FI104944B - Menetelmät, laitteet ja kuvausmoodi tomografiakuvantamisessa - Google Patents

Description

« 104944

Menetelmät, laitteet ja kuvausmoodi tomografiakuvantami-sessa Förfarande, anordning och fotograferingsmod vid tomogra-fisk avbildning 5 Tämän keksinnön kohteena on oheisten itsenäisten patenttivaatimusten johdantojen mukaiset menetelmät, laitteet ja kuvausmoodi tomografia- eli kerroskuvantamisessa, 10 erityisesti sovellettavaksi lääketieteellisissä röntgenkuvauksissa .

Sähkömagneettista säteilyä käyttävät kuvausmenetelmät voidaan jakaa kahteen ryhmään; läpivalaisumenetelmät ja 15 tomografia- eli kerroskuvausmenetelmät. Perinteisessä läpivalaisukuvauksessa säteilylähde, kuvattava kohde ja säteilyn ilmaisin, esimerkiksi röntgenfilmi, ovat kuvausjakson ajan toisiinsa nähden stationäärisiä. Nykyään tunnetaan myös kuvaustapoja, joissa kapea sädekeila kul-20 jetetaan kuvannettavan kohteen yli.

Tomografiamenetelmät voidaan jakaa lineaari- (eli taso-) tomografiamenetelmiin ja spiraali- tai complex motion -tomografiamenetelmiin. Tomografiakuvauksessa säteilyläh-25 dettä, kuvannettavaa kohdetta ja/tai säteilyn ilmaisinta liikutetaan hallitusti toisiinsa nähden, jolloin lineaa- • · · ritomografiässä ns. tomografialiike tapahtuu yhden akselin suhteen ja complex motion -tomografiassa kahden akselin suhteen. Näissä menetelmissä käytetään kuvannetta-30 van kohteen suuruista sädekeilaa, jolloin yleensä kohdetta pidetään paikallaan samalla kun säteilylähdettä ja säteilynilmaisinta siirretään toisistaan riippuvasti ku-* vantamiskohteen vastakkaisilla puolilla vastakkaisiin suuntiin siten, että sädekeila läpäisee kohteen eri' 35 suunnista mutta sen liike-/pyörähdyskeskiö kohteessa ei liiku. Menetelmillä saadaan sädekeilan pyörähdyskeskiös-sä sijaitseva kuvantamisalue kuvautumaan tarkasti koh- 104944 teen muiden osien sumuttuessa osittain tai kokonaan näkymättömiin.

Lisäksi tunnetaan ns. kapeakeilatomografiamenetelmiä, 5 joissa kapealla, yleensä kuvantamiskohdetta huomattavasti kapeammalla sädekeilalla sekä pyyhkäistään kuvannet-tavan alueen yli että käännetään sitä kuvannettavan kohteen suhteen. Tällöin joudutaan liikuttamaan kuvantamis-välineitä (säteilylähde ja säteilynilmaisin) hallitusti 10 siten, että ilmaisin liikkuu sädekeilaan nähden poikit-taisnopeudella, joka vastaa keilan kohtisuoraa pyyhkäi-synopeutta kuvannettavassa alueessa kerrottuna suuren-nussuhteella, ts. kertoimella, joka on sädekeilan focuk-sen (=säteilylähteen) etäisyyden ilmaisimesta suhde fo-15 cuksen etäisyyteen kuvannettavasta alueesta. Ilmaisimella tarkoitetaan tässä lähinnä filmiä tai vastavaa - esimerkiksi digitaalisessa kuvantamisessa ilmaisimen liike kuvannettavan alueen suhteen saatetaan korvata jollakin sopivalla sähköisellä toiminnolla, kuten varauksen siir-20 rolla puolijohdeanturin pinnalla.

Tomografiamenetelmiä käytetään yleisesti esimerkiksi ϊ lääketieteen eri alueilla, kuten hammaslääketieteessä.

4 j Lineaari- ja spiraalitomografisiä menetelmiä on hyödyn- 1 25 netty mm. hammaskaaren poikkisuunnan kuvantamisesssa (cross sectional imaging) ja kapeakeilatomografiaa mm.

•« · hammaskaaren ns. panoraamakuvien muodostamisessa. Pano-raamakuvalla tarkoitetaan tällöin hammaskaaren kuvantamista tasoon kuljettamalla kuvantamisvälineiden kuvautu-30 miskohtaa hammaskaaren muotoa jäljittelevää liikerataa pitkin pitäen kuvantamisvälineet koko kuvausjakson ajan hammaskaareen nähden olennaisesti kohtisuorassa asemas-• * • sa.

35 Aiemmin tunnettuja tomografiaratkaisuja on kuvattu mm.

US-patenttijulkaisussa 4.039.837, 4.985.907, 5.012.501

- (prioriteetti FI 894339) ja 5.371.775 (prioriteetti FI

922361). Tomografiaefektiä on tunnettua luoda kääntämäl- 3 104944 lä kuvantamislaitteita tiettyyn suuntaan ja samanaikaisesti kuljettamalla niitä kuvannettavaan alueeseen nähden joko siten, että tämä alue pysyy kuvantamislaittei-den ripustusvarren fyysisessä pyörityskeskiössä tai si-5 ten, että se jää ko. pyörityskeskiön ulkopuolelle. Jälkimmäisessä tapauksessa voidaan toimia siten, että ku-vantamisvälineiden ripustusvarren fyysistä kannatinpis-tettä ajetaan pitkin ympyränkaaren muotoista liikerataa samalla kääntäen ripustusvartta siten, että sädekeila 10 jatkuvasti kohtaa kannatinpisteen ajokaaren tangentin kohtisuorasti, jolloin kuvautuva kohta on ajokaaren pyö-rähdyskeskipiste. Edelleen ovat tunnettuja ratkaisut, joissa säteilylähteen ja ilmaisimen ripustuselimille luodaan useita erilaisia liikevapausasteita ja myös rat-15 kaisut, joissa yhden kuvantamisjakson aikana säteilylähde suljetaan, siirretään uuteen aloituskohtaan ja aloitetaan uusi säteilytys kuvantamislaitteita joko aiempaan tai vastakkaiseen suuntaan kiertämällä. Lisäksi tunnetaan ratkaisuja, joissa sädekeilalla pyyhkäistään koko 20 kuvannettavan alueen yli yhteen suuntaan ja palataan takaisin vastakkaiseen suuntaan sekä ratkaisuja, joissa kuvantamislaitteiden pyörityskeskiön lineaarinen liikesuunta käännetään kuvantamisjakson aikana.

25 Yksi tunnetujen ratkaisujen rajoitus on, että kohde sinänsä asettaa tiettyjä reunaehtoja sille, miten sitä voidaan näillä menetelmillä kuvantaa. Ilmaisimelle kuvautuvan kerroksen paksuuteen vaikuttaa sädekeilan kään-tökulma kuvannettavassa kohteessa, ja tämä kulma on 30 osittain riippuvainen kuvannettavan kohteen anatomiasta. Esimerkiksi kapealla keilalla suoraa anatomiaa kuvannet-; taessa saattaa lopputulos käytännössä olla ei-toivottu * läpivalaisukuva.

35 Leveän sädekeilan käytön ongelmana on se, että joudutaan käyttämään pinta-alaltaan suuria säteilynilmaisimia. Suuren pinta-alan tarve rajoittaa mahdollisuuksia digitaalisten ilmaisimien käyttöön, jotka ovat varsin kai- 4 104944 liitä ja joiden hinta on verrannollinen niiden pinta-alaan .

Kuvantamisvälineiden ripustusrakenteen yksinkertaisuuden 5 kannalta olisi edullista pitää ilmaisin koko kuvausta-pahtuman ajan kohtisuorassa sädekeilaan nähden, mutta kuvattavan kohteen kokoisella sädekeilalla toimittaessa kuvaustuloksen resoluutio ei ole tällöin optimaalinen. Kapealla sädekeilalla toimittaessa tästä aiheutuva virhe 10 on merkityksettömän pieni.

Kapeakeilatomografiamenetelmissä, joissa kuvantamispro-sessi perustuu kapean sädekeilan pyyhkäisyyn kohteessa ja joissa siten voidaan käyttää pienen pinta-alan omaa-15 via ilmaisimia, on digitaalistenkin ilmaisimien käyttö taloudellisesti mahdollista. Näin olisikin toivottavaa, että löydettäisiin uusia ratkaisuja tunnettuihin kapeakeilatomograf iamenetelmien yleisiin rajoituksiin.

1 20 Perinteisesti eri tomografiamenetelmiä varten tarkoitet- - tuja laitteita on valmistettu käytettäväksi jossakin tietyssä tomografiamenetelmässä. Nykysuuntauksen mukaan i pyritään kuitenkin kehittämään ratkaisuja, joiden avulla = yhtä laitetta voitaisiin käyttää useampiin erilaisiin ” 25 tarkoituksiin, ts. pyritään siihen, että Selmalla lait- " teella olisi mahdollista hyödyntää erilaisia tomografia- 1 menetelmiä ja saada kuvannetuksi erilaisia projektioita.

Tällöin ovat haastaviksi ongelmiksi osoittautuneet mm. erisuuruisten sädekeilojen muodostaminen ja niiden ra-30 jääminen halutun kokoiseksi ennen johtamista ilmaisimelle. Lisäksi korkealaatuisten tomografiakuvien aikaansaaminen edellyttää, että laitteen ilmaisimella ja/tai sen säteilylähteellä on riittävästi erilaisia liikevapausas-teita, jotta ilmaisin saadaan kaikissa kuvausmoodeissa 35 pidettyä oikean suuntaisena kuvannettavaan kohteeseen nähden.

m ϋϊϊϊ -m 104944 Tämän keksinnön yhtenä tarkoituksena onkin aikaansaada ratkaisu, jonka avulla voidaan yhdellä edullisella laitteella ilman monimutkaisia sädekeilaa rajaavia kolli-maattorirakenteita ja ilman vaikeasti toteutettavia 5 useita liikevapausasteitä omaavia rakenteita kuvata halutun paksuisia ja muotoisia kerroksia erilaisista kohteista. Keksinnön tarkoituksena on luoda tomografiaefek-tiä siten, että kuvantamisvälineillä voidaan seurata ku-vannettavan kohteen anatomiaa ilman, että joudutaan telo kemään kompromisseja kuvannettavan kerroksen paksuuden ja optimaalisen, kohtisuoraan kuvannettavaan kohteeseen kulkevan kuvantamisliikeradan suhteen.

Lisäksi, kun keksinnön mukaisesti voidaan samalla lait-15 teella toteuttaa useita erilaisia kuvausmoodeja, tulee investointi nykyaikaisiin digitaalitekniikkaan perustuviin kuvantamisantureihin perustellummaksi ja siten kynnys niiden käyttöönottoon alhaisemmaksi. Digitaalitekniikka mm. helpottaa lääkärien työtä, kun se mahdollis-20 taa paitsi aiempaa parempilaatuisten kuvien ottamisen ja siten tarkempien diagnoosien tekemisen myös kuvien tallentamisen ja hallinnoinnin sähköisessä muodossa - yhdessä kaiken muun potilaisiin liittyvän dokumentaation kanssa.

25

Keksinnön tavoitteiden toteuttamiseksi on kehitetty uusi keino aiheuttaa tomografiaefektiä kapean sädekeilan käyttöön perustuvissa tomografiamenetelmissä. Keksintö perustuu oivallukseen muuttaa sädekeilan kiertosuuntaa 30 kuvannettavassa kohteessa kuvantamispyyhkäisyn aikana, jolloin kuvannettavan kerroksen paksuuteen vaikuttavan ; tomografiakulman (eri suunnat, joista sädekeila läpäisee » kuvauskohteen) aikaansaanti voidaan erottaa itsenäiseksi toiminnoksi. Edullisesti tämä voidaan toteuttaa esimer-35 kiksi sinänsä tunnetussa menetelmässä, jossa kuvannetta-va alue pidetään kuvantamislaitteiden fyysisessä pyöri-tyskeskiössä ja kuvantamislaitteiden ripustusvartta, jonka varren vastakkaisiin päihin säteilylähde ja ilmai- 6 104944 sin on sijoitettu, siirretään pitkin kuvannettavaa kohdetta (lineaariliike) samalla kun ilmaisinta, esimerkiksi filmiä, siirretään varren liikkeeseen nähden päinvastaiseen suuntaan nopeudella, joka vastaa sädekeilan no-5 peutta kuvantamisalueella suurennoksella kerrottuna. Tällöin riippumatta siitä, mihin suuntaan kuvantamis-laitteiden ripustusvartta käännetään (kääntämällä synnytetään tomografiaefekti), etenee varren pyörityskeskiö varren lineaariliikkeen nopeudella. Ripustusvartta halu-10 tulla tavalla edestakaisin pyyhkäisyliikkeen aikana kääntäen saadaan tomografiakuva halutulla, tomografia-kulmasta riippuvalla kerrospaksuudella - myös suorasta anatomiasta.

15 Keksinnön mukaista menetelmää voidaan soveltaa monissa tunnetuissa menetelmissä, esimerkiksi em. US-patenttijulkaisusta 4.039.837 tunnetussa menetelmässä kaarevan anatomian kuvantamiseksi. Tällöin kuvantamis-laitteiden ripustusvartta ajetaan tekniikan tason mukai-20 sesti siten, että varren pyöritystyskeskiö on kuvannet-tavan anatomian kohdalla ja sädekeila kohtisuorassa anatomian kaaren tangenttiin nähden, jolloin syntyy pano-raamakuvauksesta tunnettu, anatomian kaarevuusäteestä riippuva kapeakeilatomografiakuva. Mikäli kaarevuussäde 25 on suuri, jää kapeaa sädekeilaa käytettäessä tomografia-kulma pieneksi ja sen seurauksena kuvautuvan kerroksen paksuus suureksi. Sen sijaan keksinnön mukaisesti kuvan-tamislaitteiden ripustusvarren pyörityssuuntaa muuttamalla voidaan tomografiaefektiä kasvattaa ja näin valita 30 kuvautuvan kerroksen paksuus halutunlaiseksi. Keksintö mahdollistaa minkä tahansa muotoisen, siis yhteen tai kahteen suuntaan kaarevan, suoran tai näiden yhdistel-:: män, anatomian tomografiakuvantamisen.

35 Täsmällisemmin ilmaistuna keksinnölle tunnusomaiset piirteet on esitetty hakemuksen itsenäisten patenttivaatimusten tunnusmerkkiosissa.

104944

Seuraavassa keksintöä ja sen soveltamista kuvataan esimerkein ja oheisiin piirustuksiin viittaamalla, joista piirrustuksista 5 Kuvio 1 ja sen poikkileikkauskuvio IA esittävät tekniikan tason mukaisen tomografiakuvantamisen periaatteen kuvantamiskohteen kokoisella sädekeilla.

Kuvio 2 esittää yhden tekniikan tason mukaisen tomogra-10 fiakuvantamisen periaatteen kapealla sädekeilalla kaarevasta anatomiasta.

Kuvio 3 ja sen poikkileikkauskuvio 3A esittävät yhden keksinnön mukaisen kapeaa sädekeilaa käyttävän kuvanta-15 mistavan poikkileikkauskuvan ottamiseksi.

Kuvio 4 esittää keksinnön käyttöä hammaskaaren panoraa-makuvauksessa.

20 Kuvio 5 esittää keksinnön käyttöä erilaisten leikkaus-kerrosten hallituksi aikaansaamiseksi yhdellä kapean sä-dekeilan pyyhkäisyllä.

Kuvio 6 esittää tyypillistä tekniikan tason mukaista 25 laitteistoa, joka on pienin muutoksin modifioitavissa . . mahdollistamaan keksinnön mukaisten tomografiakuvien ot- ' tamisen.

Kuvio 7 ja sen poikkileikkauskuvio 7A esittävät yhtä 30 keksinnön mukaista laiteteknistä sovellutusta ja sen käyttöä poikkileikkauskuvan ottamiseksi kapealla säde-keilalla.

Kuvio 8 esittää yhtä keksinnön mukaista laiteteknistä 35 sovellutusta.

8 104944

Kuvio 9 ja sen poikkileikkauskuvio 9A esittävät vielä yhden keksinnön mukaisen tavan poikkileikkauskuvan ottamiseksi kapealla sädekeilalla.

5 Kuvioissa 1 ja IA on esitetty tekniikan tason mukainen tomografiakuvantamisen periaate kuvantamiskohteen kokoisella sädekeilla. Kuvion 1 mukaisessa 1ineaaritomografi-amenetelmässä kuvannettavaan kohteeseen (1) kohdistetaan säteilylähteestä (2, 2') saatava sädekeila (3, 3') ja 10 kohteen läpäissyt säteily mitataan ilmaisimella (4, 4')-Kuvantamisjakson aikana kuvantamisvälineitä, siis säteilylähdettä (2, 2') ja ilmaisinta (4, 4'), liikutetaan kuljettamalla säteilylähdettä (2, 2') yhteen suuntaan (5) ja ilmaisinta (4, 4') vastakkaiseen suuntaan (6) 15 siten, että kuljetusnopeuksien suhde on sama kuin ko. välineiden (2, 2', 4, 4') etäisyyksien suhde kuvannetta-vasta alueesta (7) kohteessa (1). Tällöin kaikki kuvan-nettavalla alueella (7) sijaitsevat pisteet (X, Y, Z) kuvautuvat koko kuvantamisjakson ajan samalle kohdalle 20 (x, x', y, y', z, z') ilmaisinta (4, 4') ja kuvannetta- van alueen ulkopuolelle jäävät alueet (P, Q) joko jatkuvasti eri kohdille ilmaisinta (4, 4') tai kokonaan sen ulkopuolelle, jolloin ne sumuttuvat näkymättömiin ilmaisimelle (4, 4') muodostuvasta kuvasta (kuvio IA). Yksi 25 ilmaisimelle (4, 4') kuvautuvan alueen (7) kerrospaksuu-. . teen vaikuttava tekijä on se, mikä kulma (8), ns. tomo- grafiakulma, kuvantamisvälineiden (2, 2', 4, 4') alku ja loppuasemien välille muodostuu - mitä suurempi kulma (8), sitä ohuempi kerros ilmaisimelle (4, 4') kuvautuu.

30 Käytännössä kuvion 1 mukainen tomografialiike voidaan toteuttaa esimerkiksi siten, että säteilylähde (2, 2') : ’ ja ilmaisin (4, 4') kiinnitetään kuviossa ei-esitetyn i I · kuvantamislaitteiden ripustusvarren vastakkaisiin päihin j 35 ja kuvannettava alue (7) asetetaan ripustusvarren fyysisen kiinnityspisteen, ts. pyörityskeskipisteen (9) koh-j dalle, jolloin ripustusvartta pyöräytettäessä kuvautu- misehto automaattisesti toteutuu.

104944 9

Kuviossa 2 on esitetty yksi tekniikan tason mukainen to-mografiakuvantamisratkaisu kapealla sädekeilalla kaarevasta anatomiasta. Säteilylähteessä (2) ja siihen suo-5 raan liittyvillä tai muilla (ei-esitetyillä) välineillä, esimerkiksi ns. kollimaatorilevyjen avulla, tuotetaan kuvannettavaa kohdetta 1 kapeampi sädekeila (3). Kuvantamis jakson aikana kuvantamisvälineitä (2, 4) liikute taan siten, että samalla kun niitä kierretään kuvantan-10 nettavan kohteen (1) suhteen yhteen suuntaan (10) kuljetetaan näin syntyvää kiertoliikkeen pyörähdyskeskipistettä (9) pitkin kuvannettavaa anatomiaa kuvautuvaksi haluttavan leikkauksen suunnassa (11) . Koska menetelmässä kuvannettavaa kohdetta (1) pyyhkäistään kohdetta ka-15 peammalla sädekeilalla (3), joka keila (3) on sekä lineaarisessa (11) että rotaatioliikkeessä (10), on oltava jokin keino jatkuvasti ja hallitusti pitää ilmaisin (4) näihin liikkeisiin (10, 11) nähden oikeassa asemassa.

Säteilylähteen (2) ja ilmaisimen (4) keskinäinen liike 20 voidaan saattaa hallintaan kiinnittämällä ne saman ri-pustusvarren vastakkaisiin päihin ja jos ilmaisimena (4) käytetään perinteistä filmiä tai vastaavaa, voidaan säteilyn mittaaminen tämän tunnetun ratkaisun mukaisesti toteuttaa kuljettamalla sädekeilaa leveämpää filmiä ku-25 vantamispyyhkäisyn ajan kuvantamisvälineiden (2, 4) pyö-rityssuuntaa (10) vastaan (12) nopeudella, joka vastaa sädekeilan (3) nopeutta kuvannettavan kohteen (1) kuvan-nettavassa alueessa kerrottuna suurennoksella. Suurennos on tällöin sädekeilan (3) focuksen etäisyyden ilmaisi-30 mesta (4) suhde focuksen etäisyyteen kuvannettavasta alueesta.

·' : · Kuvioissa 3 ja 3A on esitetty yksi keksinnön mukainen menetelmä kohteen poikittaisleikkauksen kerroskuvantami-35 seksi (vrt. kuvio 1). Kun menetelmässä käytetään kuvannettavaa kohdetta () kapeampaa sädekeilaa (3, 3'), joudutaan halutun alueen (7) kuvantamiseksi pyyhkäisemään (11) keilalla (3, 3') koko alueen (7) yli (kuviossa 3 104944 10 sädekeilan pyörityskeskiö on edennyt kuvannettavassa leikkauksessa vasta lyhyen matkan). Tekniikan tason mukaisesti toimittaessa tomografiaefektin aikaansaamiseksi, siis halutun kerrospaksuuden kuvantamiseksi, kuvan-5 tamisvälineitä (2, 2', 4, 4') käännettäisiin kuvannetta-vaan alueeseen nähden (7) yhteen suuntaan (10) kuvanta-mispyyhkäisyn aikana. Keksinnön mukaisesti toimien, ts. tätä kiertosuuntaa (10) pyyhkäisyliikkeen (11) aikana muuttaen (13), tarjoutuu uusia mahdollisuuksia vaikuttaa 10 tomografiakulmaan (8) ja siten kuvannettavasta alueesta (7) ilmaisimelle (4, 4') kuvautuvan kerroksen paksuu teen. Keksinnön mukainen kuvausmoodi mahdollistaa korkealaatuisten tomografiakuvien ottamisen myös kapeaa sä-dekeilaa käyttäen ja siten kaupallisesti hyväksyttävän 15 hintaisten, pienikokoisten digitaalisten ilmaisimien käytön.

Kuviossa 4 on esitetty keksinnön soveltamista sinänsä tunnetussa hammaskaaren panoraamakuvantamisessa. Kuvios-20 sa 2 esitetystä menetelmästä tämä keksinnön mukainen ratkaisu eroaa siinä, että kuvantamislaitteiden (2, 4) kiertosuunta (10) kuvannettavaan kohteeseen (1) nähden vaihdetaan (13) esimerkiksi saavuttaessa leukanivelen alueelta hammaskaaren alueelle. Vastaava kiertosuunnan 25 muutos voidaan tehdä myös saavuttaessa kuvantamispyyh-käisyn loppuvaiheessa hammaskaaren alueelta toisen leukanivelen alueelle. Keksinnön mukainen kauvastapa mahdollistaa sen, että sädekeilan kohtauskulma kuvannetta-vassa alueessa saadaan pysymään koko ajan optimaalisena, j 30 ts. olennaisesti kohtisuorana kohteen kuvannettavaan alueeseen nähden, ja kuvautuvan kerroksen paksuus voidaan optimoida.

Keksinnön mukainen menetelmä tarjoaa laajat mahdollisuu-· 35 det ottaa erilaisia leikkauksia kuvannettavasta kohteesta, esimerkiksi erilaisia kallonalueen röntgenkuvaleik-kauksia. Kuvantamisvälineiden kiertosuuntaa voidaan ku-vannettavan kohteen asettamien edellytysten puitteissa 104944 kääntää kuvantamispyyhkäisyn aikana esimerkiksi ainoastaan kerran, kiertosuuntaa voidaan muuttaa jatkuvasti pyyhkäisyn aikana tai voidaan toimia osalla pyyhkäisy-matkaa perinteisellä tavalla ja halutulla alueella vaih-5 taa kiertosuuntaa suurella taajuudella. Keksinnön mukaisen hammaskaaren panoraamakuvan ottamiseksi kiertosuuntaa voitaisiin vaihtaa esimerkiksi viisi kertaa kummankin leukanivelen alueella tai vaihtaa sitä 1...5 kertaa sädekeilan edetessä kuvantamiskohteessa leveytensä pi-10 tuisen matkan.

Kuviossa 5 kuvauskohdetta kiertävä viiva (14) havainnollistaa perinteisen ja keksinnön mukaisen kuvantamistavan alueita (la, Ib, le) kuvantamispyyhkäisyn aikana, jol-15 loin leukanivelen alueelta (la) on haluttu ottaa ohuempi pitkittäisleikkaus kuin olisi saatu perinteisellä pano-raamakuvausmenetelmällä. Kuvantamispyyhkäisyyn on liitetty poikkileikkauksen ottaminen tietystä kohdasta ham-maskaarta, jolloin potilaasta on yhdellä ainoalla kuvan-20 tamiskerralla saatu kaikki tarvittava informaatio. Näin potilas on joutunut asettumaan kuvannettavaksi ainoastaan kerran.

Kuviossa 6 on esitetty tekniikan tason mukainen lait-25 teisto (20), josta varsin helposti saadaan modifioitua keksinnön mukaista menetelmää soveltamaan sopiva konstruktio. Tällainen tekniikan tason mukainen lähinnä hammaskaaren panoraamakuvantamiseen tarkoitettu laitteisto (20) koostuu ensimmäisestä runko-osasta (21), toisesta 30 runko-osasta (22) ja kolmannesta runko-osasta (23) . En simmäinen runko-osa (21) voi olla kiinnitetty lattiaan . tai seinään, jolloin siihen kuuluu välineet toisen run- r ko-osan (22) korkeusaseman muuttamiseksi. Vaihtoehtoi sesti toinen runko-osa (22) voi olla kiinteästi liitetty 35 ensimmäiseen runko-osaan (21), jolloin ensimmäisessä runko-osassa (21) on välineet, esimerkiksi teleskooppi-rakenne, sen pituuden säätämiseksi. Kolmas runko-osa (23) toimii säteilylähteen ja ilmaisimen ripustusvarte- 12 104944 na, jolloin ne on kiinnitetty ripustusvarren vastakkaisiin päihin. Välineet potilaan asemoiseksi oikeaan ku-vantamisasentoon voivat olla sijoitetut neljänteen runko-osaan (24) , johon voidaan sijoittaa myös laitteiston 5 ohjauspaneeli.

Toinen runko-osa (22) ja kolmas runko-osa, ts. kuvanta-misvälineiden ripustusvarsi (23), on liitetty toisiinsa kiinnitys- ja kuljetusvälinein (25), jotka mahdollista-10 vat sekä ripustusvarren (23) horisontaalisen pyörimisliikkeen että liikkeet x,y suunnissa. Laitteistoon kuuluu ripustusvarren (23) liikkeiden ohjausjärjestelmä, joka voi olla toteutettu esimerksi tietokoneohjattujen sähkömoottorien ja kiinnitys- ja kuljetusvälineiden oh-15 jausurien avulla. Lisäksi ripustusvarressa (23) voi olla välineet ilmaisimen ohjatuksi liikuttamiseksi horison-taalisuunnassa.

Kuviossa 7 on esitetty yksi tapa modifioida tunnettu 20 laitteisto keksinnön mukaiseksi. Järjestämällä ripustus-varren liikettä ohjaava ura (26) - koko kuvantamispyyh-käisymatkalta tai sen halutulta osa-alueelta, esimerkiksi hammaskaaren panoraamakuvauksessa leukanivelten alueelta - kuvannettavan leikkauksen suunnassa (11) yhden 25 tai useamman S-kaaren omaavaksi, kääntyy kuvantamisväli-neiden pyörityssuunta kuvannettavaan kohteeseen nähden pyyhkäisyliikkeen aikana.

Luonnollisesti laiteteknisiä tapoja toteuttaa keksinnön 30 mukainen kiertosuunnan vaihto on lukemattomia. Kun tällaisten laitteiden eri toimintoja, mukaan lukien liikkuvia elimiä kuljettavia moottoreita, voidaan ohjata tie-? tokoneohjelman avulla, on ko. moottoreiden ohjausalgo- ritmien modifioiminen yksi luonnollinen tapa luoda lait-35 teistoon keksinnön käyttämiseksi tarvittavat ominaisuudet .

104944

Eräs mahdollinen tapa toteuttaa keksinnön mukainen tomo-grafiamenetelmä on kiinnittää kuvantamisvälineet ripus-tusvarteen siten, että niitä voidaan liikuttaa itsenäisesti, toisiinsa synkronoidusti sähköisesti tai mekaani-5 sesti, kiinnitysvarteen nähden joko ylhäältä alas tai alhaata ylös, vasemmalta oikealle tai oikealta vasemmalle tai sivuttais- ja pystyliikkeet yhdistäen. Tällaisella rakenteella on mahdollista luoda tomografiaefekti myös pystysuuntaan, jolloin voidaan puhua spiraalikapea-10 keilatomografiästä. Esimerkiksi kuviossa 6 esitettyä laitteistoa (20) voidaan modifioida järjestämällä laitteisto (30) (kuvio 8) koostumaan vastaavista runko-osista (31, 32, 33, 34), sekä kiinnitys- ja kuljetusvälineistä (35) kun tekniikan tason mukainen laitteisto 15 (20), mutta ripustusvarsi (kolmas runko-osa) (33) on nyt varustettu välineillä (36, 37) säteilylähteen ja/tai ilmaisimen (38, 39)(tai niiden tukielimien) liikuttamiseksi myös vertikaalisessa suunnassa. Vertikaalinen liike-vapausaste voidaan siis järjestää joko molemmille kuvan-20 tamisvälineille tai vain toiselle niistä, jossa jälkimmäisessä tapauksessa tämän vertikaalisen liikkeen vasta-liike voidaan toteutta esimerkiksi joko kolmannen (33) ja toisen runko-osan (32) välisillä kiinnitys- ja kuljetusvälineillä (35) tai kuviossa ei-esitetyillä toisen 25 runko-osan (32) korkeusasemanasetusvälineillä. Luonnollisesti kiinnitys- ja kuljetusvälineet (36, 37) säteily-lähteen ja/tai ilmaisimen (38, 39) (tai niiden tukielimien) liikuttamiseksi voidaan konstruoida myös sellaisiksi, että jompi kumpi tai molemmat niistä tuottaa ho-30 risontaalisen liikkeen tai sekä horisontaalisen että vertikaalisen liikkeen, jolloin complex motion tomografiakuvantaminen on laitteistolla mahdollista use-: · alla eri tavalla.

35 Kuvantamisvälineille voidaan sinänsä tunnetulla tavalla järjestää liikevapausaste myös niiden välisen akselin, ts. sädekeilan suunnassa.

104944 14

Edellä on esitetty keksinnön mukaisen tomografiakuvaus-menetelmän toteutus ympäristössä, jossa kuvantamiskohde sijaitsee kuvantamislaitteiden ripustusvarren fyysisessä kiinnityspisteessä. Keksinnön mukaista tomografiakuvaus-5 menetelmää voidaan soveltaa myös esimerkiksi US-patenttijulkaisusta 5.371.775 tunnetussa menetelmässä (kuvio 9), jossa kuvantamisvälineiden (2, 2', 4, 4') ripustusvarren fyysistä kannatinpistettä (99, 99') ajetaan ympyränkaarta (10) myöden samalla kääntäen ripustusvart-10 ta siten, että sädekeila (3, 3') jatkuvasti kohtaa kannatinpisteen (99, 99') kaaren (10) tangentin kohti suorasta Tällöin kuvautuva kohta on ympyrän kaaren 10 keskipiste (9, 9'). Keksinnön mukaisesti toimien kuvan tamislaitteiden (2, 2', 4, 4') kiertosuuntaa muutettai-15 siin kuvantamispyyhkäisyn 11 aikana kuvannettavan kohteen asettamien edellytysten mukaisesti.

Edellä esitetyt esimerkit kuvaavat keksinnön käyttöä lähinnä hammaslääketieteellisen röntgenkuvauksen yhteydes-20 sä. Nämä edullisiksi sovellutuksiksi esitetyt ratkaisut eivät kuitenkaan rajaa keksinnön käyttökelpoisuutta ainoastaan esimerkkien mukaisiin suoritusmuotoihin, vaan seuraavassa esitettävät patenttivaatimukset määrittelevät suopiirin, joiden mukaisen keksinnöllisen ajatuksen 25 puitteissa voivat monet yksityiskohdat vaihdella. Keksintöä voidaan hyödyntää myös muun kuin röntgensäteilyn käyttöön perustuvassa kuvantamisessa ja muissakin kun hammaslääketieteellisissä yhteyksissä. Itse asiassa keksintöä voidaan soveltaa kaikkialla, missä olisi edullis-30 ta käyttää ilmaisimena esimerkiksi digitaalista ns. CCD (Charge Coupled Device) -anturia ja sen lukemisessa mm. TDI- tai frame trasfer -tekniikoita (joiden sinänsä tun- · · nettujen tekniikoiden osalta voidaan viitataan esimer kiksi FI-patenttihakemukseen 955598), koska keksintö 35 mahdollistaa saman, pienen ja siten edullisen anturin hyödyntämisen samassa laitteessa. Esimerkiksi lääketieteen alueella keksintö mahdollistaa saman laitteen käytön niin hammaskaaren panoraamakuvauksiin kuin moniin 5 104944 muihinkin kallonalueen kuvauksiin ja tarjoaa mahdollisuuden sekä erilaisiin poikittais- että pitkittäisleik-kauskuvauks iin.

10 15 20 25 30 35

Claims (36)

104944 16

1. Menetelmä tomografiakuvantamisessa, jossa menetelmässä edullisesti kuvannettavaa kohdetta pidetään paikal- 5 laan ja sähkömagneettisesta säteilylähteestä saatavan sädekeilan säteilyä vastaanotetaan olennaisesti kuvan-nettavan kohteen vastakkaiselle puolelle sijoitetulla ilmaisimella, jolloin säteilylähdettä ja ilmaisinta kuljetetaan ohjatusti kuvannettavan kohteen olennaisesti 10 vastakkaisilla puolilla sädekeilan liikuttamiseksi ku- vannettavassa kohteessa siten, että ainakin osa mainitusta liikkeestä on kiertoliikettä kuvannettavan kohteen suhteen, tunnettu siitä, että ainakin osa tomografiaefek-tistä aiheutetaan pyyhkäisemällä sädekeilalla kuvannet-15 tavaa kohdetta siten, että pyyhkäisyn aikana sädekeilan kiertosuunta kuvannettavassa kohteessa käännetään ainakin kerran vastakkaiseksi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu 20 siitä, että kiertosuuntaa vaihdetaan ainakin osalla pyyhkäisyliikkeen kokonaismatkaa jatkuvasti edestakaisin.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tun- 25 nettu siitä, että kiertosuuntaa vaihdetaan 1-5 kertaa , .·. sädekeilan edetessä kuvantamiskohteessa leveytensä pi tuisen matkan.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu 30 siitä, että kiertosuuntaa vaihdetaan 1-10 kertaa koko kuvantamispyyhkäisyn aikana.

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen, tunnettu siitä, että säteilylähdettä ja ilmaisinta liikutetaan 35 siten, että kuvautumiskohdan liikerata kuvauskohteessa on olennaisesti lineaarinen. 104944 17

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä/ että säteilylähdettä ja ilmaisinta liikutetaan siten, että ainakin osa kuvautumiskohdan liike- 5 radasta kuvautumiskohteessä on olennaisesti kaaren, ympyrän, S-kirjaimen, sahanteräkuvion tai joidenkin näistä yhdistelmän muotoinen.

7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukainen menetelmä, 10 tunnettu siitä, että säteilylähteen ja ilmaisimen liikeradat kuvantumiskohteeseen nähden käsittävät sekä horisontaalisia, vertikaalisia että tarvittaessa myös näiden yhdistelmiä sisältäviä ja/tai säteen suuntaisia osuuksia . 15

8. Jonkin patenttivaatimuksen 1-7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että säteilylähdettä ja ilmaisinta kuljetaan olennaisesti kallonalueen panoraamakuvan, esimerkiksi hammaskaaren alueen panoraamakuvan, aikaan- 20 saamiseksi tarvittavia liikeratoja pitkin.

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hammaskaaren panoraamakuvan aikaansaamiseksi kiertosuuntaa vaihdetaan sädekeilan kulkiessa leukanive-

10. Jonkin patenttivaatimuksen 1-7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että säteilylähdettä ja ilmaisinta kul- 30 jetetaan olennaisesti kallonalueen poikkileikkaus (cross section) -kuvan tai pitkittäisleikkaus (longitudinal) -; kuvan aikaansaamiseksi tarvittavia liikeratoja pitkin.

11. Jonkin patenttivaatimuksen 1-10 mukainen menetelmä, 35 tunnettu siitä, että sähkömagneettisena säteilynä käytetään röntgensäteilyä. 104944 18

12. Jonkin patenttivaatimuksen 1-11 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytetään olennaisesti kuvannetta-vaa kohdetta kapeampaa sädekeilaa.

13. Jonkin patenttivaatimuksen 1-12 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytetään ilmaisimena digitaalista anturia, esimerkiksi digitaalista CCD-anturia, ja sen lukemisessa TDI- tai frame transfer- tekniikkaa.

14. Jonkin patenttivaatimuksen 1-13 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sädekeilan kohtauskulman ja/tai etenemisnopeuden muutoksia kohteessa kompensoidaan säteilyn tunnistusnopeuden, siis esimerkiksi ilmaisimena käytetyn filmin siirtonopeuden tai digitaalisen anturin i ! 15 varauksen siirtonopeuden muutoksilla.

15. Jonkin patenttivaatimuksen 1-13 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pidetään säteilyn tunnistusnopeus vakiona ja sädekeilan kohtauskulman muutosta kohteessa 20 kompensoidaan sädekeilan etenemisnopeutta kohteessa muuttamalla.

16. Tomografiamenetelmä kallonalueen poikkileikkaus (cross section) -kuvan tai pitkittäisleikkaus ] 25 (longitudinal) -kuvan ottamiseksi, jossa menetelmässä edullisesti kuvannettavaa kohdetta pidetään paikallaan ja röntgensäteilylähteestä saatavan sädekeilan säteilyä vastaanotetaan olennaisesti kuvannettavan kohteen vastakkaiselle puolelle sijoitetulla ilmaisimella, jolloin 30 säteilylähdettä ja ilmaisinta kuljetetaan ohjatusti kuvannettavan kohteen olennaisesti vastakkaisilla puolilla sädekeilan liikuttamiseksi kuvannettavassa kohteessa siten, että ainakin osa mainitusta liikkeestä on kiertoliikettä kuvannettavan kohteen suhteen, tunnettu siitä, 35 että ainakin osa tomografiaefektistä aiheutetaan pyyhkäisemällä sädekeilalla kuvannettavaa kohdetta siten, että pyyhkäisyn aikana sädekeilan kiertosuuntaa kuvan- 104944 nettavassa kohteeseessa vaihdetaan 1-5 kertaa sädekeilan edetessä kuvantamiskohteessa leveytensä pituisen matkan.

17. Tomografiakuvantamiseen tarkoitettu laite, jossa on 5 säteilylähde sähkömagneettisen sädekeilan tuottamiseksi, säteilyn ilmaisin, välineet kuvannettavan kohteen ase-moimiseksi olennaisesti säteilylähteen ja ilmaisimen väliseen asemaan ja välineet säteilylähteen ja ilmaisimen ohjatuksi liikuttamiseksi kuvannettavan kohteen vastak-10 kaisilla puolilla, tunnettu siitä, että laitteessa on välineet sädekeilan saattamiseksi pyyhkäisemään kuvan-nettavaa kohdetta siten, että kuvantamispyyhkäisyn aikana säteilylähteen ja ilmaisimen kiertosuunta kuvannetta-vaan kohteeseen nähden kääntyy ainakin kerran vastakkai-15 seksi.

18. Patenttivaatimuksen 17 mukainen laite, tunnettu siitä, että kiertosuuntaa kääntävät välineet ovat mekaaniset .

19. Patenttivaatimuksen 18 mukainen laite, tunnettu siitä, että säteilylähde ja ilmaisin on kiinnitetty yhteisen ripustusvarren olennaisesti vastakkaisiin päihin, jolloin kiertosuuntaa kääntävät mekaaniset välineet muo- 25 dostuvat sellaisista ohjausurista tai muista välineistä ripustusvarren liikuttamiseksi, että varsi on kuljetettavissa kuvannettavasta kohteesta otettavaan leikkaukseen nähden olennaisesti yhdensuuntaista mutta vähintään yhden S-kaaren omaavaa liikerataa pitkin. 30

20. Patenttivaatimuksen 17 mukainen laite, tunnettu siitä, että kiertosuuntaa kääntävät välineet koostuvat ku-vantamisvälineitä liikuttavista ainakin yhdestä sähkö-moottoorista ja välineistä tämän/näiden ohjaamiseksi. 35

21. Jonkin patenttivaatimuksen 17-20 mukainen laite, tunnettu siitä, että siinä on välineet kiertosuunnan 20 104944 vaihtamiseksi ainakin osalla pyyhkäisyliikkeen kokonaismatkaa jatkuvasti edestakaisin.

22. Jonkin patenttivaatimuksen 17-21 mukainen laite, 5 tunnettu siitä, että siinä on välineet kiertosuunnan vaihtamiseksi 1...5 kertaa sädekeilan edetessä kuvantamis-kohteessa leveytensä pituisen matkan.

23. Jonkin patenttivaatimuksen 17-20 mukainen laite, 10 tunnettu siitä, että siinä on välineet kiertosuunnan vaihtamiseksi 1...10 kertaa koko kuvantamispyyhkäisyn aikana .

24. Jonkin patenttivaatimuksen 17-23 mukainen laite, 15 tunnettu siitä, että siinä on välineet säteilylähteen ja ilmaisimen liikuttamiseksi siten, että kuvautumiskohdan liikerata kuvauskohteessa on olennaisesti lineaarinen.

25. Jonkin patenttivaatimuksen 17-24 mukainen laite, 20 tunnettu siitä, että siinä on välineet säteilylähteen ja ilmaisimen liikuttamiseksi siten, että ainakin osa kuvautumi skohdan liikeradasta kuvautumiskohteessa on olennaisesti kaaren, ympyrän, S-kirjaimen, sahanteräkuvion tai joidenkin näistä yhdistelmän muotoinen. 25

25 Ien alueelta hammaskaaren alueelle ja/tai hammaskaaren . alueelta leukanivelen alueelle.

26. Jonkin patenttivaatimuksen 17-25 mukainen laite, tunnettu siitä, että siinä on välineet saattaamaan säteilylähteen ja ilmaisimen liikeradat kuvantumiskohtee-seen nähden käsittämään sekä horisontaalisia, vertikaa- 30 lisiä että tarvittaessa myös näiden yhdistelmiä sisältäviä ja/tai säteen suuntaisia osuuksia.

27. Jonkin patenttivaatimuksen 17-26 mukainen laite, tunnettu siitä, että siinä on välineet säteilylähteen ja 35 ilmaisimen kuljettamiseksi olennaisesti kallonalueen pa-noraamakuvan, esimerkiksi hammaskaaren alueen panoraama-kuvan, aikaansaamiseksi tarvittavia liikeratoja pitkin. -j i 104944

28. Patenttivaatimuksen 27 mukainen laite, tunnettu siitä, että siinä on välineet kiertosuunnan vaihtamiseksi sädekeilan kulkiessa leukanivelen alueelta hammaskaaren 5 alueelle ja/tai hammaskaaren alueelta leukanivelen alueelle .

29. Jonkin patenttivaatimuksen 17-26 mukainen laite, tunnettu siitä, että siinä on välineet säteilylähteen ja 10 ilmaisimen kuljettamiseksi olennaisesti kallonalueen poikkileikkaus (cross section) -kuvan tai pitkittäisleikkaus (longitudinal) -kuvan aikaansaamiseksi tarvittavia liikeratoja pitkin.

30. Jonkin patenttivaatimuksen 17-29 mukainen laite, tunnettu siitä, että sähkömagneettisen säteilyn lähde on röntgenputki.

31. Jonkin patenttivaatimuksen 17-30 mukainen laite, 20 tunnettu siitä, että siinä on välineet sädekeilan rajaamiseksi olennaisesti kuvannettavaa kohdetta kapeammaksi.

32. Jonkin patenttivaatimuksen 17-31 mukainen laite, tunnettu siitä, että ilmaisin on digitaalinen anturi, 25 esimerkiksi digitaalinen CCD-anturi.

33. Jonkin patenttivaatimuksen 17-32 mukainen laite, tunnettu siitä, että siinä on välineet sädekeilan koh-tauskulman ja/tai etenemisnopeuden muutosten kohteessa 30 kompensoimiseksi säteilyn tunnistusnopeuden, siis esimerkiksi ilmaisimena käytetyn filmin siirtonopeuden tai digitaalisen anturin varauksen siirtonopeuden muutoksil-V la.

34. Jonkin patenttivaatimuksen 17-32 mukainen laite, tunnettu siitä, että siinä on välineet pitämään säteilyn tunnistusnopeus vakiona ja välineet kompensoida sädekei- 104944 lan kohtauskulman muutosta kohteessa sädekeilan etenemisnopeuden kohteessa muutoksilla.

35. Laite kallonalueen poikkileikkaus (cross section) -5 kuvan tai pitkittäisleikkaus (longitudinal) -tomogra- fiakuvan ottamiseksi, jossa on säteilylähde sähkömagneettisen sädekeilan tuottamiseksi, säteilyn ilmaisin, välineet kuvannettavan kohteen asemoimiseksi olennaisesti säteilylähteen ja ilmaisimen väliseen asemaan ja vä-10 lineet säteilylähteen ja ilmaisimen ohjatuksi liikuttamiseksi kuvannettavan kohteen vastakkaisilla puolilla, tunnettu siitä, että laitteessa on välineet sädekeilan saattamiseksi pyyhkäisemään kuvannettavaa kohdetta siten, että pyyhkäisyn aikana sädekeilan kiertosuuntaa ku-15 vannettavassa kohteeseessa vaihtuu 1-5 kertaa sädekeilan edetessä kuvantamiskohteessa leveytensä pituisen matkan.

36. Kuvausmoodi panoraamaröntgenlaitteessa, johon laitteeseen kuuluu säteilylähde röntgensädekeilan tuottami- 20 seksi, säteilyn ilmaisin, välineet kuvannettavan kohteen asemoimiseksi olennaisesti säteilylähteen ja ilmaisimen väliseen asemaan ja välineet säteilylähteen ja ilmaisimen ohjatuksi liikuttamiseksi kuvannettavaan kohteeseen nähden, tunnettu siitä, että kuvausmoodiin kuuluu säde-25 keilan saattaminen pyyhkäisemään kuvannettavaa kohdetta siten, että säteilylähteen ja ilmaisimen kiertosuunta kuvannettavaan kohteeseen nähden kääntyy kuvantamispyyh-käisyn aikana ainakin kerran vastakkaiseksi. 104944 23