JP6455358B2 - Radioscopy equipment - Google Patents

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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。   The present invention relates to a radioscopy apparatus that detects the position of a marker that moves with body movement of a subject by acquiring images including markers placed in the body of the subject from two different directions. .

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。   A head for irradiating a treatment beam and a gantry for rotating the head about the subject are provided, and radiation treatment is performed by irradiating a treatment beam such as an X-ray or an electron beam to an affected part such as a tumor. In a radiotherapy apparatus, it is necessary to accurately irradiate the affected area with radiation. However, not only the subject may move the body, but the affected part itself may move. For example, a tumor near the lung moves greatly based on respiration. For this reason, in patent document 1, it has the structure which arrange | positions a gold marker near a tumor, detects the position of this marker by radioscopy apparatuses, such as X-ray fluoroscopy apparatus, and controls irradiation of therapeutic radiation Radiotherapy devices have been proposed.

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。   In such a radiotherapy apparatus, Patent Document 2 discloses an X-ray fluoroscopic apparatus for specifying the position of a marker by fluoroscopying an image including a marker placed near a tumor in the body of a subject. Has been. The X-ray fluoroscopic apparatus described in Patent Document 2 includes a first X-ray tube that irradiates X-rays from the floor side and a first X-ray detector that detects X-rays passing through the subject from the ceiling side. 1 imaging system and a second X-ray system that includes a second X-ray tube that irradiates X-rays from the floor side and a second X-ray detector that detects X-rays passing through the subject from the ceiling side, A marker embedded in the body is detected by template matching or the like. Then, three-dimensional position information is obtained using the two-dimensional perspective image photographed by the first photographing system and the two-dimensional perspective image photographed by the second photographing system. By continuously executing such an operation and calculating the three-dimensional position information of the marker in real time, the marker of the lesion site with movement is detected with high accuracy. And it becomes possible to perform highly accurate radiation irradiation by controlling irradiation of therapeutic radiation based on the position information of this marker.

特開2000−167072号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-167072 特開2014−128412号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2014-128412

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。   As the marker, in addition to a spherical marker that is a gold sphere, a non-spherical curved marker in which a gold wire is coiled is used. When a curved marker is deformed or rotated during movement, the projected shape in the image changes, so the marker cannot be recognized by template matching using a template created in advance, and the marker cannot be tracked was there.

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。   Further, when detecting a marker placed in the body by template matching, it is necessary to create a marker template. Conventionally, when creating this template, it has been necessary to capture an X-ray image including a marker by photographing a subject who is supine on a treatment table, and a user needs to extract a marker portion to obtain a template image. It took a long time to prepare for the marker tracking. In particular, in the treatment of rotating the treatment table and performing multi-directional irradiation from an arbitrary angle on the affected part, such as non-coplanar irradiation, the orientation of the subject with respect to X-ray imaging changes one after another. Had to be recreated. For this reason, the usage time of the radiotherapy apparatus concerning one patient has become long.

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。   If the preparation time until the treatment beam is irradiated is long, not only does it cause pain to the patient whose movement on the treatment table is restricted, but also the patient moves during the preparation, There was a possibility that irradiation position accuracy might deteriorate. In addition, in order to allow more patients to have treatment opportunities, it is necessary to reduce preparation time and improve treatment throughput.

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。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and has an object to provide a radioscopy apparatus that can shorten the preparation time until treatment and can accurately detect a marker regardless of the shape of the marker. And

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。 The first invention includes a radiation source and a radiation detector that detects radiation irradiated from the radiation source and transmitted through the subject, and is obtained by fluoroscopy at a predetermined frame rate from a plurality of directions. A radioscopic apparatus that detects a position of the device in an image including the device placed in the body of the human body and tracks the movement of the device, the image including the device based on a detection signal of the radiation detector An image generation unit for generating a local structure, a local structure detection unit for detecting a local structure in an image including the device generated by the image generation unit, and the local structure detected by the local structure detection unit. , a device determination unit that determines whether or not the device, the local structure it is judged that the device in the device determination section, of the device one If it is determined, on the basis of the local structure, it is determined and the local structure expanding portion for detecting one of the global structure corresponding to the whole of the device, to be the device in the device determination unit The device position acquisition unit that acquires the position of the local structure in the image as the position of the device, and the device is tracked based on the position of the device for each frame acquired by the device position acquisition unit A device tracking unit.

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。   2nd invention is further equipped with the device candidate detection part which detects the candidate of the said device from the image containing the said device, The said local structure detection part in the periphery of the said candidate of the device detected by the said device candidate detection part The local structure is detected.

第3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。 In the third invention, the device position acquisition unit acquires the center of gravity, the end point, and the midpoint of the global structure obtained by the local structure expansion unit as the position of the device.

第4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に前記デバイスの候補点を中心とする所定の関心領域を設定し、関心領域内で規則性を持ったパターンを抽出するセグメンテーションを実行することにより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The fourth invention includes a radiation source and a radiation detector that detects radiation irradiated from the radiation source and transmitted through the subject, and is obtained by fluoroscopy at a predetermined frame rate from a plurality of directions. A radioscopic apparatus that detects a position of the device in an image including the device placed in the body of the human body and tracks the movement of the device, the image including the device based on a detection signal of the radiation detector A predetermined region of interest centered on the candidate point of the device in an image including the device generated by the image generating unit, and a pattern having regularity in the region of interest A local structure detecting unit that detects a local structure by executing segmentation for extracting the local structure, and the local structure detected by the local structure detecting unit includes: A device discriminating unit that discriminates whether or not the device is a chair; and a device position acquisition that acquires, as the device position, a position in the image of the local structure that is discriminated to be the device by the device discriminating unit And a device tracking unit that tracks the device based on the position of the device for each frame acquired by the device position acquisition unit .

第5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して前記候補点とするデバイス候補検出部をさらに備えるThe fifth invention further includes a device candidate detection unit that detects the device candidate from the image including the device and sets it as the candidate point .

第6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 In a sixth aspect of the invention, the device position acquisition unit acquires, as the position of the device, the centroid of the local structure that is determined to be the device by the device determination unit .

第1から第の発明によれば、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。 According to the first to sixth inventions, a local structure detection unit that detects a local structure in an image including a device, a device determination unit that determines whether or not the local structure is a device, and a device comprising a device position acquisition unit that acquires position as the position of a device in the image of the determined local structure and is a device tracking unit for tracking the device based on the position of the device for each frame, the For this reason, it is not necessary to perform fluoroscopy in order to create a template, unlike the conventional device tracking based on template matching. For this reason, it becomes possible to reduce the restraint time in the treatment table of a patient's radiotherapy apparatus. In addition, since it is determined whether or not the device is based on the local structure, multiple templates of curved markers with various orientations, lengths, and shapes depending on the fluoroscopic direction and placement location are created, as in conventional template matching. Thus, it is not necessary to repeat the matching operation for a plurality of templates, the throughput of the radiotherapy apparatus can be improved, and a device whose shape in the image such as a curved marker is changed can be accurately tracked. It becomes possible.

また、第1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。In addition, according to the first invention, it is possible to accurately capture the entire image of the curved marker having various orientations, lengths, and shapes depending on the fluoroscopic direction and the detention location by providing the local structure expanding portion. Become.

第2および第5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。 According to the second and fifth inventions, since the device candidate detection unit is provided, the device candidate is detected from an image excluding a stationary structure such as a bone imaged in the same image as the device by fluoroscopy. It is possible to reduce device misidentification due to the influence of noise and noise.

第3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According to the third invention, the device position acquisition unit acquires the center of gravity, the end point, and the middle point of the global structure as the position of the device. Even with a curved marker, more accurate tracking can be performed in units of subpixels .

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。 According to the sixth aspect , since the device position acquisition unit acquires the center of gravity of the local structure as the device position, it is possible to track the device more precisely in units of subpixels.

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。1 is a perspective view of a radiotherapy apparatus to which an X-ray fluoroscopic apparatus according to the present invention is applied. 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。It is explanatory drawing which shows rocking | fluctuation operation | movement of the head 55 and the head support part 54 in a radiotherapy apparatus. 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。It is explanatory drawing which shows the state by which the 1st X-ray tube 1a, the 2nd X-ray tube 1b, the 1st X-ray detector 2a, and the 2nd X-ray detector 2b were each arrange | positioned in the 1st see-through position. 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。It is explanatory drawing which shows the state by which the 1st X-ray tube 1a, the 2nd X-ray tube 1b, the 1st X-ray detector 2a, and the 2nd X-ray detector 2b are each arrange | positioned in the 1st see-through position and the 2nd see-through position. 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。It is explanatory drawing which shows the state by which the 1st X-ray tube 1a, the 2nd X-ray tube 1b, the 1st X-ray detector 2a, and the 2nd X-ray detector 2b were each arrange | positioned in the 2nd fluoroscopic position. 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。It is a block diagram which shows the main control systems of the X-ray fluoroscope which concerns on 1st Embodiment of this invention. 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。FIG. 6 is an explanatory diagram schematically showing the operation of a device candidate detection unit 62. 局所構造検出部63の動作を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically operation | movement of the local structure detection part 63. FIG. 局所構造検出部63の動作を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically operation | movement of the local structure detection part 63. FIG. デバイス判別部64の動作を模式的に示す説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram schematically showing the operation of a device determination unit 64. デバイス追跡部67の動作を模式的に示す説明図である。6 is an explanatory diagram schematically showing the operation of a device tracking unit 67. FIG. 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。It is a block diagram which shows the main control systems of the X-ray fluoroscope which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 局所構造検出部63の動作を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically operation | movement of the local structure detection part 63. FIG. 局所構造拡張部65の動作を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the operation | movement of the local structure expansion part 65 typically. 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。6 is an explanatory diagram schematically showing the operation of a device position acquisition unit 66. FIG.

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。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view of a radiotherapy apparatus to which an X-ray fluoroscopy apparatus that is a radioscopy apparatus according to the present invention is applied. FIG. 2 is an explanatory diagram showing the swinging operation of the head 55 and the head support portion 54 in the radiotherapy apparatus.

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。   This radiotherapy apparatus is for performing radiotherapy by irradiating the affected part of a subject 57 lying on a table 56 with radiation such as X-rays or electron beams, and on the floor surface 51 of the treatment room. A gantry 53 installed on the head, a head support 54 that swings about an axis that faces the gantry 53 in the horizontal direction, and a head support 54 that is supported by the head support 54 to irradiate the subject 57 with radiation. The head 55 is provided. The head 55 can irradiate therapeutic radiation from various angles to the affected part of the subject 57 by the swinging movement of the head support part 54.

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。   During radiotherapy, it is necessary to accurately irradiate the affected area with radiation. For this reason, a marker is installed near the affected area. Then, the two-dimensional fluoroscopy obtained by the first X-ray fluoroscopy mechanism and the second X-ray fluoroscopy mechanism is obtained by continuously fluoroscopying the marker embedded in the body using the first X-ray fluoroscopy mechanism and the second X-ray fluoroscopy mechanism. The marker is detected with high accuracy by calculating the three-dimensional position information of the marker from the image.

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。   In order to execute such fluoroscopy, the radioscopy device according to the present invention applied to a radiotherapy device is an X-ray fluoroscopy device including an X-ray tube as a radiation source and an X-ray detector as a radiation detector. is there. The X-ray fluoroscopic apparatus has a first X-ray fluoroscopic mechanism including a first X-ray tube 1a and a first X-ray detector 2a, a second X-ray tube 1b, and a second X-ray fluoroscope for acquiring X-ray fluoroscopic images from two directions. The second X-ray fluoroscopic mechanism including the 2X-ray detector 2b, and the first X-ray tube 1a and the first X-ray detector 2a are moved to a first fluoroscopic position and a second fluoroscopic position, which will be described later, arranged opposite to each other. In addition, there is provided a moving mechanism for moving the second X-ray tube 1b and the second X-ray detector 2b to a first fluoroscopic position and a second fluoroscopic position that are arranged to face each other. An image intensifier (II) or a flat panel detector (FPD) is used as the first X-ray detector 2a and the second X-ray detector 2b.

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。   The 1st X-ray tube 1a is supported by the 1st base 3a for X-ray tubes. The second X-ray tube 1b is supported by the second pedestal 3b for X-ray tubes. On the bottom surface 52 of the recess formed in the floor surface 51 of the radiographing room, a first rail 21 for a substantially U-shaped X-ray tube in which two linear portions are connected by a connecting portion including an arc portion, and this X-ray Similar to the tube first rail 21, a substantially U-shaped second rail 22 for an X-ray tube in which two linear portions are connected by a connecting portion including an arc portion is disposed. The first rail 21 for X-ray tube and the second rail 22 for X-ray tube are arranged in parallel to each other. The X-ray tube first pedestal 3a and the X-ray tube second pedestal 3b are guided by the first rail 21 and the second rail 22 for the X-ray tube, and will be described later in a first see-through position and a second see-through position. Move to.

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。   Similarly, the 1st X-ray detector 2a is supported by the 1st base 4a for X-ray detectors. The second X-ray detector 2b is supported by the second pedestal 4b for X-ray detectors. From the ceiling of the radiographing room, the first rail 11 for a substantially U-shaped X-ray detector in which two straight portions are connected by a connecting portion including an arc portion, and the same as the first rail 11 for the X-ray detector. A substantially U-shaped second rail 12 for an X-ray detector, in which two linear portions are connected by a connecting portion including an arc portion, is suspended. The first rail 11 for the X-ray detector and the second rail 12 for the X-ray detector are arranged in parallel to each other. Then, the first pedestal 4a for X-ray detectors and the second pedestal 4b for X-ray detectors are guided by the first rail 11 and the second rail 12 for these X-ray detectors, and a first see-through position and a first position described later. 2 Move to the fluoroscopic position.

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。   Although not illustrated in FIG. 1, the concave portion formed in the floor surface 51 is covered with a lid member that constitutes a part of the floor, and thus the first X-ray detector 2 a and the second X-ray detector. 2b will be placed under the floor.

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。   3, 4, and 5, the first X-ray tube 1 a, the second X-ray tube 1 b, the first X-ray detector 2 a, and the second X-ray detector 2 b are disposed at the first fluoroscopic position and the second fluoroscopic position, respectively. It is explanatory drawing which shows the state made.

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。   This X-ray fluoroscopic apparatus has a configuration in which a subject 57 is seen through from two different directions at three preset positions. FIG. 3 shows a state in which the first X-ray tube 1a, the second X-ray tube 1b, the first X-ray detector 2a, and the second X-ray detector 2b see through the subject 57 from two different directions at the first position. FIG. 4 shows that the first X-ray tube 1a, the second X-ray tube 1b, the first X-ray detector 2a, and the second X-ray detector 2b move the subject 57 from two different directions in the second position. FIG. 5 shows a state of seeing through, and FIG. 5 shows that the first X-ray tube 1a, the second X-ray tube 1b, the first X-ray detector 2a, and the second X-ray detector 2b are different from each other in the subject 57 at the third position. The state seen through from two directions is shown.

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。   As described above, the X-ray fluoroscopic apparatus has a configuration in which the subject 57 is seen through from two different directions at three positions, and therefore, as shown in FIG. Even when the person 57 is irradiated with radiation from various angles, the head 55 can perform X-ray fluoroscopy without interfering with the fluoroscopic field. At these three positions, the first X-ray tube 1a and the second X-ray tube 1b, and the first X-ray detector 2a and the second X-ray detector 2b It will be arranged at one of the two perspective positions.

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。   In the first position shown in FIG. 3, the first X-ray tube 1a is at the first fluoroscopic position, the second X-ray tube 1b is at the first fluoroscopic position, and the first X-ray detector 2a is at the first fluoroscopic position. The second X-ray detectors 2b are respectively disposed at the first fluoroscopic positions. In the second position shown in FIG. 4, the first X-ray tube 1a is in the second fluoroscopic position, the second X-ray tube 1b is in the first fluoroscopic position, the first X-ray detector 2a is in the second fluoroscopic position, The line detectors 2b are respectively arranged at the first see-through positions. In the third position shown in FIG. 5, the first X-ray tube 1a is in the second fluoroscopic position, the second X-ray tube 1b is in the second fluoroscopic position, the first X-ray detector 2a is in the second fluoroscopic position, The line detectors 2b are respectively arranged at the second see-through positions.

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。   The X-ray tube first pedestal 3a and the X-ray tube second pedestal 3b move along the moving path 20 constituted by the X-ray tube first rail 21 and the second rail 22, whereby the first X-ray tube 1a. And the 2nd X-ray tube 1b is each arrange | positioned in a 1st see-through position and a 2nd see-through position. Further, by moving the first pedestal 4a for X-ray detectors and the second pedestal 4b for X-ray detectors along the movement path 10 constituted by the first rails 11 and the second rails 12 for X-ray detectors, The first X-ray detector 2a and the second X-ray detector 2b are disposed at the first perspective position and the second perspective position, respectively.

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。   In this embodiment, the first rail 11 for the X-ray detector, the second rail 12 for the X-ray detector, the first rail 21 for the X-ray tube, and the second rail 22 for the X-ray tube are all included. The two straight portions have a substantially U-shape connected by a connecting portion including an arc portion. Therefore, from the first position shown in FIG. 3, the second position shown in FIG. 4, and the third position shown in FIG. 5, the first X-ray tube 1a, the second X-ray tube 1b, the first X-ray detector 2a, and the second X-ray. By moving the detector 2b in the horizontal direction in synchronization with each other, the fluoroscopic position can be moved in the horizontal direction. Therefore, for example, even when a marker or the like is removed from the fluoroscopic region during X-ray fluoroscopy, the first X-ray tube 1a, the second X-ray tube 1b, the first X-ray detector 2a, and the second X-ray detector 2b are mutually connected. It is possible to track a marker or the like by moving in the horizontal direction in synchronization.

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。   FIG. 6 is a block diagram showing the main control system of the X-ray fluoroscopic apparatus according to the present invention.

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。   This X-ray fluoroscopic apparatus is equipped with a CPU that performs logical operations, a ROM that stores operation programs necessary for controlling the apparatus, a RAM that temporarily stores data during control, and the like, and controls the entire apparatus. The unit 60 is provided. The controller 60 is connected to the first X-ray tube 1a, the second X-ray tube 1b, the first X-ray detector 2a, and the second X-ray detector 2b described above. Further, the control unit 60 includes a display unit 71 that displays an image of the subject 57 during X-ray fluoroscopy, an input unit 72 such as a mouse and a keyboard operated by an operator when inputting various settings, 1 is also connected.

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。   As a functional configuration, the control unit 60 generates an image including a marker placed in the body of the subject 57 based on the transmitted X-rays detected by the first X-ray detector 2a and the second X-ray detector 2b. A generating unit 61, a device candidate detecting unit 62 that detects a marker candidate, a local structure detecting unit 63 that detects a local structure in a region of interest around the marker candidate point, and a local structure such as a marker A device discriminating unit 64 that discriminates whether or not the device is a device; a device position obtaining unit 66 that obtains the center-of-gravity coordinates of the local structure; a device tracking unit 67 that tracks a marker based on the marker position for each frame; A three-dimensional absolute coordinate acquisition unit 68 that acquires the three-dimensional absolute coordinate of the marker from the tracking result of each marker position and the like, and a gating signal to the radiation therapy apparatus based on the three-dimensional absolute coordinate of the marker It comprises a gating signal transmitting section 69 for transmitting.

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。   Next, the operation of each functional configuration of the control unit 60 will be described by taking as an example the case where the marker placed in the body of the subject 57 is a spherical marker. FIG. 7 is an explanatory diagram schematically showing the operation of the device candidate detection unit 62. 8 and 9 are explanatory views schematically showing the operation of the local structure detection unit 63. FIG. FIG. 10 is an explanatory diagram schematically showing the operation of the device determination unit 64. FIG. 11 is an explanatory diagram schematically showing the operation of the device tracking unit 67.

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。   First, using two selected imaging systems, an image from two directions including a marker placed in the body of the subject 57 is acquired at a frame rate of about 20 to 30 fps. That is, the image generation unit 61 generates an X-ray image at a constant frame rate based on electrical signals from the first X-ray detector 2a and the second X-ray detector 2b arranged at a predetermined fluoroscopic position by selection of an imaging system. Is generated.

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。   The device candidate detection unit 62 detects points that are candidates for the spherical marker BM from the image generated by the image generation unit 61. As shown in the upper part of FIG. 7, the image 91 includes structures and noise other than the spherical marker BM, and a stationary structure such as a bone displayed at a high contrast in the image 91 has a marker detection efficiency. May be reduced. Therefore, the device candidate detection unit 62 detects a candidate for the spherical marker BM from an image 92 obtained by removing a stationary structure such as a bone from the image 91, as shown in the lower part of FIG. Since the spherical marker BM having a large X-ray absorption is recognized as a dark spot that moves between a plurality of consecutive images, a difference from the average of the past several frames with respect to the image of a frame at a certain time is taken. Thus, stationary structures other than the spherical marker BM can be removed from the image. As a result, it is possible to reduce erroneous detection of noise or the like other than the spherical marker BM as a marker candidate point, and to improve the efficiency of marker recognition.

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。   For the detection of the candidate point of the spherical marker BM in the device candidate detection unit 62, for example, a method using a known Laplacian filter can be adopted for the image obtained by removing the stationary structure from the above-described image. In order to increase the processing speed, a technique such as image reduction according to the size of the spherical marker BM can be employed. Alternatively, the device candidate detection unit 62 may not be provided, and an operator may manually specify a device candidate point from the input unit 72.

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。   The local structure detection unit 63 performs local segmentation (region division) around the candidate point of the spherical marker BM detected by the device candidate detection unit 62 within the predetermined regions of interest E1 and E2 shown in FIG. A simple structure. In addition, the black circle in FIG. 8 has shown the candidate point of the spherical marker BM. The local structure detection unit 63 performs processing (segmentation processing) for extracting a pattern having regularity in the regions of interest E1 and E2 using the candidate points and the surrounding pixel values. In addition, since the size of the spherical marker BM reflected in the image 93 is known in advance for the predetermined regions of interest E1 and E2, for example, the length of one side is the diameter of the circular spherical marker BM in the image 93. Is set by arranging a rectangular frame about 2 to 3 times as large as the center of the candidate point in the image 93.

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。   Since the spherical marker BM overlaps with various structures in the body depending on the position where it is placed, the background of the spherical marker BM projected in the image is not uniform, and the pixel value of each spherical marker BM also has various values. Take. Therefore, the parameter setting when performing local segmentation around the candidate point of the spherical marker BM is appropriately changed and set for each candidate point. For example, as shown in FIG. 9, a certain range of values based on pixel values at candidate points (shown in black in FIG. 9) is set for each candidate point, and candidate points satisfying the conditions regarding the set pixel value By performing the operation of attaching the same label (shown by hatching in FIG. 9) to surrounding pixels, a group of regions in which pixels with the same label are continuous is extracted as a local structure. Note that the squares in FIG. 9 indicate one pixel.

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。   In addition to the segmentation using the pixel values described above, local structure detection in a limited region centered on the candidate point of the spherical marker BM in the image 93 by the local structure detection unit 63 is known. Other approaches can be employed. For example, the local structure may be extracted by detecting the contour of the local structure around the candidate point of the spherical marker BM by using the change in the brightness of the digital image such as edge detection by the Canny method. Alternatively, a local structure may be extracted by binarization using a discriminant analysis method. Note that the image 93 used for detecting the local structure by the local structure detection unit 63 includes the image 91 acquired by the operation of the image generation unit 61 and the stationary of bones and the like by the operation of the device candidate detection unit 62. Either of the images 92 after the structure is removed may be used.

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。   The device determination unit 64 determines whether the local structure detected by the local structure detection unit 63 is a device such as a marker. The spherical spherical marker BM always appears as a circular shape in the image regardless of the fluoroscopic direction, and the size of the spherical marker BM is known in advance. Therefore, a local structure having a circular shape and an area within a predetermined range is determined as a spherical marker BM. The determination of whether or not the shape of the local structure is a circle can be made by utilizing, for example, that the responses to the eight-direction Gabor filter are equivalent in all directions. Further, it may be determined whether or not the local structure is a spherical marker by calculating a circularity that is an index indicating how close the target shape is to a circle. Thereby, the local structure LS1 around the candidate point in the region of interest E1 in FIG. 10 is determined as the spherical marker BM. On the other hand, the local structure LS2 around the candidate point in the region of interest E2 in FIG. 10 is determined not to be the spherical marker BM, and is excluded from the subsequent processing.

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。   The device position acquisition unit 66 acquires the local centroid of the structure determined as the spherical marker BM by the device determination unit 64 as the marker position. The barycentric coordinates of the spherical marker BM of the sphere are obtained by the following equation (1).

Figure 0006455358
Figure 0006455358

なお、xは重心位置ベクトル、xは局所的な構造の画素位置ベクトル、m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。 Incidentally, x G denotes the center of gravity position vector, x n is the pixel position vector of a local structure, m n is the inverted pixel values of local structure. Thus, in the equation (1), the inverted pixel value is used, and the smaller the pixel value, the larger the mass, and the coordinates of the center of gravity that is the center of the spherical marker BM are calculated. Thereby, the barycentric coordinates of the spherical marker BM in each frame can be acquired by subpixels (for example, 1/10 pixel).

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。   The device tracking unit 67 tracks the marker based on the marker position for each frame acquired by the device position acquisition unit 66. An image 95 in FIG. 11 is obtained by superimposing three consecutive frames where the position of the spherical marker BM has already been acquired. As shown in FIG. 11, the position n of the spherical marker BM in the frame for calculating the position of the device is determined from the positions n-1, n-2, n-3. If the moving speed and acceleration of the spherical marker BM are calculated, the position n of the spherical marker in the next frame can be predicted. As described above, the device tracking unit 67 predicts the position n of the spherical marker BM in the next frame, and uses the vicinity of the predicted position of the spherical marker BM as the device search target area SE of the next frame. For this reason, deviation of device search is prevented, marker position acquisition and tracking in each frame can be performed quickly, and interruption of marker tracking can be prevented.

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。   Using the result of recognition and tracking of the spherical marker by each functional configuration described above, the calculation of the spatial position of the spherical marker for accurately irradiating the affected part moving by breathing or the like is repeatedly performed. The three-dimensional absolute coordinate acquisition unit 68 uses the relationship between epipolar geometries, and determines the position of each marker in the two-dimensional image from two directions obtained by the device position acquisition unit 66 and the device tracking unit 67 and the tracking result of the marker. , Get the 3D absolute coordinates of the marker.

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。   After that, the gating signal sending unit 69 irradiates the subject 57 with the treatment beam when the three-dimensional absolute coordinate acquired by the three-dimensional absolute coordinate acquisition unit 68 is within a predetermined range. The gating signal is transmitted to the radiotherapy apparatus. That is, the gating signal transmitting unit 69 controls the ON / OFF of the treatment beam for performing irradiation of the treatment beam only when the affected part is within a specific range from the marker position with respect to the affected part with movement. To generate a signal.

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。   As described above, in this embodiment, since the marker is not recognized by template matching, the preparation time for seeing through the subject 57 prior to treatment for the creation of a template for template matching can be shortened. Therefore, it is possible to improve the throughput of the radiotherapy apparatus.

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。   In addition, in conventional template matching, the contrast of markers in the image differs depending on the overlap and positional relationship with internal structures such as bones, so multiple templates with different contrasts are prepared, and matching that exceeds a predetermined threshold It was necessary to repeat the matching operation for the template until the degree was calculated. In this embodiment, since the matching operation is not performed, the marker recognition time can be shortened. Furthermore, by removing the internal structures such as bones from the image by the device candidate detection unit 62, it is difficult to be affected by the difference in contrast, and the marker can be detected efficiently.

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。   Next, another embodiment of the present invention will be described. FIG. 12 is a block diagram showing a control system of the X-ray fluoroscopic apparatus according to the second embodiment of the present invention. The control unit 60 of this embodiment further includes a local structure expansion unit 65. Note that a detailed description of a functional configuration that performs the same operation as in the first embodiment described above will be omitted.

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。   In this embodiment, a case where the marker placed in the body of the subject 57 is a non-spherical curved marker will be described as an example. FIG. 13 is an explanatory diagram schematically showing the operations of the device candidate detection unit 62 and the local structure detection unit 63. FIG. 14 is an explanatory diagram schematically showing the operation of the local structure expansion unit 65. FIG. 15 is an explanatory diagram schematically showing the operation of the device position acquisition unit 66.

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。   First, the device candidate detection unit 62 detects points that are candidates for the curved marker LM from the image generated by the image generation unit 61. As in the first embodiment, an image 92 excluding stationary structures such as bones is generated, and candidate points P0 are detected as shown in FIG.

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。   The local structure detection unit 63 performs local segmentation around the candidate point P0 of the curved marker LM detected by the device candidate detection unit 62 within the predetermined region of interest E1, and the local structure (hatching in FIG. 13 is performed). Detected). This local structure is detected using a method similar to that of the first embodiment in a predetermined region of interest E1 centered on the candidate point P0.

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。   The device determination unit 64 determines whether or not the local structure detected by the local structure detection unit 63 is a curved marker LM. Unlike the spherical marker BM described in the first embodiment, the curved marker LM that is a non-spherical shape has various orientations and lengths in the image depending on the fluoroscopic direction. Moreover, the shape also changes with the movement in the body. On the other hand, if the curved marker LM in the image is divided into narrower regions and viewed locally, the shape can be regarded as a collection of lines, and can be regarded as a collection of fine straight lines with different inclinations. it can. Further, the thickness of the line of the curved marker LM appearing in the image can be easily estimated from the size of the curved marker LM. Therefore, the device determination unit 64 determines a local structure having a linear shape and an area within a predetermined range as a part of the curved marker LM. In determining the shape, responsiveness to a known eight-direction Gabor filter that can extract which direction of the line is included is used.

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。   The local structure expansion unit 65 detects one global structure, that is, the entire structure of the curved marker LM from the local structure that is a part of the curved marker LM. The fact that the local structure detected by the local structure detection unit 63 is a part of the curved marker LM means that the local structure is detected at the end of the predetermined region of interest E1 set by the local structure detection unit 63. There will be an overlap. As shown in the upper part of FIG. 14, the extension in the local structure extension unit 65 is performed by newly setting an end point of a local structure located at the end of a predetermined region of interest E1 centered on the candidate point P0 as a curved marker LM. Further, as shown in the middle part of FIG. 14, predetermined regions of interest E1-1 and E1-2 centered on the candidate points P1 and P2 are set, and the local structure detection unit 63 This is executed by performing local structure detection (segmentation processing) in new predetermined regions of interest E1-1 and E1-2. That is, by repeating the operations of setting new candidate points and regions of interest and segmentation processing, the local structure is expanded to a global structure corresponding to the entire image of the curved marker LM. In this way, the curved marker LM is decomposed into local structures in several regions to determine whether or not the marker is a curved marker LM, so that the influence of deformation and rotation is reduced. Note that such an expansion operation of the structure is performed until there is no local structure reaching the end of the predetermined region of interest.

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。   As shown in the lower part of FIG. 14, the local structure is expanded to a global structure, and new candidate points P3 and P4 and a predetermined center around these candidate points P3 and P4 are shown. The direction in which the regions of interest E1-3 and E1-4 are set is determined to be a fixed direction. This can be realized by using the local line orientation of the structure obtained by applying an 8-direction Gabor filter. As described above, when the extension direction of the local structure can be determined, even if the curved marker LM overlaps with the noise, the orientation of the local structure determined to be a part of the curved marker LM. The local structure is not expanded in a direction in which noise different from that extends. Therefore, it is possible to accurately detect the curved marker LM having a different orientation, length, and shape in the image depending on the fluoroscopic direction and the placement location.

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。   In the case of the curved marker LM, the device candidate detection unit 62 may detect a plurality of candidate points for one curved marker LM in the image. However, even if the local structure is detected and expanded from each candidate point, it is eventually collected into a global structure having the shape of one curved marker LM. The overlap of candidate points on the LM does not affect the recognition of the curved marker LM. For this reason, in this embodiment, it becomes possible to recognize a marker with high precision irrespective of the shape of the marker.

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。   The device position acquisition unit 66 acquires the center of gravity D0, end points T1, T2, and midpoint D1 of the global structure obtained by the action of the local structure expansion unit 65 as the position of the curved marker LM that is the device (FIG. 15). The coordinates of the center of gravity D0 of the curved marker LM are calculated using Expression (1), as in the first embodiment. As shown in FIG. 14, the end points T1 and T2 are also the ends of the expanded local structure, and therefore, using the orientation of the local structure at the end obtained by the multi-directional Gabor filter, The coordinates of the end points T1 and T2 are calculated. The middle point D1 is an intermediate point between both end points of the end points T1 and T2, and is calculated using the coordinates of the end points T1 and T2.

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。   Thus, in this embodiment, since the device position acquisition unit 66 acquires a plurality of coordinates as the device position, the positional relationship of the curved marker LM with the affected part in the body of the subject 57, deformation, Since the device can be tracked using the position most suitable for tracking the curved marker LM depending on the degree of rotation, the tracking of the curved marker LM can be prevented from being interrupted.

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。   If the position of the curved marker LM in each frame is acquired, the tracking of the curved marker LM by the device tracking unit 67 is executed as in the first embodiment, and the curved line marker LM is further curved by the three-dimensional absolute coordinate acquisition unit 68. The three-dimensional absolute coordinates of the shape marker LM are acquired. Thereafter, when the three-dimensional absolute coordinates of the curved marker LM are within a predetermined range, a gating signal is generated in the gating signal sending unit 69 so as to irradiate the subject 57 with the treatment beam. The signal is transmitted to the radiation therapy apparatus.

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(Coronary Angiogram: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。   The device according to the present invention is not limited to the spherical marker BM and the curved marker LM described in the embodiment. For example, the device is inserted into the coronary artery by CAG (Coronary Angiogram) using an X-ray fluoroscope. Also included are guidewires and stents. In CAG, since the guide wire and the stent move violently due to the pulsation of the heart, a configuration in which the image of each frame generated by the image generation unit 61 is affine transformed (translation / rotation / deformation) is added. Or a device such as a stent may be displayed on the display unit 71 as if the device is fixed in the image. Further, by adding a configuration for performing integration in the time direction using a known recursive filter or the like to each frame image after affine transformation, an image of a device with reduced noise without motion blur is obtained. It is also possible.

1a 第1X線管
1b 第2X線管
2a 第1X線検出器
2b 第2X線検出器
3a X線管第1台座
3b X線管第2台座
4a X線検出器用第1台座
4b X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
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1a 1st X-ray tube 1b 2nd X-ray tube 2a 1st X-ray detector 2b 2nd X-ray detector 3a X-ray tube 1st base 3b X-ray tube 2nd base 4a X-ray detector 1st base 4b X-ray detector 1st Two pedestals 10 Movement path 11 First rail 12 Second rail 20 Movement path 21 First rail 22 Second rail 51 Floor surface 53 Gantry 54 Head support section 55 Head 56 Table 57 Subject 60 Control section 61 Image generation section 62 Device Candidate detection unit 63 Local structure detection unit 64 Device discrimination unit 65 Local structure expansion unit 66 Device position acquisition unit 67 Device tracking unit 68 Three-dimensional absolute coordinate acquisition unit 69 Gating signal transmission unit 71 Display unit 72 Input unit 91 Image 92 Image 93 Images 95 images

Claims (6)

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。
A radiation source, and a radiation detector that detects radiation that has been irradiated from the radiation source and transmitted through the subject, and is placed in the body of the subject obtained by fluoroscopy at a predetermined frame rate from a plurality of directions. A radioscopic apparatus that detects the position of the device in an image including the device and tracks the movement of the device,
An image generation unit that generates an image including the device based on a detection signal of the radiation detector;
A local structure detection unit for detecting a local structure in an image including the device generated in the image generation unit;
A device determination unit for determining whether the local structure detected by the local structure detection unit is the device;
When the local structure determined to be the device by the device determination unit is determined to be a part of the device, one local area corresponding to the entire device is determined based on the local structure. A local structure extension that detects the global structure;
A device position acquisition unit that acquires a position in the image of the local structure determined to be the device in the device determination unit as a position of the device;
A device tracking unit that tracks the device based on the position of the device for each frame acquired by the device position acquisition unit;
Radioscopy apparatus comprising:
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。
The radiographic apparatus according to claim 1,
A device candidate detection unit for detecting a candidate for the device from an image including the device;
The local structure detection unit is a radioscopic apparatus that detects the local structure around the device candidates detected by the device candidate detection unit.
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。
The radiographic apparatus according to claim 1 or 2 ,
The device position acquisition unit is a radioscopic apparatus that acquires a center of gravity, an end point, and a midpoint of the global structure obtained by the local structure expansion unit as the position of the device.
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に前記デバイスの候補点を中心とする所定の関心領域を設定し、関心領域内で規則性を持ったパターンを抽出するセグメンテーションを実行することにより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
A radiation source, and a radiation detector that detects radiation that has been irradiated from the radiation source and transmitted through the subject, and is placed in the body of the subject obtained by fluoroscopy at a predetermined frame rate from a plurality of directions. A radioscopic apparatus that detects the position of the device in an image including the device and tracks the movement of the device,
An image generation unit that generates an image including the device based on a detection signal of the radiation detector;
Executing a segmentation for setting a predetermined region of interest centered on the candidate point of the device in an image including the device generated by the image generation unit and extracting a pattern having regularity in the region of interest; A local structure detecting unit for detecting a local structure by
A device determination unit for determining whether the local structure detected by the local structure detection unit is the device;
A device position acquisition unit that acquires a position in the image of the local structure determined to be the device in the device determination unit as a position of the device;
A device tracking unit that tracks the device based on the position of the device for each frame acquired by the device position acquisition unit;
Radioscopy apparatus comprising:
請求項4に記載の放射線透視装置において、The radiographic apparatus according to claim 4, wherein
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して前記候補点とするデバイス候補検出部をさらに備える放射線透視装置。  A radiation fluoroscopic apparatus, further comprising: a device candidate detection unit that detects the device candidate from an image including the device and sets it as the candidate point.
請求項4または請求項5に記載の放射線透視装置において、The radiographic apparatus according to claim 4 or 5,
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。The device position acquisition unit is a radioscopic apparatus that acquires, as the position of the device, the center of gravity of the local structure determined to be the device by the device determination unit.
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