JP3902239B2 - 医用撮像システム - Google Patents

Description

本発明は、医用撮像システムに関し、より詳しくは撮像デバイスを患者の身体と位置合わせするための本体および装置に関する。本発明は、とくにＸ線装置の位置ぎめに適用できるが、それに限定されるものではない。
患者のＸ線像をとるときには、患者の身体に対してＸ線源を正しく配置することが重要である。通常は、患者が臥している台の下にＸ線フィルムを置き、患者とフィルムの間に電離箱を配置する。フィルターに形成される画像の焦点を確実に合わせるために、患者の上方のＸ線源は、オペレーターがセットする。同様に、Ｘ線を患者の身体の適当な部位に確実に入射させるために、Ｘ線源は、オペレーターが水平面内で移動できるようになっている。
Ｘ線に被曝する危険は公知であり、したがって、Ｘ線は、とくに対象となる身体部位に限定して用いることが重要である。しかし、小さい区域にのみＸ線を用いると、問題の解剖的部位にＸ線が当たらない危険が増大する。対象区域の画像を正しく捉えることができないと、Ｘ線フィルムが無駄になるばかりでなく、さらにＸ線像をとる必要が生じる。Ｘ線源の垂直方向での位置がずれると、ピントの外れた画像が得られることになり、Ｘ線処理を繰り返さなければならなくなる。
Ｘ線源を水平面内で正確に位置ぎめする公知のシステムは、光源から患者の身体に光線を投射するものである。光源は、Ｘ線源に隣接して配置されてそれに固定される。通常、Ｘ線のたどる経路に添って光線を患者の身体に向けるために、Ｘ線放射を透過させる半透明ミラーが用いられる。Ｘ線像をとる前に、オペレーターは、この光線を案内に用いてＸ線源の位置ぎめを行なう。このシステムは、理論的にはＸ線源の位置合わせを改良するものであるが、実際には、光源がＸ線源に対して位置ずれを起こしていないことを確認するために、定期的なチェックを行なう必要がある。常時移動することによってＸ線装置には歪みが生じるため、位置ずれは、一般的に起こる現象である。さらに、この種の位置ぎめシステムは、専門的知識と人であるオペレーターの知覚に依存して光線を正しく位置ぎめするものである。Ｘ線像は、身体のどの部分で必要になるかはわからないし、オペレーターが、焦点の合った露出を行なうためにＸ線源を正確に位置合わせするのが困難な場合もあり得よう。
本発明の一つの目的は、現存するシステムのこれらの欠点の少なくとも一つを防ぎあるいは軽減することである。
本発明の第一の側面にもとづけば、撮像デバイスを人体または動物の体に対して位置合わせして、オペレーターが選んだ解剖的部位の画像が得られるようにする装置において、該装置は、
身体のそれぞれの解剖的標識点に取り付けるための複数の光反射マーカー、ただし、該標識点は、前記解剖的部位の限界を定めるものである、
使用時に、取り付けられた反射マーカーを含めて身体の少なくとも一部分を見るために配置される画像センサー、
使用時に、取り付けられた反射マーカーを照明するために配置される光源、および、
該画像センサーから画像データを受け取る画像処理コンピュータ、を有し、また、該コンピュータは、
ａ） 複数の解剖的部位の各々に関して、前記解剖的標識点の位置に対する撮像デバイスの配置位置を含む標準的患者記録のデータベースを記憶しまたそれへアクセスする、
ｂ） 撮像される患者に関して、オペレーターが入力したデータを用いて、該データベースから適当な記録を選択する、
ｃ）撮像される解剖的部位を識別するためにオペレーターが入力したデータを用いて、該選択された記録から該撮像デバイスの相対配置位置を選択する、
ｄ） 前記画像データから、該撮像デバイスに対する反射マーカーの位置を判別する、および、
ｅ） 該選択された相対配置位置および判別された位置を用いて、のぞむ画像を得るために撮像デバイスを配置すべき実際の位置を判別する、ように構成される装置が提供される。
必要な反射マーカーの数は、撮像される特定の区域に依存する。ただし、通常は、例えば２ないし５個のように比較的少ない数のマーカーが用いられる。
好ましくは、該画像センサーは、少なくとも一つのＣＣＤカメラを含む。あるいは、該画像センサーは、患者の身体の三次元画像が得られるように互いに隔てられた一対のＣＣＤカメラを含む。それによって得られる三次元画像は、三次元の位置情報を提供するために用いられる。コンピュータは、各解剖的部位ごとの好ましい焦点距離を画定する焦点情報を記憶するように構成される。三次元位置情報は、患者の身体から撮像デバイスまでの距離を手動または自動でセットするために用いることができる。好ましくは、三次元描写法を用いて、患者の３Ｄ可視画像をオペレーターに提示し、オペレーターが最大限の情報を利用できるようにする。
好ましくは、前記画像センサーは、前記光源の傍に配置し、光反射マーカーは、光を光源および画像センサーの方向に反射する再帰反射マーカーとする。
好ましくは、該画像センサーは、反射マーカーのない区域は黒で識別され、反射マーカーは光の点で識別される画像データを生成するように構成される。これは、画像センサーのアパーチャーを適当にセットすることによりあるいは画像センサーのシャッターを適当な高速で切ることによって達成できる。あるいは、またはさらに加えて、画像センサーによって生成された画像データを可変利得増幅器にかけることもできる。
好ましくは、光源は、画像センサーのシャッターと同期して操作されるフラッシュランプを有するものとする。
好ましくは、本発明によって位置合わせされる撮像デバイスは、Ｘ線撮像システムである。好ましくは、画像センサーは、Ｘ線発生装置に固定され、Ｘ線管に対する画像センサーの位置合わせを正確に維持できるようにする。
本発明の一実施形態にあっては、画像処理コンピュータは、ビデオ表示装置を有する。コンピュータは、光反射マーカーの判別された位置を表示装置にスーパーインポーズするように構成される。撮像デバイスの配置位置も表示する構成とすることもできる。
本発明の上の第一の側面の装置は、撮像手段を自動的に位置ぎめするために前記コンピュータに連結された位置ぎめ手段を有するものとすることができる。画像処理コンピュータは、また、例えば、前記三次元位置情報を用いまたＸ線台上に戦略的に配置される常設マーカーを含む校正フレームを用いて、撮像デバイスを正しい焦点距離に配置するように構成することもできる。
本発明の第二の側面にもとづけば、撮像デバイスを人体または動物の体に対して位置合わせして、オペレーターが選んだ解剖的部位の画像が得られるようにする方法において、該方法は、
複数の光反射マーカーを身体のそれぞれの解剖的標識点に取り付ける工程、
該身体および反射マーカーを光で照明する工程、
反射マーカーから反射された光を画像センサーで検出する工程、
標準患者記録のデータベースから、撮像される患者または動物に適当な記録を選択する工程、ただし、各記録は、複数の解剖的部位の各々に関して、前記解剖的標識点の位置に対する撮像デバイスの配置位置を含む、
撮像される解剖的部位を識別するためにオペレーターが入力したデータを用いて、該選択された記録から一組の相対位置を選択する工程、
選択された相対位置データと判別された反射マーカーの位置を用いて、のぞむ画像を得るために撮像デバイスを配置すべき実際の位置を判別する工程、および、
撮像デバイスを前記判別された位置に配置する工程、を有する方法が提供される。
本発明のさらに他の一側面にもとづけば、撮像される対象物を、該対象物の画像を生成するために該対象物を被曝させる撮像放射源と位置合わせするための撮像位置合わせシステムにおいて、前記画像位置合わせシステムは、
入射位置合わせ放射信号を生成するための第一の放射源、
撮像される対象物上にあらかじめ定められた位置に配置される構成の複数の反射マーカー、
前記対象物上に配置された反射マーカーから反射された位置合わせ放射を受け取るための反射式位置合わせ放射手段、
前記対象物および前記撮像放射源に対する前記反射マーカーの位置情報を提供するために放射源手段に連結された処理手段であって、前記処理手段は、前記対象物を前記撮像情報源に被曝させるために前記反射マーカーに対して前記源を位置合わせするように前記対象物に対して撮像放射源を配置する位置を識別する対象物データのデータベースに連結される処理手段、を有するシステムが提供される。
本発明のさらに他の一側面にもとづけば、対象物ののぞむ画像を得るための装置において、前記装置は、該対象物ば被曝させられる撮像放射源および前記放射源に被曝させられる対象物の画像を得るための撮像手段を有し、前記被曝する対象物は、撮像される前記対象物の区域を画定する複数のマーカーを有し、前記装置は、前記のぞむ画像を得るために撮像放射源と前記マーカーの位置合わせを容易にする本発明の前記他の側面で述べた位置合わせシステムを含む、装置が提供される。
本発明のさらに他の一側面にもとづけば、対象物を放射および撮像手段に被曝させて前記被曝した対象物の画像を得るための放射源を有する装置を用いて対象物ののぞむ画像を得る方法において、前記方法は、
前記対象物のあらかじめ定められた位置上に位置検出用反射マーカーを配置する工程、
信号源から前記対象物へ向かう第一の入射信号を伝送する工程、
前記マーカーからの反射信号を受け取る工程、ただし、前記反射信号は、前記マーカーの位置を示す、
前記マーカー位置情報を撮像される対象物の相対位置をあたえるデータベースからのあらかじめ定められた記憶情報と比較して、前記反射信号を処理する工程、
前記放射源に対する前記反射マーカーの位置を判別する工程、および、
該源を反射マーカーと位置合わせする工程、を有し、それによって、前記対象物を撮像してのぞむ画像が生成される方法が提供される。
本発明がより良く理解できるように、また本発明がいかに実施されるかを示すために、以下、例として添付の図面を参照してさらに説明する。
第１図は、前後腰椎を撮像するために一定の位置に配置された反射解剖標識点を付けてＸ線撮影される仰向け患者の鳥瞰図である。
第２図は、第１図の患者の斜視図である。
第３図は、腰椎の側面の撮像を補佐するために配置された三つの反射解剖マーカーを付けた患者の斜視図である。
第４図は、本発明の一実施形態にもとづく位置ぎめシステムを組み込んだＸ線装置を示す図である。
第５図は、第４図のシステムのブロック線図である。
第１図は、Ｘ線システムの台１２上に横たわる患者１０の鳥瞰図である。第２図は、患者の斜視図を示す。三つの再帰反射マーカー１４が、通常はレントゲン技師であるオペレーターによって患者の特定の部分に配置される。これらのマーカーの正確な位置は、撮像される解剖的部位によってきまる。前後腰椎が撮像される第１図では、マーカーは、胸骨凹部と両前上腸骨上に配置される。腰椎の側面画像を得ることがのぞまれる場合には、マーカーは、第３図に示すように、腋窩、前上腸骨、および後上腸骨に配置される。マーカーの所定の位置は、経験のあるレントゲン技師が容易に選定することができる。
再帰反射マーカー１４は、各々が、入射光を光源に向けて反射するプリズムとして作用するグラス・マイクロ・スフェア（ガラス微小球）（３Ｍコーポレーション製造）でコーティングされた鏡面を有する。これらのマーカーは、光源から受けた光を主として光源に向けて反射し、したがって、反射光を検出するために用いられる光検出器が光源に隣接して配置されている場合にきわめて効率的である。
第４図は、Ｘ線装置と全体を参照番号１６で示す位置ぎめシステムを組み合わせたものを示す。該位置ぎめシステムは、反射マーカー１４からの位置情報を用いて、全体を参照番号１８で示すＸ線管装置を患者の身体の選定された解剖的部位に位置合わせするように構成されている。Ｘ線放射は、鉛でライニングされたハウジング２２内に収容された（破線で示す）Ｘ線源２０から行なわれる。源２０からのＸ線は、チャンネル２４内部で平行にされた後、該チャンネルから出る。Ｘ線装置と位置ぎめシステム１６は、支持台２６上に調節自在に搭載されており、患者１０の上方の装置１６の高さは変えることができる。このように搭載することによって、また、Ｘ線装置１６を水平面内で動かして患者と位置合わせすることが可能となる。
Ｘ線装置のチャンネル２４内には、Ｘ線放射半透明ミラー２８が、垂直に対して４５°の角度に向けられて収容されている。このミラー２８は、Ｘ線放射は患者およびフィルムに向けて自由に透過させるが、反射光に対しては反射面となる。
該Ｘ線装置１６の内部には、比較的短い光のパルス（すなわち、９８０ｍｍの波長で毎秒５０パルス）を発生することのできる赤外ストロボ３０が配置されている。ストロボ３０からの光は、患者１０からおよび反射マーカー１４から反射して、マーカーの再帰反射性のためにＸ線装置１４およびストロボ３０へ向かう。チャンネル２４に入る反射光は、ミラー２８によって反射してチャンネル２４の側壁３２へ向かう。この側壁には、反射放射を受け取るためのカメラ素子３４、３６を有する電荷結合カメラ３３が取り付けられている。カメラ素子３４、３６は、垂直方向に互いに隔てられており、患者１０上の水平方向に互いに隔てられた位置に配置されたマーカー１４からの反射光線３８、４０を受け取る。
台１２の下方には、公知の種類の自動被曝デバイス（ＡＥＤ）の一部を形成する電離箱４２が配置されている。公知のように、ＡＥＤは、検査を受けている患者の身体の下の区域を透過するＸ線をモニターするものである。ＡＥＤは、電離箱のタイマーを用いて、必要な密度のレントゲン画像を生成するために十分な放射量を受けたときに被曝を終了させる。ＡＥＤは、電離箱の位置に対して患者が正確に位置ぎめされているかぎり、放射量を正確に制御する。フィルムは、電離箱の下方のマウント４４内に配置され、患者およびＡＥＤを透過した放射を受ける。
第５図は、全体を参照番号４６で示す画像処理システムを図式的に描いたものである。このシステムは、二つのＣＣＤカメラ素子３４、３６の出力を分析して、Ｘ線装置１６のための位置合わせ情報を判別する。該画像処理システム４６は、視覚情報を捕捉するためのビデオ・プロセッサ４８と捕捉した情報を分析するためのコンピュータを含む。ストロボ３０の作動に続いてあらかじめ定められた時間が経過した後、ビデオ・プロセッサ４８は、素子３４、３６の各々から画像フレームを捕捉する。ビデオ・プロセッサ４８は、これらのフレームの中の暗から明への遷移を探し、そのような遷移を、光を反射するマーカー１４の存在として識別する。ビデオ・プロセッサは、捕捉した画像フレームの各水平線を右から左へ走査して、暗から明への遷移を識別する。遷移が二つの連続する水平線上のほぼ同じ位置で見つかった場合でも、これらの遷移は一つにまとめられ、反射マーカーの位置であると識別される。
このサーチの工程を最適化するために、素子３４、３６には、ストロボの被曝の間のきわめて短時間だけ開くそれぞれのシャッター（図示せず）が配設されている。通常、シャッターは、１／１２５０秒だけ開いている。各ＣＣＤ素子の出力は、また、ビデオ・プロセッサ４８内の可変利得増幅器（図示せず）にもあたえられ、反射マーカー１４によってつくりだされる強度が「正規の」強度としてセットされるように、その利得が調節される。このセットアップによって、画像データが生成され、反射マーカー１４が、光るスポットとして現われ、他の部分は黒く現われることになる。Ｘ線装置を収容した部屋の中のバックグラウンドの光のレベルを最小にすれば、システムは、さらに最適化される。
これによって得られる位置データは、患者１０およびＸ線装置１６に対する再帰反射マーカー１４の絶対位置を画定するもので、ビデオ・プロセッサ４８からコンピュータ５０へ送られる。コンピュータ５０は、標準患者記録のデータベースを含んでいる。データベースから選択できる患者は、ある範囲の身長および体重にまたがっており、各記録は、多数の解剖的部位の各々に関する解剖的位置データを含んでいる。この解剖的データは、必要な解剖的部位に位置合わせされべきＸ線に関して、解剖的標識点上の反射マーカー１４の位置に対してＸ線装置１６が配置されるべき位置を画定する。
レントゲン技師は、キーボード５２を用いて、撮像される患者１０の身長および体重を入力する。コンピュータ５０は、記憶されたデータベースから適当な記録を選択する。レントゲン技師は、また、問題の解剖的部位を選定し、選択された記録から適当なデータが抽出される。反射マーカー１４の実際の位置およびこれらのマーカーに対してＸ線装置１６を配置すべき位置は知られているので、コンピュータは、実際の配置位置を計算で求めることができる。この位置情報をオペレーターに対して表示して、オペレーターが手動でＸ線装置を配置することもできるし、あるいは、位置情報を自動Ｘ線装置調節手段へ供給して、装置１６を自動的に再配置することもできる。
システム４６は、オプションとして、ＣＣＤカメラ３４、３６の一方で生成された画像データを表示するための表示モニター５４を含むものとすることもできる。カメラ３４、３６は、通常の連続する画像データを生成してモニター５４に表示することもできるが、反射マーカーの位置情報を得るために、カメラのシャッターが開けられるのは比較的短時間である。この位置情報が得られたら、それが、表示画面の患者の身体の画像の上にスーパーインポーズされる。これによって、オペレーターは、Ｘ線装置の自動位置合わせが行なわれる前に、反射マーカー１４の正しい識別を視覚的に確認することができる。同様に、表示画面にＸ線装置の判別された配置位置をスーパーインポーズするようにコンピュータを構成することもできる。
他の一例として、膝の関節の前後の画像を得るために、第一のマーカーを膝蓋の上側の上方２．５ｃｍに配置し、第二のマーカーを脛骨粗面の下方２．５ｃｍに配置し、第三と第四のマーカーを膝蓋の頂点に隣接する側部および中央の縁部に配置する。膝の関節の側面の画像を得るためには、第一のマーカーを、中央側で膝の上縁の上方２．５ｃｍに配置し、第二のマーカーを、中央側で膝蓋の頂点の下方２．５ｃｍに配置する。
解剖的位置ぎめに加えて、患者の動きを視覚的にモニターし、オペレーターが任意の動きに対して患者の位置を補正することができるようにすることも可能である。この機能によって、Ｘ線の被曝を実施する前に位置ぎめの正しさのアセスメントを行なうことができる。患者の動きのモニターは、被曝が完了するまで続けられる。
上に述べた実施形態には、本発明の範囲を逸脱することなくさまざまな修正を行なうことができる。Ｘ線システムおよび位置ぎめ装置を用いて動物の身体を撮像することもできるし、使用する光源を赤外線源に変え、赤外カメラを使用することもできる。この位置ぎめシステムを、撮像される患者の部分と放射源の位置合わせが必要な他の適当な医用撮像システムとともに用いることもできる。

Claims (12)

1. 撮像デバイスを人体または動物の体に対して位置合わせして、オペレーターが選んだ解剖的部位の画像が得られるようにする装置において、該装置は、
   身体のそれぞれの解剖的標識点に取り付けるための複数の光反射マーカー、ただし、該標識点は、前記解剖的部位の限界を定めるものである、使用時に、取り付けられた反射マーカーを含めて身体の少なくとも一部分を見るために配置される画像センサー、
   使用時に、取り付けられた反射マーカーを照明するために配置される光源、および、
   該画像センサーから画像データを受け取る画像処理コンピュータ、を有し、また、該コンピュータは、
   ａ）複数の解剖的部位の各々に関して、前記解剖的標識点の位置に対する撮像デバイスの配置位置を含む標準的患者記録のデータベースを記憶しまたそれへアクセスする手段、
   ｂ）撮像される患者に関して、オペレーターが入力したデータを用いて、該データベースから適当な記録を選択する手段、
   ｃ）撮像される解剖的部位を識別するためにオペレーターが入力したデータを用いて、該選択された記録から該撮像デバイスの相対配置位置を選択する手段、
   ｄ）前記画像データから、該撮像デバイスに対する反射マーカーの位置を判別する手段、および、
   ｅ）該選択された相対配置位置および判別された位置を用いて、のぞむ画像を得るために撮像デバイスを配置すべき実際の位置を判別する手段、
   を有することを特徴とする装置。
2. 前記画像センサーは、少なくとも一つのＣＣＤカメラを含む請求の範囲１に記載の装置。
3. 前記画像センサーは、患者の身体の三次元画像が得られるように互いに隔てられた一対のＣＣＤカメラを含む請求の範囲２に記載の装置。
4. 前記画像センサーは、前記光源の傍に配置し、光反射マーカーは、光を光源および画像センサーの方向に反射する再帰反射マーカーである請求の範囲１、２、または３に記載の装置。
5. 前記画像センサーは、反射マーカーのない区域は黒で識別され、反射マーカーは光の点で識別される画像データを生成するように構成される先行する請求の範囲のいずれかに記載の装置。
6. 前記画像データは、画像センサーのアパーチャーを適当にセットすることによりあるいは画像センサーのシャッターを適当な高速で切ることによって生成される請求の範囲５に記載の装置。
7. 前記画像データは、画像センサーによって生成された画像データを可変利得増幅器にかけることによって生成される請求の範囲６に記載の装置。
8. 前記光源は、画像センサーのシャッターと同期して操作されるフラッシュランプを有する先行する請求の範囲のいずれかに記載の装置。
9. 前記撮像デバイスは、Ｘ線撮像システムによって位置合わせされ、画像センサーは、Ｘ線発生装置に固定され、Ｘ線管に対する画像センサーの位置合わせを正確に維持できる先行する請求の範囲のいずれかに記載の装置。
10. 前記画像処理コンピュータは、ビデオ表示装置を有し、前記コンピュータは、光反射マーカーの判別された位置を表示装置にスーパーインポーズするように構成される先行する請求の範囲のいずれかに記載の装置。
11. 前記装置は、撮像手段を自動的に位置ぎめするために前記コンピュータに連結された位置ぎめ手段を有する先行する請求の範囲のいずれかに記載の装置。
12. 前記画像処理コンピュータは、前記三次元位置情報を用いまたＸ線台上に戦略的に配置される常設マーカーを含む校正フレームを用いて、撮像デバイスを正しい焦点距離に配置するように構成される先行する請求の範囲のいずれかに記載の装置。

Images