JP7573253B2 - Additional shielding box to reduce radiation exposure and protection load - Google Patents
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- Apparatus For Radiation Diagnosis (AREA)
Description
本発明は、エックス線(以下、「X線」と記載する)透視装置を利用する医療分野において、主に医療従事者の被ばく線量と放射線防護に係る負荷を低減できる追加シールドボックスを提供する。 The present invention provides an additional shielding box that can reduce the radiation exposure and radiation protection burden primarily of medical personnel in the medical field using X-ray (hereinafter referred to as "X-ray") fluoroscopy equipment.
医療分野での放射線利用は普及が進んでおり、日本での放射線検査・診断装置と血管連続撮影装置の合計数は2017年時点で既に1万7千台を超えている。
今日では臨床的処置として数多くの手術を行う各診療科の専門医(以下、「術者」という)が、X線透視装置を使用している。放射線を使用した診療は着実に増加しており、患者と医療従事者の被ばくを伴う処置も頻繁に実施されている。最近では、パルス透視や選択的血管造影等の技術がさらに進歩しているが、利用機会の増加に伴いX線照射による被ばく時間が長くなる傾向にあり、患者の医療被ばくや医療従事者の職業被ばくの増加をもたらしている。また、場合によっては放射線防護上の対応が立ち遅れている部分もあり、そのため医療従事者と患者の放射線障害のリスクが高まっている。
The use of radiation in the medical field is becoming increasingly widespread, and the total number of radiological examination/diagnostic devices and sequential angiography devices in Japan already exceeded 17,000 units as of 2017.
Nowadays, X-ray fluoroscopy devices are used by specialists in various medical fields (hereafter referred to as "surgeons") who perform many surgeries as clinical procedures. The use of radiation in medical treatments has steadily increased, and procedures involving radiation exposure of patients and medical staff are frequently performed. Recently, technologies such as pulsed fluoroscopy and selective angiography have further advanced, but the increased use of these devices has tended to increase the duration of exposure to X-ray radiation, resulting in an increase in medical exposure for patients and occupational exposure for medical staff. In addition, in some cases, radiation protection measures have lagged behind, which has increased the risk of radiation damage for medical staff and patients.
最近の医療分野では、X線透視像や血管造影像などを見ながら、体内にカテーテルと呼ばれる細い管や針などを入れ、外科的手術なしで出来るだけ体に傷を残さずに病気を治療するインターベンショナル・ラジオロジー(Interventional Radiology、以下、「IVR」と呼ぶ)の手法を用いた治療が年々、増加している。
血管造影法(アンギオグラフィ)に使用するX線透視装置(以下、「アンギオ装置」という)を適用した血管造影法とは、血管内に造影剤を注入し、その流れをX線で撮影することによって、血管そのものの形状などを観察する方法である。X線を通しにくい造影剤を目的の血管に流し込んでから、X線撮影をすることで、造影剤の入った部分の血管の形をはっきりと写しだすことができる。
In recent medical fields, the use of interventional radiology (hereinafter referred to as "IVR") techniques, in which thin tubes or needles called catheters are inserted into the body while viewing X-ray fluoroscopy images or angiograms, to treat illnesses without surgery and with as little trauma as possible, is increasing year by year.
Angiography using an X-ray fluoroscopy device (hereafter referred to as "angiography device") is a method of observing the shape of the blood vessels themselves by injecting a contrast agent into the blood vessels and photographing the flow with X-rays. By injecting a contrast agent that is difficult for X-rays to pass through into the target blood vessels and then taking an X-ray, the shape of the blood vessels in the area where the contrast agent has entered can be clearly imaged.
ここではアンギオ装置を代表例として、その構造・使用法および空間線量率を説明する。アンギオ装置の代表的な構造は、患者が横たわる寝台(以下、「テーブル」という)の上下のどちらかにX線管球を設置し、反対方向に対として設置したX線受像機にて患者を透過したX線を受光する。アンギオ装置では本来的にX線の直接線はX線源中のX線管球を出て患者を通過して受像機に至るという、一直線で一方向の照射経路である。上記X線管球から照射され患者を通過したX線の一部は受像機に入射して透視画像データとなって伝送されて液晶TV画面に表示されるが、X線の多くは患者人体で散乱し、装置の周囲に散乱線として放出される。アンギオ装置は、脳・心臓などの内臓・血管などのカテーテル手技を行うことが、大きな目的の1つとなっている。そのため、アンギオ装置では手術の時間中は常に透視または観察を行っている。術者を含む医療従事者はアンギオ装置の機側にいる時間が長いため、患者人体により散乱されたX線をかなり多量に被ばくすることになる。術者が装置の近傍で10時間に及ぶ手技を行うこともある。術者が機側で頻繁に患者に対して手技を行う上記アンギオ装置における手術は長時間にわたる場合もあるため、術者を含む医療従事者の放射線防護は重要な課題である。
上述の通り、医療X線利用においては、患者や被検者の身体組織(以下、「患者人体」という)が、照射されたX線を散乱する主な散乱体となっている。
Here, the structure, usage, and spatial dose rate of an angiography device are explained as a representative example. The typical structure of an angiography device is to install an X-ray tube either above or below the bed (hereinafter referred to as the "table") on which the patient lies, and receive the X-rays that pass through the patient with an X-ray receiver installed in the opposite direction. In an angiography device, the direct X-rays leave the X-ray tube in the X-ray source, pass through the patient, and reach the receiver, which is a straight and unidirectional irradiation path. A part of the X-rays that are irradiated from the X-ray tube and pass through the patient enters the receiver and are transmitted as fluoroscopic image data and displayed on the liquid crystal TV screen, but most of the X-rays are scattered by the patient's body and emitted as scattered rays around the device. One of the major purposes of an angiography device is to perform catheter procedures on internal organs such as the brain and heart, and blood vessels. Therefore, an angiography device is always performing fluoroscopy or observation during surgery. Since medical staff, including surgeons, spend a lot of time near the angiography system, they are exposed to a large amount of X-rays scattered by the patient's body. In some cases, surgeons perform procedures close to the system for up to 10 hours. Since surgeons frequently perform procedures on patients near the system, surgery using the angiography system can last for a long time, radiation protection for medical staff, including surgeons, is an important issue.
As described above, in medical X-ray applications, the body tissue of a patient or examinee (hereinafter referred to as the "patient's body") is the main scatterer of the irradiated X-rays.
医療従事者と患者の放射線防護のために、非特許文献1(ICRP、2017年)では、鉛エプロン、眼の保護具、甲状腺保護具等の「個人防護具等」や、天井懸架型遮へい(移動式天井懸架スクリーン、その他吊り下げ式鉛フラップ等)や搭載型遮へい等の「防護カーテン等」の使用が提案されている。しかし、これらの放射線防護具等は、特定の方向に向けて平面的に散乱するX線、すなわち意図した方位だけからのX線を防護することを想定している。入射したX線源からのX線(以下、「一次X線」という)がテーブルや患者の身体組織で散乱し、散乱したX線(以下、「散乱X線」という)が全方向から照射され、すなわち意図しない方位からのX線が照射される中では、十分に医療従事者を放射線防護できない。これらの放射線防護具等による被ばく低減の効果は、特定の方向に限られた限定的なものになる。すなわち、これらの放射線防護具等は、幾分かでも医療従事者の被ばくを低減することを目的とするものであり、散乱X線による被ばく低減の根本的な解決策にはならない。 For radiation protection of medical staff and patients, Non-Patent Document 1 (ICRP, 2017) proposes the use of "personal protective equipment" such as lead aprons, eye protection, and thyroid protection, as well as "protective curtains" such as ceiling-suspended shields (mobile ceiling-suspended screens, other hanging lead flaps, etc.) and on-board shields. However, these radiation protection equipment are intended to protect against X-rays that are scattered in a plane in a specific direction, that is, X-rays only from the intended direction. X-rays from the incident X-ray source (hereinafter referred to as "primary X-rays") are scattered by the table or the patient's body tissue, and the scattered X-rays (hereinafter referred to as "scattered X-rays") are irradiated from all directions, that is, X-rays from unintended directions are irradiated, and medical staff cannot be sufficiently protected from radiation. The effect of reducing exposure by these radiation protection equipment is limited to a specific direction. In other words, these radiation protection devices are intended to reduce the radiation exposure of medical workers to some extent, but are not a fundamental solution to reducing exposure to scattered X-rays.
一般に医療用のX線透視装置はX線管球の管電圧が50~150キロボルト(kV)で使用される場合が多いが、これに対応するX線エネルギーは50~150キロ電子ボルト(KeV)の領域にある。アルミニウム(Al)は概ね50KeV以上では光電効果が主要な相互作用である領域(以下、「光電領域」という)にはなく、コンプトン散乱が主要な相互作用である領域(以下、「散乱領域」という)にある。すなわち、AlはX線をあまり吸収せずに、散乱している。加えて、Alより原子番号が小さい元素、すなわち人体組織を構成する炭素(C)-水素(H)-酸素(O)等の元素は、同様に散乱領域にあり、X線を殆ど吸収しない。そのため、一次X線が照射されてこれらの軽元素の物質と相互作用した際には、支配的に多くが吸収されずに散乱されて散乱X線となる。なお、これらの背景技術は特許文献1に詳細が説明されている。 Generally, medical X-ray fluoroscopy devices are often used with an X-ray tube voltage of 50 to 150 kilovolts (kV), but the corresponding X-ray energy is in the range of 50 to 150 kiloelectronvolts (KeV). Aluminum (Al) is not in the range where the photoelectric effect is the main interaction (hereinafter referred to as the "photoelectric region") at approximately 50 KeV or higher, but is in the range where Compton scattering is the main interaction (hereinafter referred to as the "scattering region"). In other words, Al does not absorb much X-rays, but scatters them. In addition, elements with smaller atomic numbers than Al, such as carbon (C)-hydrogen (H)-oxygen (O) that make up human tissue, are also in the scattering region and hardly absorb X-rays. Therefore, when primary X-rays are irradiated and interact with materials of these light elements, the majority are not absorbed but are scattered, resulting in scattered X-rays. The background techniques are explained in detail in Patent Document 1.
X線透視装置では患者が横たわる寝台(以下、「テーブル」という)の上下どちらかにX線管球を設置し、反対方向に設置したX線受像機にて患者を透過したX線を受光する。従来、テーブルの素材にはX線の吸収を避けるため、炭素繊維補強プラスチック(以下、「CFRP」という)等が使用されてきた。また、金属では純AlやAl合金(以下、「Al系」という)が使用されてきた。すなわち、従来のテーブルはいずれも一次X線の吸収が少ない軽元素から成る材料により構成されている。そのため、これらは一次X線の吸収は少ないが、散乱により散乱X線を発生する。 In an X-ray fluoroscopy device, an X-ray tube is placed either above or below the bed (hereafter referred to as the "table") on which the patient lies, and an X-ray receiver placed on the opposite side receives the X-rays that pass through the patient. Traditionally, materials such as carbon fiber reinforced plastic (hereafter referred to as "CFRP") have been used to make tables in order to avoid absorbing X-rays. In addition, pure aluminum and aluminum alloys (hereafter referred to as "Al-based") have been used as metals. In other words, all conventional tables are made of materials consisting of light elements that absorb little primary X-rays. Therefore, although they absorb little primary X-rays, they generate scattered X-rays due to scattering.
また、X線源からの一次X線は主にC-H-O等の軽元素で構成される患者の人体組織で散乱され、より多くの散乱X線が発生することが知られている。患者人体で発生する散乱X線は、その体厚がテーブルに比べて厚いため、確率的に何回か再散乱するものが増えることにより、前方、側方、後方のあらゆる方位に散乱する。X線源がテーブルの下方にあるアンダーチューブ型では、患者人体で発生した後方への散乱X線は、患者人体の下方にあるテーブル面に照射される。アンダーチューブ型の場合は、後方である下方(床面の方向)への散乱X線が最も光子数が多く、これが発生する散乱X線の半分程度と言われている。
前項で述べた従来のテーブルの材料はこれらを吸収することなく更に散乱するので、テーブルから再散乱した散乱X線が発生する。患者人体で後方に散乱した散乱X線の場合でも、この再散乱により方向が変わり、側方や前方の散乱X線となるものもある。
It is also known that the primary X-rays from the X-ray source are scattered by the patient's tissues, which are mainly composed of light elements such as C-H-O, and many more scattered X-rays are generated. The scattered X-rays generated by the patient's body are scattered in all directions, including forward, side, and backward, because the patient's body is thicker than the table, and the number of X-rays that are re-scattered stochastically increases. In an under-tube type X-ray source located below the table, the backward scattered X-rays generated by the patient's body are irradiated onto the table surface located below the patient's body. In the case of the under-tube type, the scattered X-rays toward the rear (toward the floor surface) have the largest number of photons, and this is said to be about half of the scattered X-rays generated.
The material of the conventional table mentioned in the previous section scatters these rays without absorbing them, so they are re-scattered from the table, generating scattered X-rays. Even in the case of scattered X-rays that are scattered backwards from the patient's body, this re-scattering can change direction and cause them to become scattered X-rays to the side or front.
医療用のX線透視装置では、X線源で発生した一次X線がCFRP製のテーブルを通過して患者・被検者の身体組織に当たって大部分は散乱され、一部は吸収され、残された数%程度が透過する。特許文献1によれば、例えば100KeV程度のアンダーチューブ型の一次X線であれば身体組織とテーブルにより約80%が散乱され、10数%が吸収され、5%程度が透過する。一次X線が約40KeV以上の場合は、身体組織とテーブルでは光電効果による吸収(光電吸収)が支配的ではなく、コンプトン散乱が支配的な相互作用となると述べている。
判り易くするために、特許文献1では以下のように例示している。すなわち、一次X線が「100」とした場合にX線受像機への透過割合と「3」とした。また、同様に身体組織(胸部)による吸収は「14」とし、CFRP製のテーブルによる吸収は「3」とした。すなわち、一次X線が100とした場合に、人体吸収分と透過分は合計で20と考え、残りの80は散乱分と考えた。また、散乱分の80は概括的に述べれば、散乱X線の割合は、50cm高さで「44」、100cm高さで「24」、150cm高さで「12」と考えた。
すなわち、アンダーチューブ型の場合、散乱X線の光子数は患者の上方が約12%、側方が約24%、下方が約44%となる。既往の報告に前方・側方・後方の散乱X線の光子数の情報は数点あるが、そのX線エネルギーの情報は多くない。なお、X線の収支は同じ発明者の特許文献1にて詳細が説明されている。但し、特許文献1では、ここに記載したX線の割合はあくまでも大まかなイメージとして理解するものであり、厳密な数値として議論すべきものではない。
In medical X-ray fluoroscopy devices, primary X-rays generated by an X-ray source pass through a CFRP table and hit the body tissue of a patient or examinee, where most of the X-rays are scattered, some are absorbed, and the remaining several percent are transmitted. According to Patent Document 1, for example, in the case of an under-tube type primary X-ray of about 100 KeV, approximately 80% is scattered by the body tissue and the table, several tens of percent is absorbed, and approximately 5% is transmitted. It is stated that when the primary X-ray is about 40 KeV or more, absorption by the photoelectric effect (photoelectric absorption) is not dominant between the body tissue and the table, and Compton scattering is the dominant interaction.
For ease of understanding, Patent Document 1 gives the following example. That is, when the primary X-ray is "100", the transmission rate to the X-ray receiver is "3". Similarly, the absorption by the body tissue (chest) is "14", and the absorption by the CFRP table is "3". That is, when the primary X-ray is 100, the absorption by the human body and the transmission rate are considered to be 20 in total, and the remaining 80 is considered to be the scattered rate. Furthermore, the 80 of the scattered rate is generally considered to be "44" at a height of 50 cm, "24" at a height of 100 cm, and "12" at a height of 150 cm.
That is, in the case of the under-tube type, the number of scattered X-ray photons is about 12% above the patient, about 24% to the side, and about 44% below. Previous reports have provided some information on the number of scattered X-ray photons in the front, side, and back, but there is not much information on the X-ray energy. The balance of X-rays is explained in detail in Patent Document 1 by the same inventor. However, in Patent Document 1, the X-ray ratios described there should be understood only as a rough image and should not be discussed as strict numerical values.
アンダーチューブ型では患者人体で上方すなわち前方散乱した散乱X線の光子数は、前項の通り、大まかに約12%と予想した。特許文献1の表3で説明されるコンプトン散乱の定義式からは、1回だけ散乱した前方散乱X線のエネルギーは、例えば一次X線が100KeVの場合は散乱角30度で97KeVとなる。
照射野とその周辺で前方散乱する散乱X線のうち特に散乱角が例えば同30度未満の小角で散乱したもの(以下、「小角散乱」という)は、一次X線のエネルギーが殆どそのまま維持される。その内、患者人体による散乱回数が少ないものは術者の頭部付近に高いエネルギーのまま照射される。ただ、これは前方散乱する散乱X線(前方散乱X線)の光子数の一定の割合のものと予想される。前方散乱X線の中にも複数回の散乱により低いエネルギーとなったものも含まれている。残念ながら現時点では実際のX線透視装置で同30度未満の小角で前方散乱された散乱X線のエネルギー波高分布を実測した報告例は見当たらない。
In the under-tube type, the number of photons of the scattered X-rays scattered upward, i.e., forward, by the patient's body is expected to be roughly 12%, as described above. According to the definition of Compton scattering explained in Table 3 of Patent Document 1, the energy of the forward scattered X-rays scattered only once is 97 KeV at a scattering angle of 30 degrees when the primary X-ray is 100 KeV, for example.
Among the scattered X-rays scattered forward in the irradiation field and its periphery, those scattered at small angles, for example, less than 30 degrees (hereinafter referred to as "small angle scattering") maintain almost the same energy as the primary X-rays. Among them, those scattered a small number of times by the patient's body are irradiated near the head of the surgeon with high energy. However, this is expected to be a certain percentage of the number of photons of the scattered X-rays scattered forward (forward scattered X-rays). Some of the forward scattered X-rays have become low energy due to multiple scattering. Unfortunately, at present, there are no reports of actual measurements of the energy pulse height distribution of scattered X-rays scattered forward at small angles of less than 30 degrees using an actual X-ray fluoroscopy device.
医療用のX線透視装置での前方へのエネルギー波高分布の報告例は見当たらないが、原理上、前方散乱X線の方が側方や後方よりも実効エネルギーが高いことは明らかである。前項の通り、コンプトン散乱の理論式からは1回だけ散乱した散乱角が小さな小角散乱の散乱X線(以下、「小角散乱X線」という)のエネルギーが高いことが示される。
低エネルギー領域にある電磁波の弾性散乱を対象とするトムソン散乱は、患者等との相互作用により、前方散乱(出射方向へ散乱)と後方散乱がある。
術者は鉛眼鏡等の眼の保護具で眼球の被ばくを防護しているが眼球の被ばく線量は高く、白内障等の放射線障害が懸念されている。術者の頭部付近を照射するものは、上述のコンプトン散乱による小角散乱X線に加え、患者人体でトムソン散乱した散乱X線がさらに加わる可能性がある。IVR従事者の職業被ばくは重要であるが、従来、正確な眼の水晶体の被ばく線量(以下、「水晶体線量」という)は、明らかにされていなかった。
Although there are no reported examples of energy pulse height distribution in the forward direction in medical X-ray fluoroscopy devices, it is clear that, in principle, forward scattered X-rays have a higher effective energy than side or rear scattered X-rays. As mentioned in the previous section, the theoretical formula of Compton scattering shows that small-angle scattered X-rays (hereinafter referred to as "small-angle scattered X-rays") that are scattered only once and have a small scattering angle have high energy.
Thomson scattering, which targets elastic scattering of electromagnetic waves in the low energy region, can result in forward scattering (scattering in the direction of emission) and backward scattering due to interactions with patients, etc.
Although operators protect their eyes from radiation exposure with eye protection such as lead glasses, the radiation dose to the eyes is high, and there are concerns about radiation damage such as cataracts. When irradiating the area around the operator's head, in addition to the small-angle scattered X-rays due to Compton scattering mentioned above, there is a possibility that scattered X-rays due to Thomson scattering in the patient's body may also be added. The occupational exposure of IVR workers is important, but the exact exposure dose to the lens of the eye (hereinafter referred to as "lens dose") has not been clarified until now.
最近になって、非特許文献2(千田浩一ら、2018)等により、水晶体線量の実態調査と防護メガネ使用時の防護効果の評価が行われている。非特許文献2では、新しい水晶体線量計(DOSIRIS:ドジリス)を用いて、特にIVRに携わる医療従事者の水晶体線量(3mm線量当量)の実態調査を行い。IVRにおける鉛眼鏡の防護効果を評価している。その結果、心臓IVR医師の水晶体線量は全身での実効線量より高く、1年推定で22ミリシーベルト(mSv)に及ぶ場合があったと述べている。そのため、IVR医師は、防護メガネ不使用時は、水晶体等価線量限度を超過する危険性が高いこと、さらに防護メガネ使用時でも水晶体等価線量限度を超過する場合が想定されると述べている。
また、非特許文献2の筆者らによる別途の提言では、鉛防護メガネ下面や側面の遮蔽が不十分であるため、鉛防護具等の遮蔽能力向上は特にIVR医師の水晶体防護のためには必須であり、例えば下面の防護対策を行った鉛防護メガネの開発などが重要であると述べている。しかし、上述の通り、アンダーチューブ型の小角散乱X線はエネルギーが高い。鉛防護メガネは下面の遮へい能力を向上させることを狙うものの、防護のための身体的負荷を軽減のために軽量とせざるを得ない。そのため、術者の水晶体の被ばく線量を十分に低下することには一定の限界がある。
Recently, a survey of the actual lens dose and an evaluation of the protective effect when protective glasses are used have been conducted by non-patent literature 2 (Kouichi Senda et al., 2018) and others. In non-patent literature 2, a survey of the actual lens dose (3 mm dose equivalent) of medical personnel involved in IVR was conducted using a new lens dosimeter (DOSIRIS). The protective effect of lead glasses in IVR was evaluated. As a result, it was stated that the lens dose of cardiac IVR doctors was higher than the effective dose for the whole body, and in some cases it reached 22 millisieverts (mSv) in one year. Therefore, it was stated that IVR doctors are at high risk of exceeding the lens equivalent dose limit when not using protective glasses, and that it is expected that the lens equivalent dose limit will be exceeded even when protective glasses are used.
In addition, in a separate proposal by the authors of Non-Patent Document 2, they state that since the shielding of the bottom and sides of lead protective glasses is insufficient, improving the shielding capacity of lead protective equipment is essential, especially for protecting the crystalline lenses of IVR doctors, and that, for example, the development of lead protective glasses with bottom protection measures is important. However, as mentioned above, under-tube type small-angle scattered X-rays have high energy. Although lead protective glasses aim to improve the shielding capacity of the bottom, they have to be lightweight to reduce the physical burden for protection. Therefore, there is a certain limit to sufficiently reducing the radiation exposure dose of the crystalline lenses of the surgeon.
さらに、X線透視装置において患者人体により側方(水平方向)に散乱した散乱X線(側方散乱X線)の光子数は、前述の通り、大まかに約24%と予想した。特許文献1で説明されるコンプトン散乱の理論からは、例えば一次X線が単色エネルギーで100KeVの場合は、1回だけ散乱した側方散乱X線は散乱角60度が91KeVであり、同90度が83KeVであり、同120度が77KeVとなる。側方散乱は前述の前方散乱に比べて1回散乱後のエネルギーが低くなることが判る。側方散乱X線の中にも複数回の散乱により低いエネルギーとなったものも含まれているため、前方散乱X線に比べると平均的にエネルギーが低くなることが予想され、その過程で光子数が多くなっている。
照射野およびその付近(以下、「照射野付近」という)の患者人体の体厚が厚ければ複数回の散乱をする確率もさらに増えることもあり、側方散乱X線は、散乱角とそのエネルギーは幅をもったX線となる。実際のX線透視装置で照射され患者・被検者の身体組織やテーブルに当たって側方に散乱された側方散乱X線のエネルギー波高分布を計測した例は幾つかあるが、あまり多くはない。
その中で、非特許文献3(松本一真ら、1999)ではアクリル製のファントムで側方散乱後の散乱X線と同・透過後X線のエネルギー毎のエネルギー波高分布の実測データを示している。フィルタなしの管電圧110kVで計測された散乱角90度の側方散乱線は正規分布に近い釣鐘状の形状であり、ピーク位置の中央値は約65KeVであり、最大値は約87KeVであった。最低値は実測値では測定下限に向けて光子数の数値が尾を引いている形状になっているが、理論式から解析上で表現される推定値は約35KeVとなっている。
Furthermore, the number of photons of the scattered X-rays (side scattered X-rays) scattered to the side (horizontally) by the patient's body in the X-ray fluoroscopy device was roughly estimated to be about 24%, as described above. According to the theory of Compton scattering described in Patent Document 1, for example, when the primary X-ray has monochromatic energy of 100 KeV, the side scattered X-rays scattered only once will have a scattering angle of 60 degrees of 91 KeV, 90 degrees of 83 KeV, and 120 degrees of 77 KeV. It can be seen that the energy of the side scattering is lower after one scattering than the forward scattering described above. Since the side scattered X-rays also include those with low energy due to multiple scatterings, it is expected that the energy will be lower on average than the forward scattered X-rays, and the number of photons will be greater in the process.
If the patient's body is thick in the irradiation field and its vicinity (hereinafter referred to as "near the irradiation field"), the probability of multiple scattering increases, and the side-scattered X-rays have a range of scattering angles and energies. There are some examples of measuring the energy pulse height distribution of side-scattered X-rays that are irradiated by an actual X-ray fluoroscopy device and scattered to the side by hitting the patient's/subject's body tissue or table, but not many of them are available.
Among them, Non-Patent Document 3 (Kazuma Matsumoto et al., 1999) shows actual measurement data of the energy pulse height distribution for each energy of X-rays after side scattering and X-rays after transmission using an acrylic phantom. The side scattering radiation at a scattering angle of 90 degrees measured at a tube voltage of 110 kV without a filter has a bell-shaped shape close to a normal distribution, the median value of the peak position is about 65 KeV, and the maximum value is about 87 KeV. The minimum value is a shape in which the photon number value tails toward the lower limit of measurement in the actual measurement value, but the estimated value expressed analytically from the theoretical formula is about 35 KeV.
患者人体の照射野付近から上方と側方から発生する散乱X線は上述の傾向にあるが、散乱X線は患者人体内部で再散乱するため、実際には下方を含めて患者人体の全身から発生する。この散乱X線は何度かの再散乱により上述の前方と側方の散乱X線よりも更にエネルギーは低くなる。
一方、患者人体の身長の方向(以下、「体軸方向」という)には、再散乱を重ねた散乱X線が伝播する。実測結果によれば、人体組織では照射野から40cm以内の体軸方向の範囲で散乱X線が上方・側方・下方に発生することが確認されている。逆説的に言えば、照射野から40cm以遠の位置では散乱X線の発生は確認されないため、この部位には追加シールド等による遮へいは必要ない。
The scattered X-rays generated from the upper and side near the irradiation field of the patient's body have the above-mentioned tendency, but because the scattered X-rays are re-scattered inside the patient's body, they are actually generated from the entire body of the patient, including the lower part. These scattered X-rays are re-scattered several times, and their energy becomes lower than the above-mentioned scattered X-rays from the front and sides.
On the other hand, scattered X-rays that have been re-scattered propagate in the direction of the patient's body height (hereinafter referred to as the "body axis direction").Actual measurements have confirmed that scattered X-rays are generated upward, sideways, and downward in human tissues within a range of 40 cm in the body axis direction from the irradiation field. Paradoxically, no scattered X-rays are generated at positions beyond 40 cm from the irradiation field, so there is no need to shield these areas with additional shields, etc.
非特許文献1では、アンダーチューブ型の場合はテ-ブル下部の位置で計測される光子数が一次X線の2~3倍になると述べている。この現象はX線の照射方向に対して後方に相当するテーブルの下方への散乱X線(後方散乱X線)は光子数としては前方・側方への散乱X線よりも多いことを示している。
前述の通り、X線透視装置において患者人体により後方(下方方向)に散乱した散乱X線(後方散乱X線)の光子数は、大まかに約48%と予想した。特許文献1で説明されるコンプトン散乱の理論式からは、例えば一次X線が単色エネルギーで100KeVの場合は、1回だけ散乱した後方散乱X線は散乱角135度が約75KeVであり、同150度が73KeVであり、同180度が72KeVとなる。後方への散乱は前方や側方への散乱に比べて1回散乱後のエネルギーが低くなることが判る。後方散乱X線の中にも複数回の散乱により低いエネルギーとなったものも含まれており、側方散乱X線と比べても平均的にはエネルギーがさらに低くなることが予想され、光子数が多くなっている。
Non-Patent Document 1 states that in the case of the under-tube type, the number of photons measured at the position under the table is two to three times that of the primary X-rays. This phenomenon indicates that the number of photons of X-rays scattered below the table (backscattered X-rays), which corresponds to the rear of the X-ray irradiation direction, is greater than the number of photons of X-rays scattered forward and to the sides.
As mentioned above, the number of photons of the scattered X-rays (backscattered X-rays) scattered backward (downward) by the patient's body in the X-ray fluoroscopy device was roughly estimated to be about 48%. According to the theoretical formula of Compton scattering explained in Patent Document 1, for example, when the primary X-ray has monochromatic energy of 100 KeV, the backscattered X-rays scattered only once have a scattering angle of 135 degrees at about 75 KeV, 150 degrees at 73 KeV, and 180 degrees at 72 KeV. It can be seen that the energy of the backward scattering is lower after one scattering than that of the forward or side scattering. Some of the backscattered X-rays have low energy due to multiple scatterings, and it is expected that the energy will be even lower on average than that of the side scattered X-rays, and the number of photons will be greater.
上述で述べてきた通り、散乱X線には前方、側方、後方の3方位がある。これらは散乱X線のエネルギーは発生源とそのエネルギーにより3種類に大別される。エネルギーが最も高いのは照射野とその周辺から上方(アンダーチューブ型の前方)へ発生する小角散乱X線であり、これは前方散乱X線に含まれる。次にエネルギーが高いのは照射野付近から発生する散乱X線であり、これは前方・側方・後方の全方位の散乱X線に含まれる。エネルギーが最も弱いのは照射野から40cm以内の患者人体の全身から発生する人体組織で何回か再散乱した散乱X線(以下、「全身からの散乱X線」という)であり、これは前方・側方・後方の全方位の散乱X線に含まれる。
散乱X線のエネルギーの平均値は、前方散乱X線が最も高く、次いで側方散乱X線であり、最も低いのは後方散乱X線である。
As mentioned above, there are three directions of scattered X-rays: forward, side, and backward. These scattered X-rays are roughly divided into three types according to the source and their energy. The highest energy is small-angle scattered X-rays generated from the irradiation field and its surroundings upward (forward of the under-tube type), which is included in forward scattered X-rays. The next highest energy is scattered X-rays generated near the irradiation field, which is included in all-directional scattered X-rays forward, side, and backward. The weakest energy is scattered X-rays generated from the whole body of the patient within 40 cm of the irradiation field and re-scattered several times by human tissue (hereinafter referred to as "scattered X-rays from the whole body"), which is included in all-directional scattered X-rays forward, side, and backward.
The average energy of scattered X-rays is highest for forward scattered X-rays, followed by side scattered X-rays, and lowest for back scattered X-rays.
非特許文献4(千田浩一、2008)では、IVR術者被ばくの計測・評価を行い、放射線防護について解説している。術者被ばくの主原因の一つは、患者人体からの散乱X線であり、特に患者人体への一次X線の入射面はX線吸収が大きいため、そこからの散乱X線の発生は多いと述べている。
また、「不均等被ばく」とは、体に受ける被ばく線量が均等でないことを言い、防護エプロンを使用する場合などが該当する。非特許文献4では、IVR術者7名での頭頸部(防護エプロンの外側:Hout)と胸腹部(同・内側:Hin)にそれぞれ1個ずつ個人線量計(蛍光ガラスバッジ)を装着して測定した。不均等被ばくの実効線量の評価式は国際的には多数があるが、日本で多く利用される換算式である実効線量=0.11Hout+0.89Hinと、Hinのみとを比較した結果、前者の方が約3.8倍も大きいと述べている。
非特許文献4では、この結果により、個人線量計が1個のHinのみで評価すると実効線量は約4分の1で評価してしまう可能性があると述べている。また、通常の診療放射線取扱者と比較して、IVR術者は意図しない方位からの散乱X線により不均等被ばくを受けている可能性がより高いので、被ばく管理の計測上の配慮が重要になると述べている。
Non-Patent Document 4 (Kouichi Senda, 2008) measures and evaluates IVR operator exposure and explains radiation protection. It states that one of the main causes of operator exposure is scattered X-rays from the patient's body, and that the incidence surface of the primary X-rays on the patient's body has a large X-ray absorption, so a lot of scattered X-rays are generated from there.
"Uneven exposure" refers to the fact that the radiation dose received by the body is not uniform, and corresponds to the case where a protective apron is used. In Non-Patent Document 4, seven IVR operators were measured by wearing one personal dosimeter (fluorescent glass badge) on each of the head and neck (outside of the protective apron: Hout) and the chest and abdomen (inside of the protective apron: Hin). There are many international evaluation formulas for the effective dose of uneven exposure, but when comparing the conversion formula commonly used in Japan, effective dose = 0.11Hout + 0.89Hin, with only Hin, it is stated that the former is approximately 3.8 times larger.
Non-Patent Document 4 states that, based on these results, if a personal dosimeter evaluates using only one Hin, the effective dose may be evaluated at about one-fourth the normal value. In addition, it states that compared with ordinary medical radiation handlers, IVR operators are more likely to be exposed to uneven radiation from scattered X-rays from unintended directions, so it is important to take into consideration the measurement of radiation exposure management.
さらに非特許文献4(千田浩一、2008)では、防護カーテン等の一種である鉛当量0.8mmの天吊式含鉛アクリル防護具と鉛当量0.35mmの寝台横型鉛エプロンを使用した場合の実効線量を計測・評価し、その放射線防護上の低減効果を解説している。これらは水平方向の散乱X線を遮へいできるIVR術者の放射線防護用の追加遮へいの一種である。これら防護カーテン等の装着による実効線量の低減割合は、術者の動きが反映されない水ファントム測定時の電離箱サーベイメータ測定では低減効果は95%であったが、実際の心臓カテーテル検査時の術者の個人線量計(ルクセルバッジ)測定では42~45%に低減したと述べている。非特許文献4では、この結果により、防護カーテン等は術者の放射線防護に有用ではあるが、水ファントム実験時の空間線量の測定結果に比べて、実際の心臓カテーテル検査時の術者被ばく低減効果は少なかったと述べている。そのため、追加防護具等の更なる改善や、人間工学的な改良が必要であると述べている。これは、本明細書で前述した現状の放射線防護具等での意図しない方位からの散乱X線による被ばくへの配慮が重要であることと同じ内容である。 Furthermore, Non-Patent Document 4 (Kouichi Senda, 2008) measures and evaluates the effective dose when using a ceiling-mounted lead-containing acrylic protective device with a lead equivalent of 0.8 mm, which is a type of protective curtain, and a horizontal bed-type lead apron with a lead equivalent of 0.35 mm, and explains the reduction effect in terms of radiation protection. These are a type of additional shielding for radiation protection of IVR operators that can block horizontally scattered X-rays. The reduction rate of effective dose by wearing these protective curtains, etc. is 95% in ionization chamber survey meter measurements during water phantom measurements, which do not reflect the operator's movements, but it is reduced to 42-45% in measurements using the operator's personal dosimeter (Luxel badge) during actual cardiac catheterization. Non-Patent Document 4 states that, based on these results, protective curtains, etc. are useful for protecting operators from radiation, but the reduction effect on operator exposure during actual cardiac catheterization was smaller than the measurement results of the air dose during the water phantom experiment. Therefore, they state that further improvements in additional protective equipment and ergonomic improvements are necessary. This is the same as the above-mentioned point in this specification that it is important to consider exposure to scattered X-rays from unintended directions when using current radiation protection equipment.
他方、最近では患者人体から上方に散乱する散乱X線を軽減するために遮へい材料としてテーブル上の患者に市販の含鉛(Pb)シート等の掛布を掛ける場合もある。防護カーテン等の一種であるこのPbシートにより、ある程度の患者人体から上方への散乱X線は減弱され、吸収される。しかし、特許文献1が述べる通り、Pbだけでは50KeV前後の中程度のエネルギー領域での散乱X線の吸収能力に優れているとは言い難い。また、遮へいに伴いPbからは約15KeV以下のL殻の特性X線(L-X)が放出される。さらに、Pbシートは透過X線を塞がないように照射野付近には掛けることが出来ず、患者人体の限られた一部の部位だけに掛けられるため、その効果は限定的である。すなわち、掛布は最も発生が多い照射野の人体組織からの散乱X線に対しては有効ではない。そのため、この方法では医療従事者の放射線防護には十分な措置にはならない。 On the other hand, in recent years, in order to reduce the scattered X-rays that scatter upward from the patient's body, a commercially available lead-containing (Pb) sheet or other drape may be placed over the patient on the table as a shielding material. This Pb sheet, which is a type of protective curtain, attenuates and absorbs some of the scattered X-rays that scatter upward from the patient's body. However, as described in Patent Document 1, it is difficult to say that Pb alone has excellent ability to absorb scattered X-rays in the medium energy range of around 50 KeV. In addition, Pb emits characteristic X-rays (L-X) of the L shell of approximately 15 KeV or less due to shielding. Furthermore, the Pb sheet cannot be placed near the irradiation field so as not to block the penetrating X-rays, and can only be placed on a limited part of the patient's body, so its effectiveness is limited. In other words, the drape is not effective against scattered X-rays from human tissue in the irradiation field, which is where they are most likely to occur. Therefore, this method is not a sufficient measure to protect medical personnel from radiation.
特許文献2では、X線透視装置のテーブル上に設置するレントゲン装置人体保護装置が提案されている。この装置は、裏部が凹形状で彎曲した遮へい機能のある保護カバーの一側端をベッドの一側部に回動自在に枢滑し、保護カバーをベッドの一側部に橋絡するとともに、保護カバーの枢着位置をベッドの長手方向に移動自在としたものである。すなわち、特許文献2はテーブル上で体軸方向にスライド移動でき、所謂蝶番により開閉できる遮へい付きの保護カバーであり、人体を放射線から保護するための追加シールドである。保護カバーの形状は特許文献3の半円筒ドーム型を体軸方向に半割にしたものに似ている。保護カバーの材料は、複数枚の含鉛ゴムシートを重ねたものと述べている。
特許文献2の人体保護装置が考案されたのは1977年であり、この頃は、まだIVRやアンギオ装置は普及しておらず、特許文献2の発明は主にX線透過画像撮影用のオーバーチューブ型のX線カメラを対象としたものと予想される。この背景もあり、IVRを対象とする本発明とは機能・構造が根本的に異なっている。まず、特許文献2の保護カバーの両端部は開口であり開放されている。この装置は患者人体やテーブルで何度も散乱したあらゆる方向からの散乱X線を対象として考慮していないと思われる。そのため、両端部から散乱X線が診療室内等の外部空間に漏出してしまう。また、本来的にIVRによる手技が目的ではないので、保護カバー超しに術者が内部に手腕を挿入する機構や機能は考えられていない。さらに、一次X線が患者人体により小角に散乱して高エネルギーのまま頭部や眼を照射する小角散乱X線は考慮されておらず、それを防ぐ機構や機能は存在していない。その上、特許文献2では、照射されるX線の種類またはエネルギーに応じて表面の材質を変えるとの考え方はない。また、表面を特定の材質として散乱X線を減弱して吸収するとの考え方もない。
Patent Document 2 proposes an X-ray equipment human body protection device to be installed on the table of an X-ray fluoroscopy device. In this device, one side end of a protective cover with a concave curved back and shielding function is rotatably slid to one side of a bed, the protective cover is bridged to one side of the bed, and the pivoting position of the protective cover is movable in the longitudinal direction of the bed. In other words, Patent Document 2 is a protective cover with shielding that can slide in the body axis direction on the table and can be opened and closed by a so-called hinge, and is an additional shield to protect the human body from radiation. The shape of the protective cover is similar to that of the semi-cylindrical dome type of Patent Document 3, which is divided in half in the body axis direction. It is said that the material of the protective cover is a stack of multiple lead-containing rubber sheets.
The human body protection device of Patent Document 2 was invented in 1977, and at that time, IVR and angiography devices were not yet widespread, and it is expected that the invention of Patent Document 2 is mainly intended for an overtube type X-ray camera for X-ray transmission image capture. With this background, the function and structure are fundamentally different from the present invention, which is intended for IVR. First, both ends of the protective cover of Patent Document 2 are open and open. It seems that this device does not take into consideration the scattered X-rays from all directions that are scattered many times by the patient's body or the table. Therefore, the scattered X-rays leak from both ends into the external space such as the inside of the examination room. In addition, since the purpose is not originally to perform a procedure using IVR, no mechanism or function is considered for the operator to insert his/her arm inside the protective cover. Furthermore, no consideration is given to small-angle scattered X-rays, in which primary X-rays are scattered at small angles by the patient's body and irradiate the head or eyes while still at high energy, and no mechanism or function exists to prevent this. Furthermore, Patent Document 2 does not consider changing the surface material depending on the type or energy of the X-rays to be irradiated. Furthermore, there is no concept of using a specific material for the surface to attenuate and absorb scattered X-rays.
特許文献3は、散乱X線の追加シールドに関する例であるが、X線断層撮影(CT)用の放射線シールド装置が提案されている。これはテーブル上に横たわった患者の身体を囲うように設置する半円筒ドーム型の放射線シールドであり、テーブル上を体軸方向にスライド移動可能な構造である。半円筒ドーム型の両端部は開放された構造であり、X線CT装置のガントリに一方の端部を密着させて使用することを前提にしている。また、半円筒ドーム型のシールドに術者が内部に手腕を挿入する機構や機能は設けていない。ガントリと反対側の端部の開放端から患者から組織をサンプリングする装置を提案している。そのため、この装置は、診療室内等の空間の放射線量率の低減を狙ったものではなく、患者身体から術者へ直線的に照射される散乱X線から、術者だけを防護することを目的としている。
特許文献3の放射線シールド装置は、X線CTを前提としており、一方の端部はガントリの中空部と壁を利用しているため、IVRを対象とする本発明は機能・構造が根本的に異なっている。まず、特許文献3の放射線シールド装置は両端部が開放されており、特許文献2と同様に散乱X線が診療室内等の空間に漏出してしまう。また、X線CTでは近傍で術者が頻繁に手技を行うことを前提としていないので、特許文献2と同様にシールド超しに術者が内部に手を挿入する機構や機能は存在していない。また、前項と同様に小角散乱X線は考慮しておらず、それを防ぐ機構や機能は存在していない。その上、特許文献3では半円筒ドーム型のシールドの材質は確定的に記載されていない。材質は確定していないことなので、特定の材質により散乱X線を減弱して吸収するとの考え方はなく、X線の種類またはエネルギーに応じて表面の材質を変えるとの考え方はない。
Patent Document 3 is an example of an additional shield for scattered X-rays, and proposes a radiation shield device for X-ray computed tomography (CT). This is a semi-cylindrical dome-shaped radiation shield that is installed to surround the body of a patient lying on a table, and has a structure that allows it to slide on the table in the body axis direction. Both ends of the semi-cylindrical dome are open, and it is assumed that one end is in close contact with the gantry of the X-ray CT device. In addition, the semi-cylindrical dome shield does not have a mechanism or function for the operator to insert his/her arm inside. It proposes a device that samples tissue from the patient from the open end at the end opposite the gantry. Therefore, this device is not intended to reduce the radiation dose rate in a space such as a medical room, but is intended to protect only the operator from scattered X-rays that are linearly irradiated from the patient's body to the operator.
The radiation shield device of Patent Document 3 is based on the premise of X-ray CT, and one end uses the hollow part and wall of the gantry, so the function and structure of the present invention, which is targeted at IVR, are fundamentally different. First, the radiation shield device of Patent Document 3 has both ends open, and scattered X-rays leak into the space inside the examination room, etc., as in Patent Document 2. In addition, since X-ray CT does not assume that the surgeon will frequently perform procedures nearby, there is no mechanism or function for the surgeon to insert his or her hand inside through the shield, as in Patent Document 2. In addition, as in the previous section, small-angle scattered X-rays are not taken into consideration, and there is no mechanism or function to prevent them. Furthermore, Patent Document 3 does not definitively describe the material of the semi-cylindrical dome-shaped shield. Since the material is not determined, there is no idea of attenuating and absorbing scattered X-rays with a specific material, and there is no idea of changing the surface material depending on the type or energy of X-rays.
非特許文献5では、術者の被ばく線量低減を目的として開発された放射線防護キャビンが紹介されている。この防護キャビンは、アンダーチューブ型のアンギオ装置を対象としていると予想される。この防護キャビンは厚さ2mmの鉛ガラスで作られた3つの面をもつ車輪で移動可能な箱型をしており、医療従事者が装置を押して手術台のテーブル脇に設置する。術者はその箱の3つの面のさらに下方の腕出し入れ部から内部へ腕を通し、入れた手で手技を行う。非特許文献5では、使用され始めた初期の頃から、心臓カテーテルアブレーション(冷凍凝固)治療と心臓装置の埋め込みの手技において、防護服と同等かそれ以上の放射線防護効果が報告され、特に術者の全身がカバーされる点で優れていると述べている。
この防護キャビンは患者人体の前方と側方の散乱X線を対象にした追加シールドと推定されるが、前方と側方の散乱X線の放射線強度と光子数の違いは考慮されていない。非特許文献5の防護キャビンは使用している鉛ガラスが3枚(前面と両側面)とのことなので上方と下方に開放された端面があると思われる。上方と下方には、特許文献2や特許文献3と同様に散乱X線が診療室内等の空間に漏出してしまう。また、鉛ガラスを使用しているが患者人体の広い範囲から前方や側方に発生する散乱X線を減弱して吸収するとの考え方はない。さらに、全ての鉛ガラスの厚さ2mmで平面的に使用しているのであれば、上方の開放端面からの高いX線エネルギーの小角散乱X線が漏出すると思われ、術者の頭部や眼への遮へいや被ばく防護は考慮されていない。また、下方の開放端面等から内部に挿入すると思われる術者の手腕の防護は考慮されていない。さらに上方の開放端面からの術者の下腹部への遮へいや被ばく防護は考慮されていないと思われる。その上、遮へいを施している範囲が術者一人の範囲と狭く、この装置により診療室内等内の空間線量率を下げることはできない。同様に、他の医療従事者のサポートを受けることができないので、術者一人で手技する場合にしか使えない。そのため、放射線防護キャビンによる防護効果は限定的である。
Non-Patent Document 5 introduces a radiation protection cabin developed to reduce the radiation dose of the operator. It is expected that this protection cabin is intended for under-tube type angio devices. This protection cabin is a box-shaped, movable on wheels with three sides made of 2 mm thick lead glass, and a medical professional pushes the device to set it up next to the operating table. The operator puts his/her arm through the arm insertion section further below the three sides of the box and performs the procedure with the inserted hand. Non-Patent Document 5 reports that since the early days of its use, it has been found to have a radiation protection effect equal to or greater than that of protective clothing in cardiac catheter ablation (cryocoagulation) treatment and cardiac device implantation procedures, and states that it is particularly excellent in that the operator's entire body is covered.
This protective cabin is presumed to be an additional shield for the scattered X-rays in the front and sides of the patient's body, but the difference in radiation intensity and photon number of the scattered X-rays in the front and sides is not taken into consideration. The protective cabin in Non-Patent Document 5 uses three sheets of lead glass (front and both sides), so it is thought to have open ends at the top and bottom. Scattered X-rays leak into the space inside the examination room, etc., at the top and bottom, as in Patent Documents 2 and 3. In addition, although lead glass is used, there is no thought of attenuating and absorbing scattered X-rays generated in the front and sides from a wide area of the patient's body. Furthermore, if all the lead glass is used flatly with a thickness of 2 mm, it is thought that small-angle scattered X-rays with high X-ray energy will leak from the upper open end, and shielding and radiation protection for the operator's head and eyes are not taken into consideration. In addition, protection of the operator's arms, which are thought to be inserted inside from the lower open end, etc. is not taken into consideration. Furthermore, shielding and radiation protection for the operator's lower abdomen from the upper open end is not taken into consideration. Furthermore, the shielding area is limited to only the area of one surgeon, so this device cannot reduce the air dose rate in the examination room, etc. Similarly, since it cannot receive support from other medical staff, it can only be used when the surgeon is performing the procedure alone. Therefore, the protective effect of the radiation protection cabin is limited.
非特許文献1に示されたようにテ-ブル下部の位置で計測される光子数が一次X線の2~3倍になるとの現象は、既に多くの一次X線が吸収されることなく診療室内の外部空間に散乱されて拡がり、散乱X線として患者・術者および医療従事者の被ばくの原因となっていることを明示している。
診療室内等の空間線量率が広範囲に高いのは、X線管球以外のX線の発生源、すなわち患者人体やテーブル等の散乱X線の発生源(以下、「散乱体」という)に十分な遮へいを施さず、かつ、これらの散乱X線を吸収して消滅させることをせずに放置しているためである。
この現状から、現代の医療分野では、患者や被検者に照射されたX線が散乱して飛び交うため、X線治療室や撮影室の全体をエックス線診療室として遮へいする規定となっている。また、術者等の医療従事者は散乱X線があらゆる方向に飛び交う診療室内で医療行為を行うことを余儀なくされ、鉛や無鉛の代替元素で遮へいする重い防護衣等の個人防護具等を身に着けて手術・検査等を行っているのが現状である。
すなわち、これらの放射線防護具等は既に散乱X線が飛び交うことを前提としているが、医療従事者が意図しないあらゆる方位からX線に曝されているのを、放射線防護具等で意図した方位からX線を遮へいすることにより防護している。
これは「遮へいは線源の可能な限り近くで行う」という遮へい設計の原則や「正当性が評価され、合理的に達成可能な限り低い放射線被ばくを容認する」という放射線防護の原則から外れており、可能な限り早期に見直されるべきである。
As shown in Non-Patent Document 1, the phenomenon in which the number of photons measured at the position under the table is two to three times that of the primary X-rays clearly indicates that many of the primary X-rays are already being scattered and spread into the external space of the examination room without being absorbed, and are causing exposure of patients, operators, and medical staff as scattered X-rays.
The reason why the spatial dose rate is high over a wide area within examination rooms, etc. is that sources of X-rays other than the X-ray tube, i.e. sources of scattered X-rays such as the patient's body and the table (hereinafter referred to as "scatterers"), are not adequately shielded and these scattered X-rays are left unattended without being absorbed and eliminated.
Due to this situation, in the modern medical field, because X-rays irradiated to patients or examinees scatter and fly around, it is stipulated that the entire X-ray treatment room or radiography room must be shielded as an X-ray examination room. In addition, medical staff such as surgeons are forced to perform medical procedures in examination rooms where scattered X-rays fly in all directions, and they currently perform operations and examinations while wearing personal protective equipment such as heavy protective clothing shielded with lead or lead-free alternative elements.
In other words, these radiation protection devices are designed based on the assumption that scattered X-rays will be flying around, but they protect medical personnel from being exposed to X-rays from all kinds of unintended directions by blocking X-rays from intended directions.
This violates the shielding design principle, which states that "shielding should be placed as close as possible to the radiation source," and the radiation protection principle, which states that "radiation exposure should be justified and as low as reasonably achievable," and should be reviewed as soon as possible.
現状で考案・利用されているのは、上述した個人防護具等や防護カーテン等の放射線防護具等、人体保護装置の保護カバーと放射線シールド装置による追加シールド等である。放射線防護具等・追加シールド等は、殆どは患者人体とテーブルによる意図する方位からのX線を直接に鉛等の遮へい材料で遮へいすることで、術者等の医療従事者の被ばく線量の低減を狙ったものである。これらは、診療室内等の空間全体に拡がり、意図しないあちこちの方位から照射される散乱X線による術者等の医療従事者や患者の被ばく線量の低減は考慮していない。また、診療室内等の空間線量率を低減することは考えていない。すなわち、照射されるX線の種類またはエネルギーに応じて表面の材質を変えることで、散乱X線を減弱して吸収することで空間線量率を低減することを狙っていない。
また、全ての防護カーテン等・追加シールド等では、アンダーチューブ型のX線透視装置での小角散乱X線は考慮しておらず、高エネルギーなままの小角散乱X線から術者の頭部や眼の被ばくを防ぐ機構や機能は存在していない。
さらに、放射線防護キャビン以外の防護カーテン等・追加シールド等では、IVRによるアンギオ装置での心臓カテーテル検査等の手技を考慮しておらず、シールド超しに術者が内部に手腕を挿入する機構や機能は考えられていない。
その上、従来の防護カーテン等・追加シールド等では、診療室内等内の空間線量率をあまり低減しないため、術者等の医療従事者や患者の被ばく線量と放射線防護に係る負荷を低減することは難しい。
What has been devised and used at present are the above-mentioned personal protective equipment, radiation protection equipment such as protective curtains, protective covers for human body protection equipment, and additional shields such as radiation shielding devices. Most of the radiation protection equipment and additional shields are aimed at reducing the radiation dose of medical staff such as surgeons by directly shielding X-rays from the intended direction of the patient's body and table with a shielding material such as lead. These do not take into consideration the reduction of radiation dose of medical staff such as surgeons and patients due to scattered X-rays that spread throughout the entire space such as a treatment room and are irradiated from various unintended directions. In addition, they do not consider reducing the air dose rate in a treatment room. In other words, they do not aim to reduce the air dose rate by attenuating and absorbing scattered X-rays by changing the surface material according to the type or energy of the irradiated X-rays.
In addition, all protective curtains, additional shields, etc. do not take into consideration the small-angle scattered X-rays from under-tube type X-ray fluoroscopy devices, and do not have any mechanism or function to prevent exposure of the operator's head and eyes to high-energy small-angle scattered X-rays.
Furthermore, protective curtains, additional shields, etc. other than the radiation protection cabin do not take into consideration procedures such as cardiac catheterization using an IVR angiography device, and no mechanism or function is considered that would allow the surgeon to insert his or her arm inside through the shield.
Furthermore, conventional protective curtains, additional shields, etc. do not significantly reduce the spatial dose rate within examination rooms, etc., making it difficult to reduce the radiation exposure dose and the burden of radiation protection for surgeons and other medical staff and patients.
発明者が同じ特許文献1では、散乱体(患者人体やテーブル)からの散乱X線を良く減弱して吸収する複合吸収材料が考案されている。複合吸収材料は、主に鉛(Pb)の低反射減弱層(初層)と多層吸収層(拡散吸収体、電子吸収体)より構成される。1~3対の拡散吸収体と電子吸収体の対を隙間なく重ね合わせて配置することで、入射した散乱X線を最大限に効率的に線減衰した上で線エネルギー吸収する。X線はそのエネルギーを光電子等の運動エネルギー等に変換させることで消滅する。これにより診療室内等の空間の放射線量率を低減でき、患者等・医療従事者の被ばくを必要かつ最小に低減できる。すなわち、複合吸収材料は散乱体からの散乱X線を、異なった役割を持った3層以上を密着して多層に重ねた材料により減弱させて吸収する役割である。複合吸収材料は、本発明の構造物を構成する1つの主要な材料となる。特許文献1の複合吸収材料は、新たな構造体と方法を提案する本発明の追加シールドボックスの各所で利用される。特許文献1の複合吸収材料の詳細は後述の実施例5に再録して説明する。 In Patent Document 1, which has the same inventor, a composite absorbing material is devised that effectively attenuates and absorbs scattered X-rays from a scatterer (patient body or table). The composite absorbing material is mainly composed of a low-reflection attenuation layer (first layer) of lead (Pb) and a multilayer absorbing layer (diffuse absorber, electronic absorber). By arranging one to three pairs of diffuse absorbers and electronic absorbers overlapping each other without any gaps, the incident scattered X-rays are attenuated as efficiently as possible and then absorbed in linear energy. X-rays are extinguished by converting their energy into kinetic energy such as photoelectrons. This makes it possible to reduce the radiation dose rate in a space such as a medical room, and to reduce exposure to patients and medical staff to a necessary and minimum level. In other words, the composite absorbing material attenuates and absorbs scattered X-rays from a scatterer by a material that is made up of three or more layers with different roles that are closely packed together in a multilayer structure. The composite absorbing material is one of the main materials that constitute the structure of the present invention. The composite absorbing material of Patent Document 1 is used in various parts of the additional shielding box of the present invention, which proposes a new structure and method. Details of the composite absorbent material in Patent Document 1 will be described later in Example 5.
発明者が同じ特許文献4では、X線を良く透過させて散乱をなくす医療用テーブルが考案されている。医療用テーブルは患者等の体重を支持し、照射野への一次X線は透過させ、自身は散乱線をなるべく発生せず、散乱体からの散乱X線を減弱して吸収し、照射野の位置と開口寸法(面積)を調節できるものが良い。
特許文献4は表面を低反射材料または複合吸収材料で構成された天板と中間板と底板の3つの段の一部または全部から成る医療用テーブルである。
すなわち、底板と中間の段の中空の自由空間(切り欠き)を透過した一次X線は、X線を殆ど吸収しない材料より成る天板の段の網(メッシュ)部を透過するため、物質との相互作用は殆ど起こらないので反射や散乱することはない。主に底板の段の照射野とその周辺以外では低反射材料により一次X線およびその散乱線に起因する散乱X線の発生を低減する。メッシュ部以外の天板の段と中間の段では、複合吸収材料により患者人体からの散乱X線を減弱して吸収する。主に中間板と底板の段では照射野の位置を調整し、必要最低限の開口寸法(面積)に調整することで、照射野付近で発生する散乱X線を低減する。
手術の目的毎に変更される照射野の位置と開口寸法を調整する機構として、天板の段にはめ込み式のメッシュ透過板、底板の段には開閉板、中間の段にはスライドテーブル上の絞り板等がある。部材の表面には低反射材料または複合吸収材料が被覆されるが、部材全体をこれらの材料としても構わない。
特許文献4のテーブルは物質との相互作用することなく一次X線を照射野へ透過させ、照射野を必要最低限の開口寸法(面積)に制限してさらなる散乱X線の発生を抑制する。上載する患者人体で発生する散乱X線を減弱・吸収して低減することにより、X線受像機の画質を鮮明にし、かつ、診療室内等の空間の放射線量率と医療従事者の被ばく線量と放射線防護に係る負荷を低減できる。
In Patent Document 4, written by the same inventor, a medical table that transmits X-rays well and eliminates scattering is devised. A medical table should support the weight of a patient, transmit primary X-rays to the irradiation field, generate as little scattered radiation as possible, attenuate and absorb scattered X-rays from scatterers, and be capable of adjusting the position of the irradiation field and the opening dimensions (area).
Patent Document 4 discloses a medical table that is made up of a part or all of three levels, a top plate, an intermediate plate, and a bottom plate, the surfaces of which are made of a low reflection material or a composite absorption material.
That is, the primary X-rays that pass through the hollow free space (notches) of the bottom plate and the middle step pass through the mesh part of the top plate step, which is made of a material that hardly absorbs X-rays, so there is almost no interaction with materials and they are not reflected or scattered. The generation of scattered X-rays caused by the primary X-rays and their scattered rays is reduced mainly by low-reflection materials other than the irradiation field of the bottom plate step and its surroundings. In the top plate step and the middle step other than the mesh part, the scattered X-rays from the patient's body are attenuated and absorbed by composite absorbing materials. The position of the irradiation field is adjusted mainly in the middle plate and bottom plate step, and the opening dimensions (area) are adjusted to the minimum necessary to reduce the scattered X-rays generated near the irradiation field.
As mechanisms for adjusting the position of the radiation field and the aperture size, which are changed for each surgical purpose, there are mesh transmission plates that can be fitted into the top plate steps, opening and closing plates on the bottom plate steps, and aperture plates on the slide table on the middle steps, etc. The surfaces of the components are covered with low-reflection materials or composite absorbing materials, but the entire components may be made of these materials.
The table of Patent Document 4 transmits the primary X-rays to the irradiation field without interacting with the material, and limits the irradiation field to the minimum necessary opening size (area) to suppress further generation of scattered X-rays. By attenuating and absorbing the scattered X-rays generated by the patient's body placed on it, the image quality of the X-ray receiver is cleared, and the radiation dose rate in the space such as the examination room, the exposure dose of medical staff, and the burden of radiation protection can be reduced.
本発明の追加シールドボックス(以下、「ボックス」という)が解決しようとする主体の課題は、医療用のX線透視装置において、術者等の医療従事者の被ばく線量と放射線防護に係る負荷を低減することである。 The main problem that the additional shielding box (hereinafter referred to as the "box") of the present invention aims to solve is to reduce the radiation exposure dose and radiation protection burden of medical personnel such as surgeons in medical X-ray fluoroscopy devices.
その背景となる課題は、散乱体から直接の散乱X線を遮へいし、その上、診療室内等内の全体の空間線量率を下げることである。すなわち、照射野に照射された一次X線による散乱X線が術者等の医療従事者に直接照射されることなく遮へいすると共に、術者が手技を行っても散乱X線を空間に漏出させることなく、診療室内等内の全体の空間線量率を下げることである。
なお、散乱X線は前方、側方、後方の3方位で大区分される。そのエネルギーが高い順に小区分を示せば照射野から小角散乱X線(前方のみ)、照射野からの散乱X線(全方位)、患者人体の全身からの散乱X線(全方位)の3種類がある。
The problem behind this is to block direct scattered X-rays from the scatterers and, in addition, to reduce the overall air dose rate in the examination room, etc. In other words, it is necessary to block scattered X-rays caused by primary X-rays irradiated to the irradiation field from being directly irradiated to medical personnel such as surgeons, and to reduce the overall air dose rate in the examination room, etc., without allowing scattered X-rays to leak into the air even when the surgeon performs a procedure.
Scattered X-rays are broadly classified into three directions: forward, side, and backward. In descending order of energy, there are three sub-categories: small-angle scattered X-rays from the irradiation field (forward only), scattered X-rays from the irradiation field (all directions), and scattered X-rays from the entire patient's body (all directions).
散乱X線の方位と区分に従った医療従事者の放射線防護の観点からの1つ目の課題は、照射野から前方への放射線エネルギーが高い小角散乱X線等による術者の頭部と眼の被ばく防護である。2つ目の課題は、照射野から側方への同・中程度の散乱X線による術者の上肢・体幹部の被ばく防護である。 From the perspective of radiation protection for medical personnel according to the direction and classification of scattered X-rays, the first issue is to protect the surgeon's head and eyes from exposure to small-angle scattered X-rays, etc., which have high radiation energy and are projected forward from the irradiation field. The second issue is to protect the surgeon's upper limbs and trunk from exposure to the same or medium-level scattered X-rays projecting laterally from the irradiation field.
一般に医療用のX線透視装置では患者人体で発生した散乱X線は減弱や吸収されることなく、そのまま診療室内等内の空間に放出されている。これにより診療室内等内の散乱X線による空間線量率が高くなり、これが術者等の医療従事者を職業被ばくさせ、被ばく線量を高めている。
また、本来的にはX線源や散乱線源に近い位置にある機械装置等によりX線の遮へいや吸収を図るべきであるが、現状では術者等の医療従事者が個人防護具等や防護カーテン等の放射線防護具等で放射線防護している。これらは意図しない方位からのX線を防護できない。その上、これらは重(暑)苦しいため、術者等の医療従事者の放射線防護に係る負荷を高めている。
さらに、含鉛シート・天吊式含鉛アクリル・寝台横型鉛カーテン等の従来の防護カーテン等、および、従来の人体保護装置の保護カバーや放射線シールド装置等の追加シールド等は、患者人体から直接に術者方向(意図した方位)に向かうX線を遮へいするだけである。診療室内等内であちこちの方位に向けて散乱されてしまった散乱X線を防げないので、医療従事者を十分に放射線防護できない。
一方で、患者人体からのエネルギーの高い小角散乱X線からの術者の頭部や眼の放射線防護は考慮しておらず、それを防ぐ機構や機能は存在していない。
In general, in medical X-ray fluoroscopy equipment, scattered X-rays generated by the patient's body are not attenuated or absorbed, but are emitted directly into the space within the examination room, etc. This increases the air dose rate due to scattered X-rays within the examination room, etc., which exposes medical staff such as surgeons to occupational radiation and increases their radiation exposure.
In addition, ideally, X-rays should be shielded or absorbed by mechanical devices located near the X-ray source or the source of scattered radiation, but currently, surgeons and other medical personnel are protected from radiation by personal protective equipment and radiation protection equipment such as protective curtains. These cannot protect against X-rays from unintended directions. Moreover, these are heavy (hot) and uncomfortable, which increases the burden of radiation protection for surgeons and other medical personnel.
Furthermore, conventional protective curtains such as lead-containing sheets, ceiling-hanging lead-containing acrylic, and bed-side lead curtains, as well as conventional protective covers for human body protection devices and additional shields such as radiation shield devices, only block X-rays that travel directly from the patient's body toward the surgeon (intended direction). They cannot block scattered X-rays that are scattered in various directions in the examination room, and therefore cannot adequately protect medical personnel from radiation.
On the other hand, no consideration is given to protecting the operator's head and eyes from high-energy small-angle scattered X-rays from the patient's body, and no mechanism or function exists to prevent this.
従来の防護カーテン等と追加シールド等の放射線防護具等に共通の課題は、1)照射野で発生する小角散乱X線を遮へいできていないこと、2)照射野付近で発生する散乱X線を遮へいできていないこと、3)全身からの散乱X線を遮へいできていないこと、4)散乱X線が診療室内等の空間に漏出すること、である。また、従来の個人防護具等を含めた共通の課題は、5)散乱X線を減弱して吸収できていないことである。
追加シールド等のうち従来の人体保護装置の保護カバーと放射線シールド装置の課題は、6)術者が内部を操作できる機構や機能は考慮されていないことである。追加シールド等のうち従来の防護キャビンは、術者が内部に手を挿入する機構や機能は考えられているが、7)術者の腕や指先の遮へいは考慮されていないことが課題である。
The common problems with conventional protective curtains and radiation protection equipment such as additional shields are: 1) they are unable to block small-angle scattered X-rays generated in the radiation field, 2) they are unable to block scattered X-rays generated near the radiation field, 3) they are unable to block scattered X-rays from the whole body, and 4) scattered X-rays leak into spaces such as examination rooms. In addition, a common problem with conventional personal protective equipment is 5) they are unable to attenuate and absorb scattered X-rays.
Among the additional shields, the problem with the conventional protective covers and radiation shielding devices for human body protection equipment is that 6) they do not take into consideration the mechanism or function that allows the surgeon to operate inside.The problem with the conventional protective cabin among the additional shields is that although the mechanism and function that allows the surgeon to insert his/her hand inside are considered, 7) they do not take into consideration the shielding of the surgeon's arms and fingertips.
本発明ではアンダーチューブ型の場合のボックスを例に説明する。IVRを行うアンギオ装置の追加シールド等の基本要件は、a)ボックス内部の患部を術者が視認できること、b)患部には一次X線を透過できること、c)患部には照射野を設定できることである。本発明のボックスはX線の相互作用に係る新たな知見に対応し、既往の追加シールド等の課題を改良するものであり、少なくとも上述の追加シールド等の基本要件は十分に踏襲している。 In this invention, an under-tube type box will be used as an example. The basic requirements for additional shields, etc. in an angiography device performing IVR are: a) the operator must be able to visually confirm the affected area inside the box, b) primary X-rays must be able to penetrate the affected area, and c) an irradiation field must be able to be set on the affected area. The box of the present invention responds to new findings regarding X-ray interactions and improves on the issues with previous additional shields, etc., while at least fully following the basic requirements for additional shields, etc., mentioned above.
本発明では従来の課題を解決するために、以下の7つの基本要件を満足する追加シールドボックス(ボックス)を考案した。
要件1は、照射野で発生する強度の高い小角散乱X線を遮へいすることである。
要件2は、照射野付近で発生する中程度の全方位への散乱X線を遮へいすることである。
要件3は、ボックス内の散乱X線を診療室内等の空間に漏出させないことである。
要件4は、ボックス内の散乱X線を減弱して吸収することである。
要件5は、術者がボックス内部を操作できる機構を設けることである。
要件6は、ボックス内の術者の腕や指先の遮へいを施すことである。
In order to solve the problems of the conventional art, the present invention devised an additional shielding box (box) that satisfies the following seven basic requirements.
The first requirement is to block small-angle scattered X-rays with high intensity generated in the irradiation field.
The second requirement is to block moderate scattered X-rays in all directions that are generated near the radiation field.
Requirement 3 is to prevent scattered X-rays from within the box from leaking into the space within the examination room or the like.
Requirement 4 is to attenuate and absorb the scattered X-rays within the box.
Requirement 5 is to provide a mechanism that allows the surgeon to operate inside the box.
Requirement 6 is to shield the arms and fingertips of the operator inside the box.
本発明のボックスの構造は、ボックス本体、端面ボックス、天板、近接または遠隔で内部を視認する装置と内部を操作する装置、掛布等、敷布等および接続装置、支持装置により構成される。まず冒頭に、近接で内部を視認する装置である覗き窓と、近接で内部を操作する装置であるスリーブポート、スリーブ構造体を備えた追加シールドボックス(以下、「ボックス」と総称する)の構造および個々の部材の名称を説明する。
一般的な追加シールド等の基本要件は、散乱X線を遮へいできる遮へい材料は照射野を立体的に取り囲んで設置し、視認可能な透明性を有する覗き窓があることである。医療従事者が手腕を挿入できるスリーブ構造体があり、テーブル上を体軸方向に移動可能な構造であればさらに良い。追加シールドの形状は半円周ドーム型とする場合とボックス型とする場合があるが、本発明では後述の理由でボックス型(箱型)を採用した。
本発明のボックス本体はテーブル上面に上載する薄い金属製等の箱であり、体軸と直角方向の短い方の端面の頭側は端面ボックスとの接合面である。体軸方向の長い方の端面は上方に覗き窓、下方にスリーブポートが設置されている。スリーブポートには含鉛腕スリーブが設置される。体軸と直角方向の短い方の端面には上方に含鉛腕スリーブ用の小径ポートが設置され、下方に患者ポート(トンネル状の開口)と掛布等を取り付ける掛布ホルダが設置されている。天井部分には小角散乱X線を遮へいする天板が設置されている。
本発明の端面ボックスも薄い金属製または場合によっては樹脂製の箱であり、ボックス本体と同様に長い方の端面に覗き窓、とスリーブポート、短い方の端面にはスリーブポート、患者ポート、掛布ホルダが設置される。天井部分には小角散乱X線を遮へいする端面天板が設置される。
ボックス本体や端面ボックス(以下、「ボックス等」という)の母材は金属製の場合はTi系・Al系等の薄い金属板を用い、線源の方向(アンダーチューブ型の場合は内側)に各種の遮へい材料や複合吸収材料等を被覆する。遮へい材料等は部位によって厚みを変える。ボックス等は金属製以外の場合もある。
The box structure of the present invention is composed of a box body, an end box, a top plate, a device for visually checking the inside from close range or remotely and a device for operating the inside, a hanging cloth, a sheet, a connecting device, and a supporting device. First, the structure of an additional shielding box (hereinafter collectively referred to as "box") equipped with a sight glass which is a device for visually checking the inside from close range, a sleeve port which is a device for operating the inside from close range, and a sleeve structure and the names of each component will be described.
The basic requirements for a general additional shield are that the shielding material capable of blocking scattered X-rays is installed to surround the radiation field in three dimensions, and that there is a transparent observation window that allows for visual confirmation. It is even better if there is a sleeve structure into which the medical staff can insert their arm, and if the structure allows movement in the direction of the body axis on the table. The shape of the additional shield can be a semicircular dome type or a box type, but in this invention, a box type is adopted for the reasons described below.
The box body of the present invention is a thin metal box or the like that is placed on the top surface of a table, and the head side of the shorter end face perpendicular to the body axis is the joint surface with the end face box. The longer end face in the body axis direction has an observation window at the top and a sleeve port at the bottom. A lead-containing arm sleeve is installed in the sleeve port. The shorter end face perpendicular to the body axis has a small diameter port for the lead-containing arm sleeve at the top, and a patient port (tunnel-shaped opening) and a drape holder for attaching a drape or the like at the bottom. A top plate that blocks small-angle scattered X-rays is installed on the ceiling.
The end box of the present invention is also a thin metal or, in some cases, resin box, and like the box body, has an observation window and a sleeve port on the longer end, and a sleeve port, patient port, and drape holder on the shorter end. An end top plate that blocks small-angle scattered X-rays is installed on the ceiling.
If the base material of the box body or end box (hereafter referred to as "box, etc.") is metal, a thin metal plate such as Ti or Al is used, and various shielding materials or composite absorbing materials are used to cover the direction of the radiation source (inside in the case of an under-tube type). The thickness of the shielding material varies depending on the location. Boxes, etc. may also be made of materials other than metal.
ボックスは、覗き窓・腕スリーブ・掛布ホルダを取り付けるために、側面に平板部がある直方体のボックス型とした。上述のボックス等は、詳細を後述する接続装置により現場で組み立てられ、懸架梁や支持架台等の支持装置がある。
天板は主に原子番号82以上の元素の単体の金属製の平板であり、ボックス本体と端面ボックスに分けて設置される。天板の遮へい材は部位によって材質や厚みを変える。長さや厚みで分割して複数の元素の金属を設置しても構わない。
覗き窓は透視できる含鉛ガラスまたは含鉛樹脂等の平板であり、主にボックス等の体軸方向の長い方の端面に設置され、特定の傾斜角をもって設置される。手術の目的で必要があれば体軸と垂直方向の短い方の端面に設置しても構わない。
スリーブ構造体の1つである含鉛腕スリーブは含鉛ゴムや含鉛フィルム製の中空円筒であり、ボックス等のスリーブポートに取付けられる。ボックス等の体軸方向の長い方の端面に大径ポートを、体軸と垂直方向の短い方の端面に小径ポートを設置する場合が多い。覗き窓に直接取り付けることも可能である。
掛布等は可撓性の含鉛フィルムや複合吸収材料(後述)による含鉛シート等であり、ボックス本体と端面ボックスの下方の開口部に患者人体に掛けて設置される。含鉛ゴムやPb代替元素を含有したフィルム・ゴム等を使用する場合もある。
The box is a rectangular box type with flat parts on the sides to attach the observation window, arm sleeve, and drape holder. The above-mentioned boxes are assembled on-site using a connecting device, the details of which will be described later, and have supporting devices such as suspension beams and support racks.
The top plate is a flat plate made of a single metal of an element with an atomic number of 82 or higher, and is installed separately in the box body and the end box. The shielding material of the top plate varies in material and thickness depending on the part. It is also possible to install metals of multiple elements by dividing them by length and thickness.
The observation window is a flat plate of lead-containing glass or lead-containing resin that can be seen through, and is mainly installed on the long end surface of the box or the like in the body axis direction at a specific inclination angle. If necessary for the purpose of surgery, it may be installed on the short end surface perpendicular to the body axis.
The lead-containing arm sleeve, which is one type of sleeve structure, is a hollow cylinder made of lead-containing rubber or lead-containing film, and is attached to the sleeve port of a box or the like. In many cases, the large diameter port is installed on the longer end surface in the axial direction of the box or the like, and the small diameter port is installed on the shorter end surface perpendicular to the axial direction. It is also possible to attach it directly to the observation window.
The drapes are flexible lead-containing films or lead-containing sheets made of composite absorbent materials (described later), and are placed over the patient's body at the openings below the box body and end faces. Lead-containing rubber or films or rubber containing Pb substitutes may also be used.
次に本発明のボックスの構成と機能の概要を説明する。
本発明のボックスを構成する材料は、入射する一次X線の約8割を散乱する患者人体で発生する多種の散乱X線を遮へい(線減衰)すると共に、各所の複合吸収材料等の材料で有効に減弱させて吸収(線エネルギー吸収)する。
本発明のボックスは、ボックス本体・端面ボックス・覗き窓・天板・スリーブ・掛布等・敷布等および接続装置と支持装置で構成される。これらは、種々のエネルギーのX線を線減衰ができる材料で内面を被覆する。ボックス等、覗き窓と接続装置では、加えて線エネルギー吸収できる複合吸収材料や増設複合吸収材料で内面を被覆する。
術者の頭部・眼へ至る強い小角散乱X線は天板で線減衰する。上肢・体幹部へ至る種々の側方散乱X線はボックス等・覗き窓、および、患者の身体を包んで取り囲んだ掛布等で線減衰する。腕と手指はボックス本体に付属させた含鉛腕スリーブと医療従事者が装着する含鉛手袋で線減衰する。その上で、各所で発生する散乱X線は、可撓性または剛性の複合吸収材料等によりX線を減弱した上で線エネルギー吸収する。これにより吸収したX線は複合吸収材料内で電子の運動エネルギーに変換し、消滅させる。これらにより診療室内等の空間の放射線量率、特に術者立ち位置での放射線線量率を低減できる。また、術者等の医療従事者は他の重(暑)苦しい防護具を着用することなく、含鉛手袋だけを装着して含鉛腕スリーブを介してボックス本体内に手を挿入するのみで防護され、手技に支障なくカテーテル等の手術を行うことができる。
Next, an outline of the configuration and functions of the box of the present invention will be described.
The material constituting the box of the present invention shields (linear attenuation) various types of scattered X-rays generated in the patient's body, which scatters approximately 80% of the incident primary X-rays, while also effectively attenuating and absorbing these rays (linear energy absorption) using composite absorbing materials and other materials in various locations.
The box of the present invention is composed of a box body, an end box, a sight window, a top plate, a sleeve, a drape, a sheet, a connecting device, and a supporting device. The inner surfaces of these are covered with materials capable of linearly attenuating X-rays of various energies. The inner surfaces of the box, sight window, and connecting device are covered with composite absorbing materials or additional composite absorbing materials capable of absorbing linear energy.
Strong small-angle scattered X-rays reaching the head and eyes of the surgeon are attenuated by the tabletop. Various side scattered X-rays reaching the upper limbs and trunk are attenuated by the box, observation window, and the drape surrounding the patient's body. The arms and fingers are attenuated by the lead-containing arm sleeve attached to the box body and the lead-containing gloves worn by the medical staff. In addition, scattered X-rays generated in various places are attenuated by flexible or rigid composite absorbing materials and absorbed in linear energy. The absorbed X-rays are converted into kinetic energy of electrons in the composite absorbing material and annihilated. This reduces the radiation dose rate in the space such as the examination room, especially the radiation dose rate at the position where the surgeon stands. In addition, the surgeon and other medical staff are protected without wearing other heavy (hot) protective equipment, by only wearing lead-containing gloves and inserting their hands into the box body through the lead-containing arm sleeve, and can perform catheter surgery without hindrance to the procedure.
次に、ボックスの構成と機能を考慮した上で、運用上の追加要件は以下の通りである。要件7は、患者の照射野の位置に合わせてボックス等の位置を調整できることである。要件8は、アンダーチューブ型のX線カメラの場合はX線受像機をボックス等内に収納できることである。
以下では各要件の対策を区分して説明する。
Next, taking into consideration the configuration and function of the box, the additional operational requirements are as follows: Requirement 7 is that the position of the box, etc., must be adjustable to match the position of the patient's radiation field. Requirement 8 is that in the case of an under-tube type X-ray camera, the X-ray receiver must be able to be stored inside the box, etc.
The measures for each requirement are explained below.
要件1(強い小角散乱X線の遮へい)を解決するための対策は、照射野直近で小角散乱X線が照射される部位の表面等に、線減衰材料を配置して低反射で線減衰させることである。ここで線減衰材料とは主に原子番号が82以上の元素である。アンダーチューブ型の前方散乱X線に含まれる小角散乱X線の実効エネルギーよりもK吸収端が高い元素より成り、同・エネルギー範囲に対して線減衰係数が10(1/cm)以上の材料である。例えば、原子番号(Z)とK吸収端(Kab)は、鉛(Pb)がZ=82で約88KeV、ビスマス(Bi)がZ=83で約90KeV、トリウム(Th)がZ=90で約109KeV、ウラン(U)がZ=92で約115KeVである。よって線減衰材料が対象とするエネルギー範囲は80KeV以上となる。
天板は標準型では患者人体により前方に小角散乱した高いエネルギーの小角散乱X線を遮へいし、形状が直方体の金属板または表面被覆体である。力学的な要件は自立強度以外には特にない。線減衰の過程でのK殻からの特性X線(K-X)の発生を避けるため、発生する小角散乱X線の実効エネルギーよりもK吸収端が高い数値の元素による材料を適用する。主に原子番号が82以上のPb、ビスマス(Bi)、トリウム(Th)、ウラン(U)等の元素の単体を利用する。
覗き窓はボックス内部を視認できる透明なガラスまたは樹脂の平板であり、材料は含鉛ガラス板または含鉛樹脂板を利用する。
The measure to solve requirement 1 (shielding of strong small-angle scattered X-rays) is to arrange a linear attenuation material on the surface of the part irradiated with small-angle scattered X-rays close to the irradiation field, and to perform linear attenuation with low reflection. Here, the linear attenuation material is mainly an element with an atomic number of 82 or more. It is a material made of an element with a K-absorption edge higher than the effective energy of the small-angle scattered X-rays contained in the under-tube type forward scattered X-rays, and has a linear attenuation coefficient of 10 (1/cm) or more for the same energy range. For example, the atomic number (Z) and K-absorption edge (Kab) are Z=82 and about 88 KeV for lead (Pb), Z=83 and about 90 KeV for bismuth (Bi), Z=90 and about 109 KeV for thorium (Th), and Z=92 and about 115 KeV for uranium (U). Therefore, the energy range targeted by the linear attenuation material is 80 KeV or more.
The standard top plate is a rectangular metal plate or surface coating that blocks high-energy small-angle scattered X-rays that are scattered forward by the patient's body. There are no particular mechanical requirements other than the strength required for self-support. In order to avoid the generation of characteristic X-rays (K-X) from the K shell during the radiation attenuation process, materials are used that are made of elements with a K-absorption edge higher than the effective energy of the small-angle scattered X-rays that are generated. Elements with atomic numbers of 82 or more, such as Pb, bismuth (Bi), thorium (Th), and uranium (U), are mainly used.
The sight glass is a flat plate of transparent glass or resin that allows the inside of the box to be seen, and is made of lead-containing glass plate or lead-containing resin plate.
要件2(中程度の側方等への散乱X線を遮へい)を解決するための対策は、照射野からの側方等に散乱X線が照射される部位の表面等に、低反射減弱材料を配置してX線を低反射で線減衰させることである。低反射減弱材料とは原子番号が56以上で82以下の元素である。60KeV以上で80KeV未満のエネルギー領域において、光電効果が主要な相互作用である光電領域にあり、同・エネルギー範囲に対して線減衰係数が10(1/cm)以上の材料である。多くは側方散乱X線の実効エネルギーよりもK吸収端が高い元素より成るが、これは全てではない。何故ならば、K吸収端による特性X線(K-X)が低いエネルギーの場合は、自身または周囲の材料で線減衰できるためである。
ボックス等は、チタン(Ti)合金や高強度なアルミニウム(Al)合金で箱や母板が製造され、内面には原子番号が56~82の元素の単体または化合物による低反射減弱材料を母板に被覆する。被覆材料は、例えば、原子番号(Z)とK吸収端(Kab)は、バリウム(Ba)がZ=56で約37KeV、ガドリウム(Gd)がZ=64で約50KeV、タングステン(W)がZ=74で約70KeVである。鉛(Pb)は前項の通りである。
覗き窓は、前項と同様の含鉛ガラスまたは含鉛樹脂である。
The measure to solve requirement 2 (shielding moderately scattered X-rays to the side, etc.) is to arrange a low reflection attenuation material on the surface of the part where scattered X-rays are irradiated to the side, etc. from the irradiation field, to linearly attenuate the X-rays with low reflection. Low reflection attenuation materials are elements with atomic numbers of 56 or more and 82 or less. In the energy range of 60 KeV or more and less than 80 KeV, they are in the photoelectric region where the photoelectric effect is the main interaction, and are materials with a linear attenuation coefficient of 10 (1/cm) or more for the same energy range. Many are made of elements with a K-absorption edge higher than the effective energy of the side scattered X-rays, but this is not the case for all. This is because when the characteristic X-rays (K-X) due to the K-absorption edge have low energy, they can be linearly attenuated by themselves or the surrounding materials.
Boxes and mother plates are manufactured from titanium (Ti) alloys or high-strength aluminum (Al) alloys, and the inner surface of the mother plate is coated with a low-reflection attenuation material made of a simple element or compound with an atomic number of 56 to 82. For example, the atomic numbers (Z) and K absorption edges (Kab) of coating materials are as follows: barium (Ba) has Z=56 and is about 37 KeV, gadolinium (Gd) has Z=64 and is about 50 KeV, and tungsten (W) has Z=74 and is about 70 KeV. Lead (Pb) is as described above.
The sight glass is made of lead-containing glass or lead-containing resin as in the previous section.
要件4(散乱X線を空間に不漏出)を解決するための対策は、ボックス等の体軸方向の両端部を掛布等により、手を挿入するポート部等を腕スリーブやグローブ等のスリーブ構造体により、外部空間と通じる開口部を無くすことである。
ボックス等の体軸方向の両端部は、前項の通り、端面の下半分の患者ポートの上に取付けられた掛布ホルダにより掛布等を吊上げる等の方法で開口部を塞ぐ。掛布等は可撓性の複合吸収材料の薄い膜材であるため、患者人体の形状に馴染んで隙間なく掛けることができる。すなわち、ボックス本体の患者ポートの開口部に取り付けた体幹部掛布は、患者人体の腹部・下腹部・大腿等に隙間が空かないように掛ける。端面ボックスの患者ポートの開口部に取り付けた頭部掛布は、患者人体の頭・肩・上腕部等に隙間が空かないように掛ける。これにより、ボックス等の両端部の患者人体との間は掛布等により隙間を無くすことができる。
手を挿入するボックス等のスリーブポートには、通常の使用時には、含鉛腕スリーブが取り付けられる。スリーブポートには、開口円筒の短管が取り付けられている。含鉛腕スリーブの根本は3cm程度を折り返して短管の外周に締結バンドで締めて固定される。含鉛腕スリーブの先端は袖ゴム構造としているため手を挿入していない時は開口が萎む構造である。術者は含鉛手袋をはめて含鉛腕スリーブに腕を通してボックス内部で手技を行う。これにより、術者が手を挿入していない際でも開口部を無くすことができる。
The measure to solve requirement 4 (no leakage of scattered X-rays into space) is to cover both ends of the box, etc. in the body axis direction with a drape or the like, and to cover the port parts where the hands are inserted with sleeve structures such as arm sleeves or gloves, thereby eliminating openings that communicate with the external space.
As described above, the openings of both ends of the box, etc. in the body axis direction are closed by hanging a drape or the like using the drape holder attached above the patient port on the lower half of the end face. The drape or the like is a thin film material made of flexible composite absorbent material, so it can be fitted to the shape of the patient's body and hung without gaps. In other words, the trunk drape attached to the opening of the patient port on the box body is hung so that there are no gaps around the abdomen, lower abdomen, thighs, etc. of the patient's body. The head drape attached to the opening of the patient port on the end face box is hung so that there are no gaps around the head, shoulders, upper arms, etc. of the patient's body. This makes it possible to eliminate gaps between the both ends of the box, etc. and the patient's body using the drape or the like.
During normal use, a lead-containing arm sleeve is attached to the sleeve port of a box or other device into which a hand is inserted. A short tube with an opening is attached to the sleeve port. The base of the lead-containing arm sleeve is folded back about 3 cm and fixed to the outside of the short tube with a fastening band. The tip of the lead-containing arm sleeve has an elastic sleeve structure, so the opening collapses when the hand is not inserted. The surgeon puts on lead-containing gloves and puts his arm through the lead-containing arm sleeve to perform the procedure inside the box. This eliminates the opening even when the surgeon does not insert his hand.
要件5(散乱X線を減弱・吸収する)を解決するための対策は、本発明のボックスの主要部に複合吸収材料等を適用することである。
複合吸収材料は前述の特許文献1に示される低反射減弱層と多層吸収層(拡散吸収体と電子吸収体の対)で構成される材料である。
ボックス等は、前述の通りTi合金や高強度Al合金で箱や板や骨組みが製造され、内面は複合吸収材料等を被覆する。ボックス等自体を剛性の複合吸収材料で製造しても構わない。
すなわち、散乱X線が照射される部位のボックス等の母材(Ti系やAl系等)の表面に複合吸収材料を被覆する。また既に遮へい用に被覆した線減衰材料や低反射減弱材料がある場合は多層吸収層(拡散吸収体と電子吸収体の対を1~3対)を母材との間に貼り合わせて被覆することで、増設複合吸収材料としてグレードアップできる。さらにボックス等の母材のTi系やAl系を複合吸収材料の一部として最外層の電子吸収体に使用しても構わない。複合吸収材料と増設複合吸収材料を総称して「複合吸収材料等」と呼ぶ。
A measure to solve requirement 5 (attenuating and absorbing scattered X-rays) is to apply a composite absorbing material or the like to the main part of the box of the present invention.
The composite absorbing material is a material that is configured of a low reflection attenuation layer and a multilayer absorbing layer (a pair of a diffusion absorber and an electron absorber) as shown in the above-mentioned Patent Document 1.
As described above, the box, plates, and framework of the box, etc. are made of Ti alloy or high-strength Al alloy, and the inner surface is covered with a composite absorbent material, etc. The box, etc. itself may be made of a rigid composite absorbent material.
That is, the surface of the base material (Ti-based, Al-based, etc.) of a box or the like in the area irradiated with scattered X-rays is coated with a composite absorbing material. If there is already a radiation attenuation material or low reflection attenuation material coated for shielding, it can be upgraded as an additional composite absorbing material by laminating and covering a multilayer absorbing layer (1 to 3 pairs of diffusion absorber and electron absorber) between the base material. Furthermore, the Ti-based or Al-based base material of the box or the like may be used as the outermost electron absorber as part of the composite absorbing material. Composite absorbing materials and additional composite absorbing materials are collectively referred to as "composite absorbing materials, etc."
要件6(内部を操作できる機構)を解決するための対策は、ボックスに近接で内部を操作できる機構は、前述のスリーブポートと含鉛腕スリーブによる。術者は含鉛手袋をはめて含鉛腕スリーブに腕を通してボックス内部で手技を行うことができる。
細かい手技を行う際には多少支障があるが、含鉛腕スリーブと含鉛手袋が一体になった長尺の含鉛ゴム製等の含鉛グローブを利用しても構わない。
ボックス等内部の放射線量率が低ければ、ポートには含鉛腕スリーブではなく、グローブレスポ―トを設置しても構わない。なお、グローブレスポ―トは丸型の配線孔キャップのように、放射状に貫通切り込みを入れた含鉛ゴム製の円板である。一方、手を挿入する可能性がないポートは、ボックス等と同じ材質の閉止板で閉じて、散乱X線が空間に漏出するのを防ぐのが良い。
The solution to requirement 6 (mechanism for operating inside) is the mechanism for operating inside the box in close proximity, which is the sleeve port and lead-containing arm sleeve described above. The surgeon can wear lead-containing gloves and put his arm through the lead-containing arm sleeve to perform procedures inside the box.
Although it may cause some inconvenience when performing delicate procedures, it is acceptable to use a long lead-containing glove made of lead-containing rubber or the like that combines a lead-containing arm sleeve and a lead-containing glove.
If the radiation dose rate inside the box or the like is low, a gloveless port may be installed in the port instead of a lead-containing arm sleeve. A gloveless port is a circular plate made of lead-containing rubber with radially slits, like a round wiring hole cap. On the other hand, ports that are not likely to be used for inserting hands should be closed with a closing plate made of the same material as the box or the like to prevent scattered X-rays from leaking into the space.
要件6(術者の腕や指先の遮へい)を解決するための対策は、含鉛腕スリーブや含鉛手袋をスリーブポートに取付けて使用することである。含鉛手袋の代わりに長尺の含鉛ゴム製等の含鉛グローブを使用しても構わない。含鉛腕スリーブや含鉛グローブや含鉛手袋は、ボックス等内部の空間線量率に応じて鉛含有率と厚みを調整する。これらは術者が手技を行い易いように、肌に馴染みやすく、柔らかい材質のものが良い。 The solution to requirement 6 (shielding of the surgeon's arms and fingertips) is to use lead-containing arm sleeves or lead-containing gloves attached to the sleeve port. Long lead-containing gloves made of lead-containing rubber or the like may be used instead of lead-containing gloves. The lead content and thickness of the lead-containing arm sleeves, lead-containing gloves, and lead-containing gloves are adjusted according to the air dose rate inside the box, etc. These should be made of a soft material that fits comfortably against the skin, making it easier for the surgeon to perform procedures.
要件7(ボックスを照射野の位置に調整)を解決するための対策は、ボックス等の位置決めする方法に基づいている。そのため、ここではまずボックス等の設置方法を説明する。アンギオ装置で対角するX線源とX線受像機をテーブル付近に準備して患者人体とその照射野の位置を決めた後に、本発明のボックスは現場で組み立てる。
アンダーチューブ型の場合で、テーブルの患者人体の患部上にX線受像機の位置が決めた後に、ボックス本体と端面ボックスを準備して取付ける。テーブル上にボックス本体を置き、接続装置を介してX線受像機を端面ボックスで挟み込んで設置する。そのため、ボックス等の設置位置は患者人体の患部の位置に基づいて決まり、端面ボックスはテーブル上の患者の頭側、ボックス本体はテーブル上の患者の足側の所期の位置に設置される。
現場でのボックス等の左右への移動を助長するために、テーブルの体軸と垂直方向の両端部にレール溝やガイドレールを設け、これにガイドされて体軸方向に容易に移動できるスライド機構を設けても構わない。
The solution to requirement 7 (adjusting the box to the position of the radiation field) is based on the method of positioning the box, etc. Therefore, here, we will first explain the method of installing the box, etc. After preparing the diagonal X-ray source and X-ray receiver near the table in the angiography device and determining the position of the patient's body and its radiation field, the box of the present invention is assembled on-site.
In the case of the under-tube type, after the position of the X-ray receiver is determined above the affected area of the patient's body on the table, the box body and end box are prepared and installed. The box body is placed on the table, and the X-ray receiver is sandwiched between the end box via the connection device. Therefore, the installation position of the box and other parts is determined based on the position of the affected area of the patient's body, and the end box is installed in the intended position on the table by the patient's head, and the box body is installed in the intended position on the table by the patient's feet.
In order to facilitate left-right movement of boxes, etc. at the work site, rail grooves or guide rails may be provided at both ends of the table perpendicular to the body axis, and a sliding mechanism may be provided that is guided by these to easily move in the body axis direction.
要件8(X線受像機をボックスに収納)を解決するための対策は、接続装置(接続フランジまたは受像機ジョイント)を介して設置することで、X線受像機をボックス内に収納することによる。
アンダーチューブ型のアンギオ装置の場合、画質を向上するためにX線受像機は患者人体になるべく近づけるのが良いため、X線受像機はボックス等に収納することが要求される。ボックス等の内部は散乱X線の光子数が少ない方が良い。
X線透視装置のうち、従来型のX線カメラの構成の場合は、対向するX線源とX線受像機が回転せずに固定されている。近年の販売事例は少ないが、本発明の基本構成は従来型のアンダーチューブ型のX線カメラに基づき説明する。
従来型は接続フランジを介して受像機アームを挟んでX線受像機をボックス本体内に収納する。接続フランジは開口方向の一辺が取外せる構造であり、受像機アームをボックス本体の天井部の受像機ポートに取り込んだ後にボルト等で締結する。次に、スライド板遮へいにより受像機アームの周りの空隙を埋めることにより、散乱X線が漏れ出す開口を無くすことができる。最後に、ボックス本体の端面に端面ボックスを取り付ける。
ボックス等や接続フランジの内側には、線減衰材料を含めた増設複合吸収材料が被覆される。これらにより、X線受像機をボックスに収納した上で、ボックス等の内部で発生した散乱X線を遮へいし、減弱して吸収することができる。
The solution to requirement 8 (containing the X-ray receiver in a box) is to contain the X-ray receiver in a box by installing it via a connection device (connection flange or receiver joint).
In the case of an under-tube type angiography device, it is better to place the X-ray receiver as close as possible to the patient's body in order to improve image quality, so the X-ray receiver must be housed in a box, etc. It is better for the number of scattered X-ray photons inside the box, etc. to be small.
In the case of a conventional X-ray camera configuration among X-ray fluoroscopy devices, the opposing X-ray source and X-ray receiver are fixed and do not rotate. Although there are few sales cases in recent years, the basic configuration of the present invention will be described based on a conventional under-tube type X-ray camera.
In the conventional type, the X-ray receiver is housed inside the box body by sandwiching the receiver arm via a connection flange. The connection flange has a structure in which one side in the opening direction can be removed, and the receiver arm is inserted into the receiver port in the ceiling of the box body and then fastened with bolts or the like. Next, the gap around the receiver arm is filled with a sliding plate shield, eliminating the opening through which scattered X-rays leak. Finally, an end box is attached to the end face of the box body.
The inside of the box or the connecting flange is covered with an additional composite absorbing material including a radiation attenuating material. This allows the X-ray receiver to be stored in the box and the scattered X-rays generated inside the box or the like to be shielded, attenuated and absorbed.
上述の本発明の要件1から要件6への対応内容を以下に纏めて整理する。
追加シールドボックス(ボックス)は一次X線を透過する照射野を患部に設定し、術者がボックス内部の患部を視認しながら手技を行うことができ、術者の被ばくを低減する追加シールド等である。強い小角散乱X線を遮へい(要件1)し、中程度の側方散乱X線を遮へい(要件2)し、散乱X線を空間に漏出させず(要件3)、散乱X線を減弱・吸収できる(要件4)。また、内部を操作できる機構を有し(要件5)、術者の腕や指先を遮へい(要件6)できるものが良い。これら要件の一部でも発明の効果はあるが、より良くは全部が満たされるのが良い。
本発明は、ボックス等(ボックス本体・端面ボックス)・覗き窓・天板・スリーブ・掛布等・敷布等および接続装置等で構成される。
ボックス等内の患者人体の照射野とその周辺で発生する高い小角散乱X線は天板で線減衰材料により遮へいする。低反射減弱材料や減弱材料に代わり複合吸収材料を被覆して散乱X線を減弱して吸収することが好ましい。また、前述の線減衰材料と低反射減弱材料には多層吸収層を重ねた増設複合吸収材料として、散乱X線を減弱して吸収しても良い。
ボックス等の両端の患者ポートは掛布等で塞ぎ、手を挿入するスリーブポートは腕スリーブ等で塞ぐことにより、空間への散乱X線の漏出を防ぐ。
上述の通り、X線透視装置の部材毎に異なる照射されるX線の種類や強度に応じて、部材の表面に被覆する材料を変えることにより、効率的に線減衰して線エネルギー吸収する。また、手術の目的毎に変更される照射野の位置と開口寸法を調整することで、散乱X線を空間に漏らすことなく遮へいし、減弱・吸収して消滅する。部材の表面には線減衰材料、低反射減弱材料、減弱材料または複合吸収材料等が被覆されるが、装置の部材全体をこれらの材料としても構わない。
The above-mentioned requirements 1 to 6 of the present invention are addressed in the following manner.
The additional shield box (box) is an additional shield that sets an irradiation field that transmits primary X-rays to the affected area, allowing the surgeon to perform the procedure while visually checking the affected area inside the box, and reduces the surgeon's exposure to radiation. It should shield strong small-angle scattered X-rays (requirement 1), shield moderate side scattered X-rays (requirement 2), prevent scattered X-rays from leaking into space (requirement 3), and attenuate and absorb scattered X-rays (requirement 4). It is also preferable that it has a mechanism for operating the inside (requirement 5) and can shield the surgeon's arms and fingertips (requirement 6). Although the invention will be effective with only some of these requirements, it is better to meet all of them.
The present invention is composed of a box (box body, end box), a sight glass, a top plate, a sleeve, a drape, a cover, a connecting device, etc.
The high small angle scattered X-rays generated in the irradiation field of the patient's body in the box and its surroundings are shielded by the radiation attenuation material on the top plate. It is preferable to cover the surface with a composite absorbing material instead of the low reflection attenuation material or attenuation material to attenuate and absorb the scattered X-rays. In addition, the above-mentioned radiation attenuation material and low reflection attenuation material may be covered with a multi-layer absorbing layer to form an additional composite absorbing material to attenuate and absorb the scattered X-rays.
The patient ports at both ends of the box are covered with a drape or the like, and the sleeve ports into which the hands are inserted are covered with arm sleeves or the like to prevent scattered X-rays from leaking into the space.
As described above, by changing the material coated on the surface of the component according to the type and intensity of the irradiated X-rays, which differ for each component of the X-ray fluoroscopy device, the radiation is efficiently attenuated and the radiation energy is absorbed. In addition, by adjusting the position of the radiation field and the aperture size, which are changed for each surgical purpose, the scattered X-rays are shielded without leaking into the space, and are attenuated, absorbed, and eliminated. The surface of the component is coated with a radiation attenuation material, a low reflection attenuation material, an attenuation material, a composite absorption material, or the like, but the entire component of the device may be made of these materials.
上述の本発明の現場での運用のための追加要件である要件7から要件8への対応内容を以下に纏めて整理する。本発明の現場での運用には、ボックスを照射野の位置に調整(要件7)できなければならない。また、X線受像機の画質を鮮明にするには、治療時にはなるべく患者人体に近づける必要があり、X線受像機をボックスに収納(要件8)しなければならない。
本発明の追加シールドボックス(ボックス)は、X線受像機が位置決めされた後に、現場で組み立てる。ボックス等は照射野から40cm余の範囲で設置され、患者の頭部や下肢・上肢等はボックス等の両端の患者ポートの開口部から体軸方向に飛び出して、前記の掛布等で覆われる。
X線受像機をボックス内に収納するために、ボックス等は接続装置(接続フランジ・受像機ジョイント)を介してX線受像機を挟み込んでテーブル上で組み立てる。
The following summarizes the contents of the requirements 7 and 8, which are the additional requirements for the on-site operation of the present invention. For the on-site operation of the present invention, the box must be adjustable to the position of the irradiation field (requirement 7). Also, in order to make the image quality of the X-ray receiver clear, it is necessary to bring it as close as possible to the patient's body during treatment, and therefore the X-ray receiver must be stored in the box (requirement 8).
The additional shield box (box) of the present invention is assembled on-site after the X-ray receiver is positioned. The box is installed within a range of about 40 cm from the radiation field, and the patient's head, lower limbs, upper limbs, etc. protrude in the direction of the body axis from the openings of the patient ports on both ends of the box, etc., and are covered with the above-mentioned drape, etc.
To house the X-ray receiver in the box, the box etc. is assembled on a table with the X-ray receiver sandwiched between them via a connecting device (connection flange/receiver joint).
本発明の追加シールドボックスは、患者人体で発生する多様な散乱X線を、立体的にどの方位にも外部空間と通じた開口がなく、線量率に応じて異なる複数の種類と厚みの組み合わせの遮へい材料により照射野を取り囲む。遮へい能力のある覗き窓によりボックス内部を視認しながら、スリーブ構造体を介して医療従事者が手腕を挿入して医療行為を行う。また、各所に複合吸収材料等を配置して、線減衰させたX線は線エネルギー吸収する。
これにより、診療室内等の空間の放射線量率を低減でき、術者等の医療従事者と患者の被ばく線量を低減することができる。さらに、着用する放射線防護具を軽微なものとすることができる。さらにより良くは着用する放射線防護具を無くすことができる。すなわち、医療従事者の職業被ばくと放射線防護に係る負荷を著しく低減することができる。以って、当該技術の産業分野への利用に多大な寄与をなしうるものである。
The additional shield box of the present invention surrounds the radiation field with a combination of shielding materials of different types and thicknesses depending on the dose rate, and does not have any openings that communicate with the external space in any direction, and it blocks various scattered X-rays generated by the patient's body. A medical professional inserts his/her arm through the sleeve structure to perform medical procedures while visually checking the inside of the box through a peephole with shielding capabilities. In addition, composite absorbing materials are placed in various places to absorb the linear energy of X-rays that have been linearly attenuated.
This makes it possible to reduce the radiation dose rate in spaces such as examination rooms, and to reduce the radiation exposure dose of medical staff such as surgeons and patients. Furthermore, the amount of radiation protection equipment required can be reduced. Even better, it is possible to eliminate the need for radiation protection equipment. In other words, it is possible to significantly reduce the occupational exposure of medical staff and the burden of radiation protection. This can make a significant contribution to the use of this technology in the industrial field.
本発明の実施の形態を、図面に基づき説明する。
なお、ここに示す追加シールドボックスとその構成部材は単なる例示であって、本発明を限定することを意図するものではない。
An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
It should be noted that the additional shielding box and its components shown here are merely examples and are not intended to limit the present invention.
本明細書の以降の部分では、特に断りがない限り、以下の用語を用いる。
放射線の一次線源はX線管球であるが、この一次X線ビームを「一次X線」と呼ぶ。X線管球の管電圧が100kVの場合、発生する一次X線は連続エネルギーとなり、概ね100KeVが最大エネルギーとなる。また、X線発生装置の状態にも依存するが、そのエネルギーの平均値(以下、「実効エネルギー」という)は最大エネルギーの60~70%程度の場合が多いため、ここでは65%で一定と仮定する。また、特に断りがない限り、実効エネルギーを示すものとする。
本明細書の以降の部分では、特に断りがない限り、X線管球の位置はテーブルの下部に配置するアンダーチューブ型のX線透視装置を例として記載する。
一次X線が患者・被検者、装置の一部等に当たり散乱した放射線を総称して「散乱X線」と呼ぶ。
散乱X線のうち、一次X線のエネルギーを殆ど維持したまま小角度で前方に散乱(以下、「小角散乱」という)してきたX線を「小角散乱X線」と呼ぶ。
また、一次X線が患者人体またはテーブル等により散乱し、入射角に対して0度~45度の前方に散乱(以下、「前方散乱」という)してきたX線を「前方散乱X線」、同・45度~135度の側方に散乱(以下、「側方散乱」という)してきたX線を「側方散乱X線」、同・135度~180度の後方に散乱(以下、「後方散乱」という)してきたX線を「後方散乱X線」と呼ぶ。なお、小角散乱X線は前方散乱X線の一種であり、その内数である。
さらに、診察用撮影室、検査室、治療室、エックス線診療室内等を総称して「診療室内等」と呼ぶ。
In the remainder of this specification, the following terms are used unless otherwise specified.
The primary source of radiation is an X-ray tube, and this primary X-ray beam is called "primary X-rays." When the tube voltage of the X-ray tube is 100 kV, the generated primary X-rays have continuous energy and the maximum energy is approximately 100 KeV. Although it depends on the state of the X-ray generator, the average value of the energy (hereinafter referred to as "effective energy") is often about 60-70% of the maximum energy, so here it is assumed to be constant at 65%. Furthermore, unless otherwise specified, the effective energy is indicated.
In the following description of the present specification, unless otherwise specified, an under-tube type X-ray fluoroscope in which the X-ray tube is located under the table will be described as an example.
Radiation that is scattered when primary X-rays hit a patient/subject, parts of the equipment, etc. is collectively called "scattered X-rays."
Among the scattered X-rays, X-rays that are scattered forward at a small angle while maintaining almost all of the energy of the primary X-rays (hereinafter referred to as "small-angle scattered") are called "small-angle scattered X-rays".
Furthermore, when primary X-rays are scattered by the patient's body or a table, etc., and are scattered forward at 0 to 45 degrees from the incident angle (hereinafter referred to as "forward scattering"), they are called "forward scattered X-rays", X-rays scattered to the side at 45 to 135 degrees from the incident angle (hereinafter referred to as "side scattering") are called "side scattered X-rays", and X-rays scattered backward at 135 to 180 degrees from the incident angle (hereinafter referred to as "backscattered") are called "backscattered X-rays". Small-angle scattered X-rays are a type of forward scattered X-rays and are included in the number of forward scattered X-rays.
Furthermore, radiography rooms, examination rooms, treatment rooms, X-ray examination rooms, etc. are collectively referred to as "examination rooms, etc."
本明細書の以降の部分では、材料では以下の用語を用いる。
金属材料ではAl-Mg系(5000系合金)やAl-Mg-Si系(6000系合金)等の高比強度Al合金をAl系と呼ぶ。純TiやTi-6Al-4V等の高比強度Ti合金をTi系と呼ぶ。
加えて、本明細書の以降の部分では、元素と記載した部分は特に断りがない限りその元素を含む材料を意味し、材料は特に断りがない限り金属元素単体の材料を意味する。
本発明のボックスで使用する材料は、線減衰材料、低反射減弱材料、複合吸収材料および増設複合吸収材料である。本明細書では線減衰材料、低反射減弱材料を総称して「遮へい材料」と呼ぶ。また、複合吸収材料と増設複合吸収材料を総称して「複合吸収材料等」と呼ぶ。これらの概要を以下に示し、表1にて比較して示す。また、後述の実施例1でより詳しく説明する。また、遮へい材料を本発明のボックスの構成材料とするか、または構成材料の表層に配置したものを「部材」と呼ぶ。
なお、本明細書では材料の遮へい能力は、後述の通り、線減衰(反射・散乱・吸収)と線エネルギー吸収(吸収のみ)に区分して示す。
In the remainder of this specification, the following terms are used for the materials:
In metallic materials, high specific strength Al alloys such as Al-Mg alloys (5000 series alloys) and Al-Mg-Si alloys (6000 series alloys) are called Al-based alloys, while high specific strength Ti alloys such as pure Ti and Ti-6Al-4V are called Ti-based alloys.
In addition, in the rest of this specification, unless otherwise specified, a part written as an element means a material containing that element, and unless otherwise specified, a material means a material of a simple metal element.
The materials used in the box of the present invention are linear attenuation materials, low reflection attenuation materials, composite absorbing materials, and additional composite absorbing materials. In this specification, linear attenuation materials and low reflection attenuation materials are collectively referred to as "shielding materials". Furthermore, composite absorbing materials and additional composite absorbing materials are collectively referred to as "composite absorbing materials, etc." An overview of these is shown below, and a comparison is shown in Table 1. A more detailed explanation will be given in Example 1 below. Furthermore, a shielding material that is a constituent material of the box of the present invention, or that is placed on the surface of a constituent material, is called a "member."
In this specification, the shielding ability of a material is shown divided into linear attenuation (reflection, scattering, and absorption) and linear energy absorption (absorption only), as described below.
線減衰材料とは、装置を構成する材料の母材にPb・Bi、ThまたはU等の線減衰元素を被覆して放射線強度の高い小角散乱X線を線減衰させる材料である。線減衰元素とは原子番号が82以上の元素である。K吸収端が80KeV以上にあり、例えば管電圧が80kV以上で150kV以下のX線管球からの80KeV以上(以下、「高い」と称する)の一次X線による小角散乱X線が照射されると、著しくX線を線減衰させ、その際にK殻の特性X線(K-X)を発生しない元素である。
低反射減弱材料とは、Ba・WまたはPb等の低反射減弱元素を母材に被覆して側方散乱X線を低反射で減弱させる材料である。低反射減弱元素とは60KeV以上で80KeV未満(以下、「中程度」と称する)の実効エネルギー(最大エネルギーは88KeV未満)のX線を対象とし、この領域でも光電効果が主要な領域(光電領域)にある、原子番号が56以上で82以下の元素である。また、側方散乱X線の実効エネルギー領域でK-Xが発生しない元素である。
複合吸収材料とは、X線が入射する第一層のPbが低反射減弱層となり、第二層以下がSn・Mo等の拡散吸収体とNb・Cu等の電子吸収体の対が1~3対で成る多層吸収層となり、異なった役割を持った3層以上を密着して多層に重ねることにより散乱X線を内部で減弱させて吸収する材料である。第一層のPbは線減衰材料や低反射減弱材料のPb等と同じ役割である。また、本発明では、前述の線減衰材料や低反射減弱材料に多層吸収層を重ねたものを「増設複合吸収材料」と呼び、複合吸収材料と同じ機能を有するものとして取り扱う。
なお、複合吸収材料は実施例5でより詳しく説明し、更に詳しくは発明者が同じ特許文献1に示す。
The linear attenuation material is a material that attenuates small-angle scattered X-rays with high radiation intensity by coating the base material of the material constituting the device with linear attenuation elements such as Pb, Bi, Th, or U. The linear attenuation element is an element with an atomic number of 82 or more. The K absorption edge is at 80 KeV or more, and when small-angle scattered X-rays are irradiated by primary X-rays of 80 KeV or more (hereinafter referred to as "high") from an X-ray tube with a tube voltage of 80 kV or more and 150 kV or less, the element significantly attenuates the X-rays and does not generate characteristic X-rays of the K shell (K-X) at that time.
The low reflection attenuation material is a material in which a base material is coated with a low reflection attenuation element such as Ba, W, or Pb to attenuate side scattered X-rays with low reflection. The low reflection attenuation element is an element with an atomic number of 56 or more and 82 or less, which is intended for X-rays with an effective energy of 60 KeV or more and less than 80 KeV (hereinafter referred to as "medium") (maximum energy is less than 88 KeV), and which is in the region where the photoelectric effect is dominant (photoelectric region) even in this region. In addition, it is an element in which K-X does not occur in the effective energy region of side scattered X-rays.
A composite absorbing material is a material in which the first layer of Pb on which X-rays are incident serves as a low reflection attenuation layer, the second layer and subsequent layers serve as multilayer absorbing layers each consisting of one to three pairs of a diffusion absorber such as Sn or Mo and an electronic absorber such as Nb or Cu, and the material attenuates and absorbs scattered X-rays internally by stacking three or more layers with different roles in close contact with each other in a multilayer structure. The Pb in the first layer has the same role as the Pb in the linear attenuation material and low reflection attenuation material. In the present invention, a multilayer absorbing layer stacked on the linear attenuation material or low reflection attenuation material described above is called an "additional composite absorbing material" and is treated as having the same function as a composite absorbing material.
The composite absorbent material is described in more detail in Example 5, and further details are given in the same patent document 1 by the inventor.
表1
Table 1
追加シールドボックスの基本的な構成は、標準型で示す。ボックス本体は変更ないが、端面ボックスを変更した応用的な構成は、FPD内蔵型である。追加シールドボックスの構成は表2にて比較して示す。
標準型のボックスは、受像機アームは固定されたアンダーチューブ型のX線テレビを対象としたものである。
FPD内蔵型は、アンダーチューブ型で、FPD方式のX線受像機はボックス内に設置した5軸の移動機能により検査時に自由に移動できる。
The basic configuration of the additional shielding box is shown as a standard type. The box body is unchanged, but the applied configuration in which the end face box is changed is an FPD built-in type. The configurations of the additional shielding box are compared in Table 2.
The standard box is intended for under-tube X-ray televisions with a fixed receiver arm.
The built-in FPD type is an under-tube type, and the FPD X-ray receiver is installed inside the box and can be moved freely during examination thanks to its five-axis movement function.
表2
Table 2
実施例1は、本発明の追加シールドボックスで使用する材料である。
実施例2は、X線源-X線受像機の位置を固定して使用するX線透視装置を対象とした標準型の追加シールドボックスの基本機能と全体構成の説明である。
実施例3は、X線の強度が高い小角散乱X線を含む前方散乱X線を遮へいするオプションの説明である。
実施例4は、X線透視装置とは分離したFPD方式のX線受像機をボックス等の内部に収納したFPD内蔵型の追加シールドボックスの全体構成の説明である。
実施例5は、実施例1のうち特許文献1の複合吸収材料を再録した説明である。
Example 1 is the material used in the additional shielding box of the present invention.
The second embodiment describes the basic functions and the overall configuration of a standard type additional shielding box intended for an X-ray fluoroscope in which the positions of the X-ray source and the X-ray receiver are fixed.
Example 3 describes an option for blocking forward scattered X-rays, including small-angle scattered X-rays, which have a high X-ray intensity.
The fourth embodiment describes the overall configuration of an FPD-integrated additional shield box in which an FPD type X-ray receiver separate from an X-ray fluoroscope is housed inside a box or the like.
Example 5 is a reprint of the composite absorbent material of Example 1 of Patent Document 1.
(本発明の追加シールドボックスで使用する材料)
実施例1では、本発明のボックスで使用する材料の線減衰と線エネルギー吸収に関与する機能について説明する。ここでは本明細書の以降の部分で登場する元素を一覧した。非特許文献5のNISTデータベースを引用して、一次X線および散乱X線等の種々のエネルギー領域にあるX線との相互作用で反射・散乱され易い元素、吸収され易い元素を摘出した。その結果を表3に一覧する。
表3の横軸にはマグネシウム(Mg)、Al、ケイ素(Si)、Ti、鉄(Fe)、銅(Cu)、ニオブ(Nb)、モリブデン(Mo)、スズ(Sn)、Ba、W、Pb、Bi、Th、Uの元素名を示す。表3の縦軸は特定のエネルギーの数値、すなわち「単色」のエネルギーの数値にて整理している。表3中の数値は線減衰係数(μ)と線エネルギー吸収係数(μen)を文献調査した結果を示す。また、μenをμで割った数値を割合で示した電子吸収割合(μen/μ)も付記した。表3では1より小さい数値は指数表示で示した。実際の一次X線や散乱X線はエネルギーが高いものから低いものまでを含む白色であるが、表3の縦軸では測定や表記の都合上、単色として報告されたものであることには注意が必要である。また、非特許文献5のNISTデータベースでは、各元素のμやμenが共通的に報告されている50KeV以上の単色エネルギーは、60、80、100、150KeVだけである。すなわち、表中にない中間の単色エネルギーではμやμenは共通的に比較できない。
(Materials used in the additional shielding box of the present invention)
In Example 1, the functions of the material used in the box of the present invention related to linear attenuation and linear energy absorption are described. Here, the elements that appear in the following parts of this specification are listed. By citing the NIST database in Non-Patent Document 5, elements that are easily reflected/scattered and absorbed by interaction with X-rays in various energy regions such as primary X-rays and scattered X-rays are extracted. The results are listed in Table 3.
The horizontal axis of Table 3 shows the element names: magnesium (Mg), Al, silicon (Si), Ti, iron (Fe), copper (Cu), niobium (Nb), molybdenum (Mo), tin (Sn), Ba, W, Pb, Bi, Th, and U. The vertical axis of Table 3 shows the values of specific energy, i.e., the values of "monochromatic" energy. The values in Table 3 show the results of a literature survey of linear attenuation coefficients (μ) and linear energy absorption coefficients (μen). The electronic absorption ratio (μen/μ), which is the ratio obtained by dividing μen by μ, is also shown. In Table 3, values smaller than 1 are shown as exponents. It should be noted that while actual primary X-rays and scattered X-rays are white, ranging from high to low energy, the vertical axis of Table 3 reports them as monochromatic for the convenience of measurement and notation. In addition, in the NIST database of Non-Patent Document 5, the monoenergetic energies of 50 KeV or more for which μ and μen of each element are commonly reported are only 60, 80, 100, and 150 KeV. In other words, μ and μen cannot be commonly compared at intermediate monoenergetic energies not included in the table.
X線による物質の透過現象では、本発明の定義式1として、I/I0=Exp(-μt)により線減衰係数μ(1/cm)が定義される。なお、Iは出射側、I0は入射側の強度(例えば光子数や線量率)であり、tは物質の厚さである。線減衰係数μの数値が大きい物質は反射・散乱や吸収等により減衰、すなわち遮へいする能力が大きい。換言すれば線減衰係数μが大きいものはX線の遮へい能力(線減衰能力)が大きいのは明らかであるが、それだけでは反射・散乱が支配的なのか、吸収が支配的なのかは判らない。
一方、線エネルギー吸収係数(μen)は、制動X線等の別途の光子としてエネルギーが再放出されずに電子に吸収されて残るエネルギー分、すなわち電子吸収分のみを示している。μenの数値が大きい物質は、X線のエネルギーを電子の運動エネルギーに変換することにより吸収(以下、「電子吸収」という)する能力が大きい。換言すればμenが大きいものは、電子吸収能力が支配的である。
電子吸収割合(μen/μ)は、線減衰のうちの線エネルギー吸収の割合、すなわちX線の相互作用により別の光子(特性X線、オージェ電子、制動X線)を発生せずに電子吸収される割合を示す。電子吸収割合の数値が大きい元素は、一般に反射・散乱が少なく、二次X線(特性X線、制動X線)の発生が少ない。
In the phenomenon of X-rays penetrating a material, the linear attenuation coefficient μ (1/cm) is defined by I/I 0 =Exp(-μt) as the definition formula 1 of the present invention. Here, I is the intensity on the outgoing side, I 0 is the intensity on the incoming side (e.g., the number of photons or the dose rate), and t is the thickness of the material. A material with a large linear attenuation coefficient μ has a large ability to attenuate, i.e., shield, due to reflection, scattering, absorption, etc. In other words, it is clear that a material with a large linear attenuation coefficient μ has a large X-ray shielding ability (linear attenuation ability), but this alone does not tell whether reflection, scattering, or absorption is dominant.
On the other hand, the linear energy absorption coefficient (μen) indicates only the amount of energy that remains after being absorbed by electrons and not re-emitted as separate photons such as bremsstrahlung X-rays, i.e., the amount of energy absorbed electronically. A material with a large μen value has a high ability to absorb X-ray energy by converting it into the kinetic energy of electrons (hereinafter referred to as "electronic absorption"). In other words, a material with a large μen has a dominant electronic absorption ability.
The electronic absorption fraction (μen/μ) indicates the proportion of linear energy absorption in linear attenuation, that is, the proportion of X-rays that are electronically absorbed without generating additional photons (characteristic X-rays, Auger electrons, or braking X-rays) due to interaction with the X-ray. Elements with a large electronic absorption fraction generally have less reflection and scattering, and generate less secondary X-rays (characteristic X-rays and braking X-rays).
線減衰係数μが大きいことは線減衰能力(すなわち遮へい能力)が高いことを意味する。線エネルギー吸収係数μenが大きいことは線エネルギー吸収能力(すなわち、電子吸収能力)が高いことを意味し、X線との相互作用により反射や散乱が少なく吸収が大きい。電子吸収割合(μen/μ)の数値が大きい元素は、反射・散乱の割合が小さく、二次X線(特性X線、制動X線)の発生が少なく、電子吸収の割合が大きい。
表3において、Mg、Al、Siは50KeV以上ではμとμenがかなり小さいが、50KeV未満ではμとμenがやや大きくなって電子吸収割合が大きくなる。Tiは、50KeV以上ではμとμenが比較的小さい数値である。
一方、Fe、Cu、Nb、Mo、Sn、Ba、W、Pbでは、80KeV未満ではμとμenがかなり大きくなって電子吸収割合が大きくなる。その内、Nb、Mo、Sn、Ba、W、Pbは80KeV以上でもμは大きく、特にW、Pbは100KeV以上となってもμは大きい。
一般に、μenは各元素のK吸収端(Kab)よりやや高いエネルギー帯で小さい数字となり、そこでは電子吸収割合(μen/μ)も小さい。
A large linear attenuation coefficient μ means high linear attenuation capacity (i.e. shielding capacity). A large linear energy absorption coefficient μen means high linear energy absorption capacity (i.e. electronic absorption capacity), with little reflection or scattering and high absorption due to interaction with X-rays. Elements with a large electronic absorption ratio (μen/μ) have low reflection and scattering rates, little generation of secondary X-rays (characteristic X-rays, braking X-rays), and a high electronic absorption rate.
In Table 3, Mg, Al, and Si have fairly small μ and μen at 50 KeV or more, but below 50 KeV, μ and μen become somewhat large, resulting in a large electron absorption rate. Ti has relatively small μ and μen values at 50 KeV or more.
On the other hand, for Fe, Cu, Nb, Mo, Sn, Ba, W, and Pb, μ and μen become considerably large below 80 KeV, and the electron absorption rate becomes large. Among them, Nb, Mo, Sn, Ba, W, and Pb have large μ even at 80 KeV or more, and W and Pb in particular have large μ even at 100 KeV or more.
In general, μen becomes a small value in an energy band slightly higher than the K absorption edge (Kab) of each element, and the electronic absorption ratio (μen/μ) is also small in that energy band.
表3
Table 3
線減衰元素は、原子番号が82以上の元素である。K吸収端が80KeV以上にあり、80KeV以上の高い小角散乱X線が照射されても、多くの場合でK殻の特性X線(K-X)を発生しない元素である。表3の通り、80KeV以上で150KeV以下の単色のエネルギーにおける線減衰係数μが10(1/cm)以上となる。表3の例示ではPb、Bi、ThまたはU等が該当する。 Linear attenuation elements are elements with atomic numbers of 82 or more. They have a K absorption edge of 80 KeV or more, and in many cases do not generate K-shell characteristic X-rays (K-X) even when irradiated with highly scattered small-angle X-rays of 80 KeV or more. As shown in Table 3, the linear attenuation coefficient μ at monochromatic energies of 80 KeV or more and 150 KeV or less is 10 (1/cm) or more. Examples of elements in Table 3 include Pb, Bi, Th, and U.
低反射減弱元素は、原子番号が56以上で82以下の元素である。表3の通り、60KeV以上で80KeV以下の単色のエネルギーにおける線減衰係数μが10(1/cm)以上となる。表3の例示ではPb・WまたはBa等が該当する。 Low-reflecting and attenuating elements are elements with atomic numbers of 56 or more and 82 or less. As shown in Table 3, the linear attenuation coefficient μ at monochromatic energies of 60 KeV or more and 80 KeV or less is 10 (1/cm) or more. Examples in Table 3 include Pb, W, and Ba.
複合吸収材料とは、X線が入射する第一層のPbが低反射減弱層となり、第二層以下が拡散吸収体と電子吸収体の対が1~3対で成る多層吸収層となり、異なった役割を持った3層以上を密着して多層に重ねることにより散乱X線を内部で減弱させて吸収する材料である。第一層のPbの線減衰における役割は上述の線減衰材料や低反射減弱材料のPb等と同じである。
第二層の拡散吸収体は50または20KeV等の単色のエネルギーにおいて電子吸収割合(μen/μ)が70%未満の元素である。表3によれば50KeVの場合ではBaやSn等、20KeVの場合ではMoやNb等が該当する。
上述拡散吸収体と対となる電子吸収体は、拡散吸収体を選んだ単色のエネルギーにおいてμen/μが70%以上の元素である。表3では50KeVではNb、Mo、Cu、Fe等が該当し、20KeVではCu、Fe、Ti等が該当する。
A composite absorbing material is a material in which the first layer of Pb on which X-rays are incident acts as a low reflection attenuation layer, the second layer and subsequent layers are multilayer absorbing layers consisting of one to three pairs of diffuse absorbers and electronic absorbers, and three or more layers with different roles are closely stacked in a multilayer structure to internally attenuate and absorb scattered X-rays. The role of the Pb in the first layer in terms of linear attenuation is the same as that of the linear attenuation material and the Pb in the low reflection attenuation material described above.
The second layer of diffuse absorbers is an element with an electron absorption ratio (μen/μ) of less than 70% at monochromatic energies of 50 or 20 KeV, etc. According to Table 3, in the case of 50 KeV, Ba, Sn, etc., and in the case of 20 KeV, Mo, Nb, etc., are applicable.
The electron absorber paired with the above-mentioned diffuse absorber is an element with μen/μ of 70% or more at the monochromatic energy at which the diffuse absorber is selected. In Table 3, Nb, Mo, Cu, Fe, etc. are applicable at 50 KeV, and Cu, Fe, Ti, etc. are applicable at 20 KeV.
次に、遮へい材料である線減衰材料、低反射減弱材料の厚みを検討する。前述の定義式1で示した通り、線減衰係数μは、物質の厚さtに基づく入射側の強度I0と出射側の強度Iの相関を示すものであり、空間線量率や被ばく線量の制限値等を示すものである。
これらの制限値は、現場で利用するX線透視装置のX線源の出力や特性等の使用条件、現場で放射線管理する診療室等内の空間線量率や個々の被ばく線量の制限値や目標値により、個々の現場の状況に則って決めるものである。また、従来の知見があるのは単色のX線のエネルギーであるが、現場のX線は白色の連続エネルギーである。個々の現場の状況や使用条件は一般化できないので、ここでは厚みは候補材料の単色のエネルギー値の10分の1価層(以下、「1/10価層」と表記する)を目安として仮に設定した。そのため、ここでは線減衰係数μに基づき単色のエネルギーでの候補材料の1/10価層を算出した。
表4では、表3の線減衰係数μより算出した半価層:X0.5と1/10価層:X0.1を一覧した。X0.5=0.693/μ(cm)、X0.1=2.303/μ(cm)で算出した。縦軸の光子の入射エネルギーは単色の場合で10,20,30,40,50、60、80、100、150KeVとした。
Next, let us consider the thickness of the linear attenuation material and low reflection attenuation material, which are the shielding materials. As shown in the definition formula 1 above, the linear attenuation coefficient μ indicates the correlation between the intensity I0 on the incident side and the intensity I on the exit side based on the thickness t of the material, and indicates the limit value of the spatial dose rate and the exposure dose.
These limit values are determined according to the conditions of each site, such as the output and characteristics of the X-ray source of the X-ray fluoroscopy device used at the site, the spatial dose rate in the examination room where radiation is managed at the site, and the limit and target values of each exposure dose. In addition, while conventional knowledge is about the energy of monochromatic X-rays, the X-rays at the site are white continuous energy. Since the conditions and conditions of each site cannot be generalized, the thickness is provisionally set as a 1/10th valence layer of the monochromatic energy value of the candidate material (hereinafter referred to as "1/10 valence layer"). Therefore, here, the 1/10 valence layer of the candidate material at monochromatic energy was calculated based on the linear attenuation coefficient μ.
Table 4 lists the half-value layer: X0.5 and 1/10 value layer: X0.1 calculated from the linear attenuation coefficient μ in Table 3. Calculations were made with X0.5 = 0.693/μ (cm) and X0.1 = 2.303/μ (cm). The incident energy of photons on the vertical axis was 10, 20, 30, 40, 50, 60, 80, 100, and 150 KeV in the case of monochromatic light.
さらに表4の1/10価層の算出結果を整理する。線減衰材料のPb、Bi、ThまたはU等の元素は、前述の通り、80KeV以上で定義され、150KeV以下の単色のエネルギーで表現している。また、低反射減弱材料のBa、W、Pb等の元素は、60KeV以上で80KeV未満の単色のエネルギーにより定義している。表5では、低反射減弱材料と線減衰材料について、該当する単色のエネルギーの範囲の元素毎の1/10価層を表4から抽出した結果を示す。 Furthermore, the calculation results of the 1/10 valence layer in Table 4 are summarized. As mentioned above, elements of linear attenuation materials such as Pb, Bi, Th, and U are defined as 80 KeV or more, and are expressed as monochromatic energies of 150 KeV or less. Elements of low reflection attenuation materials such as Ba, W, and Pb are defined as monochromatic energies of 60 KeV or more and less than 80 KeV. Table 5 shows the results of extracting the 1/10 valence layer for each element in the corresponding monochromatic energy range from Table 4 for low reflection attenuation materials and linear attenuation materials.
表5によれば、候補材料の各元素は単色エネルギー毎で1/10価層がバラついており、より好適なエネルギー領域は元素毎にさらに限られることが判る。これは単色エネルギーがその元素のK吸収端に近いエネルギーである場合に1/10価層が大きくなり、他と比較してバラつきが大きくなる。表5のカッコ内で示した元素と単色エネルギーの組み合わせは、上述の影響により使用をあまり推奨できない条件を意味する。但し、1/10価層は目安の厚みであり、白色の連続エネルギーが照射される実際の現場の条件でその通りの厚みを確保することを要件としている訳ではない。厚みの目安は概して言えば、以下の通りである。
線減衰材料のPbは100KeV以下の散乱X線を対象として使うのが良く、その厚みは0.8mmである。100KeV以上となれば、使用できる材料はTh、Uに限られ、その厚みは0.4~0.8mmの範囲である。
低反射減弱材料のBaは60KeV程度の散乱X線を対象として使うのが良く、その厚みは0.8mmである。Pbは60~80KeVでも使えるが、その厚みは0.4~0.8mmの範囲である。
これら候補材料のあるべき厚みは、個々の現場の状況や使用条件に係る情報を入手後に正確に検討するべきである。また、より良くはJIS T61331-1の規定に準拠した鉛当量試験等を実施し、実際の白色の連続エネルギーが照射される個々の現場の使用条件における材料の遮へい性能を確認した上で追加シールドボックスを設計するのが良い。
According to Table 5, it can be seen that the 1/10 valence layer of each element of the candidate material varies for each monochromatic energy, and the more suitable energy region is further limited for each element. This is because when the monochromatic energy is an energy close to the K-absorption edge of the element, the 1/10 valence layer becomes large, and the variation becomes larger compared to the others. The combination of element and monochromatic energy shown in parentheses in Table 5 means a condition that is not very recommended for use due to the above-mentioned influence. However, the 1/10 valence layer is a guideline thickness, and it is not required to ensure the exact thickness under the actual on-site conditions where white continuous energy is irradiated. Generally speaking, the thickness guideline is as follows.
The linear attenuation material Pb is best used for scattered X-rays of 100 KeV or less, and has a thickness of 0.8 mm. For X-rays of 100 KeV or more, the only usable materials are Th and U, and their thicknesses are in the range of 0.4 to 0.8 mm.
The low reflection attenuation material Ba is best used for scattered X-rays of about 60 KeV, and its thickness is 0.8 mm. Pb can be used for X-rays of 60 to 80 KeV, but its thickness is in the range of 0.4 to 0.8 mm.
The thickness of these candidate materials should be precisely determined after obtaining information on the situation and conditions of use at each site. Better yet, a lead equivalent test conforming to the JIS T61331-1 standard should be carried out to confirm the shielding performance of the materials under the conditions of use at each site where actual white continuous energy is irradiated, before designing the additional shielding box.
表4
Table 4
表5
Table 5
(標準型の追加シールドボックスの基本機能と基本構成)
実施例2では標準型とした追加シールドボックス(以下、「標準型のボックス」という)の基本構成を説明する。図1はX線源をテーブル下方に配置したアンダーチューブ型における標準型の追加シールドボックスの基本構成図である。追加シールドボックス1はテーブル2上に設置される。
最初に、近接で内部を視認する装置である覗き窓と、近接で内部を操作する装置であるスリーブポート、スリーブ構造体を備えた標準型のボックスを説明する。
標準型のボックスはX線カメラ等のX線源-X線受像機の位置を固定して使用するX線透視装置を対象としたものである。標準型の追加シールドボックス1は、ボックス本体4、端面ボックス5、覗き窓6、天板7、スリーブポート8と含鉛腕スリーブ9、端面天板14、掛布等22で構成される。
(Basic functions and configuration of standard additional shielding box)
In the second embodiment, the basic structure of a standard type additional shielding box (hereinafter referred to as the "standard type box") will be described. Fig. 1 is a basic configuration diagram of a standard type additional shielding box in an under-tube type in which the X-ray source is placed under the table. The additional shielding box 1 is placed on the table 2.
First, a standard type box having an observation window, which is a device for visually checking the inside at close range, a sleeve port, which is a device for operating the inside at close range, and a sleeve structure will be described.
The standard type box is intended for X-ray fluoroscopy equipment that uses a fixed position X-ray source such as an X-ray camera and an X-ray receiver. The standard type additional shielding box 1 is composed of a box body 4, an end face box 5, an observation window 6, a top plate 7, a sleeve port 8 and a lead-containing arm sleeve 9, an end face top plate 14, a hanging cloth 22, etc.
(標準型ボックスの基本機能の説明)
本発明の標準型の追加シールドボックス1の基本機能を説明する。
本発明の追加シールドボックス1は、患者の患部に相当する照射野15を立体的に取り囲んで配置し、ボックスを構成する部材がX線の遮へい能力を有し、外部空間と通じた開口がなく、遮へい能力のある覗き窓6を介して外部空間から視認しながら遮へい能力のある含鉛腕スリーブ9等のスリーブ構造体を介して医療従事者がボックス内に手を挿入して手術ができる。
また、スリーブ構造体は可撓性の材料とし、ボックス等のスリーブポート8に取り付けて使用し、医療従事者の手腕と含鉛腕スリーブ9等のスリーブ構造体の先端と取り付け部でスリーブポート8の開口を塞ぐことにより、追加シールドボックス1は遮へいを維持しながら手術ができる。
患者は患者ポート20を介して体軸方向にボックスを貫通させることで照射野以外の頭部や体肢(脚)部等の部位を外部空間に置き、患者ポート20に取付けた遮へい能力のある可撓性の掛布等22でボックスと人体との間の開口を塞ぐことにより、患者は頭部や体肢部の医療被ばくを低減し、医療従事者は遮へいを維持しながら手術ができる。患者ポート20を塞ぐものは、掛布等22を共用するのではなく、個別のカーテン式やシャッター式の遮へいシートでも構わない。
電源、電気信号、光学信号および液体は、受像機ポート13に取付けた遮へい能力のある接続コネクタ24により、ボックスを貫通して連絡し、開口を設けることなく遮へいを維持しながらボックスの内部と外部との間を出し入れできる。また、接続コネクタ24を介して導入した電源ケーブルはボックス内部のコンセントに接続する。
アンダーチューブ型の場合で、患者人体の上方への高い小角散乱X線を含む前方散乱X線は、線減衰材料を使用した天板7で遮へいする。患者人体の側方等への散乱X線は低反射減弱材料を使用したボックス等(ボックス本体4と端面ボックス5)と遮へい付きガラス板または樹脂板を使用した覗き窓6で遮へいする。これらの材料を複合吸収材料等の構成とすることで散乱X線を減弱するとともに吸収することができる。
アンダーチューブ型のX線受像機10は、患者人体の照射野に可能な限り近づけた方が画質は良く、X線源の出力を絞ることで患者の医療被ばくの低減できる。そのため、アンダーチューブ型のX線受像機10はボックス内に収納することが好ましい。標準型のボックスはボックス本体4と端面ボックス5に分割しており、現場で組み立てる構造である。ボックス本体4に付属する端面天板14の接続ポートにボックス本体4をスライドしてX線受像機アーム11を差し込んでX線受像機10をボックス本体4に取り付ける。X線受像機アーム11の周囲の開口を遮へい能力のある受像機カバー12で塞ぐ。その上で端面ボックス5を取り付けることにより、X線受像機10をボックス内に収納して設置できる。
(Explanation of basic functions of standard box)
The basic functions of the standard additional shielding box 1 of the present invention will now be described.
The additional shielding box 1 of the present invention is arranged to three-dimensionally surround the radiation field 15 corresponding to the patient's affected area, the components constituting the box have X-ray shielding ability, there are no openings communicating with the external space, and medical personnel can perform surgery by inserting their hands into the box through a sleeve structure such as a lead-containing arm sleeve 9 which also has shielding ability while viewing from the external space through a peep hole 6 which also has shielding ability.
In addition, the sleeve structure is made of a flexible material and is attached to a sleeve port 8 such as a box. By blocking the opening of the sleeve port 8 with the medical worker's arm and the tip and attachment part of the sleeve structure such as a lead-containing arm sleeve 9, the additional shielding box 1 can maintain shielding while performing surgery.
The patient places the head, limbs (legs), and other parts of the body other than the radiation field in the external space by penetrating the box in the direction of the body axis via the patient port 20, and the opening between the box and the human body is blocked with a flexible shielding cloth or the like 22 attached to the patient port 20, thereby reducing medical exposure to the head and limbs of the patient and allowing medical personnel to perform surgery while maintaining shielding. The patient port 20 may be blocked with a separate curtain-type or shutter-type shielding sheet instead of a shared cloth or the like 22.
Power, electrical signals, optical signals and liquids can be passed between the inside and outside of the box while maintaining the shielding and penetrating the box by a shielding connector 24 attached to the receiver port 13. The power cable introduced through the connector 24 is connected to a power outlet inside the box.
In the case of the under-tube type, forward scattered X-rays, including highly scattered small-angle X-rays toward the upper part of the patient's body, are shielded by a tabletop 7 made of a radiation attenuating material. Scattered X-rays to the sides of the patient's body are shielded by a box, etc. (box body 4 and end box 5) made of a low-reflection attenuation material and a viewing window 6 made of a shielded glass plate or resin plate. By combining these materials into a composite absorbing material, etc., the scattered X-rays can be attenuated and absorbed.
The image quality of the under-tube type X-ray receiver 10 is better when it is placed as close as possible to the radiation field of the patient's body, and the medical exposure of the patient can be reduced by reducing the output of the X-ray source. Therefore, it is preferable to store the under-tube type X-ray receiver 10 in a box. The standard type box is divided into a box body 4 and an end face box 5, and is constructed to be assembled on-site. The box body 4 is slid into the connection port of the end face top plate 14 attached to the box body 4, and the X-ray receiver arm 11 is inserted to attach the X-ray receiver 10 to the box body 4. The opening around the X-ray receiver arm 11 is closed with a receiver cover 12 with a shielding ability. Then, the end face box 5 is attached, and the X-ray receiver 10 can be stored and installed in the box.
(ボックス等の説明)
本発明のボックス本体4と端面ボックス5(以下、「ボックス等」という)について説明する。追加シールドボックス1のボックス等は、X線透視装置のX線源とX線受像機10が患者の患部付近の照射野で位置決めされてから、現場で組み立てする。そのため、ボックスは長さ方向に2つ以上に分割した構造となっている。ボックス自体の全体長さは約150センチメートル(cm)以内で任意であるが、幅は両側から手の長さの範囲の操作する関係上、最大で95cm、より良くは患者人体の幅余の約70cmである。ボックス自体の全体高さは収納するX線受像機10や移動機構49の種類や型式に応じて60cm~120cmである。標準型のボックス本体4と端面ボックス5を図1に示す。これらボックス等は2分割しており、X線受像機10にボックス本体4を取り付けた後に、端面ボックス5を組み立てる。端面ボックス5はトランクフック等のばね付き留め具等でボックス本体4に締結する。
ボックス本体4には、覗き窓6、天板7、スリーブポート8が設置されている。また、受像機ポート13には接続コネクタ24が、患者ポート20には掛布ホルダ23が設置されており、例えば掛布等22の一部を巻き取る(吊上げる)ことで、掛布等22を掛けて患者ポート20を塞ぐ。
ボックス等の母材は取り扱いが容易なようにTi系またはAl系の軽量で高強度な板材である。これらの板材をプレス曲げ加工等で成形した上で板金加工してグローブポート、覗き窓、患者ポートを設置する穴を開ける。可能な限り長尺な板材をプレス曲げ加工することが望ましい。板金加工した板材同士はL型や角型の補強金具を介してビス止めまたは接合する。グローブポートの短管をビス止めまたは接合する。接合方法は例えばTi系の場合は溶接接合であり、Al系の場合は摩擦攪拌(拡散)接合(FSW)、スポット接合、ロウ付け接合等である。ボックスの母材の平板部を軽量化するために、板材の内面(困難であれば外面)に補強リブを接合し、ボックスの板厚を薄くすることが好ましい。遮へい機能のある材料を貫通するビスで固定する場合は、W材料製のビス・ネジ・ボルト等を用いるのが好ましい。
母材の内側は所定の厚さのPb・WまたはBa等の低反射減弱元素が表層に貼り付けられた実施例1の低反射減弱材料となる。低反射減弱材料は、設置する部位の放射線量率によりの厚みを変えて、材料の重量と遮へい性能の相関の最適化を図るべきである。そのため、ボックスを設計する前に、現場のテーブル付近の各所のX線の空間線量率を調査するのが望ましい。また、可能であれば現場のテーブル付近の各所のX線のエネルギー波高分布を調査して平均値・最大値が分ると尚良い。散乱X線の遮へいに必要な低反射減弱材料の厚みは、表5の通り概ね0.3~0.8mmの範囲にある。なお、母材(Ti系、Al系)の厚みはその部材の形状や補強状況から求められる力学的な強度により異なるが、概ね2~5mmの範囲にある。
(Explanation of boxes, etc.)
The box body 4 and the end face box 5 (hereinafter referred to as "box, etc.") of the present invention will be described. The box, etc. of the additional shield box 1 is assembled on-site after the X-ray source of the X-ray fluoroscope and the X-ray receiver 10 are positioned in the radiation field near the affected part of the patient. Therefore, the box is structured to be divided into two or more parts in the length direction. The overall length of the box itself is arbitrary within about 150 centimeters (cm), but the width is a maximum of 95 cm, or better about 70 cm, which is more than the width of the patient's body, in order to operate it from both sides within the range of hand length. The overall height of the box itself is 60 cm to 120 cm depending on the type and model of the X-ray receiver 10 and the moving mechanism 49 to be stored. The standard type box body 4 and the end face box 5 are shown in FIG. 1. These boxes, etc. are divided into two parts, and the end face box 5 is assembled after the box body 4 is attached to the X-ray receiver 10. The end face box 5 is fastened to the box body 4 by a spring-loaded fastener such as a trunk hook.
The box body 4 is provided with a viewing window 6, a top plate 7, and a sleeve port 8. A connector 24 is provided at the receiver port 13, and a cloth holder 23 is provided at the patient port 20. For example, by winding up (hanging up) a part of the cloth 22, the cloth 22 is hung to close the patient port 20.
The base material of the box, etc. is a lightweight, high-strength Ti-based or Al-based plate material for easy handling. These plate materials are formed by press bending or the like, and then processed into sheet metal to make holes for installing the glove port, the observation window, and the patient port. It is preferable to press bend as long a plate material as possible. The processed plate materials are screwed or joined together via L-shaped or square reinforcing metal fittings. The short tube of the glove port is screwed or joined. For example, the joining method is welding in the case of Ti-based materials, and friction stir (diffusion) welding (FSW), spot joining, brazing joining, etc. in the case of Al-based materials. In order to reduce the weight of the flat plate part of the base material of the box, it is preferable to join reinforcing ribs to the inner surface of the plate material (or the outer surface if difficult) and to reduce the plate thickness of the box. When fixing with screws that penetrate a material with a shielding function, it is preferable to use screws, screws, bolts, etc. made of W material.
The inside of the base material is the low reflection attenuation material of Example 1, in which a low reflection attenuation element such as Pb, W or Ba is attached to the surface of a predetermined thickness. The thickness of the low reflection attenuation material should be changed depending on the radiation dose rate of the installation site to optimize the correlation between the weight of the material and the shielding performance. Therefore, it is desirable to investigate the spatial dose rate of X-rays at various locations near the table at the site before designing the box. Also, if possible, it is even better to investigate the energy pulse height distribution of X-rays at various locations near the table at the site and find the average and maximum values. The thickness of the low reflection attenuation material required for shielding scattered X-rays is generally in the range of 0.3 to 0.8 mm as shown in Table 5. The thickness of the base material (Ti-based, Al-based) varies depending on the mechanical strength required from the shape of the member and the reinforcement state, but is generally in the range of 2 to 5 mm.
(天板の説明)
アンダーチューブ型のX線透視装置の場合において、本発明のボックスの天井部に設置される天板7について説明する。天板はボックス等の小角散乱X線が照射される側の天井部の表面等に、線減衰材料を配置したものである。すなわち、天板は患者の照射野とその周辺から上方に向けた前方散乱X線を遮へいする。前方散乱X線は小角散乱X線を含むため、X線のエネルギーが高い。
天板7は、側方や下方よりも高い遮へい能力を備える必要があるため、実施例1の線減衰材料を用いる必要がある。ここで線減衰材料とは主に原子番号が82以上で、小角散乱X線の実効エネルギーよりもK吸収端が高い元素より成り、同・エネルギー範囲に対して線減衰係数が10(1/cm)以上の材料である。
線減衰元素は80KeV以上のX線が照射されてもK殻の特性X線(K-X)を発生しない元素として、鉛(Pb、密度:11.3g/cm3)、ビスマス(Bi、同:9.7)、トリウム(Th、同:11.7)、ウラン(U、同:18.9)等が考えられている。これらの元素の原子番号(Z)とK吸収端(Kab)は、PbがZ=82で約88KeV、BiがZ=83で約90KeV、ThがZ=90で約109KeV、UがZ=92で約115KeVである。これらはアルファ線放出体であるが、アルファ線は空気中でも飛程が短いため、空間線量率に影響を与えることはない。次善の策としてZ=74でK吸収端が約74KeVのWを利用する場合もある。但し、900グラム(g)を超えるThと、300gを超えるUは国際規制物質であり、利用する場合は国の規制当局に届出が必要である。
これらの元素の単体より成る線減衰材料は、高い遮へい能力があるので、散乱X線の遮へいに必要な材料の厚みは実施例1の表5の通り、0.4~1.0mmと薄い。この厚みでは自立強度が不足する場合もあるため、線減衰材料はボックスの母材(Ti系、Al系)のX線の入射方向に貼り付けることもある。天板7は、線減衰材料を母材と同じ切り平板に貼り付けものをボックスの天井部に設置しても良いし、ボックスの天井部のX線の入射方向に線減衰材料を貼り付けても構わない。線減衰材料には力学的な要件や強度上の要件はなく、その位置に存在していれば良いので、貼り付けは接着剤や両面テープのような簡易な接合方法で良い。また、コーナー金具等によるビス止め等の方法でも構わない。
(Description of the tabletop)
In the case of an under-tube type X-ray fluoroscopy device, the top plate 7 installed on the ceiling of the box of the present invention will be described. The top plate is a radiation attenuating material arranged on the surface of the ceiling on the side of the box or the like where small-angle scattered X-rays are irradiated. In other words, the top plate blocks forward scattered X-rays directed upward from the patient's irradiation field and its surroundings. Since forward scattered X-rays include small-angle scattered X-rays, they have high X-ray energy.
Since the top plate 7 needs to have a higher shielding ability than the sides and bottom, it is necessary to use the linear attenuation material of Example 1. Here, the linear attenuation material is a material that is mainly made of elements with an atomic number of 82 or more, a K-absorption edge higher than the effective energy of small-angle scattered X-rays, and has a linear attenuation coefficient of 10 (1/cm) or more for the same energy range.
The linear attenuation elements that do not generate K-shell characteristic X-rays (K-X) even when irradiated with X-rays of 80 KeV or more are considered to be lead (Pb, density: 11.3 g/cm 3 ), bismuth (Bi, density: 9.7), thorium (Th, density: 11.7), uranium (U, density: 18.9), etc. The atomic numbers (Z) and K absorption edges (Kab) of these elements are Pb, Z=82, approximately 88 KeV, Bi, Z=83, approximately 90 KeV, Th, Z=90, approximately 109 KeV, and U, Z=92, approximately 115 KeV. These are alpha ray emitters, but because alpha rays have a short range even in air, they do not affect the air dose rate. As a second best option, W, with Z=74 and a K absorption edge of approximately 74 KeV, may be used. However, Th exceeding 900 grams (g) and U exceeding 300 g are internationally restricted substances, and their use requires notification to the national regulatory authorities.
Since the linear attenuation material made of these simple elements has a high shielding ability, the thickness of the material required for shielding the scattered X-rays is as thin as 0.4 to 1.0 mm, as shown in Table 5 of Example 1. Since the self-supporting strength may be insufficient with this thickness, the linear attenuation material may be attached to the base material (Ti-based, Al-based) of the box in the direction of incidence of X-rays. The top plate 7 may be a cut flat plate with the linear attenuation material attached thereto, the same as the base material, and the material may be attached to the ceiling of the box in the direction of incidence of X-rays. The linear attenuation material does not have any mechanical or strength requirements and only needs to be present in the position, so it may be attached by a simple joining method such as adhesive or double-sided tape. It may also be attached by a method such as screwing with corner fittings or the like.
(遮へい付きガラス板による覗き窓の説明)
本発明の近接で内部を視認する装置として、ボックスの側面に設置される覗き窓6に使用できる素材は、遮へい付きガラス板と遮へい付き樹脂板がある。覗き窓6は、患者人体の側方および患者人体の上方に向けた前方の散乱X線の一部を遮へいできる。ここでは遮へい付きガラス板による覗き窓6について説明する。遮へい付きガラス板は鉛化合物を多く含有させることができ、鉛当量が大きい製品があることが特徴である。その反面、樹脂材に比べて機械的強度、特に耐衝撃性がやや劣り、組成を構成する元素の化合物の質量がやや大きい。遮へい付きガラス板はJIS R3701「X線防護用鉛ガラス」で、公称厚さと最小鉛当量、透過性能、寸法の許容差等が規定されている。
覗き窓6に使えるガラス材料の1つには日本電気硝子社製の放射線遮へい用ガラスLXプレミアムがある。特許文献5の放射線遮蔽安全ガラスを用いても構わない。このガラスではX線を遮へいするための成分はPbである。PbOの含有量が80%より多くなると、PbO以外の成分が相対的に少なくなり、ガラスが熱的に不安定になる恐れがあるため、含有量は55~80%と考えられている。
放射線遮へい用ガラスの全体の組成の一例は、酸化物換算の質量百分率で、SiO2が10~35%、PbOが55~80%、B2O3が0~10%、Al2O3が0~10%、SrOが0~10%、BaOが0~10%である。すなわち、Pb+Baの含有率が高く、これは実施例1の低反射減弱材料に該当する。また、実施例1の複合吸収材料を構成するのに必要な元素のうち、Pb・Ba・Sr・Al・Siが含まれているが、単一層であるため電子吸収層となる最外層がない。
LXプレミアムの最大寸法は120cm×260cmであるため、1つの窓面がこの寸法を超える場合は2枚に分ける必要がある。
鉛当量(mmPb)と製品厚さ(mm)の相関は、正比例の関係にある。例えば、1.1mmPbの場合で製品厚さ11mm、1.5mmPbの場合で製品厚さ12~14mm、2.0mmPbの場合で製品厚さ14~16mmである。本発明の場合は、高線量な部位でも1.1mmPbで11mm厚さの放射線遮へい用ガラスで十分であり、もっと薄くても良い。製品厚さ11mm以下の商品ランクは見当たらないが、低線量な部位であれば、厚さ5mm以下の放射線遮へい用ガラスでも十分に遮へいできる。また、この薄い放射線遮へい用ガラスは別のガラスと接合した合わせガラスとしても構わない。さらに、鉛当量の異なる2枚の放射線遮へい用ガラスを上下で接合した合わせガラスとしても構わない。
(Explanation of the observation window made of a shielded glass plate)
As a device for visually inspecting the inside of the box from close range, the materials that can be used for the peep window 6 installed on the side of the box in the present invention include a shielded glass plate and a shielded resin plate. The peep window 6 can block a part of the scattered X-rays toward the side of the patient's body and toward the upper part of the patient's body. Here, the peep window 6 made of a shielded glass plate will be described. A shielded glass plate can contain a large amount of lead compounds, and is characterized by having a product with a large lead equivalent. On the other hand, compared to resin materials, the mechanical strength, especially the impact resistance, is slightly inferior, and the mass of the compound of the elements that make up the composition is slightly larger. The shielded glass plate is specified in JIS R3701 "Lead glass for X-ray protection" for the nominal thickness, minimum lead equivalent, transmission performance, dimensional tolerance, etc.
One of the glass materials that can be used for the observation window 6 is radiation shielding glass LX Premium manufactured by Nippon Electric Glass Co., Ltd. The radiation shielding safety glass of Patent Document 5 may also be used. In this glass, the component for shielding X-rays is Pb. If the PbO content exceeds 80%, the components other than PbO become relatively small, and there is a risk that the glass may become thermally unstable, so the content is considered to be 55 to 80%.
An example of the overall composition of the radiation-shielding glass is, in mass percentages calculated as oxides, 10-35% SiO2 , 55-80% PbO, 0-10% B2O3 , 0-10% Al2O3 , 0-10% SrO , and 0-10% BaO . That is, the content of Pb+Ba is high, which corresponds to the low reflection attenuation material of Example 1. In addition, among the elements necessary to constitute the composite absorbing material of Example 1, Pb, Ba, Sr, Al, and Si are contained, but since it is a single layer, there is no outermost layer that serves as an electron absorbing layer.
The maximum dimensions of the LX Premium are 120 cm x 260 cm, so if a single window surface exceeds this dimension it must be divided into two panels.
The correlation between lead equivalent (mmPb) and product thickness (mm) is directly proportional. For example, the product thickness is 11 mm for 1.1 mmPb, 12-14 mm for 1.5 mmPb, and 14-16 mm for 2.0 mmPb. In the present invention, radiation shielding glass with 1.1 mmPb and 11 mm thickness is sufficient even in high radiation areas, and even thinner glass is acceptable. There is no product rank with a product thickness of 11 mm or less, but radiation shielding glass with a thickness of 5 mm or less can provide sufficient shielding in low radiation areas. This thin radiation shielding glass may be bonded to another glass to form a laminated glass. Furthermore, two radiation shielding glasses with different lead equivalents may be bonded to each other to form a laminated glass.
(遮へい付き樹脂板による覗き窓の説明)
次に、本発明のボックスの側面に設置される遮へい付き樹脂板による覗き窓6について説明する。遮へい付き樹脂板は、鉛化合物を化学的に結合させた透明アクリル樹脂板である。一般的に透明性を有する含鉛アクリル樹脂は、含鉛(メタ)アクリレートをメチルメタクリレートと共重合することにより得られる。遮へい付き樹脂板は質量当たりの機械的強度が高いことが特長であるが、ガラス材に比べて鉛化合物を含有させる割合が小さく、相対的には鉛当量が小さい。透明含鉛アクリル樹脂板は、過去にはJIS K6736「X線及びγ線防護用含鉛メタクリル樹脂板」で規定されていたが2000年に廃止された。用途としては原子力用のグローブボックスの前面パネルや医療用のX線防護シールド板や防護衝立に使用されている。
覗き窓6に使える樹脂材料の1つにはクラレトレーディング社製のキョウワグラスXAがあり、用途に応じて鉛当量を選ぶことができる。その銘柄と仕様は鉛当量が0.3mmPb以上のH-8、同・0.5mmPb以上のH-12、同・0.8mmPb以上のH-18、同・1.0mmPb以上のH-22、同・1.5mmPb以上のH-35、がある。鉛当量が高くなるにつれて全光線透過率は80%から75%に低下する。
キョウワグラスXAの最大寸法は183cm×244cmであるため、1つの窓面がこの寸法を超える場合は2枚に分ける必要がある。
(Explanation of the observation window made of a resin plate with shielding)
Next, the observation window 6 made of a shielded resin plate installed on the side of the box of the present invention will be described. The shielded resin plate is a transparent acrylic resin plate to which a lead compound is chemically bonded. Generally, transparent lead-containing acrylic resin is obtained by copolymerizing lead-containing (meth)acrylate with methyl methacrylate. The shielded resin plate is characterized by its high mechanical strength per mass, but compared to glass materials, it contains a small proportion of lead compounds and has a relatively small lead equivalent. Transparent lead-containing acrylic resin plates were previously specified in JIS K6736 "Lead-containing methacrylic resin plates for X-ray and gamma-ray protection", but were abolished in 2000. Applications include the front panel of a glove box for nuclear power, and X-ray protection shield plates and protection screens for medical use.
One of the resin materials that can be used for the observation window 6 is Kyowa Glass XA manufactured by Kuraray Trading Co., Ltd., and the lead equivalent can be selected according to the application. The brands and specifications are H-8 with a lead equivalent of 0.3 mmPb or more, H-12 with 0.5 mmPb or more, H-18 with 0.8 mmPb or more, H-22 with 1.0 mmPb or more, and H-35 with 1.5 mmPb or more. As the lead equivalent increases, the total light transmittance decreases from 80% to 75%.
The maximum dimensions of Kyowa Glass XA are 183 cm x 244 cm, so if a single window surface exceeds this dimension, it must be divided into two pieces.
(掛布等の説明)
本発明のボックス中の患者人体上に設置される掛布等22について説明する。掛布等22は患者人体25の照射野とその周辺と全身からテーブルの上方や側方に向けての散乱X線の一部を遮へいできる。すなわち、アンダーチューブ型の場合は前方散乱X線と側方散乱X線の一部を遮へいすることになる。患者人体25からの散乱X線は、散乱源である患者人体のすぐ近くで遮へいするのが効果的である。そのため、掛布等22は患者人体25に接して、なるべく幅広く大きな面積に掛けるのが良い。また、後述の掛布ホルダ23による吊り上げ分を含め、掛布等22は体軸方向に余分をもって掛ける必要がある。しかし、照射野付近の位置を外して設置する必要があるため、掛布等22を掛ける面積は限定的にならざるを得ない。また、同様に照射野付近には設置できないため、照射野からの放射線強度が大きな散乱X線は遮へいできない。
掛布等22の材料は、可撓性や柔軟性が必要であり、患者人体25上に設置する場合は、鬱血等を防止するために軽量である必要がある。それには市販品だとマエダ社製の掛布ソフライトSCO-25(鉛当量:0.25mmPb)等がある。より良くはそれぞれの厚みが薄いPb-Nb-Cuをクラッド圧延した金属薄膜積層板である特許文献1の可撓性の複合吸収材料が良い。
(Explanation of the coverings, etc.)
The following describes the drape, etc. 22 that is placed on the patient's body in the box of the present invention. The drape, etc. 22 can shield part of the scattered X-rays from the irradiation field of the patient's body 25, its surroundings, and the whole body toward the top and sides of the table. In other words, in the case of the under-tube type, it shields part of the forward scattered X-rays and the side scattered X-rays. It is effective to shield the scattered X-rays from the patient's body 25 in the immediate vicinity of the patient's body, which is the scattering source. Therefore, it is preferable that the drape, etc. 22 be placed in contact with the patient's body 25 and over as wide an area as possible. In addition, including the portion lifted by the drape holder 23 described later, the drape, etc. 22 needs to be placed with an excess in the body axis direction. However, since it is necessary to place the drape, etc. 22 away from the position near the irradiation field, the area on which the drape, etc. 22 is placed is inevitably limited. Similarly, since it cannot be placed near the irradiation field, it cannot shield the scattered X-rays from the irradiation field, which have a high radiation intensity.
The material of the blanket 22 must be flexible and pliable, and when placed on the patient's body 25, it must be lightweight to prevent blood congestion. Commercially available products include the blanket Softlight SCO-25 (lead equivalent: 0.25 mmPb) manufactured by Maeda Co., Ltd. Even better is the flexible composite absorbent material of Patent Document 1, which is a metal thin film laminate plate made by cladding and rolling thin Pb-Nb-Cu.
さらに、追加シールドボックスをコンパクトな設備とする視点からは、患者は患者ポートを介してボックスを貫通させることで照射野とその周辺と散乱X線を発生する部位以外の頭部や体肢部等の部位を外部環境に置くことが好ましい。これは、患者のこの部位の医療被ばくを軽減する効果もある。掛布等22はボックス等を組み立てる前に患者人体25上に設置する。ボックス等の組み立て後に患者ポート20に取付けた掛布ホルダ23により、遮へい能力のある可撓性のカーテン式の掛布等22の一部を回転ロールで巻き上げることでボックスと人体との間の隙間を塞ぐことにより、外部空間に散乱X線を漏出することを防ぐことができる。
図1では掛布等22は2か所を起点として患者人体に掛けている。1つはボックス本体4の体軸方向の体肢側端部を起点として体幹部に向かって掛けるものと、体肢部に向かって掛けるものである。もう1つは、体軸方向の頭側端部を起点として頭部に向かって掛けるものと、胸部に向かって掛けるものである。これにより、掛布等22をかける場所は照射野付近の位置を外している。掛布等22の長さは患者ポート20の上部に取り付けた掛布ホルダ23で調整する。
掛布ホルダ23は回転ロールではなく、広口クリップで吊り上げても良い。広口クリップの代わりに、永久磁石の対をボックス内外に取り付けても良い。棒状の暖簾掛けの様なものでも良い。また、掛布ホルダ23により、掛布等22を固定し、患者身体25に懸垂しても良い。
さらに、患者ポート20を塞ぐものは、掛布等22を共用するのではなく、個別のカーテン式やシャッター式の遮へいシートでも構わない。すなわち、患者ポート20を掛布等22やその他のカーテン式やシャッター式の遮へいシートで塞ぐことで追加シールドボックスは遮へいを維持しながら手術ができる。
Furthermore, from the viewpoint of making the additional shielding box a compact facility, it is preferable that the patient penetrates the box through the patient port, so that the head, limbs, and other parts of the body other than the irradiation field, its surroundings, and the parts generating scattered X-rays are placed in the external environment. This also has the effect of reducing medical exposure of these parts of the patient. The drape, etc. 22 is placed on the patient's body 25 before assembling the box, etc. After assembling the box, etc., a part of the flexible curtain-type drape, etc. 22 with shielding ability is rolled up with a rotating roll by the drape holder 23 attached to the patient port 20, thereby closing the gap between the box and the human body, and thus preventing the scattered X-rays from leaking into the external space.
In Fig. 1, the drape etc. 22 is draped over the patient's body starting from two points. One is draped from the limb side end of the box body 4 in the body axis direction toward the trunk and one is draped toward the limbs. The other is draped from the head side end in the body axis direction toward the head and one is draped toward the chest. This ensures that the drape etc. 22 is not draped near the irradiation field. The length of the drape etc. 22 is adjusted with the drape holder 23 attached to the top of the patient port 20.
The drape holder 23 may be hung with a wide-mouthed clip instead of a rotating roll. Instead of the wide-mouthed clip, a pair of permanent magnets may be attached inside and outside the box. A rod-shaped curtain hanger may also be used. The drape 22 may be fixed by the drape holder 23 and hung from the patient's body 25.
Furthermore, the patient port 20 may be covered with an individual curtain-type or shutter-type shielding sheet rather than the shared drape or the like 22. In other words, by covering the patient port 20 with the drape or the like 22 or another curtain-type or shutter-type shielding sheet, the additional shield box can maintain shielding while performing surgery.
掛布等22の材料は可撓性や柔軟性が必要な点は同じであるが、患者ポート20に取り付ける部位の掛布等22は放射線条件が上述の全身とは少し異なる。すなわち、特に頭部側の患者ポート20には照射野とその周辺からの側方散乱X線が飛来するため、低反射減弱材料を用いる必要がある場合がある。
患者ポート20に取り付ける部位の掛布等22としては、市販品だとマエダ社製の掛布ソフライトSCO-50(鉛当量:0.5mmPb)が利用できる可能性がある。また、十川ゴム社製の放射線遮蔽ゴムシートRSL-070の厚さ5mm(鉛当量0.66mmPb)~10mm(同・1.24mmPb)を人体の貫通部のくり抜き加工を施して使用しても良い。
前述の低反射減弱元素であるPbの厚みが0.4~0.8mmの単体を圧延した金属シートによる低反射減弱材料を利用するのも良い。より良くはPb-Sn-Nbをクラッド圧延した金属薄膜である特許文献1の可撓性の複合吸収材料が良い。
Although the material for the drape etc. 22 is required to be flexible and pliable, the radiation conditions for the drape etc. 22 at the portion attached to the patient port 20 are slightly different from those for the whole body described above. That is, since side scattered X-rays from the irradiation field and its surroundings are incident on the patient port 20 on the head side in particular, it may be necessary to use a low reflection attenuation material.
As the drape etc. 22 to be attached to the patient port 20, it is possible to use a commercially available product such as Maeda's Softlight SCO-50 drape (lead equivalent: 0.5 mmPb). In addition, a radiation shielding rubber sheet RSL-070 manufactured by Togawa Rubber Co., Ltd. with a thickness of 5 mm (lead equivalent: 0.66 mmPb) to 10 mm (same: 1.24 mmPb) may be used by hollowing out the penetration part of the human body.
It is also good to use a low reflection attenuation material made of a metal sheet formed by rolling a single piece of Pb, which is the low reflection attenuation element, with a thickness of 0.4 to 0.8 mm. Even better is the flexible composite absorbing material of Patent Document 1, which is a metal thin film formed by cladding and rolling Pb-Sn-Nb.
(接続コネクタの説明)
本発明のボックスの天井部や側面部の各所に設置される接続コネクタ24について説明する。手術の際には、患者人体に多くの計器の接続や、薬液の供給や排出を行う。追加シールドボックス1が無い場合は、特に配慮なくても容易に電気・信号接続や給排液できたが、追加シールドボックス1を設置した場合はその方法を検討する必要がある。緊急時や短期的なものは側端部開口28や患者ポート20より物品の搬出入や電気信号接続・給排液ができる。また、点滴等はボックス本体の天井にあるフックに設置して利用することも可能である。恒常的な電気・信号接続や給排液は、ボックス本体の天井部や側端部等の受像機ポート13に取付けた遮へい能力のある接続コネクタ24により行う。これにより、ボックスを貫通して連絡し、開口を設けることなく遮へいを維持しながらボックス等の内部と外部との間の電気・信号接続や給排液ができる。
図1では接続コネクタ24は天井部に設けており、コネクタは細い電気・信号用が3列、やや太い液体用が2列で示している。ボックス等の内部には、電源コンセントを設置する。覗き窓6は表面積が大きいので診療室等の天井の照明で内部は十分に明るいが、スポットライト型の局所照明器具等は必要に応じてボックス等の内部の各所に設置する。ボックス等に接続コネクタ24の数量を増やすことは可能であり、そこでの電気・信号用や液体用のコネクタの数量を増やすことも、減らすことも可能である。
接続コネクタ24で使える電気・信号用の気密コネクタの市販品はダイトロン社製のハーメチックコネクタ等がある。
液体用のコネクタは中空ガイド円筒中に設置する。中空ガイド円筒からボックス内部へはボックス壁面の小さな貫通穴を介して細い短管で導かれる。液体用のコネクタの市販品はトップ社製の閉鎖式コネクタ(セフィオフローコネクターSC、医療機器登録番号:21400BZZ00227000)等がある。この製品は医薬品の投与、採血、接続部の保護に用いるニードルレスバルブタイプの三方活栓のコネクタである。液体を送入する際は閉鎖式三方活栓付きエックステンションチューブで接続し、液体袋を外した時には閉鎖環境を維持される。本体材質はポリカーボネート製であり、バルブ部材質はシリコンゴムである。閉鎖式コネクタを挿入する方向で入側と出側が選択でき、消耗品として手術毎に交換する。
患者の体液等の排液を吸引して排出する際は、手術後に洗浄消毒が必要であるが、ボックス壁面の小さな貫通穴にエックステンションチューブを直接挿入しても良い。
(Description of connector)
The connectors 24 installed at various locations on the ceiling and side of the box of the present invention will be described. During surgery, many instruments are connected to the patient's body, and medicinal fluids are supplied and discharged. When the additional shielding box 1 is not present, electrical and signal connections and fluid supply and drainage can be easily performed without special consideration, but when the additional shielding box 1 is installed, the method must be considered. In emergencies and short-term use, items can be carried in and out, electrical signal connections, and fluid supply and drainage can be performed through the side end opening 28 or the patient port 20. Infusions, etc. can also be installed on a hook on the ceiling of the box body. Permanent electrical and signal connections and fluid supply and drainage are performed by the connectors 24 with shielding ability attached to the receiver ports 13 on the ceiling and side ends of the box body. This allows communication through the box, and electrical and signal connections and fluid supply and drainage between the inside and outside of the box, etc. can be performed while maintaining shielding without providing an opening.
In Fig. 1, the connectors 24 are provided on the ceiling, with three rows of thin electrical/signal connectors and two rows of slightly thicker connectors for liquids. A power outlet is provided inside the box, etc. Since the observation window 6 has a large surface area, the interior is sufficiently bright with ceiling lighting in the examination room, etc., but spotlight-type local lighting fixtures, etc., are installed in various places inside the box, etc. as necessary. It is possible to increase the number of connectors 24 in the box, etc., and it is also possible to increase or decrease the number of electrical/signal and liquid connectors therein.
Commercially available airtight electrical and signal connectors that can be used for the connector 24 include hermetic connectors manufactured by Daitron Co., Ltd.
The liquid connector is placed in the hollow guide cylinder. A thin short tube is used to lead the liquid from the hollow guide cylinder into the box through a small through hole in the wall of the box. Commercially available liquid connectors include the closed connector made by Top (Sefio Flow Connector SC, medical device registration number: 21400BZZ00227000). This product is a needleless valve type three-way stopcock connector used for administering medicines, taking blood, and protecting connections. When feeding liquid, it is connected with an extension tube with a closed three-way stopcock, and a closed environment is maintained when the liquid bag is removed. The main body is made of polycarbonate, and the valve is made of silicone rubber. The inlet side and outlet side can be selected depending on the direction in which the closed connector is inserted, and it is a consumable item that is replaced after each surgery.
When aspirating and discharging the patient's body fluids and other wastewater, cleaning and disinfection are required after surgery, but an extension tube may be directly inserted into a small through hole in the wall of the box.
(ボックス等による位置の調整方法)
本発明のボックス等の組み立てによる位置調整方法について説明する。標準型のボックスの組み立て方法を図2で説明する。追加シールドボックス1は手術の目的(患者の患部)で決まるX線透視装置の照射野の位置を基準として、その位置調整する必要がある。ボックスは体軸(長さ)方向に2つ以上に分割して現場で組み立てができる構造としている。標準型のボックスの場合はボックス本体4と端面ボックス5に分割する。
また、アンダーチューブ型のX線受像機10は、患者人体25の照射野に可能な限り近づけた方が解像度はよく、患者の被ばくの低減できる。X線受像機10を患者人体25に近づけるには、アンダーチューブ型のX線受像機10はボックス内に収納することが好ましい。そのため、患者人体とX線受像機10との位置を手術の目的に応じて決めた後に、ボックスの組み立て・寸法調整に着手する。
(How to adjust the position using a box, etc.)
The position adjustment method by assembling the box of the present invention will be described. The assembly method of the standard type box will be described with reference to Fig. 2. The position of the additional shielding box 1 must be adjusted based on the position of the radiation field of the X-ray fluoroscope, which is determined by the purpose of the surgery (the affected area of the patient). The box is divided into two or more parts in the body axis (length) direction, so that it can be assembled on-site. In the case of the standard type box, it is divided into a box main body 4 and an end box 5.
Furthermore, the resolution of the under-tube type X-ray receiver 10 is better and the patient's exposure to radiation can be reduced if the receiver is located as close as possible to the irradiation field of the patient's body 25. In order to bring the X-ray receiver 10 close to the patient's body 25, it is preferable to store the under-tube type X-ray receiver 10 in a box. Therefore, after the positions of the patient's body and the X-ray receiver 10 are determined according to the purpose of the surgery, assembly of the box and adjustment of its dimensions are started.
図2は、X線受像機10の位置が決まり、これから受像機アーム11をボックス本体4に差し込む時点での状態を示している。
ボックス本体4をX線受像機10側にスライドすることで、端面天板14の受像機ポート13にX線受像機アーム11を差し込む。差し込んだ後に接続フランジ蓋29を端面天板14に埋め込みボルトで押し込んで取り付ける。
標準型の追加シールドボックス1では、上述の方法でX線受像機10をボックス内に収納して設置し、遮へいを維持しながら手術ができる。
FIG. 2 shows the state at the point where the position of the X-ray receiver 10 has been determined and the receiver arm 11 is about to be inserted into the box body 4.
By sliding the box body 4 towards the X-ray receiver 10, the X-ray receiver arm 11 is inserted into the receiver port 13 of the end surface top plate 14. After insertion, the connection flange cover 29 is attached by pushing it into the end surface top plate 14 with an embedded bolt.
In the standard type additional shielding box 1, the X-ray receiver 10 is stored and installed inside the box in the above-mentioned manner, and surgery can be performed while maintaining shielding.
フラットパネルディテクタ(FPD)方式のX線受像機10は開発による技術進歩が著しく、最近では小型化・軽量化が進んでおり、アンギオ装置の受像機アーム11を細くすることや、長くすることに技術的な問題はないと考えられる。
さらには、実施例4のように受像機アーム11自体を無くし、X線透視装置と分離して独立したFPDをボックス内に収納することも可能と考えられる。そのため、今後さらに本発明のようなニーズがあれば、小型軽量で独立したFPDの製造販売が加速する可能性もある。FPDの開発状況等の詳細は実施例4で後述する。
Flat panel detector (FPD) type X-ray receivers 10 have undergone remarkable technological advances through development, and in recent years have become smaller and lighter. It is believed that there are no technical problems in making the receiver arm 11 of the angiography device thinner or longer.
Furthermore, it may be possible to eliminate the image receiving arm 11 itself and store the FPD in a box, separate from the X-ray fluoroscopy device, as in the fourth embodiment. Therefore, if there is further need for the present invention in the future, the manufacture and sale of small, lightweight, independent FPDs may accelerate. Details of the development status of FPDs will be described later in the fourth embodiment.
(スリーブポートの説明)
本発明のボックスの近接で内部を操作する装置であるスリーブポート8とスリーブ構造体を図3に示す。図3に示す含鉛腕スリーブ9と含鉛グローブ54とグローブレスポ―ト60を総称して「スリーブ構造体」と呼ぶ。
スリーブ構造体の1つが含鉛腕スリーブ9等であり、ボックスの複数のスリーブポート8に取付けられる。図1ではスリーブポート8はボックス本体の長い方の端面の片側に大径ポート50が各4個、両側で合計8個が設置されている。また、ボックス本体の短い方の端面に小径ポート51が2個、端面ボックスに小径ポート51が2個、合計で4個が設置されている。スリーブポートはボックス等に取り付けられた直径14~22cmで長さ3~7cm程度の中空の短管である。外面には含鉛腕スリーブ9を締結バンド52で固縛し易くする凹凸形状が設けられる場合がある。スリーブポートはボックス等の母材と同じ材質である。スリーブポート8の形状の例は図3のaに示す。a-1が大径ポート50、a-2が小径ポート51の形状である。
(Sleeve port explanation)
The sleeve port 8, which is a device for operating the inside of the box by approaching it, and the sleeve structure are shown in Fig. 3. The lead-containing arm sleeve 9, lead-containing glove 54, and gloveless port 60 shown in Fig. 3 are collectively called the "sleeve structure."
One of the sleeve structures is a lead-containing arm sleeve 9, which is attached to a plurality of sleeve ports 8 of a box. In FIG. 1, the sleeve ports 8 are provided with four large diameter ports 50 on each side of the long end face of the box body, for a total of eight ports on both sides. Also, two small diameter ports 51 are provided on the short end face of the box body, and two small diameter ports 51 are provided on the end face box, for a total of four ports. The sleeve port is a hollow short tube with a diameter of 14 to 22 cm and a length of about 3 to 7 cm attached to a box or the like. The outer surface may be provided with an uneven shape that makes it easier to fasten the lead-containing arm sleeve 9 with a fastening band 52. The sleeve port is made of the same material as the base material of the box or the like. An example of the shape of the sleeve port 8 is shown in FIG. 3A. a-1 is the shape of the large diameter port 50, and a-2 is the shape of the small diameter port 51.
大径ポート50の開口形状は水平方向に長い楕円形となっており、手を挿入したままで横移動できる余寸法があるため手技が容易となる。小径ポート51の開口形状は設置位置側の寸法制約から直径14~16cm程度の円形である。手元の視野が必要であれば小径ポート51用のスリーブポートは、透明な含鉛アクリル板に取り付けてボックス等に設置しても構わない。
このようにボックス等にはスリーブポート8は多数が設置できるため、手術時には術者のみでなく補助者も同時にボックス内に手を挿入できる。手術によって手の挿入が必要な医療従事者の数は異なるが、スリーブポート8の数はもっと多くても少なくても構わない。
The opening shape of the large diameter port 50 is an ellipse that is long in the horizontal direction, and there is a margin for moving the hand sideways while keeping it inserted, making the procedure easier. The opening shape of the small diameter port 51 is a circle with a diameter of about 14 to 16 cm due to dimensional constraints on the installation position. If a field of view at hand is required, the sleeve port for the small diameter port 51 may be attached to a transparent lead-containing acrylic plate and installed in a box or the like.
In this way, since a large number of sleeve ports 8 can be installed in a box or the like, during surgery, not only the surgeon but also the assistant can insert their hands into the box at the same time. The number of medical personnel who need to insert their hands varies depending on the surgery, but the number of sleeve ports 8 can be more or less.
(含鉛腕スリーブの説明)
本発明のボックスの含鉛腕スリーブ9について説明する。スリーブ構造体の1つは手袋部分がない含鉛腕スリーブ9であるが、手袋部分もある含鉛グローブ54を使う場合もある。含鉛腕スリーブ9の場合、医療従事者は別途に含鉛手袋56を装着して手腕を挿入する。これは含鉛手袋56の方が含鉛グローブ54よりも繊細な手技がやり易く、安価なためである。これらの組み合わせの考え方は、図3で説明する。
(Lead arm sleeve description)
The lead-containing arm sleeve 9 of the box of the present invention will be described. One of the sleeve structures is the lead-containing arm sleeve 9 without a glove portion, but a lead-containing glove 54 with a glove portion may also be used. In the case of the lead-containing arm sleeve 9, the medical staff puts on a separate lead-containing glove 56 and inserts the arm. This is because the lead-containing glove 56 is easier to perform delicate procedures with than the lead-containing glove 54 and is less expensive. The concept of these combinations will be described with reference to FIG. 3.
図3は、スリーブポート8の種類とそこに取付ける機材と防護具の相関の説明図である。aはスリーブポートと形状は前項の説明の通りである。bはボックスに設置する機材と防護具を示し、cは医療従事者が装着する防護具を示している。
図3のa-1の大径ポート50の横並びで説明すると、b-1の含鉛腕スリーブ53をボックスに設置した場合、医療従事者が装着するのはc-1の含鉛手袋56のみとなる。b-2の含鉛グローブ54をボックスに設置した場合は、医療従事者が装着する防護具はない。但し、これらボックス用のグローブは指先の操作性が良くないため、術者が手技に使うことは考え難いが、補助者には有用である。なお、上述の内容はa-2の小径ポート51でも同じである。
図3のdはスリーブポート8へ設置方法を示し、eは同左・締結バンドの構造を示す。含鉛腕スリーブ9や含鉛グローブ54は、図3のdの通り、締結バンド52によりスリーブポート8に装着する。締結バンド52は、図3のeの通り、ハウジング58中のスクリュー59をねじ廻しすることにより、バンド57を送り、含鉛腕スリーブ9や含鉛グローブ54を締結することができる。
3 is an explanatory diagram of the relationship between the types of sleeve ports 8 and the equipment and protective gear attached thereto. A shows the sleeve port and its shape as explained in the previous section. B shows the equipment and protective gear installed in the box, and C shows the protective gear worn by medical personnel.
Explaining this side-by-side with the large diameter port 50 a-1 in Figure 3, if the lead-containing arm sleeve 53 b-1 is installed in the box, the medical staff will only wear the lead-containing glove 56 c-1. If the lead-containing glove 54 b-2 is installed in the box, the medical staff will not wear any protective equipment. However, since these gloves for the box do not provide good operability for the fingertips, it is unlikely that the surgeon would use them for the procedure, but they are useful for assistants. The above content is also the same for the small diameter port 51 a-2.
Fig. 3d shows a method of installation to the sleeve port 8, and Fig. 3e shows the structure of the fastening band. The lead arm sleeve 9 and the lead globe 54 are attached to the sleeve port 8 by the fastening band 52 as shown in Fig. 3d. The fastening band 52 can fasten the lead arm sleeve 9 and the lead globe 54 by screwing the screw 59 in the housing 58 as shown in Fig. 3e.
ボックス等内部やスリーブポート8位置での放射線量率が低ければ、ポートには含鉛腕スリーブではなく、グローブレスポ―トを設置しても構わない。なお、グローブレスポ―トは丸型の配線孔キャップのように、放射状に貫通切り込みを入れた円板である。医療従事者は切り込み円板部を貫通して手腕を挿入する。図3のa-2の小径ポート51の横並びで説明すると、b-3のグローブレスポ―ト60をボックスに設置した場合は、医療従事者は被ばく防護のために含鉛手袋56と含鉛腕カバー55を装着する必要がある。一方、手を挿入する可能性がないポートは、ボックス等と同じ材質の閉止板で閉じて、散乱X線が空間に漏出するのを防ぐのが良い。 If the radiation dose rate inside the box or at the sleeve port 8 is low, a gloveless port may be installed in the port instead of a lead-containing arm sleeve. The gloveless port is a disk with radially slits, like a round wiring hole cap. The medical staff inserts their arm through the slits. Explaining this side-by-side with the small diameter port 51 of a-2 in Figure 3, if the gloveless port 60 of b-3 is installed in the box, the medical staff needs to wear lead-containing gloves 56 and lead-containing arm cover 55 to protect themselves from radiation exposure. On the other hand, ports that are not likely to have hands inserted should be closed with a closing plate made of the same material as the box to prevent scattered X-rays from leaking into the space.
含鉛腕スリーブ9の先端部は市販の腕カバー(腕抜き)のように先端の手首部を弾性変形で伸縮性のある素材である袖口ゴム等を付して萎めて閉じることにより、開口を塞ぐものとする。この開口を塞いだ状態は手腕を差し込むことで容易に開くことができる。また、先端の指部を2ないし3に分けて、グローブのように先端部を手袋状に成型した密閉構造としても構わない。
含鉛腕スリーブ9の市販品は見当たらないが、簡易的には含鉛グローブ54の手先の部分を切断して作ることもできる。含鉛ゴム等を鋳込んで含鉛グローブ54を製造する金型の一部(手指の部分)を除外して量産するのが合理的である。
含鉛手袋56の市販品は、PROTECH LEADED EYEWEAR INC.社製のPR1Gや、アズワン社製の放射線防護用手袋G-3や、三興化学工業社製のエラストX等がある。また、特許文献6のものでも良い。特許文献6は、医療分野等の継ぎ目のない放射線遮へい用の手袋に関するものである。
含鉛グローブ54の市販品は、コクゴ社製のグローブボックス用手袋エラスタイト手袋XL-Wがある。グローブレスポ―ト60の市販品は、円形のものはサンプラテック社製のグローブレスポートがある。楕円形のグローブレスポ―トの市販品は見当たらない。
The tip of the lead-containing arm sleeve 9 is closed by attaching a cuff rubber or the like made of a stretchable material that is elastically deformable to the wrist part of the tip, like a commercially available arm cover (arm opening), and shrinking it to close the opening. This state where the opening is closed can be easily opened by inserting the arm. Also, the finger part at the tip may be divided into two or three, and the tip may be molded into a glove-like shape to create a sealed structure.
There are no commercially available lead-containing arm sleeves 9, but they can be easily made by cutting off the fingertip portion of a lead-containing glove 54. It is reasonable to mass-produce the lead-containing glove 54 by removing a part (the finger portion) of the mold in which the lead-containing rubber or the like is cast.
Commercially available lead-containing gloves 56 include PR1G manufactured by Protech Lead Eyewear Inc., radiation protection gloves G-3 manufactured by AS ONE Corporation, and Elasto X manufactured by Sanko Chemical Industry Co., Ltd. Alternatively, the gloves disclosed in Patent Document 6 may be used. Patent Document 6 relates to seamless gloves for radiation shielding in the medical field and the like.
The commercially available lead-containing gloves 54 include the glove box gloves, Elastite gloves XL-W, manufactured by Kokugo Co., Ltd. The commercially available round gloveless ports 60 include the round gloveless ports manufactured by Sanplatec Co., Ltd. There are no commercially available oval gloveless ports.
(標準型の追加シールドボックスの全体構成)
図1ではアンダーチューブ型における標準型の追加シールドボックスの基本構成図を示し、図2では現場でのその組み立て方法を示し、図3ではスリーブポート8の種類とそこに取付ける機材と防護具の相関の説明図を示した。図1と図2では本発明のボックスの範囲外であるテーブル2とX線源33および患者人体25は想像線で示している。
なお、図1と図2の基礎となる知見として引用したアンダーチューブ型のX線透視装置の構造、すなわちX線受像機10をテーブル2の上方で固定する構造のX線テレビは最近ではあまり販売されていない。1970年頃には一般X線撮影装置(X線テレビ)として東芝電気社製のアンダーチューブ方式X線テレビDT-AA型や日立社製のレントゲンアンダーテーブル式遠隔操作方式カセッテレスカメラ装着X線テレビEDTP-CA/FA型等が販売された。
しかし、最近のX線テレビは一般X線撮影装置としてX線源33をテーブル2の上方で固定し、X線受像機10をテーブル2の下方で固定するオーバーチューブ型の構造のものが一般的である。オーバーチューブ型の追加シールドボックスは残された検討課題があるため別途に考案するものとし、本発明には含まない。
その一方、最近でもIVR用のアンギオ装置には、Cアーム型等でアンダーチューブ型の構造で利用するX線透視装置が多く販売され、多用されている。X線受像機10を固定しないためやや複雑な構造であるCアーム型やその進化型のX線透視装置での本発明の実施例は後述する。
本実施例はあくまでも標準型の追加シールドボックスの構造を、近接で内部を視認する覗き窓と近接で内部を操作するグローブポートとスリーブ構造体を用いたアンダーチューブ型において分かり易く説明する目的である点には留意が必要である。
(Overall configuration of standard additional shielding box)
Fig. 1 shows the basic configuration of a standard additional shield box for the under-tube type, Fig. 2 shows the assembly method on-site, and Fig. 3 shows an explanatory diagram of the types of sleeve ports 8 and the correlation between the equipment and protective gear to be attached thereto. In Fig. 1 and Fig. 2, the table 2, X-ray source 33, and patient body 25, which are outside the scope of the box of the present invention, are shown by imaginary lines.
Incidentally, X-ray televisions with the under-tube type X-ray fluoroscopy device structure cited as the knowledge underlying Figures 1 and 2, i.e., a structure in which the X-ray receiver 10 is fixed above the table 2, are not widely sold these days. Around 1970, Toshiba Electric's under-tube type X-ray television DT-AA model and Hitachi's X-ray under-table remote control type cassetteless camera mounted X-ray television EDTP-CA/FA model were sold as general X-ray imaging devices (X-ray televisions).
However, recent X-ray televisions generally have an over-tube structure in which the X-ray source 33 is fixed above the table 2 as a general X-ray imaging device and the X-ray receiver 10 is fixed below the table 2. Since there are issues to be considered regarding the over-tube type additional shielding box, it will be devised separately and is not included in the present invention.
On the other hand, even recently, many X-ray fluoroscopy devices using an under-tube structure such as a C-arm type are sold and widely used for angiography devices for IVR. An embodiment of the present invention using a C-arm type or an evolved version of the C-arm type, which has a somewhat complicated structure because the X-ray receiver 10 is not fixed, will be described later.
It should be noted that the present embodiment is intended to provide an easy-to-understand explanation of the structure of a standard additional shielding box in an under-tube type that uses a sight glass for viewing the inside up close, a glove port for operating the inside up close, and a sleeve structure.
(標準型の追加シールドボックスの鳥瞰図の説明)
本発明の標準型の追加シールドボックスを図4の鳥瞰図を用いて説明する。4の鳥観図では、テーブルの形状は図1と図2で仮想線にて示した据置型ではなく、分り易く、かつ、見易いように後述の実施例にある各図と同じアイランド型を実線で示している。また、掛布等22は、掛布ホルダ23で吊上げて患者ポート20を塞ぐ前の状態を示している。
本発明の追加シールドボックス1は、患者の患部に相当する照射野15を立体的に取り囲んで遮へい部材を配置している。ボックスを構成する各部材がX線の遮へい能力を有し、外部空間と通じた開口がなく、遮へい能力のあるガラス板である覗き窓6を介して外部空間から内部を視認しながら遮へい能力のある含鉛腕スリーブ9等のスリーブ構造体を介して医療従事者がボックス内に手を挿入して手術ができる。
また、含鉛腕スリーブ9等のスリーブ構造体は可撓性の材料とし、ボックス等のスリーブポート8に取り付けて使用する。
患者は患者ポート20を介して体軸方向にボックスを貫通させることで照射野とその周辺以外の頭部や体肢部等の部位を外部空間に置き、患者ポート20に取付けた遮へい能力のある可撓性のカーテン式の掛布等22でボックスと人体との間の開口を塞ぐ。
電源、電気信号、光学信号および液体は、遮へい能力のある接続コネクタ24により、開口なしにボックスを貫通して内外で連絡する。
(Explanation of a bird's-eye view of a standard additional shielding box)
The standard type additional shield box of the present invention will be explained using the bird's-eye view of Figure 4. In the bird's-eye view of Figure 4, the shape of the table is not the stationary type shown in phantom lines in Figures 1 and 2, but is an island type shown in solid lines for easy understanding and viewing, the same as in the drawings of the embodiments described below. Also, the drape etc. 22 is shown in a state before being lifted by the drape holder 23 to close the patient port 20.
In the additional shielding box 1 of the present invention, shielding members are arranged to three-dimensionally surround the radiation field 15 corresponding to the affected area of the patient. Each member constituting the box has X-ray shielding ability, there is no opening communicating with the outside space, and a medical professional can insert his/her hand into the box through a sleeve structure such as a lead-containing arm sleeve 9 having shielding ability while visually checking the inside from the outside space through the observation window 6 which is a glass plate having shielding ability to perform surgery.
The sleeve structure, such as the lead-containing arm sleeve 9, is made of a flexible material and is attached to the sleeve port 8 of a box or the like when in use.
The patient passes through the box in the direction of the body axis via the patient port 20, placing parts of the body other than the irradiation field and its surroundings, such as the head and limbs, in the external space, and the opening between the box and the body is blocked by a flexible curtain-type drapery or the like 22 with shielding capabilities attached to the patient port 20.
Power, electrical signals, optical signals and liquids are communicated between the inside and outside of the box through a connector 24 having a shielding capability, without any openings.
アンダーチューブ型の場合は、より遮へい性能の優れた材料の天板7により患者人体の照射野とその周辺から上方への小角散乱X線を含む前方散乱X線を遮へいできる。照射野とその周辺と他の部位からの側方への側方散乱X線は遮へい能力のある掛布等とボックス等および覗き窓6で遮へいできる。さらに、これらの材料を複合吸収材料や増設複合吸収材料の構成とすることで散乱X線を減弱するとともに吸収することができる。
アンダーチューブ型のX線受像機10は現場でボックス本体4と端面ボックス5により受像機アーム11を挟み込で組み立てることで、開口なくボックス内に収納できる。端面ボックス5の天井部はX線が漏れることないように複数の部材で遮へいする。X線源33は位置と角度を調整できるポータブル型のものをボックス床面の下方に別途に設置する。これによりX線受像機10の画像の解像度は良くなり、その効果でX線源のX線出力を低減できる。
上述した開口がない遮へい能力のあるボックス内で手術することで、診療室等内の空間線量率が低減することで正当性がない医療従事者の職業被ばくを低減し、必要がない患者の頭部や体幹部・体肢部等の医療被ばくを避けることができる。特に、術者の頭部(眼)への職業被ばくは大幅に低減できる。
In the case of the under-tube type, forward scattered X-rays, including small-angle scattered X-rays, can be shielded upward from the irradiation field of the patient's body and its surroundings by using a tabletop 7 made of a material with better shielding performance. Side scattered X-rays from the irradiation field, its surroundings, and other parts can be shielded by a shielding blanket, box, etc., and viewing window 6. Furthermore, by using these materials as a composite absorbing material or an additional composite absorbing material, the scattered X-rays can be attenuated and absorbed.
The under-tube type X-ray receiver 10 can be stored in the box without any openings by assembling the receiver arm 11 between the box body 4 and the end box 5 on-site. The ceiling of the end box 5 is shielded with multiple members to prevent X-rays from leaking. The X-ray source 33 is a portable type whose position and angle can be adjusted and is installed separately below the floor of the box. This improves the image resolution of the X-ray receiver 10, which in turn reduces the X-ray output of the X-ray source.
By performing surgery in a box with no openings and sufficient shielding, as described above, the spatial dose rate in the examination room can be reduced, reducing unwarranted occupational exposure of medical staff and avoiding unnecessary medical exposure to the patient's head, trunk, limbs, etc. In particular, occupational exposure to the head (eyes) of the surgeon can be significantly reduced.
(小角散乱X線のエネルギーが高い場合のオプション)
実施例3は患者人体での小角散乱により放射線強度が高い小角散乱X線を含むテーブル上方への前方散乱X線を遮へいする。
(Option for high energy small angle X-ray scattering)
The third embodiment blocks forward scattered X-rays above the table, including small-angle scattered X-rays having high radiation intensity due to small-angle scattering in the patient's body.
X線の強度が高い小角散乱X線を含む前方散乱X線の遮へいの基本的な考え方を説明する。対象となるのは患者人体の照射野とその周辺で前方散乱したX線であり、散乱角が35度以内の前方散乱X線である。これにより術者の視界はやや悪くなるが、術者の頭部や眼に向かう前方散乱X線の遮へい能力は高くなる。
実施例2で示した天板7の面積を拡大することで対応する。天板7の材質は実施例2で示したものと同じである。
This section explains the basic concept of shielding forward scattered X-rays, including small-angle scattered X-rays with high X-ray intensity. The target is X-rays that are forward scattered in the irradiation field of the patient's body and its surroundings, and forward scattered X-rays with a scattering angle of 35 degrees or less. This slightly impairs the operator's field of vision, but improves the shielding ability for forward scattered X-rays heading toward the operator's head and eyes.
This is achieved by enlarging the area of the top plate 7 shown in the second embodiment. The material of the top plate 7 is the same as that shown in the second embodiment.
前項の説明の通り、天板7の面積は、照射野での散乱角が35度の散乱X線が照射される範囲に拡大する。
すなわち、天板7は体軸の垂直方向の幅を拡大する必要がある。天板7の幅を拡大するために、ボックス等は覗き窓6の傾斜角をより垂直に近づけて設置することによりボックス等の体軸の垂直方向の幅を拡大する。そのため、視野はやや見難くなる。これにより、幅が広い天板7を設置する場所を確保する。
また、天板7は体軸の垂直方向の長さを伸ばす必要がある。特に、求められる寸法からは、端面ボックス5の端面天板14を長くする必要がある。端面天板14を長くするために、端面ボックス5が体軸方向に長くなる。
As explained in the previous section, the area of the tabletop 7 is expanded to a range irradiated with scattered X-rays having a scattering angle of 35 degrees in the irradiation field.
That is, the tabletop 7 needs to be widened in the vertical direction of the body axis. In order to widen the tabletop 7, the box or the like is installed with the viewing window 6 tilted closer to the vertical, thereby widening the vertical direction of the body axis of the box or the like. This makes the field of view somewhat difficult to see. This ensures a place to install the wide tabletop 7.
In addition, the length of the top plate 7 needs to be extended in the direction perpendicular to the body axis. In particular, the required dimensions require that the end top plate 14 of the end box 5 be lengthened. In order to lengthen the end top plate 14, the end box 5 becomes longer in the direction of the body axis.
上述の説明の通り、標準型の図2に比べると、天板7と端面天板14の面積が拡大し、端面ボックス5が大きくなっていることが判る。
なお、アンダーチューブ型のX線テレビの構造のX線透視装置は、最近では多く販売されているものではない点は実施例2と同様である。
As explained above, it can be seen that the areas of the top plate 7 and the end top plate 14 are enlarged and the end box 5 is larger than that of the standard type shown in FIG.
As in the second embodiment, X-ray fluoroscopes having the structure of an under-tube X-ray television are not widely available on the market these days.
(FPD内蔵型の追加シールドボックスの全体構成)
実施例4ではX線透視装置とは分離して独立したフラットパネルディテクタ(FPD)方式のX線受像機10をボックス等の内部に収納して設置し、自在に移動可能としたFPD内蔵型の追加シールドボックス(以下、「FPD内蔵型のボックス」という)の全体構成を説明する。
図5はX線源をテーブル下方に配置したアンダーチューブ型におけるFPD内蔵型の追加シールドボックスの全体構成図である。
(Overall configuration of additional shield box with built-in FPD)
In Example 4, the overall configuration of an additional shielding box with a built-in flat panel detector (FPD) type X-ray receiver 10 that is separate and independent from the X-ray fluoroscope and is stored and installed inside a box or the like and can be moved freely will be described.
FIG. 5 is a diagram showing the overall configuration of an additional shield box with a built-in FPD in an under-tube type in which the X-ray source is disposed under the table.
X線受像機10の揺動範囲は従来のように大きくすることが難しいこと、端面ボックス5での術者の視野は狭くなることが課題とされた。そのため、X線透視装置とは分離して独立したX線受像機10をボックス内に収納することがその解決策となる。一方、前述および次項以下の通り、X線受像機10の対象とするFPDの近年の技術進歩は著しく、小型化・軽量化のものも上市されている。 The problem was that it was difficult to increase the swing range of the X-ray receiver 10 as in the past, and that the surgeon's field of vision in the end box 5 was narrow. Therefore, the solution was to store the X-ray receiver 10 in a box, separate and independent from the X-ray fluoroscopy device. On the other hand, as mentioned above and in the next section, there have been significant technological advances in recent years in the FPDs that are the target of the X-ray receiver 10, and smaller, lighter models are now on the market.
(FPDの開発状況)
FPDは、フラットパネル型のX線イメージセンサーであり、FPDは、1990年代から研究が本格化し、その後技術開発が急速に進展し、1998年頃にはFPDをX線受像機とするデジタル一般撮影装置が上市されている。FPDが持つ長所は、CR(Computed Radiography)との比較では、IP(Imaging Plate)を使わないのでカセット交換不要な点、撮影から画像表示までの時間が短い点、リアルタイム撮像に近づき静止画・動画兼用となりうる点が挙げられる。また、DR(Digital Radiography)との比較では、大面積で高解像度の画像が得られる点、大幅な薄型化による設置場所の自由度の拡大する点が挙げられている。そのため、救急診療で用いる可搬型の撮影装置では、CRからFPDへ大幅に移行している模様である。しかし、FPDが高価であること、落下による破損の可能性が高いことが課題とされている。
(Development status of FPD)
FPD is a flat panel type X-ray image sensor. Research on FPD started in earnest in the 1990s, and technological development progressed rapidly thereafter. Around 1998, digital general radiography devices using FPD as an X-ray receiver were put on the market. The advantages of FPD compared to CR (Computed Radiography) are that it does not use IP (Imaging Plate) so cassette replacement is not required, the time from shooting to image display is short, and it is close to real-time imaging and can be used for both still images and videos. In addition, compared to DR (Digital Radiography), it can obtain large-area, high-resolution images, and the flexibility of installation location is expanded due to its significantly thinner design. Therefore, it seems that portable radiography devices used in emergency medical care are largely shifting from CR to FPD. However, issues include the high cost of FPD and the high possibility of damage due to dropping.
1998年頃に上市されたX線イメージセンサーは、X線の強弱を電気信号に変換する変換膜6と電気信号を読み取る薄膜トランジスタ(TFT)をキーデバイスとしている。これは、主にガラス基板にアモルファスシリコンを積層し、TFT、フォトダイオードを集積化したMOS型イメージセンサー上に、シンチレータを積層した間接型FPD(以下、「TFT型のFPD」という)である。しかしながら、このFPD用イメージセンサーは、実施例4に説明するCCDセンサーと同様に画像データ処理の高速化が難しく、大面積なFPDとなればその傾向は一層顕著になった。そのため、独立したTFT型のFPDでは質量が大きい上に1回の撮影分のデータしか蓄積できず、動画の連続撮影には適用できなかった。そのため、PCやタブレットに画像データを取り出す独立したFPDは、2022年時点では画像が小さい動物用や歯科での1枚の静止画によるX線透視観察に利用されている。 The X-ray image sensor, which was launched around 1998, has a conversion film 6 that converts the strength of X-rays into an electric signal and a thin film transistor (TFT) that reads the electric signal as its key devices. This is an indirect type FPD (hereinafter referred to as "TFT type FPD") in which a scintillator is laminated on a MOS type image sensor in which amorphous silicon is laminated mainly on a glass substrate and TFTs and photodiodes are integrated. However, this FPD image sensor is difficult to speed up image data processing, as with the CCD sensor described in Example 4, and this tendency becomes even more pronounced in large-area FPDs. Therefore, independent TFT type FPDs are large in mass and can only store data for one shot, so they cannot be used for continuous video shooting. Therefore, independent FPDs that extract image data to a PC or tablet are used for X-ray fluoroscopy observation using a single still image for animals and dentistry, which have small images, as of 2022.
2010年頃に上市されたX線イメージセンサーは、低電圧で消費電力が小さい相補性金属酸化膜半導体(CMOS)イメージセンサーである。CMOSの原理等の詳細は後述の実施例4に示すが、フォトダイオードとアンプで電荷を電気信号に変換するという仕組み自体はCCDと同じであるが、X線情報を半導体膜により直接電気信号に変換する直接変換方式である。CMOSイメージセンサーは、大規模集積回路(LSI)と同様な基板型の半導体センサーであり、フォトダイオード1個につきアンプ1個が対をなす構造と、さらには信号を増幅するアンプや転送用の回路などの仕組みを、1 個の半導体の中に作り込んでしまえる直接型FPD(以下、「CMOS型のFPD」という)である。そのため、独立したCMOS型のFPDはシステム全体が簡素で重量が軽く、連続撮影した動画画像データをそのままPC等に伝送できる。
本発明のFPD内蔵型のボックスの場合、内蔵した独立のFPDの質量が大きいと、それを支える全体構造が大型化する。そのため、TFT型のFPDよりも、CMOS型のFPDの方が好ましい。
X-ray image sensors that were marketed around 2010 are low-voltage, low-power complementary metal-oxide semiconductor (CMOS) image sensors. Details of the CMOS principle will be shown in Example 4 below. The mechanism of converting electric charges into electrical signals using a photodiode and an amplifier is the same as that of a CCD, but it is a direct conversion method in which X-ray information is directly converted into electrical signals using a semiconductor film. A CMOS image sensor is a substrate-type semiconductor sensor similar to a large-scale integrated circuit (LSI), and is a direct type FPD (hereinafter referred to as a "CMOS type FPD") in which a structure in which one amplifier is paired with one photodiode, and mechanisms such as an amplifier for amplifying signals and a circuit for transferring signals can be built into a single semiconductor. Therefore, an independent CMOS type FPD has a simple and lightweight system as a whole, and can transmit continuously captured video image data directly to a PC, etc.
In the case of the FPD-embedded box of the present invention, if the mass of the built-in independent FPD is large, the overall structure supporting it will be large, so a CMOS type FPD is preferable to a TFT type FPD.
(FPDの型式と仕様)
FPDにはヨウ化セシウム(CsI)シンチレータ蛍光体を用いられているものが多く、寸法は一辺が10インチ(25.4cm)から17インチ(43.2cm)の商品がある。信号接続は有線と無線およびケーブル脱着でその両方を切り替え利用できるものがある。無線の場合の通信規格は IEEE802.11n に準拠した無線LAN運用方式(Wi―fi)を採用している。有線/無線に係わらず、LAN回線の接続で画像データをPCやタブレットに取り出せ、映像をモニター画面や大型液晶ディスプレイ画面に表示できる。
外付けのX線源により単体で独立して利用可能な市販のTFT型のFPDは、(1)キャノンメディカルシステムズ社製のFPD1717 TFP-1700A、(2)富士フィルム社製のデジタルラジオグラフィDR-ID 1200、(3)DRTEC Corporation社製のデジタルFPD「EVS2025C」「EVS4343」等がある。このうち(3)のEVS2025Cの仕様詳細は、シンチレータがCsl、信号接続が有線と無線の両方式、画素サイズが76μm、外形寸法が幅23cm×長さ28cm×厚さ1.5cm、重量が1.6kgである。同(3)のEVS4343は有線接続であるが照射面は大きく、画素サイズが140μm、解像度は3072×3072ピクセル、外形寸法が幅43cm×長さ43cm、重量が3.5kgである。
一方、外付けのX線源により単体で独立して利用可能な市販のCMOS型のFPDは、MX Imaging社製のX線透視画像撮影装置用CMOS FPDのCFP2022およびCFP3131がある。両者共にX線変換素子はCslシンチレータ、画素サイズが99μm、信号接続が有線方式である。CFP2022のX線画像解像度は2064×2036ピクセル、寸法は幅24cm×長さ29cm×厚さ5.5cmで重量はPbシールド付きで4.54kg、Pbなしで約3kgである。CFP3131のX線画像解像度は3096×3096ピクセル、寸法は幅32cm×長さ37cm×厚さ5.5cmで重量はPbシールド付きで7.72kg、Pbなしで約5kgである。その他のCMOS型のFPDとしては、Teledyne Rad-icon Imaging社製があり、これはシンチレータがGd2O2Sであって重量は4~8kgの範囲のものがある。この仕様詳細は、Rad-icon 2329は画素サイズが49μm、ピクセルが4608×5890であり、Rad-icon 3030は画素サイズが99μm、ピクセルが3096×3100である。
これら上市されたFPDは十分に軽量・コンパクトであり、有線/無線接続により単体で容易にX線透視装置に接続して利用できる。本発明の以降では、ボックスに内蔵するFPDは、CMOS型のFPDであるCFP2022の重量(Pbなしでの重量は約3kg)を例として検討した。
(FPD model and specifications)
Many FPDs use cesium iodide (CsI) scintillator phosphors, and are available with dimensions ranging from 10 inches (25.4 cm) to 17 inches (43.2 cm) on a side. Signal connections can be wired or wireless, and some can be switched between the two by detaching the cable. For wireless connections, the communication standard is a wireless LAN operation method (Wi-Fi) that complies with IEEE802.11n. Regardless of whether wired or wireless, image data can be extracted to a PC or tablet by connecting to a LAN line, and the image can be displayed on a monitor screen or large LCD display screen.
Commercially available TFT-type FPDs that can be used independently with an external X-ray source include (1) FPD1717 TFP-1700A manufactured by Canon Medical Systems, Inc., (2) Digital Radiography DR-ID 1200 manufactured by Fujifilm Corporation, and (3) Digital FPDs "EVS2025C" and "EVS4343" manufactured by DRTEC Corporation. Of these, the detailed specifications of (3) EVS2025C are as follows: scintillator is Csl, signal connection is both wired and wireless, pixel size is 76 μm, external dimensions are width 23 cm × length 28 cm × thickness 1.5 cm, and weight is 1.6 kg. The EVS4343 (3) is a wired connection, but has a large irradiation surface, a pixel size of 140 μm, a resolution of 3072 × 3072 pixels, external dimensions of 43 cm wide × 43 cm long, and a weight of 3.5 kg.
On the other hand, commercially available CMOS type FPDs that can be used independently by an external X-ray source include the CFP2022 and CFP3131, CMOS FPDs for X-ray fluoroscopic imaging devices manufactured by MX Imaging. Both use a Csl scintillator as the X-ray conversion element, a pixel size of 99 μm, and wired signal connection. The X-ray image resolution of the CFP2022 is 2064 x 2036 pixels, the dimensions are 24 cm wide x 29 cm long x 5.5 cm thick, and the weight is 4.54 kg with Pb shielding and about 3 kg without Pb. The X-ray image resolution of the CFP3131 is 3096 x 3096 pixels, the dimensions are 32 cm wide x 37 cm long x 5.5 cm thick, and the weight is 7.72 kg with Pb shielding and about 5 kg without Pb. Other CMOS type FPDs include those manufactured by Teledyne Rad-icon Imaging, which use a Gd 2 O 2 S scintillator and weigh in the range of 4 to 8 kg. The detailed specifications are: Rad-icon 2329 has a pixel size of 49 μm and a pixel size of 4608 x 5890, and Rad-icon 3030 has a pixel size of 99 μm and a pixel size of 3096 x 3100.
These commercially available FPDs are sufficiently lightweight and compact, and can be easily connected to an X-ray fluoroscopy device by wired or wireless connection. In the following sections of this invention, the weight of the CFP2022, a CMOS type FPD (weight without Pb is about 3 kg), is used as an example of the FPD to be built into the box.
(FPD内蔵型の基本的な考え方)。
実施例4では、X線透視装置とは分離して独立して設置したFPD方式のX線受像機10をボックス内に収納できるFPD内蔵型のボックスを考案した。
なお、FPD以外のX線透視装置は従来のX線透視装置(アンギオ装置)の機能を踏襲するものと考えた。
(Basic concept of FPD built-in type).
In the fourth embodiment, an FPD-embedded box is devised that can house an FPD type X-ray receiver 10 installed separately and independently from an X-ray fluoroscope.
It is considered that X-ray fluoroscopy devices other than FPDs will inherit the functions of conventional X-ray fluoroscopy devices (angio devices).
(FPD内蔵型のボックスの全体構成)
FPD内蔵型のボックスのボックス本体4、スリーブポート8、含鉛腕スリーブ9、敷布等21、掛布等22、接続コネクタ24の説明は実施例2と同じであるため、実施例4での説明は省略する。また、端面ボックス架台37と端面ボックス5の高さ調整等の高さ調整回転ノブ38等の説明は実施例2と同じであるため、実施例4での説明は省略する。そのため、以下ではFPD内蔵型のボックスの端面ボックス5、覗き窓6、端面天板14等を説明する。
(Overall configuration of the box with built-in FPD)
The box body 4, sleeve port 8, lead-containing arm sleeve 9, sheet 21, hanging cloth 22, and connector 24 of the FPD-embedded box are the same as those in Example 2, and therefore will not be described in Example 4. The height adjustment rotary knob 38 for adjusting the height of the end face box stand 37 and the end face box 5 are the same as those in Example 2, and therefore will not be described in Example 4. Therefore, the end face box 5, observation window 6, end face top plate 14, and so on of the FPD-embedded box will be described below.
FPD内蔵型のボックスの概要を述べる。端面ボックス5はテーブル上に定置せず、高さ調整が可能な端面ボックス架台37により床面より支持している。また、そこには端面ボックス5をボックス本体4と現場で組み立てるために、スライドガイド36が端面ボックス5の底面に取り付けられる。以下では、これらの詳細を説明する。 Here is an overview of the box with a built-in FPD. The end face box 5 is not placed on a table, but is supported from the floor by an end face box stand 37 that can be adjusted in height. A slide guide 36 is also attached to the bottom of the end face box 5 so that the end face box 5 can be assembled with the box body 4 on-site. The details of these are explained below.
次にFPD内蔵型のボックスの天井面の遮へい方法について説明する。端面ボックス5の天井部は貫通部材がない構造であるため、X線受像機10の移動による余空間より散乱X線が漏れ出すことが無い。すなわち、天井部は端面天板14により十分に遮へいされる。天板による遮へいの考え方は実施例2で述べた通りである。 Next, we will explain the method of shielding the ceiling surface of the box with a built-in FPD. The ceiling of the end box 5 is designed without any penetrating members, so scattered X-rays do not leak out from the extra space created by the movement of the X-ray receiver 10. In other words, the ceiling is sufficiently shielded by the end top plate 14. The concept of shielding by the top plate is as described in Example 2.
さらにFPD内蔵型のボックスの現場での組み立て方法等を説明する。X線受像機10を内包しているため、受像機アーム11がない。実施例2~4のように受像機アーム11を中心とした組み立て方法は必要ないため、FPD内蔵型のボックスの組み立て方法に特段の制約はない。
端面ボックス5中のX線受像機10の位置を患者人体の照射野の位置に合わせた後に、ボックス本体4を組み立てることになる。図5では端面ボックス5は端面ボックス架台37により床面から支持している。例えば、ボックス本体4と端面ボックス5は一体の構造物とすれば、2個を組み立てることなく一度で1個のボックスを位置決めすることも考えられる。但し、この一体型の追加シールドボックスは検討課題があるため別途に考案するものとし、本発明には含まない。
また、ボックス内の可動部材が多くなったため、図5では端面ボックス5の患者頭部側の端面板をねじ止めにより取り付け・取り外しできる保守用端板45としている。
Furthermore, a method for assembling the box with a built-in FPD on-site will be described. Since the X-ray receiver 10 is contained inside, there is no receiver arm 11. Since there is no need for an assembly method centered on the receiver arm 11 as in the second to fourth embodiments, there are no particular restrictions on the assembly method for the box with a built-in FPD.
After aligning the position of the X-ray receiver 10 in the end box 5 with the position of the radiation field of the patient's body, the box body 4 is assembled. In Fig. 5, the end box 5 is supported from the floor by an end box stand 37. For example, if the box body 4 and the end box 5 are an integrated structure, it is possible to position one box at a time without assembling two boxes. However, this integrated additional shielding box is a separate device that requires consideration, and is not included in the present invention.
Also, since the number of movable parts inside the box has increased, in FIG. 5 the end plate on the patient's head side of the end box 5 is made into a maintenance end plate 45 which can be attached and detached by means of screws.
最後に、FPD内蔵型のボックスのFPD方式のX線受像機10を接続するアンギオ装置等について説明する。現在、市販されているアンギオ装置でFPDが分離したものは見当たらないが、多くの場合ではFPD自体はLAN回線で接続されているため、LANケーブルの差し替えによりFPDを切り替えることは可能である。従来品のCアーム型をそのまま利用する場合は、FPD方式のX線受像機は使用せず、X線源と解析・制御装置を使用することとなる。
X線透視装置を透過・透視機能のみで使用する場合は、市販されているアンギオ装置を利用する必要はなく、外付けのX線源33とパーソナルコンピューター(PC)を利用することでFPD内蔵型のボックスを治療・検査に運用することができる。PC用の画像解析ソフトはFPDに付属しているものを利用する。
市販されている外付けのX線源は、富士フィルム社製の携帯型X線撮影装置CALNEO XAIR、ミカサエックスレイ社製の医療用撮影モデルHTR9020H、ティーアンドエス社製のポータブルX線撮影装置NX-100等がある。これらポータブルX線源は位置や傾斜角は、姿勢を維持できるキャスター等に載せて使用する。位置・角度を決める機能のある床置きの外付けX線源は残された検討課題があるため別途に考案するものとし、本発明には含まない。
Finally, an angiography device to which an FPD-type X-ray receiver 10 of a box with a built-in FPD is connected will be described. Currently, there are no commercially available angiography devices with a separate FPD, but in many cases the FPD itself is connected via a LAN line, so it is possible to switch the FPD by replacing the LAN cable. When using a conventional C-arm type device as is, an X-ray source and an analysis/control device are used without using an FPD-type X-ray receiver.
When using the X-ray fluoroscopy device only for the transmission and fluoroscopy functions, there is no need to use a commercially available angiography device, and the box with the built-in FPD can be used for treatment and examination by using an external X-ray source 33 and a personal computer (PC). The image analysis software for the PC is the one that comes with the FPD.
Commercially available external X-ray sources include the CALNEO XAIR portable X-ray imaging device manufactured by Fujifilm, the HTR9020H medical imaging model manufactured by Mikasa X-Ray, and the NX-100 portable X-ray imaging device manufactured by T&S. These portable X-ray sources are used on casters or the like that can maintain the position and tilt angle. Floor-mounted external X-ray sources with a function to determine the position and angle are to be devised separately as there are issues to be considered, and are not included in the present invention.
図5はFPD内蔵型の追加シールドボックス1の全体構成図を示している。図5の正面図と側面図は、矢視A-Aと矢視B-Bとして断面で表示している。平面図の中央部分はカットラインにより内部構造を示している。また、図5では本発明のボックスの範囲外であるテーブル2と患者人体25およびX線源33は想像線で示している。また、FPD方式のX線受像機10とX線源33の移動範囲は正面図と側面図の中に想像線で示している。
上述の説明の通り、前記の実施例と同様にボックス本体4にはほぼ変更はない。端面ボックス5は実施例2の図2の標準型と比べても簡単な構造である。端面ボックス5の天井部を貫通する構造物がないため、天井部は端面天板14で容易に遮へいできる。
また、ボックス付近に受像機アーム11が無くなったことで、ボックス側面位置の障害物が無くなり、ボックスへのアクセスが容易となり、手術時の医療行為をより平易に行える。
なお、本実施例はあくまでもFPD内蔵型の追加シールドボックスの構造を、近接で内部を視認する覗き窓と近接で内部を操作するグローブポートとスリーブ構造体を用いたアンダーチューブ型において分かり易く説明する目的である点には留意が必要である
Fig. 5 shows the overall configuration of an additional shield box 1 with a built-in FPD. The front and side views of Fig. 5 are shown in cross section as viewed from the arrows A-A and B-B. The central part of the plan view shows the internal structure with cut lines. In Fig. 5, the table 2, patient body 25, and X-ray source 33, which are outside the scope of the box of the present invention, are shown with imaginary lines. The movement range of the X-ray receiver 10 and X-ray source 33 of the FPD system are shown with imaginary lines in the front and side views.
As explained above, there are almost no changes to the box body 4 as in the previous embodiment. The end face box 5 has a simpler structure than the standard type shown in Fig. 2 of embodiment 2. Since there is no structure penetrating the ceiling of the end face box 5, the ceiling can be easily shielded by the end face top plate 14.
Furthermore, since there is no receiver arm 11 near the box, there is no obstacle on the side of the box, making it easier to access the box and making it easier to perform medical procedures during surgery.
It should be noted that the present embodiment is intended to simply explain the structure of an additional shield box with a built-in FPD in an under-tube type that uses a peephole for viewing the inside at close range, a glove port for operating the inside at close range, and a sleeve structure.
(FPD内蔵型の追加シールドボックスの鳥瞰図)
本発明のFPD内蔵型の追加シールドボックス(ボックス)を図6の鳥瞰図を用いて説明する。FPD内蔵型のボックスでは、前記内容を再録して説明する。
本発明の追加シールドボックス1は、患者の患部に相当する照射野15を立体的に取り囲んで遮へい部材を配置している。ボックスを構成する各部材がX線の遮へい能力を有し、外部空間と通じた開口がなく、遮へい能力のあるガラス板である覗き窓6を介して外部空間から内部を視認しながら遮へい能力のある含鉛腕スリーブ9等のスリーブ構造体を介して医療従事者がボックス内に手を挿入して手術ができる。
また、含鉛腕スリーブ9等のスリーブ構造体は可撓性の材料とし、ボックス等のスリーブポート8に取り付けて使用する。
患者は患者ポート20を介して体軸方向にボックスを貫通させることで照射野とその周辺以外の頭部や体肢部等の部位を外部空間に置き、患者ポート20に取付けた遮へい能力のある可撓性のカーテン式の掛布等22でボックスと人体との間の開口を塞ぐ。
電源、電気信号、光学信号および液体は、遮へい能力のある接続コネクタ24により、開口なしにボックスを貫通して内外で連絡する。
アンダーチューブ型の場合は、より遮へい性能の優れた材料の天板7により患者人体の照射野とその周辺から上方への小角散乱X線を含む前方散乱X線を遮へいできる。照射野と他の部位からの側方への側方散乱X線は遮へい能力のある掛布等とボックス等および覗き窓6で遮へいできる。さらに、これらの材料を複合吸収材料や増設複合吸収材料の構成とすることで散乱X線を減弱するとともに吸収することができる。
FPD内蔵型のボックスにおいてフロントパネルディテクタ(FPD)方式のX線受像機10は、移動機構と共に全ての装置がボックス内に収納される。FPDは独立した単体のX線平面検出器である。X線源33は位置と角度を調整できるポータブル型のものをボックス床面の下方に別途に設置する。端面ボックス5の天井部を貫通する物品はないため、前方散乱X線は端面天板14により確実に遮へいできる。これによりX線受像機10の画像の解像度は良くなり、その効果でX線源のX線出力を低減できる。また、受像機アームが無いため、ボックスの周囲には手術を妨げる機材がないため、医療従事者は広々とした空間で容易に手術ができる。
上述した開口がない遮へい能力のあるボックス内で手術することで、診療室等内の空間線量率が低減することで正当性がない医療従事者の職業被ばくを低減し、必要がない患者の頭部や体幹部・体肢部等の医療被ばくを避けることができる。特に、術者の頭部(眼)への職業被ばくは大幅に低減できる。
(Bird's-eye view of the additional shield box with built-in FPD)
The additional shield box (box) with a built-in FPD of the present invention will be described with reference to the bird's-eye view of Fig. 6. The box with a built-in FPD will be described by repeating the above contents.
In the additional shielding box 1 of the present invention, shielding members are arranged to three-dimensionally surround the radiation field 15 corresponding to the affected area of the patient. Each member constituting the box has X-ray shielding ability, there is no opening communicating with the outside space, and a medical professional can insert his/her hand into the box through a sleeve structure such as a lead-containing arm sleeve 9 having shielding ability while visually checking the inside from the outside space through the observation window 6 which is a glass plate having shielding ability to perform surgery.
The sleeve structure, such as the lead-containing arm sleeve 9, is made of a flexible material and is attached to the sleeve port 8 of a box or the like when in use.
The patient passes through the box in the direction of the body axis via the patient port 20, placing parts of the body other than the irradiation field and its surroundings, such as the head and limbs, in the external space, and the opening between the box and the body is blocked by a flexible curtain-type drapery or the like 22 with shielding capabilities attached to the patient port 20.
Power, electrical signals, optical signals and liquids are communicated between the inside and outside of the box through a connector 24 having a shielding capability, without any openings.
In the case of the under-tube type, forward scattered X-rays, including small-angle scattered X-rays, can be shielded upward from the irradiation field of the patient's body and its surroundings by a tabletop 7 made of a material with better shielding performance. Side scattered X-rays from the irradiation field and other parts can be shielded by a shielding blanket, box, etc., and viewing window 6. Furthermore, by using these materials as a composite absorbing material or an additional composite absorbing material, the scattered X-rays can be attenuated and absorbed.
In the box with built-in FPD, the front panel detector (FPD) type X-ray receiver 10 and the moving mechanism are all stored in the box. The FPD is an independent, single X-ray flat panel detector. The X-ray source 33 is a portable type with adjustable position and angle, which is installed separately below the floor of the box. Since there is no object penetrating the ceiling of the end box 5, forward scattered X-rays can be reliably shielded by the end top plate 14. This improves the image resolution of the X-ray receiver 10, which in turn reduces the X-ray output of the X-ray source. In addition, since there is no receiver arm, there is no equipment around the box that would interfere with the operation, so medical personnel can easily perform the operation in a spacious space.
By performing surgery in a box with no openings and sufficient shielding, as described above, the spatial dose rate in the examination room can be reduced, reducing unwarranted occupational exposure of medical staff and avoiding unnecessary medical exposure to the patient's head, trunk, limbs, etc. In particular, occupational exposure to the head (eyes) of the surgeon can be significantly reduced.
(実施例1のうち特許文献1の複合吸収材料)
発明者が同じ特許文献1では、散乱X線を良く減弱して吸収する複合吸収材料が考案されている。複合吸収材料は患者人体からの散乱X線が照射される表面に配置され、入射した散乱X線を最大限に効率的に線減衰した上で線エネルギー吸収することで、散乱X線の再散乱を低減することが目的である。複合吸収材料による減衰・吸収により、X線はそのエネルギーを光電子等の運動エネルギー等に変換させることで消滅する。複合吸収材料は、主に鉛(Pb)等の低反射減弱層(初層)と多層吸収層(拡散吸収体と電子吸収体の対が1~3対)より構成される。すなわち、複合吸収材料は、人体組織やテーブル等の散乱体からの散乱X線を、異なった役割を持った3層以上を密着して多層に重ねた材料により減弱させて吸収する。
(Example 1 of the composite absorbent material of Patent Document 1)
In Patent Document 1, which is written by the same inventor, a composite absorbing material that effectively attenuates and absorbs scattered X-rays is proposed. The composite absorbing material is placed on the surface irradiated with scattered X-rays from the patient's body, and the composite absorbing material is intended to reduce re-scattering of scattered X-rays by absorbing the linear energy of the incident scattered X-rays after maximally efficiently attenuating the linear energy. Due to attenuation and absorption by the composite absorbing material, the X-rays are extinguished by converting their energy into kinetic energy such as photoelectrons. The composite absorbing material is mainly composed of a low-reflection attenuation layer (first layer) such as lead (Pb) and a multilayer absorbing layer (one to three pairs of diffusion absorbers and electronic absorbers). In other words, the composite absorbing material attenuates and absorbs scattered X-rays from scatterers such as human tissues and tables by a material in which three or more layers with different roles are closely adhered to each other in a multilayer structure.
複合吸収材料の原理を説明する。複合吸収材料が主に対象とするのは、物質により複数回の散乱をした散乱X線であり、エネルギーは88KeV未満であるが、それよりもやや低いエネルギー領域を主体として対象としている。
X線が光電領域で物質と相互作用した場合、入射したX線の多くが光電効果により線エネルギー吸収される。入射X線のエネルギーが吸収端を超えると、光電効果に伴い光電子と特性X線とオージェ電子を放出する。また、これらの電子の制動放射により制動X線が発生する。吸収端付近のやや高い側のエネルギー領域では著しく光電吸収するという特異吸収が起こる。
初層の低反射減弱層のPbは、入射したX線の多くを良く線減衰し、良く線エネルギー吸収する。PbのK吸収端は88KeVであり、L吸収端が約13~16Keである。すなわち医療用X線装置の場合でもPbの表面からはL吸収端による特性X線(L-X線)約10.5~14.8KeVが放出されている。
PbのK吸収端とL吸収端の間のエネルギー領域(17~87KeV)では、原子番号が37以上で81未満の元素で特異吸収が起こり、その元素のK吸収端よりやや高いエネルギー領域からK吸収端の間で著しく光電吸収する。
多層吸収層は特異吸収を利用して、拡散吸収体と電子吸収体の対で効率良くX線の消滅を狙ったものである。このエネルギー範囲のある単色のエネルギー(例えば60/50/40/30/20KeV)で電子吸収割合が70%未満の元素が拡散吸収体として摘出される。なお、単色のエネルギーでの線減衰係数μと線エネルギー吸収係数μenおよび電子吸収割合(μen/μ)は表3を参照とする。
拡散吸収体はK吸収端の特異吸収により著しく線減衰し、著しく線エネルギー吸収もするが、電子吸収割合が70%未満の元素のため、同時に一定の二次X線(特性X線、制動X線)も再放出する。つまり、吸収に加えてあちこちの方向への二次X線の再放出により、周囲の層に減弱させた光子を拡散押戻しする(すなわち、薄い材料の層内を一層ジグザグに長い距離を移動させる)役割もある。
電子吸収体は二次X線等を吸収する原子番号が11以上で82以下の元素であり、拡散吸収体を摘出した特定のエネルギーでX線を良く線エネルギー吸収する、すなわち電子吸収割合が70%以上で良く電子吸収する元素である。
すなわち、拡散吸収体と電子吸収体の対として共存させることで、薄い材料の層の中でX線を拡散押戻して何度も行き交いさせながら電子吸収する。
多層吸収層では1~3対の拡散吸収体と電子吸収体の対を隙間なく重ね合わせて配置することで、薄い多層の材料内を何度も行き交いする中で効率的にX線を消滅させ、光電子等の運動エネルギー等に変換させる。
The principle of composite absorbing materials will be explained. Composite absorbing materials are primarily intended for scattered X-rays that have been scattered multiple times by a substance, and have energies of less than 88 KeV, but are primarily intended for a slightly lower energy range.
When X-rays interact with matter in the photoelectric region, much of the incident X-rays are absorbed in linear energy due to the photoelectric effect. When the energy of the incident X-rays exceeds the absorption edge, the photoelectric effect causes the emission of photoelectrons, characteristic X-rays, and Auger electrons. In addition, bremsstrahlung radiation from these electrons generates bremsstrahlung X-rays. In the slightly higher energy region near the absorption edge, peculiar absorption occurs, in which there is significant photoelectric absorption.
The first low-reflection attenuation layer, Pb, has good linear attenuation of most of the incident X-rays and good linear energy absorption. The K absorption edge of Pb is 88 KeV, and the L absorption edge is about 13 to 16 KeV. In other words, even in the case of medical X-ray equipment, characteristic X-rays (L-X-rays) due to the L absorption edge of about 10.5 to 14.8 KeV are emitted from the surface of Pb.
In the energy region between the K absorption edge and L absorption edge of Pb (17 to 87 KeV), specific absorption occurs in elements with atomic numbers of 37 or more and less than 81, and significant photoelectric absorption occurs in the energy region slightly higher than the K absorption edge of the element and between the K absorption edge.
The multilayer absorber layer utilizes specific absorption to efficiently annihilate X-rays by using pairs of diffuse absorbers and electron absorbers. Elements with an electron absorption rate of less than 70% at a certain monochromatic energy in this energy range (e.g., 60/50/40/30/20 KeV) are extracted as diffuse absorbers. The linear attenuation coefficient μ, linear energy absorption coefficient μen, and electron absorption rate (μen/μ) at monochromatic energy are shown in Table 3.
The diffuse absorber undergoes significant ray attenuation and significant ray energy absorption due to the specific absorption at the K-absorption edge, but because it is an element with an electronic absorption rate of less than 70%, it also re-emits certain secondary X-rays (characteristic X-rays, braking X-rays). In other words, in addition to absorption, it also plays a role in diffusing and pushing back attenuated photons to the surrounding layers (i.e., moving them in a zigzag pattern for a longer distance in the thin material layer) by re-emitting secondary X-rays in various directions.
The electron absorber is an element with an atomic number of 11 or more and 82 or less that absorbs secondary X-rays, etc., and has good linear energy absorption of X-rays at the specific energy at which the diffuse absorber is extracted, i.e., an element that has good electron absorption with an electron absorption rate of 70% or more.
That is, by having a diffusion absorber and an electronic absorber coexist as a pair, the X-rays are diffused and pushed back within the thin material layer, where they are absorbed electronically as they travel back and forth multiple times.
In the multilayer absorption layer, one to three pairs of diffusion absorbers and electron absorbers are stacked tightly together, allowing the X-rays to be efficiently annihilated as they travel back and forth repeatedly within the thin, multi-layered material, and converted into kinetic energy such as photoelectrons.
複合吸収材料に用いる材料を説明する。
低反射減弱層(初層)は、0.1~0.3mmのPbを設定する。
多層吸収層の対は、K吸収端以外に設定した任意の単色エネルギーでの線エネルギー吸収係数μenの数値と電子吸収割合(μen/μ)を見て、拡散吸収体と電子吸収体の対となる元素(材質)を設定する。
拡散吸収体を設定する単色のエネルギーが50KeVの場合は、表3の50KeVの電子吸収割合μen/μが70%未満で拡散吸収体とする元素の単体または化合物は、SnまたはBaとする。同・70%以上でその対となる電子吸収体とする元素の単体または化合物はFe、Cu、NbまたはMoとする。電子吸収体にはWまたはPbを配置することも、近接する層に配置されたものがあれば他の役割で設置したこれらを兼務して統合することもできる。
拡散吸収体を設定する単色のエネルギーが30KeVの場合は、表3の30KeVの電子吸収割合μen/μが70%未満で拡散吸収体とする元素の単体または化合物はNb、MoまたはSnとする。同・70%以上でその対となる電子吸収体とする元素の単体または化合物はTi、FeまたはCuとする。電子吸収体にはBa、WまたはPbを配置することも、近接する層に配置されたものがあれば他の役割で設置したこれらを兼務して統合することもできる。
The materials used in the composite absorbent material are described.
The low reflection attenuation layer (first layer) is set to Pb of 0.1 to 0.3 mm.
For a pair of multilayer absorption layers, elements (materials) that form a pair of a diffusion absorber and an electron absorber are set based on the value of the linear energy absorption coefficient μen and the electron absorption ratio (μen/μ) at any monochromatic energy set other than the K absorption edge.
When the energy of the monochromatic energy for which the diffusion absorber is set is 50 KeV, the element or compound for which the electron absorption ratio μen/μ at 50 KeV in Table 3 is less than 70% and which is used as the diffusion absorber is Sn or Ba. The element or compound for which the electron absorber is paired with the element or compound for which the electron absorption ratio is 70% or more is Fe, Cu, Nb, or Mo. W or Pb can be placed as the electron absorber, or if there is one placed in an adjacent layer, it can be integrated by combining it with the other role.
When the energy of the monochromatic energy for which the diffusion absorber is set is 30 KeV, the element or compound for which the electron absorption ratio μen/μ at 30 KeV in Table 3 is less than 70% and which is the diffusion absorber is Nb, Mo, or Sn. The element or compound for which the electron absorber is paired with the element or compound for which the electron absorption ratio is 70% or more is Ti, Fe, or Cu. Ba, W, or Pb can be placed as the electron absorber, or if there is one placed in an adjacent layer, it can be integrated by combining it with the other role.
次に多層吸収層全体での拡散吸収体・電子吸収体の組み合わせの設定の操作(多層吸収層の設計方法)を説明する。なお、電子吸収域とは各元素の電子吸収割合(μen/μ)が70%以上となるX線エネルギー領域である。別途光子放出域とはこれが70%未満となる領域である。これらは表3のNISTデータベースに示す単色のX線エネルギーに対して設定している。
散乱体(身体組織、テーブル、濾過フィルタ等)より88KeV未満の散乱X線の照射を受ける初層には、このエネルギー領域での散乱が小さいPbを用いる。
例えば2層目の1つ目の拡散吸収体には、40~60KeV(中央値:50KeV)を意図的に狙い、この領域で別途光子放出域にある元素である例えばSn等を用いる。
2層目に対なる3層目の電子吸収体には、50KeVの領域で電子吸収域にある元素である例えばMoまたはNb等を用いる。厚みが増えるがCu、Feでも構わない。
例えば4層目の2つ目の拡散吸収体には、20~40KeV(中央値:30KeV)を意図的に狙い、この領域で別途光子放出域にある元素である例えばNbまたはMo等を用いる。
4層目に対なる5層目の電子吸収体には、30KeVの領域で電子吸収域にある元素である例えばCuまたはFeを用いる。条件によってはAl、Si、Tiでも構わない。TiのK吸収端は4.96KeVであるため、必然的に多層吸収層の拡散吸収体を構成する元素のK吸収端は5KeV以上となる。
上記の構成により、88KeV未満の散乱X線を消滅させ、電子の運動エネルギーに変換することができる。
Next, the operation of setting the combination of the diffusion absorber and the electron absorber in the entire multilayer absorber layer (the design method of the multilayer absorber layer) will be described. The electron absorption region is the X-ray energy region where the electron absorption ratio (μen/μ) of each element is 70% or more. Separately, the photon emission region is the region where this ratio is less than 70%. These are set for the monochromatic X-ray energy shown in the NIST database in Table 3.
For the first layer that is irradiated with scattered X-rays of less than 88 KeV from a scattering medium (body tissue, a table, a filter, etc.), Pb is used, which has low scattering in this energy region.
For example, for the first diffusion absorber in the second layer, 40 to 60 KeV (median: 50 KeV) is intentionally targeted, and an element that is in a separate photon emission range in this region, such as Sn, is used.
For the third layer of electron absorber opposite to the second layer, an element in the electron absorption region in the 50 KeV region, such as Mo or Nb, is used. Although the thickness increases, Cu or Fe may also be used.
For example, for the second diffusion absorber in the fourth layer, 20 to 40 KeV (median: 30 KeV) is intentionally targeted, and an element such as Nb or Mo that is in a separate photon emission range in this region is used.
The fifth layer, which is opposite to the fourth layer, is made of an element having an electron absorption range of 30 KeV, such as Cu or Fe. Depending on the conditions, Al, Si, or Ti may be used. Since the K-absorption edge of Ti is 4.96 KeV, the K-absorption edge of the element constituting the diffusion absorber of the multilayer absorber layer is necessarily 5 KeV or higher.
With the above configuration, scattered X-rays with energy less than 88 KeV can be annihilated and converted into kinetic energy of electrons.
複合吸収材料は、本発明の構造物を構成する1つの主要な材料となる。複合吸収材料を利用することにより、診療室内等の空間の放射線量率を低減できる。これにより、X線受像機の画質を鮮明にし、かつ、患者等・医療従事者の被ばくを正当に最小化できる。複合吸収材料の基本ケースの構成を図7で説明する。
図7は多層吸収層の最外層を蛍光収率が低く、発生する特性X線のエネルギーが低いAl、Si、Mg等とした場合のPbの低反射減弱層(初層)と多層吸収層(1~3対)のみからなる基本ケースの構成を示した。図7のa.は構成の説明図、b.は多層吸収層が拡散吸収体と電子吸収体が2対で全5層となる複合吸収材料、c.は多層吸収層が拡散吸収体と電子吸収体が3対で全7層となる複合吸収材料、d.は多層吸収層が拡散吸収体91と電子吸収体が1対で全3層となる複合吸収材料を示す。
ここでの材質の組み合わせの例は、全5層の場合でPb-Sn-Nb-Cu-Al、全7層の場合でPb-Ba-Sn-Nb-Cu-Fe-Al、全3層の場合でPb-Nb-Siである。特性の近い元素の組み合わせであるFeとCuを統合し、この全7層の場合はPb-Ba-Sn-Nb-Cu-Alと全6層としても良い。
複合吸収材料を使用する部位には、散乱X線を低減する効果は低減するが、次善の策として実施例1で説明した低反射材料を用いることもある。
The composite absorbing material is one of the main materials constituting the structure of the present invention. By using the composite absorbing material, the radiation dose rate in the space such as a medical room can be reduced. This makes it possible to improve the image quality of the X-ray receiver and to appropriately minimize the exposure of patients and medical staff. The structure of the basic case of the composite absorbing material is explained in FIG. 7.
Fig. 7 shows the basic case configuration consisting of only a Pb low reflection attenuation layer (first layer) and a multilayer absorbing layer (1 to 3 pairs) when the outermost layer of the multilayer absorbing layer is made of Al, Si, Mg, etc., which have low fluorescence yield and low energy of generated characteristic X-rays. In Fig. 7, a. is an explanatory diagram of the configuration, b. shows a composite absorbing material in which the multilayer absorbing layer has two pairs of diffusion absorbers and electron absorbers for a total of five layers, c. shows a composite absorbing material in which the multilayer absorbing layer has three pairs of diffusion absorbers and electron absorbers for a total of seven layers, and d. shows a composite absorbing material in which the multilayer absorbing layer has one pair of diffusion absorbers 91 and electron absorbers for a total of three layers.
Examples of material combinations here are Pb-Sn-Nb-Cu-Al for a total of 5 layers, Pb-Ba-Sn-Nb-Cu-Fe-Al for a total of 7 layers, and Pb-Nb-Si for a total of 3 layers. By combining Fe and Cu, which are combinations of elements with similar characteristics, the total of 7 layers may be Pb-Ba-Sn-Nb-Cu-Al and a total of 6 layers.
In the portion where the composite absorbing material is used, the low reflection material described in the first embodiment may be used as a second best measure, although the effect of reducing scattered X-rays is reduced.
(複合吸収材料の基本構成図)
図7は複合吸収材料の基本ケースの構成図を示す。a.は構成の概要、b.は2対で全5層74、c.は3対で全7層75、d.は1対で全3層76となる複合吸収材料72の例を示す。低反射減弱層80は複合吸収材料72の場合はPbである。増設複合吸収材料73の場合は、低反射減弱層80の代わりに線減衰材料70または低反射減弱材料71となる。なお、対とは多層吸収層77にある拡散吸収体78と電子吸収体の対(ペア)の数を示す。これらの図中には一点鎖線で対となる拡散吸収体78と電子吸収体79を結んで示し、a.~c.の各図における対の番号を(1)~(3)で示した。図中には例となる元素記号等をカッコ内に示したが、これは例示であり、本発明を限定するものではない。
(Basic structure of composite absorbent material)
FIG. 7 shows a basic case diagram of a composite absorbing material. a shows an outline of the configuration, b shows an example of a composite absorbing material 72 with two pairs for a total of five layers 74, c shows three pairs for a total of seven layers 75, and d shows one pair for a total of three layers 76. The low reflection attenuation layer 80 is Pb in the case of the composite absorbing material 72. In the case of the additional composite absorbing material 73, the linear attenuation material 70 or the low reflection attenuation material 71 is used instead of the low reflection attenuation layer 80. Note that the number of pairs of diffusion absorbers 78 and electron absorbers in the multilayer absorbing layer 77 is indicated. In these figures, the diffusion absorbers 78 and electron absorbers 79 that make up pairs are connected by dashed lines, and the numbers of the pairs in each of a to c are indicated as (1) to (3). Although example element symbols are shown in parentheses in the figures, these are illustrative and do not limit the present invention.
1.追加シールドボックス
2.テーブル
3.テーブル支持台
4.ボックス本体
5.端面ボックス
6.覗き窓
7.天板
8.スリーブポート
9.スリーブ
10.X線受像機
11.受像機アーム
12.接続フランジ
13.受像機ポート
14.端面天板
15.照射野
20.患者ポート
21.敷布等
22.掛布等
23.掛布ホルダ
24.接続コネクタ
25.患者人体
26.ガイドレール
27.押え板
28.側端部開口
29.接続フランジ蓋
33.X線源
36.スライドガイド
37.端面ボックス架台
38.高さ調整回転ノブ
39.ラック&ピニオン
40.X線受像機(FPD)
41.可搬式X線源
42.X線源架台
45.保守用端板
46.レール
50.大径ポート
51.小径ポート
52.締結バンド
53.含鉛腕スリーブ
54.含鉛グローブ
55.含鉛腕カバー
56.含鉛手袋
57.バンド
58.ハウジング
59.スクリュー
60.グローブレスポ―ト
61.スライド機構
64.台車
65.鉛直軸回転機構
66.タイバンド
70.線減衰材料
71.低反射減弱材料
72.複合吸収材料
73.増設複合吸収材料
74.複合吸収材料(基本ケース全5層)
75.複合吸収材料(基本ケース全7層)
76.複合吸収材料(基本ケース全3層)
77.多層吸収層
78.拡散吸収体
79.電子吸収体
80.低反射減弱層
1. Additional shield box 2. Table 3. Table support 4. Box body 5. End box 6. Viewport 7. Top plate 8. Sleeve port
9. Sleeve 10. X-ray receiver 11. Receiver arm 12. Connection flange 13. Receiver port 14. End surface top plate 15. Radiation field 20. Patient port 21. Coverlet, etc. 22. Drape, etc. 23. Drape holder 24. Connection connector 25. Patient body 26. Guide rail 27. Presser plate 28. Side end opening 29. Connection flange cover 33. X-ray source 36. Slide guide 37. End surface box stand 38. Height adjustment rotation knob 39. Rack and pinion 40. X-ray receiver (FPD)
41. Portable X-ray source 42. X-ray source stand 45. Maintenance end plate 46. Rail 50. Large diameter port 51. Small diameter port 52. Fastening band 53. Lead arm sleeve 54. Lead glove 55. Lead arm cover 56. Lead glove 57. Band 58. Housing 59. Screw 60. Gloveless port 61. Slide mechanism 64. Cart 65. Vertical axis rotation mechanism 66. Tie band 70. Linear attenuation material 71. Low reflective attenuation material 72. Composite absorbing material 73. Additional composite absorbing material 74. Composite absorbing material (basic case, total of 5 layers)
75. Composite absorbent material (basic case, total of 7 layers)
76. Composite absorbent material (basic case, all three layers)
77. Multi-layer absorber layer 78. Diffuse absorber 79. Electronic absorber 80. Low reflection attenuation layer
Claims (15)
各部位に照射されるX線の遮へい能力がある1以上の遮へい材料を前記ボックスの構成材料またはその表層に配置した部材とし、
患者の照射野を立体的に取り囲んで前記部材を設置し、
遮へい能力があり近接で内部を視認する装置と患者人体や医療行為に必要な装置や物品について内部を操作する装置とを前記ボックスに取り付けることを特徴とする追加シールドボックス
In the additional shield for radiation protection, which is installed on the top of the table of a medical X-ray radiography device, the main structure of the rectangular box has a structure that can be divided into two or more parts in the body axis direction ,
One or more shielding materials capable of shielding X-rays irradiated to each part are used as constituent materials of the box or as members arranged on its surface,
The member is disposed so as to surround the radiation field of the patient in a three-dimensional manner;
An additional shielding box, characterized in that a device for visually inspecting the inside of the box at close range and a device for operating the inside of the box with respect to the patient's body or devices and items required for medical treatment are attached to the box.
各部位に照射される放射線エネルギーの数値に応じて、前記遮へい材料の種類とその厚さの組み合わせにおいて2以上を選定し、
前記ボックスの構造材料またはその内側表面に配置した部材とすることにより、
患者人体からの散乱X線を有効に線減衰することを特徴とする追加シールドボックス In the above-mentioned claim 1, the rectangular box is
selecting two or more combinations of the type and thickness of the shielding material according to the value of the radiation energy irradiated to each portion;
By using the box as a structural material or a member disposed on its inner surface,
An additional shield box characterized by effectively attenuating scattered X-rays from the patient's body.
患者の照射野とその周辺から発生する88キロ電子ボルト以上の放射線エネルギーの小角散乱X線を含み、入射角に対して散乱角が35度以内に向けて照射される高いエネルギー範囲の前方散乱X線に対して、
前記遮へい材料のうち原子番号が83以上で92以下の元素の単体または化合物より成る線減衰材料を、前方散乱X線が照射される範囲の部材である前記ボックスの天井部の天板に配置することにより、K殻の特性X線を発生することなく、
前方散乱X線を線減衰することを特徴とする追加シールドボックス In the additional shielding box according to claim 1, in the under-tube type X-ray fluoroscope,
For forward scattered X-rays in the high energy range, including small-angle scattered X-rays with radiation energy of 88 kiloelectron volts or more generated from the patient's irradiation field and its surroundings, which are irradiated at a scattering angle of 35 degrees or less relative to the incident angle,
Among the shielding materials, a radiation attenuation material consisting of a simple substance or a compound of an element having an atomic number of 83 or more and 92 or less is arranged on the top plate of the ceiling part of the box, which is a member in the range irradiated with forward scattered X-rays, so that the radiation attenuation material can be obtained without generating characteristic X-rays of the K shell.
Additional shielding box characterized by linear attenuation of forward scattered X-rays
主構造体である方体状のボックス端面の患者ポートを介して患者人体が体軸方向に貫通させることで患者の照射野近傍を除く部位を外部空間に置き、
患者ポート上部から遮へい能力のある可撓性の遮へいシートを懸けることで開口を塞ぐことにより、
設置室内の空間線量率を低減し、患者の照射野近傍を除く部位を医療被ばくから防護することを特徴とする追加シールドボックス In the additional shielding box of claim 2, the rectangular box is
The patient's body is passed through the patient port at the end of the rectangular box, which is the main structure, in the direction of the body axis, so that the patient's body parts, except for the area near the irradiation field, are placed in the external space.
By covering the opening with a flexible shielding sheet that has shielding capabilities,
An additional shielding box that reduces the spatial dose rate within the installation room and protects areas other than the area near the patient's radiation field from medical exposure.
X線受像機の受像機アームは前記ボックスの受像機ポートに組み込み、
前記分割ボックスを1つに組み立てることにより、
X線受像機を前記ボックス内に収納することを特徴とする追加シールドボックス In the additional shielding box of claim 2, in the under-tube type X-ray transmission device,
The receiver arm of the X-ray receiver is mounted in the receiver port of the box;
By assembling the split boxes together,
An additional shielding box for housing an X-ray receiver within said box.
原子番号が82以上の元素または線減衰材料で構成される第一層である低反射減弱層および拡散吸収体と電子吸収体の対で構成される第二層以下である多層吸収層の3層以上を密着して多層に重ねた複合吸収材料を設置することにより、
散乱X線を線減衰した上で有効に線エネルギー吸収することを特徴とする追加シールドボックス In the additional shielding box of claim 6,
By installing a composite absorbing material in which three or more layers are closely stacked in a multilayer structure, the first layer being a low reflection attenuation layer made of an element or linear attenuation material having an atomic number of 82 or more, and the second layer being a multilayer absorbing layer made of a pair of a diffusion absorber and an electron absorber,
An additional shield box characterized by effectively absorbing the linear energy of scattered X-rays after linearly attenuating the scattered X-rays
前記ボックスの母材のチタン合金、かつまたは、アルミニウム合金による構造材料をX線入射側の表面に密着させて設置し、前記構造材料を前記複合吸収材料の最外層の電子吸収体として利用することにより、散乱X線を線減衰した上でさらに有効に線エネルギー吸収することを特徴とする追加シールドボックス The multi-layer absorbent layer added to the composite absorbent material in the additional shielding box of claim 9 is
The additional shield box is characterized in that a structural material made of titanium alloy and/or aluminum alloy, which is the base material of the box, is placed in close contact with the surface on the X-ray entrance side, and the structural material is used as an electron absorber in the outermost layer of the composite absorber material, thereby attenuating scattered X-rays and absorbing their linear energy more effectively.
医療従事者がスリーブポートを介して前記ボックス内に手腕を挿入することで医療従事者の手腕以外の部位を外部空間に置き、
前記スリーブポートに取り付けた遮へい能力がある可撓性の前記スリーブ構造体で、前記ボックスと医療従事者との間の開口を塞ぐことにより、
設置室内の空間線量率を低減し、医療従事者の手腕を職業被ばくから防護することを特徴とする追加シールドボックス In the additional shielding box of claim 4, the rectangular box is
The medical worker inserts his/her arm into the box through a sleeve port to place the medical worker's body part other than the arm in the external space;
The flexible sleeve structure having a shielding capability is attached to the sleeve port to close the opening between the box and the medical staff,
An additional shielding box that reduces the spatial dose rate in the room in which it is installed and protects the hands and arms of medical personnel from occupational exposure.
前記ボックス内の手術で利用する電源、電気信号および液体等の信号・物品は、前記ボックスの接続ポートに取付けた遮へい能力のある接続コネクタにより前記ボックスを貫通して連絡し、開口を設けることなく遮へいを維持しながら前記ボックスの内部と外部の間で前記信号・物品を出し入れできることを特徴とする追加シールドボックス In the additional shielding box according to claim 1 or 2,
An additional shielding box characterized in that signals and items such as power sources, electric signals, and liquids used in surgery in the box are communicated through the box by a shielding connector attached to a connection port of the box, and the signals and items can be transferred between the inside and outside of the box while maintaining shielding without providing an opening.
X線受像機は前記ボックスの内部に配置し、
ボックスには立体的にどの方位にも外部空間と通じた開口がなく、
前記ボックスの天板には小角散乱X線の実効エネルギーがK吸収端以下となる線減衰材料を配置することにより、
術者の水晶体に向かう上方への散乱X線を有効に線減衰することを特徴とする追加シールドボックス In the additional shielding box according to claim 3, in the under-tube type X-ray fluoroscopy device,
an X-ray receiver is disposed inside the box;
The box has no openings leading to the outside space in any direction,
A linear attenuation material is placed on the top plate of the box so that the effective energy of small-angle scattered X-rays is equal to or lower than the K absorption edge.
An additional shield box characterized by effectively attenuating upward scattered X-rays toward the surgeon's crystalline lens.
前方散乱X線の放射線エネルギーが88KeV以上となった場合において、
鉛直からの正負の散乱角が35度以下の前方散乱X線を遮へいするために、
前記天板の原子番号が83以上の線減衰材料は前記散乱角に相応させて幅を拡げ、
覗き窓は傾斜角を鉛直に近づけて経路長を長くするまたは前方散乱X線に対する入射角を大きくすることで遮へい能力を増加することにより、
術者の水晶体に向かう上方への散乱X線をさらに有効に線減衰することを特徴とする追加シールドボックス In the additional shielding box of claim 6,
When the radiation energy of the forward scattered X-rays is 88 KeV or more,
In order to block forward scattered X-rays with positive and negative scattering angles of less than 35 degrees from the vertical,
The linear attenuation material of the top plate having an atomic number of 83 or more is expanded in width in accordance with the scattering angle,
The shielding ability of the observation window can be increased by increasing the path length by tilting the observation window closer to the vertical or by increasing the incident angle of the forward scattered X-rays.
An additional shield box characterized by more effective attenuation of upward scattered X-rays toward the surgeon's crystalline lens.
X線受像機は前記ボックスの内部に配置し、
X線受像機の対となるようにX線源は患者が横たわるテーブルの下部に配置し、
X線管球からの1次X線は上方の患者人体の照射野に向けて一直線に照射することにより、
被ばく線量と放射線防護に係る負荷を低減してX線透視できることを特徴とする追加シールドボックス
In the additional shielding box according to claim 1 or 2, in the under-tube type X-ray fluoroscopy apparatus,
an X-ray receiver is disposed inside the box;
The X-ray source is placed under the table on which the patient lies so as to be paired with the X-ray receiver;
The primary X-rays from the X-ray tube are directed in a straight line toward the patient's body,
Additional shielding box characterized by reduced radiation dose and radiation protection load and allowing X-ray fluoroscopy
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