説明

X線放射器の外側から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

【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。

【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

【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。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【公開番号】特開2012−243769(P2012−243769A)
【公開日】平成24年12月10日(2012.12.10)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2012−112578(P2012−112578)
【出願日】平成24年5月16日(2012.5.16)
【出願人】(390039413)シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト (2,104)
【氏名又は名称原語表記】Siemens Aktiengesellschaft
【住所又は居所原語表記】Wittelsbacherplatz 2, D−80333 Muenchen, Germany
【Fターム(参考)】