(57)【要約】【課題】  本発明は、アノードの軸受温度を維持すると共にアノード関連構成要素の熱膨張による焦点変位を最小限にするためのシステムを提供する。【解決手段】  アノード組立体（５０）は、軸受（６４）の一部分を覆う熱伝導性軸受ケース（５２）を含む。アノード（５６）は、軸受（６４）上で回転し、関連する焦点（６０）をもつターゲット（５８）を有する。熱伝導性軸受ケース（５２）は、アノード（５６）の作動中における所定の変位よりも大きい焦点（６０）の変位を防止するように構成されかつ膨張制限される。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの軸受（６４）の少なくとも一部分を覆う熱伝導性軸受ケース（５２）と、
前記少なくとも１つの軸受（６４）上で回転し、関連する焦点（６０）をもつターゲット（５８）を有するアノード（５６）と、を含み、
前記熱伝導性軸受ケース（５２）が、所定の変位よりも大きい前記焦点（６０）の変位を防止するように構成されかつ膨張制限されている、
アノード組立体（５０）。
【請求項２】
前記熱伝導性軸受ケース（５２）が熱伝導性ステム（７６）を含む、請求項１記載の組立体。
【請求項３】
前記熱伝導性ステム（７６）が、合金、３６合金、３９合金、４２合金、４５合金、４９合金、Ｉｎｖａｒ  ３６（商標）合金、Ｋｏｖａｒ（商標）合金、Ｃｅｒａｍｖａｒ（商標）合金及びＩｎｃｏ  ９０９から選択された少なくとも１つの材料で形成されている、請求項２記載の組立体。
【請求項４】
前記熱伝導性軸受ケース（５２）が熱伝導性ハウジング（７４）を含む、請求項１記載の組立体。
【請求項５】
前記熱伝導性ハウジング（７４）が、合金、３６合金、３９合金、４２合金、４５合金、４９合金、Ｉｎｖａｒ  ３６（商標）合金、Ｋｏｖａｒ（商標）合金、Ｃｅｒａｍｖａｒ（商標）合金及びＩｎｃｏ  ９０９から選択された少なくとも１つの材料で形成されている、請求項４記載の組立体。
【請求項６】
前記アノード（５６）及び軸受（６４）間の熱エネルギー移動を防止する熱シールド（５４）をさらに含む、請求項１記載の組立体。
【請求項７】
前記熱シールド（５４）の半径方向高さが、前記アノード（５６）及び少なくとも１つの軸受（６４）間での所定の閾値よりも大きい熱エネルギー通過のために所定の高さよりも低くなっている、請求項６記載の組立体。
【請求項８】
前記熱シールド（５４）が、熱エネルギーの移動のための少なくとも１つの孔（１００）を含む、請求項６記載の組立体。
【請求項９】
前記熱伝導性軸受ケース（５２）及び熱シールド（５４）が、前記少なくとも１つの軸受（６４）の作動温度を所定の作動範囲内に維持する、請求項８記載の組立体。
【請求項１０】
前記熱伝導性軸受ケース（５２）が、前記アノード（５６）の長手方向回転中心軸線（８０）に沿った前方方向への前記焦点（６０）の変位を防止する、請求項１記載の組立体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、総括的にはコンピュータ断層撮影（ＣＴ）イメージングシステムに関し、より具体的には、アノードの軸受温度を維持すると共にアノード関連構成要素の熱膨張による焦点変位を最小限にするためのシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＴイメージングシステムは通常、３６０度画像を生成するために様々な速度で回転するガントリを含む。ガントリは、カソード及びアノード間の真空ギャップを横切るＸ線を発生する、Ｘ線管のようなＸ線源を含む。アノードは、ステムに結合されたターゲットを有し、ターゲットは１対のアノード軸受上で回転する。Ｘ線は、ターゲットから放出されかつ扇形ビームの形態で投射され、扇形ビームはコリメートされて、一般的に「イメージング平面」と呼ばれるデカルト座標系のＸ−Ｙ平面内に位置する。Ｘ線ビームは患者などの撮像対象物を透過する。ビームは、対象物によって減弱された後に、放射線検出器のアレイに入射する。アレイの各検出器素子は、検出器位置でのビーム減弱の測定値である個別の電気信号を発生する。全ての検出器からの減弱測定値は、個別に収集されて画像生成のための送信プロファイルを形成する。
【０００３】
ガントリ回転速度及びＣＴ管ピーク作動電力を増加させて、イメージング時間をより迅速にしまた画質を向上させることができるようにすることが望ましい。そのようにするために、広範囲のパワースペクトル、すなわち約０〜８ｋｗでアノード軸受を作動させる能力のような一定の要件が満たされなければならない。しかしながら、軸受に通常用いられるドライ潤滑は、約４００℃〜５５０℃の最適作動温度範囲を有する。この温度範囲外で軸受を作動させた場合には、パワースペクトル作動における大きな変動が生じる可能性がある。
【０００４】
また、アノード軸方向における焦点変位は、ＣＴシステムの作動中に最小限にすべきであることがさらに要求される。しかしながら、ステム及び他のアノード関連構成要素の熱膨張は、ターゲットの位置を変化させ、従って焦点の位置を変化させる原因となる可能性がある。この焦点変位は、ＣＴシステムの性能に悪影響を与えるおそれがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
現在のアノード設計は、上記の要求を満たすことができない。従って、アノードの軸受作動温度を所望の作動範囲内に維持し、そのアノードの焦点変位を最小限にする、改良型のＣＴシステムに対する必要性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）システム用のアノード組立体を提供する。アノード組立体は、軸受の一部分を覆う熱伝導性軸受ケースを含む。アノードは、軸受上で回転し、関連する焦点をもつターゲットを有する。熱伝導性軸受ケースは、アノードの作動中における所定の変位よりも大きい焦点の変位を防止するように構成されかつ膨張制限される。
【０００７】
本発明の実施形態は、幾つかの利点をもたらす。このような利点の１つは、熱伝導性でありかつ膨張制限されて、それを通しての熱エネルギー移動を可能にしかつアノード焦点変位を最小限にする熱伝導性軸受ケースを提供することである。軸受ケースは、軸受作動温度を所望の温度範囲内に維持するのに役立つ。
【０００８】
本発明の実施形態によって得られる別の利点は、アノードとアノード組立体の軸受セットとの間での熱エネルギー移動を可能にすると共に軸受間での温度連続性も可能にする所定の高さを有する熱シールドを提供することである。
【０００９】
本発明の実施形態によって得られるさらに別の利点は、アノードとアノード組立体の軸受セットとの間での熱エネルギーの移動のための複数の孔を有する熱シールドを提供することである。
【００１０】
上記の利点により、ＣＴシステムの作動中において回転アノード軸受温度及び焦点変位を制御することが可能になる。この機能により、ガントリ回転速度を増加させ、また大きいＣＴ管ピーク電力要件を満たすことが可能になる。
【００１１】
付随する利点と共に本発明自体は、添付の図に関して行った以下の詳細な説明を参照することによって、最もよく理解されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明をより完全に理解するために、添付の図においてより詳細に示しまた本発明の実施例として以下に記載した実施形態を参照されたい。
【００１３】
以下の図において、同じ参照符号を使用して、同じ構成要素を表すことにする。アノードの軸受温度を維持すると共にアノード関連構成要素の熱膨張による焦点変位を最小限にすることに関して、本発明を記載しているが、本発明は、ＣＴ又はＸ線システムの様々なシステム及び構成要素に適応しかつ適用することができる。
【００１４】
以下の説明では、１つの構成実施形態において、様々な作動パラメータ及び構成要素を説明する。これらの特定のパラメータ及び構成要素は、実施例として含まれるものであり、限定することを意味するものではない。
【００１５】
次に図１及び図２を参照すると、本発明の実施形態によるＣＴイメージングシステム１０の斜視図及び概略ブロック図を示している。イメージングシステム１０は、Ｘ線源又はＸ線管組立体１４と検出器アレイ１６とを有するガントリ１２を含む。管組立体１４は、検出器アレイ１６に向かってＸ線ビーム１８を投射する。管組立体１４及び検出器アレイ１６は、作動可能に平行移動できるテーブル２０の周りを回転する。テーブル２０は、管組立体１４と検出器アレイ１６との間でｚ軸に沿って平行移動して、ヘリカル・スキャンを実行する。ビーム１８は、患者ボア２４内の診療患者２２を透過した後に、検出器アレイ１６で検出される。検出器アレイ１６は、ビーム１８を受信すると、ＣＴ画像を形成するのに用いられる投影データを生成する。
【００１６】
管組立体１４及び検出器アレイ１６は、中心軸線２６の周りで回転する。ビーム１８は、多数の検出器素子２８によって受信される。各検出器素子２８は、入射Ｘ線ビーム１８の強度に対応した電気信号を発生する。ビーム１８が患者２２を透過すると、ビーム１８は減弱される。ガントリ１２の回転及び管１４の作動は、制御機構３０によって制御される。制御機構３０は、管１４に電力及びタイミング信号を供給するＸ線制御装置３２と、ガントリ１２の回転速度及び位置を制御するガントリモータ制御装置３４とを含む。データ収集システム（ＤＡＳ）３６は、検出器素子２８により生成されたアナログ・データをサンプリングし、その後の続処理のためにアナログ・データをデジタル・データに変換する。画像再構成装置３８は、サンプリングされかつデジタル化されたＸ線データをＤＡＳ３６から受信し、高速画像再構成を実行してＣＴ画像を生成する。主制御装置又はコンピュータ４０は、ＣＴ画像を大容量記憶装置４２内に記憶する。
【００１７】
コンピュータ４０はまた、オペレータコンソール４４を介してオペレータからコマンド及びスキャン・パラメータを受信する。表示装置４６により、オペレータは再構成された画像及びコンピュータ４０からの他のデータを観察することができる。オペレータが与えたコマンド及びパラメータは、コンピュータ４０によって制御機構３０の動作に用いられる。加えて、コンピュータ４０はテーブルモータ制御装置４２を動作させて、テーブルモータ制御装置４２はテーブル２０を平行移動させてガントリ１２内で患者２２を位置決めする。
【００１８】
次に図３を参照すると、本発明の実施形態による軸受ケース５２及び熱シールド５４を組込んだアノード組立体５０の断面斜視図を示す。アノード組立体５０は、関連する焦点６０をもつターゲット５８を有する回転アノード５６を含む。アノード５６は、１対の軸受セット６４を介して軸受シャフト６２上で回転する。熱シールド５４は、アノード５６と軸受６４との間に位置する。軸受ケース５２及び熱シールド５４は、軸受６４の作動温度を維持しかつ熱膨張制限する。軸受６４の作動温度を維持する際に軸受ケース５２及び熱シールド５４は、アノード組立体内の他のアノード関連構成要素の熱膨張を防止する。アノード組立体構成要素の熱膨張を防止することにより、焦点の変位が防止される。入射電子６６、それに伴う放出Ｘ線６８及びサンプル焦点変位Ｄを示している。焦点変位Ｄは、同尺には示しておらず、用途に応じて大きさを変えることができ、また軸受ケース５２によって大きさが最小限にされる。
【００１９】
軸受ケース５２は、前部軸受セット７０及び後部軸受セット７２を収容する。軸受ケース５２は、軸受ハウジング７４とステム７６とを含む。ハウジング７４は前部軸受７０を収容し、またステム７６は後部軸受７２を収容する。ステム７６は、図示するようにハウジング７４に重合わせることができる。ハウジング７４及びステム７６は、単一の一体形ユニットの形態とすることができ、或いは図示するように別個の構成要素とすることができる。軸受６４は、黒鉛ベースの潤滑剤のような、該軸受に施したドライ潤滑を有することができる。本発明の１つの実施形態では、使用する潤滑は、４００〜５５０℃の所望の作動温度範囲を有する。
【００２０】
軸受ケース５２は、用途に応じて１つ又はそれ以上の膨張制御（抑制）合金で形成される。幾つかの膨張制御合金の実施例は、３６合金、３９合金、４２合金、４５合金、４９合金、Ｉｎｖａｒ  ３６（商標）合金、Ｋｏｖａｒ（商標）合金、Ｃｅｒａｍｖａｒ（商標）合金及びＩｎｃｏ  ９０９である。これらの合金は、鉄、ニッケル及びコバルト含有量の比率が様々である。表１は、上記の合金の幾つかの熱伝導性、降伏強度及び弾性率の値を示す。表１はまた、典型的なグリッド（滑り）カップの熱伝導性、降伏強度及び弾性率の値も示す。グリッドカップは、一般的に銅で形成され、望ましい熱伝導性及び膨張特性をもたらさない。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
軸受ケース５２を形成するとき、膨張制御合金は、関心のある用途に基づいて選択される。所望の軸受作動温度範囲及び最大許容焦点変位もまた考慮される。膨張制御合金は、所定の変位よりも大きい焦点変位を防止するように選択される。本発明の１つの実施形態では、最大焦点変位すなわち所定の変位は、約７００μｍである。ここに述べる実施形態では、膨張制御合金は、焦点を初期位置から７００μｍよりも多く変位をさせるような程度までアノード組立体構成要素が熱膨張するのを防止するように選択される。より少量の熱エネルギー移動及びより低量の焦点変位が望ましい場合には、４９合金の量よりも多量の３６合金を用いることになる。
【００２３】
膨張制御合金は、軸受ケース５２がアノード組立体５０の回転中心軸線８０に沿ってアノード５６と共に長手方向前方方向に熱膨張するのを防止する。高膨張合金２２−３、高膨張合金１２−４、低炭素鋼、４９％ニッケル合金、４２％ニッケル合金、３９％ニッケル合金及び３６％ニッケル合金についての熱膨張対温度のプロットを図４に示しており、それぞれ符号８２、８４、８６、８８、９０、９２及び９４で表している。一般的に材料内に含有されるニッケルの量又は比率が少なければ少ないほど、その材料の熱膨張の量は小さくなることに注目されたい。
【００２４】
軸受ケース５２に用いる合金を選択する際に、ニッケルの比率が少なければ少ないほど材料の熱膨張は小さくなるが、図５の棒グラフに示すようにニッケルの比率が低ければ低いほどさびの比率すなわちさび発生の可能性は高くなる。斜線付き棒９６はアニール加工材料を示し、また無地の棒９８は冷間加工材料を示す。０％、３０％、３６％、４１％、４８％、５０．５％及び８０％のニッケルを含有するアニール加工材料及び冷間加工材料についてのさびの比率を示している。さびは、システム構成要素の劣化を引き起こす可能性があり、また構成要素を不完全な動作又は動作不能にする可能性があるので、生じる可能性があるさびの量を最小限にすることが望ましい。従って、本発明の実施形態の幾つかでは、低い膨張特性をもたらしかつさびのレベルも低い軽度である３６％〜４９％のニッケル比率を有する合金を使用する。
【００２５】
従って、合金は、最大焦点変位、軸受作動温度、材料熱伝導性、弾性率及び所望のさびレベルに応じて軸受ケース５２に用いるように選択される。合金の選択はまた、本技術分野では公知の他のアノード組立体及び材料特性に応じて行うことができる。
【００２６】
再び図３を参照すると、熱シールド５４はアノード５６及び軸受６４間の熱エネルギー移動を防止するが、熱シールド５４は、アノード５６及び軸受６４間におけるある程度までの熱エネルギー通過のために所定の高さよりも低い半径方向高さＨを有することができる。熱エネルギー通過は、所定の閾値よりも高い温度において起こることになる。所定の高さよりも低い半径方向高さＨを有することで、熱シールド５４は軸受６４間に熱連続性をもたらす。前部軸受７０は、後部軸受７２の温度とほぼ同じ温度まで上昇することができ、このことが、シャフト６２上でのアノード５６の回転の均一性をもたらす。
【００２７】
熱シールド５４はまた、任意の数の熱エネルギー移動孔１００を有することができる。孔１００によりまた、アノード５６及び軸受６４間での熱エネルギー移動が可能になる。孔１００の構成に応じて、より多量の熱エネルギーを前部軸受７０又は後部軸受７２に向かって導くことができる。孔１００は様々な大きさ及び形状とすることができ、また熱シールド５４にわたる様々な構成とすることができる。
【００２８】
本発明は、その中の軸受の温度を制御するシステムを備えたアノード組立体を提供する。組立体は、アノード組立体の焦点の変位を防止し、またアノード及び軸受間での熱エネルギー移動を可能にする。このアノード組立体により、ガントリ作動速度の増加及びＸ線源所要電力の増加が可能になり、また軸受作動温度を所望の温度範囲内に維持する。
【００２９】
１つ又はそれ以上の実施形態に関して本発明を説明してきたが、説明した特定の機構及び方法は、単に本発明の原理を例示したものであり、特許請求の範囲によって定まる本発明の技術思想及び技術的範囲から逸脱することなく、説明した方法及び装置に対して多くの変更を加えることができることを理解されたい。また、図面の符号に対応する特許請求の範囲中の符号は、単に本願発明の理解をより容易にするために用いられているものであり、本願発明の範囲を狭める意図で用いられたものではない。そして、本願の特許請求の範囲に記載した事項は、明細書に組み込まれ、明細書の記載事項の一部となる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施形態によるＣＴイメージングシステムの斜視図。
【図２】本発明の実施形態によるＣＴイメージングシステムの概略ブロック図。
【図３】本発明の実施形態による軸受ケース及び熱シールドを組込んだアノード組立体の断面斜視図。
【図４】多数の膨張制御合金についての膨張対温度を示すグラフ。
【図５】アニール加工膨張制御合金と冷間加工膨張制御合金とについてのさび比率対ニッケル比率を示すグラフ。
【符号の説明】
【００３１】
５０  アノード組立体
５２  軸受ケース５２
５４  熱シールド
５６  回転アノード
５８  ターゲット
６０  焦点
６２  軸受シャフト
６４  軸受
６６  入射電子
６８  放出Ｘ線
７０  前部軸受
７２  後部軸受
７４  ハウジング
７６  ステム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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