KR102023676B1

KR102023676B1 - X-선 촬영 시스템

Info

Publication number: KR102023676B1
Application number: KR1020187006905A
Authority: KR
Inventors: 히로후미 타나카; 히로아키 키타츠지
Original assignee: 카와사키 주코교 카부시키 카이샤
Priority date: 2015-08-17
Filing date: 2015-08-17
Publication date: 2019-09-23
Also published as: JPWO2017029690A1; US10561384B2; WO2017029690A1; JP6637508B2; US20180242938A1; KR20180038534A

Abstract

X-선 촬영 시스템(1)은, 베드(10)에 지지된 피험체(98)의 피검사 부위를 X-선 촬영하는 것이다. X-선 촬영 시스템(1)은, X-선 발생원인 X-선 발생장치(31)와, X-선 발생장치(31)와 대향하여 배치되고, X-선 발생장치(31)로부터 피험체(98)로 조사되어 해당 피험체(98)를 통과한 X-선을 촬영하는 X-선 촬영장치(32)와, X-선 발생장치(31)를 지지하는 7-축 수직 다관절형의 제1 로봇(2(2A))과, X-선 촬영장치(32)를 지지하는 7-축 수직 다관절형의 제2 로봇(2(2B))과, 등각점(C)과 피검사 부위를 실질적으로 일치시키면서 X-선 발생장치(31) 및 X-선 촬영장치(32)가 등각점(C)을 중심으로 하는 구각상을 이동하도록, 제1 로봇(2(2A) 및 제2 로봇(2(2B))의 동작을 제어하는 제어장치를 구비하고 있다.

Description

X-선 촬영 시스템

본 발명은 X-선 촬영 시스템에 관한 것이다.

종래, X-선을 사용한 인체의 검사방법 중 하나로서, 혈관 조영 검사법(angiography)이 알려져 있다. 혈관 조영 검사법에서는, 피험체의 혈관 내에 조영제를 주입하고, 그 흐름을 X-선 촬영 시스템을 이용하여 촬영함으로써, 혈관 그 자체의 모양 등을 관찰한다. 특허문헌 1, 2에는, 이런 종류의 X-선 촬영 시스템(X-선 촬영장치)이 개시되어 있다.

특허문헌 1에 도시된 X-선 촬영 시스템(X-선 촬영장치)은, C-형 암과, C-형 암을 천장에 매달아 지지하는 6-축 로봇 암과, C-형 암의 한쪽 단부에 설치된 X-선 관(管)과, C-형 암의 다른 한쪽 단부에 설치된 X-선 검출기를 구비하고 있다.

또한, 특허문헌 2에 기재된 X-선 촬영 시스템은, 천장에 매달린 제1 로봇 암과, 제1 로봇 암에 지지된 X-선 관(官)과, 바닥에 설치된 제2 로봇 암과, 제2 로봇 암에 지지된 촬영장치를 구비하고 있다. 이 X-선 촬영 시스템에서는, X-선 관과 촬영장치가 마주보고 서로 연관되면서 평행한 2개의 평면 내에서 이동하도록 각 로봇 암이 동작한다.

일본특허출원공개 제2001-218757호 미국특허공보 제4,894,855호

상기와 같은 혈관 조영 검사에서, 의사는, 피험체의 혈관 내에 조영제를 주입할 때, 피험체가 누워있는 베드 옆에서 작업을 수행한다. 예를 들면, 피험체의 심장의 혈관 조영 검사를 수행할 때에는, 의사는, 피험체의 다리 혈관으로부터 넣은 카테터(catheter)를 혈관의 주행을 따라서 심장까지 관통하고, 목적 지점에 도달한 곳에서 카테터로부터 조영제를 흘려 넣는다. 또한, 의사는, 피험체에 대한 혈관 조영 검사를 수행하면서, 동시에 치료를 할 수도 있다.

이와 같은 혈관 조영 검사에서는, 의사 및 그 보조자는, X-선 촬영 시스템의 구성요소와 간섭하지 않도록 자신의 자세에 신경을 쓰면서 작업을 수행하여야만 한다. 의사 및 그 보조자가 X-선 촬영 시스템의 구성요소와의 접촉을 피하려고 힘든 자세가 되면, 그들의 작업효율이 저하될 뿐만 아니라, 그들의 피로 촉진으로 이어질 염려가 있다.

본 발명은 이상의 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 본 발명의 한 형태에 따른 X-선 촬영 시스템은, 베드에 지지된 피험체의 피검사 부위를 X-선 촬영하는 것으로서, X-선 발생원과, 상기 X-선 발생원과 대향하여 배치되고, 상기 X-선 발생원으로부터 상기 피험체로 조사되어 해당 피험체를 통과한 X-선을 촬영하는 X-선 촬영장치와, 상기 X-선 발생원을 지지하는 7-축 수직 다관절형의 제1 로봇과, 상기 X-선 촬영장치를 지지하는 7-축 수직 다관절형의 제2 로봇과, 등각점(isocenter)과 상기 피검사 부위를 실질적으로 일치시키면서 상기 X-선 발생원 및 상기 X-선 촬영장치가 상기 등각점을 중심으로 하는 구각(구형 표면)상을 이동하도록, 상기 제1 로봇 및 상기 제2 로봇의 동작을 제어하는 제어장치를, 구비하는 것을 특징으로 하고 있다.

상기 X-선 촬영 시스템에서는, X-선 발생원을 지지하는 제1 로봇 및 X-선 촬영장치를 지지하는 제2 로봇 각각이 여유 축을 가지는 7-축 로봇이다. 따라서, X-선 발생원 및 X-선 촬영장치의 홀딩 및 소정의 촬영위치로의 이동 임하여, 제1 로봇 및 제2 로봇의 돌아 들어가는 자세 등에 의해서, X-선 촬영 시스템의 구성요소에 의사의 작업범위를 회피시킬 수가 있다. 이에 따라, 의사의 작업범위가 확보되기 때문에, 힘든 자세에서의 작업에 기인하는 의사의 작업효율 저하의 억제나, 피로의 경감을 기대할 수 있다.

본 발명에 의하면, X-선 촬영 시스템의 구성요소로 하여금 의사의 작업범위를 회피하게 할 수가 있다.

도 1은, 본 발명의 일 실시형태에 따른 X-선 촬영 시스템의 전체적인 개략 구성을 나타내는 X-방향에서 바라본 측면도이다.
도 2는, X-선 촬영 시스템의 전체적인 개략 구성을 나타내는 Y-방향에서 바라본 측면도이다.
도 3은, X-선 촬영 시스템의 제어계통의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 4는 검사실의 사시도이다.
도 5는, 바이플랜(biplane) 촬영 가능한 X-선 촬영 시스템의 변형예이다.

다음으로, 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 X-선 촬영 시스템(1)의 전체적인 개략 구성을 나타내는 X-방향에서 바라본 측면도, 도 2는 X-선 촬영 시스템(1)의 전체적인 개략 구성을 나타내는 Y-방향에서 바라본 측면도, 도 3은 X-선 촬영 시스템(1)의 제어계통의 구성을 나타내는 블록도, 도 4는 검사실(100)의 사시도이다. 이하에서는, 설명의 편의를 위해, 도 1의 지면의 깊이 방향을 'X-방향'이라고 한다. X-방향은 어떤 수평방향으로서, 이 X-방향과 직교하는 수평방향을 'Y-방향'이라고 하고, 연직방향을 'Z-방향'이고 한다.

도 1 내지 도 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일 실시형태에 따른 X-선 촬영 시스템(1)은, 베드(10)가 설치된 검사실(100) 내에 구축되어 있다. 베드(10)는, 길이방향(긴 쪽 방향)과 폭 방향(짧은 쪽 방향)을 가지고, 길이방향이 Y-방향과 평행함과 함께 폭 방향이 X-방향과 평행하도록 검사실(100) 내에 배치되어 있다. 베드(10)는 고정식이어도 좋고 가동식이어도 좋다. 피험체(98)는 해당 피험체(98)의 좌우방향이 베드(10)의 폭 방향과 평행하도록 베드(10)에 눕혀져 있으며, 의사(99) 및 그의 보조자는 베드(10) 옆에서 검사에 관련된 작업을 수행한다.

X-선 촬영 시스템(1)은, 적어도 한 쌍의 로봇(2, 2)과, X-선 발생장치(31)와, X-선 촬영장치(32)와, 모니터(34)와, 카메라(35)와, 이것들을 제어하는 제어 시스템(20)을 대략 구비하고 있다. X-선 촬영 시스템(1)에는, 상술한 베드(10)가 포함되어 있어도 좋다.

제어 시스템(20)은, X-선 발생장치(31) 및 X-선 촬영장치(32)의 제어에 관련된 X-선 촬영 제어장치(210)와, 화상처리장치(220)와, 의사 검출장치(230)와, 로봇(2)의 제어에 관련된 로봇 제어장치(240) 및 서보 앰프(250)의 각 기능요소를 가지고 있다. 제어 시스템(20)의 각 요소는, 예를 들면, 마이크로 컨트롤러, CPU, MPU, PLC, DSP, ASIC 및 FPGA 중 적어도 하나로 구성된 연산제어수단이어도 좋다. 예를 들면, 서보 앰프(250)는, 상위 연산제어수단과의 인터페이스 처리를 CPU가 담당하고, 서보 앰프(250)의 기본 연산(위치 루프 연산, 속도 루프 연산 및 전류 루프 연산)을 DSP가 담당하도록 구성되어도 좋다. 또한, 예를 들면, 제어 시스템(20)의 각 요소가 하나의 연산제어수단으로 구성되어 있거나, 서로 협동하여 분산 제어하는 복수의 연산제어수단에 의해 구성되어 있거나, 혹은 제어 시스템(20)의 복수의 요소가 하나의 연산제어수단에 의해 구성되어 있어도 좋다.

한 쌍의 로봇(2, 2) 중 하나의 로봇(2(2A))은 검사실(100)의 바닥에 고정되고, 다른 하나의 로봇(2(2B))은 검사실(100)의 천장에 고정되어 있다. 로봇(2)의 구체적인 구성은 나중에 자세히 설명한다.

X-선 발생장치(31)는, 한 쌍의 로봇(2, 2) 중 검사실(100)의 바닥에 고정된 로봇(2(2A))에 지지 되어 있다. X-선 발생장치(31)는, 예를 들어, 고전압 발생기와, 고전압의 인가를 받아 X-선을 발생하는 X-선 관 등으로 구성되어 있어도 좋다.

X-선 촬영장치(32)는, 피험체(98)의 피검사 부위를 사이에 두고 X-선 발생장치(31)와 대향하여 배치되어 있다. 더 구체적으로는, X-선 발생장치(31)의 방사창(31a)과 X-선 촬영장치(32)의 수상면(受像面)(32a)은 피검사 부위를 사이에 두는 한편 소정의 초점-수상(焦點-受像) 간 거리(H)를 두고서 대향하고 있다. X-선 촬영장치(32)는, 예를 들면, 이미지 인텐시파이어(image intensifier), 광학계 및 카메라 등으로 구성되어 있다(모두 도시를 생략함). X-선 촬영장치(32)는, 한 쌍의 로봇(2, 2) 중 검사실(100)의 천장에 고정된 로봇(2(2B))에 지지되어 있다.

X-선 발생장치(31)와 X-선 촬영장치(32)의 동작은, X-선 촬영 제어장치(210)에 의해 제어된다. 즉, X-선 촬영 제어장치(210)는, 소정의 타이밍에서 X-선을 발생시키도록 X-선 발생장치(31)를 제어한다. X-선 발생장치(31)에서 발생한 X-선은, X-선 발생장치(31)의 방사창(31a)으로부터 X-선 촬영장치(32)의 수상면(32a)을 향해서 조사된다. X-선 촬영 제어장치(210)는, X-선의 발생에 맞춘 타이밍에서 X-선을 촬영하도록 X-선 촬영장치(32)를 제어한다. X-선 촬영장치(32)에서는, 피험체(98)를 투과한 X-선이 광학 이미지로 변환되고, 이 광학 이미지는 광학계를 통해서 카메라로 받아들여져서 화상신호로 변환된다.

화상처리장치(220)는, X-선 촬영장치(32)로부터 받은 화상 신호에 의거하여 의사(99)가 피검사 부위를 시인하기 쉽도록 화상 처리된 화상 데이터를 생성하고, 모니터(34)에 출력한다. 또한, 화상처리장치(220)는, 여러 방향에서 촬영한 화상 신호에 의거하여 멀티 슬라이스(multi-slice)의 단층 화상 데이터를 생성하거나, 3차원 화상 데이터를 생성하도록 구성되어 있어도 좋다. 의사(99)는, 모니터(34)에 출력된 피험체(98)의 피검사 부위의 이미지를 시인하면서, 검사나 치료를 수행할 수가 있다.

카메라(35)는 의사(99)의 모습을 촬영할 수 있도록 검사실(100)에 설치되어있다. 카메라(35)는, 의사(99)에 더하여, 피험체(98) 및 로봇(2, 2) 중 적어도 하나의 모습을 촬영하는 것이어도 좋다. 카메라(35)는 의사 검출장치(230)와 접속되어 있어, 카메라(35)가 얻은 영상(이미지) 데이터는 의사 검출장치(230)로 송신된다. 의사 검출장치(230)는, 이 영상 데이터에 의거하여 의사(99)의 작업범위를 검출한다. 또한, 의사(99)의 작업범위에는, 의사(99)의 존재 범위, 의사(99)의 동작범위 및 예측되는 의사(99)의 동작범위 등이 포함되어 있어도 좋다. 의사 검출장치(230)에서 검출된 의사(99)의 작업범위에 관련된 정보는 로봇 제어장치(240)로 보내져, X-선 촬영 시스템(1)의 구성요소를 의사(99)의 작업범위를 회피하도록 동작시키기 위해서 이용된다.

여기서, 로봇(2)의 구조에 관하여 상세하게 설명한다. 한 쌍의 로봇(2, 2)은 실질적으로 동일한 구조로서, 이하에서는 한 쌍의 로봇(2, 2) 중 하나에 관하여 그 구조를 상세하게 설명하고, 다른 하나에 관한 설명을 생략한다.

로봇(2)은, 기초대(21)와, 로봇 암(22)으로 구성되어 있다. 기초대(21)는, 검사실(100)의 천장 또는 바닥에 고정되어 있다. 다만, 기초대(21)와 검사실(100)의 천장 또는 바닥 사이에 주행 장치를 구비하여, 기초대(21)가 검사실(100)의 천장 또는 바닥에 대해서 이동 가능하게 구성되어 있어도 좋다.

로봇 암(22)은, 선회대(3), 링크(4, 5, 6, 7, 8) 및 어태치먼트(attachment)(9)가 기단(기초단)으부터 선단을 향해서 그 순서대로 연달아 설치되어 이루어진다. 선회대(3)는, 기초대(21)에 회전축(A1) 주위로 회동 가능하게 지지 되어 있다. 선회대(3)로부터 어태치먼트(9)까지 연달아 설치된 요소(3 ~ 9)는 서로 상대 회전 가능하게 연결되어 있다. 어태치먼트(9)의 선단을 이루는 플랜지 면에는, X-선 발생장치(31)(또는 X-선 촬영장치(32))가 장착되어 있다.

상기 구성의 로봇(2)은, 7개의 관절(JT1 ~ JT7)을 가지는, 이른바 '7-축 수직 다관절형 로봇'이다. 로봇(2)은, 일반적인 6-축 다관절형 로봇과 마찬가지로 규정된 6개의 관절(JT1 ~ JT6)에 더하여, 관절(JT2)과 관절(JT3) 사이에 여유 축(redundant axis)을 추가하기 위한 관절(JT7)을 가진다. 7개의 관절(JT1 ~ JT7)은, 회전축(A1 ~ A7)을 각각 가진다. 7개의 회전축(A1 ~ A7)은, 기단으로부터 손목을 향해서, 다음 관절을 선회시키는 회전축과 다음 관절을 회동시키는 회전축이 교대로 나타나 있다. 또한, 7개의 관절 및 7개의 회전축에 부여된 부호(JT1 ~ JT7, A1 ~ A7)는 편의상 붙인 것으로, 7개의 관절 및 7개의 회전축 각각을 식별 가능하다면 어떤 부호라도 좋다.

상기 구성의 로봇(2)에서, 회전축(A2)으로부터 회전축(A3)까지를 '상완(上腕)'이라고 하고, 회전축(A3)으로부터 회전축(A5)까지를 '하완(下腕)'이라고 하고, 상완과 하완의 연결부를 '팔꿈치'라고 하며, 회전축(A5)으로부터 로봇 암(22)의 선단까지를 '손목'이라고 한다. 회전축(A4 ~ A6)은, 손목에 설정되는 회전축이다. 또한, 회전축(A1), 회전축(A2), 회전축(A7) 및 회전축(A3)은, X-선 발생장치(31)(또는 X-선 촬영장치(32))를 수평 선회시키거나 요동시키기 위한 회전축으로 사용되며, 7-축 수직 다관절형 로봇의 주축(主軸)을 이루고 있다.

관절(JT1 ~ JT7)에는 각각 서보 모터(M1 ~ M7) 및 위치 검출기(E1 ~ E7)가 설치되어 있다. 위치 검출기(E1 ~ E7)는, 예를 들면, 로터리 인코더로 구성되어 있다. 상기 각 서보 모터(M1 ~ M7)를 구동하는 것에 의해, 관절(JT1 ~ JT7)에서 각각 허용되는 회전축(A1 ~ A7) 주위의 회전이 이루어진다. 또한, 각 서보 모터(M1 ~ M7)는 서로 독립하여 구동하는 것이 가능하다. 또한, 상기 각 서보 모터(M1 ~ M7)가 구동되면, 상기 각 위치 검출기(E1 ~ E7)에 의해서 상기 각 서보 모터(M1 ~ M7)의 회전축(A1 ~ A7) 주위의 회전위치 검출이 이루어진다.

로봇(2)의 동작은, 제어장치(240)와 서보 앰프(250)에 의해 제어된다. 본 실시형태에서는, 하나의 로봇(2)에 대해 하나의 서보 앰프(250)가 설치되어 있지만, 복수의 로봇(2)에 대해 하나의 서보 앰프(250)가 설치되어 있어도 좋다. 서보 앰프(250)는, 로봇(2)의 관절(JT1 ~ JT7)이 구비하는 서보 모터(M1 ~ M7) 각각에 대해, 어태치먼트(9)의 선단(즉, 로봇 암(22)의 선단)을 임의의 위치자세로 임의의 경로를 따라 이동시키는 서보 제어를 수행한다. 서보 앰프(250)는, 서보 모터(M1 ~ M7) 각각에 대해서 별개의 서보 루프를 형성하도록 복수 설치되어 있지만, 하나의 서보 앰프(250)에 의해서 서보 모터(M1 ~ M7)가 총괄하여 구동되도록 구성되어도 좋다.

로봇 제어장치(240)는, 서보 앰프(250)를 포함한 제어 시스템(20) 전체의 제어를 관장하는 것이다. 로봇 제어장치(240)는, 티치 펜던트(teach pendant) 등과 접속 가능하다. 이 티치 펜던트를 이용하여 오퍼레이터가 교시 작업을 수행할 수 있다. 로봇 제어장치(240)는, 교시 작업이나 오프라인 툴(offline tools) 등에 의해 작성된 동작 프로그램에 의거하여, X-선 발생장치(31)(또는 X-선 촬영장치(32))가 위치해야 할 목표위치를 산출한다. 또한, 로봇 제어장치(240)는, 목표위치 좌표 데이터의 역변환을 수행하여, 의사 검출장치(230)에서 검출된 의사(99) 및 그의 예측되는 동작범위와의 간섭을 돌아서 들어가는 등의 자세에 의해 회피함과 함께, X-선 발생장치(31)(또는 X-선 촬영장치(32))를 목표위치로 이동시키기 위해 필요한 관절각도(θ1 ~ θ7)를 산정한다.

상기에서, 로봇 제어장치(240)는, 로봇(2)의 기단으로부터 4번째의 관절(JT3) 즉, 팔꿈치 관절이 베드(10)의 폭(W) 내에 위치하도록, 로봇(2)의 위치 및 자세를 제어한다. 여기서, '관절(JT3)의 X-위치'란, 회전축(A7)과 회전축(A3)의 교점을 관절(JT3)의 기준점으로 할 때의, 관절(JT3)의 기준점의 X-위치(X-좌표)이다. 또한, '베드(10)의 폭(W) 내(內)'란, 피험체(98) 기준으로 베드(10)의 우측 단부의 X-위치(Xa)로부터 좌측 단부의 X-위치(Xb)까지의 3차원 영역 및 그 영역을 베드(10)의 길이방향 단부를 지나쳐서 Y-방향으로 연장한 3차원 영역을 의미한다. 도 4에서는, 검사실(100) 중 '베드(10)의 폭(W) 내'에 해당하는 3차원 영역을 검게 칠하여 표시하고 있다. 또한, 베드(10)의 폭(W)이 길이방향 중간에서 변화하는 형상의 것일 경우의 '베드(10)의 폭(W) 내'란, 베드(10)의 피험체(98)의 몸통부를 지지하는 부분의 우측 단부의 X-위치(Xa)로부터 좌측 단부의 X-위치(Xb)까지 사이를 의미한다.

베드(10)의 치수나 베드(10) 단부의 X-위치(Xa, Xb)는 미리 로봇 제어장치(240)에 기억되어 있다. 그리고 로봇 제어장치(240)는, 로봇(2)의 관절(JT3)의 X-위치가 'Xa'에서 'Xb'까지의 범위에 존재하는 상태를 유지시키면서, 로봇(2)을 동작시킨다. 또한, 로봇(2)의 기초대(21)가 베드(10)의 폭(W) 내에 배치되어 있으면, 상기와 같이 로봇(2)의 관절(JT3)을 베드(10)의 폭(W) 내에 위치시키는 제어가 쉬워지기 때문에 바람직하지만, 기초대(21)의 배치는 베드(10)의 폭(W) 내에 한정되지 않는다.

그리고 로봇 제어장치(240)는, 상기 산정한 관절각도(θ1 ~ θ7)와 상기 위치 검출기(E1 ~ E7)에 의해 검출된 전원 온(ON) 시의 회전위치의 편차에 의거하여, 관절(JT1 ~ JT7)에 설치된 서보 모터(M1 ~ M7)의 동작량의 지령 값을 연산하여 각 서보 모터(M1 ~ M7)에 공급한다. 이에 따라, X-선 발생장치(31)(또는 X-선 촬영장치(32))가 목표위치로 이동된다.

본 실시형태에 따른 X-선 촬영 시스템(1)에서는, 2개의 로봇(2, 2)이 하나의 로봇 제어장치(240)에서 제어된다. 로봇 제어장치(240)는, 한 쌍의 로봇(2, 2)을 협조 제어한다. 한 쌍의 로봇(2, 2)이 협조동작에 의해, X-선 발생장치(31)와 X-선 촬영장치(32)는, 등각점(isocenter)(C)과 피검사 부위를 실질적으로 일치시키면서 등각점(C)을 중심으로 하는 구형표면(球殼) 상을 동기(同期) 하여 이동한다. 그 사이, X-선 발생장치(31)와 X-선 촬영장치(32)의 초점-수상간 거리(H)는 소정의 값으로 유지된다. 등각점(C)(조사(照射) 중심)은, X-선 발생장치(31)의 초점과 X-선 촬영장치(32)의 수상면(32a)의 중앙을 통과하는 X-선속(線束) 중심선(L) 상에 있다. 또한, 한 쌍의 로봇(2, 2)은 각각 독립하여 동작하는 것이 가능하여, 한 쌍의 로봇(2, 2)의 동작은 필요에 따라서 동기되는 것이지 항상 동기하는 것은 아니다.

X-선 촬영 시스템(1)에서는, 상기와 같이 로봇 제어장치(240)에서 로봇(2, 2)의 위치 및 자세를 제어하는 것에 의해, X-선 발생장치(31)와 X-선 촬영장치(32)를 소정의 촬영 위치로 이동시켜, X-선 촬영 제어장치(210)에서 X-선 발생장치(31)와 X-선 촬영장치(32)로 하여금 피검사 부위를 X-선 촬영하도록 한다. 이렇게 하여, 피검사 부위에 대한 X-선속 중심선(L)의 각도가 다른 복수의 위치에서 X-선 촬영이 수행된다. 또한, 소정의 촬영 위치 및 소정의 초점-수상간 거리(H)는, 미리 로봇 제어장치(240)에 교시되어 있어도 좋고, 오퍼레이터가 도시되지 않은 입력 수단을 통해 적시에 로봇 제어장치(240)에 입력할 수 있도록 구성되어 있어도 좋다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태의 X-선 촬영 시스템(1)은, X-선 발생장치(31)(X-선 발생원)와, X-선 발생장치(31)와 대향하여 배치되고 X-선 발생장치(31)로부터 피험체(98)로 조사되어 해당 피험체(98)를 통과한 X-선을 촬영하는 X-선 촬영장치(32)와, X-선 발생장치(31)를 지지하는 7-축 수직 다관절형의 제1 로봇(2(2A))과, X-선 촬영장치(32)를 지지하는 7-축 수직 다관절형의 제2 로봇(2(2B))과, 등각점(C)과 피검사 부위를 실질적으로 일치시키면서 X-선 발생장치(31) 및 X-선 촬영장치(32)가 등각점(C)을 중심으로 하는 구각(구형 표면) 상을 이동하도록, 제1 로봇(2(2A)) 및 제2 로봇(2(2B))의 동작을 제어하는 로봇 제어장치(240)를 구비하고 있다. 이 X-선 촬영 시스템(1)은, 베드(10)에 지지된 피험체(98)의 피검사 부위를 X-선 촬영하기 위한 것이다.

또한, 본 실시형태의 X-선 촬영 시스템(1)에서, 로봇 제어장치(240)는, X-선 발생장치(31) 및 X-선 촬영장치(32)를 동기하여 이동시키도록, 제1 로봇(2) 및 제2 로봇(2)을 협조 제어하도록 구성되어 있다.

상기 X-선 촬영 시스템(1)에 의하면, X-선 발생장치(31)(X-선 발생원)를 지지하는 제1 로봇(2(2A)) 및 X-선 촬영장치(32)를 지지하는 제2 로봇(2(2B)) 각각이 여유 축을 가지는 7-축 로봇이다. 따라서, X-선 발생장치(31) 및 X-선 촬영장치(32)의 홀딩 및 소정의 촬영 위치로의 이동에 임하여, 이들 로봇(2, 2)의 돌아 들어가는 자세 등에 의해서, X-선 촬영 시스템(1)의 구성요소로 하여금 의사(99)의 작업범위를 회피하게 할 수가 있다. 이에 따라, 의사(99)의 작업범위가 확보되기 때문에, 힘든 자세에서의 작업에 기인하는 의사(99)의 작업효율 저하의 억제나, 피로의 경감을 기대할 수 있다.

또한, 상기 X-선 촬영 시스템(1)에 의하면, X-선 발생장치(31)와 X-선 촬영장치(32)의 초점-수상간 거리(H)가 변화 가능하다. 예를 들면, 피검사 부위의 크기 등에 대응하여, 초점-수상간 거리(H)를 소정의 기준 길이로부터 길게 하거나 짧게 하여도 좋다. 또한, 예를 들며, 초점-수상간 거리(H)의 변동에 따라, X-선 발생장치(31)로부터의 X-선 방사량 및 방사 각도 중 적어도 하나를 변화시키도록 하여도 좋다. 또한, 예를 들면, 초점-수상간 거리(H)와 비례하여 X-선 발생장치(31)로부터의 X-선 방사량이 적어지게 하여도 좋다. X-선 발생장치(31)로부터의 X-선 방사량을 줄이는 것에 의해, 의사(99) 및 피험체(98)의 피폭량의 감소를 기대할 수 있다. 또한, 예를 들면, 초점-수상간 거리(H)와 비례하여 X-선 발생장치(31)로부터의 X-선 방사 각도가 커지게 하여도 좋다.

또한, 본 실시형태의 X-선 촬영 시스템(1)에서, 한 쌍의 로봇(2, 2) 각각은, 기단으로부터 손목을 향해서, 다음 관절을 선회시키는 회전축과 다음 관절을 회동시키는 회전축을 교대로 가지고 있다. 그리고 로봇 제어장치(240)는, 한 쌍의 로봇(2, 2) 중 적어도 하나를, 기단으로부터 4번째의 관절(JT3)(즉, 팔꿈치 관절)이 베드(10)의 폭(W) 내에 위치하게 제어하도록 구성되어 있다.

이와 같이, 로봇(2)의 기단으로부터 4번째의 관절(JT3)이 베드(10)의 폭(W) 내에 위치하는 것에 의하면, 로봇(2)이나 그 핸드에 연결된 X-선 발생장치(31) 또는 X-선 촬영장치(32)가 베드(10)의 폭(W) 내에서부터 X-방향으로 크게 밖으로 내밀지 않아, 의사(99)나 보조자의 작업범위를 확보하고 의사(99)들에게 주는 압박감을 경감할 수가 있다.

또한, 본 실시형태의 X-선 촬영 시스템(1)은, 검사를 수행할 의사(99)의 작업범위를 검출하는 의사 검출장치(230)를 더 구비하고 있다. 그리고 제어 시스템(20)은, X-선 촬영 시스템(1)의 구성요소(X-선 발생장치(31), X-선 촬영장치(32) 및 한 쌍의 로봇(2, 2))가 의사 검출장치(230)에서 검출된 의사(99)의 작업범위를 회피하도록, 한 쌍의 로봇(2, 2)을 제어한다.

이에 따라, X-선 촬영 시스템(1)의 구성요소는 의사(99)의 작업범위를 회피하도록 이동 또는 위치하므로, 또한 그 예측되는 동작범위와 간섭을 일으키지 않도록 이동 또는 위치한다. 의사(99)의 작업범위가 확보되므로, 힘든 자세에서의 작업에 기인하는 의사(99)의 작업효율 저하의 억제나 피로의 경감을 기대할 수 있다.

[변형예 1]

다음으로, 상기 실시형태의 변형예 1을 설명한다. 상기 실시형태에 따른 X-선 촬영 시스템(1)에서는, 로봇(2)은 기단으로부터 4번째 관절(JT3)이 베드(10)의 폭(W) 내에 위치하도록 제어되는 것에 비해, 변형예 1에 따른 X-선 촬영 시스템(1)에서는, 로봇(2)은 그 기단으로부터 2번째 관절(JT2)로부터 4번째 관절(JT3)까지 베드(10)의 폭(W) 내에 위치하도록 제어된다.

더 구체적으로는, 로봇 제어장치(240)는, 기단으로부터 2번째 관절(JT2)의 X-위치 및 기단으로부터 4번째 관절(JT3)의 X-위치가 'Xa'에서 'Xb'까지 범위에 존재하도록 로봇(2)의 위치 및 자세를 결정하여, 서보 앰프(250)에 지령한다. 여기서, '관절(JT2)의 X-위치'란, 회전축(A7)과 회전축(A2)의 교점을 관절(JT2)의 기준점이라고 했을 때, 관절(JT2)의 기준점의 X-위치(X-좌표)이다. 이와 같이 제어되는 로봇(2)은, 기단으로부터 2번째 관절(JT2)에서 4번째 관절(JT3)까지 베드(10)의 폭 내에 있는 상태를 유지하면서 로봇 암(22)을 변화시켜, X-선 발생장치(31) 또는 X-선 촬영장치(32)를 소정의 촬영위치로 이동시킨다.

상기 변형예 1에 따른 X-선 촬영 시스템(1)에서는, 로봇(2)의 기단으로부터 2번째 관절(JT2)에서 4번째 관절(JT3)까지가 베드(10)의 폭(W) 내에 위치하기 때문에, 로봇(2)이나 그 핸드에 연결된 X-선 발생장치(31) 또는 X-선 촬영장치(32)가 베드(10)의 폭(W) 내에서부터 X-방향으로 크게 밖으로 내밀지 않아, 의사(99)나 보조자의 작업범위를 확보하고, 의사(99)들에게 주는 압박감을 경감할 수가 있다.

[변형예 2]

다음으로, 상기 실시형태의 변형예 2를 설명한다. 상기 실시형태에 따른 X-선 촬영 시스템(1)에서는, 로봇(2)은 기단으로부터 4번째의 관절(JT3)이 베드(10)의 폭(W) 내에 위치하도록 제어되는 것에 비해, 변형예 2에 따른 X-선 촬영 시스템(1)에서는, 로봇(2)은 상완을 구성하는 링크(4, 5)가 베드(10)의 폭(W) 내에 위치하도록 제어된다.

더 구체적으로는, 로봇 제어장치(240)는, 상완을 구성하는 링크(4, 5)를 기단으로부터 2번째의 관절(JT2)과 4번째의 관절(JT4)을 통과하는 기둥체라고 파악하고, 그 기둥체의 X-위치가 'Xa'로부터 'Xb'까지의 범위에 존재하도록 로봇(2)의 위치 및 자세를 결정하여, 서보 앰프(250)에 지령한다. 이와 같이 제어되는 로봇(2)은, 상완을 구성하는 링크(4, 5)가 베드(10)의 폭(W) 내에 있는 상태를 유지하면서 로봇 암(22)을 변화시켜, X-선 발생장치(31) 또는 X-선 촬영장치(32)를 소정의 촬영위치로 이동시킨다.

상기 변형예 2에 따른 X-선 촬영 시스템(1)에서는, 로봇(2)의 상완이 베드(10)의 폭(W) 내에 위치하기 때문에, 로봇(2)이나 그 핸드에 연결된 X-선 발생장치(31) 또는 X-선 촬영장치(32)가 베드(10)의 폭(W) 내에서부터 X-방향으로 크게 밖으로 내밀지 않아, 의사(99)나 보조자의 작업범위를 확보하고, 의사(99)들에게 주는 압박감을 경감할 수가 있다.

[변형예 3]

다음으로, 상기 실시형태의 변형예 3을 설명한다. 도 5는 바이플랜 촬영을 할 수 있는 X-선 촬영 시스템(1)의 변형예를 나타내는 도면이다. 또한, 본 변형예의 설명에서는, 전술한 실시형태와 동일 또는 유사한 부재에는 도면에 동일한 부호를 부여하고 설명을 생략하는 경우가 있다.

상기 실시형태에 따른 X-선 촬영 시스템(1)은 한 세트의 X-선 촬영 유닛(즉, X-선 발생장치(31), X-선 촬영장치(32) 및 이것들을 지지하는 한 쌍의 로봇(2, 2))을 구비하고 있지만, 도 5에 나타낸 바와 같이, 본 변형예에 따른 X-선 촬영 시스템(1)은, 한 세트를 더, 즉 2세트의 X-선 촬영 유닛을 구비하고 있다. 또한, X-선 촬영 시스템(1)에 구비되는 로봇(2)은 4대로 이루어지지만, 이러한 로봇(2)은 하나의 로봇 제어장치(240)에서 제어되어도 좋다.

상기 변형예 3에 따른 X-선 촬영 시스템(1)은, 동시에 두 방향에서 X-선 촬영(바이프랜 촬영, 듀얼 플랜 촬영 등으로 불리고 있다)이 가능하다. 이러한 X-선 촬영 시스템(1)에서는, 검사시간의 단축화, 조영제 양의 감소를 도모할 수 있다.

특히, 변형예 3과 같은 바이플랜 촬영을 할 수 있는 X-선 촬영 시스템(1)에서는, C-형 암을 갖춘 종래의 X-선 촬영 시스템과 비교하여, 구성요소의 설치공간 및 작업공간의 절감 효과가 두드러진다. 또한, 각 로봇(2)은 독립하여 동작 가능하기 때문에, 로봇(2) 간의 간섭 및 로봇(2)과 의사(99)의 작업범위의 간섭을 피하면서, X-선 발생장치(31) 및 X-선 촬영장치(32)의 위치 및 자세를 변화시키는 것이 용이하다.

또한, X-선 촬영 시스템(1)에서는, C-형 암을 갖춘 종래의 X-선 촬영 시스템과 비교하여 X-선 촬영 유닛의 설치 자유도가 높은 한편, 소형이다. 따라서, 변형예 3에 따른 X-선 촬영 시스템(1)과 같이, 2세트 이상의 X-선 촬영 유닛을 구비하여 동시에 복수 방향에서 X-선 촬영이 가능한 시스템을 구축하는 것이 용이하다. z

이상으로 본 발명의 바람직한 실시형태(및 그 변형예)를 설명하였으나, 상기의 구성은 예를 들어 다음과 같이 변경할 수 있다.

예를 들면, 상기 실시형태 및 변형예에서, 한 쌍의 로봇(2, 2) 중 하나는 검사실(100)의 천장에 고정되어 있고, 다른 하나는 검사실(100)의 바닥에 고정되어 있으나, 한 쌍의 로봇(2, 2)의 설치형태는 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 한 쌍의 로봇(2, 2)이 함께 검사실(100)의 벽에 고정되어 있거나, 한 쌍의 로봇(2, 2)이 함께 검사실(100)의 바닥에 고정되어 있거나, 한 쌍의 로봇(2, 2) 중 하나는 검사실(100)의 천장 또는 바닥에 고정되어 있고 다른 하나는 검사실(100)의 벽에 고정되어 있어도 좋다.

또한, 상기 실시형태 및 변형예에서, 복수의 로봇(2)에 대해 하나의 로봇 제어장치(240)가 설치되어 있으나, 각 로봇(2)마다 로봇 제어장치(240)가 설치되고, 각 로봇 제어장치(240)가 다른 로봇 제어장치(240)와 연계하여 로봇(2)을 제어하도록 구성되어 있어도 좋다.

또한, 상기 실시형태 및 변형예에서, 한 쌍의 로봇(2, 2) 모두가 팔꿈치 관절(JT3)(또는, 기단으로부터 2번째에서 4번째의 관절, 혹은 상완)이 베드(10)의 폭(W) 내에 존재하도록 제어되지만, 한 쌍의 로봇(2, 2) 중 하나만이 그렇게 제어되어도 좋다.

또한, 상기 실시형태 및 변형예에서, 로봇 제어장치(240)가 로봇(2, 2)의 제어에 이용하는 의사(99)의 작업범위는, 카메라(35)로 촬영된 이미지를 의사 검출장치(230)에서 화상 처리하는 것에 의해서 검출된 것이지만, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 적외선 열 카메라로 의사(99) 및 그의 주위를 촬영하고, 얻어진 온도분포 이미지를 화상 처리하는 것에 의해 검출된 의사(99)의 작업범위가, 로봇(2, 2)의 제어에 이용되어도 좋다. 또한, 예를 들면, 의사(99)가 마커를 휴대하고, 이 마커의 좌표를 매핑하는 것에 의해 검출된 의사(99)의 작업범위가, 로봇(2, 2)의 제어에 이용되어도 좋다. 또한, 예를 들면, 검사 내용에 대응한 의사(99)의 작업범위가 사전에 로봇 제어장치(240)에 기억되어 있고, 사전에 기억된 의사(99)의 작업범위가 로봇(2, 2)의 제어에 이용되어도 좋다.

상기 설명으로부터, 통상의 기술자에게는, 본 발명의 많은 개량이나 다른 실시형태가 분명하다. 따라서, 상기 설명은 예시로서만 해석되어야 하며, 본 발명을 실행하는 최선의 형태를 통상의 기술자에게 교시할 목적으로 제공된 것이다. 본 발명의 정신을 벗어나지 않고, 그 구조 및/또는 기능의 자세한 내용을 실질적으로 변경할 수 있다.

1 : X-선 촬영 시스템 2 : 로봇
3 : 선회대 4 ~ 8 : 링크
9 : 어태치먼트 10 : 베드
20 : 제어 시스템 21 : 기초대
22 : 로봇 암
31 : X-선 발생장치(X-선 발생원)
32 : X-선 촬영장치 34 : 모니터
35 : 카메라 98 : 피험체
99 : 의사 100 : 검사실
210 : X-선 촬영 제어장치 220 : 화상처리장치
230 : 의사 검출장치 240 : 로봇 제어장치
250 : 서보 앰프 A1 ~ A7 : 회전축
C : 등각점 E1 ~ E7 : 위치 검출기
H : 초점-수상간 거리 JT1 ~ JT7 : 관절
L : X선속 중심선 M1 ~ M7 : 서보 모터

Claims

베드에 지지된 피험체의 피검사 부위를 X-선 촬영하는 X-선 촬영 시스템으로서,
X-선 발생원과,
상기 X-선 발생원과 대향하여 배치되고, 상기 X-선 발생원으로부터 상기 피험체로 조사되어 해당 피험체를 통과한 X-선을 촬영하는 X-선 촬영장치와,
상기 X-선 발생원을 지지하는 7-축 수직 다관절형의 제1 로봇과,
상기 X-선 촬영장치를 지지하는 7-축 수직 다관절형의 제2 로봇과,
등각점(isocenter)과 상기 피검사 부위를 실질적으로 일치시키면서 상기 X-선 발생원 및 상기 X-선 촬영장치가 상기 등각점을 중심으로 하는 구각상을 이동하도록, 상기 제1 로봇 및 상기 제2 로봇의 동작을 제어하는 제어장치를 구비하고,
상기 제1 로봇 및 상기 제2 로봇 각각은, 기단으로부터 손목을 향하여 다음 관절을 선회시키는 회전축과 다음 관절을 회동시키는 회전축을 교대로 구비하며,
상기 제어장치는, 상기 제1 로봇 및 상기 제2 로봇 중 하나 이상을 기단으로부터 4번째의 관절이 상기 베드의 폭 내에 위치하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 X-선 촬영 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제어장치는, 상기 X-선 발생원 및 상기 X-선 촬영장치를 동기하여 이동시키도록, 상기 제1 로봇 및 상기 제2 로봇을 협조 제어하는 것을 특징으로 하는 X-선 촬영 시스템.
베드에 지지된 피험체의 피검사 부위를 X-선 촬영하는 X-선 촬영 시스템으로서,
X-선 발생원과,
상기 X-선 발생원과 대향하여 배치되고, 상기 X-선 발생원으로부터 상기 피험체로 조사되어 해당 피험체를 통과한 X-선을 촬영하는 X-선 촬영장치와,
상기 X-선 발생원을 지지하는 7-축 수직 다관절형의 제1 로봇과,
상기 X-선 촬영장치를 지지하는 7-축 수직 다관절형의 제2 로봇과,
등각점(isocenter)과 상기 피검사 부위를 실질적으로 일치시키면서 상기 X-선 발생원 및 상기 X-선 촬영장치가 상기 등각점을 중심으로 하는 구각상을 이동하도록, 상기 제1 로봇 및 상기 제2 로봇의 동작을 제어하는 제어장치를 구비하고,
상기 제1 로봇 및 상기 제2 로봇 각각은, 기단으로부터 손목을 향하여 다음 관절을 선회시키는 회전축과 다음 관절을 회동시키는 회전축을 교대로 구비하며,
상기 제어장치는, 상기 제1 로봇 및 상기 제2 로봇 중 하나 이상을 기단으로부터 2번째에서 4번째의 관절이 상기 베드의 폭 내에 위치하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 X-선 촬영 시스템.
베드에 지지된 피험체의 피검사 부위를 X-선 촬영하는 X-선 촬영 시스템으로서,
X-선 발생원과,
상기 X-선 발생원과 대향하여 배치되고, 상기 X-선 발생원으로부터 상기 피험체로 조사되어 해당 피험체를 통과한 X-선을 촬영하는 X-선 촬영장치와,
상기 X-선 발생원을 지지하는 7-축 수직 다관절형의 제1 로봇과,
상기 X-선 촬영장치를 지지하는 7-축 수직 다관절형의 제2 로봇과,
등각점(isocenter)과 상기 피검사 부위를 실질적으로 일치시키면서 상기 X-선 발생원 및 상기 X-선 촬영장치가 상기 등각점을 중심으로 하는 구각상을 이동하도록, 상기 제1 로봇 및 상기 제2 로봇의 동작을 제어하는 제어장치를 구비하고,
상기 제1 로봇 및 상기 제2 로봇 각각은, 상완, 하완 및 손목을 구비하고,
상기 제어장치는, 상기 제1 로봇 및 상기 제2 로봇 중 하나 이상을 상기 상완이 상기 베드의 폭 내에 위치하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 X-선 촬영 시스템.
베드에 지지된 피험체의 피검사 부위를 X-선 촬영하는 X-선 촬영 시스템으로서,
X-선 발생원과,
상기 X-선 발생원과 대향하여 배치되고, 상기 X-선 발생원으로부터 상기 피험체로 조사되어 해당 피험체를 통과한 X-선을 촬영하는 X-선 촬영장치와,
상기 X-선 발생원을 지지하는 7-축 수직 다관절형의 제1 로봇과,
상기 X-선 촬영장치를 지지하는 7-축 수직 다관절형의 제2 로봇과,
등각점(isocenter)과 상기 피검사 부위를 실질적으로 일치시키면서 상기 X-선 발생원 및 상기 X-선 촬영장치가 상기 등각점을 중심으로 하는 구각상을 이동하도록, 상기 제1 로봇 및 상기 제2 로봇의 동작을 제어하는 제어장치와,
검사를 수행하는 의사의 작업범위를 검출하는 의사 검출장치를 구비하고,
상기 제어장치는, 상기 X-선 발생원, 상기 X-선 촬영장치, 상기 제1 로봇 및 상기 제2 로봇이 상기 의사 검출장치에서 검출된 의사의 작업범위를 회피하도록, 상기 제1 로봇 및 상기 제2 로봇을 제어하는 것을 특징으로 하는 X-선 촬영 시스템.
베드에 지지된 피험체의 피검사 부위를 X-선 촬영하는 X-선 촬영 시스템으로서,
X-선 발생원과,
상기 X-선 발생원과 대향하여 배치되고, 상기 X-선 발생원으로부터 상기 피험체로 조사되어 해당 피험체를 통과한 X-선을 촬영하는 X-선 촬영장치와,
상기 X-선 발생원을 지지하는 7-축 수직 다관절형의 제1 로봇과,
상기 X-선 촬영장치를 지지하는 7-축 수직 다관절형의 제2 로봇과,
등각점(isocenter)과 상기 피검사 부위를 실질적으로 일치시키면서 상기 X-선 발생원 및 상기 X-선 촬영장치가 상기 등각점을 중심으로 하는 구각상을 이동하도록, 상기 제1 로봇 및 상기 제2 로봇의 동작을 제어하는 제어장치를 구비하고,
상기 X-선 발생원, 상기 X-선 촬영장치, 상기 제1 로봇 및 상기 제2 로봇으로 이루어지는 X-선 촬영 유닛을 2세트 이상 구비하고, 동시에 복수 방향에서 X-선 촬영을 수행할 수 있도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 X-선 촬영 시스템.
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