JP2013202148A - Ｘ線高電圧発生装置、及び移動型ｘ線透視撮影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】撮影条件に基づいてＸ線発生部に供給する電源を切替える際、インバータの入力段に接続したコンデンサに対し過剰な突入電流の発生を防止するX線高電圧発生装置、及び、それを用いた移動型Ｘ線透視撮影装置を提供する。
【解決手段】Ｘ線を発生するＸ線源に電力を供給する高電圧変換部と、高電圧変換部の入力段に設置したコンデンサと、透視の際、商用交流電源を用いて高電圧変換部に電力を供給する透視用電源供給部と、バッテリを有し、撮影の際、バッテリからの電力を用いて高電圧変換部に電力を供給する撮影用電源供給部と、高電圧変換部に対し、透視用電源供給部、又は撮影用電源供給部の何れか一方を接続させる電源切替え部と、を有するＸ線高電圧発生装置であって、電源切替え部は、高電圧変換部と撮影用電源供給部との接続を、バッテリの電圧値からコンデンサの電圧値を差し引いた電圧値が、予め設定した差分電圧閾値以内にある場合に行う。
【選択図】図２

Description

本発明は、透視と撮影で異なる電源を用いてX線源に電力を供給するX線高電圧発生装置、及びそれを用いた移動型X線透視撮影装置において、特に、それぞれの電源への切替えに関する。

一般的にX線を用いた透視と撮影とでは要求される電源の能力が異なる。X線透視は、長時間、電流を供給できる電源が必要であり、これに対して、X線撮影は、瞬時に大電流を供給できる電源が必要である。

据え置き型のX線透視撮影装置であれば配電盤から電源を得ることが出来るが、移動型X線透視撮影装置は一般的に商用のコンセントから電源を得る仕様であるためX線撮影の際に必要とされる大電流をコンセントから得ることが出来ない。

特許文献1には、透視用電力は商用交流電源から撮影用電力は蓄電池から、それぞれX線源に供給するX線装置用電力供給装置について記載されている。また、その際、それぞれの電源から供給される電力は共通のインバータ回路を介してX線源に供給されていることについて記載されている。

特開2000-348894号公報

特許文献1のように、撮影条件によってX線発生部に供給する電源を切替えるX線高電圧発生装置において、インバータの入力段にコンデンサが接続された回路構成を用いた場合、それまでにコンデンサにかかっていた電圧に対し蓄電池の電圧が大きい場合、電源を切替えたタイミングで、蓄電池からコンデンサに対して過剰な突入電流が流れ、これにより回路の誤動作や損傷する恐れがある。

上記問題を鑑みて、本発明は、撮影条件に基づいてX線発生部に供給する電源を切替える際、インバータの入力段に接続したコンデンサに対し過剰な突入電流の発生を防止するX線高電圧発生装置、及び、それを用いた移動型X線透視撮影装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明に係るX線高電圧発生装置は、X線源に電力を供給する高電圧変換部と、この高電圧変換部に電力を供給する撮影用電源供給部と、を接続させる際、高電圧変換部の入力段に設置したコンデンサの電圧と、撮影用電源供給部内のバッテリの電圧と、を比較し、コンデンサの電圧がバッテリの電圧より低い場合、高電圧変換部と、透視用電源供給部と、を接続させ透視用電源供給部内の昇圧回路を用いて、コンデンサの電圧を所定の電圧まで昇圧させた後、高電圧変換部と撮影用電源供給部を接続させる。

本発明によれば、撮影条件に基づいてX線発生部に供給する電源を切替える際、インバータの入力段に接続したコンデンサに対し過剰な突入電流の発生を防止するX線高電圧発生装置、及び、それを用いた移動型X線透視撮影装置を提供することができる。

本発明が適用されるX線高電圧発生装置の概略構成図。 本発明が適用されるX線高電圧発生装置の詳細構成図。 本発明の動作順序を説明するためのフローチャート図。 本発明の電源切替え回路207の回路構成の一例を説明する図。 本発明の電源切替え回路207の回路構成の他の例を説明する図。 本発明のX線高電圧発生装置を用いた移動型X線透視撮影装置の概略構成図。

以下、添付図面を用いて本発明に係るX線撮影装置の実施の形態について詳説する。本発明の実施例を説明する全図において、同一機能を有するものは同一符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

本発明が適用されるX線高電圧発生装置の構成を、図1及び図2を用いて説明する。図1は、本発明が適用されるX線高電圧発生装置の概略構成図である。図2は、本発明が適用されるX線高電圧発生装置の詳細構成図である。

本発明のX線高電圧発生装置1は、X線を発生するX線源101に電力を供給する高電圧変換部102と、高電圧変換部102の入力段に設置したコンデンサ103と、透視の際、商用交流電源104からの電力を用いて高電圧変換部102に電力を供給する透視用電源供給部105と、撮影の際、高電圧変換部102に電力を供給する撮影用電源供給部106と、高電圧変換部102に対し、透視用電源供給部105、又は撮影用電源供給部106の何れか一方を接続させる電源切替え部107と、を備える。

高電圧変換部102は、インバータ回路201と、交流高電圧変圧回路202と、整流器203と、平滑コンデンサ204と、を有している。

インバータ回路201は、透視用電源供給部105、又は撮影用電源供給部106から供給される直流電圧を交流電圧に変換する。交流高電圧変圧回路202は、インバータ回路201から出力された交流電圧を昇圧する。整流器203は、交流高電圧変圧回路202から出力された交流電圧を直流電圧に整流する。平滑コンデンサ204は、整流器203から出力された直流電圧を平滑し、X線発生部101に対し電力を供給する。

透視用電源供給部105は、商用交流電源104から出力される交流電圧を直流電圧に変換し、電源切替え部107を介して高電圧変換部102、及びコンデンサ103に電力を供給する。透視用電源供給部105は、昇圧回路として、例えばサイリスタ205などを用いて構成される。

撮影用電源供給部106は、バッテリ206を備え、電源切替え部107を介して高電圧変換部102、及びコンデンサ103に電力を供給する。また、特に図示しないが、撮影用電源供給部106は、商用交流電源104からの電力を用いてバッテリ206を充電する充電器を備えている。透視の際に用いる透視用電源供給部105から出力される直流電圧に対し、撮影の際に用いる撮影用電源供給部106から出力される直流電圧は高く、例えば、透視用電源供給部105からは、50〜150(V)の範囲で直流電圧が出力され、撮影用電源供給部106からは、300(V)程度の直流電圧が出力される。透視及び撮影の際、X線源101に出力される電圧は共に50〜100(kV)程度であり、電流は、透視の場合、2〜5(mA)程度、撮影の場合、10〜20(mA)程度である。高電圧変換部102にかかる負荷の軽減を考慮すると、高電圧変換部102に入力する電圧はなるべく所望する出力電圧の値に近い方がよい。

上記のように、透視用電源供給部105と、撮影用電源供給部106と、で出力電圧が異なるのは、透視用電源供給部105の場合、商用交流電源104から出力される交流電圧を直流電圧に変換して高電圧変換部102に電力を供給するので、出力電圧を上げると透視用電源供給部105の負荷が大きくなるためである。撮影用電源供給部106の場合は、バッテリ206から高電圧変換部102に電力を供給するため、透視用電源供給部105より大きな電圧を出力するよう構成しても、透視用電源供給部105ほどの負荷が撮影用電源供給部106にかかることない。

コンデンサ103は、高電圧変換部102に対し、透視用電源供給部105が接続された場合は、透視用電源供給部105から出力される直流電圧を平滑するための平滑コンデンサの役割と、インバータ回路201のバイパスコンデンサとしての2つの役割を果たし、高電圧変換部102に対し、撮影用電源供給部106が接続された場合は、インバータ回路201のバイパスコンデンサとして役割を果たす。

電源切替え部107は、電源切替え回路207と、コンデンサ電圧値検出回路208と、バッテリ電圧値検出回路209と、電位差比較回路210と、切替え回路制御部211と、X線照射条件設定部212と、を備える。

コンデンサ電圧値検出回路208とバッテリ電圧値検出回路209は、それぞれ、コンデンサ103の電圧値Vcと、バッテリ206の電圧値Vbを検出し、検出した電圧値を電位差比較回路210に出力する。この際、電圧値Vbと電圧値Vcの関係は、Vb≧Vcとなっている。電位差比較回路210は、コンデンサ電圧値検出回路208、及びバッテリ電圧値検出回路209によって検出されたコンデンサ103の電圧値Vcと、バッテリ206の電圧値Vbを用いて、電圧値の差分を算出する。ここでは、バッテリ206の電圧値Vbからコンデンサ103の電圧値Vcを引いたものを差分電圧値Vbcとする。操作者は、キーボードなどで構成された入力部117を用いて、X線照射条件設定部212に対し、X線照射条件として撮影又は透視の設定を行なう。

初めに、撮影が設定された場合について説明する。撮影が設定された場合、切替え回路制御部211は、差分電圧値Vbcが、予め設定された差分電圧閾値Vth以下であれば、電源切替え回路207を用いて高電圧変換部102と撮影用電源供給部106を接続する。また、差分電圧値Vbcが、予め設定された差分電圧閾値Vthより大きい場合は、高電圧変換部102と透視用電源供給部105を接続させ、接続された透視用電源供給部105内のサイリスタ205によって、差分電圧値Vbcが、予め設定された差分電圧閾値Vth以下になるまでコンデンサ103の電圧値Vcを昇圧する。昇圧後、高電圧変換部102と透視用電源供給部105の接続を解除し、高電圧変換部102と撮影用電源供給部106を接続する。

ここで、差分電圧閾値Vthは、バッテリ206からコンデンサ103に対し、電流を流す際、過剰な突入電流が発生しない値であり、少なくともバッテリ206の電圧値Vbの半分以下である。好適には電圧値Vbの10％程度である。また、差分電圧閾値Vthが0(V)、つまり、コンデンサ103の電圧値Vcがバッテリ206の電圧値Vbと同じになってから撮影用電源供給部106と高電圧変換部102を接続させてもよい。この場合、コンデンサ103の電圧値Vcをバッテリ206の電圧値Vbにまで昇圧するため、撮影用電源供給部106と高電圧変換部102を接続するまでに時間を必要とするが、接続の際の回路の動作はより安定させることができる。

撮影用電源供給部106が高電圧変換部102に接続されると、切替え回路制御部211は、特に図示しない通知部を用いて、操作者に撮影が可能であること通知すると共に、後述する制御部213に対しても、撮影が可能であること通知する。通知部は、モニタ、スピーカ、ランプ等を用いて構成される。

操作者は、撮影可能であることを認識すると、入力部117に備えられた特に図示しないX線撮影ボタンを押下する。X線撮影ボタンからの信号を制御部213が受け取ると、インバータ回路201を動作させて撮影を行なう。

次に透視が設定された場合について説明する。透視が設定された場合、切替え回路制御部211は、電源切替え回路207を用いて高電圧変換部102に対し透視用電源供給部105を接続させる。この際、コンデンサ103の電圧値Vcが、先の撮影による影響で、透視で所望のする電圧値Vtより高い場合は、コンデンサ103内にチャージされた電荷の放電により、電圧値Vcが電圧値Vtとなるまで、または、電圧値Vcが電圧値Vtより低くなるのを待ってから透視用電源供給部105を高電圧変換部102に接続させる。これにより、透視を開始した際、想定以上の電圧がX線源101にかかるのを防止することが出来る。また、透視用電源供給部105に対し、不要な高電圧がかかるのを防げるため、透視用電源供給部105内の回路の耐圧を必要以上に上げることなく設計することが可能となる。

コンデンサ103内にチャージされた電荷の放電は、特に図示しない放電回路によって行われ、放電回路はコンデンサ103と並列に接続されたリーク抵抗などによって構成される。また、コンデンサ103の電圧値Vcが、電圧値Vtより低い場合は、透視用電源供給部105と高電圧変換部102を接続させ、透視用電源供給部105内のサイリスタ205によって、徐々にコンデンサ103の電圧値Vcを電圧値Vtまで昇圧する。これにより、コンデンサ103の電圧値Vcが仮に0(V)であっても、透視用電源供給部105と高電圧変換部102の接続によるコンデンサ103に対する過剰な突入電流は発生しない。放電もしくは昇圧により、コンデンサ103の電圧値Vcが、電圧値Vtに達した時点で、切替え回路制御部211は、特に図示しない通知部を用いて、操作者に透視が可能であること通知すると共に、制御部213に対しても、透視が可能であること通知する。操作者は、透視可能であることを認識すると、入力部117に備えられた特に図示しないX線撮影ボタンを押下する。X線撮影ボタンからの信号を制御部213が受け取ると、インバータ回路201を動作させて透視を開始する、透視が開始されると、透視用電源供給部105内のサイリスタ205は、コンデンサ103の電圧値Vcが電圧値Vtを維持するように動作する。

本実施例では、コンデンサ103の電圧値Vcが、電圧値Vtに達してから透視可能としているが、コンデンサ103の電圧値Vcが、電圧値Vtに至らなくても透視を開始するよう構成してもよい。

次に、本発明のX線高電圧発生装置1の動作順序につき、図3に示すフローチャートを用いて説明する。

ステップS301では、操作者が入力部117を用いてX線照射条件設定部212に対しX線照射条件を設定する。撮影を設定した場合は、ステップS302に進み、透視を設定した場合は、ステップS311に進む。

ステップS302では、コンデンサ電圧値検出回路208とバッテリ電圧値検出回路209により、コンデンサ103の電圧値Vcと、バッテリ206の電圧値Vbが検出される。

ステップS303では、ステップS302で検出された電圧値を用いて、電位差比較回路210により、電圧値Vbから電圧値Vcを引いた差分電圧値Vbcが算出される。差分電圧値Vbcが、予め設定された差分電圧閾値Vthより大きい場合は、ステップS304に進み、差分電圧値Vbcが、予め設定された差分電圧閾値Vth以下であれば、ステップS307に進む。

ステップS304では、切替え回路制御部211が、電源切替え回路207を用いて高電圧変換部102と透視用電源供給部105を接続する。

ステップS305では、接続された透視用電源供給部105内のサイリスタ205を用いて差分電圧閾値Vth≧差分電圧値Vbcとなるまでコンデンサ103の電圧値Vcを昇圧する。

ステップS306では、切替え回路制御部211が、高電圧変換部102と透視用電源供給部105の接続を解除する。

ステップS307では、切替え回路制御部211が、電源切替え回路207を用いて高電圧変換部102と撮影用電源供給部106を接続させる。

ステップS308では、切替え回路制御部211が、通知部を用いて撮影が可能であること操作者に通知する。

ステップS309では、操作者による入力部117に備えられたX線撮影ボタン操作により撮影が行なわれる。撮影が終了するとステップS310に進む。

ステップS310では、高電圧変換部102と撮影用電源供給部106の接続を解除し、その後ステップS301へ戻る。

ステップS311では、コンデンサ電圧値検出回路208により、コンデンサ103の電圧値Vcが検出される。

ステップS312では、ステップS302で検出された電圧値Vcを用いて、電位差比較回路210により、電圧値Vcから予め設定された電圧値Vtを引いた差分電圧値Vctが算出される。差分電圧値Vctが0より大きい場合は、ステップS313に進み、差分電圧値Vctが0以下の場合は、ステップS314に進む。

ステップS313では、コンデンサ103内にチャージされた電荷の放電により電圧値Vcが電圧値Vtとなるまで待つ。電圧値Vcが電圧値Vtとなった時点でステップS314に進む。

ステップS314では、切替え回路制御部211が、電源切替え回路207を用いて高電圧変換部102と透視用電源供給部105を接続させる。

ステップS315では、切替え回路制御部211が、差分電圧値Vct＝電圧値Vtとなっているかを判定し、差分電圧値Vct＝電圧値VtとなっていればステップS316に進み、差分電圧値Vct＝電圧値Vtとなっていない、つまり、差分電圧値Vct＜電圧値VtとなっていればステップS317に進む。

ステップS316では、接続された透視用電源供給部105内のサイリスタ205によって、差分電圧値Vct＝電圧値Vtとなるまでコンデンサ103の電圧値Vcを昇圧する。

ステップS317では、切替え回路制御部211が、通知部を用いて透視が可能であること操作者に通知する。

ステップS318では、操作者による入力部117に備えられたX線透視ボタン操作により透視が行なわれる。透視が終了するとステップS319に進む。

ステップS319では、高電圧変換部102と透視用電源供給部105の接続を解除し、その後ステップS301へ戻る。

次に、図4，5を用いて、電源切替え回路207の回路構成の一例を示す。
図4に示す電源切替え回路207では、スイッチ401とスイッチ402を備え、スイッチ401により高電圧変換部102と透視用電源供給部105の接続を行ない、スイッチ402により高電圧変換部102と撮影用電源供給部106の接続を行なう。

図5に示す電源切替え回路207では、ダイドード501とスイッチ502を備えている。ダイオード501は、アノード側を透視用電源供給部105にカソード側を高電圧変換部102となるように接続されている。透視用電源供給部105から供給する直流電圧は、撮影用電源供給部106から供給する直流電圧より低いため、スイッチ502をONした場合、撮影用電源供給部106から出力される電力が透視用電源供給部105に供給され、スイッチ502をOFFした場合は、透視用電源供給部105から出力される電力が透視用電源供給部105に供給される。ただし、この場合は、透視用電源供給部105から出力される電圧がコンデンサ103にかかっている電圧以上の場合である。

次に、図6を用いて、本発明のX線高電圧発生装置1を用いた移動型X線透視撮影装置の説明をする。

図6に示すように、本発明の移動型X線透視撮影装置2は、被検体3に対してX線を発生するX線源101と、X線源101からのX線照射の方向を円錐、四角錐状、あるいは多辺角錐状に制御するコリメータ601と、X線源101と対向設置され、X線源101から照射され被検体3を透過したX線を検出するX線検出器602と、X線源101とX線検出器602を対向させた位置で支持するC型形状のアーム603と、C型形状のアーム603を支持し移動させるアーム移動機構604と、アーム移動機構604を設置する本体605と、本体605に設置され本体605を床面606に対して移動可能にする車輪607と、商用交流電源104、または内蔵のバッテリ206から電力をX線源101に供給するX線高電圧発生装置1と、X線検出器602から出力されたX線信号に対して画像処理を行なうX線画像処理部608と、X線画像処理部608から出力されたX線画像を記憶する外部記憶部609と、X線画像処理部608によって画像処理されたX線画像等を表示する表示部610と、上記各構成要素を制御する制御部213と、制御部213、及び、図2に示すX線照射条件設定部212に対して指令を行なう入力部117と、備えている。

以上、説明したように本発明のX線高電圧発生装置1は、撮影条件に基づいてX線発生部に供給する電源を切替える際、インバータの入力段に接続したコンデンサに対し過剰な突入電流の発生を防止することができ、また、X線高電圧発生装置1を用いた移動型X線透視撮影装置2では、専用の配電盤を必要とすることなく、安定した回路動作によって透視と撮影を行うことができる。

1 X線高電圧発生装置、2 移動型X線透視撮影装置、3 被検体、101 X線源、102 高電圧変換部、103 コンデンサ、104 商用交流電源、105 透視用電源供給部、106 撮影用電源供給部、107 電源切替え部、201 インバータ回路、202 交流高電圧変圧回路、203 整流器、204 平滑コンデンサ、205 サイリスタ、206 バッテリ、207 電源切替え回路、208 コンデンサ電圧値検出回路、209 バッテリ電圧値検出回路、210 電位差比較回路、211 切替え回路制御部、212 X線照射条件設定部、213 制御部、401、402、502 スイッチ、501 ダイドード、601 コリメータ、602 X線検出器、603 アーム、604 アーム移動機構、605 本体、606 床面、607 車輪、608 X線画像処理部、609 外部記憶部、610 表示部

Claims (6)

1. Ｘ線を発生するＸ線源に電力を供給する高電圧変換部と、前記高電圧変換部の入力段に設置したコンデンサと、透視の際、商用交流電源からの電力を用いて前記高電圧変換部に電力を供給する透視用電源供給部と、バッテリを有し、撮影の際、前記バッテリからの電力を用いて前記高電圧変換部に電力を供給する撮影用電源供給部と、前記高電圧変換部に対し、前記透視用電源供給部、又は前記撮影用電源供給部の何れか一方を接続させる電源切替え部と、を有するＸ線高電圧発生装置において、
   前記電源切替え部は、前記高電圧変換部と前記撮影用電源供給部との接続を、前記バッテリの電圧値から前記コンデンサの電圧値を差し引いた電圧値が、予め設定した差分電圧閾値以内にある場合に行うことを特徴とするＸ線高電圧発生装置。
2. 前記電源切替え部は、前記高電圧変換部と前記撮影用電源供給部との接続を、前記バッテリの電圧値と前記コンデンサの電圧値が同じである場合に行うことを特徴とする請求項１に記載のＸ線高電圧発生装置。
3. 前記電源切替え部は、前記バッテリの電圧値から前記コンデンサの電圧値を差し引いた電圧値が、前記差分電圧閾値より大きい場合、前記差分電圧閾値以内になるように前記コンデンサの電圧値を昇圧した後、前記高電圧変換部と前記撮影用電源供給部を接続することを特徴とする請求項１に記載のＸ線高電圧発生装置。
4. 前記電源切替え部は、前記高電圧変換部と前記透視用電源供給部を接続し、前記透視用電源供給部を用いて、前記コンデンサの電圧値を昇圧することを特徴とする請求項３に記載のＸ線高電圧発生装置。
5. 前記電源切替え部は、透視を行うために、前記高電圧変換部と前記透視用電源供給部を接続する場合であって、前記コンデンサの電圧値が、所望のする電圧値より高い場合、放電回路により前記コンデンサの電位が前記所望する電圧値以下となった後、前記高電圧変換部と前記透視用電源供給部を接続することを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載のＸ線高電圧発生装置。
6. 前記Ｘ線源と、前記Ｘ線源に電力を供給するＸ線高電圧発生装置と、前記Ｘ線源と対向設置され前記Ｘ線源から照射され被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器と、前記Ｘ線検出器から出力されたＸ線信号に対して画像処理を行なうＸ線画像処理部と、前記Ｘ線画像処理部によって画像処理されたＸ線画像を表示する表示部と、を有する移動型Ｘ線透視撮影装置であって、
   前記Ｘ線高電圧発生装置は、請求項１乃至５の何れか一項に記載のＸ線高電圧発生装置であることを特徴とする移動型Ｘ線透視撮影装置。

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