JP2011143063A - Ｘ線コンピュータ断層撮影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却機能を改善したＸ線コンピュータ断層撮影装置を提供する。
【解決手段】Ｘ線コンピュータ断層撮影装置は、略密閉構造を有する架台固定部２に回転自在に支持される架台回転部３と、架台回転部３に設けられるＸ線管４と、架台回転部３に設けられＸ線管４を冷却するためのＸ線管クーラ５と、被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器６と、架台ハウジングの内側であって架台回転部３の静止時のＸ線管クーラ５の排気口と対峙する位置に固定される熱交換器ユニット１０と、熱交換器ユニット１０に接続され熱交換により発生させた冷気を架台回転部３の静止時のＸ線検出器６の近傍に噴出させるための第１ダクト１５と、熱交換器ユニット１０に接続されその冷気を架台回転部３の静止時のＸ線管４の近傍に噴出させるための第２ダクト２０とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、Ｘ線照射によって被検体のＸ線断層像を得るＸ線コンピュータ断層撮影装置（ＣＴ（Computer Tomography））に係り、特にＸ線管およびＸ線検出器を有する架台内部の冷却技術に関する。

Ｘ線コンピュータ断層撮影装置は大量の熱を発生する。特にＸ線を発生するＸ線管からの発熱が大きく、何らかの対策を講じる必要がある。例えば特許文献１に、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置における発熱対策技術が開示される。
図５に示すように従来の液体冷却型ＣＴ架台では、Ｘ線管４を冷却するＸ線管クーラ５（オイルクーラ）からの排気を冷却するための熱交換器ユニット１０が架台固定部２の上部に配置される。またＤＡＳ／検出器６を冷却するため、熱交換器ユニット１０からの冷気を検出器６まで導くダクト構造を備えるものもある。

しかしながらＸ線管４と検出器６とは架台回転部３の両端に位置するので、ダクト１５が長くなりがちである。ダクトが長いと熱交換器ユニット１０に取り付けられたファンの風が検出器６に届くまでに風量が低下してしまい、架台内部を効率的に冷却できないおそれがある。ダクト１５の形状が複雑であったり断面積が狭かったりすると、冷却効率はさらに低下する。

ＣＴ架台内の発熱のほとんどはＸ線のばく射により発生するが、Ｘ線ばく射時は架台回転部３が回転している。つまり架台回転中に増大する熱の処理が問題になるが、架台回転中は検出器６の位置が常に変化するのでダクト１５からの冷気を検出器６に直接当てることが難しく、冷却効率が低下する。逆に、夜間など架台が停止したままの状態（待機状態）が続くと検出器６は冷気に曝されたままになり、必要以上に冷えすぎることもある。この状態から撮影が開始されると検出器６の温度が低すぎ、データの取得に適さない。いずれにせよ検出器６の温度が高すぎても低すぎても異常画像が生じる懸念があるので対策が求められている。

特開２００９−２６８８３０号公報

この発明の目的は、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置の冷却機能を改善することにある。

上記目的を達成するためにこの発明の一態様によれば、略密閉構造を有する架台ハウジング内部に回転自在に支持される回転体と、前記回転体に設けられるＸ線管と、前記回転体に設けられ、前記Ｘ線管を冷却するための冷媒およびクーラと、被検体を透過した前記Ｘ線を検出する、前記回転体に設けられるＸ線検出器と、前記架台ハウジングの内側であって、前記回転体の静止時の前記クーラの排気口と対峙する位置に固定されるラジエータと、前記ラジエータに接続され前記ラジエータでの熱交換により発生させた冷気を前記回転体の静止時の前記Ｘ線検出器の近傍に噴出させるための第１の通風経路と、前記ラジエータに接続され前記ラジエータでの熱交換により発生させた冷気を前記回転体の静止時の前記ラジエータの近傍に噴出させるための第２の通風経路と、を具備することを特徴とするＸ線コンピュータ断層撮影装置が提供される。

この発明によれば、冷却機能を改善したＸ線コンピュータ断層撮影装置を提供することができる。

この発明に関わるＸ線コンピュータ断層撮影装置の第１の実施形態を示す図。 図１のＸ線コンピュータ断層撮影装置における第１バルブ１６、第２バルブ２１の開閉手順を示すフローチャート。 この発明に関わるＸ線コンピュータ断層撮影装置の第２の実施形態を示す図。 Ｘ線コンピュータ断層撮影装置のスキャノ撮影時における架台回転部３の位置の例を示す図。 既存のＸ線コンピュータ断層撮影装置の一例を示す図。

以下、図面を参照してこの発明の実施の形態につき説明する。まず、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置の基本的な構成について説明する。
［第１の実施形態］
図１は、この発明に関わるＸ線コンピュータ断層撮影装置の第１の実施形態を示す図である。図１（ａ）は内部構成を透過的に示す正面図であり、図１（ｂ）は横断面図である。図１に示す装置の主要部は、Ｘ線を発生するＸ線管４と、Ｘ線管４に対して回転軸ＲＡを挟んで対向する検出器６である。Ｘ線管４は高圧発生装置から管電圧の印加及びフィラメント電流の供給を受け、Ｘ線を発生する。Ｘ線管４は、回転軸ＲＡを中心に回転自在に支持される架台回転部３に、検出器６とともに搭載される。架台回転部３は架台回転駆動部（図示せず）により、回転軸ＲＡを中心に回転駆動される。

検出器６は、Ｘ線管４から照射されたのち被検体を透過したＸ線を検出する。検出器６は回転軸ＲＡを中心とする円筒形状の撮影領域を有し、この撮影領域内に被検体が設置される。検出器６はマルチスライス型または２次元アレイ型のＸ線検出器である。すなわち検出器６は回転軸ＲＡに沿って並列される複数のＸ線検出素子列を有する。各Ｘ線検出素子列は、回転軸ＲＡに直交する方向にそって一列に配列される複数のＸ線検出素子を有する。検出器６の出力はチャネルごとにデータ収集回路（ＤＡＳ：Data Acquisition System）で収集され、処理される。

次に架台の構造について説明する。架台は、架台チルト部カバー１、架台固定部２および架台回転部３を備えて構成される。架台チルト部カバー１は、外部に対して略密閉構造を有する。架台チルト部カバー１は、その内部に、Ｘ線管４、Ｘ線管クーラ５、検出器６等を収容する。Ｘ線管クーラ５はＸ線管４及び検出器６とともに、略円筒形状の架台回転部３の内側に取り付けられる。架台チルト部カバー１の内側には熱交換器ユニット１０が固定される。

熱交換器ユニット１０は、熱交換器（ラジエータ）と、熱交換器の空気通流を強制するファンを備える。熱交換器ユニット１０は第１ダクト１５に接続される。熱交換器ユニット１０からの冷気は第１ダクト１５を介して架台回転部３の下方に導かれ、その外壁に開けられる開口部を通って架台回転部３の内部に噴出して検出器６をその前面から冷却する。

Ｘ線管クーラ５は、その空気通流の方向が架台回転部３の半径方向に一致するように設けられる。同様に熱交換器も、その空気通流の方向が架台回転部３の半径方向に一致するように設けられる。ここで、架台回転部３は一定の位置、典型的にはＸ線管４が頂上に位置する位置で常に静止（停止）するようにその回転駆動系が制御される。この架台回転部３の静止時において、Ｘ線管クーラ５に対して熱交換器ユニット１０は、架台回転部３の外周に開けられる開口部を介して近接し且つ空気通流の方向に対峙するように設けられる。これにより、Ｘ線管クーラ５の排気が直接的に熱交換器ユニット１０に吸気される。

ところで、図１のＸ線コンピュータ断層撮影装置は、熱交換器ユニット１０に接続される第２ダクト２０を備える。第２ダクト２０の長さは第１ダクト１５の長さよりも短い。また第２ダクト２０の断面積は第１ダクト１５の断面積よりも広い。好ましくは第２ダクト２０の断面積を、ファンの吹き出し口の面積の合計と同等以上にすると、より高い効果を得ることができる。

第２ダクト２０は熱交換器ユニット１０からの冷気８をその直近（すなわち架台固定部２の上部）に吹き出す。熱交換器ユニット１０からの冷気８は第１ダクト１５、第２ダクト２０のいずれにも導かれるようになっているが、この実施形態では各ダクト１５，２０の冷気８の流量を調整可能とすべく、２つのバルブ（第１バルブ１６、第２バルブ２１）を設ける。

第１バルブ１６は第１ダクト１５と熱交換器ユニット１０との接続部に設けられ、この接続部を開閉して第１ダクト１５における冷気の流量を調節する。すなわち第１バルブ１６の開閉により架台固定部２の下部に噴出する冷気９の流量が調節される。第２バルブ２１は第２ダクト２０と熱交換器ユニット１０との接続部に設けられ、この接続部を開閉して第２ダクト２０における冷気の流量を調節する。すなわち第２バルブ２０の開閉により架台固定部２の上部に噴出する冷気８の流量が調節される。

なお各バルブ１６，２１としては例えば電動弁などの機構を用いることができるが、それに限られるものではない。また各バルブ１６，２１の状態は開から閉へ、閉から開へと連続的に可変可能であり、例えば５０％開などといった中間的な状態も取りうる。

図２は、上記構成における各バルブ１６，２１の開閉手順を示すフローチャートである。各バルブ１６，２１は例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）などの制御部のもとで個別に開閉される。処理が開始されると、架台回転部３が停止している状態（ステップＳ１）では第１バルブ１６を開とし、第２バルブ２１を閉とする（ステップＳ２）。これにより第１ダクト１５の入り口が開き、第２ダクト２０の入り口が閉じる。よって熱交換器ユニット１０の冷気は第１ダクト１５を通して架台下方へ送風され、検出器６を効率的に冷却することが可能となる。

次に、Ｘ線ばく射のために架台回転部３が回転を開始すると（ステップＳ３）、第１バルブ１６を閉とし、第２バルブ２１を開とする（ステップＳ４）。これにより第２ダクト２０の入り口が開き、第１ダクト１５の入り口が閉じられる。よって熱交換器ユニット１０の冷気は第２ダクト２０を通して架台上方へ送風される。

第２ダクト２０の断面積はファンの開口径に対して十分大きく、またダクト長も短いため、熱交換器ユニット１０を通過する風量をアップすることが可能となり、熱交換量が増加する。さらに架台回転部３が回転することで架台内の空気が攪拌されるので、Ｘ線をばく射中に発生する熱を効率的に冷却することが可能となり、架台内の温度上昇を抑えることができる。この状態でＸ線のばく射及びスキャン撮影が行われる（ステップＳ５）。

続いて撮影が終了し、架台の回転が停止すると（ステップＳ６）再び第１バルブ１６が開かれ、第２バルブ２１が閉じられる（ステップＳ７）。これにより熱交換器ユニット１０の冷気が再び第１ダクト１５を通して架台下方へ送風され、検出器６が冷却される。

以上述べたようにこの実施形態では、熱交換器ユニット１０に、熱交換器ユニット１０からの冷気を架台固定部２の下部に導く第１ダクト１５に加えて、第２ダクト２０を接続する。この第２ダクト２０により熱交換器ユニット１０からの冷気８をその直近（すなわち架台固定部２の上部）に吹き出させるようにする。第２ダクト２０の長さを第１ダクト１５の長さよりも短くし、第２ダクト２０の断面積を第１ダクト１５の断面積よりも広くすることで、より高い冷却効率を得るようにする。さらに、第１バルブ１６、第２バルブ２１を設けて各ダクト１５，２０における冷気８の流量を調整可能とする。

上記構成により、架台回転中は熱交換器ユニット１０に取り付けられるファンからの冷気を第２ダクト２０に通し、熱交換器ユニット１０付近の回転部に吹き出させる。架台停止中は冷気を第１ダクト１５に通し、検出器６を集中的に冷却する。よってＸ線ばく射を行う架台回転中は熱交換器ユニット１０を通る風量が増加するので熱交換量がアップし、架台内全体の温度上昇を抑えることができる。さらに架台停止中は検出器６の温度上昇を効率的に抑えることが可能となる。

また、架台停止中に第２バルブ２１を開け、第１バルブ１６を少し閉めることにより検出器６への冷気の流量を調整することができる。例えば検出器６の温度をモニタリングしておき、温度に連動して第１バルブ１６の流量を調整することもできる。このように回転停止時でも第１ダクト１５に全ての冷気を通風せずに、一部は第２ダクト２０から架台回転部３に直接吹き出すようにして、架台内の温度と検出器の温度をコントロールすれば、夜間などに検出器６を冷しすぎて、異常画像が発生することも防げる
さらに、検出器６の周囲を効率よく冷却できることから、検出器６周辺の温度を低く保つことができる。よって低線量での撮影時にノイズの少ないＸ線断層画像を得ることができる。さらに、検出器６の温度変化に起因する検出効率の変動を低減することができ、温度変化に依存する異常画像の発生をさらに抑えることができる。

［第２の実施形態］
図３は、この発明に関わるＸ線コンピュータ断層撮影装置の第２の実施形態を示す図である。図３において図１と共通する箇所には同じ符号を付して示し、ここでは異なる部分についてのみ説明する。この実施形態では、第１ダクト１５の中央付近から枝分かれし、架台回転部３左右の位置に吹き出し口を持つ第３ダクト３０を設ける。第３ダクト３０は第１ダクト１５に接続されており、その接続部には、第３ダクト３０への冷気の流量を調節するための第３バルブ３１が設けられている。

図４に示すように、例えばスキャノ撮影時にＸ線管４が９０°または２７０°で停止したとすると、第１バルブ１６、第２バルブ２１を閉じ、第３バルブ３１を開くことで第３ダクト３０に冷気が送風され、よって架台停止時において検出器６を効率的に冷却することが可能となる。

また、この実施形態では３つのダクト１５，２０，３０と各バルブ１６，２１，３１とを組み合わせることでよりきめ細かな温度制御を実施することが可能になる。例えば架台回転部３の各ユニットに温度センサを搭載し、各部の温度をモニタリングすれば架台停止中に冷却したいユニットを重点的に冷却することが可能となる。たとえば、Ｘ線管４が０°の位置に停止している状態で高圧発生装置７の温度が上昇したとすると、第１バルブ１６、第２バルブ２１を閉め、第３バルブ３１を開けることにより、高圧発生装置７を急冷することが可能となる。このように各ユニットの温度を細かく管理することが可能となる。

なお、この発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１…架台チルト部カバー、２…架台固定部、３…架台回転部、４…Ｘ線管、５…Ｘ線管クーラ、６…検出器、７…高圧発生装置、１０…熱交換器ユニット、１５…第１ダクト、１６…第１バルブ、２０…第２ダクト、２１…第２バルブ、３０…第３ダクト、３１…第３バルブ

Claims (3)

1. 略密閉構造を有する架台ハウジング内部に回転自在に支持される回転体と、
   前記回転体に設けられるＸ線管と、
   前記回転体に設けられ、前記Ｘ線管を冷却するための冷媒およびクーラと、
   被検体を透過した前記Ｘ線を検出する、前記回転体に設けられるＸ線検出器と、
   前記架台ハウジングの内側であって、前記回転体の静止時の前記クーラの排気口と対峙する位置に固定されるラジエータと、
   前記ラジエータに接続され前記ラジエータでの熱交換により発生させた冷気を前記回転体の静止時の前記Ｘ線検出器の近傍に噴出させるための第１の通風経路と、
   前記ラジエータに接続され前記ラジエータでの熱交換により発生させた冷気を前記回転体の静止時の前記ラジエータの近傍に噴出させるための第２の通風経路と、
   を具備することを特徴とするＸ線コンピュータ断層撮影装置。
2. 前記ラジエータと前記第１の通風経路との接続部分を開閉して前記第１の通風経路における冷気の流量を調節する第１バルブと、
   前記ラジエータと前記第２の通風経路との接続部分を開閉して前記第２の通風経路における冷気の流量を調節する第２バルブとをさらに具備することを特徴とする請求項１に記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
3. 前記第１の通風経路から枝分かれする第３の通風経路と、
   前記第１の通風経路と前記第３の通風経路との接続部分を開閉して前記第３の通風経路における冷気の流量を調節する第３バルブとをさらに具備することを特徴とする請求項２に記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。

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