特表 2024-512665 運動している複数のパルス作動Ｘ線源をＣアームとともに使用する高速３Ｄ Ｘ線撮影

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-03-19

(54)【発明の名称】運動している複数のパルス作動Ｘ線源をＣアームとともに使用する高速３Ｄ Ｘ線撮影

(51)【国際特許分類】

   A61B 6/02 20060101AFI20240312BHJP

【ＦＩ】

A61B6/02 501H

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023560328

(86)(22)【出願日】2022-01-21

(85)【翻訳文提出日】2023-11-28

(86)【国際出願番号】 US2022013242

(87)【国際公開番号】W WO2022211881

(87)【国際公開日】2022-10-06

(31)【優先権主張番号】63/170,288

(32)【優先日】2021-04-02

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】63/175,952

(32)【優先日】2021-04-16

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】63/182,426

(32)【優先日】2021-04-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】63/188,919

(32)【優先日】2021-05-14

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】63/194,071

(32)【優先日】2021-05-27

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】63/209,498

(32)【優先日】2021-06-11

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】63/214,913

(32)【優先日】2021-06-25

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】63/220,924

(32)【優先日】2021-07-12

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】63/222,847

(32)【優先日】2021-07-16

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】63/224,521

(32)【優先日】2021-07-22

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】63/225,194

(32)【優先日】2021-07-23

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】63/226,508

(32)【優先日】2021-07-28

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】17/497,231

(32)【優先日】2021-10-08

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】522300662

【氏名又は名称】アイクススキャン，インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110000659

【氏名又は名称】弁理士法人広江アソシエイツ特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】マオリンベイ，マナト

(72)【発明者】

【氏名】ク，チュン－ユアン

(72)【発明者】

【氏名】ヤン，リンボ

(72)【発明者】

【氏名】リウ，ジアンチアン

【テーマコード（参考）】

4C093

【Ｆターム（参考）】

4C093AA11

4C093CA27

4C093CA32

4C093EA06

4C093EC16

4C093FA18

4C093FA44

4C093FA52

4C093FA59

(57)【要約】

運動している複数のパルス作動Ｘ線源を使用して効率的で超高速の３Ｄ Ｘ線撮影を実行するＣアームＸ線イメージングシステムが提示されている。Ｘ線源が、アレイを形成するように運動している構造上に取り付けられている。Ｘ線源は、グループとして一定速度で、あらかじめ定められた弧状トラック上で、被写体に対して同時に移動する。個々の各線源は、線源の静止位置の周りで迅速に短距離移動することもできる。線源が、グループ速度に等しいが反対の移動方向を有する速度を有するとき、一方のＣアーム端部における線源と他方のＣアーム端部におけるＸ線フラットパネル検出器とは、線源が一瞬、静止したままであるように、外部露出制御ユニットを介して作動される。Ｃアームは、回転により、広い掃引角度にわたって、かつ異なる位置で、３Ｄ Ｘ線走査撮像を提供する。Ｘ線画像を、リアルタイム診断のために人工知能モジュールによって分析することができる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

運動している複数のパルス作動Ｘ線源をＣアームとともに使用して高速３Ｄ Ｘ線撮影を提供するためのシステムであって、
Ｃ字型アームと、
Ｃアーム回転を行うためのＣ字型アームモータと、
Ｃ字型アーム支持体と、
所定の形状を有する弧状レール上で自由に移動する一次モータステージと、
前記一次モータステージと係合し、前記一次モータステージの速度を制御する一次モータと、
前記一次モータステージに結合されており、前記弧状レールの方向に沿って移動する複数の二次モータステージと、
各々が二次モータステージと係合し、二次モータステージの速度を制御する複数の二次モータと、
各々が二次モータステージによって移動される複数のＸ線源と、
前記一次モータ、前記一次モータステージ、前記二次モータ、前記二次モータステージ、及び前記Ｘ線源、のためのハウジングを提供するＣアームの一方の端部に取り付けられた支持フレーム構造と、
前記Ｃアームの反対側の端部に取り付けられたＸ線フラットパネル検出器と、を備える、システム。

【請求項2】

あらかじめ定められたトラックと、
運動している構造上に取り付けられた複数のパルス作動Ｘ線源管を含む線源アレイであって、前記複数のパルス作動Ｘ線源管の各々が、一定のグループ速度で、前記あらかじめ定められたトラック上で、被写体の周りで同時に移動し、個々のＸ線源管が、グループ管速度に等しいが反対の移動方向の速度を有するとき、前記個々のＸ線源管が、露出制御ユニットを介してトリガされる、線源アレイと、を備える、請求項１に記載のシステム。

【請求項3】

前記一次モータステージ又は二次モータステージの速度又は位置が、ソフトウェアによって調整可能である、請求項１に記載のシステム。

【請求項4】

Ｘ線源の電流及び電圧が、ソフトウェアによって調整可能である、請求項１に記載のシステム。

【請求項5】

Ｘ線源の露出時間が、ソフトウェアによって調整可能である、請求項１に記載のシステム。

【請求項6】

前記Ｘ線源管が、Ｘ線パルストリガ露出持続時間中に前記Ｘ線フラットパネル検出器に対して静止する、請求項１に記載のシステム。

【請求項7】

前記複数のＸ線源が、個々のＸ線源ごとの低減された線源移動距離を有する、請求項１に記載のシステム。

【請求項8】

前記フラットパネル検出器が、所定の期間にわたる所定の掃引で３Ｄ Ｘ線撮影画像投影データを取得し、画像分析が、走査中にリアルタイムで行われる、請求項１に記載のシステム。

【請求項9】

個々の各Ｘ線源が、所定の距離で静止位置の周りで迅速に移動する、請求項１に記載のシステム。

【請求項10】

３Ｄ Ｘ線撮影画像が、Ｘ線露出源の角度付き幾何学配置を有する各画像に基づいて再構成される、請求項１に記載のシステム。

【請求項11】

運動している複数のパルス作動Ｘ線源をＣ字型アームとともに使用して高速３Ｄ Ｘ線撮影を提供するための方法であって、
複数のパルス作動Ｘ線源の支持フレーム構造をＣ字型アームの一方の端部に取り付けることと、
一次モータステージ及び１つ以上の二次モータステージを、支持フレーム構造の弧状レールにおける所定の初期の場所に位置付けることと、
前記一次モータによって前記一次モータステージを所定の一定速度で掃引することと、
対応する二次モータによって前記二次モータステージの各々を所定のシーケンスで振動させることと、
二次モータステージが前記一次モータステージの方向と反対方向に移動するとき、Ｘ線源及びＸ線フラットパネル検出器を電気的に作動させることと、
前記Ｃアームの反対側の端部に取り付けられた前記Ｘ線フラットパネル検出器から画像データを取得することと、を含む、方法。

【請求項12】

ステージテーブルを移動させることを含む、請求項１１に記載の方法。

【請求項13】

前記複数のＸ線源が、個々のＸ線源管ごとの低減された線源移動距離を有する、請求項１１に記載の方法。

【請求項14】

前記Ｘ線源管が、Ｘ線パルストリガ露出持続時間中にＸ線フラットパネル検出器に対して静止する、請求項１１に記載の方法。

【請求項15】

前記Ｘ線源を、ランダム射出スキームを使用して前記アレイ中の任意の線源のうちの１つからランダムに作動させることもできる、請求項１１に記載の方法。

【請求項16】

３Ｄ Ｘ線撮影画像が、Ｘ線源の角度付き幾何学配置を有する各画像に基づいて再構成される、請求項１１に記載の方法。

【請求項17】

前記フラットパネル検出器が、所定の時間にわたる所定の掃引で３Ｄ Ｘ線撮影画像投影データを取得し、画像分析が、走査中にリアルタイムで行われる、請求項１１に記載の方法。

【請求項18】

関心領域に基づいて、掃引角度を変更することを含む、請求項１１に記載の方法。

【請求項19】

掃引中に被写体密度に基づいて、Ｘ線源電圧入力を変更することを含む、請求項１１に記載の方法。

【請求項20】

Ｘ線検出器が、Ｘ線源の場所に基づいて位置を調整するためのリニアステージに結合されている、請求項１１に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、２０２１年４月３０日に出願された仮出願第６３１８２４２６号、２０２１年７月２８日に出願された仮出願第６３２２６５０８号、２０２１年４月２日に出願された仮出願第６３１７０２８８号、２０２１年４月１６日に出願された仮出願第６３１７５９５２号、２０２１年５月２７日に出願された仮出願第６３１９４０７１号、２０２１年５月１４日に出願された仮出願第６３１８８９１９号、２０２１年７月２３日に出願された仮出願第６３２２５１９４号、２０２１年６月１１日に出願された仮出願第６３２０９４９８号、２０２１年６月２５日に出願された仮出願第６３２１４９１３号、２０２１年７月１２日に出願された仮出願第６３２２０９２４号、２０２１年７月１６日に出願された仮出願第６３２２２８４７号、２０２１年７月２２日に出願された仮出願第６３２２４５２１号、及び２０２１年１月２４日に出願された米国出願第１７１４９１３３号（当該出願は、２０２０年１月２９日に出願された仮出願第６２９６７３２５号の優先権を主張する）の優先権を主張し、これらの内容は、参照により組み込まれる。

【0002】

この特許明細書は、ＣアームＸ線イメージングシステム及び方法の分野におけるものであり、特に、パルス作動Ｘ線源及び大視野のＸ線デジタルフラットパネル検出器を使用することに応用可能である。

【背景技術】

【0003】

Ｃ字型アーム（Ｃアーム）Ｘ線イメージングシステムは、現在、主に二次元Ｘ線投影画像を作成するために、医療、ＮＤＴ、及び更にはセキュリティ用途で使用されている。他のコーンビームＸ線撮像デバイスと同様に、従来のＣアームＸ線イメージングシステムは、通常、１つのＸ線源、１つのＸ線フラットパネル検出器、及び移動可能なステージを備えている。第一に、ＣアームＸ線イメージングシステムは、Ｃアームの一端部に取り付けられたＸ線源と、Ｃアームの反対側の端部に取り付けられたＸ線検出器と、を含む。Ｘ線検出器は、検出器マウントと、検出器マウント内で移動するための移動可能なステージと、を含む。第二に、イメージングシステム用のＸ線検出器は、Ｃアームと結合されることが可能な検出器マウントを含む。Ｘ線検出器はまた、検出器マウントに結合された移動可能なステージを有し、移動可能なステージは、検出器マウントとともに並進するように動作可能である。第三に、撮像方法は、ＣアームＸ線イメージングシステムを採用する。この方法は、Ｘ線検出器の移動可能なステージを第１の位置に位置付けることと、第１の部分円形走査を実行して、第１の投影データセットを取得することと、Ｘ線検出器の移動可能なステージを第１の位置からオフセットされた第２の位置に再位置付けすることと、第２の部分円形走査を実行して、第２の投影データセットを取得することと、を含む。Ｃアームは、Ｘ線撮影能力を有するが、主に外科、整形外科、及び救急治療処置中の術中蛍光透視撮像に使用される。蛍光透視法は、Ｘ線動画によく似た、モニタに連続的なＸ線画像を表示するタイプの医療撮像である。

【0004】

しかしながら、既存の従来のＣアームＸ線イメージングシステムには大きな欠点がある。連続した従来のＣアームＸ線画像は、２Ｄ画像であり、３Ｄ画像ではない。器官、血管、組織、及び骨のより良好なビューを得るために、Ｃアームを再位置付けしなければならない。加えて、Ｃアームのサイズは、通常、大きく、重い。画像を撮影するための定位は、時間を要することとなろう。３Ｄ ＣＴにＣアームが使用される場合、被写体又は患者は、Ｘ線画像全体の取得の間、静止していなければならない。

【0005】

本発明は、運動している複数のパルス作動Ｘ線源を使用することによって、はるかに高速、低コストのＣアーム３Ｄ Ｘ線イメージングシステムを提案する。このシステムは、はるかに速い速度でトモシンセシスを行うことができる。Ｘ線撮像を、人工知能を使用して撮ることもできる。

【発明の概要】

【0006】

第１の態様では、運動している複数のパルス作動Ｘ線源を、所定の形状を有する弧状レール上で自由に移動する一次モータステージ、当該モータステージと係合し、一次モータステージの速度を制御する一次モータ、当該一次モータステージに結合されており、弧状レールの方向に沿って移動する複数の二次モータステージ、各々が二次モータステージと係合し、二次モータステージの速度を制御する複数の二次モータ、各々が二次モータステージによって移動される複数のＸ線源、一次モータステージ及び二次モータステージのためのハウジングを提供する支持フレーム構造、及びＸ線撮像データを受容するためのＸ線フラットパネル検出器とともに使用して高速３Ｄ Ｘ線撮影を提供するためのＣアームＸ線システム。

【0007】

第２の態様では、運動している複数のパルス作動Ｘ線源を使用するＣアーム高速３Ｄ Ｘ線撮影の方法は、一次モータステージ及び１つ以上の二次モータステージを所定の初期の場所に位置付けることと、当該一次モータによって一次モータステージを所定の一定速度で掃引することと、対応する二次モータによって、二次モータステージの各々を所定のシーケンスで振動させることと、二次モータステージが一次モータステージの方向と反対方向に、かつ一次モータステージの選択された速度で移動するとき、Ｘ線源及びフラットパネル検出器を電気的に作動させることと、フラットパネルを有するＸ線源から画像データを取得することと、を含む。

【0008】

別の態様では、運動している複数のパルス作動Ｘ線源を使用して、超高速、高効率の３Ｄ Ｘ線撮影を実行するＣアームＸ線イメージングシステムが提示されている。このシステムでは、複数のパルス作動Ｘ線源が、線源のアレイを形成するように運動している構造上に取り付けられている。複数のＸ線源は、一定のグループ速度で、あらかじめ定められたトラック上で被写体の周りで同時に移動する。個々の各Ｘ線源は、Ｘ線源の静止位置の周りで迅速に短距離移動することもできる。個々のＸ線源が、グループ速度に等しいが反対の移動方向の速度を有するとき、個々のＸ線源は、外部露出制御ユニットを介してトリガされる。この配置は、Ｘ線パルストリガ露出持続時間中、Ｘ線源が相対的に静止したままであることを可能にする。複数のＸ線源は、個々のＸ線源についての線源移動距離の大幅な短縮をもたらす。Ｘ線受容器は、Ｘ線フラットパネル検出器である。３Ｄ Ｘ線撮影画像投影データを、はるかに短い時間で全体的にはるかに広い掃引で取得することができ、走査が進行する間、画像分析をリアルタイムで行うこともできる。

【0009】

別の態様では、運動している複数のパルス作動Ｘ線源を使用して、高効率かつ超高速の３Ｄ Ｘ線撮影を実行するＣアームＸ線イメージングシステムは、線源のアレイを形成するように運動している構造上に取り付けられた複数のパルス作動Ｘ線源を含む。複数のＸ線源は、グループとして一定の速度で、所定の弧状トラック上で、被写体に対して同時に移動する。個々の各Ｘ線源はまた、小距離にあるＸ線源の静止位置の周りで迅速に移動することができる。個々のＸ線源がグループ速度に等しいが反対の移動方向である速度を有する場合、個々のＸ線源及びＸ線検出器は、外部露出制御ユニットを介して作動される。

【0010】

本方法及びシステムの利点としては、以下のうちの１つ以上が挙げられ得る。この配置は、Ｘ線源が、Ｘ線源作動及びＸ線検出器露出中に相対的に静止したままであることを可能にする。Ｘ線受容器は、Ｘ線フラットパネル検出器である。運動している複数のＸ線源の動作は、個々のＸ線源についての線源移動距離の大幅な短縮をもたらす。３Ｄ Ｘ線撮影画像データを、はるかに短い時間で全体的により広い掃引角度で取得することができ、走査が進行する間、画像分析をリアルタイムで行うこともできる。実装態様では、Ｘ線を、ランダム射出スキームを使用してアレイ中の任意の線源のうちの１つからランダムに作動させることもできる。各分析及び累積された分析の結果は、次のＸ線源及び露出の条件を決定する。Ｃアームによる３Ｄ Ｘ線撮影画像は、Ｘ線露出源の角度付き幾何学配置を有する各画像に基づいて再構成される。より広範な用途としては、３Ｄマンモグラフィ若しくはトモシンセシス、ＣＯＶＩＤ用の胸部３Ｄ Ｘ線撮影、又は３Ｄ ＮＤＴ、高速３Ｄ Ｘ線セキュリティ検査が挙げられる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】運動している複数のパルス作動Ｘ線源を使用する例示的なＣアームＸ線イメージングシステムを例示する。

【図2】動き制御によるＸ線源の例示的な配置を例示する。

【図3】一次モータステージ及び二次モータステージが反対方向であるが同じ速度で移動している瞬間に、個々のＸ線源が瞬間的な静止位置でＸ線ビームを放射する例示的な構成を例示する。

【図4】各々が総距離の５分の１のみ移動する、２５セットの投影データを撮影する例示的な５つのＸ線源を有するシステムを例示する。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下の段落では、添付の図面を参照して、本発明を例として詳細に記載する。この説明全体を通して、示される好ましい実施形態及び実施例は、本発明の限定ではなく例と見なされるべきである。本明細書で使用される場合、「本発明」は、本明細書に記載の本発明の実施形態のうちのいずれか１つ及び任意の均等物を指す。更に、本明細書を通して「本発明」の様々な特徴を参照することは、全ての特許請求される実施形態又は方法が参照される特徴を含まなければならないことを意味しない。

【0013】

多パルス作動Ｘ線源を有する新規な超高速３Ｄ Ｃアームデジタルイメージングシステムが、図１に示されている。このシステムは、一次モータステージ７と係合する一次モータ６と、複数のＸ線源１０と、Ｘ線フラットパネル検出器１と、を備える。全てのモータ、全てのモータステージ、及びＸ線源は、多パルス作動線源支持フレーム構造２に取り付けられている。フレーム構造２は、Ｃアーム３の一方の端部に取り付けられており、Ｘ線検出器１は、Ｃアーム３の他方の端部に取り付けられている。Ｃアーム３は、Ｃアーム３独自のＣアーム回転モータ４及びＣアーム支持体５を有する。より多くの動き制御を追加することによって、より多くの自由度を追加することができる。例えば、多パルス作動線源支持フレーム構造２自体は、別のモータがＣアーム３などに追加された場合に回転することができる。

【0014】

撮像される被写体は、通常、移動可能なステージに置かれる。各二次モータ８は、二次動きステージ９に係合されている。全ての二次動きステージ８は、一次動きステージ７上に取り付けられている。１つ１つのＸ線源１０全てが、二次モータステージ９上に取り付けられている。１つ１つのモータ全てが、プログラム可能な動き制御ハードウェアによって制御され、モータステージを所定の速度で前後に移動させることができる。二次モータステージ９は、隣接するステージとの間隔が等しいように位置付けられている。結果として、全てのＸ線源５が、一次モータステージ７とともに移動するが、個々の各Ｘ線源１０は、二次モータステージ９とともに個々に移動することもできる。Ｘ線フラットパネル検出器１を、追加のリニアステージ上に取り付けることもできる。Ｘ線フラットパネル検出器１を、より広範なカバレッジの画像を有するために、Ｘ線源１０の場所に基づいて、前後に移動させることもできる。

【0015】

Ｘ線フラットパネル検出器１を使用して、運動している複数のパルス作動Ｘ線源を所定の形状を有する弧状レール上を自由に移動する一次モータステージ７とともに使用する３Ｄ Ｘ線撮影のための、運動している被写体のＸ線画像を提供する。当該一次モータステージ７と係合し、かつ一次モータステージ７の速度を制御する一次モータ６。当該一次モータステージ７に結合された複数の二次モータステージ９は、弧状レール方向に沿って移動する。各々が二次モータステージ９と係合し、かつ二次モータステージ９の速度を制御する複数の二次モータ８。複数のＸ線源１０が、線源のアレイを形成するように運動している構造上に取り付けられている。フレーム構造２は、一次モータ６、一次モータステージ７、二次モータ８、二次モータステージ９のための支持ハウジングを提供する。

【0016】

多パルス作動線源フレーム構造２は、一次モータステージ７、二次モータステージ９、及び複数のＸ線源１０を含むＸ線システムのための支持を提供する。多パルス作動線源フレーム構造２は、Ｘ線システムのための正確な回転位置付けと一定速度でのスムーズな移動とを提供するために、レーザカットフレームシートメタルと高強度リニアボールベアリングとの組み合わせで組み立てられている。出荷及び設置を容易にするために部品に分解することができるため、主フレームは、システム全体を移動させるために使用され得る既製の関節式ロボットプラットフォーム上に取り付けられている。支持フレーム構造２は、一次モータステージ８及び二次モータステージ９のためのハウジングを提供し、一次モータステージ８のための底部セクション、二次モータステージ９のための上部セクション、及び底部セクションと上部セクションとの間のフレーム間結合機構を含む。

【0017】

Ｃアーム３におけるフレーム構造２は、ラインに沿った直線移動を提供する弧状レールを含む。レールは、弧状レールの長さに沿って、モータによって移動される。この態様では、ＣアームＸ線システムは、運動している複数のパルス作動Ｘ線源を所定の形状を有する弧状レール上で自由に移動する一次モータステージ７とともに使用する高速３Ｄ Ｘ線撮影を提供する。一次モータ６は、当該一次モータステージ７と係合し、かつ一次モータステージ６の速度を制御する一方、当該一次モータステージ７に結合された複数の二次モータステージ９は、弧状レールの方向に沿ってアセンブリを移動させる。複数の二次モータ８に関して、各々が、二次モータステージ９と係合し、二次モータステージ９の速度を制御する。

【0018】

Ｃアーム回転モータ４は、検査中の被写体を中心としてＣアームアセンブリを回転させる。Ｘ線源１０又はＸ線源１０のアレイは、運動している線源のアレイを形成しながら、所定の速度でＣアームに対して移動する。単一のパルス作動Ｘ線源を、アレイ中の任意の線源から、又は更には全ての線源から同時に作動させることもできる。各Ｘ線パルスは、走査データの時間的に最初の位置及び最後の位置を選択し、かつコンピュータプログラムで多くの個々の画像スライスを切り替えることによって、対応する投影データをもたらす。

【0019】

Ｃアーム支持体５は、様々なモータステージが所定のトラックに沿って弧状レール上で自由に移動し、かつ角形状を有することを可能にするように設計されている。一次モータ６は、ギアを介して一次モータステージ７を駆動する。一次モータステージ７は、二次モータステージが選択された振動周波数で前後に振動するためのピボットを提供する。各二次モータステージには、二次モータステージ上に取り付けられ、外部露出制御ユニットに電気的に接続された二次モータを有する。二次モータステージ９の各々は、二次モータステージ９の対応する二次モータ８とともに移動して、特許請求の範囲から抜粋された対応する二次モータによって制御される選択された速度で、掃引方向前後への高速移動を提供する。運動している複数のパルス作動Ｘ線源を使用して超高速、高効率の３Ｄ Ｘ線撮影を実行するＣアームＸ線システムは、線源のアレイを形成するように運動している構造上に取り付けられた複数のパルス作動Ｘ線源を備える。

【0020】

要するに、システムは、二次モータステージ９によって移動される複数のＸ線源１０、一次モータ６、一次モータステージ７、及び二次モータ８、及び二次モータステージ９のためのハウジングを提供する支持フレーム構造２を含む。このシステムは、多くの利点を有する。第一に、構成は、ギア又はピニオンなどの可動部品への応力が少ない。第二に、同じ点の間に異なる経路がある限り、移動の方向を変更することが容易である。このことは、Ｘ線撮像が、全体的な構成において多くの労力を伴わずに、複雑な幾何学配置を形成することを可能にする。第三に、アレイを、非常に広くすることができ、それでも個々の線源は、動作中に相対的に静止したままである。

【0021】

図２は、動き制御によるＸ線源１０の例示的な配置を例示している。この例示的な実施形態では、二次モータ８は、二次モータ８が縁部に回転ホイールを有するため、一次モータステージ７として機能する剛体構造のアセンブリとして相互接続されている。一次モータ６は、ギアによって一次モータステージ７と係合する。一次モータ６は、所定の一定速度で剛性レールに沿って一次モータステージ７を移動させることができる。全ての二次動きステージ９が１つの構造上に取り付けられているため、これらの二次動きステージ９は、所定の一定の速度で剛性レールに沿って移動することもできる。二次モータ８は、これらの二次モータ８の隣接する二次モータ８に対して等間隔に離間配置されている。各二次モータステージ９は、二次モータ８によって前後に移動することができる。Ｘ線源１０が、二次モータステージ９上に取り付けられている。二次モータステージ９上の各Ｘ線源１０の動きは、加速、一定速度、減速、及び初期位置に戻るという、４つの動きのセッションを有する。任意の時点で、一次モータステージ７と反対方向に移動する１つのＸ線源１０のみが、一定の速度にあり得る。二次モータステージ９の瞬間の一定速度は、一次モータステージ７の一定の動き速度に等しいようにプログラムされている。

【0022】

一次モータ６は、一次モータステージ７と係合している。一次モータステージ７は、所定の形状、例えば円形状、を有する弧状レール上で自由に移動する。ＣアームＸ線システムの一次モータ６は、所定の速度で弧状レールに沿って移動する。一次モータステージ７は、二次モータステージ９を支持するように構成されている。二次モータステージ９の各々には、１つのＸ線源１０が取り付けられている。複数の二次モータステージ９は、高効率かつ超高速の３Ｄ Ｘ線撮影撮像を実行することを可能にする。

【0023】

一次モータステージ７は、一次モータ６によって弧状レール上で自由に移動する。一次モータステージ７は、所定の位置にＸ線源１０を有する。一次モータステージ７は、第１の初期の場所に設定される。複数の二次モータステージ９は、一次モータステージ７に結合されており、一次モータステージ７と同時に弧状レールの方向に移動される。

【0024】

二次モータステージ９は、回転運動又は直線運動で二次モータ８によって駆動される。二次モータステージ９は、Ｘ線管などのＸ線源１０の上部に位置し、それゆえ、上方で移動し得る。全てのＸ線源１０が、一定速度で弧状レールに沿って直線的に移動する。パルス列発生器は、バースト露出時間中に、各Ｘ線源１０を個別に又は同時に作動させることができる。

【0025】

二次モータステージ９は、二次モータステージ９の角速度をギア比によって決定される最大値程度に変更することができる。モータは、典型的には、モータの最大角速度で動作し、結果として、Ｘ線源１０の移動距離を大幅に短縮することができる。複数のモータステージ上の複数のＸ線源１０は、一次モータステージ７が一定速度で弧状レールに沿って回転するとき、一緒に動作するアレイを構成する。Ｘ線源１０のグループは、同じ角速度及び動きの方向で連れ立つ。二次モータステージ９のうちの１つが一次モータステージ７の方向と反対方向に、かつ一次モータステージの選択された速度で移動するとき、二次モータステージ９に結合されたＸ線源１０は、制御ユニットを介して作動される。Ｘ線源が検査中の被写体の周りの移動トラックを辿る間に、３Ｄ Ｘ線撮影画像がＸ線フラットパネル検出器１を使用して取得される。

【0026】

Ｘ線源１０は、運動している支持構造上に取り付けられており、検査中の被写体に隣接して位置する。複数のＸ線源１０が支持構造上に配置されており、被写体の周りで同時に移動することができる。一例として、個々の各Ｘ線源１０は、Ｘ線源１０がグループ速度に等しいが反対の移動方向を有する速度を有するとき、静止位置からのある範囲内でランダムに短距離移動し、この構成は、Ｘ線源１０がＸ線源作動及びＸ線検出器露出中に相対的に静止したままであることを可能にする。複数のＸ線源１０は、個々のＸ線源１０についての線源移動距離の大幅な短縮をもたらす。３Ｄ Ｘ線撮影画像データを、はるかに短い時間で全体的により広い掃引角度で取得することができ、走査が進行する間、画像分析をリアルタイムで行うこともできる。

【0027】

図３は、一次モータステージ７及び二次モータステージ９が反対方向にではあるが同じ速度で移動しているとき、個々のＸ線源１０が一時的な静止位置でＸ線ビームを放射する例示的な構成を例示している。この構成は、動き制御動作がどのように実行されるかを示す。１つのデータ取得サイクルについて、一次モータステージ７は、一定速度で一方向に移動し、次いで、初期位置に戻る。一次モータステージ７が一定速度で移動している間、二次モータステージ９は、所定の速度で振動する。二次モータステージ９が一次動きステージ７と反対方向に移動し、かつ同じ一定速度を有するとき、Ｘ線源１０及びＸ線フラットパネル検出器１がトリガされる。トリガのこの瞬間に、Ｘ線源１０は、Ｘ線ビームを放出しながらＸ線源１０が静止しているように振る舞う。したがって、静止状態のＸ線源１０の動的配置は、Ｘ線イメージングシステムが、非常に短い時間で異なる空間角度の場所から多数の画像を取得することを可能にする。二次モータステージ９の一定速度の動きの持続時間を、Ｘ線露出時間にマッチするようにソフトウェアによってプログラムすることができる。一つの二次モータステージ９が一定速度であるとき、他の二次モータステージ９は、次の一定速度に備えるために、加速し、減速し、又は初期位置に戻り得る。Ｘ線源１０を、ランダムなシーケンスの各独立した外部トリガパルスに基づいて、オンデマンドで露出を実行するようにプログラムすることもできる。

【0028】

一次モータステージ７は、円形又は楕円形などの所定の形状の弧状レール上で自由に移動する。一次モータステージ７を、直線移動ステージとして実装することもできる。一実施形態では、一次モータは、一次モータステージ７を駆動し、一次モータステージ７の速度を制御する。二次モータステージ９及びは、一次モータステージ７に結合されており、一次モータステージ７に対して一定速度で弧状レールの方向に沿って移動する。二次モータステージ９及びは、ギア、ベルト、又はチェーンを介して一次モータステージ７に機械的に結合されている。

【0029】

二次モータステージ９は、任意の方向に移動し、トラック上のピボットの周りで回転することができる。二次モータステージ９は、二次モータ８に係合している。モータは、制御ユニットによって制御され、例えば、電源からの電流が、接点を介してモータの一次巻線に流れ込み、次いで、接点を介して一次巻線から出て、モータの巻線に磁場を形成する。この配置は、モータが動作してトルクを発生し、かつ二次モータステージ９を駆動して弧状レールに沿っていずれの方向にも移動させることを可能にする。

【0030】

図４は、５つのＸ線源を有するシステムがどのようにして、各々が総距離の５分の１のみ移動することによって２５セットの投影データを撮影することができるかを例示している。この例では、５つのＸ線源１０は、異なる角度位置で合計２５回のＸ線露出を実行する。５つの線源の配置に起因して、各二次モータステージ９は、合計のカバーされる角度の５分の１移動するだけでよい。したがって、複数のＸ線源１０が並行して動作して、わずかな時間で大量の投影データを取得することができる。Ｘ線フラットパネル検出器１は、Ｘ線受容機として機能する。電子信号は、常に、機械動きの信号よりも高速に進行し、ボトルネックの律速要因は、常に、モータステージ動き自体である。次のボトルネックは、検出器の読み出し律速である。検出器は、多くのメガピクセルデータを読み出してからコンピュータに転送するのにもある程度の時間が必要であるためである。高速のプロセッサ及びＧＰＵを用いると、画像取得とリアルタイムで画像分析を行うことができる。撮影された画像に対する判断は、次のショットについてのＸ線源１０の位置に影響を与えることとなる。画像再構成を行うために、画像全体の取得が終了するまで待つ必要はない。

【0031】

別の実施形態では、システムは、運動している複数のパルス作動Ｘ線源を使用して、超高速、高効率の３Ｄ Ｘ線撮影を実行する。患者のＸ線撮影画像は、リアルタイムで捕捉される。システムは、Ｘ線源に電圧を供給し、かつパルスをトリガする線源ドライバを含む。線源を移動させるための一次モータステージが、線源ドライバに結合されている。一次モータステージ及び二次モータステージ、並びにフラットパネル検出器のためのハウジングを提供する支持フレーム構造。一次モータステージは、一次モータ、ギア機構、及びリニアガイドレールを含む。二次モータステージは、各々、二次モータ、ボールスクリュードライブ、レールの周りタイミングベルトを含む。Ｘ線フラットパネル検出器１は、ＣアームＸ線システムのためのＸ線検出器画像データを提供する。

【0032】

Ｘ線源１０は、線源のアレイを形成するように運動している構造上に取り付けられている。Ｘ線源は、グループとして一定の速度で、あらかじめ定められた弧状トラック上で、被写体に対して同時に移動する。個々の各Ｘ線源はまた、小距離にあるＸ線源の静止位置の周りで迅速に移動することができる。個々のＸ線源が、グループ速度に等しいが反対の移動方向を有する速度を有するとき、一方のＣアーム端部におけるＸ線源１０と他方のＣアーム端部におけるＸ線フラットパネル検出器１とは、線源が一瞬、静止したままであるように、外部露出制御ユニットを介して作動される。一次モータステージは、弧状レール上で自由に移動する。一次モータステージに結合された複数の二次モータステーが、弧状レール方向に沿って移動する。一次モータステージは、所定の形状を有する弧状レール上に取り付けられており、モータユニットと、モータユニットを支持するベースと、ベース及びモータユニットに結合された接続ロッドと、を含む。二次モータステージは、並列に配置されており、弧状レールに沿って移動可能であるように接続ロッド上に取り付けられている。

【0033】

個々のＸ線源及びＸ線検出器を、外部露出制御ユニットを介して作動させることができる。この配置は、Ｘ線源が、Ｘ線源作動及びＸ線検出器露出中に相対的に静止したままであることを可能にする。複数のＸ線源は、個々のＸ線源についての線源移動距離の大幅な短縮をもたらす。Ｘ線受容器は、Ｘ線フラットパネル検出器である。３Ｄ Ｘ線撮影画像データを、はるかに短い時間で全体的により広い掃引角度で取得することができ、画像分析をリアルタイムで行うこともできる。走査が進行する間、複数のパルス作動Ｘ線源は、３Ｄトモシンセシス撮像をもたらすことができる。

【0034】

更に別の実装態様では、運動している複数のパルス作動Ｘ線源を有するＣアームＸ線システムが詳述される。システムは、所定の形状を有する弧状レール上で自由に移動することができる一次モータステージを含む。一次モータステージと係合し、一次モータステージの速度を制御する一次モータ。一次モータステージに結合されており、弧状レールの方向に沿って移動する複数の二次モータステージ。複数の二次モータは、各々、二次モータステージと係合し、二次モータステージの速度を制御する。各々が二次モータステージによって移動される複数のＸ線源と、一次モータ及び二次モータステージのためのハウジングを提供する支持フレーム構造と、Ｘ線撮像データを受容するためのフラットパネル検出器。コンピュータ可読記憶媒体が、位置付けを含む、運動している複数のパルス作動Ｘ線源を使用してＣアーム高速３Ｄ Ｘ線撮影を実行するための命令を有する。一次モータステージ、及び当該一次モータが振動することによって一次モータステージを所定の一定速度で掃引する所定の初期の場所までの１つ以上の二次モータステージ。二次モータステージの各々が、二次モータステージが一次モータステージの方向と反対方向に、かつ一次モータステージの選択された速度で移動するときに、対応する二次モータによって、Ｘ線源及びフラットパネル検出器を所定のシーケンスで電気的に作動させること、及びＸ線源をフラットパネルとともに使用して画像データを取得すること。

【0035】

次は、本発明の一態様による、３Ｄ Ｘ線撮影のための例示的な機械的Ｃアームの説明である。一次モータステージが弧状レール上で移動する電動Ｘ線源の３つのレベルがある。二次モータステージは、弧状レール上の一次モータステージとともに、又は一次モータステージと反対側に移動し、複数のＸ線源が、各二次モータステージ上に取り付けられている。それゆえ、複数のＸ線源が、コンピュータ制御ユニットによって制御されるトリガ機構により超高速３Ｄ Ｘ線撮影を実行するために運動している。デバイスはまた、支持フレーム構造、Ｘ線フラットパネル検出器、及び高速モータステージコントローラを含む。全てのシステムコンポーネントは、振動のない動作のために、支持フレーム構造に取り付けられている。標準的なＣアーム撮像幾何学配置は、スイングアームの使用を伴う。Ｘ線源は、検査されている人体の中心軸の周りで回転するアームの端部に位置する一方、検出器は、回転中心軸の反対側に位置する。

【0036】

別の実装態様では、Ｃアーム高速３Ｄ Ｘ線撮影方法は、運動している複数のパルス作動Ｘ線源を使用する。この方法は、一次モータステージ７及び複数の二次モータステージ９を所定の初期の場所の掃引に位置付けることを含む。一次モータステージ７は、一次モータ６によって所定の一定速度で動作する。二次モータステージ９の各々は、所定のシーケンスで対応する二次モータ８によって移動する。本方法はまた、Ｘ線フラットパネル検出器１上の画像を露出するＸ線源１０を電気的に作動させることを含む。二次モータステージ９が一次モータステージ７の方向と反対方向に移動するとき、本方法は、次いで、Ｘ線源１０を使用してＸ線フラットパネル検出器１から画像データを取得する。

【0037】

本発明の様々な実施形態が上述されてきたが、それらは限定ではなく、例としてのみ提示されてきたことを理解されたい。様々な図は、本発明のための例示的なアーキテクチャ又は他の構成を描くことができ、このことは、本発明に含まれ得る特徴及び機能性を理解することを補助するために行われる。本発明は、例示される例示的なアーキテクチャ又は構成に限定されず、所望の特徴が、多様な代替的なアーキテクチャ及び構成を使用して実施されてもよい。実際、代替的な機能的、論理的、又は物理的な分割及び構成が、本発明の所望の特徴を実装するためにどのように実装され得るかは、当業者には明らかであろう。また、本明細書に表されるもの以外の多くの異なる構成モジュール名が、様々な分割に適用されてもよい。追加的に、フロー図、動作説明、及び方法の請求項に関して、本明細書でステップが提示される順序は、文脈が別段の指示をしない限り、列挙された機能性を同じ順序で実行するための様々な実施形態が実装されることを義務付けないものとする。

【0038】

いくつかの事例では、「１つ以上」、「少なくとも」、「であるがこれらに限定されない」などの意義拡大語及び語句、又は語句などの他のもの存在は、そのような意義拡大語句が存在しないことがある場合に、より狭い場合が意図されるか、又は必要とされることを意味すると解釈されないものとする。「モジュール」という用語の使用は、モジュールの一部として記載又は特許請求される構成要素又は機能性が全て共通のパッケージ内に構成されていることを含意しない。実際、制御ロジック又は他の構成要素であるかかかわらず、モジュールの様々な構成要素のいずれか又は全ては、単一のパッケージに組み合わされてもよいし、別個に維持されてもよく、複数の場所にわたって更に分散されてもよい。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【国際調査報告】