JP4552572B2

JP4552572B2 - 医用診断装置

Info

Publication number: JP4552572B2
Application number: JP2004269852A
Authority: JP
Inventors: 啓史井上; 充梅田; 彰荒川
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2004-09-16
Filing date: 2004-09-16
Publication date: 2010-09-29
Anticipated expiration: 2024-09-16
Also published as: JP2006081740A

Description

この発明は、可動部分を動かして放射線を検出することで診断用の放射線画像を得る医用診断装置に係り、特に、近接センサによって対象物の存在を非接触で検出した結果に基づいて可動部分の動きを制御する技術に関する。

医用診断装置としてＸ線診断装置を例に採って説明すると、Ｘ線診断装置では、可動部分を動かすことで、被検体や装置を操作する操作者や周辺機器（以下、これらを『対象物』と称する）へ可動部分が衝突する場合がある。この衝突防止のために、従来では静電容量式などに代表される非接触式の近接センサを備え、近接センサによって対象物の存在を非接触で検出することで、対象物に衝突する前に可動部分を停止させることができる。静電容量式では、近接センサは送信電極と受信電極とから構成され、送信電極からの電磁界に対象物のような障害物が入ると、両電極間の静電容量が大きくなって電磁界の強度が低下することを利用して、対象物を非接触で検出する（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
特表平１１−５０６６９２号公報（第５，９頁、図１）特開２００１−２０８５０４号公報（第２−５頁、図２，４）

しかしながら、Ｘ線を検出するＸ線検出手段（例えばイメージインテンシファイア）に近接センサをＸ線検出面（すなわち受光面）側に配設する場合には、次のような問題がある。

すなわち、近接センサを構成する各電極は、銅板などの物体で形成されている。銅板などの物体はＸ線の透過を妨げるので、近接センサをＸ線検出面側に配設すると診断用のＸ線画像に劣化が生じる。なお、対象物が被検体の場合には、被検体への接近動作により接触が生じる可能性が高い。したがって、Ｘ線検出面側に近接センサを配設する必要性が大きいにも関わらず、このようにＸ線検出面側に近接センサを配設するうえで制約があった。

これを解決するために、上述した特許文献１のようにＸ線検出面側にある外装部分にＸ線をほぼ透過する厚さの導体層を追加の電極として配設することでＸ線検出面側の近接センサによる検出を可能としている。しかし、この場合には、導体層を支持する部材が必要であり、さらに外装部分をＸ線の透過性の高い物体で形成する必要がある。そして、この外装部分に導体層を配設する必要がある。このように、導体層を別の電極として配設するという複雑な構成をとらなければならない。

この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、簡易な構造で、放射線検出面側において対象物を検出して、可動部分の動きを正確に制御することができる医用診断装置を提供することを目的とする。

この発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。

すなわち、請求項１に記載の発明は、対象物の存在を非接触で検出する近接センサを備え、この近接センサによる対象物の検出結果に基づいて可動部分の動きを制御して、可動部分を動かして放射線を検出することで診断用の放射線画像を得る医用診断装置であって、前記可動部分は、放射線を検出する放射線検出手段を含み、複数の電極を互いに対向配置した静電容量式で近接センサを構成し、これらの電極のうち、受信電極を、放射線をほぼ透過する部材で形成するとともに、放射線検出手段を収容する外装部分であって対象物と対向する外側領域を受信電極で兼用することを特徴とするものである。

［作用・効果］請求項１に記載の発明によれば、放射線をほぼ透過する部材で受信電極を形成するとともに、放射線検出手段を収容する外装部分であって対象物と対向する外側領域を受信電極で兼用することで、放射線は受信電極によってほとんど妨げられることなく放射線検出手段によって検出される。その結果、診断用の放射線画像に劣化が生じることなく、近接センサは放射線検出面側において対象物を検出して、可動部分の動きを正確に制御することができる。また、放射線検出手段を収容する外装部分であって対象物と対向する外側領域を受信電極で兼用するという簡易な構造のみで、この発明における課題を解決することができる。さらに、外装部分を兼用することで、放射線検出手段および装置をより簡略化することができる。

上述した発明において放射線をほぼ透過する部材の一例は、炭素繊維（カーボンファイバ）であって、受信電極を炭素繊維で形成することである（請求項２に記載の発明）。炭素の場合には金属と比較すると放射線の透過率が高いので、放射線をほぼ透過する部材を炭素繊維で実現することができる。また、炭素繊維以外にも、放射線をほぼ透過する部材であれば、導電性フィラー（添加剤）を添加したカーボン、すなわち導電性カーボンであってもよいし、アルミニウム（Ａｌ）などに代表されるように銅（Ｃｕ）よりも放射線の透過率の高い金属であってもよい。

また上述した発明において、放射線検出手段の外装部分を炭素繊維で構成するのが好ましい（請求項３に記載の発明）。外装部分を炭素繊維で構成することで、外装部分を兼用する強度を有することができる。

さらに、装置を小型化するには、受信電極を、送信電極と受信電極との双方の機能を兼ねた送受信兼用電極とするとともに、上述した放射線検出面側とは逆側にその送受信兼用電極に隣接して対向配置された電極を別電極とし、送受信兼用電極および別電極を互いに同電位に保つように構成するのが好ましい（請求項４に記載の発明）。接地された誘電体製の対象物が静電容量式の近接センサに接近したとき、別電極の放射線検出面側に隣接して対向配置された送受信兼用電極、対象物間で静電容量をもつ。一方、別電極は接地部分の間で静電容量をもつ。したがって、送受信兼用電極、対象物間での静電容量に関連する物理量を測定することで対象物を非接触で検出することができる。また、複数の電極が互いに対向配置であるので、電極面に対して一様に対象物を検出することができる。さらに、送受信兼用電極および別電極を互いに同電位に保つように構成しているので、両電極間の距離を狭くしても静電容量が生じない。したがって、両電極間を狭くしつつ近接センサを実現することができ、装置を小型化にすることができる。

この発明に係る医用診断装置によれば、放射線をほぼ透過する部材で受信電極を形成するとともに、前記放射線検出手段を収容する外装部分であって対象物と対向する外側領域を前記受信電極で兼用することで、放射線検出手段を収容する外装部分であって対象物と対向する外側領域を受信電極で兼用するという簡易な構造のみで、放射線検出面側において対象物を検出して、可動部分の動きを正確に制御することができる。さらに、外装部分を兼用することで、放射線検出手段および装置をより簡略化することができる。

以下、図面を参照してこの発明の実施例を説明する。

図１は、実施例に係るＸ線診断装置の概略構成を示した正面図であり、図２は、装置のイメージインテンシファイア（以下、『Ｉ．Ｉ』と略記する）のＸ線検出面側に設けられた近接センサの概略図であり、図３は、Ｘ線検出面側の近接センサの各電極の配設箇所を示す概略図である。本実施例では、医用診断装置としてＸ線診断装置を例に採って説明する。

本実施例に係るＸ線診断装置は、図１に示すように、被検体Ｍを載置する天板１と、その被検体Ｍの撮像を行う撮像系本体２とを備えるとともに、図示を省略する画像処理系を備えている。天板１は、図１に示すように、昇降および水平移動可能に構成されている。

撮像系本体２について図１を参照して説明する。撮像系本体２は、床面（図中のｘｙ平面）に設置された基台部２１と、基台部２１に支持されたＣ型アーム支持部２２と、Ｃ型アーム支持部２２に支持されたＣ型アーム２３と、Ｃ型アーム２３の一端に支持されたＸ線管２４と、他端に支持されたＩ．Ｉ２５とを備えている。Ｉ．Ｉ２５は、この発明における放射線検出手段に相当する。

図示を省略するモータの駆動によって床面に対して基台部２１が鉛直軸（図中のｚ軸）心周りに回転するように構成されており、図示を省略する別のモータの駆動によって基台部２１に対してＣ型アーム支持部２２が被検体Ｍの体軸（図中のｙ軸）心周りに回転するようにそれぞれが構成されている。また、図示を省略する別のモータの駆動によってＣ型アーム２３が体軸に対して水平面で直交する軸（図中のｘ軸）心周りに回転するように構成されている。

Ｃ型アーム２３の一端に支持されたＸ線管２４のＸ線照射側にはＸ線の照視野を制御するコリメータ２６を配設している。Ｃ型アーム２３の他端に支持されたＩ．Ｉ２５の背面（Ｘ線検出面とは逆側の面）にはテレビジョン（ＴＶ）カメラ２７を配設している。図示を省略するモータの駆動によってＩ．Ｉ２５に対してＴＶカメラ２７が鉛直軸（図中のｚ軸）心周りに回転するようにそれぞれが構成されている。

なお、基台部２１やＣ型アーム支持部２２を、天板１と同様に昇降および水平移動可能に構成し、それによってＣ型アームを昇降および前後に進退可能にしてもよい。天板１や撮像系本体２を上述のように動かしてＸ線をＩ．Ｉ２５が検出して、図示を省略する画像処理系で検出されたＸ線検出信号を処理することで診断用のＸ線画像を得ることができる。また、撮像系本体２の基台部２１やＣ型アーム支持部２２やＣ型アーム２３やＸ線管２４やＩ．Ｉ２５などは、この発明における可動部分に相当する。

特に、これら可動部分のうち、Ｘ線管２４やＩ．Ｉ２５は、被検体Ｍや装置を操作する操作者（オペレータ）や周辺機器（以下、これらを『対象物』と称する）と衝突しやすい。そこで、Ｘ線管２４やＩ．Ｉ２５に近接センサを備えることで、近接センサによって対象物の存在を非接触で検出する。本実施例では、図１に示すように、Ｉ．Ｉ２５の側面に近接センサ２８を配設する。さらに、本実施例の特徴部分としてＩ．Ｉ２５のＸ線検出面側に近接センサ２８を配設する。静電容量式の近接センサ２８を、本実施例では採用している。

静電容量式の近接センサ２８は、送信電極と受信電極とから構成されているが、Ｘ線検出面側に設けられた近接センサ２８は、図２に示すように、本実施例では送信電極と受信電極との双方の機能を兼ねた送受信兼用電極３１から構成されている。送受信兼用電極３１の近傍には送受信兼用電極３１の面に平行してシールド電極３２を配設している。送受信兼用電極３１側とは逆側のシールド電極３２の面に平行して接地電極３３を配設している。つまり、送受信兼用電極３１、シールド電極３２、接地電極３３の順に各面が平行になるようにそれぞれを配設している。本実施例では、合計した電極３１，３２，３３の間隔が、厚みも含めて３ｍｍ程度になるように配設する。

見方を変えれば、送受信兼用電極３１にＸ線検出面側とは逆側に隣接してシールド電極３２を対向配置している。シールド電極３２から見れば、シールド電極３２のＸ線検出面側に隣接して送受信兼用電極３１を対向配置している。シールド電極３２は、この発明における別電極に相当する。

送受信兼用電極３１とシールド電極３２とは、シールドケーブル３４を介して交流電源３５にそれぞれ接続されており、各電極３１，３２は互いに同電位に保たれている。接地電極３３は接地されており、電位は０である。シールド電極３２、接地電極３３間の静電容量をセンサ容量Ｃ₁とする。

ここで、対象物Ｘが誘電体で、かつ接地されているものとする。また、近接センサ２８（ここでは送受信兼用電極３１）が対象物Ｘを検出することができる程度の距離にまで、対象物Ｘが近接センサ２８に接近したとする。送受信兼用電極３１、対象物Ｘ間では静電容量をもち、その静電容量を検出容量Ｃ₂とする。

シールド電極３２、接地電極３３間にはセンサ容量Ｃ₁に応じた電流Ｉ₁が流れるとともに、送受信兼用電極３１、対象物Ｘ間には検出容量Ｃ₂に応じた電流Ｉ₂が流れる。もし、送受信兼用電極３１の近傍に対象物Ｘがないとき、あるいは送受信兼用電極３１が検出することができない程度の距離に対象物Ｘがあるときには、送受信兼用電極３１は静電容量をもたないので、送受信兼用電極３１、対象物Ｘ間での検出容量Ｃ₂＝０、すなわち電流Ｉ₂＝０となる。したがって、電流Ｉ₂を測定して測定された電流Ｉ₂が０あるいは所定値未満であれば、近接センサ２８は対象物Ｘが接近していないとし、電流Ｉ₂が０以外の値あるいは所定値以上であれば、対象物Ｘが接近して近傍にあると近接センサ２８は検出する。このように、近接センサ２８が非接触で対象物Ｘを検出することが可能になる。

近接センサ２８を構成する３つの電極３１〜３３のうち、送受信兼用電極３１は炭素繊維（カーボンファイバ）で形成されている。カーボンファイバの場合には金属と比較するとＸ線の透過率が高い。また、図３に示すように、可動部分であるＩ．Ｉ２５は本体２５Ａとその本体２５Ａを外装する外装部分２５Ｂとに分かれている。本体２５Ａと外装部分２５Ｂとの間にシールド電極３２、接地電極３３を配設しており、カーボンファイバ製の送受信兼用電極３１で外装部分２５Ｂを構成する。このように構成することで、送受信兼用電極３１をＩ．Ｉ２５のＸ線検出面側に配設する。また、カーボンファイバの場合には、外装部分２５Ｂを兼用する強度を有するので、カーボンファイバのみで外装部分２５Ｂを構成することができる。

なお、送受信兼用電極３１の他にシールド電極３２または接地電極３３のいずれかをカーボンファイバで形成してもよいし、図２、図３に示すように、全ての電極３１〜３３についてカーボンファイバで形成してもよい。すなわち、少なくとも送受信兼用電極３１をカーボンファイバで形成する。また、カーボンファイバを絶縁体でコーティングしてもよい。

以上のように構成された本実施例装置によれば、Ｘ線をほぼ透過する部材であるカーボンファイバで送受信兼用電極３１を形成し、Ｉ．Ｉ２５のＸ線検出面側にその送受信兼用電極３１を配設することで、Ｘ線は送受信兼用電極３１によってほとんど妨げられることなくＩ．Ｉ２５によって検出される。その結果、診断用のＸ線画像に劣化が生じることなく、近接センサ２８はＸ線検出面側において対象物Ｘを検出して、可動部分であるＩ．Ｉ２５の動きを正確に制御することができる。また、Ｉ．Ｉ２５のＸ線検出面側に送受信兼用電極３１を配設するという簡易な構造のみで、この発明における課題を解決することができる。

本実施例では、カーボンファイバの炭素の場合には金属と比較するとＸ線の透過率が高いので、Ｘ線をほぼ透過する部材をカーボンファイバで実現することができる。また、本実施例では、送受信兼用電極３１で外装部分２５Ｂを構成しており、外装部分２５Ｂを兼用することで、Ｉ．Ｉ２５および装置をより簡略化することができる。

接地された誘電体製の対象物Ｘが静電容量式の近接センサ２８に接近したとき、シールド電極３２のＸ線検出面側に隣接して対向配置された送受信兼用電極３１、対象物Ｘ間で静電容量Ｃ₂をもつ。一方、シールド電極３２、接地電極３３間で静電容量Ｃ₁をもつ。したがって、送受信兼用電極３１、対象物Ｘ間での静電容量Ｃ₂に関連する電流Ｉ₂を測定することで対象物Ｘを非接触で検出することができる。また、３つの電極３１，３２，３３が互いに対向配置であるので、電極面に対して一様に対象物Ｘを検出することができる。さらに、送受信兼用電極３１およびシールド電極３２を互いに同電位に保つように構成しているので、両電極３１，３２間の距離を狭くしても静電容量が生じない。したがって、両電極３１，３２間を狭くしつつ近接センサ２８を実現することができ、装置を小型化にすることができる。

この発明は、上記実施形態に限られることはなく、下記のように変形実施することができる。

（１）上述した実施例では、Ｃ型アームの駆動で撮像を行うＸ線診断装置を例に採って説明したが、この発明は、Ｃ型アーム以外の駆動機構がＸ線管やＩ．Ｉを支持して動かすＸ線診断装置に適用してもよい。

（２）上述した実施例では、Ｘ線診断装置を例に採って説明したが、ＥＣＴ（Emission Computed Tomography）装置のように放射性同位元素（ＲＩ）を投与された被検体から放射されるγ線を検出する装置に適用してもよい。このように、Ｉ．Ｉ２５などに代表される可動部分を動かして放射線を検出することで診断用の放射線画像を得る医用診断装置であれば、適用することができる。

（３）上述した実施例では、Ｉ．ＩのＸ線検出面側の他に、Ｉ．Ｉの側面にも近接センサを備えたが、Ｘ線検出面側のみ備えてもよいし、Ｉ．ＩのＸ線検出面側の他に、Ｉ．Ｉの側面以外にも備えてもよい。つまり、少なくともＸ線検出面側に近接センサを備えればよい。また、Ｘ線検出面以外の箇所に備える近接センサについては、Ｘ線検出面に配設された近接センサと同じ構成であってもよいし、異なる構造であってもよい。

（４）上述した実施例では、Ｉ．Ｉのみに近接センサを備えたが、Ｉ．Ｉに近接センサを備えるとともに、他の可動部分にも近接センサを備えてもよい。例えばＸ線管や上述した各実施例の基台部やＣ型アーム支持部やＣ型アーム２３などに代表されるように可動部分であれば、Ｉ．Ｉ以外の近接センサの配設箇所については特に限定されない。つまり、少なくともＩ．Ｉに近接センサを備えればよい。また、Ｉ．Ｉ以外の箇所に備える近接センサについては、Ｉ．Ｉに配設された近接センサと同じ構成であってもよいし、異なる構造であってもよい。

（５）上述した実施例では、送受信兼用電極が外装部分を兼用したが、図４に示すように、外装部分２５Ｂに送受信兼用電極３１を内蔵してもよい。なお、図４ではシールドケーブルや交流電源の図示を省略する。

（６）上述した実施例では、送信電極と受信電極との双方の機能を兼ねた送受信兼用電極を静電容量式の近接センサとして用いたが、送信電極と受信電極とを独立して各電極として用いるとともに、これらの電極を静電容量式の近接センサとして用いてもよい。例えば、図５に示すように、受信電極２８Ｂをカーボンファイバで形成し、カーボンファイバ製の受信電極２８ＢでＩ．Ｉ２５の外装部分２５Ｂを構成する。このように構成することで、Ｉ．Ｉ２５のＸ線検出面側に受信電極２８Ｂを配設する。この場合においても、図４と同様に受信電極２８Ｂを外装部分２５Ｂに内蔵してもよいし、図５のように送信電極２８Ａおよび受信電極２８Ｂをともにカーボンファイバで形成してもよい。このように、この発明が適用する近接センサの具体的な構造については特に限定されない。なお、図５ではシールドケーブルの図示を省略する。

（７）上述した実施例では、カーボンファイバで受信電極（本実施例では送受信兼用電極）を形成して、Ｘ線がほぼ透過するようにしたが、Ｘ線などに代表される放射線をほぼ透過する部材はカーボンファイバに限定されない。放射線をほぼ透過する部材であれば、導電性フィラー（添加剤）を添加したカーボン、すなわち導電性カーボンであってもよいし、アルミニウム（Ａｌ）などに代表されるように銅（Ｃｕ）よりも放射線の透過率の高い金属であってもよい。

実施例に係るＸ線診断装置の概略構成を示した正面図である。実施例装置のイメージインテンシファイア（Ｉ．Ｉ）のＸ線検出面側に設けられた近接センサの概略図である。Ｘ線検出面側の近接センサの各電極の配設箇所を示す概略図である。変形例に係るＸ線検出面側の近接センサの概略図である・変形例に係るＸ線検出面側の近接センサの概略図である・

符号の説明

２５ … イメージインテンシファイア（Ｉ．Ｉ）
２５Ｂ … 外装部分
２８ … 近接センサ
３１ … 送受信兼用電極
３２ … シールド電極
３３ … 接地電極
Ｍ … 被検体
Ｘ … 対象物

Claims

対象物の存在を非接触で検出する近接センサを備え、この近接センサによる対象物の検出結果に基づいて可動部分の動きを制御して、可動部分を動かして放射線を検出することで診断用の放射線画像を得る医用診断装置であって、前記可動部分は、放射線を検出する放射線検出手段を含み、複数の電極を互いに対向配置した静電容量式で近接センサを構成し、これらの電極のうち、受信電極を、放射線をほぼ透過する部材で形成するとともに、前記放射線検出手段を収容する外装部分であって対象物と対向する外側領域を前記受信電極で兼用することを特徴とする医用診断装置。
請求項１に記載の医用診断装置において、前記受信電極を炭素繊維で形成することを特徴とする医用診断装置。
請求項１または請求項２に記載の医用診断装置において、前記放射線検出手段の外装部分を炭素繊維で構成することを特徴とする医用診断装置。
請求項１から請求項３のいずれかに記載の医用診断装置において、前記受信電極を、送信電極と受信電極との双方の機能を兼ねた送受信兼用電極とするとともに、前記放射線検出面側とは逆側にその送受信兼用電極に隣接して対向配置された電極を別電極とし、送受信兼用電極および別電極を互いに同電位に保つように構成することを特徴とする医用診断装置。