JP7358866B2 - 放射線源位置推定システム、校正システム及び生体磁気計測システム - Google Patents

Description

本発明は、放射線源位置推定システム、校正システム及び生体磁気計測システムに関する。

超伝導量子干渉素子センサに含まれる検出コイルの位置及び方向を計測する装置が提案されている（特許文献１）。

超伝導量子干渉素子センサを用いて被検体の生体磁気を検知する際には、単純Ｘ線等の放射線を用いた被検体の撮像が行われ、生体磁気の検知結果と撮像結果とが重ね合わされる。撮像結果は放射線源の位置の影響を受ける。従って、放射線源の位置は重要である。しかしながら、特許文献１に記載の技術では、放射線源の位置を測定することはできない。

本開示は、放射線源の位置を高精度で推定することができる放射線源位置推定システム、校正システム及び生体磁気計測システムを提供することを目的とする。

本開示の一態様によれば、放射線源位置推定システムは、位置測定用部材に含まれる要素の位置情報を特定する第１の位置情報特定部と、放射線源が発する放射線によって生じる前記要素の像を取得する撮像部と、前記第１の位置情報特定部により特定された前記位置情報と、前記撮像部により取得された前記像とから、前記放射線源の位置情報を特定する第２の位置情報特定部と、を有し、前記位置測定用部材は、磁場発生体を含み、前記磁場発生体が発する磁場に基づき前記磁場発生体の位置情報を検出する検出部を有する。

本開示によれば、放射線源の位置を高精度で推定することができる。

第１の実施形態に係る生体磁気計測システムの構成を示す斜視図（その１）である。 第１の実施形態に係る生体磁気計測システムの構成を示す斜視図（その２）である。 第１の実施形態に係る生体磁気計測システムの構成を示す側面図である。 第１の実施形態に係る生体磁気計測システムの構成を示す正面図である。 第１の実施形態に係る生体磁気計測システムの構成を示す上面図である。 磁場計測装置の構成を示す断面図である。 校正器具の構成を示す模式図である。 校正器具の変形例の構成を示す模式図である。 制御装置の構成を示す図である。 放射線源の位置の推定時の制御装置の機能構成を示す図である。 放射線源の位置の推定方法を示すフローチャートである。 放射線源の位置を計算する方法を示すフローチャートである。 表示例を示す模式図である。 被検体の生体計測時の制御装置の機能構成を示す図である。 第２の実施形態に係る生体磁気計測システムの構成を示す斜視図である。 第２の実施形態に係る生体磁気計測システムの構成を示す側面図である。 第２の実施形態に係る生体磁気計測システムの構成を示す正面図である。 第２の実施形態に係る生体磁気計測システムの構成を示す上面図である。 第２の実施形態の変形例に係る生体磁気計測システムの構成を示す正面図である。

以下、本開示の実施形態について添付の図面を参照しながら説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省くことがある。

（第１の実施形態）
＜生体磁気計測システムの概要＞
第１の実施形態に係る生体磁気計測システムでは、放射線源と撮像装置とが磁場計測装置を挟むように略水平に配置される。被検体が置かれたときには、略水平方向で被検体も放射線源と撮像装置とに挟まれる。図１及び図２は、第１の実施形態に係る生体磁気計測システムの構成を示す斜視図である。図１は、放射線源の位置が推定される時の構成を示し、図２は、被検体の生体磁気計測が行われる時の構成を示す。図３は、第１の実施形態に係る生体磁気計測システムの構成を示す側面図である。図４は、第１の実施形態に係る生体磁気計測システムの構成を示す正面図である。図５は、第１の実施形態に係る生体磁気計測システムの構成を示す上面図である。図３～図５は、図１と同様に、放射線源の位置が推定される時の構成を示す。

図１～図５に示すように、第１の実施形態に係る生体磁気計測システム１００は、撮像装置１１０と、磁場計測装置１２０と、校正器具１３０と、支柱１４０と、校正器具安定材１５０と、放射線源１６１を含む放射線照射装置１６０と、架台１７０と、制御装置１８０（図１０等参照）とを有する。本明細書及び図面においては、撮像装置１１０の撮像面１１１の法線方向をＸ軸方向、鉛直下方向をＺ軸方向、右手系でＸ軸方向及びＺ軸方向に直交する方向をＹ軸方向とする。

［撮像装置１１０］
撮像装置１１０は、被検体Ｓの計測領域又は校正器具１３０を透過した放射線Ｒをデジタル画像データとして形態画像を取得する。撮像装置１１０で検出された信号は制御装置１８０に送られる。撮像装置１１０は校正器具１３０の撮像画像も取得する。撮像装置１１０は撮像部の一例である。

例えば、撮像装置１１０には、フラット・パネル・ディテクター（以下、ＦＰＤという。）を用いることができる。ＦＰＤには、照射された放射線の線量に応じて検出素子で電荷を発生させて電気信号に変換するいわゆる直接変換方式や、照射された放射線をシンチレータ等で可視光等の他の波長の電磁波に変換した後、変換され照射された電磁波のエネルギーに応じてフォトダイオード等の光電変換素子で電荷を発生させて電気信号に変換するいわゆる間接方式がある。

また、輝尽性蛍光体粉末を塗布したフィルムをカセッテとよばれる筐体に収めた、いわゆるイメージングプレート（以下ＩＰという。）も好適に用いることができる。被検体Ｓの計測領域を透過した放射線Ｒはイメージングプレートに照射され、輝尽性を持つ蛍光体に放射線のエネルギーが蓄えられる。その後、読み取り装置にてイメージングプレートに特定の波長のレーザー光を照射し、スキャナにより光量を読み取ることによってデジタル画像データとして形態画像を取得することができる。

［磁場計測装置１２０］
図６は、磁場計測装置１２０の構成を示す断面図である。図６に示すように、磁場計測装置１２０は、生体磁気を検出する複数の磁気センサ１２１をアレイ状に配列した磁気センサアレイを含む。複数の磁気センサ１２１は温度調節機構を有する断熱容器１２２内に保持される。磁場計測装置１２０は検出部の一例である。

（磁気センサ１２１）
磁気センサ１２１は、被検体Ｓから生じる生体磁気を検知する。具体的に、磁気センサ１２１としては、超伝導量子干渉素子（Superconducting QUantum Interference Device：ＳＱＵＩＤ）や光ポンピング原子磁気センサ（Optically Pumped Atomic Magnetometer：ＯＰＡＭ）等が挙げられる。これらＳＱＵＩＤセンサや光ポンピング原子磁気センサは、１０^－１８Ｔ程度の極めて弱い生体磁気も検出できるほどの検出感度を有する。磁気センサ１２１は、校正器具１３０中の磁場発生体１３１（図７等参照）が発する磁場も検知する。

磁気センサ１２１は、通常、図６に示すように、温度調節機構を有する断熱容器１２２内にアレイ状に複数配列される。それぞれの磁気センサ１２１の信号は制御装置１８０に送られて生体磁気情報へ変換される。複数の磁気センサ１２１を有することにより、多くの生体磁気情報を得ることができるだけでなく、計測した磁気情報を２次元マッピングすることなどでさらに詳細な生体情報を得ることが可能である。また、磁気センサ１２１が常温でも動作する場合は、温度調節機構及び断熱容器１２２が不要となる。磁気センサ１２１の個数や配列方法は、特に制限されず、被検体Ｓの計測領域に応じて適宜設定されればよい。

（温度調節機構）
温度調節機構は、磁気センサ１２１が動作するのに適した所定の温度に、磁気センサ１２１の温度を調整する機構であり、公知の冷却装置又は加熱装置であってよい。例えば、磁気センサ１２１がＳＱＵＩＤセンサである場合、磁気センサ１２１が超伝導状態を実現するためには、磁気センサ１２１を絶対零度近くで動作させる。本実施形態では、断熱容器１２２が温度調節機構の機能の一部を果たしている。

（断熱容器１２２）
例えば、図６に示すように、断熱容器１２２は、内槽２２１及び外槽２２２を備え、内槽２２１内に複数の磁気センサ１２１を収容し、内槽２２１と外槽２２２との間の空間が真空となっており、内槽２２１内に液体ヘリウム等の冷媒が供給される。これにより、磁場計測装置１２０では、磁気センサ１２１が動作するのに適した温度に制御されている。

断熱容器１２２の形状は特に制限されるものではないが、被検体Ｓと対向する面（以下、先端面１２２ａという）が、被検体Ｓの計測領域の体表面に沿った形状であることが好ましく、平面であっても、曲面状であってもよい。例えば、磁場計測装置１２０に被検体Ｓの頸部を当てて生体磁気計測をする場合には、先端面１２２ａの形状は頸髄の円弧に合わせた曲面形状であることが好ましい。

なお、断熱容器１２２は、図６に示す真空断熱容器に限定されず、発泡材等から構成されていてもよい。断熱容器１２２は、透磁率の低い非磁性材料で構成されることが好ましい。断熱容器１２２が非磁性材料で構成されることにより、断熱容器１２２が振動しても、環境磁気の変動による影響が磁気センサ１２１に及ぶことを抑制することができる。非磁性材料としては、アクリル樹脂等のプラスチック材料、シリカ及びアルミナ等の無機材料、銅、真鍮、アルミニウム及びチタン等の非鉄金属、並びにそれらの複合材料が挙げられる。

［校正器具１３０］
校正器具１３０は、放射線照射装置１６０に含まれる放射線源の位置の推定が行われる時に、磁場計測装置１２０の上方に配置される。図７は、校正器具１３０の構成を示す模式図である。図７に示すように、校正器具１３０は、磁場を発する複数の磁場発生体１３１と、放射線源１６１が発する放射線を吸収する複数の吸収体１３２と、磁場発生体１３１及び吸収体１３２を支持する支持体１３３とを有する。磁場発生体１３１は、例えば電流が供給されるコイルである。吸収体１３２は、例えば、鉄又は鉄より密度の高い金属、例えばタングステンの球体である。吸収体１３２の形状が円柱等の球体以外の形状であってもよい。支持体１３３は、放射線源１６１が発する放射線を吸収体１３２よりも透過させる。支持体１３３は、例えばプラスチック製である。

図７に示すように、例えば、支持体１３３の外形は略直方体である。例えば、１個の面１３３Ａに複数の磁場発生体１３１が設けられ、面１３３Ａから離間して複数の吸収体１３２が設けられている。図８（ａ）に示すように、吸収体１３２が不規則に配置されていてもよい。図８（ｂ）に示すように、磁場発生体１３１が相対する面１３３Ｂ及び１３３Ｃの面１３３Ａの近傍に分散して配置されていてもよい。図８（ｃ）に示すように、支持体１３３の外形が略円柱であってもよい。校正器具１３０は位置測定用部材の一例である。

［支柱１４０］
支柱１４０は、例えば円柱である。支柱１４０に磁場計測装置１２０が固定されている。また、撮像装置１１０が支柱１４０に着脱可能に取り付けられる。

［校正器具安定材１５０］
校正器具安定材１５０は、磁場計測装置１２０上で校正器具１３０の位置を安定させる。すなわち、校正器具安定材１５０は、校正器具１３０の位置ずれ及びゆらぎを防止する。校正器具安定材１５０としては、例えば、滑り止めマットを用いることができる。校正器具安定材１５０として、例えば、磁場計測装置１２０側に磁場計測装置１２０の先端面１２２ａに沿った面を有し、校正器具１３０側に平坦面を有する構造体を用いてもよい。校正器具１３０の位置ずれ及びゆらぎが生じるおそれが低い場合は、校正器具安定材１５０を用いなくてもよい。図３～図５では、校正器具安定材１５０を省略してある。

［放射線照射装置１６０］
放射線照射装置１６０は放射線源１６１を含む。放射線源１６１は、生体に放射可能な放射線を照射可能であれば、公知のものを使用することができる。本発明において、「放射線」とは、一般的に用いられる単純Ｘ線に限るものでなく、放射性崩壊によって放出される粒子（光子を含む）の作るビームであるα線、β線、γ線等のほか、これらと同程度以上のエネルギーを有するビーム、例えば、粒子線や宇宙線等も含む包括概念である。汎用性の高さを考慮すると、放射線として、単純Ｘ線を用いることが好ましい。

放射線照射装置１６０は、例えば、移動を容易にするためにキャスター１６３のついた移動台１６２上に載置される。移動台１６２は、放射線照射装置１６０が載置される面の高さを調整できる昇降機構を有することが好ましい。移動台１６２は、キャスター１６３のロックとロック解除とを切り換える機能を有していてもよい。移動の容易さを考慮しなければ、移動台１６２にキャスター１６３が設けられていなくてもよい。移動台１６２の素材には、例えば放射線照射装置１６０の重量に耐久することができる金属などを利用する。

［架台１７０］
架台１７０は、被検体Ｓを載せて保持することができれば、その形状は特に制限されるものではないが、例えば、図２に示すように、被検体Ｓの頭部を位置させる頭部用架台１７１及び胴部を位置させる胴部用架台１７２等の複数の部位別架台より架台１７０が構成される場合もある。磁場計測装置１２０は、例えば、頭部用架台１７１と胴部用架台１７２との間に配置され、被検体Ｓの計測領域に対向するように設けられる。

架台１７０を構成する部材は透磁率の低い非磁性材料で構成されることが好ましい。架台１７０が非磁性材料で構成されることにより、被検体Ｓが振動しても、環境磁気の変動による影響が磁気センサ１２１に及ぶことを抑制することができる。非磁性材料としては、断熱容器１２２と同様に、アクリル樹脂等のプラスチック材料、シリカ及びアルミナ等の無機材料、銅、真鍮、アルミニウム及びチタン等の非鉄金属、並びにそれらの複合材料が挙げられる。架台１７０は被検体Ｓの一部または全部を支えるため、耐荷重や耐衝撃性などが求められる。そのため、機械的強度の高い金属部品やエンジニアリングプラスチックなどで構成されることが望ましい。

［制御装置１８０］
制御装置１８０は、図９に示すように、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１８１、ＲＯＭ（Read Only Memory）１８２、ＲＡＭ（Random Access Memory）１８３及び補助記憶部１８４を備える。ＣＰＵ１８１、ＲＯＭ１８２、ＲＡＭ１８３及び補助記憶部１８４は、いわゆるコンピュータを構成する。制御装置１８０の各部は、バス１８５を介して相互に接続されている。

ＣＰＵ１８１は、補助記憶部１８４に格納された各種プログラム（例えば、放射線源の位置推定プログラム）を実行する。

ＲＯＭ１８２は不揮発性の主記憶デバイスである。ＲＯＭ１８２は、補助記憶部１８４に格納された各種プログラムを、ＣＰＵ１８１が実行するために必要な各種プログラム、データ等を格納する。具体的には、ＲＯＭ１８２は、ＢＩＯＳ（Basic Input/Output System）やＥＦＩ（Extensible Firmware Interface）等のブートプログラムなどを格納する。

ＲＡＭ１８３は、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）やＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）等の揮発性の主記憶デバイスである。ＲＡＭ１８３は、補助記憶部１８４に格納された各種プログラムがＣＰＵ１８１によって実行される際に展開される作業領域として機能する。

補助記憶部１８４は、ＣＰＵ１８１により実行される各種プログラムと、各種プログラムがＣＰＵ１８１によって実行されることで生成される各種データとを格納する補助記憶デバイスである。

＜放射線源１６１の位置の推定時の制御装置１８０の機能構成＞
制御装置１８０は、放射線源１６１の位置の推定時に、図１０に示すように、機能上、放射線源制御部２８１と、相対位置取得部２８２と、磁場発生体位置取得部２８３と、吸収体位置計算部２８４と、吸収体像検出部２８５と、放射線源位置計算部２８６と、表示制御部２８７とを有する。

（放射線源制御部２８１）
放射線源制御部２８１は、放射線源１６１による放射線の照射のタイミングを制御する。

（相対位置取得部２８２）
相対位置取得部２８２は、校正器具１３０内での磁場発生体１３１と吸収体１３２との間の相対的な位置関係を取得する。相対位置取得部２８２は、例えば、校正器具１３０の設計値から相対的な位置関係を取得する。相対位置取得部２８２は、例えば、完成した校正器具１３０の内部構造の計測に基づく磁場発生体１３１と吸収体１３２との間の相対的な位置関係を取得してもよい。

（磁場発生体位置取得部２８３）
磁場発生体位置取得部２８３は、磁場計測装置１２０の磁気センサ１２１から出力された信号を受信し、校正器具１３０に含まれる磁場発生体１３１の各々の位置を取得する。

（吸収体位置計算部２８４）
吸収体位置計算部２８４は、磁場発生体位置取得部２８３が取得した磁場発生体１３１の各々の位置と、相対位置取得部２８２が取得した相対的な位置関係とを照合し、吸収体１３２の位置を計算する。吸収体１３２の位置の計算には、ＩＣＰ（iterative closest point）アルゴリズムを用いることができる。吸収体位置計算部２８４は、第１の位置情報特定部の一例である。

（吸収体像検出部２８５）
吸収体像検出部２８５は、撮像装置１１０から出力された撮像画像中から吸収体１３２の像を検出する。吸収体１３２が球体の場合、撮像画像中の吸収体１３２の像は円となる。この場合、吸収体像検出部２８５は円検出を行い、撮像画像中の吸収体１３２の全てを検出し、円の中心から吸収体１３２の位置を取得する。円検出にはハフ変換を用いることができる。吸収体像検出部２８５は、像検出部の一例である。

（放射線源位置計算部２８６）
放射線源位置計算部２８６は、吸収体位置計算部２８４により計算された吸収体１３２の位置と、吸収体像検出部２８５により検出された吸収体１３２の位置とを用いて放射線源１６１の位置を計算する。放射線源１６１の位置の計算方法の詳細は後述する。放射線源位置計算部２８６は、計算した放射線源１６１の位置をサーバ１９２に出力するとともに、表示制御部２８７に受け渡す。サーバ１９２は放射線源１６１の位置を記憶する。放射線源位置計算部２８６は、第２の位置情報特定部の一例である。

（表示制御部２８７）
表示制御部２８７は、放射線源位置計算部２８６により計算された放射線源１６１の位置を表示装置１９３に表示させる。

＜放射線源１６１の位置の推定方法＞
次に、放射線源１６１の位置の推定方法について説明する。放射線源１６１の位置の推定の際には、放射線照射装置１６０と撮像装置１１０との間に校正器具１３０が設置され、校正器具１３０の下に磁場計測装置１２０が配置される。校正器具１３０は、磁場発生体１３１が発する磁場が磁場計測装置１２０により計測され、かつ、吸収体１３２が撮像面１１１に映るように配置される。例えば、放射線源１６１から撮像面１１１までの距離が１５００ｍｍ、吸収体１３２の直径が１．２ｍｍ、撮像面１１１のＺ軸方向の寸法が２９０．４ｍｍ、Ｙ軸方向の寸法が１７６．４ｍｍであり、吸収体１３２の間隔が１００ｍｍである場合、校正器具１３０は放射線源１６１から４５０ｍｍ～１４５０ｍｍだけ離れた位置に配置されることが好ましい。吸収体１３２同士が撮像面１１１上で互いに重ならないようにするためである。図１１は、放射線源１６１の位置の推定方法を示すフローチャートである。

まず、相対位置取得部２８２が、校正器具１３０に含まれる磁場発生体１３１と吸収体１３２との間の相対的な位置関係を取得する（ステップＳ１１）。

また、磁場発生体１３１に磁場を発生させ、磁場計測装置１２０にて磁場計測装置１２０が発する磁場を計測する（ステップＳ１２）。次いで、磁場発生体位置取得部２８３が、磁場計測装置１２０の磁気センサ１２１から出力された信号を受信し、校正器具１３０に含まれる磁場発生体１３１の各々の位置を取得する（ステップＳ１３）。その後、吸収体位置計算部２８４が、磁場発生体位置取得部２８３が取得した磁場発生体１３１の各々の位置と、相対位置取得部２８２が取得した相対的な位置関係とを照合し、吸収体１３２の位置を計算する（ステップＳ１４）。

また、放射線源制御部２８１による放射線源１６１の制御に基づき、放射線源１６１が放射線を校正器具１３０に照射する（ステップＳ１５）。次いで、撮像装置１１０が校正器具１３０を透過した放射線から画像データを取得する（ステップＳ１６）。校正器具１３０に照射された放射線の一部は支持体１３３を透過し、他の一部は吸収体１３２により吸収される。このため、撮像装置１１０の撮像面１１１に吸収体１３２の影が映り、画像データは、吸収体１３２の像が含まれる。その後、吸収体像検出部２８５が、画像データ中から吸収体１３２の像を検出する（ステップＳ１７）。

そして、放射線源位置計算部２８６が、吸収体位置計算部２８４により計算された吸収体１３２の位置と、吸収体像検出部２８５により検出された吸収体１３２の位置とを用いて放射線源１６１の位置を計算する（ステップＳ１８）。

ここで、放射線源１６１の位置を計算する方法について説明する。図１２は、放射線源１６１の位置を計算する方法を示すフローチャートである。以下、吸収体位置計算部２８４により計算された吸収体１３２の位置の座標を「被写体座標」といい、吸収体像検出部２８５により検出された吸収体１３２の位置の座標を「投影座標」という。

まず、放射線源位置計算部２８６は、複数の被写体座標について、これら被写体座標の重心を算出し、この重心を通る直線上で重心よりも正のＸ軸方向側の任意の位置を放射線源の初期位置、投影座標の重心を投影座標の基準点とし、その基準点と被写体座標の中心を通る直線で被写体座標よりも負のＸ軸方向側の任意の位置を投影座標の初期位置として設定する（ステップＳ２１）。

次いで、放射線源位置計算部２８６は、最小二乗法のコスト関数を設定する（ステップＳ２２）。すなわち、放射線源位置計算部２８６は、放射線源１６１から各被写体座標を通り撮像面と交点をもつ位置と各投影座標との間の距離を最小にするようなコスト関数を設定する。

ここで、コスト関数について説明する。例えば、放射線源１６１の位置座標を（ｘ０，ｙ０，ｚ０）、投影座標の基準座標を（ｘｂ１，ｙｂ１，ｚｂ１）、基準座標に対するｉ番目の投影座標を（ｎｉ，ｌｉ，ｍｉ）、撮像面の傾きを（θ，φ，ψ）とする。撮像面の傾きが（θ，φ，ψ）のとき、回転行列は数１で表される。

従って、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸を中心にｉ番目の投影座標を（θ，φ，ψ）だけ回転させ、ｉ番目の投影座標を投影座標の基準座標を基準位置に移動させた座標（ｘｔ，ｙｔ，ｚｔ）は数２で表される。

また、平面は、当該平面内の点（ｘｄ，ｙｄ，ｚｄ）と当該平面の法線ベクトル（ａ，ｂ，ｃ）とを用いて、数３で表される。

従って、撮像面１１１は初期状態でＸ軸方向に正対していると仮定すると、撮像面１１１の法線ベクトルは（１，０，０）であるため、投影座標の基準点と法線ベクトルとを用いて撮像面１１１は数４で表わされる。

また、ｉ番目の被写体座標を（ｘａｉ，ｙａｉ，ｚａｉ）とすると、放射線源１６１とｉ番目の被写体座標を結ぶ直線は、数５で表される。

従って、数４の平面と数５の直線との交点の座標（ｘｐ，ｙｐ，ｚｐ）を求めることができる。そして、投影座標（ｘｔ，ｙｔ，ｚｔ）と撮像面１１１の交点の座標（ｘｐ，ｙｐ，ｚｐ）との間の３次元ユークリッド距離の２乗の値Ｄは数６で表される。

数６の値Ｄを各吸収体１３２について算出し、これらを足し合わせたものがコスト関数となる。

放射線源位置計算部２８６は、コスト関数の設定（ステップＳ２２）の後、コスト関数の最適化を行う（ステップＳ２３）。コスト関数の最適化では、放射線源位置計算部２８６は、ステップＳ２２にて設定したコスト関数を未知数について微分する。上記のコスト関数が用いられる場合、未知数である、ｘ０，ｙ０，ｚ０，ｘｂ１，ｙｂ１，ｚｂ１，θ，φ及びψの９のパラメータについての微分が行われる。

次いで、放射線源位置計算部２８６は、放射線源１６１の位置を、最適化により得られた放射線源１６１と撮像面１１１の基準点の位置に更新する（ステップＳ２４）。その後、放射線源位置計算部２８６は、更新後のコスト関数の値を算出する（ステップＳ２５）。放射線源位置計算部２８６は、ステップＳ２２～Ｓ２５の処理を繰り返し行い、予め定められている条件が満たされると（ステップＳ２６）、その時点で上記９のパラメータの値（ｘ０，ｙ０，ｚ０，ｘｂ１，ｙｂ１，ｚｂ１，θ，φ及びψ）を決定し、放射線源１６１の位置と、撮像面１１１の基準位置と、撮像面１１１の傾きとを取得する（ステップＳ２７）。例えば、更新後のコスト関数の値に閾値を予め設けておき、コスト関数の値が閾値未満となると、繰り返し処理を終了することができる。最適化手法には勾配降下法であるＡｄａｍを利用して最適化を行ってもよい。

このようにして、放射線源１６１の位置が計算される（ステップＳ１８）。

その後、放射線源位置計算部２８６は、放射線源１６１の位置を示すパラメータを含む上記９のパラメータの値（ｘ０，ｙ０，ｚ０，ｘｂ１，ｙｂ１，ｚｂ１，θ，φ及びψ）をサーバ１９２に出力するとともに、表示制御部２８７に受け渡す。そして、表示制御部２８７は、放射線源位置計算部２８６により計算された放射線源１６１の位置を表示装置１９３に表示させる。

このようにして、放射線源１６１の位置を推定することができる。つまり、生体磁気計測システム１００の一部が放射線源１６１の位置を推定する放射線源位置推定システムとして機能する。

表示制御部２８７は、磁場発生体位置取得部２８３により計算された磁場発生体１３１の位置座標と、撮像装置１１０により取得された画像データとを表示装置１９３に表示させてもよい。図１３は、磁場発生体位置取得部２８３により計算された磁場発生体１３１の位置座標と、撮像装置１１０により取得された画像データとの表示例を示す模式図である。

図１３に示す例では、画面３００の左側領域３００Ｌに、放射線源１６１の初期位置から見たときに被写体座標が撮像面１１１に投影された像がどう映るかについての計算結果が表示される。画面３００の右側領域３００Ｒには、撮像画像が表示される。例えば、左側領域３００Ｌの点群にはそれぞれナンバリングした番号が表示され（図示省略）、右側領域３００Ｒの撮影画像にはその番号に対応した順番で球像周辺を入力装置１９１によりクリックすることで撮像画像から球像の位置を取得することができるユーザインタフェース（user interface：ＵＩ）となっている。このようなＵＩを用いることで、被写体座標のナンバリングと同じ順番で投影座標を並び替えることができる。また、吸収体１３２の検知を行う際に、球像周辺を入力装置１９１によりクリックするか、又はドラッグにより範囲指定することで、吸収体１３２の検知範囲を指定してもよい。図１３に示す例における左側領域３００Ｌの表示と右側領域３００Ｒの表示とが入れ替わってもよく、これらが上下に並んで配置されてもよい。また、左側領域３００Ｌの表示又は右側領域３００Ｒの表示の一方のみが表示されてもよい。

なお、本実施形態では、吸収体位置計算部２８４（第１の位置情報取得部）の処理と放射線源位置計算部２８６（第２の位置情報取得部）の処理とが同一の制御装置１８０にて行われるが、これらの処理が個別の装置にて行われてもよい。

＜被検体Ｓの生体計測時の制御装置１８０の機能構成＞
制御装置１８０は、被検体Ｓの生体計測時に、図１４に示すように、機能上、放射線源制御部３８１と、生体磁気情報取得部３８２と、校正部３８３と、重ね合わせ部３８４と、表示制御部３８５とを有する。

（放射線源制御部３８１）
放射線源制御部３８１は、放射線源１６１による放射線の照射のタイミングを制御する。

（生体磁気情報取得部３８２）
生体磁気情報取得部３８２は、磁場計測装置１２０の磁気センサ１２１から出力された信号を受信し、被検体Ｓの生体磁気検出結果を生体磁気情報として取得する。

（校正部３８３）
校正部３８３は、撮像装置１１０から出力された形態画像を、サーバ１９２に記憶されている９のパラメータの値（ｘ０，ｙ０，ｚ０，ｘｂ１，ｙｂ１，ｚｂ１，θ，φ及びψ）を用いて校正する。

（重ね合わせ部３８４）
重ね合わせ部３８４は、校正部３８３による校正後の形態画像と、生体磁気情報取得部３８２が取得した生体磁気情報とを重ね合わせ、表示制御部３８５に受け渡す。

（表示制御部３８５）
表示制御部３８５は、重ね合わせ部３８４による重ね合わせ後の画像を表示装置１９３に表示させる。表示制御部３８５が、重ね合わせ後の画像だけでなく、校正部３８３による校正後の形態画像若しくは生体磁気情報取得部３８２が取得した生体磁気情報又はこれらの両方を表示装置１９３に表示させてもよい。

生体磁気計測システム１００を用いた被検体Ｓの計測では、図２に示すように、校正器具１３０が取り外され、磁場計測装置１２０上に被検体Ｓの計測領域が載せられる。この状態で、磁場計測装置１２０を用いた生体磁気計測と、放射線照射装置１６０及び撮像装置１１０を用いた放射線画像、例えば単純Ｘ線画像の撮影が行われる。どちらが先に行われてもよい。

磁場計測装置１２０から得られる生体磁気検出結果と、撮像装置１１０から得られる放射線画像のデジタル画像データである形態画像とが制御装置１８０に入力される。

制御装置１８０では、放射線画像の際に放射線源制御部３８１が放射線源１６１に放射線の照射を行わせる。そして、校正部３８３が、撮像装置１１０から出力された形態画像を、サーバ１９２に記憶されている９のパラメータの値（ｘ０，ｙ０，ｚ０，ｘｂ１，ｙｂ１，ｚｂ１，θ，φ及びψ）を用いて校正する。また、生体磁気情報取得部３８２が、磁場計測装置１２０から被検体Ｓの生体磁気検出結果を生体磁気情報として取得する。そして、重ね合わせ部３８４が、校正部３８３による校正後の形態画像と、生体磁気情報取得部３８２が取得した生体磁気情報とを重ね合わせ、表示制御部３８５に受け渡す。その後、表示制御部３８５が、重ね合わせ部３８４による重ね合わせ後の画像を表示装置１９３に表示させる。

このようにして、生体磁気計測システム１００は生体磁気計測を行うことができる。また、生体磁気計測に際して、生体磁気計測システム１００の一部が、放射線源１６１の位置を校正する構成システムとして機能する。

なお、放射線源位置計算部２８６により計算された放射線源１６１の位置と、撮像面１１１の基準位置と、撮像面１１１の傾きとに基づいて、放射線源１６１を含む放射線照射装置１６０若しくは撮像面１１１又はこれらの両方の位置や角度を調整してもよい。

（第２の実施形態）
＜生体磁気計測システムの概要＞
第２の実施形態に係る生体磁気計測システムでは、放射線源が被検体の鉛直上方に配置される。図１５は、第２の実施形態に係る生体磁気計測システムの構成を示す斜視図である。図１６は、第２の実施形態に係る生体磁気計測システムの構成を示す側面図である。図１７は、第２の実施形態に係る生体磁気計測システムの構成を示す正面図である。図１８は、第２の実施形態に係る生体磁気計測システムの構成を示す上面図である。図１５～図１８は、放射線源の位置が推定される時の構成を示す。

図１５～図１８に示すように、第２の実施形態に係る生体磁気計測システム４００は、撮像装置４１０と、磁場計測装置１２０と、校正器具１３０と、支柱１４０と、校正器具安定材１５０と、放射線源４６１を含む放射線照射装置４６０と、架台１７０（図２参照）と、制御装置１８０（図１０等参照）とを有する。本明細書及び図面においては、鉛直下方向をＺ軸方向、支柱１４０から視て磁場計測装置１２０が位置する方向をＸ軸方向、右手系でＸ軸方向及びＺ軸方向に直交する方向をＹ軸方向とする。

［撮像装置４１０］
撮像装置４１０は、被検体Ｓ（図２参照）の計測領域又は校正器具１３０を透過した放射線Ｒをデジタル画像データとして形態画像を取得する。撮像装置４１０で検出された信号は制御装置１８０に送られる。撮像装置４１０は校正器具１３０の撮像画像も取得する。撮像装置４１０は撮像部の一例である。

撮像装置４１０には、撮像装置１１０と同様に、ＦＰＤを用いることができる。撮像装置４１０に、輝尽性蛍光体粉末を塗布したフィルムも好適に用いることができる。輝尽性蛍光体粉末を塗布したフィルムを用いる場合、フィルムが曲がらないように、撮像面平面固定治具４３４によりフィルムを固定することが好ましい。撮像面平面固定治具４３４の材料は、計測磁場を妨げないように、アクリル樹脂等の非磁性体であることが好ましい。

［放射線照射装置４６０］
放射線照射装置４６０は、例えば、移動を容易にするためにレール４６２に取り付けられ、レール４６２は天井等に固定される。レール４６２は、放射線源４６１を掛けて吊るし、放射線照射装置４６０がＸ軸方向に移動可能に構成されている。放射線照射装置４６０のレール４６２へのロックとロック解除とを切り換える機構が設けられていることが好ましい。放射線照射装置４６０をレール４６２に固定するネジ等が設けられていてもよい。レール４６２の材料としては、変形せずに放射線照射装置４６０を吊すことができる強度を有する金属等の材料を用いることができる。被検体Ｓの上方で放射線照射装置４６０を移動可能に支持することができれば、レール４６２に代えて、アーム等の機構が用いられてもよい。

制御装置１８０は、生体磁気計測システム１００の撮像装置１１０と、放射線源１６１を含む放射線照射装置１６０とに代えて、撮像装置４１０と、放射線源４６１を含む放射線照射装置４６０とを制御する。

他の構成は第１の実施形態と同様である。

＜放射線源４６１の位置の推定方法＞
次に、放射線源４６１の位置の推定方法について説明する。放射線源４６１の位置の推定の際には、放射線照射装置４６０と撮像装置４１０との間に校正器具１３０が設置され、校正器具１３０の下に磁場計測装置１２０が配置される。また、撮像装置４１０は撮像面平面固定治具４３４により挟んだ状態となっている。そして、第１の実施形態と同様に、図１１に示すフローチャートに沿って放射線源４６１の位置を推定する。

なお、コスト関数に関し、第２の実施形態では、撮像面４１１は初期状態でｚ軸方向に正対していると仮定すると、撮像面４１１の法線ベクトルは（０，０，－１）であるため、投影座標の基準点と法線ベクトルとを用いて撮像面４１１は数７で表わされる。

そして、ｉ番目の被写体座標を（ｘａｉ，ｙａｉ，ｚａｉ）とすると、放射線源４６１とｉ番目の被写体座標を結ぶ直線は、第１の実施形態と同様に、上記の数５で表される。従って、第１の実施形態と同様にして放射線源４６１の位置を推定することができる。

また、生体磁気計測システム４００は、撮像装置１１０と、放射線源１６１を含む放射線照射装置１６０とに代えて、撮像装置４１０と、放射線源４６１を含む放射線照射装置４６０とを用いて、生体磁気計測システム１００と同様に、生体磁気計測を行うことができる。また、生体磁気計測に際して、生体磁気計測システム４００の一部が、放射線源４６１の位置を校正する構成システムとして機能することができる。

なお、放射線源位置計算部２８６により計算された放射線源４６１の位置と、撮像面４１１の基準位置と、撮像面４１１の傾きとに基づいて、放射線源４６１を含む放射線照射装置４６０若しくは撮像面４１１又はこれらの両方の位置や角度を調整してもよい。

（第２の実施形態の変形例）
次に、第２の実施形態の変形例について説明する。変形例は、主に、磁場計測装置１２０、撮像装置４１０及び放射線照射装置４６０の配置の点で第２の実施形態と相違する。図１９は、第２の実施形態の変形例に係る生体磁気計測システムの構成を示す正面図である。

第２の実施形態の変形例においては、図１９に示すように、磁場計測装置１２０の上面が水平面（Ｘ－Ｙ面）から傾斜している。これに伴って、撮像装置４１０の撮像面４１１も水平面から傾斜している。そして、放射線照射装置４６０に含まれる放射線源４６１は、撮像面４１１の法線上に位置する。例えば、撮像面４１１の中心と放射線源４６１とを結ぶ直線は、撮像面４１１と垂直に交わる。上記傾斜の大きさは、例えば１０度である。

第２の実施形態の変形例によっても第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、第１の実施形態において、第２の実施形態の変形例と同様に、磁場計測装置１２０の上面が水平面から傾斜し、撮像装置１１０の撮像面１１１も水平面（Ｘ－Ｙ面）から傾斜し、放射線照射装置１６０に含まれる放射線源１６１が撮像面１１１の法線上に位置してもよい。

以上、好ましい実施の形態等について詳説したが、上述した実施の形態等に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態等に種々の変形及び置換を加えることができる。

１００、４００ 生体磁気計測システム
１１０、４１０ 撮像装置
１１１、４１１ 撮像面
１２０ 磁場計測装置
１２１ 磁気センサ
１３０ 校正器具
１３１ 磁場発生体
１３２ 吸収体
１３３ 支持体
１６０、４６０ 放射線照射装置
１６１、４６１ 放射線源
１８０ 制御装置
１９１ 入力装置
１９２ サーバ
１９３ 表示装置
２８１ 放射線源制御部
２８２ 相対位置取得部
２８３ 磁場発生体位置取得部
２８４ 吸収体位置計算部
２８５ 吸収体像検出部
２８６ 放射線源位置計算部
２８７ 表示制御部
３８１ 放射線源制御部
３８２ 生体磁気情報取得部
３８３ 校正部
３８４ 重ね合わせ部
３８５ 表示制御部

特開平５－２７７０８２号公報

Claims (13)

1. 位置測定用部材に含まれる要素の位置情報を特定する第１の位置情報特定部と、
   放射線源が発する放射線によって生じる前記要素の像を取得する撮像部と、
   前記第１の位置情報特定部により特定された前記位置情報と、前記撮像部により取得された前記像とから、前記放射線源の位置情報を特定する第２の位置情報特定部と、
   を有し、
   前記位置測定用部材は、磁場発生体を含み、
   前記磁場発生体が発する磁場に基づき前記磁場発生体の位置情報を検出する検出部を有することを特徴とする放射線源位置推定システム。
2. 前記要素は、前記放射線源が発する放射線を吸収する吸収体を含み、
   前記位置測定用部材は、前記要素を支持する支持体を含み、
   前記支持体は、前記吸収体よりも前記放射線を透過させることを特徴とする請求項１に記載の放射線源位置推定システム。
3. 前記撮像部は、前記放射線源との間で前記要素を間に挟むように配置された撮像面を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の放射線源位置推定システム。
4. 前記撮像部は、前記撮像面上の前記像を検出する像検出部を有することを特徴とする請求項３に記載の放射線源位置推定システム。
5. 前記要素の形状は球であり、
   前記像検出部は、円を検出する円検出部を有することを特徴とする請求項４に記載の放射線源位置推定システム。
6. 前記第１の位置情報特定部により特定された前記位置情報若しくは前記像又はこれらの両方を表示装置に表示させる表示制御部を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の放射線源位置推定システム。
7. 前記表示制御部は、前記像を選択可能に前記表示装置に表示させることを特徴とする請求項６に記載の放射線源位置推定システム。
8. 前記放射線源は、Ｘ線源であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の放射線源位置推定システム。
9. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載の放射線源位置推定システムと、
   前記放射線源及び前記撮像部を用いた放射線撮像により得られた形態画像を、前記第２の位置情報特定部により特定された前記放射線源の位置に基づいて校正する校正部と、
   を有することを特徴とする校正システム。
10. 請求項９に記載の校正システムと、
    前記像を生じさせる放射線源と、
    を有し、
    前記位置測定用部材は、磁場発生体を含み、
    前記放射線源位置推定システムは、前記磁場発生体が発する磁場に基づき前記磁場発生体の位置情報を検出する磁場計測装置を含み、
    前記放射線源及び前記撮像部により被検体の放射線画像が取得され、
    前記磁場計測装置により前記被検体の生体磁気検出が行われることを特徴とする生体磁気計測システム。
11. 前記放射線源は、前記被検体の水平方向に配置されることを特徴とする請求項１０に記載の生体磁気計測システム。
12. 前記放射線源は、前記被検体の鉛直上方に配置されることを特徴とする請求項１０に記載の生体磁気計測システム。
13. 前記校正部により校正された形態画像と前記磁場計測装置による前記被検体の生体磁気検出結果とを重ね合わせる重ね合わせ部とを有することを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載の生体磁気計測システム。

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