(57)【要約】【課題】放射線断層撮影装置に用いられる電源トランスの小容量化を可能にする。【解決手段】放射線断層撮影装置において、電力が供給される複数の負荷と、電源に接続される電源トランスと、上記電源トランスを介して上記複数の負荷に電力を供給する電力供給手段と、上記複数の負荷について、２以上の負荷に電力が実質的に同時に供給されることを禁止し、予め定められた優先順位にしたがって電力の供給を許可するよう、上記電力供給手段を制御する制御手段と、を備えた構成とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力が供給される複数の負荷と、
電源に接続される電源トランスと、
前記電源トランスを介して前記複数の負荷に電力を供給する電力供給手段と、
前記複数の負荷について、２以上の負荷に電力が実質的に同時に供給されることを禁止し、予め定められた優先順位にしたがって電力の供給を許可するよう、前記電力供給手段を制御する制御手段と、を備えた放射線断層撮影装置。
【請求項２】
前記複数の負荷の各々は、交互動作が可能な複数の動作の各々に対応しており、該動作が行われるときに電力が供給される、請求項１に記載の放射線断層撮影装置。
【請求項３】
前記複数の負荷は、撮影テーブルの高さ調整用動力源と、走査ガントリのハウジング内に設けられたヒータとを含んでおり、
前記制御手段は、前記高さ調整用動力源及び前記ヒータに電力が同時に供給されることを禁止し、前記高さ調整用動力源を前記ヒータより優先して電力の供給を許可する、請求項２に記載の放射線断層撮影装置。
【請求項４】
前記複数の負荷は、走査ガントリのチルト角調整用動力源と、前記走査ガントリのハウジング内に設けられたヒータとを含んでおり、
前記制御手段は、前記チルト角調整用動力源及び前記ヒータに電力が同時に供給されることを禁止し、前記チルト角調整用動力源を前記ヒータより優先して電力の供給を許可する、請求項２に記載の放射線断層撮影装置。
【請求項５】
前記複数の負荷は、撮影テーブルの高さ調整用動力源と、走査ガントリのチルト角調整用動力源と、前記走査ガントリのハウジング内に設けられたヒータとを含んでおり、
前記制御手段は、前記高さ調整用動力源、前記チルト角調整用動力源及び前記ヒータのうち２以上に電力が同時に供給されることを禁止し、前記高さ調整用動力源及び前記チルト角調整用動力源を前記ヒータより優先して電力の供給を許可する、請求項２に記載の放射線断層撮影装置。
【請求項６】
前記制御手段は、半導体素子またはロジックＩＣを用いた論理回路を含む、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の放射線断層撮影装置。
【請求項７】
前記電源トランスは、二次側が単相である、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の放射線断層撮影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源トランス（power transformer）を介して電力を負荷に供給する電力回路を備えた放射線断層撮影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、Ｘ線ＣＴ（Computed Tomography）装置は、電源トランスを有しており、施設電源からの電力は、この電源トランスを介して装置内の各負荷に供給されている（例えば、特許文献１，要約等参照）。
【０００３】
電源トランスの容量は、通常、担当する各負荷への電力供給がすべて重なった場合でも、電圧降下やブレーカトリップ（breaker trip）などの問題を引き起こさないよう、担当する各負荷に供給される電力の総和を上回るように設計される。
【０００４】
放射線断層撮影装置の場合、主要な負荷としては、例えば、操作コンソール（operating console）、走査ガントリ（scan gantry）の制御系、放射線検出器、データ収集装置（data acquisition system）、放射線管用の循環ポンプ（circulating pump）及び冷却ファン（cooling fan）、撮影テーブル（imaging table）の駆動系、走査ガントリのチルト（tilt）駆動系、走査ガントリのハウジング（housing）内温度調整用ヒータ（heater）などが挙げられる。これらの負荷に供給される電力の総和は、実に５３００ＶＡ以上にも及ぶことがあり、電源トンラスの容量は、これを上回るように設計する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−５９５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、電源トランスは、容量が大きいほど高価になり、コストアップ（cost up）につながる。また、電源トランスは、容量が大きいほど大型になり重量も重くなるため、電源トランスを搭載する装置の小型化を妨げるし、取り扱いが難しくなる。
【０００７】
このような事情により、放射線断層撮影装置に用いられる電源トランスの小容量化を可能にする技術が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の観点の発明は、
電力が供給される複数の負荷と、
電源に接続される電源トランスと、
前記電源トランスを介して前記複数の負荷に電力を供給する電力供給手段と、
前記複数の負荷について、２以上の負荷に電力が実質的に同時に供給されることを禁止し、予め定められた優先順位にしたがって電力の供給を許可するよう、前記電力供給手段を制御する制御手段と、を備えた放射線断層撮影装置を提供する。
【０００９】
第２の観点の発明は、
前記複数の負荷の各々が、交互動作が可能な複数の動作の各々に対応しており、該動作が行われるときに電力が供給される、上記第１の観点の放射線断層撮影装置を提供する。
【００１０】
第３の観点の発明は、
前記複数の負荷が、撮影テーブルの高さ調整用動力源と、走査ガントリのハウジング内に設けられたヒータとを含んでおり、
前記制御手段が、前記高さ調整用動力源及び前記ヒータに電力が同時に供給されることを禁止し、前記高さ調整用動力源を前記ヒータより優先して電力の供給を許可する、上記第２の観点の放射線断層撮影装置を提供する。
【００１１】
第４の観点の発明は、
前記複数の負荷が、走査ガントリのチルト角調整用動力源と、前記走査ガントリのハウジング内に設けられたヒータとを含んでおり、
前記制御手段が、前記チルト角調整用動力源及び前記ヒータに電力が同時に供給されることを禁止し、前記チルト角調整用動力源を前記ヒータより優先して電力の供給を許可する、上記第２の観点の放射線断層撮影装置を提供する。
【００１２】
第５の観点の発明は、
前記複数の負荷が、撮影テーブルの高さ調整用動力源と、走査ガントリのチルト角調整用動力源と、前記走査ガントリのハウジング内に設けられたヒータとを含んでおり、
前記制御手段が、前記高さ調整用動力源、前記チルト角調整用動力源及び前記ヒータのうち２以上に電力が同時に供給されることを禁止し、前記高さ調整用動力源及び前記チルト角調整用動力源を前記ヒータより優先して電力の供給を許可する、上記第２の観点の放射線断層撮影装置を提供する。
【００１３】
第６の観点の発明は、
前記制御手段が、半導体素子またはロジックＩＣ（Logic Integrated Circuit）を用いた論理回路を含む、上記第１の観点から第５の観点のいずれか一つの観点の放射線断層撮影装置を提供する。
【００１４】
第７の観点の発明は、
前記電源トランスが、二次側が単相である、上記第１の観点から第６の観点のいずれか一つの観点の放射線断層撮影装置を提供する。
【発明の効果】
【００１５】
上記観点の発明によれば、複数の負荷について、２以上の負荷に実質的に同時に電力を供給することを禁止し、予め定められた優先順位にしたがって電力の供給を許可するので、負荷に供給する電力の総和を低減することができ、電源トランスの小容量化を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】発明の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】インターロック回路（interlock circuit）の一例を示す図である。
【図３】負荷部の各負荷に供給される電力の具体例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、発明の実施形態について説明する。
【００１８】
図１は、本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の構成を概略的に示す図である。
【００１９】
Ｘ線ＣＴ装置１は、撮影テーブル１１、走査ガントリ１２、及び操作コンソール１３を備えている。Ｘ線ＣＴ装置１は、商用電源２に接続されており、電力供給に係る回路として、電源トランス３、電力供給回路４、負荷部５、テーブル操作部６、ガントリチルト操作部７、温度センサ（thermo censor）８、温度制御部９、及びインターロック回路１０を有している。
【００２０】
商用電源２は、Ｘ線ＣＴ装置１が設置されている施設の電源であり、例えば、三相交流２４０Ｖである。
【００２１】
電源トランス３は、１次側に商用電源２が接続され、２次側に電力供給回路４が接続される。負荷部５の各負荷は、この電源トランス３を介して電力が供給される。電源トランス３は、仕様として、例えば、１次側が三相２４０Ｖ、２次側が単相１２０Ｖ，３０Ａであり、３６００ＶＡの容量を持つ。
【００２２】
電力供給回路４は、負荷部５の各負荷へ印加する電圧や電流を制御する。電力供給回路４は、一部の負荷については、常に一定の電圧や電流を印加するよう制御し、また他の一部の負荷については、入力された指示信号に基づき、電圧や電流を印加するよう制御する。電力供給回路４には、インターロック回路１０から、所定の負荷について電力の供給を許可するか否かを表す許否信号が入力される。電力供給回路４は、この許否信号に基づき、それらの負荷への電力供給のオンオフ（on/off）を制御する。つまり、所定の負荷について電力供給を許可する信号が入力されているときだけ、その負荷に対する電力供給のオン制御を行う。
【００２３】
負荷部５は、主な負荷として、テーブル高さ調整用動力部５１、ガントリチルト角調整用動力部５２、ハウジング内ヒータ５３、オペコン主要部５４、検出器・データ収集部５５、循環ポンプ・冷却ファン部５６、及びガントリ制御部５７を有している。なお、本例では、Ｘ線管用の高圧電源部などの高電圧系の負荷は、別ルート（another root）で電力が供給されることとし、負荷部５には含めない。
【００２４】
テーブル高さ調整用動力部５１は、被検体を載置する撮影テーブル１１の高さを調整するための動力源であり、例えば、電動式のアクチュエータ（actuator）またはモータ（motor）である。
【００２５】
ガントリチルト角調整用動力部５２は、走査ガントリ１２のチルト角を調整するための動力源であり、例えば、電動式のアクチュエータまたはモータである。
【００２６】
ハウジング内ヒータ５３は、走査ガントリ１２のハウジング内に設けられた、ハウジング内の温度を調整するためのヒータである。このハウジング内ヒータの通電のオンオフ制御により温度調整が行われる。
【００２７】
オペコン主要部５４は、操作コンソール１３の主要部であり、オペレータ（operator）による操作の受付け、各種データの処理、各種データの記憶保存等を行う部分である。オペコン主要部５４は、例えば、ワークステーション（workstation）などのコンピュータ（computer）を含んでいる。
【００２８】
検出器・データ収集部５５は、Ｘ線を検出する検出器やその検出器にて得られたデータを収集するデータ収集部を含んでいる。
【００２９】
循環ポンプ・冷却ファン部５６は、Ｘ線管の回転陽極の潤滑油を循環させるための電動式ポンプやＸ線管を冷却するためのファンを含んでいる。
【００３０】
ガントリ制御部５７は、走査ガントリに関する各種の制御を行う部分である。
【００３１】
テーブル操作部６は、撮影テーブル１１の高さや繰り出し位置を調整するための操作部である。テーブル操作部６は、撮影テーブル１１の高さを調整する操作が行われているか否かを表す「テーブル高さ調整操作オンオフ信号」を、インターロック回路１０に出力している。撮影テーブル１１の上昇もしくは下降を指示する操作に応じて、「テーブル高さ調整操作オンオフ信号」の出力をオンにするとともに、その指示に対応したテーブル高さ調整用動力部５１に対する電力制御信号を、電力供給回路４に出力する。
【００３２】
ガントリチルト操作部７は、走査ガントリ１２のチルト角を調整するための操作部である。ガントリチルト操作部７は、走査ガントリ１２のチルト角を調整する操作が行われているか否かを表す「ガントリチルト角調整操作オンオフ信号」を、インターロック回路１０に出力している。ガントリチルト操作部７は、走査ガントリ１２の＋角方向チルトもしくは−角方向チルトを指示する操作に応じて、「ガントリチルト角調整操作オンオフ信号」の出力をオンにするとともに、その指示に対応したチルト角調整用動力部５２に対する電力制御信号を、電力供給回路４に出力する。
【００３３】
温度センサ８は、ハウジング内の温度を検出するためのセンサである。温度センサ８は、ハウジング内に設けられており、周囲温度に応じた信号を出力する。
【００３４】
温度制御部９は、温度センサ８の出力信号に基づき、ハウジング内の温度が設定温度に近づくよう、必要に応じて、ハウジング内ヒータ５３に対する通電のオンオフを制御するための信号を出力する。本例では、温度制御部９は、ハウジング内ヒータ５３に対する通電をオンにすべきかオフにすべきかを表す「ヒータ通電オンオフ信号」を、インターロック回路１０に出力している。温度制御部９は、ハウジング内ヒータ５３に対する通電をオンにすべきと判断したときに、「ヒータ通電オンオフ信号」の出力をオンにするとともに、その通電をオンにするためのハウジング内ヒータ５３に対する電力制御信号を、電力供給回路４に出力する。
【００３５】
インターロック回路１０は、負荷部５の少なくとも一部の負荷について、いわゆるインターロックを実現するため、これらの負荷への電力供給を許可するか否かを表す許否信号を、電力供給回路４に出力する。本例では、インターロック回路１０に、テーブル高さ調整用動力部５１の駆動、ガントリチルト角調整用動力部５２の駆動、及びハウジング内ヒータ５３の通電のそれぞれのオンオフを指示する各信号が入力される。インターロック回路１０は、これらの入力信号に基づいて、テーブル高さ調整用動力部５１、ガントリチルト角調整用動力部５２、及びハウジング内ヒータ５３のそれぞれについて、電力供給を許可するか否かを表す許否信号を、電力供給回路４に出力する。本例では、インターロック回路１０は、テーブル高さ調整用動力部５１、ガントリチルト角調整用動力部５２、及びハウジング内ヒータ５３のうち２つ以上の負荷に対して実質的に同時に電力供給が行われることなく、かつ、テーブル高さ調整用動力部５１及びガントリチルト角調整用動力部５２への電力供給がハウジング内ヒータ５３への電力供給より優先されるように、それぞれの負荷に対する電力供給の許否信号を出力する。
【００３６】
ここで、上記のような制御を行う理由を説明する。Ｘ線ＣＴ装置１において、撮影テーブル１１の高さ調整や走査ガントリ１２のチルト角調整には、テーブル高さ調整用動力部５１やガントリチルト角調整用動力部５２に対して、比較的多くの電力供給を必要とする。しかしながら、撮影テーブル１１の高さ調整や走査ガントリ１２のチルト角調整は、長時間に亘って連続的に行われることはほとんどない。一方、走査ガントリ１２のハウジング内の温度は、イメージングの特性を安定させるため、一定に保たれるよう調整される。ハウジング内の温度調整は、一般的に、ハウジング内ヒータ５３のオンオフ制御により行われることが多い。このような温度調整系では、温度変化の時定数が非常に長いため、ハウジング内ヒータ５３を一時的にオフしたとしても、それが短時間であれば、ハウジング内の温度にはほとんど影響を及ぼさない。そこで、これらの事実に着目し、撮影テーブル１１の高さ調整や走査ガントリ１２のチルト角調整とヒータ５３への通電とが同時に行われず、かつ、撮影テーブル１１の高さ調整や走査ガントリ１２のチルト角調整をヒータ５３の通電より優先させる制御を行うことにより、不都合なく、負荷部５に供給する最大電力量を低減させることができ、電源トランス３の小容量化が可能になる。
【００３７】
なお、インターロック回路１０は、ＦＭＥＡ（Failure Mode and Effect Analysis；故障モードとその影響の解析）的に確実なインターロックを実現するため、プログラマブルＩＣ（programmable Integrated Circuit）やソフトウェア（software）等は用いず、トランジスタ（transistor）やダイオード（diode）などの半導体素子、汎用ロジックＩＣなどの組合せ等により構成される。
【００３８】
図２に、インターロック回路１０の一例を示す。本例によるインターロック回路１０は、図２に示すように、複数のＡＮＤ回路及びＮＯＴ回路により構成されている。インターロック回路１０には、テーブル高さ調整操作オンオフ信号Ｔｃ、ガントリチルト角調整操作オンオフ信号Ｇｃ、ヒータ通電オンオフ信号Ｈｃ、及び相互排他制御信号、すなわち、これらの操作及び通電を強制的にオフにするロック（lock）を解除するか否かを表すロック信号Ｍが入力される。各オンオフ信号Ｔｃ、Ｇｃ及びＨｃは、オンのときにハイ（HIGH）になり、オフのときにロー（LOW）になる。また、ロック信号Ｍは、ロックを解除するときにハイ（HIGH）になり、ロックするときにロー（LOW）になる。インターロック回路１０からは、テーブル高さ調整用動力部５１への電力供給を許可するか否かを表すテーブル高さ調整許否信号Ｔｅ、ガントリチルト角調整用動力部５２への電力供給を許可するか否かを表すガントリチルト角調整許否信号Ｇｅ、ハウジング内ヒータ５３への電力供給すなわち通電を許可するか否かを表すヒータ通電許否信号Ｈｅが出力される。テーブル高さ調整許否信号Ｔｅ、ガントリチルト角調整許否信号Ｇｅ、及びヒータ通電許否信号Ｈｅは、それぞれ、対応する負荷への電力供給を許可するときにハイ（HIGH）になり、許可しないときにロー（LOW）になる。
【００３９】
図２に示すインターロック回路１０では、ロック信号Ｍがハイになっておりロックが解除されているときだけ、テーブル高さ調整操作オンオフ信号Ｔｃ、ガントリチルト角調整操作オンオフ信号Ｇｃ、及びヒータ通電オンオフ信号Ｈｃが有効になる。ロック信号Ｍがローになっておりロックが掛かっているときは、テーブル高さ調整操作オンオフ信号Ｔｃ、ガントリチルト角調整操作オンオフ信号Ｇｃ、及びヒータ通電オンオフ信号Ｈｃに関係なく、テーブル高さ調整許否信号Ｔｅ、ガントリチルト角調整許否信号Ｇｅ、及びヒータ通電許否信号Ｈｅはローになり、対応する負荷への電力供給はいずれも許可されない。
【００４０】
ロック信号Ｍがハイである場合において、テーブル高さ調整操作オンオフ信号Ｔｃ、ガントリチルト調整操作オンオフ信号Ｇｃ、及びヒータ通電オンオフ信号Ｈｃのいずれかがハイになると、それに対応する許否信号がハイになり、対応する負荷への電力供給が許可される。
【００４１】
一方、ロック信号Ｍがハイである場合において、テーブル高さ調整操作オンオフ信号Ｔｃ、ガントリチルト調整操作オンオフ信号Ｇｃ、及びヒータ通電オンオフ信号Ｈｃのうち２つ以上がハイになると、テーブル高さ調整、ガントリチルト角調整、ヒータ通電の優先順位でいずれか一つに対応する許否信号のみがハイになり、これに対応する負荷への電力供給が許可される。
【００４２】
図３は、負荷部５の各負荷に供給される電力の具体例を示す図である。
【００４３】
本例では、テーブル高さ調整用動力部５１〜ガントリ制御部５７までの総電力量は、５２８０ＶＡである。従来のようにインターロック回路１０がない場合、最大電力量として、この総電力量を想定する必要がある。この場合、電源トランス３としては、容量が５２８０ＶＡ以上のものを用いなければならず、電源トランス３の部品コスト（part cost）と、サイズ（size）が大きくなる。
【００４４】
一方、本実施形態のようにインターロック回路１０がある場合、テーブル高さ調整用動力部５１、ガントリチルト角調整用動力部５２、及びハウジング内ヒータ５３の３つの負荷については、２つ以上の負荷に対して同時に電力が供給されることはないので、これら３つの負荷の電力量のうち最も大きい電力量を除いた他の２つの電力量の和を、上記の総電力量から減算したものが、負荷部５の最大電力量となる。すなわち、本例では、５２８０ＶＡ−（１２００＋６６０）ＶＡ＝３４２０ＶＡが最大電力量となる。つまり、電源トランス３の容量としては３４２０ＶＡ以上で済み、例えば容量が３６００ＶＡのものを採用することができる。したがって、本実施形態では、電源トランス３の部品コストを抑えることができ、サイズもより小さくできる。
【００４５】
なお、一般的に、電源トランスは、２次側が二相のものより単相のものの方が安価である傾向がある。そのため、電源トランス３は、可能であれば、２次側が単相のものを採用するとよい。
【００４６】
このような本実施形態によれば、インターロック回路１０のような簡単な回路を用いるだけで、負荷に電力を供給する複数の動作について同時動作を禁止して交互動作を確実に行わせ、最大電力量を低減させることができ、電源トランス等の電源部品の低コスト化及び小型化を実現させることができる。
【００４７】
特に、本実施形態によれば、負荷への電力供給を伴う複数の動作のうち、Ｘ線ＣＴ装置１に極めて特徴的である、交互動作が可能な短時間動作と熱源の通電動作とを、確実に交互動作させることができ、電源トランスを含めた電源回路の低コスト化及び小型化を実現させることができる。
【００４８】
なお、発明の実施形態は、上記に限定されず、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更が可能である。
【００４９】
例えば、上記の実施形態では、電力供給が同時に行われないようにインターロックを掛ける負荷は、テーブル高さ調整用動力部５１、ガントリチルト角調整用動力部５２、及びハウジング内ヒータ５３の３負荷であるが、これらに限定されず、電力供給が同時に行われなくても不都合を生じない負荷の組合せであれば、いかなるものであってもよい。もちろん、インターロックを掛ける負荷は、テーブル高さ調整用動力部５１及びハウジング内ヒータ５３の２負荷、あるいは、ガントリチルト角調整用動力部５２及びハウジング内ヒータ５３の２負荷であってもよい。なお、これらの場合、電力供給を許可する優先順位は、テーブル高さ調整用動力部５１あるいはガントリチルト角調整用動力部５２が、ハウジング内ヒータ５３より高くなるようにする。
【００５０】
また例えば、上記の実施形態では、電力供給を許可する優先順位は、テーブル高さ調整用動力部５１、ガントリチルト角調整用動力部５２、ハウジング内ヒータ５３の順に低くなるよう設定されているが、テーブル高さ調整用動力部５１と、ガントリチルト角調整用動力部５２とは、優先順位に差を設けず、電力供給が先に行われていた方を優先するようにしてもよい。
【００５１】
また例えば、上記の実施形態では、電源トランス３の仕様は、１次側が三相電源、２次側が単相であるが、もちろんこれに限定されず、２次側は二相であってもよい。
【符号の説明】
【００５２】
１  Ｘ線ＣＴ装置
１１  撮影テーブル
１２  走査ガントリ
１３  操作コンソール
２  交流電源
３  電源トランス
４  電力供給回路４
５  負荷部
５１  テーブル高さ調整用動力部
５２  走査ガントリチルト角調整用動力部
５３  ハウジング内ヒータ
５４  オペコン主要部
５５  検出器・データ収集部
５６  循環ポンプ・冷却ファン部
５７  ガントリ制御部
６  テーブル操作部
７  ガントリチルト操作部
８  温度センサ
９  温度制御部
１０  インターロック回路（制御手段）
【図１】
2016116549.tif 000003
【図２】
2016116549.tif 000004
【図３】
2016116549.tif 000005