JP2012110710A - Ｘ線撮像のための関心領域の決定 - Google Patents

Abstract

【課題】放射線画像撮影システム等において、線源と被検体との整列不正に起因する過大曝射又は過少曝射等の従来技術の欠点を回避しつつ適当な曝射タイミング制御又は曝射量制御を可能にする。
【解決手段】放射線画像撮影システム（１０）が、Ｘ線曝射に先立って被検体での関心領域（５６）の利用者決定を図る。関心領域（５６）は、画像（５２）との利用者の相互作用（対話）又はポインタ・システム（５０）等によって画定される。次いで、関心領域はディジタル検出器（２４）の平面等において撮像座標系へ移行（６２）される。次いで、この領域は、開ループ態様又は閉ループ態様の何れかで撮像系列時の曝射制御に用いられる。
【選択図】図４

Description

本発明は一般的には、Ｘ線イメージング・システムの分野に関し、さらに具体的には、撮像される関心領域の特定的な画定による放射線投与線量の最適化に関する。

被検体の内部の特徴を示す画像を形成するためにＸ線システムのような放射線画像撮影システムが用いられている。医療の状況では、かかるシステムは、診断の目的等で体内の解剖学的構造及び組織を観察するために用いられる。例えば現在の投影Ｘ線システムでは、Ｘ線がＸ線源によって発生されて患者又は他の被検体に向けられる。Ｘ線は被検体を通過し、体内の諸特徴によって吸収され又は減弱される。得られたＸ線がディジタル検出器に入射し、ここで画像データが生成される。画像データを収集して有用な画像の再構成を図る。同様の手法が、計算機式断層写真法、フルオロスコピィ、及びトモシンセシスの画像形成に用いられる。

放射線画像撮影の一般的な目標は、放射線の投与線量を最適化（しばしば最小化）しつつ有用な画像の再構成に十分な画像データを取得することである。これらの目標を達成するために、撮像過程を推定し又は制御する様々な手法が開発されている。自動曝射量制御又はフォト・タイミング制御を用いて患者への曝射（結果として線量）を制御する現在の放射線画像撮影システムは、患者の解剖学的構造がシステムの定位置に対して適正に整列していることに頼っている。これらの定位置は通常、電離箱又はイオン・チェンバのような曝射を測定する手段を含んでいる。曝射は、一定の曝射レベルに達したときに停止される。しかしながら、システムの定位置に身体の各部を整列させることが困難であるような状況において、特にこれらの定位置が患者の解剖学的構造及び患者の寸法等に適正に合っていないときには問題が生ずる。例として述べると、小児科の撮像は、相対的に小さい身体の各部をイメージング・システムのイオン・チェンバに整列させることがしばしば困難であるため格別に難しい。四肢の撮像でも、成人及び小児の両方において同様の困難に直面する。イオン・チェンバのような曝射測定装置は受光された放射線の積分器として作用するので、整列不正は、着目した解剖学的構造に実際に印加された実際の放射線の過小な又は過大な推定を招き得る。

かかる整列不正から帰結する過大曝射又は過小曝射を回避するために、操作者はフォト・タイミング制御及び自動曝射量制御を用いることを避けて、固定時間曝射に後戻りする場合がある。この手動式手法は、操作者の技能、並びに臨床的に有用な画像及び画質を実現するのに必要とされる曝射の主観的推定に極めて強く依存する。

適当な曝射タイミング制御又は曝射量制御を可能にすると共に上述のような従来技術の欠点を回避する改良型手法が当技術分野では必要とされている。

本発明は、かかる必要に応じるように設計された新規の手法を提供する。この手法は、Ｘ線イメージング・システムにおける現在の全視野の部分集合である被検体の関心領域の識別に基づく。関心領域は、視野における有線装置又は無線装置の利用、及び操作者が領域を画定するために相互作用（対話）し得る患者画像又はシステム画像の利用等を介して様々な態様で画定され得る。次いで、関心領域は、一旦画定されると、所望の関心領域の範囲内にあると期待されるディジタル検出器の領域の参照等によってイメージング・システムの座標へ移行（translation）される。次いで、Ｘ線曝射のパラメータ設定を曝射設定と共に算出して、この関心領域の画定に基づいて開ループ撮像を実行することができる。また、又は代替的に、閉ループ制御が、同様に関心領域を画定することに基づいて実行され得る。この手法は、積算曝射レベルの指標を与える特化型センサを用いて又は用いずに利用され得る。

本発明の一観点によれば、Ｘ線撮像の方法が提供され、この方法は、Ｘ線イメージング・システムに配置された被検体に関して、Ｘ線イメージング・システムの視野の部分面積である関心領域を識別するステップを含んでいる。関心領域はＸ線イメージング・システムの座標へ移行され、Ｘ線曝射が、変換後の座標に基づいて被検体についてのＸ線イメージング・システムの撮像系列時に制御される。

本発明はまた、Ｘ線撮像の方法を提供し、この方法は、Ｘ線イメージング・システムに被検体を配置するステップ、及びＸ線イメージング・システムに配置された被検体に関して、Ｘ線イメージング・システムの視野の部分面積である関心領域を識別するステップから開始する。次いで、Ｘ線曝射が、関心領域に基づいて被検体についてのＸ線イメージング・システムの撮像系列時に制御され、関心領域について曝射の積分を表わす信号が曝射時に監視される。

本発明はまた、Ｘ線撮像のシステムを提供し、このシステムは、Ｘ線イメージング・システムに配置された被検体に関して、Ｘ線イメージング・システムの視野の部分面積である関心領域を識別する手段を含んでいる。処理回路が、関心領域をＸ線イメージング・システムの座標へ変換するように構成されている。システム制御器が、変換後の座標に基づいて、被検体についてのＸ線イメージング・システムの撮像系列時にＸ線曝射を制御するように構成されている。

本発明の上述の特徴、観点及び利点並びに他の特徴、観点及び利点は、添付の図面を参照して以下の詳細な説明を読むとさらに十分に理解されよう。図面全体を通して類似の符号は類似の部分を表わす。
Ｘ線曝射制御のために関心領域の指定及び関心領域のシステム座標への移行を可能にするように設計されたＸ線イメージング・システムの線図である。 ポインティング・デバイスを用いて関心領域を指示する図１に示す形式のシステムの一部の線図である。 操作者によって画定された関心領域を有する被検体の簡略化された例示的な画像の図である。 操作者によって画定された関心領域のイメージング・システム座標への移行の線図である。 関心領域の画定、移行、及び曝射制御に用いられ得る幾つかの作用構成要素の線図である。 関心領域の画定、移行、及び後の曝射制御を実行するための例示的な論理を示す流れ図である。

図１には、関心領域の識別、及びこの関心領域に基づく曝射制御のためのＸ線イメージング・システム１０が示されている。Ｘ線イメージング・システム１０は、被検体１４の画像１２を形成するように構成されている。医療診断の状況では、被検体１４は支持体１６に配置され得る。Ｘ線源１８が、コリメータ２２を通過する放射線のビーム２０を発生するように構成されている。放射線は被検体を横断し、放射線の一部が減弱され又は吸収されて、得られる放射線が検出器２４に入射する。

制御及び処理システム２６が、放射線源及び検出器２４の両方に結合されている。一般的には、このシステムは線源及び検出器の両方の動作の調節を図り、また有用な画像の再構成のための検出器からの情報収集を可能にする。図示の実施形態では、例えば、制御及び処理システム２６はシステム制御及び画像処理回路２８を含んでいる。かかる回路は典型的には、プログラムされたプロセッサ、補助メモリ、及び動作時にプロセッサによって実行される特定のアプリケーション等を含む。回路２８は、Ｘ線源１８の動作の制御を図るＸ線源制御回路３０に結合される。Ｘ線源制御回路３０は、例えばシステム制御及び画像データ処理回路２８の指示の下で、Ｘ線源に印加される電流及び電圧を調節する、線源からのＸ線の発生のトリガを与える、並びに線源の始動系列及び停止系列のトリガを与える等を行なうことができる。

システム制御及び画像データ処理回路２８はさらに、検出器インタフェイス回路３２に結合される。この回路は、ディジタル検出器をイネーブルにして、ディジタル検出器からデータを収集するためのものである。当業者には認められるように、かかる検出器及び検出器インタフェイス回路の様々な設計及び動作が公知であり、現在用いられている。かかる設計は典型的には、固体スイッチ及びフォトダイオードによって画定される離散型ピクセル素子のアレイを有する検出器を含む。入射する放射線がフォトダイオードの電荷に影響を与え、スイッチが入射放射線に関する情報（例えばフォトダイオードの電荷の消耗）の収集を図る。次いで、情報を処理して、画像の個別のピクセルの濃淡レベル又は他の特徴が検出器の対応する領域に入射した放射線を指示しているような詳細な画像を展開することができる。

制御及び処理システム２６はまた、操作者ワークステーション・インタフェイス３４を含むものとして示されている。このインタフェイスは、典型的には操作者インタフェイス・コンピュータ３６を通じて入力を供給する操作者との相互作用（対話）のためのものである。操作者インタフェイス・コンピュータ３６並びに／又はシステム制御及び画像データ処理回路２８は、フィルタ処理作用、制御作用、及び画像再構成作用等を実行することができる。キーボード及びコンピュータ・マウス等のような１又は複数の入力装置３８が操作者インタフェイス・コンピュータ３６に結合される。操作者インタフェイス・コンピュータ３６はさらに、画像を表示する、命令を与える、及び以下に議論するように関心領域を画定する等を行なうことができるモニタ４０に結合されている。一般的には、操作者インタフェイス・コンピュータ３６は、所望の画像を表示し、また幾つかの操作作用、特に画像曝射制御のための関心領域の画定を実行するのに十分なメモリ及びプログラムを含み得る。

尚、ここでの議論を通して医療診断の状況におけるＸ線システムを参照しているが、本発明はこのように限定されないことを特記しておく。例えば、本発明をフルオロスコピィ、計算機式断層写真法、及びトモシンセシス等のような他の放射線応用に用いることができる。また、このシステムを部品及び小包検査、並びにスクリーニング等のような他の応用状況に用いることもできる。また、幾つかの状況では、本発明の幾つかの観点を、従来のフィルムのようなディジタル式以外の検出器と共に用いることができる。

図１に示すシステムは、撮像系列時の曝射制御のための関心領域の選択又は画定を可能にするように構成されている。図示の特定の実施形態では、カメラ４２が患者の上方に配置されて、カメラ・インタフェイス回路４４に結合され得る。このカメラを用いて、後述するような操作者による関心領域の画定のための基準を成し得る被検体の画像を形成し得るものと思量される。カメラ・インタフェイス回路は、画像（１又は複数）を収集するようにカメラにトリガを与えるためのものであり、これらの画像は当該カメラ・インタフェイス回路によって処理されてシステム制御及び画像データ処理回路２８へ転送され得る。次いで、画像は操作者インタフェイス・コンピュータ３６へ伝達されてモニタ４０に表示され得る。図１に示すシステムのもう一つの観点によれば、図１の参照番号４６によって示すように１又は複数のセンサを設けてもよい。設けられる場合には、かかるセンサはセンサ・インタフェイス回路４８に接続されることができ、次にセンサ・インタフェイス回路４８はシステム制御及び画像データ処理回路２８と連絡する。後述するように、かかるセンサは、関心領域の画定に基づくイメージング・システムの特定の領域での曝射の検出のためのものであり得る。センサ４６は、例えば検出器の裏面に設けられるセンサ及び区分型電離箱等を含み得る。この形式のセンサは、例えば２００６年６月２２日にSaunders名義で出願された米国特許出願第１１／４２６，００９号“Wireless Integrated Automatic Exposure Control Module”に記載されており、この出願を参照により本開示に援用する。

図２は、ポインティング・デバイス５０を用いて関心領域を画定する代替的な構成を示す。当業者には認められるように、様々な形態のかかる装置が公知であり、現在の環境において用いられ得る。例えば、既知の容積でのポインティング・デバイスの位置の検出を図る磁場式及び高周波式ポインティング・デバイスが開発されている。この形式の装置は、例えば２００７年２月５日にAnderson名義で出願された米国特許出願第１１／７０２，３５５号“Electromagnetic Tracking Method and System”に記載されており、この出願を参照により本開示に援用する。

図３は、関心領域を画定した被検体の画像を示す。画像５２は、モニタ４０に表示されているものとして示されている。画像が被検体の実際の体内の解剖学的構造又は構造を示す場合も示さない場合もあるが、例として患者の両肺５４が図に示されている。関心領域を画定するのに用いられる手法に依存して、画像は様々な態様で関心領域を指示し得る。例えば、関心領域を確定するために少なくとも三つの手法が現在思量される。第一に、図１に示す形式のカメラを介して写真型画像を形成することができる。次いで、この画像をモニタに表示することができ、コンピュータ・マウス、ディジタイザ、及びタッチ・スクリーンのような任意の適当なポインティング・デバイスを用いて関心領域を輪郭線で描くことができる。関心領域は、図３では太い輪郭線５６によって指示されているように任意の適当な態様で示され得る。もう一つの現在思量されるアプローチでは、低線量でのＸ線事前撮影がＸ線システムを介して行なわれ、得られる画像を再構成して操作者に表示することができる。この幾分低画質の画像を用いて、同様の態様で関心領域を識別することができる。また、図２において全体的に図示して上で議論したように、様々なナビゲーション・ツール及びポインティング・デバイスを用いることができる。かかる装置が用いられる場合には、関心領域は同様の態様で輪郭線で描かれ、操作者による確認又は修正を受けることができる。

一旦、特定の関心領域が輪郭線で描かれると、操作者によって形成された平面又は空間の関心領域とイメージング・システムの座標系との間での変換が実行され得る。現在思量される幾つかの実施形態では、例えば、関心領域は図４に示すようにディジタル検出器の平面に投影される。関心領域５６は、被検体について形成された画像の平面であり得る第一の基準面５８において表示され、第二の基準面又はシステム基準面６０に投影されるものとして図示されている。次いで、Ｘ線源の位置及び配向、被検体の位置及び配向、並びに検出器の位置及び配向に依存して、図４の参照番号６２によって示すように関心領域を図４の検出器平面６０によって示すようなイメージング・システムの座標系の対応する領域６０に投影する移行計算を行なうことができる。線源の位置及び配向は従来手法によって知ることができ、検出器の位置配向も同様に知ることができるものと思量される。このため、関心領域５６のシステム座標系への移行のための計算は単純であり、十分に当業者技術の範囲内にある。

図５は、関心領域を決定し、続いてＸ線検査系列時に曝射を制御するために用いられ得る図１のシステムの例示的な構成要素を示す。図５において参照番号６６によって全体的に示すサブシステムは、関心領域（ＲＯＩ）７０を生成する関心領域入力受け取り構成要素６８を含んでいる。前述のように、入力受け取り構成要素６８は、例えば操作者が被検体の所望の解剖学的構造若しくは部分の周囲の領域を選択し又は輪郭線で描くためのワークステーションの１又は複数の構成要素を含み得る。入力受け取り構成要素はまた、Ｘ線源と被検体との間の空間での関心領域の指定のためのポインティング・システムの要素を含み得る。得られる関心領域７０は、曝射制御の基準として用いられるべき特定の領域の輪郭線である。座標変換構成要素７２が、関心領域７０を受け付けて、関心領域座標をイメージング・システム座標７４へ変換する。前述のように、この座標変換構成要素は、関心領域座標を検出器平面のようなイメージング・システムの特定の平面へ単純に移行させることができる。幾つかの実施形態では、検出器平面において実効的に行なわれるＸ線画像事前撮影において関心領域が識別される場合には、この変換を単純化することができる。次いで、曝射制御構成要素が、後の曝射のためにＸ線システムの各パラメータを制御するように作用し、関心領域、又はさらに具体的にはシステム座標系へ移行された関心領域を用いて、例えばｍＡｓ及びｋＶと一般に呼ばれるＸ線源に印加される電流及び持続時間並びに電圧のような動作パラメータを制御する。事前撮影の利用のような様々な手法を用いて、この曝射を開ループ態様で制御することができる。また、図５の箱７８によって示すようなセンサ又は曝射積分器の利用等を介して、曝射の閉ループ制御を実行することもできる。利用されるときには、かかるセンサ又は積分器は曝射制御構成要素７６にフィードバック８０を与えて、所望の積算投与線量レベルに達するように曝射を制御することができる。尚、参照番号７２及び７６によって示す構成要素は典型的には、図１に示す制御及び処理システム２６のファームウェア又はソフトウェアによって画定されることを特記しておく。これらの構成要素は別個に形成されてもよいが、本質的には当技術分野で周知の既存のＸ線システム制御手法に基づいて構築される。

図６は、指定された関心領域に基づいて上述の曝射制御を行なうための例示的な論理を示す流れ図である。参照番号８２によって全体的に示す論理は、参照番号８４によって示すようにイメージング・システムに被検体を配置するステップから開始する。従来のシステムと同様に、被検体は、検査の目的に依存して特定の着目する解剖学的構造の曝射のために配置され得る。ステップ８４はまた、線源の反対側で検出器を適当に配置すること、線源を配置すること、線源を配向すること、及び視野を画定すること等を含み得る。次いで、ステップ８６では、操作者が被検体において関心領域を画定する。再び述べると、このステップは、コンピュータ・インタフェイスに表示される様々な形式の画像を参照することにより様々なポインティング・デバイス及び位置指定システム等を介して実行され得る。一旦、関心領域が画定されると、必要に応じて図６のブロック８８によって示すように関心領域がシステム座標へ変換される。次いで、関心領域のシステム座標に基づいて、参照番号９０によって示すように曝射設定が決定される。再び述べると、かかる設定は典型的には、電流、電圧及び曝射時間等のようなＸ線の設定を含む。次いで、ステップ９２に示すように、Ｘ線曝射が開ループ又は閉ループ態様の何れかで実行され、Ｘ線データが取得される。最後に、ステップ９４ではＸ線データが記憶され、収集されたＸ線画像データに基づいて画像が直ちに又は後に処理され得る。尚、多くの応用において、このステップは、得られるＸ線画像に対して操作者に関心領域を再び表示することを含み得ることを特記しておく。このステップは、画定された関心領域を再構成された画像に重畳表示することにより行なわれることができ、所望に応じて、必要とされないときには操作者が重畳表示された関心領域画定を画面から取り除くことを可能にする。かかる表示は、操作者が、着目した解剖学的構造又は組織に対して正確な関心領域を選択したことを確認するのを支援し得る。

この書面の記載は、最適な態様を含めて発明を開示し、また任意の装置又はシステムを製造して利用すること及び任意の組み込まれた方法を実行することを含めて当業者が本発明を実施することを可能にするように実例を用いている。本発明の特許付与可能な範囲は特許請求の範囲によって画定され、当業者に想到される他の実例を含み得る。かかる他の実例は、特許請求の範囲の書字言語に相違しない構造要素を有する場合、又は特許請求の範囲の書字言語と非実質的な相違を有する等価な構造要素を含む場合には、特許請求の範囲内にあるものとする。

１０：Ｘ線イメージング・システム
１２：画像
１４：被検体
１６：支持体
１８：Ｘ線源
２０：放射線のビーム
２２：コリメータ
２４：検出器
２６：制御／処理システム
２８：システム制御及び画像処理回路
３０：Ｘ線源制御回路
３２：検出器インタフェイス回路
３４：操作者ワークステーション・インタフェイス
３６：操作者インタフェイス・コンピュータ
３８：入力装置
４０：モニタ
４２：カメラ
４４：カメラ・インタフェイス回路
４６：センサ
４８：センサ・インタフェイス回路
５０：ポインティング・デバイス
５２：画像
５４：肺
５６：輪郭線
５８：第一の基準面
６０：第二の基準面（システム基準面）
６２：投影
６４：変換後の座標
６６：サブシステム
６８：関心領域入力受け取り構成要素
７０：関心領域
７２：座標変換構成要素
７４：イメージング・システム座標
７６：曝射制御構成要素
７８：センサ又は曝射積分器
８０：フィードバック
８２：論理

Claims (10)

1. Ｘ線イメージング・システム（１０）に配置された被検体（１４）に関して、前記Ｘ線イメージング・システムの視野の部分面積である関心領域（５６）を識別するステップと、
   前記関心領域を前記Ｘ線イメージング・システムの座標へ変換する（６２）ステップと、
   前記変換後の座標（６４）に基づいて前記被検体についての前記Ｘ線イメージング・システムの撮像系列時にＸ線曝射を制御するステップと、
   取得されたＸ線画像（５２）に対して操作者に前記関心領域を表示するステップと
   を備えたＸ線撮像の方法。
2. 前記関心領域（５６）は、前記Ｘ線イメージング・システム（１０）に関して操作者により操作されるポインティング・デバイス（５０）を介して識別される、請求項１に記載の方法。
3. 前記被検体（１４）の画像（５２）を形成するステップを含んでおり、前記関心領域（５６）は前記画像の参照により識別される、請求項１に記載の方法。
4. 前記画像（５２）はＸ線事前撮影画像を含んでいる、請求項３に記載の方法。
5. 前記画像（５２）は前記被検体のカメラ（４２）画像を含んでいる、請求項３に記載の方法。
6. 前記画像をモニタ（４０）に表示するステップを含んでおり、前記関心領域（５６）を識別するステップは、前記表示された画像において前記関心領域（５６）の位置を識別することを含んでいる、請求項３に記載の方法。
7. 前記関心領域（５６）を前記Ｘ線イメージング・システムの座標（６４）へ変換するステップは、前記関心領域（５６）に対応するディジタルＸ線検出器（２４）の領域を決定することを含んでいる、請求項１に記載の方法。
8. 前記変換後の座標（６４）に基づいてＸ線曝射を制御するステップは、該曝射の少なくともミリアンペア秒（ｍＡｓ）及びキロボルト（ｋＶ）を制御することを含んでいる、請求項１に記載の方法。
9. 前記Ｘ線曝射は閉ループ態様で制御される、請求項１に記載の方法。
10. 前記Ｘ線曝射は、ディジタルＸ線検出器（２４）に隣接して配設される１又は複数のセンサ（４６）からのフィードバックに基づいて制御される、請求項９に記載の方法。