JP3907753B2 - 医用診断システム用の位置決め装置及びその位置決め方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、生体磁気計測装置等の医用診断システム用の位置決め装置及びその位置決め方法に係り、特に医用診断システムで解析処理される解析データの空間的な位置を確定する位置決め技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、生体内の脳や心臓等で発生する微弱な磁界を高感度の磁気センサを用いて計測する生体磁気計測装置が知られている。
【０００３】
この生体磁気計測装置は、通常、液体ヘリウムを入れる容器（以下、「デュワー」）内に高感度磁気センサであるＳＱＵＩＤセンサ（Superconducting Quan- tum Interference Device ：超電導量子干渉素子）を配置した構成で、そのＳＱＵＩＤセンサを超電導状態で駆動させてデュワーの測定位置に位置決めされた被検者からの微弱な生体磁気信号を検出し、これに信号処理や解析処理等を施して脳磁情報等の解析データを取得するものである。この装置は、測定精度上、特に解析データの空間的な位置をＳＱＵＩＤセンサに対する被検者の位置関係データに基づいて正確に確定することが重要とされている。
【０００４】
そこで、このような解析データの空間的な位置を決める位置決め技術として、生体磁気計測装置、特に脳磁界計測装置の場合にＳＱＵＩＤセンサ（又はデュワー）に対する被検者の位置関係データを決定する方法が、例えば以下のように提案されている。
１）：被検者の頭部に磁界発生コイル等の磁場発信器を設置し、その磁界をＳＱＵＩＤセンサで計測して磁場発信器の位置を求めることにより、位置関係データを決める（例えば、特開平４−３０３４１６号等）。
２）：被検者の頭部及びデュワーに発光源を取り付け、その発光源からの光をＰＳＤ（ポジション・センシティブ・デバイス）で検出して発光源の位置を求めることにより、位置関係データを決める（例えば、特開平４−２２６６３１号等）。
３）：被検者の頭部表面に光を反射するシート等の材料を貼り付け、その頭部上にレーザ光を照射し、その反射光を入力してレーザ照射位置からの距離を計測することにより、位置関係データを決める（例えば、特開平６−１３３９４１号等）。
【０００５】
ところで一方、上述の生体磁気計測装置に限らず、例えばＸ線ＣＴスキャナ、ＭＲＩ装置等の画像診断装置でも、画像解析等で得られた画像データの空間的な位置（スライス位置）を精度よく求める必要があるため、上述と同様に検出装置に対する被検者の位置関係データを決める技術が重要とされている。このため、例えばＸ線ＣＴスキャナの場合には、ラインマーカーで測定位置を決めた後にＣＴ内で断層像の測定を行う方法等が知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来例の生体磁気計測装置用の位置決め技術にあっては、頭部等の測定部位に磁場発生コイル等の測定機器類を別途に取り付ける構成であったため、オペレータにとっては測定が煩雑であると共に、上述の機器類を介して位置関係データを求めていたため、必ずしも精度がよいものでなかった。特に、測定時に被検者が動いたりした場合には、誤差が発生しやすく、装置信頼性の面からも問題があった。
【０００７】
また、従来例のＸ線ＣＴスキャナ等の画像診断装置の場合にあっても、解析された画像データを被検者のスライス位置に正確に関連付けることは実際上、困難となる場合が多い。
【０００８】
この発明は、このような従来の問題を考慮してなされたもので、検出装置との間の位置関係データに基づいて医用診断システムで処理される解析データの空間的な位置を決める位置決め技術を対象とし、位置関係データを求める際のオペレータの負担を軽減し、その位置関係データに基づく解析データの空間的な位置精度を高め、医用診断システムの装置信頼性を向上させることを、第１の目的とする。
【０００９】
また、この発明は、ＳＱＵＩＤセンサを搭載した生体磁気計測装置に最適な位置決め技術を提供することを、第２の目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る医用診断システム用の位置決め装置は、上記目的を達成させるため、被検体の診断部の医用データを検出する検出装置を備え、この検出装置による医用データを解析処理して上記被検体の診断部の解析データを構築し且つその解析データの空間的な位置を前記検出装置に対する前記被検体の診断部の位置関係データに基づいて決める医用診断システムに搭載する位置決め装置において、前記被検体を前記検出装置に対して第１の位置から第２の位置へ移動させる移動手段と、前記移動手段の移動量を求める移動量計測手段と、前記第１の位置において前記被検体の診断部の三次元の輪郭データを取得するデータ取得手段と、前記第２の位置において前記検出装置により前記医用データが検出されるときの前記被検体の診断部の位置関係データを求める情報として、前記データ取得手段が取得した上記三次元の輪郭データおよび前記移動量計測手段が求めた前記移動量とを上記医用診断システムに供給するデータ供給手段とを備えたものである。
【００１１】
この発明で好ましくは、以下の各態様で構成するものとする。
【００１２】
１）：前記データ取得手段は、上記検出装置により上記医用データが検出される前に予め前記輪郭データを取得する手段である。
【００１３】
２）：前記データ取得手段は、前記被検体の診断部の画像データを撮影する画像撮影部と、この画像撮影部による画像データから前記被検体の診断部の三次元の輪郭データを抽出する輪郭抽出部とを備えている。
【００１４】
３）：前記画像撮影部は、前記被検体の診断部に向けてパターン化された光ビームを照射するビーム照射要素を備えている。
【００１５】
４）：前記ビーム照射要素は、前記光ビームをマルチライン方式、ダブルマルチライン方式、トリプルマルチライン方式、同心円方式、及びドットマトリックス方式の少なくとも１つのパターンで照射する要素である。
【００１６】
５）：前記画像撮影部は、前記被検体の診断部を異なる視点で撮像する複数の撮像要素を備えている。
【００１７】
６）：前記画像撮影部は、前記被検体の診断部を撮像する撮像要素と、この撮像要素を前記被検体の診断部の回りを空間的に移動させながら、前記被検体の診断部を異なる視点で撮像させる要素とを備えている。
【００１８】
７）：前記データ取得手段は、前記検出装置と被検体の診断部との間の距離及び方向に関する位置データを取り込む手段を備え、前記データ供給手段は、前記被検体の診断部の位置関係データを求める情報として前記位置データを前記輪郭データと共に前記医用診断システムに供給する手段を備えている。
【００１９】
８）：前記データ取得手段は、前記位置データに基づいて前記検出装置と被検体の診断部との間の位置調整条件を判断する判断手段と、この判断手段により上記位置調整が不能であると判断されたときに所定の警告を発する警告手段とを備えている。
【００２０】
９）：前記医用診断システムは、生体磁気計測装置であり、前記検出装置は、前記被検体の診断部内の生体磁気信号を検出するＳＱＵＩＤセンサである。
【００２１】
１０）：前記生体磁気計測装置は、前記被検体の診断部を挿入可能な診断用開口部を有するデュワーと、このデュワーの診断用開口部内に上記被検体の診断部を進退自在に挿入させる寝台とを備え、上記デュワー内に前記ＳＱＵＩＤセンサを配置している。
【００２２】
１１）：前記生体磁気計測装置は、前記デュワーを自在にチルト動させる機構を備えている。
【００２３】
１２）：前記生体磁気計測装置は、前記被検体の頭部内の脳磁界を計測する脳磁界計測装置であり、前記デュワーの診断用開口部を前記寝台上に載せられた被検体の頭部形状に応じた凹部で形成している。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施形態を図１〜図１２に基づいて説明する。この実施形態は、この発明に係る医用診断システム用の位置決め装置及びその位置決め方法を生体磁気計測装置（「ＭＳＩ（Magnetic Source Imaging ）システム」とも言う）の内の脳磁界計測装置に適用したものである。
【００２６】
図１に示す脳磁界計測装置は、従来の円柱形状の筒型デュワーを用いた研究用等の生体磁気計測システムで患者側の計測体位として要求される「座位」ではなく、主に臨床の場で疾患患者に対して診断を行う際の基本とすべき計測体位、即ち通常のＭＲＩ装置やＣＴスキャナ等の医用形態画像診断機器と同様に「仰臥位」をベースにして設計されたものである。
【００２７】
すなわち、この脳磁界計測装置は、疾患患者に代表される被検者ＰＳを載せる寝台１と、この寝台１上の被検者ＰＳの診断部である頭部を進退自在に挿入させて脳磁界計測を行うための頭部形状（ヘルメット形状）に応じた横穴式または横凹式等の診断用開口部ＯＰを有する略四角柱状（箱状）のデュワー２と、このデュワー２を移動可能に支持する床置き式のガントリー３とを装備している。
【００２８】
この内、ガントリー３は、図２に示すように、デュワー２と一体になるものであり、デュワー２の開口部ＯＰの軸方向に直交する方向の２つの側面および底部を一体に囲んで保持する略コ字状の胴体３ａと、この胴体３ａから床上に延びるベース用の一対の脚体３ｂ、３ｂとで構成されると共に、この脚体３ｂに対して胴体３ａをデュワー２と一体に自在にチルト動、上下動、及び水平動（回動）させる機構（図示しない）を有するガントリー駆動部３ｃをデュワー２内を含めた適宜な位置に搭載している。
【００２９】
寝台１は、被検者ＰＳを仰臥位姿勢で載せる診察台（天板）１ａと、この診察台を支持するベース用の支持台１ｂとで構成されると共に、支持台１ｂに対して診察台１ａをデュワー２側に進退自在にスライド動させると共に、必要に応じて自在に上下動、水平動、回動等させる速度微調整可能な機構（図示しない）を有する非磁性の寝台駆動部１ｃを適宜な位置に搭載している。この寝台１のデュワー２（頭部）側には、図１に示すように、被検者ＰＳの体動防止用の支持具（被検者支持具）１ｄが診察台１ａ上に配設されている。
【００３０】
デュワー２の内部には、図３に示すように、ＳＱＵＩＤセンサ部（磁場検出部）ＳＳと、このセンサ部ＳＳの超電導動作環境を維持するための冷却システムＣＳとが配設されている。
【００３１】
ＳＱＵＩＤセンサ部ＳＳは、開口部ＯＰの外周部を囲う位置に配置され、デュワー２の上面側に取り付けた外部カバー９０内の駆動回路７にコネクタ９１およびＦＰＣ配線９２を介して電気的に接続されている。このセンサ部ＳＳは、具体的には開口部ＯＰの外周部に位置するヘルメット状等の支持部材上にマウント材を介して空間的に配置されるＮｂＴｉ等の超電導材料でなる検出コイル群４０と、この検出コイル群４０に対向する基板上にマウント材を介して配置されるＮｂ等の超電導材料でなるＳＱＵＩＤ素子群４１と、この両者４０、４１間の上部に位置する容器内に二次元状にマウントされる雑音補償コイル群４２とを備える（上述の２種類のコイル群４０、４２の要部配置を図４に示す）。
【００３２】
このＳＱＵＩＤセンサ部ＳＳは、冷却システムＣＳによる超電導動作時に開口部ＯＰ内に挿入された被検者ＰＳの頭部内の微弱な脳磁界信号を検出コイル群４０で空間的（ＸＹＺ方向）に検出し、この検出信号を検出コイル群４０の支持具に設置されたＦＰＣ配線４３を介してＳＱＵＩＤ素子群４１にて電気信号に変換し、これをＦＰＣ配線９２、コネクタ９１、駆動回路７、配線９３、コネクタ９４を介して信号前処理部（後述）に送る。
【００３３】
冷却システムＣＳは、図３に示すように、ＳＱＵＩＤセンサ部ＳＳの超電導動作用の冷媒として液体ヘリウムＬＨの蒸発ガス（気体ヘリウム）Ｇを用いるガス冷却系５０と、デュワー２の内部を外部から熱的に隔離させる熱シールド構造６０と、ガス冷却系５０による蒸発ガスＧの再液化や蒸発量を抑制するための冷凍系７０とを備えている。
【００３４】
ガス冷却系５０は、ＳＱＵＩＤセンサ部ＳＳの下部に配設される温度約４．２Ｋの液体ヘリウムＬＨのリザーバー（タンク）５１と、このリザーバー５１とセンサ部４間を連絡する蒸発ガス通路用の複数の蒸発路５２…５２とで構成され、リザーバー５１内の液体ヘリウムＬＨの蒸発ガスＧを複数の蒸発路５２…５２を介してセンサ部ＳＳ内に通流させることにより、検出コイル群４０およびＳＱＵＩＤ素子群４１を冷却し、その超電導転移温度（例えば、ＮｂＴｉの場合には約９．２３Ｋ）を維持するようになっている。ここで、蒸発路５２の内部には、外部と内部の温度熱勾配を調整するために断熱材と熱輻射板との多層配置で構成される蓋（図示しない）が配設されている。また、冷却ステージ（後述）の背面側に配置される蒸発路５２は、図４および図５に示すように、冷却ステージおよびＳＱＵＩＤ素子群４１の基板を貫通する通路を介してセンサ部ＳＳ内に達している。
【００３５】
熱シールド構造６０は、デュワー２の外壁部に形成されるもので、具体的には、外壁部をアルミ合金又はガラス繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）等から成る外壁（外層）６１と、ＦＲＰ等から成る内壁（内層）６２とで二重に構成し、その内壁６１と外壁６２間を真空断熱層（高真空層）６３とし、その高真空層６３によりデュワー２の外部から内部に進入する熱をシールドするようになっている。
【００３６】
ここで、高真空層６３の内部には、熱シールド効果の観点から好ましくはスーパーインシュレーション等の熱シールドシート（図示しない）が、特にＳＱＵＩＤセンサ部側よりもリザーバー側に多く配置されている。なぜなら、シート材料はそれ自身が雑音源となるほか、リザーバー内の蒸発量を抑制する必要があるためである。なお、この熱シールドシートには、上述のシート材料のほか、熱反射率及び電気抵抗率が大きく、使用冷媒により超電導転移を起こさない特性を有する金属層（薄膜）を蒸着等で形成したシートを用いることも可能である。
【００３７】
冷凍系７０は、雑音源となるために好ましくはデュワーから離間させた外部位置（計測室の外部）に配置されるコンプレッサ７１と、このコンプレッサ７１にガス通路７１ａを介して接続され且つデュワー２上面のカバー９０内に配置される冷凍機７２と、この冷凍機７２からデュワー２内のＳＱＵＩＤ素子群４１と蒸発路５２間に延びて配置される冷却ステージ７３とを備え、コンプレッサ７１により冷凍機７２をガス圧駆動させることにより、冷却ステージ７３の温度を上述の超電導転移が可能な温度まで冷却し、これにより、液体ヘリウムＬＨの蒸発ガスＧの再液化やその蒸発量の抑制化を図ると共に、ＳＱＵＩＤ素子群４１への冷却作用も兼ねるようになっている。
【００３８】
上述の寝台１、デュワー２およびガントリー３を備えた脳磁界計測装置においては、図６に示すように、診察台１ａに載せられた被検者ＰＳの頭部が初期位置Ｏからデュワー２の開口部ＯＰ内の測定位置Ｐに位置決めされ、この開口部ＯＰ内で脳磁界計測が行われる。
【００３９】
すなわち、デュワー２の内部において、冷却システムＣＳによりＳＱＵＩＤセンサ部ＳＳの超電導動作環境が維持され、そのセンサ部ＳＳにより被検者ＰＳの頭部からの微弱な脳磁界信号が電気信号に変換されて検出される。このセンサ部ＳＳで検出された信号は、駆動回路７を介して信号前処理部８に送られ、ここで増幅などの信号処理後に磁場源解析用コンピュータ９にて解析処理され、これにより、診断に必要な脳磁情報等の解析データが作成される。
【００４０】
このような脳磁界計測装置には、図６に示すように、磁場源解析用コンピュータ９による解析データの空間的な位置を確定するために、ＳＱＵＩＤセンサ部ＳＳに対する被検者ＰＳの頭部の位置関係データを決める情報を取得し、これをコンピュータ９に供給する位置決め装置１０が搭載されている。
【００４１】
この位置決め装置１０は、被検者ＰＳの頭部の三次元の輪郭データを抽出する輪郭抽出装置１１（この発明のデータ取得手段及びデータ供給手段の要部を成す）と、寝台のスライド量データを計測するスライド量計測装置１２（この発明のデータ取得手段及びデータ供給手段の一部を成す）とを備えている。
【００４２】
輪郭抽出装置１１は、全体動作を総括する制御部１３のほか、寝台１上の被検者ＰＳの頭部に向けて所定の光ビームＬＢを照射する光照射部１４、少なくとも測定前の初期位置にある寝台１上の被検者ＰＳの頭部の映像を所定の視点で撮影する映像抽出部１５、及びその頭部の映像を担う画像データから頭部の三次元の輪郭データを抽出する輪郭抽出部１６を備えている。
【００４３】
光照射部１４は、赤外線、紫外線、可視光線、レーザ光等の光ビームＬＢを照射可能な光源（半導体レーザ等）を要部に備え、少なくとも測定前の段階で制御部１３の制御信号に基づいて、被検者ＰＳに向けてパターン化された光ビームＬＢを照射する。このビームパターンとしては、図７〜図１１に示すように、マルチライン方式、同心円方式、ドットマトリックス方式、ダブルマルチライン方式、及びトリプルマルチライン方式等の少なくとも１つが予め設定されている。また、光源に紫外線を使用する場合には、紫外線自体は後述のビデオカメラ等で撮影できず、その反射光の映像抽出が困難となるため、紫外線を反射可能な塗料等を被検者ＰＳの診断部に予め塗布しておく。
【００４４】
映像抽出部１５は、ＣＣＤ、ビデオカメラ等の撮像デバイスを要部に備え、少なくとも測定前の段階で制御部１３の制御信号に基づいて、光照射部１４が光ビームＬＢを被検者ＰＳの頭部に向けてスキャンさせている間に頭部の画像データを撮像し、これを輪郭抽出部１６に供給する。
【００４５】
輪郭抽出部１６は、例えば所定の三次元輪郭抽出アルゴリズムを実行可能なマイクロコンピュータを要部に搭載して成り、そのアルゴリズムを実行させることにより、映像抽出部１５の被検者ＰＳの画像データから頭部の三次元の輪郭データを例えば略リアルタイムで高速に抽出し、その輪郭抽出データを磁場源解析用コンピュータ９による解析データの空間的な位置を決める位置関係データの情報源としてコンピュータ９に供給する。
【００４６】
スライド量計測装置１２は、寝台１の駆動機構１ｃに接続されるもので、診察台１ａの移動量（スライドの距離及び方向）に関するデータをＳＱＵＩＤセンサ部ＳＳと被検者ＰＳとの間の位置データとして計測し、これを上述の位置関係データの情報源の一部として磁場源解析用コンピュータ９に供給する。ここで、このコンピュータ９は、デュワー２がチルト動又はスライド動等された場合に、その移動量に関するデータも、上記の位置データの一部としてガントリー駆動部３ｃから受け取るようになっている。
【００４７】
次に、この実施形態の全体の動作を位置決め装置１０の処理を中心にして、図１２〜図１４に基づいて説明する。
【００４８】
まず、測定前の段階では、図１２に示す寝台スライドモードの手順に沿って位置決め装置１０が動作する。すなわち、ステップＳ１にて寝台駆動部１ｃの動作により被検者ＰＳを載せた寝台１が初期位置までスライド駆動され、そこで頭部の中心点（重心等）が初期位置の零点（Ｏ点）に設定されると、ステップＳ２でＯ点までのスライド量に関する位置データがスライド量計測装置１２で計測・保持される。
【００４９】
この位置データ計測と同時に、図１３に示す輪郭抽出モードの手順に沿って輪郭抽出装置１１によるステップＳ１０〜Ｓ１３の処理が実行される。すなわち、ステップＳ１０にて光照射部１４からパターン化された光ビームＬＢが被検者ＰＳの頭部に向けてスキャンされ、ステップＳ１１で映像抽出部１５の駆動により被検者ＰＳの頭部の画像が撮影され、ステップＳ１２にて被検者ＰＳの画像データから頭部の表面形状を担う三次元の輪郭データが抽出され、これがステップＳ１３で磁場源解析用コンピュータ９に送られる。
【００５０】
このように測定前の処理が終了すると、図１２に示すステップＳ３〜Ｓ５の処理に移行して、被検者ＰＳを載せた診察台１ａが初期位置Ｏからデュワー２の開口部ＯＰ内の測定位置Ｐに移動させられる。
【００５１】
即ち、ステップＳ３で寝台駆動部１ｃの動作により被検者ＰＳを載せた診察台１ａがデュワー２の開口部ＯＰ内に向けて上下方向及び進退方向にスライド駆動され、そこで頭部の鼻、耳等の突起物が開口部ＯＰの近傍で衝突する不都合な事態を回避するために適宜にスライド速度をスローダウンさせて微調整しながら、頭部の中心点が測定位置の中心点（Ｐ点）にフィットするように開口部ＯＰ内に頭部が挿入される。このＯ点からＰ点への被検者ＰＳを載せた診察台１ａのスライド量は、予め設定された許容範囲（位置調整条件）内で適宜に調整される。
【００５２】
例えば、上下方向のスライド量は、図１４に示すように、鼻や耳等の顔部の突起物を含む頭部の上下方向（Ｘ方向）の幅をｄとし、Ｏ点からＰ点までのＸ方向の距離をＣとし、診断用開口部ＯＰのＸ方向の幅をｔとし、頭部の調整量をｘとしたときに、
【数１】
の両式を満たす範囲、即ち、
【数２】
の式を満たすｘの範囲内で適宜に調整される。この関係は、進退方向等のスライド量の許容範囲についても略同様である。従って、このスライド量の許容範囲をに基づいて被検者ＰＳのポジショニングに関しては、必要に応じて自動調整（オートポジショニング）や遠隔操作も可能となり、この場合にはオペレータの操作上の負担がより一層軽減される。
【００５３】
また、上記［数１］及び［数２］式の条件内で調整不能な場合は、開口部ＯＰ内への頭部挿入が困難となることを意味するため、このような事態を未然に防止する方法として、例えば警告ランプを点灯させるか、ＣＲＴから警告を発生させる等の警告手段、あるいはスライド停止手段を動作させるように予め装置内で設定しておく。
【００５４】
次いで、上記の測定位置でのポジショニングが終了すると、ステップＳ４にてスライド量計測装置１２によりＰ点までのスライド量が計測され、そのデータが保持される。そこで、ステップＳ５にて上記で保持したＯ点及びＰ点までのスライド量に関する位置データに基づいて、Ｏ点からＰ点までの相対的なスライド量が演算され、そのデータがスライド量計測装置１２から磁場源解析用コンピュータ９に送られる。
【００５５】
このように寝台１の相対的なスライド量に関する位置データが上述の輪郭抽出データと共にコンピュータ９に供給されると、その両データに基づいて被検者ＰＳの頭部（表面形状）とデュワー２に固定配置されたＳＱＵＩＤセンサ部ＳＳとの互いの空間的な位置関係データが計算される。
【００５６】
この状態でＳＱＵＩＤセンサ部ＳＳが駆動し、デュワー２の開口部ＯＰ内で被検者ＰＳの脳磁界の計測が行われ、その生体磁気信号が磁場源解析用コンピュータ９に供給されると、そこで解析処理される脳磁界データの空間的な位置が上述で計算された位置関係データに基づいて確定される。
【００５７】
その後、脳磁界計測が行われる間、図１５に示すように、輪郭抽出装置１１により頭部の映像が常時、モニタリングされ、そのデータがコンピュータ９に略リアルタイムで送られる。その結果、仮に頭部が動いた場合でも、その動いた距離、向き等のモニタリングデータにより、位置関係データが適宜に補正される。
【００５８】
従って、この実施形態によれば、従来例のように被検者の頭部にわざわざコイルやセンサ等の測定器具類を装着しなくても済むため、測定に関する煩わしさが殆ど解消されてオペレータの負担も大幅に軽減されると共に、位置関係データを決める情報として診断の三次元の輪郭データを用いることで解析データの空間的な位置精度を高め、その結果、装置信頼性が大幅に向上するようになる。
【００５９】
なお、この実施形態では、輪郭抽出装置に光照射部を備えてあるが、この発明は必ずしもこの構成に限定されるものではない。例えば、映像抽出部を被検体の回りに複数設けたり、被検体の回りに空間的に移動させる等により、被検体の診断部を異なる視点で撮像し、その複数の視点における画像データから３次元の輪郭データを構築可能な場合には、光照射部を省略してもよい。この一例を図１６及び図１７に示す。
【００６０】
図１６は、複数の映像抽出部を設けた場合を説明するものである。同図に示す輪郭抽出装置１１ａは、複数の映像抽出部１５ａ…１５ａを備え、これらを診察台１ａ上の被検者ＰＳの周囲で１８０度の円弧上の複数の撮像位置Ｑ１〜Ｑ７に図示しない支持体を介して配置した構成となっている。
【００６１】
この輪郭抽出装置１１ａでは、例えば測定前に被検者ＰＳを挟んで寝台１に対向する位置Ｑ４に配置された光照射部１４ａから被検者ＰＳに向けて光ビームＬＢをスキャンさせると共に、そのときの被検者ＰＳの映像を複数の映像抽出部１５ａ…１５ａで撮影させることにより、その複数の画像データ中のビーム歪み情報に基づいて輪郭抽出部（図示しない）で輪郭データを構築する。この場合には、被検者ＰＳの診断部を異なる視点（例えば図中の撮像位置Ｑ１〜Ｑ７）で撮像可能なため、光照射部は必ずしも必要ではない。
【００６２】
図１７は、映像抽出部を移動させる場合を説明するものである。同図に示す輪郭抽出装置１１ｂは、レール機構等の移動機構（図示しない）に１つの映像抽出部１５ｂを移動可能に取り付けたものである。
【００６３】
この輪郭抽出装置１１ｂでは、例えば測定前に被検者ＰＳを挟んで寝台１に対向する位置Ｑ４にセットされた光照射部１４ｂから被検者ＰＳに向けて光ビームＬＢをスキャンさせると共に、移動機構により映像抽出部１５ｂを寝台上の被検者ＰＳの回りで１８０度の円弧方向に空間的に移動させながら、その円弧上の異なる視点（例えば、上記と同様の撮像位置）で見た被検者ＰＳの映像を撮影することにより、上述と略同様の輪郭データを構築する。従って、この場合でも光照射部は必ずしも必要でなく、特に上記と比べると、映像抽出部が１つで済むため、装置構成を簡素化できる利点がある。
【００６４】
なお、この実施形態では、「仰臥位」をベースとした寝台及びデュワーを構築したため、以下のような二次的な効果がある。
１）：デュワー内の液体ヘリウム、液体窒素等の冷媒容量を従来の円柱形状のデュワーと比べて大幅に増加できると共に、装置が格納される病院の部屋の高さ制限が殆ど必要でなくなる。
２）：冷媒の再充填期間を長く取ることができ、冷媒充填用の専任者の人件費、冷媒運搬費などのコストを削減できる。
３）：従来の円柱形状のデュワーでは、吊り下げ式でバランサーが必要なために不都合な事態が発生する可能性があり、冷媒容量も変化するといった問題があるに対して、これらの問題を殆ど解消して一般の医用機器の最注力点である患者に対する安全性をより一層確保できる。
４）：磁気シールドルームも床重量対策のみで済み、円柱形状のデュワー用ガントリーの固定に必要なアルミ骨格を必要とせずにシステム全体を比較的安価に構築できる。
５）：デュワーを大きく動かさないために冷媒の蒸発量が減少し、冷媒の維持費を各段に削減できる。
【００６５】
なお、上記のデュワー構成においては、デュワーの内部温度を下げる冷凍機のほか、気体ヘリウムを途中で液化させる液化機を使用してもよい。また、この実施形態では、床置き式のデュワーに液体ヘリウムの蒸発ガスを用いた冷却システムを採用してあるが、これに限らず、従来と同様の液体ヘリウム中にＳＱＵＩＤセンサを浸す構成であってもよい。
【００６６】
この実施形態では、医用診断システムとして床置き式のデュワーを搭載した脳磁界計測装置を用いてあるが、これに限らず、従来の筒型デュワーを使用してもよい。また、脳磁界計測装置に限らず、その他の生体磁気計測装置、例えば心磁界計測装置や胃、肺等の磁界を計測する装置を用いても、上記と略同様の効果が得られる。
【００６７】
また、医用診断システムは、必ずしも生体磁気計測装置に限定されるものではない。例えば、Ｘ線ＣＴスキャナやＭＲＩ装置等の医用画像診断装置でもよく、この場合には、診断部の三次元の輪郭データを用いてＣＴやＭＲＩで得られた画像データのスライス位置を従来よりも精度よく求めることができる。また、位置決め装置を遠隔操作又はオート調整で駆動させることにより、オペレータの操作上の負担を大幅に軽減できる利点もある。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、被検者の診断部の三次元の輪郭データを取得し、医用診断システムで解析処理された解析データの空間的な位置を決めるための検出装置と被検者との間の位置関係データを求める情報として、輪郭データを医用診断システムに供給するようにしたため、従来のように被検者の診断部にわざわざ測定機器類を装着しなくても済む分、オペレータの測定に関する負担も軽減されると共に、位置関係データを決める情報として診断部の三次元の輪郭データを用いることで解析データの空間的な位置精度を高め、その結果、医用診断システムの装置信頼性が大幅に向上するようになる。
【００６９】
この効果は、特に医用診断システムとして脳磁界計測装置などの生体磁気計測装置に適用した場合に最大限に発揮させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る医用診断システム用の位置決め装置が搭載される脳磁界計測装置のシステム外観を示す概略斜視図。
【図２】一体式のデュワーとガントリーを説明する概略斜視図。
【図３】デュワーの全体構成を示す概略断面図。
【図４】ＳＱＵＩＤセンサ部の要部構成を示す概略斜視図。
【図５】冷却システムの要部構成を示す概略斜視図。
【図６】この発明に係る医用診断システム用の位置決め装置を含めた脳磁界計測装置の全体構成を示す概略ブロック図。
【図７】マルチスキャン方式のパターンの説明図。
【図８】同心円方式のパターンの説明図。
【図９】ドットマトリックス方式のパターンの説明図。
【図１０】ダブルマルチライン方式のパターンの説明図。
【図１１】トリプルライン方式のパターンの説明図。
【図１２】寝台スライドモードの手順を説明する概略フローチャート。
【図１３】輪郭抽出モードの手順を説明する概略フローチャート。
【図１４】寝台スライド量の許容範囲（位置調整条件）を説明する概念図。
【図１５】測定時の動作説明図。
【図１６】複数の映像抽出部を配置した場合を説明する概念図。
【図１７】映像抽出部を移動させる場合を説明する概念図。
【符号の説明】
１ 寝台
１ａ 診察台
１ｂ 支持台
１ｃ 寝台駆動部
１ｄ 被検者支持具
２ デュワー
３ ガントリー
３ａ 胴体
３ｂ 脚体
３ｃ ガントリー駆動部
ＯＰ 診断用開口部
７ センサ駆動回路
８ 信号前処理部
９ 磁場源解析用コンピュータ
１０ 位置決め装置
１１、１１ａ、１１ｂ 輪郭抽出装置
１２ スライド量計測装置
１３ 制御部
１４、１４ａ、１４ｂ 光照射部
１５、１５ａ、１５ｂ 映像抽出部
１６ 輪郭抽出部
ＳＳ ＳＱＵＩＤセンサ部
４０ 検出コイル群
４１ ＳＱＵＩＤ素子群
４２ 雑音補償コイル群
４３ ＦＰＣ配線
ＣＳ 冷却システム
５０ ガス冷却系
ＬＨ 液体ヘリウム
Ｇ 蒸発ガス（気体ヘリウム）
５１ リザーバー
５２ 蒸発路
６０ 熱シールド構造
６１ 外壁
６２ 内壁
６３ 真空断熱層
７０ 冷凍系
７１ コンプレッサ
７１ａ ガス通路
７２ 冷凍機
７３ 冷却ステージ
９０ 外部カバー
９１ コネクタ
９２ ＦＰＣ配線
９３ 配線
９４ コネクタ
【発明の属する技術分野】
この発明は、生体磁気計測装置等の医用診断システム用の位置決め装置及びその位置決め方法に係り、特に医用診断システムで解析処理される解析データの空間的な位置を確定する位置決め技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、生体内の脳や心臓等で発生する微弱な磁界を高感度の磁気センサを用いて計測する生体磁気計測装置が知られている。
【０００３】
この生体磁気計測装置は、通常、液体ヘリウムを入れる容器（以下、「デュワー」）内に高感度磁気センサであるＳＱＵＩＤセンサ（Superconducting Quan- tum Interference Device ：超電導量子干渉素子）を配置した構成で、そのＳＱＵＩＤセンサを超電導状態で駆動させてデュワーの測定位置に位置決めされた被検者からの微弱な生体磁気信号を検出し、これに信号処理や解析処理等を施して脳磁情報等の解析データを取得するものである。この装置は、測定精度上、特に解析データの空間的な位置をＳＱＵＩＤセンサに対する被検者の位置関係データに基づいて正確に確定することが重要とされている。
【０００４】
そこで、このような解析データの空間的な位置を決める位置決め技術として、生体磁気計測装置、特に脳磁界計測装置の場合にＳＱＵＩＤセンサ（又はデュワー）に対する被検者の位置関係データを決定する方法が、例えば以下のように提案されている。
１）：被検者の頭部に磁界発生コイル等の磁場発信器を設置し、その磁界をＳＱＵＩＤセンサで計測して磁場発信器の位置を求めることにより、位置関係データを決める（例えば、特開平４−３０３４１６号等）。
２）：被検者の頭部及びデュワーに発光源を取り付け、その発光源からの光をＰＳＤ（ポジション・センシティブ・デバイス）で検出して発光源の位置を求めることにより、位置関係データを決める（例えば、特開平４−２２６６３１号等）。
３）：被検者の頭部表面に光を反射するシート等の材料を貼り付け、その頭部上にレーザ光を照射し、その反射光を入力してレーザ照射位置からの距離を計測することにより、位置関係データを決める（例えば、特開平６−１３３９４１号等）。
【０００５】
ところで一方、上述の生体磁気計測装置に限らず、例えばＸ線ＣＴスキャナ、ＭＲＩ装置等の画像診断装置でも、画像解析等で得られた画像データの空間的な位置（スライス位置）を精度よく求める必要があるため、上述と同様に検出装置に対する被検者の位置関係データを決める技術が重要とされている。このため、例えばＸ線ＣＴスキャナの場合には、ラインマーカーで測定位置を決めた後にＣＴ内で断層像の測定を行う方法等が知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来例の生体磁気計測装置用の位置決め技術にあっては、頭部等の測定部位に磁場発生コイル等の測定機器類を別途に取り付ける構成であったため、オペレータにとっては測定が煩雑であると共に、上述の機器類を介して位置関係データを求めていたため、必ずしも精度がよいものでなかった。特に、測定時に被検者が動いたりした場合には、誤差が発生しやすく、装置信頼性の面からも問題があった。
【０００７】
また、従来例のＸ線ＣＴスキャナ等の画像診断装置の場合にあっても、解析された画像データを被検者のスライス位置に正確に関連付けることは実際上、困難となる場合が多い。
【０００８】
この発明は、このような従来の問題を考慮してなされたもので、検出装置との間の位置関係データに基づいて医用診断システムで処理される解析データの空間的な位置を決める位置決め技術を対象とし、位置関係データを求める際のオペレータの負担を軽減し、その位置関係データに基づく解析データの空間的な位置精度を高め、医用診断システムの装置信頼性を向上させることを、第１の目的とする。
【０００９】
また、この発明は、ＳＱＵＩＤセンサを搭載した生体磁気計測装置に最適な位置決め技術を提供することを、第２の目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る医用診断システム用の位置決め装置は、上記目的を達成させるため、被検体の診断部の医用データを検出する検出装置を備え、この検出装置による医用データを解析処理して上記被検体の診断部の解析データを構築し且つその解析データの空間的な位置を前記検出装置に対する前記被検体の診断部の位置関係データに基づいて決める医用診断システムに搭載する位置決め装置において、前記被検体を前記検出装置に対して第１の位置から第２の位置へ移動させる移動手段と、前記移動手段の移動量を求める移動量計測手段と、前記第１の位置において前記被検体の診断部の三次元の輪郭データを取得するデータ取得手段と、前記第２の位置において前記検出装置により前記医用データが検出されるときの前記被検体の診断部の位置関係データを求める情報として、前記データ取得手段が取得した上記三次元の輪郭データおよび前記移動量計測手段が求めた前記移動量とを上記医用診断システムに供給するデータ供給手段とを備えたものである。
【００１１】
この発明で好ましくは、以下の各態様で構成するものとする。
【００１２】
１）：前記データ取得手段は、上記検出装置により上記医用データが検出される前に予め前記輪郭データを取得する手段である。
【００１３】
２）：前記データ取得手段は、前記被検体の診断部の画像データを撮影する画像撮影部と、この画像撮影部による画像データから前記被検体の診断部の三次元の輪郭データを抽出する輪郭抽出部とを備えている。
【００１４】
３）：前記画像撮影部は、前記被検体の診断部に向けてパターン化された光ビームを照射するビーム照射要素を備えている。
【００１５】
４）：前記ビーム照射要素は、前記光ビームをマルチライン方式、ダブルマルチライン方式、トリプルマルチライン方式、同心円方式、及びドットマトリックス方式の少なくとも１つのパターンで照射する要素である。
【００１６】
５）：前記画像撮影部は、前記被検体の診断部を異なる視点で撮像する複数の撮像要素を備えている。
【００１７】
６）：前記画像撮影部は、前記被検体の診断部を撮像する撮像要素と、この撮像要素を前記被検体の診断部の回りを空間的に移動させながら、前記被検体の診断部を異なる視点で撮像させる要素とを備えている。
【００１８】
７）：前記データ取得手段は、前記検出装置と被検体の診断部との間の距離及び方向に関する位置データを取り込む手段を備え、前記データ供給手段は、前記被検体の診断部の位置関係データを求める情報として前記位置データを前記輪郭データと共に前記医用診断システムに供給する手段を備えている。
【００１９】
８）：前記データ取得手段は、前記位置データに基づいて前記検出装置と被検体の診断部との間の位置調整条件を判断する判断手段と、この判断手段により上記位置調整が不能であると判断されたときに所定の警告を発する警告手段とを備えている。
【００２０】
９）：前記医用診断システムは、生体磁気計測装置であり、前記検出装置は、前記被検体の診断部内の生体磁気信号を検出するＳＱＵＩＤセンサである。
【００２１】
１０）：前記生体磁気計測装置は、前記被検体の診断部を挿入可能な診断用開口部を有するデュワーと、このデュワーの診断用開口部内に上記被検体の診断部を進退自在に挿入させる寝台とを備え、上記デュワー内に前記ＳＱＵＩＤセンサを配置している。
【００２２】
１１）：前記生体磁気計測装置は、前記デュワーを自在にチルト動させる機構を備えている。
【００２３】
１２）：前記生体磁気計測装置は、前記被検体の頭部内の脳磁界を計測する脳磁界計測装置であり、前記デュワーの診断用開口部を前記寝台上に載せられた被検体の頭部形状に応じた凹部で形成している。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施形態を図１〜図１２に基づいて説明する。この実施形態は、この発明に係る医用診断システム用の位置決め装置及びその位置決め方法を生体磁気計測装置（「ＭＳＩ（Magnetic Source Imaging ）システム」とも言う）の内の脳磁界計測装置に適用したものである。
【００２６】
図１に示す脳磁界計測装置は、従来の円柱形状の筒型デュワーを用いた研究用等の生体磁気計測システムで患者側の計測体位として要求される「座位」ではなく、主に臨床の場で疾患患者に対して診断を行う際の基本とすべき計測体位、即ち通常のＭＲＩ装置やＣＴスキャナ等の医用形態画像診断機器と同様に「仰臥位」をベースにして設計されたものである。
【００２７】
すなわち、この脳磁界計測装置は、疾患患者に代表される被検者ＰＳを載せる寝台１と、この寝台１上の被検者ＰＳの診断部である頭部を進退自在に挿入させて脳磁界計測を行うための頭部形状（ヘルメット形状）に応じた横穴式または横凹式等の診断用開口部ＯＰを有する略四角柱状（箱状）のデュワー２と、このデュワー２を移動可能に支持する床置き式のガントリー３とを装備している。
【００２８】
この内、ガントリー３は、図２に示すように、デュワー２と一体になるものであり、デュワー２の開口部ＯＰの軸方向に直交する方向の２つの側面および底部を一体に囲んで保持する略コ字状の胴体３ａと、この胴体３ａから床上に延びるベース用の一対の脚体３ｂ、３ｂとで構成されると共に、この脚体３ｂに対して胴体３ａをデュワー２と一体に自在にチルト動、上下動、及び水平動（回動）させる機構（図示しない）を有するガントリー駆動部３ｃをデュワー２内を含めた適宜な位置に搭載している。
【００２９】
寝台１は、被検者ＰＳを仰臥位姿勢で載せる診察台（天板）１ａと、この診察台を支持するベース用の支持台１ｂとで構成されると共に、支持台１ｂに対して診察台１ａをデュワー２側に進退自在にスライド動させると共に、必要に応じて自在に上下動、水平動、回動等させる速度微調整可能な機構（図示しない）を有する非磁性の寝台駆動部１ｃを適宜な位置に搭載している。この寝台１のデュワー２（頭部）側には、図１に示すように、被検者ＰＳの体動防止用の支持具（被検者支持具）１ｄが診察台１ａ上に配設されている。
【００３０】
デュワー２の内部には、図３に示すように、ＳＱＵＩＤセンサ部（磁場検出部）ＳＳと、このセンサ部ＳＳの超電導動作環境を維持するための冷却システムＣＳとが配設されている。
【００３１】
ＳＱＵＩＤセンサ部ＳＳは、開口部ＯＰの外周部を囲う位置に配置され、デュワー２の上面側に取り付けた外部カバー９０内の駆動回路７にコネクタ９１およびＦＰＣ配線９２を介して電気的に接続されている。このセンサ部ＳＳは、具体的には開口部ＯＰの外周部に位置するヘルメット状等の支持部材上にマウント材を介して空間的に配置されるＮｂＴｉ等の超電導材料でなる検出コイル群４０と、この検出コイル群４０に対向する基板上にマウント材を介して配置されるＮｂ等の超電導材料でなるＳＱＵＩＤ素子群４１と、この両者４０、４１間の上部に位置する容器内に二次元状にマウントされる雑音補償コイル群４２とを備える（上述の２種類のコイル群４０、４２の要部配置を図４に示す）。
【００３２】
このＳＱＵＩＤセンサ部ＳＳは、冷却システムＣＳによる超電導動作時に開口部ＯＰ内に挿入された被検者ＰＳの頭部内の微弱な脳磁界信号を検出コイル群４０で空間的（ＸＹＺ方向）に検出し、この検出信号を検出コイル群４０の支持具に設置されたＦＰＣ配線４３を介してＳＱＵＩＤ素子群４１にて電気信号に変換し、これをＦＰＣ配線９２、コネクタ９１、駆動回路７、配線９３、コネクタ９４を介して信号前処理部（後述）に送る。
【００３３】
冷却システムＣＳは、図３に示すように、ＳＱＵＩＤセンサ部ＳＳの超電導動作用の冷媒として液体ヘリウムＬＨの蒸発ガス（気体ヘリウム）Ｇを用いるガス冷却系５０と、デュワー２の内部を外部から熱的に隔離させる熱シールド構造６０と、ガス冷却系５０による蒸発ガスＧの再液化や蒸発量を抑制するための冷凍系７０とを備えている。
【００３４】
ガス冷却系５０は、ＳＱＵＩＤセンサ部ＳＳの下部に配設される温度約４．２Ｋの液体ヘリウムＬＨのリザーバー（タンク）５１と、このリザーバー５１とセンサ部４間を連絡する蒸発ガス通路用の複数の蒸発路５２…５２とで構成され、リザーバー５１内の液体ヘリウムＬＨの蒸発ガスＧを複数の蒸発路５２…５２を介してセンサ部ＳＳ内に通流させることにより、検出コイル群４０およびＳＱＵＩＤ素子群４１を冷却し、その超電導転移温度（例えば、ＮｂＴｉの場合には約９．２３Ｋ）を維持するようになっている。ここで、蒸発路５２の内部には、外部と内部の温度熱勾配を調整するために断熱材と熱輻射板との多層配置で構成される蓋（図示しない）が配設されている。また、冷却ステージ（後述）の背面側に配置される蒸発路５２は、図４および図５に示すように、冷却ステージおよびＳＱＵＩＤ素子群４１の基板を貫通する通路を介してセンサ部ＳＳ内に達している。
【００３５】
熱シールド構造６０は、デュワー２の外壁部に形成されるもので、具体的には、外壁部をアルミ合金又はガラス繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）等から成る外壁（外層）６１と、ＦＲＰ等から成る内壁（内層）６２とで二重に構成し、その内壁６１と外壁６２間を真空断熱層（高真空層）６３とし、その高真空層６３によりデュワー２の外部から内部に進入する熱をシールドするようになっている。
【００３６】
ここで、高真空層６３の内部には、熱シールド効果の観点から好ましくはスーパーインシュレーション等の熱シールドシート（図示しない）が、特にＳＱＵＩＤセンサ部側よりもリザーバー側に多く配置されている。なぜなら、シート材料はそれ自身が雑音源となるほか、リザーバー内の蒸発量を抑制する必要があるためである。なお、この熱シールドシートには、上述のシート材料のほか、熱反射率及び電気抵抗率が大きく、使用冷媒により超電導転移を起こさない特性を有する金属層（薄膜）を蒸着等で形成したシートを用いることも可能である。
【００３７】
冷凍系７０は、雑音源となるために好ましくはデュワーから離間させた外部位置（計測室の外部）に配置されるコンプレッサ７１と、このコンプレッサ７１にガス通路７１ａを介して接続され且つデュワー２上面のカバー９０内に配置される冷凍機７２と、この冷凍機７２からデュワー２内のＳＱＵＩＤ素子群４１と蒸発路５２間に延びて配置される冷却ステージ７３とを備え、コンプレッサ７１により冷凍機７２をガス圧駆動させることにより、冷却ステージ７３の温度を上述の超電導転移が可能な温度まで冷却し、これにより、液体ヘリウムＬＨの蒸発ガスＧの再液化やその蒸発量の抑制化を図ると共に、ＳＱＵＩＤ素子群４１への冷却作用も兼ねるようになっている。
【００３８】
上述の寝台１、デュワー２およびガントリー３を備えた脳磁界計測装置においては、図６に示すように、診察台１ａに載せられた被検者ＰＳの頭部が初期位置Ｏからデュワー２の開口部ＯＰ内の測定位置Ｐに位置決めされ、この開口部ＯＰ内で脳磁界計測が行われる。
【００３９】
すなわち、デュワー２の内部において、冷却システムＣＳによりＳＱＵＩＤセンサ部ＳＳの超電導動作環境が維持され、そのセンサ部ＳＳにより被検者ＰＳの頭部からの微弱な脳磁界信号が電気信号に変換されて検出される。このセンサ部ＳＳで検出された信号は、駆動回路７を介して信号前処理部８に送られ、ここで増幅などの信号処理後に磁場源解析用コンピュータ９にて解析処理され、これにより、診断に必要な脳磁情報等の解析データが作成される。
【００４０】
このような脳磁界計測装置には、図６に示すように、磁場源解析用コンピュータ９による解析データの空間的な位置を確定するために、ＳＱＵＩＤセンサ部ＳＳに対する被検者ＰＳの頭部の位置関係データを決める情報を取得し、これをコンピュータ９に供給する位置決め装置１０が搭載されている。
【００４１】
この位置決め装置１０は、被検者ＰＳの頭部の三次元の輪郭データを抽出する輪郭抽出装置１１（この発明のデータ取得手段及びデータ供給手段の要部を成す）と、寝台のスライド量データを計測するスライド量計測装置１２（この発明のデータ取得手段及びデータ供給手段の一部を成す）とを備えている。
【００４２】
輪郭抽出装置１１は、全体動作を総括する制御部１３のほか、寝台１上の被検者ＰＳの頭部に向けて所定の光ビームＬＢを照射する光照射部１４、少なくとも測定前の初期位置にある寝台１上の被検者ＰＳの頭部の映像を所定の視点で撮影する映像抽出部１５、及びその頭部の映像を担う画像データから頭部の三次元の輪郭データを抽出する輪郭抽出部１６を備えている。
【００４３】
光照射部１４は、赤外線、紫外線、可視光線、レーザ光等の光ビームＬＢを照射可能な光源（半導体レーザ等）を要部に備え、少なくとも測定前の段階で制御部１３の制御信号に基づいて、被検者ＰＳに向けてパターン化された光ビームＬＢを照射する。このビームパターンとしては、図７〜図１１に示すように、マルチライン方式、同心円方式、ドットマトリックス方式、ダブルマルチライン方式、及びトリプルマルチライン方式等の少なくとも１つが予め設定されている。また、光源に紫外線を使用する場合には、紫外線自体は後述のビデオカメラ等で撮影できず、その反射光の映像抽出が困難となるため、紫外線を反射可能な塗料等を被検者ＰＳの診断部に予め塗布しておく。
【００４４】
映像抽出部１５は、ＣＣＤ、ビデオカメラ等の撮像デバイスを要部に備え、少なくとも測定前の段階で制御部１３の制御信号に基づいて、光照射部１４が光ビームＬＢを被検者ＰＳの頭部に向けてスキャンさせている間に頭部の画像データを撮像し、これを輪郭抽出部１６に供給する。
【００４５】
輪郭抽出部１６は、例えば所定の三次元輪郭抽出アルゴリズムを実行可能なマイクロコンピュータを要部に搭載して成り、そのアルゴリズムを実行させることにより、映像抽出部１５の被検者ＰＳの画像データから頭部の三次元の輪郭データを例えば略リアルタイムで高速に抽出し、その輪郭抽出データを磁場源解析用コンピュータ９による解析データの空間的な位置を決める位置関係データの情報源としてコンピュータ９に供給する。
【００４６】
スライド量計測装置１２は、寝台１の駆動機構１ｃに接続されるもので、診察台１ａの移動量（スライドの距離及び方向）に関するデータをＳＱＵＩＤセンサ部ＳＳと被検者ＰＳとの間の位置データとして計測し、これを上述の位置関係データの情報源の一部として磁場源解析用コンピュータ９に供給する。ここで、このコンピュータ９は、デュワー２がチルト動又はスライド動等された場合に、その移動量に関するデータも、上記の位置データの一部としてガントリー駆動部３ｃから受け取るようになっている。
【００４７】
次に、この実施形態の全体の動作を位置決め装置１０の処理を中心にして、図１２〜図１４に基づいて説明する。
【００４８】
まず、測定前の段階では、図１２に示す寝台スライドモードの手順に沿って位置決め装置１０が動作する。すなわち、ステップＳ１にて寝台駆動部１ｃの動作により被検者ＰＳを載せた寝台１が初期位置までスライド駆動され、そこで頭部の中心点（重心等）が初期位置の零点（Ｏ点）に設定されると、ステップＳ２でＯ点までのスライド量に関する位置データがスライド量計測装置１２で計測・保持される。
【００４９】
この位置データ計測と同時に、図１３に示す輪郭抽出モードの手順に沿って輪郭抽出装置１１によるステップＳ１０〜Ｓ１３の処理が実行される。すなわち、ステップＳ１０にて光照射部１４からパターン化された光ビームＬＢが被検者ＰＳの頭部に向けてスキャンされ、ステップＳ１１で映像抽出部１５の駆動により被検者ＰＳの頭部の画像が撮影され、ステップＳ１２にて被検者ＰＳの画像データから頭部の表面形状を担う三次元の輪郭データが抽出され、これがステップＳ１３で磁場源解析用コンピュータ９に送られる。
【００５０】
このように測定前の処理が終了すると、図１２に示すステップＳ３〜Ｓ５の処理に移行して、被検者ＰＳを載せた診察台１ａが初期位置Ｏからデュワー２の開口部ＯＰ内の測定位置Ｐに移動させられる。
【００５１】
即ち、ステップＳ３で寝台駆動部１ｃの動作により被検者ＰＳを載せた診察台１ａがデュワー２の開口部ＯＰ内に向けて上下方向及び進退方向にスライド駆動され、そこで頭部の鼻、耳等の突起物が開口部ＯＰの近傍で衝突する不都合な事態を回避するために適宜にスライド速度をスローダウンさせて微調整しながら、頭部の中心点が測定位置の中心点（Ｐ点）にフィットするように開口部ＯＰ内に頭部が挿入される。このＯ点からＰ点への被検者ＰＳを載せた診察台１ａのスライド量は、予め設定された許容範囲（位置調整条件）内で適宜に調整される。
【００５２】
例えば、上下方向のスライド量は、図１４に示すように、鼻や耳等の顔部の突起物を含む頭部の上下方向（Ｘ方向）の幅をｄとし、Ｏ点からＰ点までのＸ方向の距離をＣとし、診断用開口部ＯＰのＸ方向の幅をｔとし、頭部の調整量をｘとしたときに、
【数１】
【数２】
【００５３】
また、上記［数１］及び［数２］式の条件内で調整不能な場合は、開口部ＯＰ内への頭部挿入が困難となることを意味するため、このような事態を未然に防止する方法として、例えば警告ランプを点灯させるか、ＣＲＴから警告を発生させる等の警告手段、あるいはスライド停止手段を動作させるように予め装置内で設定しておく。
【００５４】
次いで、上記の測定位置でのポジショニングが終了すると、ステップＳ４にてスライド量計測装置１２によりＰ点までのスライド量が計測され、そのデータが保持される。そこで、ステップＳ５にて上記で保持したＯ点及びＰ点までのスライド量に関する位置データに基づいて、Ｏ点からＰ点までの相対的なスライド量が演算され、そのデータがスライド量計測装置１２から磁場源解析用コンピュータ９に送られる。
【００５５】
このように寝台１の相対的なスライド量に関する位置データが上述の輪郭抽出データと共にコンピュータ９に供給されると、その両データに基づいて被検者ＰＳの頭部（表面形状）とデュワー２に固定配置されたＳＱＵＩＤセンサ部ＳＳとの互いの空間的な位置関係データが計算される。
【００５６】
この状態でＳＱＵＩＤセンサ部ＳＳが駆動し、デュワー２の開口部ＯＰ内で被検者ＰＳの脳磁界の計測が行われ、その生体磁気信号が磁場源解析用コンピュータ９に供給されると、そこで解析処理される脳磁界データの空間的な位置が上述で計算された位置関係データに基づいて確定される。
【００５７】
その後、脳磁界計測が行われる間、図１５に示すように、輪郭抽出装置１１により頭部の映像が常時、モニタリングされ、そのデータがコンピュータ９に略リアルタイムで送られる。その結果、仮に頭部が動いた場合でも、その動いた距離、向き等のモニタリングデータにより、位置関係データが適宜に補正される。
【００５８】
従って、この実施形態によれば、従来例のように被検者の頭部にわざわざコイルやセンサ等の測定器具類を装着しなくても済むため、測定に関する煩わしさが殆ど解消されてオペレータの負担も大幅に軽減されると共に、位置関係データを決める情報として診断の三次元の輪郭データを用いることで解析データの空間的な位置精度を高め、その結果、装置信頼性が大幅に向上するようになる。
【００５９】
なお、この実施形態では、輪郭抽出装置に光照射部を備えてあるが、この発明は必ずしもこの構成に限定されるものではない。例えば、映像抽出部を被検体の回りに複数設けたり、被検体の回りに空間的に移動させる等により、被検体の診断部を異なる視点で撮像し、その複数の視点における画像データから３次元の輪郭データを構築可能な場合には、光照射部を省略してもよい。この一例を図１６及び図１７に示す。
【００６０】
図１６は、複数の映像抽出部を設けた場合を説明するものである。同図に示す輪郭抽出装置１１ａは、複数の映像抽出部１５ａ…１５ａを備え、これらを診察台１ａ上の被検者ＰＳの周囲で１８０度の円弧上の複数の撮像位置Ｑ１〜Ｑ７に図示しない支持体を介して配置した構成となっている。
【００６１】
この輪郭抽出装置１１ａでは、例えば測定前に被検者ＰＳを挟んで寝台１に対向する位置Ｑ４に配置された光照射部１４ａから被検者ＰＳに向けて光ビームＬＢをスキャンさせると共に、そのときの被検者ＰＳの映像を複数の映像抽出部１５ａ…１５ａで撮影させることにより、その複数の画像データ中のビーム歪み情報に基づいて輪郭抽出部（図示しない）で輪郭データを構築する。この場合には、被検者ＰＳの診断部を異なる視点（例えば図中の撮像位置Ｑ１〜Ｑ７）で撮像可能なため、光照射部は必ずしも必要ではない。
【００６２】
図１７は、映像抽出部を移動させる場合を説明するものである。同図に示す輪郭抽出装置１１ｂは、レール機構等の移動機構（図示しない）に１つの映像抽出部１５ｂを移動可能に取り付けたものである。
【００６３】
この輪郭抽出装置１１ｂでは、例えば測定前に被検者ＰＳを挟んで寝台１に対向する位置Ｑ４にセットされた光照射部１４ｂから被検者ＰＳに向けて光ビームＬＢをスキャンさせると共に、移動機構により映像抽出部１５ｂを寝台上の被検者ＰＳの回りで１８０度の円弧方向に空間的に移動させながら、その円弧上の異なる視点（例えば、上記と同様の撮像位置）で見た被検者ＰＳの映像を撮影することにより、上述と略同様の輪郭データを構築する。従って、この場合でも光照射部は必ずしも必要でなく、特に上記と比べると、映像抽出部が１つで済むため、装置構成を簡素化できる利点がある。
【００６４】
なお、この実施形態では、「仰臥位」をベースとした寝台及びデュワーを構築したため、以下のような二次的な効果がある。
１）：デュワー内の液体ヘリウム、液体窒素等の冷媒容量を従来の円柱形状のデュワーと比べて大幅に増加できると共に、装置が格納される病院の部屋の高さ制限が殆ど必要でなくなる。
２）：冷媒の再充填期間を長く取ることができ、冷媒充填用の専任者の人件費、冷媒運搬費などのコストを削減できる。
３）：従来の円柱形状のデュワーでは、吊り下げ式でバランサーが必要なために不都合な事態が発生する可能性があり、冷媒容量も変化するといった問題があるに対して、これらの問題を殆ど解消して一般の医用機器の最注力点である患者に対する安全性をより一層確保できる。
４）：磁気シールドルームも床重量対策のみで済み、円柱形状のデュワー用ガントリーの固定に必要なアルミ骨格を必要とせずにシステム全体を比較的安価に構築できる。
５）：デュワーを大きく動かさないために冷媒の蒸発量が減少し、冷媒の維持費を各段に削減できる。
【００６５】
なお、上記のデュワー構成においては、デュワーの内部温度を下げる冷凍機のほか、気体ヘリウムを途中で液化させる液化機を使用してもよい。また、この実施形態では、床置き式のデュワーに液体ヘリウムの蒸発ガスを用いた冷却システムを採用してあるが、これに限らず、従来と同様の液体ヘリウム中にＳＱＵＩＤセンサを浸す構成であってもよい。
【００６６】
この実施形態では、医用診断システムとして床置き式のデュワーを搭載した脳磁界計測装置を用いてあるが、これに限らず、従来の筒型デュワーを使用してもよい。また、脳磁界計測装置に限らず、その他の生体磁気計測装置、例えば心磁界計測装置や胃、肺等の磁界を計測する装置を用いても、上記と略同様の効果が得られる。
【００６７】
また、医用診断システムは、必ずしも生体磁気計測装置に限定されるものではない。例えば、Ｘ線ＣＴスキャナやＭＲＩ装置等の医用画像診断装置でもよく、この場合には、診断部の三次元の輪郭データを用いてＣＴやＭＲＩで得られた画像データのスライス位置を従来よりも精度よく求めることができる。また、位置決め装置を遠隔操作又はオート調整で駆動させることにより、オペレータの操作上の負担を大幅に軽減できる利点もある。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、被検者の診断部の三次元の輪郭データを取得し、医用診断システムで解析処理された解析データの空間的な位置を決めるための検出装置と被検者との間の位置関係データを求める情報として、輪郭データを医用診断システムに供給するようにしたため、従来のように被検者の診断部にわざわざ測定機器類を装着しなくても済む分、オペレータの測定に関する負担も軽減されると共に、位置関係データを決める情報として診断部の三次元の輪郭データを用いることで解析データの空間的な位置精度を高め、その結果、医用診断システムの装置信頼性が大幅に向上するようになる。
【００６９】
この効果は、特に医用診断システムとして脳磁界計測装置などの生体磁気計測装置に適用した場合に最大限に発揮させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る医用診断システム用の位置決め装置が搭載される脳磁界計測装置のシステム外観を示す概略斜視図。
【図２】一体式のデュワーとガントリーを説明する概略斜視図。
【図３】デュワーの全体構成を示す概略断面図。
【図４】ＳＱＵＩＤセンサ部の要部構成を示す概略斜視図。
【図５】冷却システムの要部構成を示す概略斜視図。
【図６】この発明に係る医用診断システム用の位置決め装置を含めた脳磁界計測装置の全体構成を示す概略ブロック図。
【図７】マルチスキャン方式のパターンの説明図。
【図８】同心円方式のパターンの説明図。
【図９】ドットマトリックス方式のパターンの説明図。
【図１０】ダブルマルチライン方式のパターンの説明図。
【図１１】トリプルライン方式のパターンの説明図。
【図１２】寝台スライドモードの手順を説明する概略フローチャート。
【図１３】輪郭抽出モードの手順を説明する概略フローチャート。
【図１４】寝台スライド量の許容範囲（位置調整条件）を説明する概念図。
【図１５】測定時の動作説明図。
【図１６】複数の映像抽出部を配置した場合を説明する概念図。
【図１７】映像抽出部を移動させる場合を説明する概念図。
【符号の説明】
１ 寝台
１ａ 診察台
１ｂ 支持台
１ｃ 寝台駆動部
１ｄ 被検者支持具
２ デュワー
３ ガントリー
３ａ 胴体
３ｂ 脚体
３ｃ ガントリー駆動部
ＯＰ 診断用開口部
７ センサ駆動回路
８ 信号前処理部
９ 磁場源解析用コンピュータ
１０ 位置決め装置
１１、１１ａ、１１ｂ 輪郭抽出装置
１２ スライド量計測装置
１３ 制御部
１４、１４ａ、１４ｂ 光照射部
１５、１５ａ、１５ｂ 映像抽出部
１６ 輪郭抽出部
ＳＳ ＳＱＵＩＤセンサ部
４０ 検出コイル群
４１ ＳＱＵＩＤ素子群
４２ 雑音補償コイル群
４３ ＦＰＣ配線
ＣＳ 冷却システム
５０ ガス冷却系
ＬＨ 液体ヘリウム
Ｇ 蒸発ガス（気体ヘリウム）
５１ リザーバー
５２ 蒸発路
６０ 熱シールド構造
６１ 外壁
６２ 内壁
６３ 真空断熱層
７０ 冷凍系
７１ コンプレッサ
７１ａ ガス通路
７２ 冷凍機
７３ 冷却ステージ
９０ 外部カバー
９１ コネクタ
９２ ＦＰＣ配線
９３ 配線
９４ コネクタ
Claims (13)
- 被検体の診断部の医用データを検出する検出装置を備え、この検出装置による医用データを解析処理して上記被検体の診断部の解析データを構築し且つその解析データの空間的な位置を前記検出装置に対する前記被検体の診断部の位置関係データに基づいて決める医用診断システムに搭載する位置決め装置において、
前記被検体を前記検出装置に対して第１の位置から第２の位置へ移動させる移動手段と、
前記移動手段の移動量を求める移動量計測手段と、
前記第１の位置において前記被検体の診断部の三次元の輪郭データを取得するデータ取得手段と、
前記第２の位置において前記検出装置により前記医用データが検出されるときの前記被検体の診断部の位置関係データを求める情報として、前記データ取得手段が取得した上記三次元の輪郭データおよび前記移動量計測手段が求めた前記移動量とを上記医用診断システムに供給するデータ供給手段とを備えたことを特徴とする医用診断システム用の位置決め装置。 - 前記データ取得手段は、前記検出装置により前記医用データが検出される前に予め前記輪郭データを取得する手段である請求項１記載の医用診断システム用の位置決め装置。
- 前記データ取得手段は、前記被検体の診断部の画像データを撮影する画像撮影部と、この画像撮影部による画像データから上記被検体の診断部の三次元の輪郭データを抽出する輪郭抽出部とを備えた請求項１又は２記載の医用診断システム用の位置決め装置。
- 前記画像撮影部は、前記被検体の診断部に向けてパターン化された光ビームを照射するビーム照射要素を備えた請求項３記載の医用診断システム用の位置決め装置。
- 前記ビーム照射要素は、前記光ビームをマルチライン方式、ダブルマルチライン方式、トリプルマルチライン方式、同心円方式、及びドットマトリックス方式の少なくとも１つのパターンで照射する要素である請求項４記載の医用診断システム用の位置決め装置。
- 前記画像撮影部は、前記被検体の診断部を異なる視点で撮像する複数の撮像要素を備えた請求項３乃至５のいずれか１項記載の医用診断システム用の位置決め装置。
- 前記画像撮影部は、前記被検体の診断部を撮像する撮像要素と、この撮像要素を上記被検体の診断部の回りを空間的に移動させながら、上記診断部を異なる視点で撮像させる要素とを備えた請求項３乃至５のいずれか１項記載の医用診断システム用の位置決め装置。
- 前記データ取得手段は、前記検出装置と被検体の診断部との間の距離及び方向に関する位置データを取り込む手段を備え、
前記データ供給手段は、前記被検体の診断部の位置関係データを求める情報として上記位置データを前記輪郭データと共に前記医用診断システムに供給する手段を備えた請求項１乃至７のいずれか１項記載の医用診断システム用の位置決め装置。 - 前記データ取得手段は、前記位置データに基づいて前記検出装置と被検体の診断部との間の位置調整条件を判断する判断手段と、この判断手段により上記位置調整が不能であると判断されたときに所定の警告を発する警告手段とを備えた請求項８記載の医用診断システム用の位置決め装置。
- 前記医用診断システムは生体磁気計測装置であり、前記検出装置は、前記被検体の診断部内の生体磁気信号を検出するＳＱＵＩＤセンサである請求項１乃至９のいずれか１項記載の医用診断システム用の位置決め装置。
- 前記生体磁気計測装置は、前記被検体の診断部を挿入可能な診断用開口部を有するデュワーと、このデュワーの診断用開口部内に上記被検体の診断部を進退自在に挿入させる寝台とを備え、上記デュワー内に前記ＳＱＵＩＤセンサを配置した請求項１０記載の医用診断システム用の位置決め装置。
- 前記生体磁気計測装置は、前記デュワーを自在にチルト動させる機構を備えた請求項１１記載の医用診断システム用の位置決め装置。
- 前記生体磁気計測装置は、前記被検体の頭部内の脳磁界を計測する脳磁界計測装置であり、前記デュワーの診断用開口部を前記寝台上に載せられた被検体の頭部形状に応じた凹部で形成した請求項１１又は１２記載の医用診断システム用の位置決め装置。
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