JP2016523685A - Ｘ線画像を作成する方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、Ｘ線装置（３）によって対象物（２）のＸ線画像（１）を作成する方法に関する。Ｘ線源（４）及びＸ線検出器（５）は、少なくとも部分的巡回（８、９）中、対象物（２）のまわりを移動し、Ｘ線源（４）によって生成されかつ対象物（２）を通過するＸ線ビーム（１０）は、Ｘ線検出器（５）によって複数の異なる方向から検出される。このプロセスにおいて、少なくとも１つの光学カメラ（１３、１４）は、巡回中に対象物（２）を捕捉し、光学的画像（１５、１７）が作成される。光学カメラ（１３、１４）は、Ｘ線源（４）及び／又はＸ線検出器（５）に対してしっかりと画定された位置を有する。次に光学画像（１５、１７）は、Ｘ線源及び／又はＸ線検出器に対する対象物（２）の移動軌道を決定するために使用される。

Description

本発明は、Ｘ線装置によって対象物のＸ線画像を作成する方法に関し、少なくとも１つの部分的な巡回中に、Ｘ線源及びＸ線検出器は、対象物のまわりを移動し、Ｘ線源によって生成されかつ対象物を通過するＸ線ビームは、Ｘ線検出器によって複数の異なる方向から検出される。

Ｘ線画像を作成するいくつかの方法は、先行技術により既知であり、Ｘ線源及びＸ線検出器は、対象物のまわりを移動する。１つの巡回中、対象物の２次元Ｘ線画像が、様々な方向から作成され、次に、再構成方法を使用して、対象物の３次元Ｘ線画像又はパノラマ式断層画像が２次元Ｘ線画像から計算される。

欧州特許第２１４６３２１ Ａ１号は、対象物のまわりを移動するＸ線源及びＸ線検出器を有するＸ線装置を開示し、対象物はカメラにより記録される。カメラは、Ｘ線装置の外部に設置され、Ｘ線装置と共には回転されない。次に、カメラによって作成された、対象物の光学画像は、Ｘ線画像が記録されている間、対象物の移動を補償するために使用される。

この方法の１つの欠点は、画像記録中の、運搬アームの変形又は運搬アームに対する対象物の移動軌道が画像エラーにつながり得るということである。これらの画像エラーを修正するために、Ｘ線装置の校正が、各Ｘ線画像前の校正用ファントムによって実行される既知の方法がある。例えば、使用される運搬アーム又はベアリングの機械的変形によって生じる巡回軌道における変化が、確定される。

したがって、本発明の目的は、事前の校正測定をしなくても、エラーのない３次元Ｘ線画像を容易に実現するＸ線画像を作成する方法を利用可能にすることである。

本発明は、Ｘ線装置によって対象物のＸ線画像を生成する方法に関し、少なくとも１つの部分的な巡回中、Ｘ線源及びＸ線検出器は、対象物のまわりを移動し、Ｘ線源によって作成されかつ対象物を通過するＸ線ビームは、Ｘ線検出器によっていくつかの異なる方向から検出される。少なくとも１つの光学カメラは、巡回中に対象物を記録し、少なくとも１つの第１の光学画像が作成され、光学カメラは、Ｘ線源及び／又はＸ線検出器に対して既知のかつ画定された位置関係を有する。次に光学画像記録は、Ｘ線源及び／又はＸ線検出器に対する対象物の移動軌道を決定するために使用される。

Ｘ線記録方法は、ＤＶＴ又はＣＴなどの３次元Ｘ線記録方法、又はパノラマ式断層画像などの２次元Ｘ線記録方法のいずれかであり得る。

いわゆるデジタル量断層撮影法（ＤＶＴ）又はいわゆるコンピュータ断層撮影法（ＣＴ）において、Ｘ線源及びＸ線検出器は、患者の頭部などの対象物のまわりを移動し、２次元の投影像は、異なる方向から作成され、次のステップにおいて３次元量はこれら投影像から計算される。次に、この計算された３次元Ｘ線画像は、ディスプレイスクリーンなどのディスプレイ装置によってユーザソフトウェアに表示される。したがって、イメージングは異なる方向からの投影の連続する記録に基づいており、３次元Ｘ線画像は、再構成方法を使用して計算され、各Ｘ線吸収値は、いわゆる３次元Ｘ線画像のボクセルに割り当てられる。

パノラマ式断層画像において、Ｘ線源及びＸ線検出器はまた、対象物のまわりを移動し、ぶれ成分を有するシャープ層が形成される。Ｘ線源及びＸ線検出器の巡回軌道の変化により、シャープ層は、これに従って記録される予定の対象物に適用され得る。

例えば、Ｘ線源及びＸ線検出器は、運搬アーム上に取り付けられ得る。運搬アームは、ベアリング及び駆動手段を有し得、ここで、電子モータなどの駆動手段は、Ｘ線源及びＸ線検出器が、対象物のまわりを計画された軌道に沿って移動するように制御され得る。ＤＶＴ方法又はＣＴ方法において、Ｘ線源及びＸ線検出器の軌道は円形状であり得る。

光学カメラは、任意のデジタルビデオカメラであり得、これは全巡回中に連続的に対象物を記録する。光学カメラは、Ｘ線源及び／又はＸ線検出器に対して画定された位置関係を有し、これにより、運搬アームの変形及び／又は対象物の相対移動が決定され得る。運搬アームの変形は、例えば、動作中の、運搬アームへの外部の負荷によって、又は運搬アームの駆動手段によって生じた振動によって生成され得る。

光学カメラは、Ｘ線源及び／又はＸ線検出器に対して、既知でありかつ画定された位置関係を有する。したがって、光学カメラは、例えば、Ｘ線源及び／又はＸ線検出器上に取り付けられてもよい。あるいは、光学カメラはまた、巡回中、Ｘ線源及び／又はＸ線検出器に対して画定された方法で移動する移動可能なレール上に取り付けられてもよい。したがって、Ｘ線源及びＸ線検出器に対する光学カメラの位置及び向きは、測定中の任意の時点において既知である。

したがって、対象物の移動軌道は、巡回中のＸ線源及びＸ線検出器に対する対象物の、時間依存の位置及び向きを画定する。

患者の頭部などの対象物は、固定される必要はないが、代わりに、Ｘ線装置の記録量内で、巡回中の運搬アームに対して自由に移動可能であってもよい。

この方法の１つの利点は、各測定の前に、校正用ファントムによる校正を必要としないことであり、これは、光学カメラによる測定の間に、相対移動軌道が直接確定されるからである。したがって、いわゆるオンライン校正が、測定中に実行される。

本方法の別の利点は、咬合ピース及び／又は支持面などの固定手段を使用する通常の方法と同様に、患者の頭部などの対象物が、Ｘ線装置に対して固定される必要がないことである。したがって、患者は、画定された許容限度内の画像量内で自由に動くことができる。

したがって、個々の２次元Ｘ線画像からの３次元Ｘ線画像の計算及び／又は再構成において、運搬アームの変形及び対象物の移動軌道は、Ｘ線源及び／又はＸ線検出器と関連付けて考慮される。

しかしながら、Ｘ線源及びＸ線検出器はまた、互いに独立して対象物のまわりを移動可能な、異なる運搬アーム及び駆動手段を有してもよい。第１の光学カメラは、Ｘ線源の第１の移動軌道を確定するようにＸ線源上に取り付けられ得、第２の光学カメラは、Ｘ線検出器の第２の移動軌道を確定するようにＸ線検出器上に取り付けられ得る。

これの代替案として、第１の光学カメラは、カメラが対象物及び対向するＸ線検出器と、対向するＸ線源との両方を少なくとも部分的に記録するように、ホルダによってＸ線源及び／又はＸ線検出器上に横方向に取り付けられてもよく、これにより、Ｘ線源の第１の移動軌道及びＸ線検出器の第２の移動軌道は、第１の光学カメラによる第１の光学画像から決定されることができ、第２の光学カメラは必要ではなくなる。

有利なことに、少なくとも１つの光学画像は、巡回中のＸ線源及び／又はＸ線検出器に対する対象物の移動を決定するために使用され得る。

このように、対象物の移動軌道が決定される。

Ｘ線源及びＸ線検出器は、運搬アーム上に有利に、しっかりと取り付けられてもよく、光学画像は、巡回中の運搬アームの変形を追加的に決定するために使用される。

これにより、巡回中及び／又は３次元のＸ線画像の再構成中において、運搬アームの変形及びＸ線源及び／又はＸ線検出器に対する対象物の移動軌道が、起こり得るイメージングエラーが最小限になり得るように考慮される。

有利なことに、光学カメラは、例えば、Ｘ線源上、Ｘ線検出器上、及び／又は運搬アーム上に取り付けられてもよい。

これにより、Ｘ線源、Ｘ線検出器、及び／又は運搬アームに対する光学カメラの位置が、固定される。

Ｘ線源及び／又はＸ線検出器に対して確定された対象物の移動軌道は、Ｘ線検出器によって異なる方向から検出された複数の２次元Ｘ線画像から、３次元Ｘ線画像を計算するために有利に使用され得る。

これにより、再構成方法を使用して、従来のＣＴのＸ線装置を備えるような、確定され、かつ計画されただけではない実際の移動軌道、又は校正された偏位移動軌道を考慮に入れた、エラーのない３次元画像が計算され得る。

第１の光学カメラに加えて、有利なことに、第２の光学カメラはまた、巡回中に、対象物を記録し得、対象物の第２の光学画像が作成され、２つの光学カメラは、互いに対して、既知の及び画定された位置関係を有する。

第２の光学カメラは、巡回中、第２の記録方向から対象物を記録する任意の光学デジタルビデオカメラであり得る。これにより、運搬アームに対する対象物の位置の決定は改善される。

光学式マークは、対象物に有利に適用され得、及び光学カメラによって検出され得る。

光学式マークは、例えば、光学的に一意的に認識可能な構造体を有し得る。光学式マークは、光学式マークが、患者の頭部などの対象物に対して適用されることができるような接着フィルムを有し得る。

次に、光学式マークは、光学カメラの光学画像において検出され、これにより、全巡回中の対象物の位置における変化が、Ｘ線源及び／又はＸ線検出器との関連で決定され得る。

患者の頭部の耳部、唇部、顎部、又は目部などの対象物の隆起した構造体は、有利なことに、運搬アームに対する対象物の位置関係を決定するために決定され得る。

これにより、対象物の位置における変化はまた、巡回中、対象物の隆起構造体に基づいて跡をたどる。

有利なことに、対象物上の光学式マーク及び／又は対象物の隆起構造体は、パターン認識アルゴリズムを使用して光学画像において検出され得る。

パターン認識アルゴリズムを使用するとき、一致する領域は、光学ビデオ画像において検出され、次に、対象物の位置変化を決定するために使用される。対応する領域は、患者の頭部の耳部、唇部、顎部又は目部などの隆起構造体を有し得る。

有利なことに、画像エラーは、巡回の計画された理想軌道が、光学カメラによって確定された実際の移動軌道に置き換わるように、３次元Ｘ線画像の計算において修正されることができ、実際の移動軌道は、巡回中の運搬アームの変形及び／又は対象物の相対位置軌道に考慮される。

これにより、３次元Ｘ線画像の計算用ソフトウェア及び／又は再構成ソフトウェアにおいて、計画された理想軌道は、光学カメラによって計測された実際の軌道と置き換えられる。従来のＸ線装置は、少なくとも１つの光学カメラをＸ線源上、Ｘ線検出器上及び／又は運搬アーム上に取り付けることにより、並びに、既存のソフトウェアにおける移動軌道のみを置き換えることにより、本方法に従ったこのような方法で、容易に修正され得る。

本発明は、以下の図面を参照して説明される。図において、
３次元Ｘ線画像を生成する方法を図示する図を示す。

図１は、Ｘ線装置３によって、患者の頭部などの対象物２の３次元Ｘ線画像１を生成する方法を図示する図を示す。Ｘ線装置３は、運搬アーム６の対向する端部上に配置されたＸ線源４及びＸ線検出器５を含む。運搬アーム６は、運搬アーム６が、バツ印で表される共通回転軸７のまわりをＸ線源４及びＸ線検出器５と共に回転するように、Ｘ線装置３内に取り付けられる。少なくとも１つの部分的巡回の間、Ｘ線源４は、矢印を伴った連続した線で表される、第１の理想軌道８に沿って回転され、Ｘ線検出器５は、第２の理想軌道９に沿って回転される。本例示的実施形態において、第１の理想軌道８及び第２の理想軌道９は、円形状である。Ｘ線源４は、巡回中、対象物２を通過しかつＸ線検出器５によって検出されるＸ線ビーム１０を生成する。対象物２の２次元Ｘ線画像は、このように異なる記録方向から作成され、及び次に、再構成により、３次元Ｘ線画像１を計算するために使用される。加えて、第１の光学カメラ１３、及び第２の光学カメラ１４は、ホルダ１１及び１２によってＸ線検出器５上に取り付けられる。あるいは、光学カメラ１３及び１４はまた、運搬アーム６上に、又はＸ線源４上に直接取り付けられ得る。光学カメラ１３及び１４は、従来の光学デジタルビデオカメラである。第１の光学カメラ１３は、巡回中、第１の記録方向１６から対象物２の第１の光学画像１５を記録する一方で、第２の光学カメラ１４は、第２の記録方向１８から第２の光学画像１７を記録する。２つの光学カメラ１３及び１４の第１の記録方向１６及び第２の記録方向１８は、互いに対しておよそ３０°の角度を形成し、これにより、運搬アーム６に対する、ひいては運搬アーム６上に取り付けられたＸ線源４、及びＸ線検出器５に対する対象物２の位置の変化が、決定され得る。患者の頭部２の前頭領域に接着された光学式マーク１９は、運搬アーム６に対する対象物２の位置関係を決定するために使用される。本例示的実施形態において、光学式マーク１９は、矩形に設計され、患者の頭部２と、運搬アーム６及びＸ線検出器５との間の正確な位置関係を決定するために、光学カメラ１３及び１４によって検出され得る。あるいは又は追加的に、耳部２９、目部２１及び鼻部２２などの、患者の頭部２の特徴構造体は、位置関係を決定するために使用され得る。マーク１９、並びに特徴構造体２０、２１、及び２２は、既知のパターン認識アルゴリズムを使用して光学画像１５及び１７で認識され得る。２つの光学カメラ１３及び１４の画像データ、並びにＸ線検出器５の画像データは、コンピュータ２３に送信され、コンピュータ２３は、異なる記録方向からの個別の２次元Ｘ線画像から再構成することにより、３次元Ｘ線画像１の計算を実行し、巡回中の、異なる記録方向１６及び１８からの２つの光学画像１５及び１７が、修正を実行するために使用される。これらの修正方法では、Ｘ線検出器５と対象物２との間の測定された位置関係は、巡回中の運搬アームの変形及び／又は巡回中の運搬アーム６に対する対象物２の位置の変化によって生じた記録エラーが修正されるように、考慮される。この修正方法は、計画された理想軌道８及び９を使用する代わりに、破線によって示されている、Ｘ線源４の第１の実際移動軌道２４及びＸ線検出器５の第２の実際移動軌道２５が、３次元Ｘ線画像を計算するために使用される、採用されたソフトウェア内のコンピュータ２３によって実行され得る。第１の実際軌道２４及び第２の実際軌道２５は、図示のためにスケッチで描かれている。２つの実際移動軌道２４及び２５は、循環中の運搬アーム６の変形、及び対象物２の位置の相対的変化を考慮するように形付けられる。したがって、従来のＸ線装置におけるものと同じソフトウェアが、理想軌道８及び９のみが修正された実際軌道２４及び２５に置き換えられた状態で、使用される。ユーザは、マウス２６及びキーボード２７などの入力手段を使用してバーチャルカーソル２８を動かしながら、３次元Ｘ線画像１を操作し得る。ユーザは、３次元Ｘ線画像１を回転させるための、第１のバーチャルナビゲーションツール２９と、３次元Ｘ線画像１を移動させるための、第２のバーチャルナビゲーションツール３０を使用し得る。マーク１９はまた、３次元Ｘ線画像１において可視であるような放射線感受性であってもよい。

代替案として、Ｘ線源４及びＸ線検出器５は、Ｘ線源上の第１の光学カメラ、及びＸ線検出器上の第２の光学カメラを使用することにより決定された任意の移動軌道に沿って、異なる駆動手段によって、互いから独立して移動されてもよい。

参照番号リスト
１ Ｘ線画像
２ 対象物
３ Ｘ線装置
４ Ｘ線源
５ Ｘ線検出器
６ 運搬アーム
７ 回転軸
８ 第１の理想軌道
９ 第２の理想軌道
１０ Ｘ線ビーム
１１ ホルダ
１２ ホルダ
１３ 第１のカメラ
１４ 第２のカメラ
１５ 第１の画像
１６ 第１の撮像方向
１７ 第２の画像
１８ 第２の撮像方向
１９ マーク
２０ 耳部
２１ 目部
２２ 鼻部
２３ コンピュータ
２４ 第１の実際軌道
２５ 第２の実際軌道
２６ マウス
２７ キーボード
２８ カーソル
２９ 第１のナビゲーションツール
３０ 第２のナビゲーションツール

Claims (7)

1. 対象物（２）のＸ線画像（１）をＸ線装置（３）によって作成する方法であって、少なくとも１つの巡回（８、９）中、Ｘ線源（４）及びＸ線検出器（５）が前記対象物（２）のまわりを移動し、前記Ｘ線源（４）によって生成され、かつ前記対象物（２）を通過する前記Ｘ線ビーム（１０）は、前記Ｘ線検出器（５）によっていくつかの異なる方向から検出され、少なくとも１つの光学カメラ（１３、１４）は、前記巡回中、前記対象物（２）を記録し、少なくとも１つの第１の光学画像（１５、１７）が作成され、前記少なくとも１つの光学カメラ（１３、１４）は、前記Ｘ線源（４）及び／又は前記Ｘ線検出器（５）に対して既知でありかつ画定された位置関係を有し、前記少なくとも１つの第１の光学画像（１５、１７）は、前記対象物（２）に対する前記Ｘ線検出器（５）の移動軌道（２４、２５）を決定するために使用され、前記少なくとも１つの光学カメラ（１３、１４）は、前記Ｘ線検出器（５）上にしっかりと取り付けられていることを特徴とする、方法。
2. 前記Ｘ線源（４）及び前記Ｘ線検出器（５）は、運搬アーム（６）上に取り付けられ、前記第１の光学画像（１５、１７）は、前記巡回中、前記運搬アーム（６）の変形を追加的に決定するために使用されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記対象物（２）に対する前記Ｘ線源（４）及び／又は前記Ｘ線検出器（５）に対して決定された前記移動軌道は、前記Ｘ線検出器（５）によって異なる方向から検出された複数の２次元Ｘ線画像から、３次元Ｘ線画像（１）を計算するために使用されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記第１の光学カメラ（１３）に加えて、第２の光学カメラ（１４）は、前記巡回中、前記対象物（２）を記録し、これにより、第２の光学画像（１７）が作成され、前記２つの光学カメラ（１３、１４）は、既知であり、かつ互いに対して画定された位置関係を有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記光学カメラ（１３、１４）によって検出され得る光学式マーク（１９）は、前記対象物（２）に適用されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記対象物（２）の隆起構造体（２０、２１、２２）は、前記Ｘ線源（４）及び／又は前記Ｘ線検出器（５）に対する前記対象物（２）の位置関係を決定するために検出されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記対象物（２）の前記光学式マーク（１９）及び／又は前記対象物（２）の前記隆起構造体（２０、２１、２２）は、パターン認識アルゴリズムを使用して、前記少なくとも１つの第１の光学画像（１５、１７）において認識されることを特徴とする、請求項５又は６に記載の方法。
   
   
   

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