JP2012521625A - Ｘ線管の高圧ケーブル用放電モジュール - Google Patents

Abstract

三つの回路を備える放電モジュールであり、第一の回路はX線の制御回路と測定回路（1）、第二の回路は第一の回路に対して独立した、直列のスイッチ間に電圧を配分する回路（2）、第三の回路は連続トリガ回路またはスイッチのスレーブ回路およびスイッチによる他の主放電回路から成るチャージの短絡回路（3）である；この構成によれば、予測不能な要素による悪影響を受けないこと、短絡電流がスイッチのゲート電流に制限されないこと、スイッチの残留電圧が減少されることにより、より良好な放射線管理を達成することができる。
【選択図】図１

Description

フィルタ能力の放電テールおよび高圧ケーブルによる軟放射の減少を達成する、X管高圧ケーブル用放電モジュールが本発明の目的である。

従来のX線管では、タングステンのフィラメント（カソード）からの熱電子放出による電子生成でX線を発生させる。X線を発生させるため、電子はアノード（消耗の影響を平滑化させるために回転している）に向かって加速される。管の放射強度は、フィラメントの電流と、アノード及びカソード間の高圧ポテンシャルの差とで制御される。

診断目的の正確な像を確保する一方、有効な像を発生させないX線放射による無用なX線被ばくから患者を守るため、X線管に供給される電力は正確に制御されることが重要である。

供給エネルギーの出力波形状の”テール”は、患者に追加のX線被ばく量を付加するばかりか像の改善をなさない、軟放射という名の望ましくない放射線を発生させる。従って、矩形波を発生させて不要な軟放射テールを発生させないX線管への高圧供給が望ましい。

本発明は、X線管への高圧発生機器の範囲に限定され、特に、高圧電源とX線発生源とを接続する高圧ケーブルの放電モジュールの範囲内にある。

今日まで、米国特許第5056125A号明細書に記載されているような、X線発生源に高電圧を供給する高圧供給部に接続したケーブルのための電圧放電モジュールが知られている。

この放電モジュールは、放電テールまたは軟放射を部分的に減少させるが、多くの不便も抱えている。一方では、電圧放電回路とmA測定回路が独立していないため、予測不能な外部要因の干渉により放射制御が正確に行えない。他方では、軟放射を減少させるために用いられるサイリスタまたはトライアックの放電流は、それら半導体スイッチが耐えうるゲート電流に制限されている。

上記の発明にかかる放電モジュールのもう一つの不都合は、アノードもカソードも独立してアースに放電するため放電はアース接続に依存し、上記何れかの接続が故障した際には放電が行われないこととなる。

本発明の目的は、放電流がそれら半導体スイッチが耐えうるゲート電流に制限されないモジュールであり、軟放射を減少させる放電モジュールを開発して上記の不都合を克服することである。また、このモジュールでは、アノードとカソードの放電をより効率的に行い、本発明の請求項1に記載の形態に基づいて電圧放電流をmA測定回路から独立させる。

X線管の高圧ケーブル用放電モジュールの発明は、3つの独立した回路を備えることを特徴とする。

一つめは制御回路とX線の測定回路、二つめはmA測定回路と独立して配列された電圧放電回路であって、この回路は直列のスイッチ間に電圧とスイッチ自体のリーク電流を配分する回路である。最後の三番目の回路は、X線管と高圧キャパシティを有するチャージの短絡回路である。

チャージの短絡回路は、それぞれ独立した2つの回路に別れている。一つは、直列サイリスタのスレーブ・トリガと同等の、直列ゲート・コンデンサーと直列抵抗の直列配列で構成された半導体スイッチ（サイリスタやトライアック等）のゲートのトリガ回路である。短絡回路の二つめの回路は、放電抵抗と直列サイリスタの配列で構成される主放電回路である。

主放電流がサイリスタまたは同等品のゲートではなく直接サイリスタを通るため、放電流はサイリスタのゲート電流の値に制限されない。

制御回路および測定回路ならびに分配回路が独立しているため、外部要因によるリーク電流の干渉がなく、放射制御はより正確である。

最後に、多点トリガが発生するため、スイッチの残留過電圧が減少する。

次に示す明細の補足と特徴の理解の用に供する目的で、本発明の主な詳細を例示的に示す図面を本書に添付する。
図1は、本発明の放電モジュールの形式について、主な部分と回路を共に示す全体図である。 図2は、回路毎の電流の波形を示す。 図3は、チャージの短絡回路の詳細を示す。

図面に基づき、以下の本発明を実施するための好ましい形態を示す。

図1には、フィルタのキャパシティとX線管（H.V.）の高圧ケーブルによる軟放射の減少についてその形態を示す。

この形態は3つの回路から形成されている：
・回路（1）はX線の制御と測定を行う回路であり、I_RX電流が流れる。この電流は、数個のダイオードによる2つのシャント（5）、高圧供給源（F.A.）およびX線管（6）を通る。

・回路（2）はスイッチ（7）間に電圧を配分し、I_LK電流が流れる。この回路は、mA測定回路とは独立している。

・回路（3）は、X線管（6）と高圧キャパシティ（8）により構成されたチャージ短絡回路である。

上記の形態と短絡回路（3）により、アノードとカソードの放電がより効率的に行われる。これは、これまでの手法のようにアノードとカソードからアースへの放電ではなく、アノードからカソードへの放電になるからである。

各回路を流れる様々な電流の波形を図2に示す。最上部の波形は高圧の波形であり、放電波形が僅かに傾斜しているが、放電回路に過剰な軟放射が発生した場合の電圧波形を示す破線の波形（4）よりカットされていることが明らかである。軟放射は、十分な画質を得るためには不要であり、患者に不必要な被ばくを与える好ましからざる放射である。

上から2番目の波形は、X線管を通る電流I_RXの波形であり、高圧波形と同じ様相を呈す。これもまた、軟放射が発生した場合の破線で示した電流波形は、軟放射の減少により実線で示したほぼ垂直の波形になっている。

続く波形は、スイッチ（7）間に電圧を分配する回路を流れる電流の波形であり、完全な矩形の波形を呈している。これはI_RX電流とは独立している。

最後の波形は、チャージ短絡回路の電流波形である。スイッチが閉鎖する瞬間に対応する左側の波形と、ほぼ垂直な右側の波形が確認できる。放電電流の右側の波形が垂直であればあるほど、軟放射が少なくなる。

図3は、短絡回路（3）の構成の詳細を示す。同図には複数のブランチが示されており、例えば75,000ボルトの電圧であれば80個のブランチとなるが、ある電圧に達するための必要数のブランチで構成することができる。この短絡回路（3）には、次の2つの回路が含まれる：
・ゲート（C_G, R_G）のトリガ回路（3.1）。図に示したのはサイリスタであるが、遮断の目的にかなう他の形式のスイッチでもよい。一番目のサイリスタ（S₁）はトランス（9）によりトリガされ、二番目のサイリスタS₂のゲートを介してコンデンサC_Gの放電が始まる。これにより二番目のサイリスタがトリガし、二番目のサイリスタS₂が作動すると、三番目のサイリスタのゲートを介してコンデンサC_Gの放電が開始する。これが連続して動作する。接続されているサイリスタのスレーブ・トリガが連続的に発生する。多点トリガにより、スイッチの残留過電圧が減少する。

・R_D, S₁, S₂, ..., S_Nで構成される主放電の第二回路（3.2）。この構成の利得は、放電流がスイッチのゲート電流に制限されないことである。

本発明の本質を変更しなければ、例示的に示した材料、形態、寸法、構成部材の配置を変更しても、専門家により本発明を再現することができる。

フィルタ能力の放電テールおよび高圧ケーブルによる軟放射の減少を達成する、X管高圧ケーブル用放電モジュールが本発明の目的である。

従来のX線管では、タングステンのフィラメント（カソード）からの熱電子放出による電子生成でX線を発生させる。X線を発生させるため、電子はアノード（消耗の影響を平滑化させるために回転している）に向かって加速される。管の放射強度は、フィラメントの電流と、アノード及びカソード間の高圧ポテンシャルの差とで制御される。

診断目的の正確な像を確保する一方、有効な像を発生させないX線放射による無用なX線被ばくから患者を守るため、X線管に供給される電力は正確に制御されることが重要である。

供給エネルギーの出力波形状の”テール”は、患者に追加のX線被ばく量を付加するばかりか像の改善をなさない、軟放射という名の望ましくない放射線を発生させる。従って、矩形波を発生させて不要な軟放射テールを発生させないX線管への高圧供給が望ましい。

本発明は、X線管への高圧発生機器の範囲に限定され、特に、高圧電源とX線発生源とを接続する高圧ケーブルの放電モジュールの範囲内にある。

今日まで、米国特許第5056125A号明細書に記載されているような、X線発生源に高電圧を供給する高圧供給部に接続したケーブルのための電圧放電モジュールが知られている。

この放電モジュールは、放電テールまたは軟放射を部分的に減少させるが、多くの不便も抱えている。一方では、電圧放電回路とmA測定回路が独立していないため、予測不能な外部要因の干渉により放射制御が正確に行えない。他方では、軟放射を減少させるために用いられるサイリスタまたはトライアックの放電流は、それら半導体スイッチが耐えうるゲート電流に制限されている。

上記の発明にかかる放電モジュールのもう一つの不都合は、アノードもカソードも独立してアースに放電するため放電はアース接続に依存し、上記何れかの接続が故障した際には放電が行われないこととなる。
X線装置の従来技術としては、米国特許出願公開2008/089482号明細書に開示されているように、キャパシタンスに蓄えられる余剰エネルギーを除去するように設計された一般的なスイッチを有するX線装置が知られている。その他の文献（JP 2007234497, EP 0297317, US 5056125, JP 10189286）には、残留電流を減少させるように設計されたX線装置が開示されている。それにも関わらず、上述の出願のどれも、残留電流の完全な減少を実現しておらず、測定回路を通じて高圧スイッチで生成されるリーク電流の流れを回避することはできていない。

そのため、本発明の目的は、放電流がそれら半導体スイッチが耐えうるゲート電流に制限されないモジュールであり、軟放射を減少させる放電モジュールを開発して上記の不都合を克服することである。また、このモジュールでは、アノードとカソードの放電をより効率的に行い、本発明の請求項1に記載の形態に基づいて電圧放電流をmA測定回路から独立させる。

X線管の高圧ケーブル用放電モジュールの発明は、3つの独立した回路を備えることを特徴とする。

一つめは制御回路とX線発生に寄与する電流の測定回路、二つめはmA測定回路と独立して配列された電圧放電回路であって、この回路は直列のスイッチ間に電圧とスイッチ自体のリーク電流を配分する回路である。独立して配列されたことにより、電圧放電回路で発生したリーク電流が制御回路と測定回路を通じて流れなくなる。最後の三番目の回路は、X線管と高圧キャパシティを有するチャージの短絡回路である。

チャージの短絡回路は、それぞれ独立した2つの回路に別れている。一つは、直列サイリスタのスレーブ・トリガと同等の、直列ゲート・コンデンサーと直列抵抗の直列配列で構成された半導体スイッチ（サイリスタやトライアック等）のゲートのトリガ回路である。短絡回路の二つめの回路は、放電抵抗と直列サイリスタの配列で構成される主放電回路である。

主放電流がサイリスタまたは同等品のゲートではなく直接サイリスタを通るため、放電流はサイリスタのゲート電流の値に制限されない。

制御回路および測定回路ならびに分配回路が独立しているため、外部要因によるリーク電流の干渉がなく、放射制御はより正確である。

最後に、多点トリガが発生するため、スイッチの残留過電圧が減少する。

次に示す明細の補足と特徴の理解の用に供する目的で、本発明の主な詳細を例示的に示す図面を本書に添付する。
図1は、本発明の放電モジュールの形式について、主な部分と回路を共に示す全体図である。 図2は、回路毎の電流の波形を示す。 図3は、チャージの短絡回路の詳細を示す。

図面に基づき、以下の本発明を実施するための好ましい形態を示す。

図1には、フィルタのキャパシティとX線管（H.V.）の高圧ケーブルによる軟放射の減少についてその形態を示す。

この形態は3つの回路から形成されている：
・回路（1）はX線の発生に寄与する電流の制御と測定を行う回路であり、I_RX電流が流れる。この電流は、数個のダイオードによる2つのシャント（5）、高圧供給源（F.A.）およびX線管（6）を通る。

・回路（2）はスイッチ（7）間に電圧を配分し、I_LK電流が流れる。この回路は、mA測定回路とは独立している。この回路は、制御回路と測定回路を通じて流れるリーク電流の流れを許容することはない。

・回路（3）は、X線管（6）と高圧キャパシティ（8）により構成されたチャージ短絡回路である。

上記の形態と短絡回路（3）により、アノードとカソードの放電がより効率的に行われる。これは、これまでの手法のようにアノードとカソードからアースへの放電ではなく、アノードからカソードへの放電になるからである。

各回路を流れる様々な電流の波形を図2に示す。最上部の波形は高圧の波形であり、放電波形が僅かに傾斜しているが、放電回路に過剰な軟放射が発生した場合の電圧波形を示す破線の波形（4）よりカットされていることが明らかである。軟放射は、十分な画質を得るためには不要であり、患者に不必要な被ばくを与える好ましからざる放射である。

上から2番目の波形は、X線管を通る電流I_RXの波形であり、高圧波形と同じ様相を呈す。これもまた、軟放射が発生した場合の破線で示した電流波形は、軟放射の減少により実線で示したほぼ垂直の波形になっている。

続く波形は、スイッチ（7）間に電圧を分配する回路を流れる電流の波形であり、完全な矩形の波形を呈している。これはI_RX電流とは独立している。

最後の波形は、チャージ短絡回路の電流波形である。スイッチが閉鎖する瞬間に対応する左側の波形と、ほぼ垂直な右側の波形が確認できる。放電電流の右側の波形が垂直であればあるほど、軟放射が少なくなる。

図3は、短絡回路（3）の構成の詳細を示す。同図には複数のブランチが示されており、例えば75,000ボルトの電圧であれば80個のブランチとなるが、ある電圧に達するための必要数のブランチで構成することができる。この短絡回路（3）には、次の2つの回路が含まれる：
・ゲート（C_G, R_G）のトリガ回路（3.1）。図に示したのはサイリスタであるが、遮断の目的にかなう他の形式のスイッチでもよい。一番目のサイリスタ（S₁）はトランス（9）によりトリガされ、二番目のサイリスタS₂のゲートを介してコンデンサC_Gの放電が始まる。これにより二番目のサイリスタがトリガし、二番目のサイリスタS₂が作動すると、三番目のサイリスタのゲートを介してコンデンサC_Gの放電が開始する。これが連続して動作する。接続されているサイリスタのスレーブ・トリガが連続的に発生する。多点トリガにより、スイッチの残留過電圧が減少する。

・R_D, S₁, S₂, ..., S_Nで構成される主放電の第二回路（3.2）。この構成の利得は、放電流がスイッチのゲート電流に制限されないことである。

本発明の本質を変更しなければ、例示的に示した材料、形態、寸法、構成部材の配置を変更しても、専門家により本発明を再現することができる。

Claims (4)

1. ・I_RX電流が流れる、X線の制御回路及び測定回路（1）と、
   ・I_LK電流が流れる、スイッチ（7）間に電圧を配分する回路（2）と、
   ・X線管（6）と高圧キャパシティ（8）を有するチャージ短絡回路（3）との、
   ３つの独立した回路を備えることを特徴する、X線管高圧ケーブル用放電モジュール。
2. 前記チャージ短絡回路（3）が、
   ・前記スイッチのゲート（C_G, R_G）のトリガ回路（3.1）と、
   ・直列的に連続したR_D, S₁, S₂, ..., S_Nで構成される第二の主放電回路（3.2）との、
   2つの回路から成ることを特徴とする、請求項1に記載のX線管高圧ケーブル用放電モジュール。
3. 前記スイッチがサイリスタやトライアック等の半導体スイッチであることを特徴とする、請求項2に記載のX線管高圧ケーブル用放電モジュール。
4. 前記半導体スイッチのトリガが連続的に行われることを特徴とする、請求項3に記載のX線管高圧ケーブル用放電モジュール。

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