JP3816992B2

JP3816992B2 - Ｘ線検出器恒温化装置

Info

Publication number: JP3816992B2
Application number: JP24547896A
Authority: JP
Inventors: 晋一右田; 勝義植松
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 1996-08-29
Filing date: 1996-08-29
Publication date: 2006-08-30
Anticipated expiration: 2016-08-29
Also published as: JPH1073668A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｘ線計測に用いられるＸ線検出器の恒温化装置に係り、特に外気温変化に伴ってリングアーチファクトが発生しやすい医療用Ｘ線ＣＴ装置のＸ線検出器の特性改善に好適なＸ線検出器恒温化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
医療用Ｘ線ＣＴ装置のＸ線検出器（以下、単に検出器ともいう）では５００ｃｈ以上もの多数の検出素子を有しており、検出器外気温の変化によって各ｃｈを構成する部品の熱膨張により個々のｃｈピッチ間隔が微妙に変わってしまう。そして、この微妙なピッチ間隔ずれが個々のｃｈ感度特性を変化させてしまいリングアーチファクトを発生させる問題があった。
【０００３】
従来から、この問題を解決するために検出器の恒温化技術が知られている。図８にそのような恒温化技術の代表的な例（電離箱型検出器への適用例）を示す。図示するように、恒温化ヒータ９と温度センサ１０は検出器ケース３の一部に組み込まれている。温度制御ユニット１１は、温度センサ１０によって温度を読み込み、図９に示すような設定温度ＴＨ以下の場合にヒータ９に電源を供給（ＯＮ）し、設定温度ＴＨ以上の場合にヒータ９の電源供給を遮断（ＯＦＦ）する温度制御を行うことで検出器ケース３の温度を一定に保つ働きをしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術では、次のような問題点があった。
図１０は従来装置におけるヒータ９のＯＮ後の検出器ケース３の温度の代表的な時間的変化を示している。この図１０において、最適なヒータ熱容量の選択をした場合を曲線イで示す。この場合は、ヒータＯＮ後、検出器ケース温度は徐々に上昇し設定温度ＴＨ近くで飽和傾向を示す。そして温度ＴＨに達した時点でヒータ９はＯＦＦになり、温度が低下した際には再度ヒータＯＮ動作となる。そのため、設定温度ＴＨ付近で緩やかな温度変化を示しながらほぼ一定の温度を保つことができる。
【０００５】
曲線ロは、検出器外気温がより低い条件で使用した場合の例である。この場合は、ヒータ熱容量不足となって目標とした設定温度ＴＨに検出器を保つことができない。そこで、ヒータ９を複数個配置して検出器恒温化制御する場合があるが、この場合には個々の制御装置設定検出器ケース部間での温度不均一を生じ、検出器での感度変化がより顕著になってしまい、顕著なリングアーチファクトを発生させてしまう。また、外気温が低い時間で感度補正計測（キャリブレーション）を行うことによる対処法も考えられるが、この方法では、その後、外気温が上がり本来の正常な検出器温度状態で計測した場合に感度補正の不一致で逆にリングアーチファクトを発生させてしまうという問題があった。
【０００６】
曲線ハは、ヒータ容量をより大きくした場合の例である。この場合は、より外気温が低いときでも充分設定温度ＴＨに達する能力はあるが、逆にＴＨ温度に達してヒータＯＦＦにしても検出器温度上昇はすぐには止らないため、ヒータＯＮ／ＯＦＦ動作での時遅れと恒温化温度変動幅が大きくなり、充分な恒温化制御ができないという問題が生じた。
【０００７】
本発明の目的は、より広範囲の外気温変化条件でも迅速，高精度に検出器ケースを恒温化でき、リングアーチファクト発生のない高画質なＸ線ＣＴ画像が得られるＸ線検出器となし得るＸ線検出器恒温化装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、検出器ケースの一部に取り付けられた１個以上の第１恒温化ヒータと、前記検出器ケースの外方近傍位置に配置された１個以上の第１温度センサと、この第１温度センサによる検出器周囲外気温の測定値が第１設定温度（ TL ）よりも高いか低いかで前記第１恒温化ヒータに供給する電源をＯＮ／ＯＦＦして検出器ケース温度を制御する第１温度制御ユニットと、前記検出器ケースの一部に取り付けられた１個以上の第２恒温化ヒータと、前記検出器ケースの一部に取り付けられた１個以上の第２温度センサと、この第２温度センサによる検出器ケース温度を測定値が第２設定温度（ TH ）よりも高いか低いかで前記第２恒温化ヒータに供給する電源をＯＮ／ＯＦＦして検出器ケース温度を制御する第２温度制御ユニットとを設けることにより達成される。
【０００９】
検出器周辺外気温測定用の第１設定温度を検出器ケース温度測定用の第２設定温度より低く設定することにより、外気温が低い場合、第１，第２恒温化ヒータは共にＯＮ動作する。すなわち高い熱容量で動作し、したがってより低外気温の状態でも迅速に検出器ケースの温度を上昇させて、第２恒温化ヒータが機能を果たす最低限の下限温度を確実に確保する。第１設定温度に達した後、検出器の温度飽和に最適な熱容量である第２恒温化ヒータのみがＯＮ動作になり、この第２恒温化ヒータのＯＮ／ＯＦＦ制御は検出器ケースの温度飽和領域に達する直前の第２設定温度に設定される。このため、検出器ケース温度は第２恒温化ヒータにより緩やかに第２設定温度に達し、その後の第２恒温化ヒータのＯＮ／ＯＦＦ動作時でも検出器温度変動が少なく高精度な恒温化制御が可能になる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明するが、その前に、本発明装置が適用されるＸ線検出器を備えたＸ線ＣＴスキャナの一例を図７を参照して説明しておく。
【００１１】
図７は上記Ｘ線ＣＴスキャナの一例を寝台側から示す正面図で、この図７に示すように、Ｘ線ＣＴスキャナ１００の内部は次のように構成されている。すなわち、Ｘ線管球１０１の対向位置にはＸ線検出器１０４が配置され、Ｘ線管球１０１から照射されたＸ線は、コリメータユニット１０２によりスライス方向（スキャナ奥行方向）厚さに狭められたＸ線ビーム１０３とされる。
【００１２】
検出器１０４は被検体（図示せず）を透過したＸ線ビーム１０３を各ｃｈ毎に電気信号に変換する。そして、これらの電気信号は検出回路ユニット１０５によって各ｃｈ毎増幅され、そのアナログ信号はＡ／Ｄ変換回路によりデジタル信号に順次変換される。
【００１３】
このＸ線管球１０１、コリメータユニット１０２、検出器１０４及び検出回路ユニット１０５は回転ベース１０６上に配置固定され、この回転ベース１０６はベアリング構造をもった回転軸受け１０７によりスキャナベース１０８に固定されている。
【００１４】
以上により、回転ベース１０６は自由に回転することが可能となり、したがってＸ線管球１０１、コリメータユニット１０２、検出器１０４及び検出回路ユニット１０５が一体となって回転して被検体全周方向からの計測ができる。そしてこれらの計測データは図示しない画像処理装置に順次送られ、画像再構成がなされる。なお、１０９はスキャナスタンドである。
【００１５】
図１は、本発明によるＸ線検出器恒温化装置の第１実施形態が適用されたＸ線検出器を示す構成図である。ここでは、Ｘ線検出器として代表的な電離箱型検出器を例に採り、そのＸ線スライス方向の断面を示している。
【００１６】
この図１において、Ｘ線ビーム１０３は検出器ケース３のＸ線入射口から入射され、検出器ケース３内の信号電極板６に到達する。この信号電極板６と信号電極板６の両側面に平行して配置された高圧電極板（図示せず）は、電極板サポート用絶縁板５により固定されている。これら電極板及び絶縁板５は複数の検出素子の集合体である検出器ブロックとして固定台４に固定され、この固定台４が信号取出し基板２を共締めの形で検出器ケース蓋１に固定されている。よって、この検出器ケース蓋１と検出器ケース３が完全にねじ等で固定されるとこの検出器ケース３内の空間は密閉状態になり、この空間にキセノン等の不活性ガスが充填されている。
【００１７】
これにより、信号電極板６に達したＸ線ビーム１０３は上記キセノンガスを電離分解させることから、この時の電離イオン群が上記高圧電極板に印加された電圧により信号電極板６に到達し電流信号として検出される。これら各検出ｃｈの電離信号は信号取出し線７により信号取出し基板２上の導電体パターンに導かれ、個々に検出器コネクタ（信号取出しコネクタ）８によって検出器外部に電流信号が取り出される構成となっている。
【００１８】
ここで、第１温度センサ１３は外気温測定に用いるため検出器に接しない周辺空間に配置され、また第１恒温化ヒータ１２、第２恒温化ヒータ９及び第２温度センサ１０は検出器ケース３の一部に取り付けられる（検出器ケース蓋１又は固定台４の一部でも取付け可）。また、恒温化能力をより向上させるためには断熱材１４を検出器蓋１と検出器ケース３を覆うように配置してもよい。これら恒温化ヒータ１２，９と温度センサ１０には個々に独立した第１温度制御ユニット１１−ｂと第２温度制御ユニット１１−ａが接続され、ヒータ１２，９の電源である商用電源（１００Ｖ交流電源）や直流電源が供給される。ここで、恒温化ヒータ９，１２としてはシート状態で折曲げ性に優れた例えばオーエム社製のシリコンラバーヒータが、温度制御ユニット１１−ａ，１１−ｂとしては例えばオムロン社製Ｅ５ＣＳ−Ｑ１Ｇ等の温度コントローラ等が好適である。
【００１９】
この温度制御ユニット１１−ａ，１１−ｂは、温度センサ１０，１３での温度を検知して、予め個々に設定した設定温度より低い場合はヒータ９，１２に電源を供給（ＯＮ）し、設定温度より高い場合はヒータ９，１２への電源供給をストップ（ＯＦＦ）する動作を繰り返す。ここでは両者個別にヒータＯＮ／ＯＦＦ制御設定温度が設定され、図２に示すような温度制御がなされる。
【００２０】
すなわち、第１温度制御ユニット１１−ｂには第１設定温度ＴＬが設定され、第２温度制御ユニット１１−ａには第１設定温度ＴＬより高い第２設定温度ＴＨが設定されている。かつ、第２温度制御ユニット１１−ａでの設定温度ＴＨは第２恒温化ヒータ９のＯＮ動作によって検出器ケース３の温度上昇が飽和状態に至る温度より若干低い値又は飽和温度より確実に低い温度に設定され、かつ第１恒温化ヒータ１２がＯＮ動作でも第２設定温度ＴＨを超えないことが重要である。よって、個々の検出器形状と検出器の使用外気温に応じて第１及び第２恒温化ヒータ容量と第１及び第２設定温度値が最適化されている。
【００２１】
このような恒温化構造における詳細動作について以下に説明する。
まず、ヒータＯＮ動作前の検出器ケース蓋１、検出器ケース３及び固定台４の温度は外気温とほぼ同じ値になっている。よって恒温化制御における動作状態としては以下のパターンＡ〜Ｅの５状態がある。
【００２２】
パターンＡ状態：外気温が絶えず第１設定温度ＴＬ以下の場合
第１，第２恒温化ヒータ１２，９の両者がＯＮ動作になり、これによる高容量ヒータで素速く検出器ケース温度が上昇するが、検出器ケース温度が第２設定温度ＴＨに近づくと温度上昇が緩やかになり、第２設定温度ＴＨ温度に達した後は第２恒温化ヒータ９のみＯＮ／ＯＦＦ動作を繰り返す。
【００２３】
パターンＢ状態：最初外気温が第１設定温度ＴＬ以下で、その後、第１設定温度ＴＬ以上第２設定温度ＴＨ以下になる場合
第１，第２恒温化ヒータ１２，９の両者がＯＮ動作になり、これによる高容量ヒータで素速く検出器ケース温度が上昇するが、検出器ケース温度が第２設定温度ＴＨに近づくと温度上昇が緩やかになり、第２設定温度ＴＨ温度に達した後は第２恒温化ヒータ９のみＯＮ／ＯＦＦ動作を繰り返す。その後、外気温が第１設定温度ＴＬ以上になると第１恒温化ヒータ１２はＯＦＦ動作、第２恒温化ヒータ９のみＯＮ／ＯＦＦ動作を繰り返す。
【００２４】
パターンＣ状態：最初外気温が第１設定温度ＴＬ前後で変動する場合
第１，第２恒温化ヒータ１２，９の両者がＯＮ／ＯＦＦ動作を繰り返す。
【００２５】
パターンＤ状態：最初から外気温が第１設定温度ＴＬ以上第２設定温度ＴＨ以下で変動する場合
第１恒温化ヒータ１２は絶えずＯＦＦ動作。第２恒温化ヒータ９のみＯＮ動作で検出器ケース温度を上昇させ、検出器ケース温度が第２設定温度ＴＨに近づくと温度上昇が緩やかになり、第２設定温度ＴＨ温度に達した後は第２恒温化ヒータ９のみＯＮ／ＯＦＦ動作を繰り返す。
【００２６】
パターンＥ状態：最初から外気温が第２設定温度ＴＨ以上で変動する場合
第１，第２恒温化ヒータ１２，９共、ＯＦＦ動作。検出器ケース温度は外気温と共に変動する。
【００２７】
一般には検出器恒温化における第２設定温度ＴＨは外気温の最大値より大きい値に設定することにより、原則的には上記パターンＥの動作状態をなくすことが可能である。
以上の動作によって、より広範囲の外気温変化条件でも迅速，高精度に検出器ケースた恒温化される。
【００２８】
図３は、本発明装置の第２実施形態が適用されたＸ線検出器を示す構成図である。この図３において、図２と同一符号は同一又は相当部分を示す。
図１の例では、第１温度制御ユニット１１−ｂ及び第２温度制御ユニット１１−ａとして市販品を用い独立に温度制御していた。ここでの温度制御ユニット（ヒータ給電削減切替型温度制御ユニット）１１−１は、各種温度センサ増幅回路と温度判定回路並びにヒータ給電用リレー回路等の制御回路を組み込んで図１の例での温度制御を可能とした点で図１の例とは異なる。ロジック的なハード制御の他、温度センサを組み込んだ工業用マイクロコンピュータ（日立社製ＳＨマイコン等）でのプログラムによる温度制御にも対応可能である。
【００２９】
ここでは、第１，第２温度センサ１３，１０の両者で温度検知して個々に、すなわち、第１温度センサ１３の温度測定値に応じて第１恒温化ヒータ１２のＯＮ／ＯＦＦ制御を、また第２温度センサ１０の温度測定値に応じて第２恒温化ヒータ９へのＯＮ／ＯＦＦ制御を行う温度制御機能をもたせてある。すなわち温度制御ユニット１１−１は、第１設定温度ＴＬと第２設定温度ＴＨが設定されており、第１，第２温度センサ１３，１０による温度測定値が第１設定温度ＴＬ，第２設定温度ＴＨより低い場合はヒータ１２，９に電源を供給（ＯＮ）し、第１設定温度ＴＬ，第２設定温度ＴＨより高い場合はヒータ１２，９への電源供給をストップ（ＯＦＦ）する動作を繰り返す（図２参照）。よって本例でも図１の例と全く同じ温度制御が可能である。
【００３０】
なお、図１及び図３の例では恒温化ヒータとして別個独立の複数（ここでは２個）の恒温化ヒータ１２，１０を用いたが、これのみに限定されることはない。例えば、図４に示すように、共通の１枚のヒータシート９−１内に複数（ここでは２回路）の発熱体９−２，９−３を配置し、個々の発熱体９−２，９−３に独立した供給電源路９−４，９−４が配置された１個の発熱体切替型ヒータ９１を用いてもよい。この場合は、第１恒温化ヒータ１２の代わりに発熱体９−２を用い、第２恒温化ヒータ９の代わりに発熱体９−３を用いることになる。基本動作としては、温度制御ユニット１１−１は第１温度センサ１３により外気温を検知してそれが第１設定温度ＴＬより低い場合に発熱体９−２に給電を行い（ＯＮし）、逆に第１設定温度ＴＬより高い場合に発熱体９−２への給電をストップ（ＯＦＦ）する動作を繰り返す。また、同様に第２温度センサ１０により検出器ケース温度を検知してそれが第２設定温度ＴＨより低い場合に発熱体９−３に給電を行い（ＯＮし）、逆に第２設定温度ＴＨより高い場合に発熱体９−３への給電をストップ（ＯＦＦ）する動作を繰り返す。よって本例でも図１の例と全く同じ温度制御が可能である。
【００３１】
図５は、本発明置の第３実施形態が適用されたＸ線検出器を示す構成図である。この図５において、図２と同一符号は同一又は相当部分を示す。
ここでは、温度制御ユニット（ヒータ給電電力切替型温度制御ユニット）１１−２は温度センサ１０により検出器ケース温度を検知して個々の設定温度条件下で恒温化ヒータ９への供給電源電力（給電電力）を制御し恒温化ヒータ９に給電を行う。給電電力の制御方法については、電源電圧又は電源電流、あるいは両者共制御する方法であってもよい。
【００３２】
すなわち温度制御ユニット１１−２は、基本動作として、最初恒温化ヒータ９の給電電力を高電力のＷＨにし、ヒータ９の高熱量により素速く検出器ケース温度を上昇させる。検出器ケース温度が第１設定温度ＴＬ温度に達した後は給電電力をＷＬに下げ、緩やかな温度上昇に変える。検出器ケース温度が第２設定温度ＴＨに達した後はヒータ９の給電を完全に０とし、その後、第２設定温度ＴＨ付近でのＯＮ／ＯＦＦ動作（ＨＬ給電）を繰り返す。
【００３３】
図１１は、本発明装置における恒温化ヒータＯＮ後の検出器ケース温度の時間的変化の例を示すグラフである。
【００３４】
なお、上述例では本発明装置が適用されるＸ線検出器として電離箱型検出器を例に採ったが、固体検出器にも同様に本発明装置を適用することができる。また、温度設定及び供給電力制御（切替）方法も単純化のため２値しきい値制御としたが、これを複数に設定したり、あるいは段階的制御でなく曲線温度対応にしてもよく、これによれば、種々の温度に対してより緻密な温度制御が可能になる。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、より広範囲の外気温変化条件でも迅速，高精度に検出器ケースを恒温化でき、リングアーチファクト発生のない高画質なＸ線ＣＴ画像が得られるＸ線検出器になし得るという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明装置の第１実施形態が適用されたＸ線検出器を示す構成図である。
【図２】図１に示した本発明装置の動作説明図である。
【図３】本発明装置の第２実施形態が適用されたＸ線検出器を示す構成図である。
【図４】図１及び図３の例における恒温化ヒータの他の例を示す平面図である。
【図５】本発明装置の第３実施形態が適用されたＸ線検出器を示す構成図である。
【図６】図５に示した本発明装置の動作説明図である。
【図７】本発明装置が適用されるＸ線検出器を備えたＸ線ＣＴスキャナの一例を示す正面図である。
【図８】従来装置を備えてなるＸ線検出器を示す構成図である。
【図９】図８に示した従来装置の動作説明図である。
【図１０】従来装置における恒温化ヒータＯＮ後の検出器ケース温度の時間的変化を示すグラフである。
【図１１】本発明装置における恒温化ヒータＯＮ後の検出器ケース温度の時間的変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１検出器ケース蓋
２信号取出し基板
３検出器ケース
４固定台
５絶縁板
６信号電極板
７信号取出し線
８検出器コネクタ（信号取出しコネクタ）
９第２恒温化ヒータ
９１発熱体切替型ヒータ
９−１ヒータシート
９−２，９−３発熱体
１０第２温度センサ
１１温度制御ユニット
１１−ａ第２温度制御ユニット
１１−ｂ第１温度制御ユニット
１１−１ヒータ給電削減切替型温度制御ユニット
１１−２ヒータ給電電力切替型温度制御ユニット
１２第１恒温化ヒータ
１３第１温度センサ
１４断熱材
１００Ｘ線ＣＴスキャナ
１０１Ｘ線管球
１０２コリメータユニット
１０３Ｘ線ビーム
１０４Ｘ線検出器
１０５検出回路ユニット
１０６回転ベース
１０７回転軸受け
１０８スキャナベース
１０９スキャナスタンド

Claims

検出器ケースの一部に取り付けられた１個以上の第１恒温化ヒータと、前記検出器ケースの外方近傍位置に配置された１個以上の第１温度センサと、この第１温度センサによる検出器周囲外気温の測定値が第１設定温度（ TL ）よりも高いか低いかで前記第１恒温化ヒータに供給する電源をＯＮ／ＯＦＦして検出器ケース温度を制御する第１温度制御ユニットと、前記検出器ケースの一部に取り付けられた１個以上の第２恒温化ヒータと、前記検出器ケースの一部に取り付けられた１個以上の第２温度センサと、この第２温度センサによる検出器ケース温度を測定値が第２設定温度（ TH ）よりも高いか低いかで前記第２恒温化ヒータに供給する電源をＯＮ／ＯＦＦして検出器ケース温度を制御する第２温度制御ユニットとを具備することを特徴とするＸ線検出器恒温化装置。
検出器ケースの一部に取り付けられた複数個の恒温化ヒータと、前記検出器ケースの外方近傍位置に配置された１個以上の第１温度センサと、前記検出器ケースの一部に取り付けられた１個以上の第２温度センサと、前記第１温度センサによる検出器周囲外気温の測定値に応じて前記複数個の恒温化ヒータに供給する電源をＯＮ／ＯＦＦして検出器ケース温度を制御し、第１設定温度到達後前記複数個の恒温化ヒータのうちの所定の恒温化ヒータへの電源供給路を遮断して動作ヒータ数を少なくし、この間前記第２温度センサによる検出器ケース温度の測定値に応じて前記恒温化ヒータに供給する電源をＯＮ／ＯＦＦ制御して検出器ケース温度を第２設定温度に保持させるヒータ給電削減切替型温度制御ユニットとを具備することを特徴とするＸ線検出器恒温化装置。
恒温化ヒータは、１枚のヒータシート上に複数個の発熱体が配置され、個々の発熱体に独立に電源供給路が形成され、個々の電源供給路への電源切替制御で複数種の発熱容量を組み合せることが可能な発熱体切替型ヒータである請求項１又は２に記載のＸ線検出器恒温化装置。