JP2008161234A

JP2008161234A - Ｘ線断層撮影装置

Info

Publication number: JP2008161234A
Application number: JP2006350855A
Authority: JP
Inventors: Eiji Furuzono; 栄治古薗
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 2006-12-27
Filing date: 2006-12-27
Publication date: 2008-07-17

Abstract

【課題】位置合わせを自動的に行なって該位置合わせ時間を短縮して撮影スループットの向上を図ることが可能なX線断層撮影装置を提供する。
【解決手段】被検者1の歯顎部にコーンビーム状のX線を照射して該歯顎部を透過したX線データを計測して収集するスキャナ2と、被検者1を座位の姿勢に保持する被検者椅子3と、前記スキャナ2を被検者1の周囲を回転させるスキャナ回転駆動制御装置4と、前記被
検者椅子3を前記歯顎部に自動的に位置合わせするための椅子位置合わせ駆動制御装置5と、前記被検者1及び前記歯顎部を透過したX線を検出する2次元X線検出器6のX線入射部を撮影する位置合わせ用可視光カメラ7と、この可視光カメラ7で撮影した画像を取り込んで前記被検者椅子3の位置合わせ用移動距離を算出する位置合わせ移動距離算出装置8とを備え、椅子移動用XYZテーブル3aにより前記被検者椅子3を前記移動距離分移動させて位置合わせする。
【選択図】図１

Description

本発明は、X線源からコーンビーム状のX線を被検者に照射し、該被検者の透過X線デー
タを2次元X線検出器で検出して該被検者の断層像を得るX線断層撮影装置に関し、特に頭
部、歯顎部、耳鼻咽喉部、頚部などの顎から上部の撮影部位の位置決めを自動的に行なう技術に関する。

X線発生系からコーンビーム状のX線を発生させて、被検者の周囲を回転させ、2次元X線検出器にて検出した前記回転角度毎の投影データを収集し、このデータを用いて基本的にはX線CT装置と同様の再構成演算をして3次元画像を得るコーンビームCTと呼ばれるX線断
層撮影装置がある。

このX線断層撮影装置は、3次元等方空間分解能を有することから疾患部の形状及び正確な奥行き方向の位置等を立体的に把握することができるので、これらが要求される歯顎部の撮影に適用され、実用に供されている。

前記歯顎部の撮影において、該歯顎部の位置は顎受け又は頭受けを設けて、これに顎を固定し、歯の位置が2次元X線検出器の検出面の中心になるように、しっかりとした位置合わせが必要である。

この位置合わせは、被検者を椅子やベッド上に載置し、操作者は経験や勘に頼って粗い位置合わせを行なった後にX線透視し、この透視した画像を確認しながら操作者は繰り返
し微調整を行う。
この微調整は多くの場合、前記回転角度を0°，90°，0°と3回セットで透視して上下
前後左右の位置上の撮影範囲に所望の領域が含まれるか調整するが、該微調整で正確な位置合わせをするためには、操作者には経験や勘が必要で、被検者には被曝を強いていた。

そこで、前記問題に対して、従来は特許文献1に開示されている技術で対処していた。
すなわち、X線撮影手段で撮影した投影像(スキャノグラム像)から再構成演算手段によっ
てX線3次元再構成画像の生成を行うと共に可視光撮影手段の撮影結果から可視光3次元画
像を再構成し、前記X線3次元再構成画像及び可視光3次元画像を重ね合わせて表示し、前
記可視光3次元画像の座標中心を前記X線3次元再構成画像の座標中心に一致するように外
部入力装置を操作して位置合わせを行うものである。
特開2006-204329号公報

しかしながら、上記特許文献1は、スキャノグラム像から生成したX線3次元再構成画像
と可視光撮影手段で撮影して生成した可視光3次元画像とを表示手段に重ね合わせて表示
し、操作者は前記可視光3次元画像の座標中心を前記X線3次元再構成画像の座標中心に一
致するように手動により外部入力装置を操作して位置合わせを行うものであるために、依然として位置合わせに手間を要するという未解決の問題があった。

また、スキャノグラム投影像を取得することによるX線被曝という未解決の問題も残さ
れている。

本発明は、位置合わせを自動的に行なって該位置合わせ時間を短縮して撮影スループッ
トの向上を図ることが可能なX線断層撮影装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のX線断層撮影装置は、コーンビーム状のX線を発生するX線源及び該X線源に対向して配置された2次元X線検出器によって被検者を撮影するX
線撮影手段と、前記X線源と前記2次元X線検出器を前記被検者の周囲に回転させるスキャ
ナ回転手段と、前記被検者を移動させる被検者移動手段と、前記スキャナ回転手段に載置された少なくとも前記被検者を撮影する可視光撮影手段と、前記X線撮影手段で撮影した
投影像を再構成して断層像を生成する画像処理手段と、前記可視光撮影手段で撮影した画像に基づいて前記被検者移動手段により前記被検者を前記X線撮影手段の撮影位置に位置
合わせする位置合わせ手段とを備えたX線断層撮影装置であって、前記位置合わせ手段は
、前記可視光撮影手段で撮影した前記被検者の撮影部位を含む画像と前記X線検出器のX線入射面の画像とに基づいて前記被検者を前記撮影位置に移動させて位置合わせする距離を算出する位置合わせ移動距離算出手段と、前記算出した移動距離を入力して前記被検者移動手段を前記撮影位置に移動制御する移動制御手段とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、位置合わせを自動的に行なって該位置合わせ時間を短縮して撮影スループットの向上を図ることができる。

以下、添付図面に従って本発明のX線断層撮影装置の好ましい実施の形態について詳細
に説明する。
なお、本発明の実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符合を付け、その繰り返しの説明は省略する。

《X線断層撮影装置の全体構成》
図1は、本発明のX線断層撮影装置の全体構成を示す図である。この例では、頭頚部の撮影のための座位型X線断層撮影装置を示しているが、X線断層撮影装置はCアーム型X線撮影装置、スキャナ回転型X線CT装置、被検者回転型装置などでも良い。

このX線断層撮影装置は、被検者の歯顎部にX線を照射して該歯顎部の透過X線データを
収集し、この収集した透過X線データを再構成演算して歯顎部の断層像を得るもので、被
検者1の歯顎部にX線を照射して該歯顎部を透過したX線データを計測して収集するスキャ
ナ2と、被検者1を座位の姿勢に保持し、該被検者1の歯顎部を固定する図示省略の顎受け
を備えた被検者椅子3と、前記スキャナ2を被検者1の周囲を回転させるスキャナ回転駆動
制御装置4と、前記被検者椅子3を被検者の撮影部位である歯顎部に自動的に位置合わせするための椅子位置合わせ駆動制御装置5と、前記位置合わせのための被検者1及び前記歯顎部を透過したX線を検出する2次元X線検出器6のX線入射部を撮影する位置合わせ用可視光
カメラ7と、この位置合わせ用可視光カメラ7で撮影した画像を取り込み、この取り込んだ画像データを用いて前記被検者椅子3の位置合わせ用移動距離を算出する位置合わせ移動
距離算出装置8と、前記2次元X線検出器6で検出した前記歯顎部を透過したX線データの取
り込み制御及びこの取り込んだX線データを再構成し、各種の画像処理を施して前記歯顎
部の断層画像を生成する画像計測制御及び画像形成処理装置9と、後述のX線管10から発生した前記被検者に照射するコーンビーム状のX線照射量を制御するためのX線制御装置11と、各種操作信号を設定して操作する操作コンソール12と、この操作コンソール12からの操作指令に応じてシステム全体を制御するシステム制御装置13とを備えて構成される。

前記スキャナ2は、前記X線管10と、このX線管10から照射するX線照射範囲を限定するためのコリメータ14と、前記位置合わせ用可視光カメラ(可視光撮影手段)7とを一体収納し
たX線発生系(X線源)及び可視光カメラ系15と前記2次元X線検出器6とを前記被検者1を挟んでお互いに対向するようにU字状に形成されたアーム(以下、Uアームと記す)16で支持され、このUアーム16は支柱17に支持されたUアーム支持器18に回転可能に支持されており、前記X線発生系(X線源)と2次元X線検出器とでX線撮影系を構成している。

前記Uアーム支持器18は、Uアーム16を回転駆動するUアーム回転駆動装置4aと、この回
転駆動装置4aの回転を制御するUアーム回転制御装置4bとを備え、これらにより前記Uアームは回転制御される(スキャナ回転手段)。

前記被検者椅子3(被検者移動手段)は、座位部と背もたれ部を有する椅子部をX方向、Y
方向及びZ方向に移動可能な椅子移動用XYZテーブル3aを備えており(3次元移動部、移動機構部)、これらは椅子支持器3bで支持される構成の椅子で、前記椅子位置合わせ駆動制御
装置5(移動制御手段)により前記椅子移動用XYZテーブル3aをX方向、Y方向及びZ方向に移
動制御して被検者の撮影部位、すなわち歯顎部に自動的に位置合わせする。

前記椅子位置合わせ駆動制御装置5は、被検者椅子3をX、Y、Z方向に移動駆動する椅子
駆動装置(被検者移動駆動手段)5aと、前記X、Y、Z方向の移動量を制御する椅子位置制御
装置(移動制御信号生成手段)5bと、被検者椅子3の現在位置を検出する椅子位置検出装置(現在位置検出手段)5cとを備えて構成され、前記位置合わせ移動距離算出装置(移動距離算出手段)8で算出したX、Y、Z方向の移動量と前記椅子位置検出装置5cで検出した椅子の現
在位置信号とを椅子位置制御装置5bに入力して、該椅子位置制御装置5bにより被検者椅子3を目標の位置に自動的に位置合わせする。

前記2次元X線検出器6は、2次元のX線データを検出できるものであればどのような検出
器でも良く、例えばX線蛍光増倍管装置(X-ray image intensifier、以下、I.I.と記す)とX線用カメラ(レンズと撮像管、CCD(charge coupled device;電荷結合素子)カメラ等)とによる検出器、半導体を用いたフラットパネル検出器などがあるが、本実施の形態はI.I.とCCDカメラによるX線カメラを用いた場合である。

前記位置合わせ移動距離算出装置8は、前記位置合わせ用可視光カメラ7で撮影した被検者画像と2次元X線検出器6のX線入射部の画像とを取り込み、これらの画像を用いて位置合わせ移動距離を算出するもので、図2に示すように、インターフェース(I/F)8a、メモリ8b、ハードディスク8c、CPU8dなどから構成される。
インターフェース(I/F)8aは、可視光撮影像の入出力及び椅子位置合わせ駆動制御装置5との間で通信を行うもの、メモリ8bは、前記撮影画像データを格納したり、各種処理で発生するデータを一時的に格納するもの、ハードディスク8cは、演算処理に必要な画像データなどを保存するもの、及びCPU8dは演算処理を行うものである。

前記画像計測制御及び画像形成処理装置(画像処理手段)9は、詳細は省略するが、前記
図2と同様の構成を有し、インターフェース(I/F)、メモリ、ハードディスク、CPUなどを
備えて構成され、これらにより前記2次元X線検出器6で検出した前記歯顎部を透過したX線データを取り込んで再構成し、各種の画像処理を施して前記歯顎部の断層画像を生成する。

前記X線制御装置11は、後述の操作コンソール12で設定したX線条件になるように、X線
管10の陽極と陰極間に印加する直流の高電圧である管電圧と、X線管10の陽極と陰極間に
流す管電流とを制御してX線を制御する。

前記操作コンソール12は、キーボード、マウス、ボタンやスイッチ等の入力装置を含む操作部12aと、患者情報、撮影条件等の各種情報と撮影されたX線断層画像、位置合わせ用
可視光カメラ7で撮影した画像等を表示する表示部12bとから成り、前記操作部12aによりX線条件、Uアーム16の回転速度、被検者椅子3の移動、スキャンや断層像再構成に必要なパラメータ、被検者椅子の位置合わせに必要なデータ等をユーザが設定可能に構成されている。

前記システム制御装置13は、前記操作コンソール12の操作部12aで設定した操作指令に
基づいて前記スキャナ回転駆動制御装置4、椅子位置合わせ駆動制御装置5、位置合わせ移動距離算出装置8、画像計測制御及び画像形成処理装置9、X線制御装置11に操作指令を送
り、この操作指令に対応してシステム全体を制御するものである。

このように構成されたX線断層撮影装置は、操作者が操作コンソール12の操作部12aの入力装置から撮影部位(本実施形態においては歯顎部)、スキャン速度、X線条件等の計測条
件を入力すると、それらの計測条件はシステム制御装置13からスキャナ回転駆動制御装置4、椅子位置合わせ駆動制御装置5、位置合わせ移動距離算出装置8、画像計測制御及び画
像形成処理装置9、X線制御装置11に送られ、前記椅子位置合わせ駆動制御装置5の制御に
より被検者の歯顎部がX線撮影系に位置するように自動的に位置合わせが行なわれる。

この位置合わせ後に、設定したスキャン速度になるようにスキャナ回転駆動制御装置4
によりUアーム16を回転制御すると共にX線制御装置11でX線管10の管電圧と管電流を設定
したX線条件になるように制御して前記X線管10から所要のコーンビーム状のX線を被検者1に照射してスキャンする。

これにより、X線管10と2次元X線検出器6は被検者1の周囲を回転しながらスキャンして
所定回転角度毎の被検者1の歯顎部のX線透過データを2次元X線検出器6で検出し、この検
出したX線透過データを画像計測制御及び画像形成処理装置9に取り込んで画像を再構成し、必要に応じて各種の画像処理を施して、前記操作卓コンソール12の表示部12bに断層画
像を表示して診断に供する。

《位置合わせ機構の構成》
上記のように動作するX線断層撮影装置において、本発明はスキャノグラム投影像を用
いること無しに撮影部位である歯顎部をX線照射範囲に自動的に位置合わせして煩雑で手
間のかかる位置合わせ作業時間を低減すると共にX線被曝の低減を図るもので、前記位置
合わせ用可視光カメラ7で撮影した被検者1及び2次元X線検出器6のX線入射部の撮影画像から、位置合わせ移動距離算出装置8で椅子移動用XYZテーブル3aを前記位置合わせ部位まで移動させる移動距離を算出して、被検者椅子3を前記算出した距離の位置になるように前
記椅子位置合わせ駆動制御装置5により制御するものである。

図3は、上記本発明の要部である自動位置合わせに係る部分の図で、X線管10によるX線
照射領域と、可視光カメラ7の可視光領域と、位置合わせ移動距離算出装置8と、画像計測制御及び画像形成処理装置9とを操作コンソール12とシステム制御装置13に関連付けて示
した図である。

図3において、X線管10によるX線照射領域と位置合わせ用可視光カメラ7の可視光領域は図示のような領域を有しており、該可視光領域はX線照射領域を含み、前記可視光カメラ7は被検者1及び2次元X線検出器6のX線入射部を撮影できる位置に配置されている。

前記2次元X線検出器6は、I.I.6aとCCDカメラ6bとによる検出器の場合であり、画像計測制御及び画像形成処理装置9は、前記CCDカメラ6bで撮影したX線画像データの読み出しを
制御するCCDカメラ制御装置9aと、このCCDカメラ制御装置9aの制御により前記CCDカメラ6bで撮影したX線画像データを取り込むX線画像データ取込み装置9bと、このX線画像データ
取込み装置9bで取り込んだX線画像データを入力してX線画像の再構成、各種画像処理を行なう画像処理装置9cとを備えて構成される。

また、前記位置合わせ移動距離算出装置8は、前記位置合わせ用可視光カメラ7で撮影した画像データを取り込む可視光画像取込み装置8eと、この可視光画像取込み装置8eで取り込んだ画像データを入力して前記椅子移動用XYZテーブル3aを位置合わせ部位まで移動さ
せるための移動距離を算出する移動距離算出装置8fとを備えて構成される。

前記CCDカメラ制御装置9aのX線画像データの取り込みタイミング及び前記位置合わせ用可視光カメラ7で撮影した画像の取り込みタイミングは、システム制御装置13からのタイ
ミング信号により、CCDカメラ6bのX線画像データはX線撮影中に、位置合わせ用可視光カ
メラ7の撮影画像はスキャン開始前にそれぞれの画像データ取り込み装置9b，8eに取り込
むように構成されている。

以上のように構成された本発明のX線断層撮影装置における被検者の撮影部位である歯
顎部をX線撮影系に自動的に位置合わせする手法について詳細に説明する。

《位置合せ用可視光カメラの座標と椅子移動用XYZテーブルの座標の関係》
本発明の位置合わせは、画像認識処理技術(パターン認識手段)を用いて被検者位置を検出し、この検出した位置データ及び図4に示す位置合せ用可視光カメラ7の座標(X線撮影系2次元座標)と椅子移動用XYZテーブル3aの座標(被検者移動系3次元座標)の関係とに基づいて前記椅子移動用XYZテーブル3aを撮影部位である歯顎部がX線撮影系に自動的に配置されるように移動させて位置合わせするものである。

図4において、(a)はUアームの回転角度が0度の場合の座標で、被検者1の歯顎部の向き
が正面で、2次元X線検出器6(I.I.6aとCCDカメラ6b)とX線管10及び位置合せ用可視光カメ
ラ7とが対向する位置に在る時で、(b)は(a)よりも90°回転した場合の座標である。

この図4から分かるように、上記座標は、3次元の椅子移動用XYZテーブル3aの座標24に2次元のxy座標23,25が配置されて、Uアーム16の回転でxy座標が回転する座標系である。
この座標系において、図4(a)に示すように、Uアーム16の回転角度が0度の時は、位置合せ用可視光カメラ7のx軸が椅子移動用XYZテーブル3aのY軸に関連し、位置合せ用可視光カメラ7のy軸は椅子移動用XYZテーブル3aのZ軸に関連し、Uアーム16の回転角度が90度の時
は、位置合せ用可視光カメラ7のx軸が椅子移動用XYZテーブル3aのX軸に関連し、位置合せ用可視光カメラ7のy軸は椅子移動用XYZテーブル3aのZ軸に関連している。

《位置合わせの目標点の算出》
I.I.6aのX線入射面の中心を位置合せの目標点(位置合わせ目標位置)とし、この目標位
置に被検者の歯列の投影像が入るように椅子移動用XYZテーブル3aを移動して自動的に位
置合わせを行なう。
この目標位置は、位置合せ用可視光カメラ7でI.I.6aのX線入射面を撮影し、このX線入
射面の撮影画像を可視光画像取込み装置8aに取り込んで画像認識処理により求める。

図5は、位置合せ用可視光カメラ7で撮影したI.I.6aのX線入射面の画像で、Uアーム16の回転角度が0度の時の位置合せ用可視光カメラ7のxy座標23における該可視光カメラ7の撮
影画像領域の原点26を(xi0, yi0)とし、この原点に対して前記可視光カメラ7の撮影画像
領域のx軸を27、y軸を28とする。

図5において、Uアーム16の回転角度が0度におけるI.I.6aのX線入射面の画像29の中心座標を(xit0, yit0)とし、これをUアーム16の回転角度が0度における目標の位置合わせ点46
とする。同様に、Uアーム16の回転角度が90度におけるI.I.6aのX線入射面の画像29の中心座標を(xit90, yit90)とし、これをUアーム16の回転角度が90度における目標の位置合わ
せ点46とする。

前記目標点46(xit0, yit0)、(xit90, yit90)は、I.I.6a及びCCDカメラ6bによる撮影領
域に被検者1の歯列の投影像が入るようにするための目標点で、移動用XYZテーブル3aの座標系(X, Y, Z)を位置合せ点、すなわちI.I.6aのX線入射面の中心位置46(xit0，yit0)まで移動させることが被検者の位置合せをすることである。したがって、位置合わせの移動距離は、移動用XYZテーブル3aの現在位置と前記I.I.6aのX線入射面の中心位置46(xit0，yit0)間の距離となる。

前記位置合わせの移動距離を求めるためには、I.I.6aのX線入射面の中心位置46の座標(xit0，yit0)を算出(目標位置座標点算出手段)する必要があるが、本発明においては前記
中心位置を文字認識等に用いている辞書パターン認識技術を用いて算出する。
すなわち、I.I.6aの円形のX線入射面の上端30、右端31、下端32及び左端33の四つの部
分をそれぞれ辞書パターン(上端)M1、辞書パターン(右端)M2、辞書パターン(上端)M3及び辞書パターン(右端)M4として予め認識辞書に登録しておく。

前記認識辞書は、図3のハードディスク8cに記憶(認識辞書記憶手段)しておき、前記位
置合わせ距離算出時に前記辞書パターンをメモリ8bに読み出して、該辞書パターンと位置合わせ用可視光カメラ7で撮影して可視光画像取込み装置8eに取り込んだI.I.6aのX線入射面の撮影画像とをCPU8dで比較(画像照合手段)してI.I.6aを認識する(辞書パターン認識手段)。

前記パターン認識により、I.I.6aのX線入射面の上端の端点34、右端の端点35、下端の
端点36及び左端の端点37の座標はそれぞれ(xim1, yim1)、(xim2, yim2)、(xim3, yim3)及び(xim4，yim4)として認識し、この認識結果を用いて前記I.I.6aのX線入射面の上端、右
端、下端及び左端の中心位置を算出することができる。

前記I.I.6aのX線入射面の上端M1の端点34から該上端M1の中心までのx軸分距離38をxd1
、y軸分距離39をyd1、右端M2の端点35から該右端M2の中心までのx軸分距離40をxd2、y軸
分距離41をyd2、下端M3の端点36から該下端M3の中心までのx軸分距離42をxd3、y軸分距離43をyd3及び左端M4の端点37から該左端M4の中心までのx軸分距離44をxd4、y軸分距離45をyd4とすると、前記I..I.6aのX線入射面の中心座標(xit0、yit0)は、
xit0＝(xim4＋xd4＋xim2＋xd2)／2 (式1)
yit0＝(yim1＋yd1＋yim3＋yd3)／2 (式2)
となり、xit0はx軸距離データ、yit0はy軸距離データを表す。

このようにして算出したI.I.6aのX線入射面の中心座標(xit0，yit0)は、位置合わせの
目標点であり、この値は位置合わせ用可視光カメラ7とX線蛍光増倍管I.I.6aを設置した位置における固定のデータである。
このことから、I.I.6aのX線入射面の中心座標は、前記位置合わせ用可視光カメラ7とX
線蛍光増倍管I.I.6aの位置関係が不変である限り、Uアーム16の回転角度が0度でも90度でも同じである。故に、Uアーム16の回転角度が0度における中心座標(xit0，yit0)と90度における中心座標(xit90、yit90)との関係は、
xit0＝xit90 (式3)
yit0＝yit90 (式4)
目標点：(xit0、yit0)＝( xit90、yit90) (式5)
となる。

《認識処理》
次に、人体頭部ファントームを基にして被検者の撮影部位(本実施形態の場合は歯顎部)の認識処理(撮影部位特定手段)について説明する。

図6は、I.I.6aと被検者1の正面像との位置関係を示す図である。この図において、人体頭部ファントーム47は、椅子移動用XYZテーブル3aに搭載された被検者椅子3に座位の姿勢に保持されて仮想体部48と対にあるものとし、頭部47’と該頭部47’から下の体48とで人体を構成し、これらは実際の被検者として同時に移動するものである。

認識処理に用いる前記認識辞書は、図3のハードディスク8cに記憶しておき、前記位置
合わせ距離算出時に前記辞書パターンをメモリ8bに読み出して、該辞書パターンと位置合わせ用可視光カメラ7で撮影したI.I.6aのX線入射面の撮影画像とをCPU8dで比較してI.I.6aを認識する。

ここで、辞書パターン49として鼻部90を予め認識辞書に登録しておく。この辞書パターン49は、人体頭部ファントーム47の特徴部分として認識するためのものである。本実施の形態においては鼻としたが、これに限定するものではなく、位置合せ対象となる口腔内歯列と認識位置との距離が変わるだけであって、目でも口でも良い。
なお、前記辞書パターンは、少なくともUアーム16の回転角度が0度と90度の辞書が必要である。

さて、目標点46に対して人体頭部ファントーム47が椅子移動用XYZテーブル3aにより位
置合わせ用可視光カメラ7の可視光領域まで移動させておき、Uアーム16の回転角度が90度において、人体頭部ファントーム47が位置合せ可視光カメラ7の撮影画像の原点26を(xi0
，yi0)としたxy座標25(図4(b)に図示)のx軸27、y軸28に対して図6の位置にあるものとす
る。
そして、予め特徴部分の認識位置から歯列中心までの距離51(ファントーム内歯列中心
までのx軸移動距離.xid90)と、52(ファントーム内歯列中心までのy軸移動距離.yid90)と
、椅子移動用XYZテーブル3aの原点55(XM0, YM0, ZM0)を決めておく。なお、57は目標点XYZ座標上位置である。

椅子移動用XYZテーブル3aにより、人体頭部ファントーム47を被検者のXYZ座標の位置(XM, YM, ZM)56に移動してUアーム16の回転角度が90度の位置において認識処理を行なう。
この認識処理結果、図6に示す被検者の正面画像の鼻部分が認識された位置50(xih90、yih90)となった場合、この認識位置からファントーム歯列部54のファントーム歯列中心53(xiv90, yiv90)までの距離は、
xiv90＝xih90＋xid90 (式6)
yiv90＝yih90＋yid90 (式7)
となる。

ここで、特徴部分の認識位置(鼻部90)から歯列中心までの距離.xid90とyid90は、頭部
の大きさにより異なるので、頭部長さ、あるいは頭部の面積量、あるいはそれらの両方を位置合わせ用可視光カメラ7で撮影した頭部画像から認識して前記距離.xid90とyid90を頭部の大きさに応じて変更できるようにする必要がある。そのために、歯列中心係数bを用
いて前記(式6)、(式7)を(式8)、(式9)のように一般化する(撮影部位補正手段)。
xiv90＝xih90＋b×xid90 (式8)
yiv90＝yih90＋b×yid90 (式9)

次に、認識した位置(xih90、yih90)50から目標位置46(xit0、yit0)までの移動する距離を求める(移動距離算出手段)。
ここで、I.I.6aからCCDカメラ6bまでの光学系から実際の距離に変換する際の変換係数
として画素係数(1/画素)aを用い、距離を1画素1ミリメートル単位となるような倍率で前
記光学系を構成して撮像し、1mm/画素として移動距離算出装置8fで移動距離を算出する(
距離変換手段)。

実座標(図4のXYZ座標24)における椅子移動用XYZテーブル3aの移動距離をmm(ミリメートル)で表すと、
a×[xiv90−xit90]＝a×[( xih90＋b×xid90)−xit90] (式10)
a×[yiv90−yit90]＝a×[( yih90＋b×yid90)−yit90] (式11)
となる。

椅子移動用XYZテーブル3aを原点(XM0, YM0, ZM0)55から目標点(xit0、yit0)46までの移動距離は、認識を行なった時の椅子移動用XYZテーブル3aの移動量を含めて計算すると、
a×[xiv90−xit90]＋XM＝a×[(xih90+b×xid90)−xit90]＋XM (式12)
a×[yiv90−yit90]＋YM＝a×[(yih90+b×yid90)−yit90]＋YM (式13)
となる。

次に、側面画像の認識処理について説明する。
図7は、I.I.6aと被検者1の側面画像の位置関係を示す図である。この図において、人体頭部ファントーム47は、椅子移動用XYZテーブル3aに搭載された被検者椅子3に座位の姿勢に保持されて仮想体部48と対にあるものとし、頭部47’と該頭部から下の体48とで人体を構成し、これらは実際の被検者として同時に移動するものである。

認識処理に用いる前記認識辞書は、前記正面時と同様、図3のハードディスク8cに記憶
しておき、前記位置合わせ距離算出時に前記辞書パターンをメモリ8bに読み出して、該辞書パターンと位置合わせ用可視光カメラ7で撮影したI.I.6aのX線入射面の撮影画像とをCPU8dで比較してI.I.6aを認識する。

ここで、辞書パターン58として鼻部0を予め認識辞書に登録しておく。この辞書パター
ン58は、人体頭部ファントーム47の特徴部分として認識するためのものである。本実施の形態においては鼻としたが、これに限定するものではなく、位置合せ対象となる口腔内歯列と認識位置との距離が変わるだけであって、目でも口でも良い。

さて、目標点46に対して人体頭部ファントーム47が椅子移動用XYZテーブル3aにより位
置合わせ用可視光カメラ7の可視光領域まで移動させておき、Uアーム16の回転角度が0度
において、人体頭部ファントーム47が位置合せ可視光カメラ7の撮影画像のxy座標23(図4(a)に図示)のx軸27、y軸28に対して図7の位置にあるものとする。
そして、予め特徴部分の認識位置59から歯列中心62までの距離60(ファントーム内歯列
中心までのx軸移動距離.xid0)と、61(ファントーム内歯列中心までのy軸移動距離.yid0)
と、椅子移動用XYZテーブル3aの原点55(XM0, YM0, ZM0)を決めておく。

椅子移動用XYZテーブル3aにより人体頭部ファントーム47を被検者のXYZ座標の位置(XM,
YM, ZM)56に移動してUアーム16の回転角度が0度の位置において認識処理を行なう。この認識処理結果、図7に示す被検者1の側面画像の鼻部分が認識された位置(xih0、yih0)59となった場合、この認識位置からファントーム歯列部63のファントーム歯列中心62(xiv0, yiv0)までの距離は、
xiv0＝xih0＋xid0 (式14)
yiv0＝yih0＋yid0 (式15)
となる。

ここで、特徴部分の認識位置(鼻部0)から歯列中心までの距離.xid0とyid0は、頭部の大きさにより異なるので、頭部長さ、あるいは頭部の面積量、あるいはそれらの両方を位置合わせ用可視光カメラ7で撮影した頭部画像から認識して前記距離.xid0とyid0を頭部の大きさに応じて変更できるようにする必要がある。そのために、歯列中心係数cを用いて前
記(式14)、(式15)を(式16)、(式17)のように一般化する(撮影部位補正手段)。
xiv0＝xih0＋c×xid0 (式16)
yiv0＝yih0＋c×yid0 (式17)

次に、認識した位置(xih0、yih0)59から目標位置46(xit0、yit0)までの移動する距離を求める。
ここで、前記正面時と同様、I.I.6aからCCDカメラ6bまでの光学系から実際の距離に変
換する際の変換係数として画素係数(1/画素)aを用い、距離を1画素1ミリメートル単位と
なるような倍率で前記光学系を構成して撮像し、1mm/画素として移動距離算出装置8fで移動距離を算出する(距離変換手段)。

実座標(図4のXYZ座標24)における椅子移動用XYZテーブル3aの移動距離をmm(ミリメートル)で表すと、
a×[xiv0−xit0]＝a×[( xih0＋b×xid0)−xit0] (式18)
a×[yiv0−yit0]＝a×[( yih0＋b×yid0)−yit0] (式19)
となる。

椅子移動用XYZテーブル3aを原点(XM0, YM0, ZM0)55から目標点46(xit0、yit0)までの移動距離は、認識を行なった時の椅子移動用XYZテーブル3aの移動量を含めて計算すると、
a×[xiv0−xit0]＋XM＝a×[(xih0＋b×xid0)−xit0]＋XM (式20)
a×[yiv0−yit0]＋YM＝a×[(yih0＋b×yid0)−yit0]＋YM (式21)
となる。

以上の画像認識量を演算して実軸上の移動を行うことで位置合せを行うことができる。

《目標位置までの移動距離の算出》
前記認識処理結果を用いて被検者1の撮影部位の中心である歯列中心を目標位置46(xit0、yit0)に位置合わせするための椅子移動用XYZテープル3aの移動距離を求める(距離算出
手段)。

図8は、正面方向における被検者1の現在位置と目標位置における被検者頭部との位置関係を示す図である。
図8において、Uアーム16の回転角度が90度におけるｘ軸距離64とy軸距離65がそれぞれ[(xih90＋b×xid90)−xit90]、[(yih90＋b×yid90)−yit90]となるようにするためには、
椅子移動用XYZテーブル3aをXYZ座標のX軸方向とZ方向にそれぞれ、
a×[xiv90−xit90]＋XM= a×[(xih90＋b×xid90)−xit90]＋XM (式22)
a×[yiv90−yit90]＋ZM= a×[(yih90＋b×yid90)−yit90]＋ZM (式23)
移動すれば良いことになる。

図9は、側面方向における被検者1の現在位置と目標位置における被検者頭部との位置関係を示す図である。
図9において、Uアーム16の回転角度が0度におけるｘ軸距離66とy軸距離67がそれぞれ[(xih0＋b×xid0)−xit0]、[(yih0＋b×yid0)−yit0]となるようにするためには、椅子移動用XYZテーブル3aをXYZ座標のY軸方向とZ軸方向にそれぞれ、
a×[xiv0−xit0]＋YM＝a×[(xih0＋b×xid0)−xit0]＋YM (式24)
a×[yiv0−yit0]＋ZM＝a×[(yih0＋b×yid0)−yit0]＋ZM (式25)
移動すれば良いことになる。

ただし、Z軸方向のデータはUアーム16の回転角度が0度と90度の認識処理で重複してい
るため90度のデータを使うことにする。

以上の結果より、椅子移動用XYZテーブル3aの原点座標(X0、Y0、Z0)から椅子移動用XYZテーブル3aを目標点まで移動させる3次元の位置合せデータは、
(X,Y,Z)＝(a×(xiv0−xit0)＋XM, a×(yiv0−yit0)＋YM, a×(xiv90−xit90)＋ZM)
＝(a×[(xih0＋c×xid0)−xit0]＋XM, a×[(yih0＋c×yid0)−yit0]＋YM,
a×[(yih90＋b×yid90)−yit90]＋ZM) (式26)
となる。すなわち、椅子移動用XYZテーブル3aのX方向、Y方向及びZ方向への移動距離は、
X方向の移動距離＝a×[(xih0＋c×xid0)−xit0]＋XM (式27)
Y方向の移動距離＝a×[(yih0＋c×yid0)−yit0]＋YM (式28)
Z方向の移動距離＝a×[(yih90＋b×yid90)−yit90]＋ZM (式29)
となる。

《位置合わせ制御》
本発明のX線断層撮影装置は、撮影開始前に、前記目標位置までの移動距離の算出結果
を用いて、椅子移動用XYZテーブル3aをXYZの3方向に移動させて自動的に被検者の撮影部
位である歯列中心を目標位置であるI.I.6aの中心に位置するように位置合わせするもので、この位置合わせ制御について説明する。

先ず、操作コンソール12の操作部12aの操作により位置合わせ指令信号を入力すると、
システム制御装置13は、椅子移動用XYZテーブル3aの原点座標(X0、Y0、Z0)、認識辞書に
登録されている辞書パターンを位置合わせ移動距離算出装置8のハードディスク8cより読
み出して、これらをメモリ8bに一次記憶する。
これと同時に、椅子位置合わせ駆動制御装置5で椅子移動用XYZテーブル3aの現在位置を検出する。この現在位置は、椅子移動用XYZテーブル3aの椅子駆動装置5aの駆動モータに
連結された図示省略のパルスエンコーダのパルス数をカウントして現在位置を検出する椅子位置検出装置5cで検出する。

操作者は、Uアーム16を該アームの回転角度が0度と90度の時の被検者1及びI.I.6aのX線入射面を撮影し、これらの撮影画像を可視光画像取込み装置8eにより移動距離算出部8fに取り込む。

移動距離算出部8fは前記取り込んだ撮影画像のパターン認識処理を行なって、椅子移動用XYZテーブル3aの目標位置及び該椅子移動用XYZテーブル3aのX方向、Y方向及びZ方向へ
の移動距離(式27、式28、式29)を算出する。

この算出した移動距離及び目標位置を椅子位置制御装置5bに入力し、前記椅子位置検出装置5cで検出した現在位置が前記目標位置になる位置制御信号を前記椅子位置制御装置5bで生成し、この生成した位置制御信号で椅子駆動装置5aを駆動して椅子移動用XYZテーブ
ル3aを前記目標位置に自動的に位置合わせする。

以上説明した実施形態によれば、スキャン開始前に被検者と2次元X線検出器のX線入射
面を可視光カメラで撮影し、この撮影した画像から被検者の撮影部位の位置をパターン認識により特定し、この特定した位置からX線撮影系の撮影位置までの移動距離を算出して
前記被検者を撮影位置に自動的に移動して位置合わせを行なうようにしたので、操作者の経験や勘に頼ることなく自動的に撮影部位が2次元X線検出器のX線入射面に配置され、し
っかりとした位置合わせが為される。この自動位置合わせによって、位置合わせ作業時間
が低減されて撮影スループットが向上すると共に操作者の負担も軽減される。
また、スキャノグラム投影像を取得する必要がないので、X線被曝の低減にも寄与する
ものとなる。

以上、実施形態を用いて本発明のX線断層撮影装置について説明したが、本発明は前記
実施形態に限定するものではなく、被検者の撮影部位の位置合わせをパターン認識を用いて自動的に行なうという、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
例えば、2次元X線検出器6にI.I.とCCDカメラによる検出器を用いたが、これはフラットパネル型の検出器やイメージングプートによる検出器でも良い。
また、実施の形態の冒頭にも述べたが、スキャナはCアーム型X線撮影装置、スキャナ回転型X線CT装置、被検者回転型装置などでも良い。
さらに、頭部を撮影する場合は、辞書パターンとして鼻、目、口等が好適であるが、耳などを用いても良いし、頭部以外の部位を撮影する場合は、該撮影部位の近傍の特徴となる部分を用いても良い。

本発明のX線断層撮影装置の全体構成を示す図。位置合わせ移動距離算出装置のハードウェア構成図。本発明の要部である自動位置合わせに係る部分を示す図。位置合せ用可視光カメラの座標(X線撮影系2次元座標)と椅子移動用XYZテーブルの座標(被検者移動系3次元座標)の関係を示す図。位置合せ用可視光カメラで撮影したX線蛍光増倍管装置のX線入射面の画像及びこの画像の辞書パターンを示す図。 X線蛍光増倍管装置のX線入射面と被検者の正面との位置関係を示す図。 X線蛍光増倍管装置のX線入射面と被検者の側面との位置関係を示す図。正面方向における被検者の現在位置と目標位置における被検者頭部との位置関係を示す図。側面方向における被検者の現在位置と目標位置における被検者頭部との位置関係を示す図。

符号の説明

1 被検者、2 スキャナ、3 被検者用椅子、4 スキャナ回転駆動制御装置、5 椅子
位置合わせ駆動制御装置、5a 椅子駆動装置、5b 椅子位置制御装置、5c 椅子位置検出装置、6 2次元X線検出器、7 位置合わせ用可視光カメラ、8 位置合わせ移動距離算出
装置、8a インターフェイス、8b メモリ、8c ハードディスク、8d CPU(中央処理装置)、8e 可視光画像取込み装置、8f 移動距離算出装置、9 画像計測制御及び画像処理装置、10 X線管、12 操作コンソール、13 システム制御装置、16 Uアーム、29 X線蛍
光増倍管装置のX線入射面、30、31、32、33 X線蛍光増倍管装置のX線入射面の辞書パターン、46 目標点、49 辞書パターン鼻部90、58 辞書パターン鼻部0、xy 2次元座標、XYZ 3次元座標

Claims

コーンビーム状のＸ線を発生するＸ線源及び該Ｘ線源に対向して配置された２次元Ｘ線検出器によって被検者を撮影するＸ線撮影手段と、前記Ｘ線源と前記２次元Ｘ線検出器を前記被検者の周囲に回転させるスキャナ回転手段と、前記被検者を移動させる被検者移動手段と、前記スキャナ回転手段に載置された少なくとも前記被検者を撮影する可視光撮影手段と、前記Ｘ線撮影手段で撮影した投影像を再構成して断層像を生成する画像処理手段と、前記可視光撮影手段で撮影した画像に基づいて前記被検者移動手段により前記被検者を前記Ｘ線撮影手段の撮影位置に位置合わせする位置合わせ手段とを備えたＸ線断層撮影装置であって、前記位置合わせ手段は、前記可視光撮影手段で撮影した前記被検者の撮影部位を含む画像と前記Ｘ線検出器のＸ線入射面の画像とに基づいて前記被検者を前記撮影位置に移動させて位置合わせする距離を算出する位置合わせ移動距離算出手段と、前記算出した移動距離を入力して前記被検者移動手段を前記撮影位置に移動制御する移動制御手段とを備えたことを特徴とするＸ線断層撮影装置。
前記可視光撮影手段の可視光領域は前記Ｘ線撮影系の撮影領域を含むことを特徴とする請求項１に記載のＸ線断層撮影装置。
前記移動制御手段は、前記被検者の現在位置を検出する現在位置検出手段と、この現在位置検出手段で検出した前記被検者の現在位置と前記移動距離算出手段で算出した移動距離を入力して前記被検者を前記撮影位置に移動制御するための移動制御信号を生成する移動制御信号生成手段と、前記移動制御信号により前記被検者移動手段を移動駆動する被検者移動駆動手段とを備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載のＸ線断層撮影装置。
前記移動距離算出手段は、前記被検者の撮影部位を含む画像から前記撮影部位を特定するパターン認識手段と、前記Ｘ線撮影手段のＸ線撮影系２次元座標と前記被検者移動手段の被検者移動系３次元座標とを関連付けて前記Ｘ線撮影系２次元座標に前記撮影位置に対応する目標位置座標点を算出する目標位置座標点算出手段及び前記パターン認識手段で特定した撮影部位の位置座標点を算出する撮影部位位置座標点算出手段と、前記撮影部位の位置座標点から前記目標の位置座標点までの差の座標点を算出する差座標点算出手段と、前記現在位置検出手段で検出した被検者の現在位置と前記差座標点算出手段で算出した差の座標点とに基づいて前記撮影位置までの距離を算出する距離算出手段とを備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載のＸ線断層撮影装置。
前記距離算出手段は、前記算出した撮影位置までの距離を前記撮影部位の大きさに応じて補正する撮影部位補正手段と、この撮影部位補正手段で補正した距離をＸ線撮影系の距離に変換する距離変換手段とを備えたことを特徴とする請求項４に記載のＸ線断層撮影装置。
前記目標位置座標点は、前記２次元Ｘ線検出器のＸ線入射面の中心であることを特徴とする請求項４に記載のＸ線断層撮影装置。
前記パターン認識手段は、前記撮影部位を含む画像の特徴部分及び前記２次元Ｘ線検出器のＸ線入射面の複数の任意の領域を辞書パターンとして認識辞書に登録しこれを記憶する認識辞書記憶手段と、この認識辞書記憶手段に記憶した辞書パターンを読み出して前記撮影部位を含む画像と照合する画像照合手段と、この画像照合手段で照合して前記辞書パターンに対応する部分を認識する辞書パターン認識手段と、この辞書パターン認識手段で認識した前記辞書パターンに対応する部分を用いて前記撮影部位を特定する撮影部位特定手段とを備えたことを特徴とする請求項4に記載のＸ線断層撮影装置。
前記被検者移動手段は、前記被検者を座位の姿勢に載置する椅子部と、この椅子部を支持して３次元方向に移動する３次元移動部と、この３次元移動部を移動させる移動機構部とを備えたことを特徴とする請求項１に記載のＸ線断層撮影装置。
前記被検者の撮影部位は歯顎部であることを特徴とする請求項１乃至８のうちのいずれか１項に記載のＸ線断層撮影装置。
前記２次元Ｘ線検出器のＸ線入射面の中心に前記歯顎部の歯列の投影像の中心が入るようにすることを特徴とする請求項９に記載のＸ線断層撮影装置。
前記辞書パターンは、前記被検者の鼻、目、口、顎の少なくとも一つであることを特徴とする請求項９又は１０に記載のＸ線断層撮影装置。
前記Ｘ線源及び２次元Ｘ線検出器によるＸ線撮影手段を支持する手段はＵ字状のＵアーム支持手段であることを特徴とする請求項１に記載のＸ線断層撮影装置。