-
HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
-
Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf ein Bildverarbeitungsverfahren und eine Vorrichtung, die
eine Behandlungsplanung basierend auf dreidimensionalen Daten vorbereiten,
die erhalten werden, indem unter Verwendung einer Einheit zur Röntgenstrahl-Computertomographie
(CT) beim Behandeln von Krankheiten wie z. B. Krebs mit Strahlung
Messungen an einem Patienten vorgenommen werden. Konkreter ist die
vorliegende Erfindung auf ein Bildverarbeitungsverfahren und eine
Vorrichtung gerichtet, die für
die Planung einer Strahlentherapiebehandlung unter Verwendung digital
rekonstruierter Röntgenbilder
(DRRs) eingerichtet sind, welche Permeationsbilder sind, die aus
von einer tomographischen Bildmessvorrichtung erhaltenen dreidimensionalen
Daten erzeugt werden.
-
Behandlungsverfahren, die mit einer
Injektion bzw. Einwirkung von Strahlen einer Strahlung wie z. B.
Röntgenstrahlen
und Protonenstrahlen auf einen Fokusteil wie z. B. Krebs verbunden
sind, werden als effektiv betrachtet. Um einen Patienten so zu behandeln,
muß eine
vorläufige
Behandlungsplanung vorbereitet werden. Eine Strahlentherapiebehandlung
wird im allgemeinen nach der folgenden Prozedur angewendet.
-
Zunächst wird ein Teil eines Patientenkörpers, der
einen betroffenen Teil enthält,
unter Verwendung einer Vorrichtung wie z. B. einer Röntgenstrahl-CT-Einheit
vermessen. Der betroffene Teil wird aus den gemessenen Daten bestimmt,
und seine Position und Grösse
werden erfaßt.
Danach wird das Isozentrum auf den betroffenen Teil eingestellt,
und Bedingungen wie z. B. die Bestrahlungsrichtung, Anzahl von Injektionen
bzw. Einwirkungen und Bestrahlungsbereich werden simuliert und möglich nahe
justiert, so dass Strahlung auf den betroffenen Teil fokussiert
werden kann. Basierend auf den Ergebnissen der Simulation und Justierung
werden dann auf dem Patientenkörper
Markierungen angebracht. Danach wird der Patient aufgefordert, zur
Einheit für
die Strahlentherapiebehandlung zu gehen, auf der Einheit gemäß den simulierten
Markierungen positioniert und behandelt.
-
Zur Zeit der oben erwähnten Simulation
steht ein Verfahren zum Vorbereiten einer Behandlungsplanung unter
Verwendung von DRRs zur Verfügung. Das
DRR ist ein photographisches Bild, das erhalten wird, indem auf
eine Ebene die Pixel von Daten projiziert werden, die durch eine
Computertomographieeinheit wie z. B. eine Röntgen-CT-Einheit erzeugt werden
(auf diese Pixel wird im folgenden als "Voxel" (engl. voxel) verwiesen), wobei
sich radial weitende Strahlen genutzt werden, die von einer Strahlungsquelle
ausgestrahlt werden.
-
Die Behandlungsplanung unter Verwendung von
DRRs liefert den Vorteil, dass korrekte Simulationen vorgenommen
werden können,
indem das Röntgenbild
eines betroffenen Teils basierend auf den gleichen Wegen wie denjenigen
des Strahlungsstrahls berechnet werden, der durch die eigentliche Behandlungseinheit
geliefert wird.
-
Eine einfache Berechnung eines Röntgenbildes
wirft jedoch das Problem auf, dass die durchleuchtete Körperstruktur
schwer zu erfassen ist. Die folgende Literatur liefert gewisse Lösungen für dieses
Problem: (1) J. M. GALVIN, C. SIMS, "THE USE OF DIGITALLY RECONSTRUCTED
RADIOGRAPHS FOR THREE-DIMENSIONAL TREATMENT PLANNING AND CT-SIMULATION,",
Int. J. Radiation Oncology Biol. Phys. Bd. 31, Nr. 4, S. 935–942 (1995)
und (2) JP-A-8-164217.
-
Derartige Literatur offenbart Verfahren
zur Erzeugung von DRRs, die eine Nachschlagetabelle verwenden, um
Umwandlungen von CT-Werten vorzunehmen, um einen als Markierung
dienenden Knochenbereich hervorzuheben, wenn ein Röntgenbild berechnet
wird. Die Umwandlungen von CT-Werten werden unter Verwendung eines
Knochenfensters oder dergleichen vorgenommen.
-
Die herkömmlichen Techniken sind beim Verbessern
des Kontrasts des Knochenbereichs erfolgreich, jedoch aber nicht
erfolgreich beim Erzeugen eines DRR mit einem deutlicher hervorgehobenen
Bereich von Interesse. Falls eine deutliche Hervorhebung implementiert
wird, kann der Nutzer einen genaueren Behandlungsentwurf vorbereiten.
Obgleich ein in JP-A-8-164217 offenbartes beispielhaftes Verfahren
mit einem Kantenprozess verbunden ist, um einen Bereich wie z. B.
einen Knochenbereich deutlich zu projizieren, ist der Kantenprozess
nicht weiter beschrieben. Folglich muß ein effektiver Kantenprozess
entwickelt werden, um die Kontur unter Verwendung von Behandlungsdaten
von einer Röntgenstrahl-CT-Einheit
oder dergleichen zu verstärken.
-
Für
eine Behandlungsplanung müssen
außerdem
Messungen bezüglich
der Grösse
eines Zieltumors und der Grösse
eines Bestrahlungsbereichs angestellt werden. Da ein DRR ein projiziertes
Bild ist, das von sich radial weitenden Strahlen gebildet wird,
können
solche Messungen nicht auf dem DRR vorgenommen werden.
-
Überdies
nimmt es viel Zeit in Anspruch, ein DRR zu erzeugen. Für eine interaktive
Datenverarbeitung ist daher ein Hochleistungscomputer erforderlich,
und dies hat eine interaktive Verarbeitung mit einem Computer geringer
Leistung verhindert.
-
EP 0 506 302 A1 , US-4,737,921 und
US 5,280,428 offenbaren,
Farbinformationen mit dreidimensionalen Bilddaten auf der Basis
von Strahlen zu verbinden, die parallel sind und von Strahlen von
einer Strahlungsquelle verschieden sind, die genutzt werden, um
die dreidimensionalen Bilddaten zu erzeugen.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Um die oben erwähnten Probleme zu überwinden,
liefert die vorliegende Erfindung eine Bildverarbeitungsvorrichtung
gemäß Anspruch
1, um Farbinformationen zuzuordnen, so dass sie Pixelwerten dreidimensionaler
Daten entsprechen, die durch eine Röntgenstrahl-CT-Einheit oder
dergleichen gemessen werden, und ermöglicht, dass ein DRR erzeugt wird,
indem die Daten unter Verwendung einer aus Pixelwerten umgewandelten
Farbinformation projiziert werden. Außerdem liefert die vorliegende
Erfindung ein Bildverarbeitungsverfahren gemäß Anspruch 9.
-
In der vorliegenden Erfindung kann
eine Position zum Projizieren eines DRR auf einer flachen Ebene
liegen, die ein Isozentrum enthält
und die zu einer das Isozentrum mit einer Strahlungsquelle verbindenden
Linie senkrecht ist. In der vorliegenden Erfindung kann der Nutzer
die Anzahl von Pixel und Auflösung
eines DRR und das Abtastintervall von Voxel auf einem Strahl spezifizieren,
der ein Pixel auf dem DRR und die Strahlungsquelle verbindet. Ferner können Zwischenbilder
mit geringer Auflösung
angezeigt werden, bis ein endgültiges
DRR angezeigt wird.
-
Wie oben beschrieben wurde, ermöglicht das
Bildverarbeitungsverfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung dem Nutzer, eine Fläche
von Interesse wie z. B. eine Knochenstruktur und die Kontur und
Form von Organen mit Hilfe eines Kantenprozesses deutlich anzuzeigen
und einfach zu erfassen, wenn der Nutrer eine Behandlungsplanung
basierend auf einem DRR vorbereitet, das ein Röntgenbild ist, bestehend aus
dreidimensionalen Daten, die von einer Computertomographieeinheit
wie z. B. einer Röntgenstrahl-CT-Einheit
gesammelt wurden, bevor eine Strahlentherapiebehandlung auf einen
Patienten angewendet wird.
-
Außerdem erlaubt das Bildverarbeitungsverfahren
gemäß der vorliegenden
Erfindung dem Nutzer, Daten auf einer flachen Ebene eines DRR zu messen,
die das Isozentrum einer äußerst interessanten
Fläche
enthält,
wenn Daten wie z. B. die Grösse
eines Zieltumors und der Bestrahlungsbereich gemessen werden. Das
Verfahren erlaubt dem Nutrer ferner, Bildqualität und Geschwindigkeit auszuwerten.
Da der Nutrer den Zustand der Fläche
von Interesse grob erfassen kann, bevor ein endgültiges DRR mit hoher Auflösung erhalten
wird, kann der Nutzer Daten interaktiv verarbeiten, indem z. B.
die Bestrahlungsrichtung geändert
wird, um das endgültige
DRR mit verbesserter Auflösung
und einer erhöhten
Anzahl Pixel zu erzeugen.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1 ist
ein Flussdiagramm eines Bildverarbeitungsverfahrens, das eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist;
-
2 ist
ein Diagramm, das den gesamten Prozess einer Planung für eine Strahlentherapiebehandlung
zeigt;
-
3A ist
ein Diagramm, das eine beispielhafte Einheit zum Spezifizieren eines
Bereichs von Voxel-Werten zeigt, dem eine Farbinformation zugeordnet
wird;
-
3B ist
ein Diagramm, das eine beispielhafte Einheit zum Zuordnen der Farbinformation zeigt;
-
4A bis 4C sind Diagramme, die eine
andere beispielhafte Einheit zum Spezifizieren eines Bereichs von
Voxel-Werten zeigen, dem Farbinformation zugeordnet wird;
-
5A bis 5D sind Diagramme, die einen beispielhaften
Kantenprozess basierend auf einer Standardabweichung unter Verwendung
zweidimensionaler Daten zeigen;
-
6 ist
ein Diagramm, das einen beispielhaften Block zum Berechnen einer
Standardabweichung für
dreidimensionale Daten zeigt;
-
7 ist
ein Flussdiagramm eines Bildverarbeitungsverfahren zum Ausführen eines
Kantenprozesses, das eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist;
-
8 ist
ein Flussdiagramm eines Bildverarbeitungsverfahrens zum Ausführen eines
Kantenprozesses, das eine andere Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ist;
-
9 ist
ein Diagramm, das eine beispielhafte Projektion zeigt, die erstellt
wurde, indem eine DRR-Ebene an einer ein Isozentrum enthaltenden Position
festgelegt wurde;
-
10 ist
ein Diagramm, das ein Beispiel zeigt, in welchem die Anzahl von
Pixel und Auflösung eines
DRR und ein Abtastintervall von Voxel auf einem ein Pixel auf dem
DRR mit einer Strahlungsquelle verbindenden Strahl spezifiziert
sind;
-
11A bis 11D sind Diagramme, die ein Beispiel
zeigen, in welchem ein DRR hoher Qualität Schritt für Schritt angezeigt wird;
-
12 ist
ein Diagramm, das eine beispielhafte Tabelle zum Zuordnen von Farbinformation zeigt;
und
-
13 ist
ein Blockdiagramm, das eine Bildverarbeitungsvorrichtung zeigt,
die eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist.
-
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung werden nun mit Verweis auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.
-
1 ist
ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Erzeugung von Röntgenbildern
darstellt, welches eine Ausführungsform
eines Bilderzeugungsverfahrens ist, auf das die vorliegende Erfindung
angewendet wird. Das Flussdiagramm wird mit Verweis auf den Prozess
einer Strahlentherapiebehandlung beschrieben, die in 2 dargestellt ist.
-
Das Bild eines einen betroffenen
Teil enthaltenden Bereichs wird unter Verwendung einer tomographischen
Bildmessvorrichtung 1 wie z. B. einer in 2 gezeigten Röntgenstrahl-CT-Einheit erzeugt, bevor
ein Patient einer Behandlung unterzogen wird, und somit werden dreidimensionale
Bilddaten vorbereitet (Schritt 101). Bestrahlungsbedingungen, die zum
Behandeln des Patienten mit einer Einheit 7 für eine Strahlentherapiebehandlung
notwendig sind, werden dann festgelegt (Schritt 102). Die Bestrahlungsbedingungen
beinhalten die Position 3 einer Strahlungsquelle, die Position 4 des
Isozentrums, auf die Strahlung fokussiert wird, den Aufweitungsgrad eines
Bestrahlungsstrahls 5 usw. Die Position der Strahlungsquelle
ist um das spezifizierte Isozentrum drehbar, indem ein Gestell 8 und
ein Tisch 9 der Einheit 7 für eine Strahlentherapiebehandlung
gedreht und bewegt werden.
-
Anschließend wird, um einen Bereich
von Interesse hervorzuheben, eine Tabelle zur Farbinformationsumwandlung
festgelegt, die Voxel-Daten (worauf im folgenden als "Voxel-Werte"
verwiesen wird) wie z. B. CT-Werten entspricht (Schritt 103). Die Tabelle
enthält
Farbinformationen entsprechend einem Bereich von Voxel-Werten in
Bezug auf ein RGB-Verhältnis,
wie zum Beispiel in 12 gezeigt ist,
wo V der Voxel-Wert ist. Die in 12 gezeigte Tabelle
kann Werte innerhalb des Bereichs von Voxel-Werten linear zuordnen.
In diesem Beispiel werden die von –1000 bis –100 reichenden Voxel-Werte in
die Farbinformation Grau mit von 0 bis 128 reichenden Abstufungen
umgewandelt, werden die Voxel-Werte, die hauptsächlich vaskuläre Bereiche
anzeigen und von –99
bis 99 reichen, in die Farbinformation Rot mit einer Abstufung 200
umgewandelt, und die Voxel-Werte,
die hauptsächlich
Knochen anzeigen und von 100 bis 1000 reichen, werden in die Farbinformation
Gelb mit 0 bis 255 Abstufungen umgewandelt.
-
Eine Ausführungsform eines Verfahrens, durch
das ein Nutzer die Farbinformationstabelle spezifiziert, ist in 3A und 3B dargestellt. Zunächst spezifiziert, wie in 3A gezeigt ist, der Nutzer
einen Bereich 11, für
den Farbinformationen erhalten werden. Der Bereich 11 kann
ausgewählt
werden, indem z. B. beide Enden eines Zielbereichs 11 unter
Verwendung einer Maus gezogen werden. Wie in 3B gezeigt ist, bereitet dann der Nutzer
die Farbinformationstabelle vor, die dem ausgewählten Bereich von Voxel-Werten
entspricht. In diesem Beispiel ist die Benutzerspezifikation derart,
dass Farben G und B sich wie durch eine Linie 12 dargestellt ändern und
dass die Farbe R bei 0 bleibt, wie durch eine Linie 13 dargestellt
ist. Diese Linien werden spezifiziert, indem zum Beispiel die Enden
jeder Linie unter Verwendung der Maus gezogen werden. Durch diese
Operationen kann die Farbinformationstabelle wie in 12 gezeigt automatisch vorbereitet werden.
Ein DRR, das ein Röntgenbild
ist, wird dann erzeugt, indem sequentiell alle Pixel auf dem DRR
berechnet werden.
-
Unter der Annahme eines Strahls,
der ein Pixel auf dem DRR und die Strahlungsquelle verbindet, werden
zunächst
Voxel-Werte auf einem solchen Strahl interpoliert (Schritt 106 (da
die Schritte 104 und 105 in der ersten Operation "NEIN" ergeben,
so dass der Prozess zu Schritt 106 weitergeht)). Die interpolierten
Voxel-Werte werden mit Hilfe der in Schritt 103 festgelegten Farbinformationstabelle
in eine Farbinformation umgewandelt (Schritt 107). Anschließend werden
Stücke
der umgewandelten Farbinformation zu einem Speicher aufaddiert,
um die Pixelwerte des DRR zu speichern (Schritt 108). Der Pixelwerte
speichernde Speicher wird zu Anfang gelöscht, und die Stücke von
Farbinformationen entsprechend den Voxel-Werten auf dem Strahl werden sequentiell
aufaddiert. Die Addition wird auf der Basis einer Farbkomponente
(R, G, B) vorgenommen. Diese Berechnung wird für alle Voxel-Werte in den auf dem
Strahl vorhandenen dreidimensionalen Daten vorgenommen (Schritt
105). Bei Abschluß der
Berechnung für
alle Pixel auf dem DRR (Schritt 104) wird das berechnete DRR angezeigt
(Schritt 109). Das DRR kann danach in einer Festplatte etc. gedruckt
oder gespeichert werden. Dieses Verfahren, in welchem verschiedene
Bereiche in verschiedenen Farben angezeigt werden, erlaubt somit
dem Nutrer, Knochen, Organe, Tumore und dergleichen leicht zu erkennen.
-
Gemäß dem oben erwähnten Verfahren
können
verschiedene Farben genutzt werden, um verschiedene Bereiche anzuzeigen,
die durch jeweilige Bereiche von Voxel-Werten spezifiziert werden, und dies
erlaubt dem Nutrer, Bereiche von Interesse beim Vorbereiten eines
Behandlungsentwurfs hervorzuheben.
-
<Verfahren zum Spezifizieren eines Voxel-Wertbereichs>
-
Eine andere Ausführungsform eines Farbinformationen
spezifizierenden Verfahrens wird mit Verweis auf 4A bis 4C geschrieben.
-
Unter Verwendung dreidimensionaler
Daten, die durch eine tomographische Bildmessvorrichtung vor einer
Behandlung erhalten werden, wird ein Schnittbild 21 angezeigt.
Die Position des angezeigten Querschnittbildes ist in Form einer
Linie 23 auf einem Scandiagramm 22 angezeigt,
so dass der Nutzer die Position lokalisieren kann. Die Position
des Schnittbildes 21 kann durch Ziehen der Linie 23 mit der
Maus bewegt werden, oder die Schnittlage kann mit einem Schieber 24 verschoben
werden.
-
Ein einzelner Punkt in einem hervorzuhebenden
Bereich wird dann auf dem Schnittbild 21 unter Verwendung
eines Zeigers 25 spezifiziert. Der Voxel-Wert V des spezifizierten
Punktes wird ausgelesen, und der ausgelesene Wert V wird als der
zentrale Wert eines Voxel-Wertbereichs 26 festgelegt, so dass
der ein Intervall ± α vom zentralen
Wert V abdeckende Bereich 26 danach zum Vorbereiten einer Farbinformationstabelle
festgelegt werden kann. Während
ein vorbestimmter Anfangswert als α genutzt wird, kann das Intervall α geändert werden,
indem entweder das obere Ende oder das untere Ende des Farbinformationen
festlegenden Bereichs mit der Maus gezogen wird. Ist der Voxel-Wertbereich einmal auf
diese Weise spezifiziert, wird basierend auf dem mit Verweis auf 3A und 3B beschriebenen Verfahren die Farbinformationstabelle
vorbereitet. Dieses Verfahren ermöglicht dem Nutzer, die Voxel-Werte
des hervorzuhebenden Bereichs optisch zu spezifizieren.
-
Falls der Nutzer einen Voxel-Wertbereich spezifiziert
und das Schnittbild 21 unter Verwendung allein der im spezifizierten
Voxel-Wertbereich enthaltenen Voxel anzeigt, wird ferner die Voxel-Wertbereiche
spezifizierende Operation einfacher.
-
Statt den hervorzuhebenden Bereich
mit einem einzigen Punkt zu spezifizieren, kann ferner noch ein
solcher Bereich spezifiziert werden, indem der Voxel-Wertbereich
für eine
Farbinformationsspezifikation basierend auf dem maximalen und minimalen
Wert der Voxel-Werte bestimmt wird, die in einem rechteckigen Bereich
enthalten sind.
-
<Standardabweichung>
-
Ein Anzeigeverfahren, durch das eine
Struktur wie z. B. ein Knochen auf einem DRR einfach identifiziert
werden kann, indem die Kontur der Struktur wie z. B. eines Knochens
sanft verstärkt
wird, wird mit Verweis auf 5A bis 5D beschrieben. Um die Kontur
eines Bildes zu verstärken,
kann ein Kantenprozess durchgeführt
werden, so dass ein Voxel-Wert an einer Position, wo es eine abrupte Änderung
eines Voxel-Wertes gibt, in einen höheren Wert als einem derartigen
Voxel-Wert benachbarte Voxel-Werte umgewandelt wird. Eine Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung, in der ein DRR unter Verwendung von einer
Kantenverarbeitung unterzogenen Daten vorbereitet bzw. aufbereitet
wird, wird im folgenden beschrieben. Da auf einer differentiellen Analyse
basierende Techniken Daten voller Rauschen mit verstärkten Hochfrequenzkomponenten erzeugen,
wird in dieser Ausführungsform
eine auf einer Standardabweichung basierende Technik genutzt, um
gewünschte
Voxel-Werte auszudrücken.
-
Eine Standardabweichung σ kann durch Gleichung
1 unter der Annahme, dass die Anzahl von Voxel innerhalb eines Blocks
n ist und dass die Dichte eines Voxels i vi ist,
angegeben werden.
-
-
5A bis 5D zeigen die Ergebnisse
eines Kantenprozesses, der mit einer Blockgrösse von 3 × 3 unter Verwendung zweidimensionaler
Daten durchgeführt
wird. Der 3 × 3-Block ist die minimale
Einheit zum Durchführen
des Kantenprozesses, und für
eine knappe Beschreibung werden die zweidimensionalen Daten genutzt. 5C zeigt die Ergebnisse 32 eines
Kantenprozesses, der durchgeführt
wird, indem eine Standardabweichung auf der Basis eines 3 × 3-Blockes
für einen
von der dicken Linie umgebenen Bereich in zweidimensionalen Daten 31 berechnet wird,
die in 5A gezeigt sind.
Die Graphen auf der rechten Seite zeigen Änderungen in den Daten. Der Graph 33 zeigt
eine Änderung
in den Originaldaten, die von der dicken Linie umgeben sind, und
der Graph 34 zeigt eine Änderung in den einer Kantenverarbeitung
unterzogenen Daten. Die auf den horizontalen Achsen der Graphen 5B und 5D angegebenen
Ziffern entsprechen den an den von der dicken Linie umgebenen Originaldaten
hochgestellten Ziffern.
-
Wie aus dem Graphen 33 ersichtlich
ist, wird angenommen, dass die Kante in den von der dicken Linie
umgebenen Originaldaten zwischen dem zweiten und dritten Pixel von
links liegt. Es wird verifiziert, dass die Kontur im Graphen 34 verstärkt ist,
der mit Hilfe einer Standardabweichung mit hohen Werten, die zwischen
dem zweiten und dritten Pixel als eine Kante angegeben sind, einer
Kantenverarbeitung unterzogen ist. Ferner gibt es zwischen dem fünften und sechsten
Pixel von links in den Originaldaten eine weitere Kante. Diese Kante
mit einer kleineren Dichtedifferenz als die erste Kante wird durch
kleinere Werte in den einer Kantenverarbeitung unterzogenen Daten 32 ausgedrückt. Eine
andere Kante zwischen den sechsten und siebten Pixeln von links
in den Originaldaten mit einer weiteren kleineren Dichtedifferenz
wird durch weitere kleinere Werte im einer Kantenverarbeitung unterzogenen
Graphen ausgedrückt.
-
Wie im vorher erwähnten Beispiel werden die einer
Kantenverarbeitung unterzogenen Daten erhalten, indem die Originaldaten
umgewandelt werden, als ob die Kante zwischen Voxel der Originaldaten,
d. h. zwischen dem zweiten und dritten Pixel der Originaldaten,
vorhanden wäre.
Als Folge wird die Kontur um ein Pixel erweitert. Die Umwand- lung wird so durchgeführt, dass
einer Kantenverarbeitung unterzogene Voxel 2 und 3 eine
Kante repräsentieren.
Diese Technik liefert jedoch glättende
Effekte, die Rauschen reduzieren und daher ermöglichen, dass die Kontur einer
Struktur wie z. B. eines Knochens zufriedenstellend verstärkt wird.
-
Der hinsichtlich zweidimensionaler
Daten beschriebene Kantenprozess, dargestellt in 5A bis 5D,
kann direkt auf die horizontalen und vertikalen Richtungen dreidimensionaler
Daten angewendet werden.
-
Dreidimensionale Daten werden in
der folgenden Weise einem Kantenprozess unterzogen. Wenn eine Standardabweichung
unter Verwendung eines 3 × 3 × 3-Blocks
41 um ein Voxel 42 berechnet wird, das einem Kantenprozess
unterzogen wird, wie in 6 gezeigt
ist, können
zufriedenstellende Ergebnisse erhalten werden. Es sollte besonders
erwähnt
werden, daß,
wenn der oben erwähnte
Block verwendet wird, der Kantenprozess nicht an allen Voxel auf
den äußersten
Seiten der dreidimensionalen Daten durchgeführt werden kann. Dies ist jedoch
vernachlässigbar,
da es im Vergleich mit der Menge aller Daten ein kleiner Bereich
ist.
-
Die einer Kantenverarbeitung unterzogenen dreidimensionalen
Daten sind die kantenverstärkten Daten,
in denen Abschnitte des ursprünglichen
dreidimensionalen Bildes, wobei deren Dichten drastisch geändert sind,
d. h. Randabschnitte verstärkt
sind.
-
7 ist
ein Flussdiagramm, das eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist. Das Flussdiagramm präsentiert
einen Prozess unter Verwendung eines Kantenprozesses und einer Tabelle zur
Farbinformationsumwandlung. Die Prozessschritte, die den in 1 gezeigten identisch sind, sind
durch die gleichen Schrittziffern bezeichnet.
-
In 7 wird
eine Standardabweichung σ der
durch eine tomographische Bildmessvorrichtung gemessenen dreidimensionalen
Bilddaten durch die Gleichung 1 berechnet, und eine zweite Version
dreidimensionaler Daten wird erhalten, indem die ursprünglichen
dreidimensionalen Bilddaten unter Verwendung von σ in Schritt
201 ausgedrückt
werden. In nachfolgenden Schritten wird der Bildprozess unter Verwendung
der zweiten Version dreidimensionaler Daten durchgeführt.
-
Schritt 201 kann unmittelbar nach
Schritt 102 oder unmittelbar nach Schritt 103 durchgeführt werden.
-
8 zeigt
eine andere Ausführungsform
eines Flussdiagramms, das einen Kantenprozess darstellt. Das Flussdiagramm
von 8 unterscheidet sich
von demjenigen von 7 dadurch,
dass die Tabelle zur Farbinformationsumwandlung nicht verwendet
wird. Daher sind die Schritte 103 und 107 im Flussdiagramm von 7 eliminiert, und Schritt
202 ersetzt Schritt 108. In Schritt 202 werden Voxel-Werte zu einem
Speicher zum Spei chern von Pixel auf einem projizierten Bild aufaddiert.
Andere Schritte sind denjenigen der 1 und 7 identisch.
-
<Position einer DRR-Ebene>
-
Eine Ausführungsform eines Verfahrens
zum Projizieren eines DRR auf eine durch das Isozentrum gehenden
Position wird mit Verweis auf 9 beschrieben.
Das DRR kann aus nicht kantenverarbeiteten Voxel-Daten oder aus
kantenverarbeiteten Voxel-Daten
vorbereitet werden. 9 ist
ein Querschnitt, der von einem Diagramm genommen ist, das die Behandlungsplanung
von 2 zeigt. Das DRR ist
so festgelegt, dass es mit einer Ebene 6 zusammenfällt, die
das Isozentrum 4 enthält.
Die dreidimensionalen Daten 2 werden durch den Bestrahlungsstrahl 5 von
der Strahlungsquelle 3 auf die DRR-Ebene 6 projiziert.
Die dreidimensionalen Daten werden aufaddiert und in sowohl Vorwärts- als
auch Rückwärtsrichtungen
projiziert, die durch Pfeile angegeben sind. Das heißt, alle
Voxel in den auf dem die Strahlungsquelle mit einem Pixel 51 auf
der DRR-Ebene verbindenden Strahl vorhandenen dreidimensiönalen Daten
werden aufaddiert und projiziert. Die Voxel-Werte werden projiziert,
nachdem sie unter Verwendung der in 12 gezeigten
Tabelle zur Farbinformationsumwandlung in Farbinformationen umgewandelt
sind. Wenn die einer Kantenverarbeitung unterzogenen Voxel-Daten
verwendet werden, wird jedoch die Tabelle zur Farbinformationsumwandlung
nicht notwendigerweise verwendet. Das DRR-Berechnungsverfahren beinhaltet
einen Bild-Ordnungsansatz, in welchem ein DRR in der Reihenfolge
von Pixel berechnet wird, oder einen Objekt-Ordnungsansatzes, in
welchem ein DRR in der Reihenfolge bzw. Ordnung dreidimensionaler
Daten berechnet wird.
-
Gemäß der oben erwähnten Ausführungsform
liegt die projizierte Position des DRR auf einer das Isozentrum
enthaltenden Ebene. Da Voxel, welche von der Strahlungsquelle entfernter
sind als die projizierte Fläche
und in gewöhnlichen
Projektionen als ungültig
betrachtet werden, projiziert werden, können alle dreidimensionalen
Daten als das DRR visualisiert werden. Falls der Nutzer ein DRR
erzeugen möchte,
in welchem nur ein Bereich von Interesse fokussiert wird, mögen nicht
notwendigerweise alle Daten visualisiert werden, indem der Bereich
zur Berechnung begrenzt wird.
-
Das Isozentrum ist ferner gewöhnlich auf
die Mitte eines zu behandelnden betroffenen Teils eingestellt, und
der Bestrahlungsbereich wird oft auf eine Ebene eingestellt, die
das Isozentrum enthält.
In dieser Ausführungsform
wird somit der Bestrahlungsbereich auf einem DRR angezeigt, indem
die Pixelgrösse
des DRR so festgelegt wird, dass sie mit dem minimalen Wert der
Voxel-Grösse übereinstimmt.
Als Folge wird das Bild des betrof fenen Teils auf dem DRR so groß wie der
tatsächliche
betreffende Teil. Daher erlaubt das DRR auf der Ebene, die das Isozentrum
enthält,
das das Zentrum eines Bereichs von Interesse ist, dem Nutrer, Simulationen
einfach auszuführen.
-
<Spezifizierung der Auflösung>
-
Mit Verweis auf 10 wird eine Ausführungsform eines Verfahrens
zum Verbessern der Qualität
und Geschwindigkeit einer Bilderzeugungsoperation durch Spezifizieren
der Anzahl von Pixel und Auflösung
beschrieben. Ähnlich 9 zeigt 10, wie ein DRR in Form eines Querschnitts
erzeugt wird. In diesem Fall kann das DRR auch erzeugt werden, indem
eine Tabelle zur Farbinformationsumwandlung und ein Kantenprozess
genutzt werden.
-
Zuerst werden die Auflösung (Pixelgrösse) 52 und
Anzahl von Pixel eines DRR spezifiziert. Ein Wert gleich der Auflösung (Voxel-Grösse) der
dreidimensionalen Daten wird als ein Anfangswert festgelegt (der
feinste Auflösungswert
wird in dem Fall festgelegt, dass die Voxel-Grösse verschiedene Längen hat),
und eine solche Anzahl Pixel, um zu ermöglichen, dass alle dreidimensionalen
Daten projiziert werden, wird spezifiziert (eine solche Zahl kann
aus der Strahlungsquelle, der Position des Isozentrums, der Anzahl
dreidimensionaler Datenvoxel, der Auflösung und dergleichen erhalten
werden). Ein Abtastintervall 53 auf dem die Strahlungsquelle 3 mit
dem Pixel 51 verbindenden Strahl wird dann spezifiziert.
Der Wert, der gleich der Auflösung
des DRR ist, wird als Anfangswert spezifiziert. Unter Verwendung
der oben erwähnten
Anfangswerte kann das der Qualität der
dreidimensionalen Daten entsprechende DRR berechnet werden.
-
Falls der Nutrer Berechnungszeit
sparen möchte,
kann die Anzahl von Pixel des DRR reduziert werden, oder das Abtastintervall
zwischen Voxel auf dem die Strahlungsquelle mit dem Pixel verbindenden
Strahl wird vergrössert.
Als Folge kann das DRR schneller berechnet werden. Falls die Anzahl
Pixel des DRR reduziert wird, ohne die Auflösung zu ändern, wird der Projektionsbereich
reduziert, die Bildqualität
bleibt aber unverändert.
Falls auf der anderen Seite nicht nur die Anzahl Pixel reduziert
wird, sondern auch die Auflösung
dementsprechend reduziert wird, wird die Bildqualität verschlechtert,
aber der Projektionsbereich bleibt unverändert. Das obige gilt ähnlich für das Abtastintervall
zwischen Voxel auf dem Strahl. Falls der Nutzer ferner die Bildqualität verbessern
möchte,
kann die Auflösung
des DRR erhöht
werden, oder das Abtastintervall zwischen Voxel auf dem Strahl kann
reduziert werden.
-
Wie oben beschrieben wurde, erlaubt
die oben erwähnte
Ausführungsform,
dass die Berechnungsgeschwindigkeit und Bildqualität gemäß der Nutzung
eines Bildes und der Kapazität
eines Computers gesteuert werden.
-
<Verbesserung der Interaktivität>
-
Es nimmt Zeit in Anspruch, ein DRR
zu erzeugen. Eine Lösung
für dieses
Problem ist, Interaktivität
zu verbessern, indem die Geschwindigkeit zum Erzeugen eines DRR
in Nominalausdrücken
erhöht wird.
Eine Ausführungsform
eines Verfahrens zum Implementieren einer derartigen Hochgeschwindigkeitsoperation
wird mit Verweis auf 11A bis 11D beschrieben. 11A bis 11D zeigen ein Verfahren, in welchem
Berechnungen zum Erzeugen eines DRR auf der Basis von 5 × 5 Pixel
in vier Schritten durchgeführt
werden und das berechnete Bild jedesmal angezeigt wird, wenn die
Berechnung durchgeführt
ist. In diesem Fall kann das DRR auch erzeugt werden, indem eine
Tabelle zur Farbinformationsumwandlung und ein Kantenprozess genutzt
werden.
-
Man nehme nun an, dass ein endgültiges DRR 61 durch
Berechnungen erhalten ist. Die Zahlen auf dem Bild sind den jeweiligen
Pixeln zugeordnet, die das Bild ausmachen, und geben die Reihenfolge an,
in der die Pixel berechnet werden.
-
Zunächst werden Pixel 1 bis 9 jedes
zweites Pixel in sowohl horizontalen als auch vertikalen Richtungen
berechnet. Ein DRR 62 des ersten Schritts wird aus den
anfangs berechneten neun Pixeln erzeugt, und das erzeugte DRR 62 wird
angezeigt. Das erste DRR wird mit den übersprungenen Pixelwerten (z.
B. 14, 20, 10) angezeigt, die als die berechneten Pixelwerte (z.
B. 1) repräsentiert
werden (11B). Danach
werden Pixel 10 bis 13 berechnet, wobei jedes
an einer Position liegt, die um ein Pixel in sowohl horizontalen
als auch vertikalen Richtungen von dem anfangs berechneten Pixel
aus verschoben ist. Ein DRR 63 der zweiten Stufe wird unter
Verwendung der berechneten dreizehn Pixel erzeugt und angezeigt. In
diesem Fall werden die Pixel auf der linken Seite der Pixel 10 bis 13 als
die gleichen Werte angezeigt (11C).
Danach werden Pixel 14 bis 19 berechnet, die jeweils
an einer Position liegen, die um ein Pixel in der horizontalen Richtung
vom Anfangs berechneten Pixel aus verschoben sind, um ein DRR 64 des
dritten Schritts unter Verwendung der neunzehn Pixel zu erzeugen
und anzuzeigen (11D). Schließlich werden
die verbleibenden Pixel 20 bis 25 berechnet, um
das endgültige
DRR 61 zu erzeugen und anzuzeigen (11A).
-
Gemäß dem oben erwähnten Verfahren kann
der Nutzer die Kontur des DRR mit den Bildern 62, 63 und 64 auf
den Zwischenschritten erfassen, die sequentiell angezeigt wurden,
bevor alle Pixel des endgültigen
DRR vollständig
berechnet werden. Somit kann die Interaktivität verbessert werden. Die Gesamtzeit
die zum Abschließen
aller Berechnungen erforderlich ist, ist, obgleich eine kurze Zeit,
um die Zwischenbilder zu erzeugen, eingeschlossen ist, im wesentlichen
die gleiche wie diejenige, die in dem Verfahren erforderlich ist,
in welchem ein DRR angezeigt wird, nachdem alle Pixel direkt berechnet
sind.
-
13 ist
ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte Bildverarbeitungsvorrichtung
zeigt, die das Bildverarbeitungsverfahren der vorliegenden Erfindung
verkörpert.
Die Bildverarbeitungsvorrichtung umfaßt eine Operationssektion 71,
einen Speicher 72, eine Eingabeeinheit 73, eine
Anzeigeeinheit 74, eine Einheit 75 für eine Strahlentherapiebehandlung und
eine tomographische Bildmessvorrichtung 76. Die Operationssektion 71 enthält eine
CPU, einen ROM und einen RAM und führt verschiedene Prozesse wie
z. B. einen Prozess zum Berechnen eines DRR unter Verwendung einer
Tabelle zur Farbinformationsumwandlung und dreidimensionaler Daten aus,
die einem Standardabweichungsprozess unterzogen wurden. Der Speicher 72 speichert
dreidimensionale Bilddaten, einer Kantenverarbeitung unterzogene
Daten, eine Tabelle zur Farbinformationsumwandlung, wie z. B. in 12 gezeigt, DRR-Daten und
dergleichen. Die Eingabeeinheit 73 ist eine Vorrichtung,
wie z. B. eine Tastatur und eine Maus. Die Anzeigeeinheit 74 zeigt
ein Bild an, das durch Berechnen digital rekonstruiert ist. Die
Einheit 75 für eine
Strahlentherapiebehandlung ist mit der Bildverarbeitungsvorrichtung
durch eine Schnittstellensektion verbunden. Die tomographische Bildmessvorrichtung 76 wie
z. B. eine CT-Vorrichtung oder eine NMR-Vorrichtung ist durch eine Schnittstellensektion mit
der Bildverarbeitungsvorrichtung verbunden.
-
Die vorliegende Erfindung ist nicht
auf die oben erwähnten
Ausführungsformen
beschränkt.
Die vorliegende Erfindung schließt auch verschiedene Abwandlungen
ein, die innerhalb des Umfangs der Ansprüche vorgenommen werden können, die
beigefügt
sind und einen Teil dieser Beschreibung bilden.
