JP5746990B2 - X線撮影装置 - Google Patents
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Description
本発明は、第2に、X線撮像部材に旋回運動とは異なる局所運動を行わせる場合におけるケーブルの接続不良やノイズの発生を抑制して検出精度を向上し信頼性および耐久性を高めることを目的とする。
このようにして、本発明は、X線撮像部材に旋回運動とは異なる局所運動を行わせて広範囲な受光面を獲得しX線撮影装置のコスト削減を図りながら、X線撮像部材に旋回運動とは異なる局所運動を行わせる場合におけるケーブルの接続不良やノイズの発生を抑制し、信頼性および耐久性の向上を図ることができる。
これによれば、データ検出回路と本体制御装置との送受信を無線で行うことで、無線による電力の伝送に加えて、データの送受信も無線で行うため、ケーブルの接続不良やノイズの発生を総合的に抑制し、高い信頼性および耐久性を確保することができる。
本発明に係るX線照射部材およびX線撮像部材を備えるX線撮影装置は、第2に、X線撮像部材に旋回運動とは異なる局所運動を行わせる場合におけるケーブルの接続不良やノイズの発生を抑制して検出精度を向上し信頼性および耐久性を高めることができる。
図1を参照すると、この第1実施形態に係るX線撮影装置1は、撮影対象を人間として、医療としての歯科診療に使用される。
X線撮影装置1は、本体装置200と、本体装置200を支持するフレーム310を有する支持装置300と、支持装置300に配設された本体制御装置400と、本体装置200と本体制御装置400との間で通信する送受信装置4と、を備える。
支持装置300は、X線撮影装置1が設置される構造物(図示されず)に据え付けられ、フレーム310は、支持装置300において上下方向に位置調整可能に本体装置200を支持する。別の例として、本体装置200は、それ自体をフレーム310に対して上下方向に位置調整可能とするための機構を備えていてもよい。
本体装置200は、被写体K(例えば、歯列弓、歯列弓を含む頭部)にX線束Xaを照射するX線照射部材10と、被写体Kを透過したX線束Xaを受光する受光面7aが設けられたX線撮像部材7と、X線照射部材10によるX線束Xaの照射方向で被写体Kを挟んで配置されたX線照射部材10およびX線撮像部材7を支持する支持部材としてのアーム15と、X線照射部材10およびX線撮像部材7に被写体Kの周りで旋回中心線Laを中心とした旋回運動を行わせるべくアーム15を旋回させる旋回駆動装置20と、被動部材としてのX線撮像部材7に旋回運動とは異なる局所運動としての回転運動である局所回転運動を行わせる撮像側駆動装置30および回転機構50と、X線撮像部材7を駆動するために必要な電力を蓄電する蓄電手段2と、蓄電手段2に電力を供給する電力供給手段である発電機3と、X線撮像部材7が取得した画像データを検出するデータ検出回路71と、を備えている。
ここで、旋回駆動装置20と、この実施形態では撮像側駆動装置30および回転機構50からなる副駆動装置と、後記駆動部材13とは、X線撮影装置1の駆動装置を構成する。
本体装置200において、便宜上、X線撮像部材7と、蓄電手段2と、電力供給手段である発電機3と、データ検出回路71と、センサ部送受信装置4aを含むユニットをセンサ部210(図5参照)という。
アーム15の照射側支持部15bに支持されるX線照射部材10は、X線を放射するX線源11aを有するX線放射部材11と、X線源11aからのX線束をスリット状のX線束Xaに形成するX線束形成部材としてのスリット部材12とを有する。スリット部材12は、X線束Xaの照射範囲および照射方向を規定するコリメータ12cと、該コリメータ12cで形成されたX線束を通過させるスリット12aとから構成される放射部を有する。このため、X線束Xaが放射されるコリメータ12cおよびスリット12aと、受光面7aとは、アーム15において、X線束Xaの照射方向で被写体Kを挟む位置にある(図7も参照)。
より具体的には、駆動部材13は、X線源11a、コリメータ12cおよびスリット12aを、X線源11a、コリメータ12c、スリット12a、被写体Kおよび受光面7aが一直線上に位置する状態を保ちながら、前記局所回転運動を行う受光面7aに追従するように移動させる。そして、この実施形態では、駆動部材13は、X線源11a、コリメータ12cおよびスリット12aに、X線源11aを通ると共に旋回中心線Laに平行な放射中心線Lbを中心とした回転運動を行わせ、X線源11a、コリメータ12cおよびスリット12aは円弧状または周方向に移動する。別の例として、駆動部材13は、X線源11a、コリメータ12cおよびスリット12aに直線運動を行わせてもよい。
受光面7aを有するX線撮像部材7は、CMOSセンサ、CdTeセンサ、CCDセンサなどのイメージセンサで構成される2次元X線撮像部材であり、以下の実施形態では、その一例としてのCMOSセンサである。
図2に示されるように、受光面7aは、その長手方向での幅W1が、該長手方向に直交する方向での幅W2に比べて長い細長形状である。X線撮像部材7がアーム15に支持された状態で、受光面7aの長手方向は、第1実施形態では、旋回中心線Laにほぼ平行な方向である。
ここで、「旋回」は、旋回中心線Laを中心に1周以上する場合および1周未満の場合を含む。また、伝達機構23が有する前記減速機構および後記伝達機構33,52が有する減速機構および減速機構48(図2参照)は、例えばウォームギヤ機構により構成される。
図1,図2を参照すると、アーム15に設けられる撮像側駆動装置30は、撮像側アクチュエータであるサーボモータ31と、X線撮像部材7を保持する保持部材32と、減速機構を有すると共にサーボモータ31の駆動力を保持部材32に伝達する伝達機構33とを備える。そして、X線撮像部材7および受光面7aは、伝達機構33および保持部材32を介してサーボモータ31により回転駆動されて、旋回中心線La以外の直線である回転中心線Lcを中心とする局所回転運動(図7参照)を行う。
また、回転中心線Lcは、アーム15に対してX線撮像部材7が回転中心線Lcの周りに1周する場合に、被写体KがX線束Xaの照射方向でX線照射部材10のスリット12aとX線撮像部材7の受光面7aとの間に常に位置するように配置される。
ここで、本実施形態においては、「局所運動」は、回転機構50による局所回転(自転)運動を含めて構成され、撮像側駆動装置30による局所回転運動および、回転機構50による局所回転(自転)運動を含めて、副駆動装置が構成されている。
そして、伝動機構53は、駆動部としての駆動プーリ54と、第2基体42に回転可能に支持されると共にX線撮像部材7が固定されて設けられる被動部としての被動プーリ55と、第1基体41に回転可能に支持されるアイドルプーリ56と、これらプーリ54,55,56に掛け渡された無端伝動帯としてのベルト57とを備える。アイドルプーリ56は、付勢部材としてのバネ58により付勢されて、ベルト57に張力を付与するテンショナとして機能する。
駆動プーリ54の回転中心線は、回転中心線Lcと同軸であるが、別の例として該回転中心線Lcに平行であってもよい。また、被動プーリ55の回転中心線は自転中心線Leである。
それゆえ、連結部材43とサーボモータ47と減速機構48とは、回転中心線LcとX線撮像部材7の受光面7aとの間の間隔d1および所定間隔d2を変更可能な間隔調整機構49を構成する。
なお、第1実施形態では、局所回転運動をしているX線撮像部材7の任意の位置および旋回運動をしているアーム15の任意の旋回位置Pにおいて、連結部材43の長さは一定である。
さらに、別の例として、回転機構50が、サーボモータ51の代わりに、サーボモータ31の回転を駆動プーリ54に伝達する連動機構(例えば、ギヤ機構により構成される。)を備え、サーボモータ31が該連動機構を介してX線撮像部材7の局所回転運動に同期して駆動プーリ54を回転駆動してもよい。かかる構成によれば、電力を供給しなければならないサーボモータ51を使用せずに、サーボモータ31の回転を機械的に伝達することで、サーボモータ51の電線の撚れを回避することができる。
蓄電手段2は、発電機3に一体として配設され、発電機3で発電した電力を蓄えて、センサ部210(図5参照)に配設されたX線撮像部材7、データ検出回路71、およびセンサ部送受信装置4aに電力を供給するための充電装置であり、充電式のリチウムイオン電池(リチウムイオン蓄電池)、電気二重層コンデンサ、ニッケル水素電池、NiCd電池、鉛電池等の充電が可能な蓄電池を適宜採用することができる。電気二重層コンデンサやリチウムイオン蓄電池は特に体積当たりのエネルギー量が優れているため、軽量化およびコンパクト化を図ることができる。
電力供給手段である発電機3は、回転エネルギーを電気エネルギーに変換して蓄電手段2に供給する装置であり、図3に示すように、ステータ3aが固定された軸部材3bと、軸部材3bに回転自在に装着されプーリ55に一体として連結されたロータ3cと、を備えている。
発電機3は、図4に示すように、サーボモータ51によりX線撮像部材7を自転させる回転エネルギーを利用してプーリ55と一体に連結されたロータ3cをステータ3aの周りで回転させて発電し蓄電手段2に供給する。
かかる構成により、発電機3のロータ3c、蓄電手段2、およびX線撮像部材7が一体として回転するため、X線撮像部材7に旋回運動とは異なる局所運動を行わせる際における結線の断線や接触不良を確実に防止することができる。
光電変換手段3′は、フォトダイオードや太陽電池等の光電変換素子が好適に採用される。
無線電力伝送方式3′′は、金属接点やコネクタ等を介さずに無線で電力を伝送する方式であり、電磁誘導を利用して至近距離で利用される非接触充電技術、共鳴誘導を利用した電磁波共鳴技術、電波を利用して長距離の電力伝送が可能である電波送信技術等を利用した種々の方式を用途に応じて適宜採用する。
送受信装置4は、本体装置200のセンサ部210(図5参照)に配設されたセンサ部送受信装置4aにより、データ検出回路71で検出された画像データを本体制御装置400に配設された本体部送受信装置4bに無線で送信して、画像処理装置65で処理する。
また、送受信装置4は、センサ部送受信装置4aにより、サンプリングクロック信号(画像取得信号)を受信する。つまり、センサ部送受信装置4aは、画像データを無線で本体部送受信装置4bに送信すると、本体部送受信装置4bから1枚の画像を受信したことを知らせる画像取得信号(次の画像の送信要求信号)がセンサ部送受信装置4aに送信される。そうすると、センサ部送受信装置4aは、この送信要求信号を受けて次の2枚目の画像データを本体部送受信装置4bに送信する。このようにして、センサ部送受信装置4aと本体部送受信装置4bは、送受信を繰り返す。
本体制御装置400は、旋回駆動装置20と撮像側駆動装置30と被写体KのX線撮影とを制御する動作制御装置60と、X線撮像部材7により得られた画像データを処理する画像処理装置65と、操作者により操作される操作部68と、送受信装置4を構成する本体部送受信装置4bと、X線撮像部材7により検出された画像を表示する表示装置(図示されず)とを備える。
また、操作部68を通じて、被写体KのCT撮影、パノラマ撮影およびセファロ撮影の各撮影モードの切換や、所定間隔d2、撮影開始時のアーム15の初期の旋回位置Pおよび後記シフト旋回量Sの設定などが行われる。
操作部68によりCT撮影が選択されると、スリット12aおよび受光面7a(したがって、アーム15)は、旋回中心線Laの周方向での初期旋回位置としての第1シフト旋回位置Ps1を占める。第1シフト旋回位置Ps1で、X線撮像部材7は、サーボモータ31により駆動されて局所回転運動の運動経路M上での最初の位置として設定された第1位置から回転方向(図8で時計方向)に回転して運動経路M上を移動して回転中心線Lcの周りに連続して1周し、その間、動作制御装置60での制御により、所定の間隔(例えば、局所回転運動の所定回転角度)での位置毎に、受光面7aを通じてX線撮像部材7によりX線束Xaが検出されて、X線撮影が行われ、運動経路M上の各位置での多数の画像データから構成されるシフト画像データ群が得られる。
N=(Nc/Na)/(Nb/Na)
=Nc/Nb
ここで、
Na:X線源11aと被写体Kにおける撮影部位との間の距離
Nb:X線源11aと受光面7aとの距離
Nc:X線源11aと仮想受光面70aとの間の距離
なお、仮想X線撮像部材7が、放射中心線Lbを中心とする円弧状の受光面7aを有する場合も、拡大・縮小率Nを使用した同様の画像補正処理により、CT画像が得られる。
ここで、シフト旋回量Sは、この実施形態では互いに等しい値に設定されているが、別の例では互いに2以上の異なる値に設定されてもよい。
そして、画像処理装置65は、各シフト旋回位置Ps1での前記シフト画像データ群を集めて全体画像を生成する。
X線撮影装置1は、被動部材であるX線撮像部材7に旋回中心線Laに対する周方向を所定方向したときの受光面7aの移動幅Mwでアーム15の旋回運動とは異なる局所運動を行わせる撮像側駆動装置30を備え、前記所定方向での受光面7aの幅W2は、移動幅Mwよりも小さく、前記局所運動は、回転中心線Lcを中心とする局所回転運動である。
この構造により、撮像側駆動装置30により駆動される受光面7aの局所回転運動の移動幅Mwに比べて、前記所定方向での受光面7aの幅W2が小さいことから、移動幅Mwに相当する大きさの受光面を有するX線撮像部材に比べて安価なX線撮像部材7を使用できるので、X線撮影装置1のコストを削減できる。
また、X線撮像部材7が回転運動をするので、該X線撮像部材7が円弧運動または直線運動を行うときに発生する一時停止や該一時停止後の再始動の動作をなくすことができる。この結果、X線撮像部材7に作用する加速度・減速度を減少させることができるので、該加速度・減速度に基づく慣性力を低減できることから、該慣性力に起因する被動部材の振動を低減できて、細長い形状のX線撮像部材7の耐久性の向上が可能になる。さらに、X線撮影の開始から終了までの間のX線撮像部材7の一時停止や再始動の動作のための速度低下を抑制できるので、X線撮像部材7の高速化によるX線撮影作業の効率の向上が可能になる。
これにより、前記所定方向での受光面7aの幅が、X線撮像部材7の移動幅Mwよりも小さいX線撮像部材7を使用して、CT撮影、パノラマ撮影およびセファロ撮影が可能になる。
この構造により、コリメータ12cが、コリメータ12cと被写体Kと受光面7aとが一直線上に位置する状態を保ちながら受光面7aに追従して移動するので、コリメータ12cで規定された照射範囲および照射方向のX線束Xaを、被写体Kおよび受光面7aに正確に指向させることができて、撮影精度の向上が可能になる。
このため、本発明の第1実施形態に係るX線撮影装置1は、X線撮像部材7に旋回運動とは異なる局所運動を行わせて広範囲な受光面を獲得しX線撮影装置1のコスト削減を図りながら、X線撮像部材7に旋回運動とは異なる局所運動を行わせる場合におけるケーブルの接続不良やノイズの発生を抑制し、信頼性および耐久性の向上を図ることができる。
さらに、本発明の第1実施形態に係るX線撮影装置1は、データ検出回路71と本体制御装置400との送受信を無線で行うことで、ケーブルの接続不良やノイズの発生を総合的に抑制し、高い信頼性および耐久性を確保することができる。
なお、第1実施形態およびその変形例、第2実施形態によれば、第1実施形態と同様の構造により、第1実施形態と同様の作用および効果が奏される。
また、間隔d1および所定間隔d2が、運動経路M上の位置に応じて間隔調整機構49により変更されることで、被写体Kの形状に応じた運動経路Mの設定が可能になる。
また、X線撮像部材7の局所回転運動を、照射方向に扁平な円運動とすることで、X線撮像部材7により得られた画像データを補正するための拡大・縮小率Nの変動幅を小さくできるので、撮影精度の向上が可能になる。
第2実施形態に係るX線撮影装置102は、局所回転運動の回転中心線Lcが、旋回中心線Laに交わる交差直線としての直交直線(すなわち、旋回中心線Laに直交する直線)に対して平行な特定直線Lp(図8(a)には、その一例として、旋回中心線LaおよびX線源11aを含む平面にほぼ直交する特定直線Lpが示されている。)にほぼ平行である。このため、局所回転運動において、受光面7aは、その長手方向が特定直線Lpにほぼ平行となる状態で、したがって旋回中心線Laに対する直交方向に細長い状態で回転する。
また、各X線撮影装置102において、前記所定方向は旋回中心線方向であり、したがって局所回転運動の移動幅Mwは、旋回中心線方向での幅である。また、周方向移動範囲Mcは、受光面7aの周方向での幅、ここでは長手方向での幅W1に等しい。
X線撮影装置での撮影時期は、アーム15の旋回運動による旋回角が180°以下のときであってもよい。
回転中心線Lcは、被動部材が回転中心線Lcを中心に1周する場合に、被写体KがX線照射部材10とX線撮像部材7との間に1周未満の限られた範囲のみで位置するように配置されてもよい。
第2実施形態において、旋回中心線Laに交わる前記交差直線は、旋回中心線Laに対して直交以外の形態で交わっていてもよい。
X線照射部材10およびX線撮像部材7を支持する支持部材が、X線照射部材10およびX線撮像部材7をそれぞれ支持する別個の支持体により構成されてもよく、さらにその場合、旋回中心線LaがX線照射部材10およびX線撮像部材7に対して別々であってもよい。
X線撮影装置は、歯科診療以外の医療に使用されてもよい。また、撮影対象は人間以外の物であってもよく、したがってX線撮影装置が、物の検査に使用されてもよい。
第1実施形態および第2実施形態においては、局所運動が回転運動であるのに対し、第3実施形態では円弧状の往復運動(円弧運動)である点で相違するが、円弧運動であっても同様に、発電機3(図11参照)により円弧運動による回転エネルギーを電気エネルギーに変換してX線撮像部材7等を駆動することができる。
したがって、以下の説明において、主として第1実施形態と異なる円弧運動に関与する構成要素について説明し、第1実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
そして、円弧移動中心軸Ldに配設された軸部材121に発電機3が装着され、円弧移動アーム120に蓄電手段2が配設されている。
カムピン134は、円弧移動アーム120から突出するように固定されている。そして、カムピン134がカム溝133に係合されるように、カム機構による円弧移動手段130がアーム150に配設されている。
また、円弧移動中心軸Ldに配設された軸部材121に装着した発電機3、蓄電手段2、およびX線撮像部材7が一体として円弧移動するため、蓄電手段2によりX線撮像部材7を駆動することで、結線の断線や接触不良を確実に防止することができる。
2 蓄電手段
3 発電機
3′ 光電変換手段
3′′ 無線電力伝送方式
4 送受信装置
4a センサ部送受信装置
4b 本体部送受信装置
7 X線撮像部材
7a 受光面
10 X線照射部材
13 駆動部材
15 アーム
20 旋回駆動装置
22 XYテーブル
30,302 撮像側駆動装置
60,60′ 動作制御装置
61 検出部
62 動作制御部
65 画像処理装置
68 操作部
200 本体装置
210 センサ部
300 支持装置
400 本体制御装置
La 旋回中心線
Lc 回転中心線
M 運動経路
Mw 移動幅
Ps シフト旋回位置
S シフト旋回量
Mc 周方向移動範囲
Mo 重合範囲
K 被写体
Xa X線束
Claims (2)
- 被写体にX線束を照射するX線照射部材と、前記被写体を透過した前記X線束を受光する受光面が設けられたX線撮像部材と、前記X線照射部材および前記X線撮像部材に前記被写体の周りで旋回中心線を中心とした旋回運動を行なわせる旋回駆動装置と、前記旋回駆動装置を制御する本体制御装置とを備えるX線撮影装置において、
前記X線撮像部材に所定方向での移動幅で、前記旋回運動とは異なる局所運動を行わせるべく、前記本体制御装置により制御される副駆動装置と、
前記X線撮像部材に供給する電力を蓄電する蓄電手段と、
この蓄電手段に電力を供給する電力供給手段と、
を備え、
前記X線撮像部材と前記蓄電手段とが結線され、前記副駆動装置により前記蓄電手段と前記X線撮像部材とが相対的に移動せずに一体として前記局所運動を行わせ、
前記電力供給手段は、前記蓄電手段と結線された発電手段であり、
この発電手段は、前記蓄電手段および前記X線撮像部材に対して相対的に移動せずに一体として局所運動を行う位置に配設され、
前記局所運動は、回転運動であり、
前記発電手段は、前記回転運動による回転力を利用して発電することを特徴とするX線撮影装置。 - 前記X線撮像部材が受光したX線束を画像データとして検出するデータ検出回路と、
前記本体制御装置に配設され前記データ検出回路で検出した画像データを処理する画像処理装置と、
この画像処理装置と前記データ検出回路との間でデータを無線で通信する送受信装置と、を備えたことを特徴とする請求項1に記載のX線撮影装置。
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