TW201436769A - Ｘ射線透視裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種X射線透視裝置，由拍攝包括標記M的圖像80a、80b、80c…80n，提取標記M部分而獲得模板圖像81a、81b、81c…81n。於開始對受檢者57治療時，對於包括標記M的區域進行透視。繼而，對於每隔固定時間拍攝的圖像82中的包括標記M的區域83，利用多個模板圖像81a、81b、81c…81n進行模板比對。即，對於每隔固定時間拍攝的圖像82中的包括標記M的區域83，使多個模板圖像81a、81b、81c…81n全部依序比對。

Description

X射線透視裝置
本發明是關於一種用以藉由拍攝包括留置於受檢者體內的標記(marker)的圖像而確定標記位置的X射線透視裝置。
於對癌等的患處照射X射線或電子束(electron beam)等放射線的放射線治療中，必須將放射線準確地照射至患處。然而，不僅存在受檢者移動身體的情況，而且存在患處本身產生運動的情況。例如，肺附近的腫瘤基於呼吸而較大地移動。因此，提出有具有如下構成的放射線治療裝置，即，於腫瘤旁邊配置金製的標記，藉由X射線透視裝置而檢測該標記的位置，從而控制治療放射線的照射(參照專利文獻1)。
該放射線治療裝置中，使用包括第1X射線管及第1X射線檢測器的第1X射線透視機構以及包括第2X射線管及第2X射線檢測器的第2X射線透視機構，拍攝埋入體內的標記，並利用第1X射線透視機構的二維透視圖像及第2X射線透視機構的二維透視圖像，獲得三維的位置資訊。而且，可藉由連續地進行X射線透視而即時(real time)地運算標記的三維位置資訊，藉此，高 精度地檢測伴有移動的部位的標記，且可藉由基於該標記的位置資訊控制治療放射線的照射，而執行與腫瘤運動相應的高精度放射線照射。於獲得該標記的位置資訊時，執行利用模板(template)圖像的模板比對(template matching)。
圖9是繪示習知的模板比對動作的說明圖。
為了模板比對，首先，準備與標記M對應的模板71。於此情況下，拍攝包括標記M的受檢者的圖像70。繼而，自該圖像70提取標記M部分，而獲得模板圖像71。在透視時，對於以固定的畫面更新率(frame rate)拍攝的受檢者圖像72中的標記M所存在的區域73，利用模板圖像71進行模板比對，確定標記M的位置。
用於此種放射線治療裝置中的標記M於習知使用其形狀為球狀者。即，當對於以固定的畫面更新率拍攝的受檢者的圖像72，利用模板圖像71執行模板比對時，藉由使用球狀的標記M，而無論自任何方向拍攝標記M均成為圓形圖像，因此，作為模板圖像只準備圓形者即可，其原因在於可有效率地執行模板比對。
另一方面，存在球狀的標記M難以留置於受檢者體內的問題。即，於使用球狀標記M的情況下，具有因其形狀而相對於內臟容易滑動不易穩固的特性，因此，即便暫時留置於體內亦容易自留置部位脫落。因此，亦進行如下處理：預測脫落產生，而預先將多個標記M留置於體內，從而利用未脫落的標記M。然而，於此情況下，因為留置多個標記M，而產生多餘的費用，此外，用於留置的手術治療時間變長，因此，亦產生對受檢者造成負擔的問題。
因此，近年來，亦提供有線圈(coil)狀等非球形的標記(參照專利文獻2)。於該專利文獻2中記載的裝置中，利用包括標記的圖像執行模板比對。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本專利第3053389號公報
[專利文獻2]日本專利特開2011-234932號公報
如專利文獻2所記載，例如，於使用線圈狀的標記的情況下，可將該標記穩定地留置於受檢者的體內。然而，於使用線圈狀等非球形標記的情況下，被辨識的形狀因標記的拍攝角度而不同，因此，產生如下問題：即便利用拍攝標記所得的圖像製作模板，亦無法將其用於模板比對。因此，專利文獻2中記載的標記雖可用於拍攝位置的定位目的，但存在難以即時地獲得標記的三維位置資訊這樣的問題。
而且，與上述問題不同，於無論使用球形標記或非球形標記，均利用包括標記的圖像製作模板圖像的情況下，當作為受檢者的體內結構物的骨骼部與標記一同被拍攝時，產生無法準確地執行模板比對這樣的問題。即，於與標記一同拍攝到骨骼部的情況下，在連續地拍攝的每一圖像中標記的對比度(contrast)等不同，從而即便使用單一的標記執行模板比對，亦出現無法進行比對(matching)的情況。
本發明是為解決上述課題而完成，其目的在於提供一種 X射線透視裝置，該X射線透視裝置即便為使用非球形標記的情況、或一同拍攝標記與骨骼部等體內結構物的情況，亦可藉由模板比對而準確地辨識標記，從而可準確地確定標記的位置。
第1發明是一種X射線透視裝置，該X射線透視裝置包括：X射線管；以及X射線檢測器，檢測從上述X射線管照射且通過受檢者的X射線，且藉由拍攝包括留置於上述受檢者體內的標記的圖像而確定上述標記的位置。該X射線透視裝置更包括：模板圖像記憶部，記憶多個包括上述標記的圖像作為模板圖像；以及模板比對部，對每隔固定時間拍攝的圖像，利用記憶於上述模板圖像記憶部的多個模板圖像進行模板比對，藉此，確定上述每隔固定時間拍攝的圖像中的上述標記的位置。
於第2發明中，上述標記具有非球形的形狀，且上述多個模板圖像是基於一面使上述標記移動一面拍攝的圖像而製作。
於第3發明中，上述多個模板圖像是基於一面使上述標記移動，一面一同地拍攝上述標記與上述受檢者的體內結構物所得的圖像而製作。
於第4發明中，上述體內結構物為骨骼部。
於第5發明中，上述模板比對部於對上述每隔固定時間拍攝的圖像，利用記憶於上述模板圖像記憶部的多個模板圖像進行模板比對時，利用比對度最高的模板圖像，確定上述每隔固定時間所拍攝的圖像中的上述標記的位置。
於第6發明中，上述模板圖像記憶部記憶與上述受檢者呼吸一次以上的期間對應的模板圖像。
根據第1發明，即便使用非球形標記的情況或標記與體內結構物一同被拍攝的情況，亦可藉由模板比對而準確地辨識標記，從而可準確地確定標記的位置。
根據第2發明，即便於對於非球形標記的拍攝角度位置產生變化的情況下，亦可藉由模板比對而辨識該標記。
根據第3、第4發明，即便於標記與體內結構物同時被拍攝的情況下，亦可藉由模板比對而辨識該標記。
根據第5發明，可藉由利用比對度最高的模板圖像，而更準確地執行模板比對，從而可準確地確定標記的位置。
根據第6發明，可準確地確定伴隨受檢者呼吸的標記的移動。
1a‧‧‧第1X射線管
1b‧‧‧第2X射線管
2a‧‧‧第1X射線檢測器
2b‧‧‧第2X射線檢測器
3a‧‧‧X射線管用第1底座
3b‧‧‧X射線管用第2底座
4a‧‧‧X射線檢測器用第1底座
4b‧‧‧X射線檢測器用第2底座
10、20‧‧‧移動路徑
11、21‧‧‧第1軌道
12、22‧‧‧第2軌道
51‧‧‧地板
52‧‧‧凹部的底面
53‧‧‧機架
54‧‧‧照射頭支撐部
55‧‧‧照射頭
56‧‧‧攝影台
57‧‧‧受檢者
61‧‧‧控制部
62‧‧‧模板比對部
63‧‧‧記憶部
64‧‧‧模板圖像記憶部
65‧‧‧顯示部
70、72、80a~80n、82、90a~90n、92‧‧‧圖像
71、81a~81n、91a~91n‧‧‧模板圖像
73、83、93‧‧‧區域
B‧‧‧骨骼部
M‧‧‧標記
圖1是應用本發明的X射線透視裝置的放射線治療裝置的立體圖。
圖2是繪示放射線治療裝置中的照射頭(head)55及照射頭支撐部54的擺動動作的說明圖。
圖3是繪示第1X射線管1a、第2X射線管1b、第1X射線檢測器2a、第2X射線檢測器2b分別配置於第1透視位置的狀態的說明圖。
圖4是繪示第1X射線管1a、第2X射線管1b、第1X射線檢測器2a、第2X射線檢測器2b分別配置於第1透視位置及第2透視位置的狀態的說明圖。
圖5是繪示第1X射線管1a、第2X射線管1b、第1X射線檢測器2a、第2X射線檢測器2b分別配置於第2透視位置的狀態的說明圖。
圖6是繪示本發明的X射線透視裝置的主要控制系統的方塊圖。
圖7是繪示本發明的X射線透視裝置的第1實施方式的模板比對動作的說明圖。
圖8是繪示本發明的X射線透視裝置的第2實施方式的模板比對動作的說明圖。
圖9是繪示習知的模板比對動作的說明圖。
以下，基於圖式說明本發明的實施方式。圖1是應用本發明的X射線透視裝置的放射線治療裝置的立體圖。而且，圖2是表示放射線治療裝置中的照射頭55及照射頭支撐部54的擺動動作的說明圖。
該放射線治療裝置是用於對躺臥於攝影台56上的受檢者57的患處照射X射線或電子束等放射線進行放射線治療，且包括：機架(gantry)53，設置於治療室的地板51上；照射頭支撐部54，相對於該機架53，以朝向水平方向的軸為中心擺動；以及照射頭55，由該照射頭支撐部54所支撐，用以朝向受檢者57照射放射線。藉由照射頭支撐部54的擺動動作，照射頭55可從各種角度對受檢者57的患處照射放射線。
於放射線治療時，必須將放射線準確地照射至患處。因 此，於患處附近設置標記。而且，成為如下構成：使用第1X射線透視機構及第2X射線透視機構，連續地透視埋入體內的標記，根據利用第1X射線透視機構及第2X射線透視機構獲得的二維透視圖像，運算標記的三維位置資訊，藉此，高精度地檢測標記。
用以執行此種透視的本發明的X射線透視裝置包括：第1X射線透視機構，包括第1X射線管1a及第1X射線檢測器2a；第2X射線透視機構，包括第2X射線管1b及第2X射線檢測器2b；以及移動機構，使該等第1X射線管1a及第1X射線檢測器2a移動至相互對向配置的下述第1透視位置及第2透視位置，並且使第2X射線管1b及第2X射線檢測器2b移動至相互對向配置的第1透視位置及第2透視位置。再者，例如使用影像增強器(image intensifier，I.I.)或平板檢測器(Flat Panel Detector，FPD)，作為第1X射線檢測器2a及第2X射線檢測器2b。
第1X射線管1a是由X射線管用第1底座3a支撐。而且，第2X射線管1b是由X射線管用第2底座3b支撐。於形成在攝影室的地板51的凹部的底面52配設有：大致U字狀的X射線管用第1軌道(rail)21，藉由包括圓弧部的連結部而連接兩個直線部；以及大致U字狀的X射線管用第2軌道22，與該X射線管用第1軌道21同樣地藉由包括圓弧部的連結部而連接兩個直線部。該等X射線管用第1軌道21及X射線管用第2軌道22是相互平行地配置。而且，X射線管用第1底座3a及X射線管用第2底座3b由該等X射線管用第1軌道21及第2軌道22導引而移動至下述第1透視位置及第2透視位置。
同樣地，第1X射線檢測器2a是由X射線檢測器用第1 底座4a支撐。而且，第2X射線檢測器2b是由X射線檢測器用第2底座4b支撐。自攝影室的天花板懸吊著：大致U字狀的X射線檢測器用第1軌道11，藉由包括圓弧部的連結部而連接兩個直線部；以及大致U字狀的X射線檢測器用第2軌道12，與該X射線檢測器用第1軌道11同樣地藉由包括圓弧部的連結部而連接有兩個直線部。該等X射線檢測器用第1軌道11及X射線檢測器用第2軌道12是相互平行地配置。而且，X射線檢測器用第1底座4a及X射線檢測器用第2底座4b由該等X射線檢測器用第1軌道11及、第2軌道12導引而移動至下述第1透視位置及第2透視位置。
圖3、圖4及圖5是表示第1X射線管1a、第2X射線管1b、第1X射線檢測器2a、第2X射線檢測器2b分別配置於第1透視位置及第2透視位置的狀態的說明圖。
該X射線透視裝置具有於預先設定的三個位置(position)，自相互不同的兩個方向透視受檢者57的構成。圖3表示第1X射線管1a、第2X射線管1b、第1X射線檢測器2a、第2X射線檢測器2b於第1位置，自相互不同的兩個方向透視受檢者57的狀態，圖4表示第1X射線管1a、第2X射線管1b、第1X射線檢測器2a、第2X射線檢測器2b於第2位置，自相互不同的兩個方向透視受檢者57的狀態，圖5表示第1X射線管1a、第2X射線管1b、第1X射線檢測器2a、第2X射線檢測器2b於第3位置，自相互不同的兩個方向透視受檢者57的狀態。
如此而言，該X射線透視裝置是於三個位置自相互不同的兩個方向透視受檢者57的構成，因此，如圖2所示，即便於放 射線治療裝置中的照射頭55自各種角度對於受檢者57照射放射線的情況下，亦可不對照射頭55的移動造成阻礙地執行X射線透視。而且，於此種三個位置，第1X射線管1a及第2X射線管1b、還有第1X射線檢測器2a及第2X射線檢測器2b配置於預先設定的第1透視位置或第2透視位置的其中任一個位置。
再者，於圖3所示的第1位置，第1X射線管1a配置於第1透視位置，第2X射線管1b配置於第1透視位置，第1X射線檢測器2a配置於第1透視位置，第2X射線檢測器2b配置於第1透視位置。於圖4所示的第2位置，第1X射線管1a配置於第2透視位置，第2X射線管1b配置於第1透視位置，第1X射線檢測器2a配置於第2透視位置，第2X射線檢測器2b配置於第1透視位置。於圖5所示的第3位置，第1X射線管1a配置於第2透視位置，第2X射線管1b配置於第2透視位置，第1X射線檢測器2a配置於第2透視位置，第2X射線檢測器2b配置於第2透視位置。
X射線管用第1底座3a及X射線管用第2底座3b沿著包含X射線管用第1軌道21及第2軌道22的移動路徑20移動，藉此，將第1X射線管1a及第2X射線管1b分別配置於第1透視位置及第2透視位置。而且，X射線檢測器用第1底座4a及X射線檢測器用第2底座4b沿著包含X射線檢測器用第1軌道11及第2軌道12的移動路徑10移動，藉此，將第1X射線檢測器2a及第2X射線檢測器2b分別配置於第1透視位置及第2透視位置。
圖6是表示本發明的X射線透視裝置的主要控制系統的方塊圖。
該X射線透視裝置具有控制裝置整體的控制部61。該控制部61包括模板比對部62，該模板比對部62如下所述對於每隔固定時間拍攝的受檢者57的圖像，利用多個模板圖像進行模板比對，藉此，即時地確定每隔固定時間拍攝的受檢者57的圖像中的標記的位置。該控制部61是與用以顯示透視圖像的包括液晶顯示面板(panel)等的顯示部65連接。而且，該控制部61亦與記憶部63連接。該記憶部63包括記憶多個模板圖像的模板圖像記憶部64。
控制部61是與上述第1X射線管1a、第2X射線管1b、第1X射線檢測器2a、第2X射線檢測器2b連接。而且，該控制部61是與未繪示的驅動部連接，該驅動部用以驅動上述X射線管用第1底座3a、X射線管用第2底座3b、X射線檢測器用第1底座4a及X射線檢測器用第2底座4b。進而，該控制部61亦與圖1所示的放射線治療裝置連接。
其次，對作為本發明的技術特徵部分的模板比對動作進行說明。圖7是繪示本發明的X射線透視裝置的第1實施方式的模板比對動作的說明圖。再者，於該實施方式，使用非球形標記作為標記M。
為進行模板比對，首先製作與標記M對應的模板。於此情況下，於圖3、圖4、圖5所示的任一位置配置第1X射線管1a、第2X射線管1b、第1X射線檢測器2a、第2X射線檢測器2b，連續地拍攝受檢者57的圖像，藉此拍攝包括標記M的圖像80a、80b、80c…80n。此時，藉由在受檢者57呼吸一次以上的期間內，以例如30fps(Frames Per Second)左右的畫面更新率(frame rate) 進行拍攝而獲得包括標記M的圖像80a、80b、80c…80n。繼而，自該等包括標記M的圖像80a、80b、80c…80n提取標記M部分，獲得模板圖像81a、81b、81c…81n。此時，伴隨受檢者57的呼吸，拍攝標記M移動過程中的圖像。因此，所拍攝的標記M的圖像如圖7所示地依序變形。
再者，於以上述畫面更新率進行拍攝的情況下，於相鄰的畫面(frame)間標記M的圖像的變形度小的情況下，只要取得每隔數個畫面包括標記M的圖像80a、80b、80c…80n，且根據每隔數個畫面包括標記M的圖像80a、80b、80c…80n，製作模板圖像81a、81b、81c…81n即可。將該模板圖像81a、81b、81c…81n記憶於圖6所示的模板圖像記憶部64。
若以上準備結束，則開始對受檢者57的治療。此時，藉由本發明的X射線透視裝置而檢測標記M的位置，並基於該標記M的位置，調整對受檢者57的患處照射的放射線的位置。
此時，以30fps左右的畫面更新框率對包括標記M的區域進行透視。繼而，藉由圖6所示的模板比對部62，對每隔固定時間拍攝的圖像82中包括標記M的區域83，利用記憶於模板圖像記憶部64的多個模板圖像81a、81b、81c…81n進行模板比對。即，對於每隔固定時間拍攝的圖像82中包括標記M的區域83，使多個模板圖像81a、81b、81c…81n全部依序進行比對。
而且，於多個模板圖像81a、81b、81c…81n中的任一個超過預先設定的用於比對的門檻值的情況下，判斷為比對成功。再者，於多個模板圖像81a、81b、81c…81n中的若干個模板圖像超過門檻值的情況下，將該等之中比對度最高的模板圖像辨 識為經比對的模板圖像。另一方面，於不存在超過門檻值的模板圖像的情況下，判斷為比對失敗。
如此般，根據本發明的第1實施方式的X射線透視裝置，利用標記M的移動過程中所拍攝的多個模板圖像81a、81b、81c…81n，執行圖案(pattern)比對，因此，即便於因使用非球形標記M，被透視的標記M的形狀伴隨受檢者57的身體移動而產生變化的情況下，亦可藉由模板比對而準確地辨識該標記M。因此，可準確地確定標記M的位置。
此時，使用與受檢者57呼吸一次以上的期間對應的模板圖像，因此，可準確地確定伴隨受檢者57呼吸的標記M的移動。而且，於若干個模板圖像超過門檻值的情況下，利用該等之中比對度最高的模板圖像，確定標記M的位置，因此，可更準確地執行模板比對，從而可更準確地確定標記M的位置。
其次，對本發明的另一實施方式進行說明。圖8是繪示本發明的X射線透視裝置的第2實施方式的模板比對動作的說明圖。再者，於該實施方式，使用球形標記作為標記M。但亦可與第1實施方式同樣地使用非球形標記M。
於該第2實施方式中，製作與標記M對應的模板時，同時地拍攝標記M、及作為受檢者57的體內結構物的骨骼部B。於此情況下，亦與上述第1實施方式同樣地於圖3、圖4、圖5所示的任一位置配置第1X射線管1a、第2X射線管1b、第1X射線檢測器2a、第2X射線檢測器2b，且連續地拍攝受檢者57的圖像，藉此，拍攝包括標記M的圖像90a、90b、90c…90n。此時，亦在受檢者57呼吸一次以上的期間以例如30fps左右的畫面更新率進 行拍攝，藉此。獲得包括標記M及骨骼部B的圖像90a、90b、90c…90n。繼而，自該等包括標記M及骨骼部B的圖像90a、90b、90c…90n提取標記M部分，從而獲得模板圖像91a、91b、91c…91n。此時，伴隨受檢者57的呼吸，拍攝標記M移動過程中的圖像。因此，於所拍攝的標記M的圖像中，如圖8所示，骨骼部B所占的區域依序成為不同的狀態。
再者，亦於該第2實施方式中，以上述畫面更新率進行拍攝的情況下，當在相鄰的畫面間骨骼部B所占的區域的變形度小時，只要取得每隔數個畫面包括標記M的圖像90a、90b、90c…90n，且根據每隔數個畫面包括標記M的圖像90a、90b、90c…90n，製作模板圖像91a、91b、91c…91n即可。將該模板圖像91a、91b、91c…91n記憶於圖6所示的模板圖像記憶部64。
若以上準備結束，則開始對受檢者57的治療。此時，藉由本發明的X射線透視裝置來檢測標記M的位置，且基於該標記M的位置，調整對受檢者57的患處照射的放射線的位置。
此時，以30fps左右的畫面更新率，對包括標記M的區域進行透視。繼而，藉由圖6所示的模板比對部62，而對於每隔固定時間拍攝的圖像92中包括標記M的區域93，利用記憶於模板圖像記憶部64的多個模板圖像91a、91b、91c…91n進行模板比對。即，對於每隔固定時間拍攝的圖像92中包括標記M的區域93，使多個模板圖像91a、91b、91c…91n全部依序地進行比對。
而且，於多個模板圖像91a、91b、91c…91n中的任一個超過預先設定用於比對的門檻值的情況下，判斷為比對成功。再者，於多個模板圖像91a、91b、91c…91n中的若干個模板圖像 超過門檻值的情況下，將該等之中比對度最高的模板圖像辨識為所比對的模板圖像。另一方面，於不存在超過門檻值的模板圖像的情況下，判斷為比對失敗。
如此般，根據本發明的第2實施方式的X射線透視裝置，利用於標記M的移動過程中與骨骼部B一同被拍攝的多個模板圖像91a、91b、91c…91n執行圖案比對，因此，即便於伴隨受檢者57的身體移動，骨骼部B在模板圖像中所占的的比率產生變化，被透視的包括標記M的區域的對比度形狀產生變化的情況下，亦可藉由模板比對而準確地辨識該標記M。因此，可準確地確定標記M的位置。
再者，於該第2實施方式，對將骨骼部B與標記M一同地拍攝的情況進行了說明，但亦可代替骨骼部B而將橫隔膜等其他體內結構物與標記M一同地拍攝。
80a~80n、82‧‧‧圖像
81a~81n‧‧‧模板圖像
83‧‧‧區域
M‧‧‧標記

Claims (6)

  1. 一種X射線透視裝置，藉由拍攝包括留置於受檢者體內的標記的圖像，而確定上述標記的位置，該X射線透視裝置包括：X射線管；X射線檢測器，檢測自上述X射線管照射且通過上述受檢者的X射線；模板圖像記憶部，記憶多個包括上述標記的圖像作為模板圖像；以及模板比對部，對於每隔固定時間拍攝的圖像，利用記憶於上述模板圖像記憶部的多個上述模板圖像進行模板比對，藉此，確定上述每隔固定時間拍攝的圖像中的上述標記的位置。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的X射線透視裝置，其中上述標記具有非球形的形狀，且上述多個模板圖像是基於一面使上述標記移動一面拍攝的圖像而製作。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的X射線透視裝置，其中上述多個模板圖像是基於一面使上述標記移動，一面一同地拍攝上述標記與上述受檢者的體內結構物的圖像而製作。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的X射線透視裝置，其中上述體內結構物為骨骼部。
  5. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述的X射線透視裝置，其中上述模板比對部於對於上述每隔固定時間拍攝的圖像，利用記憶於上述模板圖像記憶部的多個模板圖像進行模板比對時，利用比對度最高的模板圖像，確定上述每隔固定時間拍攝的圖像中 的上述標記的位置。
  6. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述的X射線透視裝置，其中上述模板圖像記憶部是記憶與上述受檢者呼吸一次以上的期間對應的模板圖像。
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