JP3647554B2 - X線高電圧装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はX線高電圧装置に係り、特に被検者への安全性を高めた医療用X線システムのX線高電圧装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、医療用X線システムにおけるX線高電圧装置として、大電力半導体素子を使用したインバータ式X線高電圧装置が急速に普及しつつある。インバータ式X線高電圧装置の特徴としては、周波数の高周波化による高電圧発生装置の小型・軽量化による省スペース化、および単相・三相いずれの電源でも定電圧に近い管電圧波形が得られることによる高効率化が挙げられる。
【0003】
図4は、従来の医療用X線システムに使用されるインバータ式X線高電圧装置の一例の回路ブロック図である。
図4に示すように、商用電源101から供給される交流は全波整流回路102とコンデンサ103により整流・平滑されて直流になり、大電力半導体素子(高速大容量のスイッチング素子)を備えたインバータ回路104に供給される。インバータ回路104の入力側の一端にはヒューズ105が挿入され、他端には電流検出器106が挿入されている。
【0004】
前記インバータ回路104により直流が高周波交流(例えば、10kHz)に変換され、該高周波交流は高電圧変圧器107により高電圧交流(例えば、100kV)に昇圧され、約150kVの耐圧をもつシリコン整流器等からなる高電圧整流器108とコンデンサ109により平滑化された直流高電圧(例えば、140kV)がX線管110に印加される。コンデンサ109と並列に分圧抵抗111が接続され、該分圧抵抗111の電圧が管電圧検出値(X線管への印加電圧に対応した検出値)として前記インバータ回路104をスイッチング制御するインバータ駆動回路112にフィードバックされる。
【0005】
前記インバータ駆動回路112には、前記インバータ電流検出器106の検出値と、前記管電圧検出値と、X線システムのコンソール(図示せず)を介して入力される管電圧の設定値とタイマの設定値(曝射時間)と、が入力される。
【0006】
また、インバータ駆動回路112の出力は、前記インバータ回路104を構成する高速大容量の4個のスイッチングトランジスタを駆動している。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のX線高電圧装置には次のような不都合があった。
即ち、インバータ回路104が故障した場合にはX線管110からのX線出力が停止し、診断に支障をきたす。
【0008】
特に、循環器系診断用システムのX線高電圧装置では、手術における医師のカテーテル操作中にX線出力が停止するとカテーテル操作が困難となり、被検者(患者)への危険性が増大し、時には生命にかかわる事態の発生が考えられる。 そこで、本発明の目的は、患者の診断中にX線管出力が停止するのを防止したX線高電圧装置を提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために請求項1記載の発明は、交流電源から供給される交流を直流に変換した後、高周波交流に変換するインバータ回路と、該インバータ回路を制御するインバータ駆動回路と、前記インバータ回路の高周波交流出力を昇圧する変圧器と、該変圧器の出力を整流する整流器と、該整流器からの出力が印加されるX線管とを備えてなるX線高電圧装置において、前記インバータ回路とインバータ駆動回路とを有してなる第1のインバータ部に並列接続された第2のインバータ部と、前記第1のインバータ部の異常を検出する異常検出手段と、該異常検出手段が前記第1のインバータ部の異常を検出した場合には、第2のインバータ部に切り替える切替手段とを備えたことを特徴とする。
また、請求項2記載の発明は、前記異常検出手段は、前記第1のインバータ部を構成するインバータ回路に流れる電流を検出する電流検出手段であることを特徴とする。
【0010】
請求項1および請求項2記載の発明によれば、切替手段は、異常検出手段(例えば、電流検出手段)が第1のインバータ部の使用中に、その異常(例えば、電流の異常)を検出した場合には、第2のインバータ部に切り替える。このようにすれば、たとえ第1のインバータ部に異常が発生しても直ちに第2のインバータ部を駆動するので、例えば手術中の患者に危険が及ぶことがない。
【0011】
また、請求項3記載の発明は、交流電源から供給される交流を直流に変換した後、高周波の交流に変換するインバータ回路と、該インバータ回路を制御するインバータ駆動回路と、前記インバータ回路の高周波交流出力を昇圧する変圧器と、該変圧器の出力を整流する整流器と、該整流器からの出力が印加されるX線管とを備えてなるX線高電圧装置において、前記インバータ回路とインバータ駆動回路と変圧器と整流器とを有してなる第1のインバータ部・高圧変換部に並列接続された第2のインバータ部・高圧変換部と、前記第1のインバータ部・高圧変換部の異常を検出する異常検出手段と、該異常検出手段が前記第1のインバータ部・高圧変換部の異常を検出した場合には、第2のインバータ部・高圧変換部に切り替える切替手段とを備えたことを特徴とする。
また、請求項4記載の発明は、前記異常検出手段は、前記第1のインバータ部・高圧変換部を構成するインバータ回路の電流を検出する電流検出手段と、前記第1のインバータ部・高圧変換部を構成する整流器の出力を検出する電圧検出手段との少なくともいずれか一方であることを特徴とする。
【0012】
請求項3および請求項4記載の発明によれば、切替手段は、異常検出手段(例えば、電流検出手段または電圧検出手段)が第1のインバータ部・高圧変換部の使用中に、その使用中のインバータ部・高圧変換部の電流異常または電圧異常を検出した場合には、第2のインバータ部・高圧変換部に切り替える。このようにすれば、たとえ第1のインバータ部・高圧変換部に異常が発生しても直ちに第2のインバータ部・高圧変換部を駆動するので、例えば手術中の患者に危険が及ぶことがない。
【0013】
また、請求項5記載の発明は、交流電源から供給される交流を直流に変換した後、高周波の交流に変換するインバータ回路と、該インバータ回路を制御するインバータ駆動回路と、前記インバータ回路の高周波交流出力を昇圧する変圧器と、該変圧器の出力を整流する整流器と、該整流器からの出力が印加されるX線管とを備えてなるX線高電圧装置において、前記インバータ回路と変圧器と整流器とを有してなる第3のインバータ部・高圧変換部に並列接続された第4のインバータ部・高圧変換部と、前記第3のインバータ部・高圧変換部の異常を検出する異常検出手段と、該異常検出手段が前記第3のインバータ部・高圧変換部の異常を検出した場合には、第4のインバータ部・高圧変換部に切り替えるように制御するインバータ駆動・切替手段とを備えたことを特徴とする。
また、請求項6記載の発明は、前記異常検出手段は、前記第3のインバータ部・高圧変換部を構成するインバータ回路の電流を検出する電流検出手段と、前記第3のインバータ部・高圧変換部を構成する整流器の出力を検出する電圧検出手段との少なくともいずれか一方であることを特徴とする。
【0014】
請求項5および請求項6記載の発明によれば、インバータ駆動・切替手段は、異常検出手段(電流検出手段または電圧検出手段)が第3のインバータ部・高圧変換部の使用中に、その使用中のインバータ部・高圧変換部の電流異常または電圧異常を検出した場合には、第4のインバータ部・高圧変換部に切り替えるように制御する。このようにすれば、第3のインバータ部・高圧変換部の使用中に電流異常または電圧異常を検出した場合には、第4のインバータ部・高圧変換部に直ちに切り替えるので、例えば手術中の患者に危険が及ぶことがない。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施形態例に基づいて説明する。なお、既に説明した部分には同一符号を付し、重複記載を省略する。
(1)第1実施形態例
図1は本実施形態例の回路ブロック図である。
図1に示すように、インバータ回路104とインバータ駆動回路112とからなる第1インバータ部A1 に対して、インバータ回路104Aとインバータ駆動回路112Aとからなる第2インバータ部A2 が並列に接続されている。即ち、インバータ回路104の入力側にインバータ回路104Aの入力側が並列接続されている。そして、管電圧,タイマ設定入力は第1切替器1の可動接点側に接続され、該切替器1の第1固定接点はインバータ駆動回路112に接続され、第2固定接点はインバータ駆動回路112Aに接続されている。
【0016】
第1インバータ部A1 のインバータ回路104の出力側の一端は第2切替器2の第1固定接点に接続され、前記出力側の他端は第3固定接点に接続されている。第2インバータ部A2 のインバータ回路104Aの出力側の一端は第2切替器2の第2固定接点に接続され、前記出力側の他端は第4固定接点に接続されている。第2切替器2の第1,第2可動接点はそれぞれ高電圧変圧器107の一次側に接続されている。
また、第1インバータ駆動回路112の別の入力端は第3切替器3の第1固定接点に接続され、第2インバータ駆動回路112Aの別の入力端は第3切替器3の第2固定接点に接続されている。第3切替器3の可動接点は分圧抵抗111に接続されている。
【0017】
次に動作を説明する。
例えば、第1〜第3切替器1,2,3が図示の状態に設定されていて、この状態でX線高電圧装置が使用中であると仮定する。この場合には第1インバータ部A1 が作動してX線管110からX線が患者(図示せず)に曝射されている。
【0018】
今、インバータ回路104またはインバータ駆動回路112が故障した場合には、インバータ電流検出器106に流れる電流が変化し、その検出電流により図示しない故障判定装置が故障であると判定する。この判定結果に応じて、第1〜第3切替器1,2,3の切替制御装置(図示せず)が動作し、第2インバータ部A2 に切り替える。この切り替えにより、X線管110には第2インバータ部A2 を介して所定の管電圧が印加される。
【0019】
従って、たとえ第1インバータ部A1 が故障しても、その故障を検出して直ちに第2インバータ部A2 に切り替えられるので、X線管110からの患者へのX線の曝射は中断されることがなく、患者に悪影響(危険)を及ぼすことがない。
【0020】
(2)第2実施形態例
前記第1実施形態例がインバータ部のみを並列接続したのに対して、本実施形態例はインバータ部と高圧変換部(インバータ部・高圧変換部)を並列接続した場合である。
【0021】
図2は第2実施形態例の回路ブロック図である。
前記インバータ部A1 に対して、高電圧変圧器107と高電圧整流器108と高電圧コンデンサ109と分圧抵抗111とが追加されて第1インバータ部・高圧変換部B1 が構成されている。この第1インバータ部・高圧変換部B1 に対して第2インバータ部・高圧変換部B2 が並列接続されている。該第2インバータ部・高圧変換部B2 は、第2インバータ部A2 に対して、高電圧変圧器107Aと高電圧整流器108Aと高電圧コンデンサ109Aと分圧抵抗111Aとが追加されて構成されている。
【0022】
第1インバータ部・高圧変換部B1 の出力側の一端は第4切替器4の第1固定接点に接続され、出力側の他端は第5切替器5の第1固定接点に接続されている。第4,第5切替器4,5のそれぞれの可動接点はX線管110に接続されている。
前記第4切替器4の第2固定接点は第2インバータ部・高圧変換部B2 の出力側の一端に接続され、前記第5切替器5の第2固定接点は第2インバータ部・高圧変換部B2 の出力側の他端に接続されている。
【0023】
次に動作を説明する。
例えば、第1,第4,第5切替器1,4,5が図示の状態に設定されていて、この状態でX線高電圧装置が使用中であると仮定する。この場合には第1インバータ部・高圧変換部B1 が作動してX線管110からX線が患者(図示せず)に曝射されている。
【0024】
今、第1インバータ部・高圧変換部A1 を構成するインバータ部A1 ,高電圧変圧器107,高電圧整流器108,高電圧コンデンサ109のいずれかが故障した場合には、インバータ電流検出器106の検出電流または分圧抵抗111の検出電圧により図示しない故障判定装置が故障であると判定する。この判定結果に応じて、第1,第4,第5切替器1,4,5の切替制御装置(図示せず)が動作し、第2インバータ部・高圧変換部B2 に切り替える。
【0025】
このようにすれば、たとえ第1インバータ部・高圧変換部B1 が故障しても、その故障を検出して直ちに第2インバータ部・高圧変換部B2 に切り替えられるので、X線管110からの患者へのX線の曝射は中断されることがなく、患者に悪影響を及ぼすことがない。
【0026】
(3)第3実施形態例
前記第2実施形態例が第1,第2インバータ部・高圧変換部B1 ,B2 を並列接続し、使用中の一方のインバータ部・高圧変換部が故障した場合には他方のインバータ部・高圧変換部を作動させていたのに対して、本実施形態例はインバータ部・高圧変換部を切替器を使用せずに並列接続した場合である。
【0027】
図3は本実施形態例の回路ブロック図である。
図3に示すように、第1インバータ回路104と第2インバータ回路104Aとが並列接続され、インバータ駆動回路112Bが各インバータ回路104,104Aのスイッチング素子を制御している。高電圧コンデンサ109とX線管110との間には逆流阻止用の高電圧ダイオード6,7が介在され、同様に高電圧コンデンサ109AとX線管110との間には逆流阻止用の高電圧ダイオード8,9が介在されている。
【0028】
次に動作を説明する。本実施形態例の動作態様は、▲1▼例えば、第1の系統(104,107,108,6,7等)を使用中に、第2の系統(104A,107A,108A,8,9等)を予備にする態様と、▲2▼第1の系統と第2の系統とを同時に使用する態様とがある。
【0029】
▲1▼第1の態様
例えば、インバータ駆動回路112Bの制御により前記第1の系統のみが駆動され、前記第2の系統は停止されている。この状態で医師によりX線曝射が行われる。
今、第1の系統を構成するインバータ回路104,高電圧変圧器107,高電圧整流器108,高電圧コンデンサ109のいずれかが故障した場合には、インバータ電流検出器106の検出電流または分圧抵抗111の検出電圧により図示しない故障判定装置が故障であると判定する。この判定結果に応じて、インバータ駆動回路112Bが第2の系統を動作状態に切り替える。
このようにすれば、たとえ第1の系統が故障しても、その故障を検出して直ちに第2の系統に切り替えられるので、X線管110からの患者へのX線の曝射は中断されることがなく、患者に悪影響を及ぼすことがない。
【0030】
▲2▼第2の態様
インバータ駆動回路112Bの制御の下に第1と第2の系統を同時に動作させてX線管110からX線を曝射する。
このようにすれば、第1と第2の系統の負荷は互いに半分で済むので、インバータ回路および高圧変換回路の寿命を長くすることができる。
【0031】
また、第1と第2の系統を同時に動作させて必要な出力を得ている場合に、どちらか一方の系統のインバータ回路,高電圧変圧器,高電圧整流器,高電圧コンデンサ等が故障した場合には、インバータ駆動回路112Bは1系統だけでも同じ出力がとれるように変更する。なお、1系統だけでは、容量的に故障前の2系統で動作させているときと同じ出力が得られない場合には、出力を制限して動作を継続する。
【0032】
【発明の効果】
以上説明したように各請求項記載の発明によれば、インバータ部や高電圧変換部を構成する第1の系統に対して第2の系統を並列接続し、各系統に流れる電流や電圧が異常の場合には、他方の系統を使用するようにしているので、例えば一方の系統が故障した場合には他方の系統を使用してX線管の曝射を継続することができ、手術中の患者の安全を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態例の回路ブロック図である。
【図2】同第2実施形態例の回路ブロック図である。
【図3】同第3実施形態例の回路ブロック図である。
【図4】従来のX線高電圧装置の回路ブロック図である。
【符号の説明】
1〜5 切替器
6〜9 ダイオード
101 商用電源
104 インバータ回路
106 電流検出器
107 高電圧変圧器
108 高電圧
109 コンデンサ
110 X線管
111 分圧抵抗

Claims (6)

  1. 交流電源から供給される交流を直流に変換した後、高周波交流に変換するインバータ回路と、該インバータ回路を制御するインバータ駆動回路と、前記インバータ回路の高周波交流出力を昇圧する変圧器と、該変圧器の出力を整流する整流器と、該整流器からの出力が印加されるX線管とを備えてなるX線高電圧装置において、
    前記インバータ回路とインバータ駆動回路とを有してなる第1のインバータ部に並列接続された第2のインバータ部と、
    前記第1のインバータ部の異常を検出する異常検出手段と、
    該異常検出手段が前記第1のインバータ部の異常を検出した場合には、第2のインバータ部に切り替える切替手段と
    を備えたことを特徴とするX線高電圧装置。
  2. 前記異常検出手段は、前記第1のインバータ部を構成するインバータ回路に流れる電流を検出する電流検出手段であることを特徴とする請求項1記載のX線高電圧装置。
  3. 交流電源から供給される交流を直流に変換した後、高周波の交流に変換するインバータ回路と、該インバータ回路を制御するインバータ駆動回路と、前記インバータ回路の高周波交流出力を昇圧する変圧器と、該変圧器の出力を整流する整流器と、該整流器からの出力が印加されるX線管とを備えてなるX線高電圧装置において、
    前記インバータ回路とインバータ駆動回路と変圧器と整流器とを有してなる第1のインバータ部・高圧変換部に並列接続された第2のインバータ部・高圧変換部と、
    前記第1のインバータ部・高圧変換部の異常を検出する異常検出手段と、
    該異常検出手段が前記第1のインバータ部・高圧変換部の異常を検出した場合には、第2のインバータ部・高圧変換部に切り替える切替手段と
    を備えたことを特徴とするX線高電圧装置。
  4. 前記異常検出手段は、前記第1のインバータ部・高圧変換部を構成するインバータ回路の電流を検出する電流検出手段と、前記第1のインバータ部・高圧変換部を構成する整流器の出力を検出する電圧検出手段との少なくともいずれか一方であることを特徴とする請求項3記載のX線高電圧装置。
  5. 交流電源から供給される交流を直流に変換した後、高周波の交流に変換するインバータ回路と、該インバータ回路を制御するインバータ駆動回路と、前記インバータ回路の高周波交流出力を昇圧する変圧器と、該変圧器の出力を整流する整流器と、該整流器からの出力が印加されるX線管とを備えてなるX線高電圧装置において、
    前記インバータ回路と変圧器と整流器とを有してなる第3のインバータ部・高圧変換部に並列接続された第4のインバータ部・高圧変換部と、
    前記第3のインバータ部・高圧変換部の異常を検出する異常検出手段と、
    該異常検出手段が前記第3のインバータ部・高圧変換部の異常を検出した場合には、第4のインバータ部・高圧変換部に切り替えるように制御するインバータ駆動・切替手段と
    を備えたことを特徴とするX線高電圧装置。
  6. 前記異常検出手段は、前記第3のインバータ部・高圧変換部を構成するインバータ回路の電流を検出する電流検出手段と、前記第3のインバータ部・高圧変換部を構成する整流器の出力を検出する電圧検出手段との少なくともいずれか一方であることを特徴とする請求項5記載のX線高電圧装置。
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