JP6159732B2 - 医療用撮像システム及びｘ線画像の提供方法 - Google Patents

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Description

本発明は、医療用撮像システム及びＸ線画像の提供方法に関する。
外科的用途にＸ線を用いる場合（trauma X-ray application）、技術者は、周囲に多くの人がいる環境の中で外科用ストレッチャー（trauma trolley）の上に横たわる患者の近傍に検出器やＸ線管を持っていかなければならないことが多い。患者は、正確なＸ線検査を妨げ得る医療機器に繋がれている場合がある。このように、外科的用途にＸ線を用いることには精巧性（sophisticated）を要する。
このような環境の中でＸ線検査を行う場合、検査対象の大きさ、形状及び位置に応じて２つの異なる一般ワークフローが通例存在する。第１のワークフローでは、Ｘ線管が関心領域に対して調整される。その場合、Ｘ線管は関連する患者のアナトミー（relevant anatomy of the patient）の外法寸法／内法寸法に合うように設置される。検出器は、検出器の中心がＸ線の中央スポット（central spots）と合致した状態で、Ｘ線管の位置に従い所定の「線源受像面間距離（ＳＩＤ）」に設置する必要がある。従って、Ｘ線管は「マスター機能（master function）」を含む。第２のワークフローでは、Ｘ線管は、関心領域に対して、コリメータにより制限されたＸ線を自由に放射する。携帯用Ｘ線検出器は、関心領域に相対的に配置されている。従って、検出器は「マスター機能」を有している。
第１のワークフローでは、検出器とＸ線管とが機械的にリンクされている。検出器は、Ｘ線管に接続されたメカニカルアーム上に配置されている。患者に対してＸ線管を動かす度に、検出器が所定の距離及び固定空間関係でもってＸ線管に追従する。
第２のワークフローでは、メカニカルアームが脇に折り畳まれ得る。これにより、検出器との固定空間関係が解除され、Ｘ線管が自由な露出（free exposure）で用いられる。
外科的環境では、Ｘ線撮像装置の嵩高性や重量を低減することが好適であり得る。そうすることで、移動や設置がとても容易になり、さらには患者の近傍の占有空間を低減することができる。Ｘ線源と検出器との間に折り畳み可能な機械的連結部を有するＸ線撮像装置は、患者の周囲の空間の一部で妨げとなり得る。
また、患者の周囲の利用可能な空間を必要な時に増せれるように、Ｘ線管と検出器との間の距離をより個別に変更又は制御することが好適であろう。
従って、自由な露出を可能にする周知の一般的な外科用Ｘ線装置のように必要時に移動及び設置が容易で且つ空間的な障害にあまりならない、嵩の少ないＸ線撮像装置に対するニーズが存在し得る。
そのニーズは、独立項１の特徴に係るＸ線撮像システムによって満たされ得る。有利な実施形態及びさらなる向上が、従属項及び下記の説明から生じ得る。
本発明に係るＸ線撮像システムは、Ｘ線管；前記Ｘ線管用の天井懸垂部（ceiling suspension）；Ｘ線検出器が取り付けられた検出器用トロリー（detector trolley）；アクティブセンサマトリックス；光学指示部（optical indication unit）；及び制御部を含む。前記アクティブセンサマトリックスは、固定された状態で前記天井懸垂部に取り付けられている。前記光学指示部は、前記検出器用トロリーに固定された状態で取り付けられ、前記アクティブセンサマトリックスに対して光学指示を放射するように適合されている。前記制御部は前記アクティブセンサマトリックスに接続され、前記アクティブセンサマトリックス上の光学指示の位置を取得し且つ前記光学指示の位置を前記所定の位置に調整するように前記天井懸垂部及び前記検出器用トロリーのうちの少なくとも一方を制御する制御信号を生成するように適合されている。
検出器用トロリーは、基部を有するカート様の要素である。該基部は、手術室の床の上で前記トロリーを支持するように適合されている。検出器用トロリーに取り付けられた検出器が、外科用ストレッチャーの要素のいずれにも衝突することなく該ストレッチャーの下で移動し得るような寸法を検出器用トロリーが有していることが分かる。本発明に照らせば、検出器用トロリーを手術室の床の上で動かすための制御信号によって始動させることが可能な駆動手段及び／又は作動手段を検出器用トロリーが含むことが分かる。
天井懸垂部はＸ線管を支持し、Ｘ線管を少なくとも天井と平行な面に沿って動かす駆動／作動手段を備えている。検出器とＸ線源との間の距離（ＳＩＤ）が調整されるような天井までの距離の所にＸ線管を調整することが好ましい。駆動手段は制御信号によって始動され得る。
光学指示部はアクティブセンサマトリックスに対して光学指示を放射するため、制御部は、Ｘ線源と検出器との相対位置を検出することができる。検出器とＸ線源との所望の相対位置が予め定義されている場合、制御部は、アクティブセンサマトリックス上の放射された光学指示の位置を取得することでＸ線源に対する検出器の予め規定された位置からの偏差／差異を求め、それを予め規定した位置と比較することができる。そして、制御部は、検出器用トロリー及び／又は天井懸垂部に送信される制御信号を作成し得る。例えば、検出器用トロリーの位置を調整するように、検出器用トロリーに送信される第１のコマンドが生成され得る。天井懸垂部の位置を調整するように天井懸垂部に送信される第２のコマンドが生成され得る。所定の制御法則に基づき、天井懸垂部又は検出器用トロリーのいずれかが、統合された駆動／作動手段によって予め規定された相対位置に動かされる。
この構成により、Ｘ線管の位置と検出器用トロリーの位置とを自動的にリンクさせることが容易にできる。検出器用トロリーとＸ線源との間に直接機械的なリンクがなくても、相対位置を極めて正確に求めることができる。
そのため、光学指示は例えば、可視又は不可視周波数範囲の光線を放射するレーザー又は同様の装置等の発光手段として実現され得る。放射される光線は扇状であることが好ましい。これは複数のアクティブセンサに光学指示が重なり、動作、動作の方向及び速度の判定が向上するからである。さらに、光線が有する扇状（fan shape）が完全には対称とならないように設計されている場合のみ天井懸垂部に対する検出器用トロリーの回転を検出することができる。
本発明のシステムにおける位置調整プロセス（positioning process）は常に体系的（systemic）に行われる。そのため、Ｘ線管又は検出器の「マスター機能」はもはや必須ではない。検出用トロリーのみを動かして、位置調整プロセスを制御することが有用である。それによりＸ線管がマスターであるかのようにＸ線管の動作が同期される。これは、臨床医がＸ線管の光照射野（light field）によって位置調整を確認するが、動作自体は検出器で始まるからである。
さらに、所望とする患者の関心領域の撮像機能を開始させるために、臨床医はＸ線管を所望の位置に動かし、検出器用トロリーの位置調整又は位置のリンク付けを開始させ得る。いずれの場合でも、制御部は、Ｘ線源に対する検出用トロリーの相対位置を取得し、天井懸垂部又は検出器トロリーに送信した制御信号を介してその位置を自動的に調整する。検出器用トロリーの制御を用いて検出器用トロリーの位置を微調整することが賢明であり得る。
臨床医は取っ手等によりＸ線管を設置した後で、Ｘ線管と検出器用トロリーとがリンクされていない状態で検出器用トロリーを手動で設置することがさらに考えられる。臨床医の付近に配置された表示部上で、Ｘ線管に対する検出器の向きを確認してもよい。
コリメータは手動の制御手段によって調整され得る。
有利な実施形態では、アクティブセンサマトリックスは、光学指示の存在を検出するアレイ状の高感度要素（array of sensitive elements）を含む。高感度要素はマトリックス状に配置され、それに作用する光学指示を検出するように適合されていることが好ましい。アクティブセンサマトリックスは、作用する光学指示から既に解釈した位置情報及び動作情報又は制御部を介して解釈するための各高感度要素の強度及び／又は明度情報を含む生データのいずれかを含む信号を出力し得る。
上述のように、アクティブセンサマトリックス上の光学指示の大きさは、１つの高感度素子の大きさを超え得る。そのため、光学指示を複数の高感度素子の上に重ねることができる。
有利な実施形態では、高感度素子が、フォトダイオードのアレイ、ＣＭＯＳアレイ及びＣＣＤアレイを含む高感度素子の群から選択される。フォトダイオードの使用はコスト効率の面ではよいが、ＣＭＯＳアレイ及びＣＣＤアレイを用いることで位置検出、ひいては検出器用トロリーの位置の精度が向上し得る。さらに、本発明の範囲から逸脱することなく、数多くの同様の高感度素子が選択され得る。
本発明の有利な実施形態では、光学指示部は検出器用トロリーの基部に垂直に配置されている。そのため、天井懸垂部上の光学指示の位置が手術室の床の上の検出器用トロリーの位置と合致する。
さらに有利な実施形態では、光学指示部は、他のソースに起因する障害を回避するために、光学指示にＨＦパターンを重ねるように適合されており、アクティブセンサマトリックス及び制御部のうちの少なくとも一方は、重ねられたＨＦパターンを認識するように適合されている。制御部がアクティブセンサマトリックスから生データを取得した場合、制御部は、予め定義されたＨＦパターンを検出するためにそのデータを解釈しなければならない。他方、アクティブセンサマトリックスは、高感度素子の生データを解釈し且つＨＦパターンを認識するように適合され、位置情報及び動作情報を単に出力する電子装置を含み得る。
ＨＦパターンは、認識可能な光学指示を可能にする少なくとも１つの所定の周波数を有する一連の光パルスとして実現され得る。光学指示の認識プロセスの堅牢性を向上させるために、複数の周波数を用いることもさらに考えられる。
さらに有利な実施形態では、Ｘ線管が、Ｘ線管及び検出器用トロリーのお互いに対する配置状態を表示する表示部を含む筐体に統合されている。これにより、臨床医に視覚的支援を提供できる。
有利な実施形態では、検出器用トロリーは、検出器用トロリーと制御部との間で制御データをやりとりするためのデータリンク部を含む。これにより検出器用トロリーがシステム全体の制御に必要な又は任意の制御データを放射して検出器の位置とＸ線源の位置とのリンクを開始させ且つＸ線管の位置に追従するための制御信号を受信することができる。
さらに有利な実施形態では、撮像システムは天井懸垂部を制御するための入力手段を有する検出器用トロリーユーザーインターフェースを含み、トロリーユーザーインターフェースはデータリンクに接続されている。特に臨床医によって検出器用トロリーが所望の位置に動かされ、Ｘ線管が検出器用トロリーの位置に対して自動的に調整される場合は、検出器用トロリーユーザーインターフェースが検出器用トロリーの動作と天井懸垂部の動作とを同期させる少なくとも１つの「取り付け」ボタンを含むことが好ましい。さらに、コリメータの大きさを調整する視準ホイール（collimation wheels）及びＳＩＤを例えば１１０ｃｍ又は１５０ｃｍに変更する画像ソース距離ボタンもユーザーインターフェースに統合されているべきである。
有利な実施形態では、光学指示部が検出器用トロリーユーザーインターフェースに統合されており、検出器用トロリーユーザーインターフェースは検出器用トロリーに固定された状態で取り付けられている。これにより、別々の部材に対して支持体をそれぞれ設ける必要がなくなり、システムの複雑性及び嵩高性がより低減される。
有利な実施形態では、データリンクは、手術室での怪我を回避するために配線を排除した無線データリンクである。
本発明のさらなる態様によれば、Ｘ線画像を提供する方法が提供される。該方法は、検出器用トロリーに固定された状態で取り付けられた光学指示部からアクティブセンサマトリックスに対して光学指示を放射する工程；前記アクティブセンサマトリックス上の前記光学指示の位置を取得する工程；前記取得した位置を所定の位置と比較する工程；及び天井懸垂部及び前記検出器用トロリーのうちの少なくとも一方を制御するための制御信号を生成して前記光学指示の位置を前記所定の位置に調整する工程を含む。これらの工程によって、可能性のある双方のワークフローにおいて、検出器用トロリーの位置と天井懸垂部の位置とを直接リンクさせることが可能になる。
有利な実施形態では、第１のコマンドを受け取った際に、検出器用トロリーの位置を調整するように検出器用トロリーに制御信号が送信される。これは、Ｘ線管を直接僅かに調整した場合に検出器用トロリーの位置を微調整するためのものであることが考えられ得る。
さらに有利な実施形態では、第２のコマンドを受け取った際に、天井懸垂部に制御信号が送信される。第２のコマンドは、上記で詳しく説明したように検出器用トロリー上に存在する入力手段によって始動され得る。
さらに有利な実施形態は、上記で詳しく説明したように他のソースに起因する障害を回避するために光学指示にＨＦパターンを重ねる工程をさらに含み得る。
本発明の様々な実施形態を参照して、本発明の特徴及び副次的効果を説明してきた。しかしながら、当業者であれば、そうではないと通知されていないかぎり、上記及び下記の説明から一実施形態に係る任意の組み合わせ又は特徴に加えて、様々な実施形態又は製造方法に関する特徴の任意の組み合わせも本願に開示されていると推測するだろう。
上記で規定した特徴及び実施形態ならび本発明のさらなる特徴及び利点は、以下で説明する例示の実施形態から生じ得るものである。それらを例示の実施形態を参照して説明するが、本発明は例示の実施形態に限定されない。以下、図面を参照して本発明をより詳細に説明する。
図１は、Ｘ線画像を提供するシステムの概要を示す。 図２は、検出器用トロリーの詳細を示す。 図３ａ及び図３ｂは、アクティブセンサマトリックス上の異なる光学指示の概略図を示す。 図４は、Ｘ線画像を提供する方法の概略図を示す。 図面は概略的に示しただけであり、縮尺通りに描かれたものではない。
図１は、本発明に係るシステムの概要を示す。天井懸垂部２はＸ線管アーム４を支持する。天井懸垂部２は、天井に沿ってＸ線管アーム４をＸ方向及びＹ方向に動かすための作動／駆動手段を少なくとも１つ含む。Ｘ線管アーム４自身はＸ線管６を保持し、Ｘ線管６は、その下にある患者用ストレッチャー８に対してＸ線ビームを放射するように適合されている。患者用ストレッチャー８は説明用に図示しただけであって、それ自体は本発明に係るシステムの一部を構成していない。
検出器１０は検出器用トロリー１２に取り付けられている。検出器用トロリー１２は、床１６の上をＸ方向及びＹ方向に移動可能な基部１４を有する。そのため、検出器１０は、外科用ストレッチャー８の下を移動することができ、それ故に関心領域１８から出たり入ったりできる。
検出器１０の位置をＸ線管６の位置に結び付ける（attaching）又はリンクさせるために、天井懸垂部２に固定された状態で取り付けられたアクティブセンサマトリックス２４に対して光学指示２２を放射するために光学指示部２０が検出器用トロリー１２に固定された状態で取り付けられている。光学指示部２０は、光学指示２２を床１６に垂直に放射するように設置されている。そのため、アクティブセンサマトリックス２４上の光学指示２２の位置は、検出器用トロリーの実際の位置と一致する。
制御部２６は、アクティブセンサマトリックス２４に接続されているため、天井懸垂部２に対する検出器用トロリー１２の実際の位置を取得するように構成されている。制御部２６は、天井懸垂部、Ｘ線管アーム４、Ｘ線管６の筐体、検出器用トロリー１２又は図１に図示していない他の電子装置と統合され得るように概略的に図示されている。下記では、制御部２６は検出器用トロリー１２に統合されていないものとする。
検出器用トロリー１２が、好ましくは検出器用トロリーの位置の微調整のためにＸ線管６の位置に追従する場合、アクティブセンサマトリックス２４上の所定の位置と光学指示２２の実際の位置との間の偏差を制御変数として解釈できる。好適な制御法則を用いて、制御部２６は、検出器用トロリー１２の位置とＸ線管６の位置とをリンクさせるために、検出器用トロリー１２内の駆動／作動手段を始動させる制御信号を生成することができる。代替的な制御モードでは、制御部２６は、生成した制御信号を天井懸垂部２に送信してその位置を検出器用トロリー１２の実際の位置に対して調整することで、天井懸垂部２の位置を結び付け得る。
図２に示すように、トロリーユーザーインターフェース２８が検出器用トロリー１２に取り付けられている。トロリーユーザーインターフェース２８は一式のユーザー入力装置を含む。例えば、ボタン２９は、検出器用トロリー１２の位置と天井懸垂部２の位置とを結び付ける結び付け機能専用のものであり得る。２つの制御部３０を用いてコリメータ（図示せず）の調整を行い、線源受像面間距離（ＳＩＤ）を例えば１１０ｃｍ又は１５０ｃｍのいずれかに調整するためにボタン又は他の入力装置３１及び３３が設けられることが好ましい。
検出器用トロリーユーザーインターフェース２８は光学指示部２０と統合されていてもよく、制御部２６にコマンドを送信するために又は位置を調整するため制御信号を受信するために制御部２６に無線接続されたデータリンク部３２をさらに備え得る。
図３ａは、アレイ状の高感度素子３４を含むアクティブセンサマトリックス２４の一部を示す。光学指示２２は、アクティブセンサマトリックス２４に作用し、指示スポット（indication spot）３６を作成して複数の高感度素子３４に重なり得る。光学指示の所定の指示スポット３８の位置を円形の破線で示す。制御部２６は、所定のスポット３８の位置に関する情報を有していることから、所定のスポット３８の位置と光学指示の実際の位置とを比較することで偏差を解消する制御信号を生成することができる。
図３ａには円形の指示スポット３６及び３８を図示しているが、これらはもっと非対称的であり得る。例えば、図３ｂに示すように楕円形又は他の形を含み得る。そのため、天井懸垂部に対する検出器用トロリー１２の回転向きを容易に取得することができる。
最後に、図４は、Ｘ線画像を提供する方法のブロック図を示す。該方法は、検出器用トロリーに固定された状態で取り付けられた光学指示部からアクティブセンサマトリックスに対して光学指示を放射する工程４０と、アクティブセンサマトリックス上の光学指示の位置を取得する工程４２と、取得した位置を所定の位置と比較する工程４４と、天井懸垂部及び検出用トロリーのうちの少なくとも一方を制御するための制御信号を生成して光学指示の位置を所定の位置に調整する工程４６とを含む。第１のコマンドを受け取った際に、制御信号が検出器用トロリーに送信されて（４８）検出器用トロリーの位置が調整され得るか（５２）又は第２のコマンドを受け取った際に、制御信号が天井懸垂部に送信されて（５０）天井懸垂部の位置が調整され得る（５４）。その後、Ｘ線画像が取得され得る（５６）。
光学指示の堅牢性及びその検出を向上させるために、ＨＦパターンが光学指示に重ねられ得る（５８）。
最後に、本明細書において「含む（comprising）」という用語は他の要素又は工程を排除せず、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」は複数を排除しない。請求項に記載のいくつかの事項の機能は、単一の処理装置又は他のユニットはよって満たされ得る。特定の手段が互いに異なる従属項に記載させているからとって、これらの手段の組み合わせを有利に用いることができないということではない。請求項内のどの参照符号も本発明の範囲を限定するものと解釈すべきではない。
２ 天井懸垂部
４ Ｘ線アーム
６ Ｘ線管
７ 表示器
８ 外科用ストレッチャー
１０ 検出器
１２ 検出器用トロリー
１４ 検出器用トロリーの基部
１６ 床
１８ 関心領域
２０ 光学指示部
２２ 光学指示
２４ アクティブセンサマトリックス
２６ 制御部
２８ 検出器用トロリーユーザーインターフェース
２９ 取り付けボタン
３０ コリメータ制御装置
３１ ＳＩＤボタン
３２ データリンク部
３３ ＳＩＤボタン
３４ 高感度素子
３６ 指示スポット
３８ 所定のスポットの位置
４０ 光学指示の放射
４２ 位置の取得
４４ 位置の比較
４６ 制御信号の生成
４８ 検出器用トロリーへの送信
５０ 天井懸垂部への送信
５２ 検出器トロリーの位置の調整
５４ 天井懸垂部の位置の調整
５６ 画像の取得
５８ ＨＦパターンの重畳

Claims (14)

  1. Ｘ線管；
    前記Ｘ線管用の天井懸垂部；
    Ｘ線検出器が取り付けられた検出器用トロリー；
    アクティブセンサマトリックス；
    光学指示部；及び
    制御部；
    を含むＸ線撮像システムであって、
    前記アクティブセンサマトリックスは、固定された状態で前記天井懸垂部に取り付けられ、
    前記光学指示部は、前記検出器用トロリーに固定された状態で取り付けられ、前記アクティブセンサマトリックスに対して光学指示を放射するように適合され、
    前記制御部は前記アクティブセンサマトリックスに接続され、
    前記制御部は、前記アクティブセンサマトリックス上の前記光学指示の位置を取得し、取得した位置を所定の位置と比較し、且つ前記光学指示の位置を前記所定の位置に調整するように前記天井懸垂部及び前記検出器用トロリーのうちの少なくとも一方を制御する制御信号を生成する、ように適合されている、Ｘ線撮像システム。
  2. 前記アクティブセンサマトリックスは、前記光学指示の存在を検出するアレイ状の高感度素子を含む、請求項１に記載のＸ線撮像システム。
  3. 前記高感度素子は、フォトダイオードのマトリックス、ＣＭＯＳマトリックス及びＣＣＤマトリックスを含む高感度素子の群から選択される、請求項２に記載のＸ線撮像システム。
  4. 前記光学指示部は、床に垂直に前記光学指示を放射するように配置されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載のＸ線撮像システム。
  5. 前記光学指示部は、他のソースに起因する障害を回避するために、前記光学指示にＨＦパターンを重ねるように適合され、
    前記アクティブセンサマトリックス及び前記制御部のうちの少なくとも一方は、前記重ねられたＨＦパターンを認識するように適合されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載のＸ線撮像システム。
  6. 前記Ｘ線管は、前記Ｘ線管及び前記検出器用トロリーのお互いに対する配置状態を表示する表示部を含む筐体に統合されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載のＸ線撮像システム。
  7. 前記検出器用トロリーは、前記検出器用トロリーと前記制御部との間で制御データをやりとりするためのデータリンク部を含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載のＸ線撮像システム。
  8. 前記天井懸垂部を制御するための入力手段を有する検出器用トロリーユーザーインターフェースをさらに含む、請求項７に記載のＸ線撮像システム。
  9. 前記光学指示部は、前記検出器用トロリーユーザーインターフェースに統合されており、前記検出器用トロリーユーザーインターフェースは、前記検出器用トロリーに固定された状態で取り付けられている、請求項８に記載のＸ線撮像システム。
  10. 前記データリンク部は無線データリンクである、請求項７に記載のＸ線撮像システム。
  11. 天井懸垂部に取り付けられたＸ線管に対して検出器用トロリーに取り付けられたＸ線検出器の位置調整を行う方法であって、
    前記検出器用トロリーに固定された状態で取り付けられた光学指示部から前記天井懸垂部に固定された状態で取り付けられたアクティブセンサマトリックスに対して光学指示を放射する工程；
    前記アクティブセンサマトリックス上の前記光学指示の位置を取得する工程；
    前記取得した位置を所定の位置と比較する工程；及び
    前記天井懸垂部及び前記検出器用トロリーのうちの少なくとも一方を制御するための制御信号を生成して前記光学指示の位置を前記所定の位置に調整する工程；
    を含む方法。
  12. 第１のコマンドを受け取った際に、前記検出器用トロリーの位置を調整するために前記検出器用トロリーに前記制御信号を送信する工程をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
  13. 第２のコマンドを受け取った際に、前記天井懸垂部の位置を調整するために前記天井懸垂部に前記制御信号を送信する工程をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
  14. 前記光学指示にＨＦパターンを重ねる工程をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
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