JP2006294450A - Ｘ線装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 過大な安全係数をもたせずにＸ線管にオーバーロードプロテクトをかけること。
【解決手段】 Ｘ線管１の温度を測定する温度センサ５と、Ｘ線管に設定される管電圧と管電流およびＸ線の曝射時間に基づき、Ｘ線管の温度上昇値を予測演算する演算器６と、この演算器で予測された温度上昇値と温度センサで測定される現在のＸ線管温度との和が、Ｘ線管の使用限界温度を越えないように、Ｘ線管のＸ線曝射休止時間を制御するＸ線制御装置７とを具備した。
これにより、Ｘ線管が限界温度に達するか否かを、実際に稼動中のＸ線管の温度と、Ｘ線の曝射条件に基づき演算した温度上昇値とから判定するので、過大な安全係数を加味せずに、Ｘ線管の実力ぎりぎりまで稼動させることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えばＸ線撮影装置やＸ線ＣＴ装置などの医療用や工業用として用いられるＸ線装置に係り、そこに備えられているＸ線管の保有する能力を最大限に発揮できるようにＸ線曝射を制御するようにしたＸ線装置に関する。

Ｘ線装置は、そこに備えられているＸ線管から曝射されるＸ線を被検体へ照射することによって、透過像を得たりＸ線の吸収データを得たりしている。例えばＸ線ＣＴ装置では、回転陽極型Ｘ線管が一般に使用されているが、この回転陽極型Ｘ線管は、高速回転させている陽極の表面ターゲットへ陰極から放出する電子ビームを当てることによって、Ｘ線を曝射させるものである。このとき、陽極の表面ターゲットは極めて高温となり、その熱がＸ線管全体に伝わり蓄積されることになる。また、Ｘ線の曝射時間が長くなる程発熱量も多くなり、それがＸ線管の陽極材料の蒸発や溶融さらには変形をもたらし、或いは接合部を損傷させることにもなる。

そこで、Ｘ線管を保護するために、Ｘ線管を絶縁油の充填された容器に封入しておき、この絶縁油を冷却器へ循環させることによってＸ線管を常時冷却するようにしている。さらに、Ｘ線管を過負荷状態で使用し続けるのを防止するために、オーバーロードプロテクトが施されている。このオーバーロードプロテクトは、Ｘ線の曝射条件（管電圧、管電流、Ｘ線曝射時間）および曝射休止時間とから、加熱量と冷却量を計算することによって、加熱量がＸ線管の許容範囲を越えないようにするものである。すなわち、あるシーケンスに従ってＸ線の曝射と休止を継続しているときに、次の曝射に入ると加熱量が許容範囲を越えると予測されるときには、自動的に加熱量が許容範囲を越えなくなるまで休止時間を長くとるようにしている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１０−３３５０９２号公報

ところで、従来のオーバーロードプロテクトの計算では、管電圧、管電流、Ｘ線曝射時間による加熱量や周囲温度による冷却量などの誤差を考慮して、プロテクトを実際のＸ線管が備えている実力の８割程度でかけている。例えば、加熱量を１０％増しで計算しておき、さらに限界熱量を実際の９０％で計算するようにしていた。これにより、実際のＸ線管の実力ではＸ線の曝射が可能なときでも、オーバーロードになると判断してプロテクトがかかってしまい、Ｘ線を曝射できず余計な休止時間（待ち時間）が発生することになっていた。そのため、撮影時間が長引いて診断が遅れる原因ともなっていた。

また、オーバーロードプロテクトの計算は、あくまでもコンピュータで予測計算したものであり、実際のＸ線管が発生する熱量を測定したものではないので、いろいろな環境条件（例えば、室温、途中で電源を遮断したことによる冷却ファンの停止など。）の変化に伴い、実際の発熱量とずれが生じてくることになっていた。この場合も、実際のＸ線管の実力ではＸ線曝射が可能なのにプロテクトがかかって曝射できなかったり、逆に、実際のＸ線管の実力ではＸ線曝射ができない状態であるにも拘わらずＸ線を曝射させてしまってＸ線管を壊す要因になったりもしていた。

さらに、最近のＸ線ＣＴ装置で被曝低減のために行われる、Ｘ線曝射中に管電流を変化させるいわゆる管電流変動曝射の場合には、そのときの最大管電流値を用いてオーバーロードプロテクトの計算をしている。例えば、管電流を１００ｍＡから５００ｍＡまで変化させて１０秒間Ｘ線を曝射させる管電流変動曝射の手法を実施するような場合、１０秒間の曝射時間の内９秒は管電流を１００ｍＡとし、残り１秒だけを５００ｍＡの管電流にするとしても、オーバーロードプロテクトの計算では、計算を単純化するために、５００ｍＡの管電流で１０秒間Ｘ線を曝射するものとして計算しているため、マージンを多く取り過ぎる結果となっている。なお、この不都合を解消するために、実際の管電流値と曝射時間の組み合せを逐一オーバーロードプロテクトの計算に反映させようとすると、計算量が膨大になってコンピュータへの負担が大きくなるため、実用上無理が生ずることになる。

従って、従来はＸ線管が備えている実力よりもかなり低いレベルでしか使用できなかった。

本発明はこのような事情から、Ｘ線管が備えている実力を十分発揮する状態での稼動を可能にしたオーバーロードプロテクトをかけることを目的としてなされたものである。

上述の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、Ｘ線管の温度を測定する温度測定手段と、前記Ｘ線管の使用限界温度を越えないように、前記Ｘ線管のＸ線曝射休止時間を制御するＸ線曝射制御手段と、前記Ｘ線管に設定されるＸ線の曝射時間に基づき、当該Ｘ線管の温度上昇値を予測演算するＸ線管温度演算手段とを備え、前記Ｘ線曝射制御手段は、前記Ｘ線管温度演算手段で予測された温度上昇値と前記温度測定手段による現在のＸ線管温度とに基づいて、当該Ｘ線管の使用限界温度を越えないように、前記Ｘ線管のＸ線曝射休止時間を制御することを特徴とするＸ線装置である。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のＸ線装置において、前記Ｘ線曝射制御手段は、前記Ｘ線管温度演算手段で予測された温度上昇値と前記温度測定手段による現在のＸ線管温度との和が、当該Ｘ線管の使用限界温度を越えないように、前記Ｘ線管のＸ線曝射休止時間を制御することを特徴とする。

さらに、請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２のいずれか１項に記載のＸ線装置において、前記温度測定手段によって測定するＸ線管の温度は、Ｘ線管の表面温度またはＸ線管を収納しているハウジングの表面温度もしくは前記ハウジングに充填されている絶縁油の温度のうちいずれか１または２以上であることを特徴とする。

上記課題を解決するための手段の項にも示したとおり、本発明の特許請求の範囲に記載する各請求項の発明によれば、次のような効果を奏する。

請求項１に記載の発明によれば、Ｘ線管が限界温度に達するか否かを、実際に稼動中のＸ線管の温度を測定するとともに、Ｘ線の曝射条件に基づく温度上昇値を演算することによって判定するので、過大な安全計数を取り入れることなく、Ｘ線管の持っている実力をぎりぎりまで存分に発揮させた状態で稼動させることができる。

請求項２に記載の発明によれば、Ｘ線管が限界温度に達するか否かを、実際に測定した稼動中のＸ線管の温度と、Ｘ線の曝射条件に基づき予測した温度上昇値との和によって判定するので、過大な安全計数を取り入れることなく、Ｘ線管の持っている実力を限界ぎりぎりまで存分に発揮させた状態で稼動させることが可能となる。

請求項３に記載の発明によれば、Ｘ線管の温度として、Ｘ線管自体の表面温度、
Ｘ線管を収納しているハウジングの温度、さらにハウジングに充填されている絶縁油の温度などの内、測定のし易い測定手段を選択することができるので、計測の自由度が広がり発明の実施を容易にすることができる。さらに複数箇所での測定値を使用すればより測定精度を上げることができる。

以下、本発明に係るＸ線装置の一実施例について、図１および図２を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明に係るＸ線装置の一実施例の概略的な構成を示した系統図である。Ｘ線装置の心臓部ともいえるＸ線管１は、絶縁油２の充填されたハウジング３に収納されている。Ｘ線管１は、陽極１ａと陰極１ｂを備えており、この電極１ａ、１ｂは高電圧発生装置４に接続され、管電圧、管電流が供給される。また、ハウジング３の表面に温度センサ５が設けられている。

この温度センサ５はハウジング３の表面温度を測定するものであり、その測定結果は演算器６へ供給される。演算器６はＸ線装置全体の動作を制御するためのＸ線制御装置７の一部を構成するものであるが、ハウジング３の表面温度をＸ線管１の温度とみなして、現在のＸ線管１の温度と、Ｘ線管１に設定される管電圧と管電流およびＸ線の曝射時間（これらをＸ線曝射条件という。）とそのＸ線管に固有の特性とから、Ｘ線管の温度上昇値を予測演算する。

この演算器６で予測されたＸ線管１の温度上昇値とＸ線曝射条件に基づき、Ｘ線制御装置７では、次のＸ線曝射ができるか否かを判断する。また、Ｘ線制御装置７は、高電圧発生装置４へ制御信号を供給して、管電流、管電圧を設定したり、Ｘ線の曝射時間や曝射休止時間などを設定したりする。

なお、ハウジング３はオイルクーラ８との間に閉回路を形成する管路９で結合されており、絶縁油２をオイルクーラ４に循環させて冷却させることによって、Ｘ線管１が発生する熱を除去するようにしている。

次に、このように構成された本発明に係るＸ線装置の動作について説明する。

Ｘ線管１の使用限界温度Ｔｍａｘは個々のＸ線管の特性から決められており、現在のＸ線管温度Ｔｎｏｗを温度センサ５で実測することにより、使用限界温度Ｔｍａｘと現在温度Ｔｎｏｗとの差から、余裕温度△Ｔが（１）式のように求められる。

△Ｔ＝Ｔｍａｘ−Ｔｎｏｗ ・・・ （１）
また、Ｘ線管を動作させることによって生ずるＸ線管の上昇温度△Ｔ`は、加熱量ＨＵに係数ｋを乗じて求められ、数式で示すと（２）式のようになる。

△Ｔ`＝ＨＵ＊ｋ ・・・ （２）
ここで従来の加熱量ＨＵの計算では、管電圧、管電流、曝射時間、換算係数、安全係数の積として求めており、安全係数は経験的に１を超える数値としていたが、本発明では、安全係数を１．０とする。従って加熱量ＨＵは（３）式のとおりとなる。

ＨＵ＝管電圧＊管電流＊曝射時間＊換算係数 ・・・ （３）
ここで、（２）式と（３）式とから、Ｘ線管の上昇温度△Ｔ`は（４）式のとおり
△Ｔ`＝管電圧＊管電流＊曝射時間＊換算係数＊ｋ ・・・ （４）
として求められる。

よって、実測値を基に算出される余裕温度△Ｔに対して予測されるＸ線管の上昇温度△Ｔ`を比較することによって、次のＸ線曝射が可能か否かが明瞭になり、かつＸ線管の冷却特性から、次にＸ線の曝射を可能にするまでの休止時間（待ち時間）も明らかとなる。

図２は、この様子を説明するために示したものであり、縦軸をＸ線管の温度、横軸を時間として、Ｘ線管の使用限界温度Ｔｍａｘを越えないように曝射と休止を交互に繰り返すように制御する様子を示している。

すなわち、時刻ｔ１で最初の曝射を開始し、時刻ｔ２で曝射を停止する。その間Ｘ線管の温度はＴ１まで上昇するが休止時間中に温度はＴ２まで低下する。次に時刻ｔ３で再度曝射を開始し、時刻ｔ４で曝射を停止する。そして、時刻ｔ５で３度目の曝射を開始しようとしたときに、このときのＸ線管の温度Ｔ３が使用限界温度Ｔｍａｘよりも低い温度であっても、演算器６での予測演算の結果が所定時間Ｘ線を曝射することによってその温度が、図中に二重丸印で示すように、使用限界温度Ｔｍａｘを超える温度になるということであれば、Ｘ線制御装置７はＸ線の曝射を阻止して休止時間を継続させる。

そして、温度センサ５から得られる現在温度Ｔｎｏｗが、Ｘ線曝射によって使用限界温度Ｔｍａｘを越えない温度Ｔ４まで低下したときに、次の曝射が許可される。このときの時間がｔ６である。同様に、次の曝射も使用限界温度Ｔｍａｘを超えない温度になる時間ｔ８まで休止時間がとられ、その後Ｘ線の曝射が可能になる。

以上詳述したように本発明によれば、Ｘ線管が使用限界温度に達するか否かを、実際に稼動中のＸ線管の温度を測定するとともに、Ｘ線の曝射条件に基づく温度上昇値を演算することによって判定するので、従来のような安全計数を大きくとって加熱量を予測して、折角持っているＸ線管の実力よりも大幅に低い状態でＸ線管を動作させる必要はなく、Ｘ線管の持っている実力をぎりぎりまで存分に発揮させた状態で稼動させることができる。

なお、本発明は上述の実施例に限定されることなく、要旨を逸脱しない範囲において、種々の態様で実施することが可能である。例えば、温度センサ５は、ハウジング３の表面温度を測定することに限らず、Ｘ線管１の表面に取りつけて、Ｘ線管自体の表面温度を測定するようにしても良い。また、絶縁油２の温度を測定するようにしてもよい。そして、これらのうちいずれか１ヶ所の温度をＸ線管１の温度とするか、２ヶ所或いは３ヶ所の温度の最大値または平均値をＸ線管１の温度としてもよい。

本発明に係るＸ線装置の一実施例の概略的な構成を示した系統図である。 本発明に係るＸ線装置の動作を説明するために示した特性図である。

符号の説明

１ Ｘ線管
２ 絶縁油
３ ハウジング
４ 高電圧発生装置
５ 温度センサ
６ 演算器
７ Ｘ線制御装置
８ オイルクーラ

Claims (3)

1. Ｘ線管の温度を測定する温度測定手段と、
   前記Ｘ線管の使用限界温度を越えないように、前記Ｘ線管のＸ線曝射休止時間を制御するＸ線曝射制御手段と、
   前記Ｘ線管に設定されるＸ線の曝射時間に基づき、当該Ｘ線管の温度上昇値を予測演算するＸ線管温度演算手段とを備え、
   前記Ｘ線曝射制御手段は、前記Ｘ線管温度演算手段で予測された温度上昇値と前記温度測定手段による現在のＸ線管温度とに基づいて、当該Ｘ線管の使用限界温度を越えないように、前記Ｘ線管のＸ線曝射休止時間を制御することを特徴とするＸ線装置。
2. 前記Ｘ線曝射制御手段は、前記Ｘ線管温度演算手段で予測された温度上昇値と前記温度測定手段による現在のＸ線管温度との和が、当該Ｘ線管の使用限界温度を越えないように、前記Ｘ線管のＸ線曝射休止時間を制御することを特徴とする請求項１に記載のＸ線装置。
3. 前記温度測定手段によって測定するＸ線管の温度は、Ｘ線管の表面温度またはＸ線管を収納しているハウジングの表面温度もしくは前記ハウジングに充填されている絶縁油の温度のうちいずれか１または２以上であることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか１項に記載のＸ線装置。

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