JP6547282B2

JP6547282B2 - 医用画像生成装置、方法、及びプログラム

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Publication number: JP6547282B2
Application number: JP2014241667A
Authority: JP
Inventors: 幸辰坂田; 隆介平井; 京佳杉浦; 安則田口; 智行武口; 森　慎一郎; 慎一郎森; 富美丸山
Original assignee: NATIONAL INSTITUTES FOR QUANTUM AND RADIOLOGICALSCIENCE AND TECHNOLOGY; Toshiba Energy Systems and Solutions Corp
Current assignee: NATIONAL INSTITUTES FOR QUANTUM AND RADIOLOGICALSCIENCE AND TECHNOLOGY; Toshiba Energy Systems and Solutions Corp
Priority date: 2014-11-28
Filing date: 2014-11-28
Publication date: 2019-07-24
Anticipated expiration: 2034-11-28
Also published as: CN105640575A; JP2016101358A; US20160155228A1; DE102015015421A1

Description

本発明は、三次元像から透視画像を仮想的に生成する医用画像生成技術に関する。

がん等の悪性腫瘍に対し、高い治療効果、少ない副作用、及び身体への負担軽減等の優れた特徴により、粒子線ビームを照射する治療技術が注目されている。
患者の体内に入射した粒子線ビームは、通過の過程で運動エネルギーを失いある一定の速度にまで低下すると、急激に停止してブラッグピークと呼ばれる大線量を発生させる。
このようにピンポイントで発生させた大線量により、がん細胞のみを狙い撃ちして死滅させ、正常細胞への影響を最小限にとどめることができる。

したがって、粒子線ビームを利用した治療装置では、正常な組織を損傷させないために、患部に照射するビームの照準を正確に合わせることが求められる。
このために、ビームの照射開始前に、患部の位置をＸ線観察などにより特定し、患者を載置した可動式ベッドの位置・角度を適切に調整し、ビームの照射範囲に患部を正確に位置合わせすることが行われる。
このような位置合わせは、事前に行われた治療計画立案で用いた三次元像から仮想的に生成した透視画像（ＤＲＲ：Digitally Reconstructed Radiograph）と、上述のＸ線観察像と、を照合させることにより行う。

特表２０１０−５００１５１号公報

しかし、従来手法では三次元像に、人体組織と同じ減衰値を持つ寝台や拘束具などが含まれていた場合、ＶＯＩにおいて寝台や拘束具と患者とを分離することができず、これら寝台や拘束具が写り込んだ患者のＤＲＲが生成してしまう。

また、粒子線照射治療では、上述の治療計画立案用に患者の三次元像を撮像してから、患部に粒子線ビームを照射するまでの間に、数週間の時間差が生じる場合がある。
さらに、治療計画立案用の三次元像の撮像時とビーム照射時との間で、患者及び寝台並びに両者の拘束具の位置関係が、異なる場合もある。
このために、この三次元像（ＶＯＩ）から生成される透視画像（ＤＲＲ）と、ビーム照射時に撮像されるＸ線観察像と、の照合精度の低下が避けられない場合がある、といった課題があった。

本発明の実施形態はこのような事情を考慮してなされたもので、三次元像に人体組織と同じ減衰値を持つ物体（寝台や拘束具等）が含まれていた場合でも、患者のみが抽出された透視画像を生成することが可能な医用画像生成技術を提供することを目的とする。

本発明の実施形態に係る医用画像生成装置は、患者を含む空間を撮像した三次元像を取得する三次元像取得部と、前記三次元像を構成するボクセルの各々に対し、確実に前記患者の生体領域である場合及び確実にそれ以外の非生体領域である場合をそれぞれ上限値及び下限値とした区間を連続値又は複数の離散値で表した生体らしさ係数を対応する前記ボクセルの位置情報に関連付けして付与する付与部と、前記ボクセルの輝度値及び前記生体らしさ係数の組み合わせに対応する重み係数又は変更輝度値を設定する設定部と、前記付与された生体らしさ係数が所定値を示す前記ボクセルの輝度値に対応する前記重み係数を乗算させるか又は対応する前記変更輝度値に変更する処理により前記輝度値を更新する更新部と、前記三次元像を二次元の透視画像に変換するための仮想視点を設定する仮想視点設定部と、前記透視画像を構成する各々のピクセルから前記仮想視点までを結ぶ直線に沿って存在する前記ボクセルの輝度値に基づいて対応する前記ピクセルの輝度値を計算する透視画像生成部と、を備え、前記付与部は、前記輝度値の連続性を有する前記ボクセルの集団領域を抽出し、各々の集団領域の平均輝度値、大きさ、形状及び位置関係といった情報のうち少なくとも一つの情報に基づいて、各々の集団領域を構成するボクセルに共通の値の前記生体らしさ係数を付与することを特徴とする。

本発明の実施形態により、三次元像に人体組織と同じ減衰値を持つ物体（寝台や拘束具等）が含まれていた場合でも、患者のみが抽出された透視画像を生成することが可能な医用画像生成技術を提供することを目的とする。

本発明の第１実施形態に係る医用画像生成装置を示すブロック図。本発明の第２実施形態に係る医用画像生成装置を示すブロック図。（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は頭部を撮像した三次元像のうち所定のボクセル輝度値Ｖが強調されるように重み係数Ｗを設定して生成した透視画像を示す図。本発明の第３実施形態に係る医用画像生成装置を示すブロック図。モデル情報を示したテーブル。（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）は寝台・拘束具モデル情報及び患者の体輪郭情報を用いた生体らしさ係数の導出手順を示す図。本発明の第４実施形態に係る医用画像生成装置を示すブロック図。実施形態に係る医用画像生成方法及び医用画像生成プログラムを説明するフローチャート。

（第１実施形態）
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１に示すように第１実施形態に係る医用画像生成装置１０は、患者を含む空間を撮像した三次元像Ｍを取得する三次元像取得部１１と、三次元像Ｍを構成するボクセルの各々に患者の生体領域であることの確からしさを示す生体らしさ係数Ｌ（ｘ,ｙ,ｚ）を付与する付与部１２と、付与された生体らしさ係数Ｌが所定値を示すボクセルの輝度値Ｖ（ｘ,ｙ,ｚ）を予め定められた処理により更新する更新部１３と、三次元像Ｍを二次元の透視画像Ｎに変換するための仮想視点Ｐを設定する仮想視点設定部１４と、透視画像Ｎを構成する各々のピクセルから仮想視点Ｐまでを結ぶ直線に沿って存在するボクセルの輝度値Ｖ（ｘ,ｙ,ｚ）に基づいて対応するピクセルの輝度値Ｉ（ｕ,ｖ）を計算する透視画像生成部１５と、を備えている。

さらに医用画像生成装置１０は、ボクセルの輝度値Ｖ及び生体らしさ係数Ｌに対応する重み係数Ｗ（Ｖ,Ｌ）を設定する重み係数設定部１６をさらに備えている。
そして、更新部１３は、付与された生体らしさ係数Ｌが所定値を示すボクセルの輝度値Ｖに、対応する重み係数Ｗ（Ｖ,Ｌ）を乗算させることにより、ボクセルの輝度値Ｖを更新する。

三次元像取得部１１に取得される三次元像Ｍは、例えば、Ｘ線ＣＴ装置で撮像された患者の体内の三次元像である。その他に、三次元像Ｍは、ＭＲＩ装置で撮像された画像も採用することができ、患者の体内の三次元構造を示す画像であれば特に限定されない。
なお、この三次元像Ｍには、患者の体内だけでなく、患者を載置する寝台や、これら患者と寝台とを拘束させる拘束具等が写り込んでいる。

三次元像取得部１１は、このような三次元像Ｍを、各種医用画像撮像装置から入力してもよいし、画像サーバやＣＤ、ＤＶＤ等のメディア、またはネットワークストレージなどから入力してもよい。

三次元像Ｍを構成するボクセルは、寝台や拘束具等の物体を構成するものであるか、患者の生体領域を構成するものであるか、又は患者の周囲の空間を構成するものであるか、不確かなものである。
生体らしさ係数付与部１２は、各々のボクセルについて、患者の生体領域であることの確からしさを示す生体らしさ係数Ｌを算出し、その位置情報（ｘ,ｙ,ｚ）に関連付する。

そのような生体らしさ係数の算出は、輝度値Ｖ（ｘ,ｙ,ｚ）の連続性を有するボクセルの集団領域を抽出し、各々の集団領域の平均輝度値、大きさ、形状及び位置関係といった情報のうち少なくとも一つの情報に基づいて、各々の集団領域を構成するボクセルに共通の値の生体らしさ係数Ｌを付与する。
もしくは、事前に用意した生体／非生体のラベルを与えた画像から、各画素の周辺パターンから抽出した特徴量によって、ボクセルの生体らしさを算出した辞書を学習しておく。そして、三次元像Ｍの各ボクセルに対して辞書を適用することで、生体らしさを算出する方法もある。生体らしさ係数の算出方法は、特に限定されない。

生体らしさ係数Ｌ（ｘ,ｙ,ｚ）は、生体領域である場合とそれ以外の非生体領域である場合との二値（生体／非生体）で表されることができる。
または生体らしさ係数Ｌ（ｘ,ｙ,ｚ）は、三値（生体／中間／非生体）もしくは離散化した複数の値で表すこともできる。

もしくは生体らしさ係数Ｌ（ｘ,ｙ,ｚ）は、確実に生体領域である場合及び確実にそれ以外の非生体領域である場合をそれぞれ上限値及び下限値とした区間を、連続値又は複数の離散値で表すこともできる。
また、連続値又は複数の離散値で表される生体らしさ係数Ｌ（ｘ,ｙ,ｚ）の区間を、任意の値で分割し、分割された一方を生体領域に対応させ、他方を非生体領域に対応させることもできる。

更新部１３は、付与された生体らしさ係数Ｌが所定値を示すボクセルの輝度値Ｖ（ｘ,ｙ,ｚ）を予め定められた処理により更新する。
この予め定められた処理のうち簡単なものとしては、生体らしさ係数Ｌが「生体」であることを示す値「１」を付与されたボクセルはその輝度値Ｖをそのままの値で更新し、生体らしさ係数Ｌが「非生体」であることを示す値「０」を付与されたボクセルはその輝度値Ｖをゼロ値にして更新する。
この処理により、三次元像Ｍから寝台や拘束具等の物体が消去され、患者の生体領域とその周囲の空間とからなる三次元像に修正される。

仮想視点設定部１４は、三次元像Ｍを二次元の透視画像Ｎに変換するための仮想視点Ｐを設定する。具体的にこの仮想視点は、後述する粒子線照射治療装置３０（図７）におけるビーム４１の銃口４４であり、治療台４３に載置される患者４２に対するビーム４１の入射位置及び方向を考慮して仮想視点Ｐの位置が決定される。

透視画像生成部１５は、透視画像Ｎを構成する各々のピクセルから仮想視点Ｐまでを結ぶ直線に沿って存在するボクセルの輝度値Ｖ（ｘ,ｙ,ｚ）に基づいて対応するピクセルの輝度値Ｉ（ｕ,ｖ）を計算する。
なおピクセルの輝度値Ｉ（ｕ,ｖ）の計算方法は、特に限定されることはなく、ボクセルの輝度値Ｖ（ｘ,ｙ,ｚ）を直線に沿って積算する場合の他に、Ｉ（ｕ,ｖ）＝Πｅｘｐ（Ｖ（ｘ,ｙ,ｚ））のようにｅｘｐの積で計算する場合もある。
これにより、寝台や拘束具等の物体が消去され、患者の生体領域のみを透視した透視画像Ｎが生成される。
なお、未処理像生成部２０は、ボクセルの輝度値の更新を実施していないプレーンの三次元像Ｍの透視画像Ｎｘを生成するものである。

重み係数設定部１６は、生体らしさ係数Ｌが二値（生体／非生体）で表されている場合は、生体を表すボクセルの輝度値Ｖに対応する重み係数Ｗ（Ｖ,１）と、非生体を表すボクセルの輝度値Ｖに対応する重み係数Ｗ（Ｖ,０）と、をそれぞれ別個に設定する。

図３は、頭蓋骨を構成するボクセルの輝度値Ｖが強調されるように重み係数Ｗを設定して、頭部を側面方向から透視した透視画像Ｎである。
図３（Ａ）は、ボクセルの輝度値Ｖに対する重み係数Ｗの分布が、生体用の重み係数Ｗ（Ｖ,１）と非生体用の重み係数Ｗ（Ｖ,０）とにおいて同じ場合の透視画像である。
この場合、透視画像Ｎにおいて頭蓋骨が強調されているが、頭蓋骨以外の生体領域、さらには寝台や拘束具の像も含まれている。

図３（Ｂ）は、非生体用の重み係数Ｗ（Ｖ,０）において、ボクセルの輝度値Ｖに対する重み係数Ｗをゼロに平坦分布させた場合の透視画像である。
この場合、透視画像Ｎにおいて頭蓋骨が強調されているが、頭蓋骨以外の生体領域が含まれている。

図３（Ｃ）は、生体用の重み係数Ｗ（Ｖ,１）において、さらに頭蓋骨のボクセル輝度値Ｖが強調されるように重み係数Ｗの分布を設定した場合の透視画像である。
この場合、頭蓋骨以外の生体領域が除去されて、頭蓋骨のみが強調された透視画像Ｎが得られる。
重み係数設定部１６は、生体らしさ係数Ｌの所定値の数（図３では、生体／非生体の二つ）に対応した数の重み係数Ｗの分布グラフを設定することになる。

一方において、生体らしさ係数Ｌが連続値で表されている場合、例えば、生体らしさ係数Ｌの上限値と下限値が０と１に規格化され、その間の任意の値の生体らしさ係数Ｌをとるとする。
この場合、重み係数設定部１６は、重み係数Ｗ（Ｖ,Ｌ）を次式（１）に基づいて設定する。
Ｗ（Ｖ,Ｌ）＝Ｌ×Ｗ（Ｖ,１）＋（１−Ｌ）×Ｗ（Ｖ,０）（１）

透視画像生成部１５は、透視画像Ｎを構成する各々のピクセルから仮想視点Ｐまでを結ぶ直線に沿って存在するボクセルの輝度値Ｖ（ｘ,ｙ,ｚ）と対応する重み係数Ｗ（Ｖ,Ｌ）との積に基づいて対応するピクセルの輝度値Ｉ（ｕ,ｖ）を計算する。
この第１実施形態によれば、三次元像に人体組織と同じ減衰値を持つ物体（寝台や拘束具等）が含まれていた場合でも、患者のみが抽出された透視画像を生成することが可能となる。

（第２実施形態）
次に図２を参照して本発明における第２実施形態について説明する。なお図２において図１と共通の構成又は機能を有する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。
第２実施形態に係る医用画像生成装置１０は、ボクセルの輝度値Ｖ及び生体らしさ係数Ｌに対応する変更輝度値Ｐ（Ｖ,Ｌ）を設定する変更輝度値設定部１７をさらに備えている。

そして更新部１３は、付与された生体らしさ係数Ｌが所定値を示すボクセルの輝度値Ｖを、対応する変更輝度値Ｐに更新する。
さらに透視画像生成部１５は、透視画像Ｎを構成する各々のピクセルから仮想視点Ｐまでを結ぶ直線に沿って存在するボクセルの変更輝度値Ｐ（Ｖ,Ｌ）に基づいて対応するピクセルの輝度値Ｉ（ｕ,ｖ）を計算する。

変更輝度値設定部１７は、生体らしさ係数Ｌの数とボクセルの輝度値Ｌの数との積に対応した数の変更輝度値Ｐを設定することになる。
生体らしさ係数Ｌが連続値で表されている場合、変更輝度値設定部１７は、変更輝度値Ｐ（Ｖ,Ｌ）を次式（２）に基づいて設定する。
Ｐ（Ｖ,Ｌ）＝Ｌ×Ｐ（Ｖ,１）＋（１−Ｌ）×Ｐ（Ｖ,０）（２）

一方において、変更輝度値Ｐ（Ｖ,Ｌ）が生体の場合Ｐ（Ｖ,１）と非生体の場合Ｐ（Ｖ,０）との二値をとる場合を考えると、次式（３）のように定数const.を設定し、このconst.を十分に小さくすることで、患者の生体領域を強調した透視画像を得ることができる。
Ｐ（Ｖ,１）＝Ｖ, Ｐ（Ｖ,０）＝const. （３）
この第２実施形態によれば、三次元像に人体組織と同じ減衰値を持つ物体（寝台や拘束具等）が含まれていた場合でも、患者のみが抽出された透視画像を生成することが可能となる。

（第３実施形態）
次に図４を参照して本発明における第３実施形態について説明する。なお図４において図１又は図２と共通の構成又は機能を有する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。
第３実施形態に係る医用画像生成装置１０は、三次元像Ｍを撮像する際に患者を載置する寝台の形状モデル又は患者と寝台とを拘束させる拘束具のモデル情報Ｑを蓄積する蓄積部と、蓄積されている複数のモデルの中から任意のモデルを選択する選択部２１と、取得した三次元像Ｍから、選択されたモデルに一致するボクセルのモデル領域Ｒを検出する検出部２２と、をさらに備えている。
そして、生体らしさ係数付与部１２は、検出されたモデル領域Ｒを構成するボクセルに、非生体領域であることを示す生体らしさ係数Ｌ（「０」）を付与する。

寝台・拘束具モデル情報Ｑとは、患者を載置しない状態で寝台や拘束具のみを医用画像撮像装置で撮像したデータや、寝台や拘束具のＣＡＤデータのように、寝台や拘束具の形状が把握できる情報であれば適宜採用される。
また、固定具は、治療部位やメーカによって形状やサイズが異なるため、図５に示すように、あらかじめ複数のモデルを用意しておき、治療部位やメーカの情報によって利用するモデル情報を選択できるようにする。

さらに第３実施形態に係る医用画像生成装置１０は、治療計画時に設定された患者の体輪郭情報Ｓを蓄積する蓄積部を備えている。
そして、体らしさ係数付与部１２は、この体輪郭情報Ｓを取得し、体輪郭の内部領域に、生体領域であることを示す生体らしさ係数Ｌ（「１」）を付与する。

図６を参照して寝台・拘束具モデル情報Ｑを用いた生体らしさ係数の導出手順を示す。
図６（Ａ）は、患者５１、寝台５２、拘束具５３が含まれた三次元像Ｍを示している。
図６（Ｂ）は、寝台及び拘束具のモデル情報Ｑを示している。
図６（Ｃ）に示すように、三次元像Ｍをラスタスキャンして、この三次元像Ｍにおいてモデル情報Ｑに対応する領域を検出する。この検出は、ＳＳＤ、ＳＡＤ、正規化相互相関、相互情報量などを用い、モデル情報Ｑとの誤差が最小となる三次元像Ｍの領域を検出するとよい。また、回転やスケールを変えながら探索をおこなうことで、三次元像Ｍにおいて向きやサイズの異なる寝台や拘束具の領域を検出することもできる。
寝台・拘束具モデル情報ＱがＣＡＤデータであった場合は、ＣＡＤデータを三次元像Ｍの撮像フォーマットに合わせて画像化することで同様の方法で検出可能である。

図６（Ｄ）に示すように、モデル情報Ｑに対応する三次元像Ｍの領域５４は、非生体領域であることを示す生体らしさ係数Ｌ（「０」）が付与される。そして、体輪郭情報Ｓの内部領域５５には、生体領域であることを示す生体らしさ係数Ｌ（「１」）が付与される。
なお、三次元像Ｍは、立体像として取り扱う場合も、複数の二次元スライス像として取り扱うこともできる。
この第３実施形態によれば、三次元像に人体組織と同じ減衰値を持つ物体（寝台や拘束具等）が含まれていた場合でも、患者のみをさらに高精度で抽出した透視画像を生成することが可能となる。

（第４実施形態）
次に図７を参照して本発明における第４実施形態について説明する。なお図７において図１又は図２と共通の構成又は機能を有する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。

ここで粒子線照射治療装置３０は、患者４２の体内にある患部を、治療用のビーム４１で狙い撃ちして、この患部を治療するものである。
ビーム４１が重粒子線の場合、ビーム４１が体内に入射すると、通過の過程で運動エネルギーを失い、ある一定の速度にまで低下すると急激に停止して、ブラッグピークと呼ばれる大線量を発生させる。このようにピンポイントで発生させた大線量により、がん細胞のみを狙い撃ちして死滅させ、正常細胞への影響を最小限にとどめることができる。
このため重粒子線のビーム４１を用いた治療技術は、がん等の悪性腫瘍に対し、高い治療効果、少ない副作用、及び身体への負担軽減等の優れた特徴を有する。

治療用のビーム４１の種類によらず、粒子線照射治療装置３０では、正常な組織を損傷させないために、患部に照射するビーム４１の照準を正確に合わせることが求められる。
このために、ビームの照射開始前に、患部の位置をＸ線観察などにより特定し、患者を載置した可動式の治療台４３の位置・角度を移動部３２により適切に調整し、ビーム４１の照射範囲に患部を正確に位置合わせすることが行われる。

粒子線照射治療装置３０は、ビーム４１を銃口４４から照射させるビーム照射部３１と、患者４２を載置した治療台４３をビーム４１の照準が患部に合うように移動させる移動部３２と、Ｘ線発生部４５（４５ａ，４５ｂ）及びＸ線検出部４６（４６ａ，４６ｂ）を制御して患者のＸ線観察像Ｔを撮像する撮像部３３とから構成されている。

第４実施形態に係る医用画像生成装置１０は、撮像部３３が撮像した患者のＸ線観察像Ｔを取得する取得部２３と、透視画像ＮとＸ線観察像Ｔとに基づいて治療台４３の移動量を導出する導出部２４と、をさらに備えている。

移動量導出部２４では、治療計画立案時に策定された透視画像Ｎと、粒子線照射治療装置３０の治療台４３に患者４２を載置した状態を撮像したＸ線観察像Ｔと、の位置ずれ量を移動量として導出する。
この位置ずれ量は、三次元の並進(ｔx,ｔy,ｔz)および回転(ｒx,ｒy,ｒz)のシックスパラメータで規定される。

このシックスパラメータは、任意の回転・位置の変位Ｒ，Ｔを与えた三次元像から生成した透視画像をＰ（３Ｄ_ＩＭＧ^RT）、Ｘ線観察像をＸ、２枚の画像の誤差をＤ(，)とすると、次式（４）のように表される。
Ｒ^g,Ｔ^g＝ａｒｇｍｉｎＤ（Ｘ，Ｐ（３Ｄ＿ＩＭＧ^RT））（４）

ここでＤ( ， )は２枚の画像の誤差を表す指標なら何でもよく、例えば、ＳＳＤ、ＳＡＤ、正規化相互相関、相互情報量などを用いるとよい。患者位置決めでは、画像の比較とＲ、Ｔの更新を交互におこない、最終的な位置ずれ量を導出する。
この移動量導出部２４の演算において、透視画像Ｎには、寝台や拘束具等が写り込んでいないために、Ｘ線観察像Ｔとの位置ずれ量の導出が高精度で行われる。

図８のフローチャートに基づいて、第４実施形態に係る医用画像生成方法及び医用画像生成プログラムの実施形態を説明する。
Ｘ線ＣＴ装置等で患者を含む空間を撮像した三次元像Ｍを取得する（Ｓ１１）。この三次元像Ｍを構成するボクセルの各々に、患者の生体領域であることの確からしさを示す生体らしさ係数Ｌを付与する（Ｓ１２）。

生体らしさ係数Ｌが「１」であるボクセルの輝度値Ｖに生体用重み係数Ｗ（Ｖ，１）を乗算し（Ｓ１３Ｙｅｓ，Ｓ１４）、生体らしさ係数Ｌが「０」であるボクセルの輝度値Ｖに非生体用重み係数Ｗ（Ｖ，０）を乗算し（Ｓ１３Ｎｏ，Ｓ１５）、輝度値を更新する（Ｓ１６）。
設定した仮想視点Ｐから延びる直線に沿って存在するボクセルの輝度値を積算し、ピクセルの輝度値として透視画像Ｎを生成する（Ｓ１７）。

粒子線照射治療装置３０の治療台４３に患者４２を載置して、この治療台４３を銃口４４の直下に移動する（Ｓ１８）。この状態で、撮像部３３を動作させて患者４２のＸ線観察像Ｐを撮像し（Ｓ１９）、透視画像ＮとＸ線観察像Ｐとの位置ずれ量を検出する（Ｓ２０）。
そして、この位置ずれ量が規定値を超えれば、ビーム４１の照準を患部に合わせるのに必要な治療台４３の移動量を導出し、治療台４３を再移動させる（Ｓ２１Ｎｏ，Ｓ１８）。そして位置ずれ量が規定値以下になったところで、ビーム４１を照射する（Ｓ２１Ｙｅｓ，Ｓ２２）。

以上述べた少なくともひとつの実施形態の医用画像生成装置によれば、患者の三次元像を構成するボクセルの各々に生体らしさ係数を付与することにより、三次元像に人体組織と同じ減衰値を持つ物体（寝台や拘束具等）が含まれていた場合でも、患者のみが抽出された透視画像を生成することができ、計画時と治療時で患者と寝台や拘束具の位置関係が異なる場合でも患者のみに注目して高精度な位置決めが可能となる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

なお、この医用画像生成装置は、例えば、汎用のコンピュータ装置を基本ハードウェアとして用いることでも実現することが可能である。すなわち、各機能部は、コンピュータ装置に搭載されたプロセッサにプログラムを実行させることにより実現することができる。このとき、医用画像生成装置は、上記のプログラムをコンピュータ装置にあらかじめインストールすることで実現してもよいし、ＣＤ-ＲＯＭなどの記憶媒体に記憶して、あるいはネットワークを介して上記のプログラムを配布して、このプログラムをコンピュータ装置に適宜インストールすることで実現してもよい。

１０…医用画像生成装置、１１…三次元像取得部、１２…生体らしさ係数付与部（付与部）、１３…ボクセル輝度値更新部（更新部）、１４…仮想視点設定部、１５…透視画像生成部、１６…重み係数設定部、１７…変更輝度値設定部、２０…未処理像生成部、２１…選択部、２２…モデル領域検出部、２３…Ｘ線観察像取得部、２４…移動量導出部（導出部）、３０…粒子線照射治療装置、３１…ビーム照射部、３２…治療台移動部、３３…Ｘ線観察像撮像部、４１…ビーム、４２…患者、４３…治療台、４４…銃口、４５（４５ａ，４５ｂ）…Ｘ線発生部、４６（４６ａ，４６ｂ）…Ｘ線検出部、５１…患者、５２…寝台、５３…拘束具、５４…モデル情報に対応する三次元像の領域、５５…体輪郭情報の内部領域、Ｉ…ピクセルの輝度値、Ｍ…三次元像、Ｎ…透視画像、Ｐ…仮想視点、Ｑ…モデル情報、Ｓ…輪郭情報、Ｖ…ボクセルの輝度値、Ｗ…重み係数。

Claims

患者を含む空間を撮像した三次元像を取得する三次元像取得部と、
前記三次元像を構成するボクセルの各々に対し、確実に前記患者の生体領域である場合及び確実にそれ以外の非生体領域である場合をそれぞれ上限値及び下限値とした区間を連続値又は複数の離散値で表した生体らしさ係数を対応する前記ボクセルの位置情報に関連付けして付与する付与部と、
前記ボクセルの輝度値及び前記生体らしさ係数の組み合わせに対応する重み係数又は変更輝度値を設定する設定部と、
前記付与された生体らしさ係数が所定値を示す前記ボクセルの輝度値に対応する前記重み係数を乗算させるか又は対応する前記変更輝度値に変更する処理により前記輝度値を更新する更新部と、
前記三次元像を二次元の透視画像に変換するための仮想視点を設定する仮想視点設定部と、
前記透視画像を構成する各々のピクセルから前記仮想視点までを結ぶ直線に沿って存在する前記ボクセルの輝度値に基づいて対応する前記ピクセルの輝度値を計算する透視画像生成部と、を備え、
前記付与部は、前記輝度値の連続性を有する前記ボクセルの集団領域を抽出し、各々の集団領域の平均輝度値、大きさ、形状及び位置関係といった情報のうち少なくとも一つの情報に基づいて、各々の集団領域を構成するボクセルに共通の値の前記生体らしさ係数を付与することを特徴とする医用画像生成装置。
請求項１に記載の医用画像生成装置において、
前記生体らしさ係数は、前記生体領域である場合とそれ以外の非生体領域である場合との二値で表されることを特徴とする医用画像生成装置。
請求項１又は請求項２に記載の医用画像生成装置において、
前記三次元像を撮像する際に患者を載置する寝台の形状モデル又は前記患者と前記寝台とを拘束させる拘束具のモデル情報を蓄積する蓄積部と、
蓄積されている複数のモデルの中から任意のモデルを選択する選択部と、
前記取得した三次元像から、選択された前記モデルに一致する前記ボクセルのモデル領域を検出する検出部と、をさらに備え、
前記付与部は、前記検出された前記モデル領域を構成する前記ボクセルに、非生体領域であることを示す前記生体らしさ係数を付与することを特徴とする医用画像生成装置。
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の医用画像生成装置において、
前記付与部は、前記患者の体輪郭情報を取得し、体輪郭の内部領域に、生体領域であることを示す前記生体らしさ係数を付与することを特徴とする医用画像生成装置。
請求項１から請求項４のうちいずれか１項に記載の医用画像生成装置において、
照射ビームの銃口の近傍に設けられたＸ線撮像部が撮像した患者のＸ線観察像を取得するＸ線観察像取得部と、
前記透視画像と前記Ｘ線観察像とに基づいて前記患者を移動して前記銃口の直下に患部を位置合わせする治療台の移動量を導出する導出部と、をさらに備えることを特徴とする医用画像生成装置。
患者を含む空間を撮像した三次元像を取得するステップと、
前記三次元像を構成するボクセルの各々に対し、確実に前記患者の生体領域である場合及び確実にそれ以外の非生体領域である場合をそれぞれ上限値及び下限値とした区間を連続値又は複数の離散値で表した生体らしさ係数を対応する前記ボクセルの位置情報に関連付けして付与するステップと、
前記ボクセルの輝度値及び前記生体らしさ係数の組み合わせに対応する重み係数又は変更輝度値を設定するステップと、
前記付与された生体らしさ係数が所定値を示す前記ボクセルの輝度値に対応する前記重み係数を乗算させるか又は対応する前記変更輝度値に変更する処理により前記輝度値を更新するステップと、
前記三次元像を二次元の透視画像に変換するための仮想視点を設定するステップと、
前記透視画像を構成する各々のピクセルから前記仮想視点までを結ぶ直線に沿って存在する前記ボクセルの輝度値に基づいて対応する前記ピクセルの輝度値を計算するステップと、を含み、
前記付与するステップにおいて、前記輝度値の連続性を有する前記ボクセルの集団領域を抽出し、各々の集団領域の平均輝度値、大きさ、形状及び位置関係といった情報のうち少なくとも一つの情報に基づいて、各々の集団領域を構成するボクセルに共通の値の前記生体らしさ係数を付与することを特徴とする医用画像生成方法。
コンピュータに、
患者を含む空間を撮像した三次元像を取得するステップ、
前記三次元像を構成するボクセルの各々に対し、確実に前記患者の生体領域である場合及び確実にそれ以外の非生体領域である場合をそれぞれ上限値及び下限値とした区間を連続値又は複数の離散値で表した生体らしさ係数を対応する前記ボクセルの位置情報に関連付けして付与するステップ、
前記ボクセルの輝度値及び前記生体らしさ係数の組み合わせに対応する重み係数又は変更輝度値を設定するステップ、
前記付与された生体らしさ係数が所定値を示す前記ボクセルの輝度値に対応する前記重み係数を乗算させるか又は対応する前記変更輝度値に変更する処理により前記輝度値を更新するステップ、
前記三次元像を二次元の透視画像に変換するための仮想視点を設定するステップ、
前記透視画像を構成する各々のピクセルから前記仮想視点までを結ぶ直線に沿って存在する前記ボクセルの輝度値に基づいて対応する前記ピクセルの輝度値を計算するステップ、を実行させ、
前記付与するステップにおいて、前記輝度値の連続性を有する前記ボクセルの集団領域を抽出し、各々の集団領域の平均輝度値、大きさ、形状及び位置関係といった情報のうち少なくとも一つの情報に基づいて、各々の集団領域を構成するボクセルに共通の値の前記生体らしさ係数を付与することを特徴とする医用画像生成プログラム。