JP2005505375A - インターベンショナル体積スキャナ - Google Patents
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Abstract
X線源、X線検出器、並びに、外側及び内側Cアームを含む支持Cアーム機構を含むCアームX線システムが開示される。X線源及びX線検出器は、内側Cアーム上に対向して配置される。内側Cアームは支持Cアーム中に配置された少なくとも1つのホイール構造上に支えられる。内側Cアームは、従来のCアームX線装置で通常見つけられる隙間を閉じるよう、Cアーム支持の第1の端から出てCアーム支持の第2の端へ入るよう自動的に環状に駆動されうる。このような構造は、X線源及びX線検出器が、少なくとも360度サイクル全体に亘って回転することを可能とし、検査されている患者を動かす必要なく蛍光透視処置とCT処置のいずれも実行すること(即ち両方の適用に対する共通の基準フレーム中で患者をモニタすること)が可能なCアームX線装置を提供する。
Description
【技術分野】
【0001】
本発明は、CアームX線システムに係り、特に、インターベンショナル処置用の全体積撮像能力を有するCアームX線システムに関連する。
【背景技術】
【0002】
従来技術では、様々なCアームX線装置及びシステムが知られている。例えば、ここに参照として組み入れられる特許文献1は、図1Aに円形の支持具1を有するX線装置を開示する。円形支持具は、C字型のアーム又は第1の円弧部4を有する。第1の円弧部4は、第1の軸受け具9を介して円形支持具1に取り付けられ、X線源2と、患者7の向こう側に配置されたX線検出器3とを更に含む。特許文献1のX線装置はまた、第2の軸受け具12に取り付けられた第2の円弧部4と、ヘッドライニング(head lining)レール13とを含む。
【0003】
特許文献1の円形支持具1、第1の軸受け具9、第1の円弧部4、X線源2、及び検出器3は、従来の蛍光透視法を行うのに使用されうる。第2の円弧部5は、第2の円弧部5を第1の円弧部4と位置合わせするために接線方向の旋回軸回りに回動されうる。このことは、X線源2及び検出器3が(取り付けられ位置合わせされているとき)患者7の周りに360度回転することを可能とする。従って、特許文献1の装置は、コンピュータ断層撮影装置として、並びに、従来のCアーム型蛍光透視用として動作する機能を有する。
【0004】
しかしながら、特許文献1の装置には制限がある。特に、第2の円弧部5は、CT動作モードが行われうる前に、第1の円弧部4と機械的に位置合わせされ、接触され、差し込まれ(取り付けられ)ねばならない。このことは、図1Aに示すように、ほぞ穴29に嵌合する機械的なほぞ28が第2の円弧部5内に作られることを要する。
【0005】
第1の円弧部と第2の円弧部とを固定するために、少なくとも1つの機械的なほぞ8のボルト孔にボルト30が挿入される。従って、接続することは、円弧部の位置合わせ及び相互の固定のいずれにおいてもかなりの努力を必要とする。
【0006】
更に、ヘッドライニング13、第2の円弧部12、及び寝台具6は、かなりの大きさを占め、これは、インターベンショナルな医療処置中に従来の蛍光透視法とCTスキャンのいずれも行うためにこの構造を用いようとする技術者にとっての妨げとなることが明らかである。構造自体により、また、第1の円弧部と第2の円弧部を固定するのに必要な要素により、特定の位置では患者7に近づくのは困難である。
【0007】
特許文献1はまた、360度全体に亘って回転する潜在的な可能性とともに閉じた円(リング)を実現するための2つの追加的な提案を含む。即ち、特許文献1はまた、2つの交互に配置されたC字型の円弧(図5乃至図11)を含む。
【0008】
特許文献1の他の実施例は、蝶番を用いて垂直に接続された2つのC字型の円弧を用いるよう構築される。
【0009】
上述の各実施例(即ち、3つの紹介されたアプローチ)は、360°の回転を行うのに使用されうる硬い円又はリングを作ることを目的とする。基本的な考えは、Cの(特許文献1の図1中の参照番号16)の標準支持体を用いて、管と検出器(特許文献1の図1の参照番号4)の間のC字型の接続の回転の範囲を180°(図1)から360°(図2、図7、図10、図11、及び図14)へと単に増加させることである。
【0010】
管と検出器は、両側(図2)又は片側だけでのみ支持される(静止)。特許文献1の第1の実施例は、患者の軸(第の軸)の周りの管・検出器系の回転に限られているが、上述の第2及び第3の実施例は、基本的には(もちろん患者によって与えられる制限内で)完全な360°の自由度を与える。即ち、回転軸が閉じた円又はリング(16)の支持体を水平回転軸(10)又は垂直回転軸(11)の周りで回転することを可能とする選択肢を可能とすることにより、360度の自由度が可能となる。
【0011】
上述の最初に説明した実施例は更なるかさばる機器(5,14,13,15)を必要とするが、解決策2及び3は(少なくともある程度は)重要な更なる機器を必要とするものではない。従って、蛍光透視モードでは、システムは、用途(機能)の観点からは、蛍光透視専用システムと殆ど同じである。特許文献1で提案された全ての解決策の主な不利点は、蛍光透視モードからCTモードへ、また、CTモードから蛍光透視モードへ切り換えるときに、システムを再構築する必要があることである。
【特許文献1】
ドイツ国特許第19839825C1号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0012】
従って、当業者にとっては、例えば特許文献1の従来技術のCアームX線システムの欠点を克服する閉リングを形成するよう主又は支持Cアーム中の隙間を閉じるのに第2のCアーム要素が利用可能なCアーム型X線システムを実現することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【0013】
従って、本発明は、蛍光透視動作モードとCT動作モードの間で切り換えるときにシステムを再構築する必要なしにインターベンショナル処置に必要な完全な柔軟性で全体積撮像機能をサポートするCアームX線システムを提供することを目的とする。
【0014】
本発明は、Cアーム機構の内側のCアームに取り付けられた向かい合って配置されるX線源とX線検出器の360度の回転を可能とするようCアーム機構の内側の「C」は外側の「C」によって作動され案内されるCアームX線システムを提供することを他の目的とする。構造は、特許文献1に記載のように、従来の硬いCアーム支持体を必要とすることのない動作を可能とする。
【0015】
内側の「C」は、静止状態であっても支持「C」に固定されることはないことに留意すべきである。「安定した」、「閉リング」等の用語を用いることは、内側のCアームが支持Cアームに固定されることを意味するものではない。即ち、2つの「C」自体が、事前に補助の閉リングを構築する必要なしに360°の回転を行う可能性を有する。
【0016】
本発明は、患者を動かす必要なしに任意の方向から患者のX線投影を得る単純且つ洗練された方法を提供しうるCアームX線システムを提供することを他の目的とする。
【0017】
本発明は、患者を一の装置から他の装置へ動かすことなく、CT適用と蛍光透視適用(例えば血管造影)の間で切り換える単純且つ洗練された方法を適用しうるCアームX線システムを提供することを他の目的とする。
【0018】
本発明は、ガントリ(座標系を有する)に対して共通の参照フレーム(座標系)に患者を維持しつつ、CT適用と蛍光透視適用(例えば血管造影)の間で切り換える単純且つ洗練された方法を与えうるCアームX線システムを提供することを他の目的とする。従って、両方の適用からのデータの取得は、組み合わされたデータが、追加的な以前には利用可能でなかった診断情報を実現することを可能とすると共に、インターベンショナル処置中における患者へのアクセスを容易とする。本発明は、第1の支持Cアーム(例えば210度の円弧の長さ)が内側Cアーム(例えば少なくとも150度の円弧の長さ)を含み、内側Cアームは支持Cアーム中の隙間を閉じるよう自動的に延ばされることが可能であり、X線源及び向かい側に配置されたX線受信器が360度全体に亘って回転することを可能とする、CアームX線システムを提供することを他の目的とする。
【0019】
支持「C」の円弧の長さは、隙間の大きさを決定し(支持「C」の360°円弧長)、従って患者への近づきやすさを決める。これは、180°に、内側「C」との重なりの1/2を足し合わせたものに等しくなくてはならない。内側「C」は、少なくとも180°でなくてはならず、最大では支持「C」の弧の長さと同じにされ、さもなければ隙間の大きさは小さくなる。構造をできるかぎり硬く安定したものとするため、内側「C」はその最大の弧の長さを有さねばならない。両方の弧の長さは同じでなくてはならず、安定性と患者への近づきやすさとの間で折衷したものでなくてはならない。望ましい実施例は、150°の隙間の大きさに対して約210°の弧の長さであるよう構成される。
【0020】
本発明は、第1の支持Cアーム中に作られた第2のCアーム要素が、第1のCアーム内の支持機構(の第1の端)から隙間を閉じるよう延ばされ、第1のCアームの反対の(第2の)端に再び入りうるようなCアームX線システムを提供することを他の目的とする。
【0021】
本発明は、Cアームの各端に配置された特定の種類の駆動機構を用いることにより各反対のCアーム支持体に出ること/入ることができる内側Cアーム要素を含めることで、検査中の患者を移動させるシステムを再構築する必要なしにCTモードと蛍光透視モードの両方を用いる可能性を与える、360度全体に亘って「C」が延ばされうるCアームX線システムを提供することを他の目的とする。
【0022】
本発明は、支持Cアーム中に配置された内側Cアームが歯車リムをその外面又は内面にして支持Cアーム内から360度全体(円)まで延ばされうる、ギアリングは、閉リング上に取り付けられた直径上向かい合って配置されたX線源及び検出器の回転を伝達する手段を与える、CアームX線システムを提供することを他の目的とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【0023】
本発明の上述及び他のより詳細な面について、例として図面を参照して以下詳述する。尚、本願に記載の実施例は、例示的なものであって、本発明の範囲及び趣旨を制限するものと理解されるべきではない。
【0024】
従来のCアームX線システム100を図2に示す。CアームX線システム100は、取り付け面120上に取り付けられ、回転要素125に接続されたレール機構110、115を含む。回転要素は、支持アーム130に取り付けられる。支持アーム130は、第2の回転要素140を介して軸受け具/レール保持システム135に接続される。Cアーム要素145は、軸受け機器/レール保持システム135に取り付けられ、外側レール部150及び内側部155を有する。内側及び外側レール部150及び155は、参照番号135のものがしっかりつかまえるべきトラックを示す。支持Cアーム145上に直径上反対の位置に取り付けられるのは、患者台168上に載せられた患者を照射するためのX線源160及びX線検出器165である。
【0025】
図2に示す従来技術のCアームシステムとは対照的に、本発明は、システムを再構築する必要なしに、システムをCT動作モードで使用するために隙間を閉じるものである。即ち、支持「C」は、隙間を閉じるために(例えば150度の「C」の円弧の長さ)支持Cアーム内から(第1の端で)環状に延び、その反対の端でCアーム支持に入りうる内側「C」要素と共に構築されている。
【0026】
従来技術の図2からわかるように、X線源160及びX線検出器165は、源から投影半径Pに沿って発せられるX線が、検査領域Z内の患者台160(168)上に置かれた検査されるべき対象(例えば人間である患者)を横切るよう互いに対する位置に配置される。従って、発せられるX線はX線検出器165上に入射し、源及び検出器はいずれも、Cアーム145の外側レール部150を介してZ3軸回りに(例えば210度)回転可能である。
【0027】
特許文献1に開示されているように、硬い支持装置130はまた、スライドレール機構110、115上でZ1軸回りの回転を可能とするよう第2の回転要素140を介して取り付けられ、この硬い支持装置130はレール機構上を移動可能である。当業者によって理解されるように、また所与の角度によって既に示されているように、図2のX線装置では自由度は限られている。更に、このような従来のCアーム診断X線システム及び/又は装置(図2の従来技術)は、患者を動かすことなく任意の方向から患者のX線投影を取得する可能性を与えるが、この可能性は従来のCTタイプのガントリでは与えられない。
【0028】
従来のCTタイプのガントリは、患者の回りで360度の回転を必要とするCTモード適用を与える。もちろん、インターベンショナル処置中にCT動作モードと蛍光透視動作モードのいずれも実行し、システム動作構造を容易に切り換える能力を有するCアームX線装置が望ましい。即ち、同じ患者座標位置での別々の適用からのデータを導出するために患者を1つの装置から他の装置へ動かすことなくこれらの2つの動作モード間で切り換えることが望ましい。更に、特許文献1の上述の少なくとも第1の実施例及び第3の実施例に関して述べたように、血管造影又はCTモード適用を実行することは、患者、又は、第2のヘッドライニングレール13、第2の軸受け具12、及び第2の円弧部5のいずれかを動かすことが必要であり、これは煩わしく、よくても時間がかかるものである。
【0029】
出願人のインターベンショナル体積スキャナCアームX線システム200の第1の実施例を、図3A及び図3Bに示す。第1の実施例は、図2に示す標準又は従来のCアームX線システム100(特許文献1)の設計に対する改善である。特許文献1のシステムは、上述では、3つの自由度(Z1,Z2,Z3)を与えるよう3つの回転軸を有する標準CアームX線システム100を含む。当業者によって知られているように、体積再構成中、動作モード間で切り換えるようシステムを再構築すること、又は、患者を蛍光透視システムからCTモードシステムへ、或いはその逆に動かすことを必要とすることなく、完全な360度の回転を与えるのに利用可能な少なくとも1つの軸を有することが望ましい。具体的には、主要システムの再構築なしに検査されている患者を元の位置に維持しつつ、患者の(又はZ2)軸に沿った大きい体積カバレッジを得るためには連続的な360度の回転が理想的であると考えられる。
【0030】
CアームX線システム200は、内側Cアーム220が主又は支持(本願ではこれらの用語は入れ替えて用いられてもよい)Cアーム210内のホイール構造(図6A、図6B、図7に図示)上に支えられて(suspended)構築される主又は支持Cアーム210を含む。当業者は、内側Cアーム220が支持Cアーム210の第1の端(E1)と第2の端(E2)の間で延びるとき(例えば図6A、図6B、図7に図示するように各端に少なくとも一対のホイール構造及びはめ歯歯車(cogwheel))、内側Cアーム220用で安定して支えられるよう、十分な数のホイール構造がなくてはならないことを理解するであろう。それについて言うならば、内側Cアームは患者台の回りで周期的に完全な360度に亘って移動しうる。各サイクルにおいて、内側Cアームは、内側Cアームが支持Cアームによって完全に閉じられるときに360度の周期の或る部分に隙間が存在するよう、支持Cアームの一端を出て他端に入らねばならない。閉リングは、360度のサイクルの或る部分に対してのみ存在する。
【0031】
図3B中、内側Cアーム220は特定の延ばされた位置に示されている。内側Cアーム220は、支持Cアーム210の第1の端(E1)から延び、接触すべき十分な円弧の長さを有するよう構成され、支持Cアーム210の第2の端(E2)に入る。歯車リム(図3A及び図3Bには図示せず)は、内側Cアーム220の少なくとも一方の側に、はめ歯歯車に隣接して構築される(図6A及び図6B参照)。
【0032】
図3A及び図3Bに示すCアームX線システム200は、本発明の支持Cアーム210内に一体として構築される少なくとも150度の(しかし、望ましくは隙間が150度だけであっても少なくとも180度の)円弧の長さを有する内側Cアーム220の例である。当業者によって理解されるように、内側Cアーム220がその中にある座標系の部分での360度の回転は、内側Cアームが360度全体に亘って環状に延ばされれば可能である。
【0033】
従って、X線源230及びX線検出器240の360度の回転は、従来技術の特許文献1の場合のように、患者を動かすこと、又は、補助装置を用い位置合わせすることなしに、可能である。全ての歯車リム及びはめ歯歯車は、先細の端とともに、支持Cアーム内に形成されたトラック上で内側Cアームによって移動を行わせることを可能とすることのみに役立つ。はっきりとわかることは、本発明の任意の実施例の構造及び機能は、少なくとも150度の円弧の長さ(即ち隙間の長さに十分な重なりを足し合わせたもの)を有する内側Cアーム220は、支持Cアーム210の第1の端E1を過ぎて、150度の隙間を越えて、支持Cアームの反対側の端(E2)上の入口(反対の)位置において支持Cアームに再び入らねばならないという想定に基づくものであるということである。
【0034】
図4A及び図4Bは、図3A及び図3Bに示すCアームX線システムの他の実施例250を示す。この例(図4A及び図4B)では、安全性のため、必要又は所望であれば、支持Cアーム210の両端に重なり合うのに十分な(隙間を覆う)円弧の長さを有する追加的な保護部260がある。追加的な保護部260は、支持Cアーム210の外側に取り付けられ、着脱可能であり、それに沿って摺動可能である。
【0035】
図5は、本発明のCアームX線システム300の他の実施例を示す。図5の実施例では支持Cアームは内側Cアーム220’の回りに等しい距離をおいて配置される2つ以上の部分210A及び210Bへ分割される。このような構造では、例えば、2つの支持Cアーム210A及び210Bは、内側Cアーム220’の上と下に夫々配置されうる。Cアーム部210Bは、ある種の軸受け具に配置又は固定されえ、Cアーム部210Aはレールシステム又はある他の上側支持プラットフォームに配置又は固定されうる。
【0036】
2つ以上の部分Cアームは、図示の対称軸Z1と同一の共通の回転軸を有することとなる。かかる構造の利点は、本発明の上述の実施例の機能を維持しつつ、患者への近づきやすさが高まることである。当業者等が理解するように、2つの部分Cアーム210及び210Bは上述のなんらかのホイール/端/支持配置を必要とするものであり、これについては、以下、図6A、図6B、及び図7を参照して十分に実施可能であるように詳述する。
【0037】
図6A及び図6Bは、Cアーム支持(210、210A、210B)と内側Cアーム(220又は220’)の組合せがここに記載の本発明の原理に従って動作することを可能とする様々な支持機構の他の実施例を示す。内側Cアーム(220又は220’)の組合せを駆動する(延ばす)ため、支持Cアームの中に(各端の近くに)少なくとも1つの駆動ホイール310もまた構築される。内側Cアーム220’は、支持Cアームに固定された隣接するはめ歯歯車330(図6A)と接触するその対向する面上の歯車リム320の上で駆動される。各はめ歯歯車330は、同じ心棒350上の一対のより小さいホイール340に取り付けられても良い。或いは、共通の心棒350’(図6B)は、バネ360を有するバネ装置355に固定されてもよく、このバネ装置は、より小さいホイール340’を第2の対のホイール370から小さな距離に維持する。
【0038】
第2の対のホイール370は、次に、第1の対のホイール340’及び対応するはめ歯歯車330’に回転をかける。この構造は、内側Cアームのへり320と新しいはめ歯歯車330’の容易で単純で小さい力の係合を与える。
【0039】
参照番号310の部分は、310’と全く同一であることが意図される。図面を簡潔なものとするため細部(360/370)のみを省いた。参照番号310及び310’は、参照番号220の両側の2つの軸受け/力付与配置を表わす。一方の側(例えば図6Bの下側のもの)のみを示すほうがわかりやすいかもしれない。
【0040】
図7に示す上述の実施例の変形例では、更なる支持(suspension)ホイール380は、漏斗型に配置された開く(diverging)アーム390に取り付けられた支持Cアーム210の端に取り付けられ得る。内側Cアーム220”に対して作用する既知の又は未知の力による内側Cアーム220”の誤った変位は、調整(補正)されうる。即ち、図7は、内側Cアーム220”の両端が先細となっている、本発明のCアームX線システムの支持端の他の実施例を示す。このような先細形状は、内側Cアーム及び支持Cアームの係合を容易とする。即ち、全ての歯車リム及びはめ歯歯車は、先細の端とともに、支持Cアームに対する出入りを可能とするのに役立つだけである。
【0041】
更に、本発明を構成する発明の概念の範囲内での実施のために、様々な他の種類の支持端構造が考えられうる。
【0042】
単一の360度の回転は、X線管と検出器をインタフェース接続するためにケーブルの使用を必要とする。しかしながら、動作のためにガントリが数回転することが必要なマルチ360度回転システムでは、電源支持体とX線検出器をインタフェース接続するためにスリップリングが含まれるべきである。しかしながら、マルチ360度回転スキャナでは、スリップリングは、接点を離れること及び接点に入ることは電気的な問題を生じさせることが予想されるため、非常に厄介でありうる。この潜在的な問題を克服するために、本発明の実施例は、必要とされる電力を与えるよう内側C上のアキュムレータを有してもよい。停止位置では、アキュムレータは自動的に再充電されうる。データは、高速RFリンク又は光学リンクを用いて再構成器へ転送される。「再構成器」は、投影データを収集し、再構成された減衰体積マトリクスを計算するためにこれらを用いる別個のコンピュータである。即ち、これは「スキャナ」の必須のユニットであるが、本願に開示された本発明の定義によれば必要な要素であるとは考えられない。
【0043】
高速データリンクの代わりに、データは、当業者によって知られているように、回転中にガントリ内に含まれるデータ記憶手段に中間的に記憶されてもよく、休止位置にある再構成器へ転送されてもよい。即ち、アキュムレータ、RF、及び光学リンクは、主にすぐに入手可能な技術的なものであり、これらの使用及び実施は当業者によって知られたものであろう。
【図面の簡単な説明】
【0044】
【図1A】従来技術のドイツ国特許第19839825C1号明細書(特許文献1)に開示されたX線装置を概略的に示す図である。
【図1B】特許文献1のX線装置内で閉リングを形成するのに用いられるプラグ及びソケットを概略的に示す図である。
【図2】標準的な市販のCアームX線システムを概略的に示す図である。
【図3A】「C」の隙間を越えて延びる前の内側Cアームを示す、本発明の原理によって構築されたCアームX線システムを概略的に示す図である。
【図3B】「C」の隙間を越えて延びた後の内側Cアームを示す、本発明の原理によって構築されたCアームX線システムを概略的に示す図である。
【図4A】図3A及び図3Bに示すCアームX線システムの他の実施例を示す概略図である。
【図4B】図3A及び図3Bに示すCアームX線システムの他の実施例を示す概略図である。
【図5】本発明のCアームX線システムの更なる他の実施例を示す概略図である。
【図6A】本発明のCアームX線システムの安定した動作に必要なホイール構造を示す1つの実施例を示す図である。
【図6B】本発明のCアームX線システムの安定した動作に必要なホイール構造を示す他の実施例を示す図である。
【図7】本発明のCアームX線システム用の支持Cアームの入口端、内側Cアームの先細端、並びに、ホイール構造及びはめ歯歯車を示す側断面図である。
【0001】
本発明は、CアームX線システムに係り、特に、インターベンショナル処置用の全体積撮像能力を有するCアームX線システムに関連する。
【背景技術】
【0002】
従来技術では、様々なCアームX線装置及びシステムが知られている。例えば、ここに参照として組み入れられる特許文献1は、図1Aに円形の支持具1を有するX線装置を開示する。円形支持具は、C字型のアーム又は第1の円弧部4を有する。第1の円弧部4は、第1の軸受け具9を介して円形支持具1に取り付けられ、X線源2と、患者7の向こう側に配置されたX線検出器3とを更に含む。特許文献1のX線装置はまた、第2の軸受け具12に取り付けられた第2の円弧部4と、ヘッドライニング(head lining)レール13とを含む。
【0003】
特許文献1の円形支持具1、第1の軸受け具9、第1の円弧部4、X線源2、及び検出器3は、従来の蛍光透視法を行うのに使用されうる。第2の円弧部5は、第2の円弧部5を第1の円弧部4と位置合わせするために接線方向の旋回軸回りに回動されうる。このことは、X線源2及び検出器3が(取り付けられ位置合わせされているとき)患者7の周りに360度回転することを可能とする。従って、特許文献1の装置は、コンピュータ断層撮影装置として、並びに、従来のCアーム型蛍光透視用として動作する機能を有する。
【0004】
しかしながら、特許文献1の装置には制限がある。特に、第2の円弧部5は、CT動作モードが行われうる前に、第1の円弧部4と機械的に位置合わせされ、接触され、差し込まれ(取り付けられ)ねばならない。このことは、図1Aに示すように、ほぞ穴29に嵌合する機械的なほぞ28が第2の円弧部5内に作られることを要する。
【0005】
第1の円弧部と第2の円弧部とを固定するために、少なくとも1つの機械的なほぞ8のボルト孔にボルト30が挿入される。従って、接続することは、円弧部の位置合わせ及び相互の固定のいずれにおいてもかなりの努力を必要とする。
【0006】
更に、ヘッドライニング13、第2の円弧部12、及び寝台具6は、かなりの大きさを占め、これは、インターベンショナルな医療処置中に従来の蛍光透視法とCTスキャンのいずれも行うためにこの構造を用いようとする技術者にとっての妨げとなることが明らかである。構造自体により、また、第1の円弧部と第2の円弧部を固定するのに必要な要素により、特定の位置では患者7に近づくのは困難である。
【0007】
特許文献1はまた、360度全体に亘って回転する潜在的な可能性とともに閉じた円(リング)を実現するための2つの追加的な提案を含む。即ち、特許文献1はまた、2つの交互に配置されたC字型の円弧(図5乃至図11)を含む。
【0008】
特許文献1の他の実施例は、蝶番を用いて垂直に接続された2つのC字型の円弧を用いるよう構築される。
【0009】
上述の各実施例(即ち、3つの紹介されたアプローチ)は、360°の回転を行うのに使用されうる硬い円又はリングを作ることを目的とする。基本的な考えは、Cの(特許文献1の図1中の参照番号16)の標準支持体を用いて、管と検出器(特許文献1の図1の参照番号4)の間のC字型の接続の回転の範囲を180°(図1)から360°(図2、図7、図10、図11、及び図14)へと単に増加させることである。
【0010】
管と検出器は、両側(図2)又は片側だけでのみ支持される(静止)。特許文献1の第1の実施例は、患者の軸(第の軸)の周りの管・検出器系の回転に限られているが、上述の第2及び第3の実施例は、基本的には(もちろん患者によって与えられる制限内で)完全な360°の自由度を与える。即ち、回転軸が閉じた円又はリング(16)の支持体を水平回転軸(10)又は垂直回転軸(11)の周りで回転することを可能とする選択肢を可能とすることにより、360度の自由度が可能となる。
【0011】
上述の最初に説明した実施例は更なるかさばる機器(5,14,13,15)を必要とするが、解決策2及び3は(少なくともある程度は)重要な更なる機器を必要とするものではない。従って、蛍光透視モードでは、システムは、用途(機能)の観点からは、蛍光透視専用システムと殆ど同じである。特許文献1で提案された全ての解決策の主な不利点は、蛍光透視モードからCTモードへ、また、CTモードから蛍光透視モードへ切り換えるときに、システムを再構築する必要があることである。
【特許文献1】
ドイツ国特許第19839825C1号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0012】
従って、当業者にとっては、例えば特許文献1の従来技術のCアームX線システムの欠点を克服する閉リングを形成するよう主又は支持Cアーム中の隙間を閉じるのに第2のCアーム要素が利用可能なCアーム型X線システムを実現することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【0013】
従って、本発明は、蛍光透視動作モードとCT動作モードの間で切り換えるときにシステムを再構築する必要なしにインターベンショナル処置に必要な完全な柔軟性で全体積撮像機能をサポートするCアームX線システムを提供することを目的とする。
【0014】
本発明は、Cアーム機構の内側のCアームに取り付けられた向かい合って配置されるX線源とX線検出器の360度の回転を可能とするようCアーム機構の内側の「C」は外側の「C」によって作動され案内されるCアームX線システムを提供することを他の目的とする。構造は、特許文献1に記載のように、従来の硬いCアーム支持体を必要とすることのない動作を可能とする。
【0015】
内側の「C」は、静止状態であっても支持「C」に固定されることはないことに留意すべきである。「安定した」、「閉リング」等の用語を用いることは、内側のCアームが支持Cアームに固定されることを意味するものではない。即ち、2つの「C」自体が、事前に補助の閉リングを構築する必要なしに360°の回転を行う可能性を有する。
【0016】
本発明は、患者を動かす必要なしに任意の方向から患者のX線投影を得る単純且つ洗練された方法を提供しうるCアームX線システムを提供することを他の目的とする。
【0017】
本発明は、患者を一の装置から他の装置へ動かすことなく、CT適用と蛍光透視適用(例えば血管造影)の間で切り換える単純且つ洗練された方法を適用しうるCアームX線システムを提供することを他の目的とする。
【0018】
本発明は、ガントリ(座標系を有する)に対して共通の参照フレーム(座標系)に患者を維持しつつ、CT適用と蛍光透視適用(例えば血管造影)の間で切り換える単純且つ洗練された方法を与えうるCアームX線システムを提供することを他の目的とする。従って、両方の適用からのデータの取得は、組み合わされたデータが、追加的な以前には利用可能でなかった診断情報を実現することを可能とすると共に、インターベンショナル処置中における患者へのアクセスを容易とする。本発明は、第1の支持Cアーム(例えば210度の円弧の長さ)が内側Cアーム(例えば少なくとも150度の円弧の長さ)を含み、内側Cアームは支持Cアーム中の隙間を閉じるよう自動的に延ばされることが可能であり、X線源及び向かい側に配置されたX線受信器が360度全体に亘って回転することを可能とする、CアームX線システムを提供することを他の目的とする。
【0019】
支持「C」の円弧の長さは、隙間の大きさを決定し(支持「C」の360°円弧長)、従って患者への近づきやすさを決める。これは、180°に、内側「C」との重なりの1/2を足し合わせたものに等しくなくてはならない。内側「C」は、少なくとも180°でなくてはならず、最大では支持「C」の弧の長さと同じにされ、さもなければ隙間の大きさは小さくなる。構造をできるかぎり硬く安定したものとするため、内側「C」はその最大の弧の長さを有さねばならない。両方の弧の長さは同じでなくてはならず、安定性と患者への近づきやすさとの間で折衷したものでなくてはならない。望ましい実施例は、150°の隙間の大きさに対して約210°の弧の長さであるよう構成される。
【0020】
本発明は、第1の支持Cアーム中に作られた第2のCアーム要素が、第1のCアーム内の支持機構(の第1の端)から隙間を閉じるよう延ばされ、第1のCアームの反対の(第2の)端に再び入りうるようなCアームX線システムを提供することを他の目的とする。
【0021】
本発明は、Cアームの各端に配置された特定の種類の駆動機構を用いることにより各反対のCアーム支持体に出ること/入ることができる内側Cアーム要素を含めることで、検査中の患者を移動させるシステムを再構築する必要なしにCTモードと蛍光透視モードの両方を用いる可能性を与える、360度全体に亘って「C」が延ばされうるCアームX線システムを提供することを他の目的とする。
【0022】
本発明は、支持Cアーム中に配置された内側Cアームが歯車リムをその外面又は内面にして支持Cアーム内から360度全体(円)まで延ばされうる、ギアリングは、閉リング上に取り付けられた直径上向かい合って配置されたX線源及び検出器の回転を伝達する手段を与える、CアームX線システムを提供することを他の目的とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【0023】
本発明の上述及び他のより詳細な面について、例として図面を参照して以下詳述する。尚、本願に記載の実施例は、例示的なものであって、本発明の範囲及び趣旨を制限するものと理解されるべきではない。
【0024】
従来のCアームX線システム100を図2に示す。CアームX線システム100は、取り付け面120上に取り付けられ、回転要素125に接続されたレール機構110、115を含む。回転要素は、支持アーム130に取り付けられる。支持アーム130は、第2の回転要素140を介して軸受け具/レール保持システム135に接続される。Cアーム要素145は、軸受け機器/レール保持システム135に取り付けられ、外側レール部150及び内側部155を有する。内側及び外側レール部150及び155は、参照番号135のものがしっかりつかまえるべきトラックを示す。支持Cアーム145上に直径上反対の位置に取り付けられるのは、患者台168上に載せられた患者を照射するためのX線源160及びX線検出器165である。
【0025】
図2に示す従来技術のCアームシステムとは対照的に、本発明は、システムを再構築する必要なしに、システムをCT動作モードで使用するために隙間を閉じるものである。即ち、支持「C」は、隙間を閉じるために(例えば150度の「C」の円弧の長さ)支持Cアーム内から(第1の端で)環状に延び、その反対の端でCアーム支持に入りうる内側「C」要素と共に構築されている。
【0026】
従来技術の図2からわかるように、X線源160及びX線検出器165は、源から投影半径Pに沿って発せられるX線が、検査領域Z内の患者台160(168)上に置かれた検査されるべき対象(例えば人間である患者)を横切るよう互いに対する位置に配置される。従って、発せられるX線はX線検出器165上に入射し、源及び検出器はいずれも、Cアーム145の外側レール部150を介してZ3軸回りに(例えば210度)回転可能である。
【0027】
特許文献1に開示されているように、硬い支持装置130はまた、スライドレール機構110、115上でZ1軸回りの回転を可能とするよう第2の回転要素140を介して取り付けられ、この硬い支持装置130はレール機構上を移動可能である。当業者によって理解されるように、また所与の角度によって既に示されているように、図2のX線装置では自由度は限られている。更に、このような従来のCアーム診断X線システム及び/又は装置(図2の従来技術)は、患者を動かすことなく任意の方向から患者のX線投影を取得する可能性を与えるが、この可能性は従来のCTタイプのガントリでは与えられない。
【0028】
従来のCTタイプのガントリは、患者の回りで360度の回転を必要とするCTモード適用を与える。もちろん、インターベンショナル処置中にCT動作モードと蛍光透視動作モードのいずれも実行し、システム動作構造を容易に切り換える能力を有するCアームX線装置が望ましい。即ち、同じ患者座標位置での別々の適用からのデータを導出するために患者を1つの装置から他の装置へ動かすことなくこれらの2つの動作モード間で切り換えることが望ましい。更に、特許文献1の上述の少なくとも第1の実施例及び第3の実施例に関して述べたように、血管造影又はCTモード適用を実行することは、患者、又は、第2のヘッドライニングレール13、第2の軸受け具12、及び第2の円弧部5のいずれかを動かすことが必要であり、これは煩わしく、よくても時間がかかるものである。
【0029】
出願人のインターベンショナル体積スキャナCアームX線システム200の第1の実施例を、図3A及び図3Bに示す。第1の実施例は、図2に示す標準又は従来のCアームX線システム100(特許文献1)の設計に対する改善である。特許文献1のシステムは、上述では、3つの自由度(Z1,Z2,Z3)を与えるよう3つの回転軸を有する標準CアームX線システム100を含む。当業者によって知られているように、体積再構成中、動作モード間で切り換えるようシステムを再構築すること、又は、患者を蛍光透視システムからCTモードシステムへ、或いはその逆に動かすことを必要とすることなく、完全な360度の回転を与えるのに利用可能な少なくとも1つの軸を有することが望ましい。具体的には、主要システムの再構築なしに検査されている患者を元の位置に維持しつつ、患者の(又はZ2)軸に沿った大きい体積カバレッジを得るためには連続的な360度の回転が理想的であると考えられる。
【0030】
CアームX線システム200は、内側Cアーム220が主又は支持(本願ではこれらの用語は入れ替えて用いられてもよい)Cアーム210内のホイール構造(図6A、図6B、図7に図示)上に支えられて(suspended)構築される主又は支持Cアーム210を含む。当業者は、内側Cアーム220が支持Cアーム210の第1の端(E1)と第2の端(E2)の間で延びるとき(例えば図6A、図6B、図7に図示するように各端に少なくとも一対のホイール構造及びはめ歯歯車(cogwheel))、内側Cアーム220用で安定して支えられるよう、十分な数のホイール構造がなくてはならないことを理解するであろう。それについて言うならば、内側Cアームは患者台の回りで周期的に完全な360度に亘って移動しうる。各サイクルにおいて、内側Cアームは、内側Cアームが支持Cアームによって完全に閉じられるときに360度の周期の或る部分に隙間が存在するよう、支持Cアームの一端を出て他端に入らねばならない。閉リングは、360度のサイクルの或る部分に対してのみ存在する。
【0031】
図3B中、内側Cアーム220は特定の延ばされた位置に示されている。内側Cアーム220は、支持Cアーム210の第1の端(E1)から延び、接触すべき十分な円弧の長さを有するよう構成され、支持Cアーム210の第2の端(E2)に入る。歯車リム(図3A及び図3Bには図示せず)は、内側Cアーム220の少なくとも一方の側に、はめ歯歯車に隣接して構築される(図6A及び図6B参照)。
【0032】
図3A及び図3Bに示すCアームX線システム200は、本発明の支持Cアーム210内に一体として構築される少なくとも150度の(しかし、望ましくは隙間が150度だけであっても少なくとも180度の)円弧の長さを有する内側Cアーム220の例である。当業者によって理解されるように、内側Cアーム220がその中にある座標系の部分での360度の回転は、内側Cアームが360度全体に亘って環状に延ばされれば可能である。
【0033】
従って、X線源230及びX線検出器240の360度の回転は、従来技術の特許文献1の場合のように、患者を動かすこと、又は、補助装置を用い位置合わせすることなしに、可能である。全ての歯車リム及びはめ歯歯車は、先細の端とともに、支持Cアーム内に形成されたトラック上で内側Cアームによって移動を行わせることを可能とすることのみに役立つ。はっきりとわかることは、本発明の任意の実施例の構造及び機能は、少なくとも150度の円弧の長さ(即ち隙間の長さに十分な重なりを足し合わせたもの)を有する内側Cアーム220は、支持Cアーム210の第1の端E1を過ぎて、150度の隙間を越えて、支持Cアームの反対側の端(E2)上の入口(反対の)位置において支持Cアームに再び入らねばならないという想定に基づくものであるということである。
【0034】
図4A及び図4Bは、図3A及び図3Bに示すCアームX線システムの他の実施例250を示す。この例(図4A及び図4B)では、安全性のため、必要又は所望であれば、支持Cアーム210の両端に重なり合うのに十分な(隙間を覆う)円弧の長さを有する追加的な保護部260がある。追加的な保護部260は、支持Cアーム210の外側に取り付けられ、着脱可能であり、それに沿って摺動可能である。
【0035】
図5は、本発明のCアームX線システム300の他の実施例を示す。図5の実施例では支持Cアームは内側Cアーム220’の回りに等しい距離をおいて配置される2つ以上の部分210A及び210Bへ分割される。このような構造では、例えば、2つの支持Cアーム210A及び210Bは、内側Cアーム220’の上と下に夫々配置されうる。Cアーム部210Bは、ある種の軸受け具に配置又は固定されえ、Cアーム部210Aはレールシステム又はある他の上側支持プラットフォームに配置又は固定されうる。
【0036】
2つ以上の部分Cアームは、図示の対称軸Z1と同一の共通の回転軸を有することとなる。かかる構造の利点は、本発明の上述の実施例の機能を維持しつつ、患者への近づきやすさが高まることである。当業者等が理解するように、2つの部分Cアーム210及び210Bは上述のなんらかのホイール/端/支持配置を必要とするものであり、これについては、以下、図6A、図6B、及び図7を参照して十分に実施可能であるように詳述する。
【0037】
図6A及び図6Bは、Cアーム支持(210、210A、210B)と内側Cアーム(220又は220’)の組合せがここに記載の本発明の原理に従って動作することを可能とする様々な支持機構の他の実施例を示す。内側Cアーム(220又は220’)の組合せを駆動する(延ばす)ため、支持Cアームの中に(各端の近くに)少なくとも1つの駆動ホイール310もまた構築される。内側Cアーム220’は、支持Cアームに固定された隣接するはめ歯歯車330(図6A)と接触するその対向する面上の歯車リム320の上で駆動される。各はめ歯歯車330は、同じ心棒350上の一対のより小さいホイール340に取り付けられても良い。或いは、共通の心棒350’(図6B)は、バネ360を有するバネ装置355に固定されてもよく、このバネ装置は、より小さいホイール340’を第2の対のホイール370から小さな距離に維持する。
【0038】
第2の対のホイール370は、次に、第1の対のホイール340’及び対応するはめ歯歯車330’に回転をかける。この構造は、内側Cアームのへり320と新しいはめ歯歯車330’の容易で単純で小さい力の係合を与える。
【0039】
参照番号310の部分は、310’と全く同一であることが意図される。図面を簡潔なものとするため細部(360/370)のみを省いた。参照番号310及び310’は、参照番号220の両側の2つの軸受け/力付与配置を表わす。一方の側(例えば図6Bの下側のもの)のみを示すほうがわかりやすいかもしれない。
【0040】
図7に示す上述の実施例の変形例では、更なる支持(suspension)ホイール380は、漏斗型に配置された開く(diverging)アーム390に取り付けられた支持Cアーム210の端に取り付けられ得る。内側Cアーム220”に対して作用する既知の又は未知の力による内側Cアーム220”の誤った変位は、調整(補正)されうる。即ち、図7は、内側Cアーム220”の両端が先細となっている、本発明のCアームX線システムの支持端の他の実施例を示す。このような先細形状は、内側Cアーム及び支持Cアームの係合を容易とする。即ち、全ての歯車リム及びはめ歯歯車は、先細の端とともに、支持Cアームに対する出入りを可能とするのに役立つだけである。
【0041】
更に、本発明を構成する発明の概念の範囲内での実施のために、様々な他の種類の支持端構造が考えられうる。
【0042】
単一の360度の回転は、X線管と検出器をインタフェース接続するためにケーブルの使用を必要とする。しかしながら、動作のためにガントリが数回転することが必要なマルチ360度回転システムでは、電源支持体とX線検出器をインタフェース接続するためにスリップリングが含まれるべきである。しかしながら、マルチ360度回転スキャナでは、スリップリングは、接点を離れること及び接点に入ることは電気的な問題を生じさせることが予想されるため、非常に厄介でありうる。この潜在的な問題を克服するために、本発明の実施例は、必要とされる電力を与えるよう内側C上のアキュムレータを有してもよい。停止位置では、アキュムレータは自動的に再充電されうる。データは、高速RFリンク又は光学リンクを用いて再構成器へ転送される。「再構成器」は、投影データを収集し、再構成された減衰体積マトリクスを計算するためにこれらを用いる別個のコンピュータである。即ち、これは「スキャナ」の必須のユニットであるが、本願に開示された本発明の定義によれば必要な要素であるとは考えられない。
【0043】
高速データリンクの代わりに、データは、当業者によって知られているように、回転中にガントリ内に含まれるデータ記憶手段に中間的に記憶されてもよく、休止位置にある再構成器へ転送されてもよい。即ち、アキュムレータ、RF、及び光学リンクは、主にすぐに入手可能な技術的なものであり、これらの使用及び実施は当業者によって知られたものであろう。
【図面の簡単な説明】
【0044】
【図1A】従来技術のドイツ国特許第19839825C1号明細書(特許文献1)に開示されたX線装置を概略的に示す図である。
【図1B】特許文献1のX線装置内で閉リングを形成するのに用いられるプラグ及びソケットを概略的に示す図である。
【図2】標準的な市販のCアームX線システムを概略的に示す図である。
【図3A】「C」の隙間を越えて延びる前の内側Cアームを示す、本発明の原理によって構築されたCアームX線システムを概略的に示す図である。
【図3B】「C」の隙間を越えて延びた後の内側Cアームを示す、本発明の原理によって構築されたCアームX線システムを概略的に示す図である。
【図4A】図3A及び図3Bに示すCアームX線システムの他の実施例を示す概略図である。
【図4B】図3A及び図3Bに示すCアームX線システムの他の実施例を示す概略図である。
【図5】本発明のCアームX線システムの更なる他の実施例を示す概略図である。
【図6A】本発明のCアームX線システムの安定した動作に必要なホイール構造を示す1つの実施例を示す図である。
【図6B】本発明のCアームX線システムの安定した動作に必要なホイール構造を示す他の実施例を示す図である。
【図7】本発明のCアームX線システム用の支持Cアームの入口端、内側Cアームの先細端、並びに、ホイール構造及びはめ歯歯車を示す側断面図である。
Claims (15)
- X線源と、
X線検出器と、
隙間を含む支持Cアーム構造とを有し、前記Cアーム構造は、支持Cアームと、その上にX線源及びX線検出器が対向して配置される内側Cアームとを含み、前記内側Cアームは、前記支持Cアーム内に配置され、前記支持Cアーム中に配置された少なくとも1つのホイール構造上に支えられる、
CアームX線システムであって、
前記内側Cアームは、前記支持Cアームの第1の端から出て前記支持Cアームの第2の端へ入るよう自動的に環状に駆動されえ、それにより前記隙間を閉じ、検査されている患者を動かすことなく及び/又はシステムの構成要素を再構築することなく、蛍光透視法及びCT法のいずれも行うよう前記X線源及び前記X線検出器を360度全体に亘って回転させることを可能とする、CアームX線システム。 - 前記支持Cアームに取り付けられた軸受け具を更に有する、請求項1記載のCアームX線システム。
- 連続的な回転中に前記隙間を完全に覆うよう延ばされたときに前記内側Cアームを覆う摺動可能なカバーを更に有する、請求項1記載のCアームX線システム。
- 前記支持Cアームは少なくとも2つの別個の部分を有する、請求項1記載のCアームX線システム。
- 前記2つの別個の部分は互いに長さが等しい、請求項4記載のCアームX線システム。
- 前記内側Cアームを前記支持Cアーム中に支持する支持機構を更に有する、請求項1記載のCアームX線装置。
- 前記内側Cアームの少なくとも第1の端は先細であり、前記支持Cアームの少なくとも対応する端は前記先細とされた内側Cアームの第1の端を受容するよう漏斗状である、請求項6記載のCアームX線装置。
- 前記支持機構は少なくとも1つの駆動ホイールを含む、請求項6記載のCアームX線装置。
- 前記内側Cアームは歯車リムを含み、前記支持Cアームは少なくとも1つのはめ歯歯車を含む、請求項6記載のCアームX線装置。
- 前記少なくとも1つのはめ歯歯車は1つの心棒上の一対のより小さいホイールに取り付けられる、請求項9記載のCアームX線装置。
- 前記心棒は、前記少なくとも1つのはめ歯歯車を第2のホイール対から有効な距離に維持するようばね装置に固定される、請求項10記載のCアームX線装置。
- X線源と、
X線検出器と、
支持Cアームと、その上にX線源及びX線検出器が対向して配置される内側Cアームとを含み、前記内側Cアームは、前記内側Cアームが前記Cアーム支持の第1の端から出て前記Cアーム支持の第2の端へ入るよう環状に自動的に駆動されえ、それにより隙間を閉じることで閉リングを形成するよう、支持Cアーム内に配置され、支持Cアーム中に配置された少なくとも1つのホイール構造上に支えられ、前記少なくとも1つのホイール構造は前記内側Cアームが周期的に360度に亘って連続的に回転することを可能とする、CアームX線システム。 - 前記X線源及び前記X線検出器は、前記内側Cアームに取り付けられる、請求項12記載のCアームX線システム。
- 前記X線源及びX線検出器は、検査されている患者を動かすことなく及び/又はシステムの構成要素を再構築することなく、蛍光透視法及びCT法のいずれも行うよう少なくとも360度に亘って回転される、請求項12記載のCアームX線システム。
- 前記X線検出器及びX線源は約180度離れて前記内側Cアームに取り付けられる、請求項1記載のCアームX線システム。
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