JP2012015046A - Ｘ線照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 コンパクトな構造でありながら高出力での使用が可能なＸ線照射装置を提供する。
【解決手段】 Ｘ線管２４と、トランス２５と、固定陽極３０に高電圧を供給する高圧用ケーブル２６と、陰極２１にフィラメント電流を供給するフィラメントケーブル２７と、トランス２５への給電線２８とが、絶縁油が充填されたハウジング３１内に収納されている。固定陽極３０は、図示しない支持部材により支持されており、内部には有底円筒形の空洞が形成されている。そして、固定陽極３０のターゲット２２とは逆側の端面側には、ターゲット２２の熱を絶縁油に放出するために、固定陽極３０の空洞内に絶縁油を循環させるためのロータ８１が近接配置されている。
【選択図】 図２

Description

この発明は、手術室で使用される外科用Ｘ線撮影装置等に備えられるＸ線照射装置に関する。

手術室で使用される外科用Ｘ線撮影装置は、コンパクトであることが要求される。このような外科用Ｘ線撮影装置としては、患者である被検者に向けてＸ線を照射するＸ線管と、このＸ線管から照射され被検者を通過したＸ線を検出するイメージインテンシファイア（Ｉ．Ｉ）やフラットパネルディテクタ等のＸ線検出器と、これらのＸ線管とＸ線検出器とを対向配置した状態で支持するＣ型アームと、を備えたものが知られている。

また、このような外科用Ｘ線撮影装置では、装置全体をコンパクトにするため、高真空状態のガラスバルブ内に、陰極を構成するフィラメントと、該フィラメントと対向する位置に固定された陽極とを備える固定陽極型Ｘ線管を使用するとともに、このＸ線管と、陽極に高電圧を、また、フィラメントにフィラメント電流を供給するトランスとを、絶縁油が充填されたハウジング内に収納したモノタンク式のＸ線照射装置が使用されている。

このようなＸ線照射装置においては、フィラメントで発生した熱電子が陽極とフィラメントの間に印加された高電圧により加速されて陽極のターゲットに衝突することでＸ線を発生する。このとき、Ｘ線管に供給された電気エネルギーの９９％以上は熱に変わる。この熱は、陽極に接続された冷却フィンを介して絶縁油に伝達され、絶縁油からハウジングを介して外部に放熱されている（特許文献１参照）。

また、Ｘ線照射装置の冷却機構として、円筒陽極の内部に、外部冷却装置を循環させた絶縁油をポンプを用いて噴出させて、陽極およびターゲットを冷却する構造を採用したＸ線発生装置も提案されている（特許文献２参照）。

特開２００９−１６４０３８号公報 特開２００３−３６８０６号公報

外科用Ｘ線撮影装置において、Ｘ線透視撮影を行う場合に、透視対象部位の大きさなどに応じて透視像の画質を向上させる目的でＸ線強度を強くすることがある。このような高い入力負荷によりＸ線管に発生する熱量を、特許文献１に記載された冷却フィン部分の熱伝導により絶縁油へ逃がす構成を採用した場合には、何段ものコルゲート形状を持つ冷却フィンを陽極に接続する必要があるため、Ｘ線照射装置が大型化する。そして、結果として外科用Ｘ線撮影装置も大型化することになる。このような外科用Ｘ線撮影装置の大型化は、患者の観察部位へのアプローチ性や術者の作業スペースの確保の観点から好ましくない。

一方、Ｘ線管の冷却に、特許文献２に記載の、陽極内部に絶縁油を循環させる構成を採用すれば、Ｘ線管の温度上昇を有効に防止することは可能であるが、絶縁油を陽極の内部に循環させるためのポンプとその絶縁油を冷却するための外部冷却装置が別途必要である。このような外部冷却装置としては、ファンを利用してラジエーターを冷却する装置が一般的であるが、外科用Ｘ線撮影装置が設置される手術室でファンを使用することは、衛生上不可能である。このため、外科用Ｘ線撮影装置に搭載するＸ線照射装置に、このような外部冷却装置を必要とする陽極の冷却機構を採用することはできない。

この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、特に固定陽極型Ｘ線管の陽極を効率的に冷却することにより、コンパクトな構造でありながら高出力での使用が可能なＸ線照射装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、陰極と固定陽極とが対向配置されたＸ線管と、前記Ｘ線管を絶縁油に浸漬させた状態で収容する外囲容器とを有するＸ線照射装置であって、前記外囲容器内の絶縁油を流入させるための流入口と、前記固定陽極のターゲットとは逆側となる面に向かって絶縁油を吐出させるための吐出口とを有し、内部に前記流入口から前記吐出口に至る流路が形成されるとともに、前記吐出口から吐出させた絶縁油を流出させるための隙間を形成するように前記固定陽極のターゲットとは逆側となる端面側に近接配置される回転部材と、前記外囲容器外に配設され、前記回転部材を回転させることにより前記外囲容器内の絶縁油を前記流入口から流入させて前記流路および前記隙間に循環させて流出させるための駆動手段と、を備えることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記固定陽極は、内部に空洞を有し、前記回転部材は、前記流路および前記吐出口が形成された円柱部を有し、絶縁油を循環させる隙間を形成するように当該円柱部を前記空洞内に挿入して配置される。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記固定陽極は、内部に空洞を有するとともに、当該空洞にヒートパイプを配設した。

請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記流入口は、前記隙間を循環した絶縁油の流出口よりも前記回転部材の回転軸に近い位置に複数形成される。

請求項１に記載の発明によれば、固定陽極のターゲットとは逆側となるＸ線管から突出した端部に、内部に絶縁油が流動可能な流路を形成させた回転部材を近接配置し、この回転部材を駆動手段を用いて回転させることで、ハウジング内の絶縁油を固定陽極の端面に循環させることができるとともに、固定陽極を効率よく冷却することができる。

請求項２に記載の発明によれば、固定陽極は内部に空洞を有し、回転部材は絶縁油を流動可能な流路と絶縁油を吐出させる吐出口を形成させた円筒部を有するとともに、回転部材を固定陽極の空洞内に絶縁油を流動させるための隙間を形成するように空洞に円筒部を挿入して配置していることから、固定陽極のターゲットにより近い位置に絶縁油を吐出させることが可能となり、より効率よく固定陽極を冷却することができる。

請求項３に記載の発明によれば、固定陽極内にヒートパイプを配設することから、固定陽極内の熱伝導が向上し、効率よく冷却することができる。

請求項４に記載の発明によれば、流入口を回転部材の回転軸に近い位置に複数形成させることにより、回転部材の回転運動によって発生するポンプ作用による絶縁油の循環効率を向上させることができ、固定陽極の冷却効率を向上させることができる。

この発明の実施形態に係るＸ線照射装置を適用した外科用Ｘ線撮影装置の概要図である。 Ｘ線照射装置の概要図である。 固定陽極３０とロータ８１の概要図である。 固定陽極１３０とロータ１８１の概要図である。 固定陽極１３０とロータ１８１の変形例の概要図である。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、この発明の実施形態に係るＸ線照射装置を適用した外科用Ｘ線撮影装置の概要図である。

この外科用Ｘ線撮影装置は、手術室で使用されるものであり、後述するこの発明に係るＸ線照射装置を格納するとともにテーブル１１上の被検者１に向けてＸ線を照射するＸ線照射部２と、Ｘ線照射部２から照射され被検者１を通過したＸ線を検出するＸ線検出部４と、これらのＸ線照射部２とＸ線検出部４とを対向配置した状態で支持するＣ型アーム５と、このＣ型アーム５を支持する本体６と、モニター９１、９２を備えた操作部９とを備える。

Ｘ線検出部４は、Ｉ．Ｉ（イメージインテンシファイア）４１と、Ｉ．Ｉ４１の出力像を撮像するＣＣＤ素子を備えたＴＶカメラ４２と、電源部４３と、ハンドル４４とを備える。Ｃ型アーム５は、スライド部５１、支持部５２および支持部５３を介して本体６と接続されており、Ｘ線検出部４とＸ線照射部２とは、ハンドル４４を操作して、Ｃ型アーム５をスライドおよび回転させることにより、その位置を任意に変更することが可能となっている。

本体６は、旋回自在の前輪６４とモータ駆動の後輪６３とを備えており、また、操作部９は、車輪９３を備えている。このため、この外科用Ｘ線撮影装置は、手術室等に容易に移動可能となっている。

図２は、Ｘ線照射装置の概要図である。

外科用Ｘ線撮影装置のＸ線照射部２に搭載するＸ線照射装置としては、手術室に搬入可能な構成とするために装置全体をコンパクトにする必要があることから、モノタンク式と呼称される小型のものが使用される。このＸ線照射装置は、フィラメントを有する陰極２１とターゲット２２を有する固定陽極３０とを、高真空状態のガラスバルブ２３内に対向配置したＸ線管２４を備える。

このＸ線管２４と、トランス２５と、固定陽極３０に高電圧を供給する高圧用ケーブル２６と、陰極２１にフィラメント電流を供給するフィラメントケーブル２７と、トランス２５への給電線２８とが、絶縁油が充填されたハウジング３１内に収納されている。固定陽極３０は、図示しない支持部材により支持されており、内部には有底円筒形の空洞が形成されている。そして、固定陽極３０のターゲット２２とは逆側の端面側には、ターゲット２２の熱を絶縁油に放出するために、固定陽極３０の空洞内に絶縁油を循環させるための回転部材としてのロータ８１が配設されている。

このＸ線管２４においては、陰極２１においてフィラメント電流を付与され加熱されたフィラメントからは、熱電子が発生する。この熱電子は、ターゲット２２に衝突してＸ線を発生させる。このＸ線は、ガラスバルブ２３、絶縁油およびハウジング３１に形成された窓３２を介して外部に照射される。

ロータ８１を駆動するためのモータ３４は、ハウジング３１外に配設されており、ロータ８１は、ハウジング３１の側面に形成した貫通穴を通してハウジング３１内に挿入されたモータ３４の軸３３に連結されている。また、ハウジング３１の側面に形成した貫通穴における軸３３を支持する部分には、ハウジング３１内に充填された絶縁油がハウジング３１外へ漏れることを防止するためのオイルシール３６が設置されている。

図３は、第１実施形態の固定陽極３０とロータ８１の概要図である。

ロータ８１は、セラミックや絶縁樹脂などの絶縁物で形成され、この実施形態では、ロータ８１と近接する固定陽極３０の端部の円筒直径と略同一の直径を有する基部８８に、固定陽極３０内の空洞に挿入可能な円柱部８９が形成された形状を有する。ロータ８１の内部中央には、絶縁油を固定陽極３０内へと循環させるため流路８３が、基部８８から円柱部８９にわたり形成されている。また、ロータ８１の基部８８側の端部中央には軸３３が連結されるとともに、回転軸に近い位置に流路８３に絶縁油を導く複数の流入口８２を開口させている。これらの流入口８２は、ロータ８１の回転中心から等しい距離だけ離間した位置に等間隔に形成されている。そして、各流入口８２と流路８３とは枝流路８６を介して連通している。円柱部８９側の端部には、流入口８２から流路８３へ流入した絶縁油を吐出する吐出口８４が開口している。なお、基部８８には、ハウジング３１の側面とターゲット２２との間に必要な絶縁のための距離、すなわち沿面距離を確保できる厚みを持たせている。

ロータ８１の外形は、図３に示すように、固定陽極３０のターゲット２２が配置された面とは逆側となる端面側の形状に対応する形状を有する。そして、このロータ８１は、固定陽極３０の空洞の内壁とロータ８１の外側面との間にハウジング３１内に充填された絶縁油を流動させるための隙間８５を形成するように、軸３３に軸支された状態で固定陽極３０のターゲット２２とは逆側の端面側に近接配置される。

上述したように、固定陽極３０に対してロータ８１を近接配置することにより、ハウジング３１内の絶縁油を固定陽極３０の空洞内に循環させる流路が構成される。そして、ハウジング３１内の絶縁油は、ロータ８１をモータ３４の駆動により回転させることで循環する。すなわち、ロータ８１を回転させると、ロータ８１の外周面に接する絶縁油がその粘性作用により回転運動を始め、回転中心付近が低圧となり、いわゆるポンプ作用が生じる。そして、このポンプ作用により、ロータ８１の回転中心に近い位置に形成された流入口８２から絶縁油が流入し、流路８３を絶縁油が流動するとともに、絶縁油が吐出口８４から固定陽極３０の空洞の底部となるターゲット２２の裏面に相当する位置に吐出され、さらに隙間８５を流動して、固定陽極３０の外側端部とロータ８１の外側端部との境界に開口している流出口８７より、固定陽極３０の空洞外へと押し流される。

図３に示すように、固定陽極３０の空洞内への絶縁油の入口となる流入口８２と、固定陽極３０の空洞からの出口となる流出口８７の位置関係は、回転軸に近い位置に開口させた流入口８２よりも流出口８７のほうが回転軸から離れた位置となるようにしている。このように、流入口８２と流出口８７を、回転中心からの半径距離が異なる位置に設けることにより、ロータ８１を回転させたときの絶縁油に差圧を発生させ、流入口８２から流路８３および隙間８５を経由して流出口８７にいたる絶縁油の流れを生じさせている。

このように、この実施形態では、熱源であるターゲット２２により近い位置まで絶縁油の循環流を到達させて固定陽極３０と絶縁油との熱伝達を向上させ、さらには、Ｘ線管２４の冷却効率を向上させている。また、ロータ８１の回転により、ハウジング３１内に充填された絶縁油全体をかき混ぜることも可能であるため、Ｘ線管２４で発生した熱量を効率的に拡散でき、自然対流に頼った従来の冷却に比べて冷却効率を向上させている。

なお、流路８３および隙間８５を流動する絶縁油の流速、および、流出口８７から流出する絶縁油の流れの強さは、固定陽極３０とロータ８１との位置関係によって規定される隙間８５の大きさや、ロータ８１の回転速度等を適宜変更することにより調整することができる。例えば、ロータ８１の回転数をより高速とすることで、狭い隙間で回転運動する絶縁油を乱流状態とし、陽極との熱伝達を向上させることが可能である。

図４は、第２実施形態の固定陽極１３０とロータ１８１の概要図であり、図５は、その変形例の概要図である。なお、上述した実施形態と同一の部材については、同一を符号を付し、詳細な説明は省略する。

固定陽極１３０は、図示しない支持部材により支持されており、その一方端にターゲット２２が配設されている。上述した実施形態とは異なり、この実施形態では固定陽極１３０内に空洞は形成されておらず、ターゲット２２とは逆側の端面側は、すり鉢状に加工されている。そして、このすり鉢状に加工された端面に近接する位置に、絶縁油を流動させるための隙間１８５を形成するように、絶縁油を循環させるためのロータ１８１が軸３３に軸支された状態で配設されている。

ロータ１８１の固定陽極１３０に近接する面は、固定陽極１３０のすり鉢状の端面形状に対応した傘状の形状を有する。ロータ１８１の内部には、回転中心に沿って絶縁油を流動させるための流路１８３が形成されており、その先端は固定陽極１３０のターゲット２２とは逆側となる端面に向かって絶縁油を吐出させるための吐出口１８４となっている。ロータ１８１の軸３３と接続されている側の端面には、上述した実施形態と同様に、絶縁油をロータ１８１内の流路１８４に導くための複数の流入口８２が、回転中心から等しい距離だけ離隔した位置に形成されている。

ロータ１８１を回転させると、上述した第１実施形態と同様に、ポンプ作用により、各流入口８２から絶縁油が流入し、枝流路８６を介して流路１８３へと絶縁油が流動する。流路１８３を流動した絶縁油は、吐出口１８４より固定陽極１３０のすり鉢状の端面の中心に向かって吐出され、さらに、隙間１８５を流動し、固定陽極１３０の外側端部とロータ８１の外側端部との境界に開口している流出口８７から勢いよく流出する。なお、固定陽極とロータの対応する面における形状は、この実施形態に記載の形状に限定されるものではなく、ロータの回転によりポンプ作用が得られる形状であれば、例えば、固定陽極とロータの対応する面が互いに平坦であってもよい。

この実施形態では、固定陽極１３０およびロータ１８１の構造を、先に述べた実施形態と比較して、より簡易なものとしているため、製造コストの低減を図ることができる。一方で、この実施形態では、固定陽極１３０での絶縁油の吐出位置および循環領域が、熱源であるターゲット２２から離れることになるため、冷却性能が制限される場合もある。しかし、このような場合には、対応すべき出力に応じて、例えば、図５に示すように、固定陽極１３０内に空洞を設け、該空洞にヒートパイプ１８７を埋設する等の変形により、冷却性能を向上させることが可能である。

１ 被検者
２ Ｘ線照射部
４ Ｘ線検出部
５ Ｃ型アーム
６ 本体
９ 操作部
１１ テーブル
２１ 陰極
２２ ターゲット
２３ ガラスバルブ
２４ Ｘ線管
２５ トランス
３０ 固定陽極
３１ ハウジング
３３ 軸
３４ モータ
３６ オイルシール
４１ Ｉ．Ｉ
４２ ＴＶカメラ
８１ ロータ
８２ 流入口
８３ 流路
８４ 吐出口
８５ 隙間
８６ 枝流路
８７ 流出口
８８ 基部
８９ 円柱部
１３０ 固定陽極
１８１ ロータ
１８７ ヒートパイプ

Claims (4)

1. 陰極と固定陽極とが対向配置されたＸ線管と、前記Ｘ線管を絶縁油に浸漬させた状態で収容する外囲容器とを有するＸ線照射装置であって、
   前記外囲容器内の絶縁油を流入させるための流入口と、前記固定陽極のターゲットとは逆側となる面に向かって絶縁油を吐出させるための吐出口とを有し、内部に前記流入口から前記吐出口に至る流路が形成されるとともに、前記吐出口から吐出させた絶縁油を流出させるための隙間を形成するように前記固定陽極のターゲットとは逆側となる端面側に近接配置される回転部材と、
   前記外囲容器外に配設され、前記回転部材を回転させて流出させることにより前記外囲容器内の絶縁油を前記流入口から流入させて前記流路および前記隙間に循環させて流出させるための駆動手段と、
   を備えることを特徴とするＸ線照射装置。
2. 請求項１に記載のＸ線照射装置において、
   前記固定陽極は、内部に空洞を有し、
   前記回転部材は、前記流路および前記吐出口が形成された円柱部を有し、絶縁油を循環させる隙間を形成するように当該円柱部を前記空洞内に挿入して配置されるＸ線照射装置。
3. 請求項１に記載のＸ線照射装置において、
   前記固定陽極は、内部に空洞を有するとともに、当該空洞にヒートパイプを配設したＸ線照射装置。
4. 請求項１に記載のＸ線照射装置において、
   前記流入口は、前記隙間を循環した絶縁油の流出口よりも前記回転部材の回転軸に近い位置に複数形成されるＸ線照射装置。
   

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