JP2000243595A - Ｘ線管の陽極回転数検出装置及びこれを用いるｘ線装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 Ｘ線管装置の陽極の固定子コイルが冷えてい
る状態と温まっている状態とに拘わらずＸ線曝射待機時
間を最短にするＸ線装置及び前記Ｘ線曝射待機時間を最
短にするための手段に用いるＸ線管の陽極の回転数検出
装置を提供する。 【解決手段】Ｘ線管６の陽極の回転数を検出し、回転数
が所定の定常回転数に達したことを検出してＸ線管から
Ｘ線曝射を開始して撮影する。Ｘ線管の陽極回転数検出
装置は、Ｘ線管装置の機械的振動を検出しこの機械的振
動の周波数を電圧に変換する振動／電圧変換器と、振動
／電圧変換器の出力電圧の高周波成分を取り除くローパ
スフィルタと、ローパスフィルタの出力電圧の低周波成
分を取り除くハイパスフィルタと、ハイパスフィルタの
出力電圧を正か負の矩形波に変換するゼロクロスコンパ
レータと、ゼロクロスコンパレータの出力電圧の周波数
に比例した電圧を出力する周波数／電圧変換器で構成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、Ｘ線管の陽極が所
定の回転数に達した状態でＸ線を曝射するまでのＸ線曝
射待機時間を最短にするＸ線装置に係り、特に前記Ｘ線
管の陽極回転駆動装置の固定子コイルが冷えている状態
と温まっている状態に係わらず常に最短の曝射待機時間
で撮影することができるＸ線装置及びこれに用いるＸ線
管の陽極回転数検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子衝撃面を移動して許容負荷を増大さ
せる回転陽極Ｘ線管は、現在はＸ線装置及びＸ線ＣＴ装
置の分野で非常に多く用いられている。

【０００３】このようなＸ線管の陽極は、回転子と傘状
のターゲットからなり、誘導モータの原理で回転する。
前記ターゲットを回転することによりターゲットの電子
衝撃面積は増大し、短時間負荷の場合、焦点の単位面積
当たりの入力を非常に大きくすることができるので、大
容量のＸ線管が可能となる。前記Ｘ線管の陽極は、Ｘ線
管球外にある固定子に電流を流して回転磁界を発生させ
ると、Ｘ線管球内にある回転子コイルを具備した陽極が
回転する。

【０００４】このように、陽極は、上記した誘導モータ
と同じ原理で回転するが、誘導モータと異なるのは、管
球を覆っているガラス、またはメタルが固定子と回転子
間に存在し、ギャップが大きいことである。

【０００５】このような構造の回転陽極Ｘ線管を用いた
従来のＸ線装置は、高電圧発生装置の出力である直流高
電圧をＸ線管の陽極と陰極間に印加する。前記Ｘ線管の
陽極回転機構の固定子コイルに陽極駆動装置から交流電
圧を供給して回転磁界を発生させて陽極を回転させる。
前記高電圧発生装置から起動／定常／制動切り換え信
号、駆動／停止切り換え信号を前記陽極駆動装置に入力
して、これらの信号に対応して陽極駆動装置を制御し、
Ｘ線管の陽極の起動，回転，制動，停止を行う。

【０００６】次に、このように構成された従来のＸ線装
置の動作について説明する。画像撮影の際、Ｘ線はＸ線
管の陰極から電子ビームが発射され、その電子ビームが
陽極ターゲットに衝突，反射してＸ線を発生する。陰極
から発せられる電子ビームは非常に大きなエネルギーを
持ち、電子ビームが衝突する陽極ターゲットが一瞬にし
て焼けてしまうのを回避する為に、上記のように陽極タ
ーゲットを回転させている。

【０００７】陽極駆動装置は、陽極回転機構に電圧を供
給し、陽極を回転駆動制御する装置である。一般に、陽
極駆動装置は、３つの動作モードで陽極を駆動制御す
る。第一の動作モードは起動モードで、この起動モード
では大きな起動トルクを必要とするので約500Ｖ程度の
高い交流電圧を前記固定子コイルに供給して陽極を起動
する。第二の動作モードは陽極が起動して設定した回転
数で回転する定常モードで、その駆動トルクは前記起動
トルクよりも小さいので約200Ｖ程度の低い交流電圧を
前記固定子コイルに供給する。第三の動作モードは陽極
回転を停止させるための制動モードで、直流制動をかけ
るために約120Ｖ程度の直流電圧を固定コイルに供給す
る。上記起動モードの動作時間は、陽極が所定の回転数
に達するまでの時間で、通常は予め測定しておき、この
時間をＸ線曝射待機時間として高電圧発生装置に設定し
ておく。従って、撮影時は、高電圧発生装置１から陽極
駆動装置に回転駆動信号を出力し、予め設定された上記
Ｘ線曝射待機時間が経過するとＸ線を曝射して撮影を開
始する仕組みになっている。つまり、陽極が所定の回転
数に達した状態でＸ線を曝射するようになっている。

【０００８】この場合、Ｘ線曝射待機時間と称した、陽
極回転が所定の回転数に達するまでの時間は、固定子コ
イルの温度によって異なることに注意を要する。この陽
極の回転数が所定の回転数に達するまでの時間は、例え
ば、定常回転数の8000rpmに達する時間は、Ｘ線装置の
起動直後の固定子コイルが冷えている状態では約5秒程
度であり、撮影を何度か行い、固定子コイルが温まって
いる状態では約6秒程度となって、固定子コイルが温ま
っている状態の方が所定の回転数に達するまでの時間が
多くかかる。これは、固定子コイルが温まることによっ
て該固定子コイルの抵抗値が大きくなり電流が抑制され
る為である。このため、陽極が所定の回転数に達するま
でのＸ線曝射待機時間は、固定子コイルが温まった状態
で設定していた。

【０００９】このようにして、Ｘ線装置は画像撮影時、
高電圧発生装置が陽極駆動装置に陽極駆動信号を出力
し、陽極駆動装置が陽極を回転駆動し、所定の回転数に
確実に達するようにＸ線曝射待機時間を予め設定してお
き、このＸ線曝射待機時間を経過すると高電圧発生装置
が高電圧をＸ線管に供給し、Ｘ線管からＸ線が曝射され
る、といった一連の動作をする。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】以上で説明した従来の
Ｘ線装置では、固定子コイルが冷めている場合はＸ線曝
射までの待機時間に無駄があるという問題がある。すな
わち、Ｘ線管の陽極が所定の回転数に達するまでのＸ線
曝射待機時間は、固定子コイルが温まった状態に合わせ
て設定していたので、固定子コイルが温まった状態にお
いても冷めている状態においても、同じＸ線曝射待機時
間でＸ線装置が動作する。しかし、固定子コイルが冷え
ている状態での陽極が所定の回転数に達するまでの時間
は、固定子コイルが温まっている状態よりも速い。この
ことから、固定子コイルが温まっている状態で設定され
たＸ線曝射待機時間では、固定子コイルが冷えた状態で
Ｘ線装置が動作したとき、既に陽極が所定の回転数に達
しているにも拘わらず、無駄にＸ線の曝射まで待機して
いるという問題があった。具体的には、固定子コイルが
冷えている状態での陽極が所定の回転数に達するまでの
時間は５秒、固定子コイルが温まっている状態では６秒
であり、Ｘ線曝射待機時間は６秒に設定されるため固定
子コイルが冷えている状態ではＸ線曝射まで約１秒程度
の無駄時間が生じることになる。この１秒の無駄時間
は、バリュームによる胃の造影検査のように、Ｘ線透視
で観察して撮影部位を決めて撮影する場合等においては
撮影のタイミングを失することになるので、前記無駄時
間はできるだけ小さくする必要がある。

【００１１】そこで、本発明は、Ｘ線管陽極の固定子コ
イルが冷えている状態と温まっている状態とに拘わらず
Ｘ線曝射待機時間を最短にするＸ線装置の提供を第一の
目的とする。さらに、前記Ｘ線曝射待機時間を最短にす
るための手段に用いるＸ線管の陽極の回転数検出装置の
提供を第二の目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記第一の目的は、Ｘ線
管の陽極回転数を検出し、該陽極の回転数が所定の定常
回転数に達していることを検出してＸ線曝射を開始する
ようにすることによって達成される。

【００１３】このように、Ｘ線管の陽極回転数が所定の
定常回転数に達してからＸ線曝射を開始することによっ
て、陽極の固定子コイルが冷えている状態におけるＸ線
曝射待機時間を短縮することができる。すなわち、Ｘ線
曝射待機時間を固定子コイルが温まっている状態の時に
合わせて予め設定しておく必要がないので、固定子コイ
ルが冷えている状態でのＸ線曝射待機時間が最短にな
り、胃の造影検査のように、Ｘ線透視で観察して撮影部
位を決めて撮影する場合等においては撮影のタイミング
を失することなく、診断価値の高い画像を得ることがで
きる。このように、Ｘ線管の陽極回転数が所定の定常回
転数に達してからＸ線曝射を開始するためには、Ｘ線管
の陽極回転数を正確に検出する必要がある。

【００１４】しかし、X線管内は真空高圧であり、陽極
の回転軸をX線管外に取り出すことができず、軸に何ら
かの検出器を接触させての回転数の検出はできない。

【００１５】そこで、本発明の第二の目的であるＸ線管
の陽極回転数は、Ｘ線管装置の機械的振動から前記陽極
の回転数に比例した信号を抽出して検出するもので、Ｘ
線管装置の機械的振動を検出しこの機械的振動の周波数
を電圧に変換する振動／電圧変換器と、この振動／電圧
変換器の出力電圧の高周波成分を取り除くローパスフィ
ルタと、このローパスフィルタの出力電圧の低周波成分
を取り除くハイパスフィルタと、このハイパスフィルタ
の出力電圧を正か負の矩形波に変換するゼロクロスコン
パレータと、このゼロクロスコンパレータの出力電圧の
周波数に比例した電圧を出力する周波数／電圧変換器
（ｆ／ｖコンバータ）で構成される。このように構成さ
れたＸ線管の陽極回転数検出回路を用いてＸ線曝射許可
信号は、前記ｆ／ｖコンバータの出力電圧と所定の回転
数に対応した電圧とを回転数比較回路で比較し、これら
の信号が一致した時をＸ線曝射開始点としてＸ線曝射許
可信号を出力する。このようにしてＸ線管の陽極の回転
数を検出することによって、前記陽極の回転軸に回転数
検出器を取り付ける必要がないので、検出器の取り付け
及びこの検出器の出力から回転数を求める回路が簡単に
なる。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１に本発明によるＸ線装置の構
成図を示す。1は高電圧発生装置、2は前記高電圧発生装
置1から高電圧が印加されてＸ線を発生する固定子コイ
ル5とＸ線管6で構成されたＸ線管装置、3は前記高電圧
発生装置1から起動／定常／制動切り換え信号と駆動/／
停止切り換え信号が入力され、これらの動作信号に応じ
て固定子コイル5に電圧を供給してＸ線管6の陽極を回転
駆動する陽極駆動装置、10はＸ線管装置2の機械的振動
から前記陽極回転数の所定値を検出してＸ線曝射許可信
号を高電圧発生装置1へ出力する陽極回転数検出装置で
ある。

【００１７】次に、このように構成された本発明のＸ線
装置の動作について説明する。陽極駆動装置3は、従来
と同様、陽極回転機構に電圧を供給し、陽極を３つのモ
ードで動作させる。第一の動作モードである起動モード
では高い交流電圧（例えば500V程度）を、第二の動作モ
ードである所定の回転数で回転する定常モードでは低い
交流電圧（例えば200V程度）を、第三の動作モードであ
る制動モードでは直流電圧（例えば120V程度）を陽極回
転機構に供給する。起動モードは、陽極が起動してから
所定の回転数に達するまでの期間で、高電圧発生装置1
から起動／定常／制動切り換え信号のうちの“起動信
号”が陽極駆動装置3に入力されてから“定常信号”が
入力されるまでの間動作する。Ｘ線撮影開始時に高電圧
発生装置1から駆動／停止信号の“駆動信号”が出力さ
れ、この信号は陽極駆動装置に入力されて固定子コイル
5に前記陽極駆動装置から高い交流電圧が供給されて陽
極は起動する。陽極が回転して所定の回転数に達すると
陽極回転数検出装置10から高電圧発生装置1にＸ線曝射
許可信号が出力され、この信号により前記高電圧発生装
置1から高電圧を発生してこの電圧をＸ線管6に印加して
Ｘ線を曝射し、撮影を開始する。

【００１８】前記Ｘ線を所定時間曝射して撮影を終了す
るときには、高電圧発生装置1から駆動／停止切り換え
信号のうちの停止信号が、起動／定常／制動切り換え信
号からは制動信号が出力されて陽極駆動装置3は直流電
圧を発生し、これを固定子コイル5に供給して直流制動
をかけて陽極の回転を停止させる。

【００１９】図２に前記陽極回転数検出装置10の具体的
構成を示す。2はＸ線管装置、20は前記Ｘ線管装置2の機
械的振動を検出し、この機械的振動の周波数を電圧に変
換する振動／電圧変換器、21は前記振動／電圧変換器20
の出力電圧が入力されその電圧の高周波成分を取り除く
ローパスフィルタ、22は前記ローパスフィルタ21の出力
電圧が入力されその電圧の低周波成分を取り除くハイパ
スフィルタ、23は前記ハイパスフィルタ22の出力電圧を
正か負の矩形波に変換するゼロクロスコンパレータ、24
は前記ゼロクロスコンパレータ23の出力電圧の周波数に
比例した電圧を出力する周波数／電圧変換器（ｆ／ｖコ
ンバータ）、25は前記ｆ／ｖコンバータの出力電圧と所
定の回転数に対応した電圧とを比較してＸ線曝射許可信
号を出力する回転数比較回路である。

【００２０】次に、このように構成された陽極回転数検
出装置10の動作について説明する。振動／電圧変換器20
が検出するＸ線管装置2の振動は、陽極の回転周波数だ
けではなく陽極回転機構のベアリングの振動や、Ｘ線装
置全体の様々な振動を含んでいる。そのため、振動／電
圧変換器20の出力電圧にはノイズと見做される成分が非
常に多く含まれており、ローパスフィルタ21とハイパス
フィルタ22はそれらのノイズを取り除くために設けてあ
る。また、振動／電圧変換器20の出力電圧は通常は正弦
波であることから、ゼロクロスコンパレータ23によって
正か零（叉は負）かの立ち上がりの速い矩形波に変換す
る。これによって、ｆ／ｖコンバータ24に入力される電
圧は、陽極の回転周波数に比例した矩形波電圧となり、
ｆ／ｖコンバータ24からは入力電圧の周波数に比例した
電圧が出力される。

【００２１】回転数比較回路25の基準電圧は、陽極の所
定の回転数に対応した電圧が設定されている。このと
き、回転数と電圧の対応は、ｆ／ｖコンバータの比例定
数に基づくものである。このようにして陽極回転数検出
装置10は、陽極が所定の回転数に達すると、Ｘ線曝射許
可信号を出力する。

【００２２】図２の実施例で振動／電圧変換器10として
加速度計等を用いた場合、振動の周波数に伴いその出力
電圧も変化するのであれば、電圧の変化を抑制する為に
陽極回転数検出装置10に積分器を設けてもよい。

【００２３】また、上記陽極の回転数検出は、Ｘ線管装
置の振動の加速度から求める場合について説明したが、
これは加速度に限定されるものではなく、振動の速度や
変位等を用いも良い。また、図２における振動／電圧変
換器10はＸ線管装置2に設置しているが、Ｘ線管の陽極
回転による振動を検出できる部位であればいかなる部位
でも構わない。また、図２における各回路要素はオペア
ンプ等を用いたハード構成としているが、他のハード構
成、ソフトとの混在構成であっても構わない。

【００２４】以上のように、本発明の主旨は、陽極の回
転数を検出し、この回転数が所定値に達したことを確認
してＸ線を曝射すること及びこれに用いる陽極の回転数
をＸ線管装置の機械的振動から検出することにあるもの
で、上記実施例に限定されるものではない。

【００２５】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明は、Ｘ線
管の陽極の回転数を検出し、この回転数が所定の回転数
に達したかどうかを判断し、所定の回転数に達したこと
を確認してＸ線を曝射するようにしたので、従来のよう
にＸ線管装置の陽極回転機構の固定子コイルの温度の如
何に拘わらず常に最短のＸ線曝射待機時間でＸ線を曝射
することができる。したがって、撮影のタイミングを失
することなく臨床に効果的なＸ線画像を得ることができ
る。また、上記Ｘ線管の陽極回転数をＸ線管装置の機械
的振動から検出するので、検出器の取り付け及びこの検
出器の出力から回転数を求める回路が簡単になるという
効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のＸ線装置の構成図である。

【図２】本発明のＸ線管の陽極回転検出装置の構成図で
ある。

【符号の説明】

1 高電圧発生装置 2 Ｘ線管装置 3 陽極駆動装置 5 陽極駆動機構の固定子コイル 6 Ｘ線管 10 陽極回転数検出装置 20 振動／電圧変換器 21 ローパスフィルタ 22 ハイパスフィルタ 23 ゼロクロスコンパレータ 24 ｆ／ｖコンバータ 25 回転数比較回路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 陽極回転機構を有するＸ線管装置の機械
   的振動から前記陽極の回転数に比例した信号を抽出して
   該陽極の回転数を検出することを特徴とするＸ線管の陽
   極回転数検出装置。
2. 【請求項２】 前記Ｘ線管の陽極回転数検出装置は、Ｘ
   線管装置の機械的振動を検出しこの機械的振動の周波数
   を電圧に変換する振動／電圧変換器と、この振動／電圧
   変換器の出力電圧の高周波成分を取り除くローパスフィ
   ルタと、このローパスフィルタの出力電圧の低周波成分
   を取り除くハイパスフィルタと、このハイパスフィルタ
   の出力電圧を正か負の矩形波に変換するゼロクロスコン
   パレータと、このゼロクロスコンパレータの出力電圧の
   周波数に比例した電圧を出力する周波数／電圧変換器か
   ら成ることを特徴とする請求項１に記載のＸ線管の陽極
   回転数検出装置。
3. 【請求項３】 陽極回転機構を有するＸ線管装置を用い
   たＸ線装置において、前記陽極の回転数を検出する回転
   数検出手段と、この回転数検出手段の出力の所定値を検
   出する所定回転数検出手段と、この所定回転数検出手段
   により前記陽極の回転数が前記所定値に達したことを検
   出して前記Ｘ線管装置からＸ線曝射を開始するＸ線曝射
   開始手段とを備えたことを特徴とするＸ線装置。