JP2011036326A - X線管保持装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】体積および重量を減少させるとともに低コストが可能なX線管保持装置を提供する。
【解決手段】X線管5からのX線照射方向を変更するための支持軸21の先端に、N極・S極の磁極が支持軸21の軸心方向(水平軸HA)と垂直になるように取り付けられ、磁界を発生させる電磁石22と、支持軸21の軸心方向上であって電磁石22と対面するように配置し、電磁石22から発生した磁界の向きを検出するTMRセンサ23と、を備えている。これにより、従来の構成であるロータリエンコーダ等を備えている装置よりも、体積および重量を減少させることができるとともに、部材・組立および据付・メンテナンスのコストを抑制することができる。
【選択図】図2
【解決手段】X線管5からのX線照射方向を変更するための支持軸21の先端に、N極・S極の磁極が支持軸21の軸心方向(水平軸HA)と垂直になるように取り付けられ、磁界を発生させる電磁石22と、支持軸21の軸心方向上であって電磁石22と対面するように配置し、電磁石22から発生した磁界の向きを検出するTMRセンサ23と、を備えている。これにより、従来の構成であるロータリエンコーダ等を備えている装置よりも、体積および重量を減少させることができるとともに、部材・組立および据付・メンテナンスのコストを抑制することができる。
【選択図】図2
Description
本発明は、X線管保持装置に係り、特に、回転角度を検出する技術に関する。
従来、この種の装置では、X線の照射方向、すなわちX線管の向きを検出するために、ロータリエンコーダまたはポテンショメータ等を備えて回転角度情報を取得している(特許文献1〜3)。
図5および図6を参照する。例えば、回転角度を検出するセンサとして、ロータリエンコーダ(ポテンショメータも同様)を用いた場合、従来装置の構成は次のようになる。X線管保持装置は、コリメータ106が付設した、X線を照射するX線管105と、X線照射の指示等の入力ボタン(図示しない)や表示パネル107a等を有する操作パネル部107と、取付ブロック104に固定して取り付けられた支持軸121と、回転角度を検出するロータリエンコーダ108と、ロータリエンコーダ108と支持軸121とに設けられた、ロータリエンコーダ108へ回転を伝達するギア機構109と、A/D変換器125や制御部126を有するコントロール基板124とを備えている。そして、支持軸121の軸心(水平軸HA)を中心に、X線管105、コリメータ106、ロータリエンコーダ108、コントロール基板124等が一体となって回転可能に構成されている。
X線管105等が支持軸121の軸心を中心に回転すると、その回転は、ギア機構109によってロータリエンコーダ108に伝達される。ロータリエンコーダ108は回転角度を検出し、支持軸121に沿って配置された配線を通じてコントロール基板124に回転角度情報の電気信号を送信する。コントロール基板124に送信された回転角度情報の電気信号は、A/D変換器125を介して、制御部126に送信される。制御部126は、基準となる回転角度情報に対して相対的な回転角度情報を算出する。そして、制御部126で算出された回転角度情報を表示パネルに表示させることにより、操作者は、支持軸121の軸心(水平軸HA)を中心としたX線管105の向き(X線の照射方向)を取得することができる。
また、新たな角度を検出する技術として、永久磁石等の外部から加わる磁界の向きを検出することで角度情報を取得する、トンネル磁気抵抗(TMR)技術を応用したTMRセンサが開示されている(非特許文献1参照)。
図7を参照する。回転軸AX上に、回転軸AXに対してN極・S極の両極が垂直に配置した永久磁石128とTMRセンサ123が配置されている。また、永久磁石からの磁力線を、便宜上、TMRセンサ123側の回転軸AXと交わる1本の磁力線LMを代表して示している。回転軸AXを中心に永久磁石128とTMRセンサ123の相対角度が変化した場合、TMRセンサ123に印加される磁界の向きが変化する。この磁界の向きが変化すると、図8に示すような、TMRセンサ123内にある4つの内部素子の抵抗値R1〜R4が変化する。TMRセンサ123は、印加される磁界の向きに応じたsineカーブとcosineカーブの所定の電圧値である2つの角度情報の電気信号を出力するようになっており、この2つの出力から角度情報が求められるようになっている。
"Data Sheet AAT001-10E TMR Sensor", NVE Corporation〈URL:http://www.n-ve.com/Downloads/AAT001.pdf〉
しかしながら、従来の構成を有するX線管保持装置は、次のような問題がある。先ず、体積の問題として、X線管保持装置の特にX線管とその周辺部が、X線撮影する撮影室において撮影以外の作業、例えば、医療処置を施す場合に邪魔になりやすい。また、X線管保持装置の特にX線管とその周辺部が大きいと被検体に対して圧迫感を与えるものとなってしまう。また、X線管保持装置の進化に伴い、上述のようなロータリエンコーダ等のセンサやギア機構といった構成等を追加しようとすると、もともとスペースが限られているので、外側に追加する構成となり、結果として装置が大きなものとなってしまう。さらに、装置の体積が増えると、それに伴って重量も増えるものとなってしまう。これらの事情により、少しでも体積を小さくする方向への要望がある。また、コストの問題として、ギア機構やセンサ等に相応の部材コストがかかり、また、ギア調整や配線などの組立や据付作業にコストがかかり、ギア機構に経時的な遊びが生じる等のメンテナンスにコストがかかってしまう。
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、体積および重量を減少させるとともに低コストが可能なX線管保持装置を提供することを目的とする。
本発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。すなわち、本発明に係るX線管保持装置は、X線を照射するX線管を保持する機構を備えたX線管保持装置において、X線管からのX線照射方向を変更するための軸の軸心方向に対して、N極・S極の磁極が垂直になるように前記軸の端に取り付けられ、磁界を発生させる磁界発生手段と、前記軸の軸心方向上であって前記磁界発生手段と対面するように配置し、前記磁界発生手段から発生した磁界の向きを検出して回転角度情報を出力する第1磁気センサと、を備えていることを特徴とするものである。
本発明に係るX線管保持装置によれば、軸の端に取り付けられた磁界発生手段により磁界が発生し、軸の軸心上であって磁界発生手段と対面する第1磁気センサが磁界発生手段からの磁界の向きを検出することにより、軸の端に取り付けられた磁界発生手段と第1磁気センサとの相対的な回転角度を取得することができる。これにより、従来の構成のようなロータリエンコーダやポテンショメータを備えている構成のものよりも、X線管とその周辺の体積および重量を減少させることができる。また、ロータリエンコーダやポテンショメータに回転を伝達するギア機構や、ロータリエンコーダまたはポテンショメータからコントロール基板までの配線を無くすことができる等、ロータリエンコーダやポテンショメータに付随する構成が無くなるので、部品コストを抑制することができる。また、ロータリエンコーダやポテンショメータ、ギア機構、配線等を組立および据付するためのコストを抑制することができる。また、ギア機構の経時的に遊びが変化する等の再調整のためのメンテナンスコストを抑制することができる。
また、X線管とその周辺部分の体積を減少することができることにより、例えば、撮影室でX線撮影以外に医療処置を施す場合に、X線管とその周辺部分が邪魔になることなく処置を施すことができる。また、被検体への心理的な圧迫感を軽減することができる。また、デザイン性の向上にも期待できる。
本発明に係るX線管保持装置の一例は、磁界発生手段は、電磁石である。第1磁気センサに対面させる磁界発生手段に電磁石を用いることにより、供給する電力の調整を行うことができるので、電磁石と第1磁気センサの間の隙間を大きくして配置することができる。また、磁界の発生を停止することができるので、例えば、ペースメーカを装着されている被検体に対して安全に撮影することができる。
本発明に係るX線管保持装置の一例は、磁界発生手段は、永久磁石である。磁界発生手段に永久磁石を用いることにより、電磁石を備えるよりも簡易に備えることできるとともに安定した磁界を発生することができる。
本発明に係るX線管保持装置は、前記磁界発生手段以外の外部から加わる磁界の向きを検出して角度補正情報を出力する第2磁気センサと、前記第2磁気センサから出力された角度補正情報に基づいて、前記第1磁気センサから出力された回転角度情報を補正する角度補正手段とをさらに備えていることが好ましい。第2磁気センサが第1磁気センサに悪影響のある磁界を検出して角度補正情報を出力し、角度補正情報に基づいて角度補正手段は、第1磁気センサの回転角度情報を補正する。これにより、例えば、第1磁気センサに影響のある地磁気や、MRI装置、自家発電装置等の磁界の環境でも正確に回転角度情報を取得することができる。
本発明に係るX線管保持装置によれば、従来の構成のようなロータリエンコーダやポテンショメータを備えている構成のものよりも、X線管とその周辺の体積および重量を減少させることができる。また、部品コスト、組立および据付のためのコスト、ギア機構の経時的に遊びが変化する等の再調整のためのメンテナンスコストを抑制することができる。
以下、図面を参照して実施例1を、X線管保持装置の一例である天井懸垂式のX線管保持装置について説明する。図1は、実施例1に係るX線管保持装置の斜視図であり、(a)は立位撮影台を配置した場合を示し、(b)は水平撮影台を配置した場合を示し、図2は、X線管保持装置のX線管とその周辺の概略構成図であり、図3は、X線管保持装置の回転角度検出の構成を示すブロック図である。
図1を参照する。X線管保持装置1は、天井に配置されたレール(図示しない)と、レールに沿って移動するキャリッジ部2とを備えている。キャリッジ部2には、繰り出し機構を有する支柱3が備えられている。キャリッジ部2と接続している支柱3の反対側には、取付ブロック4を介して、X線を照射するX線管5がその照射口にX線の照射範囲を絞って調整するコリメータ6を付設して備えられている。X線管5には、X線照射などを指示する操作パネル部7が備えられている。
レールは、平面視で直交するように配置されており、図1に示すように、左右方向Xおよび前後方向Yに対して移動可能に構成されている。すなわち、XY平面上(XY方向)の所定の位置にX線管5等を移動できるようになっている。また、支柱3の繰り出し機構により、支柱3が伸縮するように構成されているので、支柱3に沿って上下方向(Z方向)の所定の位置にX線管5等を移動できるようになっている。
支柱3は、キャリッジ部2に対して支柱3の軸心(鉛直軸VA)を中心に回転可能に構成されているので、X線管5等を支柱3の軸心(鉛直軸VA)を中心に回転することができる。また、X線管5等は、水平軸HAを中心に回転するように構成されている。したがって、X線管5の照射口を所定の方向に自在に向けることができるので、所定の方向にX線を照射することができるようになっている。
このように、鉛直軸VAを中心に、あるいは、水平軸HAを中心に回転可能な機構を備えることで、例えば、立位撮影台11を配置して撮影する場合は、立位撮影台11のX線検出器11aに向けて水平軸HAを中心にX線管5を回転して撮影することができる(図1(a))。また、水平撮影台12を配置して撮影する場合は、水平撮影台12の天板12bを介してX線検出器12aに向けてX線管5を回転して撮影することができる(図1(b))。また、X線管5等を斜め方向に傾けて、被検体に対して斜めからX線を照射して撮影することができる。
操作パネル部7は、回転角度情報等を表示する表示パネル7aと、操作パネルを操作者の手で支えることができるハンドル部7bと、操作者がX線照射の指示などの入力を行う入力部(図示しない)とを備えている。
図2を参照する。回転角度検出の構成の一例として、水平軸HAの回転角度検出の構成について説明する。支持軸21は、取付ブロック4に固定して取り付けられている。操作パネル部7側の支持軸21の先端には、電磁石22が支持軸21の軸心とN極・S極の両極が垂直になるように配置して取り付けられている。電磁石22側の支持軸21の軸心(水平軸HA)の延長線上には、磁界の向き・大きさを検出するTMRセンサ23が所定の隙間を有して電磁石22と対面するように備えられている。TMRセンサ23は、操作パネル7部等からの入力信号を処理する電子回路が形成されたコントロール基板24上の電磁石22側の面に実装されている。なお、コントロール基板24は、支持軸21の軸心(水平軸HA)に対して、TMRセンサ23等の電子回路が形成される面が垂直になるように配置されている。また、支持軸21の軸心(水平軸HA)を中心にして、X線管5、コリメータ6、操作パネル7、TMRセンサ23が実装されたコントロール基板24等が一体となって回転するように構成されている。
なお、図2に示すように、N極が上側、S極が下側に配置されているが、電磁石22のN極・S極の両極が支持軸21の軸心と垂直になるように配置していればよく、例えば、電磁石22のN極・S極の両極が水平方向に配置するようにしてもよい。すなわち、電磁石22の方向は任意である。なお、電磁石22は、コイルのみの構成も含むものとする。
なお、TMRセンサ23は、支持軸21の軸心(水平軸HA)とTMRセンサ23の中心とが厳密に一致する必要がなく、支持軸21の軸心(水平軸HA)とほぼ一致するように配置していればよい。なお、支持軸21が本発明における軸に、電磁石22が本発明における磁界発生手段に、TMRセンサ23が本発明における第1磁気センサに、それぞれ相当する。
図3を参照する。コントロール基板24には、上述したようにTMRセンサ23が備えられている。TMRセンサ23は、SineカーブとCosineカーブの所定の角度に応じた回転角度情報を示した電圧値の電気信号をそれぞれ出力するように構成されている。TMRセンサ23から出力した回転角度情報の電気信号は、それぞれA/D変換器25a,25bを介して、制御部26に送信されるように構成されている。制御部26は、TMRセンサ23から出力された2つの回転角度情報の電気信号に基づいて、基準となる回転角度情報に対して相対的な回転角度情報を算出するようになっている。制御部26には、操作パネル部7の表示パネル7aが電気的に接続され、制御部26は、算出した相対的な回転角度情報を表示パネル7aに表示させるようになっている。
電磁石22と、電磁石22に電力を供給するDC電源(図示しない)とをつなぐ配線上には、スイッチ27が備えられている。制御部26は、スイッチ27を制御して電磁石22への電力の供給・停止を切り換えることで、電磁石22から磁界を発生させたり、発生している磁界を停止させたり(電磁石をオン・オフ)することができる。また、DC電源からの電力を調整できるようになっている。これにより、磁界の大きさを調整することができるので、電磁石22と磁気センサ23間の隙間を大きくして配置することができる。また、例えば、電磁石22の影響が心配されるペースメーカを装着されている被検体を撮影する場合には、電磁石22への電力の供給を停止して磁界を発生させない状態にして撮影することができる。この場合、X線管5等の回転角度の検出は、例えば、X線管保持装置1は、針が重力方向を指し示す指針式回転角度検出器(図示しない)を備え、針が指し示す目盛から角度を読み取るようにしてもよい。また、電磁石22への電力の供給を停止した状態でTMRセンサ23に悪影響のある磁界を検出して、それに基づいて制御部26は、TMRセンサ23の角度補正を行ってもよい。
本実施例のX線管保持装置による回転角度の検出動作は以下の通りである。すなわち、制御部26は、通常、スイッチ27を制御して予め設定された所定の電力を電磁石22に供給し、電磁石22から磁界を発生させておく。支持軸21の軸心(水平軸HA)を中心に、支持軸21の外周をX線管5等が一体となって回転すると、TMRセンサ23は、電磁石22からの回転後の磁界の向きを検出して、回転角度情報の電気信号をA/D変換器25a,25bを介して、制御部26に送信する。制御部26は、送信された電気信号に基づいて絶対的な回転角度情報を算出する。さらに基準となる回転角度情報と比較して、相対的な回転角度情報を算出する。算出された相対的な回転角度情報は、制御部26から操作パネル部7の表示パネル7aに送信して表示する。これにより、操作者は、X線管5の回転角度、すなわちX線照射方向を知ることができる。
このような構成のX線管保持装置1によれば、従来のような、回転角度を検出するロータリエンコーダまたはポテンショメータを備える構成よりも、X線管5とその周辺部の体積および重量を減少させることができる。また、回転を伝達するギア機構や、ロータリエンコーダまたはポテンショメータからコントロール基板24までの配線を無くすことができる等、ロータリエンコーダまたはポテンショメータに付随する構成が無くなるので、部品コストを抑制することができる。また、ロータリエンコーダまたはポテンショメータ、ギア機構、配線等の組立および据付のためのコストを抑制することができる。また、ギア機構の経時的に遊びが変化する等の再調整のためのメンテナンスコストを抑制することができる。
また、TMRセンサ23に対面させる磁界発生手段に電磁石22を用いることにより、所定の強度に磁界を調整して発生させることができるので、電磁石22と磁気センサ23間の隙間を大きくして配置することができる。また、磁界の発生を停止して撮影することができるので、例えば、ペースメーカを装着されている被検体を安全に撮影することができる。
また、X線管5とその周辺部分の体積を減少することができることにより、例えば、撮影室で撮影以外に医療処置を施す場合等に、X線管5とその周辺部分が邪魔にならなることなく作業を行うことができる。また、被検体への心理的な圧迫感を軽減することができる。また、デザイン性の向上にも期待できる。
次に、図面を参照して本発明の実施例2を説明する。図4は、実施例2に係るX線管保持装置の回転角度検出の構成を示すブロック図である。
図4を参照する。上述した実施例1と異なる点は、さらに、磁気センサ31をさらに備えていることである。この点について説明する。なお、実施例1と重複する構成については説明を省略する。
先ず、磁気センサ31を備える理由として、次のような点を考慮する必要がある。すなわち、地磁気が角度検出に影響を及ぼす可能性がある。地球の磁界である地磁気は、緯度によって異なり、地球の極地に位置するほど、その影響が大きくなる。また、X線管保持装置1は、一般的に病院などの医療施設に設置されるが、例えば、MRI装置(磁気共鳴断層撮影装置)、または、自家発電装置の近辺に設置される場合等の磁界を発生する装置の近辺では、角度検出に影響を及ぼす可能性がある。
次に、X線管保持装置1の構成について説明する。X線管保持装置1は、さらに、磁気センサ31とA/D変換器32とを備えている。磁気センサ31は、電磁石22以外の磁界を検出して補正角度情報の電気信号を出力する。磁気センサ31から出力された補正角度情報の電気信号は、A/D変換器32を介して、制御部26に送信されるように構成されている。制御部26は、TMRセンサ23からA/D変換器25a,25bを介して送信された回転角度情報から、補正角度情報を差し引く等の処理を行うことで補正する。磁気センサ31は、実施例1のTMRセンサ23とは異なり、電磁石22と対面して配置されていない。
本実施例のX線管保持装置による回転角度の補正動作は以下の通りである。すなわち、磁気センサ31は、TMRセンサ23に悪影響のある電磁石22以外の磁界を検出して補正角度情報の電気信号として出力する。磁気センサ31より出力された補正角度情報の電気信号は、A/D変換器32を介して制御部26に送信される。制御部26は、送信された送信された補正角度情報をメモリ(図示しない)に保存しておき、TMRセンサ23からA/D変換器25a,25bを介して送信された回転角度情報から、補正角度情報を差し引く等の処理を行うことで回転角度を補正する。
このような構成を備えることにより、TMRセンサ23の回転角度検出に悪影響を与える、例えば、地磁気、MRI装置、自家発電装置からの磁界を補正することができるので、TMRセンサ23における回転角度検出を正確に行うことができる。
なお、磁気センサ31は、電磁石22による磁界の影響を受けない位置に配置する。また、磁気センサ31で磁界を検出するときは、電磁石22への電力の供給を停止するようにしてもよい。これにより、磁気センサ31をTMRセンサ23に近接させて配置することができる。
なお、磁気センサ31は、1つで構成されるものと限られない。例えば、前後・左右・上下の3軸方向を検出して、X線管保持装置1が受けている磁界の向き・大きさを検出してもよい。また、磁気センサ31としてTMRセンサを用いてもよい。なお、磁気センサ31が本発明における第2磁気センサに、制御部26が角度補正手段に、それぞれ相当する。
この発明は、上記実施形態に限られることはなく、下記のように変形実施することができる。
(1)上述した各実施例では、磁界発生手段として電磁石22を用いたが、例えば、永久磁石であってもよい。簡易に備えることができるとともに安定した磁界を発生することができる。なお、永久磁石には、直方体状のもの、または、円柱状であって円柱の軸心と垂直方向にN極・S極が形成されているものが挙げられる。
(2)上述した各実施例では、支持軸21の軸心(水平軸HA)を中心に回転する構成の回転角度検出についてのものであったが、これに限られない。例えば、支柱3の軸心(鉛直軸VA)を中心に回転する構成の回転角度検出についてのものでもよい。この場合、磁気発生手段と磁気センサを取付ブロック4側に配置する。また、例えば、支持軸21の軸心(水平軸HA)と平面視で垂直方向に位置する回転軸を中心に、X線管5等を回転させる構成を備えた場合等、回転軸を中心に相対的に回転する構成のものであれば適用できる。
(3)上述した各実施例では、X線管保持装置1は、天井側にレールを配置してX線管5を吊下げる天井懸垂式であったが、この構成に限られない。例えば、床側にレールを配置してX線管5を保持する床置き式であってもよい。
1 …X線管保持装置
3 …支柱
4 …取付ブロック
5 …X線管
7 …操作パネル部
7a …表示パネル
21 …支持軸
22 …電磁石
23 …TMRセンサ
24 …コントロール基板
26 …制御部
27 …スイッチ
31 …磁気センサ
32 …A/D変換器
VA …鉛直軸
HA …水平軸
3 …支柱
4 …取付ブロック
5 …X線管
7 …操作パネル部
7a …表示パネル
21 …支持軸
22 …電磁石
23 …TMRセンサ
24 …コントロール基板
26 …制御部
27 …スイッチ
31 …磁気センサ
32 …A/D変換器
VA …鉛直軸
HA …水平軸
Claims (4)
- X線を照射するX線管を保持する機構を備えたX線管保持装置において、
X線管からのX線照射方向を変更するための軸の軸心方向に対して、N極・S極の磁極が垂直になるように前記軸の端に取り付けられ、磁界を発生させる磁界発生手段と、
前記軸の軸心方向上であって前記磁界発生手段と対面するように配置し、前記磁界発生手段から発生した磁界の向きを検出して回転角度情報を出力する第1磁気センサと、
を備えていることを特徴とするX線管保持装置。 - 請求項1に記載のX線管保持装置において、
前記磁界発生手段は、電磁石であることを特徴とするX線管保持装置。 - 請求項1に記載のX線管保持装置において、
前記磁界発生手段は、永久磁石であることを特徴とするX線管保持装置。 - 請求項1から3のいずれかに記載のX線管保持装置において、
前記磁界発生手段以外の外部から加わる磁界の向きを検出して角度補正情報を出力する第2磁気センサと、
前記第2磁気センサから出力された角度補正情報に基づいて、前記第1磁気センサから出力された回転角度情報を補正する角度補正手段とをさらに備えていることを特徴とするX線管保持装置。
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2009
- 2009-08-07 JP JP2009184867A patent/JP2011036326A/ja active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN103957799A (zh) * | 2011-12-01 | 2014-07-30 | 皇家飞利浦有限公司 | 用于提供x射线图像的医疗成像系统和方法 |
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