JP2005517487A - 走査面の自動的な視覚化を伴う診断装置 - Google Patents

Abstract

本発明による診断装置（１）は、この診断装置（１）の撮像容積（１’）内に置かれる患者（Ｐ）の容積内の診断情報を取得するための撮像手段（６）を有するように構成される。実際の診断画像に対応する患者の皮膚上の実際の走査面の空間位置及び方位を視覚化するために、診断装置（１）は、視覚化手段（１０、１１、１２）を有する。これら視覚化手段（１０、１１、１２）は、撮像容積（１’）の直近に配され、光の扇形ビームの組として実現されることができる。実際の撮像面に関するこれら光の扇形の正確な位置は、機械的に調節されることができるか、又はミラー型の光学装置を用いて調節されることができる。

Description

本発明は、検査すべき患者を収容するための撮像容積、この撮像容積内に患者を位置決めするための手段、及び前記撮像容積に位置決めされた患者の撮像面における診断画像を取得するように構成される撮像手段を有する診断装置に関する。

本発明はさらに、この診断装置を用いて侵襲器具を誘導するための方法にも関する。

前記装置の撮像容積に置かれる患者のスピン磁気共鳴を用いて診断調査を行うための装置は、米国特許6,275,721から知られている。この知られた装置はさらに、撮像面に向かう観測軸に関する情報を供給するための視覚的フィードバックを備える。この情報は可視のレーザダイオードを用いて患者の皮膚上に前記軸の侵入ポイントの視覚化により供給される。

この既知の装置は、走査面の方位に関する情報がオペレータによる解析のために供給されないという欠点を持っている。患者の表面上に走査面の侵入ラインを見つけるために、オペレータは実際の平面の空間方位を復元しなければならない。このことは、目標エリアを有する診断画像に基づいているので、非常に難しく信頼性が無い。斜めの走査面に対し、これは非常に不正確な結果となってしまう。従って、患者の表面上の観測軸の所与の投影だけを備える場合、オペレータが実際の走査面の侵入ラインを見つけることが実施不可能であり、これは侵襲処置を行うために特に重要である。

本発明の目的は、改良された診断装置を提供することである。

本発明による診断装置は、この診断装置が撮像容積内において撮像面の空間位置を視覚化するように構成される視覚化手段をさらに有することを特徴とする。本発明の技術的手法によれば、オペレータは患者に走査面の投影に関する具体的な情報が供給される。この情報は、療法計画処置の間に用いられることができ、走査面の侵入ラインの正確な位置が後続する放射線療法を計画するために知られなければならない。本発明の技術的手法は、後続する(follow-up)検査を計画することにも有利となり、先行する検査の間のと同じ走査面を正確に走査されなければならない。実際の走査面がマーキングされた先行する面と一致する撮像容積において上記方法で患者を位置決めすることにより、後続する整合性の大きな信頼が保証される。その上、本発明の技法は、検査器具、すなわち生検ニードルが高い空間精度で患者の中に挿入されなければならない医療侵襲の分野に利用されることも可能である。患者の皮膚上に走査面の侵入ラインを視覚化することにより、切開の位置が良好に制御されることが可能である。その上、この技法は、患者の皮膚上に内部損傷を表すためのマーカを生じさせるための処置を簡略化する。本発明の技法は、様々な医療診断装置、例えばＸ線装置、ＭＲＩ装置又はＣＴに組み込まれることが可能である。

本発明の実施例は、視覚化手段が撮像容積の直近に配置され、この視覚化手段は調節可能な光の扇形を有することを特徴とする。扇状の束(bundle)を複数の光源に供給することにより、平面の空間位置が視覚化されることができる。好ましくは、前記光源は孔型の装置の孔内に置かれる、すなわち、従来のＸ線装置に対し、足元又は天井ベースによるアーム上に設置される。前記光の扇形の正確な位置は機械的又はミラーを用いて調節されることができ、これは走査面の方位を制御するユニットにより制御される。このようにして、患者の診断情報と外部の解剖学的構造との間の直接的なリンクが得られる。

本発明による装置の他の実施例は、視覚化手段がさらに撮像面内の選択エリアを視覚化するためのインジケータを有することを特徴とする。上記選択エリアの一例は、前記面の中心とすることができる。代替的に、オペレータがカーソルを用いて診断画像上に表示位置を表すことができ、視覚化手段が患者の表面の選択した表示位置を視覚化するように構成されることができる。この技術手法のために、侵襲処置の間の医療器具の誘導は高められた信頼性で行われることが可能である。

本発明による方法は、前記方法が、
−診断装置の撮像容積内に患者を位置決めするステップ、
−この患者の目標エリアを有する平面における診断画像を取得するための撮像手段を使用するステップ、及び
−患者の皮膚上への診断画像の撮像面の投影を視覚化するために視覚化手段を使用するステップ、
を有することを特徴とする。本発明による方法を利用することにより、オペレータは、目標エリア、例えば患者の外傷及び外部の解剖学的構造を有する診断画像の平面の空間的関係に関する正確な情報を備える。このようにして、内部の解剖学的構造及び目標エリアの位置と外部世界との間に直接的なリンクが設けられる。この情報は、侵襲用アプリケーションにとって特に重要である。

本発明による他の方法は、前記方法が
−診断装置の撮像容量内に患者を位置決めするステップ、
−前記患者の目標エリアを有する平面における診断画像を取得するために前記撮像手段を使用するステップ、前記侵襲器具に対するアプローチ軌跡を計算するステップであり、この軌跡は患者の皮膚上に侵入ポイント及び前記目標エリア内の目標ポイントを有するステップ、及び
−前記患者の皮膚上への前記診断画像の撮像面の投影と共に前記侵入ポイントを視覚化するステップ
を有することを特徴とする。本発明による方法は、侵襲器具を誘導するのに特に価値がある。例えば頭蓋部の侵襲のような幾つかの応用に対し、あるエリアの健康な組織を傷つけないことが極めて重要なことがよく知られている。本発明による方法を利用することにより、オペレータは取得される診断画像上の目標エリアを選択することができ、このシステムは患者の皮膚上の侵入ポイント及び目標エリア内の選択されるポイントを含む最適なアプローチ軌跡を供給することができる。最適な軌跡が計算される場合、侵入ポイントの位置が診断画像の平面に投影されると共に、患者の皮膚上において視覚化されることができる。侵入ポイントに関して侵襲器具の角度方向を決定するのを容易にするために、追加の視覚的ガイドを追加することも可能である。

本発明のこれら及び他の態様は、図を参照してさらに詳しく述べられるであろう。

図１は本発明による診断装置の実施例を概略的に示したものである。この図において、診断装置１は、検査すべき患者Ｐを配置するために移動可能である支持テーブル２を診断装置１の撮像容積１’内に有する従来の内腔型(bore-type)の磁気共鳴装置である。このような装置の動作原理は、国際特許出願公開番号WO98/10303から知られ、当業者の知識の範囲内にある。ＭＲ装置１の中央制御ユニット５は、勾配磁場の各要素Ｇｘ、Ｇｙ及びＧｚを規定する個々のコイル制御システム３に適当な信号を送ることにより勾配コイル（図示せず）を制御するように構成される。撮像手段６は勾配磁場により規定される撮像面から診断画像を取得するように構成される。勾配磁場の３つの要素Ｇｘ、Ｇｙ及びＧｚの全てが規定される場合、撮像面の空間位置及び方位が明白に規定される。従って、この情報を使用することにより、撮像容積において診断画像の撮像面を表す視覚的な平面を明白に規定することが可能である。これは、本発明による診断装置において、中央制御ユニット５により勾配コイルの制御ユニット３と整合(coherence)して制御される制御ユニット９を用いて実行される。撮像面の実際の視覚化は、診断装置１の内腔に配置される発光ダイオード（ＬＥＤ）１０、１１、１２から撮像容積１’内に伝搬する光の扇形(light fan)を用いて行われる。光の扇形と患者の表面との交点を表すラインＬは、患者の皮膚上における撮像面の投影を表している。オペレータは、操作卓（コンソール）７上に表される診断データと一緒に撮像面の空間位置の視覚化もこれにより供給される。視覚化手段は、光の扇形を放出する光源により実現されることができ、撮像面に関してこれら扇形の正しい位置は、機械的に調節されるか、又はミラー型の光学装置を用いて調節される。

図２は本発明による視覚化手段の第１の実施例を概略的に示す。これら視覚化手段２０Ｌ、２０Ｒは、好ましくは撮像容積（図２には図示せず）において患者テーブル２の直近に配置されることができる。代わりに、これら視覚化手段２０Ｒ、２０Ｌが診断装置の内腔に配置されることもできる。これは、いわゆるオープンＭＲスキャナ(open MR scanner)に対し特に容易に実施されることができる。図２に示される実施例は、床面に設置される２つのアームからなる組立体を有し、各アームは２４Ｌ、２４Ｒにより示される可視光を扇形形状で放出する光の扇形の光源(light fan source)２２Ｌ、２２Ｒを夫々持っている。通常、患者の位置決め及び心合わせ（アライメント）に従来適しているシステムは、本発明が教授している範囲内にある視覚化手段として使用されることにも十分適している。斜面を視覚化するために、各アームは、図２において矢印３０、３１、３２により概略的に示されるように、３つの直交する軸の周りを回転可能である。アームの回転は、制御ユニット（図１参照）からの信号に従って従来の駆動装置（図示せず）により制御される。視覚化手段２０Ｌ及び２０Ｒは、患者Ｐの表面上において選択エリアを視覚化するために、インジケータ２７Ｌ、２７Ｒをさらに装備することができる。これは、インジケータ２７Ｌ及び２７Ｒが可視光を２７’Ｌ、２７’Ｒにより概略的に示されるような略ペンシルビーム形状で放射される場合に実現されることができる。インジケータ２７Ｌ、２７Ｒにより放射されるビームからの対応する光のスポットの位置は、インジケータ２７Ｌ、２７Ｒの機械式駆動装置を用いて調節されることができ、代わりに、ミラーを用いて光学的に調節されることも可能である。この技術手段により、患者の表面上に結果生じる光のスポットの位置は、前記選択エリアの位置に従いシフトされることができる。

代わりに、ペンシル形の光ビームの静止したポスト型の行列(stationary post-based matrix)を用いることができ、ここで結果生じる扇形の方位は、走査面の空間位置に従い、行列における光素子の組を選択的に通電させることにより与えられる。このような装置の一例は、図３に示される（簡易性のため、１つのユニットしか示されない）。図３に示されるように、視覚化手段２０は、発光素子２６の行列を有する。これら視覚化手段２０は、患者支持テーブル２の直近に配置される。実際の撮像面を表すために、発光素子２６の組は、図３における正方形２８により概略的に示されるように通電される。上記システムの空間分解能及び角分解能は、行列２０における発光素子の総数に依存している。発光素子の総数を適切に選択することにより、簡単な上、信頼性のある装置が製造されることができる。

結果生じる光ビームの位置を撮像面の位置と長軸方向において整合（マッチング）させるために、前記アーム又は前記行列がこの長軸方向に移動可能であるように配置されることができる。

図４は、本発明による方法を実行するために構成される診断装置の実施例を概略的に示している。この診断装置１は、診断装置１の撮像容積１’内に患者を位置決めするための患者支持テーブル２を有する従来の内腔型の磁気共鳴装置である。図１によれば、この診断装置の撮像面は、中央制御ユニット５により規定され、勾配コイルの制御ユニット３により制御される勾配場Ｇｘ、Ｇｙ、Ｇｚの組により規定される。視覚化手段１０、１１、１２の制御ユニット９は、勾配コイルの制御ユニット３に送られる信号に従い、中央制御ユニット５により制御される。撮像手段６は勾配場により規定される撮像面から診断画像を取得するように構成される。励磁した撮像面から取得される共鳴信号は、適当な復元ソフトウェアを用いて復元され、オペレータが分析するために操作卓７上にグラフィックで表示される。同時に、対応する撮像面は、視覚化手段１０、１１、１２により放射される光の扇形１０’、１１’、１２’を用いて患者Ｐの表面上において視覚化されている。これら光の扇形と患者の表面との交点を表すラインＬは、実際の走査面の空間位置を患者の表面上に明白に示す。患者Ｐが侵襲処置を受けている場合、侵襲器具（ニードル又は医療装置）は、健全な組織へのダメージをできる限り小さくするように患者に挿入される。患者の表面上における侵襲器具の侵入ポイントを正確に選択することは、目標エリアを有する実際の撮像面の投影が投影ラインＬを用いて患者の表面上に視覚化されると言う事実により保証される。診断画像に含まれる解剖学的情報を用いることにより、オペレータは、患者の外部表面上の侵入ポイントの正確な位置を推定することができる。侵襲器具を挿入している間にオンライン画像の取得を行うことにより、正確且つ正しいやり方である侵襲器具の処置が保証される。

代わりに、重要な組織が医療侵襲のエリアの直近にある場合、患者内における侵襲器具の正確な位置決めは、本発明の方法の第２の実施例を用いて制御されることができる。本発明の方法の第２の実施例によれば、オペレータは目標エリアを有する撮像面を選択する。次いで、オペレータは患者の目標エリア上の目標ポイントを対話形式で規定することができる。診断装置は次いで、目標ポイント及び患者の表面上の侵入ポイントを有する最短のアプローチ軌道を計算し、前記アプローチ軌道は好ましくは重要な組織を避けた直線である。上記計算は、システムコンピュータ８に記憶される専用のコンピュータプログラムを用いて診断装置１において実行される。上記コンピュータプログラムの例は、医療用アプリケーションの技術において知られた決定支援システム(DSS: decision support system)であり、このプログラムは例えば表形式の組織データを有し、器官の重要さを表す重み付け係数に対応している。最適な軌道は、コスト関数を表す総数の関数の最適化に基づいて計算される。この種類の最適化方法は組み合わせ最適化の分野において知られている。最適なアプローチ軌道が計算された後、適当な信号が視覚化手段の制御ユニット９に送られる。図２において概略的に示されるようなこの可視化手段が患者の表面上における選択エリアを示すためのインジケータをさらに備わっている場合、前記選択エリアＩは、侵襲器具に対する計算された侵入ポイントに従い、オペレータに視覚化される。オペレータはこれにより切開ポイントの正確な位置が供給され、これは、特に撮像面が患者に対し斜めに配向される場合、非常に重要である。侵襲処置の間に撮像データのオンラインでの取得を行うことにより、オペレータは侵襲器具の操作が計算された最適なアプローチ軌道に従って行われることを保証することができる。この技術方式は侵襲処置の安全且つ正確な遂行を保証する。

本発明が特定の実施例及び例を参照して開示されていたのに対し、上記教授したことを考慮して、他の改良及び変形を当業者に思いつかせるであろう。それ故に、添付される特許請求の範囲内において、本発明が明確に記載されたのとは別の方法で行われてもよいことを理解すべきである。

本発明による診断装置の実施例の概略図を示す。 本発明による視覚化手段の第１の実施例を概略的に示す。 本発明による視覚化手段の第２の実施例を概略的に示す。 本発明による方法を実行するように構成される診断装置の実施例を概略的に示す。

Claims (7)

1. 撮像すべき患者を収容するための撮像容積、前記撮像容積内に前記患者を位置決めするための手段、及び前記撮像容積内に位置決めされた前記患者の撮像面における診断画像を取得するように構成される撮像手段を有する診断装置において、前記診断装置は、前記撮像容積内の前記撮像面の空間位置を視覚化するように構成される視覚化手段をさらに有することを特徴とする診断装置。
2. 前記視覚化手段が前記撮像容積の直近に配され、前記視覚化手段は調節可能な光の扇形を有することを特徴とする請求項１に記載の診断装置。
3. 前記視覚化手段は、前記撮像面内における選択エリアを視覚化するためのインジケータをさらに有することを特徴とする請求項２に記載の診断装置。
4. 請求項１に記載の診断装置を用いて侵襲器具を誘導するための方法において、前記方法は、
   −前記診断装置の前記撮像容積内に患者を位置決めするステップ、
   −前記患者の目標エリアを有する撮像面における診断画像を取得するために前記撮像手段を使用するステップ、及び
   −前記患者の皮膚上への前記診断画像の前記撮像面の投影を視覚化するために前記視覚化手段を使用するステップ、
   を有する方法。
5. 請求項４に記載の方法において、前記方法は、前記患者の皮膚上における前記撮像面の視覚化及び前記診断画像に含まれる情報に従い前記侵襲器具を前記患者に挿入するステップをさらに有することを特徴とする方法。
6. 請求項１に記載の診断装置を用いて侵襲器具を誘導する方法において、前記方法は、
   −前記診断装置の前記撮像容積内に患者を位置決めするステップ、
   −前記患者の目標エリアを有する平面における診断画像を取得するために前記撮像手段を使用するステップ、
   −前記侵襲器具のためのアプローチ軌道を計算するステップであり、当該軌道は前記患者の皮膚上の侵入ポイントと、前記目標エリア内の目標ポイントとを有するステップ、及び
   −前記患者の皮膚上への前記診断画像の前記撮像面の投影と一緒に前記侵入ポイントも視覚化するステップ、
   を有する方法。
7. 請求項６に記載の方法において、前記方法は、前記計算されたアプローチ軌道、侵入ポイント及び前記患者の皮膚上における前記撮像面の視覚化に従って前記患者に前記侵襲器具を挿入するステップをさらに有する方法。

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