(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
力率改善回路を有し、商用電源に流れる高調波電流を低減しつつ前記商用電源から入力された交流電力を直流電力に変換する力率改善コンバータと、
前記力率改善コンバータの直流出力の一部を供給される蓄電部と、
前記力率改善コンバータの直流出力および前記蓄電部の直流出力を入力され、所定の交流電力に変換して出力するインバータと、
前記力率改善コンバータと前記蓄電部とを結ぶ経路に設けられた切替部と、
所定の期間において、前記切替部を開くよう前記切替部を開閉制御することにより前記力率改善コンバータから前記蓄電部への電力供給を中断するとともに、前記力率改善コンバータの直流出力を制御することにより前記力率改善コンバータの直流出力電力に対する前記蓄電部の直流出力電力の比率を制御する制御部と、
を備えた医用診断装置。
【請求項２】
力率改善回路を有し、商用電源に流れる高調波電流を低減しつつ前記商用電源から入力された交流電力を直流電力に変換する力率改善コンバータと、
前記力率改善コンバータの直流出力の一部を供給される蓄電部と、
前記力率改善コンバータの直流出力および前記蓄電部の直流出力を入力され、所定の交流電力に変換して出力するインバータと、
前記力率改善コンバータと前記蓄電部とを結ぶ経路に設けられた切替部と、
所定の期間において、前記切替部を閉じるよう前記切替部を開閉制御することにより前記切替部を介して前記力率改善コンバータの直流出力の一部を前記蓄電部に供給させるとともに、前記力率改善コンバータの直流出力を制御することにより前記力率改善コンバータの直流出力電力に対する前記蓄電部の直流出力電力の比率を制御する制御部と、
を備えた医用診断装置。
【請求項３】
前記所定の交流電力は、
前記商用電源が出力可能な最大交流電力よりも大きい、
請求項１または２に記載の医用診断装置。
【請求項４】
前記蓄電部の直流出力を入力され、前記制御部に制御されて、前記蓄電部の直流出力の電圧を所定の電圧に加工して前記インバータに与えるブーストコンバータ、
をさらに備え、
前記制御部は、
前記所定の期間において、前記力率改善コンバータの直流出力および前記ブーストコンバータの直流出力を制御し、
前記インバータは、
前記力率改善コンバータの直流出力および前記ブーストコンバータの直流出力を入力され、前記所定の交流電力に変換する、
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の医用診断装置。
【請求項５】
前記制御部は、
前記力率改善コンバータの直流出力の電流電圧特性および前記ブーストコンバータの直流出力の電流電圧特性を制御することにより、前記力率改善コンバータの直流出力電力に対する前記ブーストコンバータの直流出力電力の比率を制御する、
請求項４記載の医用診断装置。
【請求項６】
前記インバータから入力された交流を昇圧し直流に変換してＸ線管に与える高圧発生部、
をさらに備え、
前記所定の期間は、
前記Ｘ線管がＸ線を発生する期間である、
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の医用診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、医用診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線ＣＴ（Computed Tomography）装置やＸ線診断装置などのＸ線を用いる医用診断装置は、Ｘ線の照射に必要な高電圧電力をＸ線管に与えるための高電圧電源を備える。この種の高電圧電源としては、たとえば商用電源から入力される交流電源を直流に変換するコンバータ回路と、この直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と、インバータ回路が出力する交流電力を昇圧してＸ線管に与える高圧発生器と、を備えたインバータ式高圧電源がある。このインバータ式高圧電源によれば、商用電源を用いて所望の電圧をＸ線管に印加できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−８２２８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、Ｘ線管を用いる医用診断装置の稼働時間に対して、Ｘ線管に電力が印加される時間は短い。しかし、短い時間ではあっても、高圧電源に入力される商用電源の設備としては、Ｘ線管に印加される最大電圧に耐えうる電力を供給可能な設備を用意しておかなければならない。
【０００５】
また、インバータ式高圧電源を用いる場合、高調波電流が電源ラインに流れてしまうため、高調波電流が電力系統に悪影響を与えてしまう場合がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一実施形態に係る医用診断装置は、上述した課題を解決するために、力率改善回路を有し、商用電源に流れる高調波電流を低減しつつ商用電源から入力された交流電力を直流電力に変換する力率改善コンバータと、力率改善コンバータの直流出力の一部を供給される蓄電部と、力率改善コンバータの直流出力および蓄電部の直流出力を入力され、所定の交流電力に変換して出力するインバータと、力率改善コンバータと蓄電部とを結ぶ経路に設けられた切替部と、所定の期間において、切替部を閉じるよう切替部を開閉制御することにより切替部を介して力率改善コンバータの直流出力の一部を蓄電部に供給させるとともに、力率改善コンバータの直流出力を制御することにより力率改善コンバータの直流出力電力に対する蓄電部の直流出力電力の比率を制御する制御部と、を備えたものである。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の第１実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の一例を示す概略的な全体構成図。
【図２】第１実施形態に係る高圧電源の一構成例を示すブロック図。
【図３】インバータの入力端子付近の一構成例を示す説明図。
【図４】第１実施形態に係るＰＦＣ機能付きコンバータの電流電圧特性およびブーストコンバータの電流電圧特性の一例を示す説明図。
【図５】ＰＦＣ機能付きコンバータの一例を示す構成図。
【図６】（ａ）はインダクタＬ１に流れる電流ＩＬの波形の一例を示す説明図、（ｂ）はＩＧＢＴ１のコレクタに流れる電流Ｉｃの波形の一例を示す説明図、（ｃ）はダイオードＤ１に流れる電流Ｉｄの波形の一例を示す説明図。
【図７】（ａ）はコンバート部に対する入力電圧Ｖ１ｉｎの波形の一例を示す説明図、（ｂ）はインダクタＬ１に流れる電流ＩＬの波形の一例およびこの電流ＩＬの平均電流ＩＬａｖｅの一例を示す説明図、（ｃ）はＶ１ｉｎとＩＬａｖｅの波形を比較するための説明図。
【図８】ブーストコンバータの一例を示す構成図。
【図９】第２実施形態に係る高圧電源の一構成例を示すブロック図。
【図１０】Ｘ線の照射タイミングとＰＦＣ機能付きコンバータの出力電圧との関係の一例を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明に係る医用診断装置の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
【０００９】
図１は、本発明の第１実施形態に係るＸ線ＣＴ装置１０の一例を示す概略的な全体構成図である。なお、本発明は、稼働期間中の離散的な短い期間（たとえばＸ線を照射する期間）において他の期間に比べて大電力を要する様々な医用画像診断装置に適用可能であり、たとえばＸ線ＣＴ装置やＸ線診断装置などに適用することができる。以下の説明では、本発明に係る医用画像診断装置として、マルチスライス型や２次元アレイ型検出器を用いたＸ線ＣＴ装置（マルチスライスＣＴ装置）を用いる場合の一例について示す。また、本発明を適用可能なＸ線ＣＴ装置としては、Ｘ線源とＸ線検出器とが一体として被検体の周囲を回転する回転／回転（ＲＯＴＡＴＥ／ＲＯＴＡＴＥ）タイプと、リング状に多数の検知素子がアレイされ、Ｘ線源のみが被検体の周囲を回転する固定／回転（ＳＴＡＴＩＯＮＡＲＹ／ＲＯＴＡＴＥ）タイプ等様々なタイプがある。以下の説明では、回転／回転タイプを用いる場合の一例について示す。
【００１０】
Ｘ線ＣＴ装置１０は、スキャナ装置１１および画像処理装置１２を有する。Ｘ線ＣＴ装置１０のスキャナ装置１１は、通常は検査室に設置され、患者Ｏの部位（被検体）に関するＸ線の透過データを生成する。画像処理装置１２は、通常は検査室に隣接する制御室に設置され、透過データから投影データを生成して再構成画像の生成・表示を行う。
【００１１】
Ｘ線ＣＴ装置１０のスキャナ装置１１は、Ｘ線管２１、絞り２２、Ｘ線検出器２３、ＤＡＳ（Data Acquisition System）２４、回転部２５、高圧電源２６、絞り駆動装置２７、回転駆動装置２８、天板３０、天板駆動装置３１、およびコントローラ３２を有する。
【００１２】
Ｘ線管２１は、高圧電源２６により電圧（以下、管電圧という）を印加されてＸ線を発生する。Ｘ線管２１が発生するＸ線は、ファンビームＸ線やコーンビームＸ線として患者Ｏに向かって照射される。
【００１３】
絞り２２は、絞り駆動装置２７を介してコントローラ３２により制御されて、Ｘ線管２１から照射されるＸ線のスライス方向の照射範囲を調整する。
【００１４】
Ｘ線検出器２３は、１または複数のＸ線検出素子（電荷蓄積素子）により構成される。このＸ線検出素子は、Ｘ線管２１から照射されたＸ線を検知する。Ｘ線管２１およびＸ線検出器２３は、天板３０に載置された患者Ｏを挟んで対向する位置となるよう回転部２５に支持される。
【００１５】
このＸ線検出器２３としては、マルチスライス型の場合、チャンネル方向（Ｘ軸）に複数チャンネルを有するＸ線検出素子の列をスライス方向（Ｚ軸）に複数配列したものを用いることができる。また、２次元アレイ型の場合、Ｘ線検出器２３は、チャンネル方向（Ｘ軸）とスライス方向（Ｚ軸）の両方向に関して稠密に分布して配置される複数のＸ線検出素子により構成することができる。
【００１６】
ＤＡＳ２４は、Ｘ線検出器２３を構成するＸ線検出素子が検知した透過データの信号を増幅してデジタル信号に変換して出力する。ＤＡＳ２４の出力データは、スキャナ装置１１のコントローラ３２を介して画像処理装置１２に与えられる。
【００１７】
回転部２５は、Ｘ線管２１、絞り２２、Ｘ線検出器２３、およびＤＡＳ２４を一体として保持する。回転部２５が回転駆動装置２８を介してコントローラ３２に制御されて回転することにより、Ｘ線管２１、絞り２２、Ｘ線検出器２３、およびＤＡＳ２４は一体として患者Ｏの周りを回転する。
【００１８】
高圧電源２６は、コントローラ３２に制御されて、Ｘ線の照射に必要な電力をＸ線管２１に供給する。Ｘ線管２１がＸ線を発生するタイミングおよび期間や、Ｘ線管２１に印加すべき管電流および管電圧の情報は、画像処理装置１２からコントローラ３２に与えられる。
【００１９】
絞り駆動装置２７は、コントローラ３２に制御されて、絞り２２の開口を調整することによりＸ線のスライス方向の照射範囲を調整する。
【００２０】
回転駆動装置２８は、コントローラ３２に制御されて、回転部２５を空洞部の周りに回転させる。
【００２１】
天板３０は、患者Ｏを載置可能に構成される。天板駆動装置３１は、コントローラ３２に制御されて、天板３０をＹ軸方向に昇降動させる。また、天板駆動装置３１は、コントローラ３２に制御されて、回転部２５の中央部分の開口部のＸ線照射場へ天板３０をＺ軸方向に沿って移送する。
【００２２】
コントローラ３２は、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭをはじめとする記憶媒体などにより構成され、この記憶媒体に記憶されたプログラムに従って、Ｘ線検出器２３、ＤＡＳ２４、高圧電源２６、絞り駆動装置２７、回転駆動装置２８および天板駆動装置３１を制御することによりスキャンを実行させる。コントローラ３２のＲＡＭは、ＣＰＵが実行するプログラムおよびデータを一時的に格納するワークエリアを提供する。コントローラ３２のＲＯＭをはじめとする記憶媒体は、スキャナ装置１１の起動プログラム、スキャナ装置１１の制御プログラムや、これらのプログラムを実行するために必要な各種データを記憶する。
【００２３】
なお、コントローラ３２のＲＯＭをはじめとする記憶媒体は、磁気的もしくは光学的記録媒体または半導体メモリなどの、ＣＰＵにより読み取り可能な記録媒体を含んだ構成を有し、これら記憶媒体内のプログラムおよびデータの一部または全部は電子ネットワークを介してダウンロードされるように構成してもよい。
【００２４】
一方、Ｘ線ＣＴ装置１０の画像処理装置１２は、たとえばパーソナルコンピュータにより構成され、病院基幹ＬＡＮ（Local Area Network）等のネットワークとデータ送受信することができる。
【００２５】
画像処理装置１２は、図１に示すように、データ収集部４１、入力部４２、表示部４３、ネットワーク接続部４４、記憶部４５および制御部４６を有する。
【００２６】
データ収集部４１は、スキャナ装置１１が実行したスキャンにより得られた投影データをＤＡＳ２４およびコントローラ３２を介して収集する。データ収集部４１によって収集されたデータは、記憶部４５に記憶される。
【００２７】
入力部４２は、たとえばキーボード、タッチパネル、テンキーなどの一般的な入力装置により構成され、ユーザの操作に対応した操作入力信号を制御部４６に出力する。たとえば、ユーザにより入力部４２を介してスキャン計画が設定されると、制御部４６はこのスキャン計画にもとづいて、たとえばＸ線の照射タイミングおよび期間や、Ｘ線管２１に印加すべき管電流および管電圧をコントローラ３２に指示する。そして、コントローラ３２は、制御部４６に指示された照射タイミングおよび照射期間に、指示された管電流および管電圧でＸ線管２１に電力を供給するよう高圧電源２６に指示する。
【００２８】
表示部４３は、たとえば液晶ディスプレイやＯＬＥＤ（Organic Light Emitting Diode）ディスプレイなどの一般的な表示出力装置により構成され、制御部４６の制御に従ってスキャノ像などの各種画像を表示する。
【００２９】
ネットワーク接続部４４は、ネットワークの形態に応じた種々の情報通信用プロトコルを実装する。ネットワーク接続部４４は、この各種プロトコルに従って画像処理装置１２と画像サーバなどの他の電気機器とを接続する。この接続には、電子ネットワークを介した電気的な接続などを適用することができる。
【００３０】
ここで電子ネットワークとは、電気通信技術を利用した情報通信網全般を意味し、病院基幹ＬＡＮなどの無線／有線ＬＡＮやインターネット網のほか、電話通信回線網、光ファイバ通信ネットワーク、ケーブル通信ネットワークおよび衛星通信ネットワークなどを含む。
【００３１】
記憶部４５は、磁気的もしくは光学的記録媒体または半導体メモリなどの、制御部４６のＣＰＵにより読み書き可能な記録媒体を含んだ構成を有する。記憶部４５は、データ収集部４１によって収集されたデータなどを記憶する。
【００３２】
制御部４６は、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭをはじめとする記憶媒体などにより構成され、この記憶媒体に記憶されたスキャナ装置制御プログラムに従ってスキャナ装置１１のコントローラ３２を制御する。
【００３３】
図２は、第１実施形態に係る高圧電源２６の一構成例を示すブロック図である。
【００３４】
高圧電源２６は、商用電源（外部電源）５０から入力された交流電力を用いてＸ線管２１に供給するための電力を生成する。この高圧電源２６は、図２に示すように、整流部５１、平滑部（ローパスフィルタ）５２およびコンバート部５３を有する力率改善コンバータとしてのＰＦＣ（Power Factor Correction）機能付きコンバータ５４と、切替部５５と、蓄電部５６と、ブーストコンバータ５７と、インバータ５８と、高圧発生器５９と、主制御部６０と、を有する。
【００３５】
従来、商用電源５０が出力する交流電力は、高圧電源２６が用いる最大電力を供給可能な電力とされ、好ましくは高圧電源２６が用いる最大電力に高圧電源２６の内部回路で損失する電力を加えた電力とされる。しかし、高圧電源２６が最大電力を必要とする期間は、Ｘ線管２１に高圧を印加する期間などの短い期間のみである。
【００３６】
たとえば高圧電源２６が最大電力を必要とする期間がＸ線管２１に高圧を印加する短い期間であって、その最大電力が１００ｋＷである場合を考える。この場合、従来の商用電源５０の設備は、この短い期間のためだけに、高圧電源２６の回路損失を考慮し、たとえば１２０ＫＷ程度の交流電力を出力可能なように構成されていた。
【００３７】
そこで、本実施形態に係る高圧電源２６は、商用電源５０から入力された電力を蓄電しておく蓄電部５６を備える。そして、Ｘ線管２１に大電力を供給する必要がある期間に、この蓄電部５６から出力される電力で商用電源５０から入力される電力を補う。
【００３８】
また、インバータ５８を備えた高圧電源２６では、高調波電流が電源ラインに流れてしまい、この高調波電流が電力系統に悪影響を与えてしまう場合がある。
【００３９】
そこで、本実施形態に係る高圧電源２６は、ＰＦＣ（Power Factor Correction）機能付きコンバータ５４を備え、このＰＦＣ機能付きコンバータ５４により高調波電流を低減する。
【００４０】
整流部５１は、たとえばダイオードブリッジにより構成され、商用電源（外部電源）５０から入力された交流電力を全波整流する。
【００４１】
平滑部５２は、たとえば一般的なローパスフィルタ（ＬＰＦ）により構成され、全波整流された商用電源５０の交流出力を平滑化する。
【００４２】
ＰＦＣ機能付きコンバータ５４は、力率改善回路を内包し、商用電源５０に流れる高調波電流を低減しつつ、主制御部６０に制御されて商用電源５０の交流出力を直流電力に変換する。ＰＦＣ機能付きコンバータ５４の直流出力は、切替部５５を介して蓄電部５６に与えられるとともにインバータ５８に与えられる。
【００４３】
蓄電部５６は、たとえば電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ：Electric Double-Layer Capacitor）やバッテリなどにより構成される。蓄電部５６は、ＰＦＣ機能付きコンバータ５４から供給された電力を蓄電するとともに、直流電力をブーストコンバータ５７に与える。電気二重層キャパシタは、バッテリに比べ、寿命が長い（充放電の回数制限が多い）という利点がある。このため、充放電回数が多いことが予測される装置では、蓄電部５６を電気二重層キャパシタで構成するとよい。一方、バッテリは、電気二重層キャパシタに比べ、エネルギー密度が高く省スペース化に寄与するという利点がある。このため、省スペース化が求められる装置では、蓄電部５６をバッテリで構成するとよい。
【００４４】
ブーストコンバータ５７は、蓄電部５６の直流出力を入力され、主制御部６０に制御されて、蓄電部５６の直流出力の電圧を所定の電圧に持ち上げてからインバータ５８に与える。
【００４５】
なお、ブーストコンバータ５７は備えられずともよい。ブーストコンバータ５７が備えられない場合、蓄電部５６の直流出力はインバータ５８に与えられる。本実施形態では、高圧電源２６がブーストコンバータ５７を備える場合の例について説明する。
【００４６】
インバータ５８は、ＰＦＣ機能付きコンバータ５４の直流出力および蓄電部５６の直流出力を入力され、所定の交流電力に変換して高圧発生器５９に出力する。このとき、インバータ５８は、高圧発生器５９の出力を監視し、高圧発生器５９の出力が所定の値となるように所定の交流電力を出力する。この所定の交流電力値や高圧発生器５９の所定の出力値は、たとえば主制御部６０によりスキャン計画に応じて設定される。
【００４７】
図３は、インバータ５８の入力端子付近の一構成例を示す説明図である。
【００４８】
インバータ５８の正の入力端子には、ＰＦＣ機能付きコンバータ５４の正の出力端子とブーストコンバータ５７の正の出力端子が接続される。また、インバータ５８の負の入力端子には、ＰＦＣ機能付きコンバータ５４の負の出力端子とブーストコンバータ５７の負の出力端子が接続される。
【００４９】
また、インバータ５８の入力は、ＰＦＣ機能付きコンバータ５４から入力される電圧と蓄電部５６から入力される電圧とが一致したときに動作するよう構成される。図３には、ＰＦＣ機能付きコンバータ５４の正の出力端子とインバータ５８の正の入力端子の間にはダイオードＤａが、ブーストコンバータ５７の正の出力端子とインバータ５８の正の入力端子との間にはダイオードＤｂが、それぞれ接続される場合の例について示した。これらのダイオードＤａおよびＤｂにより、ＰＦＣ機能付きコンバータ５４から入力される電圧と蓄電部５６から入力される電圧とが自動的に一致するよう動作する。
【００５０】
高圧発生器５９は、インバータ５８から入力された交流を昇圧するとともに直流に変換することにより高圧直流電力を生成し、Ｘ線管２１に与える。高圧発生器５９は、たとえば昇圧トランスと高圧用の整流回路などにより構成され、インバータ５８から入力された交流電力に応じた直流高電圧を発生する。このため、インバータ５８の出力電力を制御することで、高圧発生器５９の出力電力を制御することができる。
【００５１】
主制御部６０は、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭをはじめとする記憶媒体などにより構成され、この記憶媒体に記憶されたプログラムに従って、高圧電源２６の動作を制御する。主制御部６０は、あらかじめ商用電源５０の容量の最大値（たとえば７０ＫＷなど）と、蓄電部５６の容量の最大値（たとえば５０ｋＷなど）とを記憶装置に記憶している。また、主制御部６０は、画像処理装置１２の制御部４６からコントローラ３２を介してＸ線の照射タイミングおよび照射期間の情報、ならびにＸ線管２１に印加すべき管電流および管電圧の情報を受ける。
【００５２】
そして、主制御部６０は、制御部４６に指示された照射タイミングおよび照射期間に、指示された管電流および管電圧でＸ線管２１に電力を供給するよう、ＰＦＣ機能付きコンバータ５４の直流出力電力に対するブーストコンバータ５７の直流出力電力の比率を制御する。このとき、主制御部６０は、ＰＦＣ機能付きコンバータ５４の直流出力電力が商用電源５０の容量の最大値を越えないよう、かつ蓄電部５６の直流出力電力が蓄電部５６の容量の最大値を越えないように制御する。
【００５３】
なお、蓄電部５６の容量は有限であり、Ｘ線照射期間中に切替部５５を短絡して充電を継続する場合であっても蓄電された電力量は減少する。このため、主制御部６０は、たとえば蓄電部５６の容量およびＸ線照射期間にもとづいて蓄電部５６から単位時間あたりに取り出す電力（平均電力）を求め、この平均電力とＸ線照射のためにインバータ５８に入力すべき必要電力とにもとづいて、ＰＦＣ機能付きコンバータ５４の直流出力電力に対するブーストコンバータ５７の直流出力電力の比率を定めるとよい。
【００５４】
また、Ｘ線の照射期間などの大電力を要する期間（所定の期間）以外の期間では、主制御部６０は、商用電源５０および蓄電部５６のいずれか一方のみからインバータ５８に電力を供給させるようＰＦＣ機能付きコンバータ５４およびブーストコンバータ５７を制御してもよい。
【００５５】
図４は、第１実施形態に係るＰＦＣ機能付きコンバータ５４の電流電圧特性およびブーストコンバータ５７の電流電圧特性の一例を示す説明図である。
【００５６】
一般に、ＰＦＣ回路は、一定の電力を出力するよう構成される。一方、本実施形態に係るＰＦＣ機能付きコンバータ５４は、図４に示すように、電流の増加に応じて電圧が減少する電流電圧特性を有する。また、ブーストコンバータ５７も、電流の増加に応じて電圧が減少する電流電圧特性を有する。ＰＦＣ機能付きコンバータ５４の電流電圧特性およびブーストコンバータ５７の電流電圧特性は、主制御部６０により制御される。
【００５７】
いま、図３に示す構成により、インバータ５８は、ＰＦＣ機能付きコンバータ５４から入力される電圧Ｖ１ｏｕｔとブーストコンバータ５７から入力される電圧Ｖ２ｏｕｔとを一致させるように動作する。
【００５８】
たとえば、ブーストコンバータ５７の電圧Ｖ２ｏｕｔがＰＦＣ機能付きコンバータ５４の電圧Ｖ１ｏｕｔよりも高い場合、ダイオードＤａによりＰＦＣ機能付きコンバータ５４からインバータ５８へは電流が供給されず、ブーストコンバータ５７からのみインバータ５８へ電流が供給される。
【００５９】
この場合、ブーストコンバータ５７は単独でインバータ５８を駆動するための電力を供給する必要があるため、より大きな電力を出力しなければならなくなる。ブーストコンバータ５７がより大きな電力を出力するためには、図４に示す電流電圧特性から、より大きな電流を出力する必要がある。出力電流が増加すると、図４に示す電流電圧特性から、ブーストコンバータ５７の出力電圧Ｖ２ｏｕｔは低下していく。
【００６０】
一方、ＰＦＣ機能付きコンバータ５４は、その出力をインバータ５８に利用されないため、出力電流が減衰し出力電圧Ｖ１ｏｕｔが増加していく。そして、出力電圧Ｖ２ｏｕｔが出力電圧Ｖ１ｏｕｔと一致すると、ＰＦＣ機能付きコンバータ５４とブーストコンバータ５７の両者からインバータ５８に対して電力が入力される。主制御部６０は、この一致した電圧でＶ１ｏｕｔおよびＶ２ｏｕｔ維持するよう、ＰＦＣ機能付きコンバータ５４およびブーストコンバータ５７を制御する。
【００６１】
また、主制御部６０は、ＰＦＣ機能付きコンバータ５４の電流電圧特性およびブーストコンバータ５７の電流電圧特性（図４参照）を制御することにより、ＰＦＣ機能付きコンバータ５４の直流出力電力とブーストコンバータ５７の直流出力電力との比率（電力配分比率）を制御する。
【００６２】
たとえば、２つのコンバータ５４および５７の電流電圧特性が同じ場合には、電力配分比率は１：１となる。また、たとえば電力配分比率を２：１にする場合は、ブーストコンバータ５７の電圧低下レートをＰＦＣ機能付きコンバータ５４の電圧低下レートの２倍にすればよい。インバータ５８は２つのコンバータ５４および５７の出力電圧が一致したところで動作するため、電流配分比率が２：１であれば電力配分比率も２：１となる。
【００６３】
次に、ＰＦＣ機能付きコンバータ５４の構成について説明する。
【００６４】
図５は、ＰＦＣ機能付きコンバータ５４の一例を示す構成図である。
【００６５】
図５に示すように、ＰＦＣ機能付きコンバータ５４は力率改善機能を有し、整流部５１、平滑部５２およびコンバート部５３を有する。コンバート部５３は、ＰＦＣ用出力特性制御回路７１およびドライバ７２を有するとともに、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）１、インダクタＬ１、ダイオードＤ１、キャパシタＣ１、抵抗Ｒ１１〜１３を有する。
【００６６】
ＰＦＣ用出力特性制御回路７１は、主制御部６０によりＰＦＣ機能付きコンバータ５４の電流電圧特性（図４参照）を設定される。ＰＦＣ用出力特性制御回路７１は、ＰＦＣ機能付きコンバータ５４の出力電流Ｉｏ１と、出力電圧Ｖ１ｏｕｔを分圧した電圧Ｖｏ１とを監視し、主制御部６０により設定された電流電圧特性となるようドライバ７２に対して制御信号Ｓ１を与え、ＩＧＢＴ１のデューティー比を制御する。
【００６７】
このとき、ＰＦＣ用出力特性制御回路７１は、商用電源５０から整流部５１および平滑部５２を介して入力される電流ＩＬの周波数（たとえば５０Ｈｚ）に対して数十倍〜数百倍の高い周波数でＩＧＢＴ１をスイッチングする。
【００６８】
図６（ａ）はインダクタＬ１に流れる電流ＩＬの波形の一例を示す説明図であり、（ｂ）はＩＧＢＴ１のコレクタに流れる電流Ｉｃの波形の一例を示す説明図であり、（ｃ）はダイオードＤ１に流れる電流Ｉｄの波形の一例を示す説明図である。
【００６９】
また、図７（ａ）はコンバート部５３に対する入力電圧Ｖ１ｉｎの波形の一例を示す説明図であり、（ｂ）はインダクタＬ１に流れる電流ＩＬの波形の一例およびこの電流ＩＬの平均電流ＩＬａｖｅの一例を示す説明図であり、（ｃ）はＶ１ｉｎとＩＬａｖｅの波形を比較するための説明図である。
【００７０】
図５および図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、電流ＩＬは、電流Ｉｃと電流Ｉｄとを加算した電流である。
【００７１】
図６（ａ）および図７（ｂ）に示すように、インダクタＬ１に流れる電流ＩＬの平均電流ＩＬａｖｅは、入力電圧Ｖ１ｉｎと相似形の正弦波全波整流波形となる。このため、コンバート部５３から商用電源５０に向かう電流を考えた場合、電流ＩＬは平滑部５２で平滑化（平均化）されて平均電流ＩＬａｖｅとなって整流部５１に向けて出力されることになる。したがって、このＰＦＣ機能付きコンバータ５４によれば、商用電源５０に流れる高調波電流を低減することができ、高調波電流が電力系統に与える弊害を未然に防ぐことができる。
【００７２】
次に、ブーストコンバータ５７の構成について説明する。
【００７３】
図８は、ブーストコンバータ５７の一例を示す構成図である。
【００７４】
図８に示すように、ブーストコンバータ５７は、ブースト用出力特性制御回路８１およびドライバ８２を有するとともに、ＩＧＢＴ２、インダクタＬ２、ダイオードＤ２、キャパシタＣ２、抵抗Ｒ２１〜２３を有する。
【００７５】
ブースト用出力特性制御回路８１は、主制御部６０によりブーストコンバータ５７の電流電圧特性（図４参照）を設定される。ブースト用出力特性制御回路８１は、ブーストコンバータ５７の出力電流Ｉｏ２と、出力電圧Ｖ２ｏｕｔを分圧した電圧Ｖｏ２とを監視し、主制御部６０により設定された電流電圧特性となるようドライバ８２に対して制御信号Ｓ２を与え、ＩＧＢＴ２のデューティー比を制御する。
【００７６】
ブーストコンバータ５７の入力電圧をＶ２ｉｎ、出力電圧をＶ２ｏｕｔ、ブーストコンバータ５７が有するＩＧＢＴ２のデューティー比ＤｏｎをＤｏｎ＝Ｔｏｎ／Ｔとすると、Ｖ２ｏｕｔ＝Ｖ２ｉｎ／（１−Ｄｏｎ）（ただし、Ｄｏｎ≠１）と書ける。蓄電部５６は、電力を供給するにともない、放電により出力電圧（ブーストコンバータ５７の入力電圧）Ｖ２ｉｎが低下していく。そこで、ブーストコンバータ５７は、主制御部６０に制御されて、Ｘ線照射期間などの大電力を要する期間（所定の期間）において、蓄電部５６から電力の供給を受けると、Ｖ２ｏｕｔが所定の電圧となるように蓄電部５６の出力電圧Ｖ２ｉｎの低下に応じてＩＧＢＴ２のデューティー比を変更する。この結果、ブーストコンバータ５７は、蓄電部５６の直流出力の電圧を所定の電圧に持ち上げてからインバータ５８に与えることができる。
【００７７】
なお、切替部５５は、Ｘ線照射期間などの大電力を要する期間（所定の期間）において、主制御部６０により開放されてもよい。所定の期間において切替部５５が開放されて蓄電部５６に対する給電（充電）が中断される場合、主制御部６０は、蓄電部５６に対する給電レートを考慮する必要がない。このため、主制御部６０は、蓄電部５６から容易に一定の電力を取り出すことができ、容易にＦＣ機能付きコンバータ５４の直流出力電力とブーストコンバータ５７の直流出力電力との比率（電力配分比率）を制御することができる。したがって、蓄電部５６から短時間に一定の電力を取り出す場合は、切替部５５を開放しておくとよい。
【００７８】
一方、切替部５５が所定の期間においても主制御部６０により短絡される場合は、開放される場合に比べ、蓄電部５６はより大きな電力量を出力することができる。このため、蓄電部５６から大きな電力量（電力×時間）を取り出す場合は、切替部５５を短絡しておくとよい。
【００７９】
本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置１０は、インバータ５８に対して蓄電部５６の出力電力を補うことができる。このため、商用電源５０の出力電力は、Ｘ線ＣＴ装置１０が必要とする最大電力より小さくてもよい。また、Ｘ線ＣＴ装置１０は、ＰＦＣ機能付きコンバータ５４を備えることにより、商用電源５０に流れ込む高調波電流を低減することができる。したがって、本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置１０によれば、商用電源５０に流れ込む高調波電流を低減しつつ、商用電源５０からの入力電力を補うことができる。また、商用電源５０のための設備を簡略化することができる。
【００８０】
また、出力電力を維持しつつ商用電源５０の設備を小さくすることができるため、少ない容量の電力契約で従来と同じまたは従来以上の定格のＸ線ＣＴ装置１０を用いることができ、Ｘ線ＣＴ装置１０の運用コストを低減することができる。
（第２の実施形態）
【００８１】
次に、本発明に係る医用診断装置の第２実施形態について説明する。
【００８２】
この第２実施形態に示すＸ線ＣＴ装置１０は、本実施形態に係る高圧電源２６Ａがブーストコンバータ５７を備えない点で第１実施形態に示すＸ線ＣＴ装置１０と異なる。他の構成および作用については図１に示すＸ線ＣＴ装置１０と実質的に異ならないため、同じ構成には同一符号を付して説明を省略する。
【００８３】
図９は、第２実施形態に係る高圧電源２６Ａの一構成例を示すブロック図である。
【００８４】
高圧電源２６Ａは、整流部５１、平滑部（ローパスフィルタ）５２およびコンバート部５３Ａを有する力率改善コンバータとしてのＰＦＣ（Power Factor Correction）機能付きコンバータ５４Ａと、切替部５５と、蓄電部５６と、インバータ５８Ａと、高圧発生器５９と、主制御部６０Ａと、を有する。
【００８５】
高圧電源２６Ａは、ブーストコンバータ５７を備えず、蓄電部５６の直流出力はインバータ５８Ａに与えられる。
【００８６】
インバータ５８Ａの正の入力端子には、ＰＦＣ機能付きコンバータ５４Ａの正の出力端子と蓄電部５６の正の出力端子が接続される。また、インバータ５８Ａの負の入力端子には、ＰＦＣ機能付きコンバータ５４Ａの負の出力端子と蓄電部５６の負の出力端子が接続される（図３参照）。このため、インバータ５８Ａは、ＰＦＣ機能付きコンバータ５４Ａから入力される電圧と蓄電部５６から入力される電圧とを一致させるように動作する。
【００８７】
本実施形態では、蓄電部５６の出力電圧を持ち上げることができないため、蓄電部５６から電力が取り出されるにつれて、蓄電部５６の出力電圧は低下していく。一方、インバータ５８Ａにより、ＰＦＣ機能付きコンバータ５４Ａの出力電圧と蓄電部５６の出力電圧は一致する。このため、主制御部６０Ａは、ＰＦＣ機能付きコンバータ５４Ａの直流出力を制御することにより、間接的に蓄電部５６の直流出力を制御することができる。
【００８８】
このため、本実施形態に係る主制御部６０Ａは、ＰＦＣ機能付きコンバータ５４Ａの直流出力を制御することにより、ＰＦＣ機能付きコンバータ５４Ａの直流出力電力に対するブーストコンバータ５７の直流出力電力の比率を制御し、インバータ５８Ａに対する入力電力を制御することができる。
【００８９】
ＰＦＣ機能付きコンバータ５４Ａの比率を高めたい場合は、所定の期間におけるＰＦＣ機能付きコンバータ５４Ａの出力電圧低下を緩やかにするとよい。また、ＰＦＣ機能付きコンバータ５４Ａの比率を低めたい場合は、所定の期間におけるＰＦＣ機能付きコンバータ５４Ａの出力電圧低下を急峻にするとよい。いずれの場合でも、主制御部６０Ａは、ＰＦＣ機能付きコンバータ５４Ａの直流出力を制御することにより、ＰＦＣ機能付きコンバータ５４Ａの直流出力電力に対するブーストコンバータ５７の直流出力電力の比率を制御することができる。
【００９０】
図１０は、Ｘ線の照射タイミングとＰＦＣ機能付きコンバータ５４Ａの出力電圧との関係の一例を示す説明図である。
【００９１】
蓄電部５６に蓄えられたエネルギーＥは、蓄電部５６の静電容量Ｃおよび蓄電部５６の電圧Ｖを用いてＥ＝（１／２）・Ｃ・Ｖ２と表せる。このため、蓄電部５６から一定の電力を取り出すためには、蓄電部５６の電圧を時間の二乗に比例して低下させるとよい。
【００９２】
そこで、主制御部６０Ａは、Ｘ線の照射期間などの大電力を必要とする期間（所定の期間）において、たとえばＰＦＣ機能付きコンバータ５４Ａの出力電圧が放物線を描いて低下するようにＰＦＣ機能付きコンバータ５４Ａを制御する（図１０参照）。蓄電部５６の出力電圧は、インバータ５８Ａの入力部分に設けられたダイオードＤａおよびＤｂによって、ＰＦＣ機能付きコンバータ５４Ａの出力電圧に応じて低下する。このため、ＰＦＣ機能付きコンバータ５４Ａおよび蓄電部５６から、インバータ５８Ａに対して入力電圧が時間とともに低下しつつ電力が入力される。
【００９３】
ＰＦＣ機能付きコンバータ５４Ａは、その出力の電流電圧特性を制御する必要はなく、出力電圧Ｖ１ｏｕｔを制御すればよい。このため、コンバート部５３Ａは、出力電圧Ｖ１ｏｕｔの分圧Ｖｏ１のみを監視すればよい。
【００９４】
なお、ブーストコンバータ５７がないため、インバータ５８Ａに対する入力電圧は時間とともに低下していく。このため、本実施形態に係るインバータ５８Ａは、この入力電圧の低下に耐えうるよう構成する。
【００９５】
なお、切替部５５は、Ｘ線照射期間などの大電力を要する期間（所定の期間）において、主制御部６０Ａにより開放されてもよい。所定の期間において切替部５５が開放されて蓄電部５６に対する給電（充電）が中断される場合、主制御部６０Ａは、蓄電部５６に対する給電レートを考慮する必要がない。このため、主制御部６０Ａは、ＰＦＣ機能付きコンバータ５４Ａの出力電圧を放物線で落とすことにより、蓄電部５６から容易に一定の電力を取り出すことができ、容易にＰＦＣ機能付きコンバータ５４Ａの直流出力電力と蓄電部５６の直流出力電力との比率（電力配分比率）を制御することができる。したがって、蓄電部５６から短時間に一定の電力を取り出す場合は、切替部５５を開放しておくとよい。
【００９６】
第２実施形態に係るＸ線ＣＴ装置１０によっても、第１実施形態に係るＸ線ＣＴ装置１０と同様に、商用電源５０に流れ込む高調波電流を低減しつつ、商用電源５０からの入力電力を補うことができる。また、商用電源５０のための設備を簡略化することができる。また、第２実施形態に係る高圧電源２６Ａは、第１実施形態に係る高圧電源２６に比べブーストコンバータ５７が不要であり、より簡素な構成とすることができる。
【００９７】
なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００９８】
１０  Ｘ線ＣＴ装置
２１  Ｘ線管
２６、２６Ａ  高圧電源
３２  コントローラ
４６  制御部
５０  商用電源
５４、５４Ａ  ＰＦＣ機能付きコンバータ
５５  切替部
５６  蓄電部
５７  ブーストコンバータ
５８、５８Ａ  インバータ
５９  高圧発生器
６０、６０Ａ  主制御部
【図１】
0005944665.tif 000002
【図２】
0005944665.tif 000003
【図３】
0005944665.tif 000004
【図４】
0005944665.tif 000005
【図５】
0005944665.tif 000006
【図６】
0005944665.tif 000007
【図７】
0005944665.tif 000008
【図８】
0005944665.tif 000009
【図９】
0005944665.tif 000010
【図１０】
0005944665.tif 000011