JP2014229374A - Ｘ線管制御装置及びｘ線ｃｔ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】三極Ｘ線管におけるグリッド電圧の高効率なリニア制御を実現する。【解決手段】一実施形態におけるＸ線管制御装置は、アノードと、カソードと、グリッドとを備えるＸ線管を制御するＸ線管制御装置であって、２つのスイッチング素子と、２つのダイオードと、コイルと、コンデンサと、制御回路とを備える。上記２つのスイッチング素子は、上記グリッドとの接続点を挟んで電源に対し直列に接続される。上記２つのダイオードは、上記２つのスイッチング素子のそれぞれと逆並列に接続される。上記コイルは、上記接続点と上記グリッドとの間に設けられる。上記コンデンサは、上記カソードと上記グリッドとの間に設けられる。上記制御回路は、上記２つのスイッチング素子を選択的に開閉させて上記コンデンサの電圧を制御することにより、上記カソードに対する上記グリッドの電圧を変化させる。【選択図】 図２

Description

本発明の実施形態は、三極Ｘ線管を制御するＸ線管制御装置及びＸ線ＣＴ（Computed Tomography）装置に関する。

三極Ｘ線管は、例えば回転陽極であるアノードと、フィラメントであるカソードと、収束電極としてのグリッドとを備える。フィラメントに対するグリッド電圧を、カットオフ電圧を超える負電圧とすることでＸ線の発生を阻止し、グリッド電圧を零にすることでＸ線を照射できる。

グリッド電圧を零とカットオフ電圧の間でリニアに変化させれば、管電流及び焦点サイズもリニアに変化する。

管電流等のリニアな制御を実現する方法としては、例えば複数のトランジスタにて構成したリニアアンプにてグリッド電圧を制御する方法が考えられる。しかしながら、グリッド電圧は高電圧であることからトランジスタの発熱も大きい。そのため、トランジスタを冷却するための大型の放熱機構が必要となる。さらに、リニアアンプはグリッド電圧の制御に際して常時電力を消費するため、大型の電源も必要となる。

特開２００２−３３０６４号公報

実施形態の目的は、三極Ｘ線管におけるグリッド電圧の高効率なリニア制御を実現することである。

一実施形態におけるＸ線管制御装置は、アノードと、カソードと、上記カソードから上記アノードに向けて放出される電子を阻止するグリッドとを備えるＸ線管を制御するＸ線管制御装置であって、２つのスイッチング素子と、２つのダイオードと、コイルと、コンデンサと、制御回路とを備える。上記２つのスイッチング素子は、上記グリッドとの接続点を挟んで電源に対し直列に接続される。上記２つのダイオードは、上記２つのスイッチング素子のそれぞれと逆並列に接続される。上記コイルは、上記接続点と上記グリッドとの間に設けられる。上記コンデンサは、上記カソードと上記グリッドとの間に設けられる。上記制御回路は、上記２つのスイッチング素子を選択的に開閉させて上記コンデンサの電圧を制御することにより、上記カソードに対する上記グリッドの電圧を変化させる。

実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の要部を示す構成を示すブロック図。 実施形態に係る高電圧装置及びＸ線管の詳細な構成を示す回路図。 グリッド電圧と管電流との関係を示す図。 図２に示した構成の一部を抜き出した回路図（スイッチＱ２；オン）。 図２に示した構成の一部を抜き出した回路図（スイッチＱ２；オフ）。 スイッチング素子Ｑ２のスイッチングによる作用を説明するタイムチャート。 図２に示した構成の一部を抜き出した回路図（スイッチＱ１；オン）。 図２に示した構成の一部を抜き出した回路図（スイッチＱ１；オフ）。 スイッチング素子Ｑ１のスイッチングによる作用を説明するタイムチャート。 実施形態に係る管電流のリニア制御の利用例を説明するための図。 変形例に係るフィードバック回路を説明するための図。

一実施形態について図面を参照しながら説明する。
本実施形態では、Ｘ線管制御装置の一例として、Ｘ線ＣＴ装置に搭載された高電圧装置を開示する。

図１は、本実施形態におけるＸ線ＣＴ装置１の要部を示す構成を示すブロック図である。同図に示すように、Ｘ線ＣＴ装置１は、架台装置２、寝台装置３、及び、コンソール装置４を備える。

架台装置２は、Ｘ線管５、Ｘ線絞り部６、Ｘ線検出器７、回転フレーム８、高電圧装置９、架台駆動機構部１０、架台／寝台制御部１１、及び、データ収集部１２等を備える。また、架台装置２は、被検体Ｐが送り込まれる撮影空間としての開口部１３を有する。

Ｘ線管５、Ｘ線絞り部６、及び、Ｘ線検出器７は、回転フレーム８に取り付けられる。架台駆動機構部１０は、回転フレーム８を回転させる構造的な機構と、当該機構を動作させるモータ等で構成される。回転フレーム８の回転により、Ｘ線管５とＸ線検出器７とが対向した状態で、開口部１３内に搬送された被検体Ｐの周りを回転する。

高電圧装置９は、Ｘ線管５を制御する。高電圧装置９の詳細については後述する。

Ｘ線管５は、高電圧装置１０に制御されてＸ線を発生する。本実施形態におけるＸ線管５は、アノード、カソード及びグリッドを備える三極Ｘ線管である。

Ｘ線絞り部６は、複数のスリット板を有し、このスリット板を移動させることにより、被検体Ｐに照射されるＸ線の照射範囲を調整する。

Ｘ線検出器７は、２次元アレイ型検出器（いわゆるマルチスライス型検出器）であり、２次元状に配列された複数のＸ線検出素子を有する。

データ収集部（ＤＡＳ）１２は、Ｘ線検出器７の各Ｘ線検出素子が出力する電気信号を取り込み、取り込んだ電気信号を増幅し、増幅した電気信号をデジタル信号に変換する。変換後のデジタル信号は、投影データと呼ばれる。

寝台装置３は、被検体Ｐが載置される天板３０、天板３０を支持する天板支持部３１、及び、寝台駆動機構部３２等を備える。寝台駆動機構部３２は、天板３０をその載置面に対する水平方向及び垂直方向に移動させる構造的な機構と、当該機構を動作させるモータ等で構成されている。スキャン時において寝台駆動機構部３２は、架台／寝台制御部１２の制御の下で天板３０を開口部１３内へと搬送することにより、被検体Ｐを架台装置２の撮影領域（ＦＯＶ）に位置決めする。

架台／寝台制御部１１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及び、ＲＡＭ（Random Access Memory）等で構成され、コンソール装置４等から入力される指示に従って、架台装置２及び寝台装置３の各部を制御する。

コンソール装置４は、コンソール制御部４０、前処理部４１、再構成処理部４２、画像記憶部４３、画像処理部４４、表示部４５、及び、入力部４６等を備える。

コンソール制御部４０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、および、ＲＡＭ等で構成され、コンソール装置４が備える各部を制御する。前処理部４１は、データ収集部１２から投影データを受け取り、感度補正やＸ線強度補正等の前処理を施す。

再構成処理部４２は、再構成スライス厚、再構成間隔、及び、再構成関数等のパラメータや再構成プロトコルに従い、前処理部４１にて前処理が施された後の投影データを再構成して被検体の断層像データやボリュームデータ等の再構成画像データを生成する。

画像記憶部４３は、データ収集部１２から送られる投影データ（生データ）、前処理部４１にて前処理が施された投影データ、及び、再構成処理部４２にて生成された再構成画像データ等を記憶する。

画像処理部４４は、画像記憶部４３に記憶された再構成画像データに対して、ウィンドウ変換、ＲＧＢ処理等の表示のための画像処理を行い、当該処理後のデータを表示部４５に出力する。画像処理部４４は、オペレータの指示に基づき、当該再構成画像データを用いて任意断面の断層像、任意方向からの投影像、或いは３次元表面画像等のデータを生成し、当該データを表示部４５に出力することもある。表示部４５は、画像処理部４４が出力したデータに基づくＸ線ＣＴ画像を表示する。

入力部４６は、キーボード、各種スイッチ、マウス、及びトラックボール等のデバイスを備える。入力部４６は、スキャンプロトコルや再構成プロトコル等の各種スキャン条件の入力等に用いられる。

高電圧装置９について説明する。
図２は、高電圧装置９及びＸ線管５の詳細な構成を示す回路図である。Ｘ線管５は、例えば回転陽極であるアノード５１と、フィラメントであるカソード５２と、集束電極としてのグリッド５３とを備える。グリッド５３に印可する電圧を変化させることにより、Ｘ線管５の管電流Ｉを制御することができる。以下の説明においては、カソード５２に対するグリッド５３の電位をグリッド電圧Ｖｇと呼ぶ。グリッド電圧Ｖｇと管電流Ｉとの関係を図３に示す。管電圧及びフィラメントの加熱条件を一定に保った状態で、グリッド電圧Ｖｇを負方向に高めると、管電流Ｉは減少する。管電流Ｉが零となるグリッド電圧を、カットオフ電圧と呼ぶ。

高電圧装置９は、Ｘ線管５に管電圧を印可するための回路として、主インバータ１００と、高電圧トランス１０１と、高電圧整流器１０２と、高電圧コンデンサ１０３とを備える。主インバータ１００は、商用交流電源から図示せぬ整流器を介して供給される直流をスイッチングして所定周波数の交流電圧を生成する。高電圧トランス１０１は、主インバータ１００に接続された一次巻線１０１ａと、高電圧整流器１０２に接続された２つの二次巻線１０１ｂとを備える絶縁トランスである。主インバータ１００から一次巻線１０１ａに交流が供給されると、二次巻線１０１ｂから高電圧整流器１０２に昇圧された交流電圧が出力される。高電圧整流器１０２及び高電圧コンデンサ１０３は、高電圧トランス１０１から入力される交流電圧を整流及び平滑化してＸ線管５のアノード５１及びカソード５２間に印可する。

高電圧装置９は、グリッド電圧Ｖｇを制御するための回路として、グリッド電圧インバータ２００と、グリッド電圧トランス２０１と、倍電圧整流器２０２と、グリッド電圧回路２０３と、コンデンサＣｇと、抵抗Ｒｇと、制御回路２０４とを備える。

グリッド電圧インバータ２００は、商用交流電源から図示せぬ整流器を介して供給される直流をスイッチングして所定周波数の交流電圧を生成する。グリッド電圧トランス２０１は、グリッド電圧インバータ２００に接続された一次巻線２０１ａと、倍電圧整流器２０２に接続された二次巻線２０１ｂとを備える絶縁トランスである。グリッド電圧インバータ２００から一次巻線２０１ａに交流が供給されると、二次巻線２０１ｂから倍電圧整流器２０２に昇圧された交流電圧が出力される。例えば二次巻線２０１ｂの出力電圧は１５００Ｖ（交流）であり、倍電圧整流器２０２の出力電圧は３０００Ｖ（直流）である。

グリッド電圧回路２０３は、２つのスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２と、２つのダイオードＤ１，Ｄ２と、２つのスイッチ駆動回路Ａ１，Ａ２と、コイルＬとを備える。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は、グリッド５３との接続点を挟んで、グリッド電圧回路２０３の電源である倍電圧整流器２０２に対して直列に接続されている。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２としては、例えばＭＯＳＦＥＴを用いることができる。以下の説明においては、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２が閉じている状態をオンと呼び、開いている状態をオフと呼ぶ。

ダイオードＤ１は、スイッチング素子Ｑ１に対して逆並列に接続される。ダイオードＤ２は、スイッチング素子Ｑ２に対して逆並列に接続される。スイッチング素子Ｑ１としてＭＯＳＦＥＴを用いる場合、ダイオードＤ１は当該ＭＯＳＦＥＴに内蔵されたダイオードを利用してもよい。同様に、スイッチング素子Ｑ２としてＭＯＳＦＥＴを用いる場合、ダイオードＤ２は当該ＭＯＳＦＥＴに内蔵されたダイオードを利用してもよい。

スイッチ駆動回路Ａ１は、スイッチング素子Ｑ１をオン／オフする。スイッチ駆動回路Ａ２は、スイッチング素子Ｑ２をオン／オフする。

コイルＬは、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２間に所在する上記接続点と、グリッド５３とを接続する導線上に配置される。

コンデンサＣｇは、カソード５２とグリッド５３の間に設けられる。グリッド５３とグリッド電圧回路２０３を接続する導線と、カソード５２とグリッド電圧回路２０３を接続する導線は、高電圧装置９とＸ線管５を接続する高圧ケーブル内に平行して配置される。コンデンサＣｇとしては、これら各導線の間に生じる分布容量、及び、カソード５２とグリッド５３との間に生じる浮遊容量を利用できる。但し、これらの分布容量及び浮遊容量を用いずに、回路部品としてのコンデンサを使用してもよい。抵抗Ｒｇは、Ｘ線管５のカソード５２とグリッド５３との間に生じる漏れ電流の存在を示す。

制御回路２０４は、グリッド電圧Ｖｇと、グリッド電圧Ｖｇの目標値とに基づいて、スイッチ駆動回路Ａ１，Ａ２を駆動する。

制御回路２０４の動作について説明する。
先ず、Ｘ線管５の管電流Ｉを下げ、かつＸ線管５の焦点サイズを小さくする方向にグリッド電圧Ｖｇを制御する場合の動作について説明する。この場合、グリッド電圧Ｖｇが負方向に増加するようにコンデンサＣｇに電荷を蓄えさせる。当該動作に際して、スイッチング素子Ｑ１はオフされている。

図４及び図５は、図２に示した構成からグリッド電圧回路２０３の電源Ｅ、スイッチング素子Ｑ２、ダイオードＤ１、コイルＬ、コンデンサＣｇ、及び、抵抗Ｒｇを抜き出して示す回路図である。電源Ｅは、倍電圧整流器２０２の出力であり、例えば３０００Ｖである。特に図４はスイッチング素子Ｑ２がオンされた状態を示し、図５はスイッチング素子Ｑ２がオフされた状態を示す。

スイッチング素子Ｑ２をオン／オフさせると、オン状態及びオフ状態の時間比率に応じてコンデンサＣｇを充電することができる。スイッチング素子Ｑ２がオンされると、図４に示す矢印のように電源Ｅ、コンデンサＣｇ、コイルＬ、スイッチング素子Ｑ２の順で通過する電流が流れる。その結果、コンデンサＣｇは、グリッド５３がカソード５２に対して負極性となるように充電される。すなわち、グリッド電圧Ｖｇが負方向に増加する。

スイッチング素子Ｑ２がオフされると、コイルＬに発生する起電力により、図５に示す矢印のようにダイオードＤ１及びコンデンサＣｇを通ってコイルＬに戻る循環電流が流れる。

ここで、抵抗Ｒｇが十分小さく適度に電力を消費するならば、スイッチング素子Ｑ２を所定周期で繰り返しオン／オフする場合には、以下の式によってグリッド電圧Ｖｇが求まる。

Ｖｇ＝−Ｅ・Ｔon／（Ｔon＋Ｔoff）
ここに、Ｔonは上記周期に従ってスイッチング素子Ｑ２をオンする時間であり、Ｔoffは上記周期に従ってスイッチング素子Ｑ２をオフする時間である。この式に従ってグリッド電圧Ｖｇが定まる場合、制御回路２０４は、オン時間Ｔon及びオフ時間Ｔoffを目標値に応じた値に設定することで、グリッド電圧Ｖｇを目標値に収束させることができる。

しかしながら、抵抗Ｒｇが大きい場合にはオン時間Ｔon及びオフ時間Ｔoffの設定のみによってグリッド電圧Ｖｇを収束させることができず、コンデンサＣｇの電圧が上昇を続けてしまう。そこで、本実施形態における制御回路２０４は、グリッド電圧Ｖｇを検出し、検出結果に応じてオン時間Ｔon及びオフ時間Ｔoffの時間比率を調整することで、グリッド電圧Ｖｇを目標値で安定させる。

図６は、コンデンサＣｇの電圧と、コイルＬに流れる電流と、オン時間Ｔon及びオフ時間Ｔoffの関係の一例を示すタイムチャートである。Ｘ線管５の管電流Ｉを下げるとき、先ず制御回路２０４は、オン時間をＴon１、オフ時間をＴoff１に設定する。スイッチ駆動回路Ａ２は、オン時間Ｔon１、オフ時間Ｔoff１でスイッチング素子Ｑ２をスイッチングする。このスイッチングにより、コンデンサＣｇの電圧、すなわちグリッド電圧Ｖｇが負方向に増加する。コイルＬを流れる電流は、スイッチング素子Ｑ２がオフのときに上昇し、スイッチング素子Ｑ２がオンのときに減少する。なお、図６においては、図４及び図５における左から右の方向を正として当該電流の変化を示している。

やがてグリッド電圧Ｖｇが目標値に達したことを検出すると、制御回路２０４は、オン時間をＴon２（＜Ｔon１）、オフ時間をＴoff２（＞Ｔoff１）に設定する。スイッチ駆動回路Ａ２は、オン時間Ｔon２、オフ時間Ｔoff２でスイッチング素子Ｑ２をスイッチングする。このスイッチングにより、コンデンサＣｇの電圧、すなわちグリッド電圧Ｖｇが目標値で一定に保たれる。オン時間Ｔon２及びオフ時間Ｔoff２は、例えばこれらの時間比率でのスイッチングによって、コンデンサＣｇの放電による電圧低下が補われる程度の値となるように予め定めておけばよい。コイルＬを流れる電流は、ほぼ零であり、スイッチング素子Ｑ２がオンのときに負方向に僅かに振れる。

続いて、Ｘ線管５の管電流Ｉを上げ、かつＸ線管５の焦点サイズを大きくする方向にグリッド電圧Ｖｇを制御する場合の動作について説明する。この場合、グリッド電圧Ｖｇが零に向かうようにコンデンサＣｇに電荷を放出させる。当該動作に際して、スイッチング素子Ｑ２はオフされている。

図７及び図８は、図２に示した構成からグリッド電圧回路２０３の電源Ｅ、スイッチング素子Ｑ１、ダイオードＤ２、コイルＬ、コンデンサＣｇ、及び、抵抗Ｒｇを抜き出して示す回路図である。特に図７はスイッチング素子Ｑ１がオンされた状態を示し、図８はスイッチング素子Ｑ１がオフされた状態を示す。

スイッチング素子Ｑ１がオンされると、図７に示す矢印のようにコンデンサＣｇ、コイルＬ、スイッチング素子Ｑ１の順で通過する電流が流れる。このとき、コンデンサＣｇに蓄えられたエネルギーの一部がコイルＬに移り、コンデンサＣｇの電圧が零に近づく。そのため、管電流Ｉが増加し、焦点サイズが大きくなる方向に変化する。

スイッチング素子Ｑ１がオフされると、コイルＬに発生する起電力により、図８に示す矢印のようにダイオードＤ２、コイルＬ、コンデンサＣｇ、及び、電源Ｅの順で通過する電流が流れる。この電流により、コンデンサＣｇに蓄えられた電荷が電源Ｅに回生されるとともに、コイルＬに蓄えられたエネルギーも電源Ｅに回生される。具体的には、この電荷は、図２に示す倍電圧整流器２０２に含まれるコンデンサに蓄えられる。

このようなスイッチングが続けられると、コンデンサＣｇの電荷が電源Ｅに徐々に移るので、グリッド電圧Ｖｇが零に近づき続ける。

図９は、コンデンサＣｇの電圧と、コイルＬに流れる電流と、スイッチング素子Ｑ１のオン時間Ｔon及びオフ時間Ｔoffの関係の一例を示すタイムチャートである。Ｘ線管５の管電流Ｉを上げるとき、先ず制御回路２０４は、スイッチング素子Ｑ１のオン時間をＴon３、オフ時間をＴoff３に設定する。スイッチ駆動回路Ａ１は、オン時間Ｔon３、オフ時間Ｔoff３でスイッチング素子Ｑ１をスイッチングする。このスイッチングにより、コンデンサＣｇの電圧、すなわちグリッド電圧Ｖｇが零に近づく。コイルＬを流れる電流は、スイッチング素子Ｑ１がオフのときに上昇し、スイッチング素子Ｑ１がオンのときに減少する。なお、図９においては、図７及び図８における左から右の方向を正として当該電流の変化を示している。

やがてグリッド電圧Ｖｇが目標値に達したことを検出すると、制御回路２０４は、スイッチング素子Ｑ１のスイッチングを停止する。コンデンサＣｇの放電による電圧低下を補う必要がある場合、制御回路２０４は、図６に示したようにスイッチング素子Ｑ２をオン時間Ｔon２及びオフ時間Ｔoff２にてスイッチングすることにより、当該電圧低下を補う電荷をコンデンサＣｇに供給する。

以上のように、高電圧装置９は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチングによりグリッド電圧Ｖｇを所望の値に設定することができる。すなわち、高電圧装置９は、グリッド電圧Ｖｇをリニアに変化させることができる。したがって、Ｘ線管５の管電流Ｉのリニアな制御と、焦点サイズの連続的な制御を実現できる。

このような制御の利用例につき、図１０を用いて説明する。
天板３０に寝た被検体Ｐの体軸に沿う断面形状は、図１０の上方に示すように楕円形となる。Ｘ線管５が発生したＸ線は、体厚が厚い方向ほどＸ線検出器７に到達し難い。最も厚い体厚において良好な投影データが収集できるようにＸ線のエネルギーを設定したとすると、より低いエネルギーで足りる体厚が薄い方向においてまで当該エネルギーのＸ線を被検体Ｐに照射することになる。すなわち、被検体Ｐを無駄に被曝させてしまう。

そこで、本例では、Ｘ線管５及びＸ線検出器７を被検体Ｐの周囲で１回転させる間に、被検体Ｐの体厚に応じて管電流Ｉをリニアに変化させる手法を開示する。

被検体Ｐの真上位置を回転角０°としてＸ線管５及びＸ線検出器７の回転角θを定義する。通常、被検体Ｐの体厚は、回転角０°及び回転角１８０°の方向において最小となり、回転角９０°及び回転角２７０°の方向において最大となる。

そこで図１０の下方に示すように、高電圧装置９は、管電流Ｉを、回転角０°及び回転角１８０°において最小となり、回転角９０°及び回転角２７０°において最大となるように制御する。

具体的には、回転角θと、図１０の下方に示すような管電流Ｉを得るためのグリッド電圧Ｖｇの目標値との関係を定めておく。このような関係を表す情報は、例えば制御回路２０４が備えるメモリに記憶させる。制御回路２０４は、例えば架台／寝台制御部１１から現在の回転角θの通知を受け、当該回転角θに応じた目標値を上記メモリから読み出す。制御回路２０４は、図４〜図９を用いて説明したスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチングにより、当該目標値にグリッド電圧Ｖｇを収束させる。なお、Ｘ線管５の回転速度が一定であるならば、架台／寝台制御部１１から現在の回転角θの通知を受けずとも、制御回路２０４は時間経過とともに上記メモリを参照してグリッド電圧Ｖｇの目標値を変化させればよい。

なお、管電流は、Ｘ線管のフィラメントの加熱量によって変化させることもできる。しかしながら、Ｘ線ＣＴ装置におけるＸ線管の回転速度は例えば１回転あたり０．３秒程度と高速であり、フィラメントの加熱量の制御では管電流を追従させることができない。

以上説明した本実施形態によれば、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチングにより、Ｘ線管５の管電流Ｉのリニアな制御と、焦点サイズの連続的な制御を実現できる。

この方式においては、従来のリニアアンプのようにトランジスタ等のパワー素子をリニアに動作させない。そのため、例えばＭＯＳＦＥＴであるスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２における損失は少なく、大型の放熱機構は不要である。

また、コンデンサＣｇとして高電圧装置９とＸ線管５を接続する高圧ケーブル内の導体間の分布容量やカソード５２とグリッド５３との間に生じる浮遊容量等の容量成分を利用する場合には、別途のコンデンサを回路に組み込む必要がないので、部品点数を削減できる。また、ダイオードＤ１，Ｄ２として例えばＭＯＳＦＥＴであるスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２に内蔵されたダイオードを利用することによっても、部品点数を削減できる。

また、グリッド電圧Ｖｇを零に近づける際には、コンデンサＣｇの電荷を電源に回生できるので、消費電力を抑えることができる。さらに、電源も小型化できる。

このように、本実施形態によれば、Ｘ線管５におけるグリッド電圧Ｖｇの高効率なリニア制御を実現することができる。

さらに、例えば図１０を用いて説明した利用例のように管電流Ｉをリニアに制御することで、被検体Ｐの被曝を低減することができる。この場合においては、体厚に応じたエネルギーのＸ線を被検体Ｐに照射して投影データを収集するので、アーチファクトの少ない高精細な再構成画像が得られる。

これらの他にも、本実施形態にて開示した構成からは、種々の好適な効果が得られる。

（変形例）
いくつかの変形例を示す。

上記実施形態では、Ｘ線管制御装置の一例として、Ｘ線ＣＴ装置１に搭載された高電圧装置９を開示した。しかしながら、高電圧装置９が備える構成は、他種のＸ線管制御装置に適用することもできる。例えば、高電圧装置９と同様の回路構成を、Ｘ線透視撮影装置が備える高電圧装置等のＸ線管制御装置に適用してもよい。

上記実施形態では、Ｘ線管５を被検体Ｐの周囲で１回転させる間に体厚に応じて管電流をリニアに変化させる利用例を挙げた。しかしながら、上記実施形態における構成は、他の場面で利用することもできる。例えば、Ｘ線管５を１回転させる際に、被検体Ｐの部位のうちＸ線による悪影響が懸念される目などの特定の部位がＸ線管５の正面に位置する間に限って管電流Ｉが低くなるように、管電流Ｉをリニアに制御してもよい。

上記実施形態では、グリッド電圧Ｖｇ用の電源を生成するための構成要素として、グリッド電圧インバータ２００とグリッド電圧トランス２０１とを用いる場合を示した。しかしながら、Ｘ線管５に高電圧を供給するための高電圧トランス１０１にグリッド電圧回路２０３に接続された二次巻線を設け、主インバータ１００の動作によってグリッド電圧Ｖｇ用の電源を生成してもよい。

上記実施形態では、Ｘ線管５の管電流Ｉを下げる場合に、グリッド電圧Ｖｇが目標値に達した後は、制御回路２０４がスイッチング素子Ｑ２のオン時間Ｔon及びオフ時間Ｔoffの時間比率を調整してグリッド電圧Ｖｇを安定させるとした。しかしながら、グリッド電圧Ｖｇが目標値に達した際に、制御回路２０４は、オン時間Ｔon及びオフ時間Ｔoffを変えずに、スイッチング素子Ｑ２のスイッチングの周波数を調整することによりグリッド電圧Ｖｇを安定させてもよい。

また、制御回路２０４は、グリッド電圧Ｖｇが目標値に近づくように、ＰＷＭ（パルス幅変調）制御によりスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のオン時間Ｔon及びオフ時間Ｔoffを調整してもよい。このような構成を実現するためのフィードバック回路の一例を、図１１に示す。

フィードバック回路３００は、極性反転器３０１と、誤差増幅器３０２と、ＰＷＭ回路３０３，３０４とを備える。極性反転器３０１のマイナス端子（−）への入力は分圧されたグリッド電圧Ｖｇであり、プラス端子（＋）への入力は基準電位である。極性反転器３０１は、マイナス端子（−）に入力される電圧の極性を反転させ、誤差増幅器３０２のマイナス端子（−）に出力する。例えば極性反転器３０１は、グリッド電圧Ｖｇが−１５００Ｖのときに３Ｖの電圧を誤差増幅器３０２のマイナス端子（−）に出力し、グリッド電圧Ｖｇが−１０００Ｖのときに２Ｖの電圧を誤差増幅器３０２のマイナス端子（−）に出力する。誤差増幅器３０２のプラス端子（＋）への入力は、グリッド電圧Ｖｇの目標値に対応する電圧である。この電圧は、極性反転器３０１と同様の比率で目標値を減圧し、極性を反転した値であり、例えば目標値が−１５００Ｖのときに３Ｖであり、目標値が−１０００Ｖのときに２Ｖである。

誤差増幅器３０２の出力は、ＰＷＭ回路３０３，３０４のそれぞれに接続される。ＰＷＭ回路３０３は、スイッチ駆動回路Ａ１に駆動波形を出力する。この駆動波形は、スイッチング素子Ｑ１のオン時間Ｔon或いはオフ時間Ｔoffを表すパルスを含む。スイッチ駆動回路Ａ１は、当該駆動波形に従ってスイッチング素子Ｑ１をオン／オフする。ＰＷＭ回路３０３は、誤差増幅器３０２から出力される電圧がマイナス極性である場合に、当該電圧が大きいほどスイッチング素子Ｑ１のオン時間Ｔonが長く、オフ時間Ｔoffが短くなるように駆動波形のパルス幅を調整する。

ＰＷＭ回路３０４は、スイッチ駆動回路Ａ２に駆動波形を出力する。この駆動波形は、スイッチング素子Ｑ２のオン時間Ｔon或いはオフ時間Ｔoffを表すパルスを含む。スイッチ駆動回路Ａ２は、当該駆動波形に従ってスイッチング素子Ｑ２をオン／オフする。ＰＷＭ回路３０４は、誤差増幅器３０２から出力される電圧がプラス極性である場合に、当該電圧の絶対値が大きいほどスイッチング素子Ｑ２のオン時間Ｔonが長く、オフ時間Ｔoffが短くなるように駆動波形のパルス幅を調整する。

このような構成のフィードバック回路３００においては、グリッド電圧Ｖｇが目標値よりも低い場合には誤差増幅器３０２の出力がプラス極性となり、ＰＷＭ回路３０４が動作してスイッチング素子Ｑ２がオン／オフされる。グリッド電圧Ｖｇが目標値に近づくにつれてスイッチＱ２のオン時間Ｔonが短くなり、グリッド電圧Ｖｇが目標値にて安定する。

一方、グリッド電圧Ｖｇが目標値よりも高い場合には誤差増幅器３０２の出力がマイナス極性となり、ＰＷＭ回路３０３が動作してスイッチング素子Ｑ１がオン／オフされる。グリッド電圧Ｖｇが目標値に近づくにつれてスイッチＱ１のオン時間Ｔonが短くなり、グリッド電圧Ｖｇが目標値にて安定する。

このようなＰＷＭ制御を用いた場合であっても、グリッド電圧Ｖｇないしは管電流Ｉをリニアに制御することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…Ｘ線ＣＴ装置、５…Ｘ線管、９…高電圧装置、Ｃｇ…コンデンサ、Ｒｇ…抵抗、Ｑ１，Ｑ２…スイッチング素子、Ｄ１，Ｄ２…ダイオード、Ａ１，Ａ２…スイッチ駆動回路、Ｌ…コイル、５１…アノード、５２…カソード、５３…グリッド、１００…主インバータ、１０１…高電圧トランス、１０２…高電圧整流器、１０３…高電圧コンデンサ、２００…グリッド電圧インバータ、２０１…グリッド電圧トランス、２０２…倍電圧整流器、２０３…グリッド電圧回路、２０４…制御回路。

Claims (5)

1. アノードと、カソードと、前記カソードから前記アノードに向けて放出される電子を阻止するグリッドとを備えるＸ線管を制御するＸ線管制御装置であって、
   前記グリッドとの接続点を挟んで電源に対し直列に接続された２つのスイッチング素子と、
   前記２つのスイッチング素子のそれぞれと逆並列に接続された２つのダイオードと、
   前記接続点と前記グリッドとの間に設けられたコイルと、
   前記カソードと前記グリッドとの間に設けられたコンデンサと、
   前記２つのスイッチング素子を選択的に開閉させて前記コンデンサの電圧を制御することにより、前記カソードに対する前記グリッドの電圧を変化させる制御回路と、
   を備えるＸ線管制御装置。
2. 前記コンデンサとして、前記カソードと前記グリッドとの間の容量成分と、当該Ｘ線管制御装置と前記Ｘ線管とを接続するケーブルに含まれる導体間の容量成分とを用いた請求項１に記載のＸ線管制御装置。
3. 前記２つのスイッチング素子はＭＯＳＦＥＴであり、前記２つのダイオードは前記ＭＯＳＦＥＴに内蔵されたダイオードである請求項１又は２に記載のＸ線管制御装置。
4. 前記Ｘ線管はＸ線ＣＴ装置に搭載され、被検体の周囲を回転し、
   前記制御回路は、前記Ｘ線管の回転角度に応じて、前記カソードに対する前記グリッドの電圧をリニアに変化させる請求項１乃至３のうちいずれか１に記載のＸ線管制御装置。
5. アノードと、カソードと、前記カソードから前記アノードに向けて放出される電子を阻止するグリッドとを備えるＸ線管と、
   前記グリッドとの接続点を挟んで電源に対し直列に接続された２つのスイッチング素子と、
   前記２つのスイッチング素子のそれぞれと逆並列に接続された２つのダイオードと、
   前記接続点と前記グリッドとの間に設けられたコイルと、
   前記カソードと前記グリッドとの間に設けられたコンデンサと、
   前記２つのスイッチング素子を選択的に開閉させて前記コンデンサの電圧を制御することにより、前記カソードに対する前記グリッドの電圧を変化させる制御回路と、
   を備えるＸ線ＣＴ装置。

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