(57)【要約】【課題】放射線画像にノイズが含まれる場合でも、ノイズの影響を抑制しつつ特定部位の検出を迅速に行うことが可能な放射線撮影装置を提供する。【解決手段】この放射線撮影装置１００は、被検体Ｔに放射線を照射する照射部１と、被検体Ｔを透過した放射線を検出するＸ線検出部２と、Ｘ線検出部２の検出信号に基づきＸ線画像３０を生成する画像生成部１１と、被検体Ｔの特定部位５０が写る複数のテンプレート画像４０に対する主成分分析により取得された特定部位５０の主成分を記憶する記憶部５ｂと、テンプレート画像４０および画像生成部１１により生成されたＸ線画像３０の各々に対する記憶部５ｂに記憶された主成分Ｖの寄与率ｃを取得し、取得した各々の寄与率ｃを用いたマッチングにより、Ｘ線画像３０中から特定部位５０の位置を検出する位置検出部１２と、を備える。【選択図】図１
2019013449.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体に放射線を照射する照射部と、
前記被検体を透過した放射線を検出する放射線検出部と、
前記放射線検出部の検出信号に基づき放射線画像を生成する画像生成部と、
前記被検体の特定部位が写る複数のテンプレート画像に対する主成分分析により取得された前記特定部位の主成分を記憶する記憶部と、
前記テンプレート画像および前記画像生成部により生成された前記放射線画像の各々に対する前記記憶部に記憶された前記主成分の寄与率を取得し、取得した各々の前記寄与率を用いたマッチングにより、放射線画像中から前記特定部位の位置を検出する位置検出部と、を備える、放射線撮影装置。
【請求項２】
前記位置検出部は、複数の前記テンプレート画像に対する前記主成分の前記寄与率の平均値と、前記放射線画像に対する前記主成分の前記寄与率との差に基づいて、前記特定部位の位置を検出するように構成されている、請求項１に記載の放射線撮影装置。
【請求項３】
前記位置検出部は、前記記憶部に記憶された第１主成分から第Ｎ主成分（Ｎは２以上１００以下の整数）までを用いてマッチングを行うように構成されている、請求項１または２に記載の放射線撮影装置。
【請求項４】
前記位置検出部は、粒子線治療に伴って発生する２次粒子線の写り込みがない前記テンプレート画像から取得された前記主成分を用いて前記寄与率を取得し、粒子線治療中において前記画像生成部により順次生成される前記放射線画像の各々から前記特定部位を検出し、前記特定部位の移動を追跡するように構成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の放射線撮影装置。
【請求項５】
前記テンプレート画像は、予め取得された前記放射線画像から前記特定部位を含む画像部分を切り出して取得された画像であり、
前記位置検出部は、前記画像生成部により生成された前記放射線画像に設定した検出窓内の画像部分についての前記寄与率を求め、前記検出窓を移動させて前記寄与率を用いたマッチングを順次行うことにより、前記放射線画像中から前記特定部位を検出するように構成されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の放射線撮影装置。
【請求項６】
前記位置検出部は、前記テンプレート画像に対する前記寄与率と前記主成分とにより作成した前記テンプレート画像の主成分画像と、前記放射線画像に対する前記寄与率と前記主成分とにより前記放射線画像を変換した変換画像とのマッチングにより、前記特定部位の位置を検出するように構成されている、請求項１に記載の放射線撮影装置。
【請求項７】
被検体の放射線画像中から特定部位を検出するための放射線画像検出方法であって、
前記被検体の前記特定部位が写る複数のテンプレート画像に対する主成分分析により、前記特定部位の主成分を取得するステップと、
被検体に放射線を照射し、前記被検体を透過した放射線を検出することにより前記放射線画像を生成するステップと、
前記テンプレート画像および前記放射線画像の各々に対する前記主成分の寄与率を取得するステップと、
取得した各々の前記寄与率を用いたマッチングにより、前記放射線画像中から前記特定部位の位置を検出するステップと、を備える、放射線画像検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線撮影装置および放射線画像検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、放射線撮影装置により撮像した被検体の放射線画像中から、画像認識により被検体の特定部位を検出する技術が知られている。
【０００３】
たとえば、腫瘍などの治療部位にＸ線や粒子線などを照射して治療を行う放射線治療では、被検体の体の動きや、体内器官の動きにより、治療部位が移動する。そのため、放射線治療中に放射線画像を撮像して、治療部位を特定部位として検出することによって、特定部位の検出位置に応じて放射線治療装置による治療用放射線の照射を制御することが行われる。
【０００４】
放射線画像中から特定部位を検出する場合、放射線画像に写り込むノイズが検出精度を低下させる要因となる。ノイズを低減するための技術として、特許文献１では、画像を高解像度から低解像度の各種解像度レベルで取得し、各種解像度レベルの画像について主成分分析を行い、主成分画像に置き換えることによりノイズ成分を除去した画像を再構成することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−５２５６４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１のような手法では、多数の解像度の画像を取得して主成分分析を行い、画像を再構成するため、治療中にリアルタイム的にノイズを除去した画像を再構成することは困難である。このため、放射線画像にノイズが含まれる場合でも、ノイズの影響を抑制し、特定部位の検出を迅速に行えるようにすることが望まれている。
【０００７】
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、放射線画像にノイズが含まれる場合でも、ノイズの影響を抑制しつつ特定部位の検出を迅速に行うことが可能な放射線撮影装置および放射線画像検出方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、この発明の第１の局面における放射線撮影装置は、被検体に放射線を照射する照射部と、被検体を透過した放射線を検出する放射線検出部と、放射線検出部の検出信号に基づき放射線画像を生成する画像生成部と、被検体の特定部位が写る複数のテンプレート画像に対する主成分分析により取得された特定部位の主成分を記憶する記憶部と、テンプレート画像および画像生成部により生成された放射線画像の各々に対する記憶部に記憶された主成分の寄与率を取得し、取得した各々の寄与率を用いたマッチングにより、放射線画像中から特定部位の位置を検出する位置検出部と、を備える。
【０００９】
この発明の第１の局面による放射線撮影装置では、上記のように、テンプレート画像および画像生成部により生成された放射線画像の各々に対する記憶部に記憶された主成分の寄与率を取得し、取得した各々の寄与率を用いたマッチングにより、放射線画像中から特定部位の位置を検出する位置検出部を設ける。これにより、テンプレート画像から取得した主成分の、テンプレート画像および放射線画像の各々に対する寄与率を用いて特定部位の検出を行うことができる。この場合、画像生成部により新たに生成された放射線画像に対して主成分分析を行うのではなく、予め用意されたテンプレート画像に対する主成分分析の結果（主成分）を用いて放射線画像に対する寄与率を取得すればよいので、迅速な検出処理が可能である。そして、画像生成部により生成された放射線画像（ノイズを含む画像）をそのまま用いるのではなく、テンプレート画像の主成分を尺度とする寄与率を用いることにより、元の放射線画像に含まれるノイズの影響を抑制してマッチングを行うことができる。その結果、放射線画像にノイズが含まれる場合でも、ノイズの影響を抑制しつつ特定部位の検出を迅速に行うことができる。
【００１０】
上記第１の局面による放射線撮影装置において、好ましくは、位置検出部は、複数のテンプレート画像に対する主成分の寄与率の平均値と、放射線画像に対する主成分の寄与率との差に基づいて、特定部位の位置を検出するように構成されている。このように構成すれば、各テンプレート画像と放射線画像との寄与率の差により、主成分を尺度とした場合の、各テンプレート画像に共通する要素（平均画像）からの放射線画像の相違度が得られるので、この相違度が小さくなることに基づいて特定部位を精度よく検出することができる。また、画像同士のテンプレートマッチングを行う場合と異なり、寄与率同士のマッチングを行うだけで特定部位を検出することができるので、計算量を抑制して高速な検出が可能となる。
【００１１】
上記第１の局面による放射線撮影装置において、好ましくは、位置検出部は、記憶部に記憶された第１主成分から第Ｎ主成分（Ｎは２以上１００以下の整数）までを用いてマッチングを行うように構成されている。このように構成すれば、第１００主成分までの、たかだかＮ個の主成分を用いればよいので、特定部位の検出を迅速に行うことができる。また、上位Ｎ番目までの主成分に、ノイズ成分を排除しつつ、特定部位を精度よく検出するのに必要な情報量を含めることができるので、必要十分な精度で、迅速な検出処理を行うことができる。
【００１２】
上記第１の局面による放射線撮影装置において、好ましくは、位置検出部は、粒子線治療に伴って発生する２次粒子線の写り込みがないテンプレート画像から取得された主成分を用いて寄与率を取得し、粒子線治療中において画像生成部により順次生成される放射線画像の各々から特定部位を検出し、特定部位の移動を追跡するように構成されている。ここで、２次粒子線とは、治療部位に治療用の粒子線を照射することに起因して、被検体の体内で２次的に発生する粒子線であり、陽子、中性子および即発ガンマ線などを含む。粒子線治療中（照射時）の放射線画像には、２次粒子線がノイズとして写り込む。そこで、２次粒子線の写り込みがないテンプレート画像から取得された主成分を用いて寄与率を取得することによって、２次粒子線（ノイズ）が写り込んだ放射線画像から２次粒子線の影響を効果的に除去することができる。その結果、特定部位の検出における２次粒子線（ノイズ）の影響を効果的に抑制することができる。
【００１３】
上記第１の局面による放射線撮影装置において、好ましくは、テンプレート画像は、予め取得された放射線画像から特定部位を含む画像部分を切り出して取得された画像であり、位置検出部は、画像生成部により生成された放射線画像に設定した検出窓内の画像部分についての寄与率を求め、検出窓を移動させて寄与率を用いたマッチングを順次行うことにより、放射線画像中から特定部位を検出するように構成されている。このように構成すれば、たとえば放射線画像中で特定部位が存在する領域がおおよそ把握できている場合などでは、検出窓による探索範囲を絞り込むことができるので、放射線画像の全体についてマッチング処理を行う必要がなくなる。その結果、さらに迅速な検出処理を行うことができる。
【００１４】
上記第１の局面による放射線撮影装置において、好ましくは、位置検出部は、テンプレート画像に対する寄与率と主成分とにより作成したテンプレート画像の主成分画像と、放射線画像に対する寄与率と主成分とにより放射線画像を変換した変換画像とのマッチングにより、特定部位の位置を検出するように構成されている。このように構成すれば、取得した寄与率と主成分とを用いて主成分画像と変換画像とを再構成することによって、画像同士のマッチングを行うことができる。この場合でも、テンプレート画像の主成分によって変換した主成分画像と変換画像とを用いることにより、元の放射線画像に含まれるノイズの影響を抑制してマッチングを行うことができる。
【００１５】
この発明の第２の局面における放射線画像検出方法は、被検体の放射線画像中から特定部位を検出するための放射線画像検出方法であって、被検体の特定部位が写る複数のテンプレート画像に対する主成分分析により、特定部位の主成分を取得するステップと、被検体に放射線を照射し、被検体を透過した放射線を検出することにより放射線画像を生成するステップと、テンプレート画像および放射線画像の各々に対する主成分の寄与率を取得するステップと、取得した各々の寄与率を用いたマッチングにより、放射線画像中から特定部位の位置を検出するステップと、を備える。
【００１６】
この発明の第２の局面による放射線画像検出方法では、上記のように、テンプレート画像および放射線画像の各々に対する主成分の寄与率を取得するステップと、取得した各々の寄与率を用いたマッチングにより、放射線画像中から特定部位の位置を検出するステップを設ける。これにより、テンプレート画像から取得した主成分の、テンプレート画像および放射線画像の各々に対する寄与率を用いて特定部位の検出を行うことができる。この場合、新たに生成された放射線画像に対して主成分分析を行うのではなく、予め用意されたテンプレート画像に対する主成分分析の結果（主成分）を用いて放射線画像に対する寄与率を取得すればよいので、迅速な検出処理が可能である。そして、放射線画像（ノイズを含む画像）をそのまま用いるのではなく、テンプレート画像の主成分を尺度とする寄与率を用いることにより、元の放射線画像に含まれるノイズの影響を抑制してマッチングを行うことができる。その結果、放射線画像にノイズが含まれる場合でも、ノイズの影響を抑制しつつ特定部位の検出を迅速に行うことができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、上記のように、放射線画像にノイズが含まれる場合でも、ノイズの影響を抑制しつつ特定部位の検出を迅速に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態による放射線撮影装置の全体構成を示す模式図である。
【図２】図１に示した放射線撮影装置によるＸ線画像の撮影方向を示した模式図である。
【図３】放射線撮影装置の記憶部を説明するための図である。
【図４】Ｘ線画像を説明するための模式図である。
【図５】２次粒子線の写り込みによるノイズを説明するための図である。
【図６】第１実施形態における位置検出部によるマッチング処理を説明するための図である。
【図７】放射線撮影装置の処理動作を説明するためのフローチャートである。
【図８】第２実施形態による放射線撮影装置の位置検出部によるマッチング処理を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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。
【００２０】
［第１実施形態］
（放射線撮影装置の構成）
図１〜図３を参照して、本発明の第１実施形態による放射線撮影装置１００の構成について説明する。
【００２１】
図１および図２に示すように、放射線撮影装置１００は、人体などの被検体Ｔの外側から放射線を照射することによって、被検体Ｔ内を画像化するための放射線画像を撮影する装置である。放射線画像は、被検体Ｔを透過する放射線を用いて撮像した被検体Ｔの画像である。第１実施形態では、放射線撮影装置１００は、放射線の一例であるＸ線を用いてＸ線画像を撮影するＸ線撮影装置である。Ｘ線画像は、放射線画像の一例である。
【００２２】
第１実施形態では、放射線撮影装置１００は、粒子線照射装置１１０と組み合わせて、放射線（粒子線）治療を行うための放射線治療システムを構成している。粒子線照射装置１１０は、患者である被検体Ｔに粒子線ビーム（治療ビーム）を照射することが可能である。放射線撮影装置１００は、被検体ＴのＸ線画像から、特定部位５０の位置を検出する。この場合、特定部位５０は、治療対象となる腫瘍などであり、被検体Ｔの体内の一部位である。特定部位５０は、被検体Ｔの姿勢の変化や呼吸などの体の動き、および、心拍（脈動）などの体内活動に伴って、時間経過と共に移動する。放射線撮影装置１００は、マーカーレス（Ｘ線透過性の低いマーカー部材を利用しないこと）で、Ｘ線画像から特定部位５０の位置を画像認識により直接検出し、特定部位５０の移動を追跡する動体追跡を行う。動体追跡によって特定部位５０が粒子線照射装置１１０の照射位置に移動したタイミングで粒子線照射装置１１０から治療ビームを照射することにより、特定部位５０（腫瘍）の治療が行われる。
【００２３】
粒子線照射装置１１０は、天板３上の被検体Ｔに対して、陽子線あるいは重粒子線などの粒子線を照射可能である。粒子線照射装置１１０は、基台１１１と、基台１１１に対して揺動可能に設置されたガントリー１１２と、ガントリー１１２に設けられ、治療ビームを出射するヘッド１１３とを備える。粒子線照射装置１１０は、ガントリー１１２が基台１１１に対して揺動することにより、ヘッド１１３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。粒子線照射装置１１０は、被検体Ｔの腫瘍等の特定部位５０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。
【００２４】
放射線撮影装置１００は、被検体Ｔに放射線（Ｘ線）を照射する照射部１と、被検体Ｔを透過した放射線（Ｘ線）を検出するＸ線検出部２とを備えている。照射部１とＸ線検出部２とは、被検体Ｔが載置される天板（検診台）３を挟んで対向するように対（ペア）で配置されている。放射線撮影装置１００は、照射部１および天板３を制御する制御部４を備えている。Ｘ線検出部２は、特許請求の範囲の「放射線検出部」の一例である。
【００２５】
照射部１とＸ線検出部２とのペアは、複数設けられている。第１実施形態では、照射部１ａとＸ線検出部２ａとのペア、および、照射部１ｂとＸ線検出部２ｂとのペアの２組が設けられている。各ペアは、互いに異なる方向から被検体Ｔを撮像する第１撮像系と第２撮像系とを構成している。各撮像系から生成されたＸ線画像に基づいて、特定部位５０（腫瘍）の３次元位置を特定することができる。天板３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。また、照射部１とＸ線検出部２とのペアは、水平面内で天板３の周囲に移動可能であってもよい。
【００２６】
照射部１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１は、制御部４に接続されている。制御部４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照射部１を制御し、照射部１からＸ線を発生させる。
【００２７】
Ｘ線検出部２は、照射部１から照射され、被検体Ｔを透過したＸ線を検出し、検出したＸ線強度に応じた検出信号を出力する。Ｘ線検出部２は、たとえば、ＦＰＤ（Flat Panel Detector）により構成されている。また、放射線撮影装置１００は、Ｘ線検出部２からＸ線検出信号を取得して、Ｘ線画像３０（図４参照）を生成する画像処理部５を備えている。Ｘ線検出部２は、所定の解像度の検出信号を画像処理部５に出力する。
【００２８】
制御部４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）およびＲＡＭ（Random Access Memory）などを含んで構成されたコンピュータである。制御部４は、ＣＰＵが所定の制御プログラムを実行することにより、放射線撮影装置１００の各部を制御する制御部として機能する。制御部４は、照射部１および画像処理部５の制御や、天板３の移動制御を行う。放射線撮影装置１００は、表示部６を備える。表示部６は、たとえば液晶ディスプレイなどのモニタである。制御部４は、画像処理部５により生成された画像を表示部６に表示させる制御を行うように構成されている。また、制御部４は、画像処理部５により検出された特定部位５０が粒子線照射装置１１０の照射位置に到達すると、粒子線照射装置１１０にトリガー信号を出力するように構成されている。これにより、特定部位５０に対する治療ビームの照射が高精度に行われる。
【００２９】
画像処理部５は、たとえば、ＣＰＵあるいはＧＰＵ（Graphics Processing Unit）などのプロセッサ５ａと、ＲＯＭおよびＲＡＭなどの記憶部５ｂとを含んで構成されるコンピュータである。すなわち、画像処理部５は、記憶部５ｂに記憶された画像処理プログラム２１（図３参照）をプロセッサ５ａに実行させることにより構成される。画像処理部５は、制御部４と同一のハードウェア（ＣＰＵ）に画像処理プログラムを実行させることにより、制御部４と一体的に構成されてもよい。
【００３０】
画像処理部５は、プロセッサ５ａが画像処理プログラム２１を実行することによる機能として、画像生成部１１と、位置検出部１２とを含む。画像生成部１１と位置検出部１２とが専用のプロセッサにより個別に構成されていてもよい。
【００３１】
画像生成部１１は、Ｘ線検出部２の検出信号に基づきＸ線画像３０（図４参照）を生成するように構成されている。第１実施形態では、Ｘ線画像３０は動画像の形式で生成されるＸ線透視画像である。すなわち、照射部１から被検体Ｔに対してＸ線が所定時間間隔で断続的に照射され、被検体Ｔを透過したＸ線がＸ線検出部２により順次検出される。画像生成部１１は、Ｘ線検出部２から順次出力される検出信号を画像化することにより、Ｘ線画像３０を所定のフレームレートで生成する。フレームレートは、たとえば１５ＦＰＳ〜３０ＦＰＳ程度である。画像生成部１１は、生成したＸ線画像３０を制御部４に出力する。Ｘ線画像３０は、制御部４により表示部６に表示される。
【００３２】
位置検出部１２は、画像生成部１１により生成されたＸ線画像３０中から、特定部位５０の位置を検出するように構成されている。位置検出部１２は、画像認識により特定部位５０を検出する。検出された特定部位５０の位置情報は、制御部４に出力される。
【００３３】
図３に示すように、記憶部５ｂは、コンピュータを画像処理部５として機能させるためのプログラム２１（画像処理プログラム）を記憶している。また、記憶部５ｂは、画像生成部１１により生成されたＸ線画像３０を記憶する。
【００３４】
記憶部５ｂは、被検体Ｔの特定部位５０が写る複数のテンプレート画像４０と、治療計画データ２２とを記憶している。テンプレート画像４０および治療計画データ２２は、粒子線治療に先立って予め作成される。治療計画データ２２は、ＣＴ（Computed Tomography）撮影によって被検体Ｔの３次元ＣＴ撮影を時間経過と共に連続して実施することにより、作成された４次元ＣＴデータを含む。治療計画データ２２から、被検体Ｔにおける特定部位５０の位置、大きさ、形状、移動範囲などが把握される。テンプレート画像４０は、治療計画データ２２に基づいて作成された治療計画に従って、被検体Ｔにおける特定部位５０を放射線撮影装置１００によって事前に撮像することによって取得される。テンプレート画像４０は、予め取得されたＸ線画像３０から特定部位５０を含む画像部分を切り出して取得された画像である。テンプレート画像４０は、予め複数作成され、記憶部５ｂに記憶される。
【００３５】
また、第１実施形態では、記憶部５ｂは、被検体Ｔの特定部位５０が写る複数のテンプレート画像４０に対する主成分分析により取得された特定部位５０の主成分を記憶するように構成されている。すなわち、記憶部５ｂは、特定部位５０の主成分を含む主成分分析データ２３を記憶している。主成分分析データ２３の内容については、後述する。
【００３６】
（特定部位の検出処理）
次に、図４〜図６を参照して、画像処理部による特定部位の検出処理について説明する。
【００３７】
治療時には、被検体Ｔの特定部位５０がＸ線画像３０中に写るように、照射部１、Ｘ線検出部２および天板３の相対位置関係が調整される。図４に示すように、画像生成部１１によって生成されるＸ線画像３０には、被検体Ｔの骨などの構造部分６０や他の器官の像（図示せず）と重なった状態で特定部位５０が写る。特定部位５０が腫瘍の場合、特定部位５０は、視認性（周囲とのコントラスト）が低く、容易には判別しにくい。また、治療ビームが照射されると、被検体Ｔにおいて２次粒子線が発生し、Ｘ線画像３０にノイズとして写り込む。図４では、２次粒子線の写り込みをハッチングにより示している。２次粒子線は、治療部位に治療ビーム（粒子線）を照射することに起因して、被検体の体内で２次的に発生する粒子線であり、陽子、中性子および即発ガンマ線などを含む。
【００３８】
図５は、Ｘ線画像３０における２次粒子線の写り込みのイメージ（模式図）を示している。２次粒子線は、Ｘ線画像３０のランダムな位置に、インパルス状ノイズのように点状の輝点９０として写り込む。また、２次粒子線の輝点９０は、２次粒子線の飛程やＸ線検出部２への入射角度などに依存して、点の大きさ、形状や強度（画素値）が様々に変化する。つまり、２次粒子線の輝点９０は、強度分布や形状等の不均一性が高いため、フィルタ処理などの一般的なノイズ除去手法が適用しにくい特徴がある。特定部位５０の視認性の低さも影響して、２次粒子線の輝点９０が特定部位５０と重なって写り込むような場合、特定部位５０の検出精度が低下し、特定部位５０の追跡の妨げとなる。
【００３９】
そこで、第１実施形態では、被検体Ｔの特定部位５０が写る複数のテンプレート画像４０に対して主成分分析を行い、得られた特定部位５０の主成分のデータが予め記憶部５ｂ（図３参照）に記憶されている。そして、図６に示すように、位置検出部１２が、テンプレート画像４０および画像生成部１１により生成されたＸ線画像３０の各々に対する記憶部５ｂに記憶された主成分Ｖjの寄与率ｃjを取得し、取得した各々の寄与率ｃjを用いたマッチングにより、Ｘ線画像３０中から特定部位５０の位置を検出するように構成されている。
【００４０】
ここで、テンプレート画像４０やＸ線画像３０は、画素値を成分とするベクトルと見なされる。テンプレート画像４０がｍ×ｎ画素の画像の場合、テンプレート画像４０は、ｍ×ｎ個の成分を有し、各成分が対応する画素の画素値（たとえば、０〜２５５）を有するベクトルとして表現される。テンプレート画像４０がｋ枚とすると、テンプレート画像４０は、ベクトルＸ1〜Ｘkとなる。
【００４１】
主成分は、ベクトルＸ1〜Ｘkについての下式（１）に示す共分散行列Ｃの固有値問題を解くことによって得られる。
【数１】
2019013449.tif 000003
ここで、ベクトルμは、ｋ枚のテンプレート画像４０の平均画像のベクトルである。
【００４２】
共分散行列Ｃの固有値をλjとし、固有ベクトルをＶjとすると、固有ベクトルＶjが主成分であり、対応する固有値λjの絶対値が主成分の寄与率を表す係数である。添字ｊは、固有値λの絶対値の大きな順に設定される。このとき、固有ベクトルＶ1が第１主成分、固有ベクトルＶ2が第２主成分、・・・、固有ベクトルＶNが第Ｎ主成分となる。
【００４３】
このように主成分分析を行った場合、各テンプレート画像４０のベクトルＸは、下式（２）のように、互いに直交する各主成分Ｖjの線形和により表現される。主成分の総数は、テンプレート画像４０の画素数（ｍ×ｎ）に一致する。
【数２】
2019013449.tif 000004
【００４４】
式（２）において、平均画像ベクトルμは、各テンプレート画像４０において共通する要素を表し、各主成分Ｖjは、各テンプレート画像４０の個体差に相当する要素を表す。ここで、各主成分Ｖjに対する係数ｃjは、各テンプレート画像４０に対する各主成分Ｖjの寄与率を表す。すなわち、寄与率ｃjは、各テンプレート画像４０のベクトルＸを各主成分Ｖjに射影した射影ベクトルの大きさに相当し、各テンプレート画像４０のベクトルＸと各主成分Ｖjの内積に一致する。つまり、各主成分Ｖjにかかる係数（寄与率ｃj）は、各テンプレート画像Ｘから平均画像μを引いた画像（Ｘ−μ）と、各主成分Ｖとの内積となる（ただし、主成分の大きさは１に規格化（単位ベクトル化）しておくものとする）。各テンプレート画像４０には共通して特定部位５０が写るため、各主成分Ｖjは、特定部位５０の個体差（特徴）を反映する。
【００４５】
ここで、特定部位５０の形状や大きさは、特定部位５０の個体差を反映する特徴点に含まれる。このため、上位の各主成分Ｖjには、特定部位５０の形状や大きさに関する情報が含まれている。一方、２次粒子線のように、特定部位５０とは無関係に写り込むノイズは、各主成分Ｖjの中でも特に下位の主成分に含まれる情報である。
【００４６】
したがって、マッチングに際して、算出された主成分Ｖjのうち上位の第Ｎ主成分ＶNまでを考慮すれば、第Ｎ主成分よりも下位のノイズ成分を排除しつつ、特定部位５０の識別に有効な要素のみを考慮して、特定部位５０の検出を行うことが可能となる。
【００４７】
第１実施形態では、位置検出部１２は、記憶部５ｂに記憶された第１主成分Ｖ1から第Ｎ主成分ＶN（Ｎは２以上１００以下の整数）までを用いてマッチングを行うように構成されている。検出精度を確保するには、ある程度の数の主成分を考慮する方が好ましく、たとえば、Ｎは１０以上が好ましい。マッチングに際してのノイズ要素の排除のためには、主成分の数を多くしすぎない方がよいため、Ｎは、たとえば８０以下が好ましい。第１実施形態では、Ｎは、たとえば３０である。第３０主成分Ｖ30までを考慮することにより、ノイズ要素の排除と、特定部位５０の検出精度との両立を図ることが可能である。
【００４８】
第１実施形態では、位置検出部１２は、複数のテンプレート画像４０に対する主成分Ｖjの寄与率ｃjを取得する。たとえば、位置検出部１２は、第１主成分から第Ｎ主成分までの上位Ｎ個の主成分Ｖjを用いて、各テンプレート画像４０に対するＮ個の主成分Ｖjの寄与率ｃjをそれぞれ求める。
【００４９】
たとえば、位置検出部１２は、上位Ｎ個の主成分Ｖjを用いて、入力画像を各主成分Ｖjにより射影するための射影行列Ｑを作成する。射影行列Ｑは、下式（３）により表される。入力画像（テンプレート画像４０や、新たに取得されるＸ線画像３０）のベクトルに射影行列Ｑを乗じることにより、入力画像の第１主成分から第Ｎ主成分までのＮ次元の寄与率ベクトルを得ることができる。
【数３】
2019013449.tif 000005
【００５０】
位置検出部１２は、各テンプレート画像４０について射影行列Ｑを乗じることにより、各テンプレート画像４０に対する各主成分Ｖjの寄与率ｃjが並んだＮ次元の寄与率ベクトルＵk＝｛ｃk1，・・・ｃkN｝（ｋ＝１〜ｋ）を作成する。第１実施形態では、位置検出部１２は、作成した各テンプレート画像４０の寄与率ベクトルＵkの平均をとることにより、平均寄与率ベクトルＵa＝｛ｃa1，・・・ｃaN｝を作成する。つまり、位置検出部１２は、複数（ｋ枚）のテンプレート画像４０に対する各主成分Ｖjの寄与率ｃjの平均値ｃaj（平均寄与率ベクトルＵa）を算出し、記憶部５ｂに記憶する。
【００５１】
一方、特定部位５０の検出時には、位置検出部１２は、画像生成部１１により生成されたＸ線画像３０についても、Ｘ線画像３０に対する主成分Ｖjの寄与率ｃwjを取得する。たとえば、位置検出部１２は、画像生成部１１により生成されたＸ線画像３０に射影行列Ｑを乗じることにより、Ｘ線画像３０に対する各主成分Ｖjの寄与率ｃwjが並んだＮ次元の寄与率ベクトルＷ＝｛ｃw1，・・・ｃwN｝を作成する。
【００５２】
位置検出部１２は、複数（ｋ枚）のテンプレート画像４０に対する主成分Ｖjの寄与率ｃjの平均値ｃajと、Ｘ線画像３０に対する主成分Ｖjの寄与率ｃwjとの差に基づいて、特定部位５０の位置を検出するように構成されている。すなわち、位置検出部１２は、各テンプレート画像４０の寄与率ベクトルＵkを平均したＮ次元の平均寄与率ベクトルＵaと、Ｘ線画像３０に射影行列Ｑを乗じて得た寄与率ベクトルＷとの、寄与率同士の差分に基づいて、マッチングを行う。たとえば、位置検出部１２は、下式（４）により、各テンプレート画像４０の平均寄与率ベクトルＵaとＸ線画像３０の寄与率ベクトルＷとの自乗誤差Ｄ2を求める。
【数４】
2019013449.tif 000006
ここで、Ｕaは各テンプレート画像４０の平均寄与率ベクトル、ＷはＸ線画像３０の寄与率ベクトルである。
【００５３】
上式（２）のように、テンプレート画像４０やＸ線画像３０は、各射影ベクトル（ｃjＶj）の線形和により近似されるので、寄与率同士の差分の自乗誤差Ｄ2は、第Ｎ主成分までの各主成分を尺度とした各テンプレート画像４０の平均画像とＸ線画像３０との相違度を表し、自乗誤差Ｄ2が小さいほど、Ｘ線画像３０がテンプレート画像４０と一致している（特定部位５０が存在している）ことを表す。この自乗誤差Ｄ2が、マッチングにおけるＸ線画像３０とテンプレート画像４０との類似度の尺度（スコア）として利用される。マッチングにおける類似度の尺度（スコア）としては、自乗誤差Ｄ2の逆数に相当する値を用いてもよい。その場合、スコアの値は、相違度ではなく類似度を表す。
【００５４】
このようにして、位置検出部１２は、Ｘ線画像３０中から特定部位５０の位置を検出する。第１実施形態では、記憶部５ｂが記憶する主成分分析データ２３は、主成分分析によって取得された各主成分Ｖj、射影行列Ｑ、各寄与率ｃjおよび平均寄与率ベクトルＵaを含む。
【００５５】
なお、第１実施形態では、位置検出部１２は、粒子線治療に伴って発生する２次粒子線の写り込みがないテンプレート画像４０から取得された主成分を用いて寄与率を取得し、粒子線治療中において画像生成部１１により順次生成されるＸ線画像３０の各々から特定部位５０を検出し、特定部位５０の移動を追跡するように構成されている。
【００５６】
すなわち、テンプレート画像４０は、治療ビームが照射されていない状態（治療前）で予め取得されることにより、２次粒子線の写り込みがない状態で作成される。これにより、主成分分析によって取得された各主成分Ｖjや寄与率ｃjにおける２次粒子線によるノイズの影響が確実に排除され、各主成分Ｖjおよび寄与率ｃjが特定部位５０の特徴をより反映したものとなる。
【００５７】
また、位置検出部１２は、画像生成部１１により生成されたＸ線画像３０に設定した検出窓３０ａ内の画像部分についての寄与率ｃwjを求め、検出窓３０ａを移動させて寄与率ｃwjを用いたマッチングを順次行うことにより、Ｘ線画像３０中から特定部位５０を検出するように構成されている。すなわち、図６に示すように、位置検出部１２は、粒子線治療中に取得されたＸ線画像３０に所定の大きさの検出窓３０ａを設定して、検出窓３０ａ内の画像部分の寄与率ベクトルＷと、各テンプレート画像４０の平均寄与率ベクトルＵaとの自乗誤差Ｄ2を算出する。位置検出部１２は、検出窓３０ａを移動させて、順次、自乗誤差Ｄ2を算出する。この際、治療計画データ２２から、予め特定部位５０が移動する推定範囲は分かっているため、検出窓３０ａの移動範囲は、Ｘ線画像３０の一部に限定される。検出窓３０ａの移動範囲は、たとえば特定部位５０が移動する推定範囲に、所定のマージンを加えた範囲として設定される。
【００５８】
位置検出部１２は、たとえば、検出窓３０ａの移動範囲内で算出した自乗誤差Ｄ2のうちで最小値を有する位置を、特定部位５０の検出位置として出力する。特定部位５０の検出位置は、制御部４に出力される。位置検出部１２は、粒子線治療中に所定のフレームレートで生成されるＸ線画像３０の各々についてマッチング処理を行う。制御部４は、取得されたＸ線画像３０に、特定部位５０の検出位置を表す識別表示を重畳して、表示部６に表示する。識別表示としては、たとえば図３に示したような、特定部位５０の輪郭を示す線などである。制御部４は、新たなＸ線画像３０および新たな検出位置を画像処理部５から取得する度に、表示部６を更新表示させ、リアルタイムの動画像形式でＸ線画像３０および検出位置を表示させる。
【００５９】
（放射線撮影装置の処理動作）
次に、図７を参照して、放射線撮影装置１００の処理動作について説明する。各ステップの処理は、基本的には画像処理部５（画像生成部１１および位置検出部１２）と制御部４との協働により実施される。
【００６０】
ステップＳ１において、画像処理部５が、テンプレート画像４０を取得する。すなわち、治療前の準備として、事前にＸ線画像３０が撮像され、Ｘ線画像３０中から特定部位５０を含む領域が切り出されることにより、テンプレート画像４０が得られる。テンプレート画像４０は、画像処理部５が切り出し処理をして作成してもよいし、別途作成されたテンプレート画像４０が図示しないネットワークあるいは記録媒体から読み出されてもよい。
【００６１】
ステップＳ２において、画像処理部５が、被検体Ｔの特定部位５０が写る複数のテンプレート画像４０に対する主成分分析により、特定部位５０の主成分Ｖjおよび寄与率ｃjを取得する。そして、ステップＳ３において、画像処理部５が、主成分分析データ２３を作成する。すなわち、位置検出部１２により、上述の第Ｎ主成分までの主成分Ｖjのデータ、射影行列Ｑ、各寄与率ｃjおよび各テンプレート画像４０の平均寄与率ベクトルＵaが作成され、記憶部５ｂに記憶される。
【００６２】
以降のステップＳ４〜Ｓ９が、粒子線治療時の処理である。ステップＳ４において、画像処理部５が、Ｘ線画像３０を取得する。すなわち、照射部１が被検体Ｔに放射線を照射し、Ｘ線検出部２が被検体Ｔを透過した放射線を検出して、Ｘ線検出部２からの検出信号に基づいて、画像生成部１１がＸ線画像３０を生成する。Ｘ線画像３０は、位置検出部１２および制御部４に出力される。
【００６３】
ステップＳ５において、画像処理部５が、マッチング処理を実施する。すなわち、位置検出部１２が、Ｘ線画像３０中の検出窓３０ａ内の画像部分についての寄与率（寄与率ベクトルＷ）を取得する。そして、位置検出部１２は、取得した各々の寄与率（平均寄与率ベクトルＵaおよび寄与率ベクトルＷ）を用いたマッチングを行う。上記の通り、位置検出部１２は、検出窓３０ａを移動させて、Ｘ線画像３０中の各位置における寄与率（寄与率ベクトルＷ）の取得と自乗誤差Ｄ2の算出とを繰り返し行う。そして、位置検出部１２が、最小の自乗誤差Ｄ2を有する位置を、Ｘ線画像３０中から特定部位５０の位置として検出する。なお、照射部１とＸ線検出部２とのペアが２組設けられているため、特定部位５０の検出は、それぞれのＸ線画像３０について行われる。
【００６４】
ステップＳ６において、画像処理部５が、各Ｘ線画像３０において検出した特定部位５０の位置を、制御部４に出力する。制御部４は、各Ｘ線画像３０における特定部位５０の検出位置に基づいて、特定部位５０の３次元位置を取得する。制御部４は、今回取得されたＸ線画像３０に、特定部位５０の検出位置を示す識別表示を重ねて表示部６に表示（更新表示）する。
【００６５】
ステップＳ７において、制御部４が、粒子線照射装置１１０による治療ビームの照射タイミングか否かを判断する。すなわち、制御部４は、今回取得された特定部位５０の３次元位置が、治療計画によって予め設定された治療ビームの照射位置（照射範囲）に含まれるか否かを判断する。
【００６６】
なお、照射タイミングか否かは、２方向の各Ｘ線画像３０において検出した２次元の特定部位５０の位置が、両方ともＸ線画像３０上の照射位置（照射範囲）に含まれるか否かによって判断してもよい。この場合、制御部４は、ステップＳ６において各Ｘ線画像３０における特定部位５０の検出位置から特定部位５０の３次元位置を取得する必要はない。
【００６７】
特定部位５０が照射位置に含まれる場合、制御部４は、ステップＳ８において、粒子線照射装置１１０にトリガー信号を出力する。特定部位５０が照射位置からずれている場合、制御部４は、トリガー信号を出力せずに、ステップＳ９に処理を進める。
【００６８】
ステップＳ９において、制御部４が、粒子線治療を終了するか否かを判断する。粒子線治療が継続して行われる場合、ステップＳ４〜Ｓ８の各処理が繰り返し実行される。今回の粒子線治療が完了した場合には、検出処理および粒子線治療に関する制御が終了する。
【００６９】
（第１実施形態の効果）
第１実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
【００７０】
第１実施形態では、上記のように、テンプレート画像４０および画像生成部１１により生成されたＸ線画像３０の各々に対する記憶部５ｂに記憶された主成分Ｖjの寄与率（ｃj、ｃwj）を取得し、取得した各々の寄与率（ｃj、ｃwj）を用いたマッチングにより、Ｘ線画像３０中から特定部位５０の位置を検出する位置検出部１２を設ける。これにより、テンプレート画像４０から取得した主成分Ｖjの、テンプレート画像４０およびＸ線画像３０の各々に対する寄与率（ｃj、ｃwj）を用いて特定部位５０の検出を行うことができる。この場合、画像生成部１１により新たに生成されたＸ線画像３０に対して主成分分析を行うのではなく、予め用意されたテンプレート画像４０に対する主成分分析の結果（主成分Ｖj）を用いてＸ線画像３０に対する寄与率ｃwjを取得すればよい（射影ベクトルの大きさを求めるだけでよい）ので、迅速な検出処理が可能である。そして、画像生成部１１により生成されたＸ線画像３０（ノイズを含む画像）をそのまま用いるのではなく、テンプレート画像４０の主成分Ｖjを尺度とする寄与率ｃjを用いることにより、元のＸ線画像３０に含まれるノイズの影響を抑制してマッチングを行うことができる。その結果、Ｘ線画像３０にノイズが含まれる場合でも、ノイズの影響を抑制しつつ特定部位５０の検出を迅速に行うことができる。
【００７１】
また、第１実施形態では、上記のように、位置検出部１２を、複数のテンプレート画像４０に対する主成分Ｖjの寄与率ｃjの平均値（平均寄与率ベクトルＵa）と、Ｘ線画像３０に対する主成分Ｖjの寄与率ｃwj（寄与率ベクトルＷ）との差（自乗誤差Ｄ2）に基づいて、特定部位５０の位置を検出するように構成する。これにより、各テンプレート画像４０（の平均画像）とＸ線画像３０との寄与率（ｃj、ｃwj）の差（自乗誤差Ｄ2）により、主成分Ｖjを尺度とした場合の、各テンプレート画像４０に共通する要素（平均画像）からのＸ線画像３０の相違度が得られるので、この相違度が小さくなることに基づいて特定部位５０を精度よく検出することができる。また、画像同士のテンプレートマッチングを行う場合と異なり、寄与率（ｃj、ｃwj）同士のマッチング（自乗誤差Ｄ2の算出）を行うだけで特定部位５０を検出することができるので、計算量を抑制して高速な検出が可能となる。
【００７２】
たとえば、ｍ×ｎ画素のテンプレート画像４０とＸ線画像３０との画像同士のマッチングと、第Ｎ主成分までを用いたＮ次元の平均寄与率ベクトルＵaと寄与率ベクトルＷとの寄与率同士のマッチングとを比較すると、画像同士のマッチングでは、画素毎にｍ×ｎ回の自乗誤差Ｄ2の算出を行うのに対して、寄与率同士のマッチングでは、たかだかＮ回の自乗誤差Ｄ2の算出を行うだけで、マッチングを行うことが可能となる。このため、計算量を大幅に抑制することが可能となる。
【００７３】
また、第１実施形態では、上記のように、記憶部５ｂに記憶された第１主成分Ｖ1から第Ｎ主成分ＶN（Ｎは２以上１００以下の整数）までを用いてマッチングを行うように位置検出部１２を構成する。これにより、最大で第１００主成分までの、たかだかＮ個の主成分を用いればよいので、特定部位５０の検出を迅速に行うことができる。また、上位Ｎ番目までの主成分に、ノイズ成分を排除しつつ、特定部位５０を精度よく検出するのに必要な情報量を含めることができるので、必要十分な精度で、迅速な検出処理を行うことができる。
【００７４】
また、第１実施形態では、上記のように、粒子線治療に伴って発生する２次粒子線の写り込みがないテンプレート画像４０から取得された主成分Ｖjを用いて寄与率ｃjを取得し、粒子線治療中において画像生成部１１により順次生成されるＸ線画像３０の各々から特定部位５０を検出し、特定部位５０の移動を追跡するように位置検出部１２を構成する。２次粒子線の写り込みがないテンプレート画像４０から取得された主成分Ｖjを用いることによって、２次粒子線（ノイズ）が写り込んだＸ線画像３０から２次粒子線の影響を効果的に除去することができる。その結果、特定部位５０の検出における２次粒子線（ノイズ）の影響を効果的に抑制することができる。
【００７５】
また、第１実施形態では、上記のように、画像生成部１１により生成されたＸ線画像３０に設定した検出窓３０ａ内の画像部分についての寄与率ｃwjを求め、検出窓３０ａを移動させて寄与率ｃwjを用いたマッチングを順次行うことにより、Ｘ線画像３０中から特定部位５０を検出するように、位置検出部１２を構成する。これにより、粒子線治療の場合、治療計画データ２２によって、Ｘ線画像３０中で特定部位５０が存在する領域が把握されるため、検出窓３０ａによる探索範囲を絞り込むことができる。その結果、Ｘ線画像３０の全体についてマッチング処理を行う必要がなくなるので、さらに迅速な検出処理を行うことができる。
【００７６】
［第２実施形態］
次に、図８を参照して、本発明の第２実施形態による放射線撮影装置について説明する。第２実施形態では、テンプレート画像４０およびＸ線画像３０に対する主成分の寄与率についてマッチングを行う例を示した上記第１実施形態とは異なり、主成分と寄与率とを用いて画像を再構成し、画像同士のマッチングを行う例について説明する。なお、第２実施形態では、位置検出部によるマッチング処理の内容のみが上記第１実施形態と異なるため、マッチング処理以外については説明を省略する。
【００７７】
図８に示すように、位置検出部１２ａ（図１参照）は、テンプレート画像４０に対する寄与率ｃjと主成分Ｖjとにより作成したテンプレート画像４０の主成分画像４１と、Ｘ線画像３０に対する寄与率ｃjと主成分ＶjとによりＸ線画像３０を変換した変換画像３１とのマッチングにより、特定部位５０の位置を検出するように構成されている。すなわち、第２実施形態では、位置検出部１２ａは、テンプレート画像４０およびＸ線画像３０の各々に対して寄与率（ｃj、ｃwj）を各主成分Ｖjに乗じることにより、上式（２）に示した各射影ベクトル（ｃjＶj）を用いて画像を再構成する。
【００７８】
まず、位置検出部１２ａは、各テンプレート画像４０について射影行列Ｑを乗じることにより取得したＮ次元の寄与率ベクトルＵkを取得し、各主成分Ｖjに寄与率ｃkjを乗じることにより、各テンプレート画像４０の主成分画像４１（射影ベクトル）を作成する。第２実施形態では、位置検出部１２ａは、作成した各主成分画像４１の平均をとることにより、主成分画像４１の平均画像４２を作成する。つまり、位置検出部１２ａは、各テンプレート画像４０に対して第１主成分から第Ｎ主成分までを用いて特徴抽出を行った主成分画像４１を平均して、第１主成分から第Ｎ主成分までを考慮した平均画像４２（平均画像ベクトルＨ）を算出し、記憶部５ｂに記憶する。
【００７９】
特定部位５０の検出時には、位置検出部１２ａは、画像生成部１１により生成されたＸ線画像３０についても、射影行列Ｑを乗じることにより寄与率ベクトルＷを取得し、各主成分Ｖjに寄与率ｃwjを乗じることにより、主成分による変換画像３１を作成する。すなわち、変換画像３１は、Ｘ線画像３０を第１主成分から第Ｎ主成分により射影した射影画像３２（射影画像ベクトルＩ）である。
【００８０】
位置検出部１２ａは、複数（ｋ枚）の主成分画像４１の平均画像４２と、Ｘ線画像３０の射影画像３２との差に基づいて、特定部位５０の位置を検出するように構成されている。たとえば、位置検出部１２ａは、下式（５）により、平均画像４２と射影画像３２との自乗誤差Ｄ2を求める。
【数５】
2019013449.tif 000007
ここで、Ｈは平均画像４２のベクトル、Ｉは射影画像３２のベクトルである。
【００８１】
このようにして、位置検出部１２ａは、Ｘ線画像３０中から特定部位５０の位置を検出する。第２実施形態では、記憶部５ｂが記憶する主成分分析データ２３は、主成分分析によって取得された各主成分Ｖj、射影行列Ｑ、各寄与率ｃj、主成分画像４１および平均画像４２を含む。
【００８２】
この第２実施形態の場合、図７のステップＳ５では、位置検出部１２ａが、Ｘ線画像３０中の検出窓３０ａ内の画像部分についての寄与率（寄与率ベクトルＷ）を取得して、寄与率ｃwjと主成分Ｖjとにより射影画像３２を再構成する。そして、位置検出部１２ａは、平均画像４２と射影画像３２とのマッチングを行う。上記の通り、位置検出部１２ａは、検出窓３０ａを移動させて、Ｘ線画像３０中の各位置における射影画像３２の作成と自乗誤差Ｄ2の算出とを繰り返し行うことにより、Ｘ線画像３０中から特定部位５０の位置を検出する。
【００８３】
第２実施形態のその他の構成は上記第１実施形態と同様である。
【００８４】
（第２実施形態の効果）
第２実施形態でも、上記第１実施形態と同様に、テンプレート画像４０およびＸ線画像３０の各々に対する主成分Ｖjの寄与率（ｃj、ｃwj）を取得し、取得した各々の寄与率（ｃj、ｃwj）を用いたマッチングにより、Ｘ線画像３０中から特定部位５０の位置を検出する位置検出部１２ａを設ける。テンプレート画像４０の主成分Ｖjを尺度とする寄与率ｃjを用いることにより、Ｘ線画像３０にノイズが含まれる場合でも、ノイズの影響を抑制しつつ特定部位５０の検出を迅速に行うことができる。
【００８５】
また、第２実施形態では、上記のように、位置検出部１２ａを、テンプレート画像４０に対する寄与率ｃkjと主成分Ｖjとにより作成したテンプレート画像４０の主成分画像４１（平均画像４２）と、Ｘ線画像３０に対する寄与率ｃwjと主成分ＶjとによりＸ線画像３０を変換した変換画像３１（射影画像３２）とのマッチングにより、特定部位５０の位置を検出するように構成する。これにより、取得した寄与率（ｃkj、ｃwj）と主成分Ｖjとを用いて主成分画像４１（平均画像４２）と変換画像３１（射影画像３２）とを再構成することによって、画像同士のマッチングを行うことができる。この場合でも、テンプレート画像４０の主成分Ｖjによって変換した主成分画像４１（平均画像４２）と変換画像３１（射影画像３２）とを用いることにより、元のＸ線画像３０に含まれるノイズの影響を抑制してマッチングを行うことができる。
【００８６】
［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。
【００８７】
たとえば、上記第１および第２実施形態では、位置検出部１２（１２ａ）が、動画像の形式のＸ線画像３０について、フレーム毎に特定部位の検出を行う例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、動画像でフレームレートが大きい場合などには、フレーム毎ではなく、複数フレームに対して１回の割合で特定部位の検出を行ってもよい。また、動画像ではなく、静止画像に対して検出処理を行ってもよい。なお、本発明は、撮像される放射線画像に対する主成分分析を行わずに、主成分Ｖjの寄与率（ｃj、ｃwj）を用いて迅速に特定部位を検出できるため、動画像を扱う用途や、リアルタイムの検出処理が要求される治療中に利用される用途など、迅速な検出処理が必要とされる用途に向けた放射線撮影装置に、好適に適用できる。
【００８８】
また、上記第１および第２実施形態では、放射線撮影装置の一例として、Ｘ線を用いてＸ線画像を撮影するＸ線撮影装置に本発明を適用した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明は、Ｘ線以外の放射線を用いて撮影を行う装置に適用してもよい。
【００８９】
また、上記第１および第２実施形態では、粒子線治療における特定部位５０の追跡を行う放射線撮影装置の例を示したが、本発明はこれに限られない。粒子線治療における特定部位５０の追跡以外の用途に本発明の放射線撮影装置を適用してもよい。本発明では、ノイズを含んだ放射線画像から特定部位を検出する放射線撮影装置であれば、どのような用途に適用されてもよい。本発明は、２次粒子線のように、一般的なフィルタ処理などでは除去し難いノイズを含んだ放射線画像から特定部位を検出する放射線撮影装置に好適に適用できる。
【００９０】
また、上記第１および第２実施形態では、被検体Ｔの特定部位５０として、腫瘍を検出する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、マーカーを用いて腫瘍の位置を追跡する場合に、被検体Ｔの特定部位５０としてのマーカーを検出してもよい。
【００９１】
また、上記第１実施形態では、複数（ｋ枚）のテンプレート画像４０の各々について、テンプレート画像４０に対する各主成分Ｖjの寄与率ｃjが並んだＮ次元の寄与率ベクトルＵkを作成し、各テンプレート画像４０の寄与率ベクトルＵkの平均をとることにより、平均寄与率ベクトルＵaを作成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、たとえば各テンプレート画像４０の平均画像４２に対する各主成分Ｖjの寄与率ｃjが並んだＮ次元の寄与率ベクトルを作成し、この各テンプレート画像４０の平均画像４２に対する寄与率ベクトルと、Ｘ線画像３０の寄与率ベクトルＷとのマッチング（自乗誤差Ｄ2の算出）を行ってもよい。
【００９２】
また、上記第１および第２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】
【００９３】
１  照射部
２  Ｘ線検出部（放射線検出部）
５ｂ  記憶部
１１  画像生成部
１２、１２ａ  位置検出部
３０  Ｘ線画像（放射線画像）
３１  変換画像
４０  テンプレート画像
４１  主成分画像
５０  特定部位
１００  放射線撮影装置
ｃ（ｃj、ｃkj、ｃaj、ｃwj）  寄与率
Ｖ（Ｖj）  主成分
【図１】
2019013449.tif 000008
【図２】
2019013449.tif 000009
【図３】
2019013449.tif 000010
【図４】
2019013449.tif 000011
【図５】
2019013449.tif 000012
【図６】
2019013449.tif 000013
【図７】
2019013449.tif 000014
【図８】
2019013449.tif 000015