JP6243141B2 - X-ray navigation device - Google Patents

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  • Apparatus For Radiation Diagnosis (AREA)

Description

本発明は、カテーテル治療における血管内でのカテーテルの位置や内視鏡治療における体内での内視鏡の先端位置を正確にリアルタイムで観察可能なＸ線ナビゲーション装置に関する。 The present invention relates to an X-ray navigation apparatus that can accurately observe in real time the position of a catheter in a blood vessel in catheter treatment and the position of the distal end of the endoscope in the body in endoscopic treatment.

動脈硬化にはカテーテル治療が有効である。この治療法は血管内にバルーンカテーテルを挿入し、血管内に挿入したカテーテルを移動し動脈硬化が生じている箇所でバルーン部分を膨らませ、動脈硬化が起きている部分の断面積を大きく広げて血流を確保するものである。 Catheter treatment is effective for arteriosclerosis. In this treatment method, a balloon catheter is inserted into a blood vessel, the catheter inserted in the blood vessel is moved, the balloon portion is inflated at a portion where arteriosclerosis has occurred, and the cross-sectional area of the portion where arteriosclerosis has occurred is greatly expanded. It is to secure the flow.

また、従来の開腹手術に代って内視鏡治療が行われている。この内視鏡治療は腹部に小さな穴を数カ所開け、これらの穴から体内にスコープ、坩子、超音波メスなどを挿入し、体外からの操作でポリープなどを摘出するものである。 In addition, endoscopic treatment is performed in place of the conventional laparotomy. In this endoscopic treatment, several small holes are made in the abdomen, scopes, insulators, ultrasonic scalpels, etc. are inserted into the body through these holes, and polyps and the like are removed by operation from outside the body.

上記のカテーテル治療や内視鏡治療を行うには、カテーテルの先端位置、内視鏡の先端位置を正確に医師が手術中に把握する必要がある。このためカテーテルや内視鏡の先端位置を検出するＸ線ナビゲーション装置が特許文献１、２に提案されている。 In order to perform the above-described catheter treatment or endoscopic treatment, it is necessary for the doctor to accurately grasp the tip position of the catheter and the tip position of the endoscope during the operation. For this reason, Patent Documents 1 and 2 propose X-ray navigation apparatuses that detect the position of the tip of a catheter or endoscope.

特許文献１に開示される装置は被検体の立体画像を撮像するため、左画像用のＸ線管と右画像用のＸ線管とを備え、それぞれのＸ線管から交互に被検体にＸ線を照射し、一方のＸ線管で得られた透視画像を観察者の右目で観察できるようにし、他方のＸ線管で得られた透視画像を観察者の左目で観察できるようにすることで画像に遠近感（３Ｄ画像）をもたせるようにしている。 The apparatus disclosed in Patent Document 1 includes an X-ray tube for a left image and an X-ray tube for a right image in order to capture a stereoscopic image of a subject, and an X is applied to the subject alternately from each X-ray tube. The fluoroscopic image obtained with one X-ray tube can be observed with the right eye of the observer, and the fluoroscopic image obtained with the other X-ray tube can be observed with the left eye of the observer This gives the image a sense of perspective (3D image).

また特許文献２には、１つのＸ線管の両端にアノードであるタングステン製のターゲットを配置し、Ｘ線管の中央にカソードを配置し、１つのＸ線管にＸ線の照射窓を離間して２つ形成したものが開示されている。このＸ線管は特許文献１と同様に用いることで３次元画像を得ることができる。 In Patent Document 2, a tungsten target as an anode is arranged at both ends of one X-ray tube, a cathode is arranged at the center of the X-ray tube, and an X-ray irradiation window is separated from one X-ray tube. Thus, two are formed. By using this X-ray tube in the same manner as in Patent Document 1, a three-dimensional image can be obtained.

特開平９−１８７４４７号公報JP-A-9-187447 特開２０１３−３３６４５号公報JP 2013-33645 A

上述した特許文献１、２に開示された装置を用いても、３次元の立体画像を見ることはできる。しかしながら、その立体画像は特定の角度、つまり真上から見た平面の立体画像である。   Even if the apparatus disclosed in Patent Documents 1 and 2 described above is used, a three-dimensional stereoscopic image can be viewed. However, the stereoscopic image is a planar stereoscopic image viewed from a specific angle, that is, directly above.

人が物の正確な位置を知るには、特定の方向からのみ対象物を見ていては自分との正確な距離が分からないので、少し横に廻って対象物を見ることは日常的に行っていることである。   In order for a person to know the exact position of an object, looking at the object from only a specific direction does not know the exact distance from him, so it is a common practice to look around the object slightly. It is that.

カテーテルや内視鏡の先端位置も同様で、手術をする医師と患者とを結ぶ線に沿った位置は特定方向から見た３次元画像のみでは正確に把握することができない。しかしながら、カテーテルや内視鏡が体内に入った状態即ち手術中に患者の体の角度を変えることはできない。   The tip positions of the catheter and the endoscope are the same, and the position along the line connecting the surgeon and the patient cannot be accurately grasped only by the three-dimensional image viewed from a specific direction. However, the angle of the patient's body cannot be changed while the catheter or endoscope is inside the body, that is, during the operation.

またＣＴスキャンが可能であればよいのであるが、カテーテルや内視鏡を体内に入れた状態でＣＴスキャンすることはできない。   In addition, it is sufficient if CT scanning is possible, but CT scanning cannot be performed with a catheter or endoscope placed in the body.

上記課題を解決するため本発明に係るＸ線ナビゲーション装置は、患者を支えるベッドと、このベッドを挟んで対向配置されるＸ線照射装置及びＸ線検知装置を備え、前記Ｘ線照射装置及びＸ線検知装置はアーチ状アームに支持され、更に前記Ｘ線照射装置は少なくとも３本のＸ線管が等間隔で前記アームに取付けられた構成である。 In order to solve the above-described problems, an X-ray navigation apparatus according to the present invention includes a bed that supports a patient, and an X-ray irradiation apparatus and an X-ray detection apparatus that face each other with the bed interposed therebetween. The line detection device is supported by an arched arm, and the X-ray irradiation device has a configuration in which at least three X-ray tubes are attached to the arm at equal intervals.

前記Ｘ線管の数を４本とした場合には、２本づつ２組の対とし、一方の対の２本のＸ線管からのＸ線によって、例えば平面視の３Ｄ画像を生成し、他方の対の２本のＸ線管からのＸ線によって、前記平面視よりも若干横から見た３Ｄ画像を生成する。 When the number of the X-ray tubes is four, two pairs of two X-ray tubes are used, and, for example, a 3D image in plan view is generated by X-rays from the two X-ray tubes of one pair, The X-rays from the other pair of two X-ray tubes generate a 3D image viewed slightly from the side as compared to the plan view.

また前記Ｘ線管の数を３本とした場合には、中央のＸ線管を共通のＸ線管とし、左側のＸ線管と共通のＸ線管とで一方の対とし、右側のＸ線管と共通のＸ線管とで他方の対とするようにすれば、Ｘ線管の数を少なくして同様の効果を発揮することができる。 When the number of X-ray tubes is three, the central X-ray tube is a common X-ray tube, the left X-ray tube and the common X-ray tube form one pair, and the right X-ray tube If the other pair of the X-ray tube and the common X-ray tube is used, the same effect can be achieved by reducing the number of X-ray tubes.

前記アーチ状アームは患者とＸ線管との距離を一定に維持した状態で円弧に沿って移動可能とすることができる。このような構成とすることで、多数の角度からの３Ｄ画像を得ることができ、カテーテルや内視鏡の位置を更に正確に把握することができる。   The arched arm can be moved along an arc while maintaining a constant distance between the patient and the X-ray tube. By setting it as such a structure, the 3D image from many angles can be obtained, and the position of a catheter or an endoscope can be grasped | ascertained more correctly.

また、Ｘ線検知装置としてはフラットパネルディテクタ（ＦＰＤ）を用いることが好ましい。フラットパネルディテクタはＸ線管の数だけ用意し、１つのＸ線管からのＸ線を１枚のフラットパネルディテクタが検知する構成とすることで、２枚の３Ｄ画像を略同時に撮影したと看做すことができる。   Further, it is preferable to use a flat panel detector (FPD) as the X-ray detection device. As many flat panel detectors as the number of X-ray tubes are prepared, and one flat panel detector is configured to detect X-rays from one X-ray tube. Can be tricked.

例えば４本のＸ線管を０．２秒以内で動作させ、１台のＦＰＤで検出することも可能である。この場合は、前面にシンチレータを置き、その後ろに多数の一眼レフカメラを取付けて同期させてシンチレータの画像を撮影し、カメラ内に保存し、４枚の画像を取り込んだ後、パソコンに送りソフトウェアにて解析し３Ｄ画像として表示する。   For example, it is possible to operate four X-ray tubes within 0.2 seconds and detect with one FPD. In this case, place a scintillator on the front, attach a large number of single-lens reflex cameras behind it, take a picture of the scintillator in synchronization, save it in the camera, capture four images, and send them to a computer. And is displayed as a 3D image.

本発明に係るＸ線ナビゲーション装置によれば、異なる角度から夫々３Ｄ画像を作成することができるため、カテーテルや内視鏡先端の体内位置を従来よりも正確に把握することができる。 According to the X-ray navigation apparatus of the present invention, 3D images can be created from different angles, so that the body position of the catheter and the distal end of the endoscope can be grasped more accurately than before.

また、一般的なＸ線撮影条件（ＩＡＥＡ）では、１ｍの距離から例えば頭部（正面）は７０ｋＶ、２００ｍＡ、照射時間０．１ｓで照射量は５ｍＧｙとなるが、本発明にあっては、例えばＸ線の焦点サイズを０．５ｍｍとし、５０ｃｍの距離から撮影すると、照射量は１／９となり、１本のＸ線管が２０ｍＡとすると４本のＸ線管でも従来に比べて２／３程度で済む。 In general X-ray imaging conditions (IAEA), for example, the head (front) from a distance of 1 m is 70 kV, 200 mA, the irradiation time is 0.1 s, and the irradiation amount is 5 mGy. In the present invention, For example, if the X-ray focal spot size is 0.5 mm and an image is taken from a distance of 50 cm, the irradiation amount is 1/9, and if one X-ray tube is 20 mA, four X-ray tubes are 2 / Only 3 is enough.

本発明に係るＸ線ナビゲーション装置の全体構成図Overall configuration diagram of X-ray navigation apparatus according to the present invention 同Ｘ線ナビゲーション装置に組み込むＸ線発生装置の断面図Sectional view of the X-ray generator incorporated in the X-ray navigation device 同Ｘ線ナビゲーション装置の原理を説明した図The figure explaining the principle of the X-ray navigation device 別実施例を示す図３と同様の図The same figure as FIG. 3 which shows another embodiment

以下に本発明の好適な実施例を添付図面に基づいて説明する。
Ｘ線ナビゲーション装置１は、キャスター２を備えたベース３にコラム４が設けられ、このコラム４に水平方向のレール５が上下方向に移動可能に取付けられている。 Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
In the X-ray navigation apparatus 1, a column 4 is provided on a base 3 having casters 2, and a horizontal rail 5 is attached to the column 4 so as to be movable in the vertical direction.

前記水平方向のレール５の一端からは前方に向かってアーム６が水平に突出し、このアーム６の先端に患者を支持するベッド７が取付けられている。このベッド７は水平方向のレール５と平行でアーム６に沿って位置調整可能とされている。 An arm 6 projects horizontally from one end of the horizontal rail 5 toward the front, and a bed 7 for supporting a patient is attached to the tip of the arm 6. The bed 7 is parallel to the horizontal rail 5 and can be adjusted in position along the arm 6.

また水平方向のレール５にはスライダ８が摺動可能に係合し、このスライダ８にはブロック９が水平軸廻りに揺動自在に設けられ、このブロック９の前面に設けたガイド１０、１０間にＣアーム（アーチ状アーム）１１が保持されている。 A slider 8 is slidably engaged with the horizontal rail 5, and a block 9 is provided on the slider 8 so as to be swingable around a horizontal axis. Guides 10, 10 provided on the front surface of the block 9 are provided. A C-arm (arched arm) 11 is held between them.

前記ガイド１０、１０間には図示しないモータによって回転するギヤ１２が設けられ、このギヤ１２はＣアーム１１の内側面に形成したラック１３に噛合し、ギヤ１２が回転することで自らの円弧に沿って所定角度移動可能とされている。 A gear 12 that is rotated by a motor (not shown) is provided between the guides 10, 10. The gear 12 meshes with a rack 13 formed on the inner surface of the C arm 11, and the gear 12 rotates to form its own arc. It is possible to move along a predetermined angle along.

Ｃアーム１１の上部にはＸ線照射装置１４が設けられ、Ｃアーム１１の下部にはＸ線検知装置１５が設けられている。これらＸ線照射装置１４及びＸ線検知装置１５は前記ベッド７を挟んで対向配置されている。 An X-ray irradiation device 14 is provided above the C arm 11, and an X-ray detection device 15 is provided below the C arm 11. The X-ray irradiation device 14 and the X-ray detection device 15 are disposed to face each other with the bed 7 interposed therebetween.

実施例にあっては、Ｘ線照射装置１４は等間隔（１５〜２０°）で取付けられた４本のＸ線管１４ａ〜１４ｄからなり、このうちＸ線管１４ａと１４ｂは同じ高さにあり、Ｘ線管１４ｃはＸ線管１４ａと１４ｂよりも下に、更にＸ線管１４ｄは一番低い位置にある。 In the embodiment, the X-ray irradiation device 14 is composed of four X-ray tubes 14a to 14d mounted at equal intervals (15 to 20 °), among which the X-ray tubes 14a and 14b have the same height. The X-ray tube 14c is below the X-ray tubes 14a and 14b, and the X-ray tube 14d is at the lowest position.

またＸ線検知装置１５はフラットパネルディテクタ（ＦＰＤ）を用いている。フラットパネルディテクタで検知したＸ線は信号としてコンピュータ１６に送られ、３Ｄ画像となるように処理されディスレイ１７に表示される。 The X-ray detector 15 uses a flat panel detector (FPD). X-rays detected by the flat panel detector are sent to the computer 16 as a signal, processed to form a 3D image, and displayed on the display 17.

３Ｄ画像を得るには前記Ｘ線管１４ａ〜１４ｄから例えば０．２秒間隔で時間をずらせてＸ線を照射し、各Ｘ線管１４ａ〜１４ｄからのＸ線をフラットパネルディテクタで検知する。ここで、フラットパネルディテクタの性能が検知したＸ線をクリアして次の検知に備えるまでに０．２秒以上かかるような場合には、Ｘ線管１４ａ〜１４ｄに対応してそれぞれ１枚のフラットパネルディテクタを用意し（合計４枚）、０．２秒毎に新しいフラットパネルディテクタに切り替える。
この切替を可能とする構成としては、例えば４枚のフラットパネルディテクタを回転体に等間隔で取付け、回転体の回転によってフラットパネルディテクタの切り替えを行うことが考えられる。 In order to obtain a 3D image, X-rays are emitted from the X-ray tubes 14a to 14d at intervals of, for example, 0.2 seconds, and the X-rays from the X-ray tubes 14a to 14d are detected by a flat panel detector. Here, when it takes 0.2 seconds or more to clear the X-ray detected by the performance of the flat panel detector and prepare for the next detection, one piece of X-ray tube 14a to 14d is provided. Prepare flat panel detectors (4 in total) and switch to a new flat panel detector every 0.2 seconds.
As a configuration enabling this switching, for example, four flat panel detectors may be attached to the rotating body at equal intervals, and the flat panel detector may be switched by rotating the rotating body.

前記Ｘ線管１４ａ〜１４ｄは本体２０に絶縁体を介してエミッタ２１が設けられ、このエミッタ２１の先端は本体２０内の中間部に臨み、本体２０の他端には絶縁体を介してタングステンターゲット２２が設けられ、本体２０の外側端には冷却ファン２３が配置されている。   In the X-ray tubes 14a to 14d, an emitter 21 is provided on the main body 20 via an insulator. The tip of the emitter 21 faces an intermediate portion in the main body 20, and the other end of the main body 20 is made of tungsten via an insulator. A target 22 is provided, and a cooling fan 23 is disposed at the outer end of the main body 20.

前記エミッタ２１に近い箇所に一体的にグリッド電極２４が形成され、エミッタ２１から発生した電子線を絞って前記タングステンターゲット２２に当てるようにしている。電子線がタングステンターゲット２２に当たるとＸ線が発生し、このＸ線は本体２０に形成した窓２５から患者に向けて放出される。 A grid electrode 24 is integrally formed at a location close to the emitter 21, and an electron beam generated from the emitter 21 is focused and applied to the tungsten target 22. When the electron beam hits the tungsten target 22, X-rays are generated, and the X-rays are emitted toward the patient from a window 25 formed in the main body 20.

本実施例にあってはＸ線管１４ａ〜１４ｄをＸ線管１４ａと１４ｂを第１の対、Ｘ線管１４ｃと１４ｄを第２の対とする２つの組に分け、夫々の対で３Ｄ画像を得るようにしている。 In the present embodiment, the X-ray tubes 14a to 14d are divided into two groups, the X-ray tubes 14a and 14b being a first pair, and the X-ray tubes 14c and 14d being a second pair. I try to get an image.

即ち図３に示すように、Ｘ線管１４ａからのＸ線によって得られた画像を左目で、Ｘ線管１４ｂからのＸ線によって得られた画像を右目で見るようにして平面視の３Ｄ画像が得られる。また、Ｘ線管１４ｃからのＸ線によって得られた画像を左目で、Ｘ線管１４ｄからのＸ線によって得られた画像を右目で見るようにして前記平面視よりも少し斜めから見た３Ｄ画像が得られる。
尚、Ｘ線管１４ａとＸ線管１４ｃで対を構成し、Ｘ線管１４ｂとＸ線管１４ｄで対を構成してもよい。 That is, as shown in FIG. 3, the image obtained by the X-ray from the X-ray tube 14a is viewed with the left eye, and the image obtained by the X-ray from the X-ray tube 14b is viewed with the right eye, and the 3D image in plan view Is obtained. Further, the image obtained by the X-ray from the X-ray tube 14c is viewed with a left eye, and the image obtained by the X-ray from the X-ray tube 14d is viewed with the right eye, and the 3D viewed from a slightly oblique direction as compared with the planar view. An image is obtained.
The X-ray tube 14a and the X-ray tube 14c may constitute a pair, and the X-ray tube 14b and the X-ray tube 14d may constitute a pair.

上記の見る角度を異ならせた２枚の３Ｄ画像により、体内に挿入したカテーテルや内視鏡の先端位置を正確に把握することができる。
そして、更に見る角度を異ならせた３Ｄ画像を得たい場合には、Ｃアーム１１をアームの円弧に沿って移動させて同様の操作を繰り返す。Ｃアーム１１はアームの円弧に沿って移動するためＸ線管１４ａ〜１４ｄと患者との距離は変化しない。 The tip position of the catheter or endoscope inserted into the body can be accurately grasped from the two 3D images with different viewing angles.
In order to obtain 3D images with different viewing angles, the same operation is repeated by moving the C arm 11 along the arc of the arm. Since the C arm 11 moves along the arc of the arm, the distance between the X-ray tubes 14a to 14d and the patient does not change.

Ｘ線管の数が３本の場合は図４に示すように、Ｘ線管１４ａとＸ線管１４ｂで対を構成し、Ｘ線管１４ｂとＸ線管１４ｃで対を構成する。つまりＸ線管１４ｂを夫々の対に共通のＸ線管とする。 When the number of X-ray tubes is three, as shown in FIG. 4 , the X-ray tube 14a and the X-ray tube 14b form a pair, and the X-ray tube 14b and the X-ray tube 14c form a pair. That is, the X-ray tube 14b is a common X-ray tube for each pair.

本発明に係るＸ線ナビゲーション装置は、カテーテル治療や内視鏡治療に限らず、ＤＳＡ機能を追加することで、頭部や腹部の欠陥造影にも適用することができる。   The X-ray navigation apparatus according to the present invention can be applied not only to catheter treatment and endoscopic treatment but also to defect imaging of the head and abdomen by adding a DSA function.

１…Ｘ線ナビゲーション装置、２…キャスター、３…ベース、４…コラム、５…水平方向のレール、６…アーム、７…ベッド、８…スライダ、９…ブロック、１０…ガイド、１１…Ｃアーム（アーチ状アーム）、１２…ギヤ、１３…ラック、１４…Ｘ線照射装置、１４ａ〜１４ｄ…Ｘ線管、１５…Ｘ線検知装置、１６…コンピュータ、１７…ディスレイ、２０…Ｘ線管の本体、２１…エミッタ、２２…タングステンターゲット、２３…冷却ファン、２４…グリッド電極、２５…窓。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... X-ray navigation apparatus, 2 ... Caster, 3 ... Base, 4 ... Column, 5 ... Horizontal rail, 6 ... Arm, 7 ... Bed, 8 ... Slider, 9 ... Block, 10 ... Guide, 11 ... C arm (Arch-shaped arm), 12 ... gear, 13 ... rack, 14 ... X-ray irradiation device, 14a-14d ... X-ray tube, 15 ... X-ray detector, 16 ... computer, 17 ... dislay, 20 ... X-ray tube Main body, 21 ... emitter, 22 ... tungsten target, 23 ... cooling fan, 24 ... grid electrode, 25 ... window.

Claims (3)

体内に挿入されたカテーテルや内視鏡などの治具の位置を検出して表示するＸ線ナビゲーション装置において、このＸ線ナビゲーション装置は患者を支えるベッドと、このベッドを挟んで対向配置されるＸ線照射装置及びＸ線検知装置を備え、前記Ｘ線照射装置及びＸ線検知装置はアーチ状をなすアームに支持され、更に前記Ｘ線照射装置は３本または４本の少なくともＸ線管が等間隔で前記アームに取付けられ、３本の場合は中央のＸ線管と左側のＸ線管の画像から１つの３Ｄ画像が生成され、中央のＸ線管と右側のＸ線管の画像から前記３Ｄ画像とは見る位置が異なる別の３Ｄ画像が生成され、４本の場合は、左側の２本のＸ線管の画像から１つの３Ｄ画像が生成され、右側の２本のＸ線管の画像から前記３Ｄ画像とは見る位置が異なる別の３Ｄ画像が生成されることを特徴とするＸ線ナビゲーション装置。 In an X-ray navigation apparatus that detects and displays the position of a jig such as a catheter or an endoscope inserted into the body, the X-ray navigation apparatus is disposed so as to face a bed that supports a patient and the X-ray navigation apparatus sandwiching the bed. An X-ray irradiation device and an X-ray detection device, the X-ray irradiation device and the X-ray detection device are supported by an arched arm, and the X-ray irradiation device has at least three or four X-ray tubes, etc. In the case of three, one 3D image is generated from the image of the central X-ray tube and the left X-ray tube, and from the image of the central X-ray tube and the right X-ray tube, Another 3D image having a different viewing position from that of the 3D image is generated. In the case of four images, one 3D image is generated from the images of the two X-ray tubes on the left side, and the two X-ray tubes on the right side are generated. The viewing position differs from the 3D image from the image. X-ray navigation apparatus characterized by the 3D image is generated. 請求項１に記載のＸ線ナビゲーション装置において、前記アーチ状アームは患者とＸ線管との距離を一定に維持した状態で円弧に沿って移動可能とされていることを特徴とするＸ線ナビゲーション装置。   2. The X-ray navigation apparatus according to claim 1, wherein the arched arm is movable along an arc while maintaining a constant distance between the patient and the X-ray tube. apparatus. 請求項１に記載のＸ線ナビゲーション装置において、前記Ｘ線検知装置はフラットパネルディテクタ（ＦＰＤ）からなり、このフラットパネルディテクタはＸ線管の数だけ用意され、１つのＸ線管からのＸ線を１枚のフラットパネルディテクタが検知することを特徴とするＸ線ナビゲーション装置。   The X-ray navigation apparatus according to claim 1, wherein the X-ray detection device includes a flat panel detector (FPD), and the number of flat panel detectors is equal to the number of X-ray tubes, and X-rays from one X-ray tube are provided. An X-ray navigation device in which a single flat panel detector detects the above.
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