特開 2023-136849 Ｘ線ＣＴ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023136849

(43)【公開日】2023-09-29

(54)【発明の名称】Ｘ線ＣＴ装置

(51)【国際特許分類】

   A61B 6/03 20060101AFI20230922BHJP

【ＦＩ】

A61B6/03 321A

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022042773

(22)【出願日】2022-03-17

(71)【出願人】

【識別番号】594164542

【氏名又は名称】キヤノンメディカルシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003708

【氏名又は名称】弁理士法人鈴榮特許綜合事務所

(72)【発明者】

【氏名】吉田 尚史

(72)【発明者】

【氏名】小野 正彦

【テーマコード（参考）】

4C093

【Ｆターム（参考）】

4C093AA22

4C093CA01

4C093EC41

4C093EC45

4C093EC60

4C093EE14

(57)【要約】

【課題】発電時に水を発生する発電部を保持した回転部の回転バランスを維持すること。
【解決手段】 実施形態に係るＸ線ＣＴ装置は、回転部と、水素タンクと、発電部と、貯水タンクと、排水タンクと、を備えている。前記回転部は、Ｘ線管とＸ線検出器とを回転可能に対向支持する。前記水素タンクは、前記回転部に設けられる。前記発電部は、前記回転部に設けられ、前記水素タンクから水素の供給を受け発電を行う。前記貯水タンクは、前記回転部に設けられ、前記発電により生じた水の一部を貯水する。前記排水タンクは、前記回転部に設けられ、前記発電により生じた水の他の一部を排水する。ここで、前記貯水タンクに貯水される水の重量は、前記水素タンクと前記貯水タンクとの重量の合計が一定となる重量である。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

Ｘ線管とＸ線検出器とを回転可能に対向支持する回転部と、
前記回転部に設けられる水素タンクと、
前記回転部に設けられ、前記水素タンクから水素の供給を受け発電を行う発電部と、
前記回転部に設けられ、前記発電により生じた水の一部を貯水する貯水タンクと、
前記回転部に設けられ、前記発電により生じた水の他の一部を排水する排水タンクと、
を備え、
前記貯水タンクに貯水される水の重量は、前記水素タンクと前記貯水タンクとの重量の合計が一定となる重量である、
Ｘ線ＣＴ装置。

【請求項2】

前記回転部に設けられ且つ前記排水タンクと接続され、少なくとも第１の断面積と第２の断面積との各々の領域を有する配管、を更に備え、
前記配管は、前記回転部の回転により、当該配管の内部の気圧を低下させることで前記排水タンク内の水を気化させて排出する、
請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。

【請求項3】

前記配管は、
前記第１の断面積を有し、前記回転部の回転により、空気を流入させる第１領域と、
前記第１の断面積より狭い前記第２の断面積を有し、前記流入した空気と前記気化した水とを合流させて排出する第２領域と、
前記第２領域と前記排水タンクとを連通させ、前記排水タンク内で気化した水を前記第２領域に供給する第３領域と、
を備えた請求項２に記載のＸ線ＣＴ装置。

【請求項4】

前記排水タンクを加熱するための加熱部、を更に備えた請求項２又は３に記載のＸ線ＣＴ装置。

【請求項5】

前記加熱部は、前記発電により生じた熱を前記排水タンクに伝達するヒートパイプを備えた請求項４に記載のＸ線ＣＴ装置。

【請求項6】

前記加熱部は、熱を発生するヒータを備えた、請求項４に記載のＸ線ＣＴ装置。

【請求項7】

前記発電により生じた水を８：１の重量割合で前記排水タンク及び前記貯水タンクに分配する分配機構、を更に備えた請求項１乃至６のいずれか一項に記載のＸ線ＣＴ装置。

【請求項8】

前記水素タンクから減少した水素の重量を補うように前記水の一部を前記貯水タンクに分配し、前記水の他の一部を前記排水タンクに分配する分配機構、を更に備えた請求項１乃至６のいずれか一項に記載のＸ線ＣＴ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書及び図面に開示の実施形態は、Ｘ線ＣＴ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、Ｘ線高電圧装置を保持した回転部を有するＣＴ架台を備えたＸ線ＣＴ（computed tomography）装置が知られている。この種のＸ線ＣＴ装置は、回転部が回転中でも、配電盤から供給される電力を、スリップリングを介してＸ線高電圧装置に供給可能となっている。

【0003】

一方、近年では、Ｘ線高電圧装置と発電部（燃料電池）との両者を保持した回転部を有するＣＴ架台を備えたＸ線ＣＴ装置が検討されている。この種のＸ線ＣＴ装置は、回転部が回転中でも、配電盤から独立して燃料電池からＸ線高電圧装置に電力供給可能となっている。なお、このＸ線ＣＴ装置は、回転部の燃料電池からＸ線高電圧装置に電力を供給するので、スリップリングが不要である。係るＸ線ＣＴ装置では、燃料電池の特性上、電力の発電時に水が発生するため、発生した水をＣＴ架台の回転部に保管する必要がある。具体的には例えば、発電を進めた結果、燃料の水素５ｋｇを消費した場合、発生した４５ｋｇの水を回転部に保管する必要が生じる。このため、発電を進めると、ＣＴ架台の回転部の重量が変化し、回転バランスが崩れてしまう。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００３－１０１６７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本明細書及び図面に開示の実施形態が解決しようとする課題の一つは、発電時に水を発生する発電部を保持した回転部の回転バランスを維持することである。ただし、本明細書及び図面に開示の実施形態により解決しようとする課題は上記課題に限られない。後述する実施形態に示す各構成による各効果に対応する課題を他の課題として位置づけることもできる。

【課題を解決するための手段】

【0006】

実施形態に係るＸ線ＣＴ装置は、回転部と、水素タンクと、発電部と、貯水タンクと、排水タンクと、を備えている。前記回転部は、Ｘ線管とＸ線検出器とを回転可能に対向支持する。前記水素タンクは、前記回転部に設けられる。前記発電部は、前記回転部に設けられ、前記水素タンクから水素の供給を受け発電を行う。前記貯水タンクは、前記回転部に設けられ、前記発電により生じた水の一部を貯水する。前記排水タンクは、前記回転部に設けられ、前記発電により生じた水の他の一部を排水する。ここで、前記貯水タンクに貯水される水の重量は、前記水素タンクと前記貯水タンクとの重量の合計が一定となる重量である。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】図１は、第１の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の構成を示すブロック図である。

【図2】図２は、同実施形態における架台装置に搭載される燃料電池システムを説明するためのブロック図である。

【図3】図３は、同実施形態における水素タンク及び貯水タンク等の配置の一例を説明するための模式図である。

【図4】図４は、第２の実施形態に係る架台装置内の排水タンク及び配管等の構成を説明するための、Ｚ軸方向から見た模式図である。

【図5】図５は、同実施形態における排水タンク及び配管の構成を説明するための、Ｘ軸方向から見た模式図である。

【図6】図６は、各実施形態の変形例における水素タンク及び貯水タンク等の配置を説明するための模式図である。

【図7】図７は、各実施形態の他の変形例における水素タンク及び貯水タンク等の配置を説明するための模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、図面を参照しながら各実施形態に係るＸ線ＣＴ装置について説明する。また、以下の説明では、異なる図面間における略同一部分に同一符号を付すことにより、重複した説明の記載を省略する。

【0009】

＜第１の実施形態＞
図１は、一実施形態に係るＸ線ＣＴ装置１の構成を示すブロック図である。Ｘ線ＣＴ装置１は、Ｘ線管１１から被検体Ｐに対してＸ線を照射し、当該照射されたＸ線をＸ線検出器１２で検出する。Ｘ線ＣＴ装置１は、当該Ｘ線検出器１２からの出力に基づいて、被検体Ｐに関するＣＴ画像を生成する。

【0010】

図１に示すＸ線ＣＴ装置１は、架台装置１０と、寝台装置３０と、コンソール装置４０とを有する。架台装置１０は、被検体ＰをＸ線ＣＴ撮影するための構成を有するスキャン装置である。寝台装置３０は、Ｘ線ＣＴ撮影の対象となる被検体Ｐを載置し、Ｘ線ＣＴ撮影を実行する位置まで移動するための装置である。コンソール装置４０は、架台装置１０を制御するコンピュータである。

【0011】

例えば、架台装置１０および寝台装置３０はＣＴ検査室に設置され、コンソール装置４０はＣＴ検査室に隣接する制御室に設置される。なお、コンソール装置４０は、必ずしも制御室に設置されなくてもよい。例えば、コンソール装置４０は、架台装置１０及び寝台装置３０とともに同一の部屋に設置されてもよい。いずれにしても架台装置１０と、寝台装置３０と、コンソール装置４０とは互いに通信可能に有線または無線で接続されている。

【0012】

架台装置１０は、Ｘ線管１１、Ｘ線検出器１２、回転フレーム１３、Ｘ線高電圧装置１４、制御装置１５、ウェッジ１６、コリメータ１７、ＤＡＳ１８及びファン２８を有する。また、架台装置１０は、図２に示す如き、後述する燃料電池システム２０を備えている。

【0013】

図１に戻り、Ｘ線管１１は、Ｘ線高電圧装置１４からの高電圧の印加及びフィラメント電流の供給により、陰極（フィラメント）から陽極（ターゲット）に向けて熱電子を照射する真空管である。照射された熱電子は、ターゲットの焦点に衝突した際のエネルギーによってＸ線に変換される。これにより、Ｘ線管１１は、熱電子が衝突したターゲットの焦点から、被検体Ｐへ照射するＸ線を発生する。Ｘ線管１１で発生したＸ線は、コリメータ１７を介してコーンビーム形に成形され、被検体Ｐに照射される。

【0014】

Ｘ線検出器１２は、Ｘ線管１１から照射され、被検体Ｐを通過したＸ線を検出し、当該Ｘ線量に対応した電気信号をＤＡＳ１８へと出力する。Ｘ線検出器１２は、例えば、Ｘ線管の焦点を中心として１つの円弧に沿ってチャネル方向に複数のＸ線検出素子が配列された複数のＸ線検出素子列を有する。Ｘ線検出器１２は、例えば、チャネル方向に複数のＸ線検出素子が配列されたＸ線検出素子列がスライス方向（列方向、ｒｏｗ方向）に複数配列された構造を有する。また、Ｘ線検出器１２は、例えば、グリッドと、シンチレータアレイと、光センサアレイとを有する間接変換型の検出器である。シンチレータアレイは、複数のシンチレータを有し、シンチレータは入射Ｘ線量に応じた光子量の光を出力するシンチレータ結晶を有する。グリッドは、シンチレータアレイのＸ線入射側の面に配置され、散乱Ｘ線を吸収する機能を有するＸ線遮蔽板を有する。光センサアレイは、シンチレータからの光量に応じた電気信号に変換する機能を有し、例えば、フォトダイオード等の光センサを有する。なお、Ｘ線検出器１２は、入射したＸ線を電気信号に変換する半導体素子を有する直接変換型の検出器（半導体検出器）であっても構わない。

【0015】

回転フレーム１３は、Ｘ線管１１とＸ線検出器１２とを回転軸回りに回転可能に支持する。具体的には、回転フレーム１３は、Ｘ線管１１とＸ線検出器１２とを対向支持し、後述する制御装置１５によってＸ線管１１とＸ線検出器１２とを回転させる円環状のフレームである。回転フレーム１３は、アルミニウム等の金属により形成された固定フレーム（図示せず）に回転可能に支持される。詳しくは、回転フレーム１３は、ベアリングを介して固定フレームの縁部に接続されている。なお、本実施形態では、非チルト状態での回転フレーム１３の回転軸又は寝台装置３０の天板３３の長手方向をＺ軸方向、Ｚ軸方向に直交し、床面に対し水平である軸方向をＸ軸方向、Ｚ軸方向に直交し、床面に対し垂直である軸方向をＹ軸方向とそれぞれ定義するものとする。回転フレーム１３は、制御装置１５の駆動機構からの動力を受けて回転軸Ｚ回りに一定の角速度で回転する。なお、回転フレーム１３は、Ｘ線管１１とＸ線検出器１２に加えて、Ｘ線高電圧装置１４やＤＡＳ１８を更に備えて支持する。このような回転フレーム１３は、撮影空間をなす開口（ボア）が形成された略円筒形状の筐体に収容されている。開口はＦＯＶ１９に略一致する。開口の中心軸は、回転フレーム１３の回転軸Ｚに一致する。回転フレーム１３の回転軸Ｚは、Ｘ線管１１の回転軸Ｚと呼んでもよい。なお、ＤＡＳ１８が生成した検出データは、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）を有する回路基板９０から光通信によって架台装置の非回転部分（例えば固定フレーム）に設けられた、フォトダイオードを有するデータ受信装置２９に送信され、コンソール装置４０へと転送される。なお、回転フレームから架台装置の非回転部分への検出データの送信方法は、前述の光通信に限らず、非接触型のデータ伝送であれば如何なる方式を採用しても構わない。また、回転フレーム１３は、Ｘ線管１１とＸ線検出器１２とを回転可能に対向支持する回転部の一例である。

【0016】

Ｘ線高電圧装置１４は、変圧器（トランス）及び整流器等の電気回路を有し、Ｘ線管１１に印加する高電圧及びＸ線管１１に供給するフィラメント電流を発生する機能を有する高電圧発生装置と、Ｘ線管１１が照射するＸ線に応じた出力電圧の制御を行うＸ線制御装置とを有する。高電圧発生装置は、変圧器方式であってもよいし、インバータ方式であっても構わない。なお、Ｘ線高電圧装置１４は、回転フレーム１３に設けられている。

【0017】

制御装置１５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等を有する処理回路と、モータ及びアクチュエータ等の駆動機構とを有する。処理回路は、ハードウェア資源として、ＣＰＵやＭＰＵ（Micro Processing Unit）等のプロセッサとＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）等のメモリとを有する。制御装置１５は、コンソール装置４０からの指令に従い、Ｘ線高電圧装置１４およびＤＡＳ１８等を制御する。当該プロセッサは、例えば、当該メモリに保存されたプログラムを読み出して実現することで上記制御を実現する。また例えば、当該プロセッサは、当該プロセッサの回路内に上記制御の機能を論理回路として直接組み込むことで構成しても構わない。また、制御装置１５は、コンソール装置４０若しくは架台装置１０に取り付けられた入力インターフェースからの入力信号を受けて、架台装置１０及び寝台装置３０の動作制御を行う機能を有する。例えば、制御装置１５は、入力信号を受けて回転フレーム１３を回転させる制御や、架台装置１０をチルトさせる制御、及び寝台装置３０及び天板３３を動作させる制御を行う。また、制御装置１５は、架台装置１０の稼働時にファン２８をオンし、架台装置１０の非稼働時にファン２８をオフさせる制御を行ってもよい。また、制御装置１５は架台装置１０に設けられてもよいし、コンソール装置４０に設けられても構わない。

【0018】

ウェッジ１６は、Ｘ線管１１から照射されたＸ線量を調節するためのフィルタである。具体的には、ウェッジ１６は、Ｘ線管１１から被検体Ｐへ照射されるＸ線が、予め定められた分布になるように、Ｘ線管１１から照射されたＸ線を透過して減衰するフィルタである。例えば、ウェッジ１６（ウェッジフィルタ（wedge filter）、ボウタイフィルタ（bow-tie filter））は、所定のターゲット角度や所定の厚みとなるようにアルミニウムを加工したフィルタである。

【0019】

コリメータ１７は、ウェッジ１６を透過したＸ線の照射範囲を絞り込むための鉛板等であり、複数の鉛板等の組み合わせによってスリットを形成する。

【0020】

ＤＡＳ１８（Data Acquisition System）は、被検体Ｐにより減弱されたＸ線の強度を示すデジタル値を１ビューごとに収集する。ＤＡＳ１８は、Ｘ線検出器１２の各Ｘ線検出素子から出力される電気信号に対して増幅処理を行う増幅器と、増幅された電気信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器とを有し、当該デジタル信号が示すデジタル値を有する検出データを生成する。検出データは、生成元のＸ線検出素子のチャンネル番号、列番号、および収集されたビューを示すビュー番号により識別されたＸ線強度のデジタル値のセットである。なお、ビュー番号としては、ビューが収集された順番（収集時刻）を用いてもよく、Ｘ線管１１の回転角度を表す番号（例、１～１０００）を用いてもよい。また、ＤＡＳ１８が生成した検出データは、架台装置１０に収容されたデータ受信装置２９を介してコンソール装置４０へと転送される。

【0021】

ファン２８は、架台装置１０の筐体に設けられ、架台装置１０内の空気を筐体の外部に排出する。なお、ファン２８としては、図示した１台のファン２８に限らず、複数台のファンが架台装置１０の筐体に設けられることが、後述する水蒸気や熱を排出する観点から好ましい。

【0022】

寝台装置３０は、スキャン対象の被検体Ｐを載置、移動させる装置であり、基台３１と、寝台駆動装置３２と、天板３３と、支持フレーム３４とを備えている。

【0023】

基台３１は、支持フレーム３４を鉛直方向に移動可能に支持する筐体である。

【0024】

寝台駆動装置３２は、被検体Ｐが載置された天板３３を天板３３の長軸方向に移動するモータあるいはアクチュエータである。寝台駆動装置３２は、コンソール装置４０による制御、または制御装置１５による制御に従い、天板３３を移動する。例えば、寝台駆動装置３２は、天板３３に載置された被検体Ｐの体軸が回転フレーム１３の開口の中心軸に一致するよう、天板３３を被検体Ｐに対して直交方向に移動する。また、寝台駆動装置３２は、架台装置１０を用いて実行されるＸ線ＣＴ撮影に応じて、天板３３を被検体Ｐの体軸方向に沿って移動してもよい。寝台駆動装置３２は、制御装置１５からの駆動信号のデューティ比等に応じた回転速度で駆動することにより動力を発生する。寝台駆動装置３２は、例えば、ダイレクトドライブモータやサーボモータ等のモータにより実現される。

【0025】

支持フレーム３４の上面に設けられた天板３３は、被検体Ｐが載置される板である。なお、寝台駆動装置３２は、天板３３に加え、支持フレーム３４を天板３３の長軸方向に移動してもよい。

【0026】

コンソール装置４０は、メモリ４１と、ディスプレイ４２と、入力インターフェース４３と、処理回路４４とを有する。メモリ４１と、ディスプレイ４２と、入力インターフェース４３と、処理回路４４との間のデータ通信は、バス（bus）を介して行われる。

【0027】

メモリ４１は、種々の情報を記憶するＨＤＤ（Hard Disk Drive）やＳＳＤ（Solid State Drive）、集積回路記憶装置等の記憶装置である。メモリ４１は、例えば、投影データや再構成画像データを記憶する。メモリ４１は、ＨＤＤやＳＳＤ等以外にも、ＣＤ（Compact Disc）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、フラッシュメモリ等の可搬性記憶媒体や、ＲＡＭ等の半導体メモリ素子等との間で種々の情報を読み書きする駆動装置であってもよい。また、メモリ４１の保存領域は、Ｘ線ＣＴ装置１内にあってもよいし、ネットワークで接続された外部記憶装置内にあってもよい。例えば、メモリ４１は、ＣＴ画像や表示画像のデータを記憶する。また、メモリ４１は、本実施形態に係る制御プログラムを記憶する。

【0028】

ディスプレイ４２は、各種の情報を表示する。例えば、ディスプレイ４２は、処理回路４４によって生成された医用画像（ＣＴ画像）や、操作者からの各種操作を受け付けるためのＧＵＩ（Graphical User Interface）等を出力する。例えば、ディスプレイ４２としては、例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ（ＯＥＬＤ：Organic Electro Luminescence Display）、プラズマディスプレイ又は他の任意のディスプレイが、適宜、使用可能となっている。

【0029】

入力インターフェース４３は、操作者からの各種の入力操作を受け付け、受け付けた入力操作を電気信号に変換して処理回路４４に出力する。例えば、入力インターフェース４３は、投影データを収集する際の収集条件や、ＣＴ画像を再構成する際の再構成条件、ＣＴ画像から後処理画像を生成する際の画像処理条件等を操作者から受け付ける。入力インターフェース４３としては、例えば、マウス、キーボード、トラックボール、スイッチ、ボタン、ジョイスティック、タッチパッド及びタッチパネルディスプレイ等が適宜、使用可能となっている。なお、本実施形態において、入力インターフェース４３は、マウス、キーボード、トラックボール、スイッチ、ボタン、ジョイスティック、タッチパッド及びタッチパネルディスプレイ等の物理的な操作部品を備えるものに限られない。例えば、装置とは別体に設けられた外部の入力機器から入力操作に対応する電気信号を受け取り、この電気信号を処理回路４４へ出力する電気信号の処理回路も入力インターフェース４３の例に含まれる。

【0030】

処理回路４４は、入力インターフェース４３から出力される入力操作の電気信号に応じてＸ線ＣＴ装置１全体の動作を制御する。例えば、処理回路４４は、ハードウェア資源として、ＣＰＵやＭＰＵ、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等のプロセッサとＲＯＭやＲＡＭ等のメモリとを有する。処理回路４４は、メモリに展開されたプログラムを実行するプロセッサにより、システム制御機能４４１、前処理機能４４２、再構成処理機能４４３、画像処理機能４４４、スキャン制御機能４４５、表示制御機能４４６などを実行する。なお、各機能４４１～４４６は単一の処理回路で実現される場合に限らない。複数の独立したプロセッサを組み合わせて処理回路を構成し、各プロセッサがプログラムを実行することにより各機能４４１～４４６を実現するものとしても構わない。

【0031】

システム制御機能４４１は、入力インターフェース４３を介して操作者から受け付けた入力操作に基づいて、処理回路４４の各機能を制御する。具体的には、システム制御機能４４１は、メモリ４１に記憶されている制御プログラムを読み出して処理回路４４内のメモリ上に展開し、展開された制御プログラムに従ってＸ線ＣＴ装置１の各部を制御する。例えば、処理回路４４は、入力インターフェース４３を介して操作者から受け付けた入力操作に基づいて、処理回路４４の各機能を制御する。

【0032】

前処理機能４４２は、データ受信装置２９から出力された検出データに対して対数変換処理やオフセット補正処理、チャネル間の感度補正処理、ビームハードニング補正等の前処理を施したデータを生成する。なお、前処理前のデータ（検出データ）および前処理後のデータを総称して投影データと称する場合もある。

【0033】

再構成処理機能４４３は、前処理機能４４２にて生成された投影データに対して、フィルタ補正逆投影法や逐次近似再構成法等を用いた再構成処理を行ってＣＴ画像データを生成する。

【0034】

画像処理機能４４４は、入力インターフェース４３を介して操作者から受け付けた入力操作に基づいて、再構成処理機能４４３によって生成されたＣＴ画像データを公知の方法により、任意断面の断層像データや３次元画像データに変換する。

【0035】

スキャン制御機能４４５は、Ｘ線高電圧装置１４に高電圧を供給させて、Ｘ線管１１にＸ線を照射させるなど、Ｘ線スキャンに関する各種動作を制御する。例えば、スキャン制御機能４４５は、スキャン範囲、撮影条件等を決定するための被検体Ｐの２次元の位置決め画像データを取得する。なお、位置決め画像データはスキャノ画像データやスカウト画像データと呼ばれる場合もある。

【0036】

表示制御機能４４６は、各機能４４１～４４５による処理途中又は処理結果の情報を表示するようにディスプレイ４２を制御する。

【0037】

以下、図１乃至図３を参照して、架台装置１０に設けた燃料電池システム２０の構成の一例を説明する。この燃料電池システム２０は、回転フレーム１３により、回転可能に支持されている。

【0038】

図２及び図３は、燃料電池システム２０を説明するためのブロック図及び模式図である。この燃料電池システム２０は、水素タンク２１、ＦＣスタック２２、分配機構２３、貯水タンク２４、排水タンク２５及びヒートパイプ２６を備えている。なお、ＦＣは、fuel cell（燃料電池）の略語である。

【0039】

ここで、水素タンク２１は、回転フレーム１３に設けられ、水素を貯蔵する。水素の貯蔵方式としては、例えば、気体の水素を高圧で圧縮して貯蔵する高圧水素タンク方式を用いている。但し、これに限らず、液体水素を貯蔵する液体水素タンク方式、又は水素を金属に吸蔵させる水素吸蔵合金方式等、といった他の方式を用いることも可能である。

【0040】

ＦＣスタック２２は、回転フレーム１３に設けられ、水素タンク２１から水素の供給を受け発電を行う。例えば、ＦＣスタック２２は、水素タンク２１に貯蔵された水素を電気エネルギーに変換して直流電圧を昇圧コンバータ（図示せず）に出力し、発電により生じた水を分配機構２３に送出する。ＦＣスタック２２としては、例えば、固体高分子形燃料電池（polymer electrolyte fuel cell：ＰＥＦＣ）などが適宜、使用可能となっている。なお、昇圧コンバータは、ＦＣスタック２２の電圧を昇圧する。すなわち、昇圧コンバータは、ＦＣスタック２２から出力された直流電圧を昇圧してコンバータ（図示せず）に供給する。具体的には、昇圧コンバータは、ＦＣスタック２２から出力された直流電圧が所望の電圧より低い場合に、当該直流電圧を昇圧する。コンバータは、昇圧コンバータから受けた直流電圧を適切な直流電圧に変換してインバータ（図示せず）に出力する。インバータは、コンバータから出力された直流電圧を交流変換し、前述したＸ線高電圧装置１４に供給する。なお、ＦＣスタック２２は、発電部の一例である。

【0041】

分配機構２３は、発電により生じた水を８：１の重量割合で排水タンク２５及び貯水タンク２４に分配する。補足すると、水素と酸素の質量比が１：８のとき、両者の反応により生成される水の質量比が９となる。このため、発電時に、水素タンク２１で重量１の水素が減少すると、ＦＣスタック２２で重量９の水が生じる。分配機構２３が重量９の水を８：１の重量割合で排水タンク２５及び貯水タンク２４に分配するので、水素タンク２１の水素の重量１の減少分だけ貯水タンク２４の水が重量１だけ増加する。このような分配機構２３は、例えば、排水タンク２５に接続された配管の断面積と、貯水タンク２４に接続された配管の断面積との比を８：１にすることにより、実現可能となっている。

【0042】

貯水タンク２４は、回転フレーム１３に設けられ、ＦＣスタック２２での発電により生じた水の一部を貯水する。貯水タンク２４に貯水される水は、水素タンク２１で消費された水素に応じて、分配機構２３から供給される。ここで、貯水タンク２４に貯水される水の重量は、水素タンク２１と貯水タンク２４との重量の合計が一定となる重量である。例えば、水素タンク２１の再充填までの累計で、水素タンク２１から５ｋｇの水素が消費された場合、貯水タンク２４に５ｋｇの水が貯水される。この場合、水素タンク２１の重量が５ｋｇ減少し、貯水タンク２４の重量が５ｋｇ増加したので、水素タンク２１と貯水タンク２４との重量の合計は一定となる。なお、水素タンク２１を再充填した際には、図示しない排水弁を介して貯水タンク２４内の水が廃棄される必要がある。また、貯水タンク２４は、貯水用のタンクであるため、水素タンク２１の再充填までに消費される水素の重量に応じた容積を有している。例えば、貯水タンク２４の容積は、水素タンク２１の再充填までに消費される水素の重量が５ｋｇの場合、余裕分を考慮し、５～６リットルの範囲内としてもよい。

【0043】

また、貯水タンク２４と水素タンク２１とは、例えば、図３に示すように、回転フレーム１３の回転方向ｒｄに沿って略同一位置Ｐｏに配置される。なお、略同一位置Ｐｏは、「互いに隣接した位置」、「互いに近傍の位置」、又は「所定範囲内の位置」と読み替えてもよい。また、貯水タンク２４及び水素タンク２１は、略同一位置Ｐｏに配置されればよいので、必ずしも回転方向ｒｄに沿って配置される必要はない。補足すると、略同一位置Ｐｏは、満タン状態の水素タンク２１及び空状態の貯水タンク２４を囲む領域の重心と、空状態の水素タンク２１及び貯水状態の貯水タンク２４を囲む領域の重心とがそれぞれ安定する位置であればよい。

【0044】

排水タンク２５は、回転フレーム１３に設けられ、ＦＣスタック２２での発電により生じた水の他の一部を排水する。なお、排水タンク２５は、排水用のタンクであるため、発電により生じた水を一時的に保持する分の容積を有している。例えば、排水タンク２５の容積は、貯水タンク２４の容積よりも小さい値であり、１リットル以下でよい。

【0045】

ヒートパイプ２６は、ＦＣスタック２２での発電により生じた熱を排水タンク２５に伝達する。なお、ヒートパイプ２６は、任意の付加的事項であり、省略してもよい。ヒートパイプ２６は、排水タンク２５を加熱するための加熱部の一例である。

【0046】

以上のような構成によれば、Ｘ線ＣＴ装置１の回転フレーム１３において、水素タンク２１は水素をＦＣスタック２２に供給する。ＦＣスタック２２は、供給された水素に応じて発電を行う。このとき、発電に伴って水が発生する。発電時に発生した水は、その全てが排水タンク２５から架台外に排出するのではなく、８：１の重量割合で排水タンク２５と貯水タンク２４に分配する。

【0047】

このとき、貯水タンク２４に溜まる水の重量は発電時に消費した水素の重量と同量である。例えば、発電時に重量１の水素の消費に伴って重量９の水が生じると、重量９の水が８：１の重量割合で排水タンク２５及び貯水タンク２４に分配される。よって、水素タンク２１の水素の重量１の減少分だけ貯水タンク２４の水が重量１だけ増加する。

【0048】

これにより、発電時に、燃料である水素が減少した際の回転フレーム１３の回転バランスを一定に保つことができる。また、回転フレーム１３において、貯水タンク２４と水素タンク２１とが略同一位置Ｐｏに配置されることにより、略同一位置Ｐｏの重量バランスを一定に保つことができる。従って、Ｘ線ＣＴ装置１では、ＦＣスタック２２の発電時に、回転バランスを維持した状態で回転フレーム１３を回転させることができる。また、Ｘ線ＣＴ装置１は、回転フレーム１３の回転が安定した状態で、Ｘ線ＣＴ撮影を行うことができる。

【0049】

上述したように第１の実施形態によれば、Ｘ線ＣＴ装置１は、回転部としての回転フレーム１３と、水素タンク２１と、発電部としてのＦＣスタック２２と、貯水タンク２４と、排水タンク２５と、を備えている。回転フレーム１３は、Ｘ線管１１とＸ線検出器１２とを回転可能に対向支持する。水素タンク２１は、回転フレーム１３に設けられる。ＦＣスタック２２は、回転フレーム１３に設けられ、水素タンク２１から水素の供給を受け発電を行う。貯水タンク２４は、回転フレーム１３に設けられ、発電により生じた水の一部を貯水する。排水タンク２５は、回転フレーム１３に設けられ、発電により生じた水の他の一部を排水する。ここで、貯水タンク２４に貯水される水の重量は、水素タンク２１と貯水タンク２４との重量の合計が一定となる重量である。すなわち、発電時に生じた水の一部を貯水する構成により、水素タンクの重量の減少分と貯水タンクの重量の増加分とが相殺し、両タンクの重量の合計が一定となるため、発電時に水を発生する発電部を保持した回転部の回転バランスを維持することができる。

【0050】

また、第１の実施形態の構成によれば、分配機構２３を更に備えている。分配機構２３は、発電により生じた水を８：１の重量割合で排水タンク２５及び貯水タンク２４に分配してもよい。この場合、上述した作用効果を得るための水の分配を高い精度で行うことができる。

【0051】

＜第２の実施形態＞
第２の実施形態は、第１の実施形態の具体例であり、Ｘ線ＣＴ装置１において、排水タンク２５から架台外に配水する構成の一例を示している。

【0052】

第２の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置１は、図４及び図５に示すように、回転フレーム１３に設けられ且つ排水タンク２５と接続され、少なくとも第１の断面積と第２の断面積との各々の領域を有する配管２７を更に備えている。なお、図４は排水タンク２５及び配管２７等をＺ軸方向から見た模式図であり、図５は排水タンク２５及び配管２７をＸ軸方向から見た模式図である。図５中、ヒートパイプ２６等は、図示を省略している。

【0053】

ここで、配管２７は、排水タンク２５内の水を水蒸気に変換して排出する機構である。具体的には、配管２７は、回転フレーム１３の回転により、当該配管２７の内部の気圧を低下させることで排水タンク２５内の水を気化させて排出する。例えば、配管２７は、回転フレーム１３により、当該配管２７に空気を流入させ、配管途中の断面積を狭くすることで、配管２７内に大気圧より小さい圧力を生成可能としている。また、配管２７は、低圧となった狭い配管部分と排水タンク２５とを接続し、排水タンク２５内の圧力を低下させて、排水タンク２５内の水を低温で蒸発させるようにしている。図４及び図５中、配管２７は、第１領域２７ａ、第２領域２７ｂ及び第３領域２７ｃを備えている。

【0054】

配管２７の第１領域２７ａは、第１の断面積Ａ１を有し、回転フレーム１３の回転により、空気を流入させる。詳しくは、配管２７の第１領域２７ａは、一端の流入口２７ａ１から流入させた空気を他端の絞り口２７ａ２から第２領域２７ｂに送出する。なお、絞り口２７ａ２は、断面積が第２の断面積Ａ２に絞られており、第２領域２７ｂの一端２７ｂ１に溶接等で結合されている。第１領域２７ａは、「流入領域」又は「配管流入部」と呼んでもよい。

【0055】

配管２７の第２領域２７ｂは、第１の断面積Ａ１より狭い第２の断面積Ａ２を有し、当該流入した空気と当該気化した水とを合流させて排出する。詳しくは、配管２７の第２領域２７ｂは、一端２７ｂ１が第１領域２７ａに結合され、他端の排出口２７ｂ２が回転フレーム１３の外部に向けて設けられている。また、配管２７の第２領域２７ｂは、一端２７ｂ１と排出口２７ｂ２との間の任意の位置で第３領域２７ｃの一端２７ｃ１と溶接等で結合している。第２領域２７ｂは、「低圧領域」又は「配管低圧部」と呼んでもよい。

【0056】

配管２７の第３領域２７ｃは、第２領域２７ｂと排水タンク２５とを連通させ、排水タンク２５内で気化した水を第２領域２７ｂに供給する。詳しくは、配管２７の第３領域２７ｃは、一端２７ｃ１が第２領域２７ｂに結合され、他端２７ｃ２が排水タンク２５に結合して設けられている。第３領域２７ｃは、「連通領域」又は「配管連通部」と呼んでもよい。

【0057】

他の構成は、第１の実施形態と同様である。

【0058】

以上のような構成によれば、Ｘ線ＣＴ装置１において、前述同様に、ＦＣスタック２２の発電時に、回転バランスを維持した状態で回転フレーム１３を回転させているとする。

【0059】

このとき、回転フレーム１３の回転により、架台装置１０内の空気が配管２７へと流入する。配管２７内の空気は、第１の断面積Ａ１を有する第１領域２７ａから、狭い第２の断面積Ａ２を有する第２領域２７ｂを通って排出される。すなわち、配管２７の第１領域２７ａ及び第２領域２７ｂにおける断面積は、Ａ１＞Ａ２の関係にある。

【0060】

ここで、配管２７において、第１領域２７ａより細い第２領域２７ｂでは、空気の流れる速度が増加し、その結果、圧力が低下する。例えば、第１領域２７ａ内の空気は、圧力ｐ１を有し、流速ｖ１で第２領域２７ｂに流れる。第２領域２７ｂ内の空気は、狭い第２の断面積Ａ２に応じて増加した流速ｖ２で流れ、圧力ｐ２が低下する。すなわち、配管２７の第１領域２７ａ及び第２領域２７ｂにおける圧力は、ｐ１＞ｐ２の関係にある。また、配管２７の第１領域２７ａ及び第２領域２７ｂにおける流速は、ｖ１＜ｖ２の関係にある。補足すると、配管２７に引き込まれる空気の流量が一定の場合、配管２７の断面積をＡ１からＡ２に狭めることで空気の流速がｖ１からｖ２に増加する（ｖ２＝（Ａ１／Ａ２）・ｖ１）。流速が速くなると、ベンチュリ効果により、狭い断面積の第２領域２７ｂでは圧力ｐ２が大気圧よりも小さくなる。

【0061】

一方、排水タンク２５は、低圧の第２領域２７ｂに連通して圧力が低下する。また、排水タンク２５は、ＦＣスタック２２の発電時に発生した熱がヒートパイプ２６から伝達されて加熱される。これにより、低圧状態で加熱された排水タンク２５内の水が気化して水蒸気となる。補足すると、大気圧より低い状態では水の沸点が下がるため、排水タンク２５では、上昇した水温が１００℃に達することなく、水が水蒸気に変化する。気体となった水蒸気は、排水タンク２５から第３領域２７ｃを介して低圧の第２領域２７ｂに引き込まれ、空気と一緒に排出口２７ｂ２から架台内に排出される。排出された水蒸気と空気は、ファン２８で架台外に排出される。

【0062】

上述したように第２の実施形態によれば、Ｘ線ＣＴ装置１は、回転フレーム１３に設けられ且つ排水タンク２５と接続され、少なくとも第１の断面積と第２の断面積との各々の領域を有する配管２７、を更に備えている。配管２７は、回転フレーム１３の回転により、当該配管２７の内部の気圧を低下させることで排水タンク２５内の水を気化させて排出する。従って、前述した効果に加え、回転フレーム１３の回転に応じて、排水タンク２５内の水を気化させて排出することができる。

【0063】

また、第２の実施形態によれば、配管２７は、第１領域２７ａと、第２領域２７ｂと、第３領域２７ｃとを備えてもよい。第１領域２７ａは、第１の断面積Ａ１を有し、回転フレーム１３の回転により、空気を流入させる。第２領域２７ｂは、第１の断面積Ａ１より狭い第２の断面積Ａ２を有し、当該流入した空気と気化した水とを合流させて排出する。第３領域２７ｃは、第２領域２７ｂと排水タンク２５とを連通させ、排水タンク２５内で気化した水を第２領域２７ｂに供給する。従って、前述した効果に加え、流体の流れの断面積を狭くすることで流速が増加して圧力が低下するベンチュリ効果を利用し、低圧状態の排水タンク２５内の水を気化させて排出することができる。

【0064】

また、第２の実施形態によれば、排水タンクを加熱するための加熱部を更に備えている。加熱部であるヒートパイプ２６は、発電により生じた熱を排水タンク２５に伝達する。従って、ヒートパイプ２６は、低圧状態の排水タンク２５を加熱することにより、排水タンク２５内の水の気化を促進することができる。

【0065】

（各実施形態の変形例）
第１及び第２の実施形態は、以下のように変形してもよい。

【0066】

分配機構２３は、発電により生じた水を８：１の重量割合で分配したが、これに限定されない。例えば、分配機構２３は、水素タンク２１から減少した水素の重量を補うように、発電により生じた水の一部を貯水タンク２４に分配し、発電により生じた水の他の一部を排水タンク２５に分配してもよい。ここで、分配機構２３は、水素タンク２１から減少した水素の重量を、ＦＣスタック２２の発電量から求めてもよく、水素タンク２１の水素残量から求めてもよい。また、分配機構２３は、当該求めた水素の重量（減少分）だけ、発電により生じた水をポンプで貯水タンク２４に分配し、残りの水を排水タンク２５に分配してもよい。なお、この変形例は、分配する方法に関するものであり、分配結果としては、前述した８：１の重量割合で分配した結果と同様になる。従って、この変形例によれば、水素タンク２１から減少した水素の重量を補うように貯水タンクに分配する構成により、前述した効果を得ることができる。

【0067】

また、貯水タンク２４と水素タンク２１とは、回転フレーム１３の回転方向ｒｄに沿って略同一位置Ｐｏに配置されたが、これに限定されない。例えば、貯水タンク２４と水素タンク２１とは、図６に示すように、回転フレーム１３の回転軸方向（Ｚ軸方向）に沿って略同一位置Ｐｏに配置されてもよい。なお、略同一位置Ｐｏは、前述同様に、「互いに隣接した位置」、「互いに近傍の位置」、又は「所定範囲内の位置」と読み替えてもよい。また、貯水タンク２４及び水素タンク２１は、略同一位置Ｐｏに配置されればよいので、必ずしも回転軸方向（Ｚ軸方向）又は回転方向ｒｄに沿って配置される必要はない。この変形例としても、前述同様に、略同一位置Ｐｏの重量バランスを一定に保つことができる。

【0068】

また、貯水タンク２４及び水素タンク２１は、回転フレーム１３の回転軸を挟んで排水タンク２５と対向する位置に配置されたが、これに限定されない。例えば、貯水タンク２４及び水素タンク２１は、図７に示すように、互いに略同一位置Ｐｏを保ったまま、排水タンク２５の近傍に配置されてもよい。なお、「排水タンク２５の近傍に配置」は、「排水タンク２５に隣接して配置」又は「排水タンク２５から所定範囲内に配置」と読み替えてもよい。いずれにしても、この変形例によれば、前述した効果に加え、ＦＣスタック２２を更に排水タンク２５の近傍に配置することにより、ＦＣスタック２２と、貯水タンク２４及び排水タンク２５の各々との間の水配管を短くすることができる。

【0069】

また、ヒートパイプ２６は、ＦＣスタック２２の発電時に発生した熱（損失分）を排水タンク２５への加熱に有効活用したが、これに限定されない。例えば、ヒートパイプ２６は、Ｘ線管１１を冷却するための熱交換器の排熱や、Ｘ線高電圧装置１４の前段のインバータのスイッチングロスにおける排熱を排水タンク２５に伝達する構成としてもよい。このような変形例としても、前述した効果を得ることができる。

【0070】

また、排水タンク２５を加熱するための加熱部がヒートパイプ２６を備えたが、これに限定されない。例えば、加熱部は、ヒートパイプ２６に代えて、熱を発生するヒータ２６ｈを備えてもよい。このような変形例としても、前述した効果を得ることができる。

【0071】

また、配管２７は、軸方向に沿って略直線形状を有する例を図示したが、これに限定されない。例えば、配管２７は、軸方向に沿って、回転フレーム１３の円周方向と略同一の曲線形状を有していてもよい。

【0072】

以上説明した少なくとも一つの実施形態によれば、発電時に水を発生する発電部を保持した回転部の回転バランスを維持することができる。

【0073】

上記説明において用いた「プロセッサ」という文言は、例えば、ＣＰＵ、ＧＰＵ、或いは、特定用途向け集積回路（Application Specific Integrated Circuit：ＡＳＩＣ）、プログラマブル論理デバイス（例えば、単純プログラマブル論理デバイス（Simple Programmable Logic Device：ＳＰＬＤ）、複合プログラマブル論理デバイス（Complex Programmable Logic Device：ＣＰＬＤ）、及びフィールドプログラマブルゲートアレイ（Field Programmable Gate Array：ＦＰＧＡ）等の回路を意味する。プロセッサが例えばＣＰＵである場合、プロセッサはメモリに保存されたプログラムを読み出して実行することで機能を実現する。一方、プロセッサが例えばＡＳＩＣである場合、プログラムがメモリに保存される代わりに、当該機能がプロセッサの回路内に論理回路として直接組み込まれる。なお、本実施形態の各プロセッサは、プロセッサごとに単一の回路として構成される場合に限らず、複数の独立した回路を組み合わせて１つのプロセッサとして構成し、その機能を実現するようにしてもよい。さらに、図１における複数の構成要素を１つのプロセッサへ統合してその機能を実現するようにしてもよい。

【0074】

また、Ｘ線ＣＴ装置には、Ｘ線管とＸ線検出器とが一体として被検体の周囲を回転するRotate/Rotate-Type（第３世代ＣＴ）、リング状にアレイされた多数のＸ線検出素子が固定され、Ｘ線管のみが被検体の周囲を回転するStationary/Rotate-Type（第４世代ＣＴ）等様々なタイプがあり、いずれのタイプでも各実施形態へ適用可能である。また、各実施形態は、一管球型のＸ線ＣＴ装置にも、Ｘ線管と検出器との複数のペアを回転リングに搭載した、いわゆる多管球型のＸ線ＣＴ装置にも適用可能である。また、各実施形態は、スキャンモードに応じて立位、臥位の両方の体位の被検体をスキャン可能なＸ線ＣＴ装置に適用してもよい。

【0075】

なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0076】

１ Ｘ線ＣＴ装置
１０ 架台装置
１１ Ｘ線管
１２ Ｘ線検出器
２０ 燃料電池システム
２１ 水素タンク
２２ ＦＣスタック
２３ 分配機構
２４ 貯水タンク
２５ 排水タンク
２６ ヒートパイプ
２６ｈ ヒータ
２７ 配管
２７ａ 第１領域
２７ｂ 第２領域
２７ｃ 第３領域
２８ ファン
Ａ１ 第１の断面積
Ａ２ 第２の断面積
ｐ１，ｐ２ 圧力
ｖ１，ｖ２ 流速
Ｐｏ 略同一位置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】