JP4407185B2

JP4407185B2 - Ｃアーム形ｘ線装置

Info

Publication number: JP4407185B2
Application number: JP2003271622A
Authority: JP
Inventors: 嘉章三浦
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2003-07-07
Filing date: 2003-07-07
Publication date: 2010-02-03
Anticipated expiration: 2023-07-07
Also published as: JP2005027914A

Description

この発明は、Ｘ線による透視や撮影を行うＸ線撮像装置に関し、とくに、Ｘ線受像装置としてＦＰＤ（フラットパネルＸ線ディテクタ）を用いたいわゆるＣアーム形Ｘ線装置に関する。

従来より、外科手術室において手術支援のために使用されるＸ線透視およびＸ線撮影可能なＸ線撮像装置として、Ｃ型アームの両端にそれぞれＸ線発生装置とＸ線受像装置とが固定されたＸ線撮像装置が知られている。このＣ型アームを用いたＸ線撮像装置は、ＪＩＳではＣアーム形Ｘ線装置と呼ばれている。

このＣアーム形Ｘ線装置では、Ｃ型アームの円弧に沿ってＣ型アーム自体が移動可能で、かつＣ型アームの鉛直軸および水平軸方向での位置およびそれら各軸周りの角度が調整可能となっていて、被検体（手術を受ける患者）に対するＸ線画像が、あらゆる位置（高さ方向および水平方向）で、あらゆる方向（鉛直軸周りの方向および互いに直交する２つの水平軸周りでの方向）から取得可能となっており、これにより、種々の部位に対してなされる多様な手術を有効に支援することができる。

このＣアーム形Ｘ線装置において、Ｘ線受像装置として従来はイメージインテンシファイアとＴＶカメラとを組み合わせたものを用いるのが普通であったが、近年、ＦＰＤが用いられるようになってきている。このＦＰＤは、入射Ｘ線強度に対応する電気信号を直接生じる小さな半導体検出エレメント（画素に対応）が多数フラットパネル上に配列されているもので、これら各エレメントからの信号を読み出すことにより画像信号の読み出しができるというものである。すなわち、被検体を透過したＸ線ビームによるＸ線透過像を表す画像信号が直接得られる。ところが、このＦＰＤは、振動を受けると、半導体回路中のコンデンサ・寄生容量の圧電効果や容量変化などによってノイズを発生するなど、振動に弱い。そこで、従来では、ＦＰＤを振動から保護するためアブソーバなどの振動防止部品を用いてＣ型アームに取り付けるなどしている。

また、Ｘ線撮像装置では、一般に、Ｘ線の散乱線の影響を抑えるためにグリッドが使用されるが、ＦＰＤの検出エレメント・ピッチは非常に微細であるため、グリッドのピッチもそれ以上に微細にしないと、検出エレメントの配列とグリッド・ピッチとの干渉によるモアレ・アーティファクトが生じる。そこで、この干渉によるモアレ・アーティファクトを軽減するためにグリッドを移動させることも考えられる。ところがグリッドを移動させる場合には振動が発生し、ＦＰＤが振動の悪影響を受ける。そのため、従来では、下記の特許文献１のように、Ｘ線照射時に移動させ、振動の影響を受ける信号読み出し時にはその移動を定速運動（停止または等速運動）として振動の影響を除去するようにしている。
特開２００１−３４０３２３号公報

しかしながら、従来のようにアブソーバなどを介してＦＰＤをＣ型アームに取り付けるだけでは十分に振動を防ぐことはできない。とくに、Ｃ型アームの他端には、振動発生源たる回転陽極型Ｘ線管球を取り付けることが多いので、そこからの振動がＣ型アームを伝達してくるので、問題が多い。

さらに、グリッドを移動させる場合に、上記の特許文献１のような、タイミングに応じた制御を行うのでは制御系が複雑になってしまう。

この発明は、ＦＰＤへの振動の影響を極力除去するように改善したＣアーム形Ｘ線装置を提供することを目的とする。

また、この発明は、回転陽極型Ｘ線管球からＣ型アームを伝達してくる振動からＦＰＤを効果的に保護するようにしたＣアーム形Ｘ線装置を提供することをも目的としている。

さらに、回転陽極型Ｘ線管球からＣ型アームを伝達してくる振動からＦＰＤを保護すると同時にグリッドの移動による振動からもＦＰＤを保護するように改善したＣアーム形Ｘ線装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、この発明によるＣアーム形Ｘ線装置においては、回転陽極型Ｘ線管球と、ＦＰＤと、これら回転陽極型Ｘ線管球とＦＰＤとが対向するようその両端において取り付けられているＣ型アームと、このＣ型アームを種々の方向に動かすことができるように保持する保持装置と、上記Ｃ型アームのＦＰＤ取り付け部付近に設けられた、振動を与えるための加振器と、ＦＰＤの振動を検出する振動センサと、該振動センサの出力に応じて上記加振器の少なくとも振動周波数と位相とを制御するコントローラとが備えられていることが特徴となっている。

ＦＰＤに悪影響を与える振動源は、実際上、回転陽極型Ｘ線管球である。このＸ線管球の陽極が回転することに伴って生じる振動がＣ型アームを伝搬してＦＰＤに加わる。このようにして実際に振動するＦＰＤの振動が振動センサにより検出される。他方、Ｃ型アームのＦＰＤ取り付け部付近には加振器が設けられている。この加振器により、Ｃ型アームを伝達する振動と反対位相の振動をＣ型アームに加えることができれば、これらは相殺されてＦＰＤへの振動伝達は少なくなることになる。そこで、コントローラによって、振動センサの出力に応じて加振器の周波数と位相とを制御することにより、ＦＰＤへの振動の悪影響を改善することが可能となる。

また、Ｃアーム形Ｘ線装置には、回転陽極型Ｘ線管球と、ＦＰＤと、ＦＰＤのＸ線入射側に設けられたグリッドと、該グリッドを繰り返し往復移動させる揺動器と、これら回転陽極型Ｘ線管球とＦＰＤとが対向するようその両端において取り付けられているＣ型アームと、このＣ型アームを種々の方向に動かすことができるように保持する保持装置と、上記ＦＰＤの振動を検出する振動センサと、該振動センサの出力に応じて上記揺動器の揺動周波数および位相を制御するコントローラとが備えられていてもよい。

揺動器によってグリッドを繰り返し往復移動させると、その揺動周波数に応じた振動がＦＰＤに与えられる。ただし、この揺動器による振動の周波数が、回転陽極型Ｘ線管球からＣ型アームを伝わってくる振動と同じで、これらの位相が反対のものとなっていれば、回転陽極型Ｘ線管球からの振動を打ち消す方向に働く。そこで、コントローラにより、振動センサの出力に応じて揺動器の揺動周波数と位相とを制御することによって、ＦＰＤの振動をなくすか、きわめて小さなものとすることが可能となる。

この発明のＣアーム形Ｘ線装置によれば、ＦＰＤをより振動させないようにでき、これにより優れた画質のＸ線画像を得ることができる。また、回転陽極型Ｘ線管球からＣ型アームを伝達してくる振動によってＦＰＤが振動させられることを低減することができる。さらに、グリッドを用いて散乱線を防止することができるとともに、そのグリッドを繰り返し往復移動させることでモアレ・アーティファクトをなくし、しかもその往復移動によって生じるＦＰＤの振動を利用して回転陽極型Ｘ線管球からＣ型アームを伝達してくる振動を打ち消し、ＦＰＤを振動から保護することができる。

つぎに、この発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。図１はこの発明の第１の実施の形態を示す。この図１において、被検者１０は手術台（天板）に横たえられており、この被検者１０を挟むように回転陽極型Ｘ線管球２１と、ＦＰＤ２２とが対向配置される。ＦＰＤ２２に入射したＸ線透過像の映像信号がＦＰＤ２２から得られる。

回転陽極型Ｘ線管球２１はＣ型アーム２５の一端に、ＦＰＤ２２は他端にそれぞれ固定されている。Ｃ型アーム２５は保持装置２６によって保持され、この保持装置２６はスタンド２７に取り付けられている。このスタンド２７にはキャスターが取り付けられて手術室などの床上で移動可能とされているが、ストッパによって床上の所望の位置で固定されるようになっている。

Ｃ型アーム２５は、保持装置２６によって、スタンド２７に対して、矢印で示すように種々の方向および位置に移動可能とされている。これによって、被検者１０に対して、あらゆる方向・位置からのＸ線透視やＸ線撮影ができる。

スタンド２７内には、図示しないが、回転陽極型Ｘ線管球２１に高電圧電力を供給する電源装置が納められているともに、その電源装置等を制御する制御装置や、撮像回路などが収められている。ＦＰＤ２２から得られた映像信号は、別の筐体に搭載された画像モニター装置３１に送られてＸ線透視像などが表示される。

ＦＰＤ２２の一端には振動センサ４１が取り付けられていて、このＦＰＤ２２の実際の振動を検出している。また、Ｃ型アーム２５のＦＰＤ２２取り付け部付近には加振器４２が取り付けられており、このＣ型アーム２５のＦＰＤ２２取り付け部付近に所定の振動を与えることができるようにされている。そして、振動センサ４１の出力はコントローラ４３に送られ、このコントローラ４３によって、振動センサ４１の出力が小さくなるようなフィードバック制御がなされている。このコントローラ４３はＦＰＤ２２の筐体内に収めたり、Ｃ型アーム２５に内蔵させたり、あるいは上記の制御装置のなかの一つの機能として構成させたりすることが可能である。

Ｘ線管球２１の陽極が回転すると、それに伴って振動が発生し、その振動がＣ型アーム２５を伝搬してＦＰＤ２２に加わる。こうしてＦＰＤ２２が振動することになるが、その実際の振動が振動センサ４１により検出される。コントローラ４３によるフィードバック制御によって、この検出された振動がより小さくなる方向に、加振器４２の振動周波数およびその位相が制御される。すなわち、加振器４２により、Ｃ型アーム２５を伝達する振動と同じ周波数で反対位相の振動をＣ型アーム２５に加えることができれば、これらを相殺し、ＦＰＤ２２への振動伝達を少なくすることができるからである。

なお、この加振器４２は、振動を発生してＣ型アームに伝えるようなものであれば、どのようなものでも用いることができ、たとえば小型の電気モータや、電磁誘導による振動子、ピエゾ効果を利用した振動子などを用いることが可能である。振幅をも変化させることができる加振器４２を用いる場合には、上記のコントローラ４３によるフィードバック制御によって加振器４２からＣ型アーム２５に加える振動の振幅をも制御することが可能であり、これによりＦＰＤ２２へ伝達される振動をほとんどゼロにすることが可能となる。

図２は第２の実施形態を示すものである。この図２は図１と大部分同じであるため、同じ部分の説明は省略する。ここでは、ＦＰＤ２２のＸ線入射側に散乱線防止用のグリッド２３が設けられている。このグリッド２３は、図では省略しているスライド機構などにより自在に往復移動可能に保持されており、揺動器２４によって矢印で示すように一方向に繰り返し往復移動（揺動）させられるようになっている。すなわち、揺動器２３は、超音波モータなどの小型モータとその回転運動を直線的な往復運動に変換するカム機構などからなり、そのモータが回転することによりグリッド２３をＦＰＤ２２に対して高速に揺動（往復移動）させる。

そして、その揺動の周波数および位相は、振動センサ４１の出力に応じてコントローラ４３によってフィードバック制御されている。揺動器２４によってグリッド２３が揺動させられるとき、ＦＰＤ２２に振動が発生するが、その周波数が、Ｃ型アーム２５を介して伝達される回転陽極型Ｘ線管球２１からの振動の周波数に等しく、位相が逆であるなら、それらの２つの振動は互いに打ち消しあって相殺される。

このようにこの図２の例では、グリッド２３を揺動させるときに生じる振動を単に低減させるだけでなく、それを積極的に利用してその振動によって、Ｃ型アーム２５を伝わってくる回転陽極型Ｘ線管球２１からの振動を打ち消すようにし、これによって、グリッドによる散乱線除去作用だけでなしに、モアレ・アーティファクトをもなくし、さらにＦＰＤ２２を振動から保護するようにしている。

なお、この発明は、上記図１、図２の構成に限定されることがないことはもちろんであり、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々に変更できる。

この発明の第１の実施の形態を示す概略正面図。この発明の第２の実施の形態を示す概略正面図。

符号の説明

１０被検者
２１回転陽極型Ｘ線管球
２２ＦＰＤ
２３グリッド
２４揺動器
２５Ｃ型アーム
２６保持装置
２７スタンド
３１画像モニター装置
４１振動センサ
４２加振器
４３コントローラ

Claims

回転陽極型Ｘ
線管球と、ＦＰＤと、ＦＰＤのＸ線入射側に設けられたグリッドと、該グリッドを繰り返し往復移動させる揺動器と、これら回転陽極型Ｘ
線管球とＦＰＤとが対向するようその両端において取り付けられているＣ型アームと、このＣ型アームを種々の方向に動かすことができるように保持する保持装置と、上記ＦＰＤの振動を検出する振動センサと、該振動センサの出力に応じて上記揺動器の揺動周波数および位相を制御するコントローラとを備えることを特徴とするＣアーム形Ｘ線装置。