JP5730329B2 - 動きの存在下での3d空間におけるx線マーカ位置特定のための方法 - Google Patents
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Description
[0060]マーカが患者に配置された後、患者の頭部等、患者の走査が行われ、一連の射影画像を表す得られた画像データは、コンピュータ14(図2参照)へ伝送される。図3は、8個のマーカ点102を含む例示的な射影画像100を示す。生成された射影画像を患者の動きに対して補正する最初のステップとして、コンピュータ14は、生成された射影画像を処理して、各画像内のマーカ点を識別する。図4は、本発明の一実施形態によるマーカ点識別方法60を示す。マーカ点識別方法60は、EPU42がマーカ識別モジュール50を実行するときに、コンピュータ14のEPU42によって実行される。
[0076]マーカ点識別方法60を使用して画像内でマーカ点が識別された後でも、これらのマーカ点を使用して運動補正を実行する前に、マーカ点を更に又はより正確に定める必要があることがある。具体的には、マーカ点識別方法60によって提供されるピクセル解像度(サブピクセル)より更に良好な解像度まで、マーカ点の有効な2次元位置を知る必要があることがある。ピクセル解像度の1/8程度まで小さい解像度が必要とされることがある。この場合も、これは、画像内でも画像間でも大いに変動する背景の存在下で行わなければならない。図11は、本発明の一実施形態によるマーカ点サブピクセル位置特定方法110を示す。マーカ点サブピクセル位置特定方法110は、EPU42がマーカ点サブピクセル位置特定モジュール52を実行するときに、コンピュータ14のEPU42によって実行される。幾つかの実施形態では、マーカ点サブピクセル位置特定方法110では、後述するように、マーカ点識別方法60によって識別されるマーカ点を開始点として使用して、正確なサブピクセルマーカ位置を求める。
[0087]画像内でマーカ点及びマーカ点中心が識別された(例えば、マーカ点識別方法60及びマーカ点サブピクセル位置特定方法110を使用)後でも、各マーカ点がその点の生成を担う物理的マーカに適切に関連付けられるように、マーカ点の蓄積を分類する必要がある。これを行うため、第1のステップは、各物理的マーカ点を一意的に識別することである。物理的マーカ点はそれぞれ、3次元(3D)座標を通じて一意的に識別される。従って、マーカ点と物理的マーカを関連付ける第1のステップは、物理的マーカを識別し、それぞれを3D座標に割り当てることである。しかし、この処理は、患者の動き及び射影画像上のマーカ点位置を求めることにおける誤差によって複雑になる可能性がある。更に、複数のマーカが存在するため、幾つかの射影画像では、一部のマーカ点が他のマーカ点に重なることがある。
[00115]画像マーカ点が識別されて位置が特定され、対応する物理的マーカが識別されて3D座標が割り当てられた後でも、各マーカ点を、患者に配置された特有の物理的マーカに割り当てなければならない。600個の画像及び9個のマーカを用いる典型的なCB−CT走査では、射影画像内で5,000個を超える識別点をそれぞれ、9個の物理的マーカの1つに割り当てなければならない。
[00123]次いで、方法250は、物理的マーカに対する候補点リストを作成し(ステップ258)、予想U範囲と予想V範囲の両方の範囲内に入る各射影画像内で識別された各マーカ点を追加する(ステップ260)。図25は、特定の物理的マーカに対する例示的な予想U範囲(点線間)及び一連の射影画像を通じて識別されるマーカ点の例示的なU位置を示すグラフである。図26は、図25に示すマーカのうち、図25に示す予想U範囲内にU位置を有するものを示す。これらのマーカのうち、同じく予想V範囲内にV位置を有するものは何れも、物理的マーカの候補点リストに追加される。例えば、図27は、候補点リストの一部分を示す。図27に示すように、候補点リストは、予想のU範囲及びV範囲内に入るU位置及びV位置を有する各射影画像からの各マーカを含む。物理的マーカに関連するマーカ点の最終のリストは、この候補点リストから選択される。図27に示すように、候補点リストは、特定の射影画像内に1つより多くのマーカを含む可能性がある(この例では、射影1と射影6の両方で2つの候補点が生じる。これは、一連の射影画像を通じて2つのマーカが互いの経路を交差するときに生じる可能性がある。また、2つの物理的マーカが患者上で互いに近接して位置決めされた場合も、特定の射影画像に対する候補点リスト内に2つ以上のマーカ点が位置する可能性がある。
Claims (18)
- 射影画像シーケンスにおいて識別されたマーカの径方向の距離(R)と、角度位置(φ)と、軸方向の位置(Z)とを求める方法であって、該方法は撮像システムによって実行され、該撮像システムは、スキャナと、電子処理ユニットを有するコンピュータと、マーカ3次元位置特定モジュールを記憶したメモリモジュールとを備え、該マーカ3次元位置特定モジュールは前記電子処理ユニットによって実行可能であり、前記方法は、
前記コンピュータで、前記スキャナによって生成された画像データに基づき画像シーケンスを取得するステップであって、前記画像シーケンスのうちの各画像は、前記スキャナによる回転角度を表し、マーカ点位置を含み、該マーカ点位置は、前記スキャナの回転円に対して接線方向の次元における第1の値と、前記スキャナの回転軸に対して平行な次元における第2の値とを有する、ステップと、
前記マーカの前記径方向の距離及び前記マーカの前記角度位置を求めるように、前記電子処理ユニットを用いて、前記画像シーケンスにわたる複数の前記マーカ点位置の複数の前記第1の値の挙動を分析するステップであって、複数の前記第1の値の挙動を分析するステップは、
(a)径方向の距離及び角度位置の値の複数のペアのサブサンプリングされた第1の組を選択するステップと、
(b)サブサンプリングされた前記第1の組から径方向の距離及び角度位置の値のペアを選択するステップと、
(c)選択された径方向の距離及び角度位置の値の前記ペアに基づき前記画像シーケンスのうちの各画像に対して第1の値範囲を求めるステップと、
(d)前記画像シーケンスのうちの各画像における前記マーカ点位置に対するフィッティングメトリックを、該マーカ点位置の前記第1の値が該画像に対する前記第1の値範囲内である場合に求めるステップと、
(e)複数の前記フィッティングメトリックを合計して累積フィッティングメトリックを作成し、該累積フィッティングメトリックを、選択された径方向の距離及び角度位置の値の前記ペアに割り当てるステップと、
(f)サブサンプリングされた前記第1の組のうちの径方向の距離及び角度位置の値の各ペアに割り当てられた複数の前記累積フィッティングメトリックを、サブサンプリングされた前記第1の組のうちの径方向の距離及び角度位置の値の複数の前記ペアの関数として評価するステップと
を含む、ステップと、
前記電子処理ユニットを用いて、前記画像シーケンスにわたる複数の前記マーカ点位置の複数の前記第2の値の挙動を分析して、前記マーカの前記軸方向の位置を求めるステップと
を含む、方法。 - 複数の前記マーカ点位置の複数の前記第1の値の挙動を分析するステップは、
(g)サブサンプリングされた前記第1の組のうちの径方向の距離及び角度位置の値の各ペアに対してステップ(b)から(e)を繰り返すステップであって、評価される前記関数のピークはピークの径方向の距離の値及びピークの角度位置の値に対応する、ステップと、
(h)前記ピークの径方向の距離の値を前記マーカの前記径方向の距離に割り当て、前記ピークの角度位置の値を前記マーカの前記角度位置に割り当てるステップと
を含む、請求項1に記載の方法。 - ステップ(c)は、各画像に対する理論上の第1の値を、選択された径方向の距離及び角度位置の値の前記ペアと、該画像が表す前記回転角度とに基づき求め、前記第1の値範囲の中心を前記理論上の第1の値にするステップを含む、請求項1又は2に記載の方法。
- 射影画像シーケンスにおいて識別されたマーカの径方向の距離(R)と、角度位置(φ)と、軸方向の位置(Z)とを求める方法であって、該方法は撮像システムによって実行され、該撮像システムは、スキャナと、電子処理ユニットを有するコンピュータと、マーカ3次元位置特定モジュールを記憶したメモリモジュールとを備え、該マーカ3次元位置特定モジュールは前記電子処理ユニットによって実行可能であり、前記方法は、
前記コンピュータで、前記スキャナによって生成された画像データに基づき画像シーケンスを取得するステップであって、前記画像シーケンスのうちの各画像は、前記スキャナによる回転角度を表し、マーカ点位置を含み、該マーカ点位置は、前記スキャナの回転円に対して接線方向の次元における第1の値と、前記スキャナの回転軸に対して平行な次元における第2の値とを有する、ステップと、
前記マーカの前記径方向の距離及び前記マーカの前記角度位置を求めるように、前記電子処理ユニットを用いて、前記画像シーケンスにわたる複数の前記マーカ点位置の複数の前記第1の値の挙動を分析するステップであって、複数の前記第1の値の挙動を分析するステップは、
(a)仮定された径方向の距離の値を選択するステップと、
(b)角度位置の複数の値をサブサンプリングされた第1の組として選択するステップと、
(c)サブサンプリングされた前記第1の組から角度位置の値を選択するステップと、
(d)仮定された径方向の距離の前記値と選択された角度位置の前記値とに基づき前記画像シーケンスのうちの各画像に対して第1の値範囲を求めるステップと、
(e)前記画像シーケンスのうちの各画像における前記マーカ点位置のフィッティングメトリックを、該マーカ点位置の前記第1の値が該画像に対する前記第1の値範囲内である場合に求めるステップと、
(f)複数の前記フィッティングメトリックを合計して累積フィッティングメトリックを作成し、該累積フィッティングメトリックを、選択された角度位置の前記値に割り当てるステップと、
(g)サブサンプリングされた前記第1の組のうちの角度位置の各値に割り当てられた複数の前記累積フィッティングメトリックを、サブサンプリングされた前記第1の組のうちの角度位置の複数の前記値の関数として評価するステップと
を含む、ステップと、
前記電子処理ユニットを用いて、前記画像シーケンスにわたる複数の前記マーカ点位置の複数の前記第2の値の挙動を分析して、前記マーカの前記軸方向の位置を求めるステップと
を含む、方法。 - 複数の前記マーカ点位置の複数の前記第1の値の挙動を分析するステップは、
(h)サブサンプリングされた前記第1の組のうちの角度位置の各値に対してステップ(c)から(f)を繰り返すステップであって、評価される前記関数のピークはピークの角度位置の値に対応する、ステップと、
(i)仮定された径方向の距離の前記値を前記マーカの前記径方向の距離に割り当て、前記ピークの角度位置の値を前記マーカの前記角度位置に割り当てるステップと
を含む、請求項4に記載の方法。 - ステップ(c)は、各画像に対する理論上の第1の値を、仮定された径方向の距離の前記値と、選択された角度位置の前記値と、該画像が表す前記回転角度とに基づき求め、前記第1の値範囲の中心を前記理論上の第1の値にするステップを含む、請求項4又は5に記載の方法。
- 前記画像シーケンスにわたり複数の前記マーカ点位置の複数の前記第2の値の挙動を分析して、前記マーカの前記軸方向の位置を求めるステップは、
(a)軸方向の位置の複数の値のサブサンプリングされた第2の組を選択するステップと、
(b)サブサンプリングされた第2の組から軸方向の位置の値を選択するステップと、
(c)前記画像シーケンスのうちの各画像に対する第2の値範囲を、前記マーカの前記径方向の距離と、前記マーカの前記角度位置と、選択された軸方向の位置の前記値とに基づき求めるステップと、
(d)前記画像シーケンスのうちの各画像における前記マーカ点位置に対するフィッティングメトリックを、該マーカ点位置の前記第2の値が該画像に対する前記第2の値範囲内である場合に求めるステップと、
(e)複数の前記フィッティングメトリックを合計して累積フィッティングメトリックを作成し、該累積フィッティングメトリックを、選択された軸方向の位置の前記値に割り当てるステップと、
(f)サブサンプリングされた前記第2の組のうちの各軸方向の位置の値に対してステップ(b)から(e)を繰り返すステップと、
(g)サブサンプリングされた前記第2の組のうちの各軸方向の位置の値に割り当てられた複数の前記累積フィッティングメトリックを、サブサンプリングされた前記第2の組のうちの軸方向の位置の複数の前記値の関数として評価するステップと、
(h)評価される前記関数のピークを検出するステップであって、該ピークはピークの軸方向の位置の値に対応する、ステップと、
(i)ピークの軸方向の位置の前記値を前記マーカの前記軸方向の位置に割り当てるステップと
を含む、請求項1から6のうちの何れか一項に記載の方法。 - ステップ(c)は、各画像に対する理論上の第2の値を、前記マーカの前記径方向の距離と、前記マーカの前記角度位置と、選択された軸方向の位置の前記値と、該画像が表す前記回転角度とに基づき求め、前記第2の値範囲の中心を前記理論上の第2の値にするステップを含む、請求項7に記載の方法。
- スキャナと、電子処理ユニットを有するコンピュータと、マーカ3次元位置特定モジュールを記憶したメモリモジュールとを備えた撮像システムであって、該マーカ3次元位置特定モジュールは、射影画像シーケンスにおいて識別されたマーカの径方向の距離(R)と、角度位置(φ)と、軸方向の位置(Z)とを求めるためのものであり、前記電子処理ユニットによって実行可能であり、該マーカ3次元位置特定モジュールは、実行されると、
前記コンピュータで、前記スキャナによって生成された画像データに基づき画像シーケンスを取得し、前記画像シーケンスのうちの各画像は、前記スキャナによる回転角度を表し、マーカ点位置を含み、該マーカ点位置は、前記スキャナの回転円に対して接線方向の次元における第1の値と、前記スキャナの回転軸に対して平行な次元における第2の値とを有し、
前記電子処理ユニットを用いて、前記画像シーケンスにわたる複数の前記マーカ点位置の複数の前記第1の値の挙動を分析して、前記マーカの前記径方向の距離及び前記マーカの前記角度位置を求め、
前記電子処理ユニットを用いて、前記画像シーケンスにわたる複数の前記マーカ点位置の複数の前記第2の値の挙動を分析して、前記マーカの前記軸方向の位置を求める
ように構成され、複数の前記マーカ点位置の複数の前記第1の値の挙動を分析するために、前記マーカ3次元位置特定モジュールは、実行されると、
(a)径方向の距離及び角度位置の値の複数のペアのサブサンプリングされた第1の組を選択するステップと、
(b)サブサンプリングされた前記第1の組から径方向の距離及び角度位置の値のペアを選択するステップと、
(c)選択された径方向の距離及び角度位置の値の前記ペアに基づき前記画像シーケンスのうちの各画像に対して第1の値範囲を求めるステップと、
(d)前記画像シーケンスのうちの各画像における前記マーカ点位置に対するフィッティングメトリックを、該マーカ点位置の前記第1の値が該画像に対する前記第1の値範囲内である場合に求めるステップと、
(e)複数の前記フィッティングメトリックを合計して累積フィッティングメトリックを作成し、該累積フィッティングメトリックを、選択された径方向の距離及び角度位置の値の前記ペアに割り当てるステップと、
(f)サブサンプリングされた前記第1の組のうちの径方向の距離及び角度位置の値の各ペアに割り当てられた複数の前記累積フィッティングメトリックを、サブサンプリングされた前記第1の組のうちの径方向の距離及び角度位置の値の複数の前記ペアの関数として評価するステップと
を行うように更に構成された、撮像システム。 - 複数の前記マーカ点位置の複数の前記第1の値の挙動を分析するために、前記マーカ3次元位置特定モジュールは、実行されると、
(g)サブサンプリングされた前記第1の組のうちの径方向の距離及び角度位置の値の各ペアに対してステップ(b)から(e)を繰り返すステップであって、評価される前記関数のピークはピークの径方向の距離の値及びピークの角度位置の値に対応する、ステップと、
(h)前記ピークの径方向の距離の値を前記マーカの前記径方向の距離に割り当て、前記ピークの角度位置の値を前記マーカの前記角度位置に割り当てるステップと
を行うように更に構成された、請求項9に記載の撮像システム。 - ステップ(c)は、各画像に対する理論上の第1の値を、選択された径方向の距離及び角度位置の値の前記ペアと、該画像が表す前記回転角度とに基づき求め、前記第1の値範囲の中心を前記理論上の第1の値にするステップを含む、請求項9又は10に記載の撮像システム。
- スキャナと、電子処理ユニットを有するコンピュータと、マーカ3次元位置特定モジュールを記憶したメモリモジュールとを備えた撮像システムであって、該マーカ3次元位置特定モジュールは、射影画像シーケンスにおいて識別されたマーカの径方向の距離(R)と、角度位置(φ)と、軸方向の位置(Z)とを求めるためのものであり、前記電子処理ユニットによって実行可能であり、該マーカ3次元位置特定モジュールは、実行されると、
前記コンピュータで、前記スキャナによって生成された画像データに基づき画像シーケンスを取得し、前記画像シーケンスのうちの各画像は、前記スキャナによる回転角度を表し、マーカ点位置を含み、該マーカ点位置は、前記スキャナの回転円に対して接線方向の次元における第1の値と、前記スキャナの回転軸に対して平行な次元における第2の値とを有し、
前記電子処理ユニットを用いて、前記画像シーケンスにわたる複数の前記マーカ点位置の複数の前記第1の値の挙動を分析して、前記マーカの前記径方向の距離及び前記マーカの前記角度位置を求め、
前記電子処理ユニットを用いて、前記画像シーケンスにわたる複数の前記マーカ点位置の複数の前記第2の値の挙動を分析して、前記マーカの前記軸方向の位置を求める
ように構成され、複数の前記マーカ点位置の複数の前記第1の値の挙動を分析するために、前記マーカ3次元位置特定モジュールは、実行されると、
(a)仮定された径方向の距離の値を選択するステップと、
(b)角度位置の複数の値のサブサンプリングされた第1の組を選択するステップと、
(c)サブサンプリングされた前記第1の組から角度位置の値を選択するステップと、
(d)仮定された径方向の距離の前記値と選択された角度位置の前記値とに基づき前記画像シーケンスのうちの各画像に対して第1の値範囲を求めるステップと、
(e)前記画像シーケンスのうちの各画像における前記マーカ点位置のフィッティングメトリックを、該マーカ点位置の前記第1の値が該画像に対する前記第1の値範囲内である場合に求めるステップと、
(f)複数の前記フィッティングメトリックを合計して累積フィッティングメトリックを作成し、該累積フィッティングメトリックを、選択された角度位置の前記値に割り当てるステップと、
(g)サブサンプリングされた前記第1の組のうちの角度位置の各値に割り当てられた複数の前記累積フィッティングメトリックを、サブサンプリングされた前記第1の組のうちの角度位置の複数の前記値の関数として評価するステップと
を行うように更に構成された、撮像システム。 - 複数の前記マーカ点位置の複数の前記第1の値の挙動を分析するために、前記マーカ3次元位置特定モジュールは、実行されると、
(h)サブサンプリングされた前記第1の組のうちの角度位置の各値に対してステップ(c)から(f)を繰り返すステップであって、評価される前記関数のピークはピークの角度位置の値に対応する、ステップと、
(i)仮定された径方向の距離の前記値を前記マーカの前記径方向の距離に割り当て、前記ピークの角度位置の値を前記マーカの前記角度位置に割り当てるステップと
を行うように更に構成された、請求項12に記載の撮像システム。 - ステップ(c)は、各画像に対する理論上の第1の値を、仮定された径方向の距離の前記値と、選択された角度位置の前記値と、該画像が表す前記回転角度とに基づき求め、前記第1の値範囲の中心を前記理論上の第1の値にするステップを含む、請求項12又は13に記載の撮像システム。
- 前記画像シーケンスにわたり複数の前記マーカ点位置の複数の前記第2の値の挙動を分析して、前記マーカの前記軸方向の位置を求めるために、前記マーカ3次元位置特定モジュールは、実行されると、
(a)軸方向の位置の複数の値のサブサンプリングされた第2の組を選択するステップと、
(b)サブサンプリングされた第2の組から軸方向の位置の値を選択するステップと、
(c)前記画像シーケンスのうちの各画像に対する第2の値範囲を、前記マーカの前記径方向の距離と、前記マーカの前記角度位置と、選択された軸方向の位置の前記値とに基づき求めるステップと、
(d)前記画像シーケンスのうちの各画像における前記マーカ点位置に対するフィッティングメトリックを、該マーカ点位置の前記第2の値が該画像に対する前記第2の値範囲内である場合に求めるステップと、
(e)複数の前記フィッティングメトリックを合計して累積フィッティングメトリックを作成し、該累積フィッティングメトリックを、選択された軸方向の位置の前記値に割り当てるステップと、
(f)サブサンプリングされた前記第2の組のうちの軸方向の位置の各値に対してステップ(b)から(e)を繰り返すステップと、
(g)サブサンプリングされた前記第2の組のうちの軸方向の位置の各値に割り当てられた複数の前記累積フィッティングメトリックを、サブサンプリングされた前記第2の組のうちの軸方向の位置の複数の前記値の関数として評価するステップと、
(h)評価される前記関数のピークを検出するステップであって、該ピークはピークの軸方向の位置の値に対応する、ステップと、
(i)前記ピークの軸方向の位置の値を前記マーカの前記軸方向の位置に割り当てるステップと
を行うように更に構成された、請求項9から14のうちの何れか一項に記載の撮像システム。 - ステップ(c)は、各画像に対する理論上の第2の値を、前記マーカの前記径方向の距離と、前記マーカの前記角度位置と、選択された軸方向の位置の前記値と、該画像が表す前記回転角度とに基づき求め、前記第2の値範囲の中心を前記理論上の第2の値にするステップを含む、請求項15に記載の撮像システム。
- 複数の前記第1の値の挙動を分析する前記ステップは、評価される前記関数のピークを検出するステップを更に含む、請求項1に記載の方法。
- 前記マーカ3次元位置特定モジュールは、実行されると、評価される前記関数のピークを検出するように更に構成された、請求項9に記載の撮像システム。
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