JP2004146295A - Ｘ線管装置及びこれを用いたｘ線画像診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｘ線放射窓部の絶縁油流れの剥離域での熱伝達率を向上し、局部加熱による外囲器、特にそのＸ線放射窓の損傷防止、また絶縁油の劣化を防止して多量のＸ線を長時間放射することのできるＸ線管装置及びこれを用いたＸ線画像診断装置を提供する。
【解決手段】強制的に絶縁油を循環冷却する冷却器を備えたＸ線管装置において、Ｘ線管を収納する管容器内へ冷却器からの絶縁油が流入する際、その方向を放射窓部分へ向ける絶縁油流入方向偏向具と、Ｘ線放射窓の周囲に絶縁油の流れを偏向させる案内板とを管容器に設けた。このＸ線管装置をＸ線ＣＴ装置などのＸ線画像診断装置に搭載して大出力、長時間撮影に対応した。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｘ線管装置に係り、特にＸ線を放射する放射窓部分の冷却効率の向上に好適なＸ線管装置及びこれを用いたＸ線画像診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｘ線管から放射されるＸ線を被検体に照射して撮影するＸ線撮影装置及びＸ線コンピュータ断層撮影装置（以下、Ｘ線ＣＴ装置と呼ぶ）などのＸ線画像診断装置は、医用画像診断装置の分野で非常に多く用いられている。近年、これらのＸ線画像診断装置には、新しい撮影法に対応するために多量のＸ線を長時間に亘って出力する、いわゆる高負荷率のＸ線発生装置が必要となってきた。特に、Ｘ線ＣＴ装置においては、“短時間で広い範囲のスキャンが可能”、“体軸方向に連続したデータが得られ、これによって三次元画像の生成が可能になる”等の特徴により、ヘリカルスキャンやスパイラルスキャンと呼ばれる螺旋ＣＴが普及している。
【０００３】
このような螺旋スキャンを実現するためには、Ｘ線管とＸ線検出器を支持したスキャナ回転盤を連続して回転させる必要があり、そのためにはスキャナ回転盤に搭載したＸ線管から連続して多量のＸ線を放射する必要があるので、このＸ線管の発熱を抑制するための冷却手段が必要となる。
【０００４】
したがって、Ｘ線管装置は、図１２に示すようにＸ線管装置本体１０と絶縁油を強制循環して冷却する冷却器１とで構成され、上記螺旋スキャンＸ線ＣＴ装置に用いる場合はこれらはスキャナ回転盤に搭載されることになる。
【０００５】
前記Ｘ線管装置本体１０は、フィラメント２を有するマイナス電位の陰極３、ターゲット４を有するプラス電位の陽極５、Ｘ線放射窓６を有するアース電位のＸ線管真空外囲器７、及び陽極５を回転駆動するステータコイル８を備えてなるＸ線管球９と、このＸ線管球を収納する管容器１０とで構成され、管容器１０内は絶縁及び冷却を目的として絶縁油が満たされている。なお、管容器の一端部には絶縁油入口１１が、他端部には絶縁油出口１２が、それぞれ設けられている。
【０００６】
また、絶縁油を強制冷却する冷却器１は、熱交換器１３と、この熱交換器１３に送風する冷却ファン１４と、前記絶縁油出口１２とポンプ１５間を連結する第一のホース１６と、前記ポンプ１５と熱交換器１３間を連結する第二のホース１７と、前記熱交換器１３と絶縁油入口間１１を連結する第三のホース１８とで構成されている。
【０００７】
このように構成されたＸ線管装置において、上記Ｘ線管の発熱は次のようにして発生する。すなわち、Ｘ線管球９の陰極３と陽極５間には百数十ｋＶの高電圧が印加され、高温に加熱されたフィラメント２から放出された熱電子がターゲット４に衝突する。このときターゲット表面からＸ線と二次電子が発生し、衝突時のエネルギの９９％は熱に変換され、この熱は主に輻射により真空外囲器７に放散する。二次電子はターゲットに近いベリリウム製の放射窓６とＳＵＳ製の真空外囲器７に入射し、両者を局所的に加熱する。
【０００８】
このように局所的に加熱される放射窓６と真空外囲器７を冷却するための従来の冷却技術は、Ｘ線管装置に冷却器を備え、強制的に絶縁油を循環冷却する方法をとっていた。
【０００９】
すなわち、管容器内のＸ線管の発生熱は絶縁油に放散され、管容器の一端部に取り付けられた絶縁油出口１２から冷却器１を通って冷却され、再び管容器１０の他端部の絶縁油入口１１から管容器１０内に流入するようになっている。Ｘ線管真空外囲器とＸ線放射窓は図１３に示すようにろう付けライン１９によりろう付けされて固着されており、ターゲット４上で発生した二次電子は放射窓６、Ｘ線管真空外囲器７に衝突して両者を加熱するのであるが、二次電子の加熱による熱流束は図１３に示すように楕円状の分布を持ち、中心部ほど熱流束が高くなる。したがって、図１３に示すＸ線管真空外囲器７とＸ線放射窓６とのろう付けライン１９の温度を低くすることが、信頼性を確保する上で重要であり、輻射による加熱と二次電子による加熱の両者を受ける図１３のＡ，Ｂ点の冷却が重要である。
管容器内部の前記特定発熱部を冷却する従来の技術として、例えば特許文献１に記載されているものがある。
【００１０】
【特許文献１】
特開平１０−１８９２８５号公報。
【００１１】
この従来技術は、図３に示すように絶縁湯入口部１１から管容器１０に入る絶縁油の流れの向きを上記真空外囲器７と放射窓６の特定発熱部の方に偏向するための偏向具、或いは偏向パイプによる偏向手段２０を設けて前記絶縁油を特定発熱部に導いて冷却を促進している。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、螺旋ＣＴはスキャンを連続して行うために撮影時間が長くなり、さらに、近年においては、モーションアーチファクトがなく、心臓の診断も可能とするためにスキャン時間はますます高速化する傾向にあり、１スキャン時間が０．５秒以下のものが要望されるようになってきた。
【００１３】
したがって、１スキャン時間が０．５秒に対応するためには、前記スキャナを０．５秒で１回転させなければならないので、それよりも低速の従来の装置に比べてスキャナ回転時間に反比例して単位時間当たりのＸ線量を多くしなければならない。
【００１４】
すなわち、粒状ノイズの少ない良好な断層画像を得るためには、Ｘ線管の陽極と陰極間に流す電流（以下、管電流と呼ぶ）をスキャナ回転速度に反比例して多く流し、十分なＸ線量を発生させて被検体にＸ線を放射する必要があり、管電流は従来のものよりも大きくなる。このために、スキャン時間の高速化による管電流の増大と螺旋スキャンによる撮影時間の長時間化とにより、Ｘ線管装置にはますます大容量のものが必要となってきた。
【００１５】
このような要求に対して、上記従来の特開平１０−１８９２８５号公報に開示されている技術では従来以上の冷却効率を上げることは困難である。
すなわち、線放射窓を冷却するための上記偏向手段（偏向具、或いは偏向パイプ）２０は、放電を防止するために管容器１０の内面に設ける必要がある。しかし、管容器の内面は円筒状であるため上記特開平１０−１８９２８５号公報の図３に示されているように、途中で流路を９０度曲げたような形状とすると、管容器内面に隙間無
したがって、加工を容易にするためには元々真っ直ぐな流路を円筒面内面に沿って放射窓に対して斜めに取り付ける構造としなければならない。
【００１６】
このように、単に斜めに取り付けただけでは冷却された絶縁油を上記局部に十分に流すことができない。
また、陰極側から偏向具を用いて斜めに流入絶縁油の向きを変更しただけでは、放射窓部を含めた真空外囲器の局所的な温度上昇を十分に防止することができないことが懸念され、上記大容量化への対応が困難なものとなる。
【００１７】
特に、真空外囲器１０から数ｍｍ円筒状に突出しているＸ線放射窓部６の後流側に図１４に示すような絶縁油の流れの剥離が生じるために、放射窓部のうち剥離域内に入る部位、特にＢ点での熱伝達率を十分に上げることが困難である。したがって、上記大容量化による発熱量が増加した場合には、Ｘ線放射窓部の温度が規定値を上回って上昇し、Ｘ線放射窓部が損傷したり、絶縁油の劣化が加速するおそれがある。
【００１８】
本発明の目的は、Ｘ線放射窓部の絶縁油流れの剥離域での熱伝達率を向上し、局部加熱による外囲器、特にそのＸ線放射窓の損傷防止、また絶縁油の劣化を防止して多量のＸ線を長時間放射することのできるＸ線管装置及びこれを用いたＸ線画像診断装置を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、強制的に絶縁油を循環冷却する冷却器を備えたＸ線管装置において、Ｘ線管を収納する管容器内へ冷却器からの絶縁油が流入する際、その方向を放射窓部分へ向ける絶縁油流入方向偏向具と、Ｘ線放射窓の周囲に絶縁油の流れを偏向させる案内板とを管容器に設けたものである。
【００２０】
また本発明は上記目的を達成するために、強制的に絶縁油を循環冷却する冷却器を備えたＸ線管装置において、管容器内へ前記冷却器からの絶縁油が流入する際、その方向を放射窓部分へ向ける絶縁油流入方向偏向具を管容器に設け、放射窓の周囲のＸ線管球上に放熱フィンを設け、放熱フィンの一部は絶縁油の流れを偏向させる案内板となるように設けたものである。
【００２１】
さらに本発明は上記目的を達成するために、強制的に絶縁油を循環冷却する冷却器を備えたＸ線管装置において、管容器内へ前記冷却器からの絶縁油が流入する際、その方向をＸ線放射窓部分へ向ける絶縁油流入方向偏向具を設け、流入方向偏向具の向きは、流入口と放射窓中心とを管容器内面に沿って螺旋状に結んだ軌道から、流入口を基準として±４度以内にしたものである。
さらにまた本発明は上記目的を達成するために、上記のＸ線管装置をＸ線ＣＴ装置などのＸ線画像診断装置に搭載したものである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお図面の符号に関しては、同一機能のものには同一符号を付すことにする。
【００２３】
図１は本発明によるＸ線管装置本体の第一の実施例の断面図である。図１において、絶縁油入口１１から管容器１０に入った絶縁油は、絶縁油流入方向偏向具２０を通過後、案内板２１に導かれてＸ線管真空外囲器７と管容器１０との隙間をＸ線放射窓６方向に斜めに流入する。Ａ点側の流れは、Ａ点後流の二次電子による発熱が小さい領域で放射窓６から剥離する。Ｂ点側の流れは管容器１０側から設置された案内板２１により流路が曲げられ、Ｂ点においても絶縁油の流れが放射窓６に付着して流れて、Ｂ点後流の二次電子による発熱が小さい領域で放射窓６から剥離する流れとなる。
【００２４】
本実施例によれば、本来温度が高くなるＢ点で案内板２１の作用により絶縁油の剥離が抑えられるため、熱伝達率が増加してＢ点での温度が下がり、ベリリウム製の放射窓６とＳＵＳ製のＸ線管外囲器７とのろう付け接合部の信頼性が向上する効果がある。
【００２５】
また本実施例によれば、案内板２１を追加することにより、偏向具２０の取り付け角度に誤差が生じた場合であっても、Ｂ点への流れが安定して生じるため、Ｂ点での温度の安定性が向上する効果もある。
【００２６】
案内板２１は図２に示すようにＡ点側に併せて設ける構造としても良い。この場合Ａ点後流の放射窓６の温度をより低下させる効果がある。
【００２７】
或いは図３、及び図４に示すように案内板として渦発生体２２を管容器１０に設けて、Ｘ線放射窓６の後流での絶縁油流れの剥離を抑える構造としても同様の効果がある。
【００２８】
図５は本発明によるＸ線管装置本体の第二の実施例の断面図である。
【００２９】
図５において２３，２３ａ，２３ｂはＸ線管真空外囲器７上に設けた放熱用のフィンである。Ｘ線管真空外囲器７の温度はＸ線発生時には２００℃を超える高温となる場合もあるため、Ｘ線管真空外囲器７上にフィンを設けて伝熱面積を増加させれば、周囲の絶縁油への放熱が促進され、Ｘ線管真空外囲器７の温度がフィン無し時の場合に比べて下がる効果が得られる。フィン２３ａ，２３ｂを図５に示すように設けることにより、Ａ，Ｂ点付近の絶縁油の流れはフィン２３ａ，２３ｂによりその流路が曲げられ、Ｂ点においては絶縁油の流れがＸ線放射窓６に付着して流れて、Ｂ点後流では二次電子による発熱が小さい領域で放射窓６から剥離する流れとなり、またＡ点後流では剥離点がより後流側に移動する流れとなる。
【００３０】
本実施例によれば、本来温度が高くなるＡ，Ｂ点でフィンの作用により絶縁油の剥離が抑えられるため、熱伝達率が増加し、Ａ，Ｂ点での温度が下がり、ベリリウム製の放射窓６とＳＵＳ製のＸ線管外囲器とのろう付け接合部の信頼性が向上する効果がある。
【００３１】
次に、本発明によるＸ線管装置本体の第三の実施例を図６，７，８，９を用いて説明する。図６，７，９，８において、２４は偏向具２０の中心線、２５，２６は偏向具端点、２７は接線、２２８はＸ線管軸中心である。
【００３２】
偏向具２０は管容器１０内側の円筒内面に密着して設置されるが、円筒内面に沿って偏向具端点２４から偏向具端点２５までを中心線２４が最短距離で結ぶように偏向具２０の形状を決めれば、中心線２４の軌道は管容器１０の内面に沿った螺旋軌道となる。
【００３３】
偏向具端点２０から管容器１０内に流入した絶縁油は、前記中心線２４を延長した螺旋軌道にほぼ沿って流れるため、螺旋軌道の延長線上に放射窓６の中心が存在するように偏向具２０の取り付け角度αを決めれば良い。偏向具２０の取り付け角度αは図８，９に示すように、管容器１０内面に外接する仮想的な平面Ｐ上において、偏向具２０の中心線２４の接線２７とＸ線管中心軸２８に平行な直線とで形成される角度と定義する。
【００３４】
また図９に示すように、管容器内面の半径をＲ、絶縁油入口１１とＸ線放射窓６の中心とのＸ線管中心軸２８方向の距離をＬ、図７に示すように絶縁油入口１１と放射窓中心とのなす角度をθとすると、中心線２４が螺旋軌道であるとした場合の偏向具２０の取り付け角αは
ｔａｎα＝Ｒ×θ／Ｌ：α（ｒａｄ）、θ（ｒａｄ）　（１）
（１）式で与えられる。取り付け角αを小さくすれば、図１４の放射窓６のＢ点に偏向具２０から流入する絶縁油が直接供給されなくなり、急激に温度が上昇する。逆に取り付け角αを大きくすれば、図１４の放射窓６のＡ点に偏向具２０から流入する絶縁油が直接供給されなくなり、急激に温度が上昇する。上記の関係を模式的に図１０に示す。
【００３５】
（１）式から求めたαの単位をラジアンから度に換算して、（１）式から得られる値に対して取り付け角を±４度以内にすればＡ，Ｂ点共に偏向具２０から管容器１０内に流入した絶縁油がＸ線放射窓６の両側に安定して供給され放射窓温度の信頼性が維持される。
【００３６】
本実施例によれば、偏向具２０から管容器１０に流入する絶縁油の向きを、簡便な方法で決定でき、放射窓６の信頼性が向上する効果がある。
【００３７】
図１１は本発明による上記実施例のＸ線管装置をＸ線ＣＴ装置のスキャナに搭載した実施例である。図１１において、２９はＸ線ＣＴ装置のスキャナガントリで、このガントリには被検体３２を撮影位置に挿入配置する開口部３４を有するスキャナ回転盤３５が回転可能に支持され、該スキャナ回転盤３５には本発明のＸ線管装置３１とＸ線検出器３３が前記被検体３２を挟んで対向する位置に配置されている。さらに前記スキャナ回転盤３４には、前記Ｘ線管装置３１を冷却する冷却器１が搭載され、該冷却器１と前記Ｘ線管装置３１との間で第三のホース１８により絶縁油を循環させる。また、ガントリ２９の天井部にはＸ線管装置３１、及び冷却器１などから排出される熱を外部に排気する冷却ファン３０が設けられている。なお、３６はＸ線検出器３３の出力を増幅しこれをディジタル値に変換するプリアンプである。
【００３８】
このような構成のスキャナガントリを有するＸ線ＣＴ装置は、図示省略の操作器からの操作指令により前記スキャナ回転盤３５を前記被検体３２の体軸周りに回転させ、前記Ｘ線管装置３１から前記被検体にＸ線を照射し、該被検体を透過したＸ線をＸ線検出器３３に入力して電気信号に変換する。この検出した電気信号をプリアンプ３６で増幅してこれをディジタル値に変換し、図示省略の画像処理装置で画像処理して所望の断層画像を作成して表示装置（図示省略）に表示し診断に供する。
本実施例によるＸ線ＣＴ装置は、Ｘ線管装置のＸ線放射窓の温度を低減することができるため、被検者３２の断層画像を短時間でより多く撮影できる効果がある。
【００３９】
なお、上記実施例は本発明によるＸ線管装置をＸ線ＣＴ装置に用いた例について説明したが、Ｘ線ＣＴ装置以外のその他の一般のＸ線撮影装置やＸ線透視撮影装置などのＸ線画像診断装置に用いても上記と同様の効果が得られる。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のＸ線管装置は、Ｘ線放射窓後流部に位置する高温度部の絶縁油の剥離を管容器に設けた案内板、或いはＸ線管真空外囲器に設けたフィンで抑えるように構成したので、Ｘ線放射窓接合部の温度を所定以下にすることがてせきる。
【００４１】
また、本発明のＸ線管装置は、絶縁油入口部に設けた絶縁油の偏向具の取り付け角度を最適に値に設定し、該偏向具からの絶縁油を前記Ｘ線放射窓部に確実に流入させようにしたので、高温となるＸ線放射窓部の温度を所定以下にすることができる。したがって、大容量、高信頼性のＸ線管装置が得られ、このＸ線管装置をＸ線ＣＴ装置などのＸ線画像診断装置に用いることにより、大出力、長時間の撮影及び患者スループットが向上するという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるＸ線管装置の本体の第一の実施例の断面図である。
【図２】図１の第一の実施例における別の案内板を用いた実施例である。
【図３】図１の第一の実施例における別の案内板を用いた実施例である。
【図４】図１の第一の実施例における別の案内板を用いた実施例である。
【図５】本発明によるＸ線管装置本体の第二の実施例の断面図である。
【図６】本発明によるＸ線管装置本体の第三の実施例の斜視図である。
【図７】図６の第三の実施例のＸ線管装置を視点ａから見た図である。
【図８】図６の第三の実施例におけるＸ線管装置の偏向具中心線の接線とＸ線管中心軸との関係を示す図。
【図９】図６の第三の実施例のＸ線管装置を視点ｂから見た断面図である。
【図１０】図６の第三の実施例のＸ線管装置の偏向具の取り付け角度と放射窓温度との関係の模式図である。
【図１１】本発明によるＸ線管装置をＸ線ＣＴ装置のスキャナに搭載した実施例を示す図である。
【図１２】従来のＸ線管装置を表す断面図である。
【図１３】従来のＸ線管装置を表す断面図である。
【図１４】従来のＸ線管装置を表す断面図である。
【符号の説明】
１：冷却器、２：フィラメント、３：陰極、４：ターゲット、５：陽極、６：Ｘ線放射窓、７：Ｘ線管真空外囲器、８：ステータコイル、９：Ｘ線管球、１０：管容器、１１：絶縁油入口、１２：絶縁油出口、１３：熱交換器、１４：冷却ファン、１５：ポンプ、１６〜１８：ホース、１９：ろう付けライン、２０：偏向具、２１：案内板、２２：渦発生体、２３：フィン、２３ａ：フィン、２３ｂ：フィン、２９：Ｘ線ＣＴ装置のスキャナガントリ、３０：冷却ファン、３１：Ｘ線管装置、３２：被検者、３３：Ｘ線検出器、３４：スキャナ開口部、３５：スキャナ回転盤、３６：プリアンプ

Claims (4)

1. 陰極と、陽極ターゲットと、ロータとを真空外囲器中に内包し、前記真空外囲器に放射窓を備えたＸ線管球を管容器に絶縁油で封入して構成されるＸ線管と、前記Ｘ線管に強制的に絶縁油を循環供給するポンプと、前記絶縁油の熱を放熱する熱交換器とを配管で機能的に接続し、前記熱交換器を空冷するためのファンを備えた冷却器とから構成されるＸ線管装置において、前記管容器内へ前記冷却器からの絶縁油が流入する際、その方向を前記放射窓部分へ向ける絶縁油流入方向偏向具と、前記放射窓の周囲に絶縁油の流れを偏向させる案内板とを前記管容器に設けたことを特徴とするＸ線管装置。
2. 陰極と、陽極ターゲットと、ロータとを真空外囲器中に内包し、前記真空外囲器に放射窓を備えたＸ線管球を管容器に絶縁油で封入して構成されるＸ線管と、　前記Ｘ線管に強制的に絶縁油を循環供給するポンプと、前記絶縁油の熱を放熱する熱交換器とを配管で機能的に接続し、前記熱交換器を空冷するためのファンを備えた冷却器とから構成されるＸ線管装置において、前記管容器内へ前記冷却器からの絶縁油が流入する際、その方向を前記放射窓部分へ向ける絶縁油流入方向偏向具を管容器に設け、前記放射窓の周囲の前記Ｘ線管球上に放熱フィンを設ける共に該放熱フィンの一部は絶縁油の流れを偏向させる案内板となる構成のＸ線管装置。
3. 陰極と、陽極ターゲットと、ロータとを真空外囲器中に内包し、前記真空外囲器に放射窓を備えたＸ線管球を管容器に絶縁油で封入して構成されるＸ線管と、前記Ｘ線管に強制的に絶縁油を循環供給するポンプと、前記絶縁油の熱を放熱する熱交換器とを配管で機能的に接続し、前記熱交換器を空冷するためのファンを備えた冷却器とから構成されるＸ線管装置において、前記管容器内へ前記冷却器からの絶縁油が流入する際、その方向を前記放射窓部分へ向ける絶縁油流入方向偏向具を設け、前記流入方向偏向具の向きは、流入口と放射窓中心とを管容器内面に沿って螺旋状に結んだ軌道から、流入口を基準として±４度以内にあることを特徴とするＸ線管装置。
4. 請求項１乃至３項のうちいずれか１項に記載のＸ線管装置を搭載したＸ線画像診断装置。

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