(57)【要約】  本発明によるＸ線ユニットは、オブジェクト（１）の第１のデータを非接触に且つＸ線を使わずに測定するための第１の機構（２）を有する。制御ユニット（３）は、オブジェクトの第１のデータに基づいて、Ｘ線によってオブジェクトのＸ線データを測定する第２の機構（４）を制御する。このようなＸ線ユニットを用いることにより、オブジェクトの第１のデータは、Ｘ線を使用せずに得られることができ、Ｘ線データの測定の制御が可能にされ、その結果、Ｘ線データの最適品質のために、最小のＸ線量のみが、オブジェクトに適用される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
オブジェクトの第１のデータを、非接触に、Ｘ線を使わずに、測定するための少なくとも第１の機構と、
前記オブジェクトのＸ線データを、Ｘ線を使用して測定するための第２の機構と、
前記第２の機構を前記第１のデータの関数として制御するために設けられる制御ユニットと、
を有するＸ線ユニット。
【請求項２】
前記第１の機構が、前記第１のデータを測定するために光又は音を使用するように構成されることを特徴とする、請求項１に記載のＸ線ユニット。
【請求項３】
前記第１の機構が、光又は音を送るための送信器と、反射された光又は音を受け取るための受信器と、を有することを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載のＸ線ユニット。
【請求項４】
前記第１のデータが、前記オブジェクトの幾何データであることを特徴とする、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のＸ線ユニット。
【請求項５】
前記第１の機構が、前記第１のデータを、三角測量、立体鏡学又は走行時間決定によって測定することを特徴とする、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のＸ線ユニット。
【請求項６】
前記第１の機構が、前記オブジェクトの周りを回転することを意図される測定ユニットを有することを特徴とする、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のＸ線ユニット。
【請求項７】
前記第１の機構が、空間的に静止している複数の測定ユニットを有することを特徴とする、請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のＸ線ユニット。
【請求項８】
前記第２の機構が、前記オブジェクトの周りを回転することを意図されるＸ線源を有し、Ｘ線の強度及び／又は平均エネルギーが、前記制御ユニットによって制御されることを特徴とする、請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載のＸ線ユニット。
【請求項９】
前記Ｘ線ユニットが、前記第１の機構において測定されたデータを、幾何データに変換することを意図されるプロセッサユニットを有することを特徴とする、請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載のＸ線ユニット。
【請求項１０】
オブジェクトのＸ線データを測定する方法であって、
非接触であり且つＸ線を使わない方法によって、前記オブジェクトの第１のデータを測定するステップと、
Ｘ線による前記オブジェクトの前記Ｘ線データの測定を開始するステップと、
前記Ｘ線データの前記測定を、前記第１のデータの関数として制御するステップと、
を含む方法。
【請求項１１】
前記第１のデータを測定する前記ステップが、音又は光によって達成され、それによって、前記第１のデータを測定する前記ステップの中間ステップとして、光又は音が、前記オブジェクトに提供される反射最適化手段によって反射される、請求項１０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線ユニットと、オブジェクト（対象）のＸ線データを測定する方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
米国特許第６，０９４，４６８号明細書は、オブジェクトの厚さを決定するためにＸ線を使用して実施されるいわゆるスキャノグラムを使用するＸ線ユニットを開示している。第１のＸ線透視法（スキャノグラム）によって決定される前記オブジェクトの厚さデータによって、より高いＸ線量を使用する第２のＸ線透視法が実施される。このプロセスにおいて、例えばＸ線データが最適化された信号対雑音比を有すると同時に、オブジェクトに適用されるＸ線量が最小化されるように、Ｘ線強度が、オブジェクト厚さデータの関数として制御される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的は、オブジェクトのＸ線データを測定する改善されたＸ線ユニット及び改善された方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この目的は、オブジェクトの第１のデータを、非接触に、Ｘ線を使わずに、測定するための少なくとも第１の機構と、Ｘ線を使用してオブジェクトのＸ線データを測定するための第２の機構と、第２の機構を第１のデータの関数として制御することを意図される制御ユニットと、を有するＸ線ユニットによって達成される。
【０００５】
本発明によるＸ線ユニットの利点は、オブジェクトの第１のデータの測定が、非接触であり、Ｘ線が使用されず、従って、例えば患者に害を与えるＸ線又は粒子（例えば、電子又はアルファ粒子［Ｈｅ２＋］）のようなイオン化放射線が使用されないことである。ここで、「Ｘ線」なる語は、特に５−１０００キロエレクトロンボルト（ｋｅＶ）のエネルギーレンジのＸ線、１−２０メガエレクトロンボルト（ＭｅＶ）のレンジのガンマ線、及び粒子放射線（電子、アルファ粒子、陽子、中性子、帯電した原子、その他）のような、イオン化放射線と同義語であることが意図される。測定は非接触に実施されるので、患者にははほとんど影響を及ぼさず、患者の位置が、測定ユニットとの接触によって変更されることもない。
【０００６】
米国特許第６，０９４，４６８号明細書に記述されるように、スキャノグラムが、Ｘ線を使用して第１の患者データを決定するために実施される場合、これは、Ｘ線ピクチャに寄与しないＸ線量がこの点において患者に既に適用されなければならないという不利益を有する。本発明によるＸ線ユニットの場合、オブジェクトの必要な第１のデータは、Ｘ線を使用せずに決定される。
【０００７】
請求項２に記載の本発明によるＸ線ユニットの実施例において、光又は音が、第１のデータを測定するために使用される。（例えばレーザ光の形の）光及び音（特に超音波）は、容易に生成されることができ、患者線量に寄与しない。
【０００８】
請求項３に記載の実施例により、オブジェクトの第１のデータを測定するための第１の機構は、光又は音を送るための送信器及び反射された光又は音を受け取るための受信器を有する。このケースにおいて、発光素子の場合には、特にレーザダイオードについて言及され、音の場合には、特に超音波トランスデューサについて言及される。
【０００９】
請求項４に記載の実施例において、第１のデータは、オブジェクトの幾何（ジオメトリ）データである。オブジェクトの外側の外形だけが測定されればよいので、幾何データは、決定するのが特に容易である。内部オブジェクトモデルを決定するためにオブジェクトを（例えば、光又は音によって）見通すことは不要である。オブジェクトモデルの近似の決定は、標準オブジェクトモデルを特定のオブジェクトジオメトリにスケーリングすることによって達成されることができる。この点について、オブジェクトに関して付加的に知られるデータも、スケーリングされたオブジェクトモデルに入りうる。
【００１０】
請求項５に記載の実施例において、第１の機構は、三角測量、立体鏡学又は走行時間決定（transit-time determination）によって、オブジェクトの第１のデータの決定を実施することができるように構成される。
【００１１】
請求項６に記載の本発明によるＸ線ユニットの実施例において、第１の機構の測定ユニットは、それが検査されるべきオブジェクトの周りを回転することができるように配される。これは、測定ユニットが、回転中、すべての側面からオブジェクトを測定することができるので有利である。これによって、完全なオブジェクト測定が達成される。
【００１２】
請求項７に記載の実施例により、第１の機構は、空間的に静止している複数の測定ユニットを有する。この場合、オブジェクトの第１のデータ（例えば幾何データ）は、複数の測定ユニットによって同時に決定されることができる。測定ユニットの静止機構は、単純な較正を可能にする。
【００１３】
請求項８に記載の実施例は、第２の機構のＸ線源がオブジェクトの周りを回転するように構成される。Ｘ線データは、Ｘ線源のさまざまな位置から記録されることができる。Ｘ線強度及び／又はＸ線の平均エネルギーは、制御ユニットによって制御される。
【００１４】
請求項９に記載の実施例において、第１の機構によって測定されたデータを幾何データに変換することを意図されるプロセッサユニットがある。このような変換は、例えば、予め規定された（３次元）患者モデルの複雑なスケーリングを含むことができる。
【００１５】
本発明は、更に、Ｘ線データを測定するための請求項１０に記載の方法に関する。この方法において、オブジェクトの第１のデータは、非接触に且つＸ線を使わずに測定され、第１のデータは、Ｘ線データの測定を制御する役目を果たす。
【００１６】
請求項１１には、第１のデータの測定ステップが光又は音によって達成され、測定ステップの中間のステップとして、光又は音がオブジェクトに提供される反射最適化手段によって反射される方法の実施例が記述されている。これは、検査されるべきオブジェクトの反射特性が、適当な反射強調手段によって改善される本発明によるＸ線ユニットに関する。
【００１７】
本発明のこれら及び他の見地は、以下に記述される実施例から明らかであり、それらを参照して解明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は、本発明によるＸ線ユニットの基本の構成要素を概略的に示している。オブジェクト１（例えば患者）は、Ｘ線ユニットの検査領域に配置される。第１の機構２は、Ｘ線を使用しない態様で、オブジェクト１の第１のデータＤを非接触に測定する役目を果たす。データは、測定された量Ａ１から取得される。例えば、測定量Ａ１は、オブジェクト特性を決定することを可能にする光量子分布又は音波強度であり、すなわち、例えばオブジェクトによって反射された光又は反射された音波である。従って、光量子又は音波は、オブジェクト特性についての情報項目のキャリア（carriers）である。Ｘ線は、オブジェクト１の第１のデータを決定するためには使用されない。これは、患者のＸ線露光を低減する。制御ユニット３は、第１の機構２に結合され、第１のデータＤを供給される。制御ユニット３は、第２の機構４に結合され、第２の機構４に、Ｘ線を使用して実施されるＸ線データの測定を制御する制御信号Ｓを供給する。第２の機構によって測定された測定量Ａ２は、Ｘ線分布である。制御信号Ｓは、第２の機構のパラメータを適応的に調整する役目を果たす。
【００１９】
Ｘ線測定は、多くの場合、Ｘ線源からのＸ線によって実施される。Ｘ線源では、金属陽極が、電子を照射され、それによってＸ線量子が、入射電子のエネルギーによって金属から最大の程度に放出される。このようなＸ線源は、強度がＸ線源電流によって（すなわち結局は入射電子の数によって）決定されるＸ線スペクトルを放出する。Ｘ線スペクトルは、Ｘ線源電圧、すなわち入射電子のエネルギーと、陽極材料及び陽極角度のような陽極パラメータと、Ｘ線の後続のフィルタリングと、に依存する平均エネルギーを有する。
【００２０】
本発明によるＸ線ユニットの図２に示す実施例において、測定量Ａ１は、送信器２’の第１の機構２（例えばレーザダイオード）によって生成され、オブジェクト１によって反射され、受信器２”（例えば、光の強度を測定するための１次元又は２次元空間解像度を有する検出器）によって測定される、（特に、反射されたレーザ光の）光量子の強度である。このようにして、反射表面からの距離は、能動的な三角測量によって決定されることができる。反射特性を強化するために、オブジェクト（例えば患者）は、更に、例えば薄い反射フォイルにラップすることによって又は反射層をスプレーすることによって、反射最適化手段１を提供されることができる。制御ユニット３は、第１の機構２に結合され、第１のデータＤを供給される。図示される実施例において、第１の機構２及び制御ユニット３との間には、測定されたデータＤをオブジェクト１のオブジェクト厚さデータＤ’に変換するプロセッサユニット１０がある。オブジェクト厚さデータは、オブジェクトの幾何学的な厚さデータである。プロセッサユニット１０は、図２に示すように、独立したユニットでありえ、又は第１の機構２に若しくは制御ユニット３に一体化されてもよく、又は第１の機構２及び制御ユニット３を通じて任意に分散される複数の処理要素を有してもよい。
【００２１】
制御ユニット３は、制御信号Ｓ’及びＳ”によって、第２の機構４によるＸ線データの測定を開始する。第２の機構は、図示される例においてＸ線源４’及びＸ線検出器４”を有する。Ｘ線ユニットが、コンピュータ断層撮影装置である場合、オブジェクト１のＸ線データを測定するために、Ｘ線源４’及びＸ線検出器４”は、オブジェクト１の周りを方向Ｒに回転され、各ケースにおいて、Ｘ線データ（いわゆるＸ線プロファイル）は、異なる回転角において測定される。このプロセスにおいて測定されるＸ線データは、Ｘ線透過データであり、オブジェクト１のＸ線吸収特性を再現する。Ｘ線透過データは、不図示の再構成ユニットに供給され、再構成ユニットは、前記データから、照射されたオブジェクトのＸ線吸収特性の断面像を計算する。オブジェクトの厚さが大きい場合又はＸ線源４’のパワーが低い場合、Ｘ線検出器４”によって測定される透過されたＸ線の強度は非常に低く、測定は高いノイズによって損なわれる。Ｘ線源４’のパワーが過度に高い場合又はオブジェクトの厚さが小さい場合、測定されるＸ線の強度は、質的に十分な測定のために必要であるよりも高いことがある。これは、オブジェクト１（患者）に対するＸ線の不要な適用をもたらす。オブジェクト厚さデータＤ’に依存して、制御ユニット３は、制御信号Ｓ’によって、例えばＸ線源電流を変えることによって又はＸ線源電圧を変えることによって、Ｘ線強度を調整する。制御ユニット３は、オブジェクト厚さデータＤ’から、Ｘ線源４’の所与の位置について、質的に十分な測定のためにＸ線の必要な強度及び／又は平均エネルギーがどれくらいの高さでなければならないかを計算する。このような制御メカニズムは、当業者に知られている。例えば２次元解像検出器によって、１つの所与の角度でのみＸ線投影像を作る非回転Ｘ線ユニットの場合、制御ユニットは、オブジェクト厚さデータを使用して、例えばＸ線フィルタ素子をビーム経路に挿入することによって、Ｘ線強度の局所的バリエーションを制御することもできる。制御ユニット３が、制御信号Ｓ”によってＸ線検出器４”のパラメータを制御することも好都合でありうる。このようなパラメータは、例えば個別の測定の持続時間、又は局所的なビニング（binning）、すなわちより良い信号対雑音比を得るためにより大きい領域の効果的な検出器素子を形成するための検出器素子の局所的に依存する組み合わせでありうる。
【００２２】
能動的な三角測量のためにレーザダイオード２’及び検出器２”を有する代わりに、第１の機構２は、異なるように構成されることもできる。この例を以下に示す：
−（レーザ光又は音波による）放出される信号の走行時間を決定するための送信器及び受信器を有するスキャナ
−知られている光パターンを放射するための送信器及びオブジェクト面上のパターン変形を評価するためのカメラ
−能動的な三角測量測定のための双眼又は三眼カメラシステム（周囲光による立体鏡学）
−特に狭いサウンドローブをもつ、非接触の音響距離センサ
【００２３】
光学及び音響距離センサは、当業者に知られており、例えばBaumer Electric AG, LAP GmbH又はMicro-Epsilon Messtechnikによって供給されている。Karlsruhe大学のR. Dillmann教授による距離センサのレビューレクチャは、例えばインターネットのページhttp://wwwiaim.ira.uka.de/Teaching/VorlesungRobotikIIIに見ることができる。
【００２４】
図３は、オブジェクトのＸ線データを測定する方法のフローチャートを概略的に示している。まず、方法が開始される。方法ステップＳ１において、オブジェクトの第１のデータが測定される。送信器及び受信器を有する、第１のデータを測定するための第１の機構を有する実施例の場合、方法ステップＳ１は、方法ステップＳ１’及びＳ１”に更に分かれ、Ｓ１’において、キャリア（例えば光又は音）が、送信器によって送信され、Ｓ１”において、受信器が、反射された又は再放射されたキャリアを測定する。このプロシージャにおいて、方法ステップＳ１又は方法ステップＳ１’及びＳ１”は、（例えばオブジェクトが走査される場合又はオブジェクトがそれぞれ異なる位置から測定される場合）必要な回数だけ繰り返され、これは、破線の枠によって示されている。それによって、オブジェクトによるキャリアの反射は、（例えば上述したようにオブジェクトを薄い反射フォイルにラップすることによって又はオブジェクトに反射層をスプレーすることによって）反射最適化手段を通じて強調されることができる。方法ステップＳ２において、Ｘ線測定プロトコルは、測定された第１のデータから決定される。Ｘ線測定プロトコルは、例えば、Ｘ線源のそれぞれ異なる位置におけるＸ線の強度及び／又は平均エネルギー、又は１次元若しくは２次元で伝播されるＸ線のＸ線強度分布を規定する。方法ステップＳ３において、オブジェクトのＸ線データが測定され、制御信号が、方法ステップＳ４において第２の機構に伝えられ、それによって、Ｘ線測定プロトコルが遵守される。
【００２５】
図４は、Ｘ線源４’及びＸ線検出器４”を有する第２の機構４を備える本発明によるＸ線ユニットの構造を概略的に示している。Ｘ線源４’及びＸ線検出器４”は、Ｘ線管４’及びＸ線検出器４”が患者の周りを同時に回転するように、図示しない機械的構造（コンピュータ断層撮影装置のガントリのロータ）に取り付けられる。Ｘ線ユニットは、更に、例えばガントリの非回転部分（ステータ）に搭載される３つの非回転測定ユニット２．１、２．２、２．３を有する第１の機構２を備える。測定ユニット２．１、２．２、２．３は、線形又は２次元レーザ距離センサによって患者ジオメトリを測定する。３つの測定ユニット２．１、２．２、２．３は、それらが完全に患者１をカバーするように配される。図４に示す実施例において、患者１は、患者テーブル上に配置される。前記テーブルのジオメトリは、患者なしで前もってすでに測定されていてもよく、又はＸ線ユニットに（例えば電子的に記憶されるテーブルの形で）知られていてもよい。測定された全体ジオメトリからテーブルジオメトリを引き算し、このようにして線量計算に重要である患者ジオメトリを決定することが可能である。これは、適切なプロセッサユニット１０において行われる。更に、プロセッサユニット１０は、測定されたオブジェクト厚さデータを使用する目的で、例えば例示的な患者モデルを測定された患者ジオメトリに適応させる役目を果たすことができる。例示的な患者モデルは、例えば患者の肺、肝臓、骨等を含むことができる。任意には、患者モデルは、それが測定された患者ジオメトリにスケーリングされる前に、体脂肪成分、骨厚、その他のようなパラメータを選択することによって、実際の状況に適応されることもできる。強い吸収領域（骨）、弱い吸収領域（肺）、又は高いコントラスト分解能を必要とする領域（肝臓）の配置を評価するためのこのモデルは、Ｘ線測定プロトコルの微調整が実施されることを可能にする。更なる詳細については、米国特許第６，０９４，４６８号明細書を参照されたい。
【００２６】
しかしながら、他の実施例において、Ｘ線ユニットは、付随的に回転するように機械的構造に取り付けられるただ１つの測定ユニット２’を備えることもできる。幾何データ（オブジェクト厚さデータ）を決定するために、測定ユニット２’は、患者の周りを回転される。患者ジオメトリは、さまざまな異なる角度で記録される距離データから決定される。
【００２７】
図４に示す本発明によるＸ線ユニットの場合、かかるＸ線ユニットを動作させるさまざまな方法がある。こうして、一実施例において、測定ユニット２．１、２．２、２．３は、前記患者領域がＸ線によって放射線透視される前に、それらが患者領域のジオメトリを決定するように配される。患者ジオメトリの測定及びＸ線透視は、さまざまな異なる患者領域について同時に行われることができる。しかしながら、測定ユニット２．１、２．２、２．３を使用してまず患者を全体として評価することも可能である。この場合、患者は、Ｘ線データの測定が実施される前に、患者テーブル上の測定ユニットの測定領域を通される。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明によるＸ線ユニットの図。
【図２】本発明によるＸ線ユニットの実施例を示す図。
【図３】Ｘ線データを測定する本発明による方法のフローチャート。
【図４】静止測定ユニットを有する本発明によるコンピュータ断層撮影の図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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