JP6256617B2

JP6256617B2 - 回診用ｘ線撮影装置

Info

Publication number: JP6256617B2
Application number: JP2016546237A
Authority: JP
Inventors: 倫匡菱田
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2014-09-03
Filing date: 2014-09-03
Publication date: 2018-01-10
Anticipated expiration: 2034-09-03
Also published as: WO2016035160A1; JPWO2016035160A1; US10433805B2; US20170281116A1

Description

この発明は、バッテリ電源を備えた回診用Ｘ線撮影装置に関する。

回診用Ｘ線撮影装置は、病室間を移動するために車輪が配設された台車を備え、支持部材により支持されたＸ線管から照射され、コリメータにより照射野が規制されたＸ線を被検者に照射し、被検者を通過したＸ線をフラットパネルディテクタやイメージインテンシファイア（Ｉ．Ｉ．）等のＸ線検出器により検出する構成を有する。また、このような回診用Ｘ線撮影装置は、Ｘ線撮影を外部電源のない場合を含む不特定の場所で行うことを可能するために、台車にバッテリを搭載している（特許文献１および特許文献２参照）。

このようなバッテリは、回診用Ｘ線撮影装置の移動のために車輪を駆動させる電力、および、Ｘ線管からＸ線を照射するための電力の供給源である。そして、これらの電力は、予め外部電源から電源コードおよび充電回路を介してバッテリに蓄えられている。

充電回路には、充電電流制御用トランジスタが内蔵されており、この充電電流制御用トランジスタが充電時に発熱することが知られている。このため、充電電流制御用トランジスタの温度上昇を低減する目的で、バッテリへの充電方式に応じて充電回路に設定されている充電時の充電電流値や充電電圧値を、充電電流制御用トランジスタの温度に応じて変更できるようにした充電装置が提案されている（特許文献３参照）。

ところで、バッテリ充電のための外部電源からの供給電圧が所定の電圧変動幅を超えて変動すると、装置の安定動作の妨げとなることが知られている。このため、回診用Ｘ線装置には、供給電圧の変動に起因した装置の故障を防止するため、許容できる電圧変動幅が設定されている。そして、回診用Ｘ線装置では、設定された電圧変動幅を超えて供給電圧が変動したときには、それをエラーとして検出し、外部電源からの電力供給を停止させる安全機構が設けられている。

図５および図６は、従来の回診用Ｘ線撮影装置におけるバッテリへの充電開始直後の電圧変動と充電電流との関係を説明するグラフである。図５および図６における上側のグラフは外部電源の電圧（Ｖ）の変動を示し、下側のグラフは充電電流（Ａ）の変動を示している。そして、グラフの横軸は時間（秒）である。なお、このグラフは鉛蓄電池に定電流で充電する場合を示している。

従来の回診用Ｘ線撮影装置において、バッテリ充電用の外部電源としては、供給電圧の変動が所定の範囲内（例えば、標準電圧に対する電圧変動幅が±１０％）にコントロールされている商用電源を想定している。このため、回診用Ｘ線撮影装置が許容できる電圧変動幅±Ｘ％（グラフ中破線で示す）は、例えば±１０〜１５％に設定されている。そして、バッテリへの充電は、電源電圧の変動にかかわらず、充電回路に設定された一定の充電電流値で開始されるようになっている。回診用Ｘ線撮影装置を外部電源に接続した直後には、突入電流が流れ一時的に電圧降下が起こる。このような一時的な電圧降下が電圧変動幅±Ｘ％を超えなければ、図５に示すように、一定の充電電流値ｃで充電が継続して行われる。

特開２００８−６１９４４号公報特開２０００−６０８３３号公報特開２０１０−１７２１５８号公報

ところが、国や地域によっては、電力会社等が供給する商用電源の電圧変動が、回診用Ｘ線撮影装置が許容できる電圧変動幅よりも大きい場合がある。回診用Ｘ線撮影装置が許容できる電圧変動幅よりも外部電源の電圧変動が大きくなると、回診用Ｘ線撮影装置側の安全機構が作動して、バッテリへの充電が停止することになる。

また、自然災害などにより商用電源からの電力供給が失われた状態で回診用Ｘ線撮影装置を使用する場合、あるいは、商用電源などの電力供給設備がない地域で回診用Ｘ線撮影装置を使用する場合には、自家発電機と呼称される発電装置からバッテリ充電のための電力を確保しなければならない。

しかしながら、回診用Ｘ線撮影装置に規定されている電源仕様よりも発電装置の容量が小さい場合、発電装置に回診用Ｘ線撮影装置を接続すると発電装置の容量が不足し発電装置からの供給電圧が著しく低下する。このような電圧降下が回診用Ｘ線撮影装置の許容できる電圧変動幅より大きいと、図６に示すように、充電電流が設定された電流値c（グラフ中、一点鎖線で示す）に到達する前に回診用Ｘ線撮影装置側の安全機構が作動するため、バッテリへの充電が行えなくなる。なお、従来の回診用Ｘ線撮影装置の充電回路には、電流値ｃとしては、鉛蓄電池の定格容量の１／１０容量に相当する電流値が設定されている。

さらに、発電装置には、過負荷を検出して電力出力を停止する安全機構が備えられていることから、回診用Ｘ線撮影装置が接続されたときに発電装置側が過負荷を検出して、発電装置からの電力出力を停止することもある。このような場合にも、バッテリへの充電が行えない。

バッテリへの充電が行えなければ、バッテリにＸ線撮影に必要な電力を蓄えることができない。このため、必要なときにＸ線撮影を行うことができず、患者の治療等に支障が生じる場合もある。

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、外部電源からの供給電圧が不安定な場合でも、バッテリへの充電を可能とする回診用Ｘ線撮影装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、バッテリが搭載された装置本体と、前記装置本体に支持部材を介して支持されたＸ線管と、前記Ｘ線管から照射され被検者を通過したＸ線を検出するＸ線検出器と、を備え、前記バッテリを電源とする回診用Ｘ線撮影装置において、前記バッテリを充電するときに外部電源から充電回路に入力される電圧を検出する電圧検出部と、前記バッテリへの充電が開始されてから一定の時間、前記電圧検出部が検出した電圧値の降下率に応じて、前記バッテリへの充電電流の設定値を変更する充電電流制御部と、を有する制御回路を備えることを特徴とする。

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、前記充電電流制御部は、前記バッテリへの充電が開始されてから一定の時間、充電電流の設定値を多段階に、または、所定の勾配で増加させる。

請求項１に記載の発明によれば、バッテリを充電するときに外部電源から充電回路に入力される電圧を検出する電圧検出部と、電圧検出部が検出した電圧値の降下率に応じて、バッテリへの充電電流の設定値を変更する充電電流制御部と、を有する制御回路を備えることにより、回診用Ｘ線撮影装置に設定されている電圧変動幅を超える電圧降下が起こらないように充電電流値を変更できることから、供給電圧変動が大きい不安定な商用電源や容量が小さい自家発電機からバッテリを充電する場合であっても、バッテリへの充電停止を回避し、バッテリへの充電を継続することが可能となる。

請求項２に記載の発明によれば、充電電流制御部は、バッテリへの充電が開始されてから一定の時間、充電電流の設定値を多段階に、または、所定の勾配で増加させることから、電圧変動幅を超える電圧降下を生じさせない最大の電流値を充電電流値とすることができる。

この発明に係る回診用Ｘ線撮影装置の斜視図である。この発明に係る回診用Ｘ線撮影装置の斜視図である。この発明に係る回診用Ｘ線撮影装置の主要な電気的構成を示すブロック図である。この発明に係る回診用Ｘ線撮影装置の充電開始直後の外部電源電圧と充電電流の関係を説明するグラフである。従来の回診用Ｘ線撮影装置の充電開始直後の外部電源電圧と充電電流の関係を説明するグラフである。従来の回診用Ｘ線撮影装置の充電開始直後の外部電源電圧と充電電流の関係を説明するグラフである。

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および図２は、この発明に係る回診用Ｘ線撮影装置の斜視図である。

この回診用Ｘ線撮影装置は、複数の病室間を移動して、各病室においてＸ線撮影を実行するものであり、台車１１に配設された支柱１２と、この支柱１２に対して昇降可能な状態で配設されたアーム１３と、アーム１３の先端に配設されたＸ線管２１と、このＸ線管２１の下方に配設されたコリメータ２２と、Ｘ線管２１から照射され被検者を通過したＸ線を検出するためのフラットパネルディテクタ等のＸ線検出器２３と、Ｘ線管２１からＸ線を照射してＸ線撮影を開始するためのスイッチ２９と、Ｘ線検出器２３を収納するための収納部１５とを備える。また、この回診用Ｘ線撮影装置は、方向変更用の車輪である左右一対の前輪１７と、後述するモータ４６により駆動する車輪である左右一対の後輪１６と、台車１１の進行方向を操作するための操作ハンドル１４と、表示部および操作部として機能するタッチパネル１８とを備える。

コリメータ２２には、Ｘ線管２１とコリメータ２２とを一体として移動させるときに使用するハンドル２４が付設されている。また、Ｘ線管２１は、保持部３０により、アーム１３に支持されている。

Ｘ線管２１と、このＸ線管２１に取り付けられたコリメータ２２とは、図１および図２に示すように、アーム１３の延設方向と直交する方向を向く軸を中心としたθ１方向と、アーム１３の延設方向を向く軸を中心としたθ２方向とに揺動可能となっている。また、Ｘ線管２１とコリメータ２２とは、図１および図２に示すように、アーム１３が支柱１２を中心としてθ３方向に旋回することにより、水平方向に移動可能となっている。また、Ｘ線管２１とコリメータ２２とは、図１および図２に示すように、アーム１３がＡ方向に伸縮することにより、水平方向に移動可能となっている。さらに、Ｘ線管２１とコリメータ２２とは、図１および図２に示すように、アーム１３が支柱１２に対してＺ方向に昇降することにより、鉛直方向に移動可能となっている。

なお、図１は、アーム１３の延設方向、すなわち、図１において矢印Ａで示すＸ線管２１およびコリメータ２２がアーム１３とともに移動する方向と、図１において矢印Ｘで示す台車１１の正面への移動方向とが平行となる状態を示し、図２は、アーム１３の延設方向、すなわち、図２において矢印Ａで示すＸ線管２１およびコリメータ２２がアーム１３とともに移動する方向と、図２において矢印Ｘで示す台車１１の正面への移動方向とが直交する方向となる状態を示している。

図３は、この発明に係る回診用Ｘ線撮影装置の主要な電気的構成を示すブロック図である。

この回診用Ｘ線撮影装置は、台車１１の内部に、バッテリ４３と、バッテリ４３に流れる充電電流を制限する充電回路４２と、制御回路５０を備える。バッテリ４３は、Ｘ線管２１からＸ線を照射するときの管電流・管電圧および照射時間等の各種条件を制御するＸ線高電圧制御装置４４、後輪１６を駆動させるためのモータ４６の駆動を制御するモータ駆動部４５と、Ｘ線撮影像やＸ線撮影に必要な各種情報を表示するタッチパネル１８に接続され、これらの動作に必要な電力を供給する。バッテリ４３として、例えば、鉛蓄電池が使用される。

制御回路５０は、機能的構成として、外部電源４１から供給される電源電圧を検出する電源電圧検出部５１と、バッテリ４３の充電電圧を検出する充電電圧検出部５２と、バッテリ４３が充電されているときの充電電流を検出する充電電流検出部５３と、電源電圧検出部５１が検出した電源電圧の変動に応じて充電回路４２に設定する充電電流値を制御する充電電流値制御部５４を備える。

以上のような構成を有する回診用Ｘ線撮影装置においてバッテリ４３に充電を行うときの充電回路４２への充電電流値の設定について、さらに詳細に説明する。図４は、この発明に係る回診用Ｘ線撮影装置の充電開始直後の外部電源電圧と充電電流の関係を説明するグラフである。図４の上側のグラフは外部電源の電圧（Ｖ）の変動を示し、下側のグラフは充電電流（Ａ）の変動を示している。そして、グラフの横軸は時間（秒）である。

外部電源４１側からの供給電圧の急激な電圧降下は、特に、回診用Ｘ線撮影装置が接続され、外部電源４１に過大な負荷が加わることにより起きる。従来、鉛蓄電池を定電流充電する場合には、充電回路４２に充電電流値として所定の値（例えば、鉛蓄電池の定格容量の１／１０容量に相当する電流値）が設定されている。そして、先に図５および図６を参照して説明したように、外部電源４１に回診用Ｘ線撮影装置を接続した直後には、突入電流の影響もあり、充電回路４２を介してバッテリ４３に流れる充電電流は数秒の間に設定された充電電流値に到達する。このときの外部電源４１が、容量が小さい自家発電機や、標準電圧に対して低い電圧での電力供給となっている不安定な商用電源である場合、回診用Ｘ線撮影装置の許容できる電圧変動幅を超えて電源電圧が低下し、鉛蓄電池への充電が停止する。

この発明に係る回診用Ｘ線撮影装置では、バッテリ４３への充電を開始するときの充電回路４２に設定する充電電流値に、従来のように所定の値を設定するのではなく、充電電流値を変化させるようにしている。例えば、初期値を０Ａ（アンペア）とし、２秒ごとに５Ａずつ増加させるなどの設定値変更や、最小値と最大値および最小値から最大値になるまでの時間ｔ（秒）を予め設定し充電電流値を所定の勾配で変化させる設定値変更などを行う。

図４では、充電を開始してから一定の時間ｔに、充電電流の設定値を最小値０Ａ〜最大値ｃＡまで所定の勾配で増加させる充電電流の可変制御（下側のグラフの二点鎖線）を例に示している。なお、この図４の例では、最大値ｃには、従来から充電開始時の充電電流値として充電回路４２に設定されている、バッテリ４３の定格容量の１／１０容量に相当する電流値を採用している。また、一定の時間ｔは、回診用Ｘ線撮影装置が外部電源４１に接続されてから従来の所定の充電電流値（定格容量の１／１０容量に相当する電流値）に到達するまでの時間が数秒であったのを考慮し、それより２〜５倍程度長い１０〜十数秒の時間を設定している。言い換えると、従来よりも充電を継続する充電電流値に到達するまでの速度が緩やかになるように、一定の時間ｔを設定している。

この発明に係る回診用Ｘ線撮影装置では、電源電圧検出部５１により電源電圧の変動を知ることができるため、電源電圧値の降下率に応じて、充電回路４２に設定する充電電流値を変更している。すなわち、図４に実線で示すように、充電回路４２に設定する充電電流値を段階的に、もしくは所定の勾配で増加させている過程で、電源電圧検出部５１により検出された電圧値が、回診用Ｘ線撮影装置が許容できる電圧変動幅の下限値近くまで降下したときには、そこで充電電流値の増加を停止させる。

このように、充電電流値の増加を止めると、電流がそれ以上多く流れなくなるため電圧降下も停止し、電源電圧が、回診用Ｘ線撮影装置が許容できる電圧変動幅の下限値を下回ることを防ぐことができる。したがって、バッテリ４３への充電を継続させることが可能となる。

充電電流値制御部５４において充電電流値の増加を止める判断基準となる電源電圧の下降率としては、回診用Ｘ線撮影装置が許容できる電圧変動の最大下降率に対して１〜２％小さい下降率であることが好ましい。例えば、回診用Ｘ線撮影装置が許容できる電圧変動幅が標準電圧に対して±１０％に設定されている場合には、電源電圧検出部５１により検出された外部電源４１からの電圧値が、標準電圧よりも８〜９％低い値となったときに、充電電流値制御部５４が充電回路４２に設定する充電電流値の増加を止める制御を実行する。なお、電圧値が上昇したら、充電回路４２に設定する充電電流値を上げるようにしてもよい。

上述した例では、定電流充電方式の場合について説明したが、電源電圧検出部５１が検出した電圧値に応じた、充電電流値制御部５４による充電電流値の変更は、他の充電方式によりバッテリ４３を充電する場合にも実行することができる。すなわち、充電開始直後の電圧降下は、定電流定電圧充電方式や多段定電流充電方式などの他の充電方式によりバッテリ４３への充電を行う場合にも生じる現象である。この発明においては、バッテリ４３への充電を開始した後の一定の時間、充電回路４２に設定する充電電流値を変更し、電圧変動幅を超える電圧降下を生じさせる電流がバッテリ充電系統に流れないようにしているので、その後のバッテリ４３への充電継続が可能となっている。したがって、他の充電方式でバッテリ４３への充電を行う場合にも、上述した電源電圧検出部５１が検出した電圧値に応じた、充電電流値制御部５４による充電電流値の変更により、充電開始直後の電圧降下による充電停止を回避し、その後のバッテリ４３への充電継続が可能となる。

また、充電を開始した後の一定の間、充電回路４２に設定する充電電流値を段階的に、もしくは、所定の勾配で増加させることで、電圧変動幅を超える電圧降下を生じさせない最大の電流値を充電電流値とすることができることから、制限された充電環境の中で、効率的なバッテリ４３への充電を実現することが可能となる。

なお、この発明に係る回診用Ｘ線撮影装置においては、外部電源４１の電圧変動に応じて、異なる充電電流値でバッテリ４３への充電を行うことになる。このため、どのレベルの充電電流で充電を行っているのかがわかるように、充電インジケーターをタッチパネル１８に表示するようにしてもよい。

１１台車
１２支柱
１３アーム
１６後輪
１７前輪
１８タッチパネル
２１Ｘ線管
２２コリメータ
２３Ｘ線検出器
２４ハンドル
３０保持部
４１外部電源
４２充電回路
４３バッテリ
４４Ｘ線高電圧制御装置
４５モータ駆動部
４６モータ
５０制御回路
５１電源電圧検出部
５２充電電圧検出部
５３充電電流検出部
５４充電電流値制御部

Claims

バッテリが搭載された装置本体と、前記装置本体に支持部材を介して支持されたＸ線管と、前記Ｘ線管から照射され被検者を通過したＸ線を検出するＸ線検出器と、を備え、前記バッテリを電源とする回診用Ｘ線撮影装置において、
前記バッテリを充電するときに外部電源から充電回路に入力される電圧を検出する電圧検出部と、
前記バッテリへの充電が開始されてから一定の時間、前記電圧検出部が検出した電圧値の降下率に応じて、前記バッテリへの充電電流の設定値を変更する充電電流制御部と、
を有する制御回路を備えることを特徴とする回診用Ｘ線撮影装置。
請求項１に記載の回診用Ｘ線撮影装置において、
前記充電電流制御部は、前記バッテリへの充電が開始されてから一定の時間、充電電流の設定値を多段階に、または、所定の勾配で増加させる回診用Ｘ線撮影装置。