JP4524172B2

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

Info

Publication number: JP4524172B2
Application number: JP2004342628A
Authority: JP
Inventors: ジェレミー・ペスカトール
Original assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Current assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Priority date: 2003-11-28
Filing date: 2004-11-26
Publication date: 2010-08-11
Anticipated expiration: 2024-11-26
Also published as: GB2408664A; CN101721223A; GB2408664B; CN100581476C; CN101721223B; FR2862861A1; US20050119565A1; US7507027B2; FR2862861B1; US7357573B2; CN1636517A; GB0425837D0; US20080118037A1; DE102004055766A1; JP2005161055A

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、ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｉｎｄｕｓｔｒｙｓｔａｎｄａｒｄｃｏｉｌ（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_ｌ及び側面投射ベクトルＶ_ｌ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_ｆ及び正面投射ベクトルＶ_ｆは、Ｘ線検出器１３０上に正面画像を生成する。焦点Ｆ_ｌ及びＦ_ｆ並びにベクトルＶ_ｌ及びＶ_ｆ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_ｌ及びＶ_ｆから以下のようにして求めることができる。

次いで、場所Ｈ_ｌ及び場所Ｈ_ｆを、例えば次式を用いることによって、ベクトルＶ_ｌ及びＶ_ｆに沿って任意の時間で求めることができる。

及び、

アイソセンタ（Ｉ）は、Ｈ_ｌ及びＨ_ｆ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。

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_ｌ及びＦ_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。

式中

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、

式中

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

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。

平均楕円は、次式を用いることによって求められる。

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
１３０Ｘ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

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。
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。
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１又は２に記載のシステム。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。