Ｘ線ＣＴ装置及びその制御方法
【課題】簡単かつ規模の小さい構成で、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装置を提供する。
【解決手段】Ｘ線ＣＴ装置は、寝台と、寝台駆動手段と、Ｘ線発生手段と、Ｘ線検出手段と、回転体と、駆動手段と、昇圧手段と、変換手段と、制御手段とを備える。駆動手段は、回転体を回転駆動させる。昇圧手段は、外部から入力される交流電圧を昇圧する。変換手段は、回転体を回転駆動させる場合、昇圧された交流電圧を直流電圧に変換し駆動手段に送る。また、変換手段は、回転体が減速する場合、回転体の減速時において発生する回生電力を交流電圧に変換して寝台駆動手段及びコンソールの少なくとも一方に電力を供給する。制御手段は、変換手段に送られてきた回生電力の電圧の位相を外部から入力される交流電圧の位相とあわせる。
【解決手段】Ｘ線ＣＴ装置は、寝台と、寝台駆動手段と、Ｘ線発生手段と、Ｘ線検出手段と、回転体と、駆動手段と、昇圧手段と、変換手段と、制御手段とを備える。駆動手段は、回転体を回転駆動させる。昇圧手段は、外部から入力される交流電圧を昇圧する。変換手段は、回転体を回転駆動させる場合、昇圧された交流電圧を直流電圧に変換し駆動手段に送る。また、変換手段は、回転体が減速する場合、回転体の減速時において発生する回生電力を交流電圧に変換して寝台駆動手段及びコンソールの少なくとも一方に電力を供給する。制御手段は、変換手段に送られてきた回生電力の電圧の位相を外部から入力される交流電圧の位相とあわせる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回生エネルギーを再利用するＸ線ＣＴ装置及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線を利用して被検体の断層撮影像を行う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、多機能化、高性能化、それに撮影時間の短縮化を等、様々な方面での努力が日々費やされている。しかし、装置の性能や機能を向上させるに従い、放出すべき熱量は増加してしまう。
【０００３】
このような技術革新が進行する中、装置内部で副次的に発生してしまう熱をいか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。
【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（例えば、ダイレクトドライブモータなど。）の回転を減速するとき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。したがって、モータの加減速を頻繁に行う場合、例えば、大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などを行う場合などには、回生抵抗はかなりの温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他にも、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金属部分に接触させて、その金属部分から熱を逃がす構成が採用されていることが多い。
【０００６】
また他方、架台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Ｘ線ＣＴ装置では、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など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、撮影口上部に吸い込み口を、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、支持部材に複数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）（例えば、特許文献２参照。）が提案されている。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】
さらに、架台（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（例えば、特許文献３参照。）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そうすることができる。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】
また、回生エネルギーをそのままコンデンサに蓄え、それを再利用する技術（例えば、特許文献４参照。）も提案されている。
【００１１】
ここで、一例として、回生抵抗によって放熱を行なう構成を有する従来のＸ線ＣＴ装置について、図６を参照して以下に説明する。図６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７は、従来のＸ線ＣＴ装置の構成を示すブロック図である。図６に示すように、Ｘ線ＣＴ装置１は被検体をスキャンしながら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している。
【００１２】
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、被検体を通過した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などのモータ４、回転体５、インバータ部６などがこれに含まれる。また、インバータ部６には回生抵抗７が接続されている。
【００１３】
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ＡＣ／ＤＣ変換器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。
【００１４】
インバータ部６は、ＩＧＢＴ１２などで構成されている。インバータ部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、回転速度などを制御する。なお、モータ４とインバータ部６とは、本発明でいう駆動ユニットを構成している。
【００１５】
回生抵抗７は、モータ４の減速時に生成されインバータ部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、インバータ部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、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。
【００１６】
このように配置された各部材は、図７に示すような構成がなされている。図７に示すように、ＡＣ／ＤＣ変換器１０はＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；ゲート隔離型バイポーラトランジスタ）等のスイッチング素子よりなるインバータ部６を介してモータ４に接続されている。ＡＣ／ＤＣ変換器１０とＩＧＢＴとの間の伝送路は回生抵抗７が介入されており、モータ４が減速するときには発生した回生エネルギーを、放熱部材に接続された回生抵抗７に送って熱に変換していた。
【００１７】
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、インバータ部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３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、ＡＣ／ＤＣ変換器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後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。
【００１８】
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が自ら検出）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されることによって、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】
【００１９】
【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
【特許文献４】特開２００６−２８９０６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
しかし、現在Ｘ線ＣＴは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することが進められている。そして、撮影時間を短縮するには、スキャン時間の短縮が必要である。すなわち、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乃至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した場合、容量の大きな回生抵抗が必要となり、構成の簡素化や製造コストの削減を実現することは困難である。
【００２１】
また、特許文献４に記載の技術では、回生エネルギーをそのまま蓄積するため蓄積する部分の容量が大きくなってしまい、Ｘ線ＣＴ装置の規模を小さくすることは困難であった。
【００２２】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、簡単かつ規模の小さい構成で、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を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置は、被検体を載置する寝台と、前記寝台を駆動させる寝台駆動手段と、Ｘ線を被検体に向けて曝射するＸ線発生手段と、前記被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出手段と、前記Ｘ線発生手段が配置され、前記被検体の周囲を回転する回転体と、前記回転体を回転駆動させる駆動手段と、外部から入力される交流電圧を昇圧する昇圧手段と、前記回転体を回転駆動させる場合、昇圧された前記交流電圧を直流電圧に変換し前記駆動手段に送り、前記回転体が減速する場合、前記回転体の減速時において発生する回生電力を交流電圧に変換して少なくとも前記寝台駆動手段又はコンソールの少なくとも一方に電力を供給する変換手段と、前記ＡＣ／ＤＣ変換手段に送られてきた回生電力の電圧の位相を外部から入力される交流電圧の位相とあわさせる制御手段と、を備えることを特徴とするものである。
【００２４】
請求項３に記載のＸ線ＣＴ装置の制御方法は、外部から入力される交流電圧を昇圧する昇圧段階と、昇圧された前記交流電圧を直流電圧に変換し回転体を回転駆動させる駆動手段に送る段階と、前記駆動手段により被検体の周囲で前記回転体を回転駆動させる段階と、前記回転体に配置されたＸ線発生手段からＸ線を前記被検体に向けて曝射するＸ線発生段階と、前記回転体に配置されたＸ線検出手段により前記被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出段階と、前記回転体の減速時において発生する回生電力を交流電圧に変換する段階と、前記交流電圧に変換された前記回生電力の電圧の位相を前記外部から入力される交流電圧の位相と一致させる制御段階と、前記位相を一致させた交流電圧を、寝台を駆動させる寝台駆動手段又はコンソールの少なくとも一方に供給する段階と、を有することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２５】
請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置及び請求項３に記載のＸ線ＣＴ装置の制御方法によると、回生エネルギーをそのままＸ線ＣＴ装置内の他の機構、例えば寝台駆動部やコンソールに用いることができる。これにより、回生エネルギーを蓄積する必要がなくなり、規模を小さくすることが可能となる。また、回生エネルギーを他の機構に使用するため、エネルギーの再利用ができ、省エネに寄与することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】第１の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置のブロック図
【図２】第１の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置における回生電力の充電及び放出のフローチャートの図
【図３】第２の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置のブロック図
【図４】第２の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置におけるＡＣ／ＤＣ変換器及びインバータ部の詳細を模式的に表わした図
【図５】第２の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置における回生電力の利用のフローチャートの図
【図６】従来のＸ線ＣＴ装置の構成の概略を表わす正面透視図
【図７】従来のＸ線ＣＴ装置のブロック図
【発明を実施するための形態】
【００２７】
〔第１の実施形態〕
以下、この発明の第１の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置について説明する。図１は本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の機能を表すブロック図である。操作者はコンソール（不図示）等を使用してＸ線曝射の設定などを行なう。
【００２８】
ＡＣ／ＤＣ変換器１０は、インバータ部６を介してモータ４に接続されている。ＡＣ／ＤＣ変換器１０は、商用電源の３相のＡＣ電圧（交流電圧）の電力をＤＣ電圧（直流電圧）の電力に変換してインバータ部６に送る。ここで、このＡＣ／ＤＣ変換器１０が本発明における「電源」にあたる。
【００２９】
インバータ部６は、ＩＧＢＴ等のスイッチング素子から構成される。回転体５を回転駆動させる場合には、切替部１１０からの制御信号に基づいてＡＣ／ＤＣ変換器１０側から電力を供給するようにスイッチング素子が制御される。これにより、インバータ部６は、ＡＣ／ＤＣ変換器１０から受けたＤＣ電圧をモータ４に送信する。
【００３０】
また、回転体５の減速時には、制御部１００からの指示を受けて、切替部１１０からの制御信号に基づいて電気二重層キャパシタ１０１側に電力を供給するようにスイッチング素子が制御され、インバータ部６はモータ４から送られてくる回生電力を降圧チョッパ１０２に送る。このとき、インバータ部６からモータ４に送られる電圧は数百ボルトの高電圧である。
【００３１】
さらに、電気二重層キャパシタ１０１への充電終了後、制御部１００からの指示を受けて回転体５を回転させる場合には、インバータ部６は、昇圧チョッパ１０３から送られてきた電力をモータ４に送る。
【００３２】
モータ４は、回転体５の回転駆動させる場合には、インバータ部６から受けたＤＣ電圧の電力を用いて回転体５を駆動する。また、回転体５の減速時にはモータ４はＡＣ電圧の回生電力を発生する。モータ４は発生したＡＣ電圧をインバータ部６に送り、インバータ部６でＤＣ電圧に変換して降圧チョッパ１０２に送る。
【００３３】
ここで、インバータ部６及びモータ４を含めたものが本発明における「駆動手段」にあたる。
【００３４】
回転体５が回転駆動することにより、回転体５に取り付けられているＸ線発生手段（図示せず）及びＸ線発生手段（図示せず）が被検体の周囲を回転する。この回転した状態でＸ線発生手段から寝台に載置された被検体に向けて、Ｘ線の曝射が行われる。さらに、Ｘ線検出手段により、被検体を通過したＸ線の検出が行われる。また、寝台は寝台駆動手段により駆動させられる。このＸ線の曝射による撮影が終わると、回転体５は減速を開始する。
【００３５】
降圧チョッパ１０２は、インバータ部６から送られてくる回生電力を受けて、この電力の電圧を降圧する。この降圧は、例えば、降圧チョッパ１０２は、インバータ部６から受けたＤＣ電圧をパルス波形に変換した後、トランスなどを使用して降圧し、再度ＤＣ電圧に戻すことで電力の電圧の降圧を行う。降圧チョッパ１０２で降圧した電力は、電気二重層キャパシタ１０１に充電される。この降圧チョッパ１０２が本発明における「降圧手段」にあたる。ここで本実施形態では、降圧する前の電圧であることや、電気二重層キャパシタ１０１の耐圧を低く抑えるために降圧しているが、この降圧の程度は降圧する前の電圧や電気二重層キャパシタ１０１の容量にあわせて降圧後の電圧を算出することが望ましい。
【００３６】
電気二重層キャパシタ１０１は、コンデンサ、特にキャパシタで構成されており、その容量分だけ電圧が充電される。そこで、この電気二重層キャパシタ１０１の容量は、回転体の回転スピード、使用する電圧、及び降圧する割合などを基に算出された容量に対し、十分な容量を有するように構成されている。このため、電気二重層キャパシタ１０１は回生電力を飽和することなく充電することが可能である。また、充電される電力の電圧は降圧により低くなっているため、電気二重層キャパシタ１０１の耐圧が小さくてすむ。この電気二重層キャパシタ１０１は単純なコンデンサに比べ充電速度及び放電速度が速い、そのため送られてくる電力を全て充電でき、また必要な電力に対して十分な放電を行える。この電気二重層キャパシタ１０１は本発明における「蓄積手段」にあたる。
【００３７】
制御部１００は、ＣＰＵ及びメモリなどの記憶手段で構成されており、さらに切替部１１０を有する。制御部１００の記憶手段の中には予め電気二重層キャパシタ１０１における電源供給経路の切替の基準となる電圧の所定値（以下では「最低電圧」という。）を記憶している。制御部１００は、コンソール（不図示）などからのＸ線撮影（Ｘ線ＣＴスキャン）開始の入力を受けて、インバータ部６及びモータ４に回転体５の回転開始の指示を送る。そして、制御部１００は、検出器より回転体５の回転速度を常時取得している。制御部１００がＸ線撮影開始の入力を受けると、切替部１１０は、電気二重層キャパシタ１０１の電圧が最低電圧を下回っている場合には、インバータ部６及びモータ４への電力供給の経路を商用電源側、すなわちＡＣ／ＤＣ変換手段１０から電力供給を受ける経路にスイッチング素子の動作を切換える。また、切替部１１０は、電気二重層キャパシタ１０１の電圧が最低電圧」を上回っている場合、インバータ部６及びモータ４への電源供給の経路を電源二重層キャパシタから電力供給を受ける経路にスイッチング素子の動作を切り替える。ここで制御部１００は本発明における「制御手段」にあたる。また、切替部１１０は本発明における「切替制御手段」にあたる。
【００３８】
次に、制御部１００は、コンソールなどからあらかじめ設定されたＸ線診断の終了のタイミングになると、回転体５を停止する指示をインバータ部６及びモータ４に送信する。回転体５は、制御部１００は回転体５の回転数が０、すなわち回転体５が停止すると、昇圧チョッパ１０３を電力供給経路に接続させる。さらに、切替部１１０は、電気二重層キャパシタ１０１の電圧が際定電圧を下回ると、昇圧チョッパ１０３を電源供給ラインから切断し、商用電源側、すなわちＡＣ／ＤＣ変換器１０側の電源供給経路にスイッチング素子を切り替える。
【００３９】
昇圧チョッパ１０３は、電気二重層キャパシタ１０１から送られてくる電圧を昇圧する。この昇圧は、例えば、昇圧チョッパ１０３は、電気二重層キャパシタ１０１から受けたＤＣ電圧をパルス波形などの交流電圧に変換した後、トランスなどを使用して昇圧し、再度ＤＣ電圧に戻すことを行う。さらに、昇圧チョッパ１０３は昇圧した電圧をインバータ部６に送る。この昇圧チョッパ１０３が本発明における「昇圧手段」にあたる。
【００４０】
次に、図２を参照して本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置における、充電及び放電の動作について説明する。図２は本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置における充電及び放電のフローチャートの図である。
【００４１】
ステップＳ００１：ＡＣ／ＤＣ変換器１０は、入力されたＡＣ電圧をＤＣ電圧に変換する。
【００４２】
ステップＳ００２：インバータ部６は、制御部１００に含まれる切替部１１０からの指示を受けて、モータ４側への電力供給路が形成されるようにスイッチング素子の動作を切替え、ＡＣ／ＤＣ変換器１０から送られてきたＤＣ電圧を、例えばＰＷＭ制御を行いＡＣ電圧に変換してモータ４に送る。
【００４３】
ステップＳ００３：モータ４は、インバータ部６から送られてきたＡＣ電圧を使用して回転体５を回転駆動させる。
【００４４】
ステップＳ００４：制御部１００は、所定のタイミングに達したと判断したとき（Ｘ線撮影が終わったとき）に、インバータ部６及びモータ４に回転体５の停止の指示を送信する。これにより、回転体５は減速する。この減速によりモータ４において回生電力が発生する。
【００４５】
ステップＳ００５：切替部１１０は、降圧チョッパ１０２側への電力供給路が形成されるようにスイッチング素子の動作を切り替えて、インバータ部６は、モータ４から送られてくる回生電力を降圧チョッパ１０２に送る。
【００４６】
ステップＳ００６：降圧チョッパ１０２は、インバータ部６から送られてきた電力の電圧を降圧して電気二重層キャパシタに供給し、電気二重層キャパシタ１０１はこの電力を充電する。
【００４７】
ステップＳ００７：制御部１００は、回転体５の回転速度が０、すなわち回転体５が停止した、又は所定の回転速度より低くなった場合は、ステップＳ００８に進む。
【００４８】
ステップＳ００８：制御部１００は、モータ４から降圧チョッパ１０２への電力供給経路が切断されて電力の供給が停止するように、インバータ部６のスイッチング素子の動作を切り替える。また、それと共に、制御部１００は、電気二重層キャパシタ１０１に充電されている電力でモータ４を駆動するため、当該電力が昇圧チョッパ１０３を介してインバータ部６に供給されるように、昇圧チョッパ１０３及びインバータ部６のスイッチング素子の動作を切り替える。
【００４９】
ステップＳ００９：回転停止後に、回転体５を回転させる指示があったときは、昇圧チョッパ１０３で昇圧された直流電圧の電力をモータ４へ供給するため、降圧チョッパ１０２側への電力供給経路が形成されるようにインバータ部６内のスイッチング素子を駆動する。昇圧チョッパ１０３からモータ４への電力供給経路を介して電力供給が行われるが、その途中でＤＣ電圧の電力はモータ駆動用にＡＣ電圧の電力に変換される。モータ４はその送られてきた電力により回転体５を回転駆動する。
【００５０】
ステップＳ０１０：制御部１００は、電気二重層キャパシタ１０１の電圧が予め記憶している所定値を下回ったか否かを判断する。電気二重層キャパシタ１０１の電圧が所定値を下回っている場合にはステップＳ０１１に進む。
【００５１】
ステップＳ０１１：制御部１００に含まれる切替部１１０は、昇圧チョッパ１０３からの電力供給を停止し、商用電源側から電力の供給を受けるようにスイッチング素子の動作を切換える。
【００５２】
以上で説明したように、本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置は、回転体の減速により発生した回生電力の電圧を降圧した後、電気二重層キャパシタに充電している。これにより、電気二重層キャパシタの耐圧を小さく抑えることができる。また充電用のコンデンサとして電気二重層キャパシタを使用しているため、充電時間及び放電時間を短縮することができる。さらに、充電した電力を回転体の回転駆動に再利用するため省エネルギー化を測ることができる。
【００５３】
〔第２の実施形態〕
以下、この発明の第１の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置について説明する。図３は本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の機能を表すブロック図である。ここで、図３において、図１と同一番号で表わされるものは同一の機能を有するものとする。操作者はコンソール（不図示）等を使用してＸ線曝射条件、スキャン条件、画像処理条件の設定などを行なう。
【００５４】
昇圧手段２０１は、トランスなどで構成されている。昇圧手段２０１は、入力された電圧を所定の電圧に昇圧する。昇圧手段２０１は昇圧した電圧の電力をＡＣ／ＤＣ変換器１０に送る。
【００５５】
ＡＣ／ＤＣ変換器１０は、回転体５を回転駆動させる場合、昇圧手段２０１から送られてきたＡＣ電圧をＤＣ電圧に変換する。そして、ＡＣ／ＤＣ変換器１０は、ＤＣ電圧をインバータ部６に送る。また、回転体５の減速時には、ＡＣ／ＤＣ変換器１０はインバータ部６から送られてくるＤＣ電圧の電力をＡＣ電圧の電力に変換する。さらに、ＡＣ／ＤＣ変換器１０は、変換し制御部２００により位相の調整及びリップの除去などが行われたＡＣ電圧を寝台駆動部やコンソールなどのその他機器２０３に送る。すなわち、ここで説明するＡＣ／ＤＣ変換器１０は、一方からＡＣ電圧が送られてくるとＤＣ電圧に変換して他方へ出力し、他方からＤＣ電圧が送られてくるとＡＣ電圧に変換して一方へ出力するものを指す。
【００５６】
インバータ部６は、ＩＧＢＴから構成される。インバータ部６は、ＡＣ／ＤＣ変換器１０から送られてくるＤＣ電圧をモータ駆動用のＡＣ電圧の電力に変換してモータ４に送る。また、回転体５の減速時には、インバータ部６は、モータ４から発生した回生電力をＡＣ／ＤＣ変換器１０に送る。
【００５７】
ここで、ＡＣ／ＤＣ変換器１０とインバータ部６をさらに詳細に説明する。図４はＡＣ／ＤＣ変換器１０及びインバータ部６の詳細を模式的に表わした図である。図４のＡＣ／ＤＣ変換器１０では、昇圧手段２０１から送られてくるＡＣ電圧を、ダイオードにより構成された整流回路部でＤＣ電圧に変換する。インバータ部６は、トランジスタなどのスイッチング素子をスイッチング動作させることにより、ＡＣ／ＤＣ変換器１０から送られてきたＤＣ電圧をＡＣ電圧の電力に変換してモータへ送る。これは一般的なモータ制御（ＰＷＭ制御等）を用いる。また、インバータ部６は、モータ４から送られてくる回生電力の電圧が一定の電圧以上になった場合に、ＤＣ電圧ライン側の電力をＡＣ電圧側のラインへ供給するように、ＡＣ／ＤＣ変換器１０内のスイッチング素子の動作を切り替える。これにより、ＡＣ／ＤＣ変換器１０は、インバータ部６から入力されたＤＣ電圧をＡＣ電圧に変換し、制御部２００の制御を受けて入力波形の位相にあわせるようにスイッチングを行ない、その後ＡＣ電圧を入力ラインに戻す。このＡＣ／ＤＣ変換器１０が本発明における「変換手段」にあたる。
【００５８】
モータ４は、インバータ部６から送られてくる電力を利用して回転体５を寝台に寝ている被検体を中心に回転駆動させる。さらに、回転体５の減速時には、モータ４は回生電力を発生し、該回生電力をインバータ部６に送る。この回生電力は回転体５を回転駆動させたときの電圧と同じ電圧の回生電力が発生する。このモータ４及びインバータ部６が本発明の「駆動手段」にあたる。
【００５９】
回転体５が回転駆動するとともに、Ｘ線発生手段（不図示）から寝台に載置された被検体に向けて、Ｘ線の曝射が行われる。さらに、Ｘ線検出手段（不図示）により、被検体を通過したＸ線の検出が行われる。また、寝台は寝台駆動手段により駆動させられる。このＸ線の曝射による診断が終わると、回転体５は減速を開始する。
【００６０】
位相検出器２０２は、昇圧手段２０１に送られるＡＣ電圧の位相（以下、「第１位相」という）、及び、インバータ部６から送られＡＣ／ＤＣ変換器１０によってＡＣ電圧に変換された電圧の位相（以下、「第２位相」という）を、それぞれ検出する。
【００６１】
制御部２００は、コンソール（不図示）などからの開始の入力を受けて、インバータ部６及びモータ４に回転体５の回転開始の指示を送る。そして、制御部２００は、回転体検出器により回転体５の回転速度を常時検出している。
【００６２】
次に、制御部２００は、あらかじめ設定されているタイミングになると、回転体５を停止する指示をインバータ部６及びモータ４に送信する。さらに、制御部２００は、位相検出器２０２によって検出された第１位相及び第２位相を受けて、それぞれの位相差が０になるように、ＡＣ／ＤＣ変換器１０内のスイッチング素子の動作タイミングを変えることにより、出力されるＡＣ電圧の第２位相を制御する。さらに、制御部２００は、ＡＣ／ＤＣ変換器１０でＡＣ電圧に変換された第２位相のリップルを取り除く。この制御部２００が本発明における「制御手段」にあたる。
【００６３】
図３における、寝台駆動部及びコンソールを含むその他機器２０３は、図３に示されているモータ４や回転体５以外の電力を使用して駆動する機器を示す。このその他機器２０３は、通常は外部から入力された電圧をそのまま使用して駆動する。そして、回転体５が減速しモータ４で回帰電圧が発生した場合、ＡＣ／ＤＣ変換器１０でＡＣ電圧に変換され、制御部２００で位相が第１位相に合わされた電圧が、外部から入力された電力とともに、その他機器２０３に送られる。この場合ＡＣ／ＤＣ変換器１０から送られてくる電力は外部から入力された電圧よりも高いため、優先的にその他機器２０３を駆動することに使用される。
【００６４】
次に、図５を参照して本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置における、回生電力の利用の動作について説明する。図５は本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置における回生電力の利用のフローチャートの図である。
【００６５】
ステップＳ１０１：昇圧手段２０１は、外部から入力されたＡＣ電圧を昇圧する。
【００６６】
ステップＳ１０２：ＡＣ／ＤＣ変換器１０は、昇圧されたＡＣ電圧をＤＣ電圧に変換する。
【００６７】
ステップＳ１０３：制御部２００からの回転体５を回転させる指示を受けて、ＡＣ／ＤＣ変換器１０からインバータ部６を介して送られてくるＤＣ電圧を使用して、モータ４は回転体５を回転駆動させる。
【００６８】
ステップＳ１０４：制御部２００は、撮影終了時などの所定タイミングに達すると、インバータ部６及びモータ４に回転体５の停止の指示を出す。
【００６９】
ステップＳ１０５：回転体５が減速し、モータ４が回生電力を発生する。
【００７０】
ステップＳ１０６：ＡＣ／ＤＣ変換器１０は、回生電力のＤＣ電圧を、ＡＣ電圧に変換する。
【００７１】
ステップＳ１０７：制御部２００は、変換されたＡＣ電圧の位相と入力されたＡＣ電圧の位相のずれをなくし、さらに、該ＡＣ電圧のリップルを取る。
【００７２】
ステップＳ１０８：ＡＣ／ＤＣ変換器１０は、寝台駆動手段やコンソールなどのその他の機器２０３に位相が調整されリップが取られたＡＣ電圧を送り、その他の機器２０３を駆動する。
【００７３】
ステップＳ１０９：制御部２００は、回転体５の回転が止まったか否かを判断する。回転が止まった場合にはステップＳ１１０に進む。
【００７４】
ステップＳ１１０：制御部２００は、ＡＣ／ＤＣ変換器１０に対しＤＣ電圧からＡＣ電圧への変換を停止させる制御を行う。
【００７５】
以上で説明したように、本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置は、回転体の減速により発生した回生電力を、その他の機器の駆動に使用することができる。これにより、回生電力を充電するための蓄積手段を設ける必要がなくなり、Ｘ線ＣＴ装置の大きさを小さくすることができる。また、他の寝台駆動手段やコンソールなどに回生電力を使用することができるため、効率よく発生した電力を利用でき、より省エネに寄与することが可能となる。
【符号の説明】
【００７６】
１ Ｘ線ＣＴ装置
２ 筐体
３ 撮影口
４ モータ
５ 回転体
６ インバータ部
７ 回生抵抗
８ Ｘ線管
９ 検出器
１０ ＡＣ／ＤＣ変換器
１１ 信号処理装置
１００ 制御部
１０１ 電気二重層キャパシタ
１０２ 降圧チョッパ
１０３ 昇圧チョッパ
１１０ 切替部
２００ 制御部
２０１ 昇圧手段
２０２ 位相検出器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回生エネルギーを再利用するＸ線ＣＴ装置及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線を利用して被検体の断層撮影像を行う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、多機能化、高性能化、それに撮影時間の短縮化を等、様々な方面での努力が日々費やされている。しかし、装置の性能や機能を向上させるに従い、放出すべき熱量は増加してしまう。
【０００３】
このような技術革新が進行する中、装置内部で副次的に発生してしまう熱をいか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。
【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（例えば、ダイレクトドライブモータなど。）の回転を減速するとき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。したがって、モータの加減速を頻繁に行う場合、例えば、大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などを行う場合などには、回生抵抗はかなりの温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他にも、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金属部分に接触させて、その金属部分から熱を逃がす構成が採用されていることが多い。
【０００６】
また他方、架台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Ｘ線ＣＴ装置では、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など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、撮影口上部に吸い込み口を、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、支持部材に複数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）（例えば、特許文献２参照。）が提案されている。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】
さらに、架台（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（例えば、特許文献３参照。）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そうすることができる。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】
また、回生エネルギーをそのままコンデンサに蓄え、それを再利用する技術（例えば、特許文献４参照。）も提案されている。
【００１１】
ここで、一例として、回生抵抗によって放熱を行なう構成を有する従来のＸ線ＣＴ装置について、図６を参照して以下に説明する。図６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７は、従来のＸ線ＣＴ装置の構成を示すブロック図である。図６に示すように、Ｘ線ＣＴ装置１は被検体をスキャンしながら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している。
【００１２】
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、被検体を通過した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などのモータ４、回転体５、インバータ部６などがこれに含まれる。また、インバータ部６には回生抵抗７が接続されている。
【００１３】
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ＡＣ／ＤＣ変換器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。
【００１４】
インバータ部６は、ＩＧＢＴ１２などで構成されている。インバータ部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、回転速度などを制御する。なお、モータ４とインバータ部６とは、本発明でいう駆動ユニットを構成している。
【００１５】
回生抵抗７は、モータ４の減速時に生成されインバータ部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、インバータ部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、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。
【００１６】
このように配置された各部材は、図７に示すような構成がなされている。図７に示すように、ＡＣ／ＤＣ変換器１０はＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；ゲート隔離型バイポーラトランジスタ）等のスイッチング素子よりなるインバータ部６を介してモータ４に接続されている。ＡＣ／ＤＣ変換器１０とＩＧＢＴとの間の伝送路は回生抵抗７が介入されており、モータ４が減速するときには発生した回生エネルギーを、放熱部材に接続された回生抵抗７に送って熱に変換していた。
【００１７】
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、インバータ部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３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、ＡＣ／ＤＣ変換器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後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。
【００１８】
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が自ら検出）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されることによって、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】
【００１９】
【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
【特許文献４】特開２００６−２８９０６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
しかし、現在Ｘ線ＣＴは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することが進められている。そして、撮影時間を短縮するには、スキャン時間の短縮が必要である。すなわち、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乃至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した場合、容量の大きな回生抵抗が必要となり、構成の簡素化や製造コストの削減を実現することは困難である。
【００２１】
また、特許文献４に記載の技術では、回生エネルギーをそのまま蓄積するため蓄積する部分の容量が大きくなってしまい、Ｘ線ＣＴ装置の規模を小さくすることは困難であった。
【００２２】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、簡単かつ規模の小さい構成で、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を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置は、被検体を載置する寝台と、前記寝台を駆動させる寝台駆動手段と、Ｘ線を被検体に向けて曝射するＸ線発生手段と、前記被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出手段と、前記Ｘ線発生手段が配置され、前記被検体の周囲を回転する回転体と、前記回転体を回転駆動させる駆動手段と、外部から入力される交流電圧を昇圧する昇圧手段と、前記回転体を回転駆動させる場合、昇圧された前記交流電圧を直流電圧に変換し前記駆動手段に送り、前記回転体が減速する場合、前記回転体の減速時において発生する回生電力を交流電圧に変換して少なくとも前記寝台駆動手段又はコンソールの少なくとも一方に電力を供給する変換手段と、前記ＡＣ／ＤＣ変換手段に送られてきた回生電力の電圧の位相を外部から入力される交流電圧の位相とあわさせる制御手段と、を備えることを特徴とするものである。
【００２４】
請求項３に記載のＸ線ＣＴ装置の制御方法は、外部から入力される交流電圧を昇圧する昇圧段階と、昇圧された前記交流電圧を直流電圧に変換し回転体を回転駆動させる駆動手段に送る段階と、前記駆動手段により被検体の周囲で前記回転体を回転駆動させる段階と、前記回転体に配置されたＸ線発生手段からＸ線を前記被検体に向けて曝射するＸ線発生段階と、前記回転体に配置されたＸ線検出手段により前記被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出段階と、前記回転体の減速時において発生する回生電力を交流電圧に変換する段階と、前記交流電圧に変換された前記回生電力の電圧の位相を前記外部から入力される交流電圧の位相と一致させる制御段階と、前記位相を一致させた交流電圧を、寝台を駆動させる寝台駆動手段又はコンソールの少なくとも一方に供給する段階と、を有することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２５】
請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置及び請求項３に記載のＸ線ＣＴ装置の制御方法によると、回生エネルギーをそのままＸ線ＣＴ装置内の他の機構、例えば寝台駆動部やコンソールに用いることができる。これにより、回生エネルギーを蓄積する必要がなくなり、規模を小さくすることが可能となる。また、回生エネルギーを他の機構に使用するため、エネルギーの再利用ができ、省エネに寄与することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】第１の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置のブロック図
【図２】第１の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置における回生電力の充電及び放出のフローチャートの図
【図３】第２の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置のブロック図
【図４】第２の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置におけるＡＣ／ＤＣ変換器及びインバータ部の詳細を模式的に表わした図
【図５】第２の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置における回生電力の利用のフローチャートの図
【図６】従来のＸ線ＣＴ装置の構成の概略を表わす正面透視図
【図７】従来のＸ線ＣＴ装置のブロック図
【発明を実施するための形態】
【００２７】
〔第１の実施形態〕
以下、この発明の第１の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置について説明する。図１は本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の機能を表すブロック図である。操作者はコンソール（不図示）等を使用してＸ線曝射の設定などを行なう。
【００２８】
ＡＣ／ＤＣ変換器１０は、インバータ部６を介してモータ４に接続されている。ＡＣ／ＤＣ変換器１０は、商用電源の３相のＡＣ電圧（交流電圧）の電力をＤＣ電圧（直流電圧）の電力に変換してインバータ部６に送る。ここで、このＡＣ／ＤＣ変換器１０が本発明における「電源」にあたる。
【００２９】
インバータ部６は、ＩＧＢＴ等のスイッチング素子から構成される。回転体５を回転駆動させる場合には、切替部１１０からの制御信号に基づいてＡＣ／ＤＣ変換器１０側から電力を供給するようにスイッチング素子が制御される。これにより、インバータ部６は、ＡＣ／ＤＣ変換器１０から受けたＤＣ電圧をモータ４に送信する。
【００３０】
また、回転体５の減速時には、制御部１００からの指示を受けて、切替部１１０からの制御信号に基づいて電気二重層キャパシタ１０１側に電力を供給するようにスイッチング素子が制御され、インバータ部６はモータ４から送られてくる回生電力を降圧チョッパ１０２に送る。このとき、インバータ部６からモータ４に送られる電圧は数百ボルトの高電圧である。
【００３１】
さらに、電気二重層キャパシタ１０１への充電終了後、制御部１００からの指示を受けて回転体５を回転させる場合には、インバータ部６は、昇圧チョッパ１０３から送られてきた電力をモータ４に送る。
【００３２】
モータ４は、回転体５の回転駆動させる場合には、インバータ部６から受けたＤＣ電圧の電力を用いて回転体５を駆動する。また、回転体５の減速時にはモータ４はＡＣ電圧の回生電力を発生する。モータ４は発生したＡＣ電圧をインバータ部６に送り、インバータ部６でＤＣ電圧に変換して降圧チョッパ１０２に送る。
【００３３】
ここで、インバータ部６及びモータ４を含めたものが本発明における「駆動手段」にあたる。
【００３４】
回転体５が回転駆動することにより、回転体５に取り付けられているＸ線発生手段（図示せず）及びＸ線発生手段（図示せず）が被検体の周囲を回転する。この回転した状態でＸ線発生手段から寝台に載置された被検体に向けて、Ｘ線の曝射が行われる。さらに、Ｘ線検出手段により、被検体を通過したＸ線の検出が行われる。また、寝台は寝台駆動手段により駆動させられる。このＸ線の曝射による撮影が終わると、回転体５は減速を開始する。
【００３５】
降圧チョッパ１０２は、インバータ部６から送られてくる回生電力を受けて、この電力の電圧を降圧する。この降圧は、例えば、降圧チョッパ１０２は、インバータ部６から受けたＤＣ電圧をパルス波形に変換した後、トランスなどを使用して降圧し、再度ＤＣ電圧に戻すことで電力の電圧の降圧を行う。降圧チョッパ１０２で降圧した電力は、電気二重層キャパシタ１０１に充電される。この降圧チョッパ１０２が本発明における「降圧手段」にあたる。ここで本実施形態では、降圧する前の電圧であることや、電気二重層キャパシタ１０１の耐圧を低く抑えるために降圧しているが、この降圧の程度は降圧する前の電圧や電気二重層キャパシタ１０１の容量にあわせて降圧後の電圧を算出することが望ましい。
【００３６】
電気二重層キャパシタ１０１は、コンデンサ、特にキャパシタで構成されており、その容量分だけ電圧が充電される。そこで、この電気二重層キャパシタ１０１の容量は、回転体の回転スピード、使用する電圧、及び降圧する割合などを基に算出された容量に対し、十分な容量を有するように構成されている。このため、電気二重層キャパシタ１０１は回生電力を飽和することなく充電することが可能である。また、充電される電力の電圧は降圧により低くなっているため、電気二重層キャパシタ１０１の耐圧が小さくてすむ。この電気二重層キャパシタ１０１は単純なコンデンサに比べ充電速度及び放電速度が速い、そのため送られてくる電力を全て充電でき、また必要な電力に対して十分な放電を行える。この電気二重層キャパシタ１０１は本発明における「蓄積手段」にあたる。
【００３７】
制御部１００は、ＣＰＵ及びメモリなどの記憶手段で構成されており、さらに切替部１１０を有する。制御部１００の記憶手段の中には予め電気二重層キャパシタ１０１における電源供給経路の切替の基準となる電圧の所定値（以下では「最低電圧」という。）を記憶している。制御部１００は、コンソール（不図示）などからのＸ線撮影（Ｘ線ＣＴスキャン）開始の入力を受けて、インバータ部６及びモータ４に回転体５の回転開始の指示を送る。そして、制御部１００は、検出器より回転体５の回転速度を常時取得している。制御部１００がＸ線撮影開始の入力を受けると、切替部１１０は、電気二重層キャパシタ１０１の電圧が最低電圧を下回っている場合には、インバータ部６及びモータ４への電力供給の経路を商用電源側、すなわちＡＣ／ＤＣ変換手段１０から電力供給を受ける経路にスイッチング素子の動作を切換える。また、切替部１１０は、電気二重層キャパシタ１０１の電圧が最低電圧」を上回っている場合、インバータ部６及びモータ４への電源供給の経路を電源二重層キャパシタから電力供給を受ける経路にスイッチング素子の動作を切り替える。ここで制御部１００は本発明における「制御手段」にあたる。また、切替部１１０は本発明における「切替制御手段」にあたる。
【００３８】
次に、制御部１００は、コンソールなどからあらかじめ設定されたＸ線診断の終了のタイミングになると、回転体５を停止する指示をインバータ部６及びモータ４に送信する。回転体５は、制御部１００は回転体５の回転数が０、すなわち回転体５が停止すると、昇圧チョッパ１０３を電力供給経路に接続させる。さらに、切替部１１０は、電気二重層キャパシタ１０１の電圧が際定電圧を下回ると、昇圧チョッパ１０３を電源供給ラインから切断し、商用電源側、すなわちＡＣ／ＤＣ変換器１０側の電源供給経路にスイッチング素子を切り替える。
【００３９】
昇圧チョッパ１０３は、電気二重層キャパシタ１０１から送られてくる電圧を昇圧する。この昇圧は、例えば、昇圧チョッパ１０３は、電気二重層キャパシタ１０１から受けたＤＣ電圧をパルス波形などの交流電圧に変換した後、トランスなどを使用して昇圧し、再度ＤＣ電圧に戻すことを行う。さらに、昇圧チョッパ１０３は昇圧した電圧をインバータ部６に送る。この昇圧チョッパ１０３が本発明における「昇圧手段」にあたる。
【００４０】
次に、図２を参照して本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置における、充電及び放電の動作について説明する。図２は本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置における充電及び放電のフローチャートの図である。
【００４１】
ステップＳ００１：ＡＣ／ＤＣ変換器１０は、入力されたＡＣ電圧をＤＣ電圧に変換する。
【００４２】
ステップＳ００２：インバータ部６は、制御部１００に含まれる切替部１１０からの指示を受けて、モータ４側への電力供給路が形成されるようにスイッチング素子の動作を切替え、ＡＣ／ＤＣ変換器１０から送られてきたＤＣ電圧を、例えばＰＷＭ制御を行いＡＣ電圧に変換してモータ４に送る。
【００４３】
ステップＳ００３：モータ４は、インバータ部６から送られてきたＡＣ電圧を使用して回転体５を回転駆動させる。
【００４４】
ステップＳ００４：制御部１００は、所定のタイミングに達したと判断したとき（Ｘ線撮影が終わったとき）に、インバータ部６及びモータ４に回転体５の停止の指示を送信する。これにより、回転体５は減速する。この減速によりモータ４において回生電力が発生する。
【００４５】
ステップＳ００５：切替部１１０は、降圧チョッパ１０２側への電力供給路が形成されるようにスイッチング素子の動作を切り替えて、インバータ部６は、モータ４から送られてくる回生電力を降圧チョッパ１０２に送る。
【００４６】
ステップＳ００６：降圧チョッパ１０２は、インバータ部６から送られてきた電力の電圧を降圧して電気二重層キャパシタに供給し、電気二重層キャパシタ１０１はこの電力を充電する。
【００４７】
ステップＳ００７：制御部１００は、回転体５の回転速度が０、すなわち回転体５が停止した、又は所定の回転速度より低くなった場合は、ステップＳ００８に進む。
【００４８】
ステップＳ００８：制御部１００は、モータ４から降圧チョッパ１０２への電力供給経路が切断されて電力の供給が停止するように、インバータ部６のスイッチング素子の動作を切り替える。また、それと共に、制御部１００は、電気二重層キャパシタ１０１に充電されている電力でモータ４を駆動するため、当該電力が昇圧チョッパ１０３を介してインバータ部６に供給されるように、昇圧チョッパ１０３及びインバータ部６のスイッチング素子の動作を切り替える。
【００４９】
ステップＳ００９：回転停止後に、回転体５を回転させる指示があったときは、昇圧チョッパ１０３で昇圧された直流電圧の電力をモータ４へ供給するため、降圧チョッパ１０２側への電力供給経路が形成されるようにインバータ部６内のスイッチング素子を駆動する。昇圧チョッパ１０３からモータ４への電力供給経路を介して電力供給が行われるが、その途中でＤＣ電圧の電力はモータ駆動用にＡＣ電圧の電力に変換される。モータ４はその送られてきた電力により回転体５を回転駆動する。
【００５０】
ステップＳ０１０：制御部１００は、電気二重層キャパシタ１０１の電圧が予め記憶している所定値を下回ったか否かを判断する。電気二重層キャパシタ１０１の電圧が所定値を下回っている場合にはステップＳ０１１に進む。
【００５１】
ステップＳ０１１：制御部１００に含まれる切替部１１０は、昇圧チョッパ１０３からの電力供給を停止し、商用電源側から電力の供給を受けるようにスイッチング素子の動作を切換える。
【００５２】
以上で説明したように、本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置は、回転体の減速により発生した回生電力の電圧を降圧した後、電気二重層キャパシタに充電している。これにより、電気二重層キャパシタの耐圧を小さく抑えることができる。また充電用のコンデンサとして電気二重層キャパシタを使用しているため、充電時間及び放電時間を短縮することができる。さらに、充電した電力を回転体の回転駆動に再利用するため省エネルギー化を測ることができる。
【００５３】
〔第２の実施形態〕
以下、この発明の第１の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置について説明する。図３は本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の機能を表すブロック図である。ここで、図３において、図１と同一番号で表わされるものは同一の機能を有するものとする。操作者はコンソール（不図示）等を使用してＸ線曝射条件、スキャン条件、画像処理条件の設定などを行なう。
【００５４】
昇圧手段２０１は、トランスなどで構成されている。昇圧手段２０１は、入力された電圧を所定の電圧に昇圧する。昇圧手段２０１は昇圧した電圧の電力をＡＣ／ＤＣ変換器１０に送る。
【００５５】
ＡＣ／ＤＣ変換器１０は、回転体５を回転駆動させる場合、昇圧手段２０１から送られてきたＡＣ電圧をＤＣ電圧に変換する。そして、ＡＣ／ＤＣ変換器１０は、ＤＣ電圧をインバータ部６に送る。また、回転体５の減速時には、ＡＣ／ＤＣ変換器１０はインバータ部６から送られてくるＤＣ電圧の電力をＡＣ電圧の電力に変換する。さらに、ＡＣ／ＤＣ変換器１０は、変換し制御部２００により位相の調整及びリップの除去などが行われたＡＣ電圧を寝台駆動部やコンソールなどのその他機器２０３に送る。すなわち、ここで説明するＡＣ／ＤＣ変換器１０は、一方からＡＣ電圧が送られてくるとＤＣ電圧に変換して他方へ出力し、他方からＤＣ電圧が送られてくるとＡＣ電圧に変換して一方へ出力するものを指す。
【００５６】
インバータ部６は、ＩＧＢＴから構成される。インバータ部６は、ＡＣ／ＤＣ変換器１０から送られてくるＤＣ電圧をモータ駆動用のＡＣ電圧の電力に変換してモータ４に送る。また、回転体５の減速時には、インバータ部６は、モータ４から発生した回生電力をＡＣ／ＤＣ変換器１０に送る。
【００５７】
ここで、ＡＣ／ＤＣ変換器１０とインバータ部６をさらに詳細に説明する。図４はＡＣ／ＤＣ変換器１０及びインバータ部６の詳細を模式的に表わした図である。図４のＡＣ／ＤＣ変換器１０では、昇圧手段２０１から送られてくるＡＣ電圧を、ダイオードにより構成された整流回路部でＤＣ電圧に変換する。インバータ部６は、トランジスタなどのスイッチング素子をスイッチング動作させることにより、ＡＣ／ＤＣ変換器１０から送られてきたＤＣ電圧をＡＣ電圧の電力に変換してモータへ送る。これは一般的なモータ制御（ＰＷＭ制御等）を用いる。また、インバータ部６は、モータ４から送られてくる回生電力の電圧が一定の電圧以上になった場合に、ＤＣ電圧ライン側の電力をＡＣ電圧側のラインへ供給するように、ＡＣ／ＤＣ変換器１０内のスイッチング素子の動作を切り替える。これにより、ＡＣ／ＤＣ変換器１０は、インバータ部６から入力されたＤＣ電圧をＡＣ電圧に変換し、制御部２００の制御を受けて入力波形の位相にあわせるようにスイッチングを行ない、その後ＡＣ電圧を入力ラインに戻す。このＡＣ／ＤＣ変換器１０が本発明における「変換手段」にあたる。
【００５８】
モータ４は、インバータ部６から送られてくる電力を利用して回転体５を寝台に寝ている被検体を中心に回転駆動させる。さらに、回転体５の減速時には、モータ４は回生電力を発生し、該回生電力をインバータ部６に送る。この回生電力は回転体５を回転駆動させたときの電圧と同じ電圧の回生電力が発生する。このモータ４及びインバータ部６が本発明の「駆動手段」にあたる。
【００５９】
回転体５が回転駆動するとともに、Ｘ線発生手段（不図示）から寝台に載置された被検体に向けて、Ｘ線の曝射が行われる。さらに、Ｘ線検出手段（不図示）により、被検体を通過したＸ線の検出が行われる。また、寝台は寝台駆動手段により駆動させられる。このＸ線の曝射による診断が終わると、回転体５は減速を開始する。
【００６０】
位相検出器２０２は、昇圧手段２０１に送られるＡＣ電圧の位相（以下、「第１位相」という）、及び、インバータ部６から送られＡＣ／ＤＣ変換器１０によってＡＣ電圧に変換された電圧の位相（以下、「第２位相」という）を、それぞれ検出する。
【００６１】
制御部２００は、コンソール（不図示）などからの開始の入力を受けて、インバータ部６及びモータ４に回転体５の回転開始の指示を送る。そして、制御部２００は、回転体検出器により回転体５の回転速度を常時検出している。
【００６２】
次に、制御部２００は、あらかじめ設定されているタイミングになると、回転体５を停止する指示をインバータ部６及びモータ４に送信する。さらに、制御部２００は、位相検出器２０２によって検出された第１位相及び第２位相を受けて、それぞれの位相差が０になるように、ＡＣ／ＤＣ変換器１０内のスイッチング素子の動作タイミングを変えることにより、出力されるＡＣ電圧の第２位相を制御する。さらに、制御部２００は、ＡＣ／ＤＣ変換器１０でＡＣ電圧に変換された第２位相のリップルを取り除く。この制御部２００が本発明における「制御手段」にあたる。
【００６３】
図３における、寝台駆動部及びコンソールを含むその他機器２０３は、図３に示されているモータ４や回転体５以外の電力を使用して駆動する機器を示す。このその他機器２０３は、通常は外部から入力された電圧をそのまま使用して駆動する。そして、回転体５が減速しモータ４で回帰電圧が発生した場合、ＡＣ／ＤＣ変換器１０でＡＣ電圧に変換され、制御部２００で位相が第１位相に合わされた電圧が、外部から入力された電力とともに、その他機器２０３に送られる。この場合ＡＣ／ＤＣ変換器１０から送られてくる電力は外部から入力された電圧よりも高いため、優先的にその他機器２０３を駆動することに使用される。
【００６４】
次に、図５を参照して本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置における、回生電力の利用の動作について説明する。図５は本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置における回生電力の利用のフローチャートの図である。
【００６５】
ステップＳ１０１：昇圧手段２０１は、外部から入力されたＡＣ電圧を昇圧する。
【００６６】
ステップＳ１０２：ＡＣ／ＤＣ変換器１０は、昇圧されたＡＣ電圧をＤＣ電圧に変換する。
【００６７】
ステップＳ１０３：制御部２００からの回転体５を回転させる指示を受けて、ＡＣ／ＤＣ変換器１０からインバータ部６を介して送られてくるＤＣ電圧を使用して、モータ４は回転体５を回転駆動させる。
【００６８】
ステップＳ１０４：制御部２００は、撮影終了時などの所定タイミングに達すると、インバータ部６及びモータ４に回転体５の停止の指示を出す。
【００６９】
ステップＳ１０５：回転体５が減速し、モータ４が回生電力を発生する。
【００７０】
ステップＳ１０６：ＡＣ／ＤＣ変換器１０は、回生電力のＤＣ電圧を、ＡＣ電圧に変換する。
【００７１】
ステップＳ１０７：制御部２００は、変換されたＡＣ電圧の位相と入力されたＡＣ電圧の位相のずれをなくし、さらに、該ＡＣ電圧のリップルを取る。
【００７２】
ステップＳ１０８：ＡＣ／ＤＣ変換器１０は、寝台駆動手段やコンソールなどのその他の機器２０３に位相が調整されリップが取られたＡＣ電圧を送り、その他の機器２０３を駆動する。
【００７３】
ステップＳ１０９：制御部２００は、回転体５の回転が止まったか否かを判断する。回転が止まった場合にはステップＳ１１０に進む。
【００７４】
ステップＳ１１０：制御部２００は、ＡＣ／ＤＣ変換器１０に対しＤＣ電圧からＡＣ電圧への変換を停止させる制御を行う。
【００７５】
以上で説明したように、本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置は、回転体の減速により発生した回生電力を、その他の機器の駆動に使用することができる。これにより、回生電力を充電するための蓄積手段を設ける必要がなくなり、Ｘ線ＣＴ装置の大きさを小さくすることができる。また、他の寝台駆動手段やコンソールなどに回生電力を使用することができるため、効率よく発生した電力を利用でき、より省エネに寄与することが可能となる。
【符号の説明】
【００７６】
１ Ｘ線ＣＴ装置
２ 筐体
３ 撮影口
４ モータ
５ 回転体
６ インバータ部
７ 回生抵抗
８ Ｘ線管
９ 検出器
１０ ＡＣ／ＤＣ変換器
１１ 信号処理装置
１００ 制御部
１０１ 電気二重層キャパシタ
１０２ 降圧チョッパ
１０３ 昇圧チョッパ
１１０ 切替部
２００ 制御部
２０１ 昇圧手段
２０２ 位相検出器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体を載置する寝台と、
前記寝台を駆動させる寝台駆動手段と、
Ｘ線を前記被検体に向けて曝射するＸ線発生手段と、
前記被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出手段と、
前記Ｘ線発生手段が配置され、前記被検体の周囲を回転する回転体と、
前記回転体を回転駆動させる駆動手段と、
外部から入力される交流電圧を昇圧する昇圧手段と、
前記回転体を回転駆動させる場合、昇圧された前記交流電圧を直流電圧に変換し前記駆動手段に送り、前記回転体が減速する場合、前記回転体の減速時において発生する回生電力を交流電圧に変換して前記寝台駆動手段及びコンソールの少なくとも一方に電力を供給する変換手段と、
前記変換手段に送られてきた回生電力の電圧の位相を前記外部から入力される交流電圧の位相とあわせる制御手段と、
を備えることを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記回転体の回転数を検出し、前記回転体の回転が止まった後に、前記変換手段から少なくとも前記寝台駆動手段及び前記画像処理手段への電力の供給を切断することを特徴とする請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項３】
外部から入力される交流電圧を昇圧する昇圧段階と、
昇圧された前記交流電圧を直流電圧に変換し回転体を回転駆動させる駆動手段に送る段階と、
前記駆動手段が被検体の周囲で前記回転体を回転駆動させる段階と、
前記回転体に配置されたＸ線発生手段からＸ線を前記被検体に向けて曝射するＸ線発生段階と、
前記回転体に配置されたＸ線検出手段により前記被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出段階と、
前記回転体の減速時において発生する回生電力を交流電圧に変換する段階と、
前記交流電圧に変換された前記回生電力の電圧の位相を前記外部から入力される交流電圧の位相と一致させる制御段階と、
前記位相を一致させた交流電圧を、寝台を駆動させる寝台駆動手段及びコンソールの少なくとも一方に供給する段階と、
を有することを特徴とするＸ線ＣＴ装置の制御方法。
【請求項１】
被検体を載置する寝台と、
前記寝台を駆動させる寝台駆動手段と、
Ｘ線を前記被検体に向けて曝射するＸ線発生手段と、
前記被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出手段と、
前記Ｘ線発生手段が配置され、前記被検体の周囲を回転する回転体と、
前記回転体を回転駆動させる駆動手段と、
外部から入力される交流電圧を昇圧する昇圧手段と、
前記回転体を回転駆動させる場合、昇圧された前記交流電圧を直流電圧に変換し前記駆動手段に送り、前記回転体が減速する場合、前記回転体の減速時において発生する回生電力を交流電圧に変換して前記寝台駆動手段及びコンソールの少なくとも一方に電力を供給する変換手段と、
前記変換手段に送られてきた回生電力の電圧の位相を前記外部から入力される交流電圧の位相とあわせる制御手段と、
を備えることを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記回転体の回転数を検出し、前記回転体の回転が止まった後に、前記変換手段から少なくとも前記寝台駆動手段及び前記画像処理手段への電力の供給を切断することを特徴とする請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項３】
外部から入力される交流電圧を昇圧する昇圧段階と、
昇圧された前記交流電圧を直流電圧に変換し回転体を回転駆動させる駆動手段に送る段階と、
前記駆動手段が被検体の周囲で前記回転体を回転駆動させる段階と、
前記回転体に配置されたＸ線発生手段からＸ線を前記被検体に向けて曝射するＸ線発生段階と、
前記回転体に配置されたＸ線検出手段により前記被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出段階と、
前記回転体の減速時において発生する回生電力を交流電圧に変換する段階と、
前記交流電圧に変換された前記回生電力の電圧の位相を前記外部から入力される交流電圧の位相と一致させる制御段階と、
前記位相を一致させた交流電圧を、寝台を駆動させる寝台駆動手段及びコンソールの少なくとも一方に供給する段階と、
を有することを特徴とするＸ線ＣＴ装置の制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−１４３６５５（Ｐ２０１２−１４３６５５Ａ）
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１０９１３７（Ｐ２０１２−１０９１３７）
【出願日】平成２４年５月１１日（２０１２．５．１１）
【分割の表示】特願２００７−２２５２１３（Ｐ２００７−２２５２１３）の分割
【原出願日】平成１９年８月３１日（２００７．８．３１）
【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２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年５月１１日（２０１２．５．１１）
【分割の表示】特願２００７−２２５２１３（Ｐ２００７−２２５２１３）の分割
【原出願日】平成１９年８月３１日（２００７．８．３１）
【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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