JP4635499B2

JP4635499B2 - 医用診断装置

Info

Publication number: JP4635499B2
Application number: JP2004213071A
Authority: JP
Inventors: 啓史井上
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2004-07-21
Filing date: 2004-07-21
Publication date: 2011-02-23
Anticipated expiration: 2024-07-21
Also published as: JP2006026286A

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、可動部分に設けられた近接センサによって対象物の存在を非接触で検出する技術に関する。

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１参照）。

従来では、装置の可動部分と対象物との衝突を防止するために、可動部分の動作を制限する。具体的には、複数の近接センサを互いに異なる方向に向けて配列し、対象物の接近を検出した近接センサの配置された方向への動作を減速あるいは停止させる。なお、対象物が存在しない方向への可動部分の動作を可能にするために、対象物の接近を検出した近接センサ以外のセンサの配置された方向へは動作を制限しない。
特表平１１−５０６６９２号公報（第７−９頁、図２）

しかしながら、方向の検出が近接センサの配列方向に対応していなければ、対象物が存在しない方向にまで動作を制限してしまう。このことは、可動範囲を狭めるだけでなく、衝突を回避するための動作の方向をも不必要に狭めてしまう。対象物の存在する方向をより正確に検出するために、近接センサの数を増やして方向の検出を近接センサの配列方向に対応させることも考えられるが、検出回路が複雑になり、コストもセンサの数に比例して上昇する。

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、センサの数や形状を変更することなく、可動部分の動きをより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、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、この可動部分に、対象物の存在を非接触で検出する近接センサを備え、その対象物と近接センサとの距離およびその距離の変化量の正負に基づいて、可動部分と対象物とが近づく方向へ変化したのか遠ざかる方向へ変化したのかを判断し、近づく方向へ変化したと判断した場合、可動部分を減速あるいは停止し、遠ざかる方向へ変化したと判断した場合、可動部分をそのままの速度で動かす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、対象物と近接センサとの距離およびその距離の変化量に基づいて、可動部分の動きを制御することで、距離の変化量のような位置の経時的変化を考慮して、可動部分を動かすことになる。したがって、近接センサを備えた可動部分、および対象物の経時的変化の状況に合わせて可動部分を動かすことになるので、センサの数や形状を変更することなく可動部分の動きをより正確に制御することができる。

上述した発明の好ましい一例は、距離の変化量の正負によって可動部分の動作可能な方向を制御することである。例えば、対象物と近接センサとが近づく方向へ距離が変化したのならば、可動部分を制動（減速あるいは停止）して、対象物と距離センサとが遠ざかる方向へ距離が変化したのならば、可動部分を可動状態に制御すればよい。このようにすることにより、対象物を検出した近接センサの配置された方向に可動部分が動いても、その方向が遠ざかる方向ならば制動することなく可動部分を動かすことができて、装置の可動の自由度を上げることができる。

この発明に係る医用診断装置によれば、対象物と近接センサとの距離およびその距離の変化量に基づいて、可動部分の動きを制御することで、近接センサを備えた可動部分、および対象物の経時的変化の状況に合わせて可動部分を動かすことになるので、センサの数や形状を変更することなく可動部分の動きをより正確に制御することができる。

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、その装置における画像処理系のブロック図であり、図３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）に設けられた近接センサの概略図である。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２に示すように、画像処理系３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。

先ず、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。

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、後述する画像処理系３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および図３に示すように、Ｉ．Ｉ２５の側面に４つの近接センサ２８を配設するとともに、各近接センサ２８を９０°毎に配設する。各近接センサ２８が検出する領域は９０°の範囲となる。近接センサ２８は、図示を省略する送信電極と受信電極とから構成される。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静電容量式の近接センサを本実施例では採用している。

次に、画像処理系３について図２を参照して説明する。画像処理系３は、天板１の昇降および水平移動を制御する天板制御部３１や、撮像系本体２の駆動を制御する撮像系制御部３２や、Ｉ．Ｉ２５でＸ線検出信号として検出されて、検出されたＸ線検出信号がＴＶカメラ２７でビデオ信号として取り出され、その取り出された信号について種々の処理を行う画像処理部３３や、これらの各構成部を統括するコントローラ３４や、処理された画像や、後述する対象物と近接センサ２８との距離などを記憶するメモリ部３５や、オペレータが入力設定を行う入力部３６や、処理された画像をＸ線画像として表示するモニタ３７などを備えている。

天板制御部３１は、天板１を昇降あるいは水平移動させて被検体Ｍを撮像位置にまで収容したり、昇降あるいは水平移動させて被検体Ｍを所望の位置に設定したり、水平移動させながら撮像を行ったり、撮像終了後に水平あるいは昇降移動させて撮像位置から退避させる制御などを行う。撮像系制御部３２は、図１に示すように、基台部２１を鉛直軸心周りに回転させてＣ型アーム支持部２２やＣ型アーム２３やＸ線管２４やＩ．Ｉ２５などを鉛直軸心周りに回転させたり、Ｃ型アーム支持部２２を被検体Ｍの体軸心周りや図中のｘ軸心周りに回転させてＣ型アーム２３やＸ線管２４やＩ．Ｉ２５などを体軸心周りや図中のｘ軸心周りに回転させたり、ＴＶカメラ２７を鉛直軸心周りに回転させる制御などを行う。その他に、撮像系制御部３２は、対象物と近接センサ２８との距離およびその距離の変化量に基づいて、Ｉ．Ｉ２５の動きの制御を行う。具体的なＩ．Ｉ２５の動きの制御については後述する。

コントローラ３４は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）などで構成されており、メモリ部３５は、ＲＯＭ（Read-only Memory）やＲＡＭ（Random-Access Memory）などに代表される記憶媒体などで構成されている。また、入力部３６は、マウスやキーボードやジョイスティックやトラックボールやタッチパネルなどに代表されるポインティングデバイスで構成されている。

メモリ部３５は、対象物と近接センサ２８との距離を記憶する距離記憶部３５ａを備えている。近接センサ２８によって検出された対象物からの距離を距離記憶部３５ａに記憶する。距離記憶部３５ａは遅延回路３８および減算回路３９に接続しており、遅延回路３８は減算回路に接続している。距離記憶部３５ａや遅延回路３８や減算回路３９の具体的な機能については後述する。

次に、Ｉ．Ｉ２５の動きの制御、および距離記憶部３５ａや遅延回路３８や減算回路３９の機能について、図４の説明図および図５と図６とのフローチャートを参照して説明する。図４は、近接センサ２８が移動したときの対象物と近接センサ２８との距離について模式的に説明した説明図であり、図５は、距離の変化量を求める流れを示したフローチャートであり、本実施例のイメージインテンシファイア（Ｉ．Ｉ）２５の動きについて一連の制御の流れを示したフローチャートである。

（ステップＳ１）近接センサによる検出
図４に示すように、近接センサ２８は対象物Ｘの存在を非接触で検出する。このとき、近接センサ２８は、図４（ａ）に示すように対象物Ｘと近接センサ２８との距離ｄを検出する。検出された距離ｄのデータをメモリ部３５の距離記憶部３５ａに送り込み、距離記憶部３５ａに書き込んで記憶する。

（ステップＳ２）１時点が経過？
予め決められた１時点が経過したか否かをコントローラ３４が判断する。この１時点は、次に近接センサ２８が検出する時間である。１時点の具体的な例として、１秒以内が好ましい。本実施例では、０．５秒程度を１時点として予め決定する。１時点が経過していなければ、経過するまでステップＳ２をループして待機する。

（ステップＳ３）近接センサによる検出
１時点が経過したら、ステップＳ１と同様に、近接センサ２８は、対象物Ｘと近接センサ２８との距離を検出する。図４（ｂ）は、図４（ａ）に示す状態から１時点が経過したときの状態である。図４（ｂ）に示すように、１時点が経過している間に、Ｉ．Ｉ２５（図１を参照）が移動するのに伴って近接センサ２８がΔｄだけ移動したとする。このとき、近接センサ２８は、対象物Ｘと近接センサ２８との距離（ｄ−Δｄ）を検出する。ステップＳ１と同様に、検出された距離（ｄ−Δｄ）のデータを距離記憶部３５ａに記憶する。その後、ステップＳ２に戻って、ステップＳ２とＳ３との工程を繰り返し行うのに並行して、ステップＳ４の工程を行う。

（ステップＳ４）変化量を求める
距離記憶部３５ａから、対象物Ｘと近接センサ２８との距離のデータを読み出して、遅延回路３８および減算回路３９に送り込む。検出された距離のデータを、遅延回路３８で１時点分遅らして、検出された距離および１時点後に検出された距離のデータを減算回路３９に同時に送り込む。図４の場合では、検出された距離ｄおよび１時点後に検出された距離（ｄ−Δｄ）を減算回路３９に送り込むと、減算回路３９は、検出された距離ｄおよび１時点後に検出された距離（ｄ−Δｄ）の差分をとって、変化量Δｄを求める。ステップＳ２とＳ３との工程を繰り返しループするたびにステップＳ４で変化量を１時点ごとに求める。

（ステップＴ１）近接センサの配置方向に対象物があるか？
４つの近接センサ２８について、各近接センサ２８の配置方向に対象物Ｘがあるか否かをそれぞれが検出する。対象物Ｘの存在が検出できないほど近接センサ２８からの距離が長ければ、すなわち対象物Ｘによって電磁界の強度が低下しなければ、対象物Ｘがないと判断してステップＴ３に進む。対象物Ｘによって電磁界の強度が低下すれば、対象物Ｘがあると判断してステップＴ２に進む。

（ステップＴ２）近づく方向へ変化したか？
ステップＳ４で求められた変化量Δｄに基づいて、対象物Ｘと近接センサ２８とが近づく方向へ距離が変化したのか否かを判断する。例えば、図４の近接センサ２８から対象物Ｘへ向かう方向を正として逆方向を負とすると、変化量Δｄが正の場合には対象物Ｘと近接センサ２８とが近づく方向へ距離が変化したと判断する。変化量Δｄが負の場合には対象物Ｘと近接センサ２８とが遠ざかる方向へ距離が変化したと判断する。遠ざかる方向へ変化したと判断すればステップＴ３に進み、近づく方向へ変化したと判断すればステップＴ４に進む。

（ステップＴ３）そのまま移動
ステップＴ１で近接センサ２８の配置方向に対象物Ｘがないと判断、あるいは近接センサ２８の配置方向に対象物ＸがあったとしてもステップＴ２で対象物Ｘと近接センサ２８とが遠ざかる方向へ変化したと判断した場合には、そのまま近接センサ２８が移動しても対象物Ｘに接触する恐れがないので、そのまま移動を行う。

（ステップＴ４）減速・停止
ステップＴ１で近接センサ２８の配置方向に対象物Ｘがあると判断して、かつステップＴ２で対象物Ｘと近接センサ２８とが近づく方向へ変化したと判断した場合には、そのままの速度で近接センサ２８が移動すれば対象物Ｘに衝突する恐れがあるので、減速あるいは停止して可動部分であるＩ．Ｉ２５とともに近接センサ２８を制動する。

以上のように構成された本実施例装置によれば、対象物Ｘと近接センサ２８との距離およびその距離の変化量に基づいて、可動部分であるＩ．Ｉ２５の動きを制御することで、距離の変化量のような位置の経時的変化を考慮して、Ｉ．Ｉ２５を動かすことになる。したがって、近接センサ２８を備えたＩ．Ｉ２５、および対象物Ｘの経時的変化の状況に合わせてＩ．Ｉ２５を動かすことになるので、センサの数（本実施例では４つ）や形状を変更することなくＩ．Ｉ２５の動きをより正確に制御することができる。

また、距離の変化量の正負によってＩ．Ｉ２５の動作可能な方向を制御している。本実施例では、対象物Ｘと近接センサ２８とが近づく方向へ距離が変化したのならば、Ｉ．Ｉ２５を制動（減速あるいは停止）して（ステップＴ４を参照）、対象物Ｘと近接センサ２８とが遠ざかる方向へ距離が変化したのならば、Ｉ．Ｉ２５を可動状態に制御している（ステップＴ３を参照）。このようにすることにより、対象物Ｘを検出した近接センサ２８の配置された方向にＩ．Ｉ２５とともに近接センサ２８が動いても、すなわち近接センサ２８の配置方向に対象物Ｘがあったとしても（ステップＴ１を参照）、その方向が遠ざかる方向ならば制動することなくＩ．Ｉ２５を動かすことができて、装置の可動の自由度を上げることができる。

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、近接センサは静電容量式であったが、対象物が金属や導電体の場合には誘導形式を採用してもよいし、対象物が磁性体の場合には磁気形式を採用してもよい。この他に、光を検出の媒体とした光電形近接センサや、音を検出の媒体とした超音波形近接センサや、放射線を検出の媒体とした放射線近接センサや、熱エネルギを検出の媒体とした温度近接センサなど、対象物の存在を非接触で検出する近接センサであれば特に限定されない。

（４）上述した実施例では、Ｉ．Ｉの側面に近接センサを備えたが、Ｉ．Ｉの検出面に備えてもよい。実施例の近接センサは送信電極と受信電極とから構成されるので、薄い電極によってＸ線などの放射線の検出に妨げにならないのであれば、検出の有効領域に近接センサを備えてもよい。もちろん、検出面の有効領域以外の領域（端部）に近接センサを備えてもよい。

（５）上述した実施例では、Ｉ．Ｉに近接センサを備えたが、例えばＸ線管や上述した実施例の基台部や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、近接センサの配設箇所については特に限定されない。また、Ｉ．ＩとＸ線管との両者に近接センサをそれぞれ備えるなど、複数の可動部分に近接センサをそれぞれ備えてもよい。

（６）上述した実施例では、対象物と近接センサとが遠ざかる方向へ距離が変化したのならば、Ｉ．Ｉに代表される可動部分をそのままの速度で移動させたが、減速させて移動させてもよい。例えば、装置が減速・停止するのは、予め決定された所定の値ｄ₀よりも距離ｄが小さくなった場合である。この場合において、対象物と近接センサとが遠ざかる方向であっても、距離ｄが所定の値ｄ₀よりも小さい範囲では減速して低速で動かして、距離ｄが所定の距離ｄ₀よりも大きくなれば加速して通常の速度で動かしてもよい。

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。実施例装置における画像処理系のブロック図である。実施例装置のイメージインテンシファイア（Ｉ．Ｉ）に設けられた近接センサの概略図である。（ａ），（ｂ）は、近接センサが移動したときの対象物と近接センサとの距離について模式的に説明した説明図である。距離の変化量を求める流れを示したフローチャートである。本実施例のイメージインテンシファイア（Ｉ．Ｉ）の動きについて一連の制御の流れを示したフローチャートである。

符号の説明

２５ … イメージインテンシファイア（Ｉ．Ｉ）
２８ … 近接センサ
ｄ … 距離
Δｄ … 距離の変化量
Ｍ … 被検体
Ｘ … 対象物

Claims

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、
この可動部分に、対象物の存在を非接触で検出する近接センサを備え、
その対象物と近接センサとの距離およびその距離の変化量の正負に基づいて、可動部分
と対象物とが近づく方向へ変化したのか遠ざかる方向へ変化したのかを判断し、
近づく方向へ変化したと判断した場合、可動部分を減速あるいは停止し、
遠ざかる方向へ変化したと判断した場合、可動部分をそのままの速度で動かす
ことを特徴とする医用診断装置。
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、
この可動部分に、対象物の存在を非接触で検出する近接センサを備え、
その対象物と近接センサとの距離およびその距離の変化量の正負に基づいて、可動部分
と対象物とが近づく方向へ変化したのか遠ざかる方向へ変化したのかを判断し、
近づく方向へ変化したと判断した場合、可動部分を減速あるいは停止し、
遠ざかる方向へ変化したと判断した場合、
近接センサと対象物との距離が所定の値よりも小さい場合には可動部分を減速して低速
で動かし、
近接センサと対象物との距離が所定の値よりも大きい場合には可動部分を加速して通常
の速度で動かす
ことを特徴とする医用診断装置。