(57)【要約】【課題】計画時の画像と治療時の画像とにおいて対応する点の指定を容易にすることができる画像処理装置を提供することである。【解決手段】実施形態の画像処理装置は、透視画像生成部、透視画像取得部、対応点取得部、第２算出部、及び、表示画像生成部を備える。透視画像生成部は、対象の３次元ボリュームデータに基づいて所定方向からの対象の第１の透視画像を生成する。透視画像取得部は、所定方向からの対象の第２の透視画像を取得する。対応点取得部は、第１の透視画像と取得した第２の透視画像とにおいて対応点を取得する。第２算出部は、第１の透視画像と第２の透視画像とのずれを示す変位量に基づいて、第１の透視画像における対応点の位置を更新する。表示画像生成部は、第１の透視画像と第２の透視画像と対応点とを含む表示画像を出力する。また、透視画像生成部は、変位量に基づいて変更された方向からの第１の透視画像の生成を行う。【選択図】図２
2015085012.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象の３次元ボリュームデータに基づいて所定方向からの前記対象の第１の透視画像を生成する透視画像生成部と、
所定方向からの前記対象の第２の透視画像を取得する透視画像取得部と、
前記第１の透視画像と前記第２の透視画像とにおいて指定された対応点を取得する対応点取得部と、
前記第１の透視画像と前記第２の透視画像とのずれを示す変位量に基づいて、前記第１の透視画像における対応点の位置を更新する第２算出部と、
前記第１の透視画像と前記第２の透視画像と前記第１の透視画像及び前記第２の透視画像における更新された前記対応点とを含む表示画像を出力する表示画像生成部と、
を備え、
前記透視画像生成部は、
前記変位量に基づいて変更された方向からの前記第１の透視画像の生成を行う
ことを特徴とする画像処理装置。
【請求項２】
前記第１の透視画像における対応点と前記第２の透視画像における対応点とに基づいて、前記３次元ボリュームデータの位置と前記第２の透視画像を撮像した際の前記対象の位置とのずれを前記変位量として算出する第１算出部
を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
【請求項３】
前記第１算出部は、
前記対応点取得部が新たな対応点を取得すると、既に取得されている対応点と新たに取得した対応点とに基づいて、前記変位量を算出し、
前記第２算出部は、
前記変位量を算出されるたびに新たに算出された変位量に基づいて、前記第１の透視画像における対応点の座標を更新し、
前記表示画像生成部は、
前記第１の透視画像における対応点の座標が更新されるたびに表示画像を出力する
ことを特徴とする請求項２に記載の画像処理装置。
【請求項４】
前記第１算出部は、
前記対応点取得部が既に取得している対応点のうちいずれかの対応点が削除されると、残っている対応点に基づいて前記変位量を算出する
ことを特徴とする請求項２又は請求項３のいずれか一項に記載の画像処理装置。
【請求項５】
前記対応点取得部は、
前記第１の透視画像又は前記第２の透視画像において対応点が新たに指定された場合、既に取得している対応点に対する修正として対応点が指定されたか、新たな対応点の指定であるかを判定し、修正であると判定すると新たに指定された対応点に最も近い対応点を削除する
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の画像処理装置。
【請求項６】
前記第２算出部によって座標が更新された対応点であって前記第１の透視画像における対応点の近傍の第１の部分画像と、当該対応点に対応する対応点であって前記第２の透視画像における対応点の近傍の第２の部分画像との類似度を算出し、算出した類似度が予め定められた基準値より小さい場合、前記第２の部分画像と類似度が最も高い領域を前記第１の透視画像において検出し、検出した領域に基づいて前記第１の透視画像における対応点の座標を修正する対応点修正部
を更に備えることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の画像処理装置。
【請求項７】
前記表示画像生成部は、
前記第１の透視画像において対応点のエピポーラ線を表示する際に、エピポーラ線の位置を前記変位量に応じて表示位置を修正する
ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の画像処理装置。
【請求項８】
対象の３次元ボリュームデータに基づいて所定方向からの前記対象の第１の透視画像を生成する透視画像生成部と、
所定方向からの前記対象の第２の透視画像を取得する透視画像取得部と、
前記第１の透視画像と前記第２の透視画像とにおいて指定された対応点を取得する対応点取得部と、
前記第１の透視画像と前記第２の透視画像とのずれを示す変位量に基づいて、前記第１の透視画像における対応点の位置を更新する第２算出部と、
前記第１の透視画像と前記第２の透視画像と前記第１の透視画像及び前記第２の透視画像における更新された前記対応点とを含む表示画像を出力する表示画像生成部と、
を備える画像処理装置と、
前記第２の透視画像を撮像する撮像装置と、
前記表示画像を表示する表示装置と、
を具備し、
前記透視画像生成部は、
前記変位量に基づいて変更された方向からの前記第１の透視画像の生成を行う
ことを特徴とする治療システム。
【請求項９】
画像処理装置が行う画像処理方法であって、
対象を所定方向から撮像して得られる第１の透視画像を前記対象の３次元ボリュームデータから生成する透視画像生成ステップと、
所定方向からの前記対象の第２の透視画像を取得する透視画像取得ステップと、
前記第１の透視画像と前記第２の透視画像とにおいて指定された対応点を取得する対応点取得ステップと、
前記第１の透視画像と前記第２の透視画像とのずれを示す変位量に基づいて、前記第１の透視画像における対応点の位置を更新する第２算出ステップと、
前記第１の透視画像と前記第２の透視画像と前記第１の透視画像及び前記第２の透視画像における更新された前記対応点とを含む表示画像を出力する表示画像生成ステップと、
を有し、
前記透視画像生成ステップでは、
前記変位量に基づいて変更された方向からの前記第１の透視画像の生成を行う
ことを特徴とする画像処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、画像処理装置、治療システム、及び画像処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
放射線治療を行う際、治療時の被検体の位置が事前に計画した位置となるように被検体の位置決めが行われている。位置決めを行う方法として、例えば治療の計画時においてＸ線撮影して得られる画像と治療時においてＸ線撮影して得られる画像とに対して対応点を定めて、対応点のずれに基づいて行う方法がある（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２１２１３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、計画時における被検体の姿勢と治療時における姿勢との違いが大きい場合には、対応点の指定が困難になるという問題があった。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、計画時の画像と治療時の画像とにおいて対応する点の指定を容易にすることができる画像処理装置、治療システム、及び画像処理方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態の画像処理装置は、透視画像生成部、透視画像取得部、対応点取得部、第２算出部、及び、表示画像生成部を備える。透視画像生成部は、対象の３次元ボリュームデータに基づいて所定方向からの対象の第１の透視画像を生成する。透視画像取得部は、所定方向からの対象の第２の透視画像を取得する。対応点取得部は、第１の透視画像と第２の透視画像とにおいて指定された対応点を取得する。第２算出部は、第１の透視画像と第２の透視画像とのずれを示す変位量に基づいて、第１の透視画像における対応点の位置を更新する。表示画像生成部は、第１の透視画像と第２の透視画像と第１の透視画像及び第２の透視画像における更新された対応点とを含む表示画像を出力する。また、透視画像生成部は、変位量に基づいて変更された方向からの第１の透視画像の生成を行う。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施形態における治療システム１０の構成例を示すブロック図である。
【図２】第１の実施形態における画像処理装置１００の構成例を示すブロック図である。
【図３】第１の実施形態における画像処理装置１００が行う位置決め処理を示すフローチャートである。
【図４】第１の実施形態の位置決め処理のステップＳ１０１及びステップＳ１０６において透視画像生成部１１０が行う処理を示すフローチャートである。
【図５】第１の実施形態において対応点が３組ある場合における第１算出部１１３が回転行列Ｒと並進ベクトルｔとを算出する手順を示すフローチャートである。
【図６】第１の実施形態における第２算出部１１４が第１点群の座標を更新する手順を示すフローチャートである。
【図７】第１の実施形態における画像処理装置１００による位置決め処理の概要を示す図である。
【図８】第１の実施形態における画像処理装置１００による第１透視画像及び第２透視画像を再生成の一例を示す第１の図である。
【図９】第１の実施形態における画像処理装置１００による第１透視画像及び第２透視画像を再生成の一例を示す第２の図である。
【図１０】第１の実施形態における合成画像Ｉ１及び合成画像Ｉ２を含む表示画像の位置例を示す図である。
【図１１】第２の実施形態における画像処理装置１００Ａの構成例を示すブロック図である。
【図１２】第２の実施形態における画像処理装置１００Ａが行う位置決め処理を示すフローチャートである。
【図１３】第３の実施形態における画像処理装置１００Ｂの構成例を示すブロック図である。
【図１４】第３の実施形態における第１算出部１３３が変位量の算出に用いる３次元ボリュームデータ、第１透視画像、及び、第２透視画像の配置関係を示す図である。
【図１５】第３の実施形態における第１透視画像の移動量の入力例を示す画像である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
（第１の実施形態）
以下、図面を参照して、第１の実施形態における画像処理装置、治療システム、及び画像処理方法を説明する。図１は、第１の実施形態における治療システム１０の構成例を示すブロック図である。治療システム１０は、画像処理装置１００、表示装置２００、及び、撮像装置４００を備える。治療システム１０は、計画装置３００、治療装置５００、及び、寝台装置６００を更に備えてもよい。
【０００９】
画像処理装置１００は、治療の計画時の画像と、治療時において撮像装置４００を用いて取得した画像とに基づいて、計画時と治療時とにおける患者等の被検体Ａ（以下、対象Ａ）の、位置のずれを検出する。表示装置２００は、治療の計画時の画像や治療時の画像などを表示するとともに、技師や医師などのユーザからの入力を受け付ける。計画装置３００は、治療を行う前に予め取得した対象Ａの情報に基づいて治療の対象となる部位の特定などを行う。撮像装置４００は治療時における対象Ａを撮像して画像を取得する。治療装置５００は計画装置３００により特定された部位に対して治療を行う装置である。寝台装置６００は、治療時に対象Ａが所定の姿勢のままで移動させる装置であって画像処理装置１００が検出したずれに基づいて対象Ａを移動させる装置である。
【００１０】
計画装置３００は、放射線治療、陽子線治療、または粒子線治療などが施される対象Ａの内部形態を撮像した画像などの情報とユーザによる操作入力とに基づいて、治療計画を定めるための装置である。画像は、例えばＸ線装置、コンピュータ・トモグラフィー（ＣＴ：Computed Tomography）、磁気共鳴画像（ＭＲＩ：Magnetic Resonance Imaging）装置、ＰＥＴ（Positron Emission Tomography）装置、ＳＰＥＣＴ（Single Photon Emission Computed Tomography）装置などの撮像装置であって対象Ａの内部を撮像することが可能な撮像装置を用いて取得されたデータである。画像は、２次元画像であっても、３次元画像であってもよい。本実施形態では、計画時にＸ線ＣＴ装置によって収集された画像を用いる例について説明する。
【００１１】
計画装置３００は、データベース部３１０、表示部３２０、計画装置操作部３３０、及び、計画装置制御部３４０を備える。データベース部３１０には、対象Ａを撮像したデータが記憶されている。記憶されるデータは、対象Ａを撮像したボクセルデータそのものであっても、投影データに対して、対数変換、オフセット補正、感度補正、ビームハードニング補正、散乱線補正等の補正処理を行った生データ（「ｒａｗデータ」とも称される）のボクセルデータであっても、ボクセルデータから再構成された２次元画像であってもよい。本実施形態では、データベース部３１０がボクセルデータを保持する例について述べる。
【００１２】
表示部３２０は、計画装置制御部３４０による制御に基づいて、透視画像を表示する。本実施形態では、透視画像として、データベース部３１０に記憶されているボクセルデータを再構成した所定方向から対象Ａを透視して得られる画像（ＤＲＲ：Digitally Reconstructed Radiograph）を用いる例について述べる。表示部３２０が表示する透視画像は、後段で説明する撮像装置４００が撮像する画像の種類と対応していることが好ましい。互いに対応した画像間で行う方が、位置合わせの精度が高まる、ユーザの入力も簡便であるためである。本実施形態では、撮像装置４００がＸ線装置である例について述べているため、Ｘ線装置の撮像をシミュレーションしたＤＲＲ画像を表示部３２０が表示することが好ましい。
【００１３】
計画装置操作部３３０は、ユーザによる操作入力を受け付け、受け付けた操作入力に応じた情報を計画装置制御部３４０に出力する。計画装置制御部３４０は、計画装置操作部３３０が受け付けた操作入力に応じた情報に基づいて、計画装置３００が備える各部を制御する。計画装置制御部３４０は、例えば中央処理装置（ＣＰＵ：Central Processing Unit）などを含み構成され特定のプログラムに基づいた処理を行う情報処理装置である。計画装置制御部３４０は、再構成された画像や操作入力に応じた情報に基づいて、治療の対象となる部位を示す情報をデータベース部３１０に記憶させる。
【００１４】
撮像装置４００は、Ｘ線装置、ＣＴ装置、ＭＲＩ装置などであり、対象Ａの画像を撮像する装置である。第１の実施形態では、撮像装置４００がＸ線装置である場合について説明する。撮像装置４００は、撮像装置制御部４１０、第１線源部４２０、第２線源部４３０、第１撮像部４４０、及び、第２撮像部４５０を備える。
【００１５】
第１撮像部４４０は、第１線源部４２０から放出されたＸ線であって対象Ａを透過したＸ線に基づいて、対象Ａを透視した画像を生成する。第１撮像部４４０は、フラット・パネル・ディテクタ（ＦＰＤ：Flat Panel Detector）を有しており、対象Ａを透過したＸ線をＦＰＤが受けてデジタル信号に変換し、当該デジタル信号に基づいて画像を生成する。
【００１６】
第２撮像部４５０は、第２線源部４３０から放出されたＸ線であって対象Ａを透過したＸ線に基づいて、対象Ａを透視した画像を生成する。第２撮像部４５０は、第１撮像部４４０と同様にＦＰＤを有しており、対象Ａを透過したＸ線をＦＰＤが受けてデジタル信号に変換し、当該デジタル信号に基づいて画像を生成する。
【００１７】
なお、第１撮像部４４０と第２撮像部４５０とが対象Ａを透視する方向は異なっている。例えば、第１撮像部４４０のＦＰＤの撮像面と第２撮像部４５０のＦＰＤの撮像面とが直交するように、第１線源部４２０、第２線源部４３０、第１撮像部４４０、及び第２撮像部４５０は配置されている。なお、第１撮像部４４０及び第２撮像部４５０は、ＦＰＤに代えてイメージインテンシファイア（Ｉ．Ｉ．：Image Intensifier）を有していてもよい。
【００１８】
撮像装置制御部４１０は、撮像装置４００が備える各部を制御する。撮像装置制御部４１０は、例えばＣＰＵなどを含み構成され特定のプログラムに基づいた処理を行う情報処理装置である。撮像装置制御部４１０は、第１撮像部４４０及び第２撮像部４５０が生成した対象Ａの透視画像を画像処理装置１００に出力する。
【００１９】
画像処理装置１００は、計画装置３００のデータベース部３１０が記憶しているボクセルデータから生成した画像と、撮像装置４００から入力された透視画像とを示す画像データを表示装置２００に出力する。また、画像処理装置１００は、ボクセルデータから生成した画像と、撮像装置４００から入力された画像と、表示装置２００から入力されるユーザの操作入力の情報とに基づいて、計画時と治療時とにおける対象Ａのずれを算出する。画像処理装置１００は、算出したずれを示す位置決め情報を寝台装置６００に出力する。画像処理装置１００における画像処理や構成などの詳細については後述する。
【００２０】
表示装置２００は、表示部２１０、及び、表示装置操作部２２０を備える。表示部２１０には、画像処理装置１００から画像データが入力される。画像データは、例えば、ボクセルデータに基づいて生成された画像や、撮像装置４００において取得された画像である。表示部２１０は入力された画像データが示す画像を表示する。
【００２１】
表示装置操作部２２０は、ユーザによる操作入力を受け付け、操作入力に応じた情報を画像処理装置１００に出力する。表示装置操作部２２０は、表示部２１０に表示された画像上の位置を指定する操作入力を受け付け、当該位置を示す座標情報を画像処理装置１００に出力する。表示装置操作部２２０は、例えば、キーボード、マウスなどのポインティングデバイス又はタッチパネルなどである。表示装置操作部２２０が例えばタッチパネルである場合、表示装置操作部２２０と表示部２１０とは一体として構成されていてもよい。
【００２２】
治療装置５００は、対象Ａに対して放射線治療、陽子線治療又は粒子線治療を施す装置である。治療装置５００は、治療装置制御部５１０、及び、複数の線源部５２０を備える。治療装置制御部５１０は、治療装置５００が備える各部を制御する。治療装置制御部５１０は、例えばＣＰＵなどを含み構成され特定のプログラムに基づいた処理を行う制御処理装置である。治療装置制御部５１０は、画像処理装置１００が検出したずれに基づいて寝台装置６００が対象Ａを移動させたことを検出した後に、線源部５２０を稼働可能状態にする。複数の線源部５２０それぞれは、稼働可能状態になるとユーザの制御に基づいて対象Ａに向けて放射線、陽子線又は粒子線を照射する。複数の線源部５２０から照射される放射線、陽子線又は粒子線は、一点（アイソセンタ）で交わるように配置されている。
【００２３】
寝台装置６００は対象Ａを乗せる台又は椅子を備えている。寝台装置６００は、画像処理装置１００から入力される位置決め情報に基づいて、対象Ａを乗せる台又は椅子を移動させる。これにより、治療の計画時に定めた対象Ａの所定の部位とアイソセンタとを合わせる。
【００２４】
図２は、第１の実施形態における画像処理装置１００の構成例を示すブロック図である。同図に示すように、画像処理装置１００は、透視画像生成部１１０、透視画像取得部１１１、対応点取得部１１２、第１算出部１１３、第２算出部１１４、及び、表示画像生成部１１５を備えている。第１の実施形態における画像処理装置１００及び治療システム１０においては、治療装置５００のアイソセンタを位置決めにおける世界座標系の原点とする。また、画像処理装置１００及び治療システム１０において用いられる３次元座標には、アイソセンタを原点とする世界座標系が用いられる。アイソセンタは、前述のように複数の線源部５２０から照射される照射線の交点である。
【００２５】
透視画像生成部１１０は、３次元ボリュームデータと第１パラメータと第２パラメータと対象Ａの変位量とに基づいて、第１透視画像と第２透視画像とを生成する。３次元ボリュームデータは、計画装置３００が備えるデータベース部３１０に記憶されているボクセルデータである。
【００２６】
第１パラメータは、第１透視画像を生成する際の仮想的なカメラの位置姿勢に関する情報と、３次元座標を第１透視画像における画像座標系への変換に関する情報とを含む。例えば、第１パラメータとして、対象Ａの３次元ボリュームデータを仮想的に撮像する際における仮想的なカメラのカメラパラメータ（外部パラメータ及び内部パラメータ）を用いることができる。
【００２７】
第２パラメータは、第２透視画像を生成する際の仮想的なカメラ位置姿勢に関する情報と、３次元座標を第２透視画像における画像座標系への変換に関する情報とを含む。第２パラメータも第１パラメータと同様に仮想的なカメラのカメラパラメータを用いることができる。
【００２８】
第１透視画像は、例えば３次元ボリュームデータと第１パラメータとに基づいて構成されたＤＲＲ画像である。同様に、第２透視画像は、３次元ボリュームデータと第２パラメータとに基づいて構成されたＤＲＲ画像である。対象Ａの変位量は、３次元ボリュームデータを取得した際の対象Ａの位置と、治療時における対象Ａの位置とのずれを示す値である。対象Ａの変位量は、第１算出部１１３から透視画像生成部１１０に入力される。
【００２９】
透視画像生成部１１０は、対象Ａの変位量に基づいて３次元ボリュームデータを治療時の位置に移動させた後に、第１パラメータ及び第２パラメータを用いて第１透視画像及び第２透視画像を生成する。
【００３０】
透視画像取得部１１１は、撮像装置４００において撮像された対象Ａの一対の透視画像を入力する。以下、一対の透視画像のうち第１撮像部４４０で撮像した透視画像を第３透視画像とし、第２撮像部４５０で撮像した透視画像を第４透視画像とする。第１撮像部４４０のカメラパラメータを第３パラメータとし、第２撮像部４５０のカメラパラメータを第４パラメータとする。第１パラメータには第３パラメータと同じものが用いられ、第２パラメータには第４パラメータと同じものが用いられる。
【００３１】
対応点取得部１１２は、第１透視画像と第２透視画像と第３透視画像と第４透視画像とにおいて対応する点である対応点を少なくとも１組以上、表示装置２００の表示装置操作部２２０から入力する。第１透視画像と第２透視画像とにおける対応点の集合を第１点群とする。第３透視画像と第４透視画像とにおける対応点の集合を第２点群とする。
【００３２】
第１算出部１１３は、第１点群、第２点群、第１パラメータ、第２パラメータ、第３パラメータ、及び、第４パラメータに基づいて、対象Ａの変位量を算出する。
第２算出部１１４は、第１点群、第１パラメータ、第２パラメータ、及び、対象Ａの変位量に基づいて、第１点群に含まれる各対応点の第１透視画像又は第２透視画像における座標を第２点群に含まれる各対応点に類似する位置へ移動させる更新を行う。
【００３３】
表示画像生成部１１５は、第１透視画像、第２透視画像、第３透視画像、第４透視画像、第１点群、及び、第２点群を用いて、表示装置２００に表示させる表示画像を生成する。表示画像生成部１１５は、生成した表示画像を示す画像データを表示装置２００に出力する。例えば表示画像において、第１透視画像と第３透視画像とを並べて配置し、第２透視画像と第４透視画像とを並べて配置することにより、計画時と治療時との画像の比較を容易に行えるようにする。また、ユーザが指定した対応点（第１点群及び第２点群）を第１〜第４透視画像に重畳するようにしてもよい。
【００３４】
図３は、第１の実施形態における画像処理装置１００が行う位置決め処理を示すフローチャートである。画像処理装置１００において位置決め処理が開始されると、透視画像生成部１１０は、３次元ボリュームデータ、第１パラメータ、第２パラメータ、及び、対象Ａの変位量に基づいて、第１透視画像と第２透視画像とを生成する（ステップＳ１０１）。
【００３５】
透視画像取得部１１１は、撮像装置４００を用いて対象Ａを撮像することにより得られた第３透視画像及び第４透視画像を取得する（ステップＳ１０２）。
【００３６】
表示画像生成部１１５は、ステップＳ１０１において生成された第１透視画像及び第２透視画像と、ステップＳ１０２において取得した第３透視画像及び第４透視画像とを含む表示画像を生成する。表示画像生成部１１５は、生成した表示画像を示す画像データを表示装置２００に出力して表示させ、第１〜第４透視画像をユーザに対比させる（ステップＳ１０３）。
【００３７】
対応点取得部１１２は、ユーザが表示装置２００において第１〜第４透視画像において指定した対応点（第１点群及び第２点群）を少なくとも１組取得する（ステップＳ１０４）。
第１算出部１１３は、ステップＳ１０４において取得した対応点と第１〜第４パラメータとに基づいて、対象Ａの変位量を算出する（ステップＳ１０５）。
【００３８】
透視画像生成部１１０は、ステップＳ１０５において算出された対象Ａの変位量、３次元ボリュームデータ、第１パラメータ、及び、第２パラメータに基づいて、第１透視画像と第２透視画像とを再生成する（ステップＳ１０６）。
第２算出部１１４は、ステップＳ１０５において算出された対象Ａの変位量と、第１パラメータ及び第２パラメータとを用いて第１点群の座標を更新する（ステップＳ１０７）。
【００３９】
表示画像生成部１１５は、ステップＳ１０６において再生成された第１透視画像及び第２透視画像と、ステップＳ１０７において更新された第１点群と、ステップＳ１０２において取得した第３透視画像及び第４透視画像と、第２点群とを含む表示画像を生成する。表示画像生成部１１５は、生成した表示画像を示す画像データを表示装置２００に出力して表示させ、第１〜第４透視画像と第１点群及び第２点群とをユーザに対比させる（ステップＳ１０８）。
【００４０】
対応点取得部１１２は、ユーザによる対応点の入力を終了した旨の操作入力が表示装置操作部２２０を介して入力されたか否かを判定する（ステップＳ１０９）。
【００４１】
対応点の入力が終了していない場合（ステップＳ１０９：ＮＯ）、対応点取得部１１２は処理をステップＳ１０４に戻す。
【００４２】
一方、対応点の入力が終了した場合（ステップＳ１０９：ＹＥＳ）、第１算出部１１３は、算出した対象Ａの変位量を寝台装置６００に出力して位置決めを行わせ（ステップＳ１１０）、位置決め処理を終了させる。
【００４３】
以下、前述の各ステップにおける各部の処理を詳細に説明する。図４は、第１の実施形態の位置決め処理のステップＳ１０１及びステップＳ１０６において透視画像生成部１１０が行う処理を示すフローチャートである。透視画像生成部１１０は、対象Ａの変位量を第１算出部１１３から入力する（ステップＳ１２１）。なお、ステップＳ１０１では、第１算出部１１３が対象Ａの変位量を算出していないため、予め定められた初期値又はユーザが設定した初期値を対象Ａの変位量として用いるようにしてもよい。
【００４４】
対象Ａの変位量は、治療時における対象Ａの位置から、３次元ボリュームデータを撮像した際の対象Ａの位置へ移動させる際における対象Ａの回転と並進とに基づく数値である。例えば、対象Ａの変位量は、次式（１−１）及び次式（１−２）で表される３×３の回転行列Ｒ及び３×１の並進ベクトルｔとして表される。
【００４５】
【数１】
2015085012.tif 000003
【００４６】
また、回転に基づく量は、回転行列Ｒに代えて、世界座標系のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸回りの回転角度に分解したもの（ΔＲｘ，ΔＲｙ，ΔＲｚ）を用いてもよい。回転行列Ｒから（ΔＲｘ，ΔＲｙ，ΔＲｚ）への変換は、例えばＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の順に回転しているとした場合、次式（２）により行える。
【００４７】
【数２】
2015085012.tif 000004
【００４８】
透視画像生成部１１０は、対象Ａの変位量である回転行列Ｒと並進ベクトルｔとに基づいて、対象Ａの３次元ボリュームデータの位置を治療時の対象Ａの位置に変換する（ステップＳ１２２）。ここで、治療時の対象Ａの位置を位置Ｘとし、３次元ボリュームデータの位置を位置Ｙとすると、位置Ｘから位置Ｙへの変換は、回転行列Ｒと並進ベクトルｔとを用いて次式（３）で表される。
【００４９】
【数３】
2015085012.tif 000005
【００５０】
式（３）を位置Ｘについて解くことにより、３次元ボリュームデータの位置Ｙを治療時の対象Ａの位置Ｘへ近づけた位置Ｙ’へ移動させることができる。位置Ｙ’は次式（４）により得られる。回転行列Ｒと並進ベクトルｔとが正確である場合、位置Ｘと位置Ｙ’とは一致することになる。
【００５１】
【数４】
2015085012.tif 000006
【００５２】
透視画像生成部１１０は、移動後の３次元ボリュームデータを第１パラメータで与えられる仮想カメラで撮像した第１透視画像を生成する。また、透視画像生成部１１０は、移動後の３次元ボリュームデータを第２パラメータで与えられる仮想カメラで撮像した第２透視画像を生成する（ステップＳ１２３）。
以上のようにして、透視画像生成部１１０は、第１透視画像及び第２透視画像を生成する。
【００５３】
次に、ステップＳ１０５において第１算出部１１３が対象Ａの変位量を算出する手順について説明する。第１算出部１１３が算出する変位量は、前述のように、回転行列Ｒと並進ベクトルｔとである。ステップＳ１０４において取得したＮ組の対応点のうちｎ組目（ｎ≧１）の対応点に関して、第１透視画像上の点の座標を（ｕｎ（１），ｖｎ（１））とし、（ｕｎ（１），ｖｎ（１））に対応する第２透視画像上の点の座標を（ｕｎ（２），ｖｎ（２））とする。（ｕｎ（１），ｖｎ（１））に対応する第３透視画像上の点の座標を（ｕｎ（３），ｖｎ（３））とする。（ｕｎ（１），ｖｎ（１））に対応する第４透視画像上の点の座標を（ｕｎ（４），ｖｎ（４））とする。また、第１点群は、集合｛（ｕｎ（１），ｖｎ（１）），（ｕｎ（２），ｖｎ（２））｝（ｎ＝１，…，Ｎ）とする。第２点群は、集合｛（ｕｎ（３），ｖｎ（３）），（ｕｎ（４），ｖｎ（４））｝（ｎ＝１，…，Ｎ）とする。
【００５４】
第１算出部１１３は、対応点取得部１１２が取得している対応点の組の個数Ｎに応じて変位量の算出方法を選択する。変位量の算出方法は４通りあり、Ｎ＝１の場合、Ｎ＝２の場合、Ｎ＝３の場合、Ｎ≧４の場合で異なる。以下、順に変位量の算出方法を説明する。
【００５５】
［Ｎ＝１の場合における算出方法］
第１点群において第１透視画像上の点を（ｕ（１），ｖ（１））とし、第２透視画像上の点を（ｕ（２），ｖ（２））とする。第２点群において第３透視画像上の点を（ｕ（３），ｖ（３））とし、第４透視画像上の点を（ｕ（４），ｖ（４））とする。また、第１パラメータ、第２パラメータ、第３パラメータ及び第４パラメータを次式（５）で定義する。
【００５６】
【数５】
2015085012.tif 000007
【００５７】
式（５）において、ｊ（ｊ＝１，２，３，４）はパラメータ番号を表す。第１透視画像上の点（ｕ（１），ｖ（１））、第２透視画像上の点（ｕ（２），ｖ（２））、第１パラメータＣ１、及び、第２パラメータＣ２を用いた次式（６）から３次元座標Ｙ＝（ｙ１，ｙ２，ｙ３）を算出する。
【００５８】
【数６】
2015085012.tif 000008
【００５９】
同様に、第２点群に含まれる第３透視画像上の点（ｕ（３），ｖ（３））及び第４透視画像上の点（ｕ（４），ｖ（４））と、第３パラメータＣ３と、第４パラメータＣ４とを用いて、３次元座標Ｘ＝（ｘ１，ｘ２，ｘ３）を算出する。算出した３次元座標Ｘと３次元座標Ｙとを用いて次式（７）によって並進ベクトルｔを算出する。
【００６０】
【数７】
2015085012.tif 000009
【００６１】
このとき、回転行列Ｒは３×３の単位行列とする。
以上のようにして、１組の対応点が得られた場合には、第１算出部１１３は回転行列Ｒと並進ベクトルｔとを算出する。
【００６２】
［Ｎ＝２の場合における算出方法］
第１算出部１１３は、第１点群に含まれる２つの対応点から２つの３次元座標｛Ｙ１＝（ｙ（１）１、ｙ（１）２、ｙ（１）３），Ｙ２＝（ｙ（２）１、ｙ（２）２、ｙ（２）３）｝を算出する。また、第２点群に含まれる２つの対応点から２つの３次元座標｛Ｘ１＝（ｘ（１）１、ｘ（１）２、ｘ（１）３），Ｘ２＝（ｘ（２）１、ｘ（２）２、ｘ（２）３）｝を算出する。なお、３次元座標の算出はＮ＝１の場合と同様に行う。
【００６３】
式（３）より、３次元座標Ｘ１と３次元座標Ｙ１とはＹ１＝ＲＸ１＋ｔを満たし、３次元座標Ｘ２と３次元座標Ｙ２とはＹ２＝ＲＸ２＋ｔを満たす。３次元座標Ｙ１から３次元座標Ｙ２へ向かうベクトル（Ｙ２−Ｙ１）は次式（８）より得られる。
【００６４】
【数８】
2015085012.tif 000010
【００６５】
式（８）より、３次元座標Ｙ１から３次元座標Ｙ２へ向かうベクトル（Ｙ２−Ｙ１）と、３次元座標Ｘ１から３次元座標Ｘ２へ向かうベクトル（Ｘ２−Ｘ１）との関係は、回転行列Ｒのみに依存する。ここで、３次元座標Ｘ１から３次元座標Ｘ２へ向かうベクトル（Ｘ２−Ｘ１）をベクトルａとし、３次元座標Ｙ１から３次元座標Ｙ２へ向かうベクトル（Ｙ２−Ｙ１）をベクトルｂとすると、ベクトルａとベクトルｂとの回転角θは次式（９）によって算出される。
【００６６】
【数９】
2015085012.tif 000011
【００６７】
式（９）にいおいて、ａ・ｂはベクトルａとベクトルｂとの内積であり、||ａ||はベクトルａの大きさであり、||ｂ||はベクトルｂの大きさである。また、回転角θの回転軸方向の単位ベクトルｄを次式（１０）により算出する。
【００６８】
【数１０】
2015085012.tif 000012
【００６９】
式（１０）において、ａ×ｂはベクトルａとベクトルｂとの外積であり、ベクトルｄは、外積（ａ×ｂ）から得られるベクトルｃの大きさを１に正規化したベクトルである。ベクトルｂは、ベクトルａが単位ベクトルｄ回りに回転角θで回転したベクトルであるため、ロドリゲスの公式を用いて次式（１１）で回転行列Ｒを算出する。
【００７０】
【数１１】
2015085012.tif 000013
【００７１】
式（１１）において、Ｉは３×３の単位行列であり、［ｄ］ｘは次式（１２）で表される３×３の行列である。
【００７２】
【数１２】
2015085012.tif 000014
【００７３】
回転行列Ｒを算出した後、式（３）より次式（１３）を用いて並進ベクトルｔを算出する。
【００７４】
【数１３】
2015085012.tif 000015
【００７５】
式（１３）におけるｎは１又は２のいずれの値であってもよいし、ｎ＝１で得られた並進ベクトルと、ｎ＝２で得られた並進ベクトルとの平均を並進ベクトルｔとしてもよい。
以上のようにして、２組の対応点が得られた場合には、第１算出部１１３は回転行列Ｒと並進ベクトルｔとを算出する。
【００７６】
［Ｎ＝３の場合における算出方法］
図５は、第１の実施形態において対応点が３組ある場合における第１算出部１１３が回転行列Ｒと並進ベクトルｔとを算出する手順を示すフローチャートである。第１算出部１１３は、第１点群に含まれる３つの対応点それぞれから３つの３次元座標Ｙｎ（ｎ＝１，２，３）を算出し、第２点群に含まれる３つの対応点それぞれから３つの３次元座標Ｘｎ（ｎ＝１，２，３）を算出する（ステップＳ１３１）。
【００７７】
第１算出部１１３は、ステップＳ１３１において算出した３次元座標Ｙｎを用いて第１点群における４つ目の３次元座標Ｘ４を算出し、ステップＳ１３１において算出した３次元座標Ｘｎを用いて第２点群における４つ目の３次元座標Ｙ４を算出する（ステップＳ１３２）。
【００７８】
４つ目の３次元座標の算出では、３次元座標Ｘｎ（ｎ＝１，２，３）の重心Ｘｃ＝（Ｘ１＋Ｘ２＋Ｘ３）／３を算出する。ここで、重心Ｘｃから３次元座標Ｘ１へのベクトルをベクトルｅとし、重心Ｘｃから３次元座標Ｘ２へのベクトルをベクトルｆとする。ベクトルｅとベクトルｆとの外積ｅ×ｆの方向へ任意の長さｌ進んだ位置の３次元座標を４つ目の３次元座標Ｘ４とする。
【００７９】
同様に、３次元座標Ｙｎ（ｎ＝１，２，３）の重心Ｙｃ＝（Ｙ１＋Ｙ２＋Ｙ３）／３を算出し、重心Ｙｃと３次元座標Ｙ１と３次元座標Ｙ２とを用いて４つ目の３次元座標Ｙ４を算出する。
【００８０】
第１算出部１１３は、ステップＳ１３２において算出した４つ目の３次元座標Ｘ４と３次元座標Ｙ４とを含む、それぞれの重心を次式（１４−１）及び次式（１４−２）を用いて算出する（ステップＳ１３３）。
【００８１】
【数１４】
2015085012.tif 000016
【００８２】
以下、式（１４−１）においてＸの上に「￣（オーバライン）」が付されているＸｎ（ｎ＝１，２，３，４）の重心を￣Ｘと記す。同様に、式（１４−２）におけるＹｎ（ｎ＝１，２，３，４）の重心を￣Ｙと記す。また、数式などにおいて変数の文字の上に「￣（オーバライン）」以外の記号が付されている場合においても、記号を文字の前に記すことにより表す。
【００８３】
第１算出部１１３は、３次元座標Ｘｎ（ｎ＝１，２，３）及び３次元座標Ｙｎ（ｎ＝１，２，３）と重心￣Ｘ及び重心￣Ｙとを用いて、変位量（回転行列Ｒ及び並進ベクトルｔ）を算出する（ステップＳ１３４）。
【００８４】
具体的には、３次元座標Ｘｎ（ｎ＝１，２，３）それぞれを重心￣Ｘだけ移動させた３次元座標Ｘｎ’＝Ｘｎ−￣Ｘと、３次元座標Ｙｎ（ｎ＝１，２，３）それぞれを重心￣Ｙだけ移動させた３次元座標Ｙｎ’＝Ｙｎ−￣Ｙとを算出する。重心分移動させた３次元座標Ｘｎ’（ｎ＝１，２，３）を並べた行列［Ｘ１’  Ｘ２’  Ｘ３’］を行列Ｘ’とし、重心分移動させた３次元座標Ｙｎ’（ｎ＝１，２，３）を並べた行列［Ｙ１’  Ｙ２’  Ｙ３’］を行列Ｙ’とする。
【００８５】
重心分を移動させたことにより、並進ベクトルｔがキャンセルされているため、行列Ｘ’と行列Ｙ’との関係は回転行列Ｒを用いて次式（１５）で表される。
【００８６】
【数１５】
2015085012.tif 000017
【００８７】
式（１５）を満たす回転行列Ｒは、特異値分解（ＳＶＤ）を用いて、次式（１６）から算出することができる。
【００８８】
【数１６】
2015085012.tif 000018
【００８９】
式（１６）において、行列Ｕ及び行列Ｖは特異値分解から得られる行列である。次に、回転行列Ｒを用いて次式（１７）から並進ベクトルｔを算出する。
【００９０】
【数１７】
2015085012.tif 000019
【００９１】
ここで、式（１７）に代えて次式（１８）を用いて並進ベクトルｔを算出してもよい。また、ｎ＝１，２，３，４それぞれの場合において得られた並進ベクトルの平均を並進ベクトルｔとしてもよい。
【００９２】
【数１８】
2015085012.tif 000020
【００９３】
以上のようにして、３組の対応点が得られた場合には、第１算出部１１３は回転行列Ｒと並進ベクトルｔとを算出する。
【００９４】
［Ｎ≧４の場合における算出方法］
対応点が４組以上ある場合、第１点群から得られる３次元座標Ｙｎは４点以上あり、第２点群から得られる３次元座標Ｘｎも４点以上ある。Ｎ≧４の場合、Ｎ＝３の場合と比較すると４つ目の３次元座標を算出しなくてもよいため、図５に示した手順においてステップＳ１３２を省くことができる。すなわち、４組以上の対応点が入力された場合には、第１算出部１１３は、Ｎ組すべての対応点について、図５に示したステップＳ１３１とステップＳ１３３とステップＳ１３４との処理を順に行い、回転行列Ｒ及び並進ベクトルｔを算出する。
【００９５】
次に、ステップＳ１０７において第２算出部１１４が第１点群の座標を更新する手順について説明する。第１点群に含まれる点のうち、第１透視画像上の点の座標を（ｕ（ｎ）（１），ｖ（ｎ）（１））とし、第２透視画像上の点の座標を（ｕ（ｎ）（２），ｖ（ｎ）（２））とする。ここでｎは１〜Ｎの値をとり、Ｎは対応点の組数である。
【００９６】
図６は、第１の実施形態における第２算出部１１４が第１点群の座標を更新する手順を示すフローチャートである。第２算出部１１４は、式（６）を用いて第１点群に含まれる各点の３次元座標Ｙｎを算出する（ステップＳ１４１）。
【００９７】
第２算出部１１４は、第１算出部１１３が算出した変位量（回転行列Ｒ及び並進ベクトルｔ）を用いて３次元座標Ｙｎを移動させた３次元座標〜Ｙｎを算出する（ステップＳ１４２）。３次元座標〜Ｙｎは、第２点群に含まれる各点の３次元座標Ｘｎと類似した位置となる。換言すると、３次元座標〜Ｙｎは、第２点群に含まれる点のうち対応する点の３次元座標Ｘｎの近傍の位置となる。なお、回転行列Ｒ及び並進ベクトルｔが正確であれば、３次元座標〜Ｙｎと３次元座標Ｘｎとはほぼ一致する。
【００９８】
３次元座標〜Ｙｎの算出は、式（４）と変位量（回転行列Ｒ及び並進ベクトルｔ）とを用いて、次式（１９）により行われる。
【００９９】
【数１９】
2015085012.tif 000021
【０１００】
第２算出部１１４は、３次元座標〜Ｙｎを式（５）で定義される第１パラメータ及び第２パラメータで投影し、更新された第１透視画像上の点の座標（ｕ’（ｎ）（１），ｖ’（ｎ）（１））及び第２透視画像上の点の座標（ｕ’（ｎ）（２），ｖ’（ｎ）（２））を算出する（ステップＳ１４３）。更新後の点の座標（ｕ’（ｎ）（１），ｖ’（ｎ）（１））と（ｕ’（ｎ）（２），ｖ’（ｎ）（２））とは次式（２０）を用いて算出する。
【０１０１】
【数２０】
2015085012.tif 000022
【０１０２】
式（２０）において、λはＣｊ〜Ｙｎから得られる３×１のベクトルの第３行目の要素である。
以上のようにして、第２算出部１１４は第１点群の座標を更新する。
【０１０３】
第１の実施形態における画像処理装置１００は、上述の位置決め処理において、ユーザから入力される対応点の組み合わせなどに基づいて変位量を算出し、算出した変位量に基づいて第１透視画像及び第２透視画像を再生成するとともに対応点の座標を更新する。画像処理装置１００は、再生成した第１透視画像及び第２透視画像と、更新した対応点と、第３透視画像と第４透視画像とを含む表示画像を表示装置２００に表示させる。第１透視画像と第２透視画像の再生成及び表示を行いながら、計画時における画像（第１透視画像及び第２透視画像）と治療時の画像（第３透視画像及び第４透視画像）とにおける対応点を入力させることにより、計画時における対象Ａの姿勢と治療時における姿勢との違いが大きい場合やＸ線撮影する際における対象Ａの位置のずれが大きい場合においても、計画時における画像を治療時の画像に近づけて類似した画像にすることができ、対応点の指定を容易にすることができる。その結果、位置決めの精度を向上させることができ、より精度の高い治療を行うことが可能となる。
【０１０４】
図７は、第１の実施形態における画像処理装置１００による位置決め処理の概要を示す図である。画像処理装置１００は、計画装置３００のデータベース部３１０に記憶されている３次元ボリュームデータに基づいて、第１透視画像及び第２透視画像を生成する。画像処理装置１００は、治療時に撮像装置４００を用いて撮像した第３透視画像及び第４透視画像を取得する。画像処理装置１００は、生成した第１透視画像及び第２透視画像と取得した第３透視画像及び第４透視画像とを含む表示画像を表示装置２００に出力してユーザに提示する。画像処理装置１００は、第１〜第４透視画像において対応する部位を示す対応点を示す情報をユーザよる操作入力にて受け付け、計画時の対象Ａの位置と治療時の対象Ａの位置とのずれを示す変位量を算出する。画像処理装置１００は、変位量に基づいて３次元ボリュームデータの移動させた後に第１透視画像及び第２透視画像を再生成する。
【０１０５】
図８及び図９は、第１の実施形態における画像処理装置１００による第１透視画像及び第２透視画像を再生成の一例を示す図である。図８に示す画像例は、対応点を入力する際の第１〜第４透視画像の一例を示す図である。図９に示す画像例は、対応点を入力した後の第１〜第４透視画像の一例を示す図である。図９の画像例に示すように、算出した変位量に基づいて移動させた３次元ボリュームデータから再生成した第１透視画像及び第２透視画像における対象Ａが、第３透視画像及び第４透視画像における対象Ａの姿勢と類似するように変化している。
【０１０６】
画像処理装置１００は、算出した変位量に基づいて３次元ボリュームデータから第１透視画像及び第２透視画像を再生成してユーザに提示することにより、第３透視画像及び第４透視画像に類似した第１透視画像及び第２透視画像をユーザに対して提示することができる。第３透視画像及び第４透視画像に類似した第１透視画像及び第２透視画像において対応点を指定することができるので、ユーザが対応点を容易に指定することが可能となる。
【０１０７】
なお、第１の実施形態の表示画像生成部１１５は、表示画像を生成する際に、図７や図８に示したようにユーザに入力された対応点（第１点群及び第２点群）に対応するエピポーラ線を第１〜第４透視画像に重ねて表示するようにしてもよい。また、第１透視画像又は第２透視画像に表示するエピポーラ線は、変位量に応じて表示位置を修正するようにしてもよい。
【０１０８】
また、第１の実施形態の表示画像生成部１１５は、第１点群のうち第１透視画像上の対応点と、第２点群のうち第３透視画像像上の対応点と、第１透視画像と第３透視画像とを重畳した合成画像Ｉ１、及び、第１点群のうち第２透視画像上の対応点と、第２点群のうち第４透視画像上の対応点と、第２透視画像と第４透視画像とを合成した合成画像Ｉ２を第１〜第４透視画像に加えて表示画像に含めるようにしてもよい。図１０は、第１の実施形態における合成画像Ｉ１及び合成画像Ｉ２を含む表示画像の位置例を示す図である。同図に示すように、第１透視画像と第３透視画像とに並べて合成画像Ｉ１を表示画像に含めるとともに、第２透視画像と第４透視画像とに並べて合成画像Ｉ２を表示画像に含めるようにしてもよい。合成画像を合わせて表示することにより、計画時と治療時とにおける対象Ａのずれを把握することが容易となり、ユーザが対応点を容易に指定することが可能となる。
【０１０９】
また、第１の実施形態の画像処理装置１００における位置決め処理（図３）では、ユーザに対して対応点の入力が終了したか否かの判定（ステップＳ１０９）を行うことで、変位量の算出や、第１透視画像及び第２透視画像の再生成、第１点群の座標の変更を繰り返して行う構成について説明した。しかし、この構成に限ることなく、例えば対応点の入力が終了したか否かの判定（ステップＳ１０９）を行わずに１回のみ又は所定回数、変位量の算出や、第１透視画像及び第２透視画像の再生成、第１点群の座標の変更を行う構成としてもよい。
【０１１０】
また、第１の実施形態の対応点取得部１１２は、ユーザの操作入力により対応点が新たに入力された際に、入力された対応点が既に入力されている対応点に対する修正であるか否かを判定し、修正であると判定した場合には既に入力されている対応点を削除するようにしてもよい。対応点が新たに入力された対応点が修正であるか否かの判定は、例えば、予め定められたしきい値を用いて行う。既に入力されている対応点と新たに入力された対応点との距離がしきい値以下である場合、対応点取得部１１２は入力された対応点が既に入力されている対応点に対する修正が行われたと見なして、新たに入力された対応点に最も近い対応点であって既に入力されている対応点を削除する。対応点が新たに入力された際に対応点取得部１１２が当該対応点が修正の指示であるか否かを判定することにより、対応点の入力において修正を施すことが容易となる。
【０１１１】
また、第１の実施形態の対応点取得部１１２は、新たな対応点を取得したり対応点の修正をしたりするだけでなく、対応点の削除の指示を取得するようにしてもよい。対応点取得部１１２が対応点を削除した場合、位置決め処理におけるステップＳ１０５以降の各処理が残っている対応点（第１点群及び第２点群）に基づいて再度行われるようにしてもよい。
【０１１２】
（第２の実施形態）
図１１は、第２の実施形態における画像処理装置１００Ａの構成例を示すブロック図である。同図に示すように、画像処理装置１００Ａは、透視画像生成部１１０、透視画像取得部１１１、対応点取得部１１２、第１算出部１２３、第２算出部１１４、表示画像生成部１１５、及び、第１点群修正部１２６を備えている。第２の実施形態の画像処理装置１００Ａは、第１算出部１１３に代えて第１算出部１２３を備えている点と第１点群修正部１２６を備えている点とが、第１の実施形態の画像処理装置１００（図２）と異なっている。以下、画像処理装置１００Ａにおいて、画像処理装置１００が備えている機能部と同じ機能部に対しては同じ符号を付して説明を省略する。
【０１１３】
第１算出部１２３は、第１算出部１１３と同様に、第１点群、第２点群、第１パラメータ、第２パラメータ、第３パラメータ、及び、第４パラメータに基づいて、対象Ａの変位量を算出する。ただし、第２の実施形態の第１算出部１２３は、第１点群修正部１２６において座標が修正された第１点群が存在する場合には第１点群修正部１２６が出力する第１点群を用い、他の場合には対応点取得部１１２が取得した第１点群を用いる。
【０１１４】
第１点群修正部１２６は、第２算出部１１４により座標が更新された第１点群、対応点取得部１１２が取得した第２点群、透視画像生成部１１０により生成された第１透視画像及び第２透視画像、並びに、透視画像取得部１１１により取得された第３透視画像及び第４透視画像を入力する。第１点群修正部１２６は、第１透視画像及び第２透視画像と、第３透視画像及び第４透視画像とに基づいて、更新された第１点群の座標を修正して出力する。
【０１１５】
以下、第１点群修正部１２６が行う修正処理について詳細に説明する。第１点群修正部１２６は、第２点群に含まれるｎ番目の対応点であって第３透視画像上の対応点（ｕｎ（３），ｖｎ（３））（ｎ＝１，…，Ｎ）を中心とした予め定められた大きさの部分画像ｒ（３）を取得する。なお、Ｎは対応点取得部１１２が取得した対応点の組の数である。
また、第１点群修正部１２６は、第１点群に含まれるｎ番目の対応点であって第１透視画像上の対応点（ｕｎ（１），ｖｎ（１））（ｎ＝１，…，Ｎ）を中心とした予め定められた大きさの部分画像ｒ（１）を取得する。
【０１１６】
第１点群修正部１２６は、部分画像ｒ（１）と部分画像ｒ（３）との類似度を算出する。類似度は、例えば次式（２１）で示す正規化相互相関で算出する。
【０１１７】
【数２１】
2015085012.tif 000023
【０１１８】
式（２１）において、Ｃは類似度である。類似度Ｃは、１に近いほど部分画像ｒ（１）と部分画像ｒ（３）との類似度は高く、−１に近いほど類似度は低いことを表す。Ｉｊ（・，・）は第ｊ透視画像（ｊ＝１，２，３，４）の画素値である。ｕ，ｖは画像領域ｒ（ｊ）内の座標であり、￣Ｉｊｒは第ｊ透視画像における画像領域ｒ（ｊ）内の画素値の平均値である。
【０１１９】
第１点群修正部１２６は、第１点群に含まれる第２透視画像上の対応点についても同様に類似度Ｃを算出する。第１点群修正部１２６は、第１点群に含まれる各対応点について算出した類似度Ｃが予め定めた基準値以上であるか否かを判定する。第１点群修正部１２６は、類似度Ｃが基準値より小さい第１点群の対応点を修正の対象に決定する。
【０１２０】
第１点群修正部１２６は、修正の対象に決定した第１点群の対応点であって第１透視画像上の対応点と組をなす第３透視画像上の対応点（ｕｎ（３），ｖｎ（３））を中心とした所定の大きさの部分画像をテンプレートとして取得する。第１点群修正部１２６は、取得したテンプレートと最も類似度の高い領域を第１透視画像において検出する。第１点群修正部１２６は、第１透視画像において検出した領域の中心を、対応点（ｕｎ（３），ｖｎ（３））に対応する対応点（ｕｎ（１），ｖｎ（１））として第１点群の座標を修正する。テンプレートとの類似度は、正規化相互相関を用いて算出してもよいし、他の手法を用いて算出してもよい。
【０１２１】
第１点群修正部１２６は、前述のように第１点群の対応点について修正が必要であるか否かを判定し、修正が必要な対応点については第１透視画像又は第２透視画像上における座標を修正する。第１点群修正部１２６は、修正を行った場合には修正済みの第１点群を第１算出部１２３に出力する。
【０１２２】
図１２は、第２の実施形態における画像処理装置１００Ａが行う位置決め処理を示すフローチャートである。画像処理装置１００Ａが行う位置決め処理は、第１の実施形態の画像処理装置１００が行う位置決め処理（図３）と比べ、ステップＳ１０７とステップＳ１０８との間にステップＳ３０１からステップＳ３０３が設けられている点が異なる。なお、画像処理装置１００Ａが行う位置決め処理において、第１の実施形態における位置決め処理のステップＳ１０１からステップＳ１１０と同じ処理のステップに対しては同じステップ番号を付して説明を省略する。
【０１２３】
ステップＳ１０７において第２算出部１１４により第１点群の座標が更新されると、第１点群修正部１２６は、更新された第１点群に含まれる各対応点の類似度Ｃを算出する（ステップＳ３０１）。
【０１２４】
第１点群修正部１２６は、第１点群に含まれる各対応点の類似度と基準値とを比較して修正の必要があるか否かを判定し（ステップＳ３０２）、すべての対応点について修正の必要がない場合（ステップＳ３０２：ＮＯ）、第１点群修正部１２６は処理をステップＳ１０８に進める。
【０１２５】
対応点について修正の必要がある場合（ステップＳ３０２：ＹＥＳ）、第１点群修正部１２６は、修正が必要な対応点に対する前述の修正を行い、修正後の第１点群を第１算出部１２３に出力し（ステップＳ３０３）、処理をステップＳ１０８に進める。
【０１２６】
以上のように、第２の実施形態の画像処理装置１００Ａでは、第１点群修正部１２６が、第１透視画像又は第２透視画像における第１点群の対応点近傍の部分画像と、第３透視画像又は第４透視画像における第２群の対応点近傍の部分画像との類似度に基づいて、更新後の第１点群の対応点がずれるなどして修正が必要であるか否かを判定し、修正が必要であれば第１点群の対応点の座標を修正する。再生成した第１透視画像及び第２透視画像における第１点群の対応点の座標にずれが生じた場合には、第１点群の対応点の座標に対する修正を行うことができ、第１透視画像及び第２透視画像上に指定した対応点と第３透視画像及び第４透視画像上に指定した対応点とにずれが生じることを抑制することができる。第１透視画像及び第２透視画像における対応点のずれを抑えることにより、ユーザは、第１〜第４透視画像の比較や、対応点の確認又は修正を容易に行うことが可能となる。
【０１２７】
なお、第２の実施形態の画像処理装置１００Ａにおいても、前述した第１の実施形態の画像処理装置１００に対する変更を加えるようにしてもよい。
【０１２８】
（第３の実施形態）
図１３は、第３の実施形態における画像処理装置１００Ｂの構成例を示すブロック図である。同図に示すように、画像処理装置１００Ｂは、透視画像生成部１１０、透視画像取得部１１１、対応点取得部１１２、第１算出部１３３、第２算出部１１４、及び、表示画像生成部１１５を備えている。第３の実施形態の画像処理装置１００Ｂは、第１算出部１１３に代えて第１算出部１３３を備えている点が第１の実施形態の画像処理装置１００（図２）と異なっている。以下、画像処理装置１００Ｂにおいて、画像処理装置１００が備えている機能部と同じ機能部に対しては同じ符号を付して説明を省略する。
【０１２９】
第１算出部１３３には、ユーザの操作入力に基づいた第１透視画像又は第２透視画像の移動量、第１パラメータ、第２パラメータ、及び、３次元ボリュームデータの位置が入力される。３次元ボリュームデータの位置は、３次元ボリュームデータが示す対象Ａの３次元座標又はボクセルデータのボクセルの３次元座標であり、３次元ボリュームデータを取得する際に得られる情報である。第１透視画像又は第２透視画像の移動量は、例えば表示装置２００において表示されている第１〜第４透視画像に基づいてユーザが表示装置操作部２２０を操作することにより入力される。
【０１３０】
図１５は、第３の実施形態における第１透視画像の移動量の入力例を示す画像である。同図に示すように、表示装置２００において表示されている第１〜第４透視画像をユーザが比較しながら第１透視画像をずらす操作入力を行うことにより、第１透視画像の移動量が表示装置操作部２２０に入力される。この場合、第１算出部１３３は、表示装置操作部２２０が受け付けた第１透視画像の移動量を入力することになる。
【０１３１】
第１算出部１３３は、ユーザにより入力される第１透視画像又は第２透視画像の移動量に基づいて、計画時における対象Ａと治療時における対象Ａとの変位量を算出する。以下、第１算出部１３３が変位量を算出する処理について詳細に説明する。図１４は、第３の実施形態における第１算出部１３３が変位量の算出に用いる３次元ボリュームデータ、第１透視画像、及び、第２透視画像の配置関係を示す図である。
【０１３２】
同図において、仮想カメラ１は第１透視画像を撮像するカメラである。仮想カメラ２は第２透視画像を撮像するカメラである。３次元空間における、仮想カメラ１の位置をＸ１＝（ｘ１，ｙ１，ｚ１）とし、仮想カメラ２の位置をＸ２＝（ｘ２，ｙ２，ｚ２）とし、３次元ボリュームデータの位置をＶ＝（Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３）としている。３次元ボリュームデータの位置は、例えば３次元ボリュームデータの重心の位置である。仮想カメラ１及び仮想カメラ２の位置は、第１パラメータ及び第２パラメータから得られる。
【０１３３】
第１算出部１３３は、仮想カメラ１の位置Ｘ１、仮想カメラ２の位置Ｘ２、及び、３次元ボリュームデータの位置Ｖから、３つの３次元単位ベクトルｖ１、ｖ２、ｖ３を算出する。単位ベクトルｖ１、ｖ２は次式（２２−１）及び次式（２２−２）により算出される。
【０１３４】
【数２２】
2015085012.tif 000024
【０１３５】
単位ベクトルｖ３は、３次元ボリュームデータの位置Ｖから延びる、単位ベクトルｖ１及び単位ベクトルｖ２が張る平面の単位法線ベクトルとして算出できる。第１透視画像又は第２透視画像の移動量は、３つの３次元単位ベクトルｖ１、ｖ２、ｖ３で表現することができる。例えば、第１透視画像が画像中心を中心としてθ回転された場合、３次元ボリュームデータは単位ベクトルｖ１周りにθ回転したことになる。ロドリゲスの公式を用いると、任意の回転軸周りの回転角度から回転行列Ｒ’を算出できる。また、第１透視画像が画像横方向にΔｕ移動され画像縦方向にΔｖ移動された場合、すなわち移動量（Δｕ，Δｖ）だけ並進移動された場合、並進ベクトルｔ’は単位ベクトルｖ２、ｖ３の線形和として、ｔ’＝Δｕ・ｖ２＋Δｖ・ｖ３として算出できる。
【０１３６】
回転行列Ｒ’と並進ベクトルｔ’とは、３次元ボリュームデータの位置Ｙから、治療時の対象Ａの位置Ｘへの移動であるため、位置Ｘから位置Ｙへの対象Ａの変位量である回転行列Ｒと並進ベクトルｔとに変換できる。この変換は、次式（２３−１）及び次式（２３−２）を用いて行うことができる。
【０１３７】
【数２３】
2015085012.tif 000025
【０１３８】
以上のように、第３の実施形態の第１算出部１３３は、ユーザの操作により入力される第１透視画像又は第２透視画像の移動量に基づいて、対象Ａの変位量（回転行列Ｒ及び並進ベクトルｔ）を算出する。画像処理装置１００Ｂでは、ユーザが経験などに基づいて入力する画像の移動量に基づいて対象Ａの変位量を算出することにより、第１透視画像と第３透視画像とが大きくずれていたり、第２透視画像と第４透視画像とが大きくずれていたりした場合に容易にずれを小さくすることが可能となる。ずれを小さくして再生成された第１透視画像及び第２透視画像と、第３透視画像及び第４透視画像とを比較できるので、対応点の指定を容易にすることができる。
【０１３９】
なお、第３の実施形態の画像処理装置１００Ｂにおいても、前述した第１の実施形態の画像処理装置１００に対する変更を加えるようにしてもよい。
また、第３の実施形態の画像処理装置１００Ｂにおいて、第１算出部１３３を設けずに、ユーザの操作入力によって第２算出部１１４が変位量を入力するようにしてもよい。この場合、変位量はユーザ（医師や技師）の経験に基づいて決定されたり、予め設定された複数の変位量の候補からユーザが選択したりする。
【０１４０】
以上述べた少なくとも一つの実施形態の画像処理装置又は画像処理装置を含む治療システムによれば、計画時の対象Ａの位置と治療時の対象Ａの位置とのずれである変位量を算出し、変位量に基づいて３次元ボリュームデータを移動させた後に、治療時の画像である第３透視画像及び第４透視画像との比較対象である第１透視画像と第２透視画像とを移動後の３次元ボリュームデータから生成することにより、ユーザが比較する第１〜第４透視画像の類似性を高くすることができ、対応点の指定を容易にすることが可能となる。
【０１４１】
以上述べた各実施形態における画像処理装置の構成を組み合わせて用いてもよい。例えば、対応点の設定を開始する初期状態においては、第３の実施形態における画像処理装置１００Ｂのようにユーザによる移動量の入力を受け付けて変位量を算出した後に、第１の実施形態における画像処理装置１００又は第２実施形態における画像処理装置１００Ｂのように処理を行うようにしてもよい。この組み合わせにより、対象Ａの変位量が大きい場合にユーザの入力に基づいて第１〜第４透視画像におけるずれを小さくしたのちに、精度の高い変位量の算出を行うことができ、位置決め処理に要する時間を短縮することができる。
【０１４２】
また、各実施形態では、画像処理装置が変位量に基づいて移動させた３次元ボリュームデータから第１透視画像と第２透視画像とを生成する構成について説明した。しかし、画像処理装置は、変位量に基づいて３次元ボリュームデータを移動させることに代えて、第１パラメータ及び第２パラメータが示す仮想的なカメラの位置を変位量に基づいて移動させるようにしてもよい。すなわち、第１透視画像の仮想的な透視方向と、第２透視画像の仮想的な透視方向とを変位量に基づいて変更するようにしてもよい。
【０１４３】
また、上述した画像処理装置は、一般的な半導体集積回路によって実装されるものであってもよいし、例えば、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のカスタマイズ可能な電子回路によって実装されるものであってもよい。
【０１４４】
また、上述した各実施形態における画像処理装置の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより位置決め処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータシステム」は、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）を備えたＷＷＷシステムも含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。更に「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（ＲＡＭ）のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。
【０１４５】
また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。更に、前述した機能をコンピュータシステムに既に記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。
【０１４６】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものとする。
【符号の説明】
【０１４７】
１０…治療システム
１００、１００Ａ、１００Ｂ…画像処理装置
１１０…透視画像生成部
１１１…透視画像取得部
１１２…対応点取得部
１１３、１２３、１３３…第１算出部
１１４…第２算出部
１１５…表示画像生成部
１２６…第１点群修正部（対応点修正部）
２００…表示装置
２１０…表示部
２２０…表示装置操作部
３００…計画装置
３１０…データベース部
３２０…表示部
３３０…計画装置操作部
３４０…計画装置制御部
４００…撮像装置
４１０…撮像装置制御部
４２０…第１線源部
４３０…第２線源部
４４０…第１撮像部
４５０…第２撮像部
５００…治療装置
５１０…治療装置制御部
５２０…線源部
６００…寝台装置
【図１】
2015085012.tif 000026
【図２】
2015085012.tif 000027
【図３】
2015085012.tif 000028
【図４】
2015085012.tif 000029
【図５】
2015085012.tif 000030
【図６】
2015085012.tif 000031
【図７】
2015085012.tif 000032
【図８】
2015085012.tif 000033
【図９】
2015085012.tif 000034
【図１０】
2015085012.tif 000035
【図１１】
2015085012.tif 000036
【図１２】
2015085012.tif 000037
【図１３】
2015085012.tif 000038
【図１４】
2015085012.tif 000039
【図１５】
2015085012.tif 000040