JP2014516595A - 放射線制御及び最小化システム及び方法 - Google Patents

Abstract

患者及び／または装置のオペレータに照射される放射線を最小化する放射線制御システム及び方法を提供する。放射線制御システムは、様々な種類の適用で使用されてもよく、その適用には対象物を検査するために放射線源を使用する適用も含み、たとえば、医療用撮像、診断及び治療、放射線を使用する製造作業において、空港スキャンシステムにおいて、様々なセキュリティ設定において、また原子炉自動化及び処理制御において使用されてもよい。放射線制御システム及び方法は３Ｄ撮像と共に使用されてもよい。
【選択図】図６Ａ

Description

優先権の主張／関連出願：
本出願は、２０１１年１２月５日に出願された特許文献１〜３に対して米国特許法第１２０条に基づく利益を主張し、前述の特許文献１〜３は、２０１１年３月１６日に出願された特許文献４「放射線制御及び最小化システム及び方法（Ｒａｄｉａｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ Ｍｉｎｉｍｉｚａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ）」に対して米国特許法第１１９条（ｅ）に基づく利益を主張し、その全体が参照により本出願に組み込まれる。

本開示は一般的に（産業用、セキュリティ用、治療上の使用または撮像のいずれかを目的とする）放射線システムに関し、具体的には患者、個人、対象物またはオペレータが被曝する放射線を最小化するシステムに関する。

放射線／電離エネルギの様々な形態を生成する装置及びシステムは、様々な治療／医療、診断または撮像のために使用されている。たとえば、放射線／電離エネルギの様々な形態は（空港スキャンシステム、様々なセキュリティ設定、製造及び工程管理などにおいて）対象物を検査するために使用されてもよく、または（診療所または病院、たとえばカテーテル室など、外科医／療法士がＸ線またはＣＴシステムを操作する場所において）患者を検査するために使用されてもよい。

たとえば、医療用撮像業界は、ハードウェア及びソフトウェアの修正及びオペレータ室手順を含む診断及び治療法において、放射線量を低減することに強く焦点を当てている。非特許文献１を参照のこと。放射線量の報告はメディケアが要求する品質保証測定の１つである。さらに、米国食品医薬品局（Ｆｏｏｄ ａｎｄ Ｄｒｕｇ Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ：ＦＤＡ）は非特許文献２の２０１０年の「白書」において、「不必要な放射線」を大幅に低減することを求めた。

放射線被曝を低減することができる２つの主要な構成要素がある。第１の構成要素はＸ線装置の技術的進歩であり、より良いフィルタリング、コリメータ、取得装置及び画像分析への投資などである。もう１つの構成要素は、オペレータが放射線を使用する方法であり、これには被曝の長さ、放射線源から患者までの距離及び適切なコリメーションが含まれる。非特許文献１及び非特許文献３を参照のこと。オペレータ／医師の放射線教育は放射線量を低減するためには非常に重大であり、訓練を受けた医師が使用する放射線量は大幅に低減される。同様に、放射線被曝を低減するために非医療分野にも焦点が当てられている。たとえば、原子力産業は数十年にわたって放射線被曝に対して非常に注意を払ってきた。多くの他の製造分野では、被曝を最小化するための厳格なガイドラインが存在する。非特許文献４を参照のこと。

米国特許出願第１３／３１１４９１号 米国特許出願第１３／３１１４９５号 米国特許出願第１３／３１１４８６号 米国仮特許出願第６１／４５３５４０号 米国特許第４３５２０２１号 米国特許第７０８５３５１号 米国特許出願第１１／１４５６１２号

Ｍｉｌｌｅｒ ＤＬ、Ｂａｌｔｅｒ Ｓ、Ｓｃｈｕｅｌｅｒ ＢＡ、Ｗａｇｎｅｒ ＬＫ、Ｓｔｒａｕｓｓ ＫＪ、Ｖａｎｏ Ｅ、「Ｃｌｉｎｉｃａｌ ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｆｏｒ ｆｌｕｏｒｏｓｃｏｐｉｃａｌｌｙ ｇｕｉｄｅｄ ｉｎｔｅｒｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ」、Ｒａｄｉｏｌｏｇｙ、２０１０年１１月、２５７（２）号、ｐ３２１−３３２ ＦＤＡ「白書：Ｉｎｉｔｉａｔｉｖｅ ｔｏ Ｒｅｄｕｃｅ Ｕｎｎｅｃｅｓｓａｒｙ Ｒａｄｉａｔｉｏｎ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ ｆｒｏｍ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｉｍａｇｉｎｇ」、Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ ＣｆＤａＲＨＵＳＦａＤ、２０１０年出版 ＡｒｔｈｕｒＷＲ、 ＤｈａｗａｎＪ、Ｎｏｒｅｌｌ ＭＳ、Ｈｕｎｔｅｒ ＡＪ、Ｃｌａｒｋ ＡＬ、「Ｄｏｅｓ ｃａｒｄｉｏｌｏｇｉｓｔ−ｏｒ ｒａｄｉｏｇｒａｐｈｅｒ−ｏｐｅｒａｔｅｄ ｆｌｕｏｒｏｓｃｏｐｙ ａｎｄ ｉｍａｇｅ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｐａｔｉｅｎｔ ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｅｘｐｏｓｕｒｅ ｄｕｒｉｎｇ ｒｏｕｔｉｎｅ ｃｏｒｏｎａｒｙ ａｎｇｉｏｇｒａｐｈｙ？″、Ｂｒ Ｊ Ｒａｄｉｏｌ、２００２年９月、７５（８９７）号、ｐ７４８−７５３ Ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓｔａｔｅ．ｉｌ．ｕｓ／ｉｅｍａ／ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎｓ／ｐｄｆ／ＩＥＭＡ％２００３２％２０Ｅｖｅｒｙｄａｙ％２０Ｕｓｅｓ％２０ｏｆ％２０Ｒａｄｉａｔｉｏｎ．ｐｄｆ

たとえば、透視下でのインターベンション医療処置の間には、オペレータ（通常は医師）が患者を照射する放射線源を起動させても、スタッフが放射線源から生成される情報を受信しない期間がある。この放射線（及び放射線内の情報）は無駄になるだけではなく、さらに、不必要に患者及び放射線源のスタッフ／オペレータに危害を与える。これは「無人放射線」（ＵＲ）と呼ばれることもあり、望ましくない。このように、対象物または患者が検査を受ける多様で様々な適用において、無人放射線を低減し、したがってオペレータ及び／または患者が被曝する潜在的に有害な放射線を最小化することが好ましい。これが本開示の目指す目的である。

放射線源を使用して患者を検査する医学的利用例であって、無人放射線が起こりえる例を例示する説明図 放射線低減及び最小化装置の実施形態を例示するブロック図 放射線低減及び最小化装置と共に使用することができる視線方向監視装置の例を例示する説明図 眼球運動追跡注意監視装置の一例を例示する説明図 眼球運動追跡注意監視装置の一例を例示する説明図 眼球運動追跡注意監視装置の一例を例示する説明図 放射線低減及び最小化装置の固定ゾーン追跡の実装例を例示するブロック図 放射線低減及び最小化装置の固定ゾーン追跡の実装例を例示する説明図 固定ゾーン追跡を使用する場合の、放射線源を制御するための実施形態を示す説明図 固定ゾーン追跡を使用する場合の、放射線源を制御するための実施形態を示す説明図 固定ゾーン追跡を使用する場合の、放射線源を制御するための実施形態を示す説明図 固定ゾーン追跡を使用する場合の、放射線源を制御するための実施形態を示す説明図 固定ゾーン追跡のためのコントローラモジュールを詳細に例示するブロック図 放射線低減及び最小化装置の脳活動監視実装例を例示する説明図

本開示は、具体的には、患者を検査／治療／診断するために使用する放射線が最小化されたシステムに適用可能である。ただし、放射線被曝を低減するための本システム及び方法は、被曝によって被害を受ける可能性がある対象物または患者もしくはオペレータなどの個人の放射線被曝を最小化することが好ましい任意の適用において使用することができるため、非常に有用であることが理解されよう。これらの適用は、オペレータが不必要な放射線を被曝することもある、（空港スキャンシステム、様々なセキュリティ設定、製造及び工程管理などにおける）対象物を検査するシステムまたは（診療所または病院、たとえばカテーテル室などの外科医／療法士がＸ線またはＣＴシステム、診断法、治療法、撮像法などを操作する場所などにおける）患者を検査するためのシステムを含んでいてもよい。放射線最小化は、電離性放射線源（Ｘ線、ガンマ、アルファ及びベータ）及び非電離性放射線源（電磁波、米国）を含む任意の種類の放射線に使用することができる。放射線最小化はまた、コンピュータ断層撮影法（ＣＴ）、磁気共鳴映像法（ＭＲＩ）、バイプレーン法（Ｂｉ−Ｐｌａｎｅ）などの３Ｄシステムに使用することもできる。

図１は医学的利用の例を例示する。
本例では、放射線源を使用して患者を検査するが、無人放射線が起こることもある。本医学利用では、患者２０は装置２４の表面２２上に寝てもよい。この例で用いた装置は、Ｃ型アーム３０によって互いに接続する放射線源２６及び検出器２８を有し、放射線を患者２０に照射して患者の特定の部位を撮像または治療する。装置２４は、患者の撮像／治療結果が表示されるモニタ３２も含んでいてもよい。装置は、放射線源から放射線の放出を起動するように操作可能な放射線起動器３４も含んでいてもよい。患者２０に加えて、装置２４の近くにはオペレータ３６（時には医師）及び助手３８がいてもよい。その結果として、患者、オペレータ及び助手も放射線に被曝することもあり、より具体的には、無人放射線を被曝することもある。この無人放射線は、以下で説明する放射線低減及び最小化システムによって最小化される。図１に示す医学的利用は単に放射線低減及び最小化システムを使用してもよいシステムの種類の代表に過ぎない。というのも、放射線低減及び最小化システムは、無人放射線を低減／最小化することが好ましい任意のシステムで使用してもよいからである。このシステムには前述のシステムが含まれるが、これに限定されない。

図２は、放射線生成装置２４の無人放射線を低減／最小化するために放射線生成装置２４に接続する、放射線低減及び最小化装置４０の実施形態を例示する。
装置４０は、下記の機能及び操作を実施するハードウェア要素及びソフトウェア要素の組み合わせとして実装されてもよい。他の実装では、装置は完全にハードウェア内に実装されてもよい（特別にプログラムされたハードウェアデバイスなど）。装置４０は、１または複数のオペレータ注意監視システム４１からの入力を受信する、注意監視モジュール／ユニット４２を備えていてもよい。オペレータ注意監視システム４１は、後述する頭部及び／または脳感知システム、目または目感知システムまたは視線感知システムを使用して実装されてもよく、注意（たとえば、視線焦点）要求信号を生成する。注意要求信号は、放射線生成装置２４の操作者が誰であれ、その操作者が適切に注意を払っていること、たとえばモニタに対して／向かって注意を払っていることを示す。より詳細には、注意監視モジュール／ユニット４２及びコントローラユニット４６は、すべてのユーザ／オペレータを監視し、放射線によって生成された情報が使用されるかどうか（使用されてもよいか）及びいつ使用されるか（使用されてもよいか）（たとえば、ユーザ／オペレータがモニタ情報を読むこと）を判断し、注意信号を生成する。注意要求信号はコントローラモジュール／ユニット４６に送信される。

オペレータ注意監視システム４１は代替的に、対象システムの領域の画像分析及び自動識別を含んでいてもよい。たとえば、周知の画像処理技術（たとえば体内の器具の移動、器具及び／または特別に印を付けた器具の規定の幾何学的形状を識別すること）を使用して、システムはカテーテル先端の位置と、この位置に向かう放射線の方向を自動的に識別することができる。カテーテルは放射線と同じ位置にあるべきなので、これによってオペレータが注意を払っていることを識別する。誘導される器具（たとえばカテーテル先端）にも特別な表示で「印を付ける」ことができる。これは内蔵ソフトウェアを含む複数の方法で実施されてもよい。この内蔵ソフトウェアは適切な画像分割及び対象物（たとえばツール／カテーテル）認識を実行し、その後事前に搭載した医療処置知識（データ）ベースに参照／アクセスする。これによって、焦点を当てた放射線の座標（重点対象領域）が得られる。この対象システムの領域の画像分析及び自動識別は前述した他の注意監視システムと共に使用することができ、または前述の注意監視システムの代わりに使用することができる。

装置４０はさらに、放射線起動モジュール／ユニット４４を備えていてもよい。放射線起動モジュール／ユニット４４は、たとえば図１の放射線起動器３４または任意の他の装置のように、オペレータ／助手の意思を表示して放射線源を起動する１または複数の放射線起動装置４３からの入力を受信し、放射線要求信号を生成する。放射線要求信号はオペレータが放射線起動装置を起動したことを示し（放射線を起動するオペレータ／ユーザの意思を示し）、放射線が生成されることを示す。放射線起動装置は多様な方法で実装されてもよい。放射線最小化装置は任意の特定の放射線起動装置に限定されないため、放射線起動装置はペダル（図１に示す）、機械的スイッチ、音声操作、光学的表示及び放射線最小化装置と共に使用することができる多くの方法を含む。放射線起動装置が起動されると、放射線要求信号はコントローラモジュール／ユニット４６にも送信される。

コントローラモジュール／ユニット４６は、放射線要求信号及び注意要求信号入力に基づき、無人放射線を低減／最小化するような方法で放射線生成装置を起動する。具体的には、放射線要求信号及び注意要求信号はオペレータの注意が適切に払われていること、及び放射線起動装置がオペレータによって起動されたことを示さなければならない。どちらの信号も放射線生成装置を起動するために必要なため、無人放射線被曝は低減／最小化される。具体的には、放射線起動装置が起動されたが、（脳活動モニタ及び／または目追跡装置による光学焦点の検出に基づいて）オペレータの注意が適切に集中していない場合は、オペレータが注意を払っていない可能性が高いため、放射線生成装置は放射線を生成しないか、または（ユーザによって決定される）最小限のレベルの放射線を生成する。同様に、オペレータの注意が適切に集中しているが、放射線起動装置が起動されていない場合は、オペレータは放射線の生成を望んでいない可能性が高いため、放射線生成装置は放射線を生成しない。このように、注意監視モジュール及び放射線起動モジュールの両方がオン信号を送信する場合にのみ、コントローラモジュール／ユニット４６は（適切な握り込み及び制御インタフェースを使用して）放射線を起動可能となる。

コントローラモジュール／ユニット４６は診断／医療システムの他の態様も制御してもよい。具体的には、コントローラモジュール／ユニット４６は、オペレータの注意に基づいて患者台２２を制御してもよい。一般的なシステムでは、多くの場合、医師は自分の注意の中心を画面／モニタの中央／中心に置くことを望むため、医師は頻繁に手動で台及びＸ線管を再配置して、一般的なシステムで自分の注意の中心が画面／モニタの中央／中心になるようにする。本明細書に記載するシステムを利用すると、医師が台を再配置することを決めるとき、（たとえば医師の視線位置に基づいて）台／Ｘ線管の位置を自分の注意の位置に調整するように命令をシステムに送信し、システムは自動的に台を調整することができる。医師の命令は音声またはスイッチのいずれかによって実行されることができる。オペレータはこのオプションをオンまたはオフにできる優先スイッチを有する。

放射線生成装置２４によって放射線が生成されるとき、コントローラモジュール／ユニット４６は、放射線生成装置２４による放射線の生成を制御するために使用する１または複数の放射線制御パラメータを生成してもよい。１または複数の放射線制御パラメータは、放射線の位置（特定の位置に放射線の焦点を正確に当てることが望ましい場合）、注意の中心外側の放射線のフィルタリング／コリメーション、タイミング（放射線を生成する時間）、頻度（規定の期間にわたってパルス放射線ビームが生成される回数）及び強度（放射線ビームの強度が調整可能な放射線生成装置の強度）を含んでいてもよい。たとえば、Ｘ線に関しては、ビームのエネルギとしてｋＶＰを、ビームの強度としてｍＡ濃度を使用する。パラメータは、ビームを注意点に制限するための放射線のコリメーション／フィルタリング量を含んでいてもよい。他の重要なパラメータは高放射線を有する中心点から、画像の周辺部に向かう空間的及び時間的な減少率である。画像の周辺部では、わずかな放射線レベルしか必要としない（または放射線を全く必要としない）こともある。

複数の放射線源が同じ標的（患者／対象物）に照射する構成では、放射線パラメータは、使用すべき（異なる時に使用すべき）放射線源の識別子も含んでいてもよい。これらの１または複数の放射線制御パラメータを使用して、コントローラモジュール／ユニット４６は、放射線生成装置の要素、たとえば電子グリッド、フィルタリング、コリメーションなどを制御して特定のタスクに必要な放射線量のみを確実に使用することによって、さらに不必要な放射線を最小化することができる。１または複数の放射線制御パラメータを使用して、特定の位置を識別することができる場合に、特定の位置のみに放射線を確実に照射するようにすることもでき、それによって照射する必要がない位置への不要な放射線を低減する。さらに、放射線源の電力系統を使用して、または放射線を遮断する防御板を配置することによって、無人放射線を阻止することができる。ここで、無人放射線が起こり得る状況の複数の例を以下で説明する。１）「見ていない場合は、放射線は生成されない」状況、２）「使用できない場合は、使用を要求しない」状況、３）「見ている場所が放射線を得る場所である」状況、４）「本当に必要なのであれば、放射線を得る」状況。

見ていない場合は、放射線は生成されない：
この状況では、オペレータはモニタを見ることもなく、または注意を適切に払わずに、放射線生成装置源の操作を続けている。前述の放射線低減及び最小化装置をこの状況を是正するために使用してもよい。それによって、オペレータの視線／目つき監視システムが放射線起動装置と同期して、指定されたオペレータが画面を見ていない場合は、（医学的利用において）患者の放射線被曝及び／またはオペレータ及び放射線生成装置の操作中に放射線生成装置の近くにいる他の人への放射線被曝を低減するために、放射線生成装置を停止させる。

この状況では、注意監視装置４１を複数の様々な方法で実装してもよい。注意監視装置４１の第１の実装は視線追跡装置であってもよい。視線追跡装置はすでに市販されている装置またはカスタマイズされた視線追跡装置であってもよく、放射線低減及び最小化装置は様々な種類の視線追跡装置と共に使用されてもよい。たとえば、視線追跡装置は、たとえばＳｅｎｓｏＭｏｔｏｒｉｃ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ Ｉｎｃ．（ｗｗｗ．ｓｍｉｖｉｓｉｏｎ．ｃｏｍ）製の目追跡システム及びｗｗｗ．ｓｒ−ｒｅａｓｅａｒｃｈ．ｃｏｍ／ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍｌで購入することができるシステムなどの、様々な市販されているシステムを含んでいてもよい。

注意監視装置４１の他の実装は、オペレータの視線が適切に、たとえばモニタに向けられているかを判断する視線方向監視システムであってもよい。この状況を是正するために、放射線低減及び最小化装置と共に使用することができる視線方向監視装置の例を図３に示す。
放射線低減及び最小化装置は図２に示すものと同じモジュール／ユニットを有する（図３にはモジュール／ユニットの一部のみを示す）。図３における視線追跡装置は、１組のセンサ及び送信器／エミッタ５２と、１組のセンサ及び受信器５４とを有する１組のゴーグル／眼鏡５０と、モニタ３２上の反射体５６とを有する。代替的に、送信器及び／または受信器は、オペレータの頭部に取り付けられてもよい。送信器は電磁エネルギビーム（赤外線、高周波、レーザなど）を反射体５６に向けて送信する。受信器５４は反射されたエネルギを受信し、オペレータの視線方向がモニタ３２に向かっているかを判断する。オペレータがモニタ３２を見ていないときは、送信器からのエネルギは反射されない（または反射された信号は特定の特性を持たない）ため、オペレータはモニタを見ていないと判断される。視線方向監視装置のこの実施形態では、エミッタと受信器の複数の設計の組み合わせを使用してもよい。この組み合わせには、以下が含まれるがこれらに限定されない。１）可視標的にエミッタと受信器、オペレータの頭部に反射体、２）標的上にエミッタ、オペレータの頭部に位置する受信器、３）オペレータの頭部にエミッタと受信器、４）オペレータの頭部にエミッタ、標的上に受信器、５）エミッタまたは受信器のいずれかまたは両方が操作部位の他の場所に位置する、６）通常の光または赤外線カメラを用いる輪郭監視、７）頭部の位置を記録し、カメラがモニタ上に位置し、オペレータの顔及び表情を視線の方向を含めて認識することができる、３次元（３Ｄ）画像監視。

この状況では、放射線起動モジュール／ユニット４４は、図２で前述したものと同じ要素及び操作を有する。コントローラモジュール／ユニット４６はまた、図２で前述したものと同じ要素及び操作を有する。この状況では、オペレータがモニタ３２に適切に焦点を当てず、またはモニタ３２を見ていない／モニタ３２に向かっていない場合は、装置は放射線被曝を防ぐ。

この状況の一例はカテーテル室で起こる。具体的には、ライブ／継続した透視法は、人間の体内で容易に操作するために、通常、低侵襲外科的処置を行うために使用される。ライブ／継続した透視法によって誘導され、小型の放射線不透過（Ｘ線下で可視である）装置（カテーテル、バルーン、ステント、コイル）を使用して、オペレータは人間の体内をナビゲートし、特定の位置に処置を施す。一般的には、放射線源はユーザ／オペレータによって、通常はスイッチ／足踏みペダルによって起動され、放射線源（Ｘ線管）を起動し、次にＸ線を生成する。Ｘ線は次に対象物／患者を通過し、検出器カメラは情報を受信する。情報は次にモニタに表示され、ユーザ／オペレータが分析する。多くの事例では、これらの外科的処置には、強い精神集中と細かい注意が必要である。これらの事例では、オペレータは手順の複雑さによって注意がそれることもあり、モニタを見ずにＸ線装置の操作を続けることもある。これによって、情報をオペレータに伝えない「不必要な」放射線が生じ、患者及びオペレータにとって有害である放射線量が大幅に増加する。放射線低減／最小化システムはこの不必要な放射線を低減する。

「使用できない場合は、使用を要求しない」状況：
人間の視覚過程のいくつかの段階では、たとえばサッカード（毎秒複数回起こり、それぞれ約８０ミリ秒続く物理的な目の運動）のような段階または期間があり、または「瞬き（Ｐｅｒｃｌｏｓｅ）」（まぶたが一時的に閉じられるとき）中には脳が網膜上に「届く」可視情報を取得／処理／利用せず（サッカードマスク）、有益な可視情報は注視段階でのみ抽出される。この状況では、使用される放射線最小化装置は、放射線起動装置と同期されるオペレータサッカード検出器（この状況では注意監視装置４１）を有する。放射線最小化装置は、このような「無駄な」期間（たとえば「サッカードマスク」）には放射線源を停止する。放射線を照射する一般的な方法の１つは、いわゆる「パルス透視法」であり、毎秒３０パルスのパルス繰り返し数を使用する。放射線最小化装置を使用して、「無駄な」期間（サッカードマスキング及び瞬き）にあてはまるパルスを阻止する。

この状況では、注意／目追跡監視装置４１は、オペレータの視線経路の段階を検出し、視線サイクルの「不注意な」段階中には、このモジュールは放射線を阻止するための信号をコントローラモジュールに送信する。注意監視装置４１は複数の様々な方法で実装されてもよい。第１の実装は前述の視線／目追跡技術であってもよい。別の実装では、注意監視装置４１は眼球追跡技術であってもよい（３つの例を図４に示す）。
図４に示すように、眼球追跡技術は、頭部またはヘッドバンドに取り付けた形式の４００、ゴーグルに取り付けた形式の４０２または遠隔形式の４０４であってもよい。これらの眼球追跡技術では、１または複数のセンサ４０６（たとえば圧電、磁気、容量性、赤外線、映像またはレーザセンサ）を取り付け、オペレータの眼球運動を検出する。特定の実装では、眼球追跡技術は、放射線防御ゴーグル内に位置する赤外線カメラ、放射線防御ゴーグルに配置される１または複数の容量センサ、放射線防御ゴーグルに配置される１または複数の光学カメラ、レーザエミッタ−受信器の組み合わせまたはＵセンサであってもよい。

この状況では、放射線起動モジュール／ユニット４４は図２で前述したものと同じ要素及び操作を有する。コントローラモジュール／ユニット４６も、図２で前述したものと同じ要素及び操作を有する。この状況では、この状況では、オペレータがモニタ３２に適切に焦点を当てず、またはモニタ３２を見ていない／モニタ３２に向かっていない場合は、装置は放射線被曝を防ぐ。

「見ている場所が放射線を得る場所である」状況：
視覚監視を伴う多くのオンライン手順では、多くの場合、オペレータの固定ゾーンは、寸法／サイズの手順の詳細（たとえば、装置、ツールの先端、解剖学的特徴など）に関与する。寸法／サイズは通常、撮像した部位全体の小型の画分（たとえば、１から５％まで）である（視野（ＦＯＶ））（１６インチ）。この固定ゾーンを囲む画像データは、文脈的な情報にとっては有益であるが、固定ゾーン内で必要となるものと同じ更新率（放射線の頻度）、強度及び解像度を必要としない。さらに、提供されたとしても、オペレータは最も視覚的及び精神的に集中している部位（固定ゾーン）外部の情報を完全に知覚せず、利用もしない。この状況では、放射線量を低減するために、視野の各ゾーンの放射線パラメータ（頻度、強度、時間的及び空間的解像度）を情報の利用に基づいて最適化することによって、放射線は最適化される。コントローラモジュール４６の最適化処理は、各画像セグメントの適切なパラメータを計算する。たとえば、処理の単純化した実施形態では、固定ゾーンは高放射線頻度及び放射線の高強度を受信し、すべての他のゾーン（背景画像）は最小の（低）放射線を受信し、または放射線を受信せず、過去の履歴画像を配置し、すべてを更新することを回避する。この状況では、オペレータ固定ゾーンモニタは（コントローラモジュールを介して）放射線起動装置と同期される。この状況では、固定センサ４０８を使用してオペレータの固定ゾーン４１０をモニタ３２上で決定する。固定センサ４０８は目追跡と同じ方法で操作される。これは、目追跡が、視線方向、眼球運動及び視線／注意位置のすべてを提供する瞳の運動及び位置の記録に基づくためである。この状況では、注意監視モジュールはオペレータの固定ゾーンを判断する固定ゾーン判断モジュール４１１を含む。この状況では、注意監視装置は前述のものと類似する注意監視装置を使用することができる。

この状況では、放射線起動モジュール／ユニット４４は図２で前述したものと同じ要素及び操作を有する。コントローラモジュール／ユニット４６及び放射線源２６に関しては、複数の様々な実施形態を図６Ａから図６Ｃに示す。

コントローラモジュール４６は放射線最適化モジュール４１４を各実施形態で有する。放射線最適化モジュール４１４はリアルタイムに最適な放射線パラメータ（放射線ビームのパルス繰り返し数、強度（ｍＡｍ）、エネルギ（Ｋｖｐ）及び全視野内の画像セグメントごとに必要な解像度）を（視線追跡信号を用いて）計算し、放射線源コントローラに送信する。このモジュールは最適化処理を使用してもよい。最適化処理は、図７に詳細に示すように、固定ゾーンのアーカイブされた履歴と、目でそれらを追跡したタイミングならびに、各ゾーンの放射プロファイルと、それらが送信されたタイミングとを使用する。モジュールは、必要な画像を明確かつ有効に（有効なタイミングで）オペレータに送信するために必要な必要最低量を、各（画素）画像セグメントサブセットに割り当てる。たとえば、最初に、図６Ａから図６Ｃに示すように、視野の最大注意部位に関する情報（視線追跡信号）を注意監視モジュール４２から受信する。この部位は放射線最適化モジュール４１４によって、最適な撮像を提供するために、視野の他の場所よりもｍＡｍ及びパルス繰り返し数が増加した極めて多くの放射線を受けるように指定される。これによって、はるかに良い時間、コントラスト及び空間解像度が得られるため、オペレータ性能が向上する。放射線プロファイル及び放射線パラメータは次に、放射線源２６に送信される。

この状況では、放射線源２６は、放射線源が様々な放射線量を視野の様々なセグメントに送信できるように設計される。一般的に、これは機械的または電子コリメータ、電子ビーム放射線源または複数の放射線源の組み合わせのいずれかを使用して実現することができる。１つの実装では、放射線源２６は標準の放射線源、たとえば、可動機械的コリメータまたは対象領域（ＲＯＩ）フィルタを備えるＸ線管であってもよく、それによって図６Ａに示す機械的コリメータ（またはフィルタ）４６１を使用して、最大注意部位４１０を動的に被曝させ、視野４１２のその他の部位をコリメーションすることができる。別の実装では、２以上の放射線源４６２、たとえばＸ線管は、図６Ａに示すように、複数の放射線源が放射線を最大注意部位に照射し、その他の放射線源が視野のその他の部位に、対応するコリメータ構成で照射してもよい。放射線源のさらに別の実装では、放射線源は、図６Ｂに示すように、陽極／陰極４６２と、可動コリメータ（またはＲＯＩフィルタ）４６１とを有していてもよい。可動コリメータ（またはＲＯＩフィルタ）４６１を用いて、放射線を固定ゾーン４１０に向けられた放射線、及び背景ゾーン４１２に向けられた照射船を調整する。

さらに別の実装では、放射線源はコリメータ（またはＲＯＩフィルタ）４６１と、複雑な形状を備える陽極４６２とを有していてもよい。この実装では、放射線源は電子ビームＣＴ（たとえば特許文献５参照）に類似する方法で設計される。この方法では、陰極から出た電子は外部磁場によって陽極の様々なセグメント／部品または様々な陽極標的に向けられる。陽極は幾何学的に配向された標的の複雑なアレイ（たとえば、標的の行列）として設計される。陽極はまた、角度を変えるため、それにしたがってさらに放射線ビームを移動させるための別の選択肢を作るために、機械的に移動することができる。電子ビームを陽極の様々な部品に適用する／向けることは、放射線の方向を変えることとなる。次に、放射線の方向は最大注意の部位と相関する。その他の視野の放射線は様々なＸ線管または同じＸ線管内の様々な電子ビーム源のいずれかによって、照射される。

さらに別の実装では、放射線源は放射場エミッタ４６２の行列（または市販されている小型の従来の放射線管）を有していてもよい。電子は室温で放出され、出力電流は電圧制御可能であるため、電界放出は遊離電子を抽出するための魅力的な方法である。最近では、ＵＮＣの研究者らは、Ｘ線生成器のための電子電流を最適化するカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）フィルムの形態を最適化した（特許文献６参照）。このシナリオでは、放射場エミッタの様々な組み合わせによって、不均一放射線を起動すること（または放射線パラメータを変えること）ができる。ＣＮＴを使用して生成されたＸ線は高周波及び高強度であり、よりプログラム可能である。Ｘ線源は複数の電界放出Ｘ線管または従来の放射線管の正方行列として設計される。この設計では、各Ｘ線管は個別にプログラム可能であり、所望する強度のＸ線ビームを特定の部位に照射することができる。たとえばＸ線管のうちの１つが最大放射線量を最大注意部位４１０に照射し、他のＸ線管が低放射線量を視野４１２のその他の部位に照射する。

放射線、たとえばＸ線管の行列も部分的なＣＴスキャナに似るように延在することができる。この事例では、画像の３ＤまたはＣＴを生成可能である。また、ＣＴ画像透視下インターベンショナル法でのＣＴ画像の生成は外科医にとって非常に望ましい特徴である。ただし、体全体を継続してＣＴスキャンすると、患者が大量の放射線量を浴びることになる。前述の注意監視を備える放射線最小化及び低減装置を使用することによって、体全体のＣＴスキャンを特定の固定ゾーン４１０に行うことができ、画像を断続して生成するため、放射線被曝は低減する。

「本当に必要なのであれば、放射線を得る」状況：
多くの状況において、オペレータは、画像サブゾーンをじっと見ながら、さらには画像サブゾーンをしっかりと固定して見ているものの、オペレータの「心」が目前のタスクに直接関連しない精神活動における「考え／関心」に陥ることもありえる。脳監視技術８００を使用して、使用中にオペレータが注意／焦点を現在のタスクから切り替えるときには常に警報信号を生成できるようにしてもよい。この状況では、図８に示すように、オペレータの注意の焦点／脳状態モニタ８００及び固定ゾーンモニタ４２は同期される。

精神注意監視モジュール８００は、図８に示すようにモジュール、たとえば電極及び脳状態モニタであってもよい。それによって、精神注意をＥＣＧ電極を用いて監視することができる。（たとえば、Ｂｒｕｃｅ Ｋａｔｚ及びＡｌｌｏｎ Ｇｕｅｚが発明者である特許文献７「Ｂｒａｉｎ Ｓｔａｔｅ Ｒｅｃｏｒｄａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ」参照。この特許出願のすべては参照により本明細書に組み込まれる。）この状況では、放射線起動モジュール及びコントローラモジュールは、本明細書に記載するものと同じ要素及び操作を有する。

上記では本発明の特定の実施形態を参照したが、当業者には、本実施形態の変更は本開示の原理及び精神を逸脱することなく行われてもよく、その範囲は添付の特許請求の範囲によって定義される。

Claims (48)

1. 閉回路放射線誘導システムであって、
   放射線ビームを生成する放射線源と、
   オペレータの注意が患者の対象部位に向けられているときを示す注意監視信号を生成する装置と、
   前記放射線ビームを起動する前記オペレータの意思を示す放射線起動信号を生成する装置と、
   前記注意監視信号及び前記放射線起動信号に基づいて、前記放射線源から前記患者の対象部位への前記放射線を制御し、前記放射線源から前記患者の対象部位への前記放射線の閉回路フィードバックを提供して、リアルタイムで制御信号を生成する制御ユニットとを備える
   ことを特徴とするシステム。
2. 前記制御信号は、前記放射線起動信号が前記オペレータが放射線を生成することを望むことを示し、前記注意監視信号が前記オペレータの前記注意が前記患者の対象部位にあることを示す場合に、前記放射線源からの前記放射線をオンにする
   請求項１に記載のシステム。
3. 前記注意監視信号は、注意モニタによって生成される
   請求項１に記載のシステム。
4. 前記注意モニタは、視線追跡システムと、視線方向システムと、脳活動モニタとのうちの１つを備える
   請求項３に記載のシステム。
5. 前記放射線源は、電離性放射線源と、非電離性放射線源のうちの１つである
   請求項１に記載のシステム。
6. 前記放射線源は、標的の３次元画像を生成する
   請求項１に記載のシステム。
7. 前記放射線源の１または複数の放射線パラメータを制御するためのコントローラを備える
   請求項１に記載のシステム。
8. 前記注意監視信号は、前記患者の対象部位を自動的に識別する追跡システムによって生成される
   請求項１に記載のシステム。
9. 前記注意監視信号は、注意モニタ及び自動的に前記患者の対象部位を識別する追跡システムによって生成される
   請求項１に記載のシステム。
10. 前記注意監視装置は、前記オペレータのサッカードを検出するオペレータサッカード検出器である
    請求項１に記載のシステム。
11. 前記注意監視装置は、オペレータ瞬き検出器である
    請求項１に記載のシステム。
12. 前記医療放射線システムは、判断した焦点に基づいて配置される患者台を有する
    請求項１に記載のシステム。
13. 放射線を閉回路制御する方法であって、
    注意監視装置によって、オペレータの注意が放射線源からの患者の対象部位に向けた放射線ビームの生成に向けられていることを示す注意監視信号を生成し、
    放射線起動装置によって、前記オペレータによる前記放射線ビームを起動する意思を示す放射線起動信号を生成し、
    リアルタイムで、前記患者の対象部位への前記放射線ビームを前記注意監視信号及び前記放射線起動信号に基づいて制御し、リアルタイムで、前記放射線源から前記患者の対象部位への前記放射線の閉回路フィードバックを提供することとを有する
    ことを特徴とする方法。
14. 前記放射線ビームは、標的の３次元画像を生成する
    請求項１３に記載の方法。
15. 前記放射線ビームの制御は、前記放射線源と通信する１または複数の放射線パラメータを制御することを有する
    請求項１３に記載の方法。
16. 前記放射線ビームの制御は、前記放射線起動信号によって、前記オペレータが放射線の生成を望むことが示され、前記注意監視信号によって、前記オペレータの注意が前記患者の対象部位に向けられていることが示されるときに、前記放射線源からの前記放射線ビームをオンにする
    請求項１４に記載のシステム。
17. 注意監視信号の生成は、前記オペレータの前記サッカードを検出することを有する
    請求項１３に記載の方法。
18. 注意監視信号の生成は、前記オペレータの瞬きを検出することを有する
    請求項１３に記載の方法。
19. 判断した焦点に基づいて患者台を配置することを有する
    請求項１３に記載の方法。
20. 医療放射線を最適化するためにオペレータの注意を追跡する装置であって、
    リアルタイムに、医療放射線システムのオペレータの焦点を感知して、感知した注意監視信号を生成する注意監視装置と、
    信号が前記感知した注意監視信号を処理して前記医療放射線システムの前記オペレータの前記焦点を判断する信号プロセッサと、
    放射線が前記オペレータの前記焦点によって制御される医療放射線システムとを備える
    ことを特徴とする装置。
21. 前記注意監視装置は、頭位モニタと、視線追跡モニタと、視線方向モニタと、精神注意監視装置とのうちの１つである
    請求項２０に記載の装置。
22. 前記注意監視装置は、自動的に患者の対象部位を識別する追跡システムである
    請求項２０に記載の装置。
23. 前記注意監視装置は、送信器と受信器とを備える前記オペレータ用の１組の眼鏡類と、モニタ上の反射被膜であり、前記ユーザの注意が前記モニタ上にあり、前記受信器によって受信されるとき、前記送信器からの信号はモニタ上の前記反射被膜に反射する
    請求項２０に記載の装置。
24. 前記注意監視装置は、前記オペレータの頭部に装着される送信器を有する装置と、受信器を有するモニタであり、前記送信器と前記受信器は互いに通信して前記オペレータの前記焦点を判断する
    請求項２０に記載の装置。
25. 前記注意監視装置は、前記オペレータのサッカードを検出するオペレータサッカード検出器である
    請求項２０に記載の装置。
26. 前記注意監視装置は、オペレータの瞬き検出器である
    請求項２０に記載の装置。
27. 前記放射線源は、標的の３次元画像を生成する
    請求項２０に記載の装置。
28. 前記医療放射線システムは、前記判断した焦点に基づいて配置される患者台を備える
    請求項２０に記載の装置。
29. 医療放射線を最適化するために、オペレータの注意を追跡する方法であって、
    リアルタイムに、医療放射線システムのオペレータの焦点を感知して、感知した注意監視信号を生成し、
    前記注意監視装置に接続する信号プロセッサを使用して、前記感知した注意監視信号を信号処理して、前記医療放射線システムの前記オペレータの前記焦点を判断し、
    医療放射線システムの前記放射線を前記オペレータの前記焦点に基づいて制御する
    ことを特徴とする方法。
30. 前記焦点の感知は、頭位モニタと、視線追跡モニタと、視線方向モニタと、精神注意監視装置とのうちの１つを使用して、前記焦点を感知することを有する
    請求項２９に記載の方法。
31. 前記焦点の感知は、自動的に患者の対象部位を識別する動的に識別する
    請求項２９に記載の方法。
32. 前記焦点の感知は、送信器と受信器とを備える前記オペレータ用の１組の眼鏡類と、モニタ上の反射被膜であり、前記ユーザの注意が前記モニタ上にあり、前記受信器によって受信されるとき、前記送信器からの信号はモニタ上の前記反射被膜に反射する
    請求項２９に記載の方法。
33. 前記焦点の感知は、前記オペレータの頭部に装着される送信器を有する装置と、受信器を有するモニタとを備え、前記送信器と前記受信器は互いに通信して前記オペレータの前記焦点を判断する
    請求項２９に記載の方法。
34. 前記焦点の感知は、前記オペレータのサッカードを検出する
    請求項２９に記載の方法。
35. 前記焦点の感知は、前記オペレータの瞬き検出器を備える
    請求項２９に記載の方法。
36. 前記放射線源は、標的の３次元画像を生成する
    請求項２９に記載の方法。
37. 前記判断した焦点に基づいて配置される患者台を備える
    請求項２９に記載の方法。
38. 治療用放射線装置であって、
    患者に向けて放射線ビームを生成する放射線源と、
    前記放射線源に接続し、コリメータ制御信号を生成する放射線コントローラと、
    前記放射線コントローラに接続し、前記コリメータ制御信号に基づいて、対象点の外側の前記放射線を連続してフィルタして、前記放射線源からの対象点外側の放射線量を低減するコリメータとを備える
    ことを特徴とする装置。
39. 前記コリメータは、規定の放射線量を視野の複数のセグメントのそれぞれに照射する
    請求項３８に記載の装置。
40. 前記視野の前記複数のセグメントは、最大注意の部位及び他の部位である
    請求項３９に記載の装置。
41. 前記コリメータは、可動機械的コリメータと、対象領域フィルタとのうちの１つであり、前記コリメータは前記最大注意の部位に電磁波ビームを照射し、前記他の部位には前記電磁波ビームを照射しない
    請求項４０に記載の装置。
42. 前記放射線源は、前記コリメータを介して、放射線ビームを前記最大注意の部位に放射する第１の放射線源と、電磁波ビームを前記他の部位に照射する第２の放射線源とを備える
    請求項４０に記載の装置。
43. 前記放射線源は、前記放射線量を調整するために、１または複数の標的を有する陽極を備える
    請求項４０に記載の装置。
44. 前記陽極は、可動陽極である
    請求項４３に記載の装置。
45. 前記放射線源は、放射場エミッタの行列を有する
    請求項４０に記載の装置。
46. 前記放射線源は、複数の電界放出Ｘ線管の正方行列を有し、各電界放出Ｘ線管は放射線量を特定の部位に向ける
    請求項４０に記載の装置。
47. 前記コリメータは、フィルタである
    請求項３８に記載の装置。
48. 前記第２の放射線源は、低減した強度で放射線を照射する
    請求項４２に記載の装置。

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