(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力電力線と接続して交流電力を受ける絶縁変圧器（１２）と、
前記入力電力線のピーク負荷要件を軽減するために、電力送達を前記入力電力線と分担するように構成されている大容量キャパシタを含む蓄積装置（２８）と、
入力電力を制限して所定の定格で前記蓄積装置（２８）を充電する直列共振コンバータ（２６）と、
前記蓄積装置（２８）の出力に接続されている昇圧コンバータ（３８）と、
前記昇圧コンバータ（３８）の出力に接続されているＸ線インバータ（２０）と、
を含む固定式計算機式断層写真法（ＣＴ）システム。
【請求項２】
前記蓄積装置は複数の大容量キャパシタ（２８）を含んでいる、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記Ｘ線インバータ（２０）の出力に接続されているＸ線高電圧電源（２２）と、
前記Ｘ線高電圧電源（２２）の出力に接続されているＸ線管（２４）と、
を含む、請求項１または２に記載のシステム。
【請求項４】
前記蓄積装置（２８）に結合され、小電力電子回路（１４）へ電力を供給する電力コンバータ（３２）と、
回転するガントリと、
前記ガントリを回転させるガントリ・モータ（３６）と、
前記蓄積装置（２８）及び前記ガントリ・モータ（３６）に結合されたモータ・ドライブ（３４）と、
を含み、
前記ガントリ・モータ（３６）が前記ガントリを減速させたときに前記蓄積装置（２８）がエネルギを回収する、請求項１乃至３のいずれかに記載のシステム。
【請求項５】
前記直列共振コンバータ（２６）が、三相整流器ブリッジ（５０）と、Ｈブリッジ・インバータ（５２）と、直列共振インダクタ（５４）と、キャパシタ（５６）と、高周波変圧器（５８）と、前記大容量キャパシタ（２８）に結合された複数の整流器（６０）とを含んでいる請求項１乃至４のいずれかに記載のシステム。
【請求項６】
前記エネルギ蓄積装置は、ガントリ（３６）を減速することにより給電される、請求項１乃至４のいずれかに記載のシステム。
【請求項７】
前記エネルギ蓄積装置は、管ロータを減速することにより給電される、請求項１乃至６のいずれかに記載のシステム。
【請求項８】
前記エネルギ蓄積装置と、前記直列共振コンバータ（２６）を制御する制御回路（２９）をさらに含んでいる請求項１乃至７のいずれかに記載のシステム。
【請求項９】
可動式トレーラに設けられている請求項１乃至８のいずれかにに記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般的には、診断撮像の方法及び装置に関し、さらに具体的には、計算機式断層写真法（ＣＴ）の電力要件の扱いを提供する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
既存のＣＴシステムは、大きな入力電力という要件を有し、ＣＴシステムの購入者に高い据付け経費を強いている。この電力は主にＸ線管に要求され、Ｘ線管はピークでは１００ｋＷを利用するが、平均では４ｋＷしか利用しない。
【特許文献１】米国特許第６９６８２２４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従って、入力線から低減された平均電力を引き出しつつ高いピーク電力を送達することが可能なＣＴシステムが極めて望ましい。以下で説明するのは、エネルギを蓄積して入力線から要求されるピーク電力を低減するエネルギ蓄積装置を用いたＣＴシステムである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一観点では、装置が、入力電力線のピーク負荷要件を軽減するために、電力送達をこの入力電力線と分担するように構成されている蓄積装置を含む固定式計算機式断層写真法（ＣＴ）システムを含んでいる。
【０００５】
他の観点では、装置が、入力電力線のピーク負荷要件を軽減するために、電力送達をこの入力電力線と分担するように構成されており複数の大容量キャパシタを含んでいる蓄積装置を含む計算機式断層写真法（ＣＴ）システムを含んでいる。
【０００６】
さらに他の観点では、システムが、Ｘ線源と、この線源から放出されたＸ線を受光するように配置されているＸ線検出器と、上述の線源に結合されて動作し、ガントリが減速され及び／又は管ロータが減速されたときにエネルギを回収するエネルギ蓄積装置とを含んでいる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本書では、例えば限定しないがＸ線システムのようなイメージング・システムに有用な方法及び装置を記載する。これらの装置及び方法は図面に関して説明され、図面では、類似の参照番号は全ての図面において同じ要素を示している。かかる図面は、限定のためではなく説明のためのものであり、本発明の装置及び方法の実施形態の一例の説明を容易にするために本書に含まれる。
【０００８】
本書で説明する一実施形態は、エネルギ蓄積装置を用いてピーク管電力の要求時に電力送達能力を入力線と分担させ、これにより施設電力の要件を軽減する。エネルギをローカルで蓄積する方法としては、限定しないが弾み車（機械的エネルギ）、バッテリ（化学的エネルギ）、超伝導磁石（磁気エネルギ）、及びキャパシタ（静電エネルギ）を含めて多くの方法が存在する。これらの技術の各々が固有の利点及び欠点の組を呈する。しかしながら、「大容量キャパシタ」の近年の発展は、これら大容量キャパシタを特に魅力的なものとしている。
【０００９】
所謂「大容量キャパシタ（ultra-capacitor）」は、他のキャパシタ技術に比較して２０倍近くのエネルギ蓄積密度を提供する。大容量キャパシタは過去１０年間に開発されており、電力設計業界では周知であって多数の供給業者（Maxwell社、Nesscap社及びPanasonic社等）から容易に入手可能である。例えば、標準的な電解キャパシタではエネルギ密度が５００ジュール／リットル未満であるのに対し、典型的な容易に入手可能な大容量キャパシタでは１０，０００ジュール／リットルを上回る。バッテリに比較して大容量キャパシタは所与の容積についてさらに大きいピーク電力を送達することができ、１００万回を超える完全（deep）充電サイクルを提供する仕様となっている。バッテリは、１０００回乃至１０，０００回の充電サイクルしか提供せずに消耗し、最も楽観的なシナリオでもＣＴ応用では１年未満でバッテリ交換となる。
【００１０】
図１について説明する。今日の固定式計算機式断層写真法（ＣＴ）システム１０は、１５０ｋＶＡの許容入力電力を要求する。システム１０は、絶縁変圧器１２、ソフト・スタート・サーキットリ１６、整流平滑回路（rectifier/filter）１８、Ｘ線高電圧電源２２、及びＸ線管２４に結合されている。典型的には、Ｘ線インバータ２０も存在しており、同様に低電力電子回路１４も存在している。絶縁変圧器１２はまた、Ｘ線発生以外のサブシステム（データ取得、再構成コンピュータ、ホスト・コンピュータ及びガントリ電子回路等。低電力電子回路１４としてまとめてある）用の約２０ｋＷの補助電力を供給する。ＣＴシステム（管、補助負荷に加えて、システムの非効率的な各部分）に要求される全電力を考慮すると、１４０ｋＷピーク電力が電力線から要求される。すなわち「１５０ｋＶＡ」に定格設定された施設電力要件ということになり、このためシステムを据え付けるのにＣＴ購入者が付加的な高経費を負担しなければならなくなる。「固定式ＣＴシステム」とは、建物又はトラックに恒久的に設置されるものを意味する。このシステムは、可動式ＣアームＣＴのような態様では可動でない。一実施形態では、このＣＴシステムは、少なくとも３２スライスの能力を有する点で容積ＣＴ（ＶＣＴ）である。
【００１１】
図２は、施設電力線から要求されるピーク電力を低減するために、大容量キャパシタを用いてエネルギをローカルで蓄積する一実施形態を示す。大容量キャパシタ２８及び制御インバータ２６が、絶縁変圧器１２とＸ線インバータ２０との間に挿入されている。制御インバータ２６は入力電力を制限して予め決められた定格で大容量キャパシタ・バンク２８を充電するので、図１に示すソフト・スタート回路１６は排除され得る。制御回路２９を用いて、整流器／インバータ２６及び／又は大容量キャパシタ２８を制御することができる。
【００１２】
大容量キャパシタ・バンク２８は、施設電力線の定格を低減し得るように十分に長く電力を供給するサイズとされる。例えば、大容量キャパシタから５秒間の持続時間にわたって６０ｋＷが要求される場合には、下記の量のエネルギに等しくなる。
【００１３】
Ｋ［Ｊ］＝Ｐ［Ｗ］・Ｔ［ｓ］
Ｋ＝６０ｋ［Ｗ］・５［ｓ］＝３００ｋ［Ｊ］
すると、要求されるキャパシタンスは、
Ｃ［Ｆ］＝２Ｋ／（Ｖ１２−Ｖ２２）
＝２・３００ｋ「Ｊ」／（７００［Ｖ］２−３５０［Ｖ］２）
＝１．６３［Ｆ］
となる。ここで、Ｖ１は大容量キャパシタの初期電圧であり、Ｖ２は大容量キャパシタの最終電圧である。
【００１４】
１．６３Ｆであり７００Ｖピークの能力のある複数の大容量キャパシタから成るバンクは、約４０リットルの容積を有する。このため、小型のキャビネットに容易に収納することができる。この例での大容量キャパシタ・バンクの経費は手頃である。図２に戻って、この例による大容量キャパシタ・バンクを用いれば、施設電力を１５０ｋＶＡ線から９０ｋＶＡ線まで低減することができる。これにより、顧客にとっては大幅な節約となり、またＶＣＴシステムが可動式トレーラに設けられているようなＶＣＴ可動式構成が可能となる。
【００１５】
図３は、大容量キャパシタ２８の制御用のインバータのトポロジ２６の可能な具現化形態の概略図を示す。三相整流器ブリッジ５０が、Ｈブリッジ・インバータ５２、直列共振インダクタ５４、キャパシタ５６、高周波変圧器５８、複数の整流器６０、及び大容量キャパシタ２８に結合されている。このトポロジは、直列共振コンバータ２６を用いた大容量キャパシタ２８の完全な制御を提供しており、ソフト・スタート回路１６の排除、低損失切換え、小さい電磁気的（ＥＭ）雑音、及び小型化した高周波変圧器という利点を有する。
【００１６】
図４は代替的な実施形態を示しており、ここでは大容量キャパシタ２８を用いて補助電力負荷用の短期的な予備電力を供給することができる。また、ＣＴガントリ・モータの駆動電力も大容量キャパシタ２８から得られるものとして示されている。電力コンバータ３２が大容量キャパシタ２８に結合されており、小電力電子回路１４へ電力を供給している。また、モータ・ドライブ３４が大容量キャパシタ２８及びガントリ・モータ３６に結合されている。これにより、モータ３６がガントリを減速させたときに大容量キャパシタ２８がエネルギを回収するのを可能にすることにより発電ブレーキ回路及び抵抗器が不要となる。このエネルギ回収動作は電力を節減する（３ｋＷまで又はＣＴ走査時全電力の約１０％）。
【００１７】
図５はもう一つの代替的な実施形態を示しており、ここでは昇圧コンバータ３８が大容量キャパシタ２８とＸ線インバータ２０との間に挿入されている。これにより、大容量キャパシタのエネルギのさらに十分な活用が可能になり、Ｘ線インバータ２０の入力に対し、より少ない電圧変動を与える。
【００１８】
技術的効果としては、低減されたＣＴシステム入力電力の入力要件、廉価な据付け経費及び可能なＶＣＴ可動式構成を許容すること、並びに付加的な低経費化のための一体化された無停電型電力供給（ＵＰＳ）作用等が挙げられる。また、技術的効果として、ガントリ駆動モータからのエネルギ回収による平均電力要件の低減（１０％までの電力消費の低減）、及びＸ線管減速時のモータからのエネルギ回収も挙げられる。昇圧コンバータ３８を備えた実施形態は、大容量キャパシタ・エネルギの最大限の活用を可能にする。
【００１９】
言うまでもなく、本書に記載する方法はシステム１０での実施に限定されておらず、他の多くの形式及び変形のイメージング・システムと共に用いることができる。一実施形態では、処理回路は、本書に記載する作用を果たすようにプログラムされているコンピュータであり、本書で用いられるコンピュータとの用語は、当技術分野でコンピュータと呼ばれる集積回路に限らず、コンピュータ、プロセッサ、マイクロコントローラ、マイクロコンピュータ、プログラム可能型論理コントローラ、特定応用向け集積回路、及び他のプログラム可能型回路を広範に指す。本書に記載する方法は、患者の設定で説明されているが、本発明の利点は、小動物研究に典型的に用いられるシステムのような人体向け以外のイメージング・システムにおいても享受されるものと思量される。本書に記載する方法は、医療の設定で説明されているが、本発明の利点は、産業設定、又は例えば限定しないが空港若しくは他の輸送拠点での小荷物走査用ＣＴシステムのような輸送設定において典型的に用いられるシステムのような医用以外のイメージング・システムにおいても享受されるものと思量される。
【００２０】
本書で用いる場合には、単数形で記載されており単数不定冠詞を冠した要素またはステップとの用語は、排除を明記していない限りかかる要素又はステップを複数備えることを排除しないものと理解されたい。さらに、本発明の「一実施形態」に対する参照は、所載の特徴を同様に組み入れている追加の実施形態の存在を排除しないものと解釈されたい。
【００２１】
以上、実施形態の例について詳細に説明した。これらのアセンブリ及び方法は、本書に記載する特定の実施形態に限定されておらず、各々のアセンブリ及び／又は方法の構成要素を本書に記載する他の構成要素とは独立に且つ別個に用いてよい。
【００２２】
様々な特定的な実施形態について本発明を説明したが、当業者は、特許請求の範囲の要旨及び範囲内にある変形を施して本発明を実施し得ることを認められよう。また、図面の符号に対応する特許請求の範囲中の符号は、単に本願発明の理解をより容易にするために用いられているものであり、本願発明の範囲を狭める意図で用いられたものではない。そして、本願の特許請求の範囲に記載した事項は、明細書に組み込まれ、明細書の記載事項の一部となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】公知の容積計算機式断層写真法を示す図である。
【図２】施設電力線から要求されるピーク電力を低減するために、大容量キャパシタを用いてエネルギをローカルで蓄積する一実施形態を示す図である。
【図３】大容量キャパシタの制御用のインバータのトポロジの可能な具現化形態の概略図である。
【図４】大容量キャパシタを用いて補助電力負荷用の短期的予備電力を供給することのできる代替的な実施形態を示す図である。
【図５】昇圧コンバータが大容量キャパシタとＸ線インバータとの間に挿入されているもう一つの代替的な実施形態を示す図である。
【符号の説明】
【００２４】
１０  ＣＴシステム
１２  絶縁変圧器
１４  低電力電子回路
１６  ソフト・スタート・サーキットリ
１８  整流平滑回路
２０  Ｘ線インバータ
２２  高電圧電源
２４  Ｘ線管
２６  整流器／インバータ
２８  大容量キャパシタ・バンク
２９  制御回路
３２  電力コンバータ
３４  モータ・ドライブ
３６  ガントリ・モータ
３８  昇圧コンバータ
５０  三相整流器ブリッジ
５２  Ｈブリッジ・インバータ
５４  直列共振インダクタ
５６  キャパシタ
５８  高周波変圧器
６０  複数の整流器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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