JP4325792B2 - 機械的調節可能ブレーキを備えるｃアーム型ｘ線装置 - Google Patents

Description

本発明は、一般的にＸ線画像形成システム、及びそのような診断Ｘ線システムに使用される装置に関する。より具体的には、本発明は、一体形ヨークを使用してＣアームをヨークに対して所定位置に保持し、かつＣアームを分解することなく軌道式ブレーキの摩耗補正を達成するための新規かつ改善された軌道式ブレーキ機構を組み込んだ、Ｃアーム型画像形成装置の分野に関する。

多くの場合、関心領域についての、幾つかの異なった位置からの多数の異なる画像が得られるようにＸ線装置を位置決めして、患者のＸ線検査を行うことが要望される。また、患者の位置を変える必要なく、そのような検査が行われることも好ましい。図１に示されているような、可動式のＣアーム型Ｘ線診断装置が、これらの必要性を満たすために開発されてきており、現在では、内科及び外科分野において良く知られている。適切な画像を得るために、医者が何度も移動したり、或いは患者が位置を変えたりする必要のない手術又は検査環境に置くのに十分なほど小型でかつ可動性がある点で、Ｃアーム型Ｘ線機械は特に有用である。しかしながら、これを使用するには、装置それ自体を頻繁に移動させかつ位置決めし直すことも必要である。

Ｃアーム型画像形成システムは、医療分野で広く使用されている。それらの使用例には、骨密度測定及び外科治療でのＸ線透視画像形成が含まれる。「Ｃアーム」という用語は、Ｃアームの対向する端部に取付けられたＸ線源と受像器又は検出器とを有するほぼＣ字形状の部材を意味する。この様にして、Ｘ線源から放出されたＸ線が、検出器に入射しかつ該検出器によって検出される。Ｘ線源及び検出器は、例えば人体の四肢がＸ線源と受像器との間に配置されて、四肢がＸ線放射に曝露された時、受像器が配置された四肢の特徴を表すデータを生成するように配置される。次に、生成されたデータは、モニタ上に表示され、また電子的に保存される。

機械のＣアーム部分は、通常、該Ｃアーム部分が２つの自由度をもつように取付けられる。第１に、ＣアームトラックがＣアーム支持体又はヨークに摺動可能に取付けられ、ヨークに対して可動にされる。これにより、Ｘ線源及び受像器が、Ｃアームのトラックの湾曲における弧の周りで回転可能に移動することができるようになる。第２に、Ｃアーム支持部材によって、Ｃアームが、その軸線の周りで回転することができるようになる。更に、可動式Ｃアーム型機械は、床に沿って水平方向に移動できる点で第３の自由度を有し、Ｃアームが上昇及び下降できる点で第４の自由度を有する。

Ｃアーム型Ｘ線装置は、医師が所望又は要求する画像を形成するために、精密に位置決めされなければならない。不都合なことに、支持構造体の重量によって、Ｃアームの位置決めが困難になる。従って、Ｃアームと該Ｃアームの支持部材との間の摩擦抵抗、及びＣアームトラック上の摩擦抵抗があるように設計することが望ましい。

また、Ｃアームを軌道回転軸線及び横方向回転軸線の周りで移動させるのに必要な人手による労力が比較的小さくなるように、Ｃアーム、Ｘ線源、Ｘ線検出器、及びヨークを釣り合わせることが望ましい。これを達成する一つの方法は、Ｃアームの質量中心が、可能な限り軌道回転軸線及び横方向回転軸線に近くなるように、Ｃアームを設計することである。ほぼ釣り合ったＣアームはまた、所定の位置に固定するのに、より小さなブレーキ力しか必要としない。

従来技術の装置は、多くの場合、ヨークを開かなければ調節できないＣアーム用ブレーキを装備している。一部のこれらの装置は、実際には２部品からなるヨークを必要とする。本発明の装置は、２部品からなるヨークの必要性を排除し、更に、ヨークを分解し、ブレーキを前進させる間の使用不能時間の必要性を排除する。
米国特許第６６０９８２６号

従って、本発明の目的は、製造の簡単さを改善しかつコストを低減する一体形ヨークの使用を可能にしながら、摩耗補正を可能にするようなＣアーム用ブレーキを提供することである。本発明のもう一つの目的は、分解することなくブレーキの調節を可能にすることである。本発明の更にもう一つの目的は、製造時のばらつきを吸収することができる装置を提供することである。本発明の更にもう一つの目的は、比較的少数の部品しか必要とせずかつ容易に製造することができるような装置を提供することである。本発明の更にもう一つの目的は、全体として美観に優れまた無菌の装置を提供することである。

本発明の装置は、これらの目的を達成している。その装置は、Ｃアーム型Ｘ線機械の支持アームとＣアームとの間に配置されたヨークを備え、該ヨークは、Ｃアームに支持を与えかつ一体形ヨークとすることができる。本発明の装置はまた、ヨークの分解を必要とすることなく、ブレーキの複数の離散的調節を行うことができる。本発明は更に、製造時における小さなばらつきを吸収する装置を構成すする。本発明の装置はまた、美観に優れていることに加え、製作が比較的簡単であり、また操作が容易である。本発明の装置の付加的な目的及び利点は、以下の説明において記述される。その他の目的及び利点は、本発明の実施例によって知ることができよう。

以下の詳細な説明は、図に示した好ましい実施形態を説明することを意図したものである。具体的に説明しかつ図示したものに対してなされた変更は、依然として本発明の技術的範囲内にあることを理解されたい。

さて、図面においては類似の番号を付した要素は全体を通して類似の要素を示しているが、その図面を詳細に参照すると、図１は、本発明で使用される画像形成システムような画像形成システムの基本的構成部品を示している。全体を符号１０で示すＣアーム型Ｘ線機械は、一般的に以下の構成部品、即ちＸ線源１２、受像器１４、画像処理システム、表示及び観察システム、高電圧発生器、及び制御ユニットを含んでいる。Ｘ線源１２と受像器１４との間には、患者（図示せず）又は放射線透過検査の他の対象が配置される。

Ｘ線源１２は、Ｘ線管及び高電圧発生器を含むことが好ましい。高電圧発生器は、ほぼ７０ｋＶないし１２０ｋＶを発生することができる調整可能高電圧電源に接続される。

Ｘ線システムが作動されているとき、荷電粒子ビームがターゲットに衝突し、Ｘ線光子を発生する。Ｘ線光子は、コリメータを通過してＸ線ビームを形成する。Ｘ線ビームは、Ｘ線検出器のアクティブ領域の中央にほぼ整合された軸線を有している。患者を通過したＸ線は、検出され、その後何らかの形式の変換を行うために処理される。検出及び記録システムは、通常、受像器１４を含んでいる。受像器１４は、画像形成対象を走査したＸ線光子を捕捉し、それらを電気信号に変換する。次いで、インパルスは、デジタルデータに変換され、格納されるか又は即座に画像再構成用のコンピュータに供給される。画像形成処理システムは、一般的に、画像を再構成しかつ該画像をスクリーン上に表示するソフトウェアパッケージを備えるコンピュータと、画像の格納を行う装置とからなる。

表示システム及び制御ユニットは、通常、遠隔操作される。従って、オペレータは、放射線から遮蔽されるが、依然としてＸ線検査を行うことができる。これに代えて、ヘルスケアプロバイダが、患者の画像をリアルタイムで観察することができるように、全システムを、検査又は操作室に配置することができる。

移動式Ｃアーム型Ｘ線画像形成機械は、全体を符号１０で示されており、車輪付き支持台６０を含む。好ましい実施形態では、支持台６０は、１つ又はそれ以上のビデオモニタを装備することができるほぼ矩形の直立した本体であり、伸縮可能クロスアーム５０を備えた上側部分又は垂直伸縮可能コラム４０を有する。伸縮可能クロスアーム５０は、垂直伸縮可能コラム４０内部に摺動可能に取付けられた第１の部分５１と、該伸縮可能クロスアーム５０に形成された開口５３を備える第２の端部５２とを有する。支持台６０は、該支持台６０がヨーク２０及びＣアーム１００のためのプラットホームを形成する点で、画像形成機械１０にとって重要である。従って、支持台６０は、ヨーク２０及びＣアーム１００がＸ線機械１０を転倒させる危険性なく回転できるのに十分な大きさの接地面積を有していなければならない。

本発明の装置は、これまでの装置と異なり、ヨーク２０と支持台６０との間に支持アーム３０を備える。支持アーム３０は、回転軸線がＣアーム１００の重力中心と一致又は殆ど一致するように、該回転軸を低い位置にするように設計されている。Ｃアーム１００の重力中心が、Ｃアーム１００の回転軸線と近ければ近いほど、Ｃアーム１００を回転させるのに必要な力が小さくなる。

図１に示すように、ヨーク２０は、支持アーム３０に取付けられた第１の端部２１と、Ｃアーム１００に取付けられた第２の端部２２とを有する。Ｃアーム１００は、オーバハング部分であるので、ヨーク２０の強度、並びに患者及びヘルスケアワーカの安全性が考慮事項である。従って、比較的高い安全係数が使用される。ヨーク２０が軽量でなければならないという要求に加え、高い安全係数の要求により、設計者は、その部分の製造にアルミ合金を選択するようになった。

明らかに、正確な画像形成のためには、Ｃアーム１００をヨーク２０に対して可動不能にする何らかの方法が必要とされる。本発明の装置は、ブレーキの摩耗及び製造時のばらつきの両方を吸収する機械的調節可能ブレーキ２００を備えている。ブレーキ機構２００は、通常、ブレーキハンドル２１０、偏心シャフト支持体２２０、カム２３０、プランジャ２４０、プランジャ支持機構２５０、ばね２６０、及びブレーキパッド２７０を含む。

ブレーキハンドル２１０の外部部分は、設計者が所望又は要求する殆どあらゆる形状を取ることができる。ブレーキハンドル２１０は、偏心シャフト支持体すなわちブッシュ２２０内に挿入可能であるブレーキハンドルロッド２１２を含む。図２に示すように、ブッシュ２２０は、カムを前進させてブレーキパッド２７０を前方に付勢する離散的ステップを備えた偏心支持技術を使用していることが分かるであろう。好ましい実施形態では、この偏心は、内側シャフト２２２の中心２２１が、ブッシュ２２０の外周２２４の中心２２３から約０．７５ミリメートルほどオフセットした設計によって達成される。図６を参照されたい。発明者はまた、ある範囲のオフセットも容認できることを知っており、それらを０．７５ｍｍのオフセットに限定することを意図していない。ブッシュ２２０の外周２２４は、長手方向に延びかつ平行な複数の溝２２５を特徴とし、各溝によって、ブレーキ２７０が前方に付加的に前進することを可能にする。また、ブレーキハンドルロッド２１２の反対側端部は、同様の構成の第２のブッシュ２２０と第２のブレーキハンドル２１０とに係合可能であることも理解されたい。この様にして、ヨーク２０の両側に取付けられた各ブレーキハンドル２１０を使用して、偏心シャフト支持体２２０を回転させる。溝２２５をシャフト支持体２２０内に形成し、それにより、１対のこのような支持体が互いに対向するように配置されたときに、該１対の支持体を各方向に回転させることができるようにする方法により、同様の構成をもつシャフト支持体２２０を、それぞれの位置に使用することができる。

使用中、偏心シャフト支持体２２０が、カム２３０を回転させる。カム２３０自体は偏心した形状であり、ブレーキ２７０がＣアーム１００から離れ、Ｃアーム１００が回転できるようにするのに十分な隙間をプランジャ２４０に与える第１の端縁部２３１を備える。カム２３０は、回転したときにブレーキ２７０を押し下げるコーナ部２３２と、摩擦係数に打ち勝たない限りＣアーム１００の運動を不能するようにブレーキパッド２７０をＣアーム１００に押しつけるように設計されている第２の端縁部２３３とを有する。

カム２３０は、プランジャ２４０を押し下げる。プランジャ２４０は、リップ２４３を備える第１の端部２４１と、ブレーキパッド２７０に接続された第２の端部とを有する。次いでプランジャは、カム２３０が回転されたとき、ブレーキパッド２７０を押し下げる。

また、医療分野では、容易に移動させることができると同時に、正しい位置に確実に固定することができる装置を提供することが望まれている。本発明の装置は、カム２３０に対してプランジャ２４０を後退させるばね２６０を備える。

プランジャ支持体２５０は、ヨーク２０の内壁に取付けられる。この役割において、プランジャ支持体２５０は、ばね２６０のためのプラットホームを形成する。ばね２６０の第１の端部２６１は、プランジャのリップ２４３上で留められ、ばね２６０の第２の端部２６２は、プランジャ支持体２５０上で留められる。従って、カム２３０が回転して、Ｃアーム１００に対する圧力を解放すると、ばね２６０は、Ｃアーム１００からブレーキパッド２７０を持ち上げて切り離すように作動することになる。

ブレーキパッド２７０は、プランジャ２４０の第２の端部２４２に取付けられる。ブレーキパッド２７０は、ブレーキ技術に精通した当業者によく知られているような一般的な設計である。いかなる場合でも、ブレーキパッド２７０は、Ｃアーム１００に対して認容できる大きさの摩擦を生じる材料で製造すべきである。

プランジャ２４０の前進を調節するためには、偏心シャフト取付け具２２０の周りのヨーク２０内のキー溝を使用して、ヨーク２０から偏心シャフト取付け具２２０を取外し、偏心シャフト取付け具２２０をヨーク２０のそれぞれの側から離散設定の１つ分だけ前進させる。また、患者がいかなる時にもシャフトに近付くことができないように留意することも重要である。シャフトは、ハンドル２１０によって患者から隠されている。ハンドルが全開口を覆っていない場合には、注意を与えるステッカーを使用して、偏心シャフト２２０を覆う。

本発明は、本明細書で記述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想から離れることなく、別の方法で実施することができることを理解されたい。上記説明に基づけば、製造の簡単さを改善しかつコストを低減する一体形ヨークの使用を可能にしながら摩耗補正を可能にし、また分解することなくブレーキの調節を可能にしかつ製造時のばらつきを吸収することができ、また比較的少数の部品しか必要とせずかつ全体として美観に優れまた無菌の装置をもたらすＣアーム用ブレーキが得られることが明らかであろう。

本発明の装置によって構成されたＣアーム型Ｘ線機械の、上方正面右側斜視図。 本発明の装置によって構成されたヨーク及びブレーキ機構の、ブレーキハンドル及び偏心シャフト支持体の拡大図を示す上方正面左側斜視図。 図２に示すヨーク及びブレーキ機構の更に拡大した一部切り欠き上方正面左側斜視図。 偏心シャフト支持体がその最低位置設定で使用されているのを示す、ブレーキ機構の更に拡大した左側側面図。 偏心シャフト支持体が中間設定の１つにあるのを示す、図４Ａに示したブレーキ機構の別の左側側面図。 偏心シャフト支持体が最遠又は最深プランジャ設定にあるのを示す、図４Ａ及び図４Ｂに示したブレーキ機構の別の左側側面図。 本発明によって構成された偏心シャフト支持体の上方正面左側斜視図。 図５に示したシャフト支持体の左側側面図。

符号の説明

１０ Ｃアーム型Ｘ線機械
１２ Ｘ線源
１４ 受像器
２０ ヨーク
３０ 支持アーム
４０ 垂直伸縮可能コラム
５０ 伸縮可能クロスアーム
６０ 支持台
１００ Ｃアーム

Claims (7)

1. 移動可能支持台（６０）と、
   垂直伸縮可能コラム（４０）と、
   前記垂直伸縮可能コラム（４０）に摺動可能に取付けられた第１の端部（５１）と第２の端部（５２）とを有する伸縮可能クロスアーム（５０）と、
   前記伸縮可能クロスアーム（５０）の前記第２の端部（５２）に取付けられた第１の端部（３１）と第２の端部（３２）とを有する支持アーム（３０）と、
   前記支持アーム（３０）の前記第２の端部（３２）に取付けられた第１の端部（２１）と第２の端部（２２）とを有するヨーク（２０）と、
   前記ヨーク（２０）の前記第２の端部（２２）に取付けられたＣアーム（１００）と、
   前記Ｃアーム（１００）と前記ヨーク（２０）との間の相対運動を交互に可能及び不能にするための手段と、
   Ｘ線源（１２）と、
   受像器（１４）と、を含み、
   前記受像器（１４）及び前記Ｘ線源（１２）が、前記Ｃアーム（１００）の対向する端部上に取付けられ、
   相対運動を交互に可能及び不能にするための前記手段が、
   ブレーキハンドル（２１０）と、
   ブレーキシャフト（２２０）と、
   前記ブレーキシャフト（２２０）上に取付けられたカム（２３０）と、
   前記カム（２３０）に係合するプランジャ（２４０）と、
   前記プランジャ（２４０）の端部のブレーキパッド（２７０）と、
   前記ヨーク（２０）内部に取付けられ、前記プランジャ（２４０）が貫通することを可能にする開口を有するプランジャ支持体（２５０）と、
   前記カム（２３０）と前記プランジャ支持体（２５０）との間に配置されたばね（２６０）と、を含み、
   前記ブレーキハンドル（２１０）が操作されたとき、該ブレーキハンドルが前記ブレーキシャフト（２２０）を回転させ、次に該ブレーキシャフト（２２０）が前記カム（２３０）を回転させ、次いで該カム（２３０）が、前記プランジャ（２４０）を押し、前記ばね（２６０）を圧縮し、前記ブレーキパッド（２７０）を前記Ｃアーム（１００）に押しつける、
   ことを特徴とするＣアーム型Ｘ線装置（１０）。
2. 前記Ｃアーム（１００）と前記ヨーク（２０）との間の相対運動を交互に可能及び不能にするための前記手段が、前記ヨーク（２０）の外部にあるハンドル（２１０）によって操作されるブレーキ（２７０）を含むことを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 前記手段が、
   中空の内部部分を有するヨーク（２０）と、
   前記中空のヨーク（２０）内側のブレーキ機構（２００）と、
   前記ヨーク（２０）外側のブレーキハンドル（２１０）と、
   を更に含むことを特徴とする、請求項２に記載の装置。
4. 前記ばね（２６０）が、前記プランジャ（２４０）の周りを取り巻いていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
5. 前記ブレーキシャフト（２２０）が、偏心シャフト支持体（２２０）を使用して前記ブレーキハンドル（２１０）に接続されていることを特徴とする、請求項４に記載の装置。
6. 前記偏心シャフト支持体（２２０）が、外周（２２４）の中心（２２３）からオフセットした中心（２２１）を有する内部開口（２２２）と、該シャフト支持体（２２０）の前記外周に設けられた複数の平行溝（２２５）とを有し、該複数の平行溝が、前記偏心シャフト支持体（２２０）を取外して前進させることを可能にすることを特徴とする、請求項５に記載の装置。
7. 前記偏心シャフト支持体（２２０）の内周（２２２）の中心（２２１）が、該偏心シャフト支持体（２２０）の外周（２２４）の前記中心（２２３）から０．７５ｍｍオフセットしていることを特徴とする、請求項６に記載の装置。
   

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