JP6518250B2 - 生体構造の部分ボリュームの位置決め - Google Patents

Description

本発明は、撮影プロセスに関連して生体構造の部分ボリューム（partial volumes）を互いに位置決めすることに関する。

医療用Ｘ線撮影において採用されている従来の装置は、最も単純な基本構造として、放射線源と、放射線源と一緒に使用される個別のフィルムカセットとを備えている。病院では、いわゆるＣアーチＸ線装置（C-arch x-ray apparatuses）も一般に使用されており、この装置では、放射線源と画像情報の受信器が、アーチ（弓）状のアーム部の両端に配置されている。従来、一連の装置は、大型で極めて高価なコンピュータ断層撮影装置から構成されており、一般に患者は、環状構造または管構造の中で横になった状態で位置決めされて撮影される。

従来のコンピュータ断層撮影装置は極めて大型かつ高価であるため、例えば病院の緊急治療室で使用する目的に購入することは、現実的に可能ではない。一方で、商用コンピュータ断層撮影装置の場合、一般には何らかの特定の生体構造を撮影するようには必ずしも設計されておらず、基本的には汎用の撮影装置である。例えば患者の胴部全体を撮影したい場合、装置に配置される撮影ステーションと、装置の他の寸法とが、用途に適した比率で実施されていなければならない。

より軽量のコンピュータ断層撮影装置も開発されている。従来技術の解決策の例として、例えば特許文献１に開示されている構造を参照することができる。このような装置においては、撮影ステーションの周りを動くようにされている撮影手段が、側面から支持された環状のＯ型アームの中に配置されている。

上に参照した従来技術による、より軽量の装置においては、コーンビーム断層撮影法（ＣＢＣＴ）を使用することができる。コーンビーム断層撮影法では、撮影されるボリュームのサイズ（ＦＯＶ：視野）を制限する１つの基準は撮影検出器の寸法であり、当然ながらこのような装置においては撮影検出器を極めて大きくすることはできない。例えば四肢の撮影を考えると、このような撮影装置を使用するときには、患者と撮影装置を互いに１回位置決めすることによって、四肢の一箇所の部分ボリュームしか撮影することができない。したがって次の部分ボリュームを撮影するためには、撮影装置において生体構造を新たに位置決めする必要が生じ、このとき前回の位置決めに対して正確に望ましい位置関係となるように再位置決めを実施することは難しいことがある。

国際公開第２０１１／１３５１８６号

本発明の目的は、上に参照したＸ線撮影装置のような、例えばより安価かつ小型のＸ線撮影装置に関して、この分野の技術水準を向上させることである。本発明の具体的な目的は、特に、環状アーム部を備えており比較的小型である上述したタイプのＸ線撮影装置に関する開発を進歩させることである。このような装置の構造、特徴、および寸法は、病院における従来のコンピュータ断層撮影装置とは多くの点において著しく異なり、前者の装置においては、撮影のために患者を位置決めする方法は、従来のコンピュータ断層撮影装置において患者が撮影プラットフォーム上に横たわる姿勢で位置決めされる方法とは異なる。

特に、本発明の目的は、所望のボリューム全体を撮影するために複数の位置において生体構造を撮影する必要がある状況において、患者の位置決めを容易にする方法および装置である。

本発明の本質的な特徴は、添付の特許請求の範囲に記載されている。本発明の特に本質的な特徴は、装置の撮影領域の写真またはビデオ画像を撮るための手段と、その一方で、このようなカメラ画像を特定の方法でディスプレイに表示する手段とを、撮影装置に配置することである。

本発明は、患者の位置決めを容易にし、位置決めを目的として例えばスカウトＸ線画像（少ない放射線量を使用して撮影される）を使用する必要性をなくすことができる。さらに、本発明は、撮影された複数の部分ボリュームを撮影後に合成するための画像情報の処理をスピードアップすることができ、なぜなら、撮影された複数の部分ボリュームの一連の座標の互いの位置関係に関して、少なくとも中程度に正確な情報が利用可能であるためである。

以下では、本発明およびその好ましい実施形態について、添付の図面を参照しながらさらに詳しく説明する。

撮影装置の撮影領域内で位置決めされた対象部位の第１の部分ボリュームを写真撮影するステップを示している。 対象部位が、第１の部分ボリュームを撮影するための位置にあるときに撮られた図１に示した画像が、次の部分ボリュームの撮影を考慮して新たな所望の位置に置かれて表示されている状況を示している。 撮影する対象部位を、次の部分ボリュームを撮影するための新たな位置に位置決めしている様子が、ディスプレイに表示されている状況を示している。 対象部位が、次の部分ボリュームを撮影するための新たな位置に位置決めされた状況を示している。 本発明において使用することのできる装置の解決策を示している。 本発明において使用することのできる装置の解決策を示している。 図５および図６による構造において、装置の撮影領域にカメラを向ける方法を簡略的に示している。

図１〜図４に示したプロセスは、撮影のために生体構造を位置決めする方法と考えることができ、この方法では、最初に第１の部分ボリュームを撮影し、その後に第２の部分ボリュームを撮影する。これらの部分ボリュームの撮影と撮影の間に、生体構造と撮影手段の互いの位置決めを変更する。この位置決めの変更は、第１の部分ボリュームおよび第２の部分ボリュームそれぞれの一部として、撮影する生体構造の同じボリュームが含まれるように実施することができるが、本発明では、部分ボリュームが互いに重ならないように、制御された方法で部分ボリュームを位置決めすることができる。

第１の部分ボリュームの撮影時（図１）、撮影ステーションにおいて位置決めされた生体構造の写真または静止ビデオ画像を、撮影ステーションに関連して配置されているカメラによって撮り、この画像を、撮影ステーションにおける新たな位置に移動させた状態でディスプレイに表示する（図２）。次いで、この画像と、撮影ステーションのリアルタイム画像とをディスプレイに重ねて表示し、撮影する生体構造を新たな位置に向かって動かし（図３）、ディスプレイに表示されている第１の部分ボリュームの画像に一致させるようにして位置決めすることが、ディスプレイから観察される（図４）。

図１〜図４は、本発明の特定の実施形態を示すことを意図したものではなく、本発明を実例によって示すことを意図しているにすぎない。したがって、実線によって囲まれている図１〜図４の最も外側の長方形は、ディスプレイ画面、または、撮影領域あるいは撮影ステーションのうちカメラの視野に入っている領域、または、撮影装置によって生成されるＸ線画像情報を使用して断層画像を再構築することのできる視野（ＦＯＶ）、を示しているものと考えることができる。

これに対して、図１〜図４のより小さい長方形領域は、本発明による画像移動プロセスに関連するものと考えることができ、図１の破線の領域は、カメラによって撮影ステーションを撮った画像のうち移動するように選択された領域（生体構造）を表しており、図２は、領域（生体構造）の撮られた画像のうち図１において選択された領域が、どのように移動されたかを示している（実線によって定義されている領域）。図２は、図３および図４の基礎情報として使用されており、したがって図３および図４には、図１の破線によって囲まれている領域が含まれている。図３および図４に示したステップに関して、図１の破線によって囲まれている領域は具体的な機能を持たず、このプロセスを明示するため、この領域は図３および図４に表示されたままである。図３および図４において重要なことは、図１に示した段階において撮られた画像、すなわち図２による移動した後の位置にある画像（実線によって定義されている領域内に示されている画像）を、ディスプレイにおいて、撮影領域を撮ったカメラ写真の中に表示することである。

上述したように、図１の破線領域は、カメラによって撮られた画像のうち移動するように選択された領域を示していると考えることができるが、カメラが破線領域のみを撮るようにされていると考えることも可能であり、次いでこの写真全体を新しい位置においてディスプレイに表示する。この破線領域のみが写真撮影され、図３および図４に示したステップにおいて、この領域のみがディスプレイに表示される場合、生体構造のうち次いで所望の位置に位置決めすることのできる領域は、これに対応してより小さい。

さらには、装置のカメラの配置および撮影領域の寸法によって許容される制限内で、連続していない部分ボリュームに関して、制御された方法で生体構造を再位置決めすることもできる。例えば、四肢に、互いに距離をおいて位置する２箇所の関心領域が存在し、これらの関心領域の間の部分ボリュームについては実際のＸ線撮影情報を取得する必要がない状況を考える。上述した一連のステップでは、図１によるステップにおいて撮られた写真が、図２による位置にどのように移動したかが認識されているため、ステップ４において撮影された部分ボリュームと、ステップ１において撮影された第１の部分ボリュームとの相対的な位置関係も認識される。

本発明の基本的な発想は、例えば、図５による撮影装置に適用することが好ましい。この装置の基本的な構造は、実質的に環状の構造（２）を支持している支持構造部（１）を含み、実質的に環状の構造（２）の内側に、本装置の撮影手段（２１，２２）が配置されており、この環状構造（２）は本明細書においてはＯ型アームとも称する。このＯ型アーム（２）には検査開口部（４）が配置されており、撮影する生体構造は検査開口部（４）の中に位置決めされる。さらに、図５は、支持構造部（１）に配置されている患者支持ハンドルバー（５）と、本装置の制御システムに機能的に接続されているユーザインタフェース（６）と、実質的にＯ型アームの方向に突き出しており場合によっては取り外せるように取り付けられている台座または基部（７）と、検査開口部（４）の中に配置されている位置決め支持体（８）とを示している。図５に示した本発明の実施形態によると、本装置に属するディスプレイ（１１）は、環状構造（２）の実質的に表面上、環状構造（２）の上縁部に配置されている。

撮影手段を支持している構造（２）と支持構造部（１）の間の取付けは、Ｏ型アーム（２）の高さ位置の調整が可能であるようにすることができる。さらに、このＯ型アーム（２）は、図５に示した縦向き姿勢から横向き姿勢に少なくとも一方向に最大９０度旋回可能であるようにすることができる。これらの操作の制御は、本装置の制御システムに接続されているユーザインタフェース（６）とは別に、Ｏ型アーム（２）もしくは支持フレーム（１）またはその両方に関連して配置されている操作スティック（９）によっても実施できるようにすることができる。

図６は、本装置においてディスプレイ（１１）を配置するための２つの代替方法を示している。ディスプレイは、例えば患者の脚部を撮影するときに患者から見える位置に、装置に配置されていることが好ましい。ディスプレイ（１１）は、環状構造（２）に、固定的に取り付ける、または可動式に取り付けることができる。結合部は、環状構造（２）に対するディスプレイ（１１）の向きを調整可能であるようにする、または、環状構造（２）に対するディスプレイ（１１）の高さもしくは位置またはその両方を調整可能であるようにする、あるいは、これらの動きの自由度の一部またはすべてを備えるようにすることができる。これに代えて、支持構造部（１）にディスプレイ（１１）を取り付けることができる、または、支持構造部（１）に個別のディスプレイ（１１）を配置することができ、このディスプレイ（１１）は、上述した動きの自由度（ただし支持構造部（１）に対する動き）を備えるようにすることができる。

図７に示した実施形態においては、検査開口部（４）の内側に向けられているビデオカメラ（１２）は、環状構造（２）に配置されている。原理的には、このカメラ（１２）は、環状構造（２）のカバーの外側、特に、撮影する四肢を検査開口部の中に入れるときの入口として設計されている側において、環状構造（２）に配置することができるが、本発明の好ましい実施形態においては、ビデオカメラ（１２）は、環状構造（２）の内側に配置されており、この環状構造（２）の内面の少なくとも一部分が透明であるようにされている、または開口部を備えるようにされており、カメラ（１２）はこれらの透明部分または開口部を通じて、検査開口部（４）（例えば検査開口部の中に配置されている位置決め支持部（８））に向けられている。

しかしながら、本発明の本質的な特徴として、本装置は、本装置の撮影領域を撮るようにされている少なくとも１つの写真撮影用カメラまたはビデオカメラ（１２）を有し、本装置の制御システムが、断層撮影のために位置決めされた対象部位を撮った第１の画像と、撮影領域を撮った本質的にリアルタイムの画像とを重ねて、ディスプレイ（１１）に表示し、断層撮影のために位置決めされた、第１の画像の中に見えている対象部位を、第１の画像を撮ったときの位置とは異なる位置に撮影領域内で動かす。カメラは環状構造（２）の内側に配置することができ、環状構造（２）の内面の少なくとも一部分が透明であるようにされている、または開口部を含むようにされており、これらの透明部分または開口部を通じてカメラ（１２）を検査開口部（４）に向けられている、または向けることができる。Ｘ線撮影において、撮影する生体構造を位置決めするための位置決め支持体（８）が検査開口部（４）の中に配置されている場合、カメラ（１２）は実質的にこの位置決め支持体（８）に向けられている、または向けられるようにされていることが好ましい。

本発明は、その細部に関して、上述した本発明の実施形態とは別の方式・構造で実施できることが、当業者には明らかであろう。

Claims (6)

1. 組織構造の第１の部分ボリューム及び第２の部分ボリュームの放射線撮影を順次行う組織構造撮影に伴って実行される、組織構造位置決め方法であって、
   撮影ステーション内の第１の放射線撮影位置に位置決めされた前記組織構造の前記第１の部分ボリュームの放射線撮影時に実行される第１のステップと、
   前記組織構造の前記第２の部分ボリュームの放射線撮影前に、前記組織構造の前記第２の部分ボリュームを、前記撮影ステーション内の第２の放射線撮影位置に位置決めする際に実行される第２のステップと、を含み、
   前記第１のステップでは、
   前記第１の放射線撮影位置に位置決めされた前記組織構造の静止画像を、写真用又はビデオ用のカメラによって撮影し、
   前記第２のステップでは、
   前記組織構造の前記静止画像を、ディスプレイ上で、前記第２の放射線撮影位置を表す新たな座標位置へ移動させ、
   前記新たな座標位置へ移動した前記組織構造の前記静止画像と、前記カメラによって撮影された前記撮影ステーションのリアルタイム画像とを、前記ディスプレイ上で重ねて表示させる、
   ことを特徴とする、組織構造位置決め方法。
2. 前記第１の部分ボリュームおよび前記第２の部分ボリュームそれぞれの一部として、撮影する前記組織構造の同じ部分ボリュームが含まれる、
   ことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 医療用コンピュータ断層撮影装置であって、
   − 撮影手段を支持している実質的に環状の構造（２）を支持するようにされている支持構造部（１）であって、前記撮影手段が、放射線源（２１）と画像情報の受信器（２２）とを含み、前記撮影手段が、前記撮影手段を実質的に両端において支持している前記実質的に環状の構造（２）、の内側に配置されており、前記撮影手段を支持している前記環状の構造（２）の内側で移動する、前記支持構造部（１）と、
   − 前記装置の機能の少なくともいくつかを制御する制御システムと、
   を含み、
   前記装置が、前記撮影手段を支持している前記環状の構造（２）において検査開口部（４）を含み、前記検査開口部（４）の中で、撮影する対象部位を撮影のために位置決めすることができ、
   前記装置が、少なくとも１つの写真撮影用カメラまたはビデオカメラ（１２）と、前記カメラ（１２）に機能的に接続されている少なくとも１つのディスプレイ（１１）と、を備えており、前記カメラ（１２）が、前記実質的に環状の構造（２）に配置されており、前記検査開口部（４）の内側に向けられている、または向けられる、
   医療用コンピュータ断層撮影装置において、
   前記カメラ（１２）が、前記装置の撮影領域を撮るようにされており、前記装置の前記制御システムが、断層撮影するために前記撮影領域内で位置決めされた対象部位の、前記カメラ（１２）によって撮られた第１の画像と、前記カメラ（１２）によって撮られた前記撮影領域の本質的にリアルタイムの画像とを重ねて、前記少なくとも１つのディスプレイ（１１）に表示し、断層撮影するために位置決めされた、前記第１の画像の中に見えている前記対象部位が、前記第１の画像が撮られたときの前記対象部位の位置とは異なる位置に前記撮影領域内で動かされる、
   ことを特徴とする、医療用コンピュータ断層撮影装置。
4. 前記カメラ（１２）が、前記実質的に環状の構造（２）の内側に配置されており、前記実質的に環状の構造（２）の内面の少なくとも一部分が、透明であるようにされている、または開口部を含むようにされており、前記透明部分または前記開口部を通じて前記カメラ（１２）が前記検査開口部（４）に向けられている、または向けることができる、
   ことを特徴とする、請求項３に記載の撮影装置。
5. Ｘ線撮影において、撮影する組織構造を位置決めするための位置決め支持体（８）が、前記検査開口部（４）の中に配置されており、前記カメラ（１２）が、実質的に前記位置決め支持体（８）に向けられている、または向けられるようにされている、
   ことを特徴とする、請求項３または請求項４に記載の撮影装置。
6. 支持構造部と、
   組織構造を内部に位置決め可能な検査開口部を有し、断層撮影手段を前記検査開口部の周りを移動可能に支持し、前記支持構造部に支持されている、実質的に環状の構造と、
   写真用又はビデオ用のカメラと、
   ディスプレイと、
   前記断層撮影手段、前記カメラ及び前記ディスプレイを制御する制御システムと、を有し、
   前記制御システムは、
   前記検査開口部内の第１の断層撮影位置に位置決めされた前記組織構造の第１の部分ボリュームを前記断層撮影手段によって撮影するとき、第１の制御として、
   前記検査開口部内の前記第１の断層撮影位置に位置決めされた前記組織構造の静止画像を前記カメラによって撮影し、
   前記第１の制御の後、かつ、前記組織構造の第２の部分ボリュームを前記断層撮影手段によって撮影する前に、前記組織構造の第２の部分ボリュームを、前記検査開口部内の第２の断層撮影位置に位置決めする際に、第２の制御として、
   前記組織構造の前記静止画像を、前記ディスプレイ上で、前記検査開口部内の前記第２の断層撮影位置を表す新たな座標位置へ移動させ、
   前記新たな座標位置へ移動した前記組織構造の前記静止画像と、前記カメラによって撮影された前記検査開口部のリアルタイム画像とを、前記ディスプレイ上で重ねて表示させる、
   ことを特徴とする、医療用コンピュータ断層撮影装置。