JP2011124107A - Ｘ線撮影装置およびｘ線撮影装置におけるフィラメント加熱電流の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 電源の電圧が変動した場合においても、フィラメント加熱電流値を適正な値として管電流を正確に制御することにより、適正なＸ線撮影が可能なＸ線撮影装置およびＸ線撮影装置におけるフィラメント加熱電流の制御方法を提供する。
【解決手段】 フィラメント加熱電流の電流値を検出するフィラメント加熱電流検出器７６と、フィラメント加熱電流値が設定値となるようにフィードバック制御を行うフィードバック制御回路７３と、電圧変動測定部８１により測定した蓄電池５４の電圧の変動値と、記憶部８２に記憶した係数ｋとを乗算することにより、フィラメント加熱電流値の補正値を演算する演算部８３とを備える。
【選択図】 図２

Description

この発明は、Ｘ線撮影装置およびＸ線撮影装置におけるフィラメント加熱電流の制御方法に関する。

このようなＸ線撮影装置は、Ｘ線管と、このＸ線管から照射され被検体を通過したＸ線を検出するフラットパネルディテクタ等のＸ線検出部と、Ｘ線管に電力を供給する電源とを備える。また、病院内の一般病室や集中治療室に移動させて、その場所でＸ線撮影を行う回診用Ｘ線撮影装置とも呼称される移動型Ｘ線撮影装置は、装置全体を移動可能とするための移動機構を備えるとともに、上述したＸ線管に対する電源として装置本体に内蔵された蓄電池を備えている。

ところで、このようなＸ線撮影装置に使用されるＸ線管は、フィラメントを有する陰極と、陽極とを備える。Ｘ線管においては、フィラメント電流を付与され加熱された陰極のフィラメントから、熱電子が発生する。この熱電子は、陽極に衝突してＸ線を発生する。このとき、陰極においては、フィラメントに電流を流してフィラメントを高い温度に加熱することで、フィラメントの自由電子を空間中に飛び出させるようにしている。そして、フィラメントで発生する電子が多いほど、陰極に流れる管電流が多量となる。従って、Ｘ線管の管電流は、フィラメント加熱時にフィラメントに供給されるフィラメント加熱電流により制御されることになる。

このようなＸ線撮影装置においては、インバータ回路により発生させた高周波電流をフィラメント加熱電流としてフィラメントに供給している。このフィラメント加熱電流の制御範囲は、２．５Ａ〜５．５Ａ程度と比較的狭くなっているが、Ｘ線管の管電流はフィラメント加熱電流値の変動に対して大きく変化するため、このフィラメント加熱電流を高い精度で制御することが要請されている。

このため、従来のＸ線撮影装置においては、Ｘ線管の管電流値を検出してフィードバック制御するだけではなく、Ｘ線撮影装置に供給される電源の電圧変動をも補償するため、フィラメント加熱電流値を検出し、このフィラメント加熱電流値が設定値となるように、フィードバック制御を行っている(特許文献１乃至特許文献３参照）。

特開平９−１２０８９７号公報 特開平８−２７３８８９号公報 実開平７−２７０９８号公報

上述したように、Ｘ線撮影装置においては、一般的に、インバータ回路から構成されるフィラメント加熱回路により発生させたフィラメント加熱電流をフィラメントに供給するとともに、このフィラメント加熱電流の電流値をカレントトランス等のフィラメント加熱電流検出器により検出し、このフィラメント加熱電流のフィードバック制御を実行している。そして、蓄電池等の電源の電圧が低下した場合には、フィラメント加熱電流が低下するため、フィラメント加熱回路を構成するインバータ回路におけるスイッチング半導体制御素子のオン期間を長くすることで、フィラメント加熱電流のパルス幅を変更してそのデューティ比を変化させることにより、フィラメント加熱電流を一定に保つようにフィードバック制御を行っている。

このとき、フィラメント加熱回路から出力されるフィラメント加熱電流のパルス幅を変化させると、フィラメント加熱電流の周波数成分が変化することになり、カレントトランス等の電流検出器の周波数特性により電流利得が変化する。このため、電源の電圧が変動していない場合に比べて、電流検出器で検出される電流が実際にフィラメントに流れているフィラメント加熱電流より小さくなる。この状態において、フィードバック制御を実行した場合には、過度にフィラメント加熱電流を流してしまい、これにより、Ｘ線管の管電流が設定値より多く流れることになる。このようなカレントトランス等の電流検出器の周波数特性による電流の検出誤差はわずかではあるが、管電流値の誤差に与える影響は大きなものとなる。

この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、電源の電圧が変動した場合においても、フィラメント加熱電流値を適正な値として管電流を正確に制御することにより、適正なＸ線撮影が可能なＸ線撮影装置およびＸ線撮影装置におけるフィラメント加熱電流の制御方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、Ｘ線管と、前記Ｘ線管から照射され被検体を通過したＸ線を検出するＸ線検出部と、前記Ｘ線管に電力を供給する電源と、前記Ｘ線管のフィラメントにフィラメント加熱電流を供給するフィラメント加熱回路と、を備えたＸ線撮影装置において、前記フィラメント加熱電流の電流値を検出するフィラメント加熱電流検出器と、前記フィラメント加熱電流検出器の検出値に基づいて、フィラメント加熱電流値が設定値となるようにフィードバック制御を行うフィードバック制御回路と、前記電源により前記Ｘ線管に供給される電圧の変動値に基づいて、前記フィラメント加熱電流値の設定値を補正するフィラメント加熱電流補正手段とを備えたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記フィラメント加熱電流補正手段は、前記電源により前記Ｘ線管に供給される電圧の変動値を測定する電圧変動測定手段と、前記フィラメント加熱電流検出器の検出特性に対応した係数を記憶する記憶手段と、前記電圧変動測定手段により測定した電圧の変動値と、前記記憶手段に記憶した係数とを乗算することによりフィラメント加熱電流値の補正値を演算する演算手段とを備えている。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、前記電源は蓄電池から構成されるとともに、装置全体を移動可能とするための移動機構をさらに備えている。

請求項４に記載の発明は、Ｘ線管と、前記Ｘ線管から照射され被検体を通過したＸ線を検出するＸ線検出部と、前記Ｘ線管に電力を供給する電源と、前記Ｘ線管のフィラメントにフィラメント加熱電流を供給するフィラメント加熱回路とを備えたＸ線撮影装置におけるフィラメント加熱電流の制御方法において、前記電源により供給される電圧の変動値を測定する電圧変動測定工程と、前記電圧変動測定工程で得た電圧の変動値に基づいて、前記フィラメント加熱電流値の設定値を補正するフィラメント加熱電流補正工程と、前記フィラメント加熱電流の電流値を検出するフィラメント加熱電流検出工程と、前記フィラメント加熱電流検出工程で得たフィラメント加熱電流値が、前記フィラメント加熱電流補正工程で補正した設定値となるようにフィードバック制御を行うフィードバック制御工程とを備えたことを特徴とする。

請求項１および請求項４に記載の発明によれば、電源によりＸ線管に供給される電圧の変動値に基づいてフィラメント加熱電流値の設定値を補正することから、電源の電圧が変動した場合においても、フィラメント加熱電流値を適正な値として管電流を正確に制御することにより、適正なＸ線撮影を行うことが可能となる。

請求項２に記載の発明によれば、電圧の変動値と係数とを乗算することにより、フィラメント加熱電流値の補正値を、正確かつ簡易に設定することが可能となる。

請求項３に記載の発明によれば、移動機構を備えた移動型Ｘ線撮影装置において、電源としての蓄電池の電圧変動にかかわらず、管電流を正確に制御することにより、適正なＸ線撮影を行うことが可能となる。

この発明に係るＸ線撮影装置の概要図である。 Ｘ線管３を制御するための主要な電気的構成を示すブロック図である。 フィラメント加熱電流のパルス幅を変更する様子を示す説明図である。 この発明に係るフィラメント加熱電流の制御方法を示すフローチャートである。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、この発明に係るＸ線撮影装置の概要図である。

このＸ線撮影装置は、回診用Ｘ線撮影装置とも呼称される移動型のものであり、移動用台車６１と、この移動用台車６１に付設された旋回自在の前輪６２およびモータ駆動の後輪６３を備える。この移動用台車６１には、支柱６４が立設されており、この支柱６４には、昇降可能なアーム６５が付設されている。そして、このアーム６５の先端部には、Ｘ線管３と、このＸ線管３から出射されるＸ線の照射領域を制限するためのコリメータ３４とが配設されている。

また、この移動型Ｘ線撮影装置は、フラットパネルディテクタ４を備える。このフラットパネルディテクタ４は、テーブル２上に載置されており、このフラットパネルディテクタ４上に被検体である被検者１を配置した状態で、Ｘ線撮影が行われる。このフラットパネルディテクタ４と移動用台車６１とは、ケーブル６６で接続されている。また移動用台車６１の内部には、Ｘ線管３に対する電源としての蓄電池５４が配設されている。

図２は、上述したＸ線撮影装置において、Ｘ線管３を制御するための主要な電気的構成を示すブロック図である。

このＸ線撮影装置は、上述した蓄電池５４とＸ線管３とに接続された高電圧発生回路７１およびフィラメント加熱回路７２と、フィードバック制御回路７３と、制御部８０とを備える。また、制御部８０は、蓄電池５４から供給される電圧の変動値を検出するための電圧変動測定部８１と、後述するフィラメント加熱電流検出器７６の検出特性に対応した係数等を記憶する記憶部８２と、電圧の変動値と係数とを乗算することによりフィラメント加熱電流値の補正値を演算する演算部８３とを備える。

高電圧発生回路７１は、制御部８０からの制御信号を受け、Ｘ線管３に付与する管電圧を制御する。また、フィラメント加熱回路７２は、フィードバック制御回路７３からの制御信号を受け、Ｘ線管３のフィラメント３１に付与するフィラメント加熱電流を制御する。

すなわち、このフィラメント加熱回路７２はインバータ回路から構成され、このフィラメント加熱回路７２により発生させた高周波電流を一次側のフィラメント加熱電流として、加熱トランス７５に供給する。そして、加熱トランス７５における二次側のフィラメント加熱電流が、Ｘ線管３のフィラメント３１に供給される。Ｘ線管３においては、このフィラメント加熱電流を付与され加熱された陰極のフィラメント３１から、熱電子Ａが発生する。この熱電子Ａは、陽極３２に衝突してＸ線Ｂを照射させる。

フィラメント加熱回路７２により発生された一次側のフィラメント加熱電流は、カレントトランスからなるフィラメント加熱電流検出器７６により検出される。この一次側のフィラメント加熱電流の検出値は、フィードバック制御回路７３に入力される。

このＸ線撮影装置においては、フィラメント加熱電流の電流値は、常に、フィラメント加熱電流検出器７６により検出される。そして、フィラメント加熱電流の電流値が変動した場合においては、フィラメント加熱回路７２を構成するインバータ回路におけるスイッチング半導体制御素子のオン期間を変更することで、図３に示すように、フィラメント加熱電流のパルス幅を変更してそのデューティ比を変化させる。これにより、フィラメント加熱電流を一定に保つようなフィードバック制御が実行される。

このとき、図３に示すように、フィラメント加熱電流のパルス幅を変化させると、フィラメント加熱電流の周波数成分が変化することになり、フィラメント加熱電流検出器７６の周波数特性により電流利得が変化する。このため、電源５４の電圧が変動していない場合に比べて、フィラメント加熱電流検出器７６で検出される電流が実際にフィラメント３１に流れているフィラメント加熱電流より低くなる。この状態において、フィードバック制御をそのまま継続した場合には、フィラメント加熱電流が適正値を超えるという問題がある。このため、この発明に係るＸ線撮影装置においては、蓄電池５４によりＸ線管３に供給される電圧の変動値に基づいて、フィラメント加熱電流値の設定値自体を補正することにより、このような問題の発生を防止している。

以下、この発明に係るフィラメント加熱電流の制御方法について説明する。図４は、この発明に係るフィラメント加熱電流の制御方法を示すフローチャートである。

このＸ線撮影装置においてＸ線撮影を実行するときには、制御部８０における電圧変動測定部８１が、蓄電池５４からＸ線管３に供給される電圧に基づいてその変動値を測定する（ステップＳ１）。そして、電圧に変動が生じていた場合においては（ステップＳ２）、フィラメント加熱電流値の設定値自体を補正する。

すなわち、電圧変動が生じた場合には、最初に、制御部８０において、フィラメント加熱電流検出器７６の検出特性に対応した係数ｋを記憶部８２から演算部８３に取り込む（ステップＳ３）。この係数ｋは、フィラメント加熱電流検出器７６の検出特性に対応するものとして、予め実験的に求めた係数である。すなわち、フィラメント加熱回路７２から出力されるフィラメント加熱電流のパルス幅を変化させると、フィラメント加熱電流の周波数成分が変化することになり、フィラメント加熱電流検出器７６の周波数特性により電流検出利得が変化する。このため、フィラメント加熱電流検出器７６の特性に対応した係数ｋが予め実験的に測定され、記憶部８２に記憶されている。フィラメント加熱電流値の設定値の補正時には、フィラメント加熱電流を検出するためのフィラメント加熱電流検出器７６に対応した係数ｋが記憶部８２から読み出され、演算部８３に取り込まれる。

そして、演算部８３において、フィラメント加熱電流値の設定値を補正するための演算を実行する（ステップＳ４）。この演算は、補正後のフィラメント加熱電流の設定値をＩｆ、補正前の記憶部８２に記憶されたフィラメント加熱電流の設定値をＩｓ、記憶部８２に記憶された基準電源電圧値をＶｓ、電圧変動測定部８１により測定された現在の電源電圧値をＶ、フィラメント加熱電流の補正値をＩｃとしたときに、下記の計算式に基づいて行われる。

Ｉｆ＝Ｉｓ＋Ｉｃ＝Ｉｓ＋ｋ・（Ｖ−Ｖｓ）
すなわち、フィラメント加熱電流の補正値Ｉｃは、電圧変動測定部８１により測定した電圧の変動値と、記憶部８２に記憶した係数とを乗算した値となる。

そして、制御部８０は、この計算式に基づいてフィラメント加熱電流補正値の設定値を補正する（ステップＳ５）。この補正後の設定値は、フィードバック制御回路７３に送られ、この補正後の設定値に基づいて、以降のフィードバック制御が実行される。

すなわち、フィラメント加熱回路７２により発生された一次側のフィラメント加熱電流は、常に、フィラメント加熱電流検出器７６により検出される（ステップＳ６）。そして、フィラメント加熱電流の電流値が変動した場合においては、フィラメント加熱回路７２を構成するインバータ回路におけるスイッチング半導体制御素子のオン期間を変更することで、フィラメント加熱電流を一定に保つようなフィードバック制御が実行される（ステップＳ７）。この動作は、Ｘ線撮影が終了するまで、繰り返される（ステップＳ８）。

以上のように、この発明に係るＸ線撮影装置においては、電源としての蓄電池５４によりＸ線管３に供給される電圧の変動値に基づいてフィラメント加熱電流値の設定値を補正することから、従来のように、単にフィラメント加熱電流値を検出してフィードバック制御を行う場合と比較して、電源電圧が変動した場合においても、フィラメント加熱電流値をより適正な値とすることができ、管電流を正確に制御することが可能となる。このため、蓄電池５４の容量が減少して電源電圧が低下した場合においても、適切なＸ線撮影を実行することが可能となる。

なお、上述した実施形態においては、この発明を、蓄電池５４を使用した移動型Ｘ線撮影装置に適用した場合について説明したが、この発明を、商用電源を利用した一般的なＸ線撮影装置に適用してもよい。この場合においても、フィラメント加熱電流値をより適正な値とすることができ、管電流を正確に制御することが可能となる。このため、電源供給が不安定な地域でＸ線撮影を行う場合において、電源電圧が変動した場合においても、適切なＸ線撮影を実行することが可能となる。

１ 被検者
２ テーブル
３ Ｘ線管
４ フラットパネルディテクタ
３１ フィラメント
３２ 陽極
５４ 蓄電池
６１ 移動用台車
６２ 前輪
６３ 後輪
７１ 高電圧発生回路
７２ フィラメント加熱回路
７３ フィードバック制御回路
７５ 加熱トランス
７６ フィラメント加熱電流検出器
８０ 制御部
８１ 電圧変動測定部
８２ 記憶部
８３ 演算部

Claims (4)

1. Ｘ線管と、前記Ｘ線管から照射され被検体を通過したＸ線を検出するＸ線検出部と、前記Ｘ線管に電力を供給する電源と、前記Ｘ線管のフィラメントにフィラメント加熱電流を供給するフィラメント加熱回路と、を備えたＸ線撮影装置において、
   前記フィラメント加熱電流の電流値を検出するフィラメント加熱電流検出器と、
   前記フィラメント加熱電流検出器の検出値に基づいて、フィラメント加熱電流値が設定値となるようにフィードバック制御を行うフィードバック制御回路と、
   前記電源により前記Ｘ線管に供給される電圧の変動値に基づいて、前記フィラメント加熱電流値の設定値を補正するフィラメント加熱電流補正手段と、
   を備えたことを特徴とするＸ線撮影装置。
2. 請求項１に記載のＸ線撮影装置において、
   前記フィラメント加熱電流補正手段は、
   前記電源により前記Ｘ線管に供給される電圧の変動値を測定する電圧変動測定手段と、
   前記フィラメント加熱電流検出器の検出特性に対応した係数を記憶する記憶手段と、
   前記電圧変動測定手段により測定した電圧の変動値と、前記記憶手段に記憶した係数とを乗算することによりフィラメント加熱電流値の補正値を演算する演算手段と、
   を備えるＸ線撮影装置。
3. 請求項１または請求項２に記載のＸ線撮影装置において、
   前記電源は蓄電池から構成されるとともに、装置全体を移動可能とするための移動機構をさらに備えるＸ線撮影装置。
4. Ｘ線管と、前記Ｘ線管から照射され被検体を通過したＸ線を検出するＸ線検出部と、前記Ｘ線管に電力を供給する電源と、前記Ｘ線管のフィラメントにフィラメント加熱電流を供給するフィラメント加熱回路とを備えたＸ線撮影装置におけるフィラメント加熱電流の制御方法において、
   前記電源により供給される電圧の変動値を測定する電圧変動測定工程と、
   前記電圧変動測定工程で得た電圧の変動値に基づいて、前記フィラメント加熱電流値の設定値を補正するフィラメント加熱電流補正工程と、
   前記フィラメント加熱電流の電流値を検出するフィラメント加熱電流検出工程と、
   前記フィラメント加熱電流検出工程で得たフィラメント加熱電流値が、前記フィラメント加熱電流補正工程で補正した設定値となるようにフィードバック制御を行うフィードバック制御工程と、
   を備えたことを特徴とするＸ線撮影装置におけるフィラメント加熱電流の制御方法。

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