JP4968160B2

JP4968160B2 - 医用診断装置

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Publication number: JP4968160B2
Application number: JP2008108817A
Authority: JP
Inventors: 充梅田; 大輔村上; 光毅吉田
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2008-04-18
Filing date: 2008-04-18
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2028-04-18
Also published as: JP2009254668A

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。

この近接センサの構造としては、送受信兼用電極とシールド電極（別電極）とを互いに同電位にすることで、小型化を実現する技術がある（例えば、特許文献１参照）。また、撮像系（例えばＸ線管およびフラットパネル型Ｘ線検出器）を２つ以上備えた「バイプレーン方式」の医用診断装置においては、各撮像系の可動部分同士の衝突を避けるために、撮像系を構成する各々の可動部分の外形を３次元モデルとして登録し、各撮像系の可動部分同士の相対位置をリアルタイムで演算しながら動作制御を行う方法がある（例えば、特許文献２参照）。
特開２００６−８１７３８号公報（第１−９頁、図２−７）特開２００４−２７５７４５号公報（第１−３，５−９，１２−２０頁、図１−７）

しかしながら、上述した静電容量などを利用した近接センサは、被検体や操作者（オペレータ）などのような対象物だけでなく、可動部分同士を検出してしまい、動作制限が過度にかかってしまう。したがって、オペレータが思うような移動を行わすことができず、負担が大きくなる場合がある。特に、Ｘ線検出器を被検体に接近させたいときに、動作制限によって接近させることができない場合がある。

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、過度な動作制限を緩和させ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、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、少なくとも２つの可動部分に関する各々の近接センサの１つの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ものである。

［作用・効果］請求項１に記載の発明によれば、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、対象物側にある近接センサの電極，対象物間で静電容量をもつ。したがって、上述した近接センサの電極，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。なお、対象物が他方の可動部分であって、従来のように可動部分が接地されている場合には、一方の可動部分が他方の可動部分に接近したときに、他方の可動部分側にある一方の可動部分に関する近接センサの電極，他方の可動部分間で静電容量をもつ。したがって、一方の可動部分に関する近接センサが他方の可動部分（の存在）を非接触で検出してしまい、可動部分間で動作制限が過度にかかってしまう。そこで、少なくとも２つの可動部分に関する各々の近接センサの１つの電極を互いに同電位に保つように構成するので、少なくとも２つの可動部分の一方が他方に接近して、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、可動部分同士を接近させることができ、可動部分同士の過度な動作制限を緩和させることができる。

上述した発明において、近接センサを構成する複数の電極のうち、１つの電極を、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、その送受信兼用電極に可動部分側あるいは可動部分の内部側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とともに、少なくとも２つの可動部分に関する各々の近接センサの各送受信兼用電極を互いに同電位に保つように構成してもよい（請求項２に記載の発明）。つまり、上述した発明における同電位に保つように構成された電極を、送受信兼用電極に限定する。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、別電極の可動部分とは逆側あるいは可動部分の外部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。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。

上述したこれらの発明において、同電位に保つように構成された電極に関する各可動部分間の相対位置に基づいてこれらの可動部分の動きを制御する可動部分制御手段を備えるのが好ましい（請求項３に記載の発明）。このような可動部分制御手段を備えることで、可動部分同士の衝突を防止することができつつ、可動部分同士の過度な動作制限を緩和させることができる。

上述したこれらの発明において、対象物の存在を機械的接触により検出する接触センサを備え、同電位に保つように構成された電極に関する各可動部分に対して接触センサを配設し、この接触センサによる可動部分の検出結果に基づいてこれらの可動部分の動きを停止させる可動部分停止手段を備えるのが好ましい（請求項４に記載の発明）。このような可動部分停止手段を備えることで、機械的接触により可動部分同士の停止が可能であり、可動部分同士の過度な動作制限を緩和させることができる。

この発明に係る医用診断装置によれば、少なくとも２つの可動部分に関する各々の近接センサの１つの電極を互いに同電位に保つように構成するので、両電極間の距離を狭くして可動部分同士を接近させることができ、可動部分同士の過度な動作制限を緩和させることができる。

以下、図面を参照してこの発明の実施例を説明する。
図１（ａ）は、実施例に係るＸ線診断装置の概略構成を示した斜視図であり、図１（ｂ）は、実施例に係るＸ線診断装置のブロック図であり、図２は、フラットパネル型Ｘ線検出器（ＦＰＤ）に各センサを取り付けたときの概略図であり、図３は、実施例に係る近接センサの概略図であり、図４は、シールド電極および接地電極をフラットパネル型Ｘ線検出器（ＦＰＤ）の外装部分の内部に配設したときの近接センサの概略図であり、図５（ａ）は、ＶＯＸＥＬ形式の３次元モデル外形データのフォーマットに関する説明に供する模式図であり、図５（ｂ）は、ＢＳＰツリー形式の３次元モデル外形データのフォーマットに関する説明に供する模式図である。本実施例では、医用診断装置としてバイプレーン方式の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、その被検体のＭの撮像を行う撮像系２，３とを備えている。撮像系２は床設置タイプであり、撮像系３は天井走行タイプである。天板１は、図１に示すように、鉛直軸（Ｚ軸）方向に昇降および被検体Ｍの体軸（Ｘ軸）に沿って移動可能に構成されている。

床設置タイプの撮像系２は、床面（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、他端に支持されたフラットパネル型Ｘ線検出器（FPD: Flat Panel Detector）（以下、「ＦＰＤ」と略記する）２５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（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（Ｘ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（ＸＹ平面）で直交する軸（Ｙ軸）心周りに回転するように構成されている。

天井走行タイプの撮像系３は、天井面（ＸＹ平面）に設置され、Ｘ軸に延在されたレール３１と、レール３１に支持されＸ軸に沿って移動可能に構成されたキャリッジ３２と、キャリッジ３２に支持されたＣ型アーム支持部３３と、Ｃ型アーム支持部３３に支持されたＣ型アーム３４と、Ｃ型アーム３４の一端に支持されたＸ線管３５と、他端に支持されたフラットパネル型Ｘ線検出器（ＦＰＤ）３６とを備えている。

図示を省略するモータの駆動によってキャリッジ３２に対してＣ型アーム支持部３３が鉛直軸（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Ｃ型アーム３４が被検体Ｍの体軸（Ｘ軸）心周りに回転するように構成されている。

天板１や撮像系２，３を上述のように動かしてＸ線をＦＰＤ２５，３６が検出して、検出されたＸ線検出信号を後述する画像処理部５４で処理することで診断用のＸ線画像を得ることができる。上述した撮像系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ＦＰＤ２５や、撮像系３のキャリッジ３２やＣ型アーム支持部３３やＣ型アーム３４やＸ線管３５やＦＰＤ３６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２４，３５やＦＰＤ２５，３６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２４，３５やＦＰＤ２５，３６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２に示すように、ＦＰＤ２５に近接センサ４１を配設するとともに、ＦＰＤ３６に近接センサ４２を配設している。静電容量式の近接センサ４１，４２を、本実施例では採用している。近接センサ４１，４２の具体的な構造・機能については、図３および図４で後述する。

本実施例では、上述した近接センサ４１，４２の他に、図２に示すように、ＦＰＤ２５に機械式接触センサとしてマイクロスイッチ４３を配設するとともに、ＦＰＤ３６にマイクロスイッチ４４を配設している。マイクロスイッチ４３，４４の具体的な機能については、後述する。マイクロスイッチ４３，４４は、この発明における接触センサに相当する。

この他に、本実施例に係るＸ線診断装置は、図１に示すように、天板１の移動を制御する天板移動制御部５１と、撮像系２，３の移動を制御する撮像系移動制御部５２と、Ｘ線管２４，３５に管電圧や管電流を付与してＸ線管２４，３５を制御するＸ線管制御部５３と、ＦＰＤ２５，２６で検出されたＸ線検出信号を処理する画像処理部５４と、撮像系２，３の３次元外形形状に対応する３次元モデル外形データを登録する形状データ登録部５５と、撮像系２，３の現在位置および３次元モデル外形データに基づいて撮像系２，３の相対位置をリアルタイムで求める位置関係導出部５６と、これらを統括制御するコントローラ５７と、処理された画像などを記憶するメモリ部５８と、入力設定を行う入力部５９と、処理された画像などを出力する出力部６０とを備えている。

天板移動制御部５１は、上述したように天板１を鉛直軸（Ｚ軸）方向に昇降あるいは被検体Ｍの体軸（Ｘ軸）に沿って移動させる制御を行う。特に、図１（ａ）に示す構成の場合には、天板１と天井走行タイプの撮像系３とについては、主に同じ被検体Ｍの体軸（Ｘ軸）方向にそれぞれ動かすので互いに衝突し難いが、天板１と床設置タイプの撮像系２とについては、被検体Ｍの体軸（Ｘ軸）方向以外の方向にも動かすので互いに衝突し易い。そこで、本実施例では、天板移動制御部５１は、位置関係導出部５６で求められた天板１と撮像系２，３との相対位置に基づいて天板１の移動を制御することも可能で、天板１と撮像系２，３との衝突（特に床設置タイプの撮像系２との衝突）を防止することができる。天板移動制御部５１や、撮像系移動制御部５２やＸ線管制御部５３やコントローラ５７は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）などで構成されている。

撮像系移動制御部５２は、上述したように撮像系２，３の可動部分（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ＦＰＤ２５やキャリッジ３２やＣ型アーム支持部３３やＣ型アーム３４やＸ線管３５やＦＰＤ３６）を図中の矢印の方向にそれぞれ動かす制御を行う。なお、Ｘ線管２４とＦＰＤ２５とを結ぶＸ線の照射軸の中心を撮像系２の機械的中心（「アイソセンタ」とも呼ばれる）とするとともに、Ｘ線管３５とＦＰＤ３６とを結ぶＸ線の照射軸の中心を撮像系３の機械的中心（アイソセンタ）とする。バイプレーン方式のＸ線診断装置では、撮像系２，３の各々の機械的中心（アイソセンタ）を互いに一致させて、その一致された機械的中心（アイソセンタ）に被検体Ｍの関心領域が入るように、天板移動制御部５１は天板１の移動を制御するとともに、撮像系移動制御部５２は撮像系２，３の移動をそれぞれ制御する。また、撮像系移動制御部５２は、撮像系２，３の各々の機械的中心（アイソセンタ）が常に一致させるように、撮像系２の可動部分および撮像系３の可動部分を連動させて撮像を行う。もちろん、撮像系２，３の各々の機械的中心（アイソセンタ）を必ずしも一致させる必要はなく、撮像系２，３の個々の動きを独立させて撮像を行ってもよい。

天板移動制御部５１と同様に、撮像系２の可動部分および撮像系３の可動部分同士の衝突を防止するために、撮像系移動制御部５２は、位置関係導出部５６で求められた撮像系２，３の相対位置に基づいて撮像系２，３の移動をそれぞれ制御することが可能である。もちろん、位置関係導出部５６で求められた天板１と撮像系２，３との相対位置に基づいて撮像系２，３の移動をそれぞれ制御することも可能で、天板１と撮像系２，３との衝突を防止することができる。また、近接センサ４１，４２による検出結果に基づいて撮像系移動制御部５１は、撮像系２，３の可動部分をそれぞれ制御するとともに、マイクロスイッチ４３，４４の検出結果に基づいて撮像系移動制御部５１は、撮像系２，３の可動部分の動きを停止させる。撮像系移動制御部５２は、この発明における可動部分制御手段および可動部分停止手段に相当する。

Ｘ線管制御部５３は、Ｘ線管２４，３５に管電圧や管電流を付与してＸ線管２４，３５を制御する。また、図示を省略するコリメータをＸ線管制御部５３が制御することで、Ｘ線管２４，３５からそれぞれ照射されたＸ線の照視野を制御する。画像処理部５４は、Ｘ線管２４，３５からそれぞれ照射されて被検体Ｍを透過してＦＰＤ２５，３６で検出されたＸ線（Ｘ線検出信号）に対して各種の画像処理（例えばラグ補正やゲイン補正など）を行うことで診断用のＸ線画像を得る。このＸ線画像を必要に応じて、コントローラ５７を介してメモリ部５８や出力部６０に送り込む。

形状データ登録部５５や位置関係導出部５６の具体的な機能については、図５で後述する。メモリ部５８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おり、画像処理部５４で処理された画像を書き込んで記憶し、必要に応じて画像を読み出す。入力部５９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。操作者（オペレータ）は入力部５９を介して撮像に関する命令（コマンド）を入力して、コントローラ５７を介して、天板移動制御部５１や撮像系移動制御部５２やＸ線管制御部５３などに送り込む。出力部６０は、モニタに代表される表示部やプリンタに代表される印刷部である。

静電容量式の近接センサ４１，４２は、送信電極と受信電極とから構成されているが、図３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７１，８１から構成されている。近接センサ４１では、送受信兼用電極７１の近傍には送受信兼用電極７１の面に平行してシールド電極７２を配設しているとともに、近接センサ４２でも、送受信兼用電極８１の近傍には送受信兼用電極８１の面に平行してシールド電極８２を配設している。近接センサ４１では、送受信兼用電極７１側とは逆側のシールド電極７２の面に平行して接地電極７３を配設しているとともに、近接センサ４２でも、送受信兼用電極８１側とは逆側のシールド電極８２の面に平行して接地電極８３を配設している。つまり、近接センサ４１では、送受信兼用電極７１，シールド電極７２，接地電極７３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とともに、近接センサ４２でも、送受信兼用電極８１，シールド電極８２，接地電極８３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７１，７２，７３の間隔が、厚みも含めて３ｍｍ程度になるように配設する。電極８１，８２，８３についても同様である。

見方を変えれば、近接センサ４１では、送受信兼用電極７１に可動部分であるＦＰＤ２５側に隣接してシールド電極７２を対向配置しているとともに、近接センサ４２でも、送受信兼用電極８１に可動部分であるＦＰＤ３６側に隣接してシールド電極８２を対向配置している。近接センサ４１では、シールド電極７２から見れば、シールド電極７２のＦＰＤ２５とは逆側（すなわち対象物Ｘ_１側）に隣接して送受信兼用電極７１を対向配置しているとともに、近接センサ４２では、シールド電極８２から見れば、シールド電極８２のＦＰＤ３６とは逆側（すなわち対象物Ｘ_２側）に隣接して送受信兼用電極８１を対向配置している。また、見方を変えれば、近接センサ４１では、シールド電極７２と可動部分であるＦＰＤ２５側との間に接地電極７３を配設しているとともに、近接センサ４２では、シールド電極８２と可動部分であるＦＰＤ３６側との間に接地電極８３を配設している。シールド電極７２，８２は、この発明における別電極に相当する。

近接センサ４１では、送受信兼用電極７１とシールド電極７２とは、シールドケーブル７４を介して交流電源７５にそれぞれ接続されており、各電極７１，７２は互いに同電位に保たれている。近接センサ４２でも、送受信兼用電極８１とシールド電極８２とは、シールドケーブル８４を介して交流電源７５にそれぞれ接続されており、各電極８１，８２は互いに同電位に保たれている。また、シールドケーブル７４，８４を介して、共通の交流電源７５に送受信兼用電極７１，７２をそれぞれ接続することで、２つの可動部分であるＦＰＤ２５，３６に関する各々の近接センサ４１，４２の各送受信兼用電極７１，８１は互いに同電位に保たれている。近接センサ４１では、接地電極７３は接地されているとともに、近接センサ４２でも、接地電位８３は接地されており、電位は“０”である。シールド電極７２，接地電極７３間の静電容量をセンサ容量Ｃ_１とするとともに、シールド電極８２，接地電極８３間の静電容量をセンサ容量Ｃ_３とする。

近接センサ４１では、シールド電極７２，接地電極７３間にはセンサ容量Ｃ_１に応じた電流Ｉ_１が流れるとともに、送受信兼用電極７１，対象物Ｘ_１間には検出容量Ｃ_２に応じた電流Ｉ_２が流れる。近接センサ４２でも、シールド電極８２，接地電極８３間にはセンサ容量Ｃ_３に応じた電流Ｉ_３が流れるとともに、送受信兼用電極８１，対象物Ｘ_３間には検出容量Ｃ_４に応じた電流Ｉ_４が流れる。近接センサ４１では、もし、送受信兼用電極７１の近傍に対象物Ｘ_１がないとき、あるいは送受信兼用電極７１が検出することができない程度の距離に対象物Ｘ_１があるときには、送受信兼用電極７１は静電容量をもたないので、送受信兼用電極７１，対象物Ｘ_１間での検出容量Ｃ_２＝０、すなわち電流Ｉ_２＝０となる。近接センサ４２でも、もし、送受信兼用電極８１の近傍に対象物Ｘ_３がないとき、あるいは送受信兼用電極８１が検出することができない程度の距離に対象物Ｘ_３があるときには、送受信兼用電極８１は静電容量をもたないので、送受信兼用電極８１，対象物Ｘ_３間での検出容量Ｃ_４＝０、すなわち電流Ｉ_４＝０となる。したがって、近接センサ４１では、電流Ｉ_２を測定して測定された電流Ｉ_２が“０”あるいは所定値未満であれば、近接センサ４１は対象物Ｘ_１が接近していないとし、電流Ｉ_２が“０”以外の値あるいは所定値以上であれば、対象物Ｘ_１が接近して近傍にあると近接センサ４１は検出する。近接センサ４２でも同様に、電流Ｉ_４を測定して測定された電流Ｉ_４が“０”あるいは所定値未満であれば、近接センサ４２は対象物Ｘ_３が接近していないとし、電流Ｉ_４が“０”以外の値あるいは所定値以上であれば、対象物Ｘ_３が接近して近傍にあると近接センサ４２は検出する。このように、近接センサ４１が非接触で対象物Ｘ_１を検出し、近接センサ４２が非接触で対象物Ｘ_２を検出することが可能になる。

なお、図３では、近接センサ４１の各電極電極７１，７２，７３をＦＰＤ２５の外部に配設し、近接センサ４２の各電極電極８１，８２，８３をＦＰＤ３６の外部に配設したが、図４に示すように各電極を配設してもよい。例えば、図４（ａ）に示すように、可動部分であるＦＰＤ２５を本体２５Ａとその本体２５Ａを外装する外装部分２５Ｂとに分ける。そして、近接センサ４１を構成する各電極７１，７２，７３を外装部分２５Ｂの内部に配設する。このとき、ＦＰＤ２５の内部側に送受信兼用電極７１に隣接してシールド電極７２を対向配置している。そして、ＦＰＤ２５のさらなる内部側にシールド電極７２に隣接して接地電極７３を配設している。シールド電極７２から見れば、シールド電極７２のＦＰＤ２５の外部側（すなわち対象物Ｘ_１側）に隣接して送受信兼用電極７１を対向配置している。なお、図４（ａ）ではシールドケーブルや交流電源の図示を省略する。ＦＰＤ３６やＦＰＤ３６に関する近接センサ４２についても同様である。

後述する図４（ｂ）も含めて図４（ａ）の場合には、角部に送受信兼用電極７１を配設している。図４（ａ）に示すように、その角部においてＦＰＤ２５の外装部分２５Ｂは３次元曲面の形状を有しており、３次元曲面部分にまたがって外装部分２５Ｂの内部に沿うように送受信兼用電極７１を配設する。送受信兼用電極７１は３次元曲面部分にまたがって配設できるように、３次元曲面に対応可能な薄膜あるいは織布状の導体で送受信兼用電極７１を構成する。

薄膜の導体として、金属を０．１〜０．０２５ｍｍ程度の薄膜に加工したものや、金属箔などが挙げられる。また、織布状の導体として、金属線（例えば銅線）を編んだ織布状の導体や、樹脂繊維に金属メッキ（例えば銅メッキ）を施した織布状の導体などが挙げられる。織布状の場合には線を編む、あるいは繊維に編み込む関係で０．１〜０．０２５ｍｍよりも厚く形成される。また、金属箔の場合には０．１〜０．０２５ｍｍよりも薄く形成される。なお、３次元曲面は、一方向にのみ曲面をなすものの他に、複数方向に曲面をなす複雑な曲面をなすものも含む。

また、図４（ｂ）に示すように、送受信兼用電極７１を外装部分２５Ｂの表面に配設するとともに、残りの電極７２，７３を外装部分２５Ｂの内部に配設してもよい。表面に配設する場合には、金属箔で送受信兼用電極７１を形成するのが有用である。また、１〜２mm程度の薄板を溶接あるいは成形により３次元曲面を形成して、外装部分２５Ｂを構成してもよい。つまり、外装部分２５Ｂが薄膜の導体と同等の電極の働きをするように構成すればよい。外装部分２５Ｂが薄膜の導体と同等の電極の働きをするように構成することで外装部分２５Ｂが送受信兼用電極７１を兼用することになり、ＦＰＤ２５を簡略化することができる。また、薄板で形成することで外装としての強度を十分に有する。なお、図４（ｂ）では、説明の便宜上、外装部分２５Ｂから離間して送受信兼用電極７１を図示したが、実際には送受信兼用電極７１は外装部分２５Ｂの表面に直接的に接触している。また、対向配置を保った状態で送受信兼用電極７１およびシールド電極７２を外装部分２５Ｂの表面に配設するとともに、接地電極７３を外装部分２５Ｂの内部に配設してもよい。また、対向配置を保った状態で全ての電極７１，７２，７３を外装部分２５Ｂの表面に配設してもよい。ＦＰＤ３６やＦＰＤ３６に関する近接センサ４２についても同様である。

なお、ＦＰＤ２５，３６に関する各々の近接センサ４１，４２の各送受信兼用電極７１，８１を互いに同電位に保つように構成することで、図２に示すように、ＦＰＤ２５，３６の一方が他方に接近して、両送受信兼用電極７１，８１間の距離を狭くしても静電容量が生じない。したがって、ＦＰＤ２５，３６同士を接近させることができる。

上述の構成では、ＦＰＤ２５，３６同士が接触する恐れがあるので、上述したように、図２に示すように、ＦＰＤ２５にマイクロスイッチ４３を配設するとともに、ＦＰＤ３６にマイクロスイッチ４４を配設している。そして、マイクロスイッチ４３，４４の検出結果に基づいて撮像系移動制御部５１は、撮像系２，３の可動部分であるＦＰＤ２５，３６の動きを停止させる。このように構成することで、機械的接触によりＦＰＤ２５，３６同士の停止が可能であり安全性が増す。

さらに、ＦＰＤ２５，３６同士の接触を防止するために、上述したマイクロスイッチ４３，４４の他に、上述したように、図１に示すように、形状データ登録部５５や位置関係導出部５６を本実施例に係るＸ線診断装置は備えている。位置関係導出部５６は、撮像系２，３の現在位置（すなわち撮像系２，３の各可動部分間の相対位置）を求め、好ましくは、天板１と撮像系２，３との現在位置（すなわち天板１と撮像系２，３の各可動部分との相対位置）。そして、ＦＰＤ２５，３６に代表される撮像系２，３の各可動部分間の相対位置に基づいてこれらの可動部分の動きを制御する撮像系移動制御部５２を備えるとともに、好ましくは、天板１と撮像系２，３の各可動部分との相対位置に基づいて天板１の動きを制御する天板移動制御部５１を備えている。このような撮像系移動制御部５２を備えることで、ＦＰＤ２５，３６同士の衝突を防止する。

形状データ登録部５５には、撮像系２，３の３次元外形形状に対応する３次元モデル外形データが下記のように予め登録されている。すなわち、撮像系２，３の各可動部分の３次元外形形状として、相似の形状を表すＳＴＤ(Standard Triangle Language)形式の３次元モデル外形データを先ず準備する。ＳＴＬ形式のデータの場合、三角形の集合体で所望の３次元形状を表すフォーマットで上述のデータを示すことができるので、３次元モデル外形データについては、各三角形の３つの頂点全てを３次元座標上の位置座標として保持することが可能である。その結果、比較的少ないデータ量でもって、撮像系２，３の３次元外形形状に対応する３次元モデル外形を表すことができる。このＳＴＬ形式の３次元モデル外形データについては、例えば撮像系２，３の各可動部分の設計の際に作成される可動部分の外形に相似の形状を正確に表す３次元ＣＡＤデータをＳＴＬ変換技術に適用することで容易に作成することができる。

次に、ＳＴＬ形式の３次元モデル外形データをＶＯＸＥＬ(Volume Pixel)形式のデータに変換する。ＶＯＸＥＬ形式のデータ変換では、図５（ａ）に示すように、ＳＴＬ形式の３次元モデル外形データを３次元仮想空間に表した場合に、データの存在領域を完全に抱合するように立方体または直方体の親ボックスＶａを設定する。この立方体または直方体の親ボックスＶａを、立方体または直方体の子ボックスＶｂ１，Ｖｂ２に分割する。同様の手順で、孫ボックスＶｃ１〜Ｖｃ４、ひ孫ボックスＶｄ１〜Ｖｄ８、…と段階を経て分割し、最終段階まで分割されたボックスを「最小ボックス」とする。最終段階と判断するには、各段階で分割された各最小ボックスが３次元モデル外形データを含有するか否かで行う。この各最小ボックスが３次元モデル外形データを含有するか否かを示すデータを「データ含有情報」とする。最小ボックスの寸法を撮像系２，３の各可動部分の実寸に直すと、例えば１ｃｍ角程度の立方体となる。

各最小ボックスが３次元モデル外形データを含有するか否かは、各段階毎にボックスが３次元モデル外形データを含有するか否かを繰り返し行うことで決定される。その際、ある段階で３次元モデル外形データを含有しないと判定されたボックスについては、データを含まないボックスは幾ら分割してもデータを含まないので、以後の分割段階からチェックはせずに全て否として迅速に決定することができる。

続いて、ＶＯＸＥＬ形式のデータをＢＳＰ(Binary separated partition)ツリーデータに変換する。ＢＳＰツリーデータへのデータ変換では、図５（ｂ）に示すように、図５（ａ）の場合と逆に、最終の分割段階のデータ含有情報を有した最小ボックスを元の親ボックスの形態にまとめる。つまり、ＢＳＰツリーデータの場合、撮像系２，３の各可動部分の３次元外形形状がデータ含有情報を有するボックスの集合体で表すものである。このＢＳＰツリー形式の３次元モデル外形データを形状データ登録部５５に予め登録する。

位置関係導出部５６は、撮像系２，３の各可動部分の各現在位置および形状データ登録部５５に登録された３次元モデル外形データに基づいて、撮像系２，３の各可動部分間の相対位置関係情報を、可動部分同士が接触する位置関係にあるか否かを判定するアルゴリズムを利用してリアルタイムで求める。具体的には、撮像系２，３の外形形状に相応するＢＳＰツリー形式の３次元モデル外形データの２つのボックスを仮想３次元空間で撮像系２，３の動きに合わせて撮像系２，３の現在位置に基づき回転・平行移動させる。そうすると、３次元モデル外形データの２つのボックスが、仮想３次元空間において撮像系２，３の各可動部分と常に同じ配置になって、ＦＰＤ２５，３６などに代表される撮像系２，３同士の接触が起こる撮像系２，３間の外面同士の対置状況の現状を示すことになる。

次に、３次元モデル外形データの最小ボックス同士の接触の有無を判定する。もちろん、正常な状態では撮像系２，３が接触することがないので、そのまま判定すれば正常な状態では接触なしという判定になる。もし、接触有りと判定されると既に接触が起こっていることになり、接触は回避できなかったことになってしまう。そこで、撮像系２，３の各可動部分間の距離に余裕を持たせるべく、接触の有無を判定する際に接触を防止できるだけの余裕がもてる一定の仮想接触距離を予め設定する。一方の３次元モデル外形データの最小ボックスと、他方の３次元モデル外形データの最小ボックスとの距離を算出して、仮想接触距離未満であれば、接触有りと判定し、仮想接触距離以上であれば接触なしと判定する。この距離算出・判定処理を、データ含有情報を有する最小ボックスの全ての間で繰り返し行う。データ含有情報を有さない最小ボックスは接触に関与しないので距離算出・判定処理の必要はない。このように求められた接触の有無の判定結果を、撮像系２，３の（各可動部分の）相対位置情報として、撮像系移動制御部５２に送り込む。

撮像系移動制御部５２は、ＦＰＤ２５，３６などに代表される撮像系２，３の各可動部分間の相対位置に基づいてこれらの可動部分の動きを制御する。もし、仮想接触距離以上で接触なしであれば、特別な制御を行わない。もし、仮想接触距離未満で接触有りであって、撮像系２，３のいずれかが移動中であれば、両撮像系２，３の移動を直ちに停止するように制御することで、撮像系２，３の各可動部分の動きを停止する。なお、接触の可能性がある場合に、撮像系２，３の移動を直ちに停止せずに、接触しない方向に撮像系２，３のいずれかを移動させることで待避させてもよい。また、段階的に減速させてから停止させてもよい。

なお、Ｃ型アーム２３，３４のたわみによってＸ線管２４，３５やＦＰＤ２５，３６の相対位置が変化する場合には、予め、Ｃ型アーム２３，３４を回転させたときの相対位置を予め求めて、その相対位置を参照して位置関係導出部５６は相対位置を補正してもよい。また、ＦＰＤ２５，３６同士に代表される撮像系２，３の可動部分同士の接触を防止するために、撮像系移動制御部５２は、ＦＰＤ２５，３６などに代表される撮像系２，３の各可動部分間の相対位置に基づいてこれらの可動部分の動きを制御したが、本実施例では、好ましくは、上述したように天板１と撮像系２，３との衝突（特に床設置タイプの撮像系２との衝突）を防止するために、天板移動制御部５１は、位置関係導出部５６で求められた天板１と撮像系２，３（の各可動部分）との相対位置に基づいて天板１の移動を制御する。

そのために、形状データ登録部５５には、撮像系２，３の３次元外形形状に対応する３次元モデル外形データを登録するのと同様に、天板１の３次元外形形状に対応する３次元モデル外形データを予め登録する。登録の方法については、撮像系２，３と同じ内容であるので、その説明を省略する。そして、位置関係導出部５６は、天板１と撮像系２，３の各可動部分との相対位置関係情報を、可動部分同士が接触する位置関係にあるか否かを判定するアルゴリズムを利用してリアルタイムで求める。具体的な算出方法については、撮像系２，３と同じ内容であるので、その説明を省略する。

以上のように構成された本実施例装置によれば、接地された誘電体製の対象物Ｘ_１，Ｘ_３が静電容量式の近接センサ４１，４２に接近したとき、対象物Ｘ_１側にある近接センサの電極（本実施例では送受信兼用電極７１），対象物Ｘ_１間で静電容量Ｃ_２をもつとともに、対象物Ｘ_３側にある近接センサの電極（本実施例では送受信兼用電極８１），対象物Ｘ_１，Ｘ_３間で静電容量Ｃ_４をもつ。したがって、上述した近接センサ４１の電極（送受信兼用電極７１），対象物Ｘ_１間での静電容量Ｃ_２に関連する物理量（本実施例では電流Ｉ_２）を測定することで対象物Ｘ_１を非接触で検出することができるとともに、上述した近接センサ４２の電極（送受信兼用電極８１），対象物Ｘ_３間での静電容量Ｃ_４に関連する物理量（本実施例では電流Ｉ_４）を測定することで対象物Ｘ_３を非接触で検出することができる。

なお、対象物が他方の可動部分であって、従来のように可動部分が接地されている場合には、一方の可動部分が他方の可動部分に接近したときに、他方の可動部分側にある一方の可動部分に関する近接センサの電極（本実施例では送受信兼用電極），他方の可動部分間で静電容量をもつ。例えば、両可動部分がそれぞれＦＰＤ２５，３６の場合には、一方のＦＰＤ２５が他方のＦＰＤ３６に接近したときに、他方のＦＰＤ３６側にある一方のＦＰＤ２５に関する近接センサ４１の送受信兼用電極７１，他方のＦＰＤ３６間で静電容量Ｃ_２をもつ。一方のＦＰＤ３６が他方のＦＰＤ２５に接近した場合も同様である。したがって、一方の可動部分であるＦＰＤ２５に関する近接センサ４１が他方の可動部分であるＦＰＤ３６（の存在）を非接触で検出してしまい、ＦＰＤ２５，３６間で動作制限が過度にかかってしまう。

そこで、少なくとも２つの可動部分（本実施例ではＦＰＤ２５，３６）に関する各々の近接センサ（本実施例では近接センサ４１，４２）の１つの電極（本実施例では送受信兼用電極７１，８１）を互いに同電位に保つように構成するので、少なくとも２つの可動部分の一方（ＦＰＤ２５）が他方（ＦＰＤ３６）に接近して、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、可動部分同士（ＦＰＤ２５，３６同士）を接近させることができ、可動部分同士（ＦＰＤ２５，３６同士）の過度な動作制限を緩和させることができる。

本実施例では、近接センサ４１を構成する複数の電極のうち、１つの電極を、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７１（近接センサ４２の場合には送受信兼用電極８１）とするとともに、図３に示すように、その送受信兼用電極７１に可動部分（本実施例ではＦＰＤ２５）側に隣接して対向配置された電極を別電極（本実施例ではシールド電極７２、近接センサ４２の場合にはシールド電極８２）としている、あるいは図４に示すように、送受信兼用電極７１に可動部分（ＦＰＤ２５）の内部（本実施例では外装部分２５Ｂの内部）側に隣接して対向配置された電極を別電極（シールド電極７２、近接センサ４２の場合にはシールド電極８２）としている。そして、送受信兼用電極７１（近接センサ４２の場合には送受信兼用電極８１）および別電極（シールド電極７２、近接センサ４２の場合にはシールド電極８２）を互いに同電位に保つとともに、少なくとも２つの可動部分（ＦＰＤ２５，３６）に関する各々の近接センサ４１，４２の各送受信兼用電極７１，７２を互いに同電位に保つように構成している。

つまり、上述した同電位に保つように構成された電極を、送受信兼用電極７１，７２に限定する。接地された誘電体製の対象物Ｘ_１，Ｘ_３が静電容量式の近接センサ４１，４２に接近したとき、別電極であるシールド電極７２の可動部分であるＦＰＤ２５とは逆側（対象物Ｘ_１側）に隣接して対向配置された送受信兼用電極７１，対象物Ｘ_１間で静電容量Ｃ_２をもつとともに、シールド電極８２の可動部分であるＦＰＤ３６とは逆側（対象物Ｘ_３側）に隣接して対向配置された送受信兼用電極８１，対象物Ｘ_３間で静電容量Ｃ_４をもつ。一方、別電極であるシールド電極７２，接地電極７３間で静電容量Ｃ_１をもつとともに、シールド電極８２，接地電極８３間で静電容量Ｃ_１をもつ。したがって、上述したように近接センサ４１の送受信兼用電極７１，対象物Ｘ_１間での静電容量Ｃ_２に関連する電流Ｉ_２を測定することで対象物Ｘ_１を非接触で検出することができるとともに、近接センサ４２の送受信兼用電極８１，対象物Ｘ_３間での静電容量Ｃ_４に関連する電流Ｉ_４を測定することで対象物Ｘ_３を非接触で検出することができる。さらに、送受信兼用電極７１，８１および別電極であるシールド電極７２，８２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７１，７２、両電極間８１，８２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７１，７２、両電極間８１，８２を狭くしつつ近接センサ４１，４２をそれぞれ実現することができ、装置を小型化にすることができる。

本実施例では、好ましくは、同電位に保つように構成された電極（本実施例では送受信兼用電極７１，８１）に関する各可動部分同士（ＦＰＤ２５，３６同士）などに代表される撮像系２，３の各可動部分間の相対位置に基づいてこれらの可動部分の動きを制御する撮像系移動制御部７１を備えている。このような撮像系移動制御部７１を備えることで、可動部分同士（ＦＰＤ２５，３６同士）の衝突を防止することができつつ、可動部分同士（ＦＰＤ２５，３６同士）の過度な動作制限を緩和させることができる。

本実施例では、好ましくは、対象物の存在を機械的接触により検出する接触センサとしてマイクロスイッチ４３，４４を備え、同電位に保つように構成された電極（本実施例では送受信兼用電極７１，８１）に関する各可動部分（ＦＰＤ２５，３６）に対してマイクロスイッチ４３，４４を配設し、このマイクロスイッチ４３，４４による可動部分（ＦＰＤ２５，３６）の検出結果に基づいて、これらの可動部分（ＦＰＤ２５，３６）の動きを撮像系移動制御部５１は停止させる。このように撮像系移動制御部５１が停止させることで、機械的接触により可動部分同士（ＦＰＤ２５，３６同士）の停止が可能であり、可動部分同士（ＦＰＤ２５，３６同士）の過度な動作制限を緩和させることができる。

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線管やフラットパネル型Ｘ線検出器（ＦＰＤ）を支持して動かすＸ線診断装置に適用してもよい。また、上述した実施例では、バイプレーン方式のＸ線診断装置であったが、撮像系が１つのみの装置や逆に３つ以上の撮像系を備えた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、ＦＰＤ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、ＦＰＤ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キャリッジやＣ型アーム支持部やＣ型アームやＸ線管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、ＦＰＤとＸ線管との両者に近接センサをそれぞれ備えるなど、少なくとも２つの可動部分に関する近接センサに対して、各々の近接センサの１つの電極を互いに同電位に保つように構成するのであれば、同電位に保つように構成された電極を有する近接センサの個数については、特に限定されない。したがって、全ての可動部分に関して近接センサを備え、各々の近接センサの１つの電極を互いに同電位に保つように構成してもよい。

（４）上述した実施例では、天板も可動部分として見なすことができる。したがって、天板に近接センサを備えるとともに、天板以外の可動部分に近接センサを備えて、各々の近接センサの１つの電極を互いに同電位に保つように構成してもよい。

（５）上述した実施例では、少なくとも２つの可動部分に関する各々の近接センサの各送受信兼用電極を互いに同電位に保つように構成したが、互いに同電位に保つように構成される電極については、送受信兼用電極に限定されない。通常の送信電極と受信電極とから構成された近接センサに対しても適用することができる。この場合には、少なくとも２つの可動部分に関する各々の近接センサの１つの電極を互いに同電位に保つように構成すればよい。

（６）上述した実施例では、同電位に保つように構成された電極に関する各可動部分（実施例ではＦＰＤ）間の相対位置に基づいてこれらの可動部分の動きを制御する可動部分制御手段（実施例では撮像系移動制御部５１）を備えたが、可動部分同士の衝突を考慮しないのであれば、必ずしも可動部分制御手段を備える必要はない。

（７）上述した実施例では、対象物の存在を機械的接触により検出する接触センサ（実施例ではマイクロスイッチ）を備え、同電位に保つように構成された電極に関する各可動部分（実施例ではＦＰＤ）に対して接触センサを配設し、この接触センサによる可動部分の検出結果に基づいてこれらの可動部分の動きを停止させる可動部分停止手段（実施例では撮像系移動制御部５１）を備えたが、可動部分同士の衝突を考慮しないのであれば、必ずしも可動部分制御手段あるいは接触センサを備える必要はない。

（８）上述した実施例では、変形例（４）でも述べたように、天板も可動部分として見なすことができる。したがって、天板と天板以外の各可動部分との間の相対位置に基づいてこれらの可動部分の動きを制御する可動部分制御手段（この場合には、撮像系移動制御部５１および天板移動制御部５２）を備え、さらに天板に近接センサを備えるとともに、天板以外の可動部分に近接センサを備えてることで、天板と天板以外の各可動部分との衝突を防止することができつつ、天板と天板以外の各可動部分同士の過度な動作制限を緩和させることができる。また、天板に接触センサを配設するとともに、天板以外の各可動部分に接触センサを配設し、この接触センサによる天板および可動部分の検出結果に基づいてこれらの天板および可動部分の動きを停止させることで、機械的接触により天板および可動部分の停止が可能であり、天板および可動部分の過度な動作制限を緩和させることができる。

（ａ）は実施例に係るＸ線診断装置の概略構成を示した斜視図、（ｂ）は実施例に係るＸ線診断装置のブロック図である。フラットパネル型Ｘ線検出器（ＦＰＤ）に各センサを取り付けたときの概略図である。実施例に係る近接センサの概略図である。（ａ）、（ｂ）は、シールド電極および接地電極をフラットパネル型Ｘ線検出器（ＦＰＤ）の外装部分の内部に配設したときの近接センサの概略図である。（ａ）はＶＯＸＥＬ形式の３次元モデル外形データのフォーマットに関する説明に供する模式図、（ｂ）はＢＳＰツリー形式の３次元モデル外形データのフォーマットに関する説明に供する模式図である。

符号の説明

２５，３６ … フラットパネル型Ｘ線検出器（ＦＰＤ）
４１，４２ … 近接センサ
４３，４４ … マイクロスイッチ
５２ … 撮像系移動制御部
７１，７２ … 送受信兼用電極
８１，８２ … シールド電極
Ｍ … 被検体
Ｘ_１，Ｘ_３ … 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、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、少なくとも２つの可動部分に関する各々の近接センサの１つの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。
請求項１に記載の医用診断装置において、前記近接センサを構成する複数の電極のうち、１つの電極を、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、その送受信兼用電極に前記可動部分側あるいは前記可動部分の内部側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とともに、少なくとも２つの可動部分に関する各々の近接センサの各送受信兼用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。
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、前記同電位に保つように構成された電極に関する各可動部分間の相対位置に基づいてこれらの可動部分の動きを制御する可動部分制御手段を備え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、対象物の存在を機械的接触により検出する接触センサを備え、前記同電位に保つように構成された電極に関する各可動部分に対して前記接触センサを配設し、この接触センサによる可動部分の検出結果に基づいてこれらの可動部分の動きを停止させる可動部分停止手段を備えることを特徴とする医用診断装置。