JPWO2012026381A1 - X-ray tube apparatus and X-ray CT apparatus - Google Patents
X-ray tube apparatus and X-ray CT apparatus Download PDFInfo
- Publication number
- JPWO2012026381A1 JPWO2012026381A1 JP2012530638A JP2012530638A JPWO2012026381A1 JP WO2012026381 A1 JPWO2012026381 A1 JP WO2012026381A1 JP 2012530638 A JP2012530638 A JP 2012530638A JP 2012530638 A JP2012530638 A JP 2012530638A JP WO2012026381 A1 JPWO2012026381 A1 JP WO2012026381A1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ray tube
- ray
- cylindrical portion
- anode
- cathode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 claims abstract description 13
- 239000012809 cooling fluid Substances 0.000 claims 3
- 238000013021 overheating Methods 0.000 abstract description 11
- 238000012546 transfer Methods 0.000 abstract description 11
- 238000001816 cooling Methods 0.000 abstract description 7
- 238000002591 computed tomography Methods 0.000 description 20
- 239000000463 material Substances 0.000 description 9
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 9
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 7
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 7
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 6
- 238000013480 data collection Methods 0.000 description 5
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 5
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 4
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 3
- 230000009931 harmful effect Effects 0.000 description 3
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 3
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 description 3
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 3
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910052790 beryllium Inorganic materials 0.000 description 1
- ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N beryllium atom Chemical compound [Be] ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000002059 diagnostic imaging Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 230000012447 hatching Effects 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000011133 lead Substances 0.000 description 1
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- CWQXQMHSOZUFJS-UHFFFAOYSA-N molybdenum disulfide Chemical compound S=[Mo]=S CWQXQMHSOZUFJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052982 molybdenum disulfide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J35/00—X-ray tubes
- H01J35/02—Details
- H01J35/04—Electrodes ; Mutual position thereof; Constructional adaptations therefor
- H01J35/08—Anodes; Anti cathodes
- H01J35/10—Rotary anodes; Arrangements for rotating anodes; Cooling rotary anodes
- H01J35/105—Cooling of rotating anodes, e.g. heat emitting layers or structures
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
- A61B6/40—Arrangements for generating radiation specially adapted for radiation diagnosis
- A61B6/4021—Arrangements for generating radiation specially adapted for radiation diagnosis involving movement of the focal spot
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J35/00—X-ray tubes
- H01J35/02—Details
- H01J35/04—Electrodes ; Mutual position thereof; Constructional adaptations therefor
- H01J35/08—Anodes; Anti cathodes
- H01J35/10—Rotary anodes; Arrangements for rotating anodes; Cooling rotary anodes
- H01J35/101—Arrangements for rotating anodes, e.g. supporting means, means for greasing, means for sealing the axle or means for shielding or protecting the driving
- H01J35/1017—Bearings for rotating anodes
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
- A61B6/40—Arrangements for generating radiation specially adapted for radiation diagnosis
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Radiology & Medical Imaging (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Pathology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Surgery (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- X-Ray Techniques (AREA)
- Apparatus For Radiation Diagnosis (AREA)
Abstract
X線管の冷却効率を向上させ、特に回転軸受の過熱を防止できる構造のX線管装置を提供すること、及びそのX線管装置を搭載するX線CT装置を提供するために、電子線を発生する陰極と、前記陰極と対向配置され前記電子線が照射されることでX線を放射する陽極と、前記陰極と前記陽極を真空雰囲気内に保持する外囲器と、前記陽極を回転させる陽極回転駆動部を備えたX線管装置であって、前記陽極は、前記陰極に対向する面の裏側に二重構造の円筒形状部を有しており、前記円筒形状部のうちの内側円筒部は回転軸受に接続され、前記円筒形状部のうちの外側円筒部は前記外囲器の近傍に達するまでの長さを有することを特徴とし、回転軸受に接続される内側円筒部への伝熱を抑制するように、外側円筒部から外囲器への伝熱を促進させる。In order to provide an X-ray tube apparatus having a structure capable of improving the cooling efficiency of the X-ray tube and preventing overheating of the rotary bearing in particular, and to provide an X-ray CT apparatus equipped with the X-ray tube apparatus, an electron beam A cathode that emits X-rays by being disposed opposite to the cathode and irradiated with the electron beam, an envelope that holds the cathode and the anode in a vacuum atmosphere, and the anode is rotated. An X-ray tube device having an anode rotation driving unit, wherein the anode has a double-layered cylindrical portion on the back side of the surface facing the cathode, and the inside of the cylindrical portion The cylindrical portion is connected to a rotary bearing, and the outer cylindrical portion of the cylindrical shape portion has a length to reach the vicinity of the envelope, and is connected to the rotary cylindrical bearing. Heat transfer from the outer cylindrical portion to the envelope is promoted so as to suppress heat transfer.
Description
本発明はX線管装置及びX線CT(Computed Tomography)装置に関する。 The present invention relates to an X-ray tube apparatus and an X-ray CT (Computed Tomography) apparatus.
X線CT装置とは、被検体にX線を照射するX線管装置と、被検体を透過したX線量を投影データとして検出するX線検出器と、を被検体の周囲で回転させることにより得られる複数角度からの投影データを用いて被検体の断層画像を再構成し、再構成された断層画像を表示するものである。X線CT装置で表示される画像は、被検体の中の臓器の形状を描写するものであり、画像診断に使用される。 An X-ray CT device is an X-ray tube device that irradiates a subject with X-rays, and an X-ray detector that detects X-ray dose transmitted through the subject as projection data by rotating the subject around the subject. The tomographic image of the subject is reconstructed using the obtained projection data from a plurality of angles, and the reconstructed tomographic image is displayed. The image displayed by the X-ray CT apparatus describes the shape of an organ in the subject and is used for diagnostic imaging.
近年のX線CT装置の開発では、X線管装置とX線検出器を搭載したスキャナをより高速に回転させることで撮影時間の短縮化が図られている。スキャナの回転が高速になっても断層画像の画質を維持するにはX線管装置から発生させる単位時間あたりのX線量を高くする必要がある。X線量を高くするには、管電流を大きくしなければならず、X線管内で発生する熱量は大きくなる。X線管内で発生する熱量は、X線管に対しいくつかの弊害をもたらす。例えば、陽極の過熱によるX線ターゲットの溶融、陽極の回転軸の熱膨張によるX線焦点の位置ずれ、陽極の回転軸受に使用される固体潤滑材の過熱にともなう回転不良、といった弊害の原因となる。 In recent developments of X-ray CT apparatuses, the imaging time has been shortened by rotating a scanner equipped with an X-ray tube apparatus and an X-ray detector at a higher speed. In order to maintain the image quality of tomographic images even when the scanner rotates at high speed, it is necessary to increase the X-ray dose per unit time generated from the X-ray tube device. To increase the X-ray dose, the tube current must be increased and the amount of heat generated in the X-ray tube increases. The amount of heat generated in the X-ray tube has several adverse effects on the X-ray tube. For example, the cause of harmful effects such as melting of the X-ray target due to overheating of the anode, misalignment of the X-ray focal point due to thermal expansion of the rotating shaft of the anode, and rotation failure due to overheating of the solid lubricant used in the rotating bearing of the anode Become.
そこで、X線管に起こりうる弊害を防止するために、X線管の構造に様々な工夫をして冷却効率の向上が図られている。例えば、特許文献1には、回転陽極の陰極対向面側に円筒形状のラジエータを設けることで、熱輻射による冷却効率を向上させたX線管装置が開示されている。
Therefore, in order to prevent the harmful effects that can occur in the X-ray tube, various improvements have been made to the structure of the X-ray tube to improve the cooling efficiency. For example,
しかしながら、特許文献1では熱輻射による冷却効率を向上させたX線管装置は開示されているものの、回転軸受の過熱を防止することに対する配慮はなされていない。
However, although
そこで本発明の目的は、X線管の冷却効率を向上させ、特に回転軸受の過熱を防止できる構造のX線管装置を提供すること、及びそのX線管装置を搭載するX線CT装置を提供することである。 Therefore, an object of the present invention is to provide an X-ray tube apparatus having a structure capable of improving the cooling efficiency of the X-ray tube, and particularly preventing the overheating of the rotary bearing, and an X-ray CT apparatus equipped with the X-ray tube apparatus. Is to provide.
上記目的を達成するために本発明は、回転陽極の陰極対向面の裏面に二重構造の円筒形状部を設け、回転軸受に接続される内側円筒部への伝熱を抑制するように、外側円筒部から外囲器への伝熱を促進させることを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, the present invention provides a double-structured cylindrical portion on the back surface of the cathode facing surface of the rotating anode, and suppresses heat transfer to the inner cylindrical portion connected to the rotating bearing. The heat transfer from the cylindrical portion to the envelope is promoted.
具体的には、電子線を発生する陰極と、前記陰極と対向配置され前記電子線が照射されることでX線を放射する陽極と、前記陰極と前記陽極を真空雰囲気内に保持する外囲器と、前記陽極を回転させる陽極回転駆動部を備えたX線管装置であって、前記陽極は、前記陰極に対向する面の裏側に二重構造の円筒形状部を有しており、前記円筒形状部のうちの内側円筒部は回転軸受に接続され、前記円筒形状部のうちの外側円筒部は前記外囲きの近傍に達するまでの長さを有することを特徴とするX線管装置である。 Specifically, a cathode that generates an electron beam, an anode that is disposed opposite to the cathode and emits X-rays when irradiated with the electron beam, and an envelope that holds the cathode and the anode in a vacuum atmosphere And an X-ray tube device having an anode rotation driving unit for rotating the anode, the anode having a double-structured cylindrical portion on the back side of the surface facing the cathode, An inner cylindrical portion of the cylindrical portion is connected to a rotary bearing, and the outer cylindrical portion of the cylindrical portion has a length that reaches the vicinity of the outer enclosure. It is.
また、前記X線管装置と、前記X線管装置に対向配置され被検体を透過したX線を検出するX線検出器と、前記X線管装置と前記X線検出器を搭載し前記被検体の周囲を回転する回転円盤と、前記X線検出器により検出された複数角度からの透過X線量に基づき前記被検体の断層画像を再構成する画像再構成装置と、前記画像再構成装置により再構成された断層画像を表示する画像表示装置と、を備えたX線CT装置である。 In addition, the X-ray tube device, the X-ray detector that is disposed opposite to the X-ray tube device and detects X-rays transmitted through the subject, the X-ray tube device and the X-ray detector are mounted, and the target is mounted. A rotating disk that rotates around the specimen, an image reconstruction device that reconstructs a tomographic image of the subject based on transmitted X-ray doses from a plurality of angles detected by the X-ray detector, and the image reconstruction device. An X-ray CT apparatus comprising: an image display device that displays a reconstructed tomographic image.
本発明によれば、X線管の冷却効率を向上させ、特に回転軸受の過熱を防止できる構造のX線管装置を提供すること、及びそのX線管装置を搭載するX線CT装置を提供することができる。 According to the present invention, an X-ray tube apparatus having a structure capable of improving the cooling efficiency of the X-ray tube and preventing overheating of the rotary bearing in particular, and an X-ray CT apparatus equipped with the X-ray tube apparatus are provided. can do.
以下、添付図面に従って本発明に係るX線CT装置の好ましい実施形態について説明する。なお、以下の説明及び添付図面において、同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略することにする。 Hereinafter, preferred embodiments of an X-ray CT apparatus according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the following description and the accompanying drawings, the same reference numerals are given to the constituent elements having the same functional configuration, and redundant description will be omitted.
図1を用いて本発明を適用したX線CT装置1の全体構成を説明する。X線CT装置1はスキャンガントリ部100と操作卓120とを備える。
The overall configuration of the
スキャンガントリ部100は、X線管装置101と、回転円盤102と、コリメータ103と、X線検出器106と、データ収集装置107と、寝台105と、ガントリ制御装置108と、寝台制御装置109と、X線制御装置110と、を備えている。X線管装置101は寝台105上に載置された被検体にX線を照射する装置である。コリメータ103はX線管装置101から照射されるX線の放射範囲を制限する装置である。回転円盤102は、寝台105上に載置された被検体が入る開口部104を備えるとともに、X線管装置101とX線検出器106を搭載し、被検体の周囲を回転するものである。X線検出器106は、X線管装置101と対向配置され被検体を透過したX線を検出することにより透過X線の空間的な分布を計測する装置であり、多数のX線検出素子を回転円盤102の回転方向に配列したもの、若しくは回転円盤102の回転方向と回転軸方向との2次元に配列したものである。データ収集装置107は、X線検出器106で検出されたX線量をデジタルデータとして収集する装置である。ガントリ制御装置108は回転円盤102の回転を制御する装置である。寝台制御装置109は、寝台105の上下前後動を制御する装置である。X線制御装置110はX線管装置101に入力される電力を制御する装置である。
The
操作卓120は、入力装置121と、画像演算装置122と、表示装置125と、記憶装置123と、システム制御装置124とを備えている。入力装置121は、被検体氏名、検査日時、撮影条件などを入力するための装置であり、具体的にはキーボードやポインティングデバイスである。画像演算装置122は、データ収集装置107から送出される計測データを演算処理してCT画像再構成を行う装置である。表示装置125は、画像演算装置122で作成されたCT画像を表示する装置であり、具体的にはCRT(Cathode-Ray Tube)や液晶ディスプレイ等である。記憶装置123は、データ収集装置107で収集したデータ及び画像演算装置122で作成されたCT画像の画像データを記憶する装置であり、具体的にはHDD(Hard Disk Drive)等である。システム制御装置124は、これらの装置及びガントリ制御装置108と寝台制御装置109とX線制御装置110を制御する装置である。
The
入力装置121から入力された撮影条件、特にX線管電圧やX線管電流などに基づきX線制御装置110がX線管装置101に入力される電力を制御することにより、X線管装置101は撮影条件に応じたX線を被検体に照射する。X線検出器106は、X線管装置101から照射され被検体を透過したX線を多数のX線検出素子で検出し、透過X線の分布を計測する。回転円盤102はガントリ制御装置108により制御され、入力装置121から入力された撮影条件、特に回転速度などに基づいて回転する。寝台105は寝台制御装置109によって制御され、入力装置121から入力された撮影条件、特にらせんピッチなどに基づいて動作する。
The
X線管装置101からのX線照射とX線検出器106による透過X線分布の計測が回転円盤102の回転とともに繰り返されることにより、様々な角度からの投影データが取得される。取得された様々な角度からの投影データは画像演算装置122に送信される。画像演算装置122は送信された様々な角度からの投影データを逆投影処理することによりCT画像を再構成する。再構成して得られたCT画像は表示装置125に表示される。
By repeating the X-ray irradiation from the
回転円盤102の開口部104の大きさ及びスキャンガントリ部100の厚さによっては、被検体に圧迫感を与えることがあるので、開口部104は大きく、スキャンガントリ部100は薄いことが望ましい。開口部104の大きさ及びスキャンガントリ部100の厚は、回転円盤102の搭載物の大きさに依存するので、搭載物の一つであるX線管装置101はより小型であることが好ましい。
Depending on the size of the opening 104 of the rotating
図2を用いて、X線管装置101の構成について説明する。X線管装置101は、X線を発生するX線管210と、X線管210を収納する容器220とを備える。
The configuration of the
X線管210は、電子線を発生する陰極211と、陰極211に対し正の電位が印加される陽極212と、陰極211と陽極212を真空雰囲気中に保持する外囲器213とを備える。
The
陰極211はフィラメントもしくは冷陰極と、集束電極とを備える。フィラメントはタングステンなどの高融点材料をコイル状に巻いたものであり、電流が流されることにより加熱され、熱電子を放出する。冷陰極はニッケルやモリブデンなどの金属材料を鋭利に尖らせてなるもので、陰極表面に電界が集中することで電界放出により電子を放出する。集束電極は、放出された電子を陽極212上のX線焦点216へ向けて集束させるための集束電界を形成する。フィラメントもしくは冷陰極と、集束電極とは同電位である。
The
陽極212はターゲットと陽極母材とを備える。ターゲットはタングステンなどの高融点で原子番号の大きい材質で構成される。ターゲット上のX線焦点216に陰極211から放出された電子が衝突することにより、X線焦点216からX線217が放射される。陽極母材はターゲットを保持し、銅などの熱伝導率の高い材質からなる。ターゲットと陽極母材とは同電位である。
The
外囲器213は陰極211と陽極212の間を電気的に絶縁するために、陰極211と陽極212を真空雰囲気中に保持する。外囲器213にはX線217をX線管210外へ放射するための放射窓218が備えられる。放射窓218は、X線透過率が高いベリリウムなどの原子番号の小さい材質で構成される。外囲器213の電位は接地電位であり、陽極212も同電位とされる。すなわち陰極211には負の高電位が印加される。
The
陰極211から放出された電子は、陰極と陽極との間に印加される100kV前後の電圧により加速され電子線215となる。電子線215が集束電界により集束されてターゲット上のX線焦点216に衝突すると、X線焦点216からX線217が発生する。発生するX線のエネルギーは、陰極と陽極との間に印加される高電圧、いわゆる管電圧によって決まる。発生するX線の線量は、陰極から放出される電子の量、いわゆる管電流と、管電圧によって決まる。
Electrons emitted from the
電子線215のエネルギーの内、X線に変換される割合は1%程度に過ぎず、残りのほとんどのエネルギーは熱となる。X線CT装置1に用いられるX線管装置101では、管電圧は百数十kV、管電流は数百mAであるので、陽極212は数十kWの熱量で加熱される。このような加熱により陽極212が過熱溶融することを防止するため、陽極212は回転装置214に接続されており、回転装置214の駆動により、図2中の1点鎖線219を回転軸として回転する。回転装置214は、回転駆動力となる磁界を発生する励磁コイル214Aと、励磁コイル214Aが発生した磁界を受けて回転するロータ214Bと、ロータ214Bを回転可能に支持する軸受と、軸受を保持するステータ214Cと、からなる。軸受に関しては図3以降で説明する。ステータ214Cは外囲器213に支持される。なお、陽極212の回転軸を以降X線管210の管軸219と呼ぶ。
Of the energy of the
陽極212を回転させることで、電子線215が衝突する部分であるX線焦点216が常に移動するので、X線焦点216の温度をターゲットの融点より低く保つことができ、陽極212が過熱溶融することを防止できる。また発生した熱量は速やかに管外へ排出される必要があるが、入熱量が多大な場合は、一時的に発生した熱量を管内に蓄積しておく必要がある。そこで多くのX線管では、蓄積熱量の大容量化を図るために陽極212の体積を大きくしており、それにともないX線管210も大型になる。
By rotating the
X線管210が収納される容器220の中には、冷却媒体である冷却水もしくはX線管210を電気的に絶縁するとともに冷却媒体となる絶縁油が充填される。容器220内に充填された冷却水もしくは絶縁油は、X線管装置101の容器220に接続された配管301を通じて冷却器302に導かれ、冷却器302にて熱を放散した後、配管301を通じて容器220内に戻される。
The
X線焦点216で発生した熱により陽極212は平均温度1000℃程度となる。発生した熱の約90%は陽極212の表面から輻射により外囲器213へ放熱され、残りの10%程度の熱は熱伝導により回転装置214を通じて外囲器213へ流れる。回転装置214へ流れた熱は、様々な弊害の原因となるので、伝熱のさせ方を工夫させる必要がある。
The average temperature of the
以下、回転装置214の構造、特にロータ214Bの構造について、周囲との関係も含めて詳細に説明する。
Hereinafter, the structure of the rotating device 214, particularly the structure of the
(第一の実施形態)
図3に、第一の実施形態のロータ214B及びその周辺部の断面図を示す。本実施形態では、陽極212は円環形状となっており、陰極に対向する面の裏側に外側円筒部214B-1と内側円筒部214B-2が設けられる。外側円筒部214B-1と内側円筒部214B-2は、管軸219を共有する同心円筒、すなわち二重構造の円筒である。(First embodiment)
FIG. 3 shows a cross-sectional view of the
内側円筒部214B-2は回転軸214B-4に接続される。回転軸214B-4は軸受214Dにより回転可能に支持される。軸受214Dはステータ214Cに保持される。ステータ214Cは円環形状の陽極212の孔を通じて陰極211側の外囲器213に支持される。図3では回転する部分と回転しない部分を区別するために、回転しない部分すなわちステータ214Cと外囲器213を斜線で示している。斜線で示した部分以外は、管軸219を回転軸として回転する。
The inner
軸受214Dと回転軸214B-4の間には、両者の損傷防止や摩擦・磨耗の低減のために、潤滑材を塗布若しくは成膜することで潤滑層が形成される。潤滑材には、真空中、高温下で回転に耐えうるように、鉛、銀、金やそれらの合金、または二硫化モリブデンや黒鉛などが用いられる。X線管210の製造時では、潤滑層は均一な厚さで形成されるが、回転軸214B-4及び軸受214Dが過熱されると、潤滑層の厚さが不均一となり、軸受214Dと回転軸214B-4の間の摩擦が増加し、回転不良が生じる。回転軸214B-4及び軸受214Dの過熱を防止するには回転軸214B-4及び軸受214Dへ流れる熱量を低減すれば良い。なお、陽極212は管軸219を回転軸として回転するので、X線焦点216を管軸219の周りで回転させることで形成されるリングが熱の発生箇所となる。
A lubrication layer is formed between the bearing 214D and the
そこで本実施形態では、電子線215の衝突により発生する熱が回転軸214B-4及び軸受214Dへ流れるのを抑制するために、内側円筒部214B-2の外側に外側円筒部214B-1を設けている。外側円筒部214B-1は管軸219の方向に外囲器213の近傍に達するまでの長さを有している。このような長さを外側円筒部214B-1が有することで、外側円筒部214B-1は外囲器213と相対する表面を備え、外側円筒部214B-1と外囲器213とが重なることとなる。外囲器213は容器220内に充填された冷却媒体により冷却されているので、外側円筒部214B-1を伝導する熱は、外囲器213と相対する外側円筒部214B-1の表面から輻射により効率よく放熱される。
Therefore, in this embodiment, the outer
外側円筒部214B-1の表面からの放熱をさらに効率よくするには、外側円筒部214B-1の内側に外囲器213が突出した形状であることが望ましい。このような形状とすることにより、冷却媒体で冷却されている外囲器213と外側円筒部214B-1とが相対する面の面積が大きくなるので、外側円筒部214B-1の表面からの放熱がより効率よく行われる。また外側円筒部214B-1の外囲器213と相対する面に黒化膜214B-3を形成しても良い。黒化膜214B-3を形成することにより、外側円筒部214B-1の表面からの放熱をさらに向上することができる。なお、図3では、外側円筒部214B−1の外表面と内表面とに黒化膜214B-3を形成した例を示しているが、いずれか一方の面に黒化膜214B-3を形成するだけでも良い。また黒化膜214B-3を形成する代わりに凹凸を形成しても同様の効果を得ることができる。
In order to further efficiently dissipate heat from the surface of the outer
また、内側円筒部214B-2への伝熱を抑制し、外側円筒部214B-1への伝熱を促進させるために、外側円筒部214B-1の厚さを内側円筒部214B-2の厚さよりも厚くすることが好ましい。さらに外側円筒部214B-1の熱伝導率が内側円筒部214B-2の熱伝導率よりも高くなるように両者の材質を選択することが好ましい。例えば、外側円筒部214B-1には銅を用い、内側円筒部214B-2にはステンレスを用いる。なお、銅は融点が1080℃程度であるので、外側円筒部214B-1の陽極212に接続される側にはモリブデン等の高融点材料を用い、外囲器213の近傍となる部分には銅を用いるようにしても良い。また、内側円筒部214B-2への伝熱を抑制するために、内側円筒部214B-2が接続される箇所の陽極212の厚さを外側円筒部214B-1が接続される箇所よりも薄くしておくことが好ましい。
Further, in order to suppress heat transfer to the inner
以上のような構成とすることにより、回転軸214B-4と接続されている内側円筒部214B-2への伝熱が抑制され、回転軸214B-4及び軸受214Dへ流れる熱量を低減できるので、回転軸214B-4及び軸受214Dが過熱されることにより生ずる回転不良を防止できる。
By configuring as described above, heat transfer to the inner
外側円筒部214B-1の表面からの放熱をさらに効率よくするために、外側円筒部214B-1の内側に突出した外囲器213の表面の冷却効率を向上させるようにしても良い。図4を用いて、そのような構造の一例を説明する。図4は陽極212側の外囲器213端部の拡大図である。図4に示す外囲器213の突出部の内側には、冷却媒体の流路を形成するための流路形成円筒400が設けられる。流路形成円筒400は図4中には図示されない容器220に支持される。流路形成円筒400が設けられることにより、冷却媒体は図4中の矢印の方向に流路を形成する。このように流路が形成されると、冷却器302で冷却された冷却媒体が外側円筒部214B-1の内側に突出した外囲器213の表面に導かれるため、外側円筒部214B-1の表面からの放熱がさらに向上する。
In order to further efficiently dissipate heat from the surface of the outer
なお、発明者は、本構造の効果について以下のような温度解析により検証した。本解析では、図3に示した構成のX線管において、陽極212の外径を200mm、内側円筒部の内径を60mm、外径を62mm、長さを65mm、外側円筒部の内径を72mm、外径を80mm、長さを120mmとし、外側円筒部の有無による軸受の温度変化を調べた。なお、外側円筒部の材質は、陽極212側から60mmまでをモリブデン、その先の60mmを銅とし、銅の外表面に黒化膜をコーティングしたことを想定し、輻射率を0.8とした。また、陽極212の平均温度が1000℃となるような入熱条件を設定した。その結果、外側円筒部が無い場合では軸受の温度が約500℃であったのに対し、外側円筒部が有る場合では410℃にまで低減できることが確認できた。
The inventor verified the effect of this structure by the following temperature analysis. In this analysis, in the X-ray tube having the configuration shown in FIG. 3, the outer diameter of the
(第二の実施形態)
図5に、第二の実施形態のロータ214B及びその周辺部の断面図を示す。第一の実施形態と大きく異なる点は、内側円筒部214B-2の長さである。以下、各構成について説明する。なお、第一の実施形態と同じ構成については、同じ符号とし、説明を省略する。(Second embodiment)
FIG. 5 shows a sectional view of the
本実施形態では、内側円筒部214B-2の長さは外側円筒部214B-1の長さとほぼ等しい。このような構造とすることにより、第一の実施形態よりも内側円筒部214B-2が長くなり伝熱距離が伸びるので、回転軸214B-4及び軸受214Dへの伝熱をさらに抑制することができる。その結果、回転軸214B-4及び軸受214Dの過熱にともなう回転不良の防止に有効である。
In the present embodiment, the length of the inner
また内側円筒部214B-2の延長に伴い、回転軸214B-4及びステータ214Cの長さも長くなるので、陽極212の回転がより安定するようになる。
As the inner
なお、外囲器213の突出部は設けられていないので、黒化膜214B-3を形成する場合は、外側円筒部214B-1の外表面だけに設ければよい。
Since the projecting portion of the
(第三の実施形態)
図6に、第三の実施形態のロータ214B及びその周辺部の断面図を示す。第一の実施形態と異なる点は、ステータ214Cが支持される位置である。以下、各構成について説明する。なお、第一の実施形態と同じ構成については、同じ符号とし、説明を省略する。(Third embodiment)
FIG. 6 shows a cross-sectional view of the
本実施形態では、ステータ214Cは陽極212側の外囲器213に支持される。このような構造とすることにより、ステータ214Cは平均温度が1000℃程度となる陽極212からの輻射を受けずに済むので、軸受214D及び回転軸214B-4へ流れる熱量を低減できる。その結果、回転軸214B-4及び軸受214Dの過熱にともなう回転不良の防止に有効である。
In the present embodiment, the
なお、図6には円環形状の陽極212を図示したが、本実施形態では陽極212の形状を円盤形状としても良い。
Although the
(第四の実施形態)
図7に、第四の実施形態のロータ214B及びその周辺部の断面図を示す。第一の実施形態と異なる点は、ステータ214Cが支持される位置と、回転軸214B-4の形状である。以下、各構成について説明する。なお、第一の実施形態と同じ構成については、同じ符号とし、説明を省略する。(Fourth embodiment)
FIG. 7 shows a sectional view of the
本実施形態では、ステータ214Cは2つ設けられ、一方のステータ214Cは円環形状の陽極212の孔を通じて陰極211側の外囲器213に支持され、他方は陽極212側の外囲器213に支持される。さらに本実施形態の回転軸214B-4は、内側円筒部214B-2と接合される部分から、軸受214Dに支持される部分が管軸219に沿って陰極側と陽極側の両方向へ延びた形状となっている。このような構造とすることにより、内側円筒部214B-2へ伝導する熱量が大きくなった場合でも、伝熱量が陰極側と陽極側に分散されるので、回転軸214B-4及び軸受214Dの過熱を抑制することができ、回転不良の防止に有効である。
In this embodiment, two
また、回転軸214B-4が陰極側のステータ214Cと陽極側のステータ214Cの両方から支えられるので、陽極212の回転がより安定するようになる。
Further, since the
なお、実施形態で開示した複数の構成要素を適宜に組み合わせて実施しても良い。例えば、第三の実施形態や第四の実施形態の構造において、陽極212側の外囲器213を外側円筒部214B-1の内側に突出させた形状としても良い。陽極212側の外囲器213を突出させた場合は、外側円筒部214B-1の内表面に黒化膜214B-3を形成しても良い。
In addition, you may implement combining the some component disclosed by embodiment suitably. For example, in the structure of the third embodiment or the fourth embodiment, the
1 X線CT装置、100 スキャンガントリ部、101 X線管装置、102 回転円盤、103 コリメータ、104 開口部、105 寝台、106 X線検出器、107 データ収集装置、108 ガントリ制御装置、109 寝台制御装置、110 X線制御装置、120 操作卓、121 入力装置、122 画像演算装置、123 記憶装置、124 システム制御装置、125 表示装置、210 X線管、211 陰極、212 陽極、213 外囲器、214 回転装置、214A 励磁コイル、214B ロータ、214B-1 外側円筒部、214B-2 内側円筒部、214B-3 黒化膜、214B-4 回転軸、214C ステータ、214D 軸受、215 電子線、216 焦点、217 X線、218 放射窓、219 管軸、220 容器、301 配管、302 冷却器、400 流路形成円筒 1 X-ray CT device, 100 scan gantry unit, 101 X-ray tube device, 102 rotating disk, 103 collimator, 104 opening, 105 bed, 106 X-ray detector, 107 data collection device, 108 gantry control device, 109 bed control Device, 110 X-ray control device, 120 console, 121 input device, 122 image processing device, 123 storage device, 124 system control device, 125 display device, 210 X-ray tube, 211 cathode, 212 anode, 213 envelope, 214 Rotating device, 214A excitation coil, 214B rotor, 214B-1 outer cylindrical part, 214B-2 inner cylindrical part, 214B-3 blackening film, 214B-4 rotating shaft, 214C stator, 214D bearing, 215 electron beam, 216 focus , 217 X-ray, 218 Radiation window, 219 tube axis, 220 container, 301 piping, 302 cooler, 400 flow path forming cylinder
Claims (9)
前記陽極は、前記陰極に対向する面の裏側に二重構造の円筒形状部を有しており、
前記円筒形状部のうちの内側円筒部は回転軸受に接続され、
前記円筒形状部のうちの外側円筒部は前記外囲器の近傍に達する長さを有することを特徴とするX線管装置。A cathode that generates an electron beam; an anode that is disposed opposite to the cathode and emits X-rays when irradiated with the electron beam; an envelope that holds the cathode and the anode in a vacuum atmosphere; and the anode An X-ray tube device having an anode rotation drive unit for rotating
The anode has a double-structured cylindrical portion on the back side of the surface facing the cathode,
The inner cylindrical part of the cylindrical part is connected to a rotary bearing,
The X-ray tube apparatus according to claim 1, wherein an outer cylindrical portion of the cylindrical portion has a length reaching the vicinity of the envelope.
前記陽極は円環形状であり、
前記軸受を支持する軸受固定部は、前記陽極の円環の孔を通じて前記陰極に対向する面側に配置されることを特徴とするX線管装置。In the X-ray tube device according to claim 1,
The anode has a ring shape;
The X-ray tube apparatus according to claim 1, wherein a bearing fixing portion that supports the bearing is disposed on a surface side facing the cathode through an annular hole of the anode.
前記外囲器は、前記外側円筒部の内側に突出した突出部を有することを特徴とするX線管装置。In the X-ray tube device according to claim 1,
The X-ray tube apparatus according to claim 1, wherein the envelope has a protruding portion protruding inside the outer cylindrical portion.
前記外囲器の周囲は冷却流体で満たされており、前記突出部の表面に前記冷却流体を導入し、前記突出部の中心から前記冷却流体を導出する流路をさらに備えることを特徴とするX線管装置。In the X-ray tube device according to claim 3,
The periphery of the envelope is filled with a cooling fluid, and further includes a flow path that introduces the cooling fluid into the surface of the protrusion and guides the cooling fluid from the center of the protrusion. X-ray tube device.
前記外側円筒部の厚さは前記内側円筒部の厚さよりも厚いことを特徴とするX線管装置。In the X-ray tube device according to claim 1,
The X-ray tube apparatus according to claim 1, wherein a thickness of the outer cylindrical portion is thicker than a thickness of the inner cylindrical portion.
前記陽極は、前記内側円筒部が接続される箇所の厚さが、前記外側円筒部が接続される箇所の厚さよりも薄いことを特徴とするX線管装置。In the X-ray tube device according to claim 1,
The X-ray tube apparatus according to claim 1, wherein a thickness of a portion where the inner cylindrical portion is connected to the anode is thinner than a thickness where the outer cylindrical portion is connected.
前記外側円筒部の熱伝導率は前記内側円筒部の熱伝導率よりも高いことを特徴とするX線管装置。In the X-ray tube device according to claim 1,
The X-ray tube apparatus according to claim 1, wherein a thermal conductivity of the outer cylindrical portion is higher than a thermal conductivity of the inner cylindrical portion.
前記外側円筒部は、前記外囲器に相対する面の表面に凹凸もしくは黒化膜を有することを特徴とするX線管装置。In the X-ray tube device according to claim 1,
The X-ray tube apparatus according to claim 1, wherein the outer cylindrical portion has irregularities or a blackening film on a surface facing the envelope.
前記X線源は、請求項1に記載のX線管装置であることを特徴とするX線CT装置。Equipped with an X-ray source that irradiates the subject with X-rays, an X-ray detector that is disposed opposite to the X-ray source and detects X-rays transmitted through the subject, and the X-ray source and the X-ray detector A rotating disk that rotates around the subject, an image reconstruction device that reconstructs a tomographic image of the subject based on a transmitted X-ray amount detected by the X-ray detector, and a reconstruction performed by the image reconstruction device An X-ray CT apparatus provided with an image display device for displaying a tomographic image,
2. The X-ray CT apparatus according to claim 1, wherein the X-ray source is the X-ray tube apparatus according to claim 1.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012530638A JP5890309B2 (en) | 2010-08-24 | 2011-08-18 | X-ray tube apparatus and X-ray CT apparatus |
Applications Claiming Priority (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010187095 | 2010-08-24 | ||
JP2010187095 | 2010-08-24 | ||
PCT/JP2011/068649 WO2012026381A1 (en) | 2010-08-24 | 2011-08-18 | X-ray tube device and x-ray ct device |
JP2012530638A JP5890309B2 (en) | 2010-08-24 | 2011-08-18 | X-ray tube apparatus and X-ray CT apparatus |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPWO2012026381A1 true JPWO2012026381A1 (en) | 2013-10-28 |
JP5890309B2 JP5890309B2 (en) | 2016-03-22 |
Family
ID=45723383
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012530638A Active JP5890309B2 (en) | 2010-08-24 | 2011-08-18 | X-ray tube apparatus and X-ray CT apparatus |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5890309B2 (en) |
WO (1) | WO2012026381A1 (en) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104810229B (en) * | 2015-04-16 | 2017-01-18 | 赛诺威盛科技(北京)有限公司 | X-ray tube using piezoelectric ceramic for positive electrode movement compensation and compensation method thereof |
CN107546089B (en) * | 2016-08-04 | 2024-05-28 | 上海钧安医疗科技有限公司 | High-power X-ray tube |
JP7491756B2 (en) | 2020-07-14 | 2024-05-28 | キヤノンメディカルシステムズ株式会社 | Rotating anode type X-ray tube device and X-ray imaging device |
CN117995628B (en) * | 2024-04-01 | 2024-07-23 | 昆山医源医疗技术有限公司 | CT bulb tube |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0622106B2 (en) * | 1985-03-29 | 1994-03-23 | 株式会社島津製作所 | Rotating anode X-ray tube |
JPH02144836A (en) * | 1988-11-28 | 1990-06-04 | Toshiba Corp | Rotary anode x-ray tube |
DE4432205C1 (en) * | 1994-09-09 | 1996-01-25 | Siemens Ag | HV cable plug termination for X-ray tube |
JPH10334840A (en) * | 1997-05-29 | 1998-12-18 | Hitachi Medical Corp | High-cooling rotary positive electrode x-ray tube |
US5978447A (en) * | 1997-11-11 | 1999-11-02 | Picker International, Inc. | X-ray tube straddle bearing assembly |
JP4467740B2 (en) * | 2000-08-25 | 2010-05-26 | 株式会社東芝 | Rotating anode X-ray tube |
JP2004103568A (en) * | 2002-07-18 | 2004-04-02 | Toshiba Corp | Rotating anode x-ray tube apparatus |
-
2011
- 2011-08-18 WO PCT/JP2011/068649 patent/WO2012026381A1/en active Application Filing
- 2011-08-18 JP JP2012530638A patent/JP5890309B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2012026381A1 (en) | 2012-03-01 |
JP5890309B2 (en) | 2016-03-22 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5890309B2 (en) | X-ray tube apparatus and X-ray CT apparatus | |
US10460900B2 (en) | X-ray tube device and x-ray CT apparatus | |
JP2017091881A (en) | X-ray tube apparatus and X-ray CT apparatus | |
JP5893927B2 (en) | X-ray tube apparatus and X-ray CT apparatus | |
WO2018020895A1 (en) | X-ray tube apparatus and x-ray ct apparatus | |
JP5959866B2 (en) | X-ray tube apparatus and X-ray CT apparatus | |
JP5865249B2 (en) | X-ray tube apparatus, manufacturing method thereof, and X-ray diagnostic imaging apparatus | |
JP6798941B2 (en) | X-ray tube device and X-ray CT device | |
JP6008634B2 (en) | X-ray tube apparatus and X-ray CT apparatus | |
JP6464264B2 (en) | X-ray tube apparatus and X-ray CT apparatus | |
JP5766128B2 (en) | X-ray tube apparatus and X-ray CT apparatus | |
US12100571B2 (en) | X-ray tube device and X-ray CT apparatus | |
JP5468911B2 (en) | X-ray tube apparatus and X-ray CT apparatus using the same | |
JP6318147B2 (en) | X-ray tube apparatus and X-ray imaging apparatus | |
JP6777526B2 (en) | X-ray tube device and X-ray CT device | |
US20240105415A1 (en) | X-ray tube assembly and x-ray ct equipment | |
US20240347309A1 (en) | X-ray tube device and x-ray ct apparatus | |
JP7493416B2 (en) | X-ray tube device and X-ray imaging device | |
CN102468101B (en) | X-ray tube thermal transfer method and system | |
JP2024152257A (en) | X-ray tube device and X-ray CT device | |
JP2018037144A (en) | X-ray tube device and x-ray imaging system | |
JP2016001550A (en) | X-ray tube device and x-ray ct device | |
JP2012104392A (en) | X-ray tube device and x-ray ct device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20140728 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20150728 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20150831 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20160202 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20160218 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5890309 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |