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技術 患者の身体内に位置する医学器具の先端を表示するための方法

出願人 シーメンスアクチエンゲゼルシヤフト
発明者 ルッツギュンデル
出願日 1999年11月22日 (19年8ヶ月経過) 出願番号 1999-331638
公開日 2000年6月13日 (19年1ヶ月経過) 公開番号 2000-157537
状態 未査定
技術分野 放射線診断機器
主要キーワード 平坦なデータ 遊び空間 作動形式 データ取得条件 医学器具 X線影像 接近経路 反復レート
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2000年6月13日)のものです。
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図面 (9)

課題

撮像方法によって医学侵襲の際に患者の身体内に位置する医学器具の先端を表示するための方法を、器具が撮像方法により表示されない危険を減少または排除するように構成する。

解決手段

侵襲の間に繰り返して患者の多くの平らな層に関するデータを取得し、これらのデータが、どの層の中に器具の先端が位置するかに関して解析し、そしてその層を標示する信号を発生する過程を含む。

概要

背景

医学侵襲の際に器具、例えば針、腹腔鏡などが皮膚を通して、または小さい孔を通して患者の身体内に挿入される。その際に器具は“感触”に従って、もしくは撮像診断装置、好ましくは断層撮像装置または超音波装置の助けをかりて案内される。

冒頭に記載されている種類の方法では、患者の身体のそれぞれ再構築された像の中に表示される層の位置が、例えばその患者に対して相対的な位置およびその患者の長手方向軸線に対して相対的な傾斜により標示される。これらのパラメータは図1に相応して、器具、例えば穿刺針1が患者の身体の、例えば断層像の中に表示される層2の中で、それぞれ穿刺針1により到達すべき対象物3、例えば患者の臓器に導かれるように選ばなければならない。図2に示されている相応の断層像4の中で、次いでどのように穿刺針1またはその像1′が対象物3またはその像3′に導かれるかが観察される。しかし複数の場合に、器具は計画されたように断層像の中に表示されている層2の中を動かされずに、この層2を離れ、その後は断層像4の中にもはや完全に表示されない。このことは図3および図4中に示されている。

断層撮像装置としてX線CT装置が応用されるときに、相応に設定された絞りにより、隣の層の重畳または相応の再構築アルゴリズムの使用により実現される相応に広い層を選択することにより、器具が断層像の中に撮像された層を離れる確率が減ぜられる。しかし、このような措置により断層像の分解能が減少し、またそれによって敏感な身体構造周りにおける器具の案内が困難になり、または全く阻害される。勿論代替的に、狭い層を撮像し、そしてその層を器具が離れる場合には断層像の中に撮像される層の位置を、器具が再び発見できるように、手作業補正することも可能である。しかしこの過程は侵襲を実行する医師の作業の流れを中断し、また侵襲の継続時間の明らかな延長および患者に対するより高いリスクを引き起こす。このことは他の撮像方法にも当てはまる

ヨーロッパ特許第0 485 999号明細書から、X線影像スキャノグラム)の中でカーソルにより、次いで断層像(トモグラフ像)を再構築すべき断層平面をマークする方法は公知である。

概要

撮像方法によって医学的侵襲の際に患者の身体内に位置する医学器具の先端を表示するための方法を、器具が撮像方法により表示されない危険を減少または排除するように構成する。

侵襲の間に繰り返して患者の多くの平らな層に関するデータを取得し、これらのデータが、どの層の中に器具の先端が位置するかに関して解析し、そしてその層を標示する信号を発生する過程を含む。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
3件
牽制数
1件

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請求項1

撮像方法により、医学侵襲の際に患者の身体内に位置する医学器具の先端を表示するための方法において、侵襲の間に繰り返して患者の複数の平らな層に関するデータを取得し、これらのデータが、どの層の中に器具の先端が位置するかに関して解析し、そしてその層を標示する信号を発生する過程を含んでいることを特徴とする方法。

請求項2

信号により標示される層の断面層再構築し、そして表示装置の上に表示することを特徴とする請求項1記載の方法。

請求項3

信号を考慮に入れてデータを、器具の先端が侵襲の開始の際に中央の層に位置するように取得することを特徴とする請求項1または2記載の方法。

請求項4

器具の先端が中央の層を離れる場合には、信号を考慮に入れてデータ取得の条件を、器具の先端が現在再び中央の層に位置するように、適合させることを特徴とする請求項3記載の方法。

請求項5

現在画像表示されている層と異なる層を信号が標示するとき、好ましくは表示装置の上に可視的に表示される情報または音響的な情報を発生することを特徴とする請求項2ないし4の1つに記載の方法。

請求項6

器具先端のそれ以前の運動に基づいて、それ以後の経路推定しそして表示装置に表示することを特徴とする請求項2ないし5の1つに記載の方法。

請求項7

推定された経路と像情報および/または像の中の予め定義された形態の予め設定可能なしきい値とに基づいて起こる可能性のある衝突を表示装置によりおよび/または音響的な形態で警報することを特徴とする請求項6記載の方法。

請求項8

推定された経路およびその近傍についての情報を、どの層の中に器具の先端が位置するかを解析するために使用することを特徴とする請求項6または7記載の方法。

請求項9

断層撮像装置による医学的侵襲の際に、患者の身体内に位置する医学器具の先端を表示するための方法において、侵襲の間に繰り返して患者の身体の層および厚み方向に関するデータを取得し、その層および厚み方向に関する断層像を再構築し、断層像を三次元データセット変換計算し、そしてそれに基づいてどこに器具の先端が位置しているかを解析し、それに基づいて相応の信号を発生する過程を含んでいることを特徴とする方法。

請求項10

信号を考慮に入れて三次元のデータセットの、器具の先端を含んでいる部分を表示装置の上に表示することを特徴とする請求項9記載の方法。

請求項11

三次元のデータセットの、器具の先端を含んでいる部分として、器具の先端を含んでいる層を表示することを特徴とする請求項10記載の方法。

請求項12

層として多数の平坦な層を表示することを特徴とする請求項11記載の方法。

請求項13

多数の層が平らでないことを特徴とする請求項12記載の方法。

請求項14

表示する層の向きが器具の先端の運動方向と一致していることを特徴とする請求項10ないし13の1つに記載の方法。

請求項15

三次元のデータセットの、器具の先端を含んでいる部分を標示する信号が、三次元のデータセットの現在表示されている部分と異なる部分を標示するときに、好ましくは可視的に表示装置の上に表示する情報または音響的な情報を発生することを特徴とする請求項10ないし14の1つに記載の方法。

請求項16

器具の先端が三次元のデータセットの、現在表示されている部分を離れる場合に、三次元のデータセットの、器具の先端が現在位置している部分を表示することを特徴とする請求項10ないし14の1つに記載の方法。

請求項17

三次元のデータセットの中で、必ずしも直角でない断層平面を定義し、かつ指示することを特徴とする請求項10ないし16の1つに記載の方法。

請求項18

器具の先端の位置を断層平面の位置を定義するために利用することを特徴とする請求項17記載の方法。

請求項19

器具先端のそれ以前の運動に基づいて、それ以後の経路を推定し、表示装置における三次元のデータセットの中に表示することを特徴とする請求項10ないし17の1つに記載の方法。

請求項20

推定された経路と、像情報および/または像の中の予め定義された形態の予め設定可能なしきい値とに基づいて起こる可能性のある衝突を表示装置によりおよび/または音響的な形態で警報することを特徴とする請求項19記載の方法。

請求項21

三次元のデータセットの部分を、器具先端のたどる可能性のある経路の上で表示装置に表示することを特徴とする請求項19ないし20の1つに記載の方法。

請求項22

三次元のデータセットの中で、器具先端のたどる可能性のある経路の上に位置する必ずしも直角でない断層平面を、定義しかつ表示することを特徴とする請求項19ないし20の1つに記載の方法。

請求項23

推定された経路およびその近傍についての情報を、どの層の中に器具の先端が位置するかを解析するために使用することを特徴とする請求項19ないし22の1つに記載の方法。

請求項24

データを同時に取得することを特徴とする請求項1ないし23の1つに記載の方法。

請求項25

データを、検出器要素二次元配置を有するX線CT装置により取得することを特徴とする請求項1ないし23の1つに記載の方法。

請求項26

データを、磁気共鳴MR)装置により取得することを特徴とする請求項1ないし23の1つに記載の方法。

請求項27

データを超音波装置により取得することを特徴とする請求項1ないし23の1つに記載の方法。

請求項28

データをX線装置により取得することを特徴とする請求項1ないし23の1つに記載の方法。

技術分野

0001

本発明は、撮像方法によって医学侵襲の際に患者の身体内に位置する医学器具の先端を表示するための方法に関する。

背景技術

0002

医学的侵襲の際に器具、例えば針、腹腔鏡などが皮膚を通して、または小さい孔を通して患者の身体内に挿入される。その際に器具は“感触”に従って、もしくは撮像診断装置、好ましくは断層撮像装置または超音波装置の助けをかりて案内される。

0003

冒頭に記載されている種類の方法では、患者の身体のそれぞれ再構築された像の中に表示される層の位置が、例えばその患者に対して相対的な位置およびその患者の長手方向軸線に対して相対的な傾斜により標示される。これらのパラメータ図1相応して、器具、例えば穿刺針1が患者の身体の、例えば断層像の中に表示される層2の中で、それぞれ穿刺針1により到達すべき対象物3、例えば患者の臓器に導かれるように選ばなければならない。図2に示されている相応の断層像4の中で、次いでどのように穿刺針1またはその像1′が対象物3またはその像3′に導かれるかが観察される。しかし複数の場合に、器具は計画されたように断層像の中に表示されている層2の中を動かされずに、この層2を離れ、その後は断層像4の中にもはや完全に表示されない。このことは図3および図4中に示されている。

0004

断層撮像装置としてX線CT装置が応用されるときに、相応に設定された絞りにより、隣の層の重畳または相応の再構築アルゴリズムの使用により実現される相応に広い層を選択することにより、器具が断層像の中に撮像された層を離れる確率が減ぜられる。しかし、このような措置により断層像の分解能が減少し、またそれによって敏感な身体構造周りにおける器具の案内が困難になり、または全く阻害される。勿論代替的に、狭い層を撮像し、そしてその層を器具が離れる場合には断層像の中に撮像される層の位置を、器具が再び発見できるように、手作業補正することも可能である。しかしこの過程は侵襲を実行する医師の作業の流れを中断し、また侵襲の継続時間の明らかな延長および患者に対するより高いリスクを引き起こす。このことは他の撮像方法にも当てはまる

0005

ヨーロッパ特許第0 485 999号明細書から、X線影像スキャノグラム)の中でカーソルにより、次いで断層像(トモグラフ像)を再構築すべき断層平面をマークする方法は公知である。

発明が解決しようとする課題

0006

本発明の課題は、冒頭に記載されている種類の方法を、器具が撮像方法により表示されない危険が減少または排除されるように発展させることである。

課題を解決するための手段

0007

第1の解決原理によれば、この課題は本発明によれば、撮像方法により医学的侵襲の際に患者の身体内に位置する医学器具の先端を表示するための方法において、侵襲の間に繰り返して患者の複数の平らな層に関するデータを取得し、これらのデータを、どの層の中に器具の先端が位置するかに関して解析し、そしてその層を標示する信号を発生する過程を含んでいることにより解決される。

0008

本発明による方法の場合には、複数の平坦な層が撮像され、またそれぞれ器具の先端が位置している層が同定されるので、平坦な層が患者の身体の十分に大きい範囲を捕捉するかぎり、器具が走査される範囲を離れる危険は実際上最小となる。その際には、平坦な層に関するデータの取得および場合によっては起こる像の再構築は問題なく、そのつどの侵襲に対して必要な像分解能が達成されるように行われる。

0009

本発明の好ましい変形例では、器具の先端により惹起される信号に基づいて同定される層が、撮像方法により正確に再構築されかつ表示装置の上に表示される。こうして、侵襲の実行のために最初に必要な情報が医師に提供される。

0010

本発明の変形例によれば、器具の先端により惹起される信号に基づいて同定される層が、撮像方法により、器具の先端が侵襲の開始の際に中央の層の中に位置するように撮影される。この方法で、器具の先端が計画された接近経路を離れる場合に、両方の向きにほぼ等しい大きさの“遊び空間”が存在することが保証される。奇数の層を撮影する際には、両方の中央の層がその位置および傾斜角度に関して、器具の計画された接近経路に相応して向きを決められる。偶数の層を撮影する際には、両方の中央の層の1つが相応に向きを決められそして位置決めされる。

0011

器具の先端が中央の層を離れる場合には、実施例によれば、データ取得の条件が、器具の先端が現在再び中央の層の中に位置するように適合させられる。即ち撮影される層の向きおよび位置決めが、器具の先端の経路に自動的に適合させられる。

0012

しかし本発明の他の実施例によれば、器具の先端が元の層、即ち現在表示されている層を離れるときに、例えば表示装置の上に表示される可視的な情報または音響的情報が発生されるように構成されていてよい。この場合には、次いで医師が器具の案内またはデータ取得の条件をそのつどの実情に適合させる。

0013

第2の解決原理によれば、この課題は本発明に従い、医学的侵襲の際に患者の身体内に位置する医学器具の先端を撮像方法により表示する方法において、侵襲の間に繰り返して患者の身体の層方向のみならず厚み方向に関するデータを取得し、これらのデータを三次元に再構築し、またその結果として生ずる三次元のデータセットを表示装置に三次元のデータセットとしておよび/または三次元のデータセットのセクションとして、即ち平坦なデータセットとして表示する。三次元のデータセットおよび/または結果として生ずる平坦なデータセットを、どこに器具の先端が位置しているかに関して解析し、それに基づいて相応の信号を発生する過程を含むことにより解決される。

0014

器具の先端が現在位置している平坦な層の断層像が、それぞれ単に再構築されるだけでなく、患者の身体の撮像された層ならびに厚み方向の三次元のデータセットが発生される。これにより患者の身体中で、器具の先端が位置する範囲の表示の多面的な可能性に対する前提が達成される。

0015

変形例によれば、侵襲を実行するためにそれぞれ必要な像情報が、例えば三次元のデータセットからの適当な断層面の選択により医師に与えられるように、三次元データセットの、器具の先端が位置する部分が、表示装置の上に好ましくは三次元のデータセットとしておよび/または三次元のデータセットのセクションとして表示される。

0016

本発明の別の変形例によれば、三次元のデータセットの、器具の先端が位置する部分が、複数の平坦な層により、即ち複数の平行な二次元の、必ずしも平らではない層により表示される。複数の平坦な層の表示は、すべての状況のもとに、本発明の特に好ましい実施例により、表示される層の方位を器具の先端の運動方向に一致させるための前提である。複数の平坦な層により定められる方向は、図8中に示されているように、三次元のデータセットからのセクションを選択するための役割をする。

0017

第2の解決原理の場合にも、三次元のデータセットの、器具の先端が位置する部分を標示する信号が、三次元のデータセットの現在表示されている部分と異なる部分を標示するときに、好ましくは可視的に表示装置の上に表示される情報または音響的な情報が発生されるように構成されていてよい。

0018

さらに第2の解決原理の場合にも、器具の先端が三次元のデータセットの、表示されている部分を離れる場合に、三次元データセットの中の、器具の先端が現在位置している部分を表示するように構成してもよい。

0019

本発明の特に好ましい実施例では、身体の複数の層または層ならびに厚み方向の、侵襲の間に繰り返して行われる撮像の際に、繰り返しごとにすべての平坦な層またはすべての撮像された層ならびに厚み方向のデータが、それぞれ単に時点を表すように、相応のデータが同時に取得される。同時のデータ取得は、本発明の好ましい実施例によれば、二次元配置検出器要素を有するX線CT装置により行われる。しかしデータは磁気共鳴MR)装置、超音波装置または他の方法によっても取得可能である。

0020

本発明の実施例を添付の概要図面に示す。

0021

検出器要素の二次元配置、例えば多行検出器またはアレイ検出器を有するX線CT装置により、患者の穿刺針により穿刺されるべき臓器が位置している身体範囲の複数の少なくとも近似的に平行な層が同時に撮像される。これは、好ましくはX線CT装置により、従来の撮影にくらべて少ないX線線量により動作するX線CT装置の作動形式で行われる。

0022

X線CT装置が螺旋CT装置である場合には、ガントリ寝台との間の相対運動は阻止される。

0023

X線CT装置は、複数の平坦な層の同時の撮像がすべての侵襲の間に繰り返されて、少なくとも1つの層から毎秒複数の断層像が再構築されそして表示されるような方法で行われるように作動させられる。これは医師に、発生された断層像の観察のもとにコントロールされて、患者の身体の中に穿刺針を挿入することを可能とする。

0024

侵襲を実行するためには、先ずX線CT装置のガントリの傾斜角度およびX線CT装置の寝台の位置が、穿刺針の先端の計画された経路がX線CT装置により走査される層の中央の層の中に位置するように設定される。走査される層の層厚は、所望の分解能に応じそれ自体は公知の方法で、絞りの相応の設定および/または検出器の隣接して配置された複数の検出器要素により得られるデータの統合によって設定される。

0025

図5中に示されているように、少なくとも本質的に互いに平行に配置されており、また好ましくは図示されているように互いに隣接している複数の平坦な層、例えば5つの層51ないし55が撮像される。穿刺すべき範囲への穿刺針1の図5中に破線で示されている近接経路は中央の層53の中に位置している。

0026

層53の断層像は前記の反復レートにより撮像され、再構築され、そして表示装置の上に表示される。参照符号7を付されているこれらの断層像の1つが図6に示されており、その際に1′は穿刺針の像そして6′は穿刺すべき範囲の像である。

0027

医師が穿刺針1を患者の身体の中に挿入する間に、X線CT装置は連続的に層51、52ならびに54、55に相応するデータおよび/またはこれらの層の再構築された像を、層51ないし55のどれの中に穿刺針1の先端が位置しているかに関して解析し、またこの層を標示する信号を発生する。相応の層(侵襲の開始時にはこれは中央の層53でなければならない)の断層像が再構築され、また表示される。現在表示されている層と異なる層を信号が標示するときは、穿刺針1の先端は中央の層53から離れて他の層51、52、54または55の中に位置しており、層53の代わりに対応する層が再構築され、そしてこの層が層53の断層像の代わりに表示される。こうして医師は、穿刺針1の挿入を、常に穿刺針1の先端が現在位置している層の断層像によりコントロールできる。

0028

他の作動形式では、穿刺針1の先端が位置している層を標示する信号に基づいてデータ取得の条件が、穿刺針1の先端が再び中央の層の中に位置し、それが再構築され、そして表示装置の上に表示されるように変更される。そのために必要なデータ取得の条件の適合は、例えばガントリおよび患者寝台を適当な方法で互いに相対的に移動することによって、または他の検出器要素の出力信号を断層の撮像のために利用することによって行われる。データ取得条件の適合は、全自動的または半自動的に行われる。その際後者の場合には、医師に対し、穿刺針1の先端を撮像される層51ないし55の中央の層の中に再び位置させるため、X線CT装置にどのような設定を医師が行うべきかが表示される。

0029

本発明の別の作動形式によれば、穿刺針1の先端が位置している層を標示する信号は、穿刺針1の先端が現在表示されている層53から離れるときに、相応の可視的な情報をX線CT装置の表示装置の上に表示させおよび/または音響的な情報を発生させる。医師は、穿刺針1の挿入方法の変更またはデータ取得の条件の適合であってよい適当な措置により、再び穿刺針1の先端が表示されている層の中に位置し、またこうして表示されている断層像7の中で見えるようになるように操作する。

0030

本発明の追加的な作動形式によれば、X線CT装置は穿刺針1の先端の運動を追跡し、そしてその以後の運動方向を推定し、それを表示装置に、例えばカラーでマークされた線として表示する。推定された経路が、例えば像情報の予め設定されたしきい値によりおよび/または予め定める形態により特徴付けられている敏感な構造を通ると、相応の信号が表示装置における可視的な形態および/または音響的な形態で発生される。さらに、X線CT装置により穿刺針の先端を検出するために行うべき計算過程は、推定される経路およびその近傍に限ることにより顕著に加速される。

0031

代替的にX線CT装置は、侵襲の間に繰り返して患者の身体の層ならびに厚み方向に関するデータが取得され、これらのデータが三次元に再構築され、そしてその結果として得られた三次元のデータセットが、表示装置に三次元のデータセットとしておよび/または三次元のデータセットのセクション、即ち平坦なデータセットとして表示されるようにも作動させられる。その際、後で説明する実施例の場合には、複数の部分像、例えば4つの部分像8ないし11(図7)または4つの部分像8および17ないし19(図8)の中の1つの上で表示が行われる。

0032

その場合に可能な第1の作動形式では、図7のように部分像8の中に穿刺針1の像1′と、穿刺すべき範囲6の平面12ないし15を示す像6′とが三次元の形態で、即ち斜視的に表示される。部分像9は追加的に、穿刺針1の先端の位置により制御される、穿刺すべき範囲6の断層像を、“上からの”視線方向で表示する。その際には、穿刺すべき範囲6の像6′の平面12および14が見える。部分像10および11は、穿刺すべき範囲6の像6′の平面13および14を有する、“前からの”視線方向での断層像または穿刺すべき範囲6の像6′の平面14および15を有する、“右からの”視線方向での断層像を表示する。

0033

別の作動形式によれば、図8のように、部分像8の中に再び穿刺針1の像1′および穿刺すべき範囲6の像6′、穿刺すべき範囲6の像6′の平面12ないし15を示すために、三次元の形態で表示される。追加的に部分像8の中に、穿刺針1の運動方向に沿う三次元のデータセット中の仮想的な層162と、この例ではそれぞれ隣接する層161ないし163とが定義される。これらの層は、使用されるX線CT装置により撮像される層に対し必ずしも平行に延びていなくてよく、複数の平坦な層である。部分像17は穿刺針1の運動方向に見た三次元の対象物を通る穿刺針1の先端により制御される断層像を表示する。その際に穿刺すべき範囲6の像6′の平面12、14および15が見える。部分像18および19は、図8に示されている実施例の場合、穿刺針1の運動方向に対して垂直な断層を表示し、その際に穿刺すべき範囲6の像6′の平面12および13または平面12および15が示される。

0034

以上本発明による方法を、データ取得がX線CT装置により行われる場合について説明した。しかしデータ取得は、本発明の範囲内で他の装置、特に磁気共鳴(MR)装置、超音波装置または他の撮像方法を用いても行うことができる。

0035

上述の実施例の場合、患者の身体の中に挿入すべき器具は穿刺針である。しかしながら本発明による方法は、他の医学器具との関連においても実施可能である。

0036

上記の実施例の場合、存在し走査される層の数ならびに断層像の中に表示される層のジオメトリは単なる例示として理解されるべきである。本発明の範囲内で他の数および他のジオメトリも可能である。

図面の簡単な説明

0037

図1従来通常の方法による侵襲を示す斜視図。
図2図1による方法を実施する際に撮像される断層像。
図3医学器具の先端が予め設定された層平面から離れている場合について同じく従来通常の方法を示す図1および2と類似の図。
図4医学器具の先端が予め設定された層平面から離れている場合について同じく従来通常の他の方法を示す図1および2と類似の図。
図5複数の平行な層がデータ取得、再構築および評価の際に考慮に入れられる場合について本発明による方法を示す図1および2と類似の図。
図6複数の平行な層がデータ取得、再構築および評価の際に考慮に入れられる場合について本発明による他の方法を示す図1および2と類似の図。
図7層および厚み方向がデータ取得、再構築および評価の際に考慮に入れられ、また表示が三次元のデータセットとして、また三次元のデータセットの部分として行われる場合について同じく本発明による方法を示す図。
図8層および厚み方向がデータ取得、再構築および評価の際に考慮に入れられ、また表示が三次元のデータセットとして、また三次元のデータセットの部分として医学器具の運動の方向およびそれに対して垂直な方向に行われる場合について別の本発明による方法を示す図。

--

0038

1、1′穿刺針
2 層
3対象物
4断層像
51ないし55層
6、6′ 範囲
7 断層像
8ないし11部分像
12ないし15 平面
161ないし163マルチプレーナー
17ないし19 部分像

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