JPH09103428A - Ｘ線コンピュータ断層撮影装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明の目的は、危険を伴わず簡易に投影デー
タ収集面と被検体との位置関係を変更することのできる
術式支援用のＸ線コンピュータ断層撮影装置を提供する
ことである。 【解決手段】本発明は、ガントリ１の内部で対向配置さ
れたＸ線管３とＸ線検出器１３とにより被検体に関する
多方向の投影データを収集し、投影データに基づいて断
層像を再構成するＸ線コンピュータ断層撮影装置におい
て、被検体に対してガントリ１を固定したままで被検体
と投影データ収集面との位置関係が変化するように、Ｘ
線管３とＸ線検出器１３とはガントリ１の内部で移動可
能に移動機構７，１５に支持される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、術式を支援するた
めにリアルタイムで断層像を術者に提供し得るＸ線コン
ピュータ断層撮影装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えばメス等の術具だけを脳に挿入し、
患部や術具の先端を直接目で確認できない状態で術式を
行ういわゆるブラインド・サージャリーでは、定位脳手
術という技法で患部の位置を認識している。まず、患者
の頭部に定位脳手術フレームが固定される。そして、こ
の状態で術式実行前に当該フレームを含めて患者の頭部
がＸ線コンピュータ断層撮影装置や磁気共鳴イメージン
グ装置で撮影される。それらの画像上で患部像とフレー
ム像とが照会され、フレームに対する患部の相対的位置
の座標が読み取られる。次に、フレームを装着した状態
のままで、患部の座標にしたがって術式が実行される。

【０００３】しかし、このような定位脳手術では、手術
操作によって組織の位置や形状が変化して、事前に画像
上で確認した座標と患部とがずれてしまうことや、脳以
外の変形しやすい部位には適用できないという問題があ
った。

【０００４】そこで、投影データの収集と同時進行で断
層像をリアルタイムに再構成し表示するというリアルタ
イムＸ線コンピュータ断層撮影装置が、ブラインド・サ
ージャリーを支援するものとして期待されている。

【０００５】しかしリアルタイムＸ線コンピュータ断層
撮影装置を術式に使用する上で次のような問題が考えら
れる。 （１）従来のＸ線コンピュータ断層撮影装置では、多方
向の投影データを収集する投影データ収集面を被検体に
対して変更するには、被検体を載置している寝台とガン
トリとの少なくとの一方をスライドする必要があった。
しかし、患者には各種の生体観測用ケーブルや栄養や血
液等の供給用チューブ等が取り付けられているので、非
常な危険を伴い容易ではない。 （２）リアルタイムＸ線コンピュータ断層撮影装置の投
影データ収集面を例えば術具の先端に合わせるようにす
ることで、術具と患部との位置関係を把握できるように
なる。しかし、投影データ収集面の移動はマニュアルに
より術者が術具の先端の位置を術具の挿入長やその角度
等から推定しながら行うしかなく、非常に困難である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の第１の目的
は、危険を伴わず簡易に投影データ収集面と被検体との
位置関係を変更することのできる術式支援用のＸ線コン
ピュータ断層撮影装置を提供することである。本発明の
第２の目的は、術具の移動に追従して投影データ収集面
の位置が変化する術式支援用のＸ線コンピュータ断層撮
影装置を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、ガントリの内
部で対向配置されたＸ線管とＸ線検出器とにより被検体
に関する多方向の投影データを収集し、前記多方向の投
影データに基づいて断層像を再構成するＸ線コンピュー
タ断層撮影装置において、前記被検体に対して前記ガン
トリを固定したままで前記被検体と投影データ収集面と
の位置関係が変化するように、前記Ｘ線管と前記Ｘ線検
出器とは前記ガントリの内部で移動可能に支持される。

【０００８】本発明によると、ガントリを固定したまま
で、投影データ収集面を移動することができるので、危
険を伴わず簡易に別の位置の断層像を見ることができ
る。また本発明は、ガントリの内部で対向配置されたＸ
線管とＸ線検出器とにより被検体に関する多方向の投影
データを収集し、前記多方向の投影データに基づいて断
層像を再構成するＸ線コンピュータ断層撮影装置におい
て、術具の位置を検出する検出手段と、前記術具と投影
データ収集面とが一定の位置関係に維持されるように、
前記検出手段により検出された前記術具の位置に基づい
て前記被検体と前記投影データ収集面との相対的位置を
変更する変更手段とを具備する。

【０００９】本発明によると、術具が移動すると、それ
に追従して投影データ収集面が移動し、常に術具と投影
データ収集面との一定の位置関係が維持される。これに
より術者は、術具から一定の位置関係にある断面におけ
る組織形状等を正確に且つ簡易に把握できる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら実施の
形態を説明する。 （第１の実施の形態）図１は第１の実施の形態に係るＸ
線コンピュータ断層撮影装置の主たる構造体としてのガ
ントリの内部構造を概略的に示している。図２は第１の
実施の形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置の構成
を示すブロック図である。本実施の形態によるＸ線コン
ピュータ断層撮影装置のスキャン方式としては、Ｘ線管
とＸ線検出器とが対向した状態を維持したままで被検体
の周囲を回転するいわゆる第３世代、１周分のＸ線検出
器が固定した状態で設けられ、Ｘ線検出器に対向する周
回軌道をＸ線管が回転するいわゆる第４世代、その他任
意の方式のいずれを採用しても構わない。ここでは第３
世代として説明する。

【００１１】ガントリ１には、寝台２１の天板に載置さ
れた状態で天板のスライドに伴って被検体（患者）が挿
入されるべき開口部が設けられる。ガントリ１には、回
転リング３が収容される。回転リング３は、回転駆動系
２により回転中心に関して連続回転される。回転リング
３には、ファン状のＸ線束ＦＸを放射するＸ線管５と、
被検体を通過したＸ線を検出する多チャンネル型のＸ線
検出器１３とが、回転中心を挟んで対向した状態でそれ
ぞれＸ線管移動機構７、検出器移動機構１５を介して設
けられる。なお、Ｘ線管５からＸ線検出器１３に至るＸ
線束の回転によって描かれる薄い面内において、直交す
る２軸をＸ軸、Ｙ軸として定義する。断層像の再構成に
必要とされる多方向の投影データが収集される投影デー
タ収集面（スライスともいう）は、このＸ−Ｙ面に含ま
れる。また、Ｘ−Ｙ面に直交する軸をＺ軸として定義す
る。多くの場合、Ｚ軸は被検体の体軸に平行である。

【００１２】ガントリ１の内部においてＸ線管５をＺ軸
に沿って移動可能に支持するためのＸ線管移動機構７
は、Ｚ軸に平行に回転リング３に固定されたレール９
と、このレール９に沿って移動可能にレール９に係合さ
れた連結具１１と、図示しないＸ線管移動駆動系とから
なる。連結具１１にはＸ線管５が連結される。

【００１３】ガントリ１の内部においてＸ線検出器３を
Ｚ軸に沿って移動可能に支持するための検出器移動機構
１５は、Ｚ軸に平行に回転リング３に固定されたレール
１９と、このレール１９に沿って移動可能にレール１９
に係合された連結具１７と、図示しない検出器移動駆動
系とからなる。連結具１７にはＸ線検出器１３が連結さ
れる。

【００１４】このようにガントリ１の内部において、Ｘ
線管及びＸ線検出器１３がＺ軸に沿って移動可能に支持
されていることによって、ガントリ１や寝台２１（天
板）を被検体に対して固定したまま、スライドさせるこ
となく、被検体に対する投影データ収集面の相対的位置
を変更することができるようになっている。この移動を
内部移動と称して、ガントリ１や寝台２１の移動と区別
するものとする。

【００１５】操作卓としてのオペレーティングユニット
２３には、スキャン条件を設定するためのスイッチ類や
他の既存のスイッチ類の他に、内部移動のためのジョイ
スティックの如きスイッチが設けられる。このスイッチ
は、術中の術者が操作し易いように、寝台２１に近隣す
る場所等、任意の場所に設置可能なようにオペレーティ
ングユニット２３からケーブルを介して分離できるよう
になっていることが好ましい。内部移動用のスイッチの
操作による内部移動の指令は、スキャンコントローラ２
５に伝達される。スキャンコントローラ２５は、この指
令に応じて、Ｘ線管５とＸ線検出器１３とが一体として
内部移動するように、つまりＸ線管５とＸ線検出器１３
とがそれぞれ同じ距離ずつ、互いの位置関係を保ってＺ
軸に関して平行移動するように、Ｘ線管移動駆動系及び
検出器移動駆動系に駆動電力を供給する。スキャンコン
トローラ２５はまた、回転リング３の回転、Ｘ線ばく射
及びＸ線の検出を制御して、多方向の投影データの収集
（これをスキャンという）を実行させる従来同様の役割
を担っている。

【００１６】Ｘ線検出器１３の各チャンネルから出力さ
れる電気信号は、前処理ユニット２７で増幅されディジ
タルに変換され必要に応じてフィルタにかけられて投影
データとしてメモリユニット２９に供給される。メモリ
ユニット２９は、チャンネル番号、Ｘ線管５の角度に相
当する投影角度、収集時刻等の属性を付けて投影データ
を記憶する。メモリユニット２９にはリアルタイムプロ
セッサ３１が接続される。リアルタイムプロセッサ３１
は、動画に近い態様で断層像を表示することを可能とす
るように、スキャンと同時進行且つリアルタイムで断層
像を次々と再構成する。このリアルタイム再構成の機能
により、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置を術式支援用へ
の活用が可能となる。リアルタイム再構成とは、１枚の
断層像を再構成するのに必要な例えば３６０°分の投影
データを収集（スキャン）するのに要する時間より、少
なくとも短時間で断層像を再構成することが可能な高速
処理として定義される。さらに、動画像表示は、実際の
動きと同じ時間スケールで動きが観察できるように、再
構成された断層像をスキャンから１〜２秒程度の一定の
遅れ時間でもって表示することとして定義される。

【００１７】リアルタイムプロセッサ３１で再構成され
た断層像データは、インタフェース（Ｉ／Ｆ）３３を介
してビデオカセットレコーダ３５に記録され、また術者
から見易い位置に設置されたモニタ３７に、動画像とし
て表示されてる。

【００１８】次にこのように構成された本実施の形態の
作用を説明する。図３（ａ）〜（ｄ）は本実施の形態に
よる内部移動の様子を示している。同図（ａ）と（ｂ）
は対応しており、同図（ｃ）と（ｄ）は対応している。
オペレーティングユニット２３の内部移動用スイッチが
術者又はオペレータによって操作されると、この内部移
動の指令がオペレーティングユニット２３からスキャン
コントローラ２５に伝達される。この指令に応じて、ス
キャンコントローラ２５からＸ線管移動駆動系及び検出
器移動駆動系に駆動電力が供給される。これにより、Ｘ
線管５とＸ線検出器１３とは、一体として移動する。つ
まり、Ｘ線管５とＸ線検出器１３とは、同じ向きに、同
速度で、内部移動用スイッチ操作が終了するまで同じ距
離だけ内部移動する。

【００１９】この内部移動により、投影データが収集さ
れて断層像が得られる投影データ収集面と、被検体Ｐと
の相対的な位置関係が変更される。このようにガントリ
１の内部において、Ｘ線管５及びＸ線検出器１３がＺ軸
に沿って移動することによって、ガントリ１や寝台２１
（天板）をスライドさせることなく、被検体に対する投
影データ収集面の相対的位置を変更することができる。
これは、患者には各種の生体観測用ケーブルや栄養や血
液等の供給用チューブ等が取り付けられているが、これ
らケーブル類を干渉することなく、安全にして簡易に投
影データ収集面位置を変更できることを意味する。

【００２０】なお、上述の説明では、ガントリ１の内部
で投影データ収集面に直交する方向に沿って移動可能に
Ｘ線管３や検出器１３が支持されると記述したが、これ
に代えて又はこれに加えて、ガントリ１を固定したまま
で、投影データ収集面と被検体の体軸との角度（チルト
角やスリュー角）が変更可能に、Ｘ線管３とＸ線検出器
１３とをガントリ１の内部で支持する機構を採用しても
よい。この機構は、ガントリ１の一般的なチルト機構や
スリュー機構が流用される。 （第２の実施の形態）第２の実施の形態は、患者の体内
に挿入される電子メスやマニピュレータ等の術具を使っ
た術式を支援するＸ線コンピュータ断層撮影装置として
適用される。この種の術式では、術具が患者内部に挿入
されているために術者は術具や患部を直接目視観察でき
ず、術具と患者との相対的な位置関係を把握すること、
また術具先端の施術部分での組織形状を把握することが
困難であった。本実施の形態ではこの点解決するもので
ある。

【００２１】図４は第２の実施の形態に係るＸ線コンピ
ュータ断層撮影装置の構成を示すブロック図である。な
お、図２と同じ部分には同符号をして説明は省略する。
３Ｄポインタ３９は、術具の先端のＸＹＺ座標を検出す
るものである。

【００２２】この検出方法には、種々のものがあるが、
その一例を図５に示す。ポインタ本体４１には、複数の
アーム４３が自由継手４５で連結されてなる多間接アー
ム４６が接続される。最先端のアーム４３には術具が着
脱自在にセットできるようになっている。術者が術具を
自由に操作できるように、全てのアーム４３は、対応す
る自由継手４５に直交３軸に関して回転可能に設けられ
る。各自由継手４５には、１本のアーム４３に対してそ
の各軸に関する回転角度を検出するためのロータリエン
コーダ（図示せず）が３つずつ収納されている。ポイン
タ本体４１に収容されている図示しないマイクロコンピ
ュータにより、全ての自由継手４５に収納されている複
数のロータリエンコーダの検出角度に基づいて、術具の
先端のＸＹＺ座標が計算される。

【００２３】また、次の例を説明する。これは、ＸＹＺ
座標が既知の位置に少なくとも３つの超音波発信源を分
散して配置し、各超音波発信源からの超音波を術具の柄
に装着した少なくとも２つの全方位マイクロフォンで各
々受信し、送受信の時間差から求められる各超音波発信
源から各マイクロフォンまでの距離に基づいて各マイク
ロフォンのＸＹＺ座標を計算し、これら２点のＸＹＺ座
標から術具の向きを計算し、この向きと一方のマイクロ
フォンから術具先端までの距離とから術具先端の座標を
計算するというものである。

【００２４】この術具の先端のＺ座標から、図６（ａ）
に示すように、断層像が得られる投影データ収集面が術
具の先端を通るように、投影データ収集面と患者との相
対的な位置関係が変更される。つまり、術具に移動に追
従して投影データ収集面が患者に対して移動し、術具と
投影データ収集面とが一定の位置関係に維持されるよう
に、３Ｄポインタ３９により検出された術具の位置に基
づいて被検体と投影データ収集面との相対的位置が変更
される。

【００２５】また、術具の先端のＸＹ座標から、図６
（ｂ）に示すように、断層像の中心に術具の先端が位置
するように、リアルタイムプロセッサ３１による再構成
領域が変更される。投影データ収集面と患者との相対的
な位置関係の変更方法としては、第１の実施の形態で説
明した内部移動による第１の方法、図７（ａ）に示すよ
うにガントリ１を固定して天板４７のスライドにより行
う第２の方法、図７（ｂ）に示すように天板４７を固定
してレール４９上に移動可能に設けられたガントリ１の
スライドにより行う第３の方法、図７（ａ），（ｂ）の
両方を併用する第４の方法、図８（ａ）に示すようにＸ
線束を四角錐状に放射するいわゆるコーンビームＸ線管
５１と、２次元アレイ型又は複数の１次元アレイ検出器
を並列してなる多列型のＸ線検出器５３とを採用し、図
８（ｂ），（ｃ）に示すように術具先端のＺ座標に応じ
たいずれかの列の投影データをリアルタイムプロセッサ
３１で選択的に使って断層像を再構成する第５の方法が
あり、いずれの方法を採用してもよい。第１〜第５のい
ずれの方法であっても、３Ｄポインタ３９で検出された
術具先端のＸＹ座標の情報は、オペレーティングユニッ
ト２３を介してリアルタイムプロセッサ３１に供給され
る。３Ｄポインタ３９で検出された術具先端のＺ座標の
情報は、第５の方法であればオペレーティングユニット
２３を介してリアルタイムプロセッサ３１に供給され、
第１〜第４の方法であればオペレーティングユニット２
３を介してスキャンコントローラ２５に供給される。投
影データ収集面と患者との相対的な位置関係を変更する
ために、スキャンコントローラ２５は、第１の方法であ
れば、投影データ収集面が術具の先端を通るまでＸ線管
移動機構７及び検出器移動機構１５の駆動系に駆動電力
を供給し、第２の方法であれば、投影データ収集面が術
具の先端を通るまで寝台２１の天板駆動系に駆動電力を
供給し、第３の方法であれば、投影データ収集面が術具
の先端を通るまでガントリ１のスライド駆動系に駆動電
力を供給し、第４の方法であれば、投影データ収集面が
術具の先端を通るまで寝台２１の天板駆動系とガントリ
１のスライド駆動系それぞれに駆動電力を供給する。

【００２６】さらに３Ｄポインタ３９が術具先端のＸＹ
Ｚ座標と共に、術具の向きも検出できるのであれば、投
影データ収集面が術具に対して直交するように、又は特
定の角度で交差するように、図９（ａ），（ｂ）に示す
ようにチルト機構５５を使ってＸ軸を回転軸としてチル
ト（傾斜）させたり、図示しないガントリ１に収容され
た旋回機構を使って回転リング３をＹ軸を回転軸として
旋回させるようにしてもよい。また、上記第５の方法で
あれば、同様のことを、図９（ｃ）に示すように、リア
ルタイムプロセッサ３１で術具に対して直交する面上の
投影データを選択的に使って行うことができる。

【００２７】このように本実施の形態によると、術具の
先端を通る投影データ収集面の断層像が得られる。した
がって、術者は、患者と術具との位置関係を正確に且つ
簡易に把握することができ、しかも術具の先端を通る投
影データ収集面の組織形態を認識することができる。本
発明は上述した実施の形態に限定されることなく種々変
形して実施可能である。

【００２８】

【発明の効果】本発明は、ガントリの内部で対向配置さ
れたＸ線管とＸ線検出器とにより被検体に関する多方向
の投影データを収集し、前記多方向の投影データに基づ
いて断層像を再構成するＸ線コンピュータ断層撮影装置
において、前記被検体に対して前記ガントリを固定した
ままで前記被検体と投影データ収集面との位置関係が変
化するように、前記Ｘ線管と前記Ｘ線検出器とは前記ガ
ントリの内部で移動可能に支持される。

【００２９】本発明によると、ガントリを固定したまま
で、投影データ収集面を移動することができるので、危
険を伴わず簡易に別の位置の断層像を見ることができ
る。また本発明は、ガントリの内部で対向配置されたＸ
線管とＸ線検出器とにより被検体に関する多方向の投影
データを収集し、前記多方向の投影データに基づいて断
層像を再構成するＸ線コンピュータ断層撮影装置におい
て、術具の位置を検出する検出手段と、前記術具と投影
データ収集面とが一定の位置関係に維持されるように、
前記検出手段により検出された前記術具の位置に基づい
て前記被検体と前記投影データ収集面との相対的位置を
変更する変更手段とを具備する。

【００３０】本発明によると、術具が移動すると、それ
に追従して投影データ収集面が移動し、常に術具と投影
データ収集面との一定の位置関係が維持される。これに
より術者は、術具から一定の位置関係にある断面におけ
る組織形状等を正確に且つ簡易に把握できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態によるＸ線コンピュ
ータ断層撮影装置のガントリの内部構造の構造図。

【図２】本実施の形態によるＸ線コンピュータ断層撮影
装置のブロック図。

【図３】本実施の形態の作用説明図。

【図４】本発明の第２の実施の形態によるＸ線コンピュ
ータ断層撮影装置のブロック図。

【図５】図４の３Ｄポインタの一例としてのニューロナ
ビゲータの外観図。

【図６】本実施の形態の作用説明図。

【図７】患者と投影データ収集面との相対的位置を変更
するための第１及び第２の態様を示す図。

【図８】患者と投影データ収集面との相対的位置を変更
するための第３の態様を示す図。

【図９】本実施の形態による術具と投影データ収集面と
の角度を一定に保つための第１及び第２の態様を示す
図。

【符号の説明】

１…ガントリ、 ３…回転リング、 ５…Ｘ線管、 ７…Ｘ線管移動機構、 ９…レール、 １１…連結具、 １３…Ｘ線検出器、 １５…検出器移動機構、 １７…連結具、 １９…レール。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガントリの内部で対向配置されたＸ線管
   とＸ線検出器とにより被検体に関する多方向の投影デー
   タを収集し、前記多方向の投影データに基づいて断層像
   を再構成するＸ線コンピュータ断層撮影装置において、 前記被検体に対して前記ガントリを固定したままで前記
   被検体と投影データ収集面との位置関係が変化するよう
   に、前記Ｘ線管と前記Ｘ線検出器とは前記ガントリの内
   部で移動可能に支持されることを特徴とするＸ線コンピ
   ュータ断層撮影装置。
2. 【請求項２】 前記Ｘ線管と前記Ｘ線検出器とは前記ガ
   ントリの内部で前記投影データ収集面に直交する方向に
   沿って移動可能に支持されることを特徴とする請求項１
   記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
3. 【請求項３】 前記Ｘ線管と前記Ｘ線検出器とは前記ガ
   ントリの内部で前記投影データ収集面と前記被検体の体
   軸との角度が変更可能に支持されることを特徴とする請
   求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
4. 【請求項４】 前記断層像は前記投影データの収集作業
   と同時進行で再構成されることを特徴とする請求項１記
   載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
5. 【請求項５】 ガントリの内部で対向配置されたＸ線管
   とＸ線検出器とにより被検体に関する多方向の投影デー
   タを収集し、前記多方向の投影データに基づいて断層像
   を再構成するＸ線コンピュータ断層撮影装置において、 術具の位置を検出する検出手段と、 前記術具と投影データ収集面とが一定の位置関係に維持
   されるように、前記検出手段により検出された前記術具
   の位置に基づいて前記被検体と前記投影データ収集面と
   の相対的位置を変更する変更手段とを具備することを特
   徴とするＸ線コンピュータ断層撮影装置。
6. 【請求項６】 前記断層像は前記投影データの収集作業
   と同時進行で再構成されることを特徴とする請求項５記
   載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
7. 【請求項７】 前記変更手段は、前記被検体に対して前
   記ガントリを固定したままで前記被検体と投影データ収
   集面との位置関係が変化するように、前記Ｘ線管と前記
   Ｘ線検出器とを前記ガントリの内部で移動可能に支持す
   る手段を含むことを特徴とする請求項５記載のＸ線コン
   ピュータ断層撮影装置。
8. 【請求項８】 前記検出手段は前記術具の向きを検出
   し、前記変更手段は前記断面が前記術具に対して所定の
   角度を維持するように前記被検体の体軸と前記断面との
   相対的角度を変更することを特徴とする請求項５記載の
   Ｘ線コンピュータ断層撮影装置。