JP2006289066A - Ｘ線コンピュータ断層撮影装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】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。
【解決手段】被検体に向けてＸ線を曝射するＸ線発生手段と、前記Ｘ線発生手段から曝射され前記被検体を透過したＸ線を検出する検出手段と、前記Ｘ線発生手段と前記検出手段とを支持する支持手段と、前記支持手段を回転駆動する駆動手段と、前記駆動手段を制御し、前記支持手段の回転速度が減速されたときに生成される回生エネルギーを蓄積し、その蓄積された回生エネルギーを前記駆動手段に供給して前記支持手段の回転駆動に用いる制御手段とを備えた。
【選択図】 図２

Description

本発明は、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置及びその制御方法に関する。

近年における医療用診断装置の進歩は目覚ましいものがある。特に、Ｘ線を利用して被検体の断層撮影を行う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、その使用方法を多岐にわたらせたり、撮影時間の短縮化を図ったりと、様々な方面での努力が日々費やされている。

このような技術革新が進行するなか、装置内部で副次的に発生してしまう熱を如何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。しかし、装置の性能や機能を向上させようとすればするほど放出すべき熱量は増加の一途を辿ってしまうのが実状であるため、この課題が重くのしかかってくる。

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（ダイレクトドライブモータやローテーションサーボモータ等）の回転を減速する時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。従って、モータの加減速を頻繁に行う場合、例えば、多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等を行う場合などには、回生抵抗はかなりの温度（７０度程度）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外にも、例えば次のようなものが公知となっている。

一部のＸ線ＣＴ装置の架台は、正面から見ると方形の外観を形成している。このような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板金に接触させ、その板金から熱を逃すような構成が採用されていることが多い。

一方、最近では、装置の機械的イメージを払拭するため、架台上部を円形状に形成して柔らかなイメージを持たせることで被検者が受ける不快感を軽減させようとの配慮がなされたＸ線ＣＴ装置が普及してきている。このようなＸ線ＣＴ装置では、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ため、装置側部に回生抵抗が設けられていることが多い。

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等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。

また、下記の特許文献２には、支持部材に複数の羽根部材を配し、こ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）が記載されている。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。

更に、下記の特許文献３には、ガントリ装置（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奏することができる。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。

ここで、一例として、回生抵抗によって放熱を行う構成を有する従来のＸ線ＣＴ装置について、図面を参照して以下に説明する。図１１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１２は、従来のＸ線ＣＴ装置の構成を示すブロック図である。図１１に示すように、Ｘ線ＣＴ装置１は、被検体にスキャンしながら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されている。

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、被検体を透過した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等のモータ４、回転体５、サーボアンプ６等がこれに含まれる。また、サーボアンプ６には回生抵抗７が接続されている。

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に電源を供給する電源装置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。

サーボアンプ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、回転速度等を制御する。なお、モータ４とサーボアンプ６とは、本発明で言う駆動ユニットを構成している。

回生抵抗７は、モータ４の減速時に生成されサーボアンプ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、サーボアンプ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、本実施形態における回生抵抗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。

このように配設された各部材は、図１２に示すような構成がなされている。図１２に示すように、電源装置１０はＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；ゲート隔離型バイポーラトランジスタ）よりなるサーボアンプ６を介してモータ４に接続されている。電源１０とＩＧＢＴとの間の電送路は回生抵抗７が介入されており、モータ４が減速したときに発生する回生エネルギーを、放熱部材に接続された回生抵抗７に送るために制御部１００によって制御されるスイッチＳＷ１が回生抵抗７側に設けられていた。

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、サーボアンプ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２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、電源装置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のち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。

以上のような撮影処理が繰り返し行われると、図１３に示すように、モータ４の減速時（制御部１００が自ら検出；Ｓ１１）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とされること（Ｓ１２）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。

なお、本願に関連する公知文献としては、例えば次のようなものがある。
特開平９−２７６２６２号公報 特開平９−５６７１０号公報 特開２００２−３３６２３６号公報

ところで、冒頭に述べたように、現在でもＸ線ＣＴ装置は日進月歩で進化を続けており、特に、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しようとの試みが進行している。撮影時間の短縮を達成するためには、スキャン時間の短縮が必要であり、したがって、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１〜３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するには、構成の簡素化や製造コスト等に照らせば限度があることは否めず、結果として、装置内部の温度上昇による各種精密機器の動作不良が引き起こされることが憂慮される。

本発明は、以上のような事情を鑑みてなされたものであって、その目的は、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にある。

本発明は、上記目的を達成するため、次のような手段を講じている。

本発明の第１の視点は、Ｘ線を曝射するＸ線発生ユニット及びＸ線を検出する検出ユニットが設けられ、所定の軸を中心として回転する回転体と、前記回転体を回転駆動させる駆動ユニットと、前記駆動ユニットに電力を供給する電源と、前記回転体の減速時において発生する回生エネルギーを蓄積する回生エネルギー処理ユニットと、を具備することを特徴とするＸ線コンピュータ断層撮影装置である。

本発明の第２の視点は、駆動ユニット、回生エネルギー処理ユニット、制御ユニットを具備するＸ線コンピュータ断層撮影装置の制御方法であって、前記制御ユニットが、Ｘ線を曝射するＸ線発生ユニット及びＸ線を検出する検出ユニットが設けられ所定の軸を中心として回転する回転体が回転駆動するように前記駆動ユニットを制御し、前記回転体の減速時において発生する回生エネルギーを蓄積するように、回生エネルギー処理ユニットを制御すること、を具備することを特徴とするＸ線コンピュータ断層撮影装置の制御方法である。

以上本発明によれば、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実現することができる。

以下、本発明の第１乃至第４の実施形態を図面に従って説明する。なお、以下の説明において、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。

以下、本発明に係るＸ線ＣＴ装置の一実施の形態について、図面を参照して詳しく説明する。

（第１の実施形態）
（構成）
図１は、病院等の撮影室の床面Ｆに設置されたＸ線ＣＴ装置１の構成の概略を示す正面透視図である。また、図２は、本発明に係るＸ線ＣＴ装置の構成を示すブロック図である。図１に示すように、Ｘ線ＣＴ装置１は、被検体にスキャンしながら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（いずれも不図示）とともにＸ線断層像撮影システムを構成し使用されている。

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、被検体を透過した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等のモータ４、回転体５、サーボアンプ６等がこれに含まれる。また、サーボアンプ６には回生抵抗７が接続されている。

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に電源を供給する電源装置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。

サーボアンプ６は、図２に示す制御部１００（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、回転速度等を制御する。なお、モータ４とサーボアンプ６とは、本発明で言う駆動ユニットを構成している。

回生抵抗７は、モータ４の減速時に生成されサーボアンプ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、サーボアンプ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、本実施形態における回生抵抗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ている。

このように配設された各部材は、図２に示すような構成がなされている。図２に示すように、電源装置１０はＩＧＢＴよりなるサーボアンプ６を介してモータ４に接続されている。電源１０とＩＧＢＴとの間の電送路は回生抵抗７及び充電コンデンサ１０１が介入されており、モータ４が減速したときに発生する回生エネルギーを回生抵抗７を経て充電コンデンサ１０１に蓄積するために制御部１００によって制御されるスイッチＳＷ１が回生抵抗７側に設けられると共に、充電コンデンサ１０１に蓄積された回生エネルギーをＩＧＢＴを経てモータ４に供給するために制御部１００によって制御されるスイッチＳＷ２が設けられている。

また、ＩＧＢＴとモータ４とを結ぶ電送路には、その電送路の電流値を検出、具体的には瞬停を検知するための電流検出部１０２が設けられ、当該電送路において瞬停を検知した場合には、その瞬停の時間（例えば数ｍｓ）よりも十分速い応答を制御部１００に対して発する。すなわち、スイッチＳＷ２は、電流検出部１０２が瞬停を検知したことを受けた制御部１００によってＯＮされるスイッチであり、電流検出部１０２が瞬停を検知してからスイッチSW２がＯＮされるのに要する時間は、瞬停の時間よりも十分に短いものとする。

（動作）
以下、上記のような構成をなすＸ線ＣＴ装置１の動作について図３を参照して説明する。

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、サーボアンプ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２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、電源装置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のち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。

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が自ら指示；Ｓ１）における逆起電力に基づくエネルギー、つまり回生エネ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が回生抵抗７側にＯＮとされることによって、回生抵抗７に送られて充電コンデンサ１０１に蓄積される（Ｓ２）。

その後、スイッチＳＷ１がモータ４側にＯＮ（回生抵抗７側にＯＦＦ）となっている状態で、モータ４が加速し（Ｓ３）、電流検出部１０２によって瞬時停電が発生したか否かが監視され、電流検出部１０２により瞬時停電が検知される（Ｓ４−Ｙｅｓ）と、制御部１００は、スイッチＳＷ２をＯＮにして、充電コンデンサ１０１に蓄積された回生エネルギーをモータ４に供給させる。

なお、電流検出部１０２により瞬時停電が検知されない状態（Ｓ４−Ｎｏ）では、制御部１００は、スイッチＳＷ２をＯＦＦにしておく。

このように、回生抵抗７を介して充電コンデンサ１０１に蓄積された回生エネルギーを、再び電源系に供給することで放熱構造に多大な負担をかけることなく消費電力を低減させることができる。特に、瞬時停電が生じたときに、蓄積した回生エネルギーを電源系に供給することで、モータ４の安定した駆動が実現できる。

また、回生抵抗を介して充電コンデンサに蓄積された回生エネルギーの一部又は全部を電源系だけでなく、放熱のための冷却ファンの動力として供給してもよい。このようにすることで、回生エネルギーを有効に再利用し、放熱効率を向上させることができる。なお、この例については、第３の実施形態において説明する。

また、回転体の重量が大きい場合や、その回転速度が速い場合に回転減速時のエネルギーが大きくなる。このため、重量の大きい検出器素子列を複数列備えた２次元検出器を備え、その２次元検出器とＸ線管の回転速度が０．５秒／回転より高速に回転するＸ線ＣＴ装置に対して本発明を適用することにより、放熱の低減ができ有用である。

また、本Ｘ線ＣＴ装置では、回生エネルギーを回収するためのコンデンサを設けている。このため、従来に比して回生抵抗を小さくすることができ、装置の低温下、軽量化、小型化を実現することができる。

さらに、本発明では、このような構成をＸ線ＣＴ装置に内蔵するのではなく、Ｘ線ＣＴ装置とは別体の回生エネルギー再利用システムとして構成してもよい。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。

図４は、本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置１の構成を示したブロック図である。同図に示すように、本Ｘ線ＣＴ装置１は、架台２（筐体２）、情報処理部３０から構成される。

架台２は、被検体Pに関する投影データを収集するために構成されたものであり、スリップリング２１、モータ４、Ｘ線管球２３、Ｘ線検出器２５、回転フレーム２６、データ収集部２７、非接触データ電送装置２８、回生エネルギー処理部２９を具備している。情報処理部３０は、架台２におけるデータ収集動作の制御、及び架台２において収集されたデータに所定の処理を施すことで、Ｘ線CT画像及びこれを用いた各種臨床情報を生成するものであり、高電圧発生装置３０１、前処理部３０２、記憶装置３０３、再構成部３０４、画像処理部３０５、ホストコントローラ３０６、表示部３０７、入力部３０８、送受信部３０９を具備している。

モータ４は、回転フレーム２６を回転駆動する。この回転駆動により、Ｘ線管球２３とＸ線検出器２５とが対向しながら、被検体Pの体軸を中心に螺旋状に回転することになる。

Ｘ線管球２３は、Ｘ線を発生する真空管であり、回転フレーム２６に設けられている。当該Ｘ線管球２３には、Ｘ線の曝射に必要な電力（管電流、管電圧）が高電圧発生装置３０１からスリップリング２１を介して供給される。Ｘ線管球２３は、供給された高電圧により電子を加速させターゲットに衝突させることで、有効視野領域FOV内に載置された被検体に対してＸ線を曝射する。

検出器２５は、被検体を透過したＸ線を検出する検出器システムであり、Ｘ線管球２３に対向する向きで回転フレーム２６に取り付けられている。当該検出器２５は、シングルスライスタイプ又はマルチスライスタイプの検出器であり、シンチレータとフォトダイオードとの組み合わせで構成される複数の検出素子が、それぞれのタイプに応じて一次元的又は二次元的に配列されている。

回転フレーム２６は、Ｚ軸を中心として回転駆動されるリングであり、Ｘ線管球２３とＸ線検出器２５とを搭載している。この回転フレーム２６の中央部分は開口されており、この開口部（すなわち、撮影口３）に、寝台（図示せず）上に載置された被検体Pが挿入される。

データ収集装置２７は、一般的にDAS(data acquisition system) と呼ばれ、検出器２５からチャンネルごとに出力される信号を電圧信号に変換し、増幅し、さらにディジタル信号に変換する。このデータ（生データ）は、非接触データ伝送装置２８を介して情報処理装置３０に取り込まれる。

回生エネルギー処理部２９は、後述する回生エネルギー再利用機能に関する処理（回生エネルギー処理）を実行する。具体的には、回生エネルギー処理部２９は、回生エネルギーの蓄積、熱エネルギーへの変換を行う。また、回生エネルギー処理部２９は、モータ４、冷却ファン（図示せず）、架台２のチルト機構、被検体Ｐを搭載する寝台の移動機構、架台２に内蔵された制御基板等のそれぞれに対応する電源に対して、蓄積した回生エネルギーを所定のタイミングで供給する。なお、第１の実施形態においては、図２に示した構成がこの回生エネルギー処理部２９に対応する。また、本実施形態に係る回生エネルギー処理部２９は、図２に示した構成を具備するものとする。

高電圧発生装置３０１は、スリップリング２１を介して、Ｘ線の曝射に必要な電力をＸ線管球２３に供給する装置であり、高電圧変圧器、フィラメント加熱変換器、整流器、高電圧切替器等から成る。

前処理部３０２は、非接触データ伝送装置２８を介してデータ収集装置２７から生データを受け取り、感度補正やＸ線強度補正を実行する。各種補正を受けた３６０度分の生データは、記憶装置３０３に一旦記憶される。なお、当該前処理部３０２によって前処理が施された生データは、「投影データ」と呼ばれる。

記憶部３０３は、生データ、投影データ、スキャノグラムデータ、断層像データ等の画像データや、検査計画のためのプログラム等を記憶する。

再構成部３０４は、複数種類の再構成法を装備し、操作者から選択された再構成法により画像データを再構成する。

画像処理部３０５は、再構成部３０４により生成された再構成画像データに対して、ウィンドウ変換、RGB処理等の表示のための画像処理を行い、表示部３０７に出力する。また、画像処理部３０５は、オペレータの指示に基づき、任意断面の断層像、任意方向からの投影像、３次元表面画像等のいわゆる疑似３次元画像の生成を行い、表示部３０７に出力する。

ホストコントローラ３０６は、スキャン処理、信号処理、画像生成処理、画像表示処理等において、本Ｘ線CT装置１の統括的な制御を行う。例えば、ホストコントローラ３０６は、スキャン処理においては、予め入力されたスライス厚等のスキャン条件をメモリ部２１に格納し、患者ＩＤ等によって自動的に選択されたスキャン条件（あるいは、マニュアルモードにおいて、入力部３０８から直接設定されたスキャン条件）に基づいて、高電圧発生装置３０１、寝台駆動部１２、及び寝台天板ａの体軸方向への送り量、送り速度、Ｘ線管球２３及びＸ線検出器２５の回転速度、回転ピッチ、及びＸ線の曝射タイミング等を制御し、被検体の所望の撮影領域に対して多方向からＸ線コーンビーム又はＸ線ファンビームを曝射させ、Ｘ線CT画像のデータ収集（スキャン）処理を行う。

また、ホストコントローラ３０６は、後述する回生エネルギー再利用機能に関する制御を実行する。例えば、ホストコントローラ３０６は、動作時において、モータ４の回転速度、回転開始位置、回転終了予定位置を制御部１００に所定のタイミングで送り出す。なお、ホストコントローラ３０６は、第１の実施形態における上位制御部（例えば図２参照）に対応する。

表示部３０７は、画像処理部３０５から入力したコンピュータ断層画像、スキャノグラム像等のCT画像を表示する出力装置である。ここで、CT値とは、物質のＸ線吸収係数を、基準物質（例えば、水）からの相対値として表したものである。また、表示部３０７は、図示していない計画補助システムによって実現されるスキャン計画画面等を表示する。

入力部３０８は、キーボードや各種スイッチ、マウス等を備え、オペレータを介してスライス厚やスライス数等の各種スキャン条件を入力可能な装置である。

送受信部３０９は、ネットワークNを介して、他の装置と画像データ、患者情報等を送受信する。

（回生エネルギー再利用機能）
次に、本実施形態に係る回生エネルギー再利用機能について説明する。この機能は、回生エネルギーをコンデンサに蓄積すると共に、回生抵抗によっても回生エネルギーを熱エネルギーに変換する構成を有するものである。

図５は、本Ｘ線ＣＴ装置１のスキャン時におけるモータ４の回転速度（すなわち、Ｘ線管球２３、検出器２５、回転フレーム２６等からなる回転体５の回転速度）の時間的変化を示したグラフである。同図において、回生エネルギーは、モータ４の減速する期間Ｔ１、期間Ｔ５において発生する。制御部１００は、ホストコントローラ３０６からの情報に基づいてモータ４の速度変化を監視し、減速開始タイミングを検出（例えば、ＩＧＢＴとモータ４との間の電送路における瞬停を検出）した場合には、コンデンサ１０１とモータ４とが電気的に接続されるように、スイッチＳＷ２を制御する。これにより、コンデンサ１０１には、モータ４の減速時において発生する回生エネルギーが蓄積される。

また、制御部１００は、上記コンデンサ１０１による回生エネルギーの蓄積開始後所定のタイミングで、回生抵抗７とモータ４とが電気的に接続されるように、スイッチＳＷ１を制御する。回生抵抗７は、モータ４の減速によって発生した回生エネルギーを熱エネルギーに変換し放熱させる。この回生抵抗７による回生エネルギーの放熱は、例えばモータ４の減速開始から次の加速開始までの間の所定の期間において実行される。

なお、回生抵抗７とモータ４とを電気的に接続させるためのＳＷ１の制御は、モータ４の減速開始をトリガとした所定の遅延時間後に実行するようにしてもよい。また、コンデンサ１０１が蓄積する電力量を基準とした所定のタイミング（例えば、コンデンサ１０１がその容量一杯に電力を蓄積したタイミング）で実行するようにしてもよい。これらのタイミングは、設定により任意に制御することができる。

また、この様なコンデンサ１０１による回生エネルギー回収と合わせた回生抵抗７による放熱は、モータ４の減速時において常に行う必要はなく、コンデンサ１０１によって回生エネルギーを十分に回収できない場合にのみ行うようにすればよい。従って、例えば、モータ４の回転速度が所定の閾値ＶＴを超えた状態から減速する場合、或いは回転加速度の絶対値αＴが所定の閾値を超える場合に等にのみ、回生抵抗７による放熱を行うようにしてもよい。なお、閾値ＶＴ及び絶対値αＴは、任意の値に
制御することができる。

（動作）
次に、本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置１の回生エネルギー再利用処理における動作について説明する。

図６は、本Ｘ線ＣＴ装置１の回生エネルギー再利用処理における動作の流れを示したフローチャートである。同図に示すように、まず、制御部１００は、ホストコントローラ３０６から取得するモータ４の回転速度Ｖを監視し、閾値ＶＴを超えるか否かを判定する（ステップＳ２１）。回転速度Ｖが閾値ＶＴを超えないと判定した場合には、制御部１００は、回生エネルギーがコンデンサ１０１に蓄積されるように、モータ４の減速時においてスイッチＳＷ２を制御する（ステップＳ２２）。コンデンサ１０１に蓄積された回生エネルギーは、例えば第１の実施形態において述べたようにモータ４の加速時における電力として、又は第３、第４の実施形態において述べるような種々の装置の電力として供給され、利用される（ステップＳ２４）。

一方、回転速度Ｖが閾値ＶＴを超えると判定した場合には、制御部１００は、モータ４の減速によって発生する回生エネルギーの一部がコンデンサ１０１に蓄積されるようにスイッチＳＷ２を制御すると共に、残りの回生エネルギーが回生抵抗７において放熱されるようにスイッチＳＷ１を制御する（ステップ２２、ステップＳ２３）。コンデンサ１０１に蓄積された回生エネルギーは、種々の装置の電力として供給され、利用される（ステップＳ２５ａ）。

次に、引き続きスキャンを実行するか否かがホストコントローラ３０６において判定される。引き続きスキャンを実行する場合には、ステップＳ２１〜ステップＳ２５ｂまでの処理が再度実行される。一方、スキャンを実行しない場合には、一連の回生エネルギー再利用処理を終了する（ステップＳ２６）。

以上述べた構成によれば、次の効果を得ることができる。

本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置によれば、必要に応じて、コンデンサによる回生エネルギーの回収に加えて、回生抵抗により回生エネルギーを熱エネルギーに変換することができる。従って、コンデンサのみでは十分に回生エネルギーを回収できない場合であっても、減速時に発生する回生エネルギーを適切に装置外に放出させることができる。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。

図７は、第３の実施形態に係る回生エネルギー再利用機能を実現するための構成を示した図である。同図において、回生エネルギー処理部２９及び冷却ファン２００はＸ線ＣＴ装置１の架台２内に設けられる。

回生エネルギー処理部２９は、スイッチＳＷ５を具備している。このスイッチＳＷ５は、コンデンサ１０１の電気的接続を、冷却ファン２００とモータ４との間で切り替えるものである。

制御部１００は、モータ４の減速時に発生する回生エネルギーをコンデンサ１０１に蓄積しまた回生抵抗７で放熱させるために、所定のタイミングでＳＷ１及びスイッチＳＷ５を制御する。また、制御部１００は、コンデンサ１０１に蓄積された回生エネルギーをファン電源に供給するため、所定のタイミングでＳＷ５を制御する。

（回生エネルギー再利用機能）
本実施形態に係る回生エネルギー再利用機能は、例えば第１の実施形態又は第２の実施形態に係る手法にて回収された回生エネルギーを、所定のタイミングで装置内を冷却するための装置（本実施形態では、ファン２００）の駆動電力として利用するものである。なお、以下においては、説明を具体的にするため、第２の実施形態で述べた手法により、モータ４の減速時において発生する回生エネルギーの回収、熱への変換を行うものとする。

コンデンサ１０１から冷却ファン２００の電源への回生エネルギーの供給タイミングは、コンデンサ１０１へ回生エネルギーを蓄積している期間以外であればいつでもよい。従って、制御部１００は、例えば図５に示すモータ４の加速期間Ｔ３においてコンデンサ１０１から冷却ファン２００の電源への回生エネルギーが供給されるように、スイッチＳＷ５を切り替える。冷却ファン２００は、コンデンサ１０１から回生エネルギーが供給されている間は当該エネルギーを駆動電源とし、回生エネルギーの供給が終了した場合には通常の電源によって駆動する。

（動作）
次に、本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置１の回生エネルギー再利用処理における動作について説明する。

図８は、第３の実施形態に係る回生エネルギー再利用処理における動作の流れを示したフローチャートである。同図に示すように、まず、第２の実施形態と同様の手順で、コンデンサによる回生エネルギー回収等が実行される（ステップＳ２１〜ステップＳ２４）。

次に、制御部１００は、モータ４の次の減速開始までの所定の期間において、コンデンサ１０１に蓄積された回生エネルギーが冷却ファン２００の電源に供給されるように、スイッチＳＷ５を冷却ファン２００側に切り替える（ステップＳ２５ｂ）。これにより、冷却ファン２００は、コンデンサ１０１から回生エネルギーが供給されている間においては、当該回生エネルギーを電力として駆動する。

次に、引き続きスキャンを実行するか否かがホストコントローラ３０６において判定される。引き続きスキャンを実行する場合には、ステップＳ２１〜ステップＳ２５ｂまでの処理が再度実行される。一方、スキャンを実行しない場合には、一連の回生エネルギー再利用処理を終了する（ステップＳ２６）。

以上述べた構成によれば、次の効果を得ることができる。

本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置によれば、コンデンサによって回収した回生エネルギーを、装置を冷却するための冷却ファンの駆動電力として利用している。従って、従来では放熱させていた回生エネルギーを再利用することができると共に、回生抵抗において放熱させるべき回生エネルギーの量を低減させることができる。その結果、回生エネルギーに起因する装置内部の温度上昇を低減させることができると共に、装置の仕様電力を低減させることができる。

また、本Ｘ線ＣＴ装置では、回生エネルギーによる冷却ファン駆動と回生抵抗による放熱との二系統によって、モータの減速時に発生する回生エネルギーを処理している。従って、回生抵抗において放熱させる回生エネルギーを削減させることができるため、回生抵抗を従来に比して小さくすることができる。その結果、装置の低温化、小型化、軽量化を実現することができる。

（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。

図９は、本実施形態に係る回生エネルギー再利用機能を実現するための構成を示した図である。

回生エネルギー処理部２９は、例えば第１又は第２の実施形態において示した構成を有する。この回生エネルギー処理部２９と電源１０との間には、回生エネルギー処理部２９において回収された回生エネルギーを、架台２内に存在する制御板２０３又は他の駆動部２０１（例えば、寝台天板を上下、左右移動させるための駆動部、架台２をチルトさせるための駆動部等）に供給するための電気配線が設けられている。

（回生エネルギー再利用機能）
本実施形態に係る回生エネルギー再利用機能は、例えば第１の実施形態又は第２の実施形態に係る手法にて回収された回生エネルギーを、架台２内の制御基板、寝台天板の移動、架台２のチルト等に用いるものである。なお、以下においては、説明を具体的にするため、第２の実施形態で述べた手法により、モータ４の減速時において発生する回生エネルギーの回収、熱への変換を行うものとする。

制御部１００は、コンデンサ１０１に回生エネルギーが蓄積されると、当該回生エネルギーが所定のタイミングで他の駆動部２０１、又は制御板２０３に電力として供給されるように、スイッチＳＷ１等を制御する。すなわち、制御部１００は、例えば図５に示す期間Ｔ２において寝台天板の移動が指示された場合には、コンデンサ１０１から寝台移動機構の電源へ回生エネルギーが供給されるように、スイッチＳＷ１を開と共に、スイッチＳＷ２を電源１０側に切り替える。他の駆動部２０１は、コンデンサ１０１から回生エネルギーが供給されている間は当該エネルギーを駆動電源とし、回生エネルギーの供給が終了した場合には通常の電源によって駆動する。

（動作）
次に、本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置１の回生エネルギー再利用処理における動作について説明する。

図１０は、第４の実施形態に係る回生エネルギー再利用処理における動作の流れを示したフローチャートである。同図に示すように、まず、第２、第３の実施形態と同様の手順で、コンデンサによる回生エネルギー回収等が実行される（ステップＳ２１〜ステップＳ２４）。

次に、制御部１００は、所定の期間（例えば、期間Ｔ２）においてコンデンサ１０１に蓄積された回生エネルギーが他の駆動部２０１又は制御板２０３の電源に供給されるように、スイッチＳＷ１、スイッチＳＷ５を制御する（ステップＳ２５ｃ）。これにより、コンデンサ１０１から回生エネルギーが供給されている間においては、制御板に設けられた各デバイス、或いは寝台、架台等は、当該回生エネルギーを電力として駆動する。

次に、引き続きスキャンを実行するか否かがホストコントローラ３０６において判定される。引き続きスキャンを実行する場合には、ステップＳ２１〜ステップＳ２５ｂまでの処理が再度実行される。一方、スキャンを実行しない場合には、一連の回生エネルギー再利用処理を終了する（ステップＳ２６）。

以上述べた構成によれば、次の効果を得ることができる。

本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置によれば、コンデンサによって回収した回生エネルギーを、装置が具備する他の駆動系（例えば、寝台移動、架台チルト等）や制御板の電力として利用している。従って、従来では放熱させていた回生エネルギーを再利用することができると共に、回生抵抗において放熱させるべき回生エネルギーの量を低減させることができる。その結果、回生エネルギーに起因する装置内部の温度上昇を低減させることができると共に、装置の仕様電力を低減させることができる。

また、本Ｘ線ＣＴ装置では、回生エネルギーによる寝台移動等と回生抵抗による放熱との二系統によって、モータの減速時に発生する回生エネルギーを処理している。従って、回生抵抗において放熱させる回生エネルギーを削減させることができるため、回生抵抗を従来に比して小さくすることができる。その結果、装置の低温化、小型化、軽量化を実現することができる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。具体例としては、次のようなものがある。

（１）本発明の各実施形態は、回生エネルギー回収のためのコンデンサの容量には拘泥されない。好ましい一例としては、モータ４を回転状態から停止状態にするためのエネルギーを数倍量蓄積できる容量を採用することができる。

（２）第３及び第４の実施形態を組み合わせることにより、例えばコンデンサにより回収した回生エネルギーを必要に応じて冷却ファン、他の駆動系、制御板の各電源に振り分けるようにしてもよい。

また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

以上本発明によれば、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実現することができる。

図１は、本発明に係るＸ線ＣＴ装置の一実施の形態のＸ線ＣＴ装置の構成の概略を示す正面透視図。 図２は、本発明に係るＸ線ＣＴ装置の一実施の形態のＸ線ＣＴ装置の構成を示すブロック図。 図３は、本発明に係るＸ線ＣＴ装置の一実施の形態のＸ線ＣＴ装置の動作を示すフローチャート。 図４は、本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置１の構成を示したブロック図である。 図５は、本Ｘ線ＣＴ装置１のスキャン時におけるモータ４の回転速度の時間的変化を示したグラフである。 図６は、本Ｘ線ＣＴ装置１の回生エネルギー再利用処理における動作の流れを示したフローチャートである。 図７は、第３の実施形態に係る回生エネルギー再利用機能を実現するための構成を示した図である。 図８は、第３の実施形態に係る回生エネルギー再利用処理における動作の流れを示したフローチャートである。 図９は、第４の実施形態に係る回生エネルギー再利用機能を実現するための構成を示した図である。 図１０は、第４の実施形態に係る回生エネルギー再利用処理における動作の流れを示したフローチャートである。 図１１は、従来のＸ線ＣＴ装置の構成の概略を示す正面透視図。 図１２は、従来のＸ線ＣＴ装置の構成を示すブロック図。 図１３は、従来のＸ線ＣＴ装置の動作を示すフローチャート。

符号の説明

１…Ｘ線ＣＴ装置、２…筐体、３…撮影口、４…モータ、５…回転体、６…サーボアンプ、７…回生抵抗、８…Ｘ線管、９…検出器、１０…電源、１１…信号処理装置、１００…制御部、１０１…充電コンデンサ、１０２…電流検出部

Claims (18)

1. Ｘ線を曝射するＸ線発生ユニット及びＸ線を検出する検出ユニットが設けられ、所定の軸を中心として回転する回転体と、
   前記回転体を回転駆動させる駆動ユニットと、
   前記駆動ユニットに電力を供給する電源と、
   前記回転体の減速時において発生する回生エネルギーを蓄積する回生エネルギー処理ユニットと、
   を具備することを特徴とするＸ線コンピュータ断層撮影装置。
2. 前記回生エネルギー処理ユニットは、
   前記回生エネルギーを蓄積するためのコンデンサーと、
   前記駆動ユニットと前記コンデンサとの電気的接続を切り替える第１のスイッチと、
   前記回転体が減速した場合には、前記駆動ユニットと前記コンデンサとが電気的に接続されるように、前記第１のスイッチを制御する制御ユニットと、
   を有することを特徴とする請求項１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
3. 前記回生エネルギー処理ユニットは、
   前記回生エネルギーを熱エネルギーに変換する回生抵抗と、
   前記駆動ユニットと前記回生抵抗との電気的接続を切り替える第２のスイッチと、をさらに有し、
   前記制御ユニットは、所定のタイミングで前記駆動ユニットと前記回生抵抗とが電気的に接続されるように、前記第２のスイッチを制御する制御ユニットと、
   を有することを特徴とする請求項２記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
4. 前記制御ユニットは、前記コンデンサに回生エネルギーが蓄積された後、前記駆動ユニットと前記回生抵抗とが電気的に接続されるように、前記第２のスイッチを制御することを特徴とする請求項３記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
5. 前記回生エネルギー処理ユニットは、
   当該Ｘ線コンピュータ断層撮影装置内を冷却するための冷却ユニットと前記コンデンサとの電気的接続を切り替える第３のスイッチと、
   をさらに有し、
   前記制御ユニットは、所定のタイミングで前記コンデンサと前記冷却ユニットとが電気的に接続されるように、前記第３のスイッチを制御すること、
   を有することを特徴とする請求項２乃至４のうちいずれか一項記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
6. 前記回生エネルギー処理ユニットは、
   前記回転体及び前記駆動ユニットが設けられる架台を傾斜させる第１の機構、被検体を搭載するための寝台を移動させる第２の機構、前記架台内に存在する制御板の少なくともいずれかと前記コンデンサとの電気的接続を切り替える第４のスイッチと、
   をさらに有し、
   前記制御ユニットは、所定のタイミングで前記コンデンサと前記第１の機構、前記第２の機構、前記制御板の少なくともいずれかとが電気的に接続されるように、前記第４のスイッチを制御すること、
   を特徴とする請求項２乃至４のうちいずれか一項記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
7. 前記駆動ユニットに供給される電力を検知する検出ユニットをさらに具備し、
   前記制御ユニットは、前記検出ユニットによって瞬時停電が検出された場合に、前記第２のスイッチを制御すること、
   を特徴とする請求項３乃至６のうちいずれか一項記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
8. 前記駆動ユニットに供給される電力を検知する検出ユニットをさらに具備し、
   前記制御ユニットは、前記検出ユニットによって瞬時停電が検出された場合に、前記第３のスイッチを制御する請求項５記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
9. 前記駆動ユニットに供給される電力を検知する検出ユニットをさらに具備し、
   前記制御ユニットは、前記検出ユニットによって瞬時停電が検出された場合に、前記第４のスイッチを制御すること、
   を特徴とする請求項６又は７記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
10. 駆動ユニット、回生エネルギー処理ユニット、制御ユニットを具備するＸ線コンピュータ断層撮影装置の制御方法であって、
    前記制御ユニットが、
    Ｘ線を曝射するＸ線発生ユニット及びＸ線を検出する検出ユニットが設けられ所定の軸を中心として回転する回転体が回転駆動するように前記駆動ユニットを制御し、
    前記回転体の減速時において発生する回生エネルギーを蓄積するように、回生エネルギー処理ユニットを制御すること、
    を具備することを特徴とするＸ線コンピュータ断層撮影装置の制御方法。
11. 前記回転体が減速した場合には、前記駆動ユニットと前記回生エネルギーを蓄積するコンデンサとが電気的に接続されるように、前記駆動ユニットと前記コンデンサとの電気的接続を切り替える第１のスイッチを、前記制御ユニットが制御することをさらに具備することを特徴とする請求項１０記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置の制御方法。
12. 所定のタイミングで前記駆動ユニットと前記回生エネルギーを熱エネルギーに変換する回生抵抗とが電気的に接続されるように、前記駆動ユニットと前記回生抵抗との電気的接続を切り替える第２のスイッチを、前記制御ユニットが制御することをさらに具備する請求項１０又は１１記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置の制御方法。
13. 前記コンデンサに回生エネルギーが蓄積された後、前記駆動ユニットと前記回生抵抗とが電気的に接続されるように、前記第２のスイッチを前記制御ユニットが制御することを特徴とする請求項１２記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置の制御方法。
14. 所定のタイミングで前記コンデンサと当該Ｘ線コンピュータ断層撮影装置内を冷却するための冷却ユニットとが電気的に接続されるように、前記コンデンサと前記冷却ユニットとの電気的接続を切り替える第３のスイッチを、前記制御ユニットが制御することを特徴とする請求項１１乃至１３のうちいずれか一項記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置の制御方法。
15. 所定のタイミングで前記コンデンサと前記回転体及び前記駆動ユニットが設けられる架台を傾斜させる第１の機構、被検体を搭載するための寝台を移動させる第２の機構、前記架台内に存在する制御板の少なくともいずれかとが電気的に接続されるように、前記第１の機構、前記第２の機構、前記制御板の少なくともいずれかと前記コンデンサとの電気的接続を切り替える第４のスイッチを、前記制御ユニットが制御することを特徴とする請求項１１乃至１４のうちいずれか一項記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置の制御方法。
16. 前記駆動ユニットに供給される電力を検知する検出ユニットによって瞬時停電が検出された場合に、前記第２のスイッチを前記制御ユニットが制御することを特徴とする請求項１２乃至１５のうちいずれか一項記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置の制御方法。
17. 前記駆動ユニットに供給される電力を検知する検出ユニットによって瞬時停電が検出された場合に、前記第３のスイッチを前記制御ユニットが制御することを特徴とする請求項１４乃至１６のうちいずれか一項記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置の制御方法。
18. 前記駆動ユニットに供給される電力を検知する検出ユニットによって瞬時停電が検出された場合に、前記第４のスイッチを前記制御ユニットが制御する請求項１５乃至１７のうちいずれか一項記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置の制御方法。

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