JP4104192B2

JP4104192B2 - 医用診断装置の寝台制御装置

Info

Publication number: JP4104192B2
Application number: JP32719897A
Authority: JP
Inventors: 英一牧野; 嘉一井桁; 幹雄持立
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 1997-11-13
Filing date: 1997-11-13
Publication date: 2008-06-18
Anticipated expiration: 2017-11-13
Also published as: JPH11137542A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｘ線診断装置やＸ線ＣＴ装置，磁気共鳴イメージング装置等の医用診断装置における被検者を寝載する寝台の制御装置に係わり、特に被検者の疾患部の位置決め時に前記寝台がこの位置決めに障害となる物体に衝突するのを防止するに好適な医用診断装置の寝台制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の寝台、例えばＸ線ＣＴ装置の患者寝台を例に説明すると、Ｘ線ＣＴ装置は、患者を前記寝台に寝載した状態で検査を行う。この検査時に、遠隔操作により寝台を移動制御するモータを駆動して前記寝台をＸ線管やＸ線検出器等を搭載したＸ線ＣＴスキャナに近づけて撮影を行う位置制御の必要な装置であった。
【０００３】
しかし、近年ＩＶＲ(インターベンショナルラジオロジー）が盛んに行われるようになるにつれて、前記Ｘ線ＣＴ装置とアンギオ検査が可能な循環器Ｘ線検査装置を組み合わせて治療と検査を同時に行う術式が多くなってきた。このシステムにおいては、被検者を動かさないで検査から治療までを一貫して行うようにするために、被検者を寝載する寝台はＸ線ＣＴ用とアンギオ検査用とで同一のものにすることが望ましい。
【０００４】
このため、被検者を寝載する寝台に対する要求も、Ｘ線ＣＴ用寝台としての機能とアンギオ検査用寝台としての機能の両方をもったもののニーズが高まってきた。
すなわち、Ｘ線ＣＴ用の寝台としては高速で位置決め精度がよく、アンギオ検査用寝台としては前後方向，左右方向に自由にフローティング動作が可能な寝台が要求されてきた。
【０００５】
図５は、このようなシステムを用いて検査から治療までを行う例である。
この図において、被検者５０をＸ線ＣＴ装置のスキャナ５に位置合わせし、検査を行い、被検者の疾患部を特定する。（図５（ａ））
【０００６】
次に、被検者５０を載せたまま寝台１を移動してアンギオ検査装置のＸ線管６とイメージインテンスファイアＩ．Ｉ．７（ここではこの組み合わせによる支持器をＣアーム支持器と呼ぶことにする）とに位置合わせし、血管にカテーテルを挿入して、このアンギオ検査装置で前記カテーテルの位置を確認しながら治療を行う。（図５（ｂ））
【０００７】
下肢血管のようなＣアーム支持器より遠い被検者５０の足側の部位の検査、治療時には寝台１を頭側に移動して疾患部を前記Ｃアーム支持器から放射される放射線のアイソセンタに合わせる。（図５（ｃ））
【０００８】
この時、Ｃアーム支持器を移動させて位置合わせを行う方法も考えられるが、Ｃアーム支持器は大型であるため、その移動手段が大掛かりとなるばかりではなく高精度の位置決めが要求される本システムには不向きなものである。
【０００９】
このようにして、寝台１を前後，左右方向（図５（ｃ）のＸ，Ｙ方向）に移動させて疾患部の位置合わせを行い、検査から治療まで行うものである。
そこで、このようなアンギオ検査や治療時には、寝台１を前後、左右方向に自由に手動で操作することができるが、寝台の機構が大きいために荷重が重く、大きな操作力を必要とする。
【００１０】
すなわち、上記の寝台制御装置は、Ｘ線ＣＴ検査に要求される位置決め制御を満足する位置制御の制御装置であるために、ＩＶＲの操作に必要な手で動かす微妙な操作はできなかった。また、寝台の操作を手動で行なう装置においては、患者の体重が掛かっているので、術者の操作力は大きく、動かしたときの慣性力の影響で寝台が行き過ぎてしまうなど、必ずしも操作しやすいものとは言えなかった。
【００１１】
そこで、寝台を被検者の体重も考慮した操作力で、手動で軽く自由に動かすために、前記操作力を検出し、この操作力をフィードバックして制御する方法が考えられる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のように寝台１を前後，左右方向に自由に移動できるようにすると、その移動時には周囲の障害物と衝突しないようにこの障害物に注意して操作しなければならない。
【００１３】
例えば、図５（ｃ）のように、寝台１がＸ線ＣＴ装置のスキャナ５の内部にまで移動させるような場合は、図５（ｂ）時での診断、治療時に寝台１の位置がスキャナ５の中心からずれた位置のままで寝台１を頭側に移動させた場合はスキャナ５と衝突することが懸念される。また、アンギオ検査からＸ線ＣＴ検査に移るとき寝台１の位置によっては、Ｘ線ＣＴ装置のガントリー開口部と衝突する恐れがあった。このため、このような移動時には、必ず寝台１の中心とスキャナ５の中心とが一致又はこれらが衝突しない領域であることを確認して移動させることが必要となるために、この操作が煩わしいものであり、前記確認作業を行わなかった場合は寝台１とスキャナ５が衝突し、装置の破損を招いたり、あるいは検査，治療行為を阻害するものであった。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、寝台が移動しても周囲の障害物との衝突を回避し、決められた領域内の任意の位置に位置決めできる医用診断装置の寝台制御装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、被検者を寝載する寝台と、前記寝台の位置を検出する寝台位置検出手段と、この寝台位置検出手段の位置検出信号を用いて前記寝台への位置を制御する寝台位置制御手段と、前記寝台への操作者の操作力を検出する操作者操作力検出手段と、この操作者操作力検出手段の出力を用いて前記寝台の操作力を制御する寝台操作力制御手段とを備えて成る医用診断装置の寝台制御装置において、前記寝台の基準位置から特定の位置までの前記寝台の前後方向（Ｘ方向）の位置データに基づいて、前記寝台の左右方向（Ｙ方向）の移動範囲を設定する移動範囲設定手段を備え、前記寝台が前記移動範囲設定手段により設定された移動範囲内にあるときのみ前記寝台操作力制御手段により寝台の操作力を制御することによって達成される。
【００１６】
上記移動範囲設定手段は、前記移動範囲設定手段は、前記寝台の基準位置と、前記寝台とＸ線ＣＴスキャナとが衝突しない境界線の座標とから、前記寝台の移動範囲を設定する。
【００１７】
このように構成することによって、寝台操作力制御手段を用いて寝台の位置決め操作時に、この寝台の移動範囲を設けることにより、操作者が障害物を意識することなく寝台の位置決め操作を行うことができる。したがって、障害物との接触を回避することができ、操作性，安全性の向上に寄与するものである。
特に、Ｘ線ＣＴ装置とアンギオ検査装置を組み合わせて検査から治療までを一貫して行うシステムにおいては、アンギオ検査からＣＴ検査への移行時の寝台の位置決め時においては上記効果は大きい。
【００１８】
この場合は、寝台の基準位置からＸ線ＣＴ装置のスキャナまでのＸ方向とＹ方向の距離データを容易し、この距離データと前記寝台のＸ方向の位置との関係から寝台の移動可能な範囲を求めて、寝台がこの範囲内にあるときのみ上記の操作力制御手段を用いてＹ方向の位置決めを行うことにより、スキャナとの衝突を回避できるものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。
図１は本発明をＸ線ＣＴ装置とアンギオ検査装置とを組み合わせたシステムに用いた場合の実施例を示す構成図である。図１（ａ）は前記システムの側面図であり、５はＸ線ＣＴ装置のスキャナ部，６と７はアンギオ検査装置のＸ線管とイメージインテンスファイアＩ．Ｉ．（これらは図示しないＣアームと呼ばれる支持器に支持されている），１は前記Ｘ線ＣＴ装置とアンギオ検査装置に共通の寝台部，２は力センサ部２６と力センサアンプ（図示省略）等を含む術者の操作力を検出する術者操作力検出手段，３は前記力検出手段２を取り付けるためのレール，４は寝台部１の移動制御を行う寝台制御装置，２７は寝台部１の位置を制御するための位置を検出する位置検出器（本実施例では、ポテンショメータを使用しており、図１の（ｂ）に示すプーリ１０や動力伝達ベルト１１等からなる駆動系を用いて位置を検出する構成となっている）である。
【００２０】
このシステムにおいて、例えば寝台１を動かして被検者をＸ線ＣＴ装置のスキャナ５に位置合わせし、検査を行い（図５（ａ））、被検者の疾患部を特定し、次に被検者を載せたまま寝台１を移動してアンギオ検査装置のＸ線管６とＩ．Ｉ．７とに位置合わせし、血管にカテーテルを挿入して、このアンギオ検査装置で前記カテーテルの位置を確認しながら治療を行うものである（図５（ｂ），（ｃ））。
【００２１】
このとき、術者は、寝台１の位置合わせ時には、前記寝台１を微細に制御しなければならないので、このため前記術者操作力検出手段２で術者の操作力を検出し、これを後述する制御装置にフィードバックして術者の操作力を微妙に制御するものである。
【００２２】
図１（ｂ）は上記システムの寝台部１の上面図で、寝台部１は、Ｘ方向とＹ方向とがそれぞれ独立して移動できる機構を備えており、それらの動作範囲内で移動できるようになっている（図示省略）。３は術者操作力検出手段２を移動可能に取付けるためのレールで、このレール３は寝台部１の両側に取付けてあり、術者が立つ位置に応じて作業しやすい位置へ術者操作力検出手段２を設置できるようになっている。
【００２３】
寝台１を移動させるモータ及びこのモータの速度や前記寝台の位置を検出するエンコータ゛は、寝台部１の縦移動部を例に取ると図１（ｃ）のような配置となっている（モータ２５とこのモータに連結されているエンコーダ２９）。
【００２４】
このモータ２５の駆動力を寝台部１に伝達する機構としては、前記した図１（ｂ）に示すようなプーリ１０やベルト１１を使った機構を用いる。
【００２５】
次に、この機構を用いて寝台部１を制御する制御系の構成を図２に示す。
図２において、本制御装置の構成は、主にＸ線ＣＴ撮影時に使用する寝台位置制御部２１，主にアンギオ検査装置を用いて寝台部１を手動で操作する寝台操作力制御部２２，前記寝台位置制御部２１と寝台操作力制御部２２の制御を切り換える寝台制御切換部２３，前記寝台位置制御部２１と寝台操作力制御部２２の出力信号を増幅し、寝台駆動用モータ２５を駆動するモータドライブ部２４，力センサ部２６，位置検出器２７，前記モータ２５の回転速度を検出するエンコーダ２９からなる。
【００２６】
この図を用いて寝台部１の動作を説明すると、通常のＸ線ＣＴ検査時の寝台は一定速で移動し、高速で高い位置精度が要求されるので、寝台位置制御部２１により公知の位置制御技術を用いて位置制御を行う（回路は省略）。この場合は、寝台制御切換部２３を切り換えて寝台位置制御部２１の出力信号をモータドライブ部２４に与えて寝台部１の位置制御を行う。
【００２７】
一方、アンギオ撮影を行うときには、前記術者操作力検出手段２に具備した操作力制御への切り換え信号（図示省略）が寝台制御切換部２３へ入力されることにより、制御装置は寝台操作力制御部２２に切り換えられ、操作者は寝台１を縦横（Ｘ，Ｙ）の両方向に対して手動で操作できるようになる。そして、操作者は図１に示した術者操作力検出手段２に手を触れ、寝台１を動かしたい方向に操作者の力をかけて寝台の操作力を制御する。
【００２８】
このようにして寝台操作力制御部２２が有効となり、２６から操作者の操作力を、２９からモータ２５の回転速度を、２７から寝台１の現在位置を読み取り、これらを寝台操作力制御部２２に入力して寝台１の操作力を制御する。このように、Ｘ線ＣＴ検査やアンギオ検査及び治療時に寝台位置制御部２１，寝台操作力制御部２２から出力されるモータ２５の駆動指令値は、寝台制御切換部２３により切り換えられ、１つのモータドライブ指令信号となってモータドライブ回路２４へ入力され、これによってモータ２５が駆動される。このように、術者操作力検出手段２に操作者の手が触れることにより、自動的にＸ線ＣＴ検査に対応した寝台動作とアンギオ検査，治療に対応した寝台動作を切り換えるように構成したことにより、切り換え作業を操作者が意識する必要なく行なうことができる。前記の操作力制御に関しては、術者操作力検出手段２により得られた操作者の操作力検出量を、位置の偏差や、速度、または加速度などの状態量に変換し、これらを用いて制御量を演算することによって寝台の操作力を制御することができ、例えば特願平７−１１１０１５に開示されているような制御方法を取ることによって達成される。この方法による制御系は、位置制御系や加速度制御系で構成される。
【００２９】
ここでは、位置制御系の場合について述べると、帰還した力の状態量に変換係数を乗算してこれを変位の状態量に置き換える。そして、これを位置制御系の位置偏差に加算することにより、位置偏差量が得られる。すなわち、位置制御系であることから前記位置制御偏差をゼロにするようにモータへの駆動指令が出され、操作者の手の移動により感じる操作力を補償することができる。
【００３０】
このようにして、寝台１を手動により縦横方向（図１のＸ，Ｙ方向）に移動させて疾患部の位置合わせを行うもので、従来のＸ線ＣＴ検査専用時はガントリー開口部の中心に一方向前後動作、すなわちＸ方向のみの動作だけであったが、縦横自由にフローティング動作を可能としたために、Ｘ線ＣＴ検査時に比べてアンギオ検査時は横方向（Ｙ方向）の移動範囲が非常に広くなる。
【００３１】
したがって、図５（ｃ）のように、寝台１がＸ線ＣＴスキャナ５の開口部に位置する場合に、寝台１が図１の一点鎖線３１を越えると、前記寝台１はスキャナ５に衝突することになる。これは、アンギオ検査からＸ線ＣＴ検査に移す場合の寝台１の中心とスキャナ５の中心とを一致させるための寝台１の位置合わせの時に発生しやすい。
【００３２】
この衝突を避けるためには、寝台１を図１（ｂ）の一点鎖線３１に示す領域境界線以内で移動可能とし、これを越える領域では移動しないように横方向の移動を禁止すれば良い。
【００３３】
そこで、本発明では、寝台１の基準位置座標と、この寝台１とＸ線ＣＴスキャナ５とが衝突しない図１（ｂ）の一点鎖線３１に示す領域境界線の座標とから、図３に示す寝台１の移動可能領域を設定し、この移動範囲と寝台１のＸ方向とＹ方向の位置検出信号とから寝台１の移動範囲の制限値を演算して寝台１の移動制御を行うようにしたものである。すなわち、一点鎖線３１はＣＴスキャナ５のガントリと衝突する限界の位置、点線は寝台１の移動範囲を現している。
【００３４】
以下に、上記の方法によって設定した移動可能な範囲以内だけ寝台の移動制御を行う方法について説明する。
【００３５】
図３において、Ｐ（０，０）点を座標の原点とする。
寝台１がスキャナ５の開口部内に在るときの前記寝台１がスキャナ５に衝突しないで前記原点から移動できる最大距離は、Ｘ方向はａ２、Ｙ方向はｂ２である。
【００３６】
寝台１が寝台操作力制御部で力制御を行っている時、Ｘ方向位置検出手段２９とＹ方向位置検出手段（図示なし）からＸ方向，Ｙ方向の寝台の位置信号を前記寝台操作力制御部に逐次入力される。前記寝台操作力制御部内に設けた寝台移動可能範囲演算部で図３に示した寝台１の移動可能な範囲を以下の手順で演算する。
【００３７】
ここで、寝台１のＸ方向の位置をＸ，Ｙ方向の位置をＹとすると、
（１）Ｘ≦ａ１のときはＹ方向は制限無し
（２）ａ２≧Ｘ≧ａ１のときは０≦Ｙ≦ｂ２
（３）Ｘ≧ａ２のときは０≦Ｙ＜ｂ１
として、Ｙ方向の移動を制限する。この処理フローチャートを図４に示す。
【００３８】
上記の演算結果を操作力制御部内に設けた前記操作力制御の開始、終了を指令する操作力制御動作指令部に伝達し、上記の制限領域内でＹ方向の移動制御を行うものである。
【００３９】
寝台１のＹ方向の移動は、図３の一点鎖線３の外側には制限されるが、内側方向には制限が加えられていないので、操作者は制限されていない領域で任意の位置に自由に寝台を動かすことができる。このように力制御によりフローティング動作を行っていても、Ｘ線ＣＴ装置のガントリー開口部に衝突することはない。
【００４０】
以上、本発明をＸ線ＣＴ装置とアンギオ検査装置を組み合わせたシステムの例について説明したが、これに限定するものではなく、寝台の操作力制御を行う場合にこの操作の障害となる障害物との衝突を避ける場合にも適用できることは言うまでもない。
【００４１】
【発明の効果】
このように寝台を制御することによって、以下のような効果が得られる。
【００４２】
（１）寝台の移動範囲を設定し、この範囲にあるときのみ寝台操作力制御手段を用いて寝台の位置決めを行うようにしたので、操作者が障害物を意識することなく寝台の位置決め操作を行うことができる。したがって、障害物との接触を回避することができ、操作性，安全性の向上に寄与する。
【００４３】
（２）特に、Ｘ線ＣＴ装置とアンギオ検査装置を組み合わせて検査から治療までを一貫して行うシステムにおいては、寝台の基準位置からＸ線ＣＴ装置のスキャナまでのＸ方向とＹ方向の距離データを容易し、この距離データと前記寝台のＸ方向の位置との関係から寝台の移動可能な範囲を求めて、寝台がこの範囲内にあるときのみ上記の操作力制御手段を用いてＹ方向の位置決めを行うことにより、スキャナとの衝突を回避できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明をＸ線ＣＴ装置とアンギオ検査装置とを組み合わせたシステムに用いた場合の実施例を示す図である。
【図２】本発明の寝台制御装置の制御系構成図である。
【図３】寝台の移動範囲を示す図である。
【図４】寝台の移動範囲を求める手順を示す図である。
【図５】Ｘ線ＣＴ装置とアンギオ検査装置を組み合わせたシステム構成の説明図である。
【符号の説明】
１寝台
２操作者操作力検出手段
４寝台制御装置
５Ｘ線ＣＴ装置のスキャナ部
６アンギオ検査装置のＸ線管
７アンギオ検査装置のイメージインテンスファイアＩ．Ｉ．
２１寝台位置制御部
２２寝台操作力制御部
２３寝台制御切換部
２５寝台駆動モータ
２６力センサ部
２７寝台位置検出器（ポテンショメータ）
３１寝台の移動境界線

Claims

被検者を寝載する寝台と、前記寝台の位置を検出する寝台位置検出手段と、この寝台位置検出手段の位置検出信号を用いて前記寝台の位置を制御する寝台位置制御手段と、前記寝台への操作者の操作力を検出する操作者操作力検出手段と、この操作者操作力検出手段の出力を用いて前記寝台の操作力を制御する寝台操作力制御手段とを備えて成る医用診断装置の寝台制御装置において、前記寝台の基準位置から特定の位置までの前記寝台の前後方向（Ｘ方向）の位置データに基づいて、前記寝台の左右方向（Ｙ方向）の移動範囲を設定する移動範囲設定手段を備え、前記寝台が前記移動範囲設定手段により設定された移動範囲内にあるときのみ前記寝台操作力制御手段により寝台の操作力を制御することを特徴とする医用診断装置の寝台制御装置。
前記移動範囲設定手段は、前記寝台の基準位置と、前記寝台とＣＴスキャナとが衝突しない境界線の座標とから、前記寝台の移動範囲を設定することを特徴とする請求項１記載の医用診断装置の寝台制御装置。