JP7223885B2 - 医用撮像に使用するための遮蔽装置 - Google Patents

Description

本発明は、一般に、医用撮像の分野に関する。より具体的には、本発明は、患者から発生する直接散乱放射線を減少させる装置に関する。

介入処置の間、医師は、Ｘ線撮像などの撮像技術によりガイドされる。Ｘ線源は、医師の方向における散乱放射線を制限するために患者の下に配置される。それでもなお、この処置は、ライブ撮像の必要性のために、ハイブリッド手術室環境内の全ての医療スタッフを比較的多量の放射線にさらし、したがって、この処置の間、一定のＸ線被ばくを生じる。

放射線の大部分（例えば７５％以上）は、患者体内で減衰される。Ｘ線撮像（＞１００ｋｅＶ又は３５乃至６０ｋｅＶ）で使用されるような光子エネルギレベルにおける、放射線のこの減衰に対する最大の寄与の１つは、コンプトン散乱である。この形の散乱では、入ってくるＸ線放射線（高エネルギ光子の形）は、電子と衝突し、そのエネルギの一部を移す。これは、別の電子状態にシフトできる電子を励起し、一方、光子（今ではわずかに少ないエネルギを持つ）は、ランダムな方向に偏向し、それゆえ、散乱放射線の予測不可能な性質を引き起こす。

放射線の大部分が減衰される患者の身体を透過する放射線と比較して、患者及びテーブルの下の散乱は、患者の身体から直接的に偏向されたはるかに大きなエネルギレベルの光子からなる。したがって、医師の健康にはより大きな危険がある。

不必要な健康上の危険を防止するために、しばしば、鉛ベースの遮蔽が、存在する。しかしながら、可動天井取り付けシールドは、しばしば、誤配置又は誤使用される。これらの遮蔽解決策は、医師を適切に保護するために、例えば、放射線源及び検出器を保持するＣアームの向き／位置の各変化に対して再配置される必要がある。シールドは、場合によっては、混雑したハイブリッド手術室環境における医師の動きを妨げる可能性がある。

エプロンなどの装着可能な遮蔽は、特定の厚さ（したがって、厚く、剛性）を有する重い要素（たとえば、鉛）から作製される必要のため、人間工学的な不快感を引き起こし、かつ孔及び隙間を有さない（したがって、通気性も可撓性もない）。

結果的に、患者からの散乱放射線を低減するか、又は完全にブロックする改善された解決策が必要とされている。

本発明の実施形態の目的は、医師の健康上の危険性が低減されるように、患者からの散乱放射線を低減するためのユーザフレンドリな遮蔽装置を提供することである。

上記の目的は、本発明による解決策によって達成される。

第１の態様では、本発明は、放射線遮断材料の１つ又は複数の層と、１つ又は複数の層内の切り欠きとを有する遮蔽装置を有するＸ線システムに関する。切り欠きは、放射線伝送が通過することを可能にするために、前記１つ又は複数の層の中心又は中心付近の点から縁部に向かって延在する。遮蔽装置は、回転軸の周りを回転することができる。

提案された解決策は、実際に、散乱放射線を実質的に減少させることを可能にする。遮蔽装置は、遮断材料内の狭い切り欠きを介して放射線が通過することを可能にする。装置が回転軸の周りで回転されることができるという事実により、切り欠きも、遮蔽装置の中心と縁部との間の任意の領域が、特定ニーズに応じて露出されることができるように、回転される。

特定の実施形態では、一次Ｘ線ビームは、Ｘ線源の配置又は回転にかかわらず、患者を通過してＸ線検出器に衝突するように遮蔽装置を通過することができる。しかしながら、放射線遮断材料のために、患者から発せられる散乱放射線は、実質的に低減される。有利には、患者テーブルの下の遮蔽装置の配置は、室内の医師又はオペレータによって受けられる散乱放射線の量の著しい減少を可能にする。

したがって、特定の実施形態では、遮蔽解決策は、手術台の下に配置された放射線源で治療されている患者から生じる直接散乱放射線を遮断するために、手術台の下に取り付けられることを提案される。手術台の下の遮蔽装置の配置は、天井取り付け遮蔽解決策とは対照的に、作業領域が邪魔されない点で有利である。

回転軸は、好ましくは、遮蔽装置の中心軸である。

有利な実施形態では、遮蔽装置が、切り欠きのサイズに適合するように少なくとも１つの開口スライダを有する。好ましくは、２つのスライドプレートによって形成された２つの開口スライダがあり、各スライドプレートは、前記放射線遮断材料で作られ、互いに対して少なくとも部分的にスライドするように構成される。

好ましい実施形態では、遮蔽装置は、ドーム形状である。

本発明の実施形態では、遮蔽装置がその回転軸に沿って回転することを可能にするための作動手段が、提供される。

特定の実施例では、フレームが、遮蔽装置を患者テーブルの下側に取り付けるために提供される。好ましくは、遮蔽装置は、可動又はスライド可能な方法で取り付けられる。

したがって、一例では、遮蔽装置は、患者テーブルの地面に面する側、かつＸ線源の反対側に移動可能に配置される。一例では、Ｘ線システムは、ＣアームＸ線システムであり、Ｘ線源及び検出器は、例えば２自由度の回転移動で患者の周りで回転されてもよい。

有利には、遮蔽装置は、Ｘ線源の向き及び位置に関する情報に基づいて、Ｘ線源によって放出されたＸ線ビームと患者テーブルとの交点を計算するように構成されたプロセッサを有する。プロセッサは、更に、計算された交差点に従って遮蔽装置を配置するようにアクチュエータを操縦するように構成される。

特定の例では、上述の遮蔽装置は、患者テーブルの地面に面する側に移動可能に配置される。すなわち、遮蔽装置は、Ｃアームシステムの通常の向きでＸ線源に面する患者テーブルの側に配置される。この構成では、前記Ｘ線源から発するＸ線放射線が、テーブル上の患者を通って送られ、最終的にＸ線検出器に衝突する前に、まず遮蔽装置を通過する。

一例では、遮蔽装置は、患者が置かれる手術台の下に固定されたフレーム上に取り付けられる。この場合、遮蔽装置は、フレーム上で遮蔽装置をスライドさせることによって、及び／又は遮蔽装置を回転軸に沿って回転させることによって、遮蔽装置を配置する。Ｘ線源は、Ｘ線ビームが遮蔽装置の切り欠きを介して通過し、関心領域において患者に到達することを可能にするように配置される。次いで、医用撮像は、遮蔽装置及びＸ線源がそれらの位置にある状態で、患者に対して実行されることができる。

本発明及び先行技術を超えて達成される利点を要約する目的で、本発明の特定の目的及び利点が、本明細書において上に記載された。もちろん、必ずしも全てのそのような目的又は利点が、本発明の任意の特定の実施形態に従って達成され得るわけではないことが理解されるべきである。したがって、例えば、当業者は、本発明が本明細書で教示又は示唆され得るような他の目的又は利点を必ずしも達成することなく、本明細書で教示されるような１つの利点又は利点のグループを達成又は最適化する方法で実施又は実行され得ることを認識するであろう。

本発明の上記及び他の態様は、以下に記載される実施形態から明らかであり、それを参照して説明される。

本発明は、例として、添付の図面を参照して更に説明され、ここで、同様の参照番号は、様々な図面における同様の要素を指す。

手術台の下のフレームに取り付けられた本発明による遮蔽装置の一実施形態を示す。 遮蔽装置の２つの可能な位置を示す。 切り欠きのサイズが調整されることができるような、遮蔽装置の２枚のスライドプレートを示す。 ギア歯及びアクチュエータを備えた取り付けリングを示す。 フレーム及び取り付けリングを有する手術台の底面図を示す。 フレーム上の位置変更を示す。 本発明による遮蔽装置の一実施形態の様々な要素を示す。

本発明で使用される遮蔽装置の実施形態が、図１に示されている。遮蔽装置（１０）は、放射線遮断材料（６）中に１つ又は複数のプレートを有する回転可能な構造を有し、ここで、放射線伝送が通過することができるように、狭い切り欠き（８）が、設けられる。この構造は、好ましい実施形態では、遮蔽装置の中心軸である回転軸の周りを回転することができる。

遮蔽装置は、好ましい実施形態では、ドーム状の形状、すなわち、地面表面上のドームを有し、例えば、鉛、錫、又はアルミニウムなどの放射線遮断材料の１つ又は複数の層（プレート）を有する。

ドーム状の遮蔽装置は、リードによって遮断されることなくＸ線ビームが入射することを可能にするように、めっきの中心又はその近傍の点からめっきの縁部まで、めっき、例えば鉛めっきにおける切り欠きを特徴とする。つまり、切り欠きは、Ｘ線ビームを通過させるのに十分な広さであるが、散乱放射線を低減させるために可能な限り多くの表面を放射線遮断材料で覆われるのに十分な狭さである。その回転軸、例えば、その中心軸の周りを回転する能力のために、ドーム状構造は、Ｘ線ビームでその地面表面の任意の点に到達することを可能にする。一実施形態では、回転は、手動で行われる。好ましい実施形態では、作動手段（４）が、回転を制御するために設けられる。したがって、切き欠きも、回転し、特定の回転に対して中心から縁部までの領域を露出させる。これは、Ｘ線源自体の配置又は回転に関係なくＸ線ビームが通過することを可能にする。

更に、Ｘ線源と、患者テーブルと、本明細書に記載の遮蔽装置の一実施形態とを有するＸ線システムでは、遮蔽装置は、以下で更に詳述されるように、患者テーブルの地面に面する側、かつＸ線源の反対側に移動可能に配置される。

図２では、Ｘ線源及び遮蔽装置の相対的な配置について、２つのシナリオが、示される。図の左側は、線源がテーブルの中心に対応する位置に配置されている場合を示している。放出されたＸ線ビーム（ＲＢ）は、垂直方向に上向きに配向される。右側の例では、Ｘ線源は、テーブルの中心から離れた位置に配置される。入射Ｘ線ビーム（ＲＢ）は、ここで、テーブルに対して９０°とは異なる角度を作る。従って、切り欠きを適切な位置まで回転させることにより、ドーム形状の遮蔽装置は、Ｘ線ビーム（ＲＢ）が位置及び向きの両方のＸ線源の各移動に対して入ることを可能にすることができる。

次いで、患者から生じる又は反射する散乱放射線は、遮蔽装置の放射線遮断要素内に捕捉される。

一実施形態では、遮蔽装置は、切り欠きの固定縁部に対して切り欠きを狭くする又は広げることを可能にする開口スライダを有する。

好ましい実施形態では、２つの開口スライダが、存在する。開口スライダは、有利には、図３に示されるように、切り欠きを広げる又は狭めるために拡張又は収縮する放射線遮断材料で作られた２つのスライドプレート（５）を用いて実施されることができる。開口スライダとも称されるスライドプレートは、切り欠きのサイズを調整することを可能にする。この機能は、切り欠きを狭くし、したがって露出領域を通過するであろう散乱からの不必要な放射線被曝を減少することによって、より大きな遮蔽表面積を作ることを可能にする。

遮蔽装置を回転させるための作動手段（４）は、装置の縁部に固定されることができる。好ましい実施形態では、単一のアクチュエータが、使用される。遮蔽装置は、好ましい実施形態では、リング（２）によって取り囲まれており、リングは、遮蔽装置に対する固定具として作用することに加えて、その縁部における一組のギア歯を特徴とする。いくつかの実施形態では、ギア歯が、リングの３６０°全体にわたって設けられる（図４）。他の実施形態では、ギア歯を担持するリングの１つ又は複数の部分（一緒に合計して３６０°未満になる）が、存在する。モータ－アクチュエータ（典型的にはステップモータであるが、代替の実装が考慮されることができる）は、Ｘ線源の位置又は向きの変化に適応するために、遮蔽装置及び切り欠きの位置を回転させるためにギア歯を押し進める。

本発明の遮蔽装置は、ハイブリッド手術室内の既存の手術台へのアドオンとして使用されることができる。有利な実施形態では、遮蔽装置は、手術台の底面側に取り付けられたフレーム（１）に取り付けられる。本発明は、また、遮蔽装置及びフレームを有するシステムに関する。このフレームは、手術台の上でスライドすることができ、図５に示されるように、遮蔽装置用のギア歯を有する取り付けリングを収容することができる。このフレーム及び取り付けリングは、放射線透過性材料から作られる。中央フレームは、様々な寸法の広範囲の手術台との互換性を可能にするために、様々な幅及び高さで製造されることができる。

遮蔽装置の位置、結果的に切り欠きの位置は、経カテーテル大動脈弁移植（ＴＡＶＩ）又は血管内動脈瘤修復（ＥＶＡＲ）処置（図６）などの身体の異なる部分（すなわち、異なる関心領域）での動作を可能にする、装置をフレーム（の下側）に対してスライドさせることによって変更されることができる。

遮蔽装置の外側シェル（３）は、軽量かつ放射線透過性の複合材料で作られる。開放形状は、当業者に既知の種々の製造方法（例えば、湿式レイアップ又は真空注入）を使用して容易な製造を可能にする。

いくつかの実施態様において、複合材料シェル（３）は、放射線遮断めっきの内側層のためのいくつかのねじ穴取り付け具を備える。プレートは、重力によって下に保たれ、ねじは、動作中の更なる変位を防ぐ。これは、有利には、迅速な分解及び修理を可能にする。モータ（４） の取り付けは、複合材料シェル（３） の縁部に配置される。

例えば鉛のような放射線遮断材料におけるめっきは、遮蔽装置の形状、例えばドーム状形状で製造され、上述のような固定具のための対応する穴を特徴とする。既に述べたように、めっきは、特定の実施形態では、単一層であってもよく、又は他の実施形態では、２つ以上の層を有してもよい。めっきは、特定の実施形態では、０．６ｍｍの同等の厚さを有してもよい。鉛が放射線遮断材料として使用される場合、そのような厚さは、＞９５％で放射線の貫通を制限する。

システムが、ハイブリッド手術室における無菌性に関する規制に準拠することを保証するために、遮蔽装置全体は、好ましい実施形態では、放射線透過性カバー（７）内に封入される（図７参照）。このカバーは、規制及び／又は病院プロトコルに従ってかけられることができる。放射線透過性カバーは、放射線透過性プラスチック内であってもよい。

図７に示される実施形態は、内側に移動する外側カバー（７）から、例えば鉛複合材料内の、開口スライダ（５）、シェル（３）、例えば複合材料シェル、シェルに接続されるモータアクチュエータ（４）、例えばステップモータ、例えば鉛複合材料内の、放射線遮断鉛めっき（６）、例えば放射線透過性プラスチック内のテーブルマウント、及び手術台への接続を提供する、例えば放射線透過性プラスチック内のフレーム（１）を示す。

介入処置がハイブリッド手術室において必要とされる場合、システムは、技術スタッフメンバによって適所にスライドされる。放射線遮断材料におけるめっきの重みのために、カートのような専用の保持機構が、配置の間、必要とされてもよい。遮蔽装置は、配向及び配置のようなＸ線源からのデータを必要とし、従って、これらの構成要素を連結するための仕組みを必要とする。

結果的に、有利な実施形態では、遮蔽装置は、その一部であるシステムの他の装置と制御データを交換するように構成される。これらの実施形態のいくつかでは、遮蔽装置は、スレーブ装置として動作し、一方、Ｘ線源の制御における装置は、マスタとして動作する。このＸ線源制御装置は、例えば遮蔽装置の回転を実行するために必要なデータを遮蔽装置に伝える。遮蔽装置は、プロセッサ、例えば、マイクロコントローラを含み、このプロセッサは、このデータに基づいて計算を行い、作動手段、例えば、ステップモータの動きを制御する。

一実施形態では、遮蔽装置は、Ｘ線源からＸ線源の向き及び位置に関する情報を受け取る。代替的に、通信ハブは、遮蔽装置のための電力接続部に又はその近くに設けられることができる。遮蔽装置との通信は、例えば、ＷｉＦｉ又はＢｌｕｅｔｏｏｔｈのような無線通信プロトコルを介して実行されることができる。

受信されたデータに基づいて、Ｘ線ビーム及び手術台の交点が、計算されることができる。次いで、計算された交点は、Ｘ線ビームが遮蔽装置を透過して患者及び画像センサに到達することを可能にするために、遮蔽装置がその現在位置から出発して受けるべき回転を決定するのに使用される。次いで、プロセッサは、所望の回転、すなわち、制御命令に含まれるパラメータを有する回転を実行するために、制御命令を作動手段に送る。

本発明のおかげで、心臓介入中の健康被害は、オペレータ又は介入全体を妨害することなく、その源での「逃避」散乱放射線を低下させることによって低減される。

本発明は、図面及び前述の説明において詳しく図示され説明されてきたが、そのような図示及び説明は、例示的又は説明的であり、限定的ではないと考えられるべきである。前述の説明は、本発明の特定の実施形態を詳述する。しかしながら、前述の内容がテキストにどれだけ詳細に現れようと、本発明は、多くの方法で実施されうることが理解されるであろう。本発明は、開示された実施形態に限定されない。

開示された実施形態に対する他の変形は、図面、開示及び添付の請求項の検討から、請求項に記載された発明を実施する際に当業者によって理解され及び実施されることができる。請求項において、単語「有する」は、他の要素又はステップを排除するものではなく、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」は、複数性を排除するものではない。単一のプロセッサ又は他のユニットは、請求項に列挙されるいくつかのアイテムの機能を満たしてもよい。特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用されることができないことを示すものではない。コンピュータプログラムは、他のハードウェアと一緒に又はその一部として供給される光記憶媒体又はソリッドステート媒体などの適切な媒体上に記憶／配布されてもよいが、インターネット又は他の有線もしくは無線電気通信システムなどを介して、他の形態で配布されてもよい。請求項におけるいかなる参照符号も、範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

Claims (15)

1. Ｘ線源と、患者テーブルと、遮蔽装置とを有するＸ線システムにおいて、前記遮蔽装置は、前記患者テーブルの地面に面する側かつ前記Ｘ線源に対向する側に移動可能に配置され、
   前記遮蔽装置は、放射線遮断材料の１つ又は複数の層と、前記１つ又は複数の層内の切り欠きとを有し、前記切り欠きは、放射線が通過することを可能にするように、前記１つ又は複数の層の中心又は前記１つ又は複数の層の中心の近くの点から縁部に向かって延在し、前記遮蔽装置は、回転軸の周りで回転可能である、Ｘ線システム。
2. 前記遮蔽装置の前記回転軸は、前記遮蔽装置の中心軸である、請求項１に記載のＸ線システム。
3. 前記遮蔽装置は、前記切り欠きのサイズを適合させるための少なくとも１つの開口スライダを有する、請求項１又は２に記載のＸ線システム。
4. 前記遮蔽装置は、それぞれ前記放射線遮断材料で作られ、互いに対して少なくとも部分的にスライドするように配置された２つのスライドプレートによって形成された２つの開口スライダを有する、請求項３に記載のＸ線システム。
5. 前記遮蔽装置は、ドーム形状である、請求項１乃至４のいずれかに記載のＸ線システム。
6. 前記遮蔽装置は、回転を提供するためのアクチュエータを有する、請求項１乃至５のいずれかに記載のＸ線システム。
7. 前記アクチュエータは、前記遮蔽装置の前記縁部上に配置される、請求項６に記載のＸ線システム。
8. 前記アクチュエータを操縦するための制御データを受信するように構成されたプロセッサを有する、請求項６又は７に記載のＸ線システム。
9. 前記遮蔽装置は、放射線透過性カバー内に封入される、請求項１乃至８のいずれかに記載のＸ線システム。
10. 前記遮蔽装置は、前記患者テーブルの下に固定されたフレームに取り付けられる、請求項１乃至９のいずれかに記載のＸ線システム。
11. 前記フレームは、放射線透過性材料で作られる、請求項１０に記載のＸ線システム。
12. 前記フレームは、前記遮蔽装置が前記患者テーブルの長手方向において前記地面に面する側に沿って移動可能であるように、前記遮蔽装置を移動可能に取り付けるように構成される、請求項１０又は１１に記載のＸ線システム。
13. 前記遮蔽装置が、前記Ｘ線源の向き及び位置に関する情報に基づいて、前記Ｘ線源によって放出されたＸ線ビームと前記患者テーブルとの交点を計算するように構成されたプロセッサを有する、請求項１乃至１２のいずれかに記載のＸ線システム。
14. 前記遮蔽装置は、回転を提供するためのアクチュエータを有し、前記プロセッサは、前記計算された交点に従って前記遮蔽装置を配置するように前記アクチュエータを操縦するように構成される、請求項１３に記載のＸ線システム。
15. 前記Ｘ線源及びＸ線検出器が取り付けられるＣアームを更に有する、請求項１乃至１４のいずれか一項に記載のＸ線システム。

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