特開 2025-6319 Ｘ線コンピュータ断層診断装置の振動測定装置

(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】P2025006319

(43)【公開日】2025-01-17

(54)【発明の名称】Ｘ線コンピュータ断層診断装置の振動測定装置

(51)【国際特許分類】

   A61B 6/03 20060101AFI20250109BHJP

【ＦＩ】

A61B6/03 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023107031

(22)【出願日】2023-06-29

(71)【出願人】

【識別番号】503382542

【氏名又は名称】キヤノン電子管デバイス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100092565

【弁理士】

【氏名又は名称】樺澤 聡

(74)【代理人】

【識別番号】100112449

【弁理士】

【氏名又は名称】山田 哲也

(72)【発明者】

【氏名】渡邊 初男

(72)【発明者】

【氏名】村越 雄一

【テーマコード（参考）】

4C093

【Ｆターム（参考）】

4C093AA22

4C093CA41

4C093GA06

(57)【要約】

【課題】品質の向上を図れるＸ線コンピュータ断層診断装置の振動測定装置を提供する。
【解決手段】筐体と、筐体内で回転する架台１３と、架台１３に搭載されたＸ線管１５と、を備えるＸ線コンピュータ断層診断装置の振動測定装置３０である。架台１３、Ｘ線管１５の少なくともいずれかに、架台１３が回転する状態で振動を検出する検出器３３を配置する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

筐体と、前記筐体内で回転する架台と、前記架台に搭載されたＸ線管と、を備えるＸ線コンピュータ断層診断装置の振動測定装置であって、
前記架台、前記Ｘ線管の少なくともいずれかに配置され、前記架台が回転する状態で振動を検出する検出器を備える
ことを特徴とするＸ線コンピュータ断層診断装置の振動測定装置。

【請求項2】

前記Ｘ線コンピュータ断層診断装置は、前記架台に搭載され、前記Ｘ線管を冷却する冷却装置を備え、
前記検出器は、前記架台、前記Ｘ線管、前記冷却装置の少なくともいずれかに配置される
ことを特徴とする請求項１に記載のＸ線コンピュータ断層診断装置の振動測定装置。

【請求項3】

前記検出器は、少なくとも前記架台の前記Ｘ線管が配置される位置でかつ前記架台の回転軸方向の前後２箇所に配置される
ことを特徴とする請求項１に記載のＸ線コンピュータ断層診断装置の振動測定装置。

【請求項4】

前記検出器は、前記架台が回転し、前記Ｘ線管および前記冷却装置が動作を停止している状態と、前記架台が回転し、前記Ｘ線管および前記冷却装置が動作する状態と、のそれぞれで振動を検出する
ことを特徴とする請求項１に記載のＸ線コンピュータ断層診断装置の振動測定装置。

【請求項5】

前記架台に搭載され、前記検出器で検出された検出データを無線通信によって外部に送信する通信部を備える
ことを特徴とする請求項１に記載のＸ線コンピュータ断層診断装置の振動測定装置。

【請求項6】

前記架台の回転に同期して前記検出器によって検出される検出データを取得する取得部を備える
ことを特徴とする請求項１ないし５いずれか一に記載のＸ線コンピュータ断層診断装置の振動測定装置。

【請求項7】

前記取得部で取得された検出データの時系列の推移をグラフィック化して表示する表示処理部を備える
ことを特徴とする請求項６に記載のＸ線コンピュータ断層診断装置の振動測定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、Ｘ線コンピュータ断層診断装置の振動測定装置に関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、構造体は固有の共振周波数を有しており、この共振周波数域では共振現象を発生させ、大きな振動、騒音が出現し、場合によっては構造体の自体が破損することもある。

【0003】

コンピュータ断層診断装置（以下、Ｘ線ＣＴ（Computed Tomography）装置と称する）では、質量のあるＸ線管と冷却装置をガントリと呼ばれる架台に搭載し、筐体内で架台を回転運動させながら、Ｘ線を曝射し、被検体の断面撮影を行っている。

【0004】

Ｘ線管には陽極の回転機構部があり、冷却装置には冷却液循環用の循環ポンプがあり、また架台自体も回転運動するため、Ｘ線ＣＴ装置では振動が発生する。

【0005】

従来、Ｘ線ＣＴ装置は、要求されるＸ線管の出力が小さかったため、Ｘ線管は小形で、剛性が小さく済んで、質量も少なかった。そのため、Ｘ線管の動作による振動値の変化がＸ線ＣＴ装置全体に及ぼす影響は小さかった。近年、Ｘ線ＣＴ装置の高性能化に伴い、Ｘ線管の高出力化が要求されており、この要求に応じて、Ｘ線管は大形化し、剛性が大きくなって質量も増大している。さらに、架台の回転速度も速くなり、Ｘ線管の動作による振動値の変化が大きくなってきている。

【0006】

振動源の振動周波数は、振動源を構成している材料の変形、剛性変化がなければ、振動数は、通常、変化することはない。

【0007】

しかしながら、Ｘ線管はＸ線を発生させる際に供給される電気エネルギーの９９％が熱に変換され、この熱により、Ｘ線管の陽極部の材料の変形、剛性の変化により、共振周波数が変化してしまう。

【0008】

この共振周波数の変化により、振動源が発生させる振動数が変化し、変化した際に他の構造体の共振周波数と干渉してしまった場合、共振現象が発生し、異音の発生、Ｘ線管のフィラメントの揺れによる管電流の変動、経時的には破損などが発生してしまう。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開２０２０－１３７１５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

本発明が解決しようとする課題は、品質の向上を図れるＸ線コンピュータ断層診断装置の振動測定装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本実施形態は、筐体と、筐体内で回転する架台と、架台に搭載されたＸ線管と、を備えるＸ線コンピュータ断層診断装置の振動測定装置である。架台、Ｘ線管の少なくともいずれかに配置され、架台が回転する状態で振動を検出する検出器を備える。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】一実施形態を示すＸ線コンピュータ断層診断装置の斜視図である。

【図2】同上Ｘ線コンピュータ断層診断装置の回転部の正面図である。

【図3】同上Ｘ線コンピュータ断層診断装置の回転部の断面図である。

【図4】同上Ｘ線コンピュータ断層診断装置の振動測定装置のブロック図である。

【図5】同上振動測定装置の測定結果をグラフィック化して表示する例を示し、（ａ）はＸ線管を曝射させていない第１状態で、架台の回転に同期した検出データの時系列の推移をグラフィック化して表示する説明図、（ｂ）はＸ線管を曝射させた第２状態で、架台の回転に同期した検出データの時系列の推移をグラフィック化して表示する説明図である。

【図6】同上振動測定装置の測定結果の波形図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、一実施形態を、図面を参照して説明する。

【0014】

図１にコンピュータ断層診断装置（以下、Ｘ線ＣＴ（Computed Tomography）装置と称する）１０の斜視図を示す。

【0015】

Ｘ線ＣＴ装置１０は、Ｘ線ＣＴ装置１０の外郭を成す筐体１１を備えている。筐体１１の中央には、被検体を導入する導入口１２が設けられている。また、図示しないが、Ｘ線ＣＴ装置１０は、被検体を載せて導入口１２に導入する寝台も備えている。

【0016】

また、図２にＸ線ＣＴ装置１０の回転部の正面図を示し、図３にＸ線ＣＴ装置１０の回転部の断面図を示す。

【0017】

筐体１１内には、回転部であるガントリと呼ばれる架台（回転架台）１３が、回転軸１４を中心に回転可能に配置されている。回転軸１４は、筐体１１の導入口１２の中心軸と一致する。架台１３は、リング状に設けられ、図示しないが、駆動部としてモータを有する回転駆動機構により回転軸１４を中心として回転する。架台１３は、例えば０．５秒に１回転するように高速回転する。

【0018】

架台１３には、この架台１３の外周部のフレームの内壁に、Ｘ線管１５、Ｘ線検出器１６および冷却装置１７などが搭載されている。架台１３とともにＸ線管１５、Ｘ線検出器１６および冷却装置１７などが一体に回転する。

【0019】

Ｘ線管１５は、架台１３の外周部のフレームの内壁で、架台１３の軸方向における中央域に取り付けられている。Ｘ線管１５は、回転陽極型Ｘ線管であり、電子を放出する陰極と、陰極から放出された電子が衝突することでＸ線を発生する陽極ターゲットと、陽極ターゲットを支持して回転する回転体と、回転体の内側に設けられた冷却液通路と、これらを収容する真空容器２０と、真空容器２０に設けられ、陽極ターゲットで発生したＸ線を外部に放射するＸ線透過窓２１と、真空容器２０の外部から回転体を回転させる磁界を発生するコイルと、などを備えている。陰極と陽極ターゲットとの間に高電圧を印可する高電圧発生電源を、架台１３に搭載してもよい。

【0020】

Ｘ線管１５は、回転体の回転軸の軸方向が架台１３の回転軸１４の軸方向に一致するように配置されるとともに、Ｘ線透過窓２１が架台１３の回転軸１４に対向するように配置される。架台１３の前面側から見て（図１のＸ線ＣＴ装置１０の前面側から見て）、前側（手前側）に、Ｘ線管１５の陰極、陽極ターゲットなどが配置され、後側（奥側）にＸ線管１５の回転体やコイルなどが配置される。

【0021】

Ｘ線検出器１６は、架台１３の回転軸１４を介して、Ｘ線管１５のＸ線透過窓２１と対向する架台１３の位置に配置されている。Ｘ線検出器１６は、Ｘ線管１５から放射されて被検体を透過したＸ線を検出し、検出したＸ線を電気信号に変換して出力する。Ｘ線検出器１６を動作させる電源部や、Ｘ線検出器１６から出力する電気信号を増幅し、ＡＤ変換するデータ収集装置を、架台１３に搭載していてもよい。

【0022】

冷却装置１７は、架台１３の外周部のフレームの内壁で、Ｘ線管１５の側部に配置されている。冷却装置１７は、Ｘ線管１５の冷却液通路に接続管２４によって接続され、Ｘ線管１５との間で冷却液を循環させる循環経路を形成している。冷却装置１７は、循環経路を循環される冷却液の熱を放熱させて冷却液を冷却する熱交換器と、循環経路内の冷却液を循環させる循環ポンプと、を備えている。熱交換器のファンや循環ポンプを駆動する電源部を、架台に搭載していてもよい。

【0023】

図示しないが、架台１３側と、架台１３を回転可能に支持する筐体１１側との間にスリップリングが介在され、このスリップリングを介して、架台１３に搭載された機器に外部から電力および制御信号を供給したり、架台１３側の機器からの信号を外部に取り出せるように構成されている。

【0024】

また、図４にＸ線ＣＴ装置１０の振動測定装置３０のブロック図を示す。

【0025】

振動測定装置３０は、架台１３に配置される内部装置部３１と、Ｘ線ＣＴ装置１０の外部に配置される外部装置部３２と、を備えている。

【0026】

内部装置部３１は、複数の検出器３３、データロガー３４、通信部（内部通信部）３５を備えている。内部装置部３１は、スリップリングを介して架台１３側に供給される電力を使用して動作してもよいし、また、架台１３に配置するバッテリの電力で動作してもよい。

【0027】

検出器３３には、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の軸方向の振動を検出可能な３次元加速度センサが用いられる。この検出器３３は、Ｘ軸が架台１３の回転方向、Ｙ軸が架台１３の軸方向、Ｚ軸が架台１３の中心方向にそれぞれ向くように、各位置に配置される。図２および図３に示すように、検出器３３は、架台１３のＸ線管１５が配置される位置でかつ架台１３の回転軸１４の軸方向の前後２箇所の位置と、Ｘ線管１５のＸ線透過窓２１の付近の位置と、Ｘ線検出器１６の位置と、冷却装置１７の表面の位置と、の各測定ポイントに配置される。検出器３３は、これら全ての測定ポイントに配置されることが好ましいが、少なくともいずれか１箇所に配置されていればよく、その場合にはＸ線管１５の位置またはＸ線管１５が配置される架台１３の位置に配置されていることが好ましい。

【0028】

データロガー３４は、架台１３の回転に同期して、各検出器３３で検出される検出データを時系列に記憶する。

【0029】

通信部３５は、データロガー３４に記憶された各検出器３３の検出データを無線通信によって外部装置部３２に送信する。なお、Ｘ線ＣＴ装置１０が備える通信部を利用可能な場合には、通信部３５は用いず、Ｘ線ＣＴ装置１０の通信部を利用してもよい。

【0030】

外部装置部３２は、通信部（外部通信部）３６、取得部３７、表示処理部３８を備えている。外部装置部３２は、コンピュータで構成され、プログラムに従って演算処理する制御部、プログラムやデータを記憶する記憶部、液晶表示器などのモニタを備える。取得部３７および表示処理部３８は制御部の機能として有する。

【0031】

通信部３６は、無線通信によって通信部３５と相互に通信可能とする。

【0032】

取得部３７は、通信部３６を通じて、データロガー３４に記憶された検出データであって、架台１３の回転に同期して検出器３３によって検出された時系列の検出データを取得する。

【0033】

表示処理部３８は、取得部３７で取得された検出データの時系列の推移をグラフィック化（映像化）して表示する。表示には、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各軸方向の振動値の変化を３次元グラフィックで表示すること（図５参照）、振動値の変化を時系列に２次元グラフィックで表示すること（図６参照）が含まれる。

【0034】

そして、振動測定装置３０によって振動の測定を実施する場合には、架台１３を回転させ、Ｘ線管１５、Ｘ線検出器１６および冷却装置１７の動作を停止している第１状態（Ｘ線管１５を曝射させていない第１状態）と、架台１３を回転させ、Ｘ線管１５、Ｘ線検出器１６および冷却装置１７を動作させた第２状態（Ｘ線管１５を曝射させた第２状態）と、のそれぞれについて、リアルタイムで振動の測定を実施する。

【0035】

各検出器３３がＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各軸方向の振動を検出し、データロガー３４が架台１３の回転に同期して各検出器３３で検出される検出データを時系列に記憶し、通信部３５がデータロガー３４に記憶された検出データを外部装置部３２に送信する。

【0036】

外部装置部３２では、通信部３６を通じて、データロガー３４に記憶された検出データであって、架台１３の回転に同期して検出器３３によって検出された時系列の検出データを取得し、取得された検出データの時系列の推移をグラフィック化してモニタに表示する。

【0037】

図５に振動測定装置３０の測定結果をグラフィック化して表示する例であって、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各軸方向の振動値の変化を３次元グラフィックで表示する例を示す。図５（ａ）にはＸ線管１５を曝射させていない第１状態で、架台１３の回転に同期した検出データの時系列の推移をグラフィック化して表示し、図５（ｂ）にはＸ線管１５を曝射させた第２状態で、架台１３の回転に同期した検出データの時系列の推移をグラフィック化して表示する。図５（ａ）および図５（ｂ）には、架台１３のＸ線管１５が配置される位置でかつ架台１３の回転軸１４の軸方向の前側（手前側）と後側（奥側）の２箇所の位置に配置された２つの検出器３３の検出データに基づいて、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各軸方向の振動値の変化を架台１３の回転に同期した時系列の推移を３次元プロットした３次元グラフィックで表示する。Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各軸方向には、加速度［Ｇ］を示す。

【0038】

図５からは、図５（ａ）に示すＸ線管１５を曝射させていない第１状態に比べて、図５（ｂ）に示すＸ線管１５を曝射させた第２状態では、振動値が増加するように変化することがわかる。さらに、前側の振動値の変化が、後側の振動値の変化よりも大きいことがわかる。

【0039】

また、図６に振動測定装置３０の測定結果の波形図である。図６には、架台１３のＸ線管１５が配置される位置でかつ架台１３の回転軸１４の軸方向の前側（手前側）と後側（奥側）の２箇所の位置に配置された２つの検出器３３の検出データと、Ｘ線管１５を曝射させたタイミングとを示す。

【0040】

図６からは、Ｘ線管１５を曝射させたタイミングで、前側および後側とも振動値が増加するように変化することがわかり、さらに、前側の方が後側よりも振動値の変化が大きいことがわかる。

【0041】

なお、Ｘ線管１５のＸ線透過窓２１の付近の位置、Ｘ線検出器１６の位置、冷却装置１７の位置などの他の測定ポイントに配置された各検出器３３の検出データについても、図５および図６のようにグラフィック化して表示することで、同様に振動値を確認できる。

【0042】

なお、図５および図６において、振動値が所定の閾値を超えた場合、その旨を警告表示してもよい。

【0043】

振動測定装置３０によって振動を測定することにより、Ｘ線管１５を曝射させていない第１状態とＸ線管１５を曝射させた第２状態での各測定ポイントでの共振周波数、共振周波数の経時変化、Ｘ線ＣＴ装置１０とＸ線管１５や冷却装置１７などのマッチング性など、を確認することができる。

【0044】

例えば、Ｘ線管１５はＸ線を発生させる際に供給される電気エネルギーの９９％が熱に変換され、この熱により、Ｘ線管１５の陽極ターゲットおよび回転体などの材料の変形、剛性の変化により共振周波数が変化した際に、他の構造体の共振周波数と干渉してしまった場合、共振現象が発生し、異音の発生、Ｘ線管１５の陰極のフィラメントの揺れによる管電流の変動、経時的には破損などが発生してしまうことになるが、振動測定装置３０によって共振現象の発生を確認することができる。

【0045】

そのため、Ｘ線ＣＴ装置１０や、Ｘ線管１５および冷却装置１７などの設計にフィードバックが可能となり、Ｘ線ＣＴ装置１０の品質の向上が図れるとともに、Ｘ線ＣＴ装置１０の品質の評価期間を短縮することができる。

【0046】

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。これら新規な実施形態は、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ともに、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】

【0047】

１０ コンピュータ断層診断装置
１１ 筐体
１３ 架台
１４ 回転軸
１５ Ｘ線管
１７ 冷却装置
３０ 振動測定装置
３３ 検出器
３５ 通信部
３７ 取得部
３８ 表示処理部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】