JP5307359B2 - 一体型ｘ線管冷却系及び装置 - Google Patents

Description

本発明は一般的には、Ｘ線撮像装置に関し、さらに具体的には、Ｘ線撮像装置のための冷却手法に関する。

計算機式断層写真法（ＣＴ）イメージング・システムは、広く用いられている医用撮像ツールである。ＣＴ撮像は計算機式アキシャル断層写真法（ＣＡＴ）走査とも呼ばれ、異なる組織によるＸ線の可変性の吸収に基づくものである。ＣＴイメージング・システムは、被検体の断面画像を形成する。

典型的なＣＴイメージング・システムは、Ｘ線管と、このＸ線管に対向して装着されている一連のＸ線検出器とを円形ガントリに設けて含んでいる。撮像時には、患者がテーブルに載置されて、テーブルがガントリの中心に通される。患者がガントリを通過するのに伴ってガントリは患者の周りを回転する。ガントリに設けられているＸ線管及びＸ線検出器は、多くの異なる角度から患者の画像を捕獲する。次いで、コンピュータがこれらの画像を編集して、患者の三次元表現を生成する。

ガントリが患者の周りを回転するのに伴ってテーブルがガントリを通って連続的に移動すると、多くの従来のＣＴイメージング・システムで行なわれているように、画像は螺旋パターンで形成される。この手順を一般にヘリカル・スキャン（螺旋走査）と呼ぶ。

ＣＴイメージング・システムのＸ線管は典型的には、電子ビーム源（カソード）、後方散乱電子ビーム収集器、及び電子ビーム・ターゲット（アノード）を含んでいる。電子ビーム源、収集器及びターゲットは全て、撮像に用いられるＸ線ビームを発生する作用を果たす。ＣＴイメージング・システムのＸ線ビームは典型的には、ファン形状（扇形）のパターンを有するように発生される。Ｘ線ビームの形状は、コリメータを用いて変化させることができ、例えばビームの幅を増減させることができる。
米国特許出願公開第２００４／０２２３５８８号明細書

Ｘ線管によるＸ線ビームの発生は、特に電子ビーム・ターゲットを包囲する区域に膨大な熱量を発生する。一次電子ビーム出力の９９％が管において熱エネルギへ変換され、１％がＸ線エネルギへ変換される。この熱は、Ｘ線管の適正な動作を保つためには除去されなければならない。現在のＣＴイメージング・システム設計は、遠隔の液気型（fluid-to-air）熱交換器へポンプで送り込まれる作動流体を用いたＸ線管の強制対流冷却を採用している。遠隔の液気型熱交換器は、強制空冷によって作動流体を冷却する。この出力密度の低い解決策は、質量面及び幾何学的構成面で非効率的である。

さらに、撮像時には、運動による画像のボケを防ぐために、患者はじっと静止していることが重要である。幾つかの例では、例えば胸部走査時等に運動を防ぐために、患者は保息していなければならない。このことは、困難であり、また苦痛である。

従って、この障害を最小限に抑えるために、設計者は走査時間を短縮するようにガントリ速度を高めることを図る。すると、Ｘ線管において出力レベルを高めることが必要になる。出力レベルを高めることは、発熱のレベルも高まることを意味する。しかしながら、このように発熱レベルが高まると、現行の冷却系の容量に達するか又はこれを上回り得る。従って、ＣＴイメージング・システムのためのさらに実効的で効率的な冷却手法が求められている。

以上に述べた理由、及び本明細書を精読して理解すると当業者には明らかになる以下に述べるその他理由から、当技術分野では改善されたＣＴ撮像用冷却系が求められている。

Ｘ線管が提供される。このＸ線管は、電子ビーム源及び電子ビーム・ターゲットの少なくとも一部を包囲するフレーム構造を含んでいる。このフレーム構造は、内部に冷却系を一体化させている。冷却系は、空気／フィン層と、空気／フィン層に熱的に接触している過冷却された作動流体とを含んでおり、過冷却された作動流体は、電子ビーム源及び電子ビーム・ターゲットの１又は複数によってフレーム構造に導入される熱に応答して、少なくとも一つの空気／フィン層への熱の伝達を促す相転移を起こすように構成されている。

このＸ線管はさらに、電子収集器冷却系を付設した電子収集器を含み得る。電子収集器冷却系は、電子収集器を包囲する流体流路と、この流体流路に接続された液気型熱交換器と、過冷却された作動流体を流体流路及び液気型熱交換器を通して循環させるように構成されているポンプとを含んでいる。

また、計算機式断層写真法（ＣＴ）イメージング・システムが提供される。このＣＴイメージング・システムは、Ｘ線管に対向して装着されたＸ線検出器のアレイを設けたガントリを有している。Ｘ線管は、電子ビーム源及び電子ビーム・ターゲットの少なくとも一部を包囲するフレーム構造を含んでいる。フレーム構造は、内部に冷却系を一体化させて含んでいる。冷却系は、空気／フィン層と、空気／フィン層に熱的に接触しており、電子ビーム源及び電子ビーム・ターゲットの１又は複数によってフレーム構造に導入された熱に応答して、少なくとも一つの空気／フィン層への熱の伝達を促す相転移を起こすように構成されている過冷却された作動流体とを含んでいる。

本書では、様々な範囲の系及び装置について説明する。図面を参照して以下の詳細な説明を精読することにより、この概要に記載した観点及び利点に加えて、さらに他の観点及び利点が明らかとなろう。

従って、一体型冷却系を有するＸ線管２１６が提供される。この一体型冷却系は、過冷却された高温核沸騰作動流体を介して、効率的な熱伝達及び循環式（強制）空冷を結合させる。この一体型冷却系は、熱伝達の速度及び効率を高めて、さらに高出力従ってさらに高発熱を伴う応用を可能にする。さらに、大型で空間を占有する従来の遠隔の冷却系への依存が解消される。

詳細な説明は、四節に分かれている。第一節では、従来のＸ線システム及び冷却系について説明する。第二節では、改良された計算機式断層写真法（ＣＴ）イメージング・システムの全体像を掲げる。第三節では、改良されたＣＴイメージング・システムの装置を掲げる。最後に、第四節では、詳細な説明の結論を掲げる。
〔従来のＸ線系及び冷却系〕
図１は、従来のＸ線管１００及び冷却系１５０の断面図である。Ｘ線管１００は、電子ビーム源１０４及び電子ビーム・ターゲット１０６を有するＸ線管インサート１０２を含んでいる。

撮像時には、電子ビーム源１０４は電子ビームを発生する。電子ビーム源による電子ビームの発生については、当業者には周知であるのでここでは立ち入らない。電子ビーム源１０４によって発生される電子ビームの一部は、電子ビーム・ターゲット１０６に衝突する。電子ビームの電子ビーム・ターゲット１０６への衝突によって、既知のＸ線スペクトルが発生される。ＣＴ応用では、Ｘ線管１００から出たＸ線ビーム１１６はファン形状のパターンを有している。

電子ビーム・ターゲット１０６はロータ１１２に装着されている。ステータ１１４がロータ１１２の一部を包囲している。ロータ及びステータを有する電子ビーム・ターゲットについては、当業者には周知であるのでここでは立ち入らない。

Ｘ線管インサート１０２は、ハウジング１１８によって包囲されている。ハウジング１１８は典型的には、アルミニウム、鉛又はこれらの組み合わせのような金属で構成されている。ハウジング１１８は、内部に射出窓１２０を有する。射出窓１２０は、Ｘ線ビーム１１６がハウジング１１８を通過することを可能にする。

ハウジング１１８とＸ線管インサート１０２との間の空間によって画定されるＸ線管１００の内部空洞部１２４は、作動流体を収容している。作動流体は典型的には、含油化合物である。作動流体は、撮像時に発生されるＸ線管１００からの熱を除去する役割を果たし、また幾つかの応用では電気的な絶縁を提供するものであってもよい。明確に述べると、電子ビーム源１０４及び／又は電子ビーム・ターゲット１０６によって発生される熱は、Ｘ線管インサート１０２の表面から外へ放射されて、Ｘ線管インサート１０２を包囲する作動流体に伝達される。

次いで、加熱された作動流体は冷却系１５０を通過する。すなわち、ポンプ１３４が、加熱された作動流体を内部空洞部１２４から外へ、例えば流体導管１２６を介して吸引して、加熱された作動流体を液気型熱交換器１３０へ、例えば流体導管１２８を介して送り入れる。液気型熱交換器１３０は、複数の熱交換フィン１３６を含んでいる。加熱された作動流体が液気型熱交換器１３０を通るときに、熱交換フィン１３６は熱を作動流体から周囲空気へ発散させるのを助ける。この液気型の（流体から気体への）熱の伝達は受動的であってよいが、殆どの熱交換器は熱発散を促すためにファンを含んでいる。

作動流体は、液気型熱交換器１３０を通過することにより冷却されて、ポンプ１３４によって内部空洞部１２４へ、例えば流体導管１３２を介して送り戻される。図１では、見易くするために流体導管１２６及び１３２を極く近接して図示しているが、冷却された作動流体は典型的には、加熱された作動流体を引き出す内部空洞部１２４の側の反対側の内部空洞部１２４の側に再導入される。

前述のように、従来の冷却系１５０は非効率的である。すなわち、従来の冷却系１５０は別個の遠隔の冷却系であるため、Ｘ線撮像装置の貴重な空間を占有する。さらに、液気型熱交換器１３０での作動流体と周囲空気との間の熱伝達は、作動流体と周囲空気との間の温度差がしばしば小さいため、非効率的になっている。加えて、オイルのような従来の単相の作動流体を用いる冷却系は、出力が益々高まりつつある応用に対処するのに十分な熱伝達速度を有しない場合がある。
〔システムの全体像〕
図２は、例示的な計算機式断層写真法（ＣＴ）イメージング・システム２１０の図である。ＣＴイメージング・システム２１０は、「第三世代」ＣＴスキャナに典型的なガントリ２１２を含んでいる。ガントリ２１２は、Ｘ線管２１６を固定させたハウジング・ユニット２１４を含んでいる。Ｘ線管２１６は、Ｘ線ビーム２１８をガントリ２１２の対向する側に設けられているＸ線検出器２２２のアレイ２２０に向かって投射する。後に改めて説明するように、Ｘ線管２１６は、Ｘ線管２１６からの熱を除去するために過冷却された高温作動流体の核沸騰及び循環式（強制）空冷を用いた一体型冷却系を有している。

Ｘ線検出器２２２は一括で、患者２２４又は他の被撮像体を透過した投射Ｘ線を感知する。Ｘ線検出器２２２の各々が、入射Ｘ線ビームの強度を表わし従って患者２２４を透過したときのＸ線ビームの減弱を表わす電気信号を発生する。ＣＴイメージング・システム２１０の動作時に、ガントリ２１２、及びガントリ２１２に装着されている構成部品が回転軸２２６の周りを回転する。

ガントリ２１２の回転及びＸ線管２１６の動作は、ＣＴイメージング・システム２１０の制御機構２２８によって制御される。制御機構２２８はＸ線制御器２３０とガントリ・モータ制御器２３２とを含んでおり、Ｘ線制御器２３０はＸ線管２１６に出力信号及びタイミング信号を供給し、ガントリ・モータ制御器２３２はガントリ２１２の回転速度及び位置を制御する。制御機構２２８内に設けられているデータ取得システム（ＤＡＳ）２３４がＸ線検出器２２２からのアナログ投影データをサンプリングして、後続の処理のためにこれらのアナログ・データをディジタル投影データへ変換する。画像再構成器２３６が、ＤＡＳ２３４からディジタル化されたＸ線投影データをメモリ２３８に受け入れ、また画像再構成器２３６は、メモリに記憶されているプログラム信号によって定義されるように高速再構成アルゴリズムを実行するプロセッサ２４０を含んでいる。再構成された画像はコンピュータ２４２への入力として印加され、コンピュータ２４２は大容量記憶装置２４４に画像を記憶させる。

コンピュータ２４２はまた、例えばキーボードを有するコンソール２４６を介して操作者から指令及び走査用パラメータを受け取る。付設されている陰極線管表示器２４８によって、操作者は再構成された画像及びコンピュータ２４２からのその他のデータを観測することができる。操作者が供給した指令及びパラメータはコンピュータ２４２によって用いられて、ＤＡＳ２３４、Ｘ線制御器２３０及びガントリ・モータ制御器２３２に制御信号及び情報を供給する。加えて、コンピュータ２４２は、テーブル・モータ制御器２５０を動作させて、患者２２４をガントリ２１２内で配置するように電動式テーブル２５２を制御する。「段階撮影（stop-and-shoot）走査としても知られるアキシャル・スキャンの場合には、テーブル２５２は所定位置まで患者２２４を割り出しして、この位置でガントリ２１２を患者２２４の周りに回転させる。これに対し、ヘリカル・スキャンの場合には、テーブル２５２は、ガントリ２１２を巡るＣＴイメージング・システム２１０の回転当たりのｚ軸に沿った変位に等しいテーブル速度ｓで患者２２４を移動させる。

以下の説明は、ＣＴイメージング・システムに関連してＸ線管（及び付設されている一体型冷却系）について為されるが、本書に記載する手法は、多くの異なるＸ線発生装置に広く応用可能であることを理解されたい。
〔装置の実施形態〕
図３は、一体型冷却系を有するＸ線管２１６の断面図である。Ｘ線管２１６は、インサート壁３０３によって画定される外部構造を有するＸ線管インサート３０２を含んでいる。インサート壁３０３は、限定しないがステンレス鋼等の金属材料で構成される。Ｘ線管インサート３０２は、電子ビーム源３０４及び電子ビーム・ターゲット３０６をロータ３１６に装着して含んでいる。後に改めて説明するように、ロータ３１６はファン３１８を含んでいる。

Ｘ線管インサート３０２の少なくとも一部を包囲して一体型冷却系が設けられている。一体型冷却系は、インサート壁３０３の一部を包囲してインサート壁３０３との間に空洞部３１０を画定するケーシング壁３０８を含んでいる。

空洞部３１０は、高温作動流体を収容している。適当な高温作動流体としては、限定しないが、米国ミズーリ州セントルイス所在のSolutia, Inc.によって製造されているTherminol（商標）がある。高温作動流体は加圧状態にあり、例えばこの流体は所与の温度について流体の通常の飽和圧力よりも高い圧力にある。例えば、実施形態の一例によれば、高温作動流体に通常の大気圧よりも高い圧力を加えて、高温作動流体を加圧状態にする。かかる加圧状態にある流体は、過冷却された流体として公知である。従って、以下では、加圧状態にあるときの高温作動流体を「過冷却された高温作動流体」と呼ぶものとする。一体型冷却系での過冷却された高温作動流体の作用について、以下でさらに詳細に説明する。

撮像時には、電子ビーム源３０４及び／又は電子ビーム・ターゲット３０６は多量の熱、例えば典型的には１キロワット（ｋＷ）〜１０ｋＷの熱を発生し、この熱はインサート壁３０３に向かって外に放射される。次いで、インサート壁３０３は、過冷却された高温作動流体との熱界面となり、すなわち熱は、インサート壁３０３の温度が上昇するのに伴って、インサート壁３０３を介して強制対流及び強制過冷却核沸騰によって、過冷却された高温作動流体へ伝達される。

インサート壁３０３を介して過冷却された高温作動流体に導入された熱は、過冷却された高温作動流体を沸騰させる。インサート壁３０３の表面で、過冷却された高温作動流体に気泡が形成する。気泡は、熱を運びながらインサート壁の表面から離れて崩壊する。一旦、インサート壁の表面から離れたら気泡は破裂し、これと共に過冷却された高温作動流体のバルク温度が、インサート壁の表面に近接した過冷却された高温作動流体の温度よりも低くなる。過冷却された高温作動流体のバルク温度は、所与の圧力条件での沸点よりも低く保たれる。すると、熱は過冷却された高温作動流体に放出される。後に改めて説明するように、この熱は続いて、空気／フィン層を介した循環式（強制）空冷によって、過冷却された高温作動流体から除去される。

インサート壁でのこの冷却構成は、気化の潜熱すなわち温度変化を生ぜずに過冷却された高温作動流体の単位質量の液体を蒸気へ転化するのに必要とされる熱量を利用して、インサート壁３０３から多量の熱、例えば典型的には１ｋＷ〜１０ｋＷを除去するため、極めて効率的である。二相（すなわち液体−蒸気）作動流体を用いることにより、インサート壁３０３での熱伝達速度が大幅に向上し、空気／フィン層３１２（後述）での比較的遅い熱伝達速度を見込む過冷却された高温作動流体での熱エネルギの蓄積を提供する。この応用において沸騰熱伝達を用いる利点は、熱伝達係数が典型的には、単相の強制対流よりも一桁大きく、これにより所与の熱量の伝達に遥かに小さい表面積しか必要としないことである。また、ケーシング壁３０８での熱伝達が、高温においては等温型で生じ得ることも有利であり、やはり遥かに空間効率的な熱伝達が結果として得られる。このようなものとして、本発明の作動流体は、熱伝達応用について極めて効率的である。さらに、高効率熱伝達作動流体を用いるということは、所与の応用について相対的に少ない作動流体が必要とされることを意味する。

尚、ＣＴ検査は、患者の準備時間に組み込まれた自然冷却時間を有することを特記しておく。従って、付設される熱交換系の目標は、発熱及び流動の動的な性質を管理することにある。

実施形態の一例によれば、過冷却された高温作動流体に接触するインサート壁３０３の１又は複数の表面は、気泡形成のための核生成部位として作用する空洞又は凹形空洞を提供する焼結面を含んでいる。これらの空洞は、インサート壁３０３の表面での気泡形成を促進し、このようにして過冷却された高温作動流体への熱伝達を強化する。代替的には、表面を凹凸にする他の適当な手段によって、熱伝達表面、例えばインサート壁３０３の熱伝達表面を同様に増大させて、これにより気泡形成を促進することもできる。

インサート壁３０３から除去された熱は、過冷却された高温作動流体を介してケーシング壁３０８へ伝達される。ケーシング壁３０８の少なくとも一部を包囲して空気／フィン層３１２が設けられている。空気／フィン層３１２は、空気の通過を許すように配向されている複数の熱伝達フィンを含んでいる。すなわち、後に改めて説明するように、空気／フィン層３１２の熱伝達フィンを通って循環される空気は、作動流体から熱を除去する役割を果たす。空気／フィン層３１２は、ＣＴのＸ線管に典型的に見受けられる遠隔の液気型熱交換器、例えば前述の図１のＸ線管１００に付設されている液気型交換器１３０に代わるものである。空気／フィン層３１２のフィンを流れる気流は、Ｘ線管２１６に一体化されているファン、例えば後述するファン３１８によって提供される。効率的な気流熱伝達のためのフィンは、当業者には周知であるのでここでは立ち入らない。

次に、空気／フィン層３１２を包囲して、空気シュラウド層３１４が設けられている。空気シュラウド層３１４は、限定しないがナイロン又は含ナイロン材料等の任意の適当な空気シュラウド形成材料で構成され得る。例示のみのために述べると、空気シュラウド層３１４は、タングステン−ナイロン合金で構成され得る。空気シュラウド層３１４の組成に基づいて、空気シュラウド層３１４は、Ｘ線管の外側層の１又は複数について一般的であるような放射線遮蔽特性を有するように構成され得る。例えば、空気シュラウド層３１４が上述のようにタングステン−ナイロン合金で構成されている場合には、空気シュラウド層３１４は放射線遮蔽特性を有する。さらに、空気シュラウド層３１４に加えて、又は空気シュラウド層３１４に代えて、Ｘ線管２１６の１又は複数の他の層を、放射線遮蔽特性を有するように構成することもできる。例示のみのために述べると、ケーシング壁３０８が放射線遮蔽特性を有するように構成され得る（例えば空気シュラウド層３１４が最低限の放射線遮蔽特性しか有しないか又は全く放射線遮蔽特性を有しない場合）。実施形態の一例によれば、ケーシング壁３０８は、内面に鉛を結合させたアルミニウム本体を含んでいる。

空気シュラウド層３１４及びケーシング壁３０８は、間に空気／フィン層３１２を介在させて、収容気流通路を形成する。収容気流通路は、上述のようにロータ３１６に装着され得るファン３１８を包囲する区域と連続している。通常の動作時には、ロータ３１６は電子ビーム・ターゲット３０６を回転させる。次に、ロータ３１６はまた、ファン３１８を回転させる。ファン３１８は、収容気流通路の全体にわたり空気／フィン層３１２のフィンの間で空気を循環させる。このようなものとして、作動流体から空気／フィン層３１２へ伝達された熱は、循環される空気に発散される。加熱された空気は、ＣＴガントリから周囲空気例えば室内空気へ出る。代替的な実施形態によれば、ファン３１８はロータ３１６によっては制御されず、ファン３１８自体のモータ（図示されていない）によって動作するように構成される。

実施形態の一例によれば、上で述べた一体型冷却系の各構成要素は、Ｘ線管２１６のフレーム構造の少なくとも一部を構成する。すなわち、空気シュラウド層３１４、空気／フィン層３１２、ケーシング壁３０８及びインサート壁３０３が、Ｘ線管２１６のフレーム構造を構成し得る。

以下、一体型冷却系の各構成要素について、例えば図４の記載に関連してさらに詳細に説明する。すなわち、図４の拡大図に示す部分３４０及びここに含まれる構成要素について以下に述べる。

Ｘ線管２１６についての一つの設計配慮点は、放熱表面例えば電子ビーム源及び／又は電子ビーム・ターゲットの１又は複数に極く近接して一体型冷却系を設けることである。放熱表面を一体型冷却系に極く近接して配置することは、最大の熱量を放射する表面、例えば電子ビーム・ターゲット３０６の表面については特に重要である。実施形態の一例によれば、図３に示すように、Ｘ線管２１６は、電子ビーム・ターゲット３０６の表面に極く近接して冷却系の一部、例えば部分３２２を配置する形状を有するように構成することができる。

Ｘ線管２１６はさらに、高性能電子ビーム収集器３２４及び付設されている電子ビーム収集器冷却系３２６を含んでいる。電子ビーム収集器冷却系３２６は、流体導管３２８、３３０及び３３２、ポンプ３３４、液気型熱交換器３３６、並びに高性能電子ビーム収集器３２４を包囲する流体流路３３８を含んでいる。

撮像時には、高性能電子ビーム収集器３２４は、多量の熱、例えば一次電子ビームの全エネルギの約４０％までの熱を吸収する。実施形態の一例によれば、電子ビーム収集器冷却系３２６は、前述のように、加圧状態にあるすなわち過冷却されたTherminol（商標）のような高温作動流体の利用を介して高性能電子ビーム収集器３２４を冷却する。過冷却された高温作動流体は、流体流路３３８を介して高性能電子ビーム収集器３２４に極く近接した位置まで運ばれる。流体流路３３８は、限定しないがステンレス鋼等の任意の適当な材料で製造された真空室を含み得る。

前述のように、高性能電子ビーム収集器３２４によって吸収された熱は、流体流路３３８にある過冷却された高温作動流体に核沸騰を生ずる。発生される気泡は、高性能電子ビーム収集器３２４から熱を奪って過冷却された高温作動流体へ運ぶ。このようなものとして、流体流路３３８は、前述のように、核生成部位を形成する１又は複数の焼結面を有し得る。電子ビーム収集器冷却系３２６の作動流体を過冷却された高温作動流体であると記述しているが、限定しないがオイル等のその他の作動流体を電子ビーム収集器冷却系３２６に同様に用い得ることを理解されたい。

過冷却された高温作動流体は、ポンプ３３４によって電子ビーム収集器冷却系３２６を通じて循環される。すなわち、ポンプ３３４は、過冷却された高温作動流体を流体流路３３８から、例えば流体導管３２８を介して吸引して、過冷却された高温作動流体を液気型熱交換器３３６へ、例えば流体導管３３０を介して送り込む。

液気型熱交換器３３６は、受動空冷又は強制空冷のいずれかによって作動流体から熱を除去する。このように、実施形態の一例によれば、液気型熱交換器３３６は、受動型の液気型熱交換器である。代替的には、実施形態のもう一つの例によれば、液気型熱交換器３３６はファンを含んでおり、強制型の液気型熱交換器である。

次いで、ポンプ３３４は、冷却された過冷却された高温作動流体を例えば導管３３２を介して流体流路３３８へ戻すように再循環させる。動作時に、電子ビーム収集器冷却系３２６の循環作用及び冷却作用は間断なく実行される。

図４は、図３に示す一体型冷却系の部分３４０の拡大図である。図４は、上述の一体型冷却系の各構成要素すなわちインサート壁３０３、インサート壁３０３との間に空洞部３１０を画定するケーシング壁３０８、空気フィン層３１２、及び空気シュラウド層３１４を示す。インサート壁３０３及びケーシング壁３０８は、間に空洞部３１０を画定している。空洞部３１０は、過冷却された高温作動流体を収容している。ケーシング壁３０８及び空気シュラウド層３１４は、空気フィン層３１２の周りに収容気流通路を形成している。

矢印４０２によって示すように、ターゲット３０６によって放射される熱は先ず、インサート壁３０３に遭遇する。次いで、熱は空洞部３１０の過冷却された高温作動流体へ伝達される。過冷却された高温作動流体の核沸騰が、熱を空気／フィン層３１２へ効率的に伝達し、ここで上述のように、空気の循環を用いてＸ線管から熱を除去する。
〔結論〕
一体型Ｘ線管冷却のシステム及び装置について説明した。本書では特定の実施形態を図示して説明したが、同じ目的を達成するために考案された任意の構成を図示の特定の実施形態に代えて置換してよい。本出願は、あらゆる適応構成又は変形を網羅するものとする。具体的には、システム及び装置の名称は実施形態を限定するものではない。さらに、実施形態の範囲から逸脱せずに、付加的な装置を各構成要素に追加したり、構成要素間で作用を再構成したり、将来の機能拡張や実施形態で用いられている物理的装置に対応する新たな構成要素を導入したりすることができる。実施形態は、将来のＸ線イメージング・システム及び異なる撮像装置にも応用可能である。また、図面の符号に対応する特許請求の範囲中の符号は、単に本願発明の理解をより容易にするために用いられているものであり、本願発明の範囲を狭める意図で用いられたものではない。そして、本願の特許請求の範囲に記載した事項は、明細書に組み込まれ、明細書の記載事項の一部となる。

従来のＸ線管及び冷却系の断面図である。 例示的な計算機式断層写真法（ＣＴ）イメージング・システムの図である。 一体型冷却系を有する例示的なＸ線管の断面図である。 図３に示す一体型冷却系の一部の拡大図である。

符号の説明

１００ Ｘ線管
１０２ Ｘ線管インサート
１０４ 電子ビーム源
１０６ 電子ビーム・ターゲット
１０８、１１０ （不使用）
１１２ ロータ
１１４ ステータ
１１６ Ｘ線ビーム
１１８ ハウジング
１２０ 射出窓
１２２ （不使用）
１２４ 内部空洞部
１２６ 流体導管
１２８ 流体導管
１３０ 液気型熱交換器
１３２ 流体導管
１３４ ポンプ
１３６ 熱交換フィン
１５０ 冷却系
２１０ ＣＴイメージング・システム
２１２ ガントリ
２１４ ハウジング・ユニット
２１６ Ｘ線管
２１８ Ｘ線
２２０ アレイ
２２２ Ｘ線検出器
２２４ 患者
２２６ 回転軸
２２８ 制御機構
２３０ Ｘ線制御器
２３２ ガントリ・モータ制御器
２３４ データ取得システム
２３６ 画像再構成器
２３８ メモリ
２４０ プロセッサ
２４２ コンピュータ
２４４ 大容量記憶装置
２４６ コンソール
２４８ 陰極線管表示器
２５０ テーブル・モータ制御器
２５２ 電動式テーブル
３０２ Ｘ線管インサート
３０３ インサート壁
３０４ 電子ビーム源
３０６ 電子ビーム・ターゲット
３０８ ケーシング壁
３１０ 空洞部
３１２ 空気／フィン層
３１４ 空気シュラウド層
３１６ ロータ
３１８ ファン
３２２ 部分
３２４ 高性能電子ビーム収集器
３２６ 電子ビーム収集器冷却系
３２８ 流体導管
３３０ 流体導管
３３２ 流体導管
３３４ ポンプ
３３６ 液気型熱交換器
３３８ 流体流路
３４０ 部分
４０２ 矢印

Claims (9)

1. 電子ビーム源（３０４）からの電子ビームを受け、側面と平面を有する円盤状の電子ビーム・ターゲット（３０６）を収容するフレーム構造を備えたＸ線管（２１６）であって、
   前記フレーム構造は、前記電子ビーム・ターゲット（３０６）の前記表面に近接して配置される部分（３２２）を有する形状を有し、前記部分（３２２）は、
   前記電子ビーム・ターゲット（３０６）から放射される熱を受けるインサート壁（３０３）と、
   ケーシング壁（３０８）と、
   前記ケーシング壁（３０８）を包囲する少なくとも一つの空気／フィン層（３１２）と、
   前記少なくとも一つの空気／フィン層（３１２）を包囲する空気シュラウド層（３１４）と、
   前記インサート壁（３０３）と前記ケーシング壁（３０８）との間に配置され、前記ケーシング壁（３０８）を介して前記少なくとも一つの空気／フィン層（３１２）に熱的に接触しており、前記電子ビーム・ターゲット（３０６）により前記部分（３２２）に導入された熱に応答して、前記少なくとも一つの空気／フィン層（３１２）への熱の伝達を促す相転移を起こすように構成されている過冷却された作動流体と、
   を含んでおり、
   前記部分（３２２）は、前記電子ビーム源（３０４）から離れた位置に配置され、
   前記空気／フィン層（３１２）は複数のフィンを含んでいる、Ｘ線管（２１６）。
2. 前記空気／フィン層（３１２）を通して周囲空気を循環させるように構成されているファン（３１８）をさらに含んでいる、請求項１に記載のＸ線管（２１６）。
3. ロータ及びステータを含み、
   前記電子ビーム・ターゲット（３０６）及び前記ファン（３１８）が前記ロータに装着され、前記ステータが前記ロータの少なくとも一部を包囲している、請求項２に記載のＸ線管（２１６）。
4. 前記電子ビーム源（３０４）及び前記電子ビーム・ターゲット（３０６）の少なくとも一部を包囲するインサート壁（３０３）と、
   前記インサート壁（３０３）の少なくとも一部を包囲し、該インサート壁（３０３）との間に空洞部（３１０）を画定するケーシング壁（３０８）とさらにを備え、
   前記少なくとも一つの空気／フィン層（３１２）は前記ケーシング壁（３０８）の外側に配置され、
   前記過冷却された作動流体は前記空洞部（３１０）内に配置され、
   前記相転移は、核沸騰の結果としての気化を含んでいる、請求項１に記載のＸ線管（２１６）。
5. 前記空気シュラウド層（３１４）が放射線遮蔽特性を有している請求項４に記載のＸ線管（２１６）。
6. 前記過冷却された作動流体は加圧状態にある、請求項４または５に記載のＸ線管（２１６）。
7. 前記過冷却された作動流体は、複数の核生成部位を提供する１又は複数の焼結面を有する空洞部（３１０）に収容されている、請求項４乃至６のいずれかに記載のＸ線管（２１６）。
8. 電子ビーム収集器冷却系（３２６）を付設した電子ビーム収集器（３２４）をさらに含んでおり、前記電子ビーム収集器冷却系（３２６）は、
   前記電子ビーム収集器（３２４）の少なくとも一部を包囲する流体流路（３３８）と、
   該流体流路（３３８）に接続されている液気型熱交換器（３３６）と、
   過冷却された作動流体を前記流体流路（３３８）及び前記液気型熱交換器（３３６）を通して循環させるように構成されているポンプ（３３４）と、
   を含んでいる、請求項４乃至７のいずれかに記載のＸ線管（２１６）。
9. 請求項１乃至８のいずれかに記載のＸ線管（２１６）を固定させたハウジング・ユニット（２１４）と、該Ｘ線管（２１６）に対向する側に設けられたＸ線検出器（２２２）とを備えるガントリ（２１２）と、
   前記ガントリ（２１２）の回転を制御するガントリ・モータ制御器（２３２）と、
   前記Ｘ線管（２１６）の動作を制御するＸ線制御器（２３０）と、
   前記Ｘ線検出器（２２２）からのアナログ投影データをディジタル投影データへ変換するデータ取得システム（ＤＡＳ）（２３４）と、
   前記ＤＡＳ（２３４）からディジタル投影データを受け入れ、再構成アルゴリズムを実行する画像再構成器（２３６）と、
   を含む、ＣＴイメージング・システム（２１０）。
   

Images