JP2014503335A - 画像取得最適化 - Google Patents

Abstract

画像処理システムを用いて、被験者の画像データを取得するためのシステムおよび方法が提供される。そのシステムは、被験者の少なくとも一部を完全に環状に取り囲むガントリーを、該ガントリー内に配置され、ガントリーに対して移動可能なソースとともに含む。ソースは、少なくとも１つのパルスを出力するための信号に応答可能である。システムは、ソースによって放射されるパルスを検出するよう、ガントリー内に配置され、ガントリーに対して移動可能な検出器を含む。また、システムは、検出されたパルスに基づいて検出器のデータを設定する検出器制御モジュールと、ソースのための信号を設定し、検出器データを受け取る画像取得制御モジュールとを含む。画像取得制御モジュールは、検出器データに基づいて画像データを再構成する。信号は、ソースについて単一のパルスを出力するための信号または２つのパルスを出力するための信号を含む。

Description

発明の詳細な説明

〔分野〕
本開示は、被験者を画像処理することに関し、特に画像処理装置のための最適な画像取得処理に関する。

〔背景〕
この項目は、必ずしも先行技術ではない本開示に関する背景の情報を提供する。

人の患者のような被験者は、患者の組織を治すか良くするために外科的手術を行うことを選択または要求される。組織の改良は、骨の移動または改良、埋込装置の挿入または他の適切な手術のような様々な手術を含む。外科は、磁気共鳴映像（ＭＲＩ）システム、コンピューター断層撮影（ＣＴ）システム、蛍光透視法（例えば、Ｃ−アーム画像システム）または他の適切な画像処理システムのような画像処理システムを使用することで取得された患者の画像を用いて、被験者に対して手術を行う。

患者の画像は、手術（手術を計画することを含む）を行うとき、外科医の役に立つ。外科医は、患者を示す２次元画像または３次元画像を選択できる。画像は、上層の組織（真皮組織および筋肉組織を含む）を除くことなく患者の組織を見ることによって、非侵襲的技術を用いて手術を行うときに外科医の役に立つ。

〔要約〕
この項目は、開示の一般的な要約を提供し、全範囲または全特徴の広範囲の開示ではない。

様々な実施形態において、画像処理システムを用いて、被験者の画像データを取得するためのシステムが提供される。そのシステムは、被験者の少なくとも一部を完全に環状に取り囲むガントリーを含む。そのシステムは、ガントリー内およびガントリーに関して移動可能に配置されるソースを含む。ソースは、少なくとも１つのパルスを出力するための信号に反応的である。システムは、ソースによって放出される少なくとも１つのパルスを検出するための、ガントリーおよびソース内およびガントリーおよびソースに関して移動可能に配置される検出器を含む。システムは、少なくとも１つのパルスで検出されたものに基づいて検出器のデータを設定する検出器制御モジュールと、ソースの信号を設定し、検出器のデータを受け取る画像取得制御モジュールとを含む。画像取得制御モジュールは、検出器のデータに基づいて画像データを再構成するよう動作可能である。信号は、ソースが単一のパルスまたは２つのパルスを出力するための信号を含む。

さらに、画像処理システムを用いて、被験者の画像データを取得する方法が提供される。方法は、被験者の少なくとも一部を完全に環状に取り囲むガントリーを、該ガントリー内に配置され、該ガントリーに対して移動可能なソースおよび検出器とともに配置するステップを含む。方法は、ソースについて出力の要求を規定する少なくとも１つのユーザ入力を受け取るステップと、ユーザ入力に基づいて、ソースについての出力のタイプを判定するステップとを含む。方法は、ソースを用いて、１つのパルスを出力する、または、実質的に同時に２つのパルスを出力するステップと、検出器を用いて、１つのパルスまたは２つのパルスを受け取るステップとを含む。また、方法は、検出器により受け取られた１つのパルスまたは２つのパルスに基づいて、被験者の画像データを再構成するステップを含む。

また、画像処理システムを用いて、被験者の画像データを取得するための方法が提供される。方法は、被験者物の少なくとも一部を完全に環状に取り囲むガントリーを、該ガントリー内に配置され、該ガントリーに対して移動可能なソースおよび検出器とともに配置するステップを含む。方法は、ソースを用いて、第１パルスレートを有する第１パルスを出力するステップと、第１パルスレートと異なる第２パルスレートを有する第２パルスを実質的に同時に出力するステップとを含む。方法は、検出器を用いて、第１パルスおよび第２パルスを受け取るステップと、検出器によって受け取られた第１パルスおよび第２パルスに基づいて、被験者の画像を再構成するステップとを含む。

ここに記載の図は、選択された実施形態だけの例示の目的であり、すべての可能な実施ではなく、本開示の範囲を限定することを意図していない。

図１は、手術室における典型的な画像システムを示す図である。

図２は、図１の画像システムを使用した典型的なコンピューターシステムの概略図である。

図３は、様々な実施形態において画像取得制御モジュールを実施するためのシステムを示す単純化したブロック図である。

図４は、図３の画像取得制御モジュールによって行われる典型的な制御システムを示すデータフロー図である。

図５は、画像取得制御モジュールによって行われる方法を示すフローチャートである。

図６は、図５のＡの続きを示すフローチャートである。

図７は、図５のＢの続きを示すフローチャートである。

図８は、図５のＣの続きを示すフローチャートである。

図９は、図１の画像システムの２つのエネルギー出力についての概略的なタイミングチャートを示す。

〔詳細な説明〕
次の記載は、単に典型的なものである。図において、対応する部材番号は、対応する部分および特徴を示す。上述のように、本技術は、ルーイビルに営業所を有する米国の「Ｍｅｄｔｒｏｎｉｃ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ」によって販売されているＯ−アーム（登録商標）画像処理システムのような、最適化された画像取得を画像処理装置に設けるようにしてもよい。しかしながら、本技術は、Ｃ−アーム画像処理装置のような適切な画像処理装置に適用可能である。さらに、ここに使用されるように、「モジュール」という用語は、計算装置によってアクセスされるコンピュータ読取可能な媒体、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、電気回路、処理装置および１以上のソフトウエアまたはファームウエアプログラム、論理回路および／または他の適切なソフトウエア、ファームウエアプログラムまたは記載の機能を提供する構成要素を実行するメモリということができる。また、ここに提供される値は、単に典型的なキロボルト単位のパルスレート、ミリ秒単位のパルス幅であり、パルスレートおよびパルス幅は、小児科の患者の場合のように特定の患者および臨床の計画に基づいて変化する。

図１について、手術室１０において、ユーザ１２のようなユーザは、患者１４に手術を行う。手術を行う際、ユーザ１２は、手術を行うために、患者１４の画像データを取得するために画像処理システム１６を使用可能である。患者１４から取得された画像データは、Ｘ線画像処理システム（ここに記載のものを含む）を用いて取得された２次元（２Ｄ）投影像を含む。しかしながら、ここに記載のように、体積モデルの２Ｄの前方の投影像が生成されると理解すべきである。

ある例において、モデルは、取得された画像データを使用することによって生成される。モデルは、ここに記載のように、代数的反復技術を含む様々な技術を使用して取得された画像データに基づく３次元（３Ｄ）体積モデルである。画像データ１８は、ディスプレイ装置２０に表示され、ここに詳細に記載されるように、画像処理計算システム３２と連携してディスプレイ装置３２ａに表示される。表示される画像データ１８は、２Ｄ画像、３Ｄ画像または時間変化のある４次元画像である。表示される画像データ１８は、取得された画像データ、生成された画像データ、両方または両タイプの画像データの融合を含む。

患者１４から取得された画像データは、例えばＸ線画像処理システムを用いて、２Ｄ投影像として取得される。２Ｄ投影像は、患者１４の３Ｄ体積画像データを再構成するために使用される。また、理論上または前の２Ｄ投影像は、３Ｄ体積画像データから生成される。したがって、画像データは、２Ｄ投影像および３Ｄ体積モデルの一方、または、それら両方である。

ディスプレイ装置２０は、計算装置２２の一部である。計算装置２２は、様々なコンピュータ読取可能な媒体を含む。計算システム２２は、様々なコンピュータ読取可能な媒体を含む。コンピュータ読取可能な媒体は、計算システム２２によってアクセスされる任意の利用可能な媒体であり、揮発性および不揮発性の記録媒体の両方、取り外し可能な媒体および固定媒体を含む。限定するものではないが、例として、コンピュータ読取可能な記録媒体は、コンピュータ記録媒体および通信媒体を含む。記録媒体は、限定するものではないが、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリまたは他の記録技術、ＣＤ−ＲＯＭ、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）または他の光ディスク記録装置、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスク記録装置または他の磁気記録装置、またはコンピュータ読取可能な指示、ソフトウエア、データ構造、プログラムモジュール、計算システム２２によってアクセスされる他のデータを記録するために使用される他の媒体である。コンピュータ読取可能な媒体は、直接またはインターネットのようなネットワークを介してアクセスされる。

ある例において、計算システム２２は、キーボードのような入力装置２４、計算システム２２と接続された１以上の処理装置２６（１以上の処理装置は、マルチプロセッシングコアプロセッサー、マイクロプロセッサーなどを含む。）を含む。入力装置２４は、タッチパッド、タッチペン、タッチスクリーン、キーボード、マウス、ジョイスティック、ワイヤレスマウスまたはこれらの組み合わせのような、計算システム２２と接続することを可能にする任意の適切な装置を含む。さらに、計算システム２２は、表示装置２０とは独立して入力装置２４を含むものとして、ここに記載および例示されているが、計算システム２２は、タッチパッド型またはタブレット型計算装置を含んでもよく、さらに画像処理装置１６と連携した画像処理計算システム３２内に統合されるか、その一部であってもよい。

接続部２８は、データ通信のために計算システム２２とディスプレイ装置２０との間に設けられ、ディスプレイ装置２０を駆動して、画像データ１８を表示させることを可能にする。

画像処理システム１６は、ルーイビルに営業所を有する米国の「Ｍｅｄｔｒｏｎｉｃ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ」によって販売されているＯ−アーム画像処理システムを含む。選択された期間における使用において、Ｏ−アーム画像処理システムおよび他の適切な画像処理システムを含む画像処理システム１６は、２００９年５月１３日出願の米国特許出願１２／４６５，２０６の「Ｓｙｓｔｅｍ Ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ Ｆｏｒ Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ Ｂｅｔｗｅｅｎ Ａｎ Ｉｍａｇｅ Ａｎｄ Ａ Ｓｕｂｊｅｃｔ」に記載され、ここに組み込まれる。Ｏ−アーム画像処理システムおよび他の適切な画像処理システムに関する追加の記載は、米国特許出願７，１８８，９９８、７，１０８，４２１、７，１０６，８２５、７，００１，０４５および６，９４０，９４１に存在し、ここに組み込まれる。

Ｏ−アーム画像処理システム１６は、画像処理計算システム３２を含む移動カート３０とソースユニット３６および検出器３８が配置される画像処理ガントリー３４とを含む。図２に関して、図は、本開示の手引きと組み合わせて使用される、画像処理計算システム３２の典型的な実施形態いくつかまたは全ての構成要素を示すために提供される。画像処理計算システム３２は、様々なコンピュータ読取可能な媒体を含む。コンピュータ読取可能な媒体は、画像処理計算システム３２によってアクセスされる任意の利用可能な媒体であり、揮発性媒体、不揮発性媒体、取り外し可能な媒体および固定の媒体を含む。例えば、限定するものではないが、コンピュータ読取可能な媒体は、コンピュータ記録媒体および通信媒体を含む。記録媒体は、限定するものではないが、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリまたは他の記録技術、ＣＤ−ＲＯＭ、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）または他の光ディスク記録装置、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスク記録装置または他の磁気記録装置またはコンピュータ読取可能な指示、ソフトウエア、データ構造、プログラムモジュール、計算システム２２によってアクセスされる他のデータを記録するために使用される他の媒体である。コンピュータ読取可能な媒体は、直接またはインターネットのようなネットワークを介してアクセスされる。

ある例において、画像処理計算システム３２は、ディスプレイ装置３２およびシステムユニット３２ｂを含む。例示のように、ディスプレイ装置３２ａは、コンピュータビデオスクリーンまたはモニターを含む。画像処理計算システム３２は、少なくとも１つの入力装置３２ｃを含む。システムユニット３２ｂは、分解図の１００において示されるように、処理装置１０２およびメモリ１０４を含み、メモリ１０４はソフトウエア１０６およびデータ１０８を含む。

この例において、少なくとも１つの入力装置３２ｃは、キーボードを含む。しかしながら、少なくとも１つのユーザ入力装置３２ｃは、タッチパッド、タッチペン、タッチスクリーン、キーボード、マウス、ジョイスティック、ワイヤレスマウスまたはこれらの組み合わせのような、画像処理計算システム３２と接続することを可能にする任意の適切な装置であると理解されるべきである。さらに、画像処理計算システム３２は、ディスプレイ装置３２ａとともにシステムユニット３２ｂを含むものとして、ここに例示および記載されているが、画像処理計算システム３２はタッチパッドまたはタブレット計算装置を含んでもよい。

図３−９について述べられているように、画像処理計算システム３２は、ソース３６および検出器３８を制御して、メモリ１０４に記憶され、処理装置１０２によってアクセスされる画像取得制御モジュール１１０を介して画像データの取得を最適化する。接続は、データ通信のために処理装置１０２とディスプレイ装置３２ａとの間に設けられ、ディスプレイ装置３２ａを駆動して、画像データ１８を表示させることを可能にする。

図１について、移動カート３０は、ある手術室から他の手術室に移動させられ、ガントリー３４は、ここに記載のように移動カート３０に対して移動可能である。これにより、画像処理システム１６は、多くの資本支出または固定の画像処理システム専用の空間を必要とすることなく、多くの位置において、および、多くの手術に用いることができる。

ソースユニット３６は、検出器３８によって検出されるように、患者１４に対してＸ線を放射することが可能である。当業者であれば理解できるように、ソース３６によって放射されるＸ線は、円錐状に放射され、検出器３８によって検出される。ソース３６／検出器３８は、一般的にガントリー３４内において、対向している。また、ガントリー３４は、患者１４に対して、矢印４０の方向に等しく揺れ動く、または、弧を描くように動く（ここでは、揺れ動くものとして記載されている。）ことが可能であり、患者の支持またはテーブル１５に配置される。ガントリー３４は、矢印４２のように患者１４に対して傾き、患者１４および移動カート３０に対して線４４に沿って長さ方向に移動し、移動カート３０に対して線４６に沿って、患者１４に対して横に上下に移動し、患者１４に対して矢印４８の方向に垂直に移動し、患者１４に対して任意の好ましい位置においてソース３６／検出器３８の配置が可能となる。

Ｏ−アーム画像処理装置１６は、画像処理計算システム３２によって正確に制御され、患者１４の正確な画像データを生成するように、患者１４に対してソース３６／検出器３８を移動させる。また、画像処理システム１６は、有線接続、無線接続または画像処理システム１６から処理装置２６への転送のための物理的媒体を含む接続部５０を介して処理装置２６と接続される。したがって、画像処理システム１６を用いて集められた画像データは、案内、表示、再構成などのために、画像処理計算システム３２から計算システム２２に転送される。

具体的に、様々な実施形態において、画像処理システム１６は、案内のない手術または案内された手術で使用される。案内された手順において、光学ローカライザー６０および電磁気ローカライザー６２の一方または両方を含むローカライザーは、磁場を生成するため、または、患者１４に対して案内領域において信号を送受信するために使用される。患者１４に関する案内空間または案内領域は、画像データ１８として記憶され、案内空間内に定められた案内空間および画像データ１８によって定められた画像空間の記憶を可能にする。患者追跡部または動的参照フレーム６４は、患者１４に接続され、画像データ１８について、患者１４の動的な記憶および記録の保持を可能とする。

器具６６は、患者１４に対してトレースされ、案内された手術を可能にする。器具６６は、光学追跡装置６８および／または電磁気追跡装置７０を含み、光学ローカライザーおよび電磁気ローカライザーの一方または両方を用いて器具６６の追跡が可能となる。器具６６は、ナビゲーションインターフェース装置７４とともに通信ライン７２を含む。通信ライン７４，７８それぞれを使用することによって、プローブインターフェース７４は、通信ライン８０を用いて処理装置２６と通信することができる。通信ラインまたは接続部２８，５０，７６，７８，８０のうち任意のものが、有線、無線、物理的伝送媒体または他の適切な通信である。なお、適切な通信システムは、それぞれのローカライザーが設けられ、患者１４に対して器具６６の追跡を可能にし、手術を行うために、画像データ１８について器具６６の追跡された位置の表示が可能となる。

器具６６は、挿入器具および／またはインプラントであると理解されるだろう。インプラントは、心室ステント、血管ステント、脊椎インプラントまたは神経ステントなどを含む。器具６６は、神経刺激装置、切除装置または他の適切な器具のような挿入器具である。器具６６の追跡は、記憶された画像データ１８を用い、患者１４内を器具６６で直接見ることなく、器具６６の位置を見ることを可能にする。

さらに、画像処理システム１６は、光学追跡装置８２または電磁気追跡装置８４のような追跡装置を含み、光学ローカライザー６０または電磁気ローカライザー６２それぞれを用いて追跡される。追跡装置は、ソース３６、検出器３８、ガントリー３４または画像処理システム１６のうち他の部分と直接接続され、選択されたフレームについて、検出器３８の位置を決定する。例示のように、追跡装置８２，８４は、ガントリー３４のハウジングの外面に配置される。したがって、画像処理システム１６は、患者１４に対して追跡され、器具６６が患者１４の初期記憶、自動記憶または継続的な記憶を可能にする。記憶および案内された手術は、上述の米国特許出願１２／４６５，２０６に記載されている。

さらに、図１について、手術室１０は、ゲート装置、心電図またはＥＣＧ１１２を選択的に含み、皮膚電極を介して患者に接着され、画像処理システム３２と通信する。したがって、画像は、生理的信号が引き金となり、タイムゲートの基準に基づいて画像処理システム１６から取得される。例えば、ＥＣＧまたはＥＧＭ信号は、皮膚電極、器具６６を含む検出電極または独立した基準プローブ（図示せず）から取得される。心室脱分極または心房性脱分極と関連したＲ波ピークまたはＰ波ピークのような信号の特性は、画像処理計算システム３２のための引き金となる出来事として使用され、ソース３６を駆動する。画像データ１８の取得をタイムゲートすることによって、画像データ１８は、ここに詳細に記載されるように、特定の段階において、関心の臓器の３Ｄ映像を提供するよう再構成される。

案内された手術において、ＥＣＧ１１２は、ナビゲーションデータをタイムゲートするための使用が可能である。これに関して、心室脱分極または心房性脱分極と関連したＲ波ピークまたはＰ波ピークのような信号の特性は、電磁気ローカライザー６２におけるコイルを駆動するための引き金となる出来事として使用される。さらに、ナビゲーションデータのタイムゲートに関する詳細は、２００２年１１月１９日出願の米国特許出願７，５９９，７３０の「Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｃａｒｄｉａｃ Ｔｈｅｒａｐｉｅｓ」に記載され、ここに組み込まれる。

図３における単純なブロック図は、様々な実施形態において、画像取得制御モジュール１１０を実施するための典型的なシステム１１４を示す。ある例において、画像取得制御モジュール１１０は、入力装置３２ｃからユーザの入力を受ける。なお、表示装置は、ディスプレイ装置３２ａを含むものとしてここに例示および記載されているが、画像処理計算システム３２は、ディスプレイ装置２０に画像データ１８を出力することも可能である。

画像取得制御モジュール１１０は、ソース３６にソース出力信号１１６を送る。記載のように、ソース出力信号１１６は、特定のパルスレートおよびパルス幅で、１以上のＸ線パルス１１８ａ．．．１１８ｎを出力および放射するためにソース３６のための信号を含む。

画像取得制御モジュール１１０は、移動信号１２０をソース３６に出力して、ガントリー３４内のソース３６の位置を移動させ、画像取得制御モジュール１１０は、移動信号１２２を検出器３８に出力して、ガントリー３４内の検出器３８の位置を移動させる。一般的に、ソース３６および検出器３８は、ガントリー３４において、患者１４の長軸１４Ｌの周りに約３６０°移動することが可能である。患者１４に対する検出器３８およびソース３６の動きは、画像処理システム１６が、患者１４に対して複数の選択された位置および方向で、画像データを取得することを可能にする。

これに関して、２Ｄ投影画像データは、最適な位置に、患者１４の周りに移動するソース３６／検出器３８の位置によって、患者１４周りのソース３６／検出器３８の実質的に環状または３６０°の動きによって取得される。また、ガントリー３４の動きによって、ソース３６／検出器３８は、真円で移動する必要はなく、螺旋状に動いてもよく、他の回転の動きでもよい。また、経路は、ガントリー３４およびソース３６／検出器３８を含む画像処理システム１６の動きに基づく、実質的に非対称および／または非線形であってもよい。すなわち、経路は、次の最適な経路において、ソース３６／検出器３８が止まることができ、来た方向に戻る（例えば、振動）ことなどが可能である点において、連続している必要はない。したがって、ソース３６／検出器３８は、ガントリー３４が傾くか、または、移動し、ソース３６／検出器３８が停止し、通過した方向に戻るように、患者１４の周りを完全に３６０°移動する必要はない。さらに、ソース３６および検出器３８の動きについての詳細は、２００３年３月１８日出願の米国特許出願７，１０８，４２１の「Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｌａｒｇｅ Ｆｉｅｌｄ−ｏｆ−Ｖｉｅｗ Ｏｂｊｅｃｔｓ」に記載され、ここに組み込まれる。

再び図３において、パルス１１８ａ．．．１１８ｎは、検出器３８によって受け取られる。検出器３８は、画像取得制御モジュール１１０に、受信されたパルスに関する信号１２０を送信することができる。検出器３８から受信された信号１２０に基づいて、画像取得制御モジュール１１０は、ディスプレイ装置３２ａまたはディスプレイ装置２０において画像データ１８を生成することができる。

これに関して、画像取得制御モジュール１１０は、患者１４の関心領域における初期の３次元モデルの自動的な再構成を行うことができる。３次元モデルの再構成は、代数技術または代数最適化の使用のような任意の適切な方法で行われる。適切な代数技術は、当業者であれば理解できるように、期待値最大化法（ＥＭ）、サブセット化による期待値最大化法（ＯＳ−ＥＭ）、同時の代数的再構成法（ＳＡＲＴ）、全変動最小化法を含む。２Ｄ投影像に基づく３Ｄ体積再構成を行うアプリケーションは、効率的かつ完全な体積再構成を可能にする。

一般的に、代数技術は、画像データ１８として表示するために、患者１４の再構成を行うための反復のプロセスを含む。例えば、理論上の患者の図または定型モデルに基づく、または、生成されたもののような理論上の画像データの投影像は、理論上の投影像が患者１４から取得された２Ｄ投影画像データに合うまで反復的に変化される。そして、モデルは、患者１４の取得された２Ｄ投影画像データから適切に３Ｄ体積再構成モデルに変換され、案内、診断または計画のような外科的介入において使用される。理論モデルは、理論モデルを再構成するために理論上の画像データに関連づけられている。このように、モデルまたは画像データ１８は、画像処理システム１４を用いて、患者１４から取得された画像データに基づいて作成される。画像取得制御モジュール１１０は、画像データ１８をディスプレイ装置３２ａまたはディスプレイ装置２０に出力する。

図４におけるデータフロー図は、画像取得制御モジュール１１０において搭載されている画像取得制御システムの様々な構成要素を示す。画像取得制御モジュール１１０は、画像処理システム１６を制御して、ディスプレイ装置３２ａおよび／またはディスプレイ装置２０への表示のための画像データ１８を生成する。本開示における画像取得制御システムの様々な実施形態は、画像取得制御モジュール１１０内に搭載される任意の数のサブモジュールを含む。示されているサブモジュールは、画像データ１８を生成するように組み合わせられる、および／または、配分される。さらに、画像取得制御モジュール１１０は、処理装置１０８において動作する、非一時的な機械可読コードで表現された１以上のソフトウエアモジュールを含む。システムへの入力は、入力装置３２ｃ、入力装置２４から受け取る、または、計算システム２２または画像処理システム３２内の他の制御モジュール（図示せず）から受け取る、および／または、画像取得制御モジュール１１０（図示せず）内の他のサブモジュール（図示せず）によって決定される。

再度図４において、画像取得制御モジュール１１０は、画像制御モジュール１３０、ソース制御モジュール１３２および検出器制御モジュール１３４を含む。画像制御モジュール１３０は、ユーザ入力データ１３６の入力を受け取ることが可能である。ユーザ入力データ１３６は、入力装置３２ｃまたは入力装置２２から受けた入力を含む。ユーザ入力データは、特定の形式の画像処理を行うための画像システム１６の要求を含む。他の例において、ユーザ入力データ１３６は、２重エネルギー画像処理または単一エネルギー画像処理を行うための画像処理システム１６の要求を含む。ユーザ入力データ１３６に基づいて、画像制御モジュール１３０は、ソース制御モジュール１３２のためのソースデータ１３８を設定することができる。ソースデータ１３８は、画像処理システム１６を起動するための信号、画像処理システム１６の電源を切るための信号、ゲート画像処理を行うための信号、２重エネルギー画像処理を行うための信号および単一エネルギー画像処理を行うための信号を含む。

画像制御モジュール１３０は、検出器のデータ１４０の入力を受け取ることができる。検出器のデータ１４０は、検出器３８によって受信されたパルス１１８ａ−１１８ｎからのエネルギーを含む。検出器のデータ１４０に基づいて、画像制御モジュール１３０は、ソース制御モジュール１３２のための移動データ１４２と、検出器制御モジュール１３４のための移動データ１４４とを設定する。移動データ１４２は、患者１４についての追加の画像データを取得するために、ガントリー３４内の所定の角張った位置に移動されるようソース３６のための信号を含む。移動データ１４４は、患者１４についての追加の画像データを取得するために、ソース３６に対して、ガントリー３４内の所定の角張った位置に移動されるよう検出器３８のための信号を含む。画像制御モジュール１３０は、検出器のデータ１４０に基づいて、画像データ１８を出力することができる。画像データ１８は、患者について再構成された３Ｄ画像を含む。

再度図４について、ソース制御モジュール１３２は、画像制御モジュール１３０からソースデータ１３８および移動データ１４２の入力を受け取ることができる。移動データ１４２に基づいて、ソース３６は、ガントリー３４内の所望の位置に移動することが可能である。ソースデータ３８に基づいて、ソース３６はパルスデータを出力することができる。パルスデータ１４６は、ここに詳細に記載されるように、少なくとも１つのＸ線パルスを含み、いくつかの例において、１以上のＸ線パルスを含む。

検出器制御モジュール１３４は、移動データ１４４および検出器のデータ１４０の入力を受け取る。移動データ１４４に基づいて、検出器１３８は、ガントリー３４において、ソース３６の位置に対して所望の位置に移動することが可能である。検出器制御モジュール１３４は、画像制御モジュール１３０のための検出器のデータ１４０を設定することが可能である。

図５におけるフローチャートは、画像取得制御モジュール１１０によって行われる典型的な方法を示す。図５−８に記載されているフローチャートは、画像取得制御モジュール１１０が画像データ１８を好ましい順序またはユーザが要求する順序で生成するときの、単に典型例である。図５の判定ブロック２００において、方法は、起動要求信号が入力装置３２ｃを介して受け取られたかどうか判定する。起動要求信号が入力装置３２ｃを介して受け取られるまでループする。起動要求信号が受け取られると、判定ブロック２０２に進む。

判定ブロック２０２において、方法は、画像処理システム１６のソース３６についてのエネルギー出力のタイプが特別であるかどうか判定する。ソース３６の出力のタイプが特別であるならば、方法は判定ブロック２０４に進む。そうでなければ、方法はループする。判定ブロック２０４において、方法は、ソース３６の出力のタイプがゲート画像取得かどうか判定する。ソース３６の出力のタイプがゲート画像取得であるならば、方法は図６のＡに進む。そうでなければ、方法は判定ブロック２０６に進む。

判定ブロック２０６において、方法は、ソース３６についての出力のタイプが単一エネルギー出力であるかどうか判定する。ソース３６の出力が単一エネルギーの画像処理出力であるならば、方法は図７のＢに進む。そうでなければ、方法は判定ブロック２０８に進む。判定ブロック２０８において、方法は、ソース３６についての出力が２重エネルギー出力であるかどうか判定する。ソース３６についての出力が２重エネルギー出力であるならば、方法は図８のＣに進む。そうでなければ判定ブロック２０２にループする。

図６のブロック３００において、方法は、少なくとも１つの生理学的信号を取得する。そして、判定ブロック３０２において、方法は、引き金となる出来事が生じているかどうか判定する。引き金となる出来事が生じているならば、方法はブロック３０４に進む。そうでなければ、方法は引き金となる出来事が生じるまでループする。ブロック３０４において、方法は第１パルスレートで第１パルス１１８ａを出力する。そして、ブロック３０６において、方法は、第１パルス１１８ａのための検出器のデータ１４０を取得する。判定ブロック３０８において、方法は、他の引き金となる出来事が生じているかどうか判定する。他の引き金となる出来事が生じているならば、方法はブロック３１０に進む。そうでなければ方法はループする。

ブロック３１０において、方法は、異なるパルス幅、パルス高さの第２パルスレートで、第２パルス１１８ｂを出力する。第２パルスレートの幅および／または高さは、第１パルスレートの幅および／または高さより、大きい、小さいまたは等しい。例えば、第２パルスレートは、第２キロボルト（ｋＶ）値、ミリ秒単位（ｍｓ）の第２幅値を有し、第１パルスレートは、第１キロボルト（ｋＶ）値、ミリ秒単位（ｍｓ）の第１幅値を有し、それらは互いに等しい、または、等しくない。ある例において、第１キロボルト（ｋＶ）値は、約１００ｋＶ〜約１２０ｋＶであり、例えば１１０ｋＶであり、第２キロボルト（ｋＶ）値は、約７０ｋＶ〜約９０ｋＶである。第１幅値は約５ｍｓから約１５ｍｓであり、例えば約１０ｍｓであり、第２幅値は約１０ｍｓ〜約２０ｍｓであり、例えば１５ｍｓである。

ブロック３１２において、方法は、第２パルス１１８ｂのための検出器のデータ１４０を取得する。ブロック３１４において、判定ブロック３１４において、方法はソース３６および検出器３８を移動させる。そして、判定ブロック３１６において、方法は、十分な画像データが患者１４から取得されたかどうか判定する。これに関して、方法は、ソース３６／検出器３８が、関心領域における３Ｄ再構成を可能にするために適切な数の画像データのフレームを集めたかどうか判定する。ある例において、ソース３６／検出器３８は、約１８０〜２４０フレームの画像を取得し、ソース３６／検出器３８が患者１４の周りを完全に３６０°取り囲んでいない、または、移動していないとしても、約３６０°相当の画像データを集めることに等しい。集められた画像データに基づいて、画像取得制御モジュール１１０は、関心領域における自動的な再構成を行うことができる。さらに、画像取得技術に関する情報は、２０１０年１０月２０日出願の米国特許出願１２／９０８，１８６の「Ｓｅｌｅｃｔｅｄ Ｉｍａｇｅ Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｔｏ Ｏｐｔｉｍｉｚｅ Ｍｏｄｅｌ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ」に記載され、ここに組み込まれる。

十分な画像データが再構成のために取得されると、方法はブロック３１８に進む。そうでなければ、方法は判定ブロック３０２にループする。ブロック３１８において、方法は、検出器のデータ１４０をコンパイルする。ブロック３２０において、方法は、３Ｄ再構成を使用して、検出器のデータ１４０を画像データ１４０に再構成する。ブロック３２２において、方法は、画像データ１８をディスプレイ装置３２ａに出力する。判定ブロック３２４において、方法は、パワーダウン要求が入力装置３２ｃを介して受け取られたかどうか判定する。パワーダウン要求が受け取られたならば、終了する。そうでなければ、方法は図５のＤに進む。

図７のブロック４００において、方法は、パルス１１８を出力する。パルス１１８は、単一パルスのエネルギーを含み、キロボルト（ｋＶ）値を有し、約８０ｋＶ〜約１２５ｋＶであり、パルス１１８についてのパルス幅は約５ｍｓ〜約１５ｍｓの範囲である。したがって、パルス１１８は、小さい電流値の幅広いパルスであり、大きさの大きい電流パルスに代えて使用される。

ブロック４０２において、方法は、そのパルス４０４について、検出器のデータ１４０を取得する。ブロック４０４において、方法は、ソース３６および検出器３８を移動させる。判定ブロック４０６において、方法は、十分な画像データが患者１４について取得されたかどうか判定する。十分な画像データが患者１４について取得されたならば、方法はブロック４０８に進む。そうでなければ、方法はブロック４００に進む。ブロック４０８において、方法は、検出器のデータ１４０をコンパイルする。ブロック４１０において、方法は、３Ｄ再構成を使用して、検出器のデータ１４０を画像データ１８に再構成する。ブロック４１２において、方法は、画像データ１８をディスプレイ装置３２ａに出力する。判定ブロック４１４において、方法は、パワーダウン要求が入力装置３２ｃを介して受け取られたかどうか判定する。パワーダウン要求が受け取られたならば、方法は終了する。そうでなければ、図５のＤに進む。

図８，９のブロック５００において、方法は、第１幅および高さを有する第１パルスレートの第１パルス１１８ａを出力し、第２幅および高さを有する第２パルスレートで第２パルス１１８ｂを出力する。第２パルスレートの幅および／または高さは、第１パルスレートの幅および／または高さより大きい、小さいまたは等しい。例えば、図９において、第１パルス１１８ａは、第１キロボルト（ｋＶ）値５５０、ミリ秒単位（ｍｓ）の第１幅値５５４を有する。第２パルス１１８ｂは、第２キロボルト（ｋＶ）値５５６、ミリ秒単位（ｍｓ）の第２幅値５６０を有する。

ある例において、第１キロボルト（ｋＶ）値５５０は、約９０ｋＶ〜約１２０ｋＶであり、例えば１１０ｋＶであり、第２キロボルト（ｋＶ）値５５６は、約７０ｋＶから約９０ｋＶであり、例えば８０ｋＶである。第１パルスの幅５５６は、約５ｍｓ〜約１５ｍｓであり、例えば１０ｍｓである。一方、第２パルスの幅５６０は、約１０ｍｓ〜約２０ｍｓの範囲であり、例えば１５ｍｓである。

図８におけるブロック５０２において、方法は、第１パルス１１８ａおよび第２パルス１１８ｂについて、検出器のデータ１４０を取得する。ブロック５０４において、方法は、所定量、ソース３６および検出器３８を移動させる。判定ブロック５０６において、方法は、十分な画像データが患者１４から取得されたかどうか判定する。これに関して、方法は、図６に記載のように、関心領域における３Ｄ再構成を可能にするために、ソース３６／検出器３８が適切な数のフレームの画像を収集したかどうか判定する。

十分な画像データが患者１４について取得されたならば、方法はブロック５０８に進む。そうでなければ、ブロック５１０に進む。ブロック５１０において、方法は、ブロック５００にループする前に、アフターグロー効果のための所定期間待機する。

これに関して、ソース３６によって放射されたそれぞれのパルス１１８は、パルス１１８が放射された後の期間に、検出器３８により光を放つ（「残光」）。第１パルス１１８ａおよび第２パルス１１８ｂが同じパルスレートである場合、パルス１１８ａ，１１８ｂに関する残光は、第１パルス１１８ａを除いてほぼ同じである（すなわち、同じ期間において、同じキロボルト、同じミリアンペアである。）。残光がそれぞれの画像について同じであるならば、残光の効果は、処理の間、画像データ１８から除去され、それにより実質的に歪みのない画像データ１８を生じる。しかしながら、第１パルス１１８ａが異なるパルスレートを有する場合、それぞれのパルスに関する残光は、変化し、残光の効果は、画像データ１８から容易に除去することができない。したがって、他の第１パルス１１８ａおよび第２パルス１１８ｂを放射する前の所定期間を待つことにより、検出器３８は、グローを停止し、残光の効果を実質的に軽減することができる。図９において、他の第１パルス１１８ａおよび第２パルス１１８ｂの放射の間の所定期間は、部材番号５６２で例示されている。

図８のブロック５０８において、方法は、検出器のデータ１４０をコンパイルする。ブロック５１２において、方法は、３Ｄ再構成を使用して、検出器のデータ１４０を画像データ１８に再構成する。ブロック５１４において、方法は、画像データ１８をディスプレイ装置３２ａに出力する。判定ブロック５１６において、方法は、パワーダウン要求が入力装置３２ｃを介して受け取られたかどうかを判定する。パワーダウン要求が受け取られたならば、方法は終了する。そうでなければ方法は図５のＤに進む。

したがって、画像取得制御モジュール１１０は、画像処理システム１６によって画像データ１８の取得を最適化する。さらに、ゲート画像取得間においてソース３６からの単一エネルギー出力および２重エネルギー出力をユーザが選択可能することにより、画像取得は、特定の患者１４に合わせられる。ゲート画像取得において、特定の生理的出来事について画像取得をゲートするための能力は、特定の段階で関心の選択された臓器をユーザが見ることを可能にする。低電流の幅広いパルスの単一エネルギー出力の使用は、高いパワーの発生器として同じ質および解像度で画像データ１８を取得するために、移動カート３０に関連付けられているもののような低いパワーの発生器で可能にする。２重エネルギー出力の使用は、患者１４によって受け取られた放射線量を増加させることなく、高い解像度の画像処理を提供することによって、画像データの取得を最適化する。さらに、画像取得制御モジュール１１０は、ソース３６を制御して、独立したソース３６、検出器３８およびガントリー３４に要求することなく、２重エネルギーパルス１１８を放射する。

特定の例が図および明細書に記載されているが、当業者であれば、本開示の範囲から逸脱することなく、様々な変更がなされ、同等の構成要素を代えることが理解されるだろう。さらに、様々な例において特徴、要素および／または機能の組み合わせは、記載がないとしても、当業者が、ある例の特徴、要素および／または機能が他の例と適切に組み込まれることが本開示から解釈されるように考えられる。さらに、多くの変更は、実質的な範囲から逸脱することなく、特定の状況または材質を本開示に適合させるようになされる。したがって、本開示は、図および明細書に記載および例示される特定の例に限定されないが、本開示の範囲は、上述の記載内において漏れている任意の実施形態を含む。

手術室における典型的な画像システムを示す図である。 図１の画像システムを使用した典型的なコンピューターシステムの概略図である。 様々な実施形態において画像取得制御モジュールを実施するためのシステムを示す単純化したブロック図である。 図３の画像取得制御モジュールによって行われる典型的な制御システムを示すデータフロー図である。 画像取得制御モジュールによって行われる方法を示すフローチャートである。 図５のＡの続きを示すフローチャートである。 図５のＢの続きを示すフローチャートである。 図５のＣの続きを示すフローチャートである。 図１の画像システムの２つのエネルギー出力についての概略的なタイミングチャートを示す。

Claims (20)

1. 画像処理システムを用いて被験者の画像データを取得するためのシステムであって、
   被験者の少なくとも一部を完全に環状に取り囲むガントリーと、
   前記ガントリー内に配置され、前記ガントリーに対して移動可能であって、少なくとも１つのパルスを出力するための信号に応答するソースと、
   前記ソースによって放射される少なくとも１つのパルスを検出するよう、前記ガントリーおよび前記ソース内に配置され、前記ガントリーおよび前記ソースに対して移動可能な検出器と、
   検出された少なくとも１つのパルスに基づいて検出器のデータを設定する検出器制御モジュールと、
   前記ソースのための前記信号を設定するとともに、前記検出器のデータを受信し、前記検出器のデータに基づいて画像データを再構成するよう動作可能な画像取得制御モジュールと、を備え、
   前記信号は、前記ソースについて単一のパルスを出力するための信号または２つのパルスを出力するための信号を含むことを特徴とする、システム。
2. 前記単一のパルスは、約８０ｋＶ〜約１２５ｋＶを範囲とするキロボルト値であり、前記キロボルト値は約５ｍｓ〜約１５ｍｓを範囲とする期間における出力であることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
3. 前記２つのパルスは、さらに、第１パルスレートを有する第１パルスと、前記第１パルスレートと異なる第２パルスレートを有する第２パルスとを有することを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
4. 前記第１パルスレートは、約１００ｋＶ〜約１２０ｋＶの第１電圧と、約５ｍｓ〜約１５ｍｓの第１パルス幅とを有することを特徴とする、請求項３に記載のシステム。
5. 前記第２パルスレートは、約７０ｋＶ〜約９０ｋＶの第２電圧と、約１０ｍｓ〜約２０ｍｓの第２パルス幅とを有することを特徴とする、請求項４に記載のシステム。
6. 前記第１パルスは、残光効果を考慮した時間間隔だけ前記第２パルスから離れていることを特徴とする、請求項３に記載のシステム。
7. ディスプレイをさらに備え、前記画像取得制御モジュールは、前記再構成された画像データを前記ディスプレイに出力することを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
8. 少なくとも１つの入力装置をさらに備え、前記画像取得制御モジュールは、前記少なくとも１つの入力装置から受け取ったユーザ入力データに基づいて前記信号を設定することを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
9. 前記ガントリー、前記ソースおよび前記検出器は、移動カートに設けられることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
10. 画像処理システムを用いて被験者の画像データを取得するための方法であって、
    被験者の少なくとも一部を完全に環状に取り囲むよう動作可能なガントリーを、該ガントリー内に配置され、該ガントリーに対して移動可能なソースおよび検出器とともに設けるステップを含み、
    前記ソースについて出力の要求を規定する少なくとも１つのユーザ入力を受け取るステップと、
    前記ユーザ入力に基づいて、前記ソースについての出力のタイプを判定するステップと、
    前記ソースを用いて、１つのパルスを出力する、または、実質的に同時に２つのパルスを出力するステップと、
    前記検出器を用いて、前記１つのパルスまたは前記２つのパルスを受け取るステップと、
    前記検出器により受け取られた前記１つのパルスまたは前記２つのパルスに基づいて、前記被験者の画像データを再構成するステップとを含むことを特徴とする、方法。
11. 前記被験者の再構成された画像をディスプレイに表示するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
12. 前記検出器を用いて前記１つのパルスまたは前記２つのパルスを受け取るステップは、前記画像取得制御モジュールに対する検出器データとして、前記検出器によって受け取られた前記１つのパルスまたは前記２つのパルスを設定するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
13. 前記１つのパルスを出力するステップは、約８０ｋＶ〜約１２５ｋＶを範囲とする電圧を有する前記１つのパルスと、約５ｍｓ〜約１５ｍｓを範囲とする期間を有する前記１つのパルスとを出力するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
14. 前記２つのパルスを出力するステップは、第１パルスレートを有する第１パルスと、該第１パルスレートと異なる第２パルスレートを有する第２パルスとを出力するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
15. 前記第１パルスを出力するステップは、約１００ｋＶ〜約１２０ｋＶの第１電圧、および、約５ｍｓ〜約１５ｍｓの第１パルス幅を有した前記第１パルスを出力するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１４に記載の方法。
16. 前記第２パルスを出力するステップは、約７０ｋＶ〜約９０ｋＶの第２電圧、および、約１０ｍｓ〜約２０ｍｓの第２パルス幅を有した前記第２パルスを出力するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１４に記載の方法。
17. 画像処理システムを用いて被験者の画像データを取得するための方法であって、
    被験者の少なくとも一部を完全に環状に取り囲むよう動作可能なガントリーを、該ガントリー内に配置され、該ガントリーに対して移動可能なソースおよび検出器とともに設けるステップと、
    前記ソースを用いて、第１パルスレートを有する第１パルスを出力するステップと、
    前記ソースを用いて、前記第１パルスレートと異なる第２パルスレートを有する第２パルスを実質的に同時に出力するステップと、
    前記検出器を用いて、前記第１パルスおよび前記第２パルスを受け取るステップと、
    前記検出器によって受け取られた前記第１パルスおよび前記第２パルスに基づいて、前記被験者の画像を再構成するステップとを含むことを特徴とする、方法。
18. 前記ガントリーを設けるステップは、被験者の少なくとも一部を完全に環状に取り囲むよう動作可能な１つのガントリーを、該ガントリー内に配置され、該ガントリーに対して移動可能な１つのソースおよび１つの検出器とともに設けるステップをさらに 含むことを特徴とする、請求項１７に記載の方法。
19. 前記第１パルスを出力するステップは、約１００ｋＶ〜約１２０ｋＶの第１電圧、および、約５ｍｓ〜約１５ｍｓの第１パルス幅を有する前記第１パルスを出力するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１７に記載の方法。
20. 前記第２パルスを出力するステップは、約７０ｋＶ〜約９０ｋＶの第２電圧、および、約１０ｍｓ〜約２０ｍｓの第２パルス幅を有する前記第２パルスを出力するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１７に記載の方法。

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