JP7565772B2 - Ｘ線撮像装置及び処置具認識方法 - Google Patents

Description

本発明は、Ｘ線撮像装置に関し、特に検査対象の内部に処置具を挿入しながらＸ線撮像を行う際に、処置具の3次元的な位置を把握する技術に関する。

Ｘ線撮影装置は、リアルタイムで被検体の特徴的構造を把握することができ、手術等処置中の撮影手段（インターベンショナル撮影手段）として広く使われている。処置中の撮影では、被検体に対する処置具の位置の把握が極めて重要である。Ｘ撮影装置では、Ｘ線画像に映し出される処置具から投影面内における処置具の位置もリアルタイムで把握することができるが、投影方向の位置や構造の把握は困難である。

これに対し、コーンビームＣＴは、Ｘ線源と検出器とを被検体の周囲で回転させて３次元画像を取得することができ、画像から処置具の３次元的な位置を把握することができる。しかし、コーンビームＣＴは、Ｘ線撮影装置に比べ、１枚の画像を取得するのに時間を要し、回転中に被検体の体動などがあると処置具の位置精度が低下するという課題がある。

また、特許文献１には、異なるパースペクティブで取得したＸ線画像を用いて、これらＸ線画像における処置具の位置関係から処置具の深さ（３次元的な位置）を算出する技術が開示されている。この技術でも３次元位置を算出するのに用いた２枚のＸ線画像で、取得したときの体動の時相が異なる場合には、位置算出の精度が劣化するという課題がある。

特許第５５８７８６１号公報

３次元位置を算出する際の体動の影響を低減するためには、呼吸動の周期などを外部機器でモニタリングしながら撮像することが考えられるが、術中撮像においては、処置を行う空間には、処置具以外のモニター器具などはできるだけ配置しないことが好ましく、またＸ線撮像装置側に外部信号を取り込むための手段を追加する必要がある。

本発明は、体動モニター等の外部信号を用いることなく、Ｘ線画像の処理のみで処置具の３次元位置を算出することができ且つ体動の影響を排除できる技術を提供すること、それにより連続的な撮像を行いながら処置具を正確に示すことが可能なＸ線撮像装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明は、異なる角度／時刻で取得した複数のＸ線画像から複数のＸ線画像の組み合わせを複数用いて、組み合わせ毎に、処置具の３次元位置の算出精度の指標となるパラメータを求め、最も精度の高いパラメータとなるＸ線画像の組み合わせから処置具の３次元位置を算出する。

すなわち、本発明のＸ線撮像装置は、Ｘ線を照射するＸ線源と、検査対象を挟んでＸ線源と対向配置されたＸ線検出器と、検査対象を透過して前記Ｘ線検出器が検出したＸ線から検査対象のＸ線画像を生成するデータ処理部と、検査対象に対するＸ線の照射及び照射角度を制御する撮像制御部と、を備え、データ処理部は、前記検査対象のＸ線画像を解析し、検査対象における処置具の３次元位置を算出する処置具位置算出部を備える。撮像制御部は、照射角度が異なる複数の撮像位置または照射角度の所定の角度範囲で、複数回の撮像を行うように前記Ｘ線源、及びＸ線検出器を制御する。処置具位置算出部は、複数回の撮像を行うことにより得られた複数のＸ線画像のうち、撮像位置が異なる２以上のＸ線画像の組み合わせを複数用いて、各組み合わせについて、前記処置具の３次元位置算出用のパラメータを算出するパラメータ算出部と、各組み合わせのパラメータを比較し、３次元位置算出の精度が最も高いパラメータとなる組み合わせを選択するパラメータ比較部と、パラメータ比較部が選択した組み合わせについてパラメータ算出部が算出したパラメータを用いて処置具の３次元位置を算出する３次元位置算出部と、を備える。

また本発明の処置具認識方法は、検査対象に対するＸ線の照射角度が異なる複数の撮像位置または前記照射角度の所定の角度範囲で、複数回の撮像を行うことにより得られた複数のＸ線画像を解析し、Ｘ線撮像中に検査対象内に挿入された処置具の３次元位置を監視する処置具認識方法であって、複数のＸ線画像のうち、撮像位置が異なる２以上のＸ線画像の組み合わせを複数用いて、各組み合わせについて、前記処置具の３次元位置算出用のパラメータを算出するパラメータ算出ステップと、パラメータをもとに、複数の組み合わせのうち、３次元位置算出の精度が最も高いパラメータとなる組み合わせを選択する選択ステップと、選択ステップで選択した組み合わせについて前記パラメータ算出ステップで算出したパラメータを用いて前記処置具の３次元位置を算出するステップと、を含む。

本発明によれば、複数の組み合わせの中で最も処置具位置算出の精度が高い組み合わせを選択し、その組み合わせ画像と撮像位置とを用いて３次元位置を算出するので、体動の影響によって位置ずれを生じていても、ほぼ同時相の画像間の計算で３次元位置を算出することができ、体動の影響を抑制することができる。

Ｘ線撮像装置の一実施形態の全体構成を示す機能ブロック図。 撮像部の一例として、オーバーチューブ型の透視装置を示す図で、（Ａ）及び（Ｂ）は、撮像位置（角度）が異なる状態を示す。 撮像部の一例として、Ｃアーム型の撮像装置を示す図で、（Ａ）及び（Ｂ）は、撮像位置（角度）が異なる状態を示す。 Ｘ線撮像装置の動作を示すフロー図。 実施形態１の画像生成部の機能ブロック図。 実施形態１の３次元位置算出のフローを示す図。 実施形態１の３次元位置算出におけるＸ線画像の組み合わせを説明する図。 パラメータ算出を説明する図。 実施形態２の３次元位置算出のフローを示す図。 実施形態２の３次元位置算出におけるＸ線画像の組み合わせを説明する図。 実施形態２のＸ線画像の組み合わせの変形例を説明する図。 実施形態３の画像生成部の機能ブロック図。 実施形態３の処理フローを示す図。

以下、本発明のＸ線撮像装置の実施形態を説明する。

本実施形態のＸ線撮像装置１は、図１に示すように、Ｘ線源１１及びＸ線検出器１２を備えた撮像部１０と、撮像部１０を含む装置全体を制御する装置制御部２０と、Ｘ線検出器１２が検出したＸ線をもとにＸ線画像を生成するとともに画像データの処理を行うデータ処理部３０と、Ｘ線画像等を表示する表示装置４０とを備える。さらに図示していないが、装置制御部２０やデータ処理部３０に対し、処理に必要な指令をユーザーが入力するための入力デバイスや処理に必要なデータや予め取得した被検体の３次元画像などを格納する記憶装置などを備えていてもよい。

Ｘ線源１１としては、通常、Ｘ線管が使用され、Ｘ線管は図示しない高電圧発生装置に接続されている。またＸ線検出器１２としては、ＦＰＤ（フラットパネルディテクタ）が用いられる。本発明は、これらに限定されるものではないが、以下、Ｘ線検出器１２を検出器パネルとも言う。

Ｘ線撮像装置１には、Ｘ線源１１及び検出器パネル１２の支持構造や、Ｘ線源１１の位置などによって、異なる種類の装置があるが、本実施形態は、被検体に対するＸ線源１１の位置（Ｘ線の照射角度）を変えることが可能なものであれば、いずれの種類にも適用することができる。例えば、図２に示すようなオーバーチューブ型透視装置と呼ばれるＸ線撮像装置１０Ａや、図３に示すようなＣアーム型Ｘ線撮像装置１０Ｂに適用できる。

図２に示すＸ線撮像装置１Ａは、Ｘ線源１１が、被検体が寝かせられるベッド１３の上部にセットされ、ベッド１３の内側にＸ線検出器１２を構成する検出器パネルが設置されている。このＸ線撮像装置１Ａでは、Ｘ線源１１は、支持機構１５を介して支持台１４に対し、固定されており、支持機構１５はＸ線源１１を支持する支柱１５１と、支柱１５１を支持台１４に対し回転可能に支持する支持腕１５２とを備えている。検出器パネル１２を収納したベッド１３は、水平方向や垂直方向に移動可能に支持腕１５２に支持されている。

このような構成のＸ線撮像装置１Ａでは、支持台１４に対し支柱１５１を回転させることにより、図２（Ａ）に示すような垂直の位置から（Ｂ）に示すような位置にＸ線源１１の位置を変更することができ、ベッド１３の上に寝かせられた被検体に対するＸ線の照射角度を変化させることができる。また図示していないが、図２の紙面と直交する方向に支柱１５１を移動したり支柱１５１に固定されたＸ線管を回転させたりする機構が備えられている場合もあり、その場合、Ｘ線の照射角度は２次元のみでなく３次元的にも変化させることができる。

なお図２は、Ｘ線を被検体の上側から照射する構成のオーバーチューブ型透視装置を示しているが、Ｘ線源をベッドの下側に配置したアンダーチューブ型の透視装置でも同様に適用できる。

図３は、Ｃアーム１８でＸ線源１１とＸ線検出器１２を支持する構造のＸ線撮像装置１Ｂで、Ｘ線源１１とＸ線検出器１２との間の空間に、被検体が寝かせられるベッド１３が配置される。Ｃアーム１８は支持腕１７を介して支持台１６に固定されており、支持腕１７に支持されるＣアーム１８の位置を変えることができ、それにより、図３（Ａ）に示すようにＸ線源１１がベッド１３の直上にある位置から、（Ｂ）に示すような傾斜した位置に変化し、Ｘ線の照射角度を変化させることができる。また支持腕１７は、支持台１６に対し軸Ｐの周りで回転させることができ、それによりＸ線源１１及びＸ線検出器１２を紙面とは直交する面内で回転させて、Ｘ線の照射角度を変更することもできる。

装置制御部２０は、駆動部２１とデータ収集部２２を含む。駆動部２１は、上述したＸ線源１１とＸ線検出器１２を支持する機構（例えば、図２の支持機構１５）を駆動するモータなどの駆動源や、Ｘ線源１１を駆動するための電源部などで構成される。データ収集部２２は、検出器パネル１２から出力される透過Ｘ線に相当する電気信号を入力し、撮像時間毎に２次元の画像データとして収集する。装置制御部２０は、また、駆動部２１の動作を制御して、Ｘ線源１１の移動やＸ線源１１からのＸ線照射を制御する撮像制御部としての機能を有する。本実施形態では、Ｘ線撮像中に被検体内に挿入された処置具の位置を検出するために、撮像時間及び撮像位置が異なる複数のＸ線画像を収集する。このため撮像制御部は、撮像位置や撮像回数などを所定の撮像手順に従い駆動部２１を制御する。撮像手順の詳細は後述の実施形態で説明する。

データ処理部３０は、データ収集部２２が一定時間収集した画像データを管理し、被検体の体動周期性と関連した組み合わせや群となるように選択する画像選択部３１と、被検体内部に挿入された処置具の位置を監視する処置具位置算出部３２とを備える。本実施形態の処置具位置算出部３２は、撮像時間及び撮像位置が異なる複数のＸ線画像から選択した２以上のＸ線画像の組み合わせを複数用いて処置具の3次元位置を算出する。このため処置具位置算出部３２は、個々のＸ線画像において処置具の位置を検出する２次元位置検出部３２１と、２以上のＸ線画像の組み合わせ毎に、3次元位置を算出するためのパラメータを算出するパラメータ算出部３２２と、各組み合わせについて算出したパラメータを比較し、３次元位置の算出に用いる組み合わせ（パラメータ）を選択するパラメータ比較部３２３と、選択した組み合わせのパラメータを用いて処置具の３次元位置を算出する３次元位置算出部３２４とを備える。

データ処理部３０の機能は、ＣＰＵ或いはＧＰＵやメモリを備えた計算機が、各部の機能を実現するプログラムを読み込むことで実現することができる。また各部に含まれる演算の一部或いは機能の一部は、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）やＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇａｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）などのハードウェアで実現してもよい。

上述した構成における撮像と処置具の位置算出の概要を図４に示す。まず、撮像制御部２０の制御のもと撮像時間及び撮像位置が異なる複数のＸ線画像を取得した後（Ｓ１）、２次元位置検出部３２１が、Ｘ線画像における処置具の特徴（輝度値や形状の特徴）を用いて、処置具の特徴部位、例えば処置具先端、の位置を検出する（Ｓ２）。次いで、画像選択部３１が複数のＸ線画像から選択した撮像位置が異なる２以上のＸ線画像の組み合わせを決定し、パラメータ算出部３２２が、２以上のＸ線画像の組み合わせについて、各Ｘ線画像を取得したときの撮像位置（Ｘ線の照射角度）とＸ線画像における処置具の位置とを用いて、処置具の３次元位置算出用のパラメータを算出する（Ｓ３）。パラメータは、例えば、２以上のＸ線画像について、Ｘ線画像における処置具の位置とＸ線の照射角度で決まる直線を設定し、それぞれの直線間の距離が最短と各直線上の位置をもとに設定する。この場合、最短距離となる直線上の位置或いは最短距離自体がパラメータとなる。

パラメータ比較部３２３は、複数の組み合わせのパラメータを比較し、組み合わせ内で処置具位置算出の精度が最も高くなる組み合わせを選択する（Ｓ４）。パラメータが複数の直線間の最短距離であれば、パラメータが最も小さいものを最も精度が高い組み合わせとして選択する。３次元位置算出部３２４は、精度が最も高い組み合わせのパラメータを用いて、処置具の３次元位置を算出する（Ｓ５）。例えば、直線距離が最も高くなる直線状の位置の中点を３次元位置とする。その後、算出した３次元位置を、予め取得した被検体の３次元画像にマッピングして表示してもよい（Ｓ６）。３次元画像は、Ｘ線画像のほか他のモダリティで得た画像でもよく、被検体との位置決め法は、例えば被検体の解剖学的構造を利用して３次元画像から作成した計算投影像とＸ線画像との位置合わせ補正などを含む公知のマッピング手法を採用することができる。

本実施形態のＸ線撮像装置によれば、３次元位置を算出するために複数の撮像位置で撮像を行い且つ各位置で１回ないし複数回（撮像位置が２の場合には、２回以上）の撮像を行って複数のＸ線画像を得て、これら複数のＸ線画像から、撮像位置が異なる２以上のＸ線画像の組み合わせを複数用いて、処置具の３次元位置を算出するためのパラメータを算出し比較し、最適な組み合わせを選択する。これにより、２以上のＸ線画像から３次元位置を算出する際に、体動の時相が同じであるか最も近い画像の組み合わせを用いることができ、体動の影響を抑制して、高い精度で処置具の３次元位置を算出することができる。

以下、撮像手法及び２以上の画像の組み合わせ手法の異なる実施形態を説明する。

＜実施形態１＞
本実施形態は、少なくとも２つの異なる位置で、それぞれ複数回の撮像を行い、得られた複数のＸ線画像を用いて処置具の３次元位置を算出する。以下の説明では、Ｘ線照射角度が異なる２つの撮像位置で、それぞれＮ（Ｎは２以上の整数）回の撮像を行う場合を例に説明する。

本実施形態のＸ線撮像装置の構成の概要は、図１に示す構成と同様であるが、撮像制御部２０は、２つの撮像位置と各撮像位置における撮像回数を設定し、その情報に基づき駆動部２１を制御する。撮像位置と撮像回数は、デフォルトで所定の位置（例えばＸ線源１１がベッド１３の真上にある位置及び３０度移動した位置など）及び回数を設定していてもよいし、撮像制御部２０が入力デバイス等を介してユーザー指定を受け付けてもよい。

２つの撮像位置は、互いのＸ線照射角度の角度差が、３０度以上であることが好ましく、それにより３次元位置の精度が向上する。また各撮像位置における撮像回数は、撮像の回数は特に限定されないが、体動の影響を排除するために、例えば呼吸動の一周期（３～４秒）程度の間、撮像を繰り返すことが好ましい。２つの位置における撮像回数は、同じでも異なっていてもよい。ここでは、同数である場合を例に説明する。

データ処理部３０の画像選択部３１は、２つの撮像位置でそれぞれ得たＮ枚のＸ線画像のうち、撮像位置が異なる２つの画像を一つの組み合わせとして選択し、組み合わせられるＸ線画像を異ならせて、複数の組み合わせを選択し処置具位置算出部３２に渡す。

処置具位置算出部３２は、図５に示すように、Ｘ線画像において処置具の特徴部分を抽出し、その位置を検出する特徴抽出部３２１Ａを備えている。さらにマップ作成部を有していてもよい。特徴抽出部３２１Ａは、図１の２次元位置検出部３２１に相当する機能を有するものであり、本実施形態では、Ｘ線画像における処置具の形状的特徴を抽出することで処置具先端の位置座標を求める。

以下、図６のフローを参照して、本実施形態の撮像手順と処置具位置算出の流れを説明する。図６において、図４と同じ処理を行うステップは同じ符号で示す。

まず撮像部１０が、ステップＳ１１で撮像制御部２０に設定された撮像手順に従い、処置具位置を検出するための撮像を開始する。具体的には、Ｘ線源１１を第１の撮像位置に移動し（Ｓ１２）、ここで複数回（Ｎ回）の撮像を行い、Ｎ枚のＸ線画像を取得する（Ｓ１３）。

次にＸ線源１１を第１の撮像位置とは異なる位置（第２の撮像位置）に移動し、ここでも複数回（Ｎ回）の撮像を行いＮ枚のＸ線画像を取得する。Ｘ線撮像装置１が、図２に示すようなオーバーチューブ型透視装置の場合には、同図（Ｂ）に示すように、Ｘ線源１１を支持する支柱１５１を回転させて、Ｘ線源１１から照射されるＸ線が、被検体に対し斜めから照射される位置に移動し、撮像する。

異なる位置でそれぞれ複数回の撮像が終了し、２×Ｎ枚のＸ線画像を取得したならば（Ｓ１４）、特徴抽出部３２１Ａが各Ｘ線画像における処置具の位置検出を行う（Ｓ２０）。処置具の検出は、例えば、処置具に付したマーカや、処置具の先端等の特徴部位を抽出する。一般に処置具はＸ線の高吸収領域であるため、Ｘ線撮影画像上では人体構造物に比較して高いコントラストを有している。このようなＸ線撮影画像上の人体構造物を示す領域と処置具を示す領域とにおけるコントラストの差異に基づいて、高コントラスト領域を抽出することで、特徴部位を検出する。検出した特徴部分の位置をＸ線画像における処置具の位置とする。特徴抽出部３２１Ａは、取得した全てのＸ線画像について、処置具の位置を検出する。
なお撮像と処置具位置の検出とは平行して行ってもよい。すなわち、第２の撮像位置での撮像を行っている間に取得済のＸ線画像について順次位置検出を行ってもよい。

次に画像選択部３１が、複数（ここでは２×Ｎ）の画像から、パラメータ算出に用いる一組のＸ線画像を選択する（Ｓ３１）。一組のＸ線画像は、第１の撮像位置で撮像して得た複数のＸ線画像のうちの１枚と、第２の撮像位置で撮像して得た複数のＸ線画像のうちの１枚とを一組としたもので、最初に、各撮像位置における１回目のＸ線画像を組み合わせるものとする。

次いで、パラメータ算出部３２２が、選択した一組のＸ線画像について、第１の位置で撮像したときの処置具の位置及び第２の位置で撮像したときの処置具の位置の情報を用いて、パラメータを算出する（Ｓ３２）。パラメータは、一組の画像から３次元位置を算出する際の算出の精度に関わる値である。本実施形態では、組み合わせを構成する２つのＸ線画像について、それらＸ線画像における処置具の位置に相当するＸ線検出器パネル上の位置（３次元位置）と、その位置とＸ線源１１とを結ぶ直線を設定し、それぞれの直線間の距離が最短となる直線上の位置をもとにパラメータを算出する。

本実施形態におけるパラメータの算出の一例を、図７を用いて、説明する。図７において、第１の撮像位置におけるＸ線源１１の位置をS１、第２の撮像位置における位置をS２とし、第１の撮像位置及び第２の撮像位置における検出器パネル１２上の処置具の位置をそれぞれP1、P2とする。またS1とP1を結ぶ直線をL１（そのベクトルをｖ１）、S2とP2を結ぶ直線をL2（そのベクトルをｖ１）とする。検出器パネル１２上の処置具の位置P1、P2は、Ｘ線源１１に対する検出器パネル１２の幾何的な配置、及びステップＳ２０で検出したＸ線画像における処置具の位置から算出することができる。

Ｘ線源１１と処置具位置とを結ぶ二つの直線L1、L2は、理想的には、処置具（の特徴部位）が存在する実空間上の一点で交わる。しかし実際には、装置誤差や測定誤差のほかに被検体の体動などに起因して、一点で交わらない「ねじれ」の関係となる。図７の右側は、直線L1、L2がねじれの関係にある状態を示している。パラメータ算出部３２２は、処置具に最も近い位置を算出するため、まず２つの直線が最短距離となる直線上の位置を算出する。この位置Q1、Q2は、Ｘ線源の位置S1、S2及び直線L1、L2のベクトルv1（＝S1－P1）、v2（＝S2－P2）を用いて、次式（１－１）、（１－２）で算出することができる。

パラメータ算出部３２２は、直線L1、L2が最短距離となる直線上の位置Q１、Q２が算出されたならば、これらQ1、Q2を結ぶ線分（ベクトル）uを求め、これをパラメータとする。

画像選択部３１が、ステップS１１～S１４で取得した複数のＸ線画像から、別の組み合わせ（撮像位置が異なる一組のＸ線画像）を選択し（Ｓ３３、Ｓ３１）、パラメータ算出部３２２は、新たに選択した組み合わせについて、上述と同様にパラメータを算出する（Ｓ３２）。画像選択部３１が、複数のＸ線画像から順次一組のＸ線画像を選択する手法の一例を図８に示す。図８の（a）は第１の撮像位置で取得したN枚のＸ線画像群１、（ｂ）は第２の撮像位置で取得したＮ枚のＸ線画像群２であり、それぞれ、取得順に沿って並べた状態である。画像選択部３１は、まず、（a）(b)のＸ線画像群１、Ｘ線画像群２から同じｎ枚目（ｎ＝１～Ｎのいずれか）のＸ線画像どうしを組み合わせて、パラメータ算出部３２２に渡す。次に、（ｃ）に示すように、ｎ枚目と（ｎ－１）枚目のＸ線画像を組み合わせて（Ｘ線画像群１の１枚目については、Ｘ線画像群２のＮ枚目と組み合わせて）、パラメータ算出部３２２に渡す。以降、同様にして、Ｘ線画像群１の画像と組み合わせるＸ線画像群２の画像をずらしながら、組み合わせを変更し、パラメータ算出部３２２は、各組み合わせについてパラメータを算出する。最終的に、Ｎ×Ｎの組み合わせについてパラメータが得られる。

全ての組み合わせについてパラメータが算出されたならば、パラメータ比較部３２３は、これらパラメータ（ここでは２直線間の最短距離ｕ）を比較し、最短距離が最も短い組み合わせを選択する（Ｓ４）。図７を用いて説明したように、理想的には２つの直線L1、L2は処置具の位置で交差し、Q1－Q2が近いほど２つの画像間での処置具位置の一致度が高く、３次元位置算出の精度が高いと言える。

３次元位置算出部３２４は、パラメータ比較部３２３が選択したＸ線画像の組み合わせを用いて、次式（２）により処置具の３次元位置を算出する。すなわち、Q1とQ2の中点を処置具の３次元位置とする（S５）。

[数２]
Q＝（Q1＋Q2）／２

データ処理部３０が、マッピング部３３を備える場合には、算出した３次元位置を予め取得した被検体の３次元画像にマッピングし、表示装置に表示させる（Ｓ６）。

このように本実施形態によれば、複数の２次元画像の組み合わせについて、それぞれ、処置具の３次元位置に関するパラメータを算出し、最適なパラメータとなる組み合わせを用いて３次元位置を算出することにより、異なる撮像位置にＸ線源を移動する間や各撮像位置で撮像を繰り返す間に体動などがあっても、体動時相が同じか最も近いときに取得したと推定される画像どうしから３次元位置を算出するので、体動の影響を受けずに精度よく処置具の３次元位置を算出することができる。また体動の影響を排除するために、体動モニターからの外部信号を不要とし、術中撮像などを行う際のシステム構成を簡易にすることができる。

なお以上説明した実施形態１では、２つの撮像位置でそれぞれ取得した複数のＸ線画像を総当たり的に組み合わせる場合を説明したが、複数の組み合わせについてパラメータを算出すればよいので、組み合わせの仕方や数はこの例に限定されない。

また実施形態１では、２つの異なる撮像位置で撮像し、撮像位置の異なる２つのＸ線画像を組み合わせてパラメータを算出したが、３以上の撮像位置で撮像し、３以上のＸ線画像を組み合わせてパラメータを算出することも可能である。この場合は、例えば、それぞれの撮像位置で決まるＸ線源と処置具位置とを結ぶ直線（複数の直線）の２直線間が最短距離となる位置Q１～Qｍ（ｍは３以上の整数）を算出し、これら位置Q1～Qｍで画定される多角形等図形の面積や外周長をパラメータとしてもよい。処置具の３次元位置は、パラメータが面積であれば、パラメータが最小となる組み合わせの面積の重心位置とする。

＜実施形態２＞
実施形態１では、２以上の撮像位置でそれぞれ複数回の撮像を行ったが、本実施形態は撮像位置（照射角度）を所定ピッチで変更しながら、１回ずつ撮像を行い、得られた複数のＸ線画像を用いて処置具の３次元位置を算出する。

本実施形態のデータ処理部３０及び処置具位置算出部３２の構成は、実施形態１と同様であるが、画像選択部３１は、角度が異なる複数のＸ線画像を周期性が含むように複数の群に分割し，少なくとも２つの画像群に含まれるＸ線画像から、パラメータを算出する画像の組み合わせを選択する。

以下、図９及び図１０を参照して、実施形態１とは異なる点を中心に本実施形態のＸ線撮像装置の動作を説明する。図９は、本実施形態における処置具位置算出のフローを示す。図９において図６と同じ処理のステップは同じ符号で示し、重複する説明は省略する。

まず撮像部１０が、撮像制御部２０に設定された撮像手順に従い、処置具位置を検出するための撮像を開始する。本実施形態では、Ｘ線源１１を初期位置から所定の撮像位置まで順次に移動しながら（Ｓ１０１）、各角度（各撮像位置）で１回のＸ線照射を行って、Ｍ枚のＸ線画像を取得する（Ｓ１０２、Ｓ１０３）。1回の撮像と次の撮像との間の角度差（θ）は特に限定されないが、大きいほうが好ましく、例えば１～数度とする。

特徴抽出部３２１は、取得したＸ線画像のそれぞれについて、Ｘ線画像における処置具の位置を検出する（Ｓ２）。位置検出手法は実施形態１と同様であり処置具の特徴部分の形状をもとに特徴部分を抽出し、位置を検出する。

次いで画像選択部３１が、取得したＸ線画像から、撮像位置の異なる２以上のＸ線画像の組み合わせを選択し、パラメータ算出部３２２が、その組み合わせについて３次元位置算出用のパラメータを算出する。この際、２以上のＸ線画像の組み合わせは、互いの角度が一定の角度差、好ましくは３０度以上の角度差となる組み合わせとする。このため、画像選択部３１は、図１０に示すように、撮像で得られた複数枚（Ｍ枚）のＸ線画像を、撮像位置（撮像したときの角度）によって群に分け（Ｓ３０１）、これら群の中から一定以上の角度差となる画像の組み合わせを選択する（Ｓ３０２）。図１０に示す例では、Ｘ線画像を初期位置からの角度差が小さい画像から順に、１つの群に含まれる画像数をｎとして、１～ｋ（ｋは２以上の整数）までのｋ個の群に分けて、群内の最大角度と群内の最小角度が一定以上となる２つの群を選択する。ここでは１番目とｋ番目の群（Ｘ線画像群１とＸ線画像群ｋ）を選択し、Ｘ線画像群１のｎ枚のＸ線画像が、それぞれ、Ｘ線画像群ｋ番目のｎ枚のＸ線画像と組み合わせられるように、順次組み合わせを選択する。例えばＸ線画像群１の角度範囲が０～１０度、Ｘ線画像群ｋの角度範囲が４０～５０度とすると、これら群から選択したＸ画像のすべての組み合わせで角度差が３０度以上となる。

また図１０に示すＸ線画像群２～４の角度範囲が、それぞれ、１０～２０、２０～３０、３０～４０であるとすると、Ｘ線画像群１とＸ線画像群３との組み合わせやＸ線画像群２とＸ線画像群４との組み合わせで、群内の撮像順番が同じ画像を組み合わせた場合にも、一定の角度差以上の組み合わせとなるので、これら組み合わせを上述したＸ線画像群１とＸ線画像群ｋとの組み合わせに加えてもよい。これにより体動の全周期のＸ線画像をパラメータ算出と比較に含ませることができる。

さらに、図１１に示すように、所定の角度範囲で取得した１～ＭのＸ線画像を、初期撮像位置に対し所定の角度差（例えば３０度以上）となる撮像位置で２分割して、１～ｍのＸ線画像群A、ｍ＋１～ＭのＸ線画像群Bとし、Ｘ線画像群Aの１番目の画像とＸ線画像群Bのｍ＋１～ＭまでのＸ線画像を順次組み合わせ、Ｘ線画像群Aの２番目の画像とＸ線画像群Bのｍ＋２～ＭまでのＸ線画像を順次組み合わせ、同様にＸ線画像群Aのｊ番目（但し、ｊ≦ｍ、且つ、ｍ＋ｊ≦Ｍ）の画像とｍ＋ｊ～ＭまでのＸ線画像を順次組み合わせて、複数の組み合わせとしてもよい。

各組み合わせについてのパラメータの算出手法は、実施形態１と同様であり、組み合わせを構成するＸ線画像における処置具位置（特徴部分の位置）と、Ｘ線画像を取得したときのＸ線源１１の位置（角度）とで決まる直線から算出する（Ｓ３０３）。パラメータは、例えば、２直線が最短距離となる直線上の位置（図７、Q1、Q２）を結ぶ線分の長さである。

最終的に、図１０の例ではｎ×ｎの組み合わせ、図１０の変形例では、ｎ×ｎ＋２ｎの組み合わせについてパラメータを算出する（Ｓ３０４）。

パラメータ算出後の処理は実施形態１と同様であり、パラメータ比較部３２３がすべての組み合わせについて算出されたパラメータを比較し、パラメータ（線分の距離）が最も小さくなるパラメータを持つ組み合わせを選択する（Ｓ４）。３次元位置算出部３２４は、選択した組み合わせの２点（Q1、Q2）の位置の中点を処置具の三次元位置として算出する（Ｓ５）。処置具の３次元位置は、必要に応じて、３次元画像上にマッピングされ、表示部４０に表示される（Ｓ６）。

本実施形態によれば、実施形態１と同様に、被検体の体動の影響を受けずに、精度よく処置具の３次元位置を算出することができる。

また本実施形態においても、２画像の組み合わせだけでなく、複数に分割した３以上の撮像領域（角度範囲）のうち３以上の撮像領域のＸ線画像を組み合わせて、パラメータを算出することも可能である。

＜実施形態３＞
実施形態１、２では、複数の組み合わせについて算出したパラメータを比較し、最適な結果が得られる組み合わせを選択したが、本実施形態ではパラメータについて予め閾値を設定し、閾値との比較結果に応じて、その後の位置算出を行うか否かを判断する。

撮像の途中、例えば第１の撮像位置での撮像と第２の撮像位置での撮像との間で、被検体の周期動以外の位置変化があった場合、パラメータの算出に用いる２直線或いは複数の直線間の最短距離は不可逆的に変化する。その場合、パラメータに基づく３次元位置の算出の精度は大幅に下がる。本実施形態では、閾値を用いることで、このような周期動以外の位置変化があったか否かを判定し、パラメータを用いた３次元位置算出の実施・不実施を決定する。

図１２に本実施形態の処置具位置算出部３２の構成を示す。本実施形態では、図５に示す構成に判定部３２５が追加される。またパラメータ比較部３２３には、パラメータどうしを比較する機能に加えて、パラメータを閾値と比較する機能（比較部としての機能）が追加される。図５の要素と同じ符号で示すその他の要素は、図５と同様の機能を持つ。パラメータ比較部３２３がパラメータの比較に用いる閾値は、例えば、ユーザーが望む３次元位置の精度等を考慮して、データ処理部３０として機能する計算機に設定してもよいし、デフォルトとして設定しメモリ等に格納しておいてもよい。

次に本実施形態のＸ線撮像装置における処置具位置算出の手順を、図１３のフローを参照して説明する。

実施形態１或いは実施形態２の撮像手法により撮像を行い、複数枚のＸ線画像を取得し（S１）、各Ｘ線画像について、特徴抽出により処置具位置を検出し（S２）、撮像手法に応じて、撮像位置が異なる２以上のＸ線画像の組み合わせを順次選択し、そのパラメータを算出する（S３）。

パラメータ比較部３２３は、算出されたパラメータと閾値とを比較し（Ｓ４１）、閾値以内のパラメータのみをその後の処理に用いるパラメータとする。すべてのパラメータと閾値を比較した結果、すべてのパラメータが閾値を超える場合には（Ｓ４２）、判定部３５は、撮像中に非可逆的な被検体の位置変化があったものとみなし（Ｓ４３）、以後の処理は行わず、再撮像を行うか、撮像を停止する（Ｓ４４）。閾値以下のパラメータが存在する場合には、その中で最小のパラメータとなる組み合わせを選択し、処置具の３次元位置を算出する（Ｓ４、Ｓ５）。なお図１３では、すべてのパラメータが閾値を超える場合を示したが、一部のパラメータに閾値を超えるものがあるときに、位置変化があったとみなす構成とすることも可能である。

本実施形態によれば、被検体の周期動以外の位置変化があった場合に、処置具位置の算出精度が低下することを防止することができる。

以上、本発明のＸ線撮像装置の実施形態を説明したが、この実施形態において挙げた数値等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではない。また実施形態の手法は、技術的に矛盾がない限り、適宜組み合わせることが可能である。例えば、実施形態１は、複数の箇所でそれぞれ複数回の撮像を行う場合を、実施形態２では、所定の角度範囲で1回ずつ撮像を行う場合を説明したが、パラメータを算出するＸ線画像の組み合わせが、撮像場所の異なるものの組み合わせであって、複数の組み合わせが時間的な変化を含むような組み合わせとなるように複数のＸ線画像を取得できればよく、所定の角度範囲で２回ずつ撮像するなど、実施形態１と実施形態２との中間的な手法も採用でき、このような手法も本発明に包含される。

1、１A、１B：Ｘ線撮像装置、１０：撮像部、１１：Ｘ線源、１２：Ｘ線検出器（検出器パネル）、１３：寝台、１４：支持台、１５：支持機構部、１６：支柱、１８：Ｃアーム、２０：装置制御部（撮像制御部）、２１：駆動部、２２：データ収集部、３０：データ処理部、３１：画像選択部、３２：処置具位置算出部、３２１：特徴抽出部、３２２：パラメータ算出部、３２３：パラメータ比較部、３２４：３次元位置算出部、３２５：判定部、４０：表示部

Claims (12)

1. Ｘ線を照射するＸ線源と、検査対象を挟んで前記Ｘ線源と対向配置されたＸ線検出器と、前記検査対象を透過して前記Ｘ線検出器が検出したＸ線から前記検査対象のＸ線画像を生成するデータ処理部と、前記検査対象に対するＸ線の照射及び照射角度を制御する撮像制御部と、を備え、
   前記データ処理部は、前記検査対象のＸ線画像を解析し、前記検査対象における処置具の３次元位置を算出する処置具位置算出部を備え、
   前記撮像制御部は、前記照射角度が異なる複数の撮像位置または前記照射角度の所定の角度範囲で、複数回の撮像を行うように前記Ｘ線源、及び前記Ｘ線検出器を制御し、
   前記処置具位置算出部は、
   前記複数回の撮像を行うことにより得られた複数のＸ線画像のうち、撮像位置が異なる任意の２以上のＸ線画像の組み合わせを複数用いて、各組み合わせについて、前記処置具の３次元位置算出用のパラメータを算出するパラメータ算出部と、
   各組み合わせのパラメータを比較し、３次元位置算出の精度が最も高いパラメータとなる組み合わせを選択するパラメータ比較部と、
   前記パラメータ比較部が選択した組み合わせについて前記パラメータ算出部が算出したパラメータを用いて前記処置具の３次元位置を算出する３次元位置算出部と、を備えることを特徴とするＸ線撮像装置。
2. 請求項１に記載のＸ線撮像装置であって、
   前記処置具位置算出部は、前記Ｘ線画像から前記処置具の特徴を抽出し、前記Ｘ線画像における前記処置具の位置を算出する特徴抽出部をさらに備え、
   前記パラメータ算出部は、前記２以上のＸ線画像について、前記特徴抽出部が算出した前記Ｘ線画像における前記処置具の位置と前記２以上のＸ線画像を取得した際の撮像位置の情報とに基づき前記パラメータを算出することを特徴とするＸ線撮像装置。
3. 請求項２に記載のＸ線撮像装置であって、
   前記パラメータ算出部は、前記２以上のＸ線画像について、前記Ｘ線画像における前記処置具の位置に対応する前記Ｘ線検出器上の位置と前記撮像位置におけるＸ線照射角度とで決まる直線を設定し、それぞれの直線間の距離が最短となる各直線上の位置を用いて前記パラメータを算出することを特徴とするＸ線撮像装置。
4. 請求項３に記載のＸ線撮像装置であって、
   前記パラメータ算出部は、前記２以上のＸ線画像について求めた、前記各直線上の位置間の距離を前記パラメータとし、
   前記パラメータ比較部は、前記各直線上の位置間の距離が最小となる前記２以上のＸ線画像の組み合わせを、３次元位置算出の精度が最も高い組み合わせとして選択することを特徴とするＸ線撮像装置。
5. Ｘ線を照射するＸ線源と、検査対象を挟んで前記Ｘ線源と対向配置されたＸ線検出器と、前記検査対象を透過して前記Ｘ線検出器が検出したＸ線から前記検査対象のＸ線画像を生成するデータ処理部と、前記検査対象に対するＸ線の照射及び照射角度を制御する撮像制御部と、を備え、
   前記データ処理部は、前記検査対象のＸ線画像を解析し、前記検査対象における処置具の３次元位置を算出する処置具位置算出部を備え、
   前記撮像制御部は、前記照射角度が異なる複数の撮像位置または前記照射角度の所定の角度範囲で、複数回の撮像を行うように前記Ｘ線源、及び前記Ｘ線検出器を制御し、
   前記処置具位置算出部は、
   前記複数回の撮像を行うことにより得られた複数のＸ線画像のうち、撮像位置が異なる２以上のＸ線画像の組み合わせを複数用いて、各組み合わせについて、前記処置具の３次元位置算出用のパラメータを算出するパラメータ算出部と、
   各組み合わせのパラメータを比較し、３次元位置算出の精度が最も高いパラメータとなる組み合わせを選択するパラメータ比較部と、
   前記パラメータ比較部が選択した組み合わせについて前記パラメータ算出部が算出したパラメータを用いて前記処置具の３次元位置を算出する３次元位置算出部と、を備え、
   前記パラメータを算出するＸ線画像の組み合わせは、３以上のＸ線画像の組み合わせであって、
   前記パラメータ算出部は、前記３以上のＸ線画像についてそれぞれ前記Ｘ線画像における前記処置具の位置に対応する前記Ｘ線検出器上の位置と前記撮像位置におけるＸ線照射角度とで決まる直線を設定し、隣接する直線間の距離が最短となる各直線上の位置で画定される図形の、面積又は周囲長を前記パラメータとし、
   前記パラメータ比較部は、前記面積又は周囲長が最小となる前記３以上のＸ線画像の組み合わせを、３次元位置算出の精度が最も高い組み合わせとして選択することを特徴とするＸ線撮像装置。
6. 請求項１に記載のＸ線撮像装置であって、
   前記撮像制御部は、複数の撮像位置のそれぞれにおいて、複数回の撮像を行う制御を行い、
   前記パラメータ算出部は、撮像位置毎に得た複数のＸ線画像の組み合わせを異ならせて複数の組み合わせとし、当該複数の組み合わせについて、それぞれ、前記パラメータを算出することを特徴とするＸ線撮像装置。
7. 請求項１に記載のＸ線撮像装置であって、
   前記撮像制御部は、所定の角度範囲内の複数の撮像位置でそれぞれ１回の撮像を行う制御を行い、
   前記パラメータ算出部は、前記角度範囲内の異なる撮像位置で得た複数のＸ線画像の組み合わせを異ならせて複数の組み合わせとし、当該複数の組み合わせについて、それぞれ、前記パラメータを算出することを特徴とするＸ線撮像装置。
8. 請求項１に記載のＸ線撮像装置であって、
   前記パラメータ算出部が算出したパラメータを、予め設定した閾値と比較し、比較結果をもとに、前記検査対象の位置変化を判定する判定部、をさらに備えることを特徴とするＸ線撮像装置。
9. 請求項８に記載のＸ線撮像装置であって、
   前記判定部は、複数の組み合わせについて前記パラメータ算出部が算出した全てのパラメータの値が前記閾値を超えるときに、前記検査対象に周期的体動以外の動きがあったと判定することを特徴とするＸ線撮像装置。
10. 請求項１に記載のＸ線撮像装置であって、
    前記３次元位置算出部が算出した前記処置具の３次元位置を、予め取得した前記検査対象の３次元画像上にマッピングし、表示装置に表示させるマッピング部をさらに備えることを特徴とするＸ線撮像装置。
11. 検査対象に対するＸ線の照射角度が異なる複数の撮像位置または前記照射角度の所定の角度範囲で、複数回の撮像を行うことにより得られた複数のＸ線画像を解析し、Ｘ線撮像中に検査対象内に挿入された処置具の３次元位置を認識する処置具認識方法であって、
    前記複数のＸ線画像のうち、撮像位置が異なる任意の２以上のＸ線画像の組み合わせを複数用いて、各組み合わせについて、前記処置具の３次元位置算出用のパラメータを算出するパラメータ算出ステップと、
    前記パラメータをもとに、複数の組み合わせのうち、３次元位置算出の精度が最も高いパラメータとなる組み合わせを選択する選択ステップと、
    前記選択ステップで選択した組み合わせについて前記パラメータ算出ステップで算出したパラメータを用いて前記処置具の３次元位置を算出するステップと、を含む処置具認識方法。
12. 請求項１１に記載の処置具認識方法であって、
    前記パラメータ算出ステップは、前記Ｘ線画像における前記処置具の特徴部分を抽出し、前記Ｘ線画像における処置具の位置を検出するステップと、
    前記処置具の位置と、前記２以上のＸ線画像を取得したときのＸ線照射角度とで決まる直線を設定するステップと、を含み、
    それぞれの直線間の距離が最短となる各直線上の位置を用いて前記パラメータを算出することを特徴とする処置具認識方法。

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