area Network)やWAN(Wide Area Network)によって接続されてもよい。
The medical
以下、治療システム1を構成する医用画像処理装置100の構成について説明する。図2は、第1の実施形態の医用画像処理装置100の概略構成を示したブロック図である。図2に示した医用画像処理装置100は、第1画像取得部101と、第2画像取得部102と、経路取得部110と、探索部120とを備える。また、探索部120は、積分画像算出部121と、比較部122と、判定部123と、移動部124とを備える。
Hereinafter, the configuration of the medical
第1画像取得部101は、治療前の患者Pに関する第1画像を取得する。第1画像取得部101は、取得した第1画像を探索部120に出力する。ここで、第1画像は、放射線治療を行う際の治療計画の段階において照射する治療ビームBの方向(傾きや距離などを含む経路)や強さを決定するために用いたCT画像である。第1画像は、治療台11に固定することによって患者Pの体位を一定に維持した状態で撮影される。治療計画の段階では、患者Pの体内の正常な組織への治療ビームBの照射を少なくするように、治療ビームBを照射する方向や強度が計画される。なお、第1画像取得部101は、治療装置10に備えたCT撮像装置12と接続するためのインターフェースを含んでもよい。
The first
第2画像取得部102は、治療を開始する直前の患者Pに関する第2画像を取得する。第2画像取得部102は、取得した第2画像を探索部120に出力する。ここで、第2画像は、患者Pの位置を合わせるために、治療を開始する直前に撮影した患者Pの体内のCT画像である。つまり、第2画像は、治療ビーム照射門13が治療ビームBを照射していない状態でCT撮像装置12が撮影して生成したCT画像である。第2画像は、第1画像を撮影したときの体位と同様の体位に近づけた状態で撮影される。なお、第2画像取得部102は、治療装置10に備えたCT撮像装置12と接続するためのインターフェースを含んでもよい。
The 2nd
経路取得部110は、治療計画の段階において決定した治療ビームBを照射する経路の情報を取得する。なお、治療ビームBを照射する経路の情報は、例えば、治療システム1が設置された治療室において予め設定された基準位置の3次元の座標を基準にして表された情報である。また、治療ビームBは、1本の放射線ビーム(以下、「治療ビームb」という)を走査(ラスタスキャン)したり、複数の治療ビームbを照射したりすることによって、患者Pの体内に存在する病巣の領域(範囲)に照射される。つまり、治療ビームBを照射する経路は、患者Pの体内の病巣に実際に照射する治療ビームbごとに複数存在する。経路取得部110は、患者Pの体内の病巣に照射する治療ビームBを表す治療ビームbのそれぞれの経路の情報を取得する。経路取得部110は、取得した治療ビームbのそれぞれの経路の情報を探索部120に出力する。さらに、経路取得部110は、治療計画の段階において計画されたそれぞれの治療ビームbの強度の情報を取得してもよい。
The
探索部120は、経路取得部110から出力された治療ビームbのそれぞれの経路の情報と、第1画像取得部101から出力された第1画像と、第2画像取得部102から出力された第2画像とに基づいて、現在の患者Pの位置を治療計画の段階の位置に合わせるための移動量を探索する。探索部120は、照射する治療ビームBが患者Pの体内の病巣に与えるエネルギーを、治療計画の段階において計画したエネルギーに近づけるように、患者Pの位置を合わせるための移動量を探索する。
The
積分画像算出部121は、経路取得部110から出力された治療ビームbのそれぞれの経路の情報に基づいて、治療ビームBの照射範囲を表す積分画像を生成する。積分画像算出部121は、第1画像取得部101から出力された第1画像に対応した積分画像(以下、「第1積分画像」という)と、第2画像取得部102から出力された第2画像に対応した積分画像(以下、「第2積分画像」という)とのそれぞれを生成する。積分画像算出部121は、生成したそれぞれの積分画像を、比較部122に出力する。
The integrated
ここで、積分画像算出部121が積分画像を生成する概略の方法について、第1画像に対応した第1積分画像を生成する場合を例として説明する。積分画像算出部121により第1積分画像の生成では、まず、第1画像取得部101から出力された第1画像に含まれる3次元の画素(ボクセル)の中から、治療ビームbが通過する経路上に位置するボクセルを抽出する。ここで、ボクセルの画素値は、患者Pを構成する肉や骨などの組織(物質)によって異なる値である。なお、患者Pの体内に空気が入っていた場合、ボクセルの画素値は、肉や骨などの組織(物質)と異なる値となる。積分画像算出部121は、経路取得部110から出力された治療ビームbのそれぞれの経路の情報に基づいて、経路上に位置するボクセルを、治療ビームbのそれぞれの経路ごとに抽出する。そして、積分画像算出部121は、治療ビームbのそれぞれの経路ごとに、抽出したボクセルの画素値(以下、「CT値」という)を積分(線積分)する。なお、積分画像算出部121は、治療計画の段階において計画したそれぞれの治療ビームbの強度に応じたブラッグピークの位置までボクセルのCT値を積分(線積分)してもよい。そして、積分画像算出部121は、治療ビームbのそれぞれの経路ごとに積分したCT値を、治療ビームBの照射範囲内の対応する位置に配置する(並べる)ことによって、第1積分画像を生成する。このようにして、積分画像算出部121は、積分画像を構成するそれぞれの画素の画素値が、治療ビームbのそれぞれの経路ごとに積分(線積分)されたCT値の積分(線積分)値(以下、「ボクセルデータ」という)である、治療ビームBの照射範囲の第1積分画像を生成する。同様にして、積分画像算出部121は、第2画像から抽出した治療ビームbのそれぞれの経路上のボクセルのCT値を積分(線積分)したボクセルデータを治療ビームBの照射範囲に並べた第2積分画像を生成する。このように、積分画像算出部121は、治療計画の段階で計画した強度で治療ビームBを照射した場合に治療ビームbのそれぞれが通過するボクセルのみのCT値を積分(線積分)したボクセルデータを含むそれぞれの積分画像を生成する。
Here, an outline method in which the integral
なお、積分画像算出部121がそれぞれの積分画像を生成する際に、いずれかの治療ビームbの経路がボクセルの境界を通る場合も考えられる。この場合、積分画像算出部121は、例えば、治療ビームbの経路において隣接するいずれか1つのボクセルのCT値を、治療ビームbの経路上のボクセルのCT値として積分画像を生成する際のCT値の積分(線積分)、つまり、ボクセルデータの算出に用いてもよい。また、積分画像算出部121は、例えば、治療ビームbの経路において隣接する2つのボクセルのCT値を加算平均したCT値を、治療ビームbの経路上のボクセルのCT値として、積分画像を生成する際のボクセルデータの算出に用いてもよい。
In addition, when the integral
なお、積分画像算出部121は、ボクセルデータを治療ビームBの照射範囲に並べることによって積分画像を生成して出力する構成を説明したが、積分画像算出部121は、画像の形式でボクセルデータを出力する構成に限定されるものではない。例えば、積分画像算出部121は、それぞれのボクセルデータ自体、つまり、治療ビームbのそれぞれの経路ごとにCT値を積分(線積分)した積分値を出力する構成であってもよい。
In addition, although the integral
なお、それぞれの積分画像を生成する際、積分画像算出部121は、治療ビームbの経路上に位置するそれぞれのボクセルのCT値を、放射線のエネルギー損失量を水の厚みに換算した水等価厚を用いて、それぞれの積分画像を生成する。上述したように、治療ビームb(治療ビームB)は、物質(組織)を通過する際にエネルギーを失う。このとき、治療ビームbのそれぞれが失うエネルギー量は、治療ビームbが通過するボクセルのCT値に応じたエネルギー量であり、治療ビームbのそれぞれの経路ごとに異なる。つまり、治療ビームBにおけるエネルギー損失量は均一ではなく、治療ビームbの経路ごとに異なる量のエネルギーを失う。水等価厚は、組織(物質)ごとに異なる放射線のエネルギー損失量を、同じ物質である水の厚みとして表した値であり、ボクセルのCT値に基づいて換算することができる。例えば、CT値が骨を表す値である場合には、放射線が骨を通過する際のエネルギー損失量は多いため、水等価厚は大きな値となる。また、例えば、CT値が空気を表す値である場合には、放射線が空気を通過する際のエネルギー損失量は少ないため、水等価厚は小さな値となる。積分画像算出部121が積分画像を生成する際に、ボクセルのCT値を水等価厚に換算することによって、治療ビームBにおいて治療ビームbのそれぞれが通過する経路ごとのエネルギー損失量を、同じ基準で表すことができる。
When generating each integral image, the integral
また、積分画像算出部121は、治療ビームbの経路上に位置するボクセルのCT値をそれぞれの経路ごとに水等価厚に換算した後に、水等価厚を積分(線積分)することによってそれぞれのボクセルデータを算出して積分画像を生成する。水等価厚は、積分(線積分)することによって、水の深さ(水換算深さ)を表すことができる。積分画像において水換算深さは、患者Pの体表面から病巣までの距離を表す。つまり、積分画像算出部121は、第1画像から抽出した治療ビームbのそれぞれの経路上のボクセルのCT値を水等価厚に換算した後に積分(線積分)することによって、治療計画の段階において確認した患者Pの体表面から病巣までの距離(水換算深さ)を、第1積分画像で表すことができる。また、積分画像算出部121は、第2画像から抽出した治療ビームbのそれぞれの経路上のボクセルのCT値を水等価厚に換算した後に積分(線積分)することによって、治療段階、つまり、現在の患者Pの位置において確認した患者Pの体表面から病巣までの距離(水換算深さ)を、第2積分画像で表すことができる。
Further, the integral
この第1積分画像と第2積分画像とのそれぞれによって表された患者Pの体表面から病巣までの距離(水換算深さ)を比較することによって、治療ビームBの照射範囲内に照射されるそれぞれの治療ビームbが、治療計画の段階において計画したエネルギーを患者Pの体内の病巣に与えることができるか否かを判定することができる。そして、いずれかの治療ビームbが、治療計画の段階において計画したエネルギーを患者Pの体内の病巣に与えることができない場合には、その治療ビームbの経路を変更するなどの適切な施策を講じることができる。例えば、治療計画の段階では存在していなかった空気が、いずれかの治療ビームbの経路に現在は存在している場合、上述したように、放射線が空気を通過する際のエネルギー損失量は少ないため、水等価厚は小さな値となり、これに伴って、水換算深さの値が小さな値となる。この場合、その治療ビームbの経路における第2積分画像のボクセルデータは、対応する第1積分画像のボクセルデータよりも小さな値となる。つまり、その治療ビームbの経路におけるブラッグピークの位置は、治療計画の段階よりも深い位置となる。治療ビームbの経路におけるブラッグピークの位置が治療計画の段階よりも深い位置となると、患者Pの体内において病巣よりも深部に位置する、危険臓器と呼ばれる放射線によって破壊したくない重要な臓器にまで治療ビームbが到達してしまうことが考えられる。このような場合、治療ビームbが危険臓器に到達しないように、適切な施策を講じる必要がある。医用画像処理装置100では、このような場合に、経路を迂回して治療ビームbを照射させる、つまり、治療計画の段階では存在していなかった空気が存在している経路を避けて治療ビームbを照射させるなど、治療計画の段階において計画したエネルギーを患者Pの体内の病巣に与えることができるようにするための適切な施策を講じることができる。医用画像処理装置100では、第1積分画像と第2積分画像との比較が、比較部122によって行われる。また、医用画像処理装置100では、治療ビームBの照射範囲内に照射されるそれぞれの治療ビームbが、治療計画の段階において計画したエネルギーを患者Pの体内の病巣に与えることができるか否かを判定が、判定部123によって行われる。また、医用画像処理装置100では、治療ビームbの経路を変更する際の変更量が、移動部124によって決定される。
By comparing the distance (water equivalent depth) from the body surface of the patient P to the lesion represented by each of the first integrated image and the second integrated image, the irradiation is performed within the irradiation range of the treatment beam B. It can be determined whether each treatment beam b can give the planned energy to the lesion in the body of the patient P in the treatment planning stage. If any of the treatment beams b cannot give the energy planned in the treatment planning stage to the lesion in the patient P, appropriate measures such as changing the path of the treatment beam b are taken. be able to. For example, if air that was not present at the stage of the treatment plan is currently present in the path of any treatment beam b, the amount of energy lost when radiation passes through the air is small as described above. For this reason, the water equivalent thickness becomes a small value, and accordingly, the value of the water equivalent depth becomes a small value. In this case, the voxel data of the second integral image in the path of the treatment beam b is smaller than the corresponding voxel data of the first integral image. That is, the position of the Bragg peak in the path of the treatment beam b is deeper than the stage of the treatment plan. When the position of the Bragg peak in the path of the treatment beam b is deeper than the stage of the treatment plan, it is an important organ that is located deeper than the lesion in the body of the patient P and is not desired to be destroyed by radiation called a dangerous organ. It is conceivable that the treatment beam b arrives. In such a case, it is necessary to take appropriate measures so that the treatment beam b does not reach the dangerous organ. In such a case, the medical
積分画像算出部121は、治療ビームbが通過するそれぞれの経路ごとに水換算深さの値を表したボクセルデータによって構成される第1積分画像と第2積分画像とのそれぞれを、比較部122に出力する。つまり、積分画像算出部121は、第1画像から算出した患者Pの体表面から病巣までの距離の情報を治療ビームbのそれぞれの経路ごとに表した治療ビームBの照射範囲の第1積分画像と、第2画像から算出した患者Pの体表面から病巣までの距離の情報を治療ビームbのそれぞれの経路ごとに表した治療ビームBの照射範囲の第2積分画像とのそれぞれを、比較部122に出力する。
The integral
なお、水換算深さに、照射する治療ビームbの強度に対応したブラッグ曲線から求められる治療ビームbの到達距離である飛程のデータを適用することによって、それぞれの経路ごとに治療ビームbの照射量、つまり、病巣への治療ビームbの照射量を算出することもできる。このため、積分画像算出部121は、治療ビームBの照射範囲における治療ビームbの照射量をボクセルデータとした第1積分画像と第2積分画像とのそれぞれを、比較部122に出力する構成であってもよい。
In addition, by applying the range data, which is the reach distance of the treatment beam b obtained from the Bragg curve corresponding to the intensity of the treatment beam b to be irradiated, to the water equivalent depth, the treatment beam b of each path is obtained. The irradiation amount, that is, the irradiation amount of the treatment beam b on the lesion can also be calculated. For this reason, the integral
比較部122は、積分画像算出部121から出力された第1積分画像と第2積分画像とを比較し、比較した結果を表す情報を、判定部123に出力する。ここで、比較部122は、第1積分画像と第2積分画像とにおいて同じ位置のボクセルデータ同士、つまり、同じ治療ビームbの経路における患者Pの体表面から病巣までの距離(水換算深さ)同士を比較した比較結果を表す情報を、判定部123に出力する。より具体的には、比較部122は、第1積分画像に含まれるある治療ビームbの経路のボクセルデータ(水換算深さの値)と、第2積分画像に含まれる対応する同じ治療ビームbの経路のボクセルデータ(水換算深さの値)との差を算出する。比較部122は、それぞれの治療ビームbの経路において算出したボクセルデータの差分(水換算深さの差分)を、比較結果として判定部123に出力する。言い換えれば、比較部122は、第1画像から算出した治療ビームBにおける治療ビームbの経路ごとのエネルギー損失量と、第2画像から算出した治療ビームBにおける治療ビームbの経路ごとのエネルギー損失量とを比較した比較結果を、判定部123に出力する。
The
判定部123は、比較部122から出力された比較結果の情報に基づいて、第1積分画像と第2積分画像とのずれを判定する。ここで、判定部123における第1積分画像と第2積分画像とのずれの判定は、第1積分画像と第2積分画像とにおけるそれぞれの治療ビームbの経路ごとに行われる。より具体的には、判定部123は、比較部122から出力された比較結果が表すボクセルデータの差分ごとに、予め定めた許容範囲内の差であるか否かを確認する。つまり、判定部123は、比較部122から出力された比較結果が表す水換算深さの差分が、予め定めた許容範囲内の差であるか否かを治療ビームbの経路ごとに判定する。言い換えれば、判定部123は、第2画像から算出した治療ビームBにおける治療ビームbの経路ごとのエネルギー損失量が、第1画像から算出した治療ビームBにおける治療ビームbの経路ごとのエネルギー損失量に対して予め定めた許容範囲内であるか否かを判定する。ここで、判定部123は、治療ビームBの照射範囲内のボクセルデータの差分の全てが、予め定めた許容範囲内の差である場合に、第1積分画像と第2積分画像とはずれていない、つまり、現在の患者Pの位置は治療計画の段階の位置に合っていると判定する。一方、判定部123は、治療ビームBの照射範囲内のボクセルデータの差分のいずれかが予め定めた許容範囲内の差でない場合に、第1積分画像と第2積分画像とはずれている、つまり、現在の患者Pの位置は治療計画の段階の位置に合っていないと判定する。そして、判定部123は、第1積分画像と第2積分画像とのずれを判定した結果を表す判定信号を出力する。なお、判定信号は、例えば、判定結果を提示する不図示の結果提示装置に出力されて、治療システム1の利用者(医師など)に提示される。また、判定部123は、治療ビームbの経路ごとの判定結果の情報を移動部124に出力する。
The
移動部124は、判定部123から出力された治療ビームbの経路ごとの判定結果の情報に基づいて、現在の患者Pの位置を移動させる移動量を決定する。より具体的には、移動部124は、判定部123から出力されたそれぞれの治療ビームbの経路の判定結果に表された水換算深さの差に基づいて、水換算深さの差がより小さい方向に移動させるように、現在の患者Pの位置(つまり、第2画像)を所定の3次元空間において移動させる方向(傾き)を含む移動量を決定する。そして、移動部124は、決定した移動量を表す情報を、積分画像算出部121に出力する。言い換えれば、移動部124は、予め定めた許容範囲内のエネルギー損失量で治療ビームb(治療ビームB)が病巣に到達するための患者Pの位置や方向を算出し、算出した位置や方向に患者Pの位置を合わせる(移動させる)ための移動量の情報を、積分画像算出部121に出力する。これにより、積分画像算出部121は、移動部124から出力された移動量の情報に基づいて第2画像を仮想的に移動させ、この状態での第2積分画像を生成して比較部122に出力する。
The moving
探索部120では、現在の患者Pの位置が治療計画の段階の位置に合っていると判定されるまで、上述したような積分画像算出部121による第2積分画像の生成、比較部122および判定部123による第2積分画像と第1積分画像とのずれの判定、および移動部124による患者Pの位置を移動させる移動量の決定を繰り返す。そして、探索部120では、判定部123が現在の患者Pの位置が治療計画の段階の位置に合っていると判定したときに、移動部124が決定した最終的な移動量(傾きや距離などを含む)を表す移動量信号を出力し、患者Pを実際に移動させて、患者Pの位置を治療計画の段階の位置に合わせる。つまり、探索部120は、第2画像から算出した治療ビームBにおける治療ビームbの経路ごとのエネルギー損失量が、第1画像から算出した治療ビームBにおける治療ビームbの経路ごとのエネルギー損失量に対して予め定めた許容範囲内である場合に、最終的にその位置に患者Pの位置を合わせる情報を出力する。なお、移動量信号は、例えば、治療台11の移動を制御する不図示の治療台制御部に出力され、不図示の治療台制御部が移動量信号に基づいて治療台11を移動させることによって、患者Pの位置が実際に移動される。
The
このような構成によって、医用画像処理装置100は、治療計画の段階などに撮影された患者Pの第1画像と、治療段階において放射線治療を行う前に撮影された患者Pの第2画像とに基づいて、治療計画の段階の患者Pの位置と現在の患者Pの位置とのずれを判定する。医用画像処理装置100は、治療計画の段階の患者Pの位置と現在の患者Pの位置とのずれを判定した結果を、判定信号として出力する。また、そして、医用画像処理装置100は、ずれを判定した結果に基づいて、患者Pの位置を移動させる移動量を決定し、現在の患者Pの位置を仮想的に移動させる。医用画像処理装置100は、最終的に治療計画の段階と合っていると判定した位置に現在の患者Pの位置を移動させるための移動量信号を出力する。これにより、医用画像処理装置100を備えた治療システム1では、例えば、治療台11の移動を制御する不図示の治療台制御部が、移動量信号に基づいて治療台11を移動させることによって、患者Pの位置が実際に移動される。これにより、医用画像処理装置100を備えた治療システム1では、治療計画の段階において計画したエネルギーの治療ビームBを患者Pの体内の病巣に照射することができる状態に現在の患者Pの位置を合わせて、放射線治療を行うことができる。
With such a configuration, the medical
なお、上述した医用画像処理装置100に備えた機能部のうち一部は、例えば、CPU(Central Processing Unit)やGPU(Graphics Processing Unit)などのプロセッサが記憶装置に記憶されたプログラムを実行することにより機能するソフトウェア機能部であってもよい。ここで、記憶装置は、ROM(Read Only Memory)やRAM(Random Access Memory)、HDD(Hard Disk Drive)、フラッシュメモリなどによって実現されてもよい。なお、CPUやGPUなどのプロセッサが実行するプログラムは、予め医用画像処理装置100の記憶装置に格納されていてもよいし、他のコンピュータ装置からネットワークを介してダウンロードされてもよい。また、可搬型記憶装置に格納されたプログラムが医用画像処理装置100にインストールされてもよい。また、上述した医用画像処理装置100に備えた機能部のうち一部または全部は、FPGA(Field Programmable Gate Array)やLSI(Large Scale Integration)やASIC(Application Specific Integrated Circuit)などによるハードウェア機能部であってもよい。
Some of the functional units included in the medical
以下、治療システム1を構成する医用画像処理装置100において、現在の患者Pの位置を治療計画の段階の位置に合わせるために移動させる移動量を決定する処理(探索処理)の流れについて説明する。医用画像処理装置100における探索処理は、第1積分画像と第2積分画像とを生成してずれを判定することによって、治療計画の段階において計画したエネルギーの治療ビームBを病巣することができる患者Pの位置を探索する処理である。図3は、第1の実施形態の医用画像処理装置100における探索処理の流れを示したフローチャートの一例である。なお、医用画像処理装置100が探索処理を行う前、つまり、放射線治療を行う前(例えば1週間程度前)には、撮影した第1画像に基づいて治療計画が立てられる。また、医用画像処理装置100が探索処理を行う直前、つまり、放射線治療を開始する直前には、第2画像が撮影される。以下の説明においては、治療システム1において第2画像の撮影がすでに完了し、第1画像取得部101が第1画像を、第2画像取得部102が第2画像を取得しているものとして説明する。また、経路取得部110が、治療計画の段階において決定した治療ビームb(治療ビームB)を照射する経路を取得しているものとして説明する。
Hereinafter, a flow of processing (search processing) for determining the amount of movement to be performed in order to match the current position of the patient P with the position of the stage of the treatment plan in the medical
なお、放射線治療においては、同じ患者Pを治療するために、治療ビームBの照射を複数回(同日でない場合も含む)に渡って行うことがある。このため、同じ患者Pに対する放射線治療が2回目以降である場合には、前回の治療の際に患者Pの位置を合わせた第2画像を第1画像として利用し、前回の治療における治療ビームb(治療ビームB)の経路を、今回の治療における治療ビームb(治療ビームB)の経路として利用してもよい。 In the radiation therapy, in order to treat the same patient P, the treatment beam B may be irradiated a plurality of times (including when not on the same day). For this reason, when the radiation treatment for the same patient P is performed for the second time or later, the second image obtained by aligning the position of the patient P in the previous treatment is used as the first image, and the treatment beam b in the previous treatment is used. The path of (treatment beam B) may be used as the path of treatment beam b (treatment beam B) in the current treatment.
まず、医用画像処理装置100が探索処理を開始すると、探索部120に備えた積分画像算出部121は、経路取得部110から出力された治療ビームbのそれぞれの経路の情報を取得する(ステップS100)。
First, when the medical
次に、積分画像算出部121は、経路取得部110から取得した治療ビームbのそれぞれの経路の情報を第1画像に適用し、治療ビームBの照射範囲を表す第1積分画像を生成する(ステップS200)。ここで、積分画像算出部121は、第1画像において治療ビームbの経路上に位置するそれぞれのボクセルのCT値を換算した水等価厚を用いて、治療ビームbが通過するそれぞれの経路ごとに水換算深さの値を表した第1積分画像を生成する。なお、積分画像算出部121がCT値を換算した水等価厚を用いて第1積分画像を生成する方法に関する詳細な説明は、後述する。積分画像算出部121は、生成した第1積分画像を比較部122に出力する。
Next, the integrated
次に、積分画像算出部121は、経路取得部110から取得した治療ビームbのそれぞれの経路を第2画像に設定する(ステップS300)。このとき積分画像算出部121は、まず、第2画像を仮想的に移動させず、例えば、治療システム1が設置された治療室において予め設定された基準位置の3次元座標を基準として、それぞれの治療ビームbの経路が表す3次元の方向を、第2画像に設定する。つまり、現在の患者Pの状態(位置や方向などを含む体位)に対してそれぞれの治療ビームbの経路を設定する。
Next, the integral
次に、積分画像算出部121は、設定した治療ビームbのそれぞれの経路に基づいて、治療ビームBの照射範囲を表す第2積分画像を生成する(ステップS400)。ここで、積分画像算出部121は、第2画像に設定したそれぞれの治療ビームbの経路上に位置するそれぞれのボクセルのCT値を換算した水等価厚を用いて、設定した治療ビームbが通過するそれぞれの経路ごとに水換算深さの値を表した第2積分画像を生成する。なお、第2画像では、それぞれの治療ビームbの経路上に位置するそれぞれのボクセルのCT値が異なることが考えられるが、積分画像算出部121が第2積分画像を生成する方法は、積分画像算出部121が第1積分画像を生成する方法と同様である。従って、積分画像算出部121が第2積分画像を生成する方法に関する詳細な説明は、第1積分画像を生成する方法と共に後述する。積分画像算出部121は、生成した第2積分画像を比較部122に出力する。
Next, the integral
次に、比較部122は、積分画像算出部121から出力された第1積分画像と第2積分画像とを比較し、比較した結果を表す情報を、判定部123に出力する(ステップS500)。ここで、比較部122は、第1積分画像と第2積分画像とにおける同じ位置の治療ビームbに対応した水換算深さの値を比較した比較結果(水換算深さの差分)を、それぞれの治療ビームbに対応した比較結果として判定部123に出力する。
Next, the
次に、判定部123は、比較部122から出力されたそれぞれの治療ビームbごとの比較結果に基づいて、第1積分画像と第2積分画像とのずれが、予め定めた許容範囲内であるか否かを、それぞれの治療ビームbごとに判定する(ステップS600)。
Next, based on the comparison result for each treatment beam b output from the
ステップS600における判定の結果、第1積分画像と第2積分画像とのずれがあると判定した場合(ステップS600の“NO”)、判定部123は、第1積分画像と第2積分画像とのずれがある、すなわち、現在の患者Pの位置は治療計画の段階の位置に合っていないことを表す判定信号を出力する。また、判定部123は、治療ビームbの経路ごとの判定結果の情報(水換算深さの差分を含む)を移動部124に出力する。
As a result of the determination in step S600, when it is determined that there is a shift between the first integral image and the second integral image (“NO” in step S600), the
次に、移動部124は、判定部123から出力された治療ビームbの経路ごとの判定結果の情報に基づいて、第2画像の移動量を決定する(ステップS610)。より具体的には、上述したように、判定部123から出力されたそれぞれの治療ビームbの経路ごとの判定結果に含まれる水換算深さの差分に基づいて、それぞれの治療ビームbの経路における水換算深さの差分がより小さくなるように、第2画像の移動量(回転量を含む)つまり、現在の患者Pの位置を移動させる移動量を決定する。移動部124は、決定した第2画像の移動量を、積分画像算出部121に出力する。なお、第2画像を中心にした場合、つまり、第2画像を固定の位置とした場合、ステップS610において移動部124が決定する第2画像の移動量は、それぞれの治療ビームbを照射する方向(傾きなど)や強さ(距離など)を含む経路の変更量に相当する。
Next, the moving
次に、積分画像算出部121は、移動部124から出力された第2画像の移動量に基づいて第2画像を仮想的に移動させた後、ステップS300と同様に、経路取得部110から取得した治療ビームbのそれぞれの経路を移動後の第2画像に設定する(ステップS620)。なお、移動部124からそれぞれの治療ビームbの経路の変更量が出力された場合には、治療ビームbを照射する経路を仮想的に変更した、つまり、現在の患者Pの状態(位置や方向などを含む体位)に対して変更した後の治療ビームbの経路のそれぞれを、第2画像に設定する。
Next, the integrated
その後、医用画像処理装置100の探索処理は、ステップS400に戻って、ステップS400〜ステップS600の処理を繰り返す。つまり、医用画像処理装置100の探索処理では、移動後の第2画像に対応する新たな第2積分画像の生成、第1積分画像と新たな第2積分画像との比較およびずれの判定を繰り返す。
Thereafter, the search processing of the medical
一方、ステップS600における判定の結果、第1積分画像と第2積分画像(または新たな第2積分画像)とのずれがないと判定した場合(ステップS600の“YES”)、判定部123は、第1積分画像と第2積分画像とのずれがない、すなわち、現在の患者Pの位置は治療計画の段階の位置に合っていることを表す判定信号を出力する。また、判定部123は、第1積分画像と第2積分画像とのずれがないことを表す判定結果の情報を、移動部124に出力する。
On the other hand, when it is determined that there is no deviation between the first integrated image and the second integrated image (or a new second integrated image) as a result of the determination in step S600 (“YES” in step S600), the determination unit 123 A determination signal is output indicating that there is no deviation between the first integrated image and the second integrated image, that is, the current position of the patient P matches the position of the stage of the treatment plan. Further, the
次に、移動部124は、最終的な第2画像の移動量を表す移動量信号を出力する(ステップS700)。ここで、移動部124が出力する移動量信号は、移動部124がステップS610の処理を行っていない場合には、第2画像取得部102が取得した第2画像を移動させていないため、撮影した第2画像を移動させないことを表す情報が含まれた信号である。一方、移動部124がステップS610の処理を行った場合、移動部124が出力する移動量信号は、最後に行ったステップS610の処理において決定した第2画像の移動量を表す情報が含まれた信号である。なお、移動部124におけるステップS610の処理において、常に、予め設定された基準位置の3次元座標を基準として第2画像の移動量を決定する場合には、最後に行ったステップS610の処理において決定した第2画像の移動量の情報が、移動量信号が表す情報となる。しかし、移動部124におけるステップS610の処理において、例えば、前回のステップS610の処理において決定した第2画像の移動量を基準としてさらに第2画像の移動量を決定する場合には、過去の第2画像の移動量を積算した総和の第2画像の移動量の情報が、移動量信号が表す情報となる。
Next, the moving
その後、治療システム1では、不図示の治療台制御部が、医用画像処理装置100(より具体的には、探索部120に備えた移動部124)から出力された移動量信号に基づいて治療台11を移動させ、患者Pの位置が実際に移動される。
Thereafter, in the treatment system 1, a treatment table control unit (not shown) treats the treatment table based on the movement amount signal output from the medical image processing apparatus 100 (more specifically, the
ここで、治療システム1を構成する医用画像処理装置100の探索処理において、医用画像処理装置100に備えた構成要素が行う処理(処理方法)の一例について説明する。
Here, an example of processing (processing method) performed by the components included in the medical
まず、医用画像処理装置100において探索処理を行う前に行われる治療計画について説明する。治療計画では、患者Pに照射する治療ビームB(放射線)のエネルギー、照射方向、照射範囲の形状、複数回に分けて治療ビームBを照射する場合における線量の配分などを定める。より具体的には、まず、治療計画の立案者(医師など)が、治療計画の段階において撮影したCT画像(第1画像)に対して、腫瘍(病巣)の領域と正常な組織の領域との境界、腫瘍とその周辺にある重要な臓器との境界などを指定する。そして、治療計画では、指定された腫瘍に関する情報から算出した、患者Pの体表面からの腫瘍の位置までの深さや、腫瘍の大きさに基づいて、照射する治療ビームBの方向(経路)や強度などを決定する。
First, a treatment plan performed before the search process is performed in the medical
上述した腫瘍の領域と正常な組織の領域との境界の指定は、腫瘍の位置および体積を指定することに相当する。この腫瘍の体積は、肉眼的腫瘍体積(Gross Tumor Volume:GTV)、臨床的標的体積(Clinical Target Volume:CTV)、内的標的体積(Internal Target Volume:ITV)、計画標的体積(Planning Target Volume:PTV)などと呼ばれている。GTVは、画像から肉眼で確認することができる腫瘍の体積であり、放射線治療においては、十分な線量の治療ビームBを照射する必要がある体積である。CTVは、GTVと治療すべき潜在性の腫瘍とを含む体積である。ITVは、予測される生理的な患者Pの動きなどによってCTVが移動することを考慮し、CTVに予め定めた余裕(マージン)を付加した体積である。PTVは、治療を行う際に行う患者Pの位置合わせにおける誤差を考慮して、ITVにマージンを付加した体積である。これらの体積には、下式(1)の関係が成り立っている。 The designation of the boundary between the tumor area and the normal tissue area described above corresponds to designation of the tumor position and volume. The volume of this tumor is the gross tumor volume (GTV), clinical target volume (CTV), internal target volume (ITV), planning target volume (Planning Target Volume: PTV). GTV is a volume of a tumor that can be confirmed with the naked eye from an image. In radiotherapy, GTV is a volume that needs to be irradiated with a therapeutic beam B having a sufficient dose. CTV is the volume containing GTV and the potential tumor to be treated. The ITV is a volume obtained by adding a predetermined margin to the CTV in consideration of the movement of the CTV due to the predicted movement of the physiological patient P or the like. The PTV is a volume obtained by adding a margin to the ITV in consideration of an error in the alignment of the patient P performed when performing the treatment. The relationship of the following formula (1) is established in these volumes.
一方で、放射線の感受性が高く、照射された放射線の線量の影響が強く表れる腫瘍の周辺に位置する重要な臓器の体積は、危険臓器(Organ At Risk:OAR)と呼ばれている。このOARに予め定めた余裕(マージン)を付加した体積として計画危険臓器体積(Planning Organ At Risk Volume:PRV)が指定される。これらの体積には、下式(2)の関係がある。 On the other hand, the volume of an important organ located around a tumor that is highly sensitive to radiation and strongly influenced by the dose of irradiated radiation is called a dangerous organ (Organ At Risk: OAR). As a volume obtained by adding a predetermined margin (margin) to this OAR, a planning dangerous organ volume (PRV) is designated. These volumes have the relationship of the following formula (2).
治療計画の段階においては、実際の治療において生じる可能性がある誤差を考慮したマージンに基づいて、患者Pに照射する治療ビームB(放射線)の方向(経路)や強さを決定する。 At the stage of treatment planning, the direction (path) and intensity of the treatment beam B (radiation) irradiated to the patient P are determined based on a margin that takes into account errors that may occur in actual treatment.
そして、医用画像処理装置100において探索処理を行う際、まず、第1画像取得部101は、第1画像を取得して探索部120に備えた積分画像算出部121に出力する。また、第2画像取得部102は、治療を開始する直前の患者Pに関する第2画像を取得して探索部120に備えた積分画像算出部121に出力する。上述したように、第1画像と第2画像とは、共にCT画像である。そして、第2画像を撮影する際には、患者Pの体位を、第1画像を撮影したときと同様の体位に近づけた状態にしている。しかしながら、第2画像は、第1画像を撮影したときと完全に同一の体位で撮影することは困難である。つまり、患者Pの体内の状態に変化を抑えることや、固定具を用いても同一の体位に固定することは困難である。このため、第1画像と第2画像とのそれぞれを所定の3次元空間内に仮想的に同一に配置したとしても、わずかながら(例えば、数mm)のずれが生じてしまい、第2画像を撮影するのみでは、第1画像を撮影したときの患者Pの体位を再現することは困難である。そこで、医用画像処理装置100では、探索部120が、水等価厚を用いて、第1画像と第2画像との位置を合わせる(画像間の差異を少なくする)、つまり、現在の患者Pの体位を第1画像を撮影したときの体位に合わせるための移動量を探索する。なお、所定の3次元空間とは、治療ビーム照射門13や治療台11など、治療室において予め設定された基準位置となる3次元の座標を基準にした空間のことである。
Then, when performing a search process in the medical
また、医用画像処理装置100において探索処理を行う際には、経路取得部110が、治療計画の段階において第1画像に基づいて決定した治療ビームB(放射線)を照射する経路の情報を取得して探索部120に備えた積分画像算出部121に出力する。なお、治療ビームBを照射する方向は、治療ビーム照射門13の出射口から患者Pの体内の腫瘍(病巣)に向けた3次元空間内の方向である。このため、所定の3次元空間内における治療ビーム照射門13の出射口の位置がわかれば、この出射口の位置を起点として、第1画像および第2画像内のそれぞれのボクセルを通過する治療ビームBの経路を求めることができる。治療ビームBの経路は、3次元の座標によって表すことができる。なお、治療ビームBの経路は、出射口の位置を3次元の座標の起点とした3次元ベクトルによって表してもよい。
Further, when performing a search process in the medical
ここで、治療システム1において治療ビーム照射門13から照射する治療ビームBについて説明する。なお、以下の説明においては、治療ビームBの経路を、3次元ベクトルで表すものとして説明する。
Here, the treatment beam B irradiated from the treatment
上述したように、治療ビームBは、1本の治療ビームbを走査したり、複数の治療ビームbを照射したりすることによって、患者Pの体内に存在する病巣の領域(範囲)の全体に照射される。図4は、第1の実施形態の医用画像処理装置100を備えた治療システム1における放射線(治療ビームB)の出射と放射線(治療ビームB)の照射対象(患者Pの体内に存在する病巣)との関係の一例を説明する図である。図4には、治療ビーム照射門13から照射した治療ビームBが照射対象の病巣に到達するまでの経路の一例を示している。なお、図4の(a)には、治療ビーム照射門13が複数の治療ビームbを出射する構成である場合の治療ビームBの一例を示し、図4の(b)には、治療ビーム照射門13が1本の治療ビームbを出射して走査する構成である場合の治療ビームBの一例を示している。
As described above, the treatment beam B scans a single treatment beam b or irradiates a plurality of treatment beams b, so that the entire region (range) of the lesion existing in the body of the patient P is obtained. Irradiated. FIG. 4 shows radiation (treatment beam B) emission and radiation (treatment beam B) irradiation targets (lesions existing in the body of the patient P) in the treatment system 1 including the medical
治療システム1において治療ビーム照射門13が複数の治療ビームbを出射する構成である場合、治療ビーム照射門13は、図4の(a)に示したように、平面状の出射口を持っている。そして、治療ビーム照射門13から出射されたそれぞれの治療ビームbは、コリメータ13−1を経由して照射対象の病巣に到達する。つまり、治療ビーム照射門13から同時に出射された複数の治療ビームbの内、コリメータ13−1を通過した治療ビームbのみが、照射対象の病巣に到達する。ここで、コリメータ13−1は、不要な治療ビームbを遮断するための金属製の器具である。なお、コリメータとしては、金属製の器具以外にも、不要な治療ビームbを遮断する領域を機械的に変化させることができるマルチリーフコリメータなどがある。治療システム1において治療ビーム照射門13から照射する治療ビームBの照射範囲は、いずれの治療ビームbも患者Pの体内に存在する病巣以外の領域に照射されないようにするため、例えば、照射対象の病巣の形状に合わせて治療ビームbが通過する領域が、コリメータ13−1によって調整される。図4の(a)には、治療ビームb1〜治療ビームbNの治療ビームbがコリメータ13−1を通過して第1画像内の照射対象の病巣に照射される場合の一例を模式的に示している。この場合、治療ビームb1〜治療ビームbNのそれぞれの経路における起点は、治療ビーム照射門13の平面状の出射口の範囲内に位置するそれぞれの治療ビームbの出射点の位置である。なお、この構成の治療ビーム照射門13の3次元の位置は、例えば、出射口の平面の中心の位置(座標)である。
When the treatment
経路取得部110は、治療ビームbの出射点の位置を起点として、治療ビームb1〜治療ビームbNのそれぞれが第1画像内の照射対象の病巣まで到達する経路の情報を、所定の3次元空間内に照射される治療ビームBにおけるそれぞれの治療ビームbの経路の情報として取得する。この場合の治療ビームBにおけるそれぞれの治療ビームbの経路は、3次元ベクトルの集合によって、下式(3)のように、離散的に表すことができる。
The
一方、治療システム1において治療ビーム照射門13が1本の治療ビームbを出射して走査する構成である場合、治療ビーム照射門13は、図4の(b)に示したように、コリメータ13−1を備えず、1つの出射口を持っている。そして、治療ビーム照射門13の1つの出射口から出射された1本の治療ビームbは、例えば、磁石などによって方向が曲げられて、照射対象の病巣の全体の領域を塗りつぶす(スキャンする)ように走査されて照射される。図4の(b)には、1本の治療ビームbが治療ビームb1〜治療ビームbNとなるように曲げられて第1画像内の照射対象の病巣に照射される場合の一例を模式的に示している。この場合、治療ビームb1〜治療ビームbNのそれぞれの経路における起点は、治療ビーム照射門13の出射口の位置である。なお、この構成の治療ビーム照射門13の3次元の位置は、1つの出射口の位置(座標)である。
On the other hand, in the treatment system 1, when the treatment
経路取得部110は、治療ビーム照射門13の出射口の位置を起点として、起点の位置から曲げられて第1画像内の照射対象の病巣まで到達する治療ビームb1〜治療ビームbNのそれぞれの経路の情報を、所定の3次元空間内に照射される治療ビームBにおけるそれぞれの治療ビームbの経路の情報として取得する。この場合の治療ビームBにおけるそれぞれの治療ビームbの経路も、3次元ベクトルの集合によって、上式(3)のように、離散的に表すことができる。
The
(積分画像の生成方法)
次に、医用画像処理装置100における探索処理において積分画像算出部121が第1積分画像および第2積分画像を生成する方法について説明する。まず、積分画像算出部121における積分画像の生成方法について説明する。
(Integration image generation method)
Next, a method in which the integral
なお、以下の説明においては、所定の3次元空間のある1点を点xと表す。そして、所定の3次元空間内に仮想的に配置した第1画像に含まれる点xに対応する3次元の画素(ボクセル)の画素値(CT値)をI1(x,θ)と表す。また、同様に、所定の3次元空間内に仮想的に配置した第2画像に含まれる点xに対応する3次元の画素(ボクセル)の画素値(CT値)をI2(x,θ)と表す。なお、第1画像または第2画像内に点xに対応するボクセルがない場合のCT値は“0”とする。ここで、θは、3次元空間内における第1画像または第2画像の位置姿勢を表すパラメータである。治療ビームBにおける治療ビーム照射門13の出射口の位置、すなわち、起点=0から点xまでのベクトルは下式(4)で表すことができる。
In the following description, one point in the predetermined three-dimensional space is represented as a point x. A pixel value (CT value) of a three-dimensional pixel (voxel) corresponding to the point x included in the first image virtually arranged in a predetermined three-dimensional space is represented as I 1 (x, θ). Similarly, the pixel value (CT value) of the three-dimensional pixel (voxel) corresponding to the point x included in the second image virtually arranged in the predetermined three-dimensional space is represented by I 2 (x, θ). It expresses. Note that the CT value is “0” when there is no voxel corresponding to the point x in the first image or the second image. Here, θ is a parameter representing the position and orientation of the first image or the second image in the three-dimensional space. The position of the exit of the treatment
この場合、第1画像において点xまでの治療ビームBの経路上に位置するそれぞれのボクセルのCT値を積算した第1積分画像の画素の画素値(ボクセルデータ)s1(x,θ)は、下式(5)によって算出することができる。 In this case, the pixel value (voxel data) s 1 (x, θ) of the pixel of the first integrated image obtained by integrating the CT values of the respective voxels located on the treatment beam B path up to the point x in the first image is And can be calculated by the following equation (5).
上式(5)において、tは、媒介変数である。 In the above equation (5), t is a parameter.
同様に、第2画像において点xまでの治療ビームBの経路上に位置するそれぞれのボクセルのCT値を積算した第2積分画像の画素の画素値(ボクセルデータ)s2(x,θ)は、下式(6)によって算出することができる。 Similarly, the pixel value (voxel data) s 2 (x, θ) of the pixel of the second integrated image obtained by integrating the CT values of the respective voxels located on the path of the treatment beam B up to the point x in the second image is And can be calculated by the following equation (6).
いま、ある治療ビームbiに対応する第1画像の積分画像をS1,i(θ)すると、この積分画像S1,i(θ)は、下式(7)で表される。 Now, if the integrated image of the first image corresponding to a certain treatment beam b i is S 1, i (θ), this integrated image S 1, i (θ) is expressed by the following equation (7).
ここで、下式(8)は、治療ビームbiが通過する三次元空間内における座標位置の集合である。 Here, the following equation (8) is a set of coordinate positions in the three-dimensional space through which the treatment beam b i passes.
このように積分画像S1,i(θ)を、Mi個の積分画素値を並べたベクトルとして表現する。そして、第1積分画像S1(θ)は、N個の治療ビームbiに対応する第1画像の積分画像S1,i(θ)をまとめて、下式(9)で表すことができる。 In this way, the integrated image S 1, i (θ) is expressed as a vector in which M i integrated pixel values are arranged. The first integrated image S 1 (θ) can be expressed by the following equation (9) by integrating the integrated images S 1, i (θ) of the first image corresponding to the N treatment beams b i. .
同様に、第2積分画像S2(θ)は、下式(10)で表すことができる。 Similarly, the second integral image S 2 (θ) can be expressed by the following equation (10).
ここで、集合Xiは、例えば、PTVに対応する画素の位置の集合である。なお、集合Xiは、例えば、PRVなどの治療計画の段階において指定された体積に含まれる予め定めた余裕(マージン)の範囲を含めてもよい。また、集合Xiは、治療ビームbiが患者Pの体内を通過する位置をすべて含めてもよい。また、集合Xiは、治療ビームbiが第1画像および第2画像内の照射対象の病巣に到達するまでにしてもよい。 Here, the set X i is a set of pixel positions corresponding to the PTV, for example. Note that the set X i may include a range of a predetermined margin (margin) included in the volume designated at the stage of the treatment plan such as PRV, for example. The set X i may include all positions where the treatment beam b i passes through the body of the patient P. The set X i may be until the treatment beam b i reaches the irradiation target lesion in the first image and the second image.
このような積分画像の生成方法によって積分画像算出部121は、上式(9)と上式(10)とで表される第1積分画像と第2積分画像とのそれぞれを、比較部122に出力する。
With such an integral image generation method, the integral
なお、積分画像算出部121がそれぞれの積分画像を生成する際には、上述したように、第1画像または第2画像において治療ビームbの経路上に位置するそれぞれのボクセルのCT値を、放射線のエネルギー損失量を水の厚みに換算した水等価厚を用いて、第1積分画像および第2積分画像を生成する。ここで、積分画像算出部121は、第1画像および第2画像に含まれるそれぞれのボクセルのCT値の水等価厚への換算方式として、例えば、下記の参考文献1に示されているような、実験的に求めた非線形の換算データに基づいた回帰式を用いる。なお、積分画像算出部121は、その他の方法として、例えば、変換テーブルを用意し、この変換テーブルを用いてCT値を水等価厚に変換してもよい。また、上述したように、水等価厚は、積分(線積分)することによって、水の深さ(水換算深さ)、つまり、患者Pの体表面から腫瘍(病巣)までの距離を求めることができる。参考文献1には、水媒体を重粒子線が通過したときの深さ(=水厚)と付与線量との関係を実験的に求めることも示されている。積分画像算出部121は、参考文献1に示された水厚と付与線量との関係を利用して、積分画像におけるそれぞれのボクセルデータを、それぞれの画素の位置における付与線量に変換してもよい。
In addition, when the integral
[参考文献1]O. Jakel, et al.,“Relation between carbon ion ranges and x−ray CT numbers”, Med. Phys. 28(4), 701−703, 2001 [Reference 1] O.D. Jakel, et al. "Relation between carbon ion ranges and x-ray CT numbers", Med. Phys. 28 (4), 701-703, 2001
積分画像算出部121は、第1画像および第2画像に含まれる治療ビームbの経路上に位置するそれぞれのボクセルのCT値を水等価厚に換算して積分した水換算深さで表された積分画像、または積分画像におけるそれぞれのボクセルデータを付与線量に変換した積分画像を、比較部122に出力する。
The integrated
次に、医用画像処理装置100における探索処理において比較部122が第1積分画像と第2積分画像とを比較する方法について説明する。
Next, a method in which the
比較部122は、第1積分画像と第2積分画像とを比較するために、下式(11)に示すようなコスト関数を用いる。
The
比較部122は、上式(11)によって、積分画像の画素値(ボクセルデータ)の二乗誤差を最小化するΔθを求める。そして、比較部122は、勾配法や、ニュートン法、Lucas−Kanade法(LK法)などの最適化方法を使用して、コスト関数を最小化する。比較部122は、第1積分画像と第2積分画像とを比較した比較結果の情報として、最小化したコスト関数値EとΔθとを、判定部123に出力する。
The
また、比較部122が第1積分画像と第2積分画像とを比較するために用いるコスト関数は、下式(12)に示すようなコスト関数であってもよい。
Further, the cost function used for the
上式(12)において、EPTVは、PTVに含まれる画素位置のみからなる積分画像の二乗誤差を表し、EPRVは、PRVに含まれる画素位置のみからなる積分画像の二乗誤差を表している。また、上式(12)において、λは、パラメータであり、PTVにおける位置合わせを重視して比較を行う場合には、例えば、λ=0.5以上の値にする。上式(12)に示すようなコスト関数を用いて比較した場合も、比較部122は、コスト関数値EとΔθとを、第1積分画像と第2積分画像とを比較した比較結果の情報として判定部123に出力する。
In the above equation (12), E PTV represents the square error of the integral image consisting only of the pixel positions included in the PTV, and E PRV represents the square error of the integral image consisting only of the pixel positions included in the PRV. . In the above equation (12), λ is a parameter, and when comparison is made with emphasis on alignment in PTV, for example, λ = 0.5 or more. Even when the comparison is performed using the cost function as shown in the above equation (12), the
このような比較方法によって比較部122は、第1積分画像と第2積分画像とを比較した比較結果の情報を、判定部123に出力する。
By such a comparison method, the
次に、医用画像処理装置100における探索処理において判定部123が第1積分画像と第2積分画像とのずれを判定する方法について説明する。
Next, a method in which the
判定部123は、比較部122から出力された比較結果が予め定めた許容範囲内であるか否かを判定する。判定部123には、以下のような判定条件が設定されている。
The
(判定条件1):比較部122から出力された比較結果に含まれるΔθが、予め定めた閾値以下である。
(判定条件2):比較部122から出力された比較結果に含まれるコスト関数値Eが、予め定めた閾値以下である。
(Determination condition 1): Δθ included in the comparison result output from the
(Determination condition 2): The cost function value E included in the comparison result output from the
また、判定部123には、以下のような判定条件が設定されている。
In addition, the following determination conditions are set in the
(判定条件3):比較部122から出力された比較結果に対する判定回数が、予め定めた回数以上である。
(Determination condition 3): The number of determinations for the comparison result output from the
判定部123は、上述した判定条件1〜判定条件3に基づいて判定を行い、少なくとも1つ以上の判定条件に合致する場合には、第1積分画像と第2積分画像とのずれがないと判定する。また、判定部123は、上述した判定条件1〜判定条件3の全ての判定条件に合致しない場合には、第1積分画像と第2積分画像とのずれがあると判定する。そして、判定部123は、第1積分画像と第2積分画像とのずれを判定した結果を表す判定信号を出力する。
The
また、判定部123は、上述した判定条件1および判定条件2における閾値と、比較部122から出力された比較結果との差、つまり、ずれ量を算出し、算出したずれ量の情報を移動部124に出力する。
In addition, the
これにより、移動部124は、判定部123から出力されたずれ量の情報に基づいて、ずれ量がより大きい方向に現在の患者Pの位置を移動させるように、第2画像を3次元空間内において移動させる移動量(回転量を含む)を決定する。そして、移動部124は、決定した第2画像の移動量を表す情報を、積分画像算出部121に出力する。これにより、積分画像算出部121は、上述した積分画像の生成方法によって、新たな第2積分画像を生成する。
Accordingly, the moving
このような処理によって、医用画像処理装置100の探索処理では、第1画像から生成した第1積分画像と、第2画像から生成した第2積分画像とに基づいて、治療計画の段階の患者Pの体位と現在の患者Pの体位とのずれを判定する。つまり、医用画像処理装置100の探索処理では、第1積分画像と第2積分画像とに基づいて、治療ビームBを照射する経路のすれを判定する。そして、医用画像処理装置100の探索処理では、判定したずれ量に基づいて、現在の患者Pの体位が治療計画の段階の患者Pの体位に近づくように、患者Pの体位を移動させる移動量を決定する。言い換えれば、医用画像処理装置100の探索処理では、治療計画の段階において決定したエネルギーに近いエネルギー量の治療ビームBを患者Pの体内の病巣に照射することができるように、患者Pの位置を合わせるための移動量を決定する。これにより、医用画像処理装置100を備えた治療システム1では、医用画像処理装置100の探索処理によって決定した移動量に応じて実際に患者Pを移動させて、治療計画において決定したエネルギー量の治療ビームBを病巣に照射することができ、計画通りに放射線治療を行うことができる。
By such processing, in the search processing of the medical
上述したように、第1の実施形態の医用画像処理装置100では、第1画像取得部101が治療前に撮影された患者Pの第1画像を取得し、第2画像取得部102が治療を開始する直前に撮影された患者Pの第2画像を取得する。また、第1の実施形態の医用画像処理装置100では、経路取得部110が第1画像に基づいて治療計画の段階において決定された治療ビームBを照射する経路の情報を取得する。そして、第1の実施形態の医用画像処理装置100では、探索部120(積分画像算出部121)が、治療ビームBの経路の情報に基づいて、第1画像に対応する第1積分画像と、第2画像に対応する第2積分画像とを生成する。そして、第1の実施形態の医用画像処理装置100では、探索部120(比較部122および判定部123)が、第1積分画像と第2積分画像とにおける治療ビームBの経路のずれを判定し、判定した結果を表す判定信号を出力する。また、第1の実施形態の医用画像処理装置100では、探索部120(移動部124)が、判定したずれ量に基づいて、現在の患者Pの体位を治療計画の段階の患者Pの体位に近づけるための移動量を決定し、第1積分画像と第2積分画像とにおける治療ビームBの経路のずれが予め定めた許容範囲内となったときに、最終的な患者Pの移動量を表す移動量信号を出力する。これにより、第1の実施形態の医用画像処理装置100を備えた治療システム1では、例えば、治療台11の移動を制御する不図示の治療台制御部が、移動量信号に基づいて治療台11を移動させることによって、患者Pの位置が実際に移動される。これにより、第1の実施形態の医用画像処理装置100を備えた治療システム1では、治療計画の段階において決定したエネルギーに近いエネルギー量の治療ビームBを患者Pの体内の病巣に照射することができる状態に現在の患者Pの位置を合わせて、計画通りの放射線治療を行うことができる。
As described above, in the medical
上記説明したように、医用画像処理装置100は、CT撮像装置12によって撮像された患者Pの3次元の第1画像を取得する第1画像取得部101と、第1画像とは異なる時刻にCT撮像装置12によって撮像された患者Pの3次元の第2画像を取得する第2画像取得部102と、第1画像に設定した放射線経路(照射した治療ビームB(治療ビームb)が通過する経路)を取得する経路取得部110と、第1画像に含まれ放射線経路が通過する3次元の第1画素(ボクセル)の画素値(CT値)を積分した第1積分値(第1積分画像)と、第2画像内の放射線経路に対応する経路が通過する3次元の第2画素(ボクセル)の画素値(CT値)を積分した第2積分値(第2積分画像)とに基づいて、第2画像に写された患者Pの位置を第1画像に写された患者Pの位置に合わせるための第2画像の移動量を表す移動量信号を出力する探索部120と、を備える。これによって、医用画像処理装置100は、第1画像取得部101が取得した第1画像と、第2画像取得部102が取得した第2画像と、経路取得部110が取得した治療ビームB(治療ビームb)を照射する経路(放射線経路)とに基づいて、現在の患者Pの位置を、第1画像を撮影したときの位置に合わせるための移動量を探索することができる。
As described above, the medical
また、上記説明したように、探索部120は、第1積分値を算出し、算出した第1積分値を治療ビームB(治療ビームb)を照射する照射範囲内に表した第1積分画像と、第2積分値を算出し、算出した第2積分値を照射範囲内に表した第2積分画像とを生成する積分画像算出部121と、第1積分画像に含まれる第1積分値(ボクセルデータ)と、第2積分画像に含まれる第1積分値(ボクセルデータ)に対応する第2積分値(ボクセルデータ)とをそれぞれ比較する比較部122と、比較部122の比較結果に基づいて第1積分画像と第2積分画像とに表された放射線経路のずれを判定する判定部123と、判定部123の判定結果に基づいて移動量を決定し、決定した移動量を表す移動量信号を出力する移動部124と、を備えてもよい。これによって、医用画像処理装置100は、第1画像に含まれるボクセルのCT値を積分した第1積分値と第2画像に含まれるボクセルのCT値を積分した第2積分値との比較結果に基づいて、仮想的に移動させた現在の患者Pの位置と第1画像を撮影したときの患者Pの位置とのずれを判定し、最終的に患者Pを移動させるための移動量を決定することができる。
In addition, as described above, the
また、上記説明したように、積分画像算出部121は、放射線経路上に位置する第1画素(ボクセル)の画素値(CT値)と放射線経路に対応する経路上に位置する第2画素(ボクセル)の画素値(CT値)とのそれぞれを、予め定めた非線形換算(実験的に求めた非線形の換算データ)によって換算した後に積分して、第1積分値と第2積分値とのそれぞれを算出してもよい。これによって、医用画像処理装置100は、第1画像に含まれるボクセルのCT値および第2画像に含まれるボクセルのCT値を、例えば、上記の参考文献1に示されているような実験的に求めた非線形の換算データに基づいた回帰式によって換算した後に積分した第1積分画像と第2積分画像とに基づいて、現在の患者Pの位置を移動させるための移動量を決定することができる。
In addition, as described above, the integral
また、上記説明したように、積分画像算出部121は、非線形換算(実験的に求めた非線形の換算データ)によって、放射線経路上に位置する第1画素(ボクセル)の画素値(CT値)と放射線経路に対応する経路上に位置する第2画素(ボクセル)の画素値(CT値)とのそれぞれを、放射線が通過する際のエネルギー損失量を表す値(例えば、水等価厚)に換算してもよい。これによって、医用画像処理装置100は、第1画像に含まれるボクセルのCT値および第2画像に含まれるボクセルのCT値を、例えば、水等価厚に換算した後に積分した第1積分画像と第2積分画像とに基づいて、現在の患者Pの位置を移動させるための移動量を決定することができる。
Further, as described above, the integral
また、上記説明したように、積分画像算出部121は、治療ビームB(治療ビームb)が照射対象の領域(病巣)に到達するまでの間に位置する放射線経路上の第1画素(ボクセル)の画素値(CT値)と、放射線経路に対応する経路上で照射対象の領域に到達するまでの間に位置する第2画素(ボクセル)の画素値(CT値)とのそれぞれを換算したエネルギー損失量の値(水等価厚)を積分して、第1積分値と第2積分値とのそれぞれを算出してもよい。これによって、医用画像処理装置100は、第1積分画像と第2積分画像とを生成する際の処理量(演算量)を、少なくすることができる。
In addition, as described above, the integral
また、上記説明したように、移動量信号は、治療装置10に備えた治療台11の移動を制御する不図示の治療台制御部へ送信されてもよい。これによって、医用画像処理装置100が出力した移動量信号に基づいて、不図示の治療台制御部が治療台11の移動を制御し、患者Pの位置を実際に移動させることができる。
Further, as described above, the movement amount signal may be transmitted to a treatment table control unit (not shown) that controls the movement of the treatment table 11 provided in the
また、上記説明したように、放射線の照射対象の領域(病巣)は、患者Pの体内に存在する腫瘍(病巣)の領域であり、放射線経路は、腫瘍(病巣)の領域を含んでもよい。 Moreover, as described above, the region (lesion) to be irradiated with radiation is a region of a tumor (lesion) existing in the body of the patient P, and the radiation path may include a region of the tumor (lesion).
また、上記説明したように、放射線経路に対応する経路は、探索部120が探索した移動量で第2画像が移動された場合、治療ビームB(治療ビームb)の照射を避ける領域(例えば、治療計画の段階では存在していなかった空気の領域)を含んでもよい。これによって、医用画像処理装置100は、治療ビームB(治療ビームb)のブラッグピークの位置が異なることによって、照射した治療ビームB(治療ビームb)が、治療計画の段階において計画したエネルギーを患者Pの体内の病巣に与えることができないことや、治療ビームB(治療ビームb)を照射したくない危険臓器(OAR)に照射されてしまう可能性に対して適切な施策を講じることができる。
Further, as described above, the route corresponding to the radiation route is a region that avoids irradiation of the treatment beam B (treatment beam b) when the second image is moved by the amount of movement searched by the search unit 120 (for example, May include areas of air that were not present at the stage of treatment planning. As a result, the medical
また、上記説明したように、治療システム1は、医用画像処理装置100と、患者Pに治療ビームB(治療ビームb)を照射する照射部(治療ビーム照射門13)と、第1画像および第2画像を撮影するCT撮像装置12と、移動量信号に応じて患者Pを乗せて固定した治療台11の移動を制御する不図示の治療台制御部とを具備した治療装置10と、を備えてもよい。これによって、治療システム1は、治療計画の段階において決定したエネルギーに近いエネルギー量の治療ビームB(治療ビームb)を患者Pの体内の病巣に照射することができる状態に現在の患者Pの位置を合わせて、計画通りの放射線治療を行うことができる。
Further, as described above, the treatment system 1 includes the medical
また、医用画像処理装置100は、CPUやGPUなどのプロセッサと、ROMやRAM、HDD、フラッシュメモリなどの記憶装置とを備え、記憶装置は、プロセッサを、CT撮像装置12によって撮像された患者Pの3次元の第1画像を取得する第1画像取得部101と、第1画像とは異なる時刻にCT撮像装置12によって撮像された患者Pの3次元の第2画像を取得する第2画像取得部102と、第1画像に設定した放射線経路(照射した治療ビームB(治療ビームb)が通過する経路)を取得する経路取得部110と、第1画像に含まれ放射線経路が通過する3次元の第1画素(ボクセル)の画素値(CT値)を積分した第1積分値(第1積分画像)と、第2画像内の放射線経路に対応する経路が通過する3次元の第2画素(ボクセル)の画素値(CT値)を積分した第2積分値(第2積分画像)とに基づいて、第2画像に写された患者Pの位置を第1画像に写された患者Pの位置に合わせるための第2画像の移動量を探索した結果を表す移動量信号を出力する探索部120として機能させるためのプログラムが記憶された装置であってもよい。
The medical
また、医用画像処理装置100は、CPUやGPUなどのプロセッサと、ROMやRAM、HDD、フラッシュメモリなどの記憶装置とを備え、記憶装置には、プロセッサを、探索部120は、第1積分値を算出し、算出した第1積分値を放射線を照射する照射範囲内に表した第1積分画像と、第2積分値を算出し、算出した第2積分値を照射範囲内に表した第2積分画像とを生成する積分画像算出部121と、第1積分画像に含まれる第1画素(ボクセル)の画素値(CT値)の積分(線積分)値である第1積分値(ボクセルデータ)と、第2積分画像に含まれる第1積分値(ボクセルデータ)に対応する第2画素(ボクセル)の画素値(CT値)の積分(線積分)値である第2積分値(ボクセルデータ)とをそれぞれ比較する比較部122と、比較部122の比較結果に基づいて第1積分画像と第2積分画像とに表された放射線経路のずれを判定する判定部123と、判定部123の判定結果に基づいて移動量を決定し、決定した移動量を表す移動量信号を出力する移動部124として機能させるためのプログラムが記憶された装置であってもよい。
The medical
(第2の実施形態)
以下、第2の実施形態について説明する。なお、第2の実施形態の医用画像処理装置を備えた治療システムの構成は、図1に示した第1の実施形態の医用画像処理装置100を備えた治療システム1の構成において、医用画像処理装置100が第2の実施形態の医用画像処理装置(以下、「医用画像処理装置200」という)に代わった構成である。以下の説明においては、医用画像処理装置200を備えた治療システムを、「治療システム2」という。
(Second Embodiment)
Hereinafter, the second embodiment will be described. The configuration of the treatment system including the medical image processing apparatus according to the second embodiment is the same as that of the treatment system 1 including the medical
なお、以下の説明においては、医用画像処理装置200を備えた治療システム2の構成要素において、第1の実施形態の医用画像処理装置100を備えた治療システム1の構成要素と同様の構成要素には、同一の符号を付与し、それぞれの構成要素に関する詳細な説明は省略する。そして、以下の説明においては、第1の実施形態の医用画像処理装置100と異なる構成要素である医用画像処理装置200の構成、動作、および処理についてのみを説明する。
In the following description, the components of the treatment system 2 including the medical
医用画像処理装置200は、第1の実施形態の医用画像処理装置100と同様に、CT撮像装置12から出力されたCT画像に基づいて、治療計画の段階の患者Pの体位と現在の患者Pの体位とのずれを判定した結果を表す判定信号を出力する。また、医用画像処理装置200は、第1の実施形態の医用画像処理装置100と同様に、患者Pの体位のずれを判定した結果に基づいて、放射線治療を行う際の患者Pの状態(位置や方向などを含む体位)を、治療計画の段階の患者Pの体位に近づくように移動させる移動量を表す移動量信号を出力する。ただし、医用画像処理装置200は、患者Pの体位を治療計画の段階に近づくように移動させる移動量を探索する探索処理を、第1の実施形態の医用画像処理装置100よりも高速化する。
Similarly to the medical
以下、治療システム2を構成する医用画像処理装置200の構成について説明する。図5は、第2の実施形態の医用画像処理装置200の概略構成を示したブロック図である。図5に示した医用画像処理装置200は、第1画像取得部101と、第2画像取得部102と、経路取得部110と、探索部220とを備える。また、探索部220は、仮位置決め部225と、積分画像算出部121と、比較部122と、判定部123と、移動部224とを備える。
Hereinafter, the configuration of the medical
医用画像処理装置200は、第1の実施形態の医用画像処理装置100に備えた探索部120が探索部220に代わった構成である。探索部220は、第1の実施形態の医用画像処理装置100に備えた探索部120に仮位置決め部225が追加された構成である。これに伴って、医用画像処理装置200では、第1の実施形態の医用画像処理装置100に備えた探索部120内の移動部124が移動部224に代わっている。なお、医用画像処理装置200に備えたその他の構成要素は、第1の実施形態の医用画像処理装置100に備えた構成要素と同じ構成要素である。従って、以下の説明においては、医用画像処理装置200の構成要素において、第1の実施形態の医用画像処理装置100に備えた構成要素と同様の構成要素には、同一の符号を付与し、それぞれの構成要素に関する詳細な説明は省略する。そして、以下の説明においては、第1の実施形態の医用画像処理装置100と異なる構成要素についてのみを説明する。
The medical
探索部220は、第1の実施形態の医用画像処理装置100に備えた探索部120と同様に、経路取得部110から出力された治療ビームbのそれぞれの経路の情報と、第1画像取得部101から出力された第1画像と、第2画像取得部102から出力された第2画像とに基づいて、現在の患者Pの位置を治療計画の段階の位置に合わせるための移動量を探索する。探索部220も、第1の実施形態の医用画像処理装置100に備えた探索部120と同様に、照射する治療ビームBが患者Pの体内の病巣に与えるエネルギーを、治療計画の段階において計画したエネルギーに近づけるように、患者Pの位置を合わせるための移動量を探索する。
Similar to the
ただし、医用画像処理装置200では、上述したように、患者Pの位置を合わせるための移動量を探索するための探索処理を、第1の実施形態の医用画像処理装置100よりも高速化する。これは、第1の実施形態の医用画像処理装置100においても探索部120が、現在の患者Pの位置を治療計画の段階の位置に合わせるための移動量を探索していた。しかし、第1の実施形態の医用画像処理装置100では、第1画像と第2画像とのずれ、つまり、治療計画の段階の患者Pの位置と現在の患者Pの位置とのずれが大きい場合には、探索部120における探索処理に時間を要することが考えられるためである。より具体的には、図3に示した第1の実施形態の医用画像処理装置100における探索処理のフローチャートにおいて、最終的な第2画像の移動量を探索するためのステップS400〜ステップS600の処理の繰り返し回数が多くなることが考えられるためである。そこで、探索部220は、仮位置決め部225を備えている。そして、医用画像処理装置200では、仮位置決め部225が、第1画像と第2画像とのずれが予め定めたずれ量にまで少なくなるように、第2画像の移動量を仮に決定し、この状態から現在の患者Pの位置を治療計画の段階の位置に合わせるための移動量を探索することによって、探索処理に時間を要する時間の短縮を図る。つまり、医用画像処理装置200では、仮に決定した移動量に基づいて第2画像を事前に仮想的に移動させておくことによって、探索処理において第1積分画像と第2積分画像とのずれを判定する範囲を、治療ビームB(放射線)を照射する照射対象(患者Pの体内に存在する病巣)の周辺に予め絞り込んで、探索処理の高速化を図る。
However, in the medical
仮位置決め部225は、第1画像取得部101から出力された第1画像と、第2画像取得部102から出力された第2画像とに基づいて、現在の患者Pの位置を治療計画の段階の位置に合わせるための移動量を仮に決定する。より具体的には、仮位置決め部225は、第1画像と第2画像とのずれが予め定めたずれ量にまで少なくなるように、第2画像を所定の3次元空間において移動させる方向(傾き)を含む移動量を仮に決定する。そして、仮位置決め部225は、仮に決定した移動量に基づいて移動した後の第2画像を、積分画像算出部121に出力する。また、仮位置決め部225は、仮に決定した移動量を表す情報を、移動部224に出力する。
The
積分画像算出部121は、第2画像取得部102から出力された第2画像に対応した第2積分画像の代わりに、仮位置決め部225から出力された、仮に移動した後の第2画像(以下、「仮移動第2画像」という)に対応した第2積分画像を生成して比較部122に出力する。
The integrated
移動部224は、第1の実施形態の医用画像処理装置100に備えた探索部120内の移動部124と同様に、判定部123から出力された治療ビームbの経路ごとの判定結果の情報に基づいて、仮移動第2画像を所定の3次元空間において移動させる移動量を決定し、決定した移動量を表す情報を、積分画像算出部121に出力する。ただし、移動部224は、最終的に治療計画の段階と合っていると判定した位置に現在の患者Pの位置を移動させるための移動量信号を出力する際に、仮位置決め部225から出力された移動量を合わせて出力する。つまり、移動部224は、積分画像算出部121が第2積分画像を生成する仮移動第2画像にすでに適用されている移動量を合わせた移動量を、最終的な第2画像の移動量とした移動量信号を出力する。
Similar to the moving
ここで、医用画像処理装置200において探索部220に備えた仮位置決め部225が第2画像の移動量を仮に決定する方法について説明する。なお、以下の説明においても、所定の3次元空間のある1点を点xと表す。
Here, a method in which the
仮位置決め部225は、第1積分画像と第2積分画像とを比較するために、下式(13)に示すようなコスト関数を用いる。
The
上式(13)において、I1(x,θ)は、所定の3次元空間内に仮想的に配置した第1画像に含まれる点xに対応する3次元のボクセルのCT値、I2(x,θ)は、所定の3次元空間内に仮想的に配置した第2画像に含まれる点xに対応する3次元のボクセルのCT値を表している。また、上式(13)において、Xは、画素の位置の集合である。上式(13)において、集合Xは、第1画像と第2画像とに含まれる全ての画素の位置におけるCT値を含む。なお、集合Xは、積分画像算出部121が第1積分画像および第2積分画像を生成する場合と同様に、例えば、PTVやPRVに対応する画素の位置に限定してもよい。
In the above equation (13), I 1 (x, θ) is a CT value of a three-dimensional voxel corresponding to a point x included in the first image virtually arranged in a predetermined three-dimensional space, I 2 ( x, θ) represents the CT value of the three-dimensional voxel corresponding to the point x included in the second image virtually arranged in the predetermined three-dimensional space. In the above equation (13), X is a set of pixel positions. In the above equation (13), the set X includes CT values at the positions of all the pixels included in the first image and the second image. Note that the set X may be limited to pixel positions corresponding to, for example, PTV and PRV, as in the case where the integral
仮位置決め部225は、上式(13)によって、第1画像と第2画像とのそれぞれに含まれるボクセルの画素値(CT値)の差の二乗誤差を最小化するためのΔθを求める。 仮位置決め部225は、勾配法や、ニュートン法、LK法などの最適化方法を使用して、コスト関数を最小化する。仮位置決め部225は、第1画像と第2画像とを比較して最小化したコスト関数値EkとΔθとに基づいて、第2画像を移動するための仮移動量ρを決定する。
The
また、仮位置決め部225が第1積分画像と第2積分画像とを比較するために用いるコスト関数は、下式(14)に示すようなコスト関数であってもよい。
The cost function used by the
上式(14)において、X1は、例えば、PTVに含まれる画素の集合、X2は、例えば、PRVに含まれる画素の集合を表している。また、上式(14)において、λは、パラメータであり、PTVにおける位置合わせを重視して比較を行う場合には、例えば、λ=0.5以上の値にする。上式(14)に示すようなコスト関数を用いて第1画像と第2画像とを比較した場合も、仮位置決め部225は、コスト関数値EkとΔθとに基づいて、第2画像を移動するための仮移動量ρを決定する。
In the above equation (14), X 1 is, for example, the set of pixels included in the PTV, X 2, for example, represent the set of pixels included in the PRV. Further, in the above equation (14), λ is a parameter, and when comparison is made with emphasis on alignment in PTV, for example, a value of λ = 0.5 or more is set. Even when the first image and the second image are compared using the cost function as shown in the above equation (14), the
仮位置決め部225は、決定した仮移動量ρに基づいて移動させた第2画像を、仮移動第2画像として積分画像算出部121に出力する。仮位置決め部225が積分画像算出部121に出力する仮移動第2画像は、下式(15)で表される。
The
このような比較方法によって仮位置決め部225は、第1画像と第2画像とを比較し、仮に決定した仮移動量ρに基づいて第2画像を移動させた仮移動第2画像を、積分画像算出部121に出力する。その後、探索部220は、第1の実施形態の医用画像処理装置100に備えた探索部120と同様に、探索処理を行い、最終的な患者Pの移動量を表す移動量信号を出力する。
By such a comparison method, the
このような構成および動作によって、医用画像処理装置200は、治療計画の段階などに撮影された患者Pの第1画像と、治療段階において放射線治療を行う前に撮影された患者Pの第2画像とに基づいて、治療計画の段階の患者Pの位置と現在の患者Pの位置とのずれを判定した結果を、判定信号として出力する。また、医用画像処理装置200は、ずれを判定した結果に基づいて最終的に決定した位置に現在の患者Pの位置を移動させるための移動量信号を出力する。これにより、医用画像処理装置200を備えた治療システム2では、第1の実施形態の医用画像処理装置100を備えた治療システム1と同様に、例えば、治療台11の移動を制御する不図示の治療台制御部が、移動量信号に基づいて治療台11を移動させることによって、患者Pの位置が実際に移動される。これにより、医用画像処理装置200を備えた治療システム2では、第1の実施形態の医用画像処理装置100を備えた治療システム1と同様に、治療計画の段階において計画したエネルギーの治療ビームBを患者Pの体内の病巣に照射することができる状態(位置)に実際の患者Pの状態(位置)を合わせて、計画通りに放射線治療を行うことができる。
With such a configuration and operation, the medical
しかも、医用画像処理装置200では、探索部220に備えた仮位置決め部225が、第1画像と第2画像とのずれが予め定めたずれ量にまで少なくなるように仮に決定した仮移動量で第2画像を移動させることによって、探索処理を行う範囲を、治療ビームBを照射する患者Pの体内の病巣の周辺に予め絞り込んだ状態から探索処理を行うことができる。これにより、医用画像処理装置200では、患者Pの状態(位置)を治療計画の段階に近づくように移動させるための移動量を探索する探索処理を、第1の実施形態の医用画像処理装置100よりも高速化することができる。
In addition, in the medical
なお、医用画像処理装置200における探索処理は、図3に示した第1の実施形態の医用画像処理装置100における探索処理において、仮位置決め部225による処理を追加することによって容易に考えることができる。より具体的には、図3に示した第1の実施形態の医用画像処理装置100の探索処理において、ステップS100の前、またはステップS200とステップS300との間に、仮位置決め部225が第2画像の移動量を仮に決定して移動させる処理を追加することによって容易に考えることができる。従って、医用画像処理装置200における探索処理の流れに関する詳細な説明は省略する。
The search process in the medical
上述したように、第2の実施形態の医用画像処理装置200では、第1画像取得部101が治療前に撮影された患者Pの第1画像を取得し、第2画像取得部102が治療を開始する直前に撮影された患者Pの第2画像を取得する。また、第2の実施形態の医用画像処理装置200では、経路取得部110が第1画像に基づいて治療計画の段階において決定された治療ビームBを照射する経路の情報を取得する。そして、第2の実施形態の医用画像処理装置200では、探索部220(仮位置決め部225)が、第1画像と第2画像とのずれが少なくなるように第2画像を仮に移動させた後に、探索部220(積分画像算出部121)が、治療ビームBの経路の情報に基づいて、第1画像に対応する第1積分画像と、第2画像に対応する第2積分画像とを生成する。そして、第2の実施形態の医用画像処理装置200では、探索部220(比較部122および判定部123)が、第1積分画像と第2積分画像とにおける治療ビームBの経路のずれを判定し、判定した結果を表す判定信号を出力する。また、第2の実施形態の医用画像処理装置200では、探索部220(移動部224)が、判定したずれ量に基づいて、現在の患者Pの体位を治療計画の段階の患者Pの体位に近づけるための移動量を決定し、第1積分画像と第2積分画像とにおける治療ビームBの経路のずれが予め定めた許容範囲内となったときに、すでに適用されている移動量を合わせた最終的な患者Pの移動量を表す移動量信号を出力する。これにより、第2の実施形態の医用画像処理装置200を備えた治療システム2では、第1の実施形態の医用画像処理装置100を備えた治療システム1と同様に、例えば、治療台11の移動を制御する不図示の治療台制御部が、移動量信号に基づいて治療台11を移動させることによって、患者Pの位置が実際に移動される。これにより、第2の実施形態の医用画像処理装置200を備えた治療システム2では、第1の実施形態の医用画像処理装置100を備えた治療システム1と同様に、治療計画の段階において決定したエネルギーに近いエネルギー量の治療ビームBを患者Pの体内の病巣に照射することができる状態に現在の患者Pの位置を合わせて、計画通りの放射線治療を行うことができる。しかも、第2の実施形態の医用画像処理装置200を備えた治療システム2では、第1の実施形態の医用画像処理装置100を備えた治療システム1よりも早く患者Pの位置を合わせて、放射線治療を行うことができる。
As described above, in the medical
上記説明したように、医用画像処理装置200において、探索部220は、第1画像に含まれる第1画素(ボクセル)の画素値(CT値)と、第2画像に含まれる第2画素(ボクセル)の画素値(CT値)との差分に基づいて、第1画像と第2画像とのずれを判定し、判定した結果に基づいて決定した仮移動量(仮に決定した移動量)に基づいて、第2画像に写された患者Pの位置を第1画像に写された患者Pの位置に事前に合わせた仮移動第2画像を出力する仮位置決め部225をさらに備え、積分画像算出部121は、第1画像に対応する第1積分画像と、仮移動第2画像に対応する第2積分画像とを生成する。これによって、医用画像処理装置200は、仮位置決め部225が事前に患者Pの位置を仮想的に移動させた状態から、現在の患者Pの位置を、第1画像を撮影したときの位置に合わせるための移動量を探索することができ、探索処理に時間を要する時間を短縮することができる。
As described above, in the medical
(第3の実施形態)
以下、第3の実施形態について説明する。なお、第3の実施形態の医用画像処理装置を備えた治療システムの構成は、図1に示した第1の実施形態の医用画像処理装置100を備えた治療システム1の構成において、医用画像処理装置100が第3の実施形態の医用画像処理装置(以下、「医用画像処理装置300」という)に代わった構成である。以下の説明においては、医用画像処理装置300を備えた治療システムを、「治療システム3」という。
(Third embodiment)
Hereinafter, a third embodiment will be described. The configuration of the treatment system including the medical image processing apparatus according to the third embodiment is the same as that of the treatment system 1 including the medical
なお、以下の説明においては、医用画像処理装置300を備えた治療システム3の構成要素において、第1の実施形態の医用画像処理装置100を備えた治療システム1の構成要素と同様の構成要素には、同一の符号を付与し、それぞれの構成要素に関する詳細な説明は省略する。そして、以下の説明においては、第1の実施形態の医用画像処理装置100と異なる構成要素である医用画像処理装置300の構成、動作、および処理についてのみを説明する。
In the following description, the components of the treatment system 3 including the medical
医用画像処理装置300は、第1の実施形態の医用画像処理装置100と同様に、CT撮像装置12から出力されたCT画像に基づいて、治療計画の段階の患者Pの体位と現在の患者Pの体位とのずれを判定した結果を表す判定信号を出力する。また、医用画像処理装置300は、患者Pの体位のずれを判定した結果を、医用画像処理装置300を備えた治療システム3の利用者(医師など)に提示する。また、医用画像処理装置300は、医用画像処理装置300を備えた治療システム3の利用者(医師など)による設定に応じた患者Pの体位のずれの判定が行われる。また、医用画像処理装置300は、第1の実施形態の医用画像処理装置100と同様に、患者Pの体位のずれを判定した結果に基づいて、放射線治療を行う際の患者Pの状態(位置や方向などを含む体位)を、治療計画の段階の患者Pの体位に近づくように移動させる移動量を表す移動量信号を出力する。
Similarly to the medical
以下、治療システム3を構成する医用画像処理装置300の構成について説明する。図6は、第3の実施形態の医用画像処理装置300の概略構成を示したブロック図である。図6に示した医用画像処理装置300は、第1画像取得部101と、第2画像取得部102と、経路取得部110と、探索部320と、ユーザーインターフェース部330とを備える。また、探索部320は、積分画像算出部321と、比較部322と、判定部323と、移動部124とを備える。
Hereinafter, the configuration of the medical
医用画像処理装置300は、第1の実施形態の医用画像処理装置100にユーザーインターフェース部330が追加された構成である。これに伴って、医用画像処理装置300では、第1の実施形態の医用画像処理装置100に備えた探索部120が探索部320に代わっている。また、探索部320では、探索部120に備えた積分画像算出部121が積分画像算出部321に、比較部122が比較部322に、判定部123が判定部323にそれぞれ代わっている。なお、医用画像処理装置300に備えたその他の構成要素は、第1の実施形態の医用画像処理装置100に備えた構成要素と同じ構成要素である。従って、以下の説明においては、医用画像処理装置300の構成要素において、第1の実施形態の医用画像処理装置100に備えた構成要素と同様の構成要素には、同一の符号を付与し、それぞれの構成要素に関する詳細な説明は省略する。そして、以下の説明においては、第1の実施形態の医用画像処理装置100と異なる構成要素についてのみを説明する。
The medical
探索部320は、第1の実施形態の医用画像処理装置100に備えた探索部120と同様に、経路取得部110から出力された治療ビームbのそれぞれの経路の情報と、第1画像取得部101から出力された第1画像と、第2画像取得部102から出力された第2画像とに基づいて、現在の患者Pの位置を治療計画の段階の位置に合わせるための移動量を探索する。探索部320も、第1の実施形態の医用画像処理装置100に備えた探索部120と同様に、照射する治療ビームBが患者Pの体内の病巣に与えるエネルギーを、治療計画の段階において計画したエネルギーに近づけるように、患者Pの位置を合わせるための移動量を探索する。
Similar to the
ただし、医用画像処理装置300では、上述したように、患者Pの体位のずれを判定した結果を、医用画像処理装置300を備えた治療システム3の利用者(医師など)に提示する。また、医用画像処理装置300では、上述したように、医用画像処理装置300を備えた治療システム3の利用者(医師など)による設定に応じた患者Pの体位のずれの判定が行われる。
However, as described above, the medical
積分画像算出部321は、第1の実施形態の医用画像処理装置100に備えた探索部120内の積分画像算出部121と同様に、経路取得部110から出力された治療ビームbのそれぞれの経路の情報に基づいて、第1画像に対応した第1積分画像と、第2画像に対応した第2積分画像とのそれぞれを生成して比較部322に出力する。さらに、積分画像算出部321は、生成した第1積分画像と第2積分画像とのそれぞれを、ユーザーインターフェース部330に出力する。なお、積分画像算出部321は、第1積分画像と第2積分画像とのそれぞれを生成する際に、所定の3次元空間内に仮想的に配置した第1画像と第2画像とのそれぞれを、ユーザーインターフェース部330に出力してもよい。
Similarly to the integrated
比較部322は、第1の実施形態の医用画像処理装置100に備えた探索部120内の比較部122と同様に、積分画像算出部321から出力された第1積分画像と第2積分画像とを比較する。このとき、比較部322は、ユーザーインターフェース部330から出力された設定に基づいて、第1積分画像と第2積分画像とを比較する。より具体的には、比較部322は、利用者による部分画像領域を設定する操作に応じてユーザーインターフェース部330から出力された関心領域(Region Of Interest:ROI)に対応する領域内の第1積分画像と第2積分画像との比較を行う。また、比較部322は、利用者によるコスト関数のパラメータを設定する操作に応じてユーザーインターフェース部330から出力されたパラメータを、例えば、上式(11)や上式(12)に示したコスト関数に適用して、第1積分画像と第2積分画像との比較を行う。比較部322は、第1積分画像と第2積分画像とを比較した比較結果の情報を、判定部323に出力する。
Similar to the
判定部323は、第1の実施形態の医用画像処理装置100に備えた探索部120内の判定部123と同様に、比較部322から出力された比較結果の情報に基づいて、第1積分画像と第2積分画像とのずれを判定し、判定した結果を表す判定信号を出力する。このとき、判定部323は、出力した判定信号が表す第1積分画像と第2積分画像とのずれの判定結果の情報を、ユーザーインターフェース部330に出力する。また、判定部323は、利用者による操作に応じてユーザーインターフェース部330から出力されたユーザ判定信号が表す指示に応じて、第1積分画像と第2積分画像とのずれを判定する。つまり、判定部323は、利用者によるユーザーインターフェース部330の操作に応じたタイミングで、第1積分画像と第2積分画像とのずれを判定する。例えば、判定部323は、ユーザーインターフェース部330から出力されたユーザ判定信号が、次の判定処理の実行を指示することを表している場合に、判定結果の情報を移動部124に出力して第2画像の移動量を決定させ、第1積分画像と積分画像算出部321が生成した新たな第2積分画像とのずれを判定する処理を実行する。また、例えば、判定部323は、ユーザーインターフェース部330から出力されたユーザ判定信号が、判定処理の終了を指示することを表している場合には、新たに第1積分画像と第2積分画像とのずれの判定を行わない、または現在行っている第1積分画像と第2積分画像とのずれの判定を中止して、ユーザーインターフェース部330に前回出力した判定結果を維持する。なお、利用者が、以前の判定結果を採用することも考えられるため、判定部323は、第1積分画像と第2積分画像とのずれを判定した判定結果の情報の履歴を記憶しておき、移動部124が決定した第2画像の移動量を元に戻すことができる構成にしてもよい。なお、移動部124に、決定した第2画像の移動量の履歴を記憶しておき、利用者が、採用した判定結果を得られる第2画像の移動量を再現することができる構成にしてもよい。
Similar to the
ユーザーインターフェース部330は、医用画像処理装置300を備えた治療システム3の利用者(医師など)に患者Pの体位のずれを判定した結果を提示する表示装置と、利用者による様々な操作の入力を受け付ける入力装置とを備えている。ユーザーインターフェース部を構成する表示装置は、例えば、液晶ディスプレイ(LCD:Liquid Crystal Display)などである。ユーザーインターフェース部330は、積分画像算出部321から出力された第1積分画像および第2積分画像、判定部323から出力された第1積分画像と第2積分画像とのずれの判定結果の情報を提示するための画像を表示装置に表示する。なお、積分画像算出部321から第1画像と第2画像とのそれぞれが出力されている場合には、第1画像と第2画像とのそれぞれに、対応する第1積分画像または第2積分画像を重畳した画像を表示装置に表示してもよい。
The
また、ユーザーインターフェース部を構成する入力装置は、キーボードなどの入力デバイス、マウスやペン型のスタイラスなどのポインティングデバイス、ボタンやスイッチ類などの操作デバイスである。ユーザーインターフェース部330は、ユーザによる入力装置の操作、より具体的には、関心領域ROIの設定やコスト関数のパラメータの設定、ユーザ判定信号によって表す指示を受け付け、受け付けた操作が表す情報を、対応する比較部322や判定部323に出力する。なお、ユーザーインターフェース部330は、入力装置として押圧センサを備え、表示装置と組み合わせたタッチパネルとして構成されてもよい。この場合、ユーザーインターフェース部330は、表示装置に表示している第1積分画像や第2積分画像の上で行った利用者の各種のタッチ(タップやフリックなど)操作を押圧センサが検出して受け付け、受け付けた利用者の入力操作が表す情報を、対応する比較部322や判定部323に出力する。
The input device constituting the user interface unit is an input device such as a keyboard, a pointing device such as a mouse and a pen-type stylus, and an operation device such as buttons and switches. The
ここで、ユーザーインターフェース部330におけるそれぞれの情報の表示およびそれぞれの設定や指示の入力方法について説明する。第1積分画像および第2積分画像は、3次元の画像であるため、2次元の表示を行う表示装置には直接表示させることができない。そこで、ユーザーインターフェース部330は、第1積分画像と第2積分画像とのそれぞれに対応する1ないし複数の断面画像を生成して表示装置に表示させる。このとき、ユーザーインターフェース部330は、第1積分画像と第2積分画像とのそれぞれの比較を目視にて行いやすくするために、それぞれの断面像の差分画像を表示する。また、ユーザーインターフェース部330は、それぞれの断面像の差分値の大小に応じて色分けをしたカラーマップ表示を行ってもよい。また、ユーザーインターフェース部330は、PTVやPRVなどの輪郭を重畳して表示させてもよい。また、ユーザーインターフェース部330は、PTVやPRVごとのコスト関数の値を情報として表示させてもよい。これにより、利用者は、表示装置に表示した第1積分画像と第2積分画像とのそれぞれの断面画像を確認し、第1積分画像と第2積分画像とのずれの判定、つまり、患者Pの位置を合わせるための判定を終了するか否かを判断することができる。利用者が入力装置を操作して判断した結果を入力すると、ユーザーインターフェース部330は、入力装置によって入力された情報を表すユーザ判定信号を、判定部323に出力する。また、利用者は、表示装置に表示した第1積分画像と第2積分画像とのそれぞれの断面画像の上で、関心領域ROIの設定やコスト関数のパラメータの設定を行うことができる。利用者が入力装置を操作して関心領域ROIの設定やコスト関数のパラメータの設定を入力すると、ユーザーインターフェース部330は、入力装置によって入力された関心領域ROIの設定やコスト関数のパラメータの設定の情報を、比較部322に出力する。
Here, the display of each information in the
ここで、医用画像処理装置300における探索処理において比較部322が、関心領域ROIに対応する領域内の第1積分画像と第2積分画像とを比較する方法について説明する。なお、以下の説明においては、ユーザーインターフェース部330から出力された関心領域ROIに含まれる所定の3次元空間の画素(ボクセル)の位置Yの集合をYROIとする。この場合、上式(11)に示したコスト関数は、Y=YROIとして、下式(16)のように表される。
Here, a method in which the
上式(16)において、EROIは、集合YROIに含まれる画素位置のみからなる積分画像の二乗誤差を表している。 In the above equation (16), E ROI represents the square error of the integral image consisting only of pixel positions included in the set Y ROI .
比較部322は、上式(16)によって、関心領域ROIに対応する領域内の積分画像の画素値(ボクセルデータ)の差の二乗誤差を最小化するためのΔθを求める。そして、比較部322は、勾配法や、ニュートン法、LK法などの最適化方法を使用して、コスト関数を最小化する。比較部322は、関心領域ROIに対応する領域内の第1積分画像と第2積分画像とを比較した比較結果の情報として、最小化したコスト関数値EとΔθとを、判定部323に出力する。
The
また、比較部322が関心領域ROIに対応する領域内の第1積分画像と第2積分画像とを比較する場合、3次元空間の画素(ボクセル)の位置Yを、下式(17)のようにしてもよい。
Further, when the
上式(17)において、集合Xは、例えば、PTVに対応する画素の位置の集合である。位置Yを上式(17)のようにして関心領域ROIに対応する領域内の第1積分画像と第2積分画像とを比較した場合も、比較部322は、コスト関数値EとΔθとを、関心領域ROIに対応する領域内の第1積分画像と第2積分画像とを比較した比較結果の情報として、判定部323に出力する。
In the above equation (17), the set X is, for example, a set of pixel positions corresponding to the PTV. When the position Y is compared with the first integrated image and the second integrated image in the region corresponding to the region of interest ROI as shown in the above equation (17), the
このような比較方法によって比較部322は、関心領域ROIに対応する領域内の第1積分画像と第2積分画像とを比較した比較結果の情報を、判定部323に出力する。
By such a comparison method, the
このような構成および動作によって、医用画像処理装置300は、治療計画の段階などに撮影された患者Pの第1画像と、治療段階において放射線治療を行う前に撮影された患者Pの第2画像とに基づいて、治療計画の段階の患者Pの位置と現在の患者Pの位置とのずれを判定した結果を、判定信号として出力する。しかも、医用画像処理装置300は、治療計画の段階の患者Pの位置と現在の患者Pの位置とのずれを判定した結果を、ユーザーインターフェース部330を構成する表示装置に表示することによって、医用画像処理装置300を備えた治療システム3の利用者(医師など)に提示する。これにより、医用画像処理装置300を備えた治療システム3の利用者は、治療計画の段階の患者Pの位置と現在の患者Pの位置とのずれの判定を終了するか否かを判断することができる。
With such a configuration and operation, the medical
また、医用画像処理装置300は、医用画像処理装置300を備えた治療システム3の利用者(医師など)が、ユーザーインターフェース部330を構成する入力装置を操作して、表示装置に表示した第1積分画像と第2積分画像とのそれぞれの断面画像の上で、関心領域ROIの設定やコスト関数のパラメータの設定を行うことができる。これにより、医用画像処理装置300は、利用者が設定した方法で、第1積分画像と第2積分画像との比較、つまり、治療計画の段階の患者Pの位置と現在の患者Pの位置とのずれを判定することができる。
In addition, the medical
また、医用画像処理装置300は、ずれを判定した結果に基づいて最終的に決定した位置に現在の患者Pの位置を移動させるための移動量信号を出力する。これにより、医用画像処理装置300を備えた治療システム3では、例えば、治療台11の移動を制御する不図示の治療台制御部が、移動量信号に基づいて治療台11を移動させることによって、患者Pの位置が実際に移動される。これにより、医用画像処理装置300を備えた治療システム3では、利用者の判断や指示に従った位置に、現在の患者Pの位置を移動させることができる。これにより、医用画像処理装置300を備えた治療システム3では、利用者の判断や指示に従った患者Pの状態(位置)で、治療計画の段階において計画したエネルギーの治療ビームBを患者Pの体内の病巣に照射する放射線治療を行うことができる。
In addition, the medical
なお、医用画像処理装置300における探索処理は、ユーザーインターフェース部330における表示や入力があることが異なる以外は、図3に示した第1の実施形態の医用画像処理装置100における探索処理と同様である。より具体的には、積分画像算出部321がそれぞれの積分画像を、判定部323が判定信号が表す判定結果の情報をユーザーインターフェース部330に出力することによって利用者に提示すること。また、比較部322における比較処理が、ユーザーインターフェース部330によって利用者から設定された方法で行われること。また。判定部323における判定処理が、ユーザーインターフェース部330に入力された利用者の判断結果に従って実行および終了が制御されること。これらのことが、医用画像処理装置300における探索処理において行われる以外は、図3に示した第1の実施形態の医用画像処理装置100における探索処理と同様である。従って、医用画像処理装置300における探索処理の流れに関する詳細な説明は省略する。
The search process in the medical
上述したように、第3の実施形態の医用画像処理装置300では、第1の実施形態の医用画像処理装置100と同様に、探索部320(積分画像算出部321)が、治療ビームBの経路の情報に基づいて、第1画像に対応する第1積分画像と、第2画像に対応する第2積分画像とを生成する。このとき、第3の実施形態の医用画像処理装置300では、生成した第1積分画像と第2積分画像とのそれぞれをユーザーインターフェース部330に出力することによって、医用画像処理装置300を備えた治療システム3の利用者(医師など)に提示する。そして、第3の実施形態の医用画像処理装置300では、第1の実施形態の医用画像処理装置100と同様に、探索部320(比較部322および判定部323)が、第1積分画像と第2積分画像とにおける治療ビームBの経路のずれを判定し、判定した結果を表す判定信号を出力する。このとき、第3の実施形態の医用画像処理装置300では、ユーザーインターフェース部330に入力された利用者からの設定に従った判定が行われる。また、第3の実施形態の医用画像処理装置300では、判定結果を表す情報をユーザーインターフェース部330に出力することによって、利用者に提示する。そして、第3の実施形態の医用画像処理装置300では、ユーザーインターフェース部330に入力された利用者からの指示に従って、第1積分画像と第2積分画像とにおける治療ビームBの経路のずれの判定を実行または終了する。そして、第3の実施形態の医用画像処理装置300では、ずれの判定を終了したときの判定結果に基づいて移動部124が決定した移動量を表す移動量信号を、最終的に決定した位置に現在の患者Pの位置を移動させるための移動量信号として出力する。これにより、第3の実施形態の医用画像処理装置300を備えた治療システム3では、例えば、治療台11の移動を制御する不図示の治療台制御部が、移動量信号に基づいて治療台11を移動させることによって、患者Pの位置が実際に移動される。これにより、第3の実施形態の医用画像処理装置300を備えた治療システム3では、利用者が所望する位置に現在の患者Pの位置を移動させることができ、利用者が所望する患者Pの状態(位置)で、治療計画の段階において計画したエネルギーの治療ビームBを患者Pの体内の病巣に照射する放射線治療を行うことができる。
As described above, in the medical
なお、ユーザーインターフェース部330は、第3の実施形態の医用画像処理装置300に備える構成に限定されるものではなく、第3の実施形態の医用画像処理装置300を備えた治療システム3に備える構成であってもよい。また、ユーザーインターフェース部330は、第1の実施形態の医用画像処理装置100、または第1の実施形態の医用画像処理装置100を備えた治療システム1に追加される構成に限定されるものではなく、第2の実施形態の医用画像処理装置200や第2の実施形態の医用画像処理装置200を備えた治療システム2に追加される構成であってもよい。
The
なお、第3の実施形態の医用画像処理装置300では、図6に示した医用画像処理装置300の構成において、ユーザーインターフェース部330が、医用画像処理装置300に備えた探索部320内の構成要素から出力された情報に応じた画像を生成して表示装置に表示(重畳)させる構成である場合について説明した。しかし、ユーザーインターフェース部330を構成する表示装置に表示(重畳)させる画像は、ユーザーインターフェース部330内で生成する構成に限定されるものではなく、情報を出力するそれぞれの構成要素が生成する構成であってもよい。例えば、医用画像処理装置300において、探索部320内の積分画像算出部321が、第1積分画像と第2積分画像とのそれぞれに対応する断面画像を生成し、生成した断面画像のそれぞれを第1積分画像と第2積分画像とのそれぞれとしてユーザーインターフェース部330に出力する構成であってもよい。この場合、ユーザーインターフェース部330は、積分画像算出部321から出力されたそれぞれの断面画像をそのまま表示する構成となる。また、例えば、医用画像処理装置300において、探索部320内の判定部323が、判定信号が表す第1積分画像と第2積分画像とのずれの判定結果の情報を表示するための1枚の情報表示画像を生成し、生成した情報表示画像を判定信号が表す判定結果の情報としてユーザーインターフェース部330に出力する構成であってもよい。この場合、ユーザーインターフェース部330は、判定部323から出力された1枚の情報表示画像を、そのまま断面画像に重畳する構成となる。
In the medical
上記説明したように、医用画像処理装置300は、判定部323が判定した結果を少なくとも表示する表示装置を備えたユーザーインターフェース部330をさらに備える。これによって、医用画像処理装置300は、仮想的に移動させた現在の患者Pの位置と第1画像を撮影したときの患者Pの位置とのずれを判定している状態を、医用画像処理装置300を備えた治療システム3の利用者(医師など)に提示することができる。
As described above, the medical
また、上記説明したように、医用画像処理装置300において、ユーザーインターフェース部330は、少なくとも比較部322が第1積分値と第2積分値とを比較する照射範囲内の比較領域(関心領域ROI、コスト関数のパラメータであってもよい)を設定する入力装置をさらに備え、比較部322は、入力装置によって設定された関心領域ROIに対応する比較領域内の第1積分値と第2積分値とを比較してもよい。これによって、医用画像処理装置300は、医用画像処理装置300を備えた治療システム3の利用者(医師など)によって設定された方法で、現在の患者Pの位置を第1画像を撮影したときの位置に合わせるための移動量を探索する探索処理を行うことができる。
Further, as described above, in the medical
また、上記説明したように、治療システム3は、探索部320によって第2画像の移動量を探索する際の情報を表示する表示装置を備えたユーザーインターフェース部330をさらに備えてもよい。これによって、治療システム1は、仮想的に移動させた現在の患者Pの位置と第1画像を撮影したときの患者Pの位置とのずれを判定している医用画像処理装置300の処理の状態を、治療システム3の利用者(医師など)に提示することができる。
Further, as described above, the treatment system 3 may further include the
また、上記説明したように、治療システム3において、ユーザーインターフェース部330は、探索部320によって第2画像の移動量を探索する探索領域(関心領域ROI、コスト関数のパラメータであってもよい)を設定する入力装置をさらに備え、探索部320は、入力装置によって設定された関心領域ROIに対応する第1積分値と第2積分値とに基づいて、第2画像の移動量を探索してもよい。これによって、治療システム1は、利用者(医師など)によって設定された方法で、医用画像処理装置300による現在の患者Pの位置を第1画像を撮影したときの位置に合わせるための移動量を探索する探索処理を行うことができる。
As described above, in the treatment system 3, the
上記に述べたとおり、各実施形態の医用画像処理装置では、治療前に撮影された患者Pの3次元のCT画像である第1画像と、現在撮影された患者Pの3次元のCT画像である第2画像とのそれぞれと、第1画像に基づいて決定した治療ビームBを照射する経路の情報とを取得する。そして、各実施形態の医用画像処理装置では、第1画像と第2画像とにおいて、治療ビームBの経路上に位置する3次元の画素(ボクセル)の画素値(CT値)を放射線のエネルギー損失量を水の厚みに換算した水等価厚に換算した後に積分(線積分)した、第1画像に対応する第1積分画像と、第2画像に対応する第2積分画像とを生成する。そして、各実施形態の医用画像処理装置では、第1積分画像と第2積分画像とにおける治療ビームBの経路のずれを判定することによって、現在の患者Pの状態(位置や方向などを含む体位)を治療計画の段階の状態に合わせるための移動量を探索する。そして、各実施形態の医用画像処理装置では、第1積分画像と第2積分画像とにおける治療ビームBの経路のずれが予め定めた許容範囲内となったときのずれ量に応じた第2画像の移動量を、現在の患者Pの状態を治療計画の段階の患者Pの状態に合わせるための最終的な患者Pの移動量として決定する。そして、各実施形態の医用画像処理装置では、決定した最終的な患者Pの移動量を表す移動量信号を出力する。これにより、各実施形態の医用画像処理装置を備えた治療システムでは、例えば、治療台の移動を制御する治療台制御部が、移動量信号に基づいて治療台を移動させることによって、患者Pの状態を実際に移動させる。これにより、各実施形態の医用画像処理装置を備えた治療システムでは、治療計画の段階において決定したエネルギーに近いエネルギー量の治療ビームBを患者Pの体内の病巣に照射することができる状態に現在の患者Pの状態を合わせて、計画通りの放射線治療を行うことができる。 As described above, in the medical image processing apparatus of each embodiment, the first image that is a three-dimensional CT image of the patient P imaged before treatment and the three-dimensional CT image of the patient P that is currently imaged. Each of the certain second image and information on the path for irradiating the treatment beam B determined based on the first image are acquired. In the medical image processing apparatus according to each embodiment, in the first image and the second image, the pixel value (CT value) of a three-dimensional pixel (voxel) located on the path of the treatment beam B is used as the energy loss of radiation. A first integrated image corresponding to the first image and a second integrated image corresponding to the second image, which are integrated (line integration) after the amount is converted into the water equivalent thickness converted into the water thickness, are generated. In the medical image processing apparatus according to each embodiment, the current state of the patient P (the position including the position, the direction, and the like) is determined by determining the deviation of the path of the treatment beam B between the first integrated image and the second integrated image. ) Is searched for the amount of movement to match the state of the treatment plan. And in the medical image processing apparatus of each embodiment, the 2nd image according to the deviation | shift amount when the deviation | shift of the path | route of the treatment beam B in a 1st integral image and a 2nd integral image becomes in the predetermined tolerance. Is determined as the final movement amount of the patient P for adjusting the current state of the patient P to the state of the patient P in the stage of the treatment plan. In the medical image processing apparatus of each embodiment, a movement amount signal representing the determined final movement amount of the patient P is output. Thereby, in the treatment system provided with the medical image processing apparatus of each embodiment, for example, the treatment table control unit that controls the movement of the treatment table moves the treatment table based on the movement amount signal, thereby Actually move the state. Thereby, in the treatment system provided with the medical image processing apparatus of each embodiment, the treatment beam B having an energy amount close to the energy determined in the treatment planning stage can be irradiated to the lesion in the patient P at present. In accordance with the condition of the patient P, radiation therapy can be performed as planned.
なお、第2の実施形態および第3の実施形態では、第1の実施形態の医用画像処理装置100にそれぞれの実施形態において特徴となる構成要素を追加した構成を説明した。しかし、それぞれの実施形態において特徴となる構成要素は、医用画像処理装置において排他的に備える構成に限定されるものではない。つまり、それぞれの実施形態において特徴となる構成要素は、医用画像処理装置において同時に備えてもよい。例えば、第2の実施形態の医用画像処理装置200において備えた仮位置決め部225と、第3の実施形態の医用画像処理装置300において備えたユーザーインターフェース部330とを同時に備えた医用画像処理装置を構成してもよい。この場合、医用画像処理装置に備えるその他の構成要素は、適宜変更することによって、それぞれの構成要素に対応する機能を実現する。
In the second embodiment and the third embodiment, the configuration in which the constituent elements that are characteristic in each embodiment are added to the medical
また、各実施形態では、医用画像処理装置と治療装置10とのそれぞれが別体の装置である構成を説明した。しかし、医用画像処理装置と治療装置10とは、別体の装置である構成に限定されるものではなく、医用画像処理装置と治療装置10とが一体になった構成であってもよい。
In each embodiment, the configuration in which each of the medical image processing apparatus and the
なお、各実施形態では、比較部および判定部が第1積分画像と第2積分画像とにおける治療ビームbの経路上の画素値のずれを判定した結果、治療ビームbの経路上の体組織が大きくずれている場合には、体組織が一致するように現在の患者Pを移動するための適切な施策を講じる場合について説明した。しかし、治療ビームbの経路上の画素値が大きくずれている場合における施策は、各実施形態において説明した方法に限定されるものではない。例えば、治療段階において照射する治療ビームbの強度を変更することができる場合には、現在の患者Pを移動させる代わりに、治療ビームbの強度を変更する施策を講じてもよい。より具体的には、第1積分画像と第2積分画像とのそれぞれによって表された患者Pの体表面から病巣までの距離(水換算深さ)を比較した結果、いずれかの治療ビームbの経路におけるブラッグピークの位置が、治療計画の段階よりも深い方向にずれている場合には、治療ビームbの強度を弱くする施策を講じてもよい。一方、第1積分画像と第2積分画像とのそれぞれによって表された患者Pの体表面から病巣までの距離(水換算深さ)を比較した結果、いずれかの治療ビームbの経路におけるブラッグピークの位置が、治療計画の段階よりも浅い方向にずれている場合には、治療ビームbの強度を強くする施策を講じてもよい。この場合、医用画像処理装置における治療ビームbの強度の変更は、移動部に相当する構成要素が決定する構成が考えられる。 In each embodiment, the comparison unit and the determination unit determine the displacement of the pixel value on the treatment beam b path between the first integral image and the second integral image, and as a result, the body tissue on the treatment beam b path is In the case where there is a large deviation, a case has been described in which appropriate measures are taken to move the current patient P so that the body tissues match. However, measures when the pixel values on the path of the treatment beam b are greatly deviated are not limited to the methods described in the embodiments. For example, when the intensity of the treatment beam b irradiated in the treatment stage can be changed, instead of moving the current patient P, a measure for changing the intensity of the treatment beam b may be taken. More specifically, as a result of comparing the distance (water equivalent depth) from the body surface of the patient P to the lesion represented by each of the first integral image and the second integral image, When the position of the Bragg peak in the path is shifted in a direction deeper than the stage of the treatment plan, a measure for reducing the intensity of the treatment beam b may be taken. On the other hand, as a result of comparing the distance (water equivalent depth) from the body surface of the patient P to the lesion represented by each of the first integral image and the second integral image, the Bragg peak in the path of any treatment beam b If the position is shifted in a direction shallower than the stage of the treatment plan, a measure for increasing the intensity of the treatment beam b may be taken. In this case, the intensity of the treatment beam b in the medical image processing apparatus may be changed by a component corresponding to the moving unit.
上記実施形態で説明した治療システムにおいて用いられる医用画像処理プログラムは、コンピュータを、撮像装置によって撮像された被検体の3次元の第1画像を取得する第1画像取得部と、第1画像とは異なる時刻に撮像装置によって撮像された被検体の3次元の第2画像を取得する第2画像取得部と、第1画像に設定した放射線経路を取得する経路取得部と、第1画像に含まれ放射線経路が通過する3次元の第1画素の画素値を積分した第1積分値と、第2画像内の放射線経路に対応する経路が通過する3次元の第2画素の画素値を積分した第2積分値とに基づいて、第2画像に写された被検体の位置を第1画像に写された被検体の位置に合わせるための第2画像の移動量を表す移動量信号を出力する探索部と、を備える医用画像処理装置として機能させるための医用画像処理プログラムである。 The medical image processing program used in the treatment system described in the above embodiment includes a computer, a first image acquisition unit that acquires a first three-dimensional image of a subject imaged by an imaging device, and a first image Included in the first image is a second image acquisition unit that acquires a three-dimensional second image of the subject imaged by the imaging device at different times, a path acquisition unit that acquires a radiation path set in the first image, and A first integrated value obtained by integrating the pixel values of the three-dimensional first pixel through which the radiation path passes and a pixel value of the three-dimensional second pixel through which the path corresponding to the radiation path in the second image passes are integrated. A search for outputting a movement amount signal representing a movement amount of the second image for matching the position of the subject imaged in the second image with the position of the object imaged in the first image based on the two integral values. A medical image processing apparatus comprising: A medical image processing program for functioning as a.
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、撮像装置(CT撮像装置12)によって撮像された被検体(患者P)の3次元の第1画像を取得する第1画像取得部(101)と、第1画像とは異なる時刻に撮像装置(CT撮像装置12)によって撮像された被検体(患者P)の3次元の第2画像を取得する第2画像取得部(102)と、第1画像に設定した放射線経路(照射した治療ビームB(治療ビームb)が通過する経路)を取得する経路取得部(110)と、第1画像に含まれ放射線経路が通過する3次元の第1画素(ボクセル)の画素値(CT値)を積分した第1積分値と、第2画像内の放射線経路に対応する経路が通過する3次元の第2画素(ボクセル)の画素値(CT値)を積分した第2積分値とに基づいて、第2画像に写された被検体(患者P)の位置を第1画像に写された被検体(患者P)の位置に合わせるための第2画像の移動量を表す移動量信号を出力する探索部(120)とを持つことにより、計画した放射線のエネルギーを病巣に与えられるように患者の位置を合わせることができる。 According to at least one embodiment described above, a first image acquisition unit (101) that acquires a three-dimensional first image of a subject (patient P) imaged by an imaging device (CT imaging device 12); A second image acquisition unit (102) that acquires a three-dimensional second image of the subject (patient P) imaged by the imaging device (CT imaging device 12) at a time different from the first image; A path acquisition unit (110) that acquires a set radiation path (a path through which the irradiated treatment beam B (treatment beam b) passes), and a three-dimensional first pixel (voxel) that is included in the first image and passes through the radiation path ) And the pixel value (CT value) of the three-dimensional second pixel (voxel) through which the path corresponding to the radiation path in the second image passes is integrated. Based on the second integral value, the second image A search unit (120) for outputting a movement amount signal representing a movement amount of the second image for adjusting the position of the subject (patient P) to the position of the subject (patient P) imaged in the first image; The patient can be positioned so that the planned radiation energy can be applied to the lesion.
なお、例えば、図2において示した探索部120や、探索部120を構成する積分画像算出部121、比較部122、判定部123、移動部124など、医用画像処理装置を構成する各構成要素による機能を実現するためのプログラムを、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、当該記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより、本実施形態の治療システムに係る上述した種々の機能を実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OSや周辺機器等のハードウェアを含むものであってもよい。また、「コンピュータシステム」は、WWWシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境(あるいは表示環境)も含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、フラッシュメモリ等の書き込み可能な不揮発性メモリ、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。
Note that, for example, the
さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ(例えばDRAM(Dynamic Random Access Memory))のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク(通信網)や電話回線等の通信回線(通信線)のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現するもの、いわゆる差分ファイル(差分プログラム)であっても良い。 Further, the “computer-readable recording medium” refers to a volatile memory (for example, DRAM (Dynamic) in a computer system serving as a server or a client when a program is transmitted via a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line. Random Access Memory)) that holds a program for a certain period of time is also included. The program may be transmitted from a computer system storing the program in a storage device or the like to another computer system via a transmission medium or by a transmission wave in the transmission medium. Here, the “transmission medium” for transmitting the program refers to a medium having a function of transmitting information, such as a network (communication network) such as the Internet or a communication line (communication line) such as a telephone line. The program may be for realizing a part of the functions described above. Furthermore, what implement | achieves the function mentioned above in combination with the program already recorded on the computer system, and what is called a difference file (difference program) may be sufficient.
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。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
1、2、3・・・治療システム、10・・・治療装置、11・・・治療台、12・・・CT撮像装置、13・・・治療ビーム照射門、13−1・・・コリメータ、100、200、300・・・医用画像処理装置、101・・・第1画像取得部、102・・・第2画像取得部、110・・・経路取得部、120、220、320・・・探索部、121、321・・・積分画像算出部、122、322・・・比較部、123、323・・・判定部、124、224・・・移動部、225・・・仮位置決め部、330・・・ユーザーインターフェース部
1, 2, 3 ... treatment system, 10 ... treatment device, 11 ... treatment table, 12 ... CT imaging device, 13 ... treatment beam irradiation gate, 13-1 ... collimator, DESCRIPTION OF
Claims (15)
前記第1画像とは異なる時刻に前記撮像装置によって撮像された前記被検体の3次元の第2画像を取得する第2画像取得部と、
前記第1画像に設定した放射線経路を取得する経路取得部と、
前記第1画像に含まれ前記放射線経路が通過する3次元の第1画素の画素値を積分した第1積分値と、前記第2画像内の前記放射線経路に対応する経路が通過する3次元の第2画素の画素値を積分した第2積分値とに基づいて、前記第2画像に写された前記被検体の位置を前記第1画像に写された前記被検体の位置に合わせるための前記第2画像の移動量を表す移動量信号を出力する探索部と、
を備える医用画像処理装置。 A first image acquisition unit for acquiring a three-dimensional first image of the subject imaged by the imaging device;
A second image acquisition unit that acquires a three-dimensional second image of the subject imaged by the imaging device at a time different from the first image;
A route acquisition unit for acquiring a radiation route set in the first image;
A first integrated value obtained by integrating pixel values of three-dimensional first pixels included in the first image and passing through the radiation path; and a three-dimensional path through which a path corresponding to the radiation path in the second image passes. Based on the second integrated value obtained by integrating the pixel value of the second pixel, the position of the subject imaged in the second image is matched with the position of the object imaged in the first image. A search unit for outputting a movement amount signal representing the movement amount of the second image;
A medical image processing apparatus comprising:
前記第1積分値を算出し、算出した前記第1積分値を放射線を照射する照射範囲内に表した第1積分画像と、前記第2積分値を算出し、算出した前記第2積分値を前記照射範囲内に表した第2積分画像とを生成する積分画像算出部と、
前記第1積分画像に含まれる前記第1積分値と、前記第2積分画像に含まれる前記第1積分値に対応する前記第2積分値とをそれぞれ比較する比較部と、
前記比較部の比較結果に基づいて前記第1積分画像と前記第2積分画像とに表された前記放射線経路のずれを判定する判定部と、
前記判定部の判定結果に基づいて前記移動量を決定し、決定した移動量を表す前記移動量信号を出力する移動部と、
を備える、
請求項1に記載の医用画像処理装置。 The search unit
The first integral value is calculated, the calculated first integral value is represented within an irradiation range in which radiation is irradiated, the second integral value is calculated, and the calculated second integral value is calculated. An integrated image calculation unit for generating a second integrated image represented in the irradiation range;
A comparison unit that compares the first integral value included in the first integral image with the second integral value corresponding to the first integral value included in the second integral image;
A determination unit for determining a shift of the radiation path represented in the first integral image and the second integral image based on a comparison result of the comparison unit;
A movement unit that determines the movement amount based on a determination result of the determination unit, and outputs the movement amount signal representing the determined movement amount;
Comprising
The medical image processing apparatus according to claim 1.
前記第1画像に含まれる前記第1画素の画素値と、前記第2画像に含まれる前記第2画素の画素値との差分に基づいて、前記第1画像と前記第2画像とのずれを判定し、判定した結果に基づいて決定した仮移動量に基づいて、前記第2画像に写された前記被検体の位置を前記第1画像に写された前記被検体の位置に事前に合わせた仮移動第2画像を出力する仮位置決め部をさらに備え、
前記積分画像算出部は、
前記第1画像に対応する前記第1積分画像と、前記仮移動第2画像に対応する前記第2積分画像とを生成する、
請求項2に記載の医用画像処理装置。 The search unit
Based on a difference between a pixel value of the first pixel included in the first image and a pixel value of the second pixel included in the second image, a shift between the first image and the second image is determined. Based on the provisional movement amount determined based on the determination result, the position of the subject imaged in the second image is adjusted in advance to the position of the object imaged in the first image A temporary positioning unit that outputs the temporary movement second image;
The integral image calculation unit includes:
Generating the first integrated image corresponding to the first image and the second integrated image corresponding to the temporary moving second image;
The medical image processing apparatus according to claim 2.
請求項2または請求項3に記載の医用画像処理装置。 A user interface unit including a display device that displays at least the determination result of the determination unit;
The medical image processing apparatus according to claim 2 or 3.
少なくとも前記比較部が前記第1積分値と前記第2積分値とを比較する前記照射範囲内の比較領域を設定する入力装置をさらに備え、
前記比較部は、
前記入力装置によって設定された前記比較領域内の前記第1積分値と前記第2積分値とを比較する、
請求項4に記載の医用画像処理装置。 The user interface unit includes:
An input device for setting a comparison region within the irradiation range in which at least the comparison unit compares the first integral value and the second integral value;
The comparison unit includes:
Comparing the first integral value and the second integral value in the comparison region set by the input device;
The medical image processing apparatus according to claim 4.
前記放射線経路上に位置する前記第1画素の画素値と前記放射線経路に対応する経路上に位置する前記第2画素の画素値とのそれぞれを、予め定めた非線形換算によって換算した後に積分して、前記第1積分値と前記第2積分値とのそれぞれを算出する、
請求項2から請求項5のいずれか1項に記載の医用画像処理装置。 The integral image calculation unit includes:
The pixel value of the first pixel located on the radiation path and the pixel value of the second pixel located on the path corresponding to the radiation path are integrated after being converted by a predetermined nonlinear conversion. Calculating each of the first integral value and the second integral value;
The medical image processing apparatus according to any one of claims 2 to 5.
前記非線形換算によって、前記放射線経路上に位置する前記第1画素の画素値と前記放射線経路に対応する経路上に位置する前記第2画素の画素値とのそれぞれを、前記放射線が通過する際のエネルギー損失量を表す値に換算する、
請求項6に記載の医用画像処理装置。 The integral image calculation unit includes:
When the radiation passes through the pixel value of the first pixel located on the radiation path and the pixel value of the second pixel located on the path corresponding to the radiation path by the nonlinear conversion. Convert to a value that represents the amount of energy loss,
The medical image processing apparatus according to claim 6.
前記放射線が照射対象の領域に到達するまでの間に位置する前記放射線経路上の前記第1画素の画素値と、前記放射線経路に対応する経路上で前記照射対象の領域に到達するまでの間に位置する前記第2画素の画素値とのそれぞれを換算した前記エネルギー損失量の値を積分して、前記第1積分値と前記第2積分値とのそれぞれを算出する、
請求項7に記載の医用画像処理装置。 The integral image calculation unit includes:
The pixel value of the first pixel on the radiation path located before the radiation reaches the irradiation target area and the time until the irradiation target area is reached on the path corresponding to the radiation path Integrating the value of the energy loss amount obtained by converting each of the pixel values of the second pixels located at a position, and calculating each of the first integral value and the second integral value;
The medical image processing apparatus according to claim 7.
治療装置を制御する治療台制御部へ送信される、
請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の医用画像処理装置。 The movement amount signal is:
Transmitted to the treatment table controller that controls the treatment device,
The medical image processing apparatus according to any one of claims 1 to 8.
前記被検体内に存在する腫瘍の領域であり、
前記放射線経路は、
前記腫瘍の領域を含む、
請求項1から請求項9のいずれか1項に記載の医用画像処理装置。 The target area of radiation is
A region of a tumor present in the subject,
The radiation path is
Including the area of the tumor,
The medical image processing apparatus according to any one of claims 1 to 9.
前記探索部が探索した移動量で前記第2画像が移動された場合、放射線の照射を避ける領域を含む、
請求項1から請求項10のいずれか1項に記載の医用画像処理装置。 The path corresponding to the radiation path is
When the second image is moved by the movement amount searched by the search unit, including a region that avoids radiation irradiation,
The medical image processing apparatus according to any one of claims 1 to 10.
前記被検体に放射線を照射する照射部と、前記第1画像および前記第2画像を撮影する前記撮像装置と、前記移動量信号に応じて前記被検体を乗せて固定した治療台の移動を制御する治療台制御部とを具備した治療装置と、
を備える治療システム。 The medical image processing apparatus according to any one of claims 1 to 11,
Control of movement of an irradiation unit that irradiates the subject with radiation, the imaging device that captures the first image and the second image, and a treatment table on which the subject is mounted and fixed according to the movement amount signal A treatment device comprising a treatment table controller that
A treatment system comprising:
請求項12に記載の治療システム。 A user interface unit including a display device that displays information when the search unit searches for a movement amount of the second image;
The treatment system according to claim 12.
前記探索部によって前記第2画像の移動量を探索する探索領域を設定する入力装置をさらに備え、
前記探索部は、
前記入力装置によって設定された前記探索領域に対応する前記第1積分値と前記第2積分値とに基づいて、前記第2画像の移動量を探索する、
請求項13に記載の治療システム。 The user interface unit includes:
An input device for setting a search area for searching for a movement amount of the second image by the search unit;
The search unit
Searching the moving amount of the second image based on the first integral value and the second integral value corresponding to the search area set by the input device;
The treatment system according to claim 13.
撮像装置によって撮像された被検体の3次元の第1画像を取得する第1画像取得部と、
前記第1画像とは異なる時刻に前記撮像装置によって撮像された前記被検体の3次元の第2画像を取得する第2画像取得部と、
前記第1画像に設定した放射線経路を取得する経路取得部と、
前記第1画像に含まれ前記放射線経路が通過する3次元の第1画素の画素値を積分した第1積分値と、前記第2画像内の前記放射線経路に対応する経路が通過する3次元の第2画素の画素値を積分した第2積分値とに基づいて、前記第2画像に写された前記被検体の位置を前記第1画像に写された前記被検体の位置に合わせるための前記第2画像の移動量を表す移動量信号を出力する探索部と、
を備える医用画像処理装置として機能させるための医用画像処理プログラム。 Computer
A first image acquisition unit for acquiring a three-dimensional first image of the subject imaged by the imaging device;
A second image acquisition unit that acquires a three-dimensional second image of the subject imaged by the imaging device at a time different from the first image;
A route acquisition unit for acquiring a radiation route set in the first image;
A first integrated value obtained by integrating pixel values of three-dimensional first pixels included in the first image and passing through the radiation path; and a three-dimensional path through which a path corresponding to the radiation path in the second image passes. Based on the second integrated value obtained by integrating the pixel value of the second pixel, the position of the subject imaged in the second image is matched with the position of the object imaged in the first image. A search unit for outputting a movement amount signal representing the movement amount of the second image;
A medical image processing program for causing a medical image processing apparatus to function.
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