JP2007061634A - コンピュータ断層撮影装置のガントリ - Google Patents

Abstract

【課題】効率的な冷却システムと同時に高い安定性とを有する、コンピュータ断層撮影装置のガントリを提供する。
【解決手段】回転可能な回転台を支承するための支持体（４）および支持リング（６）を含み、支持リング（６）は回転台に冷却材（Ｋ）を供給するための冷却通路（２２）を有しているコンピュータ断層撮影装置のガントリ（２）において、冷却通路（２２）は周囲方向に変化する横断面を有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転可能な回転台を支承するための支持体および支持リングを含み、支持リングと支持体は回転する回転台に冷却材を供給するための冷却通路を有している、コンピュータ断層撮影装置のガントリに関する。

コンピュータ断層撮影装置ではＸ線撮影法を利用して患者の体内の三次元断層画像が生成される。そのために、通常は撮影対象の回りを回転するＸ線放射器と、画像撮影システムとを有する走査ユニットにより、二次元のＸ線断層画像が生成され、これらの画像から三次元の断層画像が再構成される。コンピュータ断層撮影装置は、通常、患者撮影空間の周囲に配置された支持リングと、支持リングのための支持体とから構成される可動でない部品を含んでいる。支持リングには、Ｘ線放射器とこれに向かい合うＸ線検出器とを含む回転可能な回転台が支承されている。回転台と可動でない部分とをあわせて通常ガントリと呼ばれている。

このようなコンピュータ断層撮影装置における問題は、特に、Ｘ線放射器およびＸ線検出器内で発生する熱の排出である。というのは、Ｘ線を生成するために利用されたエネルギーの９９％は熱に変換されるからである。例えば送風機を用いた局所的な空気冷却は、コンピュータ断層撮影装置では利用可能でないかもしくは限定的にしか利用可能でない。剛直または柔軟な冷却材配管を用いて気体または液体の冷却材を供給および排出すること、特に、回転台の必要な回転運動性を妨げない配管は具体化可能ではなく、もしくは高いコストをかけなければ具体化可能でない。

このような種類のコンピュータ断層撮影装置において従来利用されている冷却システムは、多くの場合、支持リングの内部に組み込まれた複数の熱交換器から構成されている。回転するＸ線放射器に発生する熱をできるだけ効率的に回転台の内部から排出するために、従来、一緒に回転する熱交換器がＸ線放射器のすぐ近傍に取付けられている。この第１の熱交換器は熱を周囲の空気に放出する。暖められた空気は、例えば空気から取出された熱を支持リング外部の冷却システムに排出する第２の熱交換器によって冷やされる。

例えば特許文献１は、第２の熱交換器がＸ線放射器に対して相対的に定置に配置されたコンピュータ断層撮影装置を記載している。作動中に取出された熱は、第２の熱交換器内に配置された冷却材配管を通って、支持リングの外部にある冷却システムへ排出される。この場合、多数の精密な機械要素および電気要素が必要になり、これらの要素はその機能に基づいて磨耗しやすい傾向があり、相応に保守点検しなければならないという欠点があることが判明している。さらに別の欠点は、必要な熱交換器のサイズに基づいて、ガントリを相応に大型に構成せざるをえないことである。

複数の熱交換器を使用するのではない、本件明細書の冒頭で述べたコンピュータ断層撮影装置のガントリの代替的な実施例が特許文献２に示されている。この文献に記載されたコンピュータ断層撮影装置は、中空形材として構成され支持リングが取付けられた支持架台を有している。支持架台の内部に形成される中空通路が、冷却材の供給および排出の役目を果たす。

問題は特にコンピュータ断層撮影装置の安定性である。というのは、支持リングは、２本の垂直方向の支柱と、一連の空洞を備えるベースプレートとを含むスタンド脚にしか支えられていないからである。
独国特許出願公開第１９９４５４１３号明細書 国際公開第２００５／０４８８４３号パンフレット

本発明の課題は、効率的な冷却システムと同時に高い安定性とを有する、コンピュータ断層撮影装置のガントリを提供することである。本発明の別の課題は、このようなガントリを備えるコンピュータ断層撮影装置を提供することである。

コンピュータ断層撮影装置のガントリに関する課題は、本発明によれば請求項１の構成要件によって解決される。請求項１によれば、冷却材を供給するための冷却通路は周囲方向に変化する横断面を有している。

このような構成は、構成的に簡素でかつ高いコストのかからないガントリ冷却の具体化をもたらす。冷却材は、コンピュータ断層撮影装置の作動時に、冷却目的のために支持リングの冷却通路へ連続的に供給される。そこから冷却材は、冷却されるべき装置や部材があり冷却通路に隣接する空間内へ流入する。冷却通路は、特に支持リングの周囲面全体にわたって延び、それにより、コンピュータ断層撮影装置の回転部材をその環状軌道のどの点でもきわめて的確かつ効率的に冷却することができる。

冷却通路の変化する横断面は、適切に、支持リングの剛性を高めそれによってガントリ全体の安定性を高めるために利用することができる、冷却通路に隣接する自由空間が得られるようにする。さらに別の重要な利点は、変化する横断面を、冷却通路内で減少していく冷却材の量に合わせることができるので、均等な流れが保証されるとともに、渦流の生成が回避される点にある。この実施態様の３番目の利点は、支持リング内に熱交換器を組み込まなくてよい点にある。とはいえ、冷却材による冷却の補足として、熱交換器が追加的に設けられていてもよい。ただしその場合でも、熱交換器は比較的低い追加的な冷却パワーをもつように構成されているだけでよい。さらに、支持リングの内部に組み込まれた部品は構成的にきわめて簡素であり、それらの製造コストが安いので、設備全体の保守整備コストが低く抑えられる。

１つの有利な実施態様では、冷却通路は最大横断面と最小横断面を有し、これらの横断面はほぼ直径上で向かい合っている。この実施態様は、冷却通路内の圧力損失が最低限に抑えられるように、冷却材の流れ方向に合わせることができる。

別の有利な実施態様では、冷却リングはその最大断面積の領域に冷却材の供給口を有している。冷却材は、最大横断面からこれと直径上で向かい合う最小横断面へ流れ、冷却材の一部は冷却目的のために途中で冷却通路から出ていく。それにより、流れ方向に減少していく冷却リングの横断面を、簡単な構成的手段により、減少していく冷却材量に合わせることができる。

さらに、最大横断面と最小横断面との間の移行は連続的であると好ましい。それにより、冷却通路内での格別に良好な冷却材配分が保証される。最大横断面と最小横断面との間が連続的に移行していると、渦流や剥離が生じる危険が明らかに低減され、冷却通路のどの点でも均等な流れを設定することができる。このようにして圧力損失が減るばかりでなく、発生する流動音も減る。

支持リングの半径方向内側の周囲面に、冷却通路を有し周囲方向に一定の横断面をもつ冷却リングが配置されると好都合である。つまり、冷却通路は冷却リングの一部である。この実施態様は、剛性の低さという問題に対して、構成的にきわめて簡素な解決策を提供する。すなわち、冷却通路の横断面が減少するにつれて、補強リブのために利用することができる自由空間が冷却リングの中に得られる。

冷却通路の最大横断面は半径方向に実質的に冷却リング全体にわたって延びていると好ましい。それにより、最大横断面の領域で格別に広い空間を利用することができるので、多量の冷却材を供給可能であるとともに、格別に効率的な冷却が保証される。

ガントリの安定性を高めるために、周囲方向に見て最大横断面と最小横断面との間で冷却通路の外に位置決めされた冷却リング領域に、補強リブが取付けられていると好ましい。コンピュータ断層撮影装置の回転台の動作回転数では、その振動挙動は、第１の固有モードとこれに付属する第１の固有振動数によって強く特徴づけられる。冷却通路の横断面減少によって空いた冷却リング領域に補強リブを取付けることは、第１の固有周波数を高め、それによってガントリの剛性を高める。

冷却リングは支持リングよりも短い軸線方向長さを有していると好ましい。このような実施態様により、冷却リングの隣に空いたスペースが設けられるので、回転台とともに回転する冷却されるべき部材にとって十分な自由空間が支持リング全体に沿って保証される。

冷却通路の少なくとも１つの側面は、軸線方向に接する冷却室内へ冷却材を供給するための通過口を備えていると好ましい。この冷却室は支持リングと回転台とによって区切られている。冷却材はこの通過口を通って冷却通路から漏出し、冷却室内に収納されている回転部材に、その環状軌道のあらゆる点で軸線方向から当たる。このとき、冷却通路内で減少していく冷却材量は、流れ方向に減少していく冷却通路の横断面によって補償されるので、冷却材の一部が段階的に冷却通路から漏出した後でも、冷却通路内の流れは依然として均等に保たれる。

１つの有利な実施態様では、冷却リングは支持リングの内部で軸線方向の中央に位置決めされ、両側に冷却室が並んでいる。それにより、冷却通路から流出する冷却材は冷却リングの周りに均等に配分され、冷却リングの両側にある部材が統一的に冷却されるように作用する。このとき、冷却材は冷却されるべき部材の内部または周囲を的確に流れる。

冷却室は、冷却材を支持リング内へ運び出すために、半径方向に外側を向いた排出口を含んでいると好ましい。この排出口は冷却室の外側の周囲面全体にわたって延び、冷却材を冷却室から半径方向へ運び出す。最終的、冷却材は支持リングに流体的に接続されている支持体の内部に到達する。このような構成は、高い冷却効率で、構造が非常に簡素であるという特徴がある。

有利な実施態様では、支持体および支持リングは冷却材循環路の構成要素をなしている。この場合、冷却材はガントリの中で循環し、つまり支持体の内部に保たれるので、検査空間との間の交換は行われないかもしくはごくわずかしか行われない。このような実施態様は、特に、消毒された環境が必要な場合に好ましい。

格別に有利な実施態様では、冷却材を圧縮するための圧縮機が設けられる。この実施態様の大きな利点は、圧縮機がわずかなスペースしか必要とせず、支持体のすぐ近傍に取付けるかまたは支持体の内部に組み込むことができることである。圧縮機の後で、冷却材は最大横断面の領域で冷却通路内に直接供給される。それにより、コンパクトで格別に有効な冷却システムが得られる。

熱交換器によって冷却材の熱力学的作用がさらに強められると好ましい。熱交換器は圧縮機に隣接して配置されると好ましく、例えば単純な水冷部のような流体冷却部に接続されていてよい。

さらに、冷却材を圧縮前に特に周囲温度以下に冷やすために、熱交換器は圧縮機の前に接続されていると好ましい。冷却システムのコンパクトさが引き続き失われないように、圧縮機の前に接続された熱交換器は同じく支持体のすぐ近傍に取付けるかまたは支持体そのものに取付けられていると好ましい。

流れを案内するための誘導板が冷却通路内に設けられていると好都合である。それにより、冷却通路内で冷却材の所望の流れ方向がサポートされるので、均等な冷却材配分が実現される。誘導板は特に供給口の領域に配置され、供給された冷却材を冷却リングの２つの半円弧内へ導入する。誘導板は、剛性の向上が実現されるように構成され、冷却通路内の適当な位置に固定されると好都合である。従って、誘導板は全体としてガントリの剛性をいっそう改善するのにも役立つ。

冷却材として空気が利用されると好ましい。空気による冷却は格別に低コストかつ効率的である。この場合、検査空間の周囲空気を使用することができ、または代替案として、もしくは周囲空気との組み合わせで、多くの病院ですでに存在している圧縮空気配管にガントリを接続することができる。周囲空気を使用する場合、ガントリ内の部品が汚れるのを防ぐために、埃やその他の粒子をろ過する少なくとも１つのフィルタがガントリ内に取付けられていると好ましい。さらに、錆びる危険があるガントリの部材やその内部にある装置が有害な影響を受けず、また凝縮が生じないように、冷却空気は支持リング内へ入る前に除湿されると好都合である。

コンピュータ断層撮影装置に関する課題は、本発明によれば、上記の実施態様のいずれか１つに基づくガントリを備えたコンピュータ断層撮影装置によって解決される。

上記以外の利点や構成要件は、図面を参照しながら行う実施例の以下の説明から明らかである。図は模式的であり簡略化されている。

各図では、互いに対応する部品には必ず同じ符号が付されている。

図１は、ガントリ２の一部の斜視図を示している。このガントリ２は、空洞を有する支持体４と、支持リング６の下側半分とを含んでいる。支持体４と支持リング６は互いに流体的に接続され、一体的に構成されている。支持リング６は、その軸線方向を表す軸線Ａの周りに回転対称に配置されている。支持リング６は、その半径方向内側の周囲面に冷却リング８を有している。冷却リング８の両側面１０は、周囲方向に２つの列を形成する通過口１２を備え、各列の通過口１２は互いにほぼ等しい距離だけ離れている。冷却リング８は支持リング６よりも短い軸線方向長さを有し、支持リング６の中心部に位置決めされ、それにより、冷却リングの両側にほぼ等しい広さの２つの周囲面１４が形成されている。両周囲面１４はそれぞれ１列の等間隔な排出口１６を有している。支持体４に接して冷却モジュール１８が取付けられ、この冷却モジュール１８は供給配管２０を介して冷却リング８の冷却通路２２につながれている。冷却モジュール１８と支持体４は流体工学的に互いに接続され、１つの一体物であるとみなすことができ、すなわち、冷却モジュール１８はガントリ２の一部であるとみなすことができる。

このようなガントリ２で構成されるコンピュータ断層撮影装置を完全なものにするために、少なくとも１つのＸ線放射器とこれに向かい合う１つのＸ線検出器とを有する回転可能な回転台が、支持リング６の回りに取付けられる。このとき、回転台は周囲面１４の上方の空間を覆うので、冷却されるべき装置や部材（例えばＸ線放射器やＸ線検出器）を含む２つの冷却室２４が、冷却リング８の両側に形成される。冷却室２４の環状の構成は、回転台が回転するときにＸ線放射器やＸ線検出器が、その回転運動性を妨げられることなく、一緒に回転することを可能にする。

コンピュータ断層撮影装置を冷却するための効率的な冷却システムは、ガントリ２の内部で互いに接続された多数の通路と空洞によって具体化されている。本実施形態では空気である冷却材Ｋは、冷却モジュール１８から供給配管２０を介して高い圧力状態で冷却リング８の冷却通路２２内へ送り込まれる。冷却空気Ｋは冷却通路２２から通過口１２を経由して、冷却されるべき部材がある２つの冷却室２４内へ軸線方向に流入する。Ｘ線放射器の作動時に加熱された部材はその周囲を冷却空気Ｋが流れ、冷却空気Ｋに取込まれた熱は対流によって運び出される。暖められた冷却空気Ｋは半径方向に排出口１６を通って冷却室２４から流れ出て、支持体４の内部にある空洞に到達する。支持体４は冷却モジュール１８に流体的に接続され、冷却空気Ｋは冷却モジュール１８の中にある圧縮機２６（図２参照）によって吸い込まれ、圧縮されて、高い圧力状態で再び冷却通路２２に供給される。このようにして、ガントリ２の中で冷却材循環路が形成される。各図に示す実施例では、冷却材循環路は閉じられている。つまり、ガントリ２の内部では閉じられた空気容積が循環運動し、例えば周囲空気を洗浄するためのフィルタは必要ない。冷却材循環路は閉じられていてもよく、又は開かれていてもよい。開いた循環路の場合、周囲空気が連続的または不連続的に供給される別の開口部が設けられ、また、循環路内の冷却空気Ｋの一部が外に出る開口部も設けられる。

図２には、ガントリ２の半径方向の断面図として、冷却リング８の構造が示されている。冷却リング８は、環状の冷却通路２２と、補強リブ３０を備える冷却リング領域２８とを有している。補強リブ３０は、骨組み構造の形式でリング領域２８を充填している。補強リブ３０は剛性を高める役目をし、それによってガントリ２の固有周波数の増大を引き起こす。冷却通路２２の横断面は周囲方向に変化し、最大横断面３２と、これにほぼ直径上で向かい合う最小横断面３４とを有している。最大横断面３２は半径方向に冷却リング８全体にわたって延び、供給配管が冷却通路２２に連通する領域に位置決めされている。この領域に冷却通路は冷却空気Ｋの供給口３６を有している。冷却通路２２の横断面は最小横断面３４に向かう方向に連続的に減少し、その結果、冷却通路２２の外部の周囲領域に冷却リング領域２８が形成されている。冷却通路２２つまり冷却リング８の側面１０は、側面１０の周囲全体にわたって円形に配置された多数の通過口１２を備えている。さらに冷却通路２２の内部には、冷却空気Ｋの流れ方向をサポートすることによってより冷却空気Ｋの良い配分を可能にする誘導板３８が取付けられている。誘導板３８は金属のほか、それ以外の材料で構成されていてもよい。

冷却材Ｋが最大横断面３２の領域で冷却通路２２内に流れ込むと、この流れは誘導板３８で補助されながら２つの方向へ分かれ、冷却リング８の２つの半円弧を経由して、最小横断面３４に向かう方向へ流れていく。その経路上で冷却空気Ｋの一部は通過口１２を通って冷却通路２２から連続的に流出し、隣接する冷却室内２４に半径方向へ入っていく。冷却通路２２の流れ横断面は、連続的に減少していく横断面により、供給口３６から最小横断面３４のある領域へ減少していく冷却材Ｋの量に合わせられ、それによって均等な流れが保証されている。均等な流れを設定することは、渦流や剥離の危険を低減するとともに、発生する流動音も低減させる。

冷却通路２２から通過口１２を通って冷却室２４内へ流入した後に暖められた冷却空気Ｋは支持体４の空洞に入る。支持体４は冷却モジュール１８につながっており、冷却モジュール１８内にある圧縮機２６が支持体４内の冷却空気Ｋを吸い込む。圧縮機２６の前には、圧縮前に冷却空気Ｋを特に周囲温度以下に冷却する熱交換器４０が接続されている。冷却空気Ｋは圧縮された後に高い圧力状態で供給配管２０および供給口３６を介して再び冷却通路２２に供給され、冷却通路２２で膨張するときに温度が低下する。圧縮機２６よりも以後の冷却空気Ｋは過圧であり、流速が高いので、漏れをできるだけ防ぎ、確実で効率的なコンピュータ断層撮影装置の冷却を保証するために適切な防止策が講じられている。

コンピュータ断層撮影装置のガントリを示す模式的な部分図 図１のガントリの半径方向断面を示す正面図

符号の説明

２ ガントリ
４ 支持体
６ 支持リング
８ 冷却リング
１０ 冷却リングの側面
１２ 通過口
１４ 周囲面
１６ 排出口
１８ 冷却モジュール
２０ 供給配管
２２ 冷却通路

Claims (18)

1. 回転可能な回転台を支承するための支持体（４）および支持リング（６）を含み、支持リング（６）は回転台に冷却材（Ｋ）を供給するための冷却通路（２２）を有しているコンピュータ断層撮影装置のガントリ（２）において、
   冷却通路（２２）は周囲方向に変化する横断面を有していることを特徴とするコンピュータ断層撮影装置のガントリ。
2. 冷却通路（２２）は最大横断面（３２）と最小横断面（３４）を含み、横断面（３２、３４）はほぼ直径上で向かい合っていることを特徴とする請求項１に記載のガントリ。
3. 冷却通路（２２）は最大横断面（３２）の領域に冷却材（Ｋ）の供給口（３６）を有していることを特徴とする請求項２に記載のガントリ。
4. 最大横断面（３２）と最小横断面（３４）との間で横断面が連続的に移行していることを特徴とする請求項２又は３に記載のガントリ。
5. 支持リング（６）の半径方向内側の周囲面に、冷却通路（２２）を有し周囲方向に一定の横断面を持つ冷却リング（８）が配置されていることを特徴とする請求項１乃至４の１つに記載のガントリ。
6. 冷却通路（２２）の最大横断面（３２）は半径方向に実質的に冷却リング（８）全体にわたって延びていることを特徴とする請求項２乃至５の１つに記載のガントリ。
7. 最大横断面（３２）と最小横断面（３４）との間の周囲領域で冷却通路（２２）の外に位置決めされた冷却リング領域（２８）が補強リブ（３０）を含んでいることを特徴とする請求項２乃至６の１つに記載のガントリ。
8. 冷却リング（８）は支持リング（６）よりも短い軸線方向長さを有していることを特徴とする請求項５乃至７の１つに記載のガントリ。
9. 冷却通路（２２）の少なくとも１つの側面（１０）は軸線方向に接する冷却室（２４）内へ冷却材（Ｋ）を供給するための通過口（１２）を備えていることを特徴とする請求項１乃至８の１つに記載のガントリ。
10. 冷却リング（８）は支持リング（６）の内部で軸線方向の中央に位置決めされ、両側に冷却室（２４）が並んでいることを特徴とする請求項９に記載のガントリ。
11. 冷却室（２４）は冷却材（Ｋ）を支持リング（６）内へ運び出すために半径方向に外側を向いた排出口（１６）を含んでいることを特徴とする請求項９又は１０に記載のガントリ。
12. 支持体（４）と支持リング（６）とは冷却材循環路の構成要素をなしていることを特徴とする請求項１乃至１１の１つに記載のガントリ。
13. 冷却材（Ｋ）を圧縮するための圧縮機（２６）が設けられていることを特徴とする請求項１乃至１２の１つに記載のガントリ。
14. 熱交換器（４０）が設けられていることを特徴とする請求項１乃至１３の１つに記載のガントリ。
15. 熱交換器（４０）は圧縮機（２６）の前に接続されていることを特徴とする請求項１３又は１４に記載のガントリ（２）。
16. 流れを案内するための誘導板（３８）が冷却通路（２２）内に設けられていることを特徴とする請求項１乃至１５の１つに記載のガントリ。
17. 冷却材（Ｋ）として空気が用いられていることを特徴とする請求項１乃至１６の１つに記載のガントリ。
18. 請求項１乃至１７の１つに記載のガントリ（２）を備えていることを特徴とするコンピュータ断層撮影装置。

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