(57)【要約】【課題】手術室において、特に検査台に対して容易に且つ自動的に配置され得る可動式イメージング・システムについて、環境との相互作用を一切なくしてＸ線イメージング装置の位置を決定する。【解決手段】自動移動装置（８）に装着されたＸ線イメージング装置（１）の位置を決定するシステムであって、参照点（１７）及びイメージング装置に接合された少なくとも一つの機械的リンクと、イメージング装置が移動されたときに参照点及びイメージング装置に関する前記リンクの回転角の変化を測定する測定手段一式（２２）とを備えたシステムである。【選択図】図１
2013017818.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動移動装置（８）に装着されたＸ線イメージング装置（１）の位置を決定するシステムであって、参照点（１７）及び前記イメージング装置に接合された少なくとも一つの機械的リンク（１６）と、前記イメージング装置が移動されたときに前記参照点及び前記イメージング装置に関する前記リンクの回転角の変化を測定する測定手段一式（２２）とを備えたことを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記リンクは、互いに接合されている少なくとも２本の桿材（１９、２０）であって、前記参照点及び前記イメージング装置にそれぞれ接合された反対側に位置する端部（１７、１８）を有する少なくとも２本の桿材（１９、２０）を含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記第一の桿材（１９）を前記参照点にリンクする第一の接合部（１７）に装着された第一の検出手段と、前記２本の桿材（１９、２０）をリンクする第二の接合部に装着された第二の検出手段と、前記第二の桿材（２０）を前記イメージング装置にリンクする第三の接合部に装着された第三の検出手段とを含むことを特徴とする請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記検出手段は各々角度エンコーダを含むことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のシステム。
【請求項５】
前記リンクの長さ及び前記測定された角度変化から前記Ｘ線装置の位置を算出する計算手段をさらに含むことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のシステム。
【請求項６】
前記イメージング装置の座標及び配向は次式から算出され、
Ｘ＝Ｌｃｏｓα１＋Ｌｃｏｓ（α１＋α２）
Ｙ＝Ｌｓｉｎα１＋Ｌｓｉｎ（α１＋α２）
θ＝α１＋α２＋α３
式中、
Ｘ及びＹはデカルト座標系内での前記イメージング装置の座標を示し、
θは前記Ｘ線装置の配向を示すことを特徴とする請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
自動移動装置に装着された撮像アセンブリを備えたＸ線イメージング装置であって、参照点に関する当該Ｘ線イメージング装置の位置を決定する請求項１〜６の何れか１項に記載のシステムを備えたことを特徴とするＸ線イメージング装置。
【請求項８】
自動移動装置に装着されたＸ線イメージング装置の位置を求める方法であって、
参照点（１７）及び前記Ｘ線装置（１）に接合された機械的リンクの回転角の変化を測定するステップであって、前記回転角は、前記イメージング装置が移動されたときに前記参照点及び前記イメージング装置に関して測定される、測定するステップと、
前記測定された角度及び前記リンクの長さから前記イメージング装置の座標を算出するステップと
を備えたことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般的には、医用イメージング・システムに関し、特に、医療撮像の分野に用いられるＸ線装置に関する。
【０００２】
さらに具体的には、本発明の主題は一般的には、移動装置に装着されているＸ線イメージング装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
Ｘ線装置は従来、Ｘ線管と、Ｘ線管に対してＸ線放出方向に対向配置されているＸ線検出器とを含む撮像アセンブリを含んでいる。管及び検出器は通例、アームの相互に対向する二つの端部に配置されているため、管によって放出されるＸ線は検出器に入射して、検出器によって検出され得る。
【０００４】
かかる装置は、診断目的又は侵襲処置目的で血管撮影検査に用いられる。
【０００５】
これらの検査の際には、患者の身体の着目部位をＸ線によって曝射して放射線写真を形成することが必要である。この目的のために、患者を検査台に載置した後に、Ｘ線管及び検出器を放射線撮影部位に対面するように移動させて、着目部位を中心として配置する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来技術では、放射線写真を形成する幾つもの形式のＸ線装置が公知である。
【０００７】
第一に、床に固定されて、Ｘ線管及び検出器を支持するアームが幾つもの自由度を含んで着目部位に対面してＸ線ビームを配置することを可能にするＸ線装置が公知である。
【０００８】
しかしながら、この形式の装置には、放射線撮影の要求が介入処置の開始時及び終了時にしか必要とされないことに関わる大きい欠点がある。
【０００９】
この間には、患者への接近が優先されるべきである。しかしながら、この装置は、使われていないときにも検査台から取り除くことができず、具体的には、検査台への患者の移動及び載置がこの扱いづらいシステムの存在によって変更させられる。
【００１０】
さらにまた、従来の可動式Ｘ線イメージング・システムが、手動で移動させることができ、Ｘ線管に電力を供給するのに用いられる一定数のバッテリを含んでいるキャリッジに装着され得る。
【００１１】
この形式の装置は血管撮影検査には適していない、というのは、Ｘ線管によって発せられる必要電力は、十分な画質、特にコントラストを得るのに不十分だからである。
【００１２】
また、この形式の可動式Ｘ線装置は、管及び検出器を支持するアームの径が十分に大きくないため複雑な角度配置を行なうことができない。
【００１３】
同様に、これらの可動式Ｘ線装置は、良質の三次元画像再構成を可能にするのに十分な回転速度に達しない。最後に、かかる装置の重量は血管撮影法向けに設計されたＸ線装置の２分の１しかないものの、寸法は比較的大きく重量も３００ｋｇに達する場合があるほど大きいため、移動させるのは依然として極めて困難である。
【００１４】
また、天井から懸吊されており、可動式キャリッジを介して、例えば電気モータの支援で、ガイド・レールを移動し得る血管撮影法用のＸ線装置が公知である。
【００１５】
この形式の装置にも幾つもの欠点がある。
【００１６】
第一に、既に多くのシステムが検査台の周囲で天井に取り付けられているため患者の周囲の空間は既に混雑しており、ガイド・レールを設置することが困難になっている。
【００１７】
第二に、Ｘ線装置を天井に装着すると、患者の日和見性汚染の危険性が著しく高まる。明確に述べると、レールを清掃することが困難であるため、装置がレールを摺動しているときに粒子が落下して患者を汚染する可能性が高い。
【００１８】
また、幾つかの手術室では、患者の上方に滅菌性層流が生成されている。この場合に、層流がレールに存在している粒子を吹き飛ばし易く、すると粒子は層流に混入して患者に到達し得る。
【００１９】
従って、手術室において、特に検査台に対して容易に且つ自動的に配置され得る可動式イメージング・システムが求められている。
【００２０】
仏国特許第２９４５７２４号明細書を参照すると、この明細書は自動移動装置に装着されたＸ線イメージング装置を開示しており、この装置は、独立した態様で、又は操作者によって操作され得る制御卓の制御の下での何れかで、自動的に移動させることが可能である。このＸ線装置には、イメージング装置の軌跡を予め画定されている軌跡に対して算出し得るナビゲーション・システムが設けられている。
【００２１】
しかしながら、Ｘ線イメージング装置の現在位置を決定して、軌跡を算出し、また予め画定されている軌跡に対して算出された軌跡を補正する必要がある。
【００２２】
現在位置は、環境における当該バーコードの位置の二次元座標を表わすバーコードを読み取り又は解読して、バーコードに含まれている情報を解読するように動作可能な光学式読み取り器を用いて決定され得る。
【００２３】
もう一つの実施形態では、ナビゲーション・システムは、ＧＰＳ又は全地球測位システムと通信して、Ｘ線装置の位置を算出するように動作可能であり得る。
【００２４】
さらにもう一つの例では、ナビゲーション・システムは、手術室に配置された反射体又は検出器の位置を、レーザ・ビーム放出器を用いて追跡し、入射レーザ・ビームと反射レーザ・ビームとの間の時間からＸ線イメージング装置の現在位置を算出するように動作可能である。
【００２５】
かかるナビゲーション・システムは、極めて高価であり、また環境相互作用からの妨害に感受性が高い場合があることが判明している。具体的には、レーザは、支材類や壁の反射を受け易かったり、外光によって妨害されたりする場合がある。
【００２６】
以上に照らして、本発明の目的はこれらの欠点を軽減することにあり、環境との相互作用を一切なくしてＸ線イメージング装置の位置を決定することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
従って、本発明の主題は、自動移動装置に装着されたＸ線イメージング装置の位置を決定するシステムであって、参照点及びイメージング装置に接合された少なくとも一つの機械的リンクと、イメージング装置が移動されたときに参照点及びイメージング装置に関する前記リンクの回転角の変化を測定する測定手段一式とを含んでいる。
【００２８】
従って、このシステムは、参照点、例えば手術室内の静止位置と、Ｘ線装置との間でのリンクのレイアウトの変化からのみＸ線イメージング装置の位置を決定することを可能にする。
【００２９】
もう一つの特徴によれば、リンクは、互いに接合されている少なくとも２本の桿材（beam）であって、前記参照点及びイメージング装置にそれぞれ接合された反対側に位置する端部を有する少なくとも２本の桿材を含み得る。
【００３０】
このように、このシステムは、第一の桿材を参照点にリンクする第一の接合部に装着された第一の検出手段と、２本の桿材をリンクする第二の接合部に装着された第二の検出手段と、第二の桿材を装置にリンクする第三の接合部に装着された第三の検出手段とを含み得る。
【００３１】
一実施形態では、検出手段は各々、角度エンコーダを含んでいる。
【００３２】
さらにもう一つの実施形態では、システムはさらに、リンクの長さ及び測定された角度変化からＸ線の位置を算出する計算手段を含んでいる。
【００３３】
装置の座標及び配向は次式から算出され得る。
【００３４】
Ｘ＝Ｌｃｏｓα１＋Ｌｃｏｓ（α１＋α２）
Ｙ＝Ｌｓｉｎα１＋Ｌｓｉｎ（α１＋α２）
θ＝α１＋α２＋α３
式中、
Ｘ及びＹはデカルト座標系内での装置の座標を示し、
θはＸ線装置の配向を示す。
【００３５】
もう一つの観点によれば、本発明は、自動移動装置に装着された撮像アセンブリと、参照点に対する当該Ｘ線イメージング装置の位置を決定する上述で画定されたようなシステムとを備えたＸ線イメージング装置を提供する。
【００３６】
さらにもう一つの観点では、本発明は、自動移動装置に装着されたＸ線イメージング装置の位置を求める方法を提供し、この方法は、
参照点及びＸ線装置に接合された機械的リンクの回転角の変化を測定するステップであって、前記回転角は、イメージング装置が移動されたときに参照点及びイメージング装置に関して測定される、測定するステップと、
測定された角度及び前記リンクの長さから装置の座標を算出するステップと
を含んでいる。
【００３７】
本発明の他の目的、特徴及び利点は、以下の記載を読むと明らかとなろう。記載は非限定的実例としてのみ掲げられており、添付図面を参照して記載される。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の一観点によるＸ線装置の概略図である。
【図２】図１のＸ線イメージング装置の位置を決定するシステムの一実施形態を示す図である。
【図３】図２のリンクの概略図であって、Ｘ線イメージング装置の位置を算出するのに用いられる算出関数を示す図である。
【図４】位置計算の精度を示す図である。
【図５】位置計算の精度を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
先ず、図１を参照すると、同図は、本発明の例示的であるが非限定的な一応用による三次元（３Ｄ）医療撮像のためのＸ線イメージング装置１の遠近図を示す。
【００４０】
このイメージング装置１は特に、検査対象、例えば患者の身体の一部の画像取得を行なうためのものである。
【００４１】
看取されるように、この装置１は本質的には、Ｘ線のビーム３を放出方向に放出することが可能なＸ線管２と、Ｘ線検出器４とを、例えば円弧の形態にあるアーム５の相互に対向する二つの端部に配置して有する撮像アセンブリを含んでおり、管２によって放出されるＸ線が検出器４に入射するようにしている。
【００４２】
アーム５は、固定支持部７に回転装着された第二のアーム６に沿って摺動するように装着されており、固定支持部７自体は、手術室又は検査室の床を横断して移動するように動作可能な自動移動装置８を有する基部アセンブリに装着されている。
【００４３】
従って、支持部７、回転アーム６及びアーム５は、撮像アセンブリが三次元において移動することができ、従って様々な入射角から被検査器官の画像を形成することができるように、全三つが互いに対して関節式で接合されている。
【００４４】
放射線撮影時に、管２及び検出器４は、検査台１０に載置された患者の身体９の着目部位に対面するように移動されて、着目部位がＸ線管２と検出器４との間に介在して位置するときにＸ線によって曝射されて、検出器４が介在する着目部位の特性を表わすデータを生成する。
【００４５】
看取されるように、移動装置８は、図示の実施形態の例では、後方に配置された二つの横方向の駆動及び方向制御（steering）輪１１と、前方に配置された二つの自在輪１２とを含む転がりシステムを含んでおり、駆動輪は、駆動モータに結合された方向制御モータを含む駆動手段を付設している。
【００４６】
このように、基部アセンブリは、ロボット式のプログラム可能な装置であってよく、Ｘ線イメージング装置の軌跡又は経路を予め画定されている軌跡に対して算出するように動作可能なナビゲーション・システムを付設し得る。
【００４７】
ナビゲーション・システムは、Ｘ線装置又は遠隔制御卓の何れの内部に埋め込まれていてもよく、また、手術室において、特に検査台１０に対して装置１を精密に配置することを可能にするために、装置の現在位置を算出するように動作可能である。
【００４８】
従って、プログラミングの各段階に応じて又は操作者によって操作され得る制御卓の制御の下で、Ｘ線装置は手術室において自動的に移動することが可能である。
【００４９】
このことは具体的には、特に、放射線撮影したい着目部位に管２及び検出器４を対面させるように配置するために検査台に対面してＸ線装置を配置する配置時、又はもう使わないときに邪魔にならない待機位置にＸ線装置を移動させる移動時の場合である。
【００５０】
例えば、ナビゲーション・システムは、Ｘ線装置１の現在位置、特に撮像アセンブリの位置を算出して、基部アセンブリを最適な又は予めプログラムされている軌跡又は経路に対して方向制御するために、移動装置８に対して信号を発生することができる。
【００５１】
また、図１で分かるように、装置１には例えば支持部７から直立したアーム１３が設けられており、アーム１３には接続要素一式が配置されている。かかる接続要素は特に、電力を装置に供給する専用の電力及び電気接続ケーブル一式、冷却流体、例えば水が循環するダクト一式、及び例えば光ファイバ形式のデータ伝送路一式を含み得る。
【００５２】
この接続要素一式はこの例では、遠隔設備室に載置されている遠隔キャビネットに接続されている。
【００５３】
これらの接続要素は、例えば当該接続要素の束を一つの水平面にまとめて手術室又は検査室の天井の近傍に載置されるように局限することが可能な一連の関節式リンクから成る支持装置１４に配置される。
【００５４】
支持装置１４は、一方の端部が直立アーム１３に接続され、反対側の端部は、例えば図示のように天井の近傍で手術室の壁面に装着された固定支持要素１５に接続されている。
【００５５】
例えば、この連鎖１４には、基部アセンブリ、結果的にＸ線イメージング装置１が床を横断して移動させられるときに当該連鎖の変形が生じるように各々互いに対して関節式で接合されている連鎖リンク一式が設けられていてよい。
【００５６】
尚、連鎖１４の相互に反対側に位置する端部が支持要素１５及びアーム１３にそれぞれ接合されていることを認められたい。
【００５７】
Ｘ線イメージング装置の現在位置を決定するために、Ｘ線イメージング装置にはナビゲーション・システムを付設した位置決定システムが設けられている。
【００５８】
図１及び図２に示すように、位置決定システムは、連鎖１４の下方に位置しており、支持要素１５及び直立アーム１３に対して接合されている相互に反対側に位置する二つの端部１７及び１８を有する少なくとも一つの機械的リンク１６を含んでいる。
【００５９】
図１及び図２の実施形態の例では、リンク１６は、互いに接合されている２本の直線型桿材１９及び２０を含んでいる。
【００６０】
各々の桿材は、他方の桿材の対応する端部に接合された第一の端部と、反対側の端部とを有しており、すなわち支持要素１５及び直立アーム１３にそれぞれ接合された参照番号１７及び１８によって示す端部を有している。
【００６１】
換言すると、リンク１６は、二つの旋回軸Ａ及びＡ′によって支持要素１５及び直立アーム１３に装着されており、Ｘ線イメージング装置が移動装置によって床を横断して移動させられると、旋回軸Ａを中心とした第一の桿材１９の回転角の変移及び旋回軸Ａ′を中心とした装置の回転角の変移が生ずる。加えて、桿材１９と桿材２０とがなす角は、Ｘ線装置１の移動に従って変化する。
【００６２】
位置決定システムにはさらに、プログラム・メモリを付設しており、支持要素１５及び直立アーム１３に対するリンク１６の回転角の変移、及びアーム１９とアーム２０との間の回転角の変化を監視して、この例では旋回軸Ａによって形成される参照点に対するＸ線装置の実際の位置をここから導くように動作可能なコンピュータを含む計算手段が設けられている。
【００６３】
図２及び図３に示すように、桿材の各々の端部には、支持要素１５の方向Ｘと第一の桿材１９との間の角度α１、第一の桿材１９と第二の桿材２０との間の角度α２、及び第二の桿材２０とＸ線装置の全体軸（general axis）Ｚとの間の角度α３を測定するために参照番号２２のような角測定エンコーダが設けられている。
【００６４】
かかる角測定エンコーダは最新技術分野において周知であるので立ち入って開示しない。
【００６５】
ここで図３を参照すると、計算手段は、角度α１、α２及びα３の測定値を用いてＸ線装置システムの実際の位置及び配向を算出する。具体的には、計算手段は、デカルト座標系内での装置の座標Ｘ及びＹ、並びに支持要素１５の全体軸に対するＸ線装置の配向θを、次式を用いて算出する。
【００６６】
Ｘ＝Ｌｃｏｓα１＋Ｌｃｏｓ（α１＋α２）
Ｙ＝Ｌｓｉｎα１＋Ｌｓｉｎ（α１＋α２）
θ＝α１＋α２＋α３
式中、Ｌは各々の桿材の長さを示す。
【００６７】
尚、各々の桿材はこのようにして算出されたＸ線イメージング装置の位置の十分な精度を提供するのに十分な剛性を有していることを認められたい。
【００６８】
例えば、各々の桿材は、炭素繊維で形成された管の形態として実現される。
【００６９】
また、上述の実施形態において、三つの角度エンコーダを設けた２本の桿材を有する位置決定システムが、装置が配置されている環境との相互作用を一切起こさず、また装置の嵩寸法を増大させることなく、Ｘ線イメージング装置の位置を算出することが可能であることを認められたい。
【００７０】
しかしながら、本発明は所載の実施形態に限定されないことを特記しておく。
【００７１】
実際に、上述の実施形態では、参照点及びイメージング装置に接合されたリンクは２本の桿材を含んでいる。
【００７２】
かかるリンクに異なる本数の桿材を設けてよく、またリンクが少なくとも１本の桿材を含み得ることを理解されたい。
【００７３】
好ましくは、リンクは、少なくとも２本の桿材、例えば上に開示されたような２本の桿材、又は３本以上の桿材を含み得る。
【００７４】
加えて、リンクはワイヤ・リンクを含んでいてもよく、このリンクのワイヤは、直立アーム１３にリンクされて、支持要素１５に装着されたドラムに巻回される。ワイヤ・リンクは、例えばばね式装置を含んでいてよく、ドラムの周りでのワイヤの回転数を計数するように動作可能なエンコーダを付設していてよく、また支持要素１５に対するドラムの角度配向を検出するように動作可能なさらに他のエンコーダを含んでいてよい。
【００７５】
最後に図４及び図５を参照すると、上に開示されたような位置決定システムは、検査台１０の周りで０．５ｍｍの精度でＸ線イメージング装置の位置を決定することが可能であることが認められよう。
【００７６】
さらにまた、予め画定されている配向、例えば支持要素１５の全体配向に関するＸ線イメージング装置の角度は、０．０２°の精度で決定され得る。
【００７７】
かかる精度は、自動移動装置に装着されたＸ線イメージング装置であって、参照点及び当該イメージング装置に接合された少なくとも一つの機械的リンクと、当該イメージング装置が移動されたときに参照点及び当該イメージング装置に関する前記リンクの回転角の変化を測定する角度エンコーダ一式とを備えたＸ線イメージング装置によって得られ得ることを理解されたい。
【符号の説明】
【００７８】
１：Ｘ線イメージング装置
２：Ｘ線管
３：Ｘ線ビーム
４：Ｘ線検出器
５：アーム
６：第二のアーム
７：固定支持部
８：自動移動装置
９：患者の身体
１０：検査台
１１：駆動及び方向制御輪
１２：自在輪
１３：直立アーム
１４：支持装置
１５：固定支持要素
１６：機械的リンク
１７、１８：端部
１９、２０：直線型桿材
２２：角測定エンコーダ
【図１】
2013017818.tif 000003
【図２】
2013017818.tif 000004
【図３】
2013017818.tif 000005
【図４】
2013017818.tif 000006
【図５】
2013017818.tif 000007
【外国語明細書】
2013017818000001.pdf