(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電圧を昇圧する高電圧変圧器と，この高電圧変圧器の出力電圧を整流して直流の高電圧に変換する高電圧整流器と，少なくともこれらの高電圧変圧器と高電圧整流器をアルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする合金から成るケースに収納し、前記ケースに密着して放熱フィンを設けたＸ線高電圧装置用高電圧発生装置と、前記Ｘ線高電圧装置用高電圧発生装置から電力が供給されてＸ線を発生するＸ線管と、前記Ｘ線管に対向する位置に配置されたＸ線検出器と、該Ｘ線検出器の出力を増幅する増幅器と、を搭載した回転盤を被検体の周りに回転させて該被検体の断層像を生成するＸ線ＣＴ装置において、
前記Ｘ線ＣＴ装置の静止側筐体に冷却ファンを設け、前記回転盤が静止している時に前記冷却ファンで前記ケースを冷却することを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
【請求項２】
前記放熱フィンの溝の方向を前記回転盤の回転方向に一致させて成る請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，Ｘ線管に高電圧を印加するＸ線高電圧装置用高電圧発生装置に係り、特に高電圧変圧器及びこの高電圧変圧器の出力電圧を整流する高電圧整流器等を収納する容器の軽量化及び冷却に好適なＸ線高電圧装置用高電圧発生装置と、この高電圧発生装置をスキャナ回転盤に搭載し、前記高電圧発生装置からＸ線管に高電圧を印加して被検体にＸ線を照射し該被検体の透過Ｘ線を検出して該被検体の断層像を得るＸ線ＣＴ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｘ線ＣＴ装置は、Ｘ線管から扇状のＸ線ビームを被検体に照射し、該被検体を透過したＸ線を前記Ｘ線管と対向する位置に配置したＸ線検出器で検出し、この検出したデータを画像処理して前記被検体の断層像を得るものである。
【０００３】
前記Ｘ線検出器は、円弧状に配列された数百にも及ぶ検出素子群で構成され、被検体を挟んでＸ線管に対向して配置されており、検出器素子の数に対応した数の放射状に分布するＸ線通路を形成し、Ｘ線管と検出器が一体となって被検体の周りを360度回転する時に一定角度ごとに被検体の透過Ｘ線を検出する。
【０００４】
このＸ線ＣＴ装置において、近年、“短時間で広い範囲のスキャンが可能”、“体軸方向に連続したデータが得られ、これによって三次元画像の生成が可能になる”等の特徴により、ヘリカルスキャンやスパイラルスキャンと呼ばれるら旋ＣＴが急激に普及した。
【０００５】
このら旋ＣＴは、撮影中に積極的に撮影位置を移動させることで広範囲から多層の撮影にかかる時間を大幅に短縮して、三次元のＣＴ撮影を可能としたものである。
【０００６】
このような特徴のあるら旋ＣＴは、固定したスキャナ本体が連続回転スキャンを行うと同時に、寝台を体軸方向に連続移動させて、Ｘ線管は被検体に対し相対的にら旋運動をさせる。このように、ら旋スキャンは撮影中、連続回転スキャンと並行して撮影位置も変えているため、全体の撮影時間が短縮される。また、撮影中に体軸方向にも連続走査しているため、三次元データを収集していることになる。
【０００７】
このら旋スキャンを実現するためには、スキャナ回転盤を連続して回転させる必要があり、そのためにはスキャナ回転盤に搭載したＸ線管に連続して電力を供給するための手段が必要となる。この手段とし、スリップリングとブラシから成る電力給電機構が用いられ、前記スキャナ回転盤にＸ線管と共に該Ｘ線管に高電圧（以下、この電圧を管電圧と呼ぶことにする）を印加するための高電圧発生装置を搭載し、この高電圧発生装置に前記電力給電機構を介して前記Ｘ線管から所要のＸ線を発生するための電力を給電する。
【０００８】
このように、高電圧発生装置はスキャナ回転盤に搭載されて高速に回転されるために、その重量はできるだけ軽い方が望ましい。このため、Ｘ線高電圧装置には、前記高電圧発生装置の高電圧変圧器を小型、軽量化でき、かつ管電圧の脈動を小さくできるインバータ式Ｘ線高電圧装置が用いられる。
【０００９】
このインバータ式Ｘ線高電圧装置は、商用の交流電源をコンバータ回路で直流電圧に変換し、この直流電圧をインバータ回路で前記商用電源周波数よりも高い周波数の交流電圧に変換して、この高周波の交流電圧を高電圧変圧器で昇圧し、この昇圧した交流高電圧を高電圧整流器で直流の高電圧に整流して、この直流高電圧をＸ線管に印加してＸ線を発生するように構成される。このような構成のインバータ式Ｘ線高電圧装置において、インバータ回路の出力電圧を昇圧して高電圧を発生し、この高電圧を取り扱う部分、すなわち前記高電圧変圧器、高電圧整流器、Ｘ線管のフィラメントを加熱する加熱変圧器、該Ｘ線管に印加される管電圧を検出する管電圧検出器等は、高電圧の絶縁と前記高電圧変圧器及び高電圧整流器等から発生する熱による温度上昇を抑制するための冷却を目的として、これらを容器に収納し（以下、この容器を高電圧タンクと呼ぶ）、この高電圧タンクに絶縁油を満たして前記絶縁と冷却の目的を果たすように構成されている。そして、高電圧変圧器の小型化と管電圧波形の脈動低減及びのために、インバータ回路の周波数は20kHz以上に高周波化されている。
【００１０】
上記のように、高電圧タンク内部に収められた高電圧発生部は，主に高電圧変圧器と高電圧整流器とから成っており，高電圧変圧器における鉄損，銅損，および渦電流損，または高電圧整流器のスイッチング損失などの損失により発熱する。
【００１１】
従来、この高電圧タンクは、主に鉄製の容器でできており、この容器に前記高電圧変圧器や高電圧整流器等を収納し絶縁油に浸して、自然空冷または冷却ファンによる強制空冷によって高電圧タンク内部で発生した熱を前記絶縁油，高電圧タンクを通して外部に放出する方法により冷却していた。高電圧タンク内部の絶縁油の温度は平均約６０℃，高電圧タンクの周囲温度は約４５℃になるようにしている。この高電圧タンクは特開平５−５６９５６号に開示されており、ほぼ直方体の箱形状である。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
近年、Ｘ線ＣＴ装置においては、装置のスループット向上のために撮影時間の短縮化が望まれており、当然、前記したら旋スキャンにおいてもスキャンの高速化が必要である。したがって、前記高速化のためにはスキャナ回転盤の回転速度を上げなければならないので、同じ被検体の同じ部位、同じ被検体厚さを同じＸ線条件（管電圧及びＸ線管の陽極と陰極間に流れる電流（以下、これを管電流と呼ぶことにする）の時間積分値）で撮影するためには、スキャナ回転盤の回転速度が上がり撮影時間が短くなった分だけ管電流を多く流さなければならない。また、スキャナ回転盤の回転速度を上げるためには該スキャナ回転盤の搭載物の軽量化が必須で、この軽量化の一つに前記高電圧発生装置の軽量化が挙げられる。
【００１３】
特に、高電圧発生装置の容積、重量の多くを占める高電圧変圧器の軽量化は最も効果的である。このように、Ｘ線ＣＴ装置の高速化のためのＸ線高電圧装置には、管電流の増大に伴う大出力化とスキャナ回転盤に搭載する高電圧発生装置、すなわち高電圧変圧器の小型、軽量化が必要となる。この高電圧変圧器の小型、軽量化のためには、インバータ回路の周波数を高くする必要があるが、この周波数を高くすると高電圧変圧器や高電圧整流器等の前記した損失による発熱が増える。そのうえ、管電流増大による大出力化によって前記損失はさらに増大する。以上により、Ｘ線ＣＴ装置の高速化は、高電圧発生装置内の損失増大による発熱で高電圧タンク内の温度上昇を招き、従来の冷却方法、すなわち多くの鉄でできている高電圧タンクに絶縁油を満たし、これを前記タンク外からの冷却ファンによる空冷方法で前記の所定温度以下にするたためには、高電圧タンクを大きくし絶縁油を増やさなければならないので、小型、軽量化に反することになる。したがって、前記絶縁油及び冷却ファンによる空冷方法では限界があるので、高電圧タンク自体の熱を該タンク外に放熱させることも考慮しなければならない。なお、前記特開平５−５６９５６号には、冷却ファンからの空風をいかに効率良く高電圧タンク全体に吹きつけるかについては開示されているが、高電圧タンク自体の放熱に関しては述べていない。従来のほぼ直方体の箱形状の高電圧タンクは，その表面積は０．５ｍ2〜１．０ｍ2と限られており，高電圧タンク内部に実装した部品を大型にしたり，高電圧タンク内部の絶縁油量を増やす，あるいは高電圧変圧器を複数に分割してそれぞれに対してタンクを設ける等の対策が必要となり，高電圧タンクが大型化し重量も大きくせざるを得なくなる。したがって、スキャナ回転盤を高速回転させて撮影時間を短縮するために必要な前記スキャナ回転盤の軽量化に相反することとなる。さらに，従来方式では、インバータ動作周波数の高周波化のメリット（高電圧変圧器の小型、軽量化及び管電圧波形の低脈動化）も十分生かせないこととなる。
【００１４】
そこで本発明の目的は、Ｘ線高電圧装置用高電圧発生装置の高電圧タンク内部の温度上昇を低く抑え，冷却効率の高い小型、軽量の高電圧タンクを備えたＸ線高電圧装置用高電圧発生装置及び該高電圧発生装置をＸ線ＣＴ装置のスキャナ回転盤に搭載して該スキャナ回転盤を高速回転させて撮影時間の短縮が可能なＸ線ＣＴ装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、交流電圧を昇圧する高電圧変圧器と，この高電圧変圧器の出力電圧を整流して直流の高電圧に変換する高電圧整流器と，少なくともこれらの高電圧変圧器と高電圧整流器をケースに収納し、前記ケースに密着して放熱フィンを設けたＸ線高電圧装置用高電圧発生装置と、前記Ｘ線高電圧装置用高電圧発生装置から電力が供給されてＸ線を発生するＸ線管と、前記Ｘ線管に対向する位置に配置されたＸ線検出器と、該Ｘ線検出器の出力を増幅する増幅器と、を搭載した回転盤を被検体の周りに回転させて該被検体の断層像を生成するＸ線ＣＴ装置において、前記Ｘ線ＣＴ装置の静止側筐体に冷却ファンを設け、前記スキャナ回転盤が静止している時に前記冷却ファンで前記ケースを冷却することによって達成される。
【００１６】
高電圧変圧器と高電圧整流器をアルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする合金から成るケースに収納することによって、ケースを軽量化でき、さらに前記ケースに密着して放熱フィンを設けたので、ケース内で発生した熱を効率良くケース外に放熱させることができる。
【００１７】
また、本発明は、前記の軽量化され、放熱効果の高い高電圧発生装置をＸ線ＣＴ装置のスキャナ回転盤に搭載することによって、該スキャナ回転盤の高速化が可能となるので“短時間で広い範囲のスキャン”の要求に応えることができる。
【００１８】
さらに、前記放熱フィンの溝の方向を前記回転盤の回転方向に一致させることや前記Ｘ線ＣＴ装置の静止側筐体に冷却ファンを設け、前記回転盤が静止している時に前記冷却ファンで前記ケースを冷却することにより、高電圧発生装置の冷却効果が増大し、スループツトの向上に寄与するＸ線ＣＴ装置を提供することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態について図１〜図３を用いて詳細に説明 する。
【００２０】
図１は本発明によるＸ線高電圧装置用高電圧発生装置の高電圧タンクの一実施例図である。前述したように、高電圧変圧器の小型、軽量化と管電圧波形の脈動低減のために、Ｘ線高電圧装置にはインバータ式Ｘ線高電圧装置を用いるのが一般的である。
【００２１】
このインバータ式Ｘ線高電圧装置は、商用の交流電源をコンバータ回路で直流電圧に変換し、この直流電圧をインバータ回路で前記商用電源周波数よりも高い周波数の交流電圧に変換して、この高周波の交流電圧を高電圧変圧器で昇圧し、この昇圧した交流高電圧を高電圧整流器で直流の高電圧に整流して、この直流高電圧をＸ線管に印加する。
【００２２】
このような構成のインバータ式Ｘ線高電圧装置において、前記インバータ回路の出力電圧を昇圧する高電圧変圧器、この高電圧変圧器の出力電圧を直流電圧に整流する高電圧整流器、前記Ｘ線管のフィラメントを加熱する加熱変圧器及び該Ｘ線管に印加する管電圧を安定するための管電圧フィードバック制御に用いる実際の管電圧を検出する管電圧検出器等は図１に示すケース３に収納し、このケース３に絶縁油を満たして前記絶縁と冷却の目的を果たすように構成されている。ケース３は、インバータ回路の出力電圧を高電圧変圧器に入力する高周波交流電圧入力部４と、前記高電圧整流器の出力電圧端子である高電圧ブッシング５とを備え、このケース３と該ケース３内で発生した熱を放熱するための放熱フィン２とで高電圧タンク１を構成する。
【００２３】
このような構成の高電圧タンク１は、前記インバータ回路の出力端を高周波交流電圧入力部４に接続し、ケース３に収納された高電圧変圧器及び高電圧整流器で変換された直流の高電圧を高電圧ブッシング５に導き、この高電圧ブッシング５に高電圧ケーブル（図示省略）を接続して前記直流高電圧をＸ線管に印加してＸ線を放射させる。
【００２４】
そして、高電圧変圧器の小型化と管電圧波形の脈動低減のために、インバータ回路の周波数は20kHz以上に高周波化する。
【００２５】
前記高電圧タンク１のケース３の素材として、アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする合金を使用する。その熱伝導率は，従来のケースの素材として用いられていた鉄のそれに比べて，約５倍から１０倍と非常に大きいので，より効果的にケース内部の熱を該ケース外部に放出することができる。さらに，従来の鉄製のケースを用いた高電圧タンクの総重量（高電圧発生部，絶縁油を含む）を４０ｋｇとし，高電圧タンクのケース部分の重量が，その３０％に相当する１２ｋｇであるとして、同一形状で高電圧タンクのケース部分にアルミニウムを使用した場合、アルミニウムの重量密度が鉄の約１／３であるので，約８ｋｇの軽量化を図ることができる。これは高電圧タンクの総重量の２０％に相当する。この場合、軽量化だけを目的とするものであればケース３を樹脂で構成するという手段も考えられるが、この樹脂の熱伝導率がアルミニウムに比べて１桁小さいので、冷却も目的とするものには適さない。なお、ケース３はこのケース３全てをアルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする合金としなくても、ケース３内の温度を許容値以内にすることができる場合はケース３の一部は鉄製でも良い。
【００２６】
このように、本発明は、ケース３の一部あるいは全面に放熱フィン２を設けて高電圧タンク１を構成する。この放熱フィン２は、例えば高さ５０ｍｍの放熱フィンを２０ｍｍ間隔で設けるものとすると，表面積は平面の場合の５倍になる。なお、放熱フィン２は，適当なサイズの既製品のヒートシンクをケース３に装着する，あるいはケース３と一体となる鋳造物とする等の方法もあるが，要求される放熱フィン２の形状に合わせていずれかの方法を選択して用いれば良い。
【００２７】
以上の構成によって軽量化と高冷却化の両方の特徴を有する高電圧タンク１（高電圧発生装置）をＸ線ＣＴ装置のスキャナ回転盤に搭載する例を図２、図３に示す。
【００２８】
図２はＸ線ＣＴ装置のスキャナ回転盤に本発明による高電圧タンク１を搭載した該スキャナ回転盤の構成図，図３は図２におけるＡ部の詳細図である。
【００２９】
図２において、スキャナ回転盤１０には、Ｘ線管７、このＸ線管７と対向する位置に配置したＸ線検出器８、該Ｘ線検出器の出力を増幅する増幅器９、前記Ｘ線管を冷却するＸ線管冷却装置１１、該Ｘ線管への高電圧の印加やフィラメントの加熱電力等を供給する高電圧タンク１、その他の搭載物１２等を搭載し、前記高電圧タンク１内の高電圧整流器の出力直流高電圧をＸ線管７に印加して該Ｘ線管から放射する扇状のＸ線ビームを被検体に照射し、該被検体を透過したＸ線を前記Ｘ線検出器８で検出して、この検出信号を増幅器９で増幅してこれを画像処理装置に伝送し、画像処理して被検体の断層像を得る。
【００３０】
高電圧タンク１のケース３内に発生した熱は該ケース３に密着して装着した放熱フィンにより前記ケース３の外部に放熱し、前記ケース内の高電圧変圧器、高電圧整流器等を冷却する。
【００３１】
さらに本発明では、前記高電圧タンク１のケース３を効率良く冷却するために、前記Ｘ線ＣＴ装置の回転盤１０が回転する時に発生する空気の流れによる風を利用する。
【００３２】
これは、高電圧タンク１を回転盤１０に搭載する場合，該高電圧タンク１を図１の状態から反時計方向に９０度回転した図３に示すように搭載する。つまり，高電圧タンク１に設けた放熱フィン２の溝の方向が回転盤１０の回転方向と反対方向に発生する空気の流れる方向と一致するように高電圧タンク１を回転盤１０に搭載する。図１の場合は、放熱フィン２を高電圧タンク１の上部にのみに設けた例を示しているが、これは高電圧タンク１の全面あるいは他の一部の面に設けても良い。その場合，高電圧タンク１を回転盤１０に搭載した際に，放熱フィン２を回転盤１０の回転半径方向と垂直な面（図２のｃ面）に設けた場合，および回転盤１の回転方向と回転半径方向とに平行な面（図２のａ面）に設けた場合には，前記放熱フィン２の溝の方向と回転盤１０の回転方向とが一致するように，また放熱フィン２を回転盤１０の回転方向に垂直な面（図２のｂ面）に設けた場合には，前記放熱フィン２の溝の方向と回転盤１０の回転半径方向が一致するように高電圧タンク１を回転盤１０に搭載する。高電圧タンク１に設けた放熱フィン２の溝の方向は，上記の方向から多少の角度を持っていても，回転盤の回転方向と反対方向に発生する空気の流れを妨げない方向であれば構わない。このように、高電圧タンク１に設けた放熱フィン２の溝の方向と回転盤１０の回転方向とを一致させることによって，回転盤１０の回転方向と反対方向に発生する空気の流れによる風を利用して，より効果的に高電圧タンク１を冷却することができる。この回転盤１０の回転による空気の流れによる風は、例えば回転盤１０の回転半径が０．８ｍの位置では，回転速度が１秒／１回転とすると，最大風速約５ｍ／ｓの冷却ファンを高電圧タンク１に取り付けた場合と同程度の冷却効果が得られることとなる。これは、市販の１２０mm×１２０mmの標準的な冷却ファンで得られる最大風速が約３．５ｍ／ｓであることから，非常に強力な冷却ファンを取り付けたことと同様の冷却効果が得られる。
【００３３】
なお、回転盤１０が静止している時には、図３に示すように，静止側筐体１３に設けた冷却ファン１４で高電圧タンク１の放熱フィン２を冷却する。この冷却ファン１４ による冷却は  、Ｘ線ＣＴ装置の回転盤１０が停止している時のみ動作させても良いが、必要があれば回転盤１０の回転中でも良い。
【００３４】
上記の図２の例は、高電圧発生装置の高電圧タンク１が一つで構成された例であるが、本発明はこれに限定するものではなく、前記高電圧発生装置を二つ以上に分割して、これらを回転盤１０の任意の位置に搭載しても良い。この場合には、重量バランスの自由度が多くなり、回転盤への最適な搭載が可能となる。
【００３５】
また、図２の実施例では、高電圧発生装置（高電圧タンク１）を回転盤１０に搭載するようにしたが、回転盤１０の高速化の妨げとならなければ、コンバータ回路及びインバータ回路を搭載する構成でも良い。
【００３６】
なお、本発明による高電圧発生装置の高電圧タンク１は、Ｘ線ＣＴ装置のみに適用するものではなく、高電圧タンク内の温度上昇の抑制及び軽量化はＸ線装置でも望まれていることでもあり、これらにも用いて効果のあることは言うまでもない。
【００３７】
【発明の効果】
以上、本発明によれば，Ｘ線高電圧装置用高電圧発生装置を構成する高電圧変圧器や高電圧整流器等の回路構成部品をアルミニュウムまたはアルミニュウムを主成分とする合金から成るケースに収納し、このケースに密着して放熱フィンを設ける構造としたので、高電圧発生装置を軽量化できると共に前記放熱フィンにより前記ケース内で発生した熱を効率良く該ケース外に放熱させて該ケース内の温度上昇を抑制することができるという効果が得られる。また、本発明では、軽量化され、放熱効果の高い前記の高電圧発生装置をＸ線ＣＴ装置のスキャナ回転盤に搭載することによって、該スキャナ回転盤の高速化が可能となるので、“短時間で広い範囲のスキャン”や“撮影時間の短縮によるスループットの向上”等の効果が得られるＸ線ＣＴ装置を提供することができる。そして、前記の高電圧発生装置を搭載したＸ線ＣＴ装置において、前記放熱フィンの溝の方向を前記回転盤の回転方向に一致させることやＸ線ＣＴ装置の静止側筐体に冷却ファンを設け、前記回転盤が静止している時に前記冷却ファンで前記ケースを冷却することにより、高電圧発生装置の冷却効果はさらに増大するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｘ線高電圧装置用高電圧発生装置を構成する回路構成部品を収納する高電圧タンクの本発明の一実施例図。
【図２】図１の高電圧タンクを用いた高電圧発生装置をＸ線ＣＴ装置のスキャナ回転盤に搭載した実施例図。
【図３】図２のＡ部の詳細図。
【符号の説明】
１  高電圧タンク
２  放熱フィン
３  ケース
４  高周波交流電圧入力部
５  高電圧ブッシング
７  Ｘ線管
８  Ｘ線検出器
９  増幅器
１０  スキャナ回転盤
１３  静止側筐体
１４  冷却ファン
【図１】
0004416217.tif 000002
【図２】
0004416217.tif 000003
【図３】
0004416217.tif 000004