X線コンピュータ断層撮影装置及びその制御方法
【課題】回生抵抗に蓄積された回生エネルギーを有効利用することができるX線CT装置及びその制御方法を提供すること。
【解決手段】被検体に向けてX線を曝射するX線発生手段と、前記X線発生手段から曝射され前記被検体を透過したX線を検出する検出手段と、前記X線発生手段と前記検出手段とを支持する支持手段と、前記支持手段を回転駆動する駆動手段と、前記駆動手段を制御し、前記支持手段の回転速度が減速されたときに生成される回生エネルギーを蓄積し、その蓄積された回生エネルギーを前記駆動手段に供給して前記支持手段の回転駆動に用いる制御手段とを備えた。
【解決手段】被検体に向けてX線を曝射するX線発生手段と、前記X線発生手段から曝射され前記被検体を透過したX線を検出する検出手段と、前記X線発生手段と前記検出手段とを支持する支持手段と、前記支持手段を回転駆動する駆動手段と、前記駆動手段を制御し、前記支持手段の回転速度が減速されたときに生成される回生エネルギーを蓄積し、その蓄積された回生エネルギーを前記駆動手段に供給して前記支持手段の回転駆動に用いる制御手段とを備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、X線コンピュータ断層撮影装置及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年における医療用診断装置の進歩は目覚ましいものがある。特に、X線を利用して被検体の断層撮影を行うX線コンピュータ断層撮影装置(X線CT装置)の分野においては、その使用方法を多岐にわたらせたり、撮影時間の短縮化を図ったりと、様々な方面での努力が日々費やされている。
【0003】
このような技術革新が進行するなか、装置内部で副次的に発生してしまう熱を如何にして外部に放出するか、という課題が常に考慮されてきた。しかし、装置の性能や機能を向上させようとすればするほど放出すべき熱量は増加の一途を辿ってしまうのが実状であるため、この課題が重くのしかかってくる。
【0004】
X線CT装置内部で発生する熱として代表的なものに回生抵抗に起因するものがある。回生抵抗は、回転しながら被検体の断層撮影を行う回転体を駆動するためのモータ(ダイレクトドライブモータやローテーションサーボモータ等)の回転を減速する時に発生する逆起電力のエネルギーを熱エネルギーに変換するために設けられる抵抗部材である。従って、モータの加減速を頻繁に行う場合、例えば、多人数を連続して撮影する場合や、サービスエンジニアがメンテナンス等を行う場合などには、回生抵抗はかなりの温度(70度程度)に到達してしまうこともある。このような状況に対応するための構成としては、単に回生抵抗の個数を増やしたものの外にも、例えば次のようなものが公知となっている。
【0005】
一部のX線CT装置の架台は、正面から見ると方形の外観を形成している。このようなX線CT装置では、架台上部に回生抵抗を設けて熱が装置外部に放出され易いよう配置しつつ、回生抵抗を架台内の板金に接触させ、その板金から熱を逃すような構成が採用されていることが多い。
【0006】
一方、最近では、装置の機械的イメージを払拭するため、架台上部を円形状に形成して柔らかなイメージを持たせることで被検者が受ける不快感を軽減させようとの配慮がなされたX線CT装置が普及してきている。このようなX線CT装置では、上部に回生抵抗を配置するだけの十分なスペースを確保することが困難であるため、装置側部に回生抵抗が設けられていることが多い。
【0007】
上記のようなX線CT装置においては、回生抵抗が生成した熱を外部に案内するためのファン等を付加的構成としているものも公知となっている。例えば、下記の特許文献1には、撮影口上部に吸込み口を、装置上部に冷却用ファンをそれぞれ設けて、装置内部に空気流を発生させることで熱放出を行うX線CT装置が開示されている。
【0008】
また、下記の特許文献2には、支持部材に複数の羽根部材を配し、この羽根部材を架台回転部とともに回転させて送風を行うことにより装置内部の放熱を行うよう構成されたX線CT装置(X線コンピュータ断層撮影装置)が記載されている。これも、特許文献1に記載された構成と同様に、装置内の通風を良好に保つことにより熱を放出しようとするものである。
【0009】
更に、下記の特許文献3には、ガントリ装置(X線CT装置)の内部に設けられた回生抵抗装置と、この回生抵抗装置が発生する熱を、被検体を載置する搬送装置の天板に伝える送風ファンとを備えたX線CTスキャンシステムが開示されている。このX線CTスキャンシステムによれば、天板を暖めることにより被検体に対する暖房作用を奏することができる。これもやはり、空気流を利用して回生抵抗を冷却する方法を採っている。
【0010】
ここで、一例として、回生抵抗によって放熱を行う構成を有する従来のX線CT装置について、図面を参照して以下に説明する。図11は、従来のX線CT装置の構成の概略を示す正面透視図である。また、図12は、従来のX線CT装置の構成を示すブロック図である。図11に示すように、X線CT装置1は、被検体にスキャンしながらX線を照射し、その透過X線を検出するための装置である。このX線CT装置1は、天板に載置された被検体を撮影位置(下記の撮影口)に搬送するための寝台や、X線CT装置1の検出データを解析してX線断層像を再構成し表示するコンピュータなど(いずれも図示せず)とともにX線断層像撮影システムを構成し使用されている。
【0011】
X線CT装置1の筐体2の中央付近に設けられた開口は、上記の天板に載置された被検体を挿入するための撮影口3を形成している。筐体2には、X線を被検体に様々な方向から照射し、被検体を透過したX線を検出するための各種の機器が格納されており、ダイレクトドライブモータ等のモータ4、回転体5、サーボアンプ6等がこれに含まれる。また、サーボアンプ6には回生抵抗7が接続されている。
【0012】
回転体5は、撮影口3を囲むように配置された枠体で、モータ4により回転駆動される。回転体5(支持ユニット)には、X線を出力するX線管8(X線発生ユニット)と、このX線管8から出力されたX線を検出する検出器9(検出ユニット)とが対向配置で支持されている。また、回転体5には、X線管8や検出器9に電源を供給する電源装置10や、検出器9の検出結果の処理を行う信号処理装置11などが取り付けられている。
【0013】
サーボアンプ6は、制御部(制御ユニット)から送信される信号に基づいてモータ4に供給する電源の電圧や周波数を調整し、モータ4の駆動や停止、回転速度等を制御する。なお、モータ4とサーボアンプ6とは、本発明で言う駆動ユニットを構成している。
【0014】
回生抵抗7は、モータ4の減速時に生成されサーボアンプ6に逆流してくる電気エネルギー(回生エネルギー)を熱エネルギーに変換して消費するための部材である。なお、サーボアンプ6内にも回生抵抗が設けられているが、この内蔵された回生抵抗では処理しきれない回生エネルギーを消費するために利用されるのが回生抵抗7である。ここで、本実施形態における回生抵抗7は、従来と同様、例えば、X線CT装置1の筐体2の側面上部に配置され、放熱部材などと熱的に接続されて外部に放熱する構造となっている。
【0015】
このように配設された各部材は、図12に示すような構成がなされている。図12に示すように、電源装置10はIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor;ゲート隔離型バイポーラトランジスタ)よりなるサーボアンプ6を介してモータ4に接続されている。電源10とIGBTとの間の電送路は回生抵抗7が介入されており、モータ4が減速したときに発生する回生エネルギーを、放熱部材に接続された回生抵抗7に送るために制御部100によって制御されるスイッチSW1が回生抵抗7側に設けられていた。
【0016】
このような構成のX線CT装置では、まず、X線CT装置1を含むX線断層像撮影システムによる撮影処理は、端的には次のようなプロセスで実行される。X線CT装置1は、サーボアンプ6からモータ4に電源を供給して回転体5を回転させるとともにX線管8からX線を照射し、撮影口2に挿入された被検体を透過したX線を検出器9によって検出する。このとき、X線管8及び検出器9は、電源装置10から電源の供給を受けて動作している。検出器9により検出された透過X線は、信号処理装置11により処理されて画像データ化されたのち上述したコンピュータに送信される。そして、このコンピュータによって、画像データを画像に再構成し被検体の断層像を表示する。
【0017】
以上のような撮影処理が繰り返し行われると、図13に示すように、モータ4の減速時(制御部100が自ら検出;S11)における逆起電力に基づくエネルギー、つまり回生エネルギーが大量に発生する。この回生エネルギーは、制御部100によってスイッチSW1がONとされること(S12)によって、回生抵抗7に送られて、その回生抵抗7に熱的に接続された放熱部材によって放熱されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0018】
【特許文献1】特開平9−276262号公報
【特許文献2】特開平9−56710号公報
【特許文献3】特開2002−336236号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0019】
ところで、冒頭に述べたように、現在でもX線CT装置は日進月歩で進化を続けており、特に、撮影時間の短縮を図ることにより被検者にかかる負担を軽減しようとの試みが進行している。撮影時間の短縮を達成するためには、スキャン時間の短縮が必要であり、したがって、回転体をより高速で回転させること、つまり高速回転下におけるモータの制御が要求される。ただし、それを実現するためにはモータの急激な加減速を行わなければならないため、従来と比較して大量の回生エネルギーの発生が伴い、発生した大量の回生エネルギーを効率よく熱エネルギーに変換する技術が要求される。すなわち、特許文献1〜3に記載されたいわば空冷式の放熱機能は、回転体の回転の高速化によって増大する熱エネルギーの放出に対応するには、構成の簡素化や製造コスト等に照らせば限度があることは否めず、結果として、装置内部の温度上昇による各種精密機器の動作不良が引き起こされることが憂慮される。
【0020】
本発明は、以上のような事情を鑑みてなされたものであって、その目的は、回生抵抗に蓄積された回生エネルギーを有効利用することができるX線CT装置及びその制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0021】
本発明は、上記目的を達成するため、次のような手段を講じている。
【0022】
本発明の第1の視点は、X線を曝射するX線発生ユニット及びX線を検出する検出ユニットが設けられ、所定の軸を中心として回転する回転体と、前記回転体を回転駆動させる駆動ユニットと、前記駆動ユニットに電力を供給する電源と、前記回転体の減速時において発生する回生エネルギーを蓄積する回生エネルギー処理ユニットと、を具備することを特徴とするX線コンピュータ断層撮影装置である。
【0023】
本発明の第2の視点は、駆動ユニット、回生エネルギー処理ユニット、制御ユニットを具備するX線コンピュータ断層撮影装置の制御方法であって、前記制御ユニットが、X線を曝射するX線発生ユニット及びX線を検出する検出ユニットが設けられ所定の軸を中心として回転する回転体が回転駆動するように前記駆動ユニットを制御し、前記回転体の減速時において発生する回生エネルギーを蓄積するように、回生エネルギー処理ユニットを制御すること、を具備することを特徴とするX線コンピュータ断層撮影装置の制御方法である。
【発明の効果】
【0024】
以上本発明によれば、回生抵抗に蓄積された回生エネルギーを有効利用することができるX線CT装置及びその制御方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【0025】
【図1】図1は、本発明に係るX線CT装置の一実施の形態のX線CT装置の構成の概略を示す正面透視図。
【図2】図2は、本発明に係るX線CT装置の一実施の形態のX線CT装置の構成を示すブロック図。
【図3】図3は、本発明に係るX線CT装置の一実施の形態のX線CT装置の動作を示すフローチャート。
【図4】図4は、本実施形態に係るX線CT装置1の構成を示したブロック図である。
【図5】図5は、本X線CT装置1のスキャン時におけるモータ4の回転速度の時間的変化を示したグラフである。
【図6】図6は、本X線CT装置1の回生エネルギー再利用処理における動作の流れを示したフローチャートである。
【図7】図7は、第3の実施形態に係る回生エネルギー再利用機能を実現するための構成を示した図である。
【図8】図8は、第3の実施形態に係る回生エネルギー再利用処理における動作の流れを示したフローチャートである。
【図9】図9は、第4の実施形態に係る回生エネルギー再利用機能を実現するための構成を示した図である。
【図10】図10は、第4の実施形態に係る回生エネルギー再利用処理における動作の流れを示したフローチャートである。
【図11】図11は、従来のX線CT装置の構成の概略を示す正面透視図。
【図12】図12は、従来のX線CT装置の構成を示すブロック図。
【図13】図13は、従来のX線CT装置の動作を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【0026】
以下、本発明の第1乃至第4の実施形態を図面に従って説明する。なお、以下の説明において、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。
【0027】
以下、本発明に係るX線CT装置の一実施の形態について、図面を参照して詳しく説明する。
【0028】
(第1の実施形態)
(構成)
図1は、病院等の撮影室の床面Fに設置されたX線CT装置1の構成の概略を示す正面透視図である。また、図2は、本発明に係るX線CT装置の構成を示すブロック図である。図1に示すように、X線CT装置1は、被検体にスキャンしながらX線を照射し、その透過X線を検出するための装置である。このX線CT装置1は、天板に載置された被検体を撮影位置(下記の撮影口)に搬送するための寝台や、X線CT装置1の検出データを解析してX線断層像を再構成し表示するコンピュータなど(いずれも不図示)とともにX線断層像撮影システムを構成し使用されている。
【0029】
X線CT装置1の筐体2の中央付近に設けられた開口は、上記の天板に載置された被検体を挿入するための撮影口3を形成している。筐体2には、X線を被検体に様々な方向から照射し、被検体を透過したX線を検出するための各種の機器が格納されており、ダイレクトドライブモータ等のモータ4、回転体5、サーボアンプ6等がこれに含まれる。また、サーボアンプ6には回生抵抗7が接続されている。
【0030】
回転体5は、撮影口3を囲むように配置された枠体で、モータ4により回転駆動される。回転体5(支持ユニット)には、X線を出力するX線管8(X線発生ユニット)と、このX線管8から出力されたX線を検出する検出器9(検出ユニット)とが対向配置で支持されている。また、回転体5には、X線管8や検出器9に電源を供給する電源装置10や、検出器9の検出結果の処理を行う信号処理装置11などが取り付けられている。
【0031】
サーボアンプ6は、図2に示す制御部100(制御ユニット)から送信される信号に基づいてモータ4に供給する電源の電圧や周波数を調整し、モータ4の駆動や停止、回転速度等を制御する。なお、モータ4とサーボアンプ6とは、本発明で言う駆動ユニットを構成している。
【0032】
回生抵抗7は、モータ4の減速時に生成されサーボアンプ6に逆流してくる電気エネルギー(回生エネルギー)を熱エネルギーに変換して消費するための部材である。なお、サーボアンプ6内にも回生抵抗が設けられているが、この内蔵された回生抵抗では処理しきれない回生エネルギーを消費するために利用されるのが回生抵抗7である。ここで、本実施形態における回生抵抗7は、従来と同様、例えば、X線CT装置1の筐体2の側面上部に配置されている。
【0033】
このように配設された各部材は、図2に示すような構成がなされている。図2に示すように、電源装置10はIGBTよりなるサーボアンプ6を介してモータ4に接続されている。電源10とIGBTとの間の電送路は回生抵抗7及び充電コンデンサ101が介入されており、モータ4が減速したときに発生する回生エネルギーを回生抵抗7を経て充電コンデンサ101に蓄積するために制御部100によって制御されるスイッチSW1が回生抵抗7側に設けられると共に、充電コンデンサ101に蓄積された回生エネルギーをIGBTを経てモータ4に供給するために制御部100によって制御されるスイッチSW2が設けられている。
【0034】
また、IGBTとモータ4とを結ぶ電送路には、その電送路の電流値を検出、具体的には瞬停を検知するための電流検出部102が設けられ、当該電送路において瞬停を検知した場合には、その瞬停の時間(例えば数ms)よりも十分速い応答を制御部100に対して発する。すなわち、スイッチSW2は、電流検出部102が瞬停を検知したことを受けた制御部100によってONされるスイッチであり、電流検出部102が瞬停を検知してからスイッチSW2がONされるのに要する時間は、瞬停の時間よりも十分に短いものとする。
【0035】
(動作)
以下、上記のような構成をなすX線CT装置1の動作について図3を参照して説明する。
【0036】
まず、X線CT装置1を含むX線断層像撮影システムによる撮影処理は、端的には次のようなプロセスで実行される。X線CT装置1は、サーボアンプ6からモータ4に電源を供給して回転体5を回転させるとともにX線管8からX線を照射し、撮影口2に挿入された被検体を透過したX線を検出器9によって検出する。このとき、X線管8及び検出器9は、電源装置10から電源の供給を受けて動作している。検出器9により検出された透過X線は、信号処理装置11により処理されて画像データ化されたのち上述したコンピュータに送信される。そして、このコンピュータによって、画像データを画像に再構成し被検体の断層像を表示する。
【0037】
以上のような撮影処理が繰り返し行われると、モータ4の減速時(制御部100が自ら指示;S1)における逆起電力に基づくエネルギー、つまり回生エネギーが大量に発生する。この回生エネルギーは、制御部100によってスイッチSW1が回生抵抗7側にONとされることによって、回生抵抗7に送られて充電コンデンサ101に蓄積される(S2)。
【0038】
その後、スイッチSW1がモータ4側にON(回生抵抗7側にOFF)となっている状態で、モータ4が加速し(S3)、電流検出部102によって瞬時停電が発生したか否かが監視され、電流検出部102により瞬時停電が検知される(S4−Yes)と、制御部100は、スイッチSW2をONにして、充電コンデンサ101に蓄積された回生エネルギーをモータ4に供給させる。
【0039】
なお、電流検出部102により瞬時停電が検知されない状態(S4−No)では、制御部100は、スイッチSW2をOFFにしておく。
【0040】
このように、回生抵抗7を介して充電コンデンサ101に蓄積された回生エネルギーを、再び電源系に供給することで放熱構造に多大な負担をかけることなく消費電力を低減させることができる。特に、瞬時停電が生じたときに、蓄積した回生エネルギーを電源系に供給することで、モータ4の安定した駆動が実現できる。
【0041】
また、回生抵抗を介して充電コンデンサに蓄積された回生エネルギーの一部又は全部を電源系だけでなく、放熱のための冷却ファンの動力として供給してもよい。このようにすることで、回生エネルギーを有効に再利用し、放熱効率を向上させることができる。なお、この例については、第3の実施形態において説明する。
【0042】
また、回転体の重量が大きい場合や、その回転速度が速い場合に回転減速時のエネルギーが大きくなる。このため、重量の大きい検出器素子列を複数列備えた2次元検出器を備え、その2次元検出器とX線管の回転速度が0.5秒/回転より高速に回転するX線CT装置に対して本発明を適用することにより、放熱の低減ができ有用である。
【0043】
また、本X線CT装置では、回生エネルギーを回収するためのコンデンサを設けている。このため、従来に比して回生抵抗を小さくすることができ、装置の低温下、軽量化、小型化を実現することができる。
【0044】
さらに、本発明では、このような構成をX線CT装置に内蔵するのではなく、X線CT装置とは別体の回生エネルギー再利用システムとして構成してもよい。
【0045】
(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。
【0046】
図4は、本実施形態に係るX線CT装置1の構成を示したブロック図である。同図に示すように、本X線CT装置1は、架台2(筐体2)、情報処理部30から構成される。
【0047】
架台2は、被検体Pに関する投影データを収集するために構成されたものであり、スリップリング21、モータ4、X線管球23、X線検出器25、回転フレーム26、データ収集部27、非接触データ電送装置28、回生エネルギー処理部29を具備している。情報処理部30は、架台2におけるデータ収集動作の制御、及び架台2において収集されたデータに所定の処理を施すことで、X線CT画像及びこれを用いた各種臨床情報を生成するものであり、高電圧発生装置301、前処理部302、記憶装置303、再構成部304、画像処理部305、ホストコントローラ306、表示部307、入力部308、送受信部309を具備している。
【0048】
モータ4は、回転フレーム26を回転駆動する。この回転駆動により、X線管球23とX線検出器25とが対向しながら、被検体Pの体軸を中心に螺旋状に回転することになる。
【0049】
X線管球23は、X線を発生する真空管であり、回転フレーム26に設けられている。当該X線管球23には、X線の曝射に必要な電力(管電流、管電圧)が高電圧発生装置301からスリップリング21を介して供給される。X線管球23は、供給された高電圧により電子を加速させターゲットに衝突させることで、有効視野領域FOV内に載置された被検体に対してX線を曝射する。
【0050】
検出器25は、被検体を透過したX線を検出する検出器システムであり、X線管球23に対向する向きで回転フレーム26に取り付けられている。当該検出器25は、シングルスライスタイプ又はマルチスライスタイプの検出器であり、シンチレータとフォトダイオードとの組み合わせで構成される複数の検出素子が、それぞれのタイプに応じて一次元的又は二次元的に配列されている。
【0051】
回転フレーム26は、Z軸を中心として回転駆動されるリングであり、X線管球23とX線検出器25とを搭載している。この回転フレーム26の中央部分は開口されており、この開口部(すなわち、撮影口3)に、寝台(図示せず)上に載置された被検体Pが挿入される。
【0052】
データ収集装置27は、一般的にDAS(data acquisition system) と呼ばれ、検出器25からチャンネルごとに出力される信号を電圧信号に変換し、増幅し、さらにディジタル信号に変換する。このデータ(生データ)は、非接触データ伝送装置28を介して情報処理装置30に取り込まれる。
【0053】
回生エネルギー処理部29は、後述する回生エネルギー再利用機能に関する処理(回生エネルギー処理)を実行する。具体的には、回生エネルギー処理部29は、回生エネルギーの蓄積、熱エネルギーへの変換を行う。また、回生エネルギー処理部29は、モータ4、冷却ファン(図示せず)、架台2のチルト機構、被検体Pを搭載する寝台の移動機構、架台2に内蔵された制御基板等のそれぞれに対応する電源に対して、蓄積した回生エネルギーを所定のタイミングで供給する。なお、第1の実施形態においては、図2に示した構成がこの回生エネルギー処理部29に対応する。また、本実施形態に係る回生エネルギー処理部29は、図2に示した構成を具備するものとする。
【0054】
高電圧発生装置301は、スリップリング21を介して、X線の曝射に必要な電力をX線管球23に供給する装置であり、高電圧変圧器、フィラメント加熱変換器、整流器、高電圧切替器等から成る。
【0055】
前処理部302は、非接触データ伝送装置28を介してデータ収集装置27から生データを受け取り、感度補正やX線強度補正を実行する。各種補正を受けた360度分の生データは、記憶装置303に一旦記憶される。なお、当該前処理部302によって前処理が施された生データは、「投影データ」と呼ばれる。
【0056】
記憶部303は、生データ、投影データ、スキャノグラムデータ、断層像データ等の画像データや、検査計画のためのプログラム等を記憶する。
【0057】
再構成部304は、複数種類の再構成法を装備し、操作者から選択された再構成法により画像データを再構成する。
【0058】
画像処理部305は、再構成部304により生成された再構成画像データに対して、ウィンドウ変換、RGB処理等の表示のための画像処理を行い、表示部307に出力する。また、画像処理部305は、オペレータの指示に基づき、任意断面の断層像、任意方向からの投影像、3次元表面画像等のいわゆる疑似3次元画像の生成を行い、表示部307に出力する。
【0059】
ホストコントローラ306は、スキャン処理、信号処理、画像生成処理、画像表示処理等において、本X線CT装置1の統括的な制御を行う。例えば、ホストコントローラ306は、スキャン処理においては、予め入力されたスライス厚等のスキャン条件をメモリ部21に格納し、患者ID等によって自動的に選択されたスキャン条件(あるいは、マニュアルモードにおいて、入力部308から直接設定されたスキャン条件)に基づいて、高電圧発生装置301、寝台駆動部12、及び寝台天板aの体軸方向への送り量、送り速度、X線管球23及びX線検出器25の回転速度、回転ピッチ、及びX線の曝射タイミング等を制御し、被検体の所望の撮影領域に対して多方向からX線コーンビーム又はX線ファンビームを曝射させ、X線CT画像のデータ収集(スキャン)処理を行う。
【0060】
また、ホストコントローラ306は、後述する回生エネルギー再利用機能に関する制御を実行する。例えば、ホストコントローラ306は、動作時において、モータ4の回転速度、回転開始位置、回転終了予定位置を制御部100に所定のタイミングで送り出す。なお、ホストコントローラ306は、第1の実施形態における上位制御部(例えば図2参照)に対応する。
【0061】
表示部307は、画像処理部305から入力したコンピュータ断層画像、スキャノグラム像等のCT画像を表示する出力装置である。ここで、CT値とは、物質のX線吸収係数を、基準物質(例えば、水)からの相対値として表したものである。また、表示部307は、図示していない計画補助システムによって実現されるスキャン計画画面等を表示する。
【0062】
入力部308は、キーボードや各種スイッチ、マウス等を備え、オペレータを介してスライス厚やスライス数等の各種スキャン条件を入力可能な装置である。
【0063】
送受信部309は、ネットワークNを介して、他の装置と画像データ、患者情報等を送受信する。
【0064】
(回生エネルギー再利用機能)
次に、本実施形態に係る回生エネルギー再利用機能について説明する。この機能は、回生エネルギーをコンデンサに蓄積すると共に、回生抵抗によっても回生エネルギーを熱エネルギーに変換する構成を有するものである。
【0065】
図5は、本X線CT装置1のスキャン時におけるモータ4の回転速度(すなわち、X線管球23、検出器25、回転フレーム26等からなる回転体5の回転速度)の時間的変化を示したグラフである。同図において、回生エネルギーは、モータ4の減速する期間T1、期間T5において発生する。制御部100は、ホストコントローラ306からの情報に基づいてモータ4の速度変化を監視し、減速開始タイミングを検出(例えば、IGBTとモータ4との間の電送路における瞬停を検出)した場合には、コンデンサ101とモータ4とが電気的に接続されるように、スイッチSW2を制御する。これにより、コンデンサ101には、モータ4の減速時において発生する回生エネルギーが蓄積される。
【0066】
また、制御部100は、上記コンデンサ101による回生エネルギーの蓄積開始後所定のタイミングで、回生抵抗7とモータ4とが電気的に接続されるように、スイッチSW1を制御する。回生抵抗7は、モータ4の減速によって発生した回生エネルギーを熱エネルギーに変換し放熱させる。この回生抵抗7による回生エネルギーの放熱は、例えばモータ4の減速開始から次の加速開始までの間の所定の期間において実行される。
【0067】
なお、回生抵抗7とモータ4とを電気的に接続させるためのSW1の制御は、モータ4の減速開始をトリガとした所定の遅延時間後に実行するようにしてもよい。また、コンデンサ101が蓄積する電力量を基準とした所定のタイミング(例えば、コンデンサ101がその容量一杯に電力を蓄積したタイミング)で実行するようにしてもよい。これらのタイミングは、設定により任意に制御することができる。
【0068】
また、この様なコンデンサ101による回生エネルギー回収と合わせた回生抵抗7による放熱は、モータ4の減速時において常に行う必要はなく、コンデンサ101によって回生エネルギーを十分に回収できない場合にのみ行うようにすればよい。従って、例えば、モータ4の回転速度が所定の閾値VTを超えた状態から減速する場合、或いは回転加速度の絶対値αTが所定の閾値を超える場合に等にのみ、回生抵抗7による放熱を行うようにしてもよい。なお、閾値VT及び絶対値αTは、任意の値に
制御することができる。
【0069】
(動作)
次に、本実施形態に係るX線CT装置1の回生エネルギー再利用処理における動作について説明する。
【0070】
図6は、本X線CT装置1の回生エネルギー再利用処理における動作の流れを示したフローチャートである。同図に示すように、まず、制御部100は、ホストコントローラ306から取得するモータ4の回転速度Vを監視し、閾値VTを超えるか否かを判定する(ステップS21)。回転速度Vが閾値VTを超えないと判定した場合には、制御部100は、回生エネルギーがコンデンサ101に蓄積されるように、モータ4の減速時においてスイッチSW2を制御する(ステップS22)。コンデンサ101に蓄積された回生エネルギーは、例えば第1の実施形態において述べたようにモータ4の加速時における電力として、又は第3、第4の実施形態において述べるような種々の装置の電力として供給され、利用される(ステップS24)。
【0071】
一方、回転速度Vが閾値VTを超えると判定した場合には、制御部100は、モータ4の減速によって発生する回生エネルギーの一部がコンデンサ101に蓄積されるようにスイッチSW2を制御すると共に、残りの回生エネルギーが回生抵抗7において放熱されるようにスイッチSW1を制御する(ステップ22、ステップS23)。コンデンサ101に蓄積された回生エネルギーは、種々の装置の電力として供給され、利用される(ステップS25a)。
【0072】
次に、引き続きスキャンを実行するか否かがホストコントローラ306において判定される。引き続きスキャンを実行する場合には、ステップS21〜ステップS25bまでの処理が再度実行される。一方、スキャンを実行しない場合には、一連の回生エネルギー再利用処理を終了する(ステップS26)。
【0073】
以上述べた構成によれば、次の効果を得ることができる。
【0074】
本実施形態に係るX線CT装置によれば、必要に応じて、コンデンサによる回生エネルギーの回収に加えて、回生抵抗により回生エネルギーを熱エネルギーに変換することができる。従って、コンデンサのみでは十分に回生エネルギーを回収できない場合であっても、減速時に発生する回生エネルギーを適切に装置外に放出させることができる。
【0075】
(第3の実施形態)
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。
【0076】
図7は、第3の実施形態に係る回生エネルギー再利用機能を実現するための構成を示した図である。同図において、回生エネルギー処理部29及び冷却ファン200はX線CT装置1の架台2内に設けられる。
【0077】
回生エネルギー処理部29は、スイッチSW5を具備している。このスイッチSW5は、コンデンサ101の電気的接続を、冷却ファン200とモータ4との間で切り替えるものである。
【0078】
制御部100は、モータ4の減速時に発生する回生エネルギーをコンデンサ101に蓄積しまた回生抵抗7で放熱させるために、所定のタイミングでSW1及びスイッチSW5を制御する。また、制御部100は、コンデンサ101に蓄積された回生エネルギーをファン電源に供給するため、所定のタイミングでSW5を制御する。
【0079】
(回生エネルギー再利用機能)
本実施形態に係る回生エネルギー再利用機能は、例えば第1の実施形態又は第2の実施形態に係る手法にて回収された回生エネルギーを、所定のタイミングで装置内を冷却するための装置(本実施形態では、ファン200)の駆動電力として利用するものである。なお、以下においては、説明を具体的にするため、第2の実施形態で述べた手法により、モータ4の減速時において発生する回生エネルギーの回収、熱への変換を行うものとする。
【0080】
コンデンサ101から冷却ファン200の電源への回生エネルギーの供給タイミングは、コンデンサ101へ回生エネルギーを蓄積している期間以外であればいつでもよい。従って、制御部100は、例えば図5に示すモータ4の加速期間T3においてコンデンサ101から冷却ファン200の電源への回生エネルギーが供給されるように、スイッチSW5を切り替える。冷却ファン200は、コンデンサ101から回生エネルギーが供給されている間は当該エネルギーを駆動電源とし、回生エネルギーの供給が終了した場合には通常の電源によって駆動する。
【0081】
(動作)
次に、本実施形態に係るX線CT装置1の回生エネルギー再利用処理における動作について説明する。
【0082】
図8は、第3の実施形態に係る回生エネルギー再利用処理における動作の流れを示したフローチャートである。同図に示すように、まず、第2の実施形態と同様の手順で、コンデンサによる回生エネルギー回収等が実行される(ステップS21〜ステップS24)。
【0083】
次に、制御部100は、モータ4の次の減速開始までの所定の期間において、コンデンサ101に蓄積された回生エネルギーが冷却ファン200の電源に供給されるように、スイッチSW5を冷却ファン200側に切り替える(ステップS25b)。これにより、冷却ファン200は、コンデンサ101から回生エネルギーが供給されている間においては、当該回生エネルギーを電力として駆動する。
【0084】
次に、引き続きスキャンを実行するか否かがホストコントローラ306において判定される。引き続きスキャンを実行する場合には、ステップS21〜ステップS25bまでの処理が再度実行される。一方、スキャンを実行しない場合には、一連の回生エネルギー再利用処理を終了する(ステップS26)。
【0085】
以上述べた構成によれば、次の効果を得ることができる。
【0086】
本実施形態に係るX線CT装置によれば、コンデンサによって回収した回生エネルギーを、装置を冷却するための冷却ファンの駆動電力として利用している。従って、従来では放熱させていた回生エネルギーを再利用することができると共に、回生抵抗において放熱させるべき回生エネルギーの量を低減させることができる。その結果、回生エネルギーに起因する装置内部の温度上昇を低減させることができると共に、装置の仕様電力を低減させることができる。
【0087】
また、本X線CT装置では、回生エネルギーによる冷却ファン駆動と回生抵抗による放熱との二系統によって、モータの減速時に発生する回生エネルギーを処理している。従って、回生抵抗において放熱させる回生エネルギーを削減させることができるため、回生抵抗を従来に比して小さくすることができる。その結果、装置の低温化、小型化、軽量化を実現することができる。
【0088】
(第4の実施形態)
次に、本発明の第4の実施形態について説明する。
【0089】
図9は、本実施形態に係る回生エネルギー再利用機能を実現するための構成を示した図である。
【0090】
回生エネルギー処理部29は、例えば第1又は第2の実施形態において示した構成を有する。この回生エネルギー処理部29と電源10との間には、回生エネルギー処理部29において回収された回生エネルギーを、架台2内に存在する制御板203又は他の駆動部201(例えば、寝台天板を上下、左右移動させるための駆動部、架台2をチルトさせるための駆動部等)に供給するための電気配線が設けられている。
【0091】
(回生エネルギー再利用機能)
本実施形態に係る回生エネルギー再利用機能は、例えば第1の実施形態又は第2の実施形態に係る手法にて回収された回生エネルギーを、架台2内の制御基板、寝台天板の移動、架台2のチルト等に用いるものである。なお、以下においては、説明を具体的にするため、第2の実施形態で述べた手法により、モータ4の減速時において発生する回生エネルギーの回収、熱への変換を行うものとする。
【0092】
制御部100は、コンデンサ101に回生エネルギーが蓄積されると、当該回生エネルギーが所定のタイミングで他の駆動部201、又は制御板203に電力として供給されるように、スイッチSW1等を制御する。すなわち、制御部100は、例えば図5に示す期間T2において寝台天板の移動が指示された場合には、コンデンサ101から寝台移動機構の電源へ回生エネルギーが供給されるように、スイッチSW1を開と共に、スイッチSW2を電源10側に切り替える。他の駆動部201は、コンデンサ101から回生エネルギーが供給されている間は当該エネルギーを駆動電源とし、回生エネルギーの供給が終了した場合には通常の電源によって駆動する。
【0093】
(動作)
次に、本実施形態に係るX線CT装置1の回生エネルギー再利用処理における動作について説明する。
【0094】
図10は、第4の実施形態に係る回生エネルギー再利用処理における動作の流れを示したフローチャートである。同図に示すように、まず、第2、第3の実施形態と同様の手順で、コンデンサによる回生エネルギー回収等が実行される(ステップS21〜ステップS24)。
【0095】
次に、制御部100は、所定の期間(例えば、期間T2)においてコンデンサ101に蓄積された回生エネルギーが他の駆動部201又は制御板203の電源に供給されるように、スイッチSW1、スイッチSW5を制御する(ステップS25c)。これにより、コンデンサ101から回生エネルギーが供給されている間においては、制御板に設けられた各デバイス、或いは寝台、架台等は、当該回生エネルギーを電力として駆動する。
【0096】
次に、引き続きスキャンを実行するか否かがホストコントローラ306において判定される。引き続きスキャンを実行する場合には、ステップS21〜ステップS25bまでの処理が再度実行される。一方、スキャンを実行しない場合には、一連の回生エネルギー再利用処理を終了する(ステップS26)。
【0097】
以上述べた構成によれば、次の効果を得ることができる。
【0098】
本実施形態に係るX線CT装置によれば、コンデンサによって回収した回生エネルギーを、装置が具備する他の駆動系(例えば、寝台移動、架台チルト等)や制御板の電力として利用している。従って、従来では放熱させていた回生エネルギーを再利用することができると共に、回生抵抗において放熱させるべき回生エネルギーの量を低減させることができる。その結果、回生エネルギーに起因する装置内部の温度上昇を低減させることができると共に、装置の仕様電力を低減させることができる。
【0099】
また、本X線CT装置では、回生エネルギーによる寝台移動等と回生抵抗による放熱との二系統によって、モータの減速時に発生する回生エネルギーを処理している。従って、回生抵抗において放熱させる回生エネルギーを削減させることができるため、回生抵抗を従来に比して小さくすることができる。その結果、装置の低温化、小型化、軽量化を実現することができる。
【0100】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。具体例としては、次のようなものがある。
【0101】
(1)本発明の各実施形態は、回生エネルギー回収のためのコンデンサの容量には拘泥されない。好ましい一例としては、モータ4を回転状態から停止状態にするためのエネルギーを数倍量蓄積できる容量を採用することができる。
【0102】
(2)第3及び第4の実施形態を組み合わせることにより、例えばコンデンサにより回収した回生エネルギーを必要に応じて冷却ファン、他の駆動系、制御板の各電源に振り分けるようにしてもよい。
【0103】
また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【産業上の利用可能性】
【0104】
以上本発明によれば、回生抵抗に蓄積された回生エネルギーを有効利用することができるX線CT装置及びその制御方法を実現することができる。
【符号の説明】
【0105】
1…X線CT装置、2…筐体、3…撮影口、4…モータ、5…回転体、6…サーボアンプ、7…回生抵抗、8…X線管、9…検出器、10…電源、11…信号処理装置、100…制御部、101…充電コンデンサ、102…電流検出部
【技術分野】
【0001】
本発明は、X線コンピュータ断層撮影装置及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年における医療用診断装置の進歩は目覚ましいものがある。特に、X線を利用して被検体の断層撮影を行うX線コンピュータ断層撮影装置(X線CT装置)の分野においては、その使用方法を多岐にわたらせたり、撮影時間の短縮化を図ったりと、様々な方面での努力が日々費やされている。
【0003】
このような技術革新が進行するなか、装置内部で副次的に発生してしまう熱を如何にして外部に放出するか、という課題が常に考慮されてきた。しかし、装置の性能や機能を向上させようとすればするほど放出すべき熱量は増加の一途を辿ってしまうのが実状であるため、この課題が重くのしかかってくる。
【0004】
X線CT装置内部で発生する熱として代表的なものに回生抵抗に起因するものがある。回生抵抗は、回転しながら被検体の断層撮影を行う回転体を駆動するためのモータ(ダイレクトドライブモータやローテーションサーボモータ等)の回転を減速する時に発生する逆起電力のエネルギーを熱エネルギーに変換するために設けられる抵抗部材である。従って、モータの加減速を頻繁に行う場合、例えば、多人数を連続して撮影する場合や、サービスエンジニアがメンテナンス等を行う場合などには、回生抵抗はかなりの温度(70度程度)に到達してしまうこともある。このような状況に対応するための構成としては、単に回生抵抗の個数を増やしたものの外にも、例えば次のようなものが公知となっている。
【0005】
一部のX線CT装置の架台は、正面から見ると方形の外観を形成している。このようなX線CT装置では、架台上部に回生抵抗を設けて熱が装置外部に放出され易いよう配置しつつ、回生抵抗を架台内の板金に接触させ、その板金から熱を逃すような構成が採用されていることが多い。
【0006】
一方、最近では、装置の機械的イメージを払拭するため、架台上部を円形状に形成して柔らかなイメージを持たせることで被検者が受ける不快感を軽減させようとの配慮がなされたX線CT装置が普及してきている。このようなX線CT装置では、上部に回生抵抗を配置するだけの十分なスペースを確保することが困難であるため、装置側部に回生抵抗が設けられていることが多い。
【0007】
上記のようなX線CT装置においては、回生抵抗が生成した熱を外部に案内するためのファン等を付加的構成としているものも公知となっている。例えば、下記の特許文献1には、撮影口上部に吸込み口を、装置上部に冷却用ファンをそれぞれ設けて、装置内部に空気流を発生させることで熱放出を行うX線CT装置が開示されている。
【0008】
また、下記の特許文献2には、支持部材に複数の羽根部材を配し、この羽根部材を架台回転部とともに回転させて送風を行うことにより装置内部の放熱を行うよう構成されたX線CT装置(X線コンピュータ断層撮影装置)が記載されている。これも、特許文献1に記載された構成と同様に、装置内の通風を良好に保つことにより熱を放出しようとするものである。
【0009】
更に、下記の特許文献3には、ガントリ装置(X線CT装置)の内部に設けられた回生抵抗装置と、この回生抵抗装置が発生する熱を、被検体を載置する搬送装置の天板に伝える送風ファンとを備えたX線CTスキャンシステムが開示されている。このX線CTスキャンシステムによれば、天板を暖めることにより被検体に対する暖房作用を奏することができる。これもやはり、空気流を利用して回生抵抗を冷却する方法を採っている。
【0010】
ここで、一例として、回生抵抗によって放熱を行う構成を有する従来のX線CT装置について、図面を参照して以下に説明する。図11は、従来のX線CT装置の構成の概略を示す正面透視図である。また、図12は、従来のX線CT装置の構成を示すブロック図である。図11に示すように、X線CT装置1は、被検体にスキャンしながらX線を照射し、その透過X線を検出するための装置である。このX線CT装置1は、天板に載置された被検体を撮影位置(下記の撮影口)に搬送するための寝台や、X線CT装置1の検出データを解析してX線断層像を再構成し表示するコンピュータなど(いずれも図示せず)とともにX線断層像撮影システムを構成し使用されている。
【0011】
X線CT装置1の筐体2の中央付近に設けられた開口は、上記の天板に載置された被検体を挿入するための撮影口3を形成している。筐体2には、X線を被検体に様々な方向から照射し、被検体を透過したX線を検出するための各種の機器が格納されており、ダイレクトドライブモータ等のモータ4、回転体5、サーボアンプ6等がこれに含まれる。また、サーボアンプ6には回生抵抗7が接続されている。
【0012】
回転体5は、撮影口3を囲むように配置された枠体で、モータ4により回転駆動される。回転体5(支持ユニット)には、X線を出力するX線管8(X線発生ユニット)と、このX線管8から出力されたX線を検出する検出器9(検出ユニット)とが対向配置で支持されている。また、回転体5には、X線管8や検出器9に電源を供給する電源装置10や、検出器9の検出結果の処理を行う信号処理装置11などが取り付けられている。
【0013】
サーボアンプ6は、制御部(制御ユニット)から送信される信号に基づいてモータ4に供給する電源の電圧や周波数を調整し、モータ4の駆動や停止、回転速度等を制御する。なお、モータ4とサーボアンプ6とは、本発明で言う駆動ユニットを構成している。
【0014】
回生抵抗7は、モータ4の減速時に生成されサーボアンプ6に逆流してくる電気エネルギー(回生エネルギー)を熱エネルギーに変換して消費するための部材である。なお、サーボアンプ6内にも回生抵抗が設けられているが、この内蔵された回生抵抗では処理しきれない回生エネルギーを消費するために利用されるのが回生抵抗7である。ここで、本実施形態における回生抵抗7は、従来と同様、例えば、X線CT装置1の筐体2の側面上部に配置され、放熱部材などと熱的に接続されて外部に放熱する構造となっている。
【0015】
このように配設された各部材は、図12に示すような構成がなされている。図12に示すように、電源装置10はIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor;ゲート隔離型バイポーラトランジスタ)よりなるサーボアンプ6を介してモータ4に接続されている。電源10とIGBTとの間の電送路は回生抵抗7が介入されており、モータ4が減速したときに発生する回生エネルギーを、放熱部材に接続された回生抵抗7に送るために制御部100によって制御されるスイッチSW1が回生抵抗7側に設けられていた。
【0016】
このような構成のX線CT装置では、まず、X線CT装置1を含むX線断層像撮影システムによる撮影処理は、端的には次のようなプロセスで実行される。X線CT装置1は、サーボアンプ6からモータ4に電源を供給して回転体5を回転させるとともにX線管8からX線を照射し、撮影口2に挿入された被検体を透過したX線を検出器9によって検出する。このとき、X線管8及び検出器9は、電源装置10から電源の供給を受けて動作している。検出器9により検出された透過X線は、信号処理装置11により処理されて画像データ化されたのち上述したコンピュータに送信される。そして、このコンピュータによって、画像データを画像に再構成し被検体の断層像を表示する。
【0017】
以上のような撮影処理が繰り返し行われると、図13に示すように、モータ4の減速時(制御部100が自ら検出;S11)における逆起電力に基づくエネルギー、つまり回生エネルギーが大量に発生する。この回生エネルギーは、制御部100によってスイッチSW1がONとされること(S12)によって、回生抵抗7に送られて、その回生抵抗7に熱的に接続された放熱部材によって放熱されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0018】
【特許文献1】特開平9−276262号公報
【特許文献2】特開平9−56710号公報
【特許文献3】特開2002−336236号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0019】
ところで、冒頭に述べたように、現在でもX線CT装置は日進月歩で進化を続けており、特に、撮影時間の短縮を図ることにより被検者にかかる負担を軽減しようとの試みが進行している。撮影時間の短縮を達成するためには、スキャン時間の短縮が必要であり、したがって、回転体をより高速で回転させること、つまり高速回転下におけるモータの制御が要求される。ただし、それを実現するためにはモータの急激な加減速を行わなければならないため、従来と比較して大量の回生エネルギーの発生が伴い、発生した大量の回生エネルギーを効率よく熱エネルギーに変換する技術が要求される。すなわち、特許文献1〜3に記載されたいわば空冷式の放熱機能は、回転体の回転の高速化によって増大する熱エネルギーの放出に対応するには、構成の簡素化や製造コスト等に照らせば限度があることは否めず、結果として、装置内部の温度上昇による各種精密機器の動作不良が引き起こされることが憂慮される。
【0020】
本発明は、以上のような事情を鑑みてなされたものであって、その目的は、回生抵抗に蓄積された回生エネルギーを有効利用することができるX線CT装置及びその制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0021】
本発明は、上記目的を達成するため、次のような手段を講じている。
【0022】
本発明の第1の視点は、X線を曝射するX線発生ユニット及びX線を検出する検出ユニットが設けられ、所定の軸を中心として回転する回転体と、前記回転体を回転駆動させる駆動ユニットと、前記駆動ユニットに電力を供給する電源と、前記回転体の減速時において発生する回生エネルギーを蓄積する回生エネルギー処理ユニットと、を具備することを特徴とするX線コンピュータ断層撮影装置である。
【0023】
本発明の第2の視点は、駆動ユニット、回生エネルギー処理ユニット、制御ユニットを具備するX線コンピュータ断層撮影装置の制御方法であって、前記制御ユニットが、X線を曝射するX線発生ユニット及びX線を検出する検出ユニットが設けられ所定の軸を中心として回転する回転体が回転駆動するように前記駆動ユニットを制御し、前記回転体の減速時において発生する回生エネルギーを蓄積するように、回生エネルギー処理ユニットを制御すること、を具備することを特徴とするX線コンピュータ断層撮影装置の制御方法である。
【発明の効果】
【0024】
以上本発明によれば、回生抵抗に蓄積された回生エネルギーを有効利用することができるX線CT装置及びその制御方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【0025】
【図1】図1は、本発明に係るX線CT装置の一実施の形態のX線CT装置の構成の概略を示す正面透視図。
【図2】図2は、本発明に係るX線CT装置の一実施の形態のX線CT装置の構成を示すブロック図。
【図3】図3は、本発明に係るX線CT装置の一実施の形態のX線CT装置の動作を示すフローチャート。
【図4】図4は、本実施形態に係るX線CT装置1の構成を示したブロック図である。
【図5】図5は、本X線CT装置1のスキャン時におけるモータ4の回転速度の時間的変化を示したグラフである。
【図6】図6は、本X線CT装置1の回生エネルギー再利用処理における動作の流れを示したフローチャートである。
【図7】図7は、第3の実施形態に係る回生エネルギー再利用機能を実現するための構成を示した図である。
【図8】図8は、第3の実施形態に係る回生エネルギー再利用処理における動作の流れを示したフローチャートである。
【図9】図9は、第4の実施形態に係る回生エネルギー再利用機能を実現するための構成を示した図である。
【図10】図10は、第4の実施形態に係る回生エネルギー再利用処理における動作の流れを示したフローチャートである。
【図11】図11は、従来のX線CT装置の構成の概略を示す正面透視図。
【図12】図12は、従来のX線CT装置の構成を示すブロック図。
【図13】図13は、従来のX線CT装置の動作を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【0026】
以下、本発明の第1乃至第4の実施形態を図面に従って説明する。なお、以下の説明において、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。
【0027】
以下、本発明に係るX線CT装置の一実施の形態について、図面を参照して詳しく説明する。
【0028】
(第1の実施形態)
(構成)
図1は、病院等の撮影室の床面Fに設置されたX線CT装置1の構成の概略を示す正面透視図である。また、図2は、本発明に係るX線CT装置の構成を示すブロック図である。図1に示すように、X線CT装置1は、被検体にスキャンしながらX線を照射し、その透過X線を検出するための装置である。このX線CT装置1は、天板に載置された被検体を撮影位置(下記の撮影口)に搬送するための寝台や、X線CT装置1の検出データを解析してX線断層像を再構成し表示するコンピュータなど(いずれも不図示)とともにX線断層像撮影システムを構成し使用されている。
【0029】
X線CT装置1の筐体2の中央付近に設けられた開口は、上記の天板に載置された被検体を挿入するための撮影口3を形成している。筐体2には、X線を被検体に様々な方向から照射し、被検体を透過したX線を検出するための各種の機器が格納されており、ダイレクトドライブモータ等のモータ4、回転体5、サーボアンプ6等がこれに含まれる。また、サーボアンプ6には回生抵抗7が接続されている。
【0030】
回転体5は、撮影口3を囲むように配置された枠体で、モータ4により回転駆動される。回転体5(支持ユニット)には、X線を出力するX線管8(X線発生ユニット)と、このX線管8から出力されたX線を検出する検出器9(検出ユニット)とが対向配置で支持されている。また、回転体5には、X線管8や検出器9に電源を供給する電源装置10や、検出器9の検出結果の処理を行う信号処理装置11などが取り付けられている。
【0031】
サーボアンプ6は、図2に示す制御部100(制御ユニット)から送信される信号に基づいてモータ4に供給する電源の電圧や周波数を調整し、モータ4の駆動や停止、回転速度等を制御する。なお、モータ4とサーボアンプ6とは、本発明で言う駆動ユニットを構成している。
【0032】
回生抵抗7は、モータ4の減速時に生成されサーボアンプ6に逆流してくる電気エネルギー(回生エネルギー)を熱エネルギーに変換して消費するための部材である。なお、サーボアンプ6内にも回生抵抗が設けられているが、この内蔵された回生抵抗では処理しきれない回生エネルギーを消費するために利用されるのが回生抵抗7である。ここで、本実施形態における回生抵抗7は、従来と同様、例えば、X線CT装置1の筐体2の側面上部に配置されている。
【0033】
このように配設された各部材は、図2に示すような構成がなされている。図2に示すように、電源装置10はIGBTよりなるサーボアンプ6を介してモータ4に接続されている。電源10とIGBTとの間の電送路は回生抵抗7及び充電コンデンサ101が介入されており、モータ4が減速したときに発生する回生エネルギーを回生抵抗7を経て充電コンデンサ101に蓄積するために制御部100によって制御されるスイッチSW1が回生抵抗7側に設けられると共に、充電コンデンサ101に蓄積された回生エネルギーをIGBTを経てモータ4に供給するために制御部100によって制御されるスイッチSW2が設けられている。
【0034】
また、IGBTとモータ4とを結ぶ電送路には、その電送路の電流値を検出、具体的には瞬停を検知するための電流検出部102が設けられ、当該電送路において瞬停を検知した場合には、その瞬停の時間(例えば数ms)よりも十分速い応答を制御部100に対して発する。すなわち、スイッチSW2は、電流検出部102が瞬停を検知したことを受けた制御部100によってONされるスイッチであり、電流検出部102が瞬停を検知してからスイッチSW2がONされるのに要する時間は、瞬停の時間よりも十分に短いものとする。
【0035】
(動作)
以下、上記のような構成をなすX線CT装置1の動作について図3を参照して説明する。
【0036】
まず、X線CT装置1を含むX線断層像撮影システムによる撮影処理は、端的には次のようなプロセスで実行される。X線CT装置1は、サーボアンプ6からモータ4に電源を供給して回転体5を回転させるとともにX線管8からX線を照射し、撮影口2に挿入された被検体を透過したX線を検出器9によって検出する。このとき、X線管8及び検出器9は、電源装置10から電源の供給を受けて動作している。検出器9により検出された透過X線は、信号処理装置11により処理されて画像データ化されたのち上述したコンピュータに送信される。そして、このコンピュータによって、画像データを画像に再構成し被検体の断層像を表示する。
【0037】
以上のような撮影処理が繰り返し行われると、モータ4の減速時(制御部100が自ら指示;S1)における逆起電力に基づくエネルギー、つまり回生エネギーが大量に発生する。この回生エネルギーは、制御部100によってスイッチSW1が回生抵抗7側にONとされることによって、回生抵抗7に送られて充電コンデンサ101に蓄積される(S2)。
【0038】
その後、スイッチSW1がモータ4側にON(回生抵抗7側にOFF)となっている状態で、モータ4が加速し(S3)、電流検出部102によって瞬時停電が発生したか否かが監視され、電流検出部102により瞬時停電が検知される(S4−Yes)と、制御部100は、スイッチSW2をONにして、充電コンデンサ101に蓄積された回生エネルギーをモータ4に供給させる。
【0039】
なお、電流検出部102により瞬時停電が検知されない状態(S4−No)では、制御部100は、スイッチSW2をOFFにしておく。
【0040】
このように、回生抵抗7を介して充電コンデンサ101に蓄積された回生エネルギーを、再び電源系に供給することで放熱構造に多大な負担をかけることなく消費電力を低減させることができる。特に、瞬時停電が生じたときに、蓄積した回生エネルギーを電源系に供給することで、モータ4の安定した駆動が実現できる。
【0041】
また、回生抵抗を介して充電コンデンサに蓄積された回生エネルギーの一部又は全部を電源系だけでなく、放熱のための冷却ファンの動力として供給してもよい。このようにすることで、回生エネルギーを有効に再利用し、放熱効率を向上させることができる。なお、この例については、第3の実施形態において説明する。
【0042】
また、回転体の重量が大きい場合や、その回転速度が速い場合に回転減速時のエネルギーが大きくなる。このため、重量の大きい検出器素子列を複数列備えた2次元検出器を備え、その2次元検出器とX線管の回転速度が0.5秒/回転より高速に回転するX線CT装置に対して本発明を適用することにより、放熱の低減ができ有用である。
【0043】
また、本X線CT装置では、回生エネルギーを回収するためのコンデンサを設けている。このため、従来に比して回生抵抗を小さくすることができ、装置の低温下、軽量化、小型化を実現することができる。
【0044】
さらに、本発明では、このような構成をX線CT装置に内蔵するのではなく、X線CT装置とは別体の回生エネルギー再利用システムとして構成してもよい。
【0045】
(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。
【0046】
図4は、本実施形態に係るX線CT装置1の構成を示したブロック図である。同図に示すように、本X線CT装置1は、架台2(筐体2)、情報処理部30から構成される。
【0047】
架台2は、被検体Pに関する投影データを収集するために構成されたものであり、スリップリング21、モータ4、X線管球23、X線検出器25、回転フレーム26、データ収集部27、非接触データ電送装置28、回生エネルギー処理部29を具備している。情報処理部30は、架台2におけるデータ収集動作の制御、及び架台2において収集されたデータに所定の処理を施すことで、X線CT画像及びこれを用いた各種臨床情報を生成するものであり、高電圧発生装置301、前処理部302、記憶装置303、再構成部304、画像処理部305、ホストコントローラ306、表示部307、入力部308、送受信部309を具備している。
【0048】
モータ4は、回転フレーム26を回転駆動する。この回転駆動により、X線管球23とX線検出器25とが対向しながら、被検体Pの体軸を中心に螺旋状に回転することになる。
【0049】
X線管球23は、X線を発生する真空管であり、回転フレーム26に設けられている。当該X線管球23には、X線の曝射に必要な電力(管電流、管電圧)が高電圧発生装置301からスリップリング21を介して供給される。X線管球23は、供給された高電圧により電子を加速させターゲットに衝突させることで、有効視野領域FOV内に載置された被検体に対してX線を曝射する。
【0050】
検出器25は、被検体を透過したX線を検出する検出器システムであり、X線管球23に対向する向きで回転フレーム26に取り付けられている。当該検出器25は、シングルスライスタイプ又はマルチスライスタイプの検出器であり、シンチレータとフォトダイオードとの組み合わせで構成される複数の検出素子が、それぞれのタイプに応じて一次元的又は二次元的に配列されている。
【0051】
回転フレーム26は、Z軸を中心として回転駆動されるリングであり、X線管球23とX線検出器25とを搭載している。この回転フレーム26の中央部分は開口されており、この開口部(すなわち、撮影口3)に、寝台(図示せず)上に載置された被検体Pが挿入される。
【0052】
データ収集装置27は、一般的にDAS(data acquisition system) と呼ばれ、検出器25からチャンネルごとに出力される信号を電圧信号に変換し、増幅し、さらにディジタル信号に変換する。このデータ(生データ)は、非接触データ伝送装置28を介して情報処理装置30に取り込まれる。
【0053】
回生エネルギー処理部29は、後述する回生エネルギー再利用機能に関する処理(回生エネルギー処理)を実行する。具体的には、回生エネルギー処理部29は、回生エネルギーの蓄積、熱エネルギーへの変換を行う。また、回生エネルギー処理部29は、モータ4、冷却ファン(図示せず)、架台2のチルト機構、被検体Pを搭載する寝台の移動機構、架台2に内蔵された制御基板等のそれぞれに対応する電源に対して、蓄積した回生エネルギーを所定のタイミングで供給する。なお、第1の実施形態においては、図2に示した構成がこの回生エネルギー処理部29に対応する。また、本実施形態に係る回生エネルギー処理部29は、図2に示した構成を具備するものとする。
【0054】
高電圧発生装置301は、スリップリング21を介して、X線の曝射に必要な電力をX線管球23に供給する装置であり、高電圧変圧器、フィラメント加熱変換器、整流器、高電圧切替器等から成る。
【0055】
前処理部302は、非接触データ伝送装置28を介してデータ収集装置27から生データを受け取り、感度補正やX線強度補正を実行する。各種補正を受けた360度分の生データは、記憶装置303に一旦記憶される。なお、当該前処理部302によって前処理が施された生データは、「投影データ」と呼ばれる。
【0056】
記憶部303は、生データ、投影データ、スキャノグラムデータ、断層像データ等の画像データや、検査計画のためのプログラム等を記憶する。
【0057】
再構成部304は、複数種類の再構成法を装備し、操作者から選択された再構成法により画像データを再構成する。
【0058】
画像処理部305は、再構成部304により生成された再構成画像データに対して、ウィンドウ変換、RGB処理等の表示のための画像処理を行い、表示部307に出力する。また、画像処理部305は、オペレータの指示に基づき、任意断面の断層像、任意方向からの投影像、3次元表面画像等のいわゆる疑似3次元画像の生成を行い、表示部307に出力する。
【0059】
ホストコントローラ306は、スキャン処理、信号処理、画像生成処理、画像表示処理等において、本X線CT装置1の統括的な制御を行う。例えば、ホストコントローラ306は、スキャン処理においては、予め入力されたスライス厚等のスキャン条件をメモリ部21に格納し、患者ID等によって自動的に選択されたスキャン条件(あるいは、マニュアルモードにおいて、入力部308から直接設定されたスキャン条件)に基づいて、高電圧発生装置301、寝台駆動部12、及び寝台天板aの体軸方向への送り量、送り速度、X線管球23及びX線検出器25の回転速度、回転ピッチ、及びX線の曝射タイミング等を制御し、被検体の所望の撮影領域に対して多方向からX線コーンビーム又はX線ファンビームを曝射させ、X線CT画像のデータ収集(スキャン)処理を行う。
【0060】
また、ホストコントローラ306は、後述する回生エネルギー再利用機能に関する制御を実行する。例えば、ホストコントローラ306は、動作時において、モータ4の回転速度、回転開始位置、回転終了予定位置を制御部100に所定のタイミングで送り出す。なお、ホストコントローラ306は、第1の実施形態における上位制御部(例えば図2参照)に対応する。
【0061】
表示部307は、画像処理部305から入力したコンピュータ断層画像、スキャノグラム像等のCT画像を表示する出力装置である。ここで、CT値とは、物質のX線吸収係数を、基準物質(例えば、水)からの相対値として表したものである。また、表示部307は、図示していない計画補助システムによって実現されるスキャン計画画面等を表示する。
【0062】
入力部308は、キーボードや各種スイッチ、マウス等を備え、オペレータを介してスライス厚やスライス数等の各種スキャン条件を入力可能な装置である。
【0063】
送受信部309は、ネットワークNを介して、他の装置と画像データ、患者情報等を送受信する。
【0064】
(回生エネルギー再利用機能)
次に、本実施形態に係る回生エネルギー再利用機能について説明する。この機能は、回生エネルギーをコンデンサに蓄積すると共に、回生抵抗によっても回生エネルギーを熱エネルギーに変換する構成を有するものである。
【0065】
図5は、本X線CT装置1のスキャン時におけるモータ4の回転速度(すなわち、X線管球23、検出器25、回転フレーム26等からなる回転体5の回転速度)の時間的変化を示したグラフである。同図において、回生エネルギーは、モータ4の減速する期間T1、期間T5において発生する。制御部100は、ホストコントローラ306からの情報に基づいてモータ4の速度変化を監視し、減速開始タイミングを検出(例えば、IGBTとモータ4との間の電送路における瞬停を検出)した場合には、コンデンサ101とモータ4とが電気的に接続されるように、スイッチSW2を制御する。これにより、コンデンサ101には、モータ4の減速時において発生する回生エネルギーが蓄積される。
【0066】
また、制御部100は、上記コンデンサ101による回生エネルギーの蓄積開始後所定のタイミングで、回生抵抗7とモータ4とが電気的に接続されるように、スイッチSW1を制御する。回生抵抗7は、モータ4の減速によって発生した回生エネルギーを熱エネルギーに変換し放熱させる。この回生抵抗7による回生エネルギーの放熱は、例えばモータ4の減速開始から次の加速開始までの間の所定の期間において実行される。
【0067】
なお、回生抵抗7とモータ4とを電気的に接続させるためのSW1の制御は、モータ4の減速開始をトリガとした所定の遅延時間後に実行するようにしてもよい。また、コンデンサ101が蓄積する電力量を基準とした所定のタイミング(例えば、コンデンサ101がその容量一杯に電力を蓄積したタイミング)で実行するようにしてもよい。これらのタイミングは、設定により任意に制御することができる。
【0068】
また、この様なコンデンサ101による回生エネルギー回収と合わせた回生抵抗7による放熱は、モータ4の減速時において常に行う必要はなく、コンデンサ101によって回生エネルギーを十分に回収できない場合にのみ行うようにすればよい。従って、例えば、モータ4の回転速度が所定の閾値VTを超えた状態から減速する場合、或いは回転加速度の絶対値αTが所定の閾値を超える場合に等にのみ、回生抵抗7による放熱を行うようにしてもよい。なお、閾値VT及び絶対値αTは、任意の値に
制御することができる。
【0069】
(動作)
次に、本実施形態に係るX線CT装置1の回生エネルギー再利用処理における動作について説明する。
【0070】
図6は、本X線CT装置1の回生エネルギー再利用処理における動作の流れを示したフローチャートである。同図に示すように、まず、制御部100は、ホストコントローラ306から取得するモータ4の回転速度Vを監視し、閾値VTを超えるか否かを判定する(ステップS21)。回転速度Vが閾値VTを超えないと判定した場合には、制御部100は、回生エネルギーがコンデンサ101に蓄積されるように、モータ4の減速時においてスイッチSW2を制御する(ステップS22)。コンデンサ101に蓄積された回生エネルギーは、例えば第1の実施形態において述べたようにモータ4の加速時における電力として、又は第3、第4の実施形態において述べるような種々の装置の電力として供給され、利用される(ステップS24)。
【0071】
一方、回転速度Vが閾値VTを超えると判定した場合には、制御部100は、モータ4の減速によって発生する回生エネルギーの一部がコンデンサ101に蓄積されるようにスイッチSW2を制御すると共に、残りの回生エネルギーが回生抵抗7において放熱されるようにスイッチSW1を制御する(ステップ22、ステップS23)。コンデンサ101に蓄積された回生エネルギーは、種々の装置の電力として供給され、利用される(ステップS25a)。
【0072】
次に、引き続きスキャンを実行するか否かがホストコントローラ306において判定される。引き続きスキャンを実行する場合には、ステップS21〜ステップS25bまでの処理が再度実行される。一方、スキャンを実行しない場合には、一連の回生エネルギー再利用処理を終了する(ステップS26)。
【0073】
以上述べた構成によれば、次の効果を得ることができる。
【0074】
本実施形態に係るX線CT装置によれば、必要に応じて、コンデンサによる回生エネルギーの回収に加えて、回生抵抗により回生エネルギーを熱エネルギーに変換することができる。従って、コンデンサのみでは十分に回生エネルギーを回収できない場合であっても、減速時に発生する回生エネルギーを適切に装置外に放出させることができる。
【0075】
(第3の実施形態)
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。
【0076】
図7は、第3の実施形態に係る回生エネルギー再利用機能を実現するための構成を示した図である。同図において、回生エネルギー処理部29及び冷却ファン200はX線CT装置1の架台2内に設けられる。
【0077】
回生エネルギー処理部29は、スイッチSW5を具備している。このスイッチSW5は、コンデンサ101の電気的接続を、冷却ファン200とモータ4との間で切り替えるものである。
【0078】
制御部100は、モータ4の減速時に発生する回生エネルギーをコンデンサ101に蓄積しまた回生抵抗7で放熱させるために、所定のタイミングでSW1及びスイッチSW5を制御する。また、制御部100は、コンデンサ101に蓄積された回生エネルギーをファン電源に供給するため、所定のタイミングでSW5を制御する。
【0079】
(回生エネルギー再利用機能)
本実施形態に係る回生エネルギー再利用機能は、例えば第1の実施形態又は第2の実施形態に係る手法にて回収された回生エネルギーを、所定のタイミングで装置内を冷却するための装置(本実施形態では、ファン200)の駆動電力として利用するものである。なお、以下においては、説明を具体的にするため、第2の実施形態で述べた手法により、モータ4の減速時において発生する回生エネルギーの回収、熱への変換を行うものとする。
【0080】
コンデンサ101から冷却ファン200の電源への回生エネルギーの供給タイミングは、コンデンサ101へ回生エネルギーを蓄積している期間以外であればいつでもよい。従って、制御部100は、例えば図5に示すモータ4の加速期間T3においてコンデンサ101から冷却ファン200の電源への回生エネルギーが供給されるように、スイッチSW5を切り替える。冷却ファン200は、コンデンサ101から回生エネルギーが供給されている間は当該エネルギーを駆動電源とし、回生エネルギーの供給が終了した場合には通常の電源によって駆動する。
【0081】
(動作)
次に、本実施形態に係るX線CT装置1の回生エネルギー再利用処理における動作について説明する。
【0082】
図8は、第3の実施形態に係る回生エネルギー再利用処理における動作の流れを示したフローチャートである。同図に示すように、まず、第2の実施形態と同様の手順で、コンデンサによる回生エネルギー回収等が実行される(ステップS21〜ステップS24)。
【0083】
次に、制御部100は、モータ4の次の減速開始までの所定の期間において、コンデンサ101に蓄積された回生エネルギーが冷却ファン200の電源に供給されるように、スイッチSW5を冷却ファン200側に切り替える(ステップS25b)。これにより、冷却ファン200は、コンデンサ101から回生エネルギーが供給されている間においては、当該回生エネルギーを電力として駆動する。
【0084】
次に、引き続きスキャンを実行するか否かがホストコントローラ306において判定される。引き続きスキャンを実行する場合には、ステップS21〜ステップS25bまでの処理が再度実行される。一方、スキャンを実行しない場合には、一連の回生エネルギー再利用処理を終了する(ステップS26)。
【0085】
以上述べた構成によれば、次の効果を得ることができる。
【0086】
本実施形態に係るX線CT装置によれば、コンデンサによって回収した回生エネルギーを、装置を冷却するための冷却ファンの駆動電力として利用している。従って、従来では放熱させていた回生エネルギーを再利用することができると共に、回生抵抗において放熱させるべき回生エネルギーの量を低減させることができる。その結果、回生エネルギーに起因する装置内部の温度上昇を低減させることができると共に、装置の仕様電力を低減させることができる。
【0087】
また、本X線CT装置では、回生エネルギーによる冷却ファン駆動と回生抵抗による放熱との二系統によって、モータの減速時に発生する回生エネルギーを処理している。従って、回生抵抗において放熱させる回生エネルギーを削減させることができるため、回生抵抗を従来に比して小さくすることができる。その結果、装置の低温化、小型化、軽量化を実現することができる。
【0088】
(第4の実施形態)
次に、本発明の第4の実施形態について説明する。
【0089】
図9は、本実施形態に係る回生エネルギー再利用機能を実現するための構成を示した図である。
【0090】
回生エネルギー処理部29は、例えば第1又は第2の実施形態において示した構成を有する。この回生エネルギー処理部29と電源10との間には、回生エネルギー処理部29において回収された回生エネルギーを、架台2内に存在する制御板203又は他の駆動部201(例えば、寝台天板を上下、左右移動させるための駆動部、架台2をチルトさせるための駆動部等)に供給するための電気配線が設けられている。
【0091】
(回生エネルギー再利用機能)
本実施形態に係る回生エネルギー再利用機能は、例えば第1の実施形態又は第2の実施形態に係る手法にて回収された回生エネルギーを、架台2内の制御基板、寝台天板の移動、架台2のチルト等に用いるものである。なお、以下においては、説明を具体的にするため、第2の実施形態で述べた手法により、モータ4の減速時において発生する回生エネルギーの回収、熱への変換を行うものとする。
【0092】
制御部100は、コンデンサ101に回生エネルギーが蓄積されると、当該回生エネルギーが所定のタイミングで他の駆動部201、又は制御板203に電力として供給されるように、スイッチSW1等を制御する。すなわち、制御部100は、例えば図5に示す期間T2において寝台天板の移動が指示された場合には、コンデンサ101から寝台移動機構の電源へ回生エネルギーが供給されるように、スイッチSW1を開と共に、スイッチSW2を電源10側に切り替える。他の駆動部201は、コンデンサ101から回生エネルギーが供給されている間は当該エネルギーを駆動電源とし、回生エネルギーの供給が終了した場合には通常の電源によって駆動する。
【0093】
(動作)
次に、本実施形態に係るX線CT装置1の回生エネルギー再利用処理における動作について説明する。
【0094】
図10は、第4の実施形態に係る回生エネルギー再利用処理における動作の流れを示したフローチャートである。同図に示すように、まず、第2、第3の実施形態と同様の手順で、コンデンサによる回生エネルギー回収等が実行される(ステップS21〜ステップS24)。
【0095】
次に、制御部100は、所定の期間(例えば、期間T2)においてコンデンサ101に蓄積された回生エネルギーが他の駆動部201又は制御板203の電源に供給されるように、スイッチSW1、スイッチSW5を制御する(ステップS25c)。これにより、コンデンサ101から回生エネルギーが供給されている間においては、制御板に設けられた各デバイス、或いは寝台、架台等は、当該回生エネルギーを電力として駆動する。
【0096】
次に、引き続きスキャンを実行するか否かがホストコントローラ306において判定される。引き続きスキャンを実行する場合には、ステップS21〜ステップS25bまでの処理が再度実行される。一方、スキャンを実行しない場合には、一連の回生エネルギー再利用処理を終了する(ステップS26)。
【0097】
以上述べた構成によれば、次の効果を得ることができる。
【0098】
本実施形態に係るX線CT装置によれば、コンデンサによって回収した回生エネルギーを、装置が具備する他の駆動系(例えば、寝台移動、架台チルト等)や制御板の電力として利用している。従って、従来では放熱させていた回生エネルギーを再利用することができると共に、回生抵抗において放熱させるべき回生エネルギーの量を低減させることができる。その結果、回生エネルギーに起因する装置内部の温度上昇を低減させることができると共に、装置の仕様電力を低減させることができる。
【0099】
また、本X線CT装置では、回生エネルギーによる寝台移動等と回生抵抗による放熱との二系統によって、モータの減速時に発生する回生エネルギーを処理している。従って、回生抵抗において放熱させる回生エネルギーを削減させることができるため、回生抵抗を従来に比して小さくすることができる。その結果、装置の低温化、小型化、軽量化を実現することができる。
【0100】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。具体例としては、次のようなものがある。
【0101】
(1)本発明の各実施形態は、回生エネルギー回収のためのコンデンサの容量には拘泥されない。好ましい一例としては、モータ4を回転状態から停止状態にするためのエネルギーを数倍量蓄積できる容量を採用することができる。
【0102】
(2)第3及び第4の実施形態を組み合わせることにより、例えばコンデンサにより回収した回生エネルギーを必要に応じて冷却ファン、他の駆動系、制御板の各電源に振り分けるようにしてもよい。
【0103】
また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【産業上の利用可能性】
【0104】
以上本発明によれば、回生抵抗に蓄積された回生エネルギーを有効利用することができるX線CT装置及びその制御方法を実現することができる。
【符号の説明】
【0105】
1…X線CT装置、2…筐体、3…撮影口、4…モータ、5…回転体、6…サーボアンプ、7…回生抵抗、8…X線管、9…検出器、10…電源、11…信号処理装置、100…制御部、101…充電コンデンサ、102…電流検出部
【特許請求の範囲】
【請求項1】
X線を曝射するX線発生ユニット及びX線を検出する検出ユニットが設けられ、所定の軸を中心として回転する回転体と、
前記回転体を回転駆動させる駆動ユニットと、
前記駆動ユニットに電力を供給する電源と、
前記回転体の減速時において発生する回生エネルギーを蓄積する回生エネルギー処理ユニットと、
を具備することを特徴とするX線コンピュータ断層撮影装置。
【請求項2】
前記回生エネルギー処理ユニットは、
前記回生エネルギーを蓄積するためのコンデンサーと、
前記駆動ユニットと前記コンデンサとの電気的接続を切り替える第1のスイッチと、 前記回転体が減速した場合には、前記駆動ユニットと前記コンデンサとが電気的に接続されるように、前記第1のスイッチを制御する制御ユニットと、
を有することを特徴とする請求項1記載のX線コンピュータ断層撮影装置。
【請求項3】
前記回生エネルギー処理ユニットは、
前記回生エネルギーを熱エネルギーに変換する回生抵抗と、
前記駆動ユニットと前記回生抵抗との電気的接続を切り替える第2のスイッチと、をさらに有し、
前記制御ユニットは、所定のタイミングで前記駆動ユニットと前記回生抵抗とが電気的に接続されるように、前記第2のスイッチを制御する制御ユニットと、
を有することを特徴とする請求項2記載のX線コンピュータ断層撮影装置。
【請求項4】
前記制御ユニットは、前記コンデンサに回生エネルギーが蓄積された後、前記駆動ユニットと前記回生抵抗とが電気的に接続されるように、前記第2のスイッチを制御することを特徴とする請求項3記載のX線コンピュータ断層撮影装置。
【請求項5】
前記回生エネルギー処理ユニットは、
当該X線コンピュータ断層撮影装置内を冷却するための冷却ユニットと前記コンデンサとの電気的接続を切り替える第3のスイッチと、
をさらに有し、
前記制御ユニットは、所定のタイミングで前記コンデンサと前記冷却ユニットとが電気的に接続されるように、前記第3のスイッチを制御すること、
を有することを特徴とする請求項2乃至4のうちいずれか一項記載のX線コンピュータ断層撮影装置。
【請求項6】
前記回生エネルギー処理ユニットは、
前記回転体及び前記駆動ユニットが設けられる架台を傾斜させる第1の機構、被検体を搭載するための寝台を移動させる第2の機構、前記架台内に存在する制御板の少なくともいずれかと前記コンデンサとの電気的接続を切り替える第4のスイッチと、
をさらに有し、
前記制御ユニットは、所定のタイミングで前記コンデンサと前記第1の機構、前記第2の機構、前記制御板の少なくともいずれかとが電気的に接続されるように、前記第4のスイッチを制御すること、
を特徴とする請求項2乃至4のうちいずれか一項記載のX線コンピュータ断層撮影装置。
【請求項7】
前記駆動ユニットに供給される電力を検知する検出ユニットをさらに具備し、
前記制御ユニットは、前記検出ユニットによって瞬時停電が検出された場合に、前記第2のスイッチを制御すること、
を特徴とする請求項3乃至6のうちいずれか一項記載のX線コンピュータ断層撮影装置。
【請求項8】
前記駆動ユニットに供給される電力を検知する検出ユニットをさらに具備し、
前記制御ユニットは、前記検出ユニットによって瞬時停電が検出された場合に、前記第3のスイッチを制御する請求項5記載のX線コンピュータ断層撮影装置。
【請求項9】
前記駆動ユニットに供給される電力を検知する検出ユニットをさらに具備し、
前記制御ユニットは、前記検出ユニットによって瞬時停電が検出された場合に、前記第4のスイッチを制御すること、
を特徴とする請求項6又は7記載のX線コンピュータ断層撮影装置。
【請求項10】
駆動ユニット、回生エネルギー処理ユニット、制御ユニットを具備するX線コンピュータ断層撮影装置の制御方法であって、
前記制御ユニットが、
X線を曝射するX線発生ユニット及びX線を検出する検出ユニットが設けられ所定の軸を中心として回転する回転体が回転駆動するように前記駆動ユニットを制御し、
前記回転体の減速時において発生する回生エネルギーを蓄積するように、回生エネルギー処理ユニットを制御すること、
を具備することを特徴とするX線コンピュータ断層撮影装置の制御方法。
【請求項11】
前記回転体が減速した場合には、前記駆動ユニットと前記回生エネルギーを蓄積するコンデンサとが電気的に接続されるように、前記駆動ユニットと前記コンデンサとの電気的接続を切り替える第1のスイッチを、前記制御ユニットが制御することをさらに具備することを特徴とする請求項10記載のX線コンピュータ断層撮影装置の制御方法。
【請求項12】
所定のタイミングで前記駆動ユニットと前記回生エネルギーを熱エネルギーに変換する回生抵抗とが電気的に接続されるように、前記駆動ユニットと前記回生抵抗との電気的接続を切り替える第2のスイッチを、前記制御ユニットが制御することをさらに具備する請求項10又は11記載のX線コンピュータ断層撮影装置の制御方法。
【請求項13】
前記コンデンサに回生エネルギーが蓄積された後、前記駆動ユニットと前記回生抵抗とが電気的に接続されるように、前記第2のスイッチを前記制御ユニットが制御することを特徴とする請求項12記載のX線コンピュータ断層撮影装置の制御方法。
【請求項14】
所定のタイミングで前記コンデンサと当該X線コンピュータ断層撮影装置内を冷却するための冷却ユニットとが電気的に接続されるように、前記コンデンサと前記冷却ユニットとの電気的接続を切り替える第3のスイッチを、前記制御ユニットが制御することを特徴とする請求項11乃至13のうちいずれか一項記載のX線コンピュータ断層撮影装置の制御方法。
【請求項15】
所定のタイミングで前記コンデンサと前記回転体及び前記駆動ユニットが設けられる架台を傾斜させる第1の機構、被検体を搭載するための寝台を移動させる第2の機構、前記架台内に存在する制御板の少なくともいずれかとが電気的に接続されるように、前記第1の機構、前記第2の機構、前記制御板の少なくともいずれかと前記コンデンサとの電気的接続を切り替える第4のスイッチを、前記制御ユニットが制御することを特徴とする請求項11乃至14のうちいずれか一項記載のX線コンピュータ断層撮影装置の制御方法。
【請求項16】
前記駆動ユニットに供給される電力を検知する検出ユニットによって瞬時停電が検出された場合に、前記第2のスイッチを前記制御ユニットが制御することを特徴とする請求項12乃至15のうちいずれか一項記載のX線コンピュータ断層撮影装置の制御方法。
【請求項17】
前記駆動ユニットに供給される電力を検知する検出ユニットによって瞬時停電が検出された場合に、前記第3のスイッチを前記制御ユニットが制御することを特徴とする請求項14乃至16のうちいずれか一項記載のX線コンピュータ断層撮影装置の制御方法。
【請求項18】
前記駆動ユニットに供給される電力を検知する検出ユニットによって瞬時停電が検出された場合に、前記第4のスイッチを前記制御ユニットが制御する請求項15乃至17のうちいずれか一項記載のX線コンピュータ断層撮影装置の制御方法。
【請求項1】
X線を曝射するX線発生ユニット及びX線を検出する検出ユニットが設けられ、所定の軸を中心として回転する回転体と、
前記回転体を回転駆動させる駆動ユニットと、
前記駆動ユニットに電力を供給する電源と、
前記回転体の減速時において発生する回生エネルギーを蓄積する回生エネルギー処理ユニットと、
を具備することを特徴とするX線コンピュータ断層撮影装置。
【請求項2】
前記回生エネルギー処理ユニットは、
前記回生エネルギーを蓄積するためのコンデンサーと、
前記駆動ユニットと前記コンデンサとの電気的接続を切り替える第1のスイッチと、 前記回転体が減速した場合には、前記駆動ユニットと前記コンデンサとが電気的に接続されるように、前記第1のスイッチを制御する制御ユニットと、
を有することを特徴とする請求項1記載のX線コンピュータ断層撮影装置。
【請求項3】
前記回生エネルギー処理ユニットは、
前記回生エネルギーを熱エネルギーに変換する回生抵抗と、
前記駆動ユニットと前記回生抵抗との電気的接続を切り替える第2のスイッチと、をさらに有し、
前記制御ユニットは、所定のタイミングで前記駆動ユニットと前記回生抵抗とが電気的に接続されるように、前記第2のスイッチを制御する制御ユニットと、
を有することを特徴とする請求項2記載のX線コンピュータ断層撮影装置。
【請求項4】
前記制御ユニットは、前記コンデンサに回生エネルギーが蓄積された後、前記駆動ユニットと前記回生抵抗とが電気的に接続されるように、前記第2のスイッチを制御することを特徴とする請求項3記載のX線コンピュータ断層撮影装置。
【請求項5】
前記回生エネルギー処理ユニットは、
当該X線コンピュータ断層撮影装置内を冷却するための冷却ユニットと前記コンデンサとの電気的接続を切り替える第3のスイッチと、
をさらに有し、
前記制御ユニットは、所定のタイミングで前記コンデンサと前記冷却ユニットとが電気的に接続されるように、前記第3のスイッチを制御すること、
を有することを特徴とする請求項2乃至4のうちいずれか一項記載のX線コンピュータ断層撮影装置。
【請求項6】
前記回生エネルギー処理ユニットは、
前記回転体及び前記駆動ユニットが設けられる架台を傾斜させる第1の機構、被検体を搭載するための寝台を移動させる第2の機構、前記架台内に存在する制御板の少なくともいずれかと前記コンデンサとの電気的接続を切り替える第4のスイッチと、
をさらに有し、
前記制御ユニットは、所定のタイミングで前記コンデンサと前記第1の機構、前記第2の機構、前記制御板の少なくともいずれかとが電気的に接続されるように、前記第4のスイッチを制御すること、
を特徴とする請求項2乃至4のうちいずれか一項記載のX線コンピュータ断層撮影装置。
【請求項7】
前記駆動ユニットに供給される電力を検知する検出ユニットをさらに具備し、
前記制御ユニットは、前記検出ユニットによって瞬時停電が検出された場合に、前記第2のスイッチを制御すること、
を特徴とする請求項3乃至6のうちいずれか一項記載のX線コンピュータ断層撮影装置。
【請求項8】
前記駆動ユニットに供給される電力を検知する検出ユニットをさらに具備し、
前記制御ユニットは、前記検出ユニットによって瞬時停電が検出された場合に、前記第3のスイッチを制御する請求項5記載のX線コンピュータ断層撮影装置。
【請求項9】
前記駆動ユニットに供給される電力を検知する検出ユニットをさらに具備し、
前記制御ユニットは、前記検出ユニットによって瞬時停電が検出された場合に、前記第4のスイッチを制御すること、
を特徴とする請求項6又は7記載のX線コンピュータ断層撮影装置。
【請求項10】
駆動ユニット、回生エネルギー処理ユニット、制御ユニットを具備するX線コンピュータ断層撮影装置の制御方法であって、
前記制御ユニットが、
X線を曝射するX線発生ユニット及びX線を検出する検出ユニットが設けられ所定の軸を中心として回転する回転体が回転駆動するように前記駆動ユニットを制御し、
前記回転体の減速時において発生する回生エネルギーを蓄積するように、回生エネルギー処理ユニットを制御すること、
を具備することを特徴とするX線コンピュータ断層撮影装置の制御方法。
【請求項11】
前記回転体が減速した場合には、前記駆動ユニットと前記回生エネルギーを蓄積するコンデンサとが電気的に接続されるように、前記駆動ユニットと前記コンデンサとの電気的接続を切り替える第1のスイッチを、前記制御ユニットが制御することをさらに具備することを特徴とする請求項10記載のX線コンピュータ断層撮影装置の制御方法。
【請求項12】
所定のタイミングで前記駆動ユニットと前記回生エネルギーを熱エネルギーに変換する回生抵抗とが電気的に接続されるように、前記駆動ユニットと前記回生抵抗との電気的接続を切り替える第2のスイッチを、前記制御ユニットが制御することをさらに具備する請求項10又は11記載のX線コンピュータ断層撮影装置の制御方法。
【請求項13】
前記コンデンサに回生エネルギーが蓄積された後、前記駆動ユニットと前記回生抵抗とが電気的に接続されるように、前記第2のスイッチを前記制御ユニットが制御することを特徴とする請求項12記載のX線コンピュータ断層撮影装置の制御方法。
【請求項14】
所定のタイミングで前記コンデンサと当該X線コンピュータ断層撮影装置内を冷却するための冷却ユニットとが電気的に接続されるように、前記コンデンサと前記冷却ユニットとの電気的接続を切り替える第3のスイッチを、前記制御ユニットが制御することを特徴とする請求項11乃至13のうちいずれか一項記載のX線コンピュータ断層撮影装置の制御方法。
【請求項15】
所定のタイミングで前記コンデンサと前記回転体及び前記駆動ユニットが設けられる架台を傾斜させる第1の機構、被検体を搭載するための寝台を移動させる第2の機構、前記架台内に存在する制御板の少なくともいずれかとが電気的に接続されるように、前記第1の機構、前記第2の機構、前記制御板の少なくともいずれかと前記コンデンサとの電気的接続を切り替える第4のスイッチを、前記制御ユニットが制御することを特徴とする請求項11乃至14のうちいずれか一項記載のX線コンピュータ断層撮影装置の制御方法。
【請求項16】
前記駆動ユニットに供給される電力を検知する検出ユニットによって瞬時停電が検出された場合に、前記第2のスイッチを前記制御ユニットが制御することを特徴とする請求項12乃至15のうちいずれか一項記載のX線コンピュータ断層撮影装置の制御方法。
【請求項17】
前記駆動ユニットに供給される電力を検知する検出ユニットによって瞬時停電が検出された場合に、前記第3のスイッチを前記制御ユニットが制御することを特徴とする請求項14乃至16のうちいずれか一項記載のX線コンピュータ断層撮影装置の制御方法。
【請求項18】
前記駆動ユニットに供給される電力を検知する検出ユニットによって瞬時停電が検出された場合に、前記第4のスイッチを前記制御ユニットが制御する請求項15乃至17のうちいずれか一項記載のX線コンピュータ断層撮影装置の制御方法。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【公開番号】特開2012−152599(P2012−152599A)
【公開日】平成24年8月16日(2012.8.16)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2012−106058(P2012−106058)
【出願日】平成24年5月7日(2012.5.7)
【分割の表示】特願2006−71356(P2006−71356)の分割
【原出願日】平成18年3月15日(2006.3.15)
【出願人】(000003078)株式会社東芝 (54,554)
【出願人】(594164542)東芝メディカルシステムズ株式会社 (4,066)
【出願人】(594164531)東芝医用システムエンジニアリング株式会社 (892)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成24年8月16日(2012.8.16)
【国際特許分類】
【出願日】平成24年5月7日(2012.5.7)
【分割の表示】特願2006−71356(P2006−71356)の分割
【原出願日】平成18年3月15日(2006.3.15)
【出願人】(000003078)株式会社東芝 (54,554)
【出願人】(594164542)東芝メディカルシステムズ株式会社 (4,066)
【出願人】(594164531)東芝医用システムエンジニアリング株式会社 (892)
【Fターム(参考)】
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