JP4436484B2 - 患者の血管をシミュレートするデバイス - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｘ線装置の試験のために、人体または人体の一部、特に患者の血管をシミュレートすることを可能にするデバイスの分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｘ線装置は一般に、所与の方向にＸ線ビームを放射することができる管と、患者の体の少なくとも一部分をＸ線ビーム内に位置決めする手段と、ビームとなったＸ線を患者の体のその部分を通過した後で感知する受光手段とを含む。Ｘ線装置は、時間の結果とともに偏る多くのパラメータの制御を必要とし、これにより一定間隔で保守作業を行うことが必要となる。受光手段で得られる画像の画質の低下は、例えば、部品の摩耗による装置の幾何学的形状のわずかな変化や、装置を取り巻く磁場の変動と関連づけることができる。
【０００３】
このような偏りを明らかにするためには、患者の体をシミュレートすることを可能にするデバイスを得ることが必要である。シミュレーション・デバイスのスクリーン上の表示は患者の体のそれと全く同様に行われ、考えられる偏りを明らかにし、それによりＸ線装置が必要最低限の精度より高い精度で作動しているか否かを判定することができるようにする。Ｘ線装置は、得られる画像の精度を回復させるために保守作業を受けなければならない。
【０００４】
このタイプのシミュレーション・デバイスは、画像減法（image subtraction）による脈管イメージングの分野で特に有効である。人体の血管は本来Ｘ線に対して透明であるので、まず不透明化剤を添加せずに画像を撮影し、その後、例えばヨウ素ベースの不透明化剤を患者の血液に注入し、それにより血液をＸ線に対して不透明にし、次いで不透明化剤が患者の脈管網に適当に分散した後で第２の画像を撮影する。得られた２つの画像または一連の画像には電子手段で番号が付けられており、次いで画像減法を実行し、第１の画像で見える器官、すなわちＸ線に対して本来可視である骨などの器官を第２の画像から除去することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、様々なタイプのＸ線装置に適合可能でありながら、取扱いの容易なシミュレーション・デバイス、より具体的には、３次元イメージング装置に適しているシミュレーション・デバイスを提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
患者の体をシミュレートする本発明デバイスは、Ｘ線ビームを放射する手段と、Ｘ線ビームを患者の体の一部分を通過した後で受ける手段とを含む、脈管Ｘ線撮影装置を検査するためのものであり、このＸ線ビームはある軸に中心を合わせられ、回転可能である。本発明シミュレーション・デバイスは、少なくとも部分的にはこの軸に対して横向きに配置される少なくとも１本の金属ワイヤを含む。
【０００７】
本発明の１実施態様では、ワイヤは、Ｘ線ビームの軸の回転平面に対して垂直な軸に対してらせん状に配列される。各ワイヤは、それぞれ一巻きとして配列することができる。ワイヤは、互いに異なる直径を有することが好ましい。各ワイヤは、Ｘ線ビームの軸の回転平面に対して垂直な軸から、その他のワイヤとは異なる間隔で配列される。
【０００８】
本発明の１実施態様では、各ワイヤは、Ｘ線ビームを受ける手段の形状に合わせた形状を有する支持体上に配列される。この支持体は、多角形の赤道断面を有する立方体状または球状である。
【０００９】
本発明の１実施態様では、この支持体は、ワイヤが取り付けられるＸ線吸収の低いエレメントを含み、そのエレメントは支持体の一端からもう一端に延びる。
【００１０】
本発明の１実施態様では、この支持体は、その軸に対して垂直な、Ｘ線吸収の平均的な材料で作成された中央シャフトを含む。
【００１１】
本発明は、非限定的な例としてとり、添付の図面に図示した１つの実施形態の詳細な説明を検討すればより明確に理解されるであろう。
【００１２】
【発明の実施の形態】
シミュレーション動作は、患者の骨および軟組織のみをシミュレートするためのあるユニットの画像を少なくとも１つ獲得し、このユニットおよび患者の不透明化した血管をシミュレートするためのデバイスの画像を少なくとも１つ獲得し、画像減法を使用してシミュレーション・デバイスの画像を得るという方法で実行することができる。このシミュレーション装置は、Ｘ線装置の最も小さなエラーに対しても敏感で、それを検出できるように最適化される。
【００１３】
Ｃ字型アームを有する３次元血管撮影システムでは、獲得システム、すなわちＸ線管とそのＸ線ビームを受ける手段が患者の周りを回転している間に、血管の画像を獲得することができる。その後、生成された一連の２次元デジタル画像から血管の３次元画像を再構築する。この再構築を実行するために、画像獲得の幾何形状のモデルが必要である。このモデルは較正段階中に推定され、その後、患者の画像を獲得する間にその獲得幾何形状が較正中のそれと同じになるかどうかを判定する。獲得幾何形状が正確に同じでない場合、すなわち獲得システムの性能が低下している場合には、再構築した３次元画像の画質も低下することになり、血管のコントラストが低下し、直径の小さな一部の血管が適切に再構築されない、またはぼやけて見えることになる。
【００１４】
獲得システムが３次元画像を再構築する性能レベルの測定は、Ｘ線装置の製造中およびその稼働中ともに重要であるが、これは比較的困難な操作となる。実際には、ある患者について悪い画質が観察されても、それが常に獲得システムによるわけではない。患者の動きや患者の血流中に注入された不透明化液体の伝搬など、その他多くのパラメータが関係する可能性がある。獲得システムを再位置決めする際のエラーは検出しにくい。患者の画像の獲得から得られた２次元画像の画質が申し分なく許容できる場合でも、表示デバイスのエレメントは、患者の画像の獲得ごと、また事前に行われた較正ごとに異なる可能性がある。
【００１５】
３次元血管撮影システムの性能レベルを制御するためには、「ファントム」とも呼ばれる特定のシミュレーション・デバイスを用いて、回転して獲得した患者の画像をシミュレートする必要がある。このファントムの画像は、患者の血管を表すものでなければならない。
【００１６】
図１および図２から分かるように、シミュレーション・デバイスは一般に、頂端部１および底端部２を有し、破線で表される軸３に心合わせされた球形の形状を有し、頂端部１と底端部２で一緒にして取り付けられる複数の半円形のエレメント４を含む。支持部材５は頂端部１に設けられ、支持部材６は底端部２に設けられるている。半円形のエレメント４は、それらの各末端で支持部材５および支持部材６に取り付けられる。半円エレメント４は、例えばプレキシグラスやポリカーボネート、またはそれと密度の同等な別の材料など、Ｘ線吸収の低い材料で作成される。本シミュレーション・デバイスは、円周方向で一様に分布した半円エレメント４を６個含む。ただし、変形として、例えば４個や８個など異なる数だけ設けることも可能である。この半円エレメント４を中央シャフト１４に取り付けた支持体が後述のようにワイヤを取り付けるための支持体である。図示のように、その頂端部１と底端部２の中間が最も広がり、そこに赤道断面を有している。図２に示すようにその形状は多角形である。
【００１７】
半円エレメント４それ自体は平らな図示のように湾曲した適宜の幅の板材であり、それらの外側縁部７上に、軸３からの距離が段ごとに異なる段９から１３を含む段状領域８を有する。軸３と同軸の中央シャフト１４は、頂端部１および底端部２の支持部材５および６を接続する。中央シャフト１４は、シミュレーション・デバイス全体の機械的強度を確保し、例えばアルミニウムなどＸ線の吸収が平均的な材料で作成される。変形として、例えばセラミックやチタンなど、別の材料で作成された中央シャフト１４を設けることも可能であるが、それぞれ重量およびコストの面で欠点がある。
【００１８】
半円エレメント４には、半円エレメント４の厚さを貫通し、軸３を通る平面に対して垂直に外側縁部７付近に段９から１３の高さに配列された、直径の小さな複数の穴１５および１６があけられている。
【００１９】
１７〜２１と番号の付いたワイヤを穴１６に通し、穴１５はワイヤを通さないまま残す。ワイヤ１７〜２１はそれぞれシミュレーション・デバイスの１つの完全な一巻きとして配列され、径方向平面と１５°程度の角度をなすようになっている。例えば、様々な半円エレメント４の段９の穴１６を通るワイヤ１７は、図１の右側に見える半円エレメント４の段９の底端側に設けられた穴１６ａを通り、次いで次のエレメント４の段９の中央の穴１６ｂを通り、次いでその次の半円エレメント４の穴１６ｃを通り、その後図１の左側に見える半円エレメント４の段９の中央の穴１６ｂを通る。もちろん、このシミュレーション・デバイスは空間中でいかなる姿勢でも使用することができるので、左右ならびに頂および底の概念は相対的なもので、図１に対して述べたものである。その他のワイヤ１８から２１も同様に、その他の段１０から１３の穴１６を通して配列される。
【００２０】
ワイヤ１７〜２１は、Ｘ線吸収の高い銅で作成されるが、その直径がその材料のＸ線吸収に従って適合されていれば別の金属または合金で作成することもできる。ワイヤの直径は０．２ｍｍから０．６ｍｍの間で一様に変化する。ワイヤ１７〜２１の末端は穴１６を通り、少量の接着剤で固定される。
【００２１】
中央シャフト１４から、軸３に対して傾いた軸２３上に配列された円筒エレメント２２が延びる。本明細書では円筒と表示するが円柱状のものを排除する意味ではない。円筒エレメント２２は、直径の小さな部分２４で中央シャフト１４に接続される。円筒エレメント２２もＸ線吸収の高い材料で作成される。動脈瘤は部分２４でシミュレートされる直径の減少した頸部を有することが多いので、その部分２４によって動脈瘤をシミュレートすることができる。
【００２２】
中央シャフト１４は、中央シャフト１４に対して斜めに配列され、連続した直径の大きな部分２６および直径の小さな部分２７を備えたリング付きエレメント２５も支持している。これで、部分２６および２７が十分に表示されるかどうかを確認することができるようにしている。
【００２３】
図２からより詳細に分かるように、半円エレメント４は円周方向で一様に分布し、ワイヤ１７〜２１は６角形を形成し、Ｘ線装置のカメラの視野が円形である場合に特に適した球形に近づく。８角形を形成する８個の半円エレメントをシミュレーション・デバイスに設けることも、正方形または５角形を形成する４個または５個の半円エレメントを備えることも可能である。
【００２４】
したがって、ワイヤ１７〜２１より大きな直径を有し、Ｘ線吸収が平均的である中央シャフト１４により、頸動脈など直径の大きな血管をシミュレートし、再構築した３次元画像から定量測定のための密度基準を与えることが可能となる。中央シャフト１４の直径が大きいことで、その画像は劣化の影響を受けにくくなる。したがって、安定した基準が与えられる。直径が小さくＸ線吸収係数が高い様々なワイヤ１７〜２１は、例えば小さな大脳動脈など非常に小さなサイズの血管をシミュレートして、３次元画像の再構築の解像度を推定することを可能にする。ワイヤは、０．２から０．６ｍｍの間で０．１ｍｍずつ増分する様々な直径を有する。各ワイヤと中央シャフト１４との間の間隔は、ワイヤが２次元投影の画像の輪郭に可能な限り近づき、その軸の周りを回転するカメラの場合にＸ線装置のカメラの回転における再位置決めのエラーに対する十分な感度が得られるように決定される。
【００２５】
各ワイヤの３次元配向は、ワイヤの軸と、軸３から径方向に広がる平面との間の角度が小さく１５°以下であるが、０にはならないようになっている。実際には、ワイヤがこのような径方向平面と平行になると、画像は画質の劣化にきわめて敏感になり、これは利点である。軸３は、回転可能なＸ線ビームの軸の様々な位置によって規定される平面に対して垂直である。しかし２次元投影の特定の投射角では、水平ワイヤが重なり合い、エラーを適切に検出することができなくなる危険もある。したがって、図１から分かるように、特定のワイヤ１７〜２１は所々で交差する可能性はあるが、重なり合うことはない。
【００２６】
同様に、図２から分かるように、ワイヤ１７〜２１は互いに重なり合わないように配列される。もちろん、例えば半円エレメント４をポリスチレン・ボールで置き換えるなど、異なる支持構造でも、同じワイヤ配列を得ることができる。利用中に、シミュレーション・デバイスは、中央ロッド１４が画像獲得システムの回転軸とほぼ平行になるように、患者が通常配置されるＸ線装置のテーブルの上に位置決めされる。様々な直径を有する互いに交差するワイヤを利用すると、画像の画質が可視のワイヤ数に比例しているので、可視のワイヤ数を数えることによって較正プロセスの自動化が促進される。
【００２７】
図３は、再構築した３次元画像の２次元側面図である。図１に示すシミュレーション・デバイスの全てのエレメントが図３では可視であることが分かる。直径の大きなワイヤは直径の小さなワイヤよりはっきりと見える。同じことが、図３に使用したのと同じ３次元画像から得られた２次元上面図である図４にも言える。画像再構築の良好な画質の基準となる直径の小さなワイヤ１８がこの図で見えることに留意されたい。
【００２８】
図５は、３つの隣接するワイヤの一部分が見えている、十分な画質の、再構築した３次元画像の２次元部分断面図である。
【００２９】
逆に、図５と同様の断面図である図６では、ワイヤが２つに分裂して見えるので画質は不十分である。この画質の劣化は、Ｘ線管を支持するアーム、およびシンチレータやカメラ、ＣＣＤなど入射Ｘ線を受けて表示する手段の位置決めにおけるエラーによるものである。再位置決めのエラーが、この場合には数分の１度であるが、明白に示される。
【００３０】
図７は、ワイヤの軸を横切ったワイヤの断面に対応するいくつかの輝点を示す図である。これらのワイヤの画像はほぼ円形であり、これは十分である。逆に、図８では、同じワイヤの画像が拡散し、直線の線分となる傾向があり、これは画像獲得システムのカメラの回転における再位置決めのエラーを表し、このエラーは数分の１度程度である。
【００３１】
その結果として、獲得システムの性能のわずかな劣化が、シミュレーション・デバイスの３次元再構築の明白な劣化を生み出す。したがって、このシミュレーション・デバイスを使用して、システムの３次元画像の再構築の画質を推定することができる。中央シャフトの軸と平行に表示が生成されるように、図４に対応する２次元図を使用して３次元画像から再構築の画質の合成図を得ることができる。獲得システムのいくつかのエラーは３次元画像の特定のエラーを生じる。したがって、このシミュレーション・デバイスを使用して、画質の問題を明確にすることができる。このシミュレーション・デバイスは、オペレータによる視覚検査に使用することも、３次元再構築の画質の定量評価を可能にする自動プロセスに使用することもできる。
【００３２】
このプロセスは、画像を形成し、かつ拡大する一連の段階を使用して中央シャフトを検出し、中央シャフトの密度を決定し、所定の線形係数によって得られた一連のエレメントの密度を決定し、各エレメントの密度にしきい値を適用し、中央シャフトと平行な配向の２次元画像を生み出し、画像中に見えるワイヤを検出して計数することによって実行することができ、最終的な画質の判定基準は全ての可視のワイヤの合計である。
【００３３】
当業者なら、本発明の範囲を逸脱することなく、構造および／または機能および／または段階に様々な修正を加えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の１実施形態によるシミュレーション・デバイスを示す側面図である。
【図２】 図１のデバイスの上面図である。
【図３】 図１の位置にあるシミュレーション・デバイスの画像を３次元で再構築した図である。
【図４】 図２の位置にあるシミュレーション・デバイスの画像を３次元で再構築した図である。
【図５】 ワイヤ部分を通る平面内のシミュレーション・デバイスの断面を示す概略図である。
【図６】 Ｘ線装置の再位置決めにエラーがある、図５と同様の図である。
【図７】 シミュレーション・デバイスの部分軸断面図である。
【図８】 Ｘ線装置のカメラの再位置決めにエラーがある、図７と同様の図である。
【符号の説明】
１ 頂端部
２ 底端部
３ 軸
４ 半円エレメント
５ 支持部材
６ 支持部材
７ 外側縁部
８ 段状領域
９ 段
１４ 中央シャフト
１５ 穴
１７ ワイヤ
２２ 円筒エレメント
２５ リング付きエレメント

Claims (9)

1. Ｘ線ビームを放射する手段と、Ｘ線ビームが患者の体の一部分を通過した後でそのＸ線ビームを受ける手段とを含む脈管Ｘ線撮影装置を検査するために患者の体をシミュレートするデバイスであって、
   互いに異なる直径を有する複数のワイヤと、
   前記デバイスの軸（３）の方向から見たときに、前記複数のワイヤの各々が互いに重なり合わない大きさの異なる多角形を形成するように前記複数のワイヤを支持する支持体と、
   含むデバイス。
2. 前記複数のワイヤが、前記軸（３）に垂直な平面に対して所定の角度をなして配列される請求項１に記載のデバイス。
3. 各ワイヤが一巻きとして配列される請求項１または２に記載のデバイス。
4. 各ワイヤが金属製のワイヤであり、０．２ｍｍから０．６ｍｍの間の直径を有している請求項１ないし３のいずれか一項に記載のデバイス。
5. 前記支持体が前記複数のワイヤよりも大きな直径を有し、前記軸と同軸の中央シャフト（１４）を更に含む請求項１ないし４のいずれか一項に記載のデバイス。
6. 前記支持体が前記中央シャフトの頂端部（１）および底端部（２）に接続される複数の半円エレメント（４）を含む請求項５に記載のデバイス。
7. 前記複数の半円エレメント（４）の各々が前記複数のワイヤが通る複数の穴（１６）を有する請求項６に記載のデバイス。
8. 前記複数の半円エレメント（４）が、前記ワイヤよりもＸ線吸収の低い材料で作成される請求項６または７に記載のデバイス。
9. 前記複数の半円エレメント（４）が、プレキシグラス又はポリカーボネートで作成され、前記中央シャフトが、アルミニウムで作成され、前記複数のワイヤが銅で作成される請求項６ないし８のいずれか一項に記載のデバイス。

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