JP5324595B2 - ガントリー冷却 - Google Patents

Description

本出願は、医療撮像システムのガントリーに関し、特にコンピュータ断層撮影（ＣＴ）に適用される。しかしながら、本出願は、その他の医療撮像及び非医療撮像にも適用され得る。

コンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャナは静止ガントリー及び回転ガントリーを含んできた。静止ガントリーは、スキャン中に概して静止している点で静止的である。しかしながら、静止ガントリーは傾き、且つ／或いはその他の方法で動かされるように構成されることもある。回転ガントリーは、静止ガントリーに回転可能に結合され、長手方向軸すなわちｚ軸を中心にして検査領域の周りを回転する。第３世代システムでは、ｘ線管及び放射線感知検出器アレイが、検査領域を挟んで反対側で回転ガントリーに取り付けられ、回転ガントリーとともに検査領域の周りを回転する。ｘ線管によって放射された放射線は、検査領域を横切って放射線感知検出器アレイを照らす。回転ガントリーにはその他の撮像部品及び電気部品も取り付けられる。

スキャン中、例えばｘ線管など一部のスキャナ部品が熱を発生・放散する。この熱は、スキャナ内の環境温度に温度変動をもたらし得る。あいにく、電子装置、検出器アレイ及び／又はその他のスキャナ部品は温度に敏感であることがある。故に、スキャナ内の環境温度の温度変動は、スキャナ部品群の１つ以上、ひいては、スキャナの性能に望ましくない影響を及ぼし得る。室温の変化も、同様に、スキャナ内の環境温度に不所望な温度変動をもたらし得る。

スキャナ部品の冷却技術が使用されてきている。例えば、回転ガントリーの、温度に敏感な部品が取り付けられる面、且つ温度に敏感な部品の隣に、ファンが配置されてきた。しかしながら、このようなファンは空気をスキャナ内で再循環させる。結果として、発熱部品からの熱放散によってスキャナ内の空気の温度が上昇すると、温度に敏感な部品の上を加熱された空気が再循環される。

他の一例においては、静止ガントリー内に配置されたファンが、スキャナの底部付近の領域に空気を吸い込み、通気口が、加熱された空気がスキャナの頂部を通って出て行くことを可能にしている。これは、残念ながら、スキャナ内の空気に不均一な温度分布を生じさせ得る。例えば、これは、スキャナの底部付近に、より低い温度を生じさせ、スキャナの頂部付近に、より高い温度を生じさせ得る。結果として、温度に敏感な回転部品は、回転するとき、当該温度に敏感な回転部品の回転位置に依存した温度を有する空気にであうことになる。故に、或る部品の位置における空気の温度は、容易に断定することができるものではない。

他の一例においては、実質的に一定の温度を有する空気が、様々な領域及び温度に敏感な部品群に分配される。残念ながら、所与の圧力において、或る領域又は温度に敏感な部品への空気の流れは概して一定であり、熱は、他の方法で空気の流れを提供することによって一層効率的に消散されることがある。

本発明の態様は、これらの問題及びその他の問題を解決するものである。

一態様によれば、医療撮像装置は回転ガントリーを含む。回転ガントリーは、第１の面と第２の面とを含む。第１の面と第２の面とは、長手方向軸に沿って互いに離隔されて、それらの間にプレナムを画成している。第１の面は少なくとも１つの無材料領域を含む。プレナム内に配置された少なくとも１つの空気移動手段（エアムーバ）が、プレナム内の空気を前記少なくとも１つの無材料領域を介して排気する。

他の一態様によれば、医療撮像方法は、医療撮像装置の回転ガントリーのプレナム内に、該プレナム内に配置されたエアムーバを用いて、空気を引き込むことを含む。当該方法は更に、プレナム内の空気を、前記エアムーバを用いて、医療撮像装置の或る領域内に排気することを含む。

他の一態様によれば、医療撮像装置の回転ガントリーは、ベアリングとロータとを含む。回転ガントリーとベアリングとは結合されている。回転ガントリーとベアリングとは、ゼロでない距離によって互いに離隔されて、それらの間にプレナムを画成する。プレナム内に配置されたエアムーバが、プレナム内に空気を引き込み且つプレナムから空気を排気する。

本発明は、様々な構成要素及びその配置、並びに様々なステップ及びその編成の形態を取り得る。図面は、単に好適実施形態を例示するためのものであり、本発明を限定するものとして解釈されるべきではない。
医療撮像装置を例示する図である。 医療撮像装置の第１の断面図を例示する図である。 医療撮像装置の第２の断面図を例示する図である。 代替的な実施形態を示す断面図である。 代替的な実施形態を示す断面図である。 代替的な実施形態を示す断面図である。

先ず図１を参照するに、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャナ１００は、スキャン中に概して静止しているという意味で静止している静止ガントリー１０２を含んでいる。しかしながら、静止ガントリー１０２は傾き、且つ／或いはその他の方法で動かされるように構成されていてもよい。静止ガントリー１０２は、概して円形の開口１０４を含んでいる。

スキャナ１００はまた、概して円形の回転ガントリー１０６を含んでいる。図示した実施形態において、回転ガントリー１０６は、例えばロータ１０８、スリップリング３０４（図３）、データリング３０６（図３）、及び／又はその他の部品など、様々な部品を含んでいる。ロータ１０８は１つ以上の無材料領域１１０_１、・・・１１０_Ｎを含んでいる。例えば放射線源１１２、放射線感知検出器アレイ１１４及び／又はその他の部品などの、発熱部品及び／又は熱に敏感な部品は、上記１つ以上の無材料領域１１０の近傍領域においてロータ１０８に取り付けられる。第４世代ＣＴ構成も意図される。

回転ガントリー１０６は、ベアリング３０２（図３）を介して静止ガントリー１０２に回転可能に結合され、ｚ軸１２２の周りで、検査領域１２４の周りを回転する。好適なベアリングは、例えば２つの配管路の間に置かれた回転（ローリング）ボールを有するものなどの機械的ベアリング、例えば回転ガントリー１０６と静止ガントリー１０２との間に空気の境界を提供する空気ベアリングなどの流体ベアリング、及び／又はその他のベアリングを含む。好適な流体ベアリングの一例が、“Ａｅｒｏｓｔａｔｉｃ ＣＴ ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ”なる発明名称で１９９９年１０月２７日に出願された米国特許出願第０９／４２８４３１号に記載されている。

非限定的な実施形態において、回転ガントリー１０６に対するベアリングの物理構成はプレナム１１６を画成する。より詳細に後述するように、プレナム１１６からの空気は、ロータ１０８の上記１つ以上の無材料領域１１０を横切る。この空気は、その温度に基づいて、スキャナ１００内の空気の温度、ひいては、スキャナ１００の部品群のうちの１つ以上の温度を上昇あるいは低下させ得る。結果として、プレナム１１６内の空気は、温度調整されて、スキャナ１００内の空気及び／又は部品の温度を調整するために用いられ得る。これを容易にするため、例えばファンなどの１つ以上の空気移動手段（エアムーバ）１２６_１及び１２６_Ｍを用いて、プレナム１１６内の空気を、無材料領域１１０を通して、ロータ１０８上の１つ以上の部品及び／又はスキャナ１００内の１つ以上の領域に選択的に分配することができる。エアムーバ群１２６のうちの１つ以上が選択的に制御されてもよい。このような制御は、エアムーバ１２６を個別にオン・オフすること、及び／又はエアムーバ１２６の速度を個別に設定することを含み得る。

放射線源１１２は、検査領域１２４を横断する放射線を放射する。放射線感知検出器アレイ１１４は、放射線源１１２とは反対側の検査領域の側で或る角度の弧を描き、検査領域１２４を横断した放射線を検出する。検出器アレイ１１４は、ｚ軸方向に延在する複数行の放射線感知検出器素子群と、横断方向に延在する複数列の放射線感知検出器素子群とを含んでいる。単一の行の検出器アレイ構成も意図される。

検査領域１２４内の患者は、例えばカウチなどの患者支持台１２８によって支持される。患者支持台１２８は、ヘリカル、アクシャル又はその他の所望のスキャン軌道を容易にするよう、回転ガントリー１０６の回転と協調してｚ軸１２２に沿って移動可能である。

検出器からの投影データは、患者の内部生体構造を表す容積（ボリューム）データを生成するように再構成手段１３０によって再構成される。再構成手段１３０によって生成されたボリューム画像データは、ヒトが読み取り可能な形態で表示するために、画像プロセッサ１３２によって処理される。

汎用計算システム１３４がオペレータコンソールとして機能する。オペレータコンソール１３４は、例えばディスプレー及び／又はプリンタなどのヒト読み取り可能出力装置と、例えばキーボード及び／又はマウスなどの入力装置とを含んでいる。コンソール１３４に常駐するソフトウェアが、例えば、オペレータが、スキャンプロトコルの選択、スキャンの開始、スキャンの終了、ボリューム画像データの閲覧や操作、及び／又はシステム１００とのその他の相互作用を行うことを可能にすることによって、オペレータがシステム１００の動作を制御することを可能にする。

図２は、図１のスキャナ１００の直線Ａ−Ａに沿った断面図を示している。この図においては、２つの更なる無材料領域１１０_２及び１１０_３が示されている。なお、無材料領域１１０_２は、検出器アレイ１１４を受けるように構成されたロータ１０８の領域に配置され、無材料領域１１０_３は、放射線源１１２を受けるように構成されたロータ１０８の領域に配置されている。

図示した無材料領域１１０の位置、大きさ、形状及び数は説明目的で提示されたものである。他の実施形態においては、無材料領域１１０の位置、大きさ、形状及び／又は数は異なり得る。例えば、非限定的な一実施形態において、無材料領域１１０の位置、大きさ及び／又は形状は、所定の温度範囲内の空気が流れる領域に配置された部品の温度を維持あるいは調整するのに適した空気流を実現する。

例えば吸気ダクトなどの吸気口２０２は、静止ガントリー１０２の周囲の大気から空気を受け入れるように構成される。図示のように、吸気口２０２は、静止ガントリー１０２と回転ガントリー１０６との間の空隙２０４まで、静止ガントリー１０２を貫通して延在する。同様に、図示した吸気口２０２の位置、大きさ、形状及び／又は数は説明目的で提示されたものであり、他の実施形態においては、吸気口２０２の位置、大きさ、形状及び／又は数は異なり得る。

それぞれのフィルタ２０６が、吸気口２０２を流れる空気を濾過（フィルタリング）する。

エアムーバ１２６_２は、プレナム１１６内の空気を、無材料領域１１０_２を介して排出する。プレナム１１６内の空気圧が、無材料領域１１０_３を介して空気を排出する。エアムーバ１２６_１及び１２６_Ｍは、プレナム１１６内の空気を、それぞれ無材料領域１１０_１及び１１０_Ｎを介して排出する。

例えば排気孔などの１つ以上の排気口２０８が、スキャナ１００とスキャナ１００の周囲の大気との間で空気が流れることを可能にする。同様に、図示した上記１つ以上の排気口２０８の位置、大きさ、形状及び／又は数は説明目的で提示されたものであり、他の実施形態においては、上記１つ以上の排気口２０８の位置、大きさ、形状及び／又は数は異なり得る。

図３は、図２のスキャナ１００の直線Ｂ−Ｂに沿った断面図を示している。なお、図３に示した部品群のうちの一部の大きさは説明のために変更されている。図示した実施形態において、ベアリング３０２は、概して“Ｔ”字状であり、スリップリング３０４及びデータリング３０６を介してロータ１０８に結合されている。他の実施形態において、ベアリング３０２は代替的な形状にされていてもよく、且つ／或いはベアリング３０２及びロータ１０８はその他の方法で結合されていてもよい。上述のように、ロータ１０８に対するベアリング３０２の位置は、それらの間にプレナム１１６を画成し、例えば、ロータ１０８をプレナムの少なくとも一方側の部分とし、且つベアリング３０２をプレナムの少なくとも一方側の部分とする。図示した実施形態において、プレナム１１６の側面の“Ｔ”字の凹部（リセス）はプレナム１１６の部分である。

図１−３に関し、各無材料領域１１０の大きさ及び／又は形状がその他の無材料領域１１０に対して異なっていてもよいことは認識されるべきである。一例において、無材料領域群１１０のうちの少なくとも１つの大きさ及び／又は形状は、或る領域内の少なくとも１つの部品の温度が所定の温度範囲内に維持されるよう、その領域に好適量の空気を供給する。加えて、あるいは代えて、エアムーバ１２６の速度は、或る領域内の少なくとも１つの部品の温度が所定の温度範囲内に維持されるよう、その領域に好適量の空気を供給する。

図３を再び参照するに、静止ガントリー１０２とロータ１０８とは隙間２０４によって離隔されている。静止ガントリー１０２は突起３０８を含んでおり、突起３０８は、隙間２０４の高さ全体にわたってプレナム１１６の方に延在し、且つベアリング３０２とロータ１０８との間に位置付けられている。突起３０８は、第２の隙間３１２によってロータ１０８から離隔されている。隙間２０４及び３１２は、プレナム１１６と、ロータの放射線源１１２及び検出器アレイ１１４が取り付けられた面との間に経路を画成するように結合している。非限定的な一例において、隙間２０４は約５ｍｍの高さを有し、第２の隙間３１２は約１ｍｍの高さを有し、隙間２０４及び３１２が組み合わさって約９ｍｍの長さの経路を画成する。

この経路を介してリークするプレナム１１６内の空気の体積は、隙間２０４及び３１２の高さと該経路の長さ及び形状とに基づいて異なったものとなり得る。図示した実施形態において、隙間２０４及び３１２の高さ、並びに該経路の長さ及び形状は、プレナム１１６内の空気の温度及び圧力が実質的に一定且つ予測可能になるようにされている。隙間２０４及び３１２の高さ、並びに該経路の長さ及び形状はまた、突起３０８を含まない実施形態に対して、空気リークの量を低減し得る。該経路からの空気リークを低減することの結果は、実質的に同等のプレナム空気圧に関しての、エアムーバ１２６の負荷軽減を含む。その他の結果も意図される。

図４及び５は、隙間２０４及び３１２によって画成される経路の長さ及び形状が、プレナム１１６からの空気リークを更に低減するように設定され得るような、代替的な実施形態を示している。図４において、ロータ１０８は、概して“Ｌ”字状の突起４０２を含んでいる。図示のように、突起４０２は、隙間２０４を通って静止ガントリー１０２の方に延在し、且つベアリング３０２と突起３０８との間に位置付けられ、２回曲がった経路を形成している。図５において、ロータ１０８は突起４０２を含んでおり、静止ガントリー１０２は突起３０８及び第２の突起５０２を含んでいる。突起５０２は、隙間２０４を通ってプレナム１１６の方に延在し、且つベアリング３０２とロータ１０８の突起４０２との間に位置付けられている。突起３０８及び５０２は、概して“Ｕ”字状の領域を画成し、概して“Ｌ”字状の突起４０２の一区間が“Ｕ”字状領域の区間同士の間にあり、３回曲がった経路を形成している。更なる突起も意図される。

以下、変形例を説明する。

図示した実施形態においては、吸気経路２０２にフィルタ２０６が含まれている。他の一実施形態において、吸気口２０２と組み合わせて、例えば熱交換器などの空気冷却装置が用いられる。例えば、一例において、吸気口２０２の入口に熱交換器が配置される。故に、空気は吸気口２０２を横切るのに先立って冷却される。他の一例において、熱交換器は吸気経路内に配置されてもよい。

他の一実施形態において、吸気口２０２と組み合わせて、例えばヒータなどの空気加熱装置が用いられる。例えば、一例において、吸気口２０２の入口にヒータが配置される。故に、空気は吸気口２０２を横切るのに先立って加熱される。他の一例において、ヒータは吸気経路内に配置されてもよい。

図示した実施形態においては、エアムーバ１２６はベアリング３０２とロータ１０８との間に配置されている。他の一実施形態において、エアムーバ群１２６のうちの少なくとも１つは、プレナム１１６の外側のロータ１０８の面に配置される。加えて、あるいは代えて、エアムーバ群１２６のうちの少なくとも１つは、吸気口群２０２のうちの少なくとも１つの経路内に配置される。加えて、あるいは代えて、少なくとも１つのエアムーバはスキャナ１００内の空気を排気口２０８から排出するために用いられる。

他の一実施形態において、１つ以上のエアムーバ１２６を制御するために、スキャナ１００のコントローラが用いられる。一例において、このコントローラはエアムーバ群１２６のうちの少なくとも１つをスキャンパラメータに基づいて制御する。例えば、ｘ線管パワー、見積もられたスキャン期間、及び／又はその他のパラメータに基づいて、コントローラは、スキャナ１００内の温度を見積もり、スキャナ１００内で所定の温度範囲を維持するようにエアムーバの速度を制御する。

他の一実施形態において、温度測定システムがスキャナ１００内の空気温度を測定し、コントローラは、測定された空気温度に基づいて、エアムーバ群１２６のうちの１つ以上を制御する。このような測定は継続的、周期的、非周期的、あるいはその他の方法で実行され得る。

他の一実施形態において、温度測定システムは更に、あるいは代替的に、部品群のうちの１つ以上の温度を測定してもよく、コントローラは、測定された温度に基づいて、エアムーバ群１２６のうちの１つ以上を制御する。この場合も、このような測定は継続的、周期的、非周期的、あるいはその他の方法で実行され得る。

図２−５は、スキャナ１００の周囲の大気からの空気が吸気口２０２に入り、且つスキャナ１００内の空気が１つ以上の排気口２０８を介して退出する開放型（オープン）システムを示している。図６は、閉鎖型（クローズド）システムを例示している。図示のように、クローズドシステムでは、スキャナ１００内の空気は、スキャナ１００の周囲の大気に排気されるのではなく、吸気口２０２を介して再循環される。

動作時、エアムーバ群１２６のうちの１つ以上がターンオンされる。これは、スキャンを実行する前、間、及び／又は後に行われ得る。加えて、ターンオンされるエアムーバ１２６の数、及び／又は個々のエアムーバ１２６が動作される速度は、上述のような様々な要因に基づき得る。これらのエアムーバ１２６はプレナム１１６内に吸引力を作り出し、それにより、スキャナ１００の周囲から吸気口２０２内に空気を吸い込む。この空気は調整されて、吸気口２０２から隙間２０４へと横断する。そして、この空気はプレナム１１６に入る。ターンオンされたエアムーバ１２６は、プレナム内の空気を、ロータ１０８内の無材料領域１１０の位置に基づいて、スキャナの様々な領域に排気する。排気される空気は、スキャナの所定の温度範囲を維持することの助けとなる。例えば、排気される空気は、当該排気される空気の温度がスキャナ１００内の温度より低いか高いかに応じて、スキャナ１００の様々な部品から、あるいはそれらへ、熱を伝達し得る。スキャナ１００内の空気は排気口２０８を介して立ち去る。

ここでは、コンピュータ断層撮影による医療撮像応用に関して実施形態を説明した。しかしながら、理解されるように、本発明は更に、あるいは代替的に、温度を調整することが望ましいその他の医療撮像応用及び／又は非医療撮像応用で用いられてもよい。

好適な実施形態を参照しながら本発明を説明した。以上の詳細な説明を読んで理解した者は改良及び改変に想到し得る。本発明は、添付の請求項の範囲又はその均等範囲に入る限りにおいて、そのような全ての改良及び改変を含むとして解釈されるものである。

Claims (15)

1. 医療撮像装置の回転ガントリーであって：
   ベアリング；
   前記ベアリングに結合されたロータであり、前記ベアリングと当該ロータとがゼロでない距離だけ互いから離隔され、それにより、前記ベアリングと当該ロータとの間にプレナムが画成される、ロータ；及び
   前記プレナム内に配置された少なくとも１つの空気移動手段であり、前記プレナム内に空気を引き込み且つ前記プレナムから空気を排気する少なくとも１つの空気移動手段；
   を有する回転ガントリー。
2. 前記排気される空気が、前記ロータに取り付けられた少なくとも１つの電子部品の温度を調整する、請求項１に記載の回転ガントリー。
3. 前記ロータは少なくとも１つの無材料領域を含み、前記少なくとも１つの空気移動手段は、前記ベアリングと前記少なくとも１つの無材料領域との間で、前記ロータに取り付けられる、請求項１に記載の回転ガントリー。
4. 温度に敏感な部品を更に含み、前記温度に敏感な部品は、前記少なくとも１つの空気移動手段とは反対側の前記プレナムの外側の領域で、前記ロータに取り付けられる、請求項３に記載の回転ガントリー。
5. 前記排気される空気は前記温度に敏感な部品から熱を逃がす、請求項４に記載の回転ガントリー。
6. スキャン中に、前記温度に敏感な部品の温度に基づいて、前記少なくとも１つの空気移動手段の速度を変化させるコントローラ、を更に含む請求項４に記載の回転ガントリー。
7. 請求項１乃至６の何れかに記載の回転ガントリーを有する医療撮像装置であって、
   前記回転ガントリーが回転可能に結合された静止ガントリー；及び
   前記静止ガントリーの外表面から前記回転ガントリーまで前記静止ガントリーを貫通して延在する少なくとも１つの空気吸気口；
   を含む医療撮像装置。
8. 前記静止ガントリーの外側の大気からの空気、又は前記静止ガントリー内からの空気が、前記空気吸気口を介して前記プレナムに流れる、請求項７に記載の医療撮像装置。
9. 前記少なくとも１つの空気移動手段は、空気を前記空気吸気口内へ、そして前記空気吸気口を介して前記プレナムへ、と引き込む吸引力を前記プレナム内に作り出す、請求項８に記載の医療撮像装置。
10. 前記ロータと前記静止ガントリーとが、前記長手方向軸に垂直な方向において、半径方向に互いに物理的に離隔されて、それらの間に隙間を形成しており、
    前記静止ガントリーは更に、前記プレナムの方に前記隙間の高さ全体にわたって延在する少なくとも１つの突起を含む、
    請求項７に記載の医療撮像装置。
11. 前記少なくとも１つの突起は、空気が前記プレナム内から前記隙間を介して前記プレナムの外部に移動することを抑制する、請求項１０に記載の医療撮像装置。
12. 当該医療撮像装置はコンピュータ断層撮影システムである、請求項７に記載の医療撮像装置。
13. 医療撮像装置の回転ガントリーのプレナム内に、前記プレナム内に配置された空気移動手段を用いて、空気を引き込むステップ；
    前記プレナム内の空気を、前記空気移動手段を用いて、前記医療撮像装置の複数の領域内に排気するステップ；
    を有し、
    前記プレナムは、前記回転ガントリーのベアリングとロータとの間の空間によって画成されている、
    医療撮像方法。
14. 排気される空気が前記領域の温度を維持する、請求項１３に記載の方法。
15. 前記領域に、前記医療撮像装置の撮像部の、少なくとも１つの温度に敏感な部品が配置され、排気される空気は、前記少なくとも１つの温度に敏感な部品から熱を逃がすことの助けとなる、請求項１３に記載の方法。

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