JP2017029649A

JP2017029649A - 放射線透視装置

Info

Publication number: JP2017029649A
Application number: JP2015156055A
Authority: JP
Inventors: ダルジミッシェル; Daruji Michele; ウドンフレデリック; Udon Frederick; 高橋　渉; Wataru Takahashi; 渉高橋; 恒大永江; Tsunehiro Nagae
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2015-08-06
Filing date: 2015-08-06
Publication date: 2017-02-09
Anticipated expiration: 2035-08-06
Also published as: JP6455358B2

Abstract

【課題】治療までの準備時間を短縮するとともに、マーカの形状にかかわらずマーカを正確に検出することができる放射線透視装置を提供する。【解決手段】制御部６０は、機能的構成として、第１Ｘ線検出器２ａおよび第２Ｘ線検出器２ｂにより検出した透過Ｘ線に基づき、被検者の体内に留置されたマーカを含む画像を生成する画像生成部６１と、マーカの候補を検出するデバイス候補検出部６２と、マーカの候補点の周辺の関心領域における局所的な構造を検出する局所構造検出部６３と、局所的な構造がマーカ等のデバイスであるか否かを判別するデバイス判別部６４と、局所的な構造の重心座標を求めるデバイス位置取得部６６と、フレームごとのマーカの位置に基づいてマーカを追跡するデバイス追跡部６７とを備える。【選択図】図６

Description

この発明は、被検者の体内に留置されたマーカを含む画像を、互いに異なる二方向から取得することにより、被検者の体動に伴って移動するマーカの位置を検出する放射線透視装置に関する。

治療ビームを照射するヘッドと、このヘッドを被検者を中心として回動させるガントリーとを備え、腫瘍等の患部に対してＸ線や電子線等の治療ビームを照射することにより放射線治療を行う放射線治療装置においては、放射線を患部に正確に照射する必要がある。しかしながら、被検者が体を動かしてしまう場合があるばかりではなく、患部自体に動きが生ずる場合がある。例えば、肺の近くの腫瘍は呼吸に基づき大きく移動する。このため、特許文献１においては、腫瘍のそばに金製のマーカを配置し、このマーカの位置をＸ線透視装置等の放射線透視装置により検出して、治療放射線の照射を制御する構成を有する放射線治療装置が提案されている。

このような放射線治療装置において、特許文献２には、被検者の体内の腫瘍付近に留置されたマーカを含む画像を透視することにより、マーカの位置を特定するためのＸ線透視装置が開示されている。この特許文献２に記載のＸ線透視装置においては、床面側からＸ線を照射する第１Ｘ線管と天井側から被検者を通過したＸ線を検出する第１Ｘ線検出器からなる第１撮影系と、床面側からＸ線を照射する第２Ｘ線管と天井側から被検者と通過したＸ線を検出する第２Ｘ線検出器からなる第２撮影系とを使用して、テンプレートマッチング等により体内に埋め込まれたマーカを検出する。そして、第１撮影系により撮影した二次元の透視画像と第２撮影系により撮影した二次元の透視画像を利用して三次元の位置情報を得る。このような動作を連続して実行して、リアルタイムでマーカの三次元の位置情報を演算することにより、動きを伴う病変部位のマーカを高精度で検出する。そして、このマーカの位置情報に基づいて治療放射線の照射を制御することで、高精度の放射線照射を実行することが可能となる。

特開２０００−１６７０７２号公報特開２０１４−１２８４１２号公報

マーカとしては、金球である球状マーカの他、金線をコイル状にした非球体の曲線状マーカが用いられる。曲線状マーカは、移動時の変形や回転により、画像中の投影形状が変化することから、予め作成しておいたテンプレートを利用したテンプレートマッチングによるマーカの認識ができず、マーカの追跡ができない場合があった。

また、テンプレートマッチングにより体内に留置されたマーカを検出する場合には、マーカのテンプレートを作成する必要がある。従来は、このテンプレートを作成する際に、治療台に仰臥した被検者を撮影してマーカを含むＸ線画像を取得し、ユーザがマーカ部分を抽出して、テンプレート画像を得る必要があったため、マーカ追跡のための準備に時間がかかっていた。特に、ノンコプラナ照射のように、治療台を回転して患部に対して任意の角度からの多方向照射を行う治療では、Ｘ線撮影に対する被検者の向きが次々に変わるため、その都度、テンプレートを再作成する必要があった。このため、１人の患者にかかる放射線治療装置の使用時間が長くなっていた。

治療ビームが照射されるまでの準備時間が長いと、その間、治療台上での動きを制限される患者に苦痛を与えるだけでなく、準備の途中で患者が動いてしまうことで、治療ビームの照射位置精度が悪化するおそれがあった。また、より多くの患者が治療機会を得られるようにするには、準備時間を短縮し、治療スループットを向上させる必要がある。

この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、治療までの準備時間を短縮するとともに、マーカの形状にかかわらずマーカを正確に検出することができる放射線透視装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、放射線源と、前記放射線源から照射され被検体を透過した放射線を検出する放射線検出器とを備え、複数の方向から所定のフレームレートでの透視により取得される前記被検体の体内に留置されたデバイスを含む画像中の前記デバイスの位置を検出し、前記デバイスの動きを追跡する放射線透視装置であって、前記放射線検出器の検出信号に基づいて、前記デバイスを含む画像を生成する画像生成部と、前記画像生成部において生成された前記デバイスを含む画像中の局所的な構造を検出する局所構造検出部と、前記局所構造検出部が検出した前記局所的な構造が、前記デバイスであるか否かを判別するデバイス判別部と、前記デバイス判別部において前記デバイスであると判別された前記局所的な構造の画像中での位置を、前記デバイスの位置として取得するデバイス位置取得部と、前記デバイス位置取得部が取得したフレーム毎の前記デバイスの位置に基づいて、前記デバイスを追跡するデバイス追跡部と、を備える。

第２の発明は、前記デバイスを含む画像から前記デバイスの候補を検出するデバイス候補検出部をさらに備え、前記局所構造検出部は、前記デバイス候補検出部により検出された前記デバイスの候補の周辺における前記局所的な構造を検出する。

第３の発明は、前記デバイス判別部において前記デバイスであると判別された前記局所的な構造が、前記デバイスの一部と判別された場合は、前記局所的な構造に基づいて、前記デバイスの全体に相当する１つの大局的な構造を検出する局所構造拡張部をさらに備える。

第４の発明は、前記デバイス位置取得部は、前記デバイス判別部において前記デバイスであると判別された前記局所的な構造の重心を前記デバイスの位置として取得する。

第５の発明は、前記デバイス位置取得部は、前記局所構造拡張部により得られた前記大局的な構造の重心、端点および中点を前記デバイスの位置として取得する。

第１から第５の発明によれば、デバイスを含む画像中の局所的な構造を検出する局所構造検出部と、局所的な構造がデバイスであるか否かを判別するデバイス判別部とデバイスであると判別された局所的な構造の画像中での位置をデバイスの位置として取得するデバイス位置取得部と、フレーム毎の前記デバイスの位置に基づいてデバイスを追跡するデバイス追跡部と、を備えることから、従来のテンプレートマッチングによるデバイス追跡のように、テンプレートを作成するために透視を行う必要がない。このため、患者の放射線治療装置の治療台での拘束時間を減少させることが可能となる。また、局所的な構造からデバイスか否かを判断することから、従来のテンプレートマッチングのように、透視方向や留置場所により様々な向き、長さ、形状をとる曲線状マーカの複数のテンプレートを作成して複数のテンプレートに対してマッチング動作を繰り返す必要がなく、放射線治療装置のスループットを向上させることができるとともに、曲線状マーカ等の画像中の形状が変化するデバイスの追跡を正確に行うことが可能となる。

第２の発明によれば、デバイス候補検出部を備えることにより、透視によりデバイスと同一画像中に写し出される骨等の静止構造物を除外した画像からデバイス候補を検出することから、骨やノイズ等の影響によるデバイスの誤認を低減することが可能となる。

第３の発明によれば、局所構造拡張部を備えることにより、透視方向や留置場所により様々な向き、長さ、形状をとる曲線状マーカの全体像を、正確に捉えることが可能となる。

第４の発明によれば、デバイス位置取得部は、局所的な構造の重心をデバイスの位置として取得することから、サブピクセル単位でのより精密なデバイスの追跡が可能となる。

第５の発明によれば、デバイス位置取得部は、大局的な構造の重心、端点および中点をデバイスの位置として取得することから、透視方向や留置場所により様々な向き、長さ、形状をとる曲線状マーカでも、サブピクセル単位でのより正確な追跡を行うことが可能となる。

この発明に係るＸ線透視装置を適用した放射線治療装置の斜視図である。放射線治療装置におけるヘッド５５およびヘッド支持部５４の揺動動作を示す説明図である。第１Ｘ線管１ａ、第２Ｘ線管１ｂ、第１Ｘ線検出器２ａ、第２Ｘ線検出器２ｂが、各々、第１透視位置に配置された状態を示す説明図である。第１Ｘ線管１ａ、第２Ｘ線管１ｂ、第１Ｘ線検出器２ａ、第２Ｘ線検出器２ｂが、各々、第１透視位置および第２透視位置に配置された状態を示す説明図である。第１Ｘ線管１ａ、第２Ｘ線管１ｂ、第１Ｘ線検出器２ａ、第２Ｘ線検出器２ｂが、各々、第２透視位置に配置された状態を示す説明図である。この発明の第１実施形態に係るＸ線透視装置の主要な制御系を示すブロック図である。デバイス候補検出部６２の動作を模式的に示す説明図である。局所構造検出部６３の動作を模式的に示す説明図である。局所構造検出部６３の動作を模式的に示す説明図である。デバイス判別部６４の動作を模式的に示す説明図である。デバイス追跡部６７の動作を模式的に示す説明図である。この発明の第２実施形態に係るＸ線透視装置の主要な制御系を示すブロック図である。局所構造検出部６３の動作を模式的に示す説明図である。局所構造拡張部６５の動作を模式的に示す説明図である。デバイス位置取得部６６の動作を模式的に示す説明図である。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、この発明に係る放射線透視装置であるＸ線透視装置を適用した放射線治療装置の斜視図である。また、図２は、放射線治療装置におけるヘッド５５およびヘッド支持部５４の揺動動作を示す説明図である。

この放射線治療装置は、テーブル５６上で横たわった被検者５７の患部に対してＸ線や電子線等の放射線を照射して放射線治療を行うためのものであり、治療室の床面５１上に設置されたガントリー５３と、このガントリー５３に対して水平方向を向く軸を中心として揺動するヘッド支持部５４と、このヘッド支持部５４に支持され、被検者５７に向けて放射線を照射するためのヘッド５５とを備える。ヘッド支持部５４の揺動動作により、ヘッド５５は、被検者５７の患部に対して、様々な角度から治療用放射線を照射することが可能となる。

放射線治療時においては、放射線を患部に正確に照射する必要がある。このため、患部付近には、マーカが設置される。そして、第１Ｘ線透視機構と第２Ｘ線透視機構とを使用して体内に埋め込まれたマーカを連続的に透視して、第１Ｘ線透視機構と第２Ｘ線透視機構により得た二次元の透視画像からマーカの三次元の位置情報を演算することで、マーカを高精度で検出する構成となっている。

このような透視を実行するために、放射線治療装置に適用されるこの発明に係る放射線透視装置は、放射線源としてのＸ線管と放射線検出器としてのＸ線検出器を備えるＸ線透視装置である。このＸ線透視装置は、二方向からのＸ線透視画像を取得するために、第１Ｘ線管１ａと第１Ｘ線検出器２ａとから成る第１Ｘ線透視機構と、第２Ｘ線管１ｂと第２Ｘ線検出器２ｂとから成る第２Ｘ線透視機構と、これらの第１Ｘ線管１ａと第１Ｘ線検出器２ａとを互いに対向配置される後述する第１透視位置および第２透視位置に移動させるとともに、第２Ｘ線管１ｂと第２Ｘ線検出器２ｂとを互いに対向配置される第１透視位置および第２透視位置に移動させる移動機構とを備える。なお、第１Ｘ線検出器２ａおよび第２Ｘ線検出器２ｂとしては、イメージインテンシファイヤ（Ｉ．Ｉ．）やフラットパネルディテクタ（ＦＰＤ）が使用される。

第１Ｘ線管１ａは、Ｘ線管用第１台座３ａに支持されている。また、第２Ｘ線管１ｂは、Ｘ線管用第２台座３ｂに支持されている。撮影室の床面５１に形成された凹部の底面５２には、二つの直線部を、円弧部を含む連結部により接続した略Ｕ字状のＸ線管用の第１レール２１と、このＸ線管用の第１レール２１と同様二つの直線部を円弧部を含む連結部により接続した略Ｕ字状のＸ線管用の第２レール２２とが配設されている。これらのＸ線管用の第１レール２１およびＸ線管用の第２レール２２は、互いに平行に配置されている。そして、Ｘ線管用第１台座３ａおよびＸ線管用第２台座３ｂは、これらのＸ線管用の第１レール２１および第２レール２２により案内されて、後述する第１透視位置および第２透視位置に移動する。

同様に、第１Ｘ線検出器２ａは、Ｘ線検出器用第１台座４ａに支持されている。また、第２Ｘ線検出器２ｂは、Ｘ線検出器用第２台座４ｂに支持されている。撮影室の天井からは、二つの直線部を、円弧部を含む連結部により接続した略Ｕ字状のＸ線検出器用の第１レール１１と、このＸ線検出器用の第１レール１１と同様二つの直線部を円弧部を含む連結部により接続した略Ｕ字状のＸ線検出器用の第２レール１２とが吊下されている。これらのＸ線検出器用の第１レール１１およびＸ線検出器用の第２レール１２は、互いに平行に配置されている。そして、Ｘ線検出器用第１台座４ａおよびＸ線検出器用第２台座４ｂは、これらのＸ線検出器用の第１レール１１および第２レール１２により案内されて、後述する第１透視位置および第２透視位置に移動する。

なお、図１においては図示していないが、床面５１に形成された凹部は、床の一部を構成する蓋部材により覆われているため、第１Ｘ線検出器２ａおよび第２Ｘ線検出器２ｂは、床下に配置されることになる。

図３、図４および図５は、第１Ｘ線管１ａ、第２Ｘ線管１ｂ、第１Ｘ線検出器２ａ、第２Ｘ線検出器２ｂが、各々、第１透視位置および第２透視位置に配置された状態を示す説明図である。

このＸ線透視装置は、予め設定された三つのポジションにおいて、被検者５７を互いに異なる二方向から透視する構成を有する。図３は、第１Ｘ線管１ａ、第２Ｘ線管１ｂ、第１Ｘ線検出器２ａ、第２Ｘ線検出器２ｂが、第１のポジションにおいて、被検者５７を互いに異なる二方向から透視する状態を示し、図４は、第１Ｘ線管１ａ、第２Ｘ線管１ｂ、第１Ｘ線検出器２ａ、第２Ｘ線検出器２ｂが、第２のポジションにおいて、被検者５７を互いに異なる二方向から透視する状態を示し、図５は、第１Ｘ線管１ａ、第２Ｘ線管１ｂ、第１Ｘ線検出器２ａ、第２Ｘ線検出器２ｂが、第３のポジションにおいて、被検者５７を互いに異なる二方向から透視する状態を示している。

このように、このＸ線透視装置は、三つのポジションにおいて被検者５７を互いに異なる二方向から透視する構成であることから、図２に示すように、放射線治療装置におけるヘッド５５が、被検者５７に対して様々な角度から放射線を照射する場合においても、ヘッド５５が透視視野に干渉することなくＸ線透視を実行することが可能となる。そして、このような三つのポジションにおいては、第１Ｘ線管１ａと第２Ｘ線管１ｂ、また、第１Ｘ線検出器２ａおよび第２Ｘ線検出器２ｂは、予め設定された第１透視位置または第２透視位置のいずれかの一方の位置に配置されることになる。

なお、図３に示す第１のポジションにおいては、第１Ｘ線管１ａは第１透視位置に、第２Ｘ線管１ｂは第１透視位置に、第１Ｘ線検出器２ａは第１透視位置に、第２Ｘ線検出器２ｂは第１透視位置に、各々、配置される。図４に示す第２のポジションにおいては、第１Ｘ線管１ａは第２透視位置に、第２Ｘ線管１ｂは第１透視位置に、第１Ｘ線検出器２ａは第２透視位置に、第２Ｘ線検出器２ｂは第１透視位置に、各々、配置される。図５に示す第３のポジションにおいては、第１Ｘ線管１ａは第２透視位置に、第２Ｘ線管１ｂは第２透視位置に、第１Ｘ線検出器２ａは第２透視位置に、第２Ｘ線検出器２ｂは第２透視位置に、各々、配置される。

Ｘ線管用第１台座３ａおよびＸ線管用第２台座３ｂが、Ｘ線管用の第１レール２１および第２レール２２により構成される移動経路２０に沿って移動することにより、第１Ｘ線管１ａおよび第２Ｘ線管１ｂが、各々、第１透視位置および第２透視位置に配置される。また、Ｘ線検出器用第１台座４ａおよびＸ線検出器用第２台座４ｂが、Ｘ線検出器用の第１レール１１および第２レール１２により構成される移動経路１０に沿って移動することにより、第１Ｘ線検出器２ａおよび第２Ｘ線検出器２ｂが、各々、第１透視位置および第２透視位置に配置される。

なお、この実施形態においては、Ｘ線検出器用の第１レール１１およびＸ線検出器用の第２レール１２とＸ線管用の第１レール２１およびＸ線管用の第２レール２２とが、いずれも、二つの直線部を、円弧部を含む連結部により接続した略Ｕ字状の形状を有している。このため、図３に示す第１ポジション、図４に示す第２ポジションおよび図５に示す第３ポジションから、第１Ｘ線管１ａ、第２Ｘ線管１ｂ、第１Ｘ線検出器２ａおよび第２Ｘ線検出器２ｂが、互いに同期して水平方向に移動することにより、Ｘ線透視位置を水平方向に移動させることが可能となる。このため、例えば、Ｘ線透視中にマーカ等が透視領域から外れた場合等においても、第１Ｘ線管１ａ、第２Ｘ線管１ｂ、第１Ｘ線検出器２ａおよび第２Ｘ線検出器２ｂを互いに同期して水平方向に移動させることにより、マーカ等を追跡することが可能となる。

図６は、この発明に係るＸ線透視装置の主要な制御系を示すブロック図である。

このＸ線透視装置は、論理演算を実行するＣＰＵ、装置の制御に必要な動作プログラムが格納されたＲＯＭ、制御時にデータ等が一時的にストアされるＲＡＭ等を備え、装置全体を制御する制御部６０を備える。この制御部６０は、上述した第１Ｘ線管１ａ、第２Ｘ線管１ｂ、第１Ｘ線検出器２ａおよび第２Ｘ線検出器２ｂと接続されている。さらに、この制御部６０は、Ｘ線透視中の被検者５７の画像等を表示する表示部７１、各種設定を入力するときにオペレータが操作するマウスやキーボード等の入力部７２、および、図１に示す放射線治療装置とも接続されている。

制御部６０は、機能的構成として、第１Ｘ線検出器２ａおよび第２Ｘ線検出器２ｂにより検出した透過Ｘ線に基づき、被検者５７の体内に留置されたマーカを含む画像を生成する画像生成部６１と、マーカの候補を検出するデバイス候補検出部６２と、マーカの候補点の周辺の関心領域における局所的な構造を検出する局所構造検出部６３と、局所的な構造がマーカ等のデバイスであるか否かを判別するデバイス判別部６４と、局所的な構造の重心座標を求めるデバイス位置取得部６６と、フレームごとのマーカの位置に基づいてマーカを追跡するデバイス追跡部６７と、各マーカの位置等の追跡結果からマーカの三次元絶対座標を取得する三次元絶対座標取得部６８と、マーカの三次元絶対座標に基づき放射線治療装置にゲーティング信号を送信するゲーティング信号送出部６９を備える。

次に、制御部６０の各機能的構成の動作を、被検者５７の体内に留置されたマーカが球状マーカの場合を例に説明する。図７は、デバイス候補検出部６２の動作を模式的に示す説明図である。図８および図９は、局所構造検出部６３の動作を模式的に示す説明図である。図１０は、デバイス判別部６４の動作を模式的に示す説明図である。図１１は、デバイス追跡部６７の動作を模式的に示す説明図である。

まず、選択された二つの撮影系を使用して、被検者５７の体内に留置されたマーカを含む二方向からの画像を、２０〜３０ｆｐｓ程度のフレームレートにより取得する。すなわち、画像生成部６１は、撮影系の選択により所定の透視位置に配置された第１Ｘ線検出器２ａおよび第２Ｘ線検出器２ｂからの電気信号に基づいて、一定のフレームレートでＸ線画像を生成する。

デバイス候補検出部６２は、画像生成部６１により生成された画像から、球状マーカＢＭの候補となる点を検出する。図７の上段に示すように、画像９１中には球状マーカＢＭ以外の構造物やノイズが含まれており、画像９１中に高いコントラストで映し出される骨等の静止構造物は、マーカ検出の効率を低下させることがある。このため、このデバイス候補検出部６２では、図７の下段に示すように、画像９１中から骨等の静止構造物を取り除いた画像９２から、球状マーカＢＭの候補を検出するようにしている。Ｘ線吸収の大きい球状マーカＢＭは、連続した複数の画像間において動く暗い点として認識されることから、ある時点のフレームの画像に対して過去数フレーム分の画像の平均との差分をとることにより、球状マーカＢＭ以外の静止構造物を画像中より除去することができる。これにより、球状マーカＢＭ以外のノイズ等を誤ってマーカの候補点として検出することを低減することができ、マーカ認識の効率を向上させることができる。

なお、デバイス候補検出部６２における球状マーカＢＭの候補点の検出は、上述の画像中から静止構造物を取り除いた画像に対して、例えば、公知のラプラシアンフィルタを用いる手法を採用することができる。処理速度を高速化するため、球状マーカＢＭの大きさに応じた画像縮小等の手法を採用することができる。また、デバイス候補検出部６２を設けずに、入力部７２からオペレータが手動でデバイスの候補点を指定するようにしてもよい。

局所構造検出部６３は、図８に示す所定の関心領域Ｅ１、Ｅ２内で、デバイス候補検出部６２が検出した球状マーカＢＭの候補点周辺の局所的なセグメンテーション（領域分割）を行い、局所的な構造を検出する。なお、図８中の黒丸は球状マーカＢＭの候補点を示している。局所構造検出部６３では、候補点およびその周辺の画素値を使って、この関心領域Ｅ１、Ｅ２内で規則性を持ったパターンを抽出する処理（セグメンテーション処理）を行う。なお、所定の関心領域Ｅ１、Ｅ２は、画像９３中に写り込む球状マーカＢＭの大きさが予めわかっていることから、例えば、一辺の長さが、画像９３中の円形の球状マーカＢＭの直径の２〜３倍程度の矩形枠を、候補点を中心として画像９３中に配置すること等により設定される。

なお、球状マーカＢＭは留置された位置により体内の様々な構造物と重なり合うことから、画像中に写し出される球状マーカＢＭの背景は一様ではなく、個々の球状マーカＢＭの画素値も様々な値をとる。したがって、球状マーカＢＭの候補点周辺で局所的なセグメンテーションを行う際のパラメータの設定は、候補点ごとに適宜変更および設定される。例えば、図９に示すように、候補点（図９に黒で示す）での画素値を基準とした一定範囲の値を候補点ごとに設定し、設定した画素値に関する条件を満足する候補点周辺の画素に同一ラベル（図９にハッチングで示す）を付す動作を行うことにより、同一ラベルが付された画素が連続するひとかたまりの領域を局所的な構造として抽出する。なお、図９におけるマス目は、１画素を示す。

また、局所構造検出部６３による画像９３中の球状マーカＢＭの候補点を中心とする限られた領域での局所的な構造の検出は、上述した画素値を利用したセグメンテーションの他にも、公知の他の手法を採用することができる。例えば、キャニー法によるエッジ検出等のデジタル画像の明るさの変化を利用して、球状マーカＢＭの候補点周辺の局所的な構造の輪郭を検出することより局所的な構造を抽出してもよく、また、判別分析法を用いた二値化により局所的な構造を抽出してもよい。なお、局所構造検出部６３により局所的な構造の検出を行うために使用する画像９３には、画像生成部６１の作用により取得された画像９１、デバイス候補検出部６２の作用により骨等の静止構造物が除かれた後の画像９２のどちらを用いてもよい。

デバイス判別部６４は、局所構造検出部６３が検出した局所的な構造がマーカ等のデバイスであるか否かを判別する。球体の球状マーカＢＭは、透視方向にかかわらず、画像中では常に円形のものとして現れ、かつ、その大きさも事前にわかっている。そこで、形状が円形であり、その面積が所定の範囲内である局所的な構造を、球状マーカＢＭと判別する。局所的な構造の形状が円形であるか否かの判定は、例えば、８方向のガボールフィルタに対する応答が全方向で同等であることを利用して行うことができる。また、対象の形状がどれだけ円形に近いかを表す指標である円形度を計算することで、局所的な構造が球状マーカであるか否かを判別してもよい。これにより、図１０の関心領域Ｅ１内の候補点周辺の局所的な構造ＬＳ１は、球状マーカＢＭと判定される。一方で、図１０の関心領域Ｅ２内の候補点周辺の局所的な構造ＬＳ２は、球状マーカＢＭではないと判定され、これ以降の処理から除外される。

デバイス位置取得部６６は、デバイス判別部６４で球状マーカＢＭであると判別された局所的な構造の重心を、マーカの位置として取得する。球体の球状マーカＢＭの重心座標は、以下の式（１）により求められる。

なお、ｘ_Ｇは重心位置ベクトル、ｘ_ｎは局所的な構造の画素位置ベクトル、ｍ_ｎは局所的な構造の反転画素値を示す。このように、式（１）では、反転画素値を用い、この画素値が小さいほど質量が大きいとして、球状マーカＢＭの中心となる重心の座標を算出する。これにより、各フレームでの球状マーカＢＭの重心座標を、サブピクセル（例えば、１／１０画素）で取得することができる。

デバイス追跡部６７は、デバイス位置取得部６６において取得されたフレームごとのマーカの位置に基づいて、マーカを追跡する。図１１の画像９５は、すでに球状マーカＢＭの位置が取得された連続する３フレーム分を重ね合わせたものである。この図１１に示すように、デバイスの位置を計算するフレームでの球状マーカＢＭの位置ｎは、過去数フレーム分の球状マーカの位置ｎ−１、ｎ−２、ｎ−３・・・から、球状マーカＢＭの移動速度や加速度を算出すれば、次フレームでの球状マーカの位置ｎを予測することが可能となる。このように、デバイス追跡部６７では、次フレームでの球状マーカＢＭの位置ｎを予測して、予測された球状マーカＢＭの位置付近を次フレームのデバイス探索対象領域ＳＥとしている。このため、デバイス探索の逸脱が防止され、各フレームでのマーカの位置の取得および追跡を速やかに行うことができるとともに、マーカ追跡の中断を防ぐことができる。

上述した各機能構成による球状マーカの認識と追跡の結果を利用して、呼吸等により動く患部に正確に治療ビームを照射するための球状マーカの空間的位置の算出が繰り返し行われる。三次元絶対座標取得部６８は、エピポーラ幾何の関係を利用し、デバイス位置取得部６６およびデバイス追跡部６７により得られた二方向からの二次元画像中の各マーカの位置およびマーカの追跡結果から、マーカの三次元絶対座標を取得する。

しかる後、ゲーティング信号送出部６９は、三次元絶対座標取得部６８において取得された三次元絶対座標が所定の範囲内にあるときに、被検者５７に対して治療ビームを照射するように、放射線治療装置にゲーティング信号を送信する。すなわち、ゲーティング信号送出部６９では、動きのある患部に対して、マーカの位置から患部が特定の範囲内にあるときのみに治療ビームの照射を行うための、治療ビームのＯＮ／ＯＦＦを制御する信号を生成する。

上述したように、この実施形態では、テンプレートマッチングによるマーカの認識を行わないため、テンプレートマッチング用のテンプレートの作成のために治療に先だって被検者５７を透視する準備時間を短縮することができる。したがって、放射線治療装置のスループットを向上させることが可能となる。

また、従来のテンプレートマッチングでは、骨等の体内の構造物との重なりや位置関係により、画像中でのマーカのコントラストが異なるため、コントラストの異なる複数のテンプレートを準備し、所定の閾値以上のマッチング度が算出されるまでテンプレートに対するマッチング動作を繰り返す必要があった。この実施形態では、マッチング動作を行わないのでマーカ認識の時間が短縮できる。さらに、デバイス候補検出部６２により、骨等の体内構造物を画像から除去することで、コントラストの差の影響を受けにくく、マーカの検出を効率的に行うことができる。

次に、この発明の他の実施形態について説明する。図１２は、この発明の第２実施形態に係るＸ線透視装置の制御系を示すブロック図である。この実施形態の制御部６０は、局所構造拡張部６５をさらに備えている。なお、上述した第１実施形態と同様の動作を実行する機能的構成については、詳細な説明を省略する。

この実施形態では、被検者５７の体内に留置されたマーカが非球体の曲線状マーカの場合を例に説明する。図１３は、デバイス候補検出部６２および局所構造検出部６３の動作を模式的に示す説明図である。図１４は、局所構造拡張部６５の動作を模式的に示す説明図である。図１５は、デバイス位置取得部６６の動作を模式的に示す説明図である。

まず、デバイス候補検出部６２は、画像生成部６１により生成された画像から、曲線状マーカＬＭの候補となる点を検出する。第１実施形態と同様に、骨等の静止構造物を除いた画像９２を生成し、図１３に示すように候補点Ｐ０を検出する。

局所構造検出部６３は、所定の関心領域Ｅ１内で、デバイス候補検出部６２が検出した曲線状マーカＬＭの候補点Ｐ０周辺の局所的なセグメンテーションを行い、局所的な構造（図１３にハッチングを付して示す）を検出する。この局所的な構造は、候補点Ｐ０を中心とする所定の関心領域Ｅ１において、第１実施形態と同様の手法を用いて検出する。

デバイス判別部６４は、局所構造検出部６３において検出された局所的な構造が、曲線状マーカＬＭであるか否かを判定する。非球体である曲線状マーカＬＭは、第１実施形態で説明した球状マーカＢＭと異なり、透視方向によって画像中に様々な向きと長さのものが現れる。また、体内での移動に伴ってその形状も変化する。一方で、画像中の曲線状マーカＬＭを、さらに狭い領域に分割して局所的に見れば、その形状は、線の集まりとみなすことができ、傾きの異なる細かい直線の集合体とみることもできる。また、曲線状マーカＬＭのサイズから、画像中に現れる曲線状マーカＬＭの線の太さも容易に推定できる。そこで、デバイス判別部６４では、形状が線状であり、その面積が所定の範囲内である局所的な構造を、曲線状マーカＬＭの一部として判別する。形状の判定には、どの向きの線が含まれているかを抽出できる公知の８方向のガボールフィルタに対する応答性を利用する。

局所構造拡張部６５は、曲線状マーカＬＭの一部である局所的な構造から１つの大局的な構造、すなわち、曲線状マーカＬＭの全体の構造を検出する。局所構造検出部６３において検出された局所的な構造が曲線状マーカＬＭの一部であるということは、局所構造検出部６３において設定された所定の関心領域Ｅ１の端に局所的な構造との重なりが存在していることになる。この局所構造拡張部６５における拡張は、図１４の上段に示すように、候補点Ｐ０を中心とした所定の関心領域Ｅ１の端に位置する局所的な構造の端点を、新たに曲線状マーカＬＭの候補点Ｐ１、Ｐ２とし、さらに、図１４の中段に示すように、各候補点Ｐ１、Ｐ２を中心とする所定の関心領域Ｅ１−１、Ｅ１−２を設定し、局所構造検出部６３により、新たな所定の関心領域Ｅ１−１、Ｅ１−２での局所的な構造の検出（セグメンテーション処理）を行うことにより実行される。すなわち、新たな候補点と関心領域の設定、セグメンテーション処理の各動作を繰り返すことにより、局所的な構造を曲線状マーカＬＭの全体像に相当する大局的な構造へと拡張していく。このように、曲線状マーカＬＭをいくつかの領域での局所的な構造に分解して、曲線状マーカＬＭであるか否かを判別するため、変形や回転の影響が低減される。なお、このような構造の拡張動作は、所定の関心領域の端部に達する局所的な構造がなくなるまで行われる。

図１４の下段に示すように、局所的な構造を大局的な構造へと拡張していく方向であって、新たな候補点Ｐ３、Ｐ４と、それらの候補点Ｐ３、Ｐ４を中心とする所定の関心領域Ｅ１−３、Ｅ１−４を設定する方向は、一定の方向に定められる。これは、８方向のガボールフィルタの適用により取得した、局所的な構造の線の向きを利用することにより実現できる。このように、局所的な構造の延伸方向を定めることができると、仮に、曲線状マーカＬＭがノイズと重なっていたとしても、曲線状マーカＬＭの一部と判別された局所的な構造の向きとは異なるノイズが伸びる方向に、局所的な構造が拡張されることがない。したがって、透視方向や留置場所により画像中での向き、長さ、形状が異なる曲線状マーカＬＭを正確に検出することが可能となる。

また、曲線状マーカＬＭの場合、デバイス候補検出部６２において、画像中の１つの曲線状マーカＬＭに対して複数の候補点が検出されることがある。しかしながら、それぞれの候補点からの局所的な構造の検出と拡張を行っても、最終的には１つの曲線状マーカＬＭの形状を持つ大局的な構造に集約されるので、１つの曲線状マーカＬＭ上での候補点の重複が、曲線状マーカＬＭの認識に影響を及ぼすことはない。このため、この実施形態では、マーカの形状にかかわらず、高精度にマーカを認識することが可能となる。

デバイス位置取得部６６は、局所構造拡張部６５の作用により得られた大局的な構造の重心Ｄ０、端点Ｔ１、Ｔ２、中点Ｄ１を、デバイスである曲線状マーカＬＭの位置として取得する（図１５参照）。曲線状マーカＬＭの重心Ｄ０の座標は、第１実施形態と同様に、式（１）を用いて算出される。端点Ｔ１、Ｔ２は、図１４に示すように、拡張された局所的な構造の終端でもあることから、多重方向のガボールフィルタにより得られた終端での局所的な構造の向きを利用して、端点Ｔ１、Ｔ２の座標が算出される。そして、中点Ｄ１は、端点Ｔ１、Ｔ２の両端点間の中間の点であり、端点Ｔ１、Ｔ２の座標を用いて算出される。

このように、この実施形態では、デバイス位置取得部６６において、複数の座標をデバイスの位置として取得することから、曲線状マーカＬＭの被検者５７の体内での患部との位置関係や変形・回転の程度により、最も曲線状マーカＬＭの追跡に適した位置を用いてデバイスの追跡を行うことができることから、曲線状マーカＬＭの追跡の中断を防ぐことができる。

曲線状マーカＬＭの各フレームでの位置が取得されれば、第１実施形態と同様に、デバイス追跡部６７による曲線状マーカＬＭの追跡が実行され、さらに、三次元絶対座標取得部６８により曲線状マーカＬＭの三次元絶対座標が取得される。しかる後、曲線状マーカＬＭの三次元絶対座標が所定の範囲内にあるときに、被検者５７に対して治療ビームを照射するように、ゲーティング信号送出部６９においてゲーティング信号が生成され、その信号は放射線治療装置に送信される。

なお、この発明におけるデバイスは、実施形態で説明した球状マーカＢＭ、曲線状マーカＬＭに限定されるものではなく、例えば、Ｘ線透視装置を利用したＣＡＧ（ＣｏｒｏｎａｒｙＡｎｇｉｏｇｒａｍ：冠動脈造影）で冠動脈に挿入されるガイドワイヤやステントも含むものである。なお、ＣＡＧでは、心臓の拍動によりガイドワイヤやステントが激しく動くため、画像生成部６１で生成した各フレームの画像をアフィン変換（平行移動・回転・変形）する構成を追加して、ガイドワイヤやステント等のデバイスが画像中では固定されているかのごとく、表示部７１に表示させてもよい。また、アフィン変換後の各フレームの画像に対して、公知のリカーシブフィルタ等を用いて時間方向の積分を行う構成をさらに追加することにより、動きボケのないノイズが低減されたデバイスの画像を得ることも可能である。

１ａ第１Ｘ線管
１ｂ第２Ｘ線管
２ａ第１Ｘ線検出器
２ｂ第２Ｘ線検出器
３ａＸ線管第１台座
３ｂＸ線管第２台座
４ａＸ線検出器用第１台座
４ｂＸ線検出器用第２台座
１０移動経路
１１第１レール
１２第２レール
２０移動経路
２１第１レール
２２第２レール
５１床面
５３ガントリー
５４ヘッド支持部
５５ヘッド
５６テーブル
５７被検者
６０制御部
６１画像生成部
６２デバイス候補検出部
６３局所構造検出部
６４デバイス判別部
６５局所構造拡張部
６６デバイス位置取得部
６７デバイス追跡部
６８三次元絶対座標取得部
６９ゲーティング信号送出部
７１表示部
７２入力部
９１画像
９２画像
９３画像
９５画像

Claims

放射線源と、前記放射線源から照射され被検体を透過した放射線を検出する放射線検出器とを備え、複数の方向から所定のフレームレートでの透視により取得される前記被検体の体内に留置されたデバイスを含む画像中の前記デバイスの位置を検出し、前記デバイスの動きを追跡する放射線透視装置であって、
前記放射線検出器の検出信号に基づいて、前記デバイスを含む画像を生成する画像生成部と、
前記画像生成部において生成された前記デバイスを含む画像中の局所的な構造を検出する局所構造検出部と、
前記局所構造検出部が検出した前記局所的な構造が、前記デバイスであるか否かを判別するデバイス判別部と、
前記デバイス判別部において前記デバイスであると判別された前記局所的な構造の画像中での位置を、前記デバイスの位置として取得するデバイス位置取得部と、
前記デバイス位置取得部が取得したフレーム毎の前記デバイスの位置に基づいて、前記デバイスを追跡するデバイス追跡部と、
を備える放射線透視装置。
請求項１に記載の放射線透視装置において、
前記デバイスを含む画像から前記デバイスの候補を検出するデバイス候補検出部をさらに備え、
前記局所構造検出部は、前記デバイス候補検出部により検出された前記デバイスの候補の周辺における前記局所的な構造を検出する放射線透視装置。
請求項１または請求項２に記載の放射線透視装置において、
前記デバイス判別部において前記デバイスであると判別された前記局所的な構造が、前記デバイスの一部と判別された場合は、前記局所的な構造に基づいて、前記デバイスの全体に相当する１つの大局的な構造を検出する局所構造拡張部をさらに備える放射線透視装置。
請求項１または請求項２に記載の放射線透視装置において、
前記デバイス位置取得部は、前記デバイス判別部において前記デバイスであると判別された前記局所的な構造の重心を前記デバイスの位置として取得する放射線透視装置。
請求項３に記載の放射線透視装置において、
前記デバイス位置取得部は、前記局所構造拡張部により得られた前記大局的な構造の重心、端点および中点を前記デバイスの位置として取得する放射線透視装置。