JP2010225461A - High-voltage device and x-ray computer tomograph - Google Patents

High-voltage device and x-ray computer tomograph Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To enable an X-ray computer tomograph for scanning in a short time by high-speed rotation to operate with power supplied from a power source with a small power capacity. <P>SOLUTION: A DC/AC inverter 14c converts a first DC voltage into AC voltage. A high-voltage generator 14d uses the AC voltage obtained with the DC/AC inverter 14c to generate AC power for giving birth to X-ray irradiation by an X-ray tube 11a provided at the X-ray computer tomograph. An electric double-layer capacitor 14b accumulates electric energy by a second DC voltage, and the electric energy thus accumulated is output as a third DC voltage. An AC/DC converter 14a makes the electric double-layer capacitor 14b accumulate electric energy during a period when the X-ray irradiation is not carried out, and generates a second DC voltage, during a period when the X-ray irradiation is carried out, so as to be able to obtain the first DC voltage by composition with the third DC voltage. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、X線コンピュータ断層撮像装置に適用されてX線照射のための高電圧を発生する高電圧装置およびX線コンピュータ断層撮像装置に関する。   The present invention relates to a high voltage apparatus and an X-ray computed tomography apparatus which are applied to an X-ray computed tomography apparatus and generate a high voltage for X-ray irradiation.

医用診断用のX線コンピュータ断層撮像装置(CT装置)は、近年はスキャン速度が向上し、心臓診断に使用できるようになった。しかし、スキャン速度のさらなる向上が求められている。   In recent years, an X-ray computed tomography apparatus (CT apparatus) for medical diagnosis has been improved in scanning speed and can be used for cardiac diagnosis. However, further improvement in scanning speed is required.

さて、ノイズが少なく医用診断への利用価値の高い画像を得るためには、一定量以上のX線がX線検出器に到達することが必要である。しかしながらスキャン速度を向上すると、X線検出器に到達するX線量が低下するため、X線検出器で生成される信号のS/Nが低下する。これを防ぐためには、X線管からのX線の出射強度を高めることにより、診断時間が短くなることによるX線量の低下を補う必要があった。   Now, in order to obtain an image with little noise and high utility value for medical diagnosis, it is necessary that a certain amount or more of X-rays reach the X-ray detector. However, when the scanning speed is increased, the X-ray dose reaching the X-ray detector is decreased, and thus the S / N of the signal generated by the X-ray detector is decreased. In order to prevent this, it is necessary to compensate for a decrease in the X-ray dose due to a shortened diagnosis time by increasing the X-ray emission intensity from the X-ray tube.

特開2000−348894JP 2000-348894 A

X線高電圧装置の出力Po[kW]、X線高電圧装置の効率η[%]、X線高電圧装置の力率をCosφとすると、入力電力Pi[kVA]は以下の式により表される。   When the output Po [kW] of the X-ray high voltage apparatus, the efficiency η [%] of the X-ray high voltage apparatus, and the power factor of the X-ray high voltage apparatus are Cosφ, the input power Pi [kVA] is expressed by the following equation. The

Pi=100Po/(η・Cosφ)
つまり、X線高電圧装置の出力が100[kW]を超えるようになると、入力電力は150[kVA]を超える大電力容量になる可能性が高い。このため、従来のCT装置を使用するためには大電力容量な特殊な電源が必要であり、その設置に際しては大規模な工事が必要になるなど、導入の障害になっていた。また、電源事情がよくない国や地域では、使用することが困難であった。
Pi = 100 Po / (η · Cosφ)
That is, when the output of the X-ray high voltage apparatus exceeds 100 [kW], the input power is likely to have a large power capacity exceeding 150 [kWA]. For this reason, in order to use the conventional CT apparatus, a special power source with a large power capacity is required, and installation of the CT apparatus has been an obstacle to the introduction, such as a large-scale construction. Also, it has been difficult to use in countries and regions where power supply conditions are not good.

本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、その目的とするところは、高速回転による短時間でのスキャンが可能なX線コンピュータ断層撮像装置を電力容量の小さな電源からの供給電力で動作することを可能とすることにある。   The present invention has been made in consideration of such circumstances, and an object of the present invention is to supply an X-ray computed tomography apparatus capable of scanning in a short time by high-speed rotation from a power source having a small power capacity. It is to be able to operate with electric power.

本発明の第1の態様による高電圧装置は、X線コンピュータ断層撮像装置に備えられたX線管によるX線照射を生じさせるための交流電力を発生する高電圧装置であって、第1の直流電圧を交流電圧に変換する変換手段と、この変換手段により得られた交流電圧を利用して前記交流電力を発生する発生手段と、第2の直流電圧により電気エネルギを蓄積し、この蓄積した電気エネルギを第3の直流電圧として出力する蓄積手段と、前記X線照射を行わない期間には前記蓄積手段に電気エネルギを蓄積させ、前記X線照射を行う期間には前記第3の直流電圧との合成により前記第1の直流電圧が得られるように前記第2の直流電圧を生成する生成手段とを備える。   A high voltage apparatus according to a first aspect of the present invention is a high voltage apparatus that generates alternating current power for causing X-ray irradiation by an X-ray tube provided in an X-ray computed tomography apparatus. Conversion means for converting a DC voltage into an AC voltage, generation means for generating the AC power using the AC voltage obtained by the conversion means, electric energy is accumulated by the second DC voltage, and this accumulated Storage means for outputting electrical energy as a third direct current voltage; electrical energy stored in the storage means during a period when the X-ray irradiation is not performed; and the third direct current voltage during a period when the X-ray irradiation is performed. Generating means for generating the second DC voltage so that the first DC voltage can be obtained by combining with.

本発明の第1の態様によるX線コンピュータ断層撮像装置は、交流電力を発生する高電圧回路と、前記交流電力の供給を受けてX線を発生するX線管と、前記X線管で発生されて被検体を透過したX線を検出するX線検出器と、前記X線管と前記X線検出器とを前記被検体を挟んで対向した状態のままで前記被検体の周りを回転させる回転機構と、前記回転機構により回転されながらの前記X線検出器での前記X線の検出状況に基づいて前記被検体の断層画像を再構成する再構成手段とを具備し、かつ前記高電圧回路は、前記交流電力よりも小さな第1の直流電圧を交流電圧に変換する変換手段と、第2の直流電圧により電気エネルギを蓄積し、この蓄積した電気エネルギを第3の直流電圧として出力する蓄積手段と、前記X線照射を行わない期間には前記蓄積手段に電気エネルギを蓄積させ、前記X線照射を行う期間には前記第3の直流電圧との合成により前記第1の直流電圧が得られるように前記第2の直流電圧を生成する生成手段とを備える。   An X-ray computed tomography apparatus according to a first aspect of the present invention includes a high-voltage circuit that generates AC power, an X-ray tube that generates X-rays when supplied with the AC power, and generated by the X-ray tube The X-ray detector that detects X-rays transmitted through the subject, and the X-ray tube and the X-ray detector are rotated around the subject while facing each other with the subject interposed therebetween. A rotation mechanism; and reconstructing means for reconstructing a tomographic image of the subject based on the detection state of the X-ray by the X-ray detector while being rotated by the rotation mechanism, and the high voltage The circuit stores a first DC voltage smaller than the AC power into an AC voltage, stores electric energy using the second DC voltage, and outputs the stored electric energy as a third DC voltage. Do not perform storage with the X-ray irradiation In the period, electric energy is accumulated in the accumulating means, and in the period in which the X-ray irradiation is performed, the second DC voltage is set so that the first DC voltage is obtained by combining with the third DC voltage. Generating means for generating.

本発明によれば、高速回転による短時間でのスキャンが可能なX線コンピュータ断層撮像装置を電力容量の小さな電源からの供給電力で動作することが可能となる。   According to the present invention, it is possible to operate an X-ray computed tomography apparatus capable of scanning in a short time by high-speed rotation with power supplied from a power source having a small power capacity.

本発明の一実施形態に係るCT装置の主要部の構成を示す図。The figure which shows the structure of the principal part of CT apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 図1中の高電圧発生部の構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of the high voltage generation | occurrence | production part in FIG. 高速回転による短時間でのスキャンの実施状態における電力供給状況を示す図。The figure which shows the electric power supply condition in the implementation state of the scan in a short time by high speed rotation.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は本実施形態に係るCT装置100の主要部の構成を示す図である。このCT装置は、スキャンガントリ1とコンピュータ装置2とから構成される。スキャンガントリ1は、被検体に関する投影データを収集するための構成要素である。スキャンガントリ1で収集された投影データは、コンピュータ装置2での画像再構成等の処理に供される。   FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of main parts of a CT apparatus 100 according to the present embodiment. This CT apparatus includes a scan gantry 1 and a computer apparatus 2. The scan gantry 1 is a component for collecting projection data related to a subject. The projection data collected by the scan gantry 1 is used for processing such as image reconstruction in the computer device 2.

スキャンガントリ1は、寝台10、X線管装置11、X線検出器12、架台回転駆動部13、高電圧発生部14、寝台駆動部15およびデータ収集部16を含む。   The scan gantry 1 includes a bed 10, an X-ray tube device 11, an X-ray detector 12, a gantry rotation drive unit 13, a high voltage generation unit 14, a bed drive unit 15, and a data collection unit 16.

スキャンガントリ1には、X線管装置11およびX線検出器12は、図示しない円環状の回転架台に対向関係で搭載されている。回転架台は、架台回転駆動部13により駆動されて回転する。このとき、X線管装置11とX線検出器12とが、同一の回転軸RAの軸周りを回転する。スキャンガントリ1は、X線管装置11およびX線検出器12の回転軌道の内側に、空洞(撮影口)を形成している。   In the scan gantry 1, the X-ray tube device 11 and the X-ray detector 12 are mounted on an annular rotary mount (not shown) in an opposing relationship. The rotating gantry is driven to rotate by the gantry rotation driving unit 13. At this time, the X-ray tube device 11 and the X-ray detector 12 rotate around the same rotation axis RA. The scan gantry 1 forms a cavity (imaging port) inside the rotation trajectory of the X-ray tube device 11 and the X-ray detector 12.

X線管装置11は、X線管11aおよびX線フィルタ11bを含む。X線管11aは、高電圧発生部14から電力供給を受けて、X線検出器12に向けてX線を放射する。X線フィルタ11bは、被曝低減のために低エネルギー成分を除去する。高電圧発生部14は、高電圧変圧器、フィラメント電流発生器および整流器を備える。この他に高電圧発生部14は、管電圧およびフィラメント電流を任意にまたは段階的に調整するために、管電圧切換器およびフィラメント電流切換器等を備えている。   The X-ray tube device 11 includes an X-ray tube 11a and an X-ray filter 11b. The X-ray tube 11 a receives power supply from the high voltage generator 14 and emits X-rays toward the X-ray detector 12. The X-ray filter 11b removes low energy components to reduce exposure. The high voltage generator 14 includes a high voltage transformer, a filament current generator, and a rectifier. In addition to this, the high voltage generator 14 includes a tube voltage switch, a filament current switch, and the like in order to adjust the tube voltage and the filament current arbitrarily or stepwise.

X線検出器12は、複数のX線検出素子列を回転軸RAに沿う方向に配列して構成される。X線検出器12は、入射するX線を検出して、その強度に応じた電気信号を出力する。   The X-ray detector 12 is configured by arranging a plurality of X-ray detection element arrays in a direction along the rotation axis RA. The X-ray detector 12 detects incident X-rays and outputs an electrical signal corresponding to the intensity.

被検体は、寝台10の天板10aに載置される。寝台10は、寝台駆動部15により駆動されて、天板10aをその長手方向(図1中の左右方向)に移動する。通常、この長手方向が回転軸RAと平行になるように寝台10が設置される。また通常、被検体は、その体軸が回転軸RAに沿うように天板10aに載置される。かくして被検体は、天板10aの移動に伴ってスキャンガントリ1の空洞内に挿入される。   The subject is placed on the top 10 a of the bed 10. The bed 10 is driven by the bed driving unit 15 to move the top plate 10a in the longitudinal direction (left and right direction in FIG. 1). Usually, the bed 10 is installed such that the longitudinal direction thereof is parallel to the rotation axis RA. Usually, the subject is placed on the top board 10a so that the body axis is along the rotation axis RA. Thus, the subject is inserted into the cavity of the scan gantry 1 as the top plate 10a moves.

データ収集部16は、X線検出器12の出力を収集し、コンピュータ装置2に供給する。なお、X線検出器12とデータ収集部16との間には、スリップリングや光通信などを用いたインタフェースが介挿される。これによりデータ収集部16は、回転架台を連続回転させながら、X線検出器12の出力を収集できる。   The data collection unit 16 collects the output of the X-ray detector 12 and supplies it to the computer apparatus 2. Note that an interface using slip ring, optical communication, or the like is interposed between the X-ray detector 12 and the data collection unit 16. As a result, the data collection unit 16 can collect the output of the X-ray detector 12 while continuously rotating the rotary mount.

コンピュータ装置2は、ガントリ制御部21、前処理部22、画像再構成部23、表示部24および操作卓25を備える。これらのガントリ制御部21、前処理部22、画像再構成部23、表示部24および操作卓25は、データ/制御バス26を介して互いに接続されている。   The computer apparatus 2 includes a gantry control unit 21, a preprocessing unit 22, an image reconstruction unit 23, a display unit 24, and a console 25. The gantry control unit 21, the preprocessing unit 22, the image reconstruction unit 23, the display unit 24, and the console 25 are connected to each other via a data / control bus 26.

スキャンガントリ1からコンピュータ装置2に供給されたデータは、前処理部22を介して投影データとして画像再構成部23に供給される。画像再構成部23は、上記の投影データに基づいて断層画像データを再構成する。断層画像データは、表示部24に表示されるとともに、ガントリ制御部21にも供給され、メインスキャン開始のタイミングを決定するための処理のために使われる。   Data supplied from the scan gantry 1 to the computer apparatus 2 is supplied as projection data to the image reconstruction unit 23 via the preprocessing unit 22. The image reconstruction unit 23 reconstructs tomographic image data based on the projection data. The tomographic image data is displayed on the display unit 24 and also supplied to the gantry control unit 21, and is used for processing for determining the timing of starting the main scan.

操作卓25は、操作者が例えばスキャン条件などの様々な情報や各種指示を入力するために設けられている。操作卓25は、操作画面を備える。   The console 25 is provided for the operator to input various information such as scanning conditions and various instructions. The console 25 includes an operation screen.

ガントリ制御部21は、診断に必要な投影データが得られるようなスキャンが行われるようにスキャンガントリ1の動作を制御する。   The gantry control unit 21 controls the operation of the scan gantry 1 so that scanning is performed so that projection data necessary for diagnosis is obtained.

図2は図1中の高電圧発生部14の構成を示すブロック図である。   FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the high voltage generator 14 in FIG.

図2に示すように高電圧発生部14は、AC/DCコンバータ14a、電気二重層キャパシタ14b、DC/ACインバータ14cおよび高電圧発生器14dを含む。   As shown in FIG. 2, the high voltage generator 14 includes an AC / DC converter 14a, an electric double layer capacitor 14b, a DC / AC inverter 14c, and a high voltage generator 14d.

高電圧発生部14には、入力電源から交流電圧が供給される。入力電源は例えば、CT装置100が設置される医療施設に設置されて医療施設内の電気機器に電力を供給する装置である。   The high voltage generator 14 is supplied with an AC voltage from an input power supply. The input power source is, for example, a device that is installed in a medical facility where the CT apparatus 100 is installed and supplies power to an electrical device in the medical facility.

AC/DCコンバータ14aには、入力電源から供給された商用周波数の交流電圧が入力される。AC/DCコンバータ14aは、整流回路およびDC/DCコンバータ回路を内蔵する。そしてAC/DCコンバータ14aは、入力された交流電圧を整流回路によって整流した上で、DC/DCコンバータ回路によりレベルを調整することにより得られた任意レベルの直流電圧を出力する。DC/DCコンバータとしては、例えば周知の降圧型チョッパ回路を採用できる。この場合、DC/DCコンバータの出力電圧は、入力電源の電圧の√2倍よりも低く制御される。そして、出力電圧は、チョッパ回路のスイッチング素子をオン/オフする比率によって調整ができる。   The AC / DC converter 14a receives a commercial frequency AC voltage supplied from an input power source. The AC / DC converter 14a includes a rectifier circuit and a DC / DC converter circuit. The AC / DC converter 14a rectifies the input AC voltage with a rectifier circuit, and then outputs a DC voltage of an arbitrary level obtained by adjusting the level with the DC / DC converter circuit. As the DC / DC converter, for example, a known step-down chopper circuit can be adopted. In this case, the output voltage of the DC / DC converter is controlled to be lower than √2 times the voltage of the input power supply. The output voltage can be adjusted by the ratio of turning on / off the switching element of the chopper circuit.

電気二重層キャパシタ14bは、DC/ACインバータ14cでの電力消費がない期間にAC/DCコンバータ14aからの出力電圧によって充電される。電気二重層キャパシタ14bは、DC/ACインバータ14cでの必要電力量がAC/DCコンバータ14aの出力電力量を上回る期間に、蓄積してあるエネルギにより直流電圧を出力する。   The electric double layer capacitor 14b is charged by the output voltage from the AC / DC converter 14a during a period when there is no power consumption in the DC / AC inverter 14c. The electric double layer capacitor 14b outputs a DC voltage with the accumulated energy during a period when the required power amount in the DC / AC inverter 14c exceeds the output power amount of the AC / DC converter 14a.

DC/ACインバータ14cは、AC/DCコンバータ14aのみから、あるいはAC/DCコンバータ14aおよび電気二重層キャパシタ14bから直流電圧の供給を受けて動作し、数十kHzの交流電圧を出力する。かくして、DC/ACインバータ14cの出力電圧の周波数は、商用周波数の数百倍から一千倍程度に高められる。これは、高電圧発生器14dを小型にするためである。   The DC / AC inverter 14c operates by receiving a DC voltage from the AC / DC converter 14a alone or from the AC / DC converter 14a and the electric double layer capacitor 14b, and outputs an AC voltage of several tens of kHz. Thus, the frequency of the output voltage of the DC / AC inverter 14c is increased from several hundred times to about one thousand times the commercial frequency. This is to make the high voltage generator 14d small.

高電圧発生器14dは、昇圧トランスおよび高圧整流回路を内蔵する。高電圧発生器14dは、DC/ACインバータ14cが出力する交流電圧を、X線管11aがX線を発生するのに必要な加速電圧(一般的には、80kVから140kV)まで昇圧したのち、整流および平滑して直流高電圧を得る。高電圧発生器14dで得られた直流高電圧は、X線管11aのアノード−カソード間に印加される。   The high voltage generator 14d includes a step-up transformer and a high-voltage rectifier circuit. The high voltage generator 14d boosts the AC voltage output from the DC / AC inverter 14c to an acceleration voltage (generally 80 kV to 140 kV) necessary for the X-ray tube 11a to generate X-rays. Rectified and smoothed to obtain DC high voltage. The high DC voltage obtained by the high voltage generator 14d is applied between the anode and cathode of the X-ray tube 11a.

次に以上のように構成されたCT装置100の動作について説明する。   Next, the operation of the CT apparatus 100 configured as described above will be described.

このCT装置100は、周知のCT装置が備えている各種のモードでの動作が可能である。   The CT apparatus 100 can operate in various modes provided in known CT apparatuses.

スキャン速度が比較的低いモードで動作する場合、X線管11aからのX線の出射強度は比較的低くて良い。そして必要な加速電圧を得るために高電圧発生器14dが必要とする電力量をAC/DCコンバータ14aからの出力交流電圧によりDC/ACインバータ14dが生成することが可能である場合、AC/DCコンバータ14aは、必要な加速電圧を得るために高電圧発生器14dが必要とする電力量をDC/ACインバータ14dが生成するのに適当な電力量の直流電圧を出力する。従って、DC/ACインバータ14cには必要とされる電力量の全てがAC/DCコンバータ14aから供給されるので、電気二重層キャパシタ14bからの直流電圧の出力は生じない。   When operating in a mode with a relatively low scanning speed, the X-ray emission intensity from the X-ray tube 11a may be relatively low. When the DC / AC inverter 14d can generate the amount of power required by the high voltage generator 14d to obtain the required acceleration voltage by the output AC voltage from the AC / DC converter 14a, the AC / DC The converter 14a outputs a direct current voltage having an appropriate amount of power for the DC / AC inverter 14d to generate the amount of power required by the high voltage generator 14d in order to obtain a required acceleration voltage. Therefore, since all of the required electric energy is supplied to the DC / AC inverter 14c from the AC / DC converter 14a, no DC voltage is output from the electric double layer capacitor 14b.

かくしてこの状態においては、入力電源を元にして安定的に直流高電圧が得られることになり、長時間に渡りX線を発生することも可能である。   Thus, in this state, a DC high voltage can be stably obtained based on the input power supply, and X-rays can be generated for a long time.

一方、必要な加速電圧を得るために高電圧発生器14dが必要とする電力量をAC/DCコンバータ14aから出力される交流電圧によりDC/ACインバータ14dが生成することができない場合、X線照射はある程度の休止期間を挟んで間欠的行うこととする。   On the other hand, when the DC / AC inverter 14d cannot generate the amount of power required by the high voltage generator 14d to obtain the required acceleration voltage by the AC voltage output from the AC / DC converter 14a, X-ray irradiation Is performed intermittently with a certain pause.

そしてX線照射を行わない期間においては、DC/ACインバータ14dは動作を停止するが、AC/DCコンバータ14aは直流電圧を出力し続ける。従って、AC/DCコンバータ14aが出力する直流電圧は電気二重層キャパシタ14bに印加され、電気二重層キャパシタ14bが充電される。   During the period when X-ray irradiation is not performed, the DC / AC inverter 14d stops operating, but the AC / DC converter 14a continues to output a DC voltage. Accordingly, the DC voltage output from the AC / DC converter 14a is applied to the electric double layer capacitor 14b, and the electric double layer capacitor 14b is charged.

このときにAC/DCコンバータ14aは、入力電源の電圧を400[V]とし、電気二重層キャパシタ14bの最大電圧を500[V]とすると、0[V]から最大500[V]まで出力電圧を変化させる。このように、電源投入時において、AC/DCコンバータ14aの出力電圧を徐々に上げることで、電気二重層キャパシタ14bは緩やかに充電され、入力電源の突入電流を抑えることができる。   At this time, when the voltage of the input power supply is 400 [V] and the maximum voltage of the electric double layer capacitor 14b is 500 [V], the AC / DC converter 14a outputs the output voltage from 0 [V] to a maximum of 500 [V]. To change. As described above, when the power is turned on, the output voltage of the AC / DC converter 14a is gradually increased, so that the electric double layer capacitor 14b is slowly charged and the inrush current of the input power supply can be suppressed.

つぎに、X線照射中の動作について述べる。   Next, the operation during X-ray irradiation will be described.

X線照射開始時において、電気二重層キャパシタ14bはその最大電圧の500[V]に充電されている。X線照射中にAC/DCコンバータ14aの出力電圧を徐々に低下させることによって、電気二重層キャパシタ14bに蓄積された電荷を取り出すことができる。   At the start of X-ray irradiation, the electric double layer capacitor 14b is charged to its maximum voltage of 500 [V]. By gradually lowering the output voltage of the AC / DC converter 14a during X-ray irradiation, the electric charge accumulated in the electric double layer capacitor 14b can be taken out.

例えば、電気二重層キャパシタ14bの静電容量を3.48[F]、X線照射終了時における電気二重層キャパシタ14bの電圧を250[V]とし、X線高電圧装置が100[kW]を5秒間出力する場合を考える。   For example, the capacitance of the electric double layer capacitor 14b is 3.48 [F], the voltage of the electric double layer capacitor 14b at the end of X-ray irradiation is 250 [V], and the X-ray high voltage device sets 100 [kW]. Consider the case of outputting for 5 seconds.

DC/ACインバータ14cと高電圧発生器14dとのトータル効率ηgを87[%]とすると、DC/ACインバータ14cの必要入力電力は、次式により求まる。   When the total efficiency ηg of the DC / AC inverter 14c and the high voltage generator 14d is 87 [%], the required input power of the DC / AC inverter 14c is obtained by the following equation.

100[kW]×100/87≒115[kW]
この電力を5秒間供給するためには、115[kW]×5[秒]=575[kJ]のエネルギーが必要になる。
100 [kW] × 100 / 87≈115 [kW]
In order to supply this electric power for 5 seconds, energy of 115 [kW] × 5 [seconds] = 575 [kJ] is required.

電気二重層キャパシタ14bが最大電圧に充電されているとき、蓄えられたエネルギーEcは、次式により求まる。   When the electric double layer capacitor 14b is charged to the maximum voltage, the stored energy Ec is obtained by the following equation.

Ec=C・V2/2=3.48×5002/2=435[kJ]
X線照射終了時に電気二重層キャパシタ14bの電圧を初期値の1/2の250[V]にすれば、エネルギーEcの75%を取り出すことができるので、電気二重層キャパシタ14bから供給できる電力Pcは、次式により表される。
Ec = C · V2 / 2 = 3.48 × 5002/2 = 435 [kJ]
If the voltage of the electric double layer capacitor 14b is set to 250 [V] which is 1/2 of the initial value at the end of the X-ray irradiation, 75% of the energy Ec can be extracted, and thus the electric power Pc that can be supplied from the electric double layer capacitor 14b. Is represented by the following equation.

Pc=0.75Ec/5[秒]=0.75×435[kJ]/5[秒]=65.25[kW]
つまり、約65[kW]を電気二重層キャパシタ14bから供給することができる。そして、AC/DCコンバータ14aからは、50[kW]の電力供給を受ければ良い。AC/DCコンバータ14aの効率を92[%]とすると、入力電源から供給する電力は、54.3[kW]、力率を0.8として68[kVA]の入力容量で済ませることができる。図3はこのときの電力供給状況を示す図である。
Pc = 0.75 Ec / 5 [seconds] = 0.75 × 435 [kJ] / 5 [seconds] = 65.25 [kW]
That is, about 65 [kW] can be supplied from the electric double layer capacitor 14b. The power supply of 50 [kW] may be received from the AC / DC converter 14a. Assuming that the efficiency of the AC / DC converter 14a is 92 [%], the power supplied from the input power supply can be 54.3 [kW], the power factor can be 0.8, and the input capacity can be 68 [kVA]. FIG. 3 is a diagram showing the power supply status at this time.

X線照射中において、AC/DCコンバータ14aの出力電圧VをX線照射開始からの時間tの二次関数として次式で表されるように制御することにより、電気二重層キャパシタ14bから一定の電力を取り出すことができる。   During the X-ray irradiation, the output voltage V of the AC / DC converter 14a is controlled to be expressed by the following formula as a quadratic function of the time t from the start of the X-ray irradiation. Electric power can be taken out.

V=V0(1−Kd・t2)
ここで、V0はX線照射開始時の電圧である。また、Kdはキャパシタの放電深度と出力時間で決まる係数で、上記例の場合は、0.02になる。
V = V0 (1−Kd · t2)
Here, V0 is a voltage at the start of X-ray irradiation. Kd is a coefficient determined by the discharge depth of the capacitor and the output time, and is 0.02 in the above example.

これまでの説明では、AC/DCコンバータ14aをコンデンサインプット型整流回路と降圧型DC/DCコンバータとの組み合わせを用いて構成する場合を想定した。しかし、AC/DCコンバータ14aに力率改善制御(PFC)機能を持たせても良い。この場合、コンバータには昇圧型あるいは昇降圧型を用いる。AC/DCコンバータ14aにPFC機能を持たせることによって、力率はほぼ1になり、入力電力(皮相電力)はさらに低下する。   In the description so far, it is assumed that the AC / DC converter 14a is configured using a combination of a capacitor input rectifier circuit and a step-down DC / DC converter. However, the AC / DC converter 14a may have a power factor correction control (PFC) function. In this case, a booster type or a buck-boost type is used for the converter. By providing the AC / DC converter 14a with the PFC function, the power factor becomes approximately 1, and the input power (apparent power) further decreases.

CT装置100による診断では、一人の患者について数回のスキャンを実施することが一般的に行われる。これは、造影剤なし、ありなどの状態を変えて撮影するためである。   In diagnosis by the CT apparatus 100, it is common to perform several scans for one patient. This is because imaging is performed while changing the state such as absence or presence of a contrast medium.

一回のスキャンで低下した電気二重層キャパシタ14bの電圧は、次のスキャンまでの間に回復させなければならないが、このときは、AC/DCコンバータ14aの出力電圧を徐々に上げる制御を行うことで実現する。   The voltage of the electric double layer capacitor 14b that has decreased in one scan must be recovered until the next scan. At this time, control is performed to gradually increase the output voltage of the AC / DC converter 14a. Realize with.

電気二重層キャパシタ14bの充電時も充電開始からの時間tの二次関数として、AC/DCコンバータ14aの出力電圧を次式であらわされるように制御することにより、入力電源から供給する電力を一定に保つことができる。なお、
V=V0(1+Kc・t2)
ここで、V0は充電開始時の電圧である。また、Kcはキャパシタの充電開始電圧、充電終止電圧および充電時間で決まる係数である。
Even when the electric double layer capacitor 14b is charged, the output voltage of the AC / DC converter 14a is controlled so as to be expressed by the following expression as a quadratic function of the time t from the start of charging, so that the power supplied from the input power supply is constant. Can be kept in. In addition,
V = V0 (1 + Kc · t2)
Here, V0 is a voltage at the start of charging. Kc is a coefficient determined by the charging start voltage, charging end voltage and charging time of the capacitor.

以上のように本実施形態によれば、高電圧発生部14では、入力電源から得ることができる加速電圧よりも大きな加速電圧を発生することができる。従って、入力電源の性能が比較的低いとしても、高速回転による短時間でのスキャンが可能となる。この結果としてCT装置100は、特殊な電源設備を備えない施設においても使用することができるため、設置に際しての大規模な工事は不要であって、導入が容易となり、かつ電源事情がよくない国や地域においても使用することが可能となる。   As described above, according to the present embodiment, the high voltage generation unit 14 can generate an acceleration voltage larger than the acceleration voltage that can be obtained from the input power supply. Therefore, even if the performance of the input power supply is relatively low, scanning in a short time by high-speed rotation is possible. As a result, the CT apparatus 100 can be used even in a facility that does not have special power supply equipment. Therefore, a large-scale construction is not required for installation, the introduction is easy, and the power supply situation is not good. It can also be used in the region.

また本実施形態によれば、エネルギーの蓄積のために電気二重層キャパシタ14bを使用しているため、短時間での充放電が可能であり、高速回転による短時間でのスキャンを繰り返す場合の待ち時間を短縮できる。   In addition, according to the present embodiment, since the electric double layer capacitor 14b is used for energy storage, charging / discharging in a short time is possible, and waiting for repeated scanning in a short time by high-speed rotation is possible. You can save time.

この実施形態は、次のような種々の変形実施が可能である。   This embodiment can be variously modified as follows.

電気二重層キャパシタ14bに代えて、他のタイプのキャパシタ、あるいは二次電池などを用いることもできる。ただし、充放電に要する時間が短いことが望ましく、例えばリチウムイオンキャパシタなどが好適である。   Instead of the electric double layer capacitor 14b, another type of capacitor or a secondary battery can be used. However, it is desirable that the time required for charging / discharging is short, for example, a lithium ion capacitor is suitable.

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。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。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment.

1…スキャンガントリ、2…コンピュータ装置、10…寝台、11…X線管装置、11a…X線管、11b…X線フィルタ、12…X線検出器、13…架台回転駆動部、14…高電圧発生部、14a…AC/DCコンバータ、14b…電気二重層キャパシタ、14c…DC/ACインバータ、14d…高電圧発生器、15…寝台駆動部、16…データ収集部、21…ガントリ制御部、22…前処理部、23…画像再構成部、24…表示部、25…操作卓、26…制御バス、100…X線コンピュータ断層撮影装置(CT装置)。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Scan gantry, 2 ... Computer apparatus, 10 ... Bed, 11 ... X-ray tube apparatus, 11a ... X-ray tube, 11b ... X-ray filter, 12 ... X-ray detector, 13 ... Mount rotation drive part, 14 ... High Voltage generator, 14a ... AC / DC converter, 14b ... Electric double layer capacitor, 14c ... DC / AC inverter, 14d ... High voltage generator, 15 ... Bed drive unit, 16 ... Data collection unit, 21 ... Gantry control unit, DESCRIPTION OF SYMBOLS 22 ... Pre-processing part, 23 ... Image reconstruction part, 24 ... Display part, 25 ... Console, 26 ... Control bus, 100 ... X-ray computed tomography apparatus (CT apparatus).

Claims (6)

X線コンピュータ断層撮像装置に備えられたX線管によるX線照射を生じさせるための交流電力を発生する高電圧装置において、
第1の直流電圧を交流電圧に変換する変換手段と、
この変換手段により得られた交流電圧を利用して前記交流電力を発生する発生手段と、
第2の直流電圧により電気エネルギを蓄積し、この蓄積した電気エネルギを第3の直流電圧として出力する蓄積手段と、
前記X線照射を行わない期間には前記蓄積手段に電気エネルギを蓄積させ、前記X線照射を行う期間には前記第3の直流電圧との合成により前記第1の直流電圧が得られるように前記第2の直流電圧を生成する生成手段とを具備したことを特徴とする高電圧装置。
In a high voltage apparatus for generating alternating current power for generating X-ray irradiation by an X-ray tube provided in an X-ray computed tomography apparatus,
Conversion means for converting the first DC voltage into an AC voltage;
Generating means for generating the AC power using the AC voltage obtained by the conversion means;
Storage means for storing electrical energy with a second DC voltage and outputting the stored electrical energy as a third DC voltage;
Electric energy is stored in the storage means during a period when the X-ray irradiation is not performed, and the first DC voltage is obtained by combining with the third DC voltage during the period when the X-ray irradiation is performed. A high voltage apparatus comprising: generating means for generating the second DC voltage.
前記生成手段は、前記X線照射を行う期間において前記第2の直流電圧を時間の二次関数で低減することを特徴とする請求項1に記載の高電圧装置。   2. The high voltage apparatus according to claim 1, wherein the generation unit reduces the second DC voltage by a quadratic function of time during a period in which the X-ray irradiation is performed. 前記生成手段は、力率改善機能を備えることを特徴とする請求項1に記載の高電圧装置。   The high voltage apparatus according to claim 1, wherein the generation unit includes a power factor improvement function. 前記蓄積手段は、キャパシタであることを特徴とする請求項1に記載の高電圧装置。   2. The high voltage device according to claim 1, wherein the storage means is a capacitor. 前記蓄積手段は、電気二重層キャパシタであることを特徴とする請求項1に記載の高電圧装置。   2. The high voltage device according to claim 1, wherein the storage means is an electric double layer capacitor. 交流電力を発生する高電圧回路と、
前記交流電力の供給を受けてX線を発生するX線管と、
前記X線管で発生されて被検体を透過したX線を検出するX線検出器と、
前記X線管と前記X線検出器とを前記被検体を挟んで対向した状態のままで前記被検体の周りを回転させる回転機構と、
前記回転機構により回転されながらの前記X線検出器での前記X線の検出状況に基づいて前記被検体の断層画像を再構成する再構成手段とを具備し、
かつ前記高電圧回路は、
前記交流電力よりも小さな第1の直流電圧を交流電圧に変換する変換手段と、
第2の直流電圧により電気エネルギを蓄積し、この蓄積した電気エネルギを第3の直流電圧として出力する蓄積手段と、
前記X線照射を行わない期間には前記蓄積手段に電気エネルギを蓄積させ、前記X線照射を行う期間には前記第3の直流電圧との合成により前記第1の直流電圧が得られるように前記第2の直流電圧を生成する生成手段とを具備したことを特徴とするX線コンピュータ断層撮像装置。
A high voltage circuit for generating AC power;
An X-ray tube that receives the supply of AC power and generates X-rays;
An X-ray detector for detecting X-rays generated by the X-ray tube and transmitted through the subject;
A rotation mechanism for rotating the X-ray tube and the X-ray detector around the subject while facing the subject with the subject interposed therebetween;
Reconstructing means for reconstructing a tomographic image of the subject based on the detection state of the X-ray by the X-ray detector while being rotated by the rotation mechanism;
And the high voltage circuit comprises:
Conversion means for converting a first DC voltage smaller than the AC power into an AC voltage;
Storage means for storing electrical energy with a second DC voltage and outputting the stored electrical energy as a third DC voltage;
Electric energy is stored in the storage means during a period when the X-ray irradiation is not performed, and the first DC voltage is obtained by combining with the third DC voltage during the period when the X-ray irradiation is performed. An X-ray computed tomography apparatus comprising: generating means for generating the second DC voltage.
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