医学图像处理的装置、方法、计算机可读程序以及移动对象跟踪装置和放射治疗系统

本申请是2017年11月21日提交的申请号为201711163423.5、名称为“医学图像处理的装置、方法、计算机可读程序以及移动对象跟踪装置和放射治疗系统”的发明专利申请的分案申请。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年11月21日提交的日本专利申请第2016-226133号的优先权的权益，通过引用将其全部内容并入本文。

技术领域

本发明的实施例涉及处理用于放射治疗系统的医学图像的医学图像处理技术。

背景技术

传统上，当患者的患部(即，病变区域)被放射性射线辐照作为处置时，在一些情况下因诸如呼吸、心跳和/或肠运动的患者移动会引起患部移动。因此，使用金属标记物或跟踪辐照方法，在选通辐照方法下，用放射性射线辐照患部。例如，通过在处置期间使用X射线对患者成像，获得描绘被放置在患部附近的标记物的荧光透视图像。通过使荧光透视图像与模板匹配来跟踪标记物的移动，使得在适当计时时辐照患部。

[专利文献1]日本未审查专利申请公开第2000-167072号

在上述技术中，诸如医生和/或放射技师的用户必须在参考在处置规划期间预先生成其X射线图像的患者的荧光透视图像的同时设定模板，这花费时间和精力。另外，当在通过在处置期间对荧光透视图像执行图像处理来跟踪标记物的位置的情况下实时处理荧光透视图像的整个范围时，CPU的处理负荷增加。因此，为了减轻图像处理的负荷，用户必须预先设定在该荧光透视图像中描绘标记物的范围，存在花费时间和精力的问题。

附图说明

在附图中：

图1是图示第一实施例的放射治疗系统的系统配置图；

图2是图示第一实施例的医学图像处理装置的框图；

图3是图示第一实施例的移动对象跟踪装置的框图；

图4是图示X射线辐照器、X射线探测器与患者之间的关系的示意图；

图5是图示用于跟踪标记物的X射线图像(DRR图像)的示意图；

图6是图示用于选择标记物的X射线图像(DRR图像)的示意图；

图7是图示当范围通知变更时的X射线图像(DRR图像)的示意图；

图8是图示当范围通知变更时的X射线图像(DRR图像)的另一示意图；

图9是图示要由医学图像处理装置执行的特定设定信息生成处理的前部的流程图；

图10是图示要由医学图像处理装置执行的特定设定信息生成处理的后部的流程图；

图11是图示要由第一实施例的移动对象跟踪装置执行的标记物跟踪处理的前部的流程图；

图12是图示要由第一实施例的移动对象跟踪装置执行的标记物跟踪处理的后部的流程图；

图13是图示第二实施例的移动对象跟踪装置的框图；

图14是图示要由移动对象跟踪装置执行的联锁处理的前部的流程图；

图15是图示要由移动对象跟踪装置执行的联锁处理的后部的流程图；

图16是图示第三实施例的移动对象跟踪装置的框图；

图17A是图示标记物图像的示意图；

图17B是图示非标记物图像的示意图；并且

图18是图示要由第三实施例的移动对象跟踪装置执行的标记物跟踪处理的流程图。

具体实施方式

在本发明的一个实施例中，医学图像处理装置包括：第一输入接口，其被配置为采集被提供有至少一个标记物的对象的三维体积图像，所述三维体积图像是通过使用医学检查装置对所述对象进行成像来生成的；第二输入接口，其被配置为采集用于对所述对象进行成像以生成所述对象的荧光透视图像的成像装置的几何信息；以及特定设定信息生成器，其被配置为基于所述三维体积图像和所述几何信息生成特定设定信息，所述特定设定信息用于对生成描绘所述至少一个标记物的图像的成像的设定或者描绘所述至少一个标记物的图像的图像处理的设定。

(第一实施例)

在下文中，将参考附图描述实施例。首先，将参考图1至图12对第一实施例的医学图像处理装置进行描述。图1中的附图标记1指代用于放射治疗的放射治疗系统，其中，用放射性射线R辐照诸如在患者P的身体中产生的肿瘤的病变区域T。用于处置的放射性射线R例如包括X射线γ射线、电子束、质子束、中子束以及重粒子束。

在执行放射治疗时，必须将具有足够输出的放射性射线R准确地辐照到患者(对象)P的病变区域T(即，目标区域)的位置上。另外，需要抑制在病变区域T附近的正常组织(非目标区域)的暴露剂量。在诸如肺癌、肝癌和胰腺癌等的内脏癌的处置中，病变区域T总是伴随着诸如呼吸、心跳和肠运动等运动而移动。在多种辐照方法中，在选通辐照方法中，预先固定放射性射线R的辐照位置和辐照范围。因此，需要掌握病变区域T的移动并且在病变区域T处于特定位置的时刻辐射放射性射线R。在跟踪辐照方法中，跟踪病变区域T的位置并且将放射性射线R辐射到通过跟踪处理指定的病变区域T。在下文中，将对选通辐照的情况进行描述。但是，本发明也能够应用于跟踪辐照方法。为了指定病变区域T的位置，例如使用X射线图像。然而，在X射线图像中未必清楚地描绘病变区域T。

为此，在本实施例中，在病变区域T附近放置标记物M(图4)。该标记物M比病变区域T更清楚地显现。由于该标记物M随着病变区域T移动而同步移动，因此通过使用X射线对标记物M的移动进行成像和监视来掌握病变区域T的移动。之后，在满足预定的辐照条件的时刻，放射性射线R进行辐射。例如，辐照条件是患者P呼气(即，呼出)并且标记物M到达特定位置的计时，并且放射性射线R与患者P呼吸同步地重复辐射到病变区域T上。尽管在下面的描述中例示了与呼吸同步辐射放射性射线R，可以与患者P的其他运动(例如，心跳和肠运动)同步地辐射放射性射线R。

本实施例的标记物M例如包括直径为1～2mm左右的微小的金属球。使用即使放置或留置于身体中也无害的材料作为标记物M的材料。例如，使用金。由于金属是比构成人体的组织更难以透射X射线的材料，因此在X射线图像40(图5至图8)中相对清楚地描绘了金属。另外，通过使用诸如导引器(导针器)的专用穿刺器具将标记物M插入身体中。例如，多个标记物M1至M3被放置在身体中的病变区域T的附近(图4)。

如图1所示，在使用放射治疗系统1准备处置计划的情况下，首先对放置有标记物M的患者(对象)P执行计算机断层摄影。在本实施例中，提供了用于通过计算机断层摄影执行对患者P的各种检查的医学检查装置2。该医学检查装置2被配置为X射线CT(计算机断层摄影)装置。通过使用医学检查装置2来生成患者P的三维体积图像。三维体积图像例如包括体素数据。

尽管在本实施例中例示了X射线CT装置，但是医学检查装置(诊断装置)2也可以是其他类型的诊断装置，只要其能够采集患者P的三维体积图像即可。例如，医学检查装置2可以被配置为MRI(磁共振成像)装置或超声诊断装置。

本实施例的放射治疗系统1具有医学图像处理装置3、X射线成像装置7(即，荧光透视成像装置)、呼吸监测装置8、移动对象跟踪装置4、放射辐照装置5和放置患者P的床6。医学图像处理装置3生成用于对生成描绘标记物M的图像的成像的设定或者对该图像的图像处理的设定的特定设定信息。X射线成像装置7连续地(即，按顺序地)对患者P进行成像，以生成描绘了患者P的病变区域T和标记物M的X射线图像(荧光透视图像)40。呼吸监测装置8监测患者P的呼吸。移动对象跟踪装置4通过使用特定设定信息和每幅X射线图像40来跟踪(即，追踪)每时每刻移动的标记物M的位置。在通过使用移动对象跟踪装置4跟踪的标记物M存在于特定的位置(选通窗口)41时，放射辐照装置5利用放射性射线辐照病变区域T。

本实施例的医学图像处理装置3和移动对象跟踪装置4包括诸如CPU(中央处理单元)、ROM(只读存储器)、RAM(随机存取存储器)、HDD(硬盘驱动器)的硬件资源，并且被配置为其中通过使CPU运行各种程序来利用硬件资源实现通过软件进行的信息处理的计算机。

另外，通过使计算机运行各种程序来实现本实施例的医学图像处理方法。

另外，X射线成像装置7和呼吸监测装置8连接到移动对象跟踪装置4。在X射线图像40中的每幅中，出现标记物M的图像。另外，移动对象跟踪装置4跟踪在放射治疗期间通过使用X射线成像装置7对患者P进行成像而生成的每幅X射线图像40中的标记物M的位置，并且通过使用呼吸监测装置8来监测患者P的呼吸状态(例如，呼吸波形)。此外，移动对象跟踪装置4指定放射性射线R的辐照计时，并且输出辐照计时信号。

X射线成像装置7包括被配置为用X射线辐照患者P的两个X射线辐照器9和被配置为探测透过患者P的X射线的两个X射线探测器10。顺便提及，X射线探测器10中的每个例如包括平板探测器(FPD)或图像增强器。

换句话说，本实施例的放射治疗系统1被提供有两对X射线辐照单元和X射线探测单元，这两对中的每对均包括一个X射线辐照器9和一个X射线探测器10。能够通过使用两对X射线辐照器9和X射线探测器10从两个不同方向上同时执行X射线成像来指定标记物M的三维位置。另外，能够通过执行图像处理将在通过从两个方向上同时对患者P成像而生成的各自的X射线图像40中描绘的相同的标记物M彼此相关联。

在实际的X射线成像中，使用两对X射线辐照器9和X射线探测器10从两个方向上(例如，从患者P的右手侧的方向上和从患者P的左手侧的方向上)对患者P进行成像，以便生成一对X射线图像(医学图像)40。另外，关于下文描述的DRR图像(数字重建放射摄影图像，数字重建放射图或医学图像)46，能够获得一对图像。然而，在以下描述中，为了便于理解实施例(图5至图8)，例示了从一个方向上拍摄的X射线图像40和DRR图像46。

如图5所示，病变区域T和多个标记物M出现在X射线图像40中。由X射线辐照器9和X射线探测器10的条件(例如，它们的布置和它们的取向)来确定如何在X射线图像40中描绘病变区域T和每个标记物M。由于X射线图像40是按时间顺序连续生成的，因此能够根据多幅X射线图像(帧)40生成移动图像。通过对时间顺序的X射线图像40执行图像处理，能够掌握标记物M的移动，即，病变区域T的运动。

例如，通过连接多幅X射线图像40中的每幅的标记物M的位置，能够采集标记物M的移动轨迹42。在标记物M的移动轨迹42中，在呼气(即，呼出)时的终点位置43和在吸气(即，吸入)时的终点位置44是清楚的。呼气时的终点位置43被定义为特定位置41。当标记物M出现在该特定位置41时，放射性射线R辐射到病变区域T上。以这种方式，能够基于对标记物M的跟踪处理来实现准确的呼吸同步辐照。顺便提及，特定位置41是如图5所示的X射线图像40中包含的特定区域(例如，矩形区域)。

当要实时处理X射线图像40的整个范围时，CPU的处理负荷变高。因此，为了减轻图像处理的负荷，设定在X射线图像40中描绘有标记物M的可能性的特定范围(搜索范围)45，并且执行仅搜索该特定范围45的图像处理。另外，通过采集通过将患者P在两个方向上成像而生成的一对图像作为X射线图像40(DRR图像46)并且然后为该对X射线图像40(DRR图像46)指定特定范围45和特定位置41，能够三维地采集标记物M的位置及其移动轨迹42。

如图1所示，呼吸监测装置8与附接到患者P的呼吸传感器11相连接。该呼吸传感器11用于监测患者P的呼吸状态。呼吸监测装置8将指示患者P的呼吸状态的呼吸信息输出到移动对象跟踪装置4。在本实施例中，放射治疗系统1被配置为当下面的第一条件和第二条件两者均满足时将放射性射线R辐射到病变区域T上：第一条件是由呼吸监测装置8采集的患者P的呼吸状态指示患者P呼气。第二条件是标记物M存在于特定位置41处。应当注意，当标记物M存在于特定位置41处时，放射性射线R可以辐射到病变区域T上，而与患者P的呼吸状态无关。

另外，放射辐照装置5与辐照控制器12相连接。放射性射线R的辐照计时由辐照控制器12控制。另外，辐照控制器12与移动对象跟踪装置4相连接。辐照控制器12以如下方式控制放射辐照装置5：当辐照控制器12接收到从移动对象跟踪装置4输出的辐照计时信号时，放射辐照装置5辐射放射性射线R。

如图2所示，医学检查装置2是用于执行对患者P的计算机断层摄影的装置，并且包括：投影数据生成器13，其被配置为通过对患者P在多个方向上成像而生成患者P的投影数据；以及三维体积图像生成器14，其被配置为基于由投影数据生成器13获得的多个二维投影数据来生成患者P的立体三维体积图像。三维体积图像例如包括例如多个体素的信息。三维体积图像生成器14将三维体积图像输出到医学图像处理装置3。能够通过按时间顺序且连续地执行计算机断层摄影来生成患者P的立体移动图像。这使得能够采集病变区域T和(一个或多个)标记物M的三维移动。

医学图像处理装置3包括：第一输入接口(即，第一采集单元)15、三维体积图像存储器16、第二输入接口(即，第二采集单元)17、几何信息存储器18、位置信息分析器(即，位置信息采集单元)19。第一输入接口15从医学检查装置2采集患者P的三维体积图像。三维体积图像存储器16存储由第一输入接口15采集的三维体积图像。第二输入接口17采集用于对患者P成像以生成X射线图像40的X射线成像装置7中的X射线辐照器9和X射线探测器10的几何信息。几何信息存储器18存储由第二输入接口17采集的几何信息。位置信息分析器19基于存储在三维体积图像存储器16中的三维体积图像来采集(即，计算)标记物M的位置信息(例如，坐标)。

顺便提及，几何信息包括指示各自的X射线辐照器9的位置，各自的X射线探测器10的位置以及每个X射线探测器10的X射线探测平面的取向的参数。例如，基于X射线成像装置7的设计绘图数据(CAD数据)来预先配置几何信息。另外，除了从外部设备采集几何信息之外，第二输入接口17还可以预先存储几何信息。当X射线成像装置7可移动时，第二输入接口17从外部采集几何信息并存储每个状态下的几何信息。

此外，患者P的三维体积图像包含构成标记物M的金属(例如，金)的CT值。位置信息分析器19能够通过指定金属的CT值来采集放置在患者P身体中的标记物M的三维位置信息。顺便提及，医学检查装置2按时间顺序且连续地执行计算机断层摄影。因此，也按时间顺序监测患者P的呼吸状态以便对应于每个成像的计时(即，与每个成像同步)。将指示呼吸状态的呼吸信息与从医学检查装置2获得的三维体积图像相关联地存储在三维体积图像存储器16中。

另外，患者P的三维体积图像包括病变区域T的位置信息。尽管三维体积图像中的病变区域T的位置信息是由用户(例如，医生)在处置规划时输入的，但是也可以自动识别病变区域T的位置信息以辅助用户。当用户输入特计时间时的病变区域T的位置信息时，能够通过图像配准计算在其他时间时的病变区域T和标记物M的位置信息，由此能够自动采集在其他时间时的病变区域T和标记物M的位置信息。如上所述，能够根据CT值自动采集三维体积图像中的标记物M的位置信息。

医学图像处理装置3包括DRR图像生成器20，所述DRR图像生成器20被配置为基于患者P的三维体积图像和X射线成像装置7的几何信息来生成DRR图像46，并且医学图像处理装置3还包括DRR图像监视器(即，重建图像显示单元)21，所述DRR图像监视器21被配置为显示每幅DRR图像46。应当注意，每幅DRR图像46是通过使用X射线成像装置7对三维体积图像进行虚拟成像而获得的虚拟X射线图像40。由于X射线图像40和DRR图像46是具有几乎相同组成的图像，因此在以下描述中假设图5至图8中例示的四幅图像示意图是X射线图像40，并且也是DRR图像46。

如图2所示，医学图像处理装置3包括特定设定信息生成器22和特定设定信息存储器23。特定设定信息生成器22基于患者P的三维体积图像、X射线成像装置7的几何信息、标记物M的位置信息以及DRR图像46来生成特定设定信息。所述特定设定信息被用于对生成描绘标记物M的图像的成像的设定或对该图像的图像处理的设定。特定设定信息存储器23存储特定设定信息。描绘标记物M的图像(即，出现标记物M的图像)包括由X射线成像装置7生成的X射线图像40和由DRR图像生成器20生成的DRR图像46。

本实施例的特定设定信息(跟踪条件)涉及用于利用X射线成像装置7生成X射线图像40并用于利用移动对象跟踪装置4跟踪标记物M的移动的设定。例如，特定设定信息包含用于预测标记物M的移动轨迹42以及在X射线图像40(图5)中设定特定范围45和特定位置41的信息。另外，特定设定信息还包括关于被提供在患者P中的多个标记物M中的一个是否被设定为图像处理的目标的信息。

通过以此方式生成特定设定信息，能够使要由移动对象跟踪装置4执行的图像处理所使用的特定范围45和特定位置41的设定自动化。因此，能够为诸如医生或放射技术人员的用户节省了时间和精力。另外，通过使用标记物M的位置信息生成特定设定信息，能够对包括标记物M的区域进行成像或者根据标记物M的位置对描绘了标记物M的图像执行图像处理。

应当注意，能够在对患者P成像(即，生成X射线图像40)之前生成特定设定信息。与由于通过手动执行对标记物M的跟踪的设定而需要事先对患者P成像以生成X射线图像40的情况相比，在本实施例中能够以更短的时间完成对标记物M的跟踪的设定。由于在本实施例中不需要预先对患者P进行成像，因此能够减少对患者的暴露剂量。

由于能够通过在特定设定信息中包含用于设定特定范围45的信息来主要在描绘标记物M的特定范围45上执行图像处理，因此能够减轻处理负荷。另外，由于特定设定信息包括用于设定特定位置41(选通窗口)的信息，因此能够通过使用特定设定信息来设定放射辐照装置5的放射辐照计时。应当注意，特定位置41可以是精确点或具有预定裕量的区域。

特定设定信息可以用于设定，以由于提高辐射到标记物M存在的可能性高的范围上的X射线的输出。如上所述，通过提高到存在标记物M的可能性高的范围的X射线的辐照输出，放射治疗系统1能够使X射线图像40中的标记物M清晰地成像，同时减少除了标记物M以外的组织的暴露剂量。因此，能够更容易地执行用于指定在每个X射线图像40中描绘的标记物M的图像处理。

如图4所示，在患者P的身体中和/或床6的金属部分存在难以透过X射线的部分，例如，骨47和内脏器官48。当标记物M的图像与这样的部分(图6)的图像49重叠时，难以通过图像处理指定标记物M的位置。为此，优选的是，特定设定信息生成器22生成用于从放置在患者P的身体中的多个标记物M中指定在X射线图像40上清楚描绘的标记物M的特定设定信息。

例如，三个标记物M1到M3被放置在身体中。在这种情况下，特定设定信息生成器22识别从X射线辐照器9延伸到X射线探测器10以便通过标记物M1的位置的直线L1、从X射线辐照器9延伸到X射线探测器10以便通过标记物M2的位置的直线L2，以及从X射线辐照器9延伸到X射线探测器10以便通过标记物M3的位置的直线L3。

另外，特定设定信息生成器22将三维体积图像虚拟地放置在X射线辐照器9与X射线探测器10之间。当三维体积图像是CT图像时，构成CT图像的每个体素被给予指示透过X射线的难度的CT值。与其他体素的各自的CT值相比，诸如骨47和内脏器官48等的难以透过X射线的部分的每个体素被给予较大的CT值。为此，特定设定信息生成器22计算经过存在于X射线辐照器9与X射线探测器10之间的虚拟三维体积图像中的直线L1的点的全部体素的CT值的合计值。特定设定单元22计算经过虚拟三维体积图像中的直线L2的点的所有体素的CT值的合计值，并且类似地计算出经过虚拟三维体积图像中的直线L3的点的所有体素的CT值的合计值。特定设定信息生成器22选择与三个合计值的最小合计值相对应的直线。在图4的情况下，由于直线L1与直线L1和L2相比不经过内脏器官48的区域，因此直线L1被指定。然后，将与指定的直线L1相对应的标记物M1设定为图像处理的目标。以这种方式，能够从多个标记物M1至M3中选择适合用于图像处理的标记物M1。

在三维体积图像是CT图像时，本发明的特定设定信息生成器22从经过标记物M1至M3的各自的位置的直线L1至L3中选择并设定作为图像处理的目标的标记物M1。这是因为，标记物M1对应于使存在于从X射线辐照器9到X射线探测器10的直线上的所有体素的CT值之和最小的直线L1。以这种方式，当患者P被成像以生成X射线图像40时，能够从多个标记物M1至M3中选择在X射线图像40中最清楚地描绘的标记物M1。应该注意，可以对标记物M1至M3中的任一个进行图像处理。另外，可以对标记物M1至M3中的两个或更多个进行图像处理。当两个或更多个标记物被设定为图像处理的目标时，可以按照体素值的合计值的升序来指定两条直线，使得指定的两个标记物成为目标。

作为图像处理目标的标记物M可以基于如上所述的三维体积图像的体素值来指定，或者可以基于每个DRR图像46的对比度的评估来指定。另外，作为图像处理目标的标记物M可以通过组合使用三维体积图像的体素值的评估和DRR图像46的对比度的评估来指定。

当特定设定信息生成器22评估DRR图像46的对比度时，特定设定信息生成器22从DRR图像46中描绘的标记物M1至M3的各自的图像中指定(即，选择)具有与周围环境产生最高对比度的一个标记物。由于仅需要评估与周围环境的对比度，因此不需要生成整个DRR图像46。如果仅生成标记物M1至M3周围的部分图像，则能够计算与周围环境的对比度。

另外，特定设定信息也可以包含根据通过使用用于监测患者P的呼吸的呼吸监测装置8而采集的患者P的呼吸状态来变更特定范围45的信息。例如，当患者P通过使隔膜下降而使肺的体积扩张并吸气时，标记物M移动到X射线图像40的下侧，如图7所示。当患者P通过升高隔膜而使肺的体积变窄并呼气时，标记物M移动到X射线图像40的上侧。在这种情况下，特定范围45可以以下方式来变更：仅标记物M的移动轨迹42的上侧被定义为从呼气的后半期到吸入的前半期的特定范围45a，而仅将标记物M的移动轨迹42的下侧定义为从吸气的后半期到呼气的前半期的特定范围45b。

以这种方式，根据患者P的呼吸状态来设定特定范围45a和45b，并且能够适当地对患者P进行成像以用于生成X射线图像40，在所述X射线图像40中的每幅中都令人满意地清楚描绘出标记物M。另外，由于能够设定最小需要面积的特定范围45a和45b，因此通过缩小特定范围45a和45b能够减小图像处理的负荷。另外，通过根据从呼吸监测装置8输出的呼吸信息使用特定范围45a和45b，将噪声错误地跟踪为标记物M的风险被进一步降低。尽管已经描述了根据患者P的呼吸状态设定两个特定范围的情况，但是也可以设定三个或更多个特定范围。当设定三个或更多个特定范围时，能够进一步减少跟踪图像处理的负荷。

另外，可以通过使用X射线图像40以复杂的方式跟踪多个标记物M1至M3。例如，如图8所示，多个标记物M1至M3的移动轨迹42中的每个的部分能够被隐藏在例如骨47的图像49中。在这种情况下，仅预定标记物M1的移动轨迹42的上侧被定义为从呼气的后半期到吸气的前半期的特定范围45c，而仅另一标记物M2的移动轨迹42的下侧被定义为从吸气的后半期到呼气的前半期的特定范围45d。呼气时标记物M2的终点位置43被定义为特定位置41a。以这种方式，能够在呼吸周期中的任何点跟踪任何标记物M。

诸如医生或放射技术人员的用户能够参考在处置前的预演期间通过使用X射线成像装置7成像的患者P的DRR图像46或X射线图像40来改变特定设定信息。例如，用户能够选择要跟踪的标记物M，改变特定范围45c和45d，或者改变移动对象跟踪装置4中的特定位置41a。

如图2所示，医学图像处理装置3包括选择输入接口(即，选择输入接收单元)24、标记物设定器(即，标记物设定单元)25、范围输入接口(即，范围输入接收单元)26、范围变更器(即，范围变更单元)27、预演图像输入接口(即，荧光透视图像采集单元)28以及预演图像监视器(即，荧光透视图像显示单元)29。选择输入接口24接收要由用户输入的标记物M的选择指令。标记物设定器25将由选择指令选择的标记物M设定为跟踪目标。范围输入接口26接收要由用户输入的特定范围45或特定位置41的变更指令。范围变更器27基于与变更指示相对应的特定范围45或特定位置41来变更特定设定信息。预演图像输入接口28采集在处置前的预演期间通过使用X射线成像装置7(移动对象跟踪装置4)成像的患者P的X射线图像40。预演图像监视器29显示每幅X射线图像40。

上述DRR图像监视器21和预演图像监视器29可以被配置为在DRR图像46的显示与X射线图像40的显示之间切换的集成监视器或者并行地(即，在垂直方向或水平方向上并排地)显示DRR图像46和X射线图像40两者的集成监测器。另外，DRR图像监视器21和预演图像监视器29中的每个都可以被配置为单独的监测器。

另外，DRR图像监视器21或预演图像监视器29基于存储在特定设定信息存储器23中的特定设定信息在DRR图像46或X射线图像40中设定特定范围45。当显示DRR图像46或X射线图像40时，DRR图像监视器21或预演图像监视器29显示指示特定范围45的范围指示52，使得范围指示52被重叠在图像上(图5至图8)。

例如，显示范围指示52以便包围图像中的标记物M的移动轨迹42。以这种方式，用户能够通过范围指示52掌握标记物M在DRR图像46或X射线图像40中出现的范围。另外，医学图像处理装置3可以被配置为输出或显示对于用户来说足以充分理解诸如特定范围45a、45b、45c和45d的有关信息的范围指示52。

然后，选择输入接口24接收用户输入的选择标记物M的指示。另外，标记物设定器25将所接收的选择指令发送到特定设定信息生成器22，使得在生成特定设定信息时反映选择指令。另外，范围输入接口26接收变更用户输入的特定范围45或特定位置41的变更指令。此外，范围变更器27基于接收到的变更指令来变更存储在特定设定信息存储器23中的特定设定信息。顺便提及，选择输入接口24和范围输入接口26包括能够由用户操作的用户接口(输入单元)，例如，键盘、鼠标和触摸板。范围输入接口26不需要接收来自用户的修改指令。例如，范围输入接口26可以是由外部程序向其输入修改指令以确定特定范围45是否正确的接口。

另外，标记物设定器25可以基于由DRR图像生成器20生成的DRR图像46从多个标记物M中自动选择适当的标记物M。例如，可以选择位置最靠近病变区域T的标记物M，或者可以选择具有与周围环境对比度高的标记物M。这里，标记物设定器25可以基于存储在特定设定信息存储器23中的特定设定信息来选择适当的标记物M，也可以新选择适当的标记物M，以便将选定的标记物M的信息发送到特定设定信息生成器22。

医学图像处理装置3也可以被配置为使得用户能够变更由标记物设定器25自动选择的标记物M。例如，在存在多个标记物M的情况下，标记物设定器25可以用各自的范围指示52包围作为选择的标记物M(图6)，并从这些范围指示52中选择用户确定为合适的范围指示52。

以这种方式，能够根据用户的决定适当修改标记物M出现的特定范围45。另外，在用户正在观看通过在预演期间使用X射线成像装置7对患者P进行成像而生成的实际X射线图像40的同时，用户能够从多个标记物M中选择适合用于对患者P进行成像以生成X射线图像40或者适合用于对X射线图像40的图像处理的标记物M。

如图3所示，第一实施例的移动对象跟踪装置4包括特定设定信息输入接口(即，特定设定信息采集单元)30、X射线图像输入/输出接口(即，X射线图像采集单元)31、范围设定器(即，范围设定单元)32和X射线图像监视器(即，X射线图像显示单元)33。特定设定信息输入接口30从医学图像处理装置3采集特定设定信息。X射线图像输入/输出接口31采集通过使用X射线成像装置7对患者P进行成像而生成的X射线图像40。范围设定器32基于特定设定信息来设定指示在X射线图像40中描绘了标记物M的范围的特定范围45。X射线图像监视器显示X射线图像40。

这里，由特定设定信息输入接口30采集的特定设定信息被输入到X射线成像装置7。X射线成像装置7使用特定设定信息来对患者P进行成像，以便生成其中出现标记物M的X射线图像40。例如，X射线成像装置7基于特定设定信息来设定X射线辐照器9和X射线探测器10的布置。根据该设定，X射线辐照器9和X射线探测器10进行操作，然后执行预演期间的X射线成像和处置时的X射线成像。另外，基于该特定设定信息，X射线成像装置7可以增加辐射到存在标记物M的可能性高的范围的X射线的输出。额外地或备选地，X射线成像装置7可以减少辐射到不存在标记物M的可能性高的范围的X射线的输出。

应当注意，在处置前的预演时由X射线成像装置7生成的X射线图像40被输出到医学图像处理装置3。另外，在处置期间由X射线成像装置7生成的每幅X射线图像40被显示在X射线图像监视器33上。当显示X射线图像40时，X射线图像监视器33将指示特定范围45的范围指示52重叠在X射线图像40上(图5至图8)。

另外，移动对象跟踪装置4包括跟踪处理器(即，跟踪单元)35、辐照确定处理器(即，辐照确定单元)36和辐照信号输出接口(即，辐照信号输出单元)37。跟踪处理器35通过使用特定设定信息来执行对跟踪出现在X射线图像40中的标记物M的位置的图像处理。辐照确定处理器36基于标记物M的位置来确定是否是放射性射线R的辐照计时。辐照信号输入输出接口37在通过辐照确定处理器36确定为是辐照计时的情况下输出辐照计时信号。

这里，移动对象跟踪装置4通过使用跟踪处理器35来跟踪出现在X射线图像40中的标记物M。当标记物M存在于特定位置41时，即，当辐照确定处理器36确定为是放射性射线R的辐照计时时，辐照信号输入/输出接口37向辐照控制器12输出辐照计时信号。辐照控制器12在接收到从移动对象跟踪装置4输出的辐照计时信号时使放射辐照装置5辐射放射性射线R。

移动对象跟踪装置4还包括评估器(即，评估单元)38和警报输出接口(即，警报输出单元)39。评估器38评估在X射线图像40中在位置上探测到的标记物M的区域的每个像素/体素的灰度值与预定阈值之间的大小关系。警报输出接口39在当使用跟踪处理器35探测标记物M可能失败时输出警报信号。

跟踪处理器35通过执行对X射线图像40的特定范围45的图像处理来探测标记物M。能够将各种技术应用于该图像处理。在该图像处理的部分中，在本实施例中，跟踪处理器35基于特定范围45中的每个像素的灰度值来执行对出现在X射线图像40中的标记物M的探测的处理。例如，当在特定范围45中存在圆形图像并且圆形图像比周围环境更暗时，估计球形标记物M被描绘为圆形图像。

在本实施例中，假设在X射线图像40上较暗地描绘了难以透过X射线的每个部分，例如，标记物M。另外，在每幅X射线图像中，亮的部分的像素的灰度值大，而暗的部分的像素的灰度值小。另外，X射线图像40能够在黑白上进行反转。在从上述像素值方面反转黑白的情况下，在每幅X射线图像40上，难以透过X射线的部分看起来相对较亮。因此，在以下描述中描述的灰度值的术语“亮”和“暗”和大小能够根据X射线图像40的黑白反转来任意改变。

由于在X射线图像40中描绘了诸如患者P的内脏器官的各个部分，因此在一些情况下会错误地探测出标记物M。在发生跟踪障碍的状态下执行放射辐照时，有可能无法对患者P的适当位置执行放射辐照。

因此，本实施例的评估器38基于预设的阈值来评估特定范围45中的每个像素的灰度值。由于标记物M比身体组织更难以透过X射线，因此在整个X射线图像中，标记物M的图像部分的灰度值与周围的活体组织的图像部分或由噪音生成的图像部分显著不同。因此，例如，阈值被预先设定为指示用于标记物M的每个像素的可能灰度值中相对较亮的值。然后，评估器38评估X射线图像40中被探测为标记物M的位置的灰度值是大于阈值还是小于阈值。当所评估的灰度值大于阈值时，所评估的灰度值对于标记物M而言太亮，并且跟踪处理器35将未描绘标记物M的位置错误地探测为标记物M的可能性高。

另外，取决于评估器12评估的大小关系，警报输出接口39将警报信号输出到辐照控制器12。仅当探测位置的灰度值大于阈值时，可以输出警报信号。另外，移动对象跟踪装置4可以与警报信号的输出一起通过显示或声音来执行警报的通知。通过执行警报的通知，用户注意到风险并且能够迅速中断处置。另外，可以存储警报的历史。

以这种方式，当存在标记物M的探测失败的可能性时，即，当存在在患者P的适当位置上不能执行放射辐照的可能性时，能够输出警报。当辐照控制器12接收到警报信号时，不管是否接收到上述辐照计时信号，辐照控制器12控制放射辐照装置5，使得不执行放射性射线R的辐照。

换句话说，本发明的移动对象跟踪装置4包括：(a)范围设定器32，其用于通过使用特定设定信息来设定指示标记物M出现在X射线图像40中的范围的特定范围45，以及(b)评估器38，其用于评估被探测为标记物M的位置的灰度值相对于预定阈值的大小关系，并且当探测位置的灰度值大于阈值时，警报输出接口39输出警报信号。以这种方式，能够基于预定阈值来定量评估标记物M的探测失败的可能性的存在/不存在。

尽管在本实施例中警报信号被输出到辐照控制器12，但是不一定需要将警报信号输出到移动对象跟踪装置4的外部。例如，警报信号可以被输入到辐照信号输入/输出接口37。移动对象跟踪装置4可以被配置为使得在输出警报信号的情况下不从辐照信号输入/输出接口37输出辐照计时信号。

当由移动对象跟踪装置4跟踪的标记物M存在于特定位置41时，本实施例的放射辐照装置5将放射性射线R辐射到病变区域T上。通过以这样的方式跟踪标记物M，当病变区域T处于适当位置时，能够掌握病变区域T的移动并辐射放射性射线R。

接下来，将参考图9和图10给出对由医学图像处理装置3运行的特定设定信息生成处理(医学图像处理方法)的描述。尽管以下描述的图像处理包括对移动图像的处理，但是为了便于理解特定设定信息生成处理，下面将举例说明对静止图像的处理。

首先，在准备处置计划的情况下，通过使用医学检查装置2对其中放置了标记物M的患者P进行检查(即，成像)来生成患者P的三维体积图像。

在步骤S11(即，第一采集步骤)中，医学图像处理装置3的第一输入接口15从医学检查装置2采集三维体积图像。

在接下来的步骤S12(即，第二采集步骤)中，第二输入接口17采集X射线成像装置7中的X射线辐照器9和X射线探测器10的几何信息。

在接下来的步骤S13中，位置信息分析器19基于构成三维体积图像的每个体素的值来采集被放置在患者P的身体中的标记物M的三维位置信息。

在接下来的步骤S14中，DRR图像生成器20基于患者P的三维体积图像和X射线成像装置7的几何信息来生成DRR图像46。

在接下来的步骤S15中，特定设定信息生成器22评价构成三维体积图像的每个体素的值和/或DRR图像46中所描述的标记物M的图像部分的对比度。

在接下来的步骤S16中，根据评价结果，特定设定信息生成器22从标记物M1至M3中选择预计要在X射线图像40中以最高对比度描绘的标记物，作为由移动对象跟踪装置4执行的图像处理的目标。

在接下来的步骤S17中，特定设定信息生成器22执行对X射线图像40和DRR图像46中的每个的特定范围45(图5)的设定。

在接下来的步骤S18中，当特定范围45根据患者P的呼吸而改变时(图7和图8)，特定设定信息生成器22变更特定范围45的设定。

在接下来的步骤S19中，特定设定信息生成器22执行对X射线图像40和DRR图像46中的每个的特定位置41的设定。

在接下来的步骤S20(即，特定设定信息生成步骤)中，特定设定信息生成器22生成包括各种设定的特定设定信息。

在接下来的步骤S21中，DRR图像监视器21显示DRR图像46和特定范围45的范围指示52。当对于要被跟踪的标记物M有多个选择时，与各自的标记物M相对应的范围指示52被显示。

在接下来的步骤S22中，选择输入接口4接收用户在处置规划时输入的标记物M的选择指示。

在接下来的步骤S23中，范围输入接口26接收变更由用户输入的特定范围45或特定位置41的变更指令。

在接下来的步骤S24中，标记物设定器25将接收到的变更指令发送到特定设定信息生成器22，以便在生成特定设定信息时反映变更指令，并且范围变更器27基于接收到的变更指令来变被存储在特定设定信息存储器23中的特定设定信息。

在接下来的步骤S25中，预演图像输入接口28采集在处置前的预演期间通过使用X射线成像装置7(移动对象跟踪装置4)生成的患者P的X射线图像40。

在接下来的步骤S26中，预演图像监视器29显示特定范围45的X射线图像40和范围指示52。当对于要被跟踪的标记物M有多个选择时，显示与各自的标记物M相对应的范围指示52。

在接下来的步骤S27中，选择输入接口24接收选择指令以选择在处置前的预演期间由用户输入的标记物M。

在接下来的步骤S28中，范围输入接口26接收变更指令以变更要由用户输入的特定范围45或特定位置41。

在接下来的步骤S29中，标记物设定器25将接收到的选择指令发送到特定设定信息生成器22，以便在生成特定设定信息时反映接收到的选择指令，并且范围变更器27基于接收到的变更指令来变更存储在特定设定信息存储器23中的特定设定信息。

在接下来的步骤S30中，医学图像处理装置3将所生成的特定设定信息输出到移动对象跟踪装置4。关于特定设定信息的输出，可以将特定设定信息经由网络输出到移动对象跟踪装置4或者可以在将特定设定信息输出到存储介质之后输出到移动对象跟踪装置4。医学图像处理装置3和移动对象跟踪装置4能够被一体地配置为一台个人计算机。之后，医学图像处理装置3完成特定设定信息生成处理。

接下来，将参考图11和图12给出对由移动对象跟踪装置4执行的标记物跟踪处理(医学图像处理方法)的描述。

首先，在步骤S31中，移动对象跟踪装置4的特定设定信息输入接口30从医学图像处理装置3采集特定设定信息。

在接下来的步骤S32中，开始放射治疗。具体地，X射线成像装置7对患者P进行成像以便生成患者P的X射线图像40，然后X射线图像输入/输出接口31从X射线成像装置7采集X射线图像40。

在接下来的步骤S33中，跟踪处理器35和范围设定器32从呼吸监测装置8采集与患者P的X射线图像40中的每幅的成像时刻相对应的呼吸信息。

在接下来的步骤S34中，范围设定器32基于特定设定信息在X射线图像40中设定特定范围45。当特定范围45根据或响应于患者P的呼吸而改变时(图7和图8)，范围设定器32基于从呼吸监测装置8输入的呼吸信息设定与患者P的呼吸相对应的特定范围45。

在接下来的步骤S35中，X射线图像监视器33显示特定范围45的X射线图像40和范围指示52。

在接下来的步骤S36中，跟踪处理器35从X射线图像40中的特定范围45探测标记物M的位置。

在接下来的步骤S37中，评估器38开始对评估探测到标记物M的位置的灰度值与阈值之间的大小关系的处理。换句话说，评估器38开始对探测特定范围45中的每个像素的灰度值的处理。

在接下来的步骤S38中，评估器38确定探测到标记物M的位置的灰度值是否大于阈值。当探测到标记物M的位置的灰度值大于阈值时(即，当探测到标记物M的位置较亮时)，处理前进到步骤S39，其中，警报输出接口39向辐照控制器12输出警报信号，然后处理前进到步骤S40。相反，当探测到标记物M的位置的灰度值小于阈值时(即，当探测到标记物M的位置较暗时)，不输出警报信号，并且处理前进到步骤S40。

在步骤S40中，辐照确定处理器36确定在特定位置41中是否包括探测到标记物M的位置(图5)。当在特定位置41中包括探测到标记物M的位置时，处理前进到步骤S41，其中，辐照信号输入/输出接口37将辐照计时信号输出到辐照控制器12，然后处理前进到步骤S42。相反，当在特定位置41中不包括探测到标记物M的位置时，不输出辐照计时信号，处理前进到步骤S42。

在步骤S42中，当输入辐照计时信号并且未输入警报信号时，辐照控制器12以通过使用放射辐照装置5辐射放射性射线R的方式来控制各自的部件。否则，辐照控制器12以不执行放射性射线R的辐照的方式控制各自的部件。之后，处理前进到步骤S43。

在步骤S43中，移动对象跟踪装置4确定放射治疗是否完成。预先在处置计划中确定放射治疗的终止条件。当放射治疗尚未完成时，处理返回到如上所述的步骤S32。相反，当放射治疗完成时，标记物跟踪过程完成。

在本发明中，为了生成描绘了标记物的图像而对患者成像的设定或者对该图像的图像处理的设定包括：用于生成荧光透视图像的荧光透视成像的设定、数字重建放射图的生成的设定(在虚拟空间中成像的设定)、荧光透视图像的图像处理的设定以及数字重建放射图的图像处理的设定。

(第二实施例)

在下文中，将参考图13至图15给出对第二实施例的移动对象跟踪装置(医学图像处理装置)的描述。对与每幅附图中的上述实施例相同的部件指定了相同的附图标记，并且省略了重复的描述。应当注意，在第二实施例中，移动对象跟踪装置和医学图像处理装置被一体地配置。

如图13所示，第二实施例的移动对象跟踪装置4A包括被配置为生成特定设定信息的特定设定信息生成器53和联锁设备54。在第二实施例中，术语“联锁”意味着指定正常状态并且禁止在任何其他状态(即，异常状态)下的放射辐照。在第二实施例中，基于由特定设定信息生成器53生成的特定设定信息来执行用于生成X射线图像40(图5)的成像和对标记物M的跟踪。另外，另一配置几乎与第一实施例的移动对象跟踪装置4(图3)的配置相同。尽管在图13中省略了对评估器38和警报输出接口39的图示，但是可以在第二实施例中提供这些部件。另外，第二实施例中的特定设定信息生成器53的配置可以具有与第一实施例中的医学图像处理装置3的配置相同的配置。

根据第二实施例的移动对象跟踪装置4A的联锁设备54是用于在状态不是正常状态时防止放射辐照装置5辐射放射性射线R的安全设备。

例如，适合用于辐照的计时被假定为患者P完全呼气(即，呼出)时的计时。当患者P的状态在呼出计时时不正常时，患者P处于异常状态(诸如咳嗽或打喷嚏等不正常状态)，或者处于对标记物M的跟踪失败的异常状态。如果在这样的异常状态下执行放射辐照，则存在放射性射线R击中从病变区域T偏离的位置的可能性。

为此，联锁设备54通过使用X射线图像40来确定是否处于正常状态。当确定处于正常状态时，不禁止放射辐照。当确定为处于异常状态(即，除正常状态之外的任何状态)时，执行控制以禁止放射辐照。为了该确定，联锁设备54可以使用整个至少一幅X射线图像40或其它信息，例如，特定位置41的部分图像(图5)、特定位置41附近的部分图像、在病变区域T附近的部分图像。

联锁设备54包括第一图像输入接口(即，第一图像采集单元)55、运动信息输入接口(即，运动信息采集单元)56、指定处理器(即，指定单元)57、特征计算器(即，特征采集单元)58、正常范围存储器(即，正常范围存储单元)59、第二图像输入接口(即，第二图像采集单元)60、图像确定处理器(即，图像确定单元)61以及确定信号输出接口(即，确定信号输出单元)62。

第一图像输入接口55采集第一图像，所述第一图像是在处置前的预演期间所成像的患者(对象)P的X射线图像(荧光透视图像)40。

运动信息输入接口56采集在预演期间通过使用呼吸监测装置采集的患者P的呼吸信息(运动信息)。

指定处理器57基于呼吸信息指定适合用于放射辐照的计时，并且采集通过在该指定计时时对患者P进行成像而生成的第一图像。

特征计算器58采集由指定处理器57采集的第一图像的特征，并且计算作为指示正常状态的特征的范围的正常范围。

正常范围存储器59存储指示所计算的正常范围的参数。

第二图像输入接口60采集作为在与各自的第一图像的成像时间不同的时间(例如，在放射治疗期间)所成像的患者P的X射线图像40的第二图像。

图像确定处理器61从第二图像采集特征，并且通过使用从正常范围存储器59读出的参数所指示的正常范围来确定特征是否被包括在正常范围中。

确定信号输出接口62根据确定结果来输出指示是否处于正常状态的确定信号。

表示正常范围的参数例如是鉴别器的参数。作为鉴别器，例如，能够使用一类支持向量机、两类支持向量机、神经网络、深度神经网络和决策树。可以使用另一鉴别器。上述确定由鉴别器执行。鉴别器的参数能够通过使用指示正常状态的特征的机器学习来学习。

由于在预演期间通过对患者P按时间顺序连续地成像来生成多幅X射线图像40(第一图像)，因此能够通过使用这些多幅X射线图像40来生成移动图像。另外，由运动信息输入接口56采集的呼吸信息(运动信息)是与病变区域T(即，辐照的目标部分)的移动相关的信息。另外，与X射线图像40中的每幅的成像时间相关联地采集呼吸信息。

在本实施例中，在满足以下所有的第一条件至第三条件时辐射放射性射线R。第一条件是由呼吸监测装置8采集的患者P的呼吸状态指示呼出的计时(即，完全呼气)。第二条件是上述标记物M存在于特定位置41处。第三条件是联锁设备54的图像确定处理器61确定X射线图像40处于正常状态。

另外，联锁设备54的特征计算器58采集在处置之前的预演期间通过对患者P成像而生成的X射线图像40(第一图像)的特征。作为特征，例如使用其中像素值被布置的向量。用于学习的X射线图像40例如是对应于几次呼吸的各自的图像。由于将患者P不咳嗽或不打喷嚏的状态定义为正常状态，因此从这些图像中选择患者P不咳嗽或不打喷嚏时的图像并将其用于学习。正常状态的图像被称为正常图像(特定图像)。另外，X射线图像40可以是通过在一个方向或多个方向上对患者P进行成像而生成的图像。特征可以是其中在多个方向上布置所成像的X射线图像40(第一图像)的像素值的向量。图像的选择可以由用户来执行，或者可以由联锁设备54根据呼吸信息来自动执行。

在改变正常状态的定义的情况下，用于学习的正常图像也被改变。例如，在将标记物M出现在特定位置41处的状态定义为正常状态的情况下，可以将处于该状态的X射线图像40(第一图像)设定为用于学习的正常图像。在这种正常状态的定义中，联锁设备54中不需要运动信息输入接口56。正常范围例如是在特征空间中包含正常状态的特征的超球面。超球面的尺寸越大，异常状态的探测灵敏度就变得越低。一类支持向量机被称为用于在包括作为正常状态的特征的所有向量的条件下使得超球面的半径尽可能小的优化方法。通过使用这种一类支持向量机能够自动设定超球面。向量的维度可以通过主成分分析来压缩。在X射线图像40(第一图像)中，可以将指示异常状态的任何图像设定为异常图像(即，非特定图像)，并且鉴别器可以在正常图像和异常图像的任意监督学习下执行学习。作为监督学习的鉴别器，例如，能够使用两类支持向量机、神经网络、深度神经网络和决策树。

联锁设备54根据在放射治疗期间通过对患者P进行成像而生成的X射线图像40(第二图像)来确定是否处于正常状态。具体地，联锁设备54从X射线图像40(第二图像)采集特征，并且通过使用由从正常范围存储器59读出的参数所指示的鉴别器来确定所采集的特征是否被包括在正常范围中。

移动对象跟踪装置4A(联锁设备54)包括基于机器学习的人工智能。可以将正常范围设定为包括以下两者的组合范围：(a)仅从正常图像设定的正常范围和(b)从一对正常图像和异常图像设定的正常范围。

接下来，将参考图14和图15给出对要由第二实施例的移动对象跟踪装置4A执行的联锁处理(医学图像处理方法)的描述。该联锁处理是与第一实施例的标记物跟踪处理(图11和图12)并行运行的。

首先，在步骤S51中，通过使用移动对象跟踪装置4A的X射线成像装置7来开始对患者P的X射线成像的预演。

在接下来的步骤S52(即，第一图像采集步骤)中，第一图像输入接口55采集作为X射线图像40的第一图像。

在接下来的步骤S53(即，运动信息采集步骤)中，运动信息输入接口56采集患者P的呼吸信息(运动信息)。

在接下来的步骤S54(即，指定步骤)中，指定处理器57基于呼吸信息来指定适合用于放射辐照并且是第一图像中的一幅的成像计时(时间)的计时。

在接下来的步骤S55中，指定处理器57基于在指定计时时所成像的第一图像中包括的特定位置41(图5)的图像来确定正常图像(特定图像)。

在接下来的步骤S56(即，特征采集步骤)中，特征计算器58采集正常图像的特征，并且计算指示作为指示正常状态的特征的范围的正常范围的参数。

在接下来的步骤S57中，正常范围存储器59存储指示所计算的正常范围的参数，从而完成预演。

在接下来的步骤S58中，开始使用放射辐照装置5的放射治疗。

在接下来的步骤S59(即，第二图像采集步骤)中，第二图像输入接口60采集作为X射线图像40的第二图像。

在接下来的步骤S60中，图像确定处理器61基于由存储在正常范围存储器59中的参数所表示的正常范围来对第二图像执行确定。

在接下来的步骤S61(即，图像确定步骤)中，作为该确定的继续，从第二图像采集特征，并且确定所采集的特征是否被包括在由从正常范围存储器59读出的参数所表示的正常范围中。

当第二图像的特征被包括在正常范围中时(即，当在步骤S61中确定为正常时)，处理前进到步骤S62(即，信号输出步骤)，其中，确定信号输出接口62将辐照非禁止信号(即，确定信号)输出到辐照控制器12。

相反，当第二图像的特征不被包括在正常范围中时(即，当在步骤S61中确定特征不正常时)，处理前进到步骤S63(即，信号输出步骤)，其中，确定信号输出接口62将辐照禁止信号(即，确定信号)输出到辐照控制器12。

在辐照计时信号和辐照非禁止信号两者都被输入的条件下，辐照控制器12通过使用放射辐照装置5来辐射放射性射线R。另外，即使在输入辐照计时信号时，辐照控制器12也控制各自的部件使得在接收到辐照禁止信号的情况下不执行通过使用放射辐照装置5的放射性射线R的辐照。

在接下来的步骤S64中，移动对象跟踪装置4A确定放射治疗是否完成。当放射治疗尚未完成时，处理返回到上述步骤S59。另一方面，当放射治疗已经完成时，联锁处理结束。

在第二实施例中，已经给出了对作为一个方面的辐照禁止信号和辐照非禁止信号被输出到辐照控制器12的情况的描述。然而，不需要将辐照禁止信号和非辐照禁止信号输出到移动对象跟踪装置4A的外部。例如，辐照禁止信号和辐照非禁止信号可以被输入到辐照信号输入/输出接口37。辐照信号输入/输出接口37可以被配置为当接收到辐照非禁止信号时(即，当没有输入辐照禁止信号时)输出辐照计时信号，并且被配置为在接收到辐照禁止信号时(即，当没有输入辐照非禁止信号时)停止输出辐照计时信号。当将辐照禁止信号和辐照非禁止信号输入到辐照信号输入/输出接口37的配置被采用作为移动对象跟踪装置4A时，在从辐照信号输入/输出接口37输入辐照计时信号的条件下，辐照控制器12使用放射辐照装置5来执行放射性射线R的辐照。

在第二实施例中，尽管联锁设备54与移动对象跟踪装置4A是一体形成的，但是也可以分别提供联锁设备54和移动对象跟踪装置4A。

如上所述，第二实施例的移动对象跟踪装置(医学图像处理装置)的特征在于包括：第一图像输入接口，其被配置为采集第一图像，所述第一图像是通过使用成像装置所成像的患者的荧光透视图像；运动信息输入接口，其被配置为采集所述患者的与要经受放射辐照的所述患者的目标部分的运动相关的运动信息；指定处理器，其被配置为基于所述运动信息来指定适合用于所述放射辐照的计时；特征计算器，其被配置为采集通过在所指定的计时时对所述患者进行成像而生成的所述第一图像的特征，并且根据所述特征来计算指示正常状态的特征的范围的正常范围，在所述正常状态中，不禁止放射辐照；第二图像输入接口，其被配置为采集第二图像，所述第二图像是通过使用所述成像装置所成像的患者的荧光透视图像并且是确定目标；图像确定处理器，其被配置为执行关于所述第二图像的所述特征是否被包括在所述正常范围中的确定；以及确定信号输出接口，其被配置为根据所述确定的结果来输出确定信号。

第二实施例的移动对象跟踪方法(医学图像处理方法)的特征在于包括：第一图像采集步骤：采集作为通过使用成像装置所成像的患者的荧光透视图像的第一图像；运动信息采集步骤：采集与要经受放射辐照的所述患者的目标部分的运动相关的运动信息；指定步骤：基于所述运动信息来指定适合用于所述放射辐照的计时；特征采集步骤：采集通过在所指定的计时时对所述患者进行成像而生成的所述第一图像的特征，并且根据所述特征来计算指示正常状态的所述特征的范围的正常范围，在所述正常范围中，不禁止所述放射辐照；第二图像采集步骤：采集第二图像，所述第二图像是通过使用所述成像装置所成像的患者的荧光透视图像并且是确定目标；图像确定步骤：确定所述第二图像的所述特征是否被包括在所述正常范围中；以及信号输出步骤：根据所述图像确定步骤的确定结果来输出确定信号。

以这种方式，通过使用特征确定与被包括在第二图像中的特定区域相对应的区域的图像，能够避免在异常状态(非正常状态)下的放射辐照，所述第二图像是在放射治疗期间通过使用成像装置对患者P进行成像而产生的。另外，通过使联锁设备54执行通过使用成像装置在处置规划时对患者进行成像而生成的第一图像的特征的机器学习，能够降低用于在处置规划时设定正常范围的努力。

(第三实施例)

在下文中，将参考图16至图18给出对第三实施例的移动对象跟踪装置(医学图像处理装置)的描述。对于与每幅附图中的上述实施例相同的部件指定相同的附图标记，并且省略重复的描述。应当注意，在第三实施例中，移动对象跟踪装置和医学图像处理装置被一体地配置。

如图16所示，第三实施例的移动对象跟踪装置4B包括被配置为生成特定设定信息的特定设定信息生成器53和标记物学习设备63。在第三实施例中，基于由特定设定信息生成器53生成的特定设定信息，执行用于对生成X射线图像40(图5)的成像和对标记物M的跟踪。另外，移动对象跟踪装置4B的其他配置几乎与第一实施例的移动对象跟踪装置4(图3)的配置相同。

在上述实施例中，例示了球形的标记物M。然而，在实际的处置中，根据标记物M被放置于其中的身体部位，使用具有各种形状的标记物M。另外，标记物M的尺寸有多种。例如，存在直径为0.5mm，长度为5mm的棒状(线圈状)标记物M、夹子形状的标记物M、楔形标记物M。

当使用X射线对具有这些形状的各自的标记物M进行成像时，出现在X射线图像40中的各自的标记物M的图像根据例如每个标记物M的取向或患者P的姿势而彼此不同(图17)。例如，当棒状标记物M被放置为使得其相对于图像表面与法线方向平行时，其被描绘为圆形图像，并且随着棒状标记物M从该位置倾斜而逐渐变成长条形状。以这种方式，为了利用跟踪处理器35探测出现在X射线图像40中的标记物M的位置，优选使标记物学习设备63预先学习各自的标记物M的图像。

标记物学习设备63包括：标记物图像输入接口(即，对象图像采集单元)66，其被配置为采集标记物图像64(即，如图17A所示的对象图像)，在所述标记物图像64中，描绘了标记物M(学习目标)；非标记物图像输入接口(即，非对象图像采集单元)67，其被配置为采集其中没有描绘标记物M的非标记物图像65(即，如图17B所示的非对象图像)；参数计算器(即，参数计算单元)68，其被配置为基于机器学习来计算用于识别图像中描绘标记物M的位置的鉴别器的参数；以及参数存储器(即，参数存储单元)69，其被配置为存储所计算的参数。

在移动对象跟踪装置4B中，X射线图像输入/输出接口(荧光透视图像采集单元)31采集在放射治疗期间通过使用X射线成像装置7所成像的患者(对象)P的X射线图像40(荧光透视图像)。之后，跟踪处理器(位置探测单元)35通过使用由被存储在参数存储器69中的参数所表示的鉴别器来探测出现在X射线图像40中的标记物M的位置。

如图17A和图17B所示，为了机器学习，预先准备了大量的标记物图像64和非标记物图像65。在各自的标记物图像64中，描绘了处于各种取向的标记物M和活体组织70。在非标记物图像65中的每幅中，未描绘标记物M并且仅描绘了活体组织70。根据这些标记物图像64和非标记物图像65，标记物学习装置63通过机器学习生成用于鉴别标记物图像64与非标记物图像65的鉴别器。鉴别器可以被配置为输出指示标记物M是否被包括在图像中的0和1的二元可能性(即，似然性)。额外地或备选地，鉴别器可以被配置为输出指示标记物M是否被包括在图像中的0到1的可能性。

应当注意，标记物图像64可以是通过对患者P进行X射线成像而实际获得的图像。另外，标记物图像64可以是由标记物M的虚拟图像的CG(计算机图形)生成的图像。另外，标记物图像64可以是基于X射线成像装置7的几何信息生成的DRR图像46和其中放置有标记物M的患者P的三维体积图像。此外，标记物图像64可以是在处置前的预演时所成像的患者P的X射线图像40，或者可以是独立于所述预演而成像的第三人的X射线图像40。此外，标记物图像64可以是根据第三人的三维体积图像生成的DRR图像46。

另外，参数计算器68通过机器学习生成鉴别标记物图像64与非标记物图像65的鉴别器。参数计算器68使参数存储器69存储表示所生成的鉴别器的参数组作为用于探测标记物M的参数。

作为鉴别器，能够使用任意的监督学习鉴别器。例如，能够使用支持向量机、神经网络和决策树作为鉴别器。作为神经网络，能够使用深度神经网络。作为深度神经网络，可以使用卷积神经网络。换句话说，移动对象跟踪装置4B包括基于机器学习的人工智能。

跟踪处理器35采集被存储在参数存储器69中的参数，并且从X射线图像输入/输出接口31采集X射线图像40。之后，将X射线图像40输入到由参数确定的鉴别器，并且出现在每幅X射线图像40上的每个标记物M的位置是基于根据鉴别器所获得的可能性来指定的。

接下来，将参考图18给出对要由第三实施例的移动对象跟踪装置4B执行的标记物跟踪处理(医学图像处理方法)的描述。由于第三实施例的处理标记物跟踪处理的一些步骤与第一实施例中的相同，因此省略了重复的描述。

首先，在步骤S71(即，标记物图像采集步骤)中，标记物图像输入接口66在放射治疗开始前采集其中每个均描绘标记物M的标记物图像64(图17A)。

在接下来的步骤S72(即，非标记物图像采集步骤)中，非标记物图像输入接口67采集其中每个均没有描绘标记物M的非标记物图像65(图17B)。

在接下来的步骤S73(即，参数计算步骤)中，参数计算器68计算用于通过机器学习来识别图像中的(一个或多个)标记物M的位置的鉴别器的参数。

在接下来的步骤S74中，参数存储器69存储所计算的参数。

在接下来的步骤S75中，开始使用放射辐照装置5进行的放射治疗。

在接下来的步骤S76(即，荧光透视图像采集步骤)中，X射线成像装置7对患者P进行成像以便生成患者P的X射线图像40，然后X射线图像输入/输出接口31从X射线成像装置7采集X射线图像40。

在接下来的步骤S77(即，位置探测步骤)中，跟踪处理器35通过使用根据被存储在参数存储器69中的参数所确定的鉴别器来探测出现在每幅X射线图像40中的(一个或多个)标记物M的位置。

在接下来的步骤S78中，跟踪处理器35确定探测到的标记物M是否位于特定位置41(图5)。当标记物M不位于特定位置41时，处理前进到下面将要描述的步骤S80。相反，当标记物M处于特定位置41时，处理前进到步骤S79，在步骤S79中，辐照信号输入/输出接口37将辐照计时信号输出到辐照控制器12，然后处理前进到步骤S80。

在步骤S80中，移动对象跟踪装置4B确定放射治疗是否完成。当放射治疗尚未完成时，处理返回到上述步骤S76。相反，当放射治疗完成时，标记物跟踪过程完成。

在上述情况下，尽管标记物学习设备63与移动对象跟踪装置4B是一体形成的，但是也可以在第三实施例中分开提供标记物学习设备63和移动对象跟踪装置4B。在第三实施例中，已经给出了对以下情况的描述：使用标记物图像64(即，描绘标记物M的图像)和非标记物图像65(即，其中未描绘标记物M的图像)作为在用于生成鉴别器的学习时的教师数据，所述鉴别器输出指示标记物M是否被包括在图像中的可能性。然而，教师数据可能根据要由鉴别器识别的内容而改变。例如，在生成输出指示标记物M是否被描绘在图像中央附近的可能性的鉴别器的情况下，其中标记物M出现在图像中央附近的每幅图像可以被准备为标记物图像64，而所有其他图像被准备为非标记物图像65。在这种情况下，非标记物图像65包括描绘图像边缘处的标记物M的图像和其中未描绘标记物M的图像。

尽管在第三实施例中标记物学习设备63学习描绘标记物M的图像以便跟踪用于放射治疗的标记物M(学习目标)，但是该技术也可以应用于其他实施例。例如，该技术也能够应用于描绘导丝的学习图像的处理，以便在导管处置中跟踪导丝(学习目标)。

导管是医学器械，是一个空心管。在导管处置中，将导管插入患者身体中(例如插入血管内和内脏器官内)，排出体液或者发送用于血管舒张的支架球囊。另外，导丝用于导管的操作。

例如，预先将导丝插入身体中，通过该导丝来使导管前进。这里，实时地生成患者的时间顺序的X射线图像，并且在医生利用实时X射线图像确认导丝的位置的同时使导管前进。由于导丝是由金属制成的，因此与第三实施例的标记物M类似，导丝比身体组织在X射线图像中显得更清楚。由于导丝为线状，因此其末端部分的图像与棒状标记物M的图像相似。因此，通过使鉴别器以与第三实施例类似的方式执行对导丝的图像的机器学习，能够自动跟踪导丝的末端在X射线图像中的位置。

如上所述，第三实施例的移动对象跟踪装置(医学图像处理装置)的特征在于包括：对象图像输入接口，其被配置为采集对象图像，在所述对象图像中描绘了目标对象或所述目标对象的虚拟图像；参数计算器，其被配置为基于通过使用所述对象图像的机器学习来计算用于识别所述目标对象被描绘在图像中的位置的参数；荧光透视图像输入接口，其被配置为采集通过使用成像装置对被提供有所述目标对象的被检查者(例如，患者)进行成像而生成的荧光透视图像；以及位置探测器，其被配置为基于所述参数来探测所述荧光透视图像中描绘的所述目标对象的位置。

第三实施例的移动对象跟踪方法(医学图像处理方法)的特征在于包括：对象图像采集步骤：采集其中描绘了目标对象或所述目标对象的虚拟图像的对象图像；参数计算步骤：基于通过使用所述对象图像的机器学习来计算用于识别所述目标对象被描绘在图像中的位置的参数；荧光透视图像采集步骤：采集通过使用成像装置对被提供有所述目标对象的被检查者(例如，患者)进行成像而生成的荧光透视图像；以及位置探测步骤：基于所述参数来探测所述荧光透视图像中描绘的所述目标对象的位置。

例如，在常规技术的医学图像处理装置中，当从各种角度查看标记物时，需要事先登记大量的模板图像，还需要将这些模板图像与在放射治疗期间通过对患者进行成像而生成的荧光透视图像进行比较。在这种常规技术中，存在图像处理的负荷增加的问题。然而，在第三实施例中，能够解决这样的问题。另外，通过使用机器学习节省了在放射治疗前设定各种条件的努力。

尽管已经基于第一实施例至第三实施例描述了实施例的医学图像处理装置，但是应用于上述实施例中的任一个的配置也可以应用于另一实施例，并且可以将在各自的实施例中应用的配置组合使用。例如，可以在第一实施例的医学图像处理装置或移动对象跟踪装置中运行第二实施例的联锁处理或第三实施例的标记物跟踪过程的至少部分。

本实施例的医学图像处理装置3和移动对象跟踪装置4包括诸如ROM(只读存储器)和RAM(随机存取存储器)的存储设备、诸如HDD(硬盘驱动器)和SSD(固态驱动器)的外部存储设备、诸如显示器的显示设备、诸如鼠标和键盘的输入设备、通信接口以及具有高度集成的处理器的控制设备(例如，专用芯片、FPGA(现场可编程门阵列)、GPU(图形处理单元)和CPU(中央处理单元))。医学图像处理装置3和移动对象跟踪装置4能够通过使用通常的计算机的硬件配置来实现。

注意，通过预先并入在诸如ROM的存储器中来提供在本实施例的医学图像处理装置3和移动对象跟踪装置4中运行的每个程序。额外地或备选地，可以通过在诸如CD-ROM、CD-R、存储卡、DVD和软盘(FD)的非瞬态计算机可读存储介质中存储为可安装或可运行格式的文件来提供每个程序。

另外，在医学图像处理装置3和移动对象跟踪装置4中运行的每个程序也可以被存储在与诸如互联网的网络相连接的计算机上，并且经由网络下载来提供。另外，也能够经由网络或专用线路将独立地表现各自的部件功能的单独模块相互连接和组合来配置医学图像处理装置3和移动对象跟踪装置4。

尽管在上述实施例中作为检查对象例示了作为人类的患者P，但是也能够对诸如狗和猫的动物作为检查对象并对动物执行放射治疗的情况下使用医学图像处理装置3。

尽管在上述实施例中通过使用呼吸传感器11来监测患者P的呼吸，但是也可以在另一模式下监测患者P的呼吸。例如，可以通过以下来监测患者P的呼吸：将被配置为反射红外线的反射性标记物附着到患者P的身体表面，利用红外激光辐照反射性标记物，并且采集反射波。

在上述实施例中，医学图像处理装置3显示在预演期间所成像的患者P的X射线图像40，并且用户执行对标记物M的选择、对特定范围45的变更或对特定位置41的变更。然而，移动对象跟踪装置4可以被配置为使得用户能够在预演期间选择标记物M，变更特定范围45或变更特定位置41。

尽管在上述实施例中将多个标记物M放置在患者P的身体中并且通过X射线成像来跟踪这些标记物M，但是本发明的实施例不限于这样的方面。例如，只有一个标记物M可以被放置在患者P的身体中并且可以通过X射线成像来跟踪。

尽管在上述实施例中提供了两对X射线辐照器9和X射线探测器10，但是可以通过仅使用一对X射线辐照器9和X射线探测器10来跟踪标记物M。另外，标记物M可以通过使用时间顺序的X射线图像来跟踪，所述时间顺序的X射线图像中的每幅是通过使用三对或更多对的X射线辐照器9和X射线探测器10从三个或更多个方向上对患者P进行成像而采集的。

尽管在上述实施例中通过生成DRR图像46并且指定标记物M出现的位置来生成特定设定信息，但是可以在不生成DRR图像46的情况下生成特定设定信息。由于生成特定设定信息所需的信息是标记物M的位置，因此当能够采集三维体积图像和几何信息时，能够生成特定设定信息。

在上述实施例中，已经给出了对以下情况的描述：医学图像处理装置3或移动对象跟踪装置4包括用于显示诸如X射线图像40和DRR图像46的图像的监视器(即，显示单元)。然而，每个实施例的医学图像处理装置可以被配置为生成并输出特定设定信息的医学图像处理装置3，使得能够省略监视器。

尽管在本实施例的流程图中图示了其中每个步骤被串行运行的模式，但是各自的步骤的运行顺序不一定是固定的，并且可以改变部分步骤的运行顺序。另外，一些步骤可以与另一步骤并行运行。

根据上述实施例，通过提供生成特定设定信息的特定设定信息生成器，能够节省与对用于生成描绘标记物的图像的成像的设定或对该图像的图像处理的设定有关的用户的努力，所述特定设定信息用于基于三维体积图像和几何信息来对用于生成描绘标记物的图像的成像的设定或对该图像的图像处理的设定。

尽管已经描述了某些实施例，但是这些实施例仅以范例的方式呈现，并不旨在限制本发明的范围。实际上，本文中描述的新颖的方法和系统可以被实施为各种其他形式；另外，在不脱离本发明的精神的情况下，可以对本文中描述的方法和系统的形式进行各种省略、替换和更改。权利要求书及其等同方案旨在覆盖落入本发明的范围和精神内的这些形式或修改。