| 【発明の名称】 |
X線CT装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】磯島 宣之 【住所又は居所】茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日立製作所機械研究所内
【氏名】持立 幹雄 【住所又は居所】東京都千代田区内神田一丁目1番14号 株式会社日立メディコ内
【氏名】奈良 哲郎 【住所又は居所】東京都千代田区内神田一丁目1番14号 株式会社日立メディコ内
【氏名】内田 麻理 【住所又は居所】茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日立製作所機械研究所内
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| 【要約】 |
【課題】架台内発熱量が増加してもX線検出器等の架台内部機器を所定温度以下に保つ冷却構造を有するX線CT装置を提供する。
【解決手段】X線CT装置は、X線管、X線管冷却器ファン、及びX線検出器を備えた円筒状の回転体と、被検者を載置し上記回転体内を上記回転体の回転軸線方向に沿って移動可能な寝台と、上記回転体を支持する支持体と、上記回転体及び支持体を収容する架台と、該架台の上側より排気するための排気ファンと、を有し、上記排気ファンの羽根車外径が描く円の面積は、上記X線管冷却器ファンの排気面の面積よりも大きく、且つ、上記排気ファンの回転中心は、上記回転体の回転軸線方向に沿って、上記X線管冷却器ファンの排気面の投影面内に配置されている。 |
【特許請求の範囲】
【請求項1】 X線管、X線管冷却器ファン、及びX線検出器を備えた回転体と、被検者を載置し上記回転体内を上記回転体の回転軸線方向に沿って移動可能な寝台と、上記回転体を支持する支持体と、上記回転体及び支持体を収容する架台と、該架台の上側より排気するための排気ファンと、を有するX線CT装置において、 上記排気ファンの羽根車外径が描く円の面積は、上記X線管冷却器ファンの排気面の面積よりも大きく、且つ、上記排気ファンの回転中心は、上記回転体の回転軸線方向に沿って、上記X線管冷却器ファンの排気面の投影面内に配置されていることを特徴とするX線CT装置。 【請求項2】 X線管、複数のX線管冷却器ファン、及びX線検出器を備えた回転体と、被検者を載置し上記回転体内を上記回転体の回転軸線方向に沿って移動可能な寝台と、上記回転体を支持する支持体と、上記回転体及び支持体を収容する架台と、該架台の上側より排気するための排気ファンと、を有するX線CT装置において、 上記排気ファンの羽根車外径が描く円の面積は、上記複数のX線管冷却器ファンの排気面の面積の総和よりも大きく、且つ、上記排気ファンの回転中心は、上記回転体の回転軸線方向に沿って、上記X線管冷却器ファンの排気面の総和の投影面内に配置されていることを特徴とするX線CT装置。 【請求項3】 上記X線管、X線管冷却器ファン、及びX線検出器が設けられた側と反対側にて、上記支持体の側面と上記架台の側面の間に、下から上への通風を阻害する構造を設けることを特徴とした請求項1又は2記載のX線CT装置。 【請求項4】 上記排気ファンを上記支持体の天井部に固定し、上記排気ファンの外周と上記架台の間をシールすることを特徴とした請求項1又は2記載のX線CT装置。 【請求項5】 上記架台の内部に温度検出装置を設置し、上記温度検出装置によって検出した上記架台内部の温度に応じて上記排気ファンの回転数を制御することを特徴とした請求項1又は2記載のX線CT装置。
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【発明の詳細な説明】【技術分野】 【0001】 本発明はX線CT装置に関し、特に、X線CT装置の架台内部で発生した熱を排気する技術に関する。 【背景技術】 【0002】 図9、図10及び図11を参照して特許文献1に記載された従来のX線CT装置を説明する。X線CT装置は、被検者1を載せるための寝台2、寝台昇降部20、回転体10、回転体駆動手段11、回転体10を支持固定する支持体43、回転体10及び支持体43を収容する架台14、を有する。回転体10は、被検者1を頭部から挿入する開口部39を有し、その外周部に、X線管3、X線検出器4、X線管冷却器5、高電圧発生装置6、X線制御装置7、X線検出器4の出力を増幅するアンプ8、第1の電装品9、が装着されている。架台14には、第2及び第3の電装品12、13、8個の排気ファン15a〜15h、架台前面カバー18、架台前面カバー固定部19、架台吸気口21a、21b、が設けられている。X線管冷却器5は、ポンプ40、熱交換器41、及び、4個の冷却器ファン42a〜42dを有する。 【0003】 排気ファン15a〜15h、架台吸気口21a、21b、冷却器ファン42a〜42dのように同一機能のもので複数設置されるものについては小文字のアルファベットを数字の後に付して示す。以下、同一機能のものには同一符号を付して説明を省略する。 【0004】 回転体10は、回転体駆動手段11により、回転軸線A−A周りに、例えば0.4〜1.0秒に1回転の速さで高速に回転する。この時、寝台2は、被検者1の頭部が先頭となり、回転体10の開口部39内を回転軸線A−A方向に沿って、一定速度で移動する。従って、回転体10に装着されたX線管3及びX線検出器4は、被検者1の外周を回転しながら、被検者1を螺旋状に、X線撮影する。 【0005】 X線管3によって照射されたX線は、被検者1を透過し、X線検出器4により検出される。検出したX線信号はコンピュータで画像処理され、被検者1の断層写真が得られる。X線検出器4は温度依存性を有するため、温度を図示しない温度調節装置で一定に保ち、周囲温度の変化によるX線検出感度の変化を防止している。より具体的には、図示しないヒータで加熱することで、室温よりは高く、周囲の予想される最高温度、例えば35℃程度に保たれている。 【0006】 一方、X線発生時に入力されるエネルギのうち、X線として利用されるのは1%程度であり、残りはX線管3内部で熱に変換される。この熱の大部分はX線管から絶縁油を介してポンプ40でX線冷却器5に運ばれ、X線冷却器5において架台14内部の空気に放散される。X線冷却器5等の架台内部の機器から発生した熱は、架台の天井部に設けられた排気ファン15a〜15hにより架台外部に排気され、架台14内部の過度の温度上昇を防止する。 【0007】 従来のX線CT装置では、架台14内の温度上昇を抑えるために、小型の排気ファン15を多数個設置して、排気風量を増加させている。例えば、図9、図10及び図11に示す例では、前列の4個の排気ファン15a、15b、15d、15eと後列の4個の排気ファン15c、15f、15h、15gが設けられている。図9に示すように、前列の排気ファン15a、15b、15d、15eの回転中心Z1は、X線管冷却器5の排気面群(図中ハッチングで示す)上に配置されているが、後列の排気ファン15c、15f、15h、15gの回転中心Z2は、X線管冷却器5の排気面群より後部方向にずれた位置に設置される。従って、X線管冷却器5からの排熱気は主として前列の排気ファン15a、15b、15d、15eによって、排気される。 【0008】 図11に示すように、架台前部吸気口21aから架台14内に導入された空気は、回転体10の前側部を通り前列の排気ファン15a、15b、15d、15eによって排気される。一方、架台後部吸気口21bから架台14内に導入された空気は、回転体10の後側部を通り後列の排気ファン15c、15f、15h、15gによって排気される。ところが、熱源となる機器は架台14の前側に配置されている。従って、前列の排気ファン15a、15b、15d、15eによって排出される空気は、架台14内の熱源となる機器の間を通過した空気と、X線管冷却器5から排気された空気を含むため、比較的、温度が高くなる。しかしながら、後列の排気ファン15c、15f、15h、15gによって排出される空気は、矢印にて示すように、熱源となる機器の間を通過しないから、比較的温度が低くなる。 【0009】 【特許文献1】特開平10-234722号公報(第11頁、図1) 【発明の開示】 【発明が解決しようとする課題】 【0010】 近年、X線CT装置の機能向上、使用方法の多様化に対応するために、X線管の容量が急速に大きくなり、それに伴って発熱量が増大して、撮影条件によっては連続撮影を行う場合に、従来の冷却方法では不十分となるおそれが生じている。架台内部の温度が過度に上昇すると、X線管の冷却時間の増加を招き、X線CT装置の運転効率が低下することが懸念される。またX線検出器の温度が温度制御の設定温度以上に上昇して、検出感度が均一でなくなり、リング状の擬像(アーチファクト)が生じることも懸念される。X線検出器の設定温度を周囲温度に合わせて上げることは、検出器の温度依存性から検出感度の低下につながるため得策ではなく、検出器周囲を含めた架台内部温度の上昇を防止することが望まれる。 【0011】 本発明の目的は、大容量X線管を搭載し、架台内部の発熱量が増加しても、架台内部の過度の温度上昇を防止して、安定した撮影を実現するX線CT装置を提供することにある。 【課題を解決するための手段】 【0012】 本発明によると、X線CT装置は、X線管、X線管冷却器ファン、及びX線検出器を備えた回転体と、被検者を載置し上記回転体内を上記回転体の回転軸線方向に沿って移動可能な寝台と、上記回転体を支持する支持体と、上記回転体及び支持体を収容する架台と、該架台の上側より排気するための排気ファンと、を有する。 【0013】 本発明によると、更に、上記排気ファンの羽根車外径が描く円の面積は、上記X線管冷却器ファンの排気面の面積よりも大きく、且つ、上記排気ファンの回転中心は、上記回転体の回転軸線方向に沿って、上記X線管冷却器ファンの排気面の投影面内に配置されている。 【発明の効果】 【0014】 本発明によると、架台内部の過度の温度上昇を防止して、安定した撮影を実現するX線CT装置を提供することができる。 【発明を実施するための最良の形態】 【0015】 以下、本発明の実施に係る形態を図面を参照して説明する。図1及び図2を参照して本発明によるX線CT装置の第1の例を説明する。図1は第1の例の側面断面図であり、図2は正面断面図である。 【0016】 本例のX線CT装置は、被検者1を載せるための寝台2、寝台昇降部20、回転体10、回転体駆動手段11、回転体10を支持固定する支持体43、回転体10及び支持体43を収容する架台14、を有する。回転体10は、被検者1を頭部から挿入する開口部39を有し、その外周部に、X線管3、X線検出器4、X線管冷却器5、高電圧発生装置6、X線制御装置7、X線検出器4の出力を増幅するアンプ8、第1の電装品9、が装着されている。架台14には、第2及び第3の電装品12、13、2個の排気ファン15a、15b、架台前面カバー18、架台前部吸気口21a、架台後部吸気口21b、が設けられている。 【0017】 X線管冷却器5は、ポンプ40、熱交換器41、及び、冷却器ファン42を有する。高電圧発生装置6は、後述のインバータの出力電圧を昇圧する高電圧トランス、このトランスの出力電圧を直流の高電圧に変換する高電圧整流器、及び、X線管のフィラメントを加熱する加熱トランス等を有する。X線制御装置7は、交流を直流に変換するコンバータ、このコンバータで変換された直流を高い周波数に変換するインバータ、コンバータ及びインバータを制御する制御装置等を有する。 【0018】 回転体10は、回転体駆動手段11により、回転軸線A−A周りに、例えば0.4〜1.0秒に1回転の速さで高速に回転する。この時、寝台2は、被検者1の頭部が先頭となり、回転体10の開口部39内を回転軸線A−A方向に沿って、一定速度で移動する。従って、回転体10に装着されたX線管3及びX線検出器4は、被検者1の外周を回転しながら、被検者1を螺旋状に、X線撮影する。 【0019】 X線管3から照射された扇状のX線ビームは、被検者1を透過し、この透過X線信号はビームの方向に多数(例えば約1、000個)のX線検出素子をアレイ状に配列した多チャンネルのX線検出器4により検出される。 【0020】 X線発生に伴ってX線管3で発生した熱は、ポンプ40による絶縁油等の冷却液の循環によりX線管冷却器5内の熱交換器41に導かれ、冷却器ファン42による通風冷却を受けて、架台14内部に放散される。回転体10が回転中には、回転しながらX線管冷却器5から熱が放散されるため、架台14内部は攪拌が起き、均温化される。 【0021】 回転体10が回転中には、架台14の天井部に設けられた2つの排気ファン15a、15bによって、架台14内部で発生した熱を架台外部に排気する。一方、架台吸気口21a、21bから外気が架台14内部に流入して、架台14の冷却が行われる。図2に示すように、架台14の天井部に設けられた一方の排気ファン15aはX線管冷却器5の上側に配置されている。回転体10が停止中には、この排気ファン15aによって、X線管冷却器5からの熱の大半が放散される。 【0022】 一般にX線CT装置の発熱量の大半はX線管3によって発生した熱であり、そのほとんどがX線管冷却器5から架台14内部に放散されるため、架台14内部の冷却を検討する上でX線管冷却器5からの排熱の処理方法が重要である。またX線管3以外の発熱体は、主に高電圧発生装置6やアンプ8等であるが、これらは、図11を参照して説明したように、架台14の前側に集中しているため、架台14前側への有効な通風構造が望まれている。 【0023】 X線管3が大容量化し、発熱量が増えると、架台14内部の温度が上昇する。特に、X線検出器4は、均一に設定温度(例えば35℃)になるように温度調節されているが、設定値を超えて温度が上昇するおそれがある。また回転体10上の高電圧発生装置6やX線制御装置7等の他の機器も架台14内温度が過度に上昇すると動作に影響を及ぼすことが懸念される。 【0024】 以下に、本例のX線CT装置において、架台内部の過度の温度上昇を防止するための条件を考える。 【0025】 一般に、排気ファンの形状が幾何学的に相似である場合には、排気ファンの風量はファンの羽根車直径D2の3乗に比例して増減する。従って、羽根車直径の小さい小型ファンを多数搭載するよりも、羽根車直径の大きなファンを少ない数搭載したほうが、同等以上の風量を低騒音で実現可能となる。そこで、本例では、X線管冷却器5には1個の冷却器ファン42を設けている。 【0026】 回転体10が停止中には、排気ファン15aによって、X線管冷却器5の排熱気の大半を排出する必要がある。従って、第1の条件は、排気ファン15aの風量を、X線管冷却器ファン42の風量よりも大きくすることである。 【0027】 またX線管冷却器ファン42からの排熱気は、排気ファン15aに到達するまでに、拡散して広がる。従って、広がった排熱気を排気ファン15aによって捕捉する必要がある。そこで、第2の条件は、排気ファン15aの羽根車外径の描く円の面積S2、topを、X線管冷却器ファン42の羽根車外径が描く円の投影面積S2、rよりも大きくすることである。 S2、top>S2、r 式(1) (π/4)*(D2、top)2>(π/4)*(D2、r)2 式(2) 【0028】 ここで、D2、topは排気ファン15aの羽根車外径、D2、rはX線管冷却器ファン42の羽根車外径である。 【0029】 こうして本例では、排気ファン15aの羽根車外径の描く円の面積S2、topが、X線管冷却器ファン42の羽根車外径が描く円の投影面積S2、rよりも大きくなるように構成されているため、架台14内でX線管冷却器42の排熱気を十分に架台14の外部に排出することが可能となり、架台内部の過度な温度上昇を防止することができる。 【0030】 さらに、第3の条件は、図1に示すように、回転体10の回転軸線A−A方向に沿って、排気ファン15a、15bの回転中心Zが、X線管冷却器5の排気面の投影面S2、r(図中ハッチングで示す)内に配置されるように、排気ファン15a、15bを設置することである。 【0031】 こうして本例では、回転体10の回転軸線A−A方向に沿って、排気ファン15a、15bの回転中心が、X線管冷却器5の排気面の投影面内に配置されるように構成することによって、熱源の集中する架台14の前側に排気ファンが位置することになるとともに、後側部吸気口21bから入って冷却に大きく寄与しないまま排気されていた流れが減少し、架台14の冷却効果が増加する。 【0032】 したがって大容量X線管を搭載し、架台内部の発熱量が増加しても、架台内部の過度の温度上昇を防止して安定した撮影を実現することができる。 【0033】 図3、図4、図5を参照して本発明によるX線CT装置の第2の例を説明する。図3及び図4は、第2の例の側面断面図、図5は正面断面図である。本例では、X線管冷却器5は、4個の冷却器ファン42a、42b、42c、42dを搭載している。尚、ここでは、4個の冷却器ファンの大きさは同一であると仮定する。図5に示すように、X線管冷却器5の底部に冷却器ファン42a、42b、42c、42dが設けられ、X線管冷却器5の上面に排気口42eが設けられ、熱交換器41は排気口42e側に設けられていてもよい。この場合には、熱交換器41は冷却器ファン42a、42b、42c、42dからの送風を直接受けることによって、排熱する。 【0034】 第1の例と同様に、回転体10が停止中には、一方の排気ファン15aによって、X線管冷却器5の排熱気の大半を排気する必要がある。従って、第1の条件は、排気ファン15aの風量を、4個のX線管冷却器ファン42a、42b、42c、42dの風量の合計よりも大きくすることである。また4個のX線管冷却器ファン42a、42b、42c、42dからの排熱気は、排気口42eを介して排気ファン15aに到達するまでに、拡散して広がる。従って、広がった排熱気を排気ファン15aによって捕捉する必要がある。そこで、第2の条件は、排気ファン15aの羽根車外径の描く円の面積S2、topを、排気口42eの投影面S3よりも大きくすることである。 S2、top=(π/4)*(D2、top)2>S3 式(3) 【0035】 ここで、D2、topは排気ファン15aの羽根車外径、S3は排気口42eの面積である。 【0036】 さらに、第1の例と同様に、第3の条件は、回転体10の回転軸線A−A方向に沿って、排気ファン15a、15bの回転中心Zが、X線管冷却器5の排気口42eの投影面S3内に配置されるように、排気ファン15a、15bを設置することである。 【0037】 図6を参照して本発明によるX線CT装置の第3の例を説明する。本例では、回転体10を支持する支持体43と架台14の後部カバーとの間に形成される隙間を遮蔽するように遮蔽板44を設置する。また、本例のX線CT装置では、ベルトを介して回転体10を駆動するベルトドライブ方式を使用する。本例のX線CT装置は、遮蔽板44を設けていること及びベルトドライブ方式であること以外は、第2の例と同様である。 【0038】 遮蔽板44の機能を説明する。架台14の後側面に形成された後部吸気口21bから架台14内に流入した空気は、天井部の排気ファン15a、15bによって排気される。遮蔽板44を設けない場合には、後部吸気口21bから架台14内に流入した空気は、そのまま、架台14の後側面に沿って上方に導かれるため、架台14内の発熱源となる機器の間を通過することなく排気される。従って、架台14内の発熱源となる機器を冷却することができない。しかしながら、本例のように、遮蔽板44を設ける場合には、後部吸気口21bから架台14内に流入した空気は、遮蔽板44によって進路を変更され、矢印にて示すように、架台14の後側面から前側面に導かれて上方に導かれる。従って、天井部の排気ファン15a、15bによって排気される前に、架台14内の発熱源となる機器の間を通過し、それらを効果的に冷却することができる。 【0039】 尚、図6ではベルトドライブ方式のX線CT装置を例に説明したが、ダイレクトドライブ方式のX線CT装置であってもよい。ダイレクトドライブ方式のX線CT装置であっても、遮蔽板の配置等は基本的に変更する必要は無く、ベルトドライブ方式の場合と同様の冷却効果を得ることができる。 【0040】 図7を参照して本発明によるX線CT装置の第4の例を説明する。本例では、回転体10を支持固定する支持体43が、回転体10を跨ぐように、回転体10の前側面から天井部を経て後側面まで延びている。排気ファン15a、15bは、支持体43の天井部に形成された孔に装着され支持されている。こうして本例では、比較的重量が大きい大口径の排気ファンを用いることができる。ファンモータが大型化すると、モータの発生する振動が大きくなるという懸念がある。しかしながら、本例では、構造強度に十分な余裕のある支持材43に排気ファン15を装着するため、比較的電磁加振力の大きいモータを用いる場合であっても、振動やそれに伴う騒音を抑えることができる。 【0041】 支持体43の孔の形状及び寸法は、排気ファン15a、15bの外径の形状及び寸法と同一になるように形成される。一方、排気ファン15a、15bは、架台14の天井部に形成された孔に配置されているが、排気ファン15a、15bの周囲にはシール材46が設けられている。架台14内からの空気が、排気ファン15a、15b以外の部分から漏れることが防止される。更に、排熱気の逆流を防止し、冷却効果の低減を抑えることができる。シール材46にはパッキン材を用いてもよいし、接着剤を用いてもよい。 【0042】 図8を参照して本発明によるX線CT装置の第5の例を説明する。本例では、架台14の内部の温度を検出するための温度検出手段22と制御装置23が設けられている。制御装置23は、温度検出手段22によって検出した架台内の温度に基づいて、排気ファンの回転速度を制御する。例えば、ある日の第1回目の撮影においては、架台内の温度は室温と同じ程度(例えば28℃)であり、図1、及び図2に示す構造で排気ファン15により架台内部を通風すると、図示しない温度調節機がX線検出器4の設定温度(例えば35℃)を維持するように作用するが、室温が低い場合にはX線検出器4内の図示しないヒータの発熱量では温度を維持できないおそれがある。そこで、図8に示すように温度検出手段22により架台内部温度を検出して、検出した温度に応じて制御装置23により排気ファン15の送風量を制御する。 【0043】 排気ファン15の送風量の制御方法としては、例えばAC駆動のファンモータであれば周波数で制御する方式、或いはDC駆動のファンモータであれば電圧を制御する方式、或いはまた温度に応じてファンをオン/オフする方式等が挙げられる。より簡便な構成として運転する排気ファン15の台数を可変させる制御としてもよい。 【0044】 本実施の形態によれば、撮影前のように発熱量が小さく、架台内温度が低い場合に検出器4を過度に冷却して設定温度以下に下げることなく、安定した撮影を行うことが可能となる。 【0045】 以上、本発明の例を説明したが、本発明は上述の例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲にて様々な変更が可能であることは当業者に理解されよう。 【図面の簡単な説明】 【0046】 【図1】本発明のX線CT装置の第一の実施の形態の側面断面図である。 【図2】本発明のX線CT装置の第一の実施の形態の正面断面図である。 【図3】本発明のX線CT装置の第二の実施の形態の側面断面図である。 【図4】本発明のX線CT装置の第二の実施の形態の側面断面図である。 【図5】本発明のX線CT装置の第二の実施の形態の正面断面図である。 【図6】本発明のX線CT装置の第三の実施の形態の斜視図である。 【図7】本発明のX線CT装置の第四の実施の形態の側面断面図である。 【図8】本発明のX線CT装置の第五の実施の形態の模式図である。 【図9】従来のX線CT装置の側面断面図である。 【図10】従来のX線CT装置の正面断面図である。 【図11】従来のX線CT装置の斜視図である。 【符号の説明】 【0047】 1…被検者、2…寝台、3…X線管、4…X線検出器、5…冷却器、6…高電圧発生装置、7…X線制御装置、8…アンプ、9…電装品、10…回転体、11…回転体駆動手段、12、13…電装品、14…架台、15…排気ファン、17…送風ダクト、18…架台前面カバー、19…架台前面カバー固定部、20…寝台昇降部、21…架台吸気口、22…温度検出手段、23…制御装置、24…電源、38…電気品、39…開口部、40…ポンプ、41…熱交換器、42…X線管冷却器ファン、43…支持体、44…遮蔽板、45…ベルト、46…シール材
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| 【出願人】 |
【識別番号】000153498 【氏名又は名称】株式会社日立メディコ 【住所又は居所】東京都千代田区内神田1丁目1番14号
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| 【出願日】 |
平成16年12月28日(2004.12.28) |
| 【代理人】 |
【識別番号】100091096 【弁理士】 【氏名又は名称】平木 祐輔
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| 【公開番号】 |
特開2006−181187(P2006−181187A) |
| 【公開日】 |
平成18年7月13日(2006.7.13) |
| 【出願番号】 |
特願2004−379292(P2004−379292) |
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