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技術 単一センサ多機能歯科用口外X線撮像システム及び方法

出願人 オイアジャト,リミテッド
発明者 スパルチオチス,コンスタンチノスパントサー,トーマスローマン,ヘンリックヴァイキング
出願日 2009年1月14日 (12年1ヶ月経過) 出願番号 2010-550275
公開日 2011年4月28日 (9年9ヶ月経過) 公開番号 2011-513017
状態 未査定
技術分野 放射線診断機器
主要キーワード 回転セクション 移動回転軸 ダブルヘッド 角度範囲β 外部アーム 固定回転軸 角ピクセル 開口角α
関連する未来課題
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図面 (20)

課題・解決手段

多機能歯科用口外X線撮像システムは、従来型X線源と、平行移動及び回転によってX線源の動作を制御するマニピュレータと、リアルタイム複合フレーム生成X線撮像素子と、少なくとも二の異なる照射プロファイルプログラムとを含み、このようなプロファイルのうちの一つは、標準パノラマ画像を生成するのに対し、このようなプロファイルのもう一つは、パノラマ画像に対して角度のある又は横方向のスライスを生成する。第3の照射プロファイルプログラムは、二つ(一つは頭の右側、一つは頭の左側)の線形プロジェクションを組み合わせることにより、人の頭蓋骨の実質的に線形なプロジェクションを生成する。センサは、好ましくは、フレームモードにおける線形直接変換であり、100fps以上生成する。

概要

背景

デジタル口外歯科用X線撮像システムは、主に二つのカテゴリ分類できる。第1のカテゴリは、平ら二次元画像を生成する二次元撮像システムである。このカテゴリは、パノラマ式横断及び頭部計測撮像を含む。第2のカテゴリは、三次元画像を生成するいわゆる容積測定撮像(volumetric imaging)システムからなる。これらは通常コンピュータ断層測定(CT)システムと称される。

実際のシステムは、一以上の様式を有することが可能であるので、単一のシステムが、パノラマ撮像素子と容積測定撮像素子との両方の撮画手段を提供できる。

平面撮像システムの画像は、二種類の分解能を有する。即ち、撮像素子の二軸に沿った(夫々「幅」及び「高さ」)画像空間分解能と、深さ方向の分解能(即ち、撮像素子の撮像層(imaging layer)に垂直)である。

空間分解能は、撮像素子のピクセルのサイズ、撮像素子の固有変調伝達関数(即ち、ボケ関数)、機械的動作の正確性、及びX線源の特徴に依存する。通常、撮像素子のピクセルのサイズの対象物を見ることができる。即ち、100ミクロンピクセルサイズの撮像素子は100ミクロン幅の対象物を分解できる。

平面X線撮像システムは、単一の平面画像投影された撮像される対象物の全ての中身(content)を有する画像を生成する。これは、視界の中の対象物の特徴の全てが、センサからの実距離に関係なく画像上に見られることを意味する。多くの場合、選択された関心領域外の特徴又は対象物の効果を取り除く必要がある。例えば、パノラマ画像においては、背骨の影は取り除くべきである。深さ分解能は、画像において完全に焦点が合わされたプロジェクションを有する領域がどれくらい小さいかを意味する。この領域外のその他の領域は、ぼやけて見えるか又は完全に消えてしまう。深さ分解能は、移動方向に沿ったセンサの幅、実際の移動の軌道及び撮像素子の空間分解能に主に依存する。空間分解能と深さ分解能との差は、ほぼ、撮像される対象物の任意の点が見える角度範囲だけに依存する。角度範囲が大きくなるほど、深さ分解能はより良好となる。即ち、より小さい対象物を深さ方向に分解できる。上記パノラマ撮像を実行する口外システムを考慮して、センサは典型的には幅が狭く長いが、フレームを生成せず、横方向の(transverse)スライスを行えない。二つの目的を兼ねた口外システムは、m/nが1に等しいか又は非常に近いある種の平面パネルである第2のセンサを有する。但し、mは平面パネルの長さであり、nは幅である。平面パネルの長さ及び幅は、大抵の歯科用口外撮像システムにおいて、通常5cmから20cmの範囲である。

ある種の、通常はCCDセンサデジタル化された従来型パノラマX線撮像システム(panoramic x−ray imaging system:pan)は、過去15年間にわたって存在してきた。このような従来型又は標準的な歯科用パノラマX線撮像システムは、人の頭蓋骨全体の線形なプロジェクションを生成する頭部(cephalometric:ceph)アームを含むように構成もできる。有用ではあるが通常歯科医に対してかなりのコストを加えてしまうcephアームの有無にかかわらず、主に矯正歯科医がパノラマシステムを用いる。

高度なpanシステムは、通常小さい平面パネルである第2のセンサを含んできた。そのようなものは、通常、10cm2から30cm2までの大きさを有するCCDタイプの平面パネルである。例えば、そのようなシステムはUS2006/0233301A1に記載されており、二つのセンサが隣り合っている。第1のセンサは、パノラマセンサであり、第2のセンサは、平面パネルである。平面パネルが、少なくとも180度の回転を主に含んだCT移動プロファイルとともに用いられる際に、容積測定3D画像が生成される。第2のセンサは、横方向のスライス画像、即ち、パノラマ層に対しておよそ直角に、実質的に線形移動の画像を生成するために用いることもできる。デュアルセンサを備える幾つかのそのようなシステムは、今日、市場入手可能である。第2のセンサを追加すると、システムは医師にとってより高価なものになってしまう。更に、cephアームは、ceph画像を望む医師に未だ必要とされている。従って、完全なシステムは、パノラマ画像を作成する第1のセンサと、横方向のスライス及び/又は3D画像を作成する第2のセンサと、ceph画像が必要とされる場合にパノラマセンサがスナップ式として取り付けられるcephアームとを必要とするであろう。

高度なpanシステムを凌駕する、広域平面パネルを備えた非常に高価な歯科用CTシステムが存在する。これらの平面パネルは正方形であり、100cm2よりも大きな活性領域を有する。このようなシステムは、医師にとっては10万USDから20万USDの範囲の費用がかかる。従って、この値段は多くの個人開業医にとって脅威となる。このようなシステムは、インプラント学者や大規模診療所によって現在用いられている。更に、歯科用CTシステムは、必要とされるパノラマ画像、横方向のスライス及び3D体積の全てを生成する能力を有するが、基本的又は標準的なパノラマ画像の品質は、5倍も安価である標準的な歯科用panシステムで生成されたパノラマ画像の品質よりもかなり悪い。従って、横方向のスライスや3D画像だけでなく優れた品質のpan画像を望む医師は、非常に高価な歯科用CTシステムと、更にpanシステムとを購入しなければならないであろう。歯科用CTシステムで良質のpan画像を生成できない理由は、用いられる平面パネルの面積が大きく、フレームレート速度が30fpsを超えずに低いからである。そのような低速度では、CTシステムは、標準的なpan照射を行うことができず、画像はぼやけてしまう。

概要

多機能歯科用口外X線撮像システムは、従来型のX線源と、平行移動及び回転によってX線源の動作を制御するマニピュレータと、リアルタイム複合フレーム生成X線撮像素子と、少なくとも二の異なる照射プロファイルプログラムとを含み、このようなプロファイルのうちの一つは、標準のパノラマ画像を生成するのに対し、このようなプロファイルのもう一つは、パノラマ画像に対して角度のある又は横方向のスライスを生成する。第3の照射プロファイルプログラムは、二つ(一つは頭の右側、一つは頭の左側)の線形なプロジェクションを組み合わせることにより、人の頭蓋骨の実質的に線形なプロジェクションを生成する。センサは、好ましくは、フレームモードにおける線形直接変換であり、100fps以上生成する。a

目的

このようなシステムは明らかに、単一センサ及び単一の照射プロファイル、即ちパノラマプロファイルを用いて、必要とされる歯の画像の大部分を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

a)照射中に対象物撮像するために、前記対象物にX線を照射するX線源と、b)前記照射の少なくとも一部の期間における複合的な放射された画像フレームの生成に適するX線撮像素子であって、長寸法(m)及び短寸法(n)の活性領域を有し、前記短寸法に対する前記長寸法の比が1.5よりも大きい又は等しい(m/n≧1.5)X線撮像素子と、c)前記照射中に、複数の連続した放射された画像フレームに対応する複数の位置の間のパスに沿って、前記撮像素子及び前記X線源を移動するマニピュレータであって、選択的平行移動と、前記X線源の焦点及び前記X線撮像素子の間に位置する少なくとも一の回転軸まわりの選択的回転と、によって前記X線源及び前記撮像素子の両方の移動を可能にするマニピュレータと、d)関心のあるサブボリュームの画像を生成する照射プロファイルプログラムと、を備え、前記プロファイルは、β/α>2.1の関係を満足する角度範囲βで前記X線撮像素子に投影された、前記関心のあるサブボリューム内の、前記点の大部分を有することによって定義され(ここで、αは、前記X線焦点から見たときの前記X線撮像素子の角度である)、前記画像は、i)前記サブボリュームの局所的な3D容積測定画像、及び(ii)前記サブボリュームのパノラマ層画像に対して一の角度をなすスライス画像のうちの一方であることを特徴とする口外歯科用X線撮像システム

請求項2

一の角度における前記スライスは、前記関心領域における前記パノラマ層に対して約90度(±20度)の角度の横方向のスライスであることを特徴とする請求項1に記載の口外歯科用X線撮像システム。

請求項3

前記照射プロファイルプログラムは、前記マニピュレータに、平行移動と回転運動の組み合わせを提供するように指示することを特徴とする請求項1に記載の口外歯科用X線撮像システム。

請求項4

前記X線撮像素子は、少なくとも毎秒100フレームを生成するように動作することを特徴とする請求項1に記載の口外歯科用X線撮像システム。

請求項5

a)撮像される対象物にX線を照射するX線源と、b)前記照射の少なくとも一部の期間における複合的なフレームの生成に適するX線撮像素子であって、m/n≧1.5である長寸法m及び短寸法nの活性領域を有するX線撮像素子と、c)照射中に、連続した放射されたフレームの間のパスに沿って前記撮像素子を移動するマニピュレータであって、選択的平行移動と、前記X線源の焦点及び前記X線撮像素子間に位置する少なくとも一の回転軸まわりの選択的回転と、によって前記X線源及び前記撮像素子の移動を可能にするマニピュレータと、d)前記撮像される対象物の少なくとも一部に係る実質的に線形プロジェクションを生成する照射プロファイルプログラムであって、i)少なくとも二つの、実質的に線形なセクションと、ii)最も近い撮像される対象物の側面までの前記撮像素子の距離が、わずか20cmである期間における、実質的に線形なセクションと、の一方を備える照射プロファイルプログラムとを備えることを特徴とする口外歯科用X線撮像システム。

請求項6

前記照射プロファイルプログラムは、少なくとも二つの、実質的に線形なセクションを備えることを特徴とする請求項5に記載のシステム

請求項7

前記X線源の焦点までの前記撮像素子の距離は、わずか1.5mであり、前記照射プロファイルプログラムは、最も近い撮像される対象物の側面までの前記撮像素子の距離が、わずか20cmである期間における、実質的に線形なセクションを備えることを特徴とする請求項5に記載のシステム。

請求項8

前記X線源の焦点までの前記撮像素子の距離は、好ましくは、わずか0.7mであり、前記照射中における、最も近い撮像される対象物の側面までの前記撮像素子の距離は、好ましくは、わずか10cmであることを特徴とする請求項5に記載の口外歯科用X線撮像システム。

請求項9

前記実質的に線形なプロジェクションは、頭部測定プロジェクションであることを特徴とする請求項5に記載の口外歯科用X線撮像システム。

請求項10

前記プロファイルは、前記二つの線形なセクションを結合する部分的な回転セクションを備えることを特徴とする請求項6に記載の口外歯科用X線撮像システム。

請求項11

前記照射プロファイルプログラムは、前記実質的に線形なパスセクションの期間中のみ前記撮像される対象物がX線に照射されると規定することを特徴とする請求項5に記載の口外歯科用X線撮像システム。

請求項12

完全な実質的に線形なプロジェクション画像を生成するために、前記パスにおける前記実質的に線形なセクションの各々に関して作成された前記部分的画像同士結合するプロセッサを更に備えることを特徴とする請求項5に記載の口外歯科用X線撮像システム。

請求項13

対象物の関心領域に係る部分的なCT又は部分的な3D画像を実行する口外歯科用X線撮像システムであって、a)照射中に対象物を撮像するために、前記対象物にX線を照射するX線源と、b)前記照射の少なくとも一部の期間における複合的な放射された画像フレームの生成に適するX線撮像素子と、c)前記照射中に、複数の放射された画像フレームに対応する複数の位置の間のパスに沿って、前記撮像素子及び前記X線源を移動するマニピュレータであって、選択的平行移動と、前記X線源の焦点及び前記X線撮像素子の間に位置する少なくとも一の回転軸まわりの選択的回転と、によって前記X線源及び前記撮像素子の両方の移動を可能にするマニピュレータと、d)前記関心領域に関する部分的なCT又は3D画像を生成する照射プロファイルプログラムとを備え、前記プロファイルは、前記照射の少なくとも一部の期間において、回転に係る前記軸が一の軌道に沿って移動可能であることを特徴とすることを特徴とする口外歯科用X線撮像システム。

請求項14

回転に係る前記移動可能な軸の前記軌道は、螺旋であることを特徴とする請求項13に記載の口外歯科用X線撮像システム。

請求項15

回転に係る前記移動可能な軸の前記軌道は、円であることを特徴とする請求項13に記載の口外歯科用X線撮像システム。

請求項16

回転に係る前記移動可能な軸の前記軌道は、数字の8の形状を有することを特徴とする請求項13に記載の口外歯科用X線撮像システム。

請求項17

回転に係る前記移動可能な軸の前記軌道は、「S」形状を有することを特徴とする請求項13に記載の口外歯科用X線撮像システム。

請求項18

前記X線源の焦点及び前記撮像素子の中点を結ぶ直線は、回転に係る前記移動可能な軸の前記軌道に対して接線方向であることを特徴とする請求項13に記載の口外歯科用X線撮像システム。

請求項19

前記X線源の焦点及び前記撮像素子の中点を結ぶ直線は、回転に係る前記移動可能な軸の前記軌道に対する接線方向から±45度以内であることを特徴とする請求項13に記載の口外歯科用X線撮像システム。

請求項20

撮像される対象物にX線を照射するX線源と、前記照射の少なくとも一部の期間における複合的な放射された画像フレームの生成に適するX線撮像素子であって、m/n≧1.5である長寸法m及び短寸法nの活性領域を有するX線撮像素子と、前記照射中に、連続した放射されたフレームの間のパスに沿って、前記撮像素子を移動するマニピュレータであって、選択的平行移動、及び/又は、前記X線源の焦点と前記X線撮像素子との間に位置する少なくとも一の回転軸まわりの選択的回転、によって前記X線源及び前記撮像素子の移動を可能にするマニピュレータと、を備えたシステムのような口外歯科用撮像システムにおいて、局所的な3D容積測定画像又は角度のついたスライス画像を実行する方法であって、ボクセル値に係るベクトルxを規定し、プロジェクションに係るベクトルyを規定し、重みに係る行列Wを規定し、第1のステップにおいて重み行列Wを形成し、第2のステップにおいてボクセル値xに関する初期推定値を準備し、第3の反復ステップにおいてxに関する現在値を求め、第4の反復ステップにおいて誤差が十分に小さいか否かを決定し、第5の反復ステップにおいて前記誤差を減らすように新たな推定値を計算し、第6の反復ステップにおいてxと十分に小さい値とを比較し、第7のステップにおいてx又はxの一部を、最終画像又は最終画像の一部として表示することを特徴とする方法。

請求項21

撮像される対象物にX線を照射するX線源と、前記照射の少なくとも一部の期間における複合的な放射された画像フレームの生成に適するX線撮像素子であって、m/m≧1.5である長寸法m及び短寸法nの活性領域を有するX線撮像素子と、前記照射中に、連続した放射されたフレームの間のパスに沿って、前記撮像素子を移動するマニピュレータであって、選択的平行移動、及び/又は、前記X線源の焦点と前記X線撮像素子との間に位置する少なくとも一の回転軸まわりの選択的回転、によって前記X線源及び前記撮像素子の移動を可能にするマニピュレータと、を備えたシステムのような口外歯科用撮像システムにおいて、人の頭蓋骨又は人の頭蓋骨の一部の、頭部計測プロジェクション又は線形なプロジェクションを実行する方法であって、第1のステップにおいて、前記撮像素子に対して平行な前記対象物の中の異なる複数の層を計算し、第2のステップにおいて、前記撮像素子からの各層の異なる距離に起因して、前記異なる倍率に関する前記異なる複数の層を補正し、第3のステップにおいて、画像を形成するために、前記補正された複数の層、又は前記補正された複数の層の一部を合計し、第4のステップにおいて、前記画像を表示することを特徴とする方法。

請求項22

パノラマ層に対して角度のついたスライスを得るために、口外歯科用X線撮像を実行する方法であって、a)撮像される対象物にX線を照射するX線源を提供し、b)前記照射の少なくとも一部の期間における複合的な放射された画像フレームの生成に適するX線撮像素子であって、m/n≧1.5である長寸法m及び短寸法nの活性領域を有するX線撮像素子を提供し、c)前記照射中に、連続した放射されたフレームの間のパスに沿って、前記撮像素子を移動するマニピュレータであって、選択的平行移動と、前記X線源の焦点及び前記X線撮像素子間に位置する少なくとも一の回転軸まわりの選択的回転と、によって前記X線源及び前記撮像素子の移動を可能にするマニピュレータを提供し、関心のあるサブボリュームに関するパノラマ層画像に対して一の角度をなすスライスを生成する照射プロファイルプログラムを作成し、前記プロファイルは、β/α>2.1の関係を満足する角度範囲βで前記X線撮像素子に投影された、前記関心のあるサブボリューム内の、前記点の大部分を有することによって定義される(ここで、αは、前記X線焦点から見たときの前記X線撮像素子の角度である)ことを特徴とする方法。

請求項23

局所的な3D容積測定画像を得るために、口外歯科用X線撮像を実行する方法であって、a)撮像される対象物にX線を照射するX線源を用い、b)前記照射の少なくとも一部の期間における複合的な放射された画像フレームの生成に適するX線撮像素子であって、m/n≧1.5である長寸法m及び短寸法nの活性領域を有するX線撮像素子を用い、c)前記照射中に、連続した放射されたフレームの間のパスに沿って、前記撮像素子を移動するマニピュレータであって、選択的平行移動と、前記X線源の焦点及び前記X線撮像素子間に位置する少なくとも一の回転軸まわりの選択的回転と、によって前記X線源及び前記撮像素子の移動を可能にするマニピュレータを用い、d)前記対象物の関心のあるサブボリュームに関する局所的な3D容積測定画像を生成する照射プロファイルプログラムを用い、前記プロファイルは、β/α>2.1の関係を満足する角度範囲βで前記X線撮像素子に投影された、前記関心のあるサブボリューム内の、前記点の大部分を有することによって定義される(ここで、αは、前記X線焦点から見たときの前記X線撮像素子の角度である)ことを特徴とする方法。

技術分野

0001

関連出願の相互参照
本出願は、参照することにより本書に組み込まれ、且つ本出願が一部継続米国非仮出願特許出願である2008年3月13日に出願された先の同時係属米国特許出願No.12/076,039の利益を受ける35 U.S.C 120条を主張する。

0002

本発明は、歯科用口外撮像ステムの分野に関する。より詳細には、本発明は、パノラマ歯科用X線撮像システム及びコンピュータ断層撮影(「CT」)歯科用X線撮像システムに関する。

背景技術

0003

デジタル口外歯科用X線撮像システムは、主に二つのカテゴリ分類できる。第1のカテゴリは、平ら二次元画像を生成する二次元撮像システムである。このカテゴリは、パノラマ式横断及び頭部計測撮像を含む。第2のカテゴリは、三次元画像を生成するいわゆる容積測定撮像(volumetric imaging)システムからなる。これらは通常コンピュータ断層測定(CT)システムと称される。

0004

実際のシステムは、一以上の様式を有することが可能であるので、単一のシステムが、パノラマ撮像素子と容積測定撮像素子との両方の撮画手段を提供できる。

0005

平面撮像システムの画像は、二種類の分解能を有する。即ち、撮像素子の二軸に沿った(夫々「幅」及び「高さ」)画像空間分解能と、深さ方向の分解能(即ち、撮像素子の撮像層(imaging layer)に垂直)である。

0006

空間分解能は、撮像素子のピクセルのサイズ、撮像素子の固有変調伝達関数(即ち、ボケ関数)、機械的動作の正確性、及びX線源の特徴に依存する。通常、撮像素子のピクセルのサイズの対象物を見ることができる。即ち、100ミクロンピクセルサイズの撮像素子は100ミクロン幅の対象物を分解できる。

0007

平面X線撮像システムは、単一の平面画像投影された撮像される対象物の全ての中身(content)を有する画像を生成する。これは、視界の中の対象物の特徴の全てが、センサからの実距離に関係なく画像上に見られることを意味する。多くの場合、選択された関心領域外の特徴又は対象物の効果を取り除く必要がある。例えば、パノラマ画像においては、背骨の影は取り除くべきである。深さ分解能は、画像において完全に焦点が合わされたプロジェクションを有する領域がどれくらい小さいかを意味する。この領域外のその他の領域は、ぼやけて見えるか又は完全に消えてしまう。深さ分解能は、移動方向に沿ったセンサの幅、実際の移動の軌道及び撮像素子の空間分解能に主に依存する。空間分解能と深さ分解能との差は、ほぼ、撮像される対象物の任意の点が見える角度範囲だけに依存する。角度範囲が大きくなるほど、深さ分解能はより良好となる。即ち、より小さい対象物を深さ方向に分解できる。上記パノラマ撮像を実行する口外システムを考慮して、センサは典型的には幅が狭く長いが、フレームを生成せず、横方向の(transverse)スライスを行えない。二つの目的を兼ねた口外システムは、m/nが1に等しいか又は非常に近いある種の平面パネルである第2のセンサを有する。但し、mは平面パネルの長さであり、nは幅である。平面パネルの長さ及び幅は、大抵の歯科用口外撮像システムにおいて、通常5cmから20cmの範囲である。

0008

ある種の、通常はCCDセンサデジタル化された従来型パノラマX線撮像システム(panoramic x−ray imaging system:pan)は、過去15年間にわたって存在してきた。このような従来型又は標準的な歯科用パノラマX線撮像システムは、人の頭蓋骨全体の線形なプロジェクションを生成する頭部(cephalometric:ceph)アームを含むように構成もできる。有用ではあるが通常歯科医に対してかなりのコストを加えてしまうcephアームの有無にかかわらず、主に矯正歯科医がパノラマシステムを用いる。

0009

高度なpanシステムは、通常小さい平面パネルである第2のセンサを含んできた。そのようなものは、通常、10cm2から30cm2までの大きさを有するCCDタイプの平面パネルである。例えば、そのようなシステムはUS2006/0233301A1に記載されており、二つのセンサが隣り合っている。第1のセンサは、パノラマセンサであり、第2のセンサは、平面パネルである。平面パネルが、少なくとも180度の回転を主に含んだCT移動プロファイルとともに用いられる際に、容積測定3D画像が生成される。第2のセンサは、横方向のスライス画像、即ち、パノラマ層に対しておよそ直角に、実質的に線形移動の画像を生成するために用いることもできる。デュアルセンサを備える幾つかのそのようなシステムは、今日、市場入手可能である。第2のセンサを追加すると、システムは医師にとってより高価なものになってしまう。更に、cephアームは、ceph画像を望む医師に未だ必要とされている。従って、完全なシステムは、パノラマ画像を作成する第1のセンサと、横方向のスライス及び/又は3D画像を作成する第2のセンサと、ceph画像が必要とされる場合にパノラマセンサがスナップ式として取り付けられるcephアームとを必要とするであろう。

0010

高度なpanシステムを凌駕する、広域平面パネルを備えた非常に高価な歯科用CTシステムが存在する。これらの平面パネルは正方形であり、100cm2よりも大きな活性領域を有する。このようなシステムは、医師にとっては10万USDから20万USDの範囲の費用がかかる。従って、この値段は多くの個人開業医にとって脅威となる。このようなシステムは、インプラント学者や大規模診療所によって現在用いられている。更に、歯科用CTシステムは、必要とされるパノラマ画像、横方向のスライス及び3D体積の全てを生成する能力を有するが、基本的又は標準的なパノラマ画像の品質は、5倍も安価である標準的な歯科用panシステムで生成されたパノラマ画像の品質よりもかなり悪い。従って、横方向のスライスや3D画像だけでなく優れた品質のpan画像を望む医師は、非常に高価な歯科用CTシステムと、更にpanシステムとを購入しなければならないであろう。歯科用CTシステムで良質のpan画像を生成できない理由は、用いられる平面パネルの面積が大きく、フレームレート速度が30fpsを超えずに低いからである。そのような低速度では、CTシステムは、標準的なpan照射を行うことができず、画像はぼやけてしまう。

発明が解決しようとする課題

0011

従って、解決しようとする課題が存在する。即ち、構造がより簡潔で安価であり、少なくとも二つの異なる機能を提供できる歯科用口外X線撮像システムである。

0012

一の解決方法が、本発明の譲受人に譲渡された米国出願11/277,530に提案された。11/277,530によれば、たった一度のパノラマプロファイル照射で、標準的なパノラマ画像、幾つかの非標準的なパノラマ層、横方向のスライス及び有限体積の3D画像さえも与える歯科用の極上のX線撮像システムが提供される。このようなシステムは明らかに、単一センサ及び単一の照射プロファイル、即ちパノラマプロファイルを用いて、必要とされる歯の画像の大部分を提供するという点で独特である。しかしながら、本発明の発明者達は、実際には、パノラマプロファイルが、X線源及び撮像素子が、準最適な(sub−optimal)又は非常にぼやけた又は使用に適さない(パノラマ層に対する)横方向のスライスと、もっとひどい3D画像とを除いた、最適なパノラマ画像を生成するようなパス内の、あるパスに沿って移動することができるように、特に設計されていることを認識している。更に、11/277,530は、cephタイプの画像、即ち人の頭蓋骨又はその一部の線形なプロジェクションの提供に関する問題に沈黙している。

課題を解決するための手段

0013

本発明の一の態様によれば、撮像される対象物にX線を照射するX線源と、前記照射の少なくとも一部の期間における複合的な(multiple)フレームの生成に適する単一X線撮像素子であって、m/n≧1.5である長寸法m及び短寸法nの活性領域を有する単一X線撮像素子と、前記照射中に、連続した放射された(radiated)フレーム間のパスに沿って、前記撮像素子を移動するマニピュレータであって、選択的平行移動と、前記X線源の焦点及び前記X線撮像素子間に位置する少なくとも一の回転軸まわりの選択的回転と、によって前記X線源及び前記撮像素子の移動を可能にするマニピュレータと、を備える口外歯科X線撮像システムが存在する。前記口外歯科X線撮像システムは、関心のあるサブボリュームの、局所的な3D容積測定画像、又はパノラマ層画像に対して一の角度をなすスライスを生成する、少なくとも一つの照射プロファイルプログラムを有する。前記プロファイルは、照射中に、前記関心のあるサブボリュームの中の点の大部分が、β/α>2.1の関係を満たす角度範囲βで前記X線撮像素子に投影されることを特徴とする(但し、αは前記X線焦点から見たときの前記X線撮像素子の角度、即ち、センサの開口角)。

0014

本発明では、照射プロファイルは、パス又は軌道である。該パス又は軌道に沿って、あご及び歯を含む、人の頭の一部又は全部を放射線曝すために、X線源及びイメージングが移動する。照射プロファイルは、該プロファイルの一部の期間でのみ人の頭がX線に曝されればよいので、連続的にX線が放射される必要はない。X線管はAC又はDCタイプでよく、X線はパルス方式で放射されてよい。X線源及び撮像素子は、互いに一定の配置(fixed geometry)で取り付けられてよく、或いは、まれに配置は可動式機械部によって変化してよい。

0015

本発明の第2の態様によれば、撮像される対象物にX線を照射するX線源と、照射の少なくとも一部の期間における複合的なフレームの生成に適するX線撮像素子であって、m/n≧1.5の関係である長寸法m及び短寸法nの活性領域を有するX線撮像素子と、照射中に、連続した放射されたフレーム間のパスに沿って、前記撮像素子を移動させるマニピュレータであって、選択的平行移動と、X線源の焦点及びX線撮像素子間に位置する少なくとも一の回転軸まわりの選択的回転と、によって、X線源及び撮像素子の移動を可能にするマニピュレータと、を備える口外歯科用X線撮像システムが存在する。前記口外歯科用X線撮像システムは、前記撮像される対象物の少なくとも一部の実質的に線形なプロジェクションを生成する照射プロファイルプログラムを有する。該プロファイルは、少なくとも二つの実質的に線形なセクションを備える。線形なプロジェクションは、好ましくは人の頭蓋骨の頭部画像(cephalometric image)である。

0016

本発明の第3の態様によれば、単一センサを用いて且つcephアームを用いずに、パノラマプロジェクション画像に加えて頭部プロジェクション画像を得るためには、撮像素子までのX線源の焦点の距離は、1.5mよりも短く、好ましくは0.7m(70cm)よりも短い。最も近い撮像される対象物/頭蓋骨の面までの撮像素子の距離は、わずか20cmであり、好ましくはわずか10cmである。

0017

本発明は、少なくともパノラマ層画像を生成する多機能であるが、複数の横方向のスライス、即ち、パノラマ層画像の関心のある容量に対して一の角度をなす一のスライスに対応する複数の画像、を生成する複数の照射プロファイルを有する、歯科用口外X線撮像システムを開示する。本発明は、加えて又は代えて、従来のcephアームを用いることなく、人の頭蓋骨又はその一部の線形な頭部プロジェクションを生成できるシステムも開示する。

0018

X線源及び撮像素子は両方とも、好ましくは、マニピュレータの制御下において選択的に平行移動及び選択的に回転される、機械的なパイ(Π)形状構造物に取り付けられる。これは、例えば、二以上のモータ、即ち、X方向に移動する一のモータと回転するその他のモータと、によって達成できる。より好ましくは、このシステムは三つのモータを有し、そのうちの二つはX,Y方向における平行移動を提供し、三番目のモータは回転する。

0019

モータの組み合わせと制御部(通常CPU又はEPROM)は、X線源及び/又は撮像素子の移動を操るので、マニピュレータと称される。マニピュレータは、幾つかの照射プロファイルを実施するように予めプログラムされてよい。これは、異なる複数のプログラムは、異なる複数の照射プロファイルに対応することを意味する。また、照射プロファイルは、X線源及び/又は撮像素子が照射中に移動するパスである。

0020

撮像素子は、線形タイプであり、m/n≧1.5、より好ましくはm/n>3、更に好ましくはm/n>6であるような、長寸法(m)及び短寸法(n)を有する。細長直線形状の長方形となる撮像素子の選択は、非常に重要である。なぜなら、そのような撮像素子(センサ)は、毎秒50フレーム(50“fps”)、より好ましくは100fps、よりも早い、更に好ましくは150fpsから500fpsの範囲にある、高フレームレートで動作できるからである。細長く、高速の撮像素子のために、本発明は、低コストを保ちながら、非常に高品質のパノラマ画像を生成する(高速のため)。好ましくは、撮像素子はCdTe−CMOS(カドミウムテルル化合物−CMOS)又はCdZnTe−CMOS(カドミウム亜鉛テルル化合物)である。このような撮像素子は、優れた検出効率及び優れた分解能と、高速性とを組み合わせる。

0021

先行技術における従来型の歯科用横方向撮像素子は、回転を全く又はほとんどせずに、高価な広域撮像センサ及びほぼ線形な移動プロファイルを用いている。本発明に従うシステムは、上述のように、線形で、安価で、リアルタイムフレーム出力に起因して早い撮像素子を用い、照射中に、X線源及び撮像素子をパスに沿って移動する。該パスは、関心のあるサブボリュームの中のほぼ全ての点が、β/α>2.1の角度範囲における異なる複数の角度からX線撮像素子に投影されるような、選択的平行移動と選択的回転との組み合わせである。ここで、αは、X線焦点から見たX線撮像素子の角度である。このようにして、撮像素子によって生成されたフレームは、パノラマ層に対して一の角度をなすスライスの画像を再構築するアルゴリズムを実行するプロセッサによって用いられる。

0022

代えて又は加えて、線形撮像素子及びX線源は、別の照射プロファイルにおいて、撮像素子上に人の頭蓋骨の半分を投影する近接する線形のパスに沿って移動でき、次に、部分的平行移動及び部分的回転によって、人の頭蓋骨の残り半分に対して再配置でき、次に、人の頭蓋骨の残り半分における第2の実質的に線形なプロジェクションを生成するための照射を継続できる。そして、二つの実質的に線形の照射中に撮像素子によって生成された複数のフレームは、従来の頭部画像に相当する又は等しい、人の頭蓋骨の完全な実質的に線形なプロジェクションを生成するために、アルゴリズムを用いるプロセッサにおいて、結合される。

0023

本発明の利点は多い。即ち以下の通りである。
−第1に、歯科開業医によって要求される幾つかの又は異なる複数の機能画像を生成するために、単一の線形且つ安価なセンサを備える単一システムが用いられる。
−パノラマ画像のほかに(パノラマ画像に対して)横方向の画像及び頭蓋骨線形なプロジェクションもまた、全て優れた品質であり、どの画像にも支障を来さない。
−このシステムは、cephアームを備えた従来の高性能パノラマシステム又は歯科用CTシステムよりも非常にコンパクトである。

0024

本発明の好適な実施例における好適な撮像素子は、CdTeバンプ接続CMOS又はCdZnTeバンプ接続CMOS直接変換であるが、m/n≧1.5である他のフレーム生成撮像素子を、本発明の範囲から逸脱することなく、用いることができる。例えば、ナノ蛍光体間接変換検出器はCMOS又はCCDと結合でき、撮像素子として用いることができる。或いは、レギュラー蛍光体又はシンチレータを用いることもできる。或いは、CMOS、CCD又は平面パネル上に塗布され、エピタキシャル成長したCdTe及びCdZnTeを用いることができる。或いは、フレーム生成CCD、他のタイプのCMOSセンサ又は平面パネルを用いることができる。

0025

さらに、本発明の他の好適な実施例において、我々は、対象物の関心領域の部分的CT又は部分的3D画像を実行する口外歯科用X線撮像システムを提供する。該口外歯科用X線撮像システムは、a)照射中に対象物を撮像できるように、該対象物にX線を照射するX線源と、b)前記照射中の少なくとも一部の期間における複合的な放射された画像フレームの生成に適する単一のX線撮像素子と、c)前記照射中に、複数の放射された画像フレームに対応する複数の位置の間のパスに沿って、撮像素子及びX線源を移動するマニピュレータであって、選択的平行移動と、X線源の焦点及びX線撮像素子間に位置する少なくとも一の回転軸についての選択的回転と、によって、X線源及び撮像素子の両方の移動を可能とするマニピュレータと、d)前記関心領域の部分的CT又は3D画像を生成する照射プロファイルプログラムと、を備え、プロファイルは、前記照射中の少なくとも一部の期間において、回転に係る前記軸が軌道に沿って移動可能であることを特徴とする。

図面の簡単な説明

0026

先行技術に係る標準的な又は従来型のパノラマX線撮像システムを示す模式図である。
先行技術に係るX線源及び撮像素子が移動するパスを示す、標準的なパノラマ照射プロファイルに対応する標準的なパノラマプログラムの模式図である。
先行技術に係るcephアームを含む標準的な又は従来型のパノラマX線撮像システムを示す模式図である。
先行技術に係るX線源及び撮像素子が移動するパスを示す、標準的なceph照射プロファイルに対応する標準的なcephプログラムの模式図である。
先行技術に係る第2の又は別個の平面パネルセンサを含む標準的な又は従来型のパノラマX線撮像システム或いは歯科用CTX線撮像システムを示す模式図である。
先行技術に係るX線源及び平面パネル撮像素子が移動する線形パスを示す、標準的な横方向の照射プロファイルに対応する、歯科用口外撮像システムにおける標準的な平面パネルプログラムの模式図である。
先行技術に係るX線源及び平面パネル撮像素子が移動するほぼ線形なパスを示す、先行技術の標準的な横方向の照射プロファイルに対応する歯科用口外撮像システムにおける標準的な平面パネルプログラムの模式図である。
先行技術に係るX線源及び平面パネル撮像素子が移動するパスを示す、標準的な歯科用CT照射プロファイルに対応する標準的な平面パネルCTプログラムの模式図である。
本発明に係る角度α及びβの関係を示す模式図である。
本発明に係る横方向のスライス画像を生成するための関心のある容量に対して横方向の照射プロファイルに対応する横方向のプログラムの模式図である。
本発明に係る歯科用口外X線撮像システムにおける撮像素子によって生成される複数のフレームから一の横方向の画像を再構成するプロセッサによって用いられるアルゴリズムのフローチャートである。
本発明に係る人の頭蓋骨の少なくとも一部の線形なプロジェクション画像を生成するための線形な照射プロファイルに対応する、ほぼ線形なプロジェクションプログラムの模式図である。
本発明に係る歯科用口外X線撮像システムにおける撮像素子によって生成される複数のフレームから一の頭部プロジェクション画像を再構成するプロセッサによって用いられるアルゴリズムのフローチャートである。
頭部の又は線形なプロジェクションを得るための本発明に係るデータ収集における配置を示す図である。
本発明に係る頭部の又は線形なプロジェクションを得るための、複数の層の再スケーリング及び加算を模式的に示す図である。
先行技術に係る回転の固定軸を用いる再構成可能領域の例を示す図である。
本発明に係る螺旋パスを用いた回転の非固定軸を用いる再構成可能領域の例を示す図である。
本発明に係る再構成可能領域のサイズの例を示す図である。
先行技術に係る再構成可能領域のサイズの例を示す図である。
本発明に係る関心領域を再構成するために用いられるアルゴリズムの例のフローチャートを示す図である。
本発明に係る関心領域を再構成するために用いられるアルゴリズムの例のフローチャートを示す図である。
本発明に係るシステムにおいて、関心領域の部分的CT又は部分的3Dを実行する照射プロファイルにおいて回転軸が移動できるその他の軌道を示す図である。
本発明に係るシステムにおいて、関心領域の部分的CT又は部分的3Dを実行する照射プロファイルにおいて回転軸が移動できるその他の軌道を示す図である。
本発明に係るシステムにおいて、関心領域の部分的CT又は部分的3Dを実行する照射プロファイルにおいて回転軸が移動できるその他の軌道を示す図である。
本発明に係るシステムにおいて、関心領域の部分的CT又は部分的3Dを実行する照射プロファイルにおいて回転軸が移動できるその他の軌道を示す図である。

実施例

0027

本発明の好適な実施例について論じる前に、先行技術について検討する。

0028

図1aに、先行技術の標準的なパノラマX線撮像システムを示す。支柱(1)は、X線管(2)を一端に備え、CCD、即ちライン出力CCDセンサ(3)を他端に備えたパイ(Π)形状アセンブリを支持する。支柱(1)内部のマニピュレータは、X線管(2)及びCCDセンサ(3)のアセンブリの移動を制御する。マニピュレータは、通常、一つ以上のモータを備える。標準的には、一つ又は二つのモータが存在し、まれに、三つのモータが存在する。制御パネル(5)は、必要とされるX線照射値(kV、mA)の入力、及びパノラマプロファイルの選択に用いられる。画像は、パーソナルコンピュータ(4)にデジタル接続された状態で出力される。

0029

先行技術における標準的なパノラマ画像プロファイルの構成要素は、図1bに示される。X線源(401)及び通常CCDセンサである撮像素子(402)は、デフォルト焦点層トラフ)(405)の画像を生成するために回転且つ平行移動する。このような移動は、特定の軌道(403)に沿っている。このプロファイル(403)の目的は、理想又はデフォルト焦点層(405)の平面像を形成することである。深さ分解能は、平面像に沿って異なるが、照射の初めと終わり臼歯)において30ミリメートル程度であり、最高は、中間部(404)(前歯)において3ミリメートル程度である。

0030

図2aは、パノラマ画像化と既知の頭部撮像を組み合わせた、先行技術の口外歯科用X線撮像システムを模式的に示す。このようなシステムの構成要素は、X線源(12)と、撮像センサ装置(13)と、「cephアーム」(16)を含む機械式マニピュレータ(11)と、ユーザコントロール(15)と、画像を処理及び表示するためのコンピュータ又はプロセッサ(14)とである。撮像センサ装置(13)は、頭部計測位置(図2a)とパノラマ位置(図1a)との間を移動でき、通常「スナップオン」センサと称される。

0031

先行技術における標準的なスキャンデジタル頭部システムは、図2bに示すような照射プロファイルで動作する。X線源(12)は、プロファイルである所定パス(18)に沿って平行移動及び回転する。一方、撮像素子(13)は、平面(8)を横切った全頭蓋骨の半(semi−)又は実質的に線形なプロジェクションを形成するように患者(19)を撮像しつつ、プロファイルであるパス(7)に沿って移動する。X線源の焦点から撮像素子(191)までの距離は、幾何学的歪みを減じるほど大きく、大抵の場合1.5mよりも大きく、通常1.5mから2.5mである。加えて、センサは、横方向に伸びて大きなスペースを割く、個別の「ceph」アーム(16)(図2a)に位置付けられる。このような遠い距離は、撮像された対象物の各種部分における異なる倍率に起因する幾何学的歪みを回避又は軽減するためにX線を平行又はほぼ平行にするために必要とされる。

0032

先行技術において、平面四角形パネルである第2のセンサ又は平面四角形パネルである一のセンサのみを備えた歯科用口外X線撮像システムも存在する。このようなデュアルセンサシステム図3aに示されており、横方向のスライス及び/又は歯科用CT画像を生成するためのものである。支柱(21)は、上述のように、CCDパノラマセンサ(23)及びX線管(22)のパイ形状アセンブリを支持する。CCDパノラマセンサ(23)は、平面四角形パネルセンサ(26)と交換できる。支柱(21)内部のマニピュレータは、一つ、二つ又は三つのモータを通常有しており、アセンブリをX,Y方向に移動させるとともに、回転させる。通常デジタル式コントローラ(25)は、kV、mA範囲を設定又は選択するとともに、各種のプロファイル、即ち移動パスを選択する。コンピュータ又はプロセッサ(24)は画像を処理及び表示するために設けられる。

0033

図3bは、先行技術に係る平面パネルを用いる口外歯科用撮像システム、即ち、実質的に線形移動を用いて、横方向のスライスを生成するための典型的プロファイルを示す。図は、水平方向XY平面における配置を示す。この移動は、Z方向(図のXY平面に垂直)成分もありうるが、基本的な考え方は同じである。この場合、撮像される点(102)の角度視野(angular viewing)範囲βは、センサの開口角(α)に等しい。即ち、α=β、又は言い換えればβ/α=1。図は、X線源(101)、第1の位置(103)における撮像素子、撮像される点(102)、並びに、図に示すように直線である第2の位置(104)におけるX線源と撮像素子の両方の移動軌道を示す。実線は、移動後の配置を指しており、破線は移動前の配置を指す。典型的な平面四角形パネルのサイズが大きいため、視野角βは、上記に与えられた関係を満たす。典型的な平面パネルのサイズは、10cm×10cm又は20cm×20cmである。20cm×20cm平面パネルの場合に、平面パネルまでの焦点距離が通常50cmである場合は、β/α=1であって、β=α=2×tan−1(10/50)=22.6度という意味である。この視野角は、横スライスの深さ方向において非常に良好な分解能であると考えられる厚さ0.5mm−3mmの横方向の又は角度のついたスライスを生成するのに十分である。平面パネルを用いた線形移動のプロファイルの場合は、常にβ/α=1であり、また平面パネルは大きいので、視野角βは、通常、十分に薄い横方向のスライスを生成できる程度に十分大きい。しかしながら、解決すべき課題は、以下の通りである。即ち、a)平面パネルは高価である。b)平面パネルは良好な横方向のスライス画像を作成できるが、残念ながら、分解能の低いパノラマ画像を生成する。これが、パノラマ及び横方向のスライスプロファイルの提供を目指すシステムが二のセンサを有する理由であり、口外歯科用撮像システムの複雑さと費用を増加させてしまう。

0034

図3cは、長さm、幅nの平面パネル検出器を用いることによって先行技術で周知のような標準的な横方向のスライス照射プロファイルを示す。このような平面パネルは、m/nが実質的に1に等しい(即ち、m/n=1)という関係を有する。通常、平面パネルは、β/α=1である線形走査を実行する。平面パネルのサイズが10cm×10cmである場合や、又は5cm×5cmと小さい場合がある。このような場合には、より広い視野角を可能とする一連の線形走査がある。これを図3Cに示す。図3Cに示す先行技術によれば、X線源(501)及び撮像素子(502)は、関心領域(504)のまわりで実質的に線形な平行移動を実行する。軌道又はプロファイル(503)は、デフォルト焦点層(505)を横切った横方向のスライスである平面像(506)を形成するのに十分である。

0035

いかなる場合にも、5cm×5cmのサイズの最小パネルにおいても、角度α=2×tan−1(2.5/50)=5.7度である。ごくわずかの横方向のスライス厚さ0.5mmから3mmを有するためには、視野角βは10度以上であるべきである。これはβ/α=10/5.7=1.8を意味する。従って、既知の事例の全てにおいて、横方向のスライス撮像は、m/n≒1の正方形又はほぼ正方形の平面パネル、及びβ/α≦1.8のパラメータで示される移動プロファイル、で行われ、ユーザは、先行技術において、適切な厚さ分解能(thickness resolution)を有する横方向のスライスを得ている。同じセットアップは、容積測定3D撮像を実行するのに用いられる又は用いることができる。しかしながら、問題は、パノラマ撮像を実行する一のセンサ、典型的にはCCDライン出力センサと、β/α≦2.6の関係を満たす一以上の線形走査を行う第2のセンサ、即ちm/nが1におおよそ等しい平面パネルとを結合させていることである。

0036

標準的な口外歯科用容積測定X線撮像システムの形状及び移動の模式図を図4に示す。ここで目的は3D容積の生成である。関心領域(304)の複合的な画像が、プロジェクション(305)からキャプチャーされている間、X線源(301)、及びm≒nの平面パネル撮像素子(302)は、所与の(円形)パス(303)に沿って回転する。次に、これらの画像を用いて、関心領域を含む従来の水平断層撮影スライス(306)を再構成する。関心領域は、より小さい容積要素であるボクセルに分割される。一のボクセルのサイズは、撮像素子のピクセルサイズとは無関係に選択できる。通常、ボクセルは等方性である。即ち、ボクセルの幅及び高さは等しい。即ち、ボクセルは正方形である。しかしながら、ボクセルは不均等な大きさを有することもできる。通常、軌道(303)は、少なくとも180度の角度視野範囲を有する円形の回転である。また、関心領域の全ての点は、照射中に撮影された全ての画像に見られるべきである。これは、関心領域のサイズが撮像素子のサイズによって制限されることを意味する。

0037

角度視野範囲βが少なくとも180度であるという条件が満たされる場合、「完全な」又は最適な容積測定復元を得ることができる。

0038

出願11/277,530は、フレーム出力センサがm/n>1.5の状態で用いられるX線撮像システムを開示する。このセンサはパノラマセンサであり、この発明の教示は、このようなセンサを口外歯科用X線撮像システムにおいてm/n>1.5で用いることである。よって、パノラマ層の生成に適したプロファイルに沿った一度の照射により、パノラマ層に加えて、a)横方向のスライス又はb)3D容積測定画像のうちの一方が得られるであろう。従って、11/277530は、単一センサ及び単一プロファイル又は照射を備えた単一口外システムを教示する。しかしながら、実際には、パノラマプロファイルは、X線が横方向のスライス方向にほぼ平行となるようにされ、このようなパノラマプロファイルから横方向のスライスを生成するのは非常に困難又は不可能であり、3D容積を作成することは更に困難である。

0039

従って、解決すべき課題は、a)良質なパノラマ画像、b)良質な角度のついた又は横方向のスライス画像、c)追加の「ceph」アームを用いない良質な頭部画像、及びd)良質な局所的3D容積測定画像のうちの少なくとも二つを生成できる単一センサを備えた安価な口外歯科用撮像システムを提供することである。

0040

本発明の発明者等は、m/n≧1.5のフレームモードセンサをプロファイルパスに沿って平行移動及び回転させる第2のプロファイルを実施する場合に、フレーム出力モードを備えた安価な線形センサを用いて、良質な横スライスを生成できることを発見した。このようなプロファイルは、β/αの適切な関係によって規定される。

0041

本発明の一の態様を図5に示す。センサ(203)は、好ましくは長寸法m及び短寸法nを有するCdTe—CMOS又はCdZnTe—CMOS線形センサである。但し、通常、m≒150mm、n≒6mmである。即ち、m/n≒25である。CdTe材料とは異なるその他の線形タイプのセンサを用いることもできる。センサは、通常50fps−500fpsであるフレーム出力モードで動く。X線源の焦点は(201)であり、通常、センサから300mmから600mmの距離にある。従って、この構成において、角度αは0.5度から1.1度の範囲にある。即ち、エンドポイント0.5と1.1を含む。良好な横方向のスライス、又はパノラマ層に対して一の角度をなすスライス、或いは関心領域の局所的3D容積測定画像を得るためには、10度のエンドポイントを含んで、10度から15度以上の範囲の視野角を有するべきである。従って、β/α比は、好適な視野角範囲がβ=15度であるので、少なくとも15/1.1=13.6である。

0042

プロファイルがこの比で規定された状態で、口外撮像システムは安価な単一線形センサ上で動作でき、パノラマスライス及び横方向の又は角度のついたスライスの両方を良好な分解能で実行できる。ここで、層の厚さは5mmよりも薄く、好ましくは3mmよりも薄く、更に好ましくは2mmよりも薄いであろう。この用語「層の厚さ」は、焦点が合ったと考えられる物理的領域の意味を有する。即ち、「層の厚さ」内に含まれた対象物は、十分な鮮明度及び明確度を備えて撮像されるが、一方「層の厚さ」外の対象物はぼやけてしまうであろう。鮮明度又はボケ度は、変調伝達関数(MTF)で確実に測定され、例えばMTFが0.1以上の場合は、鮮明な又は焦点のあった画像を示す。関心領域(205)は、一又は幾つかの層を含んでよい。

0043

他の実施例において、CdTe−CMOSセンサ(203)は、m≒150mm、n≒25mm、即ち、m/n≒6を有する。このような場合に、焦点(201)とセンサ(203)との間の距離が再び30mmから600mmの範囲にあれば、αは、2.3度から4.7度の範囲にあり、2.3度と4.7度のエンドポイントを含む。βが少なくとも10度の場合には、β/αは少なくとも15/4.7=3.2である。

0044

第3の実施例において、センサ長mは50mm−100mmであってよく、幅n≒25mm、即ち、m/n≒1.5以上である。このような場合、αは、2.3度から4.7度の範囲にあり、2.3度と4.7度のエンドポイントを含む。この場合も先と同様に、これは、β/α>3.2の関係が、高品質のパノラマの、及び横方向の若しくは角度のついたパノラマスライス、又は関心領域の局所的3D容積測定画像に適するであろう、プロファイルを定義することを意味するだろう。β=10度以上でさえ、満足のいく横方向のスライス又は角度のついたスライスの厚さを実現できる。この場合、本発明によればβ/α>2.1である。

0045

角度のついたスライスプロファイル又は横方向の照射プロファイル或いは上記に規定した局所的3D容積測定画像照射プロファイルは、パノラマ層における少なくとも一の関心領域で用いることができるが、臼歯や前歯領域の個々の歯又はある領域内の歯等の、関心のある各解剖学領域に用いることもできる。本発明に係る口外歯科用X線撮像システムは、標準的なパノラマ層に対するこのような角度のついたスライス又は横方向の照射プロファイルを提供する。

0046

β/α>2.1の関係を(少なくとも)実現するためには、実質的回転成分が発明者等によって付加され、角度視野範囲βがセンサの開口角αを超えて拡張される。これを図5に示すが、これは、どのような実質的回転を用いて視野角βを増加させるかを示している。この図において、X線焦点(201)及び撮像素子(203)は、関心領域(205)の点(202)を撮像しつつ、特定軌道(204)に沿って回転及び平行移動する。従って、角度視野範囲βは、開口角αよりもはるかに大きい。なぜなら、αは、m/n>1.5である線形又は近似線形センサに対して上記に示すように実際には非常に小さいからである。この場合の撮像工程の目的は、矢印の次元(206)に沿った平面像の形成である。従来技術は、本質的には正方形である平面パネルセンサと、ライン出力を備えた第2の線形センサとを必要とするが、本発明は先行技術の障害を克服し、また本発明は、フレーム出力モードで動作し且つm/n>1.5である単一センサとともに可能なシステムであって、少なくとも二のプロファイル、即ち、パノラマ層/画像用のプロファイルと、横方向の又は角度のついたスライスを実行する、β/α>2.1によって規定された第2のプロファイルとを有するように更にプログラムされた口外システムを提供する。従って、口外歯科用X線撮像システムは、多機能性経済的である。

0047

角度視野範囲を増加させると、即ち、β/α>2.1において、深さ分解能は向上する。即ち、より小さい対象物が、深さ方向においてより良好に分解できる。角度視野範囲βが大きくなるほど、深さ分解能はより良好になる。

0048

本発明に開示されたような同じ口外システムは、局所的な3D容積測定画像の実行に適している。角度のついたスライス撮像及び/又は局所的な3D撮像を実施するための一のアルゴリズムが、ここで図6a及び6bを参照して提供される。

0049

実質的回転角度βの一の短所は、X線の方向が、平面像(角度のついたスライス)の方向の平行方向に近づき、平面像向けに設計された標準的なアルゴリズムを用いる場合に、これが画像の幾何学的歪みを引き起こすことである。このような先行技術のアルゴリズムは、パノラマ層の再構成に用いられたものと同じであり、これらは断層撮影法又はトモシンセシス(tomosynthesis)と称されてよい。本発明は、口外歯科用撮像システム、並びにパノラマ層に対する横方向の又は角度のついたスライスを光学的に得る方法のアルゴリズムを提供する。

0050

本発明は、口外歯科用撮像システム、並びに平面及び容積測定撮像様式を結合させて、幅広い高価なセンサが必要である完全容積測定画像の計算の必要なく、z方向に沿ったより良好な深さ分解能を備えた平面像を形成するアルゴリズムを提供する。加えて、局所的な3D容積測定画像は、異なる平面層から形成できる。図6aは、本発明に係るX線源(601)と軌道(603)及び(606)に沿って移動する撮像素子(602)とを示す。図6aに示すように、好適な角度のついたスライス(610)は、関心領域(604)のパノラマ層に直角である。多くの場合、各スライスは、パノラマ層にほぼ直角でありうるが、好ましくは90度±20度である。あるインプラント手術では、スライスの角度は、横方向と異なってよい。

0051

本発明によれば、横方向の又は角度のついたスライス(610)を形成するために、図6に係る以下のアルゴリズムが適用される。

0052

アルゴリズムは、各水平断層撮影スライスに別々に適用され、横方向のスライス又は角度のついたスライスである最終画像は、各水平断層撮影スライスにおいて選択された関心領域を垂直に積み重ねることによって形成される。

0053

定義:
ボクセル値ベクトル。各ボクセルに対して、ちょうど一つのベクトルの値がある。
yプロジェクションベクトル。全プロジェクション(フレーム)の角ピクセルは、ベクトルにおける唯一の要素を有する。これらの値は、プロジェクションにおける前記ピクセルの値に対応する。
重み行列。この行列は、プロジェクション式がy=Wxの形で表現できるように、システムの配置を符号化する。

0054

このアルゴリズムの第1ステップ(651)は、重み行列Wを形成することである。この行列は、全てのプロジェクションにおける全てのピクセルに対して一の行を有する(よって、行の総数は、一の水平断層撮影スライスにおける、プロジェクション数×検出器ピクセル数である)。この行列は、全てのボクセル値に対して一の列を有する(即ち、xのボクセル数における列数)。行列の各要素は、対応ボクセルが前記プロジェクションのピクセル値にどの程度貢献するかを示す。このステップは、装置の校正において通常実行され、通常の照射中には計算されない。

0055

第2ステップは、ボクセル値xに対する初期推定値x0(652)(「推量」)を作成することである。この初期推定値は、例えばトモシンセシス用分類シフト加算アルゴリズムを用いて、計算できる。初期推定値の品質は、再構成された画像の品質に影響をほとんど及ぼさないが、良好な初期推定値によって処理時間を短くできる。

0056

第3ステップ(653)は、xの現在値を評価することである。これは、二乗差の合計等の適切な数学誤差標準(ノルム)を計算することによって行われる。

0057

第4ステップ(654)は、誤差が十分に小さいかを決定することである。誤差が十分に小さい場合は、ループは終了され、画像は第6ステップで完了される。

0058

第5ステップ(655)は、誤差標準(ノルム)を減らすように、xに対する新たな推定値を計算することである。これは、例えば既知の勾配降下アルゴリズムによって計算できる。この後、アルゴリズムは第3ステップで継続する。

0059

第6ステップ(656)は、最終画像の一の行として表示されるように、xにおける一のボクセル行を選択することである。通常、装置の配置に応じて最良画質を有する一の行が存在する。加えて、複数のボクセル行を結合することで、局所的な3D画像を形成できる。

0060

第7及び最終ステップ(657)は、最終画像の一の行を表示することである。このような画像は横方向の又は角度のついたスライスである。

0061

本発明の更なる他の態様によれば、外部の長いアームを必要とせず、頭部の、即ち、実質的に線形な、プロジェクションが可能である口外歯科用撮像システムが提供される。このシステムは、先行技術を超える独特の利点をもたらす。このような利点は、高価な外部アームを備えずに単一センサを用いてパノラマ及び頭部プロジェクションを実行することである。

0062

先行技術の頭部画像撮像システムの模式図を図2aに示す。このようなシステムの構成要素は、X線源(12)、撮像素子(13)及び「ceph」アーム(16)を含む機械式マニピュレータ、ユーザコントロール(15)、並びに画像を処理及び表示するコンピュータ又はプロセッサ(14)である。図2bについては既に説明したが、図2aに示した従来のcephシステムの典型的なプロファイル移動を示している。

0063

本発明によれば、多目的口外歯科用X線撮像システムの頭部機能性、又は頭部プロファイル移動は、図7に示すように動作する。

0064

人の頭蓋骨の線形なプロジェクションである頭部プロジェクションは、パノラマ照射プロファイルの実施中と同じ位置にX線源に対して位置する単一センサを用いて、一以上の線形又は実質的線形照射プロファイルによって実現される。X線源(912)の焦点と撮像素子(913)との間の距離は、同じ固定センサ及び固定配置を用いてパノラマ撮像も実行できるようにするために、1.5mよりも短くなければならず、好ましくは70cmよりも短いはずである。従って、扱いにくい「ceph」アームは取り除かれ、簡素で小型の多機能性口外撮像システムが実現される。X線源(912)は、軌道(917、918、919)に沿ってプロファイルプログラムを実施する。CdTe−CMOSX線フレーム出力センサ(913)は、軌道(914、915、916)に沿って移動し、関心領域(920)における高度異方性の容積測定画像を形成できる。上述のように、X線源から撮像素子までの距離は、標準的な場合と比較して小さい。センサ(912)とセンサに対する頭蓋骨の最も近い面との間の距離(926)は、各照射線形プロファイルの間、合理的に実行可能な程度に最小化又は理想的に低下される。このようにして、頭蓋骨の片側が最小ボケ又は歪みで投影されるが、他方は不均衡であり、更なる処理を用いて画像から除去又は補正できる。このような距離(926)は、20cmよりも短いはずであり、更に好ましくは10cmよりも短く、理想的には5cmよりも短いはずである。本発明によれば、X線源の焦点から撮像素子までの距離(923)は、先行技術の解決法と比較して短い。(923)は、好ましくは1.5mよりも短く、更に好ましくは、パノラマ撮像に用いられる範囲である30cm−70cmの範囲にある。

0065

従って、一の機械的配置を備えて、本発明は、パノラマ及び頭部撮像の両方を達成する。これは、装置空間の無駄を大いに省き、複数又は取り外し可能なセンサの必要性を軽減させる。

0066

関心領域(920)の容積測定画像のボクセルは、画像寸法(922)におけるサイズは小さいが、垂直寸法(921)におけるサイズは大きい。

0067

X線源及び撮像素子の軌道は、3つのセグメントに分割される。即ち、第1の照射(914、917)と、X線源(912)及びセンサ(913)が再配置される非放射移動(915、918)と、第2の照射(916、919)である。二つの照射部の間に、頭蓋骨の左側及び右側が撮像される。頭蓋骨が放射線に照射されるプロファイルの二つの部分は、図7に示すように、線形又は実質的に線形である。実質的に線形なセクションは、部の弧までの距離(924)及び(925)が20cmよりも短く、好ましくは10cmよりも短く、更に好ましくは1cmよりも短いことを意味する。「セクション」は、5cmよりも長い軌道であって、従って表示される画像の再構成に用いられるデータを生成するのに十分長い軌道の一部を意味する。ここで、同様の効果を持ったその他のプロジェクションプロファイルも用いることができることも留意すべきである。例えば、共通点を備えた二つの実質的線形セクションを有する「L」形状プロジェクションプロファイルである。或いは、唯一の実質的に線形なプロジェクションを用いることができ、人の頭蓋骨の一部又は半分を投影できる。

0068

照射の後、容積測定再構成アルゴリズムを用いて、撮像方向(922)に沿った垂直スライスを計算する。これらの垂直スライスは次に変形されて、異なる垂直スライスの異なる拡大係数が除去される。最後に、垂直スライスは互いに加えられて、一の二次元頭部測定画像が生成される。いずれの特異な再構成アルゴリズムに限定されないが、一のこのような再構成用アルゴリズムは、図8a、8b及び8cに示される。

0069

このアルゴリズムの第1ステップは、データ収集(821)である。データ収集ステップでは、複合的なフレーム及び対応X線源並びに撮像素子の位置が記録される。データ収集向けの配置を、図8bに示す。X線源(801)は、対象物における異なる複数の層(803)の全てを照射する。X線撮像素子(802)は、X線を収集し、一の画像を形成する。異なる複数の層(803)は、ビーム(804)の形状のために、異なる複数の拡大係数を有する。異なる複数の拡大係数は、ダブルヘッドの矢印(805)で視覚化される。X線源に近い矢印ほど短くなり、一方、撮像素子に近い矢印ほど長くなる。撮像素子(802)により蓄えられた画像は、これらの層全ての合計又は重ね合わせからなる。次のステップ(822)は、夫々個別の層の内容を復元し、一層一層に対して別個の画像を形成することである。画像は、例えば横方向の撮像に対して先に述べたアルゴリズムを用いることにより再構成できる。ここで、一の層は、撮像素子に平行なボクセルフィールドに一の平面を指す。

0070

そして次のステップ(823)は、各個別の層画像に対して拡大倍率を計算することからなる。

0071

次に(824)、図8cにおける個別の層画像(831)は、各個別の層に対するリスケーリング後の拡大倍率が同じであるように、バイキュービック補間法等のスケーリングアルゴリズム(835)を用いてリスケーリングされる。この後、サイズは異なるが拡大倍率が等しい複合的な画像が存在する。

0072

最後のステップ(825)は、図8に示されるが、リスケールされた個別の層画像(832)の全てを、加算器を用いて蓄積し、最終画像(834)を形成することである。最終画像は、今は異なる複数の層の全ての重ね合わせであるが、本来の画像データとは逆に、これらの異なる複数の層は等しい拡大倍率を有している。よって、最終画像は、平行ビームX線源を用いて撮影された画像にほぼ等しく、或いはX線源から撮像素子の距離が長く、対象物から撮像素子までの距離が短い通常のコーンビームX線源を用いて撮影された画像に等しい。

0073

ここで、図9b、10a、11a及び11bを参照して、本発明の他の好適な実施例について説明する。

0074

先行技術の歯科用CT又は3Dシステムは、図9aに示すように、円の移動軌道を有する。X線生成器(源)(160)及び撮像素子(検出器)(161)は、静止した回転軸を有する固定パスに沿って移動する。このシステムは通常180から360度、即ち、半周から一周回転する。ビームプロジェクションの例の幾つかを参照(164)として示す。回転軸(162)は固定され、関心領域(163)の中央にある。例えば、これはUS6118842に記載された先行技術に係るものである。

0075

この軌道は、水平平面に円形のプロジェクションを有する円柱の再構成された円弧を生成する。この円の直径は、拡大倍率(180度回転仮定)で割った撮像素子の幅に等しい。或いは、いわゆるハーフビーム技術(360度回転を含む)が用いられる場合は、多くても拡大倍率で割った撮像素子の幅の二倍に等しい。例えば5cm幅の検出器を備えた通常のシステムでは、典型的な拡大倍率2を仮定すると、再構成された円柱に対して、多くても2*5cm/2=5の直径が与えられる。

0076

先行技術の方法を用いた完全な再構成の必要条件は、再構成される容積内の全ての点は全てのプロジェクションに見られる、又は再構成される容積内の全ての点は0から180度の完全な角度範囲に見られることと仮定する。これによって、幾つかの点が、いわゆるハーフビーム技術で用いられるような幾つかの点において見えなくなる。固定回転軸(181)を有する軌道は、収集されるフレーム数に関わらず検出器の幅に比例する再構成可能領域(182)に限定される。

0077

本発明によれば、パノラマ撮像の動作モードと、関心領域における部分的なCT又は3D撮像の動作モードとを有する歯科用口外X線撮像システムが提供される。パノラマモードの際には、このシステムは、パノラマ軌道において動作し、部分的なCT又は3Dモードの際には、このシステムは、従来のシステム(例えば、US6118842)と同様に、回転軸がもはや固定されないが、移動もすることを特徴とする部分的なCTモードで動作するであろう。好適な実施例として、部分的なCT/3Dモードの際の回転軸は、螺旋に沿って移動する。回転軸の螺旋軌道の例を、図9bに示す。この図において、X線生成器(150)及び撮像素子(151)は、円形軌道に沿って移動するが、回転軸(152)は、このプロットにおいては螺旋であるパスに沿って移動する。回転軸のその他の軌道は、本発明の歯にから逸脱せずに可能である。関心領域(153)及びサンプルビームプロジェクション(154)は、参照として示される。

0078

図10aは、再構成可能領域(172)のサイズを、移動回転軸(171)を用いて大きくする方法を示す。この図において、回転軸の軌道(171)は螺旋であるが、その他の曲線又はパスの形状を用いることができる。本発明によれば、口外歯科用X線撮像システムは、関心領域における部分的なCT又は3Dを実行するモードを有する。これによって、回転軸が移動する。また所望のパスを横断するのに十分な時間が与えられると仮定すると、再構成可能領域のサイズを無制限にすることができる。図10a及び10bは、同じスケールであり、x,y軸の単位はメートルである。

0079

ここで、図11a及び11bを参照して、データの収集方法と本発明に係るシステムにおけるCT又は3D画像の再構成方法とを説明するために用いられるアルゴリズムの例を提供する。

0080

図11aは、本発明に係るデータ収集のフローチャートを示す。関心領域がユーザ(s111)によって選択される。その後、システムは初期位置(回転軸用経路出発点)に移動する(s112)。次に、X線がONにされ(s113)、照射が完了する(s115)まで、フレームが補足される(s114)。ユニット上のマニピュレータは、X線源、撮像素子、及び捕捉フレーム間の回転軸を移動させる(s116)。実際には、この移動は、連続的なX線束を用いて連続的であるが、このシステムは、パルスタイプX線源と非連続移動とを用いることもできる。フレームが全て捕捉された後、X線がオンにされ(s117)、データが再構成され(s118)、再構成された画像がユーザに表示される(s119)。

0081

図11bは、CPU、GPU、FPGA、又は適当量メモリを備えた任意のその他のプログラム可能な装置を用いて実施可能な再構成アルゴリズムの概要フローチャートを示す。先ず、カウンタ変数が、第1フレーム(フレーム#0)を指すように初期化される(s121)。次に、ボリュームデータに対する現在推定値は、フレーム#iを構成すると予測される(s122)。これは、フレームが全て処理されるまで繰り返される(s123)。カウンタは、現在のフレームが処理された後に次のフレームを指すように増やされる(s124)。

0082

前方投影(即ち、2Dフレームに対して3D容積を投影)の全てが計算された後、現在のシミュレーションデータ収集データとの間の誤差が計算される(s125)。そして、この誤差は、容積要素に対して背面投影される。即ち、誤差への各容積要素の寄与が計算される(s126)。背面投影後、容積推定値(評価)が、ある更新式に基づいて更新される。最も単純なものは、各容積要素をより小さな誤差の方向に移動させることである。ART、統計反転、又は共役勾配のような、より高度な更新ルールも用いることができる。この更新も、バッチにおいて処理され得る更新を基準として、一コマ毎に、行われ得る。背面投影ループは、フレームが全て処理されるまで実行される(s129)。フレームカウンタは、繰り返しの間に次のフレームに位置付される(s130)。

0083

図11bのアルゴリズムは、容積推定値(評価)が受け入れられるまで繰り返される。

0084

上述の発明における明白且つブレークスルーな利点は、限定活性領域におけるデジタルセンサを上記システムの一部として用いて、有用なサイズの部分的なCT又は部分的な3D再構成を可能とすることである。例えば、25mm(幅)×75mm(高さ)+6mm×75mmの活性領域と、軸の移動合計が25mm(図10aを参照)である螺旋又は近似螺旋状の二つの回転とを備えると、図10aに示すように50mmの関心領域を再構成できる。35mm程度の軸の三つの回転及び移動を備えると、80mmの関心領域を再構成できる(明確にするために、図10aは、二つの回転のみの例を示す)。従って、従来の歯科用CTシステムでは、25mm幅検出器は25mm/2(倍率)=12.5mm再構成された容積を生成するのみであるが、一方、本発明に係るシステムでは、再構成された容積は近似螺旋軌道における二つの回転では4倍大きく、三つの回転を用いると6倍大きくなる。当然のことながら、より多くの回転を用いて螺旋を大きくすると、再構成された容積は、小さい検出器活性領域を用いて関心のある全対象物、例えば前部及び後部を再構成できる限界まで、増加する。加えて、留意すべきは、本発明の有用性が、照射プロファイル中の回転軸の移動が小さい場合でさえも実現されることである。例えば、回転軸の一ミリメートル以上の移動でさえも有利である。本発明が暗示するところは、高性能な口外歯科用X線撮像システムは、特に優れた画質、十分なサイズの再構成されたCT/3D容積を手ごろな価格で提供する部分的なCT/3D照射モードとパノラマ照射モードとを備えた単一センサを用いることである。このようなシステムは、高品質なパノラマ画像を大切にする矯正歯科医や、高品質なCT及び3D画像を必要とするインプラント学者及び外科医の役に立つ。検出器は、X線が電子信号に直接変換されるという事実に起因して、読み出し速度、感度、鮮明な画像形成の点で明白な利点を有するCdTe−CMOS又はCdZnTe−CMOS検出器であることが好ましい。平面パネル、CCD又はCMOSに結合されたシンチレータ等のその他の検出器の技術を用いることができる。

0085

本発明の他の態様によれば、口外歯科用X線撮像システムは、X線源焦点と検出器の中間部分を結ぶ線が、照射中、回転軸の軌道に対して接線方向である、又は軌道に対する接線方向から±45度以内であることを特徴とするCT又は部分的なCT照射を実行するように構成される。これは図12aに示される。ここで、撮像素子の中点(1901)とX線源の焦点(1902)とを結ぶ線は、回転軸が移動している軌道に対する部分において接線方向である。しかしながら、上述のように、接線方向から±45度の範囲でずれがあってもよい。回転軸は螺旋に沿って移動するため、この照射プロファイルによって再構成される領域のサイズを拡大できる。X線源及び検出器の位置は、本発明の範囲から逸脱せずに交換できる。

0086

上記の図面を参照して好適な実施例を提供且つ説明したが、本発明の範囲は、回転軸が部分的なCT照射又はCT照射中に移動するいずれの状況も包含する。回転軸の軌道は、確かに、ほぼ螺旋又は変形された螺旋であってよい。或いは、図12b、12c及び12dで説明するように、再構成したい容積の大きさによっては、円の一部、円又は複合的な円を含むことができ(図12b)、「S」形状軌道(図12d)、又は「8」形状軌道(図12c)となりうる。

0087

1支柱
2X線管
3CCDセンサ
4パーソナルコンピュータ
5 制御パネル

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