KR101529616B1 - 편심 영상을 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

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패트릭 에이. 헬름
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러셀 스탠턴
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메드트로닉 내비게이션, 인코퍼레이티드
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Abstract

영상 시스템으로 대상의 이미지 데이터를 획득하기 위한 시스템과 방법이 제공된다. 시스템은 영상 시스템의 등선량 중심점을 따라 위치될 수 있는, 대상의 적어도 일부를 완전히 환상으로 둘러싸는 갠트리를 포함할 수 있다. 시스템은 로터 상의 갠트리 내에 위치되고 갠트리에 대하여 이동가능한 소스 및 검출기를 포함할 수 있다. 시스템은 영상 시스템의 등선량 중심점의 대상의 일부의 이미지 데이터를 획득하기 위하여 소스, 검출기 및 로터가 원하는 모션 프로파일로 이동하도록 야기하는 각각의 소스, 검출기, 로터의 이동 데이터를 설정하는 이동 제어 모듈을 포함할 수 있다.

Description

편심 영상을 위한 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR OFF-CENTER IMAGING}
본 발명은 대상을 영상화하는 것에 관한 것으로서, 특히 영상 장치(imaging device)의 등선량 중심점(isocenter)으로부터 편심(off-center)된 환자의 일부의 이미지를 발생시키는 것에 관한 것이다.
본 섹션은 반드시 종래 기술은 아닌 본 발명과 관련된 배경 기술을 제공한다.
인간 환자와 같은, 대상은 환자의 인체구조를 바로잡고 증대시키기 위한 외과 수술을 받도록 선택하거나 요구될 수 있다. 인체구조의 증대(augmentation)는 골의 이동과 증대, 이식가능한 장치들의 삽입, 또는 다른 적절한 수술들과 같은, 다양한 수술들을 포함할 수 있다. 의사는 자기 공명 영상(MRI) 시스템, 컴퓨터 단층촬영(CT) 시스템, 형광투시법(예를 들면, C-암(C-Arm, 이하 C-Arm으로 표기) 영상 시스템들), 또는 다른 적절한 영상 시스템들과 같은 영상 시스템들을 사용하여 획득될 수 있는 환자의 이미지로 대상에 대한 수술을 실행할 수 있다.
환자의 이미지들은 의사가 수술의 계획 및 수술의 실행을 포함하는 수술을 실행하는데 도움을 줄 수 있다. 의사는 환자의 2차원 이미지 또는 3차원 입체 이미지 표현을 선택할 수 있다. 이미지들은 의사가 수술을 실행할 때 위에 놓인 조직(피부 및 근육 조직을 포함하여)을 제거하지 않고 환자의 인체구조를 관찰하도록 허용함으로써 덜 외과적인 기술로 수술을 실행하는데 도움을 준다.
본 섹션은 본 발명의 일반적인 요약을 제공하나, 그것의 전체 범위 또는 모든 특징들의 포괄적인 내용은 아니다.
다양한 실시 예들에 따라, 영상 시스템으로 대상의 이미지 데이터를 획득하기 위한 시스템이 제공된다. 시스템은 대상의 적어도 일부를 완전히 환상으로(annularly) 둘러싸는 갠트리(gantry)를 포함한다. 대상은 영상 시스템의 등선량 중심점을 따라 위치될 수 있다. 시스템은 갠트리 내에 위치되고 갠트리에 대하여 이동가능한 소스(source)를 포함할 수 있다. 소스는 적어도 하나의 펄스를 출력하기 위한 신호에 반응할 수 있다. 시스템은 검출된 적어도 하나의 펄스를 기초로 하여 검출기 데이터를 설정하는 검출기 제어 모듈, 및 갠트리 내에 위치되고 갠트리 내에서 이동가능한 로터를 포함할 수 있다. 소스와 검출기는 실질적으로 서로 반대편에 위치하기 위하여 로터에 결합될 수 있다. 소스와 검출기는 로터에 대하여 이동가능하다. 시스템은 소스를 위한 신호를 설정하고 검출기 데이터를 수신하는 이미지 제어 모듈을 포함할 수 있다. 이미지 제어 모듈은 검출기 데이터를 기초로 하여 이미지 데이터를 재구성하도록 작동할 수 있다. 시스템은 영상 시스템의 등선량 중심점의 대상의 일부의 이미지 데이터를 획득하기 위하여 소스, 검출기 및 로터가 원하는 모션 프로파일(motion profile)로 이동하도록 하는 각각의 소스, 검출기 및 로터를 위한 이동 데이터를 설정하는 이동 제어 모듈을 포함할 수 있다.
또한 영상 시스템으로 대상의 이미지 데이터를 획득하기 위한 방법이 제공된다. 방법은 대상의 적어도 일부를 완전히 환상으로 둘러싸도록 작동할 수 있는 갠트리를 제공하는 단계를 포함할 수 있는데, 대상은 영상 시스템의 등선량 중심점을 따라 위치될 수 있다. 영상 시스템은 갠트리 내에 위치되고 갠트리에 대하여 이동가능한 로터와 결합되는 소스 및 검출기를 포함할 수 있다.
방법은 영상 시스템의 등선량 중심점으로부터 편심된 대상의 일부의 이미지 데이터를 획득하기 위한 요청을 제공하는 적어도 하나의 사용자 입력을 수신하는 단계, 및 편심 이미지 데이터를 획득하기 위하여 사용자 입력을 기초로 하여, 갠트리 내의 소스, 검출기 및 로터를 위한 이동 데이터를 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 또한 이동 데이터를 기초로 하여 로터에 대하여 소스를 이동시키는 단계, 및 이동 데이터를 기초로 하여 로터에 대하여 검출기를 이동시키는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 또한 이동 데이터를 기초로 하여 갠트리에 대하여 로터를 회전시키는 단계, 및 소스로 적어도 하나의 펄스를 출력하는 단계를 포함하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 또한 검출기로 적어도 하나의 펄스를 수신하는 단계, 및 검출기에 의해 수신된 적어도 하나의 펄스를 기초로 하여, 대상의 이미지를 재구성하는 단계를 포함할 수 있다.
또한 영상 시스템으로 대상의 이미지 데이터를 획득하기 위한 방법이 제공된다. 방법은 대상의 적어도 일부를 완전히 환상으로 둘러싸도록 작동할 수 있는 갠트리를 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 대상은 영상 시스템의 등선량 중심점을 따라 위치될 수 있으며, 영상 시스템은 갠트리 내에 위치되고 갠트리에 대하여 이동가능한 로터와 결합되는 소스 및 검출기를 포함할 수 있다. 방법은 영상 시스템의 등선량 중심점을 따라 대상의 일부의 이미지 데이터를 획득하기 위한 요청을 제공하는 제 1 사용자 입력을 수신하는 단계, 및 대상의 일부의 초기 이미지 데이터를 획득하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 또한 대상의 일부의 초기 이미지 데이터를 디스플레이 상에 디스플레이하는 단계, 및 디스플레이된 초기 이미지 데이터를 기초로 하여 영상 장치의 등선량 중심점으로부터 편심된 대상의 일부의 편심 이미지 데이터를 수집하기 위한 요청을 포함하는 제 2 사용자 입력을 수신하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 편심 이미지 데이터를 획득하기 위하여 제 2 사용자 입력을 기초로 하여, 갠트리 내의 소스, 검출기 및 로터를 위한 이동 데이터를 결정하는 단계, 및 이동 데이터를 기초로 하여 로터에 대하여 소스를 회전시키는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 이동 데이터를 기초로 하여 로터에 대하여 검출기를 회전시키는 단계, 및 이동 데이터를 기초로 하여 갠트리에 대하여 로터를 회전시키는 단계를 포함할 수 있다.
또 다른 적용의 영역들은 여기서 제공되는 설명으로부터 자명할 것이다. 본 발명의 요약의 설명 및 특정 실시 예들은 단지 예시의 목적을 위한 것이며 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 의도되어서는 안 된다.
여기에 설명되는 도면들은 모든 가능한 구현들이 아닌 선택된 실시 예들의 예시의 목적을 위한 것이며, 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 의도되어서는 안 된다.
도 1은 제 1 위치에서 영상 시스템의 소스와 검출기를 갖는, 수술실에서의 바람직한 영상 시스템의 전개 개략도(environmental view)이다.
도 2는 제 2 위치에서 영상 시스템의 소스와 검출기를 갖는, 도 1의 영상 시스템의 개략도이다.
도 3은 도 1의 영상 시스템으로의 사용을 위한 바람직한 컴퓨팅 시스템의 개략도이다.
도 4는 다양한 실시 예들에 따른 편심 이미지 제어 모듈을 구현하기 위한 시스템을 설명하는 단순화된 블록 다이어그램이다.
도 5는 도 4의 편심 이미지 제어 모듈에 의해 실행되는 바람직한 제어 시스템을 설명하는 데이터플로 다이어그램이다.
도 6은 편심 이미지 제어 모듈에 의해 실행되는 방법을 설명하는 플로차트이다.
도 7은 제 3 위치에서 영상 시스템의 소스와 검출기를 갖는, 도 1의 영상 시스템의 개략도이다.
도 8은 제 4 위치에서 영상 시스템의 소스와 검출기를 갖는, 도 1의 영상 시스템의 개략도이다.
도 9는 제 5 위치에서 영상 시스템의 소스와 검출기를 갖는, 도 1의 영상 시스템의 개략도이다.
도 10a는 도 1의 영상 시스템에 의해 획득된 전-후방 이미지의 예시도이다.
도 10b는 도 1의 영상 시스템에 의해 획득된 측면 이미지의 예시도이다.
도 11a는 도 10a의 전-후방 이미지 상에 선택된 흥미 있는 선택된 위치의 예시적인 도해이다.
도 11b는 도 10b의 전-후방 이미지 상에 선택된 흥미 있는 선택된 위치의 예시적인 도해이다.
도 12는 도 1의 영상 시스템을 위한 예시적인 모션 프로파일이다.
도 13a는 도 10a로부터 선택된 흥미 있는 위치를 기초로 하여 재구성된 이미지의 예시적인 도해이다.
도 13b는 지정된 선택된 관심 위치 없이 재구성된 이미지의 예시적인 도해이다.
이하 설명은 단지 현실적으로만 바람직하다. 도면들을 통하여, 상응하는 참조 번호들을 같거나 또는 상응하는 부품들 및 특징을 표시한다는 것을 이해하여야 한다. 위에 나타낸 것과 같이, 본 발명은 미국 콜로라도주 루이빌에 사업장을 둔 Medtronic Navigation사에 의해 판매되는 O-암(O-Arm, 이하 O-Arm으로 표기)
Figure 112013098164758-pct00001
영상 시스템과 같은, 영상 장치를 위한 편심 영상에 관한 것이다. 그러나, 본 발명은 C-arm 영상 장치와 같은, 어떠한 적절한 영상 장치에도 적용될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 또한, 여기서 사용되는 것과 같이, 용어 "모듈"은 하나 또는 그 이상의 소프트웨어 또는 펌웨어 프로그램, 조합 논리 회로, 및/또는 설명된 기능을 제공하는 다른 적절한 소프트웨어, 펌웨어 프로그램들 또는 컴포넌트들을 실행하는 컴퓨팅 장치, 주문형 반도체(application specific integrated circuit, ASIC), 전자 회로, 프로세서(공유, 전용, 또는 그룹) 및 메모리에 의해 액세스될 수 있는 컴퓨터 판독가능 매체를 언급할 수 있다.
도 1을 참조하면, 수술실(10)에서, 사용자(12)와 같은 사용자는 환자(14)에 대한 수술을 실행할 수 있다. 수술을 실행하는데 있어서, 사용자(12)는 수술을 실행하기 위하여 환자(14)의 이미지 데이터를 획득하기 위한 영상 시스템(16)을 사용할 수 있다. 환자(14)로부터 획득한 이미지 데이터는 여기에 개시된 것들을 포함하는, x-선 영상 시스템으로 획득된 이차원 투영(projection)들을 포함할 수 있다. 그러나, 또한 여기에 개시된 것과 같이, 입체 모델의 2차원 전방 투영들이 또한 발생될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
일 실시 예에서, 모델은 획득된 이미지 데이터를 사용하여 발생될 수 있다. 모델은 또한 여기서 뒤에 설명되는 것과 같이, 대수적 반복 기술들을 포함하는, 다양한 기술들을 사용하여 획득된 이미지 데이터를 기초로 하여 발생되는 3차원 입체 모델일 수 있다. 표시된 이미지 데이터(18)는 디스플레이 장치(20) 상에 표시될 수 있으며, 부가적으로, 여기서 상세히 설명될 것과 같이, 영상 컴퓨팅 시스템(32)과 관련된 디스플레이(32a) 상에 표시될 수 있다. 표시된 이미지 데이터(18)는 2차원 이미지, 3차원 이미지, 또는 시간 변경식 4차원 이미지일 수 있다. 표시된 이미지 데이터(18)는 또한 획득된 이미지 데이터, 발생된 이미지 데이터, 둘 모두, 또는 두 이미지 데이터 형태들의 병합을 포함할 수 있다.
환자(14)로부터 획득된 이미지 데이터는 예를 들면, x-선 영상 시스템으로, 2차원 투영들로서 획득될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 2차원 투영들은 그리고 나서 환자(14)의 3차원 입체 이미지 데이터를 재구성하도록 사용될 수 있다. 또한 이론적 또는 전방 2차원 투영들은 3차원 입체 이미지 데이터로부터 발생될 수 있다. 따라서, 이미지 데이터는 2차원 투영들 또는 3차원 입체 모델들 중 어느 하나 또는 모두일 수 있다는 것이 이해될 것이다.
디스플레이 장치(20)는 컴퓨팅 시스템(22)의 일부분이다. 컴퓨팅 시스템(22)은 다양한 컴퓨터 판독가능 매체를 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨팅 시스템(22)에 의해 액세스될 수 있는 모든 이용가능한 매체일 수 있으며 비활성과 비휘발성 매체 및 제거가능 매체와 비-제거가능 매체 모두를 포함할 수 있다. 예로서, 그러나 이제 한정하지 않고, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체 및 통신 매체를 포함할 수 있다. 저장 매체는 이에 한정되지 않고, RAM, ROM, EEPROM, 플래시 메모리 또는 다른 메모리 기술, CD-ROM, DVD 또는 다른 광학 디스크 저장장치, 자기 카세트, 자기 테이프, 자기 디스크 저장장치 또는 다른 자기 저장 장치들, 혹은 컴퓨터 판독가능 명령들, 소프트웨어, 데이터 구조들, 프로그램 모듈들, 및 다른 데이터를 저장하도록 사용될 수 있고 컴퓨팅 시스템(22)에 의해 액세스될 수 있는 다른 매체를 포함한다. 컴퓨터 판독가능 매체는 직접적으로 또는 인터넷과 같은 네트워크를 통하여 액세스될 수 있다.
일 실시 예에서, 컴퓨팅 시스템(22)은 키보드와 같은 입력 장치(24), 및 컴퓨팅 시스템(22)과 통합될 수 있는 하나 또는 그 이상의 프로세서(26, 하나 또는 그 이상의 프로세서는 다중 처리 코어 프로세서들, 마이크로프로세서들 등을 포함할 수 있다)를 포함할 수 있다. 입력 장치(24)는 터치패드(touchpad), 터치 펜, 키보드, 마우스, 조이스틱, 트랙볼, 무선 마우스, 음향 제어(audible control) 또는 그것들의 조합과 같이, 사용자가 컴퓨팅 시스템(22)과 인터페이스로 접속하는 것을 가능하게 하는 어떠한 적절한 장치를 포함할 수 있다. 게다가, 컴퓨팅 시스템(22)이 여기서는 디스플레이 장치(20)로부터 분리된 입력 장치(24)를 포함하는 것으로 설명되고 도시되나, 컴퓨팅 시스템(22)은 터치패드 또는 태블릿 컴퓨팅 장치를 포함할 수 있으며, 또한 컴퓨팅 시스템(22)은 영상 시스템(16)과 관련된 영상 컴퓨팅 시스템(32)에 내장되거나 또는 그 일부일 수 있다.
데이터 통신이 이미지 데이터(18)를 도해하기 위하여 디스플레이 장치(20)를 구동하도록 허용하기 위하여 컴퓨팅 시스템(22) 및 디스플레이 장치(20) 사이에 커넥션(connection, 28)이 제공될 수 있다.
영상 시스템(16)은 미국 콜로라도주 루이빌에 사업장이 있는 Medtronic Navigation사에 의해 판매되는 O-Arm
Figure 112013098164758-pct00002
영상 시스템을 포함할 수 있다. O-Arm
Figure 112013098164758-pct00003
영상 시스템 또는 선택된 수술 동안에 사용되는 다른 적절한 영상 시스템을 포함하는 영상 시스템(16)은 또한 2009년 5월 13일에 "System And Method For Automatic Registration Between An Image And A subject"라는 발명의 명칭으로 출원된 미국특허출원 제 12/465,206에 설명된다. O-Arm 영상 시스템 또는 다른 적절한 영상 시스템들에 관한 부가적인 설명은 미국특허 제 7,188,988, 7,108,421, 7,106,825, 7,001,045 및 6,940,941에서 설명될 수 있으며, 각각은 여기에 참조로써 통합된다.
O-Arm
Figure 112013098164758-pct00004
영상 시스템(16)은 소스 유닛(source unit, 36)과 검출기(38)가 위치되는, 영상 컴퓨팅 시스템(32)과 영상 갠트리(34)를 포함하는 이동식 카트(mobile cart, 30)를 포함할 수 있다. 도 1을 참조하면, 이동식 카트(30)는 하나의 수술실로부터 다른 수술실로 이동될 수 있으며 갠트리(34)는 여기서 뒤에 설명되는 것과 같이, 이동식 카트(30)에 대하여 이동할 수 있다. 이는 영상 시스템(16)이 자본 지출 또는 고정된 영상 시스템의 전용 공간 없이 다수의 위치 또는 다수의 수술에서 사용될 수 있도록 이동되는 것을 허용한다.
도 2를 참조하면, 갠트리(34)는 영상 시스템(16)의 등선량 중심점을 정의할 수 있다. 이와 관련하여, 갠트리(34)를 통한 중심선(C1)은 영상 시스템(16)의 등선량 중심점 또는 중심, 및 L1과 같은, 갠트리(34)를 통한 다른 라인을 정의할 수 있으며, 영상 시스템(16)의 오프-등선량 중심점 또는 편심으로 고려될 수 있다. 일반적으로, 도 1을 참조하면, 환자(14)는 갠트리(34)의 중심선(C1)을 따라 위치될 수 있으며, 따라서 환자(14)의 세로 축(14)은 영상 장치(16)의 등선량 중심점에 정렬될 수 있다. 영상 장치(16)의 중심선(C1)을 따라 획득된 이미지 데이터는 등선량 중심점 또는 중심 이미지 데이터로 고려될 수 있으며, 오프-등선량 중심점 또는 편심을 따라 획득된 이미지 데이터는 여기서 설명될 것과 같이, 오프-등선량 중심점 또는 편심 이미지 데이터로 고려될 수 있다.
도 3을 참조하면, 그것의 일부 또는 모든 부품이 본 발명의 원리와 함께 사용될 수 있는 영상 컴퓨팅 시스템(32)의 바람직한 실시 예를 도시한 다이어그램이 제공된다. 영상 컴퓨팅 시스템(32)은 다양한 컴퓨터 판독가능 매체를 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독가능 매체는 영상 컴퓨팅 시스템(32)에 의해 액세스될 수 있는 모든 이용가능한 매체일 수 있으며 비활성과 비휘발성 매체 및 제거가능 매체와 비-제거가능 매체 모두를 포함할 수 있다. 예로서, 그러나 이제 한정하지 않고, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체 및 통신 매체를 포함할 수 있다. 저장 매체는 이에 한정되지 않고, RAM, ROM, EEPROM, 플래시 메모리 또는 다른 메모리 기술, CD-ROM, DVD 또는 다른 광학 디스크 저장장치, 자기 카세트, 자기 테이프, 자기 디스크 저장장치 또는 다른 자기 저장 장치들, 혹은 컴퓨터 판독가능 명령들, 소프트웨어, 데이터 구조들, 프로그램 모듈들, 및 다른 데이터를 저장하도록 사용될 수 있고 컴퓨팅 시스템(22)에 의해 액세스될 수 있는 다른 매체를 포함한다. 컴퓨터 판독가능 매체는 직접적으로 액세스되거나 또는 인터넷과 같은 네트워크를 통하여 액세스될 수 있다.
일 실시 예에서, 영상 컴퓨팅 시스템(32)은 디스플레이 장치(32a) 및 시스템 유닛(32b)을 포함한다. 도시된 것과 같이, 디스플레이 장치(32a)는 컴퓨터 비디오 스크린 또는 모니터를 포함한다. 영상 컴퓨팅 시스템(32)은 또한 적어도 하나의 입력 장치(32c)를 포함한다. 시스템 유닛(32b)은 100에서의 확대도에 도시된 것과 같이, 소프트웨어(106) 및 데이터(108)를 포함할 수 있는, 프로세서(102) 및 메모리(104)를 포함할 수 있다.
이러한 실시 예에서, 적어도 하나의 입력 장치(32c)는 키보드를 포함한다. 그러나, 적어도 하나의 입력 장치(32c)는 터치패드, 터치 펜, 키보드, 마우스, 조이스틱, 트랙볼, 무선 마우스, 음향 제어 또는 그것들의 조합과 같이, 사용자가 영상 컴퓨팅 시스템(32)과 인터페이스로 접속하는 것을 가능하게 하는 어떠한 적절한 장치를 포함할 수 있다. 게다가, 영상 컴퓨팅 시스템(32)이 여기서는 디스플레이 장치(20)로부터 분리된 디스플레이 장치(32a)를 갖는 시스템 유닛(32b)을 포함하는 것으로 설명되고 도시되나, 영상 컴퓨팅 시스템(32)은 터치패드 또는 태블릿 컴퓨팅 장치 또는 사용자 디스플레이(20)를 포함할 수 있다.
도 4-9와 관련하여 설명될 것과 같이, 영상 컴퓨팅 시스템(32)은 독립적으로 편심 이미지 제어 모듈(110)을 통한 편심 이미지 데이터 획득을 가능하게 하는 소스(36), 검출기(38) 및 로터(40)의 이동, 위치, 및 조정을 제어할 수 있으며, 이는 각각 메모리(104) 내에 저장될 수 있고 프로세서(102)에 의해 액세스될 수 있다. 데이터 통신이 이미지 데이터(18)를 나타내도록 디스플레이 장치(32a)를 구동하는 것을 허용하기 위하여 프로세서(102) 및 디스플레이 장치(32a) 사이에 커넥션(connection)이 제공될 수 있다.
간단히 설명하여, 도 1 및 2를 참조하면, 소스 유닛(36)은 검출기(38)에 의해 검출되도록 환자(14)를 통하여 x-선들을 방출할 수 있다. 통상의 지식을 가진 자들이 이해할 수 있는 것과 같이, 소스(36)에 의해 방출되는 x-선들은 원뿔형으로 방출될 수 있고 검출기(38)에 의해 검출된다. 소스(36) 및 검출기(38)는 일반적으로 갠트리(34) 내에 정반대로 위치되고 환자(14) 주위의 갠트리(34) 내에서 이동할 수 있도록 하기 위하여 각각 로터(40)에 결합될 수 있다. 따라서, 검출기(38)는 일반적으로 화살표(39) 방향으로 환자(14) 주위를 360o 회전하여 이동할 수 있으며, 소스(36)는 소스(36)가 일반적으로 검출기(38)에 180o 떨어져 반대편에 남아 있는 것과 같이 검출기(38)와 협력하여 이동할 수 있다.
게다가, 도 2를 참조하면, 소스(36)가 로터(40) 및 검출기(38)에 대하여 그것의 초점(focal spot, P) 주위에 제어가능하게 회전될 수 있는 것과 같이, 소스(36)는 로터(40)에 회전하여 장착될 수 있으며 액츄에이터에 의해 제어될 수 있다. 소스(36)를 제어가능하게 회전시킴으로써, x-선들의 궤도는 환자(14)가 갠트리(34)에 대하여 위치를 바꾸는 것이 필요하지 않고 환자(14)에 대하여 각이 지거나 변경될 수 있다. 또한, 검출기(38)는 화살표(T1) 방향으로, 로터(40)에 대하여 원호(arc) 주위를 이동할 수 있다. 일 실시 예에서, 검출기(38)는 소스(36)의 초점 주위를 회전할 수 있으며, 따라서 소스(36) 및 검출기(38)는 동일한 각 주위를 회전할 수 있다. 검출기(38)가 소스(36)와 동일한 각도로 회전할 수 있기 때문에, 검출기(38)는 원하는 어떠한 회전 각도에서도 소스(36)에 의해 방출되는 x-선들을 검출할 수 있으며, 이는 여기서 뒤에 설명될 것과 같이, 편심 이미지 데이터의 획득을 가능하게 할 수 있다. 로터(40)는 원하는 이미지 데이터(중심 상의 또는 편심 상의)를 획득하는데 필요한 만큼 갠트리(34) 주위를 회전할 수 있다. 소스(36), 검출기(38) 및 로터(40)의 이동 메커니즘에 관한 부가적인 상세설명이 미국특허 제 7,108,421에 개시되며, 이는 여기에 참조로써 통합된다.
도 1을 참조하면, 갠트리(34)는 환자 지지대 또는 테이블(15) 상에 위치될 수 있는, 환자(14)에 대하여, 일반적으로 화살표(41) 방향으로 등각으로 흔들릴 수 있다(또한 여기서 등각-진동(iso-sway)으로 언급되는). 갠트리(34)는 또한 환자(14)에 대하여 소스(36)/검출기(38)의 위치결정(positioning)을 허용하기 위하여 화살표(42)에 의해 도시된 환자에 대하여 기울어질 수 있고, 환자(14)와 이동식 카트(30)에 대하여 라인(44)을 따라 세로로 이동할 수 있으며, 일반적으로 이동식 카트(30)에 대하여 라인(46)을 따라 아래위로 그리고 환자(14)에 가로로 이동할 수 있으며 일반적으로 환자(14)에 대하여 화살표(48) 방향으로 수직으로 이동할 수 있다.
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영상 시스템(16)은 환자(14)의 정밀한 이미지 데이터를 발생시키기 위하여 환자(14)에 대하여 소스(36)와 검출기(38)를 이동시키도록 영상 컴퓨팅 시스템(32)에 의해 정밀하게 제어될 수 있다. 게다가, 영상 시스템(16)은 영상 시스템(16)으로부터 프로세서(26)로의 유선 또는 무선 커넥션 혹은 물리적 매체 전달을 포함할 수 있는 커넥션(50)을 통하여 프로세서(26)에 연결될 수 있다. 따라서 영상 시스템(16)으로 수집된 이미지 데이터는 또한 내비게이션, 디스플레이, 재구성 등을 위하여 영상 컴퓨팅 시스템(32)으로부터 컴퓨팅 시스템(22)으로 전달될 수 있다.
간단히 설명하여, 도 1을 참조하면, 다양한 실시 예들에 따라, 영상 시스템(16)은 비내비게이션 수술(unnavigated procedure)수술 또는 내비게이션 수술과 함께 사용될 수 있다. 내비게이션 수술에서, 광학 로컬라이저(optical localizer, 60) 및 전자기 로컬라이저(62) 중의 어느 하나 또는 모두를 포함하는, 로컬라이저가 필드를 발생시키고 환자(14)에 대한 내비게이션 도메인 내의 신호를 수신하거나 송신하도록 사용될 수 있다. 만일 원하면, 내비게이션 수술의 실행과 관련된 부품들이 영상 장치(16) 내에 통합될 수 있다. 환자(14)에 대한 내비게이션 공간 또는 내비게이션 도메인은 내비게이션 도메인 내에 정의되는 내비게이션 공간 및 이미지 데이터(18)에 의해 정의되는 이미지 공간의 등록을 허용하기 위하여 이미지 데이터(18)로 등록될 수 있다. 환자 추적기 또는 동적 참조 프레임(64)은 이미지 데이터(18)로 환자(14)의 동적 등록 및 등록의 유지를 허용하기 위하여 환자(14)에 연결될 수 있다.
그리고 나서 내비게이션 수술을 허용하기 위하여 기구(instrument, 66)가 환자(14)에 대하여 추적할 수 있다. 기구(66)는 광학 로컬라이저(60) 또는 전자기 로컬라이저(62) 중의 어느 하나 또는 모두로 기구(66)의 추적을 허용하기 위하여 광학 추적 장치(optical tracking device, 68) 및/또는 전자기 추적 장치(70)를 포함할 수 있다. 기구(66)는 전자기 로컬라이저(62) 및/또는 광학 로컬라이저(60)와 통신할 수 있는, 내비게이션 인터페이스 장치(74)를 갖는 통신 라인(72)을 포함할 수 있다. 각각 통신 라인(72, 78)을 사용하여, 내비게이션 인터페이스 장치(74)는 통신 선(80)을 갖는 프로세서(26)와 통신할 수 있다. 커넥션들 또는 통신 라인들(28, 50, 76, 78, 또는 80)은 유선, 무선, 물리적 매체 전송 또는 이동, 혹은 다른 적절한 통신일 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 그럼에도 불구하고, 수술을 실행하기 위하여 이미지 데이터(18)에 대한 도해를 허용하기 위하여 환자(14)에 대하여 기구(66)의 추적을 허용하도록 적절한 통신 시스템들에 각각의 로컬라이저들이 제공될 수 있다.
기구(66)는 수술 기구 및/또는 임플란트일 수 있다는 것이 이해될 것이다. 임플란트들은 심실(ventricular) 또는 혈관 스텐트(stent), 척추 임플란트, 신경용 스텐트 등을 포함할 수 있다. 기구(66)는 뇌심부(deep brain) 또는 신경 자극기, 제거 장치 또는 다른 적절한 기구와 같은 수술 기구일 수 있다. 기구(66)의 추적은 환자(14) 내의 기구(66)의 직접적인 관찰 없이 등록된 이미지 데이터(18)의 사용으로 환자(14)에 대한 기구(66)의 위치의 관찰을 허용한다. 예를 들면, 기구(66)는 이미지 데이터(18) 상에 중첩된 아이콘으로 생생하게 도시될 수 있다.
또한, 영상 시스템(16)은 각각 광학 로컬라이저(60) 또는 전자기 로컬라이저(62)로 추적할 수 있는 광학 추적 장치(82) 또는 전자기 추적 장치(84)와 같은, 추적 장치를 포함할 수 있다. 추적 장치(82, 84)는 선택된 참조 프레임에 대하여 소스(34), 검출기(38), 로터(40) 및/또는 갠트리(34)의 위치를 결정하기 위하여 소스(36), 검출기(38), 로터(40), 갠트리(34), 또는 영상 시스템(16)의 다른 적절한 부품과 직접적으로 관련될 수 있다. 도시된 것과 같이, 추적 장치(82, 84)는 갠트리(34)의 하우징의 외부 상에 위치될 수 있다. 따라서, 영상 시스템(16)은 기구(66)가 이미지 데이터(18)에 대하여 환자(14)의 초기 등록, 자동 등록 또는 연속 등록을 허용할 수 있는 한 환자에 대하여 추적할 수 있다. 등록 및 내비게이션 수술들은 위의 통합된 미국특허출원 제 12/465,206에서 설명된다.
도 4를 참조하면, 단순화된 블록 다이어그램은 다양한 실시 예들에 따른 편심 이미지 제어 모듈(110)을 구현하기 위한 바람직한 시스템(114)을 개략적으로 도시한다. 일 실시 예에서, 편심 이미지 제어 모듈(110)은 영상 시스템(16)의 영상 컴퓨팅 시스템(32)에 의해 구현될 수 있다. 편심 이미지 제어 모듈(110)은 이미지 제어 모듈(116) 및 이동 제어 모듈(118)을 포함할 수 있다.
이미지 제어 모듈(116)은 입력 장치(32c)로부터 사용자 입력 데이터(117)를 수신할 수 있으며 디스플레이(32a)로 이미지 데이터(18)를 출력할 수 있다. 여기서 디스플레이는 디스플레이 장치(32a)를 포함하는 것으로 도시되고 설명되나, 영상 컴퓨팅 시스템(32)은 이미지 데이터(18)를 디스플레이 장치(20)로 출력할 수 있다는 것에 유의하여야 한다. 사용자 입력 데이터(117)는 환자(14)의 초기 이미지들을 획득하기 위한 요청을 포함할 수 있으며, 또한 여기서 설명될 것과 같이, 추가적인 영상에 흥미 있는 선택된 영역을 포함할 수 있다. 사용자 입력 데이터(117)를 기초로 하여, 이미지 제어 모듈(116)은 이동 제어 모듈(118)에 대한 신호(119)를 설정할 수 있다. 신호(119)는 이미지 데이터의 획득을 위하여 환자(14) 상의 선택된 위치를 포함할 수 있다.
이미지 제어 모듈(16)은 또한 소스 신호(120)를 소스(36)로 송신할 수 있다. 소스 신호(120)는 적어도 하나 또는 그 이상의 x-선 펄스들(122a...122n)을 출력하거나 방출하기 위하여 소스(36)를 위한 신호를 포함할 수 있다. 이미지 제어 모듈(116)은 또한 입력으로서 검출기(38)에 의해 검출되는 x-선 펄스들(122a...122n)을 포함할 수 있는, 검출기 신호(124)를 포함할 수 있다. 수신된 x-선 펄스들(122a...122n)을 기초로 하여, 이미지 제어 모듈(116)은 이미지 데이터(18)를 발생시킬 수 있다.
이와 관련하여, 이미지 제어 모듈(116)은 환자(14)의 흥미 있는 영역의 초기 3차원 모델의 자동 재구성을 실행할 수 있다. 3차원 모델의 재구성은 최적화를 위한 대수적 기술을 사용하는 것과 같이, 어떠한 적절한 방법으로 실행될 수 있다. 적절한 대수적 기술들은 기대값 최대화(expectation maximation), 순차적 하위집합 기대값 최대화(ordered subset EM, OS-EM), 동시 대수적 재구성 기술(Simultaneous Algebraic Reconstruction Technique, SART) 및 총 변이 최소화(total variation minimization)를 포함한다. 2차원 투영들을 기초로 하는 3차원 입체 재구성의 실행으로의 적용은 효율적이고 완전한 입체 재구성을 허용한다.
일반적으로, 대수적 기술은 이미지 데이터로서의 디스플레이를 위하여 환자(14)의 재구성을 실행하기 위한 반복 과정을 포함할 수 있다. 예를 들면, "이론적인" 환자의 환추 또는 양식화된 모델을 기초로 하거나 또는 이로부터 발생되는 것과 같은, 순수하거나 또는 이론적인 이미지 데이터 투영은 이론적인 투영 이미지들이 환자(14)의 획득된 2차원 투영 이미지 데이터와 일치할 때까지 반복적으로 변경될 수 있다. 그리고 나서, 양식화된 모델은 대략으로 선택된 환자(14)의 획득된 2차원 투영 이미지 데이터의 3차원 입체 재구성 모델로서 변경될 수 있으며 내비게이션, 진단, 또는 계획과 같은, 외과 수술에 사용될 수 있다. 이와 관련하여, 양식화된 모델은 환자(14)의 인체구조학에 관한 추가적인 상세내용을 제공할 수 있으며, 이는 사용자가 외과 수술을 훨씬 더 효율적으로 계획하는 것을 가능하게 할 수 있다. 이론적인 모델은 이론적인 모델을 구성하기 위한 이론적인 이미지 데이터와 관련된다. 이러한 방법으로, 모델 또는 이미지 데이터(18)는 이미지 시스템(16)으로 환자(14)로부터 획득된 이미지 데이터를 기초로 하여 만들어질 수 있다. 이미지 제어 모듈(116)은 디스플레이 장치(32a)로 이미지 데이터를 출력할 수 있다.
이동 제어 모듈(118)은 입력으로서 이미지 제어 모듈(116)로부터 신호를 수신할 수 있다. 이미지 제어 모듈(116)로부터의 신호를 기초로 하여, 이동 제어 모듈(118)은 로터(40)와 환자(14)에 대하여 소스(36)를 이동시키거나 회전하기 위하여 소스(36)에 대한 이동 신호(126)를 설정할 수 있으며 편심 이미지 제어 모듈(110)은 또한 소스(36)로부터 x-선 빔을 포착하기 위하여 로터(40)와 환자(14)에 대하여 검출기(38)를 이동시키거나 옮기도록 이동 신호(128)를 출력할 수 있다. 일 실시 예에서, 이동 신호(126)는 소스(36)가 회전하기 위하여 0도 및 15도 사이의 각도를 포함할 수 있다. 유사하게, 이동 신호(128)는 검출기(38)가 소스(36)에 대하여 이동하거나, 옮기거나 또는 회전하기 위하여 0도 및 15도 사이의 각도를 포함할 수 있다. 이동 제어 모듈(118)은 또한 로터(40)가 환자(14)에 대하여 갠트리(34) 내에서 로터(40)를 이동시키거나 회전시키기 위한 이동 신호(1130)를 설정할 수 있다. 바꾸어 말하면, 편심 이미지 제어 모듈(110)은 로터(40)가 갠트리(34) 주위를 회전함에 따라 편심 이미지 데이터의 획득을 가능하게 하기 위하여 로터(40)에 대하여 소스(36)와 검출기(38)의 위치를 제어할 수 있다. 일반적으로 로터(40)는 소스(36)와 검출기(38)를 갠트리(34) 내의 환자(14)의 세로 축(14L) 주위를 약 360도 이동시킬 수 있다. 환자(14) 주위의 검출기(38)와 소스(36)는 영상 시스템(16)이 환자(14)에 대하여 복수의 선택된 위치 및 지향에서 이미지 데이터를 획득하도록 하용하는데 최적화될 수 있다.
이와 관련하여, 2차원 투영 이미지 데이터는 도 1, 2, 및 7-9에 도시된 이미지 획득을 위한 소스(36)와 검출기(38)의 모션 프로파일에 도시된 것과 같이, 환자(14) 주위의 소스(36)와 검출기(38)의 실질적으로 환상(annular) 또는 360o 이동에 의해 획득될 수 있다. 로터(40)에 대한 소스(36)와 검출기(38)의 이동 프로파일은 예를 들면, 로터 각의 정현 함수(sinusoidal function)일 수 있다. 또한, 갠트리(34)의 이동 때문에, 소스(36)와 검출기(38)는 순수 원 내에서 이동할 필요가 없으며, 오히려 나사선(spiral helix), 또는 환자(14) 주위에 혹은 환자에 대하여 다른 회전 이동 내에서 이동할 수 있다. 또한, 경로는 갠트리(34), 소스(36) 및 검출기(38)를 함께 포함하는, 영상 시스템(16)의 이동을 기초로 하는 실질적으로 비대칭 및/또는 비선형일 수 있다. 바꾸어 말하면, 경로는 소스(36), 검출기(38) 및 갠트리(34)가 다음의 최적 경로에서 멈추고 방금 왔던 방향으로 다시 이동할 수 있다는(예를 들면 왔다 같다 하는) 점에서 연속적일 필요가 없다. 따라서, 소스(36) 및 검출기(38)는 환자(14) 주위를 완전히 360도 이동할 필요가 없는데 그 이유는 갠트리(34)가 기울어지거나 그렇지 않으면 이동할 수 있고 소스(36)와 검출기(38)는 멈추고 이미 통과한 방향으로 다시 이동할 수 있기 때문이다. 소스(36)와 검출기(38)의 이동에 관한 또 다른 상세설명이 "Systems and Methods for Imaging Large Field-of-View Objects"라는 발명의 명칭으로 2003년 3월 18일에 출원된 미국특허 제 7,108,421에서 발견되며, 이는 여기에 참조로써 통합된다.
따라서, 이동 제어 모듈(118)은 각각의 소스(36), 검출기(38) 및 로터(40)의 이동 파일을 발생시킬 수 있는데, 이는 영상 장치(16)에 대하여 환자(14)의 이동을 요구하지 않고 환자(14) 상의 특별한 인체구조 위치를 위한 이미지 데이터의 획득을 허용할 수 있다. 환자(14) 상의 위치는 선택된 위치가 영상 장치(16)의 등선량 중심점을 따라(또는 환자(14)의 세로 축(14L)을 따라) 위치되는가와 상관없이 3차원 입체 이미지가 원하는 갠트리(34) 내의 환자(14) 상의 어떠한 선택된 위치일 수 있다. 이는 매번 영상 장치(16)의 등선량 중심점에서 환자(14)의 위치를 바꾸는 것을 요구하지 않고 다수의 위치에서 환자(14)의 다수의 이미지의 획득을 허용할 수 있다.
도 5를 참조하면, 데이터플로 다이어그램은 편심 이미지 제어 모듈(110) 내에 내장될 수 있는 이미지 제어 시스템의 다양한 부품들을 도시한다. 편심 이미지 제어 모듈(110)은 디스플레이 장치(32a) 또는 디스플레이 장치(20) 상의 디스플레이를 위하여 이미지 데이터(18)를 발생시키도록 영상 시스템(16)을 제어할 수 있다. 본 발명에 따른 편심 이미지 제어 시스템의 다양한 실시 예들은 편심 이미지 제어 모듈(110) 내에 내장되는 어떠한 수의 서브-모듈들도 포함할 수 있다. 도시된 서브-모듈들은 이미지 데이터(18)를 발생시키기 위하여 결합되거나 및/또는 더 분할될 수 있다. 또한, 편심 이미지 제어 모듈(110)은 프로세서(102) 상에서 구동하는 비-일시적, 기계 판독가능 코드 내에 내장되는 하나 또는 그 이상의 소프트웨어 모듈을 포함할 수 있다. 시스템으로의 입력은 입력 장치(32c), 입력 장치(24)로부터 수신될 수 있거나, 컴퓨팅 시스템(22) 또는 영상 컴퓨팅 시스템(32) 내의 다른 제어 모듈들(도시되지 않음)로부터도 수신될 수 있거나, 및/또는 편심 이미지 제어 모듈(110, 도시되지 않음) 내의 다른 서브-모듈들(도시되지 않음)에 의해 결정될 수 있다.
계속 도 5를 참조하면, 편심 이미지 제어 모듈(110)은 이미지 제어 모듈(116), 이동 제어 모듈(118), 소스 제어 모듈(132), 검출기 제어 모듈(134) 및 로터 제어 모듈(136)을 포함할 수 있다. 이미지 제어 모듈(116)은 입력으로 사용자 입력 데이터(117)를 수신할 수 있다. 사용자 입력 데이터(117)는 입력 장치(32c) 또는 입력 장치(24)로부터 수신되는 입력을 포함할 수 있다. 사용자 입력 데이터(117)는 편심 또는 세로 축(14L)에 위치될 수 있는, 영상 시스템이 환자(14)를 위한 초기 이미지 데이터를 수집하기 위한 요청 및/또는 환자(14)의 특별한 위치의 3차원 입체 이미지를 발생시키기 위한 요청을 포함할 수 있다. 사용자 입력 데이터(117)를 기초로 하여, 이미지 제어 모듈(116)은 소스 제어 모듈(132)을 위한 소스 데이터(140)를 설정할 수 있고 이동 제어 모듈(118)을 위한 위치 데이터(142)를 설정할 수 있다. 소스 데이터(140)는 x-선 펄스들(122)을 출력하기 위한 신호, 또는 영상 시스템(16)을 차단하기(power down) 위한 신호를 포함할 수 있다. 위치 데이터(142)는 영상 장치(16)의 등선량 중심점에 대하여 편심일 수 있는, 3차원 입체 재구성을 위하여 환자(14) 상에 선택된 위치를 포함할 수 있다.
이미지 제어 모듈(116)은 또한 입력으로서 검출기 데이터(144)를 수신할 수 있다. 검출기 데이터(144)는 검출기(38)에 의해 수신되는 x-선 펄스들(122)로부터의 에너지를 포함할 수 있다. 검출기 데이터(144)를 기초로 하여, 이미지 제어 모듈(116)은 이미지 데이터(18)를 발생시킬 수 있으며, 이러한 이미지 데이터를 디스플레이 장치(32a) 또는 디스플레이 장치(20)로 출력할 수 있다.
이동 제어 모듈(118)은 입력으로서 위치 데이터(142)를 수신할 수 있다. 위치 데이터(142)를 기초로 하여, 이동 제어 모듈(118)은 소스 제어 모듈(132)을 위한 소스 이동 데이터, 검출기 제어 모듈(134)을 위한 검출기 이동 데이터(152) 및 로터 제어 모듈(136)을 위한 로터 이동 데이터(154)를 설정할 수 있다. 소스 이동 데이터(150)는 환자(14) 상의 원하는 위치에서 이미지 데이터를 획득하기 위하여 소스(36)가 로터(40)에 대하여 회전하는데 바람직한 각도를 포함할 수 있다. 검출기 이동 데이터(152)는 환자(14) 상의 원하는 위치에서 이미지 데이터를 획득하기 위하여 검출기(38)가 소스(36)와 로터(40)에 대하여 이동하거나 회전하는데 바람직한 각도를 포함할 수 있다. 로터 이동 데이터(154)는 소스(36)와 검출기(38)가 이미지 데이터를 획득하는 것을 가능하도록 하기 위하여 로터(40)가 갠트리(34) 내에서 이동하기 위한 바람직한 이동 프로파일을 포함할 수 있다.
도 5를 계속 참조하면, 소스 제어 모듈(132)은 입력으로서 이미지 제어 모듈(116)로부터 소스 데이터(140)를 그리고 이동 제어 모듈(118)로부터 소스 이동 데이터(150)를 수신할 수 있다. 소스 이동 데이터(150)를 기초로 하여, 소스(36)는 펄스 데이터(146)를 출력할 수 있다. 펄스 데이터(146)는 적어도 하나의 x-선 펄스(122)를 포함할 수 있다.
검출기 제어 모듈(134)은 입력으로서 검출기 이동 데이터(152) 및 검출기 데이터(144)를 수신할 수 있다. 검출기 이동 데이터(152)를 기초로 하여, 검출기(38)는 펄스 데이터(146)를 검출하기 위하여 로터(40)와 소스(38)에 대하여 이동하거나 옮기거나 또는 회전할 수 있다. 검출기 제어 모듈(134)은 이미지 제어 모듈(116)을 위하여 검출기 데이터(144)를 설정할 수 있다.
로터 제어 모듈(136)은 입력으로서 로터 이동 데이터(154)를 수신할 수 있다. 로터 이동 데이터를 기초로 하여, 로터(40)는 원하는 위치에서 이미지 데이터를 획득하기 위하여 원하는 위치로 갠트리(34) 내에서 이동할 수 있다.
도 6을 참조하면, 플로차트 다이어그램이 편심 이미지 제어 모듈(110)에 의해 실행되는 바람직한 방법을 도시한다. 편심 이미지 제어 모듈(110)이 어떠한 원하는 순서 또는 사용자가 요청한 순서로 이미지 데이터를 발생할 수 있기 때문에, 여기에 설명되는 플로차트 다이어그램은 단지 바람직한 실시 예라는 것을 이해하여야 한다. 계속 도 5를 참조하면, 결정 블록 200에서, 방법은 입력 장치(32c)를 통하여 개시(startup) 요청 신호가 수신되었는지를 결정한다. 만일 그렇지 않으면, 방법은 이동한다. 그렇지 않으면, 방법은 블록 202로 진행한다.
블록 202에서, 방법은 환자(14)의 초기 이미지 데이터를 획득한다. 도 10a 및 10b에 도시된 것과 같이, 초기 이미지 데이터는 전-후상(anterior-posterior view, 300) 및 측면상(302)과 같은, 환자(14)의 초기 2차원 이미지들을 포함할 수 있다. 다시 도 6을 참조하면, 블록 204에서, 방법은 이미지 데이터(18)로서 획득된 초기 이미지 데이터를 디스플레이 장치(32a) 또는 디스플레이 장치(20) 상에 출력할 수 있다. 결정 블록 206에서, 방법은 사용자 입력 데이터(117)가 3차원 입체 이미지 데이터를 발생하기 위하여 환자(14) 상의 흥미 있는 특별한 위치를 지정하는, 입력 장치(32c)로부터 수신되었는지를 결정한다. 흥미 있는 위치는 초기 이미지 데이터로부터 선택될 수 있고, 예를 들면, 초기 이미지 데이터의 일부를 입력 장치(32c)로 원을 그리거나 클릭함으로써 선택될 수 있다. 예를 들면, 도 11a 및 11b를 참조하면, 흥미 있는 위치는 이미지 데이터 상에 중첩된 도표 아이콘(304)으로 도시될 수 있다. 만일 흥미 있는 위치가 선택되었으면, 다시 도 6을 참조하면, 방법은 블록 208로 진행한다. 그렇지 않으면, 방법은 블록 204로 진행한다.
블록 208에서, 방법은 로터(40), 소스(36) 및 검출기(38)를 위한 모션 프로파일을 결정한다. 일 실시 예에서, 도 12를 참조하면, 모션 프로파일은 검출기 각도 대 로터 각도의 그래프를 포함할 수 있다. 도 6을 참조하면, 블록 210에서, 방법은 모션 프로파일을 따라 이미지 데이터를 획득한다. 바꾸어 말하면, 방법은 소스(36)에 의해 출력되고 검출기(38)에 의해 검출되는 x-선 펄스들(122)이 환자(14) 상의 선택된 흥미 있는 위치를 위한 3차원 입체 이미지의 재구성에 적합한 이미지 데이터를 제공하도록 하기 위하여 소스(36), 검출기(38) 및 로터(40)의 이동을 제어한다.
이미지 획득을 위하여 모션 프로파일을 따라 소스(36), 검출기(38) 및 로터(40)의 이동의 바람직한 설명이 도 1, 2, 및 7-9에 도시된다. 예를 들면, 도 1에 도시된 것과 같이, 소스(36) 및 검출기(38)는 시작 또는 제 1 위치에 존재할 수 있다. 도 2, 7, 및 8은 편심 이미지 데이터의 발생을 위하여 갠트리(34)에 대하여 소스(36)와 검출기(38)를 위한 바람직한 중간 위치들을 도시한다. 도 9는 편심 이미지 데이터의 획득을 위한 바람직한 제 5 또는 최종 위치를 도시한다.
블록 212에서, 방법은 모션 프로파일을 따라 획득된 이미지 데이터를 기초로 하여 3차원 입체 이미지 데이터(18)를 재구성한다. 선택된 흥미 있는 위치를 기초로 하여 재구성된 바람직한 이미지(310)가 도 13a에 도시된다. 이와 비교하여, 도 13b를 참조하면, 흥미 있는 위치의 선택 없이 재구성된 이미지(312)가 도시된다. 블록 214에서, 방법은 이미지 데이터(18)를 디스플레이 장치(32a) 또는 디스플레이 장치(20)로 출력한다. 결정 블록 216에서, 방법은 입력 장치(32c)를 통하여 사용자에 의해 추가의 이미지들이 요청되는지를 결정할 수 있다. 만일 추가의 이미지들이 요청되면, 그때 방법은 결정 블록 217로 진행할 수 있다. 결정 블록 217에서, 방법은 환자의 새로운 이미지 데이터를 위한 요청이 수신되었는지를 결정한다. 만일 새로운 이미지 데이터를 위한 요청이 수신되었으면, 그때 방법은 블록 212로 진행한다. 그렇지 않으면, 방법은 결정 블록 206으로 진행한다. 결정 블록 218에서, 방법은 입력 장치(32c)를 통하여 출력 차단 요청이 수신되었는지를 결정할 수 있다. 만일 출력 차단 요청이 수신되었으면, 그때 방법은 종료된다. 그렇지 않으면 방법은 결정 블록 216으로 이동할 수 있다.
따라서, 편심 이미지 제어 모듈(110)은 사용자가 환자의 이미지를 획득하는 것을 가능하게 하도록 사용될 수 있으며, 이는 영상 장치(16)에 대하여 환자의 위치를 바꾸지 않고 영상 장치(16)의 등선량 중심점에서 벗어날 수 있다. 이는 매번 환자(14)를 이동시키지 않고 사용자가 다양한 이미지들을 획득하는 것을 가능하게 할 수 있다. 환자(14)를 다양한 위치들로 이동시킬 필요가 없어짐으로써, 영상 과정 동안의 환자 경험이 개선된다.
본 명세서와 도면들에 특정 실시 예들이 설명되었으나, 통상의 지식을 가진 자들은 본 발명의 원리를 벗어나지 않고 다양한 변경들이 만들어질 수 있고 등가물들이 그것들의 구성요소를 대체할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 게다가, 다양한 실시 예들 사이의 특징들, 구성요소들 및/또는 기능들의 혼합과 매칭들이 명백히 고려될 수 있으며 따라서 통상의 지식을 가진 자들은 여기서 달리 설명되지 않는 한, 본 발명으로부터 일 실시 예의 특징들, 구성요소들 및/또는 기능들은 적절하게 또 다른 실시 예와 통합될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 게다가, 본 발명의 본질적인 범위를 벗어나지 않고 본 발명의 특정한 상황 또는 물질을 적용하기 위하여 다양한 변형들이 만들어질 수 있다. 따라서, 본 발명은 도면에 의해 도시되고 명세서에 설명된 특정 실시 예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 범위는 이전의 설명의 범위 내에 포함되는 모든 실시 예를 포함하는 것으로 의도된다.
10 : 수술실
12 : 사용자
14 : 환자
16 : 영상 시스템
18 : 이미지 데이터
20 : 디스플레이 장치
22 : 컴퓨팅 시스템
24 : 입력 장치
26 : 프로세서
28 : 커넥션
30 : 이동식 카트
32 : 영상 컴퓨팅 시스템
32a : 디스플레이
32b : 시스템 유닛
34 : 갠트리
36 : 소스
38 : 검출기
40 : 로터
50 :커넥션
60 : 광학 로컬라이저
62 : 전자기 로컬라이저
64 : 동적 참조 프레임
66 : 기구
74 : 내비게이션 인터페이스 장치
72, 76, 78, 80 : 통신 라인
82, 84 : 추적 장치
102 : 프로세서
104 : 메모리
106 : 소프트웨어
108 : 데이터
110 : 편심 이미지 제어 모듈
116 : 이미지 제어 모듈
117 : 사용자 입력 데이터
118 : 이동 제어 모듈
119 : 신호
120 : 소스 신호
122a...122n : x-선 펄스
132 : 소스 제어 모듈
134 : 검출기 제어 모듈
136 : 로터 제어 모듈
144 : 검출기 데이터
146 : 펄스 데이터
150 : 소스 이동 데이터
152 : 검출기 이동 데이터
154 : 로터 이동 데이터

Claims (20)

  1. 영상 시스템으로 대상의 이미지 데이터를 획득하기 위한 시스템에 있어서,
    상기 대상의 적어도 일부를 완전히 환상으로 둘러싸는 갠트리를 구비하되, 상기 대상은 상기 영상 시스템의 등선량 중심점을 따라 위치되며;
    상기 갠트리 내에 위치되고 상기 갠트리에 대하여 이동가능한 소스를 포함하되, 상기 소스는 적어도 하나의 펄스를 출력하기 위한 신호에 반응하며;
    상기 소스에 의해 방출되는 상기 적어도 하나의 펄스를 검출하기 위하여 상기 갠트리와 소스 내에 위치되고 상기 갠트리와 소스에 대하여 이동가능한 검출기를 포함하며;
    상기 검출된 적어도 하나의 펄스를 기초로 하여 검출기 데이터를 설정하는 검출기 제어 모듈을 포함하며;
    상기 갠트리 내에 위치되고 갠트리 내에서 이동가능한 로터를 구비하되, 상기 소스와 검출기가 선택적으로 서로 반대편에 위치하도록 상기 로터에 결합되고, 상기 소스와 검출기는 상기 로터에 대하여 이동가능하며;
    상기 소스를 위한 신호를 설정하고 상기 검출기 데이터를 수신하는 이미지 제어 모듈을 포함하되, 상기 이미지 제어 모듈은 상기 검출기 데이터를 기초로 하여 이미지 데이터를 재구성하도록 작동가능하며;
    입력 장치를 포함하되, 상기 이미지 제어 모듈은 상기 영상 시스템으로 획득된 제 1 이미지 데이터 내의 적어도 하나의 위치의 선택을 기초로 하여 상기 영상 시스템의 상기 등선량 중심점에서 편심된 상기 대상의 일부를 영상화하기 위하여 적어도 하나의 상기 입력 장치로부터 수신된 사용자 입력 데이터를 기초로 하여 상기 신호를 설정하고; 및
    상기 사용자 입력 데이터에 기반하여 상기 영상 시스템의 등선량 중심점에서 편심된 상기 대상의 일부의 상기 이미지 데이터를 획득하기 위하여 상기 소스, 검출기 및 로터가 원하는 모션 프로파일로 이동하도록 야기하는 각각의 상기 소스, 검출기 및 로터를 위한 이동 데이터를 설정하는 이동 제어 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 소스를 위한 상기 이동 데이터는 상기 소스가 상기 로터에 대하여 회전하기 위한 각도를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 검출기를 위한 상기 이동 데이터는 상기 검출기가 상기 로터에 대하여 회전하기 위한 각도를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 로터를 위한 상기 이동 데이터는 상기 로터가 상기 갠트리 내에서 이동하기 위한 각도를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  5. 제 1항에 있어서, 디스플레이를 더 포함하며, 상기 이미지 제어 모듈은 상기 재구성된 이미지 데이터를 상기 디스플레이로 출력하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서, 상기 갠트리, 소스, 및 검출기는 이동식 카트 상에 장착되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 이미지 제어 모듈은 상기 영상 시스템의 상기 등선량 중심점을 따라 상기 대상의 일부의 상기 제 1 이미지 데이터를 수집하도록 작동할 수 있으며 상기 사용자 입력 데이터는 상기 편심 위치에서 상기 대상의 이미지 데이터를 수집하기 위하여 상기 영상 시스템의 상기 등선량 중심점으로부터 편심된 상기 대상의 제 2 영역의 선택을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 제 2 영역의 상기 이미지 데이터는 상기 영상 시스템에 대하여 환자의 위치를 바꾸지 않고 획득될 수 있도록 작동될 수 있는 것을 특징으로 하는 시스템.
  10. 영상 시스템으로 대상의 이미지 데이터를 획득하기 위한 방법에 있어서,
    상기 대상의 적어도 일부를 완전히 환상으로 둘러싸도록 작동할 수 있는 갠트리를 제공하는 단계를 구비하되, 상기 대상의 적어도 제 1 부는 상기 영상 시스템의 등선량 중심점을 따라 위치되고, 상기 영상 시스템은 상기 갠트리 내에 위치되고 상기 갠트리에 대하여 이동가능한 로터와 결합되는 소스 및 검출기를 포함하는, 단계;
    상기 영상 시스템의 등선량 중심점으로부터 편심되어 위치되는 상기 대상의 제 2 부의 이미지 데이터를 획득하기 위한 요청을 제공하는 적어도 하나의 사용자 입력을 수신하는 단계;
    상기 등선량 중심점으로부터 편심된 상기 대상의 상기 제 2 부의 이미지 데이터를 획득하기 위하여 상기 사용자 입력을 기초로 하여, 상기 갠트리 내의 상기 소스, 검출기 및 로터를 위한 이동 데이터를 결정하는 단계;
    상기 이동 데이터를 기초로 하여 상기 로터에 대하여 상기 소스를 이동시키는 단계;
    상기 이동 데이터를 기초로 하여 상기 로터에 대하여 상기 검출기를 이동시키는 단계;
    상기 이동 데이터를 기초로 하여 상기 갠트리에 대하여 상기 로터를 회전시키는 단계;
    상기 소스로 적어도 하나의 펄스를 출력하는 단계;
    상기 검출기로 적어도 상기 하나의 펄스를 수신하는 단계; 및
    상기 검출기에 의해 수신된 상기 적어도 하나의 펄스를 기초로 하여, 상기 대상의 상기 적어도 제 2 부의 이미지를 재구성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 대상의 상기 재구성된 이미지를 디스플레이 상에 디스플레이하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 10항에 있어서, 상기 적어도 하나의 사용자 입력을 수신하는 단계는:
    상기 영상 장치의 상기 등선량 중심점을 따라 상기 대상의 상기 적어도 제 1부를 위한 초기 이미지 데이터를 요청하는 사용자 입력 신호를 수신하는 단계;
    상기 영상 장치의 상기 등선량 중심점으로부터 편심된 상기 대상의 상기 제 2 부의 이미지 데이터를 획득하기 위한 요청을 제공하는 제 2 사용자 입력 신호를 수신하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 초기 이미지 데이터를 획득하기 위하여 상기 사용자 입력을 기초로 하여, 상기 갠트리 내의 상기 소스, 검출기 및 로터를 위한 이동 데이터를 결정하는 단계; 및
    상기 획득된 초기 이미지데이터를 디스플레이 상에 디스플레이하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 제 2 사용자 입력 신호를 수신하는 단계는 상기 디스플레이 상에 디스플레이되는 상기 초기 이미지 데이터를 기초로 하여 상기 제 2 사용자 입력 데이터를 수신하는 단계를 더 포함하며, 상기 제 2 사용자 입력 데이터는 상기 대상의 상기 제 2 부의 재구성을 허용하기 위하여 편심 이미지 데이터를 수집하도록 상기 초기 이미지 데이터 상의 영역의 선택을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제 10항에 있어서, 상기 이동 데이터를 기초로 하여 상기 로터에 대하여 상기 소스를 이동시키는 단계는 상기 로터에 대하여 원호를 따라 상기 소스를 회전시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제 10항에 있어서, 상기 이동 데이터를 기초로 하여 상기 로터에 대하여 상기 검출기를 이동시키는 단계는 상기 로터에 대하여 원호를 따라 상기 검출기를 회전시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제 10항에 있어서, 상기 이동 데이터를 기초로 하여 상기 갠트리에 대하여 상기 로터를 이동시키는 단계는 상기 갠트리 주위로 상기 로터를 회전시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 영상 시스템으로 대상의 이미지 데이터를 획득하기 위한 방법에 있어서,
    상기 대상의 적어도 일부를 완전히 환상으로 둘러싸도록 작동할 수 있는 갠트리를 제공하는 단계를 구비하되, 상기 대상은 상기 영상 시스템의 등선량 중심점을 따라 위치되고, 상기 영상 시스템은 상기 갠트리 내에 위치되고 상기 갠트리에 대하여 이동가능한 로터와 결합되는 소스 및 검출기를 포함하는, 단계;
    상기 영상 시스템의 등선량 중심점을 따라 상기 대상의 일부의 이미지 데이터를 획득하기 위한 요청을 제공하는 제 1 사용자 입력을 수신하는 단계;
    상기 대상의 일부의 초기 이미지 데이터를 획득하는 단계;
    상기 대상의 일부의 상기 초기 이미지 데이터를 디스플레이 상에 디스플레이하는 단계;
    상기 디스플레이된 초기 이미지 데이터를 기초로 하여 상기 영상 장치의 등선량 중심점으로부터 편심된 상기 대상의 일부의 편심 이미지 데이터를 수집하기 위한 요청을 포함하는 제 2 사용자 입력을 수신하는 단계;
    상기 편심 이미지 데이터를 획득하기 위하여 상기 제 2 사용자 입력을 기초로 하여, 상기 갠트리 내의 상기 소스, 검출기 및 로터를 위한 이동 데이터를 결정하는 단계;
    상기 이동 데이터를 기초로 하여 상기 로터에 대하여 상기 소스를 회전시키는 단계를;
    상기 이동 데이터를 기초로 하여 상기 로터에 대하여 상기 검출기를 회전시키는 단계; 및
    상기 이동 데이터를 기초로 하여 상기 갠트리에 대하여 상기 로터를 회전시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제 18항에 있어서, 상기 갠트리를 제공하는 단계는 상기 로터 상의 상기 갠트리 내에 위치되고 상기 갠트리에 대하여 각각 독립적으로 이동가능한 단지 하나의 소스 및 단지 하나의 검출기로, 상기 대상의 적어도 일부를 완전히 환상으로 둘러싸도록 단지 하나의 갠트리만을 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제 18항에 있어서,
    상기 소스로 적어도 하나의 펄스를 출력하는 단계;
    상기 검출기로 적어도 하나의 펄스를 수신하는 단계;
    상기 수신된 적어도 하나의 펄스를 기초로 하여 상기 편심 이미지 데이터를 재구성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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