JP2011125580A - Medical device, and method for driving the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、被駆動部を手動操作する際にその手動操作を補助する補助駆動力を供給する医療機器と、その駆動方法とに関する。 The present invention relates to a medical device that supplies an auxiliary driving force for assisting manual operation when a driven part is manually operated, and a driving method thereof.
被検者に向けてX線を曝射するX線発生器と、被検者を透過したX線を検出するX線検出器とからなるX線撮影装置が知られている。X線発生器は、被検者の撮影部位に合わせてX線発生器を移動できるようにするため、水平垂直方向に移動可能な保持装置によって保持されている。例えば、天井走行式懸垂器と呼ばれる保持装置は、天井に設けられたレールと、レール上を走行する台車と、台車から吊り下げられた伸縮自在な懸垂アームとを有し、懸垂アームの下端にX線発生器を保持している。X線発生器は、一体に設けた操作ハンドルを用いて手動操作により駆動される。 There is known an X-ray imaging apparatus including an X-ray generator that emits X-rays toward a subject and an X-ray detector that detects X-rays transmitted through the subject. The X-ray generator is held by a holding device that can move in the horizontal and vertical directions so that the X-ray generator can be moved in accordance with the imaging region of the subject. For example, a holding device called a ceiling traveling type suspension device has a rail provided on the ceiling, a carriage that travels on the rail, and a telescopic suspension arm that is suspended from the carriage, at the lower end of the suspension arm. Holds an X-ray generator. The X-ray generator is driven by manual operation using an integrally provided operation handle.
X線発生器を手動で駆動させる際の負荷を軽減するため、X線発生器の駆動を補助する補助駆動力を保持装置に供給するパワーアシスト機構を備えた撮影装置がある(例えば、特許文献1参照)。この撮影装置は、操作ハンドルの根元に設けた力センサによって手動操作の力の大きさ及び方向を検出し、その検出結果に基づいて補助駆動力を供給している。 In order to reduce the load when manually driving the X-ray generator, there is an imaging apparatus provided with a power assist mechanism that supplies an auxiliary driving force to assist the driving of the X-ray generator to the holding device (for example, Patent Documents). 1). In this photographing apparatus, the magnitude and direction of a manual operation force is detected by a force sensor provided at the base of the operation handle, and an auxiliary driving force is supplied based on the detection result.
力センサを使用しないパワーアシスト機構として、例えば、特許文献2、3記載の発明がある。これらの発明は、駆動対象である被駆動部が手動操作されたときに、被駆動部の軸支部等に生じた動きをセンサによって検知し、その検知結果に基づいて補助駆動力を供給している。また、手動操作により被駆動部の静止摩擦に抗して被駆動部に動きを生じさせるため、被駆動部に静止摩擦を補償する静止摩擦補償トルクを供給している。特許文献2記載の発明では、ユーザーが駆動させたい方向を指示する手段を設け、指示された方向に静止摩擦補償トルクを供給している。特許文献3記載の発明では、前回の動作方向と逆の方向に静止摩擦補償トルクを供給している。 As a power assist mechanism that does not use a force sensor, for example, there are inventions described in Patent Documents 2 and 3. In these inventions, when a driven part which is a driving target is manually operated, a motion generated in a shaft support part or the like of the driven part is detected by a sensor, and an auxiliary driving force is supplied based on the detection result. Yes. Further, in order to cause the driven part to move against the static friction of the driven part by manual operation, a static friction compensation torque for compensating the static friction is supplied to the driven part. In the invention described in Patent Document 2, a means for instructing the direction in which the user wants to drive is provided, and the static friction compensation torque is supplied in the instructed direction. In the invention described in Patent Document 3, the static friction compensation torque is supplied in the direction opposite to the previous operation direction.
力センサは重量が重いので、保持装置にたわみが発生してX線の照射野がずれてしまうことがある。また、力センサは高価であり、力センサの重量分だけパワーアシスト機構に大きなモータが必要となるので、X線撮影装置がコストアップしてしまう。更に、力センサは、許容トルクを超えて外力が加えられると性能が劣化しやすいため、経時劣化が問題となる。 Since the force sensor is heavy, the holding device may bend and the X-ray irradiation field may be shifted. In addition, the force sensor is expensive, and the power assist mechanism needs a large motor for the weight of the force sensor, which increases the cost of the X-ray imaging apparatus. Furthermore, since the force sensor is likely to deteriorate in performance when an external force is applied exceeding the allowable torque, deterioration with time becomes a problem.
上記問題を解決するため、特許文献2、3記載のパワーアシスト機構をX線撮影装置等の医療機器に適用することが考えられる。しかし、医療機器は、X線発生器等の被駆動部を駆動させたい方向が複数存在するのが一般的であり、特許文献2記載の発明を用いると駆動方向を指示する操作手段が複数必要となり、装置の構造及び操作が複雑になる。医療機器は、その操作中においても被検者となる患者に細心の注意をはらう必要があるため、複雑な操作系は適用できない。 In order to solve the above problem, it is conceivable to apply the power assist mechanism described in Patent Documents 2 and 3 to a medical device such as an X-ray imaging apparatus. However, a medical device generally has a plurality of directions in which a driven part such as an X-ray generator is desired to be driven. If the invention described in Patent Document 2 is used, a plurality of operation means for indicating the driving direction is required. This complicates the structure and operation of the device. Since medical devices need to pay close attention to a patient who is a subject even during the operation thereof, a complicated operation system cannot be applied.
特許文献2、3に共通する欠点として、被駆動部を任意の方向に任意のタイミングで移動させることができない。すなわち、静止摩擦補償トルクが供給されている方向と異なる方向に被駆動部を駆動させようとした場合、パワーアシストが働くまで時間がかかり、スムーズな手動操作が損なわれてしまう。 As a drawback common to Patent Documents 2 and 3, the driven part cannot be moved in an arbitrary direction at an arbitrary timing. That is, when the driven part is driven in a direction different from the direction in which the static friction compensation torque is supplied, it takes time until the power assist works, and smooth manual operation is impaired.
本発明の目的は、X線撮影装置等の医療機器に、力センサを用いずにパワーアシスト機能を設けることにある。 An object of the present invention is to provide a power assist function in a medical device such as an X-ray imaging apparatus without using a force sensor.
本発明の医療機器は、手動操作により正方向と逆方向とに駆動される被駆動部と、被駆動部に対する手動操作を補助する補助駆動力を被駆動部に供給する駆動手段と、手動操作により被駆動部に生じた動きを検知する駆動検知手段と、駆動検知手段の検知結果に基づいて被駆動部の駆動方向を特定し、駆動手段を制御して被駆動部の駆動方向に補助駆動力を供給させる駆動制御手段とを備えている。 The medical device of the present invention includes a driven part that is driven in a normal direction and a reverse direction by a manual operation, a driving unit that supplies an auxiliary driving force to assist the manual operation on the driven part, and a manual operation. Drive detection means for detecting the movement generated in the driven part by means of, and the drive direction of the driven part is specified based on the detection result of the drive detection means, and the drive means is controlled to drive in the drive direction of the driven part. Drive control means for supplying force.
駆動制御手段は、駆動検知手段が被駆動部に生じた動きを検知するまで、駆動手段に被駆動部の静止摩擦を補償する静止摩擦補償トルクを供給させるのが好ましい。また、駆動制御手段は、駆動手段に静止摩擦補償トルクを所定周期ごとに正方向と逆方向とに切り換えさせてもよい。 Preferably, the drive control means causes the drive means to supply a static friction compensation torque that compensates for the static friction of the driven part until the drive detection means detects the movement generated in the driven part. Further, the drive control means may cause the drive means to switch the static friction compensation torque between the forward direction and the reverse direction every predetermined period.
静止摩擦補償トルクの供給開始及び供給停止を指示する操作手段を備えてもよい。この場合、駆動制御手段は、駆動手段が被駆動部に補助駆動力を供給しているときに操作手段の操作が解除されたときに、駆動手段に通常動作時と異なる駆動をさせて補助駆動力の供給を停止させるのが好ましい。 You may provide the operation means which instruct | indicates the supply start and supply stop of a static friction compensation torque. In this case, the drive control means causes the drive means to drive differently from the normal operation when the operation of the operation means is released while the drive means is supplying the auxiliary drive force to the driven part. It is preferable to stop the supply of force.
駆動手段は、モータと、モータの回転を減速して被駆動部に伝達する減速機構とを有し、駆動検知手段として、モータまたは減速機構の回転を検知する回転測定器を用いてもよい。また、駆動制御手段は、駆動手段に補助駆動力を発生させるためにモータを駆動させる指令値として、駆動検知手段の検知結果に基づいて得られた被駆動部の変位量、変位量の微分値または速度若しくは加速度、変位量の積分値の関数からなる指令値を与えるのが好ましい。 The drive means may include a motor and a speed reduction mechanism that decelerates the rotation of the motor and transmits it to the driven part, and a rotation measuring device that detects the rotation of the motor or the speed reduction mechanism may be used as the drive detection means. Further, the drive control means is a displacement value of the driven part obtained based on the detection result of the drive detection means as a command value for driving the motor to generate an auxiliary driving force in the drive means, and a differential value of the displacement amount. Or it is preferable to give the command value which consists of a function of the integral value of speed or acceleration and displacement.
被駆動部の駆動方向が鉛直方向であるときに、被駆動部の重量を相殺する重量相殺手段を設けるのが好ましい。また、駆動制御手段は、被駆動部を駆動させることができない動作状態を検知し、その期間中は補助駆動動作を行わないように制御することが好ましい。また、駆動検知手段は、被駆動部の被検者の近傍で駆動される部位から離れた位置に配置されていることが好ましい。また、静止摩擦補償トルクまたは補助駆動力の供給中、若しくは静止摩擦補償トルクまたは補助駆動力の供給開始時あるいは供給終了時にその旨を報知する報知手段を設けてもよい。 It is preferable to provide weight canceling means for canceling the weight of the driven part when the driven direction of the driven part is the vertical direction. Further, it is preferable that the drive control means detects an operation state in which the driven part cannot be driven and performs control so as not to perform the auxiliary drive operation during the period. Moreover, it is preferable that the drive detection means is disposed at a position away from a portion to be driven in the vicinity of the subject of the driven portion. Further, an informing means for informing that may be provided during the supply of the static friction compensation torque or the auxiliary driving force, or when the supply of the static friction compensation torque or the auxiliary driving force is started or ended.
被駆動部は、放射線撮影装置において放射線発生器または放射線検出器を保持する保持装置の一部としてもよい。また、被駆動部は、両端に放射線発生器と放射線検出器とを保持したアーム装置を有するアーム型放射線撮影装置において、アーム装置の一部としてもよい。更に、被駆動部は、移動式放射線撮影装置において放射線発生器を保持する保持装置の一部としてもよい。また、被駆動部は、移動式放射線撮影装置を走行させる走行手段の一部としてもよい。 The driven unit may be a part of a holding device that holds the radiation generator or the radiation detector in the radiation imaging apparatus. In addition, the driven unit may be a part of the arm device in an arm type radiographic apparatus having an arm device holding a radiation generator and a radiation detector at both ends. Furthermore, the driven unit may be a part of a holding device that holds the radiation generator in the mobile radiography apparatus. Further, the driven unit may be a part of traveling means for traveling the mobile radiography apparatus.
本発明の医療機器の駆動方法は、被駆動部が手動操作により正方向または逆方向に駆動された際に、被駆動部に生じた動きを検知するステップと、検知結果に基づいて被駆動部の駆動方向を特定し、被駆動部の駆動方向に手動操作を補助する補助駆動力を供給するステップとを備えている。 According to the medical device driving method of the present invention, when the driven part is driven in the forward direction or the reverse direction by manual operation, the step of detecting the movement generated in the driven part and the driven part based on the detection result And a step of supplying an auxiliary driving force for assisting a manual operation in the driving direction of the driven part.
被駆動部に生じた動きを検知するまで、被駆動部の静止摩擦を補償する静止摩擦補償トルクを供給するステップを含めるのが好ましい。また、静止摩擦補償トルクは、所定周期ごとに正方向と逆方向とに切り換えられることが好ましい。 It is preferable to include the step of supplying a static friction compensation torque that compensates for the static friction of the driven part until the movement generated in the driven part is detected. Further, it is preferable that the static friction compensation torque is switched between the forward direction and the reverse direction every predetermined period.
本発明によれば、被駆動部に生じた動きを検出して補助駆動力を供給するので、コスト、耐久性の点で問題が多い力センサを用いずに医療機器にパワーアシスト機能を設けることができる。また、重量の重い力センサを使用しないので軽量化が可能である。そのため、放射線撮影装置の場合には、放射線発生器を保持する被駆動部に生じるたわみが小さくなるので、放射線の照射野ずれを小さくすることができる。また、駆動方向を指定するための操作手段も必要ないので、操作性が向上する。 According to the present invention, since the movement generated in the driven part is detected and the auxiliary driving force is supplied, the power assist function is provided in the medical device without using a force sensor that is problematic in terms of cost and durability. Can do. Further, since a heavy force sensor is not used, the weight can be reduced. For this reason, in the case of a radiographic apparatus, the deflection generated in the driven part that holds the radiation generator is reduced, so that the radiation field deviation can be reduced. Further, since no operation means for designating the driving direction is required, the operability is improved.
被駆動部の静止摩擦を補償する静止摩擦補償トルクを供給するので、手動操作による弱い力で被駆動部に動きを生じさせることができる。更に、静止摩擦補償トルクの供給方向を所定周期ごとに切り換えるので、静止摩擦補償トルクの供給方向と異なる方向に手動操作が行われても、僅かに遅れてすぐに静止摩擦補償トルクを供給することができる。 Since the static friction compensation torque for compensating the static friction of the driven part is supplied, the driven part can be caused to move with a weak force by manual operation. Furthermore, since the direction of supply of the static friction compensation torque is switched every predetermined period, even if manual operation is performed in a direction different from the direction of supply of the static friction compensation torque, the static friction compensation torque is supplied immediately after a slight delay. Can do.
静止摩擦補償トルクの供給開始及び供給停止を指示する操作手段を設けたので、不用意に補助駆動力が供給されるような被駆動部の暴走を防止し、消費電力も低減させることができる。また、操作手段の操作が解除されたときに通常動作時と異なる駆動をさせて補助駆動力の供給を停止させるので、停止精度及び安全性が向上する。 Since the operation means for instructing to start and stop the supply of the static friction compensation torque is provided, it is possible to prevent the driven portion from being unintentionally supplied with the auxiliary driving force and to reduce power consumption. In addition, when the operation of the operating means is released, the supply of the auxiliary driving force is stopped by driving different from the normal operation, so that the stopping accuracy and safety are improved.
駆動手段のモータは、被駆動部の変位量、変位量の微分値または速度若しくは加速度、変位量の積分値の関数からなる指令値を与えて駆動させるので、最適な補助駆動力を得ることができる。また、被駆動部の重量を相殺するので、重量による影響を受けずに補助駆動力を供給することができる。また、被駆動部を駆動させることができない動作状態であるときに補助駆動動作を行わないので、被駆動部の暴走を防止し、消費電力を低減することができる。更に、駆動検知手段は、被検者から離れた位置に配置されているので、駆動検知手段が被検者にぶつかる野を防止することができ、安全性が向上する。 The motor of the driving means is driven by giving a command value comprising a displacement amount of the driven portion, a differential value of the displacement amount or a speed or acceleration, and an integral value of the displacement amount, so that an optimum auxiliary driving force can be obtained. it can. Further, since the weight of the driven part is offset, the auxiliary driving force can be supplied without being affected by the weight. Further, since the auxiliary drive operation is not performed when the driven unit is in an operating state in which the driven unit cannot be driven, runaway of the driven unit can be prevented and power consumption can be reduced. Furthermore, since the drive detection means is disposed at a position away from the subject, the field where the drive detection means hits the subject can be prevented, and safety is improved.
[第1実施形態]
図1に示すX線撮影装置10は、X線発生器11によって被検者にX線を短時間照射し、X線検出器12により被検者を透過したX線を検出してX線撮影を行う。X線撮影装置10は、重量の重いX線発生器11をX,Y,Zの各方向に移動させるため、X線発生器11を天井走行式懸垂器13により保持している。天井走行式懸垂器13は、X線発生器11が手動操作によってX,Y,Zの各方向に駆動されたときに、手動操作を補助する補助駆動力を供給するパワーアシスト機能を備えている。また、図示していないが、X線撮影装置10は、装置全体を統轄的に制御し、撮影された画像を処理する撮影制御部を備えている。
[First Embodiment]
An
X線発生器11は、軸方向が略水平方向に沿うように配された円柱状のX線管16と、X線管16の下部に設けられた箱状のX線絞り器17と、X線管16の手前側でかつX線絞り器17の上部に設けられた操作部18からなる。X線管16は、陰極のフィラメントと陽極のターゲットを有しており、各極の間に高電圧が印加されることによりフィラメントが放出した電子をターゲットに衝突させ、X線を発生する。X線絞り器17は、X線を遮蔽する複数の鉛板製の絞り羽根を有しており、各絞り羽根を変位させることで、X線管16が発生したX線の照射範囲を限定する。
The
操作部18は、複数の操作ボタン及び表示部を備えた操作パネル18aと、操作パネル18aの外周を取り囲む操作ハンドル18bからなる。操作パネル18aは、X線撮影装置10の操作に用いられる。操作ハンドル18bは、X線発生器11を手動操作によって駆動させる際に撮影技師によって把持される。図2に示すように、操作ハンドル18bには、撮影技師が両手で操作ハンドル18bを把持した際に親指が当たる位置に、押しボタン式のパワーアシストボタン18cが設けられている。このパワーアシストボタン18cを操作すると、天井走行式懸垂器13のパワーアシスト機能が作動する。
The
X線管16の背後には、後方に突出したX線管保持部21が設けられている。X線管保持部21は、天井走行式懸垂器13の回転支持部22により矢印Q方向に回転自在に支持されている。X線発生器11は、X線管保持部21を中心に90度回転させて水平方向にX線を照射させることもできるので、立位でのX線撮影にも用いることができる。
Behind the
X線検出器12は、被検者が横になった状態(臥位)で乗せられる撮影台25の下に、検出面を撮影台25の天板に向けた姿勢で配置されている。X線検出器12は、天板の面と平行な水平方向(Y軸方向)に移動自在に設けられている。
The
X線検出器12には、FPD(フラットパネルディテクタ)が用いられている。FPDは、例えば、画素毎に複数のTFT(薄膜トランジスタ)をマトリックス状に配列したアクティブマトリックス基板上に、アモルファスシリコン(a−Si)やアモルファスセレン(a−Se)などの光電変換層が形成された検出器であり、画素毎に蓄積された電荷をTFTによって読み出して画像情報を出力する。X線検出器12としては、FPDの他、画像記録媒体として輝尽性蛍光体を利用したIP(イメージングプレート)や、X線感光フイルム等を用いてもよい。
For the
天井走行式懸垂器13は、X線撮影室の天井に設置された固定レールユニット28と、固定レールユニット上を走行する移動レールユニット29と、移動レールユニット29上を走行する台車30と、台車30から下方に吊り下げられた伸縮自在な懸垂アーム31と、懸垂アーム31の下端に取り付けられてX線発生器11を保持する保持部32とからなる。これにより、X線発生器11は、X,Y,Z方向に移動自在となっている。
The
固定レールユニット28は、一対のレール35a,35b、一対の保持板36a,36b、タイミングベルト37からなる。一対のレール35a,35bは、コ字形状の断面を有する棒状体であり、コ字形状の開口側が互いに対面するように平行に配列され、長手方向がY方向に沿うように天井に設置されている。一対の保持板36a,36bは、レール35a,35bの両端を固定し、レール35a,35bの間隔及び平行を保っている。タイミングベルト37は、ゴムやプラスチックによって形成された帯状体の一面にラックギヤが設けられた歯付きベルトである。タイミングベルト37は、両端が保持板36a,36bに固定され、レール35a,35bの間に平行に配列されている。タイミングベルト37は、パワーアシスト機能によるY軸方向の補助駆動力の供給に用いられる。
The fixed
移動レールユニット29は、一対のレール40a,40b、一対の保持板41a,41b、タイミングベルト42、台車部43からなる。一対のレール40a,40b、一対の保持板41a,41b及びタイミングベルト42は、固定レールユニット28とほぼ同じ機能及び形状を有するため詳しい説明は省略する。台車部43は、一対のレール40a,40bの上に設けられており、その上部には、ローラ(図示せず)をレール40a,40bに係合させ、移動レールユニット29を固定レールユニット28上で+Y方向(正方向)、−Y方向(逆方向)に移動自在にする1組の走行部43a、43bが設けられている。
The moving
図3は、台車30の上面の構成を表す平面図である。台車30は、懸垂アーム31を保持する本体部30aと、本体部30aの上部に設けられた1組の走行部30b、30cとを備えている。走行部30b、30cには、レール40a,40bに係合して台車30を移動レールユニット29上で+X方向(正方向)、−X方向(逆方向)に移動自在にする回転自在なローラ30dが2個ずつ設けられている。
FIG. 3 is a plan view illustrating the configuration of the upper surface of the
懸垂アーム31は、スライド自在に嵌合された径の異なる3個の角筒31a〜31cからなり、+Z方向(正方向)、−Z方向(逆方向)に伸縮自在になっている。保持部32は、矢印U方向に回転できるように懸垂アーム31の下端に支持されている。保持部32には、X線発生器11を支持した回転支持部22が設けられている。
The
図3に示すように、台車30には、X線発生器11が手動操作によってX方向に駆動されたときに、その手動操作を補助する補助駆動力を供給するX軸用駆動機構46が設けられている。X軸用駆動機構46は、移動レールユニット29のタイミングベルト42と、タイミングベルト42に噛合するタイミングプーリー47と、タイミングプーリー47と同軸に設けられた駆動ギヤ48と、駆動ギヤ48に噛合するモータギヤ49及びエンコーダギヤ50と、モータギヤ49を回転させるモータ51と、エンコーダギヤ50の回転を検出するエンコーダ52とからなる。
As shown in FIG. 3, the
X線発生器11の手動操作によるX方向への駆動は、エンコーダ52から読み込んだエンコーダ値の変化に基づいて検知される。補助駆動力は、モータ51、モータギヤ49、駆動ギヤ48、タイミングプーリー47を介してタイミングベルト42に伝達される。
Driving in the X direction by manual operation of the
移動レールユニット29の台車部43にも、Y方向の補助駆動力を供給するY軸用駆動機構54が設けられている。図1に示すように、Y軸用駆動機構54は、タイミングベルト37、タイミングベルト37に噛合するタイミングプーリー55の他、モータ56、エンコーダ57(図6参照)等、X軸用駆動機構46と略同じ構成を有するため、詳しい説明は省略する。
The
台車30には、Z軸方向の補助駆動力を供給するZ軸用駆動機構59が設けられている。図2に示すように、Z軸用駆動機構59は、懸垂アーム31内に挿通されて端部が保持部32に固定されたワイヤーロープ60と、懸垂アーム31の上方でワイヤーロープ60が掛けられるプーリー61と、ワイヤーロープ60を巻き取るスプリングバランサ62とを備えている。また、スプリングバランサ62と同軸に設けられた駆動ギヤ63と、駆動ギヤ63に噛合するモータギヤ64及びエンコーダギヤ65と、モータギヤ64を回転させるモータ66と、エンコーダギヤ65の回転を検出するエンコーダ67もZ軸用駆動機構59に含まれる。
The
Z軸用駆動機構59は、エンコーダ67のエンコーダ値の変化に基づいてX線発生器11の手動操作によるZ軸方向の駆動を検知し、モータ66の回転をモータギヤ64、駆動ギヤ63を介してドラム62bに伝達し、Z軸方向の補助駆動力を供給する。
The Z-axis drive mechanism 59 detects the drive in the Z-axis direction by manual operation of the
スプリングバランサ62は、重量物の吊り下げに利用される周知のもので、ケース62aと、ケース62a内に回転自在に収容され、外周面にワイヤーロープ60が螺旋状に巻き付けられる円錐形のドラム62bと、ドラム62bをワイヤーロープ60の巻き上げ方向に付勢する渦巻きバネ(図示せず)とを有している。渦巻きバネは、懸垂アーム31、保持部32及びX線発生器11を足し合わせた重量を引き上げることができる付勢力を有しており、X線発生器11のZ軸方向に移動におけるこれらの重量の影響を相殺する。
The
図4及び図5の(A),(B)は、ワイヤーロープ60がスプリングバランサ62から引き出された状態、及び巻き上げられた状態を示す平面図及び正面図である。これらの図から分るように、ドラム62bに巻き付けられたワイヤーロープ60は、スプリングバランサ62から繰り出されるにしたがってドラム62bの小径側から大径側に移動し、ドラム62b中心からの距離が大きくなる。したがって、スプリングバランサ62は、渦巻きバネの張力変化を相殺し、懸垂アーム31、保持部32及びX線発生器11の重量と渦巻きバネの張力とのバランスを保つことができるので、ワイヤーロープ60が繰り出される長さに関係なく一定の吊り上げ力を発揮することができる。
FIGS. 4A and 4B are a plan view and a front view showing a state in which the
図6は、X線撮影装置10の電気的構成を示すブロック図である。駆動制御部70は、X,Y,Z軸用の各駆動機構46、54、59を制御するものであり、X線発生器11の手動操作による駆動方向を特定し、その駆動方向に補助駆動力を供給させる。駆動制御部70は、X線撮影装置10全体を統轄的に制御する撮影制御部71に接続されている。X,Y,Z軸用の各駆動機構46、54、59は、例えばDCモータからなるモータ51、56、66と、各モータ51、56、66を駆動するドライバ74、75、76と、エンコーダ52、57、67とからなる。
FIG. 6 is a block diagram showing an electrical configuration of the
図7(A)に示すように、駆動制御部70は、所定のサンプリング周期Δtごとにエンコーダ52、57、67からエンコーダ値Enc(n)を読み込む。サンプリング周期Δtは、エンコーダ値を読み込む時刻をt(n)としたとき、例えば、下記式1により求められる。
Δt=t(n+1)−t(n)・・・式1
As shown in FIG. 7A, the
Δt = t (n + 1) −t (n)
駆動制御部70は、読み込んだエンコーダ値Enc(n)に基づいてエンコーダ値の変位量ΔEnc(n)を算出し、この変位量ΔEnc(n)の変化に基づいてX線発生器11に対する手動操作を検知し、その駆動方向を特定する。エンコーダ値の変位量ΔEnc(n)は、下記式2に示すように、時刻t(n)におけるエンコーダ値Enc(n)と、その直前の時刻t(n−1)のエンコーダ値Enc(n−1)との差によって求められる。X線発生器11が駆動されていないときには、各時刻のエンコーダ値及びその変位量も一定となる。しかし、エンコーダ52、57、67が回転してエンコーダ値が変化すると、変位量ΔEnc(n)が変化するため、X線発生器11の手動操作を検知することができる。
ΔEnc(n)=Enc(n)−Enc(n−1)・・・式2
The
ΔEnc (n) = Enc (n) −Enc (n−1) Equation 2
駆動制御部70は、変位量ΔEnc(n)に基づいて、各駆動機構46、54、59に補助駆動力を発生させる。具体的には、変位量ΔEnc(n)に基づいて、各モータ51、56、66を駆動させる指令値Wを算出する。指令値Wは、下記式3に示すように、変位量ΔEnc(n)と、変位量ΔEnc(n)の微分値と、変位量ΔEnc(n)の積分値との関数からなり、DCモータに対しては、供給電力(電圧、電流、PWM(Pulse Width Modulation)制御のデューティー比等)を表す値である。
W=f(ΔEnc(n),ΔEnc(n)の微分値,ΔEnc(n)の積分値)・・・式3
The
W = f (ΔEnc (n), differential value of ΔEnc (n), integral value of ΔEnc (n)) Equation 3
静止時のX、Y、Z軸用の各駆動機構46、54、59には、所定の静止摩擦が生じているため、X線発生器11を手動操作により駆動させても、エンコーダ52、57、67により検出可能な動きが生じないことが考えられる。そのため、駆動制御部70は、X線発生器11に対する手動操作を検知するまで、各駆動機構46、54、59の静止摩擦を補償する静止摩擦補償トルクを供給するように、モータ51、56、66を駆動させている。
Since predetermined static friction is generated in the
静止摩擦補償トルクとは、自然状態にあるX線発生器11が勝手に動き出さない程度のトルク、すなわち各駆動機構46、54、59の静止摩擦力よりも小さなトルクである(静止摩擦補償トルク<静止摩擦)。そのため、静止摩擦補償トルクに手動操作によるトルクが加えられたとき、その合算トルクが各駆動機構46、54、59の静止摩擦を上回るので(静止摩擦補償トルク+手動トルク>静止摩擦)、X線発生器11を容易に駆動することができるようになる。
The static friction compensation torque is a torque that does not allow the
手動操作の駆動方向と静止摩擦補償トルクの供給方向とが異なるときには、静止摩擦補償トルクによる効果が得られない。そのため、駆動制御部70は、図7(B)に示すように、切換周期T(例えば、50μs)ごとに静止摩擦補償トルクの供給方向を+方向(正方向)と−方向(逆方向)とに切り換えている。これにより、例えば、X線発生器11に−X方向の静止摩擦補償トルクが供給されている時刻t2時に、+X方向の手動操作が行われた場合でも、最大で50μsの経過後に+X方向の静止摩擦補償トルクを供給することができる。
When the driving direction of manual operation is different from the supply direction of the static friction compensation torque, the effect of the static friction compensation torque cannot be obtained. Therefore, as shown in FIG. 7B, the
なお、図7(C)に示すように、静止摩擦補償トルクの供給及びエンコーダ値の読み込みは、操作ハンドル18bのパワーアシストボタン18cが操作されてオンしているときにのみ行われる。これは、天井走行式懸垂器13の暴走を防止し、消費電力を低下させるためである。また、同様の理由により、例えば、X線発生器11によるX線の曝射タイミング中であることが撮影制御部71から送信された場合には、静止摩擦補償トルクを供給しないだけでなく、パワーアシスト機能自体を停止させるのが好ましい。
As shown in FIG. 7C, the supply of the static friction compensation torque and the reading of the encoder value are performed only when the
駆動制御部70は、補助駆動力の供給中にパワーアシストボタン18cの操作が解除されたときに、各駆動機構46、54、59のモータ51、56、66を、上述した指令値Wとは異なる関数によって駆動させ、例えばX線発生器11をゆっくりと停止させる等、通常の補助駆動とは異なる停止駆動を行う。
When the operation of the
駆動制御部70は、パワーアシスト機能の作動中、すなわちパワーアシストボタン18cが操作されている間は、例えば操作部18に設けられたスピーカー79からパワーアシスト機能が動作中であることを表す音を発生させる。これにより、撮影技師にパワーアシスト機能が動作中であることを知らせることができるので、安全性が向上する。
While the power assist function is operating, that is, while the
以下、図8のフローチャートを参照しながら、上記第1実施形態の作用について説明する。駆動制御部70は、パワーアシストボタン18cが操作されたときに(S1)、X線発生器11によるX線の曝射タイミング中でないことを確認し(S2)、X線撮影X,Y,Z軸用の各駆動機構46、54、59に静止摩擦補償トルクを供給させる(S3)。この静止摩擦補償トルクは、サンプリング周期Δtごとに正方向と逆方向とに切り換えられる。また、駆動制御部70は、操作部18のスピーカー79からパワーアシスト機能が動作中であることを表す音を発生させる。
The operation of the first embodiment will be described below with reference to the flowchart of FIG. When the
図7に示すように、X軸用駆動機構46に+X方向に静止摩擦補償トルクが供給されている時刻t1時に、X線発生器11が手動操作によって+X方向に駆動されると、静止摩擦補償トルクと手動トルクとの合算トルクがX軸用駆動機構46の静止摩擦よりも大きくなるので、X線発生器11にはすぐに+X方向の動きが生じる。また、X軸用駆動機構46に−X方向への静止摩擦補償トルクが供給されている時刻t2時に、X線発生器11が手動操作によって+X方向に駆動されると、最大で50μs経過後に静止摩擦補償トルクが+X方向に切り換えられるので、合算トルクがX軸用駆動機構46の静止摩擦よりも大きくなり、X線発生器11には+X方向の動きが生じる。これにより、タイミングベルト42、タイミングプーリー47、駆動ギヤ48を介してエンコーダギヤ50が回転し、エンコーダ52のエンコーダ値Enc(n)が変化する。
As shown in FIG. 7, when the
駆動制御部70は、パワーアシストボタン18cが操作されたときに(S1)、サンプリング周期Δtごとにエンコーダ52、57、67からエンコーダ値Enc(n)を読み込み(S3)、エンコーダ値の変位量ΔEnc(n)を算出する(S4)。上述したように、エンコーダ52のエンコーダ値Enc(n)が変化した場合、その変位量ΔEnc(n)も変化するので、駆動制御部70はΔEnc(n)の変化に基づいてX線発生器11に対する手動操作を検知し、その駆動方向を特定する(S5)。駆動制御部70は、変位量ΔEnc(n)に基づいてモータ51の指令値Wを算出し(S6)、ドライバ74に指令値Wを入力する。これにより、モータ51、モータギヤ49、駆動ギヤ48、タイミングプーリー47、タイミングベルト42を介して+X方向の補助駆動力が供給される(S7)。
When the
Y方向及びZ方向へのX線発生器11の駆動についても、上述したX方向と同様に、Y軸用駆動機構54及びZ軸用駆動機構59によって静止摩擦補償トルクと補助駆動力とが供給される。これにより、任意の方向に任意のタイミングで駆動する必要があるX線発生器11を、撮影技師の操作意思に基づいて小さな力で自由に駆動させることができる。
For driving the
駆動制御部70は、パワーアシストボタン18cの操作が解除されたときに(S8)、指令値Wを上述した関数とは異なる関数を用いて算出し、モータ51、56、66に通常動作とは異なる駆動をさせてX線発生器11をゆっくりと停止駆動させる(S9)。これにより、停止精度、安全性の向上が図られる。また、パワーアシストボタン18cの操作解除とともに、スピーカー79からの音も停止される。
When the operation of the
上記実施形態によれば、力センサを用いることなくパワーアシスト機能を実現できるのでコストダウンが可能であり、力センサのような経時劣化も発生しないので、動作信頼性が向上する。また、X線発生器11を任意の方向に任意のタイミングで移動させることができるので、操作性も向上する。更に、複数の駆動機構を90度ずつ直交するように組み合わせることにより、X,Y,Zの3方向のパワーアシストを行うことができる。また、各駆動機構46、54、59のエンコーダ52、57、67は、X撮影時に被検者の近傍に配置されるX線発生器11から離れた位置に設けられているので、X線発生器11が大型化することはない。これにより、X線発生器11が被検者と衝突する等の事故を防止することができる。
According to the above embodiment, since the power assist function can be realized without using a force sensor, the cost can be reduced, and the deterioration with time unlike the force sensor does not occur, so that the operation reliability is improved. Further, since the
以下では、本発明の第2、第3実施形態について説明する。なお、第1実施形態で説明した構成と同じものについては、同符号を用いて詳しい説明を省略する。 Below, 2nd, 3rd embodiment of this invention is described. In addition, about the same thing as the structure demonstrated in 1st Embodiment, detailed description is abbreviate | omitted using a same sign.
[第2実施形態]
図9に示すように、第2実施形態のX線撮影装置85は、C字状に湾曲したCアーム86の両端に、X線発生器11及びX線検出器12を保持したCアーム型X線撮影装置である。Cアーム86は、複数個のコロ88により撮影台25の近傍に配置されたアーム保持機構87に保持され、Cアーム86の湾曲方向に沿ったA方向に移動自在になっている。アーム保持機構87は、撮影台25の側方に延びた支持軸89によりB方向に回転自在に支持されている。Cアーム86は、X線発生器11及びCアーム86に設けられた操作ハンドル90〜92を用いて、手動操作によりA方向及びB方向に駆動される。また、操作ハンドル90〜92には、第1実施形態のパワーアシストボタン18cと同機能のパワーアシストボタン93がそれぞれ設けられている。
[Second Embodiment]
As shown in FIG. 9, the X-ray imaging apparatus 85 of the second embodiment includes a C-arm type X in which an
アーム保持機構87には、Cアーム86のA方向の駆動を補助するA方向用駆動機構96が設けられている。A方向用駆動機構96は、Cアーム86の外周面に設けられた円弧状のラックギヤ86aと、このラックギヤ86aにモータギヤ、エンコーダギヤによって噛合したモータ97、エンコーダ98からなる。支持軸89には、Cアーム86のB方向の回転を補助するB方向用駆動機構99が設けられている。B方向用駆動機構99は、支持軸89と同軸に設けられた駆動ギヤ100と、駆動ギヤ100に噛合するモータギヤ101と、モータギヤ101が取り付けられ、モータ102a及びエンコーダ102bから構成されたエンコーダ付きモータ102からなる。
The
また、図示しないが、X線撮影装置85は、第1実施形態の駆動制御部70と同機能の駆動制御部を備えている。この駆動制御部は、パワーアシストボタン93の操作に応じて、A方向用駆動機構96及びB方向用駆動機構99を制御する。
Although not shown, the X-ray imaging apparatus 85 includes a drive control unit having the same function as the
X線撮影装置85は、第1実施形態と同様に、パワーアシストボタン93がオンしたときに、モータ97及び102aによってA、B方向に正逆方向の静止摩擦補償トルクが供給される。また、エンコーダ98、102bによってCアーム86の動きを検知したときには、その駆動方向に補助駆動力が供給される。このように、Cアーム型X線撮影装置においても、力センサを用いずにパワーアシスト機構を設けることができる。なお、本実施形態は、Uアーム型X線撮影装置にも適用可能である。
As in the first embodiment, when the
[第3実施形態]
図10に示すように、第3実施形態のX線撮影装置105は、回診車106により移動可能な移動式X線撮影装置である。X線発生部11は、回診車106に立てられた支柱107から水平に突出された水平アーム108に保持されている。X線検出器12は、ケーブル12aを介して回診車106と接続されている。回診車106には、X線発生器11及びX線検出器12を統括的に制御してX線撮影を行い、画像処理する撮影制御部がもうけられている。また、回診車106の上部には、撮影操作や、撮影画像の確認に用いられるモニタ109が設けられている。
[Third Embodiment]
As shown in FIG. 10, the X-ray imaging apparatus 105 according to the third embodiment is a mobile X-ray imaging apparatus that can be moved by a
支柱107は、その垂直軸回りの矢印J方向に回転自在である。また、水平アーム108は、支柱107に沿う上下方向であるK方向と、支柱107の長手方向に直交する水平方向であるM方向に移動自在である。回診車106は、支柱107が設けられた側を先頭にした前進方向であるF方向と、後進方向であるR方向とに走行する。また、回診車106は、F,R方向のそれぞれにおいて左右方向であるFR,FL,RR.RL方向に旋回可能である。
The
支柱107及び水平アーム108は、X線発生器11に設けられた操作ハンドル112を用いて手動操作によりJ,M,K方向に駆動される。また、回診車106は、後部に設けられた操作ハンドル113を用いて手動操作によりF,FR,FL,R,RR,RL方向に駆動される。操作ハンドル112、113には、第1実施形態のパワーアシストボタン18cと同機能のパワーアシストボタン112a,113aがそれぞれ設けられている。
The
図11に示すように、回診車106内には、支柱107のJ方向に正逆方向の静止摩擦補償トルクと、補助駆動力とを供給するJ方向用駆動機構116が設けられている。J方向用駆動機構116は、支柱107を回転自在に支持する回転軸117と、回転軸117と同軸に設けられた駆動ギヤ118と、駆動ギヤ118に噛合するモータギヤ119と、モータギヤ119に取り付けられたエンコーダ付きモータ120からなる。
As shown in FIG. 11, a J-
支柱107内には、水平アーム108のK方向に正逆方向の静止摩擦補償トルクと、補助駆動力とを供給するK方向用駆動機構123が設けられている。K方向用駆動機構123は、支柱107内に垂直方向に沿って配置されたラックギヤ124と、水平アーム108に取り付けられ、モータギヤによってラックギヤ124に噛合したモータ125と、エンコーダギヤによりモータギヤに噛合したエンコーダ126とからなる。
A K-
水平アーム108には、水平アーム108のM方向に正逆方向の静止摩擦補償トルクと、補助駆動力とを供給するM方向用駆動機構129が設けられている。M方向用駆動機構129は、水平アーム108内に水平方向に沿って配置されたラックギヤ130と、水平アーム108に取り付けられ、モータギヤによってラックギヤ130に噛合したモータ131と、エンコーダギヤによりモータギヤに噛合したエンコーダ132とからなる。
The
図12に示すように、回診車106内には、F,R方向に静止摩擦補償トルクと補助駆動力とを供給する左後輪用駆動機構135L及び右後輪用駆動機構135Rが設けられている。左後輪用駆動機構135Lは、左後輪136Lと同軸に設けられた駆動ギヤ137Lと、駆動ギヤ137Lに噛合するモータギヤ138Lと、モータギヤ138Lに取り付けられたエンコーダ付きモータ139Lとからなる。右後輪用駆動機構135Rは、左後輪用駆動機構135Lと同じ構成であるため、詳しい説明は省略する。
As shown in FIG. 12, a left rear wheel drive mechanism 135 </ b> L and a right rear wheel drive mechanism 135 </ b> R for supplying static friction compensation torque and auxiliary drive force in the F and R directions are provided in the
また、図示しないが、X線撮影装置105は、第1実施形態の駆動制御部70と同機能の駆動制御部を備えている。この駆動制御部は、パワーアシストボタン112aの操作に応じてJ方向用駆動機構116、K方向用駆動機構123及びM方向用駆動機構129を制御する。また、駆動制御部は、パワーアシストボタン112aの操作に応じて左後輪用駆動機構135L及び右後輪用駆動機構135Rを制御する。
Although not shown, the X-ray imaging apparatus 105 includes a drive control unit having the same function as the
X線撮影装置105は、操作ハンドル112のパワーアシストボタン112aがオンしたときに、エンコーダ付きモータ120、モータ125、131によって、J,M,K方向に正逆方向の静止摩擦補償トルクが供給される。そして、エンコーダ付きモータ120、エンコーダ126、132によって支柱107または水平アーム108の動きを検知したときに、その駆動方向に補助駆動力が供給される。
When the
また、操作ハンドル113のパワーアシストボタン113aがオンしたときには、エンコーダ付きモータ139L,139RによってF、R方向に正逆方向の静止摩擦補償トルクが供給される。そして、エンコーダ付きモータ139L,139Rによって回診車106の動きを検知したときには、その駆動方向に補助駆動力が供給される。
When the
なお、回診車106がF方向またはR方向に手動操作されたときには、左後輪136L及び右後輪136Rを同方向に回転させる補助駆動力が供給され、回診車106は、F方向またはR方向に直進する。また、回診車106がFR,FL,RR,RLのいずれかに手動操作されたときには、左後輪136L及び右後輪136Rをそれぞれ逆方向に回転させる補助駆動力が供給され、回診車106はFR,FL,RR,RLのいずれかの方向に旋回する。このように、移動式X線撮影装置においても、力センサを用いずにパワーアシスト機構を設けることができる。
When the
上記各実施形態では、押しボタン式のパワーアシストボタンを用いたが、例えば、マイクロスイッチ、圧電スイッチ、静電容量スイッチ、歪みゲージなどを用いてもよい。また、各部の駆動検知にエンコーダを用いたが、ポテンショメータ等その他の回転測定器を用いてもよい。 In each of the above embodiments, a push button type power assist button is used, but, for example, a micro switch, a piezoelectric switch, a capacitance switch, a strain gauge, or the like may be used. Moreover, although the encoder was used for the drive detection of each part, you may use other rotation measuring devices, such as a potentiometer.
モータとしてDCモータを用いたが、ステッピングモータ、サーボモータ、ACモータ等を用いてもよい。この場合、ステッピングモータまたはサーボモータには、指令値Wとしてパルス数、パルス周波数などを供給する。また、ACモータの場合には、電圧、周波数などが指令値Wとして供給される。また、モータとエンコーダは、一体または別体のどちらを用いてもよい。 Although a DC motor is used as the motor, a stepping motor, a servo motor, an AC motor, or the like may be used. In this case, the stepping motor or the servo motor is supplied with the number of pulses, the pulse frequency, etc. as the command value W. In the case of an AC motor, voltage, frequency, etc. are supplied as the command value W. Further, the motor and the encoder may be integrated or separated.
指令値Wは、変位量ΔEnc(n)と、変位量ΔEnc(n)の微分値と、変位量ΔEnc(n)の積分値との関数として算出したが、ΔEnc(n)の微分値の代わりにデジタルの系の相当値であるΔEnc(n)−ΔEnc(n−1)を用いてもよい。また、ΔEnc(n)の積分値の代わりにEnc(n)若しくは加速度を用いてもよい。指令値Wは、下記式4にて表される一般的なPID制御の関数を用いてもよい。
W=PΔEnc+I∫ΔEnc・dt+d(ΔEnc)・・・式4
The command value W is calculated as a function of the displacement amount ΔEnc (n), the differential value of the displacement amount ΔEnc (n), and the integral value of the displacement amount ΔEnc (n), but instead of the differential value of ΔEnc (n). Alternatively, ΔEnc (n) −ΔEnc (n−1) corresponding to a digital system may be used. Further, Enc (n) or acceleration may be used instead of the integral value of ΔEnc (n). The command value W may be a general PID control function expressed by the following equation 4.
W = PΔEnc + I∫ΔEnc · dt + d (ΔEnc) Equation 4
また、指令値Wの算出に、特開2004−344998号若しくは特開平08−155868号のサーボ制御回路を用いてもよい(各公報の図16及び図5参照)。これによれば、天井走行式懸垂器13の各部に負荷として加わる重力をキャンセルするように重力補償分をオフセットし、エンコーダ値の偏差、速度の積分値を加えることにより、指令値Wを求めることができる。
Further, the servo control circuit disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-344998 or Japanese Patent Application Laid-Open No. 08-155868 may be used for calculating the command value W (see FIGS. 16 and 5 of each document). According to this, the command value W is obtained by offsetting the gravity compensation amount so as to cancel the gravity applied as a load to each part of the overhead
また、X線発生器等の重量を相殺するためスプリングバランサを用いたが、カウンタウェイトを用いてもよい。また、X線発生器の駆動を例に説明したが、X線検出器の駆動に利用してもよい。また、パワーアシスト機能の作動中にスピーカーから音を発生させるようにしたが、作動開始時または終了時にのみ音を発生させてもよい。また、光や文字、記号等の表示によって視覚的にパワーアシスト機能が作動中であることを報知してもよい。また、また、第2実施形態と第3実施形態とを組み合わせて、CアームあるいはUアーム型の移動式X線撮影装置にも適用可能である。更に、X線撮影装置を例に説明したが、本発明はその他の医療機器にも適用可能である。 Further, although a spring balancer is used to cancel the weight of the X-ray generator or the like, a counterweight may be used. Moreover, although driving of the X-ray generator has been described as an example, it may be used for driving the X-ray detector. Further, although the sound is generated from the speaker during the operation of the power assist function, the sound may be generated only at the start or end of the operation. Further, it may be notified visually that the power assist function is in operation by displaying light, characters, symbols, or the like. Further, the second embodiment and the third embodiment can be combined and applied to a C-arm or U-arm type mobile X-ray imaging apparatus. Furthermore, although the X-ray imaging apparatus has been described as an example, the present invention can also be applied to other medical devices.
10 X線操作装置
11 X線発生器
12 X線検出器
13 天井走行式懸垂器
18b 操作ハンドル
18c パワーアシストボタン
28 固定レールユニット
29 移動レールユニット
30 台車
31 懸垂アーム
46 X軸用駆動機構
54 Y軸用駆動機構
59 Z軸用駆動機構
51、56、66 モータ
52、57、67 エンコーダ
62 スプリングバランサ
70 駆動制御部
85 Cアーム型X線撮影装置
105 移動式X線撮影装置
DESCRIPTION OF
Claims (18)
前記被駆動部に対する手動操作を補助する補助駆動力を前記被駆動部に供給する駆動手段と、
手動操作により前記被駆動部に生じた動きを検知する駆動検知手段と、
前記駆動検知手段の検知結果に基づいて前記被駆動部の駆動方向を特定し、前記駆動手段を制御して前記被駆動部の駆動方向に前記補助駆動力を供給させる駆動制御手段とを備えたことを特徴とする医療機器。 A driven part that is driven in the forward and reverse directions by manual operation;
Driving means for supplying an auxiliary driving force for assisting a manual operation to the driven part to the driven part;
Drive detection means for detecting movement generated in the driven part by manual operation;
Drive control means for specifying the drive direction of the driven part based on the detection result of the drive detection means, and for controlling the drive means to supply the auxiliary driving force in the drive direction of the driven part. Medical device characterized by that.
前記検知結果に基づいて前記被駆動部の駆動方向を特定し、前記被駆動部の駆動方向に手動操作を補助する補助駆動力を供給するステップとを備えたことを特徴とする医療機器の駆動方法。 Detecting a movement generated in the driven part when the driven part is driven in a forward direction or a reverse direction by a manual operation;
A drive direction of the medical device, comprising: specifying a driving direction of the driven portion based on the detection result, and supplying an auxiliary driving force for assisting a manual operation in the driving direction of the driven portion. Method.
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