JP2011529359A - 歯の３次元ｘ線画像生成のための方法およびｘ線装置 - Google Patents

Abstract

領域（４２、Ｖ１、Ｖ２）としてＸ線装置（１）により生成された対象物（１４）の少なくとも一部分の３次元Ｘ線画像の生成方法において、複数のＸ線投影画像から、対象物の周囲を一周する間に、３次元Ｘ線画像としての領域が生成可能である。この際Ｘ線装置による領域（４２、Ｖ１、Ｖ２）のＸ線画像の生成の前に少なくとも対象物（１４）の一部分が画像表示（４０、７１、７２、７３）において表示され、実際の装置および患者の位置に対する画像表示（４０、７１、７２、７３、７４）の相対位置が分かる。装置に関する対象物の位置決め、ならびに設定および／または制御データの選択に依存して撮影される領域（４２、Ｖ１、Ｖ２）は、画像表示（４０、７１、７２、７３、７４）において少なくともおおよそ正しい位置へと視準が合わせられ、画像表示（４０、７１、７２）における領域（４２、Ｖ１、Ｖ２）の位置および／または大きさの変更において、３次元Ｘ線画像生成のための設定および／または制御データが決定される。
【選択図】図５

Description

本発明は、対象物の周囲を一周する間に複数の投影画像より３次元Ｘ線画像としての領域が生成可能である、歯の３次元Ｘ線画像生成のための方法およびＸ線装置に関する。

現在市場において見られる、患者の顎および頭部の歯の３次元Ｘ線画像生成のためのコーンビームＸ線装置においては、ある領域の３次元Ｘ線画像が生成される。この領域は装置に関する患者の位置決め、患者の周囲を周回するＸ線管装置およびＸ線画像検出器の周回動作の選択、ならびにコリメータの大きさや照射の幾何学的配置などその他の大きさにより、位置や大きさが決定される。

医師にとって問題となるのは、この領域の位置および／または大きさを、撮影された領域が医療の観点から関心のある部分と一致するように選択することである。検査すべき領域が小さいほど、この問題は大きくなる。このため、従事者には位置決めのための様々な補助が与えられており、これらの多くは、例えばビーム・ローカライザを使用した患者の頭部における位置表示などのように、機械的または光学的方法に基づくものである。独国特許公開公報第１０ ２００４ ０２０ ３７０ Ａ１号より、Ｘ線管装置において、Ｘ線管装置によってＸ線照射された患者の頭部の光学的画像生成のために光学カメラを備えたＸ線装置が公知である。ここでは、診断のためにＸ線画像の割当てを簡易化して対象物の画像の表面を目に見えるものとするために、Ｘ線管装置が患者の頭部の周囲を周回し始めるときまたはその最中に、光学的画像が生成可能である。

本発明による、ある領域として生成された対象物の少なくとも一部分の３次元Ｘ線画像の生成方法において、装置に対する対象物の位置決めを含めて、複数のＸ線投影画像から、少なくとも対象物の一部の周囲をシステムが少なくとも部分的にＸ線管装置およびＸ線画像検出器から一周する間に、３次元Ｘ線画像としての領域が生成可能であり、Ｘ線装置によるＸ線画像の生成の前に少なくとも対象物の一部分が画像により表示され、また実際の装置および患者の位置に対する画像表示の相対位置が分かる。装置に関する対象物の位置決め、ならびに設定および／または制御データに依存して撮影される画像は、画像表示において少なくともおおよそ正しい位置へと視準が合わせられる。

画像表示における領域の位置および／または大きさの変更において、３次元Ｘ線画像生成のための設定および／または制御データが新たに決定または調整される。

設定および／または制御データは例えばＸ線管装置およびＸ線画像検出器から周回するシステムの回転軸の位置を決定し、場合によってはこの位置の周回中の変更およびその他のパラメータを決定する。

例えば画像表示へ撮影される領域の視準の際に、相対位置がそれぞれの位置データの比較、すなわちこれらの撮影される領域の位置情報および画像表示の位置情報の比較によって検出され、これに相応して互に調整がなされることによって、少なくともおおよそ正しい位置への視準がなされ得る。この際、例えば撮影の際の撮影角度が異なる場合などには、撮影される領域のおおよその領域が表示されれば十分である。少なくとも概略的に視準が合わせられた領域によって、領域として生成された対象物の部分領域の位置および大きさが表示されるが、この時点では所望の画像内容とはなっておらず、これに続く周回において初めて生成される。

画像表示は対象物の表面および／または輪郭の少なくとも一部分であると有利である。光学的画像、すなわち例えば波スペクトルの可視領域における光を使用した写真が表示されることが考えられるが、計測により得られた表面でもよい。対象物の部分的な撮影においては、特に頭蓋の輪郭が問題となる。

複数の光学的画像により３次元の輪郭を算出し、この３次元の輪郭の領域を表示することもできる。

画像表示は存在する３次元画像、またはその一部であり得る。３次元撮影としては、特に３次元Ｘ線撮影が考えられるが、磁気共鳴断層撮影（ＭＲＴ）も考えられる。これらの存在する３次元画像は個々の患者について生成されたものでもよく、または一般画像として呼び出し可能に保存されたものでもよい。対象物内の細分化された部分を表示するために既に存在する対象物の３次元画像を使用することは、使用者が、例えば神経管または歯根の経路のような既に作成された情報および構造に基づき、撮影する領域の位置決定および大きさをより正確に選択することができるという点で有利である。

さらに様々な方向から対象物の複数の画像を生成するとともに表示することができ、ここで領域の位置は各画像において少なくともおおよそ正確な位置に表示される。

特に、対象物の表面および／または輪郭の表示に加えて、保存された３次元画像が表示されることが有利であり、ここで生成する領域は対象物の表面および／または輪郭としても、保存された３次元画像としても表示される。

この対象物の外部および内部の特徴の組み合わせにより、領域の配置を改善することができる。

対象物の表面および／または輪郭の表示ならびに存在する３次元画像の位置が互いに自動的に調整され、および／または、対象物の表面および／または輪郭の表示ならびに存在する３次元画像の位置が互いに手動に調整されるための入力手段があると有利である。

画像表示は、存在する複数の標準化された解剖学的構造から選択可能な構造、または、存在するその他の解剖学的構造の表示から生成可能な解剖学的構造を有することが好ましい。特に重要な解剖学的構造として、特に歯茎のカーブ、顎間接および／または親知らずが考えられる。

このような解剖学的構造はさらに、光学的画像のような他の画像表示に視準を合わせることができる。

３次元Ｘ線画像生成前の領域の位置および／または大きさを変更可能であり、この際投影画像の生成のための装置および軌道曲線の位置決めといった設定および／または制御データが、領域の生成のために概略的に表示された領域の変更された位置および／または大きさに対して調整されると特に有利である。

画面に表示された概略的な領域が入力装置によって画面上で移動可能であり、表示された領域の位置情報および／または大きさがＸ線装置に転送されることが好ましい。こうして画像生成のための設定および／または制御データを決定することができる。

画面に表示され入力装置によって画面上で移動可能である領域が、表示された解剖学的構造と少なくとも部分的に重複する状態を維持しているときのみ移動可能であると特に有利である。これにより、配置の誤りが完全に排除される。

本発明のさらなる対象は歯の３次元Ｘ線画像生成のためのＸ線装置に関し、この装置はＸ線装置における患者の位置決めのための位置決め器具、ならびに、周回軌道上において位置決め器具で位置決めされた患者の周囲を移動可能なＸ線管装置およびＸ線画像検出器からＸ線装置の一部として構成されるシステムを有する。

さらに、３次元Ｘ線画像生成前の対象物の少なくとも一部分の表示画像が示され、画像表示のための表示手段を備える。表示手段に表示された撮影すべき領域の位置および／大きさを変更するための入力装置を備える。

これにより、画像表示において概略的に表示された領域が表示ユニットにおいて移動可能である。表示手段として、Ｘ線装置のユーザ・インターフェイス、および、Ｘ線装置から独立した、Ｘ線装置と単にデータ技術的に接続され、かつＸ線装置の外部制御のためのソフトウェアを有し得る表示ユニットの両方が考えられる。

存在する画像表示は、患者に関連した、もしくは少なくとも解剖学的構造の標準化された３次元画像、および／または対象物の表面および／または輪郭の少なくとも一部分であることが好ましい。この３次元画像は例えば光学的画像、Ｘ線またはＭＲＴ画像でもよい。

さらに、例えば軌道曲線および患者の位置といったＸ線装置の設定および／または制御データを画像表示に表示された領域の位置および／または大きさから決定するための評価手段を備えてもよい。この装置は３次元Ｘ線画像生成のために、入力手段により変更された選択範囲に調整され得る。これは、概略的に表示された領域の位置および大きさによって、３次元Ｘ線画像生成またはこれに要する３次元投影画像の生成のためのＸ線装置の設定および／または制御データが決定されることを意味する。これには患者の位置も含まれ得る。

Ｘ線管装置およびＸ線画像検出器から構成されるシステムには、Ｘ線管装置もしくはＸ線画像検出器上、またはＸ線管装置もしくはＸ線画像検出器の側面に設置された光学カメラが設置されていると有利であり、２つまたはそれ以上のカメラを備えてもよい。ここでカメラにより生成された画像表示と撮影すべき領域との位置関係が分かり、カメラによって撮影すべき画像表示が生成され得る。

本発明の実施形態が図面に描写される。

顎および頭部の３次元Ｘ線画像生成のための歯のＸ線装置を示す。 図１のＸ線装置の上面図を示す。 照射経路における対象物の配置の概略図を示す。 図４Ａおよび図４Ｂは光学的画像における撮影すべき領域の画面を示す。 光学的画像における撮影すべき領域の輪郭の画面を示す。 同時に視準が合わせられた３次元Ｘ線画像を有する光学的画像における撮影すべき領域の図を示す。 同時に視準が合わせられた解剖学的構造を有する領域の画像表示の輪郭図を示す。

図１には顎および頭部の３次元Ｘ線画像生成のためのＸ線装置が示され、この装置はＸ線装置１と表示ユニット２とを含み、表示ユニット２はＸ線装置１と接続されているかまたはその一部であるＰＣ３の一部であってもよい。Ｘ線装置１はＸ線管装置４とＸ線画像検出器６とから構成されるシステムを有し、Ｘ線管装置４とＸ線画像検出器６とはキャリヤ８によって互いに接続されており、キャリヤ８は回転軸１０を軸として検査対象物としての患者の頭１４の周囲を旋回することができる。ここで回転軸１０は周中固定されている必要はなく、例えば楕円形の動きをすることができる。

キャリヤ８は柱１６に沿って高さを調節可能に移動する搬送装置１８にカンチレバー ２０によって回転可能に固定されている。高さを調節可能な搬送装置１８はさらに患者の頭１４の位置決めのための咬合阻止器２２を備えていてもよい。咬合阻止器２２が搬送装置１８と接続されたカンチレバー２４に取り付けられていてもよい。カンチレバー２４は表示ユニット２８および操作ボタン３０を有するユーザ・インターフェイス２６を備えていてもよい。

光学的画像の形における対象物の画像生成のために、センサ６に接して、もしくはセンサ６の横にカメラを備えてもよく、このうちカメラ５０が示されている。これについては以下で図２において詳細に説明する。

操作部分２６の表示ユニット２８または外部の画面２には、カメラ５０で撮影された患者の頭１４の光学的画像４０が側部の光学的画像の形における画像として表示される。ここでは表示された角度に対して９０°の角度でカメラ５０によって撮影されている。画面２に表示された患者の頭の画像４０には、Ｘ線装置により生成される領域４２が表示される部分が示されている。この領域は基準位置の規定値としてフォローまたは調整することができるが、複数の基準位置から事前に選択することもでき、この場合も後からこの領域を実際の各患者の状況に対して調整できる。

これに加えて、表示された頭の画像４０の領域４２の位置は、矢印４６、４８で示すように、操作ボタン３０、またはコンピュータのマウスのような入力手段４４、またはライトペン、またはタッチセンサ式ディスプレイによって変更することができる。さらに領域４２の大きさを入力手段４４によって移動される入力矢印４９などによって変更することができる。

領域４２の３次元Ｘ線画像生成のためのＸ線装置の設定および／または制御データ決定のために表示された、領域４２の位置および大きさの送信はＰＣ３の一部である評価手段によって行うことができる。ＰＣ３によって、異なる投影画像からも領域４２の３次元Ｘ線画像を生成することができる。

患者の頭またはその一部の画像４０は、異なる方向から生成された複数の光学的画像から構成される、例えば輪郭４０として表示される光学３次元画像でもよい（図５）。理論的には、より小さい領域４２の位置を明確に定めるためには異なる方向からの２種類の投影画像があれば十分である。このため、図４Ａ、４Ｂのように、３次元画像に代えて、領域のそれぞれの位置が示されている患者の頭の側部および正面の画像が表示されてもよい。

画像４０はまたＸ線装置内での患者の頭の計測から取得されてもよく、計測結果はまずある特定の方向から撮影された個々の画像として生成される。このようなスキャン方法は従来技術により公知である。これらの計測結果は、場合によっては異なる方向からのさらなる計測結果によって補充することもできる。

光学的画像に代えて、対象物は例えば機械的または光学的に計測されてもよく、この際計測点は数か所でよく、これによりこれらの計測点から輪郭を概略的に計算することができる（図５を参照されたい）。

図２では光学的画像の生成のための原則的描写を示し、咬合阻止器２２によってＸ線装置のカンチレバー２４および搬送装置１８で位置を固定された、検査すべき対象物としての患者の頭１４から出発する。センサ６の両側方には光学カメラ５０、５２が備えられ、異なる方向から患者の頭１４へ向けられている。これらの両画像から、撮影すべき対象物に対する公知の位置関係によって、患者の頭１４を同時に２方向から表示することができる。

２種類の画像では不十分である場合には、センサ６を両カメラ５０、５２とともに回転軸１０を中心に回転してもよく、これにより異なる方向からさらに画像を生成することができる。

このようにして光学的３次元計測を行うこともでき、このため光学的画像に代えて患者の頭の光学的３次元計測結果が得られる。

図３には患者の頭１４の２つの正面図において異なる位置に配置された領域Ｖ１、Ｖ２を示す。領域Ｖ１、Ｖ２の位置および大きさは、Ｘ線管装置４、４’およびセンサ６、６’を有する装置に関する患者１４の位置決め、Ｘ線管装置４、４’およびセンサ６、６’の回転軸１０、１０’を中心とした周回の軌道曲線の位置、照射角度の限定のための照射コリメータの設定、および場合によってはさらなるパラメータに影響を及ぼす。

この際センサ６、６’の照射された部分の大きさｄ１、ｄ２も、領域Ｖ１、Ｖ２の位置および大きさに左右される。

患者の頭１４においてそれぞれ表面が覆われた領域Ｖ１の境界６１、６２または領域Ｖ２の境界６３、６４は、図４Ａ、４Ｂで例示されたＶ２の光学的画像において示されている。ここでは円錐状の照射が考えられ、正しい大きさおよび位置における領域の表示が求められる。

図４Ａは患者の頭１４の正面全体画像としてのｚ‐ｘにおける光学的画像７１であり、図４Ｂは患者の頭１４の側面図としてのｚ‐ｙ平面における光学的画像７２である。

領域Ｖ２の境界６３、６４の位置の変更により、領域Ｖ２および領域Ｖ２の生成に必要な装置パラメータも変更される。

図５は光学的画像４０における患者の頭１４の撮影すべき領域４２の輪郭図を示す。ここで撮影すべき領域４２は透視図で示されてもよい。

図６では図４Ａの対象物の表面の画像７１の表示に加えて、記録された３次元画像７３を示し、ここでは患者の頭の全体画像に代えて部分画像として顔の下部分の画像でも十分である。入力手段によって対象物の画像７１および３次元Ｘ線画像７３の位置が互いに調整でき、生成すべき領域Ｖ１が頭蓋の輪郭の光学的画像７１でも３次元Ｘ線画像７３でも示され、位置および大きさの変更が可能である。

領域４２の３次元Ｘ線画像の生成後の領域Ｖ１の立体解像度は、記録された３次元Ｘ線画像７３の解像度に対して高く、このためより詳細な評価が可能となる。

図７は光学的な対象物の表示７１内での解剖学的構造の例としての、歯茎のカーブ７４の形における画像表示に関し、これにより位置決めが容易になる。歯茎のカーブ７４は過去の画像から、または例えば患者のパノラマ断層撮影画像からも生成できる。解剖学的構造の概略的表示も可能であり、この際歯科医師自身が顎の形を判断し、場合によっては存在する様々なスキーマから適したものを探し出す。同様に、頭の輪郭から求めるべき歯茎のカーブのスキーマを導き出すことも可能である。

領域Ｖ１の位置決めのために解剖学的構造７４が少なくとも一部分に限定される場合、この構造はまた希望に応じて限定されるため、より確実な位置決めが可能となる。ここで、画像のタイプに応じて少なくとも２５〜５０％の最小重複限界値が与えられると好ましい。この場合解剖学的構造７４外での領域Ｖ１’の配置は除外される。この要求は画像のタイプ、すなわち歯根または顎関節等の画像種類の事前選択によって決まる。

基本的には、実際の装置および患者の位置に関する画像表示の位置を決定する、例えば光学的画像または既に存在する３次元画像としての一種の位置登録のような、対象物の画像表示に対する撮影すべき領域の少なくともおおよそ正しい位置への視準が必要となる。このために例えば画像表示の生成の際の患者を固定した状態の位置データが検出および記録されてもよく、これにより実際の位置との比較が可能になる。

一般的に言えば、過去のＸ線画像における患者に対する装置の相対位置の、実際の装置と患者の位置との比較が可能となり、これにより画像表示における撮影すべき領域の位置を正確に表示することができる。このことは、この領域のＸ線撮影の直前に光学撮影がなされない場合、図２に示す光学撮影においても必要となる。

Claims (15)

1. 装置（１）に対する対象物（１４）の位置決めを含めて、複数のＸ線投影画像から、少なくとも対象物（１４）の一部の周囲をシステムが少なくとも部分的にＸ線管装置（４、４’）およびＸ線画像検出器（６、６’）から一周する間に、３次元Ｘ線画像としての領域（４２、Ｖ１、Ｖ２）が生成可能である、ある領域（４２、Ｖ１、Ｖ２）として生成された対象物（１４）の少なくとも一部分の３次元Ｘ線画像のＸ線装置（１）による生成方法であって、
   領域（４２、Ｖ１、Ｖ２）のＸ線画像の生成の前に少なくとも対象物（１４）の一部分が画像（４０、７１、７２、７３）により表示され、また実際の装置および患者の位置に対する画像表示（４０、７１、７２、７３、７４）の相対位置が分かり、
   装置に関する対象物（１４）の位置決め、ならびに設定および／または制御データに依存して撮影される領域（４２、Ｖ１、Ｖ２）は、画像表示（４０、７１、７２、７３、７４）において少なくともおおよそ正しい位置へと視準が合わせられ、
   画像表示（４０、７１、７２）における領域（４２、Ｖ１、Ｖ２）の位置および／または大きさの変更において、３次元Ｘ線画像生成のための設定および／または制御データが決定されることを特徴とする方法。
2. 画像表示（４０、７１、７２）が対象物（１４）の表面および／または輪郭の少なくとも一部分を備えることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 複数の光学的画像（４０）により３次元の輪郭を算出し、この３次元の輪郭の領域（４２、 Ｖ１、Ｖ２）を表示することを特徴とする、請求項２に記載の方法。
4. 画像表示（４０、７１、７２）存在する３次元画像（７３）またはその一部であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
5. 様々な方向から対象物（１４）の複数の画像（７１、７２）を生成するとともに表示し、領域（Ｖ１、Ｖ２）の位置は各画像（７１、７２）において正確な位置に表示されることを特徴とする、請求項２〜４に記載の方法。
6. 対象物（４０、７１、７２）の表面および／または輪郭の表示に加えて、保存された３次元画像（７３）が表示され、ここで生成する領域（４２、Ｖ１、Ｖ２）は対象物（４０、７１、７２）の表面および／または輪郭としても、保存された３次元画像（７３）としても表示されることを特徴とする、請求項２〜４および５に記載の方法。
7. 対象物（４０、７１、７２）の表面および／または輪郭の表示ならびに存在する３次元画像（７３）の位置が互いに自動的に調整され、および／または、対象物（４０、７１、７２）の表面および／または輪郭の表示ならびに存在する３次元画像（７３）の位置が互いに手動に調整されるための入力手段（４４）を備えることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
8. 画像表示は、例えば歯茎のカーブ（７４）のような存在する複数の標準化された解剖学的構造（７４）から選択可能な、または、存在するその他の解剖学的構造の表示から生成可能な解剖学的構造を有することを特徴とする、請求項１〜７に記載の方法。
9. ３次元Ｘ線画像生成前の画像表示（４０、７１、７２、７３、７４）において生成された領域（４２、Ｖ１、Ｖ２）の位置及び大きさを変更可能であり、患者の装置ならびに／もしくは領域（４２、Ｖ１、Ｖ２）の生成に必要な設定および／または制御データに対する相対位置、が領域（４２、Ｖ１、Ｖ２）の変更された位置および／または大きさに対して調整されることを特徴とする、請求項１〜８に記載の方法。
10. 画面（２）に表示され入力装置（４４）によって領域（４２、Ｖ１、Ｖ２）が画面（２）上で移動可能であり、表示された領域（４２、Ｖ１、Ｖ２）の位置情報および／または大きさがＸ線装置（１）に転送されることを特徴とする、請求項９に記載の方法。
11. 画面（２）に表示され入力装置（４４）によって画面（２）上で移動可能である領域（４２、Ｖ１、Ｖ２）が、表示された解剖学的構造（７４）と少なくとも部分的に重複する状態を維持しているときのみ移動可能であることを特徴とする、請求項８〜１０に記載の方法。
12. Ｘ線装置（１）における患者の位置決めのための位置決め器具（２２−２４）、ならびに、周回軌道上において位置決め器具（２２、２４）で位置決めされた患者の周囲を移動可能な、Ｘ線装置（１）の一部としてのＸ線管装置（４）およびＸ線画像検出器（６）を有する歯のＸ線画像生成のためのＸ線装置であって、３次元Ｘ線画像生成前の対象物（１４）の少なくとも一部分の表示画像（４０、７１、７２、７３）が示され、画像表示のための表示手段（２）を備え、表示手段（２）に表示された撮影すべき領域（４２、Ｖ１、Ｖ２）を変更するための入力手段（４４）を備えることを特徴とする装置。
13. 存在する画像表示（４０、７１、７２、７３、７４）は、患者に関連した少なくとも解剖学的構造を有する３次元画像（７４）であり、および／または対象物（１４）の表面（７１、７２）および／または輪郭（４０）の少なくとも一部分であることを特徴とする、請求項１２に記載のＸ線装置。
14. Ｘ線装置の設定および／または制御データを、画像表示（４０、７１−７４）に表示された領域（Ｖ１、Ｖ２）の位置および／または大きさから決定するための評価手段を備えることを特徴とする、請求項１２または１３に記載のＸ線装置。
15. Ｘ線管装置（４、４’）およびＸ線画像検出器（６、６’）から構成されるシステムに、少なくとも１つの光学カメラ（５０、５２）が取り付けられており、この際カメラ（５０、５２）で生成された画像表示（４０、７２、７２）と撮影すべき領域（４２、Ｖ１、Ｖ２）との位置関係が分かることを特徴とする、請求項１２〜１４に記載のＸ線装置。

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