JP2016119182A - 放射線発生装置及び放射線撮影システム - Google Patents

Abstract

【課題】インバータ部より出力された管電圧に対応する交流波信号に基づき、入力電圧を増倍して出力する陽極昇圧部と陰極昇圧部とを備えた管電圧回路を有する放射線発生装置において、陽極昇圧部及び陰極昇圧部の一方の故障によって、他方が耐電圧を超える高電圧を出力するのを抑制する放射線発生装置を提供する。【解決手段】陽極昇圧部７と陰極昇圧部８とから出力される電位差を管電圧として検出する管電圧検出部９と、管電圧の立ち上がり期間において、管電圧検出部９で検出した管電圧に基づいて管電圧の上昇率を正常時の上昇率と比較し、異常の場合は管電圧を低下させる指令をインバータ部５に出力する保護部１０とを設ける。【選択図】図１

Description

本発明は、医療機器及び産業技術分野におけるＸ線撮影等に適応できる放射線発生装置と、それを用いた放射線撮影システムに関する。

一般に、放射線発生装置は管電圧回路から放射線発生管を構成する陰極と陽極との間に高電圧を印加することにより、陰極から放出される電子を陽極に接続されたターゲットに照射し、該ターゲットよりＸ線等の放射線を発生させている。このような放射線発生装置では、管電圧回路から高電圧を印加し放射線を発生させている期間において、放射線発生管の耐圧不良等により放電を生じることがある。特許文献１には、放電を検出する手段を備え、放電が検出された場合には高電圧印加を一時停止させるとともに放電の終了後に再開させ、放射線の発生期間が目標値に達すると高電圧印加を停止させる放射線撮影装置が開示されている。

特開２０１３−４８７７７号公開

しかしながら、管電圧回路が陽極電位を出力する陽極昇圧部と陰極電位を出力する陰極昇圧部とに分かれている構成において、放電によって陽極昇圧部又は陰極昇圧部が故障した場合に、再度高電圧を印加をすると、さらなる放電を誘発してしまう場合があった。これは、放電によって陰極昇圧部が故障し出力が不足した状態で所望の高電圧を発生させようとすると、陽極昇圧部が陰極昇圧部の出力不足分を補おうと制御してしまい、陽極昇圧部からの出力と関わる耐電圧部が耐電圧以上の電位となるためである。そしてさらなる放電が誘発された場合には、さらに他の回路や部材に損傷を与え、故障が拡大するおそれがあった。

本発明の課題は、管電圧回路が陽極昇圧部と陰極昇圧部とを備えている放射線発生装置において、陽極昇圧部及び陰極昇圧部の一方の故障によって他方が耐電圧以上の電圧を出力するのを抑制し、該故障に起因する放電を抑制することにある。さらには、係る放射線発生装置を用いた信頼性の高い放射線撮影システムを提供することにある。

本発明の第１は、陰極と陽極とを備え、前記陰極と前記陽極との間に管電圧を印加されることによって放射線を発生する放射線発生管、及び、
所定の前記管電圧に対応する交流波信号を出力するインバータ部と、
倍電整流圧回路を備え、前記インバータ部が出力した交流波信号に基づき、入力電圧を増倍した直流電圧を陰極電位として前記陰極に出力する陰極昇圧部と、
倍電整流圧回路を備え、前記インバータ部が出力した交流波信号に基づき、入力電圧を増倍した直流電圧を陽極電位として前記陽極に出力する陽極昇圧部と、
前記陰極電位と前記陽極電位との電位差を管電圧として検出する管電圧検出部と、を備えた管電圧回路
を備えた放射線発生装置であって、
前記インバータ部が前記交流波信号の出力を開始した時刻以降の管電圧の立ち上がり期間において、前記管電圧検出部において検出された管電圧の上昇率に基づき、前記インバータ部に対して前記管電圧を低下させる指令を出力する保護部を備えたことを特徴とする。

本発明の第２は、放射線発生装置と、
前記放射線発生管から放出され、被検体を透過した放射線を検出する放射線検出装置と
前記放射線発生装置と前記放射線検出装置とを連携制御する制御装置とを備えたことを特徴とする放射線撮影システムである。

本発明の放射線発生装置及び放射線撮影システムにおいては、陽極昇圧部及び陰極昇圧部の一方に故障が発生した場合であっても、他方が耐電圧以上の高電圧を出力するのを抑制し、放電の発生や故障の拡大を抑制することができ、より早く、且つより安価に故障に対処することができる。

本発明の放射線発生装置の一実施形態の構成を示す概略図である。 本発明の放射線発生装置の管電圧回路において、正常時及び陰極が故障した場合のそれぞれにおける陰極昇圧部及び陽極昇圧部の出力電圧と管電圧とを示す図である。 本発明の第一の実施形態における管電圧の上昇率の求め方を示す図である。 本発明の第一の実施形態における保護部の回路構成を模式的に示す図である。 本発明の第二の実施形態における管電圧の上昇率の求め方を示す図である。 本発明の第二の実施形態における保護部の回路構成を模式的に示す図である。 本発明の第二の実施形態における管電圧の上昇率の求め方を示す図である。 本発明の第三の実施形態における保護部の回路構成を模式的に示す図である。 本発明の第一の実施形態の保護部の他の構成を模式的に示す図である。 本発明の放射線撮影システムの一実施形態の構成を示す概略図である。

以下に、本発明の好ましい実施形態を添付の図面を用いて詳細に説明するが、本発明は下記実施形態に限定されるものではない。尚、本明細書で特に図示又は記載されていない部分に関しては、当該技術分野の周知又は公知技術を適用する。また、以下に参照する図面において、同じ記号は同様の構成要素を示す。

〔放射線発生装置〕
図１は、本発明の放射線発生装置の一実施形態の構成を示す概略図である。本例の放射線発生装置は、放射線発生管１、ＤＣ電源部２、管電圧回路３及び放射線照射制御部４からなる。管電圧回路３は、インバータ部５、絶縁トランス６、陽極昇圧部７、陰極昇圧部８、管電圧検出部９、及び、保護部１０からなる。インバータ部５の一部である絶縁トランス６と陽極昇圧部７、陰極昇圧部８、管電圧検出部９の一部である管電圧検出用分圧抵抗（不図示）、及び、放射線発生管１は、絶縁性液体が充填された外囲器（不図示）の中に浸されている。前記絶縁性液体は、前記外囲器に配置された放射線発生管１や管電圧回路３の一部の絶縁耐圧を確保する。前記絶縁性液体には電気絶縁油を用いるのが好ましく、鉱油、シリコーン油等が好適に用いられる。

放射線発生管１の内部は真空に保たれており、陰極側の内部に電子銃が、陽極側の内側にターゲットが設けられている。電子銃から放出された電子は両極間に印加される２００ｋＶ乃至１２０ｋＶの高電界により加速されターゲットに衝突し、放射線が外部へ放射される。

管電圧回路３は、ＤＣ電源部２からのＤＣ１００Ｖ乃至４００Ｖ程度の電源の供給を受け、インバータ部５で所定の管電圧に対応する、電圧数１００Ｖ程度、周波数数ｋＨｚ乃至数１０ｋＨｚ程度の交流波信号に変換する。絶縁トランス６としては、インバータ部５からの交流波信号がトランスの一次側巻線に入力され、２０乃至５０倍程度の巻線比で二次側巻線から数ｋＶ乃至数１０ｋＶ程度の交流に昇圧して出力する。この絶縁トランス６は、高電圧絶縁型であり、前記外囲器の中で電気絶縁油を絶縁トランス６に浸透させることにより一次側巻線と高電圧となる二次側巻線の絶縁が確保されている。

陽極昇圧部７及び陰極昇圧部８は昇圧回路として、倍電整流圧回路を備えており、絶縁トランス６の出力を入力とし、入力電圧の２倍乃至１０倍程度に増倍した直流電圧を発生させる。倍電整流圧回路として好ましくはコッククロフト・ウォルトン回路であり、入力電圧の４倍以上の直流電圧を出力することが好ましい。陽極昇圧部７及び陰極昇圧部８は陽極昇圧部７では１０ｋＶ乃至６０ｋＶの高電圧に昇圧し、陽極電位として放射線発生管１の陽極に印加する。陰極昇圧部８では−１０ｋＶ乃至−６０ｋＶの高電圧に昇圧し、陰極電位として放射線発生管１の陰極に印加する。

管電圧検出部９は、陽極昇圧部７が出力した陽極側高電圧を検出するための分圧抵抗と陰極昇圧部８が出力した陰極側高電圧を検出するための分圧抵抗が、前記外囲器の中に配置されている。陽極側高電圧を検出するための分圧抵抗の低抵抗部からの信号と、陰極側高電圧を検出するための分圧抵抗の低抵抗部からの信号とを前記外囲器の外へ引出し、検出用オペアンプに入力し、両極を統合した管電圧検出を行っている。ここで検出した管電圧信号はインバータ部５へ帰還信号として出力するとともに、管電圧の異常検出信号として保護部１０へ出力する。

保護部１０については、後述するが、形態としては、インバータ部５の出力が開始される時刻以降の管電圧の立ち上がり期間において、管電圧検出部９から入力した管電圧信号と放射線照射制御部４又は保護部１０で設定された判定値とを比較する。そして、管電圧の上昇率が正常時の上昇率から離れている場合に、インバータ部５に対して管電圧を低下させる指令を出力する。また、もう一つの機能として、管電圧が目標値に達して一定値で放射線発生管１を駆動する管電圧印加期間において、管電圧検出部９から入力した管電圧信号と放射線照射制御部４又は保護部１０で設定された管電圧上限値とを比較する。そして、管電圧が異常上昇している場合に、インバータ部５に対して管電圧を低下させる指令を出力する。この時、同時に放射線照射制御部４へ管電圧出力異常信号を伝達する。

放射線照射制御部４については、インバータ部５へ管電圧の目標値の指令及び管電圧の出力の開始指令を出力する。また、保護部１０との交信において、管電圧の異常上昇を検出するための上限値や管電圧の上昇率を判定するための判定値を保護部１０へ伝達する。そして、保護部１０が前述の管電圧を低下させる指令を出力した場合は、同時に保護部１０から管電圧出力異常信号を受信し、異常表示等を行う。

この構成により、管電圧回路３からの高電圧発生時の放電の誘発を抑え、放射線発生装置１の故障を最小限に留め、耐電圧以内の安定した放射線量を得ることができる。

ここで、陽極昇圧部７、または、陰極昇圧部８のいずれか片方が故障し出力が半減した場合の管電圧回路３の管電圧の立上り動作について図２を用いて説明する。

先ず、正常時の動作について説明する。陽極昇圧部７から放射線発生管１の陽極へ印加する陽極電位の正常時の立上りをＶａ（＋）ｓで示す。陰極昇圧部８から放射線発生管１の陰極へ印加する陰極電位の正常時の立上りをＶａ（−）ｓで示す。そして、放射線発生管１の両極間に印加される管電圧の正常時の立上りをＶａｓで示す。両極間に印加される管電圧Ｖａｓは陽極へ印加する陽極電位と陰極へ印加する陰極電位との電位差（Ｖａ（＋）ｓ−Ｖａ（−）ｓ）である。図２からわかるように、管電圧の目標値に達すると目標管電圧を維持するように陽極電位及び陰極電位が一定となる。図２には、目標管電圧を１２０ｋＶとした場合を示す。

次に、陰極昇圧部８が故障した場合について説明する。故障した陰極昇圧部８から放射線発生管１の陰極へ印加する陰極電位の立上り動作をＶａ（−）ｅで示す。本例では−２０ｋＶよりも高電圧の陰極電位が出力できない状態を示している。尚、本例は、放射線発生管１内で放電が発生した際に陰極昇圧部８の基本回路であるコッククロフト・ウォルトン回路の一部に損傷が発生した場合に見受けられる症状である。陽極昇圧部７から放射線発生管１の陽極へ印加する陽極電位の立上り動作をＶａ（＋）ｅで示す。放射線発生管１の両極間に印加される管電圧の立上り動作をＶａｅで示す。前述の管電圧Ｖａｓと同様に、両極間に印加される管電圧Ｖａｅは陽極へ印加する陽極電位と陰極へ印加する陰極電位との電位差である。目標管電圧が１２０ｋＶとすると、Ｖａｅが１２０ｋＶとなるようにインバータ部５は動作する。

この時、Ｖａ（−）ｅは−２０ｋＶまでしか出力できないため、Ｖａ（＋）ｅは、Ｖａ（−）ｅの出力を補うように＋６０ｋＶ以上の出力を出すように動作し続けることになり、結果的にＶａ（＋）ｅは、＋１００ｋＶを出力することになる。そして、Ｖａ（＋）ｅが＋８０ｋＶを超えて出力すると、放電を誘発する可能性が高くなる。これは、一般にＶａ（＋）の耐電圧は、Ｖａ（＋）の最大出力に＋２０ｋＶ程度を設定して設計される。本例では、Ｖａ（＋）の最大出力は＋６０ｋＶであるから耐電圧設計値は＋８０ｋＶとなる。よって、上述のようにＶａ（＋）ｅが＋８０ｋＶを超えて出力してしまうと、耐電圧を超えて放電が誘発される。

本例においては、陰極昇圧部８が故障した場合について説明したが、陽極昇圧部７が故障した場合においても両極間に印加される管電圧の動作は同じ傾向を示し同様な説明となる。

このように、管電圧の立上りにおいて、正常時と故障時とでは目標値までの管電圧の到達時間が異なる。この現象をインバータ部５の出力が開始される時刻以降における、管電圧の上昇率に基づいて比較すると、正常時の上昇率に比べて故障時の上昇率が低くなる。即ち、図１に示すように、管電圧の立ち上がりにおいて、正常時の管電圧Ｖａｓに比べて故障時の管電圧Ｖａｅは任意の時間にΔＶａだけ低くなる。本発明においては、正常時と故障時における、管電圧の立ち上がりの違いを利用して、故障を判断する。本発明においては、管電圧の立ち上がり期間において、正常時の管電圧に対して、同時刻における故障時の管電圧が低く、その差ΔＶａが大きいほど故障が検知しやすい。本発明においては、正常時の管電圧Ｖａｓに対して故障時の管電圧Ｖａｅが最大で２５ｋＶ以上小さい場合（ΔＶａが最大で２５ｋＶ以上）により容易に故障を判断することができる。

尚、予め管電圧回路３が正常時に、インバータ部５の出力が開始される時刻以降から一定間隔、例えば０．００１秒毎に管電圧を計測しておく。これらを正常時の管電圧Ｖａｓの値としてデータをテーブル化することができる。そして、テーブル化したデータは、保護部１０又は放射線照射制御部４等に保存され、目標管電圧に従って各実施形態において、上昇率としての後述の管電圧判定値に変換され、実際の管電圧信号又は検出値と比較できるものとなる。

（実施形態１）
図３、図４を用いて第一の実施形態に係る保護部１０の動作について説明する。図３は、本例における管電圧の立上りを示した図であり、即ち、インバータ部５の出力が開始される時刻以降から目標値に達するまでの立ち上がり期間における管電圧を示したものである。陽極昇圧部７又は陰極昇圧部８のいずれかが故障した時の放射線発生管１の両極間に印加される管電圧の立上りをＶａｅで、正常時の放射線発生管１の両極間に印加される管電圧の立上りをＶａｓで示す。本例は、管電圧の立ち上がり期間において、所定の時間経過後に管電圧検出部９が検出した管電圧が、正常時の管電圧よりも低い場合を故障として判断する形態である。

インバータ部５の出力が開始される時刻以降からｐ秒後においてのそれぞれの管電圧値を比較すると、正常時の管電圧Ｖａｓ（ｐ）が故障時の管電圧Ｖａｅ（ｐ）を上回っていることがわかる。つまり、予め前記ｐ秒後の正常時の管電圧Ｖａｓ（ｐ）を取得しておき、管電圧の立上り動作時にインバータ部５の出力が開始される時刻以降からｐ秒後においての管電圧を取得し、管電圧Ｖａｅ（ｐ）と比較する。その結果、検出した管電圧がＶａｓ（ｐ）よりも明らかに低い場合（例えば、好ましくは検出した管電圧とＶａｓ（ｐ）との差が２５ｋＶ以上ある場合）に、故障であると判断することができる。

図４は、本例に係る保護部１０の回路構成を模式的に示す図である。管電圧検出部９から入力された管電圧検出信号ｖａ−ｓｉｇは、２つの信号比較用オペアンプＯＰ１とオペアンプＯＰ２に入る。一つ目のオペアンプＯＰ１は、インバータ部５の出力が開始される時刻以降において、陽極昇圧部７又は陰極昇圧部８のいずれかが故障した場合に、インバータ部５に対して管電圧を低下させる指令を出力するためのものである。放射線照射制御部４から出力された管電圧判定値Ｖａ−ｒｅｆ（Ｖａｓ（ｐ）に相当）をオペアンプＯＰ１のもう片方の入力端子へ入力する。

放射線照射制御部４から入力された管電圧起動信号ｖａ−ｓｔがアクティブになったとき、即ち、インバータ部５の出力が開始された時に、カウンタＣＮＴ１がカウントを開始する。カウンタＣＮＴ１は、放射線照射制御部４から入力されるカウントデータｃｎｔ−ｄａｔａとカウンタクロックｃｎｔ−ｃｋ例えば１０ｋＨｚで動作する。カウントデータｃｎｔ−ｄａｔａは、図３で説明したインバータ部５の出力が開始される時刻以降からｐ秒後（例えば０．０３秒）にカウントアップするデータとする。カウンタＣＮＴ１がカウントアップするとキャリア信号がＨｉとなり、ＮＯＴ回路ＮＯＴ１を介してＯＲ回路ＯＲ１のゲートが開く。この時、オペアンプＯＰ１に入力された管電圧検出信号ｖａ−ｓｉｇと放射線照射制御部４からの管電圧判定値Ｖａ−ｒｅｆとの比較が行われる。そして、管電圧判定値Ｖａ−ｒｅｆよりも管電圧検出信号ｖａ−ｓｉｇが低い場合は、オペアンプＯＰ１からＬｏｗ信号が出力される。このＬｏｗ信号がＯＲ回路ＯＲ１を通り、ＡＮＤ回路ＡＮＤ１を経て、管電圧ＯＮ／ＯＦＦ信号ｖａ−ｏｎｏｆｆをＬｏｗ信号としてインバータ部５へ出力する。即ち、管電圧の上昇率が正常時の上昇率から離れている場合となり、インバータ部５に対して管電圧を低下させる指令となる。管電圧は０Ｖまで低下させて管電圧の印加を停止しても良い。また、オペアンプＯＰ１の出力は、放射線照射制御部４へ出力され、管電圧出力異常信号ｅｒｒ−ｖａ１を伝達する。

二つ目のオペアンプＯＰ２は、管電圧が立ち上がって一定になった後に、管電圧が異常上昇した場合に、インバータ部５に対して管電圧を低下させる指令を出力するためのものである。放射線照射制御部４から出力された管電圧上限信号ｖａ−ｏｖをオペアンプＯＰ２のもう片方の入力端子へ入力する。放射線照射制御部４から入力された管電圧起動信号ｖａ−ｓｔがアクティブの時に、即ち、管電圧が発生している期間において、管電圧上限信号ｖａ−ｏｖに比べ管電圧検出信号ｖａ−ｓｉｇが大きい場合は、オペアンプＯＰ２がＬｏｗ信号を出力する。そして、ＡＮＤ回路ＡＮＤ１を経て、管電圧ＯＮ／ＯＦＦ信号ｖａ−ｏｎｏｆｆをＬｏｗ信号としてインバータ部５へ出力する。この信号がインバータ部５に対して管電圧を低下させる指令となる。また、オペアンプＯＰ２の出力は、放射線照射制御部４へ出力され、管電圧出力異常信号ｅｒｒ−ｖａ２を伝達する。

管電圧出力異常出力信号ｅｒｒ−ｖａ１、ｅｒｒ−ｖａ２が出力された場合には、管電圧の印加を停止し、陽極昇圧部７又は陰極昇圧部８の故障に対処する。

また、図４においては、保護部１０をアナログ演算回路及び論理演算回路を用いた回路構成としたが、図９の模式図で示すように、保護部１０の中枢としてＣＰＵ１１を配置してもよい。ＣＰＵ１１の周辺に、固定データを記憶したＲＯＭ１２、メインメモリとして機能するＲＡＭ１３、入力信号をプログラム上で処理するためのＡＤ変換部１４、プログラム処理結果をアナログ出力するためのＤＡ変換部１６，１７、及びタイマ１５を配置する。本構成において、ＣＰＵ１１によってＲＯＭ１２に記憶されたコンピュータプログラムを実行して、図３で説明した比較を行う。予めｐ秒後の正常時の管電圧Ｖａｓ（ｐ）の値を取得し、ＲＯＭ１２に記憶しておく。タイマ１５により管電圧の立上り期間にインバータ部５の出力が開始される時刻以降からｐ秒を計測し、その時の管電圧検出信号ｖａ−ｓｉｇの値をＡＤ変換部１４を介して取得し、上記Ｖａｓ（ｐ）と比較判定する。そして、管電圧が異常上昇している場合の判定においても、同様に比較判定し、その結果をＤＡ変換部１６，１７を介して管電圧出力異常信号ｅｒｒ−ｖａ１，ｅｒｒ−ｖａ２を出力する。

以上のように、管電圧回路３に付設された保護部１０によって、陽極昇圧部７又は陰極昇圧部８の故障により、耐電圧を超える高電圧の出力が防止され、放電の誘発や故障の拡大を抑えことができる。よって、前記放射線発生装置の故障を最小限に留めて故障に対処することができる。

（実施形態２）
図５、図６を用いて第二の実施形態に係る保護部１０の動作について説明する。図５は、本例における管電圧の立上りを示した図であり、即ち、インバータ部５の出力が開始される時刻以降から目標値に達するまでの立ち上がり期間における管電圧を示したものである。陽極昇圧部７又は陰極昇圧部８のいずれかが故障した時の放射線発生管１の両極間に印加される管電圧の立上りをＶａｅで、正常時の放射線発生管１の両極間に印加される管電圧の立上りをＶａｓで示す。本例は、管電圧の立ち上がり期間において、正常時に所定の管電圧に到達する時刻までに、管電圧検出部９が検出した管電圧が正常時の管電圧に到達しなかった場合を故障として判断する形態である。

インバータ部５の出力が開始される時刻以降で管電圧値がｄ［ｋＶ］（例えば８０ｋＶ）に到達した時刻を比較すると、正常時の管電圧の到達時刻Ｔｓ（ｄ）の値が故障時の管電圧の到達時刻Ｔｅ（ｄ）の値より小さいことがわかる。つまり、予めｄ［ｋＶ］の正常時の到達時刻Ｔｓ（ｄ）の値を取得しておき、管電圧の立上り時にインバータ部５の出力が開始される時刻以降から管電圧値がｄ［ｋＶ］に到達した時刻の値を取得して比較し、故障の有無を判断する。

図６は本例の保護部の回路構成を模式的に示す図である。図６において、管電圧検出部９から入力された管電圧検出信号ｖａ−ｓｉｇは、２つの信号比較用オペアンプＯＰ１とオペアンプＯＰ２に入る。一つ目のオペアンプＯＰ１は、インバータ部５の出力が開始される時刻以降において、陽極昇圧部７又は陰極昇圧部８のいずれかが故障した場合に、インバータ部５に対して管電圧を低下させる指令を出力するためのものである。

放射線照射制御部４から出力された管電圧判定値Ｖａ−ｒｅｆ（ｄ［ｋＶ］に相当）をオペアンプＯＰ１のもう片方の入力端子へ入力する。管電圧検出信号ｖａ−ｓｉｇが前記管電圧判定値Ｖａ−ｒｅｆよりも低い場合はＨｉを出力し、ＡＮＤ回路ＡＮＤ１はスルー状態となる。

放射線照射制御部４から入力された管電圧起動信号ｖａ−ｓｔがアクティブになった時、即ち、インバータ部５の出力が開始された時に、カウンタＣＮＴ１がカウントを開始する。カウンタＣＮＴ１は、放射線照射制御部４から入力されるカウントデータｃｎｔ−ｄａｔａとカウンタクロックｃｎｔ−ｃｋ例えば１０ｋＨｚで動作する。カウントデータｃｎｔ−ｄａｔａは、図５で説明した正常時にインバータ部５の出力が開始される時刻以降からｄ［ｋＶ］に到達する時刻Ｔｓ（ｄ）にマージン（例えば、２０カウント）を加えてカウントアップするデータとする。カウンタＣＮＴ１がカウントアップする前にオペアンプＯＰ１の比較において管電圧検出信号ｖａ−ｓｉｇが管電圧判定値Ｖａ−ｒｅｆよりも大きくなると、カウンタＣＮＴ１はカウントを停止する。もし、カウンタＣＮＴ１がカウントアップした場合は、管電圧検出信号ｖａ−ｓｉｇが管電圧判定値Ｖａ−ｒｅｆに達していない、即ち、管電圧の上昇率が正常時の上昇率より低いことを示している。この場合、キャリア信号がＨｉとなり、ＮＯＴ回路ＮＯＴ１を介した後、ＡＮＤ回路ＡＮＤ２を経て、管電圧ＯＮ／ＯＦＦ信号ｖａ−ｏｎｏｆｆをＬｏｗ信号としてインバータ部５へ出力する。即ち、インバータ部５に対して管電圧を低下させる指令となる。管電圧は０Ｖまで低下させて管電圧の印加を停止しても良い。また、前記キャリア信号は、ＮＯＴ回路ＮＯＴ１を介した後、放射線照射制御部４へ出力され、管電圧出力異常信号ｅｒｒ−ｖａ１を伝達する。

また、本例においても、管電圧が異常上昇している場合に、二つ目のオペアンプＯＰ２より、インバータ部５に対して管電圧を低下させる指令を出力することができる。係る動作については、実施形態１と同様のため、説明は省略する。

本例においても、実施形態１と同様に、管電圧出力異常出力信号ｅｒｒ−ｖａ１、ｅｒｒ−ｖａ２が出力された場合には、管電圧の印加を停止し、陽極昇圧部７又は陰極昇圧部８の故障に対処する。

また、図６においては、保護部１０をアナログ演算回路及び論理演算回路を用いた回路構成としたが、実施形態１と同様に、図９の模式図で示す保護部１０の中枢としてＣＰＵ１１を配置してもよい。本構成において、ＣＰＵ１１によってＲＯＭ１２に記憶されたコンピュータプログラムを実行して、図３で説明した比較を行う。予め前記ｄ［ｋＶ］の正常時の到達時刻Ｔｓ（ｄ）の値を取得し、前記ＲＯＭ１２に記憶しておく。タイマ１５により管電圧の立上り時にインバータ部５の出力が開始される時刻以降の時刻の計測を開始し、管電圧検出信号ｖａ−ｓｉｇの値をＡＤ変換部１４を介して取得し、ｄ［ｋＶ］に到達した時刻と比較判定する。そして、管電圧が異常上昇している場合の判定においても、同様に比較判定し、その結果をＤＡ変換部１６，１７を介して管電圧出力異常信号ｅｒｒ−ｖａ１，ｅｒｒ−ｖａ２を出力する。

以上のように、管電圧回路３に付設された保護部１０によって、陽極昇圧部７又は陰極昇圧部８の故障により、耐電圧を超える高電圧の出力が防止され、放電の誘発や故障の拡大を抑えことができる。よって、前記放射線発生装置の故障を最小限に留めて故障に対処することができる。

（実施形態３）
図７、図８を用いて第三の実施形態に係る保護部１０の動作について説明する。図５は、本例における管電圧の立上りを示した図であり、即ち、インバータ部５の出力が開始される時刻以降から目標値に達するまでの立ち上がり期間における管電圧を示したものである。陽極昇圧部７又は陰極昇圧部８のいずれかが故障した時の放射線発生管１の両極間に印加される管電圧の立上りをＶａｅで、正常時の放射線発生管１の両極間に印加される管電圧の立上りをＶａｓで示す。本例は、管電圧の立ち上がり期間において、正常時の管電圧の上昇の傾きよりも、管電圧検出部９で検出された管電圧の上昇の傾きが小さい場合に、故障と判断する形態である。

インバータ部５の出力が開始される時刻以降からｐ秒後においてのそれぞれの管電圧の上昇の傾きを比較すると、正常時の管電圧Ｖａｓの傾きが故障時の管電圧Ｖａｅの傾きを上回っていることがわかる。つまり、予めｐ秒後の正常時の管電圧の傾き△Ｖａｓ（ｐ）の値を取得しておき、管電圧の立上り時にインバータ部５の出力が開始される時刻以降からｐ秒後においての管電圧の傾きΔＶａｅ（ｐ）を取得し比較し、故障の有無を判断する。

図８は本例の保護部の回路構成を模式的に示す図である。図８において、管電圧検出部９から入力された管電圧検出信号ｖａ−ｓｉｇは、２つの信号比較用オペアンプＯＰ１とオペアンプＯＰ２に入る。オペアンプＯＰ１、オペアンプＯＰ３、オペアンプＯＰ４は、インバータ部５の出力が開始される時刻以降において、陽極昇圧部７又は陰極昇圧部８のいずれかが故障した場合に、インバータ部５に対して管電圧を低下させる指令を出力するためのものである。

放射線照射制御部４から出力された管電圧の傾き判定値Ｖａ−ｒｅｆ（ΔＶａｓ（ｐ）に相当）をオペアンプＯＰ４の一方の入力端子へ入力する。

放射線照射制御部４から出力された管電圧起動信号ｖａ−ｓｔがアクティブになった時、即ち、インバータ部５の出力が開始された時に、カウンタＣＮＴ１がカウントを開始する。カウンタＣＮＴ１は、放射線照射制御部４から入力されるカウントデータｃｎｔ−ｄａｔａとカウンタクロックｃｎｔ−ｃｋ例えば１０ｋＨｚで動作する。カウントデータｃｎｔ−ｄａｔａは、図７で説明したインバータ部５の出力が開始される時刻以降からｐ秒後（例えば０．０２秒）にカウントアップするデータとする。カウンタＣＮＴ１がカウントアップするとキャリア信号がＨｉとなり、ＮＯＴ回路ＮＯＴ１を介してＯＲ回路ＯＲ１のゲートが開く。この時、管電圧検出信号ｖａ−ｓｉｇが入力された微分回路に含まれるオペアンプＯＰ１によって管電圧の傾きに相当した電圧が検出される。そして、反転増幅回路のオペアンプＯＰ３を経て、オペアンプＯＰ４へ入力される。放射線照射制御部４から出力された管電圧の傾き判定値Ｖａ−ｒｅｆをオペアンプＯＰ４の片方の入力端子へ入力する。オペアンプＯＰ４の比較回路において、管電圧の傾き判定値Ｖａ−ｒｅｆよりも管電圧の傾き値が低い場合（例えば、傾きの差が４００ｋＶ／ｓ以上の場合）は、オペアンプＯＰ４からＬｏｗ信号が出力される。このＬｏｗ信号が前記ＯＲ回路ＯＲ１を通り、ＡＮＤ回路ＡＮＤ２を経て、管電圧ＯＮ／ＯＦＦ信号ｖａ−ｏｎｏｆｆをＬｏｗ信号としてインバータ部５へ出力する。即ち、管電圧の上昇率が正常時の上昇率よりも低い場合となり、インバータ部５に対して管電圧を低下させる指令となる。管電圧は０Ｖまで低下させて管電圧の印加を停止しても良い。

また、オペアンプＯＰ４の出力は、放射線照射制御部４へ出力され、管電圧出力異常信号ｅｒｒ−ｖａ１を伝達する。また、本例においても、管電圧が異常上昇している場合に、二つ目のオペアンプＯＰ２より、インバータ部５に対して管電圧を低下させる指令を出力することができる。係る動作については、実施形態１と同様のため、説明は省略する。

また、図８においては、保護部１０をアナログ演算回路及び論理演算回路を用いた回路構成としたが、実施形態１，２と同様に、図９の模式図で示す保護部１０の中枢としてＣＰＵ１１を配置してもよい。本構成において、ＣＰＵ１１によってＲＯＭ１２に記憶されたコンピュータプログラムを実行して、図７で説明した比較を行う。予めｐ秒近傍の正常時の管電圧の傾き△Ｖａｓ（ｐ）の値を取得し、前記ＲＯＭ１２に記憶しておく。タイマ１５により管電圧の立上り時にインバータ部５の出力が開始される時刻以降からｐ秒近傍を計測し、その時の管電圧検出信号ｖａ−ｓｉｇの値をＡＤ変換部１４を介して取得し、管電圧の傾きを計算して比較する。そして、管電圧が異常上昇している場合の判定においても、同様に比較判定し、その結果をＤＡ変換部１６，１７を介して管電圧出力異常信号ｅｒｒ−ｖａ１，ｅｒｒ−ｖａ２を出力する。

以上のように、管電圧回路３に付設された保護部１０によって、陽極昇圧部７又は陰極昇圧部８の故障により、耐電圧を超える高電圧の出力が防止され、放電の誘発や故障の拡大を抑えことができる。よって、前記放射線発生装置の故障を最小限に留め、耐電圧以内の安定した放射線量を得ることができる。

〔放射線撮影システム〕
図１０は、本発明に係る放射線撮影システムの一実施形態の構成を示す概略図である。本例において、制御装置５４は、本発明の放射線発生装置５２と、放射線検出装置５３とを連携制御する。管電圧回路３は、制御装置５４による制御の下に、放射線発生管１に各種の制御信号を出力する。制御信号により、放射線発生装置５２から放出される放射線の放出状態が制御される。放射線発生装置５２から放出された放射線は、被検体（不図示）を透過して放射線検出装置５３で検出される。放射線検出装置５３は、検出した放射線を画像信号に変換して制御装置５４に出力する。制御装置５４は、画像信号に基づいて、表示装置５５に画像を表示させるための表示信号を、表示装置５５に出力する。表示装置５５は、表示信号に基づく画像を、被検体の撮影画像としてスクリーンに表示する。

本発明の放射線撮影システム５１においては、放射線発生装置５２において、陽極昇圧部７又は陰極昇圧部８の故障による放電やさらなる故障が抑えられている。よって、放射線発生装置５２の故障が最小限に留められ、故障の修理にかかるコストを最小限に抑えることができる。また、被検体への無駄な放射線の照射を防止することができる。尚、図１に示した放電線照射制御部４は、図１０における制御装置５４に含まれていてもよい。

１：放射線発生管、３：管電圧回路、５：インバータ部、７：陽極昇圧部、８：陰極昇圧部、９：管電圧検出部、１０：保護部、５１：放射線撮影システム、５３：放射線検出装置、５４：制御装置

Claims (9)

1. 陰極と陽極とを備え、前記陰極と前記陽極との間に管電圧を印加されることによって放射線を発生する放射線発生管、及び、
   所定の前記管電圧に対応する交流波信号を出力するインバータ部と、
   倍電整流圧回路を備え、前記インバータ部が出力した交流波信号に基づき、入力電圧を増倍した直流電圧を陰極電位として前記陰極に出力する陰極昇圧部と、
   倍電整流圧回路を備え、前記インバータ部が出力した交流波信号に基づき、入力電圧を増倍した直流電圧を陽極電位として前記陽極に出力する陽極昇圧部と、
   前記陰極電位と前記陽極電位との電位差を管電圧として検出する管電圧検出部と、を備えた管電圧回路
   を備えた放射線発生装置であって、
   前記インバータ部が前記交流波信号の出力を開始した時刻以降の管電圧の立ち上がり期間において、前記管電圧検出部において検出された管電圧の上昇率に基づき、前記インバータ部に対して前記管電圧を低下させる指令を出力する保護部を備えたことを特徴とする放射線発生装置。
2. 前記倍電整流圧回路がコッククロフト・ウォルトン回路であり、前記陰極昇圧部と前記陽極昇圧部とは、それぞれ、入力電圧の４倍以上の直流電圧を出力することを特徴とする請求項１に記載の放射線発生装置。
3. 前記管電圧検出部において検出された管電圧の上昇率が、正常時の管電圧の上昇率に比して低い場合に、前記保護部が前記インバータ部に対して前記管電圧を低下させる指令を出力することを特徴とする請求項２に記載の放射線発生装置。
4. 前記立ち上がり期間において前記管電圧検出部で検出される管電圧が、正常時の管電圧よりも２５ｋＶ以上小さい値を示す場合に、前記保護部が前記インバータ部に対して前記管電圧を低下させる指令を出力することを特徴とする請求項３に記載の放射線発生装置。
5. 前記インバータ部が前記交流波信号の出力を開始した時刻から所定の時間経過後に前記管電圧検出部において検出された管電圧が、正常時の管電圧よりも低い場合に、前記保護部が前記インバータ部に対して前記管電圧を低下させる指令を出力することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の放射線発生装置。
6. 正常時に所定の管電圧に到達する時刻までに、前記管電圧検出部において検出された管電圧が到達しなかった場合に、前記保護部が前記インバータ部に対して前記管電圧を低下させる指令を出力することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の放射線発生装置。
7. 前記インバータ部が前記交流波信号の出力を開始した時刻から所定の時間経過後の管電圧の上昇の傾きが、正常時の管電圧の上昇の傾きよりも低かった場合に、前記保護部が前記インバータ部に対して前記管電圧を低下させる指令を出力することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の放射線発生装置。
8. 前記保護部は、前記管電圧検出部において検出された管電圧が、予め設定された前記管電圧を超えた場合に、前記インバータ部に対して前記管電圧を低下させる指令を出力する機能を備えていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の放射線発生装置。
9. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載の放射線発生装置と、
   前記放射線発生管から放出され、被検体を透過した放射線を検出する放射線検出装置と
   前記放射線発生装置と前記放射線検出装置とを連携制御する制御装置とを備えたことを特徴とする放射線撮影システム。

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