JP2006034452A - X-ray television receiver - Google Patents
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Images
Abstract
Description
本発明は、X線透過画像を電気信号に変換して表示装置に表示するX線テレビ装置に関する。 The present invention relates to an X-ray television apparatus that converts an X-ray transmission image into an electric signal and displays it on a display device.
リアルタイムで簡単に体内を観察できる代表的な手段として「X線テレビ装置」が良く知られている。これまではリアルタイムにX線透過画像を取得する手段としてイメージインテンシファイヤー(image intensifier)とCCDカメラ等を組み合わせたものが使われてきたが、最近では「平面検出器(flat panel detector)」と呼ばれる小型軽量な固体検出器が利用され始めている。これにより手術室でも簡便に利用できるX線テレビ装置が開発され、製品化されてきている。 An “X-ray television apparatus” is well known as a typical means for easily observing the inside of the body in real time. Up to now, a combination of an image intensifier and a CCD camera has been used as a means of acquiring X-ray transmission images in real time, but recently, it has been called “flat panel detector”. The so-called small and lightweight solid state detector is beginning to be used. As a result, X-ray television apparatuses that can be easily used in an operating room have been developed and commercialized.
例えば整形外科手術において、術者は即時的にX線撮影及び表示されるX線透過画像を、肉眼での観察結果、つまり可視光光学画像と照らし合わせながらその都度判断して手術を進める場合がある。従来はX線透過画像に対して可視光光学画像を術者の頭の中だけで対応付けるようにしていた。 For example, in orthopedic surgery, the surgeon may proceed with the operation by immediately judging the X-ray transmission image displayed and displayed by X-ray transmission while comparing it with the observation result with the naked eye, that is, the visible light optical image. is there. Conventionally, a visible light optical image is associated with an X-ray transmission image only in the surgeon's head.
非特許文献1によれば、光学的位置計測装置とハーフミラーを用いた表示装置とを使い、「モニターの位置」と「術者の視点位置および視線方向」と「観察する患部の位置」を測定するためのマーカーをそれぞれの部分に固定し、その情報に基づいて予め撮影しておいたX線コンピュータ断層撮影装置や磁気共鳴映像装置などの3次元画像から術者の視線方向から見た投影画像を計算し、それを上記ハーフミラーを利用した表示装置に重畳表示する装置が開発されている。これはIntegral Photographyと呼ばれる手法に分類される技術であり、肉眼による可視光光学画像に、X線透過画像のような投影画像を重畳するものである。
According to Non-Patent
これらの装置が登場する以前は、上述の通り、例えば整形外科手術の場合、X線テレビ装置で撮影したX線透過画像をモニターで確認しながら、肉眼で見た患部の様子とを術者が頭の中だけでイメージを対応付けしながら手術を進めるという状態であった。 Prior to the appearance of these devices, as described above, for example, in the case of orthopedic surgery, the surgeon checks the X-ray transmission image taken with the X-ray television device on the monitor and the state of the affected part viewed with the naked eye. It was in a state of proceeding with surgery while associating images only in the head.
上記装置では、必ず「モニターの位置」、「術者の視点位置および視線方向」、「観察する患部の位置」に関する全ての相対位置関係をリアルタイムに測定する必要がある。これを非接触に行うための手段として、再帰性塗料(光が来た方向に光を反射する塗料)を塗布したマーカーを上記の3箇所以上でかつ一直線上に並ばない位置に固定し、赤外線を照射しながらそのマーカー位置を光学的に3次元計測する装置が知られている。術者はこのようなマーカーを常に装着する必要があったり、予め患部とマーカーとの相対位置関係の登録作業(レジストレーション)が必要である等の煩わしさがあった。 In the above-described apparatus, it is necessary to measure in real time all relative positional relationships related to “monitor position”, “operator's viewpoint position and line-of-sight direction”, and “observed affected part position”. As a means for performing this in a non-contact manner, a marker coated with a recursive paint (a paint that reflects light in the direction in which the light came) is fixed at a position that does not line up in the above three locations and is aligned with infrared rays. There is known an apparatus for optically measuring the marker position three-dimensionally while irradiating the beam. The surgeon has always had to wear such a marker, and has previously had a trouble of registering the relative positional relationship between the affected area and the marker (registration).
また、予めX線コンピュータ断層撮影装置や磁気共鳴映像装置で取得した3次元画像データを利用するため、手術が進んで患部に変形が生じた途端、その3次元画像データが単なる“手術前の参考データ”に過ぎなくなってしまい、最新の画像データを再度取得する作業、つまりX線コンピュータ断層撮影装置や磁気共鳴映像装置に患者移動させて3次元画像を再度撮り直すといった作業が必要となり、利便性に欠ける等の問題もあった。
本発明の目的は、簡易な構成にして光学画像をX線透過画像に位置整合して表示できるX線テレビ装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an X-ray television apparatus capable of displaying an optical image in alignment with an X-ray transmission image with a simple configuration.
本発明は、X線を被検体に向けて発生するX線発生源と、前記被検体を透過した前記X線を検出するX線検出器と、前記X線の中心軸に対して光軸が一致又は近似するよう設置された光学的カメラと、前記X線検出器により検出されたX線透過画像と、前記光学的カメラにより撮影された光学画像とを合成する合成装置とを具備する。 The present invention relates to an X-ray generation source that generates X-rays toward a subject, an X-ray detector that detects the X-rays that have passed through the subject, and an optical axis that is relative to the central axis of the X-rays An optical camera installed so as to coincide or approximate, an X-ray transmission image detected by the X-ray detector, and a synthesizing device that synthesizes the optical image taken by the optical camera.
本発明によれば、簡易な構成にして光学画像をX線透過画像に位置整合して合成表示できるX線テレビ装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an X-ray television apparatus capable of combining and displaying an optical image in alignment with an X-ray transmission image with a simple configuration.
以下図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図1に示すように、本実施形態に係るX線テレビ装置は、例えばC形のアーム3を有する。このCアーム3は、手術室への移動及び手術室での術式作業への干渉を抑えるために小型軽量化が図られた図示しないアームスタンドに回転及び移動可能に支持される。アーム3の一端には、X線管球1が取り付けられ、他端にはX線管球1に対向する向きでX線平面検出器(フラット・パネル・デテクタとも呼ばれる)2が取り付けられる。X線平面検出器2は、入射X線を直接的に電気信号に変換する直接変換形又は入射X線を蛍光体で光に変換し、その光を電気信号に変換する間接変換形の複数の半導体検出素子を有する。複数の半導体検出素子は2次元格子状に配列される。X線平面検出器2は、イメージインテンシファイアと光学的カメラとの組み合わせに代替されることは可能である。撮影時には、X線管球1と平面検出器2との間に、寝台の天板上に載置された被検体(患者)の患部が配置される。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the X-ray television apparatus according to this embodiment includes, for example, a C-
X線管球1のX線放射窓にはX線絞り装置16が取り付けられる。X線管球1のX線放射窓から放射されるX線は、X線絞り装置16で円錐又は角錐形に絞られる。円錐又は角錐形に絞られたX線の中心軸OA1が、平面検出器2の検出面に直交し且つその中心を通るように、X線管球1と平面検出器2との間の位置関係が固定されている。平面検出器2の検出面の中心は、平面検出器2の出力に従って生成されるX線透過画像の中心に一致する。
An
本実施形態に係るX線テレビ装置は、患部表面の光学画像を取得するために、CCDカメラ(charge-coupled device camera)等の光学カメラ10を装備している。この光学カメラ10には患部を照らすための照明用光源9が付属される。照明用光源9としては「光ファイバーとハロゲン光源」を使ったものでも、「白色LED(白色発光ダイオード)」を使ったものでも構わない。光学カメラ10は、典型的には可視光の像を撮影するが、赤外線又は紫外線の像を撮影するタイプのものであっても良い。なお、例えば5−ALA(腫瘍集積性があり、紫外線をあてると赤外線の近傍の波長領域で蛍光を出す物質)を患者に予め投与し、ある時間が経過した後に観察しながら手術する場合を考えて、光学カメラ10の最大感度波長は可視光線以外(例えば赤外線や紫外線領域)に最大感度があるものであってもよい。 The X-ray television apparatus according to the present embodiment is equipped with an optical camera 10 such as a CCD camera (charge-coupled device camera) in order to acquire an optical image of the affected surface. The optical camera 10 is attached with an illumination light source 9 for illuminating the affected area. The illumination light source 9 may be one using “optical fiber and halogen light source” or one using “white LED (white light emitting diode)”. The optical camera 10 typically captures a visible light image, but may be of a type that captures an infrared or ultraviolet image. In addition, for example, a case where 5-ALA (tumor accumulation property, a substance that emits fluorescence in a wavelength region near infrared rays when irradiated with ultraviolet rays) is administered to a patient in advance and surgery is performed while observing after a certain period of time has elapsed. The maximum sensitivity wavelength of the optical camera 10 may have a maximum sensitivity other than visible light (for example, in the infrared or ultraviolet region).
光学カメラ10は、被検体に対してハーフミラー8を介して配置される。ハーフミラー8は、金属蒸着をした樹脂製(アクリル製)であって、X線は殆ど透過するが、可視光は反射する性質を有する。ハーフミラー8は、上記X線管球1と被検体の間にX線中心軸OA1に対して略45°の傾斜で配置される。光学カメラ10の光軸OA2が上記X線中心軸OA1に実質的に一致し、それが維持され得るように、X線管球1、ミラー8及び光学カメラ10の3者間の位置関係が、E又はF字形の高剛性フレーム(ブリッジ)12で固定される。それにより光学カメラ10で撮影された患部表面の光学画像の中心を、X線透過画像の中心に一致させることで、光学画像とX線透過画像との間で解剖学的上の位置整合を図ることができる。
The optical camera 10 is disposed via the
X線診断装置コントローラ4は、X線管球1からのX線の発生及び平面検出器2の信号読み出しを制御するために設けられる。平面検出器2からX線診断装置コントローラ4を経由して出力されるX線透過画像のデータは、光学カメラ10からカメラコントロールユニット11を経由して出力される光学画像のデータとともに、画像合成装置6に供給される。
The X-ray
画像合成装置6は、X線透過画像と光学画像とを1枚の画像に合成する(重畳する)。モニタ7は、画像合成装置6で生成されたX線透過画像と光学画像の合成画像(重畳画像)を表示するために設けられる。
The
画像合成装置6において合成処理に際しては、上述したようにX線透過画像の中心に光学画像の中心が一致される。それによりX線透過画像と光学画像との間での解剖学的上の位置整合を図ることができる。画像合成装置6は、X線透過画像と光学画像との間で解剖学的上の大きさが整合される。X線透過画像の撮影時の拡大率は、X線管球1から患部間での距離に対するX線管球1から平面検出器2までの距離の比により一義的に決まる。患部の位置は寝台の天板の位置(高さ)からほぼ推定することが可能である。従ってX線管球1と天板と平面検出器2との3者の位置をエンコーダ等を利用した位置センサで測定し、その結果に従って画像合成装置6はX線透過画像と同じ拡大率となるように光学画像に対して拡大処理をかけることができる。拡大処理としては、拡大率が均一な単純拡大でもよいが、X線撮影時の拡大原理と同等に、拡大率が画像中心から放射状に増大する可変拡大処理が好ましい。
In the composition processing in the
画像合成装置6によるX線透過画像と光学画像との合成処理に際しては、その合成比率は任意に変更可能とされる。つまり、X線透過画像It(x,y)と光学画像Io(x,y)とから、合成画像Ic(x,y)は、
Ic(x,y)=a・It(x,y)+(1−a)・Io(x,y)
ただし0<a<1
で与えられ、係数aを操作者が任意に操作することができるようになっている。初期的な設定としては、係数aは1又は0.5に選択的に設定される。本X線テレビ装置では、オン/オフスイッチ5が設けられている。オン/オフスイッチ5には例えば術者が足操作の可能なフットスイッチが採用される。オン/オフスイッチ5がオン操作されたとき、コントローラ4の制御により合成装置6において係数aが0.5(又はその近似値)に設定される。それによりX線透過画像が光学画像と等比で合成され、X線透過画像が光学画像とともに表示される。オン/オフスイッチ5がオン操作されたときだけ、X線を発生して、被検体に照射するように、コントローラ4は図示しない高電圧発生装置からX線管球1へ高電圧を印加するよう高電圧発生装置を制御する。換言すると、オン/オフスイッチ5がオフ状態にあるときは、X線の発生を停止して、被検体への照射を停止するように、コントローラ4はX線管球1への高電圧の印加を停止するよう高電圧発生装置を制御する。オン/オフスイッチ5がオフ状態にあるとき、合成装置6において係数aが0(又はその近似値)に設定される。それによりX線透過画像が実質的に表示あれず、光学画像が単独で表示される。
When the X-ray transmission image and the optical image are combined by the
Ic (x, y) = a.It (x, y) + (1-a) .Io (x, y)
However, 0 <a <1
And the operator can arbitrarily manipulate the coefficient a. As an initial setting, the coefficient a is selectively set to 1 or 0.5. In the present X-ray television apparatus, an on / off
実際的な使用現場では、光学カメラ10による撮影のスタートが指示された以後、光学カメラ10による撮影が継続される。初期的には、オン/オフスイッチ5はオフ状態にある。それによりX線撮影はなされず、また係数が0に設定されるので、実質的に光学画像だけが表示される。術者は、手術中にX線透過画像を必要とするときに限り、オン/オフスイッチ5をオン操作する。それによりX線が発生され、それに伴ってX線透過画像が生成される。また係数が0.5に設定されるので、X線透過画像と光学画像との合成画像が表示される。もちろん、オン/オフスイッチ5がオン操作されたときの係数の値は、0.5に限定されず、0から1の間で任意に変更可能である。なお、リアルタイム性は失われるが、光学画像とX線透過画像の合成画像に対するステレオ画像が必要な場合には、Cアームを移動させて立体視画像を取得し左右両眼用に表示すればよい。
In a practical use site, after the start of shooting by the optical camera 10 is instructed, shooting by the optical camera 10 is continued. Initially, the on / off
以上のように、術者の視点位置とモニタ画面の表示位置がずれるという問題は、腹腔鏡や内視鏡を使った手術ではモニター画面を見ながら手術が行われていることを考え合わせれば(非常事態には術者自身の肉眼で観察可能であることの考慮すれば)、十分許容されるものと思われる。またCT、MRI装置の画像を重畳できないという欠点は残るが、それ以上にリアルタイム性や取り扱いの簡便さ、装置構成の簡素化等のメリットがあることを考え合わせると、この欠点を補って余りあるものと考えられる。 As described above, the problem that the viewpoint position of the surgeon deviates from the display position of the monitor screen is considered when the operation is performed while looking at the monitor screen in surgery using a laparoscope or endoscope ( Considering that an emergency can be observed with the naked eye of the surgeon, it seems to be well tolerated. In addition, although the defect that the images of the CT and MRI apparatuses cannot be superimposed remains, considering the fact that there are merits such as real-time characteristics, ease of handling, and simplification of the apparatus configuration, it is sufficient to compensate for this defect. It is considered a thing.
さらに、X線透過画像と光学画像を合成表示できることで、X線透過画像だけを表示する従来の場合と比較して、次のメリット(1)、(2)が新たに生じる。
(1)「モニターの位置」、「術者の視点位置および視線方向」、「観察する患部の位置」に関す全ての相対位置関係をリアルタイムに測定する必要がなくなり、患部にマーカーを取り付けて登録するといった作業や術者がマーカーを装着するといった煩わしさから解放される。
Furthermore, since the X-ray transmission image and the optical image can be combined and displayed, the following merits (1) and (2) are newly generated as compared with the conventional case where only the X-ray transmission image is displayed.
(1) It is no longer necessary to measure all the relative positional relationships in relation to “monitor position”, “operator's viewpoint position and line-of-sight direction”, and “position of affected area to be observed”, and a marker is attached to the affected area for registration. This frees you from the hassle of working and the surgeon wearing a marker.
(2)X線透過画像、光学画像はリアルタイムに取得できるので、手術が進んで患部が変形しても、常に最新の画像を重畳させながらリアルタイムにモニターできる。 (2) Since an X-ray transmission image and an optical image can be acquired in real time, even if surgery progresses and the affected part deforms, it can be monitored in real time while always superimposing the latest image.
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.
例えば、図2に示すように、光学カメラ10及びミラー8を光軸OA2と平行に移動するための移動機構13,14,15を設けることで、X線透過画像と光学画像との位置整合性は維持したまま、光学カメラ10及びミラー8を被検体患部、X線管球1及び検出器2に対して移動させることができる。光学カメラ10及びミラー8を移動可能とすることで、手術中に光学カメラ10及びミラー8が術者作業を干渉する場合、被検体患部、X線管球1及び検出器2の位置を固定したままで光学カメラ10及びミラー8だけを干渉しない位置まで退避させることができる。
For example, as shown in FIG. 2, by providing moving
また、図3に示すように、装置の小型化及び構造の更なる簡易化を目的として、ミラー8を使用しないで、光学カメラ10をX線管球1の近傍に併設するようにしてもよい。この場合、光学カメラ10の光軸OA2が、検出器2の検出面中心ではなく、患部の高さに近い所定距離だけ検出器2の検出面よりX線管球1に接近した位置でX線の中心軸OA1に交差するように、光学カメラ10はブリッジ12にX線中心軸OA1に対して若干傾斜した状態で取り付けられている。それによりX線透過画像と光学画像との位置整合性は失われるものの、そのずれはある程度抑えられる。
Further, as shown in FIG. 3, the optical camera 10 may be provided near the
1…X線管球、2…平面検出器、3…Cアーム、4…X線診断装置コントローラ、5…オン/オフスイッチ、6…画像合成装置、7…モニタ、8…ハーフミラー、9…光源、10…光学カメラ、11…カメラコントロールユニット、12…ブリッジ。
DESCRIPTION OF
Claims (13)
前記被検体を透過した前記X線を検出するX線検出器と、
前記X線の中心軸に対して光軸が一致又は近似するよう設置された光学的カメラと、
前記X線検出器により検出されたX線透過画像と、前記光学的カメラにより撮影された光学画像とを合成する合成装置とを具備することを特徴とするX線テレビ装置。 An X-ray source that generates X-rays toward the subject;
An X-ray detector for detecting the X-ray transmitted through the subject;
An optical camera installed such that the optical axis coincides with or approximates the central axis of the X-ray;
An X-ray television apparatus comprising: a combining device that combines an X-ray transmission image detected by the X-ray detector and an optical image photographed by the optical camera.
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