JP2015192803A - Ｘ線コンピュータ断層撮影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】結露を軽減しつつ低温環境下で検出器を動作。【解決手段】Ｘ線源１５は、Ｘ線を発生する。Ｘ線検出器１７１は、Ｘ線源１５からのＸ線を検出する。筐体５１は、Ｘ線検出器１７１を収容する。ファン７３は、筐体５１に設けられ、筐体５１の開口６１から吸入された空気を筐体５１の他の開口６１に向けて送風する。冷却器６５は、二つの開口６１の間に設けられ、筐体５１内の空気を冷却する。吸湿体６９は、筐体５１に設けられ、開口６１から吸入された空気に含まれる水分を吸収する。【選択図】 図３

Description

本発明の実施形態は、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置に関する。

フォトンカウンティング型の検出器を装備するＸ線コンピュータ断層撮影装置の開発が進められている。積分型の検出器と異なり、フォトンカウンティング型の検出器は、被検体を透過したＸ線に由来する光子を個々に計数する。従って、フォトンカウンティング型の検出器を装備するＸ線コンピュータ断層撮影装置は、ＳＮ比（Signal per Noise）の高いＣＴ画像を再構成することができる。

フォトンカウンティング型の検出器の一つとして、シリコンフォトマルチプライヤー（ＳｉＰＭ：Silicon Photo-Multiplier）がある。ＳｉＰＭは、ゲインが温度依存性を有するため、適切な温度制御と補正とを要求する。また、温度が低いほどＳｉＰＭ自体のノイズが低減される。しかしながら、ＳｉＰＭ等の検出器は回転する架台の内部に搭載されるため、撮像中には回転による遠心力が加重される。そのため、検出器を収容する筐体に複雑な排熱機器を実装することは難しい。また、検出器を短時間で熱的に安定させることは難しいため、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置の通電時に常に撮像できるように検出器を常時熱的に安定させる必要がある。また、室温以下に検出器を冷却した場合、検出器や周囲の機器に結露が生じてしまう。結露の発生を防止するために除湿が必要であるが、架台内のスペースは限られている。

特開２００１−２４５８７８号公報 特開２０１０−１６２１２７号公報 特開２０１０−１８７８１１号公報 特開２００１−３０９９１２号公報 特開２００１−２１５２８１号公報 特開２００７−２２００８７号公報 特開２０１２−３８６号公報 特開２０１３−３９３６２号公報

実施形態の目的は、結露を軽減しつつ低温環境下で検出器を動作可能なＸ線コンピュータ断層撮影装置を提供することにある。

本実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置は、Ｘ線を発生するＸ線源と、前記Ｘ線源からのＸ線を検出するＸ線検出器と、前記Ｘ線検出器を収容する筐体と、前記筐体に設けられ、前記筐体の第１の開口から吸入された空気を前記筐体の第２の開口に向けて送風するファンと、前記第１の開口と前記第２の開口との間に設けられ、前記筐体内の空気を冷却する冷却器と、前記筐体に設けられ、前記第１の開口から吸入された空気に含まれる水分を吸収する吸湿体と、を具備する。

本実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置の構成を示す図 図１の架台の構造を模式的に示す図 図１のフォトンカウンティングＣＴ検出器の内部構造を模式的に示す図 図３のフォトンカウンティングＣＴ検出器の筐体内の流路の向き示す図 図３のフォトンカウンティングＣＴ検出器の他の筐体内の流路の向きを示す図 図３のフォトンカウンティングＣＴ検出器の空調部の機能ブロックを示す図 図６の演算処理回路による露点の算出を説明するための図 図６の演算処理回路による吸湿能力の評価方法を説明するための図 図３に関し、第１の開口から第２の開口への空気の流れを示す図 図３に関し、第２の開口から第１の開口への空気の流れを示す図 変形例１に係るフォトンカウンティングＣＴ検出器の内部構造を模式的に示す図 図１１の除湿用ハニカムロータの斜視図 変形例２に係るフォトンカウンティングＣＴ検出器の筐体内の流路を示す図

以下、図面を参照しながら本実施形態に係わるＸ線コンピュータ断層撮影装置を説明する。本実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置は、積分型の検出器を搭載するタイプにも、フォトンカウンティング型の検出器を装備するタイプにも適用可能である。しかしながら、以下の説明を具体的に行うため、本実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置として、フォトンカウンティング型の検出器を装備するタイプを例に挙げて説明する。以下、フォトンカウンティング型の検出器を装備するＸ線コンピュータ断層撮影装置をフォトンカウンティングＣＴ装置と呼ぶことにする。

図１は、本実施形態に係るフォトンカウンティングＣＴ装置の構成を示す図である。図１に示すように、本実施形態に係るフォトンカウンティングＣＴ装置は、架台１０とコンソール３０とを備えている。

図２は、架台１０の構造を模式的に示す図である。図２に示すように、架台１０は、床面に設置された固定部１１を有している。固定部１１は、円筒形状を有する回転フレーム１３を回転軸Ｚ回りに回転可能に支持している。回転フレーム１３には回転軸Ｚを挟んで対向するようにＸ線源１５とフォトンカウンティングＣＴ検出器１７とが取り付けられている。回転フレーム１３の開口（bore）にはＦＯＶ（field of view）が設定される。回転フレーム１３の開口内には天板１９が挿入される。天板１９には被検体Ｓが載置される。天板１９は、天板支持機構２１により移動自在に支持されている。天板支持機構２１は、寝台駆動部２５からの動力を受けて天板１９を移動する。寝台駆動部２５は、コンソール３０内の撮像制御部３７からの制御に従って天板１９を移動させるための動力を発生する。天板１９は、被検体Ｓの撮像部位がＦＯＶ内に含まれるように天板１９が位置決めされる。回転フレーム１３は、回転駆動部２３からの動力を受けて回転軸Ｚ回りに一定の角速度で回転する。回転駆動部２３は、撮像制御部３７からの制御に従って回転フレーム１３を回転させるための動力を発生する。

Ｘ線源１５は、高電圧発生部２７に接続されている。高電圧発生部２７は、撮像制御部３７による制御に従いＸ線源１５に高電圧を印加し、フィラメント電流を供給する。

フォトンカウンティングＣＴ検出器１７は、Ｘ線源１５から発生されたＸ線をフォトン単位で検出する。具体的には、フォトンカウンティングＣＴ検出器１７は、Ｘ線検出器１７１と信号処理回路１７３とを有する。Ｘ線検出器１７１は、Ｘ線源１５から発生されたＸ線光子を検出する。Ｘ線検出器１７１は、例えば、複数の光電変換素子を有する。各光電変換素子は、シンチレータと光センサとを有する。シンチレータは、入射Ｘ線光子を受けてシンチレーション光子を発生する。発生されるシンチレーション光子の個数は、入射Ｘ線光子のエネルギーに依存する。光センサとしては、シリコンフォトマルチプライヤー（ＳｉＰＭ：silicon photomultipliers）が適用される。ＳｉＰＭは、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）の技術により、シリコン上に２次元的に配列された高感度且つ高速応答性を有する光電子増倍デバイスである。各光センサは、入射Ｘ線光子のエネルギーに応じた波高値又は電荷量を有する電気信号を出力する。なお、本実施形態に係る光センサは、ＳｉＰＭに限定されず、入射Ｘ線光子のエネルギーに応じた波高値を出力可能な如何なるセンサにも適用可能である。また、本実施形態に係る光電変換素子は、シンチレータと光センサとを備える間接変換型の素子に限定されず、Ｘ線光子を直接的に電気信号に変換する直接変換型の素子でも良い。

信号処理回路１７３は、Ｘ線検出器１７１からの電気信号に基づいて、Ｘ線検出器１７１により検出されたＸ線光子のカウント数を表現する計数データを、複数のエネルギー帯域の各々について収集する。

また、本実施形態に係るフォトンカウンティングＣＴ検出器１７は、空調部１７５を有する。空調部１７５は、フォトンカウンティングＣＴ検出器１７の筐体内において結露の発生を軽減しつつ、Ｘ線検出器１７１と信号処理回路１７３とを低温環境下で動作するための強制空冷機構を装備している。空調部１７５の詳細については後述する。

コンソール３０は、前処理部３１、投影データ記憶部３３、画像再構成部３５、撮像制御部３７、表示部３９、入力部４１、主記憶部４３、及びシステム制御部４５を備える。

前処理部３１は、架台１０から伝送された複数のエネルギー帯域の各々に関する計数データに前処理を施し、複数のエネルギー帯域の各々に関する投影データを発生する。

投影データ記憶部３３は、複数のエネルギー帯域の各々に関する投影データを記憶する記憶装置である。

画像再構成部３５は、複数のエネルギー帯域のうちの画像化対象のエネルギー帯域に関するＣＴ画像を再構成する。ＣＴ画像は、画像化対象のエネルギー帯域に属するＫ吸収端を有する特性Ｘ線を発生可能な物質に関するＣＴ値の空間分布を示す画像である。画像化対象のエネルギー帯域は、例えば、入力部４１を介して操作者により指定されると良い。画像再構成アルゴリズムとしては、ＦＢＰ（filtered back projection）法やＣＢＰ（convolution back projection）法等の解析学的画像再構成法や、ＭＬ−ＥＭ（maximum likelihood expectation maximization）法やＯＳ−ＥＭ（ordered subset expectation maximization）法等の統計学的画像再構成法等の既存の画像再構成アルゴリズムが用いられれば良い。

撮像制御部３７は、架台１０に搭載された各種機器の制御を統括する。具体的には、撮像制御部３７は、高電圧発生部２７、信号処理回路１７３、回転駆動部２３、及び寝台駆動部２５を制御する。具体的には、回転駆動部２３は、撮像制御部３７による制御に従う一定の角速度で回転フレーム１３を回転する。寝台駆動部２５は、撮像制御部３７による制御に従って、天板１９をスライドするために天板支持機構２１を駆動する。高電圧発生部２７は、撮像制御部３７による制御に従って、設定管電圧値に対応する高電圧をＸ線源１５に印加し、フィラメント電流をＸ線源１５に供給する。信号処理回路１７３は、撮像制御部３７による制御に従って、Ｘ線曝射タイミングに同期して計数データを複数のエネルギー帯域の各々についてビュー毎に収集する。

表示部３９は、ＣＴ画像等の種々の情報を表示機器に表示する。表示機器としては、例えば、ＣＲＴディスプレイや液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、プラズマディスプレイ等が適宜利用可能である。

入力部４１は、入力機器によるユーザからの各種指令や情報入力を受け付ける。入力機器としては、キーボードやマウス、各種スイッチ等が利用可能である。

主記憶部４３は、種々の情報を記憶するＨＤＤ(hard disk drive)やＳＳＤ(solid state drive)等の記憶装置である。例えば、主記憶部４３は、本実施形態に係るフォトンカウンティングＣＴの撮像プログラム等を記憶する。

システム制御部４５は、本実施形態に係るフォトンカウンティングＣＴ装置の中枢として機能する。システム制御部４５は、本実施形態に係る撮像プログラムを主記憶部４３から読み出し、当該撮像プログラムに従って各種構成要素を制御する。これにより、フォトンカウンティングＣＴ撮像が行われる。

以下、本実施形態に係るフォトンカウンティングＣＴ検出器１７を詳細に説明する。

図３は、フォトンカウンティングＣＴ検出器１７の内部構造を模式的に示す図である。図３に示すように、フォトンカウンティングＣＴ検出器１７は、筐体５１を有している。筐体５１は、断熱材により形成されており断熱構造を有する。筐体５１が断熱構造を有することにより、筐体５１を一定温度に保つことができる。筐体５１は、Ｘ線検出器１７１やコリメータ５３等のＸ線検出系の機器を有している。

Ｘ線検出器１７１は、複数のシンチレータ５５を有する。複数のシンチレータ５５は２次元状に配列されている。各シンチレータ５５は、入射Ｘ線光子を受けてシンチレーション光子を発生する。複数のシンチレータ５５の裏面側にはＳｉＰＭ５７が接続されている。ＳｉＰＭ５７は、複数のＡＰＤアレイ（図示せず）を有する。各ＡＰＤアレイは、１の読み出しチャンネルを成す。各ＡＰＤアレイは、二次元状に配列された複数のＡＰＤ(avalanche photo-diode)セル（図示せず）を有する。シンチレータ５５により発生された複数のシンチレーション光子は、ＡＰＤセルにより受光される。各ＡＰＤセルは、一個以上のシンチレーション光子に感応して電子雪崩を起こし（発火し）、シンチレーション光子の個数に依存しない既定の波高値又は電荷量の電気信号を発生する。複数のＡＰＤセルからの電気信号はＡＰＤアレイ（チャンネル）単位で単一の電気信号に統合され、電子回路基板５９に供給される。各チャンネルからの電気信号は、入射Ｘ線光子のエネルギーに応じた波高値又は電荷量を有する。Ｘ線検出器１７１のＸ線入射面の前方にはコリメータ５３が設けられる。コリメータ５３は、Ｘ線源１５からのＸ線の入射方向を制限するための複数の孔が形成された金属構造物である。

図３に示すように筐体５１には、第１の開口６１−１と第２の開口６１−２とが形成されている。第１の開口６１−１と第２の開口６１−２との各々は、筐体５１の外部の空気を内部に吸入するための吸気口と、筐体５１の内部の空気を外部に排出するための排気口とを兼ねる。筐体５１の内部の空間のうちのＸ線検出器１７１やコリメータ５３等のＸ線検出系の機器が占めない空間は、空気の流路６３として機能する。流路６３には、冷却器６５、放熱器６７、吸湿体６９、加熱器７１、ファン（fan）７３、温度計測器７５、及び湿度計測器７７等の空調系の機器が設けられている。

図３に示すように、ＳｉＰＭ５７の裏面側には冷却器６５が設けられている。より詳細には、冷却器６５の冷却面がＳｉＰＭ５７に向かい合うように冷却器６５が配置される。冷却器６５は冷却面がＳｉＰＭ５７に接触されても良い。冷却器６５は、周囲のＳｉＰＭ５７や空気を冷却する。冷却器６５としては、例えば、ペルチェ素子等の温度制御可能な電子的冷却器が用いられる。冷却器６５の放熱面は放熱器６７に接触されている。放熱器６７は、冷却器６５が発生する熱を拡散する。放熱器６７としては、例えば、ヒートシンク（Heat Sink）等の放熱板が用いられる。放熱器６７は、冷却器６５への接触面以外の面の一部が流路６３に露出するように設けられる。放熱器６７や冷却器６５は、流路６３を流れる空気により空冷される。

開口６１には吸湿体６９が設けられる。吸湿体６９は、除湿剤により形成される。除湿剤は、表面に多数の細孔を有する物質であり、細孔内に空気中の水分を吸着する特性を有する。除湿剤としては、例えば、シリカゲルやゼオライトが用いられると良い。より詳細には、第１の開口６１−１には第１の吸湿体６９−１が設けられ、第２の開口６１−２には第２の吸湿体６９−２が設けられる。各吸湿体６９は、各開口６１から吸入された空気に含まれる水分を確実に吸着するため、各開口６１を覆うように設けられる。

吸湿体６９の筐体内部側には加熱器７１が設けられる。加熱器７１は、吸湿体６９を加熱する。吸湿体６９が加熱されることにより、吸湿体６９に吸着された水分が蒸発する。加熱器７１としては、例えば、ハロゲンヒータ等の電気を用いたヒータが用いられると良い。各加熱器７１は、各開口６１から筐体５１の内部への空気又は各開口６１から筐体５１の外部への空気の流れを阻害することのないように設けられる。より詳細には、第１の吸湿体６９−１の内部側には加熱器７１−１が設けられ、第２の吸湿体６９−２の内部側には加熱器７１−２が設けられる。

加熱器７１の筐体内部側にはファン７３が設けられる。ファン７３は、送風のための複数の羽根を有する回転器具である。より詳細には、加熱器７１−１の筐体内部側にはファン７３−１が設けられ、加熱器７１−２の筐体内部側にはファン７３−２が設けられる。ファン７３−１とファン７３−２とは、第１の開口６１−１から第２の開口６１−２へ、又は、第２の開口６１−２から第１の開口６１−１に向けて空気を送風する。例えば、ファン７３−１とファン７３−２とが順方向に回転することにより、第１の開口６１−１から空気が筐体内に吸入され、吸入された空気が第２の開口６１−２に向けて送風され、第２の開口６１−２から筐体外に排出される。また、ファン７３−１とファン７３−２とが逆方向に回転することにより、第２の開口６１−２から空気が筐体内に吸入され、吸入された空気が第１の開口６１−１に向けて送風され、第１の開口６１−１から筐体外に排出される。

図３に示すように、筐体５１の内部には様々な箇所に温度計測器７５と湿度計測器７７とが設けられている。温度計測器７５としては、例えば、温度の変化に伴う電気抵抗の変化を利用する電気抵抗温度計が用いられると良い。湿度計測器７７としては、例えば、湿度の変化に伴う電気抵抗の変化を利用する電気抵抗湿度計が用いられると良い。例えば、第１の開口６１−１側に温度計測器７５−１と湿度計測器７７−１とが設けられている。温度計測器７５−１は、第１の開口６１−１から吸入され吸湿体６９−１により水分が吸着された空気の温度を繰り返し計測する。湿度計測器７７−１は、第１の開口６１−１から吸入され吸湿体６９−１により水分が吸着された空気の湿度を繰り返し計測する。また、第２の開口６１−２側にも温度計測器７５−２と湿度計測器７７−２とが設けられている。温度計測器７５−２は、第２の開口６１−２から吸入され吸湿体６９−２により水分が吸着された空気の温度を繰り返し計測する。湿度計測器７７−２は、第２の開口６１−２から吸入され吸湿体６９−２により水分が吸着された空気の湿度を繰り返し計測する。また、冷却器６５の近傍、あるいは、放熱器６７の近傍にも温度計測器７５−３と湿度計測器７７−３とが設けられている。温度計測器７５−３は、冷却器６５から発生された熱により温められた空気又は放熱器６７により温められた空気の温度を繰り返し計測する。湿度計測器７７−３は、冷却器６５から発生された熱により温められた空気又は放熱器６７により温められた空気の温度を繰り返し計測する。

また、図３に示すように、筐体５１の内部には複数の電子回路基板５９が設けられる。複数の電子回路基板５９は、例えば、流路６３に配置される。流路６３を流れる空気により複数の電子回路基板５９は空冷される。電子回路基板５９には信号処理回路１７３が実装されている。また、各電子回路基板５９には、後述する空調部１７５の演算処理回路、温度系駆動回路、及び湿度系駆動回路等の電子回路が実装されている。

なお、本実施形態に係る筐体５１は、図４に示すように、空気が回転軸Ｚに沿う方向（スライス方向）に流れるように流路６３が形成されても良いし、図５に示すように、空気が回転フレーム１３の回転方向（回転フレーム１３の円周方向）に流れるように流路６３が形成されても良い。なお、架台１０内には筐体５１の他にＸ線源１５や高電圧発生部２７等の複数の機器が密集して配置されている。従って、図４に示すように空気がスライス方向に流れるように流路６３が形成されている場合、図５に示すように空気が回転フレーム１３の回転方向に流れるように流路６３が形成されている場合に比して、構造的に空気を筐体５１から排出し易い。

次に、フォトンカウンティングＣＴ検出器１７の筐体５１内部の空調について説明する。

図６は、フォトンカウンティングＣＴ検出器１７の空調部１７５の機能ブロックを示す図である。図６に示すように、空調部１７５は、空調の制御系として、冷却器６５、加熱器７１、ファン７３、温度計測器７５、湿度計測器７７、温度系駆動回路８１、湿度系駆動回路８３、演算処理回路８５、警告部８７を有している。

まずは、温度制御系について説明する。冷却器６５は、温度系駆動回路８１からの駆動信号に応じて作動する。冷却器６５又は放熱器６７付近に設置された温度計測器７５−３により計測された温度のデータは演算処理回路８５に供給される。以下、冷却器６５の温度センサにより検知された温度を現在温度と呼ぶことにする。演算処理回路８５は、現在温度と予め設定された温度（以下、設定温度と呼ぶ）との差分に基づいて、現在温度が設定温度を保持するような冷却制御量を算出する。温度系駆動回路８１は、演算処理回路８５からの冷却制御量に応じた駆動信号を冷却器６５に印加する。冷却器６５は、温度系駆動回路８１からの駆動信号に応じた冷却強度で冷却する。このように冷却器６５、温度系駆動回路８１、及び演算処理回路８５は、温度の自動調節機構を構成する。設定温度は、露点に基づく温度に設定される。演算処理回路８５は、湿度計測器７７により繰り返し計測される湿度に基づいて、筐体５１内の露点を繰り返し算出する。より詳細には、露点は、湿度計測器７７により計測された湿度を空気曲線に当てはめて算出される。露点の算出に用いられる湿度計測器７７は、開口６１付近に設置された湿度計測器７７−１又は７７−２でも良いし、冷却器６５又は放熱器６７付近に設置された湿度計測器７７−３でも良い。

図７は、露点の算出を説明するための図である。図７の縦軸は絶対湿度に設定され、横軸は温度に設定される。絶対湿度は、湿度計測器７７により計測される湿度に対応する。演算処理回路８５は、複数の相対湿度の各々の空気曲線のデータを記憶する。露点は、図７に示すように、現在の絶対湿度が相対湿度１００％の空気曲線に交わる点Ｐ１の温度に設定される。このように算出された露点に基づいて設定温度が設定される。設定温度は、露点から所定値だけ大きい値に設定されると良い。所定値は、任意の値に設定可能である。なお、所定値は０であっても良い。

上記の通り、演算処理回路８５は、温度計測器７５−３により計測された温度と湿度計測器７７により計測された湿度とに基づいて、露点に基づく設定温度を下回らないように冷却器６５を制御する。具体的には、演算処理回路８５は、現在温度と設定温度との差分に基づいて、現在温度が設定温度を保持するような冷却制御量を算出する。温度系駆動回路８１は、演算処理回路８５からの冷却制御量に応じた駆動信号を冷却器６５に印加する。冷却器６５は、温度系駆動回路８１からの駆動信号に応じた冷却強度で冷却する。これにより、筐体５１内の温度を常に露点近傍に保持することができる。従って、Ｘ線検出器１７１を低温環境下で動作させることができ、ＳｉＰＭ５７の温度依存性を有するノイズを低減することができる。なお、露点は露点計測器により計測されても良い。

また、演算処理回路８５は、現在温度が露点に基づく設定温度を下回るか否かを繰り返し判定する。演算処理回路８５は、現在温度が設定温度を下回らないと判定した場合、ＯＮ信号を温度系駆動回路８１に供給し、現在温度が設定温度を下回ると判定した場合、ＯＦＦ信号を温度系駆動回路８１に供給する。温度系駆動回路８１は、演算処理回路８５からＯＮ信号が供給された場合、冷却器６５に冷却を継続させる。温度系駆動回路８１は、演算処理回路８５からＯＦＦ信号が供給された場合、冷却器６５に冷却を停止させる。これにより、演算処理回路８５は、設定温度を下回った場合に冷却器６５を停止させ、結露が発生しそうな状況を即時的に回避することができる。

次に湿度制御系について説明する。加熱器７１は、湿度系駆動回路８３からの駆動信号に応じて作動する。ファン７３は、湿度系駆動回路８３からの駆動信号に応じて作動する。湿度系駆動回路８３は、演算処理回路８５から切替信号が供給された場合、加熱器７１の作動と停止とを切り替え、ファン７３の回転方向を切り替える。また、湿度系駆動回路８３は、加熱器７１の加熱量を調節したり、ファン７３の回転速度を調節したりすることも可能である。

演算処理回路８５は、温度計測器７５により繰り返し計測される温度と湿度計測器７７により繰り返し計測される湿度とに基づいて、吸湿体６９の吸湿能力が許容レベルまで劣化したか否かを繰り返し判定する。吸湿能力の評価に用いる温度計測器７５は、上記の温度計測器７５−１、温度計測器７５−２、温度計測器７５−３の何れであっても良い。また、吸湿能力の評価に用いる湿度計測器７７は、上記の湿度計測器７７−１、湿度計測器７７−２、湿度計測器７７−３の何れであっても良い。演算処理回路８５は、吸湿能力が許容レベルまで劣化したと判定した場合、切替信号を湿度系駆動回路８３に供給する。以下、具体的に、演算処理回路８５による吸湿能力の評価方法について説明する。

図８は、演算処理回路８５による吸湿能力の評価方法を説明するための図である。図８の（ａ）は、湿度の時間変化曲線を示すグラフであり、図８の（ｂ）は、温度の時間変化曲線を示すグラフである。演算処理回路８５は、湿度計測器７７により繰り返し計測される湿度と温度計測器７５により繰り返し計測される温度とをモニタリングし、吸湿能力が許容レベルを下回ったか否かを判定する。吸湿体６９の吸湿能力が良好な場合、吸湿体６９が水分を吸着できるので、湿度計測器７７により計測される湿度が一定範囲内で推移していると推定される。しかしながら、吸湿体６９が水分を吸着し続けた場合、吸湿体６９が飽和してしまう。この場合、温度計測器７５により計測される温度が一定範囲内で推移しているにも関わらず、湿度計測器７７により計測される湿度が上昇すると推定される。すなわち、温度計測器７５により計測される温度が一定範囲内で推移しているにも関わらず、湿度計測器７７により計測される湿度が上昇している場合、吸湿能力が許容レベルを下回ったと推定される。

図８に示すように、本実施形態に係る演算処理回路８５は、温度計測器７５により計測された温度（以下、現在温度と呼ぶ）が上限ＴＵと下限ＴＬとの間で推移している場合において、湿度計測器７７により繰り返し計測される湿度（以下、現在湿度と呼ぶ）が閾値Ｔ１を上回るか否かを繰り返し判定する。例えば、演算処理回路８５は、最新の一定時間において現在温度が継続して上限ＴＵと下限ＴＬとの間の値である場合、現在温度が一定範囲内で推移していると判定する。上限ＴＵは冷却器６５の設定温度より大きく、ＳｉＰＭ６５等の温度依存性のノイズが許容範囲に収まる上限値に設定されると良い。下限ＴＬは、設定温度に設定されると良い。なお、上限ＴＵと下限ＴＬとの各々は上記の値に限定されず、任意の値に設定可能である。現在温度が一定範囲内で推移している場合、演算処理回路８５は、現在湿度をモニタリングし、現在湿度が閾値Ｔ１を上回るか否かを判定する。演算処理回路８５は、現在湿度が閾値Ｔ１を上回らないと判定した場合、切替信号を出力せず、現在湿度が閾値Ｔ１を上回ると判定した場合、切替信号を出力する。

なお、吸湿能力の評価方法は上記の例のみに限定されない。例えば、演算処理回路８５は、現在湿度のみに基づいて吸湿能力が許容レベルより劣化しているか否かを判定しても良い。具体的には、演算処理回路８５は、温度計測器７５から繰り返し供給される現在湿度をモニタリングし、現在湿度が閾値Ｔ１を上回るか否かを判定する。そして演算処理回路８５は、現在湿度が閾値Ｔ１を上回らないと判定した場合、切替信号を出力せず、現在湿度が閾値Ｔ１を上回ると判定した場合、切替信号を出力すると良い。あるいは、演算処理回路８５は、前回の切替信号の出力時刻から一定時間が経過した場合、切替信号を出力しても良い。

演算処理回路８５から切替信号が供給された場合、湿度系駆動回路８３は、空気の流れを切り替えるためにファン７３の回転方向を切り替える。図９と図１０とは空気の流れの切替を説明するための図である。図９は、図３の縦断面図に関し、第１の開口６１−１から第２の開口６１−２への空気の流れを示す図であり、図１０は、図３の縦断面図に関し、第２の開口６１−２から第１の開口６１−１への空気の流れを示す図である。

図９に示すように、第１の開口６１−１から第２の開口６１−２に空気を流すため、湿度系駆動回路８３は、第１の開口６１−１側に設けられた第１のファン７３−１と第２の開口６１−２側に設けられた第２のファン７３−２とを、例えば、順方向に回転する。この場合、第１の開口６１−１は吸気口として機能し、第２の開口６１−２が排気口として機能する。湿度系駆動回路８３は、筐体５１内に吸入される空気の加熱を防ぐため、吸気口６１−１側に設けられた第１の加熱器７１−１を停止する。湿度系駆動回路８３は、排気口６１−１側に設けられた第２の吸湿体６９−２の除湿性能を回復するため、排気口６１−１側に設けられた第２の加熱器７１−２を作動する。第２の加熱器７１−２は、第２の吸湿体６９−２を加熱して水分を蒸発させる。水分が蒸発することにより第２の吸湿体６９−２の除湿性能が回復する。

筐体５１の外部の空気は、吸気口６１−１から吸入され、第１の吸湿体６９−１により除湿される。除湿された空気は、筐体５１の内部の流路６３を流れる。流路６３を流れる空気は、冷却器６５や放熱器６７、電子回路基板５９等の熱源を空冷する。そして流路６３を流れる空気は、排気口６１−２側に設けられた回復中の吸湿体６９−２により再び除湿され、第２のファン７３−２により排気口６１−２から筐体５１の外部に排出される。筐体５１の外部には、乾燥された空気が排出されるので、架台１０内での結露や他の機器への湿気の影響を抑制することができる。

図１０に示すように、第２の開口６１−２から第１の開口６１−１に空気を流すため、湿度系駆動回路８３は、第１のファン７３−１と第２のファン７３−２とを、例えば、逆方向に回転する。この場合、第２の開口６１−２は吸気口として機能し、第１の開口６１−１が排気口として機能する。湿度系駆動回路８３は、筐体５１内に吸入される空気の加熱を防ぐため、吸気口６１−２側に設けられた加熱器７１−２を停止する。湿度系駆動回路８３は、排気口６１−２側に設けられた吸湿体６９−１の吸湿能力を回復するため、排気口６１−２側に設けられた加熱器７１−１を作動する。加熱器７１−１は、吸湿体６９−１を加熱して水分を蒸発させる。水分が蒸発することにより吸湿体６９−１の吸湿能力が回復する。

吸気口６１から排気口６１に空気を流す場合、吸気口６１側の加熱器７１が停止しているため、吸気口６１側の吸湿体６９は、時間の経過とともに吸湿能力を徐々に劣化させる。飽和した吸湿体６９は空気を除湿することができず、筐体５１を流れる空気の湿気は上昇する。このため、演算処理回路８５は、上記の通り、湿度計測器７７から繰り返し供給される湿度と温度計測器７５から繰り返し供給される温度とをモニタリングし、吸湿体６９の吸湿能力が許容レベルまで劣化することを検出し、切替信号を湿度系駆動回路８３に供給する。切替信号が供給された場合、湿度系駆動回路８３は、ファン７３の回転方向を反転させることにより空気の流れを反転させる。また、ファン７３の回転方向の反転に同期して湿度系駆動回路８３は、回転方向反転前の吸気口６１側の加熱器７１をＯＦＦからＯＮに切り替え、回転方向反転前の排気口６１側の加熱器７１をＯＮからＯＦＦに切り替える。そして、再び、演算処理回路８５は、上記の通り、湿度計測器７７から繰り返し供給される湿度と温度計測器７５から繰り返し供給される温度とをモニタリングする。なお、演算処理回路８５は、吸湿体６９の吸湿能力の回復と筐体５１内の温度とをバランスさせるため、切替時刻からの時間経過に伴い加熱器７１の加熱量を変化させても良い。例えば、切替時刻の直後には加熱量を大きくして吸湿体６９の乾燥を早め、一定時刻が経過した後、加熱量が弱められると良い。

上記の通り演算処理回路８５は、吸湿体６９の吸湿能力が許容レベルを下回った場合に空気の流れを反転し、吸気口側に設置された吸湿体６９に除湿を担わせ、排気口側に設置された吸湿体６９を加熱して吸湿能力を回復させることができる。従って永続的に除湿を行うことができる。

また、演算処理回路８５は、湿度計測器７７により計測される湿度に基づいて、吸湿体６９の吸湿能力の経年劣化を推定しても良い。吸湿体６９が経年劣化に伴い吸湿能力が劣化している場合、ファン７３により空気の流れを切り替えたときであっても、筐体５１内の湿度がすぐに閾値Ｔ１を上回ってしまう。従って演算処理回路８５は、空気の流れの切り替え時刻（すなわち、ファン７３の回転方向を切り替えた時刻）から湿度が閾値Ｔ１を超えるまでの時間を計測し、計測された時間が所定値（以下、経年劣化閾値と呼ぶ）を下回った場合、警告部８７に警告信号を供給する。経年劣化閾値は、経験又は実験による任意の値に設定可能である。警告信号が供給された場合、警告部８７は、警告を発する。例えば、警告部８７は、表示機器に警告メッセージを表示したり、スピーカに警告音を出力させたりする。警告を受けたユーザは、吸湿体６９が経年劣化して吸湿能力が回復しないことを知ることができる。これによりユーザは、吸湿体６９の交換の時期を知ることができる。

以上でフォトンカウンティングＣＴ検出器１７の筐体５１内部の空調についての説明を終了する。

上記の説明の通り、本実施形態に係るフォトンカウンティングＣＴ装置は、Ｘ線源１５、Ｘ線検出器１７１、筐体５１、ファン７３、冷却器６５、及び吸湿体６９を有する。Ｘ線源１５は、Ｘ線を発生する。Ｘ線検出器１７１は、Ｘ線源１５からのＸ線を検出する。筐体５１は、Ｘ線検出器１７１を収容する。ファン７３は、筐体５１に設けられ、筐体５１の開口６１から吸入された空気を筐体５１の他の開口６１に向けて送風する。冷却器６５は、二つの開口６１の間に設けられ、筐体５１内の空気を冷却する。吸湿体６９は、筐体５１に設けられ、開口６１から吸入された空気に含まれる水分を吸収する。

上記の構成により、本実施形態に係るフォトンカウンティングＣＴ装置は、筐体内５１に吸入された空気を吸湿体６９により除湿し、除湿された空気を冷却器６５で冷却し、この除湿され冷却された空気でＸ線検出器１５１等の熱源を空冷することができる。

かくして、本実施形態によれば、結露を軽減しつつ低温環境下でフォトンカウンティングＣＴ検出器１７を動作することが可能となる。

なお、上記の説明において加熱器７１とファン７３とは別体であるとした。しかしながら、本実施形態はこれに限定されない。例えば、加熱器７１とファン７３とは、扇風機型ハロゲンヒータのように一体化されても良い。

（変形例１）
上記の実施形態に係るフォトンカウンティングＣＴ装置は、空気の除湿に並行して吸湿能力を回復するため、空気の流れを切り替えるものとした。しかしながら、本実施形態はこれに限定されない。変形例１に係るフォトンカウンティングＣＴ装置は、空気の流れを切り替えることなく、吸湿能力の回復と空気の除湿とを並列的に実行可能な構造を有する。以下、変形例１に係るフォトンカウンティングＣＴ装置について説明する。なお、以下の説明において、上記実施形態と略同一の機能を有する構成要素については、同一符号を付し、必要な場合にのみ重複説明する。

図１１は、変形例に係るフォトンカウンティングＣＴ検出器１７の内部構造を模式的に示す図である。図１１に示すように、筐体５１内の一端側に開口６１が設けられている。開口６１には除湿用ハニカムロータ９３が設けられている。筐体５１内の流路６３は、下部側（回転フレーム１３側）の流路６３−１と上部側の流路６３−２とに、壁（以下、仕切り壁と呼ぶ）９１により区画されている。開口６１のうちの、流路６３−１に連絡する部分は吸気口６１−３として機能し、流路６３−２に連絡する部分は排気口６１−４として機能する。ここで、流路６３−１を吸気側流路６３−１と呼び、流路６３−２を排気側流路６３−２と呼ぶことにする。吸気側流路６３−１から排気側流路６３−２に空気が流通可能に、筐体５１内の吸気口６１−３及び排気口６１−４とは反対側において空気の流通口６３−３が設けられている。

図１２は、除湿用ハニカムロータ９３の斜視図である。図１２に示すように、除湿用ハニカムロータ９３は、吸湿体９５を回転可能に支持する、加熱器９７を有する除湿装置である。除湿用ハニカムロータ９３は、吸湿体９５を低速で回転軸Ｒ１回りに回転する。除湿用ハニカムロータ９３は、吸湿体９５が開口６１、すなわち、吸気口６１−３と排気口６１−４とを覆うように位置決めされる。吸湿体９５の回転軸Ｒ１は、仕切り壁９１上に位置決めされる。また、吸湿体９５の上半分側に加熱器９７が設けられている。加熱器９７の位置は固定されている。加熱器９７は、吸湿体９５うちの加熱器９７に近接している部分に吸着された水分を蒸発し、当該部分の吸湿能力を回復させる。吸湿体９５が回転しているので加熱器９７は、吸湿体９５全体の吸湿能力を回復させることができる。

吸気側流路６３−１において除湿用ハニカムロータ９３の裏面側にはファン７３−３が設けられ、排気側流路６３−４において除湿用ハニカムロータ９３の裏面側にはファン７３−４が設けられている。吸気側流路６３−１の外壁には冷却面が吸気側流路６３−１に向けて冷却器９９が設けられている。冷却器９９は吸気側流路６３−１を流れる空気を冷却する。冷却器９９の裏面には、放熱面を筐体５１外に向けて放熱器１０１が設けられている。放熱器１０１は冷却器９９により発生された熱を筐体５１外に拡散する。筐体５１外（架台筐体内）には放熱器１０１を空冷するためのファン１０３が設けられている。

上記実施形態と同様に筐体５１内にはコリメータ５３とＸ線検出器１７１が設けられている。Ｘ線検出器１７１のＳｉＰＭ５５の裏面側には放熱面を排気側流路６３−２に向けて放熱器６７が設けられている。放熱器６７は、ＳｉＰＭ５７から発生された熱を拡散する。また、排気側流路６３−２には複数の電子回路基板５９が設けられている。また、吸気側流路６３−１には温度計測器７５−４と湿度計測器７７−４とが設けられている。温度計測器７５−４は、吸気口６１−３により吸入され吸湿体９５により除湿された空気の温度を繰り返し計測する。湿度計測器７７−４は、吸気口６１−３により吸入され吸湿体９５により除湿された空気の湿度を繰り返し計測する。また、放熱器６７の近傍には温度計測器７５−５と湿度計測器７７−５とが設けられている。温度計測器７５−５は、放熱器６７により温められた空気の温度を繰り返し計測する。湿度計測器７７−５は、放熱器６７により温められた空気の湿度を繰り返し計測する。

吸入口６１−３により吸入された空気は、除湿用ハニカムロータ９３により除湿され、ファン７３−４により筐体５１内の吸気側流路６３−１に送風される。吸気側流路６３−１を流れる空気は冷却器９９により冷却され、流通口６３−３を介して排気側流路６３−２に流れる。排気側流路６３−２に流れた空気は放熱器６７やＸ線検出器１７１、電子回路基板５９等を空冷し、排気口６１−４に向けて流れる。排気口６１−４に向かう空気は、ファン７３−４により排気口６１−４に向けて送風され、除湿用ハニカムロータ９３により除湿され排気口６１−４から排気される。

上記のように変形例１に係るフォトンカウンティングＣＴ検出器１７の筐体５１は、吸入口６１−３と排気口６１−４とを一方側に集約し、吸入口６１−３と排気口６１−４とを覆うように除湿用ハニカムロータ９３を搭載している。従って、空気の流れを切り替えることなく、空冷と除湿とを永続的に行うことができる。

かくして、変形例１によれば、結露を軽減しつつ低温環境下でフォトンカウンティングＣＴ検出器１７を動作することが可能となる。

（変形例２）
上記の実施形態においては筐体５１内に一本の流路のみが設けられるとした。しかしながら、本実施形態はこれに限定されない。例えば、図１３に示すように、筐体５１内に複数の流路６３が平行に設けられても良い。図１３においては、簡単のため、吸湿体や加熱器等のファン７３以外の構成要素の図示を省略している。各流路６３の両端には、上記の実施形態と同様に、開口６１及びファン７３が設けられている。複数の流路６３は壁１０５等により仕切られている。図１３に示すように、複数の流路６３において空気が互い違いの方向に流れるように、複数のファン７３が湿度系駆動回路８３により回転される。空気の流れを互い違いにすることにより、筐体５１内の温度を空間的に均一にすることができる。なお、筐体５１内に複数の流路６３が平行に設けられている場合、空気が同一方向に流れるように、複数のファン７３が湿度系駆動回路８３により回転されても良い。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１０…架台、１１…固定部、１３…回転フレーム、１５…Ｘ線源、１７…フォトンカウンティングＣＴ検出器、１９…天板、２１…天板支持機構、２３…回転駆動部、２５…寝台駆動部、２７…高電圧発生部、３０…コンソール、３１…前処理部、３３…投影データ記憶部、３５…画像再構成部、３７…撮像制御部、３９…表示部、４１…入力部、４３…主記憶部、４５…システム制御部、５１…筐体、５３…コリメータ、５５…シンチレータ、５７…ＳｉＰＭ、６１…開口、６３…流路、６５…冷却器、６７…放熱器、６９…吸湿体、７１…加熱器、７３…ファン、７５…温度計測器、７７…湿度計測器、８１…温度系駆動回路、８３…湿度系駆動回路、８５…演算処理回路、１７１…Ｘ線検出器、１７３…信号処理回路、１７５…空調部

Claims (20)

1. Ｘ線を発生するＸ線源と、
   前記Ｘ線源からのＸ線を検出するＸ線検出器と、
   前記Ｘ線検出器を収容する筐体と、
   前記筐体に設けられ、前記筐体の第１の開口から吸入された空気を前記筐体の第２の開口に向けて送風するファンと、
   前記第１の開口と前記第２の開口との間に設けられ、前記筐体内の空気を冷却する冷却器と、
   前記筐体に設けられ、前記第１の開口から吸入された空気に含まれる水分を吸収する吸湿体と、
   を具備するＸ線コンピュータ断層撮影装置。
2. 前記ファンを制御する制御部をさらに備え、
   前記ファンは、前記第１の開口側に設けられた第１のファンと、前記第２の開口側に設けられた第２のファンとを有し、
   前記制御部は、前記筐体内の空気の流れを前記第１の開口から前記第２の開口への方向と前記第２の開口から前記第１の開口への方向とで切り替えるために前記第１のファンと前記第２のファンとを制御する、
   請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
3. 前記筐体内の湿度を繰り返し計測する湿度計測器、をさらに備え、
   前記制御部は、前記計測された湿度に基づいて前記筐体内の空気の流れを切り替えるか否かを判定し、前記前記筐体内の空気の流れを切り替えると判定された場合、前記筐体内の空気の流れの切り替えるために前記第１のファンと前記第２のファンとを制御する、
   請求項２記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
4. 前記制御部は、所定の期間が経過する毎に、前記筐体内の空気の流れを切り替えるために前記第１のファンと前記第２のファンとを制御する、請求項２記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
5. 前記吸湿体を加熱する加熱器をさらに備える、請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
6. 前記ファンと前記加熱器とを制御する制御部をさらに備え、
   前記ファンは、前記第１の開口側に設けられた第１のファンと、前記第２の開口側に設けられた第２のファンとを有し、
   前記吸湿体は、前記第１の開口側に設けられた第１の吸湿体と、前記第２の開口側に設けられた第２の吸湿体とを有し、
   前記加熱器は、前記第１の開口側に設けられ前記第１の吸湿体を加熱する第１の加熱器と、前記第２の開口側に設けられ前記第２の吸湿体を加熱する第２の加熱器とを有し、
   前記制御部は、前記第１の開口から前記第２の開口に送風する場合、前記第１の開口から吸入された空気を前記第２の開口から排気させるために前記第１のファンと前記第２のファンとを制御し、前記第２の吸湿体を加熱するために前記第２の加熱器を制御し、前記第２の開口から前記第１の開口に送風する場合、前記第２の開口から吸入された空気を前記第１の開口から排気させるために前記第１のファンと前記第２のファンとを制御し、前記第１の吸湿体を加熱するために前記第１の加熱器を制御する、
   請求項５記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
7. 前記筐体内の湿度を繰り返し計測する湿度計測器をさらに備え、
   前記制御部は、前記計測された湿度に基づいて前記筐体内の空気の流れを切り替えるか否かを判定し、前記前記筐体内の空気の流れを切り替えると判定された場合、前記筐体内の空気の流れの切り替えるために前記第１のファンと前記第２のファンとを制御する、
   請求項６記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
8. 前記筐体内の温度を繰り返し計測する温度計測器をさらに備え、
   前記制御部は、前記計測された温度と前記計測された湿度とに基づいて前記吸湿体の性能が許容レベルを下回るか否かを判定し、前記吸湿体の性能が前記許容レベルを下回ると判定した場合、前記筐体内の空気の流れを切り替える、
   請求項７記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
9. 前記制御部は、前記計測された温度が一定範囲を維持し且つ前記計測された湿度が一定期間に亘り上昇を維持している場合、前記吸湿体の性能が前記許容レベルを下回ると判定する、請求項８記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
10. 警告部をさらに備え、
    前記制御部は、前記計測された湿度に基づいて前記吸湿体の経年劣化に伴う性能の劣化が所定値を下回るか否かを判定し、
    前記警告部は、前記吸湿体の性能が前記所定値を下回ると判定された場合、警告を発する、
    請求項７記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
11. 前記制御部は、所定の期間が経過する毎に、前記筐体内の空気の流れを切り替えるために前記第１のファンと前記第２のファンとを制御する、請求項６記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
12. 前記筐体内の前記第１の開口と前記第２の開口との間を流れる空気に曝され、前記冷却器により発生される熱を拡散する放熱器、をさらに備える請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
13. 前記筐体内の温度を繰り返し計測する温度計測器と、
    前記筐体内の湿度を繰り返し計測する湿度計測器と、
    前記計測された温度と前記計測された湿度とに基づいて前記筐体内の空気が露点を下回らないように前記冷却器を制御する制御部と、
    をさらに備える請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
14. 前記制御部は、計測された湿度と予め記憶された空気曲線とに基づいて前記筐体内の露点を算出する、請求項１３記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
15. 前記筐体は、前記第１の開口と前記第２の開口とを接続し、平行に配列された複数の流路を有し、
    前記制御部は、前記複数の流路に互い違いの方向に空気が流れるように、前記ファンを制御する、
    請求項２記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
16. 前記筐体は、前記第１の開口と前記第２の開口とを接続しスライス方向に略平行する流路を有する、請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
17. 前記筐体は、前記第１の開口と前記第２の開口とを接続し、平行に配列された複数の流路を有する、請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
18. 前記筐体は、断熱材により形成される、請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
19. 前記Ｘ線検出器を介して前記検出されたＸ線に応じたデジタルデータを収集する信号処理回路をさらに備え、
    前記筐体は、前記Ｘ線検出器と前記信号処理回路とを収容する、
    請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
20. 前記吸湿体を回転可能に支持し、前記吸湿体を加熱する加熱器を有する除湿装置をさらに備え、
    前記第１の開口と前記第２の開口とは前記筐体の一方側に設けられ、
    前記吸湿体が前記第１の開口と前記第２の開口とを覆い、前記吸湿体を加熱するために前記第２の開口側に前記加熱器が配置されるように前記除湿装置が設けられる、
    請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。