JP2013182764A

JP2013182764A - Ｘ線装置

Info

Publication number: JP2013182764A
Application number: JP2012045176A
Authority: JP
Inventors: Ryoji Okubo; 亮志大久保
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 2012-03-01
Filing date: 2012-03-01
Publication date: 2013-09-12
Anticipated expiration: 2032-03-01
Also published as: JP5891069B2

Abstract

【課題】回転陽極の共振を避けながらも次の動作に素早く対応することが可能なＸ線装置を提供する。
【解決手段】Ｘ線装置１は、Ｘ線管装置１７と、撮影時には回転陽極２０に交流電圧を印加して所定の回転数まで回転駆動させ、制動させる際には直流電圧を印加するスタータ回路１６と、回転陽極２０を駆動、制動、または惰性運転させるための制御信号を生成する制御回路１８とを有する。制御回路１８は、撮影終了後、撮影時の回転数から回転陽極２０を惰性運転させ、回転数がＸ線管の共振周波数ｆ_ｐの近傍の間だけ回転陽極２０を制動するよう制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、Ｘ線装置に関し、詳細には、回転陽極型Ｘ線管の制御に関するものである。

Ｘ線装置に用いられる回転陽極型Ｘ線管の陽極は、回転子と傘状のターゲットからなり、誘導モータの原理で回転する。ターゲット（回転陽極）を回転することにより、ターゲットの電子衝撃面積は増大し、短時間負荷の場合、焦点の単位面積当たりの入力を非常に大きくすることができ、大容量のＸ線管を実現できるようになっている。
従来の回転陽極型Ｘ線管を用いたＸ線装置では、一般撮影時は誘導モータを駆動すべく交流電圧を印加し、回転数を例えば１８０Ｈｚ程度まで上昇させる。撮影終了後は、陽極側のステータに直流電圧を印加し、Ｘ線管の陽極側の誘導モータを停止させる。これは、回転陽極に直流電圧をかけずに放置すると、撮影時の高速回転から回転数が低下してきたときに陽極の回転数が共振周波数を通過し、この際、回転陽極に共振が起こりＸ線管のベアリングを傷めることがあるからである。
これを防止するために、従来は、撮影が終了すると回転陽極に直流電圧を印加し、共振周波数近傍の周波数を出来るだけ短い時間で通過させている。

特開２００１−７６８９５号公報

しかしながら、上述のように撮影終了後に直流電圧を印加し、回転陽極の回転を止めてしまうと、次の撮影に移る際に再び所定の高速回転数まで回転させる必要があるため、撮影できる状態になるまで多くの時間がかかっていた。

本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とすることは、回転陽極の共振を避けつつも、次の動作に素早く対応できるように陽極の回転数を制御可能なＸ線装置及びその制御方法を提供することである。

前述した目的を達成するために本発明は、回転陽極型のＸ線管装置を有するＸ線装置であって、固定子コイルに、前記回転陽極を駆動させる際には交流電圧を印加し、前記回転陽極を制動させる際には直流電圧を印加し、前記回転陽極を惰性運転させる際には電圧の印加を停止するスタータ部と、前記スタータ部を制御する制御部と、を具備し、前記制御部は、撮影が終了すると、前記回転陽極を前記惰性運転させ、更に、前記回転陽極の回転数が前記Ｘ線管装置の共振周波数の近傍の間は、前記回転陽極を前記制動させることを特徴とするＸ線装置である。

本発明により、回転陽極の共振を避けつつも、次の動作に素早く対応できるように陽極の回転数を制御可能なＸ線装置を提供できる。

第１の実施の形態のＸ線装置１の全体構成図第１の実施の形態の制御動作を説明するためのフローチャート一般撮影終了後の回転陽極２０の回転数の推移を示す図一般撮影終了後、再度一般撮影を開始する場合の回転陽極２０の回転数の推移を示す図第２の実施の形態のＸ線装置２の全体構成図第２の実施の形態の制御動作を説明するためのフローチャート撮影終了後の実経過時間ｔと回転陽極２０の回転数の推移、及び回転陽極２０の駆動、惰性、制動を指示するタイミングの関係を示す図

以下図面に基づいて、本発明の実施形態を詳細に説明する。

［第１の実施の形態］
まず、図１を参照して、第１の実施の形態のＸ線装置１の構成について説明する。

図１に示すように、本発明のＸ線装置１は、交流電源１１、ダイオードモジュール１２、昇圧チョッパ回路１３、インバータ回路１４、高電圧発生回路１５、スタータ回路１６、Ｘ線管装置１７、制御回路１８、及び検出回路３を備える。
Ｘ線管装置１７は、固定子コイル１９、回転陽極２０（ターゲット）、Ｘ線管２１を備える。

交流電源１１は、例えば商用交流電源である。ダイオードモジュール１２は、交流電源１１から供給される交流電圧を直流出力に変換する。昇圧チョッパ回路１３は、ダイオードモジュール１２によって直流に変換された電圧を昇圧し、インバータ回路１４及びスタータ回路１６に供給する。
インバータ回路１４は、昇圧チョッパ回路１３から供給された電圧を交流出力に変換し、高電圧発生回路１５に出力する。高電圧発生回路１５はインバータ回路１４から供給された交流出力を高圧の直流出力に変換してＸ線管装置１７に印加する。

スタータ回路１６は、制御回路１８から入力される制御信号に応じて回転陽極２０を駆動、制動、或いは惰性運転させる。制御回路１８からは以下の３パターンの制御信号が入力される。
（Ａ）交流電圧をかける（駆動）
（Ｂ）直流電圧をかける（制動）
（Ｃ）電圧を印加しない（惰性運転）

すなわち、スタータ回路１６は「駆動」の制御信号が入力されると、駆動用の交流電圧を回転陽極２０に印加する。スタータ回路１６がＸ線管装置１７の固定子コイル１９に対して交流電圧を印加すると、誘導モータの原理で回転陽極２０が回転する。また、「制動」の制御信号が入力されると、制動用の直流電圧を回転陽極２０に印加する。これにより、回転陽極２０の回転数を急速に落とすことができる。また、「惰性運転」の制御信号が入力されると回転陽極２０への電圧の印加を停止する。

回転陽極２０は、撮影では周波数１８０Ｈｚ程度の回転数まで高速回転し、透視撮影では周波数６０Ｈｚ程度の回転数（低速）で回転する。
一般的なＸ線撮影装置では、操作者の操作により、まず「透視ボタン」（不図示）が押下されると、制御回路１８は「駆動（６０Ｈｚ）」の制御信号をスタータ回路１６へ送信する。これによって回転陽極２０が駆動されて６０Ｈｚの回転数で回転する。６０Ｈｚ程度の回転数では透視撮影の映像が得られる程度のＸ線が照射される。操作者が透視撮影の映像を見ながら良いタイミング（被検者の体がぶれていないタイミング等）で、「撮影ボタン」（不図示）が押下されると、制御回路１８は「駆動（１８０Ｈｚ）」の制御信号をスタータ回路１６へ送信する。これによって回転陽極２０が高速で駆動されて１８０Ｈｚの回転数で回転するようになる。１８０Ｈｚ程度の回転数では一般撮影の映像が得られる強いＸ線が照射される。
本発明では、回転数１８０Ｈｚの撮影が終了すると、制御回路１８は「惰性運転」の制御信号をスタータ回路１６へ送信する。これによって回転陽極２０に対する電圧の印加は停止する。回転陽極２０は惰性で回転を継続するが、徐々に回転数が下がることとなる。これにより、ある程度の回転数は維持されているので、撮影終了から次の撮影の開始までの時間を短縮させ、速やかに対応できるようになる。

このような高速回転（１８０Ｈｚ）と低速回転（６０Ｈｚ）の間に、回転陽極２０が共振する共振周波数ｆ_ｐが存在する。
本発明では、回転陽極２０の回転数が共振周波数ｆ_ｐ近傍まで落ちるとそのタイミングで制動をかけて（直流電圧印加）、共振周波数ｆ_ｐ近傍を短時間で通過させる。共振周波数ｆ_ｐ近傍の通過後は、再度惰性運転に戻る。これにより共振によるＸ線管のベアリング等の破損を防ぎ、Ｘ線管装置１７を保護できる。また、制動、駆動を行う時間が従来と比較して短時間ですむため、消費電力を節約できる。

制御回路１８はＸ線管装置１７を（Ａ）駆動、（Ｂ）制動、または（Ｃ）惰性運転させるための制御信号をスタータ回路１６に出力する。
第１の実施の形態では、制御回路１８は、撮影（回転数１８０Ｈｚ）が終了すると、まず（Ｃ）惰性運転の制御信号をスタータ回路１６に送信し、回転陽極２０への電圧の印加を停止させる。また、検出回路３によって検出される回転陽極２０の回転数を監視し、回転数が共振周波数ｆ_ｐ近傍であるか否かを判定し、共振周波数ｆ_ｐ近傍である場合は、スタータ回路１６に対して（Ｂ）制動の指示を出力する。回転陽極２０へは制動用の直流電圧が印加される。回転陽極２０の回転数が共振周波数ｆ_ｐ近傍を通過した場合は、制御回路１８は、（Ｃ）惰性運転の制御信号を送信し、回転陽極２０への電圧の印加を停止させる。

検出回路３は、例えば、振動センサ等の回転陽極２０の振動数を検出するセンサによって構成され、回転陽極２０の回転数を検出し、制御回路１８へ出力する。

次に、図２〜図４を参照して、第１の実施の形態のＸ線装置１の動作について説明する。

Ｘ線装置１において、一般撮影では回転陽極２０が回転数１８０Ｈｚ程度の高速で回転している。撮影が終了すると（ステップＳ１０１）、制御回路１８はスタータ回路１６に対して惰性運転の指示を送り、交流電圧の印加を停止するように制御する（ステップＳ１０２）。制御回路１８は、検出回路３から出力される回転陽極２０の回転数ｆ_αを監視し、回転数ｆ_αが閾値ｆ_Ａより小さくなったか否かを判定する（ステップＳ１０３）。閾値ｆ_Ａは共振周波数ｆ_ｐより数Ｈｚ程度大きい値とする。
回転陽極２０の回転数ｆ_αが閾値ｆ_Ａ以上であれば（ステップＳ１０３；Ｙｅｓ）、そのまま惰性運転を継続する。
回転陽極２０の回転数ｆ_αが閾値ｆ_Ａより小さくなると（ステップＳ１０３；Ｎｏ）、制御回路１８はスタータ回路１６に対して制動を指示する（ステップＳ１０４）。スタータ回路１６は回転陽極２０に対して直流電圧を印加する。
制御回路１８は、回転陽極２０の回転数ｆ_αが閾値ｆ_Ｂ以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０５）。閾値ｆ_Ｂは低速運転の周波数（６０Ｈｚ）より大きく、共振周波数ｆ_ｐより数Ｈｚ程度小さい値とする。回転陽極２０の回転数ｆ_αが閾値ｆ_Ｂ以上であれば（ステップＳ１０５；Ｙｅｓ）、制動を継続する。その後、回転陽極２０の回転数ｆ_αが閾値ｆ_Ｂより小さくなると（ステップＳ１０５；Ｎｏ）、制御回路１８は制動を停止する（ステップＳ１０６）。制御回路１８は回転陽極２０の回転数ｆ_αが６０Ｈｚ（低速運転の周波数）になったか否かを監視し（ステップＳ１０７）、６０Ｈｚ（低速運転の周波数）まで回転数が下がっていないときは惰性運転を継続する。６０Ｈｚ（低速運転の周波数）まで回転数ｆ_αが下がると（ステップＳ１０７；Ｙｅｓ）、制御回路１８はスタータ回路１６に対して回転数６０Ｈｚを維持するよう駆動（間欠駆動）を指示する（ステップＳ１０８）。これにより、低速運転（６０Ｈｚ）状態を維持する。

図３は、一般撮影終了後の回転陽極２０の回転数の推移を示す図である。
一般撮影中、すなわち制御回路１８が駆動を指示している間は、回転陽極２０の回転数（周波数）は１８０Ｈｚに維持されている。その後、制御回路１８によって惰性運転が指示されると、徐々に回転数が下がる。そして、回転陽極２０の回転数が共振周波数ｆ_ｐ近傍の閾値ｆ_Ａ程度まで下がると、制御回路１８はスタータ回路１６に制動を指示する。スタータ回路１６は直流電圧を印加し、回転陽極２０に制動をかける。制動により急速に回転陽極２０の回転数が下がる。そして回転陽極２０の回転数が共振周波数ｆ_ｐ近傍を下回ると（閾値ｆ_Ｂより小さくなると）、制御回路１８はスタータ回路１６に再度惰性運転を指示し、低速の６０Ｈｚまで徐々に回転数が下がる。

図４は、一般撮影終了後に、再度撮影開始する場合の回転陽極２０の回転数の推移を示す図である。
一般撮影中、すなわち制御回路１８が駆動を指示している間は、回転陽極２０の周波数は１８０Ｈｚ付近である。その後、撮影が終了すると、制御回路１８によって惰性運転が指示される。スタータ回路１６は電圧の印加を停止する。これにより回転陽極２０の回転数は徐々に下がる。その後、撮影の指示が再び入力されると、制御回路１８はスタータ回路１６に駆動を指示し、回転陽極２０の回転が加速する。惰性運転により緩やかに回転数が落ちた状態から再度加速するため、迅速に高速（１８０Ｈｚ）まで回転数を上昇させることができる。撮影が終了すると、制御回路１８によって惰性運転が指示され、スタータ回路１６は電圧の印加を停止する。回転陽極２０の回転数は徐々に下がる。

このように、検出回路３によって回転陽極２０の回転数を監視し、撮影終了後に惰性運転させるとともに、回転陽極２０の回転数が共振周波数ｆ_ｐを通過する間だけ制動をかける。これにより、共振によるＸ線管の破損を防ぎつつ、次の撮影には迅速に所定の回転数に到達させることができる。

［第２の実施の形態］
次に、図５〜図７を参照して、第２の実施の形態のＸ線装置１について説明する。
図５に示すように、第２の実施の形態のＸ線装置２は、交流電源１１、ダイオードモジュール１２、昇圧チョッパ回路１３、インバータ回路１４、高電圧発生回路１５、スタータ回路１６、Ｘ線管装置１７、制御回路１８、タイマ４、及び記憶部５を備える。なお、交流電源１１、ダイオードモジュール１２、昇圧チョッパ回路１３、インバータ回路１４、高電圧発生回路１５、スタータ回路１６、Ｘ線管装置１７は、第１の実施の形態と同一であるため、同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

タイマ４は、時間を計時するためのものである。撮影終了後の実経過時間ｔを計測する。
記憶部５は、少なくとも、撮影が終了して回転陽極２０が惰性運転を始めてから、回転陽極２０の回転数がＸ線管装置１７の共振周波数ｆ_ｐの近傍に到達するまでの推定到達時間と、撮影が終了して回転陽極２０が惰性運転を始めてから、回転陽極２０の回転数がＸ線管装置１７の共振周波数ｆ_ｐの近傍を通過するまでの推定通過時間と、を予め記憶している。具体的には、以下の推定時間ｔ１，ｔ２，ｔ３を記憶している。
ｔ１：撮影終了後、惰性運転をした場合に、共振周波数ｆ_ｐの近傍の周波数に到達するまでに要する時間（推定到達時間）、
ｔ２：撮影終了後、惰性運転をした場合に、共振周波数ｆ_ｐの近傍を通過するまでに要する時間（推定通過時間）、
ｔ３：撮影終了後、惰性運転及び共振周波数通過中の制動を行った場合に、６０Ｈｚまで回転数が下がるまでに要する時間

制御回路１８は、撮影が終了すると、タイマ４による計時を開始し、実経過時間ｔに伴い、予め記憶部５に記憶されている時間ｔ１，ｔ２，ｔ３に従って、スタータ回路１６に駆動、制動、惰性運転のいずれかの指示を送る。
なお、撮影終了後、撮影の指示が入力された場合は、時間ｔ１，ｔ２，ｔ３に従った回転制御動作を終了し、回転陽極２０の駆動を指示し、高速回転（１８０Ｈｚ）で駆動する。

図６及び図７を参照して、第２の実施の形態における動作を説明する。
Ｘ線装置２において、一般撮影が終了した状態では回転陽極２０が高速回転されている（図７の「スタータ駆動」）。また、制御回路１８は、記憶部５から、時間ｔ１，ｔ２、ｔ３を取得しているものとする。
一般撮影が終了すると（ステップＳ２０１）、制御回路１８はタイマ４による計時を開始する（ステップＳ２０２）。また、スタータ回路１６に対して惰性運転の指示を送り、交流出力を停止させる（ステップＳ２０３）。制御回路１８は、実経過時間ｔを監視し、時間ｔ１となるまで（ステップＳ２０４；Ｎｏ）、そのまま惰性運転を継続する。

実経過時間ｔが時間ｔ１になると（ステップＳ２０４；Ｙｅｓ）、制御回路１８はスタータ回路１６に対して制動を指示する（ステップＳ２０５）。時間ｔ１は、上述したように、回転数が共振周波数ｆ_ｐの近傍に到達するまでの推定時間である。スタータ回路１６は回転陽極２０に対して直流電圧を印加する。タイマ４が時間ｔ２を計時するまでは（ステップＳ２０６；Ｎｏ）、制動を継続する。
その後、実経過時間ｔが時間ｔ２となると（ステップＳ２０６；Ｙｅｓ）、制御回路１８は制動を停止する（ステップＳ２０７）。時間ｔ２は、上述したように、回転数が共振周波数ｆ_ｐの近傍を通過するまでの推定時間である。制御回路１８はスタータ回路１６に対して惰性運転の指示を送る。
その後、タイマ４が回転陽極２０の回転数ｆ_αが実経過時間ｔが時間ｔ３になると（ステップＳ２０８；Ｙｅｓ）、制御回路１８はスタータ回路１６に対して駆動（間欠駆動）を指示する（ステップＳ２０９）。時間ｔ３は、上述したように回転数が６０Ｈｚ（低速運転の周波数）になるまでの推定時間である。これにより、回転数が６０Ｈｚ程度に維持され、低速運転状態となる。

なお、途中で一般撮影の開始指示が入力された場合は、制御回路１８は、タイマ４による計時を中断し、通常の撮影動作に移行する。そして撮影が終了すると、再度タイマ４による計時と経過時間に従ったスタータ回路１６の制御を開始する。

以上説明したように、第２の実施の形態のＸ線装置２では、回転数が共振周波数ｆ_ｐの近傍に到達するまでの推定時間ｔ１、回転数が共振周波数ｆ_ｐの近傍を通過するまでの推定時間ｔ２、回転数が６０Ｈｚ（低速運転の周波数）になるまでの推定時間ｔ３等を予め記憶部５に記憶しておき、これらのデータに従って制御回路１８は惰性運転、制動、駆動を指示する。
したがって、第１の実施の形態と同様に、撮影終了後に回転陽極２０を惰性運転させるとともに、回転陽極２０の回転数が共振周波数ｆ_ｐを通過する間だけ制動をかけることができる。これにより、共振によるＸ線管の破損を防ぎつつ、次の撮影には迅速に所定の回転数に到達させることができる。

以上、第１、第２の実施の形態で説明したように、本発明のＸ線装置は、回転陽極２０を駆動させた撮影が終了すると、回転陽極２０を惰性運転させ、回転陽極２０の回転数がＸ線管の共振周波数ｆ_ｐの近傍の間は回転陽極２０を制動するよう制御する。
これにより、次の撮影の開始までできるだけ回転数を下げずに維持させつつ、共振周波数ｆ_ｐまで回転数が下がる場合には回転陽極２０を制動させ、素早く共振周波数ｆ_ｐを通過させることができる。よって共振によるＸ線管の破損を防ぎつつ、次の撮影時には迅速に所定の回転数に到達させることができる。

以上、本発明に係るＸ線装置１の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。例えば、制御回路（制御部）は、ＣＰＵ、揮発性メモリ、不揮発性メモリ等を有するコンピュータとして構成しても良い。この場合、不揮発性メモリには、前述の制御回路の処理を実現するためのプログラムが記憶され、ＣＰＵがプログラムを揮発性メモリに読み出して実行することによって、前述の制御回路の処理を実現する。

１、２・・・Ｘ線装置
３・・・検出回路
４・・・タイマ
５・・・記憶部
１１・・・交流電源
１２・・・ダイオードモジュール
１３・・・昇圧チョッパ回路
１４・・・インバータ回路
１５・・・高電圧発生回路
１６・・・スタータ回路
１７・・・Ｘ線管装置
１８・・・制御回路
１９・・・固定子コイル
２０・・・ターゲット（回転陽極）
２１・・・Ｘ線管
ｆ_ｐ・・・共振周波数
ｆ_α・・・陽極回転周波数
ｆ_Ａ、ｆ_Ｂ・・・共振周波数ｆ_ｐ近傍の閾値
ｔ・・・撮影終了後の実経過時間
ｔ１・・・回転数が共振周波数ｆ_ｐの近傍に到達するまでの推定時間
ｔ２・・・回転数が共振周波数ｆ_ｐの近傍を通過するまでの推定時間
ｔ３・・・回転数が６０Ｈｚ（低速運転の周波数）になるまでの推定時間

Claims

回転陽極型のＸ線管装置を有するＸ線装置であって、
固定子コイルに、
前記回転陽極を駆動させる際には交流電圧を印加し、
前記回転陽極を制動させる際には直流電圧を印加し、
前記回転陽極を惰性運転させる際には電圧の印加を停止する
スタータ部と、
前記スタータ部を制御する制御部と、
を具備し、
前記制御部は、撮影が終了すると、前記回転陽極を前記惰性運転させ、更に、前記回転陽極の回転数が前記Ｘ線管装置の共振周波数の近傍の間は、前記回転陽極を前記制動させることを特徴とするＸ線装置。
前記回転陽極の回転数を検出する検出部、を更に具備し、
前記制御部は、前記検出部により検出される前記回転陽極の回転数が前記Ｘ線管装置の共振周波数の近傍の間は、前記回転陽極を前記制動させることを特徴とする請求項１に記載のＸ線装置。
撮影が終了して前記回転陽極が前記惰性運転を始めてから、前記回転陽極の回転数が前記Ｘ線管装置の共振周波数の近傍に到達するまでの推定到達時間と、撮影が終了して前記回転陽極が前記惰性運転を始めてから、前記回転陽極の回転数が前記Ｘ線管装置の共振周波数の近傍を通過するまでの推定通過時間とを予め記憶する記憶部、を更に具備し、
前記制御部は、撮影が終了して前記回転陽極が前記惰性運転を始めてからの経過時間を計時し、前記経過時間が前記推定到達時間から前記推定通過時間までの間は、前記回転陽極を前記制動させることを特徴とする請求項１に記載のＸ線装置。