JP5676096B2

JP5676096B2 - Ｘ線撮影装置

Info

Publication number: JP5676096B2
Application number: JP2009275301A
Authority: JP
Inventors: 勝宏藪上
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2009-12-03
Filing date: 2009-12-03
Publication date: 2015-02-25
Anticipated expiration: 2029-12-03
Also published as: JP2011115369A

Description

この発明は、Ｘ線管から出射され被検体を通過したＸ線をＸ線検出器で検出するＸ線撮影装置に関する。

このようなＸ線撮影装置に使用されるＸ線管は、フィラメントを備えた陰極から放出された熱電子を陽極に衝突させることにより、Ｘ線を発生させる構成を有する。そして、フィラメントに供給するフィラメント電流の電流値が大きくなった場合には、より多くの熱電子が陰極から陽極に向かって放出されることになり、管電流値が大きくなってより大きな線量のＸ線が照射されることになる。

このようなＸ線管においては、経年変化によりＸ線管のフィラメントが劣化する。そして、Ｘ線管のフィラメントが劣化した場合には、このフィラメントに同じフィラメント電流を供給した場合にも、Ｘ線管の管電流が大きくなることが知られている。このように経年変化で劣化したフィラメントをそのままのフィラメント電流で使用した場合には、管電流値が大きくなって必要以上の線量のＸ線が照射されることになるばかりではなく、フィラメント温度が上昇してフィラメントの蒸発が増大され、さらにフィラメントがやせ細ってその劣化が促進されることになる。

このため、Ｘ線を照射しているときの実際のＸ線管の管電流値を実測し、これに応じてフィラメント電流の電流値をフィードバック制御すれば、管電流値を一定に維持することは可能である。しかしながら、Ｘ線管においては、フィラメントに供給されたフィラメント電流値に対するフィラメント温度の応答速度は比較的遅く、管電流値や管電圧値が安定するまでに一定の時間が必要となる。このため、このようなフィードバック制御を実行するためには、比較的長い時間Ｘ線照射を行わないと、管電流値等の誤差により正確なフィードバック制御を行うことはできない。

このため、特許文献１に記載されたＸ線発生装置においては、管電流値とフィラメント電流値の関係を示すデータの初期値と、現時点の管電流値とフィラメント電流値の関係を示すデータとを比較し、必要な管電流値を得るためのフィラメント電流値を演算するようにしている。

特開平９−１６１９９０号公報

フィラメント電流値を一定としたときの管電流値は経時的に変動するが、その管電流値には時間的な波がある。このため、特許文献１に記載されてように、現時点の測定値を利用してそのままフィラメント電流値を補正した場合には、測定値の変動誤差がそのまま補正値に反映されることになり、必ずしも正確な補正が行われるわけではない。また、測定値に誤差があった場合にも、その誤差がそのまま補正値に反映されることになる。

この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、Ｘ線管におけるフィラメントの劣化に伴う管電流値の変動を、経時的な変動誤差や測定誤差の影響を低減して適正に補正することが可能なＸ線撮影装置を提供することを目的とする。

また、このようなＸ線撮影装置においては、Ｘ線診断時においてフィラメントの切断によりＸ線管からＸ線を照射できなくなると、被験体である患者の容体によっては、患者の生命等に危険を伴う可能性もある。

この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、フィラメントの寿命によるＸ線撮影装置の故障を予測することが可能なＸ線撮影装置を提供することを第２の目的とする。

請求項１に記載の発明は、Ｘ線管から出射され被検体を通過したＸ線をＸ線検出器で検出するＸ線撮影装置において、Ｘ線撮影時に前記Ｘ線管に供給すべき管電流と管電圧との撮影条件から、その撮影条件下で前記Ｘ線管のフィラメントに供給すべきフィラメント電流を設定フィラメント電流値として記憶する記憶手段と、あるフィラメント電流でＸ線照射を行ったときの管電流の予想値と、実際にそのフィラメント電流でＸ線照射を行ったときの管電流の測定値との誤差を、管電流値誤差として経時的に測定する管電流値誤差測定手段と、一定期間中の複数回のＸ線照射における前記管電流値誤差の演算処理値が、予め設定した設定値を超えたときに、管電流値誤差が小さくなるように前記記憶手段に記憶した設定フィラメント電流値を補正する設定フィラメント電流値補正手段とを備えたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記一定期間中の管電流値誤差の演算処理値は、管電流値誤差の平均値または加重平均値である。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記設定フィラメント電流値の補正回数が、ある期間に設定回数を超えたときに、前記フィラメントの寿命について警告表示を行う警告表示手段を備えている。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の発明において、前記設定フィラメント電流値補正手段は、前記一定期間中の管電流値誤差の演算処理値が予め設定した設定値を超えたときに、前記管電流値誤差に対応するフィラメント電流の補正値よりも小さい最小補正値で前記設定フィラメント電流値を補正する。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、前記設定フィラメント電流値補正手段は、前記管電流値誤差が、管電流値が増加する誤差であるときには、前記設定フィラメント電流値が小さくなる補正を実行し、前記管電流値誤差が、管電流値が減少する誤差であるときには、前記設定フィラメント電流値の補正を行わない。

請求項１および請求項２に記載の発明によれば、一定期間中の電流値誤差の演算処理値に基づいて設定フィラメント電流値を補正することにより、Ｘ線管におけるフィラメントの劣化に伴う管電流値の変動を、経時的な変動誤差や測定誤差の影響を低減して適正に補正することが可能となる。

請求項３に記載の発明によれば、設定フィラメント電流値の補正状況を監視することにより、フィラメントの寿命によって発生するＸ線撮影装置の故障を予め予測することが可能となる。

請求項４に記載の発明によれば、電流値誤差に対応するフィラメント電流の補正値よりも小さい最小補正値で設定フィラメント電流値を補正することにより、経時的な変動誤差や測定誤差があった場合にも、設定フィラメント電流値を緩やかに補正することが可能となる。

請求項５に記載の発明によれば、管電流値が増加する管電流値誤差が生じたときに設定フィラメント電流値を小さくなるように補正し、管電流値が減少する管電流値誤差が生じた場合には、設定フィラメント電流値を補正しないことから、フィラメントの劣化特性に対応した補正を行うことができ、また、フィラメント電流値が過剰に増大することを防止することが可能となる。

この発明に係るＸ線撮影装置の概要図である。Ｘ線管制御部５を、Ｘ線管３、制御部６および記憶部７とともに示すブロック図である。フィラメント電流を一定としたときの管電流値の変動を示すグラフである。この発明に係るＸ線撮影装置におけるフィラメント電流値の補正動作等を示すフローチャートでる。Ｘ線管３に供給すべき管電流および管電圧と、そのときの設定フィラメント電流値との関係を示すテーブルである。毎日測定した管電流の予想値と管電流の測定値との誤差を示す表である。設定フィラメント電流値の補正日および補正回数を示す表である。Ｘ線管３に供給すべき管電流および管電圧と、そのときの設定フィラメント電流値との関係を示すテーブルである。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１はこの発明に係るＸ線撮影装置の概要図である。

このＸ線撮影装置は、被検体である被検者１を載置するテーブル２と、Ｘ線管３と、フラットパネルディテクタ４と、Ｘ線管３に付与する管電圧や管電流を制御するＸ線管制御部５と、制御部６と、記憶部７と、インターネット等のネットワークに接続された接続部６１と、ＣＲＴ等の表示部６２とを備える。

このＸ線撮影装置は、Ｘ線管３からテーブル２上の被検者１に向けてＸ線を照射し、被検者１を通過したＸ線をフラットパネルディテクタ４により検出し、制御部６において検出されたＸ線を画像処理し、画像処理されたＸ線による映像信号を利用して表示部６２にＸ線像を表示する構成を有する。

図２は、上述したＸ線管制御部５を、Ｘ線管３、制御部６および記憶部７とともに示すブロック図である。

このＸ線管制御部５は、商用の交流電源５４と接続された、高電圧供給回路５１およびフィラメント電流供給回路５２を備える。高電圧供給回路５１は、制御部６からの制御信号を受け、Ｘ線管３に付与する管電圧を制御する。また、フィラメント電流供給回路５２は、制御部６からの制御信号を受け、Ｘ線管３のフィラメント３１に付与するフィラメント電流を制御する。Ｘ線管３においては、フィラメント電流を付与され加熱された陰極のフィラメント３１からは、熱電子Ａが発生する。この熱電子Ａは、陽極３２に衝突してＸ線Ｂを照射させる。このときの、Ｘ線管３がＸ線を照射するときの管電流値は、管電流検出部５３により検出される。

なお、上述した記憶部７は、Ｘ線撮影時にＸ線管３に供給すべき管電流と管電圧との撮影条件から、その撮影条件下でＸ線管３のフィラメント３１に供給すべきフィラメント電流を設定フィラメント電流値として記憶する記憶手段として機能する。また、上述した管電流検出部５３は、制御部６とともに、一定のフィラメント電流でＸ線照射を行ったときの管電流の予想値と、実際にそのフィラメント電流でＸ線照射を行ったときの管電流の測定値との誤差を、管電流値誤差として経時的に測定する管電流値誤差測定手段として機能する。さらに、上述したフィラメント電流供給回路５２は、制御部６とともに、管電流値誤差の一定期間中の平均値が予め設定した設定値を超えたときに、記憶部７に記憶した設定フィラメント電流値を補正する設定フィラメント電流値補正手段として機能する。

図３は、フィラメント電流値を一定としたときの管電流値の変動を示すグラフである。なお、この図において、縦軸は管電流値を示し、横軸は経過日数を示している。

このグラフは、フィラメント電流値を、管電流値が５００ｍＡとなると予想される一定に維持し、実際の管電流値が経時的にどのように変化するのかを示したものである。このグラフに示すように、フィラメント電流値を一定に維持した場合であっても、管電流値はフィラメントの劣化に伴い徐々に増大する。但し、管電流値は、その劣化に伴ってリニアに増加するのではなく、増加と減少とを繰り返しながら、徐々に増大していることがわかる。

次に、以上のような構成を有するＸ線撮影装置において、Ｘ線管３におけるフィラメント３１の劣化に伴い、フィラメント３１に供給するフィラメント電流値を補正する補正動作について説明する。図４は、この発明に係るＸ線撮影装置におけるフィラメント電流値の補正動作等を示すフローチャートである。

このＸ線撮影装置においては、装置設置時等に初期設定を行う（ステップＳ１）。この初期設定時には、Ｘ線撮影を行う撮影条件に対応し得るように、Ｘ線管３に供給すべき管電流と管電圧とに基づいて、その撮影条件下でＸ線管３のフィラメント３１に供給すべきフィラメント電流を設定フィラメント電流値として設定する。このＸ線管３に供給すべき管電流および管電圧と、そのときの設定フィラメント電流値との関係は、テーブルとして図１および図２に示す記憶部７に記憶される。

図５（ａ）は、このようにして記憶されたＸ線管３に供給すべき管電流および管電圧と、そのときの設定フィラメント電流値との関係を示すテーブルである。なお、このテーブルの数字に付すべき単位はＡである。

この図に示すように、所定の管電圧と管電流とによりＸ線撮影を実行するための設定フィラメント電流値が、テーブルとして記憶部７に記憶されている。なお、これらの設定フィラメント電流値は、予め実験的に求められている。管電圧および管電流として、このテーブルに表示されていない値を採用するときには、このテーブルを用いて補間された値を使用する。

一日のうち最初にＸ線撮影装置を使用するときに、Ｘ線管３からＸ線を照射したときの管電流値を測定する（ステップＳ２）。このときの管電圧と管電流の値は、最初にＸ線撮影を実行するときの撮影条件に合わせたものでよい。なお、一日のうち最初にＸ線撮影装置を使用するときに管電流値を測定するかわりに、エージング時に、Ｘ線管３のフィラメント３１に所定のフィラメント電流を付与して、そのときの管電流値を測定してもよい。

次に、そのときの管電流値に対応したフィラメント電流でＸ線照射を行ったときの管電流値として予め設定された管電流の予想値と、実際にそのフィラメント電流でＸ線照射を行ったときの管電流の測定値との誤差を管電流値誤差として測定し、その誤差の一定期間中の平均値を演算する（ステップＳ３）。

図６は、毎日測定した管電流の予想値と管電流の測定値との誤差を示す表である。

この表に示すように、最初の日においては、管電流値が４００ｍＡとなるフィラメント電流値でＸ線管３を駆動させたときに、図２に示す管電流検出部５３により実際に検出された管電流値が４１４ｍＡであり、フィラメント３１の劣化により管電流値が３．５％増加していることを示している。この場合には、管電流値誤差は３．５％となる。他の日についても、これと同様である。

次に、この管電流値誤差の一定期間中（例えば、３日間）の平均値が、予め設定した設定値（例えば、５％）を超えたか否かを判定する（ステップＳ４）。一定期間中の管電流値誤差の平均値が、予め設定した設定値を超えていない場合には、撮影が終了するまで（ステップＳ９）処理を継続する。一方、一定期間中の管電流値誤差の平均値が、予め設定した設定値を超えた場合には、記憶部７に記憶したテーブルにおける設定フィラメント電流値を補正する（ステップＳ５）。そして、補正後に、図６に示す過去の管電流の予想値と管電流の測定値との誤差のデータをリセットする。

なお、この設定フィラメント電流値の補正は、管電流値誤差が、測定された管電流値が管電流の予想値より大きくなる方向に発生している場合においてのみ実行される。すなわち、フィラメント３１の劣化により、測定された管電流値が管電流の予想値より大きくなった場合には、フィラメント３１に供給するフィラメント電流の電流値を小さくすることが必要となる。これに対して、測定された管電流値が管電流の予想値より小さくなる方向である場合には、フィラメント３１の経年的な劣化でいずれ管電流が大きくなると予想されることと、管電流を大きくする方向でフィラメント電流を増加させることは、Ｘ線管３に障害が起こりやすい危険側への補正であることから、設定フィラメント電流値の補正は行わない。

管電流値誤差が測定された管電流値が管電流の予想値より大きくなる方向に発生している場合には、図５（ｂ）に示すように、管電流値が１００ｍＡ未満の領域においては、各設定フィラメント電流値が０．０１Ａ小さくなるような補正を行う。また、管電流値が１００ｍＡ以上の領域においては、各設定フィラメント電流値が０．０２Ａ小さくなるような補正を行う。これにより、フィラメント３１の劣化により大きくなった管電流値を、その値が小さくなる方向に補正することが可能となる。

ここで、この０．０１Ａおよび０．０２Ａという設定フィラメント電流値の補正値は、５％という電流値誤差に対応するフィラメント電流の補正値よりも小さい最小補正値である。すなわち、例えば、管電流値が１００ｍＡ未満の領域においては、０．０１Ａという設定フィラメント電流値の補正値は、約２％の管電流誤差値に相当する値となっている。このように、管電流値誤差に対応するフィラメント電流の補正値よりも小さい最小補正値で設定フィラメント電流値を補正することにより、図３に示すような経時的な変動誤差があった場合や、管電流値の測定誤差があった場合にも、設定フィラメント電流値を緩やかに補正することが可能となる。

設定フィラメント電流値の補正が終了すれば、ある期間内の設定フィラメント電流値の補正回数を演算する（ステップＳ６）。そして、ある期間内の設定フィラメント電流値の補正回数が一定回数を超えているか否かを判定する（ステップＳ７）。

図７は、設定フィラメント電流値の補正日および補正回数を示す表である。

この表に示す実施形態においては、設定フィラメント電流値の補正が終了するたびに、過去１ヶ月の間の設定フィラメント電流値の補正回数を演算している。そして、過去１ヶ月以内の補正回数が３回となった場合には、フィラメントの寿命について警告表示を行う（ステップＳ８）。この警告表示は、図１に示す表示部６２に表示される。また、この警告表示は、インターネット等のネットワークに接続された接続部６１を介して、このＸ線撮影装置のメンテナンスを行うサービス会社にも伝達される。この警告表示により、Ｘ線撮影装置の使用者およびメンテナンス担当者は、Ｘ線管３におけるフィラメント３１の寿命によるＸ線撮影装置の故障を予測することが可能となる。このため、Ｘ線診断時に突然フィラメント３１の故障によりＸ線管３からＸ線を照射できなくなるという現象を予め防止することができることから、被験者１である患者に危険が生ずることを未然に防止することが可能となる。

次に、この発明の他の実施形態について説明する。図８は、この発明の他の実施形態に係るＸ線管３に供給すべき管電流および管電圧と、そのときの設定フィラメント電流値との関係を示すテーブルである。

上述した実施形態においては、管電流値誤差の過去３日間の平均値が、管電流値が増加する方向に５％を越えた場合に、記憶部７に記憶したテーブルにおける設定フィラメント電流値を、管電流値の大きさに対応して補正する構成を採用している。これに対して、この実施形態においては、管電流値誤差の過去４日間の平均値が、予め設定した設定値（例えば、５％）を超えたか否かを判定し、一定期間中の管電流値誤差の平均値が予め設定した設定値を超えた場合には、記憶部７に記憶したテーブルにおける設定フィラメント電流値を、管電流値の誤差が生じている方向に対応して補正する構成を採用している。

図８（ａ）は、上述した実施形態における図５（ａ）と同様、装置設置時等に初期設定において、記憶部７に予め記憶されたＸ線管３に供給すべき管電流および管電圧と、そのときの設定フィラメント電流値との関係を示すテーブルである。これに対して、図８（ｂ）は、管電流値誤差の過去４日間の平均値が、管電流値が増加する方向で５％を超えた場合に設定フィラメント電流値を補正した後のテーブルを示している。この場合においては、記憶部７に記憶したテーブルにおける設定フィラメント電流値を、各々０．０１Ａ減少させる補正が実行されている。これに対して、図８（ｃ）は、管電流値誤差の過去４日間の平均値が、管電流値が減少する方向で５％を超えた場合に設定フィラメント電流値を補正した後のテーブルを示している。この場合においては、記憶部７に記憶したテーブルにおける設定フィラメント電流値を、各々０．０１Ａ増加させる補正が実行されている。これにより、管電流値に対応して設定フィラメント電流値を補正することが可能となる。

なお、上述した実施形態において、Ｘ線管３が、大焦点用と小焦点用の一対のフィラメントを備えている場合においては、各フィラメント毎に、設定フィラメント電流値を補正するようにすればよい。

上述した実施形態においては、一定期間中の管電流値誤差の演算処理値として平均値を利用し、一定期間中の管電流値誤差の平均値が予め設定した設定値を超えたときに設定フィラメント電流値を補正しているが、この発明はこのような態様に限定されるものではない。

例えば、他の実施形態として、一定期間中の管電流値誤差のうち、最近の管電流値誤差ほど強い重み付けを持たせるような加重平均値を演算処理し、演算処理後の加重平均値が予め設定した設定値を超えたときに設定フィラメント電流値を補正するようにしてもよい。このように、平均値に替えて加重平均値を利用することにより、現在のＸ線管３の状態を演算結果に強く反映させることが可能となる。なお、この場合においても、一定期間中の電流値誤差の加重平均値に基づいて設定フィラメント電流値を補正することから、Ｘ線管３におけるフィラメント３１の劣化に伴う管電流値の変動を、経時的な変動誤差や測定誤差の影響を低減して補正することが可能となる。

さらに、上記演算処理値として、平均値や加重平均値以外の演算処理値を利用してもよい。すなわち、経時的に測定した一定期間中の管電流値誤差を利用して、経時的な変動誤差や測定誤差の影響を排除できるような演算処理であれば、その他の演算処理方法を適用することも可能である。

１被検者
２テーブル
３Ｘ線管
４フラットパネルディテクタ
５Ｘ線管制御部
６制御部
７記憶部
３１フィラメント
３２陽極
５１高電圧供給回路
５２フィラメント電流供給回路
５３管電圧検出部
６１接続部
６２表示部

Claims

Ｘ線管から出射され被検体を通過したＸ線をＸ線検出器で検出するＸ線撮影装置において、
Ｘ線撮影時に前記Ｘ線管に供給すべき管電流と管電圧との撮影条件から、その撮影条件下で前記Ｘ線管のフィラメントに供給すべきフィラメント電流を設定フィラメント電流値として記憶する記憶手段と、
あるフィラメント電流でＸ線照射を行ったときの管電流の予想値と、実際にそのフィラメント電流でＸ線照射を行ったときの管電流の測定値との誤差を、管電流値誤差として経時的に測定する管電流値誤差測定手段と、
一定期間中の複数回のＸ線照射における前記管電流値誤差の演算処理値が、予め設定した設定値を超えたときに、管電流値誤差が小さくなるように前記記憶手段に記憶した設定フィラメント電流値を補正する設定フィラメント電流値補正手段と、
を備えたことを特徴とするＸ線撮影装置。
請求項１に記載のＸ線撮影装置において、
前記一定期間中の管電流値誤差の演算処理値は、管電流値誤差の平均値または加重平均値であるＸ線撮影装置。
請求項２に記載のＸ線撮影装置において、
前記設定フィラメント電流値の補正回数が、ある期間に設定回数を超えたときに、前記フィラメントの寿命について警告表示を行う警告表示手段を備えたＸ線撮影装置。
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のＸ線撮影装置において、
前記設定フィラメント電流値補正手段は、前記一定期間中の管電流値誤差の演算処理値が予め設定した設定値を超えたときに、前記管電流値誤差に対応するフィラメント電流の補正値よりも小さい最小補正値で前記設定フィラメント電流値を補正するＸ線撮影装置。
請求項４に記載のＸ線撮影装置において、
前記設定フィラメント電流値補正手段は、前記管電流値誤差が、管電流値が増加する誤差であるときには、前記設定フィラメント電流値が小さくなる補正を実行し、前記管電流値誤差が、管電流値が減少する誤差であるときには、前記設定フィラメント電流値の補正を行わないＸ線撮影装置。