JP6645965B2 - X線低減システム - Google Patents

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Description

本発明はx線撮像の分野に関し、より具体的には複数フレーム撮像中にx線放射線量を制御する分野に関する。
[関連出願の相互参照]
本特許出願は、2013年12月11日出願の米国仮特許出願第61/914,405号及び2014年1月15日出願の米国仮特許出願第61/927,504号からの優先権を主張し、それらに関連するものであり、これらの米国仮特許出願は引用によりその全体が本明細書に組み入れられる。
典型的な複数フレーム撮像(MFI:multiple frames imaging)システムにおいては、x線管が比較的広い立体角にわたるx線放射線を生成する。患者及び医療チームの両方に対する不必要な照射を防ぐために、余分な放射線を遮断するための鉛などのx線吸収材料のコリメータが使用される。このように、必要な要素のみを照射するのに必要な立体角の有用な放射線のみがx線管から出る。
そのようなコリメータは、典型的には静止モードにおいて使用されるが、様々な設計及びx線放射線ジオメトリを想定することができる。コリメータは、例えば、治療に含まれる臓器環境の寸法を入力として用いて、手で又は自動的に調整することができる。
典型的には一連の画像が自動的に次々に撮像される複数フレーム撮像において、状況は単一照射x線におけるよりも動的である。
そのような場合、x線に対して部分的透過性の材料を用いたコリメータを、x線エネルギー分布を操作するのに使用することができる。
MFIセッション中、MFIセッションの少なくとも2つの異なるフレームに対してx線ビームの分布が異なるようにx線エネルギーの分布を変化させることが望ましい。
MFIにおいてx線放射線は比較的長い時間の間アクティブであり、治療する医師は、典型的には患者の近く、従ってx線放射線の近くに立つ必要がある。その結果、医療チームに対する照射を最小限にする方法を提供することが望まれる。結果として生じるx線画像の低い信号対ノイズ比(S/N)がデジタル画像強調によって補償されるような、x線放射線強度を低減する方法が提案されている。他の方法では、x線放射線の立体角をイメージインテンシファイアエリアの一部分に限定するコリメータ及びイメージインテンシファイアの入力エリア全体を照射するようにコリメータを周期的に移動させて、関心領域(ROI:Region of Interest)が残りのエリアより多く照射されるようにすることを提案されている。このようにして、ROIが良好なS/N画像を生成するのに十分に高いx線放射線を受け、他方、画像の残り部分が低いx線強度で照射され、使用されるコリメータ及び方法により、比較的低いS/N画像又は短い実時間撮像がもたらされる。ROIのサイズ及び位置は複数の方法で決定することができる。例えば、ROIは画像の中央の固定エリアとすることができ、又は画像内の最もアクティブなエリアを自動的に中心にすることができ、このアクティビティは、複数フレーム撮像システムのビデオカメラから受け取られる一連の映像の時間的画像解析によって決定される。
MFI中の放射線量の低減を可能にするコリメータ解決策を提供することが望まれる。
さらに、最良の撮像結果を支援するようにコリメータ要素を移動させる方法を提供することが望まれる。
この移動の画像品質に対する効果に対処する方法を提供することが望まれる。
本発明の一態様により、x線源と、入力エリアを有する検出器と、検出された画像を表示するように構成されたモニタと、表示された画像の上の患者の少なくとも1つの関心領域(ROI)の位置を決定するための手段と、少なくとも1つの関心領域(ROI)をx線源によって照射される入力エリアの少なくとも1つの選択された部分の上に投影する手段を備えたコリメータとを備える複数フレーム撮像システムが提供され、ここでコリメータは検出器の入力表面に概ね平行な平面内に取付けられた少なくとも3つの基本的に重ならないプレートであって、各々が第1近接プレートの縁部と接触する第1縁部及び第2近接プレートの縁部と接触する、第1縁部に隣接する第2縁部を有するプレートと、プレートの各々1つずつを平面内で移動させるための手段とを備える。
プレートのうちの1つは、x線放射線に対して非透過性又は部分的透過性にすることができ、このプレートの位置調整は、基本的に重ならないプレートによって形成される間隙内に、少なくとも1つの関心領域(ROI)を投影するための完全に透過性のエリア、及び、プレートによって覆われる第2の非透過性又は部分的透過性のエリアを生成するように構成することができる。
このプレートは垂直方向に移動可能とすることができる。
前記プレートの各々1つずつは、少なくとも1つのモータ及び伝動システムにより、行路に沿って移動可能な移動台に結合することができる。
少なくとも1つのモータは単一のモータを含むことができ、プレートの各々1つずつはカップラによって隣接プレートに結合することができる。
プレートの各々1つずつは、隣接プレートによりカップラを介して可動とすることができる。
少なくとも1つのモータは、プレートを垂直方向に移動させるように構成された2つのモータを含むことができる。
プレートの縁部は、直線、V型又はテーパ型から成る群から選択されるプロファイルを有することができる。
本システムは、検出器とモニタとの間に接続される画像処理ユニットであって、モニタ上に表示される検出された画像を、少なくとも1つのROIの中の少なくとも1つの画像部分によって最適化するように構成された画像処理ユニットをさらに備えることができる。
画像最適化は、画像の階調再現関数を決定するステップを含む。
階調再現関数は、輝度関数、コントラスト関数、ガンマ関数、オフセット関数、n次線形関数及び非線形関数のうちの1つとして実施することができる。
画像最適化は、x線源パラメータを制御するステップを含むことができる。x線源パラメータは、電流モード、ピークキロ電圧(PKV:Peak Kilo Voltage)、パルス長及び自動ゲイン制御(AGC:Automatic Gain Control)から成る群から選択することができる。
コリメータは、検出器のズーム設定及び決定されたROIによって動くように構成することができる。
本発明の別の態様により、少なくとも1つの関心領域(ROI)をx線源によって照射される入力エリアの少なくとも1つの選択された部分に投影するための手段を備えたコリメータが提供され、このコリメータは検出器の入力表面に概ね平行な平面内に取付けられた少なくとも3つの基本的に重ならないプレートであって、各々が第1近接プレートの縁部と接触する第1縁部、及び第2近接プレートの縁部と接触する、第1縁部と隣接する第2縁部を有するプレートと、プレートの各々1つずつを平面内で移動させるための手段とを備える。
プレートの各々1つずつは、x線放射線に対して非透過性又は部分的透過性にすることができ、このプレートの位置調整は、基本的に重ならないプレートによって形成される間隙内に、少なくとも1つの関心領域(ROI)を投影するための完全に透過性のエリア、及びプレートに覆われた第2の非透過性又は部分的透過性のエリアを生成するように構成することができる。
プレートは垂直方向に可動にすることができる。
プレートの各々1つずつは、少なくとも1つのモータ及び伝動システムにより行路に沿って可動な移動台に結合することができる。
少なくとも1つのモータは単一のモータを含むことができ、プレートの各々1つずつは、カップラによって隣接するプレートに結合することができる。
プレートの各々1つずつは、隣接プレートによりカップラを介して可動とすることができる。
少なくとも1つのモータは、プレートを垂直方向に移動させるように構成された2つのモータを含むことができる。
プレートの縁部は、直線、V型及びテーパ型から成る群から選択されるプロファイルを有することができる。
本発明の別の態様により、x線照射エリアの画像の中のROIの表示サイズを制御する方法が提供され、この方法は、x線源と、入力エリアを有する検出器と、x線源によって照射される入射エリアの選択された部分の上に少なくとも1つの関心領域(ROI)を投影するためのコリメータであって、検出器の入力表面に概ね平行な平面内に取付けられた少なくとも3つの基本的に重ならないプレートを備え、各々のプレートが第1近接プレートの縁部と接触する第1縁部及び第2近接プレートの縁部と接触する、第1縁部に隣接する第2縁部を備える、コリメータと、を備えた複数フレーム撮像システムを準備するステップと、プレートの間に完全に透過性の間隙を形成するように少なくとも1つのプレートを移動させることによって検出器の入力エリア上の照射エリアの画像の位置及びサイズを決定するステップと、を含む。
プレートの各々1つずつは、x線放射線に対して非透過性又は部分的透過性にすることができ、プレートの位置調整は、基本的に重ならないプレートによって形成される間隙内に、少なくとも1つの関心領域(ROI)を投影するための完全に透過性のエリア、及び、プレートによって覆われる第2の非透過性又は部分的透過性のエリアを生成するように構成することができる。
プレートは垂直方向に可動にすることができる。
プレートの各々1つずつは、少なくとも1つのモータ及び伝動システムにより行路に沿って可動な移動台に結合することができる。
少なくとも1つのモータは単一のモータを含むことができ、プレートの各々1つずつはカップラによって隣接プレートに結合することができる。
プレートの各々1つずつは、隣接プレートによりカップラを介して可動とすることができる。
少なくとも1つのモータは、プレートを垂直方向に移動させるように構成された2つのモータを含むことができる。
プレートの縁部は、直線、V型及びテーパ型から成る群から選択されるプロファイルを有することができる。
本発明の別の態様により、少なくとも1つの関心領域(ROI)の形状及び位置を決定するための、GUI(Graphical User Interface:グラフィカルユーザインタフェース)手段を備えたシステムが提供される。
GUI手段は、検出された画像を表示するための手段並びに少なくとも1つのROIのサイズ、位置及び配向を決定するための手段を備えることができる。
少なくとも1つのROIのサイズ及び位置を決定するための手段はスライダを備えることができる。
GUI手段は、検出された画像を表示するための手段並びに少なくとも1つのROIのサイズ、形状及び位置を決定するための手段を備えることができる。
決定するための手段は、少なくとも1つのROIの周りを囲む形状をマーク付けするように構成された描画ツールを備えることができる。
本発明の別の態様により、少なくとも1つの関心領域(ROI)の形状及び位置を決定するためのGUI手段を使用するステップを含む方法が提供される。
GUI手段は、検出された画像を表示するステップ並びに少なくとも1つのROIのサイズ、位置及び配向を決定するステップを備えることができる。
少なくとも1つのROIのサイズ及び位置を決定するステップは、スライダを移動させるステップを含むことができる。
GUI手段は、検出された画像を表示するステップ並びに少なくとも1つのROIのサイズ、形状及び位置を決定するステップを備えることができる。
決定するステップは、少なくとも1つのROIの周りを囲む形状を描画するステップを含むことができる。
本発明の別の態様により、放射線源と、入力エリアを有する検出器と、検出された画像を表示するように構成されたモニタと、表示された画像上の対象の少なくとも1つの関心領域(ROI)を決定するための手段と、第1コリメータと、前記第1コリメータと前記対象の間に取付けられた第2コリメータと、前記放射線源を制御するように構成されたコントローラと、第2コリメータコントローラと、を備えた複数フレーム撮像システムが提供される。
放射線源はx線源を備えることができる。
モニタは、前記第1及び第2コリメータのうちの少なくとも1つによって取得された、検出された画像を表示するように構成することができる。
本システムは、前記第1コリメータを前記第2コリメータと結合するように構成された結合手段をさらに備えることができる。
結合手段は、c型アーム、元のコリメータのカバー、放射線管のカバー、c型アームのキャビネット及び床上に乗せられた車輪を有するプレートのうちの1つに結合された機械的コネクタを備えることができる。
本システムは、前記第2コリメータを駆動するように構成されたロボットアームをさらに備えることができる。
ロボットアームは、前記第2コリメータが前記第1コリメータと連携するように取付けられることを保証するように構成されたセンサによって誘導することができる。
本システムは、第1コリメータコントローラ及びロボットアームコントローラをさらに備えることができる。
第1コリメータコントローラは、前記ロボットアームコントローラと結合することができ、前記ロボットアームを誘導するように構成される。
決定するための手段は、ジョイスティック、キーボード及びタッチスクリーンのうちの1つを備えることができる。
本システムは、プレートが検出器入力表面に概ね平行な平面内で回転するのを可能にするように構成された回転モータをさらに備えることができる。
本発明は、添付の図面を参照してより良く理解されることになるであろう。
複数フレーム撮像の臨床環境及びシステムの例示的なレイアウトの簡略化した略図である。 本発明のシステム例の構成要素の付加的な細部を示す、図1Aのシステムの例示的なレイアウトの図である。 複数フレーム撮像システムのモニタ上に表示された例示的な画像の略図である。 複数フレーム撮像の臨床環境、及び入力機器を加えたシステムの例示的なレイアウトの簡略化した略図である。 x線に部分的透過性の4つの基本的に重ならないプレートから構成されたコリメータの、ROIが中心にある上面図である。 ナット4501Eの可能な配置の一例を示す。 ROIが偏心位置にある、図4のコリメータの上面図である。 ROIが中心にあるときの画像の種々のエリア内のx線強度分布を示す。 x線に部分的透過性の4つの基本的に重ならないプレートで構成されたコリメータの別の例の、ROIが中心にある上面図である。 ROIが偏心位置にある図6のコリメータの上面図である。 x線に部分的透過性の4つの基本的に重ならないプレートで構成された、ROIが中心にあるコリメータの別の例の上面図である。 ROIが偏心位置にある、図7のコリメータの上面図である。 x線に部分的透過性の3つの基本的に重ならないプレートで構成されたコリメータの別の例の、ROIが中心にある上面図である。 ROIが偏心位置にある、図8のコリメータの上面図である。 x線に部分的透過性の5つの基本的に重ならないプレートで構成されたコリメータの別の例の、ROIが中心にある上面図である。 ROIが偏心位置にある、図9のコリメータの上面図である。 異なるROIが中心にある、図9のコリメータの上面図である。 異なるROIが中心にある、図9のコリメータの上面図である。 x線に部分的透過性の12の基本的に重ならないプレートで構成されたコリメータの別の例の、ROIが中心にある上面図である。 図10のコリメータの電動化要素の構成要素の拡大上面図である。 ROIが偏心位置にある、図10のコリメータの上面図である。 ROIが中心にある、図10のコリメータの上面図である。 x線に部分的透過性の4つの基本的に重ならないプレートで構成されたコリメータの別の例の、ROIが偏心位置にある上面図である。 ROIが中心にある、図11のコリメータの上面図である。 「直線縁部」プレートの使用及び結果として得られる、x線放射線の侵入を伴う画像を示す。 「V型縁部」プレートの使用及び結果として得られる画像を示す。 「テーパ型縁部」プレートの使用及び結果として得られる画像を示す。 2つのフィルタが放射線源から同じ距離にないときの連結を示す。 同様に、2つのフィルタが放射線源から同じ距離にないときの連結を示す。 制御アプリケーションの一部として実施することができる例示的なユーザインタフェースを示す。 ユーザインタフェース及び自動ROI設定の別の例である。 図13Aのユーザインタフェースを用いる可能な形状描画及び自動ROI設定の別の例である。 図13Aのユーザインタフェースを用いる可能な形状描画及び自動ROI設定の別の例である。 図13Aのユーザインタフェースを用いる可能な形状描画及び自動ROI設定の別の例である。 図13Aのユーザインタフェースを用いる可能な形状描画及び自動ROI設定の別の例である。 図13Aのユーザインタフェースを用いる可能な形状描画及び自動ROI設定の別の例である。 図13Aのユーザインタフェースを用いる可能な形状描画及び自動ROI設定の別の例である。 機械的に結合された追加のコリメータを伴う既存のシステムを概略的に示す。 ロボットアームによって駆動される追加のコリメータを伴う既存のシステムを概略的に示す。 機械的結合の一例である。 図16のシステムの上面図である。 機械的結合の別の例である。 図17のシステムの側面図である。 図17のシステムの別の側面図である。 機械的結合の別の例である。 図18のシステムの回転したコリメータの一例である。 機械的結合の別の例である。 図19のシステムの側面図である。
以下の説明を通して、プレート又はフィルタを有する様々なコリメータについて言及される。両方の用語は、視野(FOV:Field of View)全体にわたって放射線のスペクトルを変えるためのフィルタとは対照的に、放射線の強度をFOVにわたって非一様に変えるためのフィルタを記述するために、同じ意味で使用される。
ここで、図1Aを参照すると、これは複数フレーム撮像の臨床環境の典型的なレイアウトを示す。
X線管100が、上方に向けられるx線放射線102を生成し、これがコリメータ104に向かう比較的大きい立体角を占める。コリメータ104は、放射線の一部分を遮断してより小さい立体角の放射線が上方に進み続け、典型的にはx線放射線に対して比較的透過性の材料で作られるベッド108、及びベッド108の上に横たわる患者110を通過することを可能にする。放射線の一部分は患者によって吸収され散乱され、残りの放射線がイメージインテンシファイア114の典型的には円形の入力エリア112に達する。イメージインテンシファイアの入力エリアは、典型的には直径が300mmの程度であるが、モデル及び技術によって変えることができる。イメージインテンシファイア114によって生成された画像はカメラ116によって捉えられ、画像処理プロセッサ117によって処理され、次いでモニタ118上に画像120として表示される。
本発明は、主としてイメージインテンシファイア114とカメラ116の組合せに関して説明されるが、これらの要素の両方は、いずれかの技術のデジタルx線撮影センサ、例えば、CCD又はCMOSフラットパネル、又は他の技術、例えば、平面112に配置されたシンチレータを有するアモルファスシリコンで置換えることができることを認識されたい。1つのそのような例は、ニューヨーク州レークサクセス所在のCanon U.S.A社から市販されているCXDI−50RFである。用語「検出器」は、任意のこれらの技術を含めるために使用され、任意のイメージインテンシファイアと任意のカメラとの組合せを含み、任意の型のフラットパネルセンサ、又はx線を電気信号に変換する任意の他の機器を含む。
用語「エリア」及び「領域」は本発明の詳細な説明において二者択一的に使用され、それらは同じ意味であり、同義語として使用される。
用語「x線源」は、必ずしも管の形状を有しないx線点源を有する機器に関する広い解釈をもたらすように使用される。
用語x線管は、本発明の諸例において、当技術分野における共通の用語の慣例で使用されるが、本発明の諸例はx線管の狭い解釈に限定されないこと、及びこれらの例において任意のx線源(例えば、点源として機能するように構成された放射性物質でさえも)を使用することができることが本明細書において示される。
オペレータ122は、患者のそばに立ち、画像120を注視しながら医療処置を行う。
オペレータは足踏みスイッチ124を有する。スイッチを押すと、連続x線放射線(又は、以下で説明するように比較的高周波のパルスx線)が放射されて映画撮像120がもたらされる。x線放射線の強度は、典型的には、患者及びオペレータへの照射を低減するのに望ましい低い強度と、高品質画像120(高S/N)を可能にするのに望ましい高強度放射線との間のトレードオフにおいて最適化される。低強度x線放射線及びそれゆえにイメージインテンシファイアの入力エリアの低い照射により、画像120が役に立たなくなるほどに画像120のS/Nが低くなる可能性がある。
座標系126は基準デカルト座標系であり、Y軸が紙面の中に向き、X−Yは、コリメータ104の平面及びイメージインテンシファイアの入力平面112に平行な平面である。
本発明の目的は、所望の1つ又はそれ以上のROIの中のイメージインテンシファイア入力エリアに高い照射をもたらし、これが従ってそこに高S/Nの画像をもたらし、他方でイメージインテンシファイアエリアの他の部分の照射を、より低い画像品質(より低いS/N)の代償として低減することである。この機構により、オペレータは1つ又はそれ以上のROIの中で鮮明な画像を見ることができ、残りの画像エリア内で一般的配向に関する十分に良好な画像を得ることができる。さらに、本発明の目的は、各セグメントが特定の用途によって要求される異なるレベルのx線放射線から生じる画像の中のセグメントのより複雑なマップを提供することである。
幾つかの実施形態により、x線システムは、複数の且つ同時のX線ビームを生成するための複数のフィラメント要素を含むことができ、そのサブセットを選択することができ、オペレータの注目する位置による視野内の所望のROIを狙うためにx線放射線を修正するように構成することができる。
幾つかの実施形態により、x線システムは、複数の且つ同時のX線ビームを生成するためのx線管/源のマトリクス/アレイを含むことができ、そのサブセットを選択することができ、オペレータの注目する位置による視野内の所望のROIを狙うためにx線放射線を修正するように構成することができる。
幾つかの実施形態により、x線システムは、複数の且つ同時のX線ビームを生成するための回転可能且つ並進可能なカソード及び/又はアノードをさらに含むことができ、そのサブセットを選択することができ、オペレータの注目する位置による視野内の所望のROIを狙うためにx線放射線を修正するように構成することができる。
本発明による複数フレーム撮像の臨床環境のより詳細なレイアウトの例を図1Bに示す。オペレータ122が足踏みスイッチ124を押してx線をアクティブにする。入力機器128は1つ又はそれ以上のROIの表示を与える。この情報は典型的にはモニタ118に対して与えられる。この情報、即ちROIの少なくとも1つの所望の中心は、例えば、座標系126を用いてモニタ118の平面内の(X、Z)座標によって与えることができる。この例においては、モニタ118の平面及び従って画像120は座標系126の(X,Z)平面に平行であることを認識されたい。モニタ118に括られて、モニタ118が座標系126に対して回転するときにモニタ118と共に回転する座標系を含む他の座標系も可能である。
入力機器128からのデータは、基本的にコンピュータ、例えば任意のPCコンピュータであるコントローラ127に供給される。
図1Bのボックス150は、本発明によるコリメータ、例えば、図4から図11までのコリメータを表す。
ボックス150は、コリメータ104の下方、参照符号150Aで示すようにコリメータ104の上方、又はコリメータ104の代り(図1Bには図示せず)に配置することができる。ボックス150及び150Aで表されるコリメータはコントローラ127によって制御される。X線放出もまたコントローラ127により、典型的にはx線コントローラ130を通して、制御される。コリメータは、ROIの決定された少なくとも1つの所望の中心に応じて、放射線を部分的に遮断する(ステップ2720)。x線の一部分は患者110によって吸収され(ステップ2730)、残りの放射線がイメージインテンシファイア114に達する(ステップ2740)。ステップ2750において画像が強調されてカメラ116によって捉えられ、ステップ2760において捉えられた画像が画像処理プロセッサ117に転送され、ステップ2770において処理された画像がモニタ120上に表示される。
画像処理プロセッサ117は多くの形態を想定することができ、本発明には種々のやり方で組み込むことができる。図1Bの例においては、画像処理プロセッサ117は2つの主要なサブユニットを含み、そのうち、117Aがピクセルの非均一性などの基本画像補正(ダークオフセット、感度、故障ピクセルの復元など)をもたらし、117Cが画像強調処理(例えば、ノイズ低減、アンシャープマスキング、ガンマ補正など)をもたらす。従来のシステムにおいては、サブユニット117Aからの画像がさらなる処理のためにサブユニット117Cに転送される。画像処理プロセッサ117のサブユニットは、各々専用のハードウェアによってサポートすることができるが、それらは任意のハードウェアによってサポートされる論理サブユニットとすることもできる。
図1Bの例において、カメラ116からの画像は画像処理サブユニット117Aによって補正され、次いでコントローラ127に転送される。コントローラ127は、画像を、ボックス150で表されるコリメータのいずれかを使用することから要求されるように処理し、処理された画像を画像強調のためのサブユニット117Cに戻す。
コントローラ127の画像処理は、コントローラ127内で行われる必要はなく、117Aと117Cの間に設置される第3のサブユニット117B(図1Bには図示せず)によって実行することができることを認識されたい。サブユニット117Bはまた、画像処理プロセッサ117内のどこかで実行される単なる論理プロセスとすることもできる。さらに、本明細書においてx線コントローラ130は、広い意味でのシステムコントローラとして呈示されることを認識されたい。従って、これはまた、通信線132によって示されるように、画像処理プロセッサ117と通信してその動作パラメータを決定し、情報を受け取ることができる。これは、イメージインテンシファイア114を、例えばズームパラメータに関して制御することができ(通信線は図示せず)、これはカメラ116のパラメータを制御することができ(通信線は図示せず)、これはc型アーム及びベッド位置を制御することができ(通信線は図示せず)、及び、これはx線管100及びコリメータ104の動作パラメータを制御することができる(通信線は図示せず)。
オペレータ122又は他のスタッフがリクエスト又はその他の要求をx線コントローラ130(図示せず)に入力するためのユーザインタフェースがあってよい。
物理的には、画像処理プロセッサ117、コントローラ127及びx線発生器(x線管100を駆動する電気ユニット)の一部分又は全部をx線コントローラ130の中に含めることができる。X線コントローラ130は1つ又はそれ以上のコンピュータ、及び必要な機能性をサポートするための適切なソフトウェアを含むことができる。x線コントローラを有するそのようなシステムの一例は、米国ユタ州ソルトレイク市所在のGE OEC Medical Systems社から市販されているモバイルc型アームOEC9900 Eliteである。この例示的なシステムは図1Bのシステムと同一ではなく、一般的な例として与えただけのものである。これらの特徴の幾つかを図3に示す。
次に、モニタ118上に表示された画像120の一例を示す図2を参照する。この例において、破線の円形線204は、画像のセグメント200と画像のセグメント202との間の境界を示し、両方のセグメントが画像120全体を構成する。この例において、セグメント200内には、セグメント200に対するより高いx線DPPを意味する良好な画像品質が得られることが望ましく、セグメント202内には、セグメント202に対するより低いDPPを意味するより低い画像品質を有することが許容される。
本明細書において2つのセグメント200及び202は、本発明の一実施形態の一例としてのみ示したものであり、本発明はこの例に限定されるものではないこと、及び、画像120は、コリメータ内の開口の形状及びコリメータの動作モードを制御することによって任意の組のセグメントに分割することができることを認識されたい。そのような例を以下に示す。
DPPは、画像120の1つのピクセルを表すセグメントに、画像120を構成するのに使用されるピクセル読み出し値を生成するために送達されるx線照射量(患者又はシステムの一部分ではない他の要素、例えば、オペレータの手及びツールによる吸収を除いた)として解釈されるべきであることを認識されたい。
上記で説明したように、コリメータの設計及び使用によって異なるDPPを有するピクセルは、適切な表示フレームをもたらすように正規化される。正規化方式は、x線照射方式(即ち、コリメータの形状、速度及び位置)に従ってなされる。そのような正規化は理論的パラメータに基づいて行うことができる。
本発明によるコリメータは、x線システムに、例えば、単独で又は他のコリメータと一緒に、x線をイメージインテンシファイアの入力エリア112の一部分に限定するように設計されて、取付けることができる。本発明のコリメータ及び他のコリメータは、x線経路に沿って任意の順序で配列することができる。エリア112の照射される部分は、経路内の全てのコリメータのエリアの、x線遮断の重なりの残り部分である。そのような逐次的配置の設計において、各々のコリメータのx線源からの距離及びエリア112への距離は、所望の機能性を得るために、上記のコリメータの幾何学的構造と共に考慮する必要がある。
この例において、少なくとも1つのROIが画像最適化のために使用されるエリアとなる。入力機器が少なくとも一人のユーザのROI座標をスクリーン上に与える。ROIはこれらの座標に移動させられ、ROI内に含まれる画像に対してコリメータの相補的調整及び最適化が行われる。
画像は、ROIの内容により、上述のいずれかのパラメータ、又は画像内のピクセルの表示値を修正する任意の他のパラメータを用いて最適化することができる。
次に、本発明を実施するための例示的なシステムを示す図3に注目する。
典型的にはx線システムにおいて、画像120の中心に位置し(例えば、図2のROI200など)固定位置を有するROIが、画像解析のため及びx線管100を駆動して画像120を修正するためのパラメータを生成するために使用される。このエリアに対する平均値、最大値及びコントラストなどのパラメータを計算することができる。そのようなパラメータは、典型的には、x線管の動作を最適化するのに使用される(例えば、mA、mAs及びKVpなど)。
この例において入力機器127が、一人又はそれ以上のユーザ122のROI座標をx線コントローラ130に供給する。
入力機器は、ROIの位置及び/又は形状に影響を及ぼす任意の入力機器とすることができる。例えば、アイトラッカ、ジョイスティック、キーボード、対話型ディスプレイ、ジェスチャ読取り機器、音声インタープリタ又は任意の他の適切な機器を用いて、画像120に対する座標、及びその入力によるROIの位置及び/又は形状の変化を決定することができる。
本発明の実施形態により、入力機器の幾つかはユーザインタフェース129を必要とする可能性がある。
ユーザインタフェースは、任意のコンピュータ又はタブレットによって操作される任意のディスプレイを有することができ、マウス、トラックボール又はタッチスクリーン、ジョイスティック又はハンドジェスチャを用いてROIの選択を制御することができる。
図4から図11までに示す以下の例は、x線システム内の、照射エリアの表示される画像を含むx線放射線をコリメートするためのコリメータを示す。このシステムは以下の特性を共有する。
― 画像の第1部分がROI、即ちフィルタを掛けられない放射線部分(100%の放射線がコリメータプレートに達する)を表す。
― 画像の第2部分が、放射線がコリメータプレートによってフィルタを掛けられる(放射線の100%>放射線≧0がコリメータプレートに達する)バックグラウンドである。
― バックグラウンドフィルタは少なくとも3つの分離したフィルタを備える。
― バックグラウンド画像エリアは、画像の1つのフィルタエリアに少なくとも1つの点、及び画像の第2のフィルタエリアに少なくとも1つの点を備える。
― これら2つの点を結合する少なくとも1つの等高線が存在し、この等高線に沿った放射線は基本的に同じフィルタリング特性(例えば、均一な材料組成のフィルタの、同じ全フィルタリング厚)に遭遇する。
簡単のために、これら2つの点を結合する直線を説明のために考えることができるが、この線に沿ったフィルタ特性を、放射線の入射角(及びその結果として有効厚)を変えることによって変えることを、本発明の範囲内で、基本的に同じフィルタリング特性として、具体的に考える。任意の等高線又は直線に対して、典型的には製作精度限界として存在するフィルタ厚、材料同質性などの不均一性に関しても同様であり、これらは全て「基本的に同じ」という術語に含まれる。
これはまた、同じ高さでない又は接触縁部などを有しないフィルタを含む。それらはそれでもなお連結されるが、縁部の間の距離は位置(入射角)によって変えることができる。このことは、図12D及び図12Eに関連してより詳しく説明するであろう。
また、フィルタリングに関して用語「均一」を使用するとき、均一の範囲は上記のような許容範囲を含む。
基本的に重ならないフィルタは、少なくとも画像エリアの大部分において上記のシステム特性をサポートすることを意図した設計を意味する。例えば、2つの隣接するフィルタの重なる縁部に沿った追加のフィルタリングを生じる小さい重なりは、それでもなお、「基本的に重ならない」に包含されることになる。
次に、本発明による例示的なコリメータ4500を示す図4を参照する。
コリメータ4500は、x線に対して非透過性又は部分的透過性の4つのプレート4501、4502、4503及び4504を備える。この例においては、各々のそれらプレートがビーム106の10%を透過すると仮定するが、他の透過レベルを考えることもできることを認識されたい。プレート4501、4502、4503及び4504は、透過x線ビームのスペクトル分布の望ましい効果を考慮して、任意の適切な材料から作成することができる。例えば、銅又はアルミニウムプレートを使用することができる。
破線円106A(図4A)は、一般的にコリメータ4500の平面におけるx線コーン106の断面を表す。矩形状のx線ビーム部分3512(図4A)を除いて、残り部分のビーム強度はプレート4501、4502、4503及び4504によって低減される。
下記で説明するように、8つのモータでプレート4501、4502、4503、及び4504を移動させることができる。電動化要素の構成要素をプレート4501に関して詳述する。他の3つのプレートの機構は類似のものである。
モータ4501Aがねじ4501Cを駆動し、これがナット4501Eを移動させる。ナット4501Eはプレート4501に結合され、従って、プレート4501が矢印4501Fの方向に移動することを可能にする。
モータ4501Bがねじ4501Dを駆動し、これがナット4501Eを移動させる。ナット4501Eはプレート4501に結合され、従って、プレート4501が矢印4501Gの方向に移動することを可能にする。それゆえに、各プレートは、他のプレートとは独立に、各プレートに対する双方向矢印で示されるように移動することができる。ナット4501Eの可能な配置を図4.1に示す。レール4505Aを使用してプレート及び可能な移動をサポートすることができる。モータ4501A及び4501Bは、レール4505Aの上を上記の方向に従って自由に摺動する。
本明細書で説明する特定の移動機構は本発明を説明するために与えるものであること、及び本発明の範囲はこの移動機構に限定されないことを認識されたい。
矩形のROIを生成するために、フィルタ(プレート)の2つの隣接する縁部の各々1つずつは、図4に示すように近接するフィルタの縁部と平行でありそれに接触する。
コリメータ4500は「能動的連結」に基づくものであり、これはモータのコントローラがプレートの連結を保証する必要があることを意味し、ここで2つのプレートの連結は、それらが縁部の少なくとも一部分に沿って接触することを意味する。
上記のように、各プレートは独立に移動することができるが、プレートの間の放射線の侵入を防ぐために、コントローラは、あるプレートが連結線に垂直な方向に移動するとき、この線に沿って連結した隣接プレートがそれに伴って移動して連結が維持されることを保証する。即ち、1つのモータを移動させる必要があるとき、コントローラは他のモータを同様に移動させてプレート連結を維持することができる。
連結は常には必要でなく、典型的には、少なくとも放射線が出るときに連結を有することが好ましいことを認識されたい。
円形画像/円錐形状のx線ビームは単に一例に過ぎないことを認識されたい。x線ビーム及び画像は、c型アーム及びコリメータ装置に応じて、矩形又は任意の形状になり得る。
図4Aの例において、開口3512はビーム106の領域内にあり(ビーム断面106Aによって示されるように)、要求されるROIによって決定される特定のサイズを有する。図4Aは、図4のROIの例示的形状とは異なるROIに放射線を供給するための必要な開口を生成するための、プレート4501、4502、4503及び4504の調整を示す。
従って、コリメータ4500のこの例により、画像120のROI3602(図5)は、画像120のエリアを横切って所望の位置まで移動させることができるばかりでなく、ROIのサイズ及びアスペクト比を所望通りに変えて,イメージインテンシファイア114(図1A)内のズーム又は他の原因を補償することもできる。
次に、画像ROI3602が図4Aに示した機械的ROI3512から生じる位置にあるときに画像120の種々のエリアの中のx線強度分布を示す図5を参照する。この例においては、コリメータ4500と入力エリア112の間に対象(患者)が存在せず、それゆえに、理想的には、放射線を遮断する追加の従来のコリメータがなく、ROIの外側の入力エリア112にわたるx線放射線は均一となる(特定のシステム固有の不均一性限界まで)。この例において、コリメータ4500の結果として画像120のエリアは2つの強度エリア、即ち、元の100%の強度が存在する3602即ちROIと、強度がROIにおける強度の10%である3604Aとに分割される。
バックグラウンドを補正するための上記の方法は、現在の例のバックグラウンド3604Aの補正に十分に適用可能である。
従って、現在の例を上記の補正方法と一緒に使用することができることを認識されたい。
次に、本発明によるコリメータ4700の一例を示す図6を参照する。
コリメータ4700には、図4の構成において使用された8つのモータの代りに、4つのモータが使用される。
電動化要素の構成要素をプレート4701に関して詳述する。他の3つのプレートの機構は類似のものである。
モータ4701Aがねじ4701Bを駆動し、これがナット4701Cを移動させる。ナット4701Cはプレート4701に結合され、従って、プレート4701が矢印4701Dの方向に移動するのを可能にする。
「L」型カップラ4705がプレート4701と4704を結合し、ここでナット4701Cがカップラ側面4705A上を摺動し、プレート4704は、コネクタ4706を介してカップラの別の側面4705Bに固定結合される。
従って、プレート4701が矢印4701Dの方向に移動すると、プレート4704はそれに伴って同じ方向に移動するが、矢印4701Eの方向に移動させるためにはプレート4702が移動し、それに伴ってプレート4701を移動させる。
それゆえに、この構成により、単一のプレートは、別のプレートの移動を引き起さずに移動することはできない。
コリメータ4700は「受動的連結」に基づくものであり、これは「L」型カップラが、近接するプレートの2つの隣接する縁部を、互いに沿って摺動することによりそれらの相対的位置を維持するように、強制することによってプレートの連結を保証することを意味する。4つのモータは示された方向に従って、レール4505Bの上を自由に摺動する。
プレートの幾つかを1つのモータ及びカップラによって可動にすることができ、幾つかのプレートを2つのモータによって可動にすることができることを認識されたい。
その場合、「受動的連結」に加えて「能動的連結」が必要になる。
本明細書で説明する特定の移動機構は本発明を説明するために与えるものであること、及び本発明の範囲はこの移動機構に限定されないことを認識されたい。
矩形ROIを生成ために、フィルタ(プレート)の2つの隣接する縁部の各々が近接するフィルタの縁部と平行でありそれと接触する。
次に図6Aを参照する。
図6Aは、ROIに放射線を供給するための開口を生成するためのプレート4701、4702、4703及び4704の調整を示す。
従って、コリメータ4700のこの例により、画像120のROIを画像120のエリアを横切って所望の位置に移動させることができるばかりでなく、ROIのサイズ及びアスペクト比を所望通りに変えて、イメージインテンシファイア114内のズーム又は他の原因を補償することもできる。
次に、本発明のコリメータ4800の一例を示す図7を参照する。
コリメータ4800にはやはり、8つではなく4つのモータが使用される。
電動化要素の構成要素をプレート4801に関して詳述する。他の3つのプレートの機構は類似のものである。
モータ4801Aがねじ4801Bを駆動し、これがナット4801Cを移動させる。ナット4801Cはプレート4801に結合され、従って、プレート4801が矢印4801Dの方向に移動するのを可能にする。
「U」型カップラ4805がプレート4801と4804を結合し、ここでナット4801Cがカップラ側面4805A上を摺動し、ナット4804Aはカップラ側面4805B上を摺動する。コネクタ4806がレール4505Cに固定結合され、カップラがそれを通して摺動することを可能にする。
「U」型カップラは、移動限界を決定し、プレートの連結を保証する。
従って、プレート4801が矢印4801Dの方向に移動すると、プレート4804がそれに伴って同じ方向に移動するが、矢印4801Eの方向に移動させるためには、プレート4802が移動し、それに伴ってプレート4801を移動させる。
それゆえに、この構成により、単一のプレートは、別のプレートの移動を引き起さずに移動することはできない。
コリメータ4800は「受動的連結」に基づくものであり、これは「U」型カップラが、近接するプレートの2つの隣接する縁部を、互いに沿って摺動することによりそれらの相対的位置を維持するように、強制することによってプレートの連結を保証することを意味する。
モータは示された方向に従って、レール4505Cの上を自由に摺動する。
プレートの幾つかを1つのモータ及びカップラによって可動にすることができ、幾つかのプレートを2つのモータによって可動にすることができることを認識されたい。
その場合、「受動的連結」に加えて「能動的連結」が必要になる。
本明細書で説明する特定の移動機構は本発明を説明するために与えるものであること、及び本発明の範囲はこの移動機構に限定されないことを認識されたい。
矩形ROIを生成するために、フィルタ(プレート)の2つの隣接する縁部の各々が近接するフィルタの縁部と平行でありそれと接触する。
次に図7Aを参照する。
図7Aの例において、開口3512がビーム106の領域内に存在し(ビーム断面106Aによって示されるように)、特定のサイズを有する。
図7Aは、ROIに放射線を供給するための開口を生成するためのプレート4801、4802、4803及び4804の調整を示す。
従って、コリメータ4800のこの例により、画像120のROIを画像120のエリアを横切って所望の位置に移動させることができるばかりでなく、ROIのサイズ及びアスペクト比を所望通りに変えて、イメージインテンシファイア114内のズーム又は他の原因を補償することもできる。
次に、本発明のコリメータ5400の一例を示す図11を参照する。
コリメータ5400にはやはり、8つではなく4つのモータが使用される。
電動化要素の構成要素をプレート5401に関して詳述する。他の3つのプレートの機構は類似のものである。
モータ5401Aがレール4505G上を移動し、プレート5401と5402とを、それぞれカップラ5402A及び5402B並びにナット5401B及び5401Cを介して結合し、それによりプレート5401が矢印5401Dに方向に移動するのを可能にする。
ナット5401B及び5401Cは、それぞれカップラ5402A及び5402Bの上を自由に摺動する。カップラ5402A及び5402Bは移動限界を決定し、プレートの連結を保証する。
従って、プレート5401が矢印5401Dの方向に移動すると、プレート5402はそれに伴って同じ方向に移動するが、矢印5401Eの方向に移動させるためには、プレート5404が移動し、それに伴ってプレート5401を移動させる。
それゆえに、この構成により、単一のプレートは別のプレートの移動を引き起さずに移動することはできない。
コリメータ5400は「受動的連結」に基づくものであり、これはカップラ5402A及び5402Bが、近接するフィルタの2つの隣接する縁部を、互いに沿って摺動することによりそれらの間の距離を維持するように、強制することによってプレートの連結を保証することを意味する。
モータは示された方向に従って、レール4505Gの上を摺動する。
本明細書で説明する特定の移動機構は本発明を説明するために与えるものであり、本発明の範囲はこの移動機構に限定されないことを認識されたい。
矩形ROIを生成するために、フィルタ(プレート)の2つの隣接する縁部の各々が近接するフィルタの縁部と平行でありそれと接触する。
次に図11Aを参照する。
図11Aの例において、開口3512がビーム106の領域に存在し(ビーム断面106Aによって示されるように)、特定のサイズを有する。
図11Aは、ROIに放射線を供給するための開口を生成するためのプレート5401、5402、5403及び5404の調整を示す。
従って、コリメータ5400のこの例により、画像120のROIは、画像120のエリアを横切って所望の位置に移動させることができるばかりでなく、ROIのサイズ及びアスペクト比を所望通りに変えて、イメージインテンシファイア114内のズーム又は他の原因を補償することもできる。
次に、本発明のコリメータ4900の一例を示す図8を参照する。
コリメータ4900は3つのフィルタ(プレート)を有し、3つのモータを使用する。
電動化要素の構成要素はプレート4901に関して詳述する。他の2つのプレートの機構は類似のものである。
モータ4901Aがねじ4901Bを駆動し、これがナット4901Cを移動させる。ナット4901Cはプレート4901に結合され、従って、プレート4901が矢印4901Fの方向に移動するのを可能にする。
「U」型カップラ4905がプレート4901と4902を結合し、ここでナット4901Eがカップラ側面4905A上を摺動し、ナット4902Aはカップラ側面4905B上を摺動する。
「U」型カップラは、移動限界を決定し、プレートの連結を保証する。
従って、プレート4901が矢印4901Fの方向に移動すると、プレート4903はそれに伴って矢印4903Aの方向に移動するが、矢印4901Dの方向に移動させるためには、プレート4902が矢印4903Aの方向に移動し、それに伴ってプレート4901を移動させる。
それゆえに、この構成により、単一のプレートは、別のプレートの移動を引き起さずに移動することはできない。従って、コントローラが1つのモータを移動させるとき、他のモータを移動させることが必要となり得る。
コリメータ4900は「受動的連結」に基づくものであり、これはカップラ4905が、近接するフィルタの2つの隣接する縁部を、互いに沿って摺動することによりそれらの間の距離を維持するように、強制することによってプレートの連結を保証することを意味する。
モータは、示された方向に従ってレール4505D上を自由に摺動する。
プレートの幾つかを1つのモータによって可動にし、幾つかのプレートを2つのモータによって可動にすることができることを認識されたい。
その場合、「受動的連結」に加えて「能動的連結」が必要になる。
本明細書で説明する特定の移動機構は本発明を説明するために与えるものであり、本発明の範囲はこの移動機構に限定されないことを認識されたい。
次に図8Aを参照する。
図8Aは、ROIに放射線を供給するための開口を生成するためのプレート4901、4902及び4903の調整を示す。
従って、コリメータ4900のこの例により、画像120のROIは、画像120のエリアを横切って所望の位置に移動させることができるばかりでなく、ROIのサイズ及びアスペクト比を所望通りに変えて、イメージインテンシファイア114内のズーム又は他の原因を補償することもできる。
次に、本発明のコリメータ5000の一例を示す図9を参照する。
コリメータ5000は5つのプレート(フィルタ)を有し、5つのモータを使用する。
電動化要素の構成要素はプレート5001に関して詳述する。他の4つのプレートの機構は類似のものである。
モータ5001Aがねじ5001Bを駆動し、これがナット5001Cを移動させる。ナット5001Cはプレート5001に結合され、従って、プレート5001が矢印5001Dの方向に移動するのを可能にする。
「U」型カップラ5006がプレート5001と5002を連結し、ここでナット5001Eがカップラ側面5006A上を摺動し、ナット5002Aはカップラ側面5006B上を摺動する。
「U」型カップラは、移動限界を決定し、プレートの連結を保証する。
従って、プレート5001が矢印5001Dの方向に移動すると、プレート5002はそれに伴って矢印5002Bの方向に移動するが、矢印5001Fの方向に移動させるためには、プレート5005が移動し、それに伴ってプレート5001を移動させる。
それゆえに、この構成により、単一のプレートは、別のプレートの移動を引き起さずに移動することはできない。従って、コントローラが1つのモータを移動させるとき、他のモータを移動させることが必要となり得る。
コリメータ5000は「受動的連結」に基づくものであり、これは「U」型カップラが、近接するフィルタの2つの隣接する縁部を、互いに沿って摺動することによりそれらの間の距離を維持するように、強制することによってプレートの連結を保証することを意味する。
モータは、示された方向に従ってレール4505E上を自由に摺動する。
プレートの幾つかを1つのモータ及びカップラによって可動にすることができ、幾つかのプレートを2つのモータによって可動にすることができることを認識されたい。
その場合、「受動的連結」に加えて「能動的連結」が必要になる。
本明細書で説明する特定の移動機構は本発明を説明するために与えるものであり、本発明の範囲はこの移動機構に限定されないことを認識されたい。
次に、図9Aから図9Cまでを参照する。
図9A、9B及び9Cの例においては、開口3512がビーム106の領域に存在し(ビーム断面106Aによって示されるように)、特定のサイズを有する。
図9Aは、特定の必要とされる5角形のROIを生成するためのプレート5001、5002、5003、5004及び5005の調整を示す。
図9Bは、特定の必要とされる4角形のROIを生成するためのプレート5001、5002、5003、5004及び5005の調整を示す。
図9Cは、特定の必要とされる3角形のROIを生成するためのプレート5001、5002、5003、5004及び5005の調整を示す。
次に、本発明のコリメータ5100の例を示す図10を参照する。
コリメータ5100は12のプレート(フィルタ)を有し、12のモータを使用する。

図10Aは、プレート5101に関して詳述する電動化要素の構成要素の拡大図を示す。他の11のプレートの機構は類似のものである。
モータ5101Aがねじ5101Bを駆動し、これがナット5101Cを移動させる。ナット5101Cはプレート5101に結合され、従って、プレート5101が矢印5101Dの方向に移動するのを可能にする。
「U」型カップラ5106がプレート5101と5102を結合し、ここでナット5101Eがカップラ側面5106A上を摺動し、ナット5102Aはカップラ側面5106B上を摺動する。
「U」型カップラは、移動限界を決定し、プレートの連結を保証する。
従って、プレート5101が矢印5101Dの方向に移動すると、プレート5102はそれに伴って同じ方向に移動するが、矢印5101Fの方向に移動させるためには、プレート5112が移動し、それに伴ってプレート5101を移動させる。
それゆえに、この構成により、単一のプレートは、別のプレートの移動を引き起さずに移動することはできない。従って、コントローラが1つのモータを移動させるとき、他のモータを移動させることが必要となり得る。
コリメータ5100は「受動的連結」に基づくものであり、これは「U」型カップラが、近接するフィルタの2つの隣接する縁部を、互いに沿って摺動することによりそれらの間の距離を維持するように、強制することによってプレートの連結を保証することを意味する。
モータは、示された方向に従ってレール4505F上を自由に摺動する。
プレートの幾つかを1つのモータ及びカップラによって可動にすることができ、幾つかのプレートを2つのモータによって可動にすることができることを認識されたい。
その場合、「受動的連結」に加えて「能動的連結」が必要になる。
本明細書で説明する特定の移動機構は本発明を説明するために与えるものであり、本発明の範囲はこの移動機構に限定されないことを認識されたい。
次に図10B及び10Cを参照する。
図10B及び10Cは、3512B及び3512Cのような特定のROIを生成するためのプレート5101から5112までの調整を示す。
この構想は、2を越える任意の数のプレートに拡張することができる。
示した全ての例はまた、x−y平面内で回転可能及び/又は移動可能な機構の上に設置することができる。回転は、比較的少数(3、4及び5のような)のプレートを用いる解決策に対して特に有用である。12のプレートは回転の必要性を実質的に無くす。
上記の「基本的に重ならないフィルタ」のコリメータを使用する際に起こり得る問題は、コリメータプレートの間へのX線放射線の侵入である。
図12Aは、放射線ビーム5320がプレート5322と5324の間の小さい間隙を通してフィルタリング層に侵入する、「直線縁部」プレートの使用を示す。これは、結果として得られる画像5326に示すように、2つのプレートがそれに沿って出会う線を画像上に見えるようにする。
図12B及び12Cは、この問題に対する2つの解決策を提供する。
図12Bは、放射線5320Aがフィルタされずにプレート接触の線を通過することができないように、互いに嵌合する「V型縁部」プレートと負又は逆V型縁部プレートの使用を示す。放射線の意図されない侵入の影響がない、結果として得られる画像5326Aが示される。
図12Cは、「テーパ型縁部」プレートの使用及び結果として得られる画像を示す。
他の縁部形状、例えば、弓形、凹形、凸形、等高線形、又は階段形、又はビーム進行の初期方向に沿った、当接するプレートを通しての見通しを効果的に防ぐ任意の相補的嵌合縁部形状などが考えられる。
図12D及び12Eは、本発明の連結概念の別の例を示す。この例には、図12Cのプレート5302及び5304が使用される。プレート5302及び5304が同じ平面にある図12Cとは異なり、図12D及び12Eにおいてはプレート5302及び5304が同じ平面にはない。プレート5304は放射線源5306から、プレート5302及び5304の平面に垂直な方向に、より遠くにある。
図12Dにおいてプレート5302及び5304は、放射線源5306の右側に示される。プレート5302と5304の間の水平距離は、各々のフィルタを通過し、両方のフィルタを含む区域にある放射線が、基本的に同じフィルタリングを受けるように設定される。この例において、放射線5311はプレート5302のみを通過し、放射線5313はプレート5304のみを通過し、放射線5312は両方のプレート5302及び5304を通過する。プレート5302と5304の間の水平距離は、3つの放射線全てが基本的に同じ厚さのフィルタリングを受けるように設定される。
図12Eにおいてプレート5302及び5304は、放射線源5306の左側に示される。放射線5311Aはプレート5302のみを通過し、放射線5313Aはプレート5304のみを通過し、放射線5312Aは両方のプレート5302及び5304を通過する。プレート5302と5304の間の水平距離は、3つの放射線全てが基本的に同じ厚さのフィルタリングを受けるように設定される。図12Eにおけるプレート5302と5304の間の水平距離は、図12Dにおけるよりも小さいことに留意されたい。これは、放射線の入射角の変化によるものである。これは、本発明における「連結された」プレートの概念を示す。それらは、プレートの間の距離が1つのプレートから別のプレートへの移行に関して基本的に均一なフィルタリングの目的を果たすことを要求する拘束の意味において連結され、例えば、機械的な固定距離で連結されるものではない(但し、機械的な固定距離は特定の機械設計に対して所望の連結の実施として役に立つ可能性がある)。本明細書で説明する特定の例は本発明を説明するために与えるものであり、本発明の範囲はこれらの特定の解決策に限定されないことを認識されたい。
上記のことはイメージインテンシファイアに関して説明したものであるが、フラットパネル検出器を含む任意の検出器に適用できることを認識されたい。検出器の幾何学的構造、ズームエリア及びROIは混在した性質のものとすることができ、同じ性質(例えば、円形若しくは矩形又は別の幾何学的構造)のものである必要はない。
本説明を通して、例えば、開口という用語が細長い開口との関連で使用されるとき、その意図は細長い開口に対するものであることを認識されたい。
「部分的透過性の」及び「減衰させる」は等価であり、そのような用語の役割は、透過性又は減衰の量に依存することを認識されたい。上の説明において、それらの用語の役割は、必要な場合に特定の値の例による記述の文脈によって与えられる。本開示において与えられる構造体の例は、特定の実施のために好ましい、x線に対する異なる程度の透過性で(又は等価的に、x線の異なる程度の減衰で)実施することができる。従って、それらはx線に対して高透過性(低減衰)又はx線に対して低透過性(高減衰)のものにすることができる。高減衰はまた、x線を100%遮断することはできず、本発明の分野では「遮断」は高減衰を示すために使用されるので、「x線遮断」の用語を意味する。
図13は、対話型ディスプレイ、例えば、タブレット、モニタ又はスマートフォンを有する電子機器上で実行される制御アプリケーションの一部分として実施することができる例示的なユーザインタフェースを示す。このアプリケーションはコントローラ132と通信して捕捉され修正されたx線画像を表示する。
ユーザは4つのスライダ10201を用いて境界線10201Aによりコード化されたエリアによってROI10210のサイズ及び位置を決定し、回転ボタン10202を用いて選択されたROIの回転方向(時計回り又は反時計回り)を決定し、それに応じて離されるまでのROIの回転を開始し、移動ボタン10203を用いて選択されたROIをそのサイズ及び配向を変えずに移動させ、オプションの「進行」ボタン10204を用いて、指示された位置、配向及び開口サイズに従って、コリメータプレートの実際の移動を実施する。
「進行」ボタンがない場合、ボタンが離されるたびごとに、又は、別の例においては、インタフェース設定に変化がない所定の時間間隔の後で、プレートの移動を開始することができる。
図13Aは、ユーザインタフェースの別の例である。求めるROIを選択するために、ユーザは、スクリーン上の形状10205のような任意の囲む形状をマーク付けし、そうするとコリメータのプレートは、この形状を最も良く囲む開口を形成する位置に配置される。「進行」ボタン10204はオプションである。
「進行」ボタンがない場合、プレートの移動は、ユーザが描画を停止するたびごとに、又は別の例においては、ユーザが彼の指又は描画ペンをタッチスクリーンから離した後で、又は別の例においては、インタフェース設定に変化がない所定の時間間隔の後で、開始することができる。
図13Bは、図13Aにおけるのと同じユーザインタフェース上で実施される別の例である。求めるROIを選択するために、ユーザは、スクリーン上の線10206のような任意の形状をマーク付けし、そうするとコリメータのプレートは、この形状を最も良く囲む開口を形成する位置に配置される。
「進行」ボタン10204はオプションである。
「進行」ボタンがない場合、プレートの移動は、ユーザが描画を停止するたびごとに、又は別の例においては、ユーザが彼の指又は描画ペンをタッチスクリーンから離した後で、又は別の例においては、インタフェース設定に変化がない所定の時間間隔の後で、開始することができる。
図13Cは、図13Aにおけるのと同じユーザインタフェース上で実施される別の例である。求めるROIを選択するために、ユーザは、スクリーン上の線10207A及び10207Bのような1つより多くの形状をマーク付けし、そうするとコリメータのプレートは、これらの形状を最も良く囲む開口を形成する位置に配置される。
「進行」ボタン10204はオプションである。
「進行」ボタンがない場合、プレートの移動は、ユーザが形状セグメントの描画を停止するたびごとに、開始することができる。代替的に、プレートの移動は、インタフェース設定に変化がない所定の時間間隔の後で、開始することができる。
時間≦時間間隔の場合、形状は未完成である(ユーザが既存部分に新しい部分を加えるのを待つ)。
時間>時間間隔の場合、描画が完了し、ROIの移動が約束される。
図13Dは、図13Aにおけるのと同じユーザインタフェース上で実施される別の例である。求めるROIを選択するために、ユーザは、スクリーン上の線10207A及び10207Bのような1つより多くの形状をマーク付けし、そうするとコリメータのプレートは、これらの形状を囲む最小の開口を形成する位置に配置され及び回転させられる。この例において開口形状は固定される。
図13Eは、図13Aにおけるのと同じユーザインタフェース上で実施される別の例である。求めるROIを選択するために、ユーザは、スクリーン上の線10207A及び10207Bのような1つより多くの形状をマーク付けし、そうするとコリメータのプレートは、これらの形状を最も良く囲む最小の開口を形成する位置に配置され及び回転させられる。この例において開口形状は変えることができる。
図13Fは、図13Aにおけるのと同じユーザインタフェース上で実施される別の例である。求めるROIを選択するために、ユーザは、スクリーン上の線10206のような任意の形状をマーク付けし、そうするとコリメータのプレートは、この形状を囲む開口を形成する位置に配置される。
ROIの外部に付加的な点10220が加えられると、その点に最も近い縁部がその点への方向に平行に移動することができ、その結果、計算されたROI10212がROI10222に変わる。この例において開口形状は固定される。
図13Gは別の例であり、点10220AからROIの2つの最も近い縁部への距離の差がある所定の値より小さい場合、これら2つの線が交わるコーナがマーク付けされた点に移動し、その結果、計算されたROI10212がROI10222Aに変わる。この例においては開口形状を変えることができる。
ROI10212の境界は自動的に計算することができ、以下を含む様々な方法で設定することができる。
1.囲まれたエリア10214を、ROI縁部のうちの2つが水平であり、エリア10214の上部及び底部におけるエリア10214の最大Y及び最小Y(図13A〜13Cの座標システム10216に関する)に位置し、及び、ROI縁部のうちの2つが垂直であり、エリア10214の左及び右におけるエリア10214の境界の最大X及び最小Xに位置するように、包囲するステップ。
2.(1)と同じであるが、囲まれたエリア10214の外部にあるマーク付け線を含む方法。
3.(1)又は(2)のいずれかの方法であって、矩形ROIを、より小さいエリアを囲む角度まで回転させるステップをさらに含む方法。これは、図13Dに示されており、その場合、ROI10214が回転させられ、ROIの縁部の各々が、座標系10216Aに対して固定され、次にこの座標系10216Aが、参照用に、ROI10214が回転したのと同じ角度だけ回転させられる。またここで、Y方向に平行な縁部が、10207A及び10207Bの組合せ形状を、組合せ形状の最大X及び最小Xの位置において囲み、X軸方向に平行な縁部が、10207A及び10207Bの組合せ形状を、組合せ形状の最大Y及び最小Yの位置において囲み、その結果、ROI10214が同じ形状に対して、図13CのROI10212より小さいエリアを有する。ROIの形状、サイズ及び角度を決定するステップにおいて種々異なる基準を含めることができる。例えば、
a.最小エリアが、上記のROI角度及び境界を設定するための基準となり得る。
b.アスペクト比が、上記のROI角度及び境界を設定するための別の基準となり得る。
c.最小のROI寸法もまた、所望のROIを計算するための基準として用いることができる。
d.エリア又は寸法因子の基準もまた所望のROIを計算するのに用いることができる。例えば、ROIで囲む計算されたエリアを最小エリアの特定のパーセンテージにすることができる。別の例において、ROIの少なくとも1つの計算された寸法を特定のパーセンテージだけ変更することができる。そのような変更は、パーセンテージ値の代わりに又はそれと共に付加的な値(正又は負)を用いて行うこともできる。
e.視野全体のパーセンテージを用いる基準を、所望のROIを計算するために用いることができる。例えば、そのような基準は、ROIのエリアが視野のエリアの15%となるように要求することができる。別の例において、ROIのエリアは、画像の特定量のピクセルを含むことができる。
f.ユーザによる拘束入力を用いることもできる。例えば、上記のいずれかの方法によってROIを設定した後で、ユーザはROIの外部の点(図13Fの10220)をマーク付けすることができ、その点に最も近い縁部をその点への方向に平行移動させることができ、その結果、計算されたROI10212がROI10222に変わる(図13F)。別の例において、この点からROIの2つの最も近い縁部への距離の差がある所定の値より小さい場合(図13Gの10220A)、これらの2つの線が交わるコーナをマーク付けされた点に移動させることができ、その結果、計算されたROI10212がROI10222Aに変わる(図13G)。
g.上記のセクション(f)の拘束は、ROIの少なくとも1つの線画像に触れるステップ及びそれをその方向に垂直にドラッグするステップ、並びにROIの少なくとも1つのコーナ画像に触れるステップ及びそれを任意の方向にドラッグするステップのいずれかによって導入することもできる。そのような触れるステップ及びドラッグするステップは、タッチスクリーン上の指又はコンピュータのマウスなどの任意の入力機器を用いて行うことができる。
h.上記の基準のいずれかの組合せを用いて所望のROIを計算することができる。例えば、最小のエリアを有するROIを計算することができ、次いでアスペクト比基準を用いてアスペクト比限界が満たされるまでROIのより小さいサイズを増加させることができる。次に、結果として得られたエリアがいずれかのエリア基準よりもなお低い場合、エリア基準が満たされるまでROIを増加させる(アスペクト比、角度及び中心を維持しながら)ことができる。それに続いて、ユーザは、縁部の近く、ROI内部に点をマーク付けすることができ、そうすると縁部がその点に移動する(アスペクト比及びエリア基準に優先して)。
4.(1)、(2)又は(3)の方法、及びまた、図13EのROI10218の例による、矩形から最小のエリアを囲む任意の4縁部形状へ変更するステップ。
5.描画エリア10206を、ROI縁部のうちの2つが水平で、エリア10206の上部及び底部において10206エリアの境界に接し、且つ、ROI縁部のうちの2つが垂直で、エリア10206の左及び右において10206エリアの境界に接するように、包囲するステップ。
6.1つより多くの描画10207A及び10207Bを備えた描画エリアを、ROI縁部のうちの2つが水平で、描画10207A及び10207Bの上部及び底部において10207A及び10207Bエリアの境界に接し、且つ、ROI縁部のうちの2つが垂直で、描画10207A及び10207Bの左及び右において10207A及び10207Bエリアの境界に接するように、包囲するステップ。
7.(5)又は(6)の方法、及びまた、矩形ROIを、最小エリアを囲む角度まで回転させるステップ。
8.(5)、(6)又は(7)の方法、及びまた、矩形から最小エリアを囲むように任意の4縁部形状に変更するステップ。
図13A〜13D及び13Fの例には囲む矩形が示されており、これは、以下で説明するように、図4〜7のコリメータに関して示されたような矩形開口に対応する。図13E及び13Gの例には囲む四辺形が示されており、これは、図8〜10のコリメータの実施形態に関して示されたような四辺形開口に対応する。
ユーザインタフェースは、タッチスクリーン、又はコンピュータマウスなどの任意の他の入力機器を用いて動作させることができる。
両方のインタフェース選択肢(図13及び13A)を同時にアクティブにすることができ、ユーザは最も適切な1つを選択することができる。
本発明の別の実施形態により、本明細書で説明したいずれかのコリメータ及び任意の他の既存の又は将来のコリメータを、既存の複数フレーム撮像システムに、C型アームで機械的に結合され、既存のコリメータと患者との間に取付けられる後付け装置として加えることができる。図14は、X線源5510、元のコリメータ5515、本発明による追加のコリメータ5520、患者5530、C型アーム5535、検出器5540、X線コントローラ5550、X線操作ペダル5560、例示的なユーザインタフェース機器であるジョイスティック5570及びディスプレイ5580を備えた、そのようなシステム5500を概略的に示す。
新しいシステムコントローラ5565が検出器5540に結合され、それから検出された画像を受け取り、それらを、様々な実施形態に関して上述したように画像処理し、修正された画像をディスプレイ5580上に表示し、ジョイスティック(或いは、表示された画像に対する必要なROIを示す機能を有するタブレット又は任意の他のユーザインタフェース機器)からの入力に従ってコリメータ5520を制御する。
ディスプレイ5580は、両方のコリメータにより得られた画像修正のない画像、両方のコリメータにより得られた画像修正のある画像、及び元のコリメータのみによって得られた画像を表示することができる。
本発明の実施形態により、ユーザインタフェース機器は、現在どのコリメータが扱われるかを決定するための、2つのコリメータの間の選択をもたらすことができる。さらに、操作/起動のために元のコリメータが選択されるとき、新しく挿入されたコリメータは、X線検出器の平面に平行に移動して、X線ビーム経路の外に、ビームに影響しないように出ることになる。
本発明による追加のコリメータ5520は、元のコリメータ5515に、又は放射線管に、又はc型アームに、以下で図16〜19Aにおいて説明するように、機械的又は他の結合手段によって結合することができる。
図15は、本発明による、図14のシステムの別の実施形態である。追加のコリメータ5520はまた、例えば、元のコリメータ5515と一体的にロボットアーム5610によって駆動され、新しいコリメータが、元のX線システムのいずれかの移動部分に必ずしも機械的に取付けられることなく、それ自体の基盤の上に機械的に支持されながら移動し機能するようにすることができる。そのようなロボットアームには、ロボットのエンドエフェクタ/グリッパ/ハンドに取付けられた新しいコリメータのコリメーション機能を実行するのに必要な移動の正確な追跡をもたらすための電子センサ及びコントローラが使用されることになる。
「ロボットアーム」は、
1.元のコリメータ及びX線システムの追跡及びそれらとの連携を保証する光学的、磁気的又は他のセンサなどの複数のセンサ、
2.C型アーム移動コントローラ5630と直接に通信する(又は、ある場合にはその内部に埋め込むことができる)ロボットコントローラ5620、
の使用により、制御することができる。
上述のように、本発明による追加のコリメータ5520は、元のコリメータ5515に、又は放射線管に、又はc型アームに、機械的又は他の結合手段によって結合することができる。図16はそのような機械的結合の一例である。コリメータ5520は、アダプタ5700を介してc型アーム(5710)に、アダプタとコリメータとの連結を保証するネジ、接着剤、溶接など5720によってしっかりと取付けられる。
図16Aは、図16のシステムの上面図である。
図17は、機械的結合の別の例である。コリメータ5520は、アダプタ5810を介して元のコリメータのカバーに、又は放射線管のカバー5820に、コリメータの連結を保証するネジ、接着剤、溶接など5830によってしっかりと取付けられる。
図17A及び17Bは、図17のシステムの側面図である。
図18は、機械的結合の別の例である。コリメータ5520は、アダプタ5910を介して元のコリメータのカバーに、又は放射線管のカバー5920に、コリメータの連結を保証するネジ、接着剤、溶接など5930によってしっかりと取付けられる。さらに、アダプタは、モータ5940及び旋回ベアリング5950を備えた回転ユニットを備える。コリメータ5520が取付けられた後、コリメータ5520はこの回転ユニットを用いて回転させることができる。例えば、c型アームとの衝突を防ぐために、センサ5960をコリメータ5520の各コーナ(2つは図示せず)に設置することができる。
図18Aは、コリメータ5520が回転したときの図18のシステムの一例である。
図19は機械的結合の別の例である。コリメータ5520はアダプタ6010を介してc型アームのキャビネット6020にしっかりと取付けられる。アダプタは、c型アームのキャビネット上のどこかに結合するか、又は床上の車輪の上、典型的にはキャビネット6020若くはキャビネットの車輪(図示せず)の隣に載せることができる。
アダプタがキャビネットに取付けられる場合には、アダプタはそれと共に移動する。双方向矢印6030〜6060(図19Aに示す)の方向において、アダプタ6010の構成要素の移動はc型アームの類似の構成要素のものと同じである。
図19Aは、双方向矢印6030〜6060の方向を有する図19のシステムの側面図である。
例えば、アダプタ6010の構成要素6031がc型アームの構成要素6032に連結され、c型アームの部分6032が移動するときはいつでも、アダプタの構成要素6031はそれに追随し、c型アームの構成要素6032に対するその相対的な位置を維持する。同様に、コリメータ5920を保持するc型アームの各構成要素は、それと連結するアダプタ6010内に類似の構成要素を有し、それと共に移動して相対的な位置を維持する。
当業者であれば、上述の方法及び技術は、本明細書において、上記で例として言及した構成及び方法に限定されないことを認識するであろう。これらは、例として与えたものであり、別々に説明された様々の実施形態の組合せを含んだ特定の設計及び設計の生成において実施される一連の技術に応じた他の構成及び方法を用いて、最終結果を最適化することができる。
本明細書において上記の実施形態は例証としてのみ説明したものであり、本発明の限定された範囲を指定するものではない。
本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によってのみ定められる。

Claims (17)

  1. 検出器の入力表面に概ね平行に取付けられるように適合された少なくとも3つのプレートを備えたコリメータであって、前記プレートはそれらの間に完全に透過性の間隙を形成し、各々のプレートは、前記間隙の側面を形成する第1縁部、及び、近接するプレートの前記第1縁部に隣接する第2縁部を備え、
    各々のプレートは第1プレートとして定められることができ、
    前記第1プレートは、前記第1プレートの第1縁部に対して第1方向に移動するように構成され、前記第1プレートに近接するプレートは、前記近接するプレートの第1縁部に対して第2方向に移動するように構成され、
    前記少なくとも3つのプレートの少なくとも1つのプレートの第1縁部によって形成される前記間隙の側面の位置、及び、前記少なくとも3つのプレートの少なくとも1つの他のプレートの第1縁部によって形成される前記間隙の側面の位置は、互いに独立して変更することができる、
    コリメータ。
  2. 複数フレーム撮像システムであって、
    放射線源と、
    入力エリアを有する検出器と、
    検出された画像を表示するように構成されたモニタと、
    表示された画像上の対象の少なくとも1つのROI(関心領域)を決定するための手段と、
    前記少なくとも1つのROIにしたがって前記間隙を修正するための手段を備える、請求項1に記載のコリメータと、
    を備えるシステム。
  3. 前記検出器と前記モニタとの間に接続された画像処理ユニットであって、前記少なくとも1つのROIの中の少なくとも1つの画像部分により、前記モニタの上に表示された検出された画像を最適化するように構成された画像処理ユニットをさらに備える、請求項2に記載のシステム。
  4. 前記少なくとも1つのROIを決定するための前記手段は、グラフィカルユーザインタフェース(GUI)を備える、請求項3に記載のシステム。
  5. 前記GUIは、検出された画像を表示するための手段、並びに前記少なくとも1つのROIの形状及び位置を決定するための手段を備える、請求項4に記載のシステム。
  6. 前記少なくとも1つのROIの形状及び位置を決定するための前記手段は、スライダを備える、請求項5に記載のシステム。
  7. 前記少なくとも1つのROIの形状及び位置を決定するための前記手段は、描画ツールを備える、請求項5に記載のシステム。
  8. 前記描画ツールは、少なくとも1つの領域の周りを囲む形状をマーク付けするように構成される、請求項7に記載のシステム。
  9. 前記描画ツールは、少なくとも1つの線でマーク付けするように構成され、前記少なくとも1つのROIの形状及び位置を決定するための前記手段は、前記少なくとも1つの線で周りを囲む形状を計算するための手段を備える、請求項7に記載のシステム。
  10. 前記GUIは、前記決定された少なくとも1つのROIを回転するための手段をさらに備える、請求項5に記載のシステム。
  11. x線照射エリアの画像の中のROI(関心領域)の表示形状を制御する方法であ
    複数フレーム撮像システムを準備するステップであって、前記複数フレーム撮像システムは、
    x線源と、
    入力エリアを有する検出器と、
    関心領域(ROI)を決定するための手段と、
    前記x線源によって照射された前記入力エリアの選択された部分の上に、少なくとも1つのROIを投影するための手段を備えたコリメータと、を備え、
    前記コリメータは検出器の入力表面に概ね平行な平面内に取付けられた少なくとも3つのプレートを備え、前記プレートはそれらの間に完全に透過性の間隙を形成し、各々のプレートは前記間隙の側面を形成する第1縁部、及び、近接するプレートの前記第1縁部に隣接する第2縁部を備え、
    前記少なくとも3つのプレートの少なくとも1つのプレートの第1縁部によって形成される前記間隙の側面の位置、及び、前記少なくとも3つのプレートの少なくとも1つの他のプレートの第1縁部によって形成される前記間隙の側面の位置は、互いに独立して変更することができる、ステップと、
    ROIを決定するステップと、
    第1プレートを前記平面内で、前記第1プレートの第1縁部に対して第1方向に移動させること、及び、前記近接するプレートを、前記近接するプレートの第1縁部に対して第2方向に移動させることによ決定された前記ROIにしたがって前記間隙の位置及び形状のうちの少なくとも1つを決定するステップであって、前記第1プレートの第1縁部に対する前記第1方向は、前記近接するプレートの第1縁部に対する前記第2方向とは異なる、ステップと、
    を含む方法。
  12. 前記複数フレーム撮像システムは、前記少なくとも1つのROIを決定するためのグラフィカルユーザインタフェース(GUI)をさらに備える、請求項11に記載の方法。
  13. 検出された画像を表示して、前記少なくとも1つのROIの形状及び位置を決定するために、前記GUIを使用するステップをさらに含む、請求項12に記載の方法。
  14. 前記少なくとも1つのROIの位置及び形状を決定する前記ステップは、スライダを移動させるステップを含む、請求項13に記載の方法。
  15. 前記少なくとも1つのROIの位置及び形状を決定する前記ステップは、少なくとも1つの領域で周りを囲む形状を描画するステップを含む、請求項13に記載の方法。
  16. 前記少なくとも1つのROIの位置及び形状を決定する前記ステップは、少なくとも1つの線を描画するステップ、及び前記少なくとも1つの線で周りを囲む形状を計算するステップを含む、請求項13に記載の方法。
  17. 前記決定された少なくとも1つのROIを回転するステップをさらに含む、請求項13に記載の方法。
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