JP5982208B2 - Image processing apparatus and program - Google Patents
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Description
本発明は、粒子線治療装置等により放射化される生体組織に係る画像を処理する画像処理装置及びプログラムに関する。 The present invention relates to an image processing apparatus and a program for processing an image related to a biological tissue that is activated by a particle beam therapy apparatus or the like.
がんなどの異常が発生した生体組織に粒子線を照射し、異常の発生した生体組織の細胞を増殖死させて治療する、いわゆる粒子線治療装置が近年、用いられている。 In recent years, a so-called particle beam therapy apparatus that irradiates a biological tissue in which an abnormality such as cancer has occurred with a particle beam and causes the cells of the abnormal tissue in which the abnormality has occurred to grow and die has been used.
粒子線治療装置を用いるにあたっては、異常の発生していない生体組織への照射を防ぐために、治療前に予め治療計画が立てられるのが普通である。こうした治療計画では、例えばCT(Computed Tomography)等で粒子線照射の対象となる部分の範囲(関心領域)を定め、予め定めた量の陽子線を、当該関心領域の形状に合わせた方向、及び強度で照射することが行われている。 When using a particle beam therapy apparatus, a treatment plan is usually made in advance before treatment in order to prevent irradiation of a living tissue in which no abnormality has occurred. In such a treatment plan, for example, the range (region of interest) of the target of particle beam irradiation is determined by CT (Computed Tomography) or the like, and a predetermined amount of proton beams are aligned with the shape of the region of interest, and Irradiation with intensity is performed.
また粒子線を照射するごとに、PETカメラ等を用いて放射化された生体組織を映像として捉え、放射化された位置を検出する技術が、例えば特許文献1に開示されている。
Further, for example,
しかしながら、上記従来の技術においては、放射化された範囲を確認することはできても、日々わずかに変化する放射化された生体組織の範囲を確認することが困難であった。すなわち粒子線治療の効果によって、日々異常な生体組織が取り除かれるのであるが、この範囲の変化は予測しにくく、あるときにはわずかに変化するだけである。さらに生体も日々変化しており、例えば抗がん剤の投与を受けている生体では、食欲の減衰により体積が減少する組織もある。 However, in the above-described conventional technology, it is difficult to confirm the range of the activated biological tissue that slightly changes every day even though the activated range can be confirmed. In other words, abnormal biological tissue is removed every day due to the effect of particle beam therapy, but this range change is difficult to predict and only slightly changes in some cases. Furthermore, the living body is also changing every day. For example, in a living body receiving an anticancer drug, there is a tissue whose volume decreases due to a decrease in appetite.
一方で映像上の変化がわずかであっても、少なくなった異常な生体組織を粒子線が通過してしまい、当該異常な生体組織の背面側(放射線照射側から反対側)にある正常な生体組織に到達してしまうことは防がなければならない。
また異常な生体組織の背面側への粒子線の到達量が増大することで、手前側の異常な生体組織への粒子線照射量の減少も防がなくてはならない。さらに、生体組織の体積減少に伴う照射位置精度の僅かな悪化により、側方へのずれが生じる場合もあり、この場合も異常な生体組織の側面側にある正常な組織への粒子線照射量の増加、並びにそれによる異常な生体組織への粒子線照射量の減少は防がなくてはならない。
On the other hand, even if the change on the image is slight, the particle beam passes through the decreased abnormal biological tissue, and the normal living body on the back side (on the opposite side from the radiation irradiation side) of the abnormal biological tissue It must be prevented from reaching the organization.
In addition, an increase in the amount of the particle beam reaching the back side of the abnormal living tissue must prevent a decrease in the amount of particle beam irradiation to the abnormal living tissue on the near side. Furthermore, a slight deterioration in irradiation position accuracy due to a decrease in volume of the living tissue may cause a lateral shift, and in this case as well, the amount of particle beam irradiation to the normal tissue on the side of the abnormal living tissue As a result, it is necessary to prevent an increase in the amount of particle beam irradiation to abnormal living tissue.
従って、放射化された生体組織の時間的変化を確認したい要望があったが、従来の装置では、こうした要望に応じることができないという問題点があった。 Therefore, there is a demand for confirming the temporal change of the activated living tissue, but there is a problem that the conventional apparatus cannot meet such demand.
本発明は上記実情に鑑みて為されたもので、放射化された生体組織の時間的変化の認識を支援する画像処理装置を提供することをその目的の一つとする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an image processing apparatus that supports recognition of temporal changes in a living biological tissue.
上記従来例の問題点を解決するための本発明は、画像処理装置であって、粒子線治療装置により放射化された生体組織の位置を表す放射化組織画像を、予め定めたタイミングごとに繰り返し取得する画像取得手段と、異なるタイミングで取得された複数の放射化組織画像を比較対象として、予め定めた生体内の基準位置同士を合わせるよう相対的に移動して位置合わせする手段と、当該位置合わせした、比較対象とした複数の放射化組織画像を用いて対比画像を生成する画像生成手段と、前記生成した画像を表示する表示手段と、を含むこととしたものである。 The present invention for solving the above-described problems of the conventional example is an image processing apparatus, and it repeats an activated tissue image representing a position of a living tissue activated by a particle beam therapy apparatus at a predetermined timing. An image acquisition means to acquire, a plurality of activated tissue images acquired at different timings as a comparison target, a means for relatively moving and aligning the reference positions in a predetermined living body, and the position The image generation means for generating a contrast image using a plurality of activated tissue images to be compared and the display means for displaying the generated image are included.
ここで前記放射化される生体組織を含む領域の三次元再構成像を取得する手段と、当該三次元再構成像で、三次元の関心領域の設定を受け入れる関心領域設定手段と、前記三次元再構成像と、前記比較対象となった複数の放射化組織画像とを、予め定めた生体内の基準位置同士を合わせるよう相対的に移動して位置合わせする手段と、当該位置合わせ後に、前記比較対象とした放射化組織画像ごとに、前記三次元再構成像内で設定された関心領域に対応する当該放射化組織画像内の領域に含まれる生体組織の放射化の強度をそれぞれ演算する演算手段と、をさらに含み、前記画像生成手段は、前記比較対象とした放射化組織画像ごとに演算された、対応する領域に含まれる生体組織の放射化の強度の演算結果を対比した対比画像を出力することとしてもよい。 Here, means for acquiring a three-dimensional reconstruction image of a region including the biological tissue to be activated, region-of-interest setting means for accepting setting of a three-dimensional region of interest in the three-dimensional reconstruction image, and the three-dimensional Means for relatively moving and aligning the reconstructed image and the plurality of activated tissue images to be compared with each other so as to match predetermined reference positions in the living body, and after the alignment, For each activated tissue image to be compared, an operation for calculating the activation intensity of the living tissue included in the region in the activated tissue image corresponding to the region of interest set in the three-dimensional reconstruction image And a comparison image obtained by comparing the calculation result of the activation intensity of the biological tissue included in the corresponding region, calculated for each of the activated tissue images to be compared. Output It may be.
また関心領域は、前記三次元再構成像内で複数設定され、前記演算手段は、位置合わせ後に、前記比較対象とした放射化組織画像ごとに、前記三次元再構成像内で設定された各関心領域に対応する前記放射化組織画像内の領域に含まれる生体組織の放射化の強度を演算し、各領域について演算した強度の比率を演算し、当該演算結果を出力することとしてもよい。 Further, a plurality of regions of interest are set in the three-dimensional reconstruction image, and the calculation means sets each of the activated tissue images to be compared in the three-dimensional reconstruction image after alignment. It is also possible to calculate the activation intensity of the living tissue included in the area in the activated tissue image corresponding to the region of interest, calculate the ratio of the intensity calculated for each area, and output the calculation result.
また本発明の一態様に係るプログラムは、コンピュータを、粒子線治療装置により放射化された生体組織の位置を表す放射化組織画像を、予め定めたタイミングごとに繰り返し取得する画像取得手段と、異なるタイミングで取得された複数の放射化組織画像を比較対象として、予め定めた生体内の基準位置同士を合わせるよう相対的に移動して位置合わせする手段と、当該位置合わせした、比較対象とした複数の放射化組織画像を用いて対比画像を生成する画像生成手段と、前記生成した画像を表示する表示手段と、として機能させることとしたものである。 The program according to one embodiment of the present invention is different from an image acquisition unit that repeatedly acquires a radioactive tissue image representing a position of a biological tissue activated by a particle beam therapy apparatus at a predetermined timing. A plurality of activated tissue images acquired at the timing are used as comparison targets, and a means for relatively moving and aligning the reference positions in the living body to be matched with each other, and the plurality of comparison targets that are aligned. The image generation means for generating a contrast image using the activated tissue image and the display means for displaying the generated image are made to function.
本発明によると、放射化された生体組織の時間的変化の認識を支援できる。 According to the present invention, it is possible to support recognition of temporal changes in the activated biological tissue.
本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。本発明の実施の形態に係る画像処理装置1は、図1に示すように制御部11、記憶部12、操作部13、表示部14、及び入出力部15を含んで構成されている。制御部11は、CPU等のプログラム制御デバイスであり、記憶部12に格納されたプログラムに従って動作する。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the
本実施の形態の制御部11は、粒子線治療装置により放射化された生体組織の放射化組織画像を予め定めたタイミングごとに繰り返し取得する。具体的にこの取得は、粒子線治療装置による組織の放射化が行われるごとのタイミングで行われる。また制御部11は、この異なるタイミングで取得された複数の放射化組織画像を比較対象として、予め定めた生体内の基準位置同士を合わせるよう相対的に移動して位置合わせし、当該位置合わせした、比較対象とした複数の放射化組織画像を用いて対比画像を生成する。この制御部11の詳しい処理の内容については後に述べる。
The
記憶部12は、メモリデバイス等であり、制御部11によって実行されるプログラムを保持する。このプログラムは、DVD−ROM等のコンピュータ可読な記録媒体に格納されて提供され、この記憶部12に格納されたものであってもよい。また、この記憶部12は、制御部11が取得した放射化組織画像を記録している。さらに、この記憶部12は、制御部11のワークメモリとしても動作する。
The
操作部13は、マウスやキーボード等でよく、利用者から入力される指示を受けて、当該指示の内容を制御部11に出力する。表示部14は、ディスプレイ等であり、制御部11から入力される指示に従って画像を表示出力する。入出力部15は、例えばUSB(Universal Serial Bus)等のインタフェースであり、外部から入力される画像情報等を受け入れる。そして当該画像情報を制御部11に出力する。またこの入出力部15は、制御部11から入力される指示に従い、種々の情報を外部に出力してもよい。
The
次に本実施の形態の制御部11の動作について述べるに先立ち、制御部11に入力される放射化された生体組織の放射化組織画像について説明する。この放射化組織画像は、例えば特許文献1に開示されているようなものであり、具体的には次のようなものである。粒子線治療装置の一例である陽子線治療装置を例として説明すると、陽子線治療装置が放射する陽子が、生体組織を構成する原子核と相互作用すると、β+崩壊をする不安定な原子核が生成される。β+崩壊が起こるとき陽電子が放出されるが、この陽電子は電子と出会うと対消滅して互いに180度方向の角度をなす2つの光子(1対の消滅γ線)を放出する。この1対の消滅γ線を検出することで、β+崩壊が発生した場所(実際には対消滅した場所であるが放射化した原子核の核外電子との間で対消滅する蓋然性が高いのでほとんどβ+崩壊が発生した場所と言える)が検出できる。
Next, prior to describing the operation of the
そこで対象となる生体についてその任意の横断面(矢状面及び冠状面に垂直な面)内に配した検出器により消滅γ線を検出することで、β+崩壊が発生した三次元上の位置を、三次元の画像として再構成したもの(対応する三次元上の位置座標の画素を例えば画素に対応する座標範囲内で検出されたβ+崩壊の回数に応じた値など、放射化の強度を所定の画素値に設定したもの)が、本実施の形態における放射化組織画像となる。
この放射化組織画像は、つまり複数の横断面(スライス面)における、消滅γ線の強度を表すサイノグラムに相当するものを得て、このサイノグラムから再構成した各スライス面での二次元放射化組織画像を集積したものである。
Therefore, by detecting annihilation γ-rays with a detector placed in an arbitrary cross section (plane perpendicular to the sagittal plane and the coronal plane) of the target organism, the three-dimensional position where β + decay occurred Reconstructed as a three-dimensional image (e.g., the intensity of activation such as a value corresponding to the number of β + decays detected in the coordinate range corresponding to the pixel of the corresponding three-dimensional position coordinate, for example) Is set to a predetermined pixel value) is the activated tissue image in the present embodiment.
This activated tissue image is obtained as a sinogram representing the intensity of annihilation gamma rays in a plurality of cross sections (slice planes), and two-dimensional activated tissue on each slice plane reconstructed from the sinogram. It is a collection of images.
本実施の形態の一態様では、制御部11が、記憶部12に格納されたプログラムを実行することにより、図2に例示するように、機能的に、画像取得部21と、画像読み出し部22と、位置合わせ部23と、対比画像生成部24と、表示部25とを実現する。
In one aspect of the present embodiment, the
画像取得部21は、この放射化組織画像を入出力部15を介して受け入れる。画像取得部21は、放射化組織画像を受け入れるごとに記憶部12に格納する。記憶部12には、複数の放射化組織画像が蓄積されることになる。この画像取得部21は、また、受け入れた放射化組織画像を表示部14に表示し、利用者から放射化組織画像内での基準位置の指定を受け入れてもよい。ここでの表示では、放射化組織画像を得たスライス面のそれぞれで得た二次元放射化組織画像そのもの、あるいは、複数のスライス面で得た二次元放射化組織画像をプロジェクション(予め定めたフィルタをかけて累積合成したもの、例えばフィルタバックプロジェクション(Filtered Back Projection)として知られた方法で得られる)した画像等から利用者が選択した二次元画像を表示するものとする。このような表示の方法は、例えばCT(Computed
Tomography)像を表示する方法等と同様であり、広く知られている方法を採用できるため、ここでの詳しい説明は省略する。
The
Tomography) is the same as the method of displaying an image, and a widely known method can be adopted, and detailed description thereof is omitted here.
図3は人間の頭部の放射化組織画像を矢状断面で表示した状態を表す。利用者は、この断面を利用して撮像されている生体の日々の変化においても、放射化組織との相対的な位置変化の少ない点を少なくとも一つ、例えば断面の画像上で指定する。なお、この基準位置は、どの放射化組織画像でも同じ位置を指定するものとする。これにより基準位置となる点が少なくとも一つ、放射化組織画像内の三次元座標上の点として決められる。 FIG. 3 shows a state in which an activated tissue image of a human head is displayed in a sagittal section. The user designates at least one point on the image of the cross section, for example, a point with little relative position change with respect to the activated tissue even in the daily change of the living body imaged using this cross section. In addition, this reference position shall designate the same position in any activated tissue image. As a result, at least one point serving as a reference position is determined as a point on the three-dimensional coordinate in the activated tissue image.
例えば図3に例示した人間の頭部であれば、脳幹の位置は生体の皮下脂肪が減少しても(痩せても)、生体内部にある放射化組織の位置との相対的位置関係が変化しにくい。そこで利用者はこうした点を基準位置として指定すればよい。 For example, in the case of the human head illustrated in FIG. 3, the relative position relationship between the brainstem position and the position of the activated tissue in the living body changes even if the subcutaneous fat of the living body is reduced (thinning). Hard to do. Therefore, the user may specify such a point as a reference position.
画像取得部21は、図示しないカレンダーIC等から現在日時を表す情報を取得し、この取得した日時の情報と、外部から受け入れた放射化組織画像と、当該放射化組織画像について利用者が指定した基準位置の情報とを関連付けて記憶部12に格納する。
The
画像読み出し部22は、利用者による対比画像生成の指示を受けると、記憶部12に格納されている放射化組織画像から、互いに異なるタイミングで取得された複数の放射化組織画像を比較対象として読み出す。具体的に画像読み出し部22は、記憶部12に格納されている放射化組織画像を、それぞれに関連付けられている日時の情報の順に並び替えて、最も新しい日時の情報に関連付けられている放射化組織画像(以下区別のためI_1とする)と、n番目に新しい日時の情報に関連付けられている放射化組織画像(以下、区別のためI_nとする)とを比較対象として読み出す。このとき、読み出す放射化組織画像に基準位置の情報が関連付けられていれば、この画像読み出し部22は、当該関連付けられている基準位置の情報も読み出す。なお、当初n=2としておく。またこの画像読み出し部22は、利用者からの指示により、整数nの値をn≧2の範囲で増減させてもよい。
When receiving a comparison image generation instruction from the user, the
また位置合わせ部23は、各放射化組織画像に関連付けられている日時のそれぞれにおいて取得されている位置決め用画像(透視画像やCT画像等)を得る。粒子線治療においては、粒子線の照射位置を精密に決定するための位置決め用画像が粒子線照射を行う前に必ず取得されているので、位置合わせ部23は、これを得るようにしておく。
位置合わせ部23は、これら各日時に取得された位置決め用画像を用いて、撮像装置に対する、放射化組織画像を得た日ごとの人体の相対的な位置(予め撮像装置において定められた、互いに直交する3軸x,y,zと、これらの各軸周りの回転量θ,φ,ψの合計6軸の自由度がある)の変動を表す情報を得る。この変動を表す情報は、上記6軸の各軸方向へのずれ量として表される。
Further, the
The
そして位置合わせ部23は、画像読み出し部22が読み出した比較対象としての放射化組織画像の取得日時に対応する日時に取得された位置決め用画像の比較により、それぞれの相対的な変動を表す情報を得ておく。
位置合わせ部23は、画像読み出し部22が読み出した比較対象としての放射化組織画像のそれぞれの基準位置が互いに一致するように移動して位置合わせする。つまり、上記得られた相対的な変動を表す情報だけ、比較対象としての放射化組織画像の一方(各スライス面で得られた二次元放射化組織画像を集積して3次元内のボクセル値を定めて得られる三次元画像)における上記x,y,z軸方向への各ずれ量に相当する量だけの平行移動、並びに、当該各軸まわりの各ずれ量だけの回転を施し、ボクセルの座標を更新して位置合わせを行えばよい。
また、位置決め画像を元に粒子線照射前に、放射化組織画像を得るために用いる撮像装置に対し、生体の位置が日々の変化によらず同じ位置となる場合、放射化組織画像の中心は撮像装置に対して固定されているため、生体の位置合わせをすれば、放射化組織画像は位置合わせができていることとなる。この場合は、放射化組織画像自体を平行移動あるいは回転移動させる必要はなくなり、得られた放射化組織画像をそのまま用いることになる。
Then, the
The
In addition, when the position of the living body is the same regardless of the daily changes, the center of the activated tissue image is the same as the imaging device used to obtain the activated tissue image before the particle beam irradiation based on the positioning image. Since it is fixed with respect to the imaging device, if the living body is aligned, the activated tissue image is aligned. In this case, it is not necessary to translate or rotate the activated tissue image itself, and the obtained activated tissue image is used as it is.
対比画像生成部24は、位置合わせ部23により位置合わせされた、比較対象となった放射化組織画像I_1,I_nを互いに対比した対比画像を生成する。この対比画像は一例としては次のようなものである。対比画像生成部24は、対比対象となった二つの放射化組織画像I_1,I_nの三次元上の互いに対応する画素(ボクセル値)の差分を演算する。この差分演算の結果が対比画像の一例となる。
The comparison
表示部25は、対比画像生成部24が生成した対比画像を表示部14に表示出力する。ここでも対比画像は三次元的な情報であるので、利用者が指定した断面で破断したときの断面像を表示出力するものとすればよい。この表示もまた、CT画像の表示において広く知られた方法を採用できるので、ここでの詳しい説明は省略する。
The
本実施の形態は以上の構成を備えてなり、次のように動作する。本実施の形態の画像処理装置1の動作の一例では、日々行われる粒子線治療装置による粒子線の照射後、照射した生体の放射化組織画像が撮像されて、この画像処理装置1に出力される。画像処理装置1は、放射化組織画像が受け入れられると、図示しないカレンダーIC等から現在日時を表す情報を取得し、この取得した日時の情報と、外部から受け入れた放射化組織画像と、当該放射化組織画像について利用者が指定した基準位置の情報とを関連付けて記憶部12に格納する。
This embodiment has the above-described configuration and operates as follows. In an example of the operation of the
またこの画像処理装置1は、利用者による対比画像生成の指示を受けると、図4に示す処理を開始する。画像処理装置1は、記憶部12に格納されている放射化組織画像のうち、最も新しい日時の情報に関連付けられている放射化組織画像I_1と、2番目に新しい日時の情報に関連付けられている放射化組織画像I_2とを比較対象として読み出す(S1)。このとき、読み出す放射化組織画像に関連付けられている基準位置の情報も読み出しておく。
In addition, upon receiving an instruction to generate a contrast image from the user, the
画像処理装置1は、当該読み出した比較対象としての放射化組織画像同士を、それぞれの基準位置が互いに一致するように移動して位置合わせする(S2)。
The
画像処理装置1は、当該位置合わせされた、比較対象となった放射化組織画像I_1,I_2の三次元上の互いに対応する画素(ボクセル値)の差分を演算し、三次元上の対応する画素の値(ボクセル値)を、当該差分の演算結果とした対比画像を生成する(S3)。そして画像処理装置1は、この対比画像を表示部14に表示出力する(S4)。利用者は、対比画像を参照して、放射化された生体組織がどのように変化しているかを参照できるようになる。
The
また、ここでは記憶部12に格納されている放射化組織画像のうち、最も新しい日時の情報に関連付けられている放射化組織画像I_1と、2番目に新しい日時の情報に関連付けられている放射化組織画像I_2とを比較対象としたが、利用者は、比較対象とする放射化組織画像を任意に選択してもよい。この場合、画像処理装置1は、利用者が選択した一組の放射化組織画像について位置合わせを行い、位置合わせ後の放射化組織画像間の対比画像を生成して表示する。
なお、既に述べたように、粒子線治療のために、撮像装置に対する人体の位置合わせが撮像時に済んでいる場合は、放射化組織画像自体の平行移動や回転変形は必要がない。
またここまでの説明では、一対の放射化組織画像を比較する例について述べたが、複数の放射化組織画像を比較した画像を生成してもよい。例えば第1の放射化組織画像I_1と、第2の放射化組織画像I_2との対応するボクセルの画素値の差分を演算した第1の対比画像と、第2の放射化組織画像I_2と、第3の放射化組織画像I_3との対応するボクセルの画素値の差分を演算した第2の対比画像とを生成し、第1の対比画像において予め定めたしきい値を超える差分の値となっているボクセルを第1の画素値に設定し、第2の対比画像において予め定めたしきい値を超える差分の値となっているボクセルを第2の画素値に設定し、これら第1,第2の対比画像の互いに対応するボクセルの画素値を累算して、新たな対比画像を生成することとしてもよい。
Here, among the activated tissue images stored in the
In addition, as already stated, when the alignment of the human body with respect to the imaging apparatus is completed at the time of imaging for particle beam therapy, there is no need to translate or rotate the activated tissue image itself.
In the above description, an example of comparing a pair of activated tissue images has been described. However, an image comparing a plurality of activated tissue images may be generated. For example, a first contrast image obtained by calculating a difference between corresponding voxel pixel values of the first activated tissue image I_1 and the second activated tissue image I_2, a second activated tissue image I_2, And a second contrast image obtained by calculating a difference in pixel value of the corresponding voxel with the three activated tissue images I_3, and becomes a difference value exceeding a predetermined threshold in the first contrast image. The voxel that is a difference value exceeding a predetermined threshold value in the second contrast image is set to the second pixel value, and the first and second voxels are set to the first pixel value. A new contrast image may be generated by accumulating pixel values of voxels corresponding to each other.
さらに本実施の形態における対比画像は、ここに例示したものに限られない。本実施の形態の対比画像は、例えば予めCT画像やMRI(Magnetic Resonance Imaging)画像等の三次元再構成像を用いて設定された、生体内の三次元的な領域(関心領域:Region
of Interest)内での生体組織の放射化量に関する情報を対比したものであってもよい。
Furthermore, the contrast image in this Embodiment is not restricted to what was illustrated here. The contrast image of the present embodiment is a three-dimensional region (region of interest: Region) in a living body that is set in advance using a three-dimensional reconstruction image such as a CT image or an MRI (Magnetic Resonance Imaging) image.
The information regarding the activation amount of the biological tissue within the “of Interest”) may be compared.
この例に係る画像処理装置1の制御部11は、記憶部12に格納されたプログラムを実行することにより、図5に例示するように、機能的に、関心領域情報取得部20と、画像取得部21と、画像読み出し部22′と、位置合わせ部23′と、対比画像生成部24′と、表示部25とを実現する。ここで図2におけるものと同様の構成をとるものについては同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
The
関心領域情報取得部20は、対象となる生体についてのCT画像やMRI画像等の三次元再構成像内で設定された、生体内の三次元的な関心領域を特定する情報を取得する。一例として関心領域は、CTによる三次元再構成像内に設定される。この三次元再構成像では、放射化組織画像と同様に、生体の前後方向の軸(Z軸)、生体の左右方向の軸(X軸)、及び生体の上下方向の軸(Y軸)が特定されており、これらで張られる三次元空間内の画素の画素値が設定されたものである。利用者は、この三次元再構成像内の所定形状(例えば直方体形状)の領域を設定する。一例として直方体形状を設定する場合、利用者は、xmin,xmax,ymin,ymax,zmin,zmaxの6つの面を規定するパラメータを指定する。
The region-of-interest
また利用者は、この三次元再構成像内に、少なくとも二点の基準位置P,Qを設定する。この基準位置の設定も三次元空間内で対応する座標を指定することによって行い、利用者は、生体の日々の変化においても、放射化組織との相対的な位置変化の少ない点に基準位置を設定するものとする。 The user sets at least two reference positions P and Q in the three-dimensional reconstruction image. This reference position is also set by specifying the corresponding coordinates in the three-dimensional space, and the user can set the reference position at a point where there is little change in position relative to the activated tissue even in daily changes of the living body. Shall be set.
画像取得部21は、放射化組織画像が入力されると、図示しないカレンダーIC等から現在日時を表す情報を取得し、この取得した日時の情報と、外部から受け入れた放射化組織画像と、当該放射化組織画像について利用者が指定した基準位置の情報とを関連付けて記憶部12に格納する。なお、ここでの例では、三次元再構成像内に設定した少なくとも二点の基準位置P,Qにそれぞれ対応する、放射化組織画像内の基準位置P′,Q′を利用者が指定するものとする。
When the activated tissue image is input, the
画像読み出し部22′は、記憶部12に格納した放射化組織画像を所定の順序で逐次的に読み出す。この順序は、例えば各放射化組織画像に関連付けられた日時の情報が新しい順、または古い順とすればよい。
The
位置合わせ部23′は、画像読み出し部22′が読み出した放射化組織画像I_n内に定められた基準位置と、当該基準位置に対応して、三次元構成像の座標内に設定されている基準位置との位置を合わせる。ここでは各軸周りの回転により、X,Y,Zの各軸を一致させることができるので、例えば三次元再構成像の基準位置P,Qのそれぞれに、放射化組織画像の基準位置P′,Q′を一致させるよう、放射化組織画像を移動し、または拡大・縮小変形する。
The
一例として、三次元再構成像を用いて定められた、X,Y,Zの各軸を一致させた後の基準位置P,Qの座標をそれぞれ(xp,yp,zp),(xq,yq,zq)とし、放射化組織画像I_n(n=1,2…)を用いて定められた基準位置P′,Q′の基準位置の座標をそれぞれ(ξp_n,ηp_n,ζp_n),(ξq_n,ηq_n,ζq_n)とする。 As an example, the coordinates of the reference positions P and Q determined using the three-dimensional reconstructed image after matching the X, Y, and Z axes are respectively (xp, yp, zp), (xq, yq). , Zq) and the coordinates of the reference positions P ′, Q ′ determined using the activated tissue image I_n (n = 1, 2,...) Are (ξp_n, ηp_n, ζp_n), (ξq_n, ηq_n, respectively. , Ζq_n).
このとき位置合わせ部23′は、まず放射化組織画像I_n(n=1,2…)のそれぞれについて、(xp−ξp_n,yp−ηp_n,zp−ζp_n)だけ平行移動して、基準位置Pの座標にP′の座標を一致させる。そして位置合わせ部23′は、拡大縮小率αを未知数として、基準位置Qの座標と、平行移動後、各軸方向の拡大縮小率α,β,γを乗じたQ′の座標を一致させるよう、α,β,γを決定する。つまり、位置合わせ部23′は、(α×(ξq_n−ξp_n)+xp,β×(ηq_n−ηp_n)+yp,γ×(ζq_n−ζp_n)+zp)=(xq,yq,zq)となるα,β,γをそれぞれ求める。
At this time, the
こうして位置合わせ部23′は、放射化組織画像I_nの座標(ξ,η,ζ)を、(α×(ξ−ξp_n)+xp,β×(η−ηp_n)+yp,γ×(ζ−ζp_n)+zp)に変換し、三次元再構成像の座標に位置合わせする。
In this way, the
対比画像生成部24′は、画像読み出し部22′により読み出された放射化組織画像I_n(n=1,2…)内で、関心領域に対応する領域内にある画素を特定する。具体的には、xmin≦α×(ξ−ξp_n)+xp≦xmax,ymin≦β×(η−ηp_n)+yp≦ymax,zmin≦γ×(ζ−ζp_n)+zp≦zmaxである(ξ,η,ζ)の範囲にある画素を特定する。
The contrast
すでに説明したように、放射化組織画像の三次元内にある画素の画素値(ボクセル値)は放射化の強度に関係する値となっている。そこで、この画素値に基づき、関心領域に対応する領域内の画素値から、当該領域内に相当する範囲にある生体組織の放射化の強度の総和(積分値)が演算できる。対比画像生成部24′は、画像読み出し部22′により読み出された放射化組織画像I_n(n=1,2…)内で、関心領域に対応する領域内に相当する範囲にある生体組織の放射化の強度の積分値(以下、単に関心領域内の積分値と呼ぶ)を演算する。
As already described, the pixel values (voxel values) of the pixels within the three dimensions of the activated tissue image are values related to the activation intensity. Therefore, based on the pixel value, the sum of the activation intensities (integrated values) of the living tissue in the range corresponding to the region can be calculated from the pixel value in the region corresponding to the region of interest. The contrast
表示部25は、利用者からの指定された、少なくとも一つの放射化組織画像の所定断面の画像を表示する。例えば利用者がn=1の放射化組織画像I_1と、n=2の放射化組織画像I_2との矢状断面を指定すると、表示部25は、図6に例示するように、これらの矢状断面を表示するとともに、各放射化組織画像I_1,I_2において、設定された関心領域(R)に対応する領域内の画素の値(ボクセル値)に基づいてそれぞれ演算した、関心領域内の積分値を出力する。またこの表示部25は、利用者から指定されたnの範囲nmin,nmaxに対応する放射化組織画像I_n(n=nmax,nmax-1,…,nmin)のそれぞれを用いて演算された、関心領域内の積分値の増減を表すグラフを表示してもよい(図7(a))。
The
なお、関心領域は複数設定されてもよい。この場合、対比画像生成部24′は、関心領域ごとに、それぞれの放射化組織画像I_n(n=1,2…)内の対応する各領域に含まれる画素の値(ボクセル値)から、各関心領域内の積分値を演算する。この場合、表示部25は、利用者から指定されたnの範囲nmin,nmaxに対応する放射化組織画像I_n(n=nmin,nmin+1,…,nmax)のそれぞれを用いて演算された、関心領域(R1,R2)ごとの積分値の増減を表すグラフを表示してもよい(図7(b))。なお、これらのグラフにおいては、演算された値に基づく一次回帰等の統計演算の結果得られる傾向図(直線など)を合わせて描画して表示出力してもよい。
A plurality of regions of interest may be set. In this case, for each region of interest, the contrast
この例においては、利用者は例えば、放射化して除去しようとする生体組織の外周部、粒子線の線源からより遠い側に関心領域を設定する。粒子線治療では、当初は放射化して除去しようとする生体組織の、線源により近い側から放射化して除去される。やがて当該除去しようとする生体組織が放射化して除去されはじめると、粒子線は線源からより遠い側にも到達するようになり、線源からより遠い側の生体組織も放射化し、除去されるようになる。つまり、粒子線の線源からより遠い側に関心領域を設定した場合、当該関心領域内の生体組織の放射化の強度は、時間経過とともに(粒子線治療を行うごとに)増大していく。従って利用者は、この設定した関心領域内の積分値の増大を参照しつつ粒子線の線量を調整して、粒子線の到達範囲を制御することが可能となる。 In this example, the user sets, for example, a region of interest on the outer peripheral portion of the living tissue to be activated and removed, on the side farther from the particle beam source. In the particle beam therapy, the biological tissue to be initially activated and removed is activated and removed from the side closer to the radiation source. Eventually, when the biological tissue to be removed begins to be activated and removed, the particle beam reaches the side farther from the radiation source, and the biological tissue farther from the radiation source is also activated and removed. It becomes like this. That is, when the region of interest is set on the farther side from the particle beam source, the activation intensity of the living tissue in the region of interest increases with time (every particle beam treatment is performed). Accordingly, the user can control the reach of the particle beam by adjusting the dose of the particle beam while referring to the increase in the integrated value in the set region of interest.
また関心領域は、放射化して除去しようとする生体組織の複数の箇所に設定されてもよい。例えば除去しようとする生体組織の周縁部と、中心部とにそれぞれ関心領域を設定することとしてもよい。例えば肝臓がんでは、がん化した領域の周縁部でがん細胞の働きが活発になり酸素利用量が大きくなる結果、領域の中心部のがん細胞が利用できる酸素の量が減少し、中心部のがん細胞が仮死状態となることがある。このとき、当該中心部では血流が促進され、放射化した組織が短時間で血流によって押し流される現象が生じる。つまりこの場合に、放射化組織画像を比較的短時間に(例えば50秒ごとに)繰り返して得ると、中心部に設定した関心領域の積分値の減少量は比較的少ないが、周辺部に設定した関心領域の積分値は時間を追って比較的大きく減少するという状況が観測される。また、日々の粒子線治療に対する時間軸で見れば、中心部に設定した関心領域の積分値の減少量は大きくなる傾向を示し、周辺部に設定した関心領域の積分値の減少量の変化はほとんど見られない。 Further, the region of interest may be set at a plurality of locations in the living tissue to be activated and removed. For example, a region of interest may be set in each of the peripheral portion and the central portion of the living tissue to be removed. For example, in liver cancer, the amount of oxygen that can be used by cancer cells in the center of the region decreases as a result of the active use of cancer cells in the periphery of the cancerous region and the increased oxygen usage, Cancer cells in the center may become asphyxia. At this time, blood flow is promoted in the central portion, and a phenomenon occurs in which the activated tissue is pushed away by the blood flow in a short time. That is, in this case, if the activated tissue image is repeatedly obtained in a relatively short time (for example, every 50 seconds), the amount of decrease in the integral value of the region of interest set in the center is relatively small, but set in the periphery. It is observed that the integrated value of the region of interest decreases relatively with time. In addition, looking at the time axis for daily particle beam therapy, the amount of decrease in the integral value of the region of interest set in the center tends to increase, and the change in the amount of decrease in the integral value of the region of interest set in the peripheral part is It is hardly seen.
このように複数の関心領域を設定した場合には、対比画像生成部24′は、各関心領域の積分値の比(各関心領域に対応する領域に相当する範囲にある生体組織の放射化の強度の比)を演算してもよい。そして表示部25は、この演算結果を表示出力する。
When a plurality of regions of interest are set in this way, the contrast image generation unit 24 'determines the ratio of the integral values of each region of interest (the activation of the living tissue in the range corresponding to the region corresponding to each region of interest). (Intensity ratio) may be calculated. The
このようにすると、関心領域ごとの線量への応答性などを観測することにも役立つ。具体的には、先のがん化した領域の周縁部と中心部とにおける効果のある線量の限界を定めるのに必要なデータを得ることができる。 This is useful for observing the response to the dose for each region of interest. Specifically, it is possible to obtain data necessary to determine the effective dose limit at the peripheral portion and the central portion of the previously cancerous region.
1 画像処理装置、11 制御部、12 記憶部、13 操作部、14 表示部、15 入出力部、20 関心領域情報取得部、21 画像取得部、22,22′ 画像読み出し部、23,23′ 位置合わせ部、24.24′ 対比画像生成部、25 表示部。
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記放射化される生体組織を含む領域の三次元再構成像を取得する手段と、
当該三次元再構成像内で、前記放射化して除去しようとする生体組織の周縁部と、中心部とを含む三次元の関心領域の設定を複数受け入れる関心領域設定手段と、
異なるタイミングで取得された複数の放射化組織画像を比較対象として、前記三次元再構成像と、前記比較対象となった複数の放射化組織画像とを、予め定めた生体内の基準位置同士を合わせるよう相対的に移動して位置合わせする手段と、
当該位置合わせ後に、前記比較対象とした放射化組織画像ごとに、前記三次元再構成像内で設定された各関心領域に対応する前記放射化組織画像内の領域に含まれる生体組織の放射化の強度を演算し、各領域について演算した強度の比率を演算する演算手段と、
を含み、
当該位置合わせした、比較対象とした複数の放射化組織画像を用いて対比画像を生成する画像生成手段と、
前記生成した画像を表示する表示手段と、
を含み、
前記画像生成手段は、前記比較対象とした放射化組織画像ごとに演算された、対応する領域に含まれる生体組織の放射化の強度の比率を出力する画像処理装置。 Image acquisition means for repeatedly acquiring the activated tissue image representing the position of the biological tissue activated by the particle beam therapy device at a predetermined timing;
Means for obtaining a three-dimensional reconstructed image of the region containing the biological tissue to be activated;
In the three-dimensional reconstructed image, a region-of-interest setting unit that accepts a plurality of three-dimensional region-of-interest settings including a peripheral portion of the biological tissue to be activated and removed and a center portion;
Using a plurality of activated tissue images acquired at different timings as a comparison target, the three-dimensional reconstructed image and the plurality of activated tissue images that are the comparison targets are determined based on predetermined reference positions in a living body. Means for relatively moving and aligning to match,
After the alignment, for each activated tissue image to be compared, activation of biological tissue included in the region in the activated tissue image corresponding to each region of interest set in the three-dimensional reconstructed image Calculating means for calculating the intensity ratio of the intensity calculated for each region;
Including
An image generating means for generating a contrast image using a plurality of activated tissue images to be compared, which are aligned;
Display means for displaying the generated image;
Only including,
The image processing device outputs the ratio of the activation intensity of the living tissue included in the corresponding region, calculated for each of the activated tissue images to be compared .
粒子線治療装置により放射化された生体組織の位置を表す放射化組織画像を、予め定めたタイミングごとに繰り返し取得する画像取得手段と、
前記放射化される生体組織を含む領域の三次元再構成像を取得する手段と、
当該三次元再構成像内で、前記放射化して除去しようとする生体組織の周縁部と、中心部とを含む三次元の関心領域の設定を複数受け入れる関心領域設定手段と、
異なるタイミングで取得された複数の放射化組織画像を比較対象として、前記三次元再構成像と、前記比較対象となった複数の放射化組織画像とを、予め定めた生体内の基準位置同士を合わせるよう相対的に移動して位置合わせする手段と、
当該位置合わせ後に、前記比較対象とした放射化組織画像ごとに、前記三次元再構成像内で設定された各関心領域に対応する前記放射化組織画像内の領域に含まれる生体組織の放射化の強度を演算し、各領域について演算した強度の比率を演算する演算手段と、
を含み、
当該位置合わせした、比較対象とした複数の放射化組織画像を用いて対比画像を生成する画像生成手段と、
前記生成した画像を表示する表示手段と、
として機能させ、前記画像生成手段として機能させる際は、コンピュータに、前記比較対象とした放射化組織画像ごとに演算された、対応する領域に含まれる生体組織の放射化の強度の比率を出力させるプログラム。 Computer
Image acquisition means for repeatedly acquiring the activated tissue image representing the position of the biological tissue activated by the particle beam therapy device at a predetermined timing;
Means for obtaining a three-dimensional reconstructed image of the region containing the biological tissue to be activated;
In the three-dimensional reconstructed image, a region-of-interest setting unit that accepts a plurality of three-dimensional region-of-interest settings including a peripheral portion of the biological tissue to be activated and removed and a center portion;
Using a plurality of activated tissue images acquired at different timings as a comparison target, the three-dimensional reconstructed image and the plurality of activated tissue images that are the comparison targets are determined based on predetermined reference positions in a living body. Means for relatively moving and aligning to match,
After the alignment, for each activated tissue image to be compared, activation of biological tissue included in the region in the activated tissue image corresponding to each region of interest set in the three-dimensional reconstructed image Calculating means for calculating the intensity ratio of the intensity calculated for each region;
Including
An image generating means for generating a contrast image using a plurality of activated tissue images to be compared, which are aligned;
Display means for displaying the generated image;
When functioning as the image generation means, the computer outputs the ratio of the activation intensity of the living tissue included in the corresponding region calculated for each of the activated tissue images to be compared. Program.
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