JP2002065657A - X線ct装置 - Google Patents

X線ct装置

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浩和 飯嶋
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 X線発生に必要な回路にも非接触で電力を供
給し、電源からX線管側へ電力を供給する電力供給手段
の保守点検を容易とする。 【解決手段】 高電圧発生回路520とX線管の陽極回
転駆動回路510とX線管のフィラメント加熱回路53
0及び制御電源回路540に電磁誘導伝送手段で電力を
供給する。該伝送手段は、第一の巻線第二の巻線とを組
み合わせて成り、直流電圧を発生する電源部1と、この
直流電源部から少なくとも2つ以上の異なる周波数の交
流電圧を発生する交流電圧発生手段210と、これらの
交流電圧発生手段の出力電圧を重畳して前記第一の巻線
に入力し、前記第二の巻線に誘起される2つ以上の異な
る周波数の交流電圧を弁別する手段と、この弁別した異
なる周波数の交流電圧をX線発生に必要な高電圧発生回
路520を含む前記スキャナ回転部に搭載された各回路
の電源とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、被検体の診断部位
にX線を放射しその透過X線像を検出して断層像を再構
成し画像として表示するX線CT装置に関し、特に連続
的に回転するスキャナ回転部に電源からX線管側へ電力
を供給する手段を備えたものにおいて、上記電力供給手
段の保守点検を容易にすると共に信頼性を向上すること
ができるX線CT装置に関する。
【0002】
【従来の技術】X線CT装置は、X線管から扇状のX線
ビームを被検体に照射し、該被検体を透過したX線を前
記X線管と対向する位置に配置したX線検出器で検出
し、この検出したデータを画像処理して前記被検体の断
層像を得るものである。
【0003】前記X線検出器は、円弧状に配列された数
百にも及ぶ検出素子群で構成され、被検体を挟んでX線
管に対向して配置されており、検出器素子の数に対応し
た数の放射状に分布するX線通路を形成し、X線管と検
出器が一体となって被検体の周りを少なくとも180度以
上回転させて一定の角度ごとに被検体の透過X線を検出
する。
【0004】このX線CT装置において、近年、“短時
間で広い範囲のスキャンが可能”、“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
能になる”などの特徴により、ヘリカルスキャンやスパ
イラルスキャンと呼ばれるら旋CTが急激に普及した。
このら旋CTは、撮影中に積極的に撮影位置を移動させ
ることで広範囲に亘る多層の撮影にかかる時間を大幅に
短縮して、三次元のCT撮影を可能としたものである。
【0005】このような特徴のあるら旋CTは、固定し
たスキャナ本体が連続回転スキャンを行うと同時に被検
体を載置したテーブルを体軸方向に移動させることによ
って、X線管を被検体に対し相対的にら旋運動をさせ
る。このように、ら旋スキャンは撮影中、連続回転スキ
ャンと並行して撮影位置も変えているため、全体の撮影
時間が短縮される。また、撮影中に体軸方向にも連続走
査しているため、三次元データを収集していることにな
る。
【0006】このら旋スキャンを実現するためには、ス
キャナ回転部を連続して回転させる必要があり、そのた
めにはスキャナ回転部に搭載したX線管に連続して電力
を供給するための手段が必要となる。この手段とし、ス
リップリングとブラシから成る電力供給機構が用いら
れ、前記スキャナ回転部にX線管と共に該X線管に高電
圧(以下、この電圧を管電圧と呼ぶことにする)を印加
するための高電圧発生装置などを搭載し、この高電圧発
生装置などに前記電力供給機構を介して前記X線管から
所要のX線を発生するための電力を供給する。このよう
に、高電圧発生装置はスキャナ回転盤に搭載されて高速
に回転されるために、その重量はできるだけ軽い方が望
ましい。このため、X線高電圧装置には、前記高電圧発
生装置の高電圧変圧器を小型、軽量化でき、かつ管電圧
の脈動を小さくできるインバータ式X線高電圧装置が用
いられる。
【0007】しかし、このようなスリップリングとブラ
シによる電力供給機構による従来のX線CT装置は、ス
リップリングとブラシの機械的摺接による電力供給方法
であるので、前記スリップリングとブラシとの間に大電
流が流れることによって、その接触部分に摩耗や腐食が
生じるものであった。すなわち、上記スキャナ回転部に
搭載されている高電圧変圧器は、出力側に百数十kVも
の高電圧を発生させるもので、入力側との絶縁のために
内部に十分な絶縁距離を設けてあり、このために数μH
〜数十μHの漏れインダクタンスが存在する。また、上
記スリップリングとブラシとを介して流れる電流は、最
大で約400Aにもなる。このような状態で、上記スキ
ャナ回転部が回転するときにスリップリングとスキャナ
固定部に設けたブラシとの間に小さな隙間が生じると、
上記漏れインダクタンスの影響で電流は流れ続けようと
し、上記隙間にアークが発生して局所的に高温になるこ
とがある。そして、この高温によって上記スリップリン
グやブラシが摩耗したり腐食することがあるので、上記
スリップリングの研磨やブラシの交換などの保守点検を
定期的に行わなければならず、保守点検に多くの労力と
費用とを要するものである。また、この問題は、近年心
臓等の動きの激しい臓器の診断を効果的に行うことを目
的に、より高速スキャンのX線CT装置が市場から求め
られていることから、益々深刻になりつつある。
【0008】そこで、このような問題点に対処する方法
として、電源からX線管側へ電力を機械的摺接によらな
い非接触で供給する電磁誘導作用を利用した方法が特開
平7-204192号に開示されている。これは、スキャナ回転
部に設けられ電源からX線管側へ電力を供給する手段と
して、上記インバータ式X線高電圧装置のインバータ回
路の出力側に接続されると共にスキャナ回転部の固定枠
の周上に第一の巻線を配置し、この第一の巻線に対向し
て上記スキャナ回転部の回転枠の周上に配置されると共
に上記高電圧変圧器の入力側に接続された第二の巻線と
を組み合わせて成る電磁誘導送電手段を設けたものであ
る。
【0009】また、X線検出器から画像処理装置へ検出
信号を送る手段として発光素子と受光素子を組み合わせ
た光通信を利用した非接触伝送手段を用いたX線CT装
置について特開平9-313473号に開示されている。
【0010】これらにより、非接触でX線管に高電圧を
供給し、X線検出信号を画像処理装置に伝送することが
でき、スリップリングとブラシによる機械的摺接による
前記電力伝送手段及び信号伝送手段の摩耗や腐食を防止
し、保守点検を容易にすると共に、装置全体の信頼性を
向上することができる。
【0011】
【発明が解決しようとしている課題】しかし、上記特開
平7-204192号には、X線管のフィラメントを加熱するフ
ィラメント加熱回路や、X線管の陽極を回転駆動するX
線管の陽極回転駆動回路などの、X線発生に必要な前記
高電圧発生回路以外の前記各種回路への電力供給につい
ては言及していない。このため、前記各種回路への電力
供給なしではX線CT装置として機能しないので、この
各種回路への電力供給も大きな課題である。
【0012】この場合、前記各種回路への電力供給に従
来と同じスリップリングとブラシの機械的摺接による電
力供給方法を用いることが考えられるが、前記各種回路
に必要な電力は高電圧発生回路よりも非常に小さいとは
言え、数十アンペアの電流が流れるので、この方法でも
摩耗や腐食の問題は残る。さらに、上記特開平7-204192
号に開示されているX線CT装置の管電圧の制御はスキ
ャナ回転部の固定側のインバータ回路で行う方式である
ために、このインバータ回路の出力電圧、すなわちスキ
ャナ回転部の回転側に搭載した高電圧変圧器の一次側に
供給される電圧は前記管電圧に応じて変化するので、上
記各種回路への電力供給源とすることができない。した
がって、上記各種回路に対して個別に電磁誘導送電手段
を設ける必要が生じるので、システム全体が一層複雑化
し、コスト上昇やサイズ・重量の増加は著しいものとな
る。
【0013】そこで、本発明の目的は、高電圧発生回路
だけでなく、該高電圧発生回路以外のX線管のフィラメ
ント加熱回路やX線管の陽極回転駆動回路などのX線発
生に必要な回路にも非接触で電力を供給し、電源からX
線管側へ電力を供給する電力供給手段の保守点検を容易
とすると共に装置全体の信頼性を向上し、高速スキャン
に対応可能なX線CT装置を提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】上記目的は、X線を放射
するX線管と、このX線管から放射されたX線が被検体
を透過した透過X線量分布を検出すると共にこの検出信
号を増幅するX線検出部と、前記X線管とX線検出部と
を対向させて被検体の周りに回転させるスキャナ回転部
と、前記X線検出部からの出力信号を処理して診断部位
の断層像を再構成する画像処理装置と、この画像処理装
置からの出力信号を入力して断層像を表示する画像表示
装置とを有するX線CT装置であって、直流電圧を発生
する直流電源部と、この直流電源部から少なくとも2つ
以上の異なる周波数の交流電圧を発生する交流電圧発生
手段と、これらの交流電圧発生手段の出力電圧を重畳し
て上記スキャナ回転部の固定枠の周上に配置した第一の
巻線に入力し、この第一の巻線に対向して前記スキャナ
回転部の回転枠の周上に配置した第二の巻線とを組み合
わせて成る電磁誘導送電手段と、前記第二の巻線に誘起
される2つ以上の異なる周波数の交流電圧を弁別する手
段を有し、この弁別した異なる周波数の交流電圧をX線
発生に必要な高電圧発生回路を含む前記スキャナ回転部
に搭載した各回路の電源とすることによって達成され
る。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を添付図面
に基づいて詳細に説明する。
【0016】図1は本発明によるX線CT装置の第一の
実施例を示す全体構成のブロック図である。このX線C
T装置は、被検体の診断部位にX線を放射しその透過X
線量分布を検出して断層像を再構成し画像として表示す
るもので、図1に示すように、直流電源部1と少なくと
も2つのインバータ回路210,220と、このインバ
ータ回路210,220の出力側に接続されスキャナ回
転部5に電力を非接触で供給する特開平7-204192号に開
示されている公知の電磁誘導送電手段3と、直流の高電
圧を発生する高電圧発生回路520と、この高電圧発生
回路520の出力電圧を印加してX線を放射するX線管
560と、このX線管560の陰極フィラメント562
を加熱するフィラメント加熱回路530と、前記X線管
560の回転陽極563を回転させる陽極回転機構に電
力を供給する陽極回転駆動回路510と、さらに前記X
線管520から放射され被検体6を透過した透過X線量
分布を検出すると共にその検出信号を増幅するX線検出
部7と、前記フィラメント加熱回路530,陽極回転駆
動回路510,X線検出部7を制御する回路の電源を供
給する制御電源回路540を有し、被検体6を挟んで上
記X線管560とX線検出部7とを対向させてこれらを
前記被検体6の周りに回転させるキャナ回転部5と、ス
キャナ回転部5に搭載したX線検出部7からの出力信号
を光に変換する発光素子703とこの光を電気信号に変
換するスキャナ固定部に搭載された受光素子704と、
この受光素子704の出力電気信号を処理して診断部位
の断層像を再構成する画像処理装置11と、この画像処
理装置11からの出力信号を入力して断層像を表示する
画像表示装置12とを備えて構成される。
【0017】上記直流電源部1は、インバータ回路21
0,220にそれぞれ異なる系統の直流電圧、例えば直
流電源部11は200V系の電力を、直流電源部12は
100V系の電力を供給するもので、三相あるいは単相
の商用の交流電源を入力として所望の直流電圧を発生す
るコンバータ回路とこのコンバータ回路の出力電圧を平
滑するコンデンサにより構成するものや(図示省略)、
バッテリでも良い。
【0018】上記インバータ回路210,220は、上
記直流電源1から出力された直流電圧を高周波の交流に
変換するもので、この変換された高周波交流電圧を共振
インダクタンス211,221,共振コンデンサ21
2,222および回路のインダクタンスとの共振作用に
よって発生する高周波の交流電圧を電磁誘導送電手段3
の第一の巻線301に入力する。
【0019】ここで,インバータ回路210の出力側に
接続する共振コンデンサ212,共振インダクタンス2
11,および回路のインダクタンスから成る共振周波数
を20kHzとし、インバータ回路220の出力側に接
続する共振コンデンサ222,共振インダクタンス22
1,および回路のインダクタンスから成る共振周波数を
100kHzとすると、前記インバータ回路で210,
220で直流電源部11および直流電源部12から供給
される2系統の直流電圧を20kHzと100kHzの
高周波交流電圧に変換し、これらの異なる周波数の交流
電圧を重畳して前記電磁誘導送電手段3の第一の巻線3
01に入力し、該電磁誘導送電手段3の第二の巻線30
2に誘起される電圧をスキャナ回転部5に搭載されてい
る各種回路に供給する。
【0020】この電磁誘導送電手段3の第二の巻線30
2に、高電圧発生回路520と陽極駆動回路510を含
むインダクタンス311とコンデンサ312が直列に接
続された第一のフィルタ回路と、フィラメント加熱回路
530と制御電源回路540を含むインダクタンス32
1とコンデンサ322が直列に接続された第二のフィル
タ回路とを並列に接続し、前記第一のフィルタ回路の共
振周波数を20kHzに、前記第二のフィルタ回路の共
振周波数を100kHzになるようにインダクタンス3
11,321及びコンデンサ312,322などの回路
定数を設定する。そして、前記第二の巻線302に誘起
される20kHzと100kHzの交流電圧を前記フィ
ルタにより弁別し、この弁別された20kHzの交流電
圧を高電圧発生回路520と陽極駆動回路510に供給
し、100kHzの交流電圧をフィラメント加熱回路5
30と制御電源回路540に供給する。
【0021】上記高電圧発生回路520は、弁別された
20kHzの交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ
回路521と、このコンバータ回路521の出力電圧を
平滑するコンデンサ522と、この直流電圧を高周波の
交流電圧に変換するインバータ回路523と、このイン
バータ回路523の出力電圧を昇圧する高電圧変圧器5
24と、この出力電圧を整流して直流の高電圧に変換す
る高電圧整流器525とから成り、この高電圧整流器5
25によって変換された直流高電圧をX線管560の陽
極と陰極間に印加する。
【0022】前記X線管560の陽極と陰極間に印加す
る管電圧の制御は、前記電磁誘導送電手段3の第二の巻
線302に誘起する電圧を一定にし、インバータ回路5
22の周波数や位相制御あるいはこれらとコンバータ回
路521の両方の制御により行われる。したがって、前
記電磁誘導送電手段3の第一の巻線301に入力する2
0kHzの交流電圧、すなわち直流電源部11の直流電
圧を20kHzの交流電圧に変換するインバータ回路2
10から出力される電圧は一定とする必要がある。
【0023】X線管の陽極回転駆動回路510は、X線
放射時におけるX線管560の陽極ターゲットの負荷を
軽減するために該X線管の陽極回転駆動機構の固定子コ
イル561に三相交流電圧を供給するための回路で、前
記高電圧発生回路520のコンバータ回路521の出力
直流電圧を平滑コンデンサ512で平滑してこの電圧を
インバータ回路513で設定した周波数の三相交流電圧
に変換し、これを前記固定子コイル561に供給して、
前記X線管560の陽極を所定の回転数で回転させる。
【0024】フィラメント加熱回路530は、X線管の
陽極と陰極間に電流(以下、この電流を管電流と呼ぶこ
とにする)を流して所要のX線照射量を発生すためのX
線管のフィラメントを加熱する回路で、前記第二のフィ
ルタ回路で弁別された100kHzの交流電圧をコンバ
ータ回路531で直流に変換し、これを平滑コンデンサ
532で平滑してこの電圧をインバータ回路533で所
定周波数の単相交流電圧に変換し、この電圧を加熱トラ
ンス535を介してX線管560のフィラメントに印加
して該フィラメントを所定の温度に加熱する。制御電源
回路540は、高電圧発生回路520,陽極回転駆動回
路510,フィラメント加熱回路530及びその他のス
キャナ回転部に搭載された各回路の制御回路へ直流電源
を供給する回路で、前記第二のフィルタ回路で弁別され
た100kHzの交流電圧を上整流回路で直流電圧に変
換する回路である。
【0025】X線管560は、前記陽極駆動回路510
から出力された交流電圧が供給されて陽極が回転し、前
記加熱回路530によってフィラメント562が加熱さ
れ、前記高電圧発生回路520からの直流高電圧が印加
されて被検体6に向けてX線を放射するものである。
【0026】そして、この被検体を透過したX線は、X
線検出部7へ入射する。このX線検出部7は、上記X線
管560から放射され被検体を透過した透過X線量分布
を検出すると共にその検出信号を増幅するもので、上記
の透過X線量分布を検出する検出器701と、この検出
器701からの検出信号を増幅するプリアンプ702と
から成る。このX線検出部7で検出し増幅した検出信号
は、発光素子703で光に変換され、この光信号をスキ
ャナ固定部に搭載した受光素子704で電気信号に変換
し、この変換された電気信号を画像処理装置11に入力
して診断部位の断層像を再構成して、この再構成された
断層像を画像表示装置12に表示する。
【0027】図2は本発明によるX線CT装置の第二の
実施例を示す全体構成のブロック図である。この第二の
実施例は、図1に示した第一の実施例の変形例で、陽極
駆動回路510のインバータ回路513に入力する直流
電圧をフィラメント加熱回路530のコンバータ回路5
31から入力し、高電圧発生回路520を構成している
コンバータ回路521,コンデンサ522,およびイン
バータ回路523を不要にしたものである。したがっ
て、陽極駆動回路510にはフィラメント加熱回路53
0のコンバータ回路531の出力電圧が入力されるの
で、高電圧発生回路520に入力する電圧を一定にする
必要がなく、管電圧の制御は、インバータ回路210の
周波数や位相を制御して行う。このような構成にするこ
とにより、図1の第一の実施例よりもスキャナ回転部の
搭載物の重量が軽くすることができる。
【0028】図3に電磁誘導送電手段3の第一の巻線3
01に異なる周波数の電力を供給する他の実施例を示
す。この図3において、2つの変圧器213と223の
2次巻線を電磁誘導送電手段3の第一の巻線301に直
列に接続し、前記2つの変圧器213,223の一次側
にはそれぞれ異なる共振周波数を発生するためのコンデ
ンサ212,222とインダクタンス211,221を
用いてこれらのコンデンサとインダクタンスとを共振さ
せることにより、電磁誘導送電手段3に異なる周波数の
2系統の電力を重畳して送電することができる。また、
上記実施例は,直列共振を用いてインバータ回路21
0,220の出力を電磁誘導送電手段3の第一の巻線3
01に入力する例について説明したが、本発明は図4に
示すような並列共振を用いる構成でも良い。さらに、本
発明は、以下のような様々な実施形態が考えられる。
【0029】(1)上記実施例のインバータ回路21
0,220の直流電源部の直流電源は、それぞれのイン
バータ回路に対応させて二つの直流電源11と12を設
ける例をあげたが、これは一つの直流電源から前記イン
バータ回路210,220に供給する方式でも良い。
【0030】(2)電磁誘導送電手段3の第二の巻線3
02から特定の周波数の交流電圧を弁別する手段は、図
1,図2に示した構成に限らず、所望の周波数の交流電
圧を弁別できる手段であれば、どのような構成でも良
い。
【0031】(3)上記実施例では、2系統の交流電圧
を送電する手段の例をあげたが、本発明はこれに限るも
のではなく、2系統の以上の異なる周波数を送電するこ
とも可能である。
【0032】以上のように本発明の主旨は、スキャナ回
転部の固定枠の周上に配置された第一の巻線と前記スキ
ャナ回転部の回転枠の周上に前記第一の巻線に対向して
配置された第二の巻線とを組み合わせて成る電磁誘導送
電手段により上記電源からX線管側へ電力を供給する手
段を備えて成るX線CT装置において、2つ以上の異な
る周波数の交流電圧を重畳して前記第一の巻線に入力
し、前記第二の巻線に誘起される2つ以上の異なる周波
数の交流電圧を弁別して、この弁別した異なる周波数の
交流電圧をX線発生に必要な高電圧発生回路を含む前記
スキャナ回転部に搭載された各回路に供給可能であれ
ば、上記実施例に限らず、どのような実施形態でも良
い。
【0033】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、スキャナ回転部の固定枠の周上に配置された第一の
巻線に2つ以上の異なる周波数の交流電圧を重畳して入
力し、前記スキャナ回転部の回転枠の周上に前記第一の
巻線に対向して配置された第二の巻線に誘起される2つ
以上の異なる周波数の交流電圧を弁別して、この弁別し
た異なる周波数の交流電圧をX線発生に必要な高電圧発
生回路を含む前記スキャナ回転部に搭載された各回路に
非接触で供給するようにしたので、スキャナ回転部に搭
載された各回路に電力を供給する手段の保守点検が容易
になり、かつ信頼性が向上するX線CT装置を提供でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるX線CT装置の第一の実施例を示
す全体構成のブロック図。
【図2】本発明によるX線CT装置の第二の実施例を示
す全体構成のブロック図。
【図3】電磁誘導送電手段の第一の巻線に直列共振を用
いて異なる二つの周波数の交流電圧を重畳して入力する
他の実施例の回路図。
【図4】電磁誘導送電手段の第一の巻線に並列共振を用
いて異なる二つの周波数の交流電圧を重畳して入力する
実施例の回路図。
【符号の説明】
1,11,12…直流電源部 210,220,513,523,533…イ
ンバータ回路 211,221,311,321…共振用インダクタ
ンス 212,222,312,322…共振コンデンサ 3…電磁誘導送電手段 301…第一の巻線 302…第二の
巻線 5…スキャナ回転部 510…陽極回転駆動回路 520…高電圧発生回路 530…
フィラメント加熱回路 540…制御電源回路 521,531…コンバータ回路 512,
522,532…平滑コンデンサ 213,223…変圧器 524…
高電圧変圧器 535…加熱変圧器 560…X線管 561…固定子コイル 562…陰極フィラメント 563…回
転陽極

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 X線を放射するX線管と、このX線管か
    ら放射されたX線が被検体を透過した透過X線量分布を
    検出すると共にこの検出信号を増幅するX線検出部と、
    前記X線管とX線検出部とを対向させて被検体の周りに
    回転させるスキャナ回転部と、前記X線検出部からの出
    力信号を処理して診断部位の断層像を再構成する画像処
    理装置と、この画像処理装置からの出力信号を入力して
    断層像を表示する画像表示装置とを有するX線CT装置
    であって、直流電圧を発生する直流電源部と、この直流
    電源部から少なくとも2つ以上の異なる周波数の交流電
    圧を発生する交流電圧発生手段と、これらの交流電圧発
    生手段の出力電圧を重畳して入力する上記スキャナ回転
    部の固定枠の周上に配置した第一の巻線と、この第一の
    巻線に対向して前記スキャナ回転部の回転枠の周上に配
    置した第二の巻線とを組み合わせて成る電磁誘導送電手
    段と、前記第二の巻線に誘起される2つ以上の異なる周
    波数の交流電圧を弁別する手段を有し、この弁別した異
    なる周波数の交流電圧をX線発生に必要な高電圧発生回
    路を含む前記スキャナ回転部に搭載した各回路の電源と
    することを特徴とするX線CT装置。
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