JP4528426B2

JP4528426B2 - Ｘ線診断装置

Info

Publication number: JP4528426B2
Application number: JP2000330534A
Authority: JP
Inventors: 光徳安田; 悟大石
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2000-10-30
Filing date: 2000-10-30
Publication date: 2010-08-18
Anticipated expiration: 2020-10-30
Also published as: JP2002136507A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、撮影の方向を自由に変えられるようにＸ線管と撮像システムとを自由な姿勢で支持することのできる機構を備えたＸ線診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｘ線診断において、特に被検体の血管造影撮影では、例えばＣアーム形の保持機構を用いている。このＣアームにはＸ線管と、イメージインテンシファイア、光学系及びＴＶカメラからなる撮像システムとが取り付けられている。Ｃアームは、直交３軸に関して回転自在に、また直交２軸に関してスライド自在に支持機構に支持されている。これにより自由な位置及び自由な方向から被検体を撮影することが可能である。
【０００３】
ところで、血管造影画像の透視のもとで、血管の病変までカテーテルを進める場合、カテーテルを進める血管がその周辺の他の血管と分離している方が術者はその血管をよりよく把握することができる。しかし、脳血管のように血管の走行（血管構造）が複雑である場合には、カテーテルを進めるべき血管が他の血管と分離できずに重なってしまい、術者がその血管をよりよく把握できないことが往々にして起きている。
【０００４】
従って、血管の重なりが少く、カテーテルを進むべき血管が術者にとってよりよく把握できる撮影方向を探し出すためには、血管造影撮影をその撮影位置や撮影方向を変えて数回行わなければならない。しかし、これには、被検体に対する多量の造影剤の注入に伴う副作用の問題や多量のＸ線被爆の問題が伴うので、事実上行うことができない。そのため、カテーテルを進めるべき血管が他の血管と分離できない状態で術者は手技を行わなければならなかった。
【０００５】
この場合、術者にとってカテーテルを治療目的の病変まで進めることは非常に困難であり、そのために検査時間や治療時間が長くなって患者や術者にかかる負担が大きくなっている。また、場合によっては、治療目的の血管以外の血管に対して治療を行ってしまうという危険性がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、Ｘ線診断装置において、位置決めに要する時間を短縮するとともに、被曝線量を低減することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、Ｘ線管と、前記Ｘ線管から曝射され被検体を透過したＸ線の像を撮像する撮像システムと、前記Ｘ線管と前記撮像システムとを保持するアームと、前記アームを回転及び移動可能に支持する保持機構と、前記被検体を前記Ｘ線管と前記撮像システムとの間に支持する寝台と、前記被検体に関する３次元画像内の指定された注目点に対応する部位が前記撮像システムで得られる画像の略中心に位置するように、前記保持機構と前記寝台との少なくとも一方を制御する制御部とを具備する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明による装置を好ましい実施形態により説明する。
【０００９】
図１には本発明の実施形態のＸ線診断装置の主要部の機能ブロック図を示し、図２には当該Ｘ線診断装置の構造を示している。Ｘ線管５と、撮像システム６とがそれぞれＣアーム４の両端に取り付けられている。Ｘ線管５は、高電圧発生器１０から高電圧（管電圧）の印加を受けてＸ線を発生する。撮像システム６は、被検体Ｐを透過したＸ線を光学像に変換するイメージインテンシファイア（Ｉ．Ｉ．）２９と、Ｉ．Ｉ．２９から出力される光学像をＴＶカメラ８に誘導する光学系（図示しない）と、カメラコントローラ１１の制御のもとで光学像を電気信号に変換するＴＶカメラ８とから構成される。
【００１０】
撮影に際しては、Ｘ線管５と撮像システム６との間に、寝台７の天板（カテーテルテーブル）９上に載置された状態で被検体Ｐが配置される。寝台７は、天板９を前後方向（矢印Ｂ）及び左右方向（矢印Ｅ）に沿ってスライドし、また天板９を上下（矢印Ｃ）に沿って昇降するための天板スライド昇降機構部１２を備えている。
【００１１】
被検体Ｐに対する撮影方向を自由に変更することができるように、上記Ｃアーム４はアームホルダ１にスライド回転可能（矢印α）に保持され、またアームホルダ１はホルダベース３に回転可能（矢印β）に保持され、さらに撮像システム６はＣアーム４に軸回転可能（矢印γ）に保持されている。矢印γの回転軸は、Ｘ線束中心軸（撮影中心線）に一致しており、この矢印γの回転軸に対して、矢印αの回転軸及び矢印βの回転軸が直交し、さらに矢印αの回転軸と矢印βの回転軸とも互いに直交し、かつこれら直交３軸の回転軸が一点（アイソセンタ）で交差するように設けられている。そのように直交３軸の回転軸をアイソセンタで交差するよう設けたことにより、Ｃアーム４を自由に回転させて、撮影方向を変更したとしても、画像中心点はアイソセンタに一致するものとなる。
【００１２】
上記ホルダベース３は天井ベース２８から吊り下げられており、この天井ベース２８は天井に施設された直交する２系統のレール２，１３に矢印Ａ、Ｄに沿ってスライド可能に支持されている。これら矢印Ａ、Ｄに関するスライド、および天板９の矢印Ｂ、Ｃ、Ｅに関するスライド及び昇降を自由に組み合わせることにより、被検体Ｐに対するアイソセンタの位置を自由に変更することが可能になっている。なお、Ｃアーム４を保持する構成１，２，３，１３，２８をＣアーム保持装置１４と称する。Ｃアーム保持装置１４のこれら回転及びスライドはＣアームスライド回転機構部１５により駆動されるようになっている。
【００１３】
上述した天板９の位置（Ｂ）及び高さ（Ｃ）はそれぞれロータリーエンコーダ等からなるセンサー１６により検出され、またＣアーム４の直交３軸の回転角度（α、β、γ）はそれぞれロータリーエンコーダ等からなるセンサー１７により検出され、Ｃアーム４の位置（Ａ，Ｄ）はそれぞれロータリーエンコーダ等からなるセンサー１８により検出される。これらのセンサー出力はアナログマルチプレクサ１９及びＡ／Ｄ変換機２０を介してＣＰＵ２１に供給され、ＣＰＵ２１ではこれらセンサー出力に基づいて位置及び角度の変更を制御するようになっている。
【００１４】
また上述したＴＶカメラ８から出力される画像信号は画像発生部２２に取り込まれ、ＮＴＳＣ等の規格に応じた２次元の投影画像データに変換され、そして図示しないディスプレイに可視画像として表示される。また、画像発生部２２は多方向から撮影した投影画像データに基づいてマルチスライスの断層画像データを再構成したり、そのマルチスライスの断層画像データから特定部位を抽出しその部位の３次元（３Ｄ）データを生成する等の各種画像処理機能を備えている。
【００１５】
ＣＰＵ２１には、３次元ワークステーション２２が接続される。この３次元ワークステーション２２には、上述した画像発生部２２で発生する投影画像データや３Ｄデータ、Ｘ線ＣＴ２４、ＭＲＩ２５、ＳＰＥＣＴ２６等の３次元データ発生可能な他のモダリティからの３Ｄデータが直接的に又はＰＡＣＳ２３を介して供給される。３次元ワークステーション２２では、投影画像データや３Ｄデータを使って、入力デバイス２７を介して入力される操作者の指示のもとでアイソセンタを被検体内部の病変部（注目点）に位置を合わせるために必要な処理機能を備えている。
【００１６】
この３次元ワークステーション２２の処理結果に従ってＣＰＵ２１で矢印Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅのスライドを任意に組み合わせてアイソセンタを被検体内部の病変部（注目点）に位置合わせすることにより、その後は、Ｃアーム４を矢印α、β、γに関してどのように回転させて撮影方向を変更したとしても、画像中心には常に病変部（注目点）が位置することになり、つまり撮影方向を変更するに際して、操作者は、矢印Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅのスライドに関する操作を行う必要が無くなり、矢印α、β、γの回転に関する操作だけに専念することができ、これにより作業の迅速化、効率化、さらにはそれによる作業時間の短縮に伴って被曝線量の低減を図ることができるようになる。このアイソセンタを被検体内部の病変部（注目点）に位置合わせする処理について以下に詳細に説明する。
【００１７】
事前の撮影により得られる当該被検体の病変部周辺領域に関する画像発生部２２で発生される３Ｄデータ、またはＸ線ＣＴ等により事前に撮影された３Ｄデータが、３次元ワークステーション２２に供給される。画像発生部２２で発生される３Ｄデータを用いる場合には、不要であるが、Ｘ線ＣＴ等により事前に撮影された３Ｄデータを用いる場合には座標の整合処理が必要になる。つまり、Ｘ線ＣＴ等による３Ｄデータの座標系は、Ｘ線診断装置のアイソセンタを原点とする座標系とは、基本的に不一致であり、従って両座標系を整合（キャリブレーション）させる必要がある。
【００１８】
このために、まず、図３に示すように、Ｘ線診断装置により２方向以上で撮影が実施される。この撮影により得られる撮影方向の異なる２つの投影画像は３次元ワークステーション２２のディスプレイに表示される。操作者は入力デバイス２７を介して、これら２つの投影画像上それぞれに対して例えば臨床学的上の特徴点を指定する。すると、３次元ワークステーション２２では、それぞれの撮影位置及び方向、さらに２つの投影画像上それぞれの特徴点の２次元座標とに基づいて、当該特徴点のＸ線診断装置のアイソセンタを原点とする座標系上での座標（ｘ_ｘ，ｙ_ｘ，ｚ_ｘ）を算出する。
【００１９】
次に、３次元ワークステーション２２のディスプレイに、３Ｄデータが表示され、この３Ｄ画像上で臨床学的に同じ特徴点が操作者により又は画像処理により自動的に指定される（図４）。この３Ｄデータ上の特徴点の座標（ｘ_Ｗ，ｙ_ｗ，ｚ_ｗ）は、３Ｄデータの座標系で表現されている。なお、３Ｄ画像上で特徴点を指定することには限定されず、３Ｄデータを２次元に投影し、その投影画像上で特徴点を指定してもよい。この際、２方向からの投影画像を生成し、それぞれの投影画像上で特徴点を指定するようにしてもよいし、１方向からだけの投影画像を生成し、その投影画像上で特徴点を指定して、この１点から奥行き方向（投影方向）に沿って３Ｄデータの値を追跡し、当該臨床学的な特徴点に対応する予め設定されたしきい値を超過した点の３Ｄ上の特徴点としてその３次元の座標を求めるようにしてもよい。
【００２０】
３次元ワークステーション２２は、臨床学的に同じ点に関する両座標（ｘ_ｘ，ｙ_ｘ，ｚ_ｘ）、（ｘ_Ｗ，ｙ_ｗ，ｚ_ｗ）の間のズレベクトル（ｘ_ｘ−ｘ_Ｗ，ｙ_ｘ−ｙ_ｗ，ｚ_ｘ−ｚ_ｗ）を求める。このズレベクトル（ｘ_ｘ−ｘ_Ｗ，ｙ_ｘ−ｙ_ｗ，ｚ_ｘ−ｚ_ｗ）に基づいて３Ｄデータ上のある点（病変部等の注目点）の座標を、Ｘ線診断装置の座標に変換することができる。つまり、３Ｄデータ上のある点の座標から、ズレベクトルを引き算することで、当該点に関するＸ線診断装置の座標を求めることができる。
【００２１】
次に、アイソセンタの位置決め作業である。まず、図５に示すように、３次元ワークステーション２２のディスプレイに、３Ｄデータが表示され、この３Ｄ画像上の注目点（治療対象となる病変部）が、操作者により入力デバイス２７を介して指定される。この場合も、特徴点の指定と同様に、３Ｄ画像上で注目点を指定することには限定されず、３Ｄデータを２次元に投影し、その投影画像上で注目点を指定してもよい。この際、２方向からの投影画像を生成し、それぞれの投影画像上で特徴点を指定するようにしてもよいし、１方向からだけの投影画像を生成し、その投影画像上で特徴点を指定して、この１点から奥行き方向（投影方向）に沿って３Ｄデータの値を追跡し、病変部に対応する予め設定されたしきい値を超過した点の３Ｄ上の注目点としてその３次元の座標を求めるようにしてもよい。
【００２２】
そしてこの注目点の座標が、既に求めたズレベクトル（ｘ_ｘ−ｘ_Ｗ，ｙ_ｘ−ｙ_ｗ，ｚ_ｘ−ｚ_ｗ）に基づいて、Ｘ線診断装置の座標に変換される。このＸ線診断装置の座標に変換された注目点に対する現在のアイソセンタの移動ベクトルが計算される（図６）。
【００２３】
この移動ベクトルのデータは、３次元ワークステーション２２からＣＰＵ２１に供給され、ＣＰＵ２１はこの移動ベクトルに従って矢印Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅのスライドを任意に組み合わせて移動することによりアイソセンタを被検体内部の病変部（注目点）に位置合わせすることができる。これにより矢印α、β、γに関して任意に回転させて撮影方向を任意に変更しても、常に病変部（注目点）が画像中心に位置することになり、撮影方向の変更作業が格段に効率化する。
【００２４】
なお、施術者のためのカテーテル作業空間を確保する制約上等の理由で、Ｃ−アーム４の位置及び向きが既に固定されている場合、アイソセンタを被検体内部の病変部（注目点）に位置合わせするために、天板９の前後（Ｂ）、左右（Ｅ）、昇降（Ｃ）のスライドだけが行われることもある。
【００２５】
また、この場合、被検体内部の病変部（注目点）を、アイソセンタを一致させる必要がなく、単に当該注目点を画像中心に位置させればよいこともあり、この場合には、Ｘ線管５からＩ．Ｉ．へのＸ線束中心軸上のいずれかの位置に、注目点が位置すればよい。この場合、移動が１軸減ることとなり、移動距離を短縮することができる。
【００２６】
注目点をアイソセンタに一致させるか、また注目点がＸ線束中心軸上のいずれかの位置に合わせるか、いずれのモードを選択するかは、プリセットされ、又はその都度、操作者が選択する。
【００２７】
また、注目点をアイソセンタに一致させ、または注目点をＸ線束中心軸上に合わせるためのスライドは、上述では、矢印Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅのスライドを任意に組み合わせるとしたが、矢印Ｂ，Ｃ，Ｅの天板９に関するスライドだけで実現するようにしてもよいし、矢印Ａ，ＤのＣアーム４に関するスライドだけで実現するようにしてもよい。このスライドの選択についても、予めプリセットされていもよいし、その都度、操作者が選択するようにしてもよい。
【００２８】
また、上述の説明では、注目点をアイソセンタに一致させ、又は注目点をＸ線束中心軸上に合わせるためにＣＰＵ２１の制御により矢印Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅのスライドを自動的に行うよう述べたが、このために必要な移動方向及び移動距離を例えばディスプレイ表示するようにしてもよい。操作者は表示された移動方向及び移動距離に従って、矢印Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅのスライドを任意に組み合わせてマニュアルで操作することで、注目点をアイソセンタに一致させ、又は注目点をＸ線束中心軸上に合わせることができる。
【００２９】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することが可能である。さらに、上記実施形態には種々の段階が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されてもよい。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、位置決めに要する時間を短縮するとともに、被曝線量を低減することが実現され得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るＸ線診断装置の主要部構成を示すブロック図。
【図２】本実施形態に係るＸ線診断装置のガントリ部分の構造を示す図。
【図３】本実施形態において、２方向のＸ線投影画像上に指定された特徴点を示す図。
【図４】本実施形態において、３Ｄ画像上に指定された特徴点を示す図。
【図５】本実施形態において、３Ｄ画像上に指定された注目点（治療対象病変部）を示す図。
【図６】本実施形態において、注目点に対するアイソセンタの移動ベクトルを示す図。
【符号の説明】
１…アームホルダ、
２…天井レール、
３…ホルダベース、
４…Ｃアーム、
５…Ｘ線管、
６…撮像システム、
７…寝台、
８…ＴＶカメラ、
９…天板（カテーテルテーブル）、
１０…高電圧発生器、
１１…カメラコントローラ、
１２…天板スライド昇降機構部、
１３…天井レール、
１４…Ｃアーム保持装置、
１５…Ｃアームスライド回転機構部、
１６…天板位置高さ検出センサー、
１７…角度検出センサー、
１８…スライド位置検出センサー、
１９…アナログマルチプレクサ、
２０…Ａ／Ｄ変換器、
２１…ＣＰＵ、
２２…３次元ワークステーション、
２３…ＰＡＣＳ、
２４…Ｘ線ＣＴ、
２５…ＭＲＩ、
２６…ＳＰＥＣＴ、
２７…入力デバイス、
２８…天井ベース、
２９…イメージインテンシファイア。

Claims

Ｘ線管と、
前記Ｘ線管から曝射され被検体を透過したＸ線の像を撮像する撮像システムと、
前記Ｘ線管と前記撮像システムとを支持するアームと、
前記アームを回転及び移動可能に保持する保持機構と、
前記被検体を前記Ｘ線管と前記撮像システムとの間に支持する寝台と、
前記被検体に関する３次元画像内の指定された注目点に対応する部位が前記撮像システムで得られる画像の略中心に位置するように、前記保持機構と前記寝台との少なくとも一方を制御する制御部とを具備することを特徴とするＸ線診断装置。
Ｘ線管と、
前記Ｘ線管から曝射され被検体を透過したＸ線の像を撮像する撮像システムと、
前記Ｘ線管と前記撮像システムとを支持するアームと、
前記アームを直交３軸に関して回転可能に、且つ移動可能に保持する保持機構と、
前記被検体を前記Ｘ線管と前記撮像システムとの間に支持する寝台と、
前記被検体に関する３次元画像内の指定された注目点に対応する部位が前記直交３軸の交点に位置するように、前記保持機構と前記寝台との少なくとも一方を制御する制御部とを具備することを特徴とするＸ線診断装置。
前記３次元画像の座標系と、前記保持機構の座標系とを整合させるために、前記３次元画像内の臨床学的な特徴点の３次元座標と、前記撮像システムで少なくとも２方向から撮像されたＸ線の画像内の特徴点の３次元座標とのずれが計算されることを特徴とする請求項１又は２記載のＸ線診断装置。
前記撮像システムで複数の方向から撮像された複数のＸ線の画像に基づいて前記３次元画像を再構成することを特徴とする請求項１又は２記載のＸ線診断装置。