JP4519553B2 - 放射線照射制御方法および装置並びにプログラム - Google Patents

Description

本発明は、放射線照射制御方法および装置並びにそのためのプログラムに関し、詳しくは、所望の呼吸位相状態にある被検体の放射線画像を取得するための放射線照射制御方法および装置並びにそのためのプログラムに関するものである。

従来、胸部放射線写真や腹部放射線写真（デジタル画像を含む）は、診断のための読影に供される写真として撮影・取得されている。一般に、胸部放射線写真の場合は、胸部の撮影範囲が最も広くなるように、被検体である患者が最大吸気状態のときに撮影したり、呼吸中の胸部の様子を見るために各呼吸位相で連続的に撮影したりする場合があり、また、腹部放射線写真の場合は、腹部の撮影範囲が最も広くなるように、被検体が最大呼気状態のときに撮影したりする。このように、胸部放射線写真や腹部放射線写真は、目的に応じて所望の呼吸位相において撮影されている。

ところで、被検体の呼吸位相は被検体自身がコントロールし得るものであるから、上記のような所望の呼吸位相にある被検体を撮影する場合には、撮影技師が被検体に指示を出して、被検体に所望の呼吸位相状態をとってもらうのが一般的である。

ところが、被検体が乳幼児等、撮影技師とコミュニケーションをとることが難しい者である場合や、被検体の呼吸動態を表す画像を取得するために各呼吸位相で連続的に撮影したい場合には、被検体に所望の呼吸位相状態を取ってもらうことが難しくなる。

そこで、被検体の呼吸位相を何らかの手段で検出して、所望の呼吸位相に同期して放射線撮影を行う手法が種々提案されている。

例えば、被検体を連続的にＸ線撮影して得られるＸ線動画像によって呼吸位相を検出し、所望の呼吸位相に同期して被検体を撮影する手法（例えば、特許文献１〜３等）や、ＬＥＤやＬＤ（レーザーダイオード）等を備えた距離測定手段を用いて被検体の体表面の変位を計測することにより被検体の呼吸位相を検出し、所望の呼吸位相に同期して被検体を撮影する手法（例えば、特許文献４〜８等）が提案されている。
特開２００３−２９０１８４公報 特開２００３−２９０２０２公報 特開２００３−２９８９３９公報 特開２０００−２０１９２２公報 特開２００１−２９９９４２公報 特開２００２−３６０５４３公報 特開２００４−８３７０公報 特開２００４−５７５５９公報

しかしながら、Ｘ線動画像によって呼吸位相を検出して撮影する手法では、被検体の被爆量が増大するので好ましくないし、また、距離測定手段を用いて被検体の体表面の変位を計測することによって呼吸位相を検出して撮影する手法では、被検体の体表面の位置を直接的に測定するので、被検者の体位変動による呼吸位相の誤検出が生じやすく、呼吸位相の検出精度が安定しないという問題がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、被検体の被爆量を抑えつつ、安定した精度で呼吸位相を検出して、所望の呼吸位相に同期して被検体へ放射線を照射することが可能な放射線照射制御方法および装置並びにそのためのプログラムを提供することを目的とするものである。

なお、特開平６−５４９１６号公報において、テレビカメラで患者の胸部または腹部を撮像してデジタル画像を取得し、当該画像の濃度、分散値などの特徴量の周期的な変化に基づいて呼吸位相を検出し、所望の呼吸位相に同期して治療用の放射線を照射する手法が提案されているが、当該手法は、呼吸位相の検出に画像の形状ではなく画像の濃度や分散値等の特徴量を用いており、また、放射線撮影ではなく放射線治療を行うものであり、本願発明とは異なる。

本発明の放射線照射制御方法は、呼吸により少なくとも一部の幾何学的特徴が変化する被検体を連続的に撮像して該被検体の光学画像を順次取得すると同時に、該光学画像における前記被検体の前記幾何学的特徴に基づいて前記被検体の呼吸位相を検出し、前記撮像中に、前記検出された呼吸位相が所望の呼吸位相に一致した時点で前記被検体に放射線が照射されるように、該放射線の線源を制御することを特徴とする方法である。

本発明の放射線放射制御装置は、呼吸により少なくとも一部の幾何学的特徴が変化する被検体を連続的に撮像して該被検体の光学画像を順次取得する光学画像取得手段と、前記撮像と同時に、前記光学画像における前記被検体の前記幾何学的特徴に基づいて前記被検体の呼吸位相を逐次検出する呼吸位相検出手段と、前記被検体に放射線を照射する放射線源と、前記撮像中に、前記検出された呼吸位相が所望の呼吸位相に一致した時点で前記被検体に前記放射線を照射するように、前記放射線源を制御する制御手段とを備えたことを特徴とするものである。

本発明のプログラムは、コンピュータを、呼吸により少なくとも一部の幾何学的特徴が変化する被検体を連続的に撮像して取得された該被検体の光学画像を順次入力され、該光学画像における前記被検体の前記幾何学的特徴に基づいて前記被検体の呼吸位相を逐次検出する呼吸位相検出手段と、前記撮像中に、前記検出された呼吸位相が所望の呼吸位相に一致した時点で前記被検体に放射線が照射されるように、該放射線の線源を制御する制御手段として機能させるためのプログラムである。

「幾何学的特徴」としては、例えば、被検体の輪郭、被検体の陰影部分、被検体に配されたマーカ等を考えることができる。

「幾何学的特徴」が「被検体の陰影部分」である場合には、被検体の陰影部分（例えば、鎖骨や肋骨等の陰影部分）を光学画像の被写体領域内のエッジとしてエッジ検出フィルタ（Ｓｏｂｅｌフィルタ、ラプラシアンフィルタ等）を用いて検出し、検出したエッジ位置の呼吸よる変化に基づいて呼吸位相を検出する。エッジ位置の変化を知るには、連続的に撮像された光学画像おいて時間的に隣接するフレームの光学画像間でどのエッジが対応しているかを知る必要があるが、光学画像のビデオレートは比較的高速（例えば、３０フレーム／秒）にすることが可能なので、時間的に隣接するフレームの光学画像間でエッジ位置は大幅に変化しないため、光学画像間で位置が近接しているエッジが対応しているとすればよい。なお、エッジ位置の変化を検出する際には、時間的に隣接する光学画像間でエッジ画像の差分を求めれば、呼吸によって変化しないエッジが消去されるので、エッジ位置の変化をより求め易くなる。

また、「幾何学的特徴」が「被検体に配されたマーカ」である場合には、被検体にマーカを貼り付け、光学画像上でのマーカを周知のパターン認識技術を用いて検出し、検出したマーカの動きに基づいて呼吸位相を検出する。この場合、マーカは、放射線の吸収が被検体に比べて十分小さく、かつ光学画像上で識別し易いものとする。例えば、布材からなり、生体には存在しない色付き（赤、緑、青等）や幾何学的模様（十字、星型、三角形等）であり、光学撮影系の解像度で識別可能な程度の大きさを有し、呼吸によって動く位置（胸部の上部や腹部等）に配置されたものを考えることができる。なお、配置方法としては、被検体の表面または着衣上に直接貼り付ける方法のほか、マーカが固着された放射線撮影用衣を着用する方法等が考えられる。

ここで、「光学画像」とは、被写体で反射された可視光を光学的に検出して得られる画像であり、被写体を透過した放射線を検出して得られる放射線画像とは異なる画像である。

本発明の放射線照射制御装置において、前記光学画像取得手段は、予め、少なくとも前記被検体が最大吸気状態と最大呼気状態のいずれか一方の状態から他方の状態になるまでの間に前記被検体を連続的に撮像して複数の予備光学画像を取得するものであり、前記呼吸位相検出手段は、前記予備光学画像および前記光学画像の所定の局所的な参照領域内における前記被検体の呼吸により変化する輪郭を抽出する輪郭抽出手段と、前記複数の予備光学画像における前記輪郭の最大変位量を算出する最大変位量算出手段と、前記光学画像取得手段により取得された時系列の前記光学画像に基づいて前記光学画像における前記輪郭の変位の向きを順次検出し、該変位の向きが反転したときの前記輪郭の位置を基準として前記輪郭の変位量を逐次計測する変位量計測手段と、前記最大変位量に対する前記輪郭の変位量に基づいて前記被検体の呼吸位相を検出する位相検出手段とを備えたものであってもよい。

この場合における本発明の放射線照射制御装置において、前記輪郭抽出手段は、前記光学画像取得手段により取得された時間的に隣接する２つの前記光学画像における前記所定の参照領域内の画像間で減算処理をしてその差分を表す局所差分画像を生成する局所差分画像生成手段を備え、前記局所差分画像が表す差分に基づいて前記輪郭を抽出するものであってもよい。

これらの場合における本発明の放射線照射制御装置において、前記呼吸位相検出手段は、前記複数の予備光学画像について、時間的に隣接する各２つの前記予備光学画像間で減算処理をしてその差分を表す各予備差分画像を生成する予備差分画像生成手段と、前記予備差分画像の各々が表す差分のうち最大の面積を有する差分領域を含む局所領域に対応する前記光学画像における局所領域を前記所定の参照領域として設定する参照領域設定手段とをさらに備えたものであってもよい。

また、本発明において、前記所望の呼吸位相は、前記被検体の最大吸気状態から最大呼気状態までの間の複数の呼吸位相であってもよい。

本発明の放射線照射制御方法および装置並びにそのためのプログラムによれば、被検体が被爆しない光学画像を用いて被検体の呼吸位相を検出しているので、被検体の放射線動画像を用いて被検体の呼吸位相を検出する方法と異なり、被検体の被爆は実際の放射線撮影時のみに限定することができ、また、光学画像における被検体の幾何学的特徴の変位に基づいて呼吸位相を検出しているので、被検体の体表面の変位量をＬＥＤやＬＤ等を備えた距離測定手段を用いて直接的に計測して呼吸位相を検出する方法と異なり、被検体の体位変動による呼吸位相の検出誤差を抑えることができ、被検体の被爆量を抑えつつ、安定した精度で呼吸位相を検出して、所望の呼吸位相に同期して被検体へ放射線を照射することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る放射線撮像システム１００の概観の一例を示す図であり、図２は、本実施形態に係る放射線撮像システム１００の構成の一例を示す図である。

放射線撮像システム１００は、放射線１０２を被検体１０４に照射する放射線源１０６と、放射線源１０６から照射され被検体１０４を透過した放射線を検出して被検体１０４の放射線画像Ｐ１〜Ｐｍ（ｍは後述の所望の呼吸位相の数）を取得する放射線画像取得部１０８と、呼吸により輪郭が変化する被検体１０４を連続的に撮像して被検体１０４の光学画像Ｆｉ（ｉは任意のフレーム番号）を順次取得する光学画像取得部１１０と、上記撮像と同時に、光学画像取得部１１０が取得した光学画像Ｆｉにおける被検体１０４の輪郭Ｃｉに基づいて被検体１０４の呼吸位相Ｔｉを検出する呼吸位相検出部１２０と、上記撮像中に、呼吸位相検出部１２０が検出した呼吸位相Ｔｉが所望の呼吸位相Ｔｄ１〜Ｔｄｍに一致した時点で被検体１０４に放射線１０２を照射するように放射線源１０６を制御する制御部１３０と、放射線画像取得部１０８が取得した放射線画像Ｐｉ、光学画像取得部１１０が取得した光学画像Ｆｉ等の各種画像を格納する画像メモリ１４０とを備える。

なお、光学画像取得部１１０は、実際に被検体１０４の呼吸位相Ｔｉを検出するための、いわゆる本撮像とは別に、予め、少なくとも被検体１０４が最大吸気状態と最大呼気状態のいずれか一方の状態から他方の状態になるまでの間に被検体１０４を連続的に撮像して複数の予備光学画像Ｆｐ１，Ｆｐ２，・・・，Ｆｐｎ（ｎは取得した予備光学画像の数）を取得するものである。

また、呼吸位相検出部１２０は、複数の予備光学画像Ｆｐ１〜Ｆｐｎについて、時間的に隣接する各２つの予備光学画像間、すなわち、Ｆｐ１、Ｆｐ２間，Ｆｐ２、Ｆｐ３間，・・・，Ｆｐn-1、Ｆｐｎ間で減算処理をしてその差分を表す各予備差分画像Ｓｐ12，Ｓｐ23，・・・，Ｓｐ(n-1)(n)を生成する予備差分画像生成部１２１と、予備差分画像Ｓｐ12〜Ｓｐ(n)(n-1)の各々が表す差分のうち最大の面積を有する差分領域を含む局所領域Ｒｐに対応する光学画像Ｆｉにおける局所領域を参照領域Ｒとして設定する参照領域設定部１２２と、光学画像取得部１１０により取得された時間的に隣接する２つの予備光学画像Ｆｐt-1、Ｆｐｔ（２≦ｔ≦ｎ）あるいは光学画像Ｆi-1、Ｆｉ（２≦ｉ）における参照領域Ｒ内の画像間で減算処理をしてその差分を表す予備局所差分画像Ｓｃｐ(t-1)(t)（２≦ｔ≦ｎ）あるいは局所差分画像Ｓｃ(i-1)(i)（２≦ｉ）を生成する局所差分画像生成部１２３を有し、予備局所差分画像Ｓｃｐ(t-1)(t)あるいは局所差分画像Ｓｃ(i-1)(i)が表す差分に基づいて予備光学画像Ｆｐｔあるいは光学画像Ｆｉの参照領域Ｒ内における被検体１０４の呼吸により変化する予備輪郭Ｃｐｔあるいは輪郭Ｃｉを抽出する輪郭抽出部１２４と、複数の予備光学画像Ｆｐ１〜Ｆｐｎに基づいて予備輪郭Ｃｐｔの最大変位量Ｄmaxを算出する最大変位量算出部１２５と、光学画像取得部１１０が取得した時系列の光学画像Ｆｉに基づいて光学画像における輪郭Ｃｉの変位の向きＶｉを順次検出し、変位の向きが反転したときのその輪郭の位置を基準として輪郭Ｃｉの変位量Ｄｉを逐次計測する変位量計測部１２６と、最大変位量Ｄmaxに対する輪郭Ｃｉの変位量Ｄｉに基づいて被検体１０４の呼吸位相Ｔｉを検出する位相検出部１２７とを備える。

なお、ここでは、放射線画像取得部１０８は、被検体１０４を透過した放射線を検出して放射線画像情報を直接的に電気信号に変換するフラットパネルディテクタであり、光学画像取得部１１０は、可視光を検出して光学画像を取得するＣＣＤカメラである。この光学画像取得部１１０は、被検体１０４に対して放射線源１０６と略同一の方向に配置されることが好ましい。放射線は、Ｘ線、α線、β線、γ線等である。また、上記所望の呼吸位相Ｔｄは、被検体１０４の最大吸気状態から最大呼気状態までの間の複数の呼吸位相であるものとする。

なお、本実施形態においては、光学画像取得部１１０は被検体１０４の上半身部分をその背面から撮像し、放射線源１０６と放射線画像取得部１０８とにより被検体１０４の胸部放射線画像を取得するものとする。

次に、本実施形態に係る放射線撮像システム１００の作用について説明する。図３および図４は、放射線撮像システムの処理フローの前半部と後半部をそれぞれ示した図である。

はじめに、上記参照領域Ｒをどこに設定するか、すなわち、被検体１０４のどの部分の輪郭を参照して被検体１０４の呼吸位相を検出するか決定する。

まず、光学画像取得部１１０により、予め、少なくとも被検体１０４が最大吸気状態と最大呼気状態のいずれか一方の状態から他方の状態になるまでの間に被検体１０４の上半身を連続的に撮像して、複数の予備光学画像Ｆｐ１〜Ｆｐｎを取得する（＃１）。例えば、被検体１０４が呼気と吸気を３回程度繰り返す間に連続的に撮像する。撮像するときのフレームレートは被検体１０４の呼吸周期を考慮して毎秒３〜１０フレーム程度が好ましい。このようにして取得された予備光学画像Ｆｐ１〜Ｆｐｎは、順次、画像メモリ１４０に格納される。

なお、被検体１０４の上半身は、図５に示すように、最大吸気状態において輪郭が最も外側に移動した状態（１０４ａ）となり、最大呼気状態において輪郭が最も内側に移動した状態（１０４ｂ）となる。したがって、これら複数の予備光学画像Ｆｐ１〜Ｆｐｎには、呼吸によって輪郭が少しずつ変化した状態の被検体１０４の上半身がそれぞれ写し込まれることとなり、その輪郭の最大変位量Ｄmax（変化の範囲）を特定し得る情報が含まれる。

予備差分画像生成部１２１は、画像メモリ１４０から当該メモリに格納されている複数の予備光学画像Ｆｐ１〜Ｆｐｎを呼び出し、これら複数の予備光学画像について、時間的に隣接する各２つの予備光学画像Ｆｐt-1、Ｆｐｔ間で減算処理をしてその差分を表す予備差分画像Ｓｐ(t-1)(t)を生成する（＃２）。すなわち、時間の流れとともに、ｎ個の予備光学画像Ｆｐ１，Ｆｐ２，Ｆｐ３，・・・，Ｆｐｎが取得されたとすると、予備光学画像Ｆｐ１とＦｐ２間，Ｆｐ２とＦｐ３間，・・・，Ｆｐn-1とＦｐｎ間でそれぞれ減算処理をして各差分を表す予備差分画像Ｓｐ12，Ｓｐ23，・・・，Ｓｐ(n-1)(n)を生成する。このようにして生成された予備差分画像は、画像メモリ１４０に格納される。図６は、複数の予備光学画像Ｆｐ１〜Ｆｐｎと各予備差分画像Ｓｐ12〜Ｓｐ(n-1)(n)との関係を示す図である。

参照領域設定部１２２は、画像メモリ１４０から予備差分画像Ｓｐ12〜Ｓｐ(n-1)(n)を呼び出し、予備差分画像の各々が表す差分のうち最大の面積を有する差分領域を含む局所領域をＲｐ抽出し、この局所領域Ｒｐに対応する光学画像における局所領域を上記所定の局所的な参照領域Ｒとして設定する（＃３）。これは、最大の面積を有する差分領域近傍が、被検体１０４の輪郭の変化が最も大きくなる場所と推測することができるため、光学画像における被検体１０４の輪郭を高い分解能で抽出し、呼吸位相の検出精度をできるだけ向上させることを目的としている。この参照領域Ｒを設定する方法については、上述のように予備光学画像Ｆｐ１〜Ｆｐｎの解析結果から設定する方法だけでなく、例えば、経験則から得られた適当な領域をプリセットしておき、その領域を参照領域として設定する方法であってもよいし、マニュアルで設定する方法であってもよい。図７は、このようにして光学画像Ｆ上に設定された参照領域Ｒを示す図であり、ここでは、被検体１０４の肩部の領域が参照領域Ｒとして設定されている。

参照領域Ｒが設定されると、輪郭抽出部１２４が、局所差分画像生成部１２３により、光学画像取得部１１０が取得した時間的に隣接する２つの予備光学画像Ｆｐt-1、Ｆｐｔにおける参照領域Ｒ内の画像間で減算処理をしてその差分を表す局所差分画像Ｓｐｃ(t-1)(t)を生成し（＃４）、局所差分画像Ｓｐｃ(t-1)(t)が表す差分に基づいて予備光学画像Ｆｐｔの上記参照領域Ｒ内における被検体１０４の呼吸により変化する予備輪郭Ｃｐｔを抽出する（＃５）。例えば、その差分を当該差分の長手方向の線分に近似し、その線分を被検体１０４の予備輪郭Ｃｐｔとする。そして、最大変位量算出部１２５が、複数の予備光学画像Ｆｐ１〜Ｆｐｎに基づいて予備輪郭Ｃｐｔの変位方向Ｖｐを求め、予備輪郭Ｃｐｔの最大変位量Ｄmaxを算出する（＃６）。この最大変位量Ｄmaxは、後に、光学画像Ｆｉにおける被検体１０４の輪郭Ｃｉの変位量Ｄから被検体１０４の呼吸位相Ｔｉを求める際に利用する。

以上の処理は準備段階の処理であり、これより、被検体１０４の呼吸位相Ｔｉをリアルタイムに検出し、所望の呼吸位相Ｔｄ１〜Ｔｄｍの各呼吸位相状態にある被検体１０４の放射線画像Ｐ１〜Ｐｍを取得する処理に入る。

まずは、光学画像取得部１１０による被検体１０４の連続的な撮像を開始する（＃７）。すなわち、光学画像取得部１１０は呼吸状態にある被検体１０４を毎秒３〜１０フレームというフレームレートで連続的に撮像して被検体１０４の光学画像Ｆｉを順次取得し、光学画像Ｆｉを画像メモリ１４０に格納する。なお、光学画像Ｆｉは、何番目に撮像されたときの画像かが分かるように、そのときのフレーム番号ｉと関連付けて画像メモリ１４０に格納される。

光学画像取得部１１０により被検体１０４の光学画像Ｆｉが１つ取得され、画像メモリ１４０に格納されると、局所差分画像生成部１２３は、画像メモリ１４０から時間的に隣接する最新の２つの光学画像Ｆi-1とＦｉを呼び出し、これら２つの光学画像における参照領域Ｒ内の画像間で減算処理をしてその差分を表す局所差分画像Ｓｃ(i-1)(i)を生成し、減算処理の対象になった光学画像のフレーム番号(i-1)(i)と関連付けて画像メモリ１４０に格納する（＃８）。ただし、画像メモリ１４０に光学画像が２つ以上格納されていない場合には、２つの光学画像が取得され画像メモリ１４０に格納されるまで待機する。

局所差分画像Ｓｃ(i-1)(i)が生成されると、輪郭抽出手段１２４は、画像メモリ１４０から時間的に隣接する最新の２つの局所差分画像Ｓｃ(i-2)(i-1)、Ｓｃ(i-1)(i)を呼び出し、これら２つの局所差分画像に基づいて各局所差分画像における被検体１０４の呼吸により変化する輪郭Ｃi-1、Ｃｉをそれぞれ抽出する（＃９）。ただし、画像メモリ１４０に局所差分画像が２つ以上格納されていない場合には、２つの局所差分画像が生成され画像メモリ１４０に格納されるまで待機する。なお、過去に抽出した輪郭Ｃi-1は再度抽出する処理を省くため記憶しておき、それを利用するようにしてもよい。

輪郭Ｃi-1、Ｃｉが抽出されると、変位量計測部１２６は、抽出したこれら２つの輪郭に基づいて、輪郭の変位の向きＶｉ、すなわち、輪郭が時間の経過とともにどちらの向きに移動しているかを検出する（＃１０）。

輪郭の変位の向きＶｉが検出されると、変位量計測部１２６が、ステップ＃１０で検出された輪郭の変位の向きＶｉが、前回検出された変位の向きＶi-1と異なり、吸気状態または呼気状態に対応する所定の向き（例えば、吸気状態には画像の中心から外側への向きに対応）へ反転したか否かを判定する（＃１１）。所定の向きへ反転したと判定された場合にはステップ＃１２へ移行し、所定の向きへ反転しなかったと判定された場合もしくは前回検出された変位の向きがない場合には、ステップ＃７に戻り、ｉ＝ｉ＋１として、次のフレームに相当する光学画像を取得する。

ステップ＃１２では、変位量計測部１２６が、輪郭の変位の向きが反転したときのその輪郭の位置を基準として輪郭Ｃｉの変位量Ｄｉを計測する（＃１２）。

そして、位相検出部１２７が、先に求められている輪郭の最大変位量Ｄmaxに対する現在の輪郭Ｃｉの変位量Ｄｉに基づいて被検体１０４の呼吸位相Ｔｉを検出する（＃１３）。例えば、輪郭の変位の向きが画像の中心に向かう向きから外側へ向かう向きへと反転したときを基準として輪郭の変位量を計測している場合であって、最大変位量Ｄmaxが１００pixelであれば、輪郭の現在の変位量Ｄｉが１０pixelのときに、現在の呼吸位相Ｔｉを、最大呼気状態から呼吸周期の１／１０分だけ進んだ呼吸位相として検出することができる。

制御部１３０は、検出された呼吸位相Ｔｉが所望の呼吸位相Ｔｄ１〜ＴｄｍのいずれかＴｄｋ（１≦ｋ≦ｍ）と一致しているか否かを判定し（＃１４）、一致していると判定されたときにはその時点で、放射線源１０６に放射線１０２を放射させる制御信号Ｙ１を送って、被検体１０４に放射線１０２を放射するとともに、放射線画像取得部１０８にも制御信号Ｙ２を送り、そのときの被検体１０４の放射線画像Ｐｋを取得し、画像メモリ１４０に格納する（＃１５）。一方、検出された呼吸位相Ｔｉが所望の呼吸位相Ｔｄ１〜Ｔｄｍのいずれでもないときは、ステップ＃１８へ移行する。

ステップ＃１８では、光学画像取得部１１０により、ｉ＝ｉ＋１として被検体１０４の次のフレームに相当する光学画像Ｆｉが１つ取得され、画像メモリ１４０に格納されると、局所差分画像生成部１２３は、画像メモリ１４０から時間的に隣接する最新の２つの光学画像Ｆi-1、Ｆｉを呼び出し、これら２つの光学画像における参照領域Ｒ内の画像間で減算処理をしてその差分を表す局所差分画像Ｓｃ(i-1)(i)を生成し、減算処理の対象になった光学画像のフレーム番号(i-1)(i)と関連付けて画像メモリ１４０に格納する（＃１８）。

局所差分画像Ｓｃ(i-1)(i)が生成されると、輪郭抽出手段１２４は、画像メモリ１４０から時間的に隣接する最新の２つの局所差分画像Ｓｃ(i-2)(i-1)、Ｓｃ(i-1)(i)を呼び出し、これら２つの局所差分画像に基づいて各局所差分画像における被検体１０４の部分的な輪郭Ｃi-1、Ｃｉをそれぞれ抽出する（＃１９）。輪郭Ｃi-1、Ｃｉが抽出されると、上記ステップ＃１２へ戻る。

ステップ＃１５において、被検体１０４の放射線画像Ｐが取得されると、制御部１３０は、さらに、すべての所望の呼吸位相Ｔｄ１〜Ｔｄｍにおける放射線画像Ｐ１〜Ｐｍの取得が完了したか否かを判定し（＃１６）、完了している場合は、被検体１０４の撮像を中止し（＃１７）、処理を終える。完了していない場合には、ステップ＃１８に戻る。

このようにして、すべての所望の呼吸位相における放射線画像Ｐ１〜Ｐｍの取得が完了するまで、上述のような処理を繰り返すこととなる。

このように、上記実施形態による、本発明の放射線照射制御装置が適用された放射線撮像システム１００によれば、被検体１０４が被爆しない光学画像Ｆｉを用いて被検体１０４の呼吸位相Ｔｉを検出しているので、被検体の放射線動画像を用いて被検体の呼吸位相を検出する方法と異なり、被検体１０４の被爆は実際の放射線撮影時のみに限定することができ、また、光学画像Ｆｉにおける被検体１０４の輪郭Ｃｉの変位に基づいて呼吸位相Ｔｉを検出しているので、被検体の体表面の変位量をＬＥＤやＬＤ等を備えた距離測定手段を用いて直接的に計測して呼吸位相を検出する方法と異なり、被検体１０４の体位変動による呼吸位相Ｔｉの検出誤差を抑えることができ、被検体１０４の被爆量を抑えつつ、安定した精度で呼吸位相Ｔｉを検出して、所望の呼吸位相Ｔｄ１〜Ｔｄｍに同期して被検体１０４へ放射線１０２を照射することが可能となる。

なお、上記実施形態においては、輪郭Ｃｉの変位量Ｄｉを計測する際に、その変位の基準を輪郭の変位の向きが反転したときのその輪郭の位置に固定するようにしているが、他の方法として、例えば、検出した呼吸位相Ｔｉが所望の呼吸位相Ｔｄ１〜Ｔｄｍのいずれかに一致する毎にリセットし、その各時点での輪郭の位置を基準に設定しなすようにしてもよい。このように基準をリセットすることにより、撮像中に被検体１０４の体位が変動してしまった場合であっても、その影響による呼吸位相Ｔｉの検出誤差を抑える効果が期待できる。

また、上記実施形態においては、被検体１０４の輪郭Ｃｉを局所差分画像Ｓｐ(i-1)(i)に基づいて抽出しているが、他の方法として、被検体１０４の輪郭Ｃｉを光学画像Ｆｉに基づいてエッジ検出処理等により直接抽出するようにしてもよい。

また、上記実施形態においては、被検体１０４の上半身をその背面から撮像し、肩部の輪郭の変位を見て呼吸位相Ｔｉを検出しているが、例えば、図８に示すように、被検体１０４の腹部をその側面方向から撮像し、腹部表面（背中表面でもよい）の変位を見て呼吸位相Ｔｉを検出するようにしてもよい。この場合、輪郭が大きく変化する部分が腹部表面であり、その位置がどのあたりであるかを把握することができるので、上記実施形態のように、参照領域Ｒを探索する形態をとらずに、予め、腹部に相当する所定の局所領域を参照領域Ｒとして設定しておいてもよい。図９は、このようにして腹部を撮像した場合に得られる光学画像Ｆｉの一例を示す図であり、被検体１０４は、最大呼吸状態のときに１０４ａ、最大呼気状態のときに１０４ｂの輪郭になる。

放射線撮像システム１００の概観の一例を示す図である。 放射線撮像システム１００の構成の一例を示す図である。 放射線撮像システム１００における処理フロー（前半部）を示す図である。 放射線撮像システム１００における処理フロー（後半部）を示す図である。 被検体１０４の最大吸気状態と最大呼気状態の輪郭を示す図である。 予備光学画像と予備差分画像との関係を示す図である。 光学画像上に設定された参照領域Ｒを示す図である。 被検体の腹部をその側面方向から撮像して光学画像を得る場合の放射線撮像システム１００の実施形態を示す図である。 被検体１０４の腹部を側面方向から撮像したときに得られる光学画像の一例を示す図である。

符号の説明

１００ 放射線撮像システム
１０２ 放射線
１０４ 被検体
１０６ 放射線源
１０８ 放射線画像取得部
１１０ 光学画像取得部
１２０ 呼吸位相検出部
１２１ 予備差分画像生成部
１２２ 参照領域設定部
１２３ 局所差分画像生成部
１２４ 輪郭抽出部
１２５ 最大変位量算出部
１２６ 変位量計測部
１２７ 位相検出部
１３０ 制御部
１４０ 画像メモリ

Claims (5)

1. 呼吸により少なくとも一部の幾何学的特徴が変化する被検体を連続的に撮像して該被検体の光学画像を順次取得する光学画像取得手段と、
   前記撮像と同時に、前記光学画像における前記被検体の前記幾何学的特徴に基づいて前記被検体の呼吸位相を逐次検出する呼吸位相検出手段と、
   前記被検体に放射線を照射する放射線源と、
   前記撮像中に、前記検出された呼吸位相が所望の呼吸位相に一致した時点で前記被検体に前記放射線を照射するように、前記放射線源を制御する制御手段とを備え、
   前記光学画像取得手段が、予め、少なくとも前記被検体が最大吸気状態と最大呼気状態のいずれか一方の状態から他方の状態になるまでの間に前記被検体を連続的に撮像して複数の予備光学画像を取得するものであり、
   前記呼吸位相検出手段が、
   前記予備光学画像および前記光学画像の所定の局所的な参照領域内における前記被検体の呼吸により変化する輪郭を抽出する輪郭抽出手段と、
   前記複数の予備光学画像における前記輪郭の最大変位量を算出する最大変位量算出手段と、
   前記光学画像取得手段により取得された時系列の前記光学画像に基づいて前記光学画像における前記輪郭の変位の向きを順次検出し、該変位の向きが反転したときの前記輪郭の位置を基準として前記輪郭の変位量を逐次計測する変位量計測手段と、
   前記最大変位量に対する前記輪郭の変位量に基づいて前記被検体の呼吸位相を検出する位相検出手段とを備えたものであることを特徴とする放射線照射制御装置。
2. 前記輪郭抽出手段が、前記光学画像取得手段により取得された時間的に隣接する２つの前記光学画像における前記所定の参照領域内の画像間で減算処理をしてその差分を表す局所差分画像を生成する局所差分画像生成手段を備え、
   前記局所差分画像が表す差分に基づいて前記輪郭を抽出するものであることを特徴とする請求項１記載の放射線照射制御装置。
3. 前記呼吸位相検出手段が、
   前記複数の予備光学画像について、時間的に隣接する各２つの前記予備光学画像間で減算処理をしてその差分を表す各予備差分画像を生成する予備差分画像生成手段と、
   前記予備差分画像の各々が表す差分のうち最大の面積を有する差分領域を含む局所領域に対応する前記光学画像における局所領域を前記所定の参照領域として設定する参照領域設定手段とをさらに備えたものであることを特徴とする請求項１または２記載の放射線照射制御装置。
4. 前記所望の呼吸位相が、前記被検体の最大吸気状態から最大呼気状態までの間の複数の呼吸位相であることを特徴とする請求項１から３いずれか記載の放射線照射制御装置。
5. コンピュータを、
   呼吸により少なくとも一部の幾何学的特徴が変化する被検体を連続的に撮像して取得された該被検体の光学画像を順次入力され、該光学画像における前記被検体の前記幾何学的特徴に基づいて前記被検体の呼吸位相を逐次検出する呼吸位相検出手段であって、
   予め、少なくとも前記被検体が最大吸気状態と最大呼気状態のいずれか一方の状態から他方の状態になるまでの間に前記被検体を連続的に撮像して取得された複数の予備光学画像を入力され、
   前記予備光学画像および前記光学画像の所定の局所的な参照領域内における前記被検体の呼吸により変化する輪郭を抽出する輪郭抽出手段と、
   前記複数の予備光学画像における前記輪郭の最大変位量を算出する最大変位量算出手段と、
   前記光学画像取得手段により取得された時系列の前記光学画像に基づいて前記光学画像における前記輪郭の変位の向きを順次検出し、該変位の向きが反転したときの前記輪郭の位置を基準として前記輪郭の変位量を逐次計測する変位量計測手段と、
   前記最大変位量に対する前記輪郭の変位量に基づいて前記被検体の呼吸位相を検出する位相検出手段とを備えてなる呼吸位相検出手段と、
   前記撮像中に、前記検出された呼吸位相が所望の呼吸位相に一致した時点で前記被検体に放射線が照射されるように、該放射線の線源を制御する制御手段として機能させるためのプログラム。

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