JP2012165904A - Ｘ線撮影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】水平移動可能なユニバーサルスタンドを有する小型で高性能なＸ線撮影装置を提供すること。
【解決手段】実施形態のＸ線撮影装置は、Ｘ線を発生するＸ線管球部およびこのＸ球管球部で発生したＸ線を検出するＸ線検出部を保持するアーム部と、前記アーム部を支持する支柱部と、前記支柱部を傾倒させる傾倒部と、ユニバーサルスタンドを構成する前記アーム部、前記支柱部、前記傾倒部、前記Ｘ線管球部および前記Ｘ線検出部の位置および方向を制御し、前記ユニバーサルスタンドの姿勢を制御するスタンド制御部と、前記スタンド制御部に接続され、前記ユニバーサルスタンドの姿勢制御を行うスタンド操作部と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、Ｘ線撮影装置に関する。

１つのＦＰＤ（Flat Panel Detector）で一般撮影ができるユニバーサル型スタンドを有するＸ線撮影装置は、ユニバーサル型スタンドのポジション（姿勢）を変えることにより、胸部、腹部、四肢など種々の部位や、***および臥位撮影など撮影方向を変えた多目的な撮影が出来ることから、装置が小型でコストが安いのが特徴である。また一般撮影のみならず、リアルタイムで透視撮影が可能なＦＰＤを搭載し、透視画像を見ながら内視鏡検査などを行いたいという要望がある。

しかし、従来のユニバーサルスタンドは、臥位状態での撮影時に長手方向（患者の体軸方向）に移動することができないため、撮影位置を移動させるためには、患者が横臥する臥位テーブル（ストレッチャー等）または患者自身を動かさなければならないという問題があった。特に、本装置を透視撮影装置として、例えば内視鏡検査などの非ＩＶＲ（Interventional radiology）検査に使う場合、臥位長手方向へ撮影位置の移動が必要となることが多い。内視鏡を挿入した状態で患者を移動することは非常に危険であるため、一旦、内視鏡を取り出した後に患者を移動するなどの措置が必要となる。これは患者にとっても苦痛であり、迅速な診断もできなくなる。

これらを改善する装置として天井から撮影部を吊るシステムや床にガイドレールを敷設するシステムもあるが、天井部および床部を含めた装置寸法が大きくなるため、他の医用機器の配置ができない等、アクセス性、作業性、スペースの確保などの問題で医療スタッフの機動性が失われる。さらに設置工事などを含めコストが上昇するという問題がある。

特開２００７−１１７４１２号公報

本発明が解決しようとする課題は、水平移動可能なユニバーサルスタンドを有する小型で高性能なＸ線撮影装置を提供することである。

上記課題を達成するために、実施形態のＸ線撮影装置は、Ｘ線を発生するＸ線管球部およびこのＸ球管球部で発生したＸ線を検出するＸ線検出部を保持するアーム部と、前記アーム部を支持する支柱部と、前記支柱部を傾倒させる傾倒部と、ユニバーサルスタンドを構成する前記アーム部、前記支柱部、前記傾倒部、前記Ｘ線管球部および前記Ｘ線検出部の位置および方向を制御し、前記ユニバーサルスタンドの姿勢を制御するスタンド制御部と、前記スタンド制御部に接続され、前記ユニバーサルスタンドの姿勢制御を行うスタンド操作部と、を有する。

第１の実施形態におけるＸ線撮影装置のブロック構成図。 同実施形態におけるユニバーサルスタンドの構成図。 同実施形態におけるユニバーサルスタンドの水平移動の説明図。 同実施形態におけるユニバーサルスタンドの水平移動のフローチャート。 第２の実施形態におけるＸ線撮影装置の斜め入射撮影の説明図。 第３の実施形態における操作パネルの一例。 同実施形態のユニバーサルスタンドのアーム動作の操作例。 同実施形態のユニバーサルスタンドの管球回転動作の操作例。 同実施形態のユニバーサルスタンドのＦＰＤ回転動作の操作例。 同実施形態のユニバーサルスタンドのリセット動作の操作例。 同実施形態のユニバーサルスタンドＳＩＤ動作の操作例。 同実施形態のユニバーサルスタンドの水平動作の操作例。

以下、発明を実施するための実施形態について図１から図１２に示す図面を参照しながら詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態におけるＸ線撮影装置を示している。本実施形態のＸ線撮影装置は、検査室側に、傾倒部を有するユニバーサルスタンド１０、ユニバーサルスタンド１０を制御するスタンド制御部１１、ユニバーサルスタンド１０を操作するスタンド操作部１２、ユニバーサルスタンド１０に備えられたＸ線管球部１３に高電圧を印加するＸ線高圧装置１４、およびユニバーサルスタンド１０に備えられたＸ線検出部１５を制御し、被検体の医用画像をＸ線検出部１５から取得するＦＰＤ制御部１６で構成される。Ｘ線管球部１３とＸ線検出部１５の間には、被検体の撮影のためのテーブル１７が設置される。図１で、ユニバーサルスタンド１０は正面図を示している。

また、操作室側は、Ｘ線高圧装置１４を制御するハンドスイッチや、撮影条件や操作情報を入力するためのマウスまたはキーボードなどのユーザインタフェースが接続される操作入力部１０１と、この撮影条件に基づき、医用画像を取得するために統合的にＸ線画像装置全体を制御するシステム制御部１０２と、システム制御部１０２に接続されＸ線検出部１５から取得した医用画像を表示するモニタ１０３から構成される。

本実施形態のＸ線画像装置のユニバーサルスタンド１０は、点線で示すように、傾倒部２０を介して支柱２１を傾倒させることができ、Ｘ線管球部１３と対向するＸ線検出部１５を保持するアーム２２の位置を水平方向に移動させることが可能である。

図２は、ユニバーサルスタンド１０の構成図である。機構構成が分かるように側面から見た構成を示す。図１で示したように、傾倒部２０を持つ支柱２１と、支柱２１に支持されたアーム２２と、アーム２２に取り付けられたＸ線管球部１３と、Ｘ線管球部１３に対向して同アーム２２に取り付けられるＸ線検出部１５から構成されている。この図ではＸ線管球部１３とＸ線検出部１５の間には、被検体Ｐが横臥している。ここではテーブル１７は図示していない。

Ｘ線管球部１３は、Ｘ線を発生するＸ線管２３と、Ｘ線照射野を調整するためのＸ線絞り２４を有する。また、Ｘ線検出部１５は、Ｘ線の散乱線を除去し、コントラストを改善するためにグリッド２５が必要に応じて使用される。グリッド２５の必要な撮影部位は成人の頭部、胸部、腹部、股関節、骨盤などである。グリッド２５を通常使用しない撮影部位は鼻骨、歯、四肢骨（股関節を除く）、乳幼児股関節などである。また、ＦＰＤ２６は、半導体センサを利用して放射線画像を撮影する平面パネル型の検出器であり、平坦な基板上に光電気変換素子を二次元格子状に配列したもので、即時的に出力画像（被検体Ｐの透視画像または撮影画像）を得ることができる。

傾倒部２０は、回転機構を有するモータＭ１で構成され支柱２１を傾倒させることが可能である。また支柱２１は、アーム２２を支柱２１の長手方向に沿って直線的に移動させるためのモータＭ２、アーム２２を、アーム支持点Ｓ１を中心に回転させるモータＭ３を有する。

アーム２１は、Ｘ線管球部１３をアーム長手方向に沿って直線的に移動させるモータＭ４と支持点Ｓ２を中心に回転させるモータＭ５を有する。また、Ｘ線検出部１５を支持する支持点Ｓ３の中心にＸ線検出部１５を回転させるモータＭ６を有する。

なお、アーム２２は、Ｘ線管球部１３とＸ線検出部１５との間に例えばＣ形状のような曲りを形成することによって、被検体Ｐとアーム２２と間に空間を作り各種診断位置がアーム２２によって制限されないようにする。

また、ユニバーサルスタンド１０の姿勢制御を行うスタンド制御部１１をユニバーサルスタンド１０内に配置することも可能であり、有線または無線によりスタンド操作部１２を使用してユニバーサルスタンド１０の姿勢制御が行える。また、システム制御部１０２を経由しても姿勢制御が行える。

図３は、ユニバーサルスタンド１０の水平移動の説明図である。特に、例えば内視鏡検査などの非ＩＶＲ（Interventional radiology）検査に本装置を透視撮影装置として使用する場合に、臥位長手方向（被検体Ｐの体軸方向）へ撮影位置を水平移動させる姿勢制御について説明する。図３（ａ）は、ユニバーサルスタンド１０の側面図、図３（ｂ）は、ユニバーサルスタンド１０の正面図である。

臥位長手方向への水平移動制御は、Ｘ線管球部１３とＸ線検出部１５の相対的位置関係を変えずに水平移動することが要求される。従って支柱２１の傾倒により、Ｘ線管２３とＦＰＤ２６高さが変化しないように高さ方向の調整を行いながら水平移動する。

図３（ａ）において、水平移動前の傾倒部２０原点ＯからＸ線管２３までの高さをＨＴ、原点Ｏからアーム２２の支持点Ｓ１までの距離をＨＡ、Ｘ線管２３とアーム２２の支持点Ｓ１間の距離をＡＴ，また同支持点Ｓ１からＦＰＤ２６までの距離をＡＦとおく。

図３（ｂ）において、臥位長手方向にΔＬだけ水平移動する場合を考え、その時の支柱２１の傾斜度θ、アーム２２の支柱２１長手方向への移動量ΔＨ、アーム２２と支柱２１との角度をφとすると、以下の臥位長手方向への水平移動制御式が求められる。

ＨＴ＝ＨＡ＋ＡＴ … （１）
ＨＦ＝ＨＡ−ＡＦ … （２）
θ＝tan^-1(ΔＬ／ＨＡ) … （３）
φ＝θ … （４）
ΔＨ＝ＨＡ・（１/cosθ−１） … （５）
（５）式に示す移動量ΔＨは、水平姿勢制御後の傾倒部２０原点Ｏとアーム２１の支持点Ｓ１までの距離ＨＡ’ （（６）式）から求められる。

ＨＡ’＝ＨＡ＋ΔＨ＝ＨＡ/cosθ … （６）
上記（１）から（６）式を用いて、スタンド制御部１１で実行される臥位長手方向への水平姿勢制御のフローチャートを図４に示す。

ステップＳＴ４０１において、医師または検査技師はスタンド操作部１２を用いて臥位長手方向への水平移動のボタンにより必要な移動距離ＤＬ分だけ移動するように、ボタンを押し続けるか、または複数回ボタンを押して操作する。スタンド操作部１２については、第３の実施形態で詳細に説明する。臥位長手方向への水平移動のボタンが操作されると、スタンド制御部１１は水平移動命令を受信し、以下に示すステップにより所定の分解能ΔＬ（装置の設定条件で設定される最小の移動距離）を制御単位として水平姿勢制御を行う。

ステップＳＴ４０２において、スタンド制御部１０２は、水平移動命令を受信した後、各モータＭ１〜Ｍ６の現在の制御値を取得する。そして分解能ΔＬに対する各モータの制御値を計算する。すなわち、水平移動の場合は、Ｘ線管２３とＦＰＤ２６との距離（以下ＳＩＤ; Source-Image Distanceと称する。）を一定に動かす必要がある。

すなわち、被検体Ｐを透過したＸ線の散乱線を除去することができるグリッド２５は、Ｘ線の吸収率が高い鉛板等を、吸収率の低い空気等を間に挟んで並べたものであるが、所定の焦点位置からのＸ線のみが鉛板間隔を透過するよう、それぞれの鉛板が焦点の方向に向くよう収束性が持たされている。そのため、実際のＳＩＤは撮影部位に使用するグリッドに応じてあらかじめ範囲が定められている。従って、図３においてＡＴ、ＡＦは一定とするため、モータＭ４は現在の制御値を保持する。また、モータＭ１については、式（３）よりΔＬに対応するθを求め、モータＭ２については、式（６）によりＨＡ’となるように制御値を求める。モータＭ３は、φ＝θとし、モータＭ５およびモータＭ６の制御角度については、Ｘ線管２３とＦＰＤ２６が垂直方向に対向する配置のため、どちらの制御角度も０°とする。

ステップＳＴ４０３では、ステップＳＴ４０２で計算された制御値をもとに、各モータＭ１からＭ６までの制御を実行する。ΔＬが十分小さければ、その制御動作の順番はほとんど関係なくなるが、大きい場合には、テーブル１７と接触するなどを防止するために、更に制御を細かくするか、傾倒部２０のモータＭ１とアーム２２を回転させるモータＭ３を同時に制御した後、モータＭ２を制御するなど各モータの制御の順番を考慮する必要がある。

ステップＳＴ４０４では、医師または検査技師がスタンド操作部１２で指定した水平移動量ＤＬになっているかどうかを判断する。水平移動量ＤＬに達していない場合には（ステップＳＴ４０４：Ｎｏ）、ステップＳＴ４０２に戻り水平移動距離ＤＬに達するまでΔＬに応じた制御を繰り返す。水平移動量ＤＬに達した場合には（ステップＳＴ４０４：Ｙｅｓ）、制御を終了する。

このように、Ｘ線管２３とＦＰＤ２６のＳＩＤを変化させずに、臥位長手方向への水平移動が可能となる。

以上説明したように、第１の実施形態によれば、ユニバーサルスタンドを有するＸ線撮影装置で、臥位長手方向への水平移動が可能になる。その結果、臥位撮影時に被検体やテーブルを移動させないで適切な撮影ポジショニングが可能になり、被検体に対する危険や負担を大幅に軽減することが可能である。特に透視撮影機能を有するユニバーサルスタンドを用いて内視鏡検査等をする場合に、被検体は内視鏡を挿入された状態で撮影されるため特に危険の除去において効果を発揮する。

（第２の実施形態）
本実施形態は、図５に示すように斜入撮影時においても臥位長手方向への水平移動を可能にするものである。図５（ａ）は水平移動前を示し、図５（ｂ）は、水平移動後のユニバーサルスタンド１０の姿勢状態を図示したものである。

図５（ａ）は、アーム２２は支柱２１に対して角度αで傾斜しておりＸ線管２３から放射されるＸ線を被検体Ｐに対して斜入撮影する場合を示している。図５（ａ）の場合、Ｘ線管２３とアーム２２との角度は０°であり、ＦＰＤ２６とアーム２２との角度はαに設定されている。

なお、その他の変数は図３で示した値と同じとする。

図５（ａ）の状態から、Ｘ線管２３とＦＰＤ２６の相対位置関係すなわちＸ線管２３とＦＰＤ２６のアーム２２長手方向に対する角度、および両者の距離（ＳＩＤ）を変化させずに水平方向に平行移動した状態を図５（ｂ）に示す。

斜入撮影において、臥位長手方向への水平移動を可能とするためには、傾倒部２０（支柱２１）の傾倒角度をθとすると、アーム２２と支柱２１の角度はα−θとすればよいことがわかる。そして、傾倒部２０を傾倒させることによりＸ線管２３の高さが低くなるので高さ補正を行う必要があるが、その補正量は第１の実施形態と同じΔＨで表わされる。

従って、各モータの制御値は、モータＭ１については、式（３）よりΔＬに対応するθを求め、モータＭ２については、式（６）によりＨＡ’となるように制御値を求める。モータＭ３の制御値φは、α−θとし、モータＭ４は現在の制御値を保持する。モータＭ５の制御角度、およびモータＭ６の制御角度については、図５（ａ）に示す水平移動前の角度を保持する。

以上説明したように、第２の実施形態によれば、第１の実施形態の効果に加え、被写体に対してＸ線を斜入して撮影する場合においてもＸ線管とＦＰＤの相対的角度を保持したまま臥位長手方向への水平移動が可能となる。

（第３の実施形態）
本実施形態は、透視撮影機能を有するＦＰＤ２６を用いて内視鏡検査等をする場合に、医師が内視鏡検査をしながらも容易にユニバーサルスタンド１０を水平移動し所望の透視画像を取得できるように、手元で遠隔操作が可能なスタンド操作部１２について説明する。

図６は、スタンド制御部１２を構成する操作パネル６０の例を示している。スタンド操作部１２は、この操作パネル６０と有線または無線手段によりスタンド制御部１１と接続されている。無線手段の方が、コードがないので取扱いは容易であるが、被検体または医用機器に悪影響の少ない無線周波数帯を使用し、その出力レベルに注意する必要がある。

操作パネル６０は、ユニバーサルスタンド１０の姿勢を制御するジョイスティック６１と、姿勢制御ボタン群６２乃至６５、およびプリセットボタン群６６を有する。

ジョイスティック６１は、アーム２２の上下・回転動作を可能にする。図７に示すようにジョイスティック６１を上方向に傾倒すると、図７（ａ）から図７（ｂ）のようにアーム２２が上昇する。また、ジョイスティック６１を下方向に傾倒すると、図７（ｃ）のようにアーム２２が下降する。さらにジョイスティック６１を左に傾倒すると、図７（ｄ）のようにアーム２２が左回りに回転を始め、ジョイスティック６１を右に傾倒すると、図７（ｅ）のようにアーム２２が右回りに回転を始める。この上下の移動および回転はジョイスティックを傾倒している間は持続するため、所定の移動距離または回転角が得られた時点でジョイスティックの傾倒を止める。このジョイスティック動作において、スタンド制御部１１はモータＭ３とモータＭ４を制御する。

次に図６に示す姿勢制御ボタン群６２〜６５について図８〜図１２を用いて説明する。姿勢制御ボタン６２ｐおよびボタン６２ｍは、Ｘ線管球部１３の回転動作を実行するボタンである。ボタン６２ｍを押下すると、図８（ａ）に示すようにＸ線管球部１３が左方向（右回り）に回転を始める。ボタン６２ｐを押下すると、図８（ｂ）に示すようにＸ線管球部１３が右方向（左回り）に回転を始める。このボタン６２ｐ、６２ｍの押下によってスタンド制御部１１はモータＭ５を制御する。

姿勢制御ボタン６３ｐおよびボタン６３ｍは、Ｘ線検出部１５の回転動作を実行するボタンである。ボタン６３ｍを押下すると、図９（ａ）に示すようにＸ線検出部１５が左回りに回転を始める。ボタン６３ｐを押下すると、図９（ｂ）に示すようにＸ線管球部１３が右回りに回転を始める。このボタン６３ｐ、６３ｍの押下によってスタンド制御部１１はモータＭ６を制御する。

また、ボタン６３ｃを押下すると、図１０に示すように、例えばＸ線管球部１３とＸ線検出部１５の回転動作はクリアされ、アーム２２に対してＸ線管球部１３とＦＰＤ１５が垂直に対向する位置にリセットされる。このボタン６３ｃは、さらにアーム２２が傾倒している場合には、アーム２２が垂直なるようにリセットされるようにしてもよい。

姿勢制御ボタン６４ｐおよびボタン６４ｍは、Ｘ線管球部１３とＸ線検出部１５の距離すなわちＳＩＤを調整するボタンである。ボタン６４ｐを押下すると、図１１（ａ）に示すように図１１（ｂ）に比べＳＩＤが長くなり、ボタン６４ｍ押下すると、図１１（ｃ）に示すようにＳＩＤが短くなる。このボタン６４ｐ、６４ｍの押下によってスタンド制御部１１はモータＭ２を制御する。

図６に示す姿勢制御ボタン６５ｐおよびボタン６５ｍは、第１の実施形態で説明した臥位長手方向への水平移動を操作するボタンである。ボタン６５ｍを押下すると、図１２（ａ）に示すように図１２（ｂ）の状態より左側に水平移動がなされる。また、ボタン６５ｐを押下すると、図１２（ｃ）に示すように右側に水平移動する。この時、Ｘ線管球部１３とＸ線検出部１５との相対関係、すなわちＳＩＤや回転角度が保持されたまま水平移動される。このボタン６５ｐ、６５ｍの押下によってスタンド制御部１１はモータＭ１，Ｍ２、Ｍ３を制御する。

プリセットボタン群６６は、検査で使用される頻度の高いユニバーサルスタンドの姿勢を姿勢制御ボタン群６２〜６５を用いてユニバーサルスタンド１０の移動させた軌跡をティーチングして登録し、各ボタンを押下することで所定の姿勢へ移動させるオートポジショニング機能などを実現するボタンである。例えば、胸部立位撮影をボタン０に登録し、胸部臥位をボタン１に登録するなど撮影方向別に登録してもよいし、頭部、肩、四肢などの撮影部位ごとに登録することで迅速にスタンドの姿勢や高さの制御が可能となる。また、第２の実施形態で説明した斜入撮影などを登録してもよい。ティーチングの必要がない場合は、あらかじめ計算された各モータの移動量に基づき最終目標ポジションまで移動することも可能である。

以上述べたように、第３の実施形態によれば、医師が内視鏡検査をしながらも容易にユニバーサルスタンド１０の姿勢制御を手元で行うことが可能となる。

本発明は、上記実施態様に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば上記実施形態で操作パネルはジョイスティックやボタンにだけでなく、例えばタッチパネルのような多様なユーザインタフェースを使用することが考えられる。

また、上記実施形態では、使用頻度の高い臥位長手方向への水平移動について述べたが、さらに臥位横手方向（体軸と直角方向）に対して移動できるモータを追加し、臥位長手方向と同時に水平移動を行えるようにしてもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０…ユニバーサルスタンド
１１…スタンド制御部
１２…スタンド操作部
１３…Ｘ線管球部
１４…Ｘ線高圧装置
１５…Ｘ線検出部
１６…ＦＰＤ制御部
１７…テーブル
２０…傾倒部
２１…支柱
２２…アーム
２３…Ｘ線管
２４…Ｘ線絞り
２５…グリッド
２６…ＦＰＤ
１０１…操作入力部
１０２…システム制御部
１０３…モニタ

Claims (7)

1. Ｘ線を発生するＸ線管球部およびこのＸ球管球部で発生したＸ線を検出するＸ線検出部を保持するアーム部と、
   前記アーム部を支持する支柱部と、
   前記支柱部を傾倒させる傾倒部と、
   ユニバーサルスタンドを構成する前記アーム部、前記支柱部、前記傾倒部、前記Ｘ線管球部および前記Ｘ線検出部の位置および方向を制御し、前記ユニバーサルスタンドの姿勢を制御するスタンド制御部と、
   前記スタンド制御部に接続され、前記ユニバーサルスタンドの姿勢制御を行うスタンド操作部と、
   を有するＸ線撮影装置。
2. 前記傾倒部は前記支柱を所定の角度に傾倒可能な第１のモータを有し、
   前記支柱部は支柱長手方向に沿って直線的に移動可能な第２のモータおよび前記アーム部を所定の角度に回転可能な第３のモータを有し、
   前記アーム部は、アーム長手方向に直線的に移動可能な第４のモータ、前記Ｘ線管球部を所定の角度に回転可能な第５のモータ、および前記Ｘ線検出部を所定の角度に回転可能な第６のモータを有する請求項１記載のＸ線撮影装置。
3. 前記Ｘ線検出部は、ＦＰＤ、もしくはＦＰＤと着脱可能なグリッドを有する請求項２記載のＸ線撮影装置。
4. 前記Ｘ線管球部は、Ｘ線管とＸ線絞りを有する請求項３記載のＸ線撮影装置。
5. 前記スタンド制御部は、前記Ｘ線管球部と前記Ｘ線検出部の相対位置および相対角度を保持したまま、前記アームが水平移動するように前記第１乃至第６のモータを制御する請求項４記載のＸ線撮影装置。
6. 前記スタンド操作部は、前記アームの上下移動および回転動作、前記Ｘ線管球部の回転動作、Ｘ線検出部の回転動作、前記Ｘ線管と前記ＦＰＤとの距離を変化させるＳＩＤ動作および前記アームの水平移動動作を含む姿勢制御動作を実行させるユーザインタフェースを有する請求項５記載のＸ線撮影装置。
7. 前記スタンド操作部は、前記スタンド制御部と有線または無線で接続される請求項６記載のＸ線撮影装置。

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