JP2005305048A - 患者位置決め装置および患者位置決め方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 患者の基準となる体内の画像を参照画像として入力し、参照画像の所定領域の骨エッジ画像を得る第1ステップS1〜S3、上記患者の治療時の体内の画像を照合画像として入力し、照合画像の骨エッジ画像を得る第2ステップS4〜S5、上記参照画像の所定領域の骨エッジ画像と上記照合画像の骨エッジ画像との相対的な移動量を位置決めパラメータとし、この位置決めパラメータを変化させながら、両画像間で正規化相関計算を行い、各位置決めパラメータに対する両画像の相関値を計算する第3ステップS6〜S9、及び計算された上記相関値より上記両画像の一致度を評価し、上記照合画像における患者位置決めパラメータの最適値を決定する第4ステップS8を施すことにより患者の位置決めを行う。
【選択図】 図2
Description
特許文献1に示された方法では、2つのカメラにより、患者の体表形状を撮像し、それぞれのカメラ軸線での基準画像と最新の患者の画像とから、サブトラクション画像を得ることにより、位置ずれの程度をサブトラクション画像での視覚的な差異として明確化し、さらにこの差異を最小化することによって位置決め量を求めている。
また、非特許文献1に示された方法では、X線透視画像により参照画像と照合画像を得、上記移動量をパラメータとし、参照画像と照合画像の画素毎の差分の累積量を指標とした評価関数を定義し、この評価関数を最小化することにより、位置合わせの最適化パラメータを自動計算で求めている。
さらに、長期間の粒子線治療においては治療期間中に痩身、肥満等により患者の体表形状の変化が起こることがあり、患者の体表形状を用いて位置決めを行う場合、基準となる参照画像と最新の照合画像とがそもそも一致しないという問題が生じる。したがって、体表形状を位置決め指標として用いることは不適当であった。
また、FA等の分野での画像処理による部品位置決めの場合は繰り返し撮影することが可能であり、位置決めのための最良の画質を得ることができるが、患者の位置決めにおいてX線透視等による体内画像を用いる場合は、X線被曝量が増加するため、画像の取り直し、あるいは画質向上のために長時間撮影することは極力制限され、位置決めの際に最良の画質の画像が常に得られるとは限らないという問題点があった。
また、高精度の患者位置決めが可能となる患者位置決め方法を提供することを目的とする。
図1は本発明の実施の形態1による患者位置決め装置を示すブロック構成図である。本実施の形態の患者位置決め装置は、X線透視カメラ等により撮像された患者の体内の画像を入力する画像入力部1と、患者の基準となる体内の画像を参照画像とし、参照画像の所定領域の骨エッジ画像を得ると共に、患者の治療時の体内の画像を照合画像とし、照合画像の骨エッジ画像を得る画像処理部2と、上記参照画像の所定領域の骨エッジ画像と上記照合画像の骨エッジ画像との相対的な移動量を位置決めパラメータとし、この位置決めパラメータを変化させながら、両画像間で正規化相関計算を行い、各位置決めパラメータに対する両画像の相関値を計算すると共に、計算された上記相関値より上記両画像の一致度を評価し、上記照合画像における患者位置決めパラメータの最適値を決定する最適値計算部3と、画像表示部4とを備えるものである。
上記画像処理部2は、患者の体内の画像を平滑化処理する平滑化処理部21と、平滑化処理された画像より骨エッジ画像を抽出するエッジ抽出処理部22と、参照画像における所定領域を関心領域として設定するROI(Region of Interest)領域設定部23と、得られた骨エッジ画像を保存する画像記憶部24とを備える。
ステップS1(参照画像入力処理)では、X線透視カメラにより撮像された患者の基準となる体内の画像を参照画像100として画像入力部1に入力する。
ステップS2(平滑化処理及びエッジ抽出処理)では、平滑化処理部21において入力した参照画像100を平滑化し、エッジ抽出処理部22において平滑化した画像よりエッジ画像を抽出し、さらにエッジ画像におけるエッジ幅を細線化すると共に、上記エッジ画像より連続した曲線を抽出することにより参照画像100の骨エッジ画像101を得る。
ステップS3(ROI領域設定処理)では、ROI領域設定部23において、参照画像100における所定領域を参照マスク領域として設定し、ステップS2で得られた骨エッジ画像101より、上記参照マスク領域における骨エッジ画像102を抽出し、抽出した骨エッジ画像101を画像記憶部24に保存する。
ステップS4(照合画像入力処理)では、X線透視カメラにより撮像された治療時の患者の体内の画像を照合画像200として画像入力部1に入力する。
ステップS5(平滑化処理及びエッジ抽出処理)では、平滑化処理部21において入力した照合画像200を平滑化し、エッジ抽出処理部22において平滑化した画像よりエッジ画像を抽出し、さらにエッジ画像におけるエッジ幅を細線化すると共に、上記エッジ画像より連続した曲線を抽出することにより照合画像200の骨エッジ画像201を得、得られた骨エッジ画像201を画像記憶部24に保存する。
また、ステップS3では、ステップS2で得られた骨エッジ画像101より、参照マスク領域における骨エッジ画像102を抽出したが、ステップS2を施す前に、ROI領域設定部23において、ROI領域設定処理を施し、参照画像100における所定領域を参照マスク領域として設定し、参照画像100より上記参照マスク領域を抽出し、抽出された参照マスク領域の参照画像に対して、上記ステップS2において施したと同様の、平滑化処理およびエッジ抽出処置を施して骨エッジ画像102を抽出するようにしてもよい。
また、本実施の形態では2つのエッジ画像の相関値をとる際に、各画像を、ベクトル成分が0または1の値からなる正規化したベクトルとして処理しているために、エッジの絶対強度レベルの差に影響されること無い。
また、従来は2つの画像の画素値の差分の累積量に基いて相関値を求めていたが、本実施の形態では、各画像の濃度差分値の2乗和ではなく、上記エッジ画像の内積値をとっているので、多少のノイズ要素に対しても影響されずに、信頼性の高い相関値を求めることが可能となる。すなわち、片方のエッジ画像にノイズがあっても、他方のエッジ画像のベクトル成分はほとんど0で構成されており、内積は0になり、加算され難くなる。
また、相関値の計算は一般に計算量が膨大となるが、本実施の形態では、ほとんどの成分が0の値で構成されるエッジ画像を用いて計算を行っているので、計算量が抑えられ、迅速な処理が可能となる。
実施の形態1において、図2のステップS2及びステップS5にて骨エッジ画像を抽出する際に、さらに、画像平面上でエッジ画素の形態学的な膨張処理と収縮処理を組合せた処理を施せば、さらに幅が細く、連続した曲線をエッジとした画像が取得できる。
上記膨張処理とは、ある画素の近傍(例えば周囲8画素)に一つでも1があればその画素を1にする処理であり、上記収縮処理とは、ある画素の近傍に一つでも0があればその画素を0にする処理である。膨張→収縮、または収縮→膨張と作用させると、結果の画像は膨張で太って収縮でやせて、結果的にほとんど変わらないが、膨張→収縮と作用させると、近接した不連続のエッジが膨張時に連続化する。逆に、収縮→膨張と作用させると、孤立した雑音が収縮の時に取り除かれる。このような処理の具体的な手法については、例えば文献(Rafael C.Gonzalez「Digital Image Processing」Addison Wesley、pp.518−524)に記載されている処理方法を用いればよい。
実施の形態1において、図2のステップS9にて位置決めパラメータを変更し、数1に示される評価関数により正規化相関計算を行うにあたって、新たに設定された位置決めパラメータを入力する際に、入力する位置決めパラメータが並進パラメータと回転パラメータの場合、両者を同時に変更するのではなく、一方のパラメータのみを変化させて相関値を計算し、一方のパラメータに対する患者位置決めパラメータの最適値を決定した後、他方のパラメータを変化させて相関値を計算し、他方のパラメータに対する患者位置決めパラメータの最適値を決定するとよい。例えば、まず並進量のみ変更して並進量の最適値を求め、続いて得られた並進量の最適値の基で、回転量のみを変更して回転量の最適値を求めれば、時間コストのかかる回転量計算を抑制することが可能となり、最適化計算時間を短縮することができる。
正方向画像と側方向画像のような複数方向からの画像に対し、患者位置決めを行う場合、それぞれの方向において、図2に示す方法により位置決めパラメータの最適値を決定すればよいが、図2のステップS6において各方向の位置決めパラメータの初期値を設定する際、例えば正方向または側方向のうちの一方の方向の照合画像に対して得られた患者位置決めパラメータの最適値を、他方向の照合画像に対する患者位置決めパラメータの最適値を決定する際の初期値として用いるとよい。
図5はこの発明の実施の形態4による患者位置決め方法を説明する図である。図5(a)は正方向画像の位置決めを説明する図、図5(b)は側方向画像の位置決めを説明する図である。実施の形態1に示す方法により、正方向画像より取得した位置決めパラメータが、x方向の並進量x0、y方向の並進量y0、回転中心の座標を(xc,yc)とし回転量θの場合、上記y方向の並進量y0を、図5(b)に示す側方向画像の位置決めパラメータのうち、側方向画像のy方向の並進量の最適値を決定する際に、側方向画像のy方向の初期値y’0として与える。
このようにすることにより、最適パラメータの探索範囲が絞られ、計算時間を短縮することが可能となる。
y’0は、正方向画像での回転量θが無視できない場合には、正方向画像での回転量θによる変動を考慮して、正方向画像の位置決め並進量y0、正方向画像の縦長H、正方向画像の横長W、正方向画像の位置決め回転中心(xc,yc)、回転量θを用い、数2により計算されるy’0を用いると、より正確に側方向画像のy方向の位置決め並進量の初期値を設定できる。
Claims (7)
- 患者の体内の画像を入力する画像入力部、患者の基準となる体内の画像を参照画像とし、上記参照画像の所定領域の骨エッジ画像を得ると共に、上記患者の治療時の体内の画像を照合画像とし、上記照合画像の骨エッジ画像を得る画像処理部、及び上記参照画像の所定領域の骨エッジ画像と上記照合画像の骨エッジ画像との相対的な移動量を位置決めパラメータとし、この位置決めパラメータを変化させながら、両画像間で正規化相関計算を行い、各位置決めパラメータに対する両画像の相関値を計算すると共に、計算された上記相関値より上記両画像の一致度を評価し、上記照合画像における患者位置決めパラメータの最適値を決定する最適値計算部を備えたことを特徴とする患者位置決め装置。
- 画像処理部は、参照画像における所定領域を設定するROI領域設定部を有し、少なくとも上記参照画像の所定領域の画像よりエッジ画像を抽出し、上記エッジ画像におけるエッジ幅を細線化すると共に上記エッジ画像より連続した曲線を抽出して上記参照画像の所定領域の骨エッジ画像を得、照合画像よりエッジ画像を抽出し、上記エッジ画像におけるエッジ幅を細線化すると共に上記エッジ画像より連続した曲線を抽出して上記照合画像の骨エッジ画像を得ることを特徴とする請求項1記載の患者位置決め装置。
- 画像処理部において骨エッジ画像を得る際に、画像平面上でエッジ画像の形態学的な膨張処理と収縮処理とを組み合わせた処理を施すことを特徴とする請求項2記載の患者位置決め装置。
- 患者の基準となる体内の画像を参照画像として入力し、上記参照画像の所定領域の骨エッジ画像を得る第1ステップ、上記患者の治療時の体内の画像を照合画像として入力し、上記照合画像の骨エッジ画像を得る第2ステップ、上記参照画像の所定領域の骨エッジ画像と上記照合画像の骨エッジ画像との相対的な移動量を位置決めパラメータとし、この位置決めパラメータを変化させながら、両画像間で正規化相関計算を行い、各位置決めパラメータに対する両画像の相関値を計算する第3ステップ、及び計算された上記相関値より上記両画像の一致度を評価し、上記照合画像における患者位置決めパラメータの最適値を決定する第4ステップを備えたことを特徴とする患者位置決め方法。
- 第1ステップでは、参照画像における所定領域を設定し、少なくとも上記参照画像の所定領域の画像よりエッジ画像を抽出し、上記エッジ画像におけるエッジ幅を細線化すると共に上記エッジ画像より連続した曲線を抽出して上記参照画像の所定領域の骨エッジ画像を得、第2ステップでは、照合画像よりエッジ画像を抽出し、上記エッジ画像におけるエッジ幅を細線化すると共に上記エッジ画像より連続した曲線を抽出して上記照合画像の骨エッジ画像を得ることを特徴とする請求項4記載の患者位置決め方法。
- 位置決めパラメータは並進パラメータと回転パラメータで構成され、上記並進パラメータと回転パラメータのうちの一方のパラメータのみを変化させて相関値を計算し、上記一方のパラメータに対する患者位置決めパラメータの最適値を決定した後、他方のパラメータを変化させて相関値を計算し、上記他方のパラメータに対する患者位置決めパラメータの最適値を決定したことを特徴とする請求項4または5記載の患者位置決め方法。
- 正方向と側方向に対し、それぞれ患者位置決めを行う方法であって、上記正方向または側方向のうちの一方の照合画像に対して得られた患者位置決めパラメータの最適値を、正方向または側方向のうちの他方の照合画像に対する患者位置決めパラメータの最適値を決定する際に、位置決めパラメータの初期値として用いたことを特徴とする請求項4〜6のいずれかに記載の患者位置決め方法。
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