JPWO2009128129A1 - X線診断装置 - Google Patents
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Abstract
Description
(A)定常状態において前記第1保持手段または前記第2保持手段のいずれか一方の保持手段をa・sin(t)の角速度で回転させ、他方の保持手段をb・cos(t)の角速度で回転させることにより、前記X線照射手段及び前記X線検出手段がそれぞれ円または楕円軌道上を移動する歳差運動を行わせ、
(B)前記一方の保持手段を初期角度φ1から角速度f(t)でΔt1の時間助走させ、かつ、
前記他方の保持手段を初期角度φ2から角速度g(t)でΔt2の時間助走させることにより、
時刻t=Tの時点で前記定常状態に至るとしたとき、ΔTを媒介変数として、
数2の関係を満たすことの技術的意義は次の通りである。
f(t)の積分値は、上記一方の保持手段が時刻t=T−ΔT1〜Tの助走期間に回転する角度に相当する。
同様に、g(t)の積分値は、上記他方の保持手段が時刻t=T−ΔT2〜Tの助走期間に回転する角度に相当する。
a・sin(t)の積分値は、上記一方の保持手段が時刻t=T−ΔT〜Tの区間において、定常状態で回転していたと仮定した場合における、上記一方の保持手段の回転する角度に相当する。
同様に、b・cos(t)の積分値は、上記他方の保持手段が時刻t=T−ΔT〜Tの区間において、定常状態で回転していたと仮定した場合における、上記一方の保持手段の回転する角度に相当する。
上記一方の保持手段と、他方の保持手段とを同時に、かつ、瞬時に定常状態の角速度で回転させたならば、ΔTの期間の間に回転したであろう角度に相当する角度を、それぞれΔT1,ΔT2の期間において、f(t),g(t)の速度プロファイルで回転させるということに相当する。
それぞれ、助走開始時の角速度が0であること、及び、助走完了時(t=T)に定常状態の角速度と同じになることに相当する。
助走期間中における加速度が、定常状態における最大加速度を超えないという条件に相当する。
助走開始角度を、円または楕円軌道上とするとともに、時刻Tにおいて、そのときの角速度に応じた円周軌道上の角度になるような条件に相当する。
更に、X線診断装置の周辺存在する、被検体を載置する天板、被検体に造影剤を注入するための機器、点滴台など様々な外部機器、あるいは被検体、操作者と接触する危険性を最小限に抑えることができる。
2 X線像検出手段
3 Cアーム
4 保持手段
5 保持手段
6 駆動制御部
7 天井レール
8 電圧発生装置
9 画像処理装置
10 モニタ
11 制御ユニット
12 操作盤
121 入力装置
122 撮影スイッチ
123 フットスイッチ
124 表示器
13 サーボモータ
14 サーボモータ
41 ピニオンギア
31 ラック
M
被検体
T
天板
101 X線照射手段
102 X線像検出手段
103 Cアーム
104 保持手段
105 保持手段
113 回転駆動手段
114 回転駆動手段
106 駆動制御手段
図1は、本発明に係るX線診断装置の概略構成を説明する図である。
X線管1とX線像検出手段2とを対向保持するCアーム3と、Cアーム3をスライド回転可能に保持する保持手段4と、保持手段4を、回転軸Y周りに回転可能に保持する保持手段5と、Cアーム3をスライド回転させるサーボモータ13と、保持手段4を回転させるサーボモータ14とを備えている。サーボモータ13の回転軸は、保持手段4に設けられたピニオンギア41に結合されており、当該ピニオンギア41が、Cアーム3に設けられたラック31にかみ合わされている。当該構成により、サーボモータ13を回転させると、ピニオンギア41が回転し、当該回転によって、Cアーム3がスライド動作をする。
また、サーボモータ13,14を制御する駆動制御部6が設けられている。
ただし、本発明における回転駆動手段はサーボモータに限定されず、単なるDCモータ、ACモータなど、フィードバック制御を内蔵しないモータでも、Cアーム3または保持手段4を、指定した角速度で回転させることができるものであれば、本発明の回転駆動手段を構成することができる。
ただし、サーボモータを採用することとすれば、精度よく歳差運動を行わせることができる。
駆動制御部6は、制御ユニット11からの指令を受けて、サーボモータ13,14を制御して助走を開始させる。この助走の制御について、図2を参照して詳細に説明する。
図2(a)は、X線管1と、X線像検出器2との軌道を記載した斜視図である。また、図2(b)は、図2(a)におけるZの正方向から見た図である。当該座標系においては、Cアーム3の回転角度φ1=0、かつ、保持手段4の回転角度 φ2=0のとき、X線管1からX線像検出器2へのベクトルが、Z軸と一致する。なお、Cアーム3の回転角度φ1は、X軸に対して時計周り(図中のφ1の矢印の向き)に正であるとし、保持手段4の回転角度φ2は、Y軸に対して反時計回り(図中のφ2の矢印の向き)に正であるとする。
Cアーム3、保持手段4の初期位置(図2(a)のS)をそれぞれ、φ0S1=−π/6(−30度), φ0S2=0とする。
定常状態における一周期の1/4 に相当する距離を助走距離として走行させることを想定すると、定常動作を開始させる位置(図2(a)のE、φ0E1=0,φE2=π/6)までの間に、Cアーム3をπ/6だけ回転させつつ、保持手段4をπ/6だけ回転させればよい。
なお、初期位置などに起因して定まるX線照射手段1、2次元放射線検出器2の円または楕円軌道における、長軸と短軸の比が、本発明におけるaとbの比に相当する。
本実施例では、φ0S1=π/6が、本発明におけるaに対応し、φ0E2=π/6が、本発明におけるbに対応する。よって、X線照射手段1、二次元放射線検出器2は円軌道を走行することになる。
このとき、Cアーム3をf(t)の速度で時刻TまでにΔT1の時間で移動させる場合には、次の関係が成り立つ。
上記数4,5におけるf(t),g(t)は、全ての場合において固定の関数であってもよいし、状況に応じて変更するように構成してもよい。本実施例では、図3のような関数を用いることとする。これらの各関数は、次の条件を満たしている。すなわち、助走期間中に、それぞれの最大加速度を上回る速度変動をしないという条件を満たしている。これにより、装置の振動による画像への悪影響を排除しつつ、被検体に安心感を与えることができる。
同様に、図4(c)、(d)は、保持手段4の助走期間中における角速度、及び回転角度を示す図であって、図4(b)左右に示した斜線部の面積が等しくなるように、g(t)が決定されている。本実施例では、g(t)=b/2cos(t+ΔT2)とした。
助走動作が終了すると同時に、制御ユニット11から高電圧発生装置8に対して、X線照射の指令が出力されるとともに、画像処理装置9に対して、X線像検出手段2から出力される画像信号を処理して画像を生成するように指示する。このときCアーム3は、既に助走を終了しており、歳差軌道上を定常状態で移動している。高電圧発生装置8は、あらかじめ設定された条件に従ってX線管1に高電圧を印加して、X線管1からX線を照射させる。当該照射されたX線は、被検体Mの関心領域を透過し、X線像検出手段2に入射する。X線像検出手段2は、入射X線に応じた画像信号を出力する。画像処理装置9は、制御ユニット11からの指令を受けて、X線像検出手段2の出力する画像信号を処理して画像を生成し、モニタ10に表示する。更に、画像処理装置9は、内部に画像記憶手段91を有しており、収集した一連の画像群を記録する。当該一連の動作は、Cアーム3と保持手段4とをサーボモータ13,14で駆動することにより定常的な歳差運動を伴って連続して行なわれるので、立体的な動画像がモニタ10に表示されることになる。
なお、制御ユニット11から高電圧発生装置8に対してX線照射の指令を出力するタイミングは、助走動作が終了すると同時である必要は無く、前後しても構わない。また、X線管1の余熱のための信号(いわゆるレディー信号)を助走開始とともに出力しておけば、X線照射の指令後すぐにX線を照射することができるため好適である。
操作者が撮影スイッチ122の入力を止めると、制御ユニット11は、高電圧発生装置8に対して、X線照射停止の指令を出力する。また、画像処理装置9に対して、画像の収集終了の指示を出力する。更に、駆動制御手段6に対して、Cアームの停止指令を出力する。この場合、Cアームの停止に際して、上述の助走制御と同様に、緩やかに減速して停止させることが望ましい。ただし、装置が振動しても、次回撮影までに振動が収束するのであれば、助走時と同程度の加速度で減速させる必要まではなく、むしろ、被検体Mに不安感を与えない程度にできるだけ早く停止させることが望ましい。ただし、安全性を確保するべく、円周軌道の外にX線管1またはX線像検出器2が移動しないように、回転速度を制御することが望ましい点については、助走時と同様である。
そこで、円または楕円軌道の内側を通るように制御する他の実施例(実施例2)について、以下説明する。
駆動制御部6の助走機能以外の構成は、実施例1と同様であるので説明を省略する。
(ii) 助走距離から助走に要する時間を算定する
上記数4,5におけるf(t),g(t)は、全ての場合において固定の関数であってもよいし、状況に応じて変更するように構成してもよい。本実施例では、図6のような関数を用いることとする。図6に含まれる各図の意味は、図4と同様である。これらの各関数は、次の条件を満たしている。すなわち、助走期間中に、それぞれの最大加速度を上回る速度変動をしないという条件を満たしつつ、先にCアーム3をf(t)の速度で回転させ、その後、保持手段4をg(t)の速度で回転させる。これにより、図7のように、装置の振動による画像への悪影響を排除しつつ、被検体に安心感を与えることができることに加え、助走期間中に定常動作における円周軌道の中でX線照射手段1及び二次元放射線検出器2を移動させることが可能となる。
本実施例においては、先にΔT2の方が大きいために、先に保持手段4をg(t)の速度で回転させ始め、その後Cアーム3をf(t)の速度で回転させることになる。
Claims (2)
- X線照射手段と、
X線像検出手段と、
前記X線照射手段及び前記X線像検出手段を対向保持する第1保持手段と、
前記第1保持手段を第1軸周りに回転可能に保持する第2保持手段と、
前記第1保持手段を回転駆動する第1駆動手段と、
前記第2保持手段を、前記第1軸と直交する第2軸周りに回転可能に保持する第3支持手段と、
前記第2保持手段を回転駆動する第2駆動手段と、
前記第1駆動手段及び前記第2駆動手段の駆動速度を制御する駆動制御手段とを有し、
前記駆動制御手段は、
(A)定常状態において前記第1保持手段または前記第2保持手段のいずれか一方の保持手段をa・sin(t)の角速度で回転させ、他方の保持手段をb・cos(t)の角速度で回転させることにより、前記X線照射手段及び前記X線検出手段がそれぞれ円または楕円軌道上を移動する歳差運動を行わせ、
(B)前記一方の保持手段を初期角度φ1から角速度f(t)でΔt1の時間助走させ、かつ、
前記他方の保持手段を初期角度φ2から角速度g(t)でΔt2の時間助走させることにより、
時刻t=Tの時点で前記定常状態に至るとしたとき、ΔTを媒介変数として、
- 前記駆動制御手段は、前記助走期間において、前記X線照射手段及び前記X線検出手段が、前記定常状態における円または楕円軌道の内側を移動するように、前記第1駆動手段及び前記第2駆動手段を制御することを特徴とする請求項1記載のX線診断装置。
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