JP3874847B2 - 移動式ｘ線画像形成システム用小型支持アームおよび画像形成装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、一般的にはＸ線画像形成システムに関し、更に詳しくは移動式Ｘ線画像形成システムの小型化ないしミニチュア化した支持アームに組込んだ真空管イメージ倍増管に関する。
【０００２】
【従来の技術】
四肢画像形成という特殊な分野は、腕、脚、手および足のような、小さな解剖器官のＸ線画像形成を指す。それで四肢画像形成は、小さな画像形成領域しか必要ないが、高品質の画像を作ることができる小型のＸ線装置の必要を長い間感じさせてきた。その結果、四肢観察用Ｘ線装置の開発は、大きさとコストを経済的にすることと高い画像品質を維持することの競合する目的によって促進されてきた。
【０００３】
主として、大きさとコストを経済的にする要求に応えて、従来のＸ線装置より遥かに小さく、安い小型のＸ線装置が開発されている。例えば、米国特許Ｂ１４，１４２，１０１（１９９１年２月１９日インに発行された再審査証明書）は、マイクロチャンネルプレート（ＭＣＰ）増幅器と組合わせて光ファイバ縮小器を利用するイメージ倍増管を有するＸ線画像形成チェーンを開示している。この光ファイバ縮小器は、直径が７乃至１５ｃｍの入力領域からＸ線画像を作れるように十分小さく造ることができる。設計者は、この光ファイバ縮小器を利用して四肢画像形成用に大きさが適した小型Ｘ線装置を作ることができている。
【０００４】
しかし、そのような従来技術のＸ線システムは、それらの大きさが小さいためにいくらか有用ではあるが、それでも多くのはっきりした欠点があるのが特徴である。小型Ｘ線システムに使用するこの光ファイバ縮小器とＭＣＰ増幅器は、皮肉にもＭＣＰ増幅器のチャンネルが大きすぎるので、現在の技術水準の光学画像を作れない。Ｘ線画像の解像度とコントラスト比は、ＭＣＰ増幅器のチャンネル数によって制限される。簡単に言えば、入力領域の対応する平方ｃｍ当りに当てはまるＭＣＰチャンネルと関連する光ファイバの数が小さ過ぎて現在の技術水準のＸ線画像を作れないのである。
【０００５】
そのような小型Ｘ線システムから生ずる解像度とコントラストは、品質の許容水準から十分下になる。医者が患者を診断し治療するための能力に必要な体内解剖の高解像度Ｘ線画像は、このように、大きさを小さくしコストを下げるために犠牲になっている。その上、従来技術の四肢画像形成装置は、操作が難しく、使用が煩雑である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従って、この発明の目的は、使用するのがより便利な小型化した移動式Ｘ線画像形成システムを提供することである。
【０００７】
この発明のもう一つの目的は、コントラストの強い高解像度のＸ線画像を作ることができる、改良されたイメージ倍増管を備える画像形成システムを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的およびその他の特に記述しない目的を、Ｘ線診断装置等に使用するための小型化したＣ形アームおよび画像形成装置の、例示する特定の実施例で達成する。Ｘ線画像形成システムがＣ形アームに結合され、このＣ形アームの対向する位置に、それぞれ、Ｘ線源およびイメージレセプタが取付けられている。このイメージレセプタには、魔法瓶形イメージ倍増管がある。このイメージレセプタは、光ファイバ装置がないことを特徴とし、イメージ倍増管は、中にマイクロチャンネルがないことを特徴とする。このＣ形アームは、軌道回転軸の周りに質量バランスが取られていて、車輪付き支持ベース上に支持された関節結合アーム組立体に旋回可能に結合されている。質量バランスを取ることが、Ｃ形アームを単一軌道運動させるだけで、Ｘ線画像形成システムを前後の観察と直交する横の観察の間で配置し直すことができるようにし、それが等中心画像化を成す観察もできるようにする。このＣ形アームは、外径が約７１ｃｍ（２８インチ）で線源・イメージ間距離が約３６ｃｍ（１４インチ）に小型化するのが好ましい。
【０００９】
この発明の更なる目的および利点は、以下の説明に示し、一部はその説明から明白であろうし、またはこの発明の実施によって教示されるかも知れない。この発明のこれらの目的および利点は、前記の請求項で特に指摘する器具および組合せによって達成され、得られるかも知れない。
【００１０】
【発明の実施の形態】
この発明の上記やその他の目的、特徴および利点は、添付の図面に関して以下に呈示する詳細な説明を考察すれば明白となろう。
【００１１】
この発明の原理の理解を促進するために、次に図面に示す実施例を参照し、特有の言葉を使ってそれを説明する。それにも拘らず、それによってこの発明の範囲を限定する意図がないことが分るだろう。関連技術に習熟し、この明細書を持っている者が通常思いつく、図示した装置の変更および更なる修正、並びにここに説明したこの発明の原理の付加的適用は、この発明の請求の範囲に入ると考えるべきである。
【００１２】
さて、図１乃至図６を参照すると、全体を１０で指す、移動式Ｃ形アーム装置が示されている。以下に詳しく説明するように、この装置１０は、一般的に“Ｃ形アーム組立体”と呼ぶ、小型化したＣ形アーム組立体に向けられている。この“Ｃ形アーム組立体”には、Ｘ線源とイメージレセプタがある。このイメージレセプタには、魔法瓶（真空容器又は真空管）形イメージ倍増管がある。イメージレセプタは、光ファイバ装置がないことを特徴とし、イメージ倍増管は、中にマイクロチャンネルがないことを特徴とする。
【００１３】
図１乃至図２を更に詳しく参照すると、Ｘ線源Ｃがイメージレセプタないし受像器Ａ上にＸ線１１を投射する。このイメージレセプタＡには、全体を８０で指す、魔法瓶形イメージ倍増管がある。イメージ倍増管の分野の技術に習熟した者は分るように、イメージ倍増管８０には、受け面８６を持つ真空容器としての魔法瓶８２がある。受け面８６は、好ましくはその内部に、シンチレータ層が塗被されている。光電陰極８４が魔法瓶８２内に配置されている。シンチレータ層８７は、Ｘ線１１を受ける入力領域で、可視光フォトン１３を作る。可視光フォトン１３は、光電陰極８４上に伝達され、そこから電子１７を発生する。このように、シンチレータ層８７と光電陰極８４は、協力して、入力領域でＸ線を受けてこのＸ線から電子１７を作る、適当な入力手段を形成する。収束（ないし集束）電極が、魔法瓶８２に結合され、側面チャンネル電極８８および加速電極９０を含み、適当な電源手段（図示せず）に接続されている。側面チャンネル電極８８に供給される電圧は、加速電極９０より低い。単なる例として、側面チャンネル電極８８に５５０Ｖを供給し、加速電極９０に１．３乃至３．５ｋＶを供給してもよい。出力蛍光体層９２が、魔法瓶８２に結合され、電子を受けて光を発する出力領域を有する、適当な出力手段として作用する。
【００１４】
イメージ倍増管８０は、入力手段８４から出力手段９２への電子１７を、これらの電子から光学像を作るように真空下に維持しながら加速するための、適当なイメージ増強手段として作用する。関連技術に習熟した者は分るように、光電陰極８４には、電子１７を第１の秩序配列９４に配置するための手段があり、収束電極８８および９０は、電子１７を出力蛍光体９２の方に引きつけ、これらの電子を第１秩序配列に関して逆の配列に再配置するに十分なように、形作られ、配置され、電力が供給されている。これらの収束電極８８および９０は、この分野の技術に習熟した者は知っているような方法で、電子１７を第１秩序配列９４の面積に比べて面積が小さい第２の秩序配列９６に更に配置するための縮小手段としても作用するように、形作られ、配置され、電力が供給されている。それで、加速／増幅が縮小と同時に、全て１段階で達成される。
【００１５】
イメージレセプタＡは、光ファイバ装置がないことを特徴とし、イメージ倍増手段８０は、中にマイクロチャンネルがないことを特徴とする。これらの素子は、Ｃ形アーム装置の小型化性向および、以下に詳しく説明するように車輪付きベース３２に結合された関節結合アーム組立体１８と組み合さって、高品質の画像が得られる小型化したＸ線画像形成装置を達成する。小型支持装置と関連して使う従来技術のＸ線装置は、光ファイバの束に頼り、それは加熱し引張って狭い出力端を作り、縮小を達成する。
【００１６】
残念ながら、小型Ｘ線システムに使用する光ファイバ縮小器とＭＣＰ増幅器は、皮肉にもマイクロチャンネルプレート（ＭＣＰ）増幅器のチャンネルが大きすぎるので、現在の技術水準の光学画像を作れない。Ｘ線画像の解像度とコントラスト比は、ＭＣＰ増幅器のチャンネル数によって制限される。簡単に言えば、入力領域の対応する平方ｃｍ当りに当てはまるＭＣＰチャンネルと関連する光ファイバの数が小さ過ぎて現在の技術水準のＸ線画像を作れないのである。医者が患者を診断し治療するための能力に必要な体内解剖の高解像度Ｘ線画像は、このように、大きさを小さくしコストを下げるために犠牲になっている。その上、従来技術の四肢画像形成装置は、操作が難しく、使用が煩雑である。
【００１７】
従来技術の装置が縮小と増強を別々のステップ行うので、および電子でなく光を操作することによって、画像品質も犠牲になっている。初期Ｘ線が光の成分に変換され、それが最初に光ファイバの束によって第１ステップで多分直径２．５ｃｍ（１インチ）に縮小される。この縮小された光成分は、次に、第２ステップで本質的に１対１の面積比でＭＣＰ増幅器に通される。簡単に言えば、大きい光画像をチャンネルに通し、増幅前に、光ファイバの束で小さな薄暗い画像に縮小し、それからこの小さな薄暗い画像を、大きさが約１対１で、小さいイメージ倍増管に通す。この出力画像は、明るくなるが、まだ非常に小さい。それで本出願人の画像形成チェーンは、Ｘ線１１を光成分ではなく電子１７に変換し、これらの電子１７を魔法瓶８２で単一ステップで縮小および加速するという非常に違ったプロセスを使う。これらの差が、最終が像の解像度およびコントラスト比が良い結果となる。
【００１８】
このように、本出願人は、上述のようにイメージ倍増管８０を設けることによって解像度およびコントラスト比の点から画像品質をかなり改善できることを開示している。その上、光電陰極８４を入力領域の直径が１５ｃｍ（６インチ）未満、好ましくは１０ｃｍ（４インチ）乃至１５ｃｍ（６インチ）の範囲内にあるような形状・寸法にできる。本出願人の発明の利点には、画像品質がシンチレータ層８６および光電陰極８４の結晶構造によってのみ制限されるという事実がある。その結果の画像解像度は、非常に高く、従来技術の装置のマイクロチャンネルプレートによって作られたが像解像度より遥かに良い。本出願人の発明は、コントラスト比が良い結果にもなる。ここで使用する“コントラスト比”という用語は、関連技術で通常の技術を持つ者は分るように、面積が光電陰極または入力蛍光体８４の作る入力面積の１０％であるリードディスクを入射面の中心に取付けたときの、最小出力明るさに対する最大出力明るさの比を指す。
【００１９】
電子１７は、光の像として出力蛍光体９２を通過する。この技術分野で知られているように、図２に模式的に示すように、光学素子９４および蛍光体９２を使って画像を改善し、観察者の目９８で観察してもよい。
【００２０】
図２に関連して上に説明したイメージレセプタＡは、この発明の小型化した“Ｃ形アーム組立体”および関節結合アーム組立体１８と組合わせて具体化するとき、競合し且つ長い間必要を感じていた小型化と高品質の両方を満足する種類の、便利な大きさと画像品質を提供する。それで、以下に説明する付加的構造と実施例を、上に説明したイメージレセプタＡと関連して使うと都合がよい。
【００２１】
さて、図１および図３乃至図６を更に詳しく参照すると、車輪付きベース上に支持された関節結合アーム組立体に旋回可能に結合されたＬ形アームまたは支持アームＤ上に“Ｃ形アーム組立体”が滑動可能に取付けられていて、この“Ｃ形アーム組立体”は、軌道回転の単一軸１６の周りに質量バランスが取られている。この軌道回転の単一軸周りに“Ｃ形アーム組立体”の質量バランスを取ることが、操作者にこの“Ｃ形アーム組立体”の単一滑動軌道運動で等中心画像化ができるようにする。ここで使用する“質量バランスが取れた”システムという用語は、システムの質量中心と一致する軸１６の周りに旋回可能、軌道運動可能、またはその他の方法で回転可能なシステムを指す。この“Ｃ形アーム組立体”および支持アームＤは、集合的に、保持手段並びにこの保持手段上の対向する位置に、それぞれ、取付けられたＸ線源およびイメージレセプタを含み、上記Ｘ線源とイメージレセプタがそれらの間に線源・イメージ間距離をなし、その場合にこの保持手段が“Ｃ形アーム組立体”を含む。
【００２２】
この“Ｃ形アーム組立体”は、質量中心ＭＣ（Ｃ形アーム組立体）を有し、その上にほぼ円形の運動軌道１２（図４）が作られているＣ形アームＢを含む。Ｘ線源ＣおよびイメージレセプタＡがこのＣ形アームＢ上の対向する位置に、それぞれ、取付けられ、このＸ線源とイメージレセプタが図示のように互いに向合っている。Ｘ線源Ｃは、イメージレセプタＡ上に中心ビーム１４を有するＸ線１１を投射するための手段を含む。イメージレセプタＡは、この技術の通常の知識を有する者が理解するように、イメージ倍増管等であることができる。Ｘ線源ＣとイメージレセプタＡがそれらの間に線源・イメージ間距離１４を形成する。“Ｃ形アーム組立体”は、線源・イメージ間距離１４が７６ｃｍ（３０インチ）未満であるような形状・寸法になっている。この線源・イメージ間距離は、５１ｃｍ（２０インチ）未満、好ましくは３８ｃｍ（１５インチ）未満であってもよい。本出願人の推奨実施例は、円運動軌道１２の外径が約３６ｃｍ（１４インチ）で、線源・イメージ間距離も約３６ｃｍ（１４インチ）であるＣ形アームＢに向けられている。
【００２３】
ここで使用する“中心ビーム”という用語の意味は、この技術に習熟した者に知られているように、Ｘ線管の焦点スポット１５から垂直にイメージレセプタスクリーン５５上に伸びる線を形成する単一中心Ｘ線ビームだけを指すのでなく、広くＸ線ビーム１４にとって重要でこの単一中心Ｘ線ビームの周りに集中するＸ線ビームの群も指すべきである。参照番号１４は、この技術で線源・イメージ間距離またはＳＩＤとして知られる、Ｘ線源Ｃの焦点スポット１５とイメージレセプタＡとの間の距離も指すべきである。本出願人のイメージレセプタスクリーン５５は、円形で、直径が１０ｃｍ（４インチ）か１５ｃｍ（６インチ）であるのが好ましい。
【００２４】
支持アームＤは、“Ｃ形アーム組立体”がこの支持アームに対して軌道回転の単一軸１６の周りの軌道回転で選択的に滑動可能であるように、円運動軌道１２と滑動可能に係合するように配置されている。図１と図４は、Ｘ線源ＣおよびイメージレセプタＡに対する支持アームＤの方位が変ってもよいことを示し、これらの要素のそれぞれの位置が図１および図４に描かれている。円運動軌道１２は、軌道回転の単一軸１６と中心点が一致する円とほぼ共通であり、“Ｃ形アーム組立体”が上記支持アームＤに対してどんな位置にあっても、上記軸１６が上記アームＤに対してほぼ固定されたままである。ここで使用する“円形”という用語は、意味を実際の円に限定すべきではなく、運動軌道１２の場合と同様に、広く部分円も指すべきである。
【００２５】
全体を１８で示す、関節結合アーム組立体は、第１アーム２０およびこの第１アームと支持アームＤの両方に旋回可能に取付けられた第２アーム２２を含み、支持アームがこの第２アーム２２に対して横回転軸２４（図４）の周りに選択した横位置へ選択的に回転可能である。関節結合アーム組立体１８の第２アーム２２は、支持アームＤおよび“Ｃ形アーム組立体”を第１アーム２０に対して第１位置から第２位置へ動かすために、この技術で知られるような平行リンク機構手段を含み、この第２位置での回転軸２４が第１位置での回転軸２４の方向とほぼ並行である。この平行リンク機構手段を図３に１対の回転車２６と両端がそれぞれ各車２６に旋回可能に結合された棒２８によって表すが、この技術で知られるように四つ棒平行リンク機構または均等物も含んでよい。ここで使用する“関節結合アーム手段”という用語は、例えば非限定的例として、以下に更に詳しく説明するように、図６の第１アーム２０および第２アーム２２、または図７の単一アーム７４のような、支持アームＤおよびベース支持手段３２の両方に旋回可能に取付けられるどのような手段または部材も広く指すべきである。それで、この関節結合アーム手段は、一つ以上の任意の数の旋回可能に相互結合されたアームを含む。
【００２６】
移動式ベース支持手段３２が、“Ｃ形アーム組立体”を懸架位置に支持するために関節結合アーム組立体１８の第１アーム２０に旋回可能に取付けられている。この移動式ベース支持手段は、ベースおよびこのベースの下に回転可能に取付けられた車輪３４を含み、このベースを車輪で床（図示せず）に沿って進めるようにするのが好ましい。この移動式ベース支持手段は、この技術の通常の知識を有する者が理解するように、全体を３６で指す、画像処理および表示ワークステーションを含むのが好ましい。
【００２７】
この“Ｃ形アーム組立体”は、軌道回転の単一軸１６の周りに質量バランスが取られていて、上記“Ｃ形アーム組立体”が支持アームＤに対して円運動軌道１２に沿ったどんな位置にあっても、このＣ形アーム組立体の質量中心ＣＭ（Ｃ形アーム組立体）が軌道回転の単一軸１６とほぼ一致する。説明する方法を変え、図４に示す原点が軌道回転の単一軸１６にある３次元座標系ｘ、ｙおよびｚを参照して：
（１） （ＭB ）（ＤBX）＝（ＭA ）（ＤAX）＋（ＭC ）（ＤCX）、および
（２） （ＭB ）（ＤBY）＋（ＭA ）（ＤAY）＝（ＭC ）（ＤCY）、
但し：
ＭB ＝Ｃ形アームＢの質量；
ＤBX＝ＣＭB とｙ軸の間の距離；
ＣＭB ＝Ｃ形アームＢの質量中心；
ＭA ＝イメージレセプタＡの質量；
ＤAX＝ＣＭA とｙ軸の間の距離；
ＣＭA ＝イメージレセプタＡの質量中心；
ＭC ＝Ｘ線源Ｃの質量；
ＤCX＝ＣＭC とｙ軸の間の距離；
ＣＭC ＝Ｘ線源Ｃの質量中心；
ＤBY＝ＣＭB とｘ軸の間の距離；
ＤAY＝ＣＭA とｘ軸の間の距離；および
ＤCY＝ＣＭC とｘ軸の間の距離。
【００２８】
図５に最もはっきり示すように、“Ｃ形アーム組立体”と支持アームＤは、集合体としての質量中心を有し、横回転軸２４の周りに集合的に質量バランスが取られ、支持アームＤが関節結合アーム組立体１８の第２アーム２２に対して上記横回転軸２４周りのどの回転位置にあっても、上記集合体の質量中心が上記横回転軸２４とほぼ一致する。図４および一部図５に示す原点が横回転軸２４にある３次元座標系ｘ’、ｙ’およびｚ’を参照して：
（３）（Ｍ（Ｃ形アーム組立体））（Ｄ（Ｃ形アーム組立体Ｚ′））
＝（ＭD ) （ＤDZ' ）、
但し：
Ｍ（Ｃ形アーム組立体）＝“Ｃ形アーム組立体”の質量；
Ｄ（Ｃ形アーム組立体Ｚ′）＝ＣＭ（Ｃ形アーム組立体）とｙ’軸の間の距離；
ＣＭ（Ｃ形アーム組立体）＝“Ｃ形アーム組立体”の質量中心；
ＭD ＝支持アームＤの質量；
ＤDZ' ＝ＣＭD とｙ’軸の間の距離；および
ＣＭD ＝支持アームＤの質量中心。
勿論、式（１）、（２）および（３）は、図４乃至図５に示す特定の形状および位置に当てはまる。これらの物理の原理に反しない他の類似の式が代替形状および位置に当てはまるだろう。
【００２９】
この技術の通常の知識を持っている者が理解できるように、この“Ｃ形アーム組立体”は、十分な長さを持つ円運動軌道１２と組み合さって、この“Ｃ形アーム組立体”が円運動軌道１２に沿って第１軌道位置と第２軌道位置の間を動き得て、この第２軌道位置での中心ビーム１４が第１軌道位置での中心ビーム１４と直交する方向に伸びるように形作られ、配列されている。第２軌道位置での中心ビーム１４は、この技術で等中心画像化として知られる、第１軌道位置での中心ビーム１４の第１交点を通過する。この第１交点は、第１等中心画像化の点である。“等中心画像化”という用語は、ある固定位置からの同じ解剖領域の二つの異なるＸ線画像をそれぞれの視線に沿って撮ることができる位置を指す。放射線学の技術に習熟した者は理解するように、等中心画像化とは、前後および横の両方から見て、画像化に関心のある対象が、動かすことなく両方向から見たＸ線画像の中心にある概念を指す。この装置１０は、“Ｃ形アーム組立体”を前後と横の画像の間で単一運動させる以外何ら調整することなく自動的に等中心画像化を行うことができる。
【００３０】
この“Ｃ形アーム組立体”は、中心ビーム１４の第１交点がＸ線源ＣよりもイメージレセプタＡに近いように形作られ、配列されているのが好ましい。一つの好適配置に於いて、この“Ｃ形アーム組立体”は、中心ビーム１４が第１軌道位置でほぼ垂直に且つ第２軌道位置でほぼ水平に伸びるように形作られ、配列されている。この装置１０は、第２軌道位置での中心ビーム１４が横回転軸２４とほぼ一致するように“Ｃ形アーム組立体”を形作り、配列して設計してもよい。
【００３１】
支持アームＤは、関節結合アーム組立体の第２アーム２２に対し６０（図３）で旋回可能に取付けられ、“Ｃ形アーム組立体”が横回転軸２４の周りに第１横位置と第２横位置の間を回転でき、この第２横位置での中心ビーム１４が第１横位置での中心ビーム１４と直交する方向に伸びるように構成されている。この第２横位置での中心ビーム１４は、第１横位置での中心ビーム１４の第２交点を通過し、この第２交点が第２等中心である。もし、中心ビーム１４を軌道回転の単一軸１６と、および水平であるときの横回転軸２４と一致するように作ることができ、上記の式（１）、（２）および（３）を満足するとすると、第１等中心画像化と第２等中心画像化は、常に一致し、“Ｃ形アーム組立体”の横位置と軌道位置の如何なる組合せに対しても全く同一の点である。中心ビーム１４が図４のように軌道回転の単一軸と一致しなくても、装置１０を上に提案したように中心ビーム１４の水平位置が横回転軸２４とほぼ一致するように設計することができるなら、第１等中心画像化と第２等中心画像化は、“Ｃ形アーム組立体”が如何なる位置にあっても大多数の場合一致するだろう。
【００３２】
実際問題として、この装置（１０）を(i) “Ｃ形アーム組立体”の軌道回転の単一軸１６周りの質量バランスを取り、（ii）中心ビーム１４をこの軌道回転の単一軸１６と一致させることの両方を達成するように作ることは現在非常に困難であるので、この画像形成装置をできるだけ軽くしなければならない。しかし、本出願人は、線源・イメージ間距離が７６ｃｍ（３０インチ）未満である、図１乃至図６の小型化した“Ｃ形アーム組立体”を、中心ビーム１４が軌道回転の単一軸１６に十分近く、“Ｃ形アーム組立体”の横位置と軌道位置のほぼ全ての組合せに対して画像化等中心性をある形で達成するように作ることができることを発見した。
【００３３】
この“Ｃ形アーム組立体”は、中心ビーム１４の第２交点がＸ線源ＣよりもイメージレセプタＡに近いように形作られ、配列されているのが好ましい。また、この“Ｃ形アーム組立体”は、中心ビーム１４が第１横位置でほぼ垂直に且つ第２横位置でほぼ水平に伸びるように形作られ、配列されているのが好ましい。
【００３４】
この“Ｃ形アーム組立体”の小型化の性質によれば、円運動軌道１２の半径は、５１ｃｍ（２０インチ）未満が好ましく、３８ｃｍ（１５インチ）未満が最も好ましい。Ｃ形アームＢの円形内周は、半径が４８ｃｍ（１９インチ）未満であるのが好ましく、３６ｃｍ（１４インチ）未満が最も好ましい。
【００３５】
さて、図１および図６を更に詳しく参照すると、装置１０は、図示のように保管するためにコンパクトな配置に旋回させることができる。支持アームＤおよびＣ形アームＢは、各々それぞれ第１側面パネル４２および４４（図１）を含む。移動式ベース支持手段３２は、前部４６および側部４８を含み、それらはその間に集合的に角部５０を形成する。この角部５０は、必ずしも直線である必要はなく、ジグザグでも、図１および図６に示すような直線からその他の方法で逸脱してもよいが、それでも角部である。関節結合アーム組立体１８の第１アーム２０は、ベース支持手段３２の前部４６に第１ピボット取付点５２で旋回可能に取付けられ、この“Ｃ形アーム組立体”および関節結合アーム組立体１８および支持アームＤは、(i) 第１アーム２０が、ベース支持手段３２の前部４６に密接するように、第１ピボット取付点５２から上記前部の少なくとも一部を横切って伸び、および（ii）第２アーム２２が、ベース支持手段３２の前部４６に密接するように、第１アーム２０から上記前部４６の少なくとも一部を横切って伸び、および（iii)支持アームＤが、第２アーム２２の角部５０に隣接する部分からベース支持手段３２の側部４８の少なくとも一部を横切って伸び、支持アームＤおよびＣ形アームの第１側面パネル４２および４４が、それぞれ、上記側部４８に密接し、第２アーム２２および支持アームＤが集合的に、前部４６の少なくとも一部を横切り、角部５０を廻り、側部４８の少なくとも一部を横切って伸びるように、コンパクトな配置に旋回操作できるように構成され、旋回可能に相互結合されている。
【００３６】
ここで、図６に具体化した新規な組合せも同等な構造で達成できることを理解すべきである。例えば、末端が対向する湾曲アーム部材を円形Ｃ形アームＢの代りに湾曲アーム組立体の一部として使ってもよい。この“Ｃ形アーム組立体”とそれに含まれるＸ線画像形成システムが、一つの継ぎ手の調節だけで、軸１６周りに軌道的にか、軸２４周りに横に回転して再配置できることも理解すべきである。“継ぎ手”という用語は、“Ｃ形アーム組立体”、支持アームＤ、および関節結合アーム組立体１８の間の滑動可能および枢軸接続装置のどれをも指す。図３は、大部分の継ぎ手を模式的に示し、枢軸継ぎ手３８、５２、６０、６２、並びに平行リンク機構手段の概略を示す車２６および棒２８を含む。支持アームＤとＣ形アームＢの間の滑動可能な係合も継ぎ手と考えられる。
【００３７】
さて、図７を参照すると、全体を７０で指す、装置１０の代替実施例が示されている。この装置７０は、Ｘ線源ＣおよびイメージレセプタＡ、Ｃ形アームＢおよび支持アームＤ、前部４６、側部４８、角部５０、並びに画像処理および表示ワークステーション３６のような、図１および図６の装置１０と同じ構造物を多く含んでいる。しかし、ベース支持手段３２は、固く取付けられて上方に伸びる静止アーム７１を含む。装置７０は、更に全体を７２で指す代替関節結合アーム組立体を含み、それは、支持アームＤに回転接続装置７６で旋回可能に取付けられた第１アーム７４を含む。この第１アームも静止アーム７１に回転接続装置７８で旋回可能に取付けられている。第１アーム７４は、ベース支持手段３２から（および好ましくは静止アーム７１から）前部４６の少なくとも一部を横切って伸びる。この装置７０は、図６の装置１０に関連して上に説明した方法と同様に旋回操作可能であり、第１アーム７４および支持アームＤが集合的に、前部４６の少なくとも一部を横切り、角部５０を廻り、側部４８の少なくとも一部を横切って伸びる。
【００３８】
【発明の効果】
この発明の多くの利点は、“Ｃ形アーム組立体”が軌道回転の単一軸１６の周りに質量バランスが取られ、支持アームＤと“Ｃ形アーム組立体”の組合せが横回転軸２４の周りに質量バランスが取られているために生ずる。この構成は、装置１０の操作者が二つの直交視野を使って等中心画像化を行うことができるようにし、それは一つの運動だけの操作をすればよく、従って従来技術の小型Ｘ線画像形成システムが要求するより少ないステップでよい。その上、軸１６および軸２４周りに質量バランスを取ったことが、操作者が動かすとき、これらの継ぎ手を自由に動くようにし、しかもこの組立体に外力を加えないとき、然るべき位置にとどまるようにする。関連技術に習熟した者には理解されるように、ロック手段５７および５９を使って、図３に模式的に表す継ぎ手等の幾つかまたは全ての運動をロックおよび解放することができる。図６に示す装置１０のコンパクタビリティが車輪付きベース３２の提供する移動性および関節結合アーム組立体１８の提供する操作性と組み合さって、この発明に小型Ｘ線画像形成システムの分野で多くの利点をもたらす。
【００３９】
上述の装置は、この発明の原理の適用の例示に過ぎないことを理解すべきである。この技術に習熟した者には、この発明の精神および範囲から逸脱することなく多くの修正や代替装置を案出できるかも知れず、それで前記の請求項は、そのような修正および装置を含める意図である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の原理に従って作った移動式Ｃ形アーム装置およびＸ線画像形成システムの透視図である。
【図２】図１の装置のイメージ倍増管の模式図である。
【図３】図１の装置の関節結合アーム組立体の透視模式図である。
【図４】図１の装置のＣ形アーム組立体部の代替実施例の側面図である。
【図５】図４のＣ形アーム組立体の正面図である。
【図６】図１の装置の保管用の折畳んだ、コンパクトな配置の透視図である。
【図７】図６の装置の代替実施例の透視図である。
【符号の説明】
１１ Ｘ線
１２ 円形運動軌道
１４ 中心ビーム／線源・イメージ間距離
１７ 電子
１６ 軌道回転の単一軸
１８ 関節結合アーム手段
２０ 第１アーム
２２ 第２アーム
２４ 横回転軸
３２ ベース支持手段
３４ 車輪
３６ ワークステーション
４２ 第１側面パネル
４４ 第１側面パネル
４６ 前部
４８ 側部
５０ 角部
５２ 第１ピボット取付点
８０ イメージ増強手段
８２ 魔法瓶
８４ 入力手段
８８ 収束電極
９０ 収束電極
９２ 出力手段
９４ 第１秩序配列
９６ 第２秩序配列
Ａ イメージレセプタ
Ｂ Ｃ形アーム
Ｃ Ｘ線源
Ｄ 支持アーム
ＭＣ（Ｃ形アーム組立体） Ｃ形アーム組立体の質量中心
【発明の属する技術分野】
この発明は、一般的にはＸ線画像形成システムに関し、更に詳しくは移動式Ｘ線画像形成システムの小型化ないしミニチュア化した支持アームに組込んだ真空管イメージ倍増管に関する。
【０００２】
【従来の技術】
四肢画像形成という特殊な分野は、腕、脚、手および足のような、小さな解剖器官のＸ線画像形成を指す。それで四肢画像形成は、小さな画像形成領域しか必要ないが、高品質の画像を作ることができる小型のＸ線装置の必要を長い間感じさせてきた。その結果、四肢観察用Ｘ線装置の開発は、大きさとコストを経済的にすることと高い画像品質を維持することの競合する目的によって促進されてきた。
【０００３】
主として、大きさとコストを経済的にする要求に応えて、従来のＸ線装置より遥かに小さく、安い小型のＸ線装置が開発されている。例えば、米国特許Ｂ１４，１４２，１０１（１９９１年２月１９日インに発行された再審査証明書）は、マイクロチャンネルプレート（ＭＣＰ）増幅器と組合わせて光ファイバ縮小器を利用するイメージ倍増管を有するＸ線画像形成チェーンを開示している。この光ファイバ縮小器は、直径が７乃至１５ｃｍの入力領域からＸ線画像を作れるように十分小さく造ることができる。設計者は、この光ファイバ縮小器を利用して四肢画像形成用に大きさが適した小型Ｘ線装置を作ることができている。
【０００４】
しかし、そのような従来技術のＸ線システムは、それらの大きさが小さいためにいくらか有用ではあるが、それでも多くのはっきりした欠点があるのが特徴である。小型Ｘ線システムに使用するこの光ファイバ縮小器とＭＣＰ増幅器は、皮肉にもＭＣＰ増幅器のチャンネルが大きすぎるので、現在の技術水準の光学画像を作れない。Ｘ線画像の解像度とコントラスト比は、ＭＣＰ増幅器のチャンネル数によって制限される。簡単に言えば、入力領域の対応する平方ｃｍ当りに当てはまるＭＣＰチャンネルと関連する光ファイバの数が小さ過ぎて現在の技術水準のＸ線画像を作れないのである。
【０００５】
そのような小型Ｘ線システムから生ずる解像度とコントラストは、品質の許容水準から十分下になる。医者が患者を診断し治療するための能力に必要な体内解剖の高解像度Ｘ線画像は、このように、大きさを小さくしコストを下げるために犠牲になっている。その上、従来技術の四肢画像形成装置は、操作が難しく、使用が煩雑である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従って、この発明の目的は、使用するのがより便利な小型化した移動式Ｘ線画像形成システムを提供することである。
【０００７】
この発明のもう一つの目的は、コントラストの強い高解像度のＸ線画像を作ることができる、改良されたイメージ倍増管を備える画像形成システムを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的およびその他の特に記述しない目的を、Ｘ線診断装置等に使用するための小型化したＣ形アームおよび画像形成装置の、例示する特定の実施例で達成する。Ｘ線画像形成システムがＣ形アームに結合され、このＣ形アームの対向する位置に、それぞれ、Ｘ線源およびイメージレセプタが取付けられている。このイメージレセプタには、魔法瓶形イメージ倍増管がある。このイメージレセプタは、光ファイバ装置がないことを特徴とし、イメージ倍増管は、中にマイクロチャンネルがないことを特徴とする。このＣ形アームは、軌道回転軸の周りに質量バランスが取られていて、車輪付き支持ベース上に支持された関節結合アーム組立体に旋回可能に結合されている。質量バランスを取ることが、Ｃ形アームを単一軌道運動させるだけで、Ｘ線画像形成システムを前後の観察と直交する横の観察の間で配置し直すことができるようにし、それが等中心画像化を成す観察もできるようにする。このＣ形アームは、外径が約７１ｃｍ（２８インチ）で線源・イメージ間距離が約３６ｃｍ（１４インチ）に小型化するのが好ましい。
【０００９】
この発明の更なる目的および利点は、以下の説明に示し、一部はその説明から明白であろうし、またはこの発明の実施によって教示されるかも知れない。この発明のこれらの目的および利点は、前記の請求項で特に指摘する器具および組合せによって達成され、得られるかも知れない。
【００１０】
【発明の実施の形態】
この発明の上記やその他の目的、特徴および利点は、添付の図面に関して以下に呈示する詳細な説明を考察すれば明白となろう。
【００１１】
この発明の原理の理解を促進するために、次に図面に示す実施例を参照し、特有の言葉を使ってそれを説明する。それにも拘らず、それによってこの発明の範囲を限定する意図がないことが分るだろう。関連技術に習熟し、この明細書を持っている者が通常思いつく、図示した装置の変更および更なる修正、並びにここに説明したこの発明の原理の付加的適用は、この発明の請求の範囲に入ると考えるべきである。
【００１２】
さて、図１乃至図６を参照すると、全体を１０で指す、移動式Ｃ形アーム装置が示されている。以下に詳しく説明するように、この装置１０は、一般的に“Ｃ形アーム組立体”と呼ぶ、小型化したＣ形アーム組立体に向けられている。この“Ｃ形アーム組立体”には、Ｘ線源とイメージレセプタがある。このイメージレセプタには、魔法瓶（真空容器又は真空管）形イメージ倍増管がある。イメージレセプタは、光ファイバ装置がないことを特徴とし、イメージ倍増管は、中にマイクロチャンネルがないことを特徴とする。
【００１３】
図１乃至図２を更に詳しく参照すると、Ｘ線源Ｃがイメージレセプタないし受像器Ａ上にＸ線１１を投射する。このイメージレセプタＡには、全体を８０で指す、魔法瓶形イメージ倍増管がある。イメージ倍増管の分野の技術に習熟した者は分るように、イメージ倍増管８０には、受け面８６を持つ真空容器としての魔法瓶８２がある。受け面８６は、好ましくはその内部に、シンチレータ層が塗被されている。光電陰極８４が魔法瓶８２内に配置されている。シンチレータ層８７は、Ｘ線１１を受ける入力領域で、可視光フォトン１３を作る。可視光フォトン１３は、光電陰極８４上に伝達され、そこから電子１７を発生する。このように、シンチレータ層８７と光電陰極８４は、協力して、入力領域でＸ線を受けてこのＸ線から電子１７を作る、適当な入力手段を形成する。収束（ないし集束）電極が、魔法瓶８２に結合され、側面チャンネル電極８８および加速電極９０を含み、適当な電源手段（図示せず）に接続されている。側面チャンネル電極８８に供給される電圧は、加速電極９０より低い。単なる例として、側面チャンネル電極８８に５５０Ｖを供給し、加速電極９０に１．３乃至３．５ｋＶを供給してもよい。出力蛍光体層９２が、魔法瓶８２に結合され、電子を受けて光を発する出力領域を有する、適当な出力手段として作用する。
【００１４】
イメージ倍増管８０は、入力手段８４から出力手段９２への電子１７を、これらの電子から光学像を作るように真空下に維持しながら加速するための、適当なイメージ増強手段として作用する。関連技術に習熟した者は分るように、光電陰極８４には、電子１７を第１の秩序配列９４に配置するための手段があり、収束電極８８および９０は、電子１７を出力蛍光体９２の方に引きつけ、これらの電子を第１秩序配列に関して逆の配列に再配置するに十分なように、形作られ、配置され、電力が供給されている。これらの収束電極８８および９０は、この分野の技術に習熟した者は知っているような方法で、電子１７を第１秩序配列９４の面積に比べて面積が小さい第２の秩序配列９６に更に配置するための縮小手段としても作用するように、形作られ、配置され、電力が供給されている。それで、加速／増幅が縮小と同時に、全て１段階で達成される。
【００１５】
イメージレセプタＡは、光ファイバ装置がないことを特徴とし、イメージ倍増手段８０は、中にマイクロチャンネルがないことを特徴とする。これらの素子は、Ｃ形アーム装置の小型化性向および、以下に詳しく説明するように車輪付きベース３２に結合された関節結合アーム組立体１８と組み合さって、高品質の画像が得られる小型化したＸ線画像形成装置を達成する。小型支持装置と関連して使う従来技術のＸ線装置は、光ファイバの束に頼り、それは加熱し引張って狭い出力端を作り、縮小を達成する。
【００１６】
残念ながら、小型Ｘ線システムに使用する光ファイバ縮小器とＭＣＰ増幅器は、皮肉にもマイクロチャンネルプレート（ＭＣＰ）増幅器のチャンネルが大きすぎるので、現在の技術水準の光学画像を作れない。Ｘ線画像の解像度とコントラスト比は、ＭＣＰ増幅器のチャンネル数によって制限される。簡単に言えば、入力領域の対応する平方ｃｍ当りに当てはまるＭＣＰチャンネルと関連する光ファイバの数が小さ過ぎて現在の技術水準のＸ線画像を作れないのである。医者が患者を診断し治療するための能力に必要な体内解剖の高解像度Ｘ線画像は、このように、大きさを小さくしコストを下げるために犠牲になっている。その上、従来技術の四肢画像形成装置は、操作が難しく、使用が煩雑である。
【００１７】
従来技術の装置が縮小と増強を別々のステップ行うので、および電子でなく光を操作することによって、画像品質も犠牲になっている。初期Ｘ線が光の成分に変換され、それが最初に光ファイバの束によって第１ステップで多分直径２．５ｃｍ（１インチ）に縮小される。この縮小された光成分は、次に、第２ステップで本質的に１対１の面積比でＭＣＰ増幅器に通される。簡単に言えば、大きい光画像をチャンネルに通し、増幅前に、光ファイバの束で小さな薄暗い画像に縮小し、それからこの小さな薄暗い画像を、大きさが約１対１で、小さいイメージ倍増管に通す。この出力画像は、明るくなるが、まだ非常に小さい。それで本出願人の画像形成チェーンは、Ｘ線１１を光成分ではなく電子１７に変換し、これらの電子１７を魔法瓶８２で単一ステップで縮小および加速するという非常に違ったプロセスを使う。これらの差が、最終が像の解像度およびコントラスト比が良い結果となる。
【００１８】
このように、本出願人は、上述のようにイメージ倍増管８０を設けることによって解像度およびコントラスト比の点から画像品質をかなり改善できることを開示している。その上、光電陰極８４を入力領域の直径が１５ｃｍ（６インチ）未満、好ましくは１０ｃｍ（４インチ）乃至１５ｃｍ（６インチ）の範囲内にあるような形状・寸法にできる。本出願人の発明の利点には、画像品質がシンチレータ層８６および光電陰極８４の結晶構造によってのみ制限されるという事実がある。その結果の画像解像度は、非常に高く、従来技術の装置のマイクロチャンネルプレートによって作られたが像解像度より遥かに良い。本出願人の発明は、コントラスト比が良い結果にもなる。ここで使用する“コントラスト比”という用語は、関連技術で通常の技術を持つ者は分るように、面積が光電陰極または入力蛍光体８４の作る入力面積の１０％であるリードディスクを入射面の中心に取付けたときの、最小出力明るさに対する最大出力明るさの比を指す。
【００１９】
電子１７は、光の像として出力蛍光体９２を通過する。この技術分野で知られているように、図２に模式的に示すように、光学素子９４および蛍光体９２を使って画像を改善し、観察者の目９８で観察してもよい。
【００２０】
図２に関連して上に説明したイメージレセプタＡは、この発明の小型化した“Ｃ形アーム組立体”および関節結合アーム組立体１８と組合わせて具体化するとき、競合し且つ長い間必要を感じていた小型化と高品質の両方を満足する種類の、便利な大きさと画像品質を提供する。それで、以下に説明する付加的構造と実施例を、上に説明したイメージレセプタＡと関連して使うと都合がよい。
【００２１】
さて、図１および図３乃至図６を更に詳しく参照すると、車輪付きベース上に支持された関節結合アーム組立体に旋回可能に結合されたＬ形アームまたは支持アームＤ上に“Ｃ形アーム組立体”が滑動可能に取付けられていて、この“Ｃ形アーム組立体”は、軌道回転の単一軸１６の周りに質量バランスが取られている。この軌道回転の単一軸周りに“Ｃ形アーム組立体”の質量バランスを取ることが、操作者にこの“Ｃ形アーム組立体”の単一滑動軌道運動で等中心画像化ができるようにする。ここで使用する“質量バランスが取れた”システムという用語は、システムの質量中心と一致する軸１６の周りに旋回可能、軌道運動可能、またはその他の方法で回転可能なシステムを指す。この“Ｃ形アーム組立体”および支持アームＤは、集合的に、保持手段並びにこの保持手段上の対向する位置に、それぞれ、取付けられたＸ線源およびイメージレセプタを含み、上記Ｘ線源とイメージレセプタがそれらの間に線源・イメージ間距離をなし、その場合にこの保持手段が“Ｃ形アーム組立体”を含む。
【００２２】
この“Ｃ形アーム組立体”は、質量中心ＭＣ（Ｃ形アーム組立体）を有し、その上にほぼ円形の運動軌道１２（図４）が作られているＣ形アームＢを含む。Ｘ線源ＣおよびイメージレセプタＡがこのＣ形アームＢ上の対向する位置に、それぞれ、取付けられ、このＸ線源とイメージレセプタが図示のように互いに向合っている。Ｘ線源Ｃは、イメージレセプタＡ上に中心ビーム１４を有するＸ線１１を投射するための手段を含む。イメージレセプタＡは、この技術の通常の知識を有する者が理解するように、イメージ倍増管等であることができる。Ｘ線源ＣとイメージレセプタＡがそれらの間に線源・イメージ間距離１４を形成する。“Ｃ形アーム組立体”は、線源・イメージ間距離１４が７６ｃｍ（３０インチ）未満であるような形状・寸法になっている。この線源・イメージ間距離は、５１ｃｍ（２０インチ）未満、好ましくは３８ｃｍ（１５インチ）未満であってもよい。本出願人の推奨実施例は、円運動軌道１２の外径が約３６ｃｍ（１４インチ）で、線源・イメージ間距離も約３６ｃｍ（１４インチ）であるＣ形アームＢに向けられている。
【００２３】
ここで使用する“中心ビーム”という用語の意味は、この技術に習熟した者に知られているように、Ｘ線管の焦点スポット１５から垂直にイメージレセプタスクリーン５５上に伸びる線を形成する単一中心Ｘ線ビームだけを指すのでなく、広くＸ線ビーム１４にとって重要でこの単一中心Ｘ線ビームの周りに集中するＸ線ビームの群も指すべきである。参照番号１４は、この技術で線源・イメージ間距離またはＳＩＤとして知られる、Ｘ線源Ｃの焦点スポット１５とイメージレセプタＡとの間の距離も指すべきである。本出願人のイメージレセプタスクリーン５５は、円形で、直径が１０ｃｍ（４インチ）か１５ｃｍ（６インチ）であるのが好ましい。
【００２４】
支持アームＤは、“Ｃ形アーム組立体”がこの支持アームに対して軌道回転の単一軸１６の周りの軌道回転で選択的に滑動可能であるように、円運動軌道１２と滑動可能に係合するように配置されている。図１と図４は、Ｘ線源ＣおよびイメージレセプタＡに対する支持アームＤの方位が変ってもよいことを示し、これらの要素のそれぞれの位置が図１および図４に描かれている。円運動軌道１２は、軌道回転の単一軸１６と中心点が一致する円とほぼ共通であり、“Ｃ形アーム組立体”が上記支持アームＤに対してどんな位置にあっても、上記軸１６が上記アームＤに対してほぼ固定されたままである。ここで使用する“円形”という用語は、意味を実際の円に限定すべきではなく、運動軌道１２の場合と同様に、広く部分円も指すべきである。
【００２５】
全体を１８で示す、関節結合アーム組立体は、第１アーム２０およびこの第１アームと支持アームＤの両方に旋回可能に取付けられた第２アーム２２を含み、支持アームがこの第２アーム２２に対して横回転軸２４（図４）の周りに選択した横位置へ選択的に回転可能である。関節結合アーム組立体１８の第２アーム２２は、支持アームＤおよび“Ｃ形アーム組立体”を第１アーム２０に対して第１位置から第２位置へ動かすために、この技術で知られるような平行リンク機構手段を含み、この第２位置での回転軸２４が第１位置での回転軸２４の方向とほぼ並行である。この平行リンク機構手段を図３に１対の回転車２６と両端がそれぞれ各車２６に旋回可能に結合された棒２８によって表すが、この技術で知られるように四つ棒平行リンク機構または均等物も含んでよい。ここで使用する“関節結合アーム手段”という用語は、例えば非限定的例として、以下に更に詳しく説明するように、図６の第１アーム２０および第２アーム２２、または図７の単一アーム７４のような、支持アームＤおよびベース支持手段３２の両方に旋回可能に取付けられるどのような手段または部材も広く指すべきである。それで、この関節結合アーム手段は、一つ以上の任意の数の旋回可能に相互結合されたアームを含む。
【００２６】
移動式ベース支持手段３２が、“Ｃ形アーム組立体”を懸架位置に支持するために関節結合アーム組立体１８の第１アーム２０に旋回可能に取付けられている。この移動式ベース支持手段は、ベースおよびこのベースの下に回転可能に取付けられた車輪３４を含み、このベースを車輪で床（図示せず）に沿って進めるようにするのが好ましい。この移動式ベース支持手段は、この技術の通常の知識を有する者が理解するように、全体を３６で指す、画像処理および表示ワークステーションを含むのが好ましい。
【００２７】
この“Ｃ形アーム組立体”は、軌道回転の単一軸１６の周りに質量バランスが取られていて、上記“Ｃ形アーム組立体”が支持アームＤに対して円運動軌道１２に沿ったどんな位置にあっても、このＣ形アーム組立体の質量中心ＣＭ（Ｃ形アーム組立体）が軌道回転の単一軸１６とほぼ一致する。説明する方法を変え、図４に示す原点が軌道回転の単一軸１６にある３次元座標系ｘ、ｙおよびｚを参照して：
（１） （ＭB ）（ＤBX）＝（ＭA ）（ＤAX）＋（ＭC ）（ＤCX）、および
（２） （ＭB ）（ＤBY）＋（ＭA ）（ＤAY）＝（ＭC ）（ＤCY）、
但し：
ＭB ＝Ｃ形アームＢの質量；
ＤBX＝ＣＭB とｙ軸の間の距離；
ＣＭB ＝Ｃ形アームＢの質量中心；
ＭA ＝イメージレセプタＡの質量；
ＤAX＝ＣＭA とｙ軸の間の距離；
ＣＭA ＝イメージレセプタＡの質量中心；
ＭC ＝Ｘ線源Ｃの質量；
ＤCX＝ＣＭC とｙ軸の間の距離；
ＣＭC ＝Ｘ線源Ｃの質量中心；
ＤBY＝ＣＭB とｘ軸の間の距離；
ＤAY＝ＣＭA とｘ軸の間の距離；および
ＤCY＝ＣＭC とｘ軸の間の距離。
【００２８】
図５に最もはっきり示すように、“Ｃ形アーム組立体”と支持アームＤは、集合体としての質量中心を有し、横回転軸２４の周りに集合的に質量バランスが取られ、支持アームＤが関節結合アーム組立体１８の第２アーム２２に対して上記横回転軸２４周りのどの回転位置にあっても、上記集合体の質量中心が上記横回転軸２４とほぼ一致する。図４および一部図５に示す原点が横回転軸２４にある３次元座標系ｘ’、ｙ’およびｚ’を参照して：
（３）（Ｍ（Ｃ形アーム組立体））（Ｄ（Ｃ形アーム組立体Ｚ′））
＝（ＭD ) （ＤDZ' ）、
但し：
Ｍ（Ｃ形アーム組立体）＝“Ｃ形アーム組立体”の質量；
Ｄ（Ｃ形アーム組立体Ｚ′）＝ＣＭ（Ｃ形アーム組立体）とｙ’軸の間の距離；
ＣＭ（Ｃ形アーム組立体）＝“Ｃ形アーム組立体”の質量中心；
ＭD ＝支持アームＤの質量；
ＤDZ' ＝ＣＭD とｙ’軸の間の距離；および
ＣＭD ＝支持アームＤの質量中心。
勿論、式（１）、（２）および（３）は、図４乃至図５に示す特定の形状および位置に当てはまる。これらの物理の原理に反しない他の類似の式が代替形状および位置に当てはまるだろう。
【００２９】
この技術の通常の知識を持っている者が理解できるように、この“Ｃ形アーム組立体”は、十分な長さを持つ円運動軌道１２と組み合さって、この“Ｃ形アーム組立体”が円運動軌道１２に沿って第１軌道位置と第２軌道位置の間を動き得て、この第２軌道位置での中心ビーム１４が第１軌道位置での中心ビーム１４と直交する方向に伸びるように形作られ、配列されている。第２軌道位置での中心ビーム１４は、この技術で等中心画像化として知られる、第１軌道位置での中心ビーム１４の第１交点を通過する。この第１交点は、第１等中心画像化の点である。“等中心画像化”という用語は、ある固定位置からの同じ解剖領域の二つの異なるＸ線画像をそれぞれの視線に沿って撮ることができる位置を指す。放射線学の技術に習熟した者は理解するように、等中心画像化とは、前後および横の両方から見て、画像化に関心のある対象が、動かすことなく両方向から見たＸ線画像の中心にある概念を指す。この装置１０は、“Ｃ形アーム組立体”を前後と横の画像の間で単一運動させる以外何ら調整することなく自動的に等中心画像化を行うことができる。
【００３０】
この“Ｃ形アーム組立体”は、中心ビーム１４の第１交点がＸ線源ＣよりもイメージレセプタＡに近いように形作られ、配列されているのが好ましい。一つの好適配置に於いて、この“Ｃ形アーム組立体”は、中心ビーム１４が第１軌道位置でほぼ垂直に且つ第２軌道位置でほぼ水平に伸びるように形作られ、配列されている。この装置１０は、第２軌道位置での中心ビーム１４が横回転軸２４とほぼ一致するように“Ｃ形アーム組立体”を形作り、配列して設計してもよい。
【００３１】
支持アームＤは、関節結合アーム組立体の第２アーム２２に対し６０（図３）で旋回可能に取付けられ、“Ｃ形アーム組立体”が横回転軸２４の周りに第１横位置と第２横位置の間を回転でき、この第２横位置での中心ビーム１４が第１横位置での中心ビーム１４と直交する方向に伸びるように構成されている。この第２横位置での中心ビーム１４は、第１横位置での中心ビーム１４の第２交点を通過し、この第２交点が第２等中心である。もし、中心ビーム１４を軌道回転の単一軸１６と、および水平であるときの横回転軸２４と一致するように作ることができ、上記の式（１）、（２）および（３）を満足するとすると、第１等中心画像化と第２等中心画像化は、常に一致し、“Ｃ形アーム組立体”の横位置と軌道位置の如何なる組合せに対しても全く同一の点である。中心ビーム１４が図４のように軌道回転の単一軸と一致しなくても、装置１０を上に提案したように中心ビーム１４の水平位置が横回転軸２４とほぼ一致するように設計することができるなら、第１等中心画像化と第２等中心画像化は、“Ｃ形アーム組立体”が如何なる位置にあっても大多数の場合一致するだろう。
【００３２】
実際問題として、この装置（１０）を(i) “Ｃ形アーム組立体”の軌道回転の単一軸１６周りの質量バランスを取り、（ii）中心ビーム１４をこの軌道回転の単一軸１６と一致させることの両方を達成するように作ることは現在非常に困難であるので、この画像形成装置をできるだけ軽くしなければならない。しかし、本出願人は、線源・イメージ間距離が７６ｃｍ（３０インチ）未満である、図１乃至図６の小型化した“Ｃ形アーム組立体”を、中心ビーム１４が軌道回転の単一軸１６に十分近く、“Ｃ形アーム組立体”の横位置と軌道位置のほぼ全ての組合せに対して画像化等中心性をある形で達成するように作ることができることを発見した。
【００３３】
この“Ｃ形アーム組立体”は、中心ビーム１４の第２交点がＸ線源ＣよりもイメージレセプタＡに近いように形作られ、配列されているのが好ましい。また、この“Ｃ形アーム組立体”は、中心ビーム１４が第１横位置でほぼ垂直に且つ第２横位置でほぼ水平に伸びるように形作られ、配列されているのが好ましい。
【００３４】
この“Ｃ形アーム組立体”の小型化の性質によれば、円運動軌道１２の半径は、５１ｃｍ（２０インチ）未満が好ましく、３８ｃｍ（１５インチ）未満が最も好ましい。Ｃ形アームＢの円形内周は、半径が４８ｃｍ（１９インチ）未満であるのが好ましく、３６ｃｍ（１４インチ）未満が最も好ましい。
【００３５】
さて、図１および図６を更に詳しく参照すると、装置１０は、図示のように保管するためにコンパクトな配置に旋回させることができる。支持アームＤおよびＣ形アームＢは、各々それぞれ第１側面パネル４２および４４（図１）を含む。移動式ベース支持手段３２は、前部４６および側部４８を含み、それらはその間に集合的に角部５０を形成する。この角部５０は、必ずしも直線である必要はなく、ジグザグでも、図１および図６に示すような直線からその他の方法で逸脱してもよいが、それでも角部である。関節結合アーム組立体１８の第１アーム２０は、ベース支持手段３２の前部４６に第１ピボット取付点５２で旋回可能に取付けられ、この“Ｃ形アーム組立体”および関節結合アーム組立体１８および支持アームＤは、(i) 第１アーム２０が、ベース支持手段３２の前部４６に密接するように、第１ピボット取付点５２から上記前部の少なくとも一部を横切って伸び、および（ii）第２アーム２２が、ベース支持手段３２の前部４６に密接するように、第１アーム２０から上記前部４６の少なくとも一部を横切って伸び、および（iii)支持アームＤが、第２アーム２２の角部５０に隣接する部分からベース支持手段３２の側部４８の少なくとも一部を横切って伸び、支持アームＤおよびＣ形アームの第１側面パネル４２および４４が、それぞれ、上記側部４８に密接し、第２アーム２２および支持アームＤが集合的に、前部４６の少なくとも一部を横切り、角部５０を廻り、側部４８の少なくとも一部を横切って伸びるように、コンパクトな配置に旋回操作できるように構成され、旋回可能に相互結合されている。
【００３６】
ここで、図６に具体化した新規な組合せも同等な構造で達成できることを理解すべきである。例えば、末端が対向する湾曲アーム部材を円形Ｃ形アームＢの代りに湾曲アーム組立体の一部として使ってもよい。この“Ｃ形アーム組立体”とそれに含まれるＸ線画像形成システムが、一つの継ぎ手の調節だけで、軸１６周りに軌道的にか、軸２４周りに横に回転して再配置できることも理解すべきである。“継ぎ手”という用語は、“Ｃ形アーム組立体”、支持アームＤ、および関節結合アーム組立体１８の間の滑動可能および枢軸接続装置のどれをも指す。図３は、大部分の継ぎ手を模式的に示し、枢軸継ぎ手３８、５２、６０、６２、並びに平行リンク機構手段の概略を示す車２６および棒２８を含む。支持アームＤとＣ形アームＢの間の滑動可能な係合も継ぎ手と考えられる。
【００３７】
さて、図７を参照すると、全体を７０で指す、装置１０の代替実施例が示されている。この装置７０は、Ｘ線源ＣおよびイメージレセプタＡ、Ｃ形アームＢおよび支持アームＤ、前部４６、側部４８、角部５０、並びに画像処理および表示ワークステーション３６のような、図１および図６の装置１０と同じ構造物を多く含んでいる。しかし、ベース支持手段３２は、固く取付けられて上方に伸びる静止アーム７１を含む。装置７０は、更に全体を７２で指す代替関節結合アーム組立体を含み、それは、支持アームＤに回転接続装置７６で旋回可能に取付けられた第１アーム７４を含む。この第１アームも静止アーム７１に回転接続装置７８で旋回可能に取付けられている。第１アーム７４は、ベース支持手段３２から（および好ましくは静止アーム７１から）前部４６の少なくとも一部を横切って伸びる。この装置７０は、図６の装置１０に関連して上に説明した方法と同様に旋回操作可能であり、第１アーム７４および支持アームＤが集合的に、前部４６の少なくとも一部を横切り、角部５０を廻り、側部４８の少なくとも一部を横切って伸びる。
【００３８】
【発明の効果】
この発明の多くの利点は、“Ｃ形アーム組立体”が軌道回転の単一軸１６の周りに質量バランスが取られ、支持アームＤと“Ｃ形アーム組立体”の組合せが横回転軸２４の周りに質量バランスが取られているために生ずる。この構成は、装置１０の操作者が二つの直交視野を使って等中心画像化を行うことができるようにし、それは一つの運動だけの操作をすればよく、従って従来技術の小型Ｘ線画像形成システムが要求するより少ないステップでよい。その上、軸１６および軸２４周りに質量バランスを取ったことが、操作者が動かすとき、これらの継ぎ手を自由に動くようにし、しかもこの組立体に外力を加えないとき、然るべき位置にとどまるようにする。関連技術に習熟した者には理解されるように、ロック手段５７および５９を使って、図３に模式的に表す継ぎ手等の幾つかまたは全ての運動をロックおよび解放することができる。図６に示す装置１０のコンパクタビリティが車輪付きベース３２の提供する移動性および関節結合アーム組立体１８の提供する操作性と組み合さって、この発明に小型Ｘ線画像形成システムの分野で多くの利点をもたらす。
【００３９】
上述の装置は、この発明の原理の適用の例示に過ぎないことを理解すべきである。この技術に習熟した者には、この発明の精神および範囲から逸脱することなく多くの修正や代替装置を案出できるかも知れず、それで前記の請求項は、そのような修正および装置を含める意図である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の原理に従って作った移動式Ｃ形アーム装置およびＸ線画像形成システムの透視図である。
【図２】図１の装置のイメージ倍増管の模式図である。
【図３】図１の装置の関節結合アーム組立体の透視模式図である。
【図４】図１の装置のＣ形アーム組立体部の代替実施例の側面図である。
【図５】図４のＣ形アーム組立体の正面図である。
【図６】図１の装置の保管用の折畳んだ、コンパクトな配置の透視図である。
【図７】図６の装置の代替実施例の透視図である。
【符号の説明】
１１ Ｘ線
１２ 円形運動軌道
１４ 中心ビーム／線源・イメージ間距離
１７ 電子
１６ 軌道回転の単一軸
１８ 関節結合アーム手段
２０ 第１アーム
２２ 第２アーム
２４ 横回転軸
３２ ベース支持手段
３４ 車輪
３６ ワークステーション
４２ 第１側面パネル
４４ 第１側面パネル
４６ 前部
４８ 側部
５０ 角部
５２ 第１ピボット取付点
８０ イメージ増強手段
８２ 魔法瓶
８４ 入力手段
８８ 収束電極
９０ 収束電極
９２ 出力手段
９４ 第１秩序配列
９６ 第２秩序配列
Ａ イメージレセプタ
Ｂ Ｃ形アーム
Ｃ Ｘ線源
Ｄ 支持アーム
ＭＣ（Ｃ形アーム組立体） Ｃ形アーム組立体の質量中心
Claims (31)
- Ｘ線診断装置等に使用するための小型化した支持アームおよび画像形成装置であって：保持手段、並びにこの保持手段上の対向する位置に、それぞれ、取付けられたＸ線源（Ｃ）およびイメージレセプタ（Ａ）を含み、上記Ｘ線源（Ｃ）およびイメージレセプタ（Ａ）の間が線源・イメージ間距離（１４）をなす支持組立体；この支持組立体に旋回可能に取付けられた関節結合アーム手段（１８）で、この支持組立体が上記関節結合アーム手段（１８）に対して横回転軸（２４）の周りに選択的に回転可能である関節結合アーム手段（１８）；およびこの支持組立体を懸架位置に支持するために関節結合アーム手段（１８）に旋回可能に取付けられ、床に沿って移動できる移動式ベース支持手段（３２）；を含む装置に於いて、このイメージレセプタ（Ａ）が：Ｘ線（１１）を受け上記Ｘ線（１１）から電子（１７）を生成するための入力領域を有する入力手段（８４）；これらの電子（１７）を受けそれから光を発するための出力領域を有する出力手段（９２）；および入力手段（８４）から出力手段（９２）への電子（１７）を、上記電子から光学像を作るように真空下に維持しながら、加速するためのイメージ増強手段で、真空容器（８２）および上記真空容器に結合された収束電極（８８，９０）を含むイメージ増強手段（８０）；を含む装置。
- 請求項１による装置に於いて、入力手段（８４）が電子（１７）を第１の秩序配列（９４）に配置するための手段を含み、収束電極（８８、９０）が電子（１７）を出力手段（９２）の方に引きつけ、これらの電子を第１秩序配列（９４）に対して逆の配列に再配置するに十分なように、形作られ、配置され、電力が供給されている装置。
- 請求項１による装置に於いて、上記装置が光ファイバのないことを特徴とする装置。
- 請求項１による装置に於いて、イメージ増強手段（８０）が中にマイクロチャンネルのないことを特徴とする装置。
- 請求項１による装置に於いて、入力領域の直径が１５ｃｍ（６インチ）未満である装置。
- 請求項５による装置に於いて、入力領域の直径が１０ｃｍ（４インチ）乃至１５ｃｍ（６インチ）の範囲内にある装置。
- 請求項１による装置に於いて、入力手段（８４）が電子（１７）を第１面積の第１秩序配列（９４）に配置するための手段を含み、収束電極（８８、９０）が電子（１７）を上記第１面積に比べて面積が小さい第２秩序配列（９６）に再配置するための縮小手段として作用するに十分なように、形作られ、配置され、電力が供給されている装置。
- 請求項１による装置に於いて、支持組立体が：その上にほぼ円形の運動軌道（１２）が作られているＣ形アーム（Ｂ）を含むＣ形アーム組立体で、Ｘ線源（Ｃ）およびイメージレセプタ（Ａ）がこのＣ形アーム（Ｂ）の対向する位置に、それぞれ、取付けられていて、上記Ｘ線源（Ｃ）およびイメージレセプタ（Ａ）の間が線源・イメージ間距離（１４）をなし、このＸ線源（Ｃ）がイメージレセプタ（Ａ）上に中心ビーム（１４）を有するＸ線（１１）を投射するための手段を含むＣ形アーム組立体；およびこのＣ形アーム（Ｂ）の円運動軌道（１２）と滑動可能に係合するように配置されている支持アーム（Ｄ）で、このＣ形アーム組立体が上記支持アーム（Ｄ）に対して軌道回転の単一軸（１６）の周りの軌道回転で選択的に滑動可能であり、上記円運動軌道（１２）は、軌道回転の単一軸（１６）と中心点が一致する円とほぼ共通であって、このＣ形アーム組立体が上記支持アーム（Ｄ）に対してどんな位置にあっても、上記軌道回転の単一軸（１６）が上記支持アーム（Ｄ）に対してほぼ固定されたままである支持アーム；を含み、関節結合アーム手段（１８）が、支持アーム（Ｄ）に旋回可能に取付けられていて、この支持アーム（Ｄ）が上記関節結合アーム手段（１８）に対して横回転軸（２４）の周りに選択した横位置へ選択的に回転可能である装置。
- 請求項８による装置に於いて、このＣ形アーム組立体が、質量中心を有し、軌道回転の単一軸（１６）の周りに質量バランスが取られていて、上記Ｃ形アーム組立体が支持アーム（Ｄ）に対して円運動軌道（１２）に沿ったどんな位置にあっても、このＣ形アーム組立体の質量中心が軌道回転の単一軸（１６）とほぼ一致する装置。
- 請求項８による装置に於いて、Ｃ形アーム組立体と支持アーム（Ｄ）が集合体としての質量中心を有し、横回転軸（２４）の周りで全体として質量バランスが取られていて、支持アーム（Ｄ）が関節結合アーム手段（１８）に対して上記横回転軸（２４）周りのどの回転位置にあっても、上記集合体の質量中心が上記横回転軸（２４）とほぼ一致する装置。
- 請求項８による装置に於いて、このＣ形アーム組立体は、線源・イメージ間距離（１４）が７６ｃｍ（３２インチ）未満であるような形状・寸法になっている装置。
- 請求項８による装置に於いて、このＣ形アーム組立体は、線源・イメージ間距離（１４）が５１ｃｍ（２０インチ）未満であるような形状・寸法になっている装置。
- 請求項８による装置に於いて、このＣ形アーム組立体は、線源・イメージ間距離（１４）が３８ｃｍ（１５インチ）未満であるような形状・寸法になっている装置。
- 請求項１による装置に於いて、関節結合アーム手段（１８）は、この支持組立体をベース支持手段（３２）に対して第１位置から第２位置へ動かすための平行リンク機構手段を含み、この第２位置での横回転軸（２４）が第１位置での横回転軸（２４）の方向とほぼ並行である装置。
- 請求項８による装置に於いて、このＣ形アーム組立体は、十分な長さを持つ円運動軌道（１２）と組み合さって、このＣ形アーム組立体が円運動軌道（１２）に沿って第１軌道位置と第２軌道位置の間を軌道回転運動可能であり、この第２軌道位置での中心ビーム（１４）が第１軌道位置での中心ビーム（１４）と直交する方向に伸びるように形作られ、配列されている装置。
- 請求項１５による装置に於いて、この第２軌道位置での中心ビーム（１４）が第１軌道位置での中心ビーム（１４）の第１交点を通過する装置。
- 請求項１５による装置に於いて、このＣ形アーム組立体は、中心ビーム（１４）の第１交点がＸ線源（Ｃ）よりもイメージレセプタ（Ａ）に近いように形作られ、配列されている装置。
- 請求項１５による装置に於いて、このＣ形アーム組立体は、中心ビーム（１４）が第１軌道位置でほぼ垂直に且つ第２軌道位置でほぼ水平に伸びるように形作られ、配列されている装置。
- 請求項１８による装置に於いて、このＣ形アーム組立体は、第２軌道位置での中心ビーム（１４）が第２軌道位置で横回転軸（２４）とほぼ一致するように形作られ、配列されている装置。
- 請求項８による装置に於いて、支持アーム（Ｄ）は、関節結合アーム手段（１８）に対し旋回可能に取付けられ、このＣ形アーム組立体が横回転軸（２４）の周りに第１横位置と第２横位置の間を回転でき、この第２横位置での中心ビーム（１４）が第１横位置での中心ビーム（１４）と直交する方向に伸びるように構成されている装置。
- 請求項２０による装置に於いて、この第２横位置での中心ビーム（１４）が第１横位置での中心ビーム（１４）の第２交点を通過する装置。
- 請求項２１による装置に於いて、このＣ形アーム組立体は、中心ビーム（１４）の第２交点がＸ線源（Ｃ）よりもイメージレセプタ（Ａ）に近いように形作られ、配列されている装置。
- 請求項２０による装置に於いて、このＣ形アーム組立体は、中心ビーム（１４）が第１横位置でほぼ垂直に且つ第２横位置でほぼ水平に伸びるように形作られ、配列されている装置。
- 請求項１による装置に於いて、移動式ベース支持手段（３２）が、ベースおよびこのベースの下に回転可能に取付けられた車輪（３４）を含み、このベースを車輪で床に沿って進めるようにする装置。
- 請求項１による装置に於いて、移動式ベース支持手段（３２）が画像処理および表示ワークステーション（３６）を含む装置。
- 請求項８による装置に於いて、円運動軌道（１２）の半径が５１ｃｍ（２０インチ）未満である装置。
- 請求項２６による装置に於いて、円運動軌道（１２）の半径が３８ｃｍ（１５インチ）未満である装置。
- 請求項８による装置に於いて、Ｃ形アーム（Ｂ）の円形内周の半径が４８ｃｍ（１９インチ）未満である装置。
- 請求項２８による装置に於いて、円形内周の半径が３６ｃｍ（１４インチ）未満である装置。
- 請求項８による装置に於いて、支持アーム（Ｄ）およびＣ形アーム（Ｂ）が各々第１側面パネル（４２，４４）を含み、移動式ベース支持手段（３２）が前部（４６）および側部（４８）を含み、それらがその間に集合的に角部（５０）を形成し、関節結合アーム手段（１８）がベース支持手段（３２）に第１ピボット取付点（５２）で旋回可能に取付けられ、このＣ形アーム組立体および関節結合アーム手段（１８）および支持アーム（Ｄ）は、(i) 関節結合アーム手段（１８）が、ベース支持手段（３２）の前部（４６）に密接するように、第１ピボット取付点（５２）から上記前部（４６）の少なくとも一部を横切って伸び、および（ii）支持アーム（Ｄ）が関節結合アーム手段（１８）の角部（５０）に隣接する部分からベース支持手段（３２）の側部（４８）の少なくとも一部を横切って伸び、支持アーム（Ｄ）およびＣ形アーム（Ｂ）の第１側面パネル（４２，４４）が上記側部（４８）に密接し、関節結合アーム手段（１８）および支持アーム（Ｄ）が集合的に、前部（４６）の少なくとも一部を横切り、角部（５０）を廻り、側部（４８）の少なくとも一部を横切って伸びるように、コンパクトな配置に旋回操作できるように構成され、旋回可能に相互結合されている装置。
- 請求項８による装置に於いて、支持アーム（Ｄ）およびＣ形アーム（Ｂ）が各々第１側面パネル（４２，４４）を含み、ベース支持手段（３２）が前部（４６）および側部（４８）を含み、それらがその間に集合的に角部（５０）を形成し、関節結合アーム手段（１８）が第１アーム（２０）およびこの第１アーム（２０）と支持アーム（Ｄ）の両方に旋回可能に取付けられた第２アーム（２２）を含み、上記第２アーム（２２）は、ベース支持手段（３２）の前部（４６）に第１ピボット取付点（５２）で旋回可能に取付けられ、このＣ形アーム組立体および関節結合アーム手段（１８）および支持アーム（Ｄ）は、(i) 第１アーム（２０）が、ベース支持手段（３２）の前部（４６）に密接するように、第１ピボット取付点（５２）から上記前部（４６）の少なくとも一部を横切って伸び、および（ii）第２アーム（２２）が、ベース支持手段（３２）の前部（４６）に密接するように、第１アーム（２０）から上記前部（４６）の少なくとも一部を横切って角部（５０）へ伸び、および（iii)支持アーム（Ｄ）が第２アーム（２２）の角部（５０）に隣接する部分からベース支持手段（３２）の側部（４８）の少なくとも一部を横切って伸び、支持アーム（Ｄ）および湾曲部材（Ｂ）の第１側面パネル（４２，４４）が上記側部（４８）に密接し、第２アーム（２２）および支持アーム（Ｄ）が集合的に、前部（４６）の少なくとも一部を横切り、角部（５０）を廻り、側部（４８）の少なくとも一部を横切って伸びるように、コンパクトな配置に旋回操作できるように構成され、旋回可能に相互結合されている装置。
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