JP4258018B2

JP4258018B2 - Ｘ線診断装置

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Publication number: JP4258018B2
Application number: JP2003508247A
Authority: JP
Inventors: 秀文岡村; 元達土肥
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 2001-06-07
Filing date: 2002-06-07
Publication date: 2009-04-30
Anticipated expiration: 2022-06-07
Also published as: WO2003002001A1; EP1396228A1; EP1396228A4; US20040234040A1; US7104687B2; JPWO2003002001A1; CN1283211C; CN1514701A

Description

本発明は、Ｘ線診断装置又はＸ線検査装置（以下、Ｘ線診断装置と総称する。）に係り、具体的にはＸ線を発生するＸ線発生装置とＸ線を検出する平面タイプのＸ線検出器とを冷却する技術に属する。

Ｘ線診断装置は、Ｘ線発生装置から発生されるＸ線を被検体に照射し、被検体を透過したＸ線によりフィルムを感光させてＸ線写真を撮影して診断等に供するものである。また、フィルムに代えて、複数のＸ線検出素子を２次元平面状に配列して成る平面型Ｘ線検出器を用いて被検体を透過したＸ線を検出し、検出されたＸ線の強度及び密度分布のＸ線像をモニタに描画して診断等に供することも行なわれている。

ここで、Ｘ線診断装置等に用いられる平面型Ｘ線検出器は、動作中に熱を発生し、発熱による温度変化でＸ線検出特性が変化すると、Ｘ線像の画質が変動する可能性がある。

このため、従来は、例えば特許文献1に記載のように、ペルチェ素子を用いた冷却設備で平面型Ｘ線検出器の温度変化を防止している。つまり、ガリウム及びヒ素等の半導体材料を含んでなる平面型Ｘ線検出器は、湿度等に影響されないようガラスケース等に密封され、ガラスケースの上にペルチェ素子を貼り付け、ペルチェ素子の放熱面にヒートシンクが取り付けられている。そして、ヒートシンクを空冷ファンによって強制風冷するとともに、対流によって放熱させることにより、ペルチェ素子とガラスケースを介してＸ線検出器を冷却するようにしている。

一方、Ｘ線を発生するＸ線発生装置の冷却設備としては、例えば、特許文献２に記載のように、Ｘ線管球が収納された容器内に熱媒体としての絶縁油を充填し、その絶縁油を容器内の外部に連続的に抜き出して冷却した後、容器に戻す循環冷却方式が採用されている。

ここで、平面型Ｘ線検出器の発熱量は一般に０．１ｋＷ程度であるが、画質の低下を防止するために一定の温度範囲（例えば、室温から３５℃程度）に安定に保持することが要求される。一方、Ｘ線発生装置の消費電力は、フィルム撮影のときは２０〜３０ｋＷで数秒間であり、平面型Ｘ線検出器に比べて発熱量が大きい。しかし、Ｘ線発生装置は７５℃以下に保持すればよいとされている。また、平面型Ｘ線検出器を用いる透視時は０．２〜０．６ｋＷ程度であるが、長い時間（例えば、1時間程度）使用される。
特開平１１−２７１４５６号公報特願平１１−３６７２９６号

このように、平面型Ｘ線検出器とＸ線発生装置は、発熱量及び保持温度が異なることに鑑み、従来技術においては、Ｘ線発生装置の冷却設備と平面型Ｘ線検出器の冷却設備とを別個に設けており、それらの冷却設備を共用ないし共通化することについては配慮されていない。

本発明は、Ｘ線発生装置の冷却設備と平面型Ｘ線検出器の冷却設備とを共用可能にし、必要な冷却設備を減少することを課題とする。

この課題を解決するため、本発明に係るＸ線診断装置は、被検体へＸ線を照射するＸ線発生装置と、前記Ｘ線発生装置から照射され前記被検体を透過したＸ線を検出する平面型Ｘ線検出器と、前記Ｘ線発生装置に循環される絶縁油を冷却液により冷却する熱交換器と、前記平面型Ｘ線検出器に設けられた冷却液が通流される冷却管と、前記平面型Ｘ線検出器の冷却管に冷却液を供給し、該冷却管を通った冷却液を前記熱交換器に通す冷却液循環路と、前記熱交換器から流出される前記冷却液循環路の冷却液を設定温度の範囲内に保持するように冷却して前記冷却管に供給する冷却装置を備えてなることを特徴とする。

すなわち、従来はＸ線発生装置にのみ循環させていた冷却液を、平面型Ｘ線検出器にも循環させ、Ｘ線発生装置及び平面型Ｘ線検出器の両方の熱を冷却液により搬送させ、その冷却液を冷却装置で冷却することにより、Ｘ線発生装置及び平面型Ｘ線検出器の冷却を共通化することができる。

特に、本発明は、Ｘ線検出器は室温から３５℃程度に保持すればよく、一方のＸ線発生装置は例えば７５℃以下に保持すればよいこと、また、Ｘ線検出器の発熱量はＸ線発生装置の発熱量に比べて十分に小さく、かつ発熱量の変動も小さいことに鑑み、Ｘ線検出器を冷却した後の冷却液をＸ線発生装置の熱交換器に循環させるようにしたことを特徴とする。これにより、Ｘ線診断装置に必要な冷却設備を減少させることができる。

特に、Ｘ線検出器の冷却管に供給する冷却液の温度を、設定範囲内に保持するようにしているから、Ｘ線検出器の動作温度を一定の範囲に保持でき、Ｘ線像の画質を安定化できる。

この場合において、本発明の冷却液としては、比熱が大きい水を用いると、冷却効率が良く、取り扱いも容易となる。

また、本発明の冷却装置は、冷却液が貯留される容器と、該容器内の冷却液を吸引して平面型Ｘ線検出器の冷却流路に供給するポンプと、容器内に設けられたエバポレータと、該エバポレータに液化冷媒を循環する冷凍機とを有して構成することができる。

また、本発明の平面型Ｘ線検出器の冷却流路は、冷却液が通流される冷却管を蛇行させて形成され、該冷却管は、平面型Ｘ線検出器を構成する複数のＸ線検出素子が平面状に配列された一方の表面に熱的に接続して設けることができる。これによれば、Ｘ線検出器を直接冷却できるから、冷却効率が向上するので好ましい。

また、２次元平面状に配列された複数のＸ線検出素子を密封したケースの一方の表面に熱伝導板を取り付け、該熱伝導板に冷却液が通流される冷却管を熱的に接続して形成することができる。これによれば、ケースから熱を吸収する吸熱面が増加して、冷却効率が向上する。

さらに、一面が開口されたケースに複数のＸ線検出素子を収納し、そのケースの開口面を熱伝導率の高い熱伝導板で密封し、その熱伝導板の外表面に冷却液が通流される冷却管を熱的に接続して構成することができる。いずれの場合でも、冷却管は銅管を用い、接続する表面に蛇行させて配設することが好ましい。

本発明によれば、Ｘ線発生装置の冷却設備と平面型Ｘ線検出器の冷却設備とを共用可能にし、必要な冷却設備を減少することができる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に従って説明する。図１に本発明の一実施の形態の特徴部である冷却システムの系統構成図を示し、図２に図１の冷却システムを適用してなる一実施の形態のＸ線診断装置の外観図を示す。

図１に示すように、本発明の一実施の形態の冷却システムは、Ｘ線管装置１と平面型のＸ線検出器１４を、１つの冷却装置１３から供給される熱媒体である冷却水５により冷却するようになっている。Ｘ線管装置１は、密封された容器内にＸ線管球を収納して形成されている。Ｘ線管装置１のＸ線管球には高電圧が印加されているため、熱媒体としては高耐圧の絶縁油３が用いられている。Ｘ線管装置１の内部を絶縁油３が循環することで、Ｘ線管装置１が冷却される。絶縁油３は、オイルポンプ２により、Ｘ線管装置１の内部とＸ線管装置用の熱交換器４の間を循環する。絶縁油３の熱は、熱交換器４において冷却水５と熱交換される。

Ｘ線検出器１４は例えばガラスケース１５に収納され、ガラスケース１５の上面に冷却水５が通流される冷却管１６が設置されている。冷却装置１３は、冷却水５が貯留される冷却水タンク７を備え、冷却水タンク７内の冷却水５は、冷却水ポンプ６により吸引され、可撓性を有する樹脂製の冷却水チューブ１８により冷却管１６に導かれる。冷却管１６を通った冷却水５は冷却水チューブ１８により熱交換器４に導かれ、熱交換器４を通った冷却水５は冷却水チューブ１８によって冷却水タンク７に戻されるようになっている。冷却水タンク７内では、冷凍機９から送られて来た液化冷媒がエバポレータ８で気化することにより、冷却水５が冷却されるようになっている。

また、冷却水５がＸ線検出器１４用の冷却管１６へ送られる冷却水チューブ１８の途中又は冷却水ポンプ６の吐出側に温度測定点１０を設け、Ｘ線検出器１４用の冷却管１６へ送られる冷却水５の温度を検出する。冷却水５の温度が設定温度（例えば、室温〜３５℃）より低いときは、サーモスタツト等で構成される温度リレー１１の接点が開き、冷凍機９への電源入力１２が遮断される。冷却水５の温度が設定温度より高いときは、温度リレー１１の接点が閉じ、冷凍機９への電源入力１２が投入される。これにより、冷却管１６へ送られる冷却水５の温度が一定に保たれるようになっている。なお、冷却水５の温度を制御する場合に、温度リレー１１の接点を開閉して冷凍機９をオン、オフ運転することに代えて、冷凍機９の冷凍能力を可変制御したり、冷却水５の循環量を制御するようにしてもよい。

このように構成された冷却システムを適用した好適なＸ線診断装置の実施形態について図２を参照して説明する。Ｘ線診断装置を構成するＸ線管装置１と平面型のＸ線検出器１４は、円弧状に形成された支持アーム２１の両端部に固定され、被検体が横臥されるベッド２２を挟んで対向させて設けられている。支持アーム２１はアーム支持具２３によって、図示矢印２４の方向、つまりアームの円弧に沿って摺動自在に支持されている。アーム支持具２３は、図示矢印２６の方向に揺動可能にスライダ２７に支持され、これにより支持アーム２１の円弧面が傾転自在に支持されている。スライダ２７はベッド２２の長手方向（矢印２５の方向）に摺動自在にビーム２８に支持されている。ビーム２８の一端には支柱２９が固定されている。また、支柱２９には、前記ビーム２８に直交する方向に延在させてベッド支持部材３０が設けられ、このベッド支持部材３０の先端部に前述のベッド２２が長手方向を軸に、図示矢印３１の方向に傾転可能に取り付けられている。そして、ビーム２８は、その長さ方向のほぼ中央部にて、支柱４２に回転可能に軸受４３によって支持されている。軸受４３の図示を省略された支柱内部にビーム回転駆動機構が設けられ、それを駆動することによってビーム２８が矢印４４方向へ回転する。これにより、Ｘ線管装置１、Ｘ線検出器１４及びベッド２２がティルティング動作するようになっている。なお、符号３２は、Ｘ線診断装置の床面設置用のベースである。

また、図示していないが、Ｘ線管装置１の高電圧発生装置及び制御装置が設けられ、高電圧発生装置とＸ線管装置１とを接続する高電圧ケーブルは、配線用ポール４１、配線チューブ４５、スライダ２７、アーム支持具２３及び支持アーム２１の内部に形成された空間部を通してＸ線管装置１に導かれている。

一方、本発明の特徴に係る冷却装置７から引出される冷却水チューブ１８は、高電圧ケーブルと同様に、配線用ポール４１、配線チューブ４５、スライダ２７、アーム支持具２３及び支持アーム２１の内部に形成された空間部を通して、Ｘ線検出器１４の冷却管１６とＸ線管装置１の熱交換器４に配設されている。

上述のように構成される実施の形態のＸ線診断装置の動作について、透視モードの場合の冷却システムの動作を中心に説明する。まず、冷却システムの電源を投入して冷却水５をＸ線検出器１４の冷却管１６とＸ線管装置１の熱交換器４に循環可能にする。そして、被検体をベッド２２上に横臥させた状態で支持アーム２３の動きを操作し、Ｘ線管装置１とＸ線検出器１４を結ぶ軸の向きと位置を調整して、透視部位の位置を決める。この状態で高電圧発生装置からＸ線管装置１に高電圧を供給してＸ線を発生させ、被検体を透過したＸ線をＸ線検出器１４により検出する。検出されたＸ線の２次元平面の強度分布に基づいてＸ線透視像を図示しないモニタに描画させる。

この透視モードのとき、冷却水ポンプ６から吐出される冷却水５は、Ｘ線検出器１４の冷却管１６に通流され、Ｘ線検出器１４で発生する熱は冷却水５により冷却される。そして、冷却管１６から流出される冷却水５は続いてＸ線管装置１の熱交換器４に導かれ、Ｘ線管装置１の発熱により温度が上昇した絶縁油３を冷却して冷却水タンク７に戻される。冷却水タンク７内に戻った冷却水５は、冷凍機９により冷却される。そして、冷却水タンク７から冷却水ポンプ６により吸引されたに冷却水５の温度が設定温度（例えば、室温〜３５℃）より高いときは、サーモスタツト等で構成される温度リレー１１の接点が閉じ、冷凍機９への電源入力１２が投入される。冷却水５の温度が設定温度より低いときは、温度リレー１１の接点が開き、冷凍機９への電源入力１２が遮断される。このように冷却水５の温度を冷却水ポンプ６の出側で制御することにより、Ｘ線検出器１４の温度を一定に保つことができる。

このように、本実施の形態によれば、冷却管１６へ送られる冷却水５の温度を一定に保つことにより、Ｘ線検出器１４の動作温度を一定に保ち、Ｘ線検出特性を安定させることができる。

また、本実施形態によれば、Ｘ線検出器１４を冷却した冷却水５により、熱交換器４を介してＸ線管装置１を冷却するようにしているから、次に述べるような効果がある。まず、Ｘ線検出器１４は室温程度に保持することが、画質の安定上から望ましい。一方、Ｘ線管装置１は、例えば７５℃以下に保持すればよいとされている。しかも、Ｘ線検出器１４の発熱量はＸ線管装置１の発熱量に比べて十分に小さい。したがって、Ｘ線検出器１４を冷却した冷却水５によっても、Ｘ線管装置１を十分に冷却することができる。仮に、冷却水５の循環順序を逆にすると、Ｘ線管装置１を冷却することにより冷却水の温度が上昇（例えば、４０℃）するから、Ｘ線検出器１４の冷却水には使用できない。

また、冷却水ポンプ６からＸ線検出器１４とＸ線管装置１と冷却水チューブ１８を並列に配設して、両者に冷却水５を並列に供給するようにすることも考えられる。しかし、この場合は、配線用ポール４１、配線チューブ４５、スライダ２７、アーム支持具２３及び支持アーム２１の内部に形成された空間部を通す冷却水チューブ１８の本数が２倍の４本になる。特に、アーム支持具２３とスライダ２７との回転連結部及びアーム支持具２３と支持アーム２１との可動連結部を通す穴を大きくする必要があり、それらの可動連結部の径を大きくしなければならない。この点、本実施形態によれば、その空間部を通す冷却水チューブ１８の本数は２本でよいから、支持アーム２１の内部に形成する空間部の断面積を小さくできる。

また、本実施の形態によれば、熱媒体として比熱が大きい水を用いていることから、冷却効率が良くなり、取り扱いも容易となる。しかし、本発明の熱媒体は水に限らず、熱伝導可能な各種の流動体が適用される。

次に、Ｘ線検出器１４用の冷却管１６の設置例について説明する。Ｘ線検出器１４用の冷却管１６は、内部を冷却水５が流れる銅製等の配管で構成され、Ｘ線検出器１４を収納するガラスケース１５の表面に蛇行して配置することができる。この方法は、ガラスケース１５に収納されたＸ線検出器１４に加工を施す必要がなく、冷却管１６を簡単に設置することができる。しかしながら、ガラスの熱伝導率は１．０〜１．４（Ｗ／ｍ・Ｋ）と低く、冷却効率が低くなる可能性がある。

図３は、本発明の一実施の形態によるＸ線検出器用の冷却管の設置例を示す外観図である。本実施の形態では、ガラスケース１５ａの表面に銅板等の熱伝導率の高い熱伝導板１７ａを取り付け、熱伝導板１７ａの上に冷却管１６を蛇行して配置している。本実施の形態によれば、Ｘ線検出器を収納するケースの表面に熱伝導率の高い熱伝導板を取り付けることにより、ケースから熱を吸収する吸熱面が増加して、冷却効率が向上する。

図４は、本発明の他の実施の形態によるＸ線検出器用の冷却管の設置例を示す外観図である。本実施の形熊では、ガラスケース１５ｂの内部で、Ｘ線検出器１４の表面に冷却管１６を蛇行して配置している。本実施の形態によれば、Ｘ線検出器を直接冷却できるから、冷却効率が向上する
図５は、本発明のさらに他の実施の形態によるＸ線検出器用の冷却管の設置例を示す外観図である。本実施の形態では、ガラスケース１５ｃの上面を熱伝導率の高い熱伝導板１７ｃで構成し、熱伝導板１７ｃの上に冷却管１６を蛇行して配置している。熱伝導板１７ｃに銅板を使用する場合、熱伝導率は約４００（Ｗ／ｍ・Ｋ）となり、ガラス板の約４００倍の放熱量が得られる。また、熱伝導板１７ｃにガラスより強度が高いものを使用すると、熱伝導板１７ｃを薄くして、さらに放熱量を増加させることができる。例えば、ガラス板の１／１０の厚さであれば、放熱量は１０倍に増加する。本実施の形態によれば、Ｘ線検出器を収納するケースの放熱量が増加し、冷却効率が向上する。

上述した各実施形態において、Ｘ線検出器をガラスケースに収納して密封した例を説明したが、本発明はこれに限らず他の材料を用いてケースを作成することができる。つまり、Ｘ線検出器をを密封収納するケースは、Ｘ線透過性が良く、Ｘ線検出器を密封するのに適した材料で形成すれば良く、例えば、ガラス、エポキシ樹脂、カーボンファイバー等でケースを形成することができる。

本発明の一実施の形態に係るＸ線診断装置の特徴部である冷却システムの系統構成図である。図１の冷却システムを適用してなる一実施の形態のＸ線診断装置の外観図である。本発明の一実施の形態に係るＸ線検出器の冷却管の設置例を示す外観図である。本発明の他の実施の形態に係るＸ線検出器の冷却管の設置例を示す外観図である。本発明のさらに他の実施の形態に係るＸ線検出器の冷却管の設置例を示す外観図である。

Claims

被検体へＸ線を照射するＸ線発生装置と、前記Ｘ線発生装置から照射され前記被検体を透過したＸ線を検出する平面型Ｘ線検出器と、前記Ｘ線発生装置に循環される絶縁油を冷却液により冷却する熱交換器と、前記平面型Ｘ線検出器に設けられた冷却液が通流される冷却管と、前記平面型Ｘ線検出器の冷却管に冷却液を供給し、該冷却管を通った冷却液を前記熱交換器に通す冷却液循環路と、前記熱交換器から流出される前記冷却液循環路の冷却液を設定温度の範囲内に保持するように冷却して前記冷却管に供給する冷却装置を備えてなることを特徴とするＸ線診断装置。
請求項１に記載のＸ線診断装置において、
前記冷却装置は、前記冷却液が貯留される容器と、該容器内の冷却液を吸引して前記平面型Ｘ線検出器の冷却管に供給するポンプと、前記容器内に設けられたエバポレータと、該エバポレータに液化冷媒を循環する冷凍機とを有してなることを特徴とするＸ線診断装置。
請求項１に記載のＸ線診断装置において、
前記平面型Ｘ線検出器の冷却管は、蛇行させて形成され、該冷却管は、前記平面型Ｘ線検出器を構成する複数のＸ線検出素子が平面状に配列された一方の表面に熱的に接続して設けられてなることを特徴とするＸ線診断装置。
請求項１に記載のＸ線診断装置において、
前記平面型Ｘ線検出器を構成する複数のＸ線検出素子は、ケース内に密封して設けられ、前記冷却管は、前記ケースの一方の表面に熱伝導板を介して熱的に接続されてなることを特徴とするＸ線診断装置。
請求項１に記載のＸ線診断装置において、
前記平面型Ｘ線検出器を構成する複数のＸ線検出素子は、一面が開口されたケース内に収納され、前記冷却管は、前記ケースの開口面を密封する熱伝導板の外表面に熱的に接続されてなることを特徴とするＸ線診断装置。
Ｘ線発生装置と、平面型Ｘ線検出器と、前記Ｘ線発生装置と前記平面型Ｘ線検出器を対向させて支持する支持アームと、該支持アームを支持するアーム支持具と、前記Ｘ線発生装置に高電圧を供給する高電圧ケーブルと、前記Ｘ線発生装置と前記Ｘ線検出器を冷却する冷却システムとを備え、
前記冷却システムは、前記Ｘ線発生装置の絶縁油を冷却する熱交換器と、前記Ｘ線検出器に熱的に結合された冷却管と、冷却液を前記冷却管に通流させた後に前記熱交換器に通流させる冷却液循環路と、該冷却液循環路内の冷却液を冷却する冷却装置とを有し、
前記冷却管は、前記平面型Ｘ線検出器を構成する複数のＸ線検出素子が平面状に配列された一方の表面に熱的に接続して設けられ、
前記冷却装置は、前記熱交換器から流出される冷却液を設定温度の範囲内に保持するように冷却して前記冷却管に循環供給することを特徴とするＸ線診断装置。
請求項６に記載のＸ線診断装置において、
前記冷却液循環路は、可撓性を有するチューブで形成され、該チューブを前記支持アームと前記アーム支持具の内部に形成された空間部に挿通して前記冷却管と前記熱交換器に接続してなることを特徴とするＸ線診断装置。
請求項６に記載のＸ線診断装置において、
前記冷却装置は、前記冷却液が貯留される容器と、該容器内の冷却液を吸引するポンプと、前記容器内に設けられたエバポレータと、該エバポレータに液化冷媒を循環する冷凍機とを有してなり、
前記冷却液循環路は、前記ポンプにより吸引される冷却液を前記冷却管に通流させた後に前記熱交換器に通流させて前記容器に戻るように形成されていることを特徴とするＸ線診断装置。
請求項６乃至８のいずれかに記載のＸ線診断装置において、
前記支持アームは、円弧状アームの両端に前記Ｘ線発生装置と前記Ｘ線検出器を支持し、
前記アーム支持具は、前記支持アームを円弧に沿って摺動自在に支持し、かつ該支持アームの円弧面を傾転自在に支持することを特徴とするＸ線診断装置。