WO2008050540A1 - Générateur de rayons x - Google Patents

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WO2008050540A1
WO2008050540A1 PCT/JP2007/066933 JP2007066933W WO2008050540A1 WO 2008050540 A1 WO2008050540 A1 WO 2008050540A1 JP 2007066933 W JP2007066933 W JP 2007066933W WO 2008050540 A1 WO2008050540 A1 WO 2008050540A1
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tube
voltage
ray
discharge
current
Prior art date
Application number
PCT/JP2007/066933
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English (en)
French (fr)
Inventor
Hirokazu Iijima
Jun Takahashi
Original Assignee
Hitachi Medical Corporation
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Filing date
Publication date
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Priority to EP07806410A priority patent/EP2077700B1/en
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Priority to CN200780039395.4A priority patent/CN101529995B/zh
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05G—X-RAY TECHNIQUE
    • H05G1/00—X-ray apparatus involving X-ray tubes; Circuits therefor
    • H05G1/08—Electrical details
    • H05G1/26—Measuring, controlling or protecting
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05G—X-RAY TECHNIQUE
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    • H05G1/08—Electrical details
    • H05G1/10—Power supply arrangements for feeding the X-ray tube
    • H05G1/12—Power supply arrangements for feeding the X-ray tube with dc or rectified single-phase ac or double-phase
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    • H05G1/30—Controlling
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    • H05G1/30—Controlling
    • H05G1/46—Combined control of different quantities, e.g. exposure time as well as voltage or current

Definitions

  • the present invention relates to an X-ray generator used in an X-ray CT apparatus, and in particular, an X-ray tube of an X-ray generator using a one-side ground X-ray tube in which either an anode or a cathode is grounded.
  • the present invention relates to an X-ray generator having a function of specifying a discharge portion of a high-voltage part including the above.
  • a rotational scan CT device is an X-ray CT device.
  • X-ray CT device has become the mainstream.
  • it has become easy to acquire continuous data in the body axis direction of a subject and generate a three-dimensional image using the acquired data.
  • spiral scan CT devices are equipped with an X-ray tube device and an X-ray detector, including an X-ray tube and its accessories, on the scanner rotation part.
  • the placed table is continuously moved in the body axis direction of the subject.
  • the helical scan CT device makes the X-ray tube device and the X-ray detector relatively rotate with respect to the subject by continuous rotation of the scanner rotating unit and continuous movement of the table.
  • the spiral scan CT apparatus in particular, has to continuously expose X-rays to the subject for a long time from the X-ray tube device mounted on the scanner rotation section!
  • the load on the tube increases.
  • the amount of heat generated by the anodic force of the X-ray tube also increases, which increases the internal temperature of the X-ray tube.
  • the X-ray dose must be increased and the load increases, so the time required for cooling tends to become longer.
  • the capacity of the X-ray tube is required to be increased.
  • the tube current flowing between the anode and cathode of the X-ray tube (hereinafter referred to as the tube current) can also be increased, but it can be used as a discharge countermeasure for the X-ray tube and its peripheral devices. Sufficient consideration is required. In order to take appropriate measures against electric discharge, it is necessary to grasp the location of electric discharge.
  • Patent Document 1 discloses the following technique as a technique for specifying a discharge location.
  • the first current detection resistor is connected in series to the grounded anode of the X-ray tube.
  • a second current detection resistor is also connected in series on the secondary side of the high-voltage generator.
  • Each output of the first and second current detection resistors is compared with a predetermined threshold value by a comparison circuit.
  • the current detection resistors in order to prevent the first and second current detection resistors from being damaged, the current detection resistors must be provided with high voltage insulation to withstand the high voltage. Further, since the resistance value of the current detection resistor is very small, an excessive short-circuit current flows through the current detection resistor. Therefore, the current detection resistor must be able to withstand this current. Therefore, the current detection resistors are very large, which is disadvantageous for an X-ray CT apparatus that must be reduced in size and weight and mounted on the scanner rotating part.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an X-ray generator having a small size and a function capable of specifying a discharge location with high accuracy.
  • the X-ray generator of the present invention is configured as follows.
  • one-side grounded X-ray tube that grounds either the anode or the cathode, and a high-voltage generating means for generating X-rays by applying a high DC voltage between the anode and cathode of this X-ray tube
  • An X-ray generator comprising: a tube voltage detecting means for detecting a tube voltage applied between the anode and cathode of the X-ray tube; and a tube current flowing between the anode and cathode of the X-ray tube.
  • FIG. 1 is a circuit configuration diagram of a first embodiment of an X spring generator using an anode grounded X-ray tube having a function of specifying a discharge location according to the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a control device for the X-spring generating device in the first embodiment.
  • FIG. 3 is a hardware configuration diagram of a microcomputer in the operation console.
  • FIG. 4 is a diagram showing changes in tube voltage and tube current before and after the occurrence of discharge.
  • FIG. 5 is a flowchart of an operation for specifying a discharge location.
  • FIG. 6 is a circuit configuration diagram of a second embodiment of an X-spring generator using an anode grounded X-ray tube having a function of specifying a discharge location according to the present invention.
  • FIG. 7 is a block diagram of a first tube voltage control circuit that corrects a tube voltage detection error due to a voltage drop of a discharge current suppression resistor and performs feedback control of the tube voltage in the second embodiment.
  • FIG. 8 is a block diagram of a second tube voltage control circuit that corrects a tube voltage detection error due to a voltage drop of the discharge current suppression resistor in the second embodiment and feedback-controls the tube voltage.
  • FIG. 9 is a block diagram of a third tube voltage control circuit that corrects a tube voltage detection error due to a voltage drop of the discharge current suppression resistor and performs feedback control of the tube voltage in the second embodiment.
  • FIG. 10 is a block diagram of a fourth tube voltage control circuit that corrects a tube voltage detection error due to a voltage drop of the discharge current suppression resistor and performs feedback control of the tube voltage in the second embodiment.
  • FIG. 11 is a circuit configuration diagram of a third embodiment of an X spring generator using an anode grounded X-ray tube having a function of specifying a discharge location according to the present invention.
  • FIG. 12 is a circuit configuration diagram of a fourth embodiment of an X-spring generator using a cathode-grounded X-ray tube having a function of specifying a discharge location according to the present invention.
  • FIG. 1 is a circuit configuration diagram of an X-ray generator using an anode-grounded X-ray tube having a function of specifying a discharge location according to the first embodiment of the present invention.
  • the X-ray generator includes a DC power source 1, an inverter circuit 2 (DC / AC converting means) that converts the voltage of the DC power source 1 into an AC voltage having a predetermined frequency, and an AC circuit of the inverter circuit 2.
  • High voltage transformer 3 that boosts the voltage
  • symmetric cockcroft Walton circuit 4 that boosts the voltage of this high voltage transformer 3 to 4 times and converts it to DC voltage, and this symmetric cockcroft Walton circuit
  • the output voltage of 4 is applied between the anode 5a and the cathode 5b to generate X-rays.
  • the anode-grounded X-ray tube 5 with the anode 5a grounded, and the discharge current during discharge of the X-ray tube 5 are suppressed.
  • the discharge current suppression resistor Rd connected between the symmetric cockcroft Walton circuit 4 and the cathode 5b of the X-ray tube 5 and the tube voltage of the X-ray tube 5 are divided to be proportional to the tube voltage.
  • X-ray tube 5 for detecting voltage between cathode 5b and ground Operation having a tube voltage dividing resistance Rvdet—H and Rvdet—L, a tube current detection resistor Ridetl connected between the anode 5a of the X-ray tube 5 and the ground, an operation device 6a, and a control device 6b And console 6.
  • the control device 6b includes a tube voltage detection value detected at a terminal VI of the tube voltage detection resistor Rvdet-L, Vvl representing a tube voltage detection value detected at a terminal VI, and a Vcl representing a tube current detection value detected at a terminal C1 of the tube current detection resistor Ridetl.
  • the X-ray conditions (tube voltage, tube current, X-ray exposure time) set in the operating device 6a are input, and the power semiconductor of the inverter circuit 2 is set so as to satisfy the set X-ray conditions.
  • Conduction width of the switching element and / or movement of the switching element Includes an X-ray controller that controls the output frequency of inverter circuit 2 by controlling the operating frequency
  • the DC power supply 1 may have any form such as a circuit form obtained by converting a commercial power supply voltage (not shown) into a DC voltage, or a battery.
  • the circuit configuration for converting the commercial power supply voltage into a direct current voltage is also a configuration in which the commercial power supply voltage is full-wave rectified by a full-wave rectifier circuit, or a DC voltage obtained by the full-wave rectification is adjusted by a chitsuba circuit.
  • the conversion form is not limited in any way, such as a form in which the full-wave rectifier circuit has a voltage variable function.
  • the symmetric cockcroft Walton circuit 4 is based on the circuit disclosed in International Publication No. WO2004 / 103033, and the output voltage of the high-voltage transformer 3 is increased by using a capacitor and a diode.
  • the capacitors 4a3, 4a6, 4c3, and 4c6 of the first full-wave rectifier booster circuit to the fourth full-wave rectifier booster circuit configured as described above are respectively provided with the high-voltage transformer that is full-wave rectified.
  • the peak value of the output voltage of 3 is charged.
  • the output voltage of the symmetric cockcroft Walton circuit 4 is the sum of the output voltages of the first full-wave rectification booster circuit to the fourth full-wave rectification booster circuit.
  • the peak value of the output voltage of the high voltage transformer 3 is boosted to a voltage four times that of the high voltage transformer 3.
  • the high voltage generator 3 is composed of the high voltage transformer 3 and the symmetrical cockcroft Walton circuit 4.
  • the high-frequency AC voltage converted by the inverter circuit 2 is boosted and rectified by the high voltage generator 34, which is a high voltage generator, and becomes a required tube voltage, for example, 150 kV.
  • the operation console 6 controls an operation device 6a including an operation condition setting such as an X-ray condition and a display device for displaying the set operation condition, and a tube voltage and a tube current described later.
  • a control device 6b including an X-ray control unit 6bl and a high voltage generation unit 34 which is a main part of the present invention and a discharge detection unit 6b2 for detecting and specifying the discharge location of the anode grounded X-ray tube 5. It is.
  • the X-ray control unit 6bl includes a tube voltage detection value Vvl detected by the tube voltage detection resistor Rvdet-L and a tube voltage setting set by the operation device 6a of the operation console 6.
  • a tube voltage feedback control unit 6bl l that feedback-controls the tube voltage so that the values match, a tube current detection value Vcl detected by the tube current detection resistor Ridetl, and a tube current setting set by the operation device 6a.
  • a tube current feedback control unit 6bl2 for performing feedback control of the tube current so as to match.
  • the AC voltage converted into a predetermined frequency by the inverter circuit 2 by the tube voltage control signal generated by the tube voltage feedback control unit 6bl 1 is converted into the high voltage transformer 3 and the symmetric cockcroft Walton circuit.
  • the voltage is boosted to a high DC voltage by the high voltage generator 34 by 4.
  • the boosted high voltage (tube voltage) is applied between the anode 5a and the cathode 5b of the X-ray tube 5.
  • the voltage applied to the filament is controlled to a predetermined value by a filament heating circuit (not shown) that heats the filament of the X-ray tube 5 by the tube current control signal generated by the tube current feedback control unit 6bl2.
  • an operation console 6 including the operation device 6a and the control device 6b includes a central processing unit (CPU) 6cl for controlling the operation of each component, a control program for the device,
  • the main memory 6c2 that stores data processed by the CPU 6cl
  • the hard disk 6c3 that stores various operation data and programs
  • An arithmetic unit 6c4 that performs operations such as feedback control signals and an analog / digital converter (hereinafter referred to as an A / D converter) that converts the tube voltage detection value and tube current detection value to digital values.
  • Output part 6c6 including , Table Display memory 6c7 for temporarily storing display data and image data, a touch panel display device 6c8 as a display device for displaying data from the display memory 6c7, and a soft switch on the screen of the display device 6c8 And a controller 6cl 0 for operating the keyboard, a keyboard 6cl l having keys and switches for setting various parameters, and a microcomputer comprising a common bus 6cl2 for connecting the above components.
  • the discharge detector 6b2 which is the main part of the present invention, is the difference between the high voltage generator 34 and the anode grounded X-ray tube 5!
  • the location of the discharge is identified as follows.
  • the output voltage (tube voltage) of the symmetrical Cockcroft 'Walton circuit 4 is abruptly reduced regardless of where the discharge occurs, the terminal voltage of the tube voltage detection resistor Rvdet-L that detects the tube voltage. .
  • the tube voltage which is the output voltage of the high voltage generator 34 detected by the tube voltage detection resistor Rvdet-L
  • the tube current detection resistor Ridetl Since the tube current to be detected increases rapidly only during discharge in the X-ray tube, the generated discharge can be reduced by monitoring both terminal voltages of the tube voltage detection resistor R vdet-L and the tube current detection resistor Ridetl. It is possible to identify the discharge force generated in the X-ray tube 5 and the discharge generated in a place other than the X-ray tube 5.
  • Fig. 4 shows changes in tube voltage (voltage Vvl at terminal VI) and tube current (voltage Vcl at terminal C1) before and after the occurrence of discharge.
  • the tube voltage detection value Vvl when the operation of the inverter circuit 2 is stopped and the operation of the X-ray generator is stopped during normal operation when no discharge has occurred is on the cathode side of the X-ray tube 5. Since it takes time to discharge a capacitor such as a connected high voltage cable or Cockcroft 'Walton circuit, the tube voltage decreases more slowly than the discharge as shown by the dotted line.
  • the slope of the decrease in tube voltage differs between when discharging and when the operation of the inverter circuit 2 is stopped during normal operation.
  • the tube current detection value Vcl increases rapidly only when a discharge occurs in the X-ray tube 5.
  • the tube voltage detection value Vvl when the tube voltage detection value Vvl rapidly decreases and at the same time a rapid increase in the tube current detection value Vcl is observed, the tube voltage detection value Vvl decreases rapidly due to the discharge of the X-ray tube. At the same time, if a rapid increase in the tube current detection value Vcl is not observed, it can be determined that the discharge is at a location other than the X-ray tube, and the discharge location can be identified.
  • the rapid decrease in the tube voltage detection value Vvl is determined by comparing with the allowable value of the slope of the tube voltage decrease stored in advance in the hard disk 6c3 (shown in FIG. 3). Similarly, the sudden increase is determined by comparing with the allowable value of the increase in tube current stored in the hard disk 6c3.
  • FIG. 5 is a flowchart of an operation for specifying a discharge location to be executed in the discharge detector 6b2.
  • the discharge detection unit 6b2 is configured by software based on this flowchart and the hardware of the operation console 6 of FIG. 3 (discharge location specifying means). Of the discharge point The specific result is displayed on the display device 6c8. Details of the operation will be described below.
  • a shooting preparation signal is input from the operation console 6. Based on the input value, the filament of the cathode 5b of the X-ray tube 5 is heated, and the rotating anode of the X-ray tube 5 is rotated at high speed. When the temperature of the filament of the X-ray tube 5 and the number of rotations of the rotating anode reach predetermined values, preparation for imaging is completed. When an imaging start signal is further input, a high voltage is applied between the anode 5a and the cathode 5b of the X-ray tube 5, the X-rays are exposed toward the subject, and imaging starts.
  • Tube voltage detection value Vvl (tube voltage detection resistor Rvdet—L terminal voltage) and tube current detection value Vcl (tube current detection resistor Ridetl terminal voltage) are input 6c5 (shown in FIG. 3). It is converted to a digital value by the A / D converter and stored in the main memory 6c2 (step S2).
  • the CPU 6cl (shown in FIG. 3) shows the tube voltage detection direct Vvl read in step S2 and the tube voltage setting value set by the input device (such as mouse 6c9 or keyboard 6cl in FIG. 3). ) To determine whether the tube voltage detection value Vvl has reached the tube voltage set value.
  • step S4 When the tube voltage detection value Vvl reaches the tube voltage set value, the process proceeds to the next step S4, and when the tube voltage detection value Vvl does not reach the tube voltage set value, the process returns to the step S2 (step S3). .
  • step S4 The slope of the decrease in tube voltage calculated in step S4 is compared with the allowable value of the slope of decrease in tube voltage read in step SI, and the slope of the decrease in tube voltage is less than the allowable value. If so, the process returns to step S2, and if the slope of the tube voltage decrease is equal to or greater than the allowable value, the process proceeds to the next step S6 (step S5, first determination means).
  • step S4 The increase in tube current in the predetermined time calculated in step S4 is compared with the allowable value for the increase in tube current (step S6), and the increase in tube current in the predetermined time is If it exceeds the allowable value, it is determined that the discharge of the X-ray tube (step S7), and if the increase in the tube current within the predetermined time is less than the allowable value, it is determined that the discharge is other than the X-ray tube (step S8, The second determination means), the discharge location is specified (discharge location specifying means).
  • the specified discharge location is display-controlled by the CPU 6cl (discharge location display control means) and stored in the display memory 6c7 (shown in FIG. 3) and the tatsu-panel display device 6c8 (shown in FIG. 3) (Step S9, display means).
  • the discharge location can be specified, and the specified discharge location is displayed on the display device as described above to notify the operator and the maintenance department.
  • the X-ray generator can be used efficiently.
  • the discharge history is stored in the hard disk 6c3 as a storage unit in the X-ray generator (discharge history storage means), and the discharge history is read from the hard disk 6c3 during maintenance and inspection. (Discharge history reading control means) display control is performed, and the display history of the discharge controlled is displayed on the tatsu-panel display device 6c8.
  • FIG. 6 shows an X-ray emission having a function of specifying a discharge location according to the second embodiment of the present invention. It is a circuit block diagram of a raw apparatus.
  • the X-ray generator of the second embodiment is different from the first embodiment in the position where the discharge current suppression resistor Rd for suppressing the discharge current of the X-ray tube 5 is connected. That is, one end force S of resistance R vdet—H and resistance Rvdet—L connected in series is connected to the negative terminal on the DC output side of symmetrical cockcroft 'Walton circuit 4, and the connection point and X-ray tube 5 A discharge current suppression resistor Rd is connected between the cathode 5b of the first electrode 5b and the second cathode 5b.
  • the discharge current suppression resistor R d is between the high-voltage side resistance Rvdet-H of the tube voltage detection circuit and the negative terminal on the DC output side of the symmetrical cock croft 'Walton circuit 4. Therefore, when a discharge occurs in the X-ray tube 5, the resistance Rvdet-H on the high voltage side is set to the ground potential, and the negative terminal on the DC output side of the symmetric cockcroft Walton circuit 4 is the tube. As a voltage, a high-voltage potential difference corresponding to the tube voltage is generated between the symmetrical Cockcroft-Walton circuit 4 and the high-voltage side resistor Rvdet-H.
  • the symmetric cockcroft 'Walton circuit 4 is separated from the high-voltage side resistance Rvdet-H, or if it is difficult to secure this insulation distance, the high-voltage side resistance Rvdet-H is reduced. It is necessary to insulate with oil-impregnated paper.
  • the tube voltage detection circuit is provided directly on the negative output side of the symmetric cockcroft Walton circuit 4, even when a discharge occurs in the X-ray tube 5. No potential difference is generated between the symmetrical Cockcroft 'Walton circuit 4 and the resistance Rvd et-H on the high voltage side of the tube voltage detection circuit.
  • the actual tube voltage applied to the X-ray tube 5 in the second embodiment of the present invention is higher than the output voltage of the symmetric Cockcroft 'Walton circuit 4, and the tube current and the discharge current suppression resistance Rd The voltage drops by a voltage drop corresponding to the product of.
  • the detection value Vvl 'force of the tube voltage detection circuit is obtained based on the voltage division ratio of the tube voltage detection resistors Rvdet H and Rvdet L. Therefore, the tube voltage actually applied to the X-ray tube 5 is different.
  • the voltage drop corresponding to the product of the tube current and the discharge current suppression resistor Rd is set as the offset value T, and the tube voltage detection value Vvl
  • the offset value T is stored in advance in the hard disk 6c3 (shown in FIG. 3) as an offset value table that represents the relationship between the tube current set value and the voltage drop at the discharge current suppression resistor Rd due to the set tube current. Is done.
  • the offset value is read from the hard disk 6c3 to the main memory 6c2 (shown in FIG. 3), and the offset value corresponding to the tube current setting value at the time of tube voltage feedback control.
  • the measured tube voltage detection direct Vvl 'is corrected using T.
  • FIG. 8 is a variation of FIG. 7.
  • an offset value corresponding to the voltage drop of the discharge current suppression resistor Rd is measured as an actual tube current detection value (terminal voltage Vcl of the tube current detection resistor Ridetl shown in FIG. 8). It is what you want to use.
  • a value obtained by multiplying the tube current detection value by the gain K—Rd corresponding to the discharge current suppression resistor Rd is subtracted from the tube voltage detection value Vvl ′ as an offset value D. Feedback.
  • the gain K-Rd for obtaining the offset value D is set so that the offset value D is equal to the offset value T in FIG. 7, and the gain K-Rd is constant regardless of the tube current value.
  • FIG. 7 and FIG. 8 show the force S, which is an example of performing tube voltage feedback control by subtracting the offset value T or the offset value D from the tube voltage detection value, respectively, and the offset value T or the offset value D.
  • a method of adding to the tube voltage setting value may also be used.
  • Fig. 9 shows a modification of Fig. 7 in which the offset value T is obtained using the offset value table, and this offset value T is added to the tube voltage setting value.
  • Fig. 10 shows the gain K-Rd added to the tube current detection value.
  • FIG. 9 is a modification of FIG. 8 in which an offset value D is obtained by multiplication and this offset value D is added to the tube voltage setting value. In this way, even if the offset value T or offset value D is added to the tube voltage setting value for correction, the same effect as in the examples in Figs.
  • the resistance Rvdet-H and the resistance Rvdet-L for detecting the tube voltage are increased. Even if it is connected in parallel with the voltage generator, the tube voltage can be feedback-controlled with high accuracy. Also, since the tube voltage detection circuit composed of the tube voltage detection resistors Rvdet-H and Rvdet-L needs to be insulated from the high voltage terminal side! /, X-ray generation smaller than that of the first embodiment is possible. It becomes possible to set it as an apparatus.
  • the tube voltage detection error corresponding to the voltage drop due to the discharge current suppression resistor can be corrected, and the tube voltage feedback control can be performed. Can be prevented from degrading.
  • FIG. 11 is a circuit configuration diagram of the third embodiment of the X-ray generator of the present invention having the function of specifying the discharge location.
  • This X spring generator further includes a resistor Ridet2 between the positive terminal of the DC output voltage of the symmetric cockcroft Walton circuit 4 of the first embodiment shown in FIG. 1 and the ground.
  • the tube voltage detection resistor Rvdet—L voltage drop Vvl and tube current detection resistor Ridetl voltage drop Vcl In addition to detecting the voltage drop Vc2 of resistor Ridet2, the change in Vvl, Vcl, Vc2 due to the location of discharge The difference in the aspects will be described below.
  • Vvl decreases rapidly, and Vcl and Vc2 increase rapidly at the same time.
  • Vcl decreases rapidly and Vc2 increases rapidly, but there is no significant change in Vcl.
  • Vvl decreases rapidly by a voltage corresponding to the discharge location, but it is not a discharge to ground. Since the discharge current does not flow through Ridetl and Ridet2, there is no significant change in Vcl and Vc2.
  • the above embodiment is the case of an X-ray generator using an anode grounded X-ray tube.
  • the present invention is not limited to this, and uses a cathode grounded X-ray tube with a cathode grounded. It can also be applied to the X spring generator.
  • FIG. 12 is a circuit configuration diagram of the fourth embodiment of the X-fountain generator of the present invention having a function of specifying the discharge location when the cathode of the X-ray tube is grounded.
  • the anode 5a of the X-ray tube 5 is connected to the positive terminal of the DC output voltage of the symmetric cockcroft 'Walton circuit 4 through the discharge current suppression resistor Rd, and the DC of the symmetric cockcroft' Walton circuit 4 is The negative terminal of the output voltage is grounded.
  • a resistor Rvdet—H and Rvdet—L are connected between the connection point between the discharge current suppression resistor Rd and the anode 5a of the X-ray tube 5 and the ground, and a terminal of the resistor Rvdet-L
  • the voltage Vvl is detected as the tube voltage detection value.
  • a resistor Ri detl for detecting the tube current is connected between the cathode 5b of the X-ray tube 5 and the ground, and the terminal voltage Vcl of the resistor Ridetl is detected as a tube current detection value.
  • the terminal voltage Vvl decreases rapidly no matter where the discharge occurs, and the terminal voltage Vcl increases rapidly only when the X-ray tube is discharged, so the terminal voltages Vvl and Vcl are monitored. As a result, it is possible to distinguish and specify whether or not the discharge spot force drawing tube 5 or other.
  • the cathode of the X-ray tube since the cathode of the X-ray tube is grounded, the high voltage of the filament heating circuit (not shown) for heating the cathode filament is used. Since an isolation transformer is not required, a small and inexpensive X-ray generator can be obtained.
  • the fourth embodiment in Fig. 12 is an example in which the concept of the embodiment in Fig. 1 is applied to an X-ray generator using a cathode-grounded X-ray tube.
  • the X-ray generator of the present invention is an X-ray tube (one-side grounding) of an anode grounded X-ray tube that grounds the anode as an X-ray source and a cathode grounded X-ray tube that grounds the cathode. Even if it is applied to an X-ray generator using a type X-ray tube), the discharge location can be identified and specified.
  • the circuit that boosts the output voltage of a high-voltage transformer to a double voltage is not limited to a symmetrical cockcroft using a full-wave rectifier circuit, but can be another cockcroft or a Walton circuit. Any circuit other than the Walton circuit can be used as long as it is boosted to a voltage doubler.
  • the full-wave rectifier booster circuit used in the Cockcroft 'Walton circuit has four sets connected in series.
  • the number of groups connected in series is not limited to four! /. If the number of sets connected in series is small, high-speed power supply to the X-ray tube is possible, and if the number of sets is large, the turns ratio of the transformer in the previous stage can be reduced, and the transformer can be downsized.
  • the present invention is applied to an X-ray generator using a single-side grounded X-ray tube that grounds either the anode or the cathode.
  • X-ray generators using anode-grounded X-ray tubes generate X-rays using cathode-grounded X-ray tubes, mainly for medical applications that require large heat capacity.
  • the equipment is mainly applied to industrial applications where small heat capacity is acceptable.

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Description

明 細 書
X線発生装置
技術分野
[0001] 本発明は X線 CT装置で使われる X線発生装置に係り、特に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線管を用いた X線発生装置の X線管を含む高電 圧部の放電箇所を特定する機能を有する X線発生装置に関する。
背景技術
[0002] 近年、 X線検出器を多列化して一度に多くの断層画像の撮像が短時間で広い範囲 について可能等の特徴を有するマルチスライス機能を備えたら旋スキャン CT装置が X線 CT装置の主流となっている。このような X線 CT装置により、被検体の体軸方向に 連続したデータの取得と、取得したデータを用いた三次元画像の生成が容易となつ てきた。
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。ら旋スキヤ 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
[0003] 前記ら旋スキャン CT装置は、特に、スキャナ回転部に搭載した X線管装置から連続 して長時間 X線を被検体に向けて曝射しなければならな!/、ので、 X線管の負荷が増 大する。負荷が増大すると X線管の陽極力 発生する熱量も増大し、これによつて X 線管の内部温度が上昇する。
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。これによつ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。 [0004] このように、特にら旋スキャン X線 CT装置においては、撮影スループットの向上及び さらなる画質向上を図ることが望まれ、そのためには X線管の大容量化が求められて いる。
[0005] X線管を大容量化すると、 X線管の陽極と陰極間に流れる電流 (以下、管電流と記 す)も大きな電流とできるが、 X線管およびその周辺機器の放電対策に十分な配慮が 必要となる。適切な放電対策をするには、放電箇所を把握しなければならない。
[0006] そこで、放電が高電圧発生装置、 X線管、高電圧ケーブルのどこで起きた力、を特定 し、適切な対応処置を施す必要がある。放電箇所を特定する技術として特許文献 1 には次のような技術が開示されている。 X線管の接地された陽極には第 1の電流検出 用抵抗器が直列接続される。高電圧発生装置の二次側にも第 2の電流検出用抵抗 器が直列接続される。第 1、第 2の電流検出用抵抗器の各出力はそれぞれ比較回路 で所定の閾値と比較される。このような構成より、高電圧部で放電が生じた場合に、 その放電の生じた部位力 線管内部とそれ以外の部分とに区別して特定される。 特許文献 1：特開 2000-215997号公報
[0007] しかしながら，前記特許文献 1に開示された技術では、 X線管で放電した場合に該 X線管の陽極と陰極間が短絡状態となって、前記第 1、第 2の電流検出用抵抗器に高 電圧発生装置の出力電圧である 50kV乃至 150kV程度の直流の高電圧が直接印加 されることになる。
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 つて、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 キヤ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。
[0008] また、陽極接地型 X線管の陽極自体が対接地に高電位となる可能性があるため， 検出回路が動作不能となり、このままでは放電箇所を特定することが困難となるという 問題が生じる恐れもある。これらは陰極を接地する陰極接地型 X線管にも共通する問 題である。 [0009] 本発明は、前記問題に鑑みてなされたものであって、小型で放電箇所を高精度に 特定できる機能を備えた X線発生装置を提供することを目的とする。
[0010] 前記目的を達成するために、本発明の X線発生装置は以下のように構成される。す なわち、陽極または陰極のいずれか一方を接地する片側接地 X線管と、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と を備えた X線発生装置であって、前記 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、前記 X線管の陽極と陰極間に流れる管電流を検出する 管電流検出手段と、前記管電圧検出手段で検出した管電圧検出値と前記管電流検 出手段で検出した管電流検出値とに基づいて前記高電圧発生手段と前記 X線管の いずれで放電が発生したかの放電箇所を特定する放電箇所特定手段とを備えたこと を特徴とする。
図面の簡単な説明
[0011] [図 1]本発明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 泉発生装置の第 1の実施形態の回路構成図。
[図 2]第 1の実施形態における X泉発生装置の制御装置の構成を示す図。
[図 3]操作コンソール内のマイクロコンピュータのハードウェア構成図。
[図 4]放電発生前後における管電圧と管電流の変化の様子を示す図。
[図 5]放電箇所を特定する動作のフローチャート図。
[図 6]本発明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 泉発生装置の第 2の実施形態の回路構成図。
[図 7]第 2の実施形態における放電電流抑制抵抗の電圧降下による管電圧検出誤差 を補正して管電圧をフィードバック制御する第 1の管電圧制御回路のブロック図。
[図 8]第 2の実施形態における放電電流抑制抵抗の電圧降下による管電圧検出誤差 を補正して管電圧をフィードバック制御する第 2の管電圧制御回路のブロック図。
[図 9]第 2の実施形態における放電電流抑制抵抗の電圧降下による管電圧検出誤差 を補正して管電圧をフィードバック制御する第 3の管電圧制御回路のブロック図。
[図 10]第 2の実施形態における放電電流抑制抵抗の電圧降下による管電圧検出誤 差を補正して管電圧をフィードバック制御する第 4の管電圧制御回路のブロック図。 [図 11]本発明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泉発生装置の第 3の実施形態の回路構成図。
[図 12]本発明による放電箇所を特定できる機能を備えた陰極接地型 X線管を用いた X泉発生装置の第 4の実施形態の回路構成図。
発明を実施するための最良の形態
[0012] 以下、添付図面に従って本発明の X泉発生装置の好ましい実施形態について詳細 に説明する。
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。
[0013] 《第 1の実施形態》
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。
[0014] この X線発生装置は、直流電源 1と、この直流電源 1の電圧を所定の周波数の交流 電圧に変換するインバータ回路 2(直流/交流変換手段)と、このインバータ回路 2の交 流電圧を昇圧する高電圧変圧器 3と、この高電圧変圧器 3の電圧をさらに 4倍の電圧 に昇圧して直流電圧に変換する対称型コッククロフト 'ウォルトン回路 4と、この対称型 コッククロフト ·ウォルトン回路 4の出力電圧を陽極 5aと陰極 5b間に印加して X線を発生 する前記陽極 5aが接地された陽極接地型 X線管 5と、この X線管 5の放電時の放電電 流を抑制する前記対称型コッククロフト 'ウォルトン回路 4と前記 X線管 5の陰極 5bとの 間に接続された放電電流抑制抵抗 Rdと、前記 X線管 5の管電圧を分圧して該管電圧 に比例した電圧を検出するための X線管 5の陰極 5bと接地間に接続された管電圧分 圧抵抗 Rvdet— H及び Rvdet— Lと、前記 X線管 5の陽極 5aと接地間に接続された管電 流検出抵抗 Ridetlと、操作装置 6aと制御装置 6bを有する操作コンソール 6とを備えて 構成される。前記制御装置 6bは、前記管電圧検出抵抗 Rvdet— Lの端子 VIで検出さ れる管電圧検出値を表す Vvl及び前記管電流検出抵抗 Ridetlの端子 C1で検出され る管電流検出値を表す Vclと、前記操作装置 6aで設定された X線条件 (管電圧、管電 流、 X線曝射時間)とを入力して、前記設定した X線条件になるように前記インバータ 回路 2の電力用半導体スイッチング素子の導通幅及び/又は該スイッチング素子の動 作周波数を制御してインバータ回路 2の出力電圧を制御する X線制御装置等を含む
〇
[0015] 前記直流電源 1は、図示省略の商用電源電圧を直流電圧に変換して得られる回路 形態、あるいはバッテリイ等、どのような形態でも良い。なお、前記商用電源電圧を直 流電圧に変換する回路形態も、前記商用電源電圧を全波整流回路で全波整流する 形態、あるいは前記全波整流して得られた直流電圧をチヨツバ回路で調整する形態 や前記全波整流回路に電圧可変機能を備えた形態等、その変換形態については何 ら限定されるものではない。
[0016] 前記対称型コッククロフト 'ウォルトン回路 4は、国際公開番号 WO2004/103033号公 報に開示されている回路を基本とし、コンデンサとダイオードを用いて前記高電圧変 圧器 3の出力電圧を直流高電圧に変換する高電圧倍加手段で、コンデンサ 4al、 4a2 、 4a3とダイオード 4bl〜4b4とから成る第 1の全波整流昇圧回路と、コンデンサ 4a4、 4a 5、 4a6とダイオード 4b5〜4b8とから成る第 2の全波整流昇圧回路と、コンデンサ 4cl、 4 c2、 4c3とダイオード 4dl〜4d4とから成る第 3の全波整流昇圧回路と、コンデンサ 4c4、 4c5、 4c6とダイオード 4d5〜4d8とから成る第 4の全波整流昇圧回路のそれぞれの直 流出力を直列接続して構成される (交流/直流変換手段、第 1のコンデンサ、第 2のコ ンデンサ)。
[0017] このように構成された前記第 1の全波整流昇圧回路〜第 4の全波整流昇圧回路の コンデンサ 4a3、 4a6、 4c3、 4c6には、それぞれ全波整流された前記高電圧変圧器 3の 出力電圧のピーク値が充電される。これによつて対称型コッククロフト 'ウォルトン回路 4の出力電圧は、前記第 1の全波整流昇圧回路〜第 4の全波整流昇圧回路の出力電 圧の和の電圧となる。
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。
[0018] このように、高電圧変圧器 3と対称型コッククロフト 'ウォルトン回路 4とにより高電圧発 生部 34は構成される。インバータ回路 2により変換された高い周波数の交流電圧は、 高電圧発生手段である高電圧発生部 34で昇圧、整流されて所要の管電圧、例えば 、 150kVとなる。 [0019] 前記操作コンソール 6は、 X線条件等の操作条件の設定及びこの設定した操作条 件等を表示する表示装置とを備えた操作装置 6aと、後述の管電圧及び管電流を制 御する X線制御部 6bl及び本発明の要部である高電圧発生部 34と陽極接地型 X線管 5の放電箇所を検出、特定する放電検出部 6b2とを含む制御装置 6bを備えて構成さ れる。
[0020] 前記 X線制御部 6blは、図 2に示すように、前記管電圧検出抵抗 Rvdet— Lで検出し た管電圧検出値 Vvlと前記操作コンソール 6の操作装置 6aで設定した管電圧設定値 とが一致するように管電圧をフィードバック制御する管電圧フィードバック制御部 6bl l と、前記管電流検出抵抗 Ridetlで検出した管電流検出値 Vclと前記操作装置 6aで設 定した管電流設定 とが一致するように管電流をフィードバック制御する管電流フィ ードバック制御部 6bl2とを備えて構成される。
[0021] 前記管電圧フィードバック制御部 6bl lで生成された管電圧制御信号により、前記ィ ンバータ回路 2で所定の周波数に変換された交流電圧が前記高電圧変圧器 3及び 対称形コッククロフト 'ウォルトン回路 4による高電圧発生部 34で直流の高電圧に昇圧 される。昇圧された高電圧 (管電圧)は X線管 5の陽極 5aと陰極 5b間に印加される。 一方、前記管電流フィードバック制御部 6bl2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。
[0022] 前記操作装置 6aと制御装置 6bとを備えた操作コンソール 6は、図 3に示すように、各 構成要素の動作を制御する中央処理装置 (CPU)6clと、装置の制御プログラムや前 記 CPU6clで処理したデータ等を記憶する主メモリ 6c2と、各種の操作データ及びプ ログラム等を格納しておくハードディスク 6c3と、前記 X線制御部 6blの管電圧フィード ノ ック制御信号と管電流フィードバック制御信号等の演算を行なう演算器 6c4と、前 記管電圧検出値及び管電流検出値等をディジタル値に変換するアナログ/ディジタ ル変換器 (以下、 A/D変換器と記す)等を含み、該変換器で変換された変換データと 各種タイミング信号等を取り込む入力部 6c5と、前記演算した結果をアナログ値に変 換するディジタル/アナログ変換器 (以下、 D/A変換器と記す)を含む出力部 6c6と、表 示用のデータ及び画像データを一時記憶する表示メモリ 6c7と、この表示メモリ 6c7か らのデータを表示する表示装置としての、例えばタツチパネル式表示装置 6c8と、この 表示装置 6c8の画面上のソフトスィッチを操作するマウス 6c9及びそのコントローラ 6cl 0と、各種パラメータ設定用のキーやスィッチを備えたキーボード 6cl lと、上記各構成 要素を接続する共通バス 6cl2とから成るマイクロコンピュータを備えて構成される。
[0023] このように構成されたマイクロコンピュータにおいて前記管電圧フィードバック制御 及び管電流フィードバック制御の高速演算は演算器 6c4で行われ、その他の演算及 び各種処理は前記中央処理 (CPU)6clで行なわれる。
[0024] 以上のように構成された X線発生装置において、本発明の要部である放電検出部 6 b2は、前記高電圧発生部 34および陽極接地型 X線管 5の!/、ずれで放電が発生した かの放電箇所を以下のようして特定する。
[0025] 先ず、 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 Ridetlで検出される。
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 Ridetlを通らないので、 Vcl では検出されない。
[0026] 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の端子電圧は急激に減 少する。
[0027] このように、管電圧検出抵抗 Rvdet—Lで検出する高電圧発生部 34の出力電圧であ る管電圧は、どこで放電しても急激に減少し、一方、管電流検出抵抗 Ridetlで検出 する管電流は、 X線管での放電時のみ急激に増加するので、前記管電圧検出抵抗 R vdet—Lと管電流検出抵抗 Ridetlの両端子電圧をモニタすることにより、発生した放 電が X線管 5で発生した放電力、、 X線管 5以外箇所で発生した放電かを特定すること ができる。
[0028] 図 4に、放電発生前後における管電圧 (端子 VIの電圧 Vvl)と管電流 (端子 C1の電圧 Vcl)の変化の様子を示す。
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 Vvl及び Vclは共に 負の値となる力 理解し易いように図 4ではその絶対値を示して!/、る。
[0029] 前述したように、どこかで放電が発生すると管電圧検出値 Vvlは急激に減少する。
これに対して、放電が発生していない正常動作時に、インバータ回路 2の動作を停止 して X線発生装置の動作を停止した場合の管電圧検出値 Vvlは、 X線管 5の陰極側 に接続された高電圧ケーブル、コッククロフト 'ウォルトン回路等のコンデンサの放電 に時間力 Sかかるために前記管電圧は点線で示すように放電時よりもゆるやかに減少 する。
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。
[0030] このように、前記管電圧検出値 Vvlが急激に減少した場合には、高電圧発生部 34 又は X線管 5のいずれかで放電が発生したことがわかる。
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 Vclが急激に増加する
1S 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 Ridetlを流 れないので、 Vclの急激な増加はない。
[0031] したがって、 管電圧検出値 Vvlが急激に減少し、それと同時に管電流検出値 Vcl の急激な増加が観測された場合は X線管の放電で、管電圧検出値 Vvlが急激に減 少し、それと同時に管電流検出値 Vclの急激な増加が観測されない場合は X線管以 外の箇所での放電であると判断して、放電箇所を特定することができる。
[0032] 前記管電圧検出値 Vvlの急激な減少は、予めハードディスク 6c3(図 3に図示)に記 憶してある管電圧減少の傾きの許容値と比較して判断し、管電流検出値 Vclの急激 な増加は、同様に前記ハードディスク 6c3に記憶してある管電流増加分の許容値と比 較して判断する。
[0033] 図 5は、放電検出部 6b2において実行される放電箇所を特定する動作のフローチヤ ートである。放電検出部 6b2は、このフローチャートに基づくソフトウェアと前記図 3の 操作コンソール 6のハードウェアにより構成される (放電箇所特定手段)。放電箇所の 特定結果は表示装置 6c8に表示される。以下に動作の詳細について説明する。
[0034] (1)前記操作コンソール 6から撮影準備信号が入力される。入力値に基づいて、前 記 X線管 5の陰極 5bのフィラメントが加熱され、該 X線管 5の回転陽極が高速に回転さ せられる。 X線管 5のフィラメントの温度と回転陽極の回転数が所定値に達すると撮影 準備完了となる。さらに撮影開始信号が入力されると、前記 X線管 5の陽極 5aと陰極 5 b間に高電圧が印加されて X線が被検体に向けて曝射され、撮影を開始する。
[0035] (2)ハードディスク 6c3(図 3に図示)に格納してある管電圧減少の時間に対する傾きの 許容値と管電流の所定時間内の増加分の許容値とが読み込まれ、主メモリ 6c2(図 3 に図示)に記憶される (ステップ Sl)。
[0036] (3)管電圧検出値 Vvl (管電圧検出抵抗 Rvdet— Lの端子電圧)と管電流検出値 Vcl( 管電流検出抵抗 Ridetlの端子電圧)とが入力部 6c5(図 3に図示)の A/D変換器でディ ジタル値に変換されてこれが主メモリ 6c2に記憶される (ステップ S2)。
[0037] (4)ステップ S2で読み込まれた管電圧検出直 Vvlと前記入力装置 (図 3のマウス 6c9又 はキーボード 6cl l等)で設定された管電圧設定値とが CPU6cl (図 3に図示)で比較さ れ、管電圧検出値 Vvlが管電圧設定値に達したかが判断される。
そして、管電圧検出値 Vvl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 Vvl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 テツプ S3)。
[0038] (5)前回読み込まれた管電圧検出値と今回読み込まれた管電圧検出値との差を管 電圧検出値の読み込み時間間隔 (サンプリング周期)で CPU6clにより除算されて時 間に対する管電圧減少の傾きが算出される (管電圧減少傾き検出手段)。また、前回 読み込まれた管電流検出値と今回読み込まれた管電流検出値との差が所定時間内 の管電流増加分として CPU6clで算出される (管電流増加値検出手段)。これらの算出 値は主メモリ 6c2に記憶される (ステップ S4)。
[0039] (6)ステップ S4で算出された管電圧減少の傾きと前記ステップ SIで読み込まれ管電 圧減少の傾きの許容値とが比較され、前記管電圧減少の傾きがその許容値以下の 場合はステップ S2に戻り、前記管電圧減少の傾きがその許容値以上の場合は次のス テツプ S6に進む (ステップ S5、第 1の判断手段)。 [0040] (7)ステップ S4で算出された所定時間内の管電流増加分と前記管電流増加分の許 容値とが比較され (ステップ S6)、前記所定時間内の管電流増加分がその許容値以上 の場合は X線管の放電と判断され (ステップ S7)、前記所定時間内の管電流増加分が その許容値以下の場合は X線管以外の放電と判断されて (ステップ S8、第 2の判断手 段)、放電箇所が特定される (放電箇所特定手段)。
[0041] (8)前記特定された放電箇所が CPU6clで表示制御されて (放電箇所表示制御手段 )表示メモリ 6c7(図 3に図示)に記憶すると共にタツパネル式表示装置 6c8(図 3に図示） に表示する (ステップ S9、表示手段)。
[0042] このようにして、本発明の第 1の実施形態により放電箇所を特定することができ、こ の特定した放電箇所を前記のように表示装置に表示して操作者やメンテナンス部門 に報知して早期に対処させることにより、 X線発生装置を効率良く使用することができ るあのとなる。
[0043] また、例えば、前記放電の来歴を X線発生装置内の記憶部としてのハードディスク 6 c3に記憶しておき (放電来歴記憶手段)、保守点検時に前記ハードディスク 6c3から前 記放電来歴を読み出して (放電来歴読み出し制御手段)表示制御し、この表示制御さ れた放電来歴を前記タツパネル式表示装置 6c8に表示する。
[0044] このようにして、保守点検時に放電来歴を確認して X線管 5に放電が多発している 場合などは、 X線管 5のエージングや X線管の交換などの作業を計画的に実施し、被 検体検査中の放電発生による検査中断や、それによる被検者の負担増等を防ぐこと が可能となる。
[0045] さらに、 放電は発生しているが，それ力 線管 5以外の箇所での放電である場合に は、 X線管 5が劣化して!/、ると!/、う誤認による X線管の交換等の無駄で不経済な作業 を防ぐことができ、 X線管以外の高電圧発生部で放電が発生している場合には、該 高電圧発生部の相当箇所の補修、交換等の対策を適切に実施することができる。
[0046] 以上により、故障を低減した信頼性の高い X線発生装置を提供することが可能とな
[0047] 《第 2の実施形態》
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 R vdet— Hと抵抗 Rvdet— Lの一端力 S、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。
[0048] 第 1の実施形態では、管電圧検出回路の高電圧側の抵抗 Rvdet—Hと対称型コック 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との間に放電電流抑制抵抗 R dが接続されているために、 X線管 5で放電が発生した場合は、前記高電圧側の抵抗 Rvdet—Hが接地電位に、前記対称型コッククロフト 'ウォルトン回路 4の直流出力側の マイナス端子は管電圧となって、前記対称型コッククロフト 'ウォルトン回路 4と高電圧 側の抵抗 Rvdet—Hとの間に管電圧に相当する高電圧の電位差が発生する。
[0049] このため、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との間に上記の電位差に耐える電気的な絶縁が必要となる。
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 R vdet— Hを油浸紙等で絶縁する必要がある。
[0050] これに対して、第 2の実施形態では、対称型コッククロフト 'ウォルトン回路 4のマイナ ス出力側に直接管電圧検出回路を設けているので、 X線管 5で放電が発生した場合 でも、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 Rvd et—Hとの間に電位差は発生しない。
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。
[0051] なお、本発明の第 2の実施形態における X線管 5に印加される実際の管電圧は、対 称型コッククロフト 'ウォルトン回路 4の出力電圧よりも、管電流と放電電流抑制抵抗 Rd との積に相当する電圧降下分だけ低い電圧となる。つまり、前記管電圧検出回路の 検出値 Vvl '力、ら管電圧検出抵抗 Rvdet Hと Rvdet Lの分圧比に基づいて求めら れる電圧と X線管 5に実際に印加される管電圧とは異なるものとなる。
[0052] したがって、管電圧フィードバック制御における管電圧設定 と前記検出ィ直 Vvl 'か ら求められる電圧とに誤差が生じ、 X線管 5に印加されている実際の管電圧を前記管 電圧設定 に一致させることができなレ、。
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)。
[0053] 図 7に示す第 2の実施形態の管電圧フィードバック制御では、管電流と放電電流抑 制抵抗 Rdとの積に相当する電圧降下分をオフセット値 Tとし、前記管電圧検出値 Vvl
' (管電圧検出抵抗 Rvdet—Lの端子電圧)から前記オフセット値 Tを差し引いた値を補 正管電圧値として管電圧フィードバック制御部 6bl 1にフィードバックさせる。
[0054] 前記オフセット値 Tは、管電流設定値とこの設定した管電流による放電電流抑制抵 抗 Rdでの電圧降下分との関係をオフセット値テーブルとして予めハードディスク 6c3( 図 3に図示)に記憶される。
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直 Vvl 'を補正する。
[0055] 図 8は図 7の一変形例で、前記放電電流抑制抵抗 Rdの電圧降下分のオフセット値 を実測の管電流検出値 (図 8に示す管電流検出抵抗 Ridetlの端子電圧 Vcl)を用いて 求めるものである。図 8に示す管電圧フィードバック制御では、前記管電流検出値に 放電電流抑制抵抗 Rdに相当するゲイン K—Rdを乗じた値をオフセット値 Dとして、前 記管電圧検出値 Vvl 'から差し引いた値をフィードバックさせる。
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
[0056] このように、図 8に示す変形例によれば、実際の管電流によってオフセット値 Dを求 めているので、管電流設定値と実際の管電流値が異なる場合でも、その影響を管電 圧に及ぼすことなぐより高精度に管電圧を制御することができる。また、図 7のように 、オフセット値テーブルを用意する必要はないので、オフセット値を求める手段は簡 素なものとなる。
[0057] 図 7、図 8は、オフセット値 T又はオフセット値 Dをそれぞれ管電圧検出値から差し引 V、て管電圧フィードバック制御を行なう例である力 S、前記オフセット値 T又はオフセット 値 Dを管電圧設定値に加算する方法でも良い。図 9は、オフセット値テーブルを用い てオフセット値 Tを求め、このオフセット値 Tを管電圧設定値に加算する図 7の変形例 であり、図 10は、管電流検出値にゲイン K—Rdを乗算してオフセット値 Dを求め、この オフセット値 Dを管電圧設定値に加算する図 8の変形例である。このように、オフセット 値 T又はオフセット値 Dを管電圧設定値に加算して補正しても、図 7,8の例と同様の効 果を得ること力 Sでさる。
[0058] 第 2の実施形態によれば、管電圧検出値を補正して管電圧をフィードバック制御す るようにしたので、管電圧を検出するための抵抗 Rvdet— H及び抵抗 Rvdet— Lを高電 圧発生回路と並列に接続しても管電圧を高精度にフィードバック制御することができ る。また前記管電圧検出抵抗 Rvdet— H及び Rvdet— Lから成る管電圧検出回路を高 電圧端子側に対して絶縁する必要がな!/、ので、第 1の実施形態よりも小型の X線発 生装置とすることが可能となる。
[0059] このように、管電圧検出値又は管電圧設定値を補正することによって、放電電流抑制 抵抗による電圧降下分に相当する管電圧検出誤差を補正することができ、管電圧フ イードバック制御の精度の低下を阻止出来る。
[0060] 《第 3の実施形態》
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。
[0061] この X泉発生装置は、さらに前記図 1に示した第 1の実施形態の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と接地間に抵抗 Ridet2を設けたもの である。前記管電圧検出抵抗 Rvdet— Lの電圧降下 Vvlと管電流検出抵抗 Ridetlの 電圧降下 Vclに加えて、抵抗 Ridet2の電圧降下 Vc2を検出することによって、放電発 生箇所による Vvl, Vcl, Vc2の変化の様相の違いについて以下で説明する。
[0062] X線管 5で放電が発生した場合には、 Vvlが急激に減少し、同時に Vcl及び Vc2が 急激に増加する。 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、 Vvlが急激に減少すると共に Vc2が急激に増加するが、 Vcl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， Vvl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 Ridetl, Ridet2を流れないので Vcl, Vc2に大きな変化はない。
[0063] このように、それぞれ放電の起こった箇所によって Vvl, Vcl及び Vc2の変化の様相 が異なるので、前記 Vvl, Vcl, Vc2の変化の特徴を捉えることによって放電発生の状 況をより詳しく把握することができ、前記 Vvl, Vcl, Vc2の特徴を分析することにより第 1の実施形態及び第 2の実施形態よりもより詳細な放電箇所の特定が可能となる。
[0064] 《第 4の実施形態》
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つたが、 本発明は、これに限定されるものではなぐ陰極を接地した陰極接地型 X線管を用い た X泉発生装置にも適用することができる。
[0065] 図 12は、 X線管の陰極を接地した場合の放電箇所を特定できる機能を備えた本発 明の X泉発生装置における第 4の実施形態の回路構成図である。
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 Vvl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 Ri detlが接続され、抵抗 Ridetlの端子電圧 Vclが管電流検出値として検出される。
[0066] 上記のように構成された本発明の第 4の実施形態による X線発生装置の放電箇所 は、第 1の実施形態と同様の考え方で特定出来る。
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 Ridetlを流れ、端子電圧 Vcl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'ゥ オルトン回路 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 Ridetlを 流れないので、 Vcl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 Vvlは急激 に減少する。
[0067] このように、端子電圧 Vvlは、どこで放電が発生しても急激に減少し、端子電圧 Vcl は、 X線管の放電時のみ急激に増加するので、端子電圧 Vvlと Vclをモニタすること により、放電箇所力 ¾線管 5かそれ以外かに区別して特定することができる。
[0068] また、陰極接地型 X線管を用いた X線発生装置は、該 X線管の陰極が接地されてレ、 るので、前記陰極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の高電圧絶 縁用変圧器が不要となるので、小形で安価な X線発生装置とすることができる。
[0069] なお、上記図 12の第 4の実施形態は、図 1の実施形態の考え方を、陰極接地型 X線 管を用いた X線発生装置を適用した例であるが、同様に図 6に示した第 2の実施形態 及び図 7,図 8,図 9,図 10に示した第 2の実施形態における管電圧制御誤差を補正 する機能、図 11に示した第 3の実施形態の考え方も同様に適用できることは言うまで もない。
[0070] このように、本発明の X線発生装置は、 X線源として陽極を接地する陽極接地型 X線 管及び陰極を接地する陰極接地型 X線管のいずれの X線管 (片側接地型 X線管)を用 いる X線発生装置に適用してもその放電箇所を区別して特定することが出来るもので ある。
[0071] 以上、図 1〜図 12を用いて各種の実施形態について説明した力 S、本発明はこれら に限定されるものではない。
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ぐ他のコッククロ 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。
[0072] また、コッククロフト 'ウォルトン回路に用いられる全波整流昇圧回路は 4組を直列接 続した例で説明したが、直列接続する組数は 4組に限定されるものではな!/、。直列接 続する組数が少なければ X線管への高速な電力供給が可能となり、組数が多ければ 前段の変圧器の巻数比を小さくできるので変圧器の小型化が可能となる。
産業上の利用可能性
本発明は、陽極又は陰極の!/、ずれか一方を接地する片側接地型 X線管を用いた X 線発生装置に適用されるものである。両 X線管のそれぞれのメリットを活かして、陽極 接地型 X線管を用いた X線発生装置は、主として大きな熱容量が要求される医療用 に、陰極接地型 X線管を用いた X線発生装置は、主として小さな熱容量でも良い工業 用に適用される。

Claims

請求の範囲
[1] 陽極または陰極の!/、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!/、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線管の接地されてレ、なレ、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泉発生装置中で 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。
[2] 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力、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。
[3] 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レ、は上記片側接地 X線管の接地されて!/、な!/、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。
[4] 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。
[5] 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。
[6] 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。
[7] 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。
[8] 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。
[9] 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。
[10] 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 杭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。
[11] 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、上記管電圧検出値力 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。
[12] 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力も減算して 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。
[13] 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 杭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。
[14] 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直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。
[15] 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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