JP4330988B2 - 投影画像から３次元データセットを再構築するｘ線検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、Ｘ線源及びＸ線検出器を含むＸ線検査装置であって、
所定の基準フレームに対する前記Ｘ線源及び前記Ｘ線検出器のそれぞれの向きにおいて一連の投影画像を形成し、前記向きが前記基準フレームについて較正されるように構成され、
前記一連の投影画像から基本３次元データセットを再構築するように構成される、
Ｘ線検査装置に関する。

この種のＸ線検査装置は、国際出願公開公報WO 00/75872から既知である。

前記既知のＸ線検査装置は、前記一連の投影画像から３次元データセットを再構築する。前記投影画像は、特に前記Ｘ線源から放射されるＸ線ビームを使用しながら前記それぞれの向きから検査されるべき患者を照射することにより取得される。前記投影画像が形成される前記向きは、正確に較正され、よって過度のアーチファクトを持たない正確な３次元再構築を可能にする。造影剤が前記検査されるべき患者に投与され、前記投影画像は、検査されるべき解剖学的組織の一部における血管が造影剤で満たされるときに取得される。前記３次元再構築は、データ値を３次元空間的位置に関連付ける３次元データセットを生じる。このデータセットは、前記血管が前記造影剤で満たされた時刻における前記血管の構造を表す。実際には、前記３次元データセットの表示により提供される診断的情報は、依然として不十分であることが見いだされている。

本発明の目的は、３次元再構築の空間的画像情報が、前記３次元再構築のために使用される投影画像に含まれる画像情報以外の画像情報と組み合わされることを可能にするＸ線検査装置を提供することである。

この目的は、基準フレームに対するＸ線源及びＸ線検出器の位置が、１つ以上の付加的な観測方向に対して較正される本発明によるＸ線検査装置によって達成される。結果として、前記１つ以上の付加的な観測方向に対して利用可能な画像情報が、３次元データセットと合致して再現されることができる。前記３次元データセットと、前記１つ以上の付加的な観測方向と関連付けられた前記画像情報との組み合わされたレンダリングは、前記検査されるべき対象の空間的態様を忠実に表し、前記検査されるべき対象は、前記基本３次元データセットが再構築される前記投影画像により、及び前記付加的な観測方向（複数の方向）と関連付けられた前記画像情報により表される。本発明のこれら及び他の態様は、従属請求項において定義される本発明の以下の実施例に基づいて以後詳述されるだろう。

例えば、前記付加的な観測方向（複数の方向）と関連付けられた前記画像情報は、１つ以上の付加的なＸ線画像の形式において利用可能である。好ましくは、このような付加的なＸ線画像は、陰影画像として形成され、前記陰影画像の各々は、独自の投影方向を持つ。前記付加的なＸ線画像が形成される前記投影方向は、この場合、前記付加的な観測方向（複数の方向）を構成する。前記付加的なＸ線画像及び前記３次元基本データセットは、正しい相互関係を持つように再現される。例えば、前記Ｘ線の比較的低いエネルギ及び強度において前記一連の投影画像を形成し、前記Ｘ線のより高いエネルギ及び／又は強度において前記付加的なＸ線画像を取得することは、有利である。前記検査されるべき患者は、このように前記基本３次元データセットに対する前記投影画像の取得のために少ないＸ線照射にさらされる。前記付加的なＸ線画像は、低いノイズレベル及びこの故に高い診断画質を持つ。本発明による前記Ｘ線検査装置は、前記付加的なＸ線画像の高い診断画質が、前記基本３次元データセットにおける前記空間的画像情報と組み合わされることを可能にする。

更に、前記基本３次元データセットと一緒に、前記基本３次元データセットが再構築される前記投影画像の前又は後に取得される画像情報を再現することも可能である。前記検査されるべき対象における時間変化は、このように前記対象の空間的構造と共に忠実に及び正確に再現されることができる。例えば、有利な結果は、前記検査されるべき患者の脈管系の一部を造影剤を含む血液で満たす過程の再現に対して得られる。好ましくは、前記脈管系を造影剤を含む血液で満たす連続した段階を示す付加的なＸ線画像の連続が形成される。前記脈管系の空間的構造は、前記基本３次元データセットから既知であり、前記付加的なＸ線画像は、前記脈管系を通る前記血液のダイナミックな流れを提供する。前記付加的なＸ線画像の前記投影方向、即ち、前記付加的な観測方向及び前記３次元データセットに対する前記投影画像は、同じ基準フレームに対して較正されているので、両方の型式の情報が、正確に対応するようにされることができる。結果として、前記脈管系を通る前記血液のダイナミックな流れは、正確に視覚化されることができるが、それにもかかわらず比較的少ないＸ線照射量で十分である。

好ましくは、前記基本３次元データセットは、前記付加的なＸ線画像に基づいて連続的に更新され、例えば、新しい付加的なＸ線画像が利用可能になるといつでも更新を実行するのは便利である。３次元データセットの動的系列が、このように形成され、このような動的系列における連続したデータセットは、この場合、前記血管を造影剤を含む血液で満たす連続した段階に関する。

更に、あらかじめメモリに複数の好ましい付加的な観測方向及び／又は前記Ｘ線源及び前記Ｘ線検出器の対応する位置を記憶することは有利である。これは、前記付加的な画像の取得のための前記Ｘ線源及び前記Ｘ線検出器の位置決めを容易にする。ユーザ（複数のユーザ）自身が、複数の好ましい付加的な観測方向及び／又は前記Ｘ線源及び前記Ｘ線検出器の関連付けられた位置を記憶することを可能にされる場合、関連した前記ユーザ（複数のユーザ）、例えば個々の放射線医の個人的選択が、考慮されることができる。

好ましくは、前記１つ以上の付加的なＸ線画像の取得のための前記Ｘ線源及び前記Ｘ線検出器の位置決めに対して、前記Ｘ線源及び前記Ｘ線検出器は、所定の開始位置から所望の位置まで移動されることが保証される。結果として、前記付加的なＸ線画像の取得のための前記所望の位置は、常に同一方向から到達される。とりわけ機械的なヒステリシス効果が特に避けられるので、前記所望の位置は、このように正確に到達されることが見いだされている。

本発明のこれら及び他の態様は、以下の実施例に基づいて及び添付図面を参照して、例によって以後詳細に記述されるであろう。

図１は、３次元回転血管造影法手順の構成の概略的表現である。図１は、検査されるべき患者20に対する複数の方向におけるＸ線源1及びＸ線検出器2を示す。矢印により示されるように、前記Ｘ線源及び前記Ｘ線検出器は、回転軸3のまわりを一緒に回転される。この目的のために、例えば、前記Ｘ線源及び前記Ｘ線検出器は、両方ともＣアーム20のようなスタンドから懸架される。２次元投影画像10₁-10₇の１つが、これらの方向の各々において形成される。このような投影画像は、しばしば瞬間的な投影画像から以前取得されたマスク画像を引き算することにより得られるサブトラクション画像であるので、これにより前記サブトラクション画像は、実際的に前記瞬間的な投影画像と前記マスク画像との間の差のみを表す。補正ユニット21を使用して、複数の幾何学的補正は、特にテレビカメラを持つＸ線画像増幅器が前記Ｘ線検出器として使用される場合に生じる樽形及び糸巻き形歪のような既知の歪に対して前記投影画像を補正するために、投影画像10₁-10₇に対して適用される。再構築ユニット22は、投影画像10₁-10₇から３次元データセット23を再構築する。この３次元データセットは、例えば、前記３次元データセットの（準）空間的表示に適したモニタ24上に再現される。

本発明によると、投影画像10₁-10₇が形成されるだけではなく、付加的なＸ線画像11₁、11₂、11₃も形成される。示される例は、３つの付加的なＸ線画像を使用する。このような付加的なＸ線画像は、前記付加的な観測方向12₁、12₂及び12₃の１つごとに形成される。このような付加的な観測方向は、前記Ｘ線源及び前記Ｘ線検出器が投影画像10₁-10₇の取得のために回転される面内に位置することができ、これは、付加的な観測方向12₂の場合である。付加的な観測方向は、前記Ｘ線源及び前記Ｘ線検出器が投影画像10₁-10₇の取得のために回転される面の外に位置することもでき、これは、付加的な観測方向12₁及び12₃の場合である。前記付加的な観測方向は、例えば、前記３次元データセットに対する前記投影画像の向きの較正中と同じ位置における較正ファントム6に対する投影画像10₁-10₇の向きと一緒に規定される。前記投影画像に対する前記向きの較正と、前記付加的な観測方向の較正とに対する基準フレームは、前記較正のために配置される前記位置における前記較正ファントムにより規定される。

図２は、本発明が使用されるＸ線検査装置の概略的表現である。この場合にはＸ線画像増幅器として構成されるＸ線源1及びＸ線検出器2は、この場合にＣアーム20であるスタンドから懸架される。Ｃアーム20はスリーブ30を介して移動可能であり、Ｘ線源1及びＸ線検出器2は、この場合、図面の面内を一緒に回転する。この動きは、ローリング回転（rolling rotation）とも称される。スリーブ30も回転軸30のまわりを回転可能であり、前記Ｘ線源及びＸ線検出器2は、この場合、図面の面を横切って回転し、後者の回転は、“プロペラ運動”とも称される。このプロペラ運動は、特に心臓学の場合に、前記検査されるべき患者の心臓の高い診断画質の３次元再構築を可能にする。

前記較正の好ましいバージョンにおいて、較正ファントム6は、タワー19の上に配置される。タワー19は、患者テーブル31上に配置される。前記較正ファントムは、このように図示された状況においてアイソセンタ9の外でありＸ線画像増幅器2の近くに位置する。較正制御ユニット7の制御下において、Ｘ線画像、即ち、前記較正ファントムの第１較正画像が形成される。その後、Ｃアーム20は、回転軸3のまわりを１８０°回転され、即ち、再び補正ユニット7の制御下において、Ｘ線源1及びＸ線検出器の位置は、このように交換され、較正ファントム6は、アイソセンタ9より前記Ｘ線源の近くに位置する。較正制御ユニット7の制御下において、更に他のＸ線画像、即ち、第２較正画像が、前記ファントムから形成される。前記較正ファントムの前記画像の相対的なずれを検出するために前記２つの較正画像を比較することにより、中央ビームライン4が回転軸3と正確に垂直に延在するかどうかを確認することができる。これは、両方の較正画像をモニタ24上に表示することにより肉眼により行われることができる。その後、前記Ｘ線源及び前記Ｘ線検出器の向きは、投影画像10₁-10₇が前記中央ビームラインと正確に垂直である位置に決定される。本例において、７つの向きのみが、前記投影画像に対して示されるが、しかし実際にはしばしば１０の向き又は１００以上の向きでさえも前記投影画像に対して使用される。このような大きな数の場合には、前記Ｃアームが事前選択された開始位置より回転されている時間に基づいて較正中心軸4に対する個別の前記投影画像の向きを決定することは便利である。これは、前記Ｃアームの機械的な動きが正確に再現可能であることは見いだされているからである。更に、付加的なＸ線画像12₁-12₃に対する付加的な観測方向は、前記中央ビームラインに対して正確に決定される。これらの付加的な観測方向は、前記検査されるべき患者が前記付加的なＸ線画像を形成するために前記Ｘ線源によって照射される投影方向12₁、12₂、12₃に対応する。前記付加的な観測方向12₁及び12₃は、図２における図面の面内に位置しておらず、回転軸3のまわりの回転により到達される。付加的な観測方向12₂は、図面の面内に位置し、前記Ｃアームをスリーブ30を介して回転することにより到達される。明らかに、スリーブ30を介する動きと、軸3のまわりの回転と、また、中央ビームライン4のまわりの回転との組み合わせにより到達される付加的な観測方向を使用することも可能である。前記中央ビームラインのまわりの回転は、回転可能であるように天井から懸架されるか、又は床の上の基部（図示されていない）の上で回転可能であるように取り付けられるサポート（図示されていない）上の前記スリーブ及びＣアーム20により形成される組立物を取り付けることにより可能になる。

現代のＸ線検査装置において、較正制御ユニット7と再構築ユニット21を持つ補正ユニット21とは、通常、プログラム可能なプロセッサ25に組み込まれる。例えば、前記較正の結果、零点の向き（zero-point orientation）は、例えば、前記較正制御ユニットのメモリに記憶されることができる。前記零点の向きは、このようにすぐに再び取り出されることができる。

本発明が使用される３次元回転血管造影法手順の概略的表現である。 本発明が使用されるＸ線検査装置の概略的表現である。

Claims (8)

1. Ｘ線源及びＸ線検出器を含むＸ線検査装置であって、
   所定の基準フレームに対する前記Ｘ線源及び前記Ｘ線検出器のそれぞれの向きにおいて一連の投影画像を形成し、前記向きが、前記基準フレームに対して較正されるように構成され、
   前記一連の投影画像から基本３次元データセットを再構築し、前記基準フレームに対する前記Ｘ線源及び前記Ｘ線検出器の位置が、１つ以上の付加的な観測方向について較正されるように構成される、
   Ｘ線検査装置。
2. 前記装置が、前記１つ以上の付加的な観測方向に対して１つ以上の付加的なＸ線画像を形成するように構成される、請求項１に記載のＸ線検査装置。
3. 前記装置が、前記基本３次元データセットと、それぞれの付加的なＸ線画像とに基づいて３次元データセットの動的な系列を再構築するように構成される、請求項２に記載のＸ線検査装置。
4. 前記装置が、連続した付加的なＸ線画像に基づいて前記基本３次元データセットを更新することにより前記３次元データセットの前記動的な系列を再構築するように構成される、請求項３に記載のＸ線検査装置。
5. 前記装置は、このような付加的な観測方向に対する前記Ｘ線源及び／又は前記Ｘ線検出器の位置が所定の開始位置から到達されるように構成される、請求項１に記載のＸ線検査装置。
6. 前記投影画像が、連続した時刻における連続した向きにおいて形成され、
   前記連続した向きが、前記連続した時刻と共に較正される、
   請求項１に記載のＸ線検査装置。
7. 前記装置が、前記基準フレームに対する前記Ｘ線源及び前記Ｘ線検出器の向きの別々のセットに対して投影画像の別々の系列を形成するように構成され、
   個別のセットにおけるそれぞれの向きは、毎回同じ回転軸のまわりの回転により互いに離れている、
   請求項１に記載のＸ線検査装置。
8. 前記個別のセットにおけるそれぞれの向きが、前記個別のセットに特有である回転軸のまわりの回転により互いに離れている、請求項７に記載のＸ線検査装置。

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