Ｘ線高電圧装置およびＸ線ＣＴ装置
【課題】 電源設備容量を抑えることが可能なＸ線高電圧装置を提供することを目的とする。
【解決手段】Ｘ線高電圧装置は、商用電源から直流電圧を発生する直流電源部１１００と、直流電源部の発生する直流電圧を高周波の交流電圧に変換するインバータ部１２００と、インバータ部の出力する交流電圧を昇圧してＸ線管に供給する高電圧発生装置１３００と、電力を蓄積するキャパシタ部１４００と、制御部１６００とを有する。キャパシタ部１４００は、直流電源部１１００と並列にインバータ部に接続されている。制御部１６００は、直流電源部からインバータ部へ入力される直流電圧が所定の電圧に満たない場合に、キャパシタ部１４００から直流電圧をインバータに供給させる。
【解決手段】Ｘ線高電圧装置は、商用電源から直流電圧を発生する直流電源部１１００と、直流電源部の発生する直流電圧を高周波の交流電圧に変換するインバータ部１２００と、インバータ部の出力する交流電圧を昇圧してＸ線管に供給する高電圧発生装置１３００と、電力を蓄積するキャパシタ部１４００と、制御部１６００とを有する。キャパシタ部１４００は、直流電源部１１００と並列にインバータ部に接続されている。制御部１６００は、直流電源部からインバータ部へ入力される直流電圧が所定の電圧に満たない場合に、キャパシタ部１４００から直流電圧をインバータに供給させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＸ線ＣＴ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、マルチスライス機能を備えた、ヘリカルスキャンやスパイラルスキャンと呼ばれる螺旋ＣＴ装置がＸ線ＣＴ装置の主流となっている。螺旋ＣＴ装置は、体軸方向に連続したデータが得られ、これによって三次元画像の生成が可能である。また、Ｘ線検出器を多列化して配置することにより、一度に多くの断層画像の撮像が短時間で広い範囲に可能である。
【０００３】
この螺旋ＣＴ装置は、スキャナ回転部にＸ線管装置とＸ線検出器を搭載し、スキャナ回転部を連続回転させると同時に、被検体を載置したテーブルを被検体の体軸方向に連続移動させる。これにより、Ｘ線管装置とＸ線検出器とを被検体に対し相対的に螺旋運動をさせることができる。
【０００４】
螺旋ＣＴ装置では、スキャナ回転部の回転速度が速いほど短い時間で撮影ができるため、撮影時間の短縮による被検者の負担軽減を図ることができる。また、撮影時間が短縮されると、撮影中の被検者の体動が低減するため、画質向上を図るため、回転速度は次第に速くなる傾向にある。
【０００５】
また６４スライス以上のマルチスライス機能を備えたＸ線ＣＴ装置の登場により、循環器領域へＸ線ＣＴ装置が適用され始めている。この場合、心拍による動きの影響を排除するため、スキャナ回転部の回転速度をさらに速くすることが望まれている。一方で、撮影時間の短縮による線量不足を補うために、Ｘ線出力を大出力化する必要がある。すなわち短時間で大出力による撮影することにより、従来と変わらない線量での撮影を実施して画質を確保している。
【０００６】
このように、Ｘ線ＣＴ装置として大出力化が進むに従って、施設に要求される電源設備容量も大容量となる。しかしながら、施設の電源設備の容量を増加させるのは、施設側への負担が大きい。このため電力ピークを抑える方法に関して、種々の提案がされている。その一つとして特許文献１では、エネルギー蓄積手段として大容量のキャパシタ部をインバータと電源との間に配置し、キャパシタ部に蓄積したエネルギーをインバータに供給することにより電源設備の容量を抑える構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−１７８３７５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１によるＸ線ＣＴ装置においては、Ｘ線管の高電圧発生回路にエネルギーを供給するインバータに電源設備が直接接続されておらず、キャパシタ部を介してインバータに電力が供給される構成である。このため電源設備からキャパシタ部に蓄積されたエネルギーが、Ｘ線発生のために高電圧発生回路が必要とするエネルギーに足りなければ、キャパシタの端子電圧は低下し、インバータへの入力電圧が低下する。これを防ぐために、特許文献１では、操作者に設定された条件でのスキャンが、キャパシタに蓄積されたエネルギーで可能かどうか予め判定した後、スキャンを実行する。しかしながら、このことはキャパシタへの入力電力と等しい電力しかキャパシタから出力できないことを意味し、キャパシタを配置して電源設備容量を抑える効果が低減する。
【０００９】
一方、インバータへの入力電圧が低下しても一定の電力がＸ線管に供給できるようにするために別の回路構成をインバータよりもＸ線管側の回路に備えることも考えられるが、回路設計に冗長性を持たせることになり、構成が複雑になる。
【００１０】
本発明は上記事情に鑑み、電源設備容量を抑えることが可能で、かつ、Ｘ線管への安定した電力供給が可能なＸ線高電圧装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明によれば以下のようなＸ線高電圧装置が提供される。すなわち、このＸ線高電圧装置は、商用電源から直流電圧を発生する直流電源部と、直流電源部の発生する直流電圧を高周波の交流電圧に変換するインバータ部と、インバータ部の出力する交流電圧を昇圧してＸ線管に供給する高電圧発生装置と、電力を蓄積するキャパシタ部と、制御部とを有する。キャパシタ部は、直流電源部と並列にインバータ部に接続されている。制御部は、直流電源部からインバータ部へ入力される直流電圧が所定の電圧に満たない場合に、キャパシタ部から直流電圧をインバータ部に供給させる。
【００１２】
上記キャパシタ部は、例えば、キャパシタと、キャパシタとインバータ部との間に配置された双方向チョッパとを備える構成にする。制御部は、例えば、インバータ部へ入力される直流電圧が所定の電圧に満たない場合には、双方向チョッパを昇圧チョッパとして動作させて、キャパシタから前記インバータ部へ電圧を供給する。直流電圧が所定の電圧以上である場合には、双方向チョッパを降圧チョッパとして動作させて、直流電源部の発生する電力の一部をキャパシタに充電する。
【００１３】
上記制御部は、例えば、操作者が設定した撮影条件を実行するために必要な電力量を演算により求めるとともに、直流電源部の供給可能な電力量と、現在の充電状態のキャパシタ部から供給可能な電力量との合算を求め、必要な電力量が供給可能な電力量の合算を上回っている場合には、撮影開始ができないことを操作者に報知する構成とすることも可能である。
【００１４】
上記制御部は、必要な電力量が供給可能な電力量の合算を上回っている場合、不足分の電力量をキャパシタ部に充電するために必要な時間を算出し、操作者に報知する構成とすることも可能である。
【００１５】
制御部は、操作者が設定した撮影条件を実行するために必要な電力量を演算により求めるとともに、直流電源部の供給可能な電力量と、最大充電状態のキャパシタ部から供給可能な電力量との合算を求め、必要な電力量が前記供給可能な電力量の合算を上回っている場合には、撮影条件の変更をするように操作者に促す表示を行う構成とすることもできる。
【００１６】
キャパシタ部からインバータ部へ供給される電圧は、例えば、直流電源部から前記インバータ部へ入力される電圧よりも低く設定する。
【００１７】
また、本発明によれば、以下のようなＸ線ＣＴ装置が提供される。すなわち、上述のＸ線高電圧装置と、Ｘ線高電圧装置から管電圧および管電流を供給されるＸ線管と、Ｘ線管が発生し、被検体を通過したＸ線を検出するＸ線検出部と、Ｘ線管とＸ線検出部を搭載して被検体の周囲を回転する回転部と、操作者から撮影条件を受け付ける入力部とを有するＸ線ＣＴ装置である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、直流電源部と並列にキャパシタが配置されるため、直流電源部から直接インバータに電圧を供給でき、不足分をキャパシタで補うことができる。よって、電源設備容量を抑えることが可能である。また、Ｘ線発生のためのインバータ設計時に冗長性を持たせる必要がなく、より最適な設計を実現することが可能となる。これにより、より小型高効率なＸ線高電圧装置およびＸ線ＣＴ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本実施形態のＸ線ＣＴ装置のブロック図。
【図２】本実施形態のＸ線高電圧装置のブロック図。
【図３】図２のＸ線高電圧装置内の双方向チョッパの回路構成を示すブロック図。
【図４】図２のＸ線高電圧装置の制御部１６００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】
【００２０】
本発明の一実施形態のＸ線ＣＴ装置について図面を用いて説明する。
【００２１】
図１にＸ線ＣＴ装置全体の概略構成を示す。図１のようにＸ線ＣＴ装置１は、ガントリ１００と寝台１０５とコンソール３０００とを備える。ガントリ１００は、回転円盤部１０２と、ガントリ制御装置１０８と、寝台制御装置１０９と、Ｘ線高電圧装置１０００とを有して構成される。
【００２２】
回転円盤部１０２は、寝台１０５上に載置された被検体が入る開口部１０４を備える回転フレーム４０と、回転フレーム４０に搭載されたＸ線管２０００ならびにＸ線検出ユニット５６を備え、被検体の周囲を回転する。
【００２３】
Ｘ線管２０００は寝台１０５上に載置された被検体にＸ線を照射する装置である。Ｘ線検出ユニット５６は、Ｘ線検出器２５６ａとデータ収集装置２５６ｂとを含む。Ｘ線検出器２５６ａは、多数のＸ線検出素子を回転フレーム４０の回転方向に配列したもの、若しくは、回転フレーム４０の回転方向と回転軸方向との２次元に配列したものである。Ｘ線検出器２５６ａは、回転フレーム４０上でＸ線管２０００と対向配置され、被検体を透過したＸ線を検出する。データ収集装置２５６ｂは、Ｘ線検出器２５６ａが検出したＸ線量をデジタルデータとして収集する装置である。
【００２４】
ガントリ制御装置１０８は、回転円盤部１０２の回転を制御する装置である。寝台制御装置１０９は、寝台１０５の上下前後動を制御する装置である。
【００２５】
Ｘ線高電圧装置１０００は、Ｘ線管２０００に入力される電力を供給する装置であり、その一部である高電圧発生装置１３００は、回転フレーム４０に搭載されている。
【００２６】
コンソール３０００は、入力装置１２１と、画像演算装置１２２と、表示装置１２５と、記憶装置１２３と、システム制御装置１２４とを備えている。入力装置１２１は、被検体氏名、検査日時、撮影条件などを操作者が入力するための装置である。具体的にはキーボードやポインティングデバイスである。画像演算装置１２２は、Ｘ線検出ユニット５６のデータ収集装置２５６ｂから送出される計測データを演算処理してＣＴ画像再構成を行う装置である。表示装置１２５は、画像演算装置１２２で再構成されたＣＴ画像を表示する。記憶装置１２３は、データ収集装置２５６ｂで収集したデータ及び画像演算装置１２２で作成されたＣＴ画像の画像データを記憶する。システム制御装置１２４は、これらの装置及びガントリ制御装置１０８と寝台制御装置１０９とＸ線高電圧装置１０００を制御する。
【００２７】
図２にＸ線高電圧装置１０００のブロック図を示す。図２のように、Ｘ線高電圧装置１０００は、商用電源から直流電圧を発生する直流電源部１１００、直流電源部の出力直流電圧を高周波の交流電圧に変換するインバータ部１２００、インバータ部の出力交流電圧を昇圧・整流・平滑化する高電圧発生装置１３００、および、制御部１６００を備えている。制御部１６００は、インバータ部１２００に駆動信号を出力し、インバータ部１２００を駆動するとともに、双方向チョッパ部１５００に駆動信号を出力し、双方向チョッパ部１５００の動作を制御する。
【００２８】
さらに、インバータ部１２００には、直流電源部１１００と並列にエネルギー蓄積手段としてのキャパシタ部１４００が接続されている。キャパシタ部とインバータ部１２００との間には、キャパシタ部１４００と直流電源部１１００の電圧調整をするための双方向チョッパ部１５００が配置されている。すなわち、キャパシタ部１４００は、双方向チョッパ部を介して、直流電源部１１００の出力端子とインバータ部１２００の入力端子とを接続する配線に対して並列に接続されている。
【００２９】
なお、Ｘ線高電圧装置１０００には、Ｘ線管２０００内の陽極ターゲットを回転させる陽極回転駆動部、および、フィラメントを加熱させるフィラメント加熱部を備えられているが、これらは広く知られた構造であるので、ここでは説明を省略する。
【００３０】
直流電源部１１００は、Ｘ線高電圧装置の動作中は一定の直流電圧を発生させるよう動作する構成であればどのような構成であっても構わない。例えば、整流回路と昇圧チョッパ回路とを組み合わせた構成であってもよいし、高力率の昇圧コンバータでも構わない。ただし、インバータ部１２００以降の損失低減を目的として、直流電源部１１００の出力電圧は比較的高い方が好ましい。なお、直流電源部１１００は、その入力電圧および入力電流を検出し、一定の電力以下の範囲で動作する。
【００３１】
インバータ部１２００は、半導体スイッチと、半導体スイッチに逆並列に接続されたダイオードの組合せを複数用いたインバータ回路である。この回路は、Ｘ線高電圧装置のインバータ回路として広く知られているのでここでは詳細な構成の説明を省略する。例えば、特開２００５−９４９１３号公報に記載されているインバータ回路を用いることができる。
【００３２】
制御部１６００は、インバータ部１２００の複数の半導体スイッチを所定のタイミングでオンオフする駆動信号を出力することにより、インバータ部１２００から出力される交流電圧の波形を制御する。これにより、インバータ部１２００から高電圧発生装置１３００に出力される交流電力を制御する。
【００３３】
高電圧発生装置１３００は、変圧器と整流器とを含み、インバータ部１２００の交流出力を高電圧に変換したのち整流し、直流高電圧を生成する。高電圧発生装置１３００からの直流高電圧（管電圧）は、Ｘ線管２０００に印加される。これにより、Ｘ線管２０００は、Ｘ線を被検体に対して照射する。
【００３４】
キャパシタ部１４００は、比較的大容量で小型なキャパシタであることが好ましい。例えば電気二重層キャパシタまたは高分子キャパシタを用いる。必要な容量、必要な電圧が得られるように、複数のキャパシタを直並列に接続して構成することも可能である。
【００３５】
キャパシタ部１４００の出力電圧は、直流電源部１１００の出力電圧よりも低くなるように設定されている。その理由は、キャパシタ部１４００は、双方向チョッパ部１５００を介して直流電源部１１００と接続されるため、双方向チョッパ部１５００に昇圧動作および降圧動作をさせるために、キャパシタ部１４００と直流電源部１１００との間に電圧差が必要だからである。
【００３６】
双方向チョッパ部１５００は、キャパシタ部１４００から直流電源部１１００およびインバータ部１２００側への昇圧チョッパ機能と、直流電源部１１００およびインバータ部１２００側からキャパシタ部１４００に対しての降圧チョッパ機能とを備えた変換回路である。例えば、図３のように、降圧用スイッチ（Ｓｄ）１５０１、昇圧用スイッチ（Ｓｕ）１５０３、インダクタンス１５０５、および、平滑用コンデンサ１５０６，１５０７を備えた回路を双方向チョッパ部１５００を用いることができる。降圧用スイッチ１５０１およびインダクタンス１５０５は、インバータ部１２００と直列に接続され、昇圧用スイッチ１５０３は、インバータ部１２００に並列に、インダクタンス１５０５と降圧用スイッチ１５０１との間に接続されている。平滑用コンデンサ１５０６は、インバータ部１２００に並列に、平滑用コンデンサ１５０７は、キャパシタ部１４００に並列に接続されている。
【００３７】
降圧用スイッチ１５０１および昇圧用スイッチ１５０３は、いずれも半導体スイッチとダイオードとを逆並列に接続した構成である。降圧用スイッチ１５０１および昇圧用スイッチ１５０３のダイオードは、図３のように向けられている。ここでは、半導体スイッチとしては、例えば絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）を用いている。
【００３８】
この双方向チョッパ部１５００は、降圧用スイッチ１５０１をオフにし、昇圧用スイッチ１５０３を所定の周波数でオンオフすることにより、昇圧チョッパとして動作し、キャパシタ部１４００からインバータ部１２００に電力を供給することができる。このとき、昇圧用スイッチ１５０３のオン時間とオフ時間の比を調整することにより、キャパシタ部１４００からインバータ部１２００へ供給する電圧を制御することができる。
【００３９】
一方、双方向チョッパ部１５００の降圧用スイッチ１５０１を所定周波数で繰り返しオンオフし、昇圧用スイッチ１５０３をオフにすると、降圧チョッパとして動作し、直流電源部１１００から電力を取り込んで、キャパシタ部１４００に充電することができる。
【００４０】
以下、撮影時のＸ線高電圧装置１０００のＸ線管２０００への電力供給動作について説明する。制御部１６００は、ＣＰＵとメモリとを内蔵し、メモリに予め格納されているプログラムをＣＰＵが読み込んで実行することにより、図４のフローのようにＸ線高電圧装置１０００の各部の動作を制御する。
【００４１】
図４のように、制御部１６００は、コンソール３０００の入力装置１２１が操作者から受け付けた一連の撮影シーケンスのＸ線撮影条件をシステム制御装置１２４を介して受け取る（ステップ４０１）。さらに、操作者が入力装置１２１の撮影条件設定完了ボタンを操作し、撮影条件の設定が完了したことを入力した場合には、システム制御装置１２４を介してこれを受け取り（ステップ４０２）、Ｘ線管２０００の陽極ターゲットの回転、および、陰極フィラメントの加熱を開始するとともに、ステップ４０３以下を行う。
【００４２】
ここでは、一例として、操作者が設定した一連の撮影シーケンスが下記（１）、（２）、（３）の撮影を順に実行するシーケンスであるとして以下の動作を説明する。
（１）管電圧１２０ｋＶ、管電流１００ｍＡ、スキャンスピード２秒／回転、撮影枚数１０枚
（２）管電圧１５０ｋＶ、管電流５００ｍＡ、スキャンスピード０．３５秒／回転、撮影枚数１０枚
（３）管電圧１２０ｋＶ、管電流１００ｍＡ、スキャンスピード２秒／回転、撮影枚数１０枚
【００４３】
ステップ４０３では、制御部１６００は、ステップ４０１で受け取った一連の撮影シーケンスが、直流電源部１１００の発生可能な電力量と、予め求めておいたフル充電のキャパシタ部１４００が供給可能な電力量の合算で、実行可能かどうかを演算により判定する。具体的には、上記撮影（１）〜（３）に要する電力量（Ｗ・秒）を、電力量＝(管電圧)×(管電流)×(スキャンスピード)×(撮影枚数)の計算式により求め、直流電源部１１００の供給可能電力×スキャン時間と、キャパシタ部１４００のフル充電電力量と比較することにより、判定する。
【００４４】
例えば、上記撮影（１）に要する電力量(Ｗ・秒)＝１２０(ｋＶ)×０．１(Ａ)×２(秒／回転)×１０(枚)＝２４０(Ｗ・秒)、
上記撮影（２）に要する電力量(Ｗ・秒)＝１５０(ｋＶ)×０．５(Ａ)×０．３５(秒／回転)×１０(枚)＝２６２．５(Ｗ・秒)、
上記撮影（３）に要する電力量(Ｗ・秒)＝１２０(ｋＶ)×０．１(Ａ)×２(秒／回転)×１０(枚)＝２４０(Ｗ・秒)
であるので、一連の撮影（１）〜（３）のシーケンスに要する電力量は、合計２４０＋２６２．５＋２４０＝７４２．５（ｋＷ・秒）である。
【００４５】
直流電源部１１００の出力を一例として１０ｋＷとする。上記撮影（１）〜（３）のシーケンスのスキャン時間（＝スキャンスピード×枚数）の合計は、２(秒／回転)×１０(枚)＋０．３５(秒／回転)×１０(枚)＋２(秒／回転)×１０(枚)＝４３．５秒であるので、直流電源部１１００の供給可能な電力量は、１０(ｋＷ)×４３．５(秒)＝４３５(ｋＷ・秒)である。予め求めておいたキャパシタ部１４００のフル充電の電力量が一例として４００ｋＷ・秒とすると、直流電源部１１００とキャパシタ部１４００から供給可能な電力量の合算値は、４３５＋４００＝８３５（ｋＷ・秒）であり、一連の撮影（１）〜（３）のシーケンスに要する電力量７４２．５ｋＷ・秒を上回っている。よって、撮影シーケンスの実行が可能であるので、次のステップ４０４，４０５に進む。
【００４６】
一方、供給可能な電力量の合算値が、撮影シーケンスに必要な電力量よりも小さい場合にはステップ４０１に戻り、コンソール３０００のシステム制御装置１２４を介して、操作者に撮影条件の再設定を促す表示を表示装置１２５に表示させる。
【００４７】
撮影シーケンスの実行が可能であり、ステップ４０４，４０５に進んだ場合について説明する。ステップ４０４、４０５および次のステップ４０６は、撮影シーケンスに必要な電力が直流電源部１１００のみで供給可能などうかを判別する。ステップ４０４では、直流電源部１１００から供給可能な最大電力（Ｗ）：Ｃを求める。この最大電力Ｃ（Ｗ）は、直流電源部１１００の仕様により予め決まっており、ここでは１０ｋＷである。ステップ４０５では、一連のＸ線撮影シーケンスで必要な最大電力（Ｗ）：Ｄを計算により求める。最大電力は、一連の撮影シーケンスの中の最大ワット数であり、管電圧と管電流との積により求められる。上記撮影（１）〜（３）のうち管電圧と管電流の積が最も大きいのは、撮影（２）の１５０(ｋＶ)×０．５(Ａ)＝７５(ｋＷ）である。ステップ４０６では、供給可能な最大電力：Ｃと、撮影に必要な最大電力：Ｄとを比較する。
【００４８】
ステップ４０６においてＣ≧Ｄの場合、直流電源部１１００の供給電力のみで撮影シーケンスが実行可能であるので、ステップ４１１に進み、直流電源部１１００のみからインバータに電力を供給し、操作者が撮影スタートボタン（不図示）をオンにするタイミングで、所定の管電圧および管電流を供給するよう制御部１６００がインバータ部１２００を制御する。これにより、インバータ部１２００から高電圧発生装置１３００を介してＸ線管２０００に上記撮影（１）〜（３）の条件で所定の管電圧および管電流を供給してＸ線を発生させる。
【００４９】
なお、この場合Ｃ≧Ｄであるため、直流電源部１１００から供給可能な電力：Ｃが撮影に必要な電力：Ｄを上回っており、直流電源部１１００の供給電力には余裕がある。よって、制御部１６００は、撮影中に、双方向チョッパ部１５００の降圧用スイッチ１５０１をオンにし、昇圧用スイッチ１５０３をオフにすることにより、降圧チョッパとして動作させ、直流電源部１１００の出力電力をキャパシタ部１４００に充電する。
【００５０】
ステップ４０６においてＣ＜Ｄの場合は、直流電源部１１００の供給電力のみでは撮影シーケンスを実行できないため、ステップ４０７，４０８、４０９に進み、不足分が現状の充電状態のキャパシタ部１４００から供給できるかどうか判断する。ステップ４０７では、撮影に必要な電力量のうち直流電源部１１００の出力を超過する電力量：Ａを算出する。具体的には、撮影（１）〜（３）について、（(管電圧)×(管電流)−(直流電源部１１００の電力))×(スキャンスピード)×(撮影枚数)を求める。
【００５１】
例えば、上記撮影（１）に不足する電力量(Ｗ・秒)＝(１２０(ｋＶ)×０．１(Ａ)−１０(ｋＷ))×２(秒／回転)×１０(枚)＝４０(Ｗ・秒)、
上記撮影（２）に不足する電力量(Ｗ・秒)＝(１５０(ｋＶ)×０．５(Ａ)−１０(ｋＷ))×０．３５(秒／回転)×１０(枚)＝２２７．５(Ｗ・秒)、
上記撮影（３）に不足する電力量(Ｗ・秒)＝(１２０(ｋＶ)×０．１(Ａ)−１０(ｋＷ))×２(秒／回転)×１０(枚)＝４０(Ｗ・秒)
であるので、一連の撮影（１）〜（３）のシーケンスに不足する電力量：Ａは、合計４０＋２２７．５＋４０＝３０７．５（ｋＷ・秒）である。
【００５２】
ステップ４０８では、現時点のキャパシタ部１４００の電圧Ｖを取り込み、現時点のキャパシタ部１４００から供給可能な電力量（Ｗ・秒）：Ｄを（１／２）・ＣＶ２・αの式を用いて演算により求める。なお、Ｃは、キャパシタ部１４００の容量であり、予め定められた定数である。αは、キャパシタ部１４００の充電電力量のうちインバータに供給可能な電力量の割合であり、予め定められた定数である。αは、キャパシタ部１４００の性能および双方向チョッパ部１５００の昇圧チョッパとしての性能を考慮して計算により、もしくは実験により予め求めた定数を用いる。
【００５３】
ステップ４０９では、ステップ４０７で求めた不足電力量：Ａとキャパシタから供給可能な電力量：Ｂとを比較し、Ａ≦Ｂである場合には、キャパシタ部１４００からの電力供給で撮影を実行可能であるので、ステップ４１０に進む。
【００５４】
ステップ４１０では、制御部１６００は、双方向チョッパ部１５００を昇圧チョッパとして動作させるために、双方向チョッパ部１５００の降圧用スイッチ１５０１をオフにし、昇圧用スイッチ１５０３を所定の周波数で繰り返しオンオフする。このとき、制御部１６００は、インバータ部１２００の入力電圧ＶＩをモニターしながら、ＶＩが一定になるように、昇圧用スイッチ１５０３のオン時間とオフ時間の比を調整する。これにより、双方向チョッパ部１５００からインバータ部１２００への供給電力を調整することができる。ステップ４１１において、操作者が撮影スタートボタン（不図示）をオンにするタイミングで、インバータ部１２００を所定の管電圧および管電圧を供給することにより、高電圧発生装置１３００を介してＸ線管２０００に上記撮影（１）〜（３）のシーケンス条件で所定の管電圧および管電流を供給してＸ線を発生させることができる。
【００５５】
一方、ステップ４０９において、Ａ＞Ｂの場合には、キャパシタ部１４００の充電不足により、撮影が実行できないため、ステップ４１２において、コンソール３０００のシステム制御装置１２４に撮影スタートボタンをオンにする操作を受け付け不可にするように指示する。その上でステップ４１３に進み、不足分の電力量（Ａ−Ｂ）をキャパシタ部１４００に充電するために必要な時間を計算により求める。求めた時間を、システム制御装置１２４に受け渡し、表示装置１２５に表示する等、操作者に報知するように指示する。
【００５６】
充電に必要時間Ｔの計算は、例えばＴ＝(Ａ−Ｂ)／((直流電源部１１００の出力)×β）により求める。ただし、βは、双方向チョッパ部１５００を降圧チョッパとして動作させた場合に、直流電源部１１００側からキャパシタ部１４００に供給できる電力の割合を示す係数であり、降圧チョッパの性能等により定まる。
【００５７】
ステップ４１４では、制御部１６００は、双方向チョッパ部１５００の降圧用スイッチ１５０１を所定周波数で繰り返しオンオフし、昇圧用スイッチ１５０３をオフにすることにより、降圧チョッパとして動作させ、直流電源部１１００の出力電力をキャパシタ部１４００に充電する。この後、ステップ４０８に戻ることにより、ステップ４０９においてＡ≦Ｂとなるまで充電を継続する。Ａ≦Ｂとなった場合、ステップ４１０、４１１により、撮影が実行される。
【００５８】
このように、本実施形態のＸ線高電圧装置１０００は、インバータ部１２００に直流電源部１１００とキャパシタ部１４００が並列に接続されているため、直流電源部１１００の出力で不足する電力を、キャパシタ部１４００から供給することができる。よって、直流電源部１１００の出力電力とキャパシタ部１４００の電力とを合算した電力をインバータに供給できるため、電源設備容量を抑えることが可能である。
【００５９】
また、インバータ部１２００への入力電圧を一定に維持することができるため、入力電圧低下に備えてインバータ部１２００よりもＸ線管側の回路設計時に冗長性を持たせる必要がなく、簡素で最適な回路設計を実現することができる。よって、小型で高効率なＸ線高電圧装置、さらにはＸ線ＣＴ装置を提供することができる。
【００６０】
また、直流電源部１１００の電力に余裕がある場合には、撮影中に双方向チョッパ部１５００を降圧チョッパとして、キャパシタ部１４００を充電することできるため、キャパシタ部１４００の充電を効率よく行うことができる。
【符号の説明】
【００６１】
１０００ ……Ｘ線高電圧装置
１１００ ……直流電源部
１２００ ……インバータ部
１３００ ……高電圧発生装置
１４００ ……キャパシタ部
１５００ ……双方向チョッパ部
１６００ ……制御部
２０００ ……Ｘ線管
３０００ ……Ｘ線ＣＴシステム
【技術分野】
【０００１】
本発明はＸ線ＣＴ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、マルチスライス機能を備えた、ヘリカルスキャンやスパイラルスキャンと呼ばれる螺旋ＣＴ装置がＸ線ＣＴ装置の主流となっている。螺旋ＣＴ装置は、体軸方向に連続したデータが得られ、これによって三次元画像の生成が可能である。また、Ｘ線検出器を多列化して配置することにより、一度に多くの断層画像の撮像が短時間で広い範囲に可能である。
【０００３】
この螺旋ＣＴ装置は、スキャナ回転部にＸ線管装置とＸ線検出器を搭載し、スキャナ回転部を連続回転させると同時に、被検体を載置したテーブルを被検体の体軸方向に連続移動させる。これにより、Ｘ線管装置とＸ線検出器とを被検体に対し相対的に螺旋運動をさせることができる。
【０００４】
螺旋ＣＴ装置では、スキャナ回転部の回転速度が速いほど短い時間で撮影ができるため、撮影時間の短縮による被検者の負担軽減を図ることができる。また、撮影時間が短縮されると、撮影中の被検者の体動が低減するため、画質向上を図るため、回転速度は次第に速くなる傾向にある。
【０００５】
また６４スライス以上のマルチスライス機能を備えたＸ線ＣＴ装置の登場により、循環器領域へＸ線ＣＴ装置が適用され始めている。この場合、心拍による動きの影響を排除するため、スキャナ回転部の回転速度をさらに速くすることが望まれている。一方で、撮影時間の短縮による線量不足を補うために、Ｘ線出力を大出力化する必要がある。すなわち短時間で大出力による撮影することにより、従来と変わらない線量での撮影を実施して画質を確保している。
【０００６】
このように、Ｘ線ＣＴ装置として大出力化が進むに従って、施設に要求される電源設備容量も大容量となる。しかしながら、施設の電源設備の容量を増加させるのは、施設側への負担が大きい。このため電力ピークを抑える方法に関して、種々の提案がされている。その一つとして特許文献１では、エネルギー蓄積手段として大容量のキャパシタ部をインバータと電源との間に配置し、キャパシタ部に蓄積したエネルギーをインバータに供給することにより電源設備の容量を抑える構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−１７８３７５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１によるＸ線ＣＴ装置においては、Ｘ線管の高電圧発生回路にエネルギーを供給するインバータに電源設備が直接接続されておらず、キャパシタ部を介してインバータに電力が供給される構成である。このため電源設備からキャパシタ部に蓄積されたエネルギーが、Ｘ線発生のために高電圧発生回路が必要とするエネルギーに足りなければ、キャパシタの端子電圧は低下し、インバータへの入力電圧が低下する。これを防ぐために、特許文献１では、操作者に設定された条件でのスキャンが、キャパシタに蓄積されたエネルギーで可能かどうか予め判定した後、スキャンを実行する。しかしながら、このことはキャパシタへの入力電力と等しい電力しかキャパシタから出力できないことを意味し、キャパシタを配置して電源設備容量を抑える効果が低減する。
【０００９】
一方、インバータへの入力電圧が低下しても一定の電力がＸ線管に供給できるようにするために別の回路構成をインバータよりもＸ線管側の回路に備えることも考えられるが、回路設計に冗長性を持たせることになり、構成が複雑になる。
【００１０】
本発明は上記事情に鑑み、電源設備容量を抑えることが可能で、かつ、Ｘ線管への安定した電力供給が可能なＸ線高電圧装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明によれば以下のようなＸ線高電圧装置が提供される。すなわち、このＸ線高電圧装置は、商用電源から直流電圧を発生する直流電源部と、直流電源部の発生する直流電圧を高周波の交流電圧に変換するインバータ部と、インバータ部の出力する交流電圧を昇圧してＸ線管に供給する高電圧発生装置と、電力を蓄積するキャパシタ部と、制御部とを有する。キャパシタ部は、直流電源部と並列にインバータ部に接続されている。制御部は、直流電源部からインバータ部へ入力される直流電圧が所定の電圧に満たない場合に、キャパシタ部から直流電圧をインバータ部に供給させる。
【００１２】
上記キャパシタ部は、例えば、キャパシタと、キャパシタとインバータ部との間に配置された双方向チョッパとを備える構成にする。制御部は、例えば、インバータ部へ入力される直流電圧が所定の電圧に満たない場合には、双方向チョッパを昇圧チョッパとして動作させて、キャパシタから前記インバータ部へ電圧を供給する。直流電圧が所定の電圧以上である場合には、双方向チョッパを降圧チョッパとして動作させて、直流電源部の発生する電力の一部をキャパシタに充電する。
【００１３】
上記制御部は、例えば、操作者が設定した撮影条件を実行するために必要な電力量を演算により求めるとともに、直流電源部の供給可能な電力量と、現在の充電状態のキャパシタ部から供給可能な電力量との合算を求め、必要な電力量が供給可能な電力量の合算を上回っている場合には、撮影開始ができないことを操作者に報知する構成とすることも可能である。
【００１４】
上記制御部は、必要な電力量が供給可能な電力量の合算を上回っている場合、不足分の電力量をキャパシタ部に充電するために必要な時間を算出し、操作者に報知する構成とすることも可能である。
【００１５】
制御部は、操作者が設定した撮影条件を実行するために必要な電力量を演算により求めるとともに、直流電源部の供給可能な電力量と、最大充電状態のキャパシタ部から供給可能な電力量との合算を求め、必要な電力量が前記供給可能な電力量の合算を上回っている場合には、撮影条件の変更をするように操作者に促す表示を行う構成とすることもできる。
【００１６】
キャパシタ部からインバータ部へ供給される電圧は、例えば、直流電源部から前記インバータ部へ入力される電圧よりも低く設定する。
【００１７】
また、本発明によれば、以下のようなＸ線ＣＴ装置が提供される。すなわち、上述のＸ線高電圧装置と、Ｘ線高電圧装置から管電圧および管電流を供給されるＸ線管と、Ｘ線管が発生し、被検体を通過したＸ線を検出するＸ線検出部と、Ｘ線管とＸ線検出部を搭載して被検体の周囲を回転する回転部と、操作者から撮影条件を受け付ける入力部とを有するＸ線ＣＴ装置である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、直流電源部と並列にキャパシタが配置されるため、直流電源部から直接インバータに電圧を供給でき、不足分をキャパシタで補うことができる。よって、電源設備容量を抑えることが可能である。また、Ｘ線発生のためのインバータ設計時に冗長性を持たせる必要がなく、より最適な設計を実現することが可能となる。これにより、より小型高効率なＸ線高電圧装置およびＸ線ＣＴ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本実施形態のＸ線ＣＴ装置のブロック図。
【図２】本実施形態のＸ線高電圧装置のブロック図。
【図３】図２のＸ線高電圧装置内の双方向チョッパの回路構成を示すブロック図。
【図４】図２のＸ線高電圧装置の制御部１６００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】
【００２０】
本発明の一実施形態のＸ線ＣＴ装置について図面を用いて説明する。
【００２１】
図１にＸ線ＣＴ装置全体の概略構成を示す。図１のようにＸ線ＣＴ装置１は、ガントリ１００と寝台１０５とコンソール３０００とを備える。ガントリ１００は、回転円盤部１０２と、ガントリ制御装置１０８と、寝台制御装置１０９と、Ｘ線高電圧装置１０００とを有して構成される。
【００２２】
回転円盤部１０２は、寝台１０５上に載置された被検体が入る開口部１０４を備える回転フレーム４０と、回転フレーム４０に搭載されたＸ線管２０００ならびにＸ線検出ユニット５６を備え、被検体の周囲を回転する。
【００２３】
Ｘ線管２０００は寝台１０５上に載置された被検体にＸ線を照射する装置である。Ｘ線検出ユニット５６は、Ｘ線検出器２５６ａとデータ収集装置２５６ｂとを含む。Ｘ線検出器２５６ａは、多数のＸ線検出素子を回転フレーム４０の回転方向に配列したもの、若しくは、回転フレーム４０の回転方向と回転軸方向との２次元に配列したものである。Ｘ線検出器２５６ａは、回転フレーム４０上でＸ線管２０００と対向配置され、被検体を透過したＸ線を検出する。データ収集装置２５６ｂは、Ｘ線検出器２５６ａが検出したＸ線量をデジタルデータとして収集する装置である。
【００２４】
ガントリ制御装置１０８は、回転円盤部１０２の回転を制御する装置である。寝台制御装置１０９は、寝台１０５の上下前後動を制御する装置である。
【００２５】
Ｘ線高電圧装置１０００は、Ｘ線管２０００に入力される電力を供給する装置であり、その一部である高電圧発生装置１３００は、回転フレーム４０に搭載されている。
【００２６】
コンソール３０００は、入力装置１２１と、画像演算装置１２２と、表示装置１２５と、記憶装置１２３と、システム制御装置１２４とを備えている。入力装置１２１は、被検体氏名、検査日時、撮影条件などを操作者が入力するための装置である。具体的にはキーボードやポインティングデバイスである。画像演算装置１２２は、Ｘ線検出ユニット５６のデータ収集装置２５６ｂから送出される計測データを演算処理してＣＴ画像再構成を行う装置である。表示装置１２５は、画像演算装置１２２で再構成されたＣＴ画像を表示する。記憶装置１２３は、データ収集装置２５６ｂで収集したデータ及び画像演算装置１２２で作成されたＣＴ画像の画像データを記憶する。システム制御装置１２４は、これらの装置及びガントリ制御装置１０８と寝台制御装置１０９とＸ線高電圧装置１０００を制御する。
【００２７】
図２にＸ線高電圧装置１０００のブロック図を示す。図２のように、Ｘ線高電圧装置１０００は、商用電源から直流電圧を発生する直流電源部１１００、直流電源部の出力直流電圧を高周波の交流電圧に変換するインバータ部１２００、インバータ部の出力交流電圧を昇圧・整流・平滑化する高電圧発生装置１３００、および、制御部１６００を備えている。制御部１６００は、インバータ部１２００に駆動信号を出力し、インバータ部１２００を駆動するとともに、双方向チョッパ部１５００に駆動信号を出力し、双方向チョッパ部１５００の動作を制御する。
【００２８】
さらに、インバータ部１２００には、直流電源部１１００と並列にエネルギー蓄積手段としてのキャパシタ部１４００が接続されている。キャパシタ部とインバータ部１２００との間には、キャパシタ部１４００と直流電源部１１００の電圧調整をするための双方向チョッパ部１５００が配置されている。すなわち、キャパシタ部１４００は、双方向チョッパ部を介して、直流電源部１１００の出力端子とインバータ部１２００の入力端子とを接続する配線に対して並列に接続されている。
【００２９】
なお、Ｘ線高電圧装置１０００には、Ｘ線管２０００内の陽極ターゲットを回転させる陽極回転駆動部、および、フィラメントを加熱させるフィラメント加熱部を備えられているが、これらは広く知られた構造であるので、ここでは説明を省略する。
【００３０】
直流電源部１１００は、Ｘ線高電圧装置の動作中は一定の直流電圧を発生させるよう動作する構成であればどのような構成であっても構わない。例えば、整流回路と昇圧チョッパ回路とを組み合わせた構成であってもよいし、高力率の昇圧コンバータでも構わない。ただし、インバータ部１２００以降の損失低減を目的として、直流電源部１１００の出力電圧は比較的高い方が好ましい。なお、直流電源部１１００は、その入力電圧および入力電流を検出し、一定の電力以下の範囲で動作する。
【００３１】
インバータ部１２００は、半導体スイッチと、半導体スイッチに逆並列に接続されたダイオードの組合せを複数用いたインバータ回路である。この回路は、Ｘ線高電圧装置のインバータ回路として広く知られているのでここでは詳細な構成の説明を省略する。例えば、特開２００５−９４９１３号公報に記載されているインバータ回路を用いることができる。
【００３２】
制御部１６００は、インバータ部１２００の複数の半導体スイッチを所定のタイミングでオンオフする駆動信号を出力することにより、インバータ部１２００から出力される交流電圧の波形を制御する。これにより、インバータ部１２００から高電圧発生装置１３００に出力される交流電力を制御する。
【００３３】
高電圧発生装置１３００は、変圧器と整流器とを含み、インバータ部１２００の交流出力を高電圧に変換したのち整流し、直流高電圧を生成する。高電圧発生装置１３００からの直流高電圧（管電圧）は、Ｘ線管２０００に印加される。これにより、Ｘ線管２０００は、Ｘ線を被検体に対して照射する。
【００３４】
キャパシタ部１４００は、比較的大容量で小型なキャパシタであることが好ましい。例えば電気二重層キャパシタまたは高分子キャパシタを用いる。必要な容量、必要な電圧が得られるように、複数のキャパシタを直並列に接続して構成することも可能である。
【００３５】
キャパシタ部１４００の出力電圧は、直流電源部１１００の出力電圧よりも低くなるように設定されている。その理由は、キャパシタ部１４００は、双方向チョッパ部１５００を介して直流電源部１１００と接続されるため、双方向チョッパ部１５００に昇圧動作および降圧動作をさせるために、キャパシタ部１４００と直流電源部１１００との間に電圧差が必要だからである。
【００３６】
双方向チョッパ部１５００は、キャパシタ部１４００から直流電源部１１００およびインバータ部１２００側への昇圧チョッパ機能と、直流電源部１１００およびインバータ部１２００側からキャパシタ部１４００に対しての降圧チョッパ機能とを備えた変換回路である。例えば、図３のように、降圧用スイッチ（Ｓｄ）１５０１、昇圧用スイッチ（Ｓｕ）１５０３、インダクタンス１５０５、および、平滑用コンデンサ１５０６，１５０７を備えた回路を双方向チョッパ部１５００を用いることができる。降圧用スイッチ１５０１およびインダクタンス１５０５は、インバータ部１２００と直列に接続され、昇圧用スイッチ１５０３は、インバータ部１２００に並列に、インダクタンス１５０５と降圧用スイッチ１５０１との間に接続されている。平滑用コンデンサ１５０６は、インバータ部１２００に並列に、平滑用コンデンサ１５０７は、キャパシタ部１４００に並列に接続されている。
【００３７】
降圧用スイッチ１５０１および昇圧用スイッチ１５０３は、いずれも半導体スイッチとダイオードとを逆並列に接続した構成である。降圧用スイッチ１５０１および昇圧用スイッチ１５０３のダイオードは、図３のように向けられている。ここでは、半導体スイッチとしては、例えば絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）を用いている。
【００３８】
この双方向チョッパ部１５００は、降圧用スイッチ１５０１をオフにし、昇圧用スイッチ１５０３を所定の周波数でオンオフすることにより、昇圧チョッパとして動作し、キャパシタ部１４００からインバータ部１２００に電力を供給することができる。このとき、昇圧用スイッチ１５０３のオン時間とオフ時間の比を調整することにより、キャパシタ部１４００からインバータ部１２００へ供給する電圧を制御することができる。
【００３９】
一方、双方向チョッパ部１５００の降圧用スイッチ１５０１を所定周波数で繰り返しオンオフし、昇圧用スイッチ１５０３をオフにすると、降圧チョッパとして動作し、直流電源部１１００から電力を取り込んで、キャパシタ部１４００に充電することができる。
【００４０】
以下、撮影時のＸ線高電圧装置１０００のＸ線管２０００への電力供給動作について説明する。制御部１６００は、ＣＰＵとメモリとを内蔵し、メモリに予め格納されているプログラムをＣＰＵが読み込んで実行することにより、図４のフローのようにＸ線高電圧装置１０００の各部の動作を制御する。
【００４１】
図４のように、制御部１６００は、コンソール３０００の入力装置１２１が操作者から受け付けた一連の撮影シーケンスのＸ線撮影条件をシステム制御装置１２４を介して受け取る（ステップ４０１）。さらに、操作者が入力装置１２１の撮影条件設定完了ボタンを操作し、撮影条件の設定が完了したことを入力した場合には、システム制御装置１２４を介してこれを受け取り（ステップ４０２）、Ｘ線管２０００の陽極ターゲットの回転、および、陰極フィラメントの加熱を開始するとともに、ステップ４０３以下を行う。
【００４２】
ここでは、一例として、操作者が設定した一連の撮影シーケンスが下記（１）、（２）、（３）の撮影を順に実行するシーケンスであるとして以下の動作を説明する。
（１）管電圧１２０ｋＶ、管電流１００ｍＡ、スキャンスピード２秒／回転、撮影枚数１０枚
（２）管電圧１５０ｋＶ、管電流５００ｍＡ、スキャンスピード０．３５秒／回転、撮影枚数１０枚
（３）管電圧１２０ｋＶ、管電流１００ｍＡ、スキャンスピード２秒／回転、撮影枚数１０枚
【００４３】
ステップ４０３では、制御部１６００は、ステップ４０１で受け取った一連の撮影シーケンスが、直流電源部１１００の発生可能な電力量と、予め求めておいたフル充電のキャパシタ部１４００が供給可能な電力量の合算で、実行可能かどうかを演算により判定する。具体的には、上記撮影（１）〜（３）に要する電力量（Ｗ・秒）を、電力量＝(管電圧)×(管電流)×(スキャンスピード)×(撮影枚数)の計算式により求め、直流電源部１１００の供給可能電力×スキャン時間と、キャパシタ部１４００のフル充電電力量と比較することにより、判定する。
【００４４】
例えば、上記撮影（１）に要する電力量(Ｗ・秒)＝１２０(ｋＶ)×０．１(Ａ)×２(秒／回転)×１０(枚)＝２４０(Ｗ・秒)、
上記撮影（２）に要する電力量(Ｗ・秒)＝１５０(ｋＶ)×０．５(Ａ)×０．３５(秒／回転)×１０(枚)＝２６２．５(Ｗ・秒)、
上記撮影（３）に要する電力量(Ｗ・秒)＝１２０(ｋＶ)×０．１(Ａ)×２(秒／回転)×１０(枚)＝２４０(Ｗ・秒)
であるので、一連の撮影（１）〜（３）のシーケンスに要する電力量は、合計２４０＋２６２．５＋２４０＝７４２．５（ｋＷ・秒）である。
【００４５】
直流電源部１１００の出力を一例として１０ｋＷとする。上記撮影（１）〜（３）のシーケンスのスキャン時間（＝スキャンスピード×枚数）の合計は、２(秒／回転)×１０(枚)＋０．３５(秒／回転)×１０(枚)＋２(秒／回転)×１０(枚)＝４３．５秒であるので、直流電源部１１００の供給可能な電力量は、１０(ｋＷ)×４３．５(秒)＝４３５(ｋＷ・秒)である。予め求めておいたキャパシタ部１４００のフル充電の電力量が一例として４００ｋＷ・秒とすると、直流電源部１１００とキャパシタ部１４００から供給可能な電力量の合算値は、４３５＋４００＝８３５（ｋＷ・秒）であり、一連の撮影（１）〜（３）のシーケンスに要する電力量７４２．５ｋＷ・秒を上回っている。よって、撮影シーケンスの実行が可能であるので、次のステップ４０４，４０５に進む。
【００４６】
一方、供給可能な電力量の合算値が、撮影シーケンスに必要な電力量よりも小さい場合にはステップ４０１に戻り、コンソール３０００のシステム制御装置１２４を介して、操作者に撮影条件の再設定を促す表示を表示装置１２５に表示させる。
【００４７】
撮影シーケンスの実行が可能であり、ステップ４０４，４０５に進んだ場合について説明する。ステップ４０４、４０５および次のステップ４０６は、撮影シーケンスに必要な電力が直流電源部１１００のみで供給可能などうかを判別する。ステップ４０４では、直流電源部１１００から供給可能な最大電力（Ｗ）：Ｃを求める。この最大電力Ｃ（Ｗ）は、直流電源部１１００の仕様により予め決まっており、ここでは１０ｋＷである。ステップ４０５では、一連のＸ線撮影シーケンスで必要な最大電力（Ｗ）：Ｄを計算により求める。最大電力は、一連の撮影シーケンスの中の最大ワット数であり、管電圧と管電流との積により求められる。上記撮影（１）〜（３）のうち管電圧と管電流の積が最も大きいのは、撮影（２）の１５０(ｋＶ)×０．５(Ａ)＝７５(ｋＷ）である。ステップ４０６では、供給可能な最大電力：Ｃと、撮影に必要な最大電力：Ｄとを比較する。
【００４８】
ステップ４０６においてＣ≧Ｄの場合、直流電源部１１００の供給電力のみで撮影シーケンスが実行可能であるので、ステップ４１１に進み、直流電源部１１００のみからインバータに電力を供給し、操作者が撮影スタートボタン（不図示）をオンにするタイミングで、所定の管電圧および管電流を供給するよう制御部１６００がインバータ部１２００を制御する。これにより、インバータ部１２００から高電圧発生装置１３００を介してＸ線管２０００に上記撮影（１）〜（３）の条件で所定の管電圧および管電流を供給してＸ線を発生させる。
【００４９】
なお、この場合Ｃ≧Ｄであるため、直流電源部１１００から供給可能な電力：Ｃが撮影に必要な電力：Ｄを上回っており、直流電源部１１００の供給電力には余裕がある。よって、制御部１６００は、撮影中に、双方向チョッパ部１５００の降圧用スイッチ１５０１をオンにし、昇圧用スイッチ１５０３をオフにすることにより、降圧チョッパとして動作させ、直流電源部１１００の出力電力をキャパシタ部１４００に充電する。
【００５０】
ステップ４０６においてＣ＜Ｄの場合は、直流電源部１１００の供給電力のみでは撮影シーケンスを実行できないため、ステップ４０７，４０８、４０９に進み、不足分が現状の充電状態のキャパシタ部１４００から供給できるかどうか判断する。ステップ４０７では、撮影に必要な電力量のうち直流電源部１１００の出力を超過する電力量：Ａを算出する。具体的には、撮影（１）〜（３）について、（(管電圧)×(管電流)−(直流電源部１１００の電力))×(スキャンスピード)×(撮影枚数)を求める。
【００５１】
例えば、上記撮影（１）に不足する電力量(Ｗ・秒)＝(１２０(ｋＶ)×０．１(Ａ)−１０(ｋＷ))×２(秒／回転)×１０(枚)＝４０(Ｗ・秒)、
上記撮影（２）に不足する電力量(Ｗ・秒)＝(１５０(ｋＶ)×０．５(Ａ)−１０(ｋＷ))×０．３５(秒／回転)×１０(枚)＝２２７．５(Ｗ・秒)、
上記撮影（３）に不足する電力量(Ｗ・秒)＝(１２０(ｋＶ)×０．１(Ａ)−１０(ｋＷ))×２(秒／回転)×１０(枚)＝４０(Ｗ・秒)
であるので、一連の撮影（１）〜（３）のシーケンスに不足する電力量：Ａは、合計４０＋２２７．５＋４０＝３０７．５（ｋＷ・秒）である。
【００５２】
ステップ４０８では、現時点のキャパシタ部１４００の電圧Ｖを取り込み、現時点のキャパシタ部１４００から供給可能な電力量（Ｗ・秒）：Ｄを（１／２）・ＣＶ２・αの式を用いて演算により求める。なお、Ｃは、キャパシタ部１４００の容量であり、予め定められた定数である。αは、キャパシタ部１４００の充電電力量のうちインバータに供給可能な電力量の割合であり、予め定められた定数である。αは、キャパシタ部１４００の性能および双方向チョッパ部１５００の昇圧チョッパとしての性能を考慮して計算により、もしくは実験により予め求めた定数を用いる。
【００５３】
ステップ４０９では、ステップ４０７で求めた不足電力量：Ａとキャパシタから供給可能な電力量：Ｂとを比較し、Ａ≦Ｂである場合には、キャパシタ部１４００からの電力供給で撮影を実行可能であるので、ステップ４１０に進む。
【００５４】
ステップ４１０では、制御部１６００は、双方向チョッパ部１５００を昇圧チョッパとして動作させるために、双方向チョッパ部１５００の降圧用スイッチ１５０１をオフにし、昇圧用スイッチ１５０３を所定の周波数で繰り返しオンオフする。このとき、制御部１６００は、インバータ部１２００の入力電圧ＶＩをモニターしながら、ＶＩが一定になるように、昇圧用スイッチ１５０３のオン時間とオフ時間の比を調整する。これにより、双方向チョッパ部１５００からインバータ部１２００への供給電力を調整することができる。ステップ４１１において、操作者が撮影スタートボタン（不図示）をオンにするタイミングで、インバータ部１２００を所定の管電圧および管電圧を供給することにより、高電圧発生装置１３００を介してＸ線管２０００に上記撮影（１）〜（３）のシーケンス条件で所定の管電圧および管電流を供給してＸ線を発生させることができる。
【００５５】
一方、ステップ４０９において、Ａ＞Ｂの場合には、キャパシタ部１４００の充電不足により、撮影が実行できないため、ステップ４１２において、コンソール３０００のシステム制御装置１２４に撮影スタートボタンをオンにする操作を受け付け不可にするように指示する。その上でステップ４１３に進み、不足分の電力量（Ａ−Ｂ）をキャパシタ部１４００に充電するために必要な時間を計算により求める。求めた時間を、システム制御装置１２４に受け渡し、表示装置１２５に表示する等、操作者に報知するように指示する。
【００５６】
充電に必要時間Ｔの計算は、例えばＴ＝(Ａ−Ｂ)／((直流電源部１１００の出力)×β）により求める。ただし、βは、双方向チョッパ部１５００を降圧チョッパとして動作させた場合に、直流電源部１１００側からキャパシタ部１４００に供給できる電力の割合を示す係数であり、降圧チョッパの性能等により定まる。
【００５７】
ステップ４１４では、制御部１６００は、双方向チョッパ部１５００の降圧用スイッチ１５０１を所定周波数で繰り返しオンオフし、昇圧用スイッチ１５０３をオフにすることにより、降圧チョッパとして動作させ、直流電源部１１００の出力電力をキャパシタ部１４００に充電する。この後、ステップ４０８に戻ることにより、ステップ４０９においてＡ≦Ｂとなるまで充電を継続する。Ａ≦Ｂとなった場合、ステップ４１０、４１１により、撮影が実行される。
【００５８】
このように、本実施形態のＸ線高電圧装置１０００は、インバータ部１２００に直流電源部１１００とキャパシタ部１４００が並列に接続されているため、直流電源部１１００の出力で不足する電力を、キャパシタ部１４００から供給することができる。よって、直流電源部１１００の出力電力とキャパシタ部１４００の電力とを合算した電力をインバータに供給できるため、電源設備容量を抑えることが可能である。
【００５９】
また、インバータ部１２００への入力電圧を一定に維持することができるため、入力電圧低下に備えてインバータ部１２００よりもＸ線管側の回路設計時に冗長性を持たせる必要がなく、簡素で最適な回路設計を実現することができる。よって、小型で高効率なＸ線高電圧装置、さらにはＸ線ＣＴ装置を提供することができる。
【００６０】
また、直流電源部１１００の電力に余裕がある場合には、撮影中に双方向チョッパ部１５００を降圧チョッパとして、キャパシタ部１４００を充電することできるため、キャパシタ部１４００の充電を効率よく行うことができる。
【符号の説明】
【００６１】
１０００ ……Ｘ線高電圧装置
１１００ ……直流電源部
１２００ ……インバータ部
１３００ ……高電圧発生装置
１４００ ……キャパシタ部
１５００ ……双方向チョッパ部
１６００ ……制御部
２０００ ……Ｘ線管
３０００ ……Ｘ線ＣＴシステム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用電源から直流電圧を発生する直流電源部と、前記直流電源部の発生する直流電圧を高周波の交流電圧に変換するインバータ部と、前記インバータ部の出力する交流電圧を昇圧してＸ線管に供給する高電圧発生装置と、電力を蓄積するキャパシタ部と、制御部とを有し、
前記キャパシタ部は、前記直流電源部と並列に前記インバータ部に接続され、
前記制御部は、前記直流電源部から前記インバータ部へ入力される前記直流電圧が所定の電圧に満たない場合に、前記キャパシタ部から直流電圧を前記インバータ部に供給させることを特徴とするＸ線高電圧装置。
【請求項２】
請求項１に記載のＸ線高電圧装置において、前記キャパシタ部は、キャパシタと、前記キャパシタと前記インバータ部との間に配置された双方向チョッパとを備え、
前記制御部は、前記インバータ部へ入力される前記直流電圧が前記所定の電圧に満たない場合には、前記双方向チョッパを昇圧チョッパとして動作させて、前記キャパシタから前記インバータ部へ電圧を供給し、前記直流電圧が前記所定の電圧以上である場合には、前記双方向チョッパを降圧チョッパとして動作させて、前記直流電源部の発生する電力の一部を前記キャパシタに充電することを特徴とするＸ線高電圧装置。
【請求項３】
請求項１に記載のＸ線高電圧装置において、前記制御部は、操作者が設定した撮影条件を実行するために必要な電力量を演算により求めるとともに、前記直流電源部の供給可能な電力量と、現在の充電状態の前記キャパシタ部から供給可能な電力量との合算を求め、前記必要な電力量が前記供給可能な電力量の合算を上回っている場合には、撮影開始ができないことを操作者に報知することを特徴とするＸ線高電圧装置。
【請求項４】
請求項３に記載のＸ線高電圧装置において、前記制御部は、前記必要な電力量が前記供給可能な電力量の合算を上回っている場合、不足分の電力量を前記キャパシタ部に充電するために必要な時間を算出し、操作者に報知することを特徴とするＸ線高電圧装置。
【請求項５】
請求項１に記載のＸ線高電圧装置において、前記キャパシタ部から前記インバータ部へ供給される電圧は、前記直流電源部から前記インバータ部へ入力される電圧よりも低く設定されていることを特徴とするＸ線高電圧装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のＸ線高電圧装置と、前記Ｘ線高電圧装置から管電圧および管電流を供給されるＸ線管と、前記Ｘ線管が発生し、被検体を通過したＸ線を検出するＸ線検出部と、前記Ｘ線管とＸ線検出部を搭載して前記被検体の周囲を回転する回転部と、操作者から撮影条件を受け付ける入力部とを有することを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
【請求項１】
商用電源から直流電圧を発生する直流電源部と、前記直流電源部の発生する直流電圧を高周波の交流電圧に変換するインバータ部と、前記インバータ部の出力する交流電圧を昇圧してＸ線管に供給する高電圧発生装置と、電力を蓄積するキャパシタ部と、制御部とを有し、
前記キャパシタ部は、前記直流電源部と並列に前記インバータ部に接続され、
前記制御部は、前記直流電源部から前記インバータ部へ入力される前記直流電圧が所定の電圧に満たない場合に、前記キャパシタ部から直流電圧を前記インバータ部に供給させることを特徴とするＸ線高電圧装置。
【請求項２】
請求項１に記載のＸ線高電圧装置において、前記キャパシタ部は、キャパシタと、前記キャパシタと前記インバータ部との間に配置された双方向チョッパとを備え、
前記制御部は、前記インバータ部へ入力される前記直流電圧が前記所定の電圧に満たない場合には、前記双方向チョッパを昇圧チョッパとして動作させて、前記キャパシタから前記インバータ部へ電圧を供給し、前記直流電圧が前記所定の電圧以上である場合には、前記双方向チョッパを降圧チョッパとして動作させて、前記直流電源部の発生する電力の一部を前記キャパシタに充電することを特徴とするＸ線高電圧装置。
【請求項３】
請求項１に記載のＸ線高電圧装置において、前記制御部は、操作者が設定した撮影条件を実行するために必要な電力量を演算により求めるとともに、前記直流電源部の供給可能な電力量と、現在の充電状態の前記キャパシタ部から供給可能な電力量との合算を求め、前記必要な電力量が前記供給可能な電力量の合算を上回っている場合には、撮影開始ができないことを操作者に報知することを特徴とするＸ線高電圧装置。
【請求項４】
請求項３に記載のＸ線高電圧装置において、前記制御部は、前記必要な電力量が前記供給可能な電力量の合算を上回っている場合、不足分の電力量を前記キャパシタ部に充電するために必要な時間を算出し、操作者に報知することを特徴とするＸ線高電圧装置。
【請求項５】
請求項１に記載のＸ線高電圧装置において、前記キャパシタ部から前記インバータ部へ供給される電圧は、前記直流電源部から前記インバータ部へ入力される電圧よりも低く設定されていることを特徴とするＸ線高電圧装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のＸ線高電圧装置と、前記Ｘ線高電圧装置から管電圧および管電流を供給されるＸ線管と、前記Ｘ線管が発生し、被検体を通過したＸ線を検出するＸ線検出部と、前記Ｘ線管とＸ線検出部を搭載して前記被検体の周囲を回転する回転部と、操作者から撮影条件を受け付ける入力部とを有することを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−１５６０１３（Ｐ２０１２−１５６０１３Ａ）
【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２０１１−１４４２０（Ｐ２０１１−１４４２０）
【出願日】平成２３年１月２６日（２０１１．１．２６）
【出願人】（０００１５３４９８）株式会社日立メディコ (1,613)
【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２３年１月２６日（２０１１．１．２６）
【出願人】（０００１５３４９８）株式会社日立メディコ (1,613)
【Ｆターム（参考）】
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