JP7491756B2

JP7491756B2 - 回転陽極型ｘ線管装置およびｘ線撮像装置

Info

Publication number: JP7491756B2
Application number: JP2020120691A
Authority: JP
Inventors: 英稔工藤
Original assignee: Canon Medical Systems Corp
Current assignee: Canon Medical Systems Corp
Priority date: 2020-07-14
Filing date: 2020-07-14
Publication date: 2024-05-28
Anticipated expiration: 2040-07-14
Also published as: JP2022017875A

Description

本明細書および図面に開示の実施形態は、回転陽極型Ｘ線管装置およびＸ線撮像装置に関する。

被検体を通過したＸ線から画像を取得するＸ線撮像装置として、たとえば、Ｘ線ＣＴ（Computed Tomography）装置やＸ線診断装置などが知られている。この種のＸ線撮像装置に使用されるＸ線管には、陽極のターゲットを回転させる回転陽極を含むものがある。回転陽極を含むＸ線管を備えた回転陽極型Ｘ線管装置は、ターゲットを回転させることができるため、熱電子が局所的に集束するのを避けることができるものの、ターゲット上の熱電子が照射される箇所の温度上昇は避けられない。また、Ｘ線ＣＴ装置に利用される回転陽極型Ｘ線管装置は、出力定格が優れるものが多いため、さらに発熱量が多くなる。

ターゲットを冷却するため、近年の回転陽極型Ｘ線管装置には、使用中に発生する熱を放出するための専用の熱交換器と、この熱交換器にターゲットを冷却する冷却液を循環させるポンプとが外付けされるものがある。しかし、この種の回転陽極型Ｘ線管装置は、ポンプを駆動させるための専用の電源を確保しなければならず、装置が大型化してしまう。

特開２０１７－０５４６４１号公報

本明細書および図面に開示の実施形態が解決しようとする課題の一つは、冷却液循環用のポンプを装置筐体内に収容することで装置を小型化することである。ただし、本明細書および図面に開示の実施形態により解決しようとする課題は上記課題に限られない。後述する実施形態に示す各構成による各効果に対応する課題を他の課題として位置づけることもできる。

実施形態に係る回転陽極型Ｘ線管装置は、陽極を回転させるステータコイルと、ステータコイルの駆動力にもとづいて冷却液を循環させるポンプと、を備える。

第１実施形態に係る回転陽極型Ｘ線管装置の一構成例を概略的に示す全体図。第１実施形態に係る回転陽極型Ｘ線管装置の一構成例を詳細に示す説明図。第２実施形態に係る回転陽極型Ｘ線管装置の一構成例を概略的に示す全体図。第２実施形態に係る回転陽極型Ｘ線管装置の一構成例を詳細に示す説明図。

以下、図面を参照しながら、回転陽極型Ｘ線管装置およびＸ線撮像装置の実施形態について詳細に説明する。

実施形態に係る回転陽極型Ｘ線管装置は、回転陽極型のＸ線管を有し、たとえばＸ線ＣＴ装置やＸ線診断装置などのＸ線撮像装置に適用可能である。Ｘ線診断装置には、Ｘ線ＴＶ寝台装置、Ｘ線循環器診断システムが含まれる。実施形態に係る回転陽極型Ｘ線管装置を備えたＸ線撮像装置は、たとえば、回転陽極型Ｘ線管装置から照射されたＸ線を検出するＸ線検出器と、Ｘ線検出器の出力にもとづいてＸ線画像を生成するプロセッサを含む処理回路と、をさらに備えるとよい。

図１は、第１実施形態に係る回転陽極型Ｘ線管装置１の一構成例を概略的に示す全体図である。また、図２は、第１実施形態に係る回転陽極型Ｘ線管装置１の一構成例を詳細に示す説明図である。

図１に示すように、回転陽極型Ｘ線管装置１は、筐体２、冷却液３、Ｘ線管４、ステータコイル５、ポンプ６、共用端子７、およびステータコイル５と共用端子７とを接続するケーブル８を有する。

筐体２は、Ｘ線管４、ステータコイル５、および冷却液循環用のポンプ６を収容し、筐体２の外部と内部とを電気的に接続するための共用端子７が設けられる。筐体２は密閉されており、筐体２とＸ線管４との間の空間には冷却液３が充填される。

冷却液３は、絶縁油であり、たとえば鉱物油や合成油などの絶縁と冷却を兼ねる油系冷熱媒体である。Ｘ線管装置の構成により水などの水系冷却液が用いられても良い。

Ｘ線管４は、真空状態で密閉されており、図２に示すように、熱電子が衝突することでＸ線を発生する傘状のターゲット４１、ロータ４２、および軸受４３を有する回転陽極４０と、フィラメント（陰極）４４を収容する。

ターゲット４１とロータ４２は、軸受４３に対して回転自在に支持される。ターゲット４１とロータ４２と軸受４３の回転軸は同軸である。

ロータ４２は、円盤形状を有する。ロータ４２は、ターゲット４１と一体的に、回転軸に沿って高速で回転する。第１実施形態において、ロータ４２は、ステータコイル５の両極のうちロータ４２側の極から発生する回転磁場によって生じる渦電流により回転トルクを受けて回転する。

軸受４３は、潤滑剤としての液体金属を用いた動圧軸受である。液体金属としては、たとえばガリウム・インジウム（Ｇａｌｎ）合金やガリウム・インジウム・スズ（ＧａＩｎＳｎ）合金などの材料を用いることができる。液体金属は、常温で液状かつ蒸気圧が低い。このため、軸受４３の液体金属は、真空状態の回転陽極型Ｘ線管装置１の内部でも液状を維持することができる。

軸受４３は、図２に示すように円筒形状を有し、その中空の内軸部に、ポンプ６によって送られた冷却液３が通過する冷却液通路を有するとよい。この場合、陽極４０の各構成の熱を、液体金属および冷却液３を介して伝導放熱することができる。

フィラメント４４で発生した熱電子は、高電圧によって加速され、電子線として図示しない集束機構によって集束されてターゲット４１上に衝突することにより、ターゲット４１の焦点においてＸ線が発生する。

ステータコイル５は、複数のコイル要素からなるコイル要素群を含み、共用端子７およびケーブル８を介して、筐体２の外部に設けられたステータコイル電源９から駆動力を供給される。第１実施形態に係るステータコイル５は、コイル軸がターゲット４１の回転軸と平行であり、陽極４０のロータ４２とポンプ６のロータ６１との間に設けられる（図２参照）。

ポンプ６は、ステータコイル５の駆動力にもとづいて冷却液３を循環させる。すなわち、ポンプ６は、ステータコイル電源９からステータコイル５に供給される駆動力にもとづいて、冷却液３を熱交換器（たとえばラジエータ）１０に循環させる。ポンプ６は、筐体２に収容されるとともに、ポンプ６の専用の電源を必要としない。なお、熱交換器１０は、筐体２に対して着脱自在であるとよい。この場合、メンテナンス時に、劣化しやすい筐体２を交換しつつ、劣化しづらい熱交換器１０をそのまま利用することが可能となる。

第１実施形態においては、ポンプ６は、ステータコイル５の極のうちロータ６１側の極から発生する磁場にもとづいて駆動される。具体的には、まず、ステータコイル電源９から供給された駆動力によって、ステータコイル５が磁場を発生する。次に、ステータコイル５の極のうちロータ６１側の極から発生する回転磁場によって、ポンプ６の図示しないモータのロータ６１が回転トルクを受けて回転する。そして、ロータ６１が回転することでモータが駆動されて、ポンプ６が駆動される。

第１実施形態に係る回転陽極型Ｘ線管装置１は、冷却液循環用のポンプ６を筐体２に収容することができるため、装置を小型化することができる。また、第１実施形態に係るポンプ６は、ステータコイル５が陽極４０のロータ４２を回転させるにあたってステータコイル５の陽極４０の対極側に必然的に発生する磁場によって、駆動することができる。このため、ポンプ６は専用の電源を必要とせず、回転陽極型Ｘ線管装置１をさらに小型化することができるとともに軽量化することができる。

また、筐体２は、ステータコイル５とポンプ６を駆動するにあたり、共用端子７のみを備えればよい。また、共用端子７の配線をポンプ６に接続する必要がないため、筐体２の内部の配線数を削減することができる。

また、図２に示すように、陽極４０のロータ４２は、ステータコイル５のコイル軸と交わる位置に永久磁石４５が設けられてもよい。第１実施形態に係る軸受４３は、液体金属軸受である。このため、軸受４３の内軸部の冷却液通路に冷却液３を通す場合、ターゲット４１からロータ４２への熱伝導を大幅に低減することができる。したがって、この場合、ロータ４２には永久磁石４５を設置することが可能である。永久磁石４５を備える場合、ロータ４２の回転効率が大幅に向上する。この場合、ロータ４２は、銅などの金属に変えて軽量な材料にすることができる。またステータコイル５に要求される磁力も低減できるため、ロータ４２とステータコイル５を小型軽量に形成することができ、回転陽極型Ｘ線管装置１をさらに小型化、軽量化することができる。

また、ターゲット４１は非常に高温になるため、Ｘ線管４の内部にターゲット４１の輻射熱から陽極４０のロータ４２を遮蔽するための遮蔽板４６を設けてもよい。この場合、ロータ４２に永久磁石４５が設けられている場合は、遮蔽板４６は永久磁石４５を輻射熱から守ることができる。なお、遮蔽板４６は、その熱が軸受４３を介して冷却液３に伝導するように構成されるとよい。

図３は、第２実施形態に係る回転陽極型Ｘ線管装置１の一構成例を概略的に示す全体図である。また、図４は、第２実施形態に係る回転陽極型Ｘ線管装置１の一構成例を詳細に示す説明図である。

この第２実施形態に示す回転陽極型Ｘ線管装置１は、ポンプ６がステータコイル電源９により駆動される点で第１実施形態に示す回転陽極型Ｘ線管装置１と異なる。具体的には、第２実施形態に係るポンプ６のモータ６２は、共用端子７およびケーブル８ｍを介して、ステータコイル電源９の駆動力を供給される。すなわち、ステータコイル５とポンプ６とで、１つの外部電源を共用する。

なお、モータ６２に配線されるケーブル８ｍは、共用端子７からモータ６２に直接に伸びてもよいし、ステータコイル５のケーブル８の途中から分岐してもよい。

図３には、ステータコイル５のコイル軸がロータ４２の回転軸と直交するとともに、ロータ４２の面からロータ４２の回転軸方向に永久磁石４５が突設される場合の例を示した。この場合、Ｘ線管４は、ステータコイル５を設置する場所を確保するような凹みを有するとよい（図３参照）。このＸ線管４の凹みにステータコイル５を位置させることにより、回転陽極型Ｘ線管装置１を小型化することができる。

第２実施形態に係る回転陽極型Ｘ線管装置１によっても、冷却液循環用のポンプ６を筐体２に収容することができるため、装置を小型化することができる。また、ポンプ６の専用の配線が必要になるものの、電源をステータコイル５と共用するためポンプ６の専用の端子は不要である。したがって、ポンプ６専用の電源を必要とする場合に比べて回転陽極型Ｘ線管装置１をさらに小型化することができる。

また、第２実施形態に係る回転陽極型Ｘ線管装置１は、第１実施形態と同様に、永久磁石４５を備えてもよいし、遮蔽板４６を備えてもよい（図４参照）。

第１実施形態および第２実施形態に係る回転陽極型Ｘ線管装置１は、冷却液循環用のポンプ６を筐体２に収容することで、小型化および省配線化することができる。また、ポンプ６の専用電源が不要であるため、筐体２の周辺部品が削減される。このため、メンテナンス空間の自由度が上がり、たとえば焦点位置調整に必要な調整機構の配置やジグの取り付け、操作性などが大幅に向上する。

また、従来のＸ線管装置では、ポンプ６が熱交換器１０の中に固設されることが多い。しかし、ポンプ６は、熱交換器１０の中に設けられると、冷却液３によって特に樹脂部が早く劣化してしまう。このような構成では、ポンプ６と熱交換器１０とを切り離すことが難しいため、たとえ熱交換器１０がまだ利用可能だったとしても、ポンプ６を交換するときに熱交換器１０ごと交換しなくてはならなかった。

この点、第１実施形態および第２実施形態に係る回転陽極型Ｘ線管装置１は、熱交換器１０は、筐体２に対して着脱自在であれば、寿命管理が必要なポンプ６は、同様に寿命管理が必要な筐体２内部の他のコンポーネントとともに、筐体２ごと容易に交換することができるとともに、劣化しづらい熱交換器１０をそのまま利用しつづけることができる。

以上説明した少なくとも１つの実施形態によれば、冷却液循環用のポンプ６を装置筐体内に収容することで装置を小型化することができる。

いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、実施形態同士の組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１回転陽極型Ｘ線管装置
２筐体
３冷却液
４Ｘ線管
５ステータコイル
６ポンプ
７共用端子
９ステータコイル電源
４０回転陽極
４１ターゲット
４２陽極のロータ
４３軸受
４５永久磁石
４６遮蔽板
６１ポンプのモータのロータ
６２ポンプのモータ

Claims

陽極を回転させるステータコイルと、
前記ステータコイルの駆動力にもとづいて冷却液を循環させるポンプと、
前記陽極を収容したＸ線管と、前記ポンプと、前記ステータコイルと、を収容し、外部と内部とを電気的に接続するための共用端子が設けられた筐体と、
前記筐体の外部に設けられ、前記共用端子を介して前記筐体内の前記ステータコイルに前記ステータコイルの駆動力を供給するステータコイル電源と、
を備え、
前記陽極は、
ターゲットと、前記ターゲットの回転軸と同軸の回転軸を有して前記ターゲットと一体に回転する円盤状のロータとを有し、
前記ポンプは、
前記ターゲットの回転軸と平行な回転軸を有するロータを備えたモータを有し、
前記ステータコイルは、
コイル軸が前記ターゲットの回転軸と平行であり、前記ターゲットのロータと前記ポンプのロータとの間に設けられ、前記陽極のロータ側の極から発生する磁場により前記陽極のロータを回転させることで前記陽極を回転させるとともに、前記ポンプのロータ側の極から発生する磁場により前記ポンプのロータを回転させることで前記ポンプのモータを駆動し前記ポンプを駆動する、
回転陽極型Ｘ線管装置。
陽極を回転させるステータコイルと、
前記ステータコイルの駆動力にもとづいて冷却液を循環させるポンプと、
前記陽極を収容したＸ線管と、前記ポンプと、前記ステータコイルと、を収容し、外部と内部とを電気的に接続するための共用端子が設けられた筐体と、
前記筐体の外部に設けられ、前記共用端子を介して前記筐体内の前記ステータコイルに前記ステータコイルの駆動力を供給するステータコイル電源と、
を備え、
前記陽極は、
ターゲットと、前記ターゲットの回転軸と同軸の回転軸を有して前記ターゲットと一体に回転する円盤状のロータとを有し、このロータが前記ステータコイルから発生された磁場により回転することで回転し、
前記ポンプは、
前記ポンプを駆動するモータを有し、
前記ステータコイル電源は、
前記共用端子を介して前記ステータコイルに前記ステータコイルの駆動力を供給するとともに、当該共用端子を介して前記ポンプの前記モータに駆動力を供給する、
回転陽極型Ｘ線管装置。
前記Ｘ線管は、
前記ターゲットの輻射熱から前記陽極のロータを遮蔽するための遮蔽板、
をさらに収容する、
請求項１または２に記載の回転陽極型Ｘ線管装置。
前記ターゲットと前記陽極のロータとを回転自在に支持するとともに前記ターゲットの回転軸と同軸の回転軸を有する円筒形状の軸受、
をさらに備え、
前記軸受は、
中空の内軸部に、前記ポンプによって送られた前記冷却液が通過する冷却液通路を有し、この冷却液を介して前記ターゲットで発生した熱を伝導放熱する、
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の回転陽極型Ｘ線管装置。
陽極を回転させるステータコイルと、
前記ステータコイルの駆動力にもとづいて冷却液を循環させるポンプと、
前記陽極を収容したＸ線管と、前記ポンプと、前記ステータコイルと、を収容し、外部と内部とを電気的に接続するための共用端子が設けられた筐体と、
前記筐体の外部に設けられ、前記共用端子を介して前記筐体内の前記ステータコイルに前記ステータコイルの駆動力を供給するステータコイル電源と、
を備え、
前記陽極のロータは、
前記ステータコイルのコイル軸と交わる位置に設けられた永久磁石を有する、
回転陽極型Ｘ線管装置。
陽極を回転させるステータコイルと、前記ステータコイルの駆動力にもとづいて冷却液を循環させるポンプと、を有する回転陽極型Ｘ線管装置と、
前記回転陽極型Ｘ線管装置から照射されたＸ線を検出するＸ線検出器と、
前記Ｘ線検出器の出力にもとづいてＸ線画像を生成する生成部と、
を備え、
前記回転陽極型Ｘ線管装置は、
前記陽極を収容したＸ線管と、前記ポンプと、前記ステータコイルと、を収容し、外部と内部とを電気的に接続するための共用端子が設けられた筐体と、
前記筐体の外部に設けられ、前記共用端子を介して前記筐体内の前記ステータコイルに前記ステータコイルの駆動力を供給するステータコイル電源と、
をさらに備え、
前記陽極は、
ターゲットと、前記ターゲットの回転軸と同軸の回転軸を有して前記ターゲットと一体に回転する円盤状のロータとを有し、
前記ポンプは、
前記ターゲットの回転軸と平行な回転軸を有するロータを備えたモータを有し、
前記ステータコイルは、
コイル軸が前記ターゲットの回転軸と平行であり、前記ターゲットのロータと前記ポンプのロータとの間に設けられ、前記陽極のロータ側の極から発生する磁場により前記陽極のロータを回転させることで前記陽極を回転させるとともに、前記ポンプのロータ側の極から発生する磁場により前記ポンプのロータを回転させることで前記ポンプのモータを駆動し前記ポンプを駆動する、
Ｘ線撮像装置。
陽極を回転させるステータコイルと、前記ステータコイルの駆動力にもとづいて冷却液を循環させるポンプと、を有する回転陽極型Ｘ線管装置と、
前記回転陽極型Ｘ線管装置から照射されたＸ線を検出するＸ線検出器と、
前記Ｘ線検出器の出力にもとづいてＸ線画像を生成する生成部と、
を備え、
前記回転陽極型Ｘ線管装置は、
前記陽極を収容したＸ線管と、前記ポンプと、前記ステータコイルと、を収容し、外部と内部とを電気的に接続するための共用端子が設けられた筐体と、
前記筐体の外部に設けられ、前記共用端子を介して前記筐体内の前記ステータコイルに前記ステータコイルの駆動力を供給するステータコイル電源と、
をさらに備え、
前記陽極は、
ターゲットと、前記ターゲットの回転軸と同軸の回転軸を有して前記ターゲットと一体に回転する円盤状のロータとを有し、このロータが前記ステータコイルから発生された磁場により回転することで回転し、
前記ポンプは、
前記ポンプを駆動するモータを有し、
前記ステータコイル電源は、
前記共用端子を介して前記ステータコイルに前記ステータコイルの駆動力を供給するとともに、当該共用端子を介して前記ポンプの前記モータに駆動力を供給する、
Ｘ線撮像装置。
陽極を回転させるステータコイルと、前記ステータコイルの駆動力にもとづいて冷却液を循環させるポンプと、を有する回転陽極型Ｘ線管装置と、
前記回転陽極型Ｘ線管装置から照射されたＸ線を検出するＸ線検出器と、
前記Ｘ線検出器の出力にもとづいてＸ線画像を生成する生成部と、
を備え、
前記回転陽極型Ｘ線管装置は、
前記陽極を収容したＸ線管と、前記ポンプと、前記ステータコイルと、を収容し、外部と内部とを電気的に接続するための共用端子が設けられた筐体と、
前記筐体の外部に設けられ、前記共用端子を介して前記筐体内の前記ステータコイルに前記ステータコイルの駆動力を供給するステータコイル電源と、
をさらに備え、
前記陽極のロータは、
前記ステータコイルのコイル軸と交わる位置に設けられた永久磁石を有する、
Ｘ線撮像装置。