JP2023515797A - Ｘ線管からの放射線被ばくを低減する装置およびその方法 - Google Patents

Abstract

ＣアームのＸ線管ハウジングを介して漏洩する放射線から医療スタッフを保護するために、Ｘ線管ハウジングに適合しかつそれを包囲するような形状になされた、放射線吸収シールド。このシールドは、Ｘ線管ハウジングとともに移動し、Ｃアームの向きにかかわらず保護を提供するようＸ線管ハウジングに取り付けられる。【選択図】図２

Description

関連出願

本願は、２０２０年２月１９日に出願され、Ｘ線管からの放射線被ばくを低減する装置（Ｄｅｖｉｃｅ Ｆｏｒ Ｒｅｄｕｃｉｎｇ Ｒａｄｉａｔｉｏｎ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ Ｆｒｏｍ Ｘ－Ｒａｙ Ｔｕｂｅｓ）と題された、米国特許仮出願第６２／９７８，７４５号に対する優先権の利益を主張するものであり、その全体が参照により本明細書中に援用される。

医学用または工業用のＸ線は、通常、Ｘ線管から発生される。侵襲的放射線学、心臓学、または血管外科の検査施設では、Ｘ線管は一般に、Ｃアームガントリー上、患者の下方に配置された管ハウジング内に設置される。患者は、このＸ線管の上方の撮影台に横たわる。Ｘ線検出器は、Ｃアームの反対側、患者の上方に配置される。Ｘ線管が発生させたＸ線は、管ハウジングの開口から放出され、患者を通過してＸ線検出器に達する。

Ｘ線管は、カソードとアノードとを含む。アノードは、一般に、タングステン合金からなる。カソードとアノードの間の印加電圧差が大きいことで、アノードからの電子が急速にタングステンのカソードに入り込む。これらの高エネルギー電子がタングステン原子内の電子を移動させ、その結果、Ｘ線周波数帯の高エネルギー光子が放出される。通常、光子のエネルギーは３０ｋｅＶから１１０ｋｅＶである。光子は、カソードを中心としてほぼすべての方向に放出される。その大部分はカソード材料により再吸収され（発熱）、その残りがカソードを中心に放射される。一般的なＸ線管は、ハウジング上部の開口からのＸ線光子の放出を許容する以外はその放出を遮るチャンバ内に収容されている。

Ｘ線を用いた処置の間、医療従事者は以下の様々な発生源からの放射線にさらされる。

散乱線

光子のごく一部が、患者を通過してＸ線検出器に至る。Ｘ線管の開口から放出されたＸ線光子の大部分は、空気中、Ｘ線撮影台内、および患者内の原子と相互作用して、低エネルギー（周波数）で全方向に向けて再放射される。このような二次的放射線は、散乱線と称される。散乱線は、主に、Ｘ線光子とＸ線光子が通過する媒体中の電子との相互作用によるものである。成分によってそれぞれ固有のＸ線相互作用を起こすが、最終的には、Ｘ線光子を全方向に散乱させる。散乱した光子は、（散乱のメカニズムにかかわらず、）元の光子よりも低エネルギーである。

散乱した光子は、管ハウジングの開口から放出された主要Ｘ線ビームの経路からそれて、身体部位への主ビーム以外の内部放射線となるとともに、患者の周囲にいる人が放射線に被ばくすることになる。このような散乱線の強度とエネルギーレベルは、管ハウジングから放出されたＸ線の強度およびエネルギー、そのＸ線が通過する媒体の量および種類（組織の種類や患者を通過する経路の長さなど）、ならびに、主ビーム経路近傍の人物に依存する。

散乱線は、Ｘ線撮影室内の医療従事者にとって重大な健康上のリスクである。放射線被ばくは、癌や目の白内障、高血圧症の罹患率の上昇と関連する。医療従事者は、通常、有害なＸ線光子を遮るために「鉛エプロン」を着用する。

上述の要因について量的に測定が行われ、それを使用して医療従事者に防護装置の使用が指導されてきた。しかしながら、このような装置は一般に、画一的なレベルで防護するもので、エネルギーレベルや散乱線パターンに合わせて設計されていない。

Ｘ線管ハウジングからの漏洩

医療従事者へのＸ線被ばくの大部分は、患者や、空気、またはＸ線撮影台からの散乱線によるもので、Ｘ線管ハウジングからのＸ線光子の漏洩は無視できると考えられてきた。

本出願人は、Ｘ線管ハウジングからの放射線漏洩防止におけるＸ線管ハウジングの有効性について試験を行った。撮影室内のスタッフはＸ線撮影台の下方の放射線に不必要にさらされることになるため、ハウジングからのいかなる漏洩も重要である。「鉛エプロン」やその他の防護具は、通常、膝またはふくらはぎ中程までにとどまり、下腿長骨、足首、足部、筋肉、および皮膚は相当なＸ線にさらされた状態である。

調査によって、Ｘ線管ハウジングが日常的に相当なレベルの放射線を漏洩していることが分かった。たとえば、フィリップス（Ｐｈｉｌｉｐｓ）社のＡｌｌｕｒａの管ハウジングからの放射線漏洩を以下の表１に示す。

さらに測定を行うことで、管ハウジングからの漏洩は、Ｘ線撮影台の下方で放出または散乱される全放射線の約２０％を占めることが証明されている。全体像の中で考えると、医療処置のため透視診断において患者の隣に立つ医療従事者の平均的な被ばく量は、およそ４００μＳｖ／ｈから４０００μＳｖ／ｈであり、この放射線の２０％がＸ線管ハウジングに由来する。これは、医療従事者にとって相当な健康上のリスクを表している。

管ハウジングからの漏洩の平均は、ハウジングの表面にわたって均一ではない。たとえば、フィリップス社の管ハウジングにおける漏洩は、およそ２０μＳｖ／ｈから１，０００μＳｖ／ｈ超とさまざまである。この管ハウジングからの漏洩の平均光子エネルギーも約４０ｋｅＶ～６０ｋｅＶで、ハウジングからのＸ線光子漏洩の位置による。

Ｘ線光子用のシールドは現存し、広く使用されている。医療従事者が着用する衣服から、天井または台から吊るされるシールドまで多岐にわたる。しかしながら、これらの防護具は、Ｘ線管とともに移動しない。したがって、これらはＸ線管と医療従事者との間に配置する必要がある。医療従事者やＸ線管が移動すると、シールドを再配置する必要性が生じる。それに加えて、上述の調査において管ハウジングの全周囲で計測された放射線排出を遮るには、撮影室について相当なシールドが必要となってしまう。

上述したように、Ｘ線管ハウジングからの放射線漏洩防止のために使用可能なシールドシステムが大いに必要とされている。また、医療専門家を適切に保護するために、Ｘ線管とともに移動することで室内の固定式シールドの量を低減するシールドシステムも必要とされている。

発明の目的および概要

ここに記載する本発明は、Ｘ線管を包囲するシールドシステムを提供することで上述の課題に対応するものである。このシールドシステムは、Ｘ線管に取り付けられ、また室内のスタッフおよびその他の物体に対するＸ線管の位置にかかわらず、Ｘ線管とともに移動する。これにより、Ｘ線管を介した放射線漏洩と、当該放射線漏洩から生じる散乱線の両方を大幅に低減する。

本発明の一実施形態によると、Ｘ線管ハウジングの開口を遮ることなく当該ハウジングを包囲する形状になされた放射線吸収材を備える、Ｘ線管を介した放射線漏洩を低減するためのシールドが提供される。

少なくとも１つの実施形態において、前記シールドの前記放射線吸収材は層状構造を有する。

少なくとも１つの実施形態において、前記シールドの前記放射線吸収材は少なくとも２つの層を有する。

少なくとも１つの実施形態において、前記シールドの前記放射線吸収材は、少なくとも１つの可撓性保護材層に接合された少なくとも１つの放射線不透過性ポリマー層を有する。

少なくとも１つの実施形態において、前記シールドは、前記シールドをＸ線管ハウジングに取り付けるのに使用可能な留め具を含む。

少なくとも１つの実施形態において、前記シールドは、前記シールドをＸ線管ハウジングに接着するための接着剤をさらに含む。

少なくとも１つの実施形態において、前記シールドは、Ｘ線管ハウジングに巻き付けられて、面ファスナーまたは他のファスナーなどの留め具を介してそのもの自体に留めるよう構成された可撓性材料により構成される。

本発明の一態様は、Ｘ線管ハウジングの複数の表面を放射線吸収材で覆うことを含む、Ｘ線検査に同席する医療従事者の放射線被ばくを低減する方法である。

少なくとも１つの実施形態において、本発明の方法は、Ｘ線管ハウジングのＸ線開口を遮らずに前記Ｘ線管ハウジングを包囲するよう構成された形状に前記放射線吸収材を形成することと、前記放射線吸収材を前記Ｘ線管ハウジングに固定することとを含む。

少なくとも１つの実施形態において、本発明の方法は、前記放射線吸収材を加熱することと、前記放射線吸収材を前記形状を有する型に入れることと、前記放射線吸収材の複数のポリマー層を融着させることとを含む。

少なくとも１つの実施形態において、本発明の方法は、Ｘ線管ハウジングのＸ線開口を遮らずに前記Ｘ線管ハウジングを包囲するよう構成された形状に前記放射線吸収材を形成することが、前記形状を有する型に前記放射線吸収材を入れることと、前記放射線吸収材を加熱することで、前記放射線吸収材の複数のポリマー層を所望の前記形状に融着させることとを含む。

少なくとも１つの実施形態において、本発明の方法は、可撓性シート状の前記放射線吸収材を前記Ｘ線管ハウジングに巻き付けることと、前記放射線吸収材を所定位置に固定することで、前記Ｘ線管ハウジングの複数の表面を放射線吸収材で覆うこととを含む。

少なくとも１つの実施形態において、本発明の方法は、前記放射線吸収材をそのもの自体に固定することで、前記放射線吸収材を所定位置に固定することを含む。

少なくとも１つの実施形態において、本発明の方法は、前記Ｘ線管ハウジングの前記開口と反対側の表面にベルトを巻き付けることで前記放射線吸収材を所定位置に固定することを含む。

少なくとも１つの実施形態において、本発明の方法は、前記放射線吸収材を前記Ｘ線管ハウジングに接着することを含む。

本発明の別の態様は、Ｘ線管ハウジングを有する動作中のＸ線機器の近傍のスタッフを保護するための装置であって、前記Ｘ線管ハウジングの１または複数の表面を覆って、前記Ｘ線管ハウジングを介して漏洩する放射線が前記スタッフに到達するのを防ぐよう構成された層状の放射線吸収材と、前記放射線吸収材が前記Ｘ線管ハウジングとともに移動するように前記放射線吸収材を前記表面に取り付けるための留め具と、を含む、装置。

本発明の実現が可能である上述のおよび他の態様、特徴、ならびに利点が、以下の本発明の実施形態の説明から明らかとなる。添付の図面を参照する。

本発明が対象とする装置の一例である、従来のＣアームを示す。

本発明の一実施形態の斜視図である。

本発明の材料の一実施形態の断面図である。

本発明の一実施形態の平面図である。

以下、添付の図面を参照しつつ本発明の具体的な実施形態を説明する。しかしながら、本発明は多くの異なる形態で実施することができ、本明細書に記載の実施形態に限定されると解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が十分かつ完全となり、また、本開示によって本発明の範囲が当業者に十分に伝達されるように提供されるものである。添付の図に示す実施形態の詳細な説明で使用される用語は、本発明を限定することを意図するものではない。図面において、同様の番号は、同様の要素を指す。

図面、まず図１を参照する。図１は、参考用のＣアームの例を示す。Ｃアームフルオロスコープ１０は一般に、一端側にＸ線管１４と、このＸ線管１４と反対側にフラットパネルディテクタ１６とを有する、Ｃ型アーム１２を含む。

図２は本発明の一実施形態を示す。本実施形態は、Ｘ線管ハウジング１４を包囲し、ハウジングから、および患者周囲のシールドシステムから漏洩するＸ線光子を吸収する、放射線吸収材から構成される特別なシールド２０を含む。Ｘ線吸収材の量および種類は、患者周囲の区域およびハウジングの表面における管ハウジングの光子漏洩の量およびエネルギーに合わせて設計されてよい。上述の管ハウジングのシールド２０は、患者を中心に回転し全方向においてＸ線光子の漏洩を防止するようにＸ線管ハウジング１４に被せられている。

また図２は、シールド２０が所与の特定のＣアームモデルのＸ線管ハウジング１４に適合する形状になされていることを示す。たとえば、Ｘ線管１４が円筒形であれば、シールド２０も円筒形となる。さらに、ストラップ状の留め具２２が図示されている。このストラップは、Ｘ線管１４の底部に巻き付けられ、シールド２０の対応する面ファスナー部２４に連結する面ファスナー２６を含む。

図３は、シールド２０の層状材料構造３０の一実施形態の断面図である。一実施形態では、上記のシールドは、接着、結合、溶接、またはその他の方法で接合され、Ｘ線管ハウジングの外形に適合する形状に形成された、たとえば図３に示す層３２、３４、３６などの１または複数の放射線不透過性ポリマー層からなる。これらのポリマー層３２、３４、３６は、一体に接着され、ビニルなどの可撓性保護材の外側層３８および／または内側層４０に接着されている。Ｘ線光子吸収量（および遮蔽性）は、上記の放射線吸収材の厚さに基づいて変動し得る。たとえば、心臓Ｘ線の場合、患者の胸部の近傍での遮蔽性は、鉛当量１ｍｍの吸収と見積られる。遮蔽性は、スレッド（ｓｌｅｄ）の両側では鉛当量０．７５ｍｍに減少する。融解された材料は接着されて１枚のシート材とされてもよく、あるいは複数の部材とされてもよい。

たとえば、上述のポリマーとビニルを共に加熱することで、上記の材料をさまざまなＸ線管のデザインに適合するような形状とすることが可能となる。加熱状態では、複数のポリマー層が一体に、また上記の１または複数の保護層に融着して、切断と成形が容易な、極めて耐久性の高い材料となる。このようなポリマー・ビニルカバーの複数の端部をスタガ状にすることで、接着剤や縫製を追加で必要せずに、管ハウジングを包囲する３次元の形状に固定することができる。縫製の穴は、光子の漏洩につながり得る。一実施形態では、Ｘ線管ハウジングの所望のサイズおよび寸法を有する型が作製される。材料が加熱されて型に入れられ、または代替的には、材料を型に入れてから加熱され、冷却される。材料の複数の層が互いに固定されて、所望の形状を保持する。

このように、上述の材料がＸ線管ハウジングの外形に適合する三次元形状に形成されて、開口からＸ線光子が患者およびディテクタに向かって放出されることを許容する一方で、管ハウジングからの光子の放出を低減する。

図４は、円筒形または矩形などのより単純な形状のＸ線管に使用されてよい実施形態５０を示す。シールド５０は、Ｘ線管ハウジングに巻き付けることが可能で、多様な方法（たとえば、面ファスナー、バックル、ジッパー、接着剤等）で固定可能なフレキシブルバンド形状である。図４に、典型的な面ファスナーの部品５４および部品５６を示す。

接着剤が使用される場合は、シールド材料が、成形されて一時的または恒久的に直接Ｘ線管に接着できる態様で提供されてよいことが想定される。

管ハウジングからのＸ線光子の放出レベルはハウジングにおける場所により異なるため、当該カバーのＸ線吸収性は、ハウジングからの漏洩が多い場合には吸収性を向上するよう調整される。吸収性の向上を実現するには、２つの主要な方法がある。第１の方法は、放出レベルの高い場所では、（厚い放射線不透過性ポリマー層を使用するか、複数の層を一体に接着することで）光子吸収材を厚くすることである。材料が厚いほど多くの光子を吸収する。

第２の方法は、管ハウジングの特異な部分については、密度の異なる複数の特定のＸ線吸収元素を使用することである。このように差異のある材料を使用する理由は、管ハウジングから放出されるＸ線光子のエネルギーは、管ハウジングのどこで放出が起こるかによって異なり得るからである。通常、Ｘ線開口の付近で高いエネルギーが発生する。Ｘ線吸収元素による光子吸収効率は、光子エネルギーが異なると変動する。Ｘ線吸収材の元素組成をＸ線放出プロファイルに合わせることで、吸収効率が増大する。

他の実施形態

大きな原子によるＸ線吸収は十分に記載されている。同様のシールドが、ポリマー結合の必要なく、Ｘ線吸収元素のみで作製可能である。別の実施形態では、管ハウジングを包囲するシールドが、鉛、銅、または他の金属からなることが可能である。金属の厚みを変更することで、ハウジングに関する光子吸収の変動性が実現可能である。シールド本体に他の元素を付加すること、または種々の元素を含有したポリマーを追加することで、様々なエネルギーレベルの放出に対する追加の遮蔽性が実現可能である。

実施例１

図１の実施形態２０の装置を用いて収集したデータによると、Ｘ線管１４を介した放射線漏洩の低減について本発明の有効性が証明される。表２のデータは、上記のシステムに専用シールドを取り付けた場合の、管ハウジングから放出される放射線を示す。

データによると、シールドによって管ハウジングから放出される放射線が設計通り劇的に減少していることが分かる。この放射線保護システムは、管ハウジング全体にわたって平均的に、放射線漏洩の８５％が患者および検査スタッフに到達することを防いでいる。この放射線保護システムは、管ハウジングにおける放射線漏洩ピーク位置では、放射線漏洩を９５％超も低減する。

以上、本発明を特定の実施形態及び用途について説明したが、当業者は、この教示を踏まえて、請求項に記載の発明の精神から逸脱することなく、または請求項に記載の範囲を超えることなく、追加の実施形態および変形例を作り出すことができる。したがって、図面および本明細書の説明は、本発明の理解を容易にするために一例として提供されるものであり、その範囲を限定するものと解釈されるべきではないことを理解されたい。

少なくとも１つの実施形態において、本発明の方法は、Ｘ線管ハウジングのＸ線開口を遮らずに前記Ｘ線管ハウジングを包囲するよう構成された形状に前記放射線吸収材を形成することを含み、それは、前記形状を有する型に前記放射線吸収材を入れることと、前記放射線吸収材を加熱することで、前記放射線吸収材の複数のポリマー層を所望の前記形状に融着させることとを含む。

図２の実施形態２０の装置を用いて収集したデータによると、Ｘ線管１４を介した放射線漏洩の低減について本発明の有効性が証明される。表２のデータは、上記のシステムに専用シールドを取り付けた場合の、管ハウジングから放出される放射線を示す。

Claims (20)

1. Ｘ線管ハウジングの開口を遮ることなくＸ線管ハウジングを包囲する形状になされた放射線吸収材を備える、Ｘ線管を介した放射線漏洩を低減するためのシールド。
2. 前記Ｘ線管ハウジングの変動的な光子放出率に応じて変動する、変動的なＸ線吸収性能を有するように構成されることを特徴とする、請求項１に記載のシールド。
3. 前記変動的なＸ線吸収性能は、前記Ｘ線管ハウジングにおける光子放出の高い部分では前記放射線吸収材が厚くなるように前記放射線吸収材の厚みを変更することによるものであることを特徴とする、請求項２に記載のシールド。
4. 前記変動的なＸ線吸収性能は、前記放射線吸収材が均質的でなくて前記Ｘ線管ハウジングの前記変動的な光子放出率に対応する異なる元素を有するように、前記放射線吸収材の作製において使用される複数の放射線吸収元素の密度が異なることによるものであることを特徴とする、請求項２に記載のシールド。
5. 前記シールドをＸ線管ハウジングに取り付けるのに使用可能な留め具をさらに備える、請求項１に記載のシールド。
6. 前記シールドが、前記シールドをＸ線管ハウジングに接着するための接着剤をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載のシールド。
7. 前記シールドが、Ｘ線ハウジングに巻き付けて留め具を介してそのもの自体に留めるよう構成された可撓性材料を備えることを特徴とする、請求項１に記載のシールド。
8. 前記留め具が面ファスナーを備えることを特徴とする、請求項７に記載のシールド。
9. Ｘ線管ハウジングの複数の表面を放射線吸収材で覆うことを含む、Ｘ線検査に同席する医療従事者の放射線被ばくを低減する方法。
10. 前記Ｘ線管ハウジングの複数の表面を放射線吸収材で覆うことが、Ｘ線管ハウジングのＸ線開口を遮らずに前記Ｘ線管ハウジングを包囲するよう構成された形状に前記放射線吸収材を形成することと、前記放射線吸収材を前記Ｘ線管ハウジングに固定することとを含む、請求項９に記載の方法。
11. 前記Ｘ線管ハウジングのＸ線開口を遮らずに前記Ｘ線管ハウジングを包囲するよう構成された形状に前記放射線吸収材を形成することが、前記放射線吸収材を加熱することと、前記放射線吸収材を前記形状を有する型に入れることと、前記放射線吸収材の複数のポリマー層を融着させることとを含む、請求項１０に記載の方法。
12. 前記Ｘ線管ハウジングのＸ線開口を遮らずに前記Ｘ線管ハウジングを包囲するよう構成された形状に前記放射線吸収材を形成することが、前記形状を有する型に前記放射線吸収材を入れることと、前記放射線吸収材を加熱することで、前記放射線吸収材の複数のポリマー層を所望の前記形状に融着させることとを含む、請求項１０に記載の方法。
13. 前記Ｘ線管ハウジングの複数の表面を放射線吸収材で覆うことが、可撓性シート状の前記放射線吸収材を前記Ｘ線管ハウジングに巻き付けることと、前記放射線吸収材を所定位置に固定することとを含む、請求項９に記載の方法。
14. 前記放射線吸収材を所定位置に固定することが、前記放射線吸収材をそのもの自体に固定することを含む、請求項１３に記載の方法。
15. 前記放射線吸収材を所定位置に固定することが、前記管ハウジングの前記開口と反対側の表面にベルトを巻き付けることを含む、請求項１３に記載の方法。
16. 前記放射線吸収材を所定位置に固定することが、前記放射線吸収材を前記管ハウジングに接着することを含む、前記請求項１３に記載の方法。
17. Ｘ線管ハウジングを有する動作中のＸ線機器の近傍のスタッフを保護するための装置であって、
    前記Ｘ線管ハウジングの１または複数の表面を覆って、前記Ｘ線管ハウジングを介して漏洩する放射線が前記スタッフに到達するのを防ぐよう構成された放射線吸収材と、
    前記放射線吸収材が前記Ｘ線管ハウジングとともに移動するように前記放射線吸収材を前記表面に取り付けるための留め具と、を備える、装置。
18. 前記放射線吸収材が、前記Ｘ線管ハウジングの変動的な光子放出率に応じて変動する、変動的なＸ線吸収性能を有するように構成されることを特徴とする、請求項１７に記載の装置。
19. 前記変動的なＸ線吸収性能は、前記Ｘ線管ハウジングにおける光子放出の高い部分では前記放射線吸収材が厚くなるように前記放射線吸収材の厚みを変更することによるものであることを特徴とする、請求項１８に記載の装置。
20. 前記変動的なＸ線吸収性能は、前記放射線吸収材が均質的でなくて前記Ｘ線管ハウジングの前記変動的な光子放出率に対応する異なる元素を有するように、前記放射線吸収材の作製において使用される複数の放射線吸収元素の密度が異なることによるものであることを特徴とする、請求項１８に記載の装置。
    
    

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