JP5348940B2 - Ｘ線コンピュータ断層撮影装置 - Google Patents

Description

本発明は、Ｘ線照射によって被検体のＸ線断層像を得るＸ線コンピュータ断層撮影装置（ＣＴ（Computer Tomography））に係り、特にＸ線管およびＸ線検出器を有する架台内部の冷却技術に関する。

特許文献１には、回転体内部の各要素を壁で仕切り、各要素の雰囲気温度を個別に制御する方法が提案されている。

しかしながら架台ハウジングは外部と略密閉になっておらず、騒音や検査室内への排熱を抑制できる構造になっていない。

特許文献１はその図４に架台ハウジング内部に熱交換器を設けることを記載しているが、効率的な冷却作用を実現するための構造について記載していない。

特許文献２には、性能低下や故障の要因になり得る埃や塵が架台内に蓄積することを防止するための、架台ハウジング構造が提案されている。二重カバー構造となっているが、架台内部の空気を別の場所へとガイドするための構造となっておらず、架台ハウジングが外部と略密閉構造になっていない。

肉眼で見ることのできない患者内部の各臓器の断層あるいは3次元画像をほぼリアルタイムで表示できるＸ線コンピュータ断層撮影装置は、迅速且つ適切な医療行為が必要とされる最先端の医療分野において今や欠かせない重要な医療機器となっている。

その高度な臨床ニーズに応えるために、更に高性能化が進む一方で、ファン排気による騒音や、検査室内への放熱が問題となりつつある。即ち、架台内部で大量に発生した熱を外部に放出するための排気ファンの風量が増大するに伴い騒音も増大すれば、患者と医師の会話の妨げとなるだけでなく患者を不安にさせてしまう可能性がある。またＸ線管の排熱量は既に検査室の空調設備に大きな負担をかけるほどの量であり、これ以上の排熱は設置可能な場所を自ら制限してしまう結果となる。

しかしながらＸ線コンピュータ断層撮影装置は、複数の角度から得られたＸ線検出器信号を元に画像を構築する技術のため、大量の熱を発生させるＸ線管を回転体内部に搭載する必要があり、Ｘ線管のみを直接冷却することが困難である。従って一般的には回転体内部に搭載されたＸ線管冷却用クーラーからの排熱を一旦、回転体と架台ハウジングの間に放出し、それをさらに架台ハウジングにとりつけられた排気ファンによって検査室側に排出する方法がとられており、この構造のままでは騒音や検査室内への放熱を抑制することが困難であった。
特開２００３−１４４４２５号公報 特開平１０−２３４７２１号公報

本発明の目的は、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置の架台ハウジング内部の効率的な冷却作用を実現することにある。

本発明のある局面は、略密閉構造を有する架台ハウジング内部に回転自在に支持された回転体と、前記回転体に設けられたＸ線管と、前記回転体に設けられ、前記Ｘ線管内の冷媒を冷却するためのクーラーと、前記被検体を透過したＸ線を検出する、前記回転体に設けられたＸ線検出器と、前記Ｘ線検出器の出力に基づいて画像を再構成する再構成処理部と、前記架台ハウジングの内側であって、前記回転体の静止時の前記クーラーの排気口と対峙する位置に固定されるラジエーターとを具備することを特徴とするＸ線コンピュータ断層撮影装置を提供する。

本発明によれば、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置の架台ハウジング内部を効率的に冷却することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。まず、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置の基本的な構成について説明する。
図１には本実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置の架台の内部構造を、架台ハウジングの前カバーを取り外した状態で示している。架台１００は、Ｘ線を発生するＸ線管３を有する。Ｘ線管３は、高電圧発生装置からスリップリング機構を経由して管電圧の印加及びフィラメント電流の供給を受け、Ｘ線を発生する。Ｘ線管３は、回転軸ＲＡを中心に回転自在に支持される回転体２に、Ｘ線検出器５とともに搭載される。架台回転駆動部は、回転体２を回転駆動するために設けられる。Ｘ線検出器５は、回転軸ＲＡをはさんでＸ線管３に対向する。回転軸ＲＡを中心として円筒形状の撮影領域が設けられ、撮影領域内に被検体が設置される。Ｘ線検出器５は、Ｘ線管３から？？被検体を透過したＸ線を検出する。Ｘ線検出器５は、マルチスライス型または２次元アレイ型のＸ線検出器である。すなわち、Ｘ線検出器５は、回転軸ＲＡにそって並列される複数のＸ線検出素子列を有する。各Ｘ線検出素子列は、回転軸ＲＡに直交する方向にそって一列に配列された複数のＸ線検出素子を有する。

Ｘ線検出器５の出力は、チャンネルごとにデータ収集回路（ＤＡＳ）によって増幅され、ディジタル信号に変換され、そして例えば非接触型のデータ伝送装置を介して前処理装置に送られ、そこで感度補正等の補正処理を受け、再構成処理の直前段階にあるいわゆる投影データとして投影データ記憶装置に記憶される。スキャンコントローラは、データ収集（スキャン）のために、架台回転駆動部、高電圧発生装置、データ収集回路等を制御する。再構成処理部は、Ｘ線管３が３６０°又は１８０°＋ファン角を移動する間に収集した投影データセットに基づいて断層画像のデータを再構成する。

次に架台１００の構造について説明する。架台１００は、架台ハウジング１を有する。架台ハウジング１は、外部に対して略密閉構造を有する。架台ハウジング１は、その内部に、Ｘ線管３、Ｘ線管３の冷却用クーラー４、Ｘ線検出器５等を収容する。クーラー４は、Ｘ線管３及びＸ線検出器５とともに、略円筒形状の回転体２の内側に取り付けられる。架台ハウジング１のサイドカバー１０１の内面には、ラジエーター６が固定される。ラジエーター６には、ラジエーター６の空気通流を強制するファン７が設けられる。ラジエーター６で冷やされた冷風は、架台ハウジング１のサイドカバー１０１に沿って流れ、略円筒形状の回転体２の外壁に開けられた開口部１１０を通って回転体２の内部に導かれ、Ｘ線検出器５をその背面から冷却する。

クーラー４は、その空気通流の方向が回転体２の半径方向に一致するように設けられる。同様にラジエーター６も、その空気通流の方向が回転体２の半径方向に一致するように設けられる。ここで、回転体２は一定の位置、典型的にはＸ線管３が頂上に位置する位置で常に静止（停止）するようにその回転駆動系が制御される。この回転体２の静止時において、クーラー４に対してラジエーター６は、回転体２の外周に開けられた開口部１０２を介して近接し且つ空気通流の方向に対峙するように設けられる。それにより、クーラー４の排気が直接的にラジエーター６に吸気される。

ここで、比較のために従来の架台内部構造を図２に示す。Ｘ線管３は回転体２内部に搭載されるために、Ｘ線管３を、一旦、回転体内に同じく搭載したクーラー４で冷却し、次にクーラー４から回転体２の外（架台ハウジング１内）に排気し、その後、架台ハウジング１に設置された排気ファン１３により排熱する。このとき架台内の流れは、架台ハウジング１の下部に設けられた吸気口１４から吸気１６され、回転体２を通過してＸ線検出器５の周囲を流れ１１（一部は回転体２とカバー間の流れ１２のようにバイパスされる）、クーラー４から回転体２と架台ハウジング１のすきまに排出後、排気ファン１３によって排気１７される。このとき排気１７からは大きな排熱とファン騒音が伴うこととなった。

それに対して、本実施形態では、図３に示すように、従来型と同じくクーラー４から排出された排熱は、回転静止時においてクーラー４に対して近接且つ対峙した位置にあるラジエーター６によって熱交換され、冷風となって架台ハウジング１と回転体２との間のすきまを通流する（符号１２参照）。ラジエーター６には冷媒を循環させるための配管８、外部温調器９、及びポンプ１０が接続されており、これによりＸ線管３の熱は外部温調器９から外部に排出されることになる。本実施形態では架台ハウジング１に吸排気口が必要なく、したがって内部のファン７の騒音を一部遮音できる。また外部温調器９を検査室外に移動すれば、検査室内への排熱を抑制することが可能である。更には完全密閉にするため、内部に検査室内の埃や塵が入りにくくなり、機器としての信頼性が向上するという効果も期待できる。

図３には、ラジエーター６が二つある場合の例であるを示す。ラジエーター６は必要な冷却性能に応じて、一つまたは３つ以上でもかまわないが、ラジエーター６の少なくとも一つは、オイルクーラー４が静止する位置に直面して配置されることにより、クーラー４からの温度の高い排気を効率よくラジエーター６に送り込むことができ、冷却性能を高くすることができる。図４に示すように、Ｘ線検出器５の近傍であって、架台ハウジング１のサイドカバー１の内面に小型のラジエーター６ｂを設置してもよい。またファン７には狭い隙間にも配置可能なブロアファン等を用いられるとよい。

図５には本実施形態の変形例を示す。ラジエーター６で熱交換された冷風は、排気ダクト１８を経由して、Ｘ線検出器５の略中央付近に開けられた回転体２の外周の開口部１０３を介してＸ線検出器５に導かれ、Ｘ線検出器５を冷却する。このとき排気ダクト１８は、回転体２の回転の妨げにならないよう、架台ハウジング１のサイドカバー１０１の内壁に沿わせることが望ましい。ダクト１８は、典型的にはパイプで構成される。このダクト１８の一部にサイドカバー１０１の内壁を活用しても良い。

なお、Ｘ線検出器５の冷却効果を促進するために、排気ダクト１８の先端形状を変更されることができる。例えば、図１７に示すように、排気ダクト１８ｂの先端を回転体２の側に曲げて、回転体２の内部に効率よく送風する。または排気ダクト１８ｃの先端を回転体２の側に曲げるとともに、そのノズル形状を錐形状にして冷風のディフューザ効果（拡散効果）を向上するようにしても良い。または、排気ダクト１８ｄの先端を回転体２の側に曲げるとともに、そのノズル形状を先鋭にして冷風を増速させて、回転体２の内部への送風精度を向上するようにしても良い。

またこのダクト１８の構造により、回転体２の回転、非回転による内部気流の変化に影響を受けないで済むため、冷却設計が容易になると共に、回転の気流とファン７の気流との干渉による騒音の増大を抑制することができる。また図６には他の変形例を示す。複数のラジエーター６が設置され、且つ最初のラジエーターで冷却できなかった分を二つ目のラジエーター１０６で冷却したい場合など、ラジエーター６、１０６同士を排気ダクト１８で接続してもよい。尚、図５、６ではダクト１８の位置は回転体２の側面側に描かれているが、後方や前カバー側にとりつくような形にしてもよい。

図７には他の変形例を示す。架台ハウジング１と回転体２のすき間が狭い場合や排気ダクトの設置が困難な場合、アシストファン２０を用いて冷風を架台ハウジング１内に強制的に循環させることで、ラジエーター６で熱交換された冷風を例えばＸ線検出器５に送ることができる。また図８には他の変形例を示す。アシストファン２０と共にダクト（の間違い）１８内に仕切り板２１を設置することにより、ラジエーター６からの冷風を任意の場所にまで効果的に到達させることができる。図９には数値解析で確認したアシストファン２０、および仕切り板２１の効果を示す。尚、アシストファン２０および仕切り板２１は回転体２の回転時に妨げにならないよう、ファン停止したり、可動部を設けて移動させたりしてもよい。

図１０には他の変形例を示す。機器設計レイアウトの都合上、ラジエーター６をクーラー４に対して直接的に対峙させる位置に設置できない場合は、ラジエーター６をクーラー４に対して排気ダクト２２を介して対峙させることで、任意の場所に設置したラジエーター６にクーラー４からの高温空気を送ることができ、冷却性能を確保しやすくなる。

図１１，図１２には他の変形例を示す。ラジエーター６は、ハウジング１内であって、回転体２とハウジング１のバックカバー１０７（又はフロントカバー１０８）との間のスペースに設置してもよい。図１２では、回転体２とハウジング１のフロントカバー１０８との間のスペースであって、回転体２の静止時においてＸ線検出器５の前方の位置と、Ｘ線管３の前方の位置とにラジエーター６が取り付けている。Ｘ線検出器５とラジエーター６とを接続するダクト２２ｂはラジエーター６に効率よく排気を流すことができる。なお、この場合、ラジエーター６はその通流方向が回転体２の回転軸ＲＡに略平行になるように設置される。

図１３には他の変形例を示す。図１２ではファン７がラジエーターと一緒になっているが、図１３の例では、ラジエーター６への送風は回転体２に元々備わっているファンからの排気を直接吸い込んでいる。もちろんＸ線検出器排気ダクト２２ｂがあってもよい。

図１４に示すように、複数設置されるラジエーター６は、その通流方向が回転体２の半径方向に平行でなく傾斜していて、その傾斜角がラジエーター６毎に相違し、それら各々の傾斜角は他の隣のラジエーター６からの排気が該ラジエーター６に吸気されるように相互に調整される。これにより、特にダクトを用いなくとも、効率的に隣のラジエーター６に排気を送ることができ、冷却性能を向上させることができる。

図１５には他の変形例を示す。ラジエーター６が複数設置される場合、回転体２の外周面には、ラジエーター６の位置に対応して開口部（通風孔）２３を設けている。これによりクーラー４に直面していないラジエーター６についても回転体２の内部の暖められた空気を熱交換しやすくなり、冷却性能を向上させることができる。

また、回転体２が円筒形状（ドラム形状）の場合、典型的には、外周部と内周部をリブでつないで剛性を高めている。通風孔２３の位置として、そのリブの根元（奥行き方向の中心付近）に穴を開ければ回転体２の強度を下げることなく穴を開けることができる。さらに回転体内部に装置を搭載した後も、穴がふさがれにくいため、回転体２の内部の空気を回転体２の外側へ効率よく送風可能となる。

図１６には他の変形例を示す。ラジエーター６からの冷風を他の場所に送風する排気ダクトに関しては、筒状体を新規に取り付けるだけでなく、図１６（ａ）に示すようにサイドカバー２４にその円周方向に沿ってリブ２５を取付けることで、ダクト構造を形成させたり、二重カバー２６、２６ｂに通風ダクト２７を設けたりすることでも作成可能である。

本実施形態によれば、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置において、排気ファンの騒音を大幅に低減することができ、患者と医師のコミュニケーションを円滑にするばかりか、騒音による患者の不安解消にも繋がる。また排熱を外部温調器によって検査室外部に放熱することが可能であるために、検査室に要求される空調設備も最小限に抑えられ、設置場所を飛躍的に増やすことが可能になる。また、架台ハウジングが略密閉構造のため、検査室内に存在する埃や塵等が架台内部に入ることを抑制でき、装置の信頼性も高めることができる。

加えて、この発明により、Ｘ線検出器ＤＡＳ周囲を効率よく冷却することが可能となり、Ｘ線検出器ＤＡＳ周辺の温度を低くすることができる。これにより低線量での撮影時にノイズの少ないＸ線断層画像を得ることができる。さらにＸ線検出器周囲温度変化を抑えることができるため、温度変化に起因する検出効率の変動を低減することができる。即ち、温度変化に依存する異常画像の発生を抑えることができる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明の実施形態による架台内部の構造を示す図。 従来の架台内部の空気の流れを示す図。 本実施形態の架台内部の空気の流れを示す図。 本実施形態の変形例による複数のラジエーターの配置を示す図。 本実施形態の他の変形例の概略構成図。 本実施形態の他の変形例の概略構成図。 本実施形態の他の変形例の概略構成図。 本実施形態の他の変形例の概略構成図。 本実施形態の他の変形例の効果を示す数値解析結果を示す図。 本実施形態の他の変形例の概略構成図。 本実施形態の他の変形例の概略構成図。 本実施形態の他の変形例の概略構成図。 本実施形態の他の変形例の概略構成図。 本実施形態の他の変形例の概略構成図。 本実施形態の他の変形例の概略構成図。 本実施形態の他の変形例の概略構成図。 本実施形態の他の変形例の概略構成図。

符号の説明

１００…架台、１…架台ハウジング、３…Ｘ線管、４…クーラー、５…Ｘ線検出器、２…回転体、１０１…サイドカバー、６…ラジエーター、７…ファン、１１０…開口部。

Claims (13)

1. 略密閉構造を有する架台ハウジングと、
   前記架台ハウジングの内部に回転自在に支持された回転体と、
   前記回転体に設けられたＸ線管と、
   前記回転体に設けられ、前記Ｘ線管を冷却するためのクーラーと、
   前記Ｘ線管で発生され被検体を透過したＸ線を検出する、前記回転体に設けられたＸ線検出器と、
   前記Ｘ線検出器の出力に基づいて画像を再構成する再構成処理部と、
   前記架台ハウジングの前記略密閉構造の内側に配置され、前記回転体の静止時の前記クーラーの排気口と対峙する位置に固定される複数のラジエーターと、
   前記架台ハウジングの外側に配置され、前記ラジエーターとの間で循環される冷媒の温度を調節する外部温調器とを具備し、
   前記ラジエーター各々は隣のラジエーターの排気を吸気するように前記ラジエーター各々の通流方向が前記回転体の半径方向に対して傾斜する向きで取り付けられることを特徴とするＸ線コンピュータ断層撮影装置。
2. 前記ラジエーターでの熱交換により発生させた冷風を前記回転体の静止時の前記Ｘ線検出器の近傍まで通風させるための通風経路が前記架台ハウジングの内側に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
3. 前記架台ハウジングの内側に形成されたダクトを介して前記ラジエーターでの熱交換により発生させた冷風が前記回転体の静止時の前記Ｘ線検出器の近傍まで通風されることを特徴とする請求項２に記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
4. 前記架台ハウジングの内壁を介して前記ラジエーターでの熱交換により発生させた冷風が前記回転体の静止時の前記Ｘ線検出器の近傍まで通風されることを特徴とする請求項２に記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
5. 前記ラジエーターの熱交換により発生させた冷風を前記回転体の静止時の前記Ｘ線検出器の近傍まで送風するためのアシストファンが前記架台ハウジングの内側に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
6. 前記ラジエーターに空気を強制的に流通させるためのファンが前記ラジエーターの近傍に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
7. 前記架台ハウジングの内側であって、前記回転体の静止時の前記Ｘ線検出器の近傍位置に固定されるサブラジエーターをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
8. 前記サブラジエーターに対して強制的に空気を通流させるためのファンをさらに備えることを特徴とする請求項７に記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
9. 前記サブラジエーターは前記架台ハウジングのサイドカバーに設置されることを特徴とする請求項７記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
10. 前記サブラジエーターは前記架台ハウジングの前カバーに設置されることを特徴とする請求項７に記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
11. 前記ラジエーターは複数設けられ、前記複数のラジエーターは空気の通流方向が互いに相違する向きに設置されることを特徴とする請求項１に記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
12. 前記架台ハウジングのサイドカバーには、前記ラジエーターから排出された冷風の通流をガイドするガイド構造が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
13. 略密閉構造を有する架台ハウジングと、
    前記架台ハウジングの内部に回転自在に支持された回転体と、
    前記回転体に設けられたＸ線管と、
    前記回転体に設けられ、前記Ｘ線管を冷却するためのクーラーと、
    前記Ｘ線管で発生され前記被検体を透過したＸ線を検出する、前記回転体に設けられたＸ線検出器と、
    前記Ｘ線検出器の出力に基づいて画像を再構成する再構成処理部と、
    前記架台ハウジングの前記略密閉構造の内側であって、前記回転体の静止時の前記クーラーの排気口に対してダクトを介して接続される位置に固定される複数のラジエーターと、
    前記架台ハウジングの外側に配置され、前記ラジエーターとの間で循環される冷媒の温度を調節する外部温調器とを具備し、
    前記ラジエーター各々は隣のラジエーターの排気を吸気するように前記ラジエーター各々の通流方向が前記回転体の半径方向に対して傾斜する向きで取り付けられることを特徴とするＸ線コンピュータ断層撮影装置。

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