JP5063609B2 - X線発生装置 - Google Patents
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Description
これらのら旋スキャンCT装置は、スキャナ回転部にX線管およびその付属品を含むX線管装置とX線検出器を搭載し、前記スキャナ回転部を連続回転させると同時に、被検体を載置したテーブルを前記被検体の体軸方向に連続移動させる。ら旋スキャンCT装置は、これらのスキャナ回転部の連続回転とテーブルの連続移動により前記のX線管装置とX線検出器とを前記被検体に対し相対的にら旋運動をさせるものである。
X線管の内部温度が所定の温度よりも上昇すると、次の撮影のため、X線管の陽極を所定の温度にまで冷却する必要がある。これによって次の撮影までの待ち時間が長くなるから、撮影スループットが低下する。また、CT画像のさらなる画質向上も望まれており、このためにはX線量も多くしなければならず、さらに負荷が増大するため、冷却に要する時間もさらに長くなる傾向にある。
このため、前記第1、第2の電流検出用抵抗器の破損を防ぐために、該電流検出用抵抗器には前記高電圧に耐えるための高電圧絶縁を施す必要がある。また前記電流検出用抵抗器の抵抗値は非常に小さいために該電流検出用抵抗器には過大な短絡電流が流れるので、この電流にも耐えられるものにしなければならない。したがって、前記電流検出用抵抗器は非常に大型となり、特に小形、軽量化してこれらをスキャナ回転部に搭載しなければならないX線CT装置には不利である。
なお、本発明の実施形態を説明するための以下の全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
図1は、本発明の第1の実施形態による放電箇所を特定できる機能を備えた陽極接地型X線管を用いたX線発生装置の回路構成図である。
すなわち、前記高電圧変圧器3の出力電圧のピーク値はその4倍の電圧に昇圧されることになる。
一方、前記管電流フィードバック制御部6b12で生成された管電流制御信号により、X線管5のフィラメントを加熱する図示省略のフィラメント加熱回路で前記フィラメントに印加される電圧が所定値に制御される。この制御された電圧がX線管4のフィラメントに印加されることにより、管電流は管電流設定値になるように制御される。
しかし、X線管5以外の高電圧変圧器3や対称形コッククロフト・ウォルトン回路4で放電が発生した場合は、その放電電流は管電流検出抵抗Ridet1を通らないので、Vc1では検出されない。
本実施形態に用いるX線管5は陽極接地型であるので、図1のVv1及びVc1は共に負の値となるが、理解し易いように図4ではその絶対値を示している。
すなわち、放電時と正常動作時のインバータ回路2の動作停止時とでは、管電圧の減少の傾きが異なる。
そこで、前記管電圧の減少の傾きを比較することにより、正常動作としてX線発生装置の動作を停止して管電圧が減少したのか、放電が発生して管電圧が減少したのかは十分に区別が出来る。
さらに、X線管5で放電が発生した場合にのみ管電流検出値Vc1が急激に増加するが、前記高電圧発生部34で放電が発生した場合には、その放電電流はRidet1を流れないので、Vc1の急激な増加はない。
そして、管電圧検出値Vv1が管電圧設定値に達した場合は次のステップS4に進み、管電圧検出値Vv1が管電圧設定値に達していない場合は前記ステップS2に戻る(ステップS3)。
図6は、本発明の第2の実施形態による放電箇所を特定できる機能を備えたX線発生装置の回路構成図である。
第2の実施形態のX線発生装置は、X線管5の放電電流を抑制する放電電流抑制抵抗Rdを接続する位置が第1の実施形態と異なる。すなわち、直列接続された抵抗Rvdet_Hと抵抗Rvdet_Lの一端が、対称型コッククロフト・ウォルトン回路4の直流出力側のマイナス端子に接続されており、その接続点とX線管5の陰極5bとの間に放電電流抑制抵抗Rdが接続される。
この絶縁は、対称型コッククロフト・ウォルトン回路4と前記高電圧側の抵抗Rvdet_Hとの距離を離すか、この絶縁距離の確保が困難な場合は、前記高電圧側の抵抗Rvdet_Hを油浸紙等で絶縁する必要がある。
したがって、対称型コッククロフト・ウォルトン回路4と管電圧検出回路の高電圧側の抵抗Rvdet_Hとの間に、第1実施形態のような電気的な絶縁が不要となり、第1の実施形態よりも小型化が可能となる。
そこで、この問題を解決するために、本発明の第2の実施形態では図7から図10に示す前記誤差を補正する手段を講じている(管電圧検出値補正手段)。
そして、前記オフセット値を前記ハードディスク6c3から主メモリ6c2(図3に図示)に読み出しておき、管電圧フィードバック制御時に管電流設定値に対応したオフセット値Tを用いて実測の管電圧検出値Vv1’を補正する。
このオフセット値Dを求めるゲインK_Rdは、該オフセット値Dを前記図7のオフセット値Tと等しくなるように設定したもので、ゲインK_Rdは管電流値に依らず一定である。
図11は、放電箇所を特定できる機能を備えた本発明のX線発生装置における第3の実施形態の回路構成図である。
一方、高電圧発生部である対称型コッククロフト・ウォルトン回路4の直流出力側で放電が発生した場合には、Vv1が急激に減少すると共にVc2が急激に増加するが、 Vc1に大きな変化はない。
さらに、例えば対称型コッククロフト・ウォルトン回路4の内部のコンデンサ1個の両端で放電が発生した場合には,Vv1が放電箇所に応じた電圧分だけ急激に減少するが,接地に対する放電ではない場合には,放電電流はRidet1,Ridet2を流れないのでVc1,Vc2に大きな変化はない。
以上の実施形態は、陽極接地型X線管を用いたX線発生装置の場合であったが、本発明は、これに限定されるものではなく、陰極を接地した陰極接地型X線管を用いたX線発生装置にも適用することができる。
図12において、対称型コッククロフト・ウォルトン回路4の直流出力電圧のプラス端子に、放電電流抑制抵抗Rdを介してX線管5の陽極5aが接続され、前記対称型コッククロフト・ウォルトン回路4の直流出力電圧のマイナス端子が接地される。前記放電電流抑制抵抗RdとX線管5の陽極5aとの接続点と接地間に管電圧を検出するための抵抗Rvdet_HとRvdet_Lとが接続されて、該抵抗Rvdet_Lの端子電圧Vv1が管電圧検出値として検出される。X線管5の陰極5bと接地間に管電流を検出するための抵抗Ridet1が接続され、抵抗Ridet1の端子電圧Vc1が管電流検出値として検出される。
すなわち、X線管5で放電が発生した場合は、前記X線管5の陽極5aと陰極5b間が短絡状態となり、この放電電流は管電流検出抵抗Ridet1を流れ、端子電圧Vc1に急激な変化が生じる。しかし、X線管5以外の高電圧変圧器3や対称型コッククロフト・ウォルトン回路4で放電が発生した場合は、その放電電流は管電流検出抵抗Ridet1を流れないので、Vc1に変化は生じない。
一方、対称型コッククロフト・ウォルトン回路4の出力電圧(管電圧)は、どこで放電が発生しても前記管電圧を検出する管電圧検出抵抗Rvdet_Lの端子電圧Vv1は急激に減少する。
例えば、高電圧変圧器の出力電圧を倍電圧に昇圧する回路は、全波整流回路を用いた対称型コッククロフト・ウォルトン回路に限定されるものではなく、他のコッククロフト・ウォルトン回路でも良いし、コッククロフト・ウォルトン回路以外の倍電圧に昇圧する回路であれば、どのような形態の回路でも良い。
Claims (15)
- 陽極または陰極のいずれか一方が接地された片側接地X線管、このX線管の陽極と陰極間に直流の高電圧を印加してX線を発生させるための高電圧発生手段および上記高電圧発生手段に電力を供給する電源を備えたX線発生装置において、上記X線発生装置は、さらに上記高電圧発生手段の直流出力の一方端と上記片側接地X線管の接地されていない側の陰極または陽極との間に接続され上記片側接地X線管の放電電流を抑制するための放電電流抑制抵抗、上記片側接地X線管の陽極と陰極間に印加される管電圧を検出する管電圧検出手段と、上記片側接地X線管の陽極と陰極間に流れる管電流を検出する管電流検出手段、上記X線発生装置中で放電が発生した際、上記管電圧検出手段で検出された管電圧検出値と上記管電流検出手段で検出された管電流検出値に基づいて上記高電圧発生手段および上記片側接地X線管のいずれで放電が発生したかを特定する放電箇所特定手段および上記放電箇所特定手段で特定された放電箇所を表示する表示手段を備えたことを特徴とするX線発生装置。
- 上記放電箇所特定手段は、上記管電圧検出手段で検出された管電圧検出値の時間に対する減少の傾きを演算する管電圧減少傾き演算手段、上記管電流検出手段で検出された管電流検出値の所定時間内の増加分を演算する管電流増加分演算手段、上記管電圧減少傾き演算手段で演算された管電圧減少の傾きがその許容値を超えたか否かを判断する第1の判断手段および上記管電流増加分演算手段で演算された管電流の増加分がその許容値を超えたか否かを判断する第2の判断手段を備え、上記第1の判断手段および上記第2の判断手段の判断結果に基づいて、上記高電圧発生手段および上記片側接地X線管のいずれで放電が発生したかその放電箇所を特定することを特徴とする請求の範囲1に記載のX線発生装置。
- 上記管電圧検出手段は、その一端が上記放電電流抑制抵抗の上記高電圧発生手段との接続点あるいは上記片側接地X線管の接地されていない側の陰極または陽極との接続点に接続され、他端が接地された直列接続された第1の抵抗および第2の抵抗から構成され、管電圧は上記第1の抵抗または第2の抵抗での電圧降下を通して検出され、また上記管電流検出手段は、その一端が上記片側接地X線管の接地された側の陽極又は陰極に接続され、他端が接地された第3の抵抗から構成され、管電流は上記第3の抵抗の電圧降下を通して検出されることを特徴とする請求の範囲2に記載のX線発生装置。
- 上記X線発生装置は、さらに上記片側接地X線管に印加される管電圧と上記片側接地X線管に流れる管電流を設定するための入力手段と、上記管電圧検出手段で検出された管電圧検出値がその設定値となるよう上記電源の出力電圧を制御する管電圧フィードバック制御手段および上記管電流検出手段で検出された管電流検出値がその設定値となるよう上記電源の出力電流を制御する管電流フィードバック制御手段を備えていることを特徴とする請求の範囲3に記載のX線発生装置。
- 上記X線発生装置は、さらに上記高電圧発生手段の直流出力の他方端にその一端が接続され、他端が接地された上記高電圧発生手段からの管電流を含む出力電流を検出する抵抗から成る電流検出手段を備え、また上記放電箇所特定手段は、さらに上記電流検出手段によって検出された出力電流の波形に基づいて上記高電圧発生手段中の放電箇所を判断し特定する第3の判断手段を有することを特徴とする請求の範囲3に記載のX線発生装置。
- 上記X線発生装置は、さらに上記放電箇所特定手段で特定された放電箇所の放電来歴を記憶する放電来歴記憶手段を備え、上記表示手段は必要に応じてその都度上記放電来歴記憶手段に記憶された放電来歴を表示することを特徴とする請求の範囲3に記載のX線発生装置。
- 上記高電圧発生手段は、交流電圧を昇圧する高電圧変圧器、および上記高電圧変圧器で昇圧された交流の高電圧を倍加して直流の高電圧に変換する高電圧倍加手段から構成されることを特徴とする請求の範囲3に記載のX線発生装置。
- 上記高電圧倍加手段は、それぞれ全波整流回路、上記全波整流回路の交流入力側に接続された第1のコンデンサおよび上記全波整流回路の直流出力側に接続された第2のコンデンサから成る複数組の全波整流昇圧回路を直列接続して構成されたコッククロフト・ウォルトン回路であることを特徴とする請求の範囲7に記載のX線発生装置。
- 上記電源は、直流電源および上記直流電源の直流電圧を高周波の交流電圧に変換する電力用半導体スイッチング素子を有する直流/交流変換手段から構成されていることを特徴とする請求の範囲3に記載のX線発生装置。
- 上記管電圧検出手段の上記一端は、上記放電電流抑制抵抗と上記高電圧発生手段との接続点に接続されており、上記X線発生装置は、さらに上記放電電流抑制抵抗における電圧降下分を補正する管電圧検出値補正手段を備え、上記管電圧フィードバック制御手段に入力される上記管電圧検出値を補正することを特徴とする請求の範囲4に記載のX線発生装置。
- 上記管電圧検出値補正手段は、上記管電流設定値と上記放電電流抑制抵抗による電圧降下分に相当するオフセット値との関係を記述するオフセット値テーブルおよび上記オフセット値テーブルから上記管電流設定値に対応するオフセット値を読み出し、上記管電圧検出値から減算して上記管電圧検出値を補正する第1の補正減算手段を備えていることを特徴とする請求の範囲10に記載のX線発生装置。
- 上記管電圧検出値補正手段は、上記管電流検出手段で検出された管電流検出値に所定の補正係数を乗算して、オフセット値を算出するオフセット値算出手段および上記オフセット値算出手段で算出したオフセット値を上記管電圧検出値から減算して上記管電圧検出値を補正する第2の補正減算手段を備えていることを特徴とする請求の範囲10に記載のX線発生装置。
- 上記管電圧検出手段の上記一端は、上記放電電流抑制抵抗と上記高電圧発生手段との接続点に接続されており、上記X線発生装置は、さらに上記放電電流抑制抵抗における電圧降下分を補正する管電圧設定値補正手段を備え、上記管電圧フィードバック制御手段に入力されるその設定値を補正することを特徴とする請求の範囲4に記載のX線発生装置。
- 上記管圧設定値補正手段は、上記管電流設定値と上記放電電流抑制抵抗による電圧降下分に相当するオフセット値との関係を記述するオフセット値テーブルおよび上記オフセット値テーブルから上記管電流設定値に対応するオフセット値を読み出し上記管電圧設定値に加算して上記管電圧設定値を補正する補正加算手段を備えていることを特徴とする請求の範囲13に記載のX線発生装置。
- 上記管電圧設定値補正手段は、上記管電流検出手段で検出された管電流検出値に所定の補正係数を乗算してオフセット値を算出するオフセット値算出手段および上記オフセット値算出手段で算出したオフセット値を上記管電圧設定値に加算して上記管電圧設定値を補正する補正加算手段を備えていることを特徴とする請求の範囲13に記載のX線発生装置。
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