JP2010022829A - ダイナミックに適合可能な画像形成システムの位置を調整する方法およびｘ線システム - Google Patents

ダイナミックに適合可能な画像形成システムの位置を調整する方法およびｘ線システム Download PDF

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Abstract

【課題】リアルタイムで対象物平面に対する最適な観察点を求め、これに追従して制御を行えるようにする。
【解決手段】ａ）運動する対象物について形成された、少なくとも３次元の少なくとも1つの時間分解能データセットが用いられ、ｂ）該時間分解能データセットの時間ステップごとに前記画像形成システムの位置が計算され、該計算された位置から運動する対象物の関心領域となる構造に対して少なくとも１つの最適な観察点が形成され、ｃ）ステップｂで計算された位置がリアルタイムで自動調整され、関心領域となる構造に対する少なくとも１つの最適な観察点がつねに表示可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は運動する対象物に対する少なくとも１つの最適な観察点を形成するために、有利には医療介入中に、ダイナミックに適合可能な画像形成システムの位置を調整する方法、ならびに、相応のＸ線システムに関する。
本発明は、有利には、心臓などへの医療介入に用いられる血管造影システムに関連する。こうした血管造影システムは一般にＣアームを備えたＸ線システムである。血管造影システムは３次元の画像データまたは４次元（３次元＋時間の次元）の画像データを形成することができる。このことは独国出願第１０２００４０４８２０９号明細書から公知である。
医療介入中に３Ｄボリュームデータまたは４Ｄボリュームデータを用いる際の問題は、リアルタイムＸ線透視画像を当該のボリュームデータに関連させなければならないということである。
通常、この問題を解決するために、いわゆる２Ｄ／３Ｄ記録が行われる。リアルタイムＸ線透視画像はＣアームのその時点での位置に適合するボリュームデータの観察点に結びつけられる。このことは独国公開第１０２１０６４６号明細書から公知である。
特に有利には、Ｃアームの位置が変化するとリアルタイム追従制御機能が利用されるか、または、Ｃアームの位置が手動で選択されたＳＤ観察点へ調整される。このことは、例えばSiemens社のAdjust 3D機能およびAdjust C-Arm機能を備えたAXIOM Artisなる製品によって達成される。この製品については"syngo Workplace Operator Manual VB13 and higher", (c) Siemens AG, Bestelinr., AX42-010.621.54.02.02, 02.2008, bestellbar bei Siemens AG, Medical Solutions Angiography, Fluoroscopic and Radiographic Systems Siemensstrasse 1, D-91301 Forchheim, Deutschland, http://www.siemens.com/medicalを参照されたい。
ここでは、Ｃアームを所定の時点で調整するために静的な３Ｄデータセットしか用いることができず、そのために前述した機能が制限されてしまう。したがって、運動する対象物、例えば心臓を検査ないし手術する場合にも、最適なＣアームの位置は或る特定の心相に対してしか得られない。つまり４ＤデータをAdjust C-Arm機能に利用することができないのである。
特に、複雑な運動を行っている大動脈弁環などの構造に対しては、前述した手法は不都合である。術式を支援するには、例えば人工大動脈弁環を利用し、リアルタイムで弁平面に対する最適な観察点を求め、これに追従して制御を行うことが望ましい。
独国公開１０２１０６４６号明細書
"syngo Workplace Operator Manual VB13 and higher", (c) Siemens AG, Bestelinr., AX42-010.621.54.02.02, 02.2008, bestellbar bei Siemens AG, Medical Solutions Angiography, Fluoroscopic and Radiographic Systems Siemensstrasse 1, D-91301 Forchheim, Deutschland, http://www.siemens.com/medical
したがって、本発明の課題は、前述した特性を改善することである。
この課題は独立請求項に記載された特徴によって解決される。本発明の有利な実施形態は従属請求項に記載されている。
本発明にとって重要なのは、時間分解能を有するＳＤデータに基づいて、個々の時間相に対して最適なＣアーム位置ないしＣアーム角度が求められ、Ｃアームをその時点で最適な角度へリアルタイムに運動させることができるということである。
本発明は、運動する対象物に対する少なくとも１つの最適な観察点を形成するために、ダイナミックに適合可能な画像形成システムの位置を調整する方法に関する。本発明によれば、ａ）運動する対象物について形成された、少なくとも３次元の少なくとも1つの時間分解能データセットが用いられ、ｂ）該時間分解能データセットの時間ステップごとに前記画像形成システムの位置が計算され、該計算された位置から運動する対象物の関心領域となる構造に対して少なくとも１つの最適な観察点が形成され、ｃ）ステップｂで計算された位置がリアルタイムで自動調整され、関心領域となる構造に対する少なくとも１つの最適な観察点がつねに表示可能となる。
本発明の方法のフローチャートである。 本発明の方法の時間ステップを示す図である。 本発明の方法の実行に適したＣアームを備えたＸ線システムのブロック図である。
付加的に、ステップｂの前に、運動する対象物の関心領域となる構造を、時間分解能データセットの時間ステップごとにセグメント分割することができる。
有利には、画像形成システムとしてＣアームを備えたＸ線システムが用いられ、ステップｃにおいてＣアームの位置および／または角度がリアルタイムで調整される。
また有利には、Ｃアームを備えたＸ線システムはロボット制御方式のＣアームを有する。
時間分解能データセットの時間ステップないし時間相は運動する対象物の運動の相である。例えば、運動する対象物は心臓または肺であり、運動の相は心相または呼吸相である。ここで、関心領域となる構造は例えば大動脈弁環である。大動脈弁環に対する最適な観察点は大動脈弁環に対して垂直な点である。
本発明はさらに、本発明の方法の実行に適したＣアームを備えたＸ線システムに関する。本発明のＸ線システムは、時間分解能データセットの時間ステップごとにＣアームの位置を計算し、計算された位置から関心領域となる構造に対する少なくとも１つの最適な観察点を形成する手段と、計算された位置をリアルタイムで自動調整し、関心領域となる構造に対する少なくとも１つの最適な観察点をつねに表示可能にする手段とを有する。
有利には、Ｘ線システムはロボット制御方式のＣアームを有する。
本発明によれば、医療介入のための関心領域となる構造にＣアームの角度ないし位置をリアルタイムで適合させることができる。上述した心弁膜の例では、Ｃアームはリアルタイムで心運動にかかわらずつねに垂直方向から大動脈弁の平面を観察できるように運動する。
また、本発明の方法は、器官の運動が重要な意義を有するケース、例えばＣアームを肺や腹部への介入に際して呼吸運動に適合させるケースにおいても用いることができる。さらに、本発明の方法を拡張してＳＤデータセットを形成し、呼吸運動および心運動の考察を簡単化することもできる。これにより、特に心弁膜の正確な位置特性が必要なケースにおいて、医療措置の介入の精度および確実性が高められる。
以下に図を参照しながら本発明の実施例を詳細に説明する。
図３にはＣアームを備えたＸ線システム１の例が示されている。当該のＸ線システムはＣアーム２を有しており、その端部にＸ線源、例えばＸ線発生器３およびＸ線画像検出器４が配置されている。Ｘ線画像検出器４は長方形または正方形の平坦な半導体検出器であり、有利にはアモルファスケイ素から製造されている。Ｘ線源３の光路には、関心領域となる構造、例えば患者９の運動する心臓または肺などの対象物を記録するための患者寝台５が存在している。Ｘ線システムには画像形成装置６が接続されており、当該の画像形成装置はＸ線画像検出器４の画像信号を受信して処理する。画像形成装置６はさらに評価計算機７および再生装置８を有しており、有利にはデュアルモニタシステムとして構成されている。
３Ｄ画像データセットを形成するために、回転可能に支承されたＣアーム２はＸ線発生器３およびＸ線画像検出器４とともに回転する。Ｘ線発生器３は自身のビームフォーカスから出る線束１０をＸ線画像検出器４へ入射させる。Ｘ線発生器３およびＸ線画像検出器４は関心領域となる構造の周囲を移動し、つねに関心領域となる構造の対向側に位置する。
図1には本発明の方法のフローチャートが示されている。
本発明の理想的な前提となるのは、リアルタイムで迅速かつ柔軟に運動可能なＣアームであり、これにより本発明を特に良好にロボット制御方式の血管造影システムに適用することができる。
本発明の方法は図１に示されている４つのステップａ〜ｄから成る。
・画像を形成するステップ（ステップａ）：時間分解能３Ｄデータセットすなわちいわゆる４Ｄデータセットを撮影する。第４次元は有利には心相または呼吸相などの時間パラメータである。
・構造をセグメント分割するステップ（ステップｂ）：当該のステップは付加的なステップである。撮影された４Ｄデータから関心領域となる構造をセグメント分割する。この場合の構造は最適なＣアームの角度ないし位置の選択に関連する構造である。心弁膜の処置のケースでは、当該の構造は大動脈弁環である。関心領域となる構造はボリュームデータの個々の時間ステップごとにセグメント分割され、結果として当該の構造の４Ｄモデルが形成される。
・最適なＣアームの角度ないし位置を求めるステップ（ステップｃ）：関心領域となる構造の４Ｄモデルから最適なＣアームの角度ないし位置が計算される。このとき、場合によっては、当該の角度ないし位置から介入ステップの制御にとって最適な観察点を形成できるよう、診療的問題に応じたアルゴリズムが用いられる。心弁膜の処置のケースでは、例えば、挿入される人工蓋の位置を定めるために、大動脈弁環に対して垂直な観察点が求められると有利である。ここでの計算は４Ｄモデルの時間ステップごとに個別に行われ、結果として角度方向のセットおよび／またはＣアームの位置のセットが得られる。
・Ｃアームをリアルタイム制御するステップ（ステップｄ）：最後のステップでは計算された角度方向のセットまたはＣアームの位置のセットが用いられ、その時点の状態に適合する角度ないし位置が選択される。Ｃアームはリアルタイム制御により選択された角度ないし位置へ移動され、運動する構造の画像がリアルタイムで最適に形成される。
また、本発明の方法は、器官の運動が重要な意義を有するケース、例えばＣアームを肺や腹部への介入に際して呼吸運動に適合させるケースにおいても用いることができる。さらに、本発明の方法を拡張してＳＤデータセットを形成し、呼吸運動および心運動の考察を簡単化することもできる。これにより、特に心弁膜の処置など、正確な位置決めが必要なケースにおいて、医療介入の精度および確実性が高められる。
図２には本発明の方法の重要なステップが示されている。この図では時間軸に沿って各ステップが示されている。ステップ１は図１のステップａに相当し、前述したように一連の４Ｄ画像が形成される。ステップ２は図１のステップｂに相当し、時間ステップごとに関心領域となる構造、例えば大動脈弁環がセグメント分割される。ステップ３は図１のステップｃに相当し、時間ステップに応じて最適な角度ないし位置がＲＡＯ（Right Anterior Oblique）ないしＣＲＡＮ（Cranial）として計算され、そこからＣアームの位置が求められる。つまり、典型的にはＣアームが大動脈弁環に対して垂直となる２つの角度位置すなわち左右方向および上下方向での角度位置が計算される。このことは図２に矢印で示されている。
本発明は前述した実施例のみに制限されるものではない。本発明の変形例も実施可能である。本発明の範囲において、画像形成システムとして、有利にはＣアームを備えたＸ線システムのほか、Ｘ線バイプランシステム、コンピュータトモグラフィシステム、磁気共鳴ＰＥＴシステムなども利用可能である。Ｃアームを備えたＸ線システムでは、一般的なＣアームに代えて、Ｘ線発生器およびＸ線画像検出器に電子的に結合されたいわゆる電子Ｃアームを利用することもできる。また、Ｃアームは天井または床に配設されたロボットアームであってもよい。さらに、本発明の方法は検査室または手術室に配設されたロボットアームによって支承される画像形成装置を備えたＸ線システムに適用することもできる。
１ Ｃアームを備えたＸ線装置、 ２ Ｃアーム、 ３ Ｘ線発生器、 ４ Ｘ線画像検出器、 ５ 患者寝台、 ６ 画像システム、 ７ 評価計算機、 ８ 再生装置、 ９ 患者、 １０ 線束

Claims (7)

  1. 運動する対象物に対する少なくとも１つの最適な観察点を形成するために、ダイナミックに適合可能な画像形成システムの位置を調整する方法において、
    ａ）前記運動する対象物について形成された、少なくとも３次元の少なくとも１つの時間分解能データセットを用いるステップ、
    ｂ）前記時間分解能データセットの時間ステップごとに前記画像形成システムの位置を計算し、該計算された位置から前記運動する対象物の関心領域となる構造に対する少なくとも１つの最適な観察点を形成するステップ、
    ｃ）前記ステップｂで計算された位置をリアルタイムで自動調整し、前記関心領域となる構造に対する少なくとも１つの最適な観察点をつねに表示可能にするステップ
    を有する
    ことを特徴とするダイナミックに適合可能な画像形成システムの位置を調整する方法。
  2. 前記ステップｂの前に、前記運動する対象物の前記関心領域となる構造を、前記時間分解能データセットの時間ステップごとにセグメント分割する、請求項１記載のダイナミックに適合可能な画像形成システムの位置を調整する方法。
  3. 前記画像形成システムとしてＣアームを備えたＸ線システムを用い、前記ステップｃで前記Ｃアームの位置および／または角度をリアルタイムで調整する、請求項１または２記載のダイナミックに適合可能な画像形成システムの位置を調整する方法。
  4. 前記Ｘ線システムはロボット制御方式のＣアームを有する、請求項３記載のダイナミックに適合可能な画像形成システムの位置を調整する方法。
  5. 前記時間分解能データセットの前記時間ステップは前記運動する対象物の運動の相を含む、請求項１から４までのいずれか１項記載のダイナミックに適合可能な画像形成システムの位置を調整する方法。
  6. 請求項１から５までのいずれか１項記載のダイナミックに適合可能な画像形成システムの位置を調整する方法の実行に適したＣアーム（２）を備えた
    Ｘ線システム（１）において、
    時間分解能データセットの時間ステップごとに前記Ｃアームの位置を計算し、該計算された位置から関心領域となる構造に対する少なくとも１つの最適な観察点を形成する手段（７）と、
    前記計算された位置をリアルタイムで自動調整し、前記関心領域となる構造に対する少なくとも１つの最適な観察点をつねに表示可能にする手段と
    を有する
    ことを特徴とするＸ線システム。
  7. 当該のＸ線システムはロボット制御方式のＣアームを有する、請求項６記載のＸ線システム。
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