(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線源（８）及びＸ線検出器（９）を含み支持装置（７）に配置されたＸ線システムを備え、支持装置（７）がＣ形アームとして形成され、このＣ形アームがその周囲に沿って変位可能に保持部（５）に結合された支承部（６）に支承され、支持装置（７）が、対象物の一連の２次元投影像を撮影するために少なくともほぼ水平にこの支持装置（７）を通る軸線（Ｂ）を中心に揺動可能であり、さらに撮影された２次元投影像から３次元画像データレコードを作成するための手段（11, 13, 16, 17）を備えている移動可能なＸ線装置において、支持装置（７）の揺動が、デジタル制御される駆動装置（10）によって電動により行われる移動可能なＸ線装置。
【請求項２】
駆動装置がステップモータ（10）である請求項１記載の移動可能なＸ線装置。
【請求項３】
支持装置（７）がＣ形アームとして形成され、このＣ形アームがその周囲に沿って変位可能に保持部（５）に結合された支承部（６）に支承され、支持装置（７）がＸ線装置（１）の保持部（５）に対して相対的にこの保持部（５）及び支持装置（７）を少なくともほぼ水平に通る軸線（Ｂ）を中心に揺動可能である請求項１又は２記載の移動可能なＸ線装置（１）の投影位置の決定方法において、
ａ）保持部（５）に対して相対的な支持装置（７）の出発位置を含む第一のパラメータを設定し、
ｂ）投影位置を決定するために設けられたファントム（19）を、Ｘ線源（８）からＸ線検出器（９）に通るＸ線束が透過できるように、Ｘ線システムに対して相対的に配置し、
ｃ）支持装置（７）が保持部（５）に対して相対的に水平に通る軸線（Ｂ）を中心に電動により揺動する間にファントム（19）の一連の２次元投影像を撮影し、
ｄ）このファントム（19）の撮影された２次元投影像を判断して、２次元投影像の各々に対する投影位置を求め、
ｅ）第一の撮影パラメータに対して求められた投影位置を記憶し、
ｆ）必要に応じて撮影パラメータを変更し前記ａ）〜ｅ）の工程を実施し、
投影位置の決定がこの支承部（６）に対して相対的な支持装置（７）の出発位置に関連して行われる
移動可能なＸ線装置の投影位置の決定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はＸ線源及びＸ線検出器を含むＸ線システムを備えた移動可能なＸ線装置に関する。このＸ線システムは支持装置に配置され、対象物の３次元画像を再構成するため対象物の一連の２次元投影像を撮影するためにこの対象物に対して相対的に変位可能である。この発明はさらにこのようなＸ線装置の投影位置の決定方法に関する。
【０００２】
冒頭に挙げた種類のＸ線装置は、通常、移動可能なＣ形アームＸ線装置であるが、この装置は、例えば医療の分野において、患者の身体について種々の投影角度で撮影された一連の２次元投影像から身体部分の３次元画像を再構成するために使用されている。Ｘ線システムで撮影された２次元投影像から３次元画像を再構成するためには、もとより、投影位置を知ること、即ち、Ｘ線源とＸ線検出器の位置を知ること並びに個々の２次元投影像の各々における投影角度を知ることを前提とする。Ｃ形アームＸ線装置は特にＣ形アーム変位運動に関して機械的な不安定性を持っており、これはＸ線源及びＸ線検出器の重力によりその変位運動の捩れとして現れるので、２次元投影中の投影位置を検出し、それにより対象物の３次元画像を再構成するためには、対策が取られねばならない。
【０００３】
ドイツ特許出願公開第19746093号明細書からこのようなＣ形アームＸ線装置は公知である。一連の２次元投影像を撮影するために、Ｘ線システムを備えたこのＸ線装置のＣ形アームは、特にアイソセントリックにその周囲に沿っていわゆる周回軌道運動で約200°の角度範囲を患者の検査する身体部分の回りを変位する。投影位置を決定するために、このＸ線装置は、Ｘ線源及びＸ線受信部に配置された送信装置とこのＸ線システムに対して相対的にＸ線装置の固定部に配置された音響波或いは電磁波受信装置との形の手段を備えている。送信及び受信装置の間の音響或いは電磁波の所要時間或いは位相を２次元投影像の撮影中に測定することにより、個々の２次元投影像の投影位置を検出し、それにより一連の２次元投影像から検査する対象物の３次元画像を作成することができる。
【０００４】
この公知のＸ線装置においては、Ｃ形アームのその周囲に沿った電動による変位を実現することは技術的に煩瑣であり、従って高価につく、という欠点が認められる。さらに、投影位置のオンライン検出とも言われる、一連の２次元投影像の撮影中の投影位置の検出は、一連の２次元投影像の撮影後できるだけ短い時間で望ましい方法で対象物の３次元画像に到達するために、高度の演算能力の使用を必要とする。３次元画像のいわゆるリアルタイムの再構成は、従って、高い演算能力を持つ比較的高価なコンピュータを使用して初めて可能である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この発明の課題は、従って、冒頭に挙げた種類のＸ線装置を、対象物の３次元画像を作成するための技術的経費が減少されるように、構成することにある。さらに、この発明の課題は、３次元画像の再構成に必要な、この発明によるＸ線装置に対する投影位置を簡単に提供できる方法を提示することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明によればこの課題に関するＸ線装置は、Ｘ線源及びＸ線検出器を含み支持装置に配置されたＸ線システムを備え、支持装置が、対象物の一連の２次元投影像を撮影するために少なくともほぼ水平にこの支持装置を通る軸線を中心に電動により揺動可能であり、さらに撮影された２次元投影像から３次元画像データレコードを作成するための手段を備えている移動可能なＸ線装置により解決される。公知のＸ線装置と異なり、この発明によるＸ線装置の支持装置は、少なくともほぼ水平にこの支持装置を通る軸線を中心に電動的に揺動可能である。水平に通る軸線は、この発明によるＸ線装置のＣ形アームから成る支持装置の１つの実施態様によれば、Ｃ形アームの角回転軸線に相当するが、水平に通る軸線を中心とする揺動の形態はＣ形アームの技術的に面倒な電動機による周回軌道回転より遥かに簡単に実現することができる。なお、これをＣ形アームのその周囲に沿う変位と理解する。Ｘ線装置のこの発明による構成により、従って、対象物の３次元画像データレコードを作成するための技術的経費が明らかに減少する。このデータレコードから対象物の３次元画像を得ることができる。
【０００７】
この発明のもう１つの利点は、アイソセントリックでなく変位可能なＣ形アームを備えた、簡単なＣ形アームＸ線装置でも簡単に電動によりその角回転軸線を中心に揺動可能なＣ形アームを備えるように構成され、従ってこのような簡単なＸ線装置でも対象物の３次元画像再構成のための３次元画像データレコードを得ることができる、ということにある。何となれば、アイソセントリックでなく変位可能なＣ形アームにおいても、Ｘ線源から送出されるＸ線束の中心ビームと角回転軸線との間の交点の位置は、この角回転軸線を中心とするＣ形アームの揺動の際に、アイソセントリックに変位可能なＣ形アームがＣ形アームのアイソセンターを中心に周回軌道回転する場合のように、殆ど変化しないからである。これにより両事例において、好ましいことに一連の２次元投影像からの３次元画像データレコードの作成が簡単に行える。
【０００８】
この発明の特に好ましい実施態様においては、支持装置の電動による揺動はデジタル制御される駆動装置により行われる。この駆動装置は、この発明の１つの実施態様においては特にソフトウエア制御されるステップモータであるが、これにより支持装置は水平に通る軸線を中心に精確に揺動することが可能となり、その際支持装置の種々の揺動位置を高い精度で繰り返し設定することができる。ステップモータによりＣ形アームの変位運動の際の個々の揺動位置は500μ°まで正確に繰り返し設定することができる。
【０００９】
方法に関する課題は、支持装置がＸ線装置の保持部に対して相対的にこの保持部及び支持装置を少なくともほぼ水平に通る軸線を中心に揺動可能である移動可能なＸ線装置の投影位置の決定方法において、
ａ）保持部に対して相対的な支持装置の出発位置を含む第一のパラメータを設定し、
ｂ）投影位置を決定するために設けられたファントムを、Ｘ線源からＸ線検出器に通るＸ線束が透過できるように、Ｘ線システムに対して相対的に配置し、
Ｃ）支持装置が保持部に対して相対的に水平に通る軸線を中心に電動により揺動する間にファントムの一連の２次元投影像を撮影し、
ｄ）このファントムの撮影された２次元投影像を判断して、２次元投影像の各々に対する投影位置を求め、
ｅ）第一の撮影パラメータに対して求められた投影位置を記憶し、
ｆ）必要に応じて撮影パラメータを変更して前記ａ）〜ｅ）の工程を実施する
移動可能なＸ線装置の投影位置の決定方法によって解決される。
【００１０】
Ｘ線装置の支持装置がＣ形アームとして形成され、このＣ形アームの周囲が保持部に結合された支承部に支承されているときには、投影位置の決定方法の１つの実施態様においては、支承部に対して相対的な支持装置の位置に関連して投影位置が決定される。
【００１１】
この発明による方法によれば、投影位置を、公知のＸ線装置とは異なり、対象物の一連の２次元投影像の撮影中ではなく、対象物の一連の２次元投影像の撮影前の１つ或いは複数の校正において求め、これを記憶して、対象物の一連の２次元投影像の後の測定のための投影位置を３次元画像データレコードの作成に使用することが提案される。この発明による方法に対する提案は、その場合、支持装置がＸ線装置の水平に通る軸線を中心に変位する際にＸ線源及びＸ線検出器の重力により支持装置の捩れが生じ、これが対象物を中心とするＸ線システムの理想的な変位運動からのずれを起こさせるが、この捩れを機械的な定数と見なすという考えに基づいている。支持装置は、揺動運動の際に支持装置の変位に関する同一の出発条件の下で、即ち同一の撮影パラメータ（例えば支持装置の出発位置、支持装置の揺動速度、支持装置の始動及び制動曲線並びに揺動角度）において常にほぼ同一の捩れを示すから、この仮定は正しいことが判明している。Ｘ線システムを備えた支持装置の、水平に通る軸線を中心とする揺動運動は、従って、再現可能であると見なすことができる。従って、この発明によるＸ線装置の投影位置は、本来の対象物測定の前の１つ或いは複数の校正の際に決定することができる。このことは投影位置のオフライン決定とも言われる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態を、この発明による移動可能なＸ線装置を示す添付の概略図面で説明する。
【００１３】
図１に示されたこの発明によるＸ線装置は車輪２により移動可能な機器台車３を備えたＣ形アームＸ線装置１である。このＣ形アームＸ線装置１は図において破線で示された昇降柱４を備え、この昇降柱は縦軸線Ａを中心に二重矢αの方向に回転可能である。昇降柱４には保持部５が配置され、これにはまたＣ形アーム７を支承するための支承部６が配置されている。
【００１４】
Ｃ形アーム７はＸ線源８及び平面状Ｘ線検出器９を備えたＸ線システムを備え、このＸ線源８とＸ線検出器９とはＣ形アーム７の両端に互いに対向するように配置され、Ｘ線源８から出たＸ線ファンビームの中心ビームＺＳがＸ線検出器９のほぼ真ん中に当るようにされている。Ｘ線検出器９はＸ線画像増幅器、アモルファスシリコンの平面形画像増幅器或いはまたＸ線フィルムであることができる。Ｃ形アーム７は支承部６及び保持部５を介して昇降柱４に結合され、この昇降柱４によって機器台車３に相対的に垂直に変位可能である。
【００１５】
Ｃ形アーム７はこの実施の形態の場合において二重矢ａの方向にその周囲に沿って、特に手動で変位可能であり、支承部６に支承されている。この支承部６はＣ形アーム７と一緒に、保持部５、支承部６及びＣ形アーム７を少なくともほぼ水平に通る軸線Ｂ、即ち、Ｃ形アームＸ線装置１の角回転軸線とも言う軸線Ｂを中心に電動により揺動可能である（二重矢βを参照）。保持部５に対して相対的に支承部６及びＣ形アーム７を電動により揺動するために、この実施の形態の場合、保持部５にはデジタル的にソフトウエア制御される電動駆動装置がステップモータ10の形で組み込まれて設けられている。デジタル制御されるステップモータ10は、保持部５に対して相対的な支承部６及びＣ形アーム７の個々の揺動位置を500μ°まで正確に繰り返し進められる点で優れている。ステップモータ10の制御はＣ形アームＸ線装置１の機器制御装置11により行われ、この機器制御装置は、この実施の形態の場合、２次元投影像を撮影するのに関連する、Ｃ形アームＸ線装置１の他の機能及び機器全てをも制御する。
【００１６】
機器制御装置11はＣ形アームＸ線装置１の機器操作部12に接続され、この操作部により操作員が、２次元投影像の撮影及び支承部６とＣ形アーム７の電動変位に関して、Ｃ形アームＸ線装置１における設定を行うことができる。Ｃ形アームＸ線装置１は図には示されていない対象物の３次元画像データレコードを作成するために設けられている。３次元画像データレコードは、Ｘ線源８及びＸ線検出器９を備えたＸ線システムにより互いに異なる投影角度で撮影された対象物の一連の２次元投影像から、機器制御装置11に接続された画像コンピュータ13で作られる。この作成された３次元画像データレコードから画像コンピュータ13は所定の方法で放射線により検査された対象物の３次元画像もしくは３次元写真を再構成することができる。この３次元画像もしくは３次元写真はＣ形アームＸ線装置１のホルダー15に配置されているモニタ14に表示される。
【００１７】
異なる投影角度で一連の２次元投影像を撮影するために、支承部６はＸ線システムを支持しているＣ形アーム７と一緒に、例えば図に示されているＣ形アーム７の出発位置から出発して、二重矢βの方向に特に180°より大きいか等しい角度範囲で、検査を受けて３次元画像で表示されるべき対象物の回りを電動により揺動する。Ｃ形アーム７が角回転軸線Ｂの回りを電動により揺動する間に、対象物の一連の特に約50〜100個の２次元投影像がＸ線システムにより撮影される。この撮影された２次元投影像はその場合画像メモリ16に一時的に記憶される。一連の２次元投影像の撮影に必要な入力、例えば、揺動速度及び揺動角度並びに所望の２次元投影像の数の入力は機器操作部12を介して行われる。
【００１８】
撮影された２次元投影像から３次元画像データレコードを作成するために、既に最初に述べたように、投影位置（即ち、対象物に対して相対的なＸ線源８及びＸ線検出器９の位置）を知ること、並びに２次元投影像の各々における投影角度を知ることが必要である。
【００１９】
この発明によるＣ形アームＸ線装置１においてはこれらの投影位置は対象物の一連の２次元投影像を撮影する前の校正において検出され、異なる対象物の一連の撮影された２次元投影像からそれぞれの３次元画像データレコードを後に作成するためにメモリ17に格納される。
【００２０】
Ｃ形アーム７が角回転軸線Ｂの回りを揺動する際に、確かに、Ｘ線源８及びＸ線検出器９の重力によりＣ形アーム７の捩れが生ずる。この捩れは、しかしながら、同一の出発条件において、即ち同一の撮影パラメータ（例えば揺動運動の始めにおけるＣ形アーム７の出発位置、Ｃ形アーム７の揺動速度、始動及び制動加速度及び揺動角度）において常にほぼ同じように生ずるので、これらは、Ｃ形アーム７の揺動の際の機械的定数と見なすことができる。従って、Ｃ形アーム７が揺動する際の公知の撮影パラメータにおいて、Ｘ線システム、即ちＸ線源８及びＸ線検出器９の変位道程は、Ｃ形アーム７の捩れにより理想的な変位道程に相当しないものが再現可能される。その場合、ステップモータ10によりＣ形アーム７が個々の揺動位置に高い精度で繰り返し到達できるのが有効であることが実証されている。Ｃ形アーム７の捩れを機械的定数として見なすこと並びにＣ形アーム７の個々の揺動位置を繰り返し精密に設定できることにより、従って、対象物の一連の２次元投影像を撮影する前の１つ或いは多数の校正において異なる撮影パラメータに対する投影位置を検出することができる。
【００２１】
投影位置のこのオフライン決定は、この実施の形態の場合、先ず、保持部５の第１の垂直調整、支承部６におけるＣ形アーム７の第１の調整及び保持部５に対して相対的な支承部６の第１の調整が行われ、その際、機器制御装置11が保持部５の垂直調整及び支承部６に対して相対的なＣ形アーム７の調整を校正の始めにおいて、図１には概略的に示されている公知の位置発信器20, 21により尋ねるようにして行われる。保持部５に対して相対的な支承部６の位置は、直接、ステップモータ10に対する制御データから取り出すことができる。この実施の形態の場合、Ｃ形アーム７は手動で支承部６に設定され、図示されていない公知の手段（例えば締付けねじ）により固定され、Ｘ線源８から出るＸ線ファンビームの中心ビームＺＳが角回転軸線Ｂをほぼ直角に交差するようにされる。Ｃ形アーム７の固定はその場合必ずしも必要ではない。次いで、投影位置を決定するために、Ｘ線に反応するマーク18を備えたファントム19がＸ線システムに対して相対的に、Ｘ線源８からＸ線検出器に向かうＸ線ファンビームがこのファントム19を少なくとも一部通過できるように配置される。このファントム19は、例えば米国特許第5,822,396号或いは同第5,835,563号明細書により公知であり本来は投影位置のオンライン決定のために設けられるマーカーリングとすることができる。しかしながら、投影位置の決定のために専用的に設けられるファントムを使用することもできる。
【００２２】
ファントム19が例えば中心軸線Ｍを備えた米国特許第5,822,396号或いは同第5,835,563号から公知のマーカーリング或いは中心軸線Ｍを備えた他の型のファントムであるときには、Ｘ線システムに対して相対的なファントム19の位置決めは、特に、ファントム19の中心軸線MがＣ形アームＸ線装置１の角回転軸線Ｂに対して少なくともほぼ平行か或いはそれと同一であるように行われる。
【００２３】
ファントム19をＸ線システムに対して相対的に位置決めした後、Ｘ線装置１の校正モードにおいてファントム19の一連の２次元投影像が作成され、その際支承部６はＣ形アーム７と一緒にステップモータ10により角回転軸線Ｂの回りを、即ち二重矢βの方向に事前設定可能な速度で並びに事前設定可能な始動及び制動加速度で変位される。ファントム19の２次元投影像を画像コンピュータ13により判断することにより、この一連の２次元投影像の個々に対する投影位置を公知の方法で求め、２次元投影像を撮影する際の選択されたパラメータに関連して、即ち保持部５の高さ調整、支承部６に対して相対的なＣ形アーム７の出発位置、選択された変位速度並びに選択された変位角度に関連してメモリ17に記憶する。場合によっては、Ｃ形アーム７の図示されている出発位置とは異なる他の出発位置に対して並びに他の撮影パラメータに対して、別の一連の２次元投影像を校正の途中で作成し、この２次元投影像により個々の２次元投影像に対する投影位置を決定し、撮影パラメータに関連してメモリ17に格納する。
【００２４】
このようにして、種々の撮影パラメータに属する投影位置のデータレコードを得、これを、後に撮影パラメータを適当に選択して、対象物について撮影された一連の２次元投影像から３次元画像データレコードを作成するために使用することができる。対象物の測定の際に、即ち、２次元投影像を撮影する際に、Ｃ形アーム７が校正の際に占める揺動位置とほぼ同一のＣ形アーム７の揺動位置が取られ、それにより対応の投影位置を直接メモリ17から取出し、３次元画像データレコードを作成するために利用することができる。
【００２５】
この発明によるＸ線装置は、以上においては移動可能なＣ形アームＸ線装置１の例で記載している。この発明によるＸ線装置は、しかしながら、必ずしもＣ形アームＸ線装置である必要はなく、支持装置として例えばｕ状の支持装置を備えている他の移動可能なＸ線装置であることもできる。
【００２６】
さらに、Ｘ線装置は、Ｃ形アームＸ線装置１に記載されているような、Ｘ線システムに対する全ての調整可能性を備えるものである必要はない。例えば、Ｃ形アームの周囲方向の変位或いは保持部５の高さ変位を断念することもできる。
【００２７】
ステップモータの代わりに、Ｃ形アーム７の種々の揺動位置を繰り返し精確に設定可能である限り、他の型の駆動装置を使用することもできる。
【００２８】
Ｃ形アームＸ線装置１の電気的に動作する機器間の電気的接続は、この実施の形態の場合、詳しくは示されていない。それらは公知の方法で構成されているからである。
【００２９】
この発明によるＸ線装置のための投影位置の検出は、なお必ずしも前述のオフライン校正により行われる必要はない。むしろ、投影位置は、オンラインでも、即ち対象物の測定中に検出することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明によるＸ線装置の実施の形態を示す概略図。
【符号の説明】
1        Ｃ形アームＸ線装置
2         車輪
3         機器台車
4         昇降柱
5         保持部
6         支承部
7         Ｃ形アーム
8         Ｘ線源
9         Ｘ線検出器
10       ステップモータ
11       機器制御装置
12       機器操作部
13         画像コンピュータ
14         モニタ
15        ホルダー
16        画像メモリ
17        メモリ
18        Ｘ線活性マーク
19        ファントム
20        位置発信器
21        位置発信器
Ａ        縦軸線
Ｂ        角回転軸線
Ｍ        ファントムの中心軸線
ＺＳ      中心ビーム
ａ        変位方向
α,β      角変位方向
【図１】
0005004379.tif 000002