WO2013129442A1

WO2013129442A1 - 放射線治療装置制御装置、放射線治療装置制御方法及び放射線治療装置のコンピュータに実行されるプログラム

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Publication number: WO2013129442A1
Application number: PCT/JP2013/055063
Authority: WO
Inventors: 保恒鈴木; 中村　光宏; 晃澤田; 山田　昌弘
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd; Kyoto University NUC
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd; Kyoto University NUC
Priority date: 2012-02-28
Filing date: 2013-02-27
Publication date: 2013-09-06
Anticipated expiration: 2014-08-28
Also published as: EP2821101B1; CN104023792A; CN104023792B; EP2821101A4; EP2821101A1; US9844685B2; JP5818718B2; JP2013176459A; US20150038763A1

Abstract

　放射線治療装置制御装置（２）は、基準時刻における特定部位（６１）の基準位置情報を取得する。また、基準時刻における複数のマーカの基準位置情報から代表点基準位置情報を生成し、代表点基準位置情報を基点とした特定部位の基準位置情報までの相対位置情報を生成する。そして、基準時刻とは異なる他の時刻における被検体内の複数のマーカ（６２）の位置情報から、前記他の時刻における代表点位置情報を生成する。さらに、前記代表点位置情報と、前記相対位置情報から、前記他の時刻における前記特定部位の位置情報を生成する。この時、代表点基準位置情報や代表点位置情報を、重み係数により重み付けされた前記複数のマーカの基準位置情報や位置情報に基づいて生成する。

Description

放射線治療装置制御装置、放射線治療装置制御方法及び放射線治療装置のコンピュータに実行されるプログラム

　本発明は、被検体内の特定部位の位置を複数のマーカによって特定することで、放射線治療装置を制御する放射線治療装置制御装置に関する。
　本願は、２０１２年２月２８日に、日本に出願された特願２０１２－０４２１７３号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

　治療用放射線を患者の患部に照射することにより、患者を治療する放射線治療装置が知られている。

　放射線治療では、患部に正確に治療用放射線の照射を行い、患部周辺の正常な細胞に照射される線量を小さくし、正常な細胞への影響を少なくすることが望まれている。

　ここで、患部（特定部位）は、被検体の呼吸等によって、時間の経過とともに位置が変化してしまうため、放射線の照射位置もそれに伴って変化させ、追尾照射を行う必要があった。このため、被検体の内部にマーカを埋め込み、そのマーカと患部との相対位置を、予めＣＴ画像等で測定しておき、所定時間後の複数のマーカの位置との相対位置から、患部の位置を推定する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７－２３６７６０号公報

　しかしながら、特許文献１の放射線治療装置では、マーカが特定部位から離れた被検体内の位置に存在する場合、特定部位とマーカの変位量や変位方向が異なる可能性があるため、特定部位の位置を正確に検出することができないことがあった。

　本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、複数のマーカを用いて精度良く照射対象の位置を推定することが可能な放射線治療装置制御装置、放射線治療装置制御方法及び放射線治療装置のコンピュータに実行されるプログラムを提供することを目的とする。

　上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
　本発明は、被検体内の特定部位近傍に位置する複数のマーカの位置から、前記特定部位の位置を特定することによって放射線治療装置を制御する放射線治療装置制御装置であって、前記特定部位及び前記複数のマーカそれぞれの基準時刻における前記被検体内の位置を示す基準位置情報を取得する基準位置情報取得部と、前記複数のマーカの基準位置情報から、複数のマーカの代表点の前記基準時刻における前記被検体内の位置を示す基準位置情報を生成する代表点基準位置情報演算部と、前記特定部位の基準位置情報が示す位置の、前記代表点の基準位置情報が示す位置を基点とした相対位置情報を生成する相対位置情報演算部と、前記基準時刻とは異なる他の時刻における前記被検体内の前記複数のマーカの位置情報を取得するマーカ位置情報取得部と、該複数のマーカの位置情報から、該複数のマーカの前記他の時刻における前記被検体内の代表点の位置情報を生成する代表点位置情報演算部と、前記代表点の位置情報と、前記相対位置情報から、前記他の時刻における前記特定部位の位置情報を生成する特定部位位置情報演算部とを備え、前記代表点基準位置情報演算部は、前記複数のマーカ毎に、重み係数を特定し、該重み係数により重み付けされた前記複数のマーカの位置情報に基づいて代表点の基準位置情報を生成し、前記代表点位置情報演算部は、前記重み係数により重み付けされた前記複数のマーカの位置情報に基づいて代表点の位置情報を生成することを特徴としている。

　このような放射線治療装置制御装置によれば、重み係数により重み付けされた複数のマーカの位置情報に基づいて、代表点の位置情報を算出し、特定部位の位置を検出することができる。

　上記の放射線治療装置制御装置において、前記代表点基準位置情報演算部及び前記代表点位置情報演算部は、前記特定部位と前記マーカとの距離の逆数を前記複数のマーカそれぞれについて算出し、複数のマーカそれぞれについての前記重み係数と特定することを特徴としている。

　この構成によれば、特定部位から離れた位置に存在するマーカの重み係数を低く、逆に特定部位から近い位置に存在するマーカの重み係数を高くすることができる。このため、特定部位から離れており、変位量や変位方向が特定部位と異なるマーカよりも、特定部位から近く、変位量や変位方向が特定部位と類似するマーカの方が重みを高くして、代表点の位置情報を求め、特定部位の位置情報を検出することができる。

　上記の放射線治療装置制御装置において、前記代表点基準位置情報演算部及び上記代表点位置情報演算部は、上記重み係数を、複数の異なる時刻における前記特定部位の、基準位置からの変位量と、前記マーカの、基準位置からの変位量の相関係数として算出することで特定することを特徴としている。

　この構成によれば、特定部位とマーカの変位量の相関が低ければ重み係数を低く、逆に特定部位とマーカの変位量の相関が高ければ重み係数を高くすることができる。このため、特定部位と変位量の相関が低いマーカよりも、特定部位と変位量の相関が高いマーカの方が重みを高くして、代表点の位置情報を求め、特定部位の位置情報を推定することができる。

　上記の放射線治療装置制御装置において、前記代表点基準位置情報演算部及び上記代表点位置情報演算部は、前記重み係数を、上記特定部位と上記マーカの変位の相関、又は特定部位とマーカとの距離に基づいて、入力手段によって任意に入力されることで特定することを特徴としている。

　この構成によれば、特定部位とマーカの変位の相関や、距離に基づいて、オペレータが任意に重み係数を決定、入力し、代表点の位置情報を求め、特定部位の位置情報を検出することができる。

　上記の放射線治療装置制御装置において、前記代表点基準位置情報演算部及び前記代表点位置情報演算部は、複数のマーカのうち、少なくとも１つのマーカの重み係数を０と特定することを特徴としている。

　このような構成によれば、特定部位と変位量や変位方向が異なるマーカを、代表点の位置情報の算出から除くことができる。このため、代表点の位置情報の算出に用いるマーカを指定することができる。

　また、被検体の特定部位近傍に位置する複数のマーカの位置から、前記特定部位の位置を特定することで放射線治療装置を制御する放射線治療装置制御方法であって、前記特定部位及び前記複数のマーカそれぞれの基準時刻における被検体内の位置を示す基準位置情報を取得し、前記複数のマーカの基準位置情報から、複数のマーカの代表点の前記基準時刻における前記被検体内の位置を示す基準位置情報を生成し、前記特定部位の基準位置情報が示す位置の、前記代表点の基準位置情報が示す位置を基点とした相対位置情報を生成し、前記基準時刻とは異なる他の時刻における前記被検体内の前記複数のマーカの位置情報を取得し、該複数のマーカの位置情報から、該複数のマーカの前記他の時刻における前記被検体内の代表点の位置情報を生成し、前記代表点の位置情報と、前記相対位置情報から、前記他の時刻における前記特定部位の位置を生成し、前記代表点の基準位置情報は、前記複数のマーカ毎に、重み係数を特定し、該重み係数により重み付けされた前記複数のマーカの位置情報に基づいて生成し、前記代表点の位置情報は、前記重み係数により重み付けされた前記複数のマーカの位置情報に基づいて生成することを特徴としている。

　この構成によれば、重み係数により重み付けされた複数のマーカの位置情報に基づいて、代表点の位置情報を算出し、特定部位の位置を推定することができる。

　また、被検体内の特定部位近傍に位置する複数のマーカの位置から、前記特定部位の位置を特定することで放射線治療装置を制御する放射線治療装置制御装置のコンピュータに実行されるプログラムであって、前記特定部位及び前記複数のマーカそれぞれの基準時刻における前記被検体内の位置を示す基準位置情報を取得する基準位置情報取得手段と、前記複数のマーカの基準位置情報から、複数のマーカの代表点の前記基準時刻における前記被検体内の位置を示す基準位置情報を生成する代表点基準位置情報演算手段と、前記特定部位の基準位置情報が示す位置の、前記代表点の基準位置情報が示す位置を基点とした相対位置情報を生成する相対位置情報演算手段と、前記基準時刻とは異なる他の時刻における前記被検体内の前記複数のマーカの位置情報を取得するマーカ位置情報取得手段と、該複数のマーカの位置情報から、該複数のマーカの前記他の時刻における前記被検体内の代表点の位置情報を生成する代表点位置情報演算手段と、前記代表点の位置情報と、前記相対位置情報から、前記他の時刻における前記特定部位の位置情報を生成する特定部位位置情報演算手段とを備え、前記代表点基準位置情報演算手段は、前記複数のマーカ毎に、重み係数を特定し、該重み係数により重み付けされた前記複数のマーカの位置情報に基づいて代表点の基準位置情報を生成し、前記代表点位置情報演算手段は、前記重み係数により重み付けされた前記複数のマーカの位置情報に基づいて代表点の位置情報を生成することを特徴としている。

　このような構成によれば、重み係数により重み付けされた複数のマーカの位置情報に基づいて、代表点の位置情報を算出し、特定部位の位置を検出することができる。

　本発明の態様における放射線治療装置制御装置によれば、複数のマーカそれぞれの特定部位からの距離に応じた重み係数を用いて重み付けすることにより、特定部位が変位しても、従来より正確に特定部位の位置を検出することができ。これにより、放射線治療において、特定部位に正確に放射線を照射することが可能となる。

本発明の放射線治療装置制御装置を有する放射線治療システムのブロック図である。放射線治療装置を示す斜視図である。患者（被検体）内における特定部位とマーカを示す断面図である。本発明の特定部位位置検出部を示すブロック図ですある。特定部位位置検出部５の処理のフローチャートを示す第１の図である。特定部位位置検出部５の処理のフローチャートを示す第２の図である。特定部位位置検出部５の処理のフローチャートを示す第３の図である。特定部位の基準位置からの変位量とマーカの基準位置からの変位量の対応関係を示すデータ例である。特定部位の基準位置からの変位量とマーカの基準位置からの変位量との対応関係を示す図である。

　以下、本発明に係る実施形態について図面を参照して説明する。
　本実施形態の放射線治療装置制御装置２は、図１に示すように、放射線治療システム１に適用される。放射線治療システム１は、放射線治療装置３と、放射線治療装置制御装置２とからなる。放射線治療装置３と放射線治療装置制御装置２は、双方向に情報を伝送可能に接続されている。放射線治療装置制御装置２は、パーソナルコンピュータ等のコンピュータである。放射線治療装置制御装置２は、制御部４と特定部位位置検出部５とからなる。特定部位位置検出部５において検出された特定部位６１の位置情報に基き、制御部４は放射線治療装置３を制御する。

　図２は、放射線治療装置３を示している。放射線治療装置３は、旋回駆動装置１１とＯリング１２と走行ガントリ１４と首振り機構１５と治療用放射線照射装置１６とを備えている。旋回駆動装置１１は、回転軸１７を中心に回転可能にＯリング１２を土台に支持し、放射線治療装置制御装置２により制御されて回転軸１７を中心にＯリング１２を回転させる。回転軸１７は、鉛直方向に平行である。Ｏリング１２は、回転軸１８を中心とするリング状に形成され、回転軸１８を中心に回転可能に走行ガントリ１４を支持している。
回転軸１８は、鉛直方向に垂直であり、回転軸１７に含まれるアイソセンタ１９を通る。
回転軸１８は、さらに、Ｏリング１２に対して固定され、すなわち、Ｏリング１２とともに回転軸１７を中心に回転する。走行ガントリ１４は、回転軸１８を中心とするリング状に形成され、Ｏリング１２のリングと同心円になるように配置されている。放射線治療装置３は、さらに、図示されていない走行駆動装置を備えている。その走行駆動装置は、放射線治療装置制御装置２により制御されて回転軸１８を中心に走行ガントリ１４を回転させる。

　首振り機構１５は、走行ガントリ１４のリングの内側に固定され、治療用放射線照射装置１６が走行ガントリ１４の内側に配置されるように、治療用放射線照射装置１６を走行ガントリ１４に支持している。首振り機構１５は、パン軸２１およびチルト軸２２を有している。チルト軸２２は、走行ガントリ１４に対して固定され、回転軸１８に交差しないで回転軸１８に平行である。パン軸２１は、チルト軸２２に直交している。首振り機構１５は、放射線治療装置制御装置２により制御されて、パン軸２１を中心に治療用放射線照射装置１６を回転させ、チルト軸２２を中心に治療用放射線照射装置１６を回転させる。

　治療用放射線照射装置１６は、放射線治療装置制御装置２により制御されて、治療用放射線２３を放射する。治療用放射線２３は、パン軸２１とチルト軸２２とが交差する交点を通る直線に概ね沿って放射される。治療用放射線２３は、一様強度分布を持つように形成されている。治療用放射線照射装置１６は、ＭＬＣ（マルチリーフコリメータ）２０を備えている。そのＭＬＣ２０は、放射線治療装置制御装置２により制御され、治療用放射線２３の一部を遮蔽することにより、治療用放射線２３が患者に照射されるときの照射野の形状を変更する。

　治療用放射線２３は、このように治療用放射線照射装置１６が走行ガントリ１４に支持されることにより、首振り機構１５で治療用放射線照射装置１６がアイソセンタ１９に向かうように一旦調整されると、旋回駆動装置１１によりＯリング１２が回転し、または、その走行駆動装置により走行ガントリ１４が回転しても、常に概ねアイソセンタ１９を通る。即ち、走行および／または旋回を行うことで任意方向からアイソセンタ１９に向けて治療用放射線２３の照射が可能になる。

　放射線治療装置３は、さらに、複数のイメージャシステムを備えている。すなわち、放射線治療装置３は、診断用Ｘ線源２４、２５とセンサアレイ３２、３３とを備えている。
　診断用Ｘ線源２４は、走行ガントリ１４に支持されている。診断用Ｘ線源２４は、走行ガントリ１４のリングの内側に配置され、アイソセンタ１９から診断用Ｘ線源２４を結ぶ線分とアイソセンタ１９から治療用放射線照射装置１６を結ぶ線分とがなす角が鋭角になるような位置に配置されている。診断用Ｘ線源２４は、放射線治療装置制御装置２により制御されてアイソセンタ１９に向けて診断用Ｘ線３５を放射する。診断用Ｘ線３５は、診断用Ｘ線源２４が有する１点から放射され、その１点を頂点とする円錐状のコーンビームである。診断用Ｘ線源２５は、走行ガントリ１４に支持されている。診断用Ｘ線源２５は、走行ガントリ１４のリングの内側に配置され、アイソセンタ１９から診断用Ｘ線源２５を結ぶ線分とアイソセンタ１９から治療用放射線照射装置１６を結ぶ線分とがなす角が鋭角になるような位置に配置されている。診断用Ｘ線源２５は、放射線治療装置制御装置２により制御されてアイソセンタ１９に向けて診断用Ｘ線３６を放射する。診断用Ｘ線３６は、診断用Ｘ線源２５が有する１点から放射され、その１点を頂点とする円錐状のコーンビームである。

　センサアレイ３２は、走行ガントリ１４に支持されている。センサアレイ３２は、診断用Ｘ線源２４により放射されてアイソセンタ１９の周辺の被写体を透過した診断用Ｘ線３５を受光して、その被写体の透過画像を生成する。センサアレイ３３は、走行ガントリ１４に支持されている。センサアレイ３３は、診断用Ｘ線源２５により放射されてアイソセンタ１９の周辺の被写体を透過した診断用Ｘ線３６を受光して、その被写体の透過画像を生成する。センサアレイ３２、３３としては、ＦＰＤ（Ｆｌａｔ　Ｐａｎｅｌ　Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）、Ｘ線ＩＩ（Ｉｍａｇｅ　Ｉｎｔｅｎｓｉｆｉｅｒ）が例示される。

　放射線治療装置３は、さらに、センサアレイ３１を備えている。センサアレイ３１は、センサアレイ３１と治療用放射線照射装置１６とを結ぶ線分がアイソセンタ１９を通るように配置されて、走行ガントリ１４のリングの内側に固定されている。センサアレイ３１は、治療用放射線照射装置１６により放射されてアイソセンタ１９の周辺の被写体を透過した治療用放射線２３を受光して、その被写体の透過画像を生成する。センサアレイ３１としては、ＦＰＤ、Ｘ線ＩＩが例示される。

　放射線治療装置３は、さらに、カウチ４１とカウチ駆動装置４２とを備えている。カウチ４１は、放射線治療システム１により治療される患者４３が横臥することに利用される。カウチ４１は、図示されていない固定具を備えている。その固定具は、その患者が動かないように、その患者をカウチ４１に固定する。カウチ駆動装置４２は、カウチ４１を土台に支持し、放射線治療装置制御装置２により制御されてカウチ４１を移動させる。

　図３は、患者（被検体）４３を示している。患者４３は、体の内部に特定部位６１を有している。特定部位６１は、患者４３の患部を示し、治療用放射線２３を照射すべき部位である。特定部位６１としては、肺の一部が例示される。また、患者４３の体内には、複数のマーカ６２が配置されている。

　マーカ６２は、特定部位６１の位置を検出するために、特定部位６１に対して所定の位置にとどまることを意図して、特定部位６１近傍に埋め込まれる微小な金属片で、例えば、金が用いられる。マーカ６２は、注射器の針から被検体内部に注入されることで埋め込まれても良いし、外科手術等の他の方法により埋め込まれても良い。

　図４は、特定部位位置検出部５の機能ブロック図である。
　この図で示すように特定部位位置検出部５は、基準位置情報取得部５１、代表点基準位置情報演算部５２、相対位置情報演算部５３、マーカ位置情報取得部５４、代表点位置情報演算部５５、特定部位位置情報演算部５６、を備えている。

　基準位置情報取得部５１は、基準時刻における患者４３の体内の特定部位６１及び複数のマーカ６２の位置を示す基準位置情報を取得する。基準位置情報取得部５１は、該基準位置情報を、放射線治療装置３により撮像された透過画像に基づいて生成された３次元のＣＴ画像から取得する。特定部位６１及び複数のマーカ６２の基準位置情報は３次元座標として表される。

　代表点基準位置情報演算部５２は、基準時刻における複数のマーカ６２の代表点の被検体内における位置を示す代表点基準位置情報を生成する。

　このとき、代表点基準位置情報演算部５２は、複数のマーカ６２毎に重み係数を特定する。また、代表点基準位置情報演算部５２は、対応するマーカ６２の重み係数を、複数のマーカ６２毎の基準位置情報が示す３次元座標に乗じて、代表点の基準位置を算出し、当該代表点の基準位置を含む代表点基準位置情報を生成する。複数のマーカ６２毎の基準位置情報が示す３次元座標は、基準位置情報取得部５１により取得される。ここで、本実施形態では、複数のマーカ６２の基準位置情報が示す各位置の重み付き重心の位置情報が、代表点基準位置情報である。当該代表点基準位置情報は、３次元座標として生成される。
つまり、n個目のマーカ６２の座標を（Ｘ_ｎ、Ｙ_ｎ、Ｚ_ｎ）、マーカ６２の個数をＮ、ｎ個目のマーカ６２の重み係数をＷ_ｎとすると、代表点Ｇ_ａの基準位置を示す基準位置情報（Ｘ_Ｇａ、Ｙ_Ｇａ、Ｚ_Ｇａ）は、下記式（１ａ）～式（１ｃ）により算出することができる。

Ｘ_Ｇａ＝（Ｘ₁Ｗ₁＋Ｘ₂Ｗ₂＋Ｘ₃Ｗ₃＋・・・＋Ｘ_ｎＷ_ｎ）／Ｎ　　　・・・（１ａ）
Ｙ_Ｇａ＝（Ｙ₁Ｗ₁＋Ｙ₂Ｗ₂＋Ｙ₃Ｗ₃＋・・・＋Ｙ_ｎＷ_ｎ）／Ｎ　　　・・・（１ｂ）
Ｚ_Ｇａ＝（Ｚ₁Ｗ₁＋Ｚ₂Ｗ₂＋Ｚ₃Ｗ₃＋・・・＋Ｚ_ｎＷ_ｎ）／Ｎ　　　・・・（１ｃ）

　相対位置情報演算部５３は、特定部位６１の基準位置情報が示す位置の、代表点基準位置情報が示す位置を基点とした相対位置情報を生成する。特定部位６１の基準位置情報は、基準位置情報取得部５１によって３次元座標として取得され、代表点基準位置情報は、代表点基準位置情報演算部５２によって３次元座標として生成される。したがって、相対位置情報演算部５３は、特定部位６１の基準位置情報が示す位置の３次元座標と、代表点基準位置が示す位置の３次元座標の差分によって相対位置情報を生成する。

　マーカ位置情報取得部５４は、基準時刻から所定時間経過後の、基準時刻とは異なる時刻ｔにおける複数のマーカ６２の位置情報を取得する。この処理において、マーカ位置情報取得部５４は、時刻ｔにおける複数のマーカ６２の位置情報を、上記した複数のマーカ６２の基準位置情報と同様に、放射線治療装置４により生成された３次元のＣＴ画像から取得する。この複数のマーカ６２の位置情報は、３次元座標として表される。またはこの複数のマーカ６２の位置情報の３次元座標は、３次元のＣＴ画像から画像処理によってそのマーカ６２に相当する輝度の部位を自動的に判定し、座標を特定し、複数のマーカ６２の位置情報として入力しても良い。さらに、３次元のＣＴ画像のかわりに２方向から撮像した２次元画像を用いて、画像処理によってそのマーカ６２に相当する輝度の部位を自動的に判定し、座標を特定し複数のマーカ６２の位置情報として入力しても良い。

　代表点位置情報演算部５５は、マーカ位置情報取得部５４で取得した基準時刻とは異なる時刻ｔにおける複数のマーカ６２の位置情報から、時刻ｔでの代表点位置情報を生成する。ここで、代表点位置情報演算部５５では、代表点基準位置情報演算部５２と同様に、複数のマーカ６２毎の重み係数を特定する。また代表点位置情報演算部５５は、特定した複数のマーカ６２毎の重み係数を、複数のマーカ６２毎の時刻ｔにおける３次元座標に乗じ、代表点の位置を算出し、代表点位置情報を生成する。複数のマーカ６２毎の時刻ｔにおける３次元座標は、マーカ位置情報取得部により取得される。本実施形態では、代表点位置情報演算部５５は、複数のマーカ６２の時刻ｔにおける重み付き重心の位置を、代表点位置情報と生成する。この代表点位置情報は、３次元座標として表される。代表点Ｇ_ｂの位置の算出式は上記式（１）と同様である。

　特定部位位置情報演算部５６は、代表点位置情報演算部５５によって生成された代表点位置情報と、相対位置情報演算部５３によって生成された相対位置情報から、時刻ｔにおける特定部位６１の位置情報を生成する。特定部位位置情報５６は、時刻ｔにおける代表点位置情報が示す位置の３次元座標と、相対位置情報が示す相対位置の３次元座標とを加算することにより、時刻ｔにおける特定部位６１の位置情報を生成する。

　特定部位位置情報演算部５６は算出した時刻ｔにおける特定部位６１の位置情報を、制御部４に伝送する。制御部４は、その位置情報に基づき、その位置を治療用放射線２３が照射するように、首振り機構１５を用いて治療用放射線照射装置１６を駆動し、ＭＬＣ２０を用いて治療用放射線２３の照射野の形状を制御する。制御部４は、首振り機構１５とＭＬＣ２０を駆動した後で、治療用放射線照射装置１６を用いて治療用放射線２３を出射する制御を行う。なお、制御部４は、その特定部位６１の位置を治療用放射線２３が照射するように、旋回駆動装置１１または走行駆動装置またはカウチ駆動装置４２をさらに用いて、患者４３と治療用放射線照射装置１６との位置関係を変更することもできる。

　図５は、特定部位位置検出部５の処理のフローチャートを示す第１の図である。
　次に、特定部位位置検出部５の処理フローについて順を追って説明する。
　ユーザは、まず、放射線治療装置２のカウチ４１に患者を固定する。その後、ある基準となる時刻において、放射線治療装置４のイメージャシステムを用いて患者４３の特定部位６１及び複数のマーカ６２を撮像して透過画像を生成する。特定部位位置検出部５は、その透過画像から生成された３次元のＣＴ画像に基づいて、特定部位６１及び複数のマーカ６２の基準位置情報として、３次元の座標を入力する（ステップＳ１）。ここで、複数のマーカ６２の基準位置情報の３次元の座標は、画面に表示した３次元のＣＴ画像からマウス等の入力手段を用いて医者が指定した座標に基づいて入力されても良い。また、ＣＴ画像における複数のマーカの輝度値から輝度を検出し、その輝度から自動的に座標を算出する処理部を備え、その処理部から入力されても良い。特定部位６１の位置情報の３次元座標も同様に、画面に表示した３次元のＣＴ画像からマウス等の入力手段を用いて医者が指定した座標に基づいて入力しても良い。または特定部位６１の位置情報の３次元座標は、予め記憶する特定部位６１の画像を用いてその画像に一致する３次元のＣＴ画像内の特定部位の画像をパターンマッチング等の画像処理によって自動的に判定し、その特定部位の範囲の中心などである座標を特定部位６１の位置情報として入力しても良い。

　特定部位位置検出部５は、ステップＳ１で取得した複数のマーカ６２の基準位置情報を示す３次元座標から、基準時刻における複数のマーカ６２の代表点基準位置情報を生成する（ステップＳ２）。代表点基準位置情報は、３次元の座標として表される。具体的な生成処理については、後述する。

　次に、特定部位位置検出部５は、代表点基準位置を基点とした特定部位６１の基準位置情報が示す位置の相対位置情報を生成する（ステップＳ３）。詳細には、代表点基準位置が示す位置の３次元座標と、特定部位６１の基準位置情報が示す位置の３次元座標との差分を求める。

　次に、放射線治療が開始されると、放射線治療装置３のイメージャシステムを用いて患者の特定部位６１及び複数のマーカ６２を周期的に撮像する。特定部位位置検出部５は、基準時刻とは異なる時刻ｔに撮像された透過画像から生成された３次元のＣＴ画像から、複数のマーカ６２の位置情報を、ステップＳ１と同様に、入力する（ステップＳ４）。そして、特定部位位置検出部５は、複数のマーカ６２の位置情報から、時刻ｔにおける複数のマーカ６２の代表点位置情報を生成する（ステップＳ５）。複数のマーカ６２の位置情報は、３次元座標として表される。複数のマーカ６２の代表点位置情報の具体的な生成処理については後述する。

　特定部位位置検出部５は、ステップＳ３で算出した相対位置を表す相対位置情報と、ステップＳ５で算出した時刻ｔにおける代表点の位置を表す代表点位置情報から、時刻ｔにおける特定部位６１の位置情報を生成する（ステップＳ６）。詳細には、代表点の位置情報が示す位置の３次元座標に、相対位置情報が示す位置の３次元座標を加算した３次元座標が示す位置を、特定部位６１の位置情報として生成する。

　制御部４は、このように特定部位位置検出部５によって検出された特定部位６１の位置情報を取得し、放射線治療装置３を制御する。

　また制御部４は、放射線治療装置３が所定の線量の治療用放射線２３を特定部位６１に照射したかを判定し（ステップＳ７）、所定の線量が照射されるまで、ステップＳ４～ステップＳ６の動作の繰り返しを制御する。照射する線量は、治療計画によって定められる。

　図６は、特定部位位置検出部５の処理のフローチャートを示す第２の図である。
　ここで、ステップＳ２における複数のマーカ６２の基準位置情報の算出処理について説明する。特定部位位置検出部５の代表点基準位置情報演算部５２は、図６に示すように、基準時刻における代表点の基準位置情報を算出する。まず、代表点基準位置情報演算部５２は、複数のマーカ６２毎に重み係数を特定する（ステップＳ２０１）。この重み係数は、マーカ６２の位置情報と同様に、３次元で特定される。つまり、重み係数Ｗは、（Ｗ_ｘ、Ｗ_ｙ、Ｗ_ｚ）の形で表される。次に、代表点基準位置情報演算部５２は、特定した重み係数を、対応するマーカ６２の位置情報が示す位置の３次元座標に乗じる（ステップＳ２０２）。代表点基準位置情報演算部５２は、こうして算出された重み係数が乗じられた複数のマーカ６２毎の位置情報が示す位置の３次元座標に基づいて、代表点の位置情報を生成する（ステップＳ２０３）。算出式は上記式（１）と同様である。代表点基準位置情報演算部５２は、このようにして求めた複数のマーカ６２の代表点の基準時刻における位置情報を、複数のマーカ６２についての代表点基準位置情報として相対位置情報演算部５３へ出力する。

　次に、上述した重み係数について、詳しく説明する。本実施形態では、代表点基準位置情報演算部５２は、特定部位６１と複数のマーカ６２との距離の逆数を、複数のマーカ６２それぞれについて算出し、それを複数のマーカ６２それぞれの重み係数として特定する。代表点基準位置情報演算部５２は、特定部位６１と複数のマーカ６２の距離を、基準時刻における特定部位６１の基準位置情報が示す位置の３次元座標と、基準時刻における複数のマーカ６２の基準位置情報が示す位置の３次元座標との差分の絶対値によって求める。

　図７は、特定部位位置検出部５の処理のフローチャートを示す第３の図である。
　次にステップＳ５における複数のマーカ６２の位置情報の算出処理について説明する。
特定部位位置検出部５の代表点位置情報演算部５５は、図７に示すように、時刻ｔにおける代表点の位置情報を生成する。まず、代表点位置情報演算部５５は、複数のマーカ６２毎に重み係数を特定する（ステップＳ５０１）。この重み係数は、マーカ６２の位置情報と同様に、３次元で特定される。つまり、重み係数Ｗは、（Ｗ_ｘ、Ｗ_ｙ、Ｗ_ｚ）の形で表される。次に、代表点位置情報演算部５５は、特定した重み係数を、対応するマーカ６２の位置情報が示す位置の３次元座標に乗じる（ステップＳ５０２）。代表点位置情報演算部５５は、こうして算出した重み係数を乗じた複数のマーカ６２毎の位置情報が示す位置の３次元座標に基づいて、代表点の位置情報を生成する（ステップＳ５０３）。算出式は上記式（１）と同様である。

　本実施形態では、代表点位置情報演算部５５は、特定部位６１と複数のマーカ６２との距離の逆数を、複数のマーカ６２それぞれについて算出し、それを複数のマーカ６２それぞれの重み係数として特定する。また代表点位置情報演算部５５は、時刻ｔにおける重み係数を、基準時刻における特定部位６１と複数のマーカ６２との距離より求める。つまり代表点位置情報演算部５５は、基準時刻における特定部位６１と複数のマーカ６２との距離を、基準時刻における特定部位６１の位置情報が示す位置の３次元座標と、基準時刻における複数のマーカ６２の位置情報が示す位置の３次元座標との差分の絶対値によって求める。

　このような構成によれば、放射線治療装置制御装置２は、特定部位位置検出部５により、特定部位６１からの距離の応じた重み付け係数を乗じた複数のマーカ６２の位置情報から、代表点を求めることができる。そのため、特定部位６１から離れた位置に存在するマーカ６２の重み付け係数は低くなり、特定部位６１から近い位置に存在するマーカ６２の重み係数は高くなる。特定部位６１から離れた位置に存在するマーカ６２は、特定部位６１とは変位量や変位方向が異なり、特定部位６１から近い位置に存在するマーカ６２は、特定部位６１と変位量や変位方向が類似すると考えられる。したがって、特定部位６１と変位の状態が類似するマーカ６２の重みを高くして代表点を算出できるため、代表点の変位の状態を特定部位６１の変位の状態に近づけることができる。これにより、特定部位６１の位置検出の精度を向上させることができる。このため、放射線治療装置における追尾照射に十分な精度で、特定部位の位置検出を行うことが可能となり、患者の特定部位以外の正常な部位に治療用の放射線が過剰に照射されることを防ぐことが可能となる。

　なお、複数のマーカ６２それぞれに適用する重み係数として、複数の異なる時刻における特定部位６１の、基準位置からの変位量と、前記マーカ６２の、基準位置からの変位量の相関パラメータを用いるようにしても良い。

　ここで、相関パラメータは、特定部位６１の基準位置からの変位量と、マーカ６２の基準位置からの変位量との相関を表すパラメータであって、相関係数として算出されても良い。

　具体的には、特定部位位置検出部５の代表点基準位置情報演算部５２や代表点位置情報演算部５５は、複数の異なる時刻において、特定部位６１の位置情報が示す位置を求め、基準位置からの変位量を求める。同様に、特定部位位置検出部５の代表点基準位置情報演算部５２や代表点位置情報演算部５５は、特定部位６１の位置を求めたのと同じ複数の異なる時刻において、マーカ６２の位置情報が示す位置を求め、基準位置からの変位量を求める。特定部位位置検出部５の代表点基準位置情報演算部５２や代表点位置情報演算部５５は、こうして求めた特定部位６１の基準位置からの変位量と、マーカ６２毎の基準位置からの変位量を二つの変数として、相関係数を算出する。相関係数は、０に近づくほど二つの変数には相関がなく、１に近づくほど二つの変数には高い相関があることを示す。の代表点基準位置情報演算部５２や代表点位置情報演算部５５は、こうして算出した相関係数を、相関パラメータとして特定し、重み係数として用いる。

　また、図８は、相対パラメータの算出方法の一例を説明する図であって、複数の時刻における特定部位の基準位置からの変位量と、複数の時刻におけるあるマーカの基準位置からの変位量との関係を示す図である。図８に示すように、複数の異なる時刻における特定部位６１の基準位置からの変位量に基づいて相関パラメータを算出し、これを重み係数としても良い。

　具体的には、図８に示すように、特定部位位置検出部５の代表点基準位置情報演算部５２や代表点位置情報演算部５５は、複数の異なる時刻における特定部位６１の基準位置からの変位量と、複数の異なる時刻におけるあるマーカ６２の基準位置からの変位量を算出する。図８において、Ａ_ｔは、時刻ｔにおける特定部位６１の基準位置からの変位量と、ある１つのマーカ６２ａの基準位置からの変位量との対応関係を表す。例えば、Ａ_ｔ１は、時刻ｔ_１における特定部位６１の基準位置からの変位量（ｘ_１）と、マーカ６２ａの基準位置からの変位量（ｙ_１）の対応関係を表す。次に、特定部位位置検出部５の代表点基準位置情報演算部５２や代表点位置情報演算部５５は、Ａ_ｔ（ｘ，ｙ）とｙ＝ｘで表される直線との距離を算出する。なおｙ＝ｘの直線は、特定部位６１の基準位置からの変位量（ｘ）と、マーカ６２ａの基準位置からの変位量（ｙ）とが、異なる時刻ｔそれぞれにおいて同じ場合のＡ_ｔ（ｘ，ｙ）の集合を結ぶ線に相当する。特定部位位置検出部５の代表点基準位置情報演算部５２や代表点位置情報演算部５５は、複数のＡ_ｔ（ｘ，ｙ）とｙ＝ｘで表される直線との距離の算出を、マーカ６２ａについて行い、その総和値を算出する。そして、当該総和値の逆数を相関パラメータとして特定し、当該マーカ６２ａについての重み係数と特定する。また同様の重み係数の特定を、マーカ６２ａ以外の他のマーカ６２についても同様に行う。

　図９は特定部位の基準位置からの変位量とマーカの基準位置からの変位量との対応関係を示す図である。
　図９で示すように、特定部位６１の基準位置からの変位量と、ある１つのマーカ６２ａの基準位置からの変位量は、各時刻ｔｎ（ｎ＝１，２，・・・，ｎ）において図のようなプロットＡ_ｔｎ（ｎ＝１，２，・・・，ｎ）で表すことができる。代表点基準位置情報演算部５２や代表点位置情報演算部５５は、特定部位６１の基準位置からの変位量と、マーカ６２の基準位置からの変位量が等しいプロットの集合からなる４５°の傾きを有する直線Ｃと、プロットＡ_ｔ１の距離を算出し、同様に、直線ＣからプロットＡ_ｔｎ（ｎ＝１，２，・・・，ｎ）の距離を算出して、さらにその総和値を算出する。距離の総和値が大きいほど、そのマーカ６２ａの変位量は、特定部位６１の変位量とは異なることを表す。反対に、距離の総和値が小さいほど、そのマーカ６２ａの変位量は、特定部位６１の変位量と類似していることを表す。代表点基準位置情報演算部５２や代表点位置情報演算部５５は、その総和値の逆数をマーカ６２ａに対して適用する重み係数と特定する。また同様に代表点基準位置情報演算部５２や代表点位置情報演算部５５は、他のマーカについての重み係数を特定する。

　このような構成によれば、特定部位６１と高い相関を示すマーカ６２に高い重み付け係数を乗じて、代表点を求めることができる。そのため、代表点の変位の状態を、特定部位６１の変位の状態に近づけることができ、特定部位６１の位置検出の精度を向上させることができる。

　また、マーカ６２が特定部位６１の近くに存在していても変位の状態が異なる場合、例えば、被検体の心臓付近にマーカ６２が存在し、心臓の拍動の影響を大きく受けてしまう場合等にも、特定部位６１の位置検出を精度良く行うことができる。

　また、上述した重み係数は、入力手段によってユーザにより任意に入力されることで特定されても良い。

　このような構成によれば、ユーザの判断により任意に複数のマーカ６２の重み係数を特定することができる。したがって、より簡便に、複数のマーカ６２毎に重み付けをした代表点を用いた特定部位６１の位置の検出ができる。

　また、複数のマーカ６２のうち、少なくとも１つのマーカ６２の重み係数を０と特定しても良い。

　このような構成によれば、特定部位６１と明らかに異なる変位の状態を示すマーカ６２や、何らかの理由により特定部位６１の位置検出のために用いることが不適当であると判断されたマーカ６２を、その後の特定部位６１の位置検出のための演算から除くことができる。これにより、より正確に精度良く特定部位６１の位置検出を行うことができる。

　なお、複数のマーカ６２のうち、少なくとも１つのマーカ６２の重み係数を０と特定する代わりに、特定部位６１の位置検出の演算に用いるマーカ６２を任意に選択できるようにしても良い。

　以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

　上述の各装置は内部に、コンピュータシステムを有している。そして、上述した各処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。

　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できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。

　本発明のいくつかの態様によれば、複数のマーカを用いて精度良く照射対象の位置を推定することが可能な放射線治療装置制御装置を提供することができる。

　２　放射線治療装置制御装置
　５１　基準位置情報取得部
　５２　代表点基準位置情報演算部
　５３　相対位置情報演算部
　５４　マーカ位置情報取得部
　５５　代表点位置情報演算部
　５６　特定部位位置情報演算部
　６１　特定部位（患部）
　６２　マーカ

Claims

　被検体内の特定部位近傍に位置する複数のマーカの位置から、前記特定部位の位置を特定し、放射線治療装置を制御する放射線治療装置制御装置であって、
　前記特定部位及び前記複数のマーカそれぞれの基準時刻における前記被検体内の位置を示す基準位置情報を取得する基準位置情報取得部と、
　前記複数のマーカの基準位置情報から、複数のマーカの代表点の前記基準時刻における前記被検体内の位置を示す基準位置情報を生成する代表点基準位置情報演算部と、
　前記特定部位の基準位置情報が示す位置の、前記代表点の基準位置情報が示す位置を基点とした相対位置情報を生成する相対位置情報演算部と、
　前記基準時刻とは異なる他の時刻における前記被検体内の前記複数のマーカの位置情報を取得するマーカ位置情報取得部と、
　前記複数のマーカの位置情報から、前記複数のマーカの前記他の時刻における前記被検体内の代表点の位置情報を生成する代表点位置情報演算部と、
　前記代表点の位置情報と、前記相対位置情報から、前記他の時刻における前記特定部位の位置情報を生成する特定部位位置情報演算部とを備え、
　前記代表点基準位置情報演算部は、前記複数のマーカ毎に、重み係数を特定し、前記重み係数により重み付けされた前記複数のマーカの位置情報に基づいて代表点の基準位置情報を生成し、
　前記代表点位置情報演算部は、前記重み係数により重み付けされた前記複数のマーカの位置情報に基づいて代表点の位置情報を生成する
　放射線治療装置制御装置。
　前記代表点基準位置情報演算部及び前記代表点位置情報演算部は、前記特定部位と前記マーカとの距離の逆数を前記複数のマーカそれぞれについて算出し、複数のマーカそれぞれについての前記重み係数と特定する請求項１に記載の放射線治療装置制御装置。
　前記代表点基準位置情報演算部及び上記代表点位置情報演算部は、上記重み係数を、複数の異なる時刻における前記特定部位の、基準位置からの変位量と、前記マーカの、基準位置からの変位量の相関係数として算出することで特定する請求項１に記載の放射線治療装置制御装置。
　前記代表点基準位置情報演算部及び上記代表点位置情報演算部は、前記重み係数を、上記特定部位と上記マーカの変位の相関、又は特定部位とマーカとの距離に基づいて、入力手段によって任意に入力されることで特定する請求項１に記載の放射線治療装置制御装置。
　前記代表点基準位置情報演算部及び前記代表点位置情報演算部は、複数のマーカのうち、少なくとも１つのマーカの重み係数を０と特定する請求項１から４のいずれか一に記載の放射線治療装置制御装置。
　被検体の特定部位近傍に位置する複数のマーカの位置から、前記特定部位の位置を特定することで放射線治療装置を制御する放射線治療装置制御方法であって、
　前記特定部位及び前記複数のマーカそれぞれの基準時刻における被検体内の位置を示す基準位置情報を取得し、
　前記複数のマーカの基準位置情報から、複数のマーカの代表点の前記基準時刻における前記被検体内の位置を示す基準位置情報を生成し、
　前記特定部位の基準位置情報が示す位置の、前記代表点の基準位置情報が示す位置を基点とした相対位置情報を生成し、
　前記基準時刻とは異なる他の時刻における前記被検体内の前記複数のマーカの位置情報を取得し、
　前記複数のマーカの位置情報から、前記複数のマーカの前記他の時刻における前記被検体内の代表点の位置情報を生成し、
　前記代表点の位置情報と、前記相対位置情報から、前記他の時刻における前記特定部位の位置を生成し、
　前記代表点の基準位置情報は、前記複数のマーカ毎に、重み係数を特定し、前記重み係数により重み付けされた前記複数のマーカの位置情報に基づいて生成し、
　前記代表点の位置情報は、前記重み係数により重み付けされた前記複数のマーカの位置情報に基づいて生成する
　放射線治療装置制御方法。
　被検体内の特定部位近傍に位置する複数のマーカの位置から、前記特定部位の位置を特定することで放射線治療装置を制御する放射線治療装置制御装置のコンピュータに実行されるプログラムであって、
　前記特定部位及び前記複数のマーカそれぞれの基準時刻における前記被検体内の位置を示す基準位置情報を取得する基準位置情報取得手段と、
　前記複数のマーカの基準位置情報から、複数のマーカの代表点の前記基準時刻における前記被検体内の位置を示す基準位置情報を生成する代表点基準位置情報演算手段と、
　前記特定部位の基準位置情報が示す位置の、前記代表点の基準位置情報が示す位置を基点とした相対位置情報を生成する相対位置情報演算手段と、
　前記基準時刻とは異なる他の時刻における前記被検体内の前記複数のマーカの位置情報を取得するマーカ位置情報取得手段と、
　前記複数のマーカの位置情報から、前記複数のマーカの前記他の時刻における前記被検体内の代表点の位置情報を生成する代表点位置情報演算手段と、
　前記代表点の位置情報と、前記相対位置情報から、前記他の時刻における前記特定部位の位置情報を生成する特定部位位置情報演算手段とを備え、
　前記代表点基準位置情報演算手段は、前記複数のマーカ毎に、重み係数を特定し、前記重み係数により重み付けされた前記複数のマーカの位置情報に基づいて代表点の基準位置情報を求め、
　前記代表点位置情報演算手段は、前記重み係数により重み付けされた前記複数のマーカの位置情報に基づいて代表点の位置情報を生成する
　放射線治療装置制御装置のコンピュータに実行されるプログラム。