JP2007020986A - 医療用放射線機器天板およびx線ct装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】画像の高精度化や装置の高機能化、患者の放射線被爆量低減を図る。
【解決手段】横臥状態の被検者を載せる上面板12aと、該上面板に対向配置した下面板12bを含み、駆動部材および/または支持部材を該下面板に接触させ前記被検者の身長方向に片持ち状態で往復移動させて使用する医療用放射線機器天板10であって、該上面板と該下面板は(1)式で表す関係が成り立つ繊維強化樹脂成形品であり、かつ、身長方向の片側が、被検者診断のために放射線を照射する放射線透視部、もう片側が、前記片持ち状態を実現するために固定する非透視部であり、少なくとも該放射線透視部ではアルミ当量(X線透過性の指標)が1mm以下であることを特徴とする医療用放射線機器天板。 CU/CL < 1 (1) 式中 CU:上面板における、被検者の身長方向弾性率Eu0/断面方向弾性率Eu90 CL:下面板における、被検者の身長方向弾性率EL0/断面方向弾性率EL90 を示す。
【選択図】 図2
【解決手段】横臥状態の被検者を載せる上面板12aと、該上面板に対向配置した下面板12bを含み、駆動部材および/または支持部材を該下面板に接触させ前記被検者の身長方向に片持ち状態で往復移動させて使用する医療用放射線機器天板10であって、該上面板と該下面板は(1)式で表す関係が成り立つ繊維強化樹脂成形品であり、かつ、身長方向の片側が、被検者診断のために放射線を照射する放射線透視部、もう片側が、前記片持ち状態を実現するために固定する非透視部であり、少なくとも該放射線透視部ではアルミ当量(X線透過性の指標)が1mm以下であることを特徴とする医療用放射線機器天板。 CU/CL < 1 (1) 式中 CU:上面板における、被検者の身長方向弾性率Eu0/断面方向弾性率Eu90 CL:下面板における、被検者の身長方向弾性率EL0/断面方向弾性率EL90 を示す。
【選択図】 図2
Description
本発明は、例えばX線CT装置やX線撮影装置などの医療用放射線機器において、透視撮影する患者を移動するために用いる天板に関するものであり、放射線透過性が均一かつ良好な天板およびX線CT装置を供給するものである。
X線CT装置やX線撮影装置など医療用放射線機器による患者の画像診断は、現代の医療分野では必要不可欠になっており、画像の高精度化や装置の高機能化、患者の放射線被爆量低減などが望まれている。これら要望を満足するため、患者が横たわる寝台である医療用放射線機器の天板においては、広範囲を一度に撮影するための長尺化と、患者位置精度を高めるための高剛性化・高強度化、優れた放射線透過性などが強く要求されている。例えばX線CT装置の場合、装置は、天板を上下・水平方向に移動させる駆動部、断層画像の構成に必要なデータを収集する走査ガントリ(撮影部)、制御部、電源ユニットから構成されるが、患者は、天板が両持ち状態で最も低い位置にあるとき乗り降りし、横たわった状態で走査ガントリの開口部を身長方向に通過しX線撮影される。従って、撮影時の天板は、駆動部から突き出た状態、つまり片持ち状態となり、天板には患者体重による曲げモーメントが作用することになる。このことから、上述した天板要求を満足するには、患者身長方向の曲げ剛性、曲げ強度を高めた天板設計が非常に重要となる。
一般に医療用放射線機器の天板は、プラスチック発泡体などをコア材とし、コア外側のスキン層に繊維強化樹脂(以下FRPと記す)を用いたサンドイッチ構造体で構成されている。特にスキン層は、アルミニウムや汎用樹脂、木材など一般材料に比べて、比強度・比弾性率が高く、放射線透過性にも優れている炭素繊維を強化繊維とした炭素繊維強化樹脂(以下CFRPと記す)を用いている場合が多い。かかる構成の天板において、曲げ剛性、曲げ強度を高めるため、使用材料の検討だけでなく、天板厚みの増大やCFRPスキン層厚みの増大など天板形状の検討も行われている。しかしながら、厚みを増大させると天板の放射線透過性が悪化するため、診断に際して放射線強度をより高く設定する必要が生じ、結果として患者の放射線被爆の問題が生じる。さらには、天板重量増大によるハンドリング不具合や、天板価格の上昇も生じる。
そこで、天板曲げ剛性、曲げ強度を低下させることなく、天板またはスキン層厚みを低減する手段の一つとして、患者を移動させる時、すなわち片持ち状態で天板に曲げモーメントが作用する時に、天板が凸側(引張側)となる上面側スキンを高い引張強度、引張弾性率を発現できる炭素繊維によるCFRPで構成し、凹側(圧縮側)となる下面側スキンを高い圧縮強度、圧縮弾性率を発現できる炭素繊維によるCFRPで構成することが提案されている(例えば、特許文献1)。この提案は、天板全体として見た場合の変形に着目し、CFRPスキン層の上下それぞれに適した炭素繊維を用いることにより、効率的に高剛性、高強度を達成しようとするものである。しかしながら、スキン層のみに着目すると、力学上明らかなように、凸側となる上面側スキンにおいても、内層側では圧縮応力が発生している。従って、引張強度、引張弾性率のみに着目して上面側スキン層の炭素繊維を選定することは、必ずしも天板またはスキン層厚みを最適化しているとは言えない。凹側となる下面側スキン層についても、同様である。
天板またはスキン層厚みを低減する別の手段として、複数のFRP層からなるスキン層において、曲げモーメントが作用したときに、引張側となる上面側スキン層では、最もコア側に位置するFRP層に、そのFRP層の次に位置するFRP層よりも圧縮強度の高いFRP層を配置し、圧縮側となる下面側スキン層では、最もコア側に位置するFRP層に、そのFRP層の次に位置するFRP層よりも引張強度の大きいFRP層を配置することが提案されている(例えば、特許文献2)。この提案は、片持ち状態で天板に曲げモーメントが作用する時の上面側および下面側スキン層の変形を考慮し、コアに対する位置に応じて、スキン層を構成するFRP層の圧縮強度と引張強度を決定しており、天板またはスキン層厚み低減には非常に効果的である。しかしながら、上面側シェルに比べて下面側シェルの厚みが小さく、患者身長方向の剛性が低い場合、下面側シェルと接する駆動部材や支持部材の位置において、下面側シェルとコアが局所的に曲げられるため、往復移動を繰り返すにことにより下面シェルの面外せん断やコアの圧縮による疲労破壊が生じることがある。疲労破壊を防止し、長期間の繰り返しX線撮影において天板が機械的要求仕様を満足するには、下面シェルの厚みを増やす必要があるため、本提案も、スキン層の総厚みを最適化しているとは言い難い。
実開平5−62208号公報
特開2004−216021号公報
本発明は、従来の天板の上述した問題点に鑑みてなされたもので、医療用放射線機器による患者の画像診断において、画像の高精度化や装置の高機能化、患者の放射線被爆量低減を図るため、放射線透過性が均一かつ良好な医療用放射線機器天板およびX線CT装置を供給することである。
上記課題を解決するために、本発明の医療用放射線機器天板は、横臥状態の被検者を載せる上面板と、該上面板に対向配置した下面板を含み、駆動部材および/または支持部材を該下面板に接触させ前記被検者の身長方向に片持ち状態で往復移動させて使用するものであって、該上面板と該下面板は(1)式で表す関係が成り立つ繊維強化樹脂成形品であり、かつ、身長方向の片側が、被検者診断のために放射線を照射する放射線透視部、もう片側が、前記片持ち状態を実現するために固定する非透視部であり、少なくとも該放射線透視部ではX線透過性の指標であるアルミ当量が1mm以下であることを特徴とするものである。
CU/CL < 1 … (1)
式中
CU:上面板における、被検者の身長方向弾性率Eu0/断面方向弾性率Eu90
CL:下面板における、被検者の身長方向弾性率EL0/断面方向弾性率EL90
なお、天板の放射線透過性を良好にするため、上面板と下面板はそれぞれ、連続した炭素繊維を強化繊維とした繊維強化樹脂成形品であることが好ましい。
式中
CU:上面板における、被検者の身長方向弾性率Eu0/断面方向弾性率Eu90
CL:下面板における、被検者の身長方向弾性率EL0/断面方向弾性率EL90
なお、天板の放射線透過性を良好にするため、上面板と下面板はそれぞれ、連続した炭素繊維を強化繊維とした繊維強化樹脂成形品であることが好ましい。
また、天板および天板スキン層の厚みを低減するには、上面板、下面板それぞれの被検者の身長方向と断面方向の弾性率比CU、CLに(2)式で表す関係が成り立つことが好ましい。
CU/CL < 0.8 … (2)
上述した本発明の天板は、上面板の身長方向長さが2.0m以上3.5m以下であり、かつ、片持ち状態のスパンが上面板長さの70%の位置において、上面板全面に等分布荷重を作用させたときの破壊荷重が9800N以上である場合に、天板およびスキン層の厚みを効果的に低減できる。
上述した本発明の天板は、上面板の身長方向長さが2.0m以上3.5m以下であり、かつ、片持ち状態のスパンが上面板長さの70%の位置において、上面板全面に等分布荷重を作用させたときの破壊荷重が9800N以上である場合に、天板およびスキン層の厚みを効果的に低減できる。
さらに、アルミ当量の最小化を図る最も好ましい形態として、上面板と下面板が各断面方向の両端部で連結しており、少なくとも放射線透視部が中空構造であることが望ましい。
天板の放射線透視部が中空構造の場合には、非透視部に補強部材を配置していることが好ましい。
なお、補強部材の少なくとも一部は、上面板と下面板の両方に連結しており、上面板に横臥した被検者の体重が、補強部材を介して下面板に伝播することが好ましい。
また、被検者の身長方向に片持ち状態で往復移動させて使用する場合、放射線透視部と非透視部の曲げ剛性に大きな差があると、放射線透視部と非透視部の境界部が駆動部材や支持部材を通過する際に、天板たわみに急激な変化を生じる可能性がある。たわみの急激な変化は、被検者の上下方向位置を変動させ、診断画像の画質を低下させるだけでなく、乗り心地の悪化も招き、被検者に不安感を与える。そこで、緩やかな天板たわみ変化を実現するため、非透視部の天板端部から放射線透視部に向かって、補強部材の被検者身長方向の曲げ剛性が、一定であるかあるいは減少していることが好ましい。
また、天板総重量の低減による医療用放射線機器への組立・メンテナンス性の向上を図るため、補強部材の材質にアルミニウムを用いていることが好ましい。別材質として、補強部材の材質に繊維強化樹脂を用いても良い。
本発明は、例えばX線CT装置やX線撮影装置など医療用放射線機器において、被検者を移動するために用いる天板に関するものであり、放射線透過性が均一かつ良好な医療用放射線機器天板およびX線CT装置を供給するものである。本発明の天板およびX線CT装置を用いることにより、高精度な画像による診断や、被検者のX線被爆量が少ない安全な診断などを行うことができる。
本発明の医療用放射線機器天板(以下天板と略す)は、横臥状態の被検者を載せ、該被検者の身長方向に片持ち状態で往復移動させて使用するものである。ここで、横臥状態とは、狭義の横臥のみではなく、仰臥、伏臥等も含む横たわっている状態全般を指す。かかる使用に供するため、天板の断面は、三日月状または、矩形や台形を基本とした形状を有する。
上面板は、被検者の姿勢を安定な状態に保つため、被検者側の面が凹形の曲面であることが好ましい。なお、上面板には、強制的に被検者の姿勢を固定するためのベルトなどを取り付けても良い。
下面板は、上面板に対向配置され、身長方向に片持ち状態で往復移動させるときの、駆動部材および/または支持部材を接触させ支える機能を有する。なお、下面板と上面板は、直接連結しても、他の部材を介して連結しても良い。形状としては、断面が円弧や放物線となる様な曲面で直接上面板と連結する様な曲面板や、平面板の両端に上面板と連結する側面板を有する平面板を連結した複合面形状のものが挙げられるが、駆動部材や支持部材の形状単純化および取り付け部、接触部での上下方向位置安定化の観点から、平面の両端に上面板と連結する側面板を有する複合面形状であることが好ましい。下面板を複合面形状とする場合には、上面板と対向配置される平面板と側面板の厚み・積層構成を同様とした場合、成形条件の自由度が向上する点で好ましく、上面板と対向配置される平面板と側面板の厚み・積層構成をそれぞれ別設計した場合、駆動部材や支持部材から受ける反力の均一化にも対応できることから好ましい。
上面板と下面板は画像の高精度化や医療用放射線機器の高機能化、患者の放射線被爆量低減などの要望を満足できる強度剛性と放射線透過性を兼ね備えるため、CU/CLが1未満である繊維強化樹脂成形品(以下FRPと記す)であることが必要である。
ここで、CUは、上面板における、被検者の身長方向弾性率Eu0を、断面方向弾性率Eu90で除した値を、CLは、下面板における、被検者の身長方向弾性率EL0を、断面方向弾性率EL90で除した値を表す。CU/CLが1以上となると、上面板が断面方向に変形し易くなり、被検者体重による天板断面の変形(つぶれ)が問題となる。かかる観点からCU/CLが0.8未満であればより好ましい。ここで、弾性率は、長さ200mm×幅25mmのサンプルを上面板・下面板から切り出して試験片を製作し、JISに従い測定する。炭素繊維強化樹脂の場合、引張試験方法はJIS K7073、曲げ試験方法はJIS K7074に従う。但し、試験片厚みは、上面板と下面板のそれぞれの厚みとする。また、上面板、下面板が曲面である場合は、JISに準じた試験片サイズとする。サンプルを切り出す位置は、上面板は断面方向の中央部、下面板は曲面の場合は断面方向中央部から、平面板と側面板を含む複合面形状の場合は、上面板と対向する平面板の断面方向中央部とする。
また、天板を被検者の身長方向で考えると、放射線透視部と非透視部の二つの領域に区分できる。放射線透視部は、診断するために放射線を照射する領域であり、用途にもよるが、天板の片側端部から天板全長の50〜70%を占めることが多い。透視範囲の拡大を目的に天板長尺化が進み、最近では放射線透視部長さが1.5m以上の天板も存在する。非透視部は、放射線透視部以外の天板領域のことであり、非透視部の天板端部側において、天板は医療用放射線機器の駆動部材に固定されている。
また、本発明の天板は、患者の放射線被爆量低減の観点から少なくとも該放射線透視部ではX線透過性の指標であるアルミ当量が1mm以下であることが必要である。アルミ当量とは、X線の透過性をアルミニウムの透過性と比較し、何mmのアルミニウム板の板厚に相当するかで示す指標である。
FRPは、異方性の設計と同時に、強化繊維とマトリクス樹脂により物性の設計ができることが特徴であるが、本発明においては、強度剛性と共に良好な放射線透過性を得るために、上面板と下面板はそれぞれ、連続した炭素繊維を強化繊維とすることが好ましい。
さらに本発明の天板は、上面板の身長方向長さが2.0m以上3.5m以下であり、かつ、片持ち状態のスパンが上面板長さの70%の位置において、上面板全面に等分布荷重を作用させたときの破壊荷重が9800N以上である場合に、天板およびスキン層の厚みを効果的に低減できるものであるが、アルミ当量の最小化を図るために、上面板と下面板が各断面方向の両端部で連結しており、少なくとも放射線透視部が中空構造である形態が最も好ましい。
以下、本発明一実施例を図面を用いて、具体的に説明する。なお、各図は、代表的な例を表すものであり、本発明は、これらに限定されるものではない。
図1は、医療用放射線機器における本発明の天板の動作例を示す概略図、図2は、一部破断部を有する、本発明の一実施形態である天板の斜視図、図3〜11に天板を身長方向および断面方向で切断した断面図、図12〜14に本発明の天板を製造するためのプロセスおよび設備の概略図を示す。
本発明の天板10は、図1に示す様に、医療用放射線機器の駆動部20の移動部材21にボルト等により端部を固定した片持ち状態で、上面側に横臥状態の被検者30を載せ、被検者身長方向Xに往復移動させて使用する。このため天板10には、鉛直方向Z下向きの曲げモーメントが作用するが、鉛直方向Zの天板たわみを小さくすると共に、身長方向Xの往復移動を安定させるため、天板10の下面側は支持部材22により支持されていることが多い。一般に支持部材22には、金属製や樹脂製のロールが用いられている。
なお、天板10は、片側端部から天板全長の50〜70%程度を占め、被検者30を診断するために放射線を照射する放射線透視部10aと、放射線透視部10a以外の端部側で駆動部20の移動部材21に固定している非透視部10bの二つの領域に区分できる。近年では、放射線機器の高機能化に伴い広範囲の撮影が要求されており、天板10長さが2.0m以上3.5m以下、放射線透視部10a長さが1.5m以上であるものが主流となっている。
かかる使用に対応するため、天板10は、厚みが20〜70mm程度、幅が300〜600mm程度とし、9800N以上の破壊強度を有すれば、被検者30の体重に対して4倍以上の強度安全率を採った場合でも、体重が250kgの被検者まで対応可能であり、事実上あらゆる体重の被検者に対しても対応することができることから好ましい。
図2に示すように、天板10は、コア11と、コア11の外側に位置し、コア11より剛性の高いスキン層12から構成されるサンドイッチ構造体が一般的である。スキン層12は、上面板12aと下面板12bだけでなく、図3に示すように、二つの側面板12c,12dにより、コア11全体を包含することが好ましい。側面板12c、12dは必ずしも必要ではないが、被検者30の体重による局所的な荷重により、コア11が局所的に変形、あるいは圧縮破壊するのを防止するため、天板10の断面方向Yにおいて、上面板12aと下面板12bを二つの側面板12c、12dで連結する方が良い。
天板10のY方向断面は、矩形や台形を基本とした形状であるが、横たわる被検者30の姿勢を安定な状態に保つため、図3に示すように、上面板12aは凹形の曲面状であることが多い。上面板12a以外も曲面状である場合には、断面が三日月形状になる。なお、図3に示す複合面形状の場合には、下面板12bと側面板12c、12dを合わせて、断面が凹形状の下面板であると解釈する。
コア11は、高剛性・高強度の要求値を満足する範囲内で可能な限り低密度であることが好ましく、コア11の材質としては、ポリウレタンフォーム、ポリスチレンフォーム、ポリ塩化ビニルフォーム、アクリルフォーム、ポリメタクリルイミドフォーム、酢酸セルロースフォーム、エポキシフォーム、フェノールフォームなどのプラスチック発泡体を用いることができる。
上述した通り、天板10には鉛直方向Z下向きの曲げモーメントが作用するが、医療用放射線機器の他部品との干渉や先端たわみによる被検者30の不安を考慮すると、剛性に関しては、「たわまない天板」が理想となる。しかしながら、天板たわみ低減のみを目的に、天板10厚みおよびスキン層12厚みを増大すると、天板10の放射線透過性が悪化する。このため、診断に際して放射線強度をより高く設定する必要が生じ、被検者30の放射線被爆量増加が問題となる。
本発明の天板10は、アルミ当量が1mm以下であることが特徴の一つであるが、設計においては、剛性・強度と放射線透過性の両方を考慮する、すなわち、放射線透視部10a側(自由端側)の天板端部たわみが設計範囲内で、天板10厚みおよびスキン層12厚みを最小限にすることが非常に重要である。このため、スキン層12である上面板12aと下面板12b、側面板12c、12dは、異方性の設計が可能であるFRPであることが好ましい。
FRPは、強化繊維とマトリクス樹脂を含んで構成されるが、強化繊維としては、炭素繊維(黒鉛繊維を含む)、アラミド繊維、高強度ポリエチレン繊維、ガラス繊維、ボロン繊維などの少なくとも1種類を用いることができる。なかでも、放射線透過性に優れている炭素繊維を用いることが好ましい。なお、これらの強化繊維は、平織、朱子織、綾織、すだれ織りなど織物や、ストランドなどの形態で用いることができる。
マトリクス樹脂としては、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂などの熱硬化性樹脂や、ABS樹脂、ナイロン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリオレフィン樹脂などの熱可塑性樹脂を用いることができる。なかでも、炭素繊維との接着性や成形性を考慮すると、エポキシ樹脂やビニルエステル樹脂を用いることが好ましい。
FRPの弾性率は、強化繊維の種類、特性、形態や、強化繊維とマトリクス樹脂の割合等によって設計することができるが、スキン層12厚みを最小化するには、天板10の身長方向Xの剛性(曲げ剛性)を高めることが効果的である。従って、上面板12aと下面板12bは身長方向Xの弾性率を高めた設計にすることが好ましい。
CFRPの場合、炭素繊維含有率にもよるが、天板10のアルミ当量1mm以下を達成する
には、スキン層12厚みを1〜8mm範囲内で天板設計することが目安となる。しかしながら、図4に示す様に、下面板12bの厚みが小さく、曲げ剛性が低い場合、支持部材22位置において、下面板12bとコア11が局所的に変形する。この状態で、天板10が往復移動を繰り返すと、下面板12bは面外剪断力、コア11は圧縮力により疲労破壊し、天板10の機械的要求仕様を長期間にわたって満足できなくなる。したがって、図5に示す様に、下面板12bは厚みを増し、スキン層12全体の曲げ剛性の半分以上を負担する設計することが好ましい。下面板12bの曲げ剛性を高くすると、疲労破壊を防止するだけでなく、支持部材22位置での局所的な曲げ変形が小さくなり、天板10の滑らかな往復移動が得られるため、被検者30の不安感も低減できる。
には、スキン層12厚みを1〜8mm範囲内で天板設計することが目安となる。しかしながら、図4に示す様に、下面板12bの厚みが小さく、曲げ剛性が低い場合、支持部材22位置において、下面板12bとコア11が局所的に変形する。この状態で、天板10が往復移動を繰り返すと、下面板12bは面外剪断力、コア11は圧縮力により疲労破壊し、天板10の機械的要求仕様を長期間にわたって満足できなくなる。したがって、図5に示す様に、下面板12bは厚みを増し、スキン層12全体の曲げ剛性の半分以上を負担する設計することが好ましい。下面板12bの曲げ剛性を高くすると、疲労破壊を防止するだけでなく、支持部材22位置での局所的な曲げ変形が小さくなり、天板10の滑らかな往復移動が得られるため、被検者30の不安感も低減できる。
しかしながら、下面板12bの厚みを増加させ、上面板12aの厚みを減少させすぎると、図6に示す様に、被検者30の体重による局所荷重で、上面板12aが局所変形したり、図中黒矢印の方向に天板10が断面変形したりすることがある。
したがって、スキン層12の厚みを最適化するには、先ず、天板10を一つの構造体と見なして、放射線透視部10a側(自由端側)の天板端部たわみが設計範囲内となるように、スキン層12の弾性率と厚みを身長方向Xと断面方向Yのそれぞれについて設計し、次に、下面板12bは、スキン層12全体の曲げ剛性の半分以上を負担するように設計する。そして、上面板12aは、下面板12bに比べて断面方向Yの剛性を高めることが重要である。すなわち、上面板12aと下面板12bの間に、(1)式の関係、好ましくは(2)式の関係が成り立つことが重要である。
CU/CL < 1 (1)
CU/CL < 0.8 (2)
ここで、式中記号は次の通りである。
CU:上面板12aにおける、身長方向Xの弾性率Eu0/断面方向Yの弾性率Eu90
CL:下面板12bにおける、身長方向Xの弾性率EL0/断面方向Yの弾性率EL90
上述した関係を満足することにより、スキン層12の厚みは最適化が図れるが、天板10のアルミ当量は、スキン層12だけでなく、コア11にも影響を受ける。天板10の剛性・強度の要求値を満たすため、天板10の厚みは20〜70mm程度になっているが、その厚みの大半はコア11が占めている。従って、コア11、可能な限り低密度であり、放射線透過性に優れていることが好ましい。ゆえに、アルミ当量の最小化を図るには、上面板12aと下面板12bが各断面方向の両端部で連結、若しくは側面板12c、12dを介して両端部で連結しており、少なくとも放射線透視部10aが中空構造であることが最も好ましい形態となる。
CU/CL < 0.8 (2)
ここで、式中記号は次の通りである。
CU:上面板12aにおける、身長方向Xの弾性率Eu0/断面方向Yの弾性率Eu90
CL:下面板12bにおける、身長方向Xの弾性率EL0/断面方向Yの弾性率EL90
上述した関係を満足することにより、スキン層12の厚みは最適化が図れるが、天板10のアルミ当量は、スキン層12だけでなく、コア11にも影響を受ける。天板10の剛性・強度の要求値を満たすため、天板10の厚みは20〜70mm程度になっているが、その厚みの大半はコア11が占めている。従って、コア11、可能な限り低密度であり、放射線透過性に優れていることが好ましい。ゆえに、アルミ当量の最小化を図るには、上面板12aと下面板12bが各断面方向の両端部で連結、若しくは側面板12c、12dを介して両端部で連結しており、少なくとも放射線透視部10aが中空構造であることが最も好ましい形態となる。
なお、天板10には、図7に示す様に、その使われ方から最も突き出した状態、つまり支持部材22が非透視部10bにある時に、最大の曲げモーメントが作用する。従って、画像診断すなわちアルミ当量に関係のない非透視部10bは、補強部材13を配置し、天板10の剛性を高め、支持部材22が位置しても片持ち状態のスパンが短く、曲げモーメントが小さい放射線透視部10aのスキン層12は、厚みを小さくすることが好ましい。
但し、天板10を中空構造にした場合、図8に示す様に、被検者30の体重は、上面板12aから、側面板12c、12dを介して下面板12bに伝わるため、下面板12bと補強部材13には引き剥す力が作用する。天板10が繰り返し往復移動している間に、下面板12bと補強部材13が離れると補強効果が得られなくなるため、天板10の曲げ剛性が著しく低下する。このため、補強部材13の少なくとも一部は、上面板12aと下面板12bの両方に連結していることが好ましい。
図9に示す例では、補強部材13がスキン層12で形成される空間を全て埋めているが、この場合、被検者30の体重が上面板12a、補強部材13、下面板12bに伝わるため、下面板12bと補強部材13の間に、引き剥す力が作用することはない。重要なのは、上面板12aから下面板12bへの力の伝播であり、補強部材13の形状としては、図10に示す様に、板状に突起が付いたものでも良い。
さらに、補強部材13は、図11に示す例の様に、天板10の非透視部10bの端部から放射線透視部10aに向かって、被検者30の身長方向Xの曲げ剛性が一定であるか、あるいは減少していることが好ましい。天板10を片持ち状態で往復移動させて使用する場合、放射線透視部10aと非透視部10bの曲げ剛性に大きな差があると、それらの境界部を駆動部材22が通過する際に、天板10のたわみに急激な変化を生じる可能性がある。つまり、被検者30の上下方向Zの位置が変動し、診断画像の画質が低下を招くだけでなく、乗り心地が悪化し被検者30に不安感を与えることを防止するためである。
なお、補強部材13は、曲げ剛性向上を図ることができれば、あらゆる材質のものでも良いが、天板10の重量や弾性率を考慮すると、アルミニウムや繊維強化樹脂を材質に設計することが好ましい。
上述した本発明の天板10は、FRPで一般に用いられている、引抜成形、オートクレーブ成形、プレス成形、ハンドレイアップ成形、RTM成形などの成形法を用いて製造することが可能である。例えば、図12に示す様に、コア11を所定の形状に機械加工する第1工程と、上面板12a、下面板12b、側面板12c、12dとなる強化繊維プリプレグをコア11に必要枚数巻きつける第2工程、最後に、金型40内で加熱・加圧しながらプリプレグ硬化させる第3工程から成形した後、仕上げ加工を行い、製造することができる。上述の成形時、前記上面板12a、下面板12b、側面板12c、12dを同時に、幅方向両端部を連結した状態で一体成形して得ることも可能であり、かかる成形法を採れば、接合部を減少することによる機械特性上の利点や、工程が減少できるための生産性の観点での利点などがあることから好ましい。
また、コア11が不要である中空構造の場合は、先ず、パイプ状のスキン層12を成形し、非透視部10bに、別工程で製造した補強部材13を接着剤などで取付け、パイプ状の両端に別部品を取付けることで、天板10を製造することが可能である。この場合、コア11の機械加工の工程が省略できるため、コア11がある場合に比べて、製造時の加工コストは安くなくことが多い。
なお、スキン層12はFRPであるが、強化繊維に曲がりやうねりが存在すると強度剛性が低下し、設計値を満足できなくなる。このため、パイプ状のスキン層12を成形する方法としては引抜成形が最も好ましい。引抜成形の場合、強化繊維およびその織物に一定の張力を付与しながら成形できるため、他の成形方法に比べて、強化繊維の曲がりやうねりが小さく、設計値と同じ物性値のスキン層12が得ることができる。さらに、引抜成形は量産性が高く、加工コストの低減にも効果的である。
図13に、引抜成形でパイプ状FRP成形品を成形する際の概略設備を示す。ロール状の強化繊維織物41をガイド42で位置規制しながら引き出し、樹脂バス43を通して織物41に樹脂を含浸し、金型46で樹脂を加熱硬化させる。なお、引抜き装置47のクランプ47aと47bの把持力と推進力および移動タイミングを制御することにより、連続的に成形を行い、カッター48で所定長さに切断することで、パイプ状のスキン層12を得ることができる。金型46は、図14に示す様に、上型46aと下型46bからなり、ヒーター49で温度制御でき、内部空間に相当する部分には、シリンダー44で支持された中子45が配置している。
以下に、本発明の実施例を具体的に説明する。但し、本発明の天板は、本実施例に限定されるものではない。
長さ2m、幅0.47m、最大高さ0.034mである三日月型断面を有し、破壊荷重が9800N以上(天板上面の等分布荷重)、繰り返し往復移動耐久性40000回、アルミ当量1mm以下などの設計仕様を満足することを目的に、次の通り天板を製造した。
強化繊維として炭素繊維を採用し、下記仕様の織物を用いて、引抜成形により三日月断面のCFRP中空構造体(スキン層)を成形した。なお、マトリックス樹脂には、ビニルエステル樹脂(日本ユピカ製ネオポール8250H)を用いた。
<織物基材A>
縦糸:炭素繊維
引張強度4900Mpa、引張弾性率230Gpa、フィラメント数24000本
横糸:ポリエステル繊維
引張強度1000Mpa
目付 742g/m2
すだれ織り
<織物基材B>
縦糸:炭素繊維
引張強度4900Mpa、引張弾性率230Gpa、フィラメント数24000本
横糸:炭素繊維
引張強度3530Mpa、引張弾性率230Gpa、フィラメント数12000本
目付 596g/m2
朱子織り
<織物基材C>
縦糸:炭素繊維
引張強度3530Mpa、引張弾性率230Gpa、フィラメント数6000本
横糸:炭素繊維
引張強度3530Mpa、引張弾性率230Gpa、フィラメント数6000本
目付 317g/m2
平織り
<織物基材D>
縦糸:炭素繊維
引張強度3530Mpa、引張弾性率230Gpa、フィラメント数3000本
横糸:炭素繊維
引張強度3530Mpa、引張弾性率230Gpa、フィラメント数3000本
目付 317g/m2
朱子織り
なお、上面板は、基材A:1枚、基材B:1枚、基材D:4枚を用いて、厚み2.9mm、身長方向弾性率68.2GPa、断面方向弾性率62.9Gpaとなるように、成形性と外観を考慮して積層設計を行った。
<織物基材A>
縦糸:炭素繊維
引張強度4900Mpa、引張弾性率230Gpa、フィラメント数24000本
横糸:ポリエステル繊維
引張強度1000Mpa
目付 742g/m2
すだれ織り
<織物基材B>
縦糸:炭素繊維
引張強度4900Mpa、引張弾性率230Gpa、フィラメント数24000本
横糸:炭素繊維
引張強度3530Mpa、引張弾性率230Gpa、フィラメント数12000本
目付 596g/m2
朱子織り
<織物基材C>
縦糸:炭素繊維
引張強度3530Mpa、引張弾性率230Gpa、フィラメント数6000本
横糸:炭素繊維
引張強度3530Mpa、引張弾性率230Gpa、フィラメント数6000本
目付 317g/m2
平織り
<織物基材D>
縦糸:炭素繊維
引張強度3530Mpa、引張弾性率230Gpa、フィラメント数3000本
横糸:炭素繊維
引張強度3530Mpa、引張弾性率230Gpa、フィラメント数3000本
目付 317g/m2
朱子織り
なお、上面板は、基材A:1枚、基材B:1枚、基材D:4枚を用いて、厚み2.9mm、身長方向弾性率68.2GPa、断面方向弾性率62.9Gpaとなるように、成形性と外観を考慮して積層設計を行った。
また、下面板は、基材A:2枚、基材B:2枚、基材C:1枚、基材D:1枚を用いて、厚み3.7mm、身長方向弾性率89.1GPa、断面方向弾性率43.2Gpaとなるように、成形性と外観を考慮して積層設計を行った。
したがって、
スキン層の総厚み 6.6mm
上面板の弾性率比 CU = 1.084、 下面板の弾性率比 CL = 2.063
CU/CL = 0.525 < 0.8
となっている。
したがって、
スキン層の総厚み 6.6mm
上面板の弾性率比 CU = 1.084、 下面板の弾性率比 CL = 2.063
CU/CL = 0.525 < 0.8
となっている。
補強部材は長さ850mmとし、スキン層の全空間を埋めることができるように、三日月断面のCFRP成形品(曲げ弾性率7000MPa程度)とした。さらに、放射線透視部との境界側先端部を30°に斜め切断し、斜め切断部で天板方向の厚み、すなわち患者身長方向に曲げ弾性率が減少する形状とした。
上記CFRP中空構造体(スキン層)にエポキシ系接着剤を用いて補強部材を接着した後、射出成形した熱可塑樹脂成形品をCFRP中空構造体の両端部に接着、仕上げ加工を施し、天板を製造した。
[評価結果]
a)天板強度
天板を医療用放射線機器の駆動部の移動部材に取り付ける位置でボルト固定し、天板が最も突き出た状態に相当する1400mm位置に支持部材を配置した状態で片持ち状態を実現した。天板全長において作用する等分布荷重を増大させると、12817Nで支持部材と接触する下面板が破壊したが、設計仕様値9800Nを十分に上回ることを確認した。
b)往復移動耐久性
患者体重205kgを設定し、IEC(International Electrotechnical Commission)60601−1に準じた割合で天板に負荷させ、天板の往復移動を実施したところ、40000回繰り返し後にも、著しい破壊は観察できず、天板性能に問題ないことを確認した。
c)アルミ当量
一般に、X線の透過性は、アルミニウムの透過性と比較し、何mmの板厚に相当するかで示される場合が多く、JESRA(Japan Engineering Standards of Radiation Apparatus)類似条件である80kV、2mA、40secで測定を実施した。
[評価結果]
a)天板強度
天板を医療用放射線機器の駆動部の移動部材に取り付ける位置でボルト固定し、天板が最も突き出た状態に相当する1400mm位置に支持部材を配置した状態で片持ち状態を実現した。天板全長において作用する等分布荷重を増大させると、12817Nで支持部材と接触する下面板が破壊したが、設計仕様値9800Nを十分に上回ることを確認した。
b)往復移動耐久性
患者体重205kgを設定し、IEC(International Electrotechnical Commission)60601−1に準じた割合で天板に負荷させ、天板の往復移動を実施したところ、40000回繰り返し後にも、著しい破壊は観察できず、天板性能に問題ないことを確認した。
c)アルミ当量
一般に、X線の透過性は、アルミニウムの透過性と比較し、何mmの板厚に相当するかで示される場合が多く、JESRA(Japan Engineering Standards of Radiation Apparatus)類似条件である80kV、2mA、40secで測定を実施した。
放射線透視部のアルミ当量は0.82mmであり、設計仕様値1mm以下を満足していることを確認した。
本発明を用いると、医療用放射線機器による画像診断時に、患者を移動するために使用する天板において、強度剛性の要求仕様を満足し、かつX線透過性の指標であるアルミ当量を1mm以下にすることができる。従来技術の天板に比べて放射線透過性が良好であるため、高精度な画像による診断や、患者の放射線被爆量が少ない安全な診断を行うことが可能となる。
10 :天板
10a :放射線透視部
10b :非透視部
11 :コア
12 :スキン層
12a :上面板
12b :下面板
12c :側面板(右)
12d :側面板(左)
13 :補強部材
20 :駆動部
21 :移動部材
22 :支持部材
30 :被検者(患者)
40 :プレス成形金型
41 :強化繊維織物
42 :ガイド
43 :樹脂バス
44 :シリンダー
45 :中子
46 :引抜成形金型
46a :引抜成形金型の上型
46b :引抜成形金型の下型
47 :引抜き装置
47a :クランプ(上流)
47b :クランプ(下流)
48 :カッター
49 :ヒーター
10a :放射線透視部
10b :非透視部
11 :コア
12 :スキン層
12a :上面板
12b :下面板
12c :側面板(右)
12d :側面板(左)
13 :補強部材
20 :駆動部
21 :移動部材
22 :支持部材
30 :被検者(患者)
40 :プレス成形金型
41 :強化繊維織物
42 :ガイド
43 :樹脂バス
44 :シリンダー
45 :中子
46 :引抜成形金型
46a :引抜成形金型の上型
46b :引抜成形金型の下型
47 :引抜き装置
47a :クランプ(上流)
47b :クランプ(下流)
48 :カッター
49 :ヒーター
Claims (11)
- 横臥状態の被検者を載せる上面板と、該上面板に対向配置した下面板を含み、駆動部材および/または支持部材を該下面板に接触させ前記被検者の身長方向に片持ち状態で往復移動させて使用する医療用放射線機器天板であって、該上面板と該下面板は(1)式で表す関係が成り立つ繊維強化樹脂成形品であり、かつ、身長方向の片側が、被検者診断のために放射線を照射する放射線透視部、もう片側が、前記片持ち状態を実現するために固定する非透視部であり、少なくとも該放射線透視部ではX線透過性の指標であるアルミ当量が1mm以下であることを特徴とする医療用放射線機器天板。
CU/CL < 1 (1)
式中
CU:上面板における、被検者の身長方向弾性率Eu0/断面方向弾性率Eu90
CL:下面板における、被検者の身長方向弾性率EL0/断面方向弾性率EL90 - 前記上面板と前記下面板がそれぞれ、連続した炭素繊維を強化繊維とした繊維強化樹脂成形品である請求項1に記載の医療用放射線機器天板。
- 前記上面板、下面板それぞれの被検者の身長方向と断面方向の弾性率比CU、CLに(2)式で表す関係が成り立つ請求項1または2のいずれかに記載の医療用放射線機器天板。
CU/CL < 0.8 (2) - 前記上面板の身長方向長さが2.0m以上3.5m以下であり、かつ、片持ち状態のスパンが該上面板長さの70%の位置において、該上面板全面に等分布荷重を作用させたときの破壊荷重が9800N以上である請求項1〜3のいずれかに記載の医療用放射線機器天板。
- 前記上面板と前記下面板が各断面方向の両端部で連結しており、少なくとも前記放射線透視部が中空構造である請求項1〜4のいずれかに記載の医療用放射線機器天板。
- 前記非透視部に補強部材を配置している請求項1〜5のいずれかに記載の医療用放射線機器天板。
- 前記補強部材の少なくとも一部が前記上面板と前記下面板の両方に連結している請求項6に記載の医療用放射線機器天板。
- 非透視部の天板端部から放射線透視部に向かって、前記補強部材の被検者身長方向の曲げ剛性が、一定であるかあるいは減少している請求項6または7のいずれかに記載の医療用放射線機器天板。
- 前記補強部材の材質にアルミニウムを用いている請求項6〜8のいずれかに記載の医療用放射線機器天板。
- 前記補強部材の材質に繊維強化樹脂を用いている請求項6〜8のいずれかに記載の医療用放射線機器天板。
- 請求項1〜10のいずれかに記載の医療用放射線機器天板を用いたX線CT装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005209619A JP2007020986A (ja) | 2005-07-20 | 2005-07-20 | 医療用放射線機器天板およびx線ct装置 |
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