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臓器動態の定量化方法、装置、臓器位置の予測方法、装置、放射線照射方法、装置及び臓器異常検出装置

国内特許コード P07A009988
整理番号 NIRS-236
掲載日 2007年6月1日
出願番号 特願2005-141880
公開番号 特開2006-314643
登録番号 特許第3932303号
出願日 平成17年5月13日(2005.5.13)
公開日 平成18年11月24日(2006.11.24)
登録日 平成19年3月30日(2007.3.30)
発明者
  • 田代 睦
  • 蓑原 伸一
出願人
  • 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構
  • 国立大学法人群馬大学
発明の名称 臓器動態の定量化方法、装置、臓器位置の予測方法、装置、放射線照射方法、装置及び臓器異常検出装置
発明の概要 【課題】金属マーカーでは不可能な、臓器内部領域全体にわたって任意の点での局所的な動態追跡を可能とする。
【解決手段】微小に変動・変形した臓器(10)の複数のCT画像を入力データとし、臓器内に分布した血管や気管12を抽出して細線化し、細線化した画像14を用いて分岐点16や連結点の座標を抽出し、これらを特徴点として複数のCT画像間の個々の点の移動を3次元空間中で追跡することにより、臓器(10)の連動を計測する。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要


放射線治療の照射対象となる腫瘍の位置は、呼吸や日々の臓器の変動・変形により動く。放射線治療の際には、決められた位置に照射目標となる臓器(ターゲット)が来るように、一般にX線透過像(2次元画像)を用いて位置合わせを行なっている。



呼吸に伴って動く臓器に対しては、例えば呼吸同期法を用いて、呼吸波形のある領域のみ照射を行なうことにより、呼吸移動により生じる余分な照射を減らしている。



しかし、この呼吸波形は、体表面上に設定した、ある点の1次元的な位置を示しているものであり、又、その照射中にも臓器は3次元的に動いている。従って、より高精度な照射を行なうためには、臓器の各位置の動態(運動の方向及び速度)を把握しなければならないが、これを2次元画像から解析することは困難である。



特に、粒子線治療において、肺のように腫瘍と正常組織の密度が大きく異なる場合、照射ビーム(以下単にビームと称する)に対して垂直な方向だけでなく、ビーム軸方向の臓器の変動がビームの飛程に大きく影響し、その結果、腫瘍への過小照射、正常組織への過大照射につながる危険性がある。そのため、臓器の動態を3次元的に把握する技術が求められているが、現在臨床では、このような技術は確立されていない。



近年、臓器の3次元的な位置を定量化する研究が、いくつか報告されている。それらの多くは、X線CT画像を用いて抽出された対象臓器の表面上に、動きを追うための目印となる参照点を設定し、2つのCT画像上の参照点同士が一致するように、臓器を弾性体モデルとして、その変形を計算している。



しかしながら、この場合、特徴点を人為的に設定しなければならず、又、臓器内部の各位置の対応は必ずしも現実の動きを反映していない。又、具体的な動きの追跡のために金属マーカーが一般的に用いられているが、患者の体内へ埋め込むため、負担が大きく、部位や個数が制限され、臓器の動態を細かく捉えるのが困難である。



一方、非特許文献1には、有限要素法により肺の3次元的な変形を計算することが記載されている。



又、非特許文献2では、肺の3次元CT画像の画素値の勾配を比較することにより、内部の変形を定量化しており、腫瘍部分の関心体積の変形についても論じている。



更に、非特許文献3には、呼吸運動に伴う肺の変形での臓器内の対応付けのために、血管分岐点の動きを追跡することが記載されている。



【非特許文献1】
T.Zhangら「Technical note:A novel boundary condition using contact elements for finite element based deformable image registration」Medical Physics 31(2004)2412-2415
【非特許文献2】
D.Sarrutら「Nonrigid registration method to assess reproducibility of breath-holding with ABC in lung cancer」International Journal of Radiation Oncology,Biology,Physics,61(2005)594-607
【非特許文献3】
四方秀則ら「肺の非剛体レジストレーションのための血管分岐点位置決めアルゴリズム」 電子情報通信学会論文誌D-II Vol.J84-D-II No.07 pp.1-11

産業上の利用分野


本発明は、放射線診断・治療計画及び治療において、呼吸等に伴って変動・変形する肺等の臓器に対する臓器内各部の対応付け(位置合わせ)や、腫瘍等の関心体積の変形や位置を、呼吸波形の位相との相関として把握するために、高速3次元CT(いわゆる4次元CT)を用いて、ある時間間隔で取得された各時刻の3次元デジタル画像を用いて、各画素位置の動態を定量化するための臓器動態の定量化方法、装置、これを利用した臓器位置の予測方法、装置、放射線照射方法、装置、及び、臓器異常検出装置に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
微少に変動・変形した臓器の複数のCT画像を入力データとし、
臓器内に分布した血管や気管を抽出して細線化し、
細線化した画像を用いて分岐点や連結点の座標を抽出し、
これらを特徴点として複数のCT画像間の個々の点の移動を3次元空間中で追跡することにより、臓器の運動を計測することを特徴とする臓器動態の定量化方法。

【請求項2】
前記特徴点の追跡を、複数のCT画像及び特徴点座標を用いたポイントパターンマッチングにより行うことを特徴とする請求項1に記載の臓器動態の定量化方法。

【請求項3】
複数の特徴点の運動を補間して、任意点の運動を求めることを特徴とする請求項1又は2に記載の臓器動態の定量化方法。

【請求項4】
請求項1乃至3のいずれかに記載の方法により得られた動的な情報と、臓器の周期的な運動の情報との相関を取ることにより、臓器の位置を予測することを特徴とする臓器位置の予測方法。

【請求項5】
請求項4に記載の方法により予測された臓器の位置に、放射線を照射することを特徴とする放射線照射方法。

【請求項6】
微少に変動・変形した臓器の複数のCT画像を入力する手段と、
臓器内に分布した血管や気管を抽出して細線化する手段と、
細線化した画像を用いて分岐点や連結点の座標を抽出する手段と、
これらを特徴点として複数のCT画像間の個々の点の移動を3次元空間中で追跡することにより、臓器の運動を計測する手段と、
を備えたことを特徴とする臓器動態の定量化装置。

【請求項7】
前記特徴点の追跡を、複数のCT画像及び特徴点座標を用いたポイントパターンマッチングにより行う手段を備えたことを特徴とする請求項6に記載の臓器動態の定量化装置。

【請求項8】
複数の特徴点の運動を補間して、任意点の運動を求める手段を備えたことを特徴とする請求項6又は7に記載の臓器動態の定量化装置。

【請求項9】
請求項6乃至8のいずれかに記載の装置により得られた動的な情報と、臓器の周期的な運動の情報との相関を取ることにより、臓器の位置を予測する手段を備えたことを特徴とする臓器位置の予測装置。

【請求項10】
請求項9に記載の装置により予測された臓器の位置に、放射線を照射する手段を備えたことを特徴とする放射線照射装置。

【請求項11】
請求項6乃至8のいずれかに記載の装置により得られた動的な情報に基づいて、臓器の局所的に異常な変形を捉える手段を備えたことを特徴とする臓器異常検出装置。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2005141880thum.jpg
出願権利状態 登録
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