(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電圧を発生する直流電源と、
前記直流電圧を交流電圧に変換する複数のインバータと、
前記複数のインバータにそれぞれ接続され前記複数のインバータからの交流電圧を昇圧する複数の高圧トランスと、
前記複数の高圧トランスにそれぞれ接続され前記複数の高圧トランスからの交流電圧を直流高電圧に変換する複数の整流平滑回路と、
前記複数のインバータと前記複数の整流平滑回路との少なくとも一方の出力を検出する検出回路と、
前記複数の整流平滑回路からの直流高電圧の電圧値と設定管電圧の電圧値とを略一致させるように、前記検出された出力に応じて前記複数のインバータを個別に制御する制御回路と、
を具備するＸ線高電圧装置であって、
前記検出回路は、前記出力として、前記複数のインバータの各々の出力電流と、前記複数の整流平滑回路が発生する前記直流高電圧とを検出し、
前記制御回路は、前記設定管電圧の電圧値に基づく信号と前記直流高電圧に基づく信号との偏差を示す偏差信号を生成し、前記偏差信号と前記複数のインバータの各々の出力電流に基づく信号との比較に基づいて前記複数のインバータを個別にフィードバック制御する、
Ｘ線高電圧装置。
【請求項２】
前記制御回路は、前記偏差信号と前記複数のインバータの各々の出力電流に基づく信号との偏差をゼロに近づけるように制御する、請求項１記載のＸ線高電圧装置。
【請求項３】
直流電圧を発生する直流電源と、
前記直流電圧を交流電圧に変換する複数のインバータと、
前記複数のインバータにそれぞれ接続され前記複数のインバータからの交流電圧を昇圧する複数の高圧トランスと、
前記複数の高圧トランスにそれぞれ接続され前記複数の高圧トランスからの交流電圧を直流高電圧に変換する複数の整流平滑回路と、
前記複数のインバータと前記複数の整流平滑回路との少なくとも一方の出力を検出する検出回路と、
前記複数の整流平滑回路からの直流高電圧の電圧値と設定管電圧の電圧値とを略一致させるように、前記検出された出力に応じて前記複数のインバータを個別に制御する制御回路と、
を具備するＸ線高電圧装置であって、
前記検出回路は、前記複数のインバータの各々の出力電圧と、前記複数の整流平滑回路が発生する前記直流高電圧とを検出し、
前記制御回路は、前記設定管電圧の電圧値に基づく信号と前記直流高電圧に基づく信号との偏差を示す偏差信号を生成し、前記偏差信号と前記複数のインバータの各々の出力電圧に基づく信号との比較に基づいて前記複数のインバータを個別にフィードバック制御する、
Ｘ線高電圧装置。
【請求項４】
前記制御回路は、前記偏差信号と前記複数のインバータの各々の出力電圧に基づく信号との偏差をゼロに近づけるように制御する、請求項３記載のＸ線高電圧装置。
【請求項５】
前記検出回路は、前記複数の高圧トランスにそれぞれ設けられた複数の補助巻線への前記複数のインバータからの誘導電圧を前記出力電圧として検出する、請求項３に記載のＸ線高電圧装置。
【請求項６】
Ｘ線を発生するＸ線管と、
前記Ｘ線管から発生されたＸ線を検出するＸ線検出器と、
前記Ｘ線管に印加される直流高電圧を発生するＸ線高電圧装置と、
前記Ｘ線検出器により検出されたＸ線に応じた生データをビュー毎に収集するデータ収集部と、
を具備するＸ線コンピュータ断層撮影装置であって、
前記Ｘ線高電圧装置は、
直流電圧を発生する直流電源と、
前記直流電圧を交流電圧に変換する複数のインバータと、
前記複数のインバータにそれぞれ接続され前記複数のインバータからの交流電圧を昇圧する複数の高圧トランスと、
前記複数の高圧トランスにそれぞれ接続され前記複数の高圧トランスからの交流電圧を直流高電圧に変換する複数の整流平滑回路と、
前記複数のインバータと前記複数の整流平滑回路との少なくとも一方の出力を検出する検出回路と、
前記複数の整流平滑回路からの直流高電圧の電圧値と設定管電圧の電圧値とを略一致させるように、前記検出された出力に応じて前記複数のインバータを個別に制御する制御回路と、を有し、
前記検出回路は、前記出力として、前記複数のインバータの各々の出力電流と、前記複数の整流平滑回路が発生する前記直流高電圧とを検出し、
前記制御回路は、前記設定管電圧の電圧値に基づく信号と前記直流高電圧に基づく信号との偏差を示す偏差信号を生成し、前記偏差信号と前記複数のインバータの各々の出力電流に基づく信号との比較に基づいて前記複数のインバータを個別にフィードバック制御する、
Ｘ線コンピュータ断層撮影装置。
【請求項７】
Ｘ線を発生するＸ線管と、
前記Ｘ線管から発生されたＸ線を検出するＸ線検出器と、
前記Ｘ線管に印加される直流高電圧を発生するＸ線高電圧装置と、
前記Ｘ線検出器により検出されたＸ線に応じた生データをビュー毎に収集するデータ収集部と、
を具備するＸ線コンピュータ断層撮影装置であって、
前記Ｘ線高電圧装置は、
直流電圧を発生する直流電源と、
前記直流電圧を交流電圧に変換する複数のインバータと、
前記複数のインバータにそれぞれ接続され前記複数のインバータからの交流電圧を昇圧する複数の高圧トランスと、
前記複数の高圧トランスにそれぞれ接続され前記複数の高圧トランスからの交流電圧を直流高電圧に変換する複数の整流平滑回路と、
前記複数のインバータと前記複数の整流平滑回路との少なくとも一方の出力を検出する検出回路と、
前記複数の整流平滑回路からの直流高電圧の電圧値と設定管電圧の電圧値とを略一致させるように、前記検出された出力に応じて前記複数のインバータを個別に制御する制御回路と、を有し、
前記検出回路は、前記複数のインバータの各々の出力電圧と、前記複数の整流平滑回路が発生する前記直流高電圧とを検出し、
前記制御回路は、前記設定管電圧の電圧値に基づく信号と前記直流高電圧に基づく信号との偏差を示す偏差信号を生成し、前記偏差信号と前記複数のインバータの各々の出力電圧に基づく信号との比較に基づいて前記複数のインバータを個別にフィードバック制御する、
Ｘ線コンピュータ断層撮影装置。
【請求項８】
Ｘ線を発生するＸ線管と、
前記Ｘ線管から発生されたＸ線を検出するＸ線検出器と、
前記Ｘ線管に印加される直流高電圧を発生するＸ線高電圧装置と、
前記Ｘ線検出器により検出されたＸ線に応じた画像データを収集するデータ収集部と、
を具備するＸ線診断装置であって、
前記Ｘ線高電圧装置は、
直流電圧を発生する直流電源と、
前記直流電圧を交流電圧に変換する複数のインバータと、
前記複数のインバータにそれぞれ接続され前記複数のインバータからの交流電圧を昇圧する複数の高圧トランスと、
前記複数の高圧トランスにそれぞれ接続され前記複数の高圧トランスからの交流電圧を直流高電圧に変換する複数の整流平滑回路と、
前記複数のインバータと前記複数の整流平滑回路との少なくとも一方の出力を検出する検出回路と、
前記複数の整流平滑回路からの直流高電圧の電圧値と設定管電圧の電圧値とを略一致させるように、前記検出された出力に応じて前記複数のインバータを個別に制御する制御回路とを有し、
前記検出回路は、前記出力として、前記複数のインバータの各々の出力電流と、前記複数の整流平滑回路が発生する前記直流高電圧とを検出し、
前記制御回路は、前記設定管電圧の電圧値に基づく信号と前記直流高電圧に基づく信号との偏差を示す偏差信号を生成し、前記偏差信号と前記複数のインバータの各々の出力電流に基づく信号との比較に基づいて前記複数のインバータを個別にフィードバック制御する、
Ｘ線診断装置。
【請求項９】
Ｘ線を発生するＸ線管と、
前記Ｘ線管から発生されたＸ線を検出するＸ線検出器と、
前記Ｘ線管に印加される直流高電圧を発生するＸ線高電圧装置と、
前記Ｘ線検出器により検出されたＸ線に応じた画像データを収集するデータ収集部と、
を具備するＸ線診断装置であって、
前記Ｘ線高電圧装置は、
直流電圧を発生する直流電源と、
前記直流電圧を交流電圧に変換する複数のインバータと、
前記複数のインバータにそれぞれ接続され前記複数のインバータからの交流電圧を昇圧する複数の高圧トランスと、
前記複数の高圧トランスにそれぞれ接続され前記複数の高圧トランスからの交流電圧を直流高電圧に変換する複数の整流平滑回路と、
前記複数のインバータと前記複数の整流平滑回路との少なくとも一方の出力を検出する検出回路と、
前記複数の整流平滑回路からの直流高電圧の電圧値と設定管電圧の電圧値とを略一致させるように、前記検出された出力に応じて前記複数のインバータを個別に制御する制御回路とを有し、
前記検出回路は、前記複数のインバータの各々の出力電圧と、前記複数の整流平滑回路が発生する前記直流高電圧とを検出し、
前記制御回路は、前記設定管電圧の電圧値に基づく信号と前記直流高電圧に基づく信号との偏差を示す偏差信号を生成し、前記偏差信号と前記複数のインバータの各々の出力電圧に基づく信号との比較に基づいて前記複数のインバータを個別にフィードバック制御する、
Ｘ線診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、Ｘ線高電圧装置、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置、及びＸ線診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線診断装置やＸ線コンピュータ断層撮影装置では、Ｘ線を発生するためＸ線管に４０ｋＶから１５０ｋＶの高電圧が印加される。また、Ｘ線管に供給する電力としては３０ｋＷから１００ｋＷが必要である。そのため、Ｘ線診断装置やＸ線コンピュータ断層撮影装置では大出力のＸ線高電圧装置が使用されている。
【０００３】
図８は、従来例に係るＸ線高電圧装置の回路ブロック図である。図８に示すＸ線高電圧装置においては、インバータの出力が高圧トランスで昇圧され、高圧整流平滑回路で直流にされる。この方式で高電圧に昇圧するためには、高圧トランスの二次巻線の巻数を多くする必要がある。しかしながら、高圧トランスの二次巻線の巻数を多くすると二次巻線間の分布容量が大きくなる。一方、インバータと高圧トランスとに流れる無効電流はインバータの動作周波数に比例して増加する。Ｘ線高電圧装置を小型化するためにインバータの動作周波数を高めた場合、過剰な無効電流がインバータや高圧トランスの損失を増大させる虞があるため、大掛かりな冷却機構を必要とする。そのため、インバータの動作周波数を高めてＸ線高電圧装置を小型化することには限界がある。
【０００４】
高電圧を発生する別の方式としてコッククロフト・ウォルトン回路を使用する方式がある。コッククロフト・ウォルトン回路では、入力の電圧に対して、回路の段数倍の高電圧を得ることができる。インバータの出力をコンデンサとダイオードとで構成されるコッククロフト・ウォルトン回路のみで昇圧する場合、必要な電圧を得るために必要な段数が多くなり実用的ではない。そのため、図９に示すような、高圧トランスとコッククロフト・ウォルトン回路とを組み合わせた回路が考案されている。図９は、高圧トランスとコッククロフト・ウォルトン回路とを組み合わせた回路に関する回路ブロック図である。図９に示す回路にも高圧トランスが含まれるが、高圧トランスのみで昇圧する場合に比べて高圧トランスの二次巻線の巻数を減らすことができる。そのため、二次巻線間の分布容量による無効電流の影響を減らすことができ、インバータの動作周波数を高められるので、Ｘ線高電圧装置の小型化が可能になる。
【０００５】
コッククロフト・ウォルトン回路を使用せずに高圧トランスで必要とする高電圧を得る方式として、図１０に示すように、複数の高圧トランスと複数の高圧整流平滑回路とを組み合わせ、複数の高圧整流平滑回路を直列に接続し必要な高電圧を得る回路がある。この回路では各高圧トランスで発生する電圧が回路数分の１で済むので、高圧トランスの二次巻線の巻数も回路数分の１に減らすことができる。そのため二次巻線間の分布容量による影響を緩和することができる。
【０００６】
しかし、図９に示すような高圧トランスとコッククロフト・ウォルトン回路とを組み合わせた回路では、回路の性質上、高圧コンデンサの容量が大きくなる。高圧コンデンサの容量の増大に伴い管電圧の立ち上がり時間と立下り時間が長くなり、短時間のＸ線照射制御ができない。また、管電圧が立ち上がる期間と立ち下がる期間には、Ｘ線管から診断に寄与しないエネルギーの低いＸ線が照射されるため、被検体の被曝量が増えてしまう。
【０００７】
また、図１０に示すような複数の高圧トランスと複数の高圧整流平滑回路とを組み合わせた回路では、回路間の特性のばらつきにより、複数の高圧整流平滑回路の間で出力電圧に不均衡が生じてしまう。そのため、Ｘ線高電圧装置の出力電圧に関する信頼性が低下してしまう。また、出力電圧の不均衡により異常に高い出力電圧が生じた場合、高圧整流平滑回路が破損する虞がある。破損を防止するために高圧整流平滑回路の特性のばらつきを考慮して、過剰な高出力電圧に耐えうる回路設計をすると高圧整流平滑回路が大きくなってしまう。これは、Ｘ線高電圧装置を小型化するという目的に反する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−２６９３３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の解決しようとする課題は、小型化を達成しつつ信頼性の高いＸ線高電圧装置、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置、及びＸ線診断装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本実施形態に係るＸ線高電圧装置は、直流電圧を発生する直流電源と、前記直流電圧を交流電圧に変換する複数のインバータと、前記複数のインバータにそれぞれ接続され前記複数のインバータからの交流電圧を昇圧する複数の高圧トランスと、前記複数の高圧トランスにそれぞれ接続され前記複数の高圧トランスからの交流電圧を直流高電圧に変換する複数の整流平滑回路と、前記複数のインバータと前記複数の整流平滑回路との少なくとも一方の出力を検出する検出回路と、前記複数の整流平滑回路からの直流高電圧の電圧値と設定管電圧の電圧値とを略一致させるように、前記検出された出力に応じて前記複数のインバータを個別に制御する制御回路と、を具備し、前記検出回路は、前記出力として、前記複数のインバータの各々の出力電流と、前記複数の整流平滑回路が発生する前記直流高電圧とを検出し、前記制御回路は、前記設定管電圧の電圧値に基づく信号と前記直流高電圧に基づく信号との偏差を示す偏差信号を生成し、前記偏差信号と前記複数のインバータの各々の出力電流に基づく信号との比較に基づいて前記複数のインバータを個別にフィードバック制御する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置の構成を示す図
【図２】図１のＸ線高電圧装置の構成を示す図
【図３】本実施形態の実施例１に係るＸ線高電圧装置の回路ブロック図
【図４】本実施形態の実施例２に係るＸ線高電圧装置の回路ブロック図
【図５】本実施形態の実施例３に係るＸ線高電圧装置の回路ブロック図
【図６】本実施形態の実施例４に係るＸ線高電圧装置の回路ブロック図
【図７】本実施形態の変形例に係るＸ線診断装置の構成を示す図
【図８】従来例に係るＸ線高電圧装置の回路ブロック図
【図９】従来例に係る高圧トランスとコッククロフト・ウォルトン回路とを組み合わせた回路に関する回路ブロック図
【図１０】従来例に係る複数の高圧トランスと直列接続された複数の高圧整流平滑回路とを組み合わせた回路に関する回路ブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら本実施形態に係わるＸ線高電圧装置、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置、及びＸ線診断装置を説明する。
【００１３】
図１は、本実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置の構成を示す図である。図１に示すように、本実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置は、架台１０とコンソール３０とを備えている。架台１０は、円筒形状を有する回転フレーム１１を回転軸Ｚ回りに回転可能に支持している。回転フレーム１１には、回転軸Ｚを挟んで対向するようにＸ線発生部１３とＸ線検出部１５とが取り付けられている。回転フレーム１１の開口（bore）にはＦＯＶ（field of view）が設定される。回転フレーム１１の開口内には寝台１７が挿入される。寝台１７には被検体Ｓが載置される。回転フレーム１１は、回転駆動部１９からの動力を受けて回転軸Ｚ回りに一定の角速度で回転する。回転駆動部１９は、架台制御部２１からの制御に従って回転フレーム１１を回転させるための動力を発生する。寝台１７は、被検体Ｓが載置される天板１７１と天板１７１を移動自在に支持する天板支持機構１７３とを有する。例えば、天板支持機構１７３は、天板１７１を回転軸Ｚ方向や鉛直方向、水平方向に支持する。天板支持機構１７３は、寝台駆動部２３からの動力を受けて天板１７１を任意の方向に移動する。寝台駆動部２３は、架台制御部２１からの制御に従って天板１７１を任意の方向に移動する。
【００１４】
Ｘ線発生部１３は、Ｘ線管１３１とＸ線高電圧装置１３３とを有する。Ｘ線管１３１は、Ｘ線高電圧装置１３３に接続されている。Ｘ線高電圧装置１３３は、架台制御部２１による制御に従いＸ線管１３１に高電圧を印加し、フィラメント電流を供給する。Ｘ線高電圧装置１３３は、設定管電圧値と設定管電流値とを維持するようにＸ線管１３１に印加する高電圧とＸ線管１３１に供給するフィラメント電流とを調節する。
【００１５】
Ｘ線検出部１５は、Ｘ線検出器１５１とデータ収集回路１５３とを有する。Ｘ線検出器１５１は、Ｘ線管１３１から発生されたＸ線を検出する。具体的には、Ｘ線検出器１５１は、二次元湾曲面に配列された複数のＸ線検出素子を装備する。各Ｘ線検出素子は、Ｘ線を検出し、検出されたＸ線の強度に応じた波高値を有する電気信号に変換する。各Ｘ線検出素子は、シンチレータと光電変換器とから構成されＸ線を間接的に電気信号に変換するシンチレータ検出器であっても良いし、Ｘ線を直接的に電気信号に変換する半導体検出器であっても良い。
【００１６】
データ収集回路１５３は、架台制御部２１による制御に従い、Ｘ線検出器１５１から電気信号を読み出し、検出されたＸ線の強度に応じたデジタル値を有する生データをビュー毎に収集する。
【００１７】
架台制御部２１は、架台１０に搭載された各種機器の制御を統括する。具体的には、架台制御部２１は、Ｘ線高電圧装置１３３、データ収集回路１５３、及び回転駆動部１９をビューの切替周期に同期して制御する。具体的には、回転駆動部１９は、予め設定された一定の角速度で回転フレーム１１を回転する。架台制御部２１は、回転フレーム１１が一定の微小角度回転する毎にビューを切り替える。架台制御部２１は、ビューの切替タイミングに同期してＸ線高電圧装置１３３とデータ収集回路１５３とを制御する。Ｘ線高電圧装置１３３は、ビューの切替タイミングに同期した曝射タイミングでＸ線管１３１からＸ線を発生させる。また、データ収集回路１５３は、Ｘ線検出器１５１を介して生データをビュー毎に収集する。また、架台制御部２１は、後述の入力部４１を介したユーザからの入力に従って天板１７１を移動するように寝台駆動部２３を制御する。例えば、架台制御部２１による寝台駆動部２３に対する制御により、被検体Ｓの撮像部位がＦＯＶ内に含まれるように天板１７１が位置決めされる。なお、Ｘ線高電圧装置１３３は、データ収集期間中において、Ｘ線を連続して発生させても良い。
【００１８】
コンソール３０は、データ記憶部３１、再構成部３３、画像処理部３５、Ｉ／Ｆ部３７、表示部３９、入力部４１、主記憶部４３、及びシステム制御部４５を備える。
【００１９】
データ記憶部３１は、架台１０から伝送された生データを記憶するＨＤＤ（hard disk drive）やＳＳＤ(solid state drive)等の記憶装置である。生データは、由来するＸ線検出素子のチャンネル番号、列番号、及びビュー番号に関連づけて記憶される。
【００２０】
再構成部３３は、データ記憶部３１に記憶された生データに基づいて被検体Ｓに関するＣＴ値の空間分布を表現するＣＴ画像を再構成する。ＣＴ画像としては２次元のスライス画像であっても良いし、３次元のボリューム画像であっても良い。画像再構成アルゴリズムとしては、ＦＢＰ（filtered back projection）法やＣＢＰ（convolution back projection）法等に基づく解析学的画像再構成法や、ＭＬ−ＥＭ（maximum likelihood expectation maximization）法やＯＳ−ＥＭ（ordered subset expectation maximization）法、ＯＳ−ＳＡＲＴ（ordered subset simultaneous algebraic reconstruction techniques）法等に基づく統計学的画像再構成法等の既存の画像再構成アルゴリズムが用いられれば良い。
【００２１】
画像処理部３５は、ＣＴ画像に種々の画像処理を施す。画像処理としては、例えば、ボリュームレンダリングやサーフェスレンダリング、多断面変換処理、画素値投影処理等が挙げられる。
【００２２】
Ｉ／Ｆ部３７は、コンソール３０と架台１０との間の通信のためのインタフェースである。例えば、Ｉ／Ｆ部３７は、システム制御部４５からのＸ線条件や撮像開始信号や撮像停止信号等を架台１０に供給する。
【００２３】
表示部３９は、ＣＴ画像や撮影計画画面等の種々の情報を表示機器に表示する。表示機器としては、例えば、ＣＲＴディスプレイや液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、プラズマディスプレイ等が適宜利用可能である。
【００２４】
入力部４１は、入力機器によるユーザからの各種指令や情報入力を受け付ける。入力機器としては、キーボードやマウス、各種スイッチ等が利用可能である。
【００２５】
主記憶部４３は、種々の情報を記憶する、ＨＤＤ(hard disk drive)やＳＳＤ(solid state drive)等の記憶装置である。例えば、主記憶部４３は、ＣＴ画像や撮影プログラム等を記憶する。
【００２６】
システム制御部４５は、本実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置の中枢として機能する。システム制御部４５は、本実施形態に係る撮影プログラムを主記憶部４３から読み出し、当該撮影プログラムに従って各種構成要素を制御する。
【００２７】
以下、本実施形態に係るＸ線高電圧装置１３３について詳述する。
【００２８】
図２は、本実施形態に係るＸ線高電圧装置１３３の構成を示す図である。図２に示すように、本実施形態に係るＸ線高電圧装置１３３は、商用電源５０とＸ線管１３１とに接続されている。Ｘ線高電圧装置１３３は、商用電源５０からの交流電圧を直流高電圧に変換し、Ｘ線管１３１に印加する。具体的には、Ｘ線高電圧装置１３３は、ＡＣ／ＤＣコンバータ５１、複数の高電圧発生回路５３、検出回路５５、設定電圧信号生成回路５７、及び制御回路５９を有する。ＡＣ／ＤＣコンバータ５１は、商用電源５０に接続されている。ＡＣ／ＤＣコンバータ５１は、商用電源５０からの交流電圧を直流電圧に変換する。
【００２９】
図２に示すように、ＡＣ／ＤＣコンバータ５１の後段は複数の高電圧発生回路５３に並列的に接続されている。本実施形態に係る高電圧発生回路５３の段数ｎは、２以上の複数であれば幾つでも良いが、３つ以上であることが望ましい。各高電圧発生回路５３は、直列的に接続されたインバータ６１と高圧発生器６３とを有する。
【００３０】
各インバータ６１は、ＡＣ／ＤＣコンバータ５１からの直流電圧を交流電圧に変換する。具体的には、各インバータ６１は、パワー素子と駆動素子とを有する。パワー素子は、ＡＣ／ＤＣコンバータ５１からの直流電圧を交流電圧に変換するための半導体スイッチング素子を含む。駆動素子は、パワー素子を駆動するための半導体素子である。例えば、駆動素子は、制御回路５９からの制御信号に応じたタイミングで半導体スイッチング素子のＯＮとＯＦＦとを切り替える。ＯＮとＯＦＦとの切り替えにより、ＡＣ／ＤＣコンバータ５１からの直流電圧が交流電圧に変換される。各インバータ６１は高圧発生器６３に接続されている。
【００３１】
各高圧発生器６３は、接続元のインバータ６１からの交流電圧を昇圧し、昇圧された交流電圧を整流及び平滑して直流高電圧を発生する。複数の高圧発生器６３は互いに直列的に接続、すなわち、カスケード接続される。複数の高圧発生器６３のうちの一端の高圧発生器６３−１のプラス極がＸ線管１３１の陽極に接続される。複数の高圧発生器６３のうちの他端の高圧発生器６３−ｎのマイナス極がＸ線管１３１の陰極に接続される。
【００３２】
複数の高圧発生器６３のカスケード接続によりＸ線管１３１の陽極と陰極との間に直流高電圧が印加される。カスケード接続のため、Ｘ線管１３１の両極間に印加される直流高電圧、すなわち、管電圧は、複数の高圧発生器６３の各々が発生する電圧の総和に等しい。換言すれば、Ｘ線管１３１の管電圧（後述の設定管電圧）を高圧発生器６３の段数で除した値に相当する電圧（二次電圧）が各高圧発生器６３から発生される。例えば、陽極接地型のＸ線管１３１の場合、高圧発生器６３が１６（すなわち、ｎが１６）あり、管電圧が１４０ｋＶであるとすると、各高圧発生器６３は、−１４０ｋＶ／１６＝−８．７５ｋＶの電圧を発生する。なお、本実施形態において管電圧は、陰極の電位に対する陽極の電位の差分により規定される。陽極接地型の場合、陽極が接地されているので陽極の電位は０ｋＶであり、陰極の電位は−８．７５ｋＶ×１６＝−１４０ｋＶであるので、陰極の電圧に対する陽極の電位の差分、すなわち、管電圧は、０ｋＶ−（−１４０ｋＶ）＝１４０ｋＶとなる。
【００３３】
上記の通り、Ｘ線高電圧装置１３３によりＸ線管１３１の陽極と陰極との間に直流高電圧（管電圧）が印加される。また、図示しない経路を介してＸ線高電圧装置１３３からフィラメント電流が陰極に供給される。フィラメント電流の供給を受けた陰極は発熱して熱電子を放出する。陽極と陰極との間に印加された直流高電圧（管電圧）により熱電子が加速して陽極のターゲットに衝突しＸ線が発生される。
【００３４】
複数のインバータ６１と複数の高圧発生器６３との少なくとも一方には検出回路５５が接続されている。検出回路５５は、複数のインバータ６１と複数の高圧発生器６３との少なくとも一方の出力を検出する。検出対象の出力は、具体的には、各インバータ６１の電流又は電圧でも良いし、各高圧発生器６３の電流や電圧でも良い。検出回路５５により検出された出力に応じた信号は、制御回路５９に供給される。
【００３５】
設定電圧信号生成回路５７は、設定管電圧に基づく各高圧発生器６３の出力電圧の電圧値に対する目標値（以下、設定電圧値と呼ぶ）を有する電圧信号を生成する。以下、生成された電圧信号を設定電圧信号と呼ぶことにする。設定電圧信号は、制御回路５９に供給される。なお、設定管電圧値は、例えば、予め設定された値でも良いし、入力部４１を介してユーザにより指定された値でも良い。なお、ここでの設定電圧値としては正の値を有するものとする。
【００３６】
制御回路５９は、複数の高圧発生器６３から発生されＸ線管１３１に印加される直流高電圧の電圧値を設定管電圧値に略一致させるように、検出回路５５により検出された各インバータ６１又は各高圧発生器６３の出力信号に応じて複数のインバータ６１を個別に制御する。このインバータ６１の個別制御において制御回路５９は、各インバータ６１の出力信号をバランスするように各インバータ６１を制御する。より詳細には、制御回路５９は、検出回路５５により検出された各インバータ６１又は各高圧発生器６３の出力信号に基づく信号と、設定管電圧の電圧値をインバータ６１の個数で除した電圧値に基づく設定電圧信号との比較に基づいて複数のインバータ６１を個別にフィードバック制御する。この際、制御回路５９は、設定電圧信号をそのまま利用しても良いし、高電圧同士の比較が困難な場合、当該出力信号を所定の倍率（例えば、以下の実施例における１／２０，０００）で降圧した信号を利用しても良い。同様に、制御回路５９は、検出回路５５により検出された出力信号をそのまま利用しても良いし、当該出力信号を所定の倍率（例えば、以下の実施例の具体例においては１／２０，０００）で降圧した信号を利用しても良い。あるいは、制御回路５９は、検出回路５５により検出された各インバータ６１又は各高圧発生器６３の出力信号にインバータ６１の個数を乗じた電圧値に基づく信号と設定管電圧の電圧値に基づく信号との比較に基づいて複数のインバータ６１を個別にフィードバック制御しても良い。インバータ６１の個別制御により、複数の高圧発生器６３により発生されＸ線管１３１に印加される直流高電圧（管電圧）の電圧値と設定管電圧値とを略一致させることが可能となる。ここで、インタータ６１を制御するとは、半導体スイッチング素子のＯＮとＯＦＦとの切り替えを制御することをいう。
【００３７】
以下、本実施形態に係るＸ線高電圧装置１３３の具体例を実施例１、実施例２、実施例３、及び実施例４に分けて説明する。
【００３８】
（実施例１）
実施例１に係る制御回路５９は、設定電圧値と各高圧発生器６３の出力電圧との比較に基づいて各インバータ６１を個別にフィードバック制御する。以下、実施例１について説明する。なお以下の説明において、上記実施形態と略同一の機能を有する構成要素については、同一符号を付し、必要な場合にのみ重複説明する。
【００３９】
図３は、実施例１に係るＸ線高電圧装置１３３の回路ブロック図である。なお図３においては商用電源５０、ＡＣ／ＤＣコンバータ５１、設定電圧信号生成回路５７、及びＸ線管１３１の図示を省略している。図３に示すように、Ｘ線高電圧装置１３３は、ｎ個のインバータ６１、高圧トランス６５、及び高圧整流平滑回路６７を有している。各段のインバータ６１、高圧トランス６５、及び高圧整流平滑回路６７は直列的に接続されている。高圧トランス６５と高圧整流平滑回路６７とは、前述の高圧発生器６３を構成する。ｎ個のインバータ６１同士、高圧トランス６５同士、及び高圧整流平滑回路６７同士の回路特性は略同一に設計されている。例えば、高圧トランス６５−１から高圧トランス６５−ｎの一次コイル及び二次コイル各々の巻数は同一であり、高圧整流平滑回路６７−１から高圧整流平滑回路６７−ｎの形式及び回路定数は略同一である。ｎ個の高圧整流平滑回路６７のうちの陽極側の高圧整流平滑回路６７−１のプラス極が接地され、図示しないＸ線管１３１の陽極に接続されている。ｎ個の高圧整流平滑回路６７のうちの陰極側の高圧整流平滑回路６７−ｎのマイナス極がマイナス高圧出力になり、図示しないＸ線管１３１の陰極に接続されている。陰極には−ＨＶの高電圧が印加される。
【００４０】
各高圧整流平滑回路６７は分圧器５５１に接続されている。分圧器５５１は、高圧整流平滑回路６７の出力電圧を所定の比率で分圧する。分圧器５５１により出力された電圧信号を検出個別高圧信号と呼ぶことにする。分圧器５５１には絶縁信号伝送回路５５２が接続されている。絶縁信号伝送回路５５２は、検出個別高圧信号を伝送するための、絶縁された導線を有する電気回路である。絶縁信号伝送回路５５２は制御回路５９に接続されている。絶縁信号伝送回路５５２は、分圧器５５１により生成された検出個別高圧信号を制御回路５９に伝送する。このように、分圧器５５１と絶縁信号伝送回路５５２とは実施例１に係る検出回路５５を構成する。実施例１に係る各検出回路５５は、上記の構成により、接続元の高圧整流平滑回路６７の出力電圧を検出する。
【００４１】
図３に示すように、複数のインバータ６１の前段には制御回路５９が接続されている。制御回路５９は、ｎ個の個別制御回路５９１を有する。複数の個別制御回路５９１には、図示しない設定電圧信号生成回路５７からの設定電圧値に対応する共通の設定電圧信号が供給される。設定電圧値が各高圧整流平滑回路６７の出力電圧の目標値に設定される。各個別制御回路５９１は、図示しない加え合わせ点を有している。加え合わせ点は、絶縁信号伝送回路５５２からの検出個別高圧信号と設定電圧信号生成回路５７からの設定電圧信号との偏差を算出し、算出された偏差を示す信号を生成する。生成された信号はインバータ６１の制御に用いられる。よって、当該信号を制御信号と呼ぶことにする。制御信号は、接続先のインバータ６１に対して当該インバータ６１の出力値を下げる又は上げることを指示する。検出個別高圧信号が設定電圧信号よりも大きい場合、制御信号は出力値を下げることを指示し、検出個別高圧信号が設定電圧信号よりも小さい場合、制御信号は出力値を上げることを指示する。なお、設定電圧信号と検出個別高圧信号とが同一の尺度を有するように、高圧整流平滑回路６７の出力電圧が分圧器５５１により分圧され、設定管電圧信号が設定電圧信号生成回路５７により分圧される。換言すれば、各個別制御回路５９１は、設定電圧信号を目標値とし、検出個別高圧信号をフィードバック信号とするフィードバック制御を各インバータ６１に個別に実行する。設定電圧値は、コンソール３０からの設定管電圧値を段数ｎに応じた比率で除した電圧値に対応する。具体的には、設定電圧値は、設定管電圧値の１／２０，０００にされる。つまり、設定管電圧値が１４０ｋＶの場合、設定電圧値は７Ｖまで降圧される。この場合、検出個別高圧信号は、ｎ／２０，０００に分圧される。段数ｎが１６の場合、検出個別高圧信号は、−１４０ｋＶ／１６＊１６／２０，０００＊（−１）＝７Ｖとなる。なお、個別制御回路５９１は、加え合わせ点の他、補償器やＰＷＭ等の回路素子を有していても良い。
【００４２】
各インバータ６１は、接続先の高圧整流平滑回路６７が設定電圧信号に応じた電圧値を有する電圧を発生するように、接続元の個別制御回路５９１からの制御信号に応じて交流電圧を出力する。上記のように、各インバータ６１は、半導体スイッチング素子と駆動素子とを有している。駆動素子は、制御信号に応じたタイミングで半導体スイッチング素子のＯＮとＯＦＦとを切り替えて、ＡＣ／ＤＣコンバータ５１からの直流電圧を交流電圧に変換する。当該インバータ６１の出力値を上げることを指示する制御信号の場合、駆動素子は、ＯＮとＯＦＦとの継続時間を広げ出力信号のパルス幅を広げる。出力値を下げることを指示する制御信号の場合、駆動素子は、ＯＮとＯＦＦとの継続時間を狭め出力信号のパルス幅を狭める。
【００４３】
なお、上記の説明においては、設定電圧値が設定管電圧値の１／ｎであるとした。しかしながら、設定電圧値が設定管電圧値に等しくても良い。この場合、分圧器５５１又は絶縁信号伝送回路５５２の後段において検出個別高電圧信号の出力電圧値をｎ倍しても良い。
【００４４】
前述の通り、ｎ個のインバータ６１同士、高圧トランス６５同士、及び高圧整流平滑回路６７同士の回路特性にばらつきがある場合であっても、設定電圧信号生成回路５７からの共通の設定電圧信号を基準として、インバータ６１−１からインバータ６１−ｎの各々の出力信号のパルス幅を各検出個別高圧信号に基づいて調節することにより、高圧整流平滑回路６７−１から高圧整流平滑回路６７―ｎの出力電圧の電圧値を、設定管電圧値の−１／ｎで略一致させることができる。よって、高圧整流平滑回路６７−１から高圧整流平滑回路６７―ｎの出力バランスが保たれる。
【００４５】
このように、実施例１においては、設定電圧値が設定管電圧値の１／ｎに設定され、各高電圧発生回路５３の出力電圧が検出回路５５により検出され、各個別制御回路５９１に検出個別高圧信号としてフィードバックされる。各個別制御回路５９１は、フィードバックされた検出個別高圧電圧と設定電圧値に対応する設定電圧信号との偏差を示す偏差信号に基づいて接続先のインバータ６１の出力を調節する。これにより、高電圧発生回路５３−１から高電圧発生回路５３−ｎの出力電圧を全て設定管電圧値の−１／ｎで略一致させることができ、結果的に、Ｘ線管１３１に印加される高電圧（管電圧）の電圧値を設定管電圧値に安定的に略一致させることが可能となる。
【００４６】
（実施例２）
実施例２に係る制御回路５９は、設定電圧値と複数の高圧整流平滑回路６７から出力されＸ線管１３１に印加される出力電圧との偏差を示す偏差信号を生成し、生成された偏差信号と各インバータ６１の出力電流との比較に基づいて各インバータ６１を個別にフィードバック制御する。以下、実施例２について説明する。なお以下の説明において、上記実施形態と略同一の機能を有する構成要素については、同一符号を付し、必要な場合にのみ重複説明する。なお、実施例２に係る設定電圧値は設定管電圧値に等しいものとする。
【００４７】
図４は、実施例２に係るＸ線高電圧装置１３３の回路ブロック図である。図４に示すように、両端の高圧整流平滑回路６７には分圧器５５３が接続されている。すなわち、高圧整流平滑回路６７−１のプラス極（接地）と高圧整流平滑回路６７−ｎのマイナス極とが分圧器５５３に接続される。分圧器５５３は、複数の高圧整流平滑回路６７の出力電圧、すなわち、高圧整流平滑回路６７−１のプラス極（接地）と高圧整流平滑回路６７−ｎのマイナス極との間の高電圧を検出する。具体的には、分圧器５５３は、高圧整流平滑回路６７−１のプラス極（接地）と高圧整流平滑回路６７−ｎのマイナス極との間の高電圧を分圧する。分圧器５５３により出力された電圧信号を分圧信号と呼ぶことにする。分圧器５５３には増幅器５５４が接続されている。増幅器５５４は、分圧信号の電圧値を所定の比率で増幅する。増幅後の分圧信号を検出高圧信号と呼ぶことにする。検出高圧信号は制御回路５９に含まれる加え合わせ点５９２に入力される。このように、分圧器５５３と増幅器５５４とは、複数の高圧整流平滑回路６７から発生されＸ線管１３１に印加される高電圧を検出する検出回路５５を構成する。なお、加え合わせ点５９２において高電圧同士の比較（より詳細には、設定高電圧信号と検出高圧信号との比較）が困難な場合、分圧器５５３において高圧整流平滑回路６７−１と高圧整流平滑回路６７−ｎとの間の高電圧を、所定の割合、例えば、１／２０，０００に降圧しても良い。
【００４８】
一方、各インバータ６１には電流検出器５５５が接続されている。電流検出器５５５は、接続元のインバータ６１の出力電流を検出する。具体的には、電流検出器５５５としては、カレント・トランスが用いられる。カレント・トランスは、接続元のインバータ６１の出力交流電流を自身の巻数に応じた比率で検出する。各電流検出器５５５はＲＭＳ／ＤＣ変換回路５５６に接続される。ＲＭＳ／ＤＣ変換回路５５６は、電流検出器５５５からの交流電流を交流電圧に変換する。より詳細には、ＲＭＳ／ＤＣ変換回路５５６は、交流電流を、当該交流電圧の実効値に相当する電圧値を有する直流電圧に変換する。以下、ＲＭＳ／ＤＣ変換回路５５６の出力電圧を検出電流信号と呼ぶことにする。検出電流信号は、制御回路４９に含まれる個別制御回路５９３に入力される。このように、電流検出器５５５とＲＭＳ／ＤＣ変換回路５５６とは、各インバータ６１の出力電流を検出する検出回路５５を構成する。
【００４９】
図４に示すように、複数のインバータ６１の前段には制御回路５９が接続されている。制御回路５９は、設定管電圧値に基づく設定電圧信号とＸ線管１３１に印加される直流高電圧に基づく検出高圧信号との偏差を示す偏差信号を生成し、生成された偏差信号と複数のインバータ６１の各々の出力電流に基づく検出電流信号との比較に基づいて、複数のインバータ６１を個別にフィードバック制御する。具体的には、制御回路５９は、加え合わせ点５９２と複数の個別制御回路５９３とを有する。加え合わせ点５９２は、設定電圧信号生成回路５７からの設定電圧信号を入力し、増幅器５５４からの検出高圧信号を入力する。そして加え合わせ点５９２は、設定電圧信号と検出高圧信号との偏差を算出し、算出された偏差を示す偏差信号を生成する。加え合わせ点５９２は複数の個別制御回路５９３に分岐接続されている。偏差信号は、複数の個別制御回路５９３に分配される。
【００５０】
各個別制御回路５９３には、加え合わせ点５９２からの偏差信号が入力され、各ＲＭＳ／ＤＣ変換回路５５６からの検出電流信号が入力される。各個別制御回路５９３は、図示しない他の加え合わせ点を有している。各個別制御回路５９３に含まれる加え合わせ点は、加え合わせ点５９２からの偏差信号と各ＲＭＳ／ＤＣ変換回路５５６からの検出電流信号との偏差を算出し、算出された偏差を示す信号を生成する。生成された信号は、インバータ６１に対する制御に用いられる。以下、当該信号を制御信号と呼ぶことにする制御信号は、接続先のインバータ６１に対して出力値を下げる又は上げることを指示する。検出電流信号が偏差信号よりも大きい場合、制御信号は出力値を下げることを指示し、検出電流信号が偏差信号よりも小さい場合、制御信号は出力値を上げることを指示する。換言すれば、制御回路５９は、偏差信号と検出電流信号との偏差をゼロに近づけるように、すなわち、当該偏差の絶対値が減少するように、複数のインバータ６１を個別にフィードバック制御する。このように、各個別制御回路５９３は、設定電圧信号をＸ線高電圧装置１３３の出力高電圧の目標値とするとともに偏差信号を各インバータ６１の出力電流の目標値とし、検出電流信号をフィードバック信号とするフィードバック制御を各インバータ６１に個別に実行する。なお、設定電圧信号、検出電流信号、及び検出高圧信号が同一の尺度を有するように、設定管電圧信号が設定電圧信号生成回路５７により分圧され、高圧整流平滑回路６７の出力電圧が分圧器５５３により分圧される。なお、個別制御回路５９３は、加え合わせ点の他、補償器やＰＷＭ等の回路素子を有していても良い。また、加え合わせ点５９２から出力される偏差信号に対しても補償器やＰＷＭ等の回路素子が設けられても良い。
【００５１】
各インバータ６１は、接続先の高圧整流平滑回路６７が設定電圧信号に応じた電圧値を有する電圧を発生するように、接続元の個別制御回路５９３からの制御信号に応じて交流電圧を出力する。各インバータ６１の駆動素子は、制御信号に応じたタイミングで半導体スイッチング素子のＯＮとＯＦＦとを切り替えて、ＡＣ／ＤＣコンバータ５１からの直流電圧を交流電圧に変換する。各インバータ６１の出力値を上げることを指示する制御信号の場合、駆動素子は、ＯＮとＯＦＦとの継続時間を広げ出力信号のパルス幅を広げる。出力値を下げることを指示する制御信号の場合、駆動素子は、ＯＮとＯＦＦとの継続時間を狭め出力信号のパルス幅を狭める。
【００５２】
前述の通り、ｎ個のインバータ６１同士、高圧トランス６５同士、及び高圧整流平滑回路６７同士の回路特性にばらつきがある場合であっても、設定電圧信号生成回路５７からの共通の設定電圧信号を基準として、各ＲＭＳ／ＤＣ回路５５６からの検出電流信号により各インバータ６１の出力信号のパルス幅を調節することにより、高圧整流平滑回路６７−１から高圧整流平滑回路６７―ｎの出力電圧の電圧値を、設定管電圧値の−１／ｎで略一致させることができる。よって、高圧整流平滑回路６７−１から高圧整流平滑回路６７―ｎの出力バランスが保たれる。
【００５３】
上記の通り、実施例２に係るＸ線高電圧装置１３３は、二重ループのフィードバック系により、複数の高圧整流平滑回路６７の出力電圧をバランスさせている。実施例２においては、設定電圧値が設定管電圧値に設定され、各インバータ６１、電流検出器５５５、ＲＭＳ／ＤＣ回路５５６、及び個別制御回路５９３を巡る内側のフィードバック・ループにおいては、各インバータ６１の出力電流が検出回路５５により検出され、各個別制御回路５９３に検出電流信号として個別にフィードバックされる。また、複数の高圧整流平滑回路６７、分圧器５５３、増幅器５５４、制御回路５９、及び複数のインバータ６１を巡る外側のフィードバック・ループにおいては、複数の高圧整流平滑回路６７からの直流高電圧が検出高圧信号として検出回路５５により検出され、検出高圧信号と設定電圧信号との偏差を示す偏差信号が複数の個別制御回路５９３に共通にフィードバックされる。各個別制御回路５９３は、検出電流信号と偏差信号との比較に基づいて接続先のインバータ６１の出力を調節する。すなわち、実施例２において各個別制御回路５９３は、外側のフィードバック・ループにおいて、Ｘ線高電圧装置１３３の出力電圧を制御するとともに、内側のフィードバック・ループにおいて、当該個別制御回路５９３が属する段のインバータ６１の出力電流を個別に調節することができる。各個別制御回路５９３にフィードバックされる偏差信号は複数の個別制御回路５９３に亘り同一であるため、高電圧発生回路５３−１から高電圧発生回路５３−ｎの出力電圧を全て設定管電圧値の−１／ｎで精度良く一致させることができ、結果的に、Ｘ線管１３１に印加される高電圧（管電圧）の電圧値を設定管電圧値に安定的に略一致させることが可能となる。
【００５４】
なお実施例２においては、高圧整流平滑回路６７−１のプラス極に接続された接地と陰極側の高圧整流平滑回路６７−ｎのマイナス極との間の高電圧を制御回路５９にフィードバックするため、実施例１において必要であった絶縁信号伝送回路５５２が不要となる。そのため、実施例２に係るＸ線高電圧装置１３３の回路構成は、実施例１に係るＸ線高電圧装置１３３の回路構成に比して小規模となる。
【００５５】
（実施例３）
実施例３は実施例２の変形例である。実施例３に係る制御回路５９は、複数の高圧整流平滑回路６７から出力されＸ線管１３１に印加される出力電圧と各インバータ６１の出力電圧とに応じて各インバータ６１を個別に制御する。以下、実施例３について説明する。なお以下の説明において、上記実施形態と略同一の機能を有する構成要素については、同一符号を付し、必要な場合にのみ重複説明する。なお、実施例３に係る設定電圧値は設定管電圧値に等しいものとする。
【００５６】
図５は、実施例３に係るＸ線高電圧装置１３３の回路ブロック図である。図５に示すように、各インバータ６１には差動増幅器５５７が接続されている。差動増幅器５５７は、インバータ６１からの交流の出力電圧を検出する。差動増幅器５５７にはＲＭＳ／ＤＣ変換回路５５６が接続されている。ＲＭＳ／ＤＣ変換回路５５６は、差動増幅器５５７からの交流電圧信号を直流電圧信号に変換する。より詳細には、ＲＭＳ／ＤＣ変換回路５５６は、差動増幅器５５７からの交流電圧信号を、当該交流電圧信号の実効値に対応する電圧値を有する直流電圧信号に変換する。以下、ＲＭＳ／ＤＣ変換回路５５６からの直流電圧信号を検出電圧信号と呼ぶことにする。検出電圧信号は制御回路５９に入力される。このように、差動増幅器５５７とＲＭＳ／ＤＣ変換回路５５６とは、各インバータ６１の出力電圧を検出する検出回路５５を構成する。
【００５７】
制御回路５９は、設定管電圧値に基づく設定電圧信号とＸ線管１３１に印加される直流高電圧に基づく検出高圧信号との偏差を示す偏差信号を生成し、生成された偏差信号と複数のインバータ６１の各々の出力電圧に基づく検出電圧信号との比較に基づいて、複数のインバータ６１を個別にフィードバック制御する。具体的には、制御回路５９は、加え合わせ点５９２と複数の個別制御回路５９４とを有する。加え合わせ点５９２は、実施例２と同様、設定電圧信号と検出高圧信号との偏差を算出し、算出された偏差を示す偏差信号を生成する。偏差信号は、複数の個別制御回路５９３に分配される。
【００５８】
各個別制御回路５９４には、加え合わせ点５９２からの偏差信号が入力され、各ＲＭＳ／ＤＣ変換回路５５６からの検出電圧信号が入力される。各個別制御回路５９４は、他の加え合わせ点を有している。各個別制御回路５９４に含まれる加え合わせ点は、加え合わせ点５９２からの偏差信号と各ＲＭＳ／ＤＣ変換回路５５６からの検出電圧信号との偏差を示す信号を生成する。生成された信号は、インバータ６１に対する制御に用いられる。以下、当該信号を制御信号と呼ぶことにする。制御信号は、接続先のインバータ６１に対して出力値を下げる又は上げることを指示する。検出電圧信号が偏差信号よりも大きい場合、制御信号は出力値を下げることを指示し、検出電圧信号が偏差信号よりも小さい場合、制御信号は出力値を上げることを指示する。換言すれば、制御回路５９は、偏差信号と検出電流信号との偏差をゼロに近づけるように、すなわち、当該偏差の絶対値が減少するように、複数のインバータ６１を個別にフィードバック制御する。このように、各個別制御回路５９４は、設定電圧信号をＸ線高電圧装置１３３の出力高電圧の目標値とするとともに偏差信号を各インバータ６１の出力電圧の目標値とし、検出電圧信号をフィードバック信号とするフィードバック制御を各インバータ６１に個別に実行する。なお、設定電圧信号、検出電圧信号、及び検出高圧信号が同一の尺度を有するように、設定管電圧信号が設定電圧信号生成回路５７により分圧され、高圧整流平滑回路６７の出力電圧が分圧器５５３により分圧される。なお、個別制御回路５９１は、加え合わせ点の他、補償器やＰＷＭ等の回路素子を有していても良い。また、加え合わせ点５９２から出力される偏差信号に対しても補償器やＰＷＭ等の回路素子が設けられても良い。
【００５９】
各インバータ６１は、接続先の高圧整流平滑回路６７が設定電圧信号に応じた電圧値を有する電圧を発生するように、接続元の個別制御回路５９４からの制御信号に応じて交流電圧を出力する。各インバータ６１の駆動素子は、制御信号に応じたタイミングで半導体スイッチング素子のＯＮとＯＦＦとを切り替えて、ＡＣ／ＤＣコンバータ５１からの直流電圧を交流電圧に変換する。各インバータ６１の出力値を上げることを指示する制御信号の場合、駆動素子は、ＯＮとＯＦＦとの継続時間を広げ出力信号のパルス幅を広げる。出力値を下げることを指示する制御信号の場合、駆動素子は、ＯＮとＯＦＦとの継続時間を狭め出力信号のパルス幅を狭める。
【００６０】
前述の通り、ｎ個のインバータ６１同士、高圧トランス６５同士、及び高圧整流平滑回路６７同士の回路特性にばらつきがある場合であっても、設定電圧信号生成回路５７からの共通の設定電圧信号を基準として、各ＲＭＳ／ＤＣ回路５５６からの検出電圧信号により各インバータ６１の出力信号のパルス幅を調節することにより、高圧整流平滑回路６７−１から高圧整流平滑回路６７―ｎの出力電圧の電圧値を、設定管電圧値の−１／ｎで略一致させることができる。よって、高圧整流平滑回路６７−１から高圧整流平滑回路６７―ｎの出力バランスが保たれる。
【００６１】
上記の通り、実施例３に係るＸ線高電圧装置１３３は、二重ループのフィードバック系により、複数の高圧整流平滑回路６７の出力電圧をバランスさせている。実施例３においては、設定電圧値が設定管電圧値に設定され、各インバータ６１、差動増幅器５５７、ＲＭＳ／ＤＣ回路５５６、及び個別制御回路５９４を巡る内側のフィードバック・ループにおいては、各インバータ６１の出力電圧が検出回路５５により検出され、各個別制御回路５９３に検出電圧信号として個別にフィードバックされる。また、複数のインバータ６１、複数の高圧整流平滑回路６７、分圧器５５３、増幅器５５４、加え合わせ点５９２、及び複数の個別制御回路５９４を巡る外側のフィードバック・ループにおいては、複数の高圧整流平滑回路６７からの直流高電圧が検出高圧信号として検出回路５５により検出され、検出高圧信号と設定電圧信号との偏差を示す偏差信号が複数の個別制御回路５９４に共通にフィードバックされる。各個別制御回路５９４は、検出電圧信号と偏差信号との比較に基づいて接続先のインバータ６１の出力を調節する。すなわち、実施例３において各個別制御回路５９４は、外側のフィードバック・ループにおいて、Ｘ線高電圧装置１３３の出力電圧を制御するとともに、内側のフィードバック・ループにおいて、当該個別制御回路５９４が属する段のインバータ６１の出力電圧を個別に調節することができる。各個別制御回路５９４にフィードバックされる偏差信号は複数の個別制御回路５９４に亘り同一であるため、高電圧発生回路５３−１から高電圧発生回路５３−ｎの出力電圧を全て設定管電圧値の−１／ｎで精度良く一致させることができ、結果的に、Ｘ線管１３１に印加される高電圧（管電圧）の電圧値を設定管電圧値に安定的に略一致させることが可能となる。
【００６２】
（実施例４）
実施例３は実施例２の変形例である。実施例４に係る検出回路５５は、インバータ６１の出力電圧として、インバータ６１により高圧トランス６５の補助巻線に誘導された電圧を検出する。なお以下の説明において、上記実施形態と略同一の機能を有する構成要素については、同一符号を付し、必要な場合にのみ重複説明する。なお、実施例４に係る設定電圧値は設定管電圧値に等しいものとする。
【００６３】
図６は、実施例４に係るＸ線高電圧装置１３３の回路ブロック図である。図６に示すように、各インバータ６１には補助巻線５５８が接続されている。補助巻線５５８は、高圧トランス６５の鉄心６５１に隣接して設けられる。補助巻線５５８は、ＲＭＳ／ＤＣ変換回路５５６に接続されている。インバータ６１が高圧トランス６５を駆動すると、高圧トランス６５に含まれる鉄心６５１に磁場が発生し、発生された磁場により補助巻線５５８に交流の誘導電圧信号が発生する。誘導電圧信号はＲＭＳ／ＤＣ変換回路５５６に供給される。ＲＭＳ／ＤＣ変換回路５５６は、補助巻線５５８からの交流誘導電圧信号を直流電圧信号に変換する。より詳細には、ＲＭＳ／ＤＣ変換回路５５６は、補助巻線５５８からの交流誘導電圧信号を、当該交流誘導電圧信号の実効値に対応する電圧値を有する直流電圧信号に変換する。以下、ＲＭＳ／ＤＣ変換回路５５６からの直流電圧信号を検出電圧信号と呼ぶことにする。検出電圧信号は個別制御回路５９５に入力される。
【００６４】
各個別制御回路５９５には、実施例３の個別制御回路５９４と同様、加え合わせ点５９２からの偏差信号と各ＲＭＳ／ＤＣ変換回路５５６からの検出電圧信号との偏差を算出し、算出された偏差を示す制御信号を生成する。
【００６５】
各インバータ６１は、実施例３と同様、接続先の高圧整流平滑回路６７が設定電圧信号に応じた電圧値を有する電圧を発生するように、接続元の個別制御回路５９５からの制御信号に応じて交流電圧を出力する。
【００６６】
上記の通り、実施例４に係るＸ線高電圧装置１３３は、二重ループのフィードバック系により、複数の高圧整流平滑回路６７の出力電圧をバランスさせている。各インバータ６１、補助巻線５５８、ＲＭＳ／ＤＣ回路５５６、及び個別制御回路５９５を巡る内側のフィードバック・ループは、インバータ６１の出力電圧を制御する。複数のインバータ６１、複数の高圧整流平滑回路６７、分圧器５５３、増幅器５５４、加え合わせ点５９２、及び複数の個別制御回路５９５を巡る外側のフィードバック・ループは、実施例３と同様、Ｘ線高電圧装置１３３の出力電圧を制御する。上記の通り、内側のフィードバック・ループの設定値は、各インバータ６１と共に偏差信号で同一値であるため、複数の高圧整流平滑回路６７の出力電圧をバランスさせることができる。
【００６７】
上記の通り、実施例４に係るＸ線高電圧装置１３３は、二重ループのフィードバック系により、複数の高圧整流平滑回路６７の出力電圧をバランスさせている。実施例４においては、設定電圧値が設定管電圧値に設定され、各インバータ６１、補助巻線５５８、ＲＭＳ／ＤＣ回路５５６、及び個別制御回路５９５を巡る内側のフィードバック・ループにおいては、各インバータ６１の出力電圧が検出回路５５により検出され、各個別制御回路５９５に検出電圧信号として個別にフィードバックされる。また、実施例３と同様の外側のフィードバック・ループにおいては、複数の高圧整流平滑回路６７からの直流高電圧が検出高圧信号として検出回路５５により検出され、検出高圧信号と設定電圧信号との偏差を示す偏差信号が複数の個別制御回路５９５に共通にフィードバックされる。各個別制御回路５９５は、検出電圧信号と偏差信号との比較に基づいて接続先のインバータ６１の出力を調節する。すなわち、実施例４において各個別制御回路５９５は、実施例３と同様に、外側のフィードバック・ループにおいて、Ｘ線高電圧装置１３３の出力電圧を制御するとともに、内側のフィードバック・ループにおいて、当該個別制御回路５９５が属する段のインバータ６１の出力電圧を個別に調節することができる。各個別制御回路５９５にフィードバックされる偏差信号は複数の個別制御回路５９５に亘り同一であるため、高電圧発生回路５３−１から高電圧発生回路５３−ｎの出力電圧を全て設定管電圧値の−１／ｎで精度良く一致させることができ、結果的に、Ｘ線管１３１に印加される高電圧（管電圧）の電圧値を設定管電圧値に安定的に略一致させることが可能となる。
【００６８】
また、実施例４に係るＸ線高電圧装置１３３は、実施例３に係るＸ線高電圧装置１３３の差動増幅器を補助巻線に置き換えた構成を有しており、実施例３に係るＸ線高電圧装置１３３に比して回路構成が簡易である。また、実施例４に係るＸ線高電圧装置１３３は、実施例３に係るＸ線高電圧装置１３３に比してインバータ６１の出力電圧を容易に絶縁することができる。
【００６９】
以上で本実施形態に係るＸ線高電圧装置１３３の具体例についての説明を終了する。
【００７０】
上記の実施形態に係るＸ線高電圧装置１３３は、陽極接地型のＸ線管１３１に印加する高電圧を発生するための装置であるとした。しかしながら、本実施形態はこれに限定されない。例えば、本実施形態に係るＸ線高電圧装置１３３は、中性点接地型あるいは陰極接地型のＸ線管１３１に印加する高電圧を発生するための装置であっても良い。
【００７１】
また、上記の説明においてＸ線コンピュータ断層撮影装置は、いわゆる第３世代であるとした。すなわち、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置は、Ｘ線管１３１とＸ線検出器１５１とが１体となって被検体Ｓの周囲を回転する回転／回転型（ＲＯＴＡＴＥ／ＲＯＴＡＴＥ―ＴＹＰＥ）であるとした。しかしながら、本実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置は、それのみに限定されない。例えば、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置は、リング状に配列された多数のＸ線検出素子が固定され、Ｘ線管１３１のみが被検体の周囲を回転する固定／回転型（ＳＴＡＴＩＯＮＡＲＹ／ＲＯＴＡＴＥ―ＴＹＰＥ）でも良い。
【００７２】
また、上記の実施例１、実施例２，実施例３、及び実施例４に係るＸ線高電圧装置１３３の回路構成は一例であり、本実施形態に係るＸ線高電圧装置１３３は上記実施例に示す回路構成のみに限定されない。実施例１、実施例２，実施例３、及び実施例４に示す回路構成要素を互いに入替たり、回路構成要素を一部削除しても良い。例えば、本実施形態において個別制御回路５９１、個別制御回路５９３、個別制御回路５９４、個別制御回路５９５は、インバータ６１とは機械的別個の構成要素であるとしたが、インバータ６１に含まれても良い。
【００７３】
（変形例）
上記の実施形態においてＸ線高電圧装置１３３は、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置に設けられるとした。しかしながら、本実施形態に係るＸ線高電圧装置１３３は、Ｘ線診断装置に設けられても良い。以下、本実施形態の変形例について説明する。なお以下の説明において上記実施形態と略同一の機能を有する構成要素については、同一符号を付し、必要な場合にのみ重複説明する。
【００７４】
図７は、本実施形態の変形例に係るＸ線診断装置の構成を示す図である。図７に示すように、変形例に係るＸ線診断装置は、撮影台１００とコンソール３００とを有している。撮影台１００は、例えば、Ｃ形状を有するアーム１１０を有している。アーム１１０は、互いに向き合うように配置されたＸ線管１３１とＸ線検出器１５５とを回転軸Ｚ回りに回転可能に支持している。アーム１１０は、回転駆動部１９０から動力を受けて回転軸Ｚ回りに一定の角速度で回転する。回転駆動部１９０は、撮影台制御部２１０からの駆動信号に従ってアーム１１０を回転させるための動力を発生する。
【００７５】
Ｘ線管１３１にはＸ線高電圧装置１３３が接続されている。Ｘ線高電圧装置１３３は、撮影台制御部２１０による制御に従いＸ線管１３１に高電圧を印加し、フィラメント電流を供給する。Ｘ線高電圧装置１３３は、設定管電圧値と設定管電流値とを維持するようにＸ線管１３１に印加する高電圧とＸ線管１３１に供給するフィラメント電流とを調節する。
【００７６】
Ｘ線検出器１５５は、二次元平面に配列された複数のＸ線検出画素を有する。各Ｘ線検出画素は、Ｘ線を検出し、検出されたＸ線の強度に応じた波高値を有する電気信号に変換する。各Ｘ線検出素子としては、例えば、Ｘ線を直接的に電気信号に変換する半導体検出器が用いられると良い。
【００７７】
Ｘ線検出器１５５にはデータ収集回路１５７が接続されている。データ収集回路１５７は、撮影台制御部２１０による制御に従い、Ｘ線検出器１５５から電気信号を読み出し、検出されたＸ線の強度に応じたデジタル値を有する画像データを撮影角度毎に収集する。なお、撮影角度とは、Ｃアーム１１０の回転軸Ｚ回りの角度を意味する。
【００７８】
撮影台制御部２１０は、コンソール３００内のシステム制御部４５による指示に従って、撮影台１００に含まれる各種機器の制御を統括する。例えば、撮影台制御部２１０は、回転駆動部１９０、Ｘ線高電圧装置１３３、及びデータ収集回路１５７を制御する。具体的には、撮影台制御部２１０は、入力部４１を介したユーザからの指示等に従いＣアーム１１０を所定の位置に移動するように回転駆動部１９０を制御する。撮影台制御部２１０は、既定のＸ線条件に応じたＸ線がＸ線管１３１から発生されるようにＸ線高電圧装置１３３を制御する。架台制御部２１は、Ｘ線管１３１からのＸ線の曝射タイミングに同期して画像データを収集するようにデータ収集回路１５７を制御する。
【００７９】
コンソール３００は、画像補正部４７、画像処理部３５、Ｉ／Ｆ部３７、表示部３９、入力部４１、主記憶部４３、及びシステム制御部４５を有する。Ｉ／Ｆ部３７は、コンソール３００と撮影台１００との間の通信のためのインタフェースである。画像補正部４７は、データ収集回路１５７からの画像データに座標変換やログ圧縮、散乱線補正等の各種補正処理を施す。画像処理部３５は、画像データに各種の画像処理を施す。表示部３９は画像データ等を表示機器に表示する。入力部４１は、入力機器を介してユーザからの指示を入力する。主記憶部４３は、各種データを記憶する記憶装置である。システム制御部４５は、変形例に係るＸ線診断装置の中枢として機能する。
【００８０】
よって、本実施形態に係るＸ線高電圧装置１３３は、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置だけでなくＸ線診断装置にも適用可能である。
【００８１】
以上で本実施形態の変形例についての説明を終了する。
【００８２】
なお、上記の実施形態においてＸ線コンピュータ断層撮影装置とＸ線診断装置とはＸ線スペクトラムのエネルギー積分値のデータを収集する電流積分方式であるとした。しかしながら、本実施形態はこれに限定されない。すなわち、本実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置とＸ線診断装置とはＸ線スペクトラムに含まれるエネルギー帯域毎のデータを収集するフォトンカウンティング方式であっても良い。
【００８３】
上記の通り、本実施形態に係るＸ線高電圧装置１３３は、ＡＣ／ＤＣコンバータ５１、複数のインバータ６１、複数の高圧トランス６５、及び複数の高圧整流平滑回路６７を有する。ＡＣ／ＤＣコンバータ５１は、直流電圧を発生する。複数のインバータ６１は、ＡＣ／ＤＣコンバータ５１からの直流電圧を交流電圧に変換する。複数の高圧トランス６５は、複数のインバータ６１にそれぞれ接続され当該複数のインバータ６１からの交流電圧を昇圧する。複数の高圧整流平滑回路６７は、複数の高圧トランス６５にそれぞれ接続され複数の高圧トランス６５からの交流電圧を直流高電圧に変換する。複数の高圧整流平滑回路６７は、直列的に接続されている。検出回路５５は、複数のインバータ６１と複数の高圧整流平滑回路６７との少なくとも一方の出力を検出する。制御回路５９は、複数の高圧整流平滑回路６７からの直流高電圧の電圧値と設定管電圧の電圧値とを略一致させるように、検出回路５５により検出された出力に応じて複数のインバータ６１を個別に制御する。
【００８４】
上記の構成の通り、本実施形態に係るＸ線高電圧装置１３３は、高圧トランスの二次巻線の分布容量の増大を抑制するため、複数の高電圧発生回路５３を含む多段構成を有している。本実施形態に係るＸ線高電圧装置１３３は、このような多段構成において、複数のインバータ６１と複数の高圧整流平滑回路６７との少なくとも一方の出力を検出し、検出された出力に応じて複数のインバータ６１を個別にフィードバック制御する。これにより、各高電圧発生回路５３の出力電圧の電圧値を略一致させることができ、ひいては、設定管電圧に略一致する直流高電圧をＸ線管１３１に安定的に印加することができる。よって、出力電圧のアンバランスを加味した過剰な耐圧マージンを高圧整流平滑回路６７等に要求する必要がなくなるので、インバータ６１の動作周波数を高めつつ、小型で信頼性の高いＸ線高電圧装置１３３を提供することができる。
【００８５】
また、コッククロフト・ウォルトン回路を採用するＸ線高電圧装置に比して、本実施形態に係るＸ線高電圧装置１３３は、高圧コンデンサの容量を低減できるため、管電圧の立ち上がりと立ち下がり時における不要な被曝を抑制することができる。
【００８６】
かくして、本実施形態によれば、小型化を達成しつつ信頼性の高いＸ線高電圧装置、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置、及びＸ線診断装置を提供することが可能となる。
【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ものである。
【符号の説明】
【００８８】
１０…架台、１１…回転フレーム、１３…Ｘ線発生部、１５…Ｘ線検出部、１７…天板、１９…回転駆動部、２１…架台制御部、３０…コンソール、３１…データ記憶部、３３…再構成部、３５…画像処理部、３７…Ｉ／Ｆ部、３９…表示部、４１…入力部、４３…主記憶部、４５…システム制御部、５１…ＡＣ／ＤＣコンバータ、５３…高電圧発生回路、５５…検出回路、５７…設定電圧信号生成回路、５９…制御回路、６１…インバータ、６３…高圧発生器、６５…高圧トランス、６５…高圧整流平滑回路、１３１…Ｘ線管、１３３…Ｘ線高電圧装置、１５１…Ｘ線検出器、１５３…データ収集回路、１５５…Ｘ線検出器、１５７…データ収集回路。
【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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【図６】
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【図７】
0006479438.tif 000008
【図８】
0006479438.tif 000009
【図９】
0006479438.tif 000010
【図１０】
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