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CN112566693B - 治疗系统、校准方法及存储介质 - Google Patents

治疗系统、校准方法及存储介质 Download PDF

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CN112566693B CN201980048985.6A CN201980048985A CN112566693B CN 112566693 B CN112566693 B CN 112566693B CN 201980048985 A CN201980048985 A CN 201980048985A CN 112566693 B CN112566693 B CN 112566693B
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Abstract

实施方式的治疗系统具有包括一个以上的放射线源和多个检测部的摄像系统、第一取得部、第二取得部、第一导出部、第二导出部和矫正部。放射线源针对物体从相互不同的多个方向照射放射线。多个检测部在相互不同的位置检测放射线。第一取得部取得基于放射线的图像。第二取得部取得三维空间中的第一摄像设备的位置信息。第一导出部在图像中导出所述物体的位置。第二导出部根据在所述图像上的所述物体的位置和所述第一摄像设备的位置等，导出第二摄像设备的所述三维空间中的位置等。矫正部根据所述第二导出部的导出结果进行所述摄像系统的校准。

Description

治疗系统、校准方法及存储介质
技术领域
本发明的实施方式涉及治疗系统、校准方法及程序。
背景技术
在使用放射线的治疗中，为了实现高精度的患者的定位和肿瘤追踪，需要在治疗前进行FPD(Flat Panel Detector，平板探测器)和X射线管等摄像系统的校准。已知有与此相关的技术，在治疗室内的规定的位置设置埋设了标记的模体(phantom)，该标记在治疗室的三维空间中的位置是已知的，通过放射线来拍摄所设置的模体，从所拍摄的图像导出标记的位置，基于从图像导出的标记的位置和在三维空间中已知的标记的位置对摄像系统进行校准。
但是，在以往的技术中，在标记的三维位置非已知的情况下或者在作为已知的标记的三维位置包含误差的情况下，有时不能精度良好地进行校准。其结果是，有时不能高精度地确定患者等被检体的位置，不能精度良好地追踪肿瘤等对象物。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2016－221156号公报
发明内容
发明要解决的课题
本发明要解决的课题是提供一种治疗系统、校准方法及程序，能够高精度地确定被检体的位置，并且能够精度良好地追踪对象物。
用于解决课题的手段
实施方式的治疗系统具有摄像系统、第一取得部、第二取得部、第一导出部、第二导出部和矫正部，摄像系统作为摄像设备分别包括一个以上的放射线源和多个检测部。放射线源针对某一物体，从相互不同的多个方向照射放射线。多个检测部在相互不同的位置检测通过所述放射线源照射的放射线。第一取得部取得基于分别通过所述多个检测部检测出的放射线的多个图像。第二取得部取得位置信息，该位置信息表示设置有所述摄像系统的三维空间中的所述摄像系统所包含的第一摄像设备的位置或者朝向中的至少一个。第一导出部在各个通过所述第一取得部取得的所述多个图像中导出所述物体的位置。第二导出部基于通过所述第一导出部导出的所述图像上的所述物体的位置和通过所述第二取得部取得的所述位置信息表示的所述第一摄像设备的位置或者朝向，导出所述摄像系统所包含的第二摄像设备在所述三维空间中的位置或者朝向中的至少一个。矫正部基于所述第二导出部的导出结果进行所述摄像系统的校准。
发明效果
根据本实施方式，能够提供一种治疗系统、校准方法及程序，能够高精度地确定被检体的位置，并且能够精度良好地追踪对象物。
附图说明
图1是表示第一实施方式中的治疗系统的一例的图。
图2是第一实施方式中的治疗装置的外观图。
图3是表示第一实施方式中的医用图像处理装置的结构的一例的图。
图4是表示校准处理部的结构的一例的图。
图5是表示校准的处理的一例的流程图。
图6是示意地表示从两个放射线源照射放射线的状态的图。
图7是用于说明通过光束法平差方法导出放射线源的三维位置的方法的图。
图8是表示校准的处理的另一例的流程图。
图9是表示在显示部显示的画面的一例的图。
图10是表示治疗计划数据的一例的图。
图11是用于说明基于治疗计划的透视图像的选择方法的图。
图12是用于说明基于治疗计划的透视图像的选择方法的图。
具体实施方式
下面，参照附图对实施方式的治疗系统、校准方法及程序进行说明。
(第一实施方式)
图1是表示第一实施方式中的治疗系统1的一例的图。例如，治疗系统1具有治疗装置10、终端装置20和医用图像处理装置100。这些装置通过网络NW连接。网络NW例如包括因特网、WAN(Wide Area Network，广域网)、LAN(Local Area Network，局域网)、运营商终端、无线通信网、无线基站、专用线路等。不需要图1所示的各装置的所有的组合都能够相互通信，网络NW的一部分可以包含局域网络。
治疗装置10是从以被检体OB为中心的周围360度的任意方向，将第一放射线作为波束(下面称为治疗波束B)向被检体OB照射的装置。被检体OB例如是接受基于治疗波束B的治疗的患者。第一放射线例如包括重粒子射线、电子射线、质子射线、中子射线等粒子射线、和X射线、γ射线等电磁射线。治疗装置10为了确认被检体OB的位置而照射第二放射线，并生成被检体OB的断层图像。第二放射线例如包括X射线等电磁射线。下面，作为一例，假设第一放射线(治疗波束B)是“重粒子射线”、第二放射线是“X射线”进行说明。
终端装置20例如由进行治疗装置10的整理和保养、维修、检修、保管这些维护的用户(下面称为维护作业者U)使用。例如，终端装置20可以是智能电话等便携式电话、平板终端、各种个人电脑等具有输入装置、显示装置、通信装置、存储装置及运算装置的终端装置。终端装置20的通信装置包括NIC(Network Interface Card，网络接口卡)等网卡、无线通信模块等。
医用图像处理装置100对通过作为被检体OB的患者的呼吸和心律的动作而进行移动的靶标进行追踪，在适当的定时使治疗装置10针对追踪的靶标照射治疗波束B。靶标例如是肺和肝脏等器官。该靶标的追踪基于在比治疗阶段靠前的阶段中用X射线等拍摄的被检体OB的断层图像和在治疗阶段时拍摄被检体OB得到的透视图像进行。
医用图像处理装置100可以导出治疗阶段时的被检体OB的位置与制定治疗计划时的被检体OB的位置的位置偏差，将与该导出的位置偏差相关的信息提供给利用治疗系统1的放射线治疗的实施者(医生等)。
图2是第一实施方式中的治疗装置10的外观图。第一实施方式中的治疗装置10例如具有扫描床11、臂部11a、多个放射线源(放射线照射口)12、两个检测器13-1及13-2、照射门14、传感器15和治疗装置侧控制部16。两个检测器13-1及13-2是“检测部”的一例。
多个放射线源12、两个检测器13-1及13-2和照射门14设置在被称为旋转机架G的环形状(圆环形状)的筐体。例如，在将表示设置有治疗装置10的房间(下面称为治疗室)的三维空间的铅直方向表示为Zf、水平方向中一个表示为Xf、另一个表示为Yf的情况下，旋转机架G设置成能够以方向Yf为旋转轴、围绕该旋转轴旋转360度。旋转机架G是“摄像系统”的一例，在旋转机架G设置的多个放射线源12和两个检测器13-1及13-2分别是“摄像设备”的一例。照射门14是“粒子射线源”的一例。
在扫描床11固定被检体OB。臂部11a的一端固定在治疗室的地面等，另一端固定在扫描床11，在使扫描床11从治疗室的地面等离开的状态下，使臂部11a从旋转机架G的外侧向内侧或者从内侧向外侧移动。
多个放射线源12例如在旋转机架G的周向上以规定间隔进行配置。各放射线源12例如向旋转机架G的内周侧照射X射线。由此，例如在扫描床11移动到旋转机架G的内侧时，针对固定在扫描床11的被检体OB，从360度的相互不同的多个方向照射X射线。产生X射线的放射线产生装置(未图示)可以设置在治疗室的外面。
检测器13-1及13-2例如检测由放射线源12照射的X射线。例如，检测器13-1及13-2包括平板探测器(FPD：Flat Panel Detector)、图像增强器、彩色图像增强器等矩形形状的检测器。检测器13-1及13-2例如将基于检测到的X射线的模拟信号转换成数字信号，将该数字信号作为透视图像TI输出给医用图像处理装置100。透视图像TI是二维的图像，是被检体OB的一个断层图像。在旋转机架G设置的检测器不限于两个，也可以是三个以上。
照射门14配置在旋转机架G的周向的某一位置。照射门14向旋转机架G的内周侧照射治疗波束B。在图1的例子中示出了在旋转机架G设置有一个照射门14，但不限于此。例如，也可以在旋转机架G设置有多个照射门。产生治疗波束B的放射线产生装置(未图示)可以设置在治疗室的外面。
传感器15是在被检体OB是患者的情况下，将该患者的呼吸导致的患部的移动作为相位进行检测的传感器。例如，传感器15是压力传感器。在这种情况下，传感器15可以安装于患者的身体。传感器15向医用图像处理装置100输出将检测出的患者的呼吸的相位表示为波形的信息。
治疗装置侧控制部16例如通过由CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)或GPU(Graphics Processing Unit，图形处理单元)等硬件处理器执行在ROM(Read OnlyMemory，只读存储器)等存储装置(未图示)存储的程序(软件)来实现。治疗装置侧控制部16既可以通过LSI(Large Scale Integration，大规模集成电路)、ASIC(ApplicationSpecific Integrated Circuit，专用集成电路)、FPGA(Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)等硬件(电路部：circuitry)来实现，也可以通过软件和硬件的协作动作来实现。
治疗装置侧控制部16接受医用图像处理装置100的控制，使多个放射线源12、检测器13-1及13-2和照射门14进行动作。治疗装置侧控制部16接收医用图像处理装置100的控制，使旋转机架G旋转。
图3是表示第一实施方式中的医用图像处理装置100的结构的一例的图。第一实施方式中的医用图像处理装置100例如具有通信部102、输入部104、显示部106、医用图像处理装置侧控制部110和存储部130。
通信部102例如包括NIC等通信接口。通信部102通过网络NW与治疗装置10和终端装置20进行通信，并接收各种信息。通信部102将接收到的信息输出给医用图像处理装置侧控制部110。通信部102可以接收医用图像处理装置侧控制部110的控制，向通过网络NW连接的治疗装置10和终端装置20发送信息。通信部102是“输出部”的一例。
输入部104例如受理医生和护士等用户的输入操作，将基于受理的输入操作的信号输出给医用图像处理装置侧控制部110。例如，输入部104通过鼠标和键盘、轨迹球、开关、按钮、控制杆、触摸屏等来实现。输入部104例如可以通过麦克风等受理声音输入的用户界面来实现。在输入部104是触摸屏的情况下，后述的显示部106可以与输入部104形成为一体。
显示部106显示各种信息。例如，显示部106显示通过医用图像处理装置侧控制部110生成的图像，并显示用于受理来自操作者的输入操作的GUI(Graphical UserInterface，图形用户界面)等。例如，显示部106是LCD(Liquid Crystal Display，液晶显示器)或有机EL(Electroluminescence，电致发光)显示器等。显示部106是“输出部”的另一例。
医用图像处理装置侧控制部110例如具有第一取得部112、第二取得部114、图像处理部116、治疗波束照射控制部118、信息输出控制部120和校准处理部122。治疗装置侧控制部16及治疗波束照射控制部118是“照射控制部”的一例。
这些构成要素通过由CPU和GPU等硬件处理器执行在存储部130存储的程序(软件)来实现。这些多个构成要素中的一部分或者全部可以通过LSI、ASIC、FPGA等硬件(电路部：circuitry)来实现，还可以通过软件和硬件的协作动作来实现。上述的程序可以预先存储在存储部130中，还可以存储在DVD和CD-ROM等可装卸的存储介质中，通过将存储介质安装至医用图像处理装置100的驱动装置从而从存储介质安装至存储部130。
存储部130例如通过ROM、闪存、RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)、HDD(Hard Disc Drive，硬盘)、SSD(Solid State Drive，固态驱动)、寄存器等存储装置来实现。闪存和HDD、SSD等是非易失性的存储介质。这些非易失性的存储介质可以通过NAS(Network Attached Storage，网络附加存储)和外部存储服务器装置等经由网络NW连接的其他存储装置来实现。在存储部130存储有例如四维断层图像数据132和治疗计划数据134等。关于这些在后面进行说明。
四维断层图像数据132例如是将作为三维的体数据的三维断层图像(CT图像)按照时间序列排列n个形成的。三维断层图像例如是在治疗筹划的阶段拍摄的。n个乘以时间序列图像的时间间隔求出的期间例如设定成涵盖呼吸相位变化一个周期的量所需的期间。呼吸相位是将从患者呼气并吸气到再次呼气为止作为一个周期的相位。例如，n＝10。例如，在n个三维断层图像中的至少一个中，通过医生等的输入操作在其图像区域内设定了表示作为患部的肿瘤的轮廓的区域、和表示不想照射治疗波束B的脏器的轮廓的区域等。在其他的三维断层图像中，通过形变配准自动设定了与医生等通过输入操作设定的轮廓的区域相同的区域。形变配准是指对于时间序列的三维体数据，将针对某一时刻的三维体数据指定的位置信息(在上述情况下指脏器的轮廓等)展开到其他时刻的三维体数据的处理。
治疗计划数据134是表示在治疗筹划的阶段中制定(计划)的治疗计划的数据。治疗计划是指例如针对作为被检体OB的每个患者，决定了在该患者位于哪个位置时从哪个方向照射治疗波束B的治疗波束B的照射方向和照射治疗波束B时的治疗波束B的强度等的计划。这样的治疗计划也可以根据选通照射法和追踪照射法等治疗方法进行制定。
第一取得部112例如通过通信部102从检测器13-1及13-2取得透视图像TI。例如，在治疗时，通过检测器13-1及13-2实时地生成透视图像TI，所以第一取得部112取得按照时间序列连续的透视图像TI。
第二取得部114取得表示在旋转机架G设置的多个摄像设备中的一个以上的摄像设备的位置或者朝向(在治疗室的三维空间中的位置或者朝向)的位置信息。例如，通过激光跟踪器测量摄像设备的三维的位置或者朝向。此时，激光跟踪器的位置作为在治疗室的三维空间中以作为原点的物标(例如旋转机架G的旋转轴等)为基准的相对位置决定。
在本实施方式中，作为一例，将通过激光跟踪器测量位置或者朝向的摄像设备作为检测器13-1及13-2进行说明。通过激光跟踪器测量位置或者朝向的摄像设备也可以是放射线源12。例如，在测量检测器13-1及13-2的位置及朝向的情况下，医生和护士等医疗从业人员在检测器13-1及13-2的检测面的三处以上的位置设置容易反射激光光束的探头(例如反射板等)，通过激光跟踪器测量该探头，由此求出多个探头的相对位置。并且，医疗从业人员根据多个探头的相对位置导出检测器13-1及13-2的位置及朝向。通过激光跟踪器测量位置或者朝向的摄像设备是“第一摄像设备”的一例。
第二取得部114在通过激光跟踪器测量出摄像设备的三维位置的情况下，通过通信部102从激光跟踪器取得表示摄像设备的三维位置的位置信息。在医生等向输入部104输入位置信息的情况下，第二取得部114取得在输入部104输入的信息作为表示摄像设备的三维位置的位置信息。摄像设备的位置或者朝向不限于通过激光跟踪器进行测量，例如还可以利用立体摄像机和接触式的传感器进行测量。
图像处理部116决定被检体OB的位置。例如，图像处理部116根据在存储部130存储的各被检体OB的四维断层图像数据132所包含的各呼吸相位的三维断层图像，生成DRR(Digitally Reconstructed Radiograph，数字重建放射线图像)。DRR是指针对三维断层图像(三维体数据)，在假设从假想的放射线源照射了放射线的情况下，与该放射线源对应地从三维体数据生成的假想的透视图像。
例如，图像处理部116基于包含在四维断层图像数据132中的各呼吸相位的三维断层图像、通过第一取得部112取得的检测器13-1侧的透视图像TI及检测器13-2侧的透视图像TI，利用被称为3D-2D配准的方法，生成以来自下述方向的视点观察三维断层图像时的DRR，该方向是与当前照射于被检体OB的X射线的照射方向相同的方向。也可以是，图像处理部116在生成DRR时利用光线投射法渲染三维断层图像，由此生成作为二维的假想的断层图像的DRR。此时，图像处理部116可以对三维断层图像的各要素值进行积分，将该积分值作为DRR的各要素的要素值，还可以将三维断层图像的各要素值的最大值作为DRR的各要素的要素值。
例如，图像处理部116从与各呼吸相位的三维断层图像对应的DRR中，选择与呼吸相位的三维断层图像对应的DRR作为模板图像。呼吸相位是指在作为被检体OB的患者呼气的状态下拍摄的断层图像。
图像处理部116将作为模板图像选择的DRR和通过第一取得部112逐次取得的透视图像TI进行比较，进行靶标(脏器等)的位置的匹配。在DRR和透视图像TI中彼此靶标的位置匹配的情况下，图像处理部116判定为作为DRR的基础的三维断层图像的呼吸相位(呼气相位)与当前的患者的呼吸相位一致，并许可治疗波束B的照射。此时，图像处理部116也可以在靶标的位置进一步在预先确定的照射区域内的情况下，许可治疗波束B的照射。照射区域例如可以由医疗从业人员任意确定。
如果图像处理部116许可了治疗波束B的照射，则治疗波束照射控制部118针对由图像处理部116确定了位置的被检体OB，使照射门14照射治疗波束B。例如，治疗波束照射控制部118从治疗计划数据134示出的治疗计划中提取治疗波束B的照射角度和治疗波束B的强度等信息，将提取出的各种信息输出给治疗装置侧控制部16。治疗装置侧控制部16接收该信息，使旋转机架G旋转，或使照射门14照射治疗波束B。
信息输出控制部120例如与治疗波束B的照射许可的有无等对应地使显示部106显示图像，或使通信部102发送信息。
校准处理部122进行旋转机架G的校准。图4是表示校准处理部122的结构的一例的图。校准处理部122例如具有第一导出部122a、第二导出部122b和矫正部122c。
下面，使用流程图对校准处理部122的各构成要素的处理进行说明。图5是表示校准的处理的一例的流程图。本流程图的处理例如可以以第一周期反复进行。第一周期例如是指一个月或者大约几个月的期间。
首先，医疗从业人员等使用激光跟踪器等导出检测器13-1及13-2的位置及朝向(步骤S100)。
然后，第二取得部114取得表示检测器13-1及13-2的三维空间中的位置及朝向的位置信息(步骤S102)。由此，在校准时，三维空间中的检测器13-1及13-2的位置及朝向作为已知的信息进行处理。
然后，医疗从业人员等以映入透视图像TI中的方式，在旋转机架G的内侧设置埋设有四个以上的标记的模体(步骤S104)。模体例如是立方体形状的丙烯制的壳体。
标记例如可以是铁球或细线等使X射线衰减的某种物体。四个以上的标记中至少一个以上的标记，在模体中的三维空间中以存在于与其他三个以上的标记各自所在的平面(二维空间)不同的平面的方式埋设在模体中。由此，在以埋设于模体中的各个标记为顶点时形成的空间成为三维空间。假设这些标记的位置和标记彼此间相互的位置关系是预先已知的。
医疗从业人员等也可以取代设置模体，而将扫描床11和臂部11a等治疗装置10附带的物体配置在旋转机架G的内侧。
然后，医疗从业人员等对输入部104输入模体的设置已完成。接收到该信息，治疗装置10的治疗装置侧控制部16从多个放射线源12中选择两个放射线源12，从彼此不同的多个方向向选择的两个放射线源12照射X射线(步骤S106)。
图6是示意地表示从两个放射线源12照射放射线的状态的图。图中的12-1表示选择的两个放射线源12中的一个放射线源，12-2表示选择的两个放射线源12中的另一个放射线源。虚线r-1表示从放射线源12-1照射的X射线，虚线r-2表示从放射线源12-2照射的X射线。PH表示模体，MK表示标记。14a表示从照射门14照射的治疗波束B的照射口(重粒子源)。
例如，治疗装置侧控制部16以使旋转机架G的围绕旋转轴的角度成为某一角度θ1的方式使旋转机架G转动，使放射线源12-1及12-2分别照射X射线。然后，治疗装置侧控制部16以使旋转机架G的围绕旋转轴的角度成为从角度θ1偏离规定角度(例如15度)的角度θ2的方式使旋转机架G转动，使放射线源12-1及12-2分别照射X射线。在使旋转机架G转动时，设利用X射线拍摄的模体PH(标记MK)的位置不变。这样，治疗装置侧控制部16通过反复使旋转机架G每隔规定角度幅度进行旋转，同时使放射线源12-1及12-2分别照射X射线，从而使检测器13-1及13-2分别生成从多个方向拍摄模体PH得到的透视图像TI(步骤S108)。例如，在360度的全方向中，在每隔15度变更一次角度，同时通过放射线源12-1及12-2分别照射X射线的情况下，检测器13-1及13-2分别生成24张(将两个检测器的图像相加合计为48张)透视图像TI。
然后，第一取得部112通过通信部102从检测器13-1及13-2取得多个透视图像TI(步骤S110)。
然后，第一导出部122a对于通过第一取得部112取得的多个透视图像TI，分别导出标记MK的位置(步骤S112)。
例如，第一导出部122a使预先准备的模板图像和透视图像TI进行模板匹配，由此导出标记MK的位置。模板图像可以使用事前拍摄标记MK得到的图像、和通过模拟生成的图像等。第一导出部122a在标记MK的形状已知的情况下，可以针对透视图像TI通过光栅扫描等扫描用于提取标记MK的形状的形状过滤器，导出与形状过滤器的一致程度大的位置作为标记MK的位置。
然后，第二导出部122b根据从透视图像TI导出的标记MK的位置和通过第二取得部114取得的位置信息，导出作为未知参数的放射线源12-1及12-2各自的三维位置(步骤S114)。在被激光跟踪器等测量位置或者朝向的摄像设备是放射线源12的情况下，第二导出部122b可以导出作为未知参数的检测器13-1及13-2的位置及朝向。由第二导出部122b导出三维位置的摄像设备是“第二摄像设备”的一例。
例如，在使旋转机架G旋转同时从多个方向拍摄标记MK时，作为摄像对象的标记MK的三维位置虽然未知，但是其位置不变。因此，在透视图像TI之间能够用共同的参数表述各物体的三维位置。例如，第二导出部122b可以应用光束法平差等基于在多视点图像间相互对应的特征点导出三维位置和摄像系统的参数的方法，导出放射线源12-1及12-2各自的位置。被称为光束法平差的方法是指，在以估计出的摄像系统的参数将标记MK再投影到图像上时，以使该再投影的标记MK的位置与从图像检测出的标记的位置尽量一致的方式调整所有的未知参数的方法。
图7是用于说明通过光束法平差方法导出放射线源12的三维位置的方法的图。例如，在设埋设于模体PH的标记MK的数量为N个的情况下，如图示的例子所示，各标记MK的三维位置被表述为Xi(→)＝(Xi，Yi，Zi)t。“i”表示1～N中的任意的自然数，t表示转置，(→)表示是向量。从以M种角度进行拍摄得到的M组透视图像TI导出的各标记MK的位置被表述为Xij(→)＝(Xij，Yij)t。“j”表示1～M中的任意的自然数。
在假设将各标记MK的三维位置Xi(→)投影至第j个透视图像TI的平面的投影矩阵为Pj(→)的情况下，应该将第i个标记MK投影在第j个透视图像TI上的位置被表述为xij(～)(→)＝(xij(～)，yij(～))t。(～)表示波浪线符号。例如，第二导出部122b通过求解数式(1)，导出投影在第j个透视图像TI上的第i个标记MK的位置(在图像上的二维位置)xij(～)(→)。
[数式1]
Figure GDA0002910851940000111
例如，第二导出部122b作为光束法平差，搜索各标记MK应投影的位置xij(～)(→)与导出的各标记MK的位置xij(→)的差值(偏差)的平方和的总和(下面称为再投影误差)为最小的各种参数。
例如，第二导出部122b基于拍摄第j个透视图像TI时的检测器13的基向量Rj(→)＝(uj，vj，wj)、检测器13的检测面的中心位置(透视图像TI的中心位置)Cj(→)＝(cx j，cy j，cz j)t、和放射线源12的三维位置Tj(→)＝(Ix j，Iy j，Iz j)t，导出投影矩阵Pj(→)。检测器13的检测面的中心位置Cj(→)，是设透视图像TI的宽度为w、高度为h时的((w-1)/2，(h-1)/2)的三维位置。
例如，第二导出部122b基于数式(2)，使用上述的参数导出投影矩阵Pj(→)。
[数式2]
Figure GDA0002910851940000121
数式(2)中的f表示从放射线源12的三维位置到检测器13的三维位置为止的距离，su及sv表示透视图像TI的各个轴(u，v)的像素间距，xc及yc表示光轴w与检测器13的检测面相交时的图像上的交点位置。距离f能够表述为数式(3)，交点位置(xc，yc)能够表述为数式(4)。
[数式3]
f＝w[C-T]…(3)
[数式4]
Figure GDA0002910851940000122
第二导出部122b基于数式(5)导出再投影误差。如上所述，三维空间中的检测器13-1及13-2的位置及朝向是已知的，所以优化的参数是放射线源12的三维位置Tj(→)及标记MK的三维位置Xi(→)。
[数式5]
Figure GDA0002910851940000131
例如，第二导出部122b可以使用被称为粒子群优化的优化方法进行放射线源12的三维位置Tj(→)及标记MK的三维位置Xi(→)这两种参数的优化。粒子群优化是指仿效大群昆虫的动作的优化方法，是通过使粒子拥有搜索空间的位置及速度的信息，一边在粒子间进行通信一边更新自身的位置/速度来搜索最佳的位置的方法。在本实施方式中，将检测器13的位置及朝向设为已知，然而例如在将放射线源12的三维位置设为已知的情况下，第二导出部122b可以采用检测器13的检测面的中心位置(透视图像TI的中心位置)Cj(→)、基础向量Rj(→)、和标记MK的三维位置Xi(→)作为优化参数。这样，无论已知的参数是检测器13的位置或者放射线源12的哪一个，都能够估计在旋转机架G设置的各摄像设备的位置。已知的参数可以是检测器13的位置及朝向和放射线源12的位置的任一个，也可以是将它们组合得到的参数。
然后，第二导出部122b将导出的放射线源12(12-1、12-2)的三维位置Tj(→)，作为在下次以后的处理中进行参照的放射线源12的基准位置存储至存储部130(步骤S116)。由此，本流程图的处理结束。放射线源12的基准位置例如是在比第一周期短的第二周期中进行的校准时所参照的参数。第二周期例如是一天或者大约几天的期间。
下面，使用流程图说明在第二周期中进行的校准。图8是表示校准的处理的另一例的流程图。本流程图的处理例如在第二周期中反复进行。
首先，医疗从业人员等以映入透视图像TI中的方式，在旋转机架G的内侧设置埋设有四个以上的标记MK的模体(步骤S200)。
然后，医疗从业人员等对输入部104输入模体的设置已完成。接收到该信息，治疗装置10的治疗装置侧控制部16从多个放射线源12中选择两个放射线源12，向选择的两个放射线源12从相互不同的多个方向照射X射线(步骤S202)。
然后，检测器13-1及13-2生成从多个方向拍摄模体PH得到的透视图像TI(步骤S204)。
然后，第一取得部112通过通信部102从检测器13-1及13-2取得多个透视图像TI(步骤S206)。
然后，第一导出部122a对于通过第一取得部112取得的多个透视图像TI，分别导出标记MK的位置(步骤S208)。
然后，第二导出部122b根据从透视图像TI导出的标记MK的位置和通过第二取得部114取得的位置信息，导出作为未知参数的放射线源12-1及12-2各自的三维位置(步骤S210)。
然后，矫正部122c导出通过第二导出部122b导出的放射线源12-1及12-2各自的三维位置与在存储部130存储的放射线源12-1及12-2各自的基准位置的差值，判定该差值是否在阈值以上(步骤S212)。
在已知的参数是放射线源12-1及12-2各自的三维位置的情况下，在存储部130，将在第一周期的校准中导出的检测器13-1及13-2各自的三维位置作为基准位置、三维朝向作为基准朝向进行存储。在这种情况下，作为S210的处理，通过第二导出部122b导出作为未知参数的检测器13-1及13-2各自的三维位置及三维朝向。因此，在已知的参数是放射线源12-1及12-2各自的三维位置的情况下，矫正部122c分别导出通过第二导出部122b导出的检测器13-1及13-2各自的三维位置与基准位置的差值、和通过第二导出部122b导出的检测器13-1及13-2各自的三维朝向与基准朝向的差值，判定各差值是否在阈值以上。
在矫正部122c判定为差值在阈值以上的情况下，信息输出控制部120向使用治疗装置10的医疗从业人员等输出表示需要维护的警报(步骤S214)。
例如，信息输出控制部120使显示部106显示如图9所示例的那样的图像作为警报。图9是表示在显示部106显示的画面的一例的图。如图示的例子那样，可以在显示部106的画面中显示表示需要维护的文字和图像。
信息输出控制部120可以通过通信部102向终端装置20输出对维护进行委托的邮件和推送通知作为警报。
另一方面，矫正部122c在判定为差值小于阈值的情况下，基于与基准位置(或者基准朝向)的差值进行校准(步骤S216)。
例如，矫正部122c可以将与基准位置(或者基准朝向)的差值作为校正量，以该校正量为基础，对DRR进行仿射转换等几何学转换作为校准。矫正部122c也可以将与基准位置(或者基准朝向)的差值作为校正量，以该校正量为基础，替代对DRR进行仿射转换或者在此转换的基础上，对透视图像TI进行仿射转换作为校准。
矫正部122c可以将与基准位置(或者基准朝向)的差值作为校正量，以该校正量为基础，校正在生成DRR时参照的参数作为校准。该参数包含例如在旋转机架G设置的各摄像设备的位置和朝向。更具体地，在上述参数中包含检测器13-1及13-2的位置及/或朝向、和放射线源12的位置。
在治疗装置10具有自动调节放射线源12和检测器13的位置的调整机构的情况下，矫正部122c可以控制该调整机构来调整各摄像设备的位置和朝向。通过这样的校准，能够生成精度良好的DRR。
在上述的说明中，假设治疗装置10是采用了旋转机架G的治疗装置，但不限于此。例如，治疗装置10可以是放射线源12等摄像设备的位置为固定式(固定端口式)的治疗装置。
在存在再投影误差在某一方向小、在某一方向大那样的统计的情况下，校准处理部122可以以从再投影误差变小的方向拍摄的透视图像TI为基础进行校准。
根据以上说明的第一实施方式，具备：旋转机架G，包括一个以上的放射线源12和多个检测器13作为摄像设备，放射线源12针对某一物体，从相互不同的多个方向照射放射线，检测器13在相互不同的位置检测通过放射线源12照射的放射线；第一取得部112，取得基于通过多个检测器13分别检测出的放射线的多个透视图像TI；第二取得部114，取得放射线源12或者检测器13的位置信息；第一导出部122a，在通过第一取得部112取得的多个透视图像TI的各个图像中导出模体PH内的标记MK的位置；第二导出部122b，基于通过第一导出部122a导出的透视图像TI上的标记MK的位置和通过第二取得部114取得的位置信息表示的放射线源12的三维位置或者检测器13的三维位置及三维朝向，导出尚未取得位置信息的摄像设备的三维位置等；以及矫正部122c，基于第二导出部122b的导出结果进行旋转机架G的校准，由此即使在标记MK的三维位置非已知的情况下或者作为已知的标记MK的三维位置中包含误差的情况下，也能够高精度地校准治疗装置10的摄像系统。其结果是，在治疗时能够高精度地确定被检体的位置，并且能够精度良好地追踪对象物。
通常在进行放射线治疗时必须准确地向患者的患部照射充足的输出功率的放射线。为此，通过在治疗筹划时取得的患者的图像与在放射线照射时拍摄的患者的图像的比对来对患者进行定位，在针对因呼吸而移动的患部进行定位后，根据基于X射线的透视图像TI追踪患部并照射放射线。为了高精度地对该患者进行定位和患部追踪，摄像系统需要校准。但是，在标记MK的三维位置非已知的情况下或者在作为已知的标记MK的三维位置包含误差的情况下，有时不能高精度地确定被检体的位置、不能精度良好地追踪对象物。
特别是在进行校准时，由于将模体PH设定在架台进行拍摄，所以作为已知的标记MK的三维位置容易产生大于预想的误差。例如，在不采用旋转机架G且放射线源12等摄像设备的位置是固定型的治疗装置的情况下，可以考虑在治疗室的地面上设置长方体形状的架台，在该架台上载置模体PH。但是，在如本实施方式这样采用旋转机架G的治疗装置10的情况下，由于放射线源12铺满了治疗室的地面，所以存在难以将长方体形状的架台设置在地面上的情况。因此，例如有时将L字形状的架台设置在从铺满了放射线源12的位置远离的位置。此时，L字形状的架台以L字的端部中的一个接地于地面、另一个成为悬浮在半空中的状态的方式设置在地面上。例如，模体PH载置于L字形状的架台的端部中的悬浮在半空中的端部。在L字形状的架台，可能由于力的力矩而悬浮在半空中的端部产生沿铅直方向向下弯曲的微小变形。在这种情况下，模体PH的位置的误差容易成为比本来预想的误差大的误差。另一方面，即使是不准备架台而在扫描床11等载置模体PH的情况下，从地面一直连接到扫描床的臂部11a的尺寸误差等累积，由此模体PH的位置的误差也容易成为比本来预想的误差大的误差。这样在治疗室设置模体PH的情况下，模体PH的位置容易产生误差。在模体PH的位置产生误差时，检测器13的三维位置及三维朝向和放射线源12的三维位置也都包含误差，所以校准的精度容易下降。
与此相对，在本实施方式中，通过使用激光跟踪器等预先测量在旋转机架G设置的任一个摄像设备的三维位置，即使标记MK的位置不是已知，也能够导出未知的摄像设备的三维位置。其结果是，能够高精度地校准治疗装置10的摄像系统，能够高精度地确定被检体的位置，并且能够精度良好地追踪对象物。
上述的医用图像处理装置100可以通过通用的装置来实现，该通用的装置具有CPU和GPU等处理器、ROM、RAM、HDD、闪存等存储装置，在存储装置存储有使处理器作为以下部分发挥作用的程序：旋转机架G，包括一个以上的放射线源12和多个检测器13作为摄像设备，放射线源12针对某一物体，从相互不同的多个方向照射放射线，检测器13在相互不同的位置检测通过放射线源12照射的放射线；第一取得部112，取得基于通过多个检测器13分别检测出的放射线的多个透视图像TI；第二取得部114，取得放射线源12或者检测器13的位置信息；第一导出部122a，在通过第一取得部112取得的多个透视图像TI的各个图像中导出模体PH内的标记MK的位置；第二导出部122b，基于通过第一导出部122a导出的透视图像TI上的标记MK的位置和通过第二取得部114取得的位置信息表示的放射线源12的三维位置或者检测器13的三维位置及三维朝向，导出尚未取得位置信息的摄像设备的三维位置等；以及矫正部122c，基于第二导出部122b的导出结果进行旋转机架G的校准。
(第二实施方式)
下面，对第二实施方式进行说明。在第二实施方式中，根据患者的治疗计划选择在校准时设为位置的导出对象的透视图像TI，这一点与上述的第一实施方式不同。下面，以与第一实施方式的不同之处为中心进行说明，对与第一实施方式的共同之处省略说明。在第二实施方式的说明中，对与第一实施方式相同的部分标注相同的标号进行说明。
图10是表示治疗计划数据134的一例的图。例如，治疗计划数据134是对每个患者将治疗日期与在治疗时照射的治疗波束B的照射角度θ等治疗计划建立了对应关系的信息。
第二实施方式中的第一导出部122a从通过第一取得部112取得的多个透视图像TI中，选择设为标记MK的位置的导出对象的透视图像TI，在所选择的透视图像TI中导出标记MK的位置。
例如，在将第二周期的校准的实施定时设为每天的早晨的情况下，第一导出部122a从在治疗计划中预定了治疗的多个患者中，选择在校准后预定了治疗的患者。例如，在治疗计划是图10示例的计划、第二周期的校准的实施定时是“2020年6月1日早晨”的情况下，第一导出部122a选择在当天预定了治疗的患者A、B、C。并且，第一导出部122a以与所选择的患者A、B、C分别对应的治疗波束B的照射角度θ为基础，选择设为标记MK的位置的导出对象的透视图像TI。
图11及图12是用于说明基于治疗计划的透视图像TI的选择方法的图。例如，在将旋转机架G的围绕旋转轴的角度中的从穿过旋转轴心的水平方向Xf到照射门14的治疗波束B的照射方向为止的角度作为治疗波束B的照射角度θ的情况下，第一导出部122a选择以旋转机架G旋转至该角度时分别通过放射线源12-1及12-2照射的X射线为基础生成的透视图像TI。例如在患者A的情况下，治疗波束B的照射角度θ是90度，所以第一导出部122a选择以下透视图像TI，即，如图12所示，在包括标记MK的模体PH配置在旋转机架G的内侧，而使旋转机架G转动至从正上方对患者A照射治疗波束B的角度时，通过分别由放射线源12-1及12-2照射的X射线拍摄了标记MK的透视图像TI。由此，对于在当天的治疗中不使用的治疗波束B的照射方向，能够省略校准。
根据以上说明的第二实施方式，根据患者的治疗计划选择在校准时设为位置的导出对象的透视图像TI，所以与在360度的全方向上进行校准的情况相比，能够缩短校准所需要的时间。
根据以上说明的至少一个实施方式，具备：旋转机架G，包括一个以上的放射线源12和多个检测器13作为摄像设备，放射线源12针对某一物体，从相互不同的多个方向照射放射线，检测器13在相互不同的位置检测通过放射线源12照射的放射线；第一取得部112，取得基于通过多个检测器13分别检测出的放射线的多个透视图像TI；第二取得部114，取得放射线源12或者检测器13的位置信息；第一导出部122a，在通过第一取得部112取得的多个透视图像TI的各个图像中导出模体PH内的标记MK的位置；第二导出部122b，基于通过第一导出部122a导出的透视图像TI上的标记MK的位置和通过第二取得部114取得的位置信息表示的放射线源12的三维位置或者检测器13的三维位置及三维朝向，导出尚未取得位置信息的摄像设备的三维位置等；以及矫正部122c，基于第二导出部122b的导出结果进行旋转机架G的校准，，由此即使在标记MK的三维位置非已知的情况下或者在作为已知的标记MK的三维位置包含误差的情况下，也能够高精度地校准治疗装置10的摄像系统。其结果是，在治疗时能够高精度地确定被检体的位置，并且能够精度良好地追踪对象物。
对本发明的几个实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为例子提示的，并非意图限定发明的范围。这些实施方式能够以其他各种各样的形态实施，在不脱离发明的主旨的范围内能够进行各种各样的省略、替换、变更。这些实施方式及其变形被包含在发明的范围或主旨中，并且被包含在权利要求书所记载的发明和其等价的范围中。

Claims (13)

1.一种治疗系统，具有：
摄像系统，作为摄像设备而包括一个以上的放射线源和多个检测部，所述放射线源针对物体，从相互不同的多个方向照射放射线，所述检测部在相互不同的位置检测通过所述放射线源照射的放射线；
第一取得部，取得基于分别通过所述多个检测部检测出的放射线的多个图像；
第二取得部，取得位置信息，该位置信息表示设置有所述摄像系统的三维空间中的所述摄像系统所包含的第一摄像设备的位置或者朝向中的至少一个；
第一导出部，在通过所述第一取得部取得的所述多个图像的每一个中导出所述物体的位置；
第二导出部，基于通过所述第一导出部导出的所述图像上的所述物体的位置和通过所述第二取得部取得的所述位置信息表示的所述第一摄像设备的位置或者朝向，导出所述摄像系统所包含的第二摄像设备在所述三维空间中的位置或者朝向中的至少一个；以及
矫正部，基于所述第二导出部的导出结果进行所述摄像系统的校准。
2.根据权利要求1所述的治疗系统，
所述摄像系统设置于旋转机架，
所述治疗系统还具有照射控制部，使所述旋转机架转动来改变所述放射线源相对于所述物体的位置，同时使所述放射线源照射所述放射线。
3.根据权利要求1或2所述的治疗系统，
所述物体包括四个以上的标记，
所述四个以上的标记中的至少一个以上的标记在所述物体中的所述三维空间中，存在于与其他三个以上的标记各自存在的第一平面不同的第二平面。
4.根据权利要求1或2所述的治疗系统，
所述第二导出部还基于通过所述第一导出部导出的所述图像上的所述物体的位置和通过所述第二取得部取得的所述位置信息表示的所述第一摄像设备的位置或者朝向，导出所述物体的所述三维空间中的位置。
5.根据权利要求1或2所述的治疗系统，
所述治疗系统还具有粒子线源，向被检体照射与通过所述放射线源照射的放射线不同的粒子线，
所述第一导出部对每个所述被检体，基于与通过所述粒子线源照射的所述粒子线的照射方向对应的治疗计划，从通过所述第一取得部取得的所述多个图像中，选择设为所述物体的位置的导出对象的图像，
所述第一导出部在该选择的图像中导出所述物体的位置。
6.根据权利要求5所述的治疗系统，
所述第一导出部从在所述治疗计划中预定了照射所述粒子线的多个被检体中，选择在所述摄像系统的校准后预定了照射所述粒子线的所述被检体，
所述第一导出部从通过所述第一取得部取得的所述多个图像中，选择基于从与选择出的所述被检体所对应的所述粒子线的照射方向相同的方向照射的所述放射线的图像，作为所述物体的位置的导出对象。
7.根据权利要求1或2所述的治疗系统，
所述治疗系统还具有图像处理部，根据将基于通过所述检测部检测出的放射线的图像沿所述放射线的照射方向排列而成的三维的图像，生成从某一视点观察时的假想的二维图像，
所述矫正部基于所述第二导出部的导出结果，对通过所述图像处理部生成的所述二维图像进行几何学转换，作为所述校准。
8.根据权利要求1或2所述的治疗系统，
所述矫正部基于所述第二导出部的导出结果，对通过所述第一取得部取得的所述图像进行几何学转换，作为所述校准。
9.根据权利要求1或2所述的治疗系统，
所述治疗系统还具有图像处理部，根据将基于通过所述检测部检测出的放射线的图像沿所述放射线的照射方向排列而成的三维的图像，生成从某一视点观察时的假想的二维图像，
所述矫正部基于所述第二导出部的导出结果，对通过所述图像处理部生成所述二维图像时所参照的参数进行校正，作为所述校准。
10.根据权利要求1或2所述的治疗系统，
所述治疗系统还具有：
输出部，输出信息；以及
输出控制部，在通过所述第二导出部导出的所述第二摄像设备的所述三维空间中的位置与基准位置的第一差值、或者通过所述第二导出部导出的所述第二摄像设备的所述三维空间中的朝向与基准朝向的第二差值是阈值以上的情况下，控制所述输出部，向进行所述摄像系统的维护的用户的终端装置输出委托所述摄像系统的位置或者朝向的调整的信息。
11.根据权利要求10所述的治疗系统，
所述第二导出部分别以第一周期和比所述第一周期短的第二周期反复进行导出所述第二摄像设备的所述三维空间中的位置或者朝向中的至少一个的处理，
所述基准位置是通过所述第二导出部以所述第一周期导出的所述第二摄像设备的所述三维空间中的位置，
所述基准朝向是通过所述第二导出部以所述第一周期导出的所述第二摄像设备的所述三维空间中的朝向，
所述第一差值是通过所述第二导出部以所述第二周期导出的所述第二摄像设备的所述三维空间中的位置与所述基准位置的差值，
所述第二差值是通过所述第二导出部以所述第二周期导出的所述第二摄像设备的所述三维空间中的朝向与所述基准朝向的差值。
12.一种校准方法，使控制摄像系统的计算机进行处理，所述摄像系统作为摄像设备而包括一个以上的放射线源和多个检测部，所述放射线源针对物体，从相互不同的多个方向照射放射线，所述检测部在相互不同的位置检测通过所述放射线源照射的放射线，所述处理包括：
取得基于分别通过所述多个检测部检测出的放射线的多个图像；
取得位置信息，该位置信息表示设置有所述摄像系统的三维空间中的所述摄像系统所包含的第一摄像设备的位置或者朝向中的至少一个；
在取得的所述多个图像的每一个中导出所述物体的位置；
基于导出的所述图像上的所述物体的位置和取得的所述位置信息表示的所述第一摄像设备的位置或者朝向，导出所述摄像系统所包含的第二摄像设备的所述三维空间中的位置或者朝向中的至少一个；
基于导出的第二摄像设备的所述三维空间中的位置或者朝向，进行所述摄像系统的校准。
13.一种存储介质，存储有程序，该程序使控制摄像系统的计算机进行处理，所述摄像系统作为摄像设备而包括一个以上的放射线源和多个检测部，所述放射线源针对物体，从相互不同的多个方向照射放射线，所述检测部在相互不同的位置检测通过所述放射线源照射的放射线，所述处理包括：
取得基于分别通过所述多个检测部检测出的放射线的多个图像的处理；
取得位置信息的处理，该位置信息表示设置有所述摄像系统的三维空间中的所述摄像系统所包含的第一摄像设备的位置或者朝向中的至少一个；
在取得的所述多个图像的每一个中导出所述物体的位置的处理；
基于导出的所述图像上的所述物体的位置和取得的所述位置信息表示的所述第一摄像设备的位置或者朝向，导出所述摄像系统所包含的第二摄像设备的所述三维空间中的位置或者朝向中的至少一个的处理；
基于导出的第二摄像设备的所述三维空间中的位置或者朝向，进行所述摄像系统的校准的处理。
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