JP2005135785A - Ｘ線装置 - Google Patents

Abstract

【課題】機能劣化の劣化状態を確実に検知できるＸ線装置を提供すること。
【解決手段】陽極ターゲット１４および電子ビームを発生する陰極構体１６を真空外囲器１３内に配置したＸ線管１２と、誘導電磁界を発生するコイル１７と、Ｘ線管１２およびコイル１７を収納するハウジング１１と、ハウジング１１内に収納された冷却液と、この冷却液を移動させるポンプ２１および冷却液の熱を放出するラジエータ２２、ラジエータ２２に外気を吹き付けるファン２３を有する冷却ユニット２０と、ハウジング１１および冷却ユニット２０間に設けられた冷却液が流れるホースＨ１、Ｈ２とを具備したＸ線装置において、単位時間あたりのファンによって吹き付けられた外気の風量を検知する風量検知器２５を設けた。
【選択図】図１

Description

この発明は、故障診断機能を備えたＸ線装置に関する。

Ｘ線装置は、Ｘ線管や冷却液をハウジング内に収納したＸ線管ユニットおよび冷却液を冷却する冷却ユニットなどから構成されている。Ｘ線管ユニットおよび冷却ユニットは、所定期間にわたる使用の後、たとえば寿命に到達した時点で新品と交換される。

たとえば、Ｘ線管ユニットおよび冷却ユニットが一体化した構造のＸ線装置の場合、そのいずれか一方が寿命に到達すると、他方が寿命に到達していない状態でも、両者が同時に新品と交換される。Ｘ線管ユニットおよび冷却ユニットは、多くの場合、合計重量が５０ｋｇ以上にもなり、交換作業は、数人の作業員を必要とするなど煩雑な作業になっている。

そのため、従来のＸ線装置は、特許文献１や特許文献２に示すように、たとえばＸ線管ユニットと冷却ユニットを着脱自在なホースジョイントで連結し、両者を分離できる構造にしている。
特開平３−２６１０５４号公報 特開２００２−２８９３９５号公報

従来のＸ線装置、たとえばＸ線管ユニットおよび冷却ユニットが分離できる構造になっているＸ線装置の場合は、Ｘ線管ユニットあるいは冷却ユニットのいずれか一方の機能が劣化すると、劣化したユニットのみが新品と交換される。

ところで、Ｘ線装置を構成するＸ線管ユニットの機能劣化には、放電発生の増加および回転騒音の増大などがある。放電発生の増加は放電検出器で検知され、回転騒音の増大は使用者の聴覚などで検知される。しかし、聴覚による検知は、正常か異常か、あるいは両者の中間状態の劣化であるかの判断が困難で、回転騒音の増大は、Ｘ線管の使用が困難な異常状態になって認識されることが多い。

そのため、Ｘ線管の取り換えなどに時間を要し、医療診断作業が中断される場合がある。術中に異常が発生すると、患者の生命に危険が及ぶ場合もある。また、Ｘ線管は、使用の初期や終期に故障が多くなる特性、いわゆるバスタブ曲線に従わず、偶発的に発生する傾向がある。したがって、異常状態になるその前段階における機能劣化の検知が望まれている。

一方、冷却ユニットの機能劣化には、冷却液が流れる配管のつまりやポンプの異常による冷却液の流量不足、および、ラジエータの外気通過部のほこりづまりやファンモータ異常による風量不足がある。しかし、冷却ユニットについては、冷却液の流量異常を検知するモニターが設けられているものの、熱交換機能の劣化を検知する故障診断機能は備えられていない。そのため、熱交換機能の劣化は、たとえばＸ線管に対する冷却不足の異常として検知されている。

上記した理由から、冷却ユニットの熱交換機能の劣化も、異常状態になるその前段階における検知が困難で、冷却ユニットの清掃作業や交換作業の必要時期を適確に判断できないという問題がある。

また、近年、回転支持機構の軸受機構として、液体金属潤滑材を用いるすべり軸受が採用されるようになっている。すべり軸受を用いたＸ線管は初期不良が少なく、平均寿命も長くなっている。これは、従来使用されている玉軸受に比べて、異物発生がないこと、あるいは回転中の軸受面どうしの機械的接触がないことによると考えられる。

しかし、すべり軸受を採用したＸ線管は長寿命化するものの、寿命終了時点で発生する不良は、放電発生やフィラメントの消耗、放射するＸ線線量の不足、振動の増大など、従来のＸ線管では見られなかった内容のものが多く、不良発生の検知が難しくなっている。

本発明は、上記した欠点を解決し、機能劣化の劣化状態を確実に検知できるＸ線装置を提供することを目的とする。

本発明は、Ｘ線を放出する陽極ターゲットおよび電子ビームを発生する陰極構体を真空外囲器内に配置したＸ線管と、前記陽極ターゲットを回転させるための誘導電磁界を発生するコイルと、前記Ｘ線管および前記コイルを収納するハウジングと、前記ハウジング内に収納された冷却液と、この冷却液を移動させるポンプおよび前記冷却液の熱を放出するラジエータ、このラジエータに外気を吹き付けるファンを有する冷却ユニットと、前記ハウジングおよび前記冷却ユニット間に設けられた前記冷却液が流れる冷却液用通路とを具備したＸ線装置において、単位時間あたりの前記ファンによって吹き付けられた外気の風量を検知する風量検知手段を設けたことを特徴とする。

本発明によれば機能の劣化状態を適確に検知できるＸ線装置を実現できる。

本発明の実施形態について図１の概略構成図を参照して説明する。

Ｘ線装置は、たとえばＸ線管ユニット１０および冷却ユニット２０から構成されている。Ｘ線管ユニット１０はハウジング１１などから構成され、ハウジング１１の一部にＸ線を取り出すＸ線窓１１ｗが設けられている。ハウジング１１は冷却液用通路、たとえば第１および第２の２つのホースＨ１、Ｈ２を通して冷却ユニット２０に連結されている。２つのホースＨ１、Ｈ２の連結部分、たとえばハウジング１１との連結部分１１ａ、１１ｂはジョイントで連結され、着脱自在の構造になっている。

ハウジング１１にＸ線管１２が収納され、ハウジング１１内のＸ線管１２との隙間に、Ｘ線管１２を冷却する冷却液、たとえば絶縁油が充填されている。冷却液は、Ｘ線管ユニット１０のハウジング１１から第１ホースＨ１を経て冷却ユニット２０に送られ、冷却ユニット２０から第２ホースＨ２を経てハウジング１０へと戻り、Ｘ線管ユニット１０および冷却ユニット２０間を、たとえば矢印Ｙ１、Ｙ２で示す方向に循環する構成になっている。冷却液のたとえばハウジング１１への入口領域および出口領域に、冷却液の温度を測定する第１温度センサーＴ１および第２温度センサーＴ２が設けられている。

Ｘ線管１２は真空外囲器１３などから構成され、真空外囲器１３内に陽極ターゲット１４およびこの陽極ターゲット１４を回転可能に支持する回転支持機構１５、電子ビーム放射源の陰極構体１６などが配置されている。たとえば陰極構体１６のフィラメント１６ａが発生する電子ビームが陽極ターゲット１４に照射され、陽極ターゲット１４からＸ線が放出される。放出されたＸ線はＸ線窓１１ｗを通して外部に取り出される。

回転支持機構１５は回転部分と固定部分を有し、回転部分と固定部分との間に軸受機構、たとえば液体金属潤滑材を用いた動圧式すべり軸受が設けられている。真空外囲器１３の外側に、陽極ターゲット１４を回転させるための誘導電磁界を発生するコイル１７が配置されている。

冷却ユニット２０は、たとえばポンプ２１およびラジエータ２２、ファン２３などから構成されている。ポンプ２１は、第１および第２のホースＨ１、Ｈ２を通して、Ｘ線管ユニット１０および冷却ユニット２０間に冷却液を強制的に循環させる。ファン２３はラジエータ２２に外気を吹き付け、ラジエータ２２は外気を利用して冷却液の熱を外気に放出する。冷却ユニット２０内のポンプ２１の前段、たとえば冷却液が流入する側に、単位時間あたりの冷却液の流量をモニターする流量検知器２４が設置されている。また、ラジエータ２２を挟んでファン２３と反対側に、単位時間あたりのファンによって吹き付けられた外気の風量をモニターする風量検知器２５が設置されている。

流量検出器２４で検知された冷却液の流量Ａは、第１比較器Ｃ１において、大きさの相違する２つ以上の閾値、たとえば大きい値の第１下限閾値ａ１および小さい値の第２閾値ａ２と比較される。この場合、流量Ａが第１下限閾値ａ１よりも大きい場合は正常と判定され、第２下限閾値ａ２よりも小さい場合は異常と判定される。第１下限閾値ａ１よりも小さく、第２下限閾値ａ２よりも大きい場合は正常と異常の中間状態、たとえば注意と判定される。

第１比較器Ｃ１における正常や異常、注意の判定結果は表示装置２６に送られ、その判定結果が、文字や表示、音声などで表示される。また、判定結果が異常の場合は、異常情報が制御装置２７に送られる。制御装置２７は異常情報をもとに高電圧発生器２８を制御し、たとえばＸ線管１２への高電圧の供給を停止し、Ｘ線管１２を非動作状態に設定する。

風量検知器２５で検出された風量Ｂは、流量Ａの場合と同様、第２比較器Ｃ２において大きさの相違する２つ以上の閾値、たとえば大きい値の第１下限閾値ｂ１および小さい値の第２下限閾値ｂ２と比較される。風量Ｂが第１下限閾値ｂ１よりも大きい場合は正常と判定され、第２下限閾値ｂ２よりも小さい場合は異常と判定される。第１下限閾値ｂ１よりも小さく、第２下限閾値ｂ２よりも大きい場合は、正常と異常の中間状態、たとえば注意と判定される。

そして、正常や異常、注意の判定結果は表示装置２６に送られ、その判定結果が表示される。判定結果が異常の場合、異常情報が制御装置２７に送られる。制御装置２７は異常情報をもとに高電圧発生器２８を制御し、Ｘ線管１２の動作を停止させる。

なお、風量検知器による風量の検知は、ファンによって吹き付けられた外気の風量を直接検知する方法でもよく、あるいは送風機に流れる電流や電力などから検知する方法でもよい。

また、第１温度センサーＴ１および第２温度センサーＴ２で測定された冷却液の温度情報が冷却能力検知器２９に送られ、冷却ユニット２０の冷却能力Ｃが検知される。冷却能力Ｃは、第３比較器Ｃ３において大きさの相違する２つ以上の閾値、たとえば大きい値の第１上限閾値ｃ１および小さい値の第２上限閾値ｃ２と比較される。冷却能力Ｃが第１上限閾値ｃ１よりも大きい場合は正常と判定され、第２上限閾値ｃ２よりも小さい場合は異常と判定される。第１上限閾値ｃ１よりも小さく、第２上限閾値ｃ２よりも大きい場合は正常と異常の中間状態、たとえば注意と判定される。

そして、正常や異常、注意の判定結果は表示装置２５に送られ、その結果が表示される。判定結果が異常の場合、異常情報が制御装置２７に送られる。制御装置２７は異常情報をもとに高電圧発生器２８を制御し、Ｘ線管１２の動作を停止させる。

ここで、冷却ユニット２０の冷却能力の検知方法について、その一例を説明する。一般に、質量ｍ［ｇ］、比熱ｃの物質をＴ時間［ｈ］で温度差Δｔ［℃］だけ変化させた場合、１時間あたりの熱量Ｗｃ［ｃａｌ／ｈ］は、
Ｗｃ＝ｍｃΔｔ／Ｔ…（１）
で示される。

また、流れている流体を冷却した場合のエネルギーは、流量をＱ[l/min]、比重をρ［ｋｇ／ｌ］とすると、１時間あたりに流れる質量Ｍ［ｋｇ］は、
Ｍ＝Ｑ×ρ×６０［ｍｉｎ／ｈ］
＝６０×Ｑ×ρ［ｋｇ／ｈ］…（２）
で示される。

なお、流量Ｑおよび温度差Δｔが一定で、流体を冷却している場合、
ｍ／Ｔ＝Ｍ×１０００［ｇ／ｋｇ］＝６０×１０００×Ｑ×ρ［ｇ／ｈ］…（３）が成立する。

したがって、
Ｗｃ＝６０×１０００×Ｑ×ρ×ｃ×Δｔ［ｃａｌ／ｈ］
＝６０×Ｑ×ρ×ｃ×Δｔ［ｋｃａｌ／ｈ］…（４）
となる。

そして、１［ｋｃａｌ／ｈ］＝１．１６３［Ｗ］の関係から、
Ｗ＝Ｗｃ［ｋｃａｌ／ｈ］×１．１６３［Ｗ／（ｋｃａｌ／ｈ）］
＝１．１６３×６０×Ｑ×ρ×ｃ×Δｔ［Ｗ］…（５）
となる。

したがって、冷却ユニットの冷却能力Ｗ［Ｗ］は、冷却ユニット入口の冷却液の温度をｔ１［℃］、冷却ユニット出口の冷却液の温度をｔ２［℃］、冷却液の流量をＱ［リットル／分］、冷却液の比熱をＣ、冷却液の密度をρ［ｋｇ／リットル］とすると、
Ｗ＝１．１６３×６０×Ｑ×ρ×Ｃ×（ｔ１−ｔ２）［Ｗ］
＝６９．７８×Ｑ×ρ×Ｃ×（ｔ１−ｔ２）［Ｗ］…（６）
で検知される。

上記の実施形態では、流量検知器２４および風量検知器２５、冷却能力検知器２９を設けている。この場合、冷却ユニットの異常を冷却液の流量や外気の風量、冷却能力などから検知できる。しかし、そのいずれか１つ、または２つだけを設けて、冷却ユニットの異常を検知する構成にすることもできる。

また、冷却液をＸ線管ユニット１０および冷却ユニット２０間に循環させている。この場合、Ｘ線管を構成する回転支持機構１５の固定部分の内部に冷却用通路を設け、その冷却用通路を冷却液が流れるようにすれば、Ｘ線管１２の冷却効果が大きくなる。

上記した構成によれば、流量検知器２４および風量検知器２５、冷却能力検知器２９を設け、冷却ユニット２０における冷却液の流量および外気の風量、冷却能力をモニターし、また、冷却液の流量および外気の風量、冷却能力をたとえば複数の閾値と比較している。

したがって、冷却ユニット２０の機能劣化状態、たとえば正常か異常か、あるいはその中間の注意状態であるかを確実に検知できる。また、異常状態に到達する前段階の注意状態を検知できるため、冷却ユニット２０が異常となるその前段階で冷却ユニット２０の修理や取り換えなどを行え、医療診断作業の中断あるいは事故の発生などを防止できる。

上記の実施形態は、陽極ターゲットを支持する回転支持機構の軸受部分にすべり軸受を用い、また、回転支持機構の固定部分に冷却路を設けその内部を冷却する構造にしている。この場合、高価なＸ線管ユニットを長寿命化できる。

また、Ｘ線管ユニット１０と冷却ユニット２０を着脱可能にしている。しかし、冷却ユニット２０の機能劣化にはラジエータの清掃だけで対応できる場合もあり、必ずしも着脱可能な構造にする必要はない。

次に、本発明の他の実施形態について図２を参照して説明する。図２は、図１に対応する部分に同じ符号を付し、重複する説明を一部省略する。

この実施形態の場合、Ｘ線管１２を構成する真空外囲器１３内に真空度を検知する真空検知器３１を配置し、Ｘ線窓１１ｗから出力する放射Ｘ線１２ｘの進路上に、Ｘ線線量を検知するＸ線線量検知器３２を配置している。また、ハウジング１１の一部に振動検知器３３を取り付け、たとえばハウジング１１部分の振動の振幅や速度、加速度などを検知し、Ｘ線管１２が発生する振動の大きさを検知している。また、高電圧発生装置２８とＸ線管１２との間に、陰極構体１６のフィラメント１６ａに流れるフィラメント電流を検知するフィラメント電流検知器３４を設けている。

上記の構成で、真空検知器３１で検知されたＸ線管内の真空度ＤおよびＸ線線量検知器３２で検知されたＸ線線量Ｅ、振動検知器３３で検知された振動の大きさＦ、フィラメント電流検知器３４で検知されたフィラメント電流Ｇは、図１の場合と同様、それぞれ第４〜第７比較器Ｃ４〜Ｃ７に加えられ、大きさの相違する２つ以上の閾値と比較される。たとえば真空度ＤおよびＸ線線量Ｅ、フィラメント電流Ｇはそれぞれ、大きい値の第１下限閾値ｄ１、ｅ１、ｇ１および小さい値の第２下限閾値ｄ２、ｅ２、ｇ２と比較される。そして、真空度ＤおよびＸ線線量Ｅ、フィラメント電流Ｇについては、第１下限閾値ｄ１、ｅ１、ｇ１よりも大きい場合は正常と判定され、第２下限閾値ｄ２、ｅ２、ｇ２よりも小さい場合は異常と判定される。第１下限閾値ｄ１、ｅ１、ｇ１よりも小さく、第２下限閾値ｄ２、ｅ２、ｇ２よりも大きい場合は正常と異常の中間状態、たとえば注意と判定される。そして、正常や異常、注意の判定結果は表示装置２６に送られ、その結果が表示される。判定結果が異常の場合、その異常情報が制御装置２７に送られる。制御装置２７は異常情報をもとに高電圧発生器２８を制御し、Ｘ線管１２の動作を停止させる。

なお、陰極構体１６のフィラメント１６ａは劣化すると抵抗が大きくなり、フィラメント電流が小さくなる特性がある。この特性を利用して、上記した方法によりフィラメント１６ａの劣化状態が検知される。

振動の大きさＦは第６比較器Ｃ６において、大きさの相違する複数の閾値と比較される。たとえば大きい値の第１上限閾値ｆ１および小さい値の第２上限閾値ｆ２と比較される。そして、第１上限閾値ｆ１よりも大きい場合は異常と判定され、第２上限閾値ｆ２よりも小さい場合は正常と判定される。第１上限閾値ｆ１よりも小さく、第２上限閾値ｆ２よりも大きい場合は正常と異常の中間状態、たとえば注意と判定される。そして、正常や異常、注意の判定結果は表示装置２６に送られ、その結果が表示される。判定結果が異常の場合、異常情報が制御装置２７に送られる。制御装置２７は異常情報をもとに、高電圧発生器２８を制御し、Ｘ線管１２の動作を停止させる。

上記の実施形態によれば、真空検知器３１およびＸ線線量検知器３２、振動検知器３３、フィラメント電流検知器３４を設け、Ｘ線管１２の真空度やＸ線管１２が放出するＸ線線量、Ｘ線管１２が発生する振動、フィラメント電流をモニターし、図１の実施形態の場合と同様、複数の閾値と比較している。

このため、Ｘ線管ユニット１０の機能、たとえばＸ線管１２の真空度やＸ線管１２が放出するＸ線線量、Ｘ線管１２が発生する振動、フィラメント電流が、それぞれ正常か異常か、あるいはその中間の注意状態であるかを確実に検知できる。また、異常状態に到達する前段階の注意状態を検知できるため、Ｘ線管ユニット１０が異常状態に到達する前にＸ線管ユニット１０の修理や取り換えなどが行え、医療診断作業の中断あるいは事故の発生などを防止できる。

上記した各実施形態では、Ｘ線管ユニットおよび冷却ユニットの一方、たとえばＸ線管ユニットとホースを着脱自在なジョイントで結合している。この場合、故障したＸ線管ユニットあるいは冷却ユニットだけを取り外すことにより、修理作業や取り換え作業が容易になる。また、分離した場合は、１つの重量が小さくなるため、取り扱いが容易になる。

上記した構成によれば、Ｘ線管ユニットや冷却ユニットの機能の劣化状態を、常時、自己診断でき、また、故障に到る前段階の注意状態を検知できる。したがって、Ｘ線管ユニットや冷却ユニットの交換時期、あるいは、冷却ユニットの清掃時期などを適確に判断でき、安全で信頼性の高いＸ線診断を行えるＸ線装置が実現される。

本発明の実施形態を説明するための概略構成図である。 本発明の他の実施形態を説明するための概略構成図である。

符号の説明

１０…Ｘ線管ユニット
１１…ハウジング
１２…Ｘ線管
１３…真空外囲器
１４…陽極ターゲット
１５…回転支持機構
１６…陰極構体
１７…コイル
２０…冷却ユニット
２１…ポンプ
２２…ラジェータ
２３…ファン
２４…流量検知器
２５…風量検知器
２６…表示装置
２７…制御装置
２８…高電圧発生装置
２９…冷却能力検知器

Claims (5)

1. Ｘ線を放出する陽極ターゲットおよび電子ビームを発生する陰極構体を真空外囲器内に配置したＸ線管と、前記陽極ターゲットを回転させるための誘導電磁界を発生するコイルと、前記Ｘ線管および前記コイルを収納するハウジングと、前記ハウジング内に収納された冷却液と、この冷却液を移動させるポンプおよび前記冷却液の熱を放出するラジエータ、このラジエータに外気を吹き付けるファンを有する冷却ユニットと、前記ハウジングおよび前記冷却ユニット間に設けられた前記冷却液が流れる冷却液用通路とを具備したＸ線装置において、単位時間あたりの前記ファンによって吹き付けられた外気の風量を検知する風量検知手段を設けたことを特徴とするＸ線装置。
2. Ｘ線を放出する陽極ターゲットおよび電子ビームを発生する陰極構体を真空外囲器内に配置したＸ線管と、前記陽極ターゲットを回転させるための誘導電磁界を発生するコイルと、前記Ｘ線管および前記コイルを収納するハウジングと、前記ハウジング内に収納された冷却液と、この冷却液を移動させるポンプおよび前記冷却液の熱を放出するラジエータ、このラジエータに外気を吹き付けるファンを有する冷却ユニットと、前記ハウジングおよび前記冷却ユニット間に設けられた前記冷却液が流れる冷却液用通路とを具備したＸ線装置において、単位時間あたりの前記冷却液の流量および単位時間あたりの前記ファンによって吹き付けられた外気の風量、前記冷却ユニットの冷却能力の少なくとも１つと、大きさが相違する複数の閾値とを比較する比較手段を設けたことを特徴とするＸ線装置。
3. Ｘ線を放出する陽極ターゲットおよび電子ビーム放射源のフィラメントを有する陰極構体を真空外囲器内に配置したＸ線管と、前記陽極ターゲットを回転させるための誘導電磁界を発生するコイルと、前記Ｘ線管および前記コイルを収納するハウジングとを具備したＸ線装置において、前記フィラメントに流れるフィラメント電流および前記真空外囲器内部の真空度、前記Ｘ線管が放出するＸ線線量、前記Ｘ線管が発生する振動の大きさの少なくとも１つを検知する検知手段を設けたことを特徴とするＸ線装置。
4. 検出手段で検知されたフィラメント電流および真空度、Ｘ線線量、振動の大きさの少なくとも１つと、大きさが相違する複数の閾値とを比較する比較手段を設けた請求項３記載のＸ線装置。
5. 比較手段での比較結果を表示する表示手段を設けた請求項２または請求項４記載のＸ線装置。

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