(57)【要約】【課題】標的と構造物との重なり方が変化することによって標的の認識が困難になった場合でも、標的の運動に追随して探索領域を適切な位置に設定することで標的の追跡を継続することができる動体追跡装置を提供する。【解決手段】Ｘ線撮影装置５Ａ，５Ｂの撮影画像から主追跡対象３および副追跡対象４の二次元位置をテンプレートマッチングにより演算する。さらに、マッチングの結果に基づいて探索領域を設定する探索領域設定部１５において、主追跡対象３および副追跡対象４のいずれかのマッチング結果が不十分と判定された場合には、Ｘ線撮影装置５Ａ，５Ｂにおける次のタイミングで撮影される次フレームのＸ線撮影画像２００での探索領域２３０，２４０を、もう一方の二次元位置を用いて設定し、次フレームでの主追跡対象３および副追跡対象４の探索に用いる。【選択図】図１
2014054302.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主追跡対象と、少なくとも１つ以上の副追跡対象とを間欠的にＸ線撮影するＸ線撮影装置と、
このＸ線撮影装置で撮影された画像に前記主追跡対象の探索領域と前記副追跡対象の探索領域とを設定する探索領域設定部と、この探索領域設定部において設定された前記探索領域から前記主追跡対象と前記副追跡対象との二次元位置をテンプレートマッチングにより演算する二次元位置演算部とを有した追跡対象認識装置とを備え、
前記追跡対象認識装置における前記探索領域設定部は、前記二次元位置演算部におけるテンプレートマッチングにおいて、前記主追跡対象と前記副追跡対象のいずれか一方のテンプレートとの類似度が所定の閾値を下回った場合は、前記Ｘ線撮影装置における次のタイミングで撮影される次フレームのＸ線撮影画像での前記探索領域を、テンプレートとの類似度が所定の閾値を上回ったもう一方の前記二次元位置を用いて設定する
ことを特徴とする動体追跡装置。
【請求項２】
請求項１に記載の動体追跡装置において、
前記主追跡対象と前記副追跡対象とを少なくとも２方向から間欠的に撮影する少なくとも２以上の前記Ｘ線撮影装置と、
前記二次元位置演算部で演算された前記主追跡対象の二次元位置に基づいて前記主追跡対象の三次元位置を演算する三次元位置演算部を更に有した前記追跡対象認識装置とを備えた
ことを特徴とする動体追跡装置。
【請求項３】
請求項１に記載の動体追跡装置において、
前記二次元位置演算部におけるテンプレートマッチングにおいて、前記主追跡対象のテンプレートとの類似度と前記副追跡対象のテンプレートとの類似度とのいずれかの類似度が所定の閾値を下回り、この前記類似度が前記閾値を下回り続ける状態があらかじめ定めた所定のフレーム数を超える場合は、前記Ｘ線撮影装置によるＸ線撮影を停止するよう制御する前記追跡対象認識装置を更に備えた
ことを特徴とする動体追跡装置。
【請求項４】
請求項１に記載の動体追跡装置において、
前記二次元位置演算部におけるテンプレートマッチングにおいて、前記主追跡対象および前記副追跡対象のテンプレートとの類似度が所定の閾値を下回った場合は、前記Ｘ線撮影装置によるＸ線撮影を中止するよう制御する前記追跡対象認識装置を更に備えた
ことを特徴とする動体追跡装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の動体追跡装置と、
治療用の放射線を出射する照射装置と、
前記動体追跡装置により演算された主追跡対象の位置を基準にして標的に対して前記治療用放射線を出射するよう前記照射装置を制御する照射制御装置とを備えた
ことを特徴とする放射線治療システム。
【請求項６】
請求項５に記載の放射線治療システムにおいて、
前記動体追跡装置の前記二次元位置演算部におけるテンプレートマッチングにおいて、前記主追跡対象のテンプレートとの類似度が所定の閾値を下回った場合は、前記治療用放射線の出射を中止するよう前記照射装置を制御する前記照射制御装置を備えた
ことを特徴とする放射線治療システム。
【請求項７】
請求項５に記載の放射線治療システムにおいて、
前記動体追跡装置の前記二次元位置演算部におけるテンプレートマッチングにおいて、前記主追跡対象および前記副追跡対象のテンプレートとの類似度が所定の閾値を下回った場合は、前記治療用放射線の出射を中止するよう前記照射装置を制御する前記照射制御装置を備えた
ことを特徴とする放射線治療システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、標的の位置を認識して追跡するための動体追跡装置およびこの動体追跡措置を備えた放射線治療システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
動体追跡照射装置において、腫瘍に治療ビームを照射するライナックと、腫瘍近傍に埋め込まれた腫瘍マーカと、前記腫瘍マーカを第１の方向から撮像する第１のＸ線透視装置と、前記腫瘍マーカを第２の方向から前記第１のＸ線透視装置と同時に撮像する第２のＸ線透視装置と、前記第１および第２のＸ線透視装置から出力される第１および第２の透視映像をデジタイズする第１および第２の画像入力部と、前記第１および第２の画像入力部によってデジタイズされた画像情報にあらかじめ登録された腫瘍マーカのテンプレート画像を作用させた濃淡正規化相互相関法によるテンプレートマッチングを所定フレームレートの実時間レベルで実行し、前記腫瘍マーカの第１および第２の２次元座標を求める第１および第２の認識処理部と、前記第１および第２の認識処理部で算出された第１および第２の２次元座標より前記腫瘍マーカの三次元座標を計算する中央演算処理部と、前記求めた腫瘍マーカの三次元座標により前記ライナックの治療ビーム照射を制御する照射制御部とを備えたものがある（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許３０５３３８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した標的を認識するテンプレートマッチングを用いる方策においては、認識処理の高速化、及び標的と類似した対象と標的とを区別して探索することを目的として、Ｘ線画像中に探索領域を設定し、制限された領域内で標的を探索する方法を用いる。認識の初めにオペレータが画像中の標的を含む探索領域を指定し、指定された領域内で初期の認識を行う。その後は、ある時点で撮られたＸ線画像での認識結果をもとに、次の時点でのＸ線画像で認識された位置を含む領域を探索領域として設定することで、標的の移動に追随して探索領域が移動し、認識を継続することが可能となる。
【０００５】
この方策において標的を誤認識すると、次の時点の画像における探索領域が誤認識した結果に基づいて設定されるため、探索領域が標的から逸脱する場合がある。この結果、標的を含まない領域で探索を続けることとなり、探索は失敗となる。動体追跡治療を再開するためには、オペレータが治療放射線の照射及び標的の追跡を中止し、再度、手動で探索領域を設定する必要があり、結果として治療時間が増大する問題がある。
【０００６】
上記標的の誤認識を起こす典型的な例として、骨などの高いコントラストで投影される構造物の境界線と標的が重なる場合がある。標的の写った領域にテンプレート画像には含まれていない境界線が重なることで、標的とテンプレート画像の類似度が低下する。標的位置での類似度が低下し、周辺の標的以外の領域の類似度が相対的に高くなると、標的以外の領域を標的位置として誤認識することがある。
【０００７】
しかしながら、上記従来技術では、例えば標的と構造物の重なり方が異なるいくつかのテンプレートを用意しておくと、各テンプレートをマッチングに用いることによって、いずれかのテンプレートと同様の重なりが生じた際には正確な追跡が期待できる一方、予めテンプレートを用意していない重なり方が生じた場合には、標的の追跡ができない可能性があった。
【０００８】
本発明は、標的と構造物との重なり方が変化することによって、標的の認識が困難になった場合でも、標的の運動に追随して探索領域を適切な位置に設定することで標的の追跡を継続することができる動体追跡装置およびこの動体追跡装置を備えた放射線治療システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、主追跡対象と、少なくとも１つ以上の副追跡対象とを間欠的にＸ線撮影するＸ線撮影装置と、このＸ線撮影装置で撮影された画像に前記主追跡対象の探索領域と前記副追跡対象の探索領域とを設定する探索領域設定部と、この探索領域設定部において設定された前記探索領域から前記主追跡対象と前記副追跡対象との二次元位置をテンプレートマッチングにより演算する二次元位置演算部とを有した追跡対象認識装置とを備え、前記追跡対象認識装置における前記探索領域設定部は、前記二次元位置演算部におけるテンプレートマッチングにおいて、前記主追跡対象と前記副追跡対象のいずれか一方のテンプレートとの類似度が所定の閾値を下回った場合は、前記Ｘ線撮影装置における次のタイミングで撮影される次フレームのＸ線撮影画像での前記探索領域を、テンプレートとの類似度が所定の閾値を上回ったもう一方の前記二次元位置を用いて設定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、標的の誤認識による探索領域の逸脱を防ぎ、追跡中断を抑制することができる。よって体内の標的と構造物との重なり方が変化した場合でも標的の追跡を継続することができ、追跡再開の手間を省くことができる。従って、放射線治療システムなどでは治療時間の増大を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の動体追跡装置の一実施形態の構成を表す概略図である。
【図２】本発明の動体追跡装置の一実施形態の機能的構成を表すブロック図である。
【図３】本発明の動体追跡装置の一実施形態における探索領域設定画面の一例を表す図である。
【図４】本発明の動体追跡装置の一実施形態の制御処理内容を表すフローチャートである。
【図５】本発明の動体追跡装置の一実施形態を備えた放射線治療システムの一実施形態の構成を表す概略図である。
【図６】本発明の動体追跡装置の一実施形態を備えた放射線治療システムの一実施形態の制御処理内容を表すフローチャートである。
【図７】本発明の動体追跡装置の一実施形態を備えた放射線治療システムの他の実施形態の構成を表す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に本発明の動体追跡装置および放射線治療システムの実施形態を、図面を用いて説明する。
【００１３】
＜第１の実施形態＞  
本発明の動体追跡装置の第１の実施形態を、図１乃至図４を用いて説明する。
図１は、本発明の動体追跡装置の一実施形態の構成を表す概略図、図２は、本発明の動体追跡装置の一実施形態の機能的構成を表すブロック図、図４は、本発明の動体追跡装置の一実施形態の制御処理内容を表すフローチャート、図３は、本発明の動体追跡装置の一実施形態における探索領域設定画面の一例を表す図、である。
【００１４】
図１において、動体追跡装置１００は、ベッド１上の被検体２内の主追跡対象３および副追跡対象４を複数の方向からＸ線撮影するＸ線撮影装置５Ａ，５Ｂと、これらＸ線撮影装置５Ａ，５Ｂで撮影された画像から主追跡対象３および副追跡対象４の位置をリアルタイムに認識する追跡対象認識装置６と、認識結果出力装置７と、手動探索領域設定装置１６とを備えている。
なお、主追跡対象３は、被検体２内の標的（患者の腫瘍等）自体であり、副追跡対象４は、主追跡対象３の近傍に設置された代替マーカである。
【００１５】
Ｘ線撮影装置５Ａは、第１方向から被検体２にＸ線を照射するＸ線管８Ａと、このＸ線管８Ａから照射されて被検体２を透過したＸ線の二次元線量分布を検出するＸ線検出器９Ａと、図示しない信号処理回路とを備えている。Ｘ線検出器９Ａは、二次元的に配置された複数の検出素子（詳細には、例えば放射線を電荷に変換する半導体素子等）を有し、それら検出素子からのアナログ信号を出力する。図示しない信号処理回路は、Ｘ線検出器９Ａからのアナログ信号を処理してＸ線透視画像のデータを生成し、追跡対象認識装置６へ送信する。
Ｘ線撮影装置５Ａの撮影は、主追跡対象３および副追跡対象４の動きを捉えるのに十分な頻度（例えば３０Ｈｚ程度）で行う。
【００１６】
Ｘ線撮影装置５Ｂは、第２方向（第１方向に対して直交する方向）から被検体２にＸ線を照射するＸ線管８Ｂと、このＸ線管８Ｂから照射されて被検体２を透過したＸ線の二次元線量分布を検出するＸ線検出器９Ｂと、図示しない信号処理回路とを備えている。Ｘ線検出器９Ｂは、二次元的に配置された複数の検出素子を有し、それら検出素子からのアナログ信号を出力する。図示しない信号処理回路は、Ｘ線検出器９Ｂからのアナログ信号を処理してＸ線透視画像のデータを生成し、追跡対象認識装置６へ送信する。
このＸ線撮影装置５Ｂの撮影は、Ｘ線撮影装置５Ａの撮影と同期して行う。
【００１７】
図２において、追跡対象認識装置６は、通信部１０と、記憶部１１と、表示部１２と、二次元位置演算部１３と、三次元位置演算部１４と、探索領域設定部１５と、マッチング結果判定部１７とを有している。
【００１８】
通信部１０は、Ｘ線撮影装置５Ａ，５Ｂや認識結果出力装置７、手動探索領域設定装置１６等との間で信号の入出力を行うことで通信を行う。
【００１９】
記憶部１１は、Ｘ線撮影装置５Ａ，５Ｂより受信した撮影画像や後述する探索領域の位置情報と演算結果等を保存する。また、あらかじめ用意された第１主追跡対象テンプレート画像としてのＸ線撮影装置５Ａの撮影方向における主追跡対象３の投影像や、第２主追跡対象テンプレート画像としてのＸ線撮影装置５Ｂの撮影方向における主追跡対象３の投影像とが記憶されている。更に、記憶部１１には、あらかじめ用意された第１副追跡対象テンプレート画像としてのＸ線撮影装置５Ａの撮影方向における副追跡対象４の投影像と、第２副追跡対象テンプレート画像としてのＸ線撮影装置５Ｂの撮影方向における副追跡対象４の投影像とが記憶されている。
【００２０】
表示部１２は、Ｘ線撮影装置５Ａ，５Ｂの撮影画像や、後述する三次元位置演算部１４で演算された主追跡対象３の三次元位置、後述するマッチング結果判定部１７で判定されたマッチングの判定結果等を表示する。これにより、オペレータは主追跡対象３の位置をリアルタイムに確認可能となっている。
【００２１】
二次元位置演算部１３は、Ｘ線撮影装置５Ａの撮影方向から見た主追跡対象３の二次元位置を、先にＸ線撮影装置５Ａによって撮影したＸ線撮影画像と記憶部１１に記憶された第１主追跡対象テンプレート画像とのテンプレートマッチングを行うことにより演算する。また、Ｘ線撮影装置５Ｂの撮影方向から見た主追跡対象３の二次元位置を、先にＸ線撮影装置５Ｂによって撮影したＸ線撮影画像と記憶部１１に記憶された第２主追跡対象テンプレート画像とのテンプレートマッチングを行うことにより演算する。更に、二次元位置演算部１３は、Ｘ線撮影装置５Ａの撮影方向から見た副追跡対象４の二次元位置を、先にＸ線撮影装置５Ａによって撮影したＸ線撮影画像と記憶部１１に記憶された第１副追跡対象テンプレート画像とのテンプレートマッチングを行うことにより演算するとともに、Ｘ線撮影装置５Ｂの撮影方向から見た副追跡対象４の二次元位置を、先にＸ線撮影装置５Ｂによって撮影したＸ線撮影画像と記憶部１１に記憶された第２副追跡対象テンプレート画像とのテンプレートマッチングを行うことにより演算する。
更に、この二次元位置演算部１３は、主追跡対象３および副追跡対象４の二次元位置の演算結果をもとにして、あらかじめ準備しておいた上記各々のテンプレートとＸ線撮影画像との類似度を演算する。この類似度は高い値である程テンプレートとの一致度が高くなるように定義された指標であり、例えば正規化相関係数が用いられる。
【００２２】
マッチング結果判定部１７は、二次元位置演算部１３での主追跡対象３および副追跡対象４の二次元位置の演算の際のテンプレートマッチングにおいて演算した類似度が、あらかじめ定めた所定の閾値を下回っているかどうかを判定する。
なおこの閾値は、撮影したＸ線撮影画像と準備したテンプレート画像とが、どの程度類似しているべきかに応じて適宜設定する値であり、例えば類似度として正規化相関係数が用いられた場合に０．８とするが、これに限定されない。閾値は、別途オペレータによって設定入力することも可能である。
【００２３】
三次元位置演算部１４は、二次元位置演算部１３で演算された主追跡対象３の二次元位置に基づき、主追跡対象３の三次元位置を演算する。
【００２４】
探索領域設定部１５は、二次元位置演算部１３の演算結果（主追跡対象３や副追跡対象４の二次元位置）およびマッチング結果反転部１７で判定されたマッチング結果判定の結果を基にして、Ｘ線撮影装置５Ａ，５Ｂで撮影される次フレームのＸ線撮影画像に、主追跡対象３の探索領域２３０と副追跡対象４の探索領域２４０とを設定する。
【００２５】
認識結果出力装置７は、追跡対象認識装置６の三次元位置演算部１４で演算された主追跡対象３の三次元位置や、マッチング結果判定部１７で判定されたマッチング結果判定の結果を、動体追跡装置１００の外部の装置、例えば後述する照射制御装置３００に対して出力する。
【００２６】
探索領域手動設定装置１６は、追跡対象認識装置６と通信して記憶部１１に保存されたＸ線撮影画像を取得して、後述する手動入力部２３で入力された手動認識位置領域設定結果を追跡対象認識装置６に送信する通信部１９と、通信部１９を介して取得したＸ線撮影画像を保存する記憶部２０と、記憶部２０に記憶されたＸ線撮影画像を表示する表示部２２と、オペレータが表示部２２に表示されたＸ線撮影画像上で探索領域を手動で設定する際に用いる手動入力部２３とを有している。
この手動探索領域決定装置１６は、手動入力部２３において、オペレータの操作によってＸ線撮影装置５Ａ，５ＢのＸ線撮影画像の各々に対して主追跡対象３および副追跡対象４の探索領域を設定する。例えば、二次元位置演算部１３で用いられる探索領域の位置情報の初期値を設定し、この設定した初期値を通信部１９を介して追跡対象認識装置６の記憶部１１に出力する。
【００２７】
認識結果出力装置７は、追跡対象認識装置６の記憶部１１に記憶された主追跡対象３の三次元位置およびマッチングの判定結果を、動体追跡装置１００の外部の装置、例えば後述する放射線照射システムの照射制御装置３００等に出力する。
【００２８】
次に、本発明の動体追跡装置の実施形態における動作を説明する。
【００２９】
追跡対象認識装置６の二次元位置演算部１３は、Ｘ線撮影装置５Ａの撮影画像と第１主追跡対象テンプレート画像とを記憶部１１から読み取り、これらの画像をマッチングさせることによって、Ｘ線撮影装置５Ａの撮影方向から見た主追跡対象３の二次元位置を演算する。同様に、Ｘ線撮影装置５Ｂの撮影画像と第２主追跡対象テンプレート画像とを記憶部１１から読み取り、これらの画像をマッチングさせることによって、Ｘ線撮影装置５Ｂの撮影方向から見た主追跡対象３の二次元位置を演算する。具体的には、Ｘ線撮影画像とテンプレート画像とを動かしながら比較して、類似度（例えば正規化相関係数）を演算し、その類似度が最も高い位置（マッチング位置）を主追跡対象３の二次元位置とする。演算された主追跡対象３の二次元位置および類似度を、対応するＸ線撮影画像と関連付けて、記憶部１１に保存する。
また、副追跡対象４に対しても、同様に、Ｘ線撮影装置５Ａ，５ＢでのＸ線撮影画像と第１副追跡対象テンプレート画像および第２副追跡対象テンプレート画像とを記憶部１１から読み取り、これらの画像をマッチングさせることによって副追跡対象４の各画像における二次元位置および類似度を演算する。
【００３０】
追跡対象認識装置６の三次元位置演算部１４は、Ｘ線撮影装置５Ａ，５Ｂの撮影方向から見た主追跡対象３の二次元位置（投影位置）を記憶部１１から読み取り、２つの二次元位置を逆投影することで主追跡対象３の三次元位置（投影位置）を演算し、記憶部１１および表示部１２に出力する。
具体的には、Ｘ線撮影装置５Ａ上の投影位置とＸ線源８Ａを通る直線、およびＸ線撮影装置５Ｂ上の投影位置とＸ線源８Ｂとを通る直線を求める。この２つの直線は、理想的には両直線が１点で交差し、交点が主追跡対象３の位置と一致する。しかし、実際には計算の誤差等で両直線は交わらない。そこで、両直線が最も近接する点同士を結ぶ線分を求め、前記線分の中点を主追跡対象３の位置として求める。なお、この線分の長さは主追跡対象位置の計測誤差の大きさを表すため、あらかじめ設定された閾値以上となった場合には主追跡対象３の三次元位置の認識を失敗したと判断し、エラー信号を出力することが望ましい。
【００３１】
追跡対象認識装置６のマッチング結果判定部１７は、二次元位置演算部１４で演算された主追跡対象３および副追跡対象４のマッチングにおける類似度を記憶部１１より読み出し、あらかじめ設定された所定の閾値と比較する。類似度が所定の閾値以上の場合には認識十分の判定をし、類似度が閾値を下回った場合は認識不十分の判定をする。この判定結果を記憶部１１に保存する。
【００３２】
また、マッチング結果判定部１７は、主追跡対象３のテンプレートとの類似度と副追跡対象４のテンプレートとの類似度とのいずれかの類似度が所定の閾値を下回る状態があらかじめ定めた所定のフレーム数を超える場合は、マッチング継続不可と判定する。例えば、主追跡対象３または副追跡対象４のマッチングでの類似度が、Ｘ線撮影装置５Ａ，５Ｂの少なくとも一方が閾値を下回り続けた状態になったときは、追跡対象認識装置６は、Ｘ線撮影装置５Ａ，５ＢによるＸ線撮影を中止して動体追跡を中断する。その後、警告信号を表示部１２に出力する。
【００３３】
更に、マッチング結果判定部１７は、主追跡対象探索領域２３０における主追跡対象３のテンプレートとの類似度と副追跡対象探索領域２４０における副追跡対象４のテンプレートとの類似度が同一フレームのＸ線撮影画像中で所定の閾値を下回った場合は、マッチング継続不可と判定する。継続不可の判定は、例えば、主追跡対象３と副追跡対象４のマッチングが、Ｘ線撮影装置５Ａでの画像での同一フレームで類似度が閾値を下回った場合としてもよいし、主追跡対象３はＸ線撮影装置５Ａでの画像で、副追跡対象４はＸ線撮影装置５Ｂでの画像の同一フレーム（逆でもよい）で下回った場合としてもよい。判定後、Ｘ線撮影装置５Ａ，５ＢによるＸ線撮影を中止して動体追跡を中断する。その後、警告信号を表示部１２に出力する。
【００３４】
追跡対象認識装置６の探索領域設定部１５は、主追跡対象３または副追跡対象４の各Ｘ線撮影画像のマッチング結果がマッチング十分である場合には、マッチング演算により得られた各々の主追跡対象二次元位置を中心とし、あらかじめ設定された形状および大きさの領域を上記次画像の探索領域２３０，２４０として設定する。一方、探索領域設定部１５は、主追跡対象３または副追跡対象４のマッチング結果の中でマッチング不十分な結果がある場合は、同じＸ線撮影画像上の他の対象のマッチング結果を用いて次画像の探索領域２３０，２４０を設定する。
【００３５】
追跡対象認識装置６の探索領域設定部１５の作動の詳細について、二次元位置演算部１３の作動と絡めて、図３を用いてより具体的に説明する。
【００３６】
図３において、Ｘ線撮影画像２００上に主追跡対象３の投影像２１０および副追跡対象４の投影像２２０が含まれている。主追跡対象３に対しては主追跡対象探索領域２３０が設定されている。また、主追跡対象３に対し、主追跡対象テンプレート画像２５０が準備されている。また、副追跡対象４に対し、副追跡対象探索領域２４０が設定されており、副追跡対象テンプレート画像２６０が準備されている。
【００３７】
上述のように、まず、二次元位置演算部１３は、主追跡対象３に対して、主追跡対象探索領域２３０内で主追跡対象テンプレート画像２５０と類似した領域をマッチング演算で探索する。また、副追跡対象４に対して、副追跡対象探索領域２４０内で副追跡対象テンプレート画像２６０と類似した領域をマッチング演算で探索する。
【００３８】
ここで、図３に示すように、骨などの高コントラストで投影された構造物２８０の境界線と主追跡対象投影像２１０が重なると、撮影画像２００と主追跡対象テンプレート画像２５０との類似度が低下し、所定の閾値を下回る。その場合、マッチング結果判定部１７により主追跡対象３のマッチングはマッチング不十分と判定される。
【００３９】
この結果を受け、探索領域設定部１５は、次画像上の主追跡対象探索領域２３０の設定において、主追跡対象３のマッチング結果を用いずに、副追跡対象４のマッチング結果を用いる。
具体的には、探索領域設定部１５は、副追跡対象４の二次元位置を中心にして副追跡対象探索領域２４０を設定する。これとともに、主追跡対象３と副追跡対象４の位置関係が大きく変更していないとして、現時点の画像における副追跡対象探索領域２４０と主追跡対象探索領域２３０の位置関係を維持した状態で、新たな副追跡対象探索領域２４０の位置に現時点の副追跡対象探索領域２４０を重ねあわせたときの現時点の主追跡対象探索領域２３０の位置を新たな主追跡対象探索領域２３０として設定して、主追跡対象３および副追跡対象４の追跡を継続する。
【００４０】
次画像においても、主追跡対象探索領域２３０のマッチングが不十分の場合、探索領域設定部１５は、さらに次の画像に対しても主追跡対象探索領域２３０と副追跡対象探索領域２４０の位置関係を維持するよう主追跡対象探索領域２３０の設定を行う。
【００４１】
次に、動体追跡装置１００の制御手順について、図４に示すフローチャートを用いて説明する。
【００４２】
まず、オペレータによってＸ線撮影装置５Ａ，５Ｂが操作されると、Ｘ線撮影装置５Ａ、５Ｂは、ベッド１上の被検体２内の主追跡対象３および副追跡対象４のＸ線撮影を開始する。また、追跡対象認識装置６は、撮影された画像を受信して、追跡対象認識装置６の表示部１２および手動探索領域設定装置１６の表示部２２上の画面に表示させる（ステップＳ９９）。
【００４３】
次に、手動探索領域設定装置１６は、オペレータによる手動入力部２３の操作によってステップＳ９９で表示部２２に表示されたＸ線撮影画像内に手動で主追跡対象探索領域２３０が設定入力されたことを認識すると、追跡対象認識装置６に対して主追跡対象３の探索領域の設定結果を送信する。追跡対象認識装置６は、手動探索領域設定装置１６から受信したこの主追跡対象探索領域２３０の情報を記憶部１１で記憶する（ステップＳ１００）。
【００４４】
次に、手動探索領域設定装置１６は、オペレータによる手動入力部２３の操作によってステップＳ９９で表示部２２に表示されたＸ線撮影画像内に手動で副追跡対象探索領域２４０が設定入力されたことを認識すると、追跡対象認識装置６に対して副追跡対象４の探索領域の設定結果を送信する。追跡対象認識装置６は、手動探索領域設定装置１６から受信したこの副追跡対象探索領域２４０の情報を記憶部１１で記憶する（ステップＳ１０１）。
【００４５】
その後、追跡対象認識装置６は、Ｘ線撮影装置５Ａ，５Ｂから新たなＸ線撮影画像を通信部１０を介して受信し、記憶部１１に記憶する（ステップＳ１０５）。
【００４６】
その後、追跡対象認識装置６の二次元位置演算部１３は、主追跡対象３および副追跡対象４の各々に対し、記憶部１１に保存されたＸ線撮影画像上の探索領域と同じく記憶部１１に記憶されたテンプレート画像とのマッチングを行い、主追跡対象３と副追跡対象４の二次元位置およびＸ線撮影画像のテンプレート画像との類似度を演算する。その後、二次元位置演算部１３は、演算した主追跡対象３および副追跡対象４二次元位置およびマッチングにおけるテンプレート画像との類似度を記憶部１１に保存する（ステップＳ１１０）。
【００４７】
その後、追跡対象認識装置６のマッチング結果判定部１７は、主追跡対象３および副追跡対象４の各々のマッチングにおける類似度を記憶部１１より読み出し、あらかじめ設定された所定の閾値と比較し、類似度が閾値以上の場合には認識十分の判定をし、類似度が閾値を下回った場合は認識不十分の判定をする。マッチング結果判定部１７は、判定結果を記憶部１１に保存する（ステップＳ１２０）。
【００４８】
その後、追跡対象認識装置６の三次元位置演算部１４は、Ｘ線撮影装置５Ａ，５Ｂの撮影方向から撮影された主追跡対象３の各々の二次元位置演算結果を記憶部１１から読み込み、主追跡対象３の三次元位置を演算する（ステップＳ１３０）。
【００４９】
その後、通信部１０は、主追跡対象３の三次元位置およびマッチング結果判定の結果を認識結果出力装置７に送信する（ステップＳ１３５）。
【００５０】
その後、追跡対象認識装置６の探索領域設定部１５は、主追跡対象３および副追跡対象４のマッチング結果（ステップＳ１１０における主追跡対象３と副追跡対象４の二次元位置およびステップＳ１２０でのマッチング結果判定の結果）をもとにして、次に撮影されるＸ線撮影画像における探索領域を設定する（ステップＳ１４０）。
【００５１】
その後、追跡対象認識装置６は、オペレータの操作による動体追跡終了の指示があるか否かを判定する（ステップＳ１５０）。
終了指示がある場合にはＸ線撮影を停止し、動体追跡を終了する。指示がない場合は、ステップＳ１６０に処理を進める。
【００５２】
その後、追跡対象認識装置６のマッチング結果判定部１７は、主追跡対象３と副追跡対象４において、同じＸ線撮影装置５Ａ，５Ｂで撮影した同じフレームで類似度が閾値以上であるか、かつ、主追跡対象３と副追跡対象４のいずれかの追跡対象で類似度が閾値を連続で下回ったフレーム数が指定値以下となっているか、を判定する（ステップＳ１６０）。
両条件を満たす場合はステップＳ１０５に処理を戻し、動体追跡を継続する。この際、ステップＳ１１０において、主追跡対象３および副追跡対象４の各々に対し、追跡対象認識装置６の記憶部１１に保存されたＸ線撮影画像上の探索領域に対してテンプレート画像とマッチングを行い、二次元位置および類似度を演算する際に、ステップＳ１４０において設定した主追跡対象探索領域２３０および副追跡対象探索領域２４０を用いるように制御する。
これに対し、いずれか一方の条件を満たさない場合は、Ｘ線撮影装置５Ａ，５ＢによるＸ線撮影を停止し、動体追跡を終了する。
【００５３】
上述した本発明の動体追跡装置の一実施形態では、Ｘ線撮影装置５Ａ，５Ｂの撮影画像から主追跡対象３および副追跡対象４の二次元位置をテンプレートマッチングにより演算する。さらに、このマッチングの結果に基づいて探索領域を設定するときに、主追跡対象３および副追跡対象４のいずれかのマッチング結果が不十分と判定された場合には、Ｘ線撮影装置５Ａ，５Ｂにおける次のタイミングで撮影される次フレームのＸ線撮影画像２００での探索領域２３０，２４０を、もう一方の二次元位置を用いて設定し、次フレームでの主追跡対象３および副追跡対象４の探索に用いる。
よって、骨などの高いコントラストで投影される構造の境界線と追跡対象が重なって追跡対象の写った領域にテンプレート画像には含まれていない境界線が重なることでテンプレート画像との類似度が低下したとしても、主追跡対象３と副追跡対象４のうちの類似度が低下していない側の追跡対象の二次元位置を基準にして次のＸ線撮影画像における探索領域２３０，２４０が設定されるため、追跡対象とは別の対象を追跡対象として誤認識可能性を低くでき、主追跡対象３や副追跡対象４の移動に追随して探索領域２３０，２４０が移動し、動体追跡を継続することが可能となる。そのため、次の時点の画像における探索領域２３０，２４０が、誤認識した結果に基づいて設定されることが抑制され、探索領域２３０，２４０が主追跡対象３や副追跡対象４から逸脱し、探索が失敗となる状態が生じることを高精度で抑制することができる。従って、オペレータが治療放射線の照射および標的の追跡を中止することや、手動で探索領域２３０，２４０を再度設定する必要が無く、治療時間が増大することを防ぐことができる、との効果が得られる。
【００５４】
また、Ｘ線撮影装置５Ａ，５Ｂによって、ベッド１上の被検体２内の主追跡対象３および副追跡対象４を異なる２方向からＸ線撮影して、其々のＸ線撮影画像で主追跡対象３の二次元位置を演算し、三次元位置演算部１４においてこれらの二次元位置から主追跡対象３の三次元位置を演算する。よって、放射線治療における被検体内の標的の位置をリアルタイムに認識する動体追跡装置、特に呼吸性移動臓器など、治療中に移動する臓器に対して正確な照射を行う際に、標的を追跡し続けるのに好適な動体追跡装置が提供される。
【００５５】
更に、主追跡対象３のＸ線撮影画像のテンプレートとの類似度と副追跡対象４のＸ線撮影画像とテンプレートとの類似度とのいずれかの類似度が所定の閾値を下回る状態があらかじめ定めた所定のフレーム数を超える場合は、動体追跡に何かしらの不都合が生じている可能性があるため、Ｘ線撮影装置５Ａ，５ＢによるＸ線撮影を中止して動体追跡を中断する。よって、主追跡対象３や副追跡対象４を誤認識したまま、追跡対象でない何かを追跡し続けることをより正確に抑制し、探索が失敗となる状態が生じることをより高精度に防止することができる。このため、治療に要する時間の増大をより確実に抑制する、との効果が得られる。
また、このような類似度が閾値を下回る状態が指定フレーム数以上となるまで動体追跡を中断しない制御によれば、指定フレーム数未満に閾値以上となった場合には、探索領域設定部１５による主追跡対象探索領域２３０または副追跡対象探索領域２４０の設定に基づいた動体追跡が再開される。このため、主追跡対象探索領域２３０と副追跡対象探索領域２４０との位置関係を固定して動体追跡を行うよりも高い精度での動体追跡が再開される。よって探索失敗の危険性をより小さくすることができる。
【００５６】
また、主追跡対象３のＸ線撮影画像のテンプレートとの類似度と副追跡対象４のＸ線撮影画像のテンプレートとの類似度が同一フレーム内で所定の閾値を下回った場合は、動体追跡に何かしらの不具合が生じている可能性がある。このような場合は、Ｘ線撮影装置５Ａ，５ＢによるＸ線撮影を中止して動体追跡を中断することにより、再度探索領域を設定し直すなどの対応を取ることによって早期に対応を取ることが可能となり、正常な動体追跡を再開することに寄与することができる。
【００５７】
なお、主追跡対象３のマッチング結果がマッチング不十分な場合を説明したが、逆に副追跡対象４のマッチング結果がマッチング不十分な場合もある。この場合は、副追跡対象探索領域２４０と主追跡対象探索領域２３０との位置関係を維持した状態で、主追跡対象探索領域２３０の位置を基にして副追跡対象探索領域２４０の設定を行うことで、主追跡対象３および副追跡対象４の追跡を継続する。
【００５８】
また、主追跡対象３が標的自体で、副追跡対象４は、主に標的の近傍に設置された代替マーカや特徴的な骨などのうち、最も標的に近いものである場合について説明したが、主追跡対象３や副追跡対象４はこれに限定されない。例えば、主追跡対象３および副追跡対象４が双方とも代替マーカの場合は、最も標的との相対位置関係の変化が小さい代替マーカ、すなわち通常最も近くに設置された代替マーカを主追跡対象３と設定し、この主追跡対象３とした代替マーカの次に標的に近い代替マーカを副追跡対象４として選択する。
この代替マーカには、Ａｕ、Ｐｔ、Ｉｒ等の人体に無害、かつＸ線に対して不透明な物質からなるものとすることが望ましい。これにより、臓器や骨などによる複雑な透視映像の中でも高い識別性を得ることができる。
更に、代替マーカの形状は、直径１〜２ｍｍの球状とすることが望ましく、体内にどのように置かれても、どの方向から透視を行っても、透視映像上に球状に記録される効果がある。また、透視可能な限りで直径を小さくすることで、治療放射線の擾乱を最小限に抑えることができる。
【００５９】
副追跡対象４については、一つの場合を例示したが、複数の副追跡対象４を指定することができる。このように副追跡対象４を複数設定している場合には、探索領域設定部１５では、主追跡対象３と最も近く、かつマッチングが十分な副追跡対象４の副追跡対象探索領域２４０との位置関係を維持するように主追跡対象探索領域２３０を設定することが望ましい。
また、副追跡対象４が複数設定されている場合には、二次元位置演算部１３は、各々について上記の副追跡対象テンプレート画像を用意し、マッチング処理を行うことが可能である。
【００６０】
更に、マッチング結果判定部１７において利用する予め定められた所定の閾値は、主追跡対象３および副追跡対象４の各々に対して別々に設定することができる。また、Ｘ線撮影装置５Ａ，５Ｂのそれぞれの画像に対して、別々に判定の閾値を設定することも可能である。
【００６１】
＜放射線治療システムの実施形態＞  
本発明の動体追跡装置の一実施形態を備えた放射線治療システムの一実施形態を図５および図６を用いて説明する。なお、図５および図６においては、放射線治療システムとして治療Ｘ線照射装置に適用した場合を例に挙げて説明する。
図５は、本発明の動体追跡装置の一実施形態を備えた放射線治療システムの一実施形態の構成を表す概略図、図６は、本発明の動体追跡装置の一実施形態を備えた放射線治療システムの一実施形態の制御処理内容を表すフローチャート、である。
【００６２】
図５に示すように、放射線治療システムは、動体追跡装置１００と、照射装置３１０と、照射制御装置３００とを概略備えている。
【００６３】
動体追跡装置１００は、構成は上述した動体追跡装置の一実施形態と略同じであり、詳細は省略する。
【００６４】
照射装置３１０は、治療用のＸ線を発生させ、ベッド１上の被検体２に対して出射する装置である。
【００６５】
照射制御装置３００は、動体追跡装置１００の追跡対象認識装置６内の三次元位置演算部１４において演算された主追跡対象３の三次元位置を入力し、この主追跡対象３の三次元位置から求めた標的の三次元位置に照射するのに適した条件の治療Ｘ線を所定線量出射するよう、照射装置３１０を制御する。
【００６６】
上述のような放射線治療システムでは、動体追跡装置１００の認識結果出力装置７と、治療Ｘ線の照射を制御する照射制御装置３００とが接続されている。また、照射制御装置３００と照射装置３１０とが接続されている。
【００６７】
次に、本発明の放射線治療システムの一実施形態における動作を説明する。なお、動体追跡装置１００の動作は上述した本発明の動体追跡装置の動作と略同じであるため、詳細は省略する。
【００６８】
照射制御装置３００は、動体追跡装置１００より、追跡対象認識装置６内の三次元位置演算部１４で演算された主追跡対象３の三次元位置およびマッチング結果判定部１７でのマッチング結果判定の結果を受信する。
【００６９】
照射制御装置３００は、動体追跡装置１００より受信したマッチング結果判定の結果および主追跡対象３の三次元位置情報に基づいて、主追跡対象３に対する迎撃照射（主追跡対象３の位置と治療計画による放射線照射位置とが所定の許容範囲内で一致するタイミングで照射を行う照射）、あるいは追尾照射（主追跡対象３の位置に合わせてＸ線照射位置を変更する照射）を行うよう、制御信号を照射装置３１０に対して出力する。
【００７０】
照射装置３１０は、照射制御装置３００からの制御信号に基づき、所定のエネルギーのＸ線を標的に対して所定線量出射する。
【００７１】
ここで、照射制御装置３００は、動体追跡装置１００より受信したマッチング結果判定の結果において、二次元位置演算部１３におけるテンプレートマッチングで主追跡対象３のテンプレートとの類似度が所定の閾値を下回るマッチング不十分と判定されたことを認識した場合は、標的の三次元位置が正確に演算されていない状態のため、治療Ｘ線の出射を中止するよう照射装置３１０に制御信号を出力する。
また、オペレータに対しては、警告信号を動体追跡装置１００の追跡対象認識装置６内の表示部１２に出力し、表示部１２で表示させる。
特に、動体追跡装置１００において２方向から主追跡対象３を追跡している場合は、２方向とも類似度が閾値以上となった場合のみ治療Ｘ線を照射し、一方向でも下回った場合は治療Ｘ線の照射を中断する。
【００７２】
また、照射制御装置３００は、動体追跡装置１００より受信したマッチング結果判定の結果において、主追跡対象３および副追跡対象４のテンプレートとの類似度が同一フレームで所定の閾値を下回ったと判定されたことを認識した場合は、動体追跡が精度良く実施できない状態のため、治療Ｘ線の出射を中止するよう照射装置３１０に信号を出力する。
また、オペレータに対しては、警告信号を動体追跡装置１００の追跡対象認識装置６内の表示部１２に出力し、表示部１２で表示させる。
【００７３】
更に、照射制御装置３００は、主追跡対象３の三次元位置が照射範囲内に存在しない場合は、治療ビームをＯＦＦにして、照射装置３１０に治療Ｘ線を出射させない。
【００７４】
次に、本実施形態の放射線治療システムの制御手順を、図６を用いて説明する。
【００７５】
まず、オペレータによって照射制御装置３００に対する治療システム起動の操作がなされると、照射制御装置３００は、照射装置３１０および動体追跡装置１００を認識結果待ち受け状態となるよう作動する（ステップＳ５００）。
【００７６】
次に、オペレータによって動体追跡装置１００に対するＸ線撮影開始の操作がなされると、動体追跡装置内１００は、Ｘ線撮影装置５Ａ、５Ｂによってベッド１上の被検体２内の主追跡対象３および副追跡対象４のＸ線撮影を開始し、撮影された画像を手動探索領域設定装置１６の表示部２２の画面に表示させる（ステップＳ５１０）。
【００７７】
次に、オペレータによって、手動探索領域設定装置１６の表示部２２の画面に表示された主追跡対象３および副追跡対象４のＸ線撮影の画像に、手動探索領域設定装置１６の手動入力部２３を用いて主追跡対象探索領域２３０および副追跡対象探索領域２４０が設定されたことを認識すると、動体追跡装置１００は、追跡対象認識装置６の記憶部１１でこの主追跡対象探索領域２３０および副追跡対象探索領域２４０を記憶する（ステップＳ５２０）。
【００７８】
次に、オペレータによって照射制御装置３００に対する治療開始の操作がなされると、照射制御装置３００は、認識結果出力装置７より主追跡対象３の三次元位置およびマッチング結果の判定結果を受信し、これらの情報に基づき照射装置３１０に対して所定エネルギーの治療Ｘ線を所定線量照射するよう制御信号を出力する。この制御信号の入力を受けたら、照射装置３１０は治療Ｘ線の出射を開始する（ステップＳ５３０）。
【００７９】
次に、動体追跡装置１００は、Ｘ線撮影装置５Ａ，５Ｂによって主追跡対象３および副追跡対象４の各々のＸ線撮影画像を撮影する。その後、動体追跡装置１００は、追跡対象認識装置６の二次元位置演算部１３によって、探索領域設定部１５において先のステップＳ５２０または後述するステップＳ５５６で指定されたＸ線撮影画像上の主追跡対象探索領域２３０および副追跡対象探索領域２４０に基づいて主追跡対象３および副追跡対象４を認識し、テンプレート画像とのマッチングを行い、二次元位置および類似度を演算する（ステップＳ５４０）。
【００８０】
次に、動体追跡装置１００は、追跡対象認識装置６内の三次元位置演算部１４において主追跡対象３の三次元位置を演算する（ステップＳ５５０）。
【００８１】
次に、動体追跡装置１００は、認識結果出力装置７を通じて、照射制御装置３００に対して、ステップＳ５４０で判定した各探索領域の探索結果と類似度の判定結果およびステップＳ５５０で演算した主追跡対象３の三次元位置を出力する（ステップＳ５５５）。
【００８２】
次に、動体追跡装置１００は、探索領域設定部１５によって、ステップＳ５４０での主追跡対象３および副追跡対象４の演算及び判定結果を基にして、次に撮影されるＸ線撮影画像における探索領域を設定し、記憶部１１で記憶する（ステップＳ５５６）。
【００８３】
次に、照射制御装置３００は、ステップＳ５４０で演算されたＸ線撮影装置５Ａ，５Ｂによる２方向からのＸ線撮影画像で主追跡対象３の類似度が閾値以上かどうか、認識結果出力装置７より送られた類似度の判定結果を用いて判定する（ステップＳ５６０）。２方向とも類似度が閾値以上の場合、ステップＳ５７０に進む。片方でも閾値を下回った場合は、ステップＳ５９０に進み、照射制御装置３００は治療ビームをＯＦＦにして（ステップＳ５９０）、ステップＳ６１０に処理を進める。
【００８４】
次に、照射制御装置３００は、ステップＳ５５０で演算された情報のうち、主追跡対象３の三次元位置が、照射範囲内に存在するかどうかの判定を行う（ステップＳ５７０）。あらかじめ指定された範囲内に主追跡対象３が存在する場合は、ステップＳ５８０に進み、照射制御装置３００は治療ビームをＯＮにした後（ステップＳ５８０）、照射装置３１０は治療Ｘ線を出射する（ステップＳ６００）。指定された範囲内に主追跡対象３が存在しない場合、ステップＳ５９０に進み、照射制御装置３００は治療ビームをＯＦＦにして（ステップＳ５９０）、ステップＳ６１０に処理を進める。
【００８５】
次に、照射制御装置３００は、終了指示（オペレータの特別の指示、あるいは放射線治療システムが指定の線量の照射を終えたことによる放射線照射終了に伴う動体追跡終了の指示、等）があるか判定する（ステップＳ６１０）。終了指示がある場合は、Ｘ線撮影および治療ビームの照射を停止し、放射線治療を終了する。これに対し、終了指示が無い場合はステップＳ５４０に処理を戻し、放射線治療を継続する。
【００８６】
本発明の放射線治療システムの一実施形態では、前述した動体追跡装置の一実施形態の場合と同様に、動体追跡装置１００により、主追跡対象３および副追跡対象４のいずれかのマッチング結果が不十分と判定された場合に、Ｘ線撮影装置５Ａ，５Ｂにおける次のタイミングで撮影される次フレームのＸ線撮影画像２００での探索領域２３０，２４０をもう一方の二次元位置を用いて設定する。よって、前述した動体追跡装置の一実施形態と同様に、追跡対象とは別の対象を追跡対象として誤認識することが抑制され、主追跡対象３や副追跡対象４の移動に追随して探索領域２３０，２４０が移動し、動体追跡を正確に継続することができる。従って、移動する標的の位置を正確に把握することができ、標的に対する高精度な治療Ｘ線照射を実施することができる。加えて、オペレータが治療Ｘ線の照射および標的の追跡を中止することや、再度手動で探索領域２３０，２４０を設定する必要が無く、治療時間が増大することを防ぐことができる、との効果も奏する。
【００８７】
また、動体追跡装置１００によって、主追跡対象３のテンプレートとの類似度が所定の閾値を下回るマッチング不十分な場合は、治療Ｘ線の照射を継続せずに中断するよう制御されるため、主追跡対象３の三次元位置が正確に演算できない状態で治療Ｘ線の照射が実施されることを防止して、予期しない個所に治療Ｘ線を照射するとの問題が発生することを抑制し、標的に対してのみ治療Ｘ線を集中して照射することが可能である。
【００８８】
更に、動体追跡装置１００によって、主追跡対象３および副追跡対象４のテンプレートとの類似度が所定の閾値を下回った場合は、Ｘ線撮影装置５Ａ，５ＢによるＸ線撮影を中止して、治療Ｘ線の出射を中止するよう制御されるため、予期しない個所に治療Ｘ線を照射するとの問題が発生することを抑制し、標的に対してのみ治療Ｘ線を集中して照射することが可能である。
【００８９】
なお、主追跡対象３のテンプレートとの類似度と副追跡対象４のテンプレートとの類似度とのいずれかの類似度が所定の閾値を下回る状態があらかじめ定めた所定のフレーム数を超える場合も、照射制御装置３００は、治療Ｘ線の照射を中断するように照射装置３００を制御することができる。
【００９０】
＜放射線治療システムの他の実施形態＞  
本発明の動体追跡装置の一実施形態を備えた放射線治療システムの他の実施形態を図７を用いて説明する。なお、図７においては、放射線治療システムとして粒子線照射システムに適用した場合を例に挙げて説明する。
図７は、本発明の動体追跡装置の一実施形態を備えた放射線治療システムの他の実施形態の構成を表す概略図である。
【００９１】
図７に示すように、放射線治療システムは、動体追跡装置１００と、粒子線出射システム４００と、照射制御装置３００とを概略備えている。
【００９２】
動体追跡装置１００は、構成は動体追跡装置の一実施形態と略同じであり、詳細は省略する。
【００９３】
粒子線出射システム４００は、粒子線加速器４１０と、粒子線輸送系４２０と、粒子線照射ノズル４３０とを略備えている。この粒子線出射システム４００は、治療用の粒子線（陽子や炭素イオン等の荷電粒子ビーム）を発生させ、ベッド１上の被検体２に対して出射する。
【００９４】
照射制御装置３００は、動体追跡装置１００の追跡対象認識装置６内の三次元位置演算部１４において演算された主追跡対象３の三次元位置を入力し、この主追跡対象３の三次元位置から求めた標的が存在する三次元位置に照射するのに適した条件の治療粒子線を出射するよう、粒子線出射システム４００における粒子線加速器４１０と粒子線輸送系４２０と粒子線照射ノズル４３０とを制御する。
【００９５】
上述のような放射線治療システムでは、動体追跡装置１００の認識結果出力装置７と、治療粒子線の照射を制御する照射制御装置３００とが接続されている。また、照射制御装置３００と粒子線加速器４１０と粒子線輸送系４２０と粒子線照射ノズル４３０とがそれぞれ接続されている。
【００９６】
次に、本発明の放射線治療システムの他の実施形態における動作を説明する。なお、動体追跡装置１００の動作は上述した本発明の動体追跡装置の動作と略同じであるため、詳細は省略する。
【００９７】
照射制御装置３００は、動体追跡装置１００より受信したマッチング結果判定の結果および主追跡対象３の三次元位置に基づいて、主追跡対象３に対する迎撃照射（主追跡対象３の位置と治療計画による放射線照射位置とが所定の許容範囲内で一致するタイミングで照射を行うもの）、あるいは追尾照射（主追跡対象３の位置に合わせて粒子線照射位置を変更するもの）を行うよう、制御信号を粒子線加速器４１０、粒子線輸送系４２０および粒子線照射ノズル４３０に対して出力する。
具体的には、照射制御装置３００は、動体追跡装置１００より、追跡対象認識装置６内の三次元位置演算部１４で演算された主追跡対象３の三次元位置およびマッチング結果判定部１７でのマッチング結果判定の結果を受信する。そのうえで、照射制御装置３００は、主追跡対象３の三次元位置より演算された標的の三次元位置に対して照射するための荷電粒子を粒子線加速器４１０により加速する。この加速された荷電粒子を粒子線輸送系４２０によって粒子線照射ノズル４３０に輸送するよう制御する。照射制御装置３００は、粒子線照射ノズル４３０において被検体２の体内で適切な線量分布を形成するように、輸送された荷電粒子を偏向・散乱し、被検体２に照射するよう制御する。
【００９８】
ここで、照射制御装置３００は、動体追跡装置１００の二次元位置演算部１３におけるテンプレートマッチングにおいて、主追跡対象３のテンプレートとの類似度が同一フレームで所定の閾値を下回るマッチング不十分と判定されたことを認識した場合は、標的の三次元位置が正確に演算されていない状態のため、治療粒子線の出射を中止するよう粒子線加速器４１０、粒子線輸送系４２０および粒子線照射ノズル４３０に対して信号を出力する。
また、オペレータに対しては、警告信号を動体追跡装置１００の追跡対象認識装置６内の表示部１２に出力し、表示部１２で表示させる。
【００９９】
また、照射制御装置３００は、動体追跡装置１００は、第二次元位置演算部１３におけるテンプレートマッチングにおいて、主追跡対象３および副追跡対象４のテンプレートとの類似度が所定の閾値を下回ったと判定されたことを認識した場合は、標的の位置が正確に演算できていない状態のため、治療粒子線の出射を中止するよう粒子線加速器４１０、粒子線輸送系４２０および粒子線照射ノズル４３０に信号を出力する。
また、オペレータに対しては、警告信号を表示部１２に表示する。
【０１００】
本発明の放射線治療システムの他の実施形態においても、放射線治療システムの一実施形態と同様に、標的に対する高精度な治療粒子線照射を実施することができるとともに、オペレータが治療粒子線の照射および標的の追跡を中止することや、手動で探索領域２３０，２４０を再度設定する必要が無く、治療時間が増大することもない、との効果が得られる。
【０１０１】
また、放射線治療システムの一実施形態と同様に、主追跡対象３のテンプレートとの類似度が所定の閾値を下回るマッチング不十分な場合には治療粒子線の照射を中断するため、主追跡対象３の三次元位置が正確に演算できない状態で治療粒子線の照射が継続されることを防止して、標的に対して所定の線量の粒子線を照射できないとの問題や、予期しない個所に治療粒子線を照射することになるとの問題が発生することを抑制することができる。
【０１０２】
更に、上述の放射線治療システムの一実施形態と同様に、主追跡対象３および副追跡対象４のテンプレートとの類似度が所定の閾値を同一フレームで下回った場合にはＸ線撮影装置５Ａ，５ＢによるＸ線撮影および治療粒子線の出射を中止することにより、標的に対して所定の線量の粒子線を照射できないとの問題や、予期しない個所に治療粒子線を照射することになるとの問題が発生することを抑制することができる。
【０１０３】
＜その他＞  
なお、本発明は上記の実施形態に限られず、種々の変形、応用が可能なものである。
【０１０４】
例えば、上述の実施形態では、主追跡対象３と副追跡対象４とを少なくとも２方向から撮影する２機のＸ線撮影装置５Ａ，５Ｂを備えた場合について説明したが、Ｘ線撮影装置は１機であっても構わない。
Ｘ線撮影装置が１機の場合、主追跡対象３の三次元位置を演算することはできないが、主追跡対象３の２次元位置を演算することは可能である。このため、標的の２次元位置を特定できればよい場合は、動体追跡装置にＸ線撮影装置を複数台設ける必要がなく、動体追跡装置の設備導入および運用を簡略化することができ、大きなメリットを有する。
更には、Ｘ線撮影装置は、少なくとも１機以上設けられていてもよく、３機であっても、４機であっても、それ以上であってもよい。これらの場合でも、本発明の動体追跡装置の一実施形態と同様に、追跡対象が存在しない領域を追跡対象が存在する領域として誤認識することがなく、追跡対象の移動に追随して探索領域が移動し、動体追跡を継続することが可能となる。そのため、次の時点の画像における探索領域が、誤認識した結果に基づいて設定されることが抑制され、探索領域が主追跡対象３や副追跡対象４から逸脱し、探索が失敗となる状態が生じることを抑制することができる、との効果が得られる。
【符号の説明】
【０１０５】
１…ベッド、
２…被検体、
３…主追跡対象、
４…副追跡対象、
５Ａ，５Ｂ…Ｘ線撮影装置、
６…追跡対象認識装置、
７…認識結果出力装置、
８Ａ，８Ｂ…Ｘ線管、
９Ａ，９Ｂ…Ｘ線検出器、
１０，１９…通信部、
１１，２０…記憶部、
１２，２２…表示部、
１３…二次元位置演算部、
１４…三次元位置演算部、
１５…探索領域設定部、
１６…手動探索領域設定装置、
１７…マッチング結果判定部、
２３…手動入力部、
１００…動体追跡装置、
２００…Ｘ線撮影画像、
２１０…主追跡対象投影像、
２２０…副追跡対象投影像、
２３０…主追跡対象探索領域、
２４０…副追跡対象探索領域、
２５０…主追跡対象テンプレート画像、
２６０…副追跡対象テンプレート画像、
２８０…体内構造物投影像、
３００…照射制御装置、
３１０…治療Ｘ線照射装置、
４００…粒子線出射システム、
４１０…粒子線加速器、
４２０…粒子線輸送系、
４３０…粒子線照射ノズル。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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