JP4503723B2 - Ｘ線コンピュータ断層撮影装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、架台本体を台車に搭載して移動可能にしたＸ線コンピュータ断層撮影装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７に示すように、架台本体ＡをスライドテーブルＢに搭載し、さらにこのスライドテーブルＢを移動べースＤに載せ、移動ベースＤに長い距離の移動を担当させ、スライドテーブルＢに短くて高精度を要求される移動を担当させるようにしたタイプのＸ線コンピュータ断層撮影装置が実用化が望まれている。このタイプのＸ線コンピュータ断層撮影装置は、患者を動かさずにスキャン位置の変更やヘリカルスキャンが可能になるので、ＣＴ透視下で脳外科手術やカテーテル術を高精度に行い得るものとして多大な期待を寄せられている。
【０００３】
しかし、このようなスライドテーブルＢと移動べースＤとの２段構えの移動機構では、大型化してしまい、また患者の位置が高くなり過ぎて、手術作業がやり難いし、患者の寝台への昇降に支障をきたすという不具合がある。また、スライドテーブルＢの移動はボールネジＣにより行われるが、このため移動距離が短くなるという制約もある。
【０００４】
そこで、図８（ａ）に示すように、台車１０３の上に直接、架台本体１０１を載せたタイプが提案されている。このタイプでは、小型化、低位置、さらに移動距離を長くとれるという利点があるが、移動は全て台車１０３の車輪１０５によって行う必要があり、このため、台車始動時（図８（ｂ））や台車停止時（図９）に発生した台車の揺れが、図８（ｃ）に示すようにデータ収集時にも残ってしまって、図１０に示すように画像アーチファクトの原因ともなるし、また台車位置の誤認のおそれもある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、架台本体を台車に搭載させて移動可能にしたタイプのＸ線コンピュータ断層撮影装置において、台車の揺れを低減することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、Ｘ線管とＸ線検出器とを装備した架台本体を台車に搭載させて移動可能にしてなるＸ線コンピュータ断層撮影装置において、前記台車が始動してから停止するまでの複数の移動距離それぞれに対して前記架台本体の揺れが少なくなるような加速度のデータを関連付けて記憶する記憶部と、前記記憶部に記憶されている加速度のデータに従って前記台車の移動を制御する制御部とを具備することを特徴とするＸ線コンピュータ断層撮影装置を提供する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明を好ましい実施形態により詳細に説明する。
【００１３】
図１に示すように、本実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置では、Ｘ線管９とＸ線検出器１１とが撮影領域１３内に寝台１の天板３上に載置された被検体５を挟んで連続回転可能に収容されている架台本体７が、台車１５の上に搭載されていて、患者５を動かさずに、台車１５の移動によってスキャン位置の変更やヘリカルスキャンができるようになっている。
【００１４】
図２に示すように、操作室に設置された操作卓１７には、Ｘ線管９等の回転やＸ線のばく射、さらには台車１５の移動等のスキャン動作に関わる全ての動きを統括的に制御するためのＣＰＵ１９が設けられている。ここでは、本発明に関わる台車１５の移動を中心に説明する。
【００１５】
この台車１５の移動制御に関しては、加速度メモリ２０には、台車１５の始動から停止までの移動距離に対して、加速時と減速時の複数種類の加速度データが関連付けられており、ＣＰＵ１９はこの加速度メモリ２０のデータに従って加速時と減速時に移動距離に応じて加速度を変更するようになっている。この台車１５の移動制御の詳細に関しては後述する。
【００１６】
台車１５には、台車移動用の動力源としてサーボモータ２５が、またその電力供給源としてサーボアンプ２３が採用されていて、ＣＰＵ１９からインタフェース２１を介して供給される速度制御信号に対して忠実に加速、定速度、減速の各動作を行い得るようになっている。
【００１７】
台車１５には、４つの車輪が設けられており、このうち右側（又は左側）の前後２輪がサーボモータ２５から動力を受ける駆動輪２７，２８であって、また左側（又は右側）の前後２輪が図３（ａ）に示すように従動輪３３，３４である。２つの駆動輪２７，２８は、同期して回転できるように、図３（ａ）、図３（ｂ）に示すように、チェーン３９により連結されている。
【００１８】
台車１５の車輪２７，２８，３３，３４にはそれぞれ、図４（ａ）、図４（ｂ）に示すように、その円周に沿って凸部５９が形成されていて、この凸部５９は床面状に施設されたレール６１に設けられたガイド溝６３にはめ込まれていて、台車１５の横揺れを低減するようになっている。
【００１９】
また、台車１５の前後には、衝突時に台車１５を緊急停止するためにの安全スイッチ３１が設けられている。さらに、台車１５には、その移動距離や位置を検出するためのロータリーエンコーダ２９が設けられている。このロータリーエンコーダ２９の回転軸は、従来のように車輪軸に係合されているのではなくて、床面に施設された台車１５のレールに対して、ラックアンドピニオン機構を介して直接的に係合されている。つまり、ロータリーエンコーダ２９の回転軸に取り付けられたピニオンギアが、レールに形成されたラック（直線歯車）にかみ合わされていて、たとえ車輪が空転したとしても、位置検出エラーが起きないように工夫されている。
【００２０】
図３（ａ）、図３（ｂ）に示すように、台車１５は、１トン超という架台本体７の荷重に耐え得るように強固に製作されたフレーム３５を、その土台としている。この強固なフレーム３５に、台車１５を移動するために必要な動力を発生する駆動系３７が固定されている。
【００２１】
図４（ａ）、図４（ｂ）、図４（ｃ）には、駆動系３７の詳細を示している。サーボモータ２５の駆動軸５８には減速機４１を介してピニオンギア４３が取り付けられている。このピニオンギア４３は、減速ギア４５にかみ合わされている。この減速ギア４５は、モータ２５の動力を車輪２７，２８に伝えるための伝動軸４７に対して、電磁クラッチ４９によりフリー／ロックのいずれかの状態に選択的である。フリー状態では、モータ２５の動力は伝動軸４７に伝わらず、伝動軸４７は回転しないし、逆に、ロック状態では、モータ２５の動力は伝動軸４７に伝わり伝動軸４７は回転する。
【００２２】
この伝動軸４７の回転は、車輪側の減速ギア５３とドリブンギア５７とを介して車輪軸５５に伝達され、駆動輪２７が回転し、台車１５が移動するようになっている。台車１５の停止は、電磁ブレーキ５１により行われる。
【００２３】
ここで、台車１５の揺れの主な原因としては、加速時や減速時に駆動輪２７，２８がモータ２５の動きに追従できないで駆動系３７に多大な負荷がかかるが、このとき駆動系３７の取り付け、特にモータ２５や伝動軸４７の取り付けが脆弱であるとその部分が歪み、この歪みにより台車１５が揺れる。この台車１５の揺れを低減するために、本実施形態では、２つの解決方法を提案する。
【００２４】
その１つ目としては、構造的なもので、１トン超の架台本体７に耐えうるように高い剛性で強固に製作された台車１５のフレーム３５に、駆動系３７を取り付けるというものである。具体的には、モータ２５をフレーム３５に直接的に取り付け、そして伝動軸４７をフレーム３５に取り付けた軸受け４０により２カ所において軸支させる。このように駆動系３７を高い剛性で強固なフレーム３５に直接的に取り付けることで、加速時や減速時に多大な負荷がかかっても、モータ２５が動いたり、伝動軸４７が歪んだり、また伝動軸４７が浮き上がったりといった事態は抑制される。従って、台車１５の揺れは、格段に低減される。
【００２５】
２つ目の解決方法としては、台車１５の移動制御によるものである。図５には、台車１５が始動してから停止するまでの移動距離と、その停止時の台車１５の揺れの大きさとの相関関係を、加速及び減速時の加速度をここでは２種類で変えて計測した結果を示している。この計測結果から、台車１５の揺れの大きさは、台車１５の移動距離に対して相関があることが分かる。
【００２６】
また、低い加速度で加速・減速を行ったときの台車１５の揺れは、高い加速度で加速・減速を行ったときの台車１５の揺れよりも、常に小さい訳ではなく、移動距離によっては、高い加速度で加速・減速を行ったときの台車１５の揺れの方が小さくなった。例えば、移動距離が２ｍｍのときには、低い加速度で加速・減速を行ったときの台車１５の揺れは極小化し、高い加速度で加速・減速を行ったときの台車１５の揺れよりも格段に小さい。しかし、移動距離が７ｍｍのときを見てみると、低い加速度で加速・減速を行ったときの台車１５の揺れは極大化し、高い加速度で加速・減速を行ったときの台車１５の揺れの方が格段に小さくなってしまう。
【００２７】
このような計測結果に従って、台車１５の揺れが小さくなるような移動距離と加速度との関係を求め、この情報を加速度メモリ２０に記憶させておく。台車１５の移動距離は、スキャン開始前（台車１５の移動前）に、スキャン計画の段階で事前に認識できるので、この移動距離に応じた加速度を移動前に決定することは可能である。
【００２８】
以上のように、本実施形態によれば、台車１５の揺れを構造的工夫と制御的な工夫とにより格段に低減することができるので、画像アーチファクトの低減、台車１５の位置検出エラーの防止、位置検出やデータ収集のために台車１５の揺れの減衰を待つ待機時間の短縮といった様々な効果を実現することができる。
【００２９】
本発明は、上述した実施形態に限定されることなく、種々変形して実施可能である。例えば、加減速時の加速度として上述では２種類だけを提示したが、３種類以上の多くの加速度で、移動距離と台車の揺れの大きさとの相関関係を計測して、その中から移動距離に応じて最も揺れの小さい加速度を選択することにより、２種類の場合よりも、台車の揺れを更に低減することができる。さらに、加減速時の加速度として上述では定加速度だけで説明したが、例えば、加速・減速の初期と後期で加速度を低くし、中期で高く、つまり速度カーブをＳ字形に調整するようにしてもよい。また、台車に加速度センサを取り付けて、この加速度センサの計測結果と、ロータリーエンコーダの出力から分かる台車の揺れとから、図５のような相関を求め、この相関結果に応じて加速度メモリの加速度データをユーザ側で更新できるようにしてもよい。
【００３０】
【発明の効果】
（１）本発明によれば、台車の揺れを低減することができる。台車の揺れの主な原因としては、加速時や減速時に駆動系に多大な負荷がかかるが、このとき駆動系の取り付け部分が脆弱であるとその部分が歪み、この歪みにより台車が揺れる。しかし本発明では、１トン超の架台本体に耐えうるように強固に製作された台車のフレームに駆動系を取り付けているので、歪み、さらには台車の揺れは低減され得る。
【００３１】
（２）本発明によれば、台車の揺れを低減することができる。（１）で説明した加速時や減速時の取り付け部分の歪みの原因の主なものとしては、モータと車輪との間のギアの回転軸のたわみである。このギアの回転軸の軸受けを、強固な台車のフレームに取り付けることで、当該たわみを抑え、そして台車の揺れを低減することができる。
【００３２】
（３）本発明によれば、ギアの回転軸を、台車のフレームに取り付けられた軸受けにより２カ所において軸支させることにより、ギアの回転軸のたわみをより抑制して、台車の揺れをさらに低減することができる。
【００３３】
（４）本発明によれば、加速と減速との少なくとも一方の加速度を台車の揺れを低減するように台車の移動距離に応じて変更することができる。
【００３４】
（５）本発明によれば、台車の車輪に形成された凸部が、車輪のレールに設けられたガイド溝にはめ込まれるので、台車の横揺れを低減することができる。
【００３５】
（６）本発明によれば、ロータリーエンコーダの回転軸が、台車のレールに対して、ラックアンドピニオン機構を介して直接的に係合されているので、車輪の空転等による移動距離の計測エラーを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置の構成を示すブロック図。
【図２】本実施形態の架台移動に関わる制御ブロック図。
【図３】（ａ）は図１の台車の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ矢視図。
【図４】（ａ）は図３（ａ）の駆動系の詳細な平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ矢視図、（ｃ）は（ａ）のドリブンギアと車輪側ギアとのＣ矢視図。
【図５】図２の加速度メモリに記憶される加速度情報のソースであるところの移動距離と揺れの大きさとの相関図。
【図６】（ａ）は図２のＣＰＵにより移動距離に応じて選択される加速時の２種類の加速カーブを示す図、（ｂ）は図２のＣＰＵにより移動距離に応じて選択される減速時の２種類の減速カーブを示す図。
【図７】従来の架台の移動機構を示す図。
【図８】（ａ）は従来の架台の他の移動機構を示す図、（ｂ）は従来の加速時に発生する台車の揺れを示す図、（ｃ）は従来の台車の揺れによる速度ムラを示す図。
【図９】従来の減速時に発生する台車の揺れを示す図。
【図１０】従来の台車の揺れに起因する問題の説明図。
【符号の説明】
１…寝台、
３…天板、
５…患者、
７…架台本体、
９…Ｘ線管、
１１…Ｘ線検出器、
１３…撮影領域、
１５…台車、
１７…操作卓、
１９…ＣＰＵ、
２０…加速度メモリ、
２１…インタフェース、
２３…サーボアンプ、
２５…サーボモータ、
２７…駆動輪（後輪）、
２８…駆動輪（前輪）、
２９…ロータリーエンコーダ、
３１…安全スイッチ、
３３…従動輪（後輪）、
３４…従動輪（前輪）、
３５…フレーム、
３７…駆動系、
３９…チェーン、
４０…軸受け、
４１…減速機、
４３…ピニオンギア、
４５…減速ギア、
４７…伝動軸、
４９…クラッチ、
５１…ブレーキ、
５３…最終ギア、
５５…車輪軸、
５７…ドリブンギア、
５９…凸部、
６１…レール、
６３…ガイド溝。

Claims (2)

1. Ｘ線管とＸ線検出器とを装備した架台本体を台車に搭載させて移動可能にしてなるＸ線コンピュータ断層撮影装置において、
   前記台車が始動してから停止するまでの複数の移動距離それぞれに対して前記架台本体の揺れが少なくなるような加速度のデータを関連付けて記憶する記憶部と、
   前記記憶部に記憶されている加速度のデータに従って前記台車の移動を制御する制御部とを具備することを特徴とするＸ線コンピュータ断層撮影装置。
2. 前記記憶部において、第１の移動距離に対して第１の加速度が関連付けられ、前記第１の移動距離より長い第２の移動距離に対して前記第１の加速度よりも低い第２の加速度が関連付けられることを特徴とする請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。

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