JPH09505756A - 衝突回避ソフトウエアを備えた放射線撮影用構台 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 多軸式放射線撮影装置にコンピュータ制御を利用して、ソフトリミットに基づいて装置の可動面間の接触を回避する。装置の軸移動のあらゆる組合わせを組込み、かつこれら組合わせを接触状態又は非接触状態に関係づける衝突回避空間テーブルからソフトリミットを確定する。また、衝突回避空間テーブルを使用して、起点位置と終点位置との間にある有効経路を写像してもよく、衝突回避空間テーブルには組込まれていない患者の動きを検出する非接触式変換器を用いて、衝突回避空間テーブルを拡張することもできる。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の名称 衝突回避ソフトウエアを備えた放射線撮影用構台 発明の分野 本発明は放射線撮影装置、特にこのような放射線撮影装置の部品、例えば、患 者支持台とＸ線源が衝突するのを防止する手段に関する。 発明の背景 汎用Ｘ線装置は、代表例では、Ｘ線源やＸ線検出器を装着することができる可 動アームを少なくとも一つ備えている。これら可動アームの場合、Ｘ線源と検出 器との間を介して患者の特定部位に患者に対して特定角度でＸ線ビームを照射す る際に適応しやすいように設計されている。部位と角度は、被撮影画像に含まれ る診断情報を最大限に利用する際に重要である。 多くの場合、異なる角度で異なる部位の異なる一連の画像を一回の操作で撮影 することが望ましい。例えば、骨密度を測定するために使用する二重エネルギー Ｘ線装置の場合、通常の手法として、異なる２つの角度で脊椎及び股関節部の骨 密度を測定する必要がある。 あるＸ線装置の場合、アームの位置決めを手動で行う。すなわち、例えば、操 作者が放射線源の近くでハンドルを操作して、アームを新しい位置まで移動する 。この場合、移動を簡単にするとともに、外部からの支持がない状態でアームを この新しい位置に固定するために、アームを平衡状態にしておく。 より複雑なＸ線装置、すなわち放射線源及び検出器がいずれも大形のＸ線装置 の場合、アームの移動はモーターによって行うが、このモーターは操作者が手で 支持するペンダント型操作装置か、あるいはコンピュータ制御指示のいずれかに よって制御することができる。モーターを使用してアームを移動すると、より精 巧な構造のＸ線装置、例えば患者に対してアクセスしやすいが、本質的にバラン スの悪いＣ型アームを用いる構造のＸ線装置を利用できる。また、モーターを使 用してアームの移動を制御すると、アームをより正確に位置決めでき、またこれ は照射時に放射線源及び検出器を正確に並進移動させなければならない走査装置 にとっても必要である。 モーター動作式Ｘ線装置を操作者の制御下で再位置決めする場合、操作者は、 Ｘ線装置の固定部分と可動部分が衝突するのを確実に防止するために、この装置 のあらゆる可動部分を注視する必要がある。同様に、操作者は、装置のどの部分 も確実に患者に当たらないようにする必要がある。これは必ずしも簡単ではない 。というのは、放射線源及び検出器は空間的に離れた点において逆方向に移動す るからである。 この、Ｘ線装置の運動を適正にモニターする問題は、装置によって許容される 運動軸数が増えるにつれてますます難しくなる。この理由から、代表例では、放 射線撮影装置の部品が接触する恐れのある点に感圧スイッチを設ける。このよう なスイッチの場合、一対の導体を弾性体によって離間対向状態に保持し、弾性体 が衝突時に変形したときにのみ相互に接触するようにしている。別なスイッチと して空気を充填したシール形管が使用されているが、これは空気圧をモニターし て、衝突によって生じる可能性がある管の変形を検出する。 Ｘ線装置が多重軸の移動をできる場合、２点間でアームを移動する最良の方法 は必ずしも明らかではなく、アームの該運動を実現する際の操作者の制御は遅く 、また効率も悪い。これは、特に少なくとも一組の運動軸で所定位置に移動させ るが、少なくとも一つ以上の軸の運動制限が「行き止まり」を発生し、所望の位 置に移動するために、時間のかかる後戻り手順が必要な場合に相当する。 発明の要約 本発明は、放射線撮影装置の運動を制御して、２つの位置の間の有効な経路に 追従でき、しかも該装置の各要素間の衝突を防止できる装置及び方法を提供する ものである。 すなわち、本発明の放射線撮影装置は放射線源と検出器を備え、これらのうち の少なくとも一つを、移動範囲内で少なくとも二次元のアーム位置に移動可能な アームに保持することができる。移動は患者支持台に対して行うことができる。 このような装置に操作者入力装置を設け、指令信号を発生して、所定の移動次 元にしたがって現在のアーム位置からアームの移動を開始する場合、アームに連 絡するコンピュータをさらに設けて、アーム位置を確定すると共に、運動信号を 発生して、アーム位置間でアームを移動する。コンピュータには、アームの動作 範囲内にあるアーム位置を接触状態か非接触状態に関係づける衝突回避空間テー ブルを記憶するメモリーを内蔵する。このメモリーには、コンピュータ制御プロ グラムを組込んで、操作者入力装置から所望の移動次元を示す指令信号を発生す るとともに、接触状態に関係する第１アーム位置が見いだされるまで、現在アー ム位置から移動次元にそってアーム位置全体について衝突回避空間テーブルを探 索する。ここで、第１アーム位置をソフトリミットと呼ぶ。また、プログラムは 、移動信号を発生して、現在アーム位置がソフトリミットに達しない限りで、ア ームを移動方向に移動する。 このように、本発明の第１の目的は、アーム移動の操作者による制御を可能に するとともに、固定部分と可動部分とが実際に衝突する前に、ある種の衝突を回 避できる精巧な衝突回避装置を提供することである。衝突回避状態テーブルを使 用することによって、操作者が選択した任意の次元における放射線撮影装置の自 由移動を簡単に評価できる。 本発明の他の目的は、演算効率にすぐれた衝突回避装置を提供することである 。衝突回避状態テーブルをリアルタイムで直ちに調べることができ、したがって 衝突が起こりそうかどうかを判定できる。他の形式のモデル化の場合に必要な複 雑な数理解析は必要ない。 別な実施態様では、操作者が入力する連続した位置決め指令としてではなく、 空間における単一点として移動命令を指示することができる。このような装置に 目標位置を与えておくと、コンピュータ制御プログラムによって、現在アーム位 置から目標アーム位置に至る衝突回避経路を衝突回避空間テーブルのアーム位置 にそって確定することができる。衝突回避経路とは、接触状態に関係するアーム 位置ならばどのような位置も横切ることのない経路である。 この衝突回避経路を求めるためには、対角頂点が現在アーム位置及び目標アー ム位置に相当する、衝突回避空間テーブルにおけるｎ次元立方体の稜方向にある 稜経路について衝突回避空間テーブルを検索すればよい、ただしｎは衝突回避空 間テーブルの次元数である。 このように、本発明の他の目的は、単一の軸を一度移動させるだけで、２点間 に簡単な衝突回避経路を自動的に求めることである。 別な方法で稜経路を求めてもよく、そして稜経路が見いだされない場合には、 接触状態に関係するアーム位置が見いだされるまで、第１アーム位置から移動次 元に沿ってアーム位置全体に関して衝突回避空間テーブルを検索してもよい。こ のアーム位置をコンパスポイント制限と呼ぶ。各コンパスポイント制限を検索す ると、コンパスポイント制限と目標との間に稜経路が存在するかどうかを調べる ことができる。認められたならば、稜経路の検索を終了すればよく、またそうで ない場合には、これら手順を繰返す。 したがって、本発明の他の目的は、対角が起点及び目標点である立方体の稜に 沿って直接経路を求めることができない場合に、２点間にある衝突回避経路を自 動的に求めることである。 この直接経路を見いだす手順の繰返し回数は一定の繰返し回数に制限してもよ く、また直接経路が求められるまで、逐次増数してもよい。 このように、本発明の他の目的は、接触領域を横切ることなく２点を結ぶ最適 な衝突回避経路を求める簡単な方法を提供することである。 プログラムに従って、一組の異なる所定のアーム位置について衝突回避経路を 求める手順を繰返すことができる。 また、本発明の他の目的は、衝突しないように空間内において分離した一組の 異なる位置に放射線撮影装置を自動的に位置決めできるようにすることである。 本発明の前記目的及びこれら以外の目的、さらに本発明の作用及び効果は以下 の説明から明らかになるはずである。以下、本明細書の一部であり、また例示の みを目的として、発明の好ましい実施態様を図示する添付図面について本発明を 説明する。これら実施態様は必ずしも発明の全体範囲を示すものではなく、発明 の範囲を解釈するためには、請求の範囲をみる必要がある。 図面の簡単な説明 図１は、Ｘ線源及び検出器を保持するＣ型アーム、患者を支持するように配置 した支持台、及び検出器からデータを受信して、支持台に対してＸ線源及び検出 器を移動させる制御コンピュータを示す、本発明による走査式放射線撮影装置の 斜視図である。 図２は、対応する次元をもち、かつ接触状態及び非接触状態を識別する衝突回 避空間テーブルに対して平行移動した際の動作軸のうち３個を示す、図１の走査 式放射線撮影装置の簡略化した正面図である。 図３は、起点位置と目標位置を表す２つの対向頂点間において考えられる６つ の稜経路を示す、図２の衝突回避空間テーブルにおける一組の６個の立方体を示 す図である。 図４は、起点位置と目標位置との間に稜経路がない場合に発生する衝突回避経 路を示す、図２の４−４線についての衝突回避空間テーブルの断面図である。 図５は、図２に示したソフトリミットの確定を拡張するためにＸ線源囲い体に 設けた超音波変換器を示す、図１の放射線源の詳細な正面図である。 図６は、任意の２点間にある衝突回避動作路を確定する、コンピュータ制御プ ログラムのフローチャートである。 図７は、図６のプログラムによって呼び出される経路サブルーチンのフローチ ャートである。 図８は、図６及び図７のプログラムを使用して、個々の走査間における衝突回 避経路を確定するさいの自動化走査手順を示す、下部脊椎及び左右の股関節の斜 視図である。 図９は、多重エッジ経路を見いだす場合における対角線に対する経路を単純化 する方法を示す、図３（ｄ）及び図３（ｆ）と同様な図である。 好ましい実施態様の詳細な説明 放射線撮影装置 図１について説明すると、本発明に従って構成した走査形放射線撮影装置１０ は検査前後（図示省略）、あるいは検査時に患者１４を支持する支持台１２を備 えている。この場合、デカルト座標系の縦軸、すなわちｚ軸１６に沿って患者１ ４を仰臥させる。 支柱２０は、支持台１２の長手方向端部を支持するもので、支柱下端を放射線 撮影装置１０を支持するベッドに固定する。支柱は伸縮でき、デカルト座標系の ｙ軸方向に支持台１２を上下動できるようになっている。 ベッド２８には２本の長手方向レール３２を設けて、横断方向に延長する構台 パレット３４を支持する軌道を構成するとともに、ｚ軸１６にそって放射線撮影 装置１０のほぼ全長にわたって長手方向に構台パレット３４を位置決めできるよ うにする。 構台パレット３４の横断レール３３は、レール３２に嵌合するローラ（図１で は隠れている）によって支持する。構台パレット３４のレール３３には、デカル ト座標系のＸ軸方向に移動することができるＣ型アームカラー３８を配設する。 カラー３８は全体として円弧形であり、この内側にＣ型アーム４０を滑動自在 に取付けて、Ｃ型アーム４０がカラー３８にそって滑動するさいに、Ｃ型アーム の端部が中心４２を中心にして回動するようになっている。Ｃ型アーム４０が滑 動すると、中心４２を中心にして角度θだけ放射線源４４及び検出器アレイ５０ が回動する。 Ｘ線管である放射線源４４は、Ｃ型アーム４０の一端に取付け、ビーム軸線４ ９にそって全体として支持台１２付近の中心４２に指向する多色Ｘ線扇形ビーム ４８を射出する。支持台１２は、Ｘ線の扇形ビーム４８が自由透過する、Ｘ線に 対して透明な材質で構成する。扇形ビーム４８はＸ線管内部の焦点（図示省略） から射出し、扇形ビーム面内において扇形ビーム角度φでビーム軸線４９の両側 に発散する。 扇形ビーム４８は、Ｃ形アーム４０の他端に取付けられ、扇形ビーム面内で、 かつ検査を受けている患者１４の全体として反対側において扇形ビーム軸線４９ に対して直交する双線形検出器アレイ５０によって受光される。検出器アレイ５ ０は、扇形ビーム４８のＸ線がさらに透過するのを防ぐために、鉛遮断材を裏う ちした停止板５２に固定する。この検出器アレイ５０は、扇形ビーム４８の受光 Ｘ線の強度を示す一組の電気強度信号を発生する。 検出器アレイ５０の内面、放射線源４４及びＣ型アーム４０にそって接触スイ ッチ（図示省略）を設けて、これらの表面と他の表面との接触を示す接触信号を 発生する。これら接触信号及び検出器信号はデジタル化して、コンピュータ５６ に送る。 コンピュータ５６は公知形式のもので、キーボード６１及び表示用端末５８を 備え、この端末が検出器アレイ５０からの信号からなる像を表示する。キーボー ド６１を使用して、操作者の指令を制御プログラムに入力する。手元で操作する ペンダント２２をコンピュータ５６の運動制御カードに接続し、ペンダントのボ タンを押すことによって、操作者が指令信号を入力し、放射線撮影装置１０を操 作者の制御下において各軸方向に移動する。また、コンピュータ５６は、例えば 、市販されているような（プラグインカードとして）専用運動制御回路を内蔵し 、これによってコンピュータ５６が撮影装置１０の異なる軸を移動する一組のス テップモータ（図示省略）の動作を制御することができる。 コンピュータ５６が、ステップモータ（図示省略）によって長手軸１６及び横 断軸１８方向にカラー３８に沿って移動するＣ形アーム４０の運動を制御するこ とができる記憶プログラムを実行する。長手軸１６及び横断軸１８の方向にカラ ー３８に沿って移動するＣ型アーム４０の運動は、第１にはプログラムに組込ん だソフトウエアリミットによって、第２にはリミットスイッチの動作時にステッ プモータを停止するリミットスイッチによって、そして第３にはある以上の運動 を物理的に停止するハードストップによって制限する。 また、必要があれば、プログラムは検出器アレイ５０からのデータの受信、該 データの処理、及びＸ線源４４のオンオフを制御する。 本発明に使用するのに好適な放射線撮影装置は、「骨走査用患者姿勢の位置決 め装置」を発明の名称とし、本願の譲受人に譲渡され、ここで先行文献として援 用する米国特許出願第０７／９７６，７９７号明細書にさらに詳しく記載されて いる。 以下、図１及び図２について説明すると、放射線撮影装置１０の場合、Ｘ線源 ４４、Ｘ線検出器５０及び患者１４が４次元で相対運動する。すなわち、デカル ト座標の３つの次元ｘ、ｙ及びｚであり、第４の次元は角度θである。特に、支 持台１２はｙ軸方向に上下動することができる。そして、Ｃ型アームはＸ軸方向 に対しては横断方向に、ｚ軸方向に対しては長手方向に移動でき、またＣ型アー ム４０はθ軸方向に回動することが可能である。 放射線源４４、Ｃ型アーム４０及び検出器５０と支持台１２との間で考えられ る衝突を予測するさいには、実際上はｚ軸を無視できる。すなわち、ｚ軸に関す る変化だけでは、これら部品間の衝突は発生しない。したがって、本発明では、 考慮する必要がある次元はｘ、ｙ及びθの三つのみである。 衝突回避空間テーブル これら３つの次元は、（図２に角柱として示す）衝突回避空間テーブル５１に よって表現することができる。この場合、各次元は次元ｘ、ｙ及びθのうちの異 なるものに相当する。衝突回避空間テーブル５１の境界は、放射線撮影装置１０ の各軸に対する物理的限界によって定まるものである。例えば、Ｃ型アームは各 端部で当接停止するまでに１５０度移動することができる。すなわち、衝突回避 空間テーブル５１の次元θは−１００度〜＋５０度である。各次元における２つ の方向は正負の符号によって任意に定めることができる。 衝突回避空間表５１のキューブ内の各点は一意的なｘ、ｙ及びθ座標をもち、 この座標は、座標ｘ、ｙ及びθによって定義されるように、支持台１２に関する Ｃ型アーム４０の特定構成に対応する。 衝突回避空間テーブル５１の各点を集めると、接触領域５３と非接触領域５５ になる。接触領域５３は、座標がｘ、ｙ及びθがＣ型アーム４０に、そして放射 線源４４、Ｃ形アーム４０及び検出器５０のいずれかが支持台１２と接触するこ とになる支持台１２の位置に対応する点を含む。好ましくは、衝突回避空間テー ブル５１に患者の標準的な体積を包絡する包絡面を設けて、体積５３内の点がＣ 形アーム４０、放射線源４４及び検出器５５と支持台１２との接触だけでなく、 患者が占めると考えられる体積との接触も指示するようにする。 非接触領域５５が、放射線源４４、Ｃ形アーム４０及び検出器５０のいずれも が支持台１２と接触しない座標ｙ、ｘ及びθに対応する衝突回避空間テーブル５ １の残りの体積である。衝突回避空間テーブル５１内の一般的な接触及び非接触 領域５３及び５４が離散的な体積に集中されるが、接触点の領域を連続化する必 要はない。 衝突回避空間テーブル５１によって、放射線撮影装置１０の任意の位置を接触 状態か非接触状態のいずれかとして識別することができる。実際には、衝突回避 空間テーブル５１は、アドレスが一意的な座標ｘ、ｙ及びθの組合わせに関連づ けられ、かつ内容が接触状態か非接触状態のいずれかを指示するコンピュータ５ ６内のメモリー位置に記憶された離散的な「点」のマトリックスからなる。記憶 された点に関連する座標ｘ、ｙ及びθの連続値間の差を十分に小さく選択できる ので、放射線撮影装置１０による特定運動経路を衝突回避空間テーブル５１にお ける点の連続として正確に近似することができる。すなわち、運動経路方向の各 点が非接触な場合には、この経路を非接触と仮定することができる。 よく知られている方法に従ってコンピュータで放射線撮影装置１０をモデル化 することによって衝突回避空間テーブルのデータを発生することができる。この 場合、ｘ、ｙ及びθの座標の考えられるあらゆる組合わせを包含する連続離散位 置にこのモデルを位置決めすることができる。各位置でモデルを試験して、各要 素、例えば放射線源４４と支持台１２とが重なっているかどうかを、例えば接触 しているかどうかを検索する。例えば、支持台１２（ｙ軸）の所定位置、及びＣ 型アームのＸ軸位置について、Ｃ型アーム４０の範囲内で１度毎にＣ型アームの 各角度を評価することができる。次に、ｙ軸方向に１ｍｍずつ患者支持台１２を 移動し、この手順を繰返す。支持台１２をｙ軸方向に最大限まで移動した後は、 角度θ毎に、ｘ軸方向に１ｍｍずつＣ型アームを移動し、この全手順を繰返して 、考えられるあらゆるｘ、ｙ及びθ位置を解析する。いうまでもなく、衝突回避 空間テーブル５１は上記のコンピュータモデルとして実行することができ、また 、必要に応じて、接触領域及び非接触領域を演算により確定する。しかし、この 場合には、演算オーバーヘッドがかなり増大する。 衝突回避空間テーブル５１は３次元に制限されず、有限組の座標によって位置 を一意的に識別することができる任意の放射線撮影装置１０について構成するこ とができる。任意のｎ次元において３次元立方体の等価物を包含するという用語 「立方体」の一般的な解釈を採用すると、衝突回避空間テーブル５１は全体とし てはｎ次元の立方体であるのは明らかであり、ここでｎは放射線撮影装置１０の 位置を一意的に記述するのに必要な座標数に対応する。４次元以上の放射線撮影 装置の場合、衝突回避空間テーブルはコンピュータ５６に４次元のマトリックス として記憶される４次元立方体になる。また、２次元でのみ移動可能な放射線撮 影装置の場合、衝突回避空間テーブル５１は接触点領域及び非接触点領域を持つ 長方形である。 このような衝突回避空間テーブル５１の構成によって、放射線撮影装置１０が 衝突せずに移動できる移動経路の確定が実質的に簡単になる。第１に、放射線撮 影装置１０の現在位置が衝突回避空間テーブル５１の体積内の点として識別する ことができる。第２に、放射線撮影装置１０の所望運動経路を衝突回避空間テー ブル５１内の隣接点の集合として分解することができる。第３に、これらの点を それぞれ検索して、接触領域５３に何もないことを保証することができる。第４ に、衝突回避空間テーブルを使用すると、運動経路選択の「重みつけ」により装 置１０と運動経路選択毎の患者用空間との間の最短距離を考えることができる。 コンピュータ５６内に衝突回避空間テーブルをマトリックスとして記憶すると、 放射線撮影装置の特定位置が衝突する結果になるかどうかを判定する極めて迅速 な手段になる。対象となる位置の座標については、衝突回避空間テーブル５１を 検索するだけでよい。 衝突回避運動経路、すなわち、放射線撮影装置１０の部品の衝突が起きない運 動経路は、主に領域５３内にはない点からなる衝突回避空間表５１内の軌道に対 応する。 方向制御 次に、図１、図２及び図４について説明すると、放射線撮影装置１０の現在位 置は衝突回避空間テーブル５１内の起点ＳＰで標記することができる。ペンダン ト２２から指令信号が発生すると、起点から、衝突回避空間表の座標軸に対して 全体的に平行な６つの方向のうち１つかそれ以上の方向に、かつ２つの逆方向の うち１つの方向に運動が開始する。 操作者がペンダント２２のボタンのうち１つかそれ以上を押して、放射線撮影 装置１０の所定軸の所定方向への運動を指示すると、コンピュータ５６のプログ ラムが、接触状態に関連する第１の点、すなわち、衝突回避状態テーブル５１の 稜が座標軸毎に見いだされるまで、移動される軸にそって直線的に、かつ指示さ れた方向に、衝突回避状態テーブル５１の各連続点を検索する移動ルックアップ 関数の端部（「ＥＬＦ」）を呼び出す。 例えば、図４に示すように、ペンダント２２から指令信号がθ次元において正 の運動を指示すると、コンピュータプログラムが接触領域５３に関連する点Ｂに 達するまで、点ＳＰと衝突回避状態テーブル５１の稜との間にある衝突回避空間 テーブル５１内の点を走査する。この点Ｂを「ソフトリミット」と呼ぶ。ペンダ ントによって指示された方向に軸を運動させ続けるが、これはソフトリミットに 達するまでである。この点では、上記次元及び方向における運動がこれ以上続く のは許されない。 ペンダント２２を使用すると、多次元ｘ、ｙ又はθにおいて同時運動が可能で ある。ペンダント２２から各指令信号があると、ＥＬＦ関数が繰返し呼び出され 、ペンダント２２によって指示され、かつ装置１０のその時の現在位置に基づく 方向に、指示された軸毎に別なソフトリミットが発生する。従って、例えば、ペ ンダント２２からの指令信号が点ＳＰから点Ｚまでθ及びＸ座標軸の負の移動を 同時に指示すると、リミットＣ’及びＤ’がＺに収斂するまで、ＳＰからＺまで の経路方向の点毎に新たなソフトリミットＣ’及びＤ’が発生する。装置１０が Ｚに達すると、その位置がソフトリミットＣ’及びＤ’に等しくなり、運動が停 止する。 ソフトリミットは３つの次元ｘ、ｙ及びθのすべてに関する複雑な関数なので 、（暗黙上は単一軸だけの関数である）別な軸上に単純な機械的リミットスイッ チを設けても、衝突は回避できず、また放射線撮影装置１０を十分自由に移動す ることもできない。これらはいずれも、本発明のソフトリミットシステムによっ て実現可能である。 点対点制御 次に、図７について説明すると、場合にもよるが、患者１４については、標準 化した組の画像を撮影するのが望ましい。各画像は、患者１４を中心にして異な る位置及び角度で投影像面７０（ａ）〜７０（ｄ）にそって撮像する。例えば、 通常手順に従って骨密度を走査して、像面７０（ａ）および７０（ｂ）にそって 左右の大腿骨を撮像するだけでなく、像面７０（ｃ）および７０（ｄ）において 脊椎７２の前側、後側及び横側部位も撮像する。 このような撮像間においては、自動的な手順を用いて、Ｘ線撮影装置１０を再 位置決めするのが理想的である。したがって、図１に示す走査装置の場合、扇形 ビームの中心は、最初は、前後座標軸から中央矢状面のいくぶん右側にある角度 で像面７０（ａ）の中心下縁部の点７４（ａ）に交差するように位置合わせして おく。右大腿骨６２の走査時、扇形ビーム４８の中心は像面７０（ａ）の中心上 縁部の点７４（ｂ）まで移動する。 次に、放射線撮影装置１０を位置決めし、扇形ビーム軸４９を前後軸にそって 点７４（ｃ）に位置合わせしてから、像面７０（ｃ）の中心下縁部でＡＰ脊椎の 走査を開始する必要がある。脊椎走査の終了後、扇形ビームの中心を点７４（ｃ ）より上位にある点７４（ｄ）に位置決めする。Ｃ型アーム４０に角度を付ける と、扇形ビームが横側位置に移動し、像面７０（ｄ）の中心上縁部の点７０（ｅ ）と交差する。走査終了後、扇形ビームの中心は点７０（ｅ）の下位にある点７ ４（ｆ）まで移動している。最後に、下部脊椎の横側走査終了後、左大腿骨６４ の上位側で、かつ中央矢状面を中心にして対称的な新しい角度で放射線撮影装置 １０の点７４（ｇ）に位置決めする。走査後、像面７０（ｂ）の中心下縁部の位 置７４（ｈ）に放射線撮影装置１０を設定する。この後、装置１０を７４（ａ） の起点に戻すと、別な患者１４に対して使用できる状態になる。点７０（ａ）〜 点７０（ｄ）の相対的位置は平均的な患者１４に関して予め定めておくことがで きるので、被走査母集団におけるばらつきが予測範囲内にある状態で、像面７０ （ａ）〜７０（ｄ）により患者１４の必要な解剖学的構造を撮像することができ る。従って、支持台１２上の特定患者１４について操作者が位置７４（ａ）を一 旦決めた後は、操作者の監視の下で、残りの走査を自動的に進めることができる 。 像面７０間におけるこのような自動走査順序の場合、衝突回避のために、点７ ４間に経路を設定する必要がある。以下、図６について説明すると、衝突回避空 間テーブル５１の使用を通じて、コンピュータ５８のプログラムによって起点と 目標点との間の経路を全体として写像できる。一般的には、プログラムによって 経路を一組の単純な移動経路に分解する。これら移動経路のそれぞれが衝突回避 経路、すなわち接触領域５３に関連する点を横切らない経路である。 以下、図２、図４及び図６について説明すると、ＳＰと標記する起点と目標点 ＤＰとの間の経路は、衝突回避状態テーブル５１によって検証された一連の衝突 回避移動によって記述することができる。各移動は単一軸毎に生じ、許容される 移動の数は、新たな移動毎に増分化する「レベル」変数によって監視し、かつ制 限される。したがって、コンピュータ５６によって実行されるプログラムの開始 時、レベル変数は処理ブロック８０で零に設定されている。また、現在点ＣＰは 、最初は、起点ＳＰに等しいと判別される。 処理ブロック８４と共にＦＯＲ・・・ＮＥＸＴループを形成する次の処理ブロ ック８２では、経路制限は２と５の間にある整数に設定され、２の経路制限で開 始し、５に達するまで、処理ブロック８２及び８４の各ループ毎に１づつ増加す る。この経路制限は、ＳＰからＤＰにいたる経路において許容できる移動の数に 実際的な制限を課すものである。経路制限が５に達した場合には、ループから外 れ、処理ブロック９２が、（許容できる長さの）経路が見いだされなかった旨の 報告を出す。 処理ブロック８２及び８４が形成するループ内では、図７に示す「経路サブル ーチン」が処理ブロック８６で呼び出される。このサブルーチンは、後述するよ うに、その時点における現在経路制限内でＳＰおよびＤＰ間の経路を見いだす試 みを実行する。経路サブルーチンから戻った後に経路が見いだされ、これが処理 ブロック８８で確認された場合には、プログラムが処理ブロック９０に向かう。 ここで、衝突回避経路からなる衝突回避空間テーブル５１において線分の終点を 与える経路リストが放射線撮影装置１０のモーターに対する指令に変換され、経 路指令として放射線撮影装置１０に送られる。一般的には、経路指令は命令の形 を取り、ある座標に達するまで、単一軸を単一方向に移動する。このように、こ れら経路指令は、ソフトリミットによって制限された状態で、ペンダント２２に よって入力することができる指令に類似した指令である。 上述したように、判定ブロック８８によって、経路が見いだされていないと確 定された場合、プログラムはＮＥＸＴブロック８４に進み、経路リミットを増加 して、経路リミットの増加が経路を発生するかどうかをみる。しかし、経路リミ ットが既に５にある場合には、次のリミットブロック８４の後で、プログラムが 処理ブロック９２に進み、経路が見いだされないので、プログラムを終了する旨 の報告をコンピュータ５６の端子５８が出す。 このように、経路リミットの増加が許される毎に順次経路サブルーチンが呼び 出される。このようにして、最適な経路を確定することができる。すなわち、処 理ブロック８６のサブルーチンによって短い経路が見いだされない場合にのみ、 より長い経路制限を試みる。 ここで図７について再度説明すると、処理ブロック８６の経路サブルーチンは 、処理ブロックに最初から設定されていたレベル変数と判定ブロック９４内の処 理ブロック８２によって設定された経路制限とを比較することによって開始する 。最初は、レベル変数は零であり、そして経路リミットが２であるため、判定ブ ロック９４では、プログラムは判定ブロック９６に進む。しかし、レベル変数が 経路リミットの範囲以上になると、プログラムは判定ブロック９４で分岐し、経 路が見いだされていないことを示すフラッグをリセットしたサブルーチンから戻 ることになる。 経路リミットを越えていないと仮定すると、プログラムは判定ブロック９６に 進み、ここで現在点（起点ＳＰ）と目標点ＤＰとの間に「稜経路」が存在するか どうかを確定する。サブルーチン８６の入り口では、起点ＳＰが現在点と考えら れる。 ここで図４について説明すると、稜経路は接続立方体４１の稜エッジに沿う経 路であり、領域５３を横切らない、立方体の対向頂点が現在点及び目標点である 。ここで使用する用語「立方体」は、一般的に、次元数が衝突回避空間テーブル ５１に等しく、また稜が衝突回避空間テーブル５１に平行なｎ次元立方体を指す 。接続立方体４１の各辺は長さが等しくなくてもよい。 接続立方体４１のいくつかの次元は、目標点及び現在点の相対位置に応じて、 零であってもよい。例えば、現在点及び目標点両者のｙ軸値が同じであると仮定 した場合、経路問題は２次元の問題になる。即ち、現在点ＣＰと目標点ＤＰとを 結ぶ接続立方体４１は長方形になる。これは、図４の実施例に相当し、点ＳＰ及 びＤＰ間の接続立方体は点ＳＰ、Ｅ、ＤＰ、Ｆによって構成される。ただし、点 Ｅの第１の次元は点ＣＰが、そして第２の次元は点ＤＰが分担し、また点Ｆの第 １の次元は点ＤＰが、そして第２の次元点ＣＰが分担する。特に、Ｅはθ値がＣ Ｐと、そしてＸ値がＤＰと同じで、またＦはθ値がＤＰと、そしてＸ値がＣＰと 同じである。 稜経路の存在は、接続立方体４１の各辺にそって衝突回避空間テーブル５１の 行又は列を走査して、接触領域５３になんらかの点が介在しているかかどうかを 調べることによって直ちに確定することができる。ＣＰからＤＰを結ぶ接続立方 体４１の一つの稜に沿って経路がある場合には、稜経路が存在する。判定ブロッ ク９６毎に、プログラムを処理ブロック１０６に進め、以下に説明するように、 考えられる対角線経路を検索する。 比較的少ないケースを試験すればよいから、稜経路は迅速に確定することがで きる。ＣＰ及びＤＰが２つの座標値を共有している場合、単一稜経路が存在する だけで、立方体は直線になる。図４に示すように、立方体が長方形の場合、２つ の稜経路が考えられる。衝突回避状態テーブル５１の３次元について最悪の場合 は、６つの稜経路が存在するケースである。図３に示すように、立方体（ａ）の 場合、稜経路はまずｘを横断し、ｙを介してθを横断して終わる。立方体（ｂ） の場合、稜経路はまずｘを横断し、θを介してｙを横断して終わる。立方体（ｃ ）の場合、稜経路はまずｙを横断し、ｘを介してθを横断して終わる。立方体（ ｄ）の場合、稜経路はまずｙを横断し、θを介してｘを横断して終わる。立方体 （ｅ）の場合、稜経路はまずθを横断し、ｘを介してｙを横断して終わり、そし て稜（ｆ）の場合、稜経路はまずθを横断し、ｙを介してｘを横断して終わる。 このように、最悪でも、上述したように、６つの経路を単に試験すればよい。 ここで、少し図３及び図９について触れると、（図３（ｄ）及び図３（ｆ）の 別な経路に対応する、図９に示す経路１０５及び１０７などのように）、接続立 方体４１の一面に外接する２つの稜経路が処理ブロック９６で見いだされる場合 とともに、該面内において任意の経路を選択することができ、この場合接触状態 を横切るおそれはない。したがって、横断距離のより短い、「対角線」経路１０ ９を選択することができる。 同じように、現在点ＣＰと目標点ＤＰとの間にあるあらゆる稜が衝突回避稜経 路になる場合、接続立方体４１の体積内で任意の経路が可能であり、またＣＰと ＤＰとの間を直接通る「対角線」経路を選択することができる。以上の説明から 、３次元以上の高次元の接続立方体にも同様に上記方法を拡張できることは明ら かなはずである。 なお、軸（図９のθ及びｘ）の相対運動速度しては、例えば、装置１０が接続 立方体４１の真の対角線に追従しないような速度とする。また、経路は、多重経 路が立方体面に外接する場合には、立方体の面内のどこかに、あるいは多重経路 が接続立方体の隣接面に外接する場合には、立方体の体積内のどこかにあれば、 それで十分である。このように、用語「対角線経路」とは、線分が接続立方体の 座標軸に整合していない、より短い経路を意味すると理解すべきである。 稜経路の試験だけでは、これら稜経路内の全領域、すなわち全体積が非接触空 間であるかどうかを確定することができない異なる構造の装置の場合には、接続 立方体の全領域、すなわち全体積を走査して、対角線経路が利用できるかどうか を確定すればよい。ただし、これは演算時間において不利である。 この対角線経路の検出は処理ブロック１０６で実行し、対角線経路が見いださ れた場合には、この経路に対する終点を処理ブロック１１１で待ち行列に入れる 。さもなければ、判定ブロック９６で見いだされた稜経路に対する終点を処理ブ ロック１１１で待ち行列に入れる。いずれにおいても、入れた点が処理ブロック ９０におけるエッジ経路の写像になり、経路が見いだされたことを示すフラッグ を設定する。 当業者ならば理解できるように、待ち行列はデータを蓄積することができるメ モリーの一部であり、データを待ち行列に入れる順序でデータを保存する。また 、データを待ち行列に入れる順序でデータを待ち行列から取り出す。 エッジ経路が判定ブロック９６で見いだされない場合には、処理ブロック９８ で、「コンパスポイントリミット」が現在位置に対して識別される。ここで図４ について説明すると、このコンパスポイントリミットは現在位置から各軸方向に おける移動の範囲である。このように、ＳＰのコンパスポイントリミットは衝突 回避空間テーブル５１の端部によって生じる正のｘ方向における点Ａ、接触状態 領域５３の介入によって生じる正のθ方向における点Ｂ、衝突回避空間テーブル の範囲を表す負のｘ方向における点Ｃ、及び負のθ方向の衝突回避空間テーブル ５１の範囲を表す当該方向における点Dである。点ＳＰ及びＤＰのｙ軸値が異な る３次元ケースの場合、ｙ方向における範囲を示す、２つ以上のコンパスポイン トリミットが必要である。 処理ブロック９８の指示に従ってコンパスポイントリミットが一旦確立された ならば、処理ブロック１００及び１０２によって形成される第２のＦＯＲ・・・ ＮＥＸＴループが、現在点と目標点との間を直接通る線に最も接近して位置合わ せされたコンパスポイントリミットからまず始まる所定の順序に従って各コンパ スポイントリミットを順次検索する。このコンパスポイントの後には、現在点と 目標点との間を直接通る線から順次コンパスポイントリミットが続く。 図４の実施例では、検索すべき第１のコンパスポイントリミットは点Ａのコン パスポイントリミットである。処理ブロック１０４で、点Ａを待ち行列に入れ、 この時経路が点ＳＰから点Ａに至る第１の線分をもつことを示すレベル変数が増 分する。 この時、サブルーチン８６が再帰的に呼び出される。この場合、点Ａが現在点 であり、処理ブロック１０４で増分されたレベル変数が新しい値になる。このよ うに、判定ブロック９４及び９６が再び呼び出される。 本実施例では、レベル変数は１で、処理ブロック９３で試験された２の経路リ ミットより依然として小さく、判定ブロック９６では稜経路は見いだされない。 この場合の接続立方体４１は頂点Ａ、Ｇ、ＤＰ及びＥに沿って存在する点Ａ〜点 ＤＰで表現することができる。ただし、点Ｇはθ値が点ＤＰと、そしてｘ値が点 Ａと同じである。この場合、点Ｇは領域５３’内にあり、線分Ｅ、ＤＰが領域５ ３を横断する。このように、稜経路は存在しない。 処理ブロック９８まで移動すると、点Ａがない場合には、コンパスポイントリ ミットが再度確定される。これら点はＡ（なぜならＡは既にｘ方向におけるコン パスポイントリミットであるからである）、正のθ方向に移動する際に領域５３ に接触する第１の点であるＨ、ＳＰのコンパスポイントリミットであった点Ｃ、 及びＡから負のθ方向におけるソフトリミットである点Ｉである。 ＦＯＲ・・・ＮＥＸＴループ１００の最初で検索された第１のコンパスポイン トリミットがＨになる。というのは、ＳＰ及びＡの軸が既に検索され、そしてＨ がＡからＤＰに至る方向に最も近接するからである。点Ｈを待ち行列に入れ、レ ベル変数が増分して、この時点で経路が第１線分ＳＰ〜Ａ及び第２線分Ａ〜Ｈを 持つことを指示する。 経路リミットが２で、２の経路制限より大きくないため、経路サブルーチン８ ６が再帰的に呼び出され、判定ブロック９４が通過される。判定ブロック９６で 、エッジ経路が頂点Ｈ、Ｇ、ＤＰ及びＪの接続立方体４１で検索される。但し、 Ｊのθ座標はＨと、そしてｘ座標はＤＰと同じである。この場合、稜経路は線分 Ｈ〜Ｊ及びＪ〜ＤＰで構成できる。従って、処理ブロック９６で、プログラムが 処理ブロック１０６に進み、ここで稜経路点Ｊ及びＤＰを待ち行列に入れ、経路 が見いだされたことを指示するフラッグを設定する。 次に、プログラムは経路サブルーチンのこのレベルから判定ブロック１０８に おける経路サブルーチンの以前のレベルに戻り、ここで経路が見いだされたこと を指示するフラッグが設定されているどうかを調べる。フラッグが設定されてい る場合、プログラムは分岐して、経路サブルーチンの以前のレベルに復帰する。 この復帰過程は、プログラムが経路が見いだされたことを示すフラッグが設定さ れた図６の主プログラムに戻るまで、入れ子型サブルーチンの各レベルで続行さ れる。判定８８の試験後、プログラムは処理ブロック９０に分岐し、ここで経路 指令をアームに送り出す。 場合によるが、判定ブロック９４の経路制限内で経路が見いだされないことが ある。この場合には、経路が見いだされたことを指示するフラッグが設定されな い。すなわち、経路が処理ブロック１０８で見いだされなかったとの指示があり 次第、サブルーチンがその以前のレベルに復帰する。この以前のレベルで、判定 ブロック１０８で経路が見いだされているかどうかについて質問し、経路が見い だされなかった場合、プログラムが処理ブロック１１２に分岐し、ここで経路点 として予め記憶されている点（「行き止まり」である）を待ち行列から「飛び出 される」。この結果、レベル変数が減分し、一つの線分が失われたことを指示す る。次に、プログラムが次のブロック１０２に分岐し、すべてのコンパスポイン トリミットが検索されるまで別なコンパスポイントリミットを検索する。 （所定の現在点について）すべてのコンパスポイントリミットが検索された後 、プログラムが再度、場合によっては、サブルーチンのより高いレベルに復帰し 、適当な経路が見いだされるか、あるいはプログラムが主プログラムに復帰して 、経路が見いだされなかったことを指示するまで、後戻り法で待ち行列から追加 の点を検索するか、取り出す。 次に図５を参照して説明すると、患者１４と放射線撮影装置１０の可動部品と が接触しないことを保証する、衝突回避空間テーブル５１に組込んだ包絡面内に 患者１４を常に確実に維持することは不可能である。例えば、患者１４は座るこ ともあり、また手足を支持台１２から持ち上げることもある。さらに、患者１４ の大きさが異常な場合もある。このため、放射線源４４、アーム４０及び検出器 アレイ５０の各部分に１つ以上の超音波変換器５７を組込めば、放射線撮影装置 １０の制御時に、これら表面と別な表面との間が最も近接したことを検出するこ とができる。例えば、ペンダント２２を使用して放射線撮影装置１０を制御する 場合、コンピュータ５６によって受信される、これら超音波変換器５７からの信 号を使用して、衝突回避空間テーブル５１から得られたソフトリミットを拡張す るか、超音波変換器５７が潜在的な接触が起こりそうだと指示した場合に、これ らソフトリミットを取り替えることができる。 以上、本発明の好適な実施態様を説明したきたが、当業者にとっては自明なよ うに、発明の精神及び範囲から逸脱せずに多くの変更が可能である。発明の範囲 に属する各種実施態様を明らかにするために、次に特許請求の範囲を記載する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．多軸式放射線撮影装置において、 （１）放射線源及び放射線検出器、 （２）放射線源及び放射線検出器のうち少なくとも１つを支持するとともに、移 動範囲内で、少なくとも２つの次元のアーム位置まで移動可能なアーム、 （３）アームに対して患者を位置決めする患者支持台、 （４）指令信号を発生して、現在アーム位置から移動次元にそってアームの移動 を開始する操作者入力装置、及び （５）アームに連絡して、アーム位置を確定するとともに、運動信号を発生して 、アームをアーム位置間で移動するコンピュータからなり、 該コンピュータが （ａ）アームの移動範囲内で、接触状態及び非接触状態のうち１つの状態に アーム位置を関連づける衝突回避空間表であって、接触状態が、アーム、放 射線源及び放射線検出器のうちの１つと、支持台及び患者のうちの１つとが 接触する恐れが大きい移動範囲及びアーム位置のうちの１つに対応し、そし て非接触状態が他のアーム位置である衝突回避空間表、及び （ｂ）該コンピュータを制御するプログラムを記憶したメモリーを備え、 該プログラムによって、 （ｉ）移動次元を示す、操作者入力装置からの指令信号を受信し、 （ｉｉ）移動次元にそって現在のアーム位置からアーム位置全体について衝 突回避空間表を探索し、（ただし、第１のアーム位置をソフトリミットと呼 ぶ）、そして （ｉｉｉ）アームに移動信号を与え、現在アーム位置がソフトリミット前に ある限りにおいてのみ、アームを該移動次元において移動する、 ことを特徴とする多軸式放射線撮影装置。 ２．放射線源、放射線検出器及びアームのうちの１つに、アーム、放射線源及び 放射線検出器のうちの１つと、支持台及び患者のうちの１つとの間が所定の近接 度になったことを示す信号を発生する超音波距離計を装着した請求項１に記載の 多軸式放射線撮影装置において、 コンピュータをプログラムによって制御して、アームに移動信号を与え、現在 アーム位置がソフトリミット前にあり、かつ所定の近接度に達していない限りに おいてのみ、アームを移動次元において移動することを特徴とする多軸式放射線 撮影装置。 ３．多軸式放射線撮影装置において、 （１）放射線源及び放射線検出器、 （２）放射線源及び放射線検出器のうち少なくとも１つを支持するとともに、移 動範囲内で、少なくとも２次元のアーム位置まで移動可能なアーム、 （３）アームに対して患者を位置決めする患者支持体、及び （４）アームに連絡して、移動信号を発生して、アームをアーム位置間で移動す るコンピュータからなり、 該コンピュータが （ａ）アームの移動範囲内で、接触状態及び非接触状態のうちの１つの状態 にアーム位置を関連づける衝突回避空間表であって、接触状態が、アーム、 放射線源及び放射線検出器のうちの１つと、支持台及び患者のうちの１つと が接触する恐れが大きい移動範囲及びアーム位置のうちの１つに対応し、そ して非接触状態が他のアーム位置である衝突回避空間テーブル、及び （ｂ）該コンピュータを制御するプログラム を記憶したメモリーを備え、 該プログラムによって、 （ｉ）アームを移動すべき目標アーム位置を確定し、 （ｉｉ）接触状態に関係があるどのようなアーム位置も横切ることなく、現 在アーム位置から目標アーム位置にいたる衝突回避空間表により衝突回避経 路を確定し、そして （ｉｉｉ）移動信号をアームに送って、衝突回避経路にそって目標アーム位 置までアームを移動する、 ことを特徴とする多軸式放射線撮影装置。 ４．請求項３に記載した多軸式放射線撮影装置において、プログラムによってコ ンピュータを制御し、 （ａ）現在アーム位置から目標アーム位置までの衝突回避空間テーブルを検 索して、対向頂点が現在アーム位置及び目標アーム次元に相当する、衝突回 避空間テーブルのｎ次元立方体（ただし、ｎは衝突回避空間テーブルの次元 数を示す）の稜に沿って、現在アーム位置と目標アーム位置との間で延長す るするとともに、接触状態に関連するアーム位置を横切らないエッジ経路が 存在するかどうかを確定し、そして （ｂ）エッジ経路が存在する場合には、衝突回避経路として該経路を使用す ることによって、衝突回避経路を確定する ことを特徴とする多軸式放射線撮影装置。 ５．請求項３に記載した多軸式放射線撮影装置において、プログラムによってコ ンピュータを制御し、 （ａ）現在アーム位置から目標アーム位置までの衝突回避空間テーブルを検 索して、対向頂点が現在アーム位置及び目標アーム次元に相当する、衝突回 避空間テーブルのｎ次元立方体（ただし、ｎは衝突回避空間テーブルの次元 数である）のエッジにそって、現在アーム位置と目標アーム位置との間で延 長するするとともに、接触状態に関連するアーム位置を横切らない稜経路が 存在するかどうかを確定し、そして （ｂ）ｎ次元立方体の少なくとも一つの面に外接する多軸稜経路が存在する 場合には、衝突回避経路としてｎ次元立方体の対角線経路を使用することに よって、衝突回避経路を確定する ことを特徴とする多軸式放射線撮影装置。 ６．請求項３に記載した多軸式放射線撮影装置において、プログラムによってコ ンピュータを制御し、 （ａ）現在アーム位置から目標アーム位置までの衝突回避空間テーブルを検 索して、対向頂点が現在アーム位置及び目標アーム次元に相当する、衝突回 避空間テーブルのｎ次元立方体（ただし、ｎは衝突回避空間テーブルの次元 数である）の稜に沿って、現在アーム位置と目標アーム位置との間で延長す るするとともに、接触状態に関連するアーム位置を横切らない稜経路が存在 するかどうかを確定し、 （ｂ）手順（ａ）で稜経路を見いだすことができない場合、接触状態に関係 するアーム位置が見いだされるまで、移動次元にそって、コンパスポイント リミットと呼ぶ第１アーム位置からアーム位置全体について衝突回避空間テ ーブルを検索し、そして （ｃ）第１の点としてコンパスポイントリミットを使用して手順（ａ）及び （ｂ）を繰返すことによって、衝突回避経路を確定する ことを特徴とする多軸式放射線撮影装置。 ７．手順（ａ）〜（ｃ）を繰返して、所定の繰返し回数のうち少ない回数で、経 路を確定することを特徴とする請求項５に記載の多軸式放射線撮影装置。 ８．手順Ａ〜Ｃを繰返して、経路の確定まで繰返し回数を順次増やして、最短経 路を確定することを特徴とする請求項３に記載の多軸式放射線撮影装置。 ９．放射線源、放射線検出器及びアームのうちの１つに、アーム、放射線源及び 放射線検出器のうちの１つと、支持台及び患者のうちの１つとの間が所定の近接 度になったことを示す信号を発生する超音波距離計を装着した請求項３に記載の 多軸式放射線撮影装置において、 コンピュータをプログラムによって制御して、アームに移動信号を与え、現在 アーム位置がソフトリミット前にあり、かつ所定の近接度に達していない限りに おいてのみ、アームを移動次元において移動する多軸式放射線撮影装置。 １０．プログラムによってコンピュータ制御して、１組の異なる所定目標アーム 位置について手順（ｉ）〜（ｉｉｉ）を繰返すことを特徴とする請求項３に記載 の多軸式放射線撮影装置。