JP2001319799A - Ｘ線高電圧装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 波尾切断回路を設けても高電圧側のコンデン
サの静電容量を増やすことなく装置の大型化を防ぐこと
ができるＸ線高電圧装置を提供する。 【解決手段】 Ｘ線管からのＸ線の放射を停止する期間
にコンデンサに蓄積された電荷のエネルギーを放電させ
る波尾切断回路を具備し、コンデンサと波尾切断回路１
とを接続する高電圧ケーブルの接続手段２ａ〜２ｄと波
尾切断回路とを一体に構成する。波尾切断回路は、電力
用半導体スイッチで構成された高電圧スイッチ回路６と
電流制限用インピーダンス５との直列回路及び高電圧ス
イッチ回路を導通制御する駆動制御回路３から成り、こ
れを高電圧整流器の直流出力端子に直接接続し、Ｘ線管
とは従来と同じ高電圧ケーブルで接続される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は，医療用または工業
用のＸ線高電圧装置に係わり，Ｘ線管からのＸ線の放射
を停止する期間に該Ｘ線管のアノードとカソード間のコ
ンデンサに蓄えられた電荷を急速に放電させて前記Ｘ線
管のアノードとカソード間の電圧（以下、管電圧と記
す）を高速に降下させることにより，前記Ｘ線管のアノ
ードとカソード間に流れる電流（以下、管電流と記す）
の大小に係わらず常に設定撮影時間と実際の撮影時間と
の誤差を小さくするとともに，軟Ｘ線の発生を防止する
ことのできるＸ線高電圧装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から，Ｘ線高電圧装置の管電圧を高
速に制御する装置が開発されてきた。これらＸ線高電圧
装置では，通常，高電圧変圧器の交流高電圧出力を高電
圧整流器で整流し，これを高電圧側に付加したコンデン
サや高電圧ケーブルの有している浮遊静電容量などのコ
ンデンサで平滑して直流高電圧をＸ線管に供給してい
る。

【０００３】この場合，高電圧整流器があるために，前
記コンデンサに蓄えられた電荷の放電はＸ線管を経由す
るルートしかないため，管電圧を高速で立ち上げること
は比較的容易であるが，管電圧を高速に降下させること
が困難であるという技術的な課題がある。

【０００４】このため，血管内の血流を動画としてシネ
フィルムに撮影するシネ撮影や，血管でカテーテルを操
作するとき高画質なリアルタイム画像を得るためのパル
ス透視など，高速なパルス状管電圧が要求されるＸ線高
電圧装置では，管電圧の下降時の波形（以下，波尾と呼
ぶ）が問題になる。すなわち，この波尾はＸ線フィルム
やＸ線テレビ上に形成されるＸ線画像にはほとんど効果
がなく，そのうえ，被検者に対する有害な被曝になりや
すい低エネルギーＸ線がＸ線管から多量に放射されるこ
とになる。

【０００５】これは，特に，インターベンショナルラジ
オロジーに代表される高画質透視下での医療行為に対し
て，無効被曝という現象によってこの有効性を阻害する
ほどのものである。更に，前記管電圧の波尾の期間は，
Ｘ線管で前記コンデンサに蓄えられた電力を消費するこ
とになるので，それだけＸ線管の内部温度を上昇させ，
その寿命を早めたり，パルスＸ線出力後の許容Ｘ線条件
を制約するなどの問題が生じる。このような問題を解決
する方法として，テトロード（四極真空管）を用いてア
ノード・カソード間を短絡させて波尾を短縮する方法
（特開昭５１−６６８９号）がある。

【０００６】この方法はテトロードは大型であるのでＸ
線高電圧装置の小型化を阻害し、またテトロード自身も
高価でその上消耗品であるが故に定期的な交換が必要と
なり、経済性の面からも難点がある。そこで、この問題
を解決する方法として、Ｘ線管のアノード・カソード間
に電流制限用インピーダンスと高電圧スイッチとの直列
接続体を設け，高電圧側のコンデンサに蓄積された電荷
を高速に放電させる方法が特開平８−２１２９４８号に
開示されている。これは、複数個の電力用半導体スイッ
チング素子を直列接続し、これらのスイッチング素子を
順次スイッチングさせる高電圧スイッチと電流制限イン
ピーダンスとの直列接続回路を前記コンデンサと並列に
接続し、Ｘ線の放射停止時に前記高電圧スイッチをスイ
ッチングさせて前記コンデンサに蓄積された電荷を急激
に放電させ管電圧を高速に降下させるものである。この
ように、波尾を短縮するためには、Ｘ線管のアノード・
カソード間に存在するコンデンサに蓄えられた電荷を急
速に放電させる回路（以下、これを波尾切断回路と呼ぶ
ことにする）が必要となる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、波尾切
断回路を設けると、これを高電圧側のコンデンサの両端
に接続する高電圧ケーブルが必要となり、この高電圧ケ
ーブルの分だけ高電圧側のコンデンサの静電容量が増え
るので、この結果、上記電流制限用インピーダンスに消
費するエネルギが増える。ここで、高電圧側のコンデン
サの両端に接続する高電圧ケーブルによって上記波尾が
どの程度長くなるか試算してみる。先ず、上記波尾切断
回路を設けない場合についての波尾の時定数を試算す
る。Ｘ線管を抵抗負荷とみなし、その抵抗値をＲL
（Ω：オーム），高電圧側のコンデンサの静電容量をＣ
f（μＦ：マイクロファラド）とすると，前記高電圧側
コンデンサの電荷の放電時定数は，ＲL×Ｃf（ｓ：秒）
となる。パルス透視を想定して，仮に，管電圧を100k
V，管電流を10mA，静電容量Ｃfを5000pＦ（150pＦ／ｍ
の浮遊静電容量を有する高電圧ケーブルの長さを20ｍと
した場合）と仮定すると，管電圧の波尾の時定数は
（1）式のようになる。 波尾の時定数＝（100kV／10mA）×5000pF＝50ms （1）

【０００８】通常，パルス透視のパルスレートは15〜60
pulse／sで，その周期は66.7ms〜16.7ms程度，管電圧の
パルスの幅は３〜数msであるので、これに対応するため
には上記時定数50msを数ms程度になるように電流制限イ
ンピーダンスを決めている。

【０００９】次に、波尾切断回路を高電圧側のコンデン
サの両端に接続する高電圧ケーブルの長さを5ｍ程度と
すると、これによる静電容量の増加は1250pFとなり、し
たがって波尾の時定数は（2）式のようになる。 波尾の時定数＝（100kV／10mA）×（5000pF＋1250pF）＝62.5ms （2）

【００１０】すなわち、波尾切断回路を設けることによ
って波尾の時定数が50msから62.5msに増加するので、波
尾切断回路を設けない場合と同じパルス状の管電圧波形
とするためには上記電流制限インピーダンスを小さくし
なければならない。このため、波尾切断回路で消費する
エネルギが増加するので、これによる放熱や冷却が必要
となる。したがって、波尾切断による多くのメリットが
生じるものの、一方では放熱や冷却のために装置が大型
になるという問題が生じる。

【００１１】そこで、本発明は、波尾切断回路を設けて
も高電圧側のコンデンサの静電容量を増やすことなく装
置の大型化を防ぐことができる波尾切断回路を有するＸ
線高電圧装置を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的は、交流電圧源
と，この交流電圧源に一次巻線が接続され，その電圧を
昇圧する高電圧変圧器と，この高電圧変圧器の二次巻線
に接続され昇圧された交流電圧を直流高電圧に変換する
高電圧整流器と，この高電圧整流器に接続されこの直流
高電圧を平滑するコンデンサと，このコンデンサに接続
されたＸ線管と、このＸ線管からのＸ線の放射を停止す
る期間に前記コンデンサに蓄積された電荷のエネルギー
を放電させる手段（波尾切断回路）とを備えたＸ線高電
圧装置において、前記コンデンサと前記波尾切断回路と
を接続する高電圧ケーブルの接続手段と前記波尾切断回
路とを一体に構成することによって達成される。前記波
尾切断回路は、電力用半導体スイッチで構成された高電
圧スイッチ回路と電流制限用インピーダンスとの直列回
路及び前記高電圧スイッチ回路を導通制御する駆動制御
回路から成り、この波尾切断回路は前記Ｘ線管と並列に
接続されたコンデンサと並列に接続されて、前記Ｘ線管
からのＸ線の放射を停止する期間にＸ線制御回路から出
力されるＸ線放射停止信号により前記駆動制御回路で生
成された駆動信号を前記高電圧スイッチ回路に入力して
該高電圧スイッチ回路を導通させて前記コンデンサの電
荷を前記放電抵抗を介して急放電させ管電圧を急激に降
下させる。この波尾切断回路は、これを前記コンデンサ
の両端に接続する高電圧ケーブルを接続するための接続
手段としてのブッシングが内蔵されおり、前記高電圧整
流器の直流出力端子に直接接続され、Ｘ線管とは従来と
同じ高電圧ケーブルで接続される。このように構成する
ことによって、前高電圧整流器と波尾切断回路とを接続
するための高電圧ケーブルは不要となる。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１は，本発明をインバータ式Ｘ
線高電圧装置に適用した例を示す図である。

【００１４】１は血管内の血流を動画としてシネフィル
ムに撮影するシネ撮影や，血管でカテーテルを操作する
とき高画質なリアルタイム画像を得るためのパルス透視
などの高速なパルス状管電圧を得るための本発明の波尾
切断回路で、これは後述するようにＸ線管と並列に接続
された高電圧側のコンデンサと並列に接続される。10は
単相交流電源，11は単相交流電源10に接続されこの交流
電圧を直流に変換する整流器，12は整流器11に接続され
この直流電圧を平滑するコンデンサ，13はこのコンデン
サ12に接続され平滑された直流電圧を高い周波数（以
下、高周波と略記）の交流電圧に変換するインバータ回
路，14はこのインバータ回路13に接続され前記高周波の
交流電圧を昇圧する高電圧変圧器，15はこの高電圧変圧
器14の二次側に接続され昇圧された交流電圧を整流する
高電圧整流器，16はこの高電圧整流器15に接続されその
出力電圧を平滑する高電圧コンデンサで，これは高電圧
整流器15と以下で述べるＸ線管とを接続する高電圧ケー
ブルの浮遊静電容量と，必要に応じて追加された平滑用
付加コンデンサで構成され、前記波尾切断回路１と並列
に接続される。

【００１５】17は高電圧コンデンサ16に接続されたＸ線
管、18は前記Ｘ線管17からのＸ線の放射を指令する制御
回路、19aは前記制御回路18から出力され、インバータ
回路13に入力されるＸ線の放射信号、19bは前記制御回
路18から出力され、波尾切断回路１に入力されるＸ線の
放射停止信号である。20は前記高電圧変圧器14、高電圧
整流器15、Ｘ線管17のフィラメントを加熱する加熱変圧
器（図示省略）等を収納する収納タンクで、これらによ
り高電圧発生回路を構成し絶縁油中に浸されている。波
尾切断回路１には端子２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄが設けら
れ、これらは後述するように高電圧発生回路の出力を高
電圧ケーブルに接続するための端子（ブッシング）と一
体に構成されて前記高電圧整流器15と高電圧コンデンサ
16に接続される。

【００１６】図２は上記波尾切断回路１の構成図で、管
電圧の波尾切断時に高電圧コンデンサ16の電荷を放電す
るときの電流を制限するインピーダンス５とこのインピ
ーダンスと直列に接続された高電圧スイッチ回路６とダ
イオード７とで構成されたパルス遮断回路部４と、前記
制御回路18からのＸ線の放射停止信号19bに基づいて前
記高電圧スイッチ回路６を導通、非導通に制御する駆動
信号を生成する駆動制御回路部３とで構成され、これら
による波尾切断回路１の一端には端子２aと２cを、他の
一端には端子２bと２dとを設け、前記端子２cと２dは高
電圧整流器15の直流高電圧側に、端子２aと２bは前記高
電圧コンデンサ16の両端、すなわち高電圧ケーブルの一
端に接続する（高電圧ケーブルの他の一端はＸ線管17に
接続される）。前記高電圧スイッチ回路６は、複数個の
電力用半導体スイッチング素子を直列接続し、これらの
スイッチング素子を順次スイッチングさせる、例えば特
開平８−２１２９４８号に開示されている公知の回路で
ある。

【００１７】次に、上記構成の波尾切断回路１をＸ線高
電圧装置に接続する本発明の構造について説明する。図
３に波尾切断回路１の構造を示す。波尾切断回路１は、
駆動制御回路３，パルス遮断回路４，アノード側出力ブ
ッシング２c，カソード側出力ブッシング２dにより構成
され、該アノード側出力ブッシング２c，カソード側出
力ブッシング２dのヘッドは高電圧発生回路の出力であ
る高電圧整流器15の両端に接続され、前記ヘッドは収納
タンクに収納される。一方、Ｘ線管に接続する高電圧ケ
ーブル側にはアノード側入力ブッシング２a，カソード
側入力ブッシング２bのヘッド部に前記高電圧ケーブル
のブッシンク部を挿入して波尾切断回路１とＸ線管とを
接続する。

【００１８】アノード側入力ブッシング２ａの全てのピ
ンはアノード側出力ブッシング２ｃの全てのピンに接続
され、接続線はパルス遮断回路４内部の電流制限用イン
ピーダンス５の一端に接続される。カソード側入力ブッ
シング２ｂのコモンピン（フィラメント電流供給用ピン
以外）はカソード側出力ブッシング２ｄのコモンピンに
接続され、その接続線はパルス遮断回路４内部の高電圧
スイッチ回路６に接続される。また、駆動制御回路部３
からの出力信号である駆動信号はパルス遮断回路４内の
高電圧スイッチ回路６に入力される。

【００１９】波尾切断回路１はアース電位、パルス遮断
回路４は最大管電圧（通常は150kV）の電位、カソード
側入力ブッシング２ｂ、カソード側出力ブッシング２ｄ
はアース電位にあるので、それぞれは高電圧絶縁手段を
とる必要がある。これらの絶縁手段として、パルス遮断
回路４にはシリコン樹脂によるモールド絶縁を、駆動制
御回路部３とパルス遮断回路４には光信号による絶縁手
段が望ましい。

【００２０】また、アノード側入力ブッシング２ａ、ア
ノード側出力ブッシング２ｃと駆動制御回路部３との絶
縁には簡素化の点よりシリコン樹脂が適しているが、こ
れは六フッ化硫黄等のガス絶縁、または絶縁油による絶
縁でも良い。

【００２１】上記の波尾切断回路１をインバータ式Ｘ線
高電圧装置に接続した動作について説明する。波尾切断
回路１にアノード側入力ブッシング２a，カソード側入
力ブッシング２bを挿入して前記波尾切断回路１をＸ線
高電圧装置に接続する。図１の制御回路18からのＸ線曝
射停止信号19bが前記波尾切断回路１の駆動制御回路３
に入力されると、駆動制御回路部３は高電圧スイッチ回
路６の電力用半導体スイッチング素子を導通させる駆動
信号を生成し，前記高電圧スイッチ回路６を導通させ
る。この高電圧スイッチ回路６が導通することで，第二
のコンデンサ16に蓄積された電荷は電流制限用インピー
ダンス５を介して放電され，これにより管電圧が高速に
降下する。本発明による図３の波尾切断回路１はその入
出力部がブッシングを直接挿入できる構造となっている
ので，波尾切断回路１に高電圧発生回路を接続するため
の高電圧ケーブルを必要としない。このため，既存のＸ
線高電圧装置に容易に接続することができるとともに，
高電圧側のコンデンサの容量を増やすことなく波尾を切
断できるので、前記電流制限インピーダンス５に消費す
るエネルギを小さくできる。したがって、波尾切断回路
の発熱対策を最小限のものにすることができるので、装
置の大型化を防ぐことが可能となる。

【００２２】図４に上記動作の管電圧，駆動信号の関係
を示す。駆動信号が入力されない場合，管電圧波形には
波尾が存在し，駆動信号が入力された場合には，管電圧
波形が高速に降下していることがわかる。

【００２３】図５は各種の制御信号と管電圧波形の関係
を示す図である。制御信号は管電圧の波尾切断を許可す
る波尾切断オン信号と，Ｘ線の放射時間を決める撮影時
間信号の２つの信号により構成される。撮影時間信号が
パルス状であり，波尾切断オン信号がオフの場合，管電
圧波形は従来のように波尾が存在する。撮影時間信号が
パルス状であり，波尾切断オン信号がオンの場合，駆動
制御回路３からは駆動信号が出力され，管電圧波形の波
尾は切断される。ここで、駆動信号がオンしている長さ
は，第二のコンデンサ16に蓄積された電荷が電流制限イ
ンピーダンス５を介して放電させるために，高電圧スイ
ッチ回路６が導通している時間であり，撮影時間信号の
立ち下がりを基準として100μs程度である。

【００２４】図６は連続透視とパルス透視を併用するＸ
線高電圧装置に適用した例を示す図である。連続透視時
は撮影時間信号が連続であり，波尾切断オン信号はオフ
している。検査中にパルス透視による撮影が必要になっ
た場合，波尾切断オン信号がオンになり，駆動制御回路
３からは駆動信号が出力され，管電圧波形の波尾は切断
される。ここで、駆動信号がオンしている長さは，第二
のコンデンサ16に蓄積された電荷を電流制限インピーダ
ンス５を介して放電させるために，高電圧スイッチ回路
６がオンしている時間であり，100μs程度である。

【００２５】上記の実施例では、Ｘ線高電圧装置にイン
バータ式Ｘ線高電圧装置を用いた例をあげたが，本発明
はこれに限定するものではなく、２ピーク形Ｘ線高電圧
装置や12ピーク形Ｘ線高電圧装置、コンデンサ式Ｘ線高
電圧装置等の他のＸ線高電圧装置にも適用できることは
言うまでもない。

【００２６】

【発明の効果】以上、本発明によれば，波尾切断回路の
入出力部はブッシングを直接挿入できる構造であるため
に、前記波尾切断回路をＸ線高電圧装置に接続するため
の高電圧の接続ケーブルを必要としない。このため，高
電圧側のコンデンサの静電容量を増やすことなく，被検
者にとって有害な低エネルギーＸ線による被曝を低減
し，小型のＸ線高電圧装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明をインバータ式Ｘ線高電圧装置に適用し
た例を示す図。

【図２】波尾切断回路の構成図。

【図３】図２の波尾切断回路の本発明の構造図。

【図４】管電圧と駆動信号の関係を示す図。

【図５】各種の制御信号と管電圧波形の関係を示す図。

【図６】連続透視とパルス透視の併用時における各種の
制御信号と管電圧波形の関係を示す図。

【符号の説明】

１ 波尾切断回路、２a アノード側入力ブッシング、
２b カソード側入力ブッシング、２c アノード側入力
ブッシング、２d カソード側入力ブッシング、３ 駆
動制御回路、４ パルス切断回路、５ 電流制限インピ
ーダンス、６ 高電圧スイッチ回路、１３ インバータ
回路、１４ 高電圧変圧器、１５ 高電圧整流器、１６
第二のコンデンサ（高電圧側コンデンサ）、１７ Ｘ
線管 、１８ 制御回路、１９ａ Ｘ線曝射信号、１９
ｂ Ｘ線曝射停止信号

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4C092 AA01 AB07 AB27 AC01 AC08 BB02 BB12 BB35 BC02 BC14 CE14 CF11

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流電圧源と，この交流電圧源に一次巻
   線が接続され，その電圧を昇圧する高電圧変圧器と，こ
   の高電圧変圧器の二次巻線に接続され昇圧された交流電
   圧を直流高電圧に変換する高電圧整流器と，この高電圧
   整流器に接続されこの直流高電圧を平滑するコンデンサ
   と，このコンデンサに接続されたＸ線管と、このＸ線管
   からのＸ線の放射を停止する期間に前記コンデンサに蓄
   積された電荷のエネルギーを放電させる手段とを備えた
   Ｘ線高電圧装置において、前記コンデンサと前記放電手
   段とを接続する高電圧ケーブルの接続手段と前記放電手
   段とを一体に構成したことを特徴とするＸ線高電圧装
   置。