JP2007159989A - Ｘ線診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アームを、予め定められた姿勢に容易に合わせることを可能とする。
【解決手段】移動機構駆動制御部５６は、操作部６などで操作者により姿勢の変化の指示が入力されている間に、Ｃ形アームの姿勢を連続的に変化させ、その姿勢の変化範囲の中間に定められた基準姿勢では姿勢の変化を停止するように、各回転機構１４〜１８−２を制御する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、姿勢を変化させることが可能なアームによってＸ線管および検出器を支持したＸ線診断装置に関する。

Ｘ線診断は、近年ではカテーテル手技の発展に伴い、循環器分野を中心に進歩を遂げている。

Ｘ線診断装置は、通常、Ｘ線発生部、Ｘ線検出部、保持装置、寝台、信号処理部、表示部等から構成されている。そして保持装置は、Ｃ形アームあるいはΩアームを含み、このアームの両端に、Ｘ線発生部およびＸ線検出部を互いに対向する状態で支持している。そして、アームの姿勢を変化させることにより、被検体に対するＸ線発生部およびＸ線検出部の位置を変化させ、最適な位置や方向におけるＸ線撮影を可能にしている。

このようなＸ線診断装置では、被検体の搬入または搬出のために保持装置を退避させたり、検査の途中で保持装置の頭入れ／横入れを切り替えることがある。これらの動作のためのアームの姿勢の変更は、一般的にはマニュアル操作の基づいて行われる。すなわち操作パネルや近接スイッチでのスイッチ操作が行われている間に、アームの姿勢を連続的に変化させる。

あるいは、例えば特許文献１に示されるようなオートポジション機能により、アームの姿勢を自動的に変化させる。オートポジション機能は、過去に形成したアームの姿勢を記憶しておき、操作者の指示に応じてその記憶している姿勢を自動的に再現する。
特開平８−２８９８８５号公報

しかしながらマニュアル操作では、スイッチ操作が止められてからアームの動作が停止するまでにタイムラグが生じるために、操作者が意図する姿勢に合わせることが困難である。

またオートポジション機能では、アームの姿勢を保存番号に対応付けて記憶しており、その再現には保存番号を操作者が指定する必要があるため、操作者は保存番号を記憶しておかなければならない。

またオートポジション機能では、多数の可動部を総合的に制御して記憶姿勢を再現するため、特定の可動部のみによりアームの姿勢を変更したい場合には適用できない。

本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、その目的とするところは、アームを、予め定められた姿勢に容易に合わせることができるＸ線診断装置を提供することにある。

以上の目的を達成するために本発明は、Ｘ線を放射するＸ線管と、前記Ｘ線を検出する検出器と、前記Ｘ線と前記検出器とを互いに対向した状態に支持するアームと、前記アームの姿勢を変化させる変化手段と、前記姿勢の変化の指示を入力する手段と、前記指示が入力されている間に前記姿勢を連続的に変化させるとともに、前記姿勢の変化範囲の中間に定められた基準姿勢では前記姿勢の変化を停止するように前記変化手段を制御する制御手段とを備えた。

本発明によれば、アームを、予め定められた姿勢に容易に合わせることが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。

図１は本実施形態に係るＸ線診断装置のＣ形アーム保持装置１の外観を示す斜視図である。

Ｃ形アーム保持装置１は、寝台２とともに並べられて床面Ｆ上に設置される。

寝台２は、撮影対象となる被検体Ｐを載置するための天板２０を備える。天板２０の長手方向に沿った中心線は、水平な基準線ＢＬにほぼ一致する。寝台２は、天板２０をその長手方向に沿って矢印ａで示すように、あるいは鉛直方向へ矢印ｂに示すように移動可能である。

Ｃ形アーム保持装置１は、床旋回アーム１０、スタンド１１、アームホルダ１２およびＣ形アーム１３を含む。

床旋回アーム１０は、その一端において第１の回転軸Ｚ１まわりに矢印ｃで示すように旋回自在に床面Ｆ上に設けられる。第１の回転軸Ｚ１は、鉛直軸であり、基準線ＢＬと直交する。第１の回転軸Ｚ１は、天板２０の長手方向の可動範囲ＭＲ内において基準線ＢＬと交差する。つまり、床旋回アーム１０は、天板２０の長手方向の可動範囲ＭＲ内に設けられる。床旋回アーム１０は、その他端においてほぼ鉛直な第２の回転軸Ｚ２まわりに矢印ｄで示すように回転自在にスタンド１１を支持する。

スタンド１１は、ほぼ水平な第３の回転軸（Ｃ形アーム水平回転軸）Ｚ３まわりに矢印ｅで示すように回転自在にアームホルダ１２を支持する。アームホルダ１２は、Ｃ形アーム水平回転軸Ｚ３と直交するほぼ水平な第４の回転軸（スライド回転軸）Ｚ４まわりに矢印ｆで示すようにスライド回転自在にＣ形アーム１３を支持する。Ｃ形アーム１３はその両端に、Ｘ線発生部３およびＸ線検出部４を互いに対向させて支持する。

Ｘ線発生部３は、その本体にＸ線管球を内蔵するとともに、Ｘ線絞り機構３０を備える。Ｘ線管球は、Ｘ線を放射する。Ｘ線絞り機構３０は、Ｘ線管球から放射されたＸ線の照射野を、矩形や円形等の任意の形状に成形する。

Ｘ線検出部４は、Ｘ線検出器４０を備える。Ｘ線検出器４０は、典型的には、２次元状に配列された複数のＸ線検出半導体素子を有するフラットパネルデテクタ（ＦＰＤ）が使用される。

Ｘ線絞り機構３０は、Ｘ線発生部３の本体により、Ｘ線管球のＸ線焦点とＸ線検出部４の検出面中心を結ぶ撮影軸ＳＡに一致する第５の回転軸Ｚ５まわりに矢印ｇで示すように軸回転自在に支持される。Ｘ線検出器４０は、Ｘ線検出部４の本体により、第５の回転軸Ｚ５まわりに矢印ｈで示すように軸回転自在に支持される。

Ｘ線発生部３のＸ線焦点と、撮影軸ＳＡと、Ｃ形アーム水平回転軸Ｚ３とは、スライド回転軸Ｚ４に一点ＩＳで交差する。周知の通り、交点ＩＳの絶対座標（撮影室座標系上の位置）は、Ｃ形アーム１３がＣ形アーム水平回転軸Ｚ３まわりに回転しようと、Ｃ形アーム１３がスライド回転軸Ｚ４まわりに回転しようと、床旋回アーム１０が第１の回転軸Ｚ１まわりに旋回しようと、スタンド１１が第２の回転軸Ｚ２まわりに回転しない限りにおいては変位しない。この交点ＩＳは、一般的にはアイソセンタと呼ばれる。

図１に示したように、Ｃ形アーム１３が床旋回アーム１０の上に重なって最も小さく折り畳まれた姿勢にあるとき、アイソセンタＩＳが、第１の回転軸Ｚ１上に位置する。すなわち上記の姿勢にあるとき、Ｃ形アーム１３が撮影軸ＳＡを鉛直方向に対して傾ける姿勢にあるならば、撮影軸ＳＡと、Ｃ形アーム水平回転軸Ｚ３と、スライド回転軸Ｚ４とが、アイソセンタＩＳにおいて第１の回転軸Ｚ１と交差し、Ｃ形アーム１３が撮影軸ＳＡを鉛直方向にする姿勢にあるならば、撮影軸ＳＡは第１の回転軸Ｚ１にほぼ一致する。これは、第１の回転軸Ｚ１と第２の回転軸Ｚ２との距離と、第２の回転軸Ｚ２とアイソセンタＩＳとの距離とが同一になるように、各部のサイズや支持位置が総合的に決定されている。

図２は本実施形態に係るＸ線診断装置の要部の構成を示すブロック図である。なお、図２において図１と同一部分には同一符号を付して示す。

この図２に示すようにＣ形アーム保持装置１はさらに、床旋回アーム回転機構１４、スタンド回転機構１５、アームホルダ回転機構１６、Ｃアームスライド機構１７および軸回転機構１８−１，１８−２を含む。寝台２はさらに、天板スライド機構２１および天板昇降機構２２を含む。

本実施形態のＸ線診断装置はさらに、移動機構駆動部５、操作部６およびシステム制御部７を含む。移動機構駆動部５はさらに、床旋回アーム駆動部５０、スタンド駆動部５１、アームホルダ駆動部５２、スライド駆動部５３、軸回転駆動部５４−１，５４−２、天板駆動部５５および移動機構駆動制御部５６を含む。

床旋回アーム回転機構１４は、床旋回アーム１０に内蔵され、床旋回アーム１０を第１の回転軸Ｚ１まわりに旋回させる。スタンド回転機構１５は、床旋回アーム１０またはスタンド１１に内蔵され、スタンド１１を第２の回転軸Ｚ２まわりに回転させる。アームホルダ回転機構１６は、スタンド１１またはアームホルダ１２に内蔵され、アームホルダ１２を第３の回転軸Ｚ３まわりに回転させる。Ｃアームスライド機構１７は、アームホルダ１２に内蔵され、Ｃ形アーム１３を第４の回転軸Ｚ４まわりにスライド回転させる。軸回転機構１８−１，１８−２は、Ｘ線絞り機構３０およびＸ線検出器４０を第５の回転軸Ｚ５まわりにそれぞれ回転させる。

天板スライド機構２１は、天板２０を水平方向にスライドさせる。天板スライド機構２１は、天板２０の長手方向および横手方向のそれぞれに天板２０をスライドさせることができる。天板昇降機構２２は、天板２０を昇降させる。

これらの床旋回アーム回転機構１４、スタンド回転機構１５、アームホルダ回転機構１６、Ｃアームスライド機構１７、軸回転機構１８−１，１８−２、天板スライド機構２１および天板昇降機構２２は、典型的にはモータを含み、必要に応じてギア、ベルト、ロッドなどの動力伝達機構を含む。

また、床旋回アーム回転機構１４、スタンド回転機構１５、アームホルダ回転機構１６、Ｃアームスライド機構１７および軸回転機構１８−１，１８−２には、それぞれ角度センサ１４ａ，１５ａ，１６ａ，１７ａ，１８ａ−１，１８ａ−２が備えられる。これらの角度センサは、床旋回アーム１０、スタンド１１、アームホルダ１２、Ｃ形アーム１３、Ｘ線絞り機構３０またはＸ線検出器４０の現在角度を検出する。天板スライド機構２１および天板昇降機構２２には、それぞれ位置センサ２１ａ，２１ｂが備えられる。これらの位置センサは、天板２０の位置を検出する。上記の角度センサおよび位置センサの検出信号は、それぞれ移動機構駆動制御部５６に入力される。

床旋回アーム駆動部５０、スタンド駆動部５１、アームホルダ駆動部５２、スライド駆動部５３および軸回転駆動部５４−１，５４−２は、床旋回アーム回転機構１４、スタンド回転機構１５、アームホルダ回転機構１６、Ｃアームスライド機構１７および軸回転機構１８−１，１８−２に駆動信号をそれぞれ供給する。天板駆動部５５は、天板スライド機構２１および天板昇降機構２２に駆動信号を供給する。

移動機構駆動制御部５６は、操作部６またはシステム制御部７からの指令に基づいて、各駆動部５０〜５５による駆動信号の供給を制御する。移動機構駆動制御部５６は、操作者のマニュアル操作に応じてＣ形アーム保持装置１の姿勢を変化させるときに、予め定められた基準角度にて回転動作を停止させる機能を備える。基準角度は、各回転軸Ｚ１〜Ｚ５のそれぞれに個別に定められる。ただし基準角度は、回転軸Ｚ１〜Ｚ５の全てに関して定められるようにする必要はなく、一部の回転軸についてのみ設定されても良い。基準角度としては、予めデフォルトの角度が登録されても良いし、操作者からの指令に応じて任意の角度が登録されても良い。デフォルトの角度に加えて、操作者からの指令に応じて任意の角度を追加登録するようにしても良い。

操作部６は、操作パネルに設けられた各種のスイッチや、Ｃ形アーム保持装置１の近傍に設けられた近接スイッチなどを含む。操作部６は、Ｃ形アーム保持装置１の姿勢や天板２０の移動に関わる操作者の指令を入力する。システム制御部７は、Ｃ形アーム保持装置１の姿勢や天板２０の移動に関わる指令を、予め定められたシーケンスに応じて、あるいはオートポジション機能を実現するように自動的に出力する。

次に以上のように構成されたＸ線診断装置の動作について説明する。なお、本実施形態における特徴的な動作は、Ｃ形アーム保持装置１の姿勢の制御に関わる動作であるので、以下ではこの点について詳細に説明する。

操作者は、マニュアル操作にてＣ形アーム保持装置１の姿勢を変更しようとするとき、操作部６にて回転対象とする回転軸（以下、対象回転軸と称する）と、回転方向とを表す回転指令を入力する。この回転指令は、典型的にはボタンの押下により行われる。マニュアル操作の場合に操作者は、回転を継続したい期間中、ボタンを押し続けるなどして回転指令を入力し続ける。一方、ある軸まわりの現在の角度を基準角度として登録した場合に操作者は、回転軸の指定を伴う登録指令を操作部６にて入力する。この登録指令は、典型的にはボタンの押下により行われる。

さて移動機構駆動制御部５６は、操作部６にて何らかの操作が行われたことに応じて、図３に示すような処理を開始する。

ステップＳａ１およびステップＳａ２において移動機構駆動制御部５６は、上記の操作部６における操作が回転指令または登録指令であるか否かを確認する。そしていずれの指令でもない場合に移動機構駆動制御部５６は、その指令に応じた処理（図示せず）へ移行する。

登録指令がなされたならば、移動機構駆動制御部５６はステップＳａ２からステップＳａ３へ進む。ステップＳａ３において移動機構駆動制御部５６は、指定された回転軸まわりの現在の角度を基準角度として登録する。そして移動機構駆動制御部５６は、これをもって図３の処理を終了する。

一方、回転指令がなされたならば、移動機構駆動制御部５６はステップＳａ１からステップＳａ４へ進む。ステップＳａ４において移動機構駆動制御部５６は、回転指令から対象回転軸と回転方向とを判定する。続いてステップＳａ５において移動機構駆動制御部５６は、上記の判定した対象回転軸まわりに判定した回転方向への回転を生じさせる駆動信号の出力を開始するように、対象回転軸に対応した駆動部に指示する。各駆動部５０〜５４−２は、移動機構駆動制御部５６からの上記のような指示に基づいて駆動信号の出力を開始する。各回転機構１４〜１８−２は、床旋回アーム１０、スタンド１１、アームホルダ１２、Ｃ形アーム１３、Ｘ線絞り機構３０またはＸ線検出器４０を駆動信号が供給されている間に連続的に回転させる。なお以下においては、床旋回アーム１０、スタンド１１、アームホルダ１２、Ｃ形アーム１３、Ｘ線絞り機構３０およびＸ線検出器４０のうちでこのように回転されている部位を、回転部位と称する。

具体的には、第１の回転軸Ｚ１まわりの時計回りの回転が指令されたのであれば移動機構駆動制御部５６は、床旋回アーム１０を時計回りに回転させるための駆動信号の出力開始を床旋回アーム駆動部５０に指示する。そうすると、床旋回アーム駆動部５０は、指示された駆動信号の出力を開始する。この駆動信号が供給されている間、床旋回アーム回転機構１４は、床旋回アーム１０を時計回りに連続的に回転させる。

このように回転部位が回転されている状態にあるときに、ステップＳａ６およびステップＳａ７において移動機構駆動制御部５６は、回転指令が停止されるか、あるいは回転部位の現在角度が強制停止角度に到達するのを待ち受ける。強制停止角度は、対象回転軸まわりについての基準角度と流れ量とに基づいて算出される。流れ量とは、移動機構駆動制御部５６が駆動部５０〜５４−２に対して駆動信号の出力停止を指示してから、回転部位の回転が実際に停止するまでに当該部位が回転する角度である。流れ量は、床旋回アーム１０、スタンド１１、アームホルダ１２、Ｃ形アーム１３、Ｘ線絞り機構３０およびＸ線検出器４０に関する値が予め定められる。

操作部６のボタンの押下が止められるなどして回転指令が停止されたならば、移動機構駆動制御部５６はステップＳａ６からステップＳａ８へ進む。また回転部位の現在角度が強制停止角度に到達したならば、移動機構駆動制御部５６はステップＳａ７からステップＳａ８へ進む。ステップＳａ８において移動機構駆動制御部５６は、ステップＳａ５にて出力開始を指示した駆動部に対して、駆動信号の出力停止を指示する。そして移動機構駆動制御部５６は、これをもって図３の処理を終了する。

各駆動部５０〜５４−２は、移動機構駆動制御部５６からの上記のような指示に基づいて駆動信号の出力を停止する。そうすると、駆動信号を出力していた回転機構は、動作を停止する。しかしながら、床旋回アーム１０、スタンド１１、アームホルダ１２、Ｃ形アーム１３、Ｘ線絞り機構３０またはＸ線検出器４０は、対応する回転機構が動作を停止しても、慣性により少し回転をし続ける。また、駆動信号の出力停止が指示されてから回転機構が動作を停止するまでには若干のタイムラグが生じる。これらによって床旋回アーム１０、スタンド１１、アームホルダ１２、Ｃ形アーム１３、Ｘ線絞り機構３０またはＸ線検出器４０は、ステップＳａ８にて出力停止が指示されてから、流れ量とほぼ同じ角度だけ回転した上で回転を停止する。このため、回転部位の現在角度が強制停止角度に到達したために駆動信号の出力停止が指示されたのであれば、回転部位はほぼ基準角度にて停止する。

典型的には、図４に示すように第１の回転軸Ｚ１と撮影軸ＳＡとがほぼ一致するとともに、第１の回転軸Ｚ１と第２の回転軸Ｚ２とが基準線ＢＬに沿って並ぶ状態において、第１の回転軸Ｚ１まわりの角度および第２の回転軸Ｚ２まわりの角度が０度と定義される。床旋回アーム１０は、例えば−１３５度〜＋１３５度の範囲で第１の回転軸Ｚ１まわりに回転可能である。スタンド１１は、例えば−９０度〜＋９０度の範囲で第２の回転軸Ｚ２まわりに回転可能である。このとき、第１の回転軸Ｚ１まわりに関しての基準位置は、一例としては−９０度、０度および＋９０度がデフォルトとして設定される。また第２の回転軸Ｚ２まわりに関しての基準位置は、一例としては０度がデフォルトとして設定される。

このような条件下では、図５（ａ）に示す状態においては第１の回転軸Ｚ１まわりの角度が０度、第２の回転軸Ｚ２まわりの角度が−９０度である。この状態から操作者が図５（ａ）に矢印ＲＡで示すような第２の回転軸Ｚ２まわりの回転を指令したとする。そうすると、第２の回転軸Ｚ２まわりにスタンド１１が回転し、図５（ｂ）に示す状態に近づいて行く。このときに操作者が指令を継続していたとすると、第２の回転軸Ｚ２まわりの滑り量をｘ度とするならば、第２の回転軸Ｚ２まわりの角度が−ｘ度に到達したときにスタンド回転機構１５の動作が停止される。そしてスタンド１１の回転は、図５（ｂ）に示すように基準角度である０度で停止する。

さらに操作者が図５（ｂ）に矢印ＲＢで示すような第１の回転軸Ｚ１まわりの回転を指令したとする。そうすると、第１の回転軸Ｚ１まわりに床旋回アーム１０が回転し、図５（ｃ）に示す状態に近づいて行く。このときに操作者が指令を継続していたとすると、第１の回転軸Ｚ１まわりの滑り量をｙ度とするならば、第１の回転軸Ｚ１まわりの角度が９０−ｙ度に到達したときに床旋回アーム回転機構１４の動作が停止される。そして床旋回アーム１０の回転は、図５（ｃ）に示すように基準角度である＋９０度で停止する。

なお、自動停止された回転を継続したい場合には、操作者は同じ回転を再度指令する。そうすると移動機構駆動制御部５６は図３に示す処理を最初から実行するので、自動停止された回転が再開されることになる。回転が自動停止された後にも一定時間以上に渡って回転指令が継続されている場合に回転を再開するようにしても良い。

以上のように本実施形態によれば、操作者による回転指令が継続されていても、回転部位を基準角度にて自動的に停止させる。従って、操作者は回転部位を基準角度にて停止させるための複雑な操作を行う必要がなく、操作者の作業が容易となる。

また本実施形態は、回転の停止は自動化しているが、基本的にはマニュアル操作であるので、個々の部位毎に回転させることができ、オートポジション機能では実現出来ない姿勢変化を実現できる。そして操作者は、オートポジション機能の利用に必要な保存番号を記憶しておく必要が無い。

この実施形態は、次のような種々の変形実施が可能である。
基準角度での自動停止機能は、少なくとも１つの回転軸まわりの回転のみに対して備えていれば良く、一部の回転軸まわりの回転に関する自動停止機能は省略しても良い。

前記実施形態では説明を省略したが、Ｃアーム保持装置１は、Ｘ線検出器４０を撮影軸ＳＡに沿って直線移動させる機構も備える。またＸ線管とＸ線検出器とを対向させて保持するための保持装置には、天井吊りタイプなどの種々の形態の装置があり、直線移動による姿勢変化が可能なタイプも存在する。これらの直線移動に関しても、本願発明の自動停止の機能を適用することが可能である。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。

本発明の一実施形態に係るＸ線診断装置のＣ形アーム保持装置１の外観を示す斜視図。 本発明の一実施形態に係るＸ線診断装置の要部の構成を示すブロック図。 図２中の移動機構駆動制御部５６の処理手順を示すフローチャート。 第１の回転軸Ｚ１まわりの角度および第２の回転軸Ｚ２まわりの角度が０度と定義される状態の一例を示す図。 マニュアル操作に基づくＣ形アーム保持装置１の姿勢変化の一例を示す図。

符号の説明

１…Ｃ形アーム保持装置、２…寝台、３…Ｘ線発生部、４…Ｘ線検出部、５…移動機構駆動部、６…操作部、７…システム制御部、１０…床旋回アーム、１１…スタンド、１２…アームホルダ、１３…Ｃ形アーム、１４…床旋回アーム回転機構、１５…スタンド回転機構、１６…アームホルダ回転機構、１７…アームスライド機構、１８…軸回転機構、１４ａ，１５ａ，１６ａ，１７ａ，１８ａ−１，１８ａ−２…角度センサ、２０…天板、２１…天板スライド機構、２２…天板昇降機構、２１ａ，２１ｂ…位置センサ、３０…Ｘ線絞り機構、４０…Ｘ線検出器、５０…床旋回アーム駆動部、５１…スタンド駆動部、５２…アームホルダ駆動部、５３…スライド駆動部、５４…軸回転駆動部、５５…天板駆動部、５６…移動機構駆動制御部。

Claims (4)

1. Ｘ線を放射するＸ線管と、
   前記Ｘ線を検出する検出器と、
   前記Ｘ線と前記検出器とを互いに対向した状態に支持するアームと、
   前記アームの姿勢を変化させる変化手段と、
   前記姿勢の変化の指示を入力する手段と、
   前記指示が入力されている間に前記姿勢を連続的に変化させるとともに、前記姿勢の変化範囲の中間に定められた基準姿勢では前記姿勢の変化を停止するように前記変化手段を制御する制御手段とを具備したことを特徴とするＸ線診断装置。
2. 前記変化手段は、前記アームを回転させる回転駆動部を含み、
   前記制御手段は前記アームの回転角度が予め定められた角度になるときを前記基準姿勢とすることを特徴とする請求項１に記載のＸ線診断装置。
3. 前記回転駆動部は、前記アームを第１の回転軸まわりに回転させる第１の駆動部と、前記アームを第２の回転軸まわりに回転させる第２の駆動部とをさらに含み、
   前記制御手段は、前記アームの前記第１の回転軸まわりの回転角度が予め定められた第１の角度になるとき、または前記アームの前記第２の回転軸まわりの回転角度が予め定められた第２の角度になるときをそれぞれ前記基準姿勢とすることを特徴とする請求項２に記載のＸ線診断装置。
4. 任意の姿勢の指定を入力し、この指定された姿勢を前記基準姿勢として定める手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のＸ線診断装置。

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