JP2020513973A - 暗視野x線撮像用の感度が最適化された患者位置決めシステム - Google Patents

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Abstract

本発明は、格子ベースの暗視野及び/又は位相コントラストX線撮像に関する。画質を向上させるために、患者を照射することにより患者を撮像する格子ベースの暗視野及び/又は位相コントラストX線撮像用のラジオグラフィシステム10が提供される。システムは、線源ユニット12、検出ユニット14及び患者当接面18を備えた患者支持ユニット16を含む。線源ユニット12と検出ユニット14とは光軸13に沿って配置され、患者支持ユニット16はそれらの間に配置される。更に、光軸13に沿った線源ユニット12と患者当接面18との間の当接距離dAが調整可能である。感度と視野との間のトレードオフ(例えば最適なトレードオフ)が患者固有に達成可能であるように、当接距離dAと、当接距離dAに基づく実際の感度とは、撮像の際に考慮される。

Description

本発明は、格子ベースの暗視野及び/又は位相コントラストX線撮像用のラジオグラフィシステム、並びに、暗視野及び/又は位相コントラストX線画像を捕捉する方法に関する。
標準的なX線撮像技術は、照射対象物体を横切るときの当該物体による減衰によるX線ビーム強度の減少に依存し、当該減少は、X線検出器を用いて測定することができる。干渉法を使用することにより、例えばビームに3つの格子があるタルボ・ロー(Talbot-Lau)式干渉計を使用することにより、2つの追加の物理的効果が撮像に使用できるコントラストを作成する。位相コントラストX線撮像では、画像データを作成するために、物体を通過するX線ビームの屈折による位相変化に関する情報を使用する。暗視野コントラストX線撮像では、小角散乱に関する情報を使用する。暗視野及び/又は位相コントラストX線撮像は、反転配置を利用して行われることがある。しかし、システムの感度と達成される視野との間にトレードオフがあることが示されている。
格子ベースの暗視野X線位相コントラスト撮像用のラジオグラフィシステムで捕捉される画像の品質を向上させる必要がある。
本発明の目的は、独立請求項の主題によって解決され、更なる実施形態は、従属請求項に組み込まれる。なお、以下に説明する本発明の態様は、格子ベースの暗視野及び/又は位相コントラストX線撮像用のラジオグラフィシステム、並びに、暗視野及び/又は位相コントラストX線画像を捕捉する方法にも適用されることに留意されたい。
本発明によれば、格子ベースの暗視野及び/又は位相コントラストX線撮像用のラジオグラフィシステムが提供される。格子ベースの暗視野及び/又は位相コントラストX線撮像用のラジオグラフィシステムは、線源ユニットと、検出ユニットと、患者当接面を有する患者支持体とを含む。線源ユニット及び検出ユニットは光軸に沿って配置され、患者支持体はそれらの間に配置される。光軸に沿った線源ユニットと患者当接面との間の距離は調整可能である。当接距離及び当接距離に基づく実際の感度が、感度と視野との間のトレードオフが患者固有に達成可能であるように撮像の際に考慮される。
効果として、患者の位置決めを調整させることができるため、照射対象物体、即ち、患者の内部での小角散乱に対する高い感度が回避される。放射線源の近くでの位置決めでは、倍率が上がり、視野が狭くなる。典型的に診断を容易にするより優れたコントラスト対ノイズ比をもたらすので、高感度が提供される。したがって、画質が向上される。
別の例では、格子ベースの暗視野及び/又は位相コントラストX線撮像用のラジオグラフィシステムが提供される。格子ベースの暗視野及び/又は位相コントラストX線撮像用のラジオグラフィシステムは、線源ユニットと、検出ユニットと、患者当接面を有する患者支持体とを含む。線源ユニット及び検出ユニットは光軸に沿って配置され、患者支持体はそれらの間に配置される。光軸に沿った線源ユニットと患者当接面との間の距離は調整可能である。
線源ユニットと患者当接面との間の距離は、当接距離dとも呼ぶことができる。
格子ベースの暗視野及び/又は位相コントラストX線撮像技術では、ビームに3つの格子、又は、線源がコヒーレントなX線を提供する場合は少なくとも2つの格子を挿入する必要がある。
一例では、線源ユニットは、第1の格子G0と、第1の格子の下流に設けられる第2の格子G1とを含み、検出ユニットは第3の格子G2を含む。感度は、患者が第2の格子G1に位置するときに最大となり、第3の格子G2において0となるまで線形に減少する。
患者支持ユニットの可動性は、患者支持ユニットの再配置に関連する。再配置は、シフトとも呼ぶことができる。
一例によれば、線源ユニットは、第1の格子G0及び第2の格子G1を含み、検出ユニットは第3の格子G2を含む。格子ベースの暗視野及び/又は位相コントラストX線撮像用のラジオグラフィシステムは、第1の格子G0と第2の格子G1との間の距離が、第2の格子G1と第3の格子G2との間の距離よりも小さい反転配置を利用する。
反転配置(inverse geometry)との用語は、第1の格子G0と第2の格子G1との間の距離が、第2の格子G1と第3の格子G2との間の距離よりも小さく、物体、即ち、患者が、第2の格子と第3の格子との間に置かれる構成に関する。
一例によれば、格子ベースの暗視野及び/又は位相コントラストX線撮像用のラジオグラフィシステムは、第1の格子G0と第2の格子G1との間の距離が、第2の格子G1と第3の格子G2との間の距離と同じである対称配置を利用する。
別の代替オプションでは、格子ベースの暗視野及び/又は位相コントラストX線撮像用のラジオグラフィシステムは、第1の格子G0と第2の格子G1との間の距離が、第2の格子G1と第3の格子G2との間の距離よりも大きい、いわゆる直接配置(direct geometry)を利用する。例えば患者は第1の格子と第2の格子との間に置かれる。
一例では、光軸に沿った線源ユニットと患者当接面との間の当接距離dは、線源ユニットを移動させることにより調整可能である。
患者用の接触面は、例えば大きい、中くらい及び小さい患者について光軸に沿って幾つかの別個の位置があってよい。
別の例によると、格子ベースの暗視野及び/又は位相コントラストX線撮像用のラジオグラフィシステムは、位置検出デバイスと画像生成ユニットとを含む。位置検出デバイスは、患者当接面の実際の位置を決定し、実際の位置を画像生成ユニットに供給する。画像生成ユニットは、実際の位置を使用して画像を生成する。
画像用データの生成では、実際の感度が考慮される。患者支持体は、感度と視野との間の最適なトレードオフが患者固有に達成されるように、光軸に沿って線源ユニットと検出ユニットとの間に設けられる。
一例によれば、格子ベースの暗視野及び/又は位相コントラストX線撮像用のラジオグラフィシステムは、視野を示すための指示ユニットを含む。
別の例によれば、位置検出デバイスは、線源ユニットと患者当接面との間の当接距離dを決定する。
一例によれば、位置検出デバイスはステレオカメラを含み、ステレオカメラが、線源ユニットと患者当接面との間の当接距離dを決定する。
この基本技術を使用して、照射対象物体全体の撮像を可能にする最適な(つまり最大の)感度を計算及び設定することを提案する。ステレオカメラは、患者の大きさを決定し、線源と患者当接面との間の適切な当接距離dを決定する。
別の例によれば、格子ベースの暗視野及び/又は位相コントラストX線撮像用のラジオグラフィシステムは、照射対象患者の幾何学的形状を決定する。システムはまた、幾何学的形状に基づいて視野を決定し、視野に基づいて線源ユニットと患者当接面、即ち、照射対象物体との間の距離を決定する。線源ユニットと患者当接面との間の距離は、患者距離d又は物体距離dとも呼ぶことができる。
一例では、ステレオカメラは、人間の胸部の解剖モデルと共に使用されて、中肺平面から接触面までの距離が推定される。
別の例によれば、システムは、少なくとも2つの取得モードをサポートする。1つの取得モードでは、視野が広く暗視野感度が低く(底面が検出器に近い)、もう1つの取得モードでは、視野が狭く暗視野感度が高い(表面が検出器から離れている)。
本発明によれば、前述の例の1つによるラジオグラフィシステムを使用することにより、暗視野及び/又は位相コントラストX線画像を捕捉する方法もまた提供される。方法は、
a)光軸に沿って患者当接面と線源ユニットとの間の当接距離dを調整させるステップと、
b)患者当接面を第1の位置に一時的に固定するステップと、
c)照射対象患者を照射するステップと、
d)暗視野及び/又は位相コントラストX線画像を捕捉するステップとを含む。
一例によれば、光軸に沿って患者当接面と線源ユニットとの間の当接距離dを調整させるステップa)は、
a1)線源ユニットと患者当接面との間に照射対象患者を配置するサブステップと、
a2)視野が関心領域と一致するまで、線源ユニットと照射対象患者との間の実際の位置を決定するサブステップと、
a3)線源ユニットと照射対象患者との間の実際の位置を画像生成ユニットに供給するサブステップとを含む。ターゲット距離dは、当接距離を調整させるために使用され、画像生成ユニットは、線源ユニットと照射対象患者との間の実際の位置に基づく実際の感度を画像生成の際に考慮に入れる。
本発明によれば、格子ベースの暗視野及び/又は位相コントラストX線撮像用のラジオグラフィシステムを制御するためのコンピュータプログラム要素が提供され、当該コンピュータプログラム要素は、処理ユニットによって実行されると、暗視野及び/又は位相コントラストX線画像を捕捉する方法ステップを行う。
本発明は、格子ベースの暗視野及び/又は位相コントラストX線撮像のために光軸に沿った患者の位置を特定するシステム及び方法に関する。患者は、線源ユニットか又は検出ユニットの隣に位置付けられる。指示ユニットが、その円錐状の光を用いて視野を照らす。次のステップでは、視野が関心領域と一致するまで患者を移動させる。システムの感度と視野との間の最適なトレードオフで画像が生成されるように、線源ユニットと患者との間の距離dが考慮される。
本発明のこれらの態様及び他の態様は、以下に説明される実施形態を参照して明らかになり、説明される。
本発明の例示的な実施形態を、次の図面を参照して以下に説明する。
図1は、格子ベースの暗視野及び/又は位相コントラストX線撮像用のラジオグラフィシステムの概略図を示す。 図2は、2つの異なる位置でラジオグラフィシステム内に配置された患者の概略図を示す。 図3は、関心領域の視野の概略図を示す。 図4aは、光軸に沿った感度の分布を示す。 図4bは、光軸に沿った感度の分布を示す。 図4cは、光軸に沿った視野の分布を示す。 図5は、暗視野及び/又は位相コントラストX線画像を捕捉する方法の一例を示す。
図1は、格子ベースの暗視野及び/又は位相コントラストX線撮像用のラジオグラフィシステム10を示す。格子ベースの暗視野及び/又は位相コントラストX線撮像用のラジオグラフィシステム10は、線源ユニット12と、患者当接面18を備えた検出ユニット14とを含む。線源ユニット12及び検出ユニット14は、光軸13に沿って配置され、患者当接面18を有する患者支持ユニット16がそれらの間に配置される。患者支持ユニットは、光軸13に沿った少なくとも2つの異なる位置に一時的に固定されるように移動可能に構成される。格子ベースの暗視野及び/又は位相コントラストX線撮像用のラジオグラフィシステム10は更に、位置検出デバイス20及び画像生成ユニット22を含んでよい。位置検出デバイス20は、患者当接面18の実際の位置を決定して、画像生成ユニット22に実際の位置を供給し、画像生成ユニット22は、実際の位置を使用して画像を生成する。
図2a及び図2bは、患者当接面18の隣に立っている患者の2つの異なる位置を示す。図2aでは、患者と検出ユニット14との間の距離は、図2bの視野26と比較して小さく、したがって視野26は拡大している。
一例によれば、光軸13に沿った線源ユニット12と患者当接面18との間の当接距離dは、離散的に調整可能である。
一例では、光軸13に沿った線源ユニット12と患者当接面18との間の当接距離dは、例えば大きい、中くらい、小さい患者について光軸13に沿って幾つかの別個の位置で分離される。
一例では、離散位置は1cmのステップを含む。別の例では、離散位置は1cm乃至5cmのステップを含む。
別の例によれば、光軸13に沿った線源ユニット12と患者当接面18との間の当接距離dは、連続的に調整可能である。
一例によれば、患者の患者当接面18は、最小位置と最大位置との間で光軸13に沿って連続的に移動する。
図3は、患者の胸部の視野26を示す。視野26は、指示ユニット24を介して示される。指示ユニット24は、ライトバイザとして構成されてもよい。ライトバイザは、X線が照射される領域の境界を示す。ライトバイザは、その円錐状の光で視野を照らす。
視野という用語は、検査対象領域とも呼ぶことができる。
一例では、指示ユニットは焦点層位置決めビームである。
検査対象領域は、関心領域とも呼ぶことができる。
システムの感度Sと画像の視野は、線源ユニット12から患者当接面18までの距離dに応じた相互依存性を有する。
図4aは、0(ゼロ)の感度Sを有する格子G0から開始して、格子G1における最大感度まで線形に上昇する光軸13に沿った感度Sの分布を示す。感度Sは、格子G1から格子G2における0まで線形に減少する。一例によれば、格子G0及び格子G1は、線源ユニット12に一体化されている。
図4bは、光軸Dに沿った感度Sの分布を示す。感度Sは、線源ユニット12の放射線出口(例えばX線管のX線窓)において最大であり、検出ユニット14内に配置された格子G2における0まで線形に減少する。
図4cは、光軸Dに沿った視野26の分布を示す。視野26は、線源ユニット12のすぐ隣で最小であり、検出ユニット14のすぐ隣で最大となるまで線形に大きくなる。
詳細には示さない例では、システムは、少なくとも2つの取得モードをサポートする。1つの取得モードでは、視野が広く暗視野感度が低く(底面が検出器に近い)、もう1つの取得モードでは、視野が狭く暗視野感度が高い(表面が検出器から離れている)。
図5は、以下のステップを含む暗視野及び/又は位相コントラストX線画像を捕捉する方法100を示す。
ステップa)とも呼ばれる第1のステップ102において、患者当接面と線源ユニットとの間の当接距離dが光軸に沿って調整される。
ステップb)とも呼ばれる第2のステップ104において、患者当接面が一時的に固定される。
ステップc)とも呼ばれる第3のステップ106において、照射対象患者が照射される。
ステップd)とも呼ばれる第4のステップ108において、暗視野及び/又は位相コントラストX線画像が捕捉される。
オプションでは、上記方法は、ステップa)について3つのサブステップがあることで拡張される。
ステップa1)とも呼ばれる第1のサブステップ110において、照射対象患者が、線源ユニットと患者当接面との間に配置される。
ステップa2)とも呼ばれる第2のサブステップ112において、線源ユニットと照射対象物体との間のターゲット距離dが、視野が関心領域と一致するまで決定される。ターゲット距離dは、距離を調整させるために使用される。
ステップa3)とも呼ばれる第3のサブステップ114において、線源ユニットと照射対象物体との間の距離が画像生成ユニットに供給される。画像生成ユニットは、線源ユニットと照射対象物体との間の距離に基づく実際の感度Sを、画像生成の際に考慮に入れる。
一例では、位置決めは、離散的に又は連続的に行われ、距離の調整は、ステレオカメラを介して行われる。
一例によれば、視野が関心領域と一致するまで、患者当接面と線源ユニットとの間の距離が調整される。
「一致する」との用語は、視野における関心領域の割合が最大となることを指すことができる。
本発明の別の例示的な実施形態では、前述の実施形態の1つによる方法の方法ステップを適切なシステムで実行するように適応されていることを特徴とするコンピュータプログラム又はコンピュータプログラム要素が提供される。
したがって、コンピュータプログラム要素は、コンピュータユニットに記憶されていてもよい。当該コンピュータユニットも、本発明の一実施形態の一部であってよい。当該コンピュータユニットは、上記方法のステップを行うか又はステップの実行を誘導する。更に、コンピュータユニットは、上記装置のコンポーネントを動作させる。コンピュータユニットは、自動的に動作するか及び/又はユーザの命令を実行する。コンピュータプログラムが、データプロセッサの作業メモリにロードされてよい。したがって、データプロセッサは、本発明の方法を実行する能力を備えている。
本発明のこの例示的な実施形態は、最初から本発明を使用するコンピュータプログラムと、アップデートによって、既存のプログラムを、本発明を使用するプログラムに変えるコンピュータプログラムとの両方を対象とする。
更に、コンピュータプログラム要素は、上記方法の例示的な実施形態の手順を満たすすべての必要なステップを提供することができる。
本発明の更なる例示的な実施形態によれば、CD−ROMといったコンピュータ可読媒体が提示される。コンピュータ可読媒体に、コンピュータプログラム要素が記憶され、コンピュータプログラム要素は上記セクションに説明されている。
コンピュータプログラムは、他のハードウェアと共に又は他のハードウェアの一部として供給される光学記憶媒体又は固体媒体といった適切な媒体上に記憶される及び/又は分散配置されるが、インターネット又は他の有線若しくは無線通信システムを介した形態といった他の形態で分配されてもよい。
しかし、コンピュータプログラムは、ワールドワイドウェブといったネットワークを介して提示され、当該ネットワークからデータプロセッサの作業メモリにダウンロードされてもよい。本発明の更なる例示的な実施形態によれば、ダウンロード用にコンピュータプログラム要素を利用可能にする媒体が提供され、当該コンピュータプログラム要素は、本発明の上記実施形態のうちの1つによる方法を行うように構成される。
なお、本発明の実施形態は、様々な主題を参照して説明されている。具体的には、方法タイプのクレームを参照して説明される実施形態もあれば、デバイスタイプのクレームを参照して説明される実施形態もある。しかし、当業者であれば、上記及び下記の説明から、特に明記されない限り、1つのタイプの主題に属する特徴の任意の組み合わせに加えて、様々な主題に関連する特徴の任意の組み合わせも、本願によって開示されていると見なされると理解できるであろう。しかし、すべての特徴は、特徴の単なる足し合わせ以上の相乗効果を提供する限り、組み合わされることが可能である。
本発明は、図面及び上記説明において詳細に例示され、説明されたが、当該例示及び説明は、例示的に見なされるべきであり、限定的に見なされるべきではない。本発明は、開示される実施形態に限定されない。開示された実施形態の他の変形態様は、図面、開示内容及び従属請求項の検討から、請求項に係る発明を実施する当業者によって理解され、実施される。
請求項において、「含む」との用語は、他の要素又はステップを排除するものではなく、また、「a」又は「an」との不定冠詞も、複数形を排除するものではない。単一のプロセッサ又は他のユニットが、請求項に引用される幾つかのアイテムの機能を果たしてもよい。特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されることだけで、これらの手段の組み合わせを有利に使用することができないことを示すものではない。請求項における任意の参照符号は、範囲を限定するものと解釈されるべきではない。

Claims (15)

  1. 患者を照射することにより患者を撮像するための格子ベースの暗視野及び/又は位相コントラストX線撮像用のラジオグラフィシステムであって、
    線源ユニットと、
    検出ユニットと、
    患者当接面を有する患者支持ユニットと、
    を含み、
    前記線源ユニットと前記検出ユニットとは、光軸に沿って配置され、前記患者支持ユニットは、前記線源ユニットと前記検出ユニットとの間に配置され、
    前記光軸に沿った前記線源ユニットと前記患者当接面との間の当接距離は、調整可能であり、
    感度と視野との間のトレードオフが患者固有に達成可能であるように、撮像の際に前記当接距離に基づいて、実際の感度及び前記当接距離が考慮される、システム。
  2. 患者特有のやり方での感度と視野との間の最適なトレードオフが達成可能である、請求項1に記載のラジオグラフィシステム。
  3. 前記線源ユニットは、第1の格子及び第2の格子を含み、前記検出ユニットは、第3の格子を含み、
    前記第1の格子と前記第2の格子との間の距離が、前記第2の格子と前記第3の格子との間の距離よりも小さい反転配置が利用される、請求項1又は2に記載のラジオグラフィシステム。
  4. 前記光軸に沿った前記線源ユニットと前記患者当接面との間の前記当接距離は、前記患者支持ユニットを動かすことにより調整可能である、請求項1乃至3の何れか一項に記載のラジオグラフィシステム。
  5. 前記光軸に沿った前記線源ユニットと前記患者当接面との間の前記当接距離は、離散的に調整可能である、請求項1乃至4の何れか一項に記載のラジオグラフィシステム。
  6. 前記光軸に沿った前記線源ユニットと前記患者当接面との間の前記当接距離は、連続的に調整可能である、請求項1乃至4の何れか一項に記載のラジオグラフィシステム。
  7. 位置検出デバイスと、
    画像生成ユニットと、
    を含み、
    前記位置検出デバイスは、前記患者当接面の実際の位置を決定して、前記実際の位置を前記画像生成ユニットに供給し、
    前記画像生成ユニットは、前記実際の位置を使用して画像を生成する、請求項1乃至6の何れか一項に記載のラジオグラフィシステム。
  8. 前記位置検出デバイスは、視野を示すための指示ユニットを含む、請求項7に記載のラジオグラフィシステム。
  9. 前記位置検出デバイスは、前記線源ユニットと前記患者当接面との間の前記当接距離を決定し、
    前記位置検出デバイスは、前記線源ユニットと前記患者当接面との間の前記当接距離を決定するステレオカメラを含む、請求項7又は8に記載のラジオグラフィシステム。
  10. 照射対象の前記患者の幾何学的形状を決定し、前記幾何学的形状に基づいて前記視野を決定し、前記視野に基づいて前記線源ユニットと前記患者当接面との間の前記当接距離を決定する、請求項1乃至6の何れか一項に記載のラジオグラフィシステム。
  11. 少なくとも2つの取得モードをサポートし、一方の取得モードでは、視野が広くて暗視野感度が低く、他方の取得モードでは、視野が狭くて暗視野感度が高い、請求項1乃至10の何れか一項に記載のラジオグラフィシステム。
  12. 請求項1乃至11の何れか一項に記載のラジオグラフィシステムを使用することにより、暗視野及び/又は位相コントラストX線画像を捕捉する方法であって、
    a)前記光軸に沿って前記患者当接面と前記線源ユニットとの間の前記当接距離を調整させるステップと、
    b)前記患者当接面を一時的に固定するステップと、
    c)照射対象の前記患者を照射するステップと、
    d)暗視野及び/又は位相コントラストX線画像を捕捉するステップと、
    を含む、方法。
  13. 前記ステップa)について、
    a1)前記線源ユニットと前記患者当接面との間に照射対象の患者を配置するステップと、
    a2)視野が関心領域と一致するまで、前記線源ユニットと前記照射対象の患者との間の実際の位置を決定するステップと、
    a3)前記線源ユニットと前記照射対象の患者との間の前記実際の位置を画像生成ユニットに供給するステップと、
    が設けられ、
    ターゲット距離が、前記当接距離を調整させるために使用され、
    前記画像生成ユニットは、前記線源ユニットと前記照射対象患者との間の前記実際の位置に基づく実際の感度を、画像を生成するために考慮に入れる、請求項12に記載の方法。
  14. 処理ユニットによって実行されると、請求項12又は13に記載の方法のステップを行う、請求項1乃至11の何れか一項に記載の装置を制御するためのコンピュータプログラム。
  15. 請求項14に記載のコンピュータプログラムを格納した、コンピュータ可読媒体。
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