JP5931371B2 - Ｘ線診断装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、Ｘ線診断装置に関する。

Ｘ線診断装置やＭＲＩ装置、あるいはＸ線ＣＴ装置などを用いた医用画像診断技術は、コンピュータ技術の発展に伴って急速な進歩を遂げ、今日の医療において必要不可欠なものとなっている。

Ｘ線診断は、近年ではカテーテル手技の発展に伴い循環器分野を中心に進歩を遂げている。循環器診断用のＸ線診断装置は、通常、Ｘ線発生部、Ｘ線検出部、Ｘ線発生部及びＸ線検出部を保持する保持装置、寝台（天板）、信号処理部、表示部等から構成される。そして、保持装置はＣ形アームあるいはΩ形アームを患者（以下では、被検体と呼ぶ）の周囲で回動、回転あるいは移動することによって最適な位置や方向におけるＸ線撮影を可能にしている。

ところで、Ｘ線発生部およびＸ線検出部は円弧状のＣ形アームの両端に対向して搭載されており、Ｘ線中心と検出器中心とは、不要な被曝を防止し、正確な画像を得るためにも一致させておく必要がある。そのためにはＣ形アームの剛性を高め、強度を確保してたわみによる位置ずれを防止する必要があるが、近年の装置に対する小形化、軽量化のニーズから必要な剛性を保つことが難しくなってきている。

近年ではＸ線診断装置に対しても小形化、軽量化のニーズが大きくなってきている。また、Ｃ形アームを垂直に立てた状態で上下方向への高さを低くするためにＣ形アームの厚さを薄くしたいという要求もある。ここでいう厚さとは、Ｃ形アームの前面（アイソセンタに向かう面）と背面（前面の逆側の面）との間の長さであり、これを薄くすればするほどＣ形アームを含む装置全体での省サイズ化を促すことができる。

このようなニーズを満たすためにＣ形アームの材質や寸法が種々に検討されてきているが、既存のＣ形アームはアルミの押し出し成型品、あるいは鋼材を曲げて溶接加工した単一材料による一体品で製作されており、これらの部材の物性値から、必要な剛性や強度を確保することが難しくなってきている。

特開２００８−８６８３６号公報

目的は、アームの強度確保を小型軽量化とともに実現することにある。

本実施形態に係るＸ線診断装置は、Ｘ線発生部と、Ｘ線検出部と、前記Ｘ線発生部と前記Ｘ線検出部とを支持し、ホルダによりスライド可能に支持されるレールを有し、アーチ形状を有するアームと、前記アームよりも高い弾性係数を有し、シート形状を有し、前記アームの表面のうち、前記レールが設けられる表面を除く少なくとも２以上の表面に、表面毎に独立して固定される補強部材とを備え、前記アームは、内側面、凹レールを有する外側面及び前記レールを有する側面を有し、前記補強部材は、前記内側面及び前記外側面にそれぞれ固定され、前記外側面に固定される補強部材は、前記凹レールの左側及び右側に固定されることを特徴とする。

本実施形態に係るＸ線診断装置の外観図。 本実施形態に係るＸ線診断装置の外観図。 図１のＣ形アームの横断面図。 従来のＣ形アームの横断面図。 図１のＣ形アームの側面図。 図１のＣ形アームに対する補強部材の固定方法の一例を示す図。 図１のＣ形アームに対する補強部材の固定方法の他の例を示す図。 図１のＣ形アームに対する補強部材の固定方法の他の例を示す図。 図１のＣ形アームに対する補強部材の固定方法の他の例を示す図。 図１のＣ形アームに対して取り付ける補強部材の範囲の一例を示す図。 図１のＣ形アームに対して取り付ける補強部材の範囲の他の例を示す図。 図１のＣ形アームに対して取り付ける補強部材の範囲の他の例を示す図。 図１のＣ形アームに対して取り付ける補強部材の範囲の他の例を示す図。 図１のスタンドによりＣ形アームをその背面側で支持する方式の構造を示す断面図。 図１４の構造に対応するＣ形アームをその内側面と側面から補強する補強部材を示すＣ形アームの横断面図。

以下図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

図１、図２に示すように、床旋回アーム５４は、その一端において略鉛直な第１回転軸Ｚ１まわりに旋回自在（ｄ）に床面５９上に設けられる。第１回転軸Ｚ１は、鉛直軸であり、水平な基準線ＢＬと直交する。なお、撮影時には、被検体１５０の体軸が基準線ＢＬに略一致するように、被検体１５０は天板１７上に設置される。また、基準線ＢＬは、天板１７の中心線に略一致する。天板１７は基準線ＢＬと平行な長手方向に沿って移動可能に寝台１８に設けられる。第１回転軸Ｚ１は、天板１７の長手方向の可動範囲ＭＲ内において基準線ＢＬと交差する。つまり、床旋回アーム５４は、天板１７の長手方向の可動範囲ＭＲ内に設けられる。

床旋回アーム５４の他端においては略鉛直な第２回転軸Ｚ２まわりに回転自在（ｃ）にスタンド５３が支持される。スタンド５３には略水平な第３回転軸（Ｃ形アーム水平回転軸）Ｚ３まわりに回転自在（ｂ）にアームホルダ５２が支持される。アームホルダ５２には、Ｃ形アーム水平回転軸Ｚ３と直交する略水平な第４回転軸（スライド回転軸）Ｚ４まわりにスライド回転自在（ａ）にＣ形アーム５１が支持される。Ｃ形アーム５１は、アーチ形状を有する。典型的には、Ｃ形アーム５１は、Ｃ字形状を有する。Ｃ形アーム５１の中心側の面を内側面又は前面という。

Ｃ形アーム５１の一端には、Ｘ線管を有するＸ線発生部１が搭載され、Ｃ形アーム５１の他端には、典型的には、２次元状に配列された複数のＸ線検出半導体素子を有するＸ線検出部（フラットパネルデテクタ（ＦＰＤ）と通称される）２が搭載される。

Ｘ線発生部１のＸ線焦点と、Ｘ線検出部２の検出面中心とを通る撮影軸ＳＡ（Ｚ５）は、Ｃ形アーム水平回転軸Ｚ３と、スライド回転軸Ｚ４とに一点で交差するように、設計されている。周知の通り、当該交点の絶対座標（撮影室座標系上の位置）は、Ｃ形アーム５１がＣ形アーム水平回転軸Ｚ３まわりに回転しようと、Ｃ形アーム５１がスライド回転軸Ｚ４まわりに回転しようと、床旋回アーム５４が第１回転軸Ｚ１まわりに旋回しようと、スタンド５３が第２回転軸Ｚ２まわりに回転しない限りにおいては変位しないもので、一般的には、アイソセンタＩＳと呼ばれている。

図１に示したように、第２回転軸Ｚ２まわりのスタンド５３の回転角が基準角度（ゼロ°）にあって、Ｃ形アーム５１が床旋回アーム５４の上に重なって最も小さく折り畳まれた姿勢にあるとき、当該アイソセンタが、床旋回アーム５４の第１回転軸Ｚ１上に位置するように、換言すると、撮影軸ＳＡ（Ｚ５）と、Ｃ形アーム水平回転軸Ｚ３と、スライド回転軸Ｚ４とが、当該アイソセンタにおいて床旋回アーム５４の第１回転軸Ｚ１と交差するように、設計されている。つまり、床旋回アーム５４の第１回転軸Ｚ１とスタンド５３の第２回転軸Ｚ２との距離と、スタンド５３の第２回転軸Ｚ２とアイソセンタＩＳとの距離とが同一になるように、床旋回アーム５４の長さ、スタンド５３の大きさ、アームホルダ５２の大きさ、Ｃ系Ｃ形アーム５１の半径が総合的に決定されている。

Ｃ形アーム５１は円弧方向のスライド動作を実現するための支持ガイド機構を備える。Ｃ形アーム５１は、鋼材よりも軽量で、しかも弾性係数の比較的高いアルミ合金又はマグネシウム合金を素材として製造される。

Ｃ形アーム水平回転軸Ｚ３まわりのＣ系Ｃ形アーム５１の回転角が基準角度（ゼロ°）にあり、しかもスライド回転軸Ｚ４まわりのＣ系Ｃ形アーム５１の回転角が基準角度（ゼロ°）にあって、それにより当該撮影軸ＳＡ（Ｚ５）が鉛直方向にあるとき、上記の第２回転軸Ｚ２まわりのスタンド５３の回転角が基準角度（ゼロ°）にある状況のもとでは、撮影軸ＳＡ（Ｚ５）は床旋回アーム５４の第１回転軸Ｚ１に略一致する。

図３は、実施形態に係わるＣ形アーム５１の断面図である。Ｃ形アーム５１は例えばアルミ合金の押し出し材により円弧状に形成されており、スライド回転軸Ｚ４まわりのスライド回転（ａ）を支えるために支持レール２０が形成される。この支持レール２０がアームホルダ５２により両側から挟まれる格好となる。

Ｃ形アーム５１に、シート形状に形成された補強部材３０１，３０２，３０３が、接着剤、ネジ留め、又はその両方により固定される。補強部材３０１，３０２，３０３により補強されたＣ形アーム５１は、当該補強されないアルミ合金だけから構成されたＣ形アームと同等の弾性係数を確保しながら、当該補強されないアルミ合金だけから構成されたＣ形アームよりも軽量且つ小型を達成することができる。

補強部材３０１，３０２，３０３はＣ形アーム５１よりも高い縦弾性係数を有する。補強部材３０１，３０２，３０３はＣ形アーム５１よりも単位体積あたり質量が低い。補強部材３０１，３０２，３０３は炭素繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ）又はガラス繊維強化樹脂（ＧＦＲＰ）で製造される。

図３，図５に示すように、補強部材３０１はＣ形アーム５１の内側面（前面）に固定される。Ｃ形アーム５１の内側面とは、Ｃ形アーム５１の円弧中心側の面をいう。補強部材３０２，３０３は、Ｃ形アーム５１の外側面（背面）に固定される。

図７に示すように、補強部材３０１，３０２，３０３は、Ｃ形アーム５１の表面に貼り付けられる。図６に示すように、補強部材３０１，３０２，３０３はＣ形アーム５１の凹部に嵌め込まれてもよい。補強部材３０１，３０２，３０３はＣ形アーム５１の内部に埋め込まれてもよい。補強部材３０１，３０２，３０３は、多層化されたＣ形アーム５１の層間に挟み込まれてもよい。図８，図９に示すように、補強部材３０１はＣ形アーム５１を内側面から側面の一部にわたって覆うように設けられていても良い。

図１０、図１１に示すように、補強部材３０１は、典型的には、Ｘ線検出部２とＣ形アーム５１の中心との間の位置から、重量物であるＸ線発生部１の直下の位置までわたって設けられる。なお、図１２に示すように、補強部材３０１は、最も応力のかかるＣ形アーム５１の中心を含むＣ形アーム５１の一部分には少なくとも設けられる。また図１３に示すように、補強部材３０１は、縦列に連結される複数の補強片３０１−１，３０１−２，・・・３０１−ｎからなるものであってもよい。

なお、図１４に示すように、Ｃ形アーム５１がその背面においてアームホルダ５２によりローラ５２１−５２４により支持される構造５１１を備えることがある。その場合、補強部材は、Ｃ形アーム５１の背面に設けることができない。図１５に示すように、補強部材３０４，３０５は、Ｃ形アーム５１の側面に設けられる。

Ｃ形アーム５１の前面はアイソセンタに向かう面であり、背面はその反対側の面である。背面にはＣ形アーム５１をスライド回転軸Ｚ４まわりに回転させるための駆動ベルト（図示せず）を収納するための凹レールが形成されているので、炭素繊維強化材料３０１、３０２，３０３は凹レールおよび駆動ベルトに干渉しないように取り付けられる。

例えば、ＣＦＲＰの剛性、強度に関わる物性値は、縦弾性係数でアルミの約５倍以上、引張強度で１０倍以上を見込める。よって炭素繊維強化材料３０を部分的に使用したとしても、接着や圧入、ネジ締結等により密着させて一体化させることで、Ｃ形アーム５１の全体的な剛性、強度アップを実現することができる。

これによって、単一のアルミ合成基材だけを用いる場合に比べてＣ形アーム５１の強度を高められ、前面と背面との間の長さである厚さを薄くすることが可能になるので、従来よりも小形、軽量化を図ったＣ形アーム形保持装置を実現することができる。図４に示す既存のＣ形アームはその厚さを薄くするほど剛性が失われ、たわみ、ゆがみを生じやすくなる。

Ｃ形アームは円弧方向のスライド動作を実現するための支持ガイド機構を有する。ＣＦＲＰに代表される繊維強化形複合樹脂材料の一般的な物性は、Ｃ形アーム支持ガイド部分に作用する接触面圧に対しては、基材よりも弱くなるので、接触面は金属やエンジニアリングプラスチックといった許容面圧の高い材料とする必要があり、炭素繊維強化材料を使用できない制約がある。そこでこの実施形態では、アルミや、鋼材を基材として形成されるＣ形アームに、支持ガイド部分の形成面以外の面に対して炭素繊維強化材料を貼付けるようにした。これによりＣ形アームを省サイズ化しつつも剛性を高めることが可能になり、従来よりも小型、軽量化を図ったＸ線診断装置を実現することができる
以上説明したようにこの実施形態では、Ｃ形アーム５１のたわみを少なくする（剛性向上）と同時に強度アップを図るために、Ｃ形アーム５１の基材であるアルミや鋼材に対して、より縦弾性係数（ヤング率）の高い材料を組合せて、貼付けや、ネジ締結などにより構造体として一体化させるようにした。縦弾性係数（ヤング率）の高い材料、例えば炭素繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ）等の材料を用いることで、基材よりも高い強度、剛性を実現することができ、Ｃ形アーム全体の構造体としての剛性・強度の向上を図ることができる。従って、強度を確保しつつＣ形アームの断面積を縮小することが可能になり、Ｃ形アームの小型、軽量化を図ることが可能になる。

本発明の実施形態を説明したが、上記実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…Ｘ線発生部、２…Ｘ線検出部、１７…天板、１８…寝台、５１…Ｃ形アーム、５２…アームホルダ、５３…スタンド、５４…床旋回アーム、５９…床面、１５０…被検体、３０１，３０２，３０３…補強部材。

Claims (11)

1. Ｘ線発生部と、
   Ｘ線検出部と、
   前記Ｘ線発生部と前記Ｘ線検出部とを支持し、ホルダによりスライド可能に支持されるレールを有し、アーチ形状を有するアームと、
   前記アームよりも高い弾性係数を有し、シート形状を有し、前記アームの表面のうち、前記レールが設けられる表面を除く少なくとも２以上の表面に、表面毎に独立して固定される補強部材とを備え、
   前記アームは、内側面、凹レールを有する外側面及び前記レールを有する側面を有し、
   前記補強部材は、前記内側面及び前記外側面にそれぞれ固定され、前記外側面に固定される補強部材は、前記凹レールの左側及び右側に固定されることを特徴とするＸ線診断装置。
2. 前記補強部材は、前記Ｘ線検出部と前記アームの中心との間の位置から前記Ｘ線発生部の直下の位置までわたって設けられる請求項１に記載のＸ線診断装置。
3. 前記補強部材は前記アームの有する凹部に嵌め込まれる請求項１に記載のＸ線診断装置。
4. 前記補強部材は前記アームに埋め込まれる請求項１に記載のＸ線診断装置。
5. 前記補強部材は前記アームに接着剤により固定される請求項１に記載のＸ線診断装置。
6. 前記補強部材は前記アームにネジにより固定される請求項１に記載のＸ線診断装置。
7. 前記補強部材は炭素繊維強化樹脂又はガラス繊維強化樹脂からなり、前記アームはアルミ合金又はマグネシウム合金からなる請求項１に記載のＸ線診断装置。
8. 前記補強部材は前記アームよりも高い縦弾性係数を有する請求項１に記載のＸ線診断装置。
9. 前記アームはＣ形状を有する請求項１に記載のＸ線診断装置。
10. 前記アームを回転自在に支持する第１支持部と、
    前記第１支持部を回転自在に支持する第２支持部と、
    前記第２支持部を旋回自在に支持する床支持部と
    をさらに備える請求項１に記載のＸ線診断装置。
11. 前記アームを回転自在に支持する第１支持部と、
    前記第１支持部を回転自在に支持する第２支持部と、
    前記第２支持部を旋回自在に支持する天井支持部と
    をさらに備える請求項１に記載のＸ線診断装置。

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