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WO2014068784A1 - 三次元画像撮影システム及び粒子線治療装置 - Google Patents

三次元画像撮影システム及び粒子線治療装置 Download PDF

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WO2014068784A1
WO2014068784A1 PCT/JP2012/078614 JP2012078614W WO2014068784A1 WO 2014068784 A1 WO2014068784 A1 WO 2014068784A1 JP 2012078614 W JP2012078614 W JP 2012078614W WO 2014068784 A1 WO2014068784 A1 WO 2014068784A1
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patient
coordinate system
dimensional image
image
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PCT/JP2012/078614
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English (en)
French (fr)
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高橋　理
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Priority to PCT/JP2012/078614 priority patent/WO2014068784A1/ja
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    • H04N13/207—Image signal generators using stereoscopic image cameras using a single 2D image sensor

Definitions

  • the present invention captures a patient placed on a top plate of a patient support table when cancer treatment is performed by irradiating the affected area of the patient with radiation such as X-rays, gamma rays, and particle beams using a radiotherapy device.
  • the present invention relates to a three-dimensional image capturing system.
  • particle beam treatment devices In recent years, development and construction of cancer treatment devices (particularly referred to as particle beam treatment devices) using particle beams such as protons and heavy ions have been promoted in radiotherapy devices intended for cancer treatment.
  • particle beam therapy using particle beams can irradiate the cancer affected area more intensively than conventional radiotherapy such as X-rays and gamma rays, that is, pinpointing according to the shape of the affected area. Can be irradiated with a particle beam and can be treated without affecting normal cells.
  • the patient In particle beam therapy, it is important to irradiate the affected area such as cancer with high accuracy. For this reason, the patient is fixed using a fixture or the like so that the position is not shifted with respect to the patient support table in the treatment room (irradiation room) during the particle beam treatment.
  • settings such as rough installation of the patient using a laser pointer, etc. are performed, and then the patient is used using an X-ray image, CT (Computed Tomography) image, etc. Precise positioning of the affected area is performed.
  • a three-dimensional diagnostic apparatus is used for accurate positioning, and the placement plate (top plate) is moved while the positioned state is maintained, so that the affected part is isolated from the isocenter of the particle beam therapy apparatus.
  • CT apparatus three-dimensional diagnostic apparatus
  • the treatment table system of Patent Document 1 uses an isocenter of a three-dimensional diagnostic apparatus (CT apparatus) as a virtual isocenter of a particle beam therapy apparatus, and positions the image of the three-dimensional diagnostic apparatus and a reference image for positioning to coincide. In this way, positioning using an image is referred to as image collation positioning.
  • the patient support table moving mechanism moves the placement plate (top plate) on which the patient is placed, and positions the affected area at the isocenter of the particle beam therapy system. It was.
  • the present invention provides a three-dimensional imaging system capable of confirming a change in the posture of a patient without receiving unnecessary X-ray exposure in a pre-irradiation period after performing image verification positioning and before irradiating the patient with radiation. For the purpose.
  • a three-dimensional image capturing system includes a three-dimensional measuring device that is arranged in a room structure and generates a three-dimensional image data by imaging a top plate and a patient without using X-rays, and three-dimensional image data. From the top plate coordinate system based on the top plate or a three-dimensional image associated with a reference coordinate system which is a room coordinate system based on the floor of the room where the patient support is installed, and this three-dimensional A three-dimensional image processing apparatus for displaying video.
  • the three-dimensional image processing apparatus includes a position information extraction unit that correlates the reference coordinate system and the patient's three-dimensional position information in the three-dimensional video data, and generates the patient's reference coordinate system position information based on the reference coordinate system; A display unit that displays a 3D image in which the 3D image data and the reference coordinate system position information are integrated, and the display unit displays two 3D images taken at different timings. And
  • the three-dimensional image capturing system captures three-dimensional images in which three-dimensional image data generated by a three-dimensional measuring instrument that does not use X-rays and reference coordinate system position information is integrated at different timings, and is different. Since the two 3D images captured at the timing are displayed, it is possible to confirm the change in the posture of the patient in the pre-irradiation period after the completion of the image matching positioning without receiving the X-ray exposure by the X-ray imaging.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a particle beam therapy system to which the present invention is applied. It is a figure which shows the structure of the particle beam irradiation apparatus of FIG. It is a figure explaining the image collation in the YZ surface by this invention. It is a figure explaining the image collation in the XY plane by this invention.
  • Embodiment 1 of this invention It is a figure which shows the three-dimensional picked-up image by Embodiment 1 of this invention. It is a figure which shows the patient at the time of the reference
  • FIG. 2 It is a side view of the 3rd top plate of FIG. It is a figure which shows the 4th top plate by this invention. It is a figure which shows the 5th top plate by this invention. It is a figure which shows schematic structure of the three-dimensional image imaging system by Embodiment 2 of this invention. It is a figure which shows the structure of the three-dimensional image processing apparatus by Embodiment 2 of this invention. It is a figure which shows the imaging
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a three-dimensional image photographing system according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing a configuration of the three-dimensional image processing apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 3 is a top view for explaining image collation positioning according to the present invention, and
  • FIG. 4 is a side view for explaining image collation positioning according to the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram showing a treatment irradiation position according to the present invention.
  • FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a particle beam therapy system to which the present invention is applied
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration of the particle beam irradiation apparatus of FIG.
  • the three-dimensional image capturing system 30 includes a patient support 3 on which a patient 45 is placed, a 3D camera 4 that is a three-dimensional measuring instrument, and a three-dimensional image processing device 6.
  • the three-dimensional image processing apparatus 6 includes an input unit 71, a display unit 72, a position information extraction unit 73, a comparison unit 74, and a storage unit 75.
  • the patient support 3 includes a top plate 1 on which the patient 45 is placed, and a driving device 2 that moves the top plate 1 and changes the position and posture of the patient 45.
  • the 3D camera 4 is installed by a column 5 on a room structure such as a ceiling 69, a floor 9, and a wall of a treatment room.
  • the 3D camera 4 is connected to the three-dimensional image processing apparatus 6 through a communication line 8a, a LAN (Local Area Network) communication line 7, and a communication line 8b.
  • the 3D image data photographed by the 3D camera 4 is output to the 3D image processing device 6 through the communication line 8a, the LAN communication line 7, and the communication line 8b.
  • the coordinate system used in the present invention will be described.
  • a coordinate system based on the treatment room and a coordinate system based on the top board are used.
  • the coordinate system based on the treatment room and the coordinate system based on the top board are a coordinate system based on the treatment room defined in the international standard IEC 61217 of IEC (International Electrotechnical Commission) (Fixed reference system).
  • a coordinate system based on the top plate (Table top coordinate system) or a coordinate system equivalent to this.
  • the coordinate system based on the treatment room is Zf with the isocenter If of the radiation irradiating device as the origin and the vertical upper direction as the + direction, Yf with the head direction of the patient 45 in FIG.
  • the coordinate system with reference to the top plate is Zt with the center point It on the top surface of the top plate 1 as the origin, for example, and the upper direction of the axis perpendicular to the top surface of the top plate 1 as the + direction, and driving of the patient support 3
  • the axis parallel to Yf when each rotation of the device 2 is 0 is defined as Yt
  • the axis parallel to Xf when each rotation of the driving device 2 of the patient support 3 is 0 is defined as Xt (see FIG. 11).
  • the coordinate system based on the treatment room and the coordinate system based on the top plate are referred to as a treatment room coordinate system and a top plate coordinate system, respectively, as appropriate.
  • a coordinate system similar to the treatment room coordinate system based on the floor 9 of the room on which the patient support 3 is installed is called a room coordinate system, and the room coordinate system and the top plate coordinate system are collectively called a reference coordinate system. I will decide.
  • the patient support 3 is installed on the turntable 10 installed on the floor 9 of the treatment room, and radiation (charged particle beam) enters the treatment room from the downstream side of the radiation irradiation apparatus (particle beam irradiation apparatus 58 and the like).
  • radiation charged particle beam
  • the irradiation port 11 on which the light is incident on the patient 45 will be described.
  • the patient 45 is fixed using a fixture or the like (not shown) so that the position of the patient 45 does not shift with respect to the patient support 3 in the treatment room. Performs settings such as rough installation of patients using a laser pointer.
  • image collation positioning is performed using an X-ray imaging apparatus. For example, as shown in FIGS.
  • the X-ray imaging apparatus includes two X-ray sources 12a and 12b and two X-ray detectors 13a and 13b.
  • An irradiation port 11 through which radiation is incident on the treatment room from the downstream side of the radiation irradiation apparatus is disposed in the patient 45 in the lateral direction.
  • the image verification positioning is performed by controlling the driving device 2 so that the X-ray image displayed on the monitor screen of the X-ray imaging apparatus matches the X-ray reference image for positioning. Details of the image matching method will be described later.
  • the X-ray imaging apparatus is removed, and the turntable 10 is rotated as shown in FIG. 5 to move the patient 45 to the treatment irradiation position. Then, the treatment which irradiates radiation to the affected part of the patient 45 is performed.
  • the particle beam therapy system 51 includes a beam generation device 52, a beam transport system 59, and particle beam irradiation devices 58a and 58b.
  • the beam generator 52 includes an ion source (not shown), a pre-stage accelerator 53, and a charged particle accelerator 54.
  • the particle beam irradiation device 58b is installed in a rotating gantry (not shown).
  • the particle beam irradiation device 58a is installed in a treatment room having no rotating gantry.
  • the role of the beam transport system 59 is in communication between the charged particle accelerator 54 and the particle beam irradiation devices 58a and 58b.
  • a part of the beam transport system 59 is installed in a rotating gantry (not shown), and the part has a plurality of deflection electromagnets 55a, 55b, and 55c.
  • the charged particle beam which is a particle beam such as a proton beam generated in the ion source, is accelerated by the pre-stage accelerator 53 and is incident on the charged particle accelerator 54 from the incident device 46.
  • the charged particle accelerator 54 is, for example, a synchrotron.
  • the charged particle beam is accelerated to a predetermined energy.
  • the charged particle beam emitted from the emission device 47 of the charged particle accelerator 54 is transported to the particle beam irradiation devices 58a and 58b through the beam transport system 59.
  • the particle beam irradiation devices 58 a and 58 b irradiate the affected part of the patient 45 with a charged particle beam.
  • the reference numeral 58 of the particle beam irradiation apparatus is used as a whole, and 58a and 58b are used in the case of distinction.
  • the particle beam irradiation device 58 includes an X-direction scanning electromagnet 32 and a Y-direction scanning electromagnet 33 that scan the charged particle beam 31 in the X direction and the Y direction that are perpendicular to the charged particle beam 31, and a position monitor 34.
  • the irradiation management device 38 includes an irradiation control computer 39 and an irradiation control device 40.
  • the dose data converter 36 includes a trigger generation unit 42, a spot counter 43, and an inter-spot counter 44.
  • the traveling direction of the charged particle beam 31 is the ⁇ Z direction.
  • the X-direction scanning electromagnet 32 is a scanning electromagnet that scans the charged particle beam 31 in the X direction
  • the Y-direction scanning electromagnet 33 is a scanning electromagnet that scans the charged particle beam 31 in the Y direction.
  • the position monitor 34 detects beam information for calculating a passing position (center of gravity position) and a size of a beam through which the charged particle beam 31 scanned by the X direction scanning electromagnet 32 and the Y direction scanning electromagnet 33 passes.
  • the beam data processing device 41 calculates the passing position (center of gravity position) and size of the charged particle beam 31 based on beam information composed of a plurality of analog signals detected by the position monitor 34. Further, the beam data processing device 41 generates an abnormality detection signal indicating an abnormal position or size abnormality of the charged particle beam 31 and outputs this abnormality detection signal to the irradiation management device 38.
  • the dose monitor 35 detects the dose of the charged particle beam 31.
  • the irradiation management device 38 controls the irradiation position of the charged particle beam 31 in the affected area of the patient 45 based on the treatment plan data created by the treatment planning device (not shown), is measured by the dose monitor 35, and is a dose data converter 36.
  • the dose converted into digital data reaches the target dose, the charged particle beam 31 is moved to the next irradiation position.
  • the scanning electromagnet power source 37 sets the set currents of the X direction scanning electromagnet 32 and the Y direction scanning electromagnet 33 based on control inputs (commands) to the X direction scanning electromagnet 32 and the Y direction scanning electromagnet 33 output from the irradiation management device 38. Change.
  • the scanning irradiation method of the particle beam irradiation apparatus 58 is a raster scanning irradiation method in which the charged particle beam 31 is not stopped when the irradiation position of the charged particle beam 31 is changed, and the beam irradiation position is the same as the spot scanning irradiation method.
  • a method of moving between spot positions one after another is adopted.
  • the spot counter 43 measures the irradiation dose while the beam irradiation position of the charged particle beam 31 is stopped.
  • the spot-to-spot counter 44 measures the irradiation dose while the beam irradiation position of the charged particle beam 31 is moving.
  • the trigger generation unit 42 generates a dose expiration signal when the dose of the charged particle beam 1 at the beam irradiation position reaches the target irradiation dose.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining image matching on the YZ plane that is a plane perpendicular to the Xf axis in the Xf direction
  • FIG. 9 is a diagram for explaining image matching on the XY plane that is a plane perpendicular to the Zf axis in the Zf direction. is there.
  • the X-ray image 14 in FIG. 8 is an X-ray image taken by the X-ray source 12a and the X-ray detector 13a.
  • the X-ray image 16 in FIG. 9 is an X-ray image taken by the X-ray source 12b and the X-ray detector 13b.
  • the X-ray reference image 15 is an X-ray reference image of the YZ plane generated from, for example, a CT cross-sectional image group taken when creating a treatment plan.
  • the X-ray reference image 17 is an X-ray reference image of the XY plane generated from, for example, a CT cross-sectional image group taken when creating a treatment plan.
  • the drive device 2 is controlled to perform image collation positioning.
  • the patient 45 at the time of performing image collation positioning is coplanar irradiation in which radiation is irradiated from a direction parallel to a plane perpendicular to the body axis of the patient 45 (axis in the Yf direction in FIG. 1).
  • the attitude is similar. That is, if the patient 45 is irradiated with radiation from the irradiation port 11 shown in FIG.
  • the CT cross-sectional image group is a set of cross-sectional images taken in a cross section perpendicular to the body axis of the patient 45. That is, the CT cross-sectional image group is an image of the patient 45 taken at the coplanar position.
  • the image verification positioning according to the first embodiment is performed on the patient 45 at the coplanar position. Then, as shown in FIG. 5, the turntable 10 is rotated, the patient 45 is moved to the treatment irradiation position, and a treatment for irradiating the affected area of the patient 45 with radiation is performed.
  • Such irradiation is not coplanar irradiation but non-coplanar irradiation in which radiation is irradiated from a direction intersecting a plane perpendicular to the body axis of the patient 45.
  • the 3D camera 4 is, for example, an optical stereo camera, can measure a three-dimensional position (coordinates) of each part of the subject, and can capture a three-dimensional video with depth.
  • the 3D image processing device 6 acquires the 3D video data (data shown in FIG. 2) output from the 3D camera 4 with the input unit 71 and outputs a 3D captured image to the display unit 72.
  • the three-dimensional image processing apparatus 6 uses the position information extraction unit 73 to correlate the top plate coordinate system (reference coordinate system) with the top plate 1 as a reference and the three-dimensional position information of the patient 45, and to obtain the top plate coordinate system.
  • the position information of the patient 45 that is the subject is generated, that is, the coordinates of the patient 45 are calculated.
  • the position information of the patient 45 is generated starting from the coordinates of the corners of the top board 1 in the three-dimensional image.
  • the corner of the top board 1 is a position reference 29 for calculating the coordinates of the top board coordinate system (reference coordinate system) as shown in FIG.
  • FIG. 16 is a view showing the position reference of the top plate according to the present invention.
  • symbol of the top plate was set to 1a, it is for distinguishing from the other top plate mentioned later. 1 is generally used as the sign of the top plate.
  • the position information of the patient 45 based on the top panel coordinate system is top panel coordinate system position information (reference coordinate system position information).
  • the three-dimensional captured image displayed on the display unit 72 is associated with the position information of the patient 45. Therefore, the three-dimensional captured image displayed on the display unit 72 is associated with the top panel coordinate system, and is a three-dimensional captured image obtained by integrating the three-dimensional video data and the top panel coordinate system position information.
  • the 3D image processing apparatus 6 stores a plurality of 3D video data input from the input unit 71 in the storage unit 75. The 3D image processing apparatus 6 compares the specified two 3D video data, that is, two 3D video data captured at different timings, in the comparison unit 74, and displays the comparison result on the display unit 72. .
  • FIG. 10 is a diagram showing a three-dimensional photographed image according to Embodiment 1 of the present invention.
  • 11 is a diagram showing a patient at the time of taking a reference image in FIG. 10
  • FIG. 12 is a diagram showing a patient at the time of posture observation in FIG.
  • a 3D image of the patient 45 is captured by the 3D camera 4 so as to include at least the position reference 29 of the top board 1 and the periphery of the affected area.
  • a patient 45a shown in FIG. 11 is a patient at the time of taking a reference image after image collation positioning is completed.
  • the three-dimensional photographed image 26a photographed at this time is displayed on the display unit 72.
  • FIG. 10 is an example in which the entire patient 45 cannot be imaged by one 3D camera 4 and a part of the patient 45 is displayed.
  • the top plate outline is superimposed on the top plate 1, and a three-dimensional photographed image of the patient 45 is displayed in such a size that the total length of the top plate 1 can be understood.
  • symbol of a three-dimensional picked-up image uses 26 generally, and uses 26a, 26b, 26c, 26d, 26e, and 26f when it demonstrates distinguishing.
  • a 3D image of the patient 45 is captured by the 3D camera 4 so as to include at least the position reference 29 of the top board 1 and the periphery of the affected part. . Since the 3D camera 4 is fixed to a room structure such as the ceiling 69, the patient 45 is imaged in the same imaging area as that in the reference image imaging unless the height and orientation of the 3D camera 4 are changed.
  • a patient 45b shown in FIG. 12 is a patient at the time of taking an observation image at the treatment irradiation position. The three-dimensional photographed image 26b photographed at this time is displayed on the display unit 72.
  • the comparison unit 74 compares the 3D video data corresponding to the reference image with the 3D video data corresponding to the observation image in the top panel coordinate system, and the comparison result is, for example, the 3D comparative photographed image 27 of FIG. As shown in FIG. In the three-dimensional comparative image 27, a portion (a head of the patient 45b indicated by a broken line) that is shifted from the reference three-dimensional image 26a in the three-dimensional image 26b that is an observation image is a three-dimensional image 26a. It is displayed in a superimposed manner.
  • a portion of the observed three-dimensional image 26b that is shifted from the three-dimensional image 26a that is the reference image corresponds to the three-dimensional video data and the observation image that correspond to the reference image in the top coordinate system (reference coordinate system). It is an example of the difference image
  • FIG. 13 is a diagram showing another three-dimensional photographed image according to Embodiment 1 of the present invention.
  • 14 is a diagram showing a patient at the time of taking a reference image in FIG. 13, and
  • FIG. 15 is a diagram showing a patient at the time of posture observation in FIG. After the image collation positioning is completed, a 3D image of the patient 45 is taken by the 3D camera 4 as described above.
  • a patient 45c shown in FIG. 14 is a patient at the time of taking a reference image after the image collation positioning is completed.
  • the three-dimensional photographed image 26c photographed at this time is displayed on the display unit 72.
  • FIG. 15 is a patient at the time of taking an observation image at a timing different from the reference image.
  • the three-dimensional photographed image 26d photographed at this time is displayed on the display unit 72.
  • FIG. 13 is an example in which the entire patient 45 cannot be captured by one 3D camera 4 and a part of the patient 45 is displayed, as in FIG. 10. Also in FIG. 13, the top plate outline is superimposed on the top plate 1, and a three-dimensional image of the patient 45 is displayed in such a size that the total length of the top plate 1 can be understood.
  • the comparison unit 74 compares the 3D video data corresponding to the reference image and the 3D video data corresponding to the observation image in the top panel coordinate system, and the comparison result is, for example, the 3D comparative photographed image 27 of FIG. As shown in FIG. In the three-dimensional comparison photographed image 27, a portion (a head of the patient 45d indicated by a broken line) that is shifted from the reference three-dimensional photographed image 26c in the three-dimensional photographed image 26d that is an observation image is represented as a three-dimensional photographed image 26c. It is displayed in a superimposed manner.
  • Timing different from the reference image is, for example, timing when time elapses before the patient 45 is moved to the treatment irradiation position. If a change in the posture of the patient 45 that is unacceptable at this time can be confirmed, the image verification positioning can be performed again before the turntable 10 is rotated. The image collation positioning again before the turntable 10 is rotated is compared with the case where the patient 45 is unacceptable at the treatment irradiation position and the posture change of the patient 45 is confirmed and returned to the coplanar position to perform the image collation positioning again. It is possible to shorten the time until radiation is irradiated. Note that the timing different from the reference image may be immediately before treatment irradiation when performing coplanar irradiation.
  • the three-dimensional image capturing system 30 according to the first embodiment can confirm the posture change of the patient 45 without using an X-ray imaging apparatus after the end of the image collation positioning.
  • an X-ray exposure that does not require the patient 45 in the pre-irradiation period after performing image verification positioning and before irradiating the patient 45 with radiation. Can be prevented.
  • the radiotherapy apparatus (particle beam therapy apparatus 51 or the like) provided with the three-dimensional image capturing system 30 according to the first embodiment is configured to perform X in the pre-irradiation period after performing image collation positioning until the patient 45 is irradiated with radiation.
  • the posture change of the patient 45 can be confirmed without receiving radiation exposure, radiation treatment can be performed with a dose distribution planned in the treatment plan without performing radiation treatment with an unintended dose (distribution).
  • rotation of the patient support 3 such as non-coplanar irradiation (Zf-axis rotation (isocentric rotation)), CT positioning, and front chamber positioning described in the background art may be accompanied by significant movement of the top plate 1.
  • the change in the posture of the patient 45 can be confirmed.
  • image collation positioning is performed in advance in a room different from the treatment room where the patient 45 is treated, and the top board 1 and the patient 45 are moved while the posture of the top board 1 and the patient 45 is maintained.
  • the top plate 1 on which the patient 45 is placed is installed on the drive device 2 of the patient support table 3 and the drive device 2 is controlled based on the position and orientation information when the image collation positioning is performed, and the position when the image collation positioning is performed. It reproduces the posture.
  • the comparison unit 74 has the first 3D video data that is 3D video data captured at the first timing and the second 3D video data that is captured at timings after the first timing.
  • the 3D image data is compared with the top panel coordinate system (reference coordinate system) and the comparison result is displayed on the display unit 72.
  • the present invention is not limited to this, and other methods for confirming the posture change of the patient 45 in the pre-irradiation period after completion of the image matching positioning may be used.
  • the display unit 72 displays two three-dimensional captured images (three-dimensional images) 26a and 26b having the same coordinates in the top panel coordinate system (reference coordinate system). You may make it display it overlapping so that it may become the same position. Also in this case, the posture change of the patient 45 can be confirmed.
  • the position reference 29 of the top board 1 may be other than the corner of the top board 1 shown in FIG.
  • the position reference 29 of the top board 1 may be a position reference body or a position reference mark provided on the top board 1.
  • FIG. 17 is a view showing a second top plate according to the present invention.
  • the top plate 1b is provided with four position reference bodies 19a extended from the outer periphery.
  • 18 is a view showing a third top plate according to the present invention
  • FIG. 19 is a side view of the third top plate of FIG.
  • the top plate 1c is provided with four position reference bodies 19b extended from the upper surface portion.
  • FIG. 20 is a diagram showing a fourth top plate according to the present invention. In the top plate 1d, four position reference marks 20 are provided around the corners.
  • the top plate 21 is a view showing a fifth top plate according to the present invention.
  • a plurality of position reference lines 21 are arranged on the top surface of the top plate 1e.
  • the position reference line 21 of the top board 1e includes a position reference line 21 drawn in the longitudinal direction and a position reference line 21 drawn in the short direction.
  • the position reference line 21 drawn in the longitudinal direction intersects the position reference line 21 drawn in the short direction.
  • the position reference 29 can be used in addition to the corner of the top plate 1.
  • the position information in the position information extraction unit 73 can be generated more accurately.
  • the three-dimensional imaging system 30 is arranged on the room structure (ceiling 69 and the like) and images the top board 1 and the patient 45 without using X-rays.
  • a three-dimensional measuring device (3D camera 4) that generates video data, and a three-dimensional video (three-dimensional photographic image) associated with a reference coordinate system that is a top plate coordinate system based on the top plate 1 from the three-dimensional video data. 26) and a three-dimensional image processing device 6 for displaying the three-dimensional video (three-dimensional captured image 26).
  • the three-dimensional image processing device 6 correlates the reference coordinate system and the three-dimensional position information of the patient 45 in the three-dimensional video data, and based on the reference coordinate system.
  • the display unit 72 displays two 3D images (3D images 26) taken at different timings, so that the patient 45 is exposed to X-rays by X-ray photography. Without change, it is possible to confirm the change in the posture of the patient 45 during the pre-irradiation period after the completion of the image matching positioning.
  • a charged particle beam 31 is generated and accelerated to a predetermined energy by an accelerator (charged particle accelerator 54), and accelerated by the beam generator 52.
  • a beam transport system 59 that transports the charged particle beam 31, a particle beam irradiation device 58 that irradiates the patient 45 with the charged particle beam 31 transported by the beam transport system 59, and a patient 45 that irradiates the charged particle beam 31 are imaged.
  • a three-dimensional image capturing system 30 The three-dimensional imaging system 30 provided in the particle beam therapy system 51 of Embodiment 1 is arranged on a room structure (ceiling 69 or the like), and images the top board 1 and the patient 45 without using X-rays.
  • a 3D measuring device (3D camera 4) that generates 3D image data and a 3D image (3D image) associated with a reference coordinate system that is a top plate coordinate system based on the top plate 1 from the 3D image data.
  • a three-dimensional image processing device 6 that generates the original photographed image 26) and displays the three-dimensional image (three-dimensional photographed image 26) is provided.
  • the 3D image processing apparatus 6 correlates the reference coordinate system with the 3D position information of the patient 45 in the 3D video data, and is based on the reference coordinate system.
  • a position information extraction unit 73 that generates reference coordinate system position information of the patient 45; a display unit 72 that displays a 3D image (3D image 26) in which the 3D image data and the reference coordinate system position information are integrated; And the display unit 72 displays two 3D images (3D images 26) taken at different timings, so that the patient 45 receives X-ray exposure by X-ray photography.
  • FIG. 22 is a diagram showing a schematic configuration of a 3D image capturing system according to Embodiment 2 of the present invention
  • FIG. 23 is a diagram showing a configuration of a 3D image processing apparatus according to Embodiment 2 of the present invention
  • FIG. 24 is a diagram showing an imaging area according to the second embodiment of the present invention.
  • the three-dimensional image capturing system 30 according to the second embodiment shown in Fig. 22 includes two 3D cameras 4a and 4b.
  • the 3D camera 4a is installed on a room structure such as a ceiling 69, a floor 9, and a wall of the treatment room by a column 5a
  • the 3D camera 4b is installed on the room structure by a column 5b.
  • the 3D camera 4a is connected to the LAN communication line 7 via the communication line 8a
  • the 3D camera 4b is connected to the LAN communication line 7 via the communication line 8c.
  • the three-dimensional image processing apparatus 6 according to the second embodiment is different from the three-dimensional image processing apparatus 6 according to the first embodiment in that an information synthesis unit 76 is added.
  • the reference numeral of the 3D camera is 4 as a whole, and 4a and 4b are used in the case of distinction.
  • the reference numeral of the column is 5 as a whole, and 5a and 5b are used in the case of distinction.
  • the patient 45 is imaged in two imaging areas, the imaging area 22a on the head side from the broken line 23a and the imaging area 22b on the foot side from the broken line 23a.
  • the 3D camera 4a photographs the subject in the photographing area 22a
  • the 3D camera 4b photographs the subject in the photographing area 22b.
  • the areas actually captured by the 3D cameras 4a and 4b have overlapping portions, and data boundaries in a synthesized three-dimensional captured image described later exist in the overlapping portions.
  • a broken line 23a shown in FIG. 24 corresponds to the data boundary.
  • Information is generated by the position information extraction unit 73.
  • a data boundary can be set by using the position information of the patient 45 based on the top panel coordinate system.
  • the three-dimensional image processing device 6 acquires the three-dimensional video data (data shown in FIG. 23) output from the 3D cameras 4a and 4b with the input unit 71.
  • the two 3D video data output from the 3D cameras 4a and 4b are taken at the same timing or substantially the same timing.
  • Two pieces of 3D image data within a time period in which mechanical errors and patient movements can be regarded as substantially the same are taken at substantially the same timing.
  • the three-dimensional image processing apparatus 6 uses the position information extraction unit 73 for the three-dimensional image data of each 3D camera 4a, 4b, and the three-dimensional position information of the patient 45 and the table top coordinate system with reference to the table top 1.
  • the position information extraction unit 73 generates position information of the patient 45 starting from the coordinates of the position reference 29 shown in FIG.
  • the 3D image processing apparatus 6 generates combined 3D video data by combining the 3D video data of the 3D camera 4a and the 3D video data of the 3D camera 4b by the information combining unit 76 and combines the generated 3D video data with the display unit 72.
  • 3D image composite 3D video
  • the 3D image (synthesized 3D image) displayed on the display unit 72 is based on the synthesized 3D image data and is associated with the top panel coordinate system. Therefore, the three-dimensional captured image displayed on the display unit 72 is associated with the top panel coordinate system, and is a three-dimensional captured image obtained by integrating the combined three-dimensional video data and the top panel coordinate system position information.
  • the 3D image processing device 6 stores a plurality of 3D video data and composite 3D video data input from the input unit 71 in the storage unit 75.
  • the 3D image processing apparatus 6 compares the specified two 3D video data, that is, two 3D video data captured at different timings, in the comparison unit 74, and displays the comparison result on the display unit 72. .
  • FIG. 25 is a diagram showing a three-dimensional photographed image according to the second embodiment of the present invention.
  • the three-dimensional captured image 26e displayed on the display unit 72 is a reference image.
  • the three-dimensional captured image 26f displayed on the display unit 72 is an observation image.
  • the patient 45e in the three-dimensional photographed image 26e corresponds to the patient 45a in FIG. 11 and the patient 45c in FIG.
  • the patient 45f in the three-dimensional image 26f corresponds to the patient 45b in FIG. 12 and the patient 45d in FIG.
  • the comparison unit 74 compares the 3D video data corresponding to the reference image with the 3D video data corresponding to the observation image in the top panel coordinate system, and the comparison result is, for example, the 3D comparative captured image 27 of FIG. As shown in FIG.
  • a portion (a head of the patient 45f indicated by a broken line) that is shifted from the reference three-dimensional photographed image 26e in the three-dimensional photographed image 26f that is an observation image is a three-dimensional photographed image 26e. It is displayed in a superimposed manner.
  • the position reference 29 shot by the 3D camera 4 is identified, and the top board 1 is determined based on shooting information (three-dimensional video data) of the individual shooting areas.
  • the absolute position of the top plate coordinate system is specified.
  • the top 1 is photographed in advance, the position reference 29 of the top 1 is identified, and the photographing position is calibrated so that the absolute position of the top coordinate system of the top 1 can be specified. May be.
  • the shooting is divided into a plurality of shooting areas when the 3D camera 4 approaches.
  • the three-dimensional video data of the two shooting areas within a time of several seconds is taken at close timing.
  • the treatment site where the patient 45 can be firmly fixed, even when a plurality of imaging regions are imaged by one 3D camera 4, it is possible to confirm the change in the posture of the patient that affects the treatment.
  • the three-dimensional image capturing system 30 integrates the shooting information of a plurality of shooting areas when shooting a plurality of shooting areas, so that a subject in a required shooting area can be covered even if it cannot be covered by one shooting area. Can be taken. Even if one 3D camera 4 generates a blind spot depending on a position where it can be arranged, a plurality of 3D cameras 4 can capture the blind spot of one 3D camera 4 with another 3D camera 4. The area can be enlarged.
  • a large top plate such as non-coplanar irradiation rotation of the patient support 3 (Zf-axis rotation (isocentric rotation)), CT positioning, and front chamber positioning Even when the movement of 1 is accompanied, the posture change of the patient 45 can be confirmed.
  • FIG. FIG. 26 is a diagram showing a 3D camera according to Embodiment 3 of the present invention.
  • the 3D camera 4 according to Embodiment 3 is movable and can change the position at the time of shooting and the position at the time of retraction.
  • the 3D camera 4a and the column 5a described by solid lines are in the position at the time of shooting
  • the 3D camera 4c and column 5c described by the broken lines in FIG. 26 are in the position at the time of retraction.
  • the position of the 3D camera 4 may be changed manually, or the column 5 may be moved using a drive device or the like.
  • the 3D camera 4 is movably installed on the room structure (ceiling 69 or the like), the 3D camera 4 is kept away from a radiation source such as secondary radiation except during imaging. be able to. Since the three-dimensional imaging system 30 of Embodiment 3 can be kept away from a radiation source such as secondary radiation, it reduces or suppresses radiation damage of electronic components with low radiation resistance provided in the 3D camera 4. Can extend the life of electronic components.
  • FIG. 27 is a diagram showing another 3D camera according to Embodiment 3 of the present invention.
  • the 3D camera 4 shown in FIG. 27 is detachably installed on a room structure (ceiling 69 or the like).
  • the 3D camera 4a and the column 5a described by solid lines are in the position at the time of photographing
  • the 3D camera 4c and the column 5c described by broken lines in FIG. 27 are in the position in the middle of retraction.
  • the retreat location of the 3D camera 4 may be selected at a corner of a treatment room far from a radiation source such as secondary radiation, inside a radiation shielding box, outside the treatment room, or the like.
  • the 3D camera 4 can be moved away from a radiation source such as secondary radiation except during photographing, and the same effect as in the case of FIG. 26 can be obtained.
  • the 3D camera 4 has been described from the viewpoint of moving away from a radiation source such as secondary radiation.
  • the 3D camera 4 is movably installed on the room structure (ceiling 69, etc.) or detachable from the room structure (ceiling 69, etc.).
  • Other effects can be obtained by using the installed 3D camera 4.
  • this invention since the patient 45 mounted on the moving top board 1 is imaged, this corresponds to an example in which the imaging object moves in a wide area. Since it is only necessary to prepare the minimum number of 3D cameras 4, maintenance corresponding to the number of 3D cameras 4 is reduced, and preparation costs and maintenance costs can be reduced.
  • FIG. 28 is a diagram showing a 3D camera according to Embodiment 4 of the present invention.
  • a shield 24 is movably provided in the direction of a radiation source such as secondary radiation.
  • a radiation source such as secondary radiation.
  • FIG. 28 the example which attached the support body 25 connected to the shield 24 to the room structure (ceiling 69 grade
  • the shield 24a and the support 25a indicated by solid lines are in a position at the time of photographing, and the shield 24b and support 25b indicated by a broken line in FIG. 28 are in a position at the time of radiation shielding. .
  • the position of the shield 24 may be changed manually, or the support 25 may be moved using a drive device or the like.
  • the shield 24 is movably provided in the direction of the radiation source such as the secondary radiation in the 3D camera 4. And can shield leaking radiation. Since the 3D imaging system 30 according to the fourth embodiment can shield secondary radiation and leakage radiation with respect to the 3D camera 4, it reduces radiation damage of electronic components with low radiation resistance provided in the 3D camera 4. Alternatively, the life of the electronic component can be extended.
  • the shield 24 may be attached to other than the room structure (ceiling 69 or the like).
  • the shield 24 may be attached to the 3D camera 4 via the support 25 as shown in FIG.
  • FIG. 29 is a diagram showing another 3D camera according to Embodiment 4 of the present invention.
  • the shield 24a and the support 25a indicated by solid lines are in the position at the time of photographing
  • the shield 24b and the support 25b indicated by broken lines in FIG. 29 are in the position at the time of radiation shielding.
  • the position of the shield 24 may be changed manually, or the support 25 may be moved using a drive device or the like.
  • FIG. 30 is a diagram showing a main part of a 3D image capturing system according to the fifth embodiment of the present invention.
  • the three-dimensional image capturing system 30 according to the fifth embodiment is different from the three-dimensional image capturing system 30 according to the first and second embodiments in that the three-dimensional image data output from the 3D camera 4 is converted into a treatment room coordinate system (reference standard). This is different in that position information of the patient 45 that is a subject based on the coordinate system is generated.
  • a position reference mark 28 that is a room position reference is provided on the floor 9 of the treatment room.
  • the position reference mark 28 is a position reference body that is a structure, a printed mark, or the like.
  • the position reference mark 28 is provided on the floor 9 of the treatment room.
  • the position reference mark 28 is not limited to the treatment room floor 9, and the treatment room ceiling 69, floor 9, It is only necessary that the position reference mark 28 is provided at a position within the photographing region of the 3D camera 4 at a place where the room structure such as a wall does not move.
  • the operation of the three-dimensional image capturing system 30 according to the fifth embodiment will be described.
  • the 3D image processing apparatus 6 acquires 3D video data output from the 3D cameras 4 a and 4 b by the input unit 71. In the 3D video data acquired by the input unit 71, the position reference mark 28 and the position reference mark 20 are also photographed.
  • the three-dimensional image processing apparatus 6 uses the position information extraction unit 73 for the three-dimensional image data of each of the 3D cameras 4a and 4b with respect to the treatment room coordinate system based on the treatment room and the three-dimensional position information of the patient 45. Correlation is taken to generate position information of the patient 45 as the subject based on the treatment room coordinate system.
  • the position information of the patient 45 based on the treatment room coordinate system is treatment room coordinate system position information (reference coordinate system position information).
  • the position information extraction unit 73 generates position information of the patient 45 starting from the coordinates of the position reference mark 28 shown in FIG.
  • the 3D image processing apparatus 6 generates combined 3D video data obtained by combining the 3D video data of the 3D camera 4a and the 3D video data of the 3D camera 4b in the information combining unit 76 and displays the 3D data on the display unit 72. Output a captured image.
  • the 3D image displayed on the display unit 72 is based on the combined 3D video data and is associated with the treatment room coordinate system. Therefore, the 3D image displayed on the display unit 72 is associated with the treatment room coordinate system, and is a 3D image obtained by integrating the 3D image data and the treatment room coordinate system position information.
  • the 3D image processing device 6 stores a plurality of 3D video data and composite 3D video data input from the input unit 71 in the storage unit 75.
  • the 3D image processing apparatus 6 compares the two 3D video data designated by the comparison unit 74, that is, two 3D video data captured at different timings, and displays the comparison result on the display unit 72. Further, the comparison unit 74 may compare two composite 3D video data captured at different timings.
  • FIG. 31 is a diagram showing a three-dimensional photographed image according to the fifth embodiment of the present invention.
  • the three-dimensional captured image 26e displayed on the display unit 72 is a reference image.
  • the three-dimensional captured image 26f displayed on the display unit 72 is an observation image.
  • the patient 45e in the three-dimensional photographed image 26e corresponds to the patient 45a in FIG. 11 and the patient 45c in FIG.
  • the patient 45f in the three-dimensional image 26f corresponds to the patient 45b in FIG. 12 and the patient 45d in FIG.
  • the comparison unit 74 compares the three-dimensional video data corresponding to the reference image and the three-dimensional video data corresponding to the observation image in the treatment room coordinate system, and compares the comparison result with, for example, the three-dimensional comparative photographed image 27 of FIG.
  • a portion (a head of the patient 45f indicated by a broken line) that is shifted from the reference three-dimensional photographed image 26e in the three-dimensional photographed image 26f that is an observation image is a three-dimensional photographed image 26e. It is displayed in a superimposed manner.
  • the position reference 29 captured by the 3D camera 4 is identified, and the treatment room is set as a reference from the imaging information (3D video data) of the individual imaging regions.
  • the absolute position of the treatment room coordinate system is specified.
  • the top plate 1 is photographed in advance so that the position reference mark 28 of the treatment room is reflected at the same time, the position reference mark 28 of the treatment room and the position reference mark 20 of the top board 1 are identified, and the treatment room coordinates
  • the photographing position may be calibrated so that the absolute position of the system can be specified.
  • the three-dimensional image capturing system 30 according to the fifth embodiment can confirm the change in the posture of the patient 45 in the treatment room coordinate system without using the X-ray imaging apparatus after the end of the image matching positioning. Since the three-dimensional imaging system 30 according to the fifth embodiment can confirm the change in the posture of the patient 45 in the treatment room coordinate system, the correlation with the constituent devices of the radiation irradiation apparatus (particle beam irradiation apparatus 58 and the like) becomes clear. Thus, the patient positioning state can be grasped more accurately.
  • the radiotherapy apparatus (particle beam therapy apparatus 51 or the like) provided with the three-dimensional imaging system 30 of the fifth embodiment is more patient than the one using the three-dimensional imaging system 30 of the first or second embodiment. 45 body position fluctuations have a clear correlation with the constituent devices of the radiation irradiation apparatus (particle beam irradiation apparatus 58 and the like), and radiation can be irradiated with higher accuracy with the dose distribution planned in the treatment plan.
  • the corner described in FIG. 16 may be used as the position reference 29, and the position reference body 19a shown in FIGS.
  • a top plate provided with 19b and position reference line 21 may be used.
  • a position reference mark 28 is provided in a room in which image collation positioning is performed, and the driving device is based on position and orientation information when image collation positioning is performed using a correlation with the position reference mark 28 in the treatment room. 2 can be controlled to reproduce the position and orientation at the time of image collation positioning.
  • 3D image shooting system 31 ... charged particle beam, 45 ... patient, 52 ... beam generator, 54 ... charged particle accelerator, 58, 58a, 58b ... particle beam irradiation device, 59 ... beam transport system, 69 ... ceiling (room structure), 72 ... display Part, 73 ... position information Out section, 74 ... comparing unit, 76 ... information combining unit.

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Abstract

　本発明の三次元画像撮影システム(30)によれば、患者支持台(3)が設置された部屋の部屋構造物に配置され、患者(45)の撮影を行って三次元映像データを生成する三次元計測器(4)と、三次元映像データから、天板(1)又は部屋の床(9)を基準とする基準座標系に関連付けされた三次元映像(26)を生成するとともに、この三次元映像(26)を表示する三次元画像処理装置(6)とを備える。三次元画像処理装置(6)は、基準座標系と三次元映像データにおける患者(45)の三次元位置情報との相関をとり、基準座標系に基づいた患者(45)の基準座標系位置情報を生成する位置情報抽出部(73)と、三次元映像(26)を表示する表示部(72)とを有し、表示部(72)は、異なるタイミングで撮影された２つの三次元映像(26)を表示する。

Description

三次元画像撮影システム及び粒子線治療装置
　本発明は、放射線治療装置を用いてＸ線、ガンマ線、粒子線等の放射線を患者の患部に照射してがん治療を行う際に、患者支持台の天板に載置された患者を撮影する三次元画像撮影システムに関するものである。
　近年、がん治療を目的とした放射線治療装置では、陽子や重イオン等の粒子線を用いたがん治療装置（特に、粒子線治療装置と呼ばれる）の開発や建設が進められている。周知のとおり、粒子線を用いた粒子線治療はＸ線、ガンマ線等の従来の放射線治療に比べて、がん患部に集中的に照射することができ、すなわち、患部の形状に合わせてピンポイントで粒子線を照射することができ、正常細胞に影響を与えずに治療することが可能である。
　粒子線治療では、粒子線をがんなどの患部に高精度に照射することが重要である。その為、患者は粒子線治療時には治療室（照射室）の患者支持台に対して位置がずれないように、固定具等を用いて固定される。がんなどの患部を放射線照射範囲に精度よく位置決めする為に、レーザポインタなどを利用した患者の粗据付けなどのセッティングを行い、次いで、Ｘ線画像やＣＴ（Computed　Tomography）画像等を用いて患者の患部の精密な位置決めを行っている。
　特許文献１には、三次元診断装置（ＣＴ装置）を用いて正確に位置決めし、位置決めされた状態を保持したまま、載置板（天板）を移動させて患部を粒子線治療装置のアイソセンタに高精度に位置決めする治療台システムが記載されている。特許文献１の治療台システムは、三次元診断装置（ＣＴ装置）のアイソセンタを粒子線治療装置の仮想アイソセンタとして、三次元診断装置の画像と位置決め用の基準画像とを一致させるように位置決めする。このように、画像を用いた位置決めを、画像照合位置決めと呼ぶことにする。この治療台システムは、仮想アイソセンタでの画像照合位置決め完了後に、患者支持台の移動機構により患者を載置した載置板（天板）を移動し、患部を粒子線治療装置のアイソセンタに位置決めしていた。
特許４６９５２３１号公報（図１）
　特許文献１の治療台システムでは、三次元診断装置（ＣＴ装置）のアイソセンタにおいて患部が正確に画像照合位置決めされるものの、粒子線治療装置のアイソセンタに移動する際に患者が動いてしまう可能性があった。画像照合位置決め終了時から照射までの過程で意図せず患者体位の変動が生じ、これに気付かない場合に、意図しない線量（分布）で粒子線治療を行ってしまう可能性があった。これを解決するためには、Ｘ線源とＸ線受像機を備えたＸ線撮影装置を用いたＸ線撮影により、画像照合位置決め終了時と照射位置における照射直前において、撮影されたＸ線画像を比較して、患者体位の変動を伴う患部の変動を確認する方法が考えられる。しかし、Ｘ線撮影を用いる場合には、患者がＸ線被曝をしてしまう問題が生じる。
　本発明は、画像照合位置決めを行った後から患者に放射線を照射するまでの照射前期間において、不要なＸ線被曝を受けることなく、患者の体位変動を確認できる三次元画像撮影システムを得ることを目的にする。
　本発明に係る三次元画像撮影システムは、部屋構造物に配置され、Ｘ線を用いることなく天板及び患者の撮影を行って三次元映像データを生成する三次元計測器と、三次元映像データから、天板を基準とする天板座標系又は患者支持台が設置された部屋の床を基準とする部屋座標系である基準座標系に関連付けされた三次元映像を生成するとともに、この三次元映像を表示する三次元画像処理装置とを備える。この三次元画像処理装置は、基準座標系と三次元映像データにおける患者の三次元位置情報との相関をとり、基準座標系に基づいた患者の基準座標系位置情報を生成する位置情報抽出部と、三次元映像データと基準座標系位置情報とが統合された三次元映像を表示する表示部とを有し、表示部は、異なるタイミングで撮影された２つの三次元映像を表示することを特徴とする。
　本発明に係る三次元画像撮影システムは、Ｘ線を用いない三次元計測器で生成された三次元映像データと基準座標系位置情報とが統合された三次元映像を異なるタイミングで撮影し、異なるタイミングで撮影された２つの三次元映像を表示するので、Ｘ線撮影によるＸ線被曝を受けることなく、画像照合位置決め完了後から照射前期間における患者の体位変動を確認できる。
本発明の実施の形態１による三次元画像撮影システムの概略構成を示す図である。 本発明の実施の形態１による三次元画像処理装置の構成を示す図である。 本発明による画像照合位置決めを説明する上面図である。 本発明による画像照合位置決めを説明する側面図である。 本発明による治療照射位置を示す図である。 本発明を適用する粒子線治療装置の概略構成図である。 図６の粒子線照射装置の構成を示す図である。 本発明によるＹＺ面における画像照合を説明する図である。 本発明によるＸＹ面における画像照合を説明する図である。 本発明の実施の形態１による三次元撮影像を示す図である。 図１０における基準画像撮影の際の患者を示す図である。 図１０における姿勢観察の際の患者を示す図である。 本発明の実施の形態１による他の三次元撮影像を示す図である。 図１３における基準画像撮影の際の患者を示す図である。 図１３における姿勢観察の際の患者を示す図である。 本発明による天板の位置基準を示す図である。 本発明による第２の天板を示す図である。 本発明による第３の天板を示す図である。 図１８の第３の天板の側面図である。 本発明による第４の天板を示す図である。 本発明による第５の天板を示す図である。 本発明の実施の形態２による三次元画像撮影システムの概略構成を示す図である。 本発明の実施の形態２による三次元画像処理装置の構成を示す図である。 本発明の実施の形態２による撮影領域を示す図である。 本発明の実施の形態２による三次元撮影像を示す図である。 本発明の実施の形態３による３Ｄカメラを示す図である。 本発明の実施の形態３による他の３Ｄカメラを示す図である。 本発明の実施の形態４による３Ｄカメラを示す図である。 本発明の実施の形態４による他の３Ｄカメラを示す図である。 本発明の実施の形態５による三次元画像撮影システムの要部を示す図である。 本発明の実施の形態５による三次元撮影像を示す図である。
実施の形態１．
　図１は、本発明の実施の形態１による三次元画像撮影システムの概略構成を示す図である。図２は、本発明の実施の形態１による三次元画像処理装置の構成を示す図である。図３は本発明による画像照合位置決めを説明する上面図であり、図４は本発明による画像照合位置決めを説明する側面図である。図５は、本発明による治療照射位置を示す図である。図６は本発明を適用する粒子線治療装置の概略構成図であり、図７は図６の粒子線照射装置の構成を示す図である。本発明の実施の形態１による三次元画像撮影システム３０は、患者４５を載置する患者支持台３と、三次元計測器である３Ｄカメラ４と、三次元画像処理装置６とを備える。三次元画像処理装置６は、入力部７１と、表示部７２と、位置情報抽出部７３と、比較部７４と、記憶部７５とを備える。患者支持台３は、患者４５を載置する天板１と、天板１を移動し、患者４５の位置及び姿勢を変化させる駆動装置２とを備える。３Ｄカメラ４は、治療室の天井６９、床９、壁等の部屋構造物に支柱５により設置される。３Ｄカメラ４は、通信線８ａ、ＬＡＮ（Local　Area　Network）通信線７、通信線８ｂにより三次元画像処理装置６に接続される。３Ｄカメラ４により撮影された三次元画像データは、通信線８ａ、ＬＡＮ通信線７、通信線８ｂを介して三次元画像処理装置６に出力される。
　本発明で使用する座標系を説明する。本発明では、治療室を基準とする座標系及び天板を基準とする座標系を用いる。治療室を基準とする座標系及び天板を基準とする座標系は、ＩＥＣ（International　Electrotechnical　Commission）の国際的な標準規格ＩＥＣ　６１２１７に規定された治療室を基準とする座標系（Fixed　reference　system）及び天板を基準とする座標系（Table　top　coordinate　system）か、これに準ずる座標系である。治療室を基準とする座標系は、放射線照射装置のアイソセンタＩｆを原点とし、鉛直上方を＋方向としたＺｆ、図１の患者４５の頭部方向を＋方向としたＹｆ、これらＺｆ、Ｙｆと右手系（right　hand　system）を成すＸｆで規定される。また、各Ｘｆ、Ｙｆ、Ｚｆの＋方向に対する時計回転方向の回転を、その方向を＋方向としてψｆ、φｆ、θｆが規定される。天板を基準とする座標系は、天板１の上面の中心点Ｉｔを例えば原点とし、天板１の上面に対して直行する軸の上方を＋方向としたＺｔ、患者支持台３の駆動装置２の各回転が０のときにおけるＹｆと平行する軸をＹｔ、患者支持台３の駆動装置２の各回転が０のときにおけるＸｆと平行する軸をＸｔ（図１１参照）で規定される。なお、治療室を基準とする座標系及び天板を基準とする座標系を、それぞれ適宜、治療室座標系及び天板座標系と呼ぶことにする。患者支持台３が設置された部屋の床９を基準とする治療室座標系と同様な座標系を部屋座標系と呼び、部屋座標系と天板座標系とを総括して基準座標系と呼ぶことにする。
　実施の形態１では、治療室の床９に設置されたターンテーブル１０に患者支持台３が設置され、放射線照射装置（粒子線照射装置５８等）の下流側から治療室に放射線（荷電粒子ビーム３１等）が入射する照射ポート１１が、患者４５に横方向に配置された例で説明する。放射線治療を行う際に、患者４５は治療室の患者支持台３に対して位置がずれないように、固定具等（図示せず）を用いて固定される。レーザポインタなどを利用した患者の粗据付けなどのセッティングを行う。次にＸ線撮影装置を用いて、画像照合位置決めを行う。例えば、Ｘ線撮影装置は、図３及び図４に示すように、２つのＸ線源１２ａ、１２ｂと、２つのＸ線検出器１３ａ、１３ｂを備える。放射線照射装置の下流側から治療室に放射線を入射する照射ポート１１が、患者４５に横方向に配置されている。
　Ｘ線撮影装置のモニタ画面に表示されたＸ線画像と位置決め用のＸ線基準画像とを一致させるように、駆動装置２を制御して画像照合位置決めを行う。画像照合方法の詳細は後述する。画像照合位置決めが終了した後に、Ｘ線撮影装置を取り外し、図５に示すようにターンテーブル１０を回転させ、患者４５を治療照射位置に移動させる。その後、患者４５の患部に放射線を照射する治療を行う。
　放射線治療装置の例として、図６及び図７を用いて、粒子線治療装置５１及び粒子線照射装置５８を説明する。粒子線治療装置５１は、ビーム発生装置５２と、ビーム輸送系５９と、粒子線照射装置５８ａ、５８ｂとを備える。ビーム発生装置５２は、イオン源（図示せず）と、前段加速器５３と、荷電粒子加速器５４とを有する。粒子線照射装置５８ｂは回転ガントリ（図示せず）に設置される。粒子線照射装置５８ａは回転ガントリを有しない治療室に設置される。ビーム輸送系５９の役割は荷電粒子加速器５４と粒子線照射装置５８ａ、５８ｂの連絡にある。ビーム輸送系５９の一部は回転ガントリ（図示せず）に設置され、その部分には複数の偏向電磁石５５ａ、５５ｂ、５５ｃを有する。
　イオン源で発生した陽子線等の粒子線である荷電粒子ビームは、前段加速器５３で加速され、入射装置４６から荷電粒子加速器５４に入射される。荷電粒子加速器５４は、例えばシンクロトロンである。荷電粒子ビームは、所定のエネルギーまで加速される。荷電粒子加速器５４の出射装置４７から出射された荷電粒子ビームは、ビーム輸送系５９を経て粒子線照射装置５８ａ、５８ｂに輸送される。粒子線照射装置５８ａ、５８ｂは荷電粒子ビームを患者４５の患部に照射する。粒子線照射装置の符号は、総括的に５８を用い、区別して説明する場合に５８ａ、５８ｂを用いる。
　ビーム発生装置５２で発生され、所定のエネルギーまで加速された荷電粒子ビーム３１は、ビーム輸送系５９を経由し、粒子線照射装置５８へと導かれる。図７において、粒子線照射装置５８は、荷電粒子ビーム３１に垂直な方向であるＸ方向及びＹ方向に荷電粒子ビーム３１を走査するＸ方向走査電磁石３２及びＹ方向走査電磁石３３と、位置モニタ３４と、線量モニタ３５と、線量データ変換器３６と、ビームデータ処理装置４１と、走査電磁石電源３７と、粒子線照射装置５８を制御する照射管理装置３８とを備える。照射管理装置３８は、照射制御計算機３９と照射制御装置４０とを備える。線量データ変換器３６は、トリガ生成部４２と、スポットカウンタ４３と、スポット間カウンタ４４とを備える。なお、図７において荷電粒子ビーム３１の進行方向は－Ｚ方向である。
　Ｘ方向走査電磁石３２は荷電粒子ビーム３１をＸ方向に走査する走査電磁石であり、Ｙ方向走査電磁石３３は荷電粒子ビーム３１をＹ方向に走査する走査電磁石である。位置モニタ３４は、Ｘ方向走査電磁石３２及びＹ方向走査電磁石３３で走査された荷電粒子ビーム３１が通過するビームにおける通過位置（重心位置）やサイズを演算するためのビーム情報を検出する。ビームデータ処理装置４１は、位置モニタ３４が検出した複数のアナログ信号からなるビーム情報に基づいて荷電粒子ビーム３１の通過位置（重心位置）やサイズを演算する。また、ビームデータ処理装置４１は、荷電粒子ビーム３１の位置異常やサイズ異常を示す異常検出信号を生成し、この異常検出信号を照射管理装置３８に出力する。
　線量モニタ３５は、荷電粒子ビーム３１の線量を検出する。照射管理装置３８は、図示しない治療計画装置で作成された治療計画データに基づいて、患者４５の患部における荷電粒子ビーム３１の照射位置を制御し、線量モニタ３５で測定され、線量データ変換器３６でデジタルデータに変換された線量が目標線量に達すると荷電粒子ビーム３１を次の照射位置へ移動する。走査電磁石電源３７は、照射管理装置３８から出力されたＸ方向走査電磁石３２及びＹ方向走査電磁石３３への制御入力（指令）に基づいてＸ方向走査電磁石３２及びＹ方向走査電磁石３３の設定電流を変化させる。
　ここでは、粒子線照射装置５８のスキャニング照射方式を、荷電粒子ビーム３１の照射位置を変えるときに荷電粒子ビーム３１を停止させないラスタースキャニング照射方式であり、スポットスキャニング照射方式のようにビーム照射位置がスポット位置間を次々と移動していく方式とする。スポットカウンタ４３は、荷電粒子ビーム３１のビーム照射位置が停留している間の照射線量を計測するものである。スポット間カウンタ４４は、荷電粒子ビーム３１のビーム照射位置が移動している間の照射線量を計測するものである。トリガ生成部４２は、ビーム照射位置における荷電粒子ビーム１の線量が目標照射線量に達した場合に、線量満了信号を生成するものである。
　図８及び図９を用いて、画像照合方法について説明する。図８はＸｆ方向のＸｆ軸に垂直な平面であるＹＺ面における画像照合を説明する図であり、図９はＺｆ方向のＺｆ軸に垂直な平面であるＸＹ面における画像照合を説明する図である。図８のＸ線画像１４は、Ｘ線源１２ａ、Ｘ線検出器１３ａにより撮影されたＸ線画像である。図９のＸ線画像１６は、Ｘ線源１２ｂ、Ｘ線検出器１３ｂにより撮影されたＸ線画像である。Ｘ線基準画像１５は、例えば治療計画を作成する際に撮影されたＣＴ断面画像群から生成されたＹＺ面のＸ線基準画像である。Ｘ線基準画像１７は、例えば治療計画を作成する際に撮影されたＣＴ断面画像群から生成されたＸＹ面のＸ線基準画像である。
　技師や医者等の作業者は、Ｘ線撮影装置のモニタ画面に表示されたＸ線画像１４、１６の患部領域１８と、Ｘ線基準画像１５、１７の患部領域１８とを一致させるように、駆動装置２を制御して画像照合位置決めを行う。実施の形態１の例では、画像照合位置決めを行う際の患者４５は、患者４５の体軸（図１におけるＹｆ方向の軸）に垂直な平面に平行な方向から放射線が照射されるコプラナー照射と同様な姿勢になっている。すなわち、図３に示した照射ポート１１から患者４５に放射線を照射すれば、患者４５はコプラナー照射が行われることになる。コプラナー照射と同様な姿勢となる患者の位置をコプラナー位置と呼ぶことにする。ＣＴ断面画像群は、患者４５の体軸に垂直な断面で撮影された断面画像の集合である。すなわち、ＣＴ断面画像群は、患者４５がコプラナー位置で撮影されたものである。
　Ｘ線画像１４、１６は、患者４５がコプラナー位置で撮影されたものなので、実施の形態１の画像照合位置決めは、例えば患者４５をコプラナー位置で実行される。そして、図５に示すようにターンテーブル１０を回転させ、患者４５を治療照射位置に移動させて、患者４５の患部に放射線を照射する治療を行う。このような照射は、コプラナー照射でなく、患者４５の体軸に垂直な平面に対して交わる方向から放射線が照射されるノンコプラナー照射である。
　次に実施の形態１の三次元画像撮影システム３０の動作を説明する。３Ｄカメラ４は、例えば光学ステレオカメラであり、被写体の各部を三次元の位置（座標）を計測でき、奥行きのある三次元映像を撮影することができる。三次元画像処理装置６は、３Ｄカメラ４から出力された三次元映像データ（図２に示したｄａｔａ）を入力部７１で取得し、表示部７２に三次元撮影像を出力する。三次元画像処理装置６は、位置情報抽出部７３にて、天板１を基準とする天板座標系（基準座標系）と患者４５の三次元位置情報の相関をとり、天板座標系に基づいた被写体である患者４５の位置情報を生成する、すなわち患者４５の座標を算出する。例えば、三次元撮影像における天板１の角の座標を起点にして患者４５の位置情報を生成する。天板１の角は、図１６に示すように天板座標系（基準座標系）の座標を算出する際の位置基準２９である。図１６は本発明による天板の位置基準を示す図である。なお、図１６では天板の符号を１ａとしたが、後述する他の天板と区別するためである。天板の符号は、総括的に１を用いる。天板座標系に基づいた患者４５の位置情報は、天板座標系位置情報（基準座標系位置情報）である。
　表示部７２に表示された三次元撮影像は、上記患者４５の位置情報と関連付けされる。したがって、表示部７２に表示された三次元撮影像は、天板座標系に関連付けされており、三次元映像データと天板座標系位置情報とを統合した三次元撮影像になっている。また、三次元画像処理装置６は、入力部７１から入力された複数の三次元映像データを記憶部７５に保存する。三次元画像処理装置６は、比較部７４にて、指定された２つの三次元映像データ、すなわち異なるタイミングで撮影された２つ三次元映像データを比較し、比較結果を表示部７２に表示する。
　図１０は、本発明の実施の形態１による三次元撮影像を示す図である。図１１は図１０における基準画像撮影の際の患者を示す図であり、図１２は図１０における姿勢観察の際の患者を示す図である。画像照合位置決めが終了した後に、３Ｄカメラ４により少なくとも天板１の位置基準２９及び患部周辺を含むように患者４５の三次元映像を撮影する。図１１に示した患者４５ａは、画像照合位置決めが終了した後の基準画像撮影の際の患者である。このときに撮影された三次元撮影像２６ａは、表示部７２に表示される。図１０は、１台の３Ｄカメラ４で患者４５の全体を撮影できず、患者４５の一部が表示された例である。なお、図１０では、天板１に天板輪郭が重ねて表示されており、天板１の全長が分かるようなサイズで患者４５の三次元撮影像が表示されている。なお、三次元撮影像の符号は、総括的に２６を用い、区別して説明する場合に２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ、２６ｅ、２６ｆを用いる。
　次に、ターンテーブル１０を回転させ、患者４５を治療照射位置に移動させた後に、３Ｄカメラ４により少なくとも天板１の位置基準２９及び患部周辺を含むように患者４５の三次元映像を撮影する。３Ｄカメラ４は天井６９等の部屋構造物に固定されているので、３Ｄカメラ４の高さや向きを変更しなければ基準画像撮影時と同じ撮影領域で患者４５は撮影される。図１２に示した患者４５ｂは、治療照射位置における観察画像撮影の際の患者である。このときに撮影された三次元撮影像２６ｂは、表示部７２に表示される。
　比較部７４は、基準画像に対応する三次元映像データと、観察画像に対応する三次元映像データとを、天板座標系で比較し、比較結果を例えば図１０の三次元比較撮影像２７のように表示部７２に表示する。三次元比較撮影像２７は、観察画像である三次元撮影像２６ｂにおける基準画像である三次元撮影像２６ａからずれている部分（破線で示した患者４５ｂの頭部）を三次元撮影像２６ａに重ねて表示したものである。観察画像である三次元撮影像２６ｂにおける基準画像である三次元撮影像２６ａからずれている部分は、天板座標系（基準座標系）における基準画像に対応する三次元映像データと観察画像に対応する三次元映像データとの差である差分映像の例である。
　また、観察画像は天板１が移動していない基準画像と異なるタイミングで撮影したものでも構わない。図１３は、本発明の実施の形態１による他の三次元撮影像を示す図である。図１４は図１３における基準画像撮影の際の患者を示す図であり、図１５は図１３における姿勢観察の際の患者を示す図である。画像照合位置決めが終了した後に、上記と同様に３Ｄカメラ４により患者４５の三次元映像を撮影する。図１４に示した患者４５ｃは、画像照合位置決めが終了した後の基準画像撮影の際の患者である。このときに撮影された三次元撮影像２６ｃは、表示部７２に表示される。次に、基準画像と異なるタイミングで患者４５の三次元映像を撮影する。図１５に示した患者４５ｄは、基準画像と異なるタイミングにおける観察画像撮影の際の患者である。このときに撮影された三次元撮影像２６ｄは、表示部７２に表示される。図１３は、図１０と同様に、１台の３Ｄカメラ４で患者４５の全体を撮影できず、患者４５の一部が表示された例である。図１３においても、天板１に天板輪郭が重ねて表示されており、天板１の全長が分かるようなサイズで患者４５の三次元撮影像が表示されている。
　比較部７４は、基準画像に対応する三次元映像データと、観察画像に対応する三次元映像データとを、天板座標系で比較し、比較結果を例えば図１３の三次元比較撮影像２７のように表示部７２に表示する。三次元比較撮影像２７は、観察画像である三次元撮影像２６ｄにおける基準画像である三次元撮影像２６ｃからずれている部分（破線で示した患者４５ｄの頭部）を三次元撮影像２６ｃに重ねて表示したものである。
　基準画像と異なるタイミングは、例えば患者４５を治療照射位置に移動させるまでの間に、時間が経過したときのタイミングである。この時点で許容できない患者４５の体位変動が確認できれば、ターンテーブル１０を回転させる前に、画像照合位置決めを再度行うことができる。ターンテーブル１０を回転させる前での再度の画像照合位置決めは、治療照射位置で許容できない患者４５の体位変動を確認して、コプラナー位置に戻して画像照合位置決めを再度行う場合に比べて、患者４５に放射線を照射するまでの時間を短縮することができる。なお、基準画像と異なるタイミングは、コプラナー照射を行う際の治療照射の直前でもよい。
　実施の形態１の三次元画像撮影システム３０は、画像照合位置決めの終了後にＸ線撮影装置を用いることなく、患者４５の体位変動を確認できる。実施の形態１の三次元画像撮影システム３０を放射線治療装置に用いることで、画像照合位置決めを行った後から患者４５に放射線を照射するまでの照射前期間において、患者４５が不要なＸ線被曝を受けることを防ぐことができる。実施の形態１の三次元画像撮影システム３０を備えた放射線治療装置（粒子線治療装置５１等）は、画像照合位置決めを行った後から患者４５に放射線を照射するまでの照射前期間において、Ｘ線被曝を受けることなく、患者４５の体位変動を確認できるので、意図しない線量（分布）で放射線治療を行うことがなく、治療計画で計画された線量分布で放射線を照射することができる。また、ノンコプラナー照射といった患者支持台３のローテーション回転（Ｚｆ軸回転（アイソセントリック回転））や、背景技術で述べたＣＴ位置決め、前室位置決めのように大幅な天板１の移動が伴う様な場合も、患者４５の体位変動を確認できる。前室位置決めは、患者４５が治療を受ける治療室と異なる部屋で事前に画像照合位置決めを行い、天板１と患者４５の姿勢を保持した状態で天板１と患者４５を移動し、治療室の患者支持台３の駆動装置２に患者４５が載置された天板１を設置し、画像照合位置決めした際の位置姿勢情報に基づき駆動装置２を制御して、画像照合位置決めした際の位置姿勢を再現するものである。
　上記では、比較部７４が、第１のタイミングで撮影された三次元映像データである第１の三次元映像データと、第１のタイミング以降のタイミングで撮影された三次元映像データである第２の三次元映像データとを天板座標系（基準座標系）で比較し、比較結果を表示部７２に表示する例を説明した。これに限らず、画像照合位置決め完了後から照射前期間における患者４５の体位変動を確認する他の方法を用いてもよい。三次元画像撮影システム３０は、表示部７２にて、異なるタイミングで撮影された２つの三次元撮影像（三次元映像）２６ａ、２６ｂを、天板座標系（基準座標系）における同一の座標が同一の位置となるように重ねて表示するようにしてもよい。この場合も、患者４５の体位変動を確認することができる。
　天板１の位置基準２９は、図１６に示した天板１の角以外であってよい。天板１の位置基準２９は、天板１に設けられた位置基準体や位置基準マーク等であってもよい。図１７は、本発明による第２の天板を示す図である。天板１ｂには、外周部から延伸させた位置基準体１９ａが４つ設置されている。図１８は本発明による第３の天板を示す図であり、図１９は図１８の第３の天板の側面図である。天板１ｃには、上面部から延伸させた位置基準体１９ｂが４つ設置されている。図２０は、本発明による第４の天板を示す図である。天板１ｄには、角周辺部に位置基準マーク２０が４つ設置されている。図２１は、本発明による第５の天板を示す図である。天板１ｅには、上面部に複数の位置基準線２１が配置されている。天板１ｅの位置基準線２１は、長手方向に引かれた位置基準線２１と短手方向に引かれた位置基準線２１とがある。長手方向に引かれた位置基準線２１は、短手方向に引かれた位置基準線２１と交差している。
　図１７～図２１に示した位置基準体１９ａ、１９ｂや、位置基準マーク２０や、位置基準線２１を設けることで、天板１の角以外にも位置基準２９を使用することができるので、位置情報抽出部７３における位置情報をより正確に生成することができる。
　以上のように実施の形態１の三次元画像撮影システム３０によれば、部屋構造物（天井６９等）に配置され、Ｘ線を用いることなく天板１及び患者４５の撮影を行って三次元映像データを生成する三次元計測器（３Ｄカメラ４）と、三次元映像データから、天板１を基準とする天板座標系である基準座標系に関連付けされた三次元映像（三次元撮影像２６）を生成するとともに、この三次元映像（三次元撮影像２６）を表示する三次元画像処理装置６とを備える。実施の形態１の三次元画像撮影システム３０によれば、三次元画像処理装置６は、基準座標系と三次元映像データにおける患者４５の三次元位置情報との相関をとり、基準座標系に基づいた患者４５の基準座標系位置情報を生成する位置情報抽出部７３と、三次元映像データと基準座標系位置情報とが統合された三次元映像（三次元撮影像２６）を表示する表示部７２とを有し、表示部７２は、異なるタイミングで撮影された２つの三次元映像（三次元撮影像２６）を表示することを特徴とするので、患者４５がＸ線撮影によるＸ線被曝を受けることなく、画像照合位置決め完了後から照射前期間における患者４５の体位変動を確認できる。
　実施の形態１の粒子線治療装置５１によれば、荷電粒子ビーム３１を発生させ、加速器（荷電粒子加速器５４）により所定のエネルギーまで加速するビーム発生装置５２と、ビーム発生装置５２により加速された荷電粒子ビーム３１を輸送するビーム輸送系５９と、ビーム輸送系５９で輸送された荷電粒子ビーム３１を患者４５に照射する粒子線照射装置５８と、荷電粒子ビーム３１を照射する患者４５を撮影する三次元画像撮影システム３０とを備える。実施の形態１の粒子線治療装置５１に備えられた三次元画像撮影システム３０は、部屋構造物（天井６９等）に配置され、Ｘ線を用いることなく天板１及び患者４５の撮影を行って三次元映像データを生成する三次元計測器（３Ｄカメラ４）と、三次元映像データから、天板１を基準とする天板座標系である基準座標系に関連付けされた三次元映像（三次元撮影像２６）を生成するとともに、この三次元映像（三次元撮影像２６）を表示する三次元画像処理装置６とを備える。実施の形態１の粒子線治療装置５１によれば、三次元画像処理装置６は、基準座標系と三次元映像データにおける患者４５の三次元位置情報との相関をとり、基準座標系に基づいた患者４５の基準座標系位置情報を生成する位置情報抽出部７３と、三次元映像データと基準座標系位置情報とが統合された三次元映像（三次元撮影像２６）を表示する表示部７２とを有し、表示部７２は、異なるタイミングで撮影された２つの三次元映像（三次元撮影像２６）を表示することを特徴とするので、患者４５がＸ線撮影によるＸ線被曝を受けることなく、画像照合位置決め完了後から照射直前における患者４５の体位変動を確認でき、治療計画で計画された線量分布で放射線を照射することができる。
実施の形態２．
　実施の形態２では１つの３Ｄカメラ４で複数の撮影領域を撮影する場合や、複数の３Ｄカメラ４で複数の撮影領域を撮影する場合に、複数の撮影領域の撮影情報を統合して、患者４５の体位変動を確認できるようにした。図２２は本発明の実施の形態２による三次元画像撮影システムの概略構成を示す図であり、図２３は本発明の実施の形態２による三次元画像処理装置の構成を示す図である。図２４は本発明の実施の形態２による撮影領域を示す図である。
　図２２に示す実施の形態２の三次元画像撮影システム３０は、２つの３Ｄカメラ４ａ、４ｂを備えている。３Ｄカメラ４ａは治療室の天井６９、床９、壁等の部屋構造物に支柱５ａにより設置され、３Ｄカメラ４ｂは部屋構造物に支柱５ｂにより設置される。３Ｄカメラ４ａは通信線８ａを介してＬＡＮ通信線７に接続され、３Ｄカメラ４ｂは通信線８ｃを介してＬＡＮ通信線７に接続される。実施の形態２の三次元画像処理装置６は、情報合成部７６が追加された点で実施の形態１の三次元画像処理装置６とは異なる。３Ｄカメラの符号は、総括的に４を用い、区別して説明する場合に４ａ、４ｂを用いる。支柱の符号は、総括的に５を用い、区別して説明する場合に５ａ、５ｂを用いる。
　図２４に示すように、患者４５は、破線２３ａから頭部側の撮影領域２２ａ及び破線２３ａから足部側の撮影領域２２ｂの２つの撮影領域で撮影される。３Ｄカメラ４ａは撮影領域２２ａの被写体を撮影し、３Ｄカメラ４ｂは撮影領域２２ｂの被写体を撮影する。なお、３Ｄカメラ４ａ、４ｂが実際に撮影する領域は重なる部分があり、その重なる部分に後述する合成された三次元撮影像におけるデータ境界が存在する。図２４に示した破線２３ａは、そのデータ境界に相当するものである。天板１の角や、天板１に設けられた位置基準体１９ａ、１９ｂや、位置基準マーク２０や、位置基準線２１等を位置基準２９として、天板座標系に基づいた患者４５の位置情報が位置情報抽出部７３にて生成される。天板座標系に基づいた患者４５の位置情報に利用して、データ境界を設定することができる。
　実施の形態２の三次元画像処理装置６の動作を説明する。三次元画像処理装置６は、３Ｄカメラ４ａ、４ｂから出力された三次元映像データ（図２３に示したｄａｔａ）を入力部７１で取得する。３Ｄカメラ４ａ、４ｂから出力された２つの三次元映像データは、同一のタイミングや実質的に同一のタイミングで撮影されたものである。機械的な誤差や患者の動作がほぼ同一とみなせる時間内における２つの三次元映像データは、実質的に同一のタイミングで撮影したものである。三次元画像処理装置６は、位置情報抽出部７３にて、各３Ｄカメラ４ａ、４ｂの三次元映像データに対して、天板１を基準とする天板座標系と患者４５の三次元位置情報の相関をとり、天板座標系に基づいた被写体である患者４５の位置情報を生成する。位置情報抽出部７３は、図１６に示した位置基準２９の座標を起点にして患者４５の位置情報を生成する。三次元画像処理装置６は、情報合成部７６にて、３Ｄカメラ４ａの三次元映像データと３Ｄカメラ４ｂの三次元映像データを合成した合成三次元映像データを生成し、表示部７２に合成された三次元撮影像（合成三次元映像）を出力する。
　表示部７２に表示された三次元撮影像（合成三次元映像）は、合成三次元映像データに基づいており、天板座標系に関連付けされている。したがって、表示部７２に表示された三次元撮影像は、天板座標系に関連付けされており、合成三次元映像データと天板座標系位置情報とを統合した三次元撮影像になっている。また、三次元画像処理装置６は、入力部７１から入力された複数の三次元映像データ、及び合成三次元映像データを記憶部７５に保存する。三次元画像処理装置６は、比較部７４にて、指定された２つの三次元映像データ、すなわち異なるタイミングで撮影された２つ三次元映像データを比較し、比較結果を表示部７２に表示する。
　図２５は、本発明の実施の形態２による三次元撮影像を示す図である。表示部７２に表示された三次元撮影像２６ｅは基準画像である。また、表示部７２に表示された三次元撮影像２６ｆは観察画像である。三次元撮影像２６ｅにおける患者４５ｅは、図１１の患者４５ａや図１４の患者４５ｃに相当する。三次元撮影像２６ｆにおける患者４５ｆは、図１２の患者４５ｂや図１５の患者４５ｄに相当する。比較部７４は、基準画像に対応する三次元映像データと、観察画像に対応する三次元映像データとを、天板座標系で比較し、比較結果を例えば図２５の三次元比較撮影像２７のように表示部７２に表示する。三次元比較撮影像２７は、観察画像である三次元撮影像２６ｆにおける基準画像である三次元撮影像２６ｅからずれている部分（破線で示した患者４５ｆの頭部）を三次元撮影像２６ｅに重ねて表示したものである。
　上記で説明した例は、複数の撮影領域が存在する場合に、３Ｄカメラ４で撮影された位置基準２９を識別し、個別の撮影領域の撮影情報（三次元映像データ）より天板１を基準とする天板座標系の絶対位置を特定している。他の例として、事前に天板１を撮影して、天板１の位置基準２９を識別し、天板１の天板座標系の絶対位置を特定できるように、撮影位置を校正するようにしてもよい。
　１つの３Ｄカメラ４で複数の撮影領域を撮影する場合は、３Ｄカメラ４が近接したタイミングで複数の撮影領域に分けて撮影する。数秒程度の時間内における２つの撮影領域の三次元映像データは、近接したタイミングで撮影したものである。患者４５がしっかりと固定できる治療部位では、１つの３Ｄカメラ４で複数の撮影領域を撮影する場合でも治療に影響を及ぼす患者の体位変動を確認できる。
　実施の形態２の三次元画像撮影システム３０は、複数の撮影領域を撮影する場合に、複数の撮影領域の撮影情報を統合するので、１つの撮影領域でカバーできない場合でも必要な撮影領域の被写体を撮影することができる。１つの３Ｄカメラ４では、配置可能な位置に依存して死角を生じる場合も、複数の３Ｄカメラ４により、一方の３Ｄカメラ４の死角を他の３Ｄカメラ４で撮影することができるので、撮影領域を拡大することができる。複数の撮影領域が存在する場合であっても、ノンコプラナー照射といった患者支持台３のローテーション回転（Ｚｆ軸回転（アイソセントリック回転））や、ＣＴ位置決め、前室位置決めの様に大幅な天板１の移動が伴う様な場合も、患者４５の体位変動を確認できる。
実施の形態３．
　図２６は、本発明の実施の形態３による３Ｄカメラを示す図である。実施の形態３による３Ｄカメラ４は、移動可能になっており、撮影時の位置と退避時の位置を変更することができる。図２６において実線で記載した３Ｄカメラ４ａ及び支柱５ａは撮影時の位置にある場合であり、図２６において破線で記載した３Ｄカメラ４ｃ及び支柱５ｃは退避時の位置にある場合である。３Ｄカメラ４の位置の変更は手動でもよいし、駆動装置等を用いて支柱５を移動させてもよい。
　放射線治療の際に患部以外に漏えいする放射線がある。粒子線治療の際には、粒子線が照射ポート１１の窓等を通過したり、患者の体内を通過することで二次放射線が発生する。二次放射線や漏えい放射線は３Ｄカメラ４を損傷するので、３Ｄカメラ４はできるだけ二次放射線や漏えい放射線を浴びないようにすることが望ましい。
　実施の形態３の三次元画像撮影システム３０は、３Ｄカメラ４を移動可能に部屋構造物（天井６９等）に設置したので、撮影時以外は３Ｄカメラ４を二次放射線等の放射線源から遠ざけることができる。実施の形態３の三次元画像撮影システム３０は、二次放射線等の放射線源から遠ざけることができるので、３Ｄカメラ４に備えられた放射線耐性の低い電子的部品の放射線損傷を低減または抑制することができ、電子部品の寿命を延長することができる。
　図２７は、本発明の実施の形態３による他の３Ｄカメラを示す図である。図２７に示した３Ｄカメラ４は、部屋構造物（天井６９等）に着脱可能に設置されている。図２７において実線で記載した３Ｄカメラ４ａ及び支柱５ａは撮影時の位置にある場合であり、図２７において破線で記載した３Ｄカメラ４ｃ及び支柱５ｃは退避途中の位置にある場合である。３Ｄカメラ４の退避場所は、二次放射線等の放射線源から遠い治療室の隅や、放射線遮蔽箱の内部や、治療室の外部等に選べばよい。図２７の場合も、撮影時以外は３Ｄカメラ４を二次放射線等の放射線源から遠ざけることができ、図２６の場合と同様な効果が得られる。
　上記では、３Ｄカメラ４を二次放射線等の放射線源から遠ざける観点で説明したが、部屋構造物（天井６９等）に移動可能に設置されたり、部屋構造物（天井６９等）に着脱可能に設置された３Ｄカメラ４を用いることで他の効果が得られる。撮影対象が広域であったり、撮影対象が移動する場合も、必要最低限の数の３Ｄカメラ４にて撮影ができる利点がある。本発明では、移動する天板１に載置された患者４５を撮影するので、撮影対象が広域かつ移動する例に該当する。必要最低限の数の３Ｄカメラ４を準備すればよいので、３Ｄカメラ４の数に応じたメンテナンスが少なくなり、用意する費用やメンテナンスの費用を少なくすることができる。
実施の形態４．
　図２８は、本発明の実施の形態４による３Ｄカメラを示す図である。実施の形態４による３Ｄカメラ４は、二次放射線等の放射線源の方向に遮蔽体２４が移動可能に設けられている。図２８では、遮蔽体２４に接続された支持体２５を部屋構造物（天井６９等）に取付けた例を示した。図２８において実線で記載した遮蔽体２４ａ及び支持体２５ａは撮影時の位置にある場合であり、図２８において破線で記載した遮蔽体２４ｂ及び支持体２５ｂは放射線遮蔽時の位置にある場合である。遮蔽体２４の位置の変更は手動でもよいし、駆動装置等を用いて支持体２５を移動させてもよい。
　実施の形態４の三次元画像撮影システム３０は、３Ｄカメラ４における二次放射線等の放射線源の方向に遮蔽体２４が移動可能に設けられたので、撮影時以外は３Ｄカメラ４に対する二次放射線や漏えい放射線を遮蔽することができる。実施の形態４の三次元画像撮影システム３０は、３Ｄカメラ４に対する二次放射線や漏えい放射線を遮蔽することができるので、３Ｄカメラ４に備えられた放射線耐性の低い電子的部品の放射線損傷を低減または抑制することができ、電子部品の寿命を延長することができる。
　遮蔽体２４は、部屋構造物（天井６９等）以外に取付けてもよく、例えば図２９に示すように３Ｄカメラ４に支持体２５を介して取付けてもよい。図２９は、本発明の実施の形態４による他の３Ｄカメラを示す図である。図２９において実線で記載した遮蔽体２４ａ及び支持体２５ａは撮影時の位置にある場合であり、図２９において破線で記載した遮蔽体２４ｂ及び支持体２５ｂは放射線遮蔽時の位置にある場合である。遮蔽体２４の位置の変更は手動でもよいし、駆動装置等を用いて支持体２５を移動させてもよい。
実施の形態５．
　図３０は、本発明の実施の形態５による三次元画像撮影システムの要部を示す図である。実施の形態５の三次元画像撮影システム３０は、実施の形態１や実施の形態２の三次元画像撮影システム３０とは、３Ｄカメラ４から出力された三次元映像データを治療室座標系（基準座標系）に基づいた被写体である患者４５の位置情報を生成する点で異なる。図３０に示すように、治療室の床９には部屋位置基準である位置基準マーク２８が設けられている。位置基準マーク２８は、構造物である位置基準体や、印刷されたマーク等である。なお、図３０では、位置基準マーク２８が治療室の床９に設けられた例を示したが、位置基準マーク２８は、治療室の床９に限らず、治療室の天井６９、床９、壁等の部屋構造物で不動の箇所における３Ｄカメラ４の撮影領域内の位置であって、位置基準マーク２８を撮影可能な位置に設けられていればよい。
　実施の形態５の三次元画像撮影システム３０の動作を説明する。三次元画像処理装置６は、３Ｄカメラ４ａ、４ｂから出力された三次元映像データを入力部７１で取得する。入力部７１で取得した三次元映像データには、位置基準マーク２８及び位置基準マーク２０も撮影されている。三次元画像処理装置６は、位置情報抽出部７３にて、各３Ｄカメラ４ａ、４ｂの三次元映像データに対して、治療室を基準とする治療室座標系と患者４５の三次元位置情報の相関をとり、治療室座標系に基づいた被写体である患者４５の位置情報を生成する。治療室座標系に基づいた患者４５の位置情報は、治療室座標系位置情報（基準座標系位置情報）である。位置情報抽出部７３は、図３０に示した位置基準マーク２８の座標を起点にして患者４５の位置情報を生成する。三次元画像処理装置６は、情報合成部７６にて、３Ｄカメラ４ａの三次元映像データと３Ｄカメラ４ｂの三次元映像データを合成した合成三次元映像データを生成し、表示部７２に三次元撮影像を出力する。
　表示部７２に表示された三次元撮影像は、合成三次元映像データに基づいており、治療室座標系に関連付けされている。したがって、表示部７２に表示された三次元撮影像は、治療室座標系に関連付けされており、三次元映像データと治療室座標系位置情報とを統合した三次元撮影像になっている。また、三次元画像処理装置６は、入力部７１から入力された複数の三次元映像データ、及び合成三次元映像データを記憶部７５に保存する。三次元画像処理装置６は、比較部７４にて指定された２つの三次元映像データ、すなわち異なるタイミングで撮影された２つ三次元映像データを比較し、比較結果を表示部７２に表示する。また、比較部７４は、異なるタイミングで撮影された２つの合成三次元映像データを比較してもよい。
　図３１は、本発明の実施の形態５による三次元撮影像を示す図である。表示部７２に表示された三次元撮影像２６ｅは基準画像である。また、表示部７２に表示された三次元撮影像２６ｆは観察画像である。三次元撮影像２６ｅにおける患者４５ｅは、図１１の患者４５ａや図１４の患者４５ｃに相当する。三次元撮影像２６ｆにおける患者４５ｆは、図１２の患者４５ｂや図１５の患者４５ｄに相当する。比較部７４は、基準画像に対応する三次元映像データと、観察画像に対応する三次元映像データとを、治療室座標系で比較し、比較結果を例えば図３１の三次元比較撮影像２７のように表示部７２に表示する。三次元比較撮影像２７は、観察画像である三次元撮影像２６ｆにおける基準画像である三次元撮影像２６ｅからずれている部分（破線で示した患者４５ｆの頭部）を三次元撮影像２６ｅに重ねて表示したものである。
　上記で説明した例は、複数の撮影領域が存在する場合に、３Ｄカメラ４で撮影された位置基準２９を識別し、個別の撮影領域の撮影情報（三次元映像データ）より治療室を基準とする治療室座標系の絶対位置を特定している。他の例として、事前に治療室の位置基準マーク２８が同時に映るように天板１を撮影して、治療室の位置基準マーク２８及び天板１の位置基準マーク２０を識別し、治療室座標系の絶対位置を特定できるように、撮影位置を校正するようにしてもよい。
　実施の形態５の三次元画像撮影システム３０は、画像照合位置決めの終了後にＸ線撮影装置を用いることなく、治療室座標系での患者４５の体位変動を確認できる。実施の形態５の三次元画像撮影システム３０は、治療室座標系での患者４５の体位変動を確認できるので、放射線照射装置（粒子線照射装置５８等）の構成機器との相関も明確となることによって、患者位置決め状態をより正確に把握することができる。実施の形態５の三次元画像撮影システム３０を備えた放射線治療装置（粒子線治療装置５１等）は、実施の形態１や実施の形態２の三次元画像撮影システム３０を用いたものより、患者４５の体位変動が放射線照射装置（粒子線照射装置５８等）の構成機器と相関関係が明確になり、治療計画で計画された線量分布で放射線をさらに高精度に照射することができる。
　なお、天板１に位置基準マーク２０が設けられた例で説明したが、図１６で説明した角を位置基準２９としてもよく、図１７、図１８、図２１で示した位置基準体１９ａ、１９ｂや位置基準線２１が設けられた天板でもよい。また、前室位置決めの場合は、画像照合位置決めを行う部屋に位置基準マーク２８を設け、治療室の位置基準マーク２８との相関を用いて、画像照合位置決めした際の位置姿勢情報に基づき駆動装置２を制御して、画像照合位置決めした際の位置姿勢を再現するができる。
　なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
　１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ…天板、３…患者支持台、４、４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ…３Ｄカメラ、６…三次元画像処理装置、９…床（部屋構造物）、１９ａ、１９ｂ…位置基準体、２０…位置基準マーク、２１…位置基準線、２２ａ、２２ｂ…撮影領域、２４、２４ａ、２４ｂ…遮蔽体、２６、２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ、２６ｅ、２６ｆ…三次元撮影像（三次元映像）、２７…三次元比較撮影像（比較結果）、２８…位置基準マーク（部屋位置基準）、２９…位置基準、３０…三次元画像撮影システム、３１…荷電粒子ビーム、４５…患者、５２…ビーム発生装置、５４…荷電粒子加速器、５８、５８ａ、５８ｂ…粒子線照射装置、５９…ビーム輸送系、６９…天井（部屋構造物）、７２…表示部、７３…位置情報抽出部、７４…比較部、７６…情報合成部。

Claims (15)

  1. 　患者支持台の天板に載置された患者を撮影する三次元画像撮影システムであって、
    前記患者支持台が設置された部屋の部屋構造物に配置され、Ｘ線を用いることなく前記天板及び前記患者の撮影を行って三次元映像データを生成する三次元計測器と、
    前記三次元映像データから、前記天板を基準とする天板座標系又は前記患者支持台が設置された部屋の床を基準とする部屋座標系である基準座標系に関連付けされた三次元映像を生成するとともに、この三次元映像を表示する三次元画像処理装置とを備え、
    前記三次元画像処理装置は、
    前記基準座標系と前記三次元映像データにおける前記患者の三次元位置情報との相関をとり、前記基準座標系に基づいた前記患者の基準座標系位置情報を生成する位置情報抽出部と、
    前記三次元映像データと前記基準座標系位置情報とが統合された前記三次元映像を表示する表示部とを有し、
    前記表示部は、異なるタイミングで撮影された２つの前記三次元映像を表示することを特徴とする三次元画像撮影システム。
  2. 　前記三次元画像処理装置は、
    前記三次元計測器により近接したタイミングで複数の撮影領域に分けて撮影された複数の前記三次元映像データを、前記位置情報抽出部で生成された前記基準座標系位置情報に基づいて合成して、合成三次元映像データを生成する情報合成部を有し、
    前記表示部は、前記合成三次元映像データと前記基準座標系位置情報とが統合された合成三次元映像を前記三次元映像として表示することを特徴とする請求項１記載の三次元画像撮影システム。
  3. 　前記三次元計測器を複数備え、
    前記三次元画像処理装置は、
    複数の前記三次元計測器により実質的に同一のタイミングで複数の撮影領域に分けて撮影された複数の前記三次元映像データを、前記位置情報抽出部で生成された前記基準座標系位置情報に基づいて合成して、合成三次元映像データを生成する情報合成部を有し、
    前記表示部は、前記合成三次元映像データと前記基準座標系位置情報とが統合された合成三次元映像を前記三次元映像として表示することを特徴とする請求項１記載の三次元画像撮影システム。
  4. 　前記表示部は、前記異なるタイミングで撮影された２つの前記三次元映像を、前記基準座標系における同一の座標が同一の位置となるように重ねて表示することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の三次元画像撮影システム。
  5. 　前記三次元画像処理装置は、
    第１のタイミングで撮影された前記三次元映像データ又は合成三次元映像データである第１の三次元映像データと、前記第１のタイミング以降のタイミングで撮影された前記三次元映像データ又は合成三次元映像データである第２の三次元映像データとを前記基準座標系で比較し、比較結果を前記表示部に表示する比較部を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の三次元画像撮影システム。
  6. 　前記比較部は、前記基準座標系における前記第１の三次元映像データと前記第２の三次元映像データとの差である差分映像を、前記第１の三次元映像データに基づく前記三次元映像、又は前記第２の三次元映像データに基づく前記三次元映像に重ねて表示することを特徴とする請求項５記載の三次元画像撮影システム。
  7. 　前記基準座標系は前記天板座標系であり、
    前記位置情報抽出部は、前記天板における複数の位置基準の座標に基づいて前記基準座標系位置情報を生成することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の三次元画像撮影システム。
  8. 　前記基準座標系は前記部屋座標系であり、
    前記位置情報抽出部は、前記部屋構造物の不動の箇所における前記三次元計測器の撮影領域に設けられた複数の部屋位置基準の座標、及び前記天板における複数の位置基準の座標に基づいて前記基準座標系位置情報を生成することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の三次元画像撮影システム。
  9. 　前記位置基準は、前記天板に設けられた位置基準体であることを特徴とする請求項７または８に記載の三次元画像撮影システム。
  10. 　前記位置基準は、前記天板に設けられた位置基準マークであることを特徴とする請求項７または８に記載の三次元画像撮影システム。
  11. 　前記位置基準は、前記天板に設けられた位置基準線であることを特徴とする請求項７または８に記載の三次元画像撮影システム。
  12. 　前記三次元計測器は、前記部屋構造物に移動可能に設置されたことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の三次元画像撮影システム。
  13. 　前記三次元計測器は、前記部屋構造物に着脱可能に設置されたことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の三次元画像撮影システム。
  14. 　前記三次元計測器は、移動可能に設置された遮蔽体を有することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の三次元画像撮影システム。
  15. 　荷電粒子ビームを発生させ、加速器により所定のエネルギーまで加速するビーム発生装置と、前記ビーム発生装置により加速された荷電粒子ビームを輸送するビーム輸送系と、前記ビーム輸送系で輸送された荷電粒子ビームを患者に照射する粒子線照射装置と、前記荷電粒子ビームを照射する前記患者を撮影する三次元画像撮影システムとを備え、
    前記三次元画像撮影システムは、請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の三次元画像撮影システムであることを特徴とする粒子線治療装置。
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