JP4934263B2 - ディジタル・イメージング方法、システム及び装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般的にはディジタル・イメージングに関するものであり、より具体的には、Ｘ線源及び検出器並びに超音波装置を用いてディジタル画像（イメージ）を取得する方法、システム及び装置に関する。
【０００２】
【発明の背景】
少なくとも幾種類かの公知のイメージング・システムでは、放射線源から円錐形ビームを投射しており、該円錐形ビームは患者のような撮像中の物体を通過して、矩形アレイ（配列）の放射線検出器に入射する。また少なくとも１種の公知のトモシンセシス（tomosynthesis ）システムでは、放射線源を枢軸点の周りをガントリと共に回転させており、異なる投影角度で物体の複数のビューを取得することができる。用語「ビュー」は、単一の投影像を表し、より具体的に述べると、単一の投射による放射線写真を表し、これは投影像を形成する。また、検出器から一定の高さにある被撮像物体内の構造を表す１つの再構成（断面）画像は、「スライス」と呼ばれている。一集まりのビュー、すなわち複数のビューは「投影データセット」と呼ばれている。また、全ての高さについての一集まりのスライス、すなわち複数のスライスは、「像物体を表す３次元データセット」と呼ばれている。
【０００３】
公知の他の医用イメージング・システムでは、被検者の器官を撮影するために超音波診断装置を使用している。従来の超音波診断装置は典型的には、被検者に超音波信号を送出すると共に該被検者からの反射超音波信号を受け取る超音波プローブを含んでいる。超音波プローブで受け取った反射超音波信号は処理して、検査中の対象物の画像を形成する。
【０００４】
従来の乳房の撮像は、判別検査のための標準的な２ＤＸ線マンモグラフィと、診断追跡のためのＸ線及び超音波撮像とに基づいている。超音波は良性の嚢胞及び塊を識別するのに特に有効であり、またＸ線は典型的には微量カルシウム沈着の詳細な特徴描写のために使用される。Ｘ線及び検出器を用いて作成された像と超音波システムを用いて作成された像とを組み合わせると、これらの両方のモダリティの長所を活用することができる。しかしながら、Ｘ線検査が典型的には乳房を圧迫して行われるのに対し、超音波検査が典型的には乳房を圧迫せずに走査することにより行われるので、両者の画像の整合を取るのが難しい。その上、超音波走査が典型的には手動で行われるので、得られる結果に変動が多く、それらの結果を整合させるのが難しい。
【０００５】
【発明の概要】
本発明の一面においては、関心のある物体の画像を作成する方法を提供する。本方法は、Ｘ線源及び検出器を用いて第１の位置で物体の第１の３次元データセットを取得する工程と、超音波プローブを用いて第１の位置で物体の第２の３次元データセットを取得する工程と、第１の３次元データセット及び第２の３次元データセットを組み合わせて、物体の３次元画像を作成する工程とを有する。
【０００６】
別の一面においては、関心のある物体の画像を作成する方法を提供する。本方法は、圧迫パドルを用いて関心のある物体を圧迫する工程と、Ｘ線源及び検出器を用いて第１の位置で物体の第１の３次元データセットを取得する工程と、圧迫パドルに隣接して超音波プローブ移動装置組立体を位置決めして、超音波プローブ移動装置組立体により得られる第２の３次元データセットが機械的設計によって圧迫パドルを介して得られる第１の３次元データセットと相互整合(co-register) するようにする工程とを含む。本方法はまた、超音波プローブをプローブ移動装置組立体と結合して、超音波プローブが超音波出力信号を圧迫パドル及び関心のある物体に送出するようにする工程と、超音波プローブを用いて第１の位置で物体の第２の３次元データセットを取得する工程と、第１の３次元データセット及び第２の３次元データセットを組み合わせて、物体の３次元画像を作成する工程とを含む。
【０００７】
更に別の一面においては、関心のある物体の画像を作成する方法を提供する。本方法は、圧迫パドルを用いて関心のある物体を圧迫する工程と、Ｘ線源及び検出器を用いて第１の位置で物体の２次元データセットを取得する工程と、圧迫パドルに隣接して超音波プローブ移動装置組立体を位置決めして、超音波プローブ移動装置組立体により得られる第２の３次元データセットが機械的設計によって圧迫パドルを介して得られる第１の３次元データセットと相互整合するようにする工程とを含む。本方法はまた、超音波プローブをプローブ移動装置組立体と動作上結合させて、超音波プローブが超音波出力信号を圧迫パドル及び関心のある物体に送出するようにする工程と、超音波プローブを用いて第１の位置で物体の３次元データセットを取得する工程と、２次元データセット及び第２の３次元データセットを組み合わせて、物体の３次元画像を作成する工程とを含む。
【０００８】
また別の一面においては、装置を提供する。本装置は、圧迫パドルと、該圧迫パドルと機械的に整列した超音波プローブ移動装置組立体と、圧迫パドル及び関心のある物体に超音波出力信号を送出するように、超音波プローブ移動装置組立体に結合された超音波プローブとを含む。
【０００９】
また更に別の一面においては、関心のある物体の画像を作成する医用イメージング・システムを提供する。本イメージング・システムは、検出器アレイと、少なくとも１つの放射線源と、圧迫パドルと、該圧迫パドルと機械的に整列した超音波プローブ移動装置組立体と、圧迫パドル及び関心のある物体に超音波出力信号を送出するように、超音波プローブ移動装置組立体に結合された超音波プローブと、検出器アレイ、放射線源及び超音波プローブに結合されたコンピュータとを含む。コンピュータは、Ｘ線源及び検出器を用いて第１の位置で物体の第１の３次元データセットを取得し、超音波プローブを用いて第１の位置で物体の第２の３次元データセットを取得し、第１の３次元データセット及び第２の３次元データセットを組み合わせて物体の３次元画像を作成するように構成されている。
【００１０】
更に別の一面においては、圧迫パドルを提供する。この圧迫パドルは複数の複合層を含んでいる。これらの層は音波透過性及び放射線透過性である。
【００１１】
【発明の詳しい説明】
図１は医用イメージング・システム１２の絵画図である。代表的な実施形態では、イメージング・システム１２は、超音波イメージング・システム１４と、プローブ移動装置組立体１６と、超音波プローブ１８と、Ｘ線イメージング・システム及びトモシンセシス・イメージング・システム２０のうちの少なくとも一方とを含んでいる。代表的な実施形態では、超音波イメージング・システム１４、プローブ移動装置組立体１６、超音波プローブ１８及びトモシンセシス・イメージング・システム２０は、イメージング・システム１２内で動作上一体化されている。別の実施形態では、超音波イメージング・システム１４、プローブ移動装置組立体１６、超音波プローブ１８及びトモシンセシス・イメージング・システム２０は、物理的に一体化されて、単一体のイメージング・システム１２を構成する。
【００１２】
図２はトモシンセシス・イメージング・システム２０の絵画図である。代表的な実施形態では、トモシンセシス・イメージング・システム２０は、患者の乳房のような被撮像物体２２を表す３次元データセットを作成するために使用される。システム２０は、Ｘ線源のような放射線源２４と、複数の投影角度２８からのビューを収集するための少なくとも１つの検出器アレイ２６と含んでいる。詳しく述べると、システム２０は円錐形Ｘ線ビームを投射する放射線源２４を含んでおり、円錐形Ｘ線ビームは物体２２を通って検出器アレイ２６に入射する。各角度２８で得られたビューは複数のスライス、すなわち、検出器アレイ２６に平行な複数の平面３０内に位置する構造を表す画像、を再構成するために使用し得る。検出器アレイ２６は、行及び列に配列した複数の画素（図示していない）を持つパネル形式に製造して、乳房のような関心のある物体２２全体の画像が作成されるようにする。
【００１３】
各画素は、スイッチング・トランジスタ（図示せず）を介して２つの別々のアドレス線（図示せず）に結合されたフォトダイオード（図示せず）のような光センサを含んでいる。一実施形態では、２つの線は走査線及びデータ線である。放射線がシンチレータ材料に入射すると、画素の光センサが、シンチレータとのＸ線の相互作用によって発生された光の量を、ダイオードの両端間の電荷の変化により測定する。より詳しく述べると、各画素は、物体２２によって減弱した後で検出器アレイ２６に入射したＸ線ビームの強度を表す電気信号を生成する。一実施形態では、検出器アレイ２６はほぼ１９ｃｍ×２３ｃｍであり、且つ乳房のような関心のある物体２２全体についてビューを生成するように構成される。この代わりに、検出器アレイ２６は使用目的に応じて寸法が変えられる。更に、検出器アレイ２６の個々の画素の寸法は、検出器アレイ２６は使用目的に基づいて選択される。
【００１４】
代表的な実施形態では、再構成された３次元データセットは必ずしも検出器２６に平行な平面に対応するスライスに配列されず、より一般的な態様に配列される。別の実施形態では、再構成された３次元データセットは単一の２次元画像、又は１次元関数のみを構成する。更に別の実施形態では、検出器２６は平面状以外の形状である。
【００１５】
代表的な実施形態では、放射線源２４は物体２２に対して移動可能である。より詳しく述べると、放射線源２４は被撮像領域の投影角度２８を変更するように並進（平行移動）可能である。放射線源２４は、投影角度２８を任意の鋭角又は斜角にすることができるように並進（平行移動）可能である。
【００１６】
放射線源２４の動作はイメージング・システム２０の制御機構３８によって統制される。制御機構３８は、放射線源２４に電力及びタイミング信号を供給する放射線制御装置４０と、放射線源２４及び検出器２６のそれぞれの並進速度及び位置を制御するモータ制御装置４２を含んでいる。制御機構３８はまたデータ収集システム（ＤＡＳ）４４を含み、ＤＡＳ４４は検出器２６からのディジタル・データをその後の処理のためにサンプリングする。画像再構成装置４６が、本書に述べるように、ＤＡＳ４４からサンプリングされディジタル化された投影データセットを受け取って、高速画像再構成を行う。被撮像物体２２を表す再構成された３次元データセットは、コンピュータ４８に入力として印加される。コンピュータ４８は３次元データセットを大容量記憶装置５０に記憶させる。画像再構成装置４６は、本書に述べる機能を実行するようにプログラムされており、また本書で用いる用語「画像再構成装置」はコンピュータ、プロセッサ、マイクロコントローラ、マイクロコンピュータ、プログラム可能な論理制御装置、特定用途向け集積回路、及びその他のプログラム可能な回路を表す。
【００１７】
コンピュータ４８はまた、入力装置を備えたコンソール５２を介してオペレータから指令及び走査パラメータを受け取る。陰極線管や液晶表示装置（ＬＣＤ）のような表示装置５４により、オペレータはコンピュータ４８からの再構成された３次元データセット及び他のデータを観察できる。コンピュータ４８は、オペレータにより供給された指令及び走査パラメータを使用して、ＤＡＳ４４、モータ制御装置４２及び放射線制御装置４０へ制御信号及び情報を供給する。
【００１８】
イメージング・システム２０はまた圧迫パドル５６を含む。圧迫パドル５６は、プローブ移動装置組立体１６と圧迫パドル５６とが機械的に整列するようにプローブ移動装置組立体１６に隣接して位置決めされる。更に、プローブ移動装置組立体１６を用いて得られる超音波データセットすなわち第２の３次元データセットは、機械的設計によって圧迫パドル５６を用いてＸ線データセットすなわち第１の３次元データセットと相互整合させる。一実施形態では、超音波プローブ１８はプローブ移動装置組立体１６に動作上結合されて、超音波プローブ１８が圧迫パドル５６及び乳房２２に超音波出力信号を送出し、該信号が乳房２２内の嚢胞のように界面に遭遇したときに少なくとも部分的に反射されるようにする。別の実施形態では、超音波プローブ１８は圧迫パドル５６に動作上結合される容量性微細機械加工超音波トランスデューサの２Ｄアレイとし、プローブ移動装置組立体１６は使用しない。
【００１９】
図３は圧迫パドル５６の側面図である。一実施形態では、圧迫パドル５６は音響的に透明（音波透過性）でＸ線に透明（放射線透過性）であり、表１に限定ではなく例として示す表１に記載のようなプラスチック材料の複合体で製作して、システム２が約１０ＭＨｚで動作しているときの圧迫パドル５６の減衰係数が約５．０デシベル／ｃｍ未満になるようにし、もって圧迫パドル５６による超音波残響及び減衰を最小にする。別の実施形態では、圧迫パドル５６は単一の複合材料を用いて製作する。更に別の実施形態では、圧迫パドル５６は単一の、複合材料でない材料を用いて製作する。代表的な一実施形態では、圧迫パドル５６は厚さが約２．７ｍｍであり、複数の層５８を含んでいる。層５８は、限定ではなく例として示すポリカーボネート、ポリメチルペンテン、ポリスチレンのような、複数の剛性の複合材料を用いて製作する。圧迫パドル５６は表１に示した複数の設計パラメータを用いて設計する。圧迫パドル５６の設計パラメータには、限定ではなく例として示すと、Ｘ線減弱度、原子番号、光透過率、引張り係数、音速、密度、伸び率、ポアソン比、音響インピーダンス及び超音波減衰度が含まれる。
【００２０】
【表１】
【００２１】
複数の複合層５８を使用して圧迫パドル５６を製作することにより、乳房撮影スペクトルではポリカーボネートと同様な実効Ｘ線減弱係数及び点像分布関数が容易に得られる。その上、複合層５８を使用して、８０％以上の光透過率、及び約１２メガヘルツ（ＭＨｚ）までの超音波プローブ周波数で（３ｄＢ未満の）低い超音波減衰度を達成することができる。更に、複合層５８により、界面反射の最大強度を最大ビーム強度の２％以内にし、１９×２３ｃｍ2 の面積に１８ｄａＮの全圧迫力を加えたときの水平からたわみを１ｍｍ未満にし、且つ機械的剛性及び複数の経時放射線抵抗性をポリカーボネートと同程度にすることが容易に得られる。
【００２２】
図４はプローブ移動装置組立体１６の上面図である。一実施形態では、プローブ移動装置組立体１６は、パドル５６に取外し可能に結合されており、プローブ移動装置組立体１６を圧迫パドル５６の上方に独立して位置決めできるように圧迫パドル５６から切り離すことができる。プローブ移動装置組立体１６は、複数のステップ・モータ６２と、位置符号化器（図示せず）と、複数のリミット・スイッチ駆動式キャリッジ（図示せず）とを含んでいる。少なくとも１つのキャリッジは受け器６４を介して超音波プローブ１８（図１に示す）を装着して、圧迫パドル５６の可変垂直位置決めを能力を可能にする。一実施形態では、超音波プローブ１８は、圧迫パドル５６と接触するまでｚ方向に垂直に下降する。ステップ・モータ６２は、使用者によって決定された可変の速度でｘ及びｙ方向に細かい増分でキャリッジ６６に沿って超音波プローブ１８を駆動する。プローブ移動装置組立体１６の予め決定された機械的設計の限界を越えて超音波プローブ１８が移動するのを防止するために、リミット・スイッチ６８がバックラッシュ制御ナット（図示せず）と共に設けられる。超音波プローブ１８は、受け器７２に取り付けられたＵ字形の板７０上に装着される。一実施形態では、Ｕ字形の板７０は、別の組立体（図示せず）を介してＸ線イメージング・システム又はトモシンセシス・イメージング・システム２０上の複数の案内レール（図示せず）に取り付けられる。プローブ移動装置組立体１６のｘ及びｙ方向の寸法は、圧迫パドル５６の寸法に匹敵する超音波プローブ１８の所望の移動範囲に基づいて様々に選択される。ｚ方向においては、寸法は、プローブ移動装置組立体１６の上方の放射線源２４の外被とその下方の圧迫パドル５６との間の垂直方向の空間距離によって制限される。
【００２３】
図５は関心のある物体２２の画像を作成するための代表的な方法８０の流れ図である。方法８０は、Ｘ線源２４及び検出器２６を用いて第１の位置で物体２２の第１の３次元データセットを取得する工程８２と、超音波プローブを用いて第１の位置で物体２２の第２の３次元データセットを取得する工程８４と、前記の第１の３次元データセット及び第２の３次元データセットを組み合わせて、物体２２の３次元画像を作成する工程８６を含む。
【００２４】
図６はイメージング・システム１２の絵画図である。使用法に関して、図６を参照して説明すると、圧迫パドル５６が圧迫パドル受け器１００によりトモシンセシス・イメージング・システム２０に設置される。一実施形態では、プローブ移動装置組立体１６が、圧迫パドル受け器（図示せず）の上方で、取付け具によってＸ線位置決め装置１０２の案内レール（図示せず）上の受け器（図示せず）に取り付けられる。別の実施形態では、プローブ移動装置組立体１６はトモシンセシス・イメージング・システム２０上の側部ハンドレール（図示せず）を使用して取り付けられる。超音波プローブ１８が超音波イメージング・システムに一端で接続され、且つプローブ受け器１０６を介してプローブ移動装置組立体１６と結合される。患者はトモシンセシス・イメージング・システム２０に隣接して配置して、乳房２２が圧迫パドル５６と検出器２６との間に位置決めされるようにする。
【００２５】
超音波プローブ１８及びプローブ移動装置組立体１６の幾何学的配置は圧迫パドル５６に関して較正する。一実施形態では、超音波プローブ１８の較正は、超音波プローブ１８がプローブ移動装置の受け器１０６の中に設置され、且つプローブ移動装置組立体１６が圧迫パドル受け器１００を介してトモシンセシス・イメージング・システム２０に取り付けられていることを保証することを含む。イメージング・システム１２の較正は、座標系相互間の変換演算が有効であることを保証するのに役立つ。正しいビーム形成コード環境が超音波イメージング・システム１４にインストールされ、これは圧迫パドル５６による屈折効果を補正するのに役立つ。次いで、患者についての予備的知識、或いは以前のＸ線又は超音波検査に基づいて、最適なパラメータが決定される。
【００２６】
患者は頭蓋−仙骨方向姿勢、中間−横方向姿勢及び斜め方向姿勢の内の少なくとも１つで位置決めして、乳房２２又は関心のある物体２２を圧迫パドル５６と検出器２６との間に位置決めするようにする。一実施形態では、乳房２２を潤滑剤、例えば、これに限定されないが、鉱物油で僅かに覆う。次いで、受け器１００に対する手動制御及び受け器１００についての自動制御のうちの少なくとも一方を用いて、圧迫パドル５６により乳房２２を圧迫して適切な厚さにする。
【００２７】
次いで、標準の２Ｄ及びトモシンセシス・モードの内の少なくとも一方で動作するトモシンセシス・イメージング・システム２０により、Ｘ線検査を行う。トモシンセシス・モードでは、Ｘ線源外被１０８が、位置決め装置１１０から独立した、検出器２６の垂直上方の軸を中心に回転可能であるように修正される。一実施形態では、患者及び検出器２６が固定され、管外被１０８が回転する。
【００２８】
次いで、乳房２２のビューを少なくとも２つの投影角度２８（図２に示す）から取得して、関心のある領域の投影データセットを作成する。この複数のビューはトモシンセシス投影データセットを表す。次いで、収集された投影データセットを利用して、第１の３次元データセット、すなわち走査した乳房２２についての複数のスライスを作成する。この第１の３次元データセットは撮像対象の乳房２２の３次元放射線撮影表現を表す。放射線ビームを第１の投影角度１１２（図２に示す）で送出するように放射線源２４を作動した後、検出器アレイ２６を用いてビューを収集する。次いで、線源２４の位置を並進させることによってシステム２０の投影角度２８を変えて、放射線ビームの中心軸１５０（図２に示す）を第２の投影角度１１４（図２に示す）に変え、且つ乳房２２がシステム２０の視野内に維持されるように検出器アレイ２６の位置を変える。放射線源２４を再び作動して、第２の投影角度１１４でのビューを収集する。次いで、同じ手順がその後の任意の数の投影角度２８について繰り返される。
【００２９】
一実施形態では、放射線源２４及び検出器アレイ２６を用いて複数の角度２８で乳房２２についての複数のビューを取得して、関心のある領域についての投影データセットを作成する。別の実施形態では、放射線源２４及び検出器アレイ２６を用いて１つの角度２８で乳房２２の単一のビューを取得して、関心のある領域についての投影データセットを作成する。次いで、収集した投影データセットを利用して、走査した乳房２２について２Ｄデータセット及び第１の３Ｄデータセットの内の少なくとも一方を作成する。その結果のデータはコンピュータ３８（図２に示す）の指定されたディレクトリに記憶させる。トモシンセシス走査を行う場合は、ガントリをその垂直位置に戻すべきである。
【００３０】
図７は、圧迫パドル５６、及び超音波イメージング・システム１４とトモシンセシス・イメージング・システム２０との間のインターフェースの絵画図である。図８はイメージング・システム１２の一部分の側面図である。代表的な実施形態では、圧迫パドル５６に音響結合用ジェル１２０を２ｍｍの高さまで充填する。別の実施形態では、圧迫パドル５６上に音響シース(sheath)（図示せず）を配置する。プローブ移動装置組立体１６を取付け具１０４（図６に示す）によりトモシンセシス・イメージング・システム２０のガントリ（図示せず）に取り付けて、プローブ移動装置組立体の平面が圧迫パドル５６の平面に平行になるようにする。一実施形態では、超音波プローブ１８を下げて音響シースに接触させる。別の実施形態では、超音波プローブ１８を下げて結合用ジェル１２０の中に部分的に入れる。超音波プローブ１８の高さは受け器１０６（図６に示す）により調節する。
【００３１】
超音波プローブ１８は圧迫パドル５６の上方に垂直に装着して、胸壁１２６及び乳首区域を含む乳房２２全体にわたって電気機械式に走査し、乳房２２についての第２の３Ｄデータセットを作成する。一実施形態では、コンピュータ１３０はステップ・モータ制御装置１３２を駆動して、ラスタ式に乳房２２を走査する。別の実施形態では、コンピュータ３８（図２に示す）が制御装置１３２を駆動して、ラスタ式に乳房２２を走査する。コンピュータ３８及びコンピュータ１３０のうちの少なくとも一方はソフトウエアを含み、該ソフトウエアは電子的ビーム・ステアリング（方向操作）及び仰角集束(elevation focusing)能力を含んでいる。一実施形態では、実時間超音波データを超音波イメージング・システム１４のモニタで観察することができる。別の実施形態では、超音波データを任意の表示装置、例えば、これに限定されないが、表示装置５４（図２に示す）で観察することができる。プローブ移動装置組立体１６をトモシンセシス・イメージング・システム２０から取り外し、患者を解放するように圧迫パドル５６を位置決めし直す。
【００３２】
電子的ビーム・ステアリングにより、例えば、乳首区域１２８を見ること等によって、図８に示すように胸壁及び乳首区域を撮像することが可能になる。もし超音波プローブ１８を乳首区域１２８の直ぐ上方に配置した場合、圧迫された乳房２２と圧迫パドル５６との間の空隙により音響エネルギが乳首区域１２８に伝達されないことになる。しかし図示のステアリングされたビームが図８の左から入り込むことにより、音響エネルギが効率よく伝達され、これにより乳首区域１２８を撮像できるようにするために順応性のジェル・パッドを置く必要性が低減される。更に、多数の角度にビームをステアリングして、それらのデータセットを組み合わせることによって、クーパー靱帯のような構造に起因する音響陰影を最小にすることができるように、ビーム・ステアリングを制御することができる。
【００３３】
一実施形態では、第１のデータセットの座標系を第２のデータセットの座標系に変換して、ハードウエア設計によってこれらのデータセットを整合させ、且つ画像に基づいた整合方法を用いて間欠的な患者の運動を補正した整合をとることができる。この代わりに、第２のデータセットの座標系が第２のデータセットの座標系に変換される。第１の３Ｄデータセット及び第２の３Ｄデータセットが乳房２２の同じ物理的構成で取得されるので、画像は機械的な整合情報から直接に整合させることができる。詳しく述べると、乳房の解剖学的構造全体についてポイント毎に画像を直接に整合させることができ、これによって３Ｄ超音波画像と２ＤＸ線画像との整合に関連した曖昧さをなくす。この代わりに、個々のイメージング・モダリティの物理的過程を用いて２つの画像の整合を向上させることができる。２つのモダリティにおける空間分解能の差異及び伝播特性の差異を考慮して、２つの画像における小さな位置決めの差異を識別することができる。次いで、整合は３Ｄデータセットにおける補正した位置に基づいてなされる。次いで、いずれの画像上の対応する関心のある区域を複数の方法で同時に観察して、閉じた物体又は局部区域の定性的視覚化及び定量的特徴付けを向上させることができる。
【００３４】
図９は１２ＭＨｚにおける屈折補正の代表的な効果を例示する画像である。図１０は、屈折補正がない場合の図９と同様な画像である。一実施形態では、圧迫パドル５６からの屈折補正が図９及び１０に示されるようにビーム形成プロセッサ内に組み込まれた状態にある。３ｍｍのプラスチック材料での屈折補正により拡散するワイヤの出現が補正される。一実施形態では、超音波プローブ１８は仰角集束能力及びビーム・ステアリング能力を持つフェーズド・アレイ・トランスデューサ及び能動マトリクス線形トランスデューサの内の少なくとも一方を含んでいる。超音波プローブ１８が能動マトリクス線形トランスデューサ又はフェーズド・アレイ・トランスデューサを含んでいるので、固有の空間分解能が標準的なトランスデューサよりはずっと大きい深さにわたって維持される。仰角集束及び注意深く選ばれた圧迫パドルのプラスチック材料により高周波プローブの使用が可能になり、超音波画像で２５０ミクロン程度の高空間分解能がこのシステムにより得られ、これはファントム及び臨床画像にとって有効である。
【００３５】
一実施形態では、超音波イメージング・システム１４にインストールされたコンピュータ・ソフトウエア・プログラムを使用して、超音波プローブ１８を圧迫パドル５６上の所定の経路に沿って駆動する。プログラムはまた、ステップ・モータ制御装置１３２及び超音波システム１４に作用して、画像及びデータの取得及び記憶を開始させる。別の実施形態では、トモシンセシス・イメージング・システム２０にインストールされたコンピュータ・ソフトウエア・プログラムを使用して、超音波プローブ１８を圧迫パドル５６上の所定の経路に沿って駆動する。このプログラムは超音波プローブ１８の位置決め精度を約±１００ミクロン以内に向上させるのに役立つ。
【００３６】
その上、イメージング・システム１２は、一つの検査で利用するハードウエア、すなわちＸ線源２４及び検出器２６が、超音波プローブ１８を用いて作成される他の画像の画像品質に及ぼす影響を最小にするように、画像取得プロセスを分離するのに役立つ。更に、システム１２は構造化ノイズの低減、嚢胞と密実な塊との区別、及び単一の自動化組合せ検査における多モダリティの整合したデータセットの完全３Ｄ可視化に役立ち、これにより乳房画像内の疑わしい区域の突止めと特徴付けのための方法の改良に役立ち、もって、不必要なバイオプシー（生体検査）を減らし且つ乳房走査の効率を向上させる。
【００３７】
システム１２を使用して相互整合したフォーマットで臨床超音波及び３ＤディジタルＸ線が２ＤディジタルＸ線と共に利用できるので、システム１２は、多モダリティＣＡＤアルゴリズム、ＣＡＤ用改良分類方式などのような付加的な最新用途のためのプラットフォームを提供する。システム１２は、深さ寸法の情報により、２ＤＸ線データセットで利用できるよりも高い精度で乳房バイオプシーを案内操作させるのに役立つ。超音波走査の自動化により、従って走査の際の変動の影響を低減したことにより、システム１２は乳癌についての様々な形態の処置を受ける患者を監視して、治療に対する患者の反応を評価することができる。例えば、システム１２を使用して、最初の検査の際、及び処置中に様々な時間間隔で行う複数のその後の検査の際に、Ｘ線及び超音波画像データセットを取得することができる。その後の検査の際、システム１２を使用して、最初の検査の際に位置決めしたのと同様に患者を位置決めして、第１のデータセットを取得したときに用いたのと同じ動作パラメータにより乳房２２を超音波で撮像することができる。相互の情報又は特徴に基づいた整合手法により、２つの超音波データセットの両方や他の手段上の明瞭に識別可能な特徴を使用して該２つのデータセットを互いに良好に整合させるのに必要な対話型の患者の再位置決めを行うための所要のｘ、ｙ及びｚ変位量を決定する。このような特徴はまた、外科的治療処置を用いている場合には埋め込むことも可能である。癌の再発が珍しいことではないので、この特徴により臨床医には互いに実質的の整合したデータセットを提供することができ、従って、システム１２を使用して回復状況を追跡し、それに対応して治療計画を修正することができる。更に、システム１２は、乳房２２の圧迫を増大させる主な要因である構造化ノイズが軽減されるので、乳房の圧迫を低減するのに役立つ。３Ｄ超音波と立体的マンモグラフィとの組合せを可能にするようにシステム１２に対する修正を行うことができる。
【００３８】
本発明の様々な特定の実施形態について説明したが、当業者には、特許請求の範囲に記載の精神および範囲内で本発明の修正を行い得ることが認められよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】イメージング・システムの絵画図である。
【図２】関心のある物体の画像を作成するための代表的な方法の流れ図である。
【図３】新規な圧迫パドルの一部分の側面図である。
【図４】プローブ移動装置組立体の上面図である。
【図５】関心のある物体の画像を作成するための代表的な方法の流れ図である。
【図６】医用イメージング・システムの絵画図である。
【図７】圧迫パドル・システムとインターフェースと超音波イメージング・システムの絵画図である。
【図８】図１に示した医用イメージング・システムの一部分の側面図である。
【図９】屈折補正の代表的な効果を例示する画像である。
【図１０】屈折補正がない場合の図９と同様な画像である。
【符号の説明】
１２ 医用イメージング・システム
１４ 超音波イメージング・システム
１６ プローブ移動装置組立体
１８ 超音波プローブ
２０ トモシンセシス・イメージング・システム
２２ 被撮像物体
２４ 放射線源
２６ 検出器アレイ
２８ 投影角度
３０ 平面
３８ 制御機構
５６ 圧迫パドル
５８ 層
６２ ステップ・モータ
６４ 受け器
６６ キャリッジ
６８ リミット・スイッチ
７０ Ｕ字形の板
７２ 受け器
１００ 圧迫パドル受け器
１０２ Ｘ線位置決め装置
１０４ 取付け具
１０６ プローブ受け器
１０８ Ｘ線源外被
１１０ 位置決め装置
１１２ 第１の投影角度
１１４ 第２の投影角度
１２０ 音響結合用ジェル
１２６ 胸壁
１２８ 乳首区域
１３０ コンピュータ
１３２ ステップ・モータ制御装置
１５０ 放射線ビームの中心軸
【発明の属する技術分野】
本発明は一般的にはディジタル・イメージングに関するものであり、より具体的には、Ｘ線源及び検出器並びに超音波装置を用いてディジタル画像（イメージ）を取得する方法、システム及び装置に関する。
【０００２】
【発明の背景】
少なくとも幾種類かの公知のイメージング・システムでは、放射線源から円錐形ビームを投射しており、該円錐形ビームは患者のような撮像中の物体を通過して、矩形アレイ（配列）の放射線検出器に入射する。また少なくとも１種の公知のトモシンセシス（tomosynthesis ）システムでは、放射線源を枢軸点の周りをガントリと共に回転させており、異なる投影角度で物体の複数のビューを取得することができる。用語「ビュー」は、単一の投影像を表し、より具体的に述べると、単一の投射による放射線写真を表し、これは投影像を形成する。また、検出器から一定の高さにある被撮像物体内の構造を表す１つの再構成（断面）画像は、「スライス」と呼ばれている。一集まりのビュー、すなわち複数のビューは「投影データセット」と呼ばれている。また、全ての高さについての一集まりのスライス、すなわち複数のスライスは、「像物体を表す３次元データセット」と呼ばれている。
【０００３】
公知の他の医用イメージング・システムでは、被検者の器官を撮影するために超音波診断装置を使用している。従来の超音波診断装置は典型的には、被検者に超音波信号を送出すると共に該被検者からの反射超音波信号を受け取る超音波プローブを含んでいる。超音波プローブで受け取った反射超音波信号は処理して、検査中の対象物の画像を形成する。
【０００４】
従来の乳房の撮像は、判別検査のための標準的な２ＤＸ線マンモグラフィと、診断追跡のためのＸ線及び超音波撮像とに基づいている。超音波は良性の嚢胞及び塊を識別するのに特に有効であり、またＸ線は典型的には微量カルシウム沈着の詳細な特徴描写のために使用される。Ｘ線及び検出器を用いて作成された像と超音波システムを用いて作成された像とを組み合わせると、これらの両方のモダリティの長所を活用することができる。しかしながら、Ｘ線検査が典型的には乳房を圧迫して行われるのに対し、超音波検査が典型的には乳房を圧迫せずに走査することにより行われるので、両者の画像の整合を取るのが難しい。その上、超音波走査が典型的には手動で行われるので、得られる結果に変動が多く、それらの結果を整合させるのが難しい。
【０００５】
【発明の概要】
本発明の一面においては、関心のある物体の画像を作成する方法を提供する。本方法は、Ｘ線源及び検出器を用いて第１の位置で物体の第１の３次元データセットを取得する工程と、超音波プローブを用いて第１の位置で物体の第２の３次元データセットを取得する工程と、第１の３次元データセット及び第２の３次元データセットを組み合わせて、物体の３次元画像を作成する工程とを有する。
【０００６】
別の一面においては、関心のある物体の画像を作成する方法を提供する。本方法は、圧迫パドルを用いて関心のある物体を圧迫する工程と、Ｘ線源及び検出器を用いて第１の位置で物体の第１の３次元データセットを取得する工程と、圧迫パドルに隣接して超音波プローブ移動装置組立体を位置決めして、超音波プローブ移動装置組立体により得られる第２の３次元データセットが機械的設計によって圧迫パドルを介して得られる第１の３次元データセットと相互整合(co-register) するようにする工程とを含む。本方法はまた、超音波プローブをプローブ移動装置組立体と結合して、超音波プローブが超音波出力信号を圧迫パドル及び関心のある物体に送出するようにする工程と、超音波プローブを用いて第１の位置で物体の第２の３次元データセットを取得する工程と、第１の３次元データセット及び第２の３次元データセットを組み合わせて、物体の３次元画像を作成する工程とを含む。
【０００７】
更に別の一面においては、関心のある物体の画像を作成する方法を提供する。本方法は、圧迫パドルを用いて関心のある物体を圧迫する工程と、Ｘ線源及び検出器を用いて第１の位置で物体の２次元データセットを取得する工程と、圧迫パドルに隣接して超音波プローブ移動装置組立体を位置決めして、超音波プローブ移動装置組立体により得られる第２の３次元データセットが機械的設計によって圧迫パドルを介して得られる第１の３次元データセットと相互整合するようにする工程とを含む。本方法はまた、超音波プローブをプローブ移動装置組立体と動作上結合させて、超音波プローブが超音波出力信号を圧迫パドル及び関心のある物体に送出するようにする工程と、超音波プローブを用いて第１の位置で物体の３次元データセットを取得する工程と、２次元データセット及び第２の３次元データセットを組み合わせて、物体の３次元画像を作成する工程とを含む。
【０００８】
また別の一面においては、装置を提供する。本装置は、圧迫パドルと、該圧迫パドルと機械的に整列した超音波プローブ移動装置組立体と、圧迫パドル及び関心のある物体に超音波出力信号を送出するように、超音波プローブ移動装置組立体に結合された超音波プローブとを含む。
【０００９】
また更に別の一面においては、関心のある物体の画像を作成する医用イメージング・システムを提供する。本イメージング・システムは、検出器アレイと、少なくとも１つの放射線源と、圧迫パドルと、該圧迫パドルと機械的に整列した超音波プローブ移動装置組立体と、圧迫パドル及び関心のある物体に超音波出力信号を送出するように、超音波プローブ移動装置組立体に結合された超音波プローブと、検出器アレイ、放射線源及び超音波プローブに結合されたコンピュータとを含む。コンピュータは、Ｘ線源及び検出器を用いて第１の位置で物体の第１の３次元データセットを取得し、超音波プローブを用いて第１の位置で物体の第２の３次元データセットを取得し、第１の３次元データセット及び第２の３次元データセットを組み合わせて物体の３次元画像を作成するように構成されている。
【００１０】
更に別の一面においては、圧迫パドルを提供する。この圧迫パドルは複数の複合層を含んでいる。これらの層は音波透過性及び放射線透過性である。
【００１１】
【発明の詳しい説明】
図１は医用イメージング・システム１２の絵画図である。代表的な実施形態では、イメージング・システム１２は、超音波イメージング・システム１４と、プローブ移動装置組立体１６と、超音波プローブ１８と、Ｘ線イメージング・システム及びトモシンセシス・イメージング・システム２０のうちの少なくとも一方とを含んでいる。代表的な実施形態では、超音波イメージング・システム１４、プローブ移動装置組立体１６、超音波プローブ１８及びトモシンセシス・イメージング・システム２０は、イメージング・システム１２内で動作上一体化されている。別の実施形態では、超音波イメージング・システム１４、プローブ移動装置組立体１６、超音波プローブ１８及びトモシンセシス・イメージング・システム２０は、物理的に一体化されて、単一体のイメージング・システム１２を構成する。
【００１２】
図２はトモシンセシス・イメージング・システム２０の絵画図である。代表的な実施形態では、トモシンセシス・イメージング・システム２０は、患者の乳房のような被撮像物体２２を表す３次元データセットを作成するために使用される。システム２０は、Ｘ線源のような放射線源２４と、複数の投影角度２８からのビューを収集するための少なくとも１つの検出器アレイ２６と含んでいる。詳しく述べると、システム２０は円錐形Ｘ線ビームを投射する放射線源２４を含んでおり、円錐形Ｘ線ビームは物体２２を通って検出器アレイ２６に入射する。各角度２８で得られたビューは複数のスライス、すなわち、検出器アレイ２６に平行な複数の平面３０内に位置する構造を表す画像、を再構成するために使用し得る。検出器アレイ２６は、行及び列に配列した複数の画素（図示していない）を持つパネル形式に製造して、乳房のような関心のある物体２２全体の画像が作成されるようにする。
【００１３】
各画素は、スイッチング・トランジスタ（図示せず）を介して２つの別々のアドレス線（図示せず）に結合されたフォトダイオード（図示せず）のような光センサを含んでいる。一実施形態では、２つの線は走査線及びデータ線である。放射線がシンチレータ材料に入射すると、画素の光センサが、シンチレータとのＸ線の相互作用によって発生された光の量を、ダイオードの両端間の電荷の変化により測定する。より詳しく述べると、各画素は、物体２２によって減弱した後で検出器アレイ２６に入射したＸ線ビームの強度を表す電気信号を生成する。一実施形態では、検出器アレイ２６はほぼ１９ｃｍ×２３ｃｍであり、且つ乳房のような関心のある物体２２全体についてビューを生成するように構成される。この代わりに、検出器アレイ２６は使用目的に応じて寸法が変えられる。更に、検出器アレイ２６の個々の画素の寸法は、検出器アレイ２６は使用目的に基づいて選択される。
【００１４】
代表的な実施形態では、再構成された３次元データセットは必ずしも検出器２６に平行な平面に対応するスライスに配列されず、より一般的な態様に配列される。別の実施形態では、再構成された３次元データセットは単一の２次元画像、又は１次元関数のみを構成する。更に別の実施形態では、検出器２６は平面状以外の形状である。
【００１５】
代表的な実施形態では、放射線源２４は物体２２に対して移動可能である。より詳しく述べると、放射線源２４は被撮像領域の投影角度２８を変更するように並進（平行移動）可能である。放射線源２４は、投影角度２８を任意の鋭角又は斜角にすることができるように並進（平行移動）可能である。
【００１６】
放射線源２４の動作はイメージング・システム２０の制御機構３８によって統制される。制御機構３８は、放射線源２４に電力及びタイミング信号を供給する放射線制御装置４０と、放射線源２４及び検出器２６のそれぞれの並進速度及び位置を制御するモータ制御装置４２を含んでいる。制御機構３８はまたデータ収集システム（ＤＡＳ）４４を含み、ＤＡＳ４４は検出器２６からのディジタル・データをその後の処理のためにサンプリングする。画像再構成装置４６が、本書に述べるように、ＤＡＳ４４からサンプリングされディジタル化された投影データセットを受け取って、高速画像再構成を行う。被撮像物体２２を表す再構成された３次元データセットは、コンピュータ４８に入力として印加される。コンピュータ４８は３次元データセットを大容量記憶装置５０に記憶させる。画像再構成装置４６は、本書に述べる機能を実行するようにプログラムされており、また本書で用いる用語「画像再構成装置」はコンピュータ、プロセッサ、マイクロコントローラ、マイクロコンピュータ、プログラム可能な論理制御装置、特定用途向け集積回路、及びその他のプログラム可能な回路を表す。
【００１７】
コンピュータ４８はまた、入力装置を備えたコンソール５２を介してオペレータから指令及び走査パラメータを受け取る。陰極線管や液晶表示装置（ＬＣＤ）のような表示装置５４により、オペレータはコンピュータ４８からの再構成された３次元データセット及び他のデータを観察できる。コンピュータ４８は、オペレータにより供給された指令及び走査パラメータを使用して、ＤＡＳ４４、モータ制御装置４２及び放射線制御装置４０へ制御信号及び情報を供給する。
【００１８】
イメージング・システム２０はまた圧迫パドル５６を含む。圧迫パドル５６は、プローブ移動装置組立体１６と圧迫パドル５６とが機械的に整列するようにプローブ移動装置組立体１６に隣接して位置決めされる。更に、プローブ移動装置組立体１６を用いて得られる超音波データセットすなわち第２の３次元データセットは、機械的設計によって圧迫パドル５６を用いてＸ線データセットすなわち第１の３次元データセットと相互整合させる。一実施形態では、超音波プローブ１８はプローブ移動装置組立体１６に動作上結合されて、超音波プローブ１８が圧迫パドル５６及び乳房２２に超音波出力信号を送出し、該信号が乳房２２内の嚢胞のように界面に遭遇したときに少なくとも部分的に反射されるようにする。別の実施形態では、超音波プローブ１８は圧迫パドル５６に動作上結合される容量性微細機械加工超音波トランスデューサの２Ｄアレイとし、プローブ移動装置組立体１６は使用しない。
【００１９】
図３は圧迫パドル５６の側面図である。一実施形態では、圧迫パドル５６は音響的に透明（音波透過性）でＸ線に透明（放射線透過性）であり、表１に限定ではなく例として示す表１に記載のようなプラスチック材料の複合体で製作して、システム２が約１０ＭＨｚで動作しているときの圧迫パドル５６の減衰係数が約５．０デシベル／ｃｍ未満になるようにし、もって圧迫パドル５６による超音波残響及び減衰を最小にする。別の実施形態では、圧迫パドル５６は単一の複合材料を用いて製作する。更に別の実施形態では、圧迫パドル５６は単一の、複合材料でない材料を用いて製作する。代表的な一実施形態では、圧迫パドル５６は厚さが約２．７ｍｍであり、複数の層５８を含んでいる。層５８は、限定ではなく例として示すポリカーボネート、ポリメチルペンテン、ポリスチレンのような、複数の剛性の複合材料を用いて製作する。圧迫パドル５６は表１に示した複数の設計パラメータを用いて設計する。圧迫パドル５６の設計パラメータには、限定ではなく例として示すと、Ｘ線減弱度、原子番号、光透過率、引張り係数、音速、密度、伸び率、ポアソン比、音響インピーダンス及び超音波減衰度が含まれる。
【００２０】
【表１】
複数の複合層５８を使用して圧迫パドル５６を製作することにより、乳房撮影スペクトルではポリカーボネートと同様な実効Ｘ線減弱係数及び点像分布関数が容易に得られる。その上、複合層５８を使用して、８０％以上の光透過率、及び約１２メガヘルツ（ＭＨｚ）までの超音波プローブ周波数で（３ｄＢ未満の）低い超音波減衰度を達成することができる。更に、複合層５８により、界面反射の最大強度を最大ビーム強度の２％以内にし、１９×２３ｃｍ2 の面積に１８ｄａＮの全圧迫力を加えたときの水平からたわみを１ｍｍ未満にし、且つ機械的剛性及び複数の経時放射線抵抗性をポリカーボネートと同程度にすることが容易に得られる。
【００２２】
図４はプローブ移動装置組立体１６の上面図である。一実施形態では、プローブ移動装置組立体１６は、パドル５６に取外し可能に結合されており、プローブ移動装置組立体１６を圧迫パドル５６の上方に独立して位置決めできるように圧迫パドル５６から切り離すことができる。プローブ移動装置組立体１６は、複数のステップ・モータ６２と、位置符号化器（図示せず）と、複数のリミット・スイッチ駆動式キャリッジ（図示せず）とを含んでいる。少なくとも１つのキャリッジは受け器６４を介して超音波プローブ１８（図１に示す）を装着して、圧迫パドル５６の可変垂直位置決めを能力を可能にする。一実施形態では、超音波プローブ１８は、圧迫パドル５６と接触するまでｚ方向に垂直に下降する。ステップ・モータ６２は、使用者によって決定された可変の速度でｘ及びｙ方向に細かい増分でキャリッジ６６に沿って超音波プローブ１８を駆動する。プローブ移動装置組立体１６の予め決定された機械的設計の限界を越えて超音波プローブ１８が移動するのを防止するために、リミット・スイッチ６８がバックラッシュ制御ナット（図示せず）と共に設けられる。超音波プローブ１８は、受け器７２に取り付けられたＵ字形の板７０上に装着される。一実施形態では、Ｕ字形の板７０は、別の組立体（図示せず）を介してＸ線イメージング・システム又はトモシンセシス・イメージング・システム２０上の複数の案内レール（図示せず）に取り付けられる。プローブ移動装置組立体１６のｘ及びｙ方向の寸法は、圧迫パドル５６の寸法に匹敵する超音波プローブ１８の所望の移動範囲に基づいて様々に選択される。ｚ方向においては、寸法は、プローブ移動装置組立体１６の上方の放射線源２４の外被とその下方の圧迫パドル５６との間の垂直方向の空間距離によって制限される。
【００２３】
図５は関心のある物体２２の画像を作成するための代表的な方法８０の流れ図である。方法８０は、Ｘ線源２４及び検出器２６を用いて第１の位置で物体２２の第１の３次元データセットを取得する工程８２と、超音波プローブを用いて第１の位置で物体２２の第２の３次元データセットを取得する工程８４と、前記の第１の３次元データセット及び第２の３次元データセットを組み合わせて、物体２２の３次元画像を作成する工程８６を含む。
【００２４】
図６はイメージング・システム１２の絵画図である。使用法に関して、図６を参照して説明すると、圧迫パドル５６が圧迫パドル受け器１００によりトモシンセシス・イメージング・システム２０に設置される。一実施形態では、プローブ移動装置組立体１６が、圧迫パドル受け器（図示せず）の上方で、取付け具によってＸ線位置決め装置１０２の案内レール（図示せず）上の受け器（図示せず）に取り付けられる。別の実施形態では、プローブ移動装置組立体１６はトモシンセシス・イメージング・システム２０上の側部ハンドレール（図示せず）を使用して取り付けられる。超音波プローブ１８が超音波イメージング・システムに一端で接続され、且つプローブ受け器１０６を介してプローブ移動装置組立体１６と結合される。患者はトモシンセシス・イメージング・システム２０に隣接して配置して、乳房２２が圧迫パドル５６と検出器２６との間に位置決めされるようにする。
【００２５】
超音波プローブ１８及びプローブ移動装置組立体１６の幾何学的配置は圧迫パドル５６に関して較正する。一実施形態では、超音波プローブ１８の較正は、超音波プローブ１８がプローブ移動装置の受け器１０６の中に設置され、且つプローブ移動装置組立体１６が圧迫パドル受け器１００を介してトモシンセシス・イメージング・システム２０に取り付けられていることを保証することを含む。イメージング・システム１２の較正は、座標系相互間の変換演算が有効であることを保証するのに役立つ。正しいビーム形成コード環境が超音波イメージング・システム１４にインストールされ、これは圧迫パドル５６による屈折効果を補正するのに役立つ。次いで、患者についての予備的知識、或いは以前のＸ線又は超音波検査に基づいて、最適なパラメータが決定される。
【００２６】
患者は頭蓋−仙骨方向姿勢、中間−横方向姿勢及び斜め方向姿勢の内の少なくとも１つで位置決めして、乳房２２又は関心のある物体２２を圧迫パドル５６と検出器２６との間に位置決めするようにする。一実施形態では、乳房２２を潤滑剤、例えば、これに限定されないが、鉱物油で僅かに覆う。次いで、受け器１００に対する手動制御及び受け器１００についての自動制御のうちの少なくとも一方を用いて、圧迫パドル５６により乳房２２を圧迫して適切な厚さにする。
【００２７】
次いで、標準の２Ｄ及びトモシンセシス・モードの内の少なくとも一方で動作するトモシンセシス・イメージング・システム２０により、Ｘ線検査を行う。トモシンセシス・モードでは、Ｘ線源外被１０８が、位置決め装置１１０から独立した、検出器２６の垂直上方の軸を中心に回転可能であるように修正される。一実施形態では、患者及び検出器２６が固定され、管外被１０８が回転する。
【００２８】
次いで、乳房２２のビューを少なくとも２つの投影角度２８（図２に示す）から取得して、関心のある領域の投影データセットを作成する。この複数のビューはトモシンセシス投影データセットを表す。次いで、収集された投影データセットを利用して、第１の３次元データセット、すなわち走査した乳房２２についての複数のスライスを作成する。この第１の３次元データセットは撮像対象の乳房２２の３次元放射線撮影表現を表す。放射線ビームを第１の投影角度１１２（図２に示す）で送出するように放射線源２４を作動した後、検出器アレイ２６を用いてビューを収集する。次いで、線源２４の位置を並進させることによってシステム２０の投影角度２８を変えて、放射線ビームの中心軸１５０（図２に示す）を第２の投影角度１１４（図２に示す）に変え、且つ乳房２２がシステム２０の視野内に維持されるように検出器アレイ２６の位置を変える。放射線源２４を再び作動して、第２の投影角度１１４でのビューを収集する。次いで、同じ手順がその後の任意の数の投影角度２８について繰り返される。
【００２９】
一実施形態では、放射線源２４及び検出器アレイ２６を用いて複数の角度２８で乳房２２についての複数のビューを取得して、関心のある領域についての投影データセットを作成する。別の実施形態では、放射線源２４及び検出器アレイ２６を用いて１つの角度２８で乳房２２の単一のビューを取得して、関心のある領域についての投影データセットを作成する。次いで、収集した投影データセットを利用して、走査した乳房２２について２Ｄデータセット及び第１の３Ｄデータセットの内の少なくとも一方を作成する。その結果のデータはコンピュータ３８（図２に示す）の指定されたディレクトリに記憶させる。トモシンセシス走査を行う場合は、ガントリをその垂直位置に戻すべきである。
【００３０】
図７は、圧迫パドル５６、及び超音波イメージング・システム１４とトモシンセシス・イメージング・システム２０との間のインターフェースの絵画図である。図８はイメージング・システム１２の一部分の側面図である。代表的な実施形態では、圧迫パドル５６に音響結合用ジェル１２０を２ｍｍの高さまで充填する。別の実施形態では、圧迫パドル５６上に音響シース(sheath)（図示せず）を配置する。プローブ移動装置組立体１６を取付け具１０４（図６に示す）によりトモシンセシス・イメージング・システム２０のガントリ（図示せず）に取り付けて、プローブ移動装置組立体の平面が圧迫パドル５６の平面に平行になるようにする。一実施形態では、超音波プローブ１８を下げて音響シースに接触させる。別の実施形態では、超音波プローブ１８を下げて結合用ジェル１２０の中に部分的に入れる。超音波プローブ１８の高さは受け器１０６（図６に示す）により調節する。
【００３１】
超音波プローブ１８は圧迫パドル５６の上方に垂直に装着して、胸壁１２６及び乳首区域を含む乳房２２全体にわたって電気機械式に走査し、乳房２２についての第２の３Ｄデータセットを作成する。一実施形態では、コンピュータ１３０はステップ・モータ制御装置１３２を駆動して、ラスタ式に乳房２２を走査する。別の実施形態では、コンピュータ３８（図２に示す）が制御装置１３２を駆動して、ラスタ式に乳房２２を走査する。コンピュータ３８及びコンピュータ１３０のうちの少なくとも一方はソフトウエアを含み、該ソフトウエアは電子的ビーム・ステアリング（方向操作）及び仰角集束(elevation focusing)能力を含んでいる。一実施形態では、実時間超音波データを超音波イメージング・システム１４のモニタで観察することができる。別の実施形態では、超音波データを任意の表示装置、例えば、これに限定されないが、表示装置５４（図２に示す）で観察することができる。プローブ移動装置組立体１６をトモシンセシス・イメージング・システム２０から取り外し、患者を解放するように圧迫パドル５６を位置決めし直す。
【００３２】
電子的ビーム・ステアリングにより、例えば、乳首区域１２８を見ること等によって、図８に示すように胸壁及び乳首区域を撮像することが可能になる。もし超音波プローブ１８を乳首区域１２８の直ぐ上方に配置した場合、圧迫された乳房２２と圧迫パドル５６との間の空隙により音響エネルギが乳首区域１２８に伝達されないことになる。しかし図示のステアリングされたビームが図８の左から入り込むことにより、音響エネルギが効率よく伝達され、これにより乳首区域１２８を撮像できるようにするために順応性のジェル・パッドを置く必要性が低減される。更に、多数の角度にビームをステアリングして、それらのデータセットを組み合わせることによって、クーパー靱帯のような構造に起因する音響陰影を最小にすることができるように、ビーム・ステアリングを制御することができる。
【００３３】
一実施形態では、第１のデータセットの座標系を第２のデータセットの座標系に変換して、ハードウエア設計によってこれらのデータセットを整合させ、且つ画像に基づいた整合方法を用いて間欠的な患者の運動を補正した整合をとることができる。この代わりに、第２のデータセットの座標系が第２のデータセットの座標系に変換される。第１の３Ｄデータセット及び第２の３Ｄデータセットが乳房２２の同じ物理的構成で取得されるので、画像は機械的な整合情報から直接に整合させることができる。詳しく述べると、乳房の解剖学的構造全体についてポイント毎に画像を直接に整合させることができ、これによって３Ｄ超音波画像と２ＤＸ線画像との整合に関連した曖昧さをなくす。この代わりに、個々のイメージング・モダリティの物理的過程を用いて２つの画像の整合を向上させることができる。２つのモダリティにおける空間分解能の差異及び伝播特性の差異を考慮して、２つの画像における小さな位置決めの差異を識別することができる。次いで、整合は３Ｄデータセットにおける補正した位置に基づいてなされる。次いで、いずれの画像上の対応する関心のある区域を複数の方法で同時に観察して、閉じた物体又は局部区域の定性的視覚化及び定量的特徴付けを向上させることができる。
【００３４】
図９は１２ＭＨｚにおける屈折補正の代表的な効果を例示する画像である。図１０は、屈折補正がない場合の図９と同様な画像である。一実施形態では、圧迫パドル５６からの屈折補正が図９及び１０に示されるようにビーム形成プロセッサ内に組み込まれた状態にある。３ｍｍのプラスチック材料での屈折補正により拡散するワイヤの出現が補正される。一実施形態では、超音波プローブ１８は仰角集束能力及びビーム・ステアリング能力を持つフェーズド・アレイ・トランスデューサ及び能動マトリクス線形トランスデューサの内の少なくとも一方を含んでいる。超音波プローブ１８が能動マトリクス線形トランスデューサ又はフェーズド・アレイ・トランスデューサを含んでいるので、固有の空間分解能が標準的なトランスデューサよりはずっと大きい深さにわたって維持される。仰角集束及び注意深く選ばれた圧迫パドルのプラスチック材料により高周波プローブの使用が可能になり、超音波画像で２５０ミクロン程度の高空間分解能がこのシステムにより得られ、これはファントム及び臨床画像にとって有効である。
【００３５】
一実施形態では、超音波イメージング・システム１４にインストールされたコンピュータ・ソフトウエア・プログラムを使用して、超音波プローブ１８を圧迫パドル５６上の所定の経路に沿って駆動する。プログラムはまた、ステップ・モータ制御装置１３２及び超音波システム１４に作用して、画像及びデータの取得及び記憶を開始させる。別の実施形態では、トモシンセシス・イメージング・システム２０にインストールされたコンピュータ・ソフトウエア・プログラムを使用して、超音波プローブ１８を圧迫パドル５６上の所定の経路に沿って駆動する。このプログラムは超音波プローブ１８の位置決め精度を約±１００ミクロン以内に向上させるのに役立つ。
【００３６】
その上、イメージング・システム１２は、一つの検査で利用するハードウエア、すなわちＸ線源２４及び検出器２６が、超音波プローブ１８を用いて作成される他の画像の画像品質に及ぼす影響を最小にするように、画像取得プロセスを分離するのに役立つ。更に、システム１２は構造化ノイズの低減、嚢胞と密実な塊との区別、及び単一の自動化組合せ検査における多モダリティの整合したデータセットの完全３Ｄ可視化に役立ち、これにより乳房画像内の疑わしい区域の突止めと特徴付けのための方法の改良に役立ち、もって、不必要なバイオプシー（生体検査）を減らし且つ乳房走査の効率を向上させる。
【００３７】
システム１２を使用して相互整合したフォーマットで臨床超音波及び３ＤディジタルＸ線が２ＤディジタルＸ線と共に利用できるので、システム１２は、多モダリティＣＡＤアルゴリズム、ＣＡＤ用改良分類方式などのような付加的な最新用途のためのプラットフォームを提供する。システム１２は、深さ寸法の情報により、２ＤＸ線データセットで利用できるよりも高い精度で乳房バイオプシーを案内操作させるのに役立つ。超音波走査の自動化により、従って走査の際の変動の影響を低減したことにより、システム１２は乳癌についての様々な形態の処置を受ける患者を監視して、治療に対する患者の反応を評価することができる。例えば、システム１２を使用して、最初の検査の際、及び処置中に様々な時間間隔で行う複数のその後の検査の際に、Ｘ線及び超音波画像データセットを取得することができる。その後の検査の際、システム１２を使用して、最初の検査の際に位置決めしたのと同様に患者を位置決めして、第１のデータセットを取得したときに用いたのと同じ動作パラメータにより乳房２２を超音波で撮像することができる。相互の情報又は特徴に基づいた整合手法により、２つの超音波データセットの両方や他の手段上の明瞭に識別可能な特徴を使用して該２つのデータセットを互いに良好に整合させるのに必要な対話型の患者の再位置決めを行うための所要のｘ、ｙ及びｚ変位量を決定する。このような特徴はまた、外科的治療処置を用いている場合には埋め込むことも可能である。癌の再発が珍しいことではないので、この特徴により臨床医には互いに実質的の整合したデータセットを提供することができ、従って、システム１２を使用して回復状況を追跡し、それに対応して治療計画を修正することができる。更に、システム１２は、乳房２２の圧迫を増大させる主な要因である構造化ノイズが軽減されるので、乳房の圧迫を低減するのに役立つ。３Ｄ超音波と立体的マンモグラフィとの組合せを可能にするようにシステム１２に対する修正を行うことができる。
【００３８】
本発明の様々な特定の実施形態について説明したが、当業者には、特許請求の範囲に記載の精神および範囲内で本発明の修正を行い得ることが認められよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】イメージング・システムの絵画図である。
【図２】関心のある物体の画像を作成するための代表的な方法の流れ図である。
【図３】新規な圧迫パドルの一部分の側面図である。
【図４】プローブ移動装置組立体の上面図である。
【図５】関心のある物体の画像を作成するための代表的な方法の流れ図である。
【図６】医用イメージング・システムの絵画図である。
【図７】圧迫パドル・システムとインターフェースと超音波イメージング・システムの絵画図である。
【図８】図１に示した医用イメージング・システムの一部分の側面図である。
【図９】屈折補正の代表的な効果を例示する画像である。
【図１０】屈折補正がない場合の図９と同様な画像である。
【符号の説明】
１２ 医用イメージング・システム
１４ 超音波イメージング・システム
１６ プローブ移動装置組立体
１８ 超音波プローブ
２０ トモシンセシス・イメージング・システム
２２ 被撮像物体
２４ 放射線源
２６ 検出器アレイ
２８ 投影角度
３０ 平面
３８ 制御機構
５６ 圧迫パドル
５８ 層
６２ ステップ・モータ
６４ 受け器
６６ キャリッジ
６８ リミット・スイッチ
７０ Ｕ字形の板
７２ 受け器
１００ 圧迫パドル受け器
１０２ Ｘ線位置決め装置
１０４ 取付け具
１０６ プローブ受け器
１０８ Ｘ線源外被
１１０ 位置決め装置
１１２ 第１の投影角度
１１４ 第２の投影角度
１２０ 音響結合用ジェル
１２６ 胸壁
１２８ 乳首区域
１３０ コンピュータ
１３２ ステップ・モータ制御装置
１５０ 放射線ビームの中心軸
Claims (10)
- 圧迫パドル（５６）と、
前記圧迫パドルと機械的に整列した超音波プローブ移動装置組立体（１６）と、
前記圧迫パドル及び関心のある物体（２２）に超音波出力信号を送出するように、前記超音波プローブ移動装置組立体に結合された、ビーム・ステアリング能力を有している、超音波プローブ（１８）と、
前記圧迫パドルによる屈折効果が補正された超音波画像を形成するコンピュータ（４８）と、
を有し、
放射線源（２４）が前記圧迫パドル（５６）及び前記関心のある物体（２２）を通して検出器組立体（２４）に放射線ビームを送出して、第１の３次元データセットを作成させ、また、前記超音波プローブ（１８）が前記圧迫パドル及び前記関心のある物体に超音波出力信号を送出して、第２の３次元データセットを作成させ、
前記コンピュータ（４８）が前記第１の３次元データセット及び前記圧迫パドルによる屈折効果が補正された前記第２の３次元データセットを組み合わせて、前記関心のある物体（２２）を表す相互整合した３次元データセットを作成し、
前記関心のある物体（２２）は乳房であり、
前記超音波プローブ（１８）は、ステアリングされたビームが前記圧迫パドルにより圧迫された乳房の領域から前記圧迫パドルにより圧迫されていない乳首区域（１２８）に入り込むように構成されており、前記乳首区域が撮像され、
前記圧迫パドルと前記乳首区域との間の空隙にジェル・パッドを配置することなしに前記超音波画像の撮影が行われる、
装置。 - 前記パドル（５６）はトモシンセシス・イメージング・システム（２０）に結合されている、請求項１記載の装置。
- 前記超音波プローブ（１８）は能動マトリクス線形トランスデューサ及びフェーズド・アレイ・トランスデューサの内の少なくとも一方を含んでいる、請求項１記載の装置。
- 前記能動マトリクス線形トランスデューサ及び前記フェーズド・アレイ・トランスデューサの内の少なくとも一方は、仰角集束能力を有している、請求項３記載の装置。
- コンピュータ（４８）が前記第１の３次元データセット又は２次元のＸ線画像を選択的に前記第２の３次元データセットに組み合わせる、請求項１記載の装置。
- 前記コンピュータ（４８）は更に、前記の第１の３次元データセットと第２の３次元データセットと取得中に物理的に相互整合させるように構成されている、請求項１乃至５のいずれかに記載の装置。
- 前記の第１の３次元データセット及び第２の３次元データセットを組み合わせて前記物体の３次元画像を作成するために、前記コンピュータ（４８）は更に、前記の第１の３次元データセット及び第２の３次元データセットを整合させるように構成されている、請求項１乃至５のいずれかに記載の装置。
- 前記圧迫パドルが音波透過性及び放射線透過性である複数の複合層（５８）で構成されている請求項１に記載の装置。
- 前記複合層（５８）は、ポリカーボネート、ポリメチルペンテン、ポリスチレン及びそれらの組合せの内の少なくとも１つを含んでおり、
前記複合層（５８）は、約１２メガヘルツ未満の複数の超音波プローブ周波数で約３ｄＢ未満の超音波減衰度を有しており、
前記複合層（５８）は、入射放射線の約８０％以上を光学的に透過させるように構成されている、請求項８に記載の装置。 - 前記ビームが多数の角度にステアリングされ、それらのデータセットが組み合わされる、請求項１または９に記載の装置。
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