用于放射治疗装置的控制装置和位置确定方法

专利名称：用于放射治疗装置的控制装置和位置确定方法
技术领域：
本发明涉及控制装置和放射治疗装置的放射治疗系统，以及位置确定方法，并且更具体涉及控制装置和放射治疗装置的放射治疗系统以及放射治疗系统所使用的位置测
量方法。
背景技术：
用于治疗患者的放射治疗是已知的，其中将治疗放射线辐照到染病区域(肿瘤)， 包括粒子束放射治疗。在放射治疗中，希望治疗效果好，并且在治疗放射中，与辐照到染病 细胞上的放射剂量相比，希望辐照到正常细胞上的放射剂量较小。为此，必须将治疗放射线 精确辐照到染病区域。用于进行放射治疗的放射治疗装置包括成像器系统，用于拾取患 者的透射图像或对患者的透射图像进行成像；治疗放射线辐照单元，用于发射治疗放射线； 以及驱动单元，用于驱动治疗放射线辐照单元。放射治疗装置基于透射图像来计算染病区 域的位置数据，并且通过驱动单元驱动治疗放射线辐照单元，使得可以基于计算的位置数 据来辐照治疗放射线。这样的放射治疗装置即使在染病区域随着患者的移动而移动时，也 可以使治疗放射线的辐照场变窄，并且与对染病区域的放射线暴露相比，可以更加减少对 正常细胞的放射线暴露。因此，希望放射治疗装置更加便于对根据透射图像来计算染病区 域的位置数据所需的数据进行输入操作。日本专利No. 4，126，318公开了一种用于更加精确地检测被测试样的预定部分的 放射治疗装置控制方法。在该放射治疗装置控制方法中，通过将多个图像投影在一个平面 上来生成多个投影模板以在不同位置示出试样。产生特征部分模板以示出多个投影模板共 同部分。通过进行特征部分模板与投影亮度变化的模式匹配来计算目标部分的位置数据。

发明内容
本发明的一个目的是提供一种控制装置和放射治疗装置的放射治疗系统，以及位 置确定方法，其中可以便于所需数据的输入操作。本发明的另一目的是提供一种控制装置和放射治疗装置的放射治疗系统，以及位 置确定方法，其中可以利用用户的少量操作来生成用于计算对象的所关心部分的位置数据 的多个图像模板。在本发明的一个方面，一种用于放射治疗装置的控制装置包括第一图像存储部 分，被配置为存储使用已透过对象的放射线而获得的多个模板生成图像；区域指定部分，被 配置为基于指定数据来指定多个模板生成图像中的第一模板生成图像上的指定区域；分离 部分，被配置为基于所述第一模板生成图像、所述指定区域和多个模板生成图像中的第二 模板生成图像来计算多个分离结果；重新配置部分，被配置为通过重新配置所述多个分离 结果来计算多个重新配置图像；模板生成部分，被配置为基于从所述多个分离结果中基于 所述多个重新配置图像而选择的分离结果来生成多个模板图像；第二成像部分，被配置为 通过使用透过所述对象的放射线来对位置计算图像进行成像；位置计算部分，被配置为基于所述多个模板图像和所述位置计算图像来计算目标部分的位置；驱动部分，被配置为控 制驱动单元以基于所述目标部分位置而相对于所述对象来移动放射线辐照单元，使得放射 线透过所述目标部分位置；以及辐照控制部分，被配置为控制所述放射线辐照单元以辐照 放射线。所述多个分离结果中的每一个指示目标部分模板和非目标部分模板，并被计算为 使得所述第一模板生成图像与通过将所述目标部分模板叠加在所述非目标部分模板的所 述指定区域上而获得的图像之间的差值变小，并且所述第二模板生成图像与通过将所述目 标部分模板叠加在所述非目标部分模板的假定区域上而获得的图像之间的差值变小，所述 假定区域不同于所述指定区域。在本发明的另一方面，一种位置确定方法通过以下操作实现使用透过对象的放 射线来获得多个模板生成图像；基于通过输入单元的操作而提供的数据，指定第一模板生 成图像中的区域作为所述多个模板生成图像中的一个；基于所述第一模板生成图像、所指 定的区域和多个模板生成图像中的第二模板生成图像来计算多个分离结果；通过重新配置 所述多个分离结果来计算多个重新配置图像；基于所述多个分离结果中的最优分离结果， 从所述多个重新配置图像生成多个模板图像；使用透过所述对象的放射线来获得位置计算 图像；以及基于所述多个模板图像和所述位置计算图像来计算目标部分区域的位置数据。 所述多个分离结果中的每一个示出目标部分模板和非目标部分模板。所述位置数据被确定 为使得所述第一模板生成图像与通过将所述目标部分模板叠加在所述非目标部分模板的 所指定区域上而获得的图像之间的差值变小，并且所述第二模板生成图像与通过将所述目 标部分模板叠加在所述非目标部分模板中不同于所指定区域的区域上而获得的图像之间 的差值变小。根据本发明的控制装置和放射治疗装置的放射治疗系统，以及根据本发明的位置 确定方法，可以减少在使用多个模板图像来计算对象的所关心部分的位置时用户的操作量。


图1是放射治疗系统的方框图；图2是示出本发明中使用的放射治疗装置的透视图；图3是示出用于放射治疗装置的控制装置的方框图；图4A和4B是示出多个透射图像的图；图5A至5C是示出多个假定区域的图；图6A至6C是示出多个分离结果的图；图7A至7C是示出多个重新配置图像的图。
具体实施例方式以下，参考附图来描述根据本发明的控制装置2和放射治疗装置3的放射治疗系 统1。如图1所示，控制装置2被示例为计算机，如个人计算机或工作站。控制装置2和放 射治疗装置3彼此连接以能够双向通信。图2示意性地示出了放射治疗装置3。放射治疗装置3包括旋转驱动单元11、0型环12、行进台架14、摆动机构15和治疗放射线辐照单元16。旋转驱动单元11将0型环12支撑在基座上以在控制装置2的控制下围绕旋转轴17旋转O型环12。旋转轴17与垂直方 向平行。旋转驱动单元11还测量O型环12相对于基座的旋转角度。O型环12被形成为包 括在中心的旋转轴18的环形，并且支撑行进台架14可绕旋转轴18旋转。旋转轴18与垂 直方向正交，并且通过旋转轴17上的同中心(is0Center)19。旋转轴18还被固定于O型环 12上，即与O型环12 —起围绕旋转轴17旋转。行进台架14被形成为具有环形，在其中心 包括旋转轴18，并且被布置成与O型环12同心。放射治疗装置3还包括图中未示出的行进 驱动单元。行进驱动单元在控制装置2的控制下使行进台架14围绕旋转轴18旋转。行进 驱动单元还测量行进台架14相对于O型环12的行进角度。治疗放射线辐照单元16被布置在行进台架14内部，并且摆动机构15将治疗放射 线辐照单元16支撑在行进台架14上。摆动机构15具有倾斜轴21和扫视轴(pan axis) 22。 扫视轴22固定于行进台架14，并且平行于旋转轴18而不与旋转轴18交叉。倾斜轴21垂 直于扫视轴22。摆动机构15在控制装置2的控制下使治疗放射线辐照单元16围绕扫视轴 22旋转，并且使治疗放射线辐照单元16围绕倾斜轴21旋转。治疗放射线辐照单元16在控制装置2控制下辐照治疗放射线23。治疗放射线23 几乎平行于通过扫视轴22与倾斜轴21交叉的交叉点的直线辐照。治疗放射线23被形成 为具有均勻的强度分布。治疗放射线辐照单元16具有多叶准直仪(MLC) 20。多叶准直仪 20在控制装置2控制下部分屏蔽治疗放射线23，以改变治疗放射线23辐照至患者时的辐 照场的形状。当治疗放射线辐照单元16由行进台架14以这种方式支撑并且治疗放射线辐照单 元16 —旦被摆动机构15调节到面对同中心19时，治疗放射线23几乎恒定地通过同中心 19，即使0型环12被旋转驱动单元11旋转或行进台架14被行进驱动单元旋转。即，通过 行进和旋转可以获得治疗放射线23从任意方向向同中心19的辐照。放射治疗装置3还包括多个成像器系统。即，放射治疗装置3包括诊断X射线源 24和25以及传感器阵列32和33。诊断X射线源24被布置并支撑在行进台架14的环的内 部，使得将同中心19连接至诊断X射线源24的线段与将同中心19连接至治疗放射线辐照 单元16的线段之间的角度为锐角。诊断X射线源24在控制装置2控制下向同中心19发 射诊断X射线35。诊断X射线35从包括诊断X射线源24的一点发出，以具有以所述一点 为顶点的锥形。诊断X射线源25被布置并支撑在行进台架14的环的内部，使得将同中心 19连接至诊断X射线源25的线段与将同中心19连接至治疗放射线辐照单元16的线段之 间的角度为锐角。诊断X射线源25在控制装置2控制下向同中心19发射诊断X射线36。 诊断X射线36从包括诊断X射线源25的一点发出，以具有以所述一点为顶点的锥形。传感器阵列32支撑在行进台架14上。传感器阵列32接收从诊断X射线源24发 出并且透过同中心19周围的对象的诊断X射线35，并且产生对象的透射图像。传感器阵 列33支撑在行进台架14上。传感器阵列33接收从诊断X射线源25发出并且透过同中心 19周围的对象的诊断X射线36，并且产生对象的透射图像。FPD(平板检测器)和X射线 II (图像增强器)被示例为传感器阵列32和33。根据这样的成像器系统，可以基于由传感器阵列32和33获得的图像信号，来产生同中心19周围的透射图像。放射治疗装置3还包括躺椅41和躺椅驱动单元42。接受放射治疗系统1治疗的患者使用躺椅41以躺在躺椅41上。躺椅41包括图中未示出的固定物。固定物用于将患 者固定在躺椅41上使得患者不能在上面移动。躺椅驱动单元42将躺椅41支撑在基座上， 并且在控制装置2控制下移动躺椅41。图3显示了控制装置2的配置。控制装置2包括CPU、存储单元、输入单元和接口(所有都未示出)。CPU执行从记录介质(未示出)安装到控制装置2中的计算机程序，以 控制存储，输入单元和接口。存储单元存储计算机程序，并且临时存储由CPU产生的数据。 输入单元通过用户操作产生数据并且将数据输出到CPU。作为输入单元示例的是键盘。接 口将由连接到控制装置2的外部单元产生的数据输出给CPU，并且将由CPU产生的数据输出 给外部单元。外部单元包括放射治疗装置3的旋转驱动单元11、行进驱动单元、摆动机构 15、治疗放射线辐照单元16、多叶准直仪20、成像器系统(诊断X射线源24和25以及传感 器阵列32和33)、以及躺椅驱动单元42。计算机程序包括第一成像控制部分51、区域指定部分52、分离部分53、重新配置 部分54、模板生成部分55、第二成像控制部分56、位置计算部分57、摆动控制部分58、以及 辐照控制部分59。第一成像控制部分51通过控制放射治疗装置3的旋转驱动单元11，将0型环12 固定在治疗方案中所示的旋转角，并且通过控制放射治疗装置3的行进驱动单元，将行进 台架14固定在治疗方案中所示的行进角。第一成像控制部分51通过在行进台架14固定 的状态下控制放射治疗装置3的成像器系统，在互不相同的多个成像时刻对多个透射图像 进行成像。即，第一成像控制部分51通过在行进台架14固定的状态下控制诊断X射线源 24和传感器阵列32，分别在这些成像时刻对多个第一透射图像进行成像。第一成像控制部 分51通过在行进台架14固定的状态下控制诊断X射线源25和传感器阵列33，分别在这些 成像时刻对多个第二透射图像进行成像。由此，多个透射图像分别表示布置在同中心19周 围的对象，并且被存储在存储单元中。区域指定部分52基于通过控制装置2的输入单元的操作而提供的数据来选择由 第一成像控制部分51获得的多个第一透射图像中的一个作为第一选择透射图像，并且将 所选择的透射图像显示在控制装置2的显示单元上。区域指定部分52基于从控制装置2 的输入单元提供的数据来指定目标部分区域。目标部分区域是在所选择的透射图像上表示 的患者43的染病区域。分离部分53基于通过控制装置2的输入单元的操作而提供的数据来选择由第一 成像控制部分51获得的多个透射图像中的另一个作为第二选择透射图像。分离部分53还 基于第一选择透射图像、第二选择透射图像和目标部分区域来计算多个分离结果。多个分 离结果表示可以从用户选择的透射图像中指定的多个假定区域。重新配置部分54基于由分离部分53计算的多个分离结果，分别计算多个重新配 置图像。模板生成部分55基于第一选择透射图像来选择由重新配置部分54计算的多个重 新配置图像中的一个。所选择的重新配置图像在由重新配置部分54计算的多个重新配置 图像中与第一选择透射图像最为相似。模板生成部分55还计算分离结果，所述分离结果用 于从由分离部分53计算的多个分离结果来计算所选择的重新配置图像。模板生成部分55 还基于计算的分离结果来生成多个模板。当将多个模板叠加时，可以获得与第一或第二选择透射图像几乎相同的图像。以与第一成像控制部分51获得多个透射图像时相同的方式，第二成像控制部分56通过在行进台架14固定的状态下使用放射治疗装置3的成像器系统来对两个位置计算 透射图像进行成像。两个位置计算透射图像包括第一位置计算透射图像和第二位置计算透 射图像。第一位置计算透射图像是使用X射线源24和传感器阵列32获得的。第二位置计 算透射图像是在对第一位置计算透射图像进行成像时使用诊断X射线源25和传感器阵列 33获得的。位置计算部分57从由模板生成部分55生成的多个模板图像和由第二成像控制部 分56获得的两个位置计算透射图像来计算患者43的染病区域的位置数据。摆动控制部分58控制摆动机构15，以驱动治疗放射线辐照单元16，使得治疗放射 线23可以基于由位置计算部分57计算的位置数据来透过染病区域。辐照控制部分59基 于由第一成像控制部分51获得的透射图像来计算辐照场的形状，并且控制多叶准直仪20 以将治疗放射线23的辐照场形成为所计算的形状。辐照控制部分59还控制治疗放射线辐 照单元16以将治疗放射线23辐照至患者。图4A和4B示出了由第一成像控制部分51获得的多个透射图像中的两个。两个 透射图像61-1和61-2是分别在互不相同成像时刻使用诊断X射线源24和传感器阵列32 来获得的。透射图像61-1表示染病区域的图像62-1和背景图像63-1。染病区域图像62_1 示出了患者43的染病区域。背景图像63-1示出了与患者43的染病区域不同的器官，或躺 椅41。透射图像61-2表示染病区域的图像62-2和背景图像63-2。染病区域图像62_2示 出了患者43的染病区域。背景图像63-2示出了与患者的染病区域不同的器官，或躺椅41。 两个透射图像61-1和61-2是从由第一成像控制部分51获得的多个透射图像中选择的，使 得染病区域图像62-1相对于背景图像63-1的相对位置明显不同于染病区域图像62-2相 对于背景图像63-2的相对位置。当基于通过控制装置2的输入单元的操作而提供的数据来选择透射图像61-1时， 区域指定部分52在控制装置2的显示单元上显示透射图像61-1。在这种情况下，区域指定 部分52还基于通过控制装置2的输入单元的操作而提供的数据来指定目标部分区域64。 目标部分区域64示出了在透射图像61-1上表示的染病区域图像62-1，并且可以检测该区 域的形状和位置。图5A至5C示出了由分离部分53假定的多个假定区域。多个假定区域66_1至 66-η (η = 1,2,3,4,...)中的每个假定区域66_i (i = 1，2，3，···，η)在透射图像61-2上 示出，并且具有与目标部分区域64相同的形状。假定区域66-i被布置在透射图像61-2上 互不相同的可能位置上，以覆盖整个透射图像61-2。多个假定区域66-1至66-η中的任一 个包括染病区域图像62-2。此时，一个假定区域和染病区域图像62-2之间的位置关系与目 标部分区域64和染病区域图像62-1之间的位置关系相同。图6Α至6C示出了由分离部分53计算的多个分离结果71_1至71_η。多个分离结 果71-1至71-η中的每一个包含目标部分模板72和背景模板73。此时，分离部分53基于 两个透射图像61-1和61-2、目标部分区域64和多个假定区域66-1至66_η来计算多个分 离结果71-1至71-n。S卩，分离部分53基于两个透射图像61_1和61_2、目标部分区域64 和假定区域66-i来计算分离结果71-i。在这种情况下，基于相应假定区域66-i中的染病区域图像来生成目标部分模板72。分离结果71-i是使用最小二乘法如下计算的。计算通 过在目标部分区域64的位置将目标部分模板72叠加在背景模板73上而生成的图像与透 射图像61-1之间的第一差值。此外，计算通过在目标部分区域66-i的位置将目标部分模 板72叠加在背景模板73上而生成的图像与透射图像61-2之间的第二差值。然后，计算分 离结果71-i使得第一差值较小并且第二差值较小。下面将描述基于两个透射图像61-1和61-2、目标部分区域64和假定区域66_i来 计算分离结果71-i的方法的一个示例。透射图像61-1和61-2、目标部分模板72和背景模 板73具有相同大小并且由多个像素形成。所述多个像素中的每一个表示亮度。亮度与诊 断X射线35和36透过对象时的透射度相对应。在本示例中，假定透射图像61-1的多个像 素被布置成4行乘4列的矩阵，并且基于行数和列数的组合来标识。假定透射图像61-2的 多个像素被布置成4行乘4列的矩阵，并且基于行数和列数的组合来标识。假定目标部分 模板72的多个像素被布置成2行乘2列的矩阵，并且基于行数和列数的组合来标识。背景 模板73的多个像素被布置成2行乘2列的矩阵，并且基于行数和列数的组合来标识。在这种示例中，使用多个已知数an至a44和bn至b44以及多个未知数C11至C22和dn至d44。已知数axy示出了布置在透射图像61-1中的第χ列和第y行的位置上的像素的 亮度。已知数bxy示出了布置在透射图像61-2的第χ列和第y行的位置上的像素的亮度。 未知数cxy示出了布置在目标部分模板72的第χ列和第y行的位置上的像素的亮度。未知 数dxy示出了布置在背景模板73的第χ列和第y行的位置上的像素的亮度。在本示例中，目标部分区域64还由布置在第2列和第2行的像素、布置在第3列 和第2行的像素、布置在第2列和第3行的像素和布置在第3列和第3行的像素形成。假 定区域66-i由布置在第3列和第3行的像素、布置在第4列和第3行的像素、布置在第3 列和第4行的像素和布置在第4列和第4行的像素形成。在这种情况下，通过使用最小二乘法解以下的方程式来计算多个未知数C11至C22 禾口 dn M d44,dn = and12 = a12d13 = a13d14 = a14d21 = a21d22+cn = a22d23+c12 = a23d24 = a24d31 = a31d32+c21 = a22d33+c22 = a33d34 = a34d41 = a41d42 = a42d43 = a43
d44 = a44dn = bnd12 = b12
d13 = b13
d14 = b14d21 = b21d22 = b22d23 = b23d24 = b24d31 = b31d32 = b22d33+cn = b33d34+c12 = b34d41 = b41d42 = b42d43+c21 = b43d44+c22 = b44。应注意，可以采用与最小二乘法不同的另一算法来计算多个未知数C11至C22和dn
至 d44o图7A至7C示出了由重新配置部分54计算的多个重新配置图像。多个重新配置图 像中的每一个可以被分组为多个重新配置图像组75-1至75-n。多个重新配置图像组75_1 至75-n中的每一个包括第一重新配置图像76和第二重新配置图像77。在这种条件下，重 新配置部分54基于目标部分区域64、多个假定区域66-1至66-n和多个分离结果71_1至 71-n来计算多个重新配置图像组75-1至75-n。S卩，重新配置部分54基于目标部分区域 64、假定区域66-i和分离结果71-i来计算重新配置图像组75-i。重新配置图像组75-i中的第一重新配置图像76是通过在目标部分区域64的位 置将目标部分模板72叠加在分离结果71-i的背景模板73上而重新配置的。重新配置图像 组75-i中的第二重新配置图像77是通过在假定区域66-i的位置将目标部分模板72叠加 在分离结果71-i的背景模板73上而重新配置的。在这种情况下，模板生成部分55基于两 个透射图像61-1至61-2来从多个重新配置图像组75-1至75_n中计算最优重新配置图像 组75-i。最优重新配置图像组75-i具有第一重新配置图像76和透射图像61-1之间的差 值与第二重新配置图像77和透射图像61-2之间的差值的最小和。然后，模板生成部分55 基于最优重新配置图像组75-i，从多个分离结果71-1至71-n中计算最优分离结果71_i。 在多个分离结果71-1至71-n中，最优分离结果71-i用于计算最优重新配置图像组75_i。用于确定分离结果的算法和用于确定重新配置图像组的算法是不可逆的。分离结 果71-i是基于多个假定区域66-1至66-n中示出表示染病区域图像62_2的区域的一个假 定区域66-i来计算的。因此，以这种方式计算的分离结果71-i的目标部分模板72可以视 为仅表示患者43的染病区域的图像，并且，以这种方式计算的分离结果71-i的背景模板73 可以视为仅表示不同于染病区域的物体的图像。
模板生成部分55还使用最优分离结果71-i来生成多个第一模板图像。多个第一 模板图像是通过将最优分离结果71-i的目标部分模板72叠加在最优分离结果71-i的背 景模板73中的多个假定区域66-1至66-n的位置上而计算的。以这种方式计算的多个模板图像通常与多个透射图像相符，其中患者43的染病区域与不同于染病区域的物体之间的相应位置互不相同。即，区域指定部分52、分离部分 53、重新配置部分54和模板生成部分55合作从由第一成像控制部分51获得的多个第一透 射图像来生成多个第一模板图像。区域指定部分52、分离部分53、重新配置部分54和模板 生成部分55还以与从多个第一透射图像生成多个第一模板图像相同的方式，从由第一成 像控制部分51获得的多个第二透射图像来生成多个第二模板图像。此时，位置计算部分57基于由第二成像控制部分56获得的第一位置计算透射图 像来计算由模板生成部分55生成的多个第一模板图像的多个符合度。符合度示出了多个 第一模板图像中相应的一个与第一位置计算透射图像的相似度，并且示出该值越大，该区 域的图像与模板图像越相似。位置计算部分57从多个第一模板图像中计算具有最大符合 度的第一模板图像。位置计算部分57通过使用计算出的第一模板图像和第一位置计算透 射图像来计算表示第一位置计算透射图像中的染病区域的第一位置数据。位置计算部分57 基于由第二成像控制部分56获得的第二位置计算透射图像来计算由模板生成部分55生成 的多个第二模板图像的多个符合度。符合度示出了多个第二模板图像中相应的一个与第二 位置计算透射图像的相似度，并且示出值越大，该区域的图像与模板图像越相似。位置计 算部分57从多个第二模板图像中计算具有最大符合度的第二模板图像。位置计算部分57 通过使用计算出的第二模板图像和第二位置计算透射图像来计算表示第二位置计算透射 图像中的染病区域的第二位置数据。位置计算部分57基于第一位置数据和第二位置数据 来计算患者43的染病区域的位置数据。对染病区域的位置数据的这种计算是公知的，并且 在日本专利4，126,318中公开。根据本发明实施例的放射线辐照方法是采用放射治疗系统1来执行的，包括根据 本发明实施例的位置确定方法，并且包括用于生成模板的操作；以及用于放射治疗的操作。在用于生成模板的操作中，用户首先将患者43固定在放射治疗装置3的躺椅41 上，如治疗方案所示。用户还通过操作控制装置2来移动躺椅41，使得患者43的染病区域 可以位于与同中心19近似重叠。如治疗方案所示，控制装置控制放射治疗装置3的旋转驱 动单元11，以将0型环12另外固定在预定的旋转角度，并且控制放射治疗装置3的行进驱 动单元，以将行进台架14围绕旋转轴18固定在预定的行进角度。控制装置2通过在行进 台架14固定的状态下使用诊断X射线源24和传感器阵列32在互不相同的成像时刻获得 患者43的多个第一透射图像，并且通过使用诊断X射线源25和传感器阵列33在这些成像 时刻对患者43的多个第二透射图像进行成像。控制装置2将获得的透射图像存储在存储 单元中。控制装置2首先在显示单元上显示多个第一透射图像。用户从多个第一透射图 像中选择两个透射图像61-1和61-2，并且经由输入单元将用于标识两个透射图像61-1和 61-2的数据输入到控制装置2。作为两个透射图像61-1和61-2，从多个第一透射图像中选 择两个图像，其中，它们中患者43的染病区域相对于与染病区域不同的物体的相对位置互 相显著不同。控制装置2显示所选择的两个透射图像61-1和61-2中的一个，在本示例中为透射图像61-1。用户在透射图像61-1中选择表示患者43的染病区域的目标部分区域 64，并且将示出目标部分区域64的位置和形状的数据经由输入单元输入至控制装置2。控制装置2基于两个透射图像61-1和61-2、目标部分区域64和多个假定区域 66-1至66-n来计算多个分离结果71_1至71_n。S卩，控制装置2基于两个透射图像61_1 和61-2、目标部分区域64和假定区域66-i来计算分离结果71-i。随后，控制装置2基于 目标部分区域64、多个假定区域66-1至66-n和多个分离结果71_1至71_n来计算多个重 新配置图像组75-1至75-n。S卩，控制装置2基于目标部分区域64、假定区域66_i和分离 结果71-i来计算重新配置图像组75-i。控制装置2基于两个透射图像61-1至61-2，从多个重新配置图像组75_1至75_n 中计算最优重新配置图像组75-i。最优重新配置图像组75-i具有第一重新配置图像76和 透射图像61-1之间的差值与第二重新配置图像77和透射图像61-2之间的差值的最小和。 然后，模板生成部分55基于最优重新配置图像组75-i，从多个分离结果71-1至71-n中计 算最优分离结果71-i。在多个分离结果71-1至71-n中，最优分离结果71_i用于计算最优 重新配置图像组75-i。控制装置2还通过使用最优分离结果71-i来生成多个第一模板图像。多个第一 模板图像是通过将最优分离结果71-i的目标部分模板72叠加在最优分离结果71-i的背 景模板73中的多个假定区域66-1至66-n的位置上而计算的。接着，控制装置2以与从多个第一透射图像生成多个第一模板相同的方式来生成 多个第二模板。即，控制装置2将多个第二透射图像显示在显示单元上。用户从多个第二 透射图像中选择两个透射图像61-1和61-2，并且经由输入单元将用于标识两个透射图像 61-1和61-2的数据输入到控制装置2。作为两个透射图像61-1和61_2，从多个第二透射 图像中选择两个图像，其中，它们中患者43的染病区域相对于与染病区域不同的物体的相 对位置互相显著不同。控制装置2显示所选择的两个透射图像61-1和61-2中的一个，在 本示例中为透射图像61-1。用户在透射图像61-1中选择表示患者43的染病区域的目标部 分区域64，并且将示出目标部分区域64的位置和形状的数据经由输入单元输入至控制装 置2。控制装置2基于两个透射图像61-1和61-2、目标部分区域64和多个假定区域 66-1至66-n来计算多个分离结果71_1至71_n。S卩，控制装置2基于两个透射图像61_1 和61-2、目标部分区域64和假定区域66-i来计算分离结果71-i。随后，控制装置2基于 目标部分区域64、多个假定区域66-1至66-n和多个分离结果71_1至71_n来计算多个重 新配置图像组75-1至75-n。S卩，控制装置2基于目标部分区域64、假定区域66_i和分离 结果71-i来计算重新配置图像组75-i。控制装置2基于两个透射图像61-1至61-2，从多个重新配置图像组75_1至75_n 中计算最优重新配置图像组75-i。最优重新配置图像组75-i具有第一重新配置图像76和 透射图像61-1之间的差值与第二重新配置图像77和透射图像61-2之间的差值的最小和。 然后，模板生成部分55基于最优重新配置图像组75-i，从多个分离结果71-1至71-n中计 算最优分离结果71-i。在多个分离结果71-1至71-n中，最优分离结果71_i用于计算最优 重新配置图像组75-i。控制装置2还通过使用最优分离结果71-i来生成多个第二模板图像。多个第二模板图像是通过将最优分离结果71-i的目标部分模板72分别叠加在最优分离结果71-i的背景模板73中的多个假定区域66-1至66-n的位置上而计算的。以这种方式计算的多个模板图像通常与多个透射图像相符，其中患者43的染病 区域与不同于染病区域的物体之间的相应位置互不相同。用于放射治疗的操作是在用于生成染病区域的轨迹的操作之后立即执行的，并且 是在患者43在用于生成模板的操作中固定的状态下执行的。控制装置2通过在行进台架 14固定的状态下使用诊断X射线源24和传感器阵列32来获得患者43的第一位置计算透 射图像，并且通过使用诊断X射线源25和传感器阵列33来获得患者43的第二位置计算透 射图像。控制装置2基于第一位置计算透射图像来计算多个第一模板图像的多个符合度。 控制装置2从多个第一模板图像中计算具有最大符合度的第一模板图像。控制装置2通过 使用计算出的第一模板图像和第一位置计算透射图像来计算表示第一位置计算透射图像 中的染病区域的第一位置数据。控制装置2基于第二位置计算透射图像来计算多个第二模 板图像的多个符合度。控制装置2从多个第二模板图像中计算具有最大符合度的第二模板 图像。控制装置2通过使用计算出的第二模板图像和第二位置计算透射图像来计算表示第 二位置计算透射图像中的染病区域的第二位置数据。位置计算部分57基于计算出的第一 位置和第二位置来计算患者43的染病区域的位置。控制装置2基于计算出的染病区域位置数据来控制摆动机构15，使得治疗放射线 23的辐照轴可以位于染病区域上。控制装置2还基于透射图像来计算辐照场的形状，并且 控制多叶准直仪20使得可以将治疗放射线23的辐照场形成为具有所计算的形状。控制装 置2还通过使用治疗放射线辐照单元16将治疗放射线23辐照至患者。控制装置2周期性地并且重复地执行从第一透射图像和第二透射图像的获得至 治疗放射线23的辐照的操作，直至辐照至患者43的染病区域的治疗放射线23的剂量达到 治疗方案中规定的剂量。根据这种放射线辐照方法，即使对于其中患者43的染病区域被表示在不与染病 区域同步移动的物体(器官或标记)附近(或被其重叠)的透射图像，也可以更精确地检 测染病区域的位置。因此，放射治疗系统1可以精确调节染病区域正好在预定位置上，并且 可以更精确地将治疗放射线辐照至染病区域。根据这种放射线辐照方法，由于紧接在放射 治疗之前要提供给控制装置2的数据量较小，用户可以更容易和更快速地生成多个模板图 像。应注意，模板生成部分55可以被其他模板生成部分代替。该模板生成部分基于由 第一成像控制部分51获得的多个第一透射图像中的每一个来计算由模板生成部分55生成 的多个第一模板图像的多个符合度。该模板生成部分从多个第一模板图像中计算具有最大 符合度的第一模板图像。通过使用计算出的第一模板图像和第一透射图像，该模板生成部 分计算表示第一透射图像中的染病区域的第一位置数据。该模板生成部分将第一透射图像 和第一位置数据显示在显示单元上。该模板生成部分基于通过控制装置2的输入单元的操 作而提供的数据，生成表示从第一透射图像中提取的部分的另一个第一模板图像。该模板 生成部分对由第一成像控制部分51获得的所有多个第一透射图像进行相同的数据处理， 以生成多个其他第一模板图像。该模板生成部分对由第一成像控制部分51获得的多个第二透射图像进行相同的数据处理，以生成其他的多个第二模板图像。在这种情况下，位置计算部分57基于由第二成像控制部分56获得的第一位置计算透射图像来计算其他多个第一模板图像的多个符合度。位置计算部分57从其他第一模 板图像中计算具有最大符合度的另一个第一模板图像。通过使用计算出的另一个第一模板 图像和第一位置计算透射图像，位置计算部分57计算表示第一透射图像中的染病区域的 第一位置数据。位置计算部分57基于由第二成像控制部分56获得的第二位置计算透射图 像来计算多个其他第二模板图像的多个符合度。位置计算部分57从多个其他第二模板图 像中计算具有最大符合度的另一个第二模板图像。通过使用计算出的另一个第二模板图像 和第二位置计算透射图像，位置计算部分57计算表示第二透射图像中的染病区域的第二 位置数据。位置计算部分57基于计算出的第一位置数据和第二位置数据来计算患者43的 染病区域的位置。由于由实际成像的透射图像形成的，上述多个其他第一模板图像和多个其他第二 模板图像更适合模板匹配。根据这样的放射治疗系统，用户可以从多个第一透射图像中的 每一个来指定表示染病区域的区域，同时涉及在显示单元上显示的第一位置，并且可以更 容易地指定该区域。而且，根据这样的放射治疗系统，以与上述实施例的控制装置2相同的 方式，即使对于其中患者43的染病区域被表示在不与染病区域同步移动的物体(器官或标 记)附近(或被其重叠)的透射图像，也可以更精确地检测染病区域的位置数据。因此，放 射治疗系统1可以精确调节染病区域正好位于预定位置上，并且可以更精确地将治疗放射 线辐照至染病区域。同时，多个分离结果71-1至71-Π可以被多个其他分离结果代替。多个其他分离 结果中的每一个示出目标部分模板、背景模板和另一背景模板。区域指定部分52还基于通 过控制装置2的输入单元的操作而提供的数据来指定背景区域。该背景区域示出了在所选 择的透射图像中表示不同于患者43的染病区域的部分的区域，并且示出该区域的形状和 位置。该部分是跟随患者43的运动(例如呼吸)而移动的部分，例如，示例的是横隔膜。此时，分离部分53基于两个透射图像61-1和61-2来计算多个替代分离结果。这 样的计算可以以与上述实施例中的计算相同的方式，采用最小二乘法来执行。此外，重新配 置部分54基于多个替代分离结果来计算多个重新配置图像。而且，模板生成部分55基于 多个重新配置图像，从多个替代分离结果中计算最优分离结果，并且从最优分离结果生成 多个模板图像。多个模板图像中的每一个是通过将最优分离结果的目标部分模板叠加在最 优分离模板的背景模板中的多个假定区域的位置上，并且将最优分离结果的另一背景模板 叠加在最优分离结果的背景模板中的多个假定区域的位置上而计算的。根据这样的模板图像，与患者的运动同时移动的物体被表示在透射图像上，并且 即使该物体的移动与患者的运动不同，也可以更精确地检测染病区域的位置。因此，放射治 疗系统1可以进行调节，使得更精确地使染病区域正好位于在预定位置上，并且可以更精 确地将治疗放射线辐照至染病区域。
权利要求
一种用于放射治疗装置的控制装置，包括第一图像存储部分，被配置为存储使用已透过对象的放射线而获得的多个模板生成图像；区域指定部分，被配置为基于指定数据来指定多个模板生成图像中的第一模板生成图像上的指定区域；分离部分，被配置为基于所述第一模板生成图像、所述指定区域和多个模板生成图像中的第二模板生成图像来计算多个分离结果；重新配置部分，被配置为通过重新配置所述多个分离结果来计算多个重新配置图像；模板生成部分，被配置为基于从所述多个分离结果中基于所述多个重新配置图像而选择的分离结果来生成多个模板图像；第二成像部分，被配置为通过使用透过所述对象的放射线来对位置计算图像进行成像；位置计算部分，被配置为基于所述多个模板图像和所述位置计算图像来计算目标部分的位置；驱动部分，被配置为控制驱动单元以基于所述目标部分位置而相对于所述对象来移动放射线辐照单元，使得放射线透过所述目标部分位置；以及辐照控制部分，被配置为控制所述放射线辐照单元以辐照放射线，其中，所述多个分离结果中的每一个指示目标部分模板和非目标部分模板，并被计算为使得所述第一模板生成图像与通过在所述指定区域的位置将所述目标部分模板叠加在所述非目标部分模板上而获得的图像之间的差值变小，并且所述第二模板生成图像与通过在假定区域的位置将所述目标部分模板叠加在所述非目标部分模板上而获得的图像之间的差值变小，所述假定区域不同于所述指定区域。
2.根据权利要求1所述的用于放射治疗装置的控制装置，其中，所述多个分离结果被 分别计算为使得通过将所述目标部分模板叠加在所述非目标部分模板上的互不相同的多 个假定区域上而获得的图像等于所述第二模板生成图像。
3.根据权利要求2所述的用于放射治疗装置的控制装置，其中，所述模板生成部分从 所述多个重新配置图像中选择与所述多个模板生成图像的比较图像最相似的相似重新配 置图像，以及将所述最优分离结果用于计算所述相似重新配置图像。
4.根据权利要求3所述的用于放射治疗装置的控制装置，其中，所述比较图像是所述 第一模板生成图像。
5.根据权利要求3所述的用于放射治疗装置的控制装置，其中，所述比较图像是所述 第二模板生成图像。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的用于放射治疗装置的控制装置，其中所述模板生 成部分显示所述多个模板生成图像中的一个模板生成图像以及所述一个模板生成图像中的 一部分，所述一部分用作基于所述最优分离结果来计算的候选区域，以及基于通过输入单元的操作而提供的数据，指定所述一个模板生成图像上的区域，以及 基于所述一个模板生成图像而计算的模板示出所述一个模板生成图像中用作所述区域的部分的图像。
7.根据权利要求1-5中任一项所述的用于放射治疗装置的控制装置，其中，所述模板 生成部分通过将所述最优分离结果的目标部分模板叠加在所述最优分离结果的非目标部 分模板上来计算所述多个模板图像，以及所述最优分离结果的目标部分模板相对于所述最优分离结果的非目标部分模板的相 对位置对于每个模板图像是不同的。
8.根据权利要求1-5中任一项所述的用于放射治疗装置的控制装置，其中，所述多个 分离结果中的每一个包括另一个非目标部分模板，以及所述分离结果被计算为使得通过将目标部分模板和所述另一个非目标部分模板叠加 在所述非目标部分模板上而获得的图像等于所述多个模板生成图像中的任一个。
9.一种位置确定方法，包括使用透过对象的放射线来获得多个模板生成图像；基于通过输入单元的操作而提供的数据，指定第一模板生成图像中的区域作为所述多 个模板生成图像中的一个；基于所述第一模板生成图像、所指定的区域和多个模板生成图像中的第二模板生成图 像来计算多个分离结果；通过重新配置所述多个分离结果来计算多个重新配置图像；基于所述多个分离结果中的最优分离结果，从所述多个重新配置图像生成多个模板图像；使用透过所述对象的放射线来获得位置计算图像；以及基于所述多个模板图像和所述位置计算图像来计算目标部分区域的位置数据，其中，所述多个分离结果中的每一个示出目标部分模板和非目标部分模板，以及所述分离结果被确定为使得所述第一模板生成图像与通过在所指定区域的位置将所 述目标部分模板叠加在所述非目标部分模板上而获得的图像之间的差值变小，并且所述第 二模板生成图像与通过在不同于所指定区域的区域的位置将所述目标部分模板叠加在所 述非目标部分模板上而获得的图像之间的差值变小。
10.根据权利要求9所述的位置确定方法，其中，所述多个分离结果被计算为使得通过 将所述目标部分模板叠加在所述非目标部分模板中的互不相同的多个假定区域上而生成 的图像等于所述第二模板生成图像。
11.根据权利要求10所述的位置确定方法，还包括从所述多个重新配置图像中选择与所述多个模板生成图像的比较图像最相似的相似 重新配置图像，其中，所述最优分离结果是从所述多个分离结果中选择的，以用于计算所述相似重新 配置图像。
12.根据权利要求11所述的位置确定方法，其中，所述比较图像是所述第一模板生成 图像。
13.根据权利要求11所述的位置确定方法，其中，所述比较图像是所述第二模板生成 图像。
14.根据权利要求9-13中任一项所述的位置确定方法，还包括显示所述多个模板生成图像中的一个和基于所述模板生成图像的所述最优分离结果 而计算的候选区域；以及基于通过输入单元的操作而提供的数据，指定所述一个模板生成图像上的区域， 其中，基于所述一个模板生成图像而计算的模板示出所述一个模板生成图像中用作所 指定区域的部分的图像。
15.根据权利要求9-13中任一项所述的位置确定方法，其中，通过将所述最优分离结 果的目标部分模板叠加在所述最优分离结果的所述非目标部分模板上来计算所述多个模 板图像，以及所述适当分离结果的所述目标部分模板相对于所述适当分离结果的所述非目标部分 模板的相对位置对于每个模板图像是不同的。
16.根据权利要求9-13中任一项所述的位置确定方法，其中，所述多个分离结果中的 每一个示出另一个非目标部分模板，以及所述分离结果被计算为使得通过将所述目标部分模板和所述另一个非目标部分模板 叠加在所述非目标部分模板上而获得的图像等于所述多个模板生成图像中的任一个。
17.一种放射线辐照方法，包括 确定位置数据；以及控制驱动单元以驱动放射线辐照单元，使得基于所确定的位置数据来将放射线辐照至 对象，其中，所述确定包括使用透过对象的放射线来获得多个模板生成图像；基于通过输入单元的操作而提供的数据，指定第一模板生成图像中的区域作为所述多 个模板生成图像中的一个；基于所述第一模板生成图像、所指定的区域和多个模板生成图像中的第二模板生成图 像来计算多个分离结果；通过重新配置所述多个分离结果来计算多个重新配置图像；基于所述多个分离结果中的最优分离结果，从所述多个重新配置图像生成多个模板图像；使用透过所述对象的放射线来获得位置计算图像；以及 基于所述多个模板图像和所述位置计算图像来计算目标部分区域的位置数据， 其中，所述多个分离结果中的每一个示出目标部分模板和非目标部分模板，以及 所述分离结果被确定为使得所述第一模板生成图像与通过在所指定区域的位置将所 述目标部分模板叠加在所述非目标部分模板上而获得的图像之间的差值变小，并且所述第 二模板生成图像与通过在不同于所指定区域的区域的位置将所述目标部分模板叠加在所 述非目标部分模板上而获得的图像之间的差值变小。
全文摘要
本发明提供了用于放射治疗装置的控制装置、位置确定方法和放射线辐照方法。在用于放射治疗装置的控制装置中，多个分离结果中的每一个指示目标部分模板和非目标部分模板。计算分离结果，使得第一模板生成图像与通过在指定区域的位置将目标部分模板叠加在非目标部分模板上而生成的图像之间的差值较小，并且第二模板生成图像与通过在假定区域的位置将目标部分模板叠加在非目标部分模板上而生成的图像之间的差值较小，所述假定区域不同于所述指定区域。
文档编号A61B6/00GK101810909SQ200910204498
公开日2010年8月25日 申请日期2009年9月29日 优先权日2009年2月24日
发明者山田昌弘, 金子周史, 高桥邦夫 申请人:三菱重工业株式会社