(57)【要約】【課題】天板の移動に係る操作性を向上させることである。【解決手段】寝台装置は、天板と、センサと、制御部と、を備える。天板は、被検体を載置する。センサは、前記天板を移動させるために操作者が加えた力を検知する。制御部は、前記力が加えられた時間に応じて前記天板の移動制御の種類を変える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体を載置する天板と、
前記天板を移動させるために操作者が加えた力を検知するセンサと、
前記力が加えられた時間に応じて前記天板の移動制御の種類を変える制御部と、
を備えた寝台装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記力が瞬間的である場合、前記天板を単位量だけ移動させる第１の制御を行い、前記力が継続的である場合、前記力により生じる前記操作者への負担を低減させる第２の制御を行う、請求項１に記載の寝台装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記力が加えられた時間が第１の閾値より小さい場合、前記第１の制御を行い、前記力が加えられた時間が前記第１の閾値より大きい場合、前記第２の制御を行う、請求項２に記載の寝台装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記力の大きさが前記第１の閾値とは異なる第２の閾値より小さい場合、前記天板の移動を抑制する制御を行う、請求項３に記載の寝台装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記力が加えられた時間が前記第１の閾値より大きく、かつ、前記力の大きさが第３の閾値よりも大きい場合、前記第１の制御を実行した後に、前記第２の制御を実行する、請求項３に記載の寝台装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記第２の制御における前記天板の速度が所定速度以上にならないように制御する、請求項２乃至請求項５のいずれかに１つに記載の寝台装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記第２の制御の間において制御に関するエラーを検知した場合に、前記天板の動きを停止させない、請求項２乃至請求項５のいずれか１つに記載の寝台装置。
【請求項８】
前記移動制御により駆動するモータを備え、
前記センサは、前記力として、前記モータ及び前記天板に連動するボールねじに掛かるトルクを検知する、請求項１乃至請求項７のいずれか１つに記載の寝台装置。
【請求項９】
前記センサが検知した前記力に応じて、前記モータと前記ボールねじとの連動状態を切り替えるクラッチを備える、請求項８に記載の寝台装置。
【請求項１０】
前記センサは、前記力として、前記天板に設けられ、前記操作者により操作されるハンドルに掛かる負荷を検知する、請求項１乃至請求項９のいずれか１つに記載の寝台装置。
【請求項１１】
前記制御部の動作をするか否かの状態を切り替えるスイッチを備える、請求項１乃至請求項１０のいずれか１つに記載の寝台装置。
【請求項１２】
被検体を載置する天板と、
前記天板を移動させるために操作者から加えられた力を検知するセンサと、
前記力の検知に応じて、前記力により生じる前記操作者への負担を低減させる制御を行う制御部と、
前記制御により駆動するモータと、
前記モータ及び前記天板に連動するボールねじと、
を備え、
前記センサは、前記ボールねじに掛かるトルクを検知する、
寝台装置。
【請求項１３】
前記ボールねじは、磁歪線を備え、
前記センサは、前記磁歪線による磁界の発生を検出するコイルを備え、前記コイルの出力に応じて前記ボールねじに掛かるトルクを検知する、
請求項１２に記載の寝台装置。
【請求項１４】
被検体を載置する天板と、
前記天板を移動させるために操作者から加えられた力を検知するセンサと、
前記力の検知に応じて、前記力により生じる前記操作者への負担を低減させる制御を行う制御部と、
前記天板に設けられ、前記操作者により操作されるハンドルと、
を備え、
前記センサは、前記ハンドルに掛かる負荷を検知する、
寝台装置。
【請求項１５】
前記センサは、前記ハンドルとの当該センサとのモーメントを検出して前記力を検知する、請求項１４に記載の寝台装置。
【請求項１６】
請求項１乃至請求項１５のいずれか１つに記載の寝台装置を備える、医用診断システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、寝台装置及び医用診断システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線ＣＴシステム、ＭＲＩシステム、核医学診断システム、Ｘ線アンギオグラフィシステム等の医用診断システムや、放射線治療システムに代表される治療システムには、寝台装置が設けられることが多い。寝台装置は、一般に患者が載置される天板を有している。天板は、患者を適切に配置すべく、寝台装置の操作者（多くの場合は医師や又は技師）によって操作される。最も原始的な操作は、操作者が天板や天板に設けられたハンドル等に触れ、水平方向に押す又は引くことだが、患者が載置された状態の天板を動かすには、強い力をかける必要がある。これは操作者にとって負担となり得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−１９６０２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、天板の移動に係る操作性を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一実施形態によれば、寝台装置は、
被検体を載置する天板と、
前記天板を移動させるために操作者が加えた力を検知するセンサと、
前記力が加えられた時間に応じて前記天板の移動制御の種類を変える制御部と、
を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】一実施形態に係る医用診断システムの一例を示す図。
【図２】一実施形態に係るセンサ実装の一例を示す図。
【図３】一実施形態に係るセンサ実装の別例を示す図。
【図４】一実施形態に係るモータの回転角とトルクの関係を示す図。
【図５】一実施形態に係るセンサ実装の別例を示す図。
【図６】一実施形態に係るセンサ実装の別例を示す図。
【図７】一実施形態に係るセンサ実装の別例を示す図。
【図８】一実施形態に係るセンサ実装の別例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、図面を参照しながら、本実施形態に係る寝台装置を説明する。なお、以下の説明において、ほぼ同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行うこととする。
【０００８】
（第１実施形態）
図１は、一実施形態に係る寝台装置を含む医用診断システムの一例を示す図である。医用診断システム１は、架台装置１０と、寝台装置３０と、コンソール装置４０と、を備えて構成される。一例として、Ｘ線ＣＴシステムに含まれる場合について示しているが、本実施形態の寝台装置は、ＭＲＩシステム、核医学診断システム、Ｘ線アンギオグラフィシステム等の医用診断システムや、放射線治療システムに代表される治療システムに含まれていても良く、操作者（施術者）による手動制御（フリー動作）が可能なものであればどのような形態であっても構わない。
【０００９】
架台装置１０は、例えば、Ｘ線の射出及び検出を行うＸ線診断システム用の装置であり、Ｘ線発生装置１１と、Ｘ線検出器１２と、回転体１３と、Ｘ線高電圧装置１４と、制御装置１５と、データ収集回路１８と、を備える。上述したように、Ｘ線診断システムである必要は無く、寝台装置３０、特に、天板３３を操作者がフリー動作を行う装置、システムであればよい。
【００１０】
Ｘ線発生装置１１は、例えば、Ｘ線高電圧装置１４から高電圧の電力供給を受けてフィラメントからターゲットに向けて熱電子を照射するＸ線管を備え、Ｘ線照射を行うＸ線照射部である。
【００１１】
Ｘ線検出器１２は、例えば、Ｘ線管の焦点を中心として１つの円弧に沿ってチャネル方向に複数のＸ線検出素子が配列されたＸ線検出素子列を備え、Ｘ線発生装置１１から照射されて被検体Ｐを通過したＸ線を検出し、電気信号へと変換してデータ収集回路１８へと出力する。
【００１２】
回転体１３は、その中心を回転軸として回転自在に支持されており、制御装置１５の制御に基づいて回転駆動され、Ｘ線発生装置１１、Ｘ線検出器１２を架台装置１０及び寝台装置３０に対して回転させる。
【００１３】
Ｘ線高電圧装置１４は、トランス等の電気回路を備え、Ｘ線発生装置１１に印加される高電圧を発生する機能を有する高電圧発生装置と、Ｘ線発生装置１１が照射するＸ線に応じた出力電圧の制御を行うＸ線制御装置を備える。
【００１４】
制御装置１５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等を備える処理回路と、モータ及びアクチュエータ等を備える駆動機構から構成される。制御装置１５は、コンソール装置４０又は架台装置１０に取り付けられた入力インターフェースからの入力信号を受け、架台の動作制御を行う。さらに、制御装置１５は、寝台装置３０及び天板３３を動作させる制御を行う。この制御装置１５は、架台装置１０に備えられるものではなく、コンソール装置４０に備えられてもよく、別の例としては、寝台装置３０に備えられてもよい。
【００１５】
データ収集回路（ＤＡＳ：Data Acquisition System）１８は、Ｘ線検出器１２の各Ｘ線検出素子から出力される電気信号に対して増幅処理を行う増幅器と、電気信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、を備え、検出データを生成する。データ収集回路１８が生成した検出データは、コンソール装置４０へと転送される。
【００１６】
コンソール装置４０は、メモリ４１と、ディスプレイ４２と、入力インターフェース４３と、処理回路４４と、を備える。
【００１７】
メモリ４１は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）等により実現され、各種データ及びコンソール装置４０を動作させるためのプログラムを格納する。
【００１８】
ディスプレイ４２は、例えば、液晶ディスプレイ等により実現される表示装置であり、処理回路４４によって生成された医用画像や操作者からの各種操作を受け付けるためのＧＵＩ（Graphical User Interface）等を出力する。操作者は、例えば、このディスプレイ４２に表示されている情報に基づいて、寝台装置３０の天板３３を操作し、種々の施術を行う。
【００１９】
入力インターフェース４３は、例えば、キーボード、マウス等により実現され、操作者からの各種入力操作を受け付け、受け付けた入力操作を電気信号に変換して処理回路４４に出力する。入力インターフェース４３は、例えば、操作中に寝台装置３０の天板３３を自動的に指定した距離の移動をさせる場合に、距離の指定、動き方等の入力を行う。また、入力インターフェース４３から制御装置１５による天板３３の制御を行うか否かの指定をしてもよい。この場合、ディスプレイ４２において、制御を行うか否かのスイッチを用意しておき、当該スイッチを入力インターフェース４３でオン／オフできるようにしてもよい。
【００２０】
処理回路４４は、入力インターフェース４３から出力される入力操作の電気信号に応じて、医用診断システム１の全体的な動作を制御する。処理回路４４は、例えば、Ｘ線ＣＴ装置であれば、システム制御機能４４１と、前処理機能４４２と、再構成処理機能４４３と、を備える。各処理機能は、コンピュータによって実行可能なプログラムの形態でメモリ４１に格納されている。処理回路４４は、プログラムをメモリ４１から読み出し、実行することで、各プログラムに対応する機能を実現するプロセッサである。図１においては、単一の処理回路４４にて全ての処理機能が実現されていることを示すが、複数の独立したプロセッサを組み合わせて処理回路４４を構成し、各プロセッサがプログラムを実行することにより機能を実現してもよい。
【００２１】
システム制御機能４４１は、入力インターフェース４３を介して操作者から受け付けた入力操作に基づいて処理回路４４の各種機能を制御する。操作者は、入力インターフェース４３、システム制御機能４４１を介して、制御装置１５に架台装置１０及び寝台装置３０の動作を制御する。また、以下の説明におけるモータ等の制御は、このシステム制御機能４４１が制御装置１５を介して制御してもよい。
【００２２】
前処理機能４４２及び再構成処理機能４４３は、例えば、医用診断システム１がＸ線ＣＴシステム等である場合に備えられる機能であり、取得した架台装置１０において取得された投影データを前処理及び再構成処理を行い、再構成画像を生成する機能である。再構成された画像は、メモリ４１に格納されてもよく、操作者は、ディスプレイ４２を介してメモリ４１に格納されている再構成画像を確認できる。
【００２３】
上述した画像は、例えば、寝台装置３０に載置された被検体Ｐについての画像である。例えば、Ｘ線を被検体Ｐに照射することにより撮影された、被検体Ｐの断面の画像が撮影され、再構成される。
【００２４】
寝台装置３０は、このようなスキャン対象の被検体Ｐを載置、移動させる装置であり、基台３１と、寝台駆動装置３２と、天板３３と、支持フレーム３４と、を備える。
【００２５】
基台３１は、支持フレーム３４を鉛直方向に移動可能に支持する筐体である。寝台駆動装置３２は、被検体Ｐが載置された支持フレーム３４をその長軸（長手）方向に移動するモータ又はアクチュエータである。支持フレーム３４の上面に設けられた天板３３は、被検体Ｐが載置される板である。
【００２６】
天板３３は、天板３３だけを移動させてもよいし、寝台装置３０の支持フレーム３４ごと移動する方式であってもよい。本実施形態を立体ＣＴに応用する場合には、天板３３に相当する患者移動機構を移動する方式であってもよい。
【００２７】
架台装置１０の撮像系と天板３３の位置関係の相対的な変更を伴うスキャン（例えば、位置決めスキャン）を実行する際には、当該位置関係の相対的な変更は天板３３の駆動によって行われてもよいし、架台装置１０の走行によって行われてもよく、また、それらの複合によって行われてもよい。架台装置１０の走行によって行われる場合には、微調整に関する位置決め等を天板３３の自動による、又は、操作者の手動による移動で行ってもよい。
【００２８】
本実施形態においては、寝台装置３０において、天板３３を手動で制御する場合について、その制御及び動作等について詳しく説明する。
【００２９】
図２は、本実施形態に係る寝台装置３０、特に、天板３３についてより詳しく示すものである。天板３３は、手動で天板３３を移動させることを補助するハンドル３３１を備える。ハンドル３３１は、図示されたように、天板３３の上面に取り付けられていてもよいし、別の例としては、天板３３の側面に取り付けられていてもよい。
【００３０】
本実施形態において、支持フレーム３４は、ボールねじ３４１と、カップリング３４２と、エンコーダプーリ３４３と、トルクセンサ３４４と、サーボアンプ３４５と、モータ３４６と、ベルト３４７と、モータプーリ３４８とを備える。なお、支持フレーム３４自体は、図をわかりやすくするために図示されていない。また、支持フレーム３４と天板３３とが協働して同じように図１に示すＺ方向へと移動する場合には、これらの機能は、例えば、基台３１に備えられる。別の例として、天板３３のＺ方向の動きに対して固定されている別の箇所に備えられていてもよい。
【００３１】
ボールねじ３４１は、天板３３をＺ方向に移動させるための駆動機構であり、モータ等によりねじ軸に加えられた回転運動を直線運動に変更することにより、天板３３においてボールねじ３４１とかみ合っている部分が水平に移動させる力が作用して天板３３をＺ方向に移動させる。また、ボールねじ３４１は、操作者が天板３３にＺ軸方向に沿って力を加えた場合、このＺ軸方向に沿った力をねじの回転の動きへと変換する。図２においては、詳細は省略しているが、ボールねじ３４１は、一般的なボールねじと同様に、ハウジング、ベースガイドレール、軸受け等必要となるものを備えている。
【００３２】
カップリング３４２は、ボールねじ３４１に接続されるカップリングであり、一般的なボールねじに備えられるカップリングと同等の動作を行う。すなわち、カップリング３４２により、エンコーダプーリ３４３及びモータプーリ３４８と、ボールねじ３４１の軸とを結合子、互いに加えられている力を他方へと伝達することを可能とする。また、カップリング３４２は、互いの軸等に振動がある場合に、この振動を吸収する動作を行ってもよい。このカップリング３４２には、トルクセンサ３４４が接続される。
【００３３】
エンコーダプーリ３４３は、ボールねじ３４１の位置を（例えば、回転角を介して）検知し、電気信号へと変換するエンコーダを備えるプーリであり、カップリング３４２を介してボールねじ３４１と接続される。エンコーダは、検出に関しては光学式、磁気式及び電磁誘導式等のいずれの実装であってもよいし、出力に関してはインクリメンタル型及びアブソリュート型のいずれの実装であってもよい。このエンコーダプーリ３４３は、制御装置１５及びサーボアンプ３４５とも接続され、ボールねじ３４１の動作を信号へと変換し、制御装置１５及びサーボアンプ３４５へと出力する。必ずしも双方に出力する必要は無く、例えば、サーボアンプ３４５を介して制御装置１５へと接続され、サーボアンプ３４５により変換された信号が制御装置１５へと出力されてもよい。また、機能がサーボアンプ３４５で閉じている場合には、サーボアンプ３４５へのみ出力してもよいし、逆に、制御装置１５へのみ出力してもよい。
【００３４】
トルクセンサ３４４は、ボールねじ３４１に生じたトルクを検出し、検出された信号をサーボアンプ３４５へと出力する。トルクセンサ３４４は、操作者によって天板３３にＺ軸に沿って力が加えられた場合に、当該力に対するボールねじ３４１による静止摩擦力を検出する。より詳しくは、操作者により与えられた力に対するボールねじ３４１の静止摩擦力を、ボールねじ３４１により変換された回転運動を感知して、トルクを検出する。検出されたトルクの情報は、サーボアンプ３４５へと出力される。エンコーダプーリ３４３と同様に、制御装置１５へと出力してもよい。
【００３５】
サーボアンプ３４５は、エンコーダプーリ３４３により検出された自動制御時のボールねじ３４１に掛かっている力、及び、トルクセンサ３４４により検出された手動制御時のボールねじ３４１に掛かっている力がフィードバックされ、これらの入力を増幅し、この増幅された信号に応じてモータ３４６を制御する。単純に入力された信号を増幅してモータ３４６へと出力するものであってもよい。また、サーボアンプ３４５は、制御装置１５にから制御に関する信号を受信して、モータ３４６へと当該信号を伝達するものであってもよい。このように、入力信号を増幅するのみならず、モータ３４６を制御するサーボドライバとして動作してもよい。
【００３６】
モータ３４６は、サーボアンプ３４５から入力された信号に基づいて、回転運動を行う。回転運動は、ベルト３４７を介してモータプーリ３４８へと伝達される。そして、モータプーリ３４８の回転運動は、カップリング３４２を介してボールねじ３４１の回転運動、すなわち、天板３３の並進運動へと伝達される。
【００３７】
操作者が入力インターフェース４３を介して入力した位置に制御したり、自動的に天板３３を移動させながら被検体Ｐのスキャンをしたりする場合、制御装置１５からサーボアンプ３４５へとボールねじ３４１の回転角、回転速度等をするような信号を伝達して天板３３の並進運動が制御される。なお、制御装置１５からは、移動距離、移動速度等を伝達してもよく、この場合、サーボアンプ３４５において回転角、回転速度等へと変換してモータ３４６を駆動させてもよい。
【００３８】
次に、本実施形態に係る天板３３の操作者による手動制御について説明する。天板３３の自動制御中の場合、又は、天板３３が静止している場合において、操作者が天板３３のＺ方向に力を加えることにより、天板３３は、フリー動作を行う。フリー動作とは、操作者が力を加えることにより、天板３３の位置決めを操作者が手動で行う動作のことを言う。
【００３９】
自動制御状態からフリー動作への切り替えは、操作者が天板３３にＺ軸方向の力を加えることにより行われる。操作者が天板３３にＺ軸方向の力を加えると、加えられた力はボールねじ３４１にトルクを与える。トルクセンサ３４４は、ボールねじ３４１に掛かるトルクを検知する。例えば、操作者により加えられた力が天板３３をＺ軸方向に動かそうとし、この力がボールねじ３４１により回転運動に変換される。トルクセンサ３４４は、カップリング３４２を介してボールねじ３４１に加えられた力による静止摩擦力を検知すると、その力の大きさをサーボアンプ３４５へと出力する。
【００４０】
トルクセンサ３４４から出力を受けたサーボアンプ３４５は、ボールねじ３４１に掛かった静止摩擦力による負荷に対して、当該負荷を打ち消す方向へ回転運動を行うようにモータ３４６を駆動する。例えば、操作者が天板３３をＺ軸に沿って図の右方向に力を加えた場合、ボールねじ３４１には左方向への静止摩擦力が働き、この左方向の力が回転運動に変換されカップリング３４２を介してトルクセンサ３４４へと伝達される。
【００４１】
トルクセンサは、左方向の静止摩擦力が働いていることをサーボアンプ３４５へと出力する。サーボアンプ３４５は、この左方向の静止摩擦力を打ち消すべく回転運動をするようにモータ３４６を駆動させる。この回転運動は、モータプーリ３４８及びカップリング３４２を介してボールねじ３４１へと伝達され、天板３３が右側へ移動する方向への力と変換される。このように、操作者による天板３３の手動による移動の負担を低減させる。
【００４２】
モータ３４６を介した天板３３に伝えられる力は、例えば、操作者の負担する力と同等、すなわち、操作者によりボールねじ３４１に与えられる負荷と同等の力である。このように、操作者の負担する力を打ち消すような力をボールねじ３４１に与えることにより、操作者が天板３３及び被検体Ｐの重さを感じることなく天板３３を移動させることが可能となる。
【００４３】
別の例として、操作者によりボールねじ３４１に与えられる負荷よりも大きい力としてもよい。この場合、操作者はより軽い力で天板３３の移動を行うことが可能となる。さらに別の例としては、操作者によりボールねじ３４１に与えられる負荷よりも小さい力としてもよい。この場合、操作者に天板３３の移動をしていることを自覚させながらも負担を軽減することが可能であるので、天板３３の移動による事故等を起こす可能性を抑制することができる。さらには、この負荷に対するモータ３４６の上記の動作に関する力の大きさを操作者又は管理者等が制御装置１５を介して指定できるようにしてもよい。
【００４４】
上述したように、トルクセンサ３４４が検知したトルクは、サーボアンプ３４５ではなく、制御装置１５へと出力され、制御装置１５によりモータ３４６を駆動する回転速度等の情報に変換してサーボアンプ３４５へと出力してもよい。また、操作者が天板３３に力を加えている間、トルクセンサ３４４は、天板３３とボールねじ３４１との間に発生する動摩擦力を検知してサーボアンプ３４５へと出力し、それぞれのタイミングにおいてサーボアンプ３４５がこの操作者の負担を軽減する力をボールねじ３４１へと与えるようにモータ３４６を駆動させてもよい。
【００４５】
図３は、本実施形態の別例に係る天板３３等の構成を示す図である。寝台装置３０はさらに、クラッチ３４９Ａと、ブレーキ３４９Ｂと、を備える。このクラッチ３４９Ａと、ブレーキ３４９Ｂは、図に示すように、モータ３４６と、モータプーリ３４８との間に備えられ、例えば、制御装置１５又はサーボアンプ３４５と接続される。
【００４６】
クラッチ３４９Ａは、モータ３４６とモータプーリ３４８の連動状態を制御し、モータ３４６の動力をモータプーリ３４８へ伝達したり、伝達しなかったりさせる。さらには、モータ３４６の動力をどの程度モータプーリ３４８へと伝達するかを切り替えることも可能である。例えば、天板３３が静止している状態においては、クラッチにより経路を切断しておくことにより、モータ３４６とボールねじ３４１との間を切断し、モータ３４６が制御外で動いた場合にも事故を防ぐことが可能となる。また、例えば、操作者の手動により天板３３が制御される場合において、徐々にクラッチを繋ぐことにより、モータ３４６によるアシスト機能が突然天板３３の移動をさせることを防ぎ、操作感を改善することも可能である。また、モータ３４６の駆動に対して、伝達するボールねじ３４１の回転速度等を、必要なトルクに応じて切り替えることも可能である。
【００４７】
ブレーキ３４９Ｂは、モータ３４６の動力をモータプーリ３４８に伝達するのを停止させる。例えば、エラー発生時、非常時等に、モータ３４６の駆動によらず、天板３３を操作者により手動制御される場合に、アシスト機能が無い状態において手動で制御することを可能とする。この場合クラッチ３４９Ａを同じタイミングで切り離し、モータ３４６の制御とボールねじ３４１の移動とを完全に独立して行えるようにしてもよい。逆に、モータ３４６ではなく、ボールねじ３４１を停止されるブレーキとして機能してもよい。例えば、モータ３４６の駆動にエラーが生じた場合には、ボールねじ３４１にブレーキを掛けることにより、天板３３が所定の速度以上にならないようにしたり、天板３３の動きを停止されたりしてもよい。
【００４８】
これらのクラッチ３４９Ａ、ブレーキ３４９Ｂはまた、天板３３が所定の速度以上にならないように制御してもよい。例えば、アシスト機能により天板３３が所定の速度を超えそうである場合には、クラッチ３４９Ａを伝達するトルクが小さくなるように切り替えてもよい。また、別の例として、ブレーキ３４９Ｂをカップリング３４２とモータプーリ３４８との間に備えておき、各タイミングにおいてエンコーダプーリ３４３により検出された位置から天板３３の速度を求め、制御装置１５において当該速度が所定の速度を超えた場合には、所定の速度を超えないようにボールねじ３４１の回転運動にブレーキを変えるようにしてもよい。
【００４９】
クラッチ３４９Ａ及びブレーキ３４９Ｂは、上述したように制御装置１５により制御されてもよいし、エンコーダプーリ３４３により検知された速度、位置等に基づき、サーボアンプ３４５により制御されてもよい。
【００５０】
図４は、本実施形態に係る操作者が天板３３から与えられるトルクの一例を示す図である。実線が本実施形態におけるトルクを示し、破線が比較例を示す。横軸は、操作者が天板３３に力を与え始めてからのボールねじ３４１の回転角を示し、縦軸は、各回転角においてボールねじ３４１に掛かるトルクを示す。
【００５１】
比較例においては、静止摩擦係数を検知するのではなく、移動を検知してアシスト機能を有効にした場合の例である。比較例では、天板３３に操作者から与えられた力をすぐに検知できるわけではないので、ある程度トルクが大きくなってからアシスト機能が働く。一方で、本実施形態によれば、静止摩擦力を検知するため、操作者が力を与えると比較例に比べて早期にモータ３４６を介したアシスト機能が働くため、ボールねじ３４１に掛かるトルクが小さいうちにアシスト機能が働き始める。
【００５２】
さらに、早期にアシスト機能が働き始めるため、その後の力も比較例と比べてより小さくすることができる。これは、操作者による操作感を比較例よりも変化せずに、モータ３４６の駆動により相殺させることが可能となるからである。比較例においては、天板３３が動き始めてから力が検知されてアシスト機能の準備がされるため、本実施形態に示すようにトルクを小さくすると、操作感が天板３３の動き始めるまで及び動き始めと比べて大きく変化してしまうため、安全性の面から得策ではない。
【００５３】
以上のように、本実施形態によれば、ボールねじ３４１に掛かる静止摩擦力をトルクセンサ３４４で検知することにより、天板３３が移動し始める前にモータ３４６を駆動させることが可能となり、操作者が力を加え始めてから早い段階、すなわち、天板３３が動き始める前、又は、天板３３の動き始めとほぼ同じタイミングで操作者の負担を軽減させることが可能となる。早期にアシスト機能を働かせることにより、操作感を大きく変化させることなく、操作性のよい状態で、より小さな力を加えることにより天板３３を手動制御することが可能となる。
【００５４】
（第２実施形態）
トルクセンサ３４４は、ボールねじ３４１とモータプーリ３４８との間ではなく、ボールねじ３４１と一体化することも可能である。第２実施形態では、磁歪線を用いたボールねじ３４１と一体化しているトルクセンサについて説明する。
【００５５】
図５は、磁歪線３４４Ａを備えるボールねじ３４１と、コイルとを用いたトルクセンサ３４４を示す図である。図６は、図５に示す磁歪線３４４Ａを備えるボールねじ３４１とコイル３４４Ｂとの設置例を示す図である。磁歪線３４４Ａ及びコイル３４４Ｂによりトルクセンサ３４４が形成される。
【００５６】
図６に示すように、ボールねじ３４１のねじ部分に磁歪線３４４Ａを備えていてもよい。例えば、磁歪線３４４Ａは、ボールねじ３４１の一部に備えられ、当該磁歪線３４４Ａの部分に歪みを生じると、ボールねじ３４１に沿って磁界を発生させる。発生する磁界の大きさは、与えられるトルクの大きさにより変化する。この磁界の発生によりコイル３４４Ｂを備えるトルクセンサ３４４に電流が流れる。コイル３４４Ｂに流れる電流も、発生した磁界の大きさによる磁束密度の変化に伴い変化する。この電流を検知することにより、ボールねじ３４１にトルクが生じたこと、及び、生じたトルクの大きさを検知することが可能となる。この場合、コイル３４４Ｂは、例えば、制御装置１５と接続され、制御装置１５によりコイル３４４Ｂが出力した電流を信号に変換し、サーボアンプ３４５を介してモータ３４６を駆動させる。
【００５７】
以上のように、本実施形態によっても、操作者が天板３３に力を加えはじめることによりボールねじ３４１にトルクが生じたタイミングでコイル３４４Ｂがトルクを検知する。この結果、前述した実施形態と同様に、操作者の天板３３を動かす負担を軽減することが可能となる。さらに、本実施形態によれば、トルクセンサ３４４をボールねじ３４１と一体化することが可能となるので、省スペース化も図ることが可能となり、併せて、非接触でセンサとして機能することが可能であるので、触覚センサ等に比べて部品の消耗も抑制することが可能となる。
【００５８】
（第３実施形態）
前述した各実施形態では、天板３３に与えられた力を検知するセンサとしてトルクセンサを用いたが、これには限られない。第３実施形態では、トルクセンサではなく、ロードセンサ（負荷センサ）を用いた例について説明する。
【００５９】
図７は、本実施形態に係るセンサを含む天板３３の一例を示す図である。前述した各実施形態とは異なり、ハンドル３３１は、天板３３にハンドル３３１を固定するハンドル固定部３３３との間に、ロードセンサ３３２を備える。
【００６０】
ロードセンサ３３２は、ハンドル３３１に与えられたＺ軸方向の力、及び、ハンドル３３１に与えられたＹ軸方向の力のうち、少なくとも１つを検知する。ロードセンサ３３２は、例えば、サーボアンプ３４５又は制御装置１５と接続され、検知された力の大きさをサーボアンプ３４５又は制御装置１５へと出力する。
【００６１】
例えば、ロードセンサ３３２は、ハンドル３３１に与えられた力のうち、Ｚ軸方向に平行な力を検出する。検出された力に基づいて、前述した実施形態と同様のモータ３４６の制御を行うことにより、操作感を失うことなく天板３３を手動制御する場合における操作者の負担を軽減することが可能となる。
【００６２】
以上のように、トルクセンサではなく、ロードセンサ３３２を用いることにより、前述した実施形態と同様に、天板３３が動き始める前から天板３３に加えられた力を検出することができ、操作者にとってより操作感、安全性の高いアシスト機能を実現することが可能となる。
【００６３】
図８は、図７のＡ−Ａ断面概略図であり、寝台装置３０を、図２等と同じ断面により示した概略図である。この図８に示すように、ロードセンサ３３２は、ハンドル３３１の接続面とその軸をずらしていてもよい。本実施形態では、ロードセンサ３３２が、天板３３の長手方向に平行なＺ軸方向の力を検出する場合について説明しているが、Ｚ軸方向以外の方向の力、例えば天板３３に垂直なＹ軸方向の力を検出しても良い。
【００６４】
この場合、ハンドル３３１が下に押し下げられることにより、ロードセンサ３３２は、操作者が天板３３を図８における左方向に動かそうとし、ハンドル３３１が上に引き上げられることにより、右方向に動かそうとしていることを検知してもよい。制御装置１５又はサーボアンプ３４５は、この検知した方向に応じて、モータ３４６の回転方向を変更して、アシストを開始する。
【００６５】
操作者は、天板３３を左に移動させたい場合には、ハンドル３３１を下に押し込むようにして、まず、モータ３４６を駆動させ、天板３３を左に移動させる。ロードセンサ３３２によりＺ軸に与えられた圧縮力を検出して、天板３３を移動させる。この場合、操作者は、ハンドル３３１を下方向に押し込むことにより、天板３３をＺ軸に沿って移動させることが可能となる。
【００６６】
天板３３を右に動かしたい場合には、上記と逆の動きをする。すなわち、操作者は、ハンドル３３１を上に引き上げることにより、モータ３４６にアシスト機能を駆動させることが可能となる。
【００６７】
以上のように、ハンドル３３１の動きを検知するように備えられたロードセンサ３３２を用いることにより、操作者のより自然な動きに基づいたアシスト機能を発揮させることも可能である。ハンドル３３１の実装位置によっては、Ｙ軸方向の力の方向と天板３３の動きの方向は逆であってもよい。
【００６８】
なお、図８に示すように、ロードセンサ３３２と、トルクセンサ３４４とがともに実装されていてもよく、この場合、ロードセンサ３３２と、トルクセンサ３４４とが出力した各々の信号に基づいてアシストの制御が行われてもよい。これには限られず、トルクセンサ３４４を無くして、ロードセンサ３３２だけにより制御されるものであってもよい。この場合、別の例として、Ｙ軸方向下向きに力を加え、その後に左に手動制御することによりアシスト機能が有効化された状態で天板３３を手動制御することが可能となるようにしてもよい。さらには、ハンドル３３１を下に押し込む、かつ、天板３３を左に動かすように力を加えてもよい。このような場合、ロードセンサ３３２は、Ｙ軸方向の力だけではなく、Ｚ軸方向の力をも検知してもよい。このように、Ｙ軸方向だけの力を検出して天板３３を移動させてもよいし、さらにＺ軸方向の力を考慮するようにしてもよい。
【００６９】
（変形例）
以下、制御について種々の変形例を説明する。制御は、制御装置１５が制御部として機能する形態について説明するが、前述した各実施形態と同様に、サーボアンプ３４５等が制御部として機能してもよい。
【００７０】
図７に示すように、ハンドル３３１は、スイッチ３３５を備えていてもよい。このスイッチ３３５は、手動操作を行う場合に明示してオンされることによりアシスト機能を発揮することができるスイッチである。例えば、スイッチ３３５がオフにされている状態においては、天板３３は、手動制御をすることができずに静止した状態であるように制御される。スイッチ３３５がオンにされて状態で、前述した実施形態と同様に、サーボアンプ３４５、モータ３４６等が機能し、手動制御をアシストする。
【００７１】
以上のように、操作者が明示的に手動操作をするか否かを指示するスイッチ３３５を備えていてもよい。このように実装することにより、天板３３に接触したけれども天板３３を動かしたくない場合等に、手動による制御を抑制することが可能となる。なお、図７においては、ハンドル３３１のループの外側に備えられているが、ハンドル３３１のループの内側に備えられていてもよい。さらに、手でスイッチ３３５をオン／オフするものではなく、例えば、天板３３上にスイッチが実装されてもよいし、寝台装置３０の下部に備えられるフットペダル等によりスイッチが実装されてもよい。
【００７２】
操作者が、明示的に天板３３の動きをより細かく制御できる機能を有していてもよい。制御装置１５は、操作者により与えられた力をトルクセンサ３４４、又は、ロードセンサ３３２を介して検知するが、与えられた力が瞬間的である場合には、単位制御量だけ移動させる制御を行ってもよい。ここで、瞬間的とは、例えば、ハンドル３３１又は天板３３を動かしたい方向にたたくように接触することを言う。所定の閾値より短い時間の力の与え方であるか否か等により判断してもよい。操作者により与えられた力が継続的である場合には、前述の各実施形態に示すようにアシスト機能を有効にしてもよい。
【００７３】
例えば、制御装置１５は、天板３３に操作者により与えられた力が第１の閾値よりも小さい場合に、与えられた力の方向に単位量だけ動かすように、モータ３４６を回転させ、ボールねじ３４１等を動かすことにより天板３３を移動させる第１の制御を行ってもよい。第１の閾値とは、例えば、１００ｍｓといった時間である。また、単位量とは、例えば、１ｍｍといった距離である。これらの数値は、あくまで一例として示したものであり、これらには限られず、さらに、設計者、管理者、又は、操作者等のユーザが適宜変更できるものであってもよい。
【００７４】
一方で、制御装置１５に与えられた力が第１の閾値よりも大きい場合に、操作者の負担を低減させる前述の各実施形態に記載したアシスト制御を行う第２の制御をおこなってもよい。
【００７５】
以上のように、操作者が瞬間的に力を加えるか、継続的に力を加えるかにより第１の制御と第２の制御とを切り替えてもよい。このように制御を切り替えることにより、例えば、自動的に指定した位置に制御装置１５により天板３３が移動した後に、操作者により継続的に力が与えられて第２の制御により位置を調整し、さらに、瞬間的に力が与えられることにより第１の制御により詳細な位置の微調整を行うといったように、より制御の正確性を高めることが可能となる。
【００７６】
上記では、時間的な制御を説明したが、力の大きさにより制御を分けてもよい。例えば、制御装置１５は、操作者から天板３３に与えられた力が第２の閾値よりも小さい場合には、天板３３の手動制御を行わないようにしてもよい。このように制御することにより、操作者の身体が天板３３に触れてしまった等の天板３３を移動させるためではない力に対しては、上記の第１の制御、又は、第２の制御を行わない制御をすることが可能となる。これにより、天板３３の誤動作を抑制することができる。
【００７７】
上述の第１の制御と第２の制御とを連続的に行ってもよい。例えば、第１の閾値よりも長い間操作者により天板３３に力が与えられ、与えられた力が第３の閾値よりも大きい場合には、第１の制御を実行した後に、第２の制御を実行してもよい。このように、動き始めにおいて単位量動かすことにより、操作者は、動き始めを感知することができるとともに、第２の制御だけを行う場合と比較して、天板３３の微調整を行いやすくなる。
【００７８】
上記の時間及び力に関する変形例は、さらに別の例として、検知した天板３３に操作者により与えられた力の最大値と、力積又は仕事量に基づいて制御を切り替えるものであってもよい。
【００７９】
制御装置１５は、天板３３が第２の制御中に、所定の速度以上にならないように制御してもよい。このようにすることで、天板３３の動きが速くなりすぎるのを抑制し、より安定した制御を行うことが可能となる。また、動きが速くなりすぎた場合において天板３３を急停止させた場合等に、操作者及び被検体Ｐにけがを負わせるといった事故を防止することができる。
【００８０】
同様に、制御装置１５は、制御に関するエラーを検知した場合に、天板３３を急停止しないようにフリーランさせてもよい。この場合、天板３３の移動の限界領域付近において摩擦が徐々に大きくなるようにして自然に停止するようにしてもよい。さらに、急停止しないように、動いている方向と逆方向に作用するトルクを徐々に与えるようにして、天板３３の速度又は加速度を急激に変化させることなく、天板３３を停止させるように制御してもよい。このように制御することにより被検体Ｐはもちろん、天板３３が急停止することによる操作者の骨折等のけがを回避することが可能となる。
【００８１】
なお、第２の閾値、第３の閾値についても、第１の閾値と同様に、適宜ユーザにより設定されるものであってもよい。また、上記において、「より大きい」、「より小さい」といった比較の表現は、適宜「以上」、「以下」と読み替えることが可能であることに理解されたい。
【００８２】
示された各図のように配置することにより、天板３３のＹ方向において下方に、これらの機構を備えることにより、天板３３の長手方向に寝台装置３０を延ばすこと無く上述した実施形態を実装することが可能となり、医用診断システム１の設置スペースを削減することができる。天板３３に対して各機構が大きく図示されているがこれは説明をわかりやすくするために示したものであり、各種モータ、プーリ等の大きさは、天板３３の下方に収まるように支持フレーム３４内に備えられる。
【００８３】
また、上記の説明で参照した図にように、エンコーダプーリ３４３、モータプーリ３４８、ボールねじ３４１が同じ軸にあり、モータ３４６、サーボアンプ３４５は、ベルト３４７等を介して別の軸に備えられる必要は無く、実装方法はこれには限られない。例えば、これらのモジュールは、全てボールねじ３４１と同じ軸にあってもよい。このような場合においても、ボールねじ３４１の設置位置等により、天板３３の長手方向に対してのスペースを確保する必要を無くすことも可能である。
【００８４】
以上、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例としてのみ提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図したものではない。本明細書で説明した新規な装置及び方法は、その他の様々な形態で実施することができる。また、本明細書で説明した装置及び方法の形態に対し、発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の省略、置換、変更を行うことができる。添付の特許請求の範囲及びこれに均等な範囲は、発明の範囲や養子に含まれるこのような形態や変形例を含むように意図されている。
【００８５】
例えば、天板３３を並進移動させる機能は、ボールねじ３４１により実装されていたが、これには限られない。リニアサーボモータを搭載したリニアステージ型であってもよいし、ベルト型のものであってもよい。これらの場合、モータは、図１に示すＸ方向に軸を有するものであってもよい。また、いずれの場合においても、静止摩擦力を検知するように、トルクセンサ３４４、又は、ロードセンサ３３２を備えることにより、同様の効果を得ることが可能である。さらに、ハンドル３３１の実装位置は、天板３３の上面であるとしたがこれには限られず、天板３３の側面にあるものであってもよいし、ハンドル３３１が存在せず、天板３３の上面又は側面において操作者が力を直接与える実装であってもよい。
【符号の説明】
【００８６】
１：医用診断システム、１０：架台装置、１１：Ｘ線発生装置、１２：Ｘ線検出器、１３：回転体、１４：Ｘ線高電圧装置、１５：制御装置、１８：データ収集回路、３０：寝台装置、３１：基台、３２：寝台駆動装置、３３：天板、３３１：ハンドル、３３２：ロードセンサ、３３３：ハンドル固定部、３３５：スイッチ、３４：支持フレーム、３４１：ボールねじ、３４２：カップリング、３４３：エンコーダプーリ、３４４：トルクセンサ、３４４Ａ：磁歪線、３４４Ｂ：コイル、３４５：サーボアンプ、３４６：モータ、３４７：ベルト、３４８：モータプーリ、３４９Ａ：クラッチ、３４９Ｂ：ブレーキ、４０：コンソール装置、４１：メモリ、４２：ディスプレイ、４３：入力インターフェース、４４：処理回路、４４１：システム制御機能、４４２：前処理機能、４４３：再構成処理機能
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2020068879.tif 000008
【図７】
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【図８】
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