JP4524172B2 - 収集システムのアイソセンタに関して被検体を位置決めする方法及び装置 - Google Patents

収集システムのアイソセンタに関して被検体を位置決めする方法及び装置 Download PDF

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Description

本発明は、一般に、画像収集のための被検体の位置決めに関する。詳細には、本発明は、画像収集システムのアイソセンタに関する被検体の位置決めに関連する。
医学診断用に設計されたイメージング・システムは、X線システム、トモデンシトメトリ(CT)システム、超音波システム、電子ビーム断層撮影法(EBT)、磁気共鳴(MR)システム、及びこれに類するものなどの種々の形式のイメージングを含む。医学診断用に設計されたイメージング・システムは、患者などの被検体を、例えば患者を透過するX線などのエネルギー線源に曝露することによって該被検体の画像を生成する。生成された画像は、幾つかの目的に使用することができる。例えば、被検体の内部欠陥を発見することができる。更に、構造又は配列の内部変化を測定することができる。また、被検体内の流体の流れを表すことができる。更に、画像は被検体内の物体の有無を示すことができる。医用診断イメージングから取得される情報は、医療及び製造を含む幾つかの分野での用途がある。
イメージング・システムの使用による被検体又は患者からの画像の取得は、あるレベルのX線放射のような放射線への露光を通常必要とする。より多くの画像露光又は走査が行われると、被検体又は患者はより多くの放射線に曝される。放射線への露光が増大すると、イメージングを受ける患者の健康に対する危険を伴う。更にまた、健康及び安全基準により、患者の画像走査の線量が制限される。該健康及び安全基準は、少ない画像又は低品質の走査の結果として、画像品質に影響を与える可能性がある。従って、患者への放射線量及び露光量を低減するシステムが非常に望ましい。
断層撮影再構成は、2次元及び3次元画像走査に対する断層撮影画像を再構成する。トポグラフ再構成は、画像収集システムで生成された画像データの投影(X線投影などの)から画像を再構成する。幾つかの投影からのデータを組み合わせて、被検体を描写する画像を生成する。多くの場合、2次元スライスが3次元被検体の走査から再構成される。
断層撮影再構成の間、撮像されることになる被検体又は患者の器官は、使用される収集システム(例えば、X線源及び検出器)の回転の中心(例えば、アイソセンタ)内又はその近傍に置かれる。C型アーム・イメージング・システム上で収集された2次元X線のビューを再構成するために、例えば、連続2次元X線透視法では、通常被検体又は器官のセンタリングが行われる。すなわち、特定のX線収集によって最適の位置が見出されるまで、幾つかの側面及び正面投射が行われる。従って、画像収集システムのアイソセンタ上又はその近傍に被検体又は患者の器官を位置決めする方法が非常に望ましい。
米国特許第6490473号
従って、画像収集システムのアイソセンタ内に被検体を位置決めするように設計された、改良された被検体位置決めシステムに対する必要性が存在する。
本発明の幾つかの実施形態は、断層撮影画像再構成システムにおけるアイソセンタ及び位置合せを確定する方法及びシステムを提供する。幾つかの実施形態において、該方法は、イメージング・システムにおけるX線の2つの投影の収集と、イメージング・システムのアイソセンタの確定と、撮像されることになる被検体の中心の位置特定と、アイソセンタに関する被検体の中心の位置の位置決めとを含む。アイソセンタは、X線投射を横断するセグメントに基づいて確定することができる。電磁照射器及び受信器などの電磁ナビゲーション装置を用いて、アイソセンタを確定し、該中心の位置を特定することができる。被検体は、アイソセンタに関して中心の位置を位置決めするために手動及び/又は自動的に移動することができる。
1つの実施形態において、該方法は、イメージング・システムに固定された電磁受信器に対する少なくとも3つの位置計測値の収集と、該位置計測値に基づく電磁照射器に関するアイソセンタの計算とを含む。該方法はまた、被検体の中心の位置の表示と、アイソセンタと該中心とが位置合せされるようにする被検体の移動とを含むことができる。被検体は、アイソセンタと該中心の位置とが一致するような方法で手動及び/又は自動的に移動することができる。アイソセンタは、位置計測の中心に基づいて計算することができる。
1つの実施形態において、該方法は、イメージング・システムの近似焦点距離の計算と、イメージング・システムの電磁照射器に関する電磁受信器の位置及び方位情報の確定と、位置及び方位情報と近似焦点距離とを利用することによるイメージング・システムのアイソセンタの特定とを含む。また該方法は、アイソセンタを特定するための位置情報のオーバーヘッド投射を含むことができる。更に、該方法は、周辺領域内での被検体の中心の位置の表示を含むことができ、アイソセンタと該中心の位置とが位置合せされるように断層撮影収集及び移動を行うことができる。被検体は、アイソセンタと該中心の位置とが位置合せされるように自動的及び/又は手動で移動することができる。
幾つかの実施形態において、該システムは、電磁場を発生する電磁照射器と、電磁照射器の電磁場を検出する電磁検出器と、電磁受信器からの情報に基づいて画像走査のアイソセンタを確定するためのイメージング・ユニットとを備える。電磁受信器は、イメージング・データを収集するための検出器上に設置することができる。照射器は、撮像されるべき被検体上に設置することができる。或いは、受信器を被検体上に、照射器を検出器上に設置してもよい。イメージング・ユニットは、電磁受信器からの複数の位置計測値に基づいてアイソセンタを特定することができる。イメージング・ユニットはまた、複数のX線投影と電磁受信器からの複数の位置計測値とに基づいてアイソセンタを特定することができる。イメージング・ユニットは、該アイソセンタに基づいて、撮像されることになる被検体を再位置決めすることができる。
該システムはまた、電磁受信器からの磁場を検出する第2の電磁受信器を備えることができる。第2の電磁受信器は、撮像されることになる被検体の中心を特定するツール上に配置することができる。イメージング・ユニットは、第2の電磁受信器からの情報に基づいて被検体の中心を特定することができる。
上述の要約並びに本発明の特定の実施形態の以下の詳細な説明は、添付図面と共に前記説明を読むとより理解されるであろう。本発明を説明するために、幾つかの実施形態が図面に示されている。しかしながら、本発明は、添付図面に示された構成及び機器に限定されるものではない点を理解すべきである。
本発明の幾つかの実施形態が、C型アームX線イメージング・システムに関して例示の目的として説明される。本発明の実施形態は、磁気共鳴(MR)イメージング、X線イメージング、トモデンシトメトリ・イメージング(CT)、電子ビーム断層撮影(EBT)、陽電子放射断層撮影(PET)、単光子放射型コンピュータ断層撮影(SPECT)、及び超音波イメージングなどの複数のイメージング形式に適用することができる。
図1は、本発明の実施形態に従って利用される、超音波イメージング用の被検体位置決めシステム100を示す。システム100は、電磁照射器110、電磁受信器120、125、X線検出器130、X線源135、被検体140、ツール150、及び断層撮影再構成ユニット160を備える。電磁照射器110は、被検体140に固定される。電磁受信器120は、X線検出器130上に固定される。電磁受信器125は、ツール150上に固定される。
電磁照射器110及び電磁受信器120、125は、電磁ナビゲーション装置である。例えば、電磁照射器110及び電磁受信器120、125は、生成された磁場に基づいて対象物の位置を特定する3つのワイヤ・コイルとすることができる。電磁ナビゲーション装置は、磁場強度及び位相などの情報に基づいて対象物の位置を特定する複数の方法を利用する。1つの実施形態において、電磁ナビゲーション装置は、architecture of the industry standard coil(ISCA)に従って構成することができる。
電磁照射器110は、例えば、再構成を行う患者、器官或いは他の対象物といった被検体140上又はその内部に配置される。電磁照射器110は磁場を発生させる。照射器110によって生成される磁場の特性は、座標系における受信器120及び/又は125に対する照射器110、すなわち被検体の位置を特定するために利用することができる。
電磁受信器120は、例えば、X線検出器130上又はその中に設置される。X線検出器130は、X線源135によって生成された放射線を検出する。電磁受信器120は、被検体140上の電磁照射器110からの磁場を検出する。電磁受信器120は、電磁照射器110からの磁場に関するデータを断層撮影再構成ユニット160に送信する。
電磁受信器125は、例えば、ツール150上又はその中に設置される。ツール150は、例えばロッド、クランプ、又は他のツールであり、これらは再構成する被検体の中心をプロットするために使用することができる。受信器125は照射器110からの磁場を検出する。電磁受信器125は、照射器110からの磁場に関するデータを再構成ユニット130に送信する。
別の実施形態において、受信器120、125は被検体140上に設置される。照射器110は、ツール150又は検出器130上に設置される。
断層撮影再構成ユニット160(或いは他のイメージング・ユニット)は、被検体140及びツール150の場所を求め、且つシステム100のアイソセンタを求めるために、受信器120、125からのデータを受信する。断層撮影再構成ユニット160は、3次元画像の再構成のような操作を最適化するために、被検体140の中心をシステム100のアイソセンタと位置合せする。断層撮影再構成ユニット160は、専用プロセッサ又は非専用コンピュータの一部とすることができる。再構成ユニット160は、別個のユニットで構成することができ、或いは他のイメージング・システム構成要素と組み合わせてもよい。
作動中、再構成位置は、X線収集の有無に拘らず、2つの電磁受信器120位置(例えば、正面及び側面)を利用することによって求めることができる。線源135は、例えば、正面及び側面位置に対して被検体140を通過するX線投射を生成する。受信器120及び検出器130は、正面投射及び側面投射を識別する。1つの実施形態において、投射に関する情報は、最新及び/又は以前のキャリブレーションの間に取得することができる。側面及び垂直投射ベクトルは一般的に交差しない。システム100のアイソセンタは、投射を接続する直交セグメントの中点位置で確定される。電磁受信器120が検出器130上に固定されており、電磁照射器110が被検体140上に固定されているときには、アイソセンタは、被検体140(照射器110)に関して確定することができる。
別の実施形態において、X線投射における焦点距離を近似的に求めることができる。この近時焦点距離と電磁的位置決め情報とを用いることによって、X線画像を収集することなく投射ベクトルと焦点とを求めることができる。該ベクトルと焦点とが求まり次第、上述のようにしてアイソセンタを接続セグメントの中点から求めることができる。
アイソセンタが照射器110の位置に関して求められ次第、電磁受信器125を備えるツール150が、その周囲で断層撮影収集が行われる被検体140の中心又は被検体の一部の位置を特定するのに利用される。医師は、例えば、システム100において再構成する器官の中心に電磁受信器を備えるクランプを取付ける。照射器110及び電磁受信器125をツール150の位置を決定するために利用することができる。
次いで、再位置決めシステム(図示せず)を用いて、既に識別された被検体140の中がシステム100のアイソセンタに関して位置合せされるように被検体140を再位置決めする。再位置決めシステムは、手動システム及び/又は自動システムとすることができる。再位置決めシステムは、例えば、被検体の中心とアイソセンタとがほぼ位置合せされるまで技師によって移動される手動のテーブル又は支持体とすることができる。或いは、自動テーブル又は支持体が、例えば、アイソセンタと被検体の中心とからのデータに基づいて該被検体を自動的に再位置決めしてもよい。
別の実施形態において、放射線(例えばX線)に露光することなくアイソセンタを求めることができる。検出器130は、断層撮影画像収集中と同様に位置決めされるが、線源135によってX線は生成されない。検出器130の中心に位置する電磁受信器120は、照射器に関する、検出器130の中心の3つ又はそれ以上の位置を求める。断層撮影再構成ユニット160は、該位置データを受け取る。3つの位置が収集される場合には、該3つの位置は三角形を形成する。アイソセンタは、この三角形の中心に確定することができる。3つより多い位置が収集された場合には、該位置は円を形成する。アイソセンタは、検出器130の該収集された位置の平均平面上に投射された平均的な円の中心に特定することができる。
或いは、再構成ユニット160は、照射器110及び受信器120を利用することによって収集される検出器130位置の電磁的方位を求めることができる。近似線源画像間距離は、キャリブレーション又は他の情報によって求めることができる。従って、検出器130位置は逆投射することができる。アイソセンタは、上述されたように投射を接続するセグメントの中点である。
上述されたように、アイソセンタが求まり次第、ツール150は被検体140の断層撮影再構成の目的とする中心を検出する。被検体140は、その中心がイメージング・システムのアイソセンタに関して位置決めされるように手動及び/又は自動的に再位置決めされる。
図2は、本発明の実施形態に従って利用される、画像収集システムにおける被検体のアイソセンタを位置決めする方法200のフローチャートを示す。ステップ210において、電磁受信器120の投影又は位置が最初に収集される(例えば、側面又は正面)。X線検出器130上の電磁受信器120では、例えば、X線源からの正面及び側面投射が取得され、X線検出器130に配向される。次いで、ステップ220において、アイソセンタが電磁照射器110の位置に関して計算される。アイソセンタは、例えば、ベクトル及び焦点に基づいてX線投射から計算される。1つの実施形態において、アイソセンタは、X線投射を直交的に接続するセグメントに沿ったほぼ中央に位置する。
図3は、本発明の実施形態による撮像されるべき被検体を通過する正面及び側面のX線投射を示す。側面焦点F及び側面投射ベクトルVは、電磁受信器120を備えたX線検出器130上に側面画像を生成する。正面焦点F及び正面投射ベクトルVは、X線検出器130上に正面画像を生成する。焦点F及びF並びにベクトルV及びVは、キャリブレーションを用いて求めることができる。次いで、ベクトルnを、V及びVから以下のようにして求めることができる。
Figure 0004524172
次いで、場所H及び場所Hを、例えば次式を用いることによって、ベクトルV及びVに沿って任意の時間で求めることができる。
Figure 0004524172
及び、
Figure 0004524172
アイソセンタ(I)は、H及びHを用いることによって、以下の様式で計算することができる。
Figure 0004524172
アイソセンタは、被検体140上の電磁照射器110に関して求められる。或いは、ベクトル及び焦点F及びFが、X線画像を収集することなく電磁照射器110からの位置及び方位情報を用いることによって求めることができる。
次に、ステップ230で、断層撮影収集において電磁受信器125が固定されたツール150を利用することによって被検体140の中心位置を特定する。図1は、本発明の実施形態による被検体140の中心をプロットする、電磁受信器125を備えたツール150を示す。次いで、ステップ240で、被検体140は、ステップ230で特定された中心位置がアイソセンタに関して位置合せされるように位置決めされる。該位置決めは、手動(手動の位置決めシステム又はテーブルを用いて)及び/又は自動的(例えば、電動のテーブル又は位置決めシステムを用いて)に行うことができる。
血管用C型アームX線システムに固定された電磁テーブルは、例えば、関心器官の中心が該C型アーム・システムのアイソセンタにほぼ一致するまで患者を移動させることができる。図5は、本発明の実施形態によるアイソセンタと被検体の中心との位置合せを示している。ステップ250において、被検体140の断層撮影再構成を行うことができる。
別の実施形態において、収集システムのアイソセンタは、走査又は画像投影を行うことなく求めることができる。図6は、本発明の実施形態によるアイソセンタを特定し、且つ被検体を位置決めする方法600のフローチャートを示す。最初に、ステップ610において、3つ又はそれ以上の位置がX線検出器130上に固定された電磁受信器120から取得される。電磁受信器120により、例えばX線投射を行うことなく、断層撮影収集の間に検出器130の中心を記録することが可能となる。検出器130の3つの位置は、三角形の頂点を形成する。
次に、ステップ620で、該三角形によりアイソセンタの位置を特定する。1つの実施形態において、アイソセンタは該三角形の中心に一致する。アイソセンタ(I)は、以下の連立方程式を解くことによって該三角形の平面内で求めることができる。
Figure 0004524172
式中
Figure 0004524172
は、該三角形平面内で表わされる3つの検出器130位置の座標である。
3つを越える検出器130の位置が取得される場合には、アイソセンタは、収集される検出器130位置の平均平面上に投射される平均円又は楕円の中心に一致する。収集される位置に一致する平均平面が、次式の値を最小化することによって最初に求められ、
Figure 0004524172
式中
Figure 0004524172
は、検出器130の中心から収集される3次元位置を表す。次いで、平均円が、平均平面内で収集される位置から投射された位置
Figure 0004524172
を利用することによって計算される。平均円は、次式の値を最小化することによって求められる。
Figure 0004524172
平均楕円は、次式を用いることによって求められる。
Figure 0004524172
或いは、アイソセンタは、検出器130によって収集される位置の電磁的方位及び線源画像間距離の近似値に基づいて求めることができる。線源画像間距離はキャリブレーションによって求めることができる。次いで、該位置を逆投射して、アイソセンタを求めることができる。
次いで、ステップ630で、断層撮影収集において、電磁受信器125を固定するツール150を利用することによって被検体140の中心位置を求めることができる。次いで、ステップ640において、被検体140は、ステップ630で特定された中心位置がアイソセンタに関して位置合せされるように位置決めされる。該位置決めは、手動(例えば、手動の位置決めシステム又はテーブルを用いて)及び/又は自動的(例えば、電動のテーブル又は位置決めシステムを用いて)に行うことができる。血管用C型アームX線システムは、例えば、関心器官の中心がC型アーム・システムのアイソセンタにほぼ一致するまで患者を移動させることができる。被検体140の断層撮影再構成をステップ650で行うことができる。
1つの実施形態において、「良好な」作動位置は、例えば、該位置の幾つかの特性を表すことにより数学的に定義することができる。位置の特性は、再構成する器官又は被検体に応じて異なる可能性がある。該特性はまた、位置合せが行われる前に被検体の中心を位置特定するのに利用されるツールに応じて変わる可能性もある。幾つかの実施形態は、例えば、電磁照射器及び電磁受信器などの電磁ナビゲーション・システムを利用することによる断層撮影再構成における良好な位置を求める種々の方法を与える。3次元断層撮影収集における良好な作動位置は、検出器と、例えば患者などの被検体とに接続された受信及び送信デバイスを利用することによって簡単且つ迅速に特定することができる。該位置の効率的な確定は、被検体のセンタリングの間の放射線量を低減する。
従って、本発明の幾つかの実施形態は、断層撮影画像の再構成を容易にする収集システムのアイソセンタに関して被検体を位置付ける。幾つかの実施形態は、電磁ナビゲーション装置を利用することによる3次元再構成における器官又は他の被検体の半自動位置決めを提供する。幾つかの実施形態は、画像露光なしで又は最小数の露光で最適な断層撮影収集の位置決めを提供する。電磁ナビゲーション装置は、画像再構成の最適位置を求めるのに利用することができる。
本発明を幾つかの実施形態を参照して説明してきたが、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変更を行い、均等物で置き換え得ることは当業者であれば理解するであろう。更に、本発明の範囲から逸脱することなく、特定の状況又は材料を本発明の教示に適合させるための多くの変更を行うことができる。従って、本発明は開示された特定の実施形態に限定されず、添付の請求項の範囲に包含される全ての実施形態を包む。
本発明の実施形態により利用される磁気共鳴イメージング・システムを示す図。 本発明の実施形態により利用される画像収集システムにおいて被検体を位置決めする方法のフローチャート。 本発明の実施形態による撮像されることになる被検体を透過する正面及び側面X線投射を示す図。 本発明の実施形態による被検体の中心に向けられた電磁受信器を備えるツールを示す図。 本発明の実施形態によるアイソセンタと被検体の中心の位置との位置合せを示す図。 本発明の実施形態によるアイソセンタの特定と被検体の位置決めの方法についてのフローチャート。 本発明の実施形態による被検体の中心に向けられた3つの電磁受信器を備える構成を示す図。
符号の説明
100 被検体位置決めシステム
110 電磁照射器
120 電磁受信器
125 電磁受信器
130 X線検出器
140 被検体
150 ツール
160 断層撮影再構成ユニット

Claims (10)

  1. イメージング・スキャナにおいて被検体をセンタリングするシステムであって、
    磁場を発生する電磁照射器と、
    前記電磁照射器の磁場を検出する電磁受信器と
    前記電磁受信器からの情報に基づいて画像走査のアイソセンタを確定するためのイメージング・ユニットと、
    を備え、
    前記電磁受信器が前記画像走査の検出器の上に配置される、システム。
  2. イメージング・スキャナにおいて被検体をセンタリングするシステムであって、
    磁場を発生する電磁照射器と、
    前記電磁照射器の磁場を検出する電磁受信器と
    前記電磁受信器からの情報に基づいて画像走査のアイソセンタを確定するためのイメージング・ユニットと、
    を備え、
    前記イメージング・ユニットは、該アイソセンタに基づいて、撮像されることになる被検体を再位置決めする、システム。
  3. 前記イメージング・ユニットが、前記電磁受信器の複数の位置計測値基づいて前記アイソセンタを特定することを特徴とする請求項1又は2に記載のシステム。
  4. 前記電磁照射器からの磁場を検出する第2の電磁受信器を更に備えることを特徴とする請求項1又は2に記載のシステム。
  5. イメージング・スキャナにおいて被検体をセンタリングするシステムであって、
    磁場を発生する電磁照射器と、
    前記電磁照射器の磁場を検出する電磁受信器と
    前記電磁受信器からの情報に基づいて画像走査のアイソセンタを確定するためのプロセッサと、
    を備え、
    前記電磁受信器が前記画像走査の検出器の上に配置される、システム。
  6. イメージング・スキャナにおいて被検体をセンタリングするシステムであって、
    磁場を発生する電磁照射器と、
    前記電磁照射器の磁場を検出する電磁受信器と
    前記電磁受信器からの情報に基づいて画像走査のアイソセンタを確定するためのプロセッサと、
    を備え、
    前記電磁照射器が前記画像走査の検出器の上に配置される、システム。
  7. イメージング・スキャナにおいて被検体をセンタリングするシステムであって、
    磁場を発生する電磁照射器と、
    前記電磁照射器の磁場を検出する電磁受信器と
    前記電磁受信器からの情報に基づいて画像走査のアイソセンタを確定するためのプロセッサと、
    を備え、
    前記プロセッサは、該アイソセンタに基づいて、撮像されることになる被検体を再位置決めする、システム。
  8. イメージング・スキャナにおいて被検体をセンタリングするシステムであって、
    磁場を発生する電磁照射器と、
    前記電磁照射器の磁場を検出する電磁受信器と
    前記電磁受信器からの情報に基づいて画像走査のアイソセンタを確定するためのプロセッサと、
    を備え、
    前記電磁照射器が撮像されることになる被検体の中心を特定するツール上に配置される、システム。
  9. 前記プロセッサが、前記電磁受信器の複数の位置計測値に基づいて前記アイソセンタを特定することを特徴とする請求項5乃至8のいずれかに記載のシステム。
  10. 前記電磁照射器からの磁場を検出する第2の電磁受信器を更に備えることを特徴とする請求項5乃至8のいずれかに記載のシステム。

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