JP2672896B2

JP2672896B2 - Ｘ線撮像装置

Info

Publication number: JP2672896B2
Application number: JP3059827A
Authority: JP
Inventors: 進西原
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1991-03-25
Filing date: 1991-03-25
Publication date: 1997-11-05
Anticipated expiration: 2012-11-05
Also published as: JPH04295339A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、Ｘ線撮像装置に関す
るものである。特に、Ｘ線治療装置などに利用できるＸ
線撮像装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のＸ線撮像装置の構成を図６を参照
しながら説明する。図６は、従来のＸ線撮像装置を示す
ブロック図である。

【０００３】図６において、(２)はＸ線管、(12)はＸ線
管(２)に接続されたＸ線管制御器、(９)はコリメータ、
(３)は頭部からみた患者、(13)はイメージ・インテンシ
ティファイア（以下、「Ｉ．Ｉ．」という。）、(14)は
光学系、(15)はオートアイリス、(16)はＴＶカメラ、(1
7)はＴＶカメラ(16)に接続されたカメラ・コントロール
・ユニット（以下、「Ｃ．Ｃ．Ｕ」という。）、(18)は
Ｃ．Ｃ．Ｕ(17)に接続されたアナログ／デジタル変換器
（以下、「Ａ．Ｄ．Ｃ」という。）、(19)はＡ．Ｄ．Ｃ
(18)に接続された計算機である。

【０００４】つぎに、前述した従来例の動作を図７を参
照しながら説明する。図７(ａ)〜(ｄ)は、従来の画像歪
み補正方法を示す図である。図７(ａ)はメッシュ画像、
同図(ｂ)は(ａ)図に対応する真の座標をそれぞれ示し、
同図(ｃ)はエリアＳ内の画素Ｐの補間を示し、同図(ｄ)
はエリアＳ内の画素Ｐの真の座標を示す。

【０００５】Ｘ線管(２)は、Ｘ線管制御器(12)により制
御されてＸ線を発生する。コリメータ(９)により絞られ
たＸ線は、患者(３)を通過してＩ．Ｉ．(13)で検出さ
れ、光に変換される。この光は、光学系(14)及びオート
アイリス(15)を通過してＴＶカメラ(17)により撮像され
る。Ｃ．Ｃ．Ｕ(17)により得られたアナログ信号は、
Ａ．Ｄ．Ｃ(18)によりデジタル信号に変換されて計算機
(19)に取り込まれる。計算機(19)において、取り込まれ
たデータはディスプレイ（図示しない）に写しだされ、
患者(３)の透視像が観察される。

【０００６】しかしながら、Ｉ．Ｉ．(13)の表面は凸面
になっており、また、製作上の歪みなども存在する。こ
のため、計算機(19)のディスプレイ上に写しだされた画
像は歪んでいる。これを一般に糸巻き歪みと呼んでい
る。

【０００７】例えば、図７(ｂ)に示すフィルム画像は、
Ｉ．Ｉ．(13)を通すと同図(ａ)に示すように見える。
Ｉ．Ｉ．(13)を使用した場合は、これをフィルムで写し
たときの像と同じにするために、変換しなければならな
い。この変換の方法は、画像の中心を「Ｏ」とすると、
長さ（ｒ）方向にどのくらい歪んでいるかをまず調べ
て、変換行列ｆを求め、Ｉ．Ｉ．(13)で得られた画像を
変換していた。また、図７(ｄ)に示すエリアＳ内の画素
Ｐの真の座標は、同図(ｃ)に示すようになっているの
で、これを補間して画素Ｐを求めていた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述したような従来の
Ｘ線撮像装置では、歪み補正が長さ（ｒ）方向のみであ
るので、精度を向上することができないという問題点が
あった。この発明は、前述した問題点を解決するために
なされたもので、歪み補正の精度を向上することができ
るＸ線撮像装置を得ることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明に係るＸ線撮像
装置は、歪みのないＸ−ＣＴ画像を取得する第１の撮像
手段と、前記Ｘ−ＣＴ画像を所定の位置が明らかな中心
投影画像へ変換する画像変換手段と、ビーム軸の位置が
明らかで歪みのある前記Ｘ−ＣＴ画像と同一部分のＸ−
ＴＶ画像を取得する第２の撮像手段と、前記中心投影画
像に対する前記Ｘ−ＴＶ画像の長さ及び回転方向の歪み
の値に基づいて前記Ｘ−ＴＶ画像の歪みを補正する補正
手段とを備えたものである。

【００１０】この発明に係るＸ線撮像装置は、診断時
に、患者の少なくとも一部を撮像して歪みのないＸ−Ｃ
Ｔ画像を出力する第１の撮像手段と、治療計画時に、前
記Ｘ−ＣＴ画像を中心投影画像へ変換する画像変換手段
と、前記患者の患部の位置が明らかな前記中心投影画像
を参照画像として表示する参照画像ディスプレイと、位
置決め時、ビーム軸の位置が明らかな前記患者の同一部
分を撮像して歪みのあるＸ−ＴＶ画像を出力する第２の
撮像手段と、前記参照画像に対する前記Ｘ−ＴＶ画像の
長さ及び回転方向の歪みの値に基づいて前記Ｘ−ＴＶ画
像の歪みを補正する補正手段と、前記画像歪みが補正さ
れたＸ−ＴＶ画像を表示する画像ディスプレイとを備え
たものである。

【００１１】

【作用】この発明に係るＸ線撮像装置においては、第１
の撮像手段によって、歪みのないＸ−ＣＴ画像が取得さ
れる。また、画像変換手段によって、前記Ｘ−ＣＴ画像
が所定の位置が明らかな中心投影画像へ変換される。さ
らに、第２の撮像手段によって、ビーム軸の位置が明ら
かで歪みのある前記Ｘ−ＣＴ画像と同一部分のＸ−ＴＶ
画像が取得される。そして、補正手段によって、前記中
心投影画像に対する前記Ｘ−ＴＶ画像の長さ及び回転方
向の歪みの値に基づいて前記Ｘ−ＴＶ画像の歪みが補正
される。

【００１２】この発明に係るＸ線撮像装置においては、
第１の撮像手段によって、診断時に、患者の少なくとも
一部が撮像されて歪みのないＸ−ＣＴ画像が出力され
る。また、画像変換手段によって、治療計画時に、前記
Ｘ−ＣＴ画像が中心投影画像へ変換される。また、参照
画像ディスプレイによって、前記患者の患部の位置が明
らかな前記中心投影画像が参照画像として表示される。
また、第２の撮像手段によって、位置決め時、ビーム軸
の位置が明らかな前記患者の同一部分が撮像されて歪み
のあるＸ−ＴＶ画像が出力される。また、補正手段によ
って、前記参照画像に対する前記Ｘ−ＴＶ画像の長さ及
び回転方向の歪みの値に基づいて前記Ｘ−ＴＶ画像の歪
みが補正される。そして、画像ディスプレイによって、
前記画像歪みが補正されたＸ−ＴＶ画像が表示される。

【００１３】

【実施例】この発明に係るＸ線撮像装置の一実施例を図
１を参照しながら説明する。図１(ａ)は被写体のフィル
ム像の座標系であり、同図(ｂ)はテレビ画像の座標系を
示す図である。

【００１４】前述したように、画像歪みはＸ線フィルム
に写された被写体のＸ線フィルム像と、Ｘ線ＴＶの画像
間の写像と考えられる。図１(ａ)に示すフィルム像の座
標系において、Ｘ−Ｏ−Ｙはテストパターン上の座標系
であり、Ｘ’−Ｏ−Ｙ’は同図(ｂ)に示すテレビ画像の
座標系ｘ−ｏ−ｙに対応する座標系である。（Ｘ₀，
Ｙ₀）は歪みの中心である。また、テレビ画像の座標系
ｘ−ｏ−ｙは、走査線の方向により決まる。なお、それ
ぞれの座標系の単位は、それぞれｍｍとピクセルであ
る。

【００１５】（Ｘ，Ｙ）系と（Ｘ’，Ｙ’）系の間には
次の関係がある。

【数１】

【数２】

【００１６】また、（Ｘ₀’，Ｙ₀’）と（Ｘ₀，Ｙ₀）と
の間には次の関係がある。

【数３】

【数４】

【００１７】図１(ａ)において、Ｒ、ψは次のように表
される。

【数５】

【数６】

【００１８】ここで、ｒとＲとの間には

【数７】の関係があると仮定する。（Ｘ，Ｙ）の写像される点の
推定値（ｘ_E，ｙ_E）は次のように表される。

【数８】

【数９】ここで、ｘ₀＝ｋＸ₀’、ｙ₀＝ｋＹ₀’（ｋ＝２．０ピク
セル／ｍｍとする。）である。

【００１９】さらに、テレビ画像のピクセルの縦横比
（アスペクト比）が１でないかも知れないので、それを
考慮すると以下のようになる。

【数１０】

【数１１】

【００２０】次にフィルム像（被写体）からテレビ画像
への変換行列ｆの性質について説明する。これまでの説
明で、Ｘ₀、Ｙ₀、θ、Ａ_r、ａ、ｂ、ｃの７つのパラメ
ータが存在するが、これらを推定するためには、フィル
ム像上の格子点（Ｘ_i，Ｙ_i）から推定値（ｘ_Ei，ｙ_Ei）
を求め、テレビ画像の格子点座標（ｘ_i，ｙ_i）とから以
下の式(12)を最小とするようなパラメータを得ればよ
い。

【数１２】

【００２１】さらに、そのときの残差ベクトル（ｘ_Ei−
ｘ_i，ｙ_Ei−ｙ_i）をパターン上にプロットすれば、変換
行列ｆについての上記の仮定から外れてくる歪みの分布
を求めることができる。この歪み分布を用いて得られた
テレビ画像を補正すれば、フィルム画像と同様な精度の
テレビ画像を得ることができる。

【００２２】つづいて、この発明に係るＸ線撮像装置の
一実施例の構成を図２を参照しながら説明する。図２は
Ｘ線撮像装置の一実施例を示す構成図である。

【００２３】図２において、垂直照射装置(６)、レンジ
シフタ(７)、線量計(８)、及びコリメータ(９)は、地表
と垂直なビーム軸(１)上に、地表に向かって前述の順に
配置され、かつレンジシフタ(７)は垂直照射装置(６)の
内部に設けられている。Ｘ−ＣＴ(11)は通信装置(29)、
データバス(28)、及び通信装置(27)を介して計算機(19)
に接続されている。Ｘ線管(２)、Ｘ線管制御器(12)、
Ｉ．Ｉ．(13)、光学系(14)、オートアイリス(15)、ＴＶ
カメラ(16)、及びＣ．Ｃ．Ｕ(17)は、Ｘ線管(２)に接続
されたＸ線管制御器(12)とＴＶカメラ(16)に接続された
Ｃ．Ｃ．Ｕ(17)を除いて、ビーム軸(１)上に、地表に向
かって前述の順に配置されている。Ｘ線管(２)は線量計
(８)とコリメータ(９)との間に、かつコリメータ(９)は
Ｘ線管(２)とＩ．Ｉ．(13)との間に配置されている。
Ａ．Ｄ．Ｃ(18)はＣ．Ｃ．Ｕ(17)に接続されている。

【００２４】また、計算機(19)はＡ．Ｄ．Ｃ(18)に接続
されている。参照画像ディスプレイ(20)及び画像ディス
プレイ(21)は計算機(19)に接続されている。キャラクタ
ディスプレイ(22)、キーボード(23)及び操作パネル(24)
は計算機(19)に接続されている。タブレット(25)は計算
機(19)に接続されている。画像データファイル(26)、通
信装置(27)は計算機(19)に接続され、データバス(28)は
この通信装置(27)に接続されている。なお、位置決め時
および実際の治療時においては、患者(３)を仰むけに載
せる治療台(４)はコリメータ(９)とＩ．Ｉ．(13)との間
に配置されている。また、この治療台(４)には駆動装置
が内蔵されており、治療台(４)は計算機(19)に接続され
ている。

【００２５】ところで、この発明の第１の撮像手段は、
前述した一実施例では通信装置(29)、データバス(28)、
及び通信装置(27)を介して計算機(19)に接続されたＸ−
ＣＴ(11)から構成され、この発明の第２の撮像手段は、
一実施例ではＸ線管(２)、Ｘ線管制御器(12)、Ｉ．Ｉ．
(13)、光学系(14)、オートアイリス(15)、ＴＶカメラ(1
6)、及びＣ．Ｃ．Ｕ(17)から構成され、この発明の画像
変換手段及び補正手段は、一実施例では計算機(19)から
構成されている。

【００２６】次に、前述した一実施例の動作を図３を参
照しながら説明する。図３は前述した一実施例の動作の
流れを示す説明図である。あらかじめ、診断時におい
て、Ｘ−ＣＴ(11)によって、患部Ｋの位置が明らかな、
撮像された患者のＸ−ＣＴ画像が通信装置(29)、データ
バス(28)、通信装置(27)、および計算機(19)を介して画
像データファイル(26)に蓄積される。

【００２７】治療計画時において、計算機(19)によっ
て、画像データファイル(26)に蓄積された、図３(Ａ)に
示す前記Ｘ−ＣＴ画像が、図３(Ｃ)に示す仮想したＸ線
管とＩ．Ｉ．の位置における、図３(Ｄ)に示す中心投影
画像に図３(Ｂ)において画像変換される。そして、この
中心投影画像が参照画像ディスプレイ(20)に表示される
(以下、「参照画像」という。)。この時、参照画像の識別
可能な任意の位置例えば骨の位置に、タブレット(25)に
よって、図３(Ｄ)に示すような少なくとも３個以上のラ
ンドマークＭ１、Ｍ２、およびＭ３が参照画像に付けら
れる。そして、計算機(19)によって、図３(Ｄ)に斜線部
で示す患部ＫとランドマークＭ１、Ｍ２、およびＭ３と
の位置関係が調べられる。

【００２８】位置決め時において、図３(a)に示すよう
にＸ線管制御器(12)によって電圧が制御されたＸ線管
(２)により、治療台(４)上の患者(３)がＸ線照射され
る。Ｉ．Ｉ．(13)によって、ビーム軸の位置が明らか
な、集められた患者(３)のＸ線画像が光学画像に変換さ
れる。この光学画像が光学系(14)によって導かれ、ＴＶ
カメラ(16)の絞りを自動制御するオートアイリス(15)を
介して、ＴＶカメラ(16)によって撮像されて、電気信号
のアナログ信号に変換される。このアナログ信号がＣ．
Ｃ．Ｕ(17)を介してＡ．Ｄ．Ｃ(18)によって、デジタル
信号に変換されて、計算機(19)に供給される。この計算
機(19)によって、図３(b)に示すように前記デジタル信
号が周辺歪(糸巻き歪)の補正において長さ（ｒ）方向の
みだけでなく、回転（θ）方向、つまり、一次元及び二
次元方向を考慮して信号処理を施されて、画像ディスプ
レイ(21)に表示される(以下、「Ｘ−ＴＶ画像」とい
う。)。

【００２９】この時、前述した参照画像と同じ位置に、
タブレット(25)によって、図３(c)に示すようなランド
マークＮ１、Ｎ２、およびＮ３がＸ−ＴＶ画像に付けら
れる。そして、計算機(19)によって、ビーム軸(１)の中
心(０)とランドマークＮ１、Ｎ２、およびＮ３との位置
関係が調べられて、前述した患部Ｋとビーム軸の中心
(０)との位置関係が調べられる。すなわち、図３(d)に
示すように、ビーム軸(１)の中心(０)が患部Ｋの中心に
一致するように、治療台(４)の移動量が計算される。ま
た、照射される荷電粒子線のビームの形状、線量、およ
びエネルギーが、前述した参照画像とＸ−ＴＶ画像とか
ら求められる。そして、前記移動量を表わす制御信号が
治療台(４)に出力されて、荷電粒子線が患部Ｋに正確に
照射されるように、治療台(４)が移動される。

【００３０】実際の治療時において、患部Ｋの形状、深
さ、および荷電粒子線の吸収線量が、がん治療のパラメ
ータとなる。これらから、荷電粒子線がそれぞれ、コリ
メータ(９)、レンジシフタ(７)、および線量計(８)によ
って制御され、患部Ｋに照射される。すなわち、コリメ
ータ(９)によって、患部Ｋの形状に合わせて、荷電粒子
線のビームが整形される。レンジシフタ(７)によって、
患部Ｋの深さに応じて、物質透過時のエネルギー吸収に
より照射される荷電粒子線のエネルギーが変えられて、
荷電粒子線の飛程が変化させられる。また、線量計(８)
によって、荷電粒子線のどれだけの線量を照射させるか
がモニターされる。なお、この時、Ｘ線管(２)がビーム
軸(１)から影響のない位置へ移動されている。こうし
て、簡単に、自動的に、正確に位置決めがなされて、荷
電粒子線によるがん治療が行なわれる。

【００３１】図４はこの発明に係るＸ線撮像装置の他の
実施例を示す構成図である。図２の実施例と異なるとこ
ろは、下記の箇所である。第２の撮像手段がＸ線管
(２)、Ｘ線管制御器(12)、及び半導体検出器(13A)から
構成され、Ｘ線管(２)に接続されたＸ線管制御器(12)を
除いて、ビーム軸(１)上に、地表に向かって前述の順に
配置されている。また、半導体検出器(13A)によって、
集められたＸ線画像が電気信号のアナログ信号に変換さ
れて、Ａ．Ｄ．Ｃ(18)に出力される。

【００３２】図５は荷電粒子線の照射方向を示す構成図
である。この図に示すように、上記実施例では荷電粒子
線の照射方向、すなわちビーム軸(１)は地平線に対して
垂直方向であるが、ビーム軸(1a)は水平方向でもよい。
また、荷電粒子線のビーム軸(１)並びに(1a)上に、Ｘ線
管(２)及びＩ．Ｉ．(13)並びにＸ線管(2a)及びＩ．Ｉ．
(13a)が配置されているが、荷電粒子線のビーム軸(１)
並びに(1a)に直角な軸(1b)上に、Ｘ線管(2b)およびＩ．
Ｉ．(13b)が配置されても所期の目的を達成し得ること
はいうまでもない。こうすることにより、平面的な位置
決めだけでなく立体的な位置決めが可能になる。

【００３３】

【発明の効果】この発明に係るＸ線撮像装置は、以上説
明したとおり、歪みのないＸ−ＣＴ画像を取得する第１
の撮像手段と、前記Ｘ−ＣＴ画像を所定の位置が明らか
な中心投影画像へ変換する画像変換手段と、ビーム軸の
位置が明らかで歪みのある前記Ｘ−ＣＴ画像と同一部分
のＸ−ＴＶ画像を取得する第２の撮像手段と、前記中心
投影画像に対する前記Ｘ−ＴＶ画像の長さ及び回転方向
の歪みの値に基づいて前記Ｘ−ＴＶ画像の歪みを補正す
る補正手段とを備えたので、糸巻き歪の補正において長
さ（ｒ）方向のみだけでなく、回転（θ）方向、つま
り、一次元及び二次元方向を考慮でき、歪み補正の精度
を向上することができるという効果を奏する。

【００３４】また、この発明に係るＸ線撮像装置は、以
上説明したとおり、診断時に、患者の少なくとも一部を
撮像して歪みのないＸ−ＣＴ画像を出力する第１の撮像
手段と、治療計画時に、前記Ｘ−ＣＴ画像を中心投影画
像へ変換する画像変換手段と、前記患者の患部の位置が
明らかな前記中心投影画像を参照画像として表示する参
照画像ディスプレイと、位置決め時、ビーム軸の位置が
明らかな前記患者の同一部分を撮像して歪みのあるＸ−
ＴＶ画像を出力する第２の撮像手段と、前記参照画像に
対する前記Ｘ−ＴＶ画像の長さ及び回転方向の歪みの値
に基づいて前記Ｘ−ＴＶ画像の歪みを補正する補正手段
と、前記画像歪みが補正されたＸ−ＴＶ画像を表示する
画像ディスプレイとを備えたので、糸巻き歪の補正にお
いて長さ（ｒ）方向のみだけでなく、回転（θ）方向、
つまり、一次元及び二次元方向を考慮でき、歪み補正の
精度を向上することができ、ひいては、短時間で正確な
位置決めができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のＸ線撮像装置の一実施例に係る被
写体のフィルム像の座標系及びテレビ画像の座標系を示
す図である。

【図２】この発明のＸ線撮像装置の一実施例を示す構
成図である。

【図３】この発明のＸ線撮像装置の一実施例の動作の
流れを示す説明図である。

【図４】この発明のＸ線撮像装置の他の実施例を示す
構成図である。

【図５】この発明のＸ線撮像装置の荷電粒子線の照射
方向を示す構成図である。

【図６】従来のＸ線撮像装置を示すブロック図であ
る。

【図７】従来のＸ線撮像装置の画像歪み補正方法を示
す図である。

【符号の説明】

(２) Ｘ線管、(12) Ｘ線管制御器、(13) イメージ・
インテンシティファイア、(16) ＴＶカメラ、(17) カ
メラ・コントロール・ユニット、(19) 計算機(21) 画
像ディスプレイ。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】歪みのないＸ−ＣＴ画像を取得する第１
の撮像手段と、前記Ｘ−ＣＴ画像を所定の位置が明らかな中心投影画像
へ変換する画像変換手段と、ビーム軸の位置が明らかで歪みのある前記Ｘ−ＣＴ画像
と同一部分のＸ−ＴＶ画像を取得する第２の撮像手段
と、前記中心投影画像に対する前記Ｘ−ＴＶ画像の長さ及び
回転方向の歪みの値に基づいて前記Ｘ−ＴＶ画像の歪み
を補正する補正手段とを備えたことを特徴とするＸ線撮
像装置。
【請求項２】診断時に、患者の少なくとも一部を撮像
して歪みのないＸ−ＣＴ画像を出力する第１の撮像手段
と、治療計画時に、前記Ｘ−ＣＴ画像を中心投影画像へ変換
する画像変換手段と、前記患者の患部の位置が明らかな前記中心投影画像を参
照画像として表示する参照画像ディスプレイと、位置決め時、ビーム軸の位置が明らかな前記患者の同一
部分を撮像して歪みのあるＸ−ＴＶ画像を出力する第２
の撮像手段と、前記参照画像に対する前記Ｘ−ＴＶ画像の長さ及び回転
方向の歪みの値に基づいて前記Ｘ−ＴＶ画像の歪みを補
正する補正手段と、前記画像歪みが補正されたＸ−ＴＶ画像を表示する画像
ディスプレイとを備えたことを特徴とするＸ線撮像装
置。