JP2018014263A - Ｘ線高電圧装置及びｘ線撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
Ｘ線撮像装置を大型化及び高コスト化させることなく、Ｘ線高電圧装置によるノイズの影響を低減させて、Ｘ線撮像装置の各ユニット間の通信の高速化及び信頼性を向上させる。
【解決手段】
Ｘ線を発生させて画像を取得するＸ線撮像装置に適用され、交流電源から供給された電力を直流電圧に変換するコンバータと、前記直流電圧を交流電圧に変換するインバータと、前記交流電圧を昇圧して高電圧を発生する高電圧発生器と、少なくとも前記インバータを制御する制御部を備え、該制御部が、前記インバータが備える複数の半導体スイチング素子の動作の切り替えのタイミングに基づいて前記Ｘ線撮像装置に含まれる機器間の通信の可否を示す通信許可情報を出力するＸ線高電圧装置を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の電力変換回路を有するＸ線高電圧装置、及びＸ線高電圧装置を備えるＸ線ＣＴ装置等のＸ線撮像装置に関する。

Ｘ線ＣＴ装置は、Ｘ線源とＸ線源に対向して配置された検出器とを被検体の周囲で回転させながら、Ｘ線源から照射され被検体を透過したＸ線を検出器により検出する。これにより得られる複数角度からの投影データを用いて被検体の断層画像を取得する。Ｘ線ＣＴ装置で取得された画像は、表示装置に表示されて画像診断に供される。
Ｘ線ＣＴ装置において画像を取得する際には、Ｘ線源、Ｘ線源に高電圧を供給するＸ線高電圧装置、Ｘ線高電圧装置を制御するＸ線制御ユニット、検出器、操作卓、画像を生成する画像生成ユニット、これらの各装置を制御する制御ユニット等が、相互に必要な制御信号の送受信やデータ転送、すなわち通信を行っている。
近年、検出器の高精細化、マルチスライス化、被曝低減の要請によりＸ線ＣＴ装置に備えられる各ユニットに対する制御は煩雑化する傾向にある。また、Ｘ線ＣＴ装置の異常監視・故障予知を目的としたビッグデータ解析等、通信データの情報量は増加し、通信速度の高速化、信頼性向上、遅延のないリアルタイム通信等が求められている。

ところで、Ｘ線ＣＴ装置では、高出力のＸ線曝射を行うためにＸ線高電圧装置によりＸ線源に電力を供給している。Ｘ線高電圧装置は、高出力のコンバータ回路やインバータ回路を有し、これらの回路のオン／オフを適宜切り替えることにより電力系統からの交流電圧から所望の電圧値の高周波交流電圧に変換している。Ｘ線高電圧装置では、この各回路のオン／オフの切り替え時に、大きなスイッチングノイズを発生してしまう。つまり、Ｘ線ＣＴ装置において、Ｘ線高電圧装置が大きなノイズ源となり、Ｘ線ＣＴ装置を構成する各装置間のデータ通信の高速化、信頼性の向上が困難となる。

このため、例えば、特許文献１に開示されたＸ線高電圧装置では、ノイズが生じたことによる周辺機器への誤動作を低減するために、Ｘ線管によるＸ線曝射時に、Ｘ線曝射条件に応じてＸ線高電圧装置が備える複数の半導体電力変換回路のうち、一部の半導体電力変換回路内の半導体スイッチング素子の動作を停止させてノイズ発生量を低減させている。具体的には、高出力、短時間のＸ線照射による一般撮影の場合には、ロータ制御を停止させ、低中出力、中長時間のＸ線照射による透視撮影の場合には、コンバータ制御を停止させることで、ノイズの発生量を低減させることで、ノイズによる影響を抑制している。

特開２０１１−１６５４４６号公報

しかしながら、上述した特許文献１のＸ線高電圧装置では、複数の半導体電力変換回路のうちの何れかを停止させるので、撮影動作に制限が生じてしまう。また、特許文献１のＸ線高電圧装置は、一般撮影や透視撮影を行うＸ線撮影装置に適用することを前提としており、これをこのままＸ線ＣＴ装置に適用することは困難である。つまり、Ｘ線ＣＴ装置では、Ｘ線撮影装置に比して、はるかに長時間かつ高出力のＸ線曝射を継続して画像を取得するので、特許文献１のＸ線高電圧装置のように何れかの半導体電力変換回路を停止させてしまうと、所望の画像を取得することができない。

さらに、Ｘ線ＣＴ装置では、Ｘ線源と検出器とを高速で回転する回転盤に配置しており、回転盤を回転させながら検出器で検出した信号等を、スリップリングを介して他のユニットに送信している。つまり、Ｘ線ＣＴ装置において、回転盤に設けられた検出器等と他のユニットとの間の通信接続はスリップリングのみで行われているため、例えば、アースを強化する、アースを分離する等のノイズ対策部品を追加することが困難である。
また、Ｘ線高電圧装置を遮蔽する、又は、他のユニットから距離を置いて配置する等は、Ｘ線ＣＴ装置の大型化及び高コスト化を招来する。

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、Ｘ線撮像装置を大型化及び高コスト化させることなく、Ｘ線高電圧装置によるノイズの影響を低減させて、各ユニット間の通信の高速化及び信頼性を向上させることを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の一態様は、Ｘ線管に管電圧を供給してＸ線を発生させるＸ線高電圧装置であって、交流電源から供給された電力を直流電圧に変換するコンバータと、前記直流電圧を交流電圧に変換するインバータと、前記交流電圧を昇圧して高電圧を発生する高電圧発生器と、少なくとも前記インバータを制御する制御部を備え、該制御部が、前記インバータが備える複数の半導体スイッチング素子の動作の切り替えのタイミングに基づいてＸ線撮像装置に含まれる機器間の通信の可否を示す通信許可情報を出力するＸ線高電圧装置を提供する。

本発明によれば、Ｘ線ＣＴ装置を大型化及び高コスト化させることなく、Ｘ線高電圧装置によるノイズの影響を低減させて、各ユニット間の通信の高速化及び信頼性を向上させることができる。

本発明の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の概略を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係るＸ線高電圧装置の概略構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の各装置の接続関係を示す概略図である。 本発明の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置における計測処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係るＸ線高電圧装置における電圧制御の流れを示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置における、インバータのスイッチング期間と通信期間の関係を示すタイミングチャートである。 インバータの電流波形の一例である。 本発明の実施形態の変形例２にＸ線ＣＴ装置の各装置の接続関係を示す概略図である。 本発明の実施形態の変形例３にＸ線ＣＴ装置の各装置の接続関係を示す概略図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
本発明に係るＸ線高電圧装置は、Ｘ線を発生させて画像を取得するＸ線撮像装置に適用され、電力系統の交流電源から供給された電力を直流電圧に変換するコンバータと、直流電圧を交流電圧に変換するインバータと、交流電圧を昇圧して高電圧を発生する高電圧発生器と、少なくともインバータを制御する制御部を備え、制御部が、インバータが備える複数の半導体スイチング素子の動作の切り替えのタイミングに基づいてＸ線撮像装置に含まれる機器間の通信の可否を示す通信許可情報を出力する。

この通信許可情報は、半導体スイッチング素子のオンとオフとの切り替え時に通信を禁止とする情報である。
したがって、Ｘ線高電圧装置は、インバータにおける半導体スイッチング素子のスイッチングのタイミングに基づいて通信の可否を示す通信許可情報を生成する。従って、Ｘ線高電圧装置が適用されたＸ線ＣＴ装置等のＸ線撮像装置では、この通信許可情報に従い、Ｘ線高電圧装置におけるスイッチングのタイミングを避けて通信処理を行うことができる。このため、通信処理の際にスイッチングノイズの影響を受けることがない。
よって、Ｘ線撮像装置を大型化及び高コスト化させることなく、Ｘ線高電圧装置によるノイズの影響を低減させて、各ユニット間の通信の高速化及び信頼性を向上させることができる。

以下、より具体的に実施形態に係るＸ線高電圧装置について図面を参照して説明する。本実施形態においては、Ｘ線高電圧装置がＸ線ＣＴ装置に適用されている例について説明する。

図１にＸ線ＣＴ装置の全体構成図を、図２にＸ線高電圧装置の構成図を示す。Ｘ線ＣＴ装置は、操作コンソール１と、スキャナ２と寝台３とシステム制御部４とを備えている。

操作コンソール１は、図示しない入力部と、画像演算部と、表示部と、記憶部と、システム制御部とを備えている。
入力部は、具体的にはキーボードやポインティングデバイス等を適用することができ、例えば、被検体氏名、検査日時、撮影条件などを入力する。画像演算部は、後述するＸ線検出器２３から送出される計測データを演算処理してＣＴ画像再構成を行うものであり、具体的には演算処理を実行するＣＰＵ、若しくは専用の演算回路を適用することができる。表示部は、画像演算部で作成されたＣＴ画像を表示し、記憶部はＸ線検出器２３で収集されたデータ及び画像演算部で作成されたＣＴ画像の画像データを記憶する。

スキャナ２は、回転円盤１９と、Ｘ線管２２と、Ｘ線検出器２３と、スキャナ制御部２１と、Ｘ線高電圧装置２５と、異常監視部２８とを備えている。

回転円盤１９は、寝台３上に搭載された被検体が入る開口部１９１を備えると共に、Ｘ線管２２とＸ線検出器２３を搭載し、被検体の周囲を回転する。回転円盤１９は、スキャナ制御部２１からの制御信号に従って、図示しない回転駆動部により駆動及び制御される。
Ｘ線管２２は、回転円盤１９上に配置され、入力部から入力された撮影条件（管電圧等）に応じて、Ｘ線高電圧装置２５によって制御された管電流および管電圧が供給される。

Ｘ線検出器２３は、回転円盤１９上にＸ線管２２と対向配置され、被検体を透過したＸ線を検出する複数の検出素子（図示せず）を回転円盤１９の回転方向（チャンネル方向ともいう）に配置した構成である。複数の検出素子は、回転方向の並びを１列としたときに、この列を回転円盤１９の回転軸方向（スライス方向ともいう）に多列（例えば６４列）並べたものであっても良い。Ｘ線検出器２３は複数の検出素子から検出されたＸ線を所定の電気信号に変換して計測データを生成し、スキャナ制御部２１に出力する。

スキャナ制御部２１は、システム制御部４からの制御信号に従って、回転円盤１９に含まれる回転駆動部及びＸ線管２２にコリメータが設けられている場合にはコリメータを制御するコリメータ制御部を制御する。
Ｘ線高電圧装置２５については後述する。
異常監視部２８は、スキャナ２の異常を監視し、各装置の電流や電圧や振動や温度等の故障監視情報を収集してシステム制御部４に送信すると共に、異常を検知した場合にシステム制御部４に通知する。

寝台３は、被検体を載せて上下動および前後動（回転円盤１９の回転軸方向の移動）を行う。寝台３は、寝台制御部５を含み、寝台制御部５によりその移動を制御される。図１では、図示の都合上、寝台３がスキャナ２から離れた位置に描かれているが、実際には寝台３はスキャナ２の近傍に配置され、円盤１９の開口部１９１内に被検体を配置する。

システム制御部４は、操作コンソール１の入力部から入力される指示に従って、操作コンソール１に含まれる画像演算部、表示部等や、スキャナ制御部２１、Ｘ線検出器２３、寝台制御部５、Ｘ線高電圧装置２５内のＸ線制御部２６等を含むＸ線ＣＴ装置全体を制御する。
すなわち、本実施形態におけるＸ線ＣＴ装置の制御系の通信の接続形態は、図３に示すように、システム制御部４を中心としたスター型ネットワークとなっている。すなわち、Ｘ線ＣＴ装置のうち、寝台制御部５、スキャン制御部２１、Ｘ線検出器２３、Ｘ線制御部２６、異常監視部２８はスレーブとし、システム制御部４をマスターとしたマスタースレーブ形式の通信を行い、システム制御部４からの制御信号に従って動作する。

続いて、Ｘ線高電圧装置２５について説明する。
図２に示すように、Ｘ線高電圧装置２５は、交流電源１０とＸ線管２２とに接続され、交流電源１０から供給された交流電圧を直流高電圧に変換し、Ｘ線管２２に印加する。このため、Ｘ線高電圧装置２５は、コンバータ２５１、インバータ２５２、高電圧発生部２５３、及びこれらを制御するＸ線制御部２６を備えている。
図２に示すように、コンバータ２５１の後段にはインバータ２５２が接続され、インバータ２５２の後段には高電圧発生部２５３が接続されている。

コンバータ２５１は、１以上のスイッチング素子（図示せず）と、スイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦするパルス波形の駆動信号を生成するコンバータ駆動回路とを備えている。スイッチング素子をコンバータ駆動回路からの駆動信号によりＯＮ／ＯＦＦすることにより、３相または単相の交流電源１０から供給される交流電圧を直流電圧に変換する。コンバータ駆動回路の動作および生成するパルス波形のＯＮ／ＯＦＦの周期は、Ｘ線制御部２６が制御する。

インバータ２５２は、コンバータ２５１からの直流電圧を交流電圧に変換する。具体的には、インバータ２５２は、複数の半導体スイッチング素子（図示せず）を備えるインバータ回路と、インバータ回路の各スイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦするパルス波形の駆動信号を生成して各スイッチング素子に出力するインバータ駆動回路とを有する。インバータ駆動回路は、Ｘ線制御部２６から受け取った制御信号に応じたタイミング（周期および位相）で複数の半導体スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦを切り替えるため、駆動信号のパルス波形の周期や位相を調整する。
高電圧発生部２５３は、インバータ２５２からの交流電圧を昇圧し、昇圧された交流電圧を整流及び平滑して、Ｘ線管２２に印加するための直流の高電圧を発生する。

Ｘ線制御部２６は、システム制御部４からの制御信号に従って、上述したコンバータ２５１及びインバータ２５２を制御する。
具体的には、高電圧発生部２５３から発生されＸ線管２２に印加される直流高電圧の電圧値を予め設定された目標管電圧値に略一致させるように、図示しない検出回路により検出されたインバータ２５２又は各高電圧発生部２５３の出力信号に応じてインバータ２５２を制御する。

Ｘ線制御部２６は、インバータ２５２又は高電圧発生部２５３の出力信号に基づく信号と、目標管電圧の電圧値に基づく電圧信号との比較に基づいてインバータ２５２をフィードバック制御する。Ｘ線制御部２６によるインバータ２５２の制御は、半導体スイッチング素子のＯＮとＯＦＦとを切り替えることにより行われる。
なお、Ｘ線高電圧装置２５のうち、例えば、高電圧発生部２５３は、回転円盤１９に搭載され、回転円盤１９と共に回転する。他の構成は、回転円盤１９には搭載されず、静止している。

ところで、インバータ２５２は、その動作中において、半導体スイッチング素子のＯＮとＯＦＦとの切り替え時、すなわち、電圧電流の立上り及び立下り中の過渡状態に大きなノイズを発生する。そして、このノイズが、Ｘ線高電圧装置２５のみならず、Ｘ線高電圧装置２５を備えるＸ線ＣＴ装置に影響を及ぼし、特に、Ｘ線ＣＴ装置を構成する各装置間の通信の高速化及び信頼性を妨げる虞がある。そこで、Ｘ線制御部２６は、ノイズの大きい期間である半導体スイッチング素子のＯＮとＯＦＦとの切り替え時に関するスイッチング情報に基づいて機器間の通信の可否を示す通信許可情報をシステム制御部４に送信する。

システム制御部４では、Ｘ線制御部２６から通信許可情報を受信して、インバータ２５２の半導体スイッチング素子の切り替え時にノイズの大きい期間は各装置間での通信を行わなわないように通信停止情報をＸ線ＣＴ装置を構成する各装置に送信する。これにより、各装置間では、半導体スイッチング素子のＯＮとＯＦＦとの切り替え時には通信を行わず、半導体スイッチング素子のＯＮとＯＦＦとの切り替えが完了して定常状態になったときに通信を行う。

なお、回転駆動部２２２は、Ｘ線管２２の陽極が電子の衝突により溶融するのを防止するためにモータ２２１を制御することにより陽極を回転させる。冷却部２２３は、陽極を、例えば油冷により冷却する。

このように構成されたＸ線ＣＴ装置では、Ｘ線管２２から照射され被検体を透過したＸ線が、Ｘ線検出器２３のＸ線検出素子によって検出される。この間、回転円盤１９は、Ｘ線管２２とＸ線検出器２３とを回転させることにより、被検体の各方向からＸ線が照射され、検出されるようにする。回転円盤１９の回転速度は、操作コンソール１の入力部から入力された撮影条件（スキャン速度など）となるようにシステム制御部４を介して回転駆動部により制御される。また、Ｘ線が照射されて検出されている間、寝台３は、寝台制御部５により、被検体を体軸方向に移動させ、操作コンソール１から入力された撮影条件となるように動作する。

Ｘ線検出器２３により検出された出力信号は計測データとして収集され、操作コンソール１の画像演算部へ送出される。画像演算部は、計測データを再構成演算してＣＴ画像とする。再構成されたＣＴ画像は表示部に表示され、また撮影条件とともに画像データとして記憶部に記憶される。

以下、このように構成されたＸ線ＣＴ装置における、計測、すなわち画像取得について、図４のフローチャートに従ってより具体的に説明する。

Ｘ線ＣＴ装置が駆動されると、ステップＳ１１１において、まず計測準備が開始される。具体的には、ユーザが操作コンソール１から、スキャン速度、計測範囲、焦点サイズ、スライス厚、管電圧や管電流などの計測条件を入力し、これらの計測条件がシステム制御部４に送信される。

そして、操作コンソール１から、任意のタイミングで計測開始が指示され、システム制御部４がＸ線ＣＴ装置の各装置に必要な制御信号を送信する。システム制御部４は、スキャン速度等必要な計測条件をスキャナ２のスキャナ制御部２１へ送信し、スキャナ制御部２１は受信した計測条件に従ったスキャン速度となるよう回転円盤１９を回転させることにより、Ｘ線源２２と検出器２３を回転させる。

また、システム制御部４は、寝台制御部５へ入力された計測範囲に係る制御信号を送信し、寝台制御部５では入力された計測範囲を計測するために被検体を載せた寝台３を移動させる。そして、システム制御部４は、計測条件に従って、焦点、スライス厚、陽極駆動などのＸ線曝射条件をＸ線制御部２６に送信する。Ｘ線制御部２６は、システム制御部４から所望のスキャナ角度や計測範囲でＸ線曝射を行うためのＸ線曝射のタイミングに関する制御信号を受け取り、Ｘ線曝射条件に従って、Ｘ線管２２からのＸ線出力を制御する。

続いて、ステップＳ１１２では、計測中に、システム制御部４が、Ｘ線制御部２６から通信許可情報の受け取りを監視する。つまり、ステップＳ１１２において、システム制御部４が通信許可情報を受け取った場合には、ステップＳ１１３に進み、システム制御部４が各装置に、通信許可情報に従って通信処理を行うための通信許可信号を送信する。ここで、通信許可信号は、インバータ２５２の半導体スイッチング素子のＯＮ又はＯＦＦの切り替えのタイミングを回避して各装置間の通信処理を行うための信号である。

従って、システム制御部４から通信許可情報を受け取った各装置は、Ｘ線曝射中（Ｘ線インバータ動作中）に、インバータ２２のスイッチングのタイミングを回避しながら、相互に通信処理を行う。つまり、順次、ステップＳ１１４において、Ｘ線検出器２３は、通信が許可されている期間に収集した計測データを、システム制御部４を介して操作コンソール１へ送信する。

ステップＳ１１５では、スキャナ制御部２１が、回転円盤１９の回転角度や寝台３の位置に応じて、最適なＸ線管電流値となるように、その可変管電流制御情報を、Ｘ線制御部２６へ送信する。
ステップＳ１１６では、Ｘ線制御部２６は、システム制御部４を介してＸ線検出器２３から検出データを受け取って、Ｘ線管２２の焦点位置補正や、跳躍焦点制御や、被曝低減の動的なコリメータ制御などを行うためのデータの通信を行う。

ステップＳ１１７では、故障監視部２８が、各装置の電流や電圧や振動や温度等の故障監視情報を収集し、システム制御部４に送信する。
ステップＳ１１８では、操作コンソール１に含まれる画像演算部が、計測データや、Ｘ線焦点位置情報を、システム制御部４を介して受け取って、これらに基づいて画像再構成を行うと共に、システム制御部４を介して故障監視情報を受け取って、これに基づいて必要に応じて、画像の補正や、警告通知を行う。
ステップＳ１１９では、システム制御部４は、計測が終了したか否かを判定し、計測が終了していない場合には、ステップＳ１１２に戻り、ステップＳ１１２〜Ｓ１１８までの処理を継続する。計測が終了した場合には、システム制御部４は、処理を終了する。

続いて、本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置における、Ｘ線高電圧装置の高電圧制御（Ｘ線制御部２６によるインバータ２５２のフィードバック制御）および、Ｘ線制御部２６による通信許可情報の送信について、図５のフローチャートに従って説明する。

ステップＳ２１１では、操作コンソール１とシステム制御部４からの制御信号に従って、Ｘ線制御部２６がＸ線曝射条件でＸ線を照射するための準備を開始する。具体的には、Ｘ線制御部２６回転駆動部２２２を制御してＸ線管２２の陽極の回転を開始させるとともに、冷却部２２３による陽極の冷却を開始させる。

ステップＳ２１２では、Ｘ線制御部２６は、コンバータ２５１のコンバータ駆動回路およびインバータ２５２のインバータ駆動回路にそれぞれ制御信号を出力して動作を開始させることにより、Ｘ線曝射が開始させる。具体的には、Ｘ線制御部２６は、コンバータ２５１のコンバータ駆動回路は、Ｘ線制御部２６の制御信号を受け取って、コンバータ２５１の半導体スイッチを、指示された周期でＯＮ／ＯＦＦするパルス波形の駆動信号を生成して、半導体スイッチング素子に出力する。

また、インバータ２５２のインバータ駆動回路は、Ｘ線制御部２６の制御信号を受け取って、インバータ回路の複数の半導体スイッチング素子を、指示された周期でＯＮ／ＯＦＦするパルス波形の駆動信号を生成して、それぞれ半導体スイッチング素子に出力する。これにより、コンバータ２５１は、交流電源１０の交流電力を直流電圧に変換し、インバータ２５２は、コンバータ２５１の出力する直流電圧を所定の周波数（例えば１０〜２０ｋＨｚ）の交流電圧に変換する。高電圧発生部２５３は、インバータ２５２からの交流電圧を昇圧し、整流および平滑化してＸ線管２２に供給する。よって、Ｘ線管２２からＸ線の曝射が開始される。

ステップＳ２１３では、Ｘ線制御部２６が、所定のフィードバック周期（例えば１００μ秒周期（１０ｋＨｚ））で、Ｘ線管２２の管電圧値を検出し、その検出値と、操作コンソール１によって設定された目標値との差分を求め、所望の管電圧が得られるよう、インバータ２５２の出力を増減（ＰＷＭ値を増減）させるフィードバック制御を行う。すなわち、Ｘ線制御部２６は、検出した管電圧と目標値との差分に応じて、インバータ２５２のインバータ駆動回路を、例えばＰＷＭ制御や位相シフトＰＷＭ制御により調整するフィードバック制御を、所定の周期（例えば１００μ秒周期）で行う。

具体的には、Ｘ線制御部２６は、所定のフィードバック周期（例えば１００μ秒周期）のある周期で受け取った管電圧から上記差分を求め、差分に応じた制御信号（ＰＷＭ値）を生成し、インバータ駆動回路に出力する。インバータ駆動回路は、ＰＷＭ値を受け取った周期の次の周期で、半導体スイッチング素子を駆動するパルス波形のパルス幅や位相を、受け取ったＰＷＭ値によって変調し、インバータ２５２の出力を増減する。

このようにステップＳ２１３では、Ｘ線制御部２６が、所定のフィードバック周期（例えば１００μ秒周期）でフィードバック制御を行うため、あるＰＷＭ値がインバータ２５２に出力されると、その次の周期（１００μ秒後）に、指定されたＰＷＭ値で変調されたタイミングで、インバータ２５２の半導体スイッチング素子のスイッチングが行われる。この半導体スイッチング素子がスイッチングされている期間に、大きなノイズが発生することとなる。すなわち、Ｘ線制御部２６は、スイッチングによるノイズが発生する１周期前に、ノイズ発生のタイミングを把握している。

そこで、ステップＳ２１４において、Ｘ線制御部２６は、把握しているスイッチングのタイミングに基づいて通信の可否を示す通信許可情報を生成する。この通信許可情報は、次のスイッチングを行うタイミングにおいては通信できないが、それまでは通信が許可されることを示す。Ｘ線制御部２６が生成する通信許可情報は、ＰＷＭ値そのものであってもよいし、ＰＷＭ値から次のスイッチングタイミングが、前回のスイッチングから何μ秒後かを示す情報であってもよい。

そして、次のステップＳ２１５において、Ｘ線制御部２６は、通信許可情報をシステム制御部４に送信する。これにより、システム制御部４は、スイッチングのタイミングを回避して通信を行うために、スイッチングによるノイズが発生するスイッチング期間を通信禁止期間として設定する。たとえば、スイッチングのタイミングから予め定めたスイッチング期間（数μ秒）を通信禁止期間とする。または、スイッチングのタイミングの前後の予め定めた期間を通信禁止期間と設定してもよい。システム制御部４は、通信禁止期間の前の通信許可期間に、接続されている操作コンソール１や、スキャナ制御部２１、Ｘ線検出器２３、寝台制御部５、Ｘ線制御部２６等と通信処理を行うスイッチング期間と通信期間の関係を示すタイミングチャートを図６に示す。

なお、通信データ長が長く、通信許可期間の最後に送信した通信データの通信時間がスイッチング期間に重なる虞がある場合は、それを踏まえて「通信時間＋スイッチング期間」の時間を通信禁止期間としておくことができる。通信時間は、予め想定した通信データの最大長と、その伝送路の通信速度から、その通信データ（通信フレーム）が通信完了するまでの通信時間をシステム制御部４が算出する（データ長÷通信速度）。すなわち、通信するデータの長さから通信時間を求め、通信時間が所定時間よりも長い場合、通信禁止期間の前に、通信時間と等しい時間を追加の通信禁止期間として追加する 例えば、ある通信データの通信時間が５μ秒、スイッチング期間が３μ秒ならば、５μ秒＋３μ秒の８μ秒を通信禁止期間とする。

次のステップＳ２１６では、システム制御部４は、Ｘ線ＣＴ装置による計測が終了したか否かを判定し、終了していない場合には、ステップＳ２１２に戻り上述した処理を繰り返す。Ｘ線ＣＴ装置による計測が終了した場合には処理を終了する。

以上説明したように、本実施形態によれば、Ｘ線高電圧装置のインバータにおける半導体スイッチング素子のスイッチングのタイミングを予め把握して生成された通信許可情報に基づいて通信の可否を決定する。従って、Ｘ線高電圧装置におけるスイッチングのタイミングを避けて通信処理を行うことができ、通信処理においてスイッチングノイズの影響を受けることがない。よって、Ｘ線撮像装置を大型化及び高コスト化させることなく、Ｘ線高電圧装置によるノイズの影響を低減させて、各ユニット間の通信の高速化及び信頼性を向上させることができる。

なお、上記ステップＳ２１４において、Ｘ線制御部２６は、インバータ２５２のスイッチングのタイミングに、通信禁止期間を設定する構成を説明したが、これに加えて、コンバータ２５１のスイッチング素子のスイッチングタイミングにも通信禁止期間を設定してもよい。これにより、インバータ２５２のみならずコンバータ２５１のスイッチングによるノイズも避けて通信処理を行うことができ、さらに通信の高速化と信頼性向上を図ることができる。

上記ステップＳ２１３，Ｓ２１４では、Ｘ線制御部２６が、通信を禁止するスイッチングタイミングを示す通信許可情報を出力し、システム制御部４が、スイッチングタイミングの後、または、前後に通信禁止期間を設定する構成であったが、Ｘ線制御部２６が、スイッチングタイミングのみならず、スイッチングタイミングに通信禁止期間を設定した情報を通信許可情報としてシステム制御部４に出力してもよい。

また、スイッチングノイズが生じた状態で通信を行った場合には、誤り訂正符号技術を用いても、誤りを訂正することが困難であるという問題があったが、本実施形態のように、スイッチングノイズの影響を受けずに通信を行うことで、誤り訂正符号技術を適用することによる効果が期待できる。従って、容易にランダムノイズ対策を行うことができ、通信の高速化、通信のエラー低減、通信プロトコル及び通信デバイスの簡略化、実装コスト低減、ノイズ対策を講じることによる実装面積の増加抑制、低品質、低コストの通信伝送路採用、イズ対策部品の削減、実装コスト低減を図ることができる。

さらに、スイッチングノイズによる連続したバースト誤りを回避でき、誤り訂正符号に適した、ランダム誤りのみを考慮すればよいこととなり、低コストで高品質な通信が可能となる。

なお、Ｘ線のエネルギーを検出する所謂フォトンカウンティング形式のＸ線検出器では、数種類のＸ線のエネルギー毎にそれぞれの計測データを収集するため、送信する通信データは大きく増加することとなる。従って、フォトンカウンティング形式のＸ線検出器を備えたＸ線撮像装置に上述したＸ線高電圧装置２５を適用することで、高速かつ信頼性の高い通信が可能となる。

（変形例１）
上述した実施形態においては、システム制御部４は、スイッチン期間または、スイッチン期間と通信時間の和を通信を禁止する期間としたが、少しでも通信を禁止する期間を短縮するために、以下のように変形することも考えられる。

スイッチングノイズの大きさは、一般的に、スイッチングの際のその電圧や電流の立上り及び立下りの傾きに大きく影響され、その電流・電圧の傾きが急峻であるほど、ノイズが大きくなる。そこで、この電圧や電流の立上り及び立下りの傾きの度合いに応じて、その閾値を設けて、通信の可否を判定することとする。

図７に、インバータの電流波形の一例を示す。
Ｘ線出力の定常状態でのインバータ電流波形はＸ線条件（管電流と管電圧）に応じて定まり、同じＸ線曝射条件である場合には、毎回同じ波形となる。従って、事前に実験を行い、予めインバータの電流波形を測定しておくことにより、そのＸ線曝射条件でのインバータの電流波形の傾きを予測することができる。

そして、インバータの電流波形に基づいて、図７に示すように、閾値を予め設定しておき、システム制御部４は、一定以上の傾きである期間を通信禁止期間とすることとする。これにより、電流変化中の過渡状態であっても、電流変化の傾きの小さい期間（ノイズの小さい期間）の通信を可能とする。

Ｘ線出力が大きいほど、インバータに流れる電流も大きくなり、その分、通信禁止期間も長くなると想定される。そこで、管電流や管電圧のＸ線条件の組合せ毎に、予めインバータ電流を実験により測定しておき、実験データの全ての組合せをテーブルとして、システム制御部４内のメモリに格納しておくことができる。これにより、システム制御部４は、テーブルを参照し、電流の傾きが一定以上となる期間を通信禁止期間として設定する。

この他、このようなテーブルを用いずに、システム制御部４は、インバータ電流値をリアルタイムに検出した結果から、その傾き（微分値）をリアルタイムに求める手段を有し、電流の傾きが一定以上となる期間を通信禁止状態とすることもできる。この微分値を求める手段としては、アナログ回路であってもよいし、リアルタイムに検出したインバータ電流値をＡＤ変換した値を、システム制御部４を構成するＣＰＵへ入力してＣＰＵで微分値の演算を行ってもよい。Ｘ線被曝低減のための可変管電流制御においては、Ｘ線曝射中に管電流が一定でなく大きく変化し、それに伴い、インバータ電流波形も大きく変化するため、リアルタイムに電流値の微分値で傾きを求める方法は好適である。

（変形例２）
本変形例２では、図８に示すように、Ｘ線ＣＴ装置において、Ｘ線制御装置２６を経由して、システム制御部４、スキャナ制御部２１、Ｘ線検出器２３、異常監視部２８が、ライン型、またはリング型に接続された通信構成となっている。
これは、トークンリング、またはトークンパッシング方式と呼ばれる通信構成であり、トークンと呼ばれる通信許可を示す通信フレームを、順々に、各装置へ受け渡していくことにより通信を行う方式である。つまり、トークンを受け取っているデバイスのみが通信を行うことができる。

トークンの通信速度は、インバータ２５２のスイッチング速度（例えば、１０ｋＨｚ）よりも、十分に高速（例えば数Ｍ〜数Ｇｂｐｓ）とする。そして、Ｘ線制御装置２６が、スイッチングのタイミングを回避するように、通信のタイミングをスケジュールし、インバータ２５２のスイッチングと重ならないタイミングにのみ通信を許可する。

スイッチング期間の付近となったときに、Ｘ線制御装置２６がトークンを通過させない（またはトークンにダミーデータを載せる）ことにより、他の装置からはトークンを使用できない状態となり、他の装置から送信できない通信禁止状態となる。この結果、スイッチング期間は通信が行われないこととなり、通信処理は、図６に示すタイミングチャートのように行われる。

（変形例３）
本変形例３では、図９に示すように、Ｘ線制御装置２６と、システム制御部４、スキャナ制御部２１、Ｘ線検出器２３、異常監視部２８が、バス型に接続された通信構成となっている。これは、イーサーネットや、ＣＡＮ（コントローラ・エリア・ネットワーク）で一般的に用いられている通信構成である。ＣＳＭＡ（キャリア・センス・マルチプル・アクセス）と呼ばれ、各ユニットの通信デバイスは、通信経路上に通信データが存在するか否かを事前に確認し、存在しない場合にのみ送信を開始することにより、通信の衝突を回避する方式である。

Ｘ線制御装置２６は、スイッチング付近の期間中に、バス上へ、ダミーデータを送信することにより通信路を専有し、他の通信デバイスから通信が開始されないようにする。この結果、スイッチング期間は通信が行われないこととなり、通信処理のタイミングは、図６に示すタイミングチャートのようになる。

本変形例１〜３においても、通信データ長が長く、その通信時間が、スイッチング期間に重なるおそれがある場合は、それをふまえ、「通信時間＋スイッチング期間」の時間を通信禁止の状態としておくことが好ましい。

１・・・操作コンソール、２・・・スキャナ、３・・・寝台、４・・・システム制御部、５・・・寝台制御部、１０・・・交流電源、２１・・・スキャナ制御部、２２・・・Ｘ線管、２３・・・Ｘ線検出器、２５・・・Ｘ線高電圧装置、２６・・・Ｘ線制御部、２８・・・異常監視部、２２１・・・モータ、２２２・・・回転駆動部、２２３・・・冷却部、２５１・・・コンバータ、２５２・・・インバータ、２５３・・・高電圧発生部

Claims (11)

1. Ｘ線管に管電圧を供給してＸ線を発生させるＸ線高電圧装置であって、
   交流電源から供給された電力を直流電圧に変換するコンバータと、
   前記直流電圧を交流電圧に変換するインバータと、
   前記交流電圧を昇圧して高電圧を発生する高電圧発生器と、
   少なくとも前記インバータを制御する制御部を備え、
   該制御部が、前記インバータが備える複数の半導体スイッチング素子の動作の切り替えのタイミングに基づいてＸ線撮像装置に含まれる機器間の通信の可否を示す通信許可情報を出力するＸ線高電圧装置。
2. 前記通信許可情報が、前記半導体スイッチング素子のオンとオフとの切り替え時に通信を禁止する情報である請求項１記載のＸ線高電圧装置。
3. 前記制御部は、所定の周期で前記インバータの出力をフィードバック制御する構成であり、前記所定の周期のうち、ある周期で前記Ｘ線管に供給された管電圧と目標電圧との差分を求め、前記差分に応じて前記インバータを制御する制御信号を生成し、次の周期において前記制御信号によって前記インバータの半導体スイッチング素子のオンとオフの切り替えタイミングを調整し、
   前記制御部は、前記次の周期においては前記切り替えタイミングは通信禁止であり、それまでは通信許可であること示す通信許可情報を、前記次の周期の前の周期において出力することを特徴とする請求項２記載のＸ線高電圧装置。
4. 前記制御部は、前記半導体スイッチング素子のオンとオフとの切り替え時に、所定の時間の通信禁止期間を設定することを特徴とする請求項２記載のＸ線高電圧装置。
5. 前記制御部は、通信するデータの長さから通信時間を求め、前記通信時間が所定時間よりも長い場合、前記通信禁止期間の前に、前記通信時間と等しい時間を追加の通信禁止期間として追加することを特徴とする請求項４記載のＸ線高電圧装置。
6. 前記制御部は、前記インバータの出力する電流波形の傾斜の大きさに応じて、前記通信禁止期間の長さを設定することを特徴とする請求項４記載のＸ線高電圧装置。
7. 前記制御部は、インバータを制御するＸ線制御部と、通信を制御するシステム制御部とを有し、前記Ｘ線制御部が、前記通信許可情報を出力し、前記システム制御部が、前記通信許可情報に基づいて、前記通信を禁止することを特徴とする請求項２記載のＸ線高電圧装置。
8. 前記制御部は、トークンリング方式で通信を行い、前記半導体スイッチング素子のオンとオフとの切り替え時には、トークンを通過させないことにより、通信を禁止することを特徴とする請求項２記載のＸ線高電圧装置。
9. 前記制御部は、バスを介して通信を行う構成であり、前記半導体スイッチング素子のオンとオフとの切り替え時には、バスにダミーデータを送信して、バスを占有することにより、通信を禁止することを特徴とする請求項２記載のＸ線高電圧装置。
10. 前記制御部が、前記インバータに加えて、前記コンバータが備える複数の半導体スイッチング素子の動作の切り替えのタイミングに基づいて前記通信許可情報を出力することを特徴とする請求項１記載のＸ線高電圧装置。
11. 請求項１ないし１０のいずれか１項に記載のＸ線高電圧装置を備えたＸ線撮像装置。

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