JP4197892B2 - Ｘ線撮像用光学カメラ装置及びその利用方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の背景】
本発明の少なくとも一つの好適実施形態は一般的には、輝度を制御するように可視光に作用する電子式ビデオ・カメラを採用した医用Ｘ線イメージング・システムに関する。また、本発明の少なくとも一つの好適実施形態は、フィルタを横断して不透明度が変化している濃度フィルタ（neutral density filter）を利用しており、光減衰の調節が可能な電子式ビデオ・カメラに関する。
【０００２】
従来、患者の関心領域の相対向する側に配置されているＸ線源及び受像器の利用によって患者の関心領域を撮像する医療診断イメージング・システムが提案されている。典型的なＸ線イメージング・システムは、患者の関心領域に対して様々な位置に移動が可能なＸ線源及び受像器を利用している。Ｘ線源は、該Ｘ線源から照射され、患者を透過してＸ線受像器に入射するＸ線の量を調節するように制御される。Ｘ線受像器は一般的には、患者を透過したＸ線を検出するＸ線検出層を有する蛍光増倍管（イメージ・インテンシファイア）を含んでいる。蛍光増倍管はＸ線を可視光へ変換し、可視光は続いて、ビデオ・カメラに近接して位置する物体平面上に導かれる。ビデオ・カメラは、物体平面からの光を感光センサに近接して位置する結像平面上に集束させる光学レンズ系を含んでいる。感光センサの一例は電荷結合素子である。感光センサは、結像平面における可視光を検出してデータへ変換し、このデータを処理して最終的には利用者に対して表示する。
【０００３】
様々な解剖学的領域では、解剖学的領域の厚み、密度及び構造等に応じてＸ線が様々な程度まで減衰する。患者の解剖学的構造のかかる様々な特性によってＸ線が様々な程度まで減衰し、関心のある解剖学的構造が何らかの他の種類の解剖学的構造に近接して位置している場合にＸ線画像を劣化させる可能性がある。
【０００４】
Ｘ線撮像設備の操作者は、様々な方式でＸ線画像の画質を高める試みを行なう。Ｘ線画像の画質を高めるためのかかる方式の一つに、Ｘ線源によって照射されるＸ線強度を調節することがある。例えば、Ｘ線の減衰の大きい解剖学的領域は、線源から照射されるＸ線の数を増大させることにより相対的に良好に撮像される。Ｘ線照射を増大させることにより、利用者は、受像器で感知されるフォトンの統計値（例えば、蛍光増倍管に入射するフォトンの数）を同じく増大させる。フォトンの統計値が増大するほど蛍光増倍管は多くのＸ線を可視光へ変換し、これにより、電子式ビデオ・カメラの物体平面に入射する光の輝度が高まる。光の輝度は、ＣＣＤのような光センサを飽和させるのに十分な水準まで高まる場合もある。感知される光が過剰になるにつれて、得られる処理後の表示画像は劣化する。画像の劣化は、褪色した画像、及び隣接して位置する解剖学的構造同士の間でのコントラストが小さい画像等のような様々な形態で出現し得る。
【０００５】
従来、Ｘ線システムでは、所望の光量のみを通過させる調節式開口を有する絞りを電子式ビデオ・カメラに加えることにより、光の輝度がセンサに過剰な負荷を加えないようにする試みが為されている。開口の径を変化させると、物体平面での光の輝度の所望の平均減衰度に影響を与えることができる。システムが絞り開口を「ストップ・ダウン」まで絞るか、又は絞り開口を部分的に閉じるのと同時に、フィードバック感知が物体平面での光の平均輝度が低下したことを検出し、システムは受像器に入射するＸ線の量を自動的に増大させることができる。
【０００６】
以上によれば、最終的に表示される画像の品質は、蛍光増倍管に入射するＸ線束の量（強度）による影響を受ける。典型的には、電子式ビデオ・カメラの光学系を通過することを許される光量によってＸ線束の量を制御する。画質を高めるためにはＸ線束を多くする必要があり、Ｘ線束を多くすることは、カメラ光学系に光を通過させる絞り開口を小さくし、これにより、センサの飽和を回避することにより可能になる。モータ制御式絞りは、患者への配慮から必要最小限のＸ線束が用いられるように保証するために、光学系を通過する光量を精密に制御する。絞り開口径、延いてはＸ線束の量は、単一回の患者撮像手順中に変化させることができる。従って、光の強度は典型的には、撮像動作を開始すべく利用者によって入力される命令に従ってＸ線イメージング・システムによって自動的に制御される。
【０００７】
電子式ビデオ・カメラは、物体平面の近くの光を結像平面上に単純に集束させることが好ましい。Ｘ線システムのコンパクトな性質から、典型的には、物体平面及び結像平面はカメラ光学系の相対向する端部の直近に接近する。従って、光が通過するガラス表面等のようなカメラ光学系の内部の構造が物体平面に近接して配置される。ガラス表面、及び物体平面に近い他の透明な構造は、絞り開口が小さくなるにつれてカメラ光学系によって結像平面上に焦点を結ぶ可能性がある。カメラ光学系の内部又は近くのこれらの透明な構造は、引掻き傷及び穿ち傷等のような欠陥を含んでいたり、汚れのような異物を蓄積していたりする場合がある。欠陥及び／又は汚れは、絞り開口がストップ・ダウンされたときに結像平面上に少なくとも部分的に集束する程度まで物体平面に十分に近接している可能性がある。カメラ光学系は、結像平面に位置する光センサが撮像のためにプロセッサへ伝送されるデータとして欠陥／汚れを検出する程度まで十分に欠陥又は汚れの像を部分的に結像平面に集束し得る。これらの欠陥及び汚れの投影は、結像平面において望ましくないアーティファクトを形成し、表示画像に出現するアーティファクトとなる。
【０００８】
図８は、従来のシステムに従って形成されているカメラ光学系の構成例を示している。カメラ光学系７５は、カメラ光学系に対して入力側で物体平面７９に近接して位置するガラス又は他の透明層７７を含んでいる。ガラス又は他の透明層７７は、カメラ光学系７５の一部を成し得る任意の種類の構造を表わしており、この構造は、部分的に集束される可能性のある欠陥又は汚れを構造の表面が含む機会を許すようなものとなっている。例えば、構造７７は、前方レンズ系８１の一部であってもよいし、或いは構造７７は、設けなければ光センサに照射されたであろうような光学系が対応できないＸ線放射線を減少させる目的で設けられている含鉛ガラスであってもよい。蛍光増倍管は、Ｘ線画像を表わす光線を物体平面７９に向ける。前方レンズ系８１は、ガラス層７７に近接して位置しており、物体平面７９からの光線軌跡８３及び８６を光学要素８７を通して後方レンズ系８９へ向ける。前方レンズ系はまた、ガラス層７７の欠陥／汚れからの光線軌跡８４及び８５も後方レンズ系８９へ向ける。前方レンズ系８１は、光線軌跡８３〜８６をコリメートし、後方レンズ系８９は光線軌跡８３〜８６を再集束させる。前方レンズ系８１及び後方レンズ系８９は、物体平面から投影される光線軌跡８３及び８６が前方レンズ系８１で平行な形態にコリメートされて、後方レンズ系８９で結像平面９１上に焦点を結ぶように協働する。ガラス層７７の表面に欠陥及び汚れが存在している場合には、光線軌跡８４及び８５は前方レンズ系８１及び後方レンズ系８９によって点９７に焦点を結ぶ。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
調節式絞り９３が所望のＸ線束に基づいて開かれたり閉じられたりして、絞り９３を通過して後方レンズ系８９に入射する光線軌跡の量を制御する。調節式絞り９３が絞りの開口を小さくするにつれて、結像平面９１に近接して位置する焦点領域９５の形状及び寸法が拡大する。焦点領域は、当該画像についてのデータが生成されて処理されるような明確な画像（可能性としてはアーティファクトであるにしても）として光センサによって結像平面で検出可能な程度に光線が適当に集束されている区域に相当する。焦点領域９５の寸法は、絞り９３が比較的大きい状態まで開いているときには比較的小さい。比較的閉じた状態（図８に示すような）にあるときには、絞り９３は、ガラス層７７の表面から投影された光線軌跡８４及び８５を含む比較的大きい焦点領域９５を形成する。従って、欠陥及び汚れの投影が結像平面９１上に直接焦点を結んでいなくても、かかる欠陥及び汚れが焦点を結んだ点９７は結像平面９１に適当に近くなり、光センサによって生成されるデータにアーティファクトが形成される程度に十分に結像平面９１上に集束するようになる。結像平面９１上に部分的に集束した汚れ及び他の欠陥の画像はセンサによって検出され、処理されて、Ｘ線画像と共に表示される。汚れ及び欠陥に関連した画像部分は、得られるＸ線画像にアーティファクトとして現われる。従って、絞り開口を小さくすることにより、物体平面に近い汚れ又は欠陥が結像平面に出現する傾向が強まる可能性がある。
【００１０】
さらに高品質の画像を得たい場合にＸ線束を増大させることを可能にしながら上述した欠点を回避する改善されたＸ線イメージング・システム及び電子式ビデオ・カメラ装置が依然として必要とされている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の少なくとも一つの実施形態によれば、医用Ｘ線イメージング・システムにおいて、蛍光増倍管に近接して位置する物体平面からの光線を光センサに近接して位置する結像平面上に集束させる電子式ビデオ・カメラが提供される。電子式ビデオ・カメラは、患者の画像を表わす光線を受光する物体平面を含んでいる。物体平面と結像平面との間にレンズ系が設けられて、物体平面からの光線を結像平面上に集束させる。また、物体平面と結像平面との間には光学フィルタが配置される。光学フィルタは、光線を減衰させるか又は部分的に遮断する。光学フィルタは、不透明度の異なる少なくとも第一のフィルタ領域と第二のフィルタ領域とを含んでいる。第一のフィルタ領域及び第二のフィルタ領域は異なる時刻にレンズ系に対して整列して、異なる時刻に照射された異なるＸ線強度に関連して異なる量の光線を遮断する。
【００１２】
少なくとも一つの代替的な実施形態によれば、光フィルタは、第一のフィルタ領域及び第二のフィルタ領域を形成するように異なる厚みの不透明材料を付着させた第一のセクタ及び第二のセクタを有する濃度ホイール（neutral density wheel）を含んでいる。選択により、光学フィルタは、互いに隣接して位置する多数のセクタを有する円形フィルタを含んでいてもよい。各セクタは相異なる不透明度を有していてよい。選択により、光学フィルタは、不透明度の異なる２以上の重なり合わないセクタを有するフィルタ円板を含んでいてもよく、この場合には不透明度は各々のセクタで一定とする。さらなる選択として、光学フィルタは、レンズ系に対する光学フィルタの回転配向に基づく異なる程度まで当該フィルタを通過する光を減衰させることもできる。
【００１３】
少なくとも一つの実施形態によれば、第一のフィルタ領域の少なくとも一部は光線に対する透明性が高くなるように形成され、第二のフィルタ領域の少なくとも一部は、レンズ系を横断する基準平面に対する光学フィルタの角度配向が次第に大きくなるに従って不透明度を増大するように形成される。選択により、光学フィルタは、不透明度が連続的に変化するように形成されてもよい。光学フィルタは、光学フィルタがレンズ系に対して設定されている位置に基づいてレンズ系を通過する光線の量を可変的に減衰させることができる。選択により、光学フィルタはホイールを含んでいてもよく、ホイールの一つのセクタがレンズ系と整列するように配置する。ホイールのレンズ系と整列したセクタは、第一のフィルタ領域及び第二のフィルタ領域の一つに相当する。ホイールは、レンズ系に対するホイールの角度配向の関数として連続的に変化する不透明度を有していてよい。
【００１４】
選択により、光学フィルタは、不連続の重なり合わないセクタにわたって一様な不透明度を有するように形成されていてもよく、この場合には各々の不連続なセクタは、レンズ系に対する光学フィルタの配向に基づいた量だけ他のセクタと異なる固有の不透明度を有する。選択により、光学フィルタは互いに対して整列している二つのフィルタ・ホイールを含んでいてもよく、これらのフィルタ・ホイールは、フィルタ・ホイールの周りでの角度位置が次第に大きくなるに従って不透明度の変化が類似しているが反対になるようにする。
【００１５】
代替的な実施形態では、レンズ系は、互いに対して隔設されており、間に光学フィルタを挟んだ状態の前方レンズ・アセンブリと後方レンズ・アセンブリとを含んでいてもよい。選択により、光学フィルタに入射する光線の輝度を制御する開口を含んでいる絞りが光学フィルタと物体平面との間に配置されていてもよい。絞りは、多数のＸ線強度において一定の開口を保持する。選択により、レンズ系に対する光学フィルタの位置を調節する電気式モータを設けて、光学フィルタを第一の位置と第二の位置との間で移動させて第一のフィルタ領域を非利用位置に移動させると共に第二のフィルタ領域を作用位置へ移動させることにより光線の減衰を自動的に調節してもよい。
【００１６】
少なくとも一つの代替的な実施形態によれば、互いに対向しており患者の撮像軸に沿って整列しているＸ線源と受像器とを保持する支持構造を有する医用Ｘ線システムが提供される。Ｘ線源及び受像器は、患者の関心領域によって減衰したＸ線を得るように協働する。Ｘ線源は、照射されたＸ線の強度を変化させるように制御され得る。受像器は、Ｘ線を患者の被検査領域を表わす光線へ変換し、光線の輝度が、受像器で受光されたＸ線の強度に基づいて変化するようにする。プロセッサが光線を処理してＸ線画像を得ると共に、表示器が処理後のＸ線画像を表示する。光線の輝度を低下させるように光線の一部を遮断する部分的に不透明な部材が設けられる。部分的に不透明な部材は、不透明度の異なる領域を備えている。
【００１７】
少なくとも一つの実施形態によれば、光線の輝度の減衰量を変化させるように部分的に不透明な部材を自動的に移動させるモータ・アセンブリが設けられる。選択により、部分的に不透明な部材を不透明度の高い状態から不透明度の小さい状態へシフトさせて、画像センサに入射する光の平均輝度が適正な水準まで低下するまでＸ線源から照射されるＸ線の強度を減少させる手段が設けられていてもよい。
【００１８】
代替的には、部分的に不透明な部材を第一の角度位置と第二の角度位置との間で回転させて、部分的に不透明な部材の不透明度のさらに高い領域が光線と整列するように移動させるモータ及びギア・アセンブリを設けてもよい。選択により、光線が部分的に不透明な部材の透明性の高い部分を通過するような初期位置から、光線の一部が部分的に不透明な部材の不透明度の高い部分によって遮断されるような最終位置との間で部分的に不透明な部材を移動させるアセンブリを設けてもよい。選択により、部分的に不透明な部材の幾つかの領域は一定の不透明度を有するように形成されていてよい。選択により、部分的に不透明な部材の各領域が連続的に変化する不透明度を備えていてもよい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以上に述べた概要、及び以下に述べる本発明の好適実施形態の詳細な説明は、これらの記載を添付図面と共に参照するとより十分に理解されよう。本発明の好適実施形態を説明する目的で現状で好ましい実施形態を図面に示す。但し、本発明は、添付図面に示した構成及び手段に限定されている訳ではないものと理解されたい。
【００２０】
本発明による実施形態を図１に示す。同図には、参照番号１０に全体的に示すＣアーム型Ｘ線装置が示されている。装置１０はＣアーム１２を含んでおり、アーム１２は内周１４及び外周１６を有し、対向している上部末端１８ａ及び下部末端１８ｂで終端している。Ｃアーム１２は好ましくは一様な円形のＣ字形を有するが、代替的に任意の円弧形状の部材を含んでいてよい。
【００２１】
Ｃアーム１２は、参照番号２０で全体的に示す構造のように、台車２４に搭載されている支持アーム２２を含んでいる支持手段によって懸吊位置に保持されている。支持アーム２２は、支持アーム２２とＣアーム１２との間の軸受けアセンブリ又は台車２４に対して回転自在に装着されている支持アーム２２自体のいずれかによって横方向回転軸３０の周りでのＣアーム１２の回転運動を可能にしている。
【００２２】
台車２４は、Ｃアーム１２を第一の位置から第二の位置へ搬送することを可能にする。このようなものとして、台車の車輪は、支持アーム２２及びＣアーム１２を第一の位置から第二の位置へ搬送するための支持構造２０に結合されている搬送手段として動作する。Ｘ線設備を一つの部屋から他の部屋へ移動させ得ると好ましい。台車２４によって提供される装置１０の可動性によって、例えば病院の多くの異なる病室にいる患者に利用し易くすることができる。
【００２３】
支持アーム２２はＣアーム１２の外周１６に摺動自在に搭載されており、支持構造２０は、Ｃアームの軌道方向回転軸２６の周りでの選択された位置への選択的な摺動軌道運動を可能にするのに必要な構造及び機構を含んでいる。軸２６は好ましくは、Ｃアーム１２の曲率中心及び横方向回転軸３０と一致している。摺動軌道運動によってＣアーム１２が支持アーム２２に対して様々な取り付け摺動点２８を通じて移動することが理解されよう。支持構造２０はさらに、横方向回転軸３０の周りに、選択された横方向位置まで選択可能な量だけ支持アーム２２を横方向回転させる機構を含んでいる。摺動軌道運動と横方向回転との組み合わせによって、Ｃアームを二つの自由度ですなわち二つの垂直軸の周りで操作することが可能になる。このことにより、Ｃアーム１２の可動性の一種の球面的性質が提供され、すなわち摺動軌道運動及び横方向回転によって、Ｃアームに結合されているＸ線源３２は、Ｃアームが移動可能な仮想的な球面の下半球上の実質的に任意の緯度／経度点に移動することが可能になる。
【００２４】
装置１０は、Ｃアーム１２のそれぞれ対向する位置に搭載されているＸ線診断業界で周知のＸ線源３２と受像器３４とを含んでいる。Ｘ線源３２及び受像器３４をまとめてＸ線源／受像器３２／３４とも呼ぶものとする。受像器３４は蛍光増倍管等であってよい。Ｃアームの軌道方向回転及び横方向回転の操作によって、Ｃアーム１２の内部自由空間３６内に配置された患者の幅及び長さに関するＸ線源／受像器３２／３４の選択配置が可能になる。Ｃアームの摺動軌道運動によって、Ｘ線源／受像器３２／３４がそれぞれの円弧移動経路に沿って移動する。受像器３４は好ましくは、Ｃアーム１２の内周１４に固定されており、Ｘ線源３２もまた同じ内周１４に固定されていてよく、このことの意味については後述する。
【００２５】
図２に例として示すもう一つのＣアーム型支持構造は、下方に延在するＬアーム２３を含んでおり、アーム２３のＣアーム１２への取り付け点２８が横方向回転軸３０から距離Ｄだけ離れて位置するようにしている。Ｃアームに設けられている受像器３４は、図２の遮蔽部分４２によって示されているようにＣアーム１２の後方凸面部分４０を遮蔽するような方式で搭載され配置されており、これにより、支持アーム２３がＣアームの該当部分１２ａに摺動自在に装着することが妨げられている。受像器３４の完全な水平配置を達成するために、Ｌアームを開発して、横方向回転軸３０の下方の取り付け点２８でＣアームに装着するようにし、これにより、Ｃアーム１２が受像器３４を少なくとも水平配向まで摺動させることを可能にしている。このことから、軸３０の周りでＣアーム１２が横方向回転すると遠心横方向モーメント・アームＤが導入される。このために、典型的には、Ｃアーム１２の軸３０の周りでの横方向回転には、不均衡に起因するトルクを克服するような電力を供給する必要がある。
【００２６】
図３は、受像器３２に含まれているカメラ装置１００の側面断面図を示す。カメラ装置１００は、横方向ブラケット１０４に装着されている筐体１０２を含んでいる。筐体１０２及びブラケット１０４は、蛍光増倍管１０８及び光センサ１１０（例えばＣＣＤ）に対して所望の位置にカメラ光学系１０６を確実に配置するように協働している。カメラ光学系１０６は、物体平面１１２と結像平面１１４との間に位置している。蛍光増倍管１０８は、物体平面１１２に光線を向けるように配置されており、この場合にはかかる光線は受像器３２によって検出されるＸ線画像を表わすものとなる。光センサ１１０は結像平面１１４に近接して配置されており、結像平面１１４上又は実質的にその近くに集束した光線を、プロセッサ１１６によって後に処理されて表示ユニット１１８によって表示されるデータへ変換するように動作する。
【００２７】
カメラ装置１００は、物体平面１１２に近接して位置している含鉛ガラス・カバー１２２を含んでいる。ガラス・カバー１２２は、光線がカバー１２２を通過することを許す一方でＸ線が光センサへ到達しないように遮断している。カメラ光学系１０６は、ガラス・カバー１２２に近接して位置している前方レンズ・アセンブリ及び光学プリズム１２１（ペシャン（Pechan）プリズム）と、カメラ装置１００の反対側の端部に近接して位置している後方レンズ・アセンブリ１２４とを含んでいる。プリズム１２１によって、前方レンズ・アセンブリ１２０及び後方レンズ・アセンブリ１２４が近接しつつ隔設されることが可能になっている。後方レンズ・アセンブリ１２４は、結像平面１１４に近接して位置している。前方レンズ・アセンブリ及び光学プリズム１２１は、ガラス・カバー１２２を通過する光線軌跡をコリメートして、柱状に近い光が走行するコンパクトな経路長を提供する一方、後方レンズ・アセンブリ１２４はかかるコリメート後の光線軌跡を再集束させる。前方レンズ・アセンブリ１２０及び後方レンズ・アセンブリ１２４は、物体平面１１２からの光線軌跡が結像平面１１４上に集束するように協働する。
【００２８】
カメラ光学系１０６はさらに光学要素１２６を含んでおり、これを用いて様々な作用を施すことができる。通過光の輝度を制御するように径が調節可能な開口を有する絞り１２８が設けられている。
【００２９】
前方レンズ・アセンブリ１２０は様々な態様で形成することができる。例示のためのみに述べると、前方レンズ・アセンブリ１２０は、前部及び後部を有する複合凸レンズ１３０を含んでいてよい。後方レンズ・アセンブリ１２４も様々なレンズ構成を含んでいてよい。例示のためのみに述べると、後方レンズ・アセンブリ１２４は、様々な凸面及び凹面の組み合わせとして示されている互いに隣接して配列した第一〜第五のレンズ１３２、１３４、１３６、１３８及び１４０を含んでいてよい。後部構造１４２がカメラ装置１００の後部端を隔離しており、光線の通過を許す一方でカメラ光学系１０６を環境的要素から保護している。
【００３０】
カメラ光学系１０６はさらにフィルタ部材１４４を含んでおり、部材１４４はその一部が前方レンズ・アセンブリ１２０と後方レンズ・アセンブリ１２４との間の空間に拡在するように配置されている。フィルタ部材１４４は部分的に不透明であって、前方レンズ・アセンブリ１２０から後方レンズ・アセンブリ１２４へ通過する光線を減衰させる。フィルタ部材１４４は、フィルタ部材１４４上の異なる位置において異なる量の不透明度を有している。フィルタ部材１４４は様々な位置に移動するが、前方レンズ・アセンブリ１２０と後方レンズ・アセンブリ１２４との間に延在している視線１４６に沿って不透明度の異なる所望の領域を整列させるために、フィルタ部材１４４の少なくとも一部は、前方レンズ・アセンブリ１２０と後方レンズ・アセンブリ１２４との間に位置したままとする。
【００３１】
図４は、フィルタ部材１４４をさらに詳細に示している。ブラケット１４８がフィルタ部材１４４をブラケット１０４及びカメラ装置１００に装着している。ブラケット１４８は、その一端にフィルタ部材１４４を固定させている回転式支持ピン１５０を含んでいる。支持ピン１５０の反対側の端部はギア１５２に固定されており、ギア１５２はモータ１５６によって駆動されるさらに大きいギア・アセンブリ１５４の一部を成している。モータ１５６はプロセッサ１１６（又は図示されていない独立した別個の制御プロセッサ）によって制御される。モータは、フィルタ部材１４４の部分１５８を物体平面１１２と結像平面１１４との間に配置させるためにギア・アセンブリ１５４を介してフィルタ部材１４４を回転させる。このように整列した部分を動作部分と考える。図５は、ギア・アセンブリ１５４の前面図をさらに詳細に示している。
【００３２】
図６は、カメラ光学系１５９の一実施形態を模式的に示している。物体平面１６０及び結像平面１７４がカメラ光学系１５９の相対向する側に位置している。含鉛ガラス・カバー１６２が前方レンズ・アセンブリ１２０に近接して位置しており、次いで前方レンズ・アセンブリ１２０は光学要素１６６及び絞り１６８に近接して位置している。光減衰体１７０が前方レンズ・アセンブリ１６４と後方レンズ・アセンブリ１７２との間に設けられている。
【００３３】
選択により、絞り１６８を除いてもよいし、且つ／又は光学要素１６６を除いてもよい。光学要素１６６、絞り１６８及び光減衰体１７０の順序を変えてもよい。物体平面１６０における物体からの光線１８０及び１８１は、前方レンズ・アセンブリ１６４によってコリメートされ、後方レンズ・アセンブリ１７２によって再集束されて、結像平面１７４に焦点を結ぶ。ガラス・カバー１６２上の欠陥１８４からの光線１８２及び１８３は前方レンズ・アセンブリ１６４及び後方レンズ・アセンブリ１７２によってそれぞれコリメートされ再集束されて、結像平面１７４を越えた点１７６に焦点を結ぶ。欠陥１８４が焦点を結ぶ点１７６は、物体平面１７４を包囲する焦点領域１７８の外部にあたる。焦点領域１７８は、絞り１６８の開口径を比較的大きく保持することにより焦点１７８を除外するに十分なだけ小さく保持される。従って、欠陥１８４は結像平面１７４で適当に焦点を結ぶことがなく、光センサによってアーティファクトとして検出されたり、Ｘ線画像のアーティファクトとして表示されたりしない。
【００３４】
図６と図８との比較から明らかなように、高強度Ｘ線撮像については、絞り１６８の開口径１８６は従来のカメラ光学系７５に用いられていたような絞り９３の開口径９４よりも実質的に大きい。絞り１６８の開口径１８６は、広範囲のＸ線強度にわたって一定に留まっていてよい。光減衰体１７０が、光を減衰させる目標の程度を高めるように調節されると、システムは、結像平面１７４に位置する光センサでの光強度の平均量を監視することにより得られるフィードバックによってＸ線強度を高めることにより自動的に応答する。同様に、光減衰体１７０が、光を減衰させる目標の程度を小さくするように調節されると、Ｘ線強度が低下する。
【００３５】
図７は、本発明の一実施形態によれば光減衰体１７０として利用することのできる濃度ホイール１８８を示している。濃度ホイール１８８は円形であって、カメラ光学系１５９を通過して延在する撮像軸に平行なフィルタ軸の周りに回転するように配置される。フィルタ軸は、濃度ホイール１８８の半径に基づく距離だけ撮像軸から離隔している。例えば、フィルタ軸は、濃度ホイール１８８の一つのセクタが前方レンズ・アセンブリ１６４と後方レンズ・アセンブリ１７２との間の有効視野域を通過して延在すると共にこの視野域を網羅するように、カメラ光学系１５９の視野の僅かに外部に隔設されていてよい。
【００３６】
濃度ホイール１８８は、不透明な材料で被覆されたガラス等のような透明な材料で形成されていてよい。不透明な材料は、不透明度の量を変化させるように次第に厚みを増す被覆として濃度ホイール１８８に被覆されていてよい。図７の例では、不透明被覆は、濃度ホイール１８８の周りに時計周り方向に移るに従って厚くなる（従って減衰量が大きくなる）。代替的には、濃度ホイール１８８は、同等の不透明度を有する重なり合わない不連続な区画を形成するように段階的な均等な区画として被覆されていてもよい。代替的には、濃度ホイール１８８は、互いに対して固定されている個別の断片のモザイクで形成されていてもよい。各々のモザイク断片が均等な被覆を有する。
【００３７】
図７では、半径線１９０及び１９８が不透明度を模式的に示している。従って、半径線のない領域１９２では、不透明被覆は存在していないか、又は濃度フィルタ１８８を光に対して実質的に透明にする程度に極めて薄い。円弧１９６に沿って基準標識１９４から遠ざかって次第に角度が大きくなるにつれて、不透明な材料は厚みを増して被覆する。例えば、領域２００に近接した半径線１９８は、領域２０２の半径線１９０よりも間隔が広く空いている。このことは、濃度フィルタ１８８が、領域２０２では領域２００よりも不透明度が高いことを示している。同様に、領域２００は領域１９２よりも不透明度が高い。
【００３８】
不透明な材料の厚みは連続的に変化していてもよいし、又は微細な分解能を可能にするように極めて小さく細い段階的なセクタを成していてもよい。微細な分解能を利用すると、Ｘ線強度が、小さい段階又は細かい段階で同様に変化することが可能になって、患者に照射されるＸ線の量を綿密に制御することができる。例えば、濃度ホイール１８８を少量だけ回転させて減衰を僅かに調節することができる。一旦、ホイール１８８が回転したら、システムは次いでホイール１８８の新たな位置に基づいてＸ線の強度を調節する。
【００３９】
ホイール１８８、ギア・アセンブリ１５４及びモータ１５６のうち一つに電位差計のようなセンサを設ける。センサは、ホイール１８８の軸の位置を感知することができる。センサは、ホイール１８８の位置の精密な制御を可能にする。プロセッサは軸位置を感知して、ホイール１８８が適性に配向するまでモータ１５６を駆動する。
【００４０】
選択により、多数の光減衰体を用いてもよい。例示のためのみに述べると、図９は、光減衰体１７０に隣接して位置しており平行に整列している第二の光減衰体１７１を示している。光減衰体１７０及び１７１のそれぞれの回転軸１６７及び１６９は（図示のように）異なる軸に沿っていてよい。代替的には、光減衰体１７０及び１７１は、互いに対して真直ぐに整列するように形成されて、軸１６７のような共通の軸の周りに回転するものであってもよい。選択により、単一のモータで光減衰体１７０及び１７１の両方を駆動してよい。代替的には、異なるモータで光減衰体１７０及び１７１を駆動してもよい。
【００４１】
光減衰体１７０及び１７１は、不透明な材料で被覆されており、被覆の厚みは互いに対して反対の方向に変化する。従って、光減衰体１７０及び１７１が前方レンズ・アセンブリ１６４と後方レンズ・アセンブリ１７２との間の視野域で互いに重なり合っているときには、不透明度は実質的には、各々の個別の光減衰体１７０及び１７１で連続的に不透明度が変化していても、視野域にわたって実質的に均等になる。例として述べると、視野域では、光減衰体１７０による減衰は光減衰体１７０の周りに時計周り方向に移動するに従って増大する一方、光減衰体１７１による減衰は光減衰体１７１の周りに反時計周り方向に移動するに従って増大するようにすることができる。両方の光減衰体１７０及び１７１によって生ずる複合的減衰は、視野域にわたって比較的均等になる。
【００４２】
濃度ホイール１８８は不透明な材料の連続的なセクタ又は段階的なセクタを被覆した円として記載されている。しかしながら、他の形状を用いてもよい。また、不透明な材料は被覆でなくてもよい。また、不透明な材料はセクタ形状（扇形）でなくてもよい。例えば、光減衰体１７０は矩形、八角形、方形、三角形及び五角形等であってよい。光減衰体は、不透明度の異なる２以上の領域に分割されていなくてもよい。矩形である場合には、光減衰体１７０は、光減衰体１７０の頂部から底部にかけて延在する薄片の形状を有する不透明な領域で形成されていてもよい。このような構造である場合には、光減衰体１７０は、所望の不透明度の領域を前方レンズ・アセンブリ１６４及び後方レンズ・アセンブリ１７２と整列するように移動させるために、撮像軸を横断する方向に横方向摺動するものとする。
【００４３】
代替的な実施形態を参照して本発明を説明したが、当業者であれば、本発明の範囲から逸脱せずに様々な変更を施し均等構成で置換し得ることが理解されよう。加えて、本発明の範囲から逸脱せずに本発明の教示に合わせて具体的な状況又は材料を適合させる多くの改変を施してもよい。従って、本発明は開示した特定の実施形態に限定されているのではなく、特許請求の範囲内に属するすべての実施形態を包含するものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に従って形成されている可動式Ｘ線イメージング・システムを示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に従って形成されているＸ線イメージング・システムを示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に従って形成されている光学カメラ・アセンブリの側面断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に従って形成されている光学カメラ装置の一部の側面図である。
【図５】本発明の一実施形態に従って形成されている光学的機械的カメラ装置の一部の前面図である。
【図６】本発明の一実施形態に従って形成されている光学的アセンブリの模式図である。
【図７】本発明の一実施形態に従って形成されている光学フィルタの模式図である。
【図８】従来の光学カメラ装置の模式図である。
【図９】本発明の一実施形態に従って形成されている代替的な光学フィルタの模式図である。
【符号の説明】
１０ Ｃアーム型Ｘ線装置
１２ Ｃアーム
１２ａ Ｃアームの部分
１４ 内周
１６ 外周
１８ａ 上部末端
１８ｂ 下部末端
２０ 支持手段
２２ 支持アーム
２３ Ｌアーム
２４ 台車
２６ 軌道方向回転軸
２８ 取り付け摺動点
３０ 横方向回転軸
３２ Ｘ線源
３４ 受像器
３６ 内部自由空間
４０ 後方凸面部分
４２ 遮蔽部分
７５、１５９ カメラ光学系
７７ 透明層
７９、１１２、１６０ 物体平面
８１ 前方レンズ系
８３、８６ 物体からの光線軌跡
８４、８５ 欠陥及び汚れからの光線軌跡
８７、１２６、１６６ 光学要素
８９ 後方レンズ系
９１、１１４、１７４ 結像平面
９３ 調節式絞り
９４、１８６ 絞りの開口径
９５、１７８ 焦点領域
９７、１７６ 欠陥の集束点
１００ カメラ装置
１０２ 筐体
１０４、１４８ ブラケット
１０６ カメラ光学系
１０８ 蛍光増倍管
１１０ 光センサ
１２０、１６４ 前方レンズ・アセンブリ
１２１ 光学プリズム
１２２、１６２ 含鉛ガラス・カバー
１２４、１７２ 後方レンズ・アセンブリ
１２８、１６８ 絞り
１３０ 複合凸レンズ
１３２、１３４、１３６、１３８、１４０ 後方レンズ・アセンブリのレンズ
１４２ 後部構造
１４４ フィルタ部材
１４６ 視線
１５０ 回転式支持ピン
１５２ ギア
１５４ ギア・アセンブリ
１５６ モータ
１５８ フィルタ部材の一部
１６７、１６９ 光減衰体の回転軸
１７０、１７１ 光減衰体
１８０、１８１ 物体からの光線
１８２、１８３ 欠陥からの光線
１８４ 欠陥
１８８ 濃度ホイール
１９０、１９８ 半径線
１９２ 半径線のない領域
１９６ 円弧
１９４ 基準標識
２００、２０２ 濃度の異なる領域
【発明の背景】
本発明の少なくとも一つの好適実施形態は一般的には、輝度を制御するように可視光に作用する電子式ビデオ・カメラを採用した医用Ｘ線イメージング・システムに関する。また、本発明の少なくとも一つの好適実施形態は、フィルタを横断して不透明度が変化している濃度フィルタ（neutral density filter）を利用しており、光減衰の調節が可能な電子式ビデオ・カメラに関する。
【０００２】
従来、患者の関心領域の相対向する側に配置されているＸ線源及び受像器の利用によって患者の関心領域を撮像する医療診断イメージング・システムが提案されている。典型的なＸ線イメージング・システムは、患者の関心領域に対して様々な位置に移動が可能なＸ線源及び受像器を利用している。Ｘ線源は、該Ｘ線源から照射され、患者を透過してＸ線受像器に入射するＸ線の量を調節するように制御される。Ｘ線受像器は一般的には、患者を透過したＸ線を検出するＸ線検出層を有する蛍光増倍管（イメージ・インテンシファイア）を含んでいる。蛍光増倍管はＸ線を可視光へ変換し、可視光は続いて、ビデオ・カメラに近接して位置する物体平面上に導かれる。ビデオ・カメラは、物体平面からの光を感光センサに近接して位置する結像平面上に集束させる光学レンズ系を含んでいる。感光センサの一例は電荷結合素子である。感光センサは、結像平面における可視光を検出してデータへ変換し、このデータを処理して最終的には利用者に対して表示する。
【０００３】
様々な解剖学的領域では、解剖学的領域の厚み、密度及び構造等に応じてＸ線が様々な程度まで減衰する。患者の解剖学的構造のかかる様々な特性によってＸ線が様々な程度まで減衰し、関心のある解剖学的構造が何らかの他の種類の解剖学的構造に近接して位置している場合にＸ線画像を劣化させる可能性がある。
【０００４】
Ｘ線撮像設備の操作者は、様々な方式でＸ線画像の画質を高める試みを行なう。Ｘ線画像の画質を高めるためのかかる方式の一つに、Ｘ線源によって照射されるＸ線強度を調節することがある。例えば、Ｘ線の減衰の大きい解剖学的領域は、線源から照射されるＸ線の数を増大させることにより相対的に良好に撮像される。Ｘ線照射を増大させることにより、利用者は、受像器で感知されるフォトンの統計値（例えば、蛍光増倍管に入射するフォトンの数）を同じく増大させる。フォトンの統計値が増大するほど蛍光増倍管は多くのＸ線を可視光へ変換し、これにより、電子式ビデオ・カメラの物体平面に入射する光の輝度が高まる。光の輝度は、ＣＣＤのような光センサを飽和させるのに十分な水準まで高まる場合もある。感知される光が過剰になるにつれて、得られる処理後の表示画像は劣化する。画像の劣化は、褪色した画像、及び隣接して位置する解剖学的構造同士の間でのコントラストが小さい画像等のような様々な形態で出現し得る。
【０００５】
従来、Ｘ線システムでは、所望の光量のみを通過させる調節式開口を有する絞りを電子式ビデオ・カメラに加えることにより、光の輝度がセンサに過剰な負荷を加えないようにする試みが為されている。開口の径を変化させると、物体平面での光の輝度の所望の平均減衰度に影響を与えることができる。システムが絞り開口を「ストップ・ダウン」まで絞るか、又は絞り開口を部分的に閉じるのと同時に、フィードバック感知が物体平面での光の平均輝度が低下したことを検出し、システムは受像器に入射するＸ線の量を自動的に増大させることができる。
【０００６】
以上によれば、最終的に表示される画像の品質は、蛍光増倍管に入射するＸ線束の量（強度）による影響を受ける。典型的には、電子式ビデオ・カメラの光学系を通過することを許される光量によってＸ線束の量を制御する。画質を高めるためにはＸ線束を多くする必要があり、Ｘ線束を多くすることは、カメラ光学系に光を通過させる絞り開口を小さくし、これにより、センサの飽和を回避することにより可能になる。モータ制御式絞りは、患者への配慮から必要最小限のＸ線束が用いられるように保証するために、光学系を通過する光量を精密に制御する。絞り開口径、延いてはＸ線束の量は、単一回の患者撮像手順中に変化させることができる。従って、光の強度は典型的には、撮像動作を開始すべく利用者によって入力される命令に従ってＸ線イメージング・システムによって自動的に制御される。
【０００７】
電子式ビデオ・カメラは、物体平面の近くの光を結像平面上に単純に集束させることが好ましい。Ｘ線システムのコンパクトな性質から、典型的には、物体平面及び結像平面はカメラ光学系の相対向する端部の直近に接近する。従って、光が通過するガラス表面等のようなカメラ光学系の内部の構造が物体平面に近接して配置される。ガラス表面、及び物体平面に近い他の透明な構造は、絞り開口が小さくなるにつれてカメラ光学系によって結像平面上に焦点を結ぶ可能性がある。カメラ光学系の内部又は近くのこれらの透明な構造は、引掻き傷及び穿ち傷等のような欠陥を含んでいたり、汚れのような異物を蓄積していたりする場合がある。欠陥及び／又は汚れは、絞り開口がストップ・ダウンされたときに結像平面上に少なくとも部分的に集束する程度まで物体平面に十分に近接している可能性がある。カメラ光学系は、結像平面に位置する光センサが撮像のためにプロセッサへ伝送されるデータとして欠陥／汚れを検出する程度まで十分に欠陥又は汚れの像を部分的に結像平面に集束し得る。これらの欠陥及び汚れの投影は、結像平面において望ましくないアーティファクトを形成し、表示画像に出現するアーティファクトとなる。
【０００８】
図８は、従来のシステムに従って形成されているカメラ光学系の構成例を示している。カメラ光学系７５は、カメラ光学系に対して入力側で物体平面７９に近接して位置するガラス又は他の透明層７７を含んでいる。ガラス又は他の透明層７７は、カメラ光学系７５の一部を成し得る任意の種類の構造を表わしており、この構造は、部分的に集束される可能性のある欠陥又は汚れを構造の表面が含む機会を許すようなものとなっている。例えば、構造７７は、前方レンズ系８１の一部であってもよいし、或いは構造７７は、設けなければ光センサに照射されたであろうような光学系が対応できないＸ線放射線を減少させる目的で設けられている含鉛ガラスであってもよい。蛍光増倍管は、Ｘ線画像を表わす光線を物体平面７９に向ける。前方レンズ系８１は、ガラス層７７に近接して位置しており、物体平面７９からの光線軌跡８３及び８６を光学要素８７を通して後方レンズ系８９へ向ける。前方レンズ系はまた、ガラス層７７の欠陥／汚れからの光線軌跡８４及び８５も後方レンズ系８９へ向ける。前方レンズ系８１は、光線軌跡８３〜８６をコリメートし、後方レンズ系８９は光線軌跡８３〜８６を再集束させる。前方レンズ系８１及び後方レンズ系８９は、物体平面から投影される光線軌跡８３及び８６が前方レンズ系８１で平行な形態にコリメートされて、後方レンズ系８９で結像平面９１上に焦点を結ぶように協働する。ガラス層７７の表面に欠陥及び汚れが存在している場合には、光線軌跡８４及び８５は前方レンズ系８１及び後方レンズ系８９によって点９７に焦点を結ぶ。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
調節式絞り９３が所望のＸ線束に基づいて開かれたり閉じられたりして、絞り９３を通過して後方レンズ系８９に入射する光線軌跡の量を制御する。調節式絞り９３が絞りの開口を小さくするにつれて、結像平面９１に近接して位置する焦点領域９５の形状及び寸法が拡大する。焦点領域は、当該画像についてのデータが生成されて処理されるような明確な画像（可能性としてはアーティファクトであるにしても）として光センサによって結像平面で検出可能な程度に光線が適当に集束されている区域に相当する。焦点領域９５の寸法は、絞り９３が比較的大きい状態まで開いているときには比較的小さい。比較的閉じた状態（図８に示すような）にあるときには、絞り９３は、ガラス層７７の表面から投影された光線軌跡８４及び８５を含む比較的大きい焦点領域９５を形成する。従って、欠陥及び汚れの投影が結像平面９１上に直接焦点を結んでいなくても、かかる欠陥及び汚れが焦点を結んだ点９７は結像平面９１に適当に近くなり、光センサによって生成されるデータにアーティファクトが形成される程度に十分に結像平面９１上に集束するようになる。結像平面９１上に部分的に集束した汚れ及び他の欠陥の画像はセンサによって検出され、処理されて、Ｘ線画像と共に表示される。汚れ及び欠陥に関連した画像部分は、得られるＸ線画像にアーティファクトとして現われる。従って、絞り開口を小さくすることにより、物体平面に近い汚れ又は欠陥が結像平面に出現する傾向が強まる可能性がある。
【００１０】
さらに高品質の画像を得たい場合にＸ線束を増大させることを可能にしながら上述した欠点を回避する改善されたＸ線イメージング・システム及び電子式ビデオ・カメラ装置が依然として必要とされている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の少なくとも一つの実施形態によれば、医用Ｘ線イメージング・システムにおいて、蛍光増倍管に近接して位置する物体平面からの光線を光センサに近接して位置する結像平面上に集束させる電子式ビデオ・カメラが提供される。電子式ビデオ・カメラは、患者の画像を表わす光線を受光する物体平面を含んでいる。物体平面と結像平面との間にレンズ系が設けられて、物体平面からの光線を結像平面上に集束させる。また、物体平面と結像平面との間には光学フィルタが配置される。光学フィルタは、光線を減衰させるか又は部分的に遮断する。光学フィルタは、不透明度の異なる少なくとも第一のフィルタ領域と第二のフィルタ領域とを含んでいる。第一のフィルタ領域及び第二のフィルタ領域は異なる時刻にレンズ系に対して整列して、異なる時刻に照射された異なるＸ線強度に関連して異なる量の光線を遮断する。
【００１２】
少なくとも一つの代替的な実施形態によれば、光フィルタは、第一のフィルタ領域及び第二のフィルタ領域を形成するように異なる厚みの不透明材料を付着させた第一のセクタ及び第二のセクタを有する濃度ホイール（neutral density wheel）を含んでいる。選択により、光学フィルタは、互いに隣接して位置する多数のセクタを有する円形フィルタを含んでいてもよい。各セクタは相異なる不透明度を有していてよい。選択により、光学フィルタは、不透明度の異なる２以上の重なり合わないセクタを有するフィルタ円板を含んでいてもよく、この場合には不透明度は各々のセクタで一定とする。さらなる選択として、光学フィルタは、レンズ系に対する光学フィルタの回転配向に基づく異なる程度まで当該フィルタを通過する光を減衰させることもできる。
【００１３】
少なくとも一つの実施形態によれば、第一のフィルタ領域の少なくとも一部は光線に対する透明性が高くなるように形成され、第二のフィルタ領域の少なくとも一部は、レンズ系を横断する基準平面に対する光学フィルタの角度配向が次第に大きくなるに従って不透明度を増大するように形成される。選択により、光学フィルタは、不透明度が連続的に変化するように形成されてもよい。光学フィルタは、光学フィルタがレンズ系に対して設定されている位置に基づいてレンズ系を通過する光線の量を可変的に減衰させることができる。選択により、光学フィルタはホイールを含んでいてもよく、ホイールの一つのセクタがレンズ系と整列するように配置する。ホイールのレンズ系と整列したセクタは、第一のフィルタ領域及び第二のフィルタ領域の一つに相当する。ホイールは、レンズ系に対するホイールの角度配向の関数として連続的に変化する不透明度を有していてよい。
【００１４】
選択により、光学フィルタは、不連続の重なり合わないセクタにわたって一様な不透明度を有するように形成されていてもよく、この場合には各々の不連続なセクタは、レンズ系に対する光学フィルタの配向に基づいた量だけ他のセクタと異なる固有の不透明度を有する。選択により、光学フィルタは互いに対して整列している二つのフィルタ・ホイールを含んでいてもよく、これらのフィルタ・ホイールは、フィルタ・ホイールの周りでの角度位置が次第に大きくなるに従って不透明度の変化が類似しているが反対になるようにする。
【００１５】
代替的な実施形態では、レンズ系は、互いに対して隔設されており、間に光学フィルタを挟んだ状態の前方レンズ・アセンブリと後方レンズ・アセンブリとを含んでいてもよい。選択により、光学フィルタに入射する光線の輝度を制御する開口を含んでいる絞りが光学フィルタと物体平面との間に配置されていてもよい。絞りは、多数のＸ線強度において一定の開口を保持する。選択により、レンズ系に対する光学フィルタの位置を調節する電気式モータを設けて、光学フィルタを第一の位置と第二の位置との間で移動させて第一のフィルタ領域を非利用位置に移動させると共に第二のフィルタ領域を作用位置へ移動させることにより光線の減衰を自動的に調節してもよい。
【００１６】
少なくとも一つの代替的な実施形態によれば、互いに対向しており患者の撮像軸に沿って整列しているＸ線源と受像器とを保持する支持構造を有する医用Ｘ線システムが提供される。Ｘ線源及び受像器は、患者の関心領域によって減衰したＸ線を得るように協働する。Ｘ線源は、照射されたＸ線の強度を変化させるように制御され得る。受像器は、Ｘ線を患者の被検査領域を表わす光線へ変換し、光線の輝度が、受像器で受光されたＸ線の強度に基づいて変化するようにする。プロセッサが光線を処理してＸ線画像を得ると共に、表示器が処理後のＸ線画像を表示する。光線の輝度を低下させるように光線の一部を遮断する部分的に不透明な部材が設けられる。部分的に不透明な部材は、不透明度の異なる領域を備えている。
【００１７】
少なくとも一つの実施形態によれば、光線の輝度の減衰量を変化させるように部分的に不透明な部材を自動的に移動させるモータ・アセンブリが設けられる。選択により、部分的に不透明な部材を不透明度の高い状態から不透明度の小さい状態へシフトさせて、画像センサに入射する光の平均輝度が適正な水準まで低下するまでＸ線源から照射されるＸ線の強度を減少させる手段が設けられていてもよい。
【００１８】
代替的には、部分的に不透明な部材を第一の角度位置と第二の角度位置との間で回転させて、部分的に不透明な部材の不透明度のさらに高い領域が光線と整列するように移動させるモータ及びギア・アセンブリを設けてもよい。選択により、光線が部分的に不透明な部材の透明性の高い部分を通過するような初期位置から、光線の一部が部分的に不透明な部材の不透明度の高い部分によって遮断されるような最終位置との間で部分的に不透明な部材を移動させるアセンブリを設けてもよい。選択により、部分的に不透明な部材の幾つかの領域は一定の不透明度を有するように形成されていてよい。選択により、部分的に不透明な部材の各領域が連続的に変化する不透明度を備えていてもよい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以上に述べた概要、及び以下に述べる本発明の好適実施形態の詳細な説明は、これらの記載を添付図面と共に参照するとより十分に理解されよう。本発明の好適実施形態を説明する目的で現状で好ましい実施形態を図面に示す。但し、本発明は、添付図面に示した構成及び手段に限定されている訳ではないものと理解されたい。
【００２０】
本発明による実施形態を図１に示す。同図には、参照番号１０に全体的に示すＣアーム型Ｘ線装置が示されている。装置１０はＣアーム１２を含んでおり、アーム１２は内周１４及び外周１６を有し、対向している上部末端１８ａ及び下部末端１８ｂで終端している。Ｃアーム１２は好ましくは一様な円形のＣ字形を有するが、代替的に任意の円弧形状の部材を含んでいてよい。
【００２１】
Ｃアーム１２は、参照番号２０で全体的に示す構造のように、台車２４に搭載されている支持アーム２２を含んでいる支持手段によって懸吊位置に保持されている。支持アーム２２は、支持アーム２２とＣアーム１２との間の軸受けアセンブリ又は台車２４に対して回転自在に装着されている支持アーム２２自体のいずれかによって横方向回転軸３０の周りでのＣアーム１２の回転運動を可能にしている。
【００２２】
台車２４は、Ｃアーム１２を第一の位置から第二の位置へ搬送することを可能にする。このようなものとして、台車の車輪は、支持アーム２２及びＣアーム１２を第一の位置から第二の位置へ搬送するための支持構造２０に結合されている搬送手段として動作する。Ｘ線設備を一つの部屋から他の部屋へ移動させ得ると好ましい。台車２４によって提供される装置１０の可動性によって、例えば病院の多くの異なる病室にいる患者に利用し易くすることができる。
【００２３】
支持アーム２２はＣアーム１２の外周１６に摺動自在に搭載されており、支持構造２０は、Ｃアームの軌道方向回転軸２６の周りでの選択された位置への選択的な摺動軌道運動を可能にするのに必要な構造及び機構を含んでいる。軸２６は好ましくは、Ｃアーム１２の曲率中心及び横方向回転軸３０と一致している。摺動軌道運動によってＣアーム１２が支持アーム２２に対して様々な取り付け摺動点２８を通じて移動することが理解されよう。支持構造２０はさらに、横方向回転軸３０の周りに、選択された横方向位置まで選択可能な量だけ支持アーム２２を横方向回転させる機構を含んでいる。摺動軌道運動と横方向回転との組み合わせによって、Ｃアームを二つの自由度ですなわち二つの垂直軸の周りで操作することが可能になる。このことにより、Ｃアーム１２の可動性の一種の球面的性質が提供され、すなわち摺動軌道運動及び横方向回転によって、Ｃアームに結合されているＸ線源３２は、Ｃアームが移動可能な仮想的な球面の下半球上の実質的に任意の緯度／経度点に移動することが可能になる。
【００２４】
装置１０は、Ｃアーム１２のそれぞれ対向する位置に搭載されているＸ線診断業界で周知のＸ線源３２と受像器３４とを含んでいる。Ｘ線源３２及び受像器３４をまとめてＸ線源／受像器３２／３４とも呼ぶものとする。受像器３４は蛍光増倍管等であってよい。Ｃアームの軌道方向回転及び横方向回転の操作によって、Ｃアーム１２の内部自由空間３６内に配置された患者の幅及び長さに関するＸ線源／受像器３２／３４の選択配置が可能になる。Ｃアームの摺動軌道運動によって、Ｘ線源／受像器３２／３４がそれぞれの円弧移動経路に沿って移動する。受像器３４は好ましくは、Ｃアーム１２の内周１４に固定されており、Ｘ線源３２もまた同じ内周１４に固定されていてよく、このことの意味については後述する。
【００２５】
図２に例として示すもう一つのＣアーム型支持構造は、下方に延在するＬアーム２３を含んでおり、アーム２３のＣアーム１２への取り付け点２８が横方向回転軸３０から距離Ｄだけ離れて位置するようにしている。Ｃアームに設けられている受像器３４は、図２の遮蔽部分４２によって示されているようにＣアーム１２の後方凸面部分４０を遮蔽するような方式で搭載され配置されており、これにより、支持アーム２３がＣアームの該当部分１２ａに摺動自在に装着することが妨げられている。受像器３４の完全な水平配置を達成するために、Ｌアームを開発して、横方向回転軸３０の下方の取り付け点２８でＣアームに装着するようにし、これにより、Ｃアーム１２が受像器３４を少なくとも水平配向まで摺動させることを可能にしている。このことから、軸３０の周りでＣアーム１２が横方向回転すると遠心横方向モーメント・アームＤが導入される。このために、典型的には、Ｃアーム１２の軸３０の周りでの横方向回転には、不均衡に起因するトルクを克服するような電力を供給する必要がある。
【００２６】
図３は、受像器３２に含まれているカメラ装置１００の側面断面図を示す。カメラ装置１００は、横方向ブラケット１０４に装着されている筐体１０２を含んでいる。筐体１０２及びブラケット１０４は、蛍光増倍管１０８及び光センサ１１０（例えばＣＣＤ）に対して所望の位置にカメラ光学系１０６を確実に配置するように協働している。カメラ光学系１０６は、物体平面１１２と結像平面１１４との間に位置している。蛍光増倍管１０８は、物体平面１１２に光線を向けるように配置されており、この場合にはかかる光線は受像器３２によって検出されるＸ線画像を表わすものとなる。光センサ１１０は結像平面１１４に近接して配置されており、結像平面１１４上又は実質的にその近くに集束した光線を、プロセッサ１１６によって後に処理されて表示ユニット１１８によって表示されるデータへ変換するように動作する。
【００２７】
カメラ装置１００は、物体平面１１２に近接して位置している含鉛ガラス・カバー１２２を含んでいる。ガラス・カバー１２２は、光線がカバー１２２を通過することを許す一方でＸ線が光センサへ到達しないように遮断している。カメラ光学系１０６は、ガラス・カバー１２２に近接して位置している前方レンズ・アセンブリ及び光学プリズム１２１（ペシャン（Pechan）プリズム）と、カメラ装置１００の反対側の端部に近接して位置している後方レンズ・アセンブリ１２４とを含んでいる。プリズム１２１によって、前方レンズ・アセンブリ１２０及び後方レンズ・アセンブリ１２４が近接しつつ隔設されることが可能になっている。後方レンズ・アセンブリ１２４は、結像平面１１４に近接して位置している。前方レンズ・アセンブリ及び光学プリズム１２１は、ガラス・カバー１２２を通過する光線軌跡をコリメートして、柱状に近い光が走行するコンパクトな経路長を提供する一方、後方レンズ・アセンブリ１２４はかかるコリメート後の光線軌跡を再集束させる。前方レンズ・アセンブリ１２０及び後方レンズ・アセンブリ１２４は、物体平面１１２からの光線軌跡が結像平面１１４上に集束するように協働する。
【００２８】
カメラ光学系１０６はさらに光学要素１２６を含んでおり、これを用いて様々な作用を施すことができる。通過光の輝度を制御するように径が調節可能な開口を有する絞り１２８が設けられている。
【００２９】
前方レンズ・アセンブリ１２０は様々な態様で形成することができる。例示のためのみに述べると、前方レンズ・アセンブリ１２０は、前部及び後部を有する複合凸レンズ１３０を含んでいてよい。後方レンズ・アセンブリ１２４も様々なレンズ構成を含んでいてよい。例示のためのみに述べると、後方レンズ・アセンブリ１２４は、様々な凸面及び凹面の組み合わせとして示されている互いに隣接して配列した第一〜第五のレンズ１３２、１３４、１３６、１３８及び１４０を含んでいてよい。後部構造１４２がカメラ装置１００の後部端を隔離しており、光線の通過を許す一方でカメラ光学系１０６を環境的要素から保護している。
【００３０】
カメラ光学系１０６はさらにフィルタ部材１４４を含んでおり、部材１４４はその一部が前方レンズ・アセンブリ１２０と後方レンズ・アセンブリ１２４との間の空間に拡在するように配置されている。フィルタ部材１４４は部分的に不透明であって、前方レンズ・アセンブリ１２０から後方レンズ・アセンブリ１２４へ通過する光線を減衰させる。フィルタ部材１４４は、フィルタ部材１４４上の異なる位置において異なる量の不透明度を有している。フィルタ部材１４４は様々な位置に移動するが、前方レンズ・アセンブリ１２０と後方レンズ・アセンブリ１２４との間に延在している視線１４６に沿って不透明度の異なる所望の領域を整列させるために、フィルタ部材１４４の少なくとも一部は、前方レンズ・アセンブリ１２０と後方レンズ・アセンブリ１２４との間に位置したままとする。
【００３１】
図４は、フィルタ部材１４４をさらに詳細に示している。ブラケット１４８がフィルタ部材１４４をブラケット１０４及びカメラ装置１００に装着している。ブラケット１４８は、その一端にフィルタ部材１４４を固定させている回転式支持ピン１５０を含んでいる。支持ピン１５０の反対側の端部はギア１５２に固定されており、ギア１５２はモータ１５６によって駆動されるさらに大きいギア・アセンブリ１５４の一部を成している。モータ１５６はプロセッサ１１６（又は図示されていない独立した別個の制御プロセッサ）によって制御される。モータは、フィルタ部材１４４の部分１５８を物体平面１１２と結像平面１１４との間に配置させるためにギア・アセンブリ１５４を介してフィルタ部材１４４を回転させる。このように整列した部分を動作部分と考える。図５は、ギア・アセンブリ１５４の前面図をさらに詳細に示している。
【００３２】
図６は、カメラ光学系１５９の一実施形態を模式的に示している。物体平面１６０及び結像平面１７４がカメラ光学系１５９の相対向する側に位置している。含鉛ガラス・カバー１６２が前方レンズ・アセンブリ１２０に近接して位置しており、次いで前方レンズ・アセンブリ１２０は光学要素１６６及び絞り１６８に近接して位置している。光減衰体１７０が前方レンズ・アセンブリ１６４と後方レンズ・アセンブリ１７２との間に設けられている。
【００３３】
選択により、絞り１６８を除いてもよいし、且つ／又は光学要素１６６を除いてもよい。光学要素１６６、絞り１６８及び光減衰体１７０の順序を変えてもよい。物体平面１６０における物体からの光線１８０及び１８１は、前方レンズ・アセンブリ１６４によってコリメートされ、後方レンズ・アセンブリ１７２によって再集束されて、結像平面１７４に焦点を結ぶ。ガラス・カバー１６２上の欠陥１８４からの光線１８２及び１８３は前方レンズ・アセンブリ１６４及び後方レンズ・アセンブリ１７２によってそれぞれコリメートされ再集束されて、結像平面１７４を越えた点１７６に焦点を結ぶ。欠陥１８４が焦点を結ぶ点１７６は、物体平面１７４を包囲する焦点領域１７８の外部にあたる。焦点領域１７８は、絞り１６８の開口径を比較的大きく保持することにより焦点１７８を除外するに十分なだけ小さく保持される。従って、欠陥１８４は結像平面１７４で適当に焦点を結ぶことがなく、光センサによってアーティファクトとして検出されたり、Ｘ線画像のアーティファクトとして表示されたりしない。
【００３４】
図６と図８との比較から明らかなように、高強度Ｘ線撮像については、絞り１６８の開口径１８６は従来のカメラ光学系７５に用いられていたような絞り９３の開口径９４よりも実質的に大きい。絞り１６８の開口径１８６は、広範囲のＸ線強度にわたって一定に留まっていてよい。光減衰体１７０が、光を減衰させる目標の程度を高めるように調節されると、システムは、結像平面１７４に位置する光センサでの光強度の平均量を監視することにより得られるフィードバックによってＸ線強度を高めることにより自動的に応答する。同様に、光減衰体１７０が、光を減衰させる目標の程度を小さくするように調節されると、Ｘ線強度が低下する。
【００３５】
図７は、本発明の一実施形態によれば光減衰体１７０として利用することのできる濃度ホイール１８８を示している。濃度ホイール１８８は円形であって、カメラ光学系１５９を通過して延在する撮像軸に平行なフィルタ軸の周りに回転するように配置される。フィルタ軸は、濃度ホイール１８８の半径に基づく距離だけ撮像軸から離隔している。例えば、フィルタ軸は、濃度ホイール１８８の一つのセクタが前方レンズ・アセンブリ１６４と後方レンズ・アセンブリ１７２との間の有効視野域を通過して延在すると共にこの視野域を網羅するように、カメラ光学系１５９の視野の僅かに外部に隔設されていてよい。
【００３６】
濃度ホイール１８８は、不透明な材料で被覆されたガラス等のような透明な材料で形成されていてよい。不透明な材料は、不透明度の量を変化させるように次第に厚みを増す被覆として濃度ホイール１８８に被覆されていてよい。図７の例では、不透明被覆は、濃度ホイール１８８の周りに時計周り方向に移るに従って厚くなる（従って減衰量が大きくなる）。代替的には、濃度ホイール１８８は、同等の不透明度を有する重なり合わない不連続な区画を形成するように段階的な均等な区画として被覆されていてもよい。代替的には、濃度ホイール１８８は、互いに対して固定されている個別の断片のモザイクで形成されていてもよい。各々のモザイク断片が均等な被覆を有する。
【００３７】
図７では、半径線１９０及び１９８が不透明度を模式的に示している。従って、半径線のない領域１９２では、不透明被覆は存在していないか、又は濃度フィルタ１８８を光に対して実質的に透明にする程度に極めて薄い。円弧１９６に沿って基準標識１９４から遠ざかって次第に角度が大きくなるにつれて、不透明な材料は厚みを増して被覆する。例えば、領域２００に近接した半径線１９８は、領域２０２の半径線１９０よりも間隔が広く空いている。このことは、濃度フィルタ１８８が、領域２０２では領域２００よりも不透明度が高いことを示している。同様に、領域２００は領域１９２よりも不透明度が高い。
【００３８】
不透明な材料の厚みは連続的に変化していてもよいし、又は微細な分解能を可能にするように極めて小さく細い段階的なセクタを成していてもよい。微細な分解能を利用すると、Ｘ線強度が、小さい段階又は細かい段階で同様に変化することが可能になって、患者に照射されるＸ線の量を綿密に制御することができる。例えば、濃度ホイール１８８を少量だけ回転させて減衰を僅かに調節することができる。一旦、ホイール１８８が回転したら、システムは次いでホイール１８８の新たな位置に基づいてＸ線の強度を調節する。
【００３９】
ホイール１８８、ギア・アセンブリ１５４及びモータ１５６のうち一つに電位差計のようなセンサを設ける。センサは、ホイール１８８の軸の位置を感知することができる。センサは、ホイール１８８の位置の精密な制御を可能にする。プロセッサは軸位置を感知して、ホイール１８８が適性に配向するまでモータ１５６を駆動する。
【００４０】
選択により、多数の光減衰体を用いてもよい。例示のためのみに述べると、図９は、光減衰体１７０に隣接して位置しており平行に整列している第二の光減衰体１７１を示している。光減衰体１７０及び１７１のそれぞれの回転軸１６７及び１６９は（図示のように）異なる軸に沿っていてよい。代替的には、光減衰体１７０及び１７１は、互いに対して真直ぐに整列するように形成されて、軸１６７のような共通の軸の周りに回転するものであってもよい。選択により、単一のモータで光減衰体１７０及び１７１の両方を駆動してよい。代替的には、異なるモータで光減衰体１７０及び１７１を駆動してもよい。
【００４１】
光減衰体１７０及び１７１は、不透明な材料で被覆されており、被覆の厚みは互いに対して反対の方向に変化する。従って、光減衰体１７０及び１７１が前方レンズ・アセンブリ１６４と後方レンズ・アセンブリ１７２との間の視野域で互いに重なり合っているときには、不透明度は実質的には、各々の個別の光減衰体１７０及び１７１で連続的に不透明度が変化していても、視野域にわたって実質的に均等になる。例として述べると、視野域では、光減衰体１７０による減衰は光減衰体１７０の周りに時計周り方向に移動するに従って増大する一方、光減衰体１７１による減衰は光減衰体１７１の周りに反時計周り方向に移動するに従って増大するようにすることができる。両方の光減衰体１７０及び１７１によって生ずる複合的減衰は、視野域にわたって比較的均等になる。
【００４２】
濃度ホイール１８８は不透明な材料の連続的なセクタ又は段階的なセクタを被覆した円として記載されている。しかしながら、他の形状を用いてもよい。また、不透明な材料は被覆でなくてもよい。また、不透明な材料はセクタ形状（扇形）でなくてもよい。例えば、光減衰体１７０は矩形、八角形、方形、三角形及び五角形等であってよい。光減衰体は、不透明度の異なる２以上の領域に分割されていなくてもよい。矩形である場合には、光減衰体１７０は、光減衰体１７０の頂部から底部にかけて延在する薄片の形状を有する不透明な領域で形成されていてもよい。このような構造である場合には、光減衰体１７０は、所望の不透明度の領域を前方レンズ・アセンブリ１６４及び後方レンズ・アセンブリ１７２と整列するように移動させるために、撮像軸を横断する方向に横方向摺動するものとする。
【００４３】
代替的な実施形態を参照して本発明を説明したが、当業者であれば、本発明の範囲から逸脱せずに様々な変更を施し均等構成で置換し得ることが理解されよう。加えて、本発明の範囲から逸脱せずに本発明の教示に合わせて具体的な状況又は材料を適合させる多くの改変を施してもよい。従って、本発明は開示した特定の実施形態に限定されているのではなく、特許請求の範囲内に属するすべての実施形態を包含するものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に従って形成されている可動式Ｘ線イメージング・システムを示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に従って形成されているＸ線イメージング・システムを示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に従って形成されている光学カメラ・アセンブリの側面断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に従って形成されている光学カメラ装置の一部の側面図である。
【図５】本発明の一実施形態に従って形成されている光学的機械的カメラ装置の一部の前面図である。
【図６】本発明の一実施形態に従って形成されている光学的アセンブリの模式図である。
【図７】本発明の一実施形態に従って形成されている光学フィルタの模式図である。
【図８】従来の光学カメラ装置の模式図である。
【図９】本発明の一実施形態に従って形成されている代替的な光学フィルタの模式図である。
【符号の説明】
１０ Ｃアーム型Ｘ線装置
１２ Ｃアーム
１２ａ Ｃアームの部分
１４ 内周
１６ 外周
１８ａ 上部末端
１８ｂ 下部末端
２０ 支持手段
２２ 支持アーム
２３ Ｌアーム
２４ 台車
２６ 軌道方向回転軸
２８ 取り付け摺動点
３０ 横方向回転軸
３２ Ｘ線源
３４ 受像器
３６ 内部自由空間
４０ 後方凸面部分
４２ 遮蔽部分
７５、１５９ カメラ光学系
７７ 透明層
７９、１１２、１６０ 物体平面
８１ 前方レンズ系
８３、８６ 物体からの光線軌跡
８４、８５ 欠陥及び汚れからの光線軌跡
８７、１２６、１６６ 光学要素
８９ 後方レンズ系
９１、１１４、１７４ 結像平面
９３ 調節式絞り
９４、１８６ 絞りの開口径
９５、１７８ 焦点領域
９７、１７６ 欠陥の集束点
１００ カメラ装置
１０２ 筐体
１０４、１４８ ブラケット
１０６ カメラ光学系
１０８ 蛍光増倍管
１１０ 光センサ
１２０、１６４ 前方レンズ・アセンブリ
１２１ 光学プリズム
１２２、１６２ 含鉛ガラス・カバー
１２４、１７２ 後方レンズ・アセンブリ
１２８、１６８ 絞り
１３０ 複合凸レンズ
１３２、１３４、１３６、１３８、１４０ 後方レンズ・アセンブリのレンズ
１４２ 後部構造
１４４ フィルタ部材
１４６ 視線
１５０ 回転式支持ピン
１５２ ギア
１５４ ギア・アセンブリ
１５６ モータ
１５８ フィルタ部材の一部
１６７、１６９ 光減衰体の回転軸
１７０、１７１ 光減衰体
１８０、１８１ 物体からの光線
１８２、１８３ 欠陥からの光線
１８４ 欠陥
１８８ 濃度ホイール
１９０、１９８ 半径線
１９２ 半径線のない領域
１９６ 円弧
１９４ 基準標識
２００、２０２ 濃度の異なる領域
Claims (7)
- 医用Ｘ線システムであって、
互いに対向しており患者の撮像軸（４８）に沿って整列しているＸ線源（３２）及び受像器（３４）を保持している支持構造（１２）であって、前記Ｘ線源（３２）及び受像器（３４）は患者により減衰したＸ線のパターンを得るように協働し、前記Ｘ線源は照射されるＸ線の強度を変化させ、前記受像器はＸ線を患者の領域を表わす光線へ変換し、該光線の輝度はＸ線の強度に基づいて変化する、支持構造（１２）と、Ｘ線画像を得るように前記光線を処理するプロセッサ（１１６）と、前記Ｘ線画像を表示する表示器（１１８）と、前記光線の輝度を低下させるように前記光線の一部を遮断する部分的に不透明な部材（１４４、１７０）であって、不透明度の異なる領域（１９２、２００、２０２）を有する部分的に不透明な部材（１４４、１７０）と、
前記光線の輝度の低下を変化させるように前記部分的に不透明な部材（１４４、１７０）を移動させるモータ・アセンブリ（１５６）と、
前記部分的に不透明な部材（１４４、１７０）の移動に応じて、前記Ｘ線システムの自動的なフィードバック応答を介して前記Ｘ線源から照射されるＸ線の強度の減少を生じさせる手段と、
を備えた医用Ｘ線システム。 - 前記部分的に不透明な部材（１４４、１７０）は互いに対して不透明度が変化している領域（１９２、２００、２０２）を有する請求項１に記載のシステム。
- 前記部分的に不透明な部材（１４４、１７０）は互いに対して不透明度が変化している領域（１９２、２００、２０２）を有しており、１以上の領域が一定の不透明度を有する請求項１に記載のシステム。
- 前記部分的に不透明な部材（１４４、１７０）は互いに対して不透明度が変化している領域（１９２、２００、２０２）を有しており、１以上の領域が連続的に変化する不透明度を有する請求項１に記載のシステム。
- 前記モータ・アセンブリ（１５６）は当該Ｘ線システムの自動的なフィードバック応答を介して前記Ｘ線源から照射されるＸ線の強度の減少を生じさせるために、前記部分的に不透明な部材（１４４、１７０）を不透明度の高い状態から不透明度の小さい状態へシフトさせる請求項１に記載のシステム。
- 前記モータ・アセンブリ（１５６）は前記光線に整列するように前記部分的に不透明な部材（１４４、１７０）の不透明のより高い領域を移動させるために、前記部分的に不透明な部材（１４４、１７０）を第一の角度位置と第二の角度位置との間で回転させるギア・アセンブリ（１５４）をさらに含んでいる請求項１に記載のシステム。
- 前記モータ・アセンブリ（１５６）は前記部分的に不透明な部材（１４４、１７０）を、前記光線が前記部分的に不透明な部材の透明度の高い部分を通過するような初期位置と、前記光線の一部が前記部分的に不透明な部材の不透明度の高い部分により遮断されるような最終位置との間で移動させる請求項１に記載のシステム。
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