【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は一般にＸ線像形成装置におけるＣ形アーム組立体に係わり、更に詳しくは節動アーム組立体に連結されるとともに、２つの回転軸に関して質量バランスされた小型の移動式Ｃ形アーム組立体に関する。

【０００２】

【従来の技術】好ましくは患者の頻繁な位置変えを必要とせずに多数の異なる位置から患者のＸ線撮影を行うことがしばしば望まれる。 外肢（ｅｘｔｒｅｍｉｔｉｅ
ｓ）の特定部分の像形成において、撮影される外肢を静止させたままで多数の視野を得るために、Ｘ線像形成装置の移動性に関する能力を犠牲にすることなく、寸法および費用に関してＸ線装置を経済的なものとすることが望ましい。

【０００３】小型化したＸ線診断装置はこれらの要望に合致するように開発されてきた。 しかしながら、このような従来技術装置は多少使えても、多くの欠点がある。
患者を動かさないで像形成Ｘ線ビームを回転させるためには装置の複数部分が同時に調整されねばならない。 小型のＸ線源の保持装置の幾何形状は、撮影される外肢に対する不注意によって起こりやすい接触損傷を生じることなく、像形成視野を再位置決めするために手順に細心の配慮および注意を払って施錠および解錠されねばならない複数の機械継手を必要としている。 更に、このような従来技術装置は同中心（ｉｓｏｃｅｎｔｅｒ）の像形成を十分に達成できる方法で操作することが困難である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】それ故に本発明の目的は回転式のＸ線像形成装置を有するＣ形アーム装置を提供することである。

【０００５】本発明の１つの概念によれば、本発明の他の目的はＸ線像形成装置が１つの継手の調整で回転して再位置決めすることのできる装置を提供することである。

【０００６】本発明の１つの概念によれば、本発明の他の目的は１つの継手の調整で同中心の像形成を行うことのできる上述のような装置を提供することである。

【０００７】本発明の１つの概念によれば、本発明の付随的な目的は収納するために小型配列となるように枢動させて操作できる上述のような装置を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述の、および特に記載していないが他の、目的および利点はＣ形アーム装置の特定の図示実施例にて実現される。 Ｘ線像形成装置はＣ
形アームに連結されており、このＣ形アームの対向位置にそれぞれ取付けられたＸ線源および受像器を含む。 Ｃ
形アームは軌道回転軸のまわりにバランスを取られており、また車輪付き支持基部上に支持された節動アーム組立体に枢動連結される。 質量バランスは、Ｃ形アームの１つの軌道運動によって前後の視野と直角な横方向の視野の間でＸ線像形成装置を再位置決めできるようになし、Ｃ形アームはまたこれらの視野に同じ結像中心を定めるようにする。 Ｃ形アームは約３５５．６ｍｍ（１４
インチ）の光源−像間距離を有してほぼ７１１．２ｍｍ
（２８インチ）の外径まで小型化されることが好ましい。

【０００９】本発明の付随的目的および利点は以下の説明に記載され、その一部は説明から明白となり、または本発明の実施によって調べることができる。 本発明の目的および利点は特許請求の範囲で特に指摘した機器および組合せによって実現され、得られる。

【００１０】本発明の上述したおよび他の目的、特徴および利点は添付図面に関連して与えられる以下の詳細な説明を考慮することで明白となろう。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の原理の理解を促すために、図面に示した実施例が参照されるが、その説明には特定の用語が使用される。 しかし本発明の範囲はこれによって全く制限されないことが意図されることは理解されよう。 関連分野に熟知し、またこの開示を有する者には通常考えられる何れの代替例および図示装置の他の変更、および本明細書に記載した本発明の原理の付加的な応用は、本発明の請求範囲に含まれると考えるべきである。

【００１２】ここで図１〜図５を参照すれば、全体を符号１０で示された移動式のＣ形アーム装置が図示されている。 以下に更に詳細に説明するように、この装置１０
は、車輪付き基部上に支持された節動アーム組立体に対して枢動連結されているＬ形アームすなわち支持アームＤにスライド可能に取付けられた小型化されたＣ形アームに係わり、このＣ形アーム組立体は１つの軌道回転軸のまわりに質量バランスされている。 この１つの軌道回転軸に関するＣ形アーム組立体の質量バランスは、操作者にはＣ形アーム組立体の１つのスライド軌道移動によって同中心の像形成を達成できるようにする。 「質量バランスされた」装置は、この言葉は本明細書で使用されているが、装置の質量中心と一致する軸線のまわりを枢動可能で、軌道運動可能またはそうでなければ回転可能な装置を示す。

【００１３】装置１０は全体をＣアーム組立体と付記したＣ形アーム組立体を含む。 このＣ形アーム組立体は質量中心ＣＭ（Ｃ形アーム組立体）を有し、また実質的に円移動軌道１２（図３）を形成されて有するＣ形アームＢを含んでいる。 Ｘ線源Ｃおよび受像器ＡがＣ形アームＢの対向位置にそれぞれ取付けられており、Ｘ線源および受像器が図示のように対向するようになされている。
Ｘ線源Ｃは中央ビーム１４を有するＸ線１１を受像器Ａ
に照射する手段を内蔵している。 受像器Ａは当業者に理解されるように像増幅器などとすることができる。 Ｘ線源Ｃおよび受像器Ａは両者間に光源−像間距離を定めている。 この光源−像間距離１４が７６２ｍｍ（３０インチ）未満となるようにＣ形アーム組立体は形成され、寸法決めされる。 光源−像間距離は５０８ｍｍ（２０インチ）未満とすることができ、３８１ｍｍ（１５インチ）
未満であることが好ましい。 出願人の好ましい実施例は、円移動軌道１２が約３５５．６（１４インチ）とされるのが好ましい外径を有し、光源−像間距離１４もまた約３５５．６（１４インチ）であるようなＣ形アームＢに向けられる。

【００１４】本明細書に使用される用語「中央ビーム」
の意味は、当業者に知られているようにＸ線管の焦点位置１５から受像スクリーン５５の中心に直角に延在する線を定めるような１つの中心Ｘ線ビームだけでなく、Ｘ
線ビーム１２の中央部で、１つの中央のＸ線ビームのまわりに芯出しされたＸ線ビームクラスタを広く表すものである。 複合１４はＸ線源Ａの焦点位置１５と受像器Ｃ
の間隔距離、すなわちこの分野で知られている光源−像間距離すなわちＳＩＤも表わしている。 出願人の受像スクリーン５５は円形で、１０１．６ｍｍ（４インチ）または１５２．４ｍｍ（６インチ）の直径を有することが好ましい。

【００１５】支持アームＤは円移動軌道１２とスライド係合されて配置され、Ｃ形アーム組立体は１つの軌道回転軸１６のまわりを軌道回転するように支持アームに対して選択的にスライド可能である。 図１および図３はＸ
線源Ｃおよび受像器Ａに対する支持アームＤの配向が変化し得ることを示しており、それぞれ要素に対する位置が図１および図３に示されている。 円移動軌道は１つの軌道回転軸１６と一致した中心点を有する円と実質的に共通しており、前記回転軸１６は前記支持アームに対するＣ形アーム組立体のいかなる位置においても前記アームＤに対して実質的に固定的な関係状態を保つ。 本明細書で使用される用語「円」は実際の円を意味することに限定されず、運動軌道１２の場合のように部分円も広く表す。

【００１６】全体を符号１８で示される代替アーム組立体は第１アーム２０と、第１アームおよび支持アームＤ
の両方に枢動連結された第２アーム２２を含み、支持アームは横方向回転軸２４（図３）のまわりを選択された横方向位置へ向かって第２アーム２２に対して選択的に回転できるようになされている。 節動アーム組立体１８
の第２アームは当業者に知られている平行なリンケージ手段を含み、支持アームＤおよびＣ形アーム組立体を第１アーム２０に対して第１位置から第２位置へ移動できるようにして、第２位置における回転軸２４が第１位置における回転軸２４の方向と実質的に平行となるようにしている。 平行なリンケージ手段が図２に示されており、一対の回転ホイール２６および各ホイール２６に対してそれぞれ反対両端部３０で枢動連結されたロッド２
８によって与えられているが、この分野で知られている４バー平行リンケージなどを含んでなることも可能である。

【００１７】移動式基部支持手段３２は節動アーム組立体１８の第１アーム２０に枢動連結されて、懸架位置にＣ形アーム組立体を支持するようになされている。 移動式基部支持手段は基部およびその下側に回転可能に取付けられた車輪３４を好ましく含み、床面（図示せず）に沿って車輪を転動させて基部を移動できるようにしている。 移動式基部支持手段は当業者に理解されるように全体を符号３６で示された像処理および表示作業ステーションを好ましく含む。

【００１８】Ｃ形アーム組立体は１つの軌道回転軸１６
のまわりに質量バランスされて、支持アームＤに対するＣ形アーム組立体の円移動軌道１２に沿う何れの位置においてもＣ形アーム組立体の質量中心ＣＭ（Ｃ形アーム組立体）が軌道回転軸１６と実質的に一致するようになされる。 他の方法を与えて、図１に示される１つの軌道回転軸１６に原点を有する３次元座標系ｘ，ｙ，ｚを参照する。

【数１】 （Ｍ _B ）（Ｄ _Bx ）＝（Ｍ _A ）（Ｄ _Ax ）＋（Ｍ _C ）（Ｄ _Cx ）

【数２】 （Ｍ _B ）（Ｄ _By ）＋（Ｍ _A ）（Ｄ _Ay ）＝（Ｍ _C ）（Ｄ _Cy ） ここで、 Ｍ _B ＝Ｃ形アームＢの質量 Ｄ _Bx ＝ＣＭ _Bとｙ軸との間隔距離 ＣＭ _B ＝Ｃ形アームＢの質量中心 Ｍ _A ＝受像器Ａの質量 Ｄ _Ax ＝ＣＭ _Aとｙ軸との間隔距離 ＣＭ _A ＝受像器Ａの質量中心 Ｍ _C ＝Ｘ線源Ｃの質量 Ｄ _Cx ＝ＣＭ _Cとｙ軸との間隔距離 ＣＭ _C ＝Ｘ線源Ｃとｙ軸との質量中心 Ｄ _By ＝ＣＭ _Bとｘ軸との間隔距離 Ｄ _Ay ＝ＣＭ _Aとｘ軸との間隔距離 Ｄ _Cy ＝ＣＭ _Cとｘ軸との間隔距離

【００１９】図４に最も明確に示されるように、Ｃ形アーム組立体および支持アームＤは集合的な質量中心を有し、また横方向軸線２４に関して集合的に質量バランスされていて、節動アーム組立体１８の第２アームに対する支持アームＤの横方向回転軸２４のまわりの何れの回転位置においても前記集合的質量中心が横方向回転軸２
４と実質的に一致するようになされる。 横方向回転軸２
４に原点を有する３次元座標系ｘ'，ｙ'，ｚ'に関して、図１、部分的には図４に与えられる。

【数３】 （Ｍ（Ｃ形アーム組立体））（Ｄ（Ｃ形アーム組立体））＝（Ｍ _D ）（Ｄ _DZ' ） ここで、 Ｍ（Ｃ形アーム組立体）＝Ｃ形アーム組立体の質量 Ｄ（Ｃ形アーム組立体）＝ＣＭ（Ｃ形アーム組立体）およびｙ'軸 ＣＭ（Ｃ形アーム組立体）＝支持アーム組立体の質量中心 Ｍ _D ＝支持アームＤの質量 Ｄ _DZ' ＝ＣＭ _Dとｙ'軸との間隔距離 ＣＭ _D ＝支持アームＤの質量中心 勿論、数１、数２、数３は図３〜図４に示された特定の形状および位置に適用される。 物理的原則によって構成される他の同様な式は他の形状および位置に適用される。

【００２０】当業者に理解されるように、Ｃ形アーム組立体を円移動軌道１２に沿って第１軌道位置と第２軌道位置との間で軌道回転させて移動し、第２軌道位置における中央ビーム１４が第１軌道位置における中央ビーム１４と直角方向に延在するようにできる十分な長さの円移動軌道１２と組合されて、Ｃ形アーム組立体が形成され、配列される。 第２軌道位置における中央ビーム１４
はこの分野で像形成同中心として知られているような第１軌道位置における中央ビーム１４の第１交差位置を通る。 この第１交差位置は第１の像形成同中心である。 用語「像形成同中心」は解剖学的に同じである２つの異なるＸ線像がそれぞれの視野線に沿って得られるようにする固定的な位置を表す。 当業者に理解されるように、像形成同中心とは、前後および横方向の両方の視野において関心の持たれる像形成対象が移動されることなく両視野のＸ線像の中心に位置されるような概念を表す。 装置１０は前後および横方向視野の間でＣ形アーム組立体の１つの移動調整以外の調整を行わなくても自動的に像形成同中心を得ることができる。

【００２１】Ｃ形アーム組立体は、中央ビーム１４の第１交差位置がＸ線源Ａよりも受像器Ｃに接近して位置するように形成され、配列されることが好ましい。 特に好ましい実施例において、Ｃ形アーム組立体は中央ビーム１４が第１軌道位置において実質的に垂直に延在し、第２軌道位置において実質的に水平に延在するように形成され、配列される。 第２軌道位置における中央ビーム１
４が横方向回転軸２４と実質的に一致するようにＣ形アーム組立体が形成され配列されることで、装置１０が設計される。

【００２２】Ｃ形アーム組立体が横方向回転軸２４のまわりで第１横方向位置と第２横方向位置との間を回転できるようにするために、支持アームＤは節動アーム組立体の第２アーム２２に対して６０（図２）の位置で枢動連結されて形成され、これにより第２横方向位置における中央ビーム１４は第１横方向位置における中央ビーム１４と直角方向に延在するようになされる。 第２横方向位置における中央ビーム１４は第１横方向位置における中央ビーム１４の第２交差位置を通り、この第２交差位置は第２の同中心である。 中央ビーム１４が１つの軌道回転軸１６と、また水平なときに横方向回転軸２４と一致するようになされるならば、また上述の数１、数２、
数３を満たすと仮定するならば、第１および第２の像形成同中心は常に一致し、Ｃ形アーム組立体の横方向および軌道位置の何れの組合せにおいても全く同一の位置となる。 中央ビーム１４が図３におけるように１つの軌道回転軸と一致しないとしても、装置１０が上述で提案したように設計でき、中央ビーム１４の水平位置が横方向回転軸２４と実質的に一致するようになされる場合には、第１および第２の像形成同中心は大部分の場合にＣ
形アーム組立体の何れの位置においても一致する。

【００２３】特定の問題として、この像形成装置はできるだけ軽量でなければならず、現在のところ（ｉ）１つの軌道回転軸１６のまわりでＣ形アーム組立体を質量バランスさせること、および（ｉｉ）中央ビーム１４が軌道回転軸１６と一致することの両方を達成するように装置１０を作り上げることはまさに困難である。 しかしながら出願人は、光源−像間距離１４が７６２ｍｍ（３０
インチ）未満である小型化した図１〜図５のＣ形アーム組立体を作り上げることができ、中央ビーム１４は１つの軌道回転軸１６に十分に接近され、像形成同中心性がＣ形アーム組立体の横方向および軌道位置の実質的に全ての組合せにおいていずれかの形態で達成できることを見出した。

【００２４】Ｃ形アーム組立体は中央ビームの第２交差位置がＸ線源Ｃよりも受像器Ａに接近して位置するように形成され配列されることが好ましい。 また、Ｃ形アーム装置は中央ビーム１４が第１横方向位置において実質的に垂直に延在し、第２横方向位置において実質的に水平に延在するように形成され、配列されることも好ましい。

【００２５】Ｃ形アーム組立体の小型化した特徴によれば、円移動軌道１２が５０８ｍｍ（２０インチ）未満の半径を有することが好ましく、３８１ｍｍ（１５インチ）未満であることが最も好ましい。 Ｃ形アームＢは円形内周面４０を含み、それは４８２．６ｍｍ（１９インチ）未満の半径を有し、最も好ましくは３５５．６ｍｍ
（１４インチ）未満の半径を有する。

【００２６】図１および図５を特に参照すれば、装置１
０は図示したように収納のために小型配列となるように枢動操作できる。 支持アームＤおよびＣ形アームＢは各々がそれぞれ第１側部パネル４２および４４を含んでいる。 移動式基部支持手段３２は前部４６と、側部４８とを含み、これらは互いの間に隅部５０を集合的に形成している。 隅部５０は直線とされる必要はなく、図１および図５に示すようにジグザクまたは直線からの他の逸脱が可能であるが、それでもなお隅部である。 節動アーム組立体１８の第１アーム２０は基部支持手段３２の前部４６に対して第１取付け枢動位置５２で枢動連結され、
またＣ形アーム組立体、節動アーム組立体１８および支持アームＤは小型配列とするために枢動操作できるように形成されて枢動連結されており、（ｉ）第１アーム２
０は第１取付け枢動位置５２から基部支持手段３２の前部４６の少なくとも一部を横断して前記前部に密接に接近して位置するように延在し、また（ｉｉ）第２アーム２２は第１アーム２０から基部支持手段３２の前部４６
の少なくとも一部を横断して隅部５０へ延在して、前記前部４６に密接に接近して位置するようになされ、また（ｉｉｉ）支持アームＤは隅部５０に接近した第２アーム２２の一部から基部支持手段３２の側部４８の少なくとも一部を横断して延在し、支持部材ＳおよびＣ形アームＢのそれぞれ第１側部パネル４２および４４が前記側部４８に密接に接近して位置するようになされ、これにより第２アーム２２および支持アームＤが集合的に前部４６の少なくとも一部を横断し、隅部５０をまわり、側部４８の少なくとも一部を横断して延在するようになされる。

【００２７】この新規な組合された図５の実施例は同等の構造を有して達成することもできることを本明細書で理解されねばならない。 例えば、対向先端部を有する何れの湾曲アーム部材も図５の円形Ｃ形アームＢの代わりに湾曲アーム組立体の部品として使用できる。 Ｃ形アーム組立体およびその保有するＸ線像形成装置がただ１つの継手の調整によるだけで、軸１６のまわりの軌道上で、または軸２４のまわりの横方向の何れかで回転により再位置決めできることも理解すべきである。 用語「継手」は、Ｃ形アーム組立体、支持アームＤおよび節動アーム組立体１８のなかでスライド可能および枢動可能な連結の全てを表している。 図２は枢動継手３８，５２，
６０，６２を含む継手のほとんどを概略的に、また平行リンケージ手段のホイール２６およびロッド２８の概略を示している。 支持アームＤおよびＣ形アームＢの間のスライド係合もまた継手と考える。

【００２８】図６を参照すれば、装置１０の代替実施例が全体を符号７０で示されている。 装置７０は図１および図５の装置１０と同じ多くの構造、例えばＸ線源Ｃおよび受像器Ａ、Ｃ形アームＢおよび支持アームＤ、前部４６、側部４８、隅部５０、および像処理および表示作業ステーション３６などを含んでいる。 しかしながら、
基部支持手段３２は剛性的に取付けられて上方へ延在した静止アーム７１を含む。 装置７０は全体を符号７２で示された代替の節動アーム組立体を更に含み、これは回転連結部７６にて支持アームＤに枢動連結された第１アーム７４を含んでいる。 第１アームは回転連結部７８で静止アーム７１にも枢動連結されている。 第１アーム７
４は基部支持手段３２から延在し（また、静止アーム７
１から延在することも好ましい）、前部４６の少なくとも一部を横断する。 装置７０は図５の装置１０に関連して上述で説明したのと同じ方法で枢動させて操作でき、
これにおいて第１アーム７４および支持アームＤは前部４６の少なくとも一部を横断し、隅部５０をまわり、側部４８の少なくとも一部を横断して集合的に延在する。

【００２９】本発明の多くの利点は、Ｃ形アーム組立体が１つの軌道回転軸１６のまわりに質量バランスされ、
支持アームＤおよびＣ形アーム組立体の組合せが横方向回転軸２４のまわりに質量バランスされているために得られるのである。 この形状は、装置１０の操作者が１つの移動操作を必要とされるだけで２つの直角な視野を使用して像形成同中心を得られるようにし、したがって従来技術の小型化したＸ線像形成装置よりも少ない段階数が要求される更に、軸１６および３４のまわりの質量バランスは操作者による作動時にそれらの継手を自由に動けるようにし、また外力が組立体に作用したときに所定位置に保持するようにする。 関連分野の熟知した者には理解できるように、施錠手段５７および５９が図２に概略的に示される継手などの幾つかまたは全ての動きを施錠および解錠するために使用できる。 図５に示された装置１０の小型化性は、車輪付き基部３２により与えられた移動性および節動アーム組立体１８により与えられた操作性と組合されて、小型化されるＸ線像形成装置の分野に多大の利点を与える。

【００３０】上述した配列は本発明の原理の応用例を示す端面だけのものと理解されるべきである。 多くの変更および代替配列は本発明の精神および範囲から逸脱せずに当業者によって具現できるのであり、特許請求の範囲の欄はこのような変更および配列をカバーすることを意図する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理により作られた移動式のＣ形アーム装置およびＸ線像形成装置の斜視図。

【図２】図１の装置の節動アーム組立体の概略斜視図。

【図３】図１の装置のＣ形アーム組立体の部分の代替実施例の側面図。

【図４】図３のＣ形アーム組立体の前面図。

【図５】収納のために折り畳まれて小型配列とされた図１の装置の斜視図。

【図６】図５の装置の代替実施例の斜視図。

【符号の説明】

Ａ 受像器 Ｂ Ｃ形アーム Ｃ Ｘ線源 Ｄ 支持アーム １０ 移動式Ｃ形アーム装置 １２ 円移動軌道 １４ 中央ビームおよびその光源−像間距離 １６ １つの軌道回転軸 １８ 節動アーム組立体 ２０ 第１アーム ２２ 第２アーム ２４ 横方向回転軸 ２６ ホイール ２８ ロッド ３２ 基部支持手段 ５０ 隅部 ７０ 移動式Ｃ形アーム装置の代替例 ７２ 節動アーム組立体の代替例

フロントページの続き (72)発明者 デビッド イー． バーカー アメリカ合衆国 ユタ州 ソルト レイク シティ，サウス マバリック サークル 6890 (72)発明者 ロス エー． リッチズ アメリカ合衆国 ユタ州 サンディ，ミル ベリー ウエイ 1748 (72)発明者 ブレイン シー． エリックソン アメリカ合衆国 ユタ州 サミット パー ク，エバグリーン ドライブ 215 (72)発明者 ロニー ビー． ウエストン アメリカ合衆国 ユタ州 クリアフィール ド，ウエスト 700 ノース 1180