CN105615909B - 图像处理装置、图像处理程序、图像处理方法以及治疗系统 - Google Patents

图像处理装置、图像处理程序、图像处理方法以及治疗系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种能够容易地在3维体积数据中设定ROI的图像处理装置、图像处理程序、图像处理方法以及治疗系统。实施方式的图像处理装置具有图像生成部、区域获取部以及标签附加部。图像生成部基于对象的3维体积数据来生成第1透视图像。区域获取部在所述第1透视图像上获取指定的区域。标签附加部对如下区域附加标签，该区域是基于由所述区域获取部获取的第1透视图像上的区域以及生成该第1透视图像时的视点所确定的锥体、与所述3维体积数据重叠的区域。

Description

图像处理装置、图像处理程序、图像处理方法以及治疗系统
技术领域
本发明的实施方式涉及一种图像处理装置、图像处理程序、图像处理方法以及治疗系统。
背景技术
CT(Computed Tomography：计算机断层摄影)使用放射线等透过物体的粒子射线对物体进行扫描以构成物体内部的图像。由CT获取的3维体积数据能用于掌握物体内部的形状、结构，因此CT被广泛应用于物体的非破坏检查、医疗用途等。例如，通过从3维体积数据对物体的任意剖面图像、从任意视点看到的物体的透视投影图像进行重建，从而对物体内部的状态进行可视化。
放射线治疗中，对从CT所获取的3维体积数据进行重建的DRR(DigitalReconstructed Radiograph：数字重建图像)、与就在治疗前拍摄患者所得到的X射线图像进行图像对照，并基于图像对照的结果进行病灶与放射线照射区域之间的位置对准。放射线治疗是通过对患者的病灶照射放射线以破坏病灶组织的治疗方法。因此，在病灶与放射线照射区域之间的位置对准发生偏移的情况下，病灶组织会残留。为了准确地进行病灶与放射线照射区域的位置对准，在治疗前利用CT获取患者的3维体积数据，对病灶的位置进行3维的掌握。此外，基于3维地掌握的病灶的位置，制定治疗计划以确定对病灶高效地照射放射线的方向、放射强度。
此外，在治疗中，为了按照治疗计划照射放射线，需要对制定治疗计划时的患者位置与实施治疗时的患者位置进行对准。因此，对就在治疗前通过X射线拍摄得到的X射线图像与从用于治疗计划的3维体积数据进行重建的多个DRR进行图像对照，搜寻与X射线图像最类似的DRR。此外，根据与X射线图像最类似的DRR的生成条件，计算出制定治疗计划时的患者位置与就在治疗前的患者位置之间的偏移，基于计算出的偏移，使载放患者的床铺移动。由于此位置对准在3维空间中进行，因此对从多个方向拍摄到的各个X射线图像与DRR进行图像对照。
由于拍摄X射线图像的时刻、与获取作为DRR数据源的3维体积数据的时刻不同，因此有时患者姿势等会发生偏移。例如，有时患者颚部张开程度会不同等，会在关节处发生偏移。此外，由于体内的软组织等易于发生变形，因此有时会发生偏移。关节以及形状的偏移可能会成为对于图像对照产生不良影响的主要原因。因此，通过由用户设定用于图像对照的图像上的区域或不用于图像对照的图像上的区域、或者这两者，从而会提高位置对准的精度。以下，本说明书中将用户设定的区域称为ROI(Region of Interest：感兴趣区域)。
ROI不是在位置对准时多个重建的DRR上由用户设定的，而是在X射线图像上由用户设定的。但是，若在X射线图像上设定ROI，则必须在多次进行的放射线治疗中，在每次治疗时都设定ROI。另一方面，若对3维体积数据设定ROI，则可以省去在每次治疗时都设定ROI，因此优选对3维体积数据设定ROI。此外，由CT获取的3维体积数据表示患者的内部构造，因此可以将病灶、患部直接设定为ROI。
为了对3维体积数据设定ROI，可通过在剖面图像上指定ROI从而对3维体积数据设定ROI，但由于将3维区域设定为ROI时需要在多个剖面图像上指定ROI，因此有时会很麻烦。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第5416845号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
本发明所要解决的技术问题是提供一种能够容易地在3维体积数据中设定ROI的图像处理装置、图像处理程序、图像处理方法以及治疗系统。
解决技术问题所采用的技术方案
实施方式的图像处理装置具有图像生成部、区域获取部以及标签附加部。图像生成部基于对象的3维体积数据来生成第1透视图像。区域获取部在第1透视图像上获取指定的区域。标签附加部对如下区域附加标签，该区域是基于由区域获取部获取的第1透视图像上的区域以及生成该第1透视图像时的视点所确定的锥体、与3维体积数据重叠的区域。
附图说明
图1是表示第1实施方式的治疗系统的结构的框图。
图2是表示生成DRR时的处理的图。
图3是表示第1实施方式中图像处理装置的结构的框图。
图4是表示第1实施方式中标签附加部进行的动作的概要的图。
图5是表示第1实施方式中标签附加部进行的不同动作的概要的图。
图6是表示第1实施方式中图像处理装置进行的标签附加处理的流程图。
图7是表示第2实施方式中图像处理装置的结构的框图。
图8是表示从不同的2个方向拍摄对象A的拍摄装置中第1射线源部以及第2射线源部与第1拍摄部以及第2拍摄部的位置关系的图。
图9是表示第3实施方式中图像处理装置的结构的框图。
图10是表示图像处理装置进行的处理的概要的图。
图11是表示第4实施方式中图像处理装置的结构的框图。
图12是表示图像处理装置中的图像的显示例的图。
具体实施方式
下面，参照附图对实施方式的图像处理装置、图像处理程序、图像处理方法以及治疗系统进行说明。此外，以下的实施方式中，标有同一参照标号的部分进行同样的动作，并适当省略重复的说明。
(第1实施方式)
图1是表示第1实施方式中治疗系统10的结构的框图。治疗系统10包括图像处理装置100、控制装置200、计划装置300以及拍摄装置400。治疗系统10还可包括治疗装置500以及床铺装置600。治疗系统10中，基于使用计划装置300制定的治疗计划，由技师、医生等用户对图像处理装置100、控制装置200、拍摄装置400、治疗装置500以及床铺装置600进行操作以对患者A进行治疗。以下，将患者A称为对象。
计划装置300是针对对象A制定治疗计划的装置，对该对象A实施放射线治疗、质子治疗或者粒子射线治疗等。计划装置300基于拍摄对象A的内部构造的图像等信息、以及由用户进行的操作输入，制定治疗计划。计划装置300中所使用的图像是通过能透视对象A的内部进行拍摄的拍摄装置所拍摄的图像。作为这样的拍摄装置，例如有X射线装置、CT装置、磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging：MRI)装置、PET(Positron EmissionTomography：正电子发射断层成像)装置、SPECT(Single Photon Emission ComputedTomography：单光子发射计算机断层成像)装置等。此外，计划装置300所使用的图像可以是2维图像和3维图像中的任意一种。本实施方式中，针对基于由X射线CT装置所收集到的3维体积数据的图像在制定治疗计划时使用的情况进行说明。
计划装置300包括数据库部310、显示部320、操作部330以及控制部340。数据部310存储拍摄对象A所得到的3维体积数据。数据库部310中存储的3维体积数据既可以是拍摄对象A所得到的体素数据本身，也可以是对拍摄得到的数据进行对数变换、偏移校正、灵敏度校正、射束硬化校正、散射线校正等校正处理后的数据所构成的体素数据。此外，数据库部310中除了体素数据，也可存储从体素数据重建后的2维图像。本实施方式中，针对体素数据的集合作为3维体积数据(体积数据)存储于数据库部310的情况进行说明。
显示部320基于控制部340的控制显示重建图像。重建图像通过对数据库部310中存储的体素数据进行重建而得到。本实施方式中，针对将对从预定方向透视对象A时所得到的图像进行模拟后的图像(DRR：Digital Reconstructed Radiograph)用作为重建图像的情况进行说明。显示部320显示的重建图像优选为与拍摄装置400拍摄的图像的种类相对应。例如在拍摄装置400是X射线装置时，显示装置320所显示的重建图像优选为是对X射线装置所拍摄的图像进行模拟后的DRR图像。
操作部330接受用户的操作输入，将与接受的操作输入相对应的信息发送至控制部340。控制部340基于从操作部330接受的信息，对计划装置300具有的各部的动作进行控制。控制部340例如是具有中央处理装置(CPU：Central Processing Unit)的信息处理装置，基于所存储的程序进行控制动作。控制部340基于与重建图像、操作输入相对应的信息，将表示实施治疗的对象A的部位的信息存储于数据库部310。
拍摄装置400是X射线装置等，是在治疗时透视对象A的内部进行拍摄的装置。本实施方式中，对于拍摄装置400是X射线装置的情况进行说明。拍摄装置400包括控制部410、第1射线源部420、第2射线源部430、第1拍摄部440以及第2拍摄部450。
第1拍摄部440基于从第1射线源部420所射出的X射线即透过对象A的X射线，生成透视对象A的透视图像。第1拍摄部440具有平板探测器(FPD：Flat Panel Detector)。FPD接收透过对象A的X射线并转换为数字信号。第1拍摄部440基于由FPD得到的数字信号，生成透视图像。
第2拍摄部450与第1拍摄部440同样地，基于从第2射线源部430所射出的X射线即透过对象A的X射线，生成透视对象A的透视图像。第2拍摄部450与第1拍摄部440同样地具有FPD。第2拍摄部450基于由FPD得到的数字信号，生成透视图像。
此外，第1拍摄部440透视对象A的方向与第2拍摄部450透视对象A的方向不同。例如，将第1射线源部420、第2射线源部430、第1拍摄部440以及第2拍摄部450配置成，以使得第1拍摄部440的FPD的拍摄面与第2拍摄部450的FPD的拍摄面正交。此外，第1拍摄部440以及第2拍摄部450也可具有图像增强器(I.I.：Image Intensifier)以取代FPD。
控制部410控制拍摄装置400具有的各部。控制部410例如是具有中央处理装置(CPU)的信息处理装置，基于存储的程序进行控制动作。控制部410将第1拍摄部440以及第2拍摄部450生成的对象A的一对透视图像提供至控制装置200。以下，将从拍摄装置400提供至控制装置200的一对透视图像称为第2透视图像。
图像处理装置100读取计划装置300的数据部310中存储的3维体积数据，并将3维体积数据中的区域设定为ROI。图像处理装置100将基于所设定的ROI附加了标签的3维体积数据提供至控制装置200。
控制装置200基于从图像处理装置100所获取的3维体积数据以及从拍摄装置400所获取的第2透视图像，对获取3维体积数据时的对象A的位置与拍摄第2透视图像时的对象A的位置之间的偏移进行计算。控制装置200基于计算出的偏移来控制床铺装置600。
控制装置200包括显示部210、操作部220以及位移差计算部230。显示部210对包含从3维体积数据进行重建的DRR和第2透视图像的图像进行显示。以下，将从3维体积数据进行重建的DRR称为第1透视图像。操作部220接受用户的操作输入，将与接受的操作输入相对应的信息发送至位移差计算部230。操作部220例如是键盘、鼠标。在显示部210是触摸屏的情况下，显示部210与操作部220也可以构成为一体。
位移差计算部230从3维体积数据生成视点不同的多个第1透视图像，并对多个第1透视图像与一对第2透视图像进行图像对照。位移差计算部230基于图像对照的结果，检测出分别与一对第2透视图像最类似的第1透视图像。位移差计算部230根据生成所检测出的第1透视图像时的生成条件，计算出获取3维体积数据时的对象A的位置与拍摄第2透视图像时的对象A的位置之间的偏移。位移差计算部230基于计算出的偏移来控制床铺装置600。此外，由位移差计算部230对偏移的计算也可使用公知的技术来进行。
治疗装置500是对于对象A进行放射线治疗、质子治疗或者粒子射线治疗的装置。治疗装置500包括控制部510以及多个射线源部520。控制部510控制治疗装置500具有的各部。控制部510例如是具有中央处理装置(CPU)的信息处理装置，基于所存储的程序进行控制动作。控制部510在检测出床铺装置600使对象A进行移动之后，使射线源部520成为可工作状态。多个射线源部520分别成为可工作状态后，基于用户的控制向对象A照射放射线、质子线或者粒子射线。多个射线源部520配置成以使得从各射线源部520照射的放射线、质子线或者粒子射线相交于一点(等中心点)。
床铺装置600具有载放对象A的可移动台。床铺装置600基于控制装置200所计算出的偏移，使载放对象A的可移动台进行移动。由此，计划治疗时确定的对象A的病灶与等中心点的位置相一致，通过从治疗装置500照射治疗线从而对病灶的组织进行破坏。此外，可移动台使用具有睡铺、椅子等形状的部件。
此处，对于治疗系统10所使用的DRR生成方法进行说明。DRR由于是为了模拟X射线图像而生成的图像，因此首先对于X射线图像的拍摄模型进行说明，随后对于DRR的生成方法进行说明。
对于X射线图像的拍摄模型进行说明。X射线图像的拍摄中，将从X射线源向被摄体照射的X射线通过被摄体而到达FPD时的X射线的能量大小转换为像素值并进行图像化。在FPD的2维平面上配置有X射线检测器，各X射线检测器检测到的X射线的能量被转换成像素值。由于X射线通过被摄体而到达FPD时的X射线的能量与被摄体内的组织相对应地发生衰减，因此X射线图像成为透视被摄体内的X射线图像。到达在X射线图像中各像素的位置(i∈R2)所配置的X射线检测器的X射线的能量Pi可以由式(1)进行表示。
[数学式1]
式(1)中，Po是射入被摄体时的X射线的能量。μ(l，p)是位置l处的物体的线性衰减系数(linear attenuation coefficient)。线性衰减系数是与通过物质的X射线的能量P相对应地发生变化的值。对从射线源到达配置于像素位置i处的X射线检测器为止的X射线的路径上的物质的线性衰弱系数进行线积分而得到的值，就是到达X射线检测器的X射线的能量。由于X射线检测器的检测特性被设计为与Pi的对数成线性关系，因此通过将X射线检测器输出的信号线性变换成像素值来得到X射线图像。即，X射线图像的各像素的像素值Ti可以用式(2)进行表示。此外，log(Po)是常数。
[数学式2]
Ti(P0)＝log(Pi)
=Log(P0)-∮μ(l，p)dl...(2)
如上所述，由X射线拍摄所得到的X射线图像的各像素对应于从射线源照射的X射线到达FPD的X射线检测器的路径上的对象A的线性衰落系数的积和进行像素化。
对于DRR的生成方法进行说明。DRR是例如在将由3维体积数据表示的对象A假想地设置于床铺装置600上时从任意的方向进行透视投影来生成的。图2是表示生成DRR时的处理的图。以等中心点为原点的3维空间坐标系中的坐标设为(x，y，z)，重建图像中的2维坐标设为(u，v)。重建图像的坐标(u，v)中的像素的像素值I(u，v)通过式(3)进行计算。
[数学式3]
I(u，v)＝∫W(V)V(x，y，z)dl...(3)
式(3)中，V(x，y，z)是在床铺装置600上假想地配置的对象A的坐标(x，y，z)的3维体积数据的值。式(3)示出了像素值I(u，v)通过光线L上的3维体积数据的值的积分而得到。W(V)是对3维体积数据的值施加的权重系数。通过控制权重系数W(V)，从而能够生成强调了特定3维体积数据值的DRR。权重系数W(V)的控制可强调对DRR与X射线图像进行对照时关注的组织，或者可强调用户关注的组织以提高辨认性。
数据值V(x，y，z)是基于位于位置(x，y，z)的物质的线性衰弱系数的值。因此，在使用光线L的路径上的物质的线性衰弱系数的和来生成DRR时，由于X射线图像也如式(2)所示那样由光线上的线性衰弱系数的和来决定像素值，因此DRR与X射线图像类似。
为了生成DRR，需要确定光线的路径L与对象A的3维体积数据的位置。在治疗系统10中对于对象A进行定位时，基于治疗时拍摄对象A的透视图像时的拍摄装置400中的X射线到达FPD的路径，来决定用于生成DRR的光线的路径L与对象A的位置。
作为DRR以外的重建图像有MIP(Maximum Intensity Projection：最大强度投影)图像。
MIP图像也被称为最大值投影图像，与DRR同样地是从3维体积数据进行重建的图像。MIP图像的各像素值与DRR同样地，从光线的路径上的数据值V(x，y，z)求得。与DRR不同的是，不是将光线的路径上的数据值的积分值作为像素值，而是将光线的路径上的数据值的最大值作为像素值。
如前所述，DRR、MIP图像等的重建图像中，若确定了决定光线路径的视点以及投影面，则能得到从多个视点方向看到的透视图像。
图3是表示第1实施方式中图像处理装置100的结构的框图。
如该图所示，图像处理装置100包括存储部101、图像生成部102、显示部103、操作部104、区域获取部105以及标签附加部106。存储部101预先存储图像生成部102从3维体积数据生成第1透视图像时使用的参数。存储部101中存储的参数是包含确定对于3维体积数据的视点以及投影面的坐标在内的信息。此参数也可以例如使用基于拍摄装置400的第1射线源部420与第1拍摄部440的位置关系、以及第2射线源部430与第2拍摄部450的位置关系而确定的参数。
图像生成部102从计划装置300的数据库部310中读取对象A的3维体积数据。图像生成部102基于3维体积数据和数据库部310中存储的参数，通过上述方法生成第1透视图像。图像生成部102将生成的第1透视图像输出至显示部103。
显示部103显示由图像生成部102生成的第1透视图像。显示部103例如包含LCD(Liquid Crystal Display：液晶显示屏)而构成，显示第1透视图像以使得用户可辨认。
操作部104接受用户的操作输入，将与接受的操作输入相对应的信息发送至区域获取部105。操作部104例如为键盘、鼠标或者触摸笔等定点设备。用户通过操作部104在显示于显示部103的第1透视图像上指定区域。从操作部104发送至区域获取部105的信息是表示用户所指定的区域的信息。在指定区域时，例如有在显示于显示部103的第1透视图像上贴合四边形、圆形等基本的图形来指定区域的方法；将在第1透视图像上用定点设备描绘而成的范围视作为区域的方法。
区域获取部105从操作部104获取表示在第1透视图像上由用户指定的区域的信息，并将获取的信息输出至标签附加部106。标签附加部106从计划装置300的数据库部310中读取对象A的3维体积数据。标签附加部106基于由在第1透视图像上所指定的区域和生成第1透视图像时所使用的视点所确定的锥体，确定3维体积数据中的ROI。标签附加部106基于在3维体积数据中确定的ROI，对构成3维体积数据的各体素附加标签。标签附加部106将包含标签的3维体积数据发送至控制装置200。
图4是表示第1实施方式中标签附加部106所进行的动作的概要的图。如该图所示，在第1透视图像上指定四边形的区域R10时，标签附加部106计算出连接区域R10与视点V10的锥体C10。此时，锥体C10是四棱锥。3维体积数据中与锥体C10相交的面中，若将视点V10侧的面作为区域R11，将第1透视图像侧的面作为区域R12，则锥体C10与3维体积数据重合的区域成为以区域R11和区域R12作为底面的四棱锥台。在第1透视图像上指定区域10时，包含于该四棱锥台的体素被确定作为ROI。标签附加部106对包含于四棱锥台的体素附加标签。
此外，标签附加部106也可使得对于包含于特定区域的体素中、具有预先确定的范围内的CT值的体素附加标签。体素的CT值根据该体素位置上的对象A的组织而不同，因此能够根据CT值来识别组织。利用此性质，例如仅对于包含于特定区域的体素中、具有表示骨骼的CT值范围内所包含的CT值的体素附加标签。
此外，关于第1透视图像上指定的区域，也可在2张第1透视图像上分别指定区域。图5是表示第1实施方式中标签附加部106所进行的动作的概要的图。该图所示的动作中，除了区域R10的指定以外还指定了区域20。在2个第1透视图像上分别指定区域R10、R20时，标签附加部106计算出将基于视点V10生成的第1透视图像上指定的区域R10与视点V10相连的锥体C10。此外，标签附加部106计算出将基于视点V20生成的第1透视图像上指定的区域R20与视点V20相连的锥体C20。
3维体积数据中与锥体C20相交的面中，若将视点V20侧的面作为区域R21，将第1透视图像侧的面作为区域R22，则锥体C20与3维体积数据重合的区域成为以区域R21和区域R22作为底面的四棱锥台。标签附加部106对3维体积数据中锥体C10与锥体C20重合的区域内所包含的体素附加标签。
图6是表示第1实施方式中图像处理装置100进行的标签附加处理的流程图。图像处理装置100中，若处理开始，则图像生成部102以及标签附加部106从计划装置300的数据库部310中获取3维体积数据(步骤S101)。图像生成部102基于3维体积数据和存储部101中存储的参数，生成至少一个第1透视图像(步骤S102)。由图像生成部102所生成的第1透视图像显示于显示部103。
区域获取部105经由操作部104获取表示显示于显示部103的第1透视图像上由用户指定的区域的信息(步骤S103)。标签附加部106基于由区域获取部105获取的信息，对3维体积数据中与信息所表示的区域相对应的各体素附加标签(步骤S104)。标签附加部106将包含附加了标签的体素的3维体积数据发送至控制装置200(步骤S105)，使处理结束。
通过使用进行上述处理的图像处理装置100，用户在第1透视图像上指定关注的区域，对基于生成第1透视图像时的视点和区域所确定的锥体与3维体积数据重合的区域附加标签，从而能够容易地在3维体积数据中设定感兴趣区域(ROI)。
此外，也可为，若区域获取部105获取了表示在第1透视图像上指定的区域的信息，则图像生成部102基于该信息计算出锥体，并生成重叠了该锥体所包含的区域的第1透视图像。例如在图5所示的示例中，在区域R10被指定时，图像生成部102也可生成将与锥体C10相对应的区域重叠在基于视点V20生成的第1透视图像上的第1透视图像。这样，通过在其他的第1透视图像上示出与在其他的第1透视图像上指定的区域相对应的区域，从而能够在其他的第1透视图像上辨认出与由用户所指定的区域确定的锥体相对应的区域。由此，用户能够在多个第1透视图像上容易地指定区域。
此外，图4以及图5所示的示例中示出了在1个或者2个第1透视图像上分别指定区域的情况。但是，在图像生成部102生成3个以上第1透视图像，且用户在各个第1透视图像上分别指定区域的情况下，标签附加部106对3维体积数据中至少2个锥体重合的区域的体素附加标签。此外，在这种情况下，标签附加部106也可对3维体积数据中所有的锥体重合的区域的体素附加标签。
此外，标签附加部106也可对3维体积数据中由锥体所确定的区域内所包含的体素中、具有预先确定的体素值的体素附加标签。在将CT值作为体素值的情况下，由于能够基于CT值来确定内部组织，因此可通过对具有特定CT值的体素附加标签，从而选择内部组织来附加标签。可基于CT值确定的内部组织中，例如有骨骼、血管等。
(第2实施方式)
第2实施方式中的图像处理装置与第1实施方式中的图像处理装置100(图3)同样地，在治疗系统10(图1)中使用。图7是表示第2实施方式中图像处理装置100A的结构的框图。如该图所示，图像处理装置100A包括存储部101、图像生成部102、显示部103、操作部104、区域获取部105、标签附加部116以及图像对照部117。图像处理装置100A与第1实施方式的图像处理装置100不同的是，包括标签附加部116以取代标签附加部106；以及包括图像对照部117。
标签附加部116与标签附加部106同样地，基于在第1透视图像上由用户确定的区域，对3维体积数据中所包含的体素附加标签。标签附加部116对体素附加一种或者多种标签。
图像对照部117获取拍摄装置400所拍摄的第2透视图像。
图像对照部117分别计算出第2透视图像与从附加了标签的3维体积数据生成的多个第1透视图像各自之间的相似度。图像对照部117基于计算出的相似度，检测出多个第1透视图像中与第2透视图像最类似的第1透视图像。图像对照部117从生成与第2透视图像最类似的第1透视图像时的3维体积数据的位置，计算出与拍摄第2透视图像时的对象A的位置之间的偏移(位移量)。图像对照部117将计算出的位移量发送至控制装置200。控制装置200基于获取的位移量来控制床铺装置600。
如前所述，对制定治疗计划时所使用的对象A的3维体积数据的位置与治疗时拍摄装置400拍摄时的对象A的位置之间的偏移进行对准的位置对准，是基于第2透视图像(DRR)与第1透视图像(X射线图像)的图像对照结果来进行的。由于该位置对准是在3维空间内进行的处理，因此使用从至少2个不同方向拍摄的第1透视图像。
图8是表示从不同的2个方向拍摄对象A的拍摄装置中第1射线源部以及第2射线源部与第1拍摄部以及第2拍摄部的位置关系的图。如该图所示，拍摄装置400包括与第1射线源部420以及第2射线源部430分别配对的第1拍摄部440以及第2拍摄部450。如前所述，与生成第2透视图像时的投影面相对应的第1拍摄部440以及第2拍摄部450具有FPD。从第1射线源部420射出的X射线通过对象A的内部而到达第1拍摄部440。第1拍摄部440基于透过对象A而来的X射线的能量来生成第2透视图像。同样地，从第2射线源部430射出的X射线通过对象A的内部而到达第2拍摄部450。第2拍摄部450基于透过对象A而来的X射线的能量来生成第2透视图像。
拍摄装置400中，对分别拍摄第2透视图像的第1射线源部420以及第1拍摄部440的组与第2射线源部430以及第2拍摄部450的组，进行拍摄位置的校正。为了在拍摄装置400中定义的3维空间坐标系、与第1拍摄部440和第2拍摄部450中的投影面之间进行坐标变换，预先确定透视投影矩阵。
这样，在拍摄装置400完成校正时，X射线的射线源与投影面的位置关系、即第1射线源部420、第2射线源部430、第1拍摄部440以及第2拍摄部450的位置关系已知。此时，图像处理装置100中，将X射线的射线源位置作为视点，将FPD的检测面作为投影面，来确定生成第1透视图像时使用的光线的路径l。
如前所述，通过确定生成第1透视图像时的视点以及投影面，从而若由CT装置等获取3维体积数据时的对象A的位置与由拍摄装置400拍摄对象A的第2透视图像时的位置一致，则第1透视图像与第2透视图像最类似。通过基于拍摄第2透视图像的拍摄装置400来确定生成第1透视图像时的参数，从而具有第1透视图像与第2透视图像之间的图像对照变得容易的优点。
标签附加部116对位于由图8所示的投影面(第2透视图像)上指定的区域和视点所确定的锥体、与3维体积数据重叠的范围内的体素附加标签。此时，附加标签的体素也可限定为附加相同标签的体素。例如，也可基于治疗计划时附加于3维体积数据的信息来选择附加标签的体素。
例如，放射线治疗的治疗计划中，确定放射线束的照射方向以及照射强度。
此时，在3维体积数据中设定表示应照射放射线的目标范围的CTV(ClinicalTarget Volume：临床靶区)、以及表示正常脏器等的不应照射放射线的范围的PRV(Planning organ at Risk Volume：危及器官计划靶区)。关于附加标签的体素，也可对于与由第1透视图像上指定的区域所确定的锥体重叠的范围的体素中、在治疗计划中被设定为CTV以及PRV的体素附加标签。
此外，图像生成部102也可生成在生成的第1透视图像上重叠有治疗计划中所确定的CTV、PRV的区域的图像。由此，用户能够基于显示部103所显示的重叠有CTV、PRV的第1透视图像来指定区域，区域的指定变得容易。
此处，对于标签附加部116附加的标签种类进行说明。作为标签的种类，例如可确定计算区域标签和非计算区域标签。计算区域标签是在指定区域以使得包含治疗计划中确定的CTV、PRV时对体素附加的标签。非计算区域标签是在图像对照中作为类似度的计算对象以外指定区域时对体素附加的标签。标签也可由数值来表现。例如，对非计算区域标签分配小数值，对计算区域标签分配大数值。此外，对体素分配哪一种标签的选择，在用户在第1透视图像上指定区域时进行。
图像对照部117计算出多个第1透视图像与第2透视图像的相似度，并检测出与第2透视图像相似度最高的第1透视图像。图像对照部117从生成检测出的相似度最高的第1透视图像时所使用的参数，计算出对象A的位置，并对计算出的位置与拍摄第2透视图像时的对象A的位置之间的偏移进行计算。图像对照部117将计算出的偏移发送至控制装置200。控制装置200基于图像对照部117计算出的偏移来控制床铺装置600，并将对象A的病灶的位置与等中心点对准。
图像对照部117例如使用式(4)计算相似度E。式(4)中计算出的相似度其值越小表示相似度越高。式(4)中，i是表示第1透视图像以及第2透视图像中像素位置的位置矢量。Ω是第1透视图像以及第2透视图像中所有像素位置的集合。wi是对于像素i的权重，图像对照中像素i的重要度越高其值越高。W是权重wi的总和，由式(5)计算出。I(i)是第1透视图像中像素i的像素值。T(i)是第2透视图像中像素i的像素值。
[数学式4]
[数学式5]
例如在生成第1透视图像的像素i时使用的光线上，若存在附加了计算区域标签的体素则对权重wi分配1，若不存在则对权重wi分配0。此外，在对于3维体积数据的体素附加计算区域标签、无标签、非计算区域标签这3种标签时，分配权重以使得值按照计算区域标签、无标签、非计算区域标签的顺序从大到小。例如，对“计算区域标签”分配1，对“无标签”分配0.5，对“非计算区域标签”分配0。在以满足上述条件的数值给出标签时，也可将该值作为权重wi使用。此外，在对位于生成第1透视图像时的光线上的体素附加多个种类的标签时，也可使用与标签对应的权重中最大的权重。
通过使用第2实施方式中的图像处理装置100A，在基于3维体积数据生成的第1透视图像上由用户指定区域，从而能够对3维体积数据设定感兴趣区域(ROI)。此外，通过基于对3维体积数据设定的感兴趣区域进行图像对照，从而能够计算出关注感兴趣区域的对象A的偏移，能够进行适于放射线治疗的位置对准。
此外，在第2实施方式中，图像处理装置100A与控制装置200作为不同的装置进行了说明，但图像处理装置100A与控制装置200也可构成为一个装置。例如，也可使得控制装置200具有图像处理装置100A的构成要素，将图像对照部117计算出的偏移提供至位移差计算部230。
(第3实施方式)
图9是表示第3实施方式中图像处理装置100B的结构的框图。如该图所示，图像处理装置100B包括存储部101、图像生成部102、显示部103、操作部104、区域获取部105、标签附加部106、剖面图像生成部127、对象区域检测部128以及剂量计算部129。与第1实施方式的图像处理装置100不同的是，图像处理装置100B还包括剖面图像生成部127、对象区域检测部128以及剂量计算部129。
剖面图像生成部127对于3维体积数据所包含的体素中、通过标签附加部106附加了标签的体素所包含的范围，生成多个剖面图像。剖面图像生成部127将剖面图像发送至对象区域检测部128。对象区域检测部128对从剖面图像生成部127获取的多个剖面图像分别进行区域分割。对象区域检测部128将分割区域中与病灶的肿瘤相对应的区域作为对象区域检测出，并确定肿瘤的轮廓。对象区域检测部128在3维体积数据中对与对象区域相对应的体素进一步附加标签。此外，对象区域检测部128附加的标签是与标签附加部106附加的标签不同的标签。
剂量计算部129将由对象区域检测部128附加了标签的体素作为肿瘤进行剂量分布计算，并决定治疗计划。此外，图像处理装置100B中包括标签附加部116以取代标签附加部106时，剂量计算部129也可基于由标签附加部116附加的CTV、PRV的标签，决定治疗计划。例如，向放射线计算部129输入附加了CTV、PRV标签的3维体积数据，基于CTV的形状以及位置、CTV与PRV的位置关系，决定放射线束的强度以及照射方向等。进一步地，剂量计算部129使用3维体积数据进行剂量分布计算，并决定合适的治疗计划。
图10是表示图像处理装置100B进行的处理的概要的图。生成由标签附加部106设定了ROI的3维体积数据。ROI是由第1透视图像中指定的区域确定的多个锥体与3维体积数据重合的交叉区域。对设定了ROI的区域内所包含的体素附加标签。此外，ROI中，包含治疗中成为放射线的照射对象的肿瘤即成为CTV对象的肿瘤。
剖面图像生成部127从3维体积数据生成包含以平行的多个面在预定方向上切割3维体积数据时的多个剖面图像的剖面图像群。各个剖面图像中的各像素值从与像素相对应的体素的体素值得到。剖面图像生成部127将生成的剖面图像中、包含与附加了标签的体素相对应的像素的剖面图像提供至对象区域检测部128。
对象区域检测部128对于从剖面图像生成部127获取的多个剖面图像的每一个剖面图像，对剖面图像中包含附加了标签的像素的区域进行区域分割。对象区域检测部128通过对区域分割所得到的多个部分区域中与肿瘤对应的部分区域进行确定，从而检测出肿瘤的轮廓。例如图10中，剖面图像01a包含附加了标签的区域即指定作为ROI的区域的剖面的锥体剖面01b，锥体剖面01b包含肿瘤的剖面即肿瘤剖面01c。剖面图像群中包含ROI的所有剖面图像中，若可得到表示肿瘤剖面轮廓的轮廓信息，则能得到3维体积数据中的肿瘤的轮廓。
剖面图像中对锥体剖面的区域分割通过由对象区域检测部128对于锥体剖面采用公知的区域分割方法来进行。例如作为区域分割的方法，也可使用与各像素的特征值相对应地分割为2级的K－Means法。K－M eans法中的特征值可使用像素值。此外，也可使用求出推定剖面上的封闭区域的边界的Snakes法。作为其他的区域分割方法，也可使用LevelSet法、GraphCut法等。
此外，对象区域检测部128作为区域分割的结果在锥体剖面中检测出多个封闭区域的情况下，也可将多个封闭区域中面积最大的封闭区域作为与肿瘤对应的对象区域检测出。此外，对象区域检测部128在锥体剖面中检测出多个封闭区域的情况下，也可基于与各封闭区域相对应的体素的体素值(CT值)，选择某一个。对象区域检测部128将选择出的封闭区域作为与肿瘤相对应的对象区域检测出。此外，对象区域检测部128在锥体剖面中未检测出封闭区域的情况下，也可输出消息通知用户有可能对肿瘤的ROI设定不合适。
通过使用第3实施方式中的图像处理装置100B，在基于3维体积数据生成的第1透视图像上由用户指定区域，从而能够对3维体积数据设定感兴趣区域(ROI)。进一步地，基于3维体积数据中的ROI的剖面图像，能够确定病灶的肿瘤的轮廓，并能够决定合适的治疗计划。
此外，第3实施方式中的图像处理装置100B与第1以及第2实施方式中的图像处理装置同样地，也可适用于治疗系统。此时，图像处理装置100B也可对与作为对象区域确定的肿瘤相对应的体素附加与ROI不同的标签。
(第4实施方式)
第4实施方式中的图像处理装置与第1实施方式中的图像处理装置100(图3)同样地，在治疗系统10(图1)中使用。图11是表示第4实施方式中图像处理装置100C的结构的框图。如该图所示，图像处理装置100C包括存储部101、图像生成部102、3维图像显示部133、操作部104、区域获取部105、标签附加部106以及3维图像生成部137。图像处理装置100C与第1实施方式的图像处理装置100不同的是，包括3维图像显示部133以取代显示部103；以及包括3维图像生成部137。
3维图像显示部133包含能立体显示图像的显示装置。能立体显示的显示装置例如是用户佩戴特殊的眼镜，通过眼镜观看显示装置的显示面从而能看到立体图像的显示装置。或者，3维图像显示部133包含的显示装置也可是不使用特殊的眼镜就能看到立体图像的显示装置。3维图像显示部133在显示立体图像的同时，将图像生成部102生成的第1透视图像作为平面图像进行显示。
3维图像生成部137获取附加了标签的3维体积数据，基于3维体积数据来生成用于看到立体图像的视差图像以作为3维图像。
3维图像生成部137将3维图像提供至3维图像显示部133，并显示于3维图像显示部133。3维图像生成部137通过使用3维体绘制法，生成与右眼和左眼相对应的不同的视点的每一视点的图像，从而生成视差图像。
作为从3维体积数据生成图像的方法，有体绘制法。体绘制法中，对图像上显示的CT值给予不透明度，对图像上不显示的CT值分配透明度。随后，该方法通过利用对从特定的视点观看时的光线的透过与反射进行计算后的加阴影与着色进行绘制从而生成图像。通过这样来进行绘制，从而能得到与DRR、MIP图像、剖面图像不同的更接近真实情况的图像。
在进行绘制时，即使是具有相同CT值的体素，通过对附加了标签的体素与未附加标签的体素分配不同的颜色，从而也能在绘制所得到的图像中确定附加了标签的区域。
图12是表示图像处理装置100C中图像的显示例的图。该图中示出了如下示例：在3维图像显示部133的显示面上，显示有由3维图像生成部137生成的3维图像、以及由图像生成部102生成的2个第1透视图像。2个第1透视图像是基于不同的视点生成的图像。若在第1透视图像上由用户指定区域R41以及区域R42，则标签附加部106分别计算出由区域R41以及区域R42确定的锥体。标签附加部106对3维体积数据中2个锥体重合的区域附加标签。3维体积数据中附加了标签的体素通过3维图像生成部137给予不透明度，作为3维图像中可辨认的图像进行表现，并作为3维图像中附加了标签的区域R40进行显示。
通过使用第4实施方式中的图像处理装置100C，在基于3维体积数据生成的第1透视图像上由用户指定区域，从而能够对3维体积数据设定感兴趣区域(ROI)。此外，通过立体显示对3维体积数据设定的感兴趣区域中与特定的CT值相对应的组织，从而用户能够掌握是否可设定合适的感兴趣区域。
根据以上说明的至少一个实施方式，通过具有从第1透视图像上指定的区域和生成第1透视图像时的视点计算出锥体、并将3维体积数据与锥体重合的区域设定为感兴趣区域(ROI)的标签附加部，从而能够容易地在3维体积数据中设定ROI。
此外，各实施方式中说明的图像处理装置例如也可通过使用通用的计算机装置以作为基本硬件来实现。即，图像处理装置所包括的各构成要素可通过使搭载于所述计算机装置的处理器执行程序来实现。此时，图像处理装置既可通过将所述程序预先安装于计算机装置来实现，也可通过存储于CD-ROM等存储介质，或者经由网络发布所述程序，并将该程序适当地安装于计算机装置来实现。
对本发明的若干实施方式进行了说明，但这些实施方式只是作为示例来给出，并不限定发明的范围。这些实施方式可以以其他的各种实施方式进行实施，可在不脱离发明主旨的范围内，进行各种省略、替换、变更。这些实施方式或其变形与包含于发明的范围或主旨内类似的，包含于权利要求书所述的发明及其等同的范围内。
标号说明
10 治疗系统
100、100A、100B、100C 图像处理装置
101 存储部
102 图像生成部
103 显示部
104 操作部
105 区域获取部
106、116 标签附加部
117 图像对照部
127 剖面图像生成部
128 对象区域检测部
129 剂量计算部
133 3维图像显示部
137 3维图像生成部
200 控制装置
210 显示部
220 操作部
230 位移差计算部
300 计划装置
310 数据库部
320 显示部
330 操作部
340 控制部
400 拍摄装置
410 控制部
420 第1射线源部
430 第2射线源部
440 第1拍摄部
450 第2拍摄部
500 治疗装置
510 控制部
520 射线源部
600 床铺装置

Claims (13)

1.一种图像处理装置，包括：
图像生成部，该图像生成部基于对象的3维体积数据来生成第1透视图像；
区域获取部，该区域获取部在所述第1透视图像上获取指定的区域；以及
标签附加部，该标签附加部对如下区域附加标签，该区域是基于由所述区域获取部获取的第1透视图像上的区域以及生成该第1透视图像时的视点所确定的锥体、与所述3维体积数据重叠的区域，
所述第1透视图像基于所述3维体积数据中附加了所述标签的所述区域，与在不同于获取到所述对象的所述3维体积数据时的时刻拍摄所述对象而获取到的图像进行位置对准。
2.如权利要求1所述的图像处理装置，其特征在于，
所述图像生成部使用不同的视点，生成基于所述3维体积数据的多个第1透视图像。
3.如权利要求2所述的图像处理装置，其特征在于，
还包括对所述图像生成部所生成的第1透视图像进行显示的显示部，
若在多个第1透视图像中的任一个第1透视图像上指定了区域，则所述图像生成部生成重叠了与附加标签的区域相对应的区域的其他第1透视图像并显示于所述显示部。
4.如权利要求1所述的图像处理装置，其特征在于，
在不同的所述第1透视图像上分别指定了区域时，所述区域获取部对每一个指定的区域计算出锥体，所述标签附加部对计算出的多个锥体与所述3维体积数据重叠的区域附加标签。
5.如权利要求1所述的图像处理装置，其特征在于，
所述标签附加部对于计算出的锥体与所述3维体积数据重叠的区域内所包含的体素中、具有预定体素值的体素附加标签。
6.如权利要求1所述的图像处理装置，其特征在于，
若在第1透视图像上指定了多个区域，则所述标签附加部对于由该区域确定的锥体与所述3维体积数据重叠的每一个区域附加不同的标签。
7.如权利要求1所述的图像处理装置，其特征在于，
还包括图像对照部，该图像对照部通过对由透视所述对象进行拍摄的拍摄装置所获取的第2透视图像、与从由所述标签附加部附加了标签的所述3维体积数据所生成的第1透视图像进行图像对照，从而计算出拍摄第2透视图像时的对象位置与获取所述3维体积数据时的对象位置之间的偏移。
8.如权利要求1所述的图像处理装置，其特征在于，
还包括剂量计算部，该剂量计算部基于由所述标签附加部附加了标签的所述3维体积数据，计算出放射线治疗中的剂量分布。
9.如权利要求1所述的图像处理装置，其特征在于，
还包括3维图像生成部，该3维图像生成部基于由所述标签附加部附加了标签的所述3维体积数据，生成附加了标签的区域的3维图像。
10.一种记录介质，该记录介质记录有图像处理程序且可由计算机读取，该图像处理程序使计算机起到图像处理装置的作用，该图像处理装置包括：
图像生成部，该图像生成部基于对象的3维体积数据来生成第1透视图像；
区域获取部，该区域获取部在所述第1透视图像上获取指定的区域；以及
标签附加部，该标签附加部对如下区域附加标签，该区域是基于由所述区域获取部获取的第1透视图像上的区域以及生成该第1透视图像时的视点所确定的锥体、与所述3维体积数据重叠的区域，
所述第1透视图像基于所述3维体积数据中附加了所述标签的所述区域，与在不同于获取到所述对象的所述3维体积数据时的时刻拍摄所述对象而获取到的图像进行位置对准。
11.一种图像处理方法，具有：
图像生成步骤，该图像生成步骤基于对象的3维体积数据来生成第1透视图像；
区域获取步骤，该区域获取步骤在所述第1透视图像上获取指定的区域；以及
标签附加步骤，该标签附加步骤对如下区域附加标签，该区域是基于所述区域获取步骤中获取的第1透视图像上的区域以及生成该第1透视图像时的视点所确定的锥体、与所述3维体积数据重叠的区域，
所述第1透视图像基于所述3维体积数据中附加了所述标签的所述区域，与在不同于获取到所述对象的所述3维体积数据时的时刻拍摄所述对象而获取到的图像进行位置对准。
12.一种治疗系统，包括：
权利要求1至9的任一项所述的图像处理装置；
透视所述对象进行拍摄的拍摄装置；
计划装置，该计划装置存储治疗计划以及所述对象的所述3维体积数据；以及
控制装置，该控制装置利用所述图像处理装置从附加了标签的三维体积数据生成第1透视图像，通过基于附加了所述标签的区域对所生成的第1透视图像与由所述拍摄装置拍摄的第2透视图像进行图像对照，从而计算出治疗计划时的所述对象位置与由所述拍摄装置拍摄时的对象位置之间的偏移。
13.如权利要求12所述的治疗系统，其特征在于，还包括：
对所述对象照射治疗射线的治疗装置；以及
具有载放所述对象的可移动台的床铺装置，
所述控制装置基于计算出的偏移，使所述可移动台移动至向所述对象的实施治疗的部分照射所述治疗射线的位置。
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