JP2005116525A - Ｘ線管エネルギ吸収装置 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｘ線管回転式ターゲットの材料破片の分離によって発生されてＸ線管ハウジングに伝わる運動エネルギの伝達を最小限に抑える。
【解決手段】撮像管（１８）用のエネルギ吸収装置（７８）がエネルギ吸収体（８２）を含んでいる。エネルギ吸収体（８２）は、撮像管（１８）のハウジング（６０）に流体的に結合されており、撮像管（１８）内部で発生される運動エネルギを吸収する。運動エネルギは、ハウジング（６０）内部での回転式ターゲット（７４）からの材料破片の分離によって発生される場合がある。
【選択図】 図１

Description

本発明は一般的には、Ｘ線管構成要素及びシステムに関する。さらに具体的には、本発明は、Ｘ線管の内部の運動エネルギをＸ線管ハウジングによる吸収の前に吸収する装置に関する。

Ｘ線システムは典型的には、撮像工程でＸ線の発生のために用いられるＸ線管を含んでいる。Ｘ線管は、カソードと回転式アノードとの間の真空間隙を横断してＸ線を発生する。Ｘ線を発生するために、真空間隙に跨がって大電圧ポテンシャルが生成され、これにより、電子を電子ビームの形態で放出することが可能になる。電子ビームはカソードからアノード上のターゲットに向かって放出される。ターゲットはしばしば、アノードにロウ付けされたグラファイト材料製のキャップの形態を有する。

電子の放出時に、カソードの内部に収容されているフィラメントが、その内部に電流が流れることにより白熱状態まで加熱される。電子は高電圧ポテンシャルによって加速されてターゲットに衝突し、ここで急激に減速してＸ線を放出する。高電圧ポテンシャルは、Ｘ線管内部、特にアノード内部に多量の熱を発生する。

カソード及びアノードは、挿入部又はフレームとも呼ばれる真空容器内部に位置している。フレームは典型的には、絶縁油のような循環冷却流体で充填されているハウジングに封入されている。冷却流体はしばしば、二つの目的を果たす。すなわち、真空容器を冷却すること、及びアノードとカソードとの間に高電圧絶縁を設けることである。

時間が経つにつれて、Ｘ線システムの利用を通じて、またターゲット材料又は製造時の欠陥の結果として、ターゲットの材料破片がアノードから離脱し又は分離する可能性がある。材料破片はターゲットのキャップから半径方向に放出された後にフレームに衝突し得る。

ターゲット破片の運動エネルギ、及び破片のフレームとの急激な衝突から、冷却流体にエネルギ波が発生し得る。冷却流体は運動エネルギの一部を吸収する。残余運動エネルギはハウジングに伝達されて、ここで残余エネルギの大部分が吸収される。残余運動エネルギの強度はハウジングに亀裂を生ずるのに十分であり、亀裂から絶縁油を漏洩させる可能性がある。絶縁油の漏れによってＸ線管の誤動作が生じ得る。また、絶縁油が他の敏感なＸ線システム備品に接触してその性能に悪影響を与える場合がある。さらに、絶縁油が放出されて検査されている患者に触れて望ましくない場合もある。

このため、Ｘ線管の回転式ターゲットの材料破片の分離によって発生されてＸ線管ハウジングに伝わる運動エネルギの伝達を最小限に抑える装置であって、Ｘ線管内部の環境に耐えることが可能な装置が必要とされている。

本発明は、撮像管用の運動エネルギ吸収装置を提供する。エネルギ吸収装置は、撮像管のハウジングに流体的に結合されているエネルギ吸収体を含んでいる。運動エネルギは、ハウジング内部の回転式ターゲットからの材料破片の分離によって発生され得る。

本発明の実施形態は幾つかの利点を提供する。本発明は、Ｘ線管ハウジングの亀裂を防ぐことにより、冷却材の漏れ及びこれに伴う欠点を防ぐことができる。エネルギ吸収装置は、Ｘ線管内部で発生される運動エネルギを、ハウジングによって吸収され得る前に吸収する。

また、Ｘ線管ハウジング内部に配置されているエネルギ吸収装置は、Ｘ線管内部に加わる圧力の制御を助けることができる。このように、本発明は、ハウジングの構造的健全性を保護することができ、結果として、Ｘ線管の寿命を延ばすことができる。

本発明自体は、これに伴う利点と共に、以下の詳細な説明を図面と共に参照することにより最もよく理解されよう。

本発明のさらに完全な理解のために、図面に極く詳細に示されており本発明の例として以下に記載される実施形態をここで参照すべきものとする。

Ｘ線管ハウジングへの運動エネルギの伝達を最小限に抑える装置について本発明を説明するが、以下の装置は、様々な目的に適用することができ、計算機式断層写真法（ＣＴ）システム、放射線治療システム、Ｘ線イメージング・システム、及び当技術分野で公知の他の応用に限定されない。本発明は、Ｘ線管、ＣＴ管、及び当技術分野で公知の他の撮像管に適用することができる。

以下の説明では、様々な動作パラメータ及び構成要素を一つの構築済実施形態として説明する。これら特定のパラメータ及び構成要素は例として包含されており、限定を意味するものではない。

また、主にＸ線管の回転式ターゲットからの材料破片の分離によって発生される運動エネルギの吸収に関して本発明を説明するが、本発明を、他のＸ線管構成要素及びこれらの構成要素から分離される材料破片によって発生される運動エネルギを吸収するのに用いてもよい。

図１及び図２に、本発明の実施形態による撮像管エネルギ吸収アセンブリ１１を用いたマルチ・スライスＣＴイメージング・システム１０の遠近図及びブロック図を示す。イメージング・システム１０は、Ｘ線管アセンブリ１４と検出器アレイ１６とを有するガントリ１２を含んでいる。Ｘ線管アセンブリ１４は、Ｘ線発生装置又はＸ線管１８を有する。管１８は、Ｘ線ビーム２０を検出器アレイ１６に向かって投射する。管１８及び検出器アレイ１６は、並進動作が可能なテーブル２２の周囲を回転する。テーブル２２は、ｚ軸に沿ってアセンブリ１４と検出器アレイ１６との間を並進して、ヘリカル・スキャンを実行する。ビーム２０は、患者ボア２６内部に位置する患者２４を透過した後に検出器アレイ１６で検出される。検出器アレイ１６はビーム２０を受光すると投影データを発生し、この投影データを用いてＣＴ画像を形成する。

管１８及び検出器アレイ１６は中心軸２８の周りを回転する。ビーム２０は多数の検出器素子３０によって受光される。各々の検出器素子３０が、入射するＸ線ビーム２０の強度に対応する電気信号を発生する。ビーム２０は、患者２４を透過するにつれて減弱する。ガントリ１２の回転及び管１８の動作は制御機構３２によって制御される。制御機構３２は、管１８へ電力信号及びタイミング信号を供給するＸ線制御器３４と、ガントリ１２の回転速度及び位置を制御するガントリ・モータ制御器３６とを含んでいる。データ取得システム（ＤＡＳ）３８が、検出器素子３０から発生されたアナログ・データをサンプリングして、このアナログ・データをディジタル信号へ変換して後続の処理に供する。画像再構成器４０が、サンプリングされてディジタル化されたＸ線データをＤＡＳ３８から受け取って、高速画像再構成を実行してＣＴ画像を形成する。主制御器又はコンピュータ４２が大容量記憶装置４４にＣＴ画像を記憶させる。

コンピュータ４２はまた、操作者コンソール４６を介して操作者から指令及び走査パラメータを受け取る。表示器４８によって、操作者は再構成画像及びコンピュータ４２からの他のデータを観察することができる。操作者が供給した指令及びパラメータは、ＤＡＳ３８、Ｘ線制御器３４及びガントリ・モータ制御器３６の動作時にコンピュータ４２によって用いられる。加えて、コンピュータ４２は、テーブル２２を並進させるテーブル・モータ制御器５０を動作させて、ガントリ１２に患者２４を配置する。

Ｘ線制御器３４、ガントリ・モータ制御器３６、画像再構成器４０、コンピュータ４２、及びテーブル・モータ制御器５０は、中央処理ユニット、メモリ（ＲＡＭ及び／又はＲＯＭ）、並びに付設の入力バス及び出力バスを有するコンピュータのようなマイクロプロセッサを基本要素とするものであってよい。Ｘ線制御器３４、ガントリ・モータ制御器３６、画像再構成器４０、コンピュータ４２及びテーブル・モータ制御器５０は、中央制御ユニットの一部であってもよいし、又は図示のように各々独立型の構成要素であってもよい。

図３に、本発明の実施形態による撮像管エネルギ吸収アセンブリ１１の利用を組み入れたＸ線管アセンブリ１４の断面図を示す。撮像管１８は外側ハウジング６０を含んでおり、ハウジング６０は挿入部又はフレーム６２を有する。フレーム６２は金属製であってよく、回転式アノード６４及びカソード６６を収容している。フレーム６２は冷却材６８によって包囲されており、冷却材６８はポンプ及び熱交換器（両方とも図示されていない）を介してフレーム６２の周囲を循環して冷却される。冷却材６８は絶縁油の形態であってよい。電子は真空間隙７０を横断してカソード６６から回転式アノード６４まで通過し、ここでアノード６４に衝突してＸ線を発生する。すると、Ｘ線は走査の目的でハウジング６０の窓７２を透過する。

回転式アノード６４はその表面にターゲット７４を有している。ターゲット７４は、ターゲット・キャップの形態にあり、グラファイト材料製であってよい。ターゲット７４の材料破片が回転式アノード６４から分離して、フレーム６２に衝突すると、ここから発生した運動エネルギがフレーム６２及び周囲の冷却材６８に伝達される。運動エネルギはエネルギ波の形態で伝達される。運動エネルギは、冷却材６８によって部分的に吸収される。残余運動エネルギの大部分の量がエネルギ吸収アセンブリ１１によって吸収されて、極く僅かな乃至ゼロの運動エネルギがハウジング６０に伝達されるようになる。

エネルギ吸収アセンブリ１１はまた、Ｘ線管１８内部に収容されている構成要素及び材料の温度ゆらぎによって生ずる可能性のあるハウジング６０に加わる圧力を安定させると共に低減する。例えば、Ｘ線管１８が動作すると、Ｘ線管１８内部の温度が上昇して、冷却材６８のような内部構成要素及び材料の膨脹を招き得る。構成要素及び材料の膨脹によって、ハウジング６０に圧力が加わる可能性がある。エネルギ吸収装置１１は圧縮可能であるため、ハウジング６０内部の容積を実質的に増大させることにより圧力の上昇の安定化を助ける。容積の増大によって、ハウジング６０の内面７６のような内壁又は内面に加わる圧力が低下する。

エネルギ吸収アセンブリ１１は、ハウジング６０に直接結合されてその内部に位置し、またフレーム６２及び冷却材６８を介して回転式ターゲット７４に流体的に結合される。エネルギ吸収アセンブリ１１は、ハウジング６０の内面７６に結合される。エネルギ吸収アセンブリ１１は、エネルギ吸収装置７８と、一対のエネルギ吸収装置結合部８０とを含んでいる。

エネルギ吸収装置７８はエネルギ吸収体８２を含んでいる。エネルギ吸収装置７８は、材料破片の分離によって発生されるエネルギ波を受けるように配向される。本発明の一実施形態では、エネルギ吸収装置７８は一定の放出範囲内で放出されるエネルギ波を少なくとも受けるように配向される。放出範囲は図４に最も分かり易く示されており、角度αによって表わされている。エネルギ吸収装置７８は、放出範囲αの外部のエネルギ波を受けることもできる。放出範囲αは、回転式アノード６４の回転中心軸８６から垂直に延在する垂直軸８４から約±３０°の拡がりにわたっている。放出範囲αは、頂点８８がターゲット７４の略中心に位置している。

図３に戻って、エネルギ吸収装置７８は、図示のようにトロイド形実体の形態であってよい。エネルギ吸収装置７８はまた、やはり図示するように、Ｘ線を透過させるための開口９０を有していてよい。単一のエネルギ吸収装置を図示しているが、任意の数のエネルギ吸収装置を用いてよい。エネルギ吸収装置７８は任意の形状又は形式であってよく、また撮像管１８内部の様々な位置に位置していてよい。

エネルギ吸収装置７８は、フォーム（foam）、独立気泡フォーム、ポリオレフィンフォーム、オレフィンフォーム、ポリマー、ポリオレフィンプラスチック、類似の特性を有する他の何らかの材料、又はこれらの組み合わせで形成されていてよい。本発明の実施形態では、エネルギ吸収装置７８は、外皮層を有する独立気泡ポリオレフィンフォームで形成されている。

エネルギ吸収装置７８が一対のエネルギ吸収装置結合部８０を介して内面７６に結合されているものとして図示しているが、エネルギ吸収装置７８は、当技術分野で公知の様々な手法を用いてハウジング６０に結合されていてよい。この手法としては、接合、接着、締結、ロウ付け、溶接、スポット溶接、当技術分野で公知の他の何らかの手法、又はこれらの組み合わせがある。結合部８０は、図示のようなブラケットの形態であってもよいし、又は他の何らかの形態であってもよい。結合部８０は、締結具の形態であってもよいし、又はエネルギ吸収装置７８を覆って設けられるカバーの形態であってもよい。結合部８０は、ハウジング６０から独立していてもよいし、ハウジング６０の一部として一体形成されていてもよい。

本発明は、Ｘ線管内部の運動エネルギの吸収のための装置を提供する。この装置は、Ｘ線管内部の環境に耐えることが可能である。この装置は、回転式アノードからの材料破片の分離によって発生されるエネルギを吸収する。本発明はまた、Ｘ線管のハウジングに加わる圧力を安定させると共に最小限に抑える。本発明は、廉価に製造することができ、またＸ線管内部で容易に具現化することができる。

以上に述べた装置及び方法は、当業者にとっては、当技術分野で公知の様々な応用及びシステムに合わせて構成することが可能である。以上に述べた発明は、本発明の真の範囲から逸脱せずに変形することができる。

本発明の実施形態による撮像管エネルギ吸収アセンブリを用いたマルチ・スライスＣＴイメージング・システムの模式的ブロック図である。 本発明の実施形態による撮像管エネルギ吸収アセンブリを有する図１のマルチ・スライスＣＴイメージング・システムのブロック図である。 本発明の実施形態による撮像管エネルギ吸収アセンブリの利用を組み入れたＸ線管アセンブリの断面図である。 本発明の実施形態による回転式アノード及び撮像管エネルギ吸収アセンブリの拡大断面図である。

符号の説明

１０ マルチ・スライスＣＴイメージング・システム
１１ 撮像管エネルギ吸収アセンブリ
１２ ガントリ
１４ Ｘ線管アセンブリ
１６ 検出器アレイ
１８ Ｘ線管
２０ Ｘ線ビーム
２２ テーブル
２４ 患者
２６ 患者ボア
２８ 中心軸
３０ 検出器素子
３２ 制御機構
４８ 表示器
６０ ハウジング
６２ フレーム
６４ 回転式アノード
６６ カソード
６８ 冷却材
７０ 真空間隙
７２ 透過窓
７４ ターゲット
７６ ハウジング内面
７８ エネルギ吸収装置
８０ エネルギ吸収装置結合部
８２ エネルギ吸収体
８４ 垂直軸
８６ 回転中心軸
８８ 頂点
９０ 開口

Claims (10)

1. ハウジング（６０）と、
   該ハウジング（６０）の内部に結合されており少なくとも一つのエネルギ波を発生する回転式ターゲット（７４）と、
   前記ハウジング（６０）及び前記回転式ターゲット（７４）に流体的に結合されており、前記少なくとも一つのエネルギ波に含まれるエネルギを吸収するように構成されている少なくとも一つのエネルギ吸収装置（７８）と、
   を備えた撮像管（１８）。
2. 前記回転式ターゲット（７４）と前記ハウジング（６０）との間に結合されており、前記少なくとも一つのエネルギ波の少なくとも一部を受け止めるフレーム（６２）をさらに含んでおり、前記少なくとも一つのエネルギ吸収装置（７８）は前記一部に含まれるエネルギを吸収する、請求項１に記載の撮像管。
3. 前記少なくとも一つのエネルギ波の少なくとも一部を受け止める冷却材（６８）をさらに含んでおり、前記少なくとも一つのエネルギ吸収装置（７８）は前記一部に含まれるエネルギを吸収する、請求項１に記載の撮像管。
4. 前記少なくとも一つのエネルギ吸収装置（７８）は前記ハウジング（６０）の内部に位置している、請求項１に記載の撮像管。
5. 前記少なくとも一つのエネルギ吸収装置（７８）は、前記回転式ターゲット（７４）と前記ハウジング（６０）との間に流体的に結合されている、請求項１に記載の撮像管。
6. 前記少なくとも一つのエネルギ吸収装置（７８）は、前記回転式ターゲット（７４）からの前記材料破片の分離により発生される前記少なくとも一つのエネルギ波を受けるように配向されている、請求項１に記載の撮像管。
7. 前記少なくとも一つのエネルギ吸収装置（７８）は、前記回転式アノード（６４）の回転中心軸（８６）に垂直に延在する垂直軸（８４）から約±３０°の拡がりを有する放出範囲の内部で放出されるエネルギ波を受けるように配向されている、請求項１に記載の撮像管。
8. 前記エネルギ吸収装置（７８）を前記ハウジング（６０）に結合させる少なくとも一つのエネルギ吸収装置結合部（８０）をさらに含んでいる請求項１に記載の撮像管。
9. 前記少なくとも一つのエネルギ吸収装置（７８）は外皮層を含んでいる、請求項１に記載の撮像管。
10. 前記少なくとも一つのエネルギ吸収装置（７８）はＸ線開口（９０）を含んでいる、請求項１に記載の撮像管。

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