JP2016096902A - 医用画像処理装置、方法、プログラム及び放射線治療装置 - Google Patents

Abstract

【課題】骨等の部位を高精度で除去した透視像を撮影条件によらず、教師画像なしで得ることのできる医用画像処理技術及びこれを用いた放射線治療装置を提供する。【解決手段】医用画像処理装置１０は、患者の体内の三次元構造を示すボリュームデータに含まれる部位のうち指定された部位または所定の部位が強調されて生成された仮想的な透視像である第１透視像Ｍ’を取得する第１取得部５１と、前記患者の体内を透視した第２透視像Ｎを取得する第２取得部１２と、第１透視像Ｍ’を参照して第２透視像Ｎから前記部位または前記部位以外を除去した部位除去像を生成する部位除去像生成部２０と、を備えている。【選択図】 図１２

Description

本発明は、患者の体内を透視した透視像を処理する医用画像処理技術及びこれを用いた放射線治療装置に関する。

患者の患部に放射線を照射して治療する放射線治療では、この患部が呼吸や心拍、腸、体内ガスの動きなどによって経時的に変化する場合がある。この場合、この患部の動きを追跡して放射線の照射のタイミングをはかったり、放射線を追尾して照射したりする。
このように変化する患部を追跡する方式として、Ｘ線で患部周辺を透視した透視像から、この患部を追跡する方式が知られている。

この方式では、透視像に写り込んだ骨が、追跡目標の検出精度を低下させる課題がある。そこで、Ｘ線で撮影された透視像から、骨のみの透視像や、骨を除去した透視像を生成する医用画像処理技術が役立つと考えられる。例えば、特許文献１では、透視像から、骨のみの透視像を生成し、その骨のみの透視像を元の透視像から減算することで、骨のない透視像を生成する。

米国特許第７，５４５，９６５号明細書

しかし、特許文献１の方式では、事前にデュアルエナジーＸ線撮像装置で取得した透視像と骨のみの透視像との組を教師画像とした事前の学習が必要である。
この教師画像を利用する方式によると、この教師画像と処理対象の画像との間で撮影条件が異なる場合等において、医用画像処理の性能が低下することが懸念される。さらに、教師画像の被写体になる人が被曝する課題があった。

本発明の実施形態はこのような事情を考慮してなされたもので、例えば骨等の部位を高精度で除去した透視像、あるいは、例えば骨等の部位以外の部位を高精度で除去した透視像を撮影条件によらず、教師画像なしで得ることのできる医用画像処理技術を提供することを目的とする。
さらに、この医用画像処理技術を用いて、呼吸等により移動する患部の位置を正確に認識し、この患部のみに治療用の放射線を照射し、正常細胞への影響を小さくとどめることができる放射線治療装置を提供することを目的とする。ここで、治療用の放射線は、Ｘ線、γ線、電子線、陽子線、中性子線、及び、重粒子線などを含む。以下では、治療用の放射線をビームと表記することもある。

本発明の実施形態に係る医用画像処理装置において、患者の体内の三次元構造を示すボリュームデータに含まれる部位のうち指定された部位または所定の部位が強調されて生成された仮想的な透視像である第１透視像を取得する第１取得部と、前記患者の体内を透視した第２透視像を取得する第２取得部と、前記第１透視像を参照して第２透視像から前記部位または前記部位以外を除去した部位除去像を生成する部位除去像生成部と、を備えることを特徴とする。

さらに、本発明の実施形態に係る放射線治療装置において、前記第２取得部に取得させる前記第２投影像を撮像する投影像撮像部と、前記撮像した前記第２投影像に基づいて前記患者を載置した治療台の移動量を計算する移動量計算部と、前記治療台を前記移動量に合わせて移動させる治療台移動部と、前記医用画像処理装置の前記外部出力部から連続的に出力される前記部位除去像から追跡目標を識別する識別部と、連続する複数の前記部位除去像の中で変化する前記追跡目標が、前記患者の患部に照射するX線や重粒子線などの治療用の放射線であるビームの照射ポイントに合致したタイミングにおいて、前記ビームを照射させる、あるいは、前記追跡目標に合わせ前記ビームを追尾照射させるビーム照射部、を備えることを特徴とする。

本発明の実施形態により、例えば骨等の部位を高精度で除去した透視像、あるいは、例えば骨等の部位以外の部位を高精度で除去した透視像を撮影条件によらず、教師画像なしで得ることのできる医用画像処理技術が提供される。
さらに、この医用画像処理技術を用いて、呼吸等により移動する患部の位置を正確に認識し、この患部のみにビームを照射させ正常細胞への影響を小さくとどめることができる放射線治療装置が提供される。

本発明の実施形態に係る医用画像処理装置及びこれを用いた放射線治療装置を示すブロック図。 患者の胸部のボリュームデータに含まれる骨の領域が強調されたＤＲＲである第１透視像を示す図。 患者の胸部を透視した第２透視像を示す図。 実施形態に係る医用画像処理装置の部位除去像生成部の内部構成を示すブロック図。 （Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は、部位除去像生成部における画像処理のプロセスを説明する説明図。 （Ｄ）（Ｅ）（Ｆ）は、部位除去像生成部における画像処理のプロセスを説明する説明図。 部位除去像生成部を構成する平滑化部の実施例を説明する説明図。 部位除去像生成部を構成する平滑化部の他の実施例を説明する説明図。 部位除去像Ｐ３の一例を示す模式図。 部位除去像生成部を構成するインペインティング部の実施例を説明する説明図。 実施形態に係る医用画像処理方法、プログラム及びこれを用いた放射線治療装置の動作を説明するフローチャート。 本発明の他の実施形態に係る医用画像処理装置及びこれを用いた放射線治療装置を示すブロック図。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１に示すように、医用画像処理装置１０は、患者の体内の三次元構造を示すボリュームデータＢを取得するボリュームデータ取得部１１と、指定された部位（例えば骨）の領域が強調されたボリュームデータＢ’を生成する部位強調部１４と、ボリュームデータＢ’からの仮想透視像(ＤＲＲ: digitally reconstructed radiograph)として第１透視像Ｍを生成する第１透視像生成部１６と、患者４２の体内を所定方向から透視した第２透視像Ｎを取得する第２透視像取得部１２と、第２透視像Ｎから指定された部位（例えば骨）を除去した部位除去像Ｐ２、あるいは、指定された部位以外を除去した部位除去像Ｐ３を生成する部位除去像生成部２０と、を備えている。
なお、図１の医用画像処理装置１０において、部位除去像生成部２０の上流に位置し第１透視像Ｍ（Ｍ’）を取得する第１取得部５１（図１２参照）の記載が省略されている。

さらに医用画像処理装置１０において、第２透視像取得部１２は、第２透視像Ｎを連続的に取得し、この取得した第２透視像Ｎを基準として第１透視像Ｍを変形した第１透視像Ｍ’を生成するデフォーマブルレジストレーションを実行するデフォーマブルレジストレーション部１７と、取得した第２透視像Ｎに対応する部位除去像Ｐ２を連続的に外部出力する外部出力部１９と、をさらに備えている。

そして、放射線治療装置３０は、医用画像処理装置１０の第２透視像取得部１２に取得させる第２透視像Ｎを撮像する透視像撮像部３１と、患者４２を載置した治療台４３を設定した照準に合うように移動させる治療台移動部３３と、医用画像処理装置１０の外部出力部１９から連続的に出力される部位除去像Ｐ２から追跡目標を識別する追跡目標識別部３４と、連続する複数の部位除去像Ｐ２の中で変化する追跡目標が、ビーム４１の照射ポイントに合致したか否かを判定する判定部３５と、合致するとの判定が得られたタイミングにおいて、ビームを照射させるビーム照射部３６と、を備えている。

ボリュームデータ取得部１１に取得されるボリュームデータＢは、例えば、Ｘ線ＣＴ装置で撮像された患者の体内の三次元画像である。その他に、ボリュームデータＢは、ＭＲＩ装置で撮像された画像も採用することができ、患者の体内の三次元構造を示す画像であれば特に限定されない。

このボリュームデータＢを用いれば、各ボクセルの値から、骨や各種臓器といった体内の部位を解析することができる。
部位設定部１３では、情報テーブルの中に様々な部位の名称がリストアップされており、そのうちいずれかの名称をユーザが指定することで、除去する部位、あるいは、除去せずに残したい部位が選択できるようになっている。
つまり、部位設定部１３では、最終的に第２透視像Ｎ（図３）のなかから、除去したい、あるいは、除去せずに残したい部位をユーザが指定することとなる。なお実施形態では、骨を指定するが、指定される部位は特に限定されない。なお、除去する部位が決まっている場合は、ユーザが指定する部位の代わりに、その所定の部位を設定しても良い。この場合、部位設定部１３は省いても良い。以降、部位設定部１３で設定された部位を、設定部位と表記する。

部位強調部１４は、ボリュームデータＢのなかから、設定部位に対応する領域を、ボクセルの値に基づいて自動的に決定する。そして、第１透視像生成部１６で生成される第１透視像Ｍにおいてその設定部位が強調されるように、その設定部位に対応する領域のボクセルの値を書き換えたボリュームデータＢ’を生成する。
例えば、ボリュームデータＢがＣＴデータである場合、その設定部位に対応する領域のボクセルの値を１に、それ以外のボクセルの値を０にすることで、ボリュームデータＢ’を生成する。あるいは、その設定部位に対応する領域のボクセルの値は変更せず、それ以外のボクセルの値を０にすることで、ボリュームデータＢ’を生成する。

第１透視像生成部１６は、ボリュームデータＢ’の周囲に仮想視点と画像平面を設定し、透視投影でボリュームデータＢ’を透視したＤＲＲである第１透視像Ｍを生成する。
なお第１透視像Ｍの仮想視点と画像平面は、３Ｄ−２Ｄレジストレーション部１５によって設定される。３Ｄ−２Ｄレジストレーション部１５には、ボリュームデータＢと第２透視像Ｎが入力される。３Ｄ−２Ｄレジストレーション部１５においては、第２透視像Ｎ（図３）が撮影されたときと同じジオメトリになる仮想視点と画像平面が３Ｄ−２Ｄレジストレーションによって計算される。この３Ｄ−２Ｄレジストレーションにより、第２投影像Ｎと第１投影像Ｍにおける被写体の位置が一致するようになる。

図２は、設定部位が骨である場合に、その骨が強調されたボリュームデータＢ’の第１透視像Ｍの例を示す図である。本図は、骨の部分を黒で、骨以外の部分を白で表した２値画像で表示している。部位強調部１４におけるボリュームデータＢ’の生成方法に応じて、第１透視像Ｍにおける部位領域の強調のされ方が異なる。例えば、第１透視像Ｍは、設定部位に対応する領域に陰影があり、それ以外の領域で陰影がなく、一つの値しか持たない多値画像になる場合もある。

この二次元像である第１透視像Ｍは、三次元のボリュームデータＢ’を画像平面に透視投影したものであるので、強調表示されている領域は、設定部位（骨）の領域になる。
このように生成された第１透視像Ｍには、第２透視像Ｎから除去する部位が第２透視像Ｎにおいてどこに写っているかについての情報が含まれる。

図３に示す第２透視像Ｎは、例えばＸ線透視画像であり、所定の位置からＸ線を照射して患者の体内を透視する装置により撮像される。なお、Ｘ線以外の放射線によって透視してもよい。
このようにして撮像された第２透視像Ｎは、電子送信されて第２透視像取得部１２に取得される。

この第２透視像Ｎは、放射線治療装置３０のＸ線照射部４５及びＸ線検出部４６により患者４２をリアルタイムで撮像したものが例示される。
この場合、第２透視像取得部１２により経時的に取得された複数の第２透視像Ｎは、設定部位（骨）の形状又は位置が、呼吸に伴い連続的に変化する。

第１透視像Ｍと第２透視像Ｎとは、撮影対象の患者が同一であっても、撮影時期のずれや、ベッド上の姿勢の僅かな相違や、呼吸の位相のずれ等によって、必ずしも全領域において一致しない。

そこで、デフォーマブルレジストレーション部１７において、取得した第２透視像Ｎを基準として第１透視像Ｍを変形した第１透視像Ｍ’を生成するデフォーマブルレジストレーションを実行する。
これにより、第１透視像Ｍ’における被写体の位置が第２透視像Ｎに一致することになる。
なお、第１透視像Ｍと第２透視像Ｎとの被写体の位置が一致している場合は、デフォーマブルレジストレーションを実行する必要はない。
完全に一致していない場合であっても、デフォーマブルレジストレーション部１７は省略可能である。この場合、第１透視像Ｍ’の代わりに第１透視像Ｍを採用する。完全に一致していない場合にデフォーマブルレジストレーション部１７を省略すると、部位除去像の画質が劣化する場合がある。

ここで第２透視像Ｎを構成する画素の各々には、Ｘ線検出部４６の各画素に到達した放射線が貫いた複数の体内部位（皮膚、骨、内臓、血管、気管支等）の組織情報が重畳されている。
このために、第２透視像Ｎの各画素の値に含まれるいずれかの組織情報（骨情報）を差し引くことにより、対応する体内部位（骨）の除去された透視像を得ることができる。

部位除去像生成部２０は、第２透視像Ｎから設定部位（骨）を除去した部位除去像Ｐ２を生成する。
この部位除去像Ｐ２によれば、第２透視像Ｎでは一部の部位（骨）の存在により視認が困難であった別の体組織（患部）の視認性を、向上させることができる。

図４に示すように、部位除去像生成部２０は、設定された部位（骨）以外を除去した部位除去像Ｐ３を生成する平滑化部２２と、第２透視像Ｎと部位除去像Ｐ３の差分演算を実行して部位除去像Ｐを生成する差分演算部２３と、を有する。

さらに部位除去像生成部２０は、設定された部位（骨）も細かい画像パターンもない部位除去像Ｐ４を生成するインペインティング部２４と、部位除去像Ｐと部位除去像Ｐ４を加算することで部位除去像Ｐ１を生成する加算処理部２５と、部位除去像Ｐ１のアーチファクトノイズを除去したり画像調整をしたりした部位除去像Ｐ２を生成する調整部２６と、をさらに有している。

図５（Ａ）の左側に、第２透視像Ｎ（図３）の一部を切り取った図を示す。図５（Ａ）の右側のグラフは、左側の画像上に引いた線分上の画素の濃淡値（Intensity）の模式図である。このグラフの横軸がその線分における位置（position）を表し、縦軸が濃淡値（Intensity）を表す。
このグラフより、線分の中央付近の骨が描写されている部分の濃淡値は、線分の両側の骨が描写されていない部分（肺野）と比較して、相対的に小さいことがわかる。さらに、骨の有無にかかわらず、その他の体組織（気管支等）に由来する画像パターンの存在が、グラフからも確認される。

図５（Ｂ）の左側の画像は、部位除去像Ｐ３の一部を示している。図７のフローチャートに基づいて、平滑化部２２の実施例を説明する。
第２透視像Ｎ（図５（Ｂ））を構成する複数の画素のうちいずれか一つを注目画素に設定する（Ｓ２１）。なお、図７のフローが循環する度に、この注目画素は、第２透視像Ｎ上の隣接する別の画素に移動する。

そして、この注目画素に設定部位（骨）が写っている場合は（Ｓ２２ Ｙｅｓ）、設定部位（骨）が写っている画素の値の平均値の計算式（１）に従って第１代表値Ｙ（ｐ）を計算し、部位除去像Ｐ３の注目画素の値とする（Ｓ２３）。この注目画素に設定部位（骨）が写っていない場合は（Ｓ２２ Ｎｏ）、設定部位（骨）が写っていない画素の値の平均値の計算式（２）に従って第２代表値Ｙ（ｐ）を計算し、部位除去像Ｐ３の注目画素の値とする（Ｓ２４）。

ここで、注目画素に設定部位（骨）が写っているか否かは、第１透視像Ｍ’を参照することで判定する。ｐは、注目画素の位置ベクトルを表す。Ｘ（ｑ）は、ｐの周辺画素と定義した注目画素ｑの値を表す。Ω（ｐ）（図８参照）は、注目画素の周辺画素の集合を表す。Ｂ（ｐ）は、Ω（ｐ）に含まれる画素のうち、設定部位（骨）が写っている画素の集合を表す。Ｓ（ｐ）は、Ω（ｐ）に含まれる画素のうち、設定部位（骨）が写っていない画素の集合を表す。｜Ｂ（ｐ）｜及び｜Ｓ（ｐ）｜は、それぞれ集合Ｂ（ｐ）及び集合Ｓ（ｐ）の要素の数を表す。
Ω（ｐ）は、Ｂ（ｐ）とＳ（ｐ）の和集合となる。

そして、第２透視像Ｎに含まれる全ての画素について代表値Ｙ（ｐ）を計算したところで（Ｓ２５ Ｙｅｓ）、部位除去像Ｐ３を出力する。部位除去像Ｐ３は、第２透視像Ｎから設定部位（骨）以外が除去された部位除去像になる。

図５（Ｂ）の右側のグラフは、図５（Ｂ）の左側の部位除去像Ｐ３上に引いた線分上の画素の濃淡値（Intensity）の模式図である。このグラフの横軸がその線分における位置（position）を表し、縦軸が濃淡値（Intensity）を表す。
このように、部位除去像Ｐ３は、設定部位（骨）以外の体組織（気管支等）に由来する細かい画像パターンが除去されているのが、グラフからも確認される。

図８のフローチャートに基づいて、平滑化部２２の他の実施例を説明する。
部位除去像Ｐ３（図５（Ｂ））を構成する複数の画素のうちいずれか一つを注目画素に設定する（Ｓ３１）。なお、図８のフローが循環する度に、この注目画素は、第２透視像Ｎ上の隣接する別の画素に移動する。
あるいは、第２透視像Ｎ（図５（Ａ））を構成する複数の画素のうちいずれか一つを注目画素に設定する（Ｓ３１）。なお、図８のフローが循環する度に、この注目画素は、第２透視像Ｎ上の隣接する別の画素に移動する。

そして、この注目画素に設定部位（骨）が写っているか否かにかかわらず、計算式（３）に従って第３代表値Ｙ（ｐ）を計算する（Ｓ３２）。
ここで、ｑは、Ω（ｐ）内の画素を表す。ｗ（ｑ）は、Ω（ｐ）内の各画素ｑに対する重みを表す。この重み係数ｗ（ｑ）は、第１透視像Ｍ’における注目画素ｐの値と、第１透視像Ｍ’における画素ｑの値が近いほど、大きく設定する。

例えば、注目画素ｐに設定部位（骨）が写っており、画素ｑに設定部位（骨）が写っていない場合、注目画素ｐと画素ｑの値は乖離しているため、重み係数ｗ（ｑ）は小さな値をとる。
反対に、注目画素ｐにも画素ｑにも設定部位（骨）が写っている場合、あるいは、注目画素ｐにも画素ｑにも設定部位（骨）が写っていない場合、注目画素ｐと画素ｑの値が近いため、重み係数ｗ（ｑ）は大きな値をとる。

そして、第２透視像Ｎに含まれる全ての画素について第３代表値Ｙ（ｐ）を計算したところで（Ｓ３３ Ｙｅｓ）、部位除去像Ｐ３を出力する。部位除去像Ｐ３は、第２透視像Ｎから設定部位（骨）以外が除去された部位除去像になる。

図５（Ｃ）の左側は、上述した平滑化部２２（図４）における他の実施例により平滑化した部位除去像Ｐ３の一部を示している。
図５（Ｃ）の右側のグラフは、部位除去像Ｐ３の図上に引いた線分上の画素Ｙ（ｐ）の濃淡値（Intensity）の模式図である。このグラフの横軸がその線分における位置（position）を表し、縦軸が濃淡値（Intensity）を表す。
図５（Ｃ）も、図５（Ｂ）と同等の結果が得られていることが確認される。

なお、平滑化部２２における代表値Ｙ（ｐ）の計算方法として、計算式（１）、（２）の領域別の平均値や計算式（３）の加重平均値を例示したが、これらに限定されることはない。計算式（１）、（２）の領域別の平均値の代わりに、領域別のメジアン値、領域別の最頻値を用いても構わない。計算式（３）の加重平均値の代わりに加重メジアン値を採用しても良い。いずれも、第１透視像Ｍ’を参照するため、エッジ保存型平滑化フィルタになっている。代表値Ｙ（ｐ）の計算としては、第１透視像Ｍ’を参照した他の平滑化フィルタを用いても構わない。平滑化フィルタとしては、例えば、バイラテラルフィルタ、イプシロンフィルタ、ガイデッドイメージフィルタなどを用いても良い。第１透視像Ｍ’を参照した平滑化により、エッジ保存型平滑化フィルタになる。
このように、平滑化部２２（図４）において平滑化した部位除去像Ｐ３は、図９に示すように、第２透視像Ｎから設定部位（骨）以外が除去された部位除去像になる。

差分演算部２３（図４）は、部位除去像Ｐ３の構成画素と第２透視像Ｎの構成画素とに対し、差分演算を実行する。この差分演算を実行した結果出力される像は、第２透視像Ｎから設定部位（骨）が除去された部位除去像Ｐとなる。

図６（Ｄ）の左側の画像は、部位除去像Ｐの一部を示している。図６（Ｄ）の右側のグラフは、左側の画像上に引いた線分上の画素の濃淡値（Intensity）の模式図である。このグラフの横軸がその線分における位置（position）を表し、縦軸が濃淡値（Intensity）を表す。
このように骨を除去した部位除去像Ｐは、骨が描写されていると存在感が薄いその他の体組織（気管支等）に由来する画像パターンを、明りょうに表示させることがグラフからも確認される。つまり、所定の体組織と重なっていて視認することが困難な別の体組織の視認性を向上させることができる。なお、部位除去像Ｐは、負の値を持ち得る。

インペインティング部２４（図４）は、第１透視像Ｍ’を参照して、第２透視像Ｎから設定部位（骨）と他の細かい画像パターンがない部位除去像Ｐ４を生成する。
図１０のフローチャートに基づいて、インペインティング部２４の動作を説明する。
第２透視像Ｎ（図５（Ｂ））を構成する複数の画素のうちいずれか一つを注目画素に設定する（Ｓ４１）。なお、図１０のフローが循環する度に、この注目画素は、第２透視像Ｎ上の隣接する別の画素に移動する。

そして、この注目画素に設定部位（骨）が写っているか否かにかかわらず、計算式（４）に従って第４代表値Ｙ（ｐ）を計算する（Ｓ４２）。
つまり、注目画素ｐの周辺にある画素の集合Ω（ｐ）（図８参照）のうち、設定部位（骨）が写っていない画素の集合Ｓ（ｐ）に基づいて第４代表値Ｙ（ｐ）を生成する。この第４代表値Ｙ（ｐ）の計算式（４）により、Ｓ（ｐ）に含まれる１つ以上の画素の平均値が計算される。なお、計算式（４）で用いた平均値の代わりに、加重平均値、メジアン値、加重メジアン値、最頻値などが用いられても良い。

これにより、第４代表値Ｙ（ｐ）は、注目画素ｐに設定部位（骨）がある場合、周囲の設定部位（骨）がない画素からインペインティングされた値になる。
そして、注目画素ｐに設定部位（骨）がない場合、第４代表値Ｙ（ｐ）は、周囲の設定部位（骨）がない画素の値を平滑化した値をとる。

第２透視像Ｎに含まれる全ての画素について第４代表値Ｙ（ｐ）を計算したところで（Ｓ４３ Ｙｅｓ）、部位除去像Ｐ３を出力する。

図６（Ｅ）の左側の画像は、上述したインペインティング部２４（図４）により変換処理した部位除去像Ｐ４の一部を示している
図６（Ｅ）の右側のグラフは、部位除去像Ｐ４の図上に引いた線分上の画素Ｙ（ｐ）の濃淡値（Intensity）の模式図である。このグラフの横軸がその線分における位置（position）を表し、縦軸が濃淡値（Intensity）を表す。
このようにインペインティングされた部位除去像Ｐ４は、骨やその他の体組織（気管支等）が除去された部位除去像になる。

加算処理部２５（図４）は、部位除去像Ｐの構成画素と部位除去像Ｐ４の構成画素とを加算するものである。

図６（Ｆ）の左側の画像は、上述した加算処理部２５（図４）により加算処理した部位除去像Ｐ１の一部を示している。
図６（Ｆ）の右側のグラフは、部位除去像Ｐ１の図上に引いた線分上の画素Ｙ（ｐ）の濃淡値（Intensity）の模式図である。このグラフの横軸がその線分における位置（position）を表し、縦軸が濃淡値（Intensity）を表す。
このように加算処理された部位除去像Ｐ１は、骨が除去されて、骨以外の体組織（気管支等）が明りょうで、負の値を持たない画像となる。

調整部２６は、部位除去像Ｐ１に対し、アーチファクトノイズを除去したり画像調整をしたりした部位除去像Ｐ２を生成し、出力するものである。
ここでアーチファクトノイズとは、３Ｄ−２Ｄレジストレーション部１５やデフォーマブルレジストレーション部１７の精度が悪い場合等、設定部位（骨）とそれ以外との境界付近で生じる濃淡値の不均一現象である。
この場合、境界付近の濃淡値を平滑化処理することにより、アーチファクトノイズを低減することができる。この境界に関する情報は、第１透視像Ｍ’に含まれるため、第１透視像Ｍ’を参照して平滑化することで、アーチファクトノイズを低減する。
また画像調整としては、アンシャープマスクフィルタやガウスフィルタを利用して画像パターンを強調したり減衰させたりすることが挙げられ、これにより体組織の視認性を向上させることができる。

なお、図４では、調整部２６を加算処理部２５の後段に設置したが、他の位置に設置したり、複数設置したりしても良い。例えば、部位除去像Ｐを処理するために、差分演算部２３の後段に設置しても良い。
部位除去像生成部２０において設定部位（骨）を除去する上述の処理では、設定部位（骨）が写っていない画素の値が第２透視像Ｎの値から変化し得る。第１透視像Ｍ’を参照し、設定部位（骨）が写っていない画素では、第２透視像Ｎの値をそのまま採用するように、その処理を変更しても構わない。
部位除去像生成部２０において設定部位（骨）以外を除去する上述の処理では、設定部位（骨）が写っている画素の値が第２透視像Ｎの値から変化し得る。第１透視像Ｍ’を参照し、設定部位（骨）が写っている画素では、第２透視像Ｎの値をそのまま採用するように、その処理を変更しても構わない。

外部出力部１９（図１）は、部位除去像生成部２０から出力される部位除去像Ｐ２を、外部に向けて出力するものである。なお、第２取得部１２において複数の第２透視像Ｎが連続的に取得される場合、外部出力部１９は、この取得に同期して対応する部位除去像Ｐ２を連続的に外部出力する。

外部出力部１９が出力するのは、部位除去像Ｐ２ではなく、部位除去像Ｐ、Ｐ１、Ｐ３、Ｐ４のうちのいずれかであっても構わない。外部出力部１９からの出力を部位除去像Ｐ２以外に変更する場合、部位除去像生成部２０から不要なものを省ける。例えば、外部出力部１９からの出力を部位除去像Ｐに変更する場合、部位除去像生成部２０において部位除去像Ｐの生成には役立たないインペインティング部２４、加算処理部２５、調整部２６は不要である。

以上説明した医用画像処理装置１０は、専用のチップ、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、又はＣＰＵ（Central Processing Unit）などの制御装置と、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）などの記憶装置と、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）やＳＳＤ（Solid State Drive）などの外部記憶装置と、ディスプレイなどの表示装置と、マウスやキーボードなどの入力装置と、通信Ｉ／Ｆとを、備えており、通常のコンピュータを利用したハードウェア構成で実現できる。

また医用画像処理装置１０で実行されるプログラムは、ＲＯＭ等に予め組み込んで提供される。もしくは、このプログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、メモリカード、ＤＶＤ、フレキシブルディスク（ＦＤ）等のコンピュータで読み取り可能な記憶媒体に記憶されて提供するようにしてもよい。

また、本実施形態に係る医用画像処理装置１０で実行されるプログラムは、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせて提供するようにしてもよい。

図１に戻って説明を続ける。
放射線治療装置３０は、患者４２の体内にある患部を、治療用のビーム４１で狙い撃ちして、この患部を治療するものである。
ビーム４１が重粒子線の場合、ビーム４１が体内に入射すると、通過の過程で運動エネルギーを失い、ある一定の速度にまで低下すると急激に停止して、ブラッグピークと呼ばれる大線量を発生させる。このようにピンポイントで発生させた大線量により、がん細胞のみを狙い撃ちして死滅させ、正常細胞への影響を最小限にとどめることができる。
このため重粒子線のビーム４１を用いた治療技術は、がん等の悪性腫瘍に対し、高い治療効果、少ない副作用、及び身体への負担軽減等の優れた特徴を有する。

治療用のビーム４１の種類によらず、放射線治療装置３０では、正常な組織を損傷させないために、患部に照射するビーム４１の照準を正確に合わせることが求められる。
このために、ビームの照射開始前に、患部の位置をＸ線観察などにより特定し、患者を載置した可動式の治療台４３の位置・角度を移動部３３により適切に調整し、ビーム４１の照射範囲に患部を正確に位置合わせすることが行われる。

透視像撮像部３１は、Ｘ線照射部４５（４５ａ，４５ｂ）及びＸ線検出部４６（４６ａ，４６ｂ）を制御して、患者４２の第２透視像Ｎを撮像するものである。
撮像された第２透視像Ｎは、移動量計算部３２に送られてビーム４１の照準を患部に合わせるのに必要な治療台移動部３３の移動量を生成するのに利用されるとともに、第２取得部１２にも取得される。

さらに、動きを有する内臓（肺など）に存在する患部にビーム４１を照射する場合、ビーム照射の正確性を期するため、呼吸や心拍等に伴う周期的な変位に、照射タイミングを合わせる必要がある。
このような場合、ビーム４１の照準を患部に直接合わせる方法の他に、患部近傍に金などのマーカを埋め込んで、Ｘ線撮影によりこのマーカの動きを追跡し、患部の位置を特定する方法がとられている。

識別部３４は、医用画像処理装置１０の外部出力部１９から連続的に出力される部位除去像Ｐ２から追跡目標（患部又はマーカ）を識別する。
判定部３５は、連続する複数の部位除去像Ｐ２の中で変化する追跡目標が、ビーム４１の照射ポイントに合致したか否かを判定する。
ビーム照射部３６は、合致するとの判定が得られたタイミングにおいて、ビームを照射させる。なお、患者４２に照射するビーム４１は、Ｘ線、γ線、電子線、陽子線、中性子線、及び、重粒子線などがある。

図１１のフローチャートに基づいて（適宜、図１参照）、実施形態に係る医用画像処理方法、プログラム及びこれを用いた放射線治療装置の動作を示す。
Ｘ線ＣＴ装置等で患者の体内を撮像し、ボリュームデータを取得する（Ｓ１１）。そして、このボリュームデータに含まれる部位（骨）を設定し（Ｓ１２）、この設定した部位が強調されたＤＲＲをボリュームデータから第１透視像Ｍとして生成する（Ｓ１３）。

一方において、取得したボリュームデータを用いて患部の位置・範囲を認識し、患部に照射するビーム４１の照射条件を設定する（Ｓ１４）。
放射線治療装置３０の治療台４３に患者４２を載置して、この治療台４３を銃口４４の直下に移動する（Ｓ１５）。

この状態で、撮像部３１を動作させて患者４２の透視像を撮像し（Ｓ１６）、ビーム４１の照準を患部に合わせるのに必要な治療台４３の移動量を生成する。そして、照準が一致するまで治療台４３を移動する（Ｓ１７ Ｎｏ／Ｙｅｓ）。
そして、再び撮像部３１を動作させて、患者４２の第２透視像Ｎの連続撮像を開始する（Ｓ１８）。

放射線治療装置３０から連続的に送られてくる第２透視像Ｎを医用画像処理装置１０において取得し、それぞれの第２透視像Ｎを基準として第１透視像Ｍに対しデフォーマブルレジストレーションを実行する（Ｓ１９）。
デフォーマブルレジストレーションで生成された第１透視像Ｍ’を参照し、第２透視像Ｎから骨を除去した部位除去像Ｐ２を生成し（Ｓ２０）、放射線治療装置３０に送信する。

放射線治療装置３０は、受信した部位除去像Ｐ２の中から、追跡目標（患部又はマーカ）を、識別し追跡する（Ｓ２１）。そして、追跡目標が照準に一致したところで（Ｓ２２ Ｎｏ／Ｙｅｓ）、そのタイミングでビーム４１を照射する（Ｓ２３）。
この照射されたビーム４１は、照射ポイントに変位した患部の位置においてブラッグピークを発生させ、この患部の細胞を治療する（ＥＮＤ）。

なお、外部出力部１９からの出力を部位除去像Ｐ２から、部位除去像Ｐや部位除去像Ｐ１に変更しても良い。部位除去像Ｐや部位除去像Ｐ１にも設定部位（骨）がないため、追跡目標（患部又はマーカ）を識別しやすい。例えば、設定部位として横隔膜を設定し、追跡目標として横隔膜を設定する場合、外部出力部１９からの出力を部位除去像Ｐ２から、部位除去像Ｐ３や部位除去像Ｐ４に変更しても良い。部位除去像Ｐ３や部位除去像Ｐ４からは設定部位（横隔膜）以外が除去されているため、横隔膜を追跡しやすい。

放射線治療装置３０では、追跡目標（患部又はマーカ）を追跡し、所定のタイミングでビーム４１を照射する例を示したが、患部を追跡し、患部に合わせてビーム４１を追尾照射しても構わない。

図１２に基づいて、他の実施形態に係る医用画像装置１０を説明する。なお、図１２において図１と共通の構成又は機能を有する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。
第１透視像生成部５２は、例えば、図１のボリュームデータ取得部１１、部位設定部１３、部位強調部１４、３Ｄ−２Ｄレジストレーション部１５、第１透視像生成部１６、および、デフォーマブルレジストレーション部１７から構成される。
医用画像装置１０は、第１取得部５１、第２透視像取得部１２、部位除去像生成部２０、および、外部出力部１９から構成される。

第１取得部５１は、第１透視像Ｍ’を取得し、部位除去像生成部２０に送る。第１透視像Ｍ’は、医用画像装置１０の外部で生成される。
第１透視像Ｍ’の生成は、上述の構成を有する第１透視像生成部５２による場合に限定されないが、ボリュームデータＢと第２透視像Ｎから生成される。

図１の医用画像処理装置１０と図１２の医用画像装置１０とでは、部位除去像生成部２０に入力されるものが同じため、医用画像処理装置１０から出力されるものも、医用画像装置１０から出力されるものも同じである。したがって、図１２の医用画像装置１０も、図１の医用画像処理装置１０と同じ効果を有する。

以上述べた実施形態の医用画像処理装置によれば、ボリュームデータから生成した第１透視像を用い、患者を撮像して得た第２透視像に含まれる部位を指定することにより、骨等の指定部位を高精度で除去した透視像を撮影条件によらず、教師画像なしで得ることが可能となる。さらに、実施形態の放射線治療装置によれば、呼吸等により移動する患部の位置を正確に認識し、この患部のみにビームを照射させ正常細胞への影響を最小限にとどめることが可能となる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１０…医用画像処理装置、１１…ボリュームデータ取得部、１２…第２透視像取得部（第２取得部）、１３…部位設定部、１４…部位強調部、１５…３Ｄ−２Ｄレジストレーション部、１６…第１透視像生成部、１７…デフォーマブルレジストレーション部、１９…外部出力部、２０…部位除去像生成部、２２…平滑化部、２３…差分演算部、２４…インペインティング部、２５…加算処理部、２６…調整部、３０…放射線治療装置、３１…透視像撮像部、３２…移動量計算部、３３…治療台移動部（移動部）、３４…追跡目標識別部（識別部）、３５…判定部、３６…ビーム照射部、４１…ビーム、４２…患者、４３…治療台、４４…銃口、４５（４５ａ，４５ｂ）…Ｘ線照射部、４６（４６ａ，４６ｂ）…Ｘ線検出部、５１…第１取得部、５２…第１透視像生成部、Ｂ…ボリュームデータ、Ｍ，Ｍ'…第１透視像、Ｎ…第２透視像、Ｐ，Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４…部位除去像。

Claims (7)

1. 患者の体内の三次元構造を示すボリュームデータに含まれる部位のうち指定された部位または所定の部位が強調されて生成された仮想的な透視像である第１透視像を取得する第１取得部と、
   前記患者の体内を透視した第２透視像を取得する第２取得部と、
   前記第１透視像を参照して第２透視像から前記部位または前記部位以外を除去した部位除去像を生成する部位除去像生成部と、を備えることを特徴とする医用画像処理装置。
2. 請求項１に記載の医用画像処理装置において、
   前記第２取得部は、前記第２透視像を連続的に取得し、
   前記部位除去像を連続的に出力する外部出力部と、をさらに備えることを特徴とする医用画像処理装置。
3. 請求項１に記載の医用画像処理装置において、
   前記第１取得部の上流に、
   前記ボリュームデータを取得するボリュームデータ取得部と、
   前記第１透視像を生成する第１透視像生成部と、
   を備えることを特徴とする医用画像処理装置。
4. 請求項１に記載の医用画像処理装置において、
   前記部位除去像生成部は、
   前記第１透視像を参照した平滑化フィルタを前記第２透視像に適用する平滑化部
   を有することを特徴とする医用画像処理装置。
5. 請求項２に記載の医用画像処理装置の前記第２取得部に取得させる前記第２投影像を撮像する投影像撮像部と、
   前記撮像した前記第２投影像に基づいて前記患者を載置した治療台の移動量を計算する移動量計算部と、
   前記治療台を前記移動量に合わせて移動させる治療台移動部と、
   前記医用画像処理装置の前記外部出力部から連続的に出力される前記部位除去像から追跡目標を識別する識別部と、
   連続する複数の前記部位除去像の中で変化する前記追跡目標が、前記患者の患部に照射するX線や重粒子線などの治療用の放射線であるビームの照射ポイントに合致したタイミングにおいて、前記ビームを照射させる、あるいは、前記追跡目標に合わせ前記ビームを追尾照射させるビーム照射部と、を備えることを特徴とする放射線治療装置。
6. 患者の体内の三次元構造を示すボリュームデータに含まれる部位のうち指定された部位または所定の部位が強調されて生成された仮想的な透視像である第１透視像を取得するステップと、
   前記患者の体内を透視した第２透視像を取得するステップと、
   前記第１透視像を参照して第２透視像から前記部位または前記部位以外を除去した部位除去像を生成するステップと、を含むことを特徴とする医用画像処理方法。
7. コンピュータに、
   患者の体内の三次元構造を示すボリュームデータに含まれる部位のうち指定された部位または所定の部位が強調されて生成された仮想的な透視像である第１透視像を取得するステップ、
   前記患者の体内を透視した第２透視像を取得するステップ、
   前記第１透視像を参照して第２透視像から前記部位または前記部位以外を除去した部位除去像を生成するステップ、を実行させることを特徴とする医用画像処理プログラム。