JP5586878B2 - Ｘ線画像撮影装置 - Google Patents

Description

本発明は、Ｘ線画像撮影装置に関する。

従来から、対象物にＸ線を照射し、対象物を透過したＸ線の強度分布を検出して対象物のＸ線画像を得る装置が、工業用の非破壊検査や医療診断の場で広く一般に利用されている。このような撮影の一般的な方法としてはＸ線に対するフィルム／スクリーン法が挙げられる。これは感光性フィルムと、Ｘ線に対して感度を有している蛍光体を組合せて撮影する方法である。Ｘ線を照射すると発光する希土類の蛍光体をシート状にしたものを感光性フィルムの両面に密着して保持し、被写体を透過したＸ線を蛍光体で可視光に変換し、感光性フィルムで光を捉える。フィルム上に形成された潜像を化学処理で現像することで可視化することができる。

一方，近年のデジタル技術の進歩により、対象物を透過したＸ線の強度分布を電気信号に変換して検出し、この電気信号を処理して可視画像としてモニタ等に再生することにより高画質のＸ線画像を得る方式が普及してきている。このようなＸ線画像を電気信号に変換する方法としては、対象物を透過したＸ線を蛍光体中にいったん潜像として蓄積して、後にレーザー光等の励起光を照射することで潜像を光電的に読み出し可視像として出力するＸ線画像記録再生システムが提案されている。

また、近年の半導体プロセス技術の進歩に伴い、半導体センサを使用して同様にＸ線画像を撮影する装置が開発されている。これらのシステムは、従来の感光性フィルムを用いるＸ線写真システムと比較して非常に広いダイナミックレンジを有しており、Ｘ線の露光量の変動に影響されないＸ線画像を得ることができる実利的な利点を有している。同時に従来の感光性フィルム方式と異なり化学処理が要らず、即時的に出力画像を得ることができる利点もある。

最近では、特許文献１に挙げられるような可搬型の撮影装置が提案されている。この文献においては、薄型化、軽量化のため前カバーに設けた穴に筐体側に設けたピンを嵌合させる構造になっている構造となっている。また特許文献２では、軽量化のため、２つからなる外装部材を電気剥離性接着剤で接合する装置が提案されている。

特開2006-212175号公報 特開2009-42350号公報

一般に装置内部の保護を行いつつ装置自体の強度を向上させるためには、装置自体が重量化および大型化する。可搬型のＸ線画像撮影装置では、図１にあるようにＸ線撮影室にあるテーブル上での撮影時や、病棟のベッドや手術室における手術台での撮影時など被写体６の下に挿入して撮影を行う場合がある。そのためＸ線画像撮影装置１には、患者の負担軽減のため、装置の薄型化が望まれている。また、撮影時に装置を被写体６の下に挿入する際、Ｘ線画像撮影装置１を操作するＸ線技師は、片手で装置を保持する必要が生じる。特に回診車による病棟でのベッドサイドでの使用では、技師一人で患者の姿勢を保ちながらＸ線画像撮影装置をセッティングする必要があり、技師の負担軽減のためにも小型化、軽量化が望まれている。

Ｘ線画像撮影装置１において、重量の大半を占めるのが、Ｘ線検出センサ２を保護するための筐体である。筐体は大きく2つに分割され、一方は、Ｘ線検出センサ２のＸ線入射側に配置され、もう一方はＸ線検出センサ２のＸ線入射側とは反対側に配置される場合が多い。このＸ線入射側の筐体には、軽量化を図るためにアルミ合金やマグネシウム合金などの金属材料がよく用いられている。Ｘ線入射範囲においては、高いＸ線透過率を有する必要があるためCFRPがよく用いられている。最近では装置の小型化が進み、Ｘ線入射側の筐体の大半がＸ線透過部材で占められている。またＸ線入射側とは反対側の筐体には、内包するＸ線検出センサ２に対する外来ノイズの影響を軽減させるため、および軽量化を図るためにアルミ合金やマグネシウム合金などの金属材料がよく用いられている。

このように筐体に異種材料を使用する場合、熱膨張係数が異なるため、外気温の変化などで温度変化が生じた場合に、撮影部の筐体が変形するという課題が生じていた。特に装置を空輸や船便などで輸送する場合には、通常の使用状況よりも温度変化が激しく、撮影部の筐体が変形し、内包しているＸ線検出センサ２に悪影響を及ぼす危険性が高まる。筐体を厚肉にするなどの剛性アップを図り変形を抑制する設計にすれば課題は解消するが、小型化、軽量化には相反してしまう。

特許文献１に挙げられる装置においては、Ｘ線入射側の前カバーに穴を開け、Ｘ線検出センサ２を収納する筐体側には嵌合用のピンを設けて前カバーにはめ込むことにより筐体の外装を形成している。また前カバーが外れてしまわないように挟持部材を用いて挟み込む構造となっている。しかしこの構造では、筐体の外周に沿って複数存在するピンとそのピンに嵌合する前カバーの穴位置の加工精度が厳しくなり、部品コストが高くなってしまう。また前カバーと筐体の材質が異なり、かつ嵌合の状態になっているため、装置の輸送時など周囲温度が大きく変化した場合に、前カバーと筐体の熱膨張係数の違いから装置が変形して内部のＸ線検出センサ２に影響を与えるという問題は解消されない。

特許文献２に挙げられる装置においては、Ｘ線検出センサ２を２つからなる外装部材で覆っているが、これらの外装部材を電気剥離性接着剤で接合している。この２つの外装部材もＸ線透過および強度確保の観点から材質が異なる材料が使われることがある。このため、特許文献１と同じく、装置の輸送時など周囲温度が大きく変化した場合に、前カバーと筐体の熱膨張係数の違いから装置が変形して内部のＸ線検出センサに影響を与える恐れがある。さらには、特殊な接着剤で接合しているため、内部のメンテナンスを行う際には2つの外装部材を分離する専用の機材を必要とする。またメンテナンス後に再度接着を行う際には、先に付着している接着剤を除去するという手間が生じる。

本発明は、温度変化に強く、外部から荷重や衝撃を受けた場合でも内部のＸ線検出センサを保護しつつ、軽量、小型化を、上述の問題点を解消する筐体の連結方法により実現したＸ線画像撮影装置の提供を目的とする。

上記の目的を達成する本発明にかかるＸ線画像撮影装置は、Ｘ線を検出する検出手段と、前記検出手段を収容する筐体と、を有し、前記筐体が第一の筐体と第二の筐体と複数の連結部材とを有し、前記第一の筐体が互いに直交する第一の方向と第二の方向に広がりを持って前記Ｘ線を透過するＸ線透過部材を囲うように前記第一の方向及び前記第二の方向と直交する第三の方向に沿って設けられた第一の側壁を有し、前記第二の筐体が前記第三の方向に沿って設けられた第二の側壁を有して前記第一の筐体との間に前記検出手段を挟んで前記第一の筐体と対向して配置されており、 前記複数の連結部材が前記第一の側壁と前記第二の側壁とを連結するＸ線画像撮影装置であって、
前記複数の連結部材は、前記第三の方向について前記第一の筐体と前記第二の筐体との相対的な位置を固定し、且つ、前記第一の方向及び前記第二の方向の少なくとも一方について前記第一の筐体と前記第二の筐体との相対的な位置の移動ができるように、前記第一の側壁と前記第二の側壁とを連結することを特徴とする。

本発明に拠れば、温度変化に強く、外部から荷重や衝撃を受けた場合でも内部のＸ線検出センサを保護しつつ、軽量、小型化を、上述の問題点を解消する筐体の連結方法により実現したＸ線画像撮影装置の提供が可能になる。

Ｘ線画像撮影装置を用いた一般的なシステムの構成を示す図。 Ｘ線画像撮影装置の筐体の構成を説明する図。 図２（ａ）の斜視図に示すＸ線画像撮影装置の筐体をＸ線照射側から見た図。 図３の一点鎖線部分（Ｘ-Ｘ）の断面図。 図４のネジ連結部を説明する図。 図４におけるA-A断面の一部を示す図。 連結部材の変形例を示す図。 図２（ｂ）の斜視図に示すＸ線画像撮影装置の筐体の断面を示す図。 図２(c)の斜視図に示すＸ線画像撮影装置の筐体の断面を示す図。 第一の筐体および第二の筐体に側面カバーを取り付ける構造を示す図。 第３実施形態にかかるＸ線画像撮影装置の筐体の構成例を説明する図。 第３実施形態における連結部材の構成を例示する図。 第３実施形態における連結部材の構成を例示する図。 第３実施形態にかかるＸ線画像撮影装置の筐体の構成例を説明する図。 第３実施形態にかかるＸ線画像撮影装置の筐体の構成例を説明する図。 第４実施形態にかかるＸ線画像撮影装置の筐体の構成例を説明する図。

（第１実施形態）
図１の参照により、Ｘ線画像撮影装置を用いた一般的なシステムの構成を説明する。Ｘ線画像撮影装置１にはＸ線検出センサ２が内蔵されている。このＸ線画像撮影装置１の上方には、Ｘ線を照射するＸ線発生装置３（Ｘ線照射部）が設けられており、このＸ線発生装置３からＸ線を被写体６に照射する。被写体６を透過したＸ線は蛍光体を介して可視光に変換され、二次元の格子状に配列した光電変換素子によって電気信号として検出される。Ｘ線画像撮影装置1には読出し駆動や画像転送などの制御を行う制御部が構成されており、Ｘ線画像撮影装置1から出力された画像は、画像処理部４においてをデジタル画像処理され、モニタ５に被写体６のＸ線画像が表示される。Ｘ線画像撮影装置１は、Ｘ線検出センサ２を収容する筐体を有する。

図２（ａ）、図３、図４の参照により、第１実施形態にかかるＸ線画像撮影装置の筐体の構成を説明する。図３は、図２（ａ）の斜視図に示すＸ線画像撮影装置の筐体をＸ線照射側から見た図であり、一部を切り欠いて内部が見えるようにしたものである。図４は図３の一点鎖線部分（Ｘ-Ｘ）の断面図である。

図２（ａ）、図３、図４において、第一の筐体11はＸ線入射側に位置しており、アルミ合金やマグネシウム合金など軽量で剛性のある金属材料から構成されている。Ｘ線検出センサ15は、支持基台16によって支持され、締結部17によってＸ線入射側とは反対側に位置する第二の筐体12に固定されている。第二の筐体12も第一の筐体11と同じく、アルミ合金やマグネシウム合金など軽量で剛性のある金属材料から構成されている。第一の筐体11には、照射されたＸ線の入射範囲において、Ｘ線を透過するＸ線透過部材13が配置され、接合されている。Ｘ線透過部材13としては、例えば、軽量かつ剛性の高いCFRPを使用することが可能である。

図３、図４にあるように、Ｘ線入射方向から見たＸ線検出センサの投影面よりも外側において、第一の筐体11の側壁と、第二の筐体12の側壁とが、離間した状態で互いに重なり合った状態で配置されている。この重なり部分においては第一の筐体11と第二の筐体12の間に隙間ｄを設けており、複数の連結部材（ネジ14）により連結されている。複数の連結部材は、照射されたＸ線の照射方向について、第一の筐体11と第二の筐体12との相対的な移動を拘束する。また、複数の連結部材14は、Ｘ線の照射方向に対して水平な方向について、相対的な移動ができるように第一の筐体11と第二の筐体12とを連結する。

図５の参照により、図４のネジ連結部を説明する。複数の連結部材14のそれぞれは、第一の筐体11に形成されているタップ部を係合するネジ部と、第二の筐体12に形成されている凹部に嵌るピン部（凹部に嵌る部分はピン部はネジ部であってもよい）と、を有する。ネジ14は第一の筐体11に設けられているタップ部５０により固定される。第二の筐体12側にはネジ14の足部が入るだけの長丸穴が設けられており、ネジ14の足部がこの長丸穴に収まっている。図６は図４におけるA-A断面の一部を示したものである。第二の筐体12に設けられた長丸穴に対し、ネジ14の足部がはまっている状態を示している。ネジ14の外径に対し水平方向には余裕を持たせ、垂直方向には、ガタが生じていない状態になっている。図５において、ネジ14の足部が、第二の筐体に形成されている穴（凹部）に嵌る係り量はLである。ネジ14は一般の汎用ネジを用いるとコスト的にも有利であるが、ネジ14の係り量Lの部分のねじ山がなく平行ピンのようになっていてもよい。これにより、第一の筐体11と第二の筐体12が連結される構造になっている。ネジ14の足部の係り量Lは、第一の筐体11と第二の筐体12とのずれおよび熱の影響により伸縮した場合と、衝撃などの外力を受けて変形する際に生じる隙間を想定した隙間ｄの最大値ｄmaxよりも大きな値を有する。

この構造により、第一の筐体11と第二の筐体12との相対位置関係は図２（ａ）におけるｘ-ｙ軸方向には若干の移動の自由度を有し、ｚ軸方向には移動の自由度を規制される形で連結される。

一般にＸ線透過部材であるCFRPは熱膨張係数が小さく温度変化に対して伸縮量が少ない。これに対して金属材料は、CFRPと比較すると熱膨張係数が大きい。温度変化が生じると、熱膨張係数の違いからＸ線透過部材13を保持する第一の筐体11と第二の筐体12とでは伸縮量が異なる。本実施形態のような連結方法を用いると、図２におけるｘ-ｙ平面方向においては筐体連結部の自由度を有しているため、伸縮量の差が吸収することが可能であり、Ｘ線撮影装置全体の変形を抑制することが可能となる。この様な連結構造を用いることにより、樹脂などの、より熱膨張係数が大きな材料を使用した場合でも、装置の変形を抑制することが可能となる。第二の筐体12が全てＸ線透過部材で構成されている場合でも同じ効果が得られる。このように装置筐体の肉厚を上げるなどして剛性を上げることなく、温度変化時の装置の変形を抑制でき、温度変化に対応した小型化、軽量化を実現した装置を提供可能となる。

本実施形態では移動を規制するネジ14により構成される連結部が1つの側壁につき３箇所の例を示しているが、本発明の趣旨は、この例に限定されるものではなく、筐体の大きさや、必要に応じて連結する箇所を増減すればよい。また連結する箇所は、点だけではなく、線や面状であってもよい。例えば、図７に示すようにネジ14を用いずに、連結用の部材（連結部材）として、第一の筐体11に突起部Pを設け、図６及び図７と同様の構造を有する第二の筐体12と係合するような構成にすることも可能である。

本実施形態に拠れば、温度変化に強く、外部から荷重や衝撃を受けた場合でも内部のＸ線検出センサを保護しつつ、軽量、小型化を、上述の問題点を解消する筐体の連結方法により実現したＸ線画像撮影装置の提供が可能になる。

（第２実施形態）
Ｘ線検出センサ15を内包する第一の筐体11および第二の筐体12に設けられた側壁における重なりの関係が、図２（ａ）および図４に示すように第一の筐体11が第二の筐体12に対して外側になるようにした例を示している。これにより、Ｘ線入射側に万が一液体が付着しても、第一の筐体11と第二の筐体12との間に設けられたすき間部分ｄに入り込む恐れはなく、常に清潔な状態を維持することが可能となる。また第一の筐体11と第二の筐体12とを重ね合わせることにより、筐体内部への遮光を確保できるだけでなく、側壁が二重構造になるため、Ｘ線画像撮影装置が側面から衝撃を受けるなどした際の強度向上も図ることができる。

図2(b)は、第２実施形態の構成として、第一の筐体11および第二の筐体12に設けられた側壁の重なり関係の第１の変形例を示す図であり、図８は図2(b)の断面を示したものである。第二の筐体12の側壁の外周を完全に覆うように第一の筐体11の側壁を構成することにより、第一の筐体11の側壁と第二の筐体12の側壁との段差がなくなりデザイン的にまとまりが出る構成にすることができる。図2(b)に示すように、第一の筐体11および第二の筐体12が組み合わされた構成において、第二の筐体12は外観として直接的に視覚に表われる部分にならないため、美観を良くするための外装の仕上げを省くことができる。これにより製造コストの削減が可能となる。

図2(c)は、第一の筐体11および第二の筐体12に設けられた側壁の重なり関係の第２の変形例を示す図であり、図9は図2(c)の断面を示したものである。第二の筐体12は、凸部断面形状を有しており、第二の筐体12の底面部の張り出し領域901に、第一の筐体11の側壁が収まる。これにより、第一の筐体11の側壁と第二の筐体12の側壁との段差がなくなる。この構造を用いることによっても装置の側面の段差をなくすことが可能となり、さらには後述する側面カバー21の取り付けにおいても優位に作用する。

図2(d)および図2(e)は、筐体が受ける衝撃を分散させることが可能な筐体の分割ラインを変化させた例を示している。Ｘ線画像撮影装置が落下などにより衝撃を受ける際は、第一の筐体11および第二の筐体12がその衝撃を受けることになる。本発明の筐体構造は小型、軽量化を図っているため、装置側面やコーナ部などが衝撃を受けるときは、その衝撃を第一の筐体11および第二の筐体12の両方に分散させることによりその衝撃を受けている。筐体間の分割ラインを変化させることによって第一の筐体11と第二の筐体12の形状を最適化し、側面やコーナ部から衝撃を受けても内部のＸ線検出センサ15を保護する強度を確保することが可能となる。

これらの例では、側壁のネジ14が第一の筐体11に対して、凸の状態になっているが、第一の筐体11のネジ14の固定部にザグリ（凹部）を設けて第一の筐体11からネジ14が突出しないようにすることも可能である。図10のように、第一の筐体11および第二の筐体12に側面カバー21を取り付ける構造を設け、カバーを装着してネジを隠すようにする構造にしてもよい。このことにより、筐体間の分割部をカバーで覆い隠すことができ、側面やコーナ部にかかる衝撃を緩和すると共に美観的にもよくなる。

本実施形態に拠れば、温度変化に強く、外部から荷重や衝撃を受けた場合でも内部のＸ線検出センサを保護しつつ、軽量、小型化を、上述の問題点を解消する筐体の連結方法により実現したＸ線画像撮影装置の提供が可能になる。

（第３実施形態）
図11の参照により、本発明の第３実施形態を説明する。第一の筐体11および第二の筐体12の側壁のうち、拘束連結部材として機能する、1つの側壁側における１つのネジ18が、第一の筐体11および第二の筐体12におけるＸ、Ｙ、Ｚ軸方向（全方向）の移動を規制している。図12はネジ18の固定部分を示す断面図である。ネジ18は第二の筐体12側に設けられているタップと係合することにより締結される。ネジ18を締結することにより第一の筐体11と第二の筐体12が固定される。第一の筐体11の側壁と第二の筐体12の側壁とが接触した状態になる。

残りのネジ14は第１実施形態と同じ連結方法を採用し、Ｘ線入射方向の移動（Ｚ軸方向の移動）のみ規制し、他の方向（Ｘ軸、Ｙ軸方向の移動）に対しては自由度を持たせている。また図13(a)は、1つの側壁における３つのネジ18（拘束連結部材）が、第一の筐体11および第二の筐体12におけるＸ、Ｙ、Ｚ軸方向（全方向）の移動を規制している例を示している。また図13(b)は、２つの側壁における、それぞれ３つのネジ18が、第一の筐体11および第二の筐体12におけるＸ、Ｙ、Ｚ軸方向（全方向）の移動を規制している例を示している。これにより第一の筐体11と第二の筐体12との相対的な位置関係は一意的に決まると共に、第一の筐体11および第二の筐体12が一体化することによる強度の向上も見込むことができる。

このように、第一の筐体11および第二の筐体12のいくつかの箇所において締結などによって連結した場合でも、応力が開放する方向を確保することにより、温度変化が生じて筐体が伸縮した場合にでも、装置の変形を抑制することが可能となる。

図14(a)、図14(b)、図15(a)は、Ｘ線画像撮影装置を運搬するためのハンドル19と、第二の筐体12側にメンテナンスカバー20と、が装着された例を示している。図14(a)はＸ線入射側方向から見た図であり、図14(b)はＸ線入射方向とは反対側から見た図である。また図15(a)は図14(b)におけるY-Y断面における断面図である。図14(b)のようにメンテナンスカバー20や、ハンドル19を有する場合は、装置の側壁ではなく、Ｘ線入射方向とは反対側からネジで締結し、この部分のネジ18による固定は、全方向の移動が規制される。このときハンドル20側の側壁における筐体間の分割は、図15(b)のようにしてもよい。このようにすることで、メンテナンスカバー20の開口部を大きくとることができ、メンテナンス時も作業がしやすくなる。第一の筐体11の側壁と第二の筐体12の側壁とが間隔ｄにより離間した重なり部分を有する二重壁ではなくなるが、ハンドル19を持っての運搬時などを考慮すると、ハンドル19側が落下して直接に衝撃がかかることは回避される。

このように、ハンドルやメンテナンスカバーを有する場合においても、応力が開放する方向を確保することにより、温度変化が生じて筐体が伸縮した場合にでも、装置の変形を抑制することが可能となる。

（第４実施形態）
図16の参照により第４実施形態のＸ線画像撮影装置の筐体の構成を説明する。図16は、第一の筐体11の側壁と第二の筐体12の側壁とのオーバーラップ部の断面形状を示している。第一の筐体11と第二の筐体12の間に設けられた空間（隙間部分）には、弾性部材21および弾性部材22が挿入されている。弾性部材21は、第一の筐体11の側壁と第二の筐体12の側壁との水平方向における接触を防止する。また、弾性部材22は、第一の筐体11と第二の筐体12との垂直方向における接触を防止する。第一の筐体11の側壁と第二の筐体12の側壁との間に、弾性部材21を挿入することにより、振動発生時に筐体が接触して異音が発生することを抑制することができる。また落下時の衝撃を緩和し、内包しているＸ線検出センサ15の衝撃を緩和することができる。また材料の選定によっては、装置外部から筐体の内部に液体が進入することを防止することも可能となる。

弾性部材22の挿入により弾性部材21と同様の効果を持たせることができる。また弾性部材22は、Ｘ線画像撮影装置のＸ線入射側に被写体が載るなどの負荷荷重を受けた際、弾性部材22がその荷重の一部を受けることができ、ネジ14にかかる負荷荷重を軽減することを可能にする。

本実施形態に拠れば、温度変化に強く、外部から荷重や衝撃を受けた場合でも内部のＸ線検出センサを保護しつつ、軽量、小型化を、上述の問題点を解消する筐体の連結方法により実現したＸ線画像撮影装置の提供が可能になる。

Claims (6)

1. Ｘ線を検出する検出手段と、前記検出手段を収容する筐体と、を有し、前記筐体が第一の筐体と第二の筐体と複数の連結部材とを有し、前記第一の筐体が互いに直交する第一の方向と第二の方向に広がりを持って前記Ｘ線を透過するＸ線透過部材を囲うように前記第一の方向及び前記第二の方向と直交する第三の方向に沿って設けられた第一の側壁を有し、前記第二の筐体が前記第三の方向に沿って設けられた第二の側壁を有して前記第一の筐体との間に前記検出手段を挟んで前記第一の筐体と対向して配置されており、前記複数の連結部材が前記第一の側壁と前記第二の側壁とを連結するＸ線画像撮影装置であって、
   前記複数の連結部材は、前記第三の方向について前記第一の筐体と前記第二の筐体との相対的な位置を固定し、且つ、前記第一の方向及び前記第二の方向の少なくとも一方について前記第一の筐体と前記第二の筐体との相対的な位置の移動ができるように、前記第一の側壁と前記第二の側壁とを連結する
   ことを特徴とするＸ線画像撮影装置。
2. 前記複数の連結部材のそれぞれは、前記第一の側壁に形成されているタップ部を係合するネジ部と、前記第二の側壁に形成されている凹部に嵌るピン部と、を有することを特徴とする請求項１に記載のＸ線画像撮影装置。
3. 前記複数の連結部材は、前記第一の方向及び前記第二の方向について、前記第一の筐体と前記第二の筐体との相対的な移動を拘束する拘束連結部材を少なくとも１つ含むことを特徴とする請求項１に記載のＸ線画像撮影装置。
4. 前記拘束連結部材は、前記第一の側壁に形成されている凹部に嵌るピン部と、前記第二の側壁に形成されているタップ部と係合するネジ部と、を有することを特徴とする請求項３に記載のＸ線画像撮影装置。
5. 前記複数の連結部材は、前記第一の側壁と前記第二の側壁とを離間した状態で、前記第一の側壁と前記第二の側壁とを連結することを特徴とする請求項１または２に記載のＸ線画像撮影装置。
6. 前記第一の側壁と、前記第二の側壁との間には、前記第一の側壁と、前記第二の側壁との接触を防止するための弾性部材が設けられていることを特徴とする請求項５に記載のＸ線画像撮影装置。

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