JP2019528900A - 改良型撮像システム及び方法 - Google Patents

Abstract

多用途マルチモード断層撮影システム及び方法では、ポターブルエネルギーエミッタと、放射追跡検出器とを利用する。Ｘ線エミッタは、デジタルカメラと、診断、外科的介入、及び非外科的介入の目的で、患者の透視画像、デジタル画像、及び赤外線画像、熱画像を提供する熱画像撮影カメラとを備えてもよい。エミッタは、露出の質及び安全性を最大化するために、エミッタとともに自動旋回し、自らの向きと配列を調整する進歩的なＸ線撮影ステージとともに動作可能であってもよい。このような組み合わせのシステムで使用するパワーは少なくなり、射出の際のスキュー又は遠近感を補正し、被写体を定位置に維持できるようにし、執刀医の作業フローが妨げられることなく続けられるようにする。

Description

本発明は、Ｘ線透視画像の撮影全般に係り、特に、対象のデジタル画像又は熱画像を撮影するように動作可能な手持ち式Ｘ線エミッタを内蔵した多用途マルチモード撮像システムと、対象の静的Ｘ線透視画像及び動的透視画像を撮影するように動作可能なステージと、Ｘ線射出の追跡及び位置決めを行うシステムと、Ｘ線射出フィールドを自動制限する装置と、それらの使用方法とに係る。

現在の整形外科用透視機械は、大型の固定式「Ｃアーム」で照射源をイメージインテンシファイアに繋ぐものである。このような大型の携帯性の低い機械の操作は、困難で、時間が掛かる。達成可能な視野を合わせるために被写体を再配置する必要がある場合が多く、センシティブな手順段階では、問題を生じ得る。そこで、Ｃアームは、人間工学的に脊椎とより大きな関節の外科治療に向くものの、手／手首／腕及び足／足首／脚の四肢の手術では、関連生体構造がより小さく、執刀医による可動性が高いため、既存のユニットでは重くて扱いにくい。既存の透視機械はまた、高価でもあり、射出する放射線量が多い。多くの場合、例えば、四肢に対するより繊細な処置には、このように大きな放射線量は必要なく、不必要に患者や執刀医をこのような高い放射線量に晒してしまうこととなる。

今日の手術環境では、関連の外科的生体構造又は病理学の記録を行うために、デジタル写真及び動画が必要とされることが多い。特に、四肢の執刀を行う執刀医には、熱画像撮影も有用となり得る。熱画像撮影は、四肢又は指への血液供給が脅かされているか、また血行再建処置が必要とされるかを判定する一助として使用されてもよい。熱画像撮影を追加することにより、手術中の決断を導く迅速かつ簡易なツールを提供する。しかしながら、既存の透視機械は、単にＸ線画像を撮影するものであり、デジタル画像及び／又は熱画像の撮影装置間で切り替えが必要となるため、手術完了に遅延を生じることもある。さらに、多くのシチュエーションにおいて、デジタルカメラ又はサーマルカメラは殺菌装置ではなく、執刀医が手術現場を出て、写真を撮影した後、洗浄して戻るか、又はアシスタントに写真を撮らせるかのいずれかを強いられるが、後者は、画像の相関に混乱をきたし得る。

執刀医が装備を再配置することなく、Ｘ線撮影を行うことのできる小型且つ軽量のシステム及び方法に対する著しいニーズがある。

本発明は、執刀医が干渉を受けることなく、患者の施術が可能となり、装備、被写体、又は執刀医を再配置することなく、静的Ｘ線、動的Ｘ線、及びその他の静止画像及び動画を撮影可能な改良型の多用途マルチモード断層撮影システム及び方法に関連する。

Ｘ線エミッタ及び検出器の双方について説明する。新規のエミッタの変形例の１つによると、エミッタのポータブルなコントロールが可能となる。このようなエミッタは、軽量であり、極めて機動性が高いものとなり得る。変形例には、ポータブルエミッタが携帯ユニットである変形例を含む。代替として、ポータブルエミッタは、ユーザが恒常的にエミッタを持たないようにするため、自動化／制御可能とされるか、又はエミッタの重量に単純に耐えられる搭載構造に固定可能である。追加の変形例によると、エミッタは、搭載構造に対して解放可能に連結可能となるように設計可能であり、これにより、必要時にはそのポータブル性が改善され、所望に応じて搭載構造に連結されるようにする。エミッタは、診断、外科的介入、及び非外科的介入の目的で、患者の視像、熱画像、及び赤外線画像を生成するために、Ｘ線エミッタと、デジタルカメラ等、少なくとも１つの追加撮像モダリティとの双方を備えてもよい。明らかに、本明細書に記載のシステム及び方法は、非侵襲的撮像が望まれる医療以外の適用にも使用可能である。

人間工学的制御により、画像の取得がより容易且つ迅速になり、内臓ディスプレイにより、制御機能の容易な使用を促進する。当該装置は、被写体からの距離を感知し、Ｘ線管が安全距離にない場合、すなわち、患者に近すぎる場合には、駆動と放射排出を阻止するであろう。最短距離は、ソフトウェアで規定可能であり、使用の意図とその他の因子とに基づいて調整可能である。当該システムは、慣性測定部（ＩＭＵ）及び種々のタイミング構成要素とを実装及び使用することにより、そのパワー状態を自動的且つ知的に管理する。

Ｘ線エミッタは、任意の利用可能なＸ線検出器とともに使用されてもよい。１つの選択肢として、従来のＣアームと類似しているものの、これよりかなり小型であり、能力の高い、適正に配列された検出器プレートを含む固定物にエミッタを搭載することが挙げられる。代替の変形例を本明細書に説明するが、これは、露出、質、及び安全性を最大化するために、エミッタとともに自動的に旋回し、自らの向き及び配列を調整する、以下に詳述の個別のＸ線撮影ステージとともに、エミッタを使用することを含む。

当該進歩的なＸ線ステージは、開放された空洞にＸ線センサ、Ｘ線センサ位置決めシステム、エミッタ追跡システム、封止システム、及び制御部が含まれるように、手術の着手時に位置決めされる、静的に固定されたプラットフォームを備える。任意で、システムは、撮影された画像を検討するために、外部のディスプレイモニタ又はその他任意の方法を利用可能である。

本明細書に記載の改良型システムの変形例には、医療的検査及び非医療的検査のために物体を調べる非侵襲的撮像システムが含まれ得る。このような非侵襲的撮像システムは、エネルギーを射出するように構成された射出装置と、射出装置及び撮像センサが動作可能に配列された位置にあるとき、エネルギーを受容すると撮像信号を生成するように構成された撮像センサと、物体の位置決めを行うための外面を有し、外面に隣接して配置された少なくとも１つの位置決め拮抗を備えるプラットフォームと、撮像センサに連結され、外面に隣接した撮像センサの移動を可能にする少なくとも１つの位置決め機構と、プラットフォームに対して固定された少なくとも１つの位置追跡要素とを備え、射出装置は、プラットフォームの外面に対して移動可能であり、少なくとも１つの位置追跡要素と撮像センサとの間の第１の座標測定を判定し、射出装置と少なくとも１つの位置追跡要素との間の第２の座標測定を判定するように構成された制御システムを備え、制御システムは、第１の座標測定及び第２の座標測定を使用して、位置決め機構の駆動を制御し、射出装置の移動中、又は、射出装置の移動後、撮像センサを配列位置に移動する。

本明細書に記載の改良の変形例には、物体を非侵襲的に撮像する改良された方法も含まれる。例えば、このような方法は、物体に対する位置に射出装置を移動することと、少なくとも１つの位置追跡要素に対する射出装置の位置を判定することと、撮像センサを射出装置と動作可能な配列に調整するモータシステムに射出装置の位置を中継することと、撮像センサが射出装置と動作可能な配列にあるとき、射出装置からエネルギーを射出することと、撮像センサからディスプレイに画像信号を送信することとを備える。

当該方法の他の変形例は、物体に対する位置に射出装置を移動することにより、物体を非侵襲的に撮像することと、エネルギーが画像データを生成するように構成された撮像センサに受容されるように、射出装置から物体にエネルギーを射出することと、画像センサに対する固定位置に配置された少なくとも１つの位置追跡要素に対する射出装置の位置及び向きを判定することと、射出装置の位置及び向きに基づき、画像データを調整することと、画像データをディスプレイに送信することとを備える。

システムの変形例には、物体の位置決めを可能にする平面を有するプラットフォームが含まれ得る。或いは、プラットフォームは、フリースペース内に配置された物体の一部が、全体に亘って、又は、物体の周辺を実質的に閲覧又は検査可能となるように、フリースペースに亘る物体の固定を可能とする支持フレームを備え得る。

本明細書に記載のシステム、装置、及び方法によると、エミッタ及びセンサを配列するか、又は動作可能に配列するが、その配列の程度には、配列を決定づける何らかの産業的仕様が含まれ得る。例えば、医療への適用では、本明細書に記載のシステム及び方法の配置には、例えば、連邦規則集第３１巻に基づく、米国保健福祉省食品医薬品局に適用される米国連邦規則集（例えば、連邦規則集第２１巻第１０２０章。参照として本明細書中に援用する）に準拠することが求められる配列の程度が含まれ得る。画像レセプタ（センサ）の平面におけるＸ線フィールドの長さも幅も、画像レセプタ（センサ）の可視領域のそれらを、発生源から画像レセプタまでの距離（ＳＩＤ）の３％超、上回ってはならず、超過分の長さと超過分の幅との和が、ＳＩＤの４％以下でなければならず、いずれの配列誤差も、画像レセプタの可視領域の中心を通過するＸ線フィールドの長さ寸法及び幅寸法に沿って判定されなければならない。他の適用又は管轄によると、本明細書において検討される配列は、各々の要件を満たすべく、変動し得る。或いは、システム、装置、及び方法の変形例には、エミッタとレセプタとの間の略垂直な位置決めを得られるような基準が含まれ得る。

配列と同様に、エミッタとレセプタとの間の最短距離又は最長距離は、産業的な標準で決定され得る。一例によると、上述のＦＤＡ規則を使用すると、４５ｃｍ未満の発生源と画像レセプタとの最長距離と平均値が与えられ、発生源と皮膚との距離が１９ｃｍ以上となるように制限されなければならない。

使用に際して、ステージは、Ｘ線射出の位置及び角度を精密に追跡し、精密で高品質のＸ線画像を正確に撮影するために、内臓のセンサの位置決め及びチルトを行う。ステージが使用するパワーは少なくなり、射出時のいかなるスキュー又は遠近感も補正し、被写体を定位置に維持できるようにし、執刀医の作業フローが妨げられることなく続けられるようにする。

「臨床的」実施形態においては、エミッタが位置決めを使用して、撮影ステージのアクティブな領域によって射出が確実に撮影可能であるときにのみ、射出が発射されるようにして、Ｘ線撮影ステージが静的に位置決めされる。発射は、この確実な撮影の取得ができなくなる場合に直ちに終了される。

図１Ａは、四肢の症状に対する標準手術においてＸ線撮影システムを使用するための手術室レイアウトの一例を示す。 図１Ｂは、患者の領域へのアクセスを改良した特殊手術台を備えた、撮像システムを使用するための手術室レイアウトの代替の例を示す。 図１Ｃは、患者の領域へのアクセスを改良した特殊手術台を備えた、撮像システムを使用するための手術室レイアウトの代替の例を示す。 図２は、本発明に係るＸ線エミッタの簡易模式図である。 図３は、エミッタと使用されるコントロールパネルの一実施形態を示す。 図４は、Ｘ線エミッタのための安全ロックアウト処置を示す。 図５は、エミッタパワー管理のための代表的シーケンスを示す。 図６は、ユーザのリクエストで装置が同時画像を撮影するプロセスを示す。 図７は、撮影ステージの好適な実施形態の全体構成要素を示す図である。 図８Ａは、センサ位置決めシステムの斜視図である。 図８Ｂは、赤外線（ＩＲ）位置決めタイルを示す。 図９は、上方から見たセンサトレイのｘ、ｙ方向移動を示す図である。 図１０Ａは、バンド操作式画像撮影ステージを示す斜視図である。 図１０Ｂは、重要な構成要素を特定した、バンド動作ステージの模式図である。 図１１Ａは、センサチルト動作を示す側面図である。 図１１Ｂは、センサパン動作を示す側面図である。 図１２Ａは、エミッタを画像ステージプラットフォーム上に設ける必要がなくなる配置を示す。 図１２Ｂは、センサが台の平面上を移動することにより、側面像を撮影するように構成可能な撮像システムの追加配置を示す。 図１３は、３次元空間における相対位置計算を可能にするために、５点から赤外線を射出する赤外線射出装置の図である。 図１４は、エミッタを配することに基づく、撮影ステージの安全ロックアウトを示す。 図１５は、透視画像の撮影を示す。 図１６は、最も幅広い円錐を生じる開口を備えたＸ線射出装置を示す図である。 図１７は、狭い円錐を生じる開口を備えたＸ線射出装置を示す図である。 図１８は、開口及び円錐を調整するように動作可能な制御部を示す。 図１９は、相対距離を示すようにラベルを付した図である。

図１Ａは、四肢の症状に対する標準の手術において撮像システムを使用するための手術室レイアウトの一例を示す。本例において、執刀医１０２は、患者の左手に施術を行っている。患者１０４は、左腕を外転位置でハンドテーブル１０５上に準備して布で覆われた状態で、仰臥位に横たわっている。執刀医は、患者の側に隣接して着席しており、手術アシスタント１０６が患者の手に隣接したハンドテーブルを挟んで着席している。手術道具及び装備は、手術アシスタントのすぐ後ろのバックテーブル１０８上に並べられている。

１つの変形例によると、撮像システムでは、Ｘ線撮像を使用する。そうすると、本発明の殺菌Ｘ線エミッタ１１０は、使用のため、手術ハンドテーブル１０５上に配置される。モニタ１１２は、ハンドテーブルにすぐ隣接したスタンド上に位置決めされて、Ｘ線画像、透視画像、熱画像、及びデジタル画像が、Ｘ線撮像システムから執刀医の閲覧するスクリーンに無線転送可能である。エミッタ１１０により、執刀医は、一方の手でそれを保持しつつ、他方の手でドリル等の他の道具を操作することができるようにする。本発明に係る検出器ステージは、記憶するため、及び／又は、装置１１１２等の外部のモニタで閲覧するために、断層撮影画像を集めるべく、テーブル１０５上又はテーブル１０５内に配置されてもよい。本明細書中で検討される通り、エミッタは、携帯可能であるか、又は、自動化／制御可能とされるか、ユーザが恒常的にエミッタを保持しなくてもよいように、エミッタの重量に単純に耐えられるような搭載構造に固定可能である。

図１Ｂは、特殊手術台３００とともに使用されるセンサ７０６及びエミッタ７１０を備えたシステムの追加の変形例を示す。図示の通り、手術台３００は、患者を安定化し、臓器の一部が自由空間に懸垂するために患者の臓器周辺へのアクセスを増やす構造３０２を備える。この変形例によると、センサ７０６（後述する）を包含するシェル７０７が第１のブーム又はアーム７１６に連結する。アーム／ブーム７１６は、センサ７０６の移動を可能にする。代替の変形例によると、ブーム７１６は、センサ７０６が制御可能なブーム７１６に直接連結されるように自動化可能である。同様に、エミッタ７１０は、壁部、天井、又はポータブルなフレーム構造に固定可能な第２のアーム又はブーム７１４に連結される。図１Ｃは、エミッタ７１０は、操作者又は医療従事者によって所望される通りに位置決め可能となるように、患者１０４の体の部分に隣接してセンサ７０６及びブーム７１６を位置決めすることを示している。当該システムの変形例によると、ブーム又はアームはまた、ヒートシンク、電源等の装置の構成要素を収容することもでき、エミッタをよりコンパクトにし、エミッタを容易に起動させることができるようにする。さらに、ブームは、処置を施す際に医師を援助する特徴を備えて設計可能である。例えば、ブームは、医師がセンサ７０６及び／又はエミッタ７１０のいずれかを位置決めした後、関連のブームを定位置にロックすることができるように、ロッキングシステムを内蔵可能である。追加として、又は組み合わせとして、ブームは、処置を行うときに医師の進路から自動的に外れるように、手術スペースから所定の箇所に自動後退可能となるべく位置決めを行うメモリを内蔵可能である。さらに、メモリ位置は、エミッタ又はセンサの「最終位置」を含むことができ、手術スペースから外れる前に、構成要素をそれらの最終位置に自動再配置可能となるようにする。

図２は、本発明に係るＸ線エミッタの簡易模式図である。当該装置の一般的構成は、携帯可能であり、軽量であり、且つ、極めてポータブル性が高い。当該装置は、人間工学的に執刀医の手に馴染み、より良好に投影画像、デジタル画像、及び熱画像を四肢及び手術部位に向けられるような丸い輪郭のハンドルを有することが好ましい。なお、図２は、何ら特定の装飾的外観を示すことを意図するものでない。

エミッタ１１０の背面には、コントロールパネルを有し、少なくとも３っつの異なる動作モードが駆動可能である。すなわち、透視モード、デジタル画像モード、又は赤外線熱画像撮影モードである。いったん駆動されると、各モードは、トリガ２０２により、装置の前方で制御される。トリガを一度押下すると、単一の画像（すなわち、単一のＸ線画像又はデジタル画像）を得るように装置を駆動する。異なる動作モードが異なって駆動されてもよい。一例として、トリガ１２を下方に維持することにより、ライブの透視ビデオ、デジタルビデオ、又は赤外線熱画像撮影を駆動してもよい。図２は、電源２２１に連結されたエミッタ１１０も示している。電源は、エミッタ１１０から遠隔に配置されるか、又はエミッタ１１０内に配置されたバッテリ２２１とすることができる。代替として、又は組み合わせとして、電源２２１は、エミッタ１１０と電源２２１との間の配線を介して連結可能である。追加の変形例として、バッテリ２２１は、エミッタ１１０内に位置決めされ、パワーの供給に使用されている内部バッテリ２２１で、エミッタ１１０が外部電源から一時的に切断可能となるように、遠隔電源２２１に追加して使用可能である。

図３は、エミッタとともに使用されるコントロールパネルの一実施形態を示す。コントロールパネルは、射出ハンドルの後方に配置され、システムの種々の入力及び出力を制御する。コントロールパネルは、ユーザから容易にアクセス可能であり、エミッタの操作を容易にするように人間工学的に設計される。コントロールパネルは、大型のクリアなスクリーン２０４（すなわち、ＬＣＤ又はＯＬＣＤ）と、ユニットの左側に配置されたコントロールボタン３０２と、ユニットの右側に配置されたコントロールボタ３０４と、中央に配置されたクリック可能な中央トグルボタン２０６とを備える。

ディスプレイスクリーン２０４は、透視デジタルカメラと赤外線設定を制御するための画像及びデジタルコントロールパネルとを表示する。コントロールパネルは、タッチスクリーンが含まれてもよい。トグルボタン２０６は、透視赤外線モードにおけるパワー入力を制御し、写真モードにおけるデジタルズームを制御する。好適なエミッタの構成には、動的Ｘ線コリメート円錐２１０、デジタルカメラレンズ２１２、赤外線カメラ２１４、及び距離センサ２１６を収容する。デジタルカメラ及び赤外線カメラは、電荷結合素子（ＣＣＤ）技術を使用することが好ましい。距離センサは、近接距離測定の分野の当業者に既知である、赤外線技術、音響技術、又はその他の動作可能な技術であってもよい。センサ２１６は、患者からの距離を連続的に感知し、Ｘ線管が近すぎる場合、例えば、患者から１９センチメートル未満である場合、放射の駆動及び排出を阻止するであろう。さらに、システムは、医師又はシステムのユーザにより、センサが許容可能な距離内にあって、発射の準備が整っていることを判定できるように、任意の数の聴覚的、視覚的、又は触覚的なインジケータを含むことができる。追加の変形例によると、聴覚的、視覚的、及び／又は、触覚的なインジケータは、ユーザが自らの焦点を検査中の物体から外す必要性を伴うことなく、システムの動作状態が特定可能となるように、配置される。一例によると、視認可能なインジケータ（例えば、１つ以上のＬＥＤ）がエミッタ上に位置決めされ、システムの距離、配列、又はその他任意の動作条件に関する明確に区別可能なフィードバックを提供する。

ハンドル２００は、装置の底部からテーパ形状を有し、高電圧電源２１８、外部充電ポート２２０、及びバッテリドッキングステーション２２２とを収容してもよい。Ｘ線又は透視モードにおいてトリガ２０２を駆動すると、電源２１８から高電圧が高電圧コネクタアセンブリ２２８を介してＸ線生成部２３０に供給される。電源２１８で生じたパワーは、Ｘ線生成部２３０で使用可能である好適な入力電圧に変換される。このパワーは、１ｋＶ〜１２０ｋＶの範囲であるが、一般的には、臨床での適用との関連では、３０ｋＶ〜９０ｋＶの範囲である。

Ｘ線生成部２３０は、既存の高電圧エミッタに基づくものの、一時的な適用で求められる小型サイズに合わせてカスタム設計されている。電気絶縁体の好適な厚さは、放射ロスを防ぎ、良好なビーム品質を保存するため、高電圧電源２１８、コネクタアセンブリ２２８、及びＸ線生成部２３０を包囲する厚さである。３つすべての構成要素２１８、２２８、２３０は、互いにすぐ隣接して配置され、高電圧の漏れと、システム内の低電圧構成要素と起こり得る干渉とを最少化するようにする。代替の実施形態において、構成要素２１８、２２８、２３０は、外部の制御部（図示せず）内に配されてもよい。

シリコンゴム及びエポキシの好適な組み合わせの層は、放射ロスを封止し、Ｘ線管動作によって生じる高温を消散させるため、Ｘ線生成部２３０（Ｘ線がコリメータに射出される箇所を除く）を包囲する。放射は、
Ｘ線管によって生成され、装置のヘッド部分でコリメート円錐２１０を介して送られる。ピークキロボルト（ｋＶ）、アンペア数（ｍＡ）、及びデジタル明度を含む透視設定は、首部後方のデジタルコントロールパネルで制御される。

デジタルカメラレンズ２１２及び赤外線サーマルカメラ２１４は、コリメート円錐２１０にすぐ隣接しており、これらの構成要素もまた、絶縁封止される。デジタルカメラ２１４は、コントロールパネルを使用して、デジタルモードで装置を配置することにより、制御される。写真は、装置のハンドルに配置されたトリガ２０２を介して生成される。

同様に、赤外線サーマルカメラ２１４は、コントロールパネルを使用して、赤外線モードにおいて装置を配置することにより、制御される。ライブの赤外線熱画像撮影は、トリガを下方に保持することによって生成される。デジタルＸ線画像、従来のデジタル可視画像、及び熱画像は、図１に示される外部のスクリーン１１２に転送され、表示される。本明細書中、以下に記載のエミッタと検出器との間の協働レベルに応じて、Ｘ線画像は、閲覧のために外部のモニタに直接転送されてもよい。メモリ２３３を使用して、任意の種別の収集画像を記憶してもよく、このような画像は、同時係属中の米国特許出願シリアル番号１５／４６６，２１６号に従って、撮影時に暗号化されてもよく、その内容全体を参照としてここに援用する。聴覚ピックアップ２３５が処置の記憶又はその他の目的で提供されてもよく、これらの記録は、任意で暗号化形態でメモリ２３３にも記憶されてよい。

当該装置には、外部充電ポート２２０を備えた外部プラグイン電源によって電源供給される。デジタルディスプレイ、コントロールインタフェース、及びトリガは、低電圧パワー増幅器システム２３４によって電源供給される制御システムマイクロプロセッサ電子制御部２３２を介して制御される。定電圧増幅システム２３４及びマイクロプロセッサ制御システム２３２はまた、干渉をさらに最少化するために、高電圧電源から離間して配置されるのが簡便である。

以下の表は、図３のコントロールパネル上に設けられたボタン及びトグルスイッチを使用する、エミッタに関連づけられた種々のコントロールモードを一覧表示したものである。

様々な理由により、実用と認定の双方において、被写体とＸ線生成器との間で最短距離を維持することが重要である。この距離は、因子の数に応じて変化し得るものであり、エミッタのソフトウェアで構成可能である。図４は、装置がＸ線エミッタの安全ロックアウト処置を管理するプロセスを示す。安全ロックアウトを判定するプロセスは、以下の通りである。

４０２：ユーザが、Ｘ線モードでトリガを押下することにより、Ｘ線射出プロセスを始動させる。これは、透視画像又は静止Ｘ線画像のいずれかについて行い得る。

４０４：距離設定が、エミッタの距離設定データベースから検索される。

４０５：距離測定部が駆動され、エミッタの端部と、エミッタのすぐ前方の被写体との間の距離を取得する。

４０６：距離設定及び距離測定が、エミッタのＥＣＵ演算部に中継される。

４０８：４０８では、ＥＣＵ演算部が、距離測定、距離設定、及び内部生成器オフセットを使用して、エミッタが発射すべきか否かを判定する。

４１０：４１０における発射／警告の決定がＥＣＵによって判定され、ハードウェアユニットに中継される。

４１２：４１２では、ＥＣＵにより、被写体がエミッタに近すぎると判定した場合、ユニットが警告処置を駆動し、ＬＣＤパネル上にメッセージを表示して、任意のロックアウト警告ライトを駆動するであろう。

４１４：４１４では、ＥＣＵにより、被写体が安全距離にあると判定した場合、エミッタがＸ線生成と射出プロセスを開始し、内外すべての構成要素の信号送信を行うであろう。

装置は、３次元空間内で自由に移動可能であるため、Ｘ線エミッタから突出した円錐は、対象への距離に基づいてサイズが変動する。このように、本発明は、ステージ上に位置決めされたセンサからのＸ線射出装置の距離に基づき、円錐サイズの制御管理を可能にする。

図１６は、アノード１６０２及びカソード１６０４を備える、適用可能なＸ線源の簡易表現である。アノードは、通常、タングステン又はモリブデンの物質１６０６を含む。アノードとカソードとの間に印加される高電圧により、Ｘ線が対象に生成され、これがケーシング１６１２における開口１６１０を通じて出る円錐１６０８を形成する。

本発明の一態様は、開口及びセンサの方向に配置されたテレスコープチャンバを備える。Ｘ線源から出力開口までの距離は、ねじ留めされた内部搭載部に沿って外部チャンバを回転することにより、増減可能である。図１７に示される通り、発生源に近づけるように開口を移動することにより、角度がより広くなり、これを発生源から遠ざけて移動することにより、角度が狭くなる。

図１８を参照すると、携帯エミッタ内の制御部１８０２は、テレスコープ開口を制御する。制御部１８０２は、以下のプロセスに基づき、ねじ留めシャフト１８０４を回転させると、ねじがテレスコープチャンバ１６０２内の溝部１８０６と係合し、開口１６１０がＸ線源に接近し、またこれから遠ざかるようにする。

図１９を参照すると、制御方法は、以下の通りである。まず、装置のＸ線発生源とＸ線センサとの間の距離を計算する。この距離がＸ線射出の許容範囲に収まらない場合、Ｘ線は射出されない。しかしながら、Ｘ線発生源とセンサとの間の距離（ｄ_ｓ）が許容範囲内である場合、開口が定位置に自動移動されるであろう。Ｘ線発生源と開口との間の距離（ｄ_ａ）が計算され、制御部は、開口チャンバを補正距離に回転させる。

Ｒ_ｓがセンサとの接触の際のＸ線射出の半径を表す場合、センサプレートの正規化ベクトルと分散円錐との間の角度は、θ＝ｔａｎ^１（Ｒ_ｓ／ｄ_ｓ）と表すことができる。補正分布でＸ線を射出するために、開口が配置される際に必要とされる射出源からの距離は、ｄ_ａ＝Ｒ_ａ／ｔａｎ（θ）として計算可能であり、Ｒ_ａは、開口の半径を表す。そして制御部により、Ｘ線射出装置により、センサ上に角度θで円錐を突出させるＸ線を射出するようにする。

図１６〜図１９を参照して説明したテレスコープ円錐調整機構が好適であるが、当業者は、より従来の調整可能な開口（すなわち、移送可能なＸ線吸収又は遮断ブレードによる）が代わりに使用されてもよいことを理解するであろう。以上に使用したのと同一の数学を本実施形態に適用可能である。すなわち、この距離がＸ線射出の許容範囲に収まらない場合、Ｘ線は射出されないであろう。逆に、Ｘ線発生源とセンサとの間の距離（ｄ_ｓ）が許容範囲内である場合、開口が自動開閉されて、発生源からの発射が促進されるであろう。

市場が異なれば、安全要件も異なる。さらに、被写体（老齢者、小児、あるいは健常者）に応じて、ロックアウトが調整され、射出に関連した安全上の問題が生じないようにしてもよい。当該装置はまた、慣性測定部（ＩＭＵ）、距離センサユニット、及びオペレータの指導したコマンド入力を利用することにより、知的にパワーの保存ができる能力を備えることが好ましい。これらのユニットのパワーステージの種々の持続時間は、装置がユーザ特有のスタイルや調子に合致するように、ユーザ構成可能である。

本明細書に記載のシステム及び方法は、誤差補正及び／又は位置決め改善のために、複数のセンサを使用することもできる。例えば、エミッタ及び検出器／センサが所与の位置にあり、システムがプラットフォーム上で１つ以上のセンサの追跡を失ってしまった場合、普通であれば、追跡喪失は、出力画像の毎秒当たりのフレーム数（ＦＰＳ）を低減してしまう。この状況に対処するために、エミッタは、特に、必要時、介在するフレームを調整するために、エミッタの移動を追跡可能な１つ以上の慣性測定部を備え得る。そしてＩＭＵを使用して、出力のＦＰＳを増加させるために、介在フレームを調整するであろう。いくつかの変形例によると、ＩＭＵが十分な精密性を備えるため、プラットフォーム上のセンサの位置に、又はこれに加えてＩＭＵを使用可能である。

パワー管理の代表的なシーケンスが図５に示されている。

５０２：ユーザがエミッタ上の物理的ボタン（すなわち、図２内の２０８）を押下することにより、装置上でパワーシーケンスを開始する。これにより、装置の電子部品を係合させ、装置をオンモードに移行させる。

５０４：当該装置を取り上げたことが、エミッタ内のＩＭＵによって検出され、パワーレベルを直ちにスタンバイまで上げる。このスタンバイ状態では、すべてのパワーシステムを初期化し、電源の電荷を中間レベルまで上げる。

５０５：ユーザが装置を降ろした場合、又はエミッタの移動又はコントロールパネルやコントロールコンピュータの指導によって相互作用を行わない場合、当該装置はｔ０の持続時間後、自動的にオフステージにパワーダウンされるであろう。

５０６：ユーザがコントロールパネル自体で設定を変えるか、又は搭載距離センサによって検出された被写体の範囲内に装置を持ってくることにより、ユニットを持ち上げ、係合させる。これにより、装置が完全に発射の準備が整う状態までパワーシステムを完全充電することにより、装置のパワーレベルを上昇させ、装置を準備完了モードにする。

５０７：ユニットをアクティブに係合させることなくｔ１の持続時間が経過すると、エミッタのパワーがスタンバイレベルまで下げられる。

５１０：ユーザがエミッタ上に設けられたトリガ２０２を押下することにより、Ｘ線撮影を始動する。他のすべての安全チェックがクリアになっているという前提で、これによりさらに、電源を係合し、射出が完了する５１１の状態まで、被写体にＸ線光子ストリームを射出する。ユーザは、５１０’、５１１’にてＸ線光子を無期限に射出し続けることもできるが、装置は準備完了モードに戻る。

５１１：エミッタからの発射が行われないｔ２の持続時間が経過した後、５２０にて、装置は、自身のパワーをスタンバイレベルまで自動的に下げるであろう。

点５０８、５２２、５２４で示される通り、装置は、以上のタイミングに従って、パワー状態を維持又は偏光させるためにポジティブな係合を伴うことなく、種々の持続時間が経過すると、装置をオンステージから最終的にオフステージに移行させる。これらのステップを利用することにより、装置は、ユーザから何らの相互作用も受けることなく、準備完了状態に維持されつつ、パワーを保存することができる。

図６は、装置がユーザのリクエストに応じて同時画像を撮影するプロセスを示している。エミッタのコントロールスクリーン上の設定を使用して、又は制御部内の同時撮影を指定することにより、エミッタは、Ｘ線画像、従来のデジタル画像、及び／又は熱画像の任意の組み合わせで撮影を行うプロセスを始動するであろう。画像を撮影するプロセスは、以下の通りである。

６０２：ユーザがエミッタのトリガを引っ張ることにより、装置上で撮影シーケンスを始動させる。これにより、どのようなセンサのグループ化が可能であるかを問わず、撮影プロセスと同時撮像プロセスとを開始する。

６０４：エミッタが、直ちにＸ線スタンバイモードになることで、Ｘ線発生器の発射に備える。

６０４’：同時に、可能であれば、従来のカメラ構成要素が所望の被写体にフォーカスする。これは、トリガが押下されたらすぐに発生することが好ましい。

６０４”：同時に、可能であれば、従来のカメラのパワーがオンとされ、開始シーケンスを開始する。これもまた、トリガが押下されたらすぐに発生することが好ましい。

６０６：Ｘ線システムが、図４に示される通り、その安全チェックを開始する。

６０８：デジタル撮像カメラが被写体の従来の画像を撮影する。この画像は、外部モニタ上のディスプレイに表示するため、制御部に自動転送されることが好ましい。

６１０：サーマルカメラが被写体の熱画像を撮影する。画像は、外部のモニタ上に表示されるように、制御部に自動転送されることが好ましい。

６２０：好適な実施形態において、６０８と６１０の双方が完了した後、且つ、６０６からのすべての安全チェックが査定された場合、Ｘ線ユニットの射出が発射され、センサ内にＸ線画像が生成される。この画像は、外部モニタに表示されるように、制御部に自動転送されることが好ましい。従って、Ｘ線システムは、動作の干渉を最少化するために、他のすべてのシステムが実行した後のみに、充電、安全性査定、及びＸ線排出を行う。

Ｘ線検出器の実装

本明細書に記載のエミッタは、断層撮影画像を収集するために、Ｘ線検出器とともに使用されなければならない。エミッタは、検出器の技術の点で制限されるものでなく、任意の利用可能なフラットパネル検出器とともに使用されてもよく、フィルムとさえもともに使用されてもよい。しかしながら、エミッタに完全なポータブル性を与えられていれば、誤ったＸ線放出又は望ましくないＸ線放出を回避しつつ、クリアな画像を収集するために、検出器に対してエミッタの向きが適正に調整されるように、ステップを採らなければならない。１つの選択肢として、従来のＣアームと類似しているものの、これよりかなり小型であり、能力の高い、適正に配列された検出器プレートを含む固定物にエミッタを搭載することが挙げられる。しかしながら、好適な選択肢として、後述するＸ線撮影ステージとともにエミッタを使用することが挙げられるが、これらのうちの１つには、露出の質と安全性を最大化するために、エミッタに対して自動旋回し、自身の向き及び配列を調整する内蔵センサが備えられる。

好適なＸ線撮影ステージは、手術の着手時に位置決めされ、内部空洞にＸ線センサと、Ｘ線センサ位置決めシステムと、エミッタ追跡システムと、封止システムと、制御部とを包含する静的固定プラットフォームを備える。Ｘ線撮影ステージは、本明細書に記載のポータブル携帯ユニットを備える、別のエミッタ装置からのＸ線射出を受容するように適合される。Ｘ線撮影ステージは、外部ディスプレイモニター又は外部ストレージを含む撮影画像のためのその他任意の配置上で検討されるように、撮影されたＸ線画像又は透視画像の検討ができるようにする無線（又は有線）通信能力を備えることが好ましい。

広義には、２つの撮影ステージの実施形態がある。臨床的な実施形態では、ステージが射出を追跡し、これがライン上にない場合、Ｘ線の発射を単純に排除する。追跡ステージの実施形態では、配列に応じて、射出を許容するか、又は排除するが、Ｘ線の射出の位置及び角度を精密に追跡し、精密且つ高品質なＸ線画像を撮影するために、内臓センサを位置決め及びチルトを行う。この配置で使用されるパワーは少なくなり、射出におけるスキュー又は遠近感を補正し、被写体が定位置に残るようにすることで、執刀医の作業フローが装備、被写体、又は執刀医を再配置することなく、続けられるようにする。

図７は、中空内に内蔵センサ７０６を備えるプラットフォーム７０２を備えた、Ｘ線撮影ステージの好適な実施形態の簡易図である。一構成によると、ステージは、脚部７０３を有し、テーブルとして使用されてもよい。他の構成によると、ステージは、バッグ内に包まれ、患者の下方に位置決めされてもよい。従って、プラットフォーム７０２は、殺菌ドレープ内に包まれるものとすることができ、外科的処置が図１のテーブル１０５等のプラットフォーム上で実施可能である。

撮影ステージは、別のＸ線射出装置７１０とともに動作する。壁搭載型、電機子搭載型、床搭載型を含む、以上に詳述した携帯ユニットに加え、Ｘ線射出装置について、多数の異なる構成及び実装が存在する。エミッタの電子システムが旋回、向き又は配列の調整を可能にするように動作可能なＸ線ステージ中央制御部のインタフェースと通信可能である限り、動作可能なＸ線ステージに対応する。

プラットフォーム７０２は、中央制御部７０４と電気的に連通している。ディスプレイモニタ７１２は、制御部７０４と電子的に接続されるが、これは、画像の表示と、システム全体の制御との双方に使用されてもよい。通常、ユーザは、エミッタ７１０と相互作用を行うであろう。しかしながら、場合によっては、ユーザは、画像の操作、特定の撮影場面における設定、パラメータの制御、又はその他の設定の調整を直接行うため、中央制御部７０４と相互作用することもある。システムは、表示の目的で、中央制御部に電子的に接続されたタブレット、携帯電話、又はその他任意の表示装置を使用してもよい。中央制御部７０４及びディスプレイは、ラップトップコンピュータ又はその他の携帯演算装置等、単一の装置に組み合わせられてもよい。任意で、中央制御部は、教育又はその他の目的で、複数の表示部に電子的に接続可能である。

図８Ａは、本発明に係るＸ線撮影ステージの斜視図である。１つの特定配置において、ステージは、おおよそ２０”×３０”の中空封止シェルを備えるが、本発明の全体的サイズは、他の外科的適用例に合わせて変更可能である。シェルは、Ｘ線エミッタからのＸ線射出を撮影するように動作可能なＸ線検出センサ７０６を収容する空洞８００を作る。様々な商業メーカより、好適なＸ線センサが利用可能である。センサ７０６は、空洞内でセンサをパン及びチルトするために使用されるモータ化移動システムに取り付けられる。このモータ化システムにより、確実に、最大画像品質が得られ、撮影が閲覧できるように、センサが精密に位置決めされるようにする。

Ｘ線センサ７０６は、空洞８００内での移動制御下で進行する可動トレイ８０２に搭載されることが好ましい。トレイ及びセンサは、ｘ−ｙ方向に移動可能であり、後述の通り、双方の軸に沿ってチルト可能である。図９は、上方から見た撮影ステージの図である。トレイ８０２におけるセンサ７０６は、一連のモータ化レール７２０、７２２上を移行するように搭載されることで、センサが、シェル内のｘ軸及びｙ軸に沿って自身をいずれかの箇所に位置決めできるようにする。ｘ追跡及びｙ追跡のうちの少なくとも一方は、例えば、ねじ留めされたロッドであり、各々、トレイ８０２のｘ寸法及びｙ寸法での精密な横方向移動を得るため、モータにより、駆動される。更なる代替例として、トレイのｘ−ｙ移動は、図１０Ａ中のバンド１００２、１００４で制御されてもよい。このようなバンドは、ロッド１００６、１００８によって精密に制御され、トレイ支持体１１１０、１１１２にトレイ８０８を移送させる。なお、図９には４つのトレイ支持体９０２、９０４が示されているが、図１０Ａに示される通り、単一の支持体１１１０、１１１２が代わりに使用されてもよい。

図１０Ｂは、重要な構成要素を示した、バンド動作ステージの模式図である。Ｘ線検出器は、１０３０で示されており、検出器キャリアは１０３２で示されている。この特定の実施形態は、Ｈ型ベルト１０４０で駆動される。項目１０４２及び１０４４は、各々、小型オフセット軸受及び大型オフセット軸受である。このベルトは、モータ１０５０、１０５２で駆動される。ステージハウジングは、１０６０で示され、パワーがケーブル１０６２を介して付与される。検出器チルトモータは、１０７０、１０７２で示される。図８Ｂを参照して説明したＩＲ位置決めタイル及びＩＲエミッタは、各々、８５０及び８５２で示される。本明細書に記載の通常のＩＲエミッタは、エミッタの位置判定を補助するために、エミッタによって受信される信号又はエネルギーをアクティブに放出するためのアクティブビーコンである。代替として、又は組み合わせとして、本明細書に記載の方法、システム、及び装置の追加変形例には、エミッタの向き判定を補助するためのパッシブなマーキング又は物体が含まれ得る。当該システム、装置、及び方法には、特定のパターン（例えば、ＱＲシンボル、又は、時計、テーブル、固定物等、手術領域内の何らかの特有の物体）を単純に記録するカメラ又はエミッタが含まれ得る。当該システムは、エミッタの位置を判定するために、ＩＲビーコンの代わりに、又はこれとの組み合わせで、このようなパターンを使用する際に、コンピュータに依存するであろう。この後者の場合には、エミッタの位置は、コンピュータ又はその他の処理部によって計算される。

すべてのステージの実施形態において、プラットフォームの上方カバー又はシェルは、放射線透過性物質（すなわち、図１０Ａの１０１８）で覆われる。しかしながら、プラットフォームの下方基部（すなわち、図１０Ａの１０２０）には、鉛等のＸ線吸収物質が塗装されることが好ましい。この塗装により、Ｘ線がフィールドを過剰に透過しないようにし、エミッタの操作者が吸収しないようにする。このＸ線吸収下地はまた、可能なＸ線射出が床で跳ね返ったり、施設全体に散乱しないようにする。プラットフォームの側方も、放射線不透過性物質で構築されてもよい。

図１１Ａ、図１１Ｂは、パン及びチルト機構を示す図である。図１１Ａにおいて、センサトレイ８０２は、空洞内に位置決めされ、センサ７０６は、ｙ軸周りにチルトされる。図１１Ｂにおいて、センサトレイ８０２は、ｘ軸及びｙ軸の双方に沿ってチルトされる。このパンとチルトにより、センサが、射出装置のオフセット角度で生成される歪を最少化しつつ、Ｘ線画像を撮影するために精密に位置決めされるようにする。すなわち、撮影ステージ及びＸ線エミッタは、協働して、スキューを最少化し、Ｘ線画像及び透視画像の双方の撮影を最大化する。ステージ内でセンサを移動することにより、ユーザは、クリアで使用可能なＸ線画像又は透視画像をえるために、被写体を再配置する必要がなくなる。

携帯エミッタの場合、射出装置がステージから物理的に連結されていないため、質と安全性の理由で、エミッタに対してセンサを位置決めすることが重要である。異なる技術を使用して、この目標を達成してもよい。図８及び図１０に示される通り、複数の位置追跡実装８３０がトレイの端部又は隅部に搭載されてもよい。このような実装は、４つの隅部すべて使用されてもよいが、精密な三角測量に必要なのは１つのみである。これらの実装は、超音波トーン生成又は赤外線射出に基づくものであってもよい。これらの実施形態において、プラットフォームで生成された音響信号又は赤外線信号は、エミッタ装置によって検出され、センサに、撮影を最大化するように移送及びチルトを行わせる。更なる実施形態では、トレイ及びＸ線センサの向きを調整するために、手術ナビゲーションで使用されるタイプの磁気による位置配向センサ及び検出器を利用してもよい。

エミッタ８３０を使用して、携帯ユニット７１０上の点８１０からステージに取り付けられた３つ（以上の）固定点８３０までの距離を測定する。これらの距離は、図８Ａ中、Ｄ_１、Ｄ_２、及びＤ_３として示されている。システムは、これらの距離に基づき、センサ７０６上の中心点８０１と、発生源からプラットフォームまでの射出角度（θ_５）とを正確に配置するための追跡方法を採用している。この追跡システムの例としての実装には、角度θ５を検出するため、プラットフォーム内の赤外線センサと携帯ユニットとの組み合わせと、ステージ内のジャイロスコープ及び携帯ユニットとが含まれるであろう。

検出器の位置決めでは、コンサートにおける多数のセンサを使用する。ユーザが携帯ユニットを持ち上げると、システムは準備完了状態になる。テーブルの隅部に設けられた赤外線ビーコンが照明を行う。携帯ユニット上に設けられた位置決め追跡カメラは、１４０°の視野内で撮影された赤外線スペクトルの解析を直ちに開始する。カメラは、赤外線光のパターンを検索する。各隅部８３０は、ステージのいずれの隅部を携帯ユニットの赤外線カメラが見ているかを判定する特定のパターンを有している。

図８Ｂを参照すると、ＩＲ位置決めエミッタタイル８５０は、動作可能なステージ又は臨床ステージの各隅部に据えられる。同図は、４つの独自のタイルの例を示している。搭載された位置決めビーコンを使用するとき、パターンが異なるであろう。これらのタイルは、多数の赤外線エミッタ８５２を包含しており、通常は、特定パターンに配置された５つの個々のエミッタを包含する。各タイルは、異なるパターンの５つのＩＲエミッタを包含する。オペレータがステージの周辺でＸ線エミッタを移動させる際、ＩＲ位置決めカメラは、タイルからＩＲ射出を撮影及び解析する。各タイルが独自のパターンを有するため、カメラは、テーブルとの関連でその正確な位置を判定することができる。さらに、各タイルが独自のパターンの複数の光を有するため、システムは、ＸＹＺ空間におけるタイルから正確な位置を判定することができる。

任意で、又はこの独自のＩＲレイアウトに加え、ＩＲエミッタは、シンコペーションして点滅可能である。この点滅回数を調整することにより、各タイルに追加の独自性を付加することができ、多数のタイルがある状況でもパターンの反復を可能にする。この独自の配置のため、システムを完全に機能させるには、ユニットの１つの隅部のみ、又は、単一の位置決めビーコンがエミッタに可視である必要がある。すなわち、パターンのレイアウトにより、カメラは、各隅部に対して空間内の位置を三角測量することができる。三角測量データと、エミッタ上に設けられたＩＭＵユニットからの配向データとを使用することにより、システムは、射出の中心点を判定することができる。ステージは、ステージのその領域に中心点を移動させ、可能な限り射出と直交するように検出器をチルトするであろう。センサが自身を定位置に移動する際、エミッタ上に設けられたコリメータがビームの出力を調整し、確実に検出器パネルのみを照明するようにする。

センサ８３０の組み合わせから得られた位置情報は、制御部（すなわち、図７中の７０４）を経由されるが、これは、生のセンサデータをプラットフォーム上の目標点に補完するものである。そしてプラットフォームは、センサトレイ８０２を特定点に移動する。その後、プラットフォームは、可能な限り多くのスキューを取り除くため、補正された向き（θ_５）にセンサをチルトさせる。換言すると、エミッタ７１０内のＸ線源が軸８０３に対して照射を行うと仮定すると、目標は、スキューを最少化するために、センサの平面を可能な限り軸２０１に直交するようにして、軸８０３をセンサの中心点８０１に可能な限り近づけて配置することである。

トレイ及びセンサのｘ、ｙ、パン、及びチルト位置決めは、システムのプラットフォーム部分における位置エミッタを伴うことなく達成されてもよい。図１２Ａ及び図１３は、テーブルに組み込まれた位置エミッタを有する依存性をなくす、代替の位置計算システム及び方法を示している。代わりに、撮影ステージ及びＸ線検出センサとの関連でのＸ線エミッタの位置は、外部の位置エミッタに基づいて計算可能である。上述の通り、エミッタ―は、施術者がフリースペース内でエミッタ―を移動することができるように、純粋に携帯性を有し得る。或いは、エミッタは、医師が継続的にエミッタを保持する必要性を伴うことなく、物体に対する定位置にエミッタを維持する支持構造で移動可能とすることができる（又は、これに連結可能とすることができる）。

本実施形態に係るＸ線射出装置の位置を判定するプロセスは、以下の通りである。

外部の位置射出装置は、固定箇所に設置され、一連の赤外線エミッタを含む。この射出装置は、立方晶物体１２０２の５つの側方から赤外線パターンを解放し、結果として、僅かに異なる発生源から送られる赤外線エネルギーを生じる。

ステージは、赤外線パターンを検出し、ステージから３次元空間における各赤外線エミッタの中心までの相対位置を計算する。この位置は、［ｘｓｉ、ｙｓｉ、ｚｓｉ］＝［−ｘｅｉ、−ｙｅｉ、−ｚｅｉ］と考えられてもよく、ｓはステージを表し、ｅは赤外線射出装置を表し、ｉは赤外線射出装置の指数を表す（複数の赤外線エミッタを活用する場合）。

Ｘ線射出装置は、継続的に赤外線信号パターンを検出し、空間内の各赤外線エミッタの中心に対する射出装置の相対位置を判定する。相対位置は、各エミッタの射出位置制御部に中継される。この位置は、［ｘｈｉ、ｙｈｉ、ｚｈｉ］＝［−ｘｅｉ、−ｙｅｉ、−ｚｅｉ］と考えられてもよく、ｈはＸ線射出装置を表し、ｅは赤外線射出装置を表し、ｉは赤外線射出装置の指数を表す。

射出位置制御部は、Ｘ線射出装置（［ｘｈｉ、ｙｈｉ、ｚｈｉ］）の相対的位置を受信するであろう。射出位置制御部は、これらの相対位置を使用し、ステージに対するＸ線射出装置の位置を計算し（図１３）、結果として、（［ｘｈｉ、ｙｈｉ、ｚｈｉ］）を得る。この動作は、各赤外線射出装置（ｉ）に対して実施され、これを使用して、誤差の余地を推定することができる。

ステージは、当初の出願で述べた他のデータに沿った位置に適用された後、Ｘ線画像を撮影するための正確な位置にＸ線センサプレートを移動及び回転する。

図１２Ｂは、エミッタ７１０が、本明細書で検討される通り、移動するように構成されるが、横方向画像も可能となるように移動可能であるセンサ／検出器７０６にエネルギーを付与することができる変形例を示している。図示の変形例によると、センサ／検出器７０６は、患者１０４の側面像を撮影するために、テーブル１０５の中央Ｘ軸の外側に移動する。しかしながら、センサ７０６の変形例には、テーブルが非平面的であり、患者の位置決めされた平面の上方にセンサ７０６を受容するように構成された構成が含まれ得る。図１２Ｂは、複数の検出器７０６が本明細書に記載の通り、使用される追加のコンセプトを示している。このような変形例では、センサ７０６は、本明細書に記載の通り、移動されるが、最も良好に動作する配列のセンサが使用されて、信号を生成するであろう。

安全ロックアウト処置

実用及び認定の双方を含む、様々な理由により、エミッタから特定の対象距離までの射出を限定することが重要であるため、エミッタが撮影ステージに適正に向けられるときのみにＸ線生成器が発射されることが重要である。ステージを指すことなく、Ｘ線生成器が光子の射出を行わないようにすることで、システムの安全性は改良され、エミッタの性能は改善される。図１４は、装置がエミッタの安全ロックアウトを管理し、Ｘ線画像を撮影するプロセスを示しており、参照符号は、図１４の参照符号に対応する。

１．ユーザは、通常、トリガを押圧することで、射出装置１１０を通じた信号送信により、撮影プロセスを始動する。エミッタは、エミッタの距離測定（ｄ１、ｄ２、…）及び角度を取得する要求を含むデータパケット（Ｄ）をコントローラに送信する。

２ａ．コントローラは、エミッタが安全な向きにあることを査定する。

２ｂ．コントローラは、エミッタが安全且つ有効な向きにないと発見した場合、エラーメッセージをエミッタに送信する。これにより、エミッタが発射を行わないようにし、問題があることを示す信号をユーザに送る。

３．ステージは、エミッタの位置に応じてセンサの位置決めを行う。ステージは、クリアな画像を撮影するために正確な向きとなるように、センサのチルトを行うであろう。この向きは、可能な限り、射出の余角に近づくであろう。

４．そしてステージは、位置決めが確定した後、確認メッセージをコントローラに送る。

５．コントローラは、開始メッセージをエミッタに転送する。そしてエミッタは、何らかの追加の安全タスク又は準備タスクを実行するであろう。エミッタにより、安全に発射できる環境であるとみなした場合、エミッタは、Ｘ線を発射する。

６ａ．エミッタは、要求された時間、ステージにてＸ線光子のパルスを発射する。

６ｂ．Ｘ線光子ストリームの発射時、エミッタは、位置及び角度に関するあらゆるアップデートを中央コントローラに恒常的にストリーム通信する。

６ｃ．コントローラは、これらのアップデートされた位置を記録し、それらをステージに中継する。

６ｄ．ステージは、Ｘ線画像を光学的に安定化するため、センサの位置及び角度を迅速かつ恒常的にアップデートするであろう。

７．センサは、エミッタからのＸ線光子の射出を撮影し、画像を生成する。

８．Ｘ線射出の完了に際して、センサは、データを制御部に中継する。

９．そして制御部は、様々な既知の光学的改善技術を使用して、センサからの画像をクリーンアップする。適用可能であれば、制御部は、さらに出力を改善するために、エミッタから得られる、記憶された移動データを利用するであろう。

以上のプロセスにより、エミッタの射出が、他の任意の対象とは対照的に、センサ及びステージに確実に向けられるようにする。センサを射出対称の下方の定位置に移動させることにより、ユーザは、被写体の再配置を必要とすることなく、被写体の正確な所望部分の確固たるフレキシブルな画像を生成することができる。

図１５は、装置が透視画像を撮影するプロセスを示す。透視画像の撮影プロセスは、静的なＸ線画像の撮影と非常に類似している。しかしながら、透視プロセスでは、動画を生成するため、数度の射出と画像撮影が反復されるであろう。このプロセスは、安全な射出を保証し、且つ、透視画像を撮影するものであり、図１５における参照符号に対応する参照符号を付している。

１．ユーザは、通常は、トリガを押下することで、射出ハンドルを通じて信号送信を行うことにより、撮影プロセスを始動する。エミッタは、エミッタの距離測定（ｄ１、ｄ２、…）及び角度を取得するリクエストを含むデータパケット（Ｄ）をコントローラに送信する。

２ａ．コントローラは、エミッタが安全な向きにあることを検証する。

２ｂ．コントローラは、エミッタが安全且つ有効な向きにないことを発見すると、エミッタにエラーメッセージを送信する。これは、エミッタが発射を行わないようにし、問題があることを示す信号をユーザに送る。

３．ステージは、エミッタの位置に応じて、センサを位置決めする。ステージは、クリアな画像を撮影するために、正確な向きとなるようにセンサのチルトを行うであろう。この向きは、可能な限り、射出の余角に近づけられるであろう。

４．そしてステージは、位置決め後、コントローラに確認メッセージを送信する。

５．コントローラは、エミッタに開始メッセージを転送する。そしてエミッタは、任意の追加の安全タスク又は準備タスクを実行するであろう
。

透視モードにおいて、エミッタは、以下の通り、エミッタが追加の透視フレームを要求し続ける間、以下のステップを反復するであろう。

６ａ．エミッタは、要求された時間、ステージにＸ線光子のパルスを発射する。

６ｂ．Ｘ線光子ストリームの射出時、エミッタは、位置及び角度に関するあらゆるアップデートを中央コントローラに恒常的にストリーム通信する。透視プロセスの任意のタイミングで、動作可能なステージにより、放射がステージに向けられていないことを検出した場合、ステージは、射出装置に終了信号を送信し、直接ステップ９までスキップするであろう。

６ｃ．コントローラは、このようにアップデートされた位置を記録し、これらをステージに中継する。

６ｄ．ステージは、Ｘ線画像を光学的に安定化するために、センサの位置及び角度を迅速かつ継続的にアップデートする。

７．センサは、エミッタからのＸ線光子の射出を撮影し、画像を生成する。

８．センサは、この画像を制御部に直ちに転送する。この時、簡単なクリーンアッププロセスが実行され、画像は、外部の閲覧装置上に表示される。この透視フレームは、メモリに保存される。

このプロセスの定常的反復により、外部のディスプレイ上に動画を生成する。このプロセスは、ユーザが射出装置のトリガを解放するまで反復するであろう。

９．いったんユーザが射出装置のトリガを解放すると、制御部は、様々な既知の改良技術を使用して、センサから記憶されたフレームを「クリーンアップ」する。適用可能な場合には、制御部は、出力をさらに改善するために、エミッタから記憶された任意の移動データを適用するであろう。そして制御部は、再生の反復を行うため、透視フレームを単一の動画に組み合わせるであろう。

以上のプロセスにより、ユーザは、リアルタイムで被写体のライブの透視画像を閲覧することができるようになる。画像を記憶し、撮影完了後に再処理を行うことにより、装置は、後に表示及び検討を行うために、高品質の単一の透視画像を生成することができる。

以上の説明は、本発明を理解してもらうために、本発明の例としての詳細を提供しているが、本発明の要旨又は範囲から逸脱することなく、ルーチンの工学的調整が採用されて本発明が実施されてもよい。さらに、本発明は、手術の目的でＸ線画像撮影において使用されるものとして説明したが、一般的な医療用の画像撮影、獣医学、及び骨密度測定等、その他の医療での適用においても使用可能である。当該システム及び方法は、セキュリティ調査等、産業用撮影画像、金属疲労調査、溶接調査等、医療以外の適用にも使用されてよい。

Claims (56)

1. 物体を非侵襲的に撮像する方法であって、
   前記物体に対する位置に射出装置を移動することと、
   少なくとも１つの位置追跡要素に対する前記射出装置の位置を判定することと、
   前記射出装置に対して動作可能な配列に撮像センサを調整するモータシステムに、前記射出装置の位置を中継することと、
   前記撮像センサが前記射出装置に対して動作可能な配列にあるとき、前記射出装置からエネルギーを射出することと、
   前記撮像センサからディスプレイに画像信号を送信することとを備える方法。
2. 前記射出装置を移動することは、前記物体がフリースペースに固定されるとき、前記物体に対する前記位置に前記射出装置を移動することを備える請求項１に記載の方法。
3. 前記射出装置を移動することは、前記物体がプラットフォーム上に位置決めされたとき、前記物体に対する前記位置に前記射出装置を移動することを備える請求項１に記載の方法。
4. 前記射出装置を移動することは、前記射出装置がいずれの支持構造からも連結されないとき、前記射出装置をフリースペースにおいて移動することを備える請求項１に記載の方法。
5. 前記射出装置を移動することは、前記射出装置がブーム構造に連結されるとき、前記射出装置をフリースペースにおいて移動することを備える請求項１に記載の方法。
6. 前記エネルギーは、Ｘ線エネルギーである請求項１に記載の方法。
7. 前記射出装置と前記物体との間の距離を測定することと、前記距離が所定の距離未満となるまで、エネルギー射出を行わないこととをさらに備える請求項６に記載の方法。
8. 前記Ｘ線エネルギーによる照明が撮像センサに限定されるように、前記Ｘ線エネルギーの出力を調整することをさらに備える請求項６に記載の方法。
9. 前記射出装置を使用して、前記物体の追加画像を得ることをさらに備え、前記画像は、熱画像、可視画像、及び赤外線画像からなる群より選択される請求項１に記載の方法。
10. 前記ディスプレイに前記追加画像を送信することをさらに備える請求項９に記載の方法。
11. モータシステムに前記射出装置の位置を中継することは、前記射出装置に対して操作可能な配列に前記撮像センサを移動するために、前記プラットフォームに対する前記撮像センサの線形位置を調整することを備える請求項１に記載の方法。
12. モータシステムに前記射出装置の位置を中継することは、前記射出装置に対して操作可能な配列に前記撮像センサを移動するために、前記プラットフォームに対する前記撮像センサの回転位置を調整することを備える請求項１に記載の方法。
13. モータシステムに前記射出装置の位置を中継することは、前記射出装置からエネルギーを射出するとき、前記射出装置に対して操作可能な配列を維持するため、前記プラットフォーム周辺の前記射出装置の移動に従うように、前記プラットフォームに対する前記撮像センサの位置を連続的に調整することを備える請求項１に記載の方法。
14. 前記射出装置を移動することは、ユーザの手により、前記射出装置を移動することを備える請求項１に記載の方法。
15. 前記射出装置を移動することは、前記射出装置に連結された支持構造を調整する前記射出装置を移動することを備える請求項１に記載の方法。
16. 物体を審査する非侵襲的撮像システムであって、
    エネルギーを射出するように構成された射出装置と、
    前記射出装置及び撮像センサが配列位置にあるとき、前記エネルギーを受容すると、撮像信号を生成するように構成された撮像センサと、
    前記物体の位置決めを行う外面を有し、前記外面に隣接して配置された少なくとも１つの位置決め機構を備えるプラットフォームと、
    前記撮像センサに連結され、前記外面に隣接した前記撮像センサの移動を可能にする少なくとも１つの位置決め機構と、
    前記プラットフォームに対して固定された少なくとも１つの位置追跡要素であって、前記射出装置は、前記プラットフォームの前記外面に対して移動可能である前記位置追跡要素と、
    前記少なくとも１つの位置追跡要素と前記撮像センサとの間の第１の座標測定を判定し、前記射出装置と前記少なくとも１つの位置追跡要素との間の第２の座標測定を判定するように構成された制御システムとを備え、前記制御システムは、前記第１の座標測定と前記第２の座標測定とを使用して、前記位置決め機構の駆動を制御し、前記射出装置の移動中、又は、前記射出装置の移動後、前記撮像センサを前記配列位置に移動するシステム。
17. 前記射出装置は、Ｘ線エネルギーを射出するように構成される請求項１６に記載のシステム。
18. 前記Ｘ線エネルギーの出力を調整するように構成されたコリメート円錐をさらに備える請求項１７に記載のシステム。
19. 前記制御システムは、前記Ｘ線エネルギーの前記出力を調整し、前記Ｘ線エネルギーの前記撮像センサへの露出を限定する請求項１８に記載のシステム。
20. 前記物体への距離を測定するように構成され、前記射出装置上に設けられた距離センサをさらに備え、前記制御システムは、前記物体への距離が最小値を下回るまで、エネルギーの射出を行わない請求項１６に記載のシステム。
21. 前記位置決め機構は、線形方向に前記撮像センサを移動するように構成される請求項１６に記載のシステム。
22. 前記位置決め機構は、回転の向きに前記撮像センサを移動するように構成される請求項１６に記載のシステム。
23. 前記射出装置に電気的に連結されたユーザコントールインタフェースをさらに備え、前記ユーザコントロール面は、前記射出装置の動作を制御するように構成される請求項１６に記載のシステム。
24. 前記ユーザコントロールの少なくとも一部は、前記射出装置上に配置される請求項２３に記載のシステム。
25. 前記射出装置上に設けられた少なくとも１つのカメラをさらに備え、前記カメラは、可視画像、熱画像、又は赤外線画像を撮影する請求項２３に記載のシステム。
26. 前記ユーザコントロールインタフェースは、前記少なくとも１つのカメラの動作をさらに制御する請求項２３に記載のシステム。
27. 前記制御システムは、前記第１の座標測定又は前記第２の座標測定を無線で判定するように構成される請求項１６に記載のシステム。
28. 前記少なくとも１つの位置追跡要素は、前記プラットフォームに固定される請求項１６に記載のシステム。
29. 前記少なくとも１つの位置追跡要素は、前記プラットフォームから離間される請求項１６に記載のシステム。
30. 前記少なくとも１つの位置追跡要素は、第１の位置追跡要素のセットと、第２の位置追跡要素のセットとを備え、前記制御システムは、前記第１の位置追跡要素のセットと前記撮像センサとの間の前記第１の座標測定を判定し、前記制御システムは、前記射出装置と前記第２の位置追跡要素のセットとの間の前記第２の座標測定を判定する請求項１６に記載のシステム。
31. 前記少なくとも１つの位置追跡要素は、複数の赤外線エミッタを備える請求項１６に記載のシステム。
32. 物体を非侵襲的に撮像する方法であって、
    前記物体に対する位置に射出装置を移動することと、
    エネルギーが画像データを生成するように構成された撮像センサによって受容されるように、前記射出装置から前記物体に前記エネルギーを射出することと、
    前記画像センサに対する固定位置に配置された少なくとも１つの位置追跡要素に対する、前記射出装置の位置及び向きを判定することと、
    前記射出装置の前記位置及び前記向きに基づき、画像データを調整することと、
    前記画像データをディスプレイに送信することとを備える方法。
33. 物体を検査する非侵襲的撮像システムであって、
    エネルギーを射出するように構成され、前記物体の周囲を自由に移動可能な射出装置と、
    前記射出装置及び撮像センサが配列位置にあるとき、前記エネルギーを受容すると、撮像信号を生成するように構成された前記撮像センサと、
    前記撮像センサに連結され、前記物体に隣接した前記撮像センサの移動を可能にする少なくとも１つの位置決め機構と、
    少なくとも前記射出装置と前記撮像センサと電気的に連通した少なくとも１つの位置追跡要素とを備え、
    前記射出装置は、前記プラットフォームの前記外面に対して移動可能であり、
    前記少なくとも１つの位置追跡要素と前記撮像センサとの間の第１の座標測定を判定し、前記射出装置と前記少なくとも１つの位置追跡要素との間の第２の座標測定を判定するように構成された制御システムを備え、前記制御システムは、前記第１の座標測定と前記第２の座標測定とを使用して、前記位置決め機構の駆動を制御し、前記射出装置の移動中、又は、前記射出装置の移動後、前記配列位置に前記撮像センサを移動するシステム。
34. 射出装置及び撮像センサが配列位置にあるとき、エネルギーが受容されると、撮像信号を生成するように構成された撮像センサとともに使用される、非侵襲的撮像装置であって、前記撮像センサは、位置決め機構に連結され、プラットフォームに隣接した撮像センサの移動を可能にし、前記プラットフォームは、前記プラットフォームに対して固定された少なくとも１つの位置追跡要素を含み、前記非侵襲的撮像システムは、
    エネルギーを射出するように構成され、前記プラットフォームの周囲を自由に移動可能な射出装置と、
    前記少なくとも１つの位置追跡要素と前記撮像センサとの間の第１の座標測定を判定し、前記射出装置と前記少なくとも１つの位置追跡要素との間の第２の座標測定を判定するように構成された制御システムとを備える装置を備え、
    前記制御システムは、前記第１の座標測定と前記第２の座標測定とを使用して、前記位置決め機構の駆動を制御し、前記射出装置の移動中、又は、前記射出装置の移動後、前記配列位置に前記撮像センサを移動させる非侵襲的撮影装置。
35. 断層撮影装置であって、
    対象に向かってＸ線ビームを射出するように動作可能なＸ線生成部を備える携帯用ポータブルＸ線エミッタと、
    前記Ｘ線生成部を駆動するために前記エミッタ上に設けられたユーザコントロールと、
    対象への距離を判定するために前記エミッタに設けられた距離センサと、
    前記距離センサ、前記Ｘ線生成部、及び前記ユーザコントロールと電気的に連通するように前記エミッタ内に設けられたプロセッサとを備え、
    前記プロセッサは、前記対象への距離に基づき、前記ユーザコントロールが前記Ｘ線生成部を駆動させないように動作可能である断層撮影装置。
36. 前記対象の可視画像又は赤外線画像を撮影するために、前記Ｘ線エミッタ上に設けられた少なくとも１つのカメラをさらに備える請求項３５に記載の断層撮影装置。
37. 前記対象の可視画像又は赤外線画像を前記エミッタから離間したディスプレイ画面上で閲覧できるようにする通信回路をさらに備える請求項３６に記載の断層撮影装置。
38. 前記Ｘ線生成部が、対象の静止Ｘ線画像を撮影するために単一ビームのＸ線放射を射出するＸ線動作モードと、前記Ｘ線生成部が、対象のＸ線動画を撮影するために連続ビーム又は多数ビームのＸ線放射を射出する透視動作モードとの間で切り替えを行うユーザコントロールを備える請求項３５に記載の断層撮影装置。
39. 前記Ｘ線ビームは、前記エミッタの開口を通じて射出されるＸ線円錐であり、
    対象への距離に基づき、前記円錐のサイズを自動調整する装置をさらに備える請求項３５に記載の断層撮影装置。
40. 動作モードに応じて、前記Ｘ線エミッタのパワー消費をインクリメントして増減させる回路をさらに備える請求項３５に記載の断層撮影装置。
41. 前記Ｘ線エミッタとともに使用されるように適合されたＸ線撮影ステージを備え、
    Ｘ線撮影ステージは、
    上面と中間空洞部とを備えるプラットフォームと、
    前記Ｘ線エミッタから前記プラットフォームの前記上面を通じてＸ線を受容するため、前記プラットフォームの前記空洞内に支持されたＸ線センサと、
    前記Ｘ線エミッタが前記Ｘ線センサに適正に向けられている場合、前記Ｘ線エミッタがＸ線を射出するようにし、前記Ｘ線エミッタが前記Ｘ線センサに適正に向けられていない場合、Ｘ線を射出させない装置とを備える請求項３５に記載の断層撮影装置。
42. 前記プラットフォームに対する前記Ｘ線エミッタの位置及び向きを判定するために、前記プラットフォームと前記Ｘ線エミッタとの間に設けられる無線インタフェースと、
    前記Ｘ線エミッタの前記位置及び前記向きに基づき、前記Ｘ線センサによるＸ線の撮影を増加させるために、前記プラットフォームの前記空洞内で前記Ｘ線センサを移動させるように動作可能な電気機械装置とをさらに備える請求項４１に記載の断層撮影装置。
43. 前記電気機械装置は、前記プラットフォームの前記空洞内において、ｘ方向及びｙ方向に前記Ｘ線センサを移動させるように動作可能である請求項４２に記載の断層撮影装置。
44. 前記電気機械装置は、前記プラットフォームの前記空洞内において、前記Ｘ線センサをパン及びチルトさせるように動作可能である請求項４２に記載の断層撮影装置。
45. 前記電気機械装置は、スキュー又は遠近感を補正するために、前記エミッタから前記センサ上に前記Ｘ線射出をセンタリングすべく、前記センサを移転、パン、及びチルトさせるように動作可能である請求項４２に記載の断層撮影装置。
46. 前記プラットフォームと前記Ｘ線エミッタとの間に設けられた無線インタフェースは、
    前記プラットフォーム上に設けられた複数の光学エミッタと、
    前記光学エミッタからの信号を検出するために前記Ｘ線エミッタ上に設けられたセンサと、
    以下の機能を実施するように動作可能なコントローラとを備え、以下の動作とは、
    前記光学エミッタからの前記信号を受信することと、
    前記プラットフォームに対する前記Ｘ線エミッタの前記位置及び前記向きを演算することと、
    演算された前記Ｘ線エミッタの前記位置及び前記向きに基づき、前記Ｘ線の撮影を増加させるために、前記電気機械装置に前記センサを移動させることとである請求項４２に記載の断層撮影装置。
47. 前記光学エミッタは、赤外線エミッタであり、
    前記Ｘ線エミッタは、対象の赤外線画像を撮影するカメラを備え、
    前記カメラは、前記赤外線エミッタからの前記信号を検出するためにも使用される請求項４６に記載の断層撮影装置。
48. 前記プラットフォームは、外周を有し、
    前記複数の光学エミッタは、前記プラットフォームの前記外周に配される請求項４７に記載の断層撮影装置。
49. 前記光学エミッタは、所定パターンのタイル上に配置される請求項４７に記載の断層撮影装置。
50. 各々、所定パターンのタイル上に配置された複数の光学エミッタを備える複数のタイルを備える請求項４９に記載の断層撮影装置。
51. 前記光学エミッタは、所定の周波数の光を射出する請求項４７に記載の断層撮影装置。
52. 前記プラットフォームと前記Ｘ線エミッタとの間に設けられた前記無線インタフェースは、
    前記プラットフォームから離間した光学エミッタと、
    離間した前記光学エミッタからの信号を検出するために、前記Ｘ線エミッタ上に設けられたセンサと、
    以下の機能を実施するように動作可能なコントローラとを備え、前記以下の機能とは、
    前記光学エミッタからの前記信号を受信することと、
    離間した前記光学エミッタの位置及び向きを演算することと、
    離間した前記光学エミッタの前記位置及び前記向きに基づき、前記プラットフォームに対する前記Ｘ線エミッタの位置及び向きを演算することと、
    演算された前記Ｘ線エミッタの前記位置及び前記向きに基づき、前記Ｘ線の撮影を増加させるために、前記電気機械装置に前記センサを移動させることとである請求項４２に記載の断層撮影装置。
53. 前記センサによって撮影された静的Ｘ線画像又は動的Ｘ線画像を外部のディスプレイモニタに送信するように動作可能な通信回路をさらに備える請求項４１に記載の断層撮影装置。
54. 撮影に際して、Ｘ線画像を暗号化するプロセッサと、
    後の呼び戻しのために、暗号化された前記画像を記憶するメモリとをさらに備える請求項４１に記載の断層撮影装置。
55. 前記センサによって撮影された静的Ｘ線画像又は動的Ｘ線画像を外部のディスプレイモニタに送信するように動作可能な通信回路をさらに備える請求項４２に記載の断層撮影装置。
56. 撮影に際して、Ｘ線画像を暗号化するプロセッサと、
    後の呼び戻しのために、暗号化された前記画像を記憶するメモリとをさらに備える請求項４２に記載の断層撮影装置
    
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