(57)【要約】【課題】本発明の課題は、Ｘ線設備の雑音（システム雑音）を低減する別の装置及び別の方法を提供することである。【解決手段】Ｘ線放射器（５）を備えた装置において、前記ｘ線放射器（５）の内部に、前記Ｘ線放射器（５）の動作時に発生する振動（８）を低減するための対抗振動発生ユニット（１）が配置されており、該対抗振動発生ユニット（１）は前記Ｘ線放射器（５）と作用結合しており、前記振動（８）に対して１８０°位相シフトした対抗振動（９）を発生させる。【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、
前記Ｘ線放射器（５）の内部に、前記Ｘ線放射器の動作時に発生する振動（８）を低減するための対抗振動発生ユニット（１）が配置されており、該対抗振動発生ユニット（１）は前記Ｘ線放射器（５）と作用結合しており、前記振動（８）に対して１８０°位相シフトした対抗振動（９）を発生させる、
ことを特徴とする装置。
【請求項２】
前記対抗振動発生ユニット（１）は少なくとも１つの電気力学変換器（２）を含んでいる、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記対抗振動発生ユニット（１）は少なくとも１つの圧電変換器（２）を含んでいる、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
前記対抗振動発生ユニット（１）は少なくとも１つの電動変換器（２）を含んでいる、請求項１から３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
前記振動（８）の振幅（Ａ）、周波数及び位相位置を求める振動測定ユニット（３）を有している、請求項１から４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
前記振動測定ユニット（３）は加速度センサ及び／又はマイクロフォンを含んでいる、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記振動測定ユニット（３）は、前記Ｘ線放射器（５）の回転アノードの回転数から、前記振動（８）の振幅（Ａ）、周波数及び位相位置を求める、請求項５に記載の装置。
【請求項８】
求められた振幅（Ａ）、周波数及び位相位置から対抗振動信号（１１）を求め、該対抗振動信号により前記対抗振動発生ユニット（１）を制御する制御ユニット（４）を有している、請求項５から７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載の装置を有することを特徴とする断層撮影設備。
【請求項１０】
Ｃアーム又はガントリーを有する、請求項９に記載の断層撮影設備。
【請求項１１】
Ｘ線放射器（５）の振動を能動的に補償する方法において、
前記Ｘ線放射器（５）の内部で、前記Ｘ線放射器（５）の動作時に発生する振動（８）に対して１８０°位相シフトした対抗振動（９）を発生させるステップ（１０３）と、
前記対抗振動（９）を前記Ｘ線放射器（５）に印加するステップ（１０４）とを有しており、
前記振動（８）と前記対抗振動（９）の和（１０）は最小化されている、
ことを特徴とするＸ線放射器（５）の振動を能動的に補償する方法。
【請求項１２】
前記振動（８）の振幅（Ａ）、周波数及び位相位置を求めるステップ（１００）を有する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記振動（８）の振幅（Ａ）、周波数及び位相位置から対抗振動信号（１１）を求めるステップ（１０１）と、
前記対抗振動信号（１１）により前記対抗振動（９）を制御するステップ（１０２）とを有する、請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線放射器の振動をＸ線放射器に作用する逆振動によって能動的に減衰させる装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
断層撮影機は診断又は治療目的で患者の検査部位の２次元又は３次元画像を生成する。例えば、コンピュータ断層撮影機は３次元の断層画像を生成する。コンピュータ断層撮影機の構造は固定した支持フレームを有するガントリー（＝支持ポータル）を含んでおり、支持フレームの中には回転フレームが軸回りに回転可能に支承されている。回転フレームには、Ｘ線放射器とＸ線放射器に対向して配置された検出器とを含んだ撮影システムが取り付けられている。回転フレームの回転と同時に患者台上に寝かされた患者がシステム軸の方向に連続的に進むことによって、多数の異なる投影装置からの投影が螺旋状に取得される。Ｘ線放射器のＸ線を発生させる際に使用される電気エネルギーの９９％までは熱エネルギーに変換されるので、コンピュータ断層撮影機は電子部品の過熱を防ぐために冷却装置を有している。
【０００３】
断層撮影機の機械部品及び電気部品が動作すると、患者にもオペレータにも不快に感じられるレベルの雑音が発生する。例えば、回転フレームの回転、Ｘ線放射器内部のアノードの回転又は冷却装置の動作によって、煩わしい固体伝播音及び空気伝播音が発生する。Ｘ線放射器のケーシングによって、雑音の振幅を増大させる共鳴体が形成される。まさに走査時に患者が通るガントリートンネル内で患者は特に高い雑音レベルに曝される。
【０００４】
それゆえ、断層撮影機の設計において重要な点は、断層撮影機の動作時に発生する雑音の最小化である。断層撮影機における煩わしい固体伝播音と空気伝播音の伝搬を阻止又は最小化するには、２つの異なるアプローチが存在する。１つは、雑音の原因となる構成要素を直接最適化することにより、雑音の発生を減らすことである。例えば、雑音の最適化されたピボット軸受を使用することにより、回転フレームの回転時又はアノードの回転時の固体伝播音の伝搬を最小化することが可能である。しかし、このような最適化はコスト高であり、達成される雑音の低減も通常は不十分である。
【０００５】
もう１つのアプローチは、雑音減衰マットを使用して雑音の伝搬を阻止することである。例えば、空気伝播音を低減するために、断層撮影機のケーシングの内側に雑音遮断マットが接着される。さらに、部品の取付けのために設けられた接触箇所に相応の受動的な減衰材料を使用することにより、固体伝播音の伝搬も最小化される。しかし、遮断材料が所定の厚さを超えてからでないと、雑音の伝搬の効果的な低減は達成されない。しかし、遮断に使用可能な構造サイズは非常に限られている。したがって通常この措置は雑音を所望のレベルまで低減するには不十分である。
【０００６】
それゆえ、特許文献１では、対抗音波装置を備えた断層撮影機と、この断層撮影機の動作時に発生する雑音を低減する方法とが示されている。対抗音波装置は、対抗音波信号を供給する制御ユニットと、この対抗音信号を雑音に対して１８０°位相シフトした対抗音波に変換する音波発生ユニットとを含んでいる。このようにして、断層撮影機の動作時の雑音を効果的に低減することができる。
【０００７】
特許文献２には、支持フレームの振動を求め、この振動に基づいてこの振動を相殺する措置を講じるコンピュータ断層撮影機が開示されている。
【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線設備の雑音（システム雑音）を低減する別の装置及び別の方法を提供することである。
【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ている装置及び方法によって解決される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】Ｘ線放射器と対抗振動発生ユニットとを備えたＣアームを示す。
【図２】振動及び対抗振動のグラフを示す。
【図３】対抗振動発生ユニットを備えたＸ線管のブロック回路図を示す。
【図４】Ｘ線放射器の振動を能動的に補償する方法のフローチャートを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の基本思想は、雑音の原因となるＸ線放射器の振動を対抗する機械的振動によって補償するというものである。振動と対抗振動との干渉又は重ね合わせにより雑音は消える。
【００１３】
本発明は、Ｘ線放射器と、Ｘ線放射器の動作時に発生する振動を低減する、Ｘ線放射器の内部に配置された対抗振動発生ユニットとを備えた装置を請求する。対抗振動発生ユニットはＸ線放射器と、例えば回転アノードと作用結合しており、振動に対して１８０°位相シフトした対抗振動を発生させる。振動発生器のごく近傍に能動的な対抗発振器を取り付けることにより、Ｘ線放射器によって発生した振動を直接発生箇所において低減することができる。その結果、他の設備部位への振動の伝達が低減ないし防止される。
【００１４】
１つの実施形態では、対抗振動発生ユニットは少なくとも１つの電気力学変換器、圧電変換器又は電動変換器を含んでいてよい。
【００１５】
１つの実施形態では、装置は振動の振幅、周波数及び位相位置を求める振動測定ユニットを含んでいてよい。
【００１６】
さらに、振動測定ユニットは加速度センサ又はマイクロフォンを含んでいるか、又はＸ線放射器の回転アノードの回転数から振動パラメータを求めてもよい。
【００１７】
さらに、装置は求めた振幅、周波数及び位相位置から対抗振動信号を求め、それによって対抗振動発生ユニットを制御する制御ユニットを含んでいてもよい。
【００１８】
本発明はまた本発明による装置を有する断層撮影設備を請求する。
【００１９】
本発明はまたＸ線放射器の振動を能動的に補償する方法を請求する。この方法では、Ｘ線放射器の動作時に発生する振動に対して１８０°位相シフトした対抗振動がＸ線放射器の内部で生成され、Ｘ線放射器にこの対抗振動が印加される。振動と対抗振動の和は最小化されなければならない。
【００２０】
１つの実施形態では、振動の振幅、周波数及び位相位置が求められる。
【００２１】
別の１つの実施形態では、求めた振動の振幅、周波数及び位相位置から対抗振動信号が求められ、この対抗振動信号によって対抗振動が制御される。
【００２２】
本発明のさらなる特性及び利点は、以下の複数の実施例の概略図と説明から明らかとなる。
【実施例】
【００２３】
図１には、ＣアームＸ線設備の一部が示されている。Ｃアーム６の両端には、Ｘ線放射器５とＸ線検出器７とが互いに向かい合って配置されている。Ｘ線放射器５は例えば図示されていない回転する回転アノードによって振動させられ、この振動がＣアーム６に伝わり、雑音につながる。図２のグラフの曲線８はこのようにして生じた振動の時間経過を示したものである。本発明によれば、Ｘ線放射器５と作用結合した振動測定ユニット３、例えば加速度センサによって、関連するすべての方向において妨害振動の振幅、位相及び周波数が求められる。
【００２４】
例えば４つの異なる方向に配置された圧電変換器２を含んだ対抗振動発生ユニット１によって、１８０°位相シフトした同じ周波数で同じ振幅の対抗振動がＸ線放射器５の内部でＸ線放射器５に印加される。妨害振動とこのようにして印加された対抗振動との重ね合わせにより、合成振動を最小化、又は理想的なケースでは消滅させることができる。制御回路によって妨害振動の変化を追跡してもよい。妨害振動の振動パラメータは、ＣアームＸ線装置が設置されている部屋の中でマイクロフォンを介して求めることができる。
【００２５】
図２には、本発明による重ね合わせ原理のグラフが示されている。正規化された振幅Ａがミリ秒単位の時間に依存して１０ｍｓの期間にわたって示されている。曲線８はＸ線放射器の妨害振動を表している。曲線９はＸ線放射器と作用結合している対抗振動発生ユニットの同じ周波数の対抗振動を表している。対抗振動９は妨害振動９とほぼ同じ振幅Ａを有している。１８０°の位相シフトにより、重ね合わせの際には、曲線１０の合成振動が得られる。合成振動１０の振幅Ａがほぼゼロであることが見て取れる。この現象は波動論では干渉として知られている。
【００２６】
図３には、本発明による装置のブロック回路図が示されている。Ｘ線放射器の内部に配置された対抗振動発生ユニット１の４つの変換器２がＸ線放射器５に接続されている。Ｘ線放射器５と作用結合している振動測定ユニット３はＸ線放射器５の振動を測定し、測定値を制御ユニット４に転送する。制御ユニット４は振動の振幅、周波数及び位相位置を求め、これらから対抗振動発生ユニット１を制御する対抗振動信号１１を計算する。対抗振動発生ユニット１の４つの変換器２はそれぞれ異なる方向において対抗振動をＸ線放射器５に印加する。これにより合成振動は最小化される。
【００２７】
図４には、Ｘ線放射器の振動を能動的に補償する本発明による方法のフローチャートが示されている。ステップ１００では、Ｘ線放射器の振動の振幅、周波数及び位相位置が求められる。次のステップ１０１では、これらから対抗振動信号が求められる。ステップ１０２では、この対抗振動信号が対抗振動の振幅、周波数及び位相位置を制御する。ステップ１０３では、対抗振動信号に基づいて対抗振動が発生させられ、ステップ１０４においてＸ線放射器に内側から印加される。本方法は変化を考慮する制御ループにおいて実行される。
【符号の説明】
【００２８】
１  対抗振動発生ユニット
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  対抗振動
１０  合成振動
１１  対抗振動信号
１００  振動の振幅、周波数及び位相位置を求めるステップ
１０１  対抗振動信号を求めるステップ
１０２  対抗振動を制御するステップ
１０３  対抗振動を発生させるステップ
１０４  対抗振動をＸ線放射器に印加するステップ
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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