JP6033562B2 - 円弧形医用イメージング装置 - Google Patents

Description

本発明は、医用イメージングの分野に関し、さらに具体的には、Ｃアーム装置に関する。

Ｃアーム装置は、手術計画、位置合わせ、画像合成、ナビゲーション、埋植物装着、及び手術検証等のような目的のために広く実装されている。これらの手順時に、幾つかの異なる配向から患者を観察することがしばしば望ましく、患者を再配置する必要なしにこのことを行なうことが多くの場合に好ましい。Ｃアーム・システムはこれらの必要を満たすために開発され、現在では医療分野及び外科分野で周知である。

Ｘ線源及びＸ線検出器は、線源によって放出されるＸ線がＸ線検出器に入射して検出可能となるように、Ｃアーム・ガントリの両端に全体的に装着されている。線源及び検出器は、対象（例えば人体の手足）が線源と検出器との間に載置されてＸ線を曝射されると、検出器が間に載置された対象の特性を表わすデータを生成するように配置される。生成されるデータはしばしば、モニタに表示され又は電子的に記憶される。

Ｃアームは支持アセンブリに摺動自在に装着されて、線源及び検出器が回転自在となる回転軸（Ｃアームの平面に垂直）を画定する。この回転軸を対象の位置に又は対象の近くに配置して、線源及び検出器を対象の周りでＣアームの平面内を軌道運動するように回転させることにより、複数の異なる配向において撮影された対象の画像を得ることができる。これらの画像を結合して、対象の包括的な三次元画像を形成することができる。包括的な三次元画像を形成するために画像を結合する工程は一般的には、再構成ソフトウェアによって行なわれる。

Ｃアームはまた典型的には、支持アセンブリにおいてＣアームの平面に平行な長手軸の周りに回転自在である。少なくとも２本の異なる軸の周りで回転自在であることにより、Ｃアームは、異なる望ましい視点から画像を撮影するために、患者を中心とした多くの異なる配向に配置され得る。このように、可動式Ｃアーム撮像機械は効率を大幅に高めて、医療手順の前にも最中にも患者の画像を撮影し易くしている。

GE Medical Systemsによって商品化されているもの（Innova（登録商標））のようなＣアーム撮像機械は、回転軸をＣアームの平面に対して相対的にオフセットさせたＣアームを含み得る。線源及び検出器はＣアームの末梢端に隣接し、Ｃアームの平面からやはりオフセットされているので、軌道運動の回転軸と、Ｃアームの長手方向回転軸と画像軸とが共通の一点において交差する。かかる構成の一例が例えば米国特許第４，９８７，５８５号に示されている。

かかる機械は、他のＣアーム機械の複雑さを回避しているという利点、及び線源と検出器との間に広い間隙を設けているという利点を有する。しかしながら、オフセットのためガントリ容積が大きくなり、また長手方向オフセットの周りでのＣアームの移動範囲が限定される。

他のＣアーム・イメージング・システムは、軸をＣアームの中間面に延在させた状態で線源及び検出器を有する。この構成であればガントリ容積を小さくしてＣアームの移動範囲を拡大することが許されるが、管の高さがＣアームの内部空間内に延在するため線源と検出器との間の間隙が限定される。かかるＣアームの一例が欧州特許第１，４９３，３８８号に記載されている。

他のＣアーム装置はまた、機械の撮像能力の容量をさらに増大させる二重スライド・レールを用いている。しかしながら、これらの装置は極めて複雑であり、またガントリ容積も大きい。

従って、構造を複雑化せずに、移動範囲及び位置範囲の拡大を許しつつ、運転又は検査の状況において利用し易いように容積を小さくすると同時に、装置が患者に接近し易いように線源と検出器との間の間隙を広くしたＣアーム・イメージング装置が必要とされている。

支持アセンブリと、
支持アセンブリに摺動自在に装着されている円弧形部材と、
円弧形部材の第一の末梢端の近傍で円弧形部材に装着されて、撮像軸の方向に沿って放射を行なうように配向している放射線源と、撮像軸に沿って線源に対向して、円弧形部材の第二の末梢端の近傍で円弧形部材に装着されている検出器と
を備えた医用イメージング装置が提案される。

放射線源及び検出器は、円弧形部材の中間面の一方の側及び他方の側にそれぞれ位置している。

具体的には、円弧形部材は、支持アセンブリにおいて回転軸の周りに回転自在に装着され、円弧形部材の中間面と撮像軸とは角度に関してオフセットされて、回転軸と撮像軸との間の交点において交差する。

線源の少なくとも一部が、円弧形部材の一方の側で円弧形部材の幅に沿って横方向に延在し得る。検出器は、円弧形部材の他方の側に横方向に延在し得る。

この装置はまた、撮像軸及び回転軸によって画定される平面を選択された検出面内に保つように、円弧形部材の摺動及び回転軸の周りでの円弧形部材の傾きを同時に制御する制御ユニットを含み得る。

また、円弧形部材は、支持アセンブリに装着されたＵ字形彎曲ガイドに摺動自在に装着されることができ、線源及び／又は検出器は、彎曲ガイドの側壁の厚みよりも大きい間隙を設けて円弧形部材に装着され、円弧形部材は、線源及び／又は検出器が彎曲ガイドの側面に位置しているような配置において摺動自在である。

かかるＣアーム・イメージング装置は、ガントリが小容積であり、線源と検出器との間に広い間隙が設けられ、また移動範囲及び位置範囲が広い。また、極めて単純な機械的な構造を有する。

医用イメージング・システムが、かかる装置と、特に包括的な三次元画像を形成するように画像を処理する計算手段とを含み得る。

以下、本発明の各実施形態を添付図面に関して例示的に記載する。
医用イメージング・システムの概略図である。 本発明の一実施形態によるＣアーム装置の遠近図である。 図２のＣアーム装置の前面図である。 図２のＣアーム装置の側面図である。 図２のＣアーム装置の末梢端での線源の装着の詳細図である。 図２のＣアーム装置の末梢端での検出器の装着の詳細図である。

図１の医用イメージング・システムは、線源２及び検出器３を円弧形部材４（Ｃアーム又はＣアークとしても周知）によって支持したＣアーム装置１を含んでいる。装置１はまた、被検患者Ｐを載置する支持体Ｓ、制御ユニット５、記憶ユニット６及び表示ユニット７を含んでいる。

線源２及び検出器３は、上述の円弧形部材４の両端に対向配置されている。線源２は例えばＸ線源であり、撮像軸Ａｒの方向に沿って被検患者の領域を通して放射線ビームＢを放出するものである。検出器４は、上述の線源２によって放出されて患者を透過した放射線を検出するものである。検出器４は、検出放射線をディジタル信号へ直接変換するＣＣＤセンサ又は直接型ディジタル検出器であってよい。

制御ユニット５はＣアーム装置１に結合されて、放出される放射線量、並びにＣアームの位置及び移動のような幾つかのパラメータを定めることにより取得を制御する。記憶ユニット６は、取得されたパラメータ及び画像を記憶する。記憶ユニット６は制御ユニット５に接続されて、上述の制御ユニット５の内部又は外部に位置し得る。表示ユニット７は、任意の公知の形式の表示装置であってよい。表示ユニット７は制御ユニット５に接続されて、医師が放射線画像の取得を制御することを可能にする。

制御ユニット５、記憶ユニット６及び表示ユニット７はまた、計算ユニット９及び記憶ユニット１０を含む処理システム８に結合されている。処理システム８は、取得されて記憶ユニット６に記憶された画像を受け取り、特に包括的な三次元画像を形成するように画像を処理する。

図２〜図４にさらに具体的に示すＣアーム装置１は、支持アセンブリ１１と、この支持アセンブリ１１に装着された彎曲ガイド１２とを含んでいる。彎曲ガイド１２はＣアーム４を摺動自在に担持しているので、Ｃアーム４は彎曲ガイド１２の内部を摺動して、これにより線源２及び検出器４の軌道回転運動を提供することができる。

これらの図面に示すようにＣアーム装置が地面に支持されている場合には、支持アセンブリ１１はＬ字形であってよく、台１３と支柱１４とを含んでいる。台１３は床に隣接して、床に関して移動自在となるための車輪を含み得る。支柱１４は上方に延在し、アーム台１３に取り付けられている。他の形態の支持アセンブリ１１も思量され、特にＣアームの支持キャリアが天井に装着されている場合に思量される。

彎曲ガイド１２は、例えばＵ字形のレールである。レールの側壁の各々が、レール長さに沿って延在する少なくとも１本の溝１２ａを含んでいてよく、溝１２ａは、Ｃアーム４の側面に沿って延在する対応する突起４ａと係合する。

彎曲ガイド１２は、当該彎曲ガイド１２及びＣアーム４が回転軸Ｒの周りを回転することを可能にする回転支持アーム１６を通じて支柱１４に旋回装着される。この回転軸Ｒは、Ｌ字形支持アセンブリ１１の中間面Ｐｃ（図３）に延在する。回転軸Ｒは台１３の主方向（水平）に対して平行であり、支柱１４に対して垂直である。

線源２及び検出器３は、Ｃアーム４の中間面Ｐｃの一方の側及び他方の側にそれぞれ位置する。線源２及び検出器３によって画定される撮像軸Ａｒは、従ってＣアーム４の中間面Ｐｃに対して相対的に傾く。中間面Ｐｃ及び撮像軸Ａｒは角度に関してオフセットしており（角度α）、回転軸と撮像軸との間の交点Ｏにおいて交差する。線源２はＣアームの第一の末梢端の近傍に位置し、線源２の少なくとも一部は、Ｃアーム４の幅に沿ってＣアーム４の一方の側に横方向に延在する。線源２の一部はまた上方にも延在し得る。検出器３はこの線源２に対向して、Ｃアームの反対側の末梢端の近傍でＣアーム４の他方の側に横方向に延在する。

制御ユニット５は、Ｒ軸の周りでの円弧形部材の回転運動、及び彎曲ガイド１２の内部での円弧形部材４の摺動を行なうように様々な内部モータ（図示されていない）に指令するようにプログラムされており、これにより線源２及び検出器３を以下のように移動させる。

Ｃアーム４は、何れの検出面での取得も可能にするように回転軸Ｒの周りでの回転によって傾斜し得る。一旦、撮像軸及び回転軸によって画定される平面が検討したい検出面に一致するように線源２及び検出器３が配置されたら、かかる検出面での線源２及び検出器３の軌道運動が制御ユニット５によって制御され得る。この軌道運動は、撮像軸及び回転軸によって画定される平面を選択された検出面内に保つように、彎曲ガイド１２の内部でのＣアーム４の摺動、及び回転軸Ｒの周りでのＣアーム４の傾きの対応する修正を同時に制御することを通じて達成され得る。

例えば、検出面が鉛直であるときに、Ｃアームは鉛直に対して角度に関して傾斜しており、この角度は線源２及び検出器３の撮像軸自体が鉛直であるときに最大となり、撮像軸が回転軸Ｒへ向けて傾斜すると減少する。

図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示すように、線源２及び検出器３は、Ｌ字形に構成された装着板１５を通じてＣアーム４に支持され得る。一方の枝（枝１５ａ）はＣアーム４に内側から固定されており、第二の枝（枝１５ｂ）は線源２又は検出器３に外側から固定されている。

かかるＬ字形装着板の２本の枝１５ａ、１５ｂは、Ｃアークの中間面Ｐｃと線源２及び検出器の撮像軸３との間の角度オフセット（角度α）を達成するように互いに対して相対的に屈曲されている。

さらに、Ｃアーム４は、当該Ｃアーム４と線源２又は検出器３を担持する枝１５ｂとの間に間隙が残されるように、枝１５ａに固定され、また寸法決定される。この間隙は、線源２又は検出器３が彎曲ガイド１２の領域に達したときに彎曲ガイド１２に沿ったＣアームの摺動が装着板１５、線源２又は検出器３によって妨げられないように、彎曲ガイド１２の側壁の厚みよりも大きい。Ｃアームは、線源２及び検出器３が彎曲ガイド１２の側面に位置する状態で連続的に摺動することができ、Ｃアームはこのようにして大きい移動範囲で摺動する。

１：Ｃアーム装置
２：線源
３：検出器
４：円弧形部材（Ｃアーム又はＣアーク）
４ａ：Ｃアーム４の両側に沿って延在する突起
５：制御ユニット
６：記憶ユニット
７：表示ユニット
８：処理システム
９：処理システム８の計算ユニット
１０：処理システム８の記憶ユニット
１１：支持アセンブリ
１２：彎曲ガイド
１２ａ：溝
１３：アーム台
１４：支柱
１５：装着板
１５ａ：Ｃアーム４に内側から固定されている装着板の枝
１５ｂ：線源２又は検出器３に外側から固定されている装着板の枝
１６：回転支持アーム
Ａｒ：線源２及び検出器３によって画定される撮像軸
Ｐ：患者
Ｓ：支持体
Ｒ：回転軸
Ｏ：回転軸Ｒと撮像軸Ａｒとの間の交点
Ｐｃ：Ｃアーム４の中間面
角度α：Ｃアークの中間面Ｐｃと線源２及び検出器３の撮像軸との間の角度オフセット

Claims (8)

1. 支持アセンブリと、
   該支持アセンブリに対して摺動自在に設けられる円弧形部材と、
   該円弧形部材の第一の端部の近傍で該円弧形部材に設けられ、撮像軸の方向に沿って放射を行なうように向けられている放射線源と、
   前記円弧形部材の第二の端部の近傍で前記円弧形部材に設けられ、前記撮像軸に沿って前記放射線源に対向する検出器と
   を備えた医用イメージング装置であって、
   前記放射線源及び前記検出器は、前記円弧形部材の中間面の一方の側及び他方の側にそれぞれ位置しており、
   前記放射線源及び／又は前記検出器は、Ｌ字形に構成されている装着板を通じて前記円弧形部材に支持される、医用イメージング装置。
2. 前記円弧形部材は、前記支持アセンブリに対して、回転軸の周りに回転自在に設けられ、前記円弧形部材の前記中間面と前記撮像軸とは角度に関してオフセットされており、前記中間面および前記撮像軸は、前記回転軸と前記撮像軸との間の交点において交差する、請求項１に記載の装置。
3. 前記放射線源の少なくとも一部が、前記円弧形部材の一方の側の横に、前記円弧形部材の幅に沿うように設けられている、請求項１に記載の装置。
4. 前記検出器は、前記円弧形部材の他方の側の横に設けられている、請求項３に記載の装置。
5. 前記円弧形部材は、前記支持アセンブリに対して回転軸の周りに回転自在に設けられ、
   当該装置は、前記撮像軸及び前記回転軸により画定される平面を選択された検出面内に保つように、前記円弧形部材の摺動及び前記回転軸の周りでの前記円弧形部材の傾きを同時に制御する制御ユニットも含んでいる、請求項１に記載の装置。
6. 前記円弧形部材は、前記支持アセンブリに装着された彎曲ガイドに摺動自在に装着されており、前記放射線源及び／又は検出器は、前記彎曲ガイドの側壁の厚みよりも大きい間隙を設けて前記円弧形部材に設けられ、該円弧形部材は、前記放射線源及び／又は検出器が前記彎曲ガイドの側面に位置するように摺動することができる、請求項１に記載の装置。
7. 前記Ｌ字形の装着板の２本の枝が、前記円弧形部材と前記撮像軸との間の角度オフセットに対応する角度で互いに相対的に屈曲されている、請求項１〜６のうちのいずれか一項に記載の装置。
8. 支持アセンブリと、
   該支持アセンブリに対して摺動自在に設けられる円弧形部材と、
   該円弧形部材の第一の端部の近傍で該円弧形部材に設けられ、撮像軸の方向に沿って放射を行なうように向けられている放射線源と、
   前記円弧形部材の第二の端部の近傍で前記円弧形部材に設けられ、前記撮像軸に沿って前記放射線源に対向する検出器と
   を含む医用イメージング装置を備えており、
   三次元画像を形成するように画像を処理する計算手段を含む処理システム
   をさらに備えており、
   前記放射線源及び前記検出器は、前記円弧形部材の中間面の一方の側及び他方の側にそれぞれ位置しており、
   前記線源及び／又は前記検出器は、Ｌ字形に構成されている装着板を通じて前記円弧形部材に支持される医用イメージング・システム。