JP2019118450A - 医用画像診断装置、周辺機器及び撮影システム - Google Patents

医用画像診断装置、周辺機器及び撮影システム Download PDF

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Abstract

【課題】簡易に、医用画像診断装置の座標系と周辺機器の座標系とを合わせること。【解決手段】実施形態の医用画像診断装置は、第1の取得部と、第2の取得部と、導出部とを備える。第1の取得部は、周辺機器を撮影することにより得られた画像データに基づいて、医用画像診断装置の座標系における、周辺機器の所定部分の第1の位置、周辺機器の回転軸の第1の方向、及び、周辺機器の第1の回転角度を取得する。第2の取得部は、周辺機器から、周辺機器の座標系における、所定部分の第2の位置、回転軸の第2の方向、及び、周辺機器の第2の回転角度を取得する。導出部は、第1の位置、第1の方向及び第1の回転角度、並びに、第2の位置、第2の方向及び第2の回転角度に基づいて、医用画像診断装置の座標系と周辺機器の座標系とを対応付ける情報を導出する。【選択図】図1

Description

本発明の実施形態は、医用画像診断装置、周辺機器及び撮影システムに関する。
被検体に対してバイオプシー等の手技を行うロボット等の周辺機器がある。例えば、周辺機器は、X線CT(Computed Tomography)装置等の医用画像診断装置による撮影により得られた被検体のアキシャル(Axial)断面のCT画像や、MPR(Multi Planar Reconstruction)画像上で指定された経路で穿刺針を移動させてバイオプシーを行う。
手技が正確に行われるために、医用画像診断装置の座標系と周辺機器の座標系とを合わせる必要がある。
特開2012−200463号公報 特開2014−151114号公報 特開2013−178247号公報 特開2016−140668号公報
本発明が解決しようとする課題は、簡易に、医用画像診断装置の座標系と周辺機器の座標系とを合わせることができる医用画像診断装置、周辺機器及び撮影システムを提供することである。
実施形態の医用画像診断装置は、第1の取得部と、第2の取得部と、導出部とを備える。第1の取得部は、前記周辺機器を撮影することにより得られた画像データに基づいて、前記医用画像診断装置の座標系における、前記周辺機器の所定部分の第1の位置、前記周辺機器の回転軸の第1の方向、及び、前記周辺機器の第1の回転角度を取得する。第2の取得部は、前記周辺機器から、前記周辺機器の座標系における、前記所定部分の第2の位置、前記回転軸の第2の方向、及び、前記周辺機器の第2の回転角度を取得する。導出部は、前記第1の位置、前記第1の方向及び前記第1の回転角度、並びに、前記第2の位置、前記第2の方向及び前記第2の回転角度に基づいて、前記医用画像診断装置の座標系と前記周辺機器の座標系とを対応付ける情報を導出する。
図1は、第1の実施形態に係る撮影システムの構成例を示す図である。 図2は、第1の実施形態に係るロボットの動作の一例を説明するための図である。 図3は、第1の実施形態に係るロボットのロボットアーム及び保持部の一例を示す図である。 図4は、第1の実施形態に係るオブジェクトの一例を示す図である。 図5は、第1の実施形態に係るオブジェクトの具体例を示す図である。 図6は、第1の実施形態に係るX線CT装置が実行する座標系合わせ処理の一例の流れを示すフローチャートである。 図7は、第1の実施形態の第2の変形例を説明するための図である。 図8は、第1の実施形態の第2の変形例を説明するための図である。 図9は、第1の実施形態の第2の変形例を説明するための図である。 図10は、第2の実施形態に係るX線CT装置が実行する補正データ導出処理の一例の流れを示すフローチャートである。 図11は、第2の実施形態に係るX線CT装置が実行する補正データ導出処理を説明するための図である。 図12は、第3の実施形態に係る撮影システムの構成例を示す図である。 図13は、第3の実施形態に係るX線CT装置が実行する処理の一例を説明するための図である。 図14は、第3の実施形態に係るX線CT装置が実行する処理の一例を説明するための図である。 図15は、第3の実施形態に係るX線CT装置が実行する処理の一例を説明するための図である。 図16は、第4の実施形態に係るロボットのロボット本体の構成例を示す図である。
以下、図面を参照して、各実施形態に係る医用画像診断装置、周辺機器及び撮像システムを説明する。なお、一つの実施形態に記載した内容は、原則として他の実施形態にも同様に適用される。
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態に係る撮影システム100の構成例を示す図である。図1に示すように、第1の実施形態に係る撮影システム100は、X線CT装置1と、ロボット2とを有する。X線CT装置1は、医用画像診断装置の一例である。ロボット2は、周辺機器の一例である。
X線CT装置1は、例えば、ADCT(Area Detector CT)である。X線CT装置1は、架台10と、寝台20と、コンソール30とを有する。X線CT装置1において、X軸、Y軸及びZ軸から構成される座標系1aが定義される。すなわち、座標系1aは、直交座標系であり、X線CT装置1の座標系である。座標系1aを構成するX軸は床面に対して水平な方向を示し、Y軸は床面に対して垂直な方向を示し、Z軸は架台10が非チルト時の状態における後述する回転フレーム15の回転中心軸方向又は寝台20の天板22の長手方向を示す。
架台10は、被検体PにX線を照射し、被検体Pを透過したX線に関するデータを収集する装置であり、X線高電圧装置11と、X線発生装置12と、X線検出器13と、データ収集回路14と、回転フレーム15と、架台制御装置16とを有する。架台10は、架台制御装置16によるチルトさせる制御を受けると、X軸周りの回転(ロール)、Y軸周りの回転(ピッチ)、及び、Z軸周りの回転(ヨー)を行う。
回転フレーム15は、X線発生装置12とX線検出器13とを被検体Pを挟んで対向するように支持し、架台制御装置16による制御によって被検体Pを中心とした円軌道にて高速に回転する円環状のフレームである。
X線発生装置12は、X線を発生し、発生したX線を被検体Pへ照射する装置である。X線発生装置12は、X線管12aと、ウェッジ12bと、コリメータ12cとを有する。
X線管12aは、X線高電圧装置11から高電圧の供給を受けて、陰極(フィラメントと呼ぶ場合もある)から陽極(ターゲット)に向けて熱電子を照射する真空管であり、回転フレーム15の回転にともなって、X線ビームを被検体Pに対して照射する。すなわち、X線管12aは、X線高電圧装置11から供給される高電圧を用いてX線を発生する。
また、X線管12aは、ファン角及びコーン角を持って広がるX線ビームを発生する。例えば、X線管12aは、X線高電圧装置11の制御により、フル再構成用に被検体Pの全周囲でX線を連続曝射したり、ハーフ再構成用にハーフ再構成可能な曝射範囲(180度+ファン角)でX線を連続曝射したりすることが可能である。また、X線管12aは、X線高電圧装置11の制御により、予め設定された位置(管球位置)でX線(パルスX線)を間欠曝射したりすることが可能である。また、X線高電圧装置11は、X線管12aから曝射されるX線の強度を変調させることも可能である。
ウェッジ12bは、X線管12aから曝射されたX線のX線量を調節するためのX線フィルタである。具体的には、ウェッジ12bは、X線管12aから被検体Pへ照射されるX線が、予め定められた分布になるように、X線管12aから曝射されたX線を透過して減衰するフィルタである。例えば、ウェッジ12bは、所定のターゲット角度や所定の厚みとなるようにアルミニウムを加工したフィルタである。なお、ウェッジは、ウェッジフィルタ(wedge filter)や、ボウタイフィルタ(bow-tie filter)とも呼ばれる。
コリメータ12cは、鉛板等によって構成され、一部にスリットを有する。例えば、コリメータ12cは、X線高電圧装置11の制御により、ウェッジ12bによってX線量が調節されたX線の照射範囲をスリットにより絞り込む。
なお、X線発生装置12のX線源は、X線管12aに限定されるものではない。例えば、X線発生装置12は、X線管12aに代えて、電子銃から発生した電子ビームを集束させるフォーカスコイルと電磁偏向させる偏向コイルと、被検体Pの半周を囲い偏向した電子ビームと衝突することによってX線を発生させるターゲットリングとによって構成されてもよい。
X線高電圧装置11は、変圧器(トランス)及び整流器等の電気回路から構成され、X線管12aに印加する高電圧を発生する機能を有する高電圧発生装置と、X線管12aが照射するX線に応じた出力電圧の制御を行うX線制御装置から構成される。高電圧発生装置は、変圧器方式であってもよいし、インバータ方式であっても構わない。例えば、X線高電圧装置11は、X線管12aに供給する管電圧や管電流を調整することで、被検体Pに対して照射されるX線量を調整する。X線高電圧装置11は、コンソール30の処理回路34から制御を受けて、上述したように動作する。
架台制御装置16は、プロセッサ等によって構成される処理回路とモータ及びアクチュエータ等の駆動機構から構成される。架台制御装置16は、コンソール30が備える後述の入力インターフェース31もしくは架台10に取り付けられた入力インターフェースからの入力信号を受けて、架台10の動作制御を行う機能を有する。例えば、架台制御装置16は、入力信号を受けて回転フレーム15を回転させることによって、被検体Pを中心とした円軌道上でX線管12aとX線検出器13とを旋回させる制御を行う。また、例えば、架台制御装置16は、架台10をチルトさせる制御を行う。架台制御装置16は、コンソール30の処理回路34から制御を受けて、上述したように動作する。
X線検出器13は、被検体Pを透過したX線を検出する2次元アレイ型検出器(面検出器)である。例えば、X線検出器13は、X線管12aの焦点を中心とした1つの円弧に沿ってチャネル方向に複数のX線検出素子が配列されたX線検出素子列が、スライス方向に複数配列された構造を有する。X線検出器13の各X線検出素子は、X線発生装置12から照射され、被検体Pを通過したX線を検出し、X線量に対応した電気信号(パルス)をデータ収集回路14へと出力する。なお、X線検出器13が出力する電気信号は、検出信号とも称される。
データ収集回路14(DAS:Data Acquisition System)は、X線検出器13の各X線検出素子から出力された検出信号を収集し、収集した検出信号から検出データを生成し、生成した検出データをコンソール30に出力する回路である。
なお、検出データに対して対数変換処理やオフセット補正処理、チャネル間の感度補正処理、チャネル間のゲイン補正処理、パイルアップ補正処理及びビームハードニング補正等の前処理が施されたデータを生データと称する。また、検出データ及び生データを総称して投影データと称する。
寝台20は、スキャン対象の被検体Pを載置し、載置された被検体Pを移動させる装置である。寝台20は、寝台駆動装置21と、天板22と、基台23と、ベース(支持フレーム)24とを備えている。
天板22は、被検体Pが載置される板状の部材である。ベース24は、天板22を支持する。基台23は、ベース24を、床面に対して垂直な方向に移動可能に支持する筐体である。寝台駆動装置21は、被検体Pが載置された天板22を天板22の長軸方向(座標系1aにおけるZ軸方向)へ移動して、被検体Pを回転フレーム15内に移動させるためのモータあるいはアクチュエータである。なお、寝台駆動装置21は、天板22をX軸方向にも移動可能である。
なお、天板移動方法は、天板22だけを移動させてもよいし、寝台20のベース24ごと移動する方式であってもよい。また、X線CT装置1が立位CT装置である場合には、架台10を上下方向(床面に対して垂直な方向)に移動させる方式、天板22に相当する患者移動機構を移動させる方式、又は、架台10及び患者移動機構の双方を移動させる方式であってもよい。
架台10は、例えば、天板22を移動させた後に被検体Pの位置を固定したままで回転フレーム15を回転させて被検体Pを円軌道にてスキャンするコンベンショナルスキャンを実行する。または、架台10は、天板22を移動させながら回転フレーム15を回転させて被検体Pをらせん状にスキャンするヘリカルスキャンを実行する。なお、架台10と天板22との相対位置の変化が天板22の移動を制御することによって実現されてもよい。また、架台10が自走式である場合、架台10の走行を制御することによって架台10と天板22との相対位置の変化が実現されてもよい。また、架台10の走行と天板22の移動とを制御することによって架台10と天板22との相対位置の変化が実現されてもよい。すなわち、天板22に載置された被検体Pと架台10との相対位置の関係は、架台10の走行及び天板22の移動の一方又は両方により実現されてもよい。
コンソール30は、操作者によるX線CT装置1の操作を受け付けるとともに、架台10から出力された検出データを用いてX線CT画像データを再構成する装置である。なお、X線CT画像は、単に、CT画像とも称される。コンソール30は、図1に示すように、入力インターフェース31と、ディスプレイ32と、記憶回路33と、処理回路34とを有する。
入力インターフェース31は、操作者からの各種の入力操作を受け付け、受け付けた入力操作を電気信号に変換して処理回路34に出力する。例えば、入力インターフェース31は、検出データを収集する際の収集条件や、CT画像データを再構成する際の再構成条件、CT画像データから後処理画像を生成する際の画像処理条件等を操作者から受け付ける。例えば、入力インターフェース31は、マウスやキーボード、トラックボール、スイッチ、ボタン、ジョイスティック等により実現される。
ディスプレイ32は、各種の情報を表示する。例えば、ディスプレイ32は、処理回路34によって生成された医用画像(CT画像)や、操作者からの各種操作を受け付けるためのGUI(Graphical User Interface)等を出力する。例えば、ディスプレイ32は、液晶ディスプレイやCRT(Cathode Ray Tube)ディスプレイ等によって構成される。
記憶回路33は、例えば、RAM(Random Access Memory)、フラッシュメモリ等の半導体メモリ素子、ハードディスク、光ディスク等により実現される。記憶回路33は、例えば、検出データ、生データ及びCT画像データ等を記憶する。
処理回路34は、例えば、システム制御機能34a、前処理機能34b、再構成処理機能34c、画像処理機能34d、スキャン制御機能34e、表示制御機能34f、ロボット制御機能34g、第1の取得機能34h、第2の取得機能34i及び導出機能34jを備える。ここで、例えば、図1に示す処理回路34の構成要素であるシステム制御機能34a、前処理機能34b、再構成処理機能34c、画像処理機能34d、スキャン制御機能34e、表示制御機能34f、ロボット制御機能34g、第1の取得機能34h、第2の取得機能34i及び導出機能34jが実行する各処理機能は、コンピュータによって実行可能なプログラムの形態で記憶回路33内に記録されている。処理回路34は、例えば、プロセッサであり、記憶回路33から各プログラムを読み出し、実行することで読み出した各プログラムに対応する機能を実現する。換言すると、各プログラムを読み出した状態の処理回路34は、図1の処理回路34内に示された各機能を有することとなる。
システム制御機能34aは、入力インターフェース31を介して操作者から受け付けた入力操作に基づいて、処理回路34の各種機能を制御する。
前処理機能34bは、データ収集回路14から出力された検出データに対して対数変換処理やオフセット補正処理、チャネル間の感度補正処理、ビームハードニング補正等の前処理を施して生データを生成する。前処理機能34bは、生成した生データを記憶回路33に格納する。
再構成処理機能34cは、前処理機能34bにて生成された生データに対して、フィルタ補正逆投影法や逐次近似再構成法等を用いた再構成処理を行ってCT画像データを再構成(生成)する。例えば、再構成処理機能34cは、記憶回路33に記憶された生データを取得し、取得した生データに対して再構成処理を行って、3次元のCT画像データ(3次元CT画像データ、ボリュームデータ)を再構成する。再構成処理機能34cは、再構成したCT画像データを記憶回路33に格納する。
再構成処理機能34cは、CT画像データを再構成するには、フルスキャン再構成方式及びハーフスキャン再構成方式を適用可能である。例えば、再構成処理機能34cは、フルスキャン再構成方式では、被検体の周囲一周、360度分の生データを必要とする。また、再構成処理機能34cは、ハーフスキャン再構成方式では、180度+ファン角度分の生データを必要とする。
画像処理機能34dは、入力インターフェース31を介して操作者から受け付けた入力操作に基づいて、再構成処理機能34cによって再構成されたCT画像データを公知の方法により、MPR画像等の画像データに変換する。画像処理機能34dは、変換した画像データを記憶回路33に格納する。
スキャン制御機能34eは、架台10で行なわれるCTスキャンを制御する。例えば、スキャン制御機能34eは、X線高電圧装置11、X線検出器13、架台制御装置16、データ収集回路14及び寝台駆動装置21の動作を制御することで、架台10における各種のスキャンの実行を制御する。
具体的には、スキャン制御機能34eは、位置決め画像(スキャノ画像、スキャノグラム)を収集する撮影及び診断に用いる画像を収集する本撮影(スキャン)における投影データの収集処理を制御する。スキャン制御機能34eにより投影データの収集処理が制御される結果、X線CT装置1において、CT画像データが収集される。
例えば、スキャン制御機能34eは、コンベンショナルスキャンやヘリカルスキャンを実行させる。これにより、X線CT装置1において、3次元CT画像データが収集される。
表示制御機能34fは、記憶回路33が記憶する各種の画像データが示す各種の画像を、ディスプレイ32に表示するように制御する。
ロボット制御機能34gは、ロボット2の動作を制御する。例えば、ロボット制御機能34gは、被検体Pに対するバイオプシー等の手技をロボット2に行わせる。例えば、ロボット制御機能34gは、被検体Pのアキシャル断面のCT画像や、MPR画像をディスプレイ32に表示させる。そして、ロボット制御機能34gは、CT画像又はMPR画像上でユーザにより指定された経路を受け付ける。そして、ロボット制御機能34gは、受け付けた経路を構成する複数の点の位置情報をロボット2に送信して、後述する穿刺針40を移動させてバイオプシーを行うようにロボット2の動作を制御する。すなわち、ロボット制御機能34gは、後述する穿刺針40を被検体P内に挿入させるようにロボット2の動作を制御する。ここで、ロボット制御機能34gは、座標系1aにおける、複数の点の位置情報をロボット2に送信する。
第1の取得機能34h、第2の取得機能34i及び導出機能34jは、座標系合わせ処理を実行する。第1の取得機能34h、第2の取得機能34i及び導出機能34jの詳細については後述する。第1の取得機能34hは、第1の取得部及び取得部の一例である。第2の取得機能34iは、第2の取得部の一例である。導出機能34jは、導出部の一例である。
ロボット2は、X線CT装置1に設置される。例えば、ロボット2は、天板22又は架台10に取り付けられる、若しくは、寝台20が載置される床面上の寝台20の近傍に載置(固定)される。
ロボット2は、バイオプシー等の手技を行う。ロボット2は、ロボット本体2aと、ロボットアーム2bと、保持部2cとを備える。バイオプシー等の手技が行われる場合には、保持部2cは、穿刺針40を保持する。ロボットアーム2bの先端部分には、保持部2cが、ロボットアーム2bに対して回転可能に取り付けられている。
ロボット本体2aは、ロボットアーム2bを動作可能に支持する。ロボット本体2aは、プロセッサ等によって構成される処理回路2a_1と、ロボットアーム2b及び保持部2cを動作させるためのモータ及びアクチュエータ等の駆動機構2a_2を含む。例えば、処理回路2a_1は、ロボット制御機能34gから送信された複数の点の位置情報に基づいて、複数の点により構成される経路で穿刺針40が被検体P内に挿入されるように、ロボットアーム2b及び保持部2cの動作を制御する。具体的には、処理回路2a_1は、駆動機構2a_2を制御することにより、ロボットアーム2b及び保持部2cの動作を制御する。
なお、上記説明において用いた「プロセッサ」という文言は、例えば、CPU(central processing unit)、GPU(Graphics Processing Unit)、或いは、特定用途向け集積回路(Application Specific Integrated Circuit:ASIC)、プログラマブル論理デバイス(例えば、単純プログラマブル論理デバイス(Simple Programmable Logic Device:SPLD)、複合プログラマブル論理デバイス(Complex Programmable Logic Device:CPLD)、又は、フィールドプログラマブルゲートアレイ(Field Programmable Gate Array:FPGA))等の回路を意味する。プロセッサは記憶回路に保存されたプログラムを読み出し、読み出したプログラムを実行することで機能を実現する。なお、記憶回路にプログラムを保存する代わりに、プロセッサの回路内にプログラムを直接組み込むよう構成しても構わない。この場合、プロセッサは回路内に組み込まれたプログラムを読み出し、読み出したプログラムを実行することで機能を実現する。なお、本実施形態の各プロセッサは、プロセッサごとに単一の回路として構成される場合に限らず、複数の独立した回路を組み合わせて1つのプロセッサとして構成し、その機能を実現するようにしてもよい。
図2は、第1の実施形態に係るロボット2の動作の一例を説明するための図である。処理回路2a_1は、図2の例に示すように、穿刺針40が、天板22に載置された被検体Pの穿刺対象部位41に挿入されるように、ロボットアーム2bの動作を制御する。なお、図2の例では、ロボット2の構成要素のうち、ロボットアーム2b及び保持部2cのみが示されている。
ここで、ロボット2には座標系2dが定義されており、処理回路2a_1は、ロボット2の座標系2dにおいて、指定された経路で穿刺針40が被検体Pに挿入されるように、ロボットアーム2bの動作を制御する。なお、座標系2dは、X軸、Y軸及びZ軸から構成される直交座標系である。
図3は、第1の実施形態に係るロボット2のロボットアーム2b及び保持部2cの一例を示す図である。図3の例に示すロボットアーム2bは、処理回路2a_1による制御を受けて、動作し、姿勢を変更する。
また、図3の例に示す保持部2cには、穿刺針40が挿入される挿入口2c_1が形成されている。穿刺針40は、挿入口2c_1に挿入されると、保持部2cに対して固定される。
保持部2cは、駆動機構2a_2により、回転軸2e周りを第1回転方向2f又は第1回転方向2fとは逆回りの第2回転方向2gに回転する。また、保持部2cは、保持部2cの回転角度が、基準となる回転角度(例えば0度)に対して所定の回転角度となる位置で回転を停止したりする。穿刺針40を保持している保持部2cが回転軸2e周りを回転した場合には、穿刺針40も回転することとなる。なお、穿刺針40の回転軸は、保持部2cの回転軸2eと略一致する。
ここで、処理回路2a_1は、駆動機構2a_2の動作状況、並びに、ロボットアーム2b及び保持部2cに取り付けられたセンサからの検出信号に基づいて、点Oを原点とする座標系2dにおける、ロボットアーム2bの所定部分2hの位置(3次元座標)、回転軸2eの方向、及び、保持部2cの回転角度を把握している。なお、回転軸2eの方向とは、例えば、回転軸2eが延びる方向である。
以上、第1の実施形態に係る撮影システム100の構成の一例について説明した。上述した構成のもと、第1の実施形態に係るX線CT装置1は、簡易に、X線CT装置1の座標系1aとロボット2の座標系2dとを合わせることができるように、以下で説明する座標合わせ処理を実行する。
図4は、第1の実施形態に係るオブジェクト50の一例を示す図である。第1の実施形態では、座標合わせ処理を行う際に、図4の例に示すように、保持部2cによりオブジェクト50が保持される。
図5は、第1の実施形態に係るオブジェクト50の具体例を示す図である。図5は、オブジェクト50の上面図である。図5の例に示すオブジェクト50は、部材50a,50bを備える。部材50a,50bは、棒状で円柱形状の部材である。部材50aの一端に、部材50bの一端が連結される。
図5の例に示すように、上面視で、部材50aの中心軸50e上の部材50bの所定部分50b_1に、マーカ50cが取り付けられている。また、上面視で、中心軸50e上の部材50aの所定部分50a_1に、マーカ50dが取り付けられている。すなわち、中心軸50e上の2箇所にマーカ50c,50dが取り付けられている。したがって、座標系1aにおけるマーカ50cの位置及びマーカ50dの位置から、座標系1aにおける中心軸50eを特定することが可能であり、中心軸50eの方向を特定することが可能である。なお、中心軸50eの方向とは、例えば、中心軸50eが延びる方向である。
また、図5の例に示すように、マーカ50cから、部材50bの中心軸50gの方向に所定距離だけ離れた部材50b上の所定部分50b_2に、マーカ50fが取り付けられている。例えば、マーカ50fは、上面視で、部材50aの中心軸50eと部材50bの中心軸50gとの成す角の角度αと、マーカ50fとマーカ50cとを結ぶ線分と、マーカ50cとマーカ50dとを結ぶ線分とが成す角の角度とが略一致するように取り付けられる。すなわち、所定部分50b_1と所定部分50b_2とを結ぶ線分と、所定部分50b_1と所定部分50a_1とを結ぶ線分とが成す角の角度と、角度αとが略一致するように、所定部分50b_2が定められる。図5の例では、マーカ50cとマーカ50dとの間の距離と、マーカ50cとマーカ50fとの間の距離とが異なる。このため、3つのマーカ50c,50d,50fの位置関係は、非線対称な位置関係となる。非線対称な位置関係とは、例えば、マーカ50c,50d,50fからなるマーカの配置パターンを、ある直線を軸として、反転させても、この配置パターンに重なり合わない位置関係を指す。また、図5の例では、角度αは90度であるが、角度αは90度以外の角度であってもよい。なお、オブジェクト50には、マーカが少なくとも3箇所に設けられていればよい。より具体的には、中心軸50eの方向を特定することが可能なように、オブジェクト50には、同一直線上に並ばない少なくとも3箇所以上の複数の箇所に、マーカが設けられていればよい。すなわち、複数のマーカは、同一直線上に並ばない。
また、少なくとも3箇所に設けられた複数のマーカの位置関係が、非線対称な位置関係であればよい。例えば、図5の例において、仮に、マーカ50cとマーカ50dとの間の距離と、マーカ50cとマーカ50fとの間の距離とが同一である場合には、マーカ50c,50d,50fの位置関係は、マーカ50cを通る直線を対称軸とする線対称な位置関係となる。このため、このような場合には、新たな4つ目のマーカをオブジェクト50に設けて、4つのマーカの位置関係が非線対称な位置関係となるようにする。
マーカ50c、マーカ50d及びマーカ50fは、例えば、ロボットアーム2b及び保持部2cを構成する材料のX線の透過率よりも高い材料又は低い材料により形成される。
座標系1aにおけるマーカ50cの位置、マーカ50dの位置及びマーカ50fの位置から、中心軸50eを回転軸としてオブジェクト50が回転した場合のマーカ50fとマーカ50cとを結ぶ線分の中心軸50e周りの回転角度が得られる。よって、座標系1aにおけるマーカ50cの位置、マーカ50dの位置及びマーカ50fの位置から、座標系1aにおける、中心軸50eを回転軸としてオブジェクト50が回転した場合の部材50bの中心軸50e周りの回転角度が得られる。すなわち、座標系1aにおけるマーカ50cの位置、マーカ50dの位置及びマーカ50fの位置から、座標系1aにおけるオブジェクト50の中心軸50e周りの回転角度が得られる。
また、中心軸50eと保持部2cの回転軸2eとが略一致するように、オブジェクト50が保持部2cにより保持される。したがって、保持部2cが回転軸2e周りを回転すると、オブジェクト50は、中心軸50eを回転軸として回転する。以下の説明では、このようなオブジェクト50の回転軸を、「回転軸50h」と表記する。
次に、座標系合わせ処理の一例について説明する。図6は、第1の実施形態に係るX線CT装置1が実行する座標系合わせ処理の一例の流れを示すフローチャートである。座標系合わせ処理は、例えば、入力インターフェース31が座標系合わせ処理を実行する指示をユーザから受け付けて、座標系合わせ処理を実行する指示が処理回路34に入力された場合に実行される。なお、座標系合わせ処理を実行する際には、寝台20には被検体Pは載置されない。
図6に示すように、ロボット制御機能34gは、ロボット2の保持部2cにより保持されたオブジェクト50が、架台10の撮影範囲(スキャン範囲)内に位置するように、ロボット2の動作を制御し、撮影範囲内でオブジェクト50を静止させる(ステップS101)。
そして、スキャン制御機能34eは、X線CT装置1において3次元CT画像データが収集されるように、撮影範囲内で静止されたオブジェクト50に対するコンベンショナルスキャンを実行させる(ステップS102)。なお、収集された3次元CT画像データは、画像データの一例である。
そして、第1の取得機能34hは、収集された3次元CT画像データに基づいて、座標系1aにおけるマーカ50cの位置、マーカ50dの位置及びマーカ50fの位置(3つのマーカの位置)を取得する(ステップS103)。例えば、ステップS103では、第1の取得機能34hは、3次元CT画像の座標系におけるマーカ50c、マーカ50d及びマーカ50fの位置を特定する。そして、第1の取得機能34hは、既知である3次元CT画像の座標系の各座標と座標系1aの各座標との対応関係に基づいて、3次元CT画像の座標系におけるマーカ50c、マーカ50d及びマーカ50fの位置から、座標系1aにおけるマーカ50c、マーカ50d及びマーカ50fの位置を取得する。
ここで、マーカ50cの位置と、マーカ50cが取り付けられた所定部分50b_1の位置とは、互いに近接している。そのため、X線CT装置1は、マーカ50cの位置を、マーカ50cが取り付けられた所定部分50b_1の位置として扱うことができる。同様の理由で、X線CT装置1は、マーカ50dの位置を、マーカ50dが取り付けられた所定部分50a_1の位置として扱うことができる。また、X線CT装置1は、マーカ50fの位置を、マーカ50fが取り付けられた所定部分50b_2の位置として扱うことができる。なお、座標系1aにおけるマーカ50cの位置及び所定部分50b_1の位置は、第1の位置の一例である。
そして、第1の取得機能34hは、座標系1aにおけるマーカ50cの位置及びマーカ50dの位置から、座標系1aにおけるオブジェクト50の回転軸50hの方向を取得する(ステップS104)。例えば、ステップS104では、第1の取得機能34hは、座標系1aにおけるマーカ50cの位置及びマーカ50dの位置から、座標系1aにおけるオブジェクト50の回転軸50hを特定し、回転軸50hの方向を取得する。座標系1aにおける回転軸50hの方向は、第1の方向の一例である。
そして、第1の取得機能34hは、座標系1aにおけるマーカ50cの位置、マーカ50dの位置及びマーカ50fの位置から、座標系1aにおけるオブジェクト50の回転角度を取得する(ステップS105)。座標系1aにおけるオブジェクト50の回転角度は、第1の回転角度の一例である。
そして、第2の取得機能34iは、ロボット2から、座標系2dにおけるマーカ50cの位置を取得する(ステップS106)。ここで、処理回路2a_1は、上述したように、座標系2dにおける、ロボットアーム2bの所定部分2hの位置(3次元座標)を把握している。また、処理回路2a_1は、座標系2dにおける、所定部分2hとマーカ50cとの位置関係も把握している。したがって、処理回路2a_1は、所定部分2hの位置、及び、所定部分2hとマーカ50cとの位置関係から、座標系2dにおけるマーカ50cの位置を把握することができる。
そこで、ステップS106では、第2の取得機能34iは、座標系2dにおけるマーカ50cの位置を送信する要求をロボット2の処理回路2a_1に送信する。かかる要求を受信した処理回路2a_1は、処理回路34に、座標系2dにおけるマーカ50cの位置を送信する。このようにして、第2の取得機能34iは、ロボット2から、座標系2dにおけるマーカ50cの位置を取得する。なお、座標系2dにおけるマーカ50cの位置及び所定部分50b_1の位置は、第2の位置の一例である。
そして、第2の取得機能34iは、ロボット2から、座標系2dにおけるオブジェクト50の回転軸50hの方向を取得する(ステップS107)。ここで、処理回路2a_1は、上述したように、座標系2dにおける回転軸2eの方向を把握している。また、座標系2dにおける回転軸2eの方向は、座標系2dにおける回転軸50hの方向と略同一である。したがって、処理回路2a_1は、回転軸2eの方向を回転軸50hの方向として扱うことができる。
そこで、ステップS107では、第2の取得機能34iは、座標系2dにおける回転軸50hの方向を送信する要求をロボット2の処理回路2a_1に送信する。かかる要求を受信した処理回路2a_1は、処理回路34に、座標系2dにおける回転軸2eの方向を回転軸50hの方向として送信する。このようにして、第2の取得機能34iは、ロボット2から、座標系2dにおける回転軸50hの方向を取得する。座標系2dにおける回転軸50hの方向は、第2の方向の一例である。
そして、第2の取得機能34iは、ロボット2から、座標系2dにおけるオブジェクト50の回転角度を取得する(ステップS108)。ここで、処理回路2a_1は、上述したように、座標系2dにおける、保持部2cの回転角度を把握している。また、処理回路2a_1は、座標系2dにおける、保持部2cの回転角度に対するオブジェクト50の回転角度のずれ量を把握している。したがって、処理回路2a_1は、保持部2cの回転角度、及び、保持部2cの回転角度に対するオブジェクト50の回転角度のずれ量から、座標系2dにおけるオブジェクト50の回転角度を把握することができる。
そこで、ステップS108では、第2の取得機能34iは、座標系2dにおけるオブジェクト50の回転角度を送信する要求をロボット2の処理回路2a_1に送信する。かかる要求を受信した処理回路2a_1は、処理回路34に、座標系2dにおけるオブジェクト50の回転角度を送信する。このようにして、第2の取得機能34iは、ロボット2から、座標系2dにおけるオブジェクト50の回転角度を取得する。座標系2dにおけるオブジェクト50の回転角度は、第2の回転角度の一例である。
そして、導出機能34jは、座標系1aにおけるマーカ50cの位置、オブジェクト50の回転軸50hの方向、及び、オブジェクト50の回転角度、並びに、座標系2dにおけるマーカ50cの位置、オブジェクト50の回転軸50hの方向、及び、オブジェクト50の回転角度に基づいて、座標系1aと座標系2dとを対応付ける情報を導出する(ステップS109)。
例えば、ステップS109では、導出機能34jは、座標系2dを平行移動させたり、回転させたりして、座標系1aと座標系2dとを略一致させる。
具体例を挙げて説明すると、導出機能34jは、座標系1aにおけるマーカ50cの位置と座標系2dにおけるマーカ50cの位置とを略一致させ、座標系1aにおける回転軸50hの方向と座標系2dにおける回転軸50hの方向とを略一致させ、座標系1aにおけるオブジェクト50の回転角度と座標系2dにおけるオブジェクト50の回転角度とを略一致させることにより、座標系1aと座標系2dとを略一致させる。
そして、ステップS109では、導出機能34jは、座標系1aと座標系2dとを略一致させた場合の、座標系2dの平行移動量及び回転量を、座標系1aと座標系2dとを対応付ける情報として導出する。
そして、導出機能34jは、座標系1aと座標系2dとを対応付ける情報をロボット2に通知する(ステップS110)。そして、導出機能34jは、座標系合わせ処理を終了する。
例えば、ロボット2の処理回路2a_1は、座標系1aと座標系2dとを対応付ける情報を受信すると、受信した情報を用いて、座標系1aの各座標を座標系2dの各座標に変換するための変換行列を生成する。処理回路2a_1は、生成した変換行列を用いて、ロボット制御機能34gから送信される座標系1aにおける位置情報を、座標系2dにおける位置情報に変換する。そして、処理回路2a_1は、変換された座標系2dにおける位置情報を用いてロボットアーム2b及び保持部2cを制御する。このようにして、処理回路2a_1は、座標系1aと座標系2dとを合わせる。
なお、処理回路2a_1は、座標系1aと座標系2dとを対応付ける情報を用いて、座標系1aと略一致するように座標系2dを修正してもよい。具体例を挙げて説明すると、処理回路2a_1は、受信した情報が示す平行移動量分、座標系2dを平行移動させる。また、処理回路2a_1は、受信した情報が示す回転量分、座標系2dを回転させる。このようにして、導出機能34jは、座標系1aと座標系2dとを合わせてもよい。
また、導出機能34jは、座標系1aと座標系2dとを対応付ける情報を用いて、上述した変換行列を生成してもよい。そして、ロボット制御機能34gは、ロボット2に座標系1aにおける位置情報を送信するのではなく、変換行列を用いて、座標系1aにおける位置情報を座標系2dにおける位置情報に変換し、変換された座標系2dにおける位置情報をロボット2に送信してもよい。
ステップS101は、ロボット制御機能34gに対応するステップである。ステップS101は、処理回路34が記憶回路33からロボット制御機能34gに対応する所定のプログラムを読み出して実行することにより、ロボット制御機能34gが実現されるステップである。また、ステップS102は、スキャン制御機能34eに対応するステップである。ステップS102は、処理回路34が記憶回路33からスキャン制御機能34eに対応する所定のプログラムを読み出して実行することにより、スキャン制御機能34eが実現されるステップである。また、ステップS103〜S105は、第1の取得機能34hに対応するステップである。ステップS103〜S105は、処理回路37が記憶回路35から第1の取得機能34hに対応する所定のプログラムを読み出して実行することにより、第1の取得機能34hが実現されるステップである。また、ステップS106〜S108は、第2の取得機能34iに対応するステップである。ステップS106〜S108は、処理回路37が記憶回路35から第2の取得機能34iに対応する所定のプログラムを読み出して実行することにより、第2の取得機能34iが実現されるステップである。また、ステップS109,S110は、導出機能34jに対応するステップである。ステップS109,S110は、処理回路37が記憶回路35から導出機能34jに対応する所定のプログラムを読み出して実行することにより、導出機能34jが実現されるステップである。
上述した座標系合わせ処理では、第1の取得機能34hは、ロボット2により保持されたオブジェクト50を撮影することにより得られた3次元CT画像データに基づいて、X線CT装置1の座標系1aにおける、オブジェクト50の所定部分50b_1の位置、オブジェクト50の回転軸50hの方向、及び、オブジェクト50の回転角度を取得する。第2の取得機能34iは、ロボット2から、ロボット2の座標系2dにおける、所定部分50b_1の位置、回転軸50hの方向、及び、オブジェクト50の回転角度を取得する。導出機能34jは、第1の取得機能34hにより取得された位置、方向及び回転角度、並びに、第2の取得機能34iにより取得された位置、方向及び回転角度に基づいて、座標系1aと座標系2dとを対応付ける情報を導出する。
また、上述した座標系合わせ処理では、第1の取得機能34hは、オブジェクト50に3箇所設けられた複数のマーカ50c,50d,50fを撮影することにより得られた3次元CT画像データに基づいて、X線CT装置1の座標系1aにおける、オブジェクト50の所定部分50b_1の位置、オブジェクト50の回転軸50hの方向、及び、オブジェクト50の回転角度を取得する。
このように、第1の実施形態では、ユーザに煩雑な操作を行わせることなく、X線CT装置1の座標系1aとロボット2の座標系2dとを合わせるための情報が導出される。したがって、第1の実施形態によれば、簡易に、X線CT装置1の座標系1aとロボット2の座標系2dとを合わせることができる。
(第1の実施形態の第1の変形例)
次に、第1の実施形態の第1の変形例について説明する。上述した第1の実施形態では、第1の取得機能34hが、オブジェクト50を撮影することにより得られた3次元CT画像データに基づいて、X線CT装置1の座標系1aにおける、オブジェクト50の所定部分50b_1の位置、オブジェクト50の回転軸50hの方向、及び、オブジェクト50の回転角度を取得する場合について説明した。
しかしながら、第1の実施形態の第1の変形例では、X線CT装置1が可視光カメラを備える。そして、第1の実施形態の第1の変形例では、第1の取得機能34hは、オブジェクト50が可視光カメラで撮影されることにより得られた画像データに基づいて、X線CT装置1の座標系1aにおける、オブジェクト50の所定部分50b_1の位置、オブジェクト50の回転軸50hの方向、及び、オブジェクト50の回転角度を取得する。
例えば、第1の取得機能34hは、同一直線上でない少なくとも3つ以上の位置に設けたマーカを可視光カメラにより撮影した画像データに基づいて、X線CT装置1の座標系1aにおける、オブジェクト50の所定部分50b_1の位置、オブジェクト50の回転軸50hの方向、及び、オブジェクト50の回転角度を取得する。例えば、可視光カメラとしてステレオカメラが用いられる場合には、第1の取得機能34hは、1回の撮影で得られた2つの画像データに基づいて、X線CT装置1の座標系1aにおける、オブジェクト50の所定部分50b_1の位置、オブジェクト50の回転軸50hの方向、及び、オブジェクト50の回転角度を取得する。
(第1の実施形態の第2の変形例)
第1の実施形態では、座標系合わせ処理のステップS102において、スキャン制御機能34eが、撮影範囲内で静止されたオブジェクト50に対するコンベンショナルスキャンを実行させることで、X線CT装置1が3次元CT画像データを収集する場合について説明した。しかしながら、所定の条件を満たす場合には、ステップS102において、スキャン制御機能34eは、撮影範囲内で静止されたオブジェクト50に対するヘリカルスキャンを実行させることで、X線CT装置1が3次元CT画像データを収集してもよい。
そこで、このような変形例を、第1の実施形態の第2の変形例として説明する。なお、第1の実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する場合がある。図7〜9は、第1の実施形態の第2の変形例を説明するための図である。
例えば、図7の例に示すように、ロボット2が床面90に固定され、ヘリカルスキャンにおいて架台10が移動する場合には、ヘリカルスキャンにおいてロボット2と架台10との相対的な位置関係が変化する。このため、ヘリカルスキャンによってロボット2により保持されたオブジェクト50を含むボリュームデータを収集することができる。したがって、ロボット2が床面90に載置され、ヘリカルスキャンにおいて架台10が移動する場合には、ステップS102において、スキャン制御機能34eは、ヘリカルスキャンを実行させることで、X線CT装置1が3次元CT画像データを収集してもよい。
また、図8の例に示すように、ロボット2が天板22に固定され、ヘリカルスキャンにおいて架台10が移動する場合にも、ヘリカルスキャンにおいてロボット2と架台10との相対的な位置関係が変化する。このため、ロボット2が天板22に固定され、ヘリカルスキャンにおいて架台10が移動する場合にも、ステップS102において、スキャン制御機能34eは、ヘリカルスキャンを実行させることで、X線CT装置1が3次元CT画像データを収集してもよい。
また、図9の例に示すように、ロボット2が天板22に固定され、ヘリカルスキャンにおいて天板22が移動する場合にも、ヘリカルスキャンにおいてロボット2と架台10との相対的な位置関係が変化する。このため、ロボット2が天板22に固定され、ヘリカルスキャンにおいて天板22が移動する場合にも、ステップS102において、スキャン制御機能34eは、ヘリカルスキャンを実行させることで、X線CT装置1が3次元CT画像データを収集してもよい。
(第2の実施形態)
次に、第2の実施形態に係る撮影システムについて説明する。なお、第1の実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する場合がある。第2の実施形態では、X線CT装置1が、第1の実施形態で実行される各種の処理に加えて、補正データ導出処理を実行する。
第2の実施形態に係るX線CT装置1が実行する補正データ導出処理の一例について説明する。図10は、第2の実施形態に係るX線CT装置1が実行する補正データ導出処理の一例の流れを示すフローチャートである。補正データ導出処理は、例えば、入力インターフェース31が補正データ導出処理を実行する指示をユーザから受け付けて、補正データ導出処理を実行する指示が処理回路34に入力された場合に実行される。なお、補正データ導出処理を実行する際には、寝台20には被検体Pは載置されない。
図10に示すように、ロボット制御機能34gは、ロボット2の保持部2cにより保持されたオブジェクト50が、架台10の撮影範囲内に位置し、かつ、所定の第1の姿勢となるように、ロボット2の動作を制御し、撮影範囲内でオブジェクト50を第1の姿勢のまま静止させる(ステップS201)。
図11は、第2の実施形態に係るX線CT装置1が実行する補正データ導出処理を説明するための図である。例えば、ステップS201において、ロボット制御機能34gは、ロボット2の動作を制御して、図11の例に示すように、撮影範囲内でオブジェクト50を第1の姿勢60のまま静止させる。
そして、スキャン制御機能34eは、撮影範囲内で第1の姿勢60のまま静止されたオブジェクト50に対するコンベンショナルスキャンを実行させることにより、X線CT装置1が3次元CT画像データを収集する(ステップS202)。
そして、第1の取得機能34hは、ステップS202で収集された3次元CT画像データに基づいて、座標系1aにおけるマーカ50cの位置を取得する(ステップS203)。
そして、第2の取得機能34iは、ロボット2から、座標系2dにおける、撮影範囲内で第1の姿勢60のまま静止されたオブジェクト50のマーカ50cの位置を取得する(ステップS204)。
そして、ロボット制御機能34gは、オブジェクト50が、架台10の撮影範囲内に位置し、かつ、第1の姿勢とは異なる所定の第2の姿勢となるように、ロボット2の動作を制御し、撮影範囲内でオブジェクト50を第2の姿勢のまま静止させる(ステップS205)。
例えば、ステップS205において、ロボット制御機能34gは、ロボット2の動作を制御し、図11の例に示すように、撮影範囲内でオブジェクト50を第2の姿勢61のまま静止させる。
そして、スキャン制御機能34eは、撮影範囲内で第2の姿勢61のまま静止されたオブジェクト50に対するコンベンショナルスキャンを実行させることにより、X線CT装置1が3次元CT画像データを収集する(ステップS206)。
そして、第1の取得機能34hは、ステップS206で収集された3次元CT画像データに基づいて、座標系1aにおけるマーカ50cの位置を取得する(ステップS207)。
そして、第2の取得機能34iは、ロボット2から、座標系2dにおける、撮影範囲内で第2の姿勢61のまま静止されたオブジェクト50のマーカ50cの位置を取得する(ステップS208)。
そして、第1の取得機能34hは、座標系1aにおける、第1の姿勢60から第2の姿勢61にロボット2の姿勢が変化した際のマーカ50cの移動量を取得する(ステップS209)。例えば、ステップS209では、第1の取得機能34hは、ステップS203で取得された座標系1aにおけるマーカ50cの位置と、ステップS207で取得された座標系1aにおけるマーカ50cの位置との間の距離を算出し、算出した距離を、座標系1aにおけるマーカ50cの移動量として取得する。
なお、X線CT装置1は、座標系1aにおけるマーカ50cの移動量を、座標系1aにおける所定部分50b_1の移動量として扱うことができる。座標系1aにおけるマーカ50cの移動量、及び、座標系1aにおける所定部分50b_1の移動量は、第1の移動量の一例である。
そして、第2の取得機能34iは、座標系2dにおける、第1の姿勢60から第2の姿勢にロボット2の姿勢が変化した際のマーカ50cの移動量を取得する(ステップS210)。例えば、ステップS210では、第2の取得機能34iは、ステップS204で取得された座標系2dにおけるマーカ50cの位置と、ステップS208で取得された座標系2dにおけるマーカ50cの位置との間の距離を算出し、算出した距離を、座標系2dにおけるマーカ50cの移動量として取得する。
なお、X線CT装置1は、座標系2dにおけるマーカ50cの移動量を、座標系2dにおける所定部分50b_1の移動量として扱うことができる。座標系2dにおけるマーカ50cの移動量、及び、座標系2dにおける所定部分50b_1の移動量は、第2の移動量の一例である。
そして、導出機能34jは、座標系1aにおけるロボット2の移動量と、座標系2dにおけるロボット2の移動量との誤差を補正するための補正データを導出する(ステップS211)。例えば、導出機能34jは、ステップS209で取得された座標系1aにおけるマーカ50cの移動量、及び、ステップS210で取得された座標系2dにおけるマーカ50cの移動量に基づいて、補正データを導出する。
例えば、先のステップS205において、ロボット制御機能34gが、X軸の正方向にマーカ50cを20mm移動させる指示をロボット2の処理回路2a_1に送信することで、ロボット2の姿勢を第2の姿勢にさせた場合について説明する。
処理回路2a_1は、駆動機構2a_2の動作状況、並びに、ロボットアーム2b及び保持部2cに取り付けられたセンサからの検出信号に基づいて、座標系2dにおけるマーカ50cの位置やX軸の正方向における移動量を把握している。そして、処理回路2a_1は、座標系2dにおいて、マーカ50cがX軸の正方向に20.0mm移動したと判定した場合に、ロボット2を静止させる。そのため、ステップS210で取得された座標系2dにおけるマーカ50cの移動量は、20.0mmとなる。
ここで、ステップS209で取得された座標系1aにおけるマーカ50cの移動量が、20.0mmとは異なる移動量、例えば、20.3mmであったとする。一例を挙げて説明すると、ロボットアーム2b又は保持部2cに取り付けられたセンサの精度が良好でない場合等には、マーカ50cは、指定された20.0mmとは異なる移動量分、移動してしまう場合がある。このような場合、ステップS209で取得された座標系1aにおけるマーカ50cの移動量が、20.0mmとは異なる移動量となる。
そこで、ステップS211で、導出機能34jは、例えば、補正データ(ステップS210で取得された座標系2dにおけるマーカ50cの移動量/ステップS209で取得された座標系1aにおけるマーカ50cの移動量)を導出する。例えば、導出機能34jは、補正データ(20.0/20.3)を導出する。なお、「/」は除算を示す演算子記号である。このような補正データは、例えば、ロボット制御機能34gが、ロボット2のロボットアーム2bや保持部2cを移動させる場合に用いられる。
例えば、入力インターフェース31が、ユーザから、ロボットアーム2bの所定箇所をX軸の正方向に所定距離D(mm)移動させる指示を受け付けた場合について説明する。この場合には、ロボット制御機能34gは、X軸の正方向に、(D×(20/20.3))mm移動させる指示をロボット2の処理回路2a_1に送信する。これにより、ロボットアーム2bの所定箇所が移動する移動量がユーザから指定された所定距離Dに近くなる。したがって、第2の実施形態に係るX線CT装置1によれば、更に、ロボット2の移動制御の精度の低下を抑制することができる。
また、第2の実施形態に係るX線CT装置1によれば、第1の実施形態に係るX線CT装置1と同様に、簡易に、座標系1aと座標系2dとを合わせることができる。
(第3の実施形態)
次に、第3の実施形態に係る撮影システムについて説明する。なお、第1の実施形態及び第2の実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する場合がある。
図12は、第3の実施形態に係る撮影システム100aの構成例を示す図である。図12に示すように、撮影システム100aは、X線CT装置1bと、ロボット2とを備える。
第3の実施形態に係るX線CT装置1bの処理回路34は、第1の実施形態又は第2の実施形態に係るX線CT装置1の処理回路34の構成に加えて、更に、通知機能34kを備える。すなわち、第3の実施形態に係るX線CT装置1bでは、第1の実施形態又は第2の実施形態に係るX線CT装置1で実行される処理に加えて、通知機能34kによる処理が実行される。
図13〜図15は、第3の実施形態に係るX線CT装置1bが実行する処理の一例を説明するための図である。ここでは、ロボット2がバイオプシー等の手技を行う場合について説明する。
例えば、図13の例に示すように、ロボット2が床面90に固定され、手技において被検体Pが載置された天板22が移動する場合には、ロボット2と天板22との相対的な位置関係が変化する。ロボット2と天板22との相対的な位置関係が変化すると、ロボット2と被検体Pとの相対的な位置関係も変化する。このため、通知機能34kは、天板22の移動により天板22とロボット2との相対的な位置関係が変化した場合に、位置関係が変化した際に移動した天板22の移動量を算出する。そして、通知機能34kは、算出した天板22の移動量をロボット2の処理回路2a_1に通知する。天板22の移動量は、位置関係の変化量の一例である。
処理回路2a_1は、天板22の移動量が通知されると、座標系2dにおいて、相対的な位置関係が変化する前の天板22の位置に、通知された天板22の移動量を加えて、相対的な位置関係が変化した後の天板22の位置を導出する。これにより、処理回路2a_1は、相対的な位置関係が変化した後の天板22の位置を把握することができる。この結果、ロボット2は、相対的な位置関係が変化した後の天板22に載置された被検体Pの位置を把握することができる。
図13の例において、例えば、座標系2dにおいて、座標系2dを構成する複数の軸(X軸、Y軸及びZ軸)のうち少なくとも1つの軸上での天板22とロボット2との間の距離が変化した場合には、通知機能34kは、次の処理を実行する。例えば、通知機能34kは、天板22とロボット2との間の距離の変化量を、天板22の移動量として通知する。
また、図14の例に示すように、ロボット2が架台10に固定され、手技において被検体Pが載置された天板22ではなく、架台10が移動する場合には、ロボット2と天板22との相対的な位置関係が変化する。この結果、ロボット2と被検体Pとの相対的な位置関係も変化する。このため、通知機能34kは、ロボット2が固定された架台10の移動により天板22とロボット2との相対的な位置関係が変化した場合に、位置関係が変化した際に移動した架台10の移動量を算出する。そして、通知機能34kは、算出した架台10の移動量をロボット2の処理回路2a_1に通知する。架台10の移動量は、位置関係の変化量の一例である。
処理回路2a_1は、架台10の移動量が通知されると、座標系2dにおいて、相対的な位置関係が変化する前の天板22の位置と、通知された架台10の移動量とに基づいて、相対的な位置関係が変化した後の天板22の位置を導出する。これにより、処理回路2a_1は、相対的な位置関係が変化した後の天板22の位置を把握することができる。この結果、ロボット2は、相対的な位置関係が変化した後の天板22に載置された被検体Pの位置を把握することができる。
架台10が移動するような図14の例において、例えば、座標系2dにおいて、座標系2dを構成する複数の軸のうち少なくとも1つの軸上での天板22とロボット2との間の距離が変化した場合(ケース1)には、通知機能34kは、次の処理を実行する。例えば、通知機能34kは、天板22とロボット2との間の距離の変化量を、架台10の移動量として通知する。
また、架台10が移動するような図14の例において、例えば、座標系2dにおいて、座標系2dを構成する複数の軸のうち少なくとも1つの軸周りの天板22の回転角度に対してロボット2の回転角度が変化した場合(ケース2)には、通知機能34kは、次の処理を実行する。例えば、通知機能34kは、天板22の回転角度に対するロボット2の回転角度の変化量を、架台10の移動量として通知する。
すなわち、ケース1の場合及びケース2の場合の少なくとも1つの場合に、通知機能34kは、距離の変化量及び回転角度の変化量の少なくとも1つをロボット2に通知する。
また、図15の例に示すように、ロボット2が架台10に固定され、手技において被検体Pが載置された天板22が移動する場合には、ロボット2と天板22との相対的な位置関係が変化する。この結果、ロボット2と被検体Pとの相対的な位置関係も変化する。このため、通知機能34kは、天板22の移動により天板22とロボット2との相対的な位置関係が変化した場合に、位置関係が変化した際に移動した天板22の移動量を算出する。そして、通知機能34kは、算出した天板22の移動量をロボット2の処理回路2a_1に通知する。
天板22が移動するような図15の例において、例えば、座標系2dにおいて、座標系2dを構成する複数の軸のうち少なくとも1つの軸上での天板22とロボット2との間の距離が変化した場合(ケース3)には、通知機能34kは、次の処理を実行する。例えば、通知機能34kは、天板22とロボット2との間の距離の変化量を、天板22の移動量として通知する。
また、天板22が移動するような図15の例において、例えば、座標系2dにおいて、座標系2dを構成する複数の軸のうち少なくとも1つの軸周りの天板22の回転角度に対してロボット2の回転角度が変化した場合(ケース4)には、通知機能34kは、次の処理を実行する。例えば、通知機能34kは、天板22の回転角度に対するロボット2の回転角度の変化量を、天板22の移動量として通知する。
すなわち、ケース3の場合及びケース4の場合の少なくとも1つの場合に、通知機能34kは、距離の変化量及び回転角度の変化量の少なくとも1つをロボット2に通知する。
第3の実施形態に係るX線CT装置1bは、上述したように、ロボット2と被検体Pとの相対的な位置関係が変化した場合に、架台10の移動量又は天板22の移動量をロボット2に通知する。したがって、第3の実施形態に係るX線CT装置1bによれば、ロボット2と被検体Pとの相対的な位置関係が変化した場合であっても、ロボット2に、相対的な位置関係が変化した後の被検体Pの位置を把握させることができる。
第3の実施形態に係るX線CT装置1によれば、第1の実施形態に係るX線CT装置1及び第2の実施形態に係るX線CT装置1と同様に、簡易に、座標系1aと座標系2dとを合わせることができる。
(第4の実施形態)
上述した第1の取得機能34h、第2の取得機能34i及び導出機能34jと同様の機能を、ロボット2の処理回路2a_1が備えていても良い。そこで、このような実施形態を第4の実施形態として説明する。なお、第1の実施形態、第2の実施形態及び第3の実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する場合がある。
第4の実施形態に係る撮影システムは、第1の実施形態又は第2の実施形態に係る撮影システム100、若しくは、第3の実施形態に係る撮影システム100aと同様の構成である。ただし、処理回路34は、第1の取得機能34h、第2の取得機能34i及び導出機能34jを備えていなくてもよい。
図16は、第4の実施形態に係るロボット2のロボット本体2aの構成例を示す図である。第4の実施形態に係るロボット本体2aの処理回路2a_1は、取得機能70と、導出機能71とを備える。
第4の実施形態に係る処理回路2a_1は、第1の実施形態、第2の実施形態又は第3の実施形態に係る処理回路2a_1により実行される処理に加えて、更に、取得機能70による処理、及び、導出機能71による処理を実行する。
第4の実施形態では、ロボット制御機能34gが、図6に示す座標系合わせ処理のステップS101の処理を実行し、スキャン制御機能34eが、ステップS102の処理を実行する。そして、スキャン制御機能34eは、ステップS102の処理により収集された3次元CT画像データを処理回路2a_1に送信する。
そして、取得機能70は、ステップS102で送信された3次元CT画像データを用いて、上述したステップS103〜S105の処理と同様の処理を実行する。取得機能70は、取得部の一例である。
そして、導出機能71は、上述したステップS109と同様の処理を行って、座標系1aと座標系2dとを対応付ける情報を導出する。そして、導出機能71は、座標系1aと座標系2dとを対応付ける情報をX線CT装置1に通知して、X線CT装置1に、座標系1aを座標系2dに略一致させる。導出機能71は、導出部の一例である。
すなわち、第4の実施形態に係る取得機能70は、ロボット2により保持されるオブジェクト50を撮影することにより得られた3次元CT画像データに基づいて、座標系1aにおける、オブジェクト50の所定部分50b_1の位置、オブジェクト50の回転軸50hの方向、及び、オブジェクト50の回転角度を取得する。また、第4の実施形態に係る導出機能71は、取得機能70により取得された位置、方向及び回転角度、並びに、座標系2dにおける、所定部分50b_1の位置、回転軸50hの方向、及び、オブジェクト50の回転角度に基づいて、座標系1aと座標系2dとを対応付ける情報を導出する。
第4の実施形態に係るX線CT装置によれば、第1の実施形態等のX線CT装置1と同様に、簡易に、座標系1aと座標系2dとを合わせることができる。
なお、撮影システム100又は撮影システム100aにおいてワークステーションがX線CT装置1に接続され、ワークステーションに、上述した第1の取得機能34h、第2の取得機能34i及び導出機能34jと同様の機能を持たせてもよい。また、ワークステーションに、上述した取得機能70及び導出機能71と同様の機能を持たせてもよい。
また、上述した各実施形態では、座標系合わせ処理及び補正データ導出処理を実行する際に、ロボット2にオブジェクト50を保持させる。そして、上述した実施形態では、オブジェクト50を撮影することにより得られた3次元CT画像データを用いて座標系合わせ処理及び補正データ導出処理を実行する。
しかしながら、オブジェクト50と同様の形状の部材が、ロボット2の一部の部材として、ロボット2に形成されてもよい。また、上述した実施形態では、オブジェクト50の所定部分50a_1,50b_1,50b_2のそれぞれにマーカ50c,50d,50fのそれぞれが取り付けられているが、同様に、ロボット2の複数の所定部分(少なくとも3箇所以上の部分)に複数のマーカが貼り付けられてもよい。なお、上述した実施形態と同様に、複数のマーカは、同一直線上に並ばない。また、少なくとも3箇所に設けられた複数のマーカの位置関係は、非線対称な位置関係であればよい。そして、第1の取得機能34h、第2の取得機能34i及び導出機能34jは、オブジェクト50ではなく、かかるロボット2を撮影することにより得られた3次元CT画像データを用いて座標系合わせ処理及び補正データ導出処理を実行してもよい。同様に、取得機能70及び導出機能71は、かかるロボット2を撮影することにより得られた3次元CT画像データを用いて座標系合わせ処理及び補正データ導出処理を実行してもよい。なお、第4の実施形態において、ロボット2は、自機器である周辺機器の一例である。
以上説明した少なくとも一つの実施形態によれば、簡易に、座標系1aと座標系2dとを合わせることができる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
1,1b X線CT装置
1a,2d 座標系
2 ロボット
2a_1,34 処理回路
34h 第1の取得機能
34i 第2の取得機能
34j,71 導出機能
34k 通知機能
50 オブジェクト
70 取得機能
100,100a 撮影システム

Claims (15)

  1. 周辺機器により保持されるオブジェクトを撮影することにより得られた画像データに基づいて、医用画像診断装置の座標系における、前記オブジェクトの所定部分の第1の位置、前記オブジェクトの回転軸の第1の方向、及び、前記オブジェクトの第1の回転角度を取得する第1の取得部と、
    前記周辺機器から、前記周辺機器の座標系における、前記所定部分の第2の位置、前記回転軸の第2の方向、及び、前記オブジェクトの第2の回転角度を取得する第2の取得部と、
    前記第1の位置、前記第1の方向及び前記第1の回転角度、並びに、前記第2の位置、前記第2の方向及び前記第2の回転角度に基づいて、前記医用画像診断装置の座標系と前記周辺機器の座標系とを対応付ける情報を導出する導出部と、
    を備える、医用画像診断装置。
  2. 周辺機器を撮影することにより得られた画像データに基づいて、医用画像診断装置の座標系における、前記周辺機器の所定部分の第1の位置、前記周辺機器の回転軸の第1の方向、及び、前記周辺機器の第1の回転角度を取得する第1の取得部と、
    前記周辺機器から、前記周辺機器の座標系における、前記所定部分の第2の位置、前記回転軸の第2の方向、及び、前記周辺機器の第2の回転角度を取得する第2の取得部と、
    前記第1の位置、前記第1の方向及び前記第1の回転角度、並びに、前記第2の位置、前記第2の方向及び前記第2の回転角度に基づいて、前記医用画像診断装置の座標系と前記周辺機器の座標系とを対応付ける情報を導出する導出部と、
    を備える、医用画像診断装置。
  3. 前記第1の取得部は、前記オブジェクトに少なくとも3箇所設けられ、かつ、同一直線上に並ばない複数のマーカを撮影することにより得られた画像データに基づいて、前記第1の位置、前記第1の方向及び前記第1の回転角度を取得する、請求項1に記載の医用画像診断装置。
  4. 前記第1の取得部は、前記周辺機器に少なくとも3箇所設けられ、かつ、同一直線上に並ばない複数のマーカを撮影することにより得られた画像データに基づいて、前記第1の位置、前記第1の方向及び前記第1の回転角度を取得する、請求項2に記載の医用画像診断装置。
  5. 前記複数のマーカの位置関係が、非線対称な位置関係である、請求項3又は4に記載の医用画像診断装置。
  6. 前記第1の取得部は、前記オブジェクトを撮影することにより得られた3次元CT画像データに基づいて、前記第1の位置、前記第1の方向及び前記第1の回転角度を取得する、請求項1又は3に記載の医用画像診断装置。
  7. 前記第1の取得部は、前記周辺機器を撮影することにより得られた3次元CT画像データに基づいて、前記第1の位置、前記第1の方向及び前記第1の回転角度を取得する、請求項2、4又は5に記載の医用画像診断装置。
  8. 前記第1の取得部は、更に、前記周辺機器の姿勢が第1の姿勢である場合及び前記周辺機器の姿勢が前記第1の姿勢と異なる第2の姿勢である場合のそれぞれの場合において前記オブジェクトを撮影することにより得られた2つの画像データに基づいて、前記医用画像診断装置の座標系における、前記第1の姿勢から前記第2の姿勢に前記周辺機器の姿勢が変化した際の前記所定部分の第1の移動量を取得し、
    前記第2の取得部は、更に、前記周辺機器の座標系における、前記第1の姿勢から前記第2の姿勢に前記周辺機器の姿勢が変化した際の前記所定部分の第2の移動量を取得し、
    前記導出部は、前記第1の移動量及び前記第2の移動量に基づいて、前記医用画像診断装置の座標系における前記周辺機器の移動量と、前記周辺機器の座標系における前記周辺機器の移動量との誤差を補正するための補正データを導出する、
    請求項1、3又は6に記載の医用画像診断装置。
  9. 前記第1の取得部は、更に、前記周辺機器の姿勢が第1の姿勢である場合及び前記周辺機器の姿勢が前記第1の姿勢と異なる第2の姿勢である場合のそれぞれの場合において前記周辺機器を撮影することにより得られた2つの画像データに基づいて、前記医用画像診断装置の座標系における、前記第1の姿勢から前記第2の姿勢に前記周辺機器の姿勢が変化した際の前記所定部分の第1の移動量を取得し、
    前記第2の取得部は、更に、前記周辺機器の座標系における、前記第1の姿勢から前記第2の姿勢に前記周辺機器の姿勢が変化した際の前記所定部分の第2の移動量を取得し、
    前記導出部は、前記第1の移動量及び前記第2の移動量に基づいて、前記医用画像診断装置の座標系における前記周辺機器の移動量と、前記周辺機器の座標系における前記周辺機器の移動量との誤差を補正するための補正データを導出する、
    請求項2、4、5又は7に記載の医用画像診断装置。
  10. 被検体が載置される天板と、
    前記天板と前記周辺機器との相対的な位置関係が変化した場合に、前記位置関係の変化量を前記周辺機器に通知する通知部と、
    を更に備える、請求項1〜9のいずれか1つに記載の医用画像診断装置。
  11. 前記通知部は、前記医用画像診断装置の座標系において、前記天板の移動又は前記周辺機器が固定された架台の移動により、当該座標系を構成する複数の軸のうち少なくとも1つの軸上での前記天板と前記周辺機器との間の距離が変化した場合、及び、前記複数の軸のうち少なくとも1つの軸周りの前記天板の回転角度に対して前記周辺機器の回転角度が変化した場合の少なくとも1つの場合に、距離の変化量及び回転角度の変化量の少なくとも1つを前記周辺機器に通知する、請求項10に記載の医用画像診断装置。
  12. オブジェクトを保持する保持部と、
    前記オブジェクトを撮影することにより得られた画像データに基づく、医用画像診断装置の座標系における、前記オブジェクトの所定部分の第1の位置、前記オブジェクトの回転軸の第1の方向、及び、前記オブジェクトの第1の回転角度を取得する取得部と、
    前記第1の位置、前記第1の方向及び前記第1の回転角度、並びに、周辺機器の座標系における、前記所定部分の第2の位置、前記オブジェクトの回転軸の第2の方向、及び、前記オブジェクトの第2の回転角度に基づいて、前記医用画像診断装置の座標系と前記周辺機器の座標系とを対応付ける情報を導出する導出部と、
    を備える、周辺機器。
  13. 自機器である周辺機器を撮影することにより得られた画像データに基づいて、医用画像診断装置の座標系における、前記周辺機器の所定部分の第1の位置、前記周辺機器の回転軸の第1の方向、及び、前記周辺機器の第1の回転角度を取得する取得部と、
    前記第1の位置、前記第1の方向及び前記第1の回転角度、並びに、前記周辺機器の座標系における、前記所定部分の第2の位置、前記周辺機器の回転軸の第2の方向、及び、前記周辺機器の第2の回転角度に基づいて、前記医用画像診断装置の座標系と前記周辺機器の座標系とを対応付ける情報を導出する導出部と、
    を備える、周辺機器。
  14. 医用画像診断装置に設置される周辺機器により保持されるオブジェクトを撮影することにより得られた画像に基づいて、前記医用画像診断装置の座標系における、前記オブジェクトの所定部分の第1の位置、前記オブジェクトの回転軸の第1の方向、及び、前記オブジェクトの第1の回転角度を取得する取得部と、
    前記第1の位置、前記第1の方向及び前記第1の回転角度、並びに、前記周辺機器の座標系における、前記所定部分の第2の位置、前記オブジェクトの回転軸の第2の方向、及び、前記オブジェクトの第2の回転角度に基づいて、前記医用画像診断装置の座標系と前記周辺機器の座標系とを対応付ける情報を導出する導出部と、
    を備える、撮影システム。
  15. 医用画像診断装置に設置される周辺機器を撮影することにより得られた画像に基づいて、前記医用画像診断装置の座標系における、前記周辺機器の所定部分の第1の位置、前記周辺機器の回転軸の第1の方向、及び、前記周辺機器の第1の回転角度を取得する取得部と、
    前記第1の位置、前記第1の方向及び前記第1の回転角度、並びに、前記周辺機器の座標系における、前記所定部分の第2の位置、前記周辺機器の回転軸の第2の方向、及び、前記周辺機器の第2の回転角度に基づいて、前記医用画像診断装置の座標系と前記周辺機器の座標系とを対応付ける情報を導出する導出部と、
    を備える、撮影システム。
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