(57)【要約】【課題】Ｘ線システムの妨害音響を低減するための新たな装置および方法を提供する。【解決手段】Ｘ線放射器（５）の外側に配置された打ち消し振動発生ユニット（１）が設けられており、この打ち消し振動発生ユニット（１）は、前記Ｘ線放射器（５）の動作時に発生する該Ｘ線放射器（５）の振動（８）を低減する。打ち消し振動発生ユニット（１）は、Ｘ線放射器（５）に作用を及ぼすようこのＸ線放射器（５）と結合されおり、振動（８）に対し１８０゜位相のずらされた打ち消し振動（９）を発生する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線放射器（５）を備えた装置において、
該Ｘ線放射器（５）の外側に配置された、前記Ｘ線放射器（５）の動作時に発生する該Ｘ線放射器（５）の振動（８）を低減する、打ち消し振動発生ユニット（１）が設けられており、
該打ち消し振動発生ユニット（１）は、前記Ｘ線放射器（５）に作用を及ぼすよう該Ｘ線放射器（５）と結合されおり、前記振動（８）に対し１８０゜位相のずらされた打ち消し振動（９）を発生することを特徴とする装置。
【請求項２】
前記打ち消し振動発生ユニット（１）は、少なくとも１つの電気力学的な変換器（２）を有する、請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記打ち消し振動発生ユニット（１）は、少なくとも１つの圧電変換器（２）を有する、請求項１または２記載の装置。
【請求項４】
前記打ち消し振動発生ユニット（１）は、少なくとも１つの電動的な変換器（２）を有する、請求項１から３のいずれか１項記載の装置。
【請求項５】
振動測定ユニット（３）が設けられており、該振動測定ユニット（３）は、前記振動（８）の振幅（Ａ）と周波数と位相とを決定する、請求項１から４のいずれか１項記載の装置。
【請求項６】
前記振動測定ユニット（３）は、加速度センサおよび／またはマイクロフォンを含む、請求項５記載の装置。
【請求項７】
前記振動測定ユニット（３）は、Ｘ線放射器（５）における回転陽極の回転数から、前記振動（８）の振幅（Ａ）と周波数と位相を決定する、請求項５記載の装置。
【請求項８】
制御ユニット（４）が設けられており、該制御ユニット（４）は、決定された振幅（Ａ）と周波数と位相とから打ち消し振動信号（１１）を形成し、該信号によって前記打ち消し振動発生ユニット（１）の動作を制御する、請求項５から７のいずれか１項記載の装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項記載の装置を備えたトモグラフィ装置。
【請求項１０】
Ｃアームまたはガントリが設けられている、請求項９記載のトモグラフィ装置。
【請求項１１】
Ｘ線放射器（５）のアクティブな振動補償方法において、
前記Ｘ線放射器（５）の動作時に発生する該Ｘ線放射器（５）の振動（８）に対し１８０゜位相がずらされた打ち消し振動（９）を、該Ｘ線放射器（５）の外側で発生させるステップ（１０３）と、
前記打ち消し振動（９）を前記Ｘ線放射器（５）へ加え、前記振動（８）と前記打ち消し振動（９）の和（１０）を最小化するステップ（１０４）と
を有することを特徴とする、
Ｘ線放射器（５）のアクティブな振動補償方法。
【請求項１２】
前記振動（８）の振幅（Ａ）と周波数と位相とを決定するステップ（１００）を有する、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記振動（８）について決定された振幅（Ａ）と周波数と位相とから、打ち消し振動信号（１１）を形成するステップ（１０１）と、該打ち消し振動信号（１１）を用いて前記打ち消し振動（９）を制御するステップ（１０２）を有する、請求項１２記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線放射器に対し外側から作用する打ち消し振動を用いて、Ｘ線放射器のアクティブな振動減衰を行うための装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
トモグラフィ装置により、診断または治療の目的で患者の検査領域における２次元または３次元の画像が生成される。たとえば、コンピュータトモグラフィ装置によって３次元のスライス画像が生成される。コンピュータトモグラフィ装置の構造には、定置された支持フレームを備えたガントリ（支持ポータル）が含まれており、支持フレームには回転フレームが１つの軸を中心に旋回可能に支承されている。回転フレームには撮影システムが配置されており、このシステムにはＸ線放射器およびこの放射器と向き合って配置された検出器が含まれている。寝台上に横たわった患者がシステム軸の方向に連続的に移動しながら回転フレームが回転することによって、多数の異なる投影方向から螺旋状に投影が捕捉される。Ｘ線放射器がＸ線放射を発生させるときに使われる電気エネルギーは、９９％まで熱エネルギーに変換されるので、電子コンポーネントの加熱を防止するため、コンピュータトモグラフィ装置は冷却装置を有している。
【０００３】
トモグラフィ装置の機械的および電気的なコンポーネントが動作すると、患者にとっても操作員にとっても不快に感じるノイズレベルが生じる。つまりたとえば、Ｘ線放射器内部の陽極の回転や冷却装置の動作によって、妨害を及ぼす固体伝播音波ならびに空気伝播音波が発生する。Ｘ線ビームの覆いによって、前記音波の振幅を増幅する共振体が形成される。走査が行われるとき、患者はガントリのトンネル開口部を通って移動させられるが、まさにこのトンネル開口部内おいて、患者は著しく高いノイズレベルに晒される。
【０００４】
したがってトモグラフィ装置を設計する際の１つの重要な観点は、トモグラフィ装置稼動時に発生する妨害音響の最小化である。トモグラフィ装置において妨害を及ぼす固体伝播音波および空気伝播音波の伝搬を阻止あるいは最小限に抑えるために、２つの異なるアプローチがある。１つめのアプローチとして挙げられるのは、妨害音響の発生をその音響を引き起こしているコンポーネントの最適化によってダイレクトに低減することである。たとえば、ノイズの最適化された回転軸受を使用すれば、回転フレームが回転するときあるいは陽極が回転するときに生じる固体伝播音波の伝搬を最小限に抑えることができるかもしれない。しかしながらこのような最適化に付随して高いコストが生じるし、達成される妨害音響の低減は一般的に十分なものではない。
【０００５】
さらに別の可能性として挙げられるのは、音響伝播をノイズ遮音マットの使用により阻止することである。空気音響伝播を低減するために、たとえばトモグラフィ装置のケーシング内側にノイズ遮音マットが接着される。さらに、コンポーネント保持のために設けられた接触個所にそれ相応の受動的な減衰材料を使用することによって、固体音響伝播も最小限に抑えられる。とはいうものの、音響伝播の著しく効果的な低減は、特定の厚さ以上の遮音材料を用いて初めて達成される。しかしながら遮音に利用できる体積は著しく制限されているので、妨害音響を望ましいレベルまで低減するためには、この措置は不十分である。
【０００６】
このようなことからドイツ連邦共和国特許出願DE 102008047814 A1明細書には、打ち消し音響機構（counter-sound facility）を備えたトモグラフィ装置およびトモグラフィ装置稼動時に発生する妨害音響を低減する方法が開示されている。この装置には、打ち消し音響信号を供給するための制御ユニットと、打ち消し音響信号を妨害音響に対し位相が１８０゜ずらされた打ち消し音響に変換する音響発生ユニットが含まれている。これによれば、トモグラフィ装置稼動時の妨害音響を効果的に低減することができる。
【０００７】
アメリカ合衆国特許出願US 2005/0281391 A1明細書に開示されているコンピュータトモグラフィ装置によれば、支持フレームの振動が求められ、この振動に基づきそれを相殺する措置が講じられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】DE 102008047814 A1
【特許文献２】US 2005/0281391 A1
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の課題は、Ｘ線システムの妨害音響（システムノイズ）を低減するための新たな装置および方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によればこの課題は、独立請求項に記載された装置および方法によって解決される。
【００１１】
本発明の基本的な着想は、妨害音響を引き起こしているＸ線放射器の振動を逆位相の機械的な打ち消し振動によって相殺することである。妨害振動と打ち消し振動のおよび／または重畳によって、相殺が行われる。
【００１２】
本発明によれば、Ｘ線放射器の動作時に発生する振動を低減するために、Ｘ線放射器とその外側に配置された打ち消し振動発生ユニットとを備えた装置が提案される。打ち消し振動発生ユニットは、Ｘ線放射器に作用を及ぼすようＸ線放射器と接続されており、たとえばＸ線管ホルダあるいはＸ線管ケースと接続されており、このユニットは、妨害振動に対し１８０゜位相のずらされた打ち消し振動を発生する。振動発生源の近くにアクティブな打ち消し振動体を取り付けることによって、Ｘ線放射器が発する振動を発生個所でじかに低減することができ、このようにすることで、振動がさらに他のシステムパーツへと伝達していくのが僅かになり、もしくは阻止される。
【００１３】
１つの実施形態によれば打ち消し振動発生ユニットは、少なくとも１つの電気力学的な変換器または圧電的な変換器あるいは電動的な変換器を含むことができる。
【００１４】
さらに別の実施形態によれば、本発明による装置に振動測定ユニットを設けることができ、このユニットは、振動の振幅と周波数と位相を測定する。
【００１５】
さらに振動測定ユニットには加速度センサまたはマイクロフォンを含めることができ、あるいはＸ線放射器における回転陽極の回転数から振動パラメータを求めることができる。
【００１６】
本発明による装置にはさらに制御ユニットを設けることができ、この制御ユニットは、求められた振幅と周波数と位相とから打ち消し振動信号を形成し、この信号によって打ち消し振動発生ユニットの動作を制御する。
【００１７】
さらに本発明は、本発明による装置を備えたトモグラフィ装置にも関する。
【００１８】
本発明はさらに、Ｘ線放射器のアクティブな振動補償方法にも関する。この方法によれば、Ｘ線放射器の動作時に発生する振動に対し１８０゜位相のずらされた打ち消し振動を、Ｘ線放射器の外部ないしは外側で発生させ、この打ち消し振動をＸ線放射器に加える。この場合、振動と打ち消し振動の和が最小となるようにする。
【００１９】
１つの実施形態によれば、振動の振幅と周波数と位相を測定する。
【００２０】
さらに別の実施形態によれば、振動について求められた振幅と周波数と位相とから打ち消し振動信号を求め、この打ち消し振動信号を用いて打ち消し振動の動作を制御する。
【００２１】
次に、いくつかの実施例について図面を参照しながら説明する。これらの説明から、本発明のその他の格別な点や利点も明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】Ｘ線放射器と打ち消し振動発生器とを備えたＣアームを示す図
【図２】振動および打ち消し振動を示すグラフ
【図３】打ち消し振動発生器を備えたＸ線管を示すブロック図
【図４】Ｘ線放射器のアクティブな振動補償方法を示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１には、Ｃアーム型Ｘ線システムの一部分が示されている。この図にはＣアーム６が示されており、このＣアームの両方の端部のところでそれぞれ互いに反対側に、Ｘ線放射器５とＸ線検出器７が配置されている。Ｘ線放射器５は、たとえば図示されていない回転陽極が回転することによって振動するようになり、この振動はＣアーム６に伝達され、その結果、妨害音波が引き起こされる。図２の特性曲線８には、このようにして発生する振動の時間経過特性が示されている。さて、本発明によれば、Ｘ線放射器５と機能的に結合されている振動測定ユニット３たとえば加速度測定器などによって、妨害振動の振幅と位相と周波数が関連するすべての方向で求められる。
【００２４】
たとえばそれぞれ異なる方向に配置された４つの圧電変換器２を含む打ち消し振動発生ユニット１を用いることによって、同じ周波数および同じ振幅であるが１８０゜だけ位相のシフトされた打ち消し振動が、外側からＸ線放射器５に加えられる。妨害振動とこのようにして加えられた打ち消し振動とが重畳されることによって、結果として生じる振動を最小限に抑えることができ、あるいは理想的なケースでは振動を消し去ることができる。閉ループ制御回路を用いることによって、妨害振動の変化を追従することができる。妨害振動の振動パラメータを、Ｃアーチ型Ｘ線装置が設置されている室内におかれたマイクロフォンによって求めることもできる。
【００２５】
図２は、本発明による重畳原理を示すグラフである。この場合、正規化された振幅Ａが時間ｔの関数として１０ｍｓのインターバル内で示されている。特性曲線８は、Ｘ線放射器の妨害振動を表している。特性曲線９は、Ｘ線放射器と機能的に結合されている打ち消し振動発生ユニットによる同じ周波数の打ち消し振動を表している。打ち消し振動９は、妨害振動８とほぼ等しい振幅Ａを有している。１８０゜だけ位相がシフトされていることから、重畳が行われると、結果として生じる振動は特性曲線１０のようになる。このグラフからわかるように、結果として生じた合成された振動１０の振幅Ａはほぼゼロである。この現象は、波動理論では干渉として知られているものである。
【００２６】
図３には、本発明による装置のブロック図が示されている。Ｘ線放射器５には、打ち消し振動発生ユニット１の４つの変換器２が接続されている。Ｘ線放射器５と機能的に接続されている振動測定ユニット３によってＸ線放射器５の振動が測定され、測定値が制御ユニット４へ転送される。制御ユニットは振動の振幅と周波数と位相を求め、それらから打ち消し振動信号１１を計算し、この信号によって打ち消し振動発生ユニット１の動作を制御する。打ち消し振動発生ユニット１の４つの変換器２は、それぞれ異なる方向でＸ線放射器５に対し打ち消し振動を加える。これによって、結果として生じる振動が最小限に抑えられる。
【００２７】
図４には、Ｘ線放射器のアクティブな振動補償を行うための本発明による方法を示すフローチャートが示されている。ステップ１００において、Ｘ線放射器の振動の振幅と周波数と位相が測定される。続くステップ１０１においてそれらの情報から打ち消し振動信号が求められ、ステップ１０２においてこの打ち消し振動信号によって、打ち消し振動の振幅と周波数と位相が制御される。ステップ１０３において、打ち消し信号に基づき打ち消し振動が発せられ、ステップ１０４においてその振動がＸ線放射器に加えられる。この方法は１つの制御ループ内で実行され、このループによって変化が考慮される。
【符号の説明】
【００２８】
１  打ち消し振動発生ユニット
２  変換器／アクチュエータ
３  振動測定ユニット
４  制御ユニット
５  Ｘ線放射器
６  Ｃアーム
７  Ｘ線検出器
８  Ｘ線放射器５の振動
９  打ち消し振動
１０  合成振動
１１  打ち消し振動信号
１００  振動の振幅と周波数と位相の測定
１０１  打ち消し信号の形成
１０２  打ち消し振動の制御
１０３  打ち消し振動の発生
１０４  Ｘ線放射器へ打ち消し振動を印加
Ａ  振幅
ｔ  時間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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