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JP7512094B2 - CT imaging system for radiation therapy and CT imaging method for radiation therapy - Google Patents
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JP7512094B2 - CT imaging system for radiation therapy and CT imaging method for radiation therapy - Google Patents

CT imaging system for radiation therapy and CT imaging method for radiation therapy Download PDF

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Description

本発明の実施形態は、放射線治療用CT撮像システム及び放射線治療用CT撮像方法に関する。 Embodiments of the present invention relate to a CT imaging system for radiation therapy and a CT imaging method for radiation therapy.

放射線治療は、放射線を患者の患部に照射してその病巣の細胞に損傷を与える治療方法であるが、患部への正確な照射が行われないと正常組織も損傷しかねない。そのため、予めCT(コンピューター断層)撮影を行って患者の患部位置を3次元的に把握し、放射線を、正常組織を避けて患部に最も効果的に照射する治療計画を行っている。本放射線治療では、その治療計画に従って放射線を照射させるように、治療計画時の患者体位と治療直前の患者の体位とを合わせる必要がある。 Radiation therapy is a treatment method in which radiation is applied to the patient's affected area to damage the cells in the lesion, but if the radiation is not applied accurately to the affected area, normal tissue may also be damaged. For this reason, CT (computed tomography) scans are performed in advance to determine the location of the patient's affected area in three dimensions, and a treatment plan is made to most effectively apply radiation to the affected area while avoiding normal tissue. In this type of radiation therapy, the patient's position at the time of treatment planning must be aligned with the patient's position immediately before treatment so that radiation can be applied according to the treatment plan.

そのため、治療計画時に、CT撮像装置から出力される3次元再構成画像を断層化してCT画像を求め、このCT画像と、治療直前に治療室内で撮影するX線撮像装置からのX線画像とを照合させて、患者の患部の位置合わせが行われている。但し、治療室内のX線撮像装置では、患者に対して体軸方向の2次元画像を取得するのみであり、治療計画時のCT撮像装置から出力される3次元再構成画像に対して精度の高い照合を行うことが困難である。 Therefore, when planning treatment, the 3D reconstructed image output from the CT imaging device is sliced to obtain a CT image, and this CT image is compared with an X-ray image taken in the treatment room immediately before treatment from an X-ray imaging device, to align the patient's affected area. However, the X-ray imaging device in the treatment room only obtains a 2D image of the patient in the body axis direction, making it difficult to perform a highly accurate comparison with the 3D reconstructed image output from the CT imaging device during treatment planning.

CT撮影に使用するX線の発生には、扇状に拡散するファンビームと円錐状に拡散するコーンビームとがある。放射線治療用回転ガントリではコーンビーム状のX線を使用したCT撮影が用いられる。コーンビーム状のX線を使用したCT撮影において、患者の断層座標V(x、y、z)からX線検出器座標V(x、y、z)への座標変換は、図8に示す
E×P×T×R×V=V
という一連の行列式を用いた計算で行われる。ここで各行列は、

Figure 0007512094000001
と書き表せる。 X-rays used in CT imaging can be fan beams that spread in a fan shape or cone beams that spread in a cone shape. In a rotating gantry for radiation therapy, CT imaging using cone beam X-rays is used. In CT imaging using cone beam X-rays, the coordinate conversion from the patient's tomographic coordinates V(x, y, z) to the X-ray detector coordinates Vp ( xp , yp , zp ) is performed as shown in Figure 8.
E x P x T x R x V = V P
This is done by calculating a series of determinants, where each matrix is
Figure 0007512094000001
This can be written as:

回転行列Rは、ボリューム(患者)座標系を角度φでy軸周りに反時計方向に回転させる。また、平行移動行列Tは、ボリューム(患者)座標系をX線の照射方向(z軸)に沿って負側に距離dだけ移動させる。これらの2つの行列R及びTは、座標系をボリューム(患者)座標系からのX線源座標系へ写像する。また、X線源の位置D並びにX線検知器のサイズw及びhによって決定される透視投射行列Pは、コーンビーム投影の切頭体を定義する。この行列Pのパラメータn及びfは、X線源から切頭体の遠近それぞれのクリッピング平面までの距離を表す。更に、座標変換行列Eは、患者の断層座標Vに対するX線検出器座標Vをなす。 The rotation matrix R rotates the volume (patient) coordinate system counterclockwise around the y-axis by an angle φ. The translation matrix T translates the volume (patient) coordinate system by a distance d in the negative direction along the x-ray irradiation direction (z-axis). These two matrices R and T map the coordinate system from the volume (patient) coordinate system to the x-ray source coordinate system. The perspective projection matrix P, determined by the x-ray source position D and the x-ray detector sizes w and h, defines the frustum of the cone beam projection. The parameters n and f of this matrix P represent the distances from the x-ray source to the near and far clipping planes of the frustum, respectively. The coordinate transformation matrix E forms the x-ray detector coordinates V P with the patient slice coordinates V.

上記行列式による演算に基づき、回転ガントリに設置されたX線撮像装置が、患者周辺を回転しながらX線透過画像を撮影することによって画像データを取得し、3次元再構成画像を生成する。しかしながら、回転ガントリの回転速度は1周が約1~2分であり、患者の呼吸周期の約3~4秒に対して長すぎる。このため、回転ガントリが1回転して撮像する間に患者の呼吸によって撮像範囲が動いてしまい、上記X線撮像装置では、位置精度の高い3次元再構成画像が得られない。従って、この3次元再構成画像では、治療計画時のCT画像との整合や立体的な位置合わせを行うことができない。 Based on the calculations using the above determinant, an X-ray imaging device installed in a rotating gantry acquires image data by capturing X-ray transmission images while rotating around the patient, and generates a 3D reconstructed image. However, the rotation speed of the rotating gantry is about 1 to 2 minutes per revolution, which is too long compared to the patient's respiratory cycle of about 3 to 4 seconds. As a result, the imaging range moves due to the patient's breathing while the rotating gantry makes one rotation to capture images, and the above X-ray imaging device cannot obtain a 3D reconstructed image with high positional accuracy. Therefore, this 3D reconstructed image cannot be matched with CT images or aligned three-dimensionally when planning treatment.

特開2015-29793号公報JP 2015-29793 A 特表2010-505562号公報JP 2010-505562 A

特許文献1には、CT撮影時のX線画像に捉えられた患者内の標的の3次元位置を認識し、動体追跡治療の治療放射線照射条件を満たす画像を選択して画像再構成を行い、CT画像を生成する旨が記載されている。これにより、患者の呼吸等の動きがあっても、治療計画通りに放射線を標的に照射することが可能になる。しかしながら、この特許文献1に記載の技術では、治療放射線照射条件を満たす画像のみを選択するため、患部の位置変位を正確に把握できない。例えば、治療計画時の骨格及び臓器の位置関係が治療時とずれていたとき、その日の状態の違いによるのか、呼吸性移動によるのかの区別をすることが困難である。 Patent Document 1 describes how the three-dimensional position of a target within a patient captured in an X-ray image taken during CT scan is recognized, and an image that satisfies the therapeutic radiation irradiation conditions of motion tracking therapy is selected to perform image reconstruction and generate a CT image. This makes it possible to irradiate the target with radiation according to the treatment plan, even if the patient is moving, such as breathing. However, the technology described in Patent Document 1 selects only images that satisfy the therapeutic radiation irradiation conditions, so it is not possible to accurately grasp the positional displacement of the affected area. For example, when the positional relationship between the skeleton and organs at the time of treatment planning differs from that at the time of treatment, it is difficult to distinguish whether this is due to a difference in the condition on that day or respiratory movement.

本発明の実施形態は、上述の事情を考慮してなされたものであり、患者の呼吸運動に伴い変動する患部及び臓器等の位置を正確に把握できる放射線治療用CT撮像システム及び放射線治療用CT撮像方法を提供することを目的とする。 The embodiments of the present invention have been made in consideration of the above circumstances, and aim to provide a CT imaging system and a CT imaging method for radiotherapy that can accurately grasp the positions of affected areas and organs, which change in accordance with the patient's respiratory movements.

本発明の実施形態における放射線治療用CT撮像システムは、患者を載置する治療台と、前記治療台を取り囲んでこの治療台の周囲を回転すると共に前記治療台上の前記患者へ放射線を照射する放射線照射部が設置された回転ガントリと、前記回転ガントリに取り付けられ、この回転ガントリの回転時にX線を照射するX線発生部と、前記回転ガントリに取り付けられ、この回転ガントリの回転時に前記治療台上の前記患者を透過した透過X線を撮像して画像データを出力するX線撮像部と、前記治療台上の前記患者の呼吸運動を監視する呼吸監視装置と、前記X線発生部による前記X線の発生及び前記X線撮像部からの前記画像データの取得を制御すると共に、前記X線撮像部からの前記画像データを用いて3次元再構成画像を作成する制御計算装置と、を有する放射線治療用CT撮像システムであって、前記制御計算装置は、前記呼吸監視装置により監視された前記患者の呼吸運動の呼吸波形における振幅を複数の振幅範囲に分割し、これらの振幅範囲毎に、前記X線撮像部にて撮像された前記画像データを、この画像データ撮像時の前記回転ガントリの回転角度値と共に、前記回転ガントリの回転中に分類し、同一の前記振幅範囲に分類された複数の前記画像データ及び前記回転ガントリの回転角度値を再構成して前記3次元再構成画像を作成し、前記振幅範囲毎に分類された前記画像データが前記回転ガントリの1回転において枚数に偏りがあるときには、前記3次元再構成画像を作成するのに不適切であると判断して、前記1回転で取得された前記画像データを棄却するよう構成されたことを特徴とするものである。 A radiotherapy CT imaging system according to an embodiment of the present invention includes a treatment table on which a patient is placed, a rotating gantry on which a radiation irradiation unit is installed, the radiation irradiation unit surrounding the treatment table and rotating around the treatment table and irradiating radiation to the patient on the treatment table, an X-ray generation unit attached to the rotating gantry and irradiating X-rays when the rotating gantry rotates, an X-ray imaging unit attached to the rotating gantry and imaging transmitted X-rays that have passed through the patient on the treatment table when the rotating gantry rotates, and outputting image data, a respiratory monitoring device that monitors the respiratory movement of the patient on the treatment table, and a control and computing device that controls the generation of X-rays by the X-ray generation unit and the acquisition of the image data from the X-ray imaging unit, and creates a three-dimensional reconstructed image using the image data from the X-ray imaging unit. and a control calculation device configured to divide an amplitude of a respiratory waveform of the respiratory movement of the patient monitored by the respiratory monitoring device into a plurality of amplitude ranges, classify the image data captured by the X-ray imaging unit for each of these amplitude ranges during the rotation of the rotating gantry together with the rotation angle value of the rotating gantry at the time of capturing the image data, reconstruct the plurality of image data and the rotation angle value of the rotating gantry classified into the same amplitude range to create the three-dimensional reconstructed image, and when there is a bias in the number of pieces of the image data classified for each amplitude range during one rotation of the rotating gantry, determine that the image data is inappropriate for creating the three-dimensional reconstructed image, and discard the image data acquired during one rotation .

本発明の実施形態における放射線治療用CT撮像方法は、患者を載置する治療台と、前記治療台を取り囲んでこの治療台の周囲を回転すると共に、前記治療台上の前記患者へ放射線を照射する放射線照射部が設置された回転ガントリと、前記回転ガントリに取り付けられ、この回転ガントリの回転時にX線を照射するX線発生部と、前記回転ガントリに取り付けられ、この回転ガントリの回転時に前記治療台上の前記患者を透過した透過X線を撮像して画像データを出力するX線撮像部と、前記治療台上の前記患者の呼吸運動を監視する呼吸監視装置と、前記X線発生部による前記X線の発生及び前記X線撮像部からの前記画像データの取得を制御すると共に、前記X線撮像部からの前記画像データを用いて3次元再構成画像を作成する制御計算装置と、を有する放射線治療用CT撮像システムを準備し、前記呼吸監視装置により監視された前記患者の呼吸運動の呼吸波形における振幅を複数の振幅範囲に分割するステップと、これらの振幅範囲毎に、前記X線撮像部にて撮像された前記画像データを、この画像データ撮像時の前記回転ガントリの回転角度値と共に、前記回転ガントリの回転中に分類するステップと、同一の前記振幅範囲に分類された複数の前記画像データ及び前記回転ガントリの回転角度値を再構成して、前記3次元再構成画像を作成するステップとを、前記制御計算装置が順次実施し、前記制御計算装置は更に、前記振幅範囲毎に分類された前記画像データが前記回転ガントリの1回転において枚数に偏りがあるときには、前記3次元再構成画像を作成するのに不適切であると判断して、前記1回転で取得された前記画像データを棄却することを特徴とするものである。 A radiotherapy CT imaging method according to an embodiment of the present invention provides a radiotherapy CT imaging system including a treatment couch on which a patient is placed, a rotating gantry surrounding the treatment couch and rotating around the treatment couch and including a radiation irradiation unit for irradiating radiation to the patient on the treatment couch, an X-ray generation unit attached to the rotating gantry and irradiating X-rays as the rotating gantry rotates, an X-ray imaging unit attached to the rotating gantry and imaging transmitted X-rays that have passed through the patient on the treatment couch as the rotating gantry rotates and outputting image data, a respiratory monitoring device for monitoring the respiratory movement of the patient on the treatment couch, and a control and computing device for controlling the generation of X-rays by the X-ray generation unit and the acquisition of the image data from the X-ray imaging unit, and for creating a three-dimensional reconstructed image using the image data from the X-ray imaging unit. The control and computing device sequentially performs the steps of: dividing the amplitude of the respiratory waveform of the respiratory movement of the patient monitored by the respiratory monitoring device into a plurality of amplitude ranges; classifying the image data captured by the X-ray imaging unit for each of these amplitude ranges during the rotation of the rotating gantry, together with the rotation angle value of the rotating gantry at the time of capturing the image data; and reconstructing the plurality of image data and the rotation angle value of the rotating gantry classified into the same amplitude range to create the three-dimensional reconstructed image, and the control and computing device is further characterized in that, when there is a bias in the number of pieces of the image data classified for each amplitude range during one rotation of the rotating gantry, the control and computing device determines that the image data is inappropriate for creating the three-dimensional reconstructed image, and discards the image data acquired during one rotation .

本発明の実施形態によれば、患者の呼吸運動に伴い変動する患部及び臓器等の位置を正確に把握できる。 According to an embodiment of the present invention, it is possible to accurately grasp the position of the affected area, organs, etc., which changes with the patient's respiratory movement.

第1実施形態に係る放射線治療用CT撮像システムの回転ガントリ、X線発生部、X線撮像部及び治療台等を示す正面図。FIG. 2 is a front view showing a rotating gantry, an X-ray generation unit, an X-ray imaging unit, a treatment table, and the like of the radiation therapeutic CT imaging system according to the first embodiment. 図1の回転ガントリ等を示す正面図。FIG. 2 is a front view showing the rotating gantry and the like shown in FIG. 図1の放射線治療用CT撮像システムを機能させるための制御計算装置を含む機器の構成図。FIG. 2 is a diagram showing the configuration of an apparatus including a control and calculation device for operating the radiotherapy CT imaging system shown in FIG. 1 . 図3の制御計算装置の機能を説明するブロック図。FIG. 4 is a block diagram illustrating the function of the control calculation device of FIG. 3 . 患者の呼吸運動の呼吸波形の周期を複数の位相範囲に分割し、取得した画像データを分類する様子を説明する模式図。1 is a schematic diagram illustrating how the period of a respiratory waveform of a patient's respiratory movement is divided into a plurality of phase ranges and the acquired image data is classified. 第2実施形態に係る放射線治療用CT撮像システムの制御計算装置の機能を説明するブロック図。FIG. 11 is a block diagram for explaining functions of a control and calculation device of a CT imaging system for radiation therapy according to a second embodiment. 患者の呼吸運動の呼吸波形の振幅を複数の振幅範囲に分割し、取得した画像データを分類する様子を説明する模式図。13 is a schematic diagram illustrating how the amplitude of the respiratory waveform of the patient's respiratory movement is divided into a plurality of amplitude ranges and the acquired image data is classified. 患者の断層座標からX線検出器座標へ座標変換する概念を示す斜視図。FIG. 1 is a perspective view showing the concept of coordinate conversion from a patient's slice coordinates to an X-ray detector coordinates.

以下、本発明を実施するための形態を、図面に基づき説明する。
[A]第1実施形態(図1~図5)
図1は、第1実施形態に係る放射線治療用CT撮像システムの回転ガントリ、X線発生部、X線撮像部及び治療台等を示す正面図である。また、図3は、図1の放射線治療用CT撮像システムを機能させるための制御計算装置を含む機器の構成図である。これらの図1及び図3に示す放射線治療用CT撮像システム10は、患者1の患部へ放射線を照射する際に、患者1の患部及び臓器等をX線により撮像し、得られた画像データを用いて3次元再構成画像を作成するものであり、治療台11、回転ガントリ12、X線発生部13、X線撮像部14、呼吸監視装置15及び制御計算装置16を有して構成される。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[A] First embodiment (FIGS. 1 to 5)
Fig. 1 is a front view showing a rotating gantry, an X-ray generating unit, an X-ray imaging unit, a treatment table, etc. of a CT imaging system for radiotherapy according to the first embodiment. Fig. 3 is a configuration diagram of an apparatus including a control and computing device for operating the CT imaging system for radiotherapy shown in Fig. 1. The CT imaging system for radiotherapy 10 shown in Figs. 1 and 3 is for imaging the affected area and organs of the patient 1 with X-rays when irradiating the affected area of the patient 1 with radiation, and for creating a three-dimensional reconstructed image using the image data obtained. The CT imaging system for radiotherapy 10 includes a treatment table 11, a rotating gantry 12, an X-ray generating unit 13, an X-ray imaging unit 14, a respiration monitor 15, and a control and computing device 16.

治療台11は、患者1を横臥させて載置させるものである。また、回転ガントリ12は、治療台11を取り囲んでこの治療台11の周囲を回転するものであり、辺縁部に放射線照射部17が設置される。回転ガントリ12の回転軸Oは、治療台11に横臥した患者1の位置になるように設定される。また、放射線照射部17は、治療台11に横臥した患者1へ放射線を照射する。 The treatment table 11 is for the patient 1 to lie on. The rotating gantry 12 surrounds the treatment table 11 and rotates around it, with a radiation irradiation unit 17 installed on its periphery. The rotation axis O of the rotating gantry 12 is set to the position of the patient 1 lying on the treatment table 11. The radiation irradiation unit 17 irradiates radiation to the patient 1 lying on the treatment table 11.

X線発生部13は第1X線発生部13A及び第2X線発生部13Bを有してなる。図2にも示すように、これらの第1X線発生部13Aと第2X線発生部13Bは、回転ガントリ12の辺縁部に、回転ガントリ12の回転軸Oを中心として90度離反した位置に設置される。これらの第1及び第2X線発生部13A及び13Bは例えばX線管であり、回転ガントリ12の回転時に治療台11上の患者1へ向かってX線を照射する。 The X-ray generating unit 13 comprises a first X-ray generating unit 13A and a second X-ray generating unit 13B. As shown in FIG. 2, the first X-ray generating unit 13A and the second X-ray generating unit 13B are installed on the edge of the rotating gantry 12 at positions separated by 90 degrees from the rotation axis O of the rotating gantry 12. The first and second X-ray generating units 13A and 13B are, for example, X-ray tubes, and irradiate X-rays toward the patient 1 on the treatment table 11 when the rotating gantry 12 rotates.

X線撮像部14は第1X線撮像部14A及び第2X線撮像部14Bを有してなる。第1X線撮像部14Aは、第1X線発生部13Aに対し回転ガントリ12の回転軸Oを中心として180度の方向に位置付けられて第1X線発生部13Aと対をなし、放射線照射部17に隣接して配置される。また、第2X線撮像部14Bは、第2X線発生部13Bに対し回転ガントリ12の回転軸Oを中心として180度の方向に位置付けられて第2X線発生部13Bと対をなし、放射線照射部17に隣接して配置される。 The X-ray imaging unit 14 comprises a first X-ray imaging unit 14A and a second X-ray imaging unit 14B. The first X-ray imaging unit 14A is positioned in a direction of 180 degrees around the rotation axis O of the rotating gantry 12 relative to the first X-ray generation unit 13A, forms a pair with the first X-ray generation unit 13A, and is disposed adjacent to the radiation irradiation unit 17. The second X-ray imaging unit 14B is positioned in a direction of 180 degrees around the rotation axis O of the rotating gantry 12 relative to the second X-ray generation unit 13B, forms a pair with the second X-ray generation unit 13B, and is disposed adjacent to the radiation irradiation unit 17.

第1X線撮像部14Aは、回転ガントリ12の回転時に、第1X線発生部13Aから照射されたX線が治療台11上の患者1を透過した透過X線を撮像して画像データ(X線透過画像)29を出力する。また、第2X線撮像部14Bは、回転ガントリ12の回転時に、第2X線発生部13Bから照射されたX線が治療台11上の患者1を透過した透過X線を撮像して画像データ(X線透過画像)29を出力する。 The first X-ray imaging unit 14A captures the transmitted X-rays that are irradiated from the first X-ray generating unit 13A and transmitted through the patient 1 on the treatment table 11 while the rotating gantry 12 rotates, and outputs image data (X-ray transmission image) 29. The second X-ray imaging unit 14B captures the transmitted X-rays that are irradiated from the second X-ray generating unit 13B and transmitted through the patient 1 on the treatment table 11 while the rotating gantry 12 rotates, and outputs image data (X-ray transmission image) 29.

呼吸監視装置15は、図1及び図3に示すように、例えば治療台11に設置されたセンサ18を備える。このセンサ18は、治療台11に横臥した患者1の体表面に表れる呼吸運動の移動量を測定する。呼吸監視装置15は、センサ18からの測定データを取り込むことで、患者1の呼吸運動を監視する。 As shown in Figs. 1 and 3, the respiratory monitoring device 15 includes a sensor 18 that is installed, for example, on the treatment table 11. This sensor 18 measures the amount of movement of the respiratory movement that appears on the body surface of the patient 1 lying on the treatment table 11. The respiratory monitoring device 15 monitors the respiratory movement of the patient 1 by acquiring measurement data from the sensor 18.

制御計算装置16は、図3に示すように、X線発生部(第1X線発生部13A及び第2X線発生部13B)によるX線の発生、及びX線撮像部(第1X線撮像部14A及び第2X線撮像部14B)からの画像データ(X線透過画像)29の取得等を制御すると共に、X線撮像部14からの画像データ29を用いて3次元再構成画像等を作成する。 As shown in FIG. 3, the control calculation device 16 controls the generation of X-rays by the X-ray generation unit (first X-ray generation unit 13A and second X-ray generation unit 13B) and the acquisition of image data (X-ray transmission image) 29 from the X-ray imaging unit (first X-ray imaging unit 14A and second X-ray imaging unit 14B), and creates a 3D reconstructed image, etc., using the image data 29 from the X-ray imaging unit 14.

つまり、制御計算装置16は、第1高電圧発生装置19A及び第2高電圧発生装置19Bを制御して、第1X線発生部13A及び第2X線発生部13Bのそれぞれから、タイミング及び強度を調整してX線を発生させる。また、制御計算装置16は、第1X線撮像部14A、第2X線撮像部14Bにてそれぞれ撮像された画像データ(X線透過画像)29を、X線の発生タイミング(つまり画像データ29の撮像タイミング)毎に取得する。また、制御計算装置16は、回転ガントリ12の回転を制御するガントリ制御装置20から、回転ガントリ12の回転角度値θを逐次取得する。更に、制御計算装置16は、センサ18が測定した患者1の呼吸運動の移動量(呼吸波形)を、呼吸監視装置15を介して数値で取得する。 That is, the control calculation device 16 controls the first high voltage generator 19A and the second high voltage generator 19B to generate X-rays from each of the first X-ray generation unit 13A and the second X-ray generation unit 13B by adjusting the timing and intensity. The control calculation device 16 also acquires image data (X-ray transmission image) 29 captured by the first X-ray imaging unit 14A and the second X-ray imaging unit 14B at each X-ray generation timing (i.e., the imaging timing of the image data 29). The control calculation device 16 also sequentially acquires the rotation angle value θ of the rotating gantry 12 from the gantry control device 20 that controls the rotation of the rotating gantry 12. Furthermore, the control calculation device 16 acquires the amount of movement of the respiratory movement of the patient 1 (respiratory waveform) measured by the sensor 18 as a numerical value via the respiratory monitoring device 15.

更に、図4に示すように、制御計算装置16は、3次元再構成画像及びアニメーション化された立体画像の作成機能を実現するために画像前段処理部21、呼吸波形分割部22、画像データ等分類部23、3次元再構成部24及び立体画像作成部25を有する。 Furthermore, as shown in FIG. 4, the control calculation device 16 has an image pre-processing unit 21, a respiratory waveform division unit 22, an image data classification unit 23, a 3D reconstruction unit 24, and a 3D image creation unit 25 to realize the function of creating 3D reconstructed images and animated 3D images.

画像前段処理部21は、X線撮像部14(第1X線撮像部14A及び第2X線撮像部14B)から取り込んだ画像データ(X線透過画像)29に対して画像前段処理を行なう。この画像前段処理は、例えば画像フィルタリングによるノイズ除去である。また、呼吸波形分割部22は、呼吸監視装置15により監視された患者1の呼吸運動の移動量である呼吸波形26(図5)の周期Sを、複数(例えば10個)の位相範囲αに分割する第1ステップを実施する。 The image pre-processing unit 21 performs image pre-processing on the image data (X-ray transmission image) 29 acquired from the X-ray imaging unit 14 (first X-ray imaging unit 14A and second X-ray imaging unit 14B). This image pre-processing is, for example, noise removal by image filtering. In addition, the respiratory waveform division unit 22 performs a first step of dividing the period S of the respiratory waveform 26 (Figure 5), which is the amount of movement of the respiratory movement of the patient 1 monitored by the respiratory monitoring device 15, into multiple (for example, 10) phase ranges α.

ここで、放射線治療用CT撮像システム10における回転ガントリ12は、一般的なCT撮像装置と異なり、1回転に1~2分を要する。一方、患者1の呼吸運動における呼吸波形26の周期S(最大吸気から最大呼気を経て最大吸気までの時間)は、3~4秒程度である。従って、回転ガントリ12の1回転中に患者1の呼吸は複数回なされることになる。そして、患者1の呼吸運動に伴い変動する患部及び臓器等は、この呼吸運動の呼吸波形26における同一の位相範囲α、例えば1番目の位相範囲αどうし、2番目の位相範囲αどうし等において同一位置にある。 The rotating gantry 12 in the radiation therapy CT imaging system 10 differs from a typical CT imaging device in that it takes 1 to 2 minutes to make one rotation. On the other hand, the period S of the respiratory waveform 26 in the respiratory motion of the patient 1 (the time from maximum inspiration through maximum expiration to maximum inspiration) is about 3 to 4 seconds. Therefore, the patient 1 breathes multiple times during one rotation of the rotating gantry 12. The affected area and organs that change with the respiratory motion of the patient 1 are in the same position in the same phase range α in the respiratory waveform 26 of this respiratory motion, for example, in the first phase range α, the second phase range α, etc.

画像データ等分類部23は、図4及び図5に示すように、呼吸波形分割部22にて設定された位相範囲α毎に、X線撮像部14(第1X線撮像部14A、第2X線撮像部14B)にて撮像された画像データ(X線透過画像)29を、この画像データ29撮像時の回転ガントリ12の回転角度値θと共に分類する第2ステップを実施する。従って、呼吸波形26の各位相範囲αには、X線撮像部14により撮像された画像データ29と、この画像データ29撮像時の回転ガントリ12の回転角度値θとを結合したデータセットが、複数セット分類されることになる。 As shown in Figures 4 and 5, the image data classification unit 23 performs a second step of classifying image data (X-ray transmission image) 29 captured by the X-ray imaging unit 14 (first X-ray imaging unit 14A, second X-ray imaging unit 14B) for each phase range α set by the respiratory waveform division unit 22 together with the rotation angle value θ of the rotating gantry 12 when this image data 29 was captured. Therefore, for each phase range α of the respiratory waveform 26, multiple sets of data sets combining the image data 29 captured by the X-ray imaging unit 14 and the rotation angle value θ of the rotating gantry 12 when this image data 29 was captured are classified.

3次元再構成部24は、呼吸波形26の同一の位相範囲α毎に画像データ等分類部23により分類された複数のデータセット(X線撮像部14による画像データ29及び回転ガントリ12の回転角度値θ)を再構成して、3次元再構成画像を位相範囲α毎に作成する第3ステップを実施する。 The three-dimensional reconstruction unit 24 performs a third step of reconstructing the multiple data sets (image data 29 from the X-ray imaging unit 14 and the rotation angle value θ of the rotating gantry 12) classified by the image data classification unit 23 for each identical phase range α of the respiratory waveform 26, and creating a three-dimensional reconstructed image for each phase range α.

立体画像作成部25は、3次元再構成部24により呼吸波形26の位相範囲α毎に作成された3次元再構成画像を複数、呼吸波形26の位相の時系列に沿って順次並べて統合することで、時間軸を有する(つまりアニメーション化された)立体画像を作成する第4ステップを実施する。 The three-dimensional image creation unit 25 performs a fourth step of creating a three-dimensional image having a time axis (i.e., animated) by sequentially arranging and integrating multiple three-dimensional reconstruction images created by the three-dimensional reconstruction unit 24 for each phase range α of the respiratory waveform 26 along the time series of the phases of the respiratory waveform 26.

制御計算装置16は、呼吸波形分割部22、画像データ等分類部23、3次元再構成部24及び立体画像作成部25における第1ステップ~第4ステップを順次実施して、3次元再構成画像、及びアニメーション化された立体画像を作成する。これらの両画像は、外部出力部27(図4)へ出力されて表示可能に構成される。また、制御計算装置16は、ユーザインタフェース28に接続されてもよい。このユーザインタフェース28は、例えば、制御計算装置16と同一の計算機内部で同時に動作するプログラムという形態であってもよく、または、制御計算装置16とは別の計算機内部で作動し、ネットワーク回線を通して制御計算装置16との情報の送受信を行なう形態であってもよい。 The control computing device 16 sequentially performs the first to fourth steps in the respiratory waveform division unit 22, image data classification unit 23, three-dimensional reconstruction unit 24, and three-dimensional image creation unit 25 to create a three-dimensional reconstruction image and an animated three-dimensional image. Both of these images are configured to be output to an external output unit 27 (Figure 4) so that they can be displayed. The control computing device 16 may also be connected to a user interface 28. This user interface 28 may be in the form of a program that runs simultaneously inside the same computer as the control computing device 16, for example, or may be in the form of running inside a computer separate from the control computing device 16 and sending and receiving information to and from the control computing device 16 via a network line.

以上のように構成されたことから、本第1実施形態によれば、次の効果(1)~(3)を奏する。
(1)患者1の呼吸運動の呼吸波形26が図5に示すように規則的である場合、呼吸波形26における同一の位相位置では患者1の患部及び臓器等が同一位置にある。そのため、制御計算装置16が、X線撮像部14(第1X線撮像部14A、第2X線撮像部14B)にて撮像された画像データ29を、患者1の呼吸運動の呼吸波形26における同一の位相範囲α毎に再構成して3次元再構成画像を作成することで、患者1の呼吸運動に伴い変動する患部及び臓器等の位置を、3次元再構成画像により正確に把握することができる。この結果、放射線治療を行なう際に、患者1の呼吸波形26のどの位相位置で放射線を照射するかが明確になるので、精度の高い放射線治療を行なうことができる。
As configured as above, the first embodiment provides the following advantages (1) to (3).
(1) When the respiratory waveform 26 of the patient 1's respiratory motion is regular as shown in Fig. 5, the affected area and organs of the patient 1 are at the same position at the same phase position in the respiratory waveform 26. Therefore, the control calculation device 16 reconstructs the image data 29 captured by the X-ray imaging unit 14 (the first X-ray imaging unit 14A and the second X-ray imaging unit 14B) for each of the same phase ranges α in the respiratory waveform 26 of the patient 1's respiratory motion to create a three-dimensional reconstruction image, so that the positions of the affected area and organs that change with the respiratory motion of the patient 1 can be accurately grasped from the three-dimensional reconstruction image. As a result, when performing radiation therapy, it becomes clear at which phase position of the respiratory waveform 26 of the patient 1 radiation is irradiated, so that radiation therapy can be performed with high accuracy.

(2)制御計算装置16は、X線撮像部14(第1X線撮像部14A、第2X線撮像部14B)にて撮像された画像データ29を、患者1の呼吸運動の呼吸波形26における同一の位相範囲α毎に再構成して3次元再構成画像を作成し、この位相範囲α毎の3次元再構成画像を複数、呼吸波形26の位相の時系列に沿って順次並べて統合することで、アニメーション化された時間軸を有する立体画像を出力している。このため、患者1の呼吸運動によって変動する患部及び臓器等の変動の様子を立体的に確認できるので、患者1の呼吸運動に伴い変動する患部及び臓器等の位置を、より一層正確に把握することができる。この結果、放射線治療を行なう際に、患者1の呼吸波形26のどの位相位置で放射線を照射すべきかがより一層明確になるので、より精度の高い放射線治療を行なうことができる。 (2) The control calculation device 16 reconstructs the image data 29 captured by the X-ray imaging unit 14 (first X-ray imaging unit 14A, second X-ray imaging unit 14B) for each identical phase range α in the respiratory waveform 26 of the patient 1's respiratory movement to create a three-dimensional reconstruction image, and outputs a three-dimensional image having an animated time axis by sequentially arranging and integrating multiple three-dimensional reconstruction images for each phase range α along the time series of the phase of the respiratory waveform 26. Therefore, the state of the changes in the affected area and organs, etc., which change due to the respiratory movement of the patient 1 can be confirmed three-dimensionally, so that the positions of the affected area and organs, etc., which change due to the respiratory movement of the patient 1 can be grasped more accurately. As a result, when performing radiation therapy, it becomes even clearer at which phase position of the respiratory waveform 26 of the patient 1 radiation should be irradiated, and radiation therapy can be performed with higher accuracy.

(3)制御計算装置16は、呼吸波形分割部22が患者1の呼吸運動の呼吸波形26における周期Sを複数に分割して複数の位相範囲αを設定し、画像データ等分類部23及び3次元再構成部24が位相範囲α毎に3次元再構成画像を作成し、これら複数の3次元再構成画像から立体画像作成部25が、アニメーション化された時間軸を有する立体画像を作成するので、制御計算装置16のアルゴリズムがシンプルになる。このため、この制御計算装置16を実装した放射線治療用CT撮像システム10の構成を容易化できる。 (3) In the control computing device 16, the respiratory waveform division unit 22 divides the period S in the respiratory waveform 26 of the respiratory movement of the patient 1 into multiple parts to set multiple phase ranges α, the image data classification unit 23 and the three-dimensional reconstruction unit 24 create a three-dimensional reconstruction image for each phase range α, and the three-dimensional image creation unit 25 creates a three-dimensional image having an animated time axis from these multiple three-dimensional reconstruction images, so the algorithm of the control computing device 16 is simplified. This makes it possible to facilitate the configuration of a radiotherapy CT imaging system 10 that implements this control computing device 16.

[B]第2実施形態(図6、図7)
図6は、第2実施形態に係る放射線治療用CT撮像システムの制御計算装置の機能を説明するブロック図である。この第2実施形態において第1実施形態と同様な部分については、第1実施形態と同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。
[B] Second embodiment (FIGS. 6 and 7)
6 is a block diagram for explaining the functions of a control and calculation device of a CT imaging system for radiation therapy according to the second embodiment. In the second embodiment, the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those in the first embodiment, and the explanations thereof will be simplified or omitted.

本第2実施形態の放射線治療用CT撮像システム30が第1実施形態と異なる点は、第1実施形態の制御計算装置16における3次元再構成画像及びアニメーション化された立体画像を作成する機能が、制御計算装置31の画像前段処理部21、呼吸波形分割部32、画像データ等分類部33、3次元再構成部34及び立体画像作成部35により実現される点である。 The radiation therapy CT imaging system 30 of the second embodiment differs from the first embodiment in that the function of creating a three-dimensional reconstructed image and an animated stereoscopic image in the control calculation device 16 of the first embodiment is realized by the image pre-processing unit 21, the respiratory waveform division unit 32, the image data classification unit 33, the three-dimensional reconstruction unit 34, and the stereoscopic image creation unit 35 of the control calculation device 31.

なお、制御計算装置31においても、制御計算装置16と同様に、X線発生部13(第1X線発生部13A、第2X線発生部13B)によるX線の発生制御、X線撮像部14(第1X線撮像部14A、第2X線撮像部14B)からの画像データ29の取得制御、ガントリ制御装置20からの回転ガントリ12の回転角度値θの取得制御、及び呼吸監視装置15からの患者1の呼吸運動移動量(呼吸波形)の取得制御等を実施する。 In the same manner as the control calculation device 16, the control calculation device 31 also controls the generation of X-rays by the X-ray generation unit 13 (first X-ray generation unit 13A, second X-ray generation unit 13B), controls the acquisition of image data 29 from the X-ray imaging unit 14 (first X-ray imaging unit 14A, second X-ray imaging unit 14B), controls the acquisition of the rotation angle value θ of the rotating gantry 12 from the gantry control device 20, and controls the acquisition of the respiratory motion movement amount (respiratory waveform) of the patient 1 from the respiratory monitoring device 15.

図7に示すように、患者1の呼吸運動の呼吸波形36は、最大吸気または最大呼気等が呼吸毎に異なって不規則になる場合がある。このような場合でも、患者1の呼吸運動に伴い変動する患部及び臓器等は、この呼吸運動の呼吸波形36における振幅方向の同一位置、例えば後述の同一の振幅範囲βで同一位置にある。 As shown in FIG. 7, the respiratory waveform 36 of the respiratory movement of the patient 1 may be irregular, with the maximum inspiration or maximum expiration varying for each breath. Even in such cases, the affected area and organs that change with the respiratory movement of the patient 1 are at the same position in the amplitude direction in the respiratory waveform 36 of this respiratory movement, for example, at the same position within the same amplitude range β described below.

上述の事実を前提として、図6及び図7に示すように、呼吸波形分割部32は、呼吸監視装置15により監視された患者1の呼吸運動の移動量である呼吸波形36における振幅Lを、複数(例えば10個)の振幅範囲βに分割する第11ステップを実施する。呼吸波形36における例えば1番目の振幅範囲βどうし、2番目の振幅範囲βどうし等のそれぞれ同一の振幅範囲βでは、患者1の患部及び臓器等は同一位置である。 Based on the above facts, as shown in Figures 6 and 7, the respiratory waveform division unit 32 performs an eleventh step of dividing the amplitude L in the respiratory waveform 36, which is the amount of movement of the respiratory movement of the patient 1 monitored by the respiratory monitoring device 15, into multiple (e.g., 10) amplitude ranges β. In the same amplitude range β in the respiratory waveform 36, for example, between the first amplitude range β, between the second amplitude range β, etc., the affected area and organs of the patient 1 are in the same position.

この呼吸波形分割部32は、患者1の呼吸運動の呼吸波形36における振幅Lを複数の振幅範囲βに分割するために上記振幅Lについて分割すべき分割領域(最大吸気から最大呼気までの領域)と分割数に関する情報を、予め保持する。つまり、呼吸波形分割部32は、患者1の呼吸波形36の振幅Lを分割するために、回転ガントリ12が1回転し終わった後に、患者1の呼吸運動の呼吸波形36の分布から、振幅Lを分割すべき分割領域及び分割数を初めて決定するのではなく、患者1の呼吸波形36の分布から上記分割領域(最大吸気から最大呼気までも領域)及び分割部を予め決定して保持しておく。 This respiratory waveform division unit 32 holds in advance information regarding the division regions (regions from maximum inspiration to maximum expiration) and division numbers into which the amplitude L should be divided in order to divide the amplitude L in the respiratory waveform 36 of the patient 1's respiratory movement into a plurality of amplitude ranges β. In other words, in order to divide the amplitude L of the respiratory waveform 36 of the patient 1, the respiratory waveform division unit 32 does not first determine the division regions and division numbers into which the amplitude L should be divided from the distribution of the respiratory waveform 36 of the patient 1's respiratory movement after the rotating gantry 12 has completed one rotation, but rather determines and holds in advance the division regions (regions from maximum inspiration to maximum expiration) and division parts from the distribution of the respiratory waveform 36 of the patient 1.

画像データ等分類部33は、呼吸波形分割部32により分割された複数個の振幅範囲β毎に、X線撮像部14(第1X線撮像部14A、第2X線撮像部14B)にて撮像された画像データ(X線透過画像)29を、この画像データ29撮像時の回転ガントリ12の回転角度値θと共に分類する第12ステップを実施する。従って、呼吸波形36の各振幅範囲βには、X線撮像部14により撮像された画像データ29と、この画像データ29撮像時における回転ガントリ12の回転角度値θとを結合したデータセットが、複数セット分類されることになる。 The image data classification unit 33 performs a twelfth step of classifying the image data (X-ray transmission image) 29 captured by the X-ray imaging unit 14 (first X-ray imaging unit 14A, second X-ray imaging unit 14B) together with the rotation angle value θ of the rotating gantry 12 when the image data 29 was captured, for each of the multiple amplitude ranges β divided by the respiratory waveform division unit 32. Therefore, for each amplitude range β of the respiratory waveform 36, multiple sets of data sets combining the image data 29 captured by the X-ray imaging unit 14 and the rotation angle value θ of the rotating gantry 12 when the image data 29 was captured are classified.

3次元再構成部34は、呼吸波形36の同一の振幅範囲β毎に画像データ等分類部33により分類された複数のデータセット(X線撮像部14による画像データ29及び回転ガントリ12の回転角度値θ)を再構成して、3次元再構成画像を作成する第13ステップを実施する。 The three-dimensional reconstruction unit 34 performs a thirteenth step of reconstructing the multiple data sets (image data 29 from the X-ray imaging unit 14 and the rotation angle value θ of the rotating gantry 12) classified by the image data classification unit 33 for each identical amplitude range β of the respiratory waveform 36 to create a three-dimensional reconstructed image.

この3次元再構成画像を作成する際に、3次元再構成部34は、振幅範囲β毎に分類された画像データ29が3次元再構成画像を作成するために枚数が不十分である等のように不適切であると判断した場合には、上記画像データ29を棄却する。この棄却により、振幅範囲β毎に作成される3次元再構成画像の精度が確保される。 When creating this three-dimensional reconstruction image, if the three-dimensional reconstruction unit 34 determines that the image data 29 classified for each amplitude range β is inappropriate, such as there being an insufficient number of images to create a three-dimensional reconstruction image, the three-dimensional reconstruction unit 34 discards the image data 29. This discarding ensures the accuracy of the three-dimensional reconstruction image created for each amplitude range β.

つまり、呼吸波形36の振幅Lを分割した振幅範囲β毎に画像データ29を分類する場合には、特に最大吸気や最大呼気に近い振幅範囲βで画像データ29を取得できないことがある。従って、このような振幅範囲βでは、回転ガントリ12が1回転する間に3次元再構成画像作成のための画像データ数が不十分になってしまう。また、回転ガントリ12が1回転する間に患者1の呼吸運動の呼吸波形36の中心位置がずれていく場合がある。このような場合には、呼吸波形36の最大振幅に近い振幅範囲βで撮像開始時に画像データ29が取得(分類)されていたが、その後取得できなくなり、3次元再構成画像の作成にとって画像データ数が不十分になることがある。 In other words, when classifying image data 29 for each amplitude range β obtained by dividing the amplitude L of the respiratory waveform 36, it may not be possible to acquire image data 29 in the amplitude range β close to maximum inspiration or maximum expiration. Therefore, in such an amplitude range β, the number of image data for creating a three-dimensional reconstructed image during one rotation of the rotating gantry 12 is insufficient. Also, the center position of the respiratory waveform 36 of the respiratory movement of the patient 1 may shift during one rotation of the rotating gantry 12. In such a case, image data 29 was acquired (classified) in the amplitude range β close to the maximum amplitude of the respiratory waveform 36 at the start of imaging, but it may not be possible to acquire it thereafter, and the number of image data may be insufficient for creating a three-dimensional reconstructed image.

そこで、3次元再構成部34は、回転ガントリ12が1回転する間に、患者1の呼吸波形36の振幅範囲βに分類される画像データ(X線透過画像)29数が、この振幅範囲βにおいて3次元再構成画像を作成するために必要な最低画像数に至らず不十分であるとき、その振幅範囲βにおいては3次元再構成を行なわない。3次元再構成部34は、その3次元再構成を行なわない振幅範囲βに分類された画像データ29を棄却する。ここで、上記最低画像数は3次元再構成部34に予め設定されたものである。 Therefore, when the number of image data (X-ray transmission images) 29 classified into the amplitude range β of the respiratory waveform 36 of the patient 1 during one rotation of the rotating gantry 12 is insufficient and does not reach the minimum number of images required to create a three-dimensional reconstructed image in this amplitude range β, the three-dimensional reconstruction unit 34 does not perform three-dimensional reconstruction in that amplitude range β. The three-dimensional reconstruction unit 34 discards the image data 29 classified into the amplitude range β for which three-dimensional reconstruction is not performed. Here, the minimum number of images is preset in the three-dimensional reconstruction unit 34.

また、3次元再構成部34は、振幅範囲βに分類された画像データ数が最低画像数を満たす場合であっても、各振幅範囲βに分類された画像データ29が、回転ガントリ12の1回転の間で枚数に偏りがあるときには、その時の回転ガントリ12の1回転で取得された画像データ29からは3次元再構成を行なわず、その画像データ29を全て棄却する。例えば、回転ガントリ12の1回転の角度範囲(360度)を複数の等分された角度範囲に区分けし、各区分けされた角度範囲内で、振幅範囲β毎に分類された画像データ数が略均等枚数(例えば、枚数のばらつきが20%以内)得られないときには、その回転ガントリ12の1回転中に取得された画像データ29からは全ての振幅範囲βにおいて3次元再構成画像を作成せず、全ての画像データ29を棄却する。 In addition, even if the number of image data classified into the amplitude range β satisfies the minimum number of images, if there is a bias in the number of image data 29 classified into each amplitude range β during one rotation of the rotating gantry 12, the 3D reconstruction unit 34 does not perform 3D reconstruction from the image data 29 acquired during that one rotation of the rotating gantry 12, and discards all of the image data 29. For example, if the angle range (360 degrees) of one rotation of the rotating gantry 12 is divided into a number of equal angle ranges, and the number of image data classified into each amplitude range β is not approximately equal within each divided angle range (for example, the variation in the number of images is within 20%), 3D reconstruction images are not created in any of the amplitude ranges β from the image data 29 acquired during one rotation of the rotating gantry 12, and all of the image data 29 is discarded.

立体画像作成部35は、患者1の呼吸運動の呼吸波形36における振幅範囲β毎に再構成して作成された3次元再構成画像を複数、呼吸波形36の最大吸気から最大呼気へ向かって順次並べて統合して、呼吸波形36の最大吸気と最大呼気との間で順次変化するアニメーション化された立体画像を出力する第14ステップを実施する。ここで、複数の3次元再構成画像は、呼吸波形36の最大呼気から最大吸気へ向かって順次並べて統合してもよい。 The stereoscopic image creation unit 35 performs a fourteenth step of sequentially arranging and integrating multiple three-dimensional reconstructed images created by reconstructing for each amplitude range β in the respiratory waveform 36 of the respiratory movement of the patient 1 from maximum inspiration to maximum expiration in the respiratory waveform 36, and outputting an animated stereoscopic image that sequentially changes between maximum inspiration and maximum expiration in the respiratory waveform 36. Here, the multiple three-dimensional reconstructed images may be sequentially arranged and integrated from maximum expiration to maximum inspiration in the respiratory waveform 36.

制御計算装置31は、呼吸波形分割部32、画像データ等分類部33、3次元再構成部34及び立体画像作成部35における第11ステップ~第14ステップを順次実施して、3次元再構成画像、及びアニメーション化された立体画像を作成する。これらの両画像は、外部出力部27へ出力されて表示可能に構成される。 The control calculation device 31 sequentially performs steps 11 to 14 in the respiratory waveform division unit 32, image data classification unit 33, 3D reconstruction unit 34, and 3D image creation unit 35 to create a 3D reconstructed image and an animated 3D image. Both of these images are configured to be output to the external output unit 27 so that they can be displayed.

以上のように構成されたことから、本第2実施形態によれば、次の効果(4)~(7)を奏する。
(4)患者1の呼吸運動の呼吸波形36が図7に示すように不規則的であっても、この呼吸波形36の振幅Lにおける同一位置では患者1の患部及び臓器等が同一位置にある。そのため、制御計算装置31は、呼吸波形36が特に不規則的である場合に、X線撮像部14(第1X線撮像部14A、第2X線撮像部14B)にて撮像された画像データ29を、患者1の呼吸運動の呼吸波形36における同一の振幅範囲β毎に再構成して3次元再構成画像を作成することで、この3次元再構成画像に影が生じるなどのアーチファクトの発生を低減できる。この結果、患者1の呼吸運動に伴い変動する患部及び臓器等の位置を、3次元再構成画像により正確に把握することができる。この結果、放射線治療を行なう際に、患者1の呼吸波形36のどの位相位置で放射線を照射するかが明確になるので、精度の高い放射線治療を行なうことができる。
As configured as above, the second embodiment provides the following advantages (4) to (7).
(4) Even if the respiratory waveform 36 of the patient 1 is irregular as shown in FIG. 7, the affected area and organs of the patient 1 are at the same position at the same position in the amplitude L of the respiratory waveform 36. Therefore, when the respiratory waveform 36 is particularly irregular, the control calculation device 31 reconstructs the image data 29 captured by the X-ray imaging unit 14 (the first X-ray imaging unit 14A and the second X-ray imaging unit 14B) for each of the same amplitude ranges β of the respiratory waveform 36 of the patient 1 to create a three-dimensional reconstruction image, thereby reducing the occurrence of artifacts such as shadows on the three-dimensional reconstruction image. As a result, the positions of the affected area and organs that change with the respiratory motion of the patient 1 can be accurately grasped by the three-dimensional reconstruction image. As a result, when performing radiation therapy, it is clear at which phase position of the respiratory waveform 36 of the patient 1 radiation is irradiated, so that radiation therapy can be performed with high accuracy.

(5)制御計算装置31は、X線撮像部14(第1X線撮像部14A、第2X線撮像部14B)にて撮像された画像データ29を、患者1の呼吸運動の呼吸波形36における同一の振幅範囲β毎に再構成して3次元再構成画像を作成し、この振幅範囲β毎の3次元再構成画像を複数、呼吸波形36の最大吸気と最大呼気の一方から他方へ向って順次並べて統合することで、最大吸気と最大呼気との間で順次変化するアニメーション化された立体画像を出力している。このため、患者1の呼吸運動によって変動する患部及び臓器等の変動の様子を立体的に確認できるので、患者1の呼吸運動に伴い変動する患部及び臓器等の位置を、より一層正確に把握できる。この結果、放射線治療を行なう際に、患者1の呼吸波形36のどの位相位置で放射線を照射すべきかがより一層明確になるので、より精度の高い放射線治療を行なうことができる。 (5) The control calculation device 31 reconstructs the image data 29 captured by the X-ray imaging unit 14 (first X-ray imaging unit 14A, second X-ray imaging unit 14B) for each of the same amplitude ranges β in the respiratory waveform 36 of the patient 1's respiratory motion to create a three-dimensional reconstruction image, and outputs an animated three-dimensional image that changes sequentially between maximum inspiration and maximum expiration by sequentially arranging and integrating multiple three-dimensional reconstruction images for each amplitude range β of the respiratory waveform 36 from one side to the other of maximum inspiration and maximum expiration. Therefore, the state of the changes in the affected area and organs, etc., that change due to the respiratory motion of the patient 1 can be confirmed three-dimensionally, and the positions of the affected area and organs, etc., that change due to the respiratory motion of the patient 1 can be grasped more accurately. As a result, when performing radiation therapy, it becomes even clearer at which phase position of the respiratory waveform 36 of the patient 1 radiation should be irradiated, so that more accurate radiation therapy can be performed.

(6)制御計算装置31の3次元再構成部34は、患者1の呼吸運動の呼吸波形36における振幅範囲β毎に分類された画像データ29が3次元再構成画像を作成するのに不適切(例えば枚数不足)であると判断した場合には、その画像データ29から3次元再構成画像を作成せず、その画像データ29を棄却する。この結果、3次元再構成部34による不必要なデータ処理を行なう時間を削減できるので、他の振幅範囲βにおいて、画像データ29用いた3次元再構成画像の作成を迅速に行なうことができる。 (6) When the three-dimensional reconstruction unit 34 of the control calculation device 31 determines that the image data 29 classified for each amplitude range β in the respiratory waveform 36 of the respiratory movement of the patient 1 is inappropriate for creating a three-dimensional reconstructed image (e.g., there is an insufficient number of images), the three-dimensional reconstructed image is not created from the image data 29, and the image data 29 is discarded. As a result, the time spent by the three-dimensional reconstruction unit 34 in performing unnecessary data processing can be reduced, and three-dimensional reconstructed images can be quickly created using the image data 29 in other amplitude ranges β.

(7)制御計算装置31の呼吸波形分割部32は、患者1の呼吸運動の呼吸波形36における振幅Lを複数の振幅範囲βに分割するために上記振幅Lについて分割すべき分割領域(最大吸気から最大呼気までの領域)と分割数に関する情報を、予め保持している。このため、制御計算装置31は、回転ガントリ12の回転中にX線撮像部14から画像データ29を取得しながら、呼吸波形分割部32によりこれらの画像データ29を、画像データ29撮像時の回転ガントリ12の回転角度値θと共に振幅範囲β毎に分類できる。この結果、回転ガントリ12の回転中に画像データ29等の各振幅範囲βへの分類が行われることになるので、X線撮像部14からの画像データ29の取得後速やかに3次元再構成画像を作成することができる。 (7) The respiratory waveform division unit 32 of the control calculation device 31 holds in advance information regarding the division regions (regions from maximum inspiration to maximum expiration) into which the amplitude L should be divided and the number of divisions in order to divide the amplitude L in the respiratory waveform 36 of the respiratory movement of the patient 1 into a plurality of amplitude ranges β. Therefore, while acquiring image data 29 from the X-ray imaging unit 14 while the rotating gantry 12 is rotating, the control calculation device 31 can classify the image data 29 into amplitude ranges β together with the rotation angle value θ of the rotating gantry 12 at the time of acquiring the image data 29 by the respiratory waveform division unit 32. As a result, classification into each amplitude range β of the image data 29 etc. is performed while the rotating gantry 12 is rotating, so that a three-dimensional reconstructed image can be created promptly after acquiring the image data 29 from the X-ray imaging unit 14.

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができ、また、それらの置き換えや変更は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described above, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, substitutions, and modifications can be made without departing from the gist of the invention. Furthermore, such substitutions and modifications are included in the scope and gist of the invention, as well as in the scope of the invention and its equivalents as described in the claims.

1…患者、10…放射線治療用CT撮像システム、11…治療台、12…回転ガントリ、13…X線発生部、14…X線撮像部、15…呼吸監視装置、16…制御計算装置、17…放射線照射部、22…呼吸波形分割部、23…画像データ等分類部、24…3次元再構成部、25…立体画像作成部、26…呼吸波形、30…放射線治療用CT撮像システム、31…制御計算装置、32…呼吸波形分割部、33…画像データ等分類部、34…3次元再構成部、35…立体画像作成部、36…呼吸波形、S…周期、L…振幅、α…位相範囲、β…振幅範囲、θ…回転角度値 1...Patient, 10...CT imaging system for radiation therapy, 11...Treatment table, 12...Rotating gantry, 13...X-ray generating unit, 14...X-ray imaging unit, 15...Respiratory monitoring device, 16...Control calculation device, 17...Radiation irradiation unit, 22...Respiratory waveform division unit, 23...Image data classification unit, 24...3D reconstruction unit, 25...3D image creation unit, 26...Respiratory waveform, 30...CT imaging system for radiation therapy, 31...Control calculation device, 32...Respiratory waveform division unit, 33...Image data classification unit, 34...3D reconstruction unit, 35...3D image creation unit, 36...Respiratory waveform, S...Period, L...Amplitude, α...Phase range, β...Amplitude range, θ...Rotation angle value

Claims (4)

患者を載置する治療台と、
前記治療台を取り囲んでこの治療台の周囲を回転すると共に前記治療台上の前記患者へ放射線を照射する放射線照射部が設置された回転ガントリと、
前記回転ガントリに取り付けられ、この回転ガントリの回転時にX線を照射するX線発生部と、
前記回転ガントリに取り付けられ、この回転ガントリの回転時に前記治療台上の前記患者を透過した透過X線を撮像して画像データを出力するX線撮像部と、
前記治療台上の前記患者の呼吸運動を監視する呼吸監視装置と、
前記X線発生部による前記X線の発生及び前記X線撮像部からの前記画像データの取得を制御すると共に、前記X線撮像部からの前記画像データを用いて3次元再構成画像を作成する制御計算装置と、を有する放射線治療用CT撮像システムであって、
前記制御計算装置は、前記呼吸監視装置により監視された前記患者の呼吸運動の呼吸波形における振幅を複数の振幅範囲に分割し、
これらの振幅範囲毎に、前記X線撮像部にて撮像された前記画像データを、この画像データ撮像時の前記回転ガントリの回転角度値と共に、前記回転ガントリの回転中に分類し、
同一の前記振幅範囲に分類された複数の前記画像データ及び前記回転ガントリの回転角度値を再構成して前記3次元再構成画像を作成し、
前記振幅範囲毎に分類された前記画像データが前記回転ガントリの1回転において枚数に偏りがあるときには、前記3次元再構成画像を作成するのに不適切であると判断して、前記1回転で取得された前記画像データを棄却するよう構成されたことを特徴とする放射線治療用CT撮像システム。
A treatment table on which a patient is placed;
a rotating gantry that surrounds the treatment table and rotates around the treatment table and includes a radiation irradiation unit that irradiates radiation to the patient on the treatment table;
an X-ray generating unit attached to the rotating gantry and configured to irradiate X-rays when the rotating gantry rotates;
an X-ray imaging unit attached to the rotating gantry, capturing an image of the transmitted X-rays that have passed through the patient on the treatment table during rotation of the rotating gantry, and outputting image data;
a respiratory monitor for monitoring the respiratory movements of the patient on the treatment couch;
a control and calculation device that controls the generation of X-rays by the X-ray generation unit and the acquisition of the image data from the X-ray imaging unit, and creates a three-dimensional reconstructed image using the image data from the X-ray imaging unit,
The control and computing device divides an amplitude of a respiratory waveform of the patient's respiratory movement monitored by the respiratory monitoring device into a plurality of amplitude ranges;
classifying the image data captured by the X-ray imaging unit for each of these amplitude ranges, together with the rotation angle value of the rotating gantry at the time of capturing the image data, during the rotation of the rotating gantry;
a plurality of image data and a rotation angle value of the rotating gantry that are classified into the same amplitude range are reconstructed to generate the three-dimensional reconstruction image ;
a CT imaging system for radiation therapy, characterized in that, when there is a bias in the number of image data classified by the amplitude range during one rotation of the rotating gantry, the image data is determined to be inappropriate for creating the three-dimensional reconstructed image, and the image data acquired during the one rotation is discarded .
前記制御計算装置は、患者の呼吸運動の呼吸波形における振幅範囲毎に再構成して作成された3次元再構成画像を複数、前記呼吸波形の最大吸気と最大呼気の一方から他方へ向って順次並べて統合することで、最大吸気と最大呼気との間で順次変化する立体画像を出力するよう構成されたことを特徴とする請求項に記載の放射線治療用CT撮像システム。 The control and calculation device is configured to output a stereoscopic image that changes sequentially between maximum inspiration and maximum expiration by sequentially arranging and integrating a plurality of three-dimensional reconstructed images created by reconstructing for each amplitude range of the respiratory waveform of the patient's respiratory movement from one of maximum inspiration and maximum expiration of the respiratory waveform to the other. 前記制御計算装置は、患者の呼吸運動の呼吸波形における振幅を複数の振幅範囲に分割するための前記振幅についての分割領域と分割数に関する情報を、予め保持するよう構成されたことを特徴とする請求項1または2に記載の放射線治療用CT撮像システム。 3. The radiotherapeutic CT imaging system according to claim 1, wherein the control and calculation device is configured to hold in advance information regarding a division region and a division number for dividing an amplitude in a respiratory waveform of a patient's respiratory motion into a plurality of amplitude ranges. 患者を載置する治療台と、
前記治療台を取り囲んでこの治療台の周囲を回転すると共に、前記治療台上の前記患者へ放射線を照射する放射線照射部が設置された回転ガントリと、
前記回転ガントリに取り付けられ、この回転ガントリの回転時にX線を照射するX線発生部と、
前記回転ガントリに取り付けられ、この回転ガントリの回転時に前記治療台上の前記患者を透過した透過X線を撮像して画像データを出力するX線撮像部と、
前記治療台上の前記患者の呼吸運動を監視する呼吸監視装置と、
前記X線発生部による前記X線の発生及び前記X線撮像部からの前記画像データの取得を制御すると共に、前記X線撮像部からの前記画像データを用いて3次元再構成画像を作成する制御計算装置と、を有する放射線治療用CT撮像システムを準備し、
前記呼吸監視装置により監視された前記患者の呼吸運動の呼吸波形における振幅を複数の振幅範囲に分割するステップと、
これらの振幅範囲毎に、前記X線撮像部にて撮像された前記画像データを、この画像データ撮像時の前記回転ガントリの回転角度値と共に、前記回転ガントリの回転中に分類するステップと、
同一の前記振幅範囲に分類された複数の前記画像データ及び前記回転ガントリの回転角度値を再構成して、前記3次元再構成画像を作成するステップとを、前記制御計算装置が順次実施し、
前記制御計算装置は更に、前記振幅範囲毎に分類された前記画像データが前記回転ガントリの1回転において枚数に偏りがあるときには、前記3次元再構成画像を作成するのに不適切であると判断して、前記1回転で取得された前記画像データを棄却することを特徴とする放射線治療用CT撮像方法。
A treatment table on which a patient is placed;
a rotating gantry that surrounds the treatment table and rotates around the treatment table and includes a radiation irradiation unit that irradiates radiation to the patient on the treatment table;
an X-ray generating unit attached to the rotating gantry and configured to irradiate X-rays when the rotating gantry rotates;
an X-ray imaging unit attached to the rotating gantry, capturing an image of the transmitted X-rays that have passed through the patient on the treatment table during rotation of the rotating gantry, and outputting image data;
a respiratory monitor for monitoring the respiratory movements of the patient on the treatment couch;
a control and calculation device that controls the generation of the X-rays by the X-ray generation unit and the acquisition of the image data from the X-ray imaging unit, and creates a three-dimensional reconstructed image using the image data from the X-ray imaging unit;
dividing an amplitude of a respiratory waveform of the patient's respiratory motion monitored by the respiratory monitoring device into a plurality of amplitude ranges;
classifying the image data captured by the X-ray imaging unit for each of these amplitude ranges while the rotating gantry is rotating, together with a rotation angle value of the rotating gantry at the time of capturing the image data;
a step of reconstructing a plurality of the image data and a rotation angle value of the rotating gantry classified into the same amplitude range to generate the three-dimensional reconstruction image ,
the control and computing device further determines that the image data classified for each amplitude range is inappropriate for creating the three-dimensional reconstructed image when there is a bias in the number of images during one rotation of the rotating gantry, and discards the image data acquired during the one rotation .
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