JP6168907B2

JP6168907B2 - Ｘ線管装置およびｘ線画像診断装置

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Publication number: JP6168907B2
Application number: JP2013166576A
Authority: JP
Inventors: 関　善隆; 善隆関; 秋田　浩二; 浩二秋田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2013-08-09
Filing date: 2013-08-09
Publication date: 2017-07-26
Anticipated expiration: 2033-08-09
Also published as: JP2015035374A; CN204204793U

Description

本発明は、Ｘ線管装置およびＸ線画像診断装置に係り、例えば、回転陽極Ｘ線管の回転状態をモニタするＸ線管装置を備えたＸ線画像診断装置に関する。

Ｘ線管は、真空容器内に熱電子を発する陰極に対向配置された陽極（ターゲット）とからなり、陰極と陽極との間に高電圧を印加すると、熱電子が陽極へ向かって加速されるので、両電極間にＸ線管電流が流れる。

ターゲットの電子線スポットに熱が集中的に発生すると、熱によりターゲットの電子線スポットが溶融することがあるため、陽極を回転させてターゲット面上の電子線スポットを分散させることにより、ターゲットの電子線スポットに熱が集中的に発生するのを防止した回転陽極型のＸ線管を使用した回転陽極Ｘ線管装置が実用化されている。

この回転陽極Ｘ線管装置は、回転陽極の軸受の潤滑剤として軟質金属を使用しているが、システムに搭載し稼動している間に、潤滑膜に凹凸が生じたり時間とともに枯渇することによって、回転振動や回転音の突発的な異常が徐々に増加することがある。これらの事象を常に監視し、異常が起きる前にＸ線管装置の事前交換などの対応を行うことが必要とされている。

現在では回転陽極に伴う問題を解消すべく、防振部材を用いて振動を低減する技術（例えば、特許文献１を参照）、あるいは様々な監視システムが考えられている。システムに搭載された回転陽極Ｘ線管装置に加速度センサを取り付け、随時陽極の回転振動をモニタするもの、あるいはその回転振動を高速フーリエ変換し、異常振動が起きた場合の特異なピークを検知しピーク高さが閾値を超えた場合、あるいは異常時のＦＦＴスペクトルパターンと一致した場合に警告を発するものなどがある。

また、装置の異常検出の方法としてマイクで音を拾いＦＦＴ解析を行い、異常音のＦＦＴスペクトルパターンと一致した場合に警告を発するものもある。

特開２０１０−４４８９７号公報

上述した回転振動をモニタする従来技術では、システム側の振動やシステム外部からの振動が混入するため回転振動に合成されてしまい、ＦＦＴ解析のスペクトルパターンの判別が実際上は困難である。

また、上述したマイクで音を拾い装置の異常検出する方法は、システム側および外部から伝わる音や振動を遮断して必要とされるＸ線管装置の回転音のみを拾うことが要求される。さらに、低レベルであるがＸ線の照射を受けるため、マイク自身の劣化を防ぐためのＸ線遮蔽を施すことも課題としている。

そこで、本発明の目的は、システム側および外部から伝わる音や振動を遮断して必要とされるＸ線管装置の回転音のみを拾い、さらにＸ線遮蔽を施した回転陽極Ｘ線管の回転状態をモニタする装置を具備したＸ線診断装置を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明になるＸ線管装置は、以下の特徴を有する。

陰極部と、ターゲットおよび該ターゲットを回転可能とする回転軸とを備えた陽極部と、陰極部および陽極部を収納する外容器と、を備え、外容器の表面に固着され陽極部の回転により発生する回転音を集音する集音部を備えた回転音モニタ装置を有し、集音部は、回転音を集音する集音面側を除き、Ｘ線管装置から放出されるＸ線を遮蔽するＸ線遮蔽部材と、Ｘ線遮蔽部材を覆うようにＸ線管装置および外部から伝わる回転音以外の音を遮断する遮音防振部材と、を積層したもので囲まれ、集音面からＸ線管装置表面を見込む空間に集音部へのＸ線侵入を遮蔽する遮蔽構造部が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、システム側および外部から伝わる音や振動を遮断して必要とされるＸ線管装置の回転音のみを拾い、さらにＸ線遮蔽を施した回転陽極Ｘ線管の回転状態をモニタする装置を具備したＸ線診断装置を提供できる。それによってＸ線管装置の回転陽極の状態が正確にモニタすることが可能となるため、より信頼性の高い監視システムの構築が可能となる。

回転陽極Ｘ線管装置の装置構成の例を示す模式図。実施例１に係る回転音モニタ装置を示す断面図。実施例２に係る回転音モニタ装置を示す断面図。実施例３に係る回転音モニタ装置を示す断面図。実施例４に係る回転音モニタ装置を示す模式図。実施例５に係るＸ線診断装置の例を示す模式図。実施例６に係るＸ線診断装置の例を示す模式図。

本発明のＸ線管装置は、陰極部と、ターゲットおよび該ターゲットを回転可能とする回転軸とを備えた陽極部と、前記陰極部および陽極部を収納する外容器と、を備え、前記外容器の表面に固着され前記陽極部の回転により発生する回転音を集音する集音部を備えた回転音モニタ装置を有し、前記集音部は、前記回転音を集音する集音面側を除き、前記Ｘ線管装置から放出されるＸ線を遮蔽するＸ線遮蔽部材と、前記Ｘ線遮蔽部材を覆うように前記Ｘ線管装置および外部から伝わる前記回転音以外の音を遮断する遮音防振部材と、を積層したもので囲まれ、前記集音面から前記Ｘ線管装置表面を見込む空間に前記集音部へのＸ線侵入を遮蔽する遮蔽構造部が設けられている。

また、前記前記集音部は、前記Ｘ線遮蔽部材で囲まれ、前記Ｘ線遮蔽部材は、前記遮音防振部材で囲まれている。

また、前記回転音モニタ装置は、前記外容器の表面からの熱伝導を遮断するための断熱材を介して前記外容器表面に固着される。

また、前記集音部は、該集音部の集音面が固着した外容器の表面に対して平行で対向するように配置され、前記遮蔽構造部は、前記Ｘ線遮蔽部材で構成されたＸ線遮蔽部の一側面から突出して設けられた鉛板と他側面から突出して設けられた鉛板とが、互い違いに前記集音面に平行になるように配列され、前記鉛板のそれぞれの間、及び前記鉛板の先端部と前記Ｘ線遮蔽部のいずれかの側面との間に間隙を有する。

また、前記集音部は、該集音部の集音面が固着した外容器の表面に対して垂直方向となるように配置され、前記遮蔽構造部は、前記Ｘ線遮蔽部材で構成されたＸ線遮蔽部の一側面から突出し前記Ｘ線管装置表面に平行になるように設けられたクランク形状をなす鉛板を有し、前記鉛板の先端部と前記Ｘ線遮蔽部の側面との間に間隙を有する。

また、前記集音部は、該集音部の集音面が固着した外容器の表面に対して反対向きとなるように配置され、前記遮蔽構造部は、前記Ｘ線管装置表面に対して垂直方向で、前記集音面より上方に延在するように前記集音部の側面に設けられたクランク形状をなす鉛板を有し、前記鉛板の先端部と前記Ｘ線遮蔽部との間に間隙を有する。

また、前記集音部は、該集音部の集音面が固着した外容器の表面に対して平行方向となるように配置され、前記遮蔽構造部は、前記集音部の集音面を見込む空間内に、螺旋形状に形成された連続面からなる遮蔽面を有する鉛板を有し、前記遮蔽面は前記Ｘ線管装置表面に対向するように配列されている。

また、本発明のＸ線画像診断装置は、被検体にＸ線を照射するＸ線源と、該被検体を透過したＸ線を検出するＸ線平面検出器と、該Ｘ線平面検出器から出力された信号に対して画像処理を行なう画像処理部と、該Ｘ線画像処理部から出力されたＸ線画像を表示する表示部と、を備え、前記Ｘ線源として、前記Ｘ線管装置を用い、前記Ｘ線管装置から発生する回転音を前記回転音モニタ装置により集音し、集音された回転音をデジタル信号に変換するデータ変換部と、前記Ｘ線管装置の動作状態を遠隔監視する監視部と、を有し、前記監視部は、前記データ変換部で得られたデータを転送するデータ転送部を介して受信し、受信されたデータに基づいて前記回転音を分析し異常判定を行う異常判定部を有する。

また、前記監視部は、前記データ変換部で得られたデータに基づいて前記回転音を分析し異常判定を行い、異常と判定された結果を警報信号として受信する。

次に、図面を用いて本発明のＸ線管装置及びＸ線画像診断装置について詳細に説明する。

図１は、回転陽極Ｘ線管装置の装置構成の例を示す模式図である。

Ｘ線管装置１は、基本的には、陰極１２、陽極１３、Ｘ線管２２の３要素から構成されている。Ｘ線管２２は、ハウベ１０と呼ばれる外容器の中で絶縁油に満たされ支持されている。

陽極１３は、特に電子ビームが衝突する陽極部をターゲット１６と呼ぶ。このターゲットに電子ビームが衝突するときに、このターゲット面の局部過熱を防ぐ目的でターゲットを高速で回転させる構造のものを回転陽極Ｘ線管と呼んでいる。

回転陽極Ｘ線管は、ターゲット１６を回転させるためのベアリングを含めた回転機構が付随しており、高真空、高温下でベアリングを回転させるための潤滑技術等が要求される。このハウベ１０内部には陽極を回転駆動させるためのステーターコイル１４やターゲット１６に連結された回転軸が内蔵されている。

陰極電極２０及び陽極電極１９に電圧を印加することで、両電極間に電位差が生じ、フィラメント１５から電子が放出される。放出された電子はターゲット１６の表面に衝突しターゲット表面からＸ線１８が放出される。放出されたＸ線１８は、Ｘ線透過窓１７を通過してハウベ１０の外部へ進行する。

本発明になる回転音モニタ装置は、図１の２１ａ〜２１ｃの少なくともいずれか１個所に取り付けられる。なお、この取り付け位置以外であっても回転音モニタができる位置ならばハウベの他の外側面であっても構わない。

以下に、本発明になる回転音モニタ装置の詳細を、図を用いて詳細に述べる。

図２は、実施例１に係る回転音モニタ装置を示す断面図である。回転音モニタ装置は、遮音・防振材２、鉛遮蔽３、断熱材４、マイク５などで構成される。回転音はマイク５で集音する。先ず、マイク５を鉛遮蔽３で覆う。この時、鉛遮蔽の鉛の板厚は３ｍｍ以上あれば十分である。さらに、鉛遮蔽３上から防振ゴムなどの遮音・防振材２で覆う。遮音・防振材２は、防振ゴムの代わりにゴムとスポンジ状の防音材でも良い。回転音モニタ装置とＸ線管装置１との間には断熱材４を挟む。断熱材４としては熱伝導率が低いものとしてセラミック、あるいは耐熱ゴム等が上げられる。ゴムの耐熱性は１００℃あれば十分である。回転音モニタ装置とＸ線管装置１との空間に設けるＸ線遮蔽用鉛板８の板厚も３ｍｍ以上あれば十分で、Ｘ線管装置表面からマイクが直接見えないように互い違いに取り付け、音が伝わる空間経路を設ける。すなわち、音は、間隙６を通り抜けてマイク５に伝わる。

なお、マイク５の集音面は、間隙６に面する側に設けられている。マイク５で集音された音は、電気信号として配線７に伝送され、外部に設けられた処理装置（図６，７参照）によって、信号処理がなされる。

本実施例による回転音モニタ装置は、構造が簡単なので製造しやすい特徴があり、従って製造コスト面でも有利である。

図３は、実施例２に係る回転音モニタ装置を示す断面図である。回転音モニタ装置を構成する要素は、実施例１で示したものと同様であるが、それぞれの構成要素の配列に特徴がある。すなわち、マイク５が縦置きの配置となっていて、マイク５の集音面は間隙６に面している。また、互い違いに取り付けられたＸ線遮蔽用鉛板８の代わりに、鉛クランク８ａが取り付けられている。遮音・防振材２や断熱材４の配置に関しては、実施例１で述べたものと同様である。

本実施例の構造は、Ｘ線管装置１の表面から放出されるＸ線が直接マイクに照射しない位置に鉛クランク８ａをクランク状に配置したものである。一方、マイク５の集音面とＸ線管装置１の表面との間には間隙６があり、発生する回転音は、Ｘ線管装置１の表面から比較的直線的に進行し、マイク５の集音面に到達する構造である。従って、本構造は音を拾い易い、すなわち感度が良いと言える。さらに、構造が簡単なので製造しやすい特徴があり、従って製造コスト面でも有利である。

図４は、実施例３に係る回転音モニタ装置を示す断面図である。回転音モニタ装置を構成する要素は、実施例１で示したものと同様であるが、それぞれの構成要素の配列に特徴がある。本実施例で示すマイク５は、実施例１で示すマイクと配置が異なる。回転音モニタ装置とＸ線管装置１との空間において、マイク５の集音面がＸ線管装置１の表面と反対向きになるように配置されている。また、マイク５はＸ線遮蔽用の鉛板をクランク形状にした鉛クランク板８ｂで囲まれている。さらに、マイク５とＸ線管装置１の表面との間には板厚３ｍｍ以上の鉛板の仕切り板で囲まれＸ線遮蔽が施されている。

なお、遮音・防振材２や断熱材４の配置に関しては、実施例１で述べたものと同様である。

本実施例で示す構造は、Ｘ線管装置１の表面から放出されるＸ線は、直接にマイク５に到達することなく、複数回に亘って鉛遮蔽３の外壁に反射を繰り返すことになるので、Ｘ線に対する遮蔽効果が大きいと言える。

図５は、実施例４に係る回転音モニタ装置を示す断面図。回転音モニタ装置を構成する要素は、実施例１で示したものと同様であるが、それぞれの構成要素の配列に特徴がある。実施例１で示したＸ線遮蔽用鉛板８は、互い違いに取り付けられていたが、本実施例ではＸ線遮蔽用鉛板８の代わりに、巻貝の様に螺旋の形状を有する鉛らせん板９を用いている。この形状であれば、Ｘ線管装置１の表面から放出されるＸ線は、直接にマイク５に到達することなく、複数回に亘って鉛らせん板９での反射を繰り返すことになるので、Ｘ線遮蔽は確実となると言える。

鉛らせん板９の加工方法に関しては、鉛の螺旋形状は円盤の一部を半径分切断し互い違いに折り曲げたもの、あるいは１２０°の扇状の板を湾曲させたものを数枚用意し、それぞれ切断辺を溶接して螺旋形状に製作する。本実施例で用いる鉛の板厚は、薄くてもよく１ｍｍ程度でも螺旋形状による段階的なＸ線遮蔽効果が得られる。

次に、上記実施例１乃至４で示した回転音モニタ装置を適用したＸ線診断装置に関して説明する。

図６は、実施例５に係るＸ線診断装置の例を示す模式図である。

Ｘ線診断装置は、被検体１００を載せる天板１０６と、被検体１００にＸ線を照射するＸ線源１０２と、被検体１００に対するＸ線照射領域を設定するＸ線絞り装置１０４と、Ｘ線源１０２に電力供給を行なう高電圧発生部１０８と、Ｘ線源１０２に対向する位置に配置され、被検体１００を透過したＸ線を検出するＸ線検出器１１０と、Ｘ線検出器１１０から出力されたＸ線信号に対して画像処理を行なう画像処理部１１２と、画像処理部１１２から出力されたＸ線画像を記憶する画像記憶部１１４と、Ｘ線画像を表示する表示部１１６と、上記各構成要素を制御する制御部１１８と、制御部１１８に対して指令を行なう操作部１２０と、を備えている。

上記実施例１乃至４で示した回転音モニタ装置（以下、簡単にマイクと称する）は、Ｘ線管装置１の表面に設置する。Ｘ線管装置１の回転音をマイクで収集し、そのアナログ信号をＡ／Ｄコンバータによりデジタル信号に変換し、データ転送器を介してリモートセンタへ転送する。なお、転送は有線送信でも無線送信でも構わない。

デジタル信号をリモートセンタで受信し、受信したデジタル信号をＦＦＴ分析に掛け、回転音圧に変換し予め設定した閾値で異常の有無を判定する。

また、ＦＦＴスペクトルにおいて異常状態で出現する特異な周波数ピーク値、あるいはスペクトルパターンを用いて不具合の有無を判定する。

本実施例により構成では、データ転送側の装置をコンパクト化できる特徴がある。

図７は、実施例６に係るＸ線診断装置の例を示す模式図である。
実施例５との相違点は、マイクで収集したＸ線管装置１の回転音の異常判定の処理方法にあり、Ｘ線診断装置と各構成要素に関しては実施例５で説明した通りである。

上記実施例１乃至４で示した回転音モニタ装置（マイク）は、Ｘ線管装置１の表面に設置する。Ｘ線管装置１の回転音をマイクで収集し、そのアナログ信号をＡ／Ｄコンバータによりデジタル信号に変換し、ＦＦＴ分析装置に掛け、回転音圧に変換し予め設定した閾値で異常の有無を判定する。

種々の異常判定信号は、警報信号としてリモートセンタへ転送する。なお、転送は有線送信でも無線送信でも構わない。

本実施例により構成では、リモートセンタ側の装置をコンパクト化できる特徴がある。

１…Ｘ線管装置（表面側）、２…遮音・防振材、３…鉛遮蔽、４…断熱材、５…マイク、６…隙間、７…配線、８…Ｘ線遮蔽用鉛板、８ａ，８ｂ…鉛クランク、９…鉛らせん板、１０…ハウベ、１１…鉛板、１２…陰極スリーブ、１３…回転陽極子、１４…固定子（コイル）、１５…フィラメント、１６…ターゲット、１７…Ｘ線透過窓、１８…Ｘ線、１９…アノード電極、２０…カソード電極、２１ａ，２１ｂ，２１ｃ…回転音モニタの取り付け位置、２２…Ｘ線管、１００…被検体、１０２…Ｘ線源、１０４…Ｘ線絞り装置、１０６…天板、１０８…高電圧発生部、１１０…Ｘ線検出器、１１２…画像処理部、１１４…画像記憶部、１１６…表示部、１１８…制御部、１２０…操作部。

Claims

陰極部と、ターゲットおよび該ターゲットを回転可能とする回転軸とを備えた陽極部と、前記陰極部および陽極部を収納する外容器と、を備えるＸ線管装置であって、
前記外容器の表面に固着され前記陽極部の回転により発生する回転音を集音する集音部を備えた回転音モニタ装置を有し、
前記集音部は、前記回転音を集音する集音面側を除き、前記Ｘ線管装置から放出されるＸ線を遮蔽するＸ線遮蔽部材と、前記Ｘ線遮蔽部材を覆うように前記Ｘ線管装置および外部から伝わる前記回転音以外の音を遮断する遮音防振部材と、を積層したもので囲まれ、
前記集音面から前記Ｘ線管装置表面を見込む空間に前記集音部へのＸ線侵入を遮蔽する遮蔽構造部が設けられている
ことを特徴とするＸ線管装置。
前記集音部は、前記Ｘ線遮蔽部材で囲まれ、前記Ｘ線遮蔽部材は、前記遮音防振部材で囲まれている
ことを特徴とする請求項１に記載のＸ線管装置。
前記回転音モニタ装置は、前記Ｘ線管装置からの熱伝導を遮断するための断熱材を介して前記外容器表面に固着される
ことを特徴とする請求項１に記載のＸ線管装置。
前記集音部は、該集音部の集音面が前記Ｘ線管装置表面に対して平行で対向するように配置され、
前記遮蔽構造部は、前記Ｘ線遮蔽部材で構成されたＸ線遮蔽部の一側面から突出して設けられた鉛板と他側面から突出して設けられた鉛板とが、互い違いに前記集音面に平行になるように配列され、前記鉛板のそれぞれの間、及び前記鉛板の先端部と前記Ｘ線遮蔽部のいずれかの側面との間に間隙を有する
ことを特徴とする請求項１に記載のＸ線管装置。
前記集音部は、該集音部の集音面が固着した外容器の表面に対して垂直方向となるように配置され、
前記遮蔽構造部は、前記Ｘ線遮蔽部材で構成されたＸ線遮蔽部の一側面から突出し前記Ｘ線管装置表面に平行になるように設けられた鉛板を有し、
前記鉛板の先端部と前記Ｘ線遮蔽部の側面との間に間隙を有する
ことを特徴とする請求項１に記載のＸ線管装置。
前記集音部は、該集音部の集音面が固着した外容器の表面に対して反対向きとなるように配置され、
前記遮蔽構造部は、前記Ｘ線管装置表面に対して垂直方向で、前記集音面より上方に延在するように前記集音部の側面に設けられた鉛板を有し、
前記鉛板の先端部と前記Ｘ線遮蔽部材で構成されたＸ線遮蔽部との間に間隙を有する
ことを特徴とする請求項１に記載のＸ線管装置。
前記集音部は、該集音部の集音面が固着した外容器の表面に対して平行方向となるように配置され、
前記遮蔽構造部は、前記集音部の集音面を見込む空間内に、螺旋形状に形成された連続面からなる遮蔽面を有する鉛板を有し、
前記遮蔽面は前記Ｘ線管装置表面に対向するように配列されている
ことを特徴とする請求項１に記載のＸ線管装置。
被検体にＸ線を照射するＸ線源と、該被検体を透過したＸ線を検出するＸ線平面検出器と、該Ｘ線平面検出器から出力された信号に対して画像処理を行なう画像処理部と、該Ｘ線画像処理部から出力されたＸ線画像を表示する表示部と、を備え、
前記Ｘ線源として、請求項１乃至７いずれか一項に記載のＸ線管装置を用い、前記Ｘ線管装置から発生する回転音を前記回転音モニタ装置により集音し、集音された回転音をデジタル信号に変換するデータ変換部と、
前記Ｘ線管装置の動作状態を遠隔監視する監視部と、を有し、
前記監視部は、前記データ変換部で得られたデータを転送するデータ転送部を介して受信し、
受信されたデータに基づいて前記回転音を分析し異常判定を行う異常判定部を有する
ことを特徴とするＸ線画像診断装置。
前記監視部は、前記データ変換部で得られたデータに基づいて前記回転音を分析し異常判定を行い、異常と判定された結果を警報信号として受信する
ことを特徴とする請求項８に記載のＸ線画像診断装置。