JP2007534396A - 診断機器 - Google Patents

Abstract

本発明は、たとえばコンピュータ断層撮影装置または超音波装置のような、連続する画像を生成するための装置を有する診断機器に関する。それに加えて前記診断機器には、対象物の受動運動を生成するための装置、ならびに処置または検査を実施するための、前記装置とは独立して定位固定的に移動可能なおよびモータ駆動される機器が配置されている。前記診断機器の制御を介して、対象物、または処置または検査を実施するための機器が受動運動する間、リアルタイムで連続する画像を生成することが可能である。

Description

本発明は、連続する画像を生成するための装置と、連続する画像を生成するための装置に挿入可能であり、対象物の少なくとも一部を支持するための、少なくとも一つの軸を中心に旋回可能なモータ駆動される載置部によって対象物の受動運動を生成するための装置と、を備える診断機器に関するものである。

たとえば人間または動物の関節または植物の生体力学的な検査をするために、とりわけ柔軟構造の表示も可能にする磁気共鳴断層撮影画像（ＭＲＴ）も使用される。そのようにして腱、軟骨等を有する（健康な）関節の動きの経過（Bewegungsablauf）はその種の方法によって研究することができる。このためには、該当する体の部分を必要に応じて様々にかつ確定されて支持すること、または移動させることができることがしばしば必要である。材料検査、および異なる対象物の材料挙動の検査においても、磁気共鳴断層撮影画像による検査がしばしば実施される。

したがって、従来、静的スナップショットを除き、静的画像は異なる位置で生成され、前記位置は機構を介して手動で設定され、かつ生じた画像の観察は画像ループ（シネモード）によって行われる。しかしながら、たとえばＵＳ５５４１５１５およびＵＳ５８９９８５９から公知の方法は、とりわけ時間がかかり、したがって個々のケースにしか使用することができず、その結果非常に迅速な撮像も可能にする最新の磁気共鳴断層撮影画像の能力を有効に利用することはできない。したがって、人体の骨および軟骨部分と同様に柔らかい部分の構造もきれいに表示できる磁気共鳴断層撮影画像による、材料、対象物または体の部分の検査能力は、最適に使用されない。

それに加えて、とりわけ、十分な画質で動く状態の画像を作成することは従来不可能であったため、静的スナップショットによってすべての対象物の損傷または人体における病気またはけがを検出することができないという欠点が存在する。したがって、いくつかの構造において存在する損傷または病理学的所見を突き止めるための確率（検出感度）は、まだ最適でないか、または部分的に不可能であるので、これは正確な材料研究ならびに臨床診断を妨害する。すなわちＸ線検査とは反対に、磁気共鳴断層撮影法においてはリアルタイムの動きの表示能力に関して、前もって一定に決定され、かつ再現可能な設定が今までなかった。

これはとりわけ、磁気共鳴断層撮影法における強力な磁場のために、従来の移動装置の使用が不可能であるということが原因である。通常移動装置に使用される従来の電気機械式モータは、磁気共鳴断層撮影法の高磁界（０．２〜３Ｔｅｓｌａ）においてとりわけ強く偏向し、それによって画像の歪み、いわゆる画像アーチファクトを導く磁石およびコイルからなる。その種の画像アーチファクトが生じるとすぐに、適切な検査はもはや不可能になる。

さらにＤＥ１００３０５０７Ａ１から、磁気共鳴断層撮影法（ＭＲＴ）またはコンピュータ断層撮影法（ＣＴ）において患者に医療器具を位置決めするためのマニピュレータが公知である。前記マニピュレータによって手術等を患者に実施するためには、患者は静かに患者寝台に保持されていなければならず、その結果患者の障害が現れなくなることがある。

ＷＯ０３／０８２１０７において、患者の受動運動を磁気共鳴断層撮影画像として生成するための装置が公知である。磁気共鳴断層撮影法において、原子の影響および密度、および強い磁場による材料の磁化に対する緩和時間が取得され、コンピュータを使用して計算により断層画像を再構築する。したがって異なる材料は、磁気共鳴断層撮影法によって異なって良好に表示することができる。それに加えて、ＭＲＴ撮影の時間は最新の機器においても比較的長く、その結果患者の無意識的な動き、たとえば呼吸または飲み込む動きによって、診断の有効性を低下させるアーチファクトと称される画像エラーが生じる可能性がある。加えて、それによってかなりの患者が不快に感じる検査時間の長さも延長される。

したがって本発明の課題は、冒頭で述べたような種類の診断機器を提供することであって、前記診断機器によって患者の体の部分または対象物を短時間で検査することができ、かつ場合によっては同時に処置を実施することができる。

本発明によれば、この課題は実質的に、連続する画像を生成するための装置がコンピュータ断層撮影装置、超音波装置、ガンマカメラ、サーモグラフィー装置、Ｘ線装置または超音波装置であり、前記装置内の対象物の受動運動を生成するための装置には付加的に、処置または検査を実施するための、前記装置とは独立して定位固定的に移動可能なかつモータ駆動可能な少なくとも一つの機器が配置され、および前記載置部を旋回させるための駆動部および／または処置または検査を実施するための機器の駆動部は、対象物または処置または検査を実施するための機器が受動運動する間リアルタイムで連続する画像が生成されるように、制御ユニットまたはコントロールユニットを介して制御される、ことによって解決される。

ここで、その間にそれぞれ対象物が動かされる連続する個別画像の従来の生成の場合よりも、前記画像自体は明らかに迅速に生成される。この方法の結果として、静止状態にある検査対象物でなく、動いている状態の検査対象物を示す連続する画像、すなわちフィルムを得る。これに加えて決定された受動運動を生成すると同時に、次いでたとえば材料検査者、生体力学者等によって、または場合によっては診断検査結果と組み合わせて、医師によって評価されることのできる、人間または動物の体の部分、植物、または器具のような、別の材料からなる対象物の撮影が行われる。いくつかの生物力学的事象は、たとえば関節における実際の動きの経過の検査のもとでのみ説明することができ、このことは従来公知の、いわゆるシネモードでの連続する一連の静的画像のもとでは不可能であった。材料研究においても、たとえば材料の中の裂け目の開始および裂け目の進み具合は、しばしば静的撮影においてではなく、本発明に係わるリアルタイム撮影によってのみ評価されることのできる動的事象である。

連続する画像を生成するための装置は、好ましくはスパイラルコンピュータ断層撮影装置または電子ビームコンピュータ断層撮影装置である。スパイラルコンピュータ断層撮影装置において、載置部、たとえば患者寝台が挿入されている間、連続的に旋回するＸ線管によって患者または対象物の走査が行われる。これによって検査時間が著しく短縮され、および放射線量も低減される。呼吸や無意識の動きによって生じる画像エラーが実際もはや現れないので、同時に診断有効性が高まる。これは、とりわけ胸腔、肺または腹腔の検査に該当する。同じようにこれは、たとえば整形外科的問題提起に非常に重要でありうる頚部または頭部の領域における診断に有効である。最新の１６列スパイラルコンピュータ断層撮影装置は、たとえば異なる空間的視点から器官の表示を可能にする多様な画像を短時間で供給する。その際約０．４秒かかるＸ線管の旋回の間、１６データ線まで撮影される。したがってその種のスパイラルコンピュータ断層撮影装置は、とりわけ関節機構、骨または軟骨の滑動の診断、骨折ひび触診、または別の動きの分析をするために決定された受動運動をリアルタイム撮影するのに適している。この種の検査には、同じく約１００ｍｓの非常に迅速な撮影時間を特徴とする電子ビームコンピュータ断層撮影装置も適している。その種の機器によって、動く器官のリアルタイムの断層画像を作成するのが可能である。代替的に連続する画像を生成するための装置は、陽電子放射断層撮影装置（PET）、単光子放出コンピュータ断層撮影装置（SPECT）、静的または動的シンチグラフィーのためのガンマカメラ、ディジタル赤外線サーモグラフィー装置、動的・フラットサーモグラフィー装置、またはディジタルＸ線装置として形成されていてもよい。

前記載置部、または処置または検査機器を旋回させるための駆動が圧電モータによって行われることによって、画像アーチファクトの出現をさらに阻止することができるということが突き止められた。前記載置部、または処置または検査機器を駆動させるための圧電モータの使用のほかに、加えて空気圧式または油圧式駆動部を使用することも可能である。

前記載置部を旋回させるための駆動は、接地され、かつ磁気放射から遮蔽されている
制御ユニットまたはコントロールユニットを介して制御されるのが好ましい。その際前記駆動部は同じく、接地され、かつ磁気放射から遮蔽された線を介しておよび／または無線で、たとえば赤外線リモコンを介して前記制御部と接続されていてもよい。したがって本発明に係わる診断機器によって動きは、電子工学的、かつ自動的に制御されて、常に同一の、正確に再現可能な位置に設定可能である。その際検査すべき体の部分と診断機器との位置は、全診断プロセスの間変わらなくてもよい。しかしながら撮影プロセスの間、モータによって同時に制御され正確に決定された動きを行うことができるようになった。このことは一方で所定の画像を合目的に作成することを可能にし、しかしながら他方で動き自体もリアルタイム画像の目的で表示することを可能にする。

前記制御ユニットには、前記載置部またはモータの位置を検出するための少なくとも一つのセンサ、とりわけ光学エンコーダが設けられていることによって、前記載置部の制御はさらに改善することができる。

本発明の概念の発展形態において、前記載置部は二つの軸を中心として互いに独立してモータ駆動され旋回可能であることが企図されている。したがって検査すべき体の部分の生理学的動きの経過は、さらに良好に表示することができる。

前記載置部が第１の水平軸と、垂直線に対して、水平面において約３５°かつ矢状面において約１８°傾斜した第２の軸を中心に旋回可能である場合、距腿関節の生理学的動きの経過は本発明に係わる装置によってとりわけ良好に再現できる。前記第２の軸の傾斜は、バン・デン・ボガード（Van den Bogard）によって算出された、下部距腿関節の平均的な幾何学軸に対応する。

患者の少なくとも一つの体の部分を固定するための手段が前記載置部に設けられており、前記載置部が少なくとも部分的に前記固定手段に対して相対的に可動であることによって、たとえば走る際に距腿関節等に作用する圧縮力は、検査の間前記診断機器において再現される。

その際前記載置部は、好ましくは前記体の部分を固定するための手段に対して相対的に空気圧または油圧により可動である。このように、たとえば走る際等の負荷が再現されている、同じく前記体の個々の部分の形状変化を導く、検査すべき体の部分の段階的な圧縮が行われる。

以下において、実施例により、かつ添付された図面を参照して本発明をより詳細に説明する。

図示された診断機器は、以下において短く撮像装置と称される超音波装置、またはスパイラルコンピュータ断層撮影装置、電子ビームコンピュータ断層撮影装置のような、コンピュータ断層撮影装置によって形成されている、連続する画像を生成するための装置と、以下において詳細に説明される、対象物、とりわけ患者の体の部分の受動運動を生成するための装置からなる。

さらに前記診断機器は、図示されていない、受動運動を生成するための装置とは独立して、定位固定的に可動の、かつモータ駆動される、処置または検査を実施するための機器を有していてもよい。前記機器は、たとえば組織試料の採取または光学検査のような検査、または外科用メス、注射器等による代替的な処置の実施を可能にする。その際前記器具は、リアルタイムで同時に撮像装置によって前記検査または処置の画像が生成される間、患者の体の部分に対して相対的に目的に合わせて制御されて空間内の二つの面において移動することができる。それによって患者の体の部分にあるまたはその内部にある前記器具の位置は、常に監視可能であり、かつ最適に制御可能である。ここで妨害する画像アーチファクトが生成しないように、処置または検査を実施するための機器と同様に、前記機器と接続された制御および駆動部材は、前記撮像装置と互換性のある材料からなる。

前記撮像装置は、図１において管３８によって示されている。図示された実施形態において、受動運動を生成するための装置は、距腱関節を検査するのに適合されている。しかしながら前記装置によって別の体の部分または任意の材料からなる一般的な対象物を検査することは可能である。その際前記装置は、足のかかとのための載置部１４、およびそれに対して屈曲して延伸する足の裏のための載置部１７を有する。足の内側および外側くるぶしは、側壁部１５によって固定されている一方、足のかかとのための前記載置部１７は背壁部１６上に保持されている。図１において、検査すべき足は参照番号１９によって概略的に示されている。

受動運動を生成するための装置は、図１に示したように、図示された接続ユニット３０によって患者寝台３５上に固定されている。その際患者は仰向けに横たわって前記患者寝台３５とともに前記撮像装置の管３８に挿入され、ここで前記装置は前記患者寝台３５の端部に配置されている。留め金１８によって足は前記装置に固定保持される。検査すべきでない足は、別の載置部２９上に置くことができ、検査の際には一緒に検出されない。

前記患者寝台３５上に配置された、受動運動を生成するための装置は、さらに垂直の二つの側壁部１、および水平の前壁部３に移行する垂直の前壁部２を含んでなる。前記垂直の前壁部２に対向する面には、垂直の背壁部４が設けられており、前記背壁部は水平の下方背壁部５と接続されている。前記側壁部１に平行に、別の垂直の壁部６が延伸しており、前記垂直の壁部はボールベアリング１３を介して水平軸３３を中心に旋回可能に前記側壁部１に連結されている。ここで前記垂直の壁部６は、背壁部１１とV字型の底壁部１２を介して互いに接続されている。

前記V字型の底壁部１２には、二つの凹部２７が設けられており、前記凹部には固定ユニット９が収容可能である。中間部材８を介して、前記固定ユニット９は歯車を有する別の固定ユニット１０を支持しており、前記別の固定ユニットにはかかとのための載置部１４、ならびに足の裏のための載置部１７を有する背壁部１６が取り付けられている。かかとのための載置部１４ならびに足の裏のための載置部１７を有する背壁部１６は、その際前記固定ユニット１０を介して前記固定ユニット９に対して相対的に旋回可能であり、V字型の底壁部１２の傾斜および前記固定ユニット９および１０の対応する形態によって、背壁部１６および足の裏のための載置部１７を有するかかとのための載置部１４は、水平面において約３５°、および矢状面において約１８°垂直線に対して傾斜された軸３４を中心に旋回可能である。

前記固定ユニット９および１０には圧電モータ２２が付属されており、前記圧電モータは前記固定ユニット９に対して相対的に前記固定ユニット１０を動かすための、円錐状の先端部を有する歯車７を支持している。同じように前記垂直の側壁部１には、第１の歯車２４を支持する圧電モータ２３が設けられており、前記歯車２４は別の歯車２５を介して歯車２６と噛合い可能であり、前記歯車２６は回転不能に前記側壁部６の一つと接続されている。このようにして前記側壁部６は、前記側壁部１に対して相対的に、前記モータ２３によって駆動されて旋回することができる。

前記背壁部１６には圧力バルブユニット２０が配置されており、前記圧力バルブによって足の裏のための載置部１７が前記背壁部１６に対して相対的に移動される。このようにして、足の裏に無段階に圧力を生成することができる。

前記側壁部１の一つには、二つの光学エンコーダ２１が位置決めされており、前記光学エンコーダは前記側壁部６の位置を前記側壁部１に対して相対的に検出することができる。前記エンコーダ２１によって算出されたデータは、図示されていない線を介して電気ボックス２８に伝送され、前記電気ボックスは他方で遮蔽ケーブル３６を介して制御ユニット３２（コントロールユニット）と接続されている。前記制御ユニット３２によって、前記モータ２２および２３も遮蔽ケーブル３７を介して制御される。前記撮像装置の管３８の外側にある遮蔽線３６および３７上にはフェライト磁心３１が配置されている。前記線３６および３７と前記制御ユニット３２の接続は、同じく遮蔽されたケーブル差込部３９を介して行われる。

受動運動を生成するための装置に使用される材料は、診断を不可能にする画像アーチファクトを生成しない。前記材料は、たとえばＶＡ４特殊鋼ネジおよびネジ山、アルミニウムプレート、真鍮製のピン、ネジおよび空気圧ノズル、プラスチックネジ、およびガラスおよびセラミックボールベアリングである。ポリオキシメチレン系部品（Polyoxymethylen-Halbwerkzeugen）（ＰＯＭ）は高周波電磁界（ＨＦ）を吸収でき、したがって妨害波を生成しないので、このプラスチックの使用はとりわけ有利である。

受動運動を生成するための装置の図示された実施形態は、とりわけ距腱関節を検査するのに適合されている。ここで、前記距腱関節の生理学的動きが再現されるように、前記モータ２２および２３によってかかとのための載置部１４、ならびに前記背壁部１６と接続された足の裏のための載置部１７が旋回される。それに加えて、圧力バルブユニット２０によって前記背壁部１６に対して相対的に、足の裏のための載置部１７を移動させることによって、足の重量負荷を模倣することができる。

受動運動を生成している間に画像が作成されるように、前記撮像装置は受動運動を生成するための装置の駆動部と接続されている。このようにして、体の部分の受動運動の間の運動学的（リアルタイム）画像と同様に、前記撮像装置の管３８の内部の異なる位置からの静的画像も、研究および定期的な臨床診断のために作成することが可能である。それによって、動きの経過のリアルタイム撮影は、公知の撮像装置の使用能力を著しく拡大する。

撮像装置としてのコンピュータ断層撮影装置において、前記患者寝台３５を摺動可能である管３８はコンピュータ断層撮影スペース４０内に配置されている一方、前記制御ユニット３２ならびに場合によっては電力供給のための電源への接続部を有する電源ユニット４１は前記スペース４０の外側に位置決めされている、ということが図４の概略図から明らかである。図４に示した実施形態において、受動運動を生成するための装置は管３６および３７を介して電力供給され、制御される。しかしながら前記制御および／または電力供給は、無線で実施することも可能である。

患者寝台に配置された本発明に係わる装置を有する診断機器の管の縦断面図を概略的に示している。 図１の断面に対して垂直の、前記装置の断面図を概略的に示している。 図２に記載の装置の側面図を概略的に示している。 さらなる実施形態による診断機器の透視図を概略的に示している。

符号の説明

１ 側壁部
２ 垂直の前壁部
３ 水平の前壁部
４ 垂直の背壁部
５ 水平の背壁部
６ 側壁部
７ 円錐状の先端部を有する歯車
８ 中間部材
９ 固定ユニット
１０ 固定ユニット
１１ 背壁部
１２ 底壁部
１３ ボールベアリング
１４ 載置部（かかと）
１５ 側壁部
１６ 背壁部
１７ 載置部（足の裏）
１８ 留め金
１９ 足
２０ 圧力バルブユニット
２１ 光学エンコーダ
２２ モータ
２３ モータ
２４ 歯車
２５ 歯車
２６ 歯車
２７ 凹部
２８ 電気ボックス
２９ 載置部
３０ 接続ユニット
３１ フェライト磁心
３２ 制御ユニット
３３ 水平軸−ｘ
３４ 垂直軸−ｙ
３５ 患者寝台
３６ 遮蔽された電気ケーブル
３７ 遮蔽されたモータケーブル
３８ 管
３９ ケーブル差込部
４０ ＣＴ室
４１ 電源ユニット

Claims (12)

1. 連続する画像を生成するための装置と、連続する画像を生成するための装置に挿入可能であり、対象物の少なくとも一部（１９）を支持するための、少なくとも一つの軸（３３，３４）を中心に旋回可能なモータ駆動される載置部（１４，１７）によって対象物の受動運動を生成するための装置と、を備える診断機器であって、
   連続する画像を生成するための装置は、コンピュータ断層撮影装置（３８）、超音波装置、ガンマカメラ、サーモグラフィー装置、Ｘ線装置または超音波装置であり、前記装置内の対象物の受動運動を生成するための装置には付加的に、処置または検査を実施するための、前記装置とは独立して定位固定的に移動可能かつモータ駆動可能な少なくとも一つの機器が配置されており、および
   前記載置部（１４，１７）を旋回させるための駆動部（２２，２３）および／または処置または検査を実施するための機器の駆動部は、対象物または処置または検査を実施するための機器が受動運動する間リアルタイムで連続する画像が生成されるように、制御ユニット（３２）またはコントロールユニットを介して制御されることを特徴とする診断機器。
2. 連続する画像を生成するための装置（３８）は、スパイラルコンピュータ断層撮影装置、電子ビームコンピュータ断層撮影装置、陽電子放射断層撮影装置、単光子放出コンピュータ断層撮影装置、静的または動的シンチグラフィーのためのガンマカメラ、ディジタル赤外線サーモグラフィー装置、動的・フラットサーモグラフィー装置、またはディジタルＸ線装置であることを特徴とする請求項１に記載の診断機器。
3. 処置または検査を実施するための機器は、交換可能に前記モータ駆動部と接続可能な採取機器（Ｅｎｔｎａｈｍｅｇｅｒａｅｔ）、外科用メスまたは注射器であることを特徴とする請求項１または２に記載の診断機器。
4. 旋回可能な前記載置部（１４，１７）は患者寝台（３５）等とともに、連続する画像を生成するための装置（３８）に挿入可能であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の診断機器。
5. 前記載置部（１４，１７）を旋回させるための駆動は少なくとも一つの圧電モータ（２２，２３）によって行われることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の診断機器。
6. 前記制御ユニット（３２）またはコントロールユニットは接地され、かつ磁気放射から遮蔽されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の診断機器。
7. 前記制御ユニット（３２）は、連続する画像を生成するための装置（３８）とは別のスペースに配置されており、接地かつ遮蔽された線（３６，３７）および／または赤外線遠隔制御装置によって前記駆動部（２２，２３）と接続されていることを特徴とする請求項６に記載の診断機器。
8. 前記制御ユニット（３２）には、前記載置部（１４，１７）の位置を検出するために、少なくとも一つのセンサ、とりわけ光学エンコーダ（２１）が設けられていることを特徴とする請求項６または７に記載の診断機器。
9. 前記載置部（１４，１７）は二つの軸（３３，３４）を中心に、互いに独立してモータ駆動されて旋回可能であることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の診断機器。
10. 前記載置部（１４，１７）は第１の水平軸（３３）および垂直線に対して水平面で約３５°、および矢状面で約１８°傾斜した第２の軸（３４）を中心に旋回可能であることを特徴とする請求項９に記載の診断機器。
11. 少なくとも一つの患者の体の部分（１９）を固定するための手段（１８）が前記載置部（１４，１７）上に設けられており、および
    前記載置面（１７）は少なくとも部分的に、前記固定するための手段（１８）に対して相対的に移動可能であることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の診断機器。
12. 前記載置面（１７）は空気圧または油圧により、前記体の部分（１９）を固定するための手段（１８）に対して相対的に移動可能であることを特徴とする請求項９に記載の診断機器。

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