JP4846963B2 - 視覚化可能なビーム角度調節付きｘ線イメージング・システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の背景】
ここに開示し請求する発明は一般的には、システム操作者が、Ｘ線検出器とシステムＸ線管によって投射されるビームの照射野（field）とを迅速に整列させることを可能にするＸ線イメージング・システムに関する。さらに具体的には、本発明は、検出器及びＸ線ビーム照射野にそれぞれ関連する視覚的要素又はインジケータを備えており、インジケータを互いに対して整列させて、検出器とビーム照射野との正しい整列性（アラインメント）を確実にするような上述の形式のシステムに関する。一層具体的に述べると、本発明は、視覚的インジケータを自動的に調節して、Ｘ線ビームの角度傾斜によって生ずる歪みを補償する上述の形式のシステムに関する。
【０００２】
周知のように、典型的なＸ線イメージング・システムでは、Ｘ線管と、Ｘ線フィルム又はディジタル固体検出器のように平面状の撮像表面を有する受像器との間に患者を配置する。Ｘ線管は、検出器表面に向かってＸ放射線のビームを投射し、撮像されるべき患者の身体構造を透過させる。投射されたＸ放射線の検出器に入射した面積は、アクティブ撮像域（ＡＩＡ）を画定する。本書ではＸ線ビーム照射野又は視野（ＦＯＶ）を投射ビームと検出器平面との交差面であるものと定義すると、一般的には、Ｘ線ビーム照射野又はＦＯＶは、画像データの欠落を回避するためには検出器表面の境界と一致しているか又は境界の範囲内に位置していなければならない。ＦＯＶは、投射されるＸ線ビームの方向を変化させるようにＸ線管を回転させる又は傾斜させると共に、Ｘ線ビームの幅寸法及び長さ寸法を変化させるようにコリメータを動作させることにより調節することができる。Ｘ線管及び／又は検出器の直線移動によってさらなる調節を行なうこともできる。
【０００３】
重要な種別をなすＸ線イメージング・システムにおいては、システム操作者又は技術者がビーム照射野と検出器との間に所要の一致を与えようとする際にビーム照射野と検出器とを迅速に整列させることを可能にする視覚的インジケータが設けられている。例えば、かかる形式の製品の一つでは、患者はテーブルの上に水平に支持されており、Ｘ線管はテーブルの上方に装着されてビームを下方に投射し、フィルム・カセット又は他の検出器はテーブルの下方に配置されている。操作者が検出器とＸ線ビームとを整列させるのを支援するために、検出器ハンドルに、平面状検出器表面の長さに沿った正確な中点にマーク又は切り込みが形成されている。また、Ｘ線管から下方に可視光又はレーザ光のビームが投射されて、検出器平面の近傍に可視光の照射野を形成する。光ビームは、光照射野の境界が、特定のＸ線管配向及びコリメータ調節についてＸ線管によって投射されるＸ線ビーム照射野の境界と実質的に一致するように光学的に誘導され又は方向付けされている。光照射野の軸が２本の細い影線によって識別される。これらの影線は、互いに対して直交しており、検出器平面と投射ビームの中心軸との交点によって画定される点で交差する。影線軸はまた、光照射野の長さ及び幅のそれぞれ中点に沿って光照射野を二分している。このように、操作者は、検出器がテーブルの下方に配置されているため検出器を容易に目視することはできなくても、ハンドルの切り込みと光ビーム照射野の長さの中点に名目的に位置する影線軸とを整列させるように検出器を容易に直線移動させることができる。
【０００４】
Ｘ線ビーム、又はさらに具体的にはＸ線ビームの中心軸を検出器平面に対して垂直関係又は直交関係に方向付けするようにＸ線管を配向させた場合には、検出器平面に投射されるビーム照射野は矩形の構成を有するものとなる。この状況では、投射ビームの照射野の幾何中心は、ビームの中心軸が検出器平面に交差する点と一致する。従って、上述の影線軸は実際にビーム照射野の長さの中点に位置するものとなる。この場合には、影線軸と検出器ハンドルの切り込みとを整列させると、Ｘ線ビーム照射野をその長さに沿って検出器表面の長さに沿った中心に実効的に配置することになり、Ｘ線ビーム照射野と検出器表面との間に必要な一致が与えられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、Ｘ線技術者又は操作者は、撮像手順を設定しているときに、ビームを角度傾斜させる必要がある場合がある。すなわち、ビームが９０°未満の角度で検出器に照射されるようにＸ線管を回転又は回動させる必要がある場合がある。このことは例えば、撮像したい患者の特定の身体構造にビームを確実に透過させるために必要となり得る。Ｘ線ビームの角度傾斜を増大させるにつれて、検出器に投射されるビーム照射野は対応して歪んで台形となり、中心ビーム軸の交点の位置は投射Ｘ線の照射野の幾何中心に対してずれていく。これらの中心離脱又は歪みの効果の結果として、上述の従来の視覚的インジケータ構成では検出器の中心とビーム照射野の幾何中心とを整列させることは最早できず、検出器の中心はビーム照射野の幾何中心からずれた点に整列する。このことから撮像過程の間に解剖学的構造の遮断が生じる可能性があり、これにより、Ｘ線ビームによって取得される画像データの一部が検出器で受光されなくなる。すると、検査を繰り返す必要が生じるため、手順のサイクル時間が長くなり、検査経費が高くなり、患者への正味の放射線量が高くなる一因となる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
平面を有する検出器と、該平面から離隔して設けられておりＸ線ビームを該平面に対して投射して該平面にビーム照射野を画定するＸ線管とを設けたイメージング・システムにおいて、システム操作者によって用いられて検出器とビーム照射野とを選択的に整列させる装置が提供される。本装置は、検出器平面に位置する基準軸に沿った検出器の位置を指示する第一の視覚化可能な要素を含んでおり、さらに、ビーム照射野の幾何中心と、投射Ｘ線ビームの中心軸が検出器平面に交差する点との間での基準軸に沿ったずれ（オフセット）を表わす信号を発生する計算装置を含んでいる。Ｘ線管と検出器との間の基準軸に沿った相対的な直線移動を可能にするようにＸ線管及び検出器をそれぞれ支持する構造が設けられている。インジケータ装置が、発生された信号に応じて、上述の第一の要素がビーム照射野の幾何中心に対して所定の関係に配置されているとの通知を発行する。
【０００７】
本発明の好適実施形態では、検出器には、検出器平面に位置するＸ線検出表面が設けられており、この表面は、基準軸に沿って延在する長さ次元を有する。また、前述の第一の要素は、検出器の長さ次元の中心に配置されている視覚的に観測可能な要素を含んでいる。インジケータ装置は、第一の要素とビーム照射野の幾何中心とが基準軸に沿って整列したときに視覚的通知又は視覚化可能な通知を発行する。また好ましくは、計算装置は、Ｘ線管と検出器平面との間の間隔、並びに投射ビームの方向及び幅の特徴をそれぞれ表わす角度の関数としてオフセットを算出するように配設されている。
【０００８】
有用な実施形態では、インジケータ装置は、基準軸に沿って基準軸に対して平行な関係で延在する線状アレイをなす発光ダイオード（ＬＥＤ）又は後に定義する他の発光素子を含んでいる。オフセットを表わす発生信号によって発光素子の所与の一つが照明し、この発光素子は、操作者によって、第一の視覚化可能な要素、従って検出器の中心と、ビーム照射野の幾何中心とを整列させるのに利用され得る。
【０００９】
もう一つの有用な実施形態では、本装置にさらに、ビーム照射野軸の交点の位置を指示する第二の要素と、第一の要素と第二要素とが整列している初期位置からの基準軸に沿った検出器の線状走行を監視するように配設されている追跡装置とが設けられている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１には、垂直に配向した支柱１４にジャーナル式で又は回動可能に装着されているＸ線管１２を設けたＸ線イメージング・システム１０が示されている。システム１０はさらに、水平面内で患者又は他の被撮像体（図１には示されていない）を支持するように配設されているテーブル１６を含んでいる。支柱１４は軌道１８から懸吊されていると有用であり、Ｘ線管及び支柱は軌道に沿ってテーブル１６の長さ次元に沿って直線移動することができる。図１はさらに、テーブル１６がテーブル台２２上に載置されていることを示しており、テーブル台２２はまた、テーブル１６の直下で平坦なＸ線検出器２０を支持している。検出器２０は、長さｌdを有する平面状の受像表面２０ａを有しており、Ｘ線フィルム又はディジタル固体検出器を含んでいると有用である。
【００１１】
図１には説明の目的のために患者の水平な支持を示しているが、本発明の範囲を如何なる意味でも限定するものではないことを理解されたい。他の実施形態では、患者がＸ線管と検出器との間に位置するようにＸ線管及び検出器がそれぞれ配置されていれば、患者は垂直配向又は他の配向に載置されてよい。
【００１２】
被撮像体がテーブル１６に載置された後に、所定の身体構造を撮像すべく被撮像体の領域を透過するＸ放射線のビームを投射するようにＸ線管１２を調節する。管の位置は、支柱１４に対して管を回動させると共に、テーブルに沿って支柱及び管を直線移動させることにより調節することができる。投射Ｘ線ビームの寸法は、管１２に接合されており投射ビームが横断する従来の設計のコリメータ２４によって調節することができる。検出器２０もまた、テーブル１６に沿って直線移動するように装着されており、所定の身体構造の画像を受け取るように配設されている。但し、前述のように、所望の全画像データの検出を確実に行なうためには検出器は投射ビームの照射野又はＦＯＶと正しく整列していなければならない。図１はさらに、基準とする目的で互いに直交するＸ、Ｙ及びＺ座標軸を示しており、Ｚ軸は垂直に配向しており、Ｘ軸はテーブル１６の長手次元に平行であり、Ｙ軸はＸ軸を横断している。座標系の中心はＸ線管１２の焦点と一致しており、管は座標系の中心の周りを回転するように装着されている。
【００１３】
操作者が検出器２０と投射ビームの照射野とを整列させるのを支援するために、光要素構成（図示されていない）が管１２及びコリメータ２４の近傍に支持されている。操作者がスイッチ等（図示されていない）によって起動させると、これらの光要素は下方に光ビーム２６を投射して、テーブル１６の上面に可視光照射野２８を形成する。光要素は、所与の管及びコリメータ設定についてテーブル１６の上面で光照射野２８の境界が投射Ｘ線ビームのＦＯＶの境界と一致するように、Ｘ線管１２及びコリメータ２４と関連して設計される。テーブル１６の上面は、検出器平面を画定する平面状の検出器表面２０ａに平行に近接して隔設されている。これにより、光照射野２８の境界は、管１２によって検出器平面に投射されるＸ線ビームの照射野の境界と厳密に又は実質的に一致する。図１で分かるように、検出器平面及びテーブル１６の表面は両方ともＸ−Ｙ平面に平行になっている。
【００１４】
図１をさらに詳細に参照すると、光照射野２８に投射されている細い影線軸３０ａ及び３０ｂが図示されており、軸３０ａ及び３０ｂはそれぞれＸ軸及びＹ軸に平行になっている。軸３０ｂは光照射野２８の長さ次元の中点にその中心を置いており、軸３０ａは光照射野２８の幅次元の中点にその中心を置いている。これにより、軸３０ａ及び３０ｂの交点は、光ビーム２６の中心軸がテーブル１６の表面に交差する点Ｘcの位置を表わす。さらに、検出器２０には、テーブル１６の上面の端辺に近接して配置されているハンドル３２が取り付けられており、ハンドル３２には、非常に明瞭なマーク、切り込み又は溝３４が設けられている。マーク３４は検出器表面２０ａの長さ次元ｌdに沿った中点に配置されている。従って、操作者はマーク３４及び光照射野２８の軸３０ｂを同時に見て、Ｘ軸に沿って検出器２０を直線移動させてマーク３４と軸３０ｂとを整列させることが容易にできる。
【００１５】
図１をさらに詳細に参照すると、本発明の実施形態に従って後述する計算を実行すると共に、検出器２０の端辺に沿って配置されている視覚的表示装置４０の動作を制御する電子装置３６が図示されている。表示装置４０は図１に一般的に示されているが、幾つかの異なる形態又は構成として具現化することができる。他の実施形態では、表示装置は検出器２０ではなくテーブル１６の端辺に沿って配置される。これらの実施形態の幾つかについては後述する。
【００１６】
後に詳述するように、システム１０の操作者は、検出器２０と所定の画像取得についての投射Ｘ線ビームの照射野とを正しく整列させるために、マーク３４、軸３０ｂ及び表示装置４０を共に容易に用いることができる。図８を参照すると、操作者は、検出器をＸ軸に沿って直線移動させながら単純に下方を目視することにより検出器ハンドル３２上のマーク３４と影軸３０ｂとを極めて容易に整列させ得ることが分かる。検出器ハンドル３２上のマーク３４が軸３０ｂと整列したときに、検出器２０は点Ｘcにその中心を置く。代替的には、検出器をＸ軸に沿って直線移動させて、マーク３４と、表示器４０上に照明する後述する視覚化可能な所定の基準マークとを整列させることもできる。
【００１７】
図２には、テーブル１６上に配置されている患者４２を透過させて検出器２０へ向かってＸ線ビーム３８を投射するように配向したＸ線管１２が図示されている。さらに明確に述べると、管１２は、ビーム軸を成す中心射線Ｒcが垂直なＺ軸に関して角度φをなすように方向付けされている。以下、角度φをビーム方向角と呼ぶ。ビーム３８の中心射線Ｒcは、φが０°の場合には９０°の角度で検出器表面２０ａに向かって方向付けされ、φがゼロでない場合には９０°未満の角度で検出器表面に向かって方向付けされることが理解されよう。さらに、本発明の原理は±９０°未満の任意のビーム方向角φに適用されることを理解されたい。このように、φがゼロでない場合にはビーム３８が上述のように角度傾斜する。図２はさらに、投射ビーム３８が、Ｘ−Ｚ平面内でビーム３８の端辺に沿ってそれぞれ延在する射線Ｒ1及びＲ2によって境界を画定されていることを示している。図２はまた、ビーム３８がコリメータ２４を通過していることを示している。コリメータ２４はＸ−Ｚ平面でのビーム３８の角度γを確定しており、γを選択的に変化させるように調節可能である。以下、γをビーム幅角と呼ぶ。ビーム３８の中心射線Ｒcは角度φに位置しているので、射線Ｒ1及びＲ2は、図２に示すようにそれぞれφ＋γ／２及びφ−γ／２の角度に配向していることが容易に看取されよう。
【００１８】
図２をさらに詳細に参照すると、Ｘ線ビーム３８が、検出器２０の検出器表面２０ａの平面である検出器平面４４に交差していることが図示されている。この交差によってビーム照射野又はＦＯＶが画定され、すなわち検出器平面へのＸ線ビームの投射が画定される。前述のように、光照射野２８の境界は検出器平面のＸ線ビームＦＯＶの境界と一致しているか又は実質的に一致している。従って、ビーム角度傾斜は、Ｘ線ビームＦＯＶ及び光照射野２８の幾何学的性質に対して実質的に同じ効果を及ぼす。
【００１９】
図３には、光ビーム２６がテーブル表面及び検出器平面に向かって９０°の角度で投射されるようにφを０°に設定したときに生ずる光照射野２８ａが示されている。ビーム照射野２８ａは対称な矩形形状として示されており、矩形の幾何中心Ｃgeomは中心ビーム軸交点Ｘcと一致している。検出器平面４４の対応するＸ線ビームＦＯＶも同じ幾何学的性質によって特徴付けられる。従って、検出器表面２０ａは、該検出器表面がＸ軸に沿って点Ｘcにその中心を置くようにすることによりＸ線ビームＦＯＶと整列させることができる。
【００２０】
しかしながら、前述のように、４５°等のゼロでないφの角度まで管１２を回動させることによりＸ線ビーム３８及び光ビーム２６を角度傾斜させると、これにより、それぞれ投射されるビーム照射野は歪む。このことを図３では角度傾斜した光ビーム２６によって形成される光ビーム照射野２８ｂによって図示しており、光ビーム照射野２８ｂは台形構成として示されている。さらに、図３は、光ビーム照射野２８ｂのビーム軸交点Ｘcが光ビーム照射野２８ｂの幾何中心Ｃgeo mからＸ軸に沿って量δだけずれていることを示している。結果として、光ビーム照射野２８ｂの一部が検出器表面２０ａと整列しなくなる。さらに重要なこととして、検出器平面に投射される対応するＸ線ビームのＦＯＶの一部もやはり検出器表面２０ａと整列しなくなる。結果として、かかるＸ線ＦＯＶの一部によって生成される画像データが受信又は検出されなくなる。
【００２１】
図３をさらに参照すると、φが−４５°等の値に設定されている場合にビーム２６によって形成される光照射野２８ｃが示されている。光照射野２８ｃは、照射野２８ｂの場合と同様に台形であることが分かるが、反対の方向に歪んでいる。また、光照射野２８ｃでは、点Ｘcは、光照射野２８ｂに関連して示したように右方にではなく、幾何中心からＸ軸に沿って左方に量δだけずれる。
【００２２】
本発明によれば、Ｘ軸に沿ったオフセットδを決定することができれば、検出器の中心マーク３４及び光照射野軸３０ｂを依然として活用して、上述の角度傾斜による歪み効果にも拘わらず検出器の中心とＸ線ビームＦＯＶの幾何中心とを整列させ得ることが判明した。これにより、画像データの欠落が防止される。さらに、所与の角度傾斜について、光照射野２８と検出器平面での対応するＸ線ビーム照射野とが厳密に一致しているので、二つの照射野の幾何中心はＸ軸に沿って実質的に同じ位置に位置する。二つの照射野の各中心軸交点Ｘcもやはり、Ｘ軸に沿って実質的に同じ位置に位置する。従って、オフセットδすなわちＸcと幾何中心との間のＸ軸に沿った間隔は、Ｘ線ビーム３８、及びこれにより検出器平面に投射されるＦＯＶの特徴を表わす一組のパラメータ集合から決定することができる。かかるパラメータには、ビーム方向角φ、ビーム幅角γ及びＳＩＤzが含まれており、ここで、ＳＩＤzはＺ軸に沿った線源画像間距離、すなわち管１２と検出器平面４４との間の距離であって既知の値である。このパラメータ集合はさらに、Ｘ線ビーム照射野の長さＦＯＶlすなわちＸ軸に沿ったＸ線ビーム照射野の寸法を含んでいる。図２は、この長さを、検出器平面４４がＸ線ビーム３８の射線Ｒ1及びＲ2とそれぞれ交差する点であるＸ1とＸ2との間の距離として示している。図２では、Ｘ線ビーム３８の中心軸ＲcはＸ軸に沿ってＸcにおいて検出器平面４４に交差している。Ｘcはφ及びＳＩＤzから容易に決定することができ、すなわちＸcはＳＩＤzｔａｎφに等しい。
【００２３】
図２はＺ軸に関して管１２を回動させることにより角度傾斜したビーム３８を示しているが、ビームは代替的に、検出器２０を回動又は回転させることにより角度傾斜されてもよい。一般的には、本発明は、ビーム方向角φを±９０°未満にする管と検出器との間の任意の相対的移動に適用可能である。
【００２４】
オフセットδの値を決定する際には、図２に示すように、先ず射線Ｒ1、Ｒ2及びＲcのそれぞれの勾配Ｍ1、Ｍ2及びＭcを考察すると有用である。これらの勾配の各々は、定義済の角度φ及びγによって下記のように定義することができる。
Ｍcenter ＝ ｔａｎ（φ） 式（１）
Ｍ1 ＝ ｔａｎ（φ＋（γ／２）） 式（２）
Ｍ2 ＝ ｔａｎ（φ−（γ／２）） 式（３）
図２に示すＸ−Ｚ平面について、上述した座標系の場合には、同図に示す線の方程式は、一般化された形態でｘi＝Ｍiｚi＋ｂiを有する。式中、（ｘi，ｚi）は当該線に沿った点の座標であり、Ｍiは線の勾配である。但し、管１２の焦点がＸ線管支持装置の回転中心と一致するようにイメージング・システム１０を設計すれば計算の複雑さを小さくすることができる。この場合には、各方程式が座標系の原点を通るので、ｂi項は０となり、ビーム射線Ｒ1、Ｒ2及びＲcを記述するのに有用な表現ｘi＝Ｍiｚiが得られる。さらに、ｚi＝ＳＩＤzすなわち既知の線源画像間距離の場合には、射線Ｒ1及びＲ2のそれぞれの交点Ｘ1及びＸ2は下記の式で与えられる。
【００２５】
【数１】
【００２６】
【数２】
【００２７】
Ｘ線ビーム照射野の長さＦＯＶlが、Ｘ軸に沿って延在する検出器表面２０ａの長さ寸法以上になる場合があるのを理解することが肝要である。従って、ＦＯＶlは、検出器表面２０ａの長さと等しいか、又は選択によってはこれよりも小さいかのいずれかに予め指定される。このように、ＦＯＶlは予め決定されている既知の値である。図２から、ＦＯＶlは（Ｘ1−Ｘ2）に等しいことが分かる。従って、ＦＯＶlは下記のようにＳＩＤz、φ及びγに関係付けられる。
【００２８】
【数３】
【００２９】
公知の三角法関係式
【００３０】
【数４】
【００３１】
及び
【００３２】
【数５】
【００３３】
を用いると、式（６）を下記のように変形することができる。
【００３４】
【数６】
【００３５】
式（７）の各項を変形して方程式を解くと、下記の二次方程式が得られる。
【００３６】
【数７】
【００３７】
式中、Ａ＝ｔａｎ2（φ）、
【００３８】
【数８】
【００３９】
及びＣ＝−１である。二次方程式（８）を解くと下記の二つの可能な解が得られる。
【００４０】
【数９】
【００４１】
【数１０】
【００４２】
イメージング・システム１０によって形成されるＸ線ビームの幾何学的状態については、式（９）によって与えられる解γ1のみが有効である。従って、γ1が決定された後に、必要に応じてコリメータ２４を調節してビーム３０のビーム幅角をγ1に確定する。これにより、長さＦＯＶlは予め指定されている長さの値に設定される。さらに、ＦＯＶl、ビーム方向角φ、ＳＩＤz及びγ1の値からオフセットδを直接算出することができ、検出器と投射Ｘ線の照射野とを整列させるのに用いることができる。
【００４３】
【外１】
【００４４】
【数１１】
【００４５】
前述のように、ＸcはＳＩＤzｔａｎ（φ）に等しい。従って、オフセットδは下記の表現によって与えられる。
【００４６】
【数１２】
【００４７】
コンピュータ制御等を含む図１に示す電子制御装置３６は、φ、ＳＩＤz及びＦＯＶlの指定値を入力として受け取るように配設されており、以上に述べた式に従って計算を行なうように構成されている。従って、所定の入力を受け取ると、装置３６は式（７）〜式（９）を具現化するように動作して、入力に対応するビーム幅角γ1を決定する。コリメータ２４が信号に応じて自動的に調節可能である場合には、制御装置３６はさらに、γ1を表わす信号を結合してコリメータ２４を調節し、これによりオートコリメーションを提供するように構成されていてもよい。γ1を決定した後に、式（１１）及び式（１２）に従って制御装置３６を動作させてオフセットδを算出する。次いで、制御装置３６はオフセットδを表わす信号を表示装置４０に結合する。
【００４８】
図４には、検出器２０の端辺に沿って装着されている線状ＬＥＤアレイ４６が図示されている。アレイ４６は中央ＬＥＤ４８と、図４で見て中央ＬＥＤ４８の左右に１／８インチ等の等間隔で延在している多数の他のＬＥＤ５２とを含んでいる。図４はさらに、検出器２０のハンドル３２を示しており、ハンドル３２は該ハンドル３２のマーク３４が中央ＬＥＤ４８と整列するように検出器２０に固定的に接合されている。このように、アレイ４６の中央ＬＥＤ４８がＸ軸に関して検出器２０の中心又は中点に配置されている。さらに、ハンドル３４及びアレイ４６は検出器２０と共に移動するように検出器２０に接合されており、検出器２０はローラ５４等によってＸ軸に沿って直線移動するように装着されている。
【００４９】
図４の構成を用いるためには、操作者はＸ線管１２及びコリメータ２４を所定の撮像手順向けに調節し、これにより、前述のようにしてオフセットδを算出するのに必要なそれぞれのパラメータが利用可能となる。制御装置３６は、オフセットδを算出した後に、中央ＬＥＤ４８から量δだけ離隔したＬＥＤ５０にエネルギを加える又は該ＬＥＤ５０を照明させる信号をアレイ４６へ送る。次いで、操作者は検出器２０を直線移動させて照明したＬＥＤ５０と光照射野２８の影線軸３０ｂとを整列させる。これにより、ＬＥＤ５０はＸ軸に沿って光照射野２８の点Ｘcと整列すると共に、Ｘ線ビームＦＯＶの点Ｘcと整列する。さらに、照明したＬＥＤ５０は、ＬＥＤ５０が点Ｘcで整列したときに、中央ＬＥＤ４８及びマーク３４がビーム照射野の幾何中心と整列するように中央ＬＥＤ４８に関して配置される。例えば、装置３６が、オフセットδが４／８インチであり点Ｘcの左側に位置しているものと決定した場合には、中央ＬＥＤ４８から右に４番目のＬＥＤにエネルギを加える。このように、光照射野軸３０ｂとエネルギを加えられたＬＥＤ５０とを単純に整列させることにより、操作者は、極めて迅速に検出器の中心とＸ線ＦＯＶの幾何中心とをＸ軸に沿って整列させることができる。
【００５０】
図４は発光ダイオード５２を含む線状アレイ４６を示しているが、本発明の範囲内では発光ダイオード５２を他の形式の発光素子で置き換えてもよい。本書で用いられる「発光素子」という用語は、任意の形式の小要素を指しており、ＬＥＤを含むがこれに限定されない。かかる素子は、線状アレイ内で、発光素子の各々に非連続的に又は個別にエネルギを加えて視覚化可能な光を発生することのできるような類似の形式の他の素子と共に配置されていてもよい。
【００５１】
発光素子のアレイを用いたアラインメントの精度は、それぞれの発光素子の幅及び発光素子間の間隔によって決定されることは明らかであろう。制御部３６は正しい素子を選択して照明させることができるものと考えられる。図５には、レール５３等によってＸ軸に沿って直線移動するようにテーブル１６の端辺に装着されているＬＥＤアレイ５１を示している。アレイ５１は、中央ＬＥＤ５５と、図５で見て中央ＬＥＤ５５の左右に１／８インチ等の等間隔で延在している多数の他のＬＥＤ５７とを含んでいる。中央ＬＥＤ５５と残りのＬＥＤ５７とは、それぞれアンバー（黄色）と緑といった異なる色を有していると有用である。図５はさらに、検出器２０がローラ５４等によってＸ軸に沿って直線移動するように装着されていることを示している。
【００５２】
図５の構成を用いるためには、操作者はＸ線管１２及びコリメータ２４を所定の撮像手順向けに調節し、これにより、前述のオフセットδを算出するのに必要なそれぞれのパラメータが利用可能となる。次いで、操作者は、ＬＥＤアレイ５１を直線移動させて中央ＬＥＤ５５と光照射野２８の影線軸３０ｂとを整列させる。これにより、ＬＥＤ５５はＸ軸に沿って光照射野２８の点Ｘcと整列すると共に、Ｘ線ビームＦＯＶの点Ｘcと整列する。制御装置３６は、オフセットδを算出した後に、中央ＬＥＤ５５から量δだけ離隔したＬＥＤ５６にエネルギを加える信号をアレイ５１へ送る。例えば、装置３６が、オフセットδが５／８インチであり点Ｘcの左側に位置しているものと決定した場合には、中央ＬＥＤ５５から左に５番目のＬＥＤにエネルギを加える。すると、操作者は検出器２０のマーク３４とエネルギを加えられたＬＥＤ５６とを整列させて、検出器の中心とＸ線ＦＯＶの幾何中心とをＸ軸に沿って整列させる。
【００５３】
図６には、やはりローラ５４等によってＸ軸に沿って直線移動するように装着されている検出器２０が図示されている。さらに、検出器２０と共に移動するように検出器２０の一端に固定的に接合されているロッド５８が示されており、ロッド５８には、その長さに沿って等間隔でマーク又は他の印（図示されていない）が形成されている。ロッド５８が検出器２０と共に直線移動するにつれて、ロッド５８は当技術分野で公知の形式の電位差計、磁気検出器又は他の装置６０を通過して移動する。装置６０は、ロッドの印の一つが当該装置６０の基準点を通過する度に係数を記録するように配設されている。このようにして、装置６０は検出器２０が走行した距離を表わす信号を供給すると共に、走行の方向を指示する。図６をさらに詳細に参照すると、赤いＬＥＤ６２及び緑のＬＥＤ６４が両方ともテーブル１６に接合されていることが示されている。
【００５４】
動作時には、操作者は検出器ハンドル３２上のマーク３４と光照射野軸３０ｂとを整列させる。すると、検出器２０は初期的にＸ線ＦＯＶの点Ｘcにその中心を置く。オフセットδが算出された後に、δがゼロでない場合には赤いＬＥＤ６２にエネルギを加える。操作者は無作為に検出器２０を直線移動させて、検出器装置６０は検出器２０の変位を表わす信号を間断なく発生する。この信号は、検出器の変位と算出されたオフセットδとを間断なく比較している制御装置２６によって受け取られる。装置２６は、検出器の変位がオフセットδに等しいと決定したときに緑のＬＥＤ６４にエネルギを加えて、検出器２０の中心がＸ軸に沿ったＸ線ビームＦＯＶの幾何中心の位置まで移動したことを操作者に通知する。
【００５５】
図７には、図６と関連して前述した実施形態と類似の構成が示されている。但し、ＬＥＤ６２及び６４の代わりにテーブル１６に装着されている表示装置７０を置き換えている。表示装置７０は、図７で見てそれぞれ右方向及び左方向を指している二つの矢印６６及び６８を示している。図６と同様に、検出器ハンドルのマーク３４を初期的に光照射野２８の軸３０ｂと整列させる。制御装置２６は、オフセットδを算出した後に、表示装置７０を動作させて、矢印６６及び６８の先端をδに等しい量だけ離隔したものとして示す。また、検出器２０を移動させるべき方向を指す矢印が他方の矢印よりも明るく見えるようにする。検出器２０のマーク３４がビーム照射野の幾何中心と整列したときには、矢印６６及び６８の先端は接触したものとして示される。
【００５６】
明らかに、上述の教示に照らして本発明の他の多くの改変及び変形が可能である。従って、開示された概念の範囲内で、特定的に記載したものとは異なる態様で本発明を実施し得ることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態と関連して用いられるＸ線イメージング・システムの構成部品を示す遠近図である。
【図２】 本発明の原理を説明するために図１のシステムの構成部品を単純化した形態で被撮像体と共に示す模式図である。
【図３】 Ｘ線ビームの角度傾斜によって生ずるＸ線ビーム照射野及び光ビーム照射野の歪みを示す模式図である。
【図４】 図１のシステムの構成部品を単純化した形態で本発明の有用な実施形態と共に示す模式図である。
【図５】 図１のシステムの構成部品を単純化した形態で本発明の有用な実施形態と共に示す模式図である。
【図６】 図１のシステムの構成部品を単純化した形態で本発明の有用な実施形態と共に示す模式図である。
【図７】 図１のシステムの構成部品を単純化した形態で本発明の有用な実施形態と共に示す模式図である。
【図８】 図１のシステムの一部を詳細に示す遠近図である。
【符号の説明】
１０ Ｘ線イメージング・システム
１２ Ｘ線管
１４ 支柱
１６ テーブル
１８ 軌道
２０ Ｘ線検出器
２０ａ 受像表面
２２ テーブル台
２４ コリメータ
２６ 光ビーム
２８ 可視光照射野
２８ａ 矩形のビーム照射野
２８ｂ、２８ｃ 台形のビーム照射野
３０ａ、３０ｂ 影線軸
３２ ハンドル
３４ マーク
３６ 電子装置
３８ Ｘ線ビーム
４０、７０ 表示装置
４２ 患者
４４ 検出器平面
４６ 線状ＬＥＤアレイ
４８、５５ 中央ＬＥＤ
５０、５６ 照明するＬＥＤ
５１ ＬＥＤアレイ
５２、５７ 中央以外のＬＥＤ
５３ レール
５４ ローラ
５８ ロッド
６０ 位置係数装置
６２ 赤いＬＥＤ
６４ 緑のＬＥＤ
６６、６８ 矢印
【発明の背景】
ここに開示し請求する発明は一般的には、システム操作者が、Ｘ線検出器とシステムＸ線管によって投射されるビームの照射野（field）とを迅速に整列させることを可能にするＸ線イメージング・システムに関する。さらに具体的には、本発明は、検出器及びＸ線ビーム照射野にそれぞれ関連する視覚的要素又はインジケータを備えており、インジケータを互いに対して整列させて、検出器とビーム照射野との正しい整列性（アラインメント）を確実にするような上述の形式のシステムに関する。一層具体的に述べると、本発明は、視覚的インジケータを自動的に調節して、Ｘ線ビームの角度傾斜によって生ずる歪みを補償する上述の形式のシステムに関する。
【０００２】
周知のように、典型的なＸ線イメージング・システムでは、Ｘ線管と、Ｘ線フィルム又はディジタル固体検出器のように平面状の撮像表面を有する受像器との間に患者を配置する。Ｘ線管は、検出器表面に向かってＸ放射線のビームを投射し、撮像されるべき患者の身体構造を透過させる。投射されたＸ放射線の検出器に入射した面積は、アクティブ撮像域（ＡＩＡ）を画定する。本書ではＸ線ビーム照射野又は視野（ＦＯＶ）を投射ビームと検出器平面との交差面であるものと定義すると、一般的には、Ｘ線ビーム照射野又はＦＯＶは、画像データの欠落を回避するためには検出器表面の境界と一致しているか又は境界の範囲内に位置していなければならない。ＦＯＶは、投射されるＸ線ビームの方向を変化させるようにＸ線管を回転させる又は傾斜させると共に、Ｘ線ビームの幅寸法及び長さ寸法を変化させるようにコリメータを動作させることにより調節することができる。Ｘ線管及び／又は検出器の直線移動によってさらなる調節を行なうこともできる。
【０００３】
重要な種別をなすＸ線イメージング・システムにおいては、システム操作者又は技術者がビーム照射野と検出器との間に所要の一致を与えようとする際にビーム照射野と検出器とを迅速に整列させることを可能にする視覚的インジケータが設けられている。例えば、かかる形式の製品の一つでは、患者はテーブルの上に水平に支持されており、Ｘ線管はテーブルの上方に装着されてビームを下方に投射し、フィルム・カセット又は他の検出器はテーブルの下方に配置されている。操作者が検出器とＸ線ビームとを整列させるのを支援するために、検出器ハンドルに、平面状検出器表面の長さに沿った正確な中点にマーク又は切り込みが形成されている。また、Ｘ線管から下方に可視光又はレーザ光のビームが投射されて、検出器平面の近傍に可視光の照射野を形成する。光ビームは、光照射野の境界が、特定のＸ線管配向及びコリメータ調節についてＸ線管によって投射されるＸ線ビーム照射野の境界と実質的に一致するように光学的に誘導され又は方向付けされている。光照射野の軸が２本の細い影線によって識別される。これらの影線は、互いに対して直交しており、検出器平面と投射ビームの中心軸との交点によって画定される点で交差する。影線軸はまた、光照射野の長さ及び幅のそれぞれ中点に沿って光照射野を二分している。このように、操作者は、検出器がテーブルの下方に配置されているため検出器を容易に目視することはできなくても、ハンドルの切り込みと光ビーム照射野の長さの中点に名目的に位置する影線軸とを整列させるように検出器を容易に直線移動させることができる。
【０００４】
Ｘ線ビーム、又はさらに具体的にはＸ線ビームの中心軸を検出器平面に対して垂直関係又は直交関係に方向付けするようにＸ線管を配向させた場合には、検出器平面に投射されるビーム照射野は矩形の構成を有するものとなる。この状況では、投射ビームの照射野の幾何中心は、ビームの中心軸が検出器平面に交差する点と一致する。従って、上述の影線軸は実際にビーム照射野の長さの中点に位置するものとなる。この場合には、影線軸と検出器ハンドルの切り込みとを整列させると、Ｘ線ビーム照射野をその長さに沿って検出器表面の長さに沿った中心に実効的に配置することになり、Ｘ線ビーム照射野と検出器表面との間に必要な一致が与えられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、Ｘ線技術者又は操作者は、撮像手順を設定しているときに、ビームを角度傾斜させる必要がある場合がある。すなわち、ビームが９０°未満の角度で検出器に照射されるようにＸ線管を回転又は回動させる必要がある場合がある。このことは例えば、撮像したい患者の特定の身体構造にビームを確実に透過させるために必要となり得る。Ｘ線ビームの角度傾斜を増大させるにつれて、検出器に投射されるビーム照射野は対応して歪んで台形となり、中心ビーム軸の交点の位置は投射Ｘ線の照射野の幾何中心に対してずれていく。これらの中心離脱又は歪みの効果の結果として、上述の従来の視覚的インジケータ構成では検出器の中心とビーム照射野の幾何中心とを整列させることは最早できず、検出器の中心はビーム照射野の幾何中心からずれた点に整列する。このことから撮像過程の間に解剖学的構造の遮断が生じる可能性があり、これにより、Ｘ線ビームによって取得される画像データの一部が検出器で受光されなくなる。すると、検査を繰り返す必要が生じるため、手順のサイクル時間が長くなり、検査経費が高くなり、患者への正味の放射線量が高くなる一因となる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
平面を有する検出器と、該平面から離隔して設けられておりＸ線ビームを該平面に対して投射して該平面にビーム照射野を画定するＸ線管とを設けたイメージング・システムにおいて、システム操作者によって用いられて検出器とビーム照射野とを選択的に整列させる装置が提供される。本装置は、検出器平面に位置する基準軸に沿った検出器の位置を指示する第一の視覚化可能な要素を含んでおり、さらに、ビーム照射野の幾何中心と、投射Ｘ線ビームの中心軸が検出器平面に交差する点との間での基準軸に沿ったずれ（オフセット）を表わす信号を発生する計算装置を含んでいる。Ｘ線管と検出器との間の基準軸に沿った相対的な直線移動を可能にするようにＸ線管及び検出器をそれぞれ支持する構造が設けられている。インジケータ装置が、発生された信号に応じて、上述の第一の要素がビーム照射野の幾何中心に対して所定の関係に配置されているとの通知を発行する。
【０００７】
本発明の好適実施形態では、検出器には、検出器平面に位置するＸ線検出表面が設けられており、この表面は、基準軸に沿って延在する長さ次元を有する。また、前述の第一の要素は、検出器の長さ次元の中心に配置されている視覚的に観測可能な要素を含んでいる。インジケータ装置は、第一の要素とビーム照射野の幾何中心とが基準軸に沿って整列したときに視覚的通知又は視覚化可能な通知を発行する。また好ましくは、計算装置は、Ｘ線管と検出器平面との間の間隔、並びに投射ビームの方向及び幅の特徴をそれぞれ表わす角度の関数としてオフセットを算出するように配設されている。
【０００８】
有用な実施形態では、インジケータ装置は、基準軸に沿って基準軸に対して平行な関係で延在する線状アレイをなす発光ダイオード（ＬＥＤ）又は後に定義する他の発光素子を含んでいる。オフセットを表わす発生信号によって発光素子の所与の一つが照明し、この発光素子は、操作者によって、第一の視覚化可能な要素、従って検出器の中心と、ビーム照射野の幾何中心とを整列させるのに利用され得る。
【０００９】
もう一つの有用な実施形態では、本装置にさらに、ビーム照射野軸の交点の位置を指示する第二の要素と、第一の要素と第二要素とが整列している初期位置からの基準軸に沿った検出器の線状走行を監視するように配設されている追跡装置とが設けられている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１には、垂直に配向した支柱１４にジャーナル式で又は回動可能に装着されているＸ線管１２を設けたＸ線イメージング・システム１０が示されている。システム１０はさらに、水平面内で患者又は他の被撮像体（図１には示されていない）を支持するように配設されているテーブル１６を含んでいる。支柱１４は軌道１８から懸吊されていると有用であり、Ｘ線管及び支柱は軌道に沿ってテーブル１６の長さ次元に沿って直線移動することができる。図１はさらに、テーブル１６がテーブル台２２上に載置されていることを示しており、テーブル台２２はまた、テーブル１６の直下で平坦なＸ線検出器２０を支持している。検出器２０は、長さｌdを有する平面状の受像表面２０ａを有しており、Ｘ線フィルム又はディジタル固体検出器を含んでいると有用である。
【００１１】
図１には説明の目的のために患者の水平な支持を示しているが、本発明の範囲を如何なる意味でも限定するものではないことを理解されたい。他の実施形態では、患者がＸ線管と検出器との間に位置するようにＸ線管及び検出器がそれぞれ配置されていれば、患者は垂直配向又は他の配向に載置されてよい。
【００１２】
被撮像体がテーブル１６に載置された後に、所定の身体構造を撮像すべく被撮像体の領域を透過するＸ放射線のビームを投射するようにＸ線管１２を調節する。管の位置は、支柱１４に対して管を回動させると共に、テーブルに沿って支柱及び管を直線移動させることにより調節することができる。投射Ｘ線ビームの寸法は、管１２に接合されており投射ビームが横断する従来の設計のコリメータ２４によって調節することができる。検出器２０もまた、テーブル１６に沿って直線移動するように装着されており、所定の身体構造の画像を受け取るように配設されている。但し、前述のように、所望の全画像データの検出を確実に行なうためには検出器は投射ビームの照射野又はＦＯＶと正しく整列していなければならない。図１はさらに、基準とする目的で互いに直交するＸ、Ｙ及びＺ座標軸を示しており、Ｚ軸は垂直に配向しており、Ｘ軸はテーブル１６の長手次元に平行であり、Ｙ軸はＸ軸を横断している。座標系の中心はＸ線管１２の焦点と一致しており、管は座標系の中心の周りを回転するように装着されている。
【００１３】
操作者が検出器２０と投射ビームの照射野とを整列させるのを支援するために、光要素構成（図示されていない）が管１２及びコリメータ２４の近傍に支持されている。操作者がスイッチ等（図示されていない）によって起動させると、これらの光要素は下方に光ビーム２６を投射して、テーブル１６の上面に可視光照射野２８を形成する。光要素は、所与の管及びコリメータ設定についてテーブル１６の上面で光照射野２８の境界が投射Ｘ線ビームのＦＯＶの境界と一致するように、Ｘ線管１２及びコリメータ２４と関連して設計される。テーブル１６の上面は、検出器平面を画定する平面状の検出器表面２０ａに平行に近接して隔設されている。これにより、光照射野２８の境界は、管１２によって検出器平面に投射されるＸ線ビームの照射野の境界と厳密に又は実質的に一致する。図１で分かるように、検出器平面及びテーブル１６の表面は両方ともＸ−Ｙ平面に平行になっている。
【００１４】
図１をさらに詳細に参照すると、光照射野２８に投射されている細い影線軸３０ａ及び３０ｂが図示されており、軸３０ａ及び３０ｂはそれぞれＸ軸及びＹ軸に平行になっている。軸３０ｂは光照射野２８の長さ次元の中点にその中心を置いており、軸３０ａは光照射野２８の幅次元の中点にその中心を置いている。これにより、軸３０ａ及び３０ｂの交点は、光ビーム２６の中心軸がテーブル１６の表面に交差する点Ｘcの位置を表わす。さらに、検出器２０には、テーブル１６の上面の端辺に近接して配置されているハンドル３２が取り付けられており、ハンドル３２には、非常に明瞭なマーク、切り込み又は溝３４が設けられている。マーク３４は検出器表面２０ａの長さ次元ｌdに沿った中点に配置されている。従って、操作者はマーク３４及び光照射野２８の軸３０ｂを同時に見て、Ｘ軸に沿って検出器２０を直線移動させてマーク３４と軸３０ｂとを整列させることが容易にできる。
【００１５】
図１をさらに詳細に参照すると、本発明の実施形態に従って後述する計算を実行すると共に、検出器２０の端辺に沿って配置されている視覚的表示装置４０の動作を制御する電子装置３６が図示されている。表示装置４０は図１に一般的に示されているが、幾つかの異なる形態又は構成として具現化することができる。他の実施形態では、表示装置は検出器２０ではなくテーブル１６の端辺に沿って配置される。これらの実施形態の幾つかについては後述する。
【００１６】
後に詳述するように、システム１０の操作者は、検出器２０と所定の画像取得についての投射Ｘ線ビームの照射野とを正しく整列させるために、マーク３４、軸３０ｂ及び表示装置４０を共に容易に用いることができる。図８を参照すると、操作者は、検出器をＸ軸に沿って直線移動させながら単純に下方を目視することにより検出器ハンドル３２上のマーク３４と影軸３０ｂとを極めて容易に整列させ得ることが分かる。検出器ハンドル３２上のマーク３４が軸３０ｂと整列したときに、検出器２０は点Ｘcにその中心を置く。代替的には、検出器をＸ軸に沿って直線移動させて、マーク３４と、表示器４０上に照明する後述する視覚化可能な所定の基準マークとを整列させることもできる。
【００１７】
図２には、テーブル１６上に配置されている患者４２を透過させて検出器２０へ向かってＸ線ビーム３８を投射するように配向したＸ線管１２が図示されている。さらに明確に述べると、管１２は、ビーム軸を成す中心射線Ｒcが垂直なＺ軸に関して角度φをなすように方向付けされている。以下、角度φをビーム方向角と呼ぶ。ビーム３８の中心射線Ｒcは、φが０°の場合には９０°の角度で検出器表面２０ａに向かって方向付けされ、φがゼロでない場合には９０°未満の角度で検出器表面に向かって方向付けされることが理解されよう。さらに、本発明の原理は±９０°未満の任意のビーム方向角φに適用されることを理解されたい。このように、φがゼロでない場合にはビーム３８が上述のように角度傾斜する。図２はさらに、投射ビーム３８が、Ｘ−Ｚ平面内でビーム３８の端辺に沿ってそれぞれ延在する射線Ｒ1及びＲ2によって境界を画定されていることを示している。図２はまた、ビーム３８がコリメータ２４を通過していることを示している。コリメータ２４はＸ−Ｚ平面でのビーム３８の角度γを確定しており、γを選択的に変化させるように調節可能である。以下、γをビーム幅角と呼ぶ。ビーム３８の中心射線Ｒcは角度φに位置しているので、射線Ｒ1及びＲ2は、図２に示すようにそれぞれφ＋γ／２及びφ−γ／２の角度に配向していることが容易に看取されよう。
【００１８】
図２をさらに詳細に参照すると、Ｘ線ビーム３８が、検出器２０の検出器表面２０ａの平面である検出器平面４４に交差していることが図示されている。この交差によってビーム照射野又はＦＯＶが画定され、すなわち検出器平面へのＸ線ビームの投射が画定される。前述のように、光照射野２８の境界は検出器平面のＸ線ビームＦＯＶの境界と一致しているか又は実質的に一致している。従って、ビーム角度傾斜は、Ｘ線ビームＦＯＶ及び光照射野２８の幾何学的性質に対して実質的に同じ効果を及ぼす。
【００１９】
図３には、光ビーム２６がテーブル表面及び検出器平面に向かって９０°の角度で投射されるようにφを０°に設定したときに生ずる光照射野２８ａが示されている。ビーム照射野２８ａは対称な矩形形状として示されており、矩形の幾何中心Ｃgeomは中心ビーム軸交点Ｘcと一致している。検出器平面４４の対応するＸ線ビームＦＯＶも同じ幾何学的性質によって特徴付けられる。従って、検出器表面２０ａは、該検出器表面がＸ軸に沿って点Ｘcにその中心を置くようにすることによりＸ線ビームＦＯＶと整列させることができる。
【００２０】
しかしながら、前述のように、４５°等のゼロでないφの角度まで管１２を回動させることによりＸ線ビーム３８及び光ビーム２６を角度傾斜させると、これにより、それぞれ投射されるビーム照射野は歪む。このことを図３では角度傾斜した光ビーム２６によって形成される光ビーム照射野２８ｂによって図示しており、光ビーム照射野２８ｂは台形構成として示されている。さらに、図３は、光ビーム照射野２８ｂのビーム軸交点Ｘcが光ビーム照射野２８ｂの幾何中心Ｃgeo mからＸ軸に沿って量δだけずれていることを示している。結果として、光ビーム照射野２８ｂの一部が検出器表面２０ａと整列しなくなる。さらに重要なこととして、検出器平面に投射される対応するＸ線ビームのＦＯＶの一部もやはり検出器表面２０ａと整列しなくなる。結果として、かかるＸ線ＦＯＶの一部によって生成される画像データが受信又は検出されなくなる。
【００２１】
図３をさらに参照すると、φが−４５°等の値に設定されている場合にビーム２６によって形成される光照射野２８ｃが示されている。光照射野２８ｃは、照射野２８ｂの場合と同様に台形であることが分かるが、反対の方向に歪んでいる。また、光照射野２８ｃでは、点Ｘcは、光照射野２８ｂに関連して示したように右方にではなく、幾何中心からＸ軸に沿って左方に量δだけずれる。
【００２２】
本発明によれば、Ｘ軸に沿ったオフセットδを決定することができれば、検出器の中心マーク３４及び光照射野軸３０ｂを依然として活用して、上述の角度傾斜による歪み効果にも拘わらず検出器の中心とＸ線ビームＦＯＶの幾何中心とを整列させ得ることが判明した。これにより、画像データの欠落が防止される。さらに、所与の角度傾斜について、光照射野２８と検出器平面での対応するＸ線ビーム照射野とが厳密に一致しているので、二つの照射野の幾何中心はＸ軸に沿って実質的に同じ位置に位置する。二つの照射野の各中心軸交点Ｘcもやはり、Ｘ軸に沿って実質的に同じ位置に位置する。従って、オフセットδすなわちＸcと幾何中心との間のＸ軸に沿った間隔は、Ｘ線ビーム３８、及びこれにより検出器平面に投射されるＦＯＶの特徴を表わす一組のパラメータ集合から決定することができる。かかるパラメータには、ビーム方向角φ、ビーム幅角γ及びＳＩＤzが含まれており、ここで、ＳＩＤzはＺ軸に沿った線源画像間距離、すなわち管１２と検出器平面４４との間の距離であって既知の値である。このパラメータ集合はさらに、Ｘ線ビーム照射野の長さＦＯＶlすなわちＸ軸に沿ったＸ線ビーム照射野の寸法を含んでいる。図２は、この長さを、検出器平面４４がＸ線ビーム３８の射線Ｒ1及びＲ2とそれぞれ交差する点であるＸ1とＸ2との間の距離として示している。図２では、Ｘ線ビーム３８の中心軸ＲcはＸ軸に沿ってＸcにおいて検出器平面４４に交差している。Ｘcはφ及びＳＩＤzから容易に決定することができ、すなわちＸcはＳＩＤzｔａｎφに等しい。
【００２３】
図２はＺ軸に関して管１２を回動させることにより角度傾斜したビーム３８を示しているが、ビームは代替的に、検出器２０を回動又は回転させることにより角度傾斜されてもよい。一般的には、本発明は、ビーム方向角φを±９０°未満にする管と検出器との間の任意の相対的移動に適用可能である。
【００２４】
オフセットδの値を決定する際には、図２に示すように、先ず射線Ｒ1、Ｒ2及びＲcのそれぞれの勾配Ｍ1、Ｍ2及びＭcを考察すると有用である。これらの勾配の各々は、定義済の角度φ及びγによって下記のように定義することができる。
Ｍcenter ＝ ｔａｎ（φ） 式（１）
Ｍ1 ＝ ｔａｎ（φ＋（γ／２）） 式（２）
Ｍ2 ＝ ｔａｎ（φ−（γ／２）） 式（３）
図２に示すＸ−Ｚ平面について、上述した座標系の場合には、同図に示す線の方程式は、一般化された形態でｘi＝Ｍiｚi＋ｂiを有する。式中、（ｘi，ｚi）は当該線に沿った点の座標であり、Ｍiは線の勾配である。但し、管１２の焦点がＸ線管支持装置の回転中心と一致するようにイメージング・システム１０を設計すれば計算の複雑さを小さくすることができる。この場合には、各方程式が座標系の原点を通るので、ｂi項は０となり、ビーム射線Ｒ1、Ｒ2及びＲcを記述するのに有用な表現ｘi＝Ｍiｚiが得られる。さらに、ｚi＝ＳＩＤzすなわち既知の線源画像間距離の場合には、射線Ｒ1及びＲ2のそれぞれの交点Ｘ1及びＸ2は下記の式で与えられる。
【００２５】
【数１】
【数２】
Ｘ線ビーム照射野の長さＦＯＶlが、Ｘ軸に沿って延在する検出器表面２０ａの長さ寸法以上になる場合があるのを理解することが肝要である。従って、ＦＯＶlは、検出器表面２０ａの長さと等しいか、又は選択によってはこれよりも小さいかのいずれかに予め指定される。このように、ＦＯＶlは予め決定されている既知の値である。図２から、ＦＯＶlは（Ｘ1−Ｘ2）に等しいことが分かる。従って、ＦＯＶlは下記のようにＳＩＤz、φ及びγに関係付けられる。
【００２８】
【数３】
公知の三角法関係式
【００３０】
【数４】
及び
【００３２】
【数５】
を用いると、式（６）を下記のように変形することができる。
【００３４】
【数６】
式（７）の各項を変形して方程式を解くと、下記の二次方程式が得られる。
【００３６】
【数７】
式中、Ａ＝ｔａｎ2（φ）、
【００３８】
【数８】
及びＣ＝−１である。二次方程式（８）を解くと下記の二つの可能な解が得られる。
【００４０】
【数９】
【数１０】
イメージング・システム１０によって形成されるＸ線ビームの幾何学的状態については、式（９）によって与えられる解γ1のみが有効である。従って、γ1が決定された後に、必要に応じてコリメータ２４を調節してビーム３０のビーム幅角をγ1に確定する。これにより、長さＦＯＶlは予め指定されている長さの値に設定される。さらに、ＦＯＶl、ビーム方向角φ、ＳＩＤz及びγ1の値からオフセットδを直接算出することができ、検出器と投射Ｘ線の照射野とを整列させるのに用いることができる。
【００４３】
【外１】
【数１１】
前述のように、ＸcはＳＩＤzｔａｎ（φ）に等しい。従って、オフセットδは下記の表現によって与えられる。
【００４６】
【数１２】
コンピュータ制御等を含む図１に示す電子制御装置３６は、φ、ＳＩＤz及びＦＯＶlの指定値を入力として受け取るように配設されており、以上に述べた式に従って計算を行なうように構成されている。従って、所定の入力を受け取ると、装置３６は式（７）〜式（９）を具現化するように動作して、入力に対応するビーム幅角γ1を決定する。コリメータ２４が信号に応じて自動的に調節可能である場合には、制御装置３６はさらに、γ1を表わす信号を結合してコリメータ２４を調節し、これによりオートコリメーションを提供するように構成されていてもよい。γ1を決定した後に、式（１１）及び式（１２）に従って制御装置３６を動作させてオフセットδを算出する。次いで、制御装置３６はオフセットδを表わす信号を表示装置４０に結合する。
【００４８】
図４には、検出器２０の端辺に沿って装着されている線状ＬＥＤアレイ４６が図示されている。アレイ４６は中央ＬＥＤ４８と、図４で見て中央ＬＥＤ４８の左右に１／８インチ等の等間隔で延在している多数の他のＬＥＤ５２とを含んでいる。図４はさらに、検出器２０のハンドル３２を示しており、ハンドル３２は該ハンドル３２のマーク３４が中央ＬＥＤ４８と整列するように検出器２０に固定的に接合されている。このように、アレイ４６の中央ＬＥＤ４８がＸ軸に関して検出器２０の中心又は中点に配置されている。さらに、ハンドル３４及びアレイ４６は検出器２０と共に移動するように検出器２０に接合されており、検出器２０はローラ５４等によってＸ軸に沿って直線移動するように装着されている。
【００４９】
図４の構成を用いるためには、操作者はＸ線管１２及びコリメータ２４を所定の撮像手順向けに調節し、これにより、前述のようにしてオフセットδを算出するのに必要なそれぞれのパラメータが利用可能となる。制御装置３６は、オフセットδを算出した後に、中央ＬＥＤ４８から量δだけ離隔したＬＥＤ５０にエネルギを加える又は該ＬＥＤ５０を照明させる信号をアレイ４６へ送る。次いで、操作者は検出器２０を直線移動させて照明したＬＥＤ５０と光照射野２８の影線軸３０ｂとを整列させる。これにより、ＬＥＤ５０はＸ軸に沿って光照射野２８の点Ｘcと整列すると共に、Ｘ線ビームＦＯＶの点Ｘcと整列する。さらに、照明したＬＥＤ５０は、ＬＥＤ５０が点Ｘcで整列したときに、中央ＬＥＤ４８及びマーク３４がビーム照射野の幾何中心と整列するように中央ＬＥＤ４８に関して配置される。例えば、装置３６が、オフセットδが４／８インチであり点Ｘcの左側に位置しているものと決定した場合には、中央ＬＥＤ４８から右に４番目のＬＥＤにエネルギを加える。このように、光照射野軸３０ｂとエネルギを加えられたＬＥＤ５０とを単純に整列させることにより、操作者は、極めて迅速に検出器の中心とＸ線ＦＯＶの幾何中心とをＸ軸に沿って整列させることができる。
【００５０】
図４は発光ダイオード５２を含む線状アレイ４６を示しているが、本発明の範囲内では発光ダイオード５２を他の形式の発光素子で置き換えてもよい。本書で用いられる「発光素子」という用語は、任意の形式の小要素を指しており、ＬＥＤを含むがこれに限定されない。かかる素子は、線状アレイ内で、発光素子の各々に非連続的に又は個別にエネルギを加えて視覚化可能な光を発生することのできるような類似の形式の他の素子と共に配置されていてもよい。
【００５１】
発光素子のアレイを用いたアラインメントの精度は、それぞれの発光素子の幅及び発光素子間の間隔によって決定されることは明らかであろう。制御部３６は正しい素子を選択して照明させることができるものと考えられる。図５には、レール５３等によってＸ軸に沿って直線移動するようにテーブル１６の端辺に装着されているＬＥＤアレイ５１を示している。アレイ５１は、中央ＬＥＤ５５と、図５で見て中央ＬＥＤ５５の左右に１／８インチ等の等間隔で延在している多数の他のＬＥＤ５７とを含んでいる。中央ＬＥＤ５５と残りのＬＥＤ５７とは、それぞれアンバー（黄色）と緑といった異なる色を有していると有用である。図５はさらに、検出器２０がローラ５４等によってＸ軸に沿って直線移動するように装着されていることを示している。
【００５２】
図５の構成を用いるためには、操作者はＸ線管１２及びコリメータ２４を所定の撮像手順向けに調節し、これにより、前述のオフセットδを算出するのに必要なそれぞれのパラメータが利用可能となる。次いで、操作者は、ＬＥＤアレイ５１を直線移動させて中央ＬＥＤ５５と光照射野２８の影線軸３０ｂとを整列させる。これにより、ＬＥＤ５５はＸ軸に沿って光照射野２８の点Ｘcと整列すると共に、Ｘ線ビームＦＯＶの点Ｘcと整列する。制御装置３６は、オフセットδを算出した後に、中央ＬＥＤ５５から量δだけ離隔したＬＥＤ５６にエネルギを加える信号をアレイ５１へ送る。例えば、装置３６が、オフセットδが５／８インチであり点Ｘcの左側に位置しているものと決定した場合には、中央ＬＥＤ５５から左に５番目のＬＥＤにエネルギを加える。すると、操作者は検出器２０のマーク３４とエネルギを加えられたＬＥＤ５６とを整列させて、検出器の中心とＸ線ＦＯＶの幾何中心とをＸ軸に沿って整列させる。
【００５３】
図６には、やはりローラ５４等によってＸ軸に沿って直線移動するように装着されている検出器２０が図示されている。さらに、検出器２０と共に移動するように検出器２０の一端に固定的に接合されているロッド５８が示されており、ロッド５８には、その長さに沿って等間隔でマーク又は他の印（図示されていない）が形成されている。ロッド５８が検出器２０と共に直線移動するにつれて、ロッド５８は当技術分野で公知の形式の電位差計、磁気検出器又は他の装置６０を通過して移動する。装置６０は、ロッドの印の一つが当該装置６０の基準点を通過する度に係数を記録するように配設されている。このようにして、装置６０は検出器２０が走行した距離を表わす信号を供給すると共に、走行の方向を指示する。図６をさらに詳細に参照すると、赤いＬＥＤ６２及び緑のＬＥＤ６４が両方ともテーブル１６に接合されていることが示されている。
【００５４】
動作時には、操作者は検出器ハンドル３２上のマーク３４と光照射野軸３０ｂとを整列させる。すると、検出器２０は初期的にＸ線ＦＯＶの点Ｘcにその中心を置く。オフセットδが算出された後に、δがゼロでない場合には赤いＬＥＤ６２にエネルギを加える。操作者は無作為に検出器２０を直線移動させて、検出器装置６０は検出器２０の変位を表わす信号を間断なく発生する。この信号は、検出器の変位と算出されたオフセットδとを間断なく比較している制御装置２６によって受け取られる。装置２６は、検出器の変位がオフセットδに等しいと決定したときに緑のＬＥＤ６４にエネルギを加えて、検出器２０の中心がＸ軸に沿ったＸ線ビームＦＯＶの幾何中心の位置まで移動したことを操作者に通知する。
【００５５】
図７には、図６と関連して前述した実施形態と類似の構成が示されている。但し、ＬＥＤ６２及び６４の代わりにテーブル１６に装着されている表示装置７０を置き換えている。表示装置７０は、図７で見てそれぞれ右方向及び左方向を指している二つの矢印６６及び６８を示している。図６と同様に、検出器ハンドルのマーク３４を初期的に光照射野２８の軸３０ｂと整列させる。制御装置２６は、オフセットδを算出した後に、表示装置７０を動作させて、矢印６６及び６８の先端をδに等しい量だけ離隔したものとして示す。また、検出器２０を移動させるべき方向を指す矢印が他方の矢印よりも明るく見えるようにする。検出器２０のマーク３４がビーム照射野の幾何中心と整列したときには、矢印６６及び６８の先端は接触したものとして示される。
【００５６】
明らかに、上述の教示に照らして本発明の他の多くの改変及び変形が可能である。従って、開示された概念の範囲内で、特定的に記載したものとは異なる態様で本発明を実施し得ることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態と関連して用いられるＸ線イメージング・システムの構成部品を示す遠近図である。
【図２】 本発明の原理を説明するために図１のシステムの構成部品を単純化した形態で被撮像体と共に示す模式図である。
【図３】 Ｘ線ビームの角度傾斜によって生ずるＸ線ビーム照射野及び光ビーム照射野の歪みを示す模式図である。
【図４】 図１のシステムの構成部品を単純化した形態で本発明の有用な実施形態と共に示す模式図である。
【図５】 図１のシステムの構成部品を単純化した形態で本発明の有用な実施形態と共に示す模式図である。
【図６】 図１のシステムの構成部品を単純化した形態で本発明の有用な実施形態と共に示す模式図である。
【図７】 図１のシステムの構成部品を単純化した形態で本発明の有用な実施形態と共に示す模式図である。
【図８】 図１のシステムの一部を詳細に示す遠近図である。
【符号の説明】
１０ Ｘ線イメージング・システム
１２ Ｘ線管
１４ 支柱
１６ テーブル
１８ 軌道
２０ Ｘ線検出器
２０ａ 受像表面
２２ テーブル台
２４ コリメータ
２６ 光ビーム
２８ 可視光照射野
２８ａ 矩形のビーム照射野
２８ｂ、２８ｃ 台形のビーム照射野
３０ａ、３０ｂ 影線軸
３２ ハンドル
３４ マーク
３６ 電子装置
３８ Ｘ線ビーム
４０、７０ 表示装置
４２ 患者
４４ 検出器平面
４６ 線状ＬＥＤアレイ
４８、５５ 中央ＬＥＤ
５０、５６ 照明するＬＥＤ
５１ ＬＥＤアレイ
５２、５７ 中央以外のＬＥＤ
５３ レール
５４ ローラ
５８ ロッド
６０ 位置係数装置
６２ 赤いＬＥＤ
６４ 緑のＬＥＤ
６６、６８ 矢印
Claims (7)
- 平面を有する検出器と、前記平面から離隔して設けられておりＸ線ビームを前記平面に投射して該投射により前記平面にＸ線ビーム照射野を画定するＸ線管とを設けたイメージング・システムにおいて、前記検出器の基準軸に沿って前記検出器と前記Ｘ線ビーム照射野とを整列させるのに用いられる装置であって、
回転することにより前記Ｘ線ビームを角度傾斜させる前記Ｘ線管と、
前記角度傾斜したＸ線ビームの寸法を調節するコリメータと、
光ビームを照射する光要素であって、前記光ビームの光照射野の境界が、前記回転したＸ線管及び前記コリメータの調節によって投射されるＸ線ビーム照射野の境界と実質的に一致するように光学的に誘導されており、前記光ビームが前記検出器の前記基準軸と垂直で前記Ｘ線ビーム照射野の中心を通る影線軸（３０ｂ）を含む、前記光要素と、
前記Ｘ線ビーム照射野の幾何中心と、前記検出器平面の中心との間での前記基準軸に沿ったオフセットを表わす信号を発生する計算装置と、
前記管と前記検出器との間の前記基準軸に沿った相対的な直線移動を可能にするように前記管及び前記検出器をそれぞれ支持する構造と、
前記発生された信号に応じて、前記検出器と前記Ｘ線ビーム照射野とが整列するように前記影線軸（３０ｂ）に位置付けるべき前記検出器の位置を示すインジケータ装置とを備え、
前記構造は、前記Ｘ線管が患者又は他のイメージング対象を支持するテーブルの上方に装着され、前記検出器が前記テーブルの下方に配置されることが可能なように構成されている、装置。 - 前記検出器には、前記平面に位置しており前記基準軸に沿って延在する長さ次元を有するＸ線検出表面が設けられており、
前記インジケータ装置は、前記検出器と前記Ｘ線ビーム照射野の幾何中心とが前記基準軸に沿って整列したときに視覚化可能な通知を発行する請求項１に記載の装置。 - 前記検出器には、前記平面に位置しており前記基準軸に沿って延在する長さ次元を有するＸ線検出表面が設けられており、
前記インジケータ装置は、前記検出器の端辺に沿って線状に装着されている複数のＬＥＤを備え、前記複数のＬＥＤは、前記検出器の中心に対応する中央ＬＥＤを備え、前記中央ＬＥＤから前記オフセットに対応する量だけ離隔したＬＥＤにエネルギが加えられる請求項１に記載の装置。 - 前記計算装置は、前記管と前記検出器平面との間の間隔、並びに前記投射ビームの方向及び幅の特徴をそれぞれ表わす角度の関数として前記オフセットを算出するように配設されており、
前記ビーム幅角は、前記間隔、前記ビーム方向角、及び前記基準軸に沿って延在する前記Ｘ線ビーム照射野の寸法から算出される請求項１乃至３のいずれかに記載の装置。 - 平面を有する検出器と、Ｘ線ビームを前記平面に投射して前記平面にＸ線ビーム照射野を画定するように配設されているＸ線管とを設け、前記検出器が患者又は他のイメージング対象を支持するテーブルの下方に配置され、前記Ｘ線管が前記テーブルの上方に装着されるイメージング・システムにおいて、前記検出器の基準軸に沿って前記検出器と前記Ｘ線ビーム照射野とを整列させる方法であって、
前記Ｘ線管を回転させ、前記Ｘ線ビームを角度傾斜させる工程と、
コリメータにより前記角度傾斜したＸ線ビームの寸法を調節する工程と、
光要素から光ビームを照射する工程であって、前記光ビームの光照射野の境界が、前記回転したＸ線管及び前記コリメータの調節によって投射されるＸ線ビーム照射野の境界と実質的に一致するように光学的に誘導されており、前記光ビームが前記検出器の前記基準軸と垂直で前記Ｘ線ビーム照射野の中心を通る影線軸（３０ｂ）を含む、前記光ビームを照射する工程と、
前記Ｘ線ビーム照射野の幾何中心と、前記投射ビームの中心軸が前記検出器平面に交差する点との間での前記基準軸に沿ったオフセットを表わす信号を発生する工程と、
視覚化可能なインジケータ装置が、前記検出器と前記Ｘ線ビーム照射野とが整列するように前記影線軸（３０ｂ）に位置付けるべき前記検出器の位置を示すように、当該視覚化可能なインジケータ装置に前記信号を結合する工程とを備えた方法。 - 前記信号を発生する工程は、前記管と前記検出器平面との間の間隔、並びに前記投射ビームの方向及び幅の特徴をそれぞれ表わす角度の関数として前記オフセットを算出する工程を含んでいる請求項５に記載の方法。
- 前記インジケータ装置は、前記検出器の端辺に沿って線状に装着されている複数のＬＥＤを備え、前記複数のＬＥＤは、前記検出器の中心に対応する中央ＬＥＤを備え、前記中央ＬＥＤから前記オフセットに対応する量だけ離隔したＬＥＤにエネルギが加えられる請求項６に記載の方法。
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