JP2017169627A - X-ray imaging apparatus alignment adjustment support device, method, and program - Google Patents
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Images
Abstract
Description
本発明の実施形態は、X線撮影機器を構成するX線源及びX線検出器のアライメント調整支援技術に関する。 Embodiments described herein relate generally to an alignment adjustment support technology for an X-ray source and an X-ray detector constituting an X-ray imaging apparatus.
放射線治療を実施する場合、治療空間のアイソセンタと患部とが一致するように患者が位置決めされる必要がある。この患者の位置決め精度の妥当性は、治療計画時にX線CT等で撮影した立体像から再構成した画像(DRR: Digitally Reconstructed Radiograph)と治療ビームの照射直前にX線撮影機器で撮影したX線透視画像とを照合することにより評価される。
この位置決め精度の妥当性評価は、X線撮影機器を構成するX線源とX線検出器とが、治療空間に設計通りに設置されていることが前提となる。
このため、現実の設置位置が設計位置からずれている場合は、このずれを解消するために、X線源及びX線検出器の設置位置を調整するアライメント調整が行われる。
When performing radiotherapy, it is necessary to position the patient so that the isocenter of the treatment space coincides with the affected part. The validity of this patient's positioning accuracy is based on an image reconstructed from a three-dimensional image (DRR: Digitally Reconstructed Radiograph) taken with X-ray CT at the time of treatment planning and an X-ray taken with an X-ray machine immediately before treatment beam irradiation. Evaluation is performed by collating with a fluoroscopic image.
The validity evaluation of this positioning accuracy is based on the premise that the X-ray source and the X-ray detector constituting the X-ray imaging apparatus are installed in the treatment space as designed.
For this reason, when the actual installation position deviates from the design position, alignment adjustment for adjusting the installation positions of the X-ray source and the X-ray detector is performed in order to eliminate this deviation.
このようなアライメント調整を実施する公知技術として、回転機構(Cアーム)を有するX線撮影機器にあっては、回転位置を変化させて撮影した複数のX線透視画像から、X線源やX線検出器の設置位置を算出する方法がある。
また、そのような回転機構をもたないX線撮影機器にあっては、X線源とX線検出器を結ぶX線の照射軸上に、レーザーマーカーと鏡を設置し、反射光を確認しながらアライメント調整を行う方法がある。
As a known technique for performing such alignment adjustment, in an X-ray imaging apparatus having a rotation mechanism (C arm), an X-ray source or X-ray is obtained from a plurality of X-ray fluoroscopic images acquired by changing the rotation position. There is a method for calculating the installation position of the line detector.
For X-ray equipment that does not have such a rotation mechanism, a laser marker and mirror are installed on the X-ray irradiation axis connecting the X-ray source and the X-ray detector, and the reflected light is confirmed. There is a method of adjusting the alignment while doing so.
上述した公知のアライメント調整技術では、X線源及びX線検出器の回転機構が必須の構成要素になったり調整の成果が作業者の技能に大きく依存したりする課題があった。 In the known alignment adjustment technique described above, there are problems that the rotation mechanism of the X-ray source and the X-ray detector becomes an essential component, and the result of the adjustment greatly depends on the skill of the operator.
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、作業者の技能への依存度を低減することができる、X線撮影機器のアライメント調整支援技術を提供することを目的とする。 Embodiments of the present invention have been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide an alignment adjustment support technology for an X-ray imaging apparatus that can reduce the dependence on the skill of an operator. To do.
実施形態に係るX線撮影機器のアライメント調整支援装置において、X線源及びX線検出器が設置された空間の座標系に位置決めされた少なくとも6個の基準点に、前記X線源から出力したX線を放射させ、前記X線検出器上に射影させた透視画像を入力する透視画像入力部と、前記透視画像の座標系において、認識された前記6個の基準点の領域から、各々の領域を代表する6つの射影座標を決定する決定部と、前記空間の座標系における前記6個の基準点の空間座標を、対応する前記6つの射影座標に、座標変換する射影行列を導出する導出部と、前記射影行列に基づき、前記空間の座標系における前記X線源の位置情報、並びに前記X線検出器の位置情報及び姿勢情報を演算する第1演算部と、を備えることを特徴とする。 In the alignment support device for an X-ray imaging apparatus according to the embodiment, the X-ray source and the X-ray detector output from the X-ray source to at least six reference points positioned in the coordinate system of the space where the X-ray source and the X-ray detector are installed. A fluoroscopic image input unit that inputs X-rays and projects a fluoroscopic image projected on the X-ray detector; and in the coordinate system of the fluoroscopic image, each region of the six reference points that is recognized A determination unit for determining six projective coordinates representing a region, and a derivation for deriving a projection matrix for coordinate transformation of the spatial coordinates of the six reference points in the spatial coordinate system into the corresponding six projected coordinates And a first calculation unit that calculates position information of the X-ray source in the coordinate system of the space and position information and posture information of the X-ray detector based on the projection matrix. To do.
本発明の実施形態により、作業者の技能への依存度を低減することができる、X線撮影機器のアライメント調整支援技術が提供される。 The embodiment of the present invention provides an alignment adjustment support technique for an X-ray imaging apparatus that can reduce the dependence on the skill of an operator.
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及び図3に示すように、X線撮影機器10のアライメント調整支援装置30は、X線源11及びX線検出器12が設置された空間の座標系(X,Y,Z)に位置決めされた少なくとも6個の基準点20(201〜206)にX線源11から出力したX線を放射させX線検出器12上に射影させた透視画像13aを入力する透視画像入力部31と、この透視画像の座標系(u,v)において認識された6個の基準点の領域23(231〜236)から各々の領域を代表する6つの射影座標(un,vn);n=1〜6を決定する決定部32と、空間の座標系(X,Y,Z)における6個の基準点20(201〜206)の空間座標(Xn,Yn,Zn);n=1〜6を対応する6つの射影座標(un,vn);n=1〜6に座標変換する射影行列Pを導出する導出部33と、この射影行列Pに基づき空間の座標系(X,Y,Z)におけるX線源11の位置情報(lx,ly,lz)並びにX線検出器12の位置情報(cx,cy,cz)及び姿勢情報(ux, uy,uz)(vx,vy,vz)(wx,wy,wz)を演算する第1演算部41と、を備えている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
As shown in FIGS. 1 and 3, the alignment
さらにアライメント調整支援装置30は、空間の座標系(X,Y,Z)におけるX線源11の設計情報45とその位置情報(lx,ly,lz)とに基づいて、X線源11の調整量を演算する第2演算部42と、空間の座標系(X,Y,Z)におけるX線検出器12の設計情報45とその位置情報(cx,cy,cz)及び姿勢情報(ux,uy,uz)(vx,vy,vz)(wx,wy,wz)とに基づいてX線検出器12の調整量を演算する第3演算部43と、を備えている。
Furthermore, the alignment
さらにアライメント調整支援装置30は、透視画像13を表示するとともに認識された基準点の領域23(231〜236)を透視画像13に重ね書き表示させる表示部34を備えている。
さらにアライメント調整支援装置30は、基準点の領域23(231〜236)の認識を手動設定により行う手動設定部35を備えている。
The alignment
Further, the alignment
図2に示すように放射線治療は、ベッド16に固定した患者15に対し、照射ポート(図示略)から治療ビーム(図示略)を照射することにより実行される。
ここで、治療ビームとは、ガン等の患部組織に照射して細胞を死滅させる放射線であり、そのような放射線として、X線、γ線、電子線、陽子線、中性子線、及び、重粒子線などが挙げられる。
As shown in FIG. 2, radiation therapy is performed by irradiating a
Here, the treatment beam is radiation that irradiates a diseased tissue such as cancer and kills cells. Examples of such radiation include X-rays, γ-rays, electron beams, proton beams, neutron beams, and heavy particles. Examples include lines.
そして、この治療ビームの照射に先立って、この治療空間(X,Y,Z座標系)とは別の場所で治療計画が実施される。
この治療計画で患者は、治療空間でベッド16に固定され治療ビームの照射を受ける姿勢と同じ姿勢をとり、X線CT(Computed Tomography)等により、患部を含む体内の立体像(ボクセルデータ)を撮像する。
そして、このボクセルデータで特定した患部の領域に基づいて、治療ビームの照射位置、照射角度、照射範囲、放射線量、回数などの条件が決定される。
Prior to the irradiation of the treatment beam, a treatment plan is executed in a place different from the treatment space (X, Y, Z coordinate system).
In this treatment plan, the patient takes the same posture as the posture fixed to the
Based on the region of the affected area specified by the voxel data, conditions such as the treatment beam irradiation position, irradiation angle, irradiation range, radiation dose, and number of times are determined.
さらに、X線源11の位置に対応する仮想視点から、X線検出器12の位置及び姿勢に対応する仮想平面上に、このボクセルデータを射影した再構成画像(DRR:Digitally Reconstructed Radiograph)を生成する。
なおこの再構成画像(DRR)を生成するのに必要な仮想視点の位置と仮想平面の位置及び姿勢は、それぞれX線源11及びX線検出器12の設計情報45に基づいている。
ここで設計情報45とは、X線撮影機器10を構成するX線源11及びX線検出器12の治療空間(X,Y,Z座標系)における機械的な位置や角度等を示す設計情報である。
Further, from a virtual viewpoint corresponding to the position of the
Note that the position of the virtual viewpoint and the position and orientation of the virtual plane necessary to generate the reconstructed image (DRR) are based on the
Here, the
そして、ボクセルデータ上に設定された患部の位置が、治療空間(X,Y,Z座標系)に設定されたアイソセンタに一致するように、患者15を固定するベッド16の治療空間(X,Y,Z座標系)における位置情報が決定される。
ここでアイソセンタとは、治療ビームの照射中心が位置するように設定された、治療空間(X,Y,Z座標系)における基準位置である。
Then, the treatment space (X, Y) of the
Here, the isocenter is a reference position in the treatment space (X, Y, Z coordinate system) set so that the irradiation center of the treatment beam is located.
そして、患者15を固定したベッド16を、治療空間(X,Y,Z座標系)の決定位置に移動させ、X線撮影機器10で撮影しX線透視画像13bを得る。
この治療空間(X,Y,Z座標系)で患者15を撮影しu,v座標系に射影したX線透視画像13bと治療計画の段階でボクセルデータから仮想的にu,v座標系に再構成したDRR画像との一致がとれれば、患者15の患部の位置が、アイソセンタに一致していることの確認がとれたことになる。
しかし、この確認の妥当性は、治療空間(X,Y,Z座標系)において、X線源11及びX線検出器12が、設計情報45のとおりに設置されていることを前提にしている。
Then, the
The
However, the validity of this confirmation is based on the premise that the
図3に示すアライメント調整支援装置30は、X線撮影機器10を構成するX線源11及びX線検出器12の、治療空間(X,Y,Z座標系)における現実の取り付け位置及び姿勢を認識するものである。そして、この現実の取り付け位置及び姿勢と設計情報とのずれ量を求め、このずれ量を解消するX線源11及びX線検出器12のアライメント調整を支援するものである。
The alignment
図1に示すように、アライメント調整は、少なくとも6個の基準点20(201〜206)を埋め込んだリファレンス体21を、治療空間(X,Y,Z座標系)の所定位置に配置することにより、定期的に実施される。
リファレンス体21の配置は、例えば、治療空間を取り囲む床面の基準ポイントに、着脱自在に設置した治具等を介して行われる。
このように、リファレンス体21が配置されることで、6個の基準点20(201〜206)のそれぞれは、空間の座標系(X,Y,Z)の所望した位置に、正確に位置決めされることになる。
As shown in FIG. 1, in the alignment adjustment, a
The
Thus, by arranging the
この座標系(X,Y,Z)における6個の基準点の空間座標(Xn,Yn,Zn);n=1〜6は、アライメント調整支援装置30の記憶部37a(図3)に保存されている。
X線撮影機器10は、このように配置されたリファレンス体21に対し、X線源11から出力したX線を放射させ、X線検出器12上に射影させた透視画像13aを撮像する。
ここでX線検出器12は、X線の検出素子が2次元アレイ状に配置され、X線源11から放出され患者15又はリファレンス体21を透過してそれぞれの検出素子に到達したX線のエネルギーの減衰量に応じ、X線透視画像13a,13bを形成する。
X線源11は、電子を高速で金属ターゲットに衝突させてX線を発生させるX線管が採用されるが、人体組織を減衰しながら通過することができるX線電磁波を出力するものであれば適宜採用される。
Spatial coordinates (X n , Y n , Z n ) of six reference points in this coordinate system (X, Y, Z); n = 1 to 6 are
The
Here, in the
The
図3に示すアライメント調整支援装置30において、透視画像入力部31は、X線撮影装置、画像サーバ、メディア、ネットワークストレージ等に一時保存されている透視画像13を入力し、表示部34に表示させる。
そして決定部32は、この透視画像13を入力し、図1に示す透視画像の座標系(u,v)において6個の基準点の領域23(231〜236)を認識する。さらに決定部32は、認識された各々の領域23(231〜236)の各々から、代表する6つの射影座標(un,vn);n=1〜6を決定し記憶部37aに保存する。
なおこの射影座標(un,vn)は、それぞれの領域23の重心位置を代表として決定することが考えられるが、代表位置の決定方法について特に限定されない。
In the alignment
Then, the
The projected coordinates (u n , v n ) can be determined with the center of gravity of each region 23 as a representative, but the method for determining the representative position is not particularly limited.
これら認識された基準点の領域23(231〜236)及び決定された射影座標(un,vn);n=1〜6は、表示部34において、透視画像13に重ね書き表示することができる。このように表示部34に重ね書き表示することにより、決定部32により決定された射影座標(un,vn);n=1〜6の妥当性を、ユーザが目視により評価することができる。また表示部34に表示される情報として、決定位置と射影位置の基準点の輪郭、重心や射影位置の画像を作成して画像と差分表示した画像等が挙げられる。
なお、表示部34は必須の構成要件ではなく、ユーザによる目視評価が不要であれば、省略することもできる。
These recognized reference point regions 23 (23 1 to 23 6 ) and the determined projection coordinates (u n , v n ); n = 1 to 6 are overwritten and displayed on the
Note that the
導出部33は、空間の座標系(X,Y,Z)における6個の基準点の空間座標(Xn,Yn,Zn);n=1〜6を、対応する6つの射影座標(un,vn);n=1〜6に座標変換する射影行列Pを導出する。 The deriving unit 33 converts the spatial coordinates (X n , Y n , Z n ) of six reference points in the spatial coordinate system (X, Y, Z); n = 1 to 6 into the corresponding six projected coordinates ( u n , v n ); A projection matrix P for coordinate transformation to n = 1 to 6 is derived.
図4に基づいて、射影行列Pについて説明する。
治療空間の座標系(X,Y,Z)と、透視画像(X線検出器12)の座標系(u,v)との関係は、式(1)で表すことができる。ここで、λは任意の実数で、Pは3×4の射影行列である。
この射影行列Pを求めることができれば、座標系(X,Y,Z)におけるX線源11の並進方向の位置と、X線検出器12の並進方向の位置及び回転方向の姿勢とを算出することができる。
The projection matrix P will be described with reference to FIG.
The relationship between the coordinate system (X, Y, Z) of the treatment space and the coordinate system (u, v) of the fluoroscopic image (X-ray detector 12) can be expressed by Expression (1). Here, λ is an arbitrary real number, and P is a 3 × 4 projection matrix.
If this projection matrix P can be obtained, the translational position of the
ここで、X線源11の位置を原点として、X線検出器12のu軸及びv軸のそれぞれに向きを合わせたx軸及びy軸と、このx×yの外積の向きに合わせたz軸とから規定される、カメラ座標系(x,y,z)を設定する。
ここでカメラ座標系(x,y,z)と、透視画像(X線検出器12)の座標系(u,v)との関係は、式(2)で表すことができる。ここで、λは任意の実数で、su,svはそれぞれX線検出器12のu軸及びv軸方向の画素ピッチ、fはX線源11からX線検出器12までの距離を表す。
Here, with the position of the
Here, the relationship between the camera coordinate system (x, y, z) and the coordinate system (u, v) of the fluoroscopic image (X-ray detector 12) can be expressed by equation (2). Here, λ is an arbitrary real number, s u and s v are pixel pitches in the u-axis and v-axis directions of the
さらに、カメラ座標系(x,y,z)と、治療空間の座標系(X,Y,Z)との関係は、式(3)で表すことができる。ここで、(ux,uy,uz)はカメラ座標系のx軸の基底ベクトルを表し、(vx,vy,vz)はカメラ座標系のy軸の基底ベクトルを表し、(wx,wy,wz)はカメラ座標系のz軸の基底ベクトルを表し、(lx,ly,lz)は治療空間の座標系(X,Y,Z)におけるX線源11の位置を表している。
式(2)と式(3)との関係から、治療空間の座標系(X,Y,Z)とX線検出器の座標系(u,v)との関係は式(4)で表される。
Furthermore, the relationship between the camera coordinate system (x, y, z) and the coordinate system (X, Y, Z) of the treatment space can be expressed by equation (3). Here, (u x , u y , u z ) represents the x-axis basis vector of the camera coordinate system, (v x , v y , v z ) represents the y-axis basis vector of the camera coordinate system, ( w x , w y , w z ) represents the basis vector of the z axis of the camera coordinate system, and (l x , l y , l z ) represents the
From the relationship between Equation (2) and Equation (3), the relationship between the coordinate system (X, Y, Z) of the treatment space and the coordinate system (u, v) of the X-ray detector is expressed by Equation (4). The
この式(4)のうち式(1)の射影行列Pに対応する部分を計算すると、カメラ座標系のx軸,y軸(X線検出器のu軸,v軸)の基底ベクトル(ux,uy,uz)(vx,vy,vz)及びz軸の基底ベクトル(wx,wy,wz)とX線源の位置(lx,ly,lz)が算出される。
さらに、X線検出器の位置(cx,cy,cz)を式(5)から算出することができる。ここで、wは、X線検出器のu軸の画素数を表し、hはv軸の画素数を表している。
このように、射影行列Pを求めれば、座標系(X,Y,Z)におけるX線源11の並進方向の位置と、X線検出器12の並進方向の位置及び回転方向の姿勢とを算出することができる。
Calculating the portion corresponding to the projection matrix P of among Formula (1) in the equation (4), basis vectors in the x-axis of the camera coordinate system, y-axis (u-axis of the X-ray detector, v-axis) (u x , u y , u z ) (v x , v y , v z ) and the z-axis basis vector (w x , w y , w z ) and the position of the X-ray source (l x , l y , l z ) Calculated.
Furthermore, the position (c x , c y , c z ) of the X-ray detector can be calculated from the equation (5). Here, w represents the number of pixels on the u-axis of the X-ray detector, and h represents the number of pixels on the v-axis.
Thus, if the projection matrix P is obtained, the translational position of the
ここで、射影行列Pの未知数は、治療空間の座標系(X,Y,Z)において既知である6個の基準点の空間座標(Xn,Yn,Zn);n=1〜6と、それらが射影されたX線検出器12上の6つの射影座標(un,vn);n=1〜6と、から求めることができる。
式(1)により定義された射影行列Pは、さらに式(6)のように定義することができ、さらに式(7)の関係が成立する。この式(7)から射影行列Pが求められる。
なお、上述において治療空間等の座標系を直交座標系として説明するが、これら座標系は直交座標系に限定されるものではない。
Here, the unknowns of the projection matrix P are six reference point spatial coordinates (X n , Y n , Z n ) known in the treatment space coordinate system (X, Y, Z); n = 1-6 And the six projected coordinates (u n , v n ) on the
The projection matrix P defined by equation (1) can be further defined as in equation (6), and further the relationship of equation (7) is established. A projection matrix P is obtained from this equation (7).
In the above description, the coordinate system such as the treatment space is described as an orthogonal coordinate system, but these coordinate systems are not limited to the orthogonal coordinate system.
第1演算部41は、X線源位置演算部41aと、X線検出器位置演算部41bと、X線検出器姿勢演算部41cとから構成されている。
X線源位置演算部41aは、この射影行列Pに基づき空間の座標系(X,Y,Z)におけるX線源11の位置情報(lx,ly,lz)を演算し記憶部37bに保存する。
X線検出器位置演算部41bは、射影行列Pに基づき空間の座標系(X,Y,Z)におけるX線検出器12の位置情報(cx,cy,cz)を演算し記憶部37bに保存する。
X線検出器姿勢演算部41cは、姿勢情報(ux, uy,uz)(vx,vy,vz)(wx,wy,wz)を演算し記憶部37bに保存する。
The
The X-ray source
The X-ray detector
X-ray detector
第2演算部42は、空間の座標系(X,Y,Z)におけるX線源11の設計情報45とその位置情報(lx,ly,lz)とに基づいて、X線源11の調整量(ずれ量)を演算する。
そして第2演算部42で演算された調整量に基づいてX線源11のアライメント調整が行われる。
第3演算部43は、空間の座標系(X,Y,Z)におけるX線検出器12の設計情報45とその位置情報(cx,cy,cz)及び姿勢情報(ux,uy,uz)(vx,vy,vz)(wx,wy,wz)とに基づいてX線検出器12の調整量(ずれ量)を演算する。
そして第3演算部43で演算された調整量に基づいてX線検出器12のアライメント調整が行われる。
The
Then, the alignment adjustment of the
The
Then, the alignment adjustment of the
図6は、表示部34に重ね書き表示される、X線透視画像13aと、決定部32において自動的に認識された6個の基準点の領域23(231〜236)と、を示している。
このように、自動機能では、基準点の領域23(231〜236)の認識範囲の修正が必要となる場合がある。
手動設定部35は、基準点の領域23(231〜236)の認識を、入力手段36を介して手動により設定するものである。そして手動設定した領域23(231〜236)から、6つの射影座標(un,vn);n=1〜6が算出される。
FIG. 6 shows an X-ray
Thus, in the automatic function, it may be necessary to correct the recognition range of the reference point region 23 (23 1 to 23 6 ).
The
手動で修正した基準点の射影座標(un,vn)を使用して、式(7)から射影行列Pを求めることも可能だが、修正した基準点の座標と射影行列から算出される射影座標がずれてしまう可能性がある。
例えば修正した基準点の射影座標(u1,v1)の位置を正とした場合、式(8)が成立する。さらに式(7)のp14、p24以外の射影行列のパラメータpを式(9)で求める。この式(9)で求めたパラメータpを使用し、式(8)からp14、p24を算出する。
これにより、基準点の射影座標を修正して、正確なX線源11の位置情報(lx,ly,lz)及びX線検出器12の位置情報(cx,cy,cz)及び姿勢情報(ux,uy,uz)(vx,vy,vz)(wx,wy,wz)を求めることができる。
上記は修正した1つの基準点を正とした場合であるが、複数の基準点でも可能である。
Although it is possible to obtain the projection matrix P from Equation (7) using the manually corrected projection coordinates (u n , v n ) of the reference point, the projection calculated from the corrected reference point coordinates and the projection matrix Coordinates may be shifted.
For example, when the position of the projected coordinates (u 1 , v 1 ) of the corrected reference point is positive, Equation (8) is established. Further, parameters p of the projection matrix other than p 14 and p 24 in Expression (7) are obtained by Expression (9). Using the parameter p obtained by the equation (9), p 14 and p 24 are calculated from the equation (8).
As a result, the projection coordinates of the reference point are corrected, and the accurate position information (l x , l y , l z ) of the
The above is a case where one corrected reference point is positive, but a plurality of reference points are also possible.
なお、アライメント調整支援装置30において表示部34及び手動設定部35は、必須の構成要素ではなく、基準点の射影座標(u1,v1)の決定精度が十分に保証されるものであれば、省略することができる。
また、本実施形態は、一対のX線撮影機器10が、空間の座標系(X,Y,Z)に固定されたものを例示しているが、複数対のX線撮影機器10が設置される場合であったり、アイソセンタが中心となるように回転したりする場合も適用することができる。
Note that the
In the present embodiment, a pair of
次に図7のフローチャートに基づいて、放射線治療の一連のプロセス並びに、このプロセスに含まれるアライメント調整支援方法の手順及びアライメント調整支援プログラムのアルゴリズムについて説明する。
なお、このフローチャートにおいて、説明の便宜上、治療計画の段階(S11〜S13)、アライメント調整の段階(S14〜S20)及びビーム照射治療の段階(S22〜S26)を連続的に示しているが、それぞれの段階は独立した作業工程である。
アライメント調整の作業が定期的に行われる場合、患者治療の一連の工程において、アライメント調整の段階は、治療計画の段階に先立って実施される場合や、省略される場合もありうる。
Next, based on the flowchart of FIG. 7, a series of processes of radiation therapy, a procedure of an alignment adjustment support method included in this process, and an algorithm of an alignment adjustment support program will be described.
In this flowchart, for convenience of explanation, the treatment planning stage (S11 to S13), the alignment adjustment stage (S14 to S20), and the beam irradiation treatment stage (S22 to S26) are shown continuously. This stage is an independent work process.
When the alignment adjustment operation is performed periodically, the alignment adjustment step may be performed prior to the treatment planning step or may be omitted in a series of patient treatment steps.
まず、治療計画の段階において、ベッド16に固定した患者15を、X線CT装置等にかけて、患部が包含された体内の立体像(ボクセルデータ)を撮像する(S11)。
そして、このボクセルデータから特定した患部の領域に基づいて、治療ビームの照射位置、照射角度、照射範囲、放射線量、回数などの条件を決定する(S12)。
First, at the stage of the treatment plan, the patient 15 fixed to the
Based on the region of the affected area identified from the voxel data, conditions such as the treatment beam irradiation position, irradiation angle, irradiation range, radiation dose, and number of times are determined (S12).
そして、X線源11及びX線検出器12の設計情報45から設定された仮想視点及び仮想平面に基づき、患者15の立体像(ボクセルデータ)を、平面上に再構成したDRR画像を生成する(S13)。
Then, based on the virtual viewpoint and virtual plane set from the
次に、X線源11及びX線検出器12のアライメント調整の段階において、リファレンス体21を、治療空間(X,Y,Z座標系)の所定位置に配置して、基準点20(201〜206)の位置決めを行う(S14)。
X線源11から出力したX線を、基準点20(201〜206)に放射し、X線検出器12上に射影し、リファレンス体21のX線透視画像13aを撮影する(S15)。
そして、この透視画像13aから認識された基準点の領域23(231〜236)の各々から、射影座標(un,vn);n=1〜6を決定する(S16)。
Then, at the stage of alignment of the
The X-ray output from the
Then, from each of the regions 23 of the recognized reference points from the
さらに空間の座標系における基準点の空間座標(Xn,Yn,Zn);n=1〜6を、対応する射影座標(un,vn);n=1〜6に、座標変換する射影行列Pを導出する(S17)。
そして、この射影行列Pに基づき、空間の座標系におけるX線源11の位置情報(lx,ly,lz)、X線検出器12の位置情報(cx,cy,cz)及び姿勢情報(ux, uy,uz)(vx,vy,vz)(wx,wy,wz)を演算する(S18)。
Further, the space coordinates (X n , Y n , Z n ) of the reference point in the space coordinate system; n = 1 to 6 are converted into corresponding projective coordinates (u n , v n ); n = 1 to 6 A projection matrix P to be derived is derived (S17).
Based on the projection matrix P, the position information (l x , l y , l z ) of the
X線源11及びX線検出器12の位置情報等を、設計情報45と対比して、それぞれの差分を計算する(S19)。そして、この差分が許容範囲を外れていれば(S20 No)、X線源11及びX線検出器12のアライメント調整を行い(S21)、その後に再度、リファレンス体21の透視画像13を撮影する(S15〜S19)。
The positional information and the like of the
そして、差分が許容範囲内であれば(S20Yes)、ビーム照射治療の段階に移る。
患者15を固定したベッド16を治療空間の座標系(X,Y,Z)の決定位置に移動し、患者15の患部の位置をアイソセンタに合わせる(S22)。
If the difference is within the allowable range (S20 Yes), the process proceeds to the beam irradiation treatment stage.
The
X線撮影機器10で患者15のX線透視画像13bを1枚撮影し(S23)、このX線透視画像13bとDRR画像とを対比する(S24)。
そして、両者が許容範囲内で一致していなければ(S25 No)、ベッド16の移動を再調整する(S21〜S22)。
そして、両者が許容範囲内で一致していれば(S25 Yes)、治療ビームを患部に照射する(S26 END)。
One X-ray
And if both do not correspond within an allowable range (S25 No), the movement of the
And if both correspond in the tolerance | permissible_range (S25 Yes), a treatment beam is irradiated to an affected part (S26 END).
以上述べた少なくともひとつの実施形態のX線撮影機器のアライメント調整支援装置によれば、6つの基準点を含むリファレンス体のX線透視画像を1枚撮影するだけで、X線源の位置、X線検出器の位置及び姿勢に関する情報を演算することができる。これにより、機械的な機構を特別に設ける必要が無く、また作用者が特殊な技能を習得する必要もなく、X線撮影機器を構成するX線源及びX線検出器のアライメント調整をすることができる。 According to the alignment adjustment support device for an X-ray imaging apparatus of at least one embodiment described above, the position of the X-ray source, X Information about the position and orientation of the line detector can be calculated. As a result, it is not necessary to provide a special mechanical mechanism, and the operator does not need to acquire special skills, and the alignment adjustment of the X-ray source and X-ray detector constituting the X-ray imaging apparatus is performed. Can do.
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。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, changes, and combinations can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
以上説明したアライメント調整支援装置は、専用のチップ、FPGA(Field Programmable Gate Array)、GPU(Graphics Processing Unit)、又はCPU(Central Processing Unit)などのプロセッサを高集積化させた制御装置と、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。 The alignment adjustment support apparatus described above includes a control device in which a processor such as a dedicated chip, FPGA (Field Programmable Gate Array), GPU (Graphics Processing Unit), or CPU (Central Processing Unit) is highly integrated, and ROM ( Storage devices such as Read Only Memory (RAM) and Random Access Memory (RAM), external storage devices such as HDD (Hard Disk Drive) and SSD (Solid State Drive), display devices such as a display, and inputs such as a mouse and a keyboard The apparatus and the communication I / F are provided, and can be realized by a hardware configuration using a normal computer.
またアライメント調整支援装置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。 A program executed by the alignment adjustment support apparatus is provided by being incorporated in advance in a ROM or the like. Alternatively, this program is stored in a computer-readable storage medium such as a CD-ROM, CD-R, memory card, DVD, or flexible disk (FD) as an installable or executable file. You may make it do.
また、本実施形態に係るX線撮影機器のアライメント調整支援装置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。
また、このアライメント調整支援装置は、構成要素の各機能を独立して発揮する別々のモジュールを、ネットワーク又は専用線で相互に接続し、組み合わせて構成することもできる。
Further, the program executed by the alignment adjustment support apparatus of the X-ray imaging apparatus according to the present embodiment may be stored on a computer connected to a network such as the Internet and provided by being downloaded via the network. .
In addition, this alignment adjustment support device can be configured by combining separate modules that perform each function of the components independently by a network or a dedicated line.
10…X線撮影機器、11…X線源、12…X線検出器、13a,13b…X線透視画像、15…患者、16…ベッド、20(201〜206)…基準点、21…リファレンス体、23(231〜236)…基準点の領域、30…アライメント調整支援装置、31…透視画像入力部、32…基準点射影座標決定部、33…射影行列導出部、34…表示部、35…手動設定部、36…入力手段、37a,37b…記憶部、41…第1演算部、41a…X線源位置演算部、41b…X線検出器位置演算部、41c…X線検出器姿勢演算部、42…第2演算部、43…第3演算部、45…設計情報、P…射影行列。
10 ... X-ray imaging device, 11 ... X-ray source, 12 ... X-ray detector, 13a, 13b ... X-ray fluoroscopic image, 15 ... patient, 16 ... bed, 20 (20 1 to 20 6) ... reference point, 21 Reference body, 23 (23 1 to 23 6 ) ... reference point region, 30 ... alignment adjustment support device, 31 ... perspective image input unit, 32 ... reference point projection coordinate determination unit, 33 ... projection matrix derivation unit, 34 ...
Claims (6)
前記透視画像の座標系において、認識された前記6個の基準点の領域から、各々の領域を代表する6つの射影座標を決定する決定部と、
前記空間の座標系における前記6個の基準点の空間座標を、対応する前記6つの射影座標に、座標変換する射影行列を導出する導出部と、
前記射影行列に基づき、前記空間の座標系における前記X線源の位置情報、並びに前記X線検出器の位置情報及び姿勢情報を演算する第1演算部と、を備えることを特徴とするX線撮影機器のアライメント調整支援装置。 X-rays output from the X-ray source are emitted to at least six reference points positioned in the coordinate system of the space where the X-ray source and the X-ray detector are installed, and projected onto the X-ray detector. A fluoroscopic image input unit for inputting the fluoroscopic image;
In the coordinate system of the perspective image, a determination unit that determines six projective coordinates representing each region from the recognized regions of the six reference points;
A derivation unit for deriving a projection matrix for coordinate conversion of the spatial coordinates of the six reference points in the coordinate system of the space into the corresponding six projection coordinates;
An X-ray comprising: a first calculation unit that calculates position information of the X-ray source in the coordinate system of the space and position information and posture information of the X-ray detector based on the projection matrix. Alignment support device for photographic equipment.
前記空間の座標系における前記X線源の設計情報とその前記位置情報とに基づいて、前記X線源の調整量を演算する第2演算部と、
前記空間の座標系における前記X線検出器の設計情報とその前記位置情報及び前記姿勢情報とに基づいて、前記X線検出器の調整量を演算する第3演算部と、を備えることを特徴とするX線撮影機器のアライメント調整支援装置。 In the alignment adjustment assistance apparatus of the X-ray imaging apparatus of Claim 1,
A second calculator that calculates an adjustment amount of the X-ray source based on design information of the X-ray source in the coordinate system of the space and the position information;
A third operation unit that calculates an adjustment amount of the X-ray detector based on design information of the X-ray detector in the coordinate system of the space, the position information, and the posture information. An alignment adjustment support apparatus for X-ray imaging equipment.
前記透視画像を表示するとともに認識された前記基準点の領域を前記透視画像に重ね書き表示させる表示部を備えることを特徴とするX線撮影機器のアライメント調整支援装置。 In the alignment adjustment assistance apparatus of the X-ray imaging apparatus of Claim 1 or Claim 2,
An alignment adjustment support apparatus for an X-ray imaging apparatus, comprising: a display unit that displays the fluoroscopic image and displays the recognized reference point region overlaid on the fluoroscopic image.
前記基準点の領域の認識を手動設定により行う手動設定部を備えることを特徴とするX線撮影機器のアライメント調整支援装置。 In the alignment adjustment assistance apparatus of the X-ray imaging apparatus of Claim 3,
An alignment adjustment support apparatus for an X-ray imaging apparatus, comprising: a manual setting unit that performs manual setting for recognizing the reference point region.
前記X線源から出力したX線を、6個の基準点に放射するステップと、
前記X線検出器上に射影させた透視画像を入力するステップと、
前記透視画像の座標系において、認識された前記6個の基準点の領域から、各々の領域を代表する6つの射影座標を決定するステップと、
前記空間の座標系における前記6個の基準点の空間座標を、対応する前記6つの射影座標に、座標変換する射影行列を導出するステップと、
前記射影行列に基づき、前記空間の座標系における前記X線源の位置情報、並びに前記X線検出器の位置情報及び姿勢情報を演算するステップと、を含むことを特徴とするX線撮影機器のアライメント調整支援方法。 Positioning at least six reference points in a coordinate system of a space in which the X-ray source and the X-ray detector are installed;
Emitting X-rays output from the X-ray source to six reference points;
Inputting a fluoroscopic image projected on the X-ray detector;
Determining, in the coordinate system of the perspective image, six projected coordinates representing each region from the recognized regions of the six reference points;
Deriving a projection matrix for coordinate transformation of the spatial coordinates of the six reference points in the spatial coordinate system into the corresponding six projected coordinates;
Calculating the position information of the X-ray source in the coordinate system of the space and the position information and posture information of the X-ray detector based on the projection matrix. Alignment support method.
X線源及びX線検出器が設置された空間の座標系に位置決めされた少なくとも6個の基準点に、前記X線源から出力したX線を放射させ、前記X線検出器上に射影させた透視画像を入力するステップ、
前記透視画像の座標系において、認識された前記6個の基準点の領域から、各々の領域を代表する6つの射影座標を決定するステップ、
前記空間の座標系における前記6個の基準点の空間座標を、対応する前記6つの射影座標に、座標変換する射影行列を導出するステップ、
前記射影行列に基づき、前記空間の座標系における前記X線源の位置情報、並びに前記X線検出器の位置情報及び姿勢情報を演算するステップ、を実行させることを特徴とするX線撮影機器のアライメント調整支援プログラム。 On the computer,
X-rays output from the X-ray source are emitted to at least six reference points positioned in the coordinate system of the space where the X-ray source and the X-ray detector are installed, and projected onto the X-ray detector. Inputting a transparent image,
Determining, in the coordinate system of the perspective image, six projective coordinates representing each area from the recognized areas of the six reference points;
Deriving a projection matrix for coordinate conversion of the spatial coordinates of the six reference points in the spatial coordinate system into the corresponding six projected coordinates;
An X-ray imaging apparatus, comprising: executing position information of the X-ray source in the coordinate system of the space, and position information and posture information of the X-ray detector based on the projection matrix. Alignment support program.
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