(57)【要約】【課題】パワーデバイスの寿命を適切に判定することである。【解決手段】実施形態に係るＸ線高電圧装置は、インバータ回路と、パワーデバイスと、ＰＷＭ（Pulse  Width  Modulation）制御回路と、判定回路と、通知部とを備える。インバータ回路は、Ｘ線を発生するＸ線管に出力する出力電圧を制御する。パワーデバイスは、前記インバータ回路に備えられ、前記出力電圧を制御するためのスイッチングを行う。ＰＷＭ制御回路は、前記出力電圧に応じて、前記パワーデバイスのスイッチングをＯＮ時間により制御する。判定回路は、前記ＯＮ時間が閾値を超えたか否かを判定する。通知部は、前記判定回路による判定結果を通知する。【選択図】図１
2018206562.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線を発生するＸ線管に出力する出力電圧を制御するインバータ回路と、
前記インバータ回路に備えられ、前記出力電圧を制御するためのスイッチングを行うパワーデバイスと、
前記出力電圧に応じて、前記パワーデバイスのスイッチングをＯＮ時間により制御するＰＷＭ（Pulse  Width  Modulation）回路と、
前記ＯＮ時間が閾値を超えたか否かを判定する判定回路と、
前記判定回路による判定結果を通知する通知部と
を備える、Ｘ線高電圧装置。
【請求項２】
前記インバータ回路に供給されるインバータ電流に影響を与える因子に基づいて、前記閾値を補正する補正回路を更に備える、
請求項１に記載のＸ線高電圧装置。
【請求項３】
前記補正回路は、前記因子として、前記Ｘ線高電圧装置に接続される電源の電源電圧、電源ケーブル長、電源インピーダンス、及び前記インバータ回路の温度のうち少なくとも一つに基づいて、前記閾値を補正する、
請求項２に記載のＸ線高電圧装置。
【請求項４】
前記判定回路は、前記Ｘ線高電圧装置の据付時における前記パワーデバイスのＯＮ時間に基づいて、前記閾値を設定する、
請求項１〜３のいずれか一つに記載のＸ線高電圧装置。
【請求項５】
前記判定回路は、前記Ｘ線高電圧装置のウォームアップ運転時における前記ＯＮ時間が前記閾値を超えたか否かを判定する、
請求項１〜４のいずれか一つに記載のＸ線高電圧装置。
【請求項６】
Ｘ線を発生するＸ線管に出力する出力電圧を制御するインバータ回路と、
前記インバータ回路に備えられ、前記出力電圧を制御するためのスイッチングを行うパワーデバイスと、
前記出力電圧に応じて、前記パワーデバイスのスイッチングをＯＮ時間により制御するＰＷＭ（Pulse  Width  Modulation）回路と、
前記ＯＮ時間が閾値を超えたか否かを判定する判定回路と、
前記判定回路による判定結果を通知する通知部と
を備える、Ｘ線撮影装置。
【請求項７】
ＰＷＭ（Pulse  Width  Modulation）制御により電圧を制御するためのインバータ回路内のパワーデバイスのＯＮ時間が、閾値を超えたか否かを判定する、判定回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、Ｘ線高電圧装置、Ｘ線撮影装置、及び判定回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、Ｘ線診断装置やＸ線ＣＴ（Computed  Tomography）装置において、Ｘ線管に高電圧を供給するために、Ｘ線高電圧装置が用いられている。Ｘ線高電圧装置とは、一般的にはインバータ回路や高電圧トランス、整流回路などが組み合された高電圧電源である。
【０００３】
インバータ回路に備えられるスイッチングデバイスとしては、一般的に、ＩＧＢＴ（Insulated  Gate  Bipolar  Transistor）やＭＯＳ−ＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor  Field-Effect  Transistor）等のパワーデバイス（パワー素子）が用いられる。インバータ回路には大電流が流れるため、パワーデバイスは繰り返し使用により疲労（劣化）し、破損に至ってしまう。このため、例えば、パワーデバイスの温度変化を監視して、パワーデバイスの寿命を推定する装置や、複数のインバータ回路による冗長性を持たせた装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−０２３５６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、パワーデバイスの寿命を適切に判定することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態に係るＸ線高電圧装置は、インバータ回路と、パワーデバイスと、ＰＷＭ（Pulse  Width  Modulation）制御回路と、判定回路と、通知部とを備える。インバータ回路は、Ｘ線を発生するＸ線管に出力する出力電圧を制御する。パワーデバイスは、前記インバータ回路に備えられ、前記出力電圧を制御するためのスイッチングを行う。ＰＷＭ制御回路は、前記出力電圧に応じて、前記パワーデバイスのスイッチングをＯＮ時間により制御する。判定回路は、前記ＯＮ時間が閾値を超えたか否かを判定する。通知部は、前記判定回路による判定結果を通知する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、第１の実施形態に係るＸ線診断装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図２】図２は、第１の実施形態に係るＸ線高電圧装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図３】図３は、第１の実施形態に係るＸ線高電圧装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図４】図４は、ＰＷＭ回路によるＰＷＭ制御について説明するための図である。
【図５】図５は、ＰＷＭ回路によるＰＷＭ制御について説明するための図である。
【図６】図６は、ＰＷＭ回路によるＰＷＭ制御について説明するための図である。
【図７】図７は、第１の実施形態に係る寿命判定回路の処理を説明するための図である。
【図８】図８は、第１の実施形態に係る寿命判定回路の処理を説明するための図である。
【図９】図９は、第２の実施形態に係るＸ線診断装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図１０】図１０は、第２の実施形態に係る補正回路の処理を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照して、Ｘ線高電圧装置、Ｘ線撮影装置、及び判定回路の実施形態について説明する。なお、実施形態は、以下の実施形態に限られるものではない。また、一つの実施形態に記載した内容は、原則として他の実施形態にも同様に適用される。
【０００９】
なお、Ｘ線撮影装置とは、Ｘ線管が搭載される医用画像診断装置の総称であり、例えば、Ｘ線診断装置及びＸ線ＣＴ装置が含まれる。なお、以下の実施形態では、開示の技術がＸ線診断装置に適用される場合を説明するが、Ｘ線ＣＴ装置にも同様に適用可能である。
【００１０】
（第１の実施形態）
まず、図１を用いて、第１の実施形態に係るＸ線診断装置１００の構成の一例を説明する。図１は、第１の実施形態に係るＸ線診断装置１００の構成の一例を示すブロック図である。
【００１１】
図１に示すように、Ｘ線診断装置１００は、Ｘ線高電圧装置１１と、Ｘ線管１２と、Ｘ線絞り１３と、天板１４と、Ｃアーム１５と、Ｘ線検出器１６とを備える。また、Ｘ線診断装置１００は、Ｃアーム回転・移動機構１７と、天板移動機構１８と、Ｃアーム・天板機構制御回路１９と、絞り制御回路２０とを備える。また、Ｘ線診断装置１００は、処理回路２１と、入力回路２２と、ディスプレイ２３と、画像データ生成回路２４と、記憶回路２５とを備える。
【００１２】
Ｘ線高電圧装置１１は、処理回路２１による制御の下、高電圧を発生し、発生した高電圧をＸ線管１２に供給する高電圧電源である。例えば、Ｘ線高電圧装置１１は、インバータ回路、高電圧を生成する高電圧トランス、及び高圧整流回路などにより構成される。Ｘ線高電圧装置１１は、インバータ回路内のスイッチングデバイスのＯＮ時間（ＯＮ周期）を変化させることにより、Ｘ線高電圧装置１１からＸ線管１２へ出力される出力電圧を制御する。インバータ回路に備えられるスイッチングデバイスとしては、一般的に、ＩＧＢＴ（Insulated  Gate  Bipolar  Transistor）やＭＯＳ−ＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor  Field-Effect  Transistor）等のパワーデバイス（パワー素子）が用いられる。
【００１３】
Ｘ線管１２は、Ｘ線高電圧装置１１から供給される高電圧を用いて、Ｘ線を発生する装置である。Ｘ線管１２は、Ｘ線高電圧装置１１から高電圧の供給を受けて、陰極（フィラメント）から陽極（ターゲット）に向けて熱電子を照射する真空管から構成される。
【００１４】
Ｘ線絞り１３は、後述する絞り制御回路２０による制御の下、Ｘ線管１２が発生したＸ線を、被検体Ｐにおける撮影対象領域に選択的に照射されるよう絞り込む部材である。例えば、Ｘ線絞り１３は、絞り羽根及びフィルタにより構成される。絞り羽根は、例えば、スライド可能な４枚の板状部材であり、絞り制御回路２０によりスライドされることで、Ｘ線管１２が発生したＸ線を絞り込む。また、フィルタは、被検体Ｐに対して照射されるＸ線を調節（減衰）するためのＸ線フィルタである。例えば、フィルタは、その材質や厚みによって透過するＸ線の線質を変化させることで、Ｘ線管１２が発生したＸ線を調節する。
【００１５】
天板１４は、被検体Ｐを載せるベッドであり、図示しない寝台の上に配置される。なお、被検体Ｐは、Ｘ線診断装置１００に含まれない。Ｘ線検出器１６は、マトリックス状に配列された検出素子を有し、被検体Ｐを透過したＸ線を検出する。例えば、Ｘ線検出器１６は、検出素子として、ＣＭＯＳ（Complementary  Metal  Oxide  Semiconductor）やＣＣＤ（Charge  Coupled  Device）を有する。各検出素子は、被検体Ｐを透過したＸ線を電気信号に変換して蓄積し、蓄積した電気信号を画像データ生成回路２４に送信する。
【００１６】
Ｃアーム１５は、Ｘ線管１２、Ｘ線絞り１３、及びＸ線検出器１６を支持する支持部材である。Ｘ線管１２及びＸ線絞り１３と、Ｘ線検出器１６とは、Ｃアーム１５により被検体Ｐを挟んで対向するように配置される。
【００１７】
Ｃアーム回転・移動機構１７は、Ｃアーム１５を回転及び移動させるための動力機構である。例えば、Ｃアーム回転・移動機構１７は、モータ等のアクチュエータが発生させた動力を用いて、Ｃアーム１５を回転及び移動させる。また、天板移動機構１８は、天板１４を移動させるための動力機構である。例えば、天板移動機構１８は、アクチュエータが発生させた動力を用いて、天板１４を移動させる。
【００１８】
Ｃアーム・天板機構制御回路１９は、処理回路２１による制御の下、Ｃアーム回転・移動機構１７及び天板移動機構１８を制御する電子回路である。例えば、Ｃアーム・天板機構制御回路１９は、Ｃアーム回転・移動機構１７及び天板移動機構１８を制御することで、Ｃアーム１５の回転や移動、天板１４の移動を調整する。
【００１９】
絞り制御回路２０は、処理回路２１による制御の下、Ｘ線絞り１３の動作を制御する電子回路である。例えば、絞り制御回路２０は、Ｘ線絞り１３が有する絞り羽根をスライドさせることで、被検体Ｐに対して照射されるＸ線の照射範囲を制御する。また、絞り制御回路２０は、Ｘ線絞り１３が有するフィルタの位置を調整することで、被検体Ｐに対して照射されるＸ線の線量の分布を制御する。
【００２０】
画像データ生成回路２４は、画像データを生成する電子回路である。例えば、画像データ生成回路２４は、Ｘ線検出器１６によってＸ線から変換された電気信号を用いて画像データを生成し、生成した画像データを記憶回路２５に格納する。例えば、画像データ生成回路２４は、Ｘ線検出器１６から受信した電気信号に対して、電流・電圧変換やＡ（Analog）／Ｄ（Digital）変換、パラレル・シリアル変換を行い、画像データを生成する。そして、画像データ生成回路２４は、生成した画像データを記憶回路２５に格納する。
【００２１】
記憶回路２５は、画像データ生成回路２４によって生成された画像データを受け付けて記憶する記憶装置である。また、記憶回路２５は、後述する処理回路２１によるフィルタ処理後の画像データを記憶する。また、記憶回路２５は、図１に示す各回路によって読み出されて実行される各種機能に対応するプログラムを記憶する。
【００２２】
入力回路２２は、各種指示や各種設定などを行うためのトラックボール、スイッチボタン、マウス、キーボード等によって実現される。入力回路２２は、処理回路２１に接続されており、操作者から受け取った入力操作を電気信号へ変換し処理回路２１へと出力する。ディスプレイ２３は、操作者の指示を受け付けるためのＧＵＩ（Graphical  User  Interface）やＸ線画像を表示する表示装置である。例えば、ディスプレイ２３は、処理回路２１によるフィルタ処理後のＸ線画像を表示する。
【００２３】
処理回路２１は、Ｘ線診断装置１００全体の動作を制御する電子回路である。例えば、処理回路２１は、入力回路２２から転送された操作者の指示に従ってＸ線高電圧装置１１を制御し、Ｘ線管１２に供給する電圧を調整することで、被検体Ｐに照射するＸ線の線量やＯＮ／ＯＦＦを制御する。また、例えば、処理回路２１は、操作者の指示に従ってＣアーム・天板機構制御回路１９を制御し、Ｃアーム１５の回転や移動、天板１４の移動を調整する。また、処理回路２１は、絞り制御回路２０の制御を通じて、Ｘ線の線量の分布を制御する。また、処理回路２１は、画像データ生成回路２４を制御することにより、Ｘ線検出器１６によってＸ線から変換された電気信号に基づく画像データ生成処理を制御することで、画像データを収集する。また、処理回路２１は、フィルタ処理後のＸ線画像をディスプレイ２３に表示させたり、操作者の指示を受け付けるためのＧＵＩをディスプレイ２３に表示させたりする。
【００２４】
図１に示すＸ線診断装置１００においては、各処理機能がコンピュータによって実行可能なプログラムの形態で記憶回路２５へ記憶されている。例えば、Ｃアーム・天板機構制御回路１９、絞り制御回路２０、処理回路２１、及び画像データ生成回路２４は、記憶回路２５からプログラムを読み出して実行することで各プログラムに対応する機能を実現するプロセッサである。換言すると、各プログラムを読み出した状態の各回路は、読み出したプログラムに対応する機能を有することとなる。
【００２５】
上記説明において用いた「プロセッサ」という文言は、例えば、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、ＧＰＵ（Graphics  Processing  Unit）、あるいは、特定用途向け集積回路（Application  Specific  Integrated  Circuit：ＡＳＩＣ）、プログラマブル論理医療デバイス（例えば、単純プログラマブル論理医療デバイス（Simple  Programmable  Logic  Device：ＳＰＬＤ）、複合プログラマブル論理医療デバイス（Complex  Programmable  Logic  Device：ＣＰＬＤ）、及びフィールドプログラマブルゲートアレイ（Field  Programmable  Gate  Array：ＦＰＧＡ））等の回路を意味する。プロセッサは記憶回路２５に保存されたプログラムを読み出し実行することで機能を実現する。なお、記憶回路２５にプログラムを保存する代わりに、プロセッサの回路内にプログラムを直接組み込むよう構成しても構わない。この場合、プロセッサは回路内に組み込まれたプログラムを読み出し実行することで機能を実現する。なお、本実施形態の各プロセッサは、プロセッサごとに単一の回路として構成される場合に限らず、複数の独立した回路を組み合わせて１つのプロセッサとして構成し、その機能を実現するようにしてもよい。
【００２６】
ところで、Ｘ線高電圧装置１１内のインバータ回路には大電流が流れるため、パワーデバイスは繰り返し使用により疲労（劣化）し、破損に至ってしまう。パワーデバイスが破損した場合、Ｘ線高電圧装置１１は高電圧を出力することが出来なくなる。つまり、Ｘ線診断装置１００がＸ線を出力できなくなり、画像診断が実行不可能となってしまう。特に、パワーデバイスの破損が血管造影時等に発生すると、手技の継続が出来ず、検査に大きな支障をきたしてしまう。
【００２７】
そこで、本実施形態に係るＸ線診断装置１００は、パワーデバイスの寿命を適切に判定するために、以下に説明する構成を備える。以下、図面を用いて、本実施形態に係るＸ線診断装置１００について詳細に説明する。
【００２８】
図２及び図３を用いて、第１の実施形態に係るＸ線高電圧装置１１の構成の一例を説明する。図２及び図３は、第１の実施形態に係るＸ線高電圧装置１１の構成の一例を示すブロック図である。
【００２９】
図２に示すように、Ｘ線高電圧装置１１は、ＰＷＭ（Pulse  Width  Modulation）制御回路１１０と、ＩＧＢＴ駆動回路１１１と、インバータ回路１１２と、高電圧ユニット１１３と、ＦＢ回路１１４と、寿命判定回路１１５とを備える。
【００３０】
一般的に、ＰＷＭ制御とは、パワーデバイスのＯＮ／ＯＦＦのスイッチングを繰り返し行うことで、出力電圧を制御する手法である。ＰＷＭ制御では、入力値と、比較対象となる基準値との比較結果に応じて、ＯＮ状態となる期間に対応するパルス幅（ＯＮ時間）を調節することで、任意の出力電圧が得られる。
【００３１】
本実施形態に係るＰＷＭ回路１１０は、パワーデバイス（後述するＩＧＢＴ１１２Ａ〜１１２Ｄ）のスイッチング時間（ＯＮ時間）を変化させることによってＸ線高電圧装置の出力を制御（ＰＷＭ制御）する。例えば、ＰＷＭ回路１１０は、インバータ回路１１２のスイッチングのタイミングを表す周期のパルス信号を生成する。このパルス信号は、インバータ回路１１２がＯＮ状態となる期間に対応するパルス幅（ＯＮ時間）を有する。つまり、ＰＷＭ回路１１０は、所望の電圧に応じてパルス幅を変更したパルス信号を生成する。ＰＷＭ回路１１０は、生成したパルス信号をＩＧＢＴ駆動回路１１１へ出力する。
【００３２】
ＩＧＢＴ駆動回路１１１は、ＰＷＭ回路１１０の出力に応じてＩＧＢＴを駆動させせるための回路である。ＩＧＢＴ駆動回路１１１は、ＩＧＢＴ１１２Ａ〜１１２Ｄのゲート電極に印加する電圧を制御することで、ＩＧＢＴ１１２Ａ〜１１２ＤのＯＮ／ＯＦＦ（オン／オフ）を切り替える。
【００３３】
具体的には、ＩＧＢＴ駆動回路１１１は、ＰＷＭ回路１１０によりＯＮ時間（パルス幅）が制御されたパルス信号を受信する。そして、ＩＧＢＴ駆動回路１１１は、受信したパルス信号のパルス幅に基づくタイミングで、ＩＧＢＴ１１２Ａ〜１１２Ｄのゲート電極に印加する電圧を切り替えることで、ＩＧＢＴ１１２Ａ〜１１２ＤのＯＮ／ＯＦＦを切り替える。
【００３４】
インバータ回路１１２は、Ｘ線を発生するＸ線管１２０に出力する出力電圧を制御する電子回路である。高電圧ユニット１１３は、Ｘ線管１２０へ出力される出力電圧を発生させる電子回路である。
【００３５】
図３を用いて、インバータ回路１１２及び高電圧ユニット１１３の構成の一例を説明する。図３に示すように、インバータ回路１１２は、４つのＩＧＢＴ１１２Ａ，１１２Ｂ，１１２Ｃ，１１２Ｄを備える。また、高電圧ユニット１１３は、高電圧トランス１１３Ａと、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１３Ｂとを備える。また、インバータ回路１１２は、整流回路１１６に接続される。整流回路１１６は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１６Ａと、平滑コンデンサ１１６Ｂとを備える。整流回路１１６は、電源５に接続される。なお、ＩＧＢＴ１１２Ａ，１１２Ｂ，１１２Ｃ，１１２Ｄは、パワーデバイスの一例である。
【００３６】
電源５は、例えば、交流電圧を供給する商用電源である。電源５により供給される交流電圧は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１６Ａにより直流電圧に変換され、平滑コンデンサ１１６Ｂにより平滑化されて、インバータ回路１１２へ供給される。
【００３７】
インバータ回路１１２は、例えば、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１６Ａにより変換された直流電圧を所定の周波数の交流電圧に変換する。例えば、インバータ回路１１２は、ＩＧＢＴ駆動回路１１１の制御により、ＩＧＢＴ１１２ＡとＩＧＢＴ１１２Ｂとが交互にＯＮ／ＯＦＦし、ＩＧＢＴ１１２ＣとＩＧＢＴ１１２Ｄとが交互にＯＮ／ＯＦＦする。ここで、インバータ回路１１２において、ＩＧＢＴ１１２Ａ及びＩＧＢＴ１１２ＤのＯＮ／ＯＦＦのタイミングが同期するように制御され、ＩＧＢＴ１１２Ｂ及びＩＧＢＴ１１２ＣのＯＮ／ＯＦＦのタイミングが同期するように制御される。これにより、インバータ回路１１２は、平滑コンデンサ１１６Ｂにより平滑化された直流電圧を高周波の交流電圧に変換する。
【００３８】
具体的には、ＩＧＢＴ１１２Ａ及びＩＧＢＴ１１２ＤがＯＮとなっている場合には、電流がＩＧＢＴ１１２Ａを介して高電圧トランス１１３Ａに流れ、ＩＧＢＴ１１２Ｄへと流れる。一方、ＩＧＢＴ１１２Ｂ及びＩＧＢＴ１１２ＣがＯＮとなっている場合には、電流がＩＧＢＴ１１２Ｃを介して高電圧トランス１１３Ａに流れ、ＩＧＢＴ１１２Ｂへと流れる。
【００３９】
すなわち、インバータ回路１１２は、４つのＩＧＢＴ１１２Ａ，１１２Ｂ，１１２Ｃ，１１２Ｄのうち、ＩＧＢＴ１１２Ａ及びＩＧＢＴ１１２Ｄを一つのペア（以下、「ペアＡ」とも表記）とし、ＩＧＢＴ１１２Ｂ及びＩＧＢＴ１１２Ｃをもう一つのペア（以下、「ペアＢ」とも表記）とする２つのペアを交互にＯＮ／ＯＦＦする。
【００４０】
これにより、高電圧トランス１１３Ａにおいては、ペアＡ（ＩＧＢＴ１１２Ａ及びＩＧＢＴ１１２Ｄ）がオンとなっている場合と、ペアＢ（ＩＧＢＴ１１２Ｂ及びＩＧＢＴ１１２Ｃ）がオンとなっている場合とで、逆方向に電流が流れることとなり、交流電圧が供給されることとなる。また、高電圧トランス１１３Ａに供給される交流電圧の周波数は、各ＩＧＢＴ１１２Ａ，１１２Ｂ，１１２Ｃ，１１２Ｄの切り替え速度により制御される。
【００４１】
高電圧ユニット１１３は、例えば、インバータ回路１１２において生成された所定の周波数の交流電圧に対して昇圧と整流を行って、直流高電圧を発生する装置である。例えば、高電圧トランス１１３Ａは、インバータ回路１１２から供給される交流電圧を昇圧する。そして、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１３Ｂは、高電圧トランス１１３Ａによって昇圧された交流電圧を直流電圧に変換して、Ｘ線管１２０に供給する。
【００４２】
図２の説明に戻る。ＦＢ（Feedback）回路１１４は、高電圧ユニット１１３から出力される電圧を分圧し、ＰＷＭ回路１１０へ出力する電気回路である。例えば、ＦＢ回路１１４は、抵抗により構成され、高電圧ユニット１１３から出力される出力電圧を低下させてＰＷＭ回路１１０へ出力する。ここで、ＦＢ回路１１４からＰＷＭ回路１１０へ出力される信号は、出力電圧の大きさに応じた大きさの電圧を有する。つまり、ＦＢ回路１１４は、出力電圧（実出力）の大きさに相当する信号をＰＷＭ回路１１０へ出力する。
【００４３】
そして、ＰＷＭ回路１１０は、出力電圧（実出力）の大きさに相当する信号がＦＢ回路１１４により入力されると、実出力と設定電圧とを比較し、比較結果に応じてＯＮ時間を制御する。
【００４４】
ここで、図４から図６を用いて、ＰＷＭ回路１１０によるＰＷＭ制御について説明する。図４から図６は、ＰＷＭ回路１１０によるＰＷＭ制御について説明するための図である。図４及び図５には、ＰＷＭ制御のための制御用信号とインバータＯＮ時間との関連を例示する。また、図６には、インバータ電流（縦軸）に応じたパルス幅（ＯＮ時間）（横軸）の変化を例示する。
【００４５】
図４に示すように、例えば、ＰＷＭ回路１１０は、制御用波形として、鋸歯状波である搬送波を用いることで、所望の出力レベルを得るためのパルス幅を有するパルス信号を生成する。具体的には、ＰＷＭ回路１１０は、インバータ回路１１２の出力レベルが高くなった場合には、パルス幅を小さくする。また、ＰＷＭ回路１１０は、インバータ回路１１２の出力レベルが低くなった場合には、パルス幅を大きくする。また、ＰＷＭ回路１１０は、インバータ回路１１２をＯＦＦにするために、インバータＯＮ時間に対応するパルス信号の逆位相のパルス信号を生成する。この逆位相のパルス信号は、インバータＯＦＦ時間に対応する。
【００４６】
そして、ＰＷＭ回路１１０は、生成した２つのパルス信号を用いて、上述したＩＧＢＴ１１２Ａ，１１２Ｂ，１１２Ｃ，１１２Ｄの２つのペアのＯＮ／ＯＦＦを制御する。例えば、ＰＷＭ回路１１０は、生成した２つのパルス信号をＩＧＢＴ駆動回路１１１へ出力する。ＩＧＢＴ駆動回路１１１は、ＰＷＭ回路１１０から受信した２つのパルス信号それぞれのタイミングで、２つのペアのＯＮ／ＯＦＦを切り替える。
【００４７】
一例としては、ＩＧＢＴ駆動回路１１１は、インバータＯＮ時間に対応するパルス信号に基づくタイミングで、ペアＡ（ＩＧＢＴ１１２Ａ及びＩＧＢＴ１１２Ｄ）のＯＮ／ＯＦＦを切り替える。また、ＩＧＢＴ駆動回路１１１は、インバータＯＦＦ時間に対応するパルス信号に基づくタイミングで、ペアＢ（ＩＧＢＴ１１２Ｂ及びＩＧＢＴ１１２Ｃ）のＯＮ／ＯＦＦを切り替える。これにより、インバータ回路１１２は、上述したように、高電圧トランス１１３Ａに交流電流を供給することができる。
【００４８】
ここで、インバータが動作を開始すると、高電圧出力電圧は０Ｖから上昇し、やがて目標電圧値に到達する。この時、インバータ回路のＯＮ時間（パルス幅）は、出力レベルが目標電圧値に近づくにつれて短くなる。そして、出力レベルが目標値に到達したときにインバータ回路のＯＮ時間（パルス幅）は一定となる。この状況において、Ｘ線条件や電源電圧が一定であり、かつ、ＩＧＢＴ１１２Ａ，１１２Ｂ，１１２Ｃ，１１２Ｄの状態に変化が無ければ、ＰＷＭ回路１１０から出力されるパルス幅は、前の状態から変わらない。しかしながら、ＩＧＢＴ１１２Ａ，１１２Ｂ，１１２Ｃ，１１２Ｄが劣化してＯＮ抵抗が増加すると、インバータ電流が減少して出力電圧が低下してしまうため、同じＸ線条件や電源条件であってもＰＷＭ制御回路から出力されるパルス幅は劣化前に比べて大きくなる。
【００４９】
具体的には、図５に示すように、同じＸ線条件や電源条件であっても、インバータ電流の減少により出力レベルがＬ１からＬ２へ低下する場合がある。この場合、ＰＷＭ回路１１０は、出力レベルの低下に応じてパルス幅Ｗ１をパルス幅Ｗ２に延長させることで、Ｘ線管１２に供給される出力電圧を一定に保つ。つまり、ＰＷＭ回路１１０は、図６の上図と下図に示すように、インバータ電流の減少に応じて、斜線領域の面積が一定となるように、インバータ回路１１２のＯＮ時間を制御する。
【００５０】
ここで、インバータ電流の減少は、Ｘ線条件や電源電圧が一定であれば、パワーデバイス（ＩＧＢＴ１１２Ａ，１１２Ｂ，１１２Ｃ，１１２Ｄ）の劣化（ＯＮ抵抗の増加）に起因する。したがって、同一Ｘ線条件及び同一電源電圧の下、インバータ回路１１２のＯＮ時間が延長した場合には、パワーデバイスの劣化が進行していると考えられる。そこで、本実施形態に係るＸ線診断装置１００は、ＰＷＭ回路１１０から出力されるパルス幅の変化を用いてパワーデバイスの寿命判定を実施する。
【００５１】
図２の説明に戻る。寿命判定回路１１５は、パワーデバイスのＯＮ時間が閾値を超えたか否かを判定する電子回路である。この閾値は、例えば、一定Ｘ線条件及び一定電源電圧において、インバータ回路１１２が破損する可能性があるＯＮ時間の値より短い値（許容値）として設定され、予め寿命判定回路１１５内のメモリに記憶される。なお、寿命判定回路１１５は、判定回路の一例である。
【００５２】
図７及び図８を用いて、第１の実施形態に係る寿命判定回路１１５の処理を説明する。図７及び図８は、第１の実施形態に係る寿命判定回路１１５の処理を説明するための図である。
【００５３】
図７には、各種のＸ線条件に応じて設定されるパワーデバイスのＯＮ時間の閾値を例示する。図７に例示する閾値は、例えば、寿命判定回路１１５がＸ線診断装置１００に設置される際に、設置する者（製造者、設計者など）により設定される。図７に示すように、寿命判定回路１１５には、複数の管電圧と、複数の管電流とに応じて、複数の閾値が設定される。具体的には、管電圧Ｖ１及び管電流Ａ１の場合には、閾値Ｔｈ１が設定され、管電圧Ｖ２及び管電流Ａ２の場合には、閾値Ｔｈ２が設定され、管電圧Ｖ３及び管電流Ａ３の場合には、閾値Ｔｈ３が設定され、管電圧Ｖ４及び管電流Ａ４の場合には、閾値Ｔｈ４が設定される。なお、図７に示す例はあくまで一例であり、図示の例に限定されるものではない。
【００５４】
図８には、パワーデバイス設置後における出力レベルの変化を例示する。図８では、Ｘ線条件として、管電圧Ｖ１及び管電流Ａ２が設定される場合を例示する。つまり、図８のＸ線条件では、寿命判定回路１１５は、図７に示した閾値Ｔｈ３を用いてパワーデバイスの寿命判定を行う。
【００５５】
例えば、パワーデバイスが設置された直後には、図８の上段に示すように、出力レベルＬ３が得られる。ここで、この出力レベルに応じて制御されるパルス幅は、Ｗ１である。この場合、寿命判定回路１１５は、パルス幅Ｗ１と、閾値Ｔｈ３とを比較する。そして、寿命判定回路１１５は、「Ｗ１＜Ｔｈ３」であるので、パワーデバイスの寿命ではないと判定し、寿命ではない旨を示す情報を処理回路２１へ出力する。一例としては、寿命判定回路１１５は、パルス幅が閾値より小さい旨を示す判定結果を処理回路２１へ出力する。
【００５６】
一方、パワーデバイスの設置後、ある期間が経過した後には、図８の下段に示すように、図８の上段と同一のＸ線条件（管電圧Ｖ１、管電流Ａ２）であったとしても、出力レベルＬ３と比較して低めの出力レベルＬ４が得られる場合がある。ここで、この出力レベルに応じて制御されるパルス幅は、Ｗ２である。この場合、寿命判定回路１１５は、パルス幅Ｗ２と、閾値Ｔｈ３とを比較する。そして、寿命判定回路１１５は、「Ｗ２＞Ｔｈ３」であるので、パワーデバイスの寿命であると判定し、寿命である旨を示す情報を処理回路２１へ出力する。一例としては、寿命判定回路１１５は、パルス幅が閾値より大きい旨を示す判定結果を処理回路２１へ出力する。
【００５７】
このように、寿命判定回路１１５は、パワーデバイス（ＩＧＢＴ１１２Ａ，１１２Ｂ，１１２Ｃ，１１２Ｄ）の寿命を判定する。なお、寿命判定回路１１５は、Ｘ線のＸ線条件と、電源５の電源電圧との組み合わせに応じた複数の閾値を記憶していても良い。この場合、寿命判定回路１１５は、Ｘ線条件と電源電圧との組み合わせに対応する閾値を用いて、ＯＮ時間との比較を行う。また、寿命判定回路１１５は、パルス幅Ｗ１が閾値Ｔｈより小さい場合には、判定結果を処理回路２１へ出力しなくてもよい。
【００５８】
そして、処理回路２１は、寿命判定回路１１５による判定結果を通知する。例えば、処理回路２１は、パルス幅が閾値より大きい旨を示す判定結果を寿命判定回路１１５から受信した場合には、パワーデバイスの寿命である旨を示すメッセージ（若しくは、パワーデバイスの交換を推奨する旨のメッセージ）をディスプレイ２３に表示させる。一方、処理回路２１は、パルス幅が閾値より小さい旨を示す判定結果を寿命判定回路１１５から受信した場合には、通知を行わない。
【００５９】
なお、判定結果を通知する機能（通知機能）は、上記のメッセージに限らず、例えば、音（ブザー）や光（ランプ）によって通知されてもよい。また、上記の例では、処理回路２１が通知機能を備える場合を説明したが、寿命判定回路１１５若しくはＸ線高電圧装置１１が通知機能を備えていてもよい。この場合、寿命判定回路１１５若しくはＸ線高電圧装置１１は、通知機能を実行するための回路（通知部とも称する）を備える。
【００６０】
また、パルス幅が閾値より小さい旨を示す判定結果を寿命判定回路１１５から受信した場合には、処理回路２１は、パワーデバイスの寿命ではない旨を示すメッセージをディスプレイ２３に表示させてもよい。
【００６１】
上述してきたように、第１の実施形態に係るＸ線診断装置１００において、インバータ回路１１２は、Ｘ線管１２０に出力する出力電圧を制御する。また、ＩＧＢＴ１１２Ａ，１１２Ｂ，１１２Ｃ，１１２Ｄは、インバータ回路１１２に備えられ、出力電圧を制御するためのスイッチングを行う。また、ＰＷＭ回路１１０は、出力電圧に応じて、ＩＧＢＴ１１２Ａ，１１２Ｂ，１１２Ｃ，１１２ＤのスイッチングをＯＮ時間により制御する。また、寿命判定回路１１５は、ＯＮ時間が閾値を超えたか否かを判定する。これによれば、第１の実施形態に係るＸ線診断装置１００は、ＩＧＢＴ１１２Ａ，１１２Ｂ，１１２Ｃ，１１２Ｄの寿命を適切に判定することができる。
【００６２】
このため、Ｘ線診断装置１００の操作者は、パワーデバイスが破損する前に、パワーデバイスの寿命を知ることができる。したがって、操作者は、パワーデバイスが寿命により破損してしまう前に、パワーデバイスを交換する等の対処を行うことができるので、撮影が中断したり、患者に影響を及ぼす事態を避けることが可能となる。
【００６３】
なお、上述した第１の実施形態では、パワーデバイスの一例として、ＩＧＢＴ１１２Ａ，１１２Ｂ，１１２Ｃ，１１２Ｄを挙げて説明したが、実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、上述した実施形態は、ＭＯＳ−ＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor  Field-Effect  Transistor）等、他のパワーデバイスが適用される場合にも実現可能である。
【００６４】
また、第１の実施形態にて図示した内容は、必ずしも図示の内容に限定されるものではない。例えば、第１の実施形態にて説明したＸ線高電圧装置１１の構成やＰＷＭ制御の内容はあくまで一例であり、寿命判定回路１１５の処理内容に影響を及ぼさない範囲で適宜変更可能である。例えば、図２の説明では、寿命判定回路１１５は、ＰＷＭ回路１１０の後段においてＯＮ時間を取得する場合を説明したが、ＩＧＢＴ駆動回路１１１の後段にてＯＮ時間を取得することも可能である。
【００６５】
（第２の実施形態）
第１の実施形態では、インバータ電流に影響を与える因子であるＸ線条件及び電源電圧が一定である場合を説明したが、実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、Ｘ線診断装置１００は、インバータ電流に影響を与える因子の変化に応じて閾値を補正することで、適切な閾値を設定することができる。
【００６６】
図９を用いて、第２の実施形態に係るＸ線診断装置１００の構成の一例を説明する。図９は、第２の実施形態に係るＸ線診断装置１００の構成の一例を示すブロック図である。第２の実施形態に係るＸ線診断装置１００は、図１に例示したＸ線診断装置１００と同様の構成を備え、Ｘ線高電圧装置１１が補正回路１１７を更に備える点が相違する。そこで、第２の実施形態では、第１の実施形態と相違する点を中心に説明することとし、第１の実施形態において説明した構成と同様の機能を有する点については、図１と同一の符号を付し、説明を省略する。
【００６７】
補正回路１１７は、インバータ回路１１２に供給されるインバータ電流に影響を与える因子に基づいて、閾値を補正する。例えば、補正回路１１７は、インバータ電流に影響を与える因子として、Ｘ線高電圧装置１１に接続される電源５の電源電圧、電源ケーブル長、電源インピーダンス、及びインバータ回路１１２の温度のうち少なくとも一つに基づいて、閾値を補正する。
【００６８】
すなわち、Ｘ線高電圧装置１１における１パルスあたりのインバータ電流の大きさは、パルス幅だけでなく、その日の電源電圧、配電盤からの電源ケーブル長、電源インピーダンス、インバータの温度によるインバータ回路抵抗の変化等により、同一のＸ線条件下でも変化することが考えられる。そこで、電源電圧を直流電源Ｖ０、Ｘ線条件に基づくＸ線負荷を抵抗Ｒ１、電源ケーブル長や電源インピーダンスによる回路抵抗を抵抗Ｒｃ、インバー電流を電流Ｉ１、インバータをスイッチＳ１と単純化した等価回路として表す（図１０）。なお、図１０は、第２の実施形態に係る補正回路１１７の処理を説明するための図である。
【００６９】
図１０において、例えば、電源電圧がＶ０からＶ１に変化したとすると、Ｘ線条件に変化が無くＸ線負荷がＲ１のままであれば、下記の式（１）により閾値を補正することができる。なお、閾値Ｔｈ０は、補正前の閾値を表し、閾値Ｔｈ１は、補正後の閾値を表す。
【００７０】
【数１】
2018206562.tif 000003
【００７１】
なお、回路抵抗Ｒｃは、装置据付時にＸ線負荷Ｒ１における電源電圧Ｖ１、インバータ電流Ｉ１を測定すれば、下記の回路方程式により求めることができる（式（２）及び式（３））。
【００７２】
【数２】
2018206562.tif 000004
【数３】
2018206562.tif 000005
【００７３】
このように、第２の実施形態に係る補正回路１１７は、インバータ回路１１２に供給されるインバータ電流に影響を与える因子に基づいて、閾値を補正することができる。これにより、Ｘ線診断装置１００は、ＩＧＢＴ１１２Ａ，１１２Ｂ，１１２Ｃ，１１２Ｄの寿命をより適切に判定することができる。
【００７４】
（その他の実施形態）
上述した実施形態以外にも、種々の異なる形態にて実施されてもよい。
【００７５】
（据付時のＯＮ時間に基づく閾値設定）
例えば、寿命判定回路１１５は、Ｘ線高電圧装置１１の据付時におけるパワーデバイスのＯＮ時間に基づいて、閾値を設定してもよい。
【００７６】
例えば、Ｘ線電源は、装置据付時に必ずＸ線出力調整が実施される。ここで、据付により、上述したインバータ電流に影響を与える因子のうち、電源ケーブル長及び電源インピーダンスが確定する。このため、据付時に実施されるＸ線出力調整におけるパルス幅（オリジナルのパルス幅）を基準として閾値（許容値）を設定することで、正確な閾値を容易に設定することが可能となる。
【００７７】
そこで、据付時に実施されるＸ線出力調整におけるパルス幅Ｗ１を、電源電圧Ｖ１やＸ線条件Ｒ１とともに記憶しておく。また、寿命判定回路１１５には、オリジナルのパルス幅Ｗ１に対して、例えば、「＋２０％の値を寿命として判定する閾値（許容値）とする」という情報が予め設定されている。
【００７８】
そして、寿命判定回路１１５は、「Ｗ１×１．２」を閾値Ｔｈとして、同一のＸ線条件Ｒ１における実際のパルス幅Ｗを監視する。そして、寿命判定回路１１５は、実際のパルス幅Ｗが「Ｗ１×１．２」を超えた時点で、パワーデバイスの寿命と判定する。これにより、閾値を予め準備しておかなくても、Ｘ線高電圧装置１１の据付時におけるパワーデバイスのＯＮ時間を用いて、正確な閾値を容易に設定することができる。
【００７９】
（ウォームアップ運転時における寿命判定）
また、例えば、寿命判定回路１１５は、Ｘ線高電圧装置１１のウォームアップ運転時におけるＯＮ時間が閾値を超えたか否かを判定してもよい。
【００８０】
例えば、Ｘ線診断装置１００では、装置使用開始前（毎朝）に、ウォームアップ運転をしてＸ線管１２０を温めるのが一般的である。このウォームアップ運転は、出力するＸ線条件が固定のため、このウォームアップ運転時にパワーデバイスの寿命判断機能を動作させれば、一定のＸ線条件で寿命の判定を行うことができ、寿命判定の精度向上が期待できる。また、限定したＸ線条件で寿命を判定できるため、複数の閾値を記憶する必要が無く、メモリ等のインフラ使用を低減させることができる。
【００８１】
（Ｘ線撮影装置）
なお、上述した実施形態では、Ｘ線高電圧装置１１がＸ線診断装置１００に適用される場合を説明したが、実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、Ｘ線高電圧装置１１は、Ｘ線管１２０が搭載されるＸ線撮影装置であれば適用可能である。Ｘ線撮影装置には、例えば、Ｘ線診断装置１００の他に、Ｘ線ＣＴ装置が含まれる。
【００８２】
すなわち、Ｘ線撮影装置は、インバータ回路１１２と、パワーデバイスと、ＰＷＭ回路１１０と、寿命判定回路１１５と、通知部とを備える。インバータ回路１１２は、Ｘ線を発生するＸ線管１２０に出力する出力電圧を制御する。パワーデバイスは、インバータ回路１１２に備えられ、出力電圧を制御するためのスイッチングを行う。ＰＷＭ回路１１０は、出力電圧に応じて、パワーデバイスのスイッチングをＯＮ時間により制御する。寿命判定回路１１５は、ＯＮ時間が閾値を超えたか否かを判定する。通知部は、判定回路による判定結果を通知する。
【００８３】
（寿命判定回路）
また、上述した実施形態では、予めＸ線高電圧装置１１がＸ線撮影装置に備えられる場合を説明したが、実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、Ｘ線高電圧装置１１は、既存のＸ線高電圧装置に対して寿命判定回路１１５を組み込むことによっても実現可能である。つまり、本実施形態に係るＸ線高電圧装置１１は、製品出荷後のＸ線撮影装置に備えられるＸ線高電圧装置に対して、付加的に寿命判定回路１１５を組み込むことによっても実現可能である。
【００８４】
すなわち、寿命判定回路１１５は、Ｘ線管１２０に出力する出力電圧を制御するために出力電圧に応じてフィードバック制御されるインバータ回路１１２内のパワーデバイスのＯＮ時間が、閾値を超えたか否かを判定する。言い換えると、寿命判定回路１１５は、ＰＷＭ制御により電圧を制御するためのインバータ回路１１２内のパワーデバイスのＯＮ時間が、閾値を超えたか否かを判定する。
【００８５】
また、上述した実施形態において説明した各処理のうち、自動的に行なわれるものとして説明した処理の全部又は一部を手動的に行なうこともでき、或いは、手動的に行なわれるものとして説明した処理の全部又は一部を公知の方法で自動的に行なうこともできる。この他、上記文書中や図面中で示した処理手順、制御手順、具体的名称、各種のデータやパラメータを含む情報については、特記する場合を除いて任意に変更することができる。
【００８６】
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、パワーデバイスの寿命を適切に判定することができる。
【００８７】
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同様に、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ものである。
【符号の説明】
【００８８】
１００      Ｘ線診断装置
１１０      ＰＷＭ回路
１１２      インバータ回路
１１２Ａ〜１１２Ｄ      ＩＧＢＴ
１１５      寿命判定回路
【図１】
2018206562.tif 000006
【図２】
2018206562.tif 000007
【図３】
2018206562.tif 000008
【図４】
2018206562.tif 000009
【図５】
2018206562.tif 000010
【図６】
2018206562.tif 000011
【図７】
2018206562.tif 000012
【図８】
2018206562.tif 000013
【図９】
2018206562.tif 000014
【図１０】
2018206562.tif 000015