特許 7172505 動体追跡装置および動体追跡方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-11-08

(45)【発行日】2022-11-16

(54)【発明の名称】動体追跡装置および動体追跡方法

(51)【国際特許分類】

   A61N 5/10 20060101AFI20221109BHJP

【ＦＩ】

A61N5/10 M

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2018222498

(22)【出願日】2018-11-28

(65)【公開番号】P2020081534

(43)【公開日】2020-06-04

【審査請求日】2021-03-08

(73)【特許権者】

【識別番号】000001993

【氏名又は名称】株式会社島津製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100104433

【弁理士】

【氏名又は名称】宮園 博一

(72)【発明者】

【氏名】鳥越 唯

(72)【発明者】

【氏名】フレデリック ウドン

(72)【発明者】

【氏名】ミッシェル ダージス

【審査官】野口 絢子

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－１９６０３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－２７０５７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０６８８７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－０２４２３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／００２８１３３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ａ６１Ｎ ５／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

検出対象物を含むテンプレート画像を用いて、被検体を撮影した複数の放射線画像中の前記検出対象物を追跡し、前記検出対象物の位置に基づいて治療用放射線を照射する放射線治療に用いられる動体追跡装置であって、
前記複数の放射線画像を取得する画像取得部と、
前記複数の放射線画像のうちの第１放射線画像全体の画素値に基づいてコントラスト調整が行われた処理画像上の前記検出対象物の位置を前記テンプレート画像に基づいて検出するとともに、前記検出対象物の検出位置を中心とした前記第１放射線画像の一部分を検出範囲として設定し、前記検出対象物の位置を検出した後は、前記検出対象物の検出位置が前記治療用放射線の照射許可範囲内にない場合に、前記処理画像の一部の画素値に基づいて前記第１放射線画像とは異なりかつ前記第１放射線画像よりも後に取得された第２放射線画像のコントラスト調整が行われた追跡画像上の前記検出対象物の位置を、前記テンプレート画像に基づいて、設定された前記検出範囲内で検出する位置検出部と、
前記位置検出部により検出された前記検出対象物と前記検出対象物の周辺の背景とを含み、前記テンプレート画像の大きさ以上で、前記検出範囲の大きさ以下の前記処理画像の画像部分の画素値に基づいて前記第１放射線画像とは異なる前記第２放射線画像のコントラスト調整を行い、前記追跡画像を生成する画像処理部とを備える、動体追跡装置。

【請求項2】

前記処理画像中に複数の前記検出対象物が検出された場合に、前記画像処理部は、前記検出対象物毎のそれぞれの前記画像部分の画素値のうちの最大値および最小値を基準として、上限値および下限値を設定するように構成されている、請求項１に記載の動体追跡装置。

【請求項3】

前記画像処理部は、前記画像部分の画素値の最大値を前記上限値として設定するとともに、前記画像部分の画素値の最小値を前記下限値として設定するように構成されている、請求項２に記載の動体追跡装置。

【請求項4】

前記画像処理部は、画素値のしきい値が設定されており、前記しきい値に基づいて前記追跡画像を二値化するように構成されている、請求項１～３のいずれか１項に記載の動体追跡装置。

【請求項5】

前記検出対象物は、マーカー部材である、請求項１～４のいずれか１項に記載の動体追跡装置。

【請求項6】

検出対象物を含むテンプレート画像を用いて、被検体を撮影した複数の放射線画像中の前記検出対象物を追跡し、前記検出対象物の位置に基づいて治療用放射線を照射する放射線治療に用いられる動体追跡方法であって、
動体追跡装置により、前記複数の放射線画像のうち第１放射線画像を取得するステップと、
前記動体追跡装置により、前記第１放射線画像を前記第１放射線画像全体の画素値に基づいてコントラスト調整が行われた処理画像を生成するステップと、
前記動体追跡装置により、前記テンプレート画像を基に、前記処理画像上の前記検出対象物の位置を検出するステップと、
前記動体追跡装置により、前記検出対象物の検出位置を中心とした前記第１放射線画像の一部分を検出範囲として設定するステップと、
前記動体追跡装置により、前記検出対象物の検出位置が前記治療用放射線の照射許可範囲内にあるか否かを判定するステップと、
前記動体追跡装置により、前記検出対象物の検出位置が前記照射許可範囲内にない場合に、前記第１放射線画像と異なる第２放射線画像を取得し、前記テンプレート画像の大きさ以上で、前記検出対象物の位置を検出する範囲として設定された前記検出範囲の大きさ以下である、検出された前記検出対象物と前記検出対象物の周辺の背景とを含む前記処理画像の画像部分の画素値に基づいて前記第１放射線画像と異なる前記第２放射線画像のコントラスト調整を行い、追跡画像を生成するステップと、
前記動体追跡装置により、前記テンプレート画像を基に、前記追跡画像上の前記検出対象物の位置を設定された前記検出範囲内で検出するステップと、を備える、動体追跡方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、動体追跡装置および動体追跡方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、Ｘ線撮影装置により撮像した撮像画像の階調処理（一定の画素値の範囲を一定の明るさの段階に変換する処理）を行った後に、階調処理した画像を用いてテンプレートマッチングにより追跡対象を検出する技術が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

【0003】

上記特許文献１では、撮像画像に階調処理を実施してからマーカーの位置を判定している。また、上記特許文献１では階調処理では、特定の画素値の範囲（ウィンドウ）を設定し、ウィンドウ上限の画素値より大きい画素は上限の画素値に変換し、ウィンドウ下限の画素値より小さい画素は下限の画素値に変換する処理を行っている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１７－１９６０３６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ここで、上記特許文献１には、特定の画素値の範囲を設定するために用いる撮像画像の範囲について具体的には記載されていないが、画素値を利用する撮像画像の範囲を広くすると、マーカーから遠く離れた部分の画素値も含まれることが考えられる。そうすると、マーカーの画素値とマーカー周辺の画素値との差が小さい一方、マーカーとマーカーから遠く離れた部分の画素値の差が大きい場合に、階調処理を行うために用いる画素値の範囲が広いことにより、階調処理を行ったとしても、マーカーとマーカー周辺から離れた場所とのコントラストは明確になるが、検出対象物としてのマーカーとマーカー周辺の部分とのコントラストが明確にならないという問題点がある。

【0006】

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、検出対象物と検出対象物周辺との画素値の差が小さい場合でも、コントラストを明確にすることが可能な動体追跡装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するために、この発明の第１の局面における動体追跡装置は、検出対象物を含むテンプレート画像を用いて、被検体を撮影した複数の放射線画像中の検出対象物を追跡し、検出対象物の位置に基づいて治療用放射線を照射する放射線治療に用いられる動体追跡装置であって、複数の放射線画像を取得する画像取得部と、複数の放射線画像のうちの第１放射線画像全体の画素値に基づいてコントラスト調整が行われた処理画像上の検出対象物の位置をテンプレート画像に基づいて検出するとともに、検出対象物の検出位置を中心とした第１放射線画像の一部分を検出範囲として設定し、検出対象物の位置を検出した後は、検出対象物の検出位置が治療用放射線の照射許可範囲内にない場合に、処理画像の一部の画素値に基づいて第１放射線画像とは異なりかつ第１放射線画像よりも後に取得された第２放射線画像のコントラスト調整が行われた追跡画像上の検出対象物の位置を、テンプレート画像に基づいて、設定された検出範囲内で検出する位置検出部と、位置検出部により検出された検出対象物と検出対象物の周辺の背景とを含み、テンプレート画像の大きさ以上で、検出範囲の大きさ以下の処理画像の画像部分の画素値に基づいて第１放射線画像とは異なる第２放射線画像のコントラスト調整を行い、追跡画像を生成する画像処理部とを備える。

【0008】

この発明の第１の局面による動体追跡装置では、位置検出部により検出された検出対象物と検出対象物の周辺の背景とを含みテンプレート画像の大きさ以上で、検出範囲の大きさ以下の放射線画像の画像部分の画素値に基づいてコントラスト調整を行い、追跡画像を生成する画像処理部とを備える。これにより、検出対象物と検出対象物の周辺の背景とを含み、放射線画像全体よりも小さいテンプレート画像の大きさ以上で、放射線画像の一部分である検出範囲の大きさ以下の放射線画像の画像部分の画素値を用いてコントラスト調整を行うことができる。そのため、放射線画像全体の画素値を用いないため、検出対象物から遠く離れた部分にある画素値を含めずに、コントラストを明確にしたい検出対象物とその周辺部分との画素値を基準としてコントラスト調整を行うことができる。その結果、検出対象物と検出対象物周辺との画素値の差が小さい場合でも、コントラストを明確にすることができる。

【0009】

この発明の第２の局面による動体追跡方法では、検出対象物を含むテンプレート画像を用いて、被検体を撮影した複数の放射線画像中の検出対象物を追跡し、検出対象物の位置に基づいて治療用放射線を照射する放射線治療に用いられる動体追跡方法であって、動体追跡装置により、複数の放射線画像のうち第１放射線画像を取得するステップと、動体追跡装置により、第１放射線画像を第１放射線画像全体の画素値に基づいてコントラスト調整が行われた処理画像を生成するステップと、動体追跡装置により、テンプレート画像を基に、処理画像上の検出対象物の位置を検出するステップと、動体追跡装置により、検出対象物の検出位置を中心とした第１放射線画像の一部分を検出範囲として設定するステップと、動体追跡装置により、検出対象物の検出位置が治療用放射線の照射許可範囲内にあるか否かを判定するステップと、動体追跡装置により、検出対象物の検出位置が照射許可範囲内にない場合に、第１放射線画像と異なる第２放射線画像を取得し、テンプレート画像の大きさ以上で、検出対象物の位置を検出する範囲として設定された検出範囲の大きさ以下である、検出された検出対象物と検出対象物の周辺の背景とを含む処理画像の画像部分の画素値に基づいて第１放射線画像と異なる第２放射線画像のコントラスト調整を行い、追跡画像を生成するステップと、動体追跡装置により、テンプレート画像を基に、追跡画像上の検出対象物の位置を設定された検出範囲内で検出するステップと、を備える。これにより、検出対象物と検出対象物の周辺の背景とを含み放射線画像全体よりも小さいテンプレート画像の大きさ以上で、放射線画像の一部分である検出範囲の大きさ以下の処理画像の画像部分の画素値を用いてコントラスト調整を行うことができる。そのため、放射線画像全体の画素値を用いないため、検出対象物から遠く離れた部分にある画素値を含めずに、コントラストを明確にしたい検出対象物とその周辺部分との画素値を基準としてコントラスト調整を行うことができる。その結果、検出対象物と検出対象物周辺との画素値の差が小さい場合でも、コントラストを明確にすることができる。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、上記のように、検出対象物と検出対象物周辺との画素値の差が小さい場合でも、コントラストが明確にすることが可能な動体追跡装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】一実施形態による動体追跡装置および放射線治療装置の全体構成を示す模式図である。

【図2】一実施形態による放射線画像の一例を示す図である。

【図3】一実施形態によるテンプレート画像の一例を示す図である。

【図4】一実施形態による処理画像の一例を示す図である。

【図5】図２の３００－３０１線による追跡画像のプロファイル図である。

【図6】一実施形態による追跡画像の一例を示す図である。

【図7】図６の４００－４０１線による追跡画像のプロファイル図である。

【図8】一実施形態による画像部分の範囲を説明するための図である。

【図9】一実施形態による表示部の一例を示す図である。

【図10】一実施形態による動体追跡方法の流れを示す図である。

【図11】一実施形態による動体追跡方法の流れを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。

【0013】

（放射線撮影装置の構成）
図１～図９を参照して、一実施形態による動体追跡装置１００の構成について説明する。

【0014】

図１に示すように、動体追跡装置１００は、画像取得部１と、画像処理部２と、位置検出部３とを備える。動体追跡装置１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、などを含んで構成されたコンピュータである。

【0015】

動体追跡装置１００は、さらに表示部４と、照射部１０１と、放射線検出部１０２とを含んでいる。照射部１０１は、高電圧が印加されることによりＸ線を発生させるＸ線管を有する。照射部１０１は、管電圧、管電流およびＸ線照射の時間間隔などの予め設定された撮影条件に従って放射線を発生する。

【0016】

放射線検出部１０２は、照射部１０１から照射され、被検体５０を透過した放射線を検出し、検出した放射線強度に応じた検出信号を出力する。

【0017】

本実施形態の動体追跡装置１００は、被検体５０の放射線画像５(図２参照)を撮影して放射線画像５中のマーカー部材６を追跡し、マーカー部材６の位置に基づいて治療用放射線を照射する放射線治療に用いられる。そのため、動体追跡装置１００は、放射線治療装置２００と接続している。ここで、マーカー部材６は、特許請求の範囲の「検出対象物」の一例である。マーカー部材６は、たとえば、金マーカーである。

【0018】

画像取得部１は、ＣＰＵが所定の制御プログラムを実行することにより、放射線検出部１０２から出力された検出信号に基づいて放射線画像５を取得する。放射線画像５は、マーカー部材６を含む被検体５０の放射線画像５である。

【0019】

動体追跡装置１００は、一定の時間間隔で放射線画像５を複数枚撮影する。そのため、画像取得部１は、複数枚の放射線画像５を取得する。このとき、マーカー部材６は、被検体５０の生体活動により特定部位５１が動くことによって位置が変わる。そのため、動体追跡装置１００は、マーカー部材６の位置を検出し、テンプレートマッチングによってマッチングさせてマーカー部材６の位置を追跡する。また、被検体５０の体軸のずれによってマーカー部材６が特定部位５１からずれることがある。そのため、特定部位５１には複数のマーカー部材６が配置される。図２に示すように、本実施形態では、マーカー部材６は特定部位５１に３つ配置される。

【0020】

図３に示すように、テンプレート画像７は、マーカー部材６だけを撮影した画像である。テンプレート画像７の横の長さ７０は、放射線画像５の横の長さ５２より短く、テンプレート画像７の縦の長さ７１は、放射線画像５の縦の長さ５３よりも短い(図２参照)。テンプレート画像７は、被検体５０を治療する治療計画に合わせて取得される。たとえば、治療開始時にテンプレート画像７を取得し、取得したテンプレート画像７を用いて治療を進めてもよく、治療中にテンプレート画像７を更新してもよい。また、テンプレート画像７は、動体追跡装置１００によって撮影されてもよく、外部から取得してもよい。

【0021】

本実施形態の画像処理部２は、ＣＰＵが所定の制御プログラムを実行することにより、画像取得部１が取得した放射線画像５のコントラスト調整を行うようにプログラムされている。コントラスト調整は、放射線検出部１０２で検出された画素値の範囲を用いて表示部４で表示できる画素値の範囲に変換するために行われる。表示部４が表示できる画像が８ビットの場合、コントラスト調整は放射線検出部１０２で検出された画素値の範囲のうち一部または全部を用いて０（暗）～２５５（明）の２５６段階（２の８乗）の明るさに変換することにより行われる。画像処理部２は、放射線画像５から後述する処理画像８と追跡画像９とを作成する（図４および図６参照）。

【0022】

図４に、処理画像８を示す。画像処理部２は、放射線治療が開始されて、最初に画像取得部１が取得した放射線画像５に対して放射線画像５全体の画素値に基づいて変換する画素値の範囲を設定し、コントラスト調整を行うことにより処理画像８を作成する。

【0023】

本実施形態では、表示部４が表示できる範囲が８ビットである場合を例に説明する。処理画像８を作成する場合、画像処理部２は、画像全体の画素値のうち最大値を２５５に変換し、最小値を０に変換することにより２５６段階の明るさの濃度域になるようにコントラスト調整を行う。なお、本実施形態では、放射線画像５、処理画像８および追跡画像９が、画素値が低いほど暗く画素値が高いほど明るく表示部４に表示されるものとする。図４では、特定部位５１がマーカー部材６よりも明るく背景部分よりも暗く表示されることを示すためにハッチングを施している。

【0024】

画像処理部２によってコントラスト調整が行われた処理画像８は、位置検出部３によりマーカー部材６の位置が検出され、テンプレートマッチングが行われる。位置検出部３においてマーカー部材６が検出され、テンプレートマッチングによってマーカー部材６の画素値の分布とテンプレート画像７の画素値の分布とが適合した場合、画像処理部２は、処理画像８のマーカー部材６とマーカー部材６の周辺の背景とを含む処理画像８の画像部分１０の画素値に基づいて追跡画像９を生成するための画素値の範囲を設定する。

【0025】

画像処理部２の追跡画像９を生成するための画素値の範囲は、画像処理部２によって画像部分１０の画素値の最大値が上限値に設定されるとともに、画像部分１０の画素値の最小値が下限値に設定される。放射線画像５にマーカー部材６が複数ある場合は、画像処理部２は、マーカー部材６毎のそれぞれの画像部分１０の画素値のうちの最大値および最小値を基準として、上限値および下限値を設定する。

【0026】

図５は、図２の３００－３０１線で切断したプロファイリング図である。横軸は３００―３０１線に沿った位置を表しており、左端の点が位置３００、右端の点が位置３０１を示す。縦軸は、横軸にプロットした位置における画素値を表しており、下が２５５、上が０である。このとき、画素値の最大値がＩｍａｘ、最小値がＩｍｉｎだとすると、Ｉｍｉｎを０、Ｉｍａｘを２５５とする２５６段階の明るさに変換し、コントラスト調整を行う。

【0027】

図６に示すように、画像処理部２は、マーカー部材６が検出された後に取得された放射線画像５に対して処理画像８によって設定された画素値の範囲に基づいてコントラスト調整を行い、追跡画像９を生成する。マーカー部材６が含まれる画像部分１０の画素値を用いて放射線画像５のコントラスト調整を行うため、処理画像８と比べて用いる画素値の範囲が狭くなる。そのため、処理画像８よりも追跡画像９はコントラストが明確になる。また、マーカー部材６は周囲の部分と比べて画素値が低いため、マーカー部材６は暗くなる。

【0028】

図７は、図６の４００－４０１線で切断したプロファイル図である。縦軸は画素値を表し、横軸は処理画像８上の位置を表す。左端の点が位置４００、右端の点が位置４０１を示す。縦軸は、横軸にプロットした位置における画素値を表しており、下が２５５、上が０である。位置４００および位置４０１は、画素値が２５５である。画素値が０の付近がマーカー部材６の画素値を表している。図５から図７のように変換することでコントラストが明確となる。

【0029】

図８に記載された処理画像８は、画像部分１０を説明するために、マーカー部材６だけが撮影されている画像とする。マーカー部材６とマーカー部材６の周辺の背景とを含む処理画像８の画像部分１０の大きさは、テンプレート画像７の大きさ以上で、位置検出部３において設定されたマーカー部材６の検出位置を中心とした放射線画像５の一部分である検出範囲１１の大きさ以下である。図８では、一例としてテンプレート画像７の大きさを破線の正方形で表し、検出範囲１１の大きさを実線の正方形で表しているが、テンプレート画像７および検出範囲１１は正方形でなくともよい。

【0030】

なお、マーカー部材６が検出されなかった場合、画像処理部２は上限値と下限値を設定できないため、マーカー部材６が検出されるまで画像全体の画素値を用いて放射線画像５のコントラスト調整を行う。

【0031】

図７に示すように、画像処理部２には、さらに、二値化するためのしきい値が設定されている。画像処理部２は、しきい値に基づいて、しきい値以上２５６以下の部分は白色と、０以上しきい値以下の部分は黒色となるようにコントラスト調整を行う。

【0032】

位置検出部３は、ＣＰＵが所定の制御プログラムを実行することにより、テンプレート画像７に基づいて、処理画像８または追跡画像９上のマーカー部材６の位置を検出するようにプログラムされている。マーカー部材６の位置の検出方法は、テンプレート画像７と処理画像８または追跡画像９との正規化相互相関関数を用いて行い、テンプレート画像７に撮影されたマーカー部材６の画素値の分布に近い画素値の分布を有する処理画像８または追跡画像９上の部分をマーカー部材６の位置と特定する。

【0033】

位置検出部３は、放射線画像５でマーカー部材６の位置を検出すると、マーカー部材６の検出位置を基準とした放射線画像５の一部分を検出範囲１１として設定し、次の追跡画像９からは設定された検出範囲内で次のマーカー部材６の検出を行う。なお、画像部分１０の大きさは、検出範囲１１の大きさと同じでもよく異なっていてもよい。

【0034】

図１および図９に示すように、動体追跡装置１００は、追跡画像９と放射線画像５とを表示する表示部４をさらに備える。表示部４に表示された放射線画像５および追跡画像９上には、検出範囲１１が表示されている。検出範囲１１は、位置検出部３がマーカー部材６を追跡している間移動するため、ユーザは位置検出部３がマーカー部材６を追跡しているかが一目でわかる。

【0035】

表示部４は、動体追跡装置１００に接続されたモニターである。表示部４に表示されている放射線画像５上にはさらにゲーティングウィンドウ１２が表示される。ゲーティングウィンドウ１２は、治療用の放射線を照射すべき治療対象部位を表す。ゲーティングウィンドウ１２と検出されたマーカー部材６との位置とが一致している場合に、動体追跡装置１００は、照射開始信号を送信し、放射線治療装置２００から治療用の放射線を照射させる。

【0036】

次に、図１を用いて、動体追跡装置１００に接続される放射線治療装置２００について説明する。放射線治療装置２００は、天板２０１上の被検体５０に対して、Ｘ線、陽子線あるいは重粒子線などの治療用放射線を照射可能である。放射線治療装置２００は、基台２０２と、基台２０２に対して揺動可能に設置されたガントリー２０３と、ガントリー２０３に設けられ、治療ビームを出射するヘッド２０４とを備える。放射線治療装置２００は、ガントリー２０３が基台２０２に対して揺動することにより、ヘッド２０４から照射される治療ビームの照射方向を変更することができる。放射線治療装置２００は、被検体５０の腫瘍等の特定部位５１に対して、様々な方向から治療ビームを照射することができる。天板２０１は、たとえば、直交３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）に移動可能で、かつ、各軸周りに回動可能であり、６軸方向に移動することができる。

【0037】

図１０および図１１を用いて被検体５０の放射線画像５を撮影して放射線画像中のマーカー部材６を追跡し、マーカー部材６の位置に基づいて治療用放射線を照射する放射線治療に用いられる動体追跡方法について説明する。

【0038】

ステップ２１では、画像取得部１は、放射線治療装置２００で撮影された放射線画像５を取得する。ステップ２２では、画像処理部２は、放射線画像５全体の画素値を用いて、ウィンドウ値の上限値と下限値とを設定する。設定したウィンドウ値に基づいて、放射線画像５のコントラスト調整を行い、処理画像８を作成する。

【0039】

ステップ２３では、表示部４に、コントラスト調整が行われた処理画像８が表示される。そして、ユーザが、表示部４に表示された処理画像８に含まれるマーカー部材６を指定することによりステップ２４に移る。指定方法は、たとえば、動体追跡装置１００に接続された操作部(図示せず)を操作し、マーカー部材６を選択してもよい。

【0040】

ステップ２４では、位置検出部３は、撮像されたテンプレート画像７の画素値の分布と、処理画像８のユーザに指定された箇所との画素値の分布を比較する。具体的には、位置検出部３は、正規化相互相関関数を用いてテンプレート画像７の画素値の分布と処理画像８のユーザに指定された箇所との画素値の分布とが近似しているかを判定する。そして、テンプレート画像７の画素値と処理画像８の指定された箇所の画素値が近似していると、マッチングが成功したとして検出範囲１１を設定し、ステップ２５に進む。テンプレート画像７の画素値と処理画像８の指定された箇所の画素値がかけ離れていると、マーカー部材６の位置を追跡し、ステップ２４に戻る。

【0041】

ステップ２５では、画像処理部２は、処理画像８のマーカー部材６とマーカー部材６の周辺との画素値からコントラスト調整を行うための画素値の範囲の上限値と下限値とを設定する。このとき、テンプレート画像７の大きさと同じ大きさのマーカー部材６とマーカー部材６の周辺を含む画像部分１０の画素値の最大値を上限値とし、画素値の最小値を下限値とする。

【0042】

ステップ２６では、動体追跡装置１００はマーカー部材６の検出位置が治療用の放射線を照射する箇所を示すゲーティングウィンドウ１２の範囲内にあるか否かを判断する。ゲーティングウィンドウ１２の範囲内にマーカー部材６が含まれる場合、動体追跡装置１００は、放射線治療装置２００に照射開始信号を送り、照射開始信号を受信することにより放射線治療装置２００は、治療用放射線を照射する。マーカー部材６がゲーティングウィンドウ１２内に無い場合は、図１１のステップ３１に進む。

【0043】

図１１に示すように、ステップ３１では、画像取得部１は新たな放射線画像５を取得する。ステップ３２では、画像処理部２は、ステップ２５において取得した画素値の上限値および下限値に基づき放射線画像５のコントラスト調整を行い、さらに二値化処理を行うことにより追跡画像９を作成する。

【0044】

ステップ３３では、テンプレート画像７に基づいて、追跡画像９からマーカー部材６の位置を検出する。具体的には、位置検出部３は、ステップ２４において設定した検出範囲１１を用いて、マーカー部材６の位置を検出する。検出の仕方はステップ２４と同じである。ステップ３３において、追跡画像９上にマーカー部材６を検出できた場合は、新たな検出範囲１１を設定し、ステップ３４に進む。マーカー部材６を検出できなかった場合は、さらにマーカー部材６の位置を追跡し、ステップ３３に戻る。

【0045】

ステップ３４では、動体追跡装置１００は、マーカー部材６が検出された位置が治療用の放射線を照射する箇所を示すゲーティングウィンドウ１２の範囲内にあるか否かを判断する。ゲーティングウィンドウ１２の範囲内にマーカー部材６が含まれる場合、動体追跡装置１００は、放射線治療装置２００に開始信号を送信し、放射線治療装置２００は開始信号を受信することにより治療用の放射線を照射し治療する。また、画像処理部２は、コントラスト調整を行うための新たな画素値の範囲を取得する。ゲーティングウィンドウ１２の範囲内にマーカー部材６の検出位置が含まれない場合、ステップ３１に戻る。

【0046】

（本実施形態の効果）
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

【0047】

本実施形態では、上記のように、動体追跡装置１００は、位置検出部３により検出された検出対象物（マーカー部材６）と検出対象物（マーカー部材６）の周辺の背景とを含み、テンプレート画像７の大きさ以上で、検出範囲１１の大きさ以下の放射線画像５の画像部分１０の画素値に基づいてコントラスト調整を行い、追跡画像９を生成する画像処理部２とを備える。これにより、検出対象物（マーカー部材６）と検出対象物（マーカー部材６）の周辺の背景とを含み放射線画像５全体よりも小さいテンプレート画像７の大きさ以上で、放射線画像５の一部分である検出範囲１１の大きさ以下の放射線画像５の画像部分１０の画素値を用いてコントラスト調整を行うことができる。そのため、放射線画像５全体の画素値を用いないため、検出対象物（マーカー部材６）から遠く離れた部分にある画素値を含めずに、コントラストを明確にしたい検出対象物（マーカー部材６）とその周辺部分との画素値を基準としてコントラスト調整を行うことができる。その結果、検出対象物(マーカー部材６)と検出対象物（マーカー部材６）周辺との画素値の差が小さい場合でも、コントラストが明確にすることができる。

【0048】

また、本実施形態では、上記のように、放射線画像５中に複数の検出対象物（マーカー部材６）が検出された場合に、画像処理部２は、検出対象物（マーカー部材６）毎のそれぞれの画像部分１０の画素値のうちの最大値および最小値を基準として、上限値および下限値を設定するように構成されている。これにより、複数の検出対象物（マーカー部材６）の画像部分１０の画素値の範囲が互いに異なっている場合であっても、複数の検出対象物（マーカー部材６）の画素値をコントラスト調整のための画素値の上限値と下限値との間に含めることができる。その結果、複数の検出対象物（マーカー部材６）と背景とのコントラストを明確にすることができる。

【0049】

また、本実施形態では、上記のように、画像処理部２は、画像部分１０の画素値の最大値を上限値として設定するとともに、画像部分１０の画素値の最小値を下限値として設定するように構成されている。これにより、設定されたコントラスト調整のための画素値の範囲に検出対象物（マーカー部材６）の画素値を確実に含めることができる。その結果、確実に検出対象物（マーカー部材６）と背景とのコントラストを明確にすることができる。

【0050】

また、本実施形態では、上記のように、画像処理部２は、画素値のしきい値が設定されており、しきい値に基づいて追跡画像９を二値化するように構成されている。これにより、追跡画像９を二値化することにより、マーカー部材６とそれ以外の部分とのコントラストがより明確となる。

【0051】

また、本実施形態では、上記のように、マーカー部材６を検出対象物としているため、放射線治療においてマーカー部材６を検出するとともに追跡することができる。

【0052】

また、本実施形態では、上記のように、検出対象物（マーカー部材６）を含むテンプレート画像７を用いて、被検体５０を撮影した放射線画像５中の検出対象物（マーカー部材６）を追跡し、検出対象物（マーカー部材６）の位置に基づいて治療用放射線を照射する放射線治療に用いられる動体追跡方法であって、放射線画像５を取得するステップと、放射線画像５を放射線画像全体の画素値に基づいてコントラスト調整が行われた処理画像８を生成するステップと、テンプレート画像７を基に、処理画像８上の検出対象物（マーカー部材６）の位置を検出するステップと、テンプレート画像７の大きさ以上で、検出対象物（マーカー部材６）の位置を検出する範囲として設定された検出範囲１１の大きさ以下である、検出された検出対象物と検出対象物（マーカー部材６）の周辺の背景とを含む放射線画像５の画像部分１０の画素値に基づいて放射線画像５のコントラスト調整を行い、追跡画像９を生成するステップと、追跡画像９を基に、追跡画像９上の検出対象物（マーカー部材６）の位置を検出するステップと、を備える。これにより、検出対象物（マーカー部材６）と検出対象物（マーカー部材６）の周辺の背景とを含み放射線画像５全体よりも小さいテンプレート画像７の大きさ以上で、放射線画像５の一部分である検出範囲１１の大きさ以下の放射線画像５の画像部分１０の画素値を用いてコントラスト調整を行うことができる。そのため、放射線画像５全体の画素値を用いないため、検出対象物（マーカー部材６）から遠く離れた部分にある画素値を含めずに、コントラストを明確にしたい検出対象物（マーカー部材６）とその周辺部分との画素値を基準としてコントラスト調整を行うことができる。その結果、検出対象物(マーカー部材６)と検出対象物（マーカー部材６）周辺との画素値の差が小さい場合でも、コントラストが明確にすることができる。

【0053】

［変形例］
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。

【0054】

たとえば、上記実施形態では、検出対象物がマーカー部材である例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、検出対象物は特定部位であってもよい。

【0055】

たとえば、上記実施形態では、マーカー部材を３つ用いる例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、マーカー部材は、１つ、２つ、または４つ以上用いてもよい。

【0056】

また、上記実施形態では、テンプレート画像は、マーカー部材（検出対象物）だけを撮影した画像である例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、検出対象物が明確に撮影されていれば、被検体を撮影した放射線画像を用いてもよい。

【0057】

また、上記実施形態では、画像部分の画素値の最大値を上限値として設定するとともに、画像部分の画素値の最小値を下限値として設定する例を示したが、本発明はこれに限られない。画像部分の最大値よりも大きい値を上限値としてもよく、最大値よりも小さい値を上限値としてもよい。また、画像部分の最小値よりも小さい値を下限値としてもよく、最小値よりも大きい値を下限値としてもよい。たとえば、最大値の±５を上限値と設定してもよく、最小値の±５を最小値に設定してもよい。

【0058】

また、上記実施形態では、画像処理部は、画素値のしきい値が設定されており、しきい値に基づいて追跡画像を二値化するように構成されている例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、二値化しなくともよい。

【0059】

また、上記実施形態では、画像処理部は、２５６段階の明るさにコントラスト調整する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、表示部の表示できる画素値の範囲に基づいてコントラスト調整の明るさの段階を設定してもよい。

【0060】

また、上記実施形態では、放射線画像、処理画像および追跡画像が、画素値が低いほど暗く画素値が高いほど明るく表示される例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、放射線画像、処理画像および追跡画像が、画素値が高いほど暗く、画素値が低いほど明るく表示されてもよい。

【0061】

また、上記実施形態では、画像処理部は、追跡画像を取得するたびにコントラスト調整を行うための画素値の上限値と下限値とを更新する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、画像処理部は、画素値の上限値と下限値とを１回設定したら、上限値と下限値とを更新しなくてもよい。

【0062】

また、上記実施形態では、説明の便宜上、画像処理部の処理を、処理フローに沿って順番に処理を行うフロー駆動型のフローを用いて説明したが、本発明はこれに限られない。本発明では、画像処理部の処理を、イベント単位で処理を実行するイベント駆動型（イベントドリブン型）の処理により行ってもよい。この場合、完全なイベント駆動型で行ってもよいし、イベント駆動およびフロー駆動を組み合わせて行ってもよい。

【符号の説明】

【0063】

１ 画像取得部
２ 画像処理部
３ 位置検出部
５ 放射線画像
６ マーカー部材
７ テンプレート画像
８ 処理画像
９ 追跡画像
１０ 画像部分
１１ 検出範囲
１００ 動体追跡装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】