KR101885694B1 - 하이브리드 다열 검출기 및 플랫 패널 영상 시스템 - Google Patents

하이브리드 다열 검출기 및 플랫 패널 영상 시스템 Download PDF

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슈앙허 쉬
제이슨 알. 샹도네
매튜 지 무니
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메드트로닉 내비게이션, 인코퍼레이티드
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Abstract

영상 시스템으로 대상의 이미지 데이터를 획득하기 위한 시스템과 방법이 제공된다. 시스템은 대상의 적어도 일부를 완전히 환상으로 둘러싸는 갠트리, 및 갠트리 내에 위치되는 소스를 포함한다. 소스는 적어도 하나의 펄스를 출력하기 위한 신호에 반응할 수 있다. 다열 검출기는 소스와 정렬될 수 있으며 검출된 적어도 하나의 신호를 기초로 하여 다열 검출기 데이터를 설정한다. 시스템은 갠트리 내에 위치되는 플랫 패널 검출기를 포함한다. 플랫 패널 검출기는 소스와 정렬될 수 있으며 검출된 적어도 하나의 신호를 기초로 하여 플랫 패널 검출기 데이터를 설정한다. 시스템은 다열 검출기와 플랫 패널 검출기 중 어느 것을 사용할지를 결정하는 이미지 획득 제어 모듈을 포함할 수 있다.

Description

하이브리드 다열 검출기 및 플랫 패널 영상 시스템{HYBRID MULTI-ROW DETECTOR AND FLAT PANEL IMAGING SYSTEM}
본 발명은 대상의 영상화에 관한 것으로서, 특히, 다열(multi-row) 검출기와 플랫 패널(flat panel) 검출기를 갖는 영상 시스템을 사용하여 대상의 이미지를 발생시키는 것에 관한 것이다.
본 섹션은 반드시 종래의 기술은 아닌 본 발명과 관련된 배경 정보를 제공한다.
인간 환자와 같은, 대상은 환자의 인체를 바로잡거나 늘리기 위하여 외과 수술을 선택하거나 필요로 할 수 있다. 인체의 확대는 골의 이동 또는 증대, 이식가능한 장치들의 삽입, 혹은 다른 적절한 수술과 같은 다양한 수술을 포함할 수 있다. 의사는 자기 공명 영상(MRI) 시스템, 컴퓨터 단층촬영(CT) 시스템, 또는 다른 적절한 영상 시스템들과 같은, 영상 시스템, 형광 투시법(fluoroscopy, 예를 들면, C-암(Arm) 영상 시스템들)을 사용하여 획득될 수 있는 환자의 이미지들로 대상에 대하여 수술을 실행할 수 있다.
*환자의 이미지들은 의사가 수술의 계획과 수술의 실행을 실행하는데 도움을 준다. 의사는 환자의 2차원 이미지 또는 3차원 이미지 표현을 선택할 수 있다. 이미지들은 의사가 수술을 실행할 때 위에 놓인 조직(피부 및 근육 조직을 포함하여)을 제거하지 않고 환자의 인체를 보도록 허용함으로써 덜 외과적인 기술로 수술을 실행하는데 도움을 준다.
본 섹션은 본 발명의 일반적인 요약을 제공하나, 본 발명의 완전한 범위 또는 본 발명의 특징들의 포괄적인 내용은 아니다.
다양한 실시 예들에 따르면, 영상 시스템으로 대상의 이미지 데이터를 획득하기 위한 시스템이 제공된다. 시스템은 대상의 적어도 일부를 완전히 환상으로(annularly) 둘러싸는 갠트리(gantry), 및 갠트리 내에 위치되고 갠트리에 대하여 이동가능한 소스(source)를 포함할 수 있다. 소스는 적어도 하나의 펄스를 출력하기 위하여 신호에 반응을 보일 수 있다. 시스템은 갠트리 내에 위치되고 갠트리에 대하여 이동가능한 다열 검출기를 포함할 수 있다. 다열 검출기는 소스에 의해 방출되는 적어도 하나의 펄스를 검출하고 검출된 적어도 하나의 신호를 기초로 하여 다열 검출기 데이터를 설정하기 위하여 소스와의 정렬 내로 위치될 수 있다. 시스템은 또한 갠트리 내에 위치되고 갠트리에 대하여 이동가능한 플랫 패널 검출기를 포함할 수 있다. 플랫 패널 검출기는 소스에 의해 방출되는 적어도 하나의 펄스를 검출하고 검출된 적어도 하나의 신호를 기초로 하여 플랫 패널 검출기 데이터를 설정하기 위하여 소스와의 정렬 내로 위치될 수 있다. 시스템은 소스를 위한 신호를 설정하고 다열 검출기와 플랫 패널 검출기 중 어느 것을 소스에 의해 방출되는 적어도 하나의 펄스를 검출하는데 사용하는지를 결정하는 이미지 획득 제어 모듈(image acquisition control module)을 포함할 수 있다.
또한 영상 시스템으로 대상의 이미지 데이터를 획득하기 위한 방법이 제공된다. 방법은 대상의 적어도 일부를 완전히 환상으로 둘러싸도록 작동할 수 있는 갠트리, 소스, 갠트리 내에 위치되고 갠트리에 대하여 이동가능한 로터에 결합되는 다열 검출기와 플랫 패널 검출기를 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 대상의 일부의 이미지 데이터를 획득하기 위한 요청(request)을 제공하는 적어도 하나의 사용자 입력을 수신하는 단계, 및 사용자 입력을 기초로 하여, 다열 검출기와 플랫 패널 검출기 중 어느 것을 이미지 데이터를 획득하는데 사용하는지를 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 또한 다열 검출기와 플랫 패널 검출기 중 선택된 하나를 소스와의 정렬 내로 이동시키는 단계, 및 소스로 적어도 하나의 펄스를 출력하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 다열 검출기와 플랫 패널 검출기 중 선택된 하나로 적어도 하나의 펄스를 수신하는 단계, 및 검출기에 의해 수신된 적어도 하나의 펄스를 기초로 하여, 대상의 이미지를 출력하는 단계를 포함할 수 있다.
또한 영상 시스템으로 대상의 이미지 데이터를 획득하기 위한 방법이 제공된다. 방법은 대상의 적어도 일부를 완전히 환상으로 둘러싸도록 작동할 수 있는 갠트리, 소스, 갠트리 내에 위치되고 갠트리에 대하여 이동가능한 로터에 결합되는 다열 검출기와 플랫 패널 검출기를 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 대상의 일부의 이미지 데이터를 획득하기 위한 요청을 제공하는 적어도 하나의 사용자 입력을 수신하는 단계, 및 사용자 입력을 기초로 하여, 이미지 데이터를 획득하기 위하여 높은 콘트라스트(contrast) 이미지 획득 또는 낮은 콘트라스트 이미지 획득을 사용하는지를 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 또한 낮은 콘트라스트 이미지 획득을 실행하기 위하여 다열 검출기를 소스와의 정렬 내로 이동시키는 단계, 및 높은 콘트라스트 이미지 획득을 실행하기 위하여 플랫 패널 검출기를 소스와의 정렬 내로 이동시키는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 소스로 적어도 하나의 펄스를 출력하는 단계, 및 다열 검출기와 플랫 패널 검출기 중 선택된 하나로 적어도 하나의 펄스를 수신하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 또한 검출기에 의해 수신된 적어도 하나의 펄스를 기초로 하여, 대상의 이미지를 재구성하는 단계, 및 디스플레이(display) 상에 재구성된 이미지를 디스플레이하는 단계를 포함할 수 있다.
적용이 또 다른 영역들은 여기에 제공되는 설명으로부터 자명할 것이다. 본 요약에서의 설명과 특정 실시 예들은 단지 설명의 목적을 위하여 의도되며 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 의도되어서는 안 된다.
여기에 설명되는 도면들은 선택된 실시 예들의 설명의 목적만을 위한 것이고 모든 가능한 구현들은 아니며, 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 의도되어서는 안 된다.
도 1은 다양한 실시 예들에 따른 다열 검출기와 플랫 패널 검출기를 포함하는, 수술실에서의 바람직한 영상 시스템의 전개 개략도(environmental view)이다.
도 2는 도 1의 영상 시스템으로의 사용을 위한 바람직한 컴퓨팅 시스템의 개략적인 도면이다.
도 3a는 첫 번째 바람직한 구성에 따른 다열 검출기와 플랫 패널 검출기를 포함하는, 도 1의 영상 시스템의 갠트리의 개략적인 도면이다.
도 3b는 두 번째 바람직한 구성에 따른 다열 검출기와 플랫 패널 검출기를 포함하는, 도 1의 영상 시스템의 갠트리의 개략적인 도면이다.
도 4a는 다열 검출기와 정렬된 도 1의 영상 시스템의 소스의 개략적인 도면이다.
도 4b는 플랫 패널 검출기와 정렬된 도 1의 영상 시스템의 소스의 개략적인 도면이다.
도 5는 다양한 실시 예들에 따라 이미지 획득 제어 모듈을 구현하기 위한 시스템을 나타내는 단순화된 블록 다이어그램이다.
도 6은 도 5의 이미지 획득 제어 모듈에 의해 실행되는 바람직한 제어 시스템을 나타내는 데이터 흐름 다이어그램이다.
도 7은 이미지 획득 제어 모듈에 의해 실행되는 바람직한 방법을 나타내는 플로차트이다.
도 8은 다열 검출기와 정렬된 제 1 소스 및 플랫 패널 검출기와 정렬된 제 2 소스를 포함하는 바람직한 영상 시스템의 개략적인 도면이다.
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 112016028023411-pat00001
영상 시스템과 같은, 영상 장치에 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 112016028023411-pat00002
영상 시스템을 포함할 수 있다. O-Arm
Figure 112016028023411-pat00003
영상 시스템 또는 선택된 수술 동안에 사용되는 다른 적절한 영상 시스템을 포함하는 영상 시스템(16)은 또한 여기에 참조로써 통합되는, 2009년 5월 13일에 "System And Method For Automatic Registration Between An Image And A subject"라는 발명의 명칭으로 출원된 미국특허출원 제 12/465,206, 미국특허 공보 제 2010/0290690에 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 112016028023411-pat00004
영상 시스템(16)은 소스(36), 콜리메이터(collimator, 37), 다열 검출기(38), 플랫 패널 검출기(40) 및 로터(42)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 1을 참조하면, 갠트리(34)는 영상 시스템(16)의 등선량 중심점을 정의할 수 있다. 이와 관련하여, 갠트리(34)를 통한 등선량 중심선(C1)은 영상 시스템(16)의 등선량 중심점 또는 중심을 정의할 수 있다. 일반적으로, 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.
도 2를 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 5-7과 관련하여 설명될 것과 같이, 영상 컴퓨팅 시스템(32)은 독립적으로 이미지 획득 제어 모듈(110)을 통한 이미지 데이터 획득을 가능하게 하는 다열 검출기(38), 플랫 패널 검출기(40) 및 로터(42)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 커넥션이 제공될 수 있다.
간단히 설명하면, 도 1 및 3-4b를 참조하면, 소스(36)는 다열 검출기(38) 또는 플랫 패널 검출기(40)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 콜리메이터(37)에 의해 형태화될 수 있으며 다열 검출기(38, 도 4a) 또는 플랫 패널 검출기(40, 도 4b)에 의한 검출을 위하여 방출된다. 일반적으로 알려진 것과 같이, 콜리메이터(37)는 소스(36)에 의해 방출되는 x-선들을 형태화할 수 있다. 콜리메이터(37)가 미국 콜로라도주의 collimare Engineering of Wheat Ridge사에 의해 판매되는 Compact Square Field Collimator로서 상업적으로 이용가능하고 미국 콜로라도주 루이빌에 사업장이 있는 Medtronic Navigation사에 의해 판매되는 O-Arm
Figure 112016028023411-pat00005
영상 시스템 내에 포함되기 때문에, 콜리메이터(37)는 여기서는 더 상세히 설명되지 않을 것이다. 그러나, 간단히 설명하여, 콜리메이터(37)는 소스(36)에 의해 방출되는 x-선들을 형태화하도록 제어될 수 있는, 하나 또는 그 이상의 리프(leaf)를 포함할 수 있다. 설명될 것과 같이, 콜리메이터(37)는 소스(36)에 의해 방출되는 x-선들을 다열 검출기(38)와 플랫 패널 검출기(40) 중 선택된 하나의 형태와 상응하는 빔 내로 형상화하기 위하여 사용될 수 있다. 다열 검출기(38)는 연 조직의 영역들과 같은, 인체의 낮은 콘트라스트 영역들의 이미지 데이터를 획득하기 위하여 선택될 수 있다. 플랫 패널 검출기(40)는 골과 같은, 인체의 높은 콘트라스트 영역들의 이미지 데이터를 획득하기 위하여 선택될 수 있다. 소스(36), 콜리메이터(37), 다열 검출기(38) 및 플랫 패널 검출기(40)는 각각 로터(42)에 결합될 수 있다.
일반적으로, 다열 검출기(38)와 플랫 패널 검출기(40)는 갠트리(34) 내의 소스(36)와 콜리메이터(37)와 정반대로 위치되도록 하기 위하여 로터(42)에 결합될 수 있으며, 원하는 영상화 과정을 실행하기 위하여 소스(36) 및 콜리메이터(37)와의 정렬 내로 서로에 대하여 독립적으로 이동할 수 있다. 일 실시 예에서, 다열 검출기(38)는 플랫 패널 검출기(40)가 다열 검출기(38)에 인접하게 위치될 수 있는 것과 같이 위치될 수 있다(도 3a). 대안의 일 실시 예에서, 플랫 패널 검출기(40)는 플랫 패널 검출기(40)를 사용하여 이미지를 획득하려고 할 때 소스(36)와의 정렬 내로 다열 검출기(38) 위로 이동할 수 있다. 또 다른 실시 예에서, 다열 검출기(38)는 플랫 패널 검출기(40) 위에 위치될 수 있다(도 3b). 또 다른 대안으로서, 다열 검출기(38)와 플랫 패널 검출기(40)는 각각 개별적으로 이동할 수 있으며, 따라서 선택된 다열 검출기(38) 또는 플랫 패널 검출기(40)는 원하는 영상화 과정을 위하여 소스(36) 및 콜리메이터(37)와 정렬될 수 있다. 일반적으로, 다열 검출기(38)와 플랫 패널 검출기(40) 중 선택된 하나는 다열 검출기(38)와 플랫 패널 검출기(40) 중 선택된 하나가 실질적으로 소스(36)와 콜리메이터(37)로부터 반대편에 또는 약 180o 떨어져 위치될 때 소스(36) 및 콜리메이터(37)와 정렬될 수 있다.
도 1을 참조하면, 소스(36), 콜리메이터(37), 다열 검출기(38) 및 플랫 패널 검출기(40)는 로터(42)에 결합되기 때문에, 소스(36), 콜리메이터(37), 다열 검출기(38) 및 플랫 패널 검출기(40)는 갠트리(34) 내에서 환자(14) 주위를 이동할 수 있다. 따라서, 다열 검출기(38)와 플랫 패널 검출기(40)는 일반적으로 화살표(39) 방향으로 환자(14) 주위를 360o 이동으로 회전할 수 있게 이동할 수 있으며, 소스(36)와 콜리메이터(37)는 일반적으로 소스(36)와 콜리메이터(37)가 다열 검출기(38)와 플랫 패널 검출기(40)에 180o 떨어져 반대편에 남아 있는 것과 같이 검출기(38)와 협력하여 이동할 수 있다.
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), 콜리메이터(37), 다열 검출기(38) 및 플랫 패널 검출기(40)의 위치결정(positioning)을 허용하기 위하여 화살표(43)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.
O-Arm
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영상 시스템(16)은 환자(14)의 정밀한 이미지 데이터를 발생시키기 위하여 환자(14)에 대하여 소스(36), 콜리메이터(37), 다열 검출기(38) 및 플랫 패널 검출기(40)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 라인(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), 다열 검출기(38), 플랫 패널 검출기(40), 로터(40) 및/또는 갠트리(34)의 위치를 결정하기 위하여 소스(36), 다열 검출기(38), 플랫 패널 검출기(40), 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 5를 참조하면, 단순화된 블록 다이어그램은 다양한 실시 예들에 따른 이미지 획득 제어 모듈(110)을 구현하기 위한 바람직한 시스템(114)을 개략적으로 도시한다. 일 실시 예에서, 이미지 획득 제어 모듈(110)은 영상 시스템(16)의 영상 컴퓨팅 시스템(32)에 의해 구현될 수 있다. 이미지 획득 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(120)를 수신할 수 있으며 디스플레이 장치(32a)로 이미지 데이터(18)를 출력할 수 있다. 여기서 디스플레이 장치는 디스플레이 장치(32a)를 포함하는 것으로 도시되고 설명되나, 영상 컴퓨팅 시스템(32)이 이미지 데이터(18)를 디스플레이 장치(20)로 출력할 수 있다는 것에 유의하여야 한다. 사용자 입력 데이터(120)는 여기서 설명될 것과 같이, 환자(14)의 이미지 데이터들을 획득하기 위한 요청을 포함할 수 있다. 사용자 입력 데이터(120)를 기초로 하여, 이미지 제어 모듈(116)은 제어 모듈(118)을 이동시키기 위하여 검출기 신호(122)와 모션 신호(motion signal, 124)를 설정할 수 있다. 검출기 신호(122)는 이미지 획득을 위하여 선택된 검출기를 포함할 수 있으며 모션 신호(124)는 로터(42)가 이미지 데이터를 획득하도록 이동하기 위한 모션 프로파일을 포함할 수 있다. 이미지 제어 모듈(16)은 또한 소스 신호(126)를 소스(36)로 송신할 수 있다. 소스 신호(126)는 소스(36)가 적어도 하나 또는 그 이상의 x-선 펄스(128)를 출력하거나 방출하기 위한 신호를 포함할 수 있다. 이미지 제어 모듈(116)은 또한 콜리메이터 신호(123)를 콜리메이터(37)로 송신할 수 있다. 콜리메이터 신호(123)는 하나 또는 그 이상의 콜리메이트 x-선 펄스(129)의 선택된 형태를 표시하는 신호를 포함할 수 있다. 콜리메이트 x-선 펄스(129)의 선택된 형태는 다열 검출기(38)와 플랫 패널 검출기(40) 중 선택된 하나와 상응할 수 있다. 이와 관련하여, 만일 다열 검출기(38)가 선택되면, 콜리메이트 x-선 펄스들(129)는 다열 검출기(38)의 형태와 일치하도록 콜리메이터(37)에 의해 형태화될 수 있다. 만일 플랫 패널 검출기(40)가 선택되면, 콜리메이트 x-선 펄스들(129)는 플랫 패널 검출기(40)의 형태와 일치하도록 콜리메이터(37)에 의해 형태화될 수 있다.
이미지 제어 모듈(116)은 또한 입력으로서 다열 검출기(38)에 의해 검출되는 하나 또는 그 이상의 콜리메이트 x-선 펄스(129)을 포함할 수 있는, 다열 검출기 신호(130)를 수신할 수 있다. 이미지 제어 모듈(116)은 또한 입력으로서 플랫 패널 검출기(40)에 의해 검출되는 하나 또는 그 이상의 콜리메이트 x-선 펄스(129)을 포함할 수 있는, 플랫 패널 검출기 신호(132)를 수신할 수 있다. 수신된 콜리메이트 x-선 펄스들(129)을 기초로 하여, 이미지 제어 모듈(116)은 이미지 데이터(18)를 발생시킬 수 있다.
일 실시 예에서, 이미지 데이터(18)는 단일 2차원 이미지를 포함할 수 있다. 또 다른 실시 예에서, 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 검출기 신호(122)와 모션 신호(124)를 수신할 수 있다. 이미지 제어 모듈(116)로부터의 검출기 신호(122)를 기초로 하여, 이동 제어 모듈(118)은 다열 검출기(38) 또는 플랫 패널 검출기(40) 중의 선택된 하나를 소스(36)와 콜리메이터(37)와의 정렬 내로 이동시키도록 설정할 수 있다. 모션 신호(124)를 기초로 하여, 이동 제어 모듈은 또한 환자(14)에 대하여 갠트리(34) 내의 로터(42)를 이동시키거나 회전시키기 위하여 로터(42)를 위한 이동 신호를 설정할 수 있다. 일반적으로, 로터(42)는 소스(36), 콜리메이터(37), 다열 검출기(38) 및 플랫 패널 검출기(40)를 갠트리(34) 내의 환자(14)의 세로 축 주위로 약 360도 이동시킬 수 있다. 환자 주위로의 소스(36), 콜리메이터(37), 다열 검출기(38) 및 플랫 패널 검출기(40)의 이동은 영상 시스템(15)이 환자(14)에 대하여 복수의 선택된 위치와 지향들에서 이미지 데이터를 획득하도록 허용하는데 최적화될 수 있다.
이와 관련하여, 2차원 투영 이미지 데이터는 환자(14) 주위로의 소스(36), 콜리메이터(37), 다열 검출기(38) 및 플랫 패널 검출기(40)의 실질적으로 환상 또는 360도 지향 이동에 의해 획득될 수 있다. 또한, 갠트리(34)의 이동들에 기인하여, 소스(36), 콜리메이터(37), 다열 검출기(38) 및 플랫 패널 검출기(40)는 완전한 원형으로 이동할 필요가 없고, 오히려 환자(14) 주위를 또는 환자(14)에 대하여 나선형(spiral helix), 또는 회전 이동으로 이동할 수 있다. 이는 방사선에 대한 환자의 노출을 감소시킬 수 있다.
또한, 경로는 갠트리(34)와 같은, 영상 시스템(16)의 이동을 기초로 하는 실질적으로 비대칭 및/또는 비선형일 수 있다. 바꾸어 말하면, 경로는 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), 콜리메이터(37), 다열 검출기(38) 및 플랫 패널 검출기(40)는 환자(14) 주위를 완전히 360도 이동할 필요가 없는데 그 이유는 갠트리(34)가 기울어지거나 그렇지 않으면 이동할 수 있고 소스(36), 콜리메이터(37), 다열 검출기(38) 및 플랫 패널 검출기(40)는 멈추고 이미 통과한 방향으로 다시 이동할 수 있기 때문이다.
도 6을 참조하면, 데이터플로 다이어그램은 이미지 획득 제어 모듈(110) 내에 내장될 수 있는 이미지 제어 시스템의 다양한 부품들을 도시한다. 이미지 획득 제어 모듈(110)은 디스플레이 장치(32a) 및/또는 디스플레이 장치(20) 상의 디스플레이를 위하여 이미지 데이터(18)를 발생시키도록 영상 시스템(16)을 제어할 수 있다. 본 발명에 따른 이미지 획득 제어 시스템의 다양한 실시 예들은 이미지 획득 제어 모듈(110) 내에 내장되는 어떠한 수의 서브-모듈들도 포함할 수 있다. 도시된 서브-모듈들은 이미지 데이터(18)를 유사하게 발생시키기 위하여 결합되거나 및/또는 더 분할될 수 있다. 또한, 이미지 획득 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 이미지 획득 제어 모듈(110, 도시되지 않음) 내의 다른 서브-모듈들(도시되지 않음)에 의해 결정될 수 있다.
계속 도 6을 참조하면, 이미지 획득 제어 모듈(110)은 이미지 제어 모듈(116), 이동 제어 모듈(118), 소스 제어 모듈(140), 콜리메이터 제어 모듈(141), 다열 제어 모듈(142), 플랫 패널 제어 모듈(144) 및 로터 제어 모듈(145)을 포함할 수 있다. 이미지 제어 모듈(116)은 입력으로 사용자 입력 데이터(120)를 수신할 수 있다. 사용자 입력 데이터(120)는 입력 장치(32c) 또는 입력 장치(24)로부터 수신되는 입력을 포함할 수 있다. 사용자 입력 데이터(120)는 영상 시스템이 환자(14)의 이미지 데이터를 획득하기 위한 요청을 포함할 수 있으며, 환자의 관심 있는 영역이 높은 콘트라스트 영역(예를 들면, 골 조직) 또는 낮은 콘트라스트 영역(예를 들면, 연 조직)인지에 대한 정보를 포함할 수 있다. 일 실시 예에서, 사용자 입력 데이터(120)는 인체 상의 관심 있는 영역을 포함할 수 있으며, 이미지 제어 모듈(116)은 관심 있는 영역을 기초로 하여 다열 검출기(38) 또는 플랫 패널 검출기(40)를 사용하는 것을 자동으로 결정할 수 있다. 예를 들면, 사용자는 연 조직의 이미지를 획득하기 위하여 다열 검출기(38)를 이용할 수 있고, 골 조직의 이미지를 획득하기 위하여 플랫 패널 검출기(40)를 이용할 수 있다.
사용자 입력 데이터(120)를 기초로 하여, 이미지 제어 모듈(116)은 소스 제어 모듈(140)을 위한 소스 데이터(148)를 설정할 수 있고 이동 제어 모듈(118)을 위한 검출기 형태 데이터(150)를 설정할 수 있다. 이미지 제어 모듈(126)은 또한 이동 제어 모듈(118)을 위한 모션 프로파일 데이터(152) 및 콜리메이터 제어 모듈(141)을 위한 콜리메이터 데이터(153)를 설정할 수 있다. 소스 데이터(148)는 x-선 펄스들(128)을 출력하기 위한 신호, 또는 영상 시스템(16)을 차단하기 위한 신호를 포함할 수 있다. 검출기 형태 데이터(150)는 이미지 데이터를 획득하기 위하여 다열 검출기(38)와 플랫 패널 검출기(40) 중 선택된 하나를 포함할 수 있다. 모션 프로파일 데이터(152)는 갠트리(34) 내의 로터(42)의 이동을 위하여 원하는 프로파일을 포함할 수 있다. 콜리메이터 데이터(153)는 다열 검출기(38)와 플랫 패널 검출기(40) 중 선택된 하나와 일치하도록 x-선 펄스들(128)을 콜리메이트 x-선 펄스들(129) 내로 형태화하기 위한 신호를 포함할 수 있다.
이미지 제어 모듈(116)은 또한 입력으로서 다열 검출기 데이터(154)와 플랫 패널 검출기 데이터(156)를 수신할 수 있다. 다열 검출기 데이터(154)는 다열 검출기(38)에 의해 수신된 콜리메이트 x-선 펄스들(129)로부터의 에너지를 포함할 수 있다. 플랫 패널 검출기 데이터(156)는 플랫 패널 검출기(40)에 의해 수신된 콜리메이트 x-선 펄스들(129)로부터의 에너지를 포함할 수 있다. 다열 검출기 데이터(154)와 플랫 패널 검출기 데이터(156)를 기초로 하여, 이미지 제어 모듈(116)은 이미지 데이터(18)를 발생시킬 수 있으며, 이미지 데이터(18)를 디스플레이 장치(32c) 또는 디스플레이 장치(22)로 출력할 수 있다.
이동 제어 모듈(118)은 일벽으로서 검출기 형태 데이터(150)와 모션 플파일 데이터(152)를 수신할 수 있다. 검출기 형태 데이터(150)를 기초로 하여 이동 제어 모듈(118)은 플랫 패널 이동 데이터(158) 또는 다열 이동 데이터(160)를 설정할 수 있다. 플랫 패널 이동 데이터(158)는 플랫 패널 검출기(40)가 소스(36) 및 콜리메이터(37)와 정렬되도록 하기 위한 원하는 위치를 포함할 수 있다. 다열 이동 데이터(160)는 다열 검출기(38)가 소스(36) 및 콜리메이터(37)와 정렬되도록 하기 위한 원하는 위치를 포함할 수 있다. 만일 원하면, 다열 검출기(38)와 플랫 패널 검출기(40) 중 하나만이 나머지에 대하여 이동할 수 있기 때문에 이러한 데이터플로는 단지 바람직한 예라는 것을 이해하여야 한다.
모션 프로파일 데이터(152)를 기초로 하여, 이동 제어 모듈(116)은 로터 제어 모듈(145)을 위한 로터 이동 데이터(162)를 설정할 수 있다. 로터 이동 데이터(162)는 이미지 데이터의 획득을 가능하게 하기 위하여 로터(42)가 갠트리(34) 내의 이동하기 위한 원하는 이동 프로파일을 포함할 수 있다.
계속 도 6을 참조하면, 소스 제어 모듈(140)은 입력으로서 이미지 제어 모듈(116)로부터 소스 데이터(148)를 수신할 수 있다. 소스 데이터(148)를 기초로 하여, 소스(36)는 콜리메이터 제어 모듈(141)을 위한 펄스 데이터(146)를 포함할 수 있다. 펄스 데이터(146)는 적어도 하나의 x-선 펄스(128)를 포함할 수 있다.
콜리메이터 제어 모듈(!41)은 입력으로서 이미지 제어 모듈(116)로부터 콜리메이터 데이터(153) 및 소스 제어 모듈(140)로부터 펄스 데이터(146)를 수신할 수 있다. 콜리메이터 데이터(153)를 기초로 하여, 콜리메이터(37)는 펄스 데이터(146)를 형태화할 수 있으며 다열 검출기(38)와 플랫 패널 검출기(40) 중 선택된 하나를 위한 콜리메이트 펄스 데이터(149)를 출력한다. 콜리메이트 펄스 데이터(149)는 적어도 하나의 콜리메이트 x-선 펄스(129)를 포함할 수 있다.
다열 제어 모듈(142)은 입력으로서 다열 이동 데이터(160) 및 콜리메이트 펄스 데이터(149)를 수신할 수 있다. 다열 이동 데이터(160)를 기초로 하여, 다열 검출기(38)는 소스(36)와의 정렬 내로 이동할 수 있다. 수신된 펄스 데이터(146)를 기초로 하여, 다열 제어 모듈(142)은 이미지 제어 모듈(116)을 위한 다열 검출기 데이터(154)를 설정할 수 있다.
플랫 패널 제어 모듈(144)은 입력으로서 플랫 패널 데이터(158)와 콜리메이트 펄스 데이터(149)를 수신할 수 있다. 플랫 패널 이동 데이터(158)를 기초로 하여, 플랫 패널 검출기(40)는 소스(36)와의 정렬 내로 이동할 수 있다. 수신된 펄스 데이터(146)를 기초로 하여, 플랫 패널 제어 모듈(144)은 이미지 제어 모듈(116)을 위한 플랫 패널 검출기 데이터(156)를 설정할 수 있다.
로터 제어 모듈(146)은 입력으로서 로터 이동 데이터(162)를 수신할 수 있다. 로터 이동 데이터(162)를 기초로 하여, 로터(42)는 이미지 데이터를 획득하기 위하여 원하는 위치로 갠트리(34) 내에서 이동할 수 있다.
이제 도 7을 참조하면, 플로차트 다이어그램이 이미지 획득 제어 모듈(110)에 의해 실행되는 바람직한 방법을 도시한다. 이미지 획득 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 7를 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.
결정 블록 202에서, 방법은 이미지의 획득을 위하여 환자의 영역이 지정되었는지를 결정한다. 예를 들면, 사용자 입력 데이터(120)는 환자의 척추의 일부에 대한 이미지 데이터를 수집하기 위한 요청을 포함할 수 있다. 또 다른 예에서, 사용자 입력 데이터(120)는 환자의 심장에 대한 이미지 데이터를 수집하기 위한 요청을 포함할 수 있다. 만일 환자의 영역이 지정되면, 방법은 블록 204로 진행한다. 그렇지 않으면, 방법은 블록 206으로 진행한다. 블록 204에서, 방법은 요청된 이미지 데이터를 획득하기 위하여 다열 검출기(38)와 플랫 패널 검출기(40) 중 어느 것을 사용할지를 결정할 수 있다. 예를 들면, 골 조직의 이미지들을 획득하기 위하여 다열 검출기(40)가 사용될 수 있다. 그리고 나서, 방법은 블록 210으로 진행한다.
블록 210에서, 방법은 다열 검출기(38)와 플랫 패널 검출기(40) 중 선택된 하나를 소스(36) 및 콜리메이터(37)와 정렬한다. 예를 들면, 만일 다열 검출기(38)가 선택되면, 다열 검출기(38)는 도 4a에 도시된 것과 같이, 다열 검출기(38)가 소스(36)와 콜리메이터(37)로부터 반대편에 위치되는 것과 같이 소스(36) 및 콜리메이터(37)와 정렬될 수 있다. 만일 플랫 패널 검출기(40)가 선택되면, 플랫 패널 검출기(38)는 도 4b에 도시된 것과 같이, 플랫 패널 검출기(40)가 소스(36)와 콜리메이터(37)로부터 반대편에 위치되는 것과 같이 소스(36) 및 콜리메이터(37)와 정렬될 수 있다.
다시 도 7을 참조하면, 블록 211에서, 방법은 콜리메이트 x-선 펄스들(129)이 다열 검출기(38)와 플랫 패널 검출기(40) 중 선택된 하나와 일치하도록 하기 위하여 다열 검출기(38)와 플랫 패널 검출기(40) 중 선택된 하나를 기초로 하여 콜리메이터(37)를 조정할 수 있다. 그리고 나서, 블록 212에서, 방법은 이미지 획득을 위한 모션 프로파일을 결정할 수 있다., 모션 프로파일은 이미지 데이터를 획득하기 위하여 로터(42)가 갠트리(24) 내에서 이동하는 경로 또는 패턴을 포함할 수 있다. 예를 들면, 척추의 이미지를 획득하기 위하여, 갠트리(34)는 3차원 재구성을 위한 척추의 이미지들을 획득하기 위하여 척추의 축 방향으로 그리고 척추 칼럼을 따라 이동할 수 있다. 블록 214에서, 방법은 이동 프로파일을 따라 이미지 데이터를 획득할 수 있다. 블록 216에서, 방법은 획득된 이미지 데이터를 기초로 하여 3차원 입체 이미지 데이터(18)를 재구성할 수 있으며, 블록 218에서 이미지 데이터(18)를 디스플레이 장치(32a) 또는 디스플레이 장치(20)로 출력할 수 있다. 만일 원하면, 3차원 이미지의 재구성 없이, 방법이 디스플레이 장치(32a) 또는 디스플레이 장치(20) 상에 단순히 2차원 이미지로서 이미지 데이터를 출력할 수 있기 때문에, 블록 216은 단지 바람직한 예라는 것을 이해하여야 한다.
결정 블록 220에서, 방법은 부가적인 이미지들이 입력 장치(32c)를 통하여 사용자(12)에 의해 요청되었는지를 결정할 수 있다. 만일 부가적인 이미지들이 요청되면, 방법은 결정 블록 202로 진행할 수 있다. 그렇지 않으면, 방법은 결정 블록 222로 진행한다. 결정 블록 222에서, 방법은 입력 장치(32c)를 통하여 전원 차단 요청이 수신되었는지를 결정할 수 있다. 만일 전원 차단 요청이 수신되었으면, 방법은 종료될 수 있다. 그렇지 않으면, 방법은 결정 블록 220으로 진행한다.
따라서, 이미지 획득 제어 모듈(110)은 사용자가 연 조직과 골 조직 모두를 포함하는, 환자의 인체의 다양한 이미지를 획득하는 것을 가능하게 하도록 사용될 수 있다. 영상 시스템(16)의 단일 갠트리(34) 내의 다열 검출기(38)와 플랫 패널 검출기(40) 모두의 사용은 이러한 다양한 이미지들이 단일 이동식 장치로 획득되는 것을 가능하게 한다. 콜리메이터(37)는 소스(36)에 의해 방출되는 x-선들이 형태가 다열 검출기(38)와 플랫 패널 검출기(40) 중 선택된 하나와 상응하도록 제어될 수 있으며, 이는 이미지 획득을 향상시킨다. 단일 장치에서 높은 콘트라스트와 낮은 콘트라스트 영상 능력 모두를 사용함으로써, 환자는 사로 다른 영상 장치들 사이에서 이동할 필요가 없으며 영상화는 단일 과정으로 실행될 수 있다.
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.
예를 들면, 영상 시스템(16)은 여기서는 다열 검출기(38)와 플랫 패널 검출기(40)로부터 멀리 떨어져 정반대되는 단일 소스(36)를 갖는 것으로 설명되었으나, 통상의 지식을 가진 자들은 본 발명이 그것의 광범위한 양상에서, 다소 다르게 구성될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 이와 관련하여, 도 8을 참조하면, 영상 시스템은 하나는 다열 검출기(38)와 멀리 떨어져 정반대로 위치되고 하나는 플랫 패널 검출기(40)와 멀리 떨어져 정반대로 위치되는, 두 소스(36a, 36b)를 포함할 수 있다. 소스들(36a, 36b)은 서로 떨어져 약 90도로 위치될 수 있으며, 다열 검출기(38)와 플랫 패널 검출기(40)는 서로 떨어져 약 90도로 위치될 수 있다.
10 : 수술실
12 : 사용자
14 : 환자
15 : 테이블
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
32c : 입력 장치
34 : 갠트리
36 : 소스
37 : 콜리메이터
38 : 다열 검출기
40 : 플랫 패널 검출기
42 : 로터
50 : 커넥션
60 : 광학 로컬라이저
62 : 전자기 로컬라이저
66 : 기구
68 : 광학 추적 장치
70 : 전자기 추적 장치
72 : 통신 라인
74 : 내비게이션 인터페이스 장치
76, 78, 80 : 통신 라인
82 : 광학 추적 장치
84 : 전자기 추적 장치
102 : 프로세서
104 : 메모리
106 : 소프트웨어
108 : 데이터
110 : 이미지 획득 제어 모듈
114 : 시스템
116 : 이미지 제어 모듈
118 : 이동 제어 모듈
120 : 사용자 입력 데이터
122 : 검출기 신호
123 : 콜리메이터 신호
124 : 모션 신호
126 : 소스 신호
128 : x-선 펄스
129 : 콜리메이트 x-선 펄스
130 : 다열 검출기 신호
132 : 플랫 패널 검출기 신호
140 : 소스 제어 모듈
141 : 콜리메이터 제어 모듈
142 : 다열 제어 모듈
144 : 플랫 패널 제어 모듈
145 : 로터 제어 모듈
146 : 펄스 데이터
148 : 소스 데이터
149 : 콜리메이트 펄스 데이터
150 : 검출기 형태 데이터
152 : 모션 프로파일 데이터
153 : 콜리메이터 데이터
154 : 다열 검출기 데이터
156 : 플랫 패널 검출기 데이터
158 : 플랫 패널 이동 데이터
160 : 다열 이동 데이터
162 : 로터 이동 데이터

Claims (20)

  1. 내부의 환상 체적을 둘러싸는 환상 갠트리;
    상기 내부의 환상 체적 내에서 이동 가능한 제 1 소스;
    상기 내부의 환상 체적 내에서 이동 가능한 제 2 소스;
    상기 내부의 환상 체적 내에 위치되고 상기 제 1 소스에 대향하고 있어 상기 제 1 소스에 의해 방출되는 적어도 하나의 펄스를 검출하고 상기 검출된 적어도 하나의 펄스를 기초로 하여 다열 검출기 데이터를 설정하는 다열 검출기;
    상기 내부의 환상 체적 내에 위치되고 상기 제 2 소스에 대향하고 있어 상기 제 2 소스에 의해 방출되는 적어도 하나의 펄스를 검출하고 상기 검출된 적어도 하나의 펄스를 기초로 하여 플랫 패널 검출기 데이터를 설정하는 플랫 패널 검출기; 및
    상기 제 1 소스 또는 제 2 소스를 위한 신호를 설정하고 상기 다열 검출기와 상기 플랫 패널 검출기 중에서 제 1 소스 또는 제 2 소스에 의해 방출된 적어도 하나의 펄스를 검출할 단 하나를 결정하는 이미지 획득 제어 모듈;을 포함하는 대상의 이미지 데이터를 획득하기 위한 영상 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제 1 소스는 상기 내부의 환상 체적 내에서 상기 제 2 소스로부터 약 90도 떨어져 위치되는, 대상의 이미지 데이터를 획득하기 위한 영상 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 이미지 획득 제어 모듈이, 상기 환상 갠트리의 축방향 이동, 제 1 소스 또는 제 2 소스의 회전 이동 및 대응하는 다열 검출기 또는 플랫 패널 검출기의 회전 이동 중에서 적어도 하나를 포함하는 이동 프로파일을 결정하는 이동 신호를 설정하는, 대상의 이미지 데이터를 획득하기 위한 영상 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 다열 검출기와 상기 플랫 패널 검출기 중 적어도 하나로 이미지 데이터가 획득되는, 대상의 이미지 데이터를 획득하기 위한 영상 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 이미지 획득 제어 모듈은, 이미지가 획득되는 동안에 상기 이동 프로파일을 사용하여 획득된 이미지 데이터에 기초하여 3차원 입체 이미지 데이터를 재구성하도록 구성되는, 대상의 이미지 데이터를 획득하기 위한 영상 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    획득된 이미지 데이터와 재구성된 3차원 입체 이미지 데이터 중 적어도 하나를 사용자에게 보여주는 디스플레이 장치를 추가로 포함하는, 대상의 이미지 데이터를 획득하기 위한 영상 시스템.
  7. 영상 시스템으로 이미지 데이터를 획득하는 방법으로서,
    소스에 의해 방출되는 x-선을 형태화하는 콜리메이터를 작동시킴;
    다열 검출기와 플랫 패널 검출기 중에서 상기 소스에 의해 방출되고 콜리메이터에 의해 형태화된 x-선을 검출할 단 하나를 선택함;
    상기 다열 검출기와 상기 플랫 패널 검출기 중에서 선택된 단 하나를 상기 소스에 대해 정렬되고 대향되도록 이동시키도록 영상 시스템을 작동시킴; 및
    상기 소스가 x-선을 방출하도록 작동시킴;을 포함하는 영상 시스템으로 이미지 데이터를 획득하는 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    소스에 의해 방출되는 x-선을 형태화하는 콜리메이터를 작동시킴은 상기 소스에 의해 방출된 x-선을 상기 다열 검출기와 상기 플랫 패널 검출기 중에서 선택된 하나의 형태에 상응하는 빔으로 형태화함을 포함하는, 영상 시스템으로 이미지 데이터를 획득하는 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    다열 검출기와 플랫 패널 검출기 중에서 상기 소스에 의해 방출되고 콜리메이터에 의해 형태화된 x-선을 검출할 단 하나를 선택함은, 입력에 직접적으로 기초하는, 영상 시스템으로 이미지 데이터를 획득하는 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    다열 검출기와 플랫 패널 검출기 중에서 상기 소스에 의해 방출되고 콜리메이터에 의해 형태화된 x-선을 검출할 단 하나를 선택함은, 영상화될 영역의 선택에 기초하여 신호를 설정하는 이미지 획득 제어 모듈에 의해 결정되는, 영상 시스템으로 이미지 데이터를 획득하는 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    영상화될 영역을 입력함을 추가로 포함하는, 영상 시스템으로 이미지 데이터 획득하는 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    골 조직을 영상화하려는 입력에 기초하여서는 플랫 패널 검출기가 선택되고 연 조직을 영상화하려는 입력에 기초하여서는 다열 검출기가 선택되는, 영상 시스템으로 이미지 데이터를 획득하는 방법.
  13. 제7항에 있어서,
    검출된 방출 x-선에 기초하여 이미지 데이터를 획득함; 및
    상기 이미지 데이터에 기초하여 재구성을 형성하도록 이미지 획득 제어 모듈을 작동시킴;을 추가로 포함하는 영상 시스템으로 이미지 데이터를 획득하는 방법.
  14. 적어도 하나의 펄스를 방출하라는 신호에 응답하는 소스;
    상기 소스에 의해 방출된 적어도 하나의 펄스를 검출하고 검출된 상기 적어도 하나의 펄스에 기초하여 다열 검출기 데이터를 설정하도록 상기 소스와의 정렬 내로 위치될 수 있는 다열 검출기;
    상기 소스에 의해 방출된 적어도 하나의 펄스를 검출하고 검출된 상기 적어도 하나의 펄스에 기초하여 플랫 패널 검출기 데이터를 설정하도록 상기 소스와의 정렬 내로 위치될 수 있는 플랫 패널 검출기; 및
    상기 소스를 위한 상기 신호를 설정하고 상기 다열 검출기와 상기 플랫 패널 검출기 중에서 상기 소스에 의해 방출된 상기 적어도 하나의 펄스를 검출할 단 하나를 결정하는 이미지 획득 제어 모듈;을 포함하는 대상의 이미지 데이터를 획득하기 위한 영상 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 이미지 획득 제어 모듈은, 상기 다열 검출기 데이터 및 플랫 패널 검출기 데이터에 기초하여 이미지를 재구성하도록 구성된 이미지 제어 모듈을 추가로 포함하는, 대상의 이미지 데이터를 획득하기 위한 영상 시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 이미지 제어 모듈은 사용자 입력 데이터를 수신하고 상기 사용자 입력 데이터에 기초하여 상기 다열 검출기와 플랫 패널 검출기 중 어떤 것을 사용할지를 결정하는, 대상의 이미지 데이터를 획득하기 위한 영상 시스템.
  17. 제14항에 있어서,
    대상의 적어도 일부를 완전히 둘러싸도록 구성된 환상 갠트리를 추가로 포함하며, 상기 소스, 다열 검출기, 플랫 패널 검출기는 모두 상기 환상 갠트리의 환상의 내부 체적 내에서 위치될 수 있고 이동될 수 있는, 대상의 이미지 데이터를 획득하기 위한 영상 시스템.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 이미지 획득 제어 모듈이 재구성된 이미지 데이터를 출력하는 디스플레이를 추가로 포함하는, 대상의 이미지 데이터를 획득하기 위한 영상 시스템.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 환상 갠트리는, 상기 소스, 다열 검출기, 플랫 패널 검출기가 환상 갠트리 내부에 있는 상태로 이동식 카트 상에 장착되는, 대상의 이미지 데이터를 획득하기 위한 영상 시스템.
  20. 제14항에 있어서,
    상기 영상 시스템의 일부에 결합되는 적어도 하나의 추적 장치; 및
    상기 영상 시스템의 상기 일부의 위치를 결정하기 위하여 상기 추적 장치를 추적하는 내비게이션 시스템;을 더 포함하는 대상의 이미지 데이터를 획득하기 위한 영상 시스템.
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