JP7563951B2 - Positioning device, radiation therapy system, and positioning method - Google Patents
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Description
本開示は、画像を照合する技術に関する。 This disclosure relates to technology for matching images.
がんの治療法の1つとして放射線を患者に照射する放射線治療が挙げられる。放射線治療で用いられる放射線は、X線やガンマ線といった非荷電粒子線と、陽子線や炭素線といった荷電粒子線とに大別される。後者の荷電粒子線(以下、荷電粒子ビームともいう)を使用した治療は一般に粒子線治療と呼ばれている。 One method of treating cancer is radiation therapy, in which radiation is irradiated onto the patient. The radiation used in radiation therapy is broadly divided into uncharged particle beams, such as X-rays and gamma rays, and charged particle beams, such as proton beams and carbon beams. Treatment using the latter type of charged particle beams (hereafter also referred to as charged particle beams) is generally called particle beam therapy.
非荷電粒子線は体内で浅い位置から深い位置にかけて一定の割合で付与される線量が減少する。一方、荷電粒子ビームは、特定の深さにエネルギーのピークを有する線量分布(ブラックカーブ)を形成できる。そのため、ピークを腫瘍の位置に合わせることにより腫瘍よりも深い位置にある正常な組織へ照射される線量を大幅に低下させることが可能である。 The dose delivered by uncharged particle beams decreases at a constant rate from shallow to deep positions inside the body. On the other hand, charged particle beams can form a dose distribution (Brugh curve) with an energy peak at a specific depth. Therefore, by aligning the peak with the position of the tumor, it is possible to significantly reduce the dose delivered to normal tissue deeper than the tumor.
放射線治療では、可能な限り正確に、所望の線量の荷電粒子ビームを標的とする腫瘍に照射することが治療効果の向上につながる。腫瘍への正確な荷電粒子ビームの照射を実現するためには、予め治療計画装置で治療計画を作成しておき、実際の照射時において治療計画における位置と同じ位置に患者を位置合わせする必要がある。この患者の位置合わせのことを患者位置決めと呼んでいる。 In radiation therapy, irradiating the targeted tumor with the desired dose of a charged particle beam as accurately as possible leads to improved therapeutic effects. In order to accurately irradiate the tumor with a charged particle beam, it is necessary to create a treatment plan in advance using a treatment planning system, and then align the patient at the same position during actual irradiation as in the treatment plan. This alignment of the patient is called patient positioning.
放射線治療における患者位置決めは、一般に、互いに直交に配置された2組のX線管と平面検出器により2方向から患者を撮影した透視X線画像を用いて行われる。患者を撮影した透視X線画像と、治療計画時のCT画像を仮想空間上に配置して仮想X線管から仮想平面検出器に入るX線の減弱量を計算することで作成した投影処理画像(以下、疑似透視X線画像)とを比較し、両者の画像の患者の位置を一致させるために必要な変位量を求める。ここでは、透視X線画像上の位置決めの目印となる構造物(以下、位置決め対象構造物)である骨が疑似透視X線画像上の同部位の骨と一致するように変位量が決定される。このとき変位量は、医療従事者による目視による手動合わせ、もしくは自動計算による自動合わせにより決定される。 Patient positioning in radiation therapy is generally performed using fluoroscopic X-ray images of the patient taken from two directions using two sets of X-ray tubes and flat panel detectors arranged perpendicular to each other. The fluoroscopic X-ray images of the patient are compared with a projection processing image (hereinafter referred to as a pseudo-fluoroscopic X-ray image) created by placing a CT image at the time of treatment planning in a virtual space and calculating the amount of attenuation of X-rays entering the virtual flat panel detector from the virtual X-ray tube, and the amount of displacement required to match the patient's position in both images is determined. Here, the amount of displacement is determined so that the bone, which is the structure that serves as a marker for positioning on the fluoroscopic X-ray image (hereinafter referred to as the structure to be positioned), matches the bone of the same part on the pseudo-fluoroscopic X-ray image. The amount of displacement is determined by manual alignment by visual inspection by a medical professional, or automatic alignment by automatic calculation.
また、透視X線画像上で位置決め対象構造物のみを対象とした自動位置合わせを行うために、事前に医療従事者が透視X線画像もしくは疑似透視X線画像上に関心領域(Region of Interest: ROI)を描画して設定しておき、自動位置合わせ時には、ROI内の領域のみを計算対象としROI内の構造物により位置合わせを行う手法もある。特許文献1には、骨のエッジを強調した画像を患者位置決めに用いる技術が開示されている。骨のエッジを強調した画像のROI領域を抽出し、患者を撮像した画像との照合に用いることが記載されている。 In addition, in order to perform automatic alignment only on structures to be positioned on fluoroscopic X-ray images, a medical professional may draw and set a Region of Interest (ROI) on a fluoroscopic X-ray image or pseudo-fluoroscopic X-ray image in advance, and during automatic alignment, only the area within the ROI is subject to calculations and alignment is performed using structures within the ROI. Patent Document 1 discloses a technology that uses an image with enhanced bone edges for patient positioning. It describes extracting the ROI area from an image with enhanced bone edges and using it to compare with an image of the patient.
特許文献1に開示された技術は、頭部や腰部といった、周辺組織に対して骨の輪郭が画像上で比較的明確に区別できる部位においては効果的である。 The technology disclosed in Patent Document 1 is effective in areas such as the head and lumbar region, where the bone contours can be relatively clearly distinguished from the surrounding tissues on an image.
しかし、透視撮影を行う方向から見て位置決め対象構造物である骨(以下、対象骨ともいう)の前後には腸内空洞、軟組織、固定具など他の構造物が存在する場合がある。その場合、透視X線画像には対象骨と他の構造物とが重なって写り、対象骨の視認性が低下することがある。体厚が大きい患者の場合、厚い軟組織の層により対象骨の視認性が元々低いうえに、対象骨の視認性が更に低下することになる。撮像装置を追加すれば、位置決め対象構造物の視認性が良い画像を取得できる可能性が上がるが、コストが増大してしまう。 However, when viewed from the direction of fluoroscopy, other structures such as intestinal cavities, soft tissues, and fixation devices may be present in front of or behind the bone that is the structure to be positioned (hereinafter also referred to as the target bone). In such cases, the target bone and other structures may overlap in the fluoroscopy X-ray image, reducing the visibility of the target bone. In the case of patients with a large body thickness, the visibility of the target bone is already low due to the thick layer of soft tissue, and this further reduces the visibility of the target bone. Adding an imaging device increases the possibility of obtaining an image with good visibility of the structure to be positioned, but increases costs.
これに対して、対象骨の輪郭(以下、骨輪郭ともいう)に沿ったROIを設定すれば、計算上、対象骨の重要度を他の構造物に対して高めることができる。しかし、骨輪郭に沿ったROIを医療従事者が事前に描画することにすれば、ROIの描画に長時間を要することになる。また、位置決め対象構造物の輪郭に沿ったROIを長時間の人手の作業によらず演算処理により描画する手法はこれまで提案されていない。 In contrast, if an ROI is set along the contour of the target bone (hereinafter also referred to as the bone contour), the importance of the target bone can be increased in terms of calculations relative to other structures. However, if a medical professional were to draw the ROI along the bone contour in advance, it would take a long time to draw the ROI. Furthermore, no method has been proposed to draw an ROI along the contour of a structure to be positioned by computational processing without requiring long hours of manual work.
本開示のひとつの目的は、精度の高い患者の位置決めを容易にする技術を提供することである。 One objective of the present disclosure is to provide technology that facilitates accurate patient positioning.
本開示にひとつの態様による位置決め装置は、放射線治療にて放射線を患者に照射するための治療計画の作成に用いられる三次元画像から、人体に含まれ位置決めに利用される構造物である対象構造物の密度に基づいて前記対象構造物を抽出した対象構造物三次元画像を取得し、前記対象構造物三次元画像を所定の面に投影した疑似透視X線画像を作成する疑似透視X線画像作成部と、前記疑似透視X線画像に対してエッジを強調する処理を施してエッジ強調疑似透視X線画像を作成するエッジ強調処理部と、前記エッジ強調疑似透視X線画像における前記対象構造物の領域を含む第1関心領域を取得する関心領域取得部と、前記エッジ強調疑似透視X線画像と前記第1関心領域とに基づき、前記エッジ強調疑似透視X線画像において前記エッジとして現れる前記対象構造物の輪郭を含む第2関心領域を作成するエッジ強調関心領域作成部と、寝台に搭載された前記患者をX線透視により撮影した透視X線画像と、前記疑似透視X線画像または前記エッジ強調疑似透視X線画像と、前記第2関心領域とに基づいて、前記透視X線画像の前記対象構造物の位置と前記疑似透視X線画像の前記対象構造物の位置とが一致するように前記寝台を移動させるための移動量を算出する画像照合部と、を有する。 A positioning device according to one aspect of the present disclosure includes a pseudo-perspective X-ray image creation unit that acquires a three-dimensional image of a target structure, which is a structure contained in the human body and used for positioning, from a three-dimensional image used to create a treatment plan for irradiating a patient with radiation in radiation therapy, by extracting the target structure based on the density of the target structure, and creates a pseudo-perspective X-ray image by projecting the three-dimensional image of the target structure onto a predetermined surface; an edge enhancement processing unit that performs processing to enhance edges on the pseudo-perspective X-ray image to create an edge-enhanced pseudo-perspective X-ray image; and a first region of interest that includes the region of the target structure in the edge-enhanced pseudo-perspective X-ray image. an edge-enhanced region of interest creation unit that creates a second region of interest including the contour of the target structure that appears as the edge in the edge-enhanced pseudo-fluoroscopic X-ray image based on the edge-enhanced pseudo-fluoroscopic X-ray image and the first region of interest; and an image matching unit that calculates the amount of movement for moving the bed based on a fluoroscopic X-ray image of the patient placed on a bed taken by X-ray fluoroscopy, the pseudo-fluoroscopic X-ray image or the edge-enhanced pseudo-fluoroscopic X-ray image, and the second region of interest so that the position of the target structure in the fluoroscopic X-ray image coincides with the position of the target structure in the pseudo-fluoroscopic X-ray image.
本開示のひとつの態様によれば、容易に精度の良い患者の位置決めが可能となる。 One aspect of the present disclosure makes it possible to easily and accurately position a patient.
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。なお、以下の記載および図面は、本発明を説明するための例示であって、説明の明確化のため、適宜、省略および簡略化がなされている。本発明は、他の種々の形態でも実施することが可能である。特に限定しない限り、各構成要素は単数でも複数でも構わない。また、実施形態を説明する図において、同一の機能を有する箇所には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、図面において示す各構成要素の位置、大きさ、形状、範囲などは、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、範囲などを表していない場合がある。このため、本発明は、図面に開示された位置、大きさ、形状、範囲などに限定されない。また、同一あるいは同様の構成要素が複数ある場合には、同一の符号に異なる添字を付して説明する場合がある。ただし、これらの複数の構成要素を区別する必要がない場合には、添字を省略して説明する場合がある。 The following description of the embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the following description and drawings are illustrative for explaining the present invention, and appropriate omissions and simplifications have been made to clarify the explanation. The present invention can be implemented in various other forms. Unless otherwise specified, each component may be singular or plural. In addition, in the drawings explaining the embodiment, the same reference numerals are given to parts having the same functions, and repeated explanations are omitted. In addition, the position, size, shape, range, etc. of each component shown in the drawings may not represent the actual position, size, shape, range, etc., in order to facilitate understanding of the invention. For this reason, the present invention is not limited to the position, size, shape, range, etc. disclosed in the drawings. In addition, when there are multiple identical or similar components, they may be described with different subscripts added to the same reference numeral. However, when it is not necessary to distinguish between these multiple components, the subscripts may be omitted.
本実施形態の粒子線治療システムは、標的である患者に対して粒子線を照射するための装置群である。粒子線治療システムは、患者の位置決めを行った後、患者に対して粒子線を照射する。患者の位置決めにおいて、粒子線治療システムは、骨の情報のみから作成した疑似透視X線画像(Digitally Reconstructed Radiography:DRR)にエッジ強調処理を適用した画像と事前に描画されたROIとを用いてエッジ強調ROIを作成する。更に、粒子線治療システムは、粒子線を患者に照射するとき、撮影される透視X線画像と疑似透視X線画像との位置合わせを、そのエッジ強調ROIを用いて行う。 The particle beam therapy system of this embodiment is a group of devices for irradiating a particle beam to a patient, which is a target. The particle beam therapy system irradiates the patient with a particle beam after positioning the patient. In positioning the patient, the particle beam therapy system creates an edge-enhanced ROI using an image in which edge enhancement processing is applied to a pseudo-fluoroscopic X-ray image (digitally reconstructed radiography: DRR) created only from bone information and a pre-drawn ROI. Furthermore, when irradiating the patient with a particle beam, the particle beam therapy system aligns the captured fluoroscopic X-ray image with the pseudo-fluoroscopic X-ray image using the edge-enhanced ROI.
以下、本実施形態について詳細に説明する。 This embodiment is described in detail below.
図1は、粒子線治療システムの全体構成を示す図である。粒子線治療システムAは、加速器1と、ビーム輸送装置2と、ガントリー3と、照射ノズル4と、平面検出器5A、5Bと、X線管6A、6Bと、寝台7、ロボットアーム8、治療計画装置10と、通信装置11と、データサーバ12と、透視X線画像撮影装置14と、寝台制御装置15と、患者位置決め装置20と、を備える。患者位置決め装置20は、疑似透視X線画像作成部21、ROI描画部22、エッジ強調処理部23、エッジ強調ROI作成部24、および画像照合部25を備えている。
Figure 1 shows the overall configuration of a particle beam therapy system. Particle beam therapy system A includes an accelerator 1, a
粒子線治療に際して、患者9は、寝台7の上に載せられ、寝台7に接続されたロボットアーム8により事前に計画された計画位置に移動する。ここでの計画位置とは、治療計画装置10を用いて事前に作成された治療計画における患者の位置と同じ位置を再現する放射線治療室内で患者9の位置を指す。ロボットアーム8は並進3方向および回転3軸方向の駆動が可能であり、患者9を載せた寝台7を適切な位置および角度で配置できる。
During particle beam therapy, the
加速器1で生成され、治療に適したエネルギーまで加速された粒子線は、ビーム輸送装置2によりガントリー3へ輸送される。ガントリー3は、回転機構を有しており、粒子線を様々な角度から患者の患部に照射することができる。ガントリー3では、粒子線は適切な方向への偏向を経て照射ノズル4を通過して患者9の患部に照射される。
The particle beam generated by the accelerator 1 and accelerated to an energy level suitable for treatment is transported to the
照射ノズル4には、粒子線の形状を患者の患部の形状に合うように変化させる機構が組み込まれている。 The irradiation nozzle 4 incorporates a mechanism that changes the shape of the particle beam to match the shape of the affected area on the patient.
治療計画装置10は、粒子線を実際に患者に照射する以前に、患者9を撮影した3次元画像情報に基づいて治療計画を行う装置である。治療計画では、治療計画装置10は、患者9を撮影した3次元画像情報をデータサーバ12から通信装置11を介して取得し、その3次元画像について粒子線の適切な照射角度と照射形状と照射量を計算し、照射情報として決定する。決定した照射情報は通信装置11を介してデータサーバ12に保存される。
The
透視X線画像撮影装置14は、互いに直交する方向に配置した平面検出器5AおよびX線管6Aと平面検出器5BおよびX線管6Bとをそれぞれ制御し、透視X線画像を取得する。取得した透視X線画像は患者位置決め装置20に送られる。
The fluoroscopic
患者位置決め装置20は、治療計画を作成したときの患者9の位置と、粒子線を照射するために寝台7に配置された患者9の位置とが一致するように寝台7を移動させるための移動量を決定する装置である。
The
患者位置決め装置20は、データサーバ12から治療計画時に作成された照射情報と患者9の3次元画像情報とを通信装置11を介して取得する。
The
患者位置決め装置20において、疑似透視X線画像作成部21は、実際の透視X線撮影体系と同じ仮想空間上で患者9の3次元画像を配置して投影処理することで疑似透視X線画像を作成する。
In the
ここで3次元画像情報には、ボクセル単位で患者の形状および電子密度を示す情報が含まれている。予めボクセル値に閾値を設けることで、例えば骨の層などの高密度物質と、例えば空気、肺野あるいは軟組織などの低密度物質とを区別することができる。 Here, the 3D image information contains information that indicates the shape and electron density of the patient on a voxel-by-voxel basis. By setting a threshold for the voxel values in advance, it is possible to distinguish between high-density materials, such as bone layers, and low-density materials, such as air, lung fields, or soft tissue.
疑似透視X線画像作成部21は、3三次元画像から、人体に含まれ位置決めに利用される構造物(以下、位置決め対象構造物あるいは対象構造物ともいう)の密度に基づいて、対象構造物を抽出した対象構造物三次元画像を取得し、その対象構造物三次元画像を所定の面に投影した疑似透視X線画像を作成する。
The pseudo-perspective X-ray
ROI描画部22は、疑似透視X線画像上の位置合わせに使用したい領域をROIとしてユーザーに画面上で描画させることができる。ここでユーザーに描画させるROIは、位置決め対象構造物の領域を含むように描画する比較的容易に作成可能なものでよい。
The
エッジ強調処理部23は、前記透視X線画像と前記疑似透視X線画像に対してエッジ強調処理を適用する。
The edge
エッジ強調ROI作成部24は、エッジ強調された前記疑似透視X線画像と描画された前記ROIとを用いてエッジ強調ROIを作成する。このエッジ強調ROIは、位置合わせに使用したい構造物の輪郭に沿った比較的精密なものとなる。
The edge-enhanced
画像照合部25は、前記透視X線画像と前記疑似透視X線画像の両画像とを、エッジ強調ROI内に含まれる部分のみで画像照合を行い、両画像における患者の位置を一致させるために必要な6自由度の変位量を計算する。ここで算出された変位量は、患者位置決め装置20にて、寝台制御装置15を制御して寝台7を移動させるために使用される。
The
患者位置決め装置20は、各種情報処理が可能な装置、一例としてコンピュータ等の情報処理装置から構成される。情報処理装置は、演算素子、記憶媒体及び通信インターフェースを有し、さらに、必要に応じてマウス、キーボード等の入力部、ディスプレイ等の表示部を有する。
The
演算素子は、例えばCPU(Central Processing Unit)、FPGA(Field-Programmable Gate Array)等である。 The computing element may be, for example, a CPU (Central Processing Unit) or an FPGA (Field-Programmable Gate Array).
記憶媒体は、例えばHDD(Hard Disk Drive)などの磁気記憶媒体、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、SSD(Solid State Drive)などの半導体記憶媒体等である。また、記憶媒体として、DVD(Digital Versatile Disk)等の光ディスク及び光ディスクドライブの組み合わせも用いられる。更に、記憶媒体として、磁気テープメディアなどその他の公知の記憶媒体も用いられる。 The storage medium may be, for example, a magnetic storage medium such as a hard disk drive (HDD), or a semiconductor storage medium such as a random access memory (RAM), a read only memory (ROM), or a solid state drive (SSD). In addition, a combination of an optical disk such as a digital versatile disk (DVD) and an optical disk drive may also be used as a storage medium. Furthermore, other well-known storage media such as magnetic tape media may also be used as a storage medium.
記憶媒体には、ファームウェアなどのプログラムが格納されている。演算素子が患者位置決め装置20の動作開始時(例えば電源投入時)にプログラムを記憶媒体から読み出し、実行することにより患者位置決め装置20の各部21~25が実現され、全体の一連の制御が実行される。また、記憶媒体には、プログラム以外にも、患者位置決め装置20の各処理に必要なデータ等が格納されている。
The storage medium stores programs such as firmware. When the operation of the
なお、本実施例の患者位置決め装置20は、それぞれ、情報処理装置が通信ネットワークを介して通信可能に構成された、いわゆるクラウドコンピューティングにより構成されてもよい。
In addition, the
本実施形態の粒子線治療システムAは、粒子線治療の患者位置決めの前に、事前にエッジ強調ROIを作成する。以下、本実施形態の患者位置決め方法について図2から図6を用いて説明する。 In the particle beam therapy system A of this embodiment, an edge-enhanced ROI is created in advance before patient positioning for particle beam therapy. The patient positioning method of this embodiment will be described below with reference to Figures 2 to 6.
図2は、エッジ強調ROI作成処理のフローチャートである。エッジ強調ROI作成処理は、エッジ強調ROIを作成する一連の処理である。 Figure 2 is a flowchart of the edge-enhanced ROI creation process. The edge-enhanced ROI creation process is a series of steps to create an edge-enhanced ROI.
図3は、エッジ強調ROI作成処理の過程で順次利用する画像およびROIを示す図である。なお、図3には、説明を容易にするために、ひとつの方向からの疑似透視X線画像のみを示しているが、実際には、2つの方向からの疑似透視X線画像があり、エッジ強調ROI作成処理はそれぞれの方向からの画像への適用が想定される。 Figure 3 shows the images and ROIs used sequentially in the edge-enhanced ROI creation process. Note that for ease of explanation, only a pseudo-fluoroscopic X-ray image from one direction is shown in Figure 3, but in reality, there are pseudo-fluoroscopic X-ray images from two directions, and it is assumed that the edge-enhanced ROI creation process is applied to images from each direction.
図2に示すように、まず患者位置決め装置20の疑似透視X線画像作成部21が、疑似透視X線画像を作成する(Step100)。このとき、疑似透視X線画像作成部21は、患者の3次元画像から位置決め対象構造物50以外の情報を排除した画像で投影処理することで位置決め対象構造物50のみの疑似透視X線画像200を作成する。患者の3次元画像は、通常はCT画像である。位置決め対象構造物50は、通常は骨である。例えば、3次元画像がCT画像の場合、3次元画像情報には、電子密度情報と相関のあるCT値が格納されている。3次元画像がCT画像である場合における、患者の3次元画像情報から位置決め対象構造物50以外の情報を排除する方法として、CT値に対して所定の閾値を設定し、各ボクセルのCT値を閾値と比較し、CT値が閾値以下のボクセルを排除するという方法を用いてもよい。
As shown in FIG. 2, first, the pseudo-fluoroscopic X-ray
次に、エッジ強調処理部23が、前記位置決め対象構造物50のみの疑似透視X線画像200に対してエッジを強調する処理を適用することにより、エッジ強調疑似透視X線画像201を作成する(Step101)。エッジ強調処理は特に限定されないが、例えば、一般的なエッジ強調フィルタとして縦方向および横方向のそれぞれに対して微分フィルタを適用しても良い。微分フィルタとしてPrewitteフィルタ、やSobelフィルタが利用できる。あるいは、他のフィルタによりエッジ強調処理を行ってもよい。また、複数のフィルタを組合わせてエッジ強調処理を行ってもよい。
Next, the edge
次に、ROI描画部22が、ユーザーの操作に基づき、前記エッジ強調疑似透視X線画像201上に位置決めに使用したい構造物が存在する領域をROI300として設定する(Step102)。ROI300の設定方法として、ROI描画部22が前記エッジ強調疑似透視X線画像201を画面に表示し、ユーザーにマウス操作等でROI300とする領域を塗りつぶさせ、塗りつぶされた領域をROI300として設定するという方法がある。また、ROI描画部22が前記エッジ強調疑似透視X線画像201を画面に表示し、ユーザーにマウス操作等でROI300とする領域内の位置を選択させ、選択された位置から所定距離内の領域をROI300として設定するという方法がある。また、ROI描画部22が前記エッジ強調疑似透視X線画像201を画面に表示し、ユーザーにマウス操作等でROI300とする領域内の位置を選択させ、選択された位置の画素値から一定範囲内の画素値を持つ連続する領域をROI300として設定するという方法がある。
Next, the
ROI描画部22は、ユーザーの描画により作成したROI300を、エッジ強調疑似透視X線画像201に重ねて画面に表示する。
The
ここでは、一例として、ユーザーが選択した位置と同程度の画素値を有する領域をROI300として自動抽出するROI設定処理について説明する。
Here, as an example, we will explain the ROI setting process, which automatically extracts an area having pixel values similar to those of a position selected by the user as the
図4は、ROI設定処理のフローチャートである。図5は、ROI設定処理にてROI300を探索する様子を示す図である。
Figure 4 is a flowchart of the ROI setting process. Figure 5 is a diagram showing how the
まず、ROI描画部22は、エッジ強調疑似透視X線画像を画面に表示し、画面上でユーザーにROI領域に含まれる位置をクリック操作により選択させ、選択された位置を示す情報を取得する(Step200)。次に、ROI描画部22は、図5に示すように、ユーザーが選択した位置を基準位置60とし、その位置の画素値を基準画素値とする(Step201)。図5において基準位置60の画素は太線で囲まれている。
First, the
次に、ROI描画部22は、図5に示すように、基準位置60の画素の周囲8方向の画素の画素値を探索画素61とする(Step202)。図5において探索画素61は右下がりの斜線のハッチングで表されている。
Next, the
次に、ROI描画部22は、設定した複数の探索画素から1つの画素を選択し、その画素の画素値を取得する(Step203)。更に、ROI描画部22は、選択している探索画素の画素値が基準画素値から所定の画素値範囲内にあるか否かを判定する(Step204)。ここでの画素値範囲は、事前にユーザーにより設定された値であり、基準画素値の上下にどの範囲の画素値までの画素をROIに含めるかを設定した設定値である。
Next, the
Step204の判定でYesとなった場合、ROI描画部22は、現在選択している探索画素をROIの領域に含めることを決定し、その画素の位置を新たな基準位置として設定する(Step205)。図5において、ROIと判定された画素は右上がりの斜線のハッチングで表されている。その後、Step202に戻り、新たな基準位置に対して再び周囲8方向の画素値を探索画素として設定しStep203、204の処理に移行する。
If the determination in
一方、Step204の判定でNoとなった場合、ROI描画部22は、現在選択している探索画素をROIの領域外と判定し(Step206)。図5において、ROIの領域外と判定された画素はドットのハッチングで表されている。更に、ROI描画部22は、全ての探索画素についてROIの領域に含めるか否かを判定したか否かを判定する(Step207)。
On the other hand, if the determination in
Step207の判定でNoとなった場合、ROI描画部22は、まだ判定していない1つの探索画素を選択し、その画素値を取得し(Step208)、Step204に戻る。一方、Step207の判定でYesとなった場合、ROI描画部22は、ROI設定処理を終了する。
If the determination in
図2に戻り、次にエッジ強調ROI作成部24がエッジ強調ROI301を作成する(Step103)。このとき、エッジ強調ROI作成部24は、ユーザーにより設定されたROI300に含まれ、かつ、エッジ強調疑似透視X線画像201においてエッジ強調された構造物の輪郭と重なる領域を抽出し、重なった輪郭を一定の幅だけ広げた領域をエッジ強調ROI301として設定する(Step103)。
Returning to FIG. 2, next, the edge-enhanced
ここで輪郭を広げる幅は、位置合わせ開始時の位置と位置合わせ後の正解位置との変位量を考慮し、位置合わせ後の正解位置が幅の中に含まれるように十分な値に設定する方法が考えられる。前記疑似透視X線画像と前記透視X線画像とを用いて両者の画像での患者の位置が一致する位置を探索する最適化計算では、仮にエッジに沿った狭いエッジ強調ROIを設定してしまったとすると、両画像の狭いROI内に含まれる領域のみを用いた計算では、最適解を探索するための領域として非常に限られてしまい、そのため、正解位置の解にたどり着けない可能性がある。そこで、エッジ強調ROIの輪郭に沿って設定する幅を、位置合わせ開始時と正解位置との変位量に応じて広げるのがよい。 Here, the width by which the contour is expanded can be set to a value sufficient to include the correct position after alignment, taking into account the amount of displacement between the position at the start of alignment and the correct position after alignment. In an optimization calculation that uses the pseudo-fluoroscopic X-ray image and the fluoroscopic X-ray image to search for a position where the patient's position in both images coincides, if a narrow edge-enhanced ROI is set along the edge, the calculation using only the area included in the narrow ROI in both images will be very limited as an area for searching for an optimal solution, and therefore it may not be possible to arrive at a solution for the correct position. Therefore, it is advisable to expand the width set along the contour of the edge-enhanced ROI according to the amount of displacement between the start of alignment and the correct position.
エッジ強調ROI作成部24は、エッジ強調ROI301を作成すると、エッジ強調疑似透視X線画像201と重ねて画面に表示する。
When the edge-enhanced
以上の処理を経て作成されたエッジ強調ROI301は、後に説明する患者位置決め計算に利用される。
The edge-enhanced
図6は、患者位置決めの処理を示すフローチャートである。図6を参照して、エッジ強調ROI301を用いた患者位置決めについて説明する。
Figure 6 is a flowchart showing the patient positioning process. With reference to Figure 6, patient positioning using
まず、粒子線治療の患者位置決め時において、患者9はセットアップポジションにて寝台7に配置される。セットアップポジションとは、患者9を寝台7に配置し、患者9を寝台7上の適正な位置に調整するための寝台7の位置である。寝台7上の患者9は、治療室内に設置された赤外線レーザーを用いて体表の位置が測定され、治療計画装置10で作成された照射情報における患者の位置を再現するように位置が調整される。
First, when positioning the patient for particle beam therapy, the
その後、寝台制御装置15を介したロボットアーム8の制御により、患者9を載せた寝台7が粒子線の照射基準位置であるアイソセンタに向けて移動する(Step300)。寝台7は、患者9の位置決め対象構造物50が、図1中の平面検出器5A、5B及びX線管6A、6Bで形成される照射領域内に入るように移動する。
Then, the
その後、透視X線画像撮影装置14により、透視X線画像(Digital Radiography:DR)が取得される(Step301)。 Then, a fluoroscopic X-ray image (Digital Radiography: DR) is acquired by the fluoroscopic X-ray imaging device 14 (Step 301).
次に、治療計画を作成したときに用いたCTからDRRを作成する処理における並進3自由度と回転3自由度の計6自由度の初期値を設定する(Step302)。 Next, the initial values for a total of six degrees of freedom (three translational degrees of freedom and three rotational degrees of freedom) are set in the process of creating a DRR from the CT used when creating the treatment plan (Step 302).
次に、DRの撮影体系と同じ撮影体系を想定してCTの3次元画像を平面に投影する処理によりDRRを作成する(ステップ303)。 Next, the DRR is created by projecting the 3D CT image onto a plane, assuming the same imaging system as the DR (step 303).
次に、患者位置決め装置20内の画像照合部25が、DRとDRRの両画像のエッジ強調ROI内のみの情報を用いて両画像の一致度を計算する(Step304)。一致度を測る指標としては、一般に使用されている正規化相互相関係数や相互情報量などを使用しても良いし、その他の指標を使用しても良い。
Next, the
次に、算出された一致度が事前に設定した収束条件を満たすか否か判定する(Step305)。一致度が収束条件を満たさない場合、最適化処理により収束条件を満たす条件(並進3自由度、回転3自由度の計6自由度の値)を探索する。最適化処理では、6自由度の各値を更新し(Step306)、Step303~306を繰り返す。本実施例の6自由度のような多変数の最適化処理の手法として滑降シンプレックス法やパウエル法などがあり、本実施例で利用可能である。ただし、これらに限定されることはなく他の手法で最適化処理を行ってもよい。
Next, it is determined whether the calculated degree of agreement satisfies a preset convergence condition (Step 305). If the degree of agreement does not satisfy the convergence condition, a condition that satisfies the convergence condition (values for a total of six degrees of freedom: three translational degrees of freedom and three rotational degrees of freedom) is searched for by optimization processing. In the optimization processing, the values of the six degrees of freedom are updated (Step 306), and
Step305で一致度が収束条件を満たした場合、寝台制御装置15が、得られた6自由度の値に基づいて寝台7を移動させる(Step307)。これにより、患者を現在の配置から治療計画時の配置へと移動させ、精密に位置決めすることが可能となる。
If the degree of agreement satisfies the convergence condition in
以上により患者位置決めは終了し、実際の粒子線の照射が行われる。 This completes the patient positioning and the actual particle beam irradiation begins.
以上、本実施例によれば、人手による長時間の作業によることなく、また撮影装置を追加することなく、精度のよい患者位置決めを行うことが可能になる。 As described above, this embodiment makes it possible to perform accurate patient positioning without lengthy manual work or the need for additional imaging equipment.
より具体的には、上述のように演算処理でエッジ強調ROIを作成し、そのエッジ強調ROIを用いて患者位置決めを行うことにより、長時間の人でによる作業や撮影装置の追加が不要であるにもかかわらず、位置決めに利用しない構造物が位置決め対象構造物に重なっていても、位置決め対象構造物の輪郭周辺に注目することにより、演算処理により精度の高い位置決めが可能になる。 More specifically, by creating an edge-enhanced ROI through computational processing as described above and using that edge-enhanced ROI to position the patient, it is possible to eliminate the need for long hours of manual labor or the need for additional imaging equipment, and by focusing on the periphery of the contour of the structure to be positioned, highly accurate positioning can be achieved through computational processing, even if structures not used for positioning overlap the structure to be positioned.
なお、本実施形態では、患者の3次元画像情報から位置決め対象構造物でない部分を排除する方法として、CT画像における各ボクセルのCT値を閾値判定することにより位置決め対象構造物でないボクセルを排除しているが、他の方法で位置決め対象構造物でない部分を排除してもよい。例えば、CT画像による3次元領域にユーザーが空間的に採用領域もしくは排除領域の一方または両方を指定することにしてもよい。 In this embodiment, as a method for eliminating portions that are not structures to be positioned from the 3D image information of the patient, voxels that are not structures to be positioned are eliminated by determining the CT value of each voxel in the CT image using a threshold value, but portions that are not structures to be positioned may be eliminated using other methods. For example, the user may spatially specify either or both of the adopted area and the excluded area in the 3D area of the CT image.
また、本実施形態では、エッジ強調ROI作成部24は、エッジ強調疑似透視X線画像におけるエッジとROIとが重なる重複部分の画像を画面に表示し、ROI内でユーザによる操作で指定された部分を含むようにエッジ強調ROIを作成し、そのエッジ強調ROI内でユーザによる操作で指定された部分を含むように無関心領域を作成してもよい。その場合、画像照合部25は、透視X線画像と、疑似透視X線画像またはエッジ強調疑似透視X線画像と、エッジ強調ROIと、無関心領域とに基づいて、エッジ強調において無関心領域でない部分を無関心領域の部分より高く重み付けした演算により移動量を算出することにしてもよい。エッジとROIとが重なる重複部分を画面に表示し、ユーザによる操作により重複部分からエッジ強調ROIと無関心領域を作成し、エッジ強調ROIにおいて無関心領域を他の領域より低く重み付けして移動量を計算するので、精度の高い位置決めを容易に行うことが可能となる。
In addition, in this embodiment, the edge-enhanced
また、本実施形態では、エッジ強調ROI内の情報のみを用いて一致度を計算しているが、必要に応じて、エッジ強調ROIの外の情報を用いてもよい。その場合、例えば、エッジ強調ROIの内と外とで異なる重みづけをして重みづけ係数を設定し、エッジ強調ROI内の情報がROI外の情報より重視されるようにする方法が考えられる。 In addition, in this embodiment, the degree of match is calculated using only information within the edge enhancement ROI, but information outside the edge enhancement ROI may also be used if necessary. In that case, for example, a method can be considered in which weighting coefficients are set by assigning different weights to the inside and outside of the edge enhancement ROI so that information within the edge enhancement ROI is given more importance than information outside the ROI.
また、本実施形態では、取得したDRと作成したDRRの元画像に対してエッジ強調ROIを適用し、エッジ強調ROI内のみの情報を使用して患者位置決めの演算処理を実施したが、これに限定されることはない。DRとDRRの元画像に対してエッジ強調処理を掛けたエッジ強調画像に対してエッジ強調ROIを使用して演算処理を行ってもよい。 In addition, in this embodiment, an edge-enhancement ROI is applied to the original images of the acquired DR and the created DRR, and the patient positioning calculation process is performed using information only within the edge-enhancement ROI, but this is not limited to this. Calculation processing may also be performed using the edge-enhancement ROI on edge-enhancement images obtained by applying edge enhancement processing to the original images of the DR and DRR.
以上説明した、本発明の実施形態は説明のために例示であり、本発明がこれらに限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。 The above-described embodiments of the present invention are illustrative and are not intended to limit the scope of the present invention, and various modifications are included. For example, the above-described embodiments have been described in detail to provide an easy-to-understand explanation of the present invention, and are not necessarily limited to those having all of the configurations described.
また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、あるいは置換をすることが可能である。 It is also possible to replace part of the configuration of one embodiment with the configuration of another embodiment, and it is also possible to add the configuration of another embodiment to the configuration of one embodiment. It is also possible to add, delete, or replace part of the configuration of each embodiment with another configuration.
本実施形態では、粒子線治療システムを例示したが、広く放射線治療システムであってもよい。例えば、本実施形態に例示した患者の位置決めの構成および方法は、放射線治療システムに広く適用可能なものである。一例として、本実施形態に記載の加速器1は治療X線を想定した電子線加速器でもよいし、陽子や炭素といった粒子線加速器でもよい。 In this embodiment, a particle beam therapy system is exemplified, but it may be a broader radiation therapy system. For example, the configuration and method for patient positioning exemplified in this embodiment are broadly applicable to radiation therapy systems. As an example, the accelerator 1 described in this embodiment may be an electron beam accelerator intended for therapeutic X-rays, or a particle beam accelerator such as a proton or carbon beam accelerator.
また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部または全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、SSD等の記録装置、または、ICカード、SDカード、DVD等の記録媒体に置くことができる。 Furthermore, the above-mentioned configurations, functions, processing units, processing means, etc. may be realized in hardware, in part or in whole, for example by designing them as integrated circuits. Furthermore, the above-mentioned configurations, functions, etc. may be realized in software, by a processor interpreting and executing a program that realizes each function. Information on the programs, tables, files, etc. that realize each function can be stored in a memory, a recording device such as a hard disk or SSD, or a recording medium such as an IC card, SD card, or DVD.
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。 In addition, the control lines and information lines shown are those considered necessary for the explanation, and not all control lines and information lines on the product are necessarily shown. In reality, it can be assumed that almost all components are interconnected.
以上の開示には以下に示す事項が含まれる。ただし、本開示に含まれる事項が以下に示すものに限定されることはない。 The above disclosure includes the items listed below. However, the items included in this disclosure are not limited to those listed below.
(1)粒子線治療にて粒子線を患者に照射するための治療計画の作成に用いられる三次元画像から、人体に含まれ位置決めに利用される構造物である対象構造物の密度に基づいて前記対象構造物を抽出した対象構造物三次元画像を取得し、前記対象構造物三次元画像を所定の面に投影した疑似透視X線画像を作成する疑似透視X線画像作成部と、
前記疑似透視X線画像に対してエッジを強調する処理を施してエッジ強調疑似透視X線画像を作成するエッジ強調処理部と、
前記エッジ強調疑似透視X線画像における前記対象構造物の領域を含む第1関心領域を取得する関心領域取得部と、
前記エッジ強調疑似透視X線画像と前記第1関心領域とに基づき、前記エッジ強調疑似透視X線画像において前記エッジとして現れる前記対象構造物の輪郭を含む第2関心領域を作成するエッジ強調関心領域作成部と、
寝台に搭載された前記患者をX線透視により撮影した透視X線画像と、前記疑似透視X線画像または前記エッジ強調疑似透視X線画像と、前記第2関心領域とに基づいて、前記透視X線画像の前記対象構造物の位置と前記疑似透視X線画像の前記対象構造物の位置とが一致するように前記寝台を移動させるための移動量を算出する画像照合部と、
を有する位置決め装置。
(1) a pseudo-perspective X-ray image creation unit that acquires a three-dimensional image of a target structure, which is a structure contained in the human body and used for positioning, from a three-dimensional image used to create a treatment plan for irradiating a patient with a particle beam in particle beam therapy, by extracting the target structure based on the density of the target structure, and creates a pseudo-perspective X-ray image by projecting the three-dimensional image of the target structure onto a predetermined surface;
an edge enhancement processing unit that performs processing for enhancing edges on the pseudo fluoroscopic X-ray image to create an edge-enhanced pseudo fluoroscopic X-ray image;
a region of interest acquisition unit that acquires a first region of interest including a region of the target structure in the edge-enhanced pseudo-fluoroscopic X-ray image;
an edge-enhanced region-of-interest creating unit that creates a second region of interest including a contour of the target structure that appears as the edge in the edge-enhanced pseudo perspective X-ray image, based on the edge-enhanced pseudo perspective X-ray image and the first region of interest;
an image matching unit that calculates a movement amount for moving the bed based on a fluoroscopic X-ray image obtained by capturing an X-ray fluoroscopy of the patient placed on a bed, the pseudo fluoroscopic X-ray image or the edge-enhanced pseudo fluoroscopic X-ray image, and the second region of interest so that a position of the target structure in the fluoroscopic X-ray image coincides with a position of the target structure in the pseudo fluoroscopic X-ray image;
A positioning device having
これにより、対象構造物の領域を含む比較的容易に作成可能な第1関心領域から、対象構造物の輪郭を含む精密な第2関心領域を作成し、その第2関心領域を用いて移動量を算出するので、精度のよい患者位置決めを容易に行うことが可能になる。 This allows a precise second region of interest that includes the contour of the target structure to be created from a first region of interest that is relatively easy to create and includes the area of the target structure, and the amount of movement is calculated using this second region of interest, making it easy to perform accurate patient positioning.
(2)前記エッジ強調関心領域作成部は、前記エッジ強調疑似透視X線画像における前記エッジと前記第1関心領域とが重なる部分を含むように前記第2関心領域を作成する、上記(1)に記載の位置決め装置。これにより、エッジ強調疑似透視X線画像におけるエッジと第1関心領域とが重なる部分を含むように第2関心領域を作成するので、第2関心領域を容易に作成することができる。 (2) The positioning device according to (1) above, wherein the edge-enhanced region of interest creation unit creates the second region of interest so as to include an overlapping portion of the edge in the edge-enhanced pseudo-fluoroscopic X-ray image with the first region of interest. This allows the second region of interest to be created so as to include an overlapping portion of the edge in the edge-enhanced pseudo-fluoroscopic X-ray image with the first region of interest, making it easy to create the second region of interest.
(3)前記エッジ強調関心領域作成部は、前記エッジ強調疑似透視X線画像における前記エッジと前記第1関心領域とが重なる線状部分を所定幅だけ広げた帯状領域を前記第2関心領域とする、上記(2)に記載の位置決め装置。これにより、エッジ強調疑似透視X線画像におけるエッジと第1関心領域とが重なる部分を含むように第2関心領域を作成するので、第2関心領域を容易に作成することができる。 (3) The positioning device according to (2) above, wherein the edge-enhanced region of interest creation unit sets the second region of interest to a strip-shaped region obtained by expanding a linear portion of the edge in the edge-enhanced pseudo-fluoroscopic X-ray image where the edge and the first region of interest overlap by a predetermined width. This allows the second region of interest to be created so as to include the portion of the edge in the edge-enhanced pseudo-fluoroscopic X-ray image where the edge and the first region of interest overlap, making it easy to create the second region of interest.
(4)前記関心領域取得部は、前記エッジ強調疑似透視X線画像を画面に表示し、前記画面上でクリック操作がされた位置を含み、該位置の画素値から所定範囲内の画素値を有する連続する領域を抽出し、該領域を前記第1関心領域とする、上記(1)に記載の位置決め装置。これにより、エッジ強調疑似透視X線画像を画面に表示し、画面上でクリック操作がされた位置の画素値から所定範囲内の画素値を有する連続する領域を第1関心領域とするので、クリック操作により第1関心領域を容易に作成することができる。 (4) The positioning device according to (1) above, wherein the region of interest acquisition unit displays the edge-enhanced pseudo-fluoroscopic X-ray image on a screen, extracts a continuous region including a position on the screen where a click operation was performed and having pixel values within a predetermined range from the pixel value of the position, and sets the region as the first region of interest. As a result, the edge-enhanced pseudo-fluoroscopic X-ray image is displayed on the screen, and a continuous region having pixel values within a predetermined range from the pixel value of the position on the screen where a click operation was performed is set as the first region of interest, making it possible to easily create the first region of interest by a click operation.
(5)前記エッジ強調関心領域作成部は、前記エッジ強調疑似透視X線画像における前記エッジと前記第1関心領域とが重なる重複部分の画像を画面に表示し、前記第1関心領域内でユーザによる第1操作で指定された第1指定部分を含むように第2関心領域を作成し、前記第2関心領域内でユーザによる第2操作で指定された第2指定部分を含むように無関心領域を作成し、 (5) The edge-enhanced region of interest creation unit displays on a screen an image of an overlapping portion where the edge in the edge-enhanced pseudo-fluoroscopic X-ray image and the first region of interest overlap, creates a second region of interest within the first region of interest so as to include a first designated portion designated by a first operation by the user, and creates a region of indifference within the second region of interest so as to include a second designated portion designated by a second operation by the user,
前記画像照合部は、前記透視X線画像と、前記疑似透視X線画像または前記エッジ強調疑似透視X線画像と、前記第2関心領域と、前記無関心領域とに基づいて、前記第2関心領域において前記無関心領域でない部分を前記無関心領域の部分より高く重み付けした演算により前記移動量を算出する、
上記(1)に記載の位置決め装置。
the image matching unit calculates the amount of movement by a calculation in which a portion of the second region of interest that is not the region of indifference is weighted higher than a portion of the region of indifference based on the fluoroscopic X-ray image, the pseudo fluoroscopic X-ray image or the edge-enhanced pseudo fluoroscopic X-ray image, the second region of interest, and the region of indifference.
The positioning device described in (1) above.
これによりエッジと前記第1関心領域とが重なる重複部分を画面に表示し、ユーザによる操作により重複部分から第2関心領域と無関心領域を作成するので、第2関心領域と無関心領域を容易に作成することができる。 This allows the overlapping portion where the edge and the first region of interest overlap to be displayed on the screen, and a second region of interest and a region of indifference can be created from the overlapping portion through user operation, making it easy to create the second region of interest and the region of indifference.
(6)前記関心領域取得部は、前記エッジ強調疑似透視X線画像を画面に表示して前記第1関心領域の描画をユーザに促し、描画された前記第1関心領域を前記エッジ強調疑似透視X画像に重ねて前記画面に表示する、上記(1)に記載の位置決め装置。 (6) The positioning device described in (1) above, wherein the region of interest acquisition unit displays the edge-enhanced pseudo-fluoroscopic X-ray image on a screen to prompt the user to draw the first region of interest, and displays the drawn first region of interest on the screen superimposed on the edge-enhanced pseudo-fluoroscopic X-ray image.
(7)前記エッジ強調関心領域作成部は、前記第2関心領域を作成すると、該第2関心領域を前記エッジ強調疑似透視X線画像とを重ねて画面に表示する、上記(6)に記載の位置決め装置。 (7) The positioning device described in (6) above, in which the edge-enhanced region of interest creation unit creates the second region of interest and displays the second region of interest on the screen superimposed on the edge-enhanced pseudo-fluoroscopic X-ray image.
(8)上記(1)から(7)のいずれかひとつに記載の位置決め装置を用いた粒子線治療システム。 (8) A particle beam therapy system using a positioning device described in any one of (1) to (7) above.
(9)粒子線治療にて粒子線を患者に照射するための治療計画の作成に用いられる三次元画像から、人体に含まれ位置決めに利用される構造物である対象構造物の密度に基づいて前記対象構造物を抽出した対象構造物三次元画像を取得し、前記対象構造物三次元画像を所定の面に投影した疑似透視X線画像を作成し、
前記疑似透視X線画像に対してエッジを強調する処理を施してエッジ強調疑似透視X線画像を作成し、
前記エッジ強調疑似透視X線画像における前記対象構造物の領域を含む第1関心領域を取得し、
前記エッジ強調疑似透視X線画像と前記第1関心領域とに基づき、前記エッジ強調疑似透視X線画像において前記エッジとして現れる前記対象構造物の輪郭を含む第2関心領域を作成し、
寝台に搭載された前記患者をX線透視により撮影した透視X線画像と、前記疑似透視X線画像または前記エッジ強調疑似透視X線画像と、前記第2関心領域とに基づいて、前記透視X線画像の前記対象構造物の位置と前記疑似透視X線画像の前記対象構造物の位置とが一致するように前記寝台を移動させるための移動量を算出する、
位置決め方法。
(9) obtaining a three-dimensional image of a target structure, which is a structure contained in a human body and used for positioning, from a three-dimensional image used to create a treatment plan for irradiating a patient with a particle beam in particle beam therapy, based on the density of the target structure; and generating a pseudo-fluoroscopic X-ray image by projecting the three-dimensional image of the target structure onto a predetermined surface;
performing edge enhancement processing on the pseudo fluoroscopic X-ray image to generate an edge-enhanced pseudo fluoroscopic X-ray image;
obtaining a first region of interest including a region of the target structure in the edge-enhanced pseudo-fluoroscopic X-ray image;
creating a second region of interest based on the edge-enhanced pseudo-fluoroscopic X-ray image and the first region of interest, the second region of interest including a contour of the target structure that appears as the edge in the edge-enhanced pseudo-fluoroscopic X-ray image;
calculating a movement amount for moving the bed so that a position of the target structure in the fluoroscopic X-ray image coincides with a position of the target structure in the pseudo fluoroscopic X-ray image, based on a fluoroscopic X-ray image obtained by photographing the patient placed on a bed by X-ray fluoroscopy, the pseudo fluoroscopic X-ray image or the edge-enhanced pseudo fluoroscopic X-ray image, and the second region of interest;
Positioning method.
A…粒子線治療システム、1…加速器、2…ビーム輸送装置、3…ガントリー、4…照射ノズル、5A…平面検出器、5B…平面検出器、6A…X線管、6B…X線管、7…寝台、8…ロボットアーム、9…患者、10…治療計画装置、11…通信装置、12…データサーバ、14…透視X線画像撮影装置、15…寝台制御装置、20…患者位置決め装置、21…疑似透視X線画像作成部、22…ROI描画部、23…エッジ強調処理部、24…エッジ強調ROI作成部、25…画像照合部、50…対象構造物、60…基準位置、61…探索画素、200…疑似透視X線画像、201…エッジ強調疑似透視X線画像、301…エッジ強調ROI A...Particle beam therapy system, 1...Accelerator, 2...Beam transport device, 3...Gantry, 4...Irradiation nozzle, 5A...Planar detector, 5B...Planar detector, 6A...X-ray tube, 6B...X-ray tube, 7...Bed, 8...Robot arm, 9...Patient, 10...Treatment planning device, 11...Communication device, 12...Data server, 14...Fluoroscopy X-ray image capture device, 15...Bed control device, 20...Patient positioning device, 21...Pseudo fluoroscopy X-ray image creation unit, 22...ROI drawing unit, 23...Edge enhancement processing unit, 24...Edge-enhanced ROI creation unit, 25...Image matching unit, 50...Target structure, 60...Reference position, 61...Search pixel, 200...Pseudo fluoroscopy X-ray image, 201...Edge-enhanced pseudo fluoroscopy X-ray image, 301...Edge-enhanced ROI
Claims (8)
前記疑似透視X線画像に対してエッジを強調する処理を施してエッジ強調疑似透視X線画像を作成するエッジ強調処理部と、
前記エッジ強調疑似透視X線画像における前記対象構造物の領域を含む第1関心領域を取得する関心領域取得部と、
前記エッジ強調疑似透視X線画像と前記第1関心領域とに基づき、前記エッジ強調疑似透視X線画像において前記エッジとして現れる前記対象構造物の輪郭を含む第2関心領域を作成するエッジ強調関心領域作成部と、
寝台に搭載された前記患者をX線透視により撮影した透視X線画像と、前記疑似透視X線画像または前記エッジ強調疑似透視X線画像と、前記第2関心領域とに基づいて、前記透視X線画像と、前記疑似透視X線画像または前記エッジ強調疑似透視X線画像とを画像照合することにより、前記透視X線画像の前記対象構造物の位置と前記疑似透視X線画像の前記対象構造物の位置とが一致するように前記寝台を移動させるための移動量を算出する画像照合部と、
を有し、
前記エッジ強調関心領域作成部は、前記エッジ強調疑似透視X線画像における前記エッジと前記第1関心領域とが重なる重複部分の画像を画面に表示し、前記第1関心領域内でユーザによる第1操作で指定された第1指定部分を含むように第2関心領域を作成し、前記第2関心領域内でユーザによる第2操作で指定された第2指定部分を含むように無関心領域を作成し、
前記画像照合部は、前記透視X線画像と、前記疑似透視X線画像または前記エッジ強調疑似透視X線画像と、前記第2関心領域と、前記無関心領域とに基づいて、前記第2関心領域において前記無関心領域でない部分を前記無関心領域の部分より高く重み付けした演算により前記移動量を算出する、
位置決め装置。 a pseudo-perspective X-ray image creation unit that acquires a three-dimensional image of a target structure by extracting a target structure, which is a structure contained in the human body and used for positioning, from a three-dimensional image used for creating a treatment plan for irradiating a patient with radiation in radiation therapy based on the density of the target structure, and creates a pseudo-perspective X-ray image by projecting the three-dimensional image of the target structure onto a predetermined surface;
an edge enhancement processing unit that performs processing for enhancing edges on the pseudo fluoroscopic X-ray image to create an edge-enhanced pseudo fluoroscopic X-ray image;
a region of interest acquisition unit that acquires a first region of interest including a region of the target structure in the edge-enhanced pseudo-fluoroscopic X-ray image;
an edge-enhanced region-of-interest creating unit that creates a second region of interest including a contour of the target structure that appears as the edge in the edge-enhanced pseudo perspective X-ray image, based on the edge-enhanced pseudo perspective X-ray image and the first region of interest;
an image matching unit that performs image matching between the fluoroscopic X-ray image and the pseudo fluoroscopic X-ray image or the edge-enhanced pseudo fluoroscopic X-ray image based on a fluoroscopic X-ray image of the patient placed on a bed taken by X-ray fluoroscopy, the pseudo fluoroscopic X-ray image or the edge-enhanced pseudo fluoroscopic X-ray image, and the second region of interest, thereby calculating an amount of movement for moving the bed so that a position of the target structure in the fluoroscopic X-ray image coincides with a position of the target structure in the pseudo fluoroscopic X-ray image;
having
the edge-enhanced region-of-interest creation unit displays on a screen an image of an overlapping portion where the edge in the edge-enhanced pseudo fluoroscopic X-ray image and the first region of interest overlap, creates a second region of interest within the first region of interest so as to include a first designated portion designated by a first operation by a user, and creates a region of indifference within the second region of interest so as to include a second designated portion designated by a second operation by the user;
the image matching unit calculates the amount of movement by a calculation in which a portion of the second region of interest that is not the region of indifference is weighted higher than a portion of the region of indifference based on the fluoroscopic X-ray image, the pseudo fluoroscopic X-ray image or the edge-enhanced pseudo fluoroscopic X-ray image, the second region of interest, and the region of indifference.
Positioning device.
請求項1に記載の位置決め装置。 the edge-enhanced region-of-interest creation unit creates the second region of interest so as to include an overlapping portion of the edge in the edge-enhanced pseudo fluoroscopic X-ray image and the first region of interest.
The positioning device according to claim 1 .
請求項2に記載の位置決め装置。 the edge-enhanced region-of-interest creation unit defines, as the second region of interest, a strip-shaped region obtained by expanding a linear portion where the edge and the first region of interest in the edge-enhanced pseudo fluoroscopic X-ray image overlap by a predetermined width;
The positioning device according to claim 2 .
請求項1に記載の位置決め装置。 the region of interest acquisition unit displays the edge-enhanced pseudo-fluoroscopic X-ray image on a screen, extracts a continuous region including a position where a click operation has been performed on the screen and having pixel values within a predetermined range from a pixel value of the position, and defines the extracted region as the first region of interest.
The positioning device according to claim 1 .
請求項1に記載の位置決め装置。 the region of interest acquisition unit displays the edge-enhanced pseudo fluoroscopic X-ray image on a screen to prompt a user to draw the first region of interest, and displays the drawn first region of interest on the screen in a state superimposed on the edge-enhanced pseudo fluoroscopic X-ray image.
The positioning device according to claim 1 .
請求項1に記載の位置決め装置。 When the edge-enhanced region-of-interest creating unit creates the second region of interest, the edge-enhanced pseudo fluoroscopic X-ray image is displayed on a screen in a superimposed manner with the second region of interest.
The positioning device according to claim 1 .
前記疑似透視X線画像に対してエッジを強調する処理を施してエッジ強調疑似透視X線画像を作成し、
前記エッジ強調疑似透視X線画像における前記対象構造物の領域を含む第1関心領域を取得し、
前記エッジ強調疑似透視X線画像と前記第1関心領域とに基づき、前記エッジ強調疑似透視X線画像において前記エッジとして現れる前記対象構造物の輪郭を含む第2関心領域を作成し、
寝台に搭載された前記患者をX線透視により撮影した透視X線画像と、前記疑似透視X線画像または前記エッジ強調疑似透視X線画像と、前記第2関心領域とに基づいて、前記透視X線画像と、前記疑似透視X線画像または前記エッジ強調疑似透視X線画像とを画像照合することにより、前記透視X線画像の前記対象構造物の位置と前記疑似透視X線画像の前記対象構造物の位置とが一致するように前記寝台を移動させるための移動量を算出する、
位置決め方法において、
前記エッジ強調疑似透視X線画像における前記エッジと前記第1関心領域とが重なる重複部分の画像を画面に表示し、前記第1関心領域内でユーザによる第1操作で指定された第1指定部分を含むように第2関心領域を作成し、前記第2関心領域内でユーザによる第2操作で指定された第2指定部分を含むように無関心領域を作成し、
前記透視X線画像と、前記疑似透視X線画像または前記エッジ強調疑似透視X線画像と、前記第2関心領域と、前記無関心領域とに基づいて、前記第2関心領域において前記無関心領域でない部分を前記無関心領域の部分より高く重み付けした演算により前記移動量を算出する、
位置決め方法。 A three-dimensional image of a target structure is obtained by extracting a target structure, which is a structure contained in a human body and used for positioning, from a three-dimensional image used for creating a treatment plan for irradiating a patient with radiation in radiation therapy, based on the density of the target structure, and creating a pseudo-fluoroscopic X-ray image by projecting the three-dimensional image of the target structure onto a predetermined surface;
performing edge enhancement processing on the pseudo fluoroscopic X-ray image to generate an edge-enhanced pseudo fluoroscopic X-ray image;
obtaining a first region of interest including a region of the target structure in the edge-enhanced pseudo-fluoroscopic X-ray image;
creating a second region of interest based on the edge-enhanced pseudo-fluoroscopic X-ray image and the first region of interest, the second region of interest including a contour of the target structure that appears as the edge in the edge-enhanced pseudo-fluoroscopic X-ray image;
a fluoroscopic X-ray image of the patient placed on a bed taken by X-ray fluoroscopy, the pseudo fluoroscopic X-ray image or the edge-enhanced pseudo fluoroscopic X-ray image, and the second region of interest, and by comparing the fluoroscopic X-ray image with the pseudo fluoroscopic X-ray image or the edge-enhanced pseudo fluoroscopic X-ray image, a movement amount for moving the bed is calculated so that a position of the target structure in the fluoroscopic X-ray image coincides with a position of the target structure in the pseudo fluoroscopic X-ray image;
In the positioning method,
displaying an image of an overlapping portion where the edge in the edge-enhanced pseudo fluoroscopic X-ray image and the first region of interest overlap on a screen, creating a second region of interest within the first region of interest so as to include a first designated portion designated by a first operation by a user, and creating a region of indifference within the second region of interest so as to include a second designated portion designated by a second operation by the user;
calculating the amount of movement by a calculation in which a portion of the second region of interest that is not the region of indifference is weighted higher than a portion of the region of indifference based on the fluoroscopic X-ray image, the pseudo fluoroscopic X-ray image or the edge-enhanced pseudo fluoroscopic X-ray image, the second region of interest, and the region of indifference;
Positioning method.
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PARK, Samuel B., et al.,Spatially weighted mutual information image registration for image guided radiation therapy,Medical Physics,2010年,Vol. 37, No. 9,pp. 4590-4601,ISSN 0094-2405 |
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