(57)【要約】【課題】本発明の目的は、簡易な構成にして光学画像をＸ線透過画像に位置整合して合成表示できるＸ線テレビ装置を提供することにある。【解決手段】Ｘ線を被検体に向けて発生するＸ線管球１と、被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器２と、Ｘ線の中心軸に対して光軸が一致又は近似するよう設置された光学的カメラ１０と、Ｘ線検出器２により検出されたＸ線透過画像と、光学的カメラ１０により撮影された光学画像とを合成する合成装置６とを具備する。【選択図】      図１
2006034452.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線を被検体に向けて発生するＸ線発生源と、
前記被検体を透過した前記Ｘ線を検出するＸ線検出器と、
前記Ｘ線の中心軸に対して光軸が一致又は近似するよう設置された光学的カメラと、
前記Ｘ線検出器により検出されたＸ線透過画像と、前記光学的カメラにより撮影された光学画像とを合成する合成装置とを具備することを特徴とするＸ線テレビ装置。
【請求項２】
前記被検体と前記光学的カメラとの間に前記Ｘ線の中心軸に対して傾斜された光学的ミラーをさらに備えることを特徴とする請求項１記載のＸ線テレビ装置。
【請求項３】
前記光学的ミラーは前記Ｘ線の中心軸に対して略４５°に傾斜されることを特徴とする請求項２記載のＸ線テレビ装置。
【請求項４】
前記光学的ミラーは金属蒸着された樹脂板であることを特徴とする請求項２記載のＸ線テレビ装置。
【請求項５】
前記Ｘ線発生源に対して前記光学的カメラの位置を固定するためのブリッジをさらに備えることを特徴とする請求項１記載のＸ線テレビ装置。
【請求項６】
前記Ｘ線発生源に対して前記光学的カメラ及び前記ミラーの位置を固定するためのブリッジをさらに備えることを特徴とする請求項２記載のＸ線テレビ装置。
【請求項７】
前記光学的カメラを前記光軸と平行に移動可能に支持する機構をさらに備えることを特徴とする請求項１記載のＸ線テレビ装置。
【請求項８】
前記光学的カメラ及び前記ミラーを前記光軸と平行に移動可能に支持する機構をさらに備えることを特徴とする請求項２記載のＸ線テレビ装置。
【請求項９】
前記光学的カメラは、前記Ｘ線発生源に併設されることを特徴とする請求項１記載のＸ線テレビ装置。
【請求項１０】
前記合成装置は、前記Ｘ線透過画像の中心に前記光学画像の中心を一致させることにより前記Ｘ線透過画像と前記光学画像との間の位置を整合することを特徴とする請求項１記載のＸ線テレビ装置。
【請求項１１】
前記合成装置は、前記Ｘ線発生源と前記被検体と前記Ｘ線検出器との３者間の位置関係によるＸ線拡大率に基づいて前記Ｘ線透過画像と前記光学画像との間の大きさを整合することを特徴とする請求項１０記載のＸ線テレビ装置。
【請求項１２】
前記光学的カメラは、可視光、赤外線又は紫外線の像を撮影することを特徴とする請求項１記載のＸ線テレビ装置。
【請求項１３】
前記Ｘ線透過画像と前記光学画像のいずれか一方を単独で表示することを指示するためのスイッチを有することを特徴とする請求項１記載のＸ線テレビ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線透過画像を電気信号に変換して表示装置に表示するＸ線テレビ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
リアルタイムで簡単に体内を観察できる代表的な手段として「Ｘ線テレビ装置」が良く知られている。これまではリアルタイムにＸ線透過画像を取得する手段としてイメージインテンシファイヤー(image intensifier)とCCDカメラ等を組み合わせたものが使われてきたが、最近では「平面検出器（flat panel detector）」と呼ばれる小型軽量な固体検出器が利用され始めている。これにより手術室でも簡便に利用できるＸ線テレビ装置が開発され、製品化されてきている。
【０００３】
例えば整形外科手術において、術者は即時的にＸ線撮影及び表示されるＸ線透過画像を、肉眼での観察結果、つまり可視光光学画像と照らし合わせながらその都度判断して手術を進める場合がある。従来はＸ線透過画像に対して可視光光学画像を術者の頭の中だけで対応付けるようにしていた。
【０００４】
非特許文献１によれば、光学的位置計測装置とハーフミラーを用いた表示装置とを使い、「モニターの位置」と「術者の視点位置および視線方向」と「観察する患部の位置」を測定するためのマーカーをそれぞれの部分に固定し、その情報に基づいて予め撮影しておいたＸ線コンピュータ断層撮影装置や磁気共鳴映像装置などの３次元画像から術者の視線方向から見た投影画像を計算し、それを上記ハーフミラーを利用した表示装置に重畳表示する装置が開発されている。これはIntegral Photographyと呼ばれる手法に分類される技術であり、肉眼による可視光光学画像に、Ｘ線透過画像のような投影画像を重畳するものである。
【０００５】
これらの装置が登場する以前は、上述の通り、例えば整形外科手術の場合、Ｘ線テレビ装置で撮影したＸ線透過画像をモニターで確認しながら、肉眼で見た患部の様子とを術者が頭の中だけでイメージを対応付けしながら手術を進めるという状態であった。
【０００６】
上記装置では、必ず「モニターの位置」、「術者の視点位置および視線方向」、「観察する患部の位置」に関する全ての相対位置関係をリアルタイムに測定する必要がある。これを非接触に行うための手段として、再帰性塗料（光が来た方向に光を反射する塗料）を塗布したマーカーを上記の３箇所以上でかつ一直線上に並ばない位置に固定し、赤外線を照射しながらそのマーカー位置を光学的に３次元計測する装置が知られている。術者はこのようなマーカーを常に装着する必要があったり、予め患部とマーカーとの相対位置関係の登録作業（レジストレーション）が必要である等の煩わしさがあった。
【０００７】
また、予めＸ線コンピュータ断層撮影装置や磁気共鳴映像装置で取得した３次元画像データを利用するため、手術が進んで患部に変形が生じた途端、その３次元画像データが単なる“手術前の参考データ”に過ぎなくなってしまい、最新の画像データを再度取得する作業、つまりＸ線コンピュータ断層撮影装置や磁気共鳴映像装置に患者移動させて３次元画像を再度撮り直すといった作業が必要となり、利便性に欠ける等の問題もあった。
【非特許文献１】「術中支援としてのリアルタイム三次元画像ナビゲーション」（Hongen LIAO、中島  勧、岩原  誠、小林  英津子、佐久間  一郎、矢作  直樹、土肥  健純；電子情報通信学会、信学技報 2001-04）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、簡易な構成にして光学画像をＸ線透過画像に位置整合して表示できるＸ線テレビ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、Ｘ線を被検体に向けて発生するＸ線発生源と、前記被検体を透過した前記Ｘ線を検出するＸ線検出器と、前記Ｘ線の中心軸に対して光軸が一致又は近似するよう設置された光学的カメラと、前記Ｘ線検出器により検出されたＸ線透過画像と、前記光学的カメラにより撮影された光学画像とを合成する合成装置とを具備する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、簡易な構成にして光学画像をＸ線透過画像に位置整合して合成表示できるＸ線テレビ装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下図面を参照して本発明の実施形態を説明する。  
図１に示すように、本実施形態に係るＸ線テレビ装置は、例えばＣ形のアーム３を有する。このＣアーム３は、手術室への移動及び手術室での術式作業への干渉を抑えるために小型軽量化が図られた図示しないアームスタンドに回転及び移動可能に支持される。アーム３の一端には、Ｘ線管球１が取り付けられ、他端にはＸ線管球１に対向する向きでＸ線平面検出器（フラット・パネル・デテクタとも呼ばれる）２が取り付けられる。Ｘ線平面検出器２は、入射Ｘ線を直接的に電気信号に変換する直接変換形又は入射Ｘ線を蛍光体で光に変換し、その光を電気信号に変換する間接変換形の複数の半導体検出素子を有する。複数の半導体検出素子は２次元格子状に配列される。Ｘ線平面検出器２は、イメージインテンシファイアと光学的カメラとの組み合わせに代替されることは可能である。撮影時には、Ｘ線管球１と平面検出器２との間に、寝台の天板上に載置された被検体（患者）の患部が配置される。
【００１２】
Ｘ線管球１のＸ線放射窓にはＸ線絞り装置１６が取り付けられる。Ｘ線管球１のＸ線放射窓から放射されるＸ線は、Ｘ線絞り装置１６で円錐又は角錐形に絞られる。円錐又は角錐形に絞られたＸ線の中心軸ＯＡ１が、平面検出器２の検出面に直交し且つその中心を通るように、Ｘ線管球１と平面検出器２との間の位置関係が固定されている。平面検出器２の検出面の中心は、平面検出器２の出力に従って生成されるＸ線透過画像の中心に一致する。
【００１３】
本実施形態に係るＸ線テレビ装置は、患部表面の光学画像を取得するために、ＣＣＤカメラ（charge-coupled device camera）等の光学カメラ１０を装備している。この光学カメラ１０には患部を照らすための照明用光源９が付属される。照明用光源９としては「光ファイバーとハロゲン光源」を使ったものでも、「白色ＬＥＤ（白色発光ダイオード）」を使ったものでも構わない。光学カメラ１０は、典型的には可視光の像を撮影するが、赤外線又は紫外線の像を撮影するタイプのものであっても良い。なお、例えば５−ＡＬＡ（腫瘍集積性があり、紫外線をあてると赤外線の近傍の波長領域で蛍光を出す物質）を患者に予め投与し、ある時間が経過した後に観察しながら手術する場合を考えて、光学カメラ１０の最大感度波長は可視光線以外（例えば赤外線や紫外線領域）に最大感度があるものであってもよい。
【００１４】
光学カメラ１０は、被検体に対してハーフミラー８を介して配置される。ハーフミラー８は、金属蒸着をした樹脂製（アクリル製）であって、Ｘ線は殆ど透過するが、可視光は反射する性質を有する。ハーフミラー８は、上記Ｘ線管球１と被検体の間にＸ線中心軸ＯＡ１に対して略４５°の傾斜で配置される。光学カメラ１０の光軸ＯＡ２が上記Ｘ線中心軸ＯＡ１に実質的に一致し、それが維持され得るように、Ｘ線管球１、ミラー８及び光学カメラ１０の３者間の位置関係が、Ｅ又はＦ字形の高剛性フレーム（ブリッジ）１２で固定される。それにより光学カメラ１０で撮影された患部表面の光学画像の中心を、Ｘ線透過画像の中心に一致させることで、光学画像とＸ線透過画像との間で解剖学的上の位置整合を図ることができる。
【００１５】
Ｘ線診断装置コントローラ４は、Ｘ線管球１からのＸ線の発生及び平面検出器２の信号読み出しを制御するために設けられる。平面検出器２からＸ線診断装置コントローラ４を経由して出力されるＸ線透過画像のデータは、光学カメラ１０からカメラコントロールユニット１１を経由して出力される光学画像のデータとともに、画像合成装置６に供給される。
【００１６】
画像合成装置６は、Ｘ線透過画像と光学画像とを１枚の画像に合成する（重畳する）。モニタ７は、画像合成装置６で生成されたＸ線透過画像と光学画像の合成画像（重畳画像）を表示するために設けられる。
【００１７】
画像合成装置６において合成処理に際しては、上述したようにＸ線透過画像の中心に光学画像の中心が一致される。それによりＸ線透過画像と光学画像との間での解剖学的上の位置整合を図ることができる。画像合成装置６は、Ｘ線透過画像と光学画像との間で解剖学的上の大きさが整合される。Ｘ線透過画像の撮影時の拡大率は、Ｘ線管球１から患部間での距離に対するＸ線管球１から平面検出器２までの距離の比により一義的に決まる。患部の位置は寝台の天板の位置（高さ）からほぼ推定することが可能である。従ってＸ線管球１と天板と平面検出器２との３者の位置をエンコーダ等を利用した位置センサで測定し、その結果に従って画像合成装置６はＸ線透過画像と同じ拡大率となるように光学画像に対して拡大処理をかけることができる。拡大処理としては、拡大率が均一な単純拡大でもよいが、Ｘ線撮影時の拡大原理と同等に、拡大率が画像中心から放射状に増大する可変拡大処理が好ましい。
【００１８】
画像合成装置６によるＸ線透過画像と光学画像との合成処理に際しては、その合成比率は任意に変更可能とされる。つまり、Ｘ線透過画像Ｉt(x,y)と光学画像Ｉo(x,y)とから、合成画像Ｉc(x,y)は、  
Ｉc(x,y)＝ａ・Ｉt(x,y)＋（１−ａ）・Ｉo(x,y)  
ただし０＜ａ＜１  
で与えられ、係数ａを操作者が任意に操作することができるようになっている。初期的な設定としては、係数ａは１又は０．５に選択的に設定される。本Ｘ線テレビ装置では、オン／オフスイッチ５が設けられている。オン／オフスイッチ５には例えば術者が足操作の可能なフットスイッチが採用される。オン／オフスイッチ５がオン操作されたとき、コントローラ４の制御により合成装置６において係数ａが０．５（又はその近似値）に設定される。それによりＸ線透過画像が光学画像と等比で合成され、Ｘ線透過画像が光学画像とともに表示される。オン／オフスイッチ５がオン操作されたときだけ、Ｘ線を発生して、被検体に照射するように、コントローラ４は図示しない高電圧発生装置からＸ線管球１へ高電圧を印加するよう高電圧発生装置を制御する。換言すると、オン／オフスイッチ５がオフ状態にあるときは、Ｘ線の発生を停止して、被検体への照射を停止するように、コントローラ４はＸ線管球１への高電圧の印加を停止するよう高電圧発生装置を制御する。オン／オフスイッチ５がオフ状態にあるとき、合成装置６において係数ａが０（又はその近似値）に設定される。それによりＸ線透過画像が実質的に表示あれず、光学画像が単独で表示される。
【００１９】
実際的な使用現場では、光学カメラ１０による撮影のスタートが指示された以後、光学カメラ１０による撮影が継続される。初期的には、オン／オフスイッチ５はオフ状態にある。それによりＸ線撮影はなされず、また係数が０に設定されるので、実質的に光学画像だけが表示される。術者は、手術中にＸ線透過画像を必要とするときに限り、オン／オフスイッチ５をオン操作する。それによりＸ線が発生され、それに伴ってＸ線透過画像が生成される。また係数が０．５に設定されるので、Ｘ線透過画像と光学画像との合成画像が表示される。もちろん、オン／オフスイッチ５がオン操作されたときの係数の値は、０．５に限定されず、０から１の間で任意に変更可能である。なお、リアルタイム性は失われるが、光学画像とＸ線透過画像の合成画像に対するステレオ画像が必要な場合には、Ｃアームを移動させて立体視画像を取得し左右両眼用に表示すればよい。
【００２０】
以上のように、術者の視点位置とモニタ画面の表示位置がずれるという問題は、腹腔鏡や内視鏡を使った手術ではモニター画面を見ながら手術が行われていることを考え合わせれば（非常事態には術者自身の肉眼で観察可能であることの考慮すれば）、十分許容されるものと思われる。またＣＴ、ＭＲＩ装置の画像を重畳できないという欠点は残るが、それ以上にリアルタイム性や取り扱いの簡便さ、装置構成の簡素化等のメリットがあることを考え合わせると、この欠点を補って余りあるものと考えられる。
【００２１】
さらに、Ｘ線透過画像と光学画像を合成表示できることで、Ｘ線透過画像だけを表示する従来の場合と比較して、次のメリット（１）、（２）が新たに生じる。  
（１）「モニターの位置」、「術者の視点位置および視線方向」、「観察する患部の位置」に関す全ての相対位置関係をリアルタイムに測定する必要がなくなり、患部にマーカーを取り付けて登録するといった作業や術者がマーカーを装着するといった煩わしさから解放される。
【００２２】
（２）Ｘ線透過画像、光学画像はリアルタイムに取得できるので、手術が進んで患部が変形しても、常に最新の画像を重畳させながらリアルタイムにモニターできる。
【００２３】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【００２４】
例えば、図２に示すように、光学カメラ１０及びミラー８を光軸ＯＡ２と平行に移動するための移動機構１３，１４，１５を設けることで、Ｘ線透過画像と光学画像との位置整合性は維持したまま、光学カメラ１０及びミラー８を被検体患部、Ｘ線管球１及び検出器２に対して移動させることができる。光学カメラ１０及びミラー８を移動可能とすることで、手術中に光学カメラ１０及びミラー８が術者作業を干渉する場合、被検体患部、Ｘ線管球１及び検出器２の位置を固定したままで光学カメラ１０及びミラー８だけを干渉しない位置まで退避させることができる。
【００２５】
また、図３に示すように、装置の小型化及び構造の更なる簡易化を目的として、ミラー８を使用しないで、光学カメラ１０をＸ線管球１の近傍に併設するようにしてもよい。この場合、光学カメラ１０の光軸ＯＡ２が、検出器２の検出面中心ではなく、患部の高さに近い所定距離だけ検出器２の検出面よりＸ線管球１に接近した位置でＸ線の中心軸ＯＡ１に交差するように、光学カメラ１０はブリッジ１２にＸ線中心軸ＯＡ１に対して若干傾斜した状態で取り付けられている。それによりＸ線透過画像と光学画像との位置整合性は失われるものの、そのずれはある程度抑えられる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施形態によるＸ線テレビ装置の構成を示す図。
【図２】図１のＸ線テレビ装置の変形例を示す図。
【図３】図１のＸ線テレビ装置の他の変形例を示す図。
【符号の説明】
【００２７】
１…Ｘ線管球、２…平面検出器、３…Ｃアーム、４…Ｘ線診断装置コントローラ、５…オン／オフスイッチ、６…画像合成装置、７…モニタ、８…ハーフミラー、９…光源、１０…光学カメラ、１１…カメラコントロールユニット、１２…ブリッジ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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