JPH09149897A - 画像混合を行なうマルチパススキャンを使用するｘ線骨密度測定システム及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 オーバーラップ混合技術を使用して改良した
画像を再現させるＸ線骨密度測定システム及び方法を提
供する。 【解決手段】 患者を支持すべく構成された可動スキャ
ンテーブル１６及び該テーブルと関連するＣアーム１８
を有している。Ｃアームは患者の両側において対向した
状態でＸ線供給源３６及びＸ線検知器３８を支持すべく
構成されている。患者の長さ方向に沿って相次ぐスキャ
ンパスにおいてオーバーラップする隣接したＸ線扇形ビ
ームで患者をスキャンするためにスキャンテーブルとＣ
アームとを移動させるためのスキャニング機構が設けら
れている。高さ依存性に関連するエラーを補償するため
にオーバーラップ区域を混合するスキャンパス結合技術
が使用されている。この混合処理は、オーバーラップに
おいてスキャンされた患者の部分の高さ及びスキャンパ
スの端部からの距離にしたがって実行される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、骨密度を測定する
システム及び方法に関するものであって、更に詳細に
は、オーバーラップ混合技術を使用して改良した画像再
生を行なう骨密度測定システム及び方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】Ｘ線又はガンマー線は、保健専門家が投
影した骨組織密度を観察し且つ評価し、例えば骨多孔症
などの病気に関連することのある年齢に関連した骨損失
をモニタするために使用することの可能な人間の体にお
ける骨の密度及び分布を測定するために使用することが
可能である。付加的に又は代替的に、例えば体脂肪及び
筋肉などの骨以外の体の内容を測定するために同様の技
術を使用することが可能である。

【０００３】骨密度測定においては、典型的に、患者の
背骨がテーブルの長さ方向に沿って延在するように、即
ちカーテシアン座標系においてＹ軸と呼ばれる方向に延
在させて患者をテーブル上に位置させる。仰向けの患者
の場合には、左側及び右側は、通常、Ｘ軸と呼ばれる方
向である。患者の片側における供給源が患者の反対側に
おける照射検知器に対し患者を介してラジエーション即
ち照射を供給する。これらの供給源及び検知器は、通
常、Ｙ軸に対して横断する方向（典型的には、垂直な方
向）である供給源・検知器軸に沿ってそれらが整合して
いることを確保するために例えばＣアーム等の構造体に
よって機械的に連結されている。

【０００４】Ｘ線管及びアイソトープの両方が照射供給
源として使用されている。各々の場合において、供給源
からの照射は患者に到達する前に特定のビーム形状へコ
リメートされ、それによりＸ線又はガンマー線照射フィ
ールドを反対側に検知器が位置されている患者の所定の
領域へ制限させる。Ｘ線を使用する場合には、実際上種
々のビーム形状が使用されており、例えば扇形ビーム、
ペンシルビーム及び円錐又はピラミッドビーム形状等が
ある。扇形ビームが使用される場合には、典型的に、該
ビームはＹ軸に対して横断する（例えば垂直）ビーム面
に適合する。換言すると、そのビームはその面内におい
ては幅広であり且つＹ軸に沿って薄いものである。ビー
ムの形状と検知器システムの形状とは対応している。扇
形ビームシステムにおける検知器は、典型的に、直線又
は円弧に沿って配列された複数個の検知器要素からなる
長尺状のアレイである。Ｃアーム及び／又はテーブルを
機械的に移動させることによって、テーブル上の患者に
おける興味のある領域を該照射でスキャン即ち走査する
ことが可能である。骨密度測定における典型的な分析領
域は、背骨、ヒップ及び前腕等があり、それらは個別的
にスキャン即ち走査される。それらは、単一パス（通
過）において比較的狭い角度を有する扇形ビームによる
か、又は、代替的に、ラスターパターンでスキャンする
ペンシルビームによって妥当な時間内において個別的に
カバーすることが可能である。別の分析領域は「体全
体」と呼ばれるものであって、その場合には、患者の体
全体がスキャンされ且つ骨密度及び更に可能な場合には
「体組成」又は体における脂肪及び筋肉の百分率に対す
る分析を行なう。

【０００５】Ｘ線骨密度測定システムは本願出願人によ
ってＱＤＲ−２０００＋、ＱＤＲ−２０００、ＱＤＲ−
１５００、ＱＤＲ−１０００ｐｌｕｓ、ＱＤＲ−１００
０の商標名の下で製造販売されている。米国特許第４，
８１１，３７３号、第４，９４７，４１４号、第４，９
５３，１８９号、第５，０４０，１９９号、第５，０４
４，００２号、第５，０５４，０４８号、第５，０６
７，１４４号、第５，０７０，５１９号、第５，１３
２，９９５号、第５，１４８，４５５号、第４，９８
６，２７３号、第１６５，４１０号（これらは各々メデ
ィカル・アンド・サイエンティフィック・エンタプライ
ディズ、インコーポレイテッドへ譲渡されているが、現
在は本願出願人と共有である）は、このようなシステム
に関連するものである。その他の骨密度測定システム
は、ウイスコンシン州のマジソンにおけるルナー（Ｌｕ
ｎａｒ）コーポレイションによって製造されているもの
と思われ、そのシステムはＥｘｐｅｒｔという商標名の
下で販売されているものと思われ且つ米国特許第５，２
２８，０６８号、第５，２８７，５４６号、第５，３０
５，３６８号に記載されているものと思われる。

【０００６】体全体のスキャニングを行なう１つのシス
テムは１９９４年１１月２５日付で出願した米国特許出
願第０８／３４５，０６９号に記載されており、それを
引用により本明細書に取り込む。そこに記載されている
システムでは、約２２度の扇形角度をもった扇形ビーム
を使用しており、それはスキャニング走査のためにＣア
ームを回転させるように構成されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上の点に
鑑みなされたものであって、上述した如き従来技術の欠
点を解消し、例えば価格の高い広角扇形ビーム回転型Ｃ
アームスキャニングシステムに対する費用効果的な代替
物としての改良したシステム及び方法を提供することを
目的とする。更に、本発明は、体の横方向部分（例え
ば、肩、腕及び手）の前部−後部幅狭扇形ビーム投影に
よって体全体のスキャニングを与えることを可能とする
システム及び方法を提供するものである。前部−後部幅
狭ビーム投影は、幾つかの回転型Ｃアームシステムによ
って提供される横方向極限の傾斜投影よりも従来の単一
ビームシステムによって与えられるスキャニングにより
直接的に比較可能なものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】概略的には、本発明シス
テムは、骨密度及び柔軟組織体組成測定及び画像形成を
行なうために患者をスキャン即ち走査するための幅狭の
扇形ビームをもったＸ線を使用している。例えば背骨、
ヒップ及び前腕等の体の部分の単一パススキャニングに
加えて、マルチパス体全体スキャニング方法も提供され
る。オーバーラップ区域をブレンド即ち混合させるスキ
ャンパス結合技術を使用して高さ依存性に関連するエラ
ーを補償する。このブレンド即ち混合はオーバーラップ
区域においてスキャンした患者の部分の高さ及びスキャ
ンパスの端部からの距離にしたがって行なわれる。同様
に、マルチパススキャニングは体全体以外の興味のある
大きな領域に対して適用することも可能である。

【０００９】本発明の好適実施形態においては、本シス
テムは、患者を支持し且つ患者がＹ方向に延在すること
を定義するように構成されたスキャンテーブルを有して
いる。このスキャンテーブルはＹ方向に移動可能であ
る。Ｙ方向はスキャンテーブルの長手軸に平行なものと
して定義され、且つＸ方向はテーブル表面の面内におい
てＹ方向に対して横断（交差）する方向である。スキャ
ンテーブルと関連するＣアームは、Ｘ線供給源とＸ線検
知器とを支持すべく構成されており且つＹ方向に移動可
能である。Ｘ線供給源及び検知器は空間的に患者の両側
に位置される。

【００１０】Ｘ線供給源は、任意のある時間においてＸ
方向に延在するスキャンライン（走査線）を照射するＸ
線の角度の狭い扇形ビームを供給する。Ｘ線扇形ビーム
の中心光線はＺ方向に対して平行であり、Ｚ方向はテー
ブル表面のＸ−Ｙ面に対して垂直である。検知器はスキ
ャンテーブル及び患者を通過した後に扇形ビームによっ
て張られる角度内においてＸ線供給源からのＸ線を受取
り、患者の実質的に前部−後部投影を形成する。好適に
は、検知器は複数個のＸ線検知器要素からなるアレイか
ら構成されている。検知器に入射するＸ線は検知器要素
を励起してアナログ信号を発生し、それは変換され且つ
プロセサによってデジタルＸ線減衰データとして回収さ
れる。Ｘ線供給源はパルス型二重エネルギＸ線を発生
し、それは基準骨及び組織等価物質を介して逐次的にフ
ィルタすることが可能である。

【００１１】本システムは、更に、ＣアームをＹ方向に
移動させ且つスキャンテーブルをＸ方向及びＹ方向の両
方に移動させる駆動機構を提供している。スキャンテー
ブル及びＣアームのＹ方向位置に関連する位置エンコー
ダが位置データを供給し、該データはマルチパススキャ
ンのＹ方向整合を処理するために使用することが可能で
ある。プロセサがＸ線供給源を制御し、スキャンテーブ
ル及びＣアームの運動を制御し、且つ検知器アレイから
のデータを回収する。更に、プロセサは減衰データを処
理してスキャン画像を構築し且つ骨密度又は体組織組成
結果を計算する。

【００１２】本発明は、更に、体全体スキャニング方法
を提供している。扇形ビーム及び検知器アレイは相次ぐ
隣接したスキャンパスにおいてＹ方向において患者の長
さにわたりスキャン即ち走査を行なう。各スキャンパス
期間中のＣアームとスキャンテーブルの運動は、好適に
は、連続的なものである。スキャンパスのパターンは、
好適には、パスとパスの間の位置決め時間を最小とする
ために直線及び蛇行パターンである。別のスキャンパタ
ーンとしては、例えば対角線パターン等がある。

【００１３】別々のスキャンパスからのスキャンデータ
はプロセサによって結合されて隣接するスキャンを形成
する。Ｘ線扇形ビームが交差するＺ方向距離よりもＸ線
供給源の焦点からＸ方向においてより離れている隣接す
るパスの境界近くの患者の区域は、２つのスキャンパス
によって表わされるように２つの多少異なる角度から観
察される。物体がＸ線供給源から特定のＺ距離にある場
合には、オーバーラップする扇形ビームの完全な整合が
可能であることが判明した。更に、立体画像におけるよ
うに、ある被写体深度にわたりオーバーラップする扇形
ビームの許容可能な整合を達成することが可能である。
本発明においては、各オーバーラップする境界において
個別的に所望の距離の周りにレンジを中心位置決めする
ことによって被写体深度の使用が最適化されている。更
に、本発明はオーバーラップ区域をブレンド即ち混合す
るスキャンパスの結合アルゴリズムを使用することによ
り実効的な被写体深度を拡大している。本発明のこれら
の特徴が一体となって、体全体スキャニングの目的のた
めのオーバーラップ区域における充分な被写体深度を提
供している。

【００１４】隣接するスキャンパスを結合する技術が、
各オーバーラップ区域を隣接するパスの境界においてブ
レンド即ち混合させる。各オーバーラップに含まれるデ
ータポイント数は、Ｘ線供給源と境界位置における患者
の骨又はその他の重要な特徴との間のＺ方向における予
測距離の関数として個別的に決定される。ブレンド即ち
混合を行なうことにより、各スキャンパスのオーバーラ
ップ区域における各データ要素又はデータポイントの結
合したスキャンに対する寄与は、そのデータ要素とスキ
ャンパスの端部との間の距離に比例している。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１を参照すると、スキャニング
システム１０は検査ユニット１２とワークステーション
１４とを有している。ワークステーション１４はシステ
ム電源モジュール２０を有しており、それはワークステ
ーション及び／又は検査ユニット１２、例えばフロッピ
ィディスクドライブ等の着脱自在な記録装置２４を有す
るホストコンピュータ２２、オペレータコンソールキー
ボード２６、ディスプレイモニタ２８へ電力を供給す
る。ワークステーション１４は、更に、オプションとし
てプリンタ３０を有することが可能である。ワークステ
ーション１４は検査ユニット１２の動作を制御し且つ検
査ユニットから受取ったスキャン及び位置データを診断
目的のためにより有用な形態に処理し、例えば以下によ
り詳細に説明するように患者画像及びレポートの形態に
処理する。

【００１６】検査ユニット１２は、患者支持表面１６ａ
及び１６ｂを具備する患者テーブル１６を有すると共
に、Ｘ線供給源及び検知器を支持するＣアーム１８を有
している。検査ユニット１２は電気機械的部品、制御シ
ステム及び患者のスキャニング及びスキャンデータの採
取を行なう場合に関与するその他の部品を有している。
Ｘ線供給源３６はベース３２内に位置されており且つ図
２Ａに示したように検知器３８へ向かって垂直にＸ線を
射出するように設けられている。この形態においては、
テーブル１６の患者支持表面１６ａの下側に位置されて
いるＸ線供給源３６からのＸ線は患者を介して通過し且
つ検知器３８によって受取られる。検知器３８は、好適
には、例えば６４個の要素からなる複数個の検知器要素
のアレイであって、それらの要素はＸＺ面におけるＸ軸
に沿って延在する直線形態に配列されている。一方、こ
れらの検知器要素はＸ線管における焦点を中心とした円
弧に沿って配列することも可能である。検知器３１はＸ
方向において約１０インチの長さであり且つビーム３６
ａの原点から約４２インチであり（即ち、検知器と検知
器との間隔は０．１６インチ）且つ約１４度の扇形角度
を張るものである。好適には、アレイを構成する検知器
要素はシンチレーション物質と結合したシリコンホトダ
イオードであって、それらはＸ線供給源３６に対して固
定されている。その他のタイプの検知器要素を使用する
ことも可能である。各検知器要素はＸ線扇形ビーム内の
夫々の角度位置においてＸ線に応答し且つワークステー
ション１４におけるコンピュータ２２へスキャンデータ
を供給する。この例示的実施例においては、Ｘ線供給源
３６は静止アノードを有しており、且つＡ．Ｃ．電源に
対して同期された二重エネルギ（ＤＥ）パルスシステム
である。

【００１７】図２及び２Ａを参照しながら説明すると、
Ｘ線供給源３６と患者との間にスリットコリメータ４０
が位置されている。コリメータ４０は機械加工又はその
他の方法で形成した１つ又はそれ以上の選択可能なスリ
ットを有しており、Ｘ線供給源３６からスリットを介し
てＸ線が患者に対して通過することを可能としており、
それは例えばスリット以外のコリメータの部分を介して
Ｘ線が通過することを実質的に阻止するのに充分な厚さ
に例えば鉛又はタングステン等のＸ線不透過性物質から
構成されている。例えば、コリメータ４０はＸ線供給源
３６における焦点から適宜の距離に位置されており且つ
それと適切に整合された６４ｎｍ長さのコリメータスリ
ットを有している。Ｘ線供給源３６からのＸ線照射はコ
リメータ４０における選択されたスリットを介して通過
し且つＸ線の扇形形状ビーム３６ａを形成する。ビーム
３６ａによって張られる角度及びＸ線管の焦点における
その原点と患者との間の距離は、ビーム３６ａが任意の
時間において典型的な大人の患者の断面全体をカバーす
るようなものではなくその幅の選択した部分のみをカバ
ーするようなものに選択されている。

【００１８】扇形ビーム３６ａは、約０．２度と約３０
度との間の範囲の狭い扇形角度を有している。好適に
は、この扇形角度は１４度である。勿論、Ｘ線ビーム３
６ａは、幅（図面に示したＸ軸に沿って）を有するばか
りか、コリメータ４０におけるスリットの幅（例えば
１．０ｍｍとすることが可能）及びビーム３６ａの原点
からの距離によって定義されるＹ軸に沿っての厚さを有
している。スキャンライン（走査線）は、扇形ビーム３
６ａ及び検知器３８によって任意の時間に画像形成され
る患者の部分、即ち任意の時間にデータが収集されるＸ
線ビームの幅及び厚さによって定義される。スキャンラ
インという用語を使用するが、この「ライン」は、実際
には、Ｘ方向における幅とＹ方向における長さの両方を
有する矩形であることに注意すべきである。完全なスキ
ャンは、興味のある領域の全体が測定される時間期間に
わたって得られる１個又は１組の隣接するスキャンパス
から構成される。本スキャニング装置は、更に、典型的
にコリメータ４０と患者との間に位置されるＸ線ビーム
変調器（不図示）を有することが可能である。ビーム変
調器はあるタイプの診断スキャニングのために周期的な
パターンでＸ線ビーム３６ａを変調させる。異なるスキ
ャン及び／又はその他の目的のために所望される場合に
は、Ｘ線ビーム３６ａの強度及び／又はエネルギスペク
トルを変化させるために調節可能なＸ線ビーム減衰器
（不図示）を設けることも可能である。

【００１９】システムスキャニング運動 次に、図２乃至４を参照すると、患者テーブル１６は２
つの軸、即ち長手軸（Ｙ軸）及び横断方向即ち横方向軸
（Ｘ軸）の２つの軸に沿って並進運動可能である。図３
及び４に示されているように、テーブル１６は駆動プー
リ４６及びアイドラプーリ４８を介してステッパモータ
４４によって駆動される歯付き駆動ベルト４２を使用す
ることによってＹ軸に沿って正の方向及び負の方向に駆
動することが可能である。ベルト４２はテーブルブラケ
ット５０に固定されており、該ブラケット５０はテーブ
ル１６の患者支持表面１６ａへ固定されている。モータ
制御器ボード５２がモータ４４を制御する。一般的に
は、制御器ボード５２はワークステーション１４におけ
るコンピュータ２２へ結合されており且つコンピュータ
２２からのコマンド又は命令に応答してモータを動作さ
せる。ステッパモータ４４の代わりにＤＣサーボモータ
を使用することが可能であり、且つ例えばステッパモー
タ駆動型親ネジ等のその他の駆動装置と置換することが
可能である。患者支持表面１６ａの各運動はコンピュー
タ制御され且つアブソリュートエンコーダ５４からフィ
ードバック情報を受取るアブソリュートエンコーダフィ
ードバックシステムによってモニタされる。エンコーダ
５４はアイドラプーリ４８と結合されており、そのプー
リの回転に関する情報をコンピュータ２２へ供給し、そ
れによりＹ軸に沿っての各方向におけるテーブル１６の
患者支持表面１６ａ及びベルト４２の運動に関する情報
を供給する。患者支持表面１６ａの位置を追従するため
に１個又はそれ以上のエンコーダを使用することが可能
である。１個又はそれ以上のエンコーダからの位置デー
タはコンピュータ２２へ転送されて処理される。

【００２０】更に、上述したように、テーブル１６の患
者支持表面１６ａはＸ軸に沿って選択的に左及び右へ移
動する。テーブル１６は、Ｙ軸に沿ってのテーブル運動
に関して前述したように、モータ制御及びアブソリュー
トエンコーダフィードバックを使用して、ペデスタル６
０の上部部分６２におけるモータ及び親ネジ又はベルト
機構によってコンピュータ制御下においてＸ軸に沿って
各方向へ駆動される。図２Ｂを参照すると、体全体スキ
ャンを実施するためには、一連のスキャン又はスキャン
パス（図２Ｂにおいてスキャン１乃至Ｎとして示してあ
る）のデータが採取される。これらのスキャンから得ら
れたデータはスキャンデータと呼ばれ、それは後にコン
ピュータ２２によって処理されて骨密度を決定し且つ例
えばモニタ２８上に画像を供給する。

【００２１】好適実施例においては、テーブル１６ａは
Ｙ軸に沿って連続的に移動し、且つ、同時的に、Ｃアー
ム１８はＹ軸に沿って反対方向に連続的に移動する。そ
の結果、扇形ビームの位置はテーブル表面上において初
期位置「Ａ」から終了位置「Ｂ」へ移動される。終了位
置に来ると、テーブル１６ａは次のスキャンパスに対す
る新たな初期位置「Ｃ」へ約３．６インチの予め定めた
距離だけＸ軸に沿って移動される。次いで、テーブル及
びＣアームはＹ軸に沿って逆方向に移動し扇形ビームを
終了位置「Ｄ」に位置させる。この手順は、患者支持表
面１６ａと関連する患者位置が完全にスキャニング即ち
走査されるまで継続して行なわれる。Ｃアーム１８及び
テーブル１６ａの各々は患者の全長の約半分であるＹ軸
における距離移動する。従って、扇形ビームは患者の体
全体をスキャニング用Ｘ線に露呈させるために患者支持
表面に対して直線蛇行パターンで移動する。典型的な体
全体スキャンは７個のスキャンパスから構成されてい
る。別の実施例では、テーブル１６ａの運動を排除する
ことが可能である。然しながら、このような実施例はＣ
アームをＹ軸に沿ってより長く移動させることが必要で
あり、従って本システムにより長いベース１６ｂを必要
とする。更に、その他の可能なスキャンパターンとする
ことも可能である。例えば、スキャンパターンは対角線
状のものとすることが可能である。

【００２２】スキャナ電気及び電子制御システム 図５を参照して、本発明の一実施例の電気及び電子制御
システムについて説明する。検査ユニット１２は図１及
び２に示した構造を有すると共に、Ｘ線供給源３６用の
適宜の電源モジュール２０及び患者テーブル１６及びＣ
アーム１８を駆動し且つ減衰器及び変調器（不図示）を
動作するためのモータを有している。これらのモータの
各々はモータ駆動エレクトロニクス及び位置エンコーダ
を具備する局所的な制御器を有している。このようなエ
ンコーダ及びその動作についての詳細な説明は１９９４
年１１月２５日付で出願した米国特許出願第０８／３４
５，０６９号に記載されており、その説明内容は引用に
よって本明細書に導入する。図５に示したように、テー
ブル１６の患者支持表面１６ａのＸ方向の並進運動を発
生させる駆動システムＸＸは、モータ７０、モータ位置
エンコーダ７２、局所的Ｘ運動制御器／モータ駆動エレ
クトロニクス７４を有するものとして示されている。説
明の便宜上、患者テーブルのＹ方向並進運動に対する同
様な構成はブロックＹＹとして示してある。ブロックＱ
ＱはＹ方向におけるＣアーム並進運動を示している。駆
動システムＸＸ，ＹＹ，ＱＱに対する局所的制御器はモ
ータバス７６を介して通信を行なう。

【００２３】図５に更に示してあるように、Ｃアーム１
８はＣアーム局所的制御器７８を有しており、それは、
Ｘ線供給源制御器８０、Ｘ線変調器制御器（ＣＰＵ８２
を含んでいる）、Ｘ線減衰器制御器８４及び夫々Ｃアー
ム１８と患者テーブル１６とに位置されている制御パネ
ル８６及び８８と通信を行なう。Ｃアーム制御器７８は
Ｃアーム制御器バス９２を介して通信を行なう。

【００２４】検知器アレイ３８はＸ線測定値（スキャン
データ）をデータ採取システム（ＤＡＳ）９４へ供給
し、そこで該測定値が回収され且つ予備的に処理するこ
とが可能である。ＤＡＳ９４は、検知器アレイ３８の個
々の要素から収集し且つ処理したＸ線測定値をＤＡＳバ
ス９６を介して出力する。

【００２５】デジタル信号プロセサ（ＤＳＰ）９０がモ
ータバス７６、Ｃアーム制御器バス９２、ＤＡＳバス９
６の各々へ結合されており、且つホストコンピュータシ
ステム２２と共に遠隔制御器用の通信交換として機能す
る。本実施例においてはデジタル信号プロセサ９０を使
用することが示されているが、種々の局所的プロセスと
ホストコンピュータ２２との間のネットワーク通信を行
なうことの可能な任意の公知のシステムを本発明におい
て使用することが可能であることは勿論である。ＤＳＰ
９０は、例えばＩＳＡバスによるか、又は通信線９８に
対するカードに関する業界標準インターフェース（例え
ば、ＳＣＳＩ，ＩＥＥＥ４８８等）を介して、従来の態
様でホストコンピュータとの通信を行なうためのインタ
ーフェースを有している。

【００２６】ＤＳＰ９０インターフェースを介して複数
個の局所的プロセサ制御器の間での分散処理及び通信ネ
ットワークを使用することにより、種々の制御される装
置とホストコンピュータシステム２２との間の配線上の
複雑性が減少される。ＤＳＰ９０は例えばテーブル１６
及びＣアーム１８に関する運動制御等の実時間処理を司
る。ホストコンピュータ２２も、全ての別々の局所的制
御器によって通信されるよりも、ＤＳＰ９０のデータバ
ッファにおけるより一体化され且つ一貫性のあるデータ
ストリーム内容を有するという利点を有している。例え
ば、ＤＡＳ９０からのスキャンデータ及び患者テーブル
１６及びＣアーム１８位置エンコーダ（例えば７２）か
ら得られたそれと対応する位置データの両方は同一のデ
ータバッファ内に含ませることが可能である。

【００２７】ホストコンピュータ２２はスキャナシステ
ム全体の中心的なコマンド及び制御を与える。図示した
実施例においては、ホストコンピュータ２２はＩＢＭの
ＡＴコンパチアーキテクチュアコンピュータであり、内
部に８０４８６／２５ＭＨｚ又はインテルによって製造
されているより高速のクロックレートのマイクロコンピ
ュータ又は他者の同等の製品を有している。

【００２８】本スキャニングシステムの究極的な目標で
あるスキャンデータ処理を実行するために、ＤＡＳ９４
からのスキャンデータはホストコンピュータ３８へ転送
され、ホストコンピュータ３８は、前述したＱＤＲ−２
０００及びＱＤＲ−２０００＋システムと同様に、部位
１００においてＡ／Ｄ変換を行ない且つ部位１０２にお
いて予備的データ処理を行なうようにプログラムされて
いる。予備的データ処理機能部位１０２の出力は別の画
像処理プログラム１０４へ供給され、該プログラム１０
４は種々の計算を行ない且つ前述した初期のシステムに
おいて使用されているのと同様の態様で画像を形成し、
且つ、付加的に、以下に説明するように相次ぐスキャン
からデータをブレンド即ち混合させる。Ａ／Ｄ変換機能
部１００、予備処理機能部１０２及び画像処理機能部１
０４はホストコンピュータ２２のプログラム実行モジュ
ールによって実行することが可能であるが、これらの機
能は別個の専用のデータ処理装置によって実行すること
も可能である。

【００２９】プロセサプログラム１０４からのデータ及
び画像は初期のシステムにおけるものと同様の目的及び
態様でコンソール２６、ディスプレイ２８及びレコーダ
（例えば、フロッピィディスクドライブ２４及び／又は
プリンタ３０）へ供給される。図５の要素間において二
方向通信を行なうことが可能であるという事実を示すた
めに二方向矢印が図５の要素を接続させている。尚、説
明を簡略化するために、従来の要素は図面から削除して
おり且つその説明は割愛している。

【００３０】画像混合 上述した本システムによって提供されるマルチパススキ
ャンは隣接するスキャンパスの間でオーバーラップ区域
を有している。このビームオーバーラップは図６に示し
てあり且つ角度「θ」が２つのスキャン、例えばスキャ
ン１及びスキャン２の間のオーバーラップ角度を表わし
ている。オーバーラップ角度は扇形ビームの角度と等し
いという本システムの拘束条件（例えば、固定されたＣ
アーム１８角度及び固定されたスキャンテーブル１６ａ
高さ）によって制限されている。ビームオーバーラップ
によって発生される高さ依存性を補償するために、本発
明ではスキャンパスと結合して画像又はスキャン混合技
術を使用している。この技術は、オーバーラップの予測
位置における患者の中間（又は患者の重要な骨特徴部）
の高さの関数である量だけのスキャンデータをスキャン
パスの端部からの距離と結合させる。この高さの仮定は
格納されるか又はコンピュータ２２内へエンターされ
る。例えば、７パススキャンの６個のオーバーラップに
対する大人の場合の好適な高さは、夫々、１．５イン
チ、２．５インチ、２．０インチ、２．０インチ、２．
５インチ、１．５インチである。種々の患者の特性（例
えば、大、中、小、男、女、大人、子供等）に対するカ
スタム化した高さを有するスキャン選択を行なうことも
可能である。

【００３１】図７は各スキャンパスに対するメモリにお
いてスキャンデータを格納するための例示的なメモリマ
ップを示している。各スキャンパスに対するデータは隣
接するスキャンブロック（スキャンブロック１乃至Ｎと
して示してある）内に格納される。図８は各スキャンパ
スのオーバーラップ部分を結合した後のメモリマップ及
び結果的に得られるスキャンアレイにおける各スキャン
パスの重み付けした寄与分を示している。スキャン１の
端部「Ｄ」からオーバーラップが開始する端部「Ｅ」に
かけては、スキャン１による重み付け寄与分は約１００
％であり、且つスキャン２の寄与分は約０％である。増
加又は減少によって定義されるオーバーラップ領域にお
いては、スキャンパス１の寄与分は約１００％から約０
％へ減少しており、一方スキャンパス２の寄与分は約０
％から約１００％へ増加している。オーバーラップ領域
が終了する端部「Ｆ」からスキャンパス２の端部「Ｇ」
にかけては、スキャン１による重み付け寄与分は約０％
であり、且つスキャンパス２の寄与分は約１００％であ
る。

【００３２】各パスからの扇形ビームの外側光線が、好
適には、患者表面において又はその前で交差するように
隣接するスキャンパスはＸ軸において位置決めされてい
る。扇形ビームが交差するＺ方向における焦点からの距
離は次式によって与えられる。

【００３３】 Ｄ_i ＝｜Ｆ_i+1 −Ｆ_i ｜／（２ｔａｎθ／２） （１） 尚、Ｆ_i は各パスｉに対するＸ線供給源の焦点位置であ
り、且つθ／２は扇形ビームによって張られる角度の半
分である。

【００３４】本発明のスキャニングシステムによって得
られる隣接するスキャンパスにおけるデータ要素（デー
タ点）を結合させるための例示的なアルゴリズムは次の
式２及び３によって表わされる。式３は、各データ要素
からスキャンパスの端部までの距離の扇形関数であるオ
ーバーラップデータのブレンド即ち混合を与える。スキ
ャンパス端部からの距離の関数として使用することの可
能なその他の数学的関数（例えば、二次式及び指数）も
使用可能である。式２及び３のアルゴリズムは、隣接す
る扇形ビームの光線が交差する高さは焦点間の距離を選
択することによって任意的に設定することが可能である
という点において一般的である。

【００３５】アレイＳＴは結果的に得られるスキャンの
スキャンラインを表わしている。アレイＳ_i は各パスｉ
からの対応するデータ線である。そうであるから、ＳＴ
［ｘ］及びＳ_i ［ｘ］は夫々アレイＳＴ及びＳ_i におけ
るデータ要素である。式２及び３は各パスｉに対して１
からＮへ繰り返されて完全なスキャンラインを構築す
る。

【００３６】各点ｘに対して（尚、ｖ_i-1 ≦ｘ_i ＜ｎｄ
−ｖ_i ）に対して、オーバーラップは存在せず且つ結果
的に得られるアレイＳＴは次式によって与えられる。

【００３７】 ＳＴ［ｘｔ_i-1 ＋ｘ］＝Ｓ_i ［ｘ］ （２） 各点ｘ（尚、ｎｄ−ｖ_i ≦ｘ_i ≦ｎｄ）に対しては、オ
ーバ−ラップが存在しており且つ結果的に得られるアレ
イＳＴは次式によって与えられる。

【００３８】 ＳＴ［ｘｔ_i-1 ＋ｘ］＝（１／ｖ_i ）（（ｎｄ−ｘ）Ｓ_i ［ｘ］＋（ｖ_i −（ｎｄ−ｘ））Ｓ_i+1 ［ｖ_i −（ｎｄ−ｘ）］ （３） 尚、ｘｔ_i はパスｉの後の構築されたスキャンラインに
おける点の総数であり且つ次式（４）によって与えられ
る。

【００３９】 ｘｔ_i ＝ｘｔ_i-1 ＋ｎｄ−ｖ_i （４） 及び、ｖ_i はスキャンパスｉにおけるオーバーラップデ
ータ点の数であり且つ次式（５ａ），（５ｂ），（５
ｃ）によって定義される。

【００４０】 ｉ＝０の場合にはｖ₀ ＝０ （５ａ） ０＜ｉ＜Ｎの場合には、 ｖ_i ＝｛２（Ｈ_i ＋ｈｂ）（ｔａｎθ／２）−｜Ｆ_i+1 −Ｆ_i ｜｝／ｘｄ （５ｂ） ｉ＝Ｎの場合には、Ｖ_N ＝０ （５ｃ） 尚、ｎｄは各スキャンパスの全てのラインにおけるデー
タ点の数、Ｈ_i はスキャンパスｉとスキャンパスｉ＋１
のオーバーラップにおけるスキャンテーブル上の患者の
高さ、ｈｂは焦点上方のスキャンテーブルの高さ、θ／
２はＸ線扇形ビームの角度の半分、Ｆ_i はスキャンパス
ｉにおける焦点の位置、ｘｄは各スキャンパスの各デー
タ点のＸ次元寸法。

【００４１】上述したように、一般的なアルゴリズムに
おいて、扇形ビームが交差する焦点からの距離は任意に
設定することが可能である。隣接するスキャンパスにお
けるＸ線供給源焦点間の距離が、隣接するパスの扇形ビ
ームがスキャンテーブルの表面のほぼ上部において交差
するようなものである場合には、上述した５の以下のよ
うな簡単化が可能である。

【００４２】 ２ｈｂ（ｔａｎθ／２）＝｜Ｆ_i+1 −Ｆ_i ｜ （６） その結果、各スキャンパスｉにおけるオーバーラップデ
ータ点ｖ_i の数は次式の如くなる。

【００４３】 ｖ_i ＝（２Ｈ_i ｔａｎθ／２）／ｘｄ （７） 従って、上式（２）及び（３）は、オーバーラップデー
タ点ｖ_i が式（２）及び（３）において代入されている
という点を除いて、結果的に得られるスキャンアレイＳ
Ｔを表わしている。

【００４４】以上、本発明の具体的実施の態様について
詳細に説明したが、本発明は、これら具体例にのみ限定
されるべきものではなく、本発明の技術的範囲を逸脱す
ることなしに種々の変形が可能であることは勿論であ
る。例えば、支持表面又はＣアームを移動させるために
種々の駆動機能を使用することが可能であり、且つブレ
ンド即ち混合処理を実行するために種々のプロセサを使
用することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例に基づいて構成されたスキ
ャニングシステムで検査ユニットとワークステーション
とを有するスキャニングシステムを示した概略図。

【図２】 図１の検査ユニットを示した概略斜視図。

【図２Ａ】 図１の検査ユニットの概略側面図。

【図２Ｂ】 図２に類似した検査ユニットであってスキ
ャニング装置の例示的なスキャニング運動を示した概略
斜視図。

【図３】 図２の検査ユニット用のモータ駆動系を示し
た概略正面図。

【図４】 図３の装置の概略平面図。

【図５】 図１のスキャニングシステムの電気及び電子
系を示した概略ブロック図。

【図６】 体全体測定を行なう場合の患者のＸ線扇形ビ
ームのカバー範囲及びマルチスキャンパスを示した概略
図。

【図６Ａ】 Ｘ線供給源の焦点からの推定患者高さを示
した図６のＸ線扇形ビームカバー範囲の一部の概略拡大
図。

【図７】 混合処理を行なう前の各スキャンパスを格納
するメモリマップを示した概略図。

【図８】 混合処理後の各スキャンパスを格納するメモ
リマップと各スキャンパスに対する対応する混合寄与分
図を示した概略図。

【符号の説明】

１０ スキャニングシステム １２ 検査ユニット １４ ワークステーション １６ 患者テーブル １６ａ 患者支持表面 １６ｂ 基部 １８ Ｃアーム ２０ システム電源モジュール ２２ ホストコンピュータ ２４ 記録装置 ２６ オペレータコンソールキーボード ２８ ディスプレイモニタ ３０ プリンタ ３２ ベース ３６ Ｘ線供給源 ３８ 検知器 ４０ スリットコリメータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ノア バーガー アメリカ合衆国， マサチューセッツ 02154， ウォルサム， レイク ストリ ート 239， アパートメント １ (72)発明者 リチャード イー． キャブレル アメリカ合衆国， マサチューセッツ 01876， チュウクスバリー， チャンド ラー ストリート 990

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｘ線骨密度測定システムにおいては、 患者を支持し且つＹ方向に延在する患者の位置を画定す
   べく構成されており且つ前記Ｙ方向及びＸ方向に移動可
   能な患者支持表面を具備するテーブル、 前記テーブルと関連しており且つ前記Ｙ方向に移動可能
   であり、患者の両側において対向させてＸ線供給源とＸ
   線検知器とを支持すべく構成されており、前記Ｘ線供給
   源がＸ方向に延在するスキャンラインを任意の時間に照
   射するＸ線の角度の狭い扇形ビームを射出し且つ前記Ｘ
   線検知器がスキャンデータを発生するために患者の位置
   の少なくとも一部を介して通過した後に前記扇形ビーム
   の角度範囲において前記供給源からのＸ線を受取るＣア
   ーム、 先行するスキャンパスに対してＸ方向において選択的に
   変位させながらＸ方向に対して横断する方向に沿った相
   次ぐスキャンパスにおいて患者位置を前記角度の狭い扇
   形ビームでスキャンするために前記患者支持表面及び前
   記Ｃアームを移動させるように構成されたスキャニング
   機構、 前記スキャンデータを受取り且つ前記スキャンパスの各
   々からの前記スキャンデータを結合して複合スキャンデ
   ータを形成するために前記スキャニング機構を動作させ
   るべく構成されており且つ隣接するスキャンパスとオー
   バーラップするスキャンパスにおけるデータ要素を前記
   スキャンパスの端部からの距離の関数として比例的に重
   み付けするように前記スキャンデータを結合すべく構成
   されているプロセサ、を有することを特徴とするシステ
   ム。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記オーバーラップ
   の量は、前記Ｘ線供給源の焦点からの患者の選択的なＺ
   方向距離の関数として決定されることを特徴とするシス
   テム。
3. 【請求項３】 請求項２において、前記患者の距離は前
   記スキャンパスの各々に対して個別的に選択可能である
   ことを特徴とするシステム。
4. 【請求項４】 Ｘ線骨密度測定システムにおいて、 患者を支持し且つ患者の位置を画定すべく構成されてい
   る患者支持表面を具備するテーブル、 前記テーブルと関連しており且つＸＹ面内において前記
   患者支持表面と相対的に移動可能であり、前記患者の位
   置における患者に対向させてＸ線供給源及びＸ線検知器
   を支持すべく構成されており、前記Ｘ線供給源は前記患
   者位置の一部を照射する角度の狭いＸ線扇形ビームを射
   出し、且つ前記Ｘ線検知器は前記患者位置を介して通過
   した後にスキャンデータを発生するために前記扇形ビー
   ムによって張られる角度内において前記供給源からのＸ
   線を受取るべく構成されている複数個の検知要素からな
   るアレイを具備しているＣアーム、 前記ＸＹ面内において前記患者支持表面と相対的に前記
   Ｃアームを移動させ且つ相次ぐスキャンパスにおいて前
   記扇形ビームで前記患者位置をスキャンすべく構成され
   ており、前記相次ぐスキャンパスにおけるビームが前記
   患者位置の高さにおいて互いに部分的にオーバーラップ
   している駆動系、 前記スキャンデータを受取り且つ前記スキャンデータを
   結合して複合スキャンデータを形成すべく構成されてお
   り、隣接するスキャンパスとオーバーラップする前記ス
   キャンパスにおけるデータ要素が前記スキャンパスの端
   部からの距離の関数として比例的に重み付けがされるよ
   うに前記スキャンパスを結合すべく構成されているプロ
   セサ、を有することを特徴とするシステム。
5. 【請求項５】 請求項４において、前記オーバーラップ
   の量が前記Ｘ線供給源の焦点からの患者の選択した距離
   の関数として決定されることを特徴とするシステム。
6. 【請求項６】 請求項５において、前記患者距離が前記
   スキャンパスの各々から個別的に選択可能であることを
   特徴とするシステム。
7. 【請求項７】 扇形ビーム骨密度測定装置を使用して体
   全体のマルチパススキャニングを行なう方法において、 スキャンテーブルの患者支持表面上に患者を位置させ、 患者の体幅より実質的に小さい角度を張るＸ線の扇形ビ
   ームで患者を照射し、 前記角度内において配列させた多数の照射検知位置にお
   いて患者を通過した後に前記扇形ビームによって張られ
   る角度内において前記供給源からのＸ線を受取り、 部分的にオーバーラップするスキャンパスの直線蛇行パ
   ターンで患者全体をスキャンするために患者位置の面内
   における２つの直交する軸の各々に沿って前記患者支持
   表面及び前記扇形ビームに少なくとも一方を選択的に移
   動させ且つ相次ぐパスにおいて患者に沿って前記扇形ビ
   ーム及び検知器をスキャニングし、 隣接するスキャンパスとオーバーラップするものと判別
   された各スキャンパスにおけるデータ要素が前記データ
   要素と前記隣接するスキャンパスにオーバーラップする
   前記スキャンパスの端部との間の距離の関数であり且つ
   前記距離に比例する重み付けで結合したスキャンに寄与
   するように前記相次ぐスキャンパンスを結合させる、上
   記各ステップを有することを特徴とする方法。
8. 【請求項８】 請求項７において、前記オーバーラップ
   の量が前記Ｘ線供給源の焦点からオーバーラップ区域に
   おける患者の骨までの患者の面に対して垂直な選択的距
   離の関数として決定されることを特徴とする方法。
9. 【請求項９】 扇形ビーム骨密度測定装置を使用するマ
   ルチパススキャニング方法において、 スキャンテーブルの患者支持表面上に患者を位置させ、 患者の体幅より実質的に小さな角度を張るＸ線扇形ビー
   ムで患者を照射し、 前記角度内において配列された多数の照射検知位置にお
   いて患者を通過した後に前記扇形ビームによって張られ
   る角度内においてＸ線供給源からのＸ線を受取り、 少なくとも２つの部分的にオーバーラップするスキャン
   パスで患者の少なくとも１領域をスキャンするために患
   者位置の面内における２つの直交する軸の各々に沿って
   前記患者支持表面及び前記扇形ビームのうちの少なくと
   も一方を選択的に移動させ且つ相次ぐパスにおいて患者
   に沿って前記扇形ビーム及び検知器をスキャニングさ
   せ、 隣接するスキャンパスとオーバーラップするものと判別
   された各スキャンパスにおけるデータ要素が前記データ
   要素と前記隣接するスキャンパスとオーバーラップする
   前記スキャンパスの端部との間の距離の関数であって前
   記距離に比例する重み付けで結合したスキャンに寄与す
   るように前記相次ぐスキャンパスを結合させる、上記各
   ステップを有することを特徴とする方法。
10. 【請求項１０】 請求項９において、前記オーバーラッ
    プの量が患者の面に対して垂直であり前記Ｘ線供給源の
    焦点からオーバーラップ区域における患者の骨までの選
    択的距離の関数として決定されることを特徴とする方
    法。