JP5500931B2

JP5500931B2 - Ｘ線画像診断装置

Info

Publication number: JP5500931B2
Application number: JP2009228576A
Authority: JP
Inventors: 智江刺
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Medical Systems Corp; Toshiba Medical Systems Engineering Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Canon Medical Systems Corp
Priority date: 2009-09-30
Filing date: 2009-09-30
Publication date: 2014-05-21
Anticipated expiration: 2029-09-30
Also published as: JP2011072655A

Description

本発明は、Ｘ線管装置及びＸ線検出器を搭載する多軸回転自在なＣ形アームを備えるＸ線画像診断装置に関する。

近年、Ｘ線画像診断装置を使って手術を透視下で行う機会が増えてきた。特にＩＶＲ（ＩｎｔｅｒｖｅｎｔｉｏｎａｌＲａｄｉｏｌｏｇｙ）術による血管検査および狭窄した血管を拡張する手術の中でも、ＰＴＣＡ（ＰｅｒｃｕｔａｎｅｏｕｓＴｒａｎｓｌｕｍｉｎａｌＣｏｒｏｎａｒｙＡｎｇｉｏｐｌａｓｔｙ：経皮的冠動脈血管形成術）を行う際に使用される。

従来、透視時は、Ｃ形アームを固定して一定の方向から透視が行われる。しかし、Ｘ線画像は平面的な投影画像であって、立体的な位置関係、つまり血管どうしや、カテーテルと血管、また血管と臓器との間で奥行きの前後の位置関係がわかり難い。特にＰＣＩ治療においては、透視がメインに使われるが、血管位置やカテーテルの向きを確認するために、別方向へＣ形アームを動かして確認する状況が度々発生する。その際、通常はカテーテル操作者と、アーム操作者の二人が必要となる。また一人の場合は、一度作業を中止してアーム位置を調整する必要があり、さらなる術式の効率的な進行が要望されている。

具体的には、透視画像に関して、IVR 作業時の透視角度によってはカテーテルやガイドワイヤーが見え難くなる場合があり、その場で調整をしながら見えやすいようにするようにしなければならない。透視角度が変化することにより、画像上での血管の重なり具合や、カテーテルの曲がり具合が変化し、術者は立体構造を認識しやすくなる。また、透視角度によっては血管の見え方が異なるので、より実際の血管に近い見え方で見える透視角度で観察することが望ましい。

特開２００４−１３５７７７号公報

本発明の目的は、Ｘ線透視下でのＣ形アームの回転作業性を向上させることにある。

本発明のある局面は、Ｘ線管装置と、Ｘ線検出器と、Ｘ線管装置とＸ線検出器とを装備するＣ形アームと、Ｘ線管装置に高電圧を印加してＸ線を発生させるＸ線制御部と、Ｃ形アームを回転自在に支持する支持機構と、操作者により操作される通常透視スイッチと、操作者により操作される揺動スイッチと、通常透視スイッチを介して指示された透視期間中にＣ形アームが固定されＸ線が被検体に継続的に照射され、揺動スイッチを介して指示された揺動期間中にＣ形アームが予め設定された区間を往復回転するように支持機構とＸ線制御部とを制御する制御部とを具備するＸ線画像診断装置を提供する。

本発明によれば、Ｘ線透視下でのＣ形アームの回転作業性を向上させることができる。

本発明の第１実施形態に係るＸ線画像診断装置の構成を示す図である。図１のＸ線画像診断装置のガントリ部の外観を示す図である。図１のふりこ動作用フットスイッチに対応するスライド回転を示す図である。図１のふりこ動作用フットスイッチ、通常透視用フットスイッチ、透視モニタ、参照モニタの平面的位置関係を示す図である。図１のふりこ動作用フットスイッチを押しているふりこ動作期間中の往復スライド回転を示す図である。図１の透視モニタに通常透視期間中に表示される表示例と透視モニタにふりこ動作期間中に表示される表示例とを示す図である。図１の参照モニタにふりこ動作期間中に表示される表示例とを示す図である。図１の透視モニタ、参照モニタの術者から見た配置を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は本実施形態に係るＸ線画像診断装置の構成を示す図である。図２は本実施形態に係るＸ線画像診断装置の架台部の外観を示す図である。Ｃ形アーム３の一端には、Ｘ線管装置１が取り付けられる。Ｘ線管装置１は、Ｘ線制御部２から高電圧の印加を受けてＸ線を発生するＸ線管と、Ｘ線管のＸ線照射窓に取り付けられたＸ線照射野を限定するためのＸ線絞りとからなる。Ｃ形アーム３の他端には、Ｘ線管装置１に対峙する向きでＸ線検出器４が取り付けられる。Ｘ線管装置１の焦点とＸ線検出器４の中心とを結ぶ線を撮影軸（第５回転軸）と称する。Ｘ線検出器４には、典型的にはＸ線を直接的に電気信号に変換する固体検出器（平面検出器ともいう）が採用される。しかし、Ｘ線検出器４は、イメージインテンシファイアとＴＶカメラとの組み合わせであってもよい。Ｘ線検出器４から出力される画像データは、後述する画像記憶部１９に、角度検出部７による複数の回転角度各々の角度データと関連付けられて記憶される。

Ｃ形アーム３を回転自在に支持するＣ形アーム支持機構５を構成する一部分としての床旋回アーム２１は、その一端において略鉛直な回転軸（第１回転軸）まわりに旋回自在に床面上に設けられる。床旋回アーム２１の他端においては略鉛直な回転軸（第２回転軸）まわりに回転自在にスタンド２２が支持される。スタンド２２には略水平な回転軸（第３回転軸）まわりに回転自在にアームホルダ２３が支持される。アームホルダ２３には、Ｃ形アーム３の形状に沿って円弧状に回転（スライド回転）自在に略Ｃ形アーム３が支持される。このスライド回転の回転軸は第４回転軸という。第２回転軸回りの回転が停止しているとき、第１回転軸、第３回転軸、第４回転軸及び第５回転軸は、アイソセンタと呼ばれる一点で交差する。

第１〜第５の回転軸回りの回転は、Ｃ形アーム制御部８の制御のもとで回転駆動部６により個々に駆動される。Ｃ形アーム制御部８は、第１〜第５の回転軸にそれぞれに対応する５つの角度検出器７の出力により第１〜第５の回転軸それぞれの回転角度を検出する。

本実施形態の架台部には、図４に例示するように、床面上の任意の位置に配置可能な２種類のフットスイッチ９、１０が設けられる。２種類のフットスイッチ９、１０は、術者自身又は術式支援者が足で踏むことでオン／オフを操作することができる。一方のフットスイッチ９は、従来から装備されている通常の透視用のフットスイッチである。この通常の透視用フットスイッチ９が術者又は術式支援者により継続的に踏まれているオン状態の期間（透視期間）中に、システム制御部１２の制御のもとで、Ｃ形アーム制御部８によりＣ形アーム３の回転が禁止され、それとともにＸ線制御部２からＸ線管装置１に継続的に高電圧（管電圧）が印加される。これにより透視期間中にはＸ線が被検体に継続的に照射され、Ｘ線検出器４で電荷蓄積／電荷読出動作が例えば１／３０秒の一定周期で繰り返され、連続的な画像が動画として収集される。通常の透視用フットスイッチ９は、一度踏んで、再度踏むまでの期間にオン状態が維持されるトグル仕様であってもよい。

他方のフットスイッチ（ふりこ動作用フットスイッチ）１０は、本実施形態で新規なフットスイッチである。この新規なふりこ動作用フットスイッチ１０も術者又は術式支援者により継続的に踏まれている期間にオン状態が係属される。またふりこ動作用フットスイッチ１０も、通常の透視用フットスイッチ９と同様に、一度踏んで、再度踏むまでの期間にオン状態が維持されるトグル仕様であってもよい。

ふりこ動作用フットスイッチ（揺動スイッチ）１０がオン状態の期間（ふりこ動作期間（揺動期間））中には、システム制御部１２の制御のもとで、Ｃ形アーム制御部８により図３、図５に示す第４回転軸（スライド回転軸）まわりに透視期間中の角度（透視角度）を中心として予め任意に設定された回転角の区間で、Ｃ形アーム３が往復回転（ふりこ動作（揺動ともいう））を継続する。ふりこ動作の回転軸を特定の単一の回転軸に固定することで、ふりこ動作によるＸ線管装置１やＸ線検出器４が、天板２５、被検体Ｐ、術者自身及び術式支援者等に対する物理的な干渉の有無を把握しやすい。またふりこ動作の回転軸を第４回転軸（スライド回転軸）に設定したことで、当該物理的な干渉の機会を抑制することができる。上記ふりこ動作の回転角は、初期的には１０度に設定される。つまり、Ｃ形アーム３は、透視角度を中心としてプラスマイナス５度の範囲で往復回転をする。術者がふりこ動作用フットスイッチ１０を操作してふりこ動作期間を終了させたとき、Ｃ形アーム制御部８はＣ形アーム３を、ふりこ動作開始時の角度、つまり透視角度に自動的に復帰させる。

ふりこ動作期間は、Ｃ形アーム３のふりこ動作とともに、システム制御部１２の制御のもとで、透視期間中と同様に、Ｘ線制御部２からＸ線管装置１に継続的に高電圧（管電圧）が印加される。これによりふりこ動作期間中にはＸ線が被検体に継続的に照射され、Ｘ線検出器４で電荷蓄積／電荷読出動作が例えば１／３０秒の一定周期で繰り返され、連続的な画像が動画として収集される。なお、ふりこ動作用フットスイッチ１０がオン状態のとき、Ｃ形アーム３が往復動作、ふりこ動作だけを行い、被検体ＰへのＸ線の照射を連動させなくても良い。ふりこ動作用フットスイッチ１０がオン状態を維持して、且つ通常の透視用フットスイッチ９がオン状態のときに、被検体ＰへＸ線を照射させて透視画像を収集するように初期設定を変更することが可能である。

Ｘ線検出器４とＸ線管装置１の間には、寝台２４の天板２５に載置された被検体Ｐが配置される。天板２５は略長方形の形状を有する。天板２５はその長手方向に沿って移動自在に寝台２４に設けられる。また天板２５は第１回転軸と平行な鉛直方向に沿って昇降自在に寝台に設けられる。

装置本体は、Ｘ線画像診断装置全体の制御をになうシステム制御部２１の他に、データ／制御バス１１を介してふりこ条件／表示条件入力操作部１３を備える。ふりこ条件／表示条件入力操作部１３は、キーボード、タッチパネル、マウスなどのポインティングデバイスを有しており、操作者はふりこ条件／表示条件入力操作部１３を操作してふりこ条件と表示条件とを任意に設定することができる。システム制御部１２は、設定されたふりこ条件に従ってＣ形アーム制御部８及びＸ線制御部２を制御し、また設定された表示条件に従ってモニタ制御部１６を制御する。設定されたふりこ条件はふりこ条件設定部１４に保持され、ふりこ動作時にふりこ条件をシステム制御部１２に提供する。ふりこ条件の設定項目には、
・ふりこ動作期間のＣ形アーム３の回転角、
・ふりこ動作のＣ形アーム３の回転角速度、
・ふりこ動作期間中のＸ線照射の有無
・連続往復回転の最大時間
・ふりこ動作用フットスイッチ１０を離した時点での回転角でＣ形アーム３が停止し、その角度で通常透視に移行する制御の有無（この制御が初期設定である）、
・往復回転の中で特定の角度で一定時間だけ一時的に停止する動作の有無、
・一時的な停止の時間、
・一時的に停止する特定角度、
・ふりこ動作用フットスイッチ１０のオン状態にかかわらず、Ｃ形アーム３が一往復して透視時の角度に戻った時点で、通常透視動作に自動的に復帰させる制御の有無、
・ふりこ動作開始から一定時間経過した時点で、通常透視時の角度に戻り通常透視動作に自動的に復帰する制御の有無、
・自動復帰までの時間（例；１５秒）、
がある。

本実施形態では、モニタとして図４、図８に示すように、Ｘ線透視画像を表示するための専用の透視モニタ１７と、透視モニタ１７とは別体の参照モニタ１８とが設けられている。透視モニタ１７には通常透視期間とふりこ動作期間とに関わらず、収集された透視画像が常に表示される。当該表示条件は、参照モニタ１８に対する表示条件であり、表示条件の設定項目としては次の通りである。なお、設定された表示条件は表示条件設定部１５に保持され、ふりこ動作時に表示条件をシステム制御部１２に提供する。

・参照モニタ１８には、ふりこ動作の開始角度、つまりふりこ動作に移行する直前の通常透視期間の最後に収集された最終画像（ラストイメージ）を静止画像としてフリーズで表示する制御の有無（この制御が初期設定である）、
・あらかじめ術者が設定した角度の透視像を抽出しリアルタイムに表示する制御の有無、
・この抽出する角度の設定、例えば通常透視時の角度を初期角度としてこの初期角度からプラスマイナス５度の角度で収集した画像を次の抽出角度の画像が収集されるまで静止画像としてフリーズで表示される、
・参照モニタ１８の表示画面を左右２分割に設定、かつ両側の表示画面部分に両眼視差に対応する一定の角度差で収集された画像を表示することで、ステレオ透視を可能にする制御の有無、なお、ステレオ透視は、周知の通り、両眼視差を与えて撮像した右目用の画像（Ｌ像）と左目用の画像（Ｒ像）とを左右の目でそれぞれ観察することにより、観察者に立体構造を知覚させるための技術である。

次に、以上のように構成された本実施形態に係るＸ線診断装置の動作について説明する。
まず、術者は、施術中に必要に応じて通常透視フットスイッチ９を踏んで、通常透視を開始する。この通常透視期間中には、Ｃ形アーム３の回転が停止される。また、通常透視期間中には、Ｘ線制御部２からＸ線管装置１に継続的に管電圧が印加され、Ｘ線が被検体に継続的に照射され、Ｘ線検出器４で電荷蓄積／電荷読出動作が例えば１／３０秒の一定周期で繰り返される。それにより、画像が連続的に収集される。この透視画像のデータは、画像記録部１９に記憶されるとともに、図６に示すように、モニタ制御部１６を介して透視用モニタ１７に表示される。通常透視フットスイッチ９を離すと、通常透視期間が終了する。つまり、Ｘ線制御部２からＸ線管装置１への管電圧印加が停止され、Ｘ線照射が停止去れ、Ｘ線検出器４による画像収集が停止される。このとき通常、参照モニタ１８には、通常透視期間の最後に収集された最終画像（ラストイメージ）が静止画像としてフリーズで表示される。

次に、術者は施術対象部位を別方向から観察する必要性が生じたとき、例えば奥行き方向に重なった血管等の前後を確認する任意のタイミングで、ふりこ動作用フットスイッチ１０を踏む。

ふりこ動作用フットスイッチ１０が踏まれている期間（ふりこ動作期間）中、Ｃ形アーム３は、透視期間中の角度（透視角度）を中心として予め設定された回転角の区間で往復回転（ふりこ動作）を継続する。このふりこ動作期間中、Ｃ形アーム３のふりこ動作とともに、Ｘ線制御部２からＸ線管装置１に継続的に高電圧（管電圧）が印加される。これによりＣ形アーム３のふりこ動作に伴って透視方向が刻々と変化しながら透視画像が収集される。透視画像のデータは、画像記録部１９にＣ形アーム３の角度データと関連付けられて記憶されるとともに、図６に示すように、モニタ制御部１６を介して透視用モニタ１７に表示される。

ふりこ動作期間中、参照モニタ１８には、直前の通常透視期間の最後に収集された最終画像が静止画像としてフリーズで表示される。

参照モニタ１８に表示させる画像は上述した通り任意に変更可能である。例えば、図７に示すように、通常透視時の角度を初期角度としてこの初期角度からプラスマイナス５度変位した角度で収集した最新の画像がシステム制御部１２の制御により画像記憶部１９から抽出され、即時的に参照モニタ１８に表示される。なお、ふりこ動作中、Ｘ線検出器４から画像記憶部１９に供給されてきた画像は、１フレームごとに、即座に、システム制御部１２に角度判定される。これは、タイムラグを発生させないためである。角度情報により、表示対象であると判定された画像は、モニタ制御部１６に送られ参照モニタ１８に表示される。設定された角度条件に合わない画像は、転送しない。モニタ制御部１６には表示更新なしと通知され、前回の透視画像が表示され続ける。

ふりこ動作用フットスイッチ１０を離した時点で、その時点での回転角でＣ形アーム３の回転が停止し、その角度で通常透視に移行する。

本実施形態は、透視中に、専用のフットペダルを踏むことにより、Ｃ形アーム３をふりこのように左右に自動で連続して動かすこができる。透視部位とカテーテルの位置関係が見やすくなるように撮影角度の変更が容易である。従来、わざわざ術者が作業を止めアームを回転させて方向を変えて透視しなおしていた場合でも、術者をわずらわせることなく多方向からの透視画像の確認が可能である。通常は、５乃至１０度程度の角度差をつけて観察することにより、血管の実際の長さおよび径がよく観察できる。Ｃ形アーム３はその構造上、スライド回転（Ｃアームにそった回転）の他に、水平回転（アーム自体を回す）が可能であるが、用途を考えた場合、水平回転は、術者の作業エリアと干渉する部分が多く、術者の動きが限定される可能性があるので、スライド回転が好ましい。

このように本実施形態によると、被検体に対しての透視角度が変化することにより、画像上での血管の重なり具合や、カテーテルの曲がり具合が変化し、操作者は立体構造を認識しやすくなる。術中、リアルタイムで角度差をつけて観察することにより、血管の実際の長さおよび径がよく観察できるようになる。さらに透視角度に制限を受けることなく観察できるため、結果的に事故が少なくなることに結びつくことになる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明は、透視下でのＣ形アームの回転作業性を向上させることが要求される分野に利用可能性がある。

１…Ｘ線管装置、２…Ｘ線制御部、３…Ｃ形アーム、４…Ｘ線検出器、Ｃ形アーム支持機構、６…回転駆動部、７…角度検出部、８…Ｃ形アーム制御部、９…通常透視用フットスイッチ、１０…ふりこ動作用フットスイッチ、１１…データ／制御バス、１２…システム制御部、１３…ふりこ条件／表示条件入力操作部、１４…ふりこ条件設定部、１５…表示条件設定部、１６…モニタ制御部、１７…透視モニタ、１８…参照モニタ、１９…画像記憶部、２１…床旋回アーム、２２…スタンド、２３…アームホルダ、２４…寝台、２５…天板、

Claims

被検体にＸ線を照射するＸ線管と、
前記被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器と、
前記Ｘ線管と前記Ｘ線検出器が対向するように保持されたアームと、
前記アームを前記アームの形状に沿って回転自在に支持する支持機構と、
前記アームの位置を固定又は回転した状態で前記被検体に対してＸ線を継続的に照射するように制御するシステム制御部とを備え、
前記システム制御部は前記アームの位置を固定した状態で前記被検体にＸ線を継続的に照射した時の透視角度を中心として前記アームを予め設定された回転角の区間で往復回転するように制御することを特徴とするＸ線画像診断装置。
操作者により操作される通常透視スイッチと、
操作者により操作される揺動スイッチとをさらに備え、
前記システム制御部は、前記通常透視スイッチを介して指示された透視期間中に前記アームが固定され前記Ｘ線が被検体に継続的に照射され、前記揺動スイッチを介して指示された揺動期間中に前記アームが前記予め設定された区間を往復回転するように、前記支持機構を制御することを特徴とする請求項１記載のＸ線画像診断装置。
前記揺動スイッチはフットスイッチであることを特徴とする請求項２記載のＸ線画像診断装置。
前記揺動スイッチが継続的に押されている期間、又は前記揺動スイッチが一度押されてから二度目に押されるまでの期間に前記揺動期間が設定されることを特徴とする請求項３記載のＸ線画像診断装置。
前記システム制御部は、前記揺動期間中に前記アームの往復回転とともに前記Ｘ線が被検体に継続的に照射されるように、前記支持機構と前記Ｘ線制御部とを制御することを特徴とする請求項２記載のＸ線画像診断装置。
前記システム制御部は、前記揺動期間終了を契機として前記アームを前記透視期間中の角度に自動復帰するように前記支持機構を制御することを特徴とする請求項２記載のＸ線画像診断装置。
前記透視期間又は前記揺動期間中に透視像を表示するための透視像モニタと、前記揺動期間中に参照画像として前記透視期間終了直前の最終画像又は前記揺動期間中の特定角度の画像を表示するための参照モニタとをさらに備えることを特徴とする請求項２記載のＸ線画像診断装置。
前記アームを固定又は回転した状態で継続的に得られたＸ線透視画像を表示する透視モニタと、前記アームを往復回転しながら得られたＸ線透視画像のうち、前記透視角度のＸ線透視画像のみを表示する参照モニタとを備えることを特徴とする請求項１記載のＸ線画像診断装置。
前記アームを固定又は回転した状態で継続的に得られたＸ線透視画像を表示する透視モニタと、前記アームの往復回転による透視中には、前記アームを固定した状態で得られたＸ線透視画像のうち、最後に収集された画像を静止画像として表示する参照モニタとを備えることを特徴とする請求項１記載のＸ線画像診断装置。