JP2014054302A - 動体追跡装置および放射線治療システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】X線撮影装置5A,5Bの撮影画像から主追跡対象3および副追跡対象4の二次元位置をテンプレートマッチングにより演算する。さらに、マッチングの結果に基づいて探索領域を設定する探索領域設定部15において、主追跡対象3および副追跡対象4のいずれかのマッチング結果が不十分と判定された場合には、X線撮影装置5A,5Bにおける次のタイミングで撮影される次フレームのX線撮影画像200での探索領域230,240を、もう一方の二次元位置を用いて設定し、次フレームでの主追跡対象3および副追跡対象4の探索に用いる。
【選択図】図1
Description
本発明の動体追跡装置の第1の実施形態を、図1乃至図4を用いて説明する。
図1は、本発明の動体追跡装置の一実施形態の構成を表す概略図、図2は、本発明の動体追跡装置の一実施形態の機能的構成を表すブロック図、図4は、本発明の動体追跡装置の一実施形態の制御処理内容を表すフローチャート、図3は、本発明の動体追跡装置の一実施形態における探索領域設定画面の一例を表す図、である。
なお、主追跡対象3は、被検体2内の標的(患者の腫瘍等)自体であり、副追跡対象4は、主追跡対象3の近傍に設置された代替マーカである。
X線撮影装置5Aの撮影は、主追跡対象3および副追跡対象4の動きを捉えるのに十分な頻度(例えば30Hz程度)で行う。
このX線撮影装置5Bの撮影は、X線撮影装置5Aの撮影と同期して行う。
更に、この二次元位置演算部13は、主追跡対象3および副追跡対象4の二次元位置の演算結果をもとにして、あらかじめ準備しておいた上記各々のテンプレートとX線撮影画像との類似度を演算する。この類似度は高い値である程テンプレートとの一致度が高くなるように定義された指標であり、例えば正規化相関係数が用いられる。
なおこの閾値は、撮影したX線撮影画像と準備したテンプレート画像とが、どの程度類似しているべきかに応じて適宜設定する値であり、例えば類似度として正規化相関係数が用いられた場合に0.8とするが、これに限定されない。閾値は、別途オペレータによって設定入力することも可能である。
この手動探索領域決定装置16は、手動入力部23において、オペレータの操作によってX線撮影装置5A,5BのX線撮影画像の各々に対して主追跡対象3および副追跡対象4の探索領域を設定する。例えば、二次元位置演算部13で用いられる探索領域の位置情報の初期値を設定し、この設定した初期値を通信部19を介して追跡対象認識装置6の記憶部11に出力する。
また、副追跡対象4に対しても、同様に、X線撮影装置5A,5BでのX線撮影画像と第1副追跡対象テンプレート画像および第2副追跡対象テンプレート画像とを記憶部11から読み取り、これらの画像をマッチングさせることによって副追跡対象4の各画像における二次元位置および類似度を演算する。
具体的には、X線撮影装置5A上の投影位置とX線源8Aを通る直線、およびX線撮影装置5B上の投影位置とX線源8Bとを通る直線を求める。この2つの直線は、理想的には両直線が1点で交差し、交点が主追跡対象3の位置と一致する。しかし、実際には計算の誤差等で両直線は交わらない。そこで、両直線が最も近接する点同士を結ぶ線分を求め、前記線分の中点を主追跡対象3の位置として求める。なお、この線分の長さは主追跡対象位置の計測誤差の大きさを表すため、あらかじめ設定された閾値以上となった場合には主追跡対象3の三次元位置の認識を失敗したと判断し、エラー信号を出力することが望ましい。
具体的には、探索領域設定部15は、副追跡対象4の二次元位置を中心にして副追跡対象探索領域240を設定する。これとともに、主追跡対象3と副追跡対象4の位置関係が大きく変更していないとして、現時点の画像における副追跡対象探索領域240と主追跡対象探索領域230の位置関係を維持した状態で、新たな副追跡対象探索領域240の位置に現時点の副追跡対象探索領域240を重ねあわせたときの現時点の主追跡対象探索領域230の位置を新たな主追跡対象探索領域230として設定して、主追跡対象3および副追跡対象4の追跡を継続する。
終了指示がある場合にはX線撮影を停止し、動体追跡を終了する。指示がない場合は、ステップS160に処理を進める。
両条件を満たす場合はステップS105に処理を戻し、動体追跡を継続する。この際、ステップS110において、主追跡対象3および副追跡対象4の各々に対し、追跡対象認識装置6の記憶部11に保存されたX線撮影画像上の探索領域に対してテンプレート画像とマッチングを行い、二次元位置および類似度を演算する際に、ステップS140において設定した主追跡対象探索領域230および副追跡対象探索領域240を用いるように制御する。
これに対し、いずれか一方の条件を満たさない場合は、X線撮影装置5A,5BによるX線撮影を停止し、動体追跡を終了する。
よって、骨などの高いコントラストで投影される構造の境界線と追跡対象が重なって追跡対象の写った領域にテンプレート画像には含まれていない境界線が重なることでテンプレート画像との類似度が低下したとしても、主追跡対象3と副追跡対象4のうちの類似度が低下していない側の追跡対象の二次元位置を基準にして次のX線撮影画像における探索領域230,240が設定されるため、追跡対象とは別の対象を追跡対象として誤認識可能性を低くでき、主追跡対象3や副追跡対象4の移動に追随して探索領域230,240が移動し、動体追跡を継続することが可能となる。そのため、次の時点の画像における探索領域230,240が、誤認識した結果に基づいて設定されることが抑制され、探索領域230,240が主追跡対象3や副追跡対象4から逸脱し、探索が失敗となる状態が生じることを高精度で抑制することができる。従って、オペレータが治療放射線の照射および標的の追跡を中止することや、手動で探索領域230,240を再度設定する必要が無く、治療時間が増大することを防ぐことができる、との効果が得られる。
また、このような類似度が閾値を下回る状態が指定フレーム数以上となるまで動体追跡を中断しない制御によれば、指定フレーム数未満に閾値以上となった場合には、探索領域設定部15による主追跡対象探索領域230または副追跡対象探索領域240の設定に基づいた動体追跡が再開される。このため、主追跡対象探索領域230と副追跡対象探索領域240との位置関係を固定して動体追跡を行うよりも高い精度での動体追跡が再開される。よって探索失敗の危険性をより小さくすることができる。
この代替マーカには、Au、Pt、Ir等の人体に無害、かつX線に対して不透明な物質からなるものとすることが望ましい。これにより、臓器や骨などによる複雑な透視映像の中でも高い識別性を得ることができる。
更に、代替マーカの形状は、直径1〜2mmの球状とすることが望ましく、体内にどのように置かれても、どの方向から透視を行っても、透視映像上に球状に記録される効果がある。また、透視可能な限りで直径を小さくすることで、治療放射線の擾乱を最小限に抑えることができる。
また、副追跡対象4が複数設定されている場合には、二次元位置演算部13は、各々について上記の副追跡対象テンプレート画像を用意し、マッチング処理を行うことが可能である。
本発明の動体追跡装置の一実施形態を備えた放射線治療システムの一実施形態を図5および図6を用いて説明する。なお、図5および図6においては、放射線治療システムとして治療X線照射装置に適用した場合を例に挙げて説明する。
図5は、本発明の動体追跡装置の一実施形態を備えた放射線治療システムの一実施形態の構成を表す概略図、図6は、本発明の動体追跡装置の一実施形態を備えた放射線治療システムの一実施形態の制御処理内容を表すフローチャート、である。
また、オペレータに対しては、警告信号を動体追跡装置100の追跡対象認識装置6内の表示部12に出力し、表示部12で表示させる。
特に、動体追跡装置100において2方向から主追跡対象3を追跡している場合は、2方向とも類似度が閾値以上となった場合のみ治療X線を照射し、一方向でも下回った場合は治療X線の照射を中断する。
また、オペレータに対しては、警告信号を動体追跡装置100の追跡対象認識装置6内の表示部12に出力し、表示部12で表示させる。
本発明の動体追跡装置の一実施形態を備えた放射線治療システムの他の実施形態を図7を用いて説明する。なお、図7においては、放射線治療システムとして粒子線照射システムに適用した場合を例に挙げて説明する。
図7は、本発明の動体追跡装置の一実施形態を備えた放射線治療システムの他の実施形態の構成を表す概略図である。
具体的には、照射制御装置300は、動体追跡装置100より、追跡対象認識装置6内の三次元位置演算部14で演算された主追跡対象3の三次元位置およびマッチング結果判定部17でのマッチング結果判定の結果を受信する。そのうえで、照射制御装置300は、主追跡対象3の三次元位置より演算された標的の三次元位置に対して照射するための荷電粒子を粒子線加速器410により加速する。この加速された荷電粒子を粒子線輸送系420によって粒子線照射ノズル430に輸送するよう制御する。照射制御装置300は、粒子線照射ノズル430において被検体2の体内で適切な線量分布を形成するように、輸送された荷電粒子を偏向・散乱し、被検体2に照射するよう制御する。
また、オペレータに対しては、警告信号を動体追跡装置100の追跡対象認識装置6内の表示部12に出力し、表示部12で表示させる。
また、オペレータに対しては、警告信号を表示部12に表示する。
なお、本発明は上記の実施形態に限られず、種々の変形、応用が可能なものである。
X線撮影装置が1機の場合、主追跡対象3の三次元位置を演算することはできないが、主追跡対象3の2次元位置を演算することは可能である。このため、標的の2次元位置を特定できればよい場合は、動体追跡装置にX線撮影装置を複数台設ける必要がなく、動体追跡装置の設備導入および運用を簡略化することができ、大きなメリットを有する。
更には、X線撮影装置は、少なくとも1機以上設けられていてもよく、3機であっても、4機であっても、それ以上であってもよい。これらの場合でも、本発明の動体追跡装置の一実施形態と同様に、追跡対象が存在しない領域を追跡対象が存在する領域として誤認識することがなく、追跡対象の移動に追随して探索領域が移動し、動体追跡を継続することが可能となる。そのため、次の時点の画像における探索領域が、誤認識した結果に基づいて設定されることが抑制され、探索領域が主追跡対象3や副追跡対象4から逸脱し、探索が失敗となる状態が生じることを抑制することができる、との効果が得られる。
2…被検体、
3…主追跡対象、
4…副追跡対象、
5A,5B…X線撮影装置、
6…追跡対象認識装置、
7…認識結果出力装置、
8A,8B…X線管、
9A,9B…X線検出器、
10,19…通信部、
11,20…記憶部、
12,22…表示部、
13…二次元位置演算部、
14…三次元位置演算部、
15…探索領域設定部、
16…手動探索領域設定装置、
17…マッチング結果判定部、
23…手動入力部、
100…動体追跡装置、
200…X線撮影画像、
210…主追跡対象投影像、
220…副追跡対象投影像、
230…主追跡対象探索領域、
240…副追跡対象探索領域、
250…主追跡対象テンプレート画像、
260…副追跡対象テンプレート画像、
280…体内構造物投影像、
300…照射制御装置、
310…治療X線照射装置、
400…粒子線出射システム、
410…粒子線加速器、
420…粒子線輸送系、
430…粒子線照射ノズル。
Claims (7)
- 主追跡対象と、少なくとも1つ以上の副追跡対象とを間欠的にX線撮影するX線撮影装置と、
このX線撮影装置で撮影された画像に前記主追跡対象の探索領域と前記副追跡対象の探索領域とを設定する探索領域設定部と、この探索領域設定部において設定された前記探索領域から前記主追跡対象と前記副追跡対象との二次元位置をテンプレートマッチングにより演算する二次元位置演算部とを有した追跡対象認識装置とを備え、
前記追跡対象認識装置における前記探索領域設定部は、前記二次元位置演算部におけるテンプレートマッチングにおいて、前記主追跡対象と前記副追跡対象のいずれか一方のテンプレートとの類似度が所定の閾値を下回った場合は、前記X線撮影装置における次のタイミングで撮影される次フレームのX線撮影画像での前記探索領域を、テンプレートとの類似度が所定の閾値を上回ったもう一方の前記二次元位置を用いて設定する
ことを特徴とする動体追跡装置。 - 請求項1に記載の動体追跡装置において、
前記主追跡対象と前記副追跡対象とを少なくとも2方向から間欠的に撮影する少なくとも2以上の前記X線撮影装置と、
前記二次元位置演算部で演算された前記主追跡対象の二次元位置に基づいて前記主追跡対象の三次元位置を演算する三次元位置演算部を更に有した前記追跡対象認識装置とを備えた
ことを特徴とする動体追跡装置。 - 請求項1に記載の動体追跡装置において、
前記二次元位置演算部におけるテンプレートマッチングにおいて、前記主追跡対象のテンプレートとの類似度と前記副追跡対象のテンプレートとの類似度とのいずれかの類似度が所定の閾値を下回り、この前記類似度が前記閾値を下回り続ける状態があらかじめ定めた所定のフレーム数を超える場合は、前記X線撮影装置によるX線撮影を停止するよう制御する前記追跡対象認識装置を更に備えた
ことを特徴とする動体追跡装置。 - 請求項1に記載の動体追跡装置において、
前記二次元位置演算部におけるテンプレートマッチングにおいて、前記主追跡対象および前記副追跡対象のテンプレートとの類似度が所定の閾値を下回った場合は、前記X線撮影装置によるX線撮影を中止するよう制御する前記追跡対象認識装置を更に備えた
ことを特徴とする動体追跡装置。 - 請求項1乃至4のいずれか1項に記載の動体追跡装置と、
治療用の放射線を出射する照射装置と、
前記動体追跡装置により演算された主追跡対象の位置を基準にして標的に対して前記治療用放射線を出射するよう前記照射装置を制御する照射制御装置とを備えた
ことを特徴とする放射線治療システム。 - 請求項5に記載の放射線治療システムにおいて、
前記動体追跡装置の前記二次元位置演算部におけるテンプレートマッチングにおいて、前記主追跡対象のテンプレートとの類似度が所定の閾値を下回った場合は、前記治療用放射線の出射を中止するよう前記照射装置を制御する前記照射制御装置を備えた
ことを特徴とする放射線治療システム。 - 請求項5に記載の放射線治療システムにおいて、
前記動体追跡装置の前記二次元位置演算部におけるテンプレートマッチングにおいて、前記主追跡対象および前記副追跡対象のテンプレートとの類似度が所定の閾値を下回った場合は、前記治療用放射線の出射を中止するよう前記照射装置を制御する前記照射制御装置を備えた
ことを特徴とする放射線治療システム。
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