(57)【要約】【課題】信頼性が高く、電源設備に対する負担を軽減することが可能なＸ線ＣＴ装置を実現させる。【解決手段】電源５０から電気エネルギーを蓄積し、蓄積された電気エネルギーをスキャン時にＸ線管１１に供給するキャパシタ部２３と、キャパシタ部２３に蓄積された電気エネルギーに基づいて、設定されたスキャン条件によるスキャンが可能であるか否かを判定するスキャン可否判定部３８とを備えた構成とする。スキャン可否判定部３８は、例えば、蓄積された電気エネルギーから供給可能最大エネルギーを導出するとともに、設定されたスキャン条件でスキャンするときの推定消費エネルギーを導出し、これらの間で大小比較を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線管を有し、前記Ｘ線管から撮影空間にＸ線を曝射してスキャンすることにより画像再構成に用いる投影データを収集するＸ線ＣＴ装置において、
スキャン条件を設定するスキャン条件設定手段と、
電源から電気エネルギーを蓄積し、蓄積された電気エネルギーをスキャン時に前記Ｘ線管に供給するキャパシタ部と、
前記キャパシタ部に蓄積された電気エネルギーに基づいて、前記スキャン条件によるスキャンが可能であるか否かを判定するスキャン可否判定手段とを備えたＸ線ＣＴ装置。
【請求項２】
前記スキャン可否判定手段は、
前記キャパシタ部に蓄積されている電気エネルギーに基づいて、前記Ｘ線管への供給可能最大エネルギーを導出する供給可能最大エネルギー導出部と、
前記スキャン条件でスキャンするときの前記Ｘ線管での推定消費エネルギーを導出する推定消費エネルギー導出部と、
前記推定消費エネルギーが前記供給可能最大エネルギー以下であるときに、前記スキャン条件によるスキャンが可能であると判定するエネルギー条件可否判定部とを有し、
前記エネルギー条件可否判定部においてスキャンが可能であると判定されたときにスキャンを行う請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項３】
前記供給可能最大エネルギー導出部は、前記キャパシタ部に蓄積されている電気エネルギー、および、前記キャパシタ部にスキャン中に蓄積される電気エネルギーに基づいて、前記供給可能最大エネルギーを導出する請求項２に記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項４】
前記スキャン可否判定手段は、
前記スキャン条件が前記Ｘ線管の熱特性に基づくスキャン可能条件を満たすときに、前記スキャン条件によるスキャンが可能であると判定するＸ線管熱特性条件可否判定部を有し、
前記Ｘ線管熱特性条件可否判定部においてもスキャンが可能であると判定されたときにスキャンを行う請求項２または請求項３に記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項５】
前記キャパシタ部は、電気二重層キャパシタまたは高分子キャパシタを含む請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項６】
前記電源との接続を遮断する電源遮断用スイッチをさらに備え、
前記キャパシタ部は、ｎ＋１個のスイッチとｎ個のキャパシタモジュールとを入れ子状に直列に接続してなり、
前記ｎ＋１個のスイッチは、前記電源遮断用スイッチのオフ動作に応答して、全て同時にオフするよう制御される請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項７】
Ｘ線管を有し、前記Ｘ線管から撮影空間にＸ線を曝射してスキャンすることにより画像再構成に用いる投影データを収集するＸ線ＣＴ装置に取付け可能であり、
電源から電気エネルギーを蓄積し、蓄積された電気エネルギーをスキャン時に前記Ｘ線管に供給するキャパシタ部と、
スキャン条件を入力され、前記キャパシタ部に蓄積された電気エネルギーに基づいて、前記スキャン条件によるスキャンが可能であるか否かを判定するスキャン可否判定手段とを備えたキャパシタユニット。
【請求項８】
前記スキャン可否判定手段は、
前記キャパシタ部に蓄積されている電気エネルギーに基づいて、前記Ｘ線管への供給可能最大エネルギーを導出する供給可能最大エネルギー導出部と、
前記スキャン条件でスキャンするときの前記Ｘ線管での推定消費エネルギーを導出する推定消費エネルギー導出部と、
前記推定消費エネルギーが前記供給可能最大エネルギー以下であるときに、前記スキャン条件によるスキャンが可能であると判定するエネルギー条件可否判定部とを有する請求項７に記載のキャパシタユニット。
【請求項９】
前記供給可能最大エネルギー導出部は、前記キャパシタ部に蓄積されている電気エネルギー、および、前記キャパシタ部にスキャン中に蓄積される電気エネルギーに基づいて、前記供給可能最大エネルギーを導出する請求項８に記載のキャパシタユニット。
【請求項１０】
前記キャパシタ部は、電気二重層キャパシタまたは高分子キャパシタを含む請求項７から請求項９のいずれか１項に記載のキャパシタユニット。
【請求項１１】
前記電源との接続を遮断する電源遮断用スイッチをさらに備え、
前記キャパシタ部は、ｎ＋１個のスイッチとｎ個のキャパシタモジュールとを入れ子状に直列に接続してなり、
前記ｎ＋１個のスイッチは、前記電源遮断用スイッチのオフ動作に応答して、全て同時にオフするよう制御される請求項７から請求項１０のいずれか１項に記載のキャパシタユニット。
【請求項１２】
請求項７から請求項１１のいずれか１項に記載のキャパシタユニットを備えたＸ線ＣＴ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線ＣＴ装置（X-ray Computed Tomography System）およびＸ線ＣＴ装置に取付け可能なキャパシタユニット（capacitor unit）に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線ＣＴ装置においてＸ線管に電気エネルギー（energy）を供給する方法に関し、これまでに種々の提案がなされている。その１つとして、特許文献１では、電源の電源容量を大幅に下げてもスキャン（scan）時のピーク（peak）電力に対応することができるよう、Ｘ線管に電力を供給する二次電池いわゆるバッテリ（battery）を搭載したＸ線ＣＴ装置が提案されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平６−２０８８９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１によるＸ線ＣＴ装置において、二次電池がたとえ充分大きな蓄電容量を有していたとしても、二次電池の蓄電機能が寿命等により低下していたり、何らかの故障で二次電池に充分な蓄電がされなかったりする場合が考えられる。このような場合にスキャンを実行すると、スキャン動作に必要な電気エネルギーをＸ線管等に供給することができず、スキャンの途中で装置が停止したり制御を失ったりする可能性があり、信頼性が不充分である。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑み、信頼性が高く、電源設備に対する負担を軽減することが可能なＸ線ＣＴ装置およびＸ線ＣＴ装置に取り付けるキャパシタユニットを提供することを目的とする。
【０００６】
なお、特開２００３−１５９２４２号公報では、スリップリング（slip-ring）機構を介したＸ線管への給電に係るメンテナンス（maintenance）性の悪さを解消するため、ガントリ（gantry）の回転体にＸ線管へ電力を供給するキャパシタ（capacitor）を設け、このキャパシタを電磁誘導にて非接触で給電するＸ線ＣＴ装置が提案されているが、この提案は、本発明とは目的も構成も異なるものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の観点では、本発明は、Ｘ線管を有し、前記Ｘ線管から撮影空間にＸ線を曝射してスキャンすることにより画像再構成に用いる投影データ（data）を収集するＸ線ＣＴ装置において、スキャン条件を設定するスキャン条件設定手段と、電源から電気エネルギーを蓄積し、蓄積された電気エネルギーをスキャン時に前記Ｘ線管に供給するキャパシタ部と、前記キャパシタ部に蓄積された電気エネルギーに基づいて、前記スキャン条件によるスキャンが可能であるか否かを判定するスキャン可否判定手段とを備えたＸ線ＣＴ装置を提供する。
【０００８】
第２の観点では、本発明は、前記スキャン可否判定手段が、前記キャパシタ部に蓄積されている電気エネルギーに基づいて、前記Ｘ線管への供給可能最大エネルギーを導出する供給可能最大エネルギー導出部と、前記スキャン条件でスキャンするときの前記Ｘ線管での推定消費エネルギーを導出する推定消費エネルギー導出部と、前記推定消費エネルギーが前記供給可能最大エネルギー以下であるときに、前記スキャン条件によるスキャンが可能であると判定するエネルギー条件可否判定部とを有し、前記エネルギー条件可否判定部においてスキャンが可能であると判定されたときにスキャンを行う上記第１の観点のＸ線ＣＴ装置を提供する。
【０００９】
第３の観点では、本発明は、前記供給可能最大エネルギー導出部が、前記キャパシタ部に蓄積されている電気エネルギー、および、前記キャパシタ部にスキャン中に蓄積される電気エネルギーに基づいて、前記供給可能最大エネルギーを導出する上記第２の観点のＸ線ＣＴ装置を提供する。
【００１０】
第４の観点では、本発明は、前記スキャン可否判定手段が、前記スキャン条件が前記Ｘ線管の熱特性に基づくスキャン可能条件を満たすときに、前記スキャン条件によるスキャンが可能であると判定するＸ線管熱特性条件可否判定部を有し、前記Ｘ線管熱特性条件可否判定部においてもスキャンが可能であると判定されたときにスキャンを行う上記第２の観点または第３の観点のＸ線ＣＴ装置を提供する。
【００１１】
第５の観点では、本発明は、前記キャパシタ部が、電気二重層キャパシタまたは高分子キャパシタを含む上記第１の観点から第４の観点のいずれか１つの観点のＸ線ＣＴ装置を提供する。
【００１２】
第６の観点では、本発明は、前記電源との接続を遮断する電源遮断用スイッチをさらに備え、前記キャパシタ部が、ｎ＋１個のスイッチ（switch）とｎ個のキャパシタモジュール（capacitor module）とを入れ子状に直列に接続してなり、前記ｎ＋１個のスイッチが、前記電源遮断用スイッチのオフ（off）動作に応答して、全て同時にオフ（off）するよう制御される上記第１の観点から第５の観点のいずれか１つの観点のＸ線ＣＴ装置を提供する。
【００１３】
第７の観点では、本発明は、Ｘ線管を有し、前記Ｘ線管から撮影空間にＸ線を曝射してスキャンすることにより画像再構成に用いる投影データを収集するＸ線ＣＴ装置に取付け可能であり、電源から電気エネルギーを蓄積し、蓄積された電気エネルギーをスキャン時に前記Ｘ線管に供給するキャパシタ部と、スキャン条件を入力され、前記キャパシタ部に蓄積された電気エネルギーに基づいて、前記スキャン条件によるスキャンが可能であるか否かを判定するスキャン可否判定手段とを備えたキャパシタユニットを提供する。
【００１４】
第８の観点では、本発明は、前記スキャン可否判定手段が、前記キャパシタ部に蓄積されている電気エネルギーに基づいて、前記Ｘ線管への供給可能最大エネルギーを導出する供給可能最大エネルギー導出部と、前記スキャン条件でスキャンするときの前記Ｘ線管での推定消費エネルギーを導出する推定消費エネルギー導出部と、前記推定消費エネルギーが前記供給可能最大エネルギー以下であるときに、前記スキャン条件によるスキャンが可能であると判定するエネルギー条件可否判定部とを有する上記第７の観点のキャパシタユニットを提供する。
【００１５】
第９の観点では、本発明は、前記供給可能最大エネルギー導出部が、前記キャパシタ部に蓄積されている電気エネルギー、および、前記キャパシタ部にスキャン中に蓄積される電気エネルギーに基づいて、前記供給可能最大エネルギーを導出する上記第８の観点のキャパシタユニットを提供する。
【００１６】
第１０の観点では、本発明は、前記キャパシタ部が、電気二重層キャパシタまたは高分子キャパシタを含む上記第７の観点から第９の観点のいずれか１つの観点のキャパシタユニットを提供する。
【００１７】
第１１の観点では、本発明は、前記電源との接続を遮断する電源遮断用スイッチをさらに備え、前記キャパシタ部が、ｎ＋１個のスイッチとｎ個のキャパシタモジュールとを入れ子状に直列に接続してなり、前記ｎ＋１個のスイッチが、前記電源遮断用スイッチのオフ動作に応答して、全て同時にオフするよう制御される上記第７の観点から第１０の観点のいずれか１つの観点のキャパシタユニットを提供する。
【００１８】
第１２の観点では、上記第７の観点から第１１の観点のいずれか１つの観点のキャパシタユニットを備えたＸ線ＣＴ装置を提供する。
【００１９】
ここで、「キャパシタ部」とは、蓄電材料としてコンデンサ（condenser）を含むものを意味し、化学反応を利用する二次電池を意味しない。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、Ｘ線管への電気エネルギーの供給にキャパシタすなわちコンデンサを利用するので、寿命等による蓄電機能の低下が少なく、蓄電不良による事故を防ぐことができる。また、本発明によれば、蓄積されている電気エネルギーに基づいて、設定したスキャン条件によるスキャンが可能であるか否かを判定するので、仮に何らかの影響で充分な蓄電がされなかった場合であっても、スキャンの途中でエネルギー切れとなり装置が停止したり制御を失ったりすることがない。これにより、信頼性が高く、電源設備に対する負担を軽減することが可能なＸ線ＣＴ装置およびＸ線ＣＴ装置に取り付けるキャパシタユニットを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
【００２２】
図１は、本発明の一実施形態であるＸ線ＣＴ装置１００の構成を示すブロック（block）図である。Ｘ線ＣＴ装置１００は、図１に示すように、走査ガントリ１０と操作コンソール（console）３０とを備えている。
【００２３】
まず、走査ガントリ１０について説明する。
【００２４】
走査ガントリ１０は、撮影空間を挟んで対向配置されたＸ線管１１とＸ線検出器１２とを有する回転体１５と、Ｘ線管１１に電気エネルギーを供給する電気エネルギー供給部２０とを有している。
【００２５】
Ｘ線管１１は、例えば、陰極フィラメント（filament）と回転陽極とが真空管内に納められた構造を有しており、陰極フィラメントから発生した熱電子を電極間に印加された電圧による電場で加速させ、回転陽極に衝突させてＸ線を発生させる。なお、Ｘ線管１１は、通常、陽極における電子衝突に起因した発熱によるダメージ（damage）を抑えるため、Ｘ線の曝射条件、例えば、管電圧、管電流および曝射時間の組合せが制限される。すなわち、Ｘ線管１１は、陽極熱容量や冷却率を含む固有の熱特性を有しており、この熱特性に基づくスキャン可能条件を満たすスキャン条件下で使用される。
【００２６】
Ｘ線検出器１２は、多数のＸ線検出素子を１次元または２次元的に配列して構成されており、Ｘ線管１１から発せられ撮影空間内の被検体を透過したＸ線を検出する。この検出信号をデジタル（digital）処理することにより画像再構成に用いる投影データを得ることができる。
【００２７】
回転体１５は、アイソセンタ（iso-center）を中心とする撮影空間の周りを回るよう回転可能に走査ガントリ１０の筐体部に保持されており、回転体１５と走査ガントリ１０の筐体部とはスリップリングを介して電気的に結合されている。回転体１５は、操作コンソール３０からの制御信号によって制御される不図示のモータ（motor）を駆動することによって回転する。この回転体１５を回転させながらＸ線管１１によりＸ線を曝射させることでスキャンが行われ、画像再構成に必要な複数ビュー（view）の投影データが収集される。
【００２８】
電気エネルギー供給部２０は、電源５０から得られた交流電圧を直流電圧に変換する整流回路２１と、大容量のキャパシタ部２３と、整流回路２１とキャパシタ部２３との間に接続され、整流された直流電圧を基にキャパシタ部２３を充電する電流調整回路２２と、キャパシタ部２３に接続され、キャパシタ部２３の端子間の直流電圧を交流パルス（pulse）に変換するインバータ（inverter）２４と、インバータ２４に接続され、交流パルスを基に昇圧して高電圧を発生させる高電圧発生回路２５と、電流調整回路２２やインバータ２４の動作を制御する電気エネルギー制御部２６とを有している。
【００２９】
整流回路２１からインバータ２４までの回路は、走査ガントリ１０の筐体部に設置され、また、高電圧発生回路２５は回転体１５に設置されており、インバータ２４と高電圧発生回路２５とは、スリップリングを介して電気的に結合している。なお、インバータ２４は、電磁ノイズ（noise）の発散を抑えるなど種々の観点から、回転体１５側に設置することも考えられるが、回転体の重量を低減するという観点からは、走査ガントリ１０の筐体部側に設置することが望ましい。
【００３０】
電源５０は、２００〔Ｖ（voltage)〕あるいは４８０〔Ｖ〕の三相交流電源が一般的であるが、１００〔Ｖ〕の単相交流電源等、他の交流電源であってもよい。
【００３１】
整流回路２１は、例えば、フィルタ（filter）回路、トランス（trance）、ダイオードブリッジ（diode-bridge）整流器および平滑キャパシタ等を組み合せた構成であり、電源５０から出力される交流電圧を整流して数百〔Ｖ〕の直流電圧に変換する。
【００３２】
電流調整回路２２は、整流回路２１で整流された直流電圧を基に、予め設定された所定の許容最大電流以下で系統電流を流し、キャパシタ部２３を充電する。電流調整回路２２は、例えば、整流回路２１の一端とキャパシタ部２３の一端との間に接続されたスイッチング（switching）素子を有しており、このスイッチング素子をＰＷＭ制御でスイッチング動作させオンデューティ（on-duty）を調整することで、キャパシタ部２３に流れる系統電流を調整する。なお、この場合、スイッチング素子が導通した時のキャパシタ部２３へのラッシュ（rash）電流を抑えるため、抵抗成分とキャパシタ部２３の容量とを調整して時定数を整える。許容最大電流ｉmaxは、電源５０の定格を考慮して決めることが望ましい。スイッチング素子としては、例えば、パワーバイポーラトランジスタ（power bipolar transistor）、パワーＦＥＴ（power
field-effect transistor）、ＧＴＯ（gate turnoff thyristor）、ＩＧＢＴ（insulated gate bipolar transistor）等を考えることができる。
【００３３】
キャパシタ部２３は、電源５０から電気エネルギーを蓄積され、蓄積された電気エネルギーをスキャン時にＸ線管１１に供給するための蓄電部として機能する。キャパシタ部２３は、一般的な平滑用キャパシタと比較して容量が非常に大きいキャパシタであり、例えば、数〔Ｆ(farad)〕から数千〔Ｆ〕の容量を有する。キャパシタ部２３としては、例えば、大容量で小型化が可能な電気二重層キャパシタや高分子キャパシタ含むものが好適である。しかし、これらのキャパシタは耐電圧の小さいものが多いため、キャパシタを直列に多数接続して耐電圧を数百Ｖとしたものを用いることができる。
【００３４】
インバータ２４は、キャパシタ部２３の端子間の直流電圧を交流電圧パルスに変換し、高電圧発生回路２５に出力する。インバータ２４は、例えば、キャパシタ部２３の一端と高電圧発生回路２５の入力端子の一端との間に接続されたスイッチング素子を有しており、このスイッチング素子をスイッチング動作させることで交流電圧パルスを発生させる。
【００３５】
高電圧発生回路２５は、インバータ２４で生成された交流電圧パルスを用いて数十〔ｋＶ(kilo
voltage)〕から百数十〔ｋＶ〕程度の直流高電圧に昇圧し、Ｘ線管１１に印加する。高電圧発生回路２５は、例えば、コッククロフト（Cockcroft）方式やフライバック（flyback）方式により昇圧する。
【００３６】
電気エネルギー制御部２６は、キャパシタ部２３の電圧（端子間電圧）Ｖｃを、実測、または、種々のモニタ（monitor）信号や実行した処理内容に基づく所定のシミュレーション（simulation）により特定し、その電圧Ｖｃが所定の設定電圧値に近づくよう許容最大電流ｉmaxを上限として系統電流を流すべく、電流調整回路２２を制御する。また、操作コンソール３０と制御信号をやり取りして、Ｘ線管１１の管電圧Ｖtube、管電流ＩtubeおよびＸ線曝射時間Ｔの組合せが、設定されたスキャン条件に従うよう、インバータ２４を制御する。
【００３７】
次に、操作コンソール３０について説明する。
【００３８】
操作コンソールは、スキャン条件を設定するスキャン条件設定部３１と、少なくともキャパシタ部２３に蓄積された電気エネルギーに基づいて、設定されたスキャン条件によるスキャンが可能であるか否かを判定するスキャン可否判定部３８と、スキャン可否判定部にてスキャン可能と判定されたスキャン条件でスキャンするよう走査ガントリ１０の各部を制御するスキャン制御部３６とを備える。
【００３９】
スキャン可否判定部３８は、設定されたスキャン条件に従ってスキャンする場合におけるＸ線管１１での推定消費エネルギーＷｈestを導出する推定消費エネルギー導出部３２と、Ｘ線管１１への供給可能最大エネルギーＷｈmaxを導出する供給可能最大エネルギー導出部３３と、設定されたスキャン条件に従うスキャンが可能か否かをそれぞれ別の条件から判定するエネルギー条件可否判定部３４およびＸ線管熱特性条件可否判定部３５とを有している。
【００４０】
スキャン条件設定部３１は、操作者からの入力情報、外部機器からの入力情報、あるいは所定のアルゴリズム（algorithm）にて導出された情報等に基づいて、スキャン条件を設定する。スキャン条件は、アキシャルスキャン（axial scan）、ヘリカルスキャン（１helical scan）、シネスキャン（sine scan）等のスキャン方式、スキャン開始位置と終了位置、スキャン時に設定すべきＸ線管１１の管電圧Ｖtube、管電流ＩtubeおよびＸ線曝射時間Ｔの組合せによるシーケンス（sequence）等を含む。
【００４１】
推定消費エネルギー導出部３２は、設定されたスキャン条件に基づいて、そのスキャン条件に従ってスキャンしたときにＸ線管１１にて消費されると推定されるエネルギーである推定消費エネルギーＷｈestを導出する。推定消費エネルギー導出部３２は、例えば、次式に従って、推定消費エネルギーＷｈestを導出する。
【００４２】
【数１】
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ここで、ＶtubeはＸ線管１１の管電圧、ＩtubeはＸ線管１１の管電流、Ｐｆはエネルギー変換効率、ｔｓはスキャン開始時間、ｔｅはスキャン終了時間である。
【００４３】
供給可能最大エネルギー導出部３３は、キャパシタ部２３に既に蓄積された電気エネルギーＥｃ０と、電流調整回路２２によりスキャン中に供給される電気エネルギーＥｃ１とに基づいて、Ｘ線管１１への供給可能最大エネルギーＷｈmaxを導出する。例えば、電気エネルギー制御部２６により特定されたキャパシタ部２３の電圧Ｖｃに基づいて、キャパシタ部２３に蓄積された電気エネルギーＥｃ０を特定する。また、キャパシタ部２３の電圧Ｖｃと、設定された許容最大電流ｉmaxと、スキャン開始から終了までに要するスキャン所要時間Ｔとに基づいて、スキャン中に供給される電気エネルギーＥｃ１を概算で特定する。そして、次式に示すように、電気エネルギーＥｃ１とＥｃ０との和を、Ｘ線管１１に供給できる最大のエネルギーである供給可能最大エネルギーＷｈmaxとして導出する。なお、電気エネルギーＥｃ１の導出において、厳密には、キャパシタ部２３に蓄積された電気エネルギーの消費に伴う、キャパシタ部２３への充電電流ｉ、キャパシタ部２３の電圧Ｖｃの時間的な変動を考慮しなければならない。しかし、ここでは、計算を簡単にするため、キャパシタ部２３の電圧Ｖｃはスキャン開始時の電圧Ｖｃ（ｔｓ）、キャパシタ部２３への充電電流ｉは許容最大電流ｉmaxでそれぞれ一定であると仮定し、供給可能最大エネルギーＷｈmaxを概算で求めている。
【００４４】
【数２】
2009178375.tif 000004
【００４５】
エネルギー条件可否判定部３４は、エネルギー面での条件に基づいて、設定されたスキャン条件に従うスキャンが可能か否かを判定する。
【００４６】
図２は、推定消費エネルギーＷｈestと供給可能最大エネルギーＷｈmaxとの関係を表す概念図である。図２に示すように、Ｘ線管１１に供給されるエネルギーの源は、キャパシタ部２３に既に蓄積された電気エネルギーＥｃ１と、スキャン中にキャパシタ部２３に蓄積される電気エネルギーＥｃ１である。従って、推定消費エネルギーＷｈestは、電気エネルギーＥｃ０と電気エネルギーＥｃ１との和である供給可能最大エネルギーＷｈmaxを超えることはできない。
【００４７】
そこで、エネルギー条件可否判定部３４は、例えば、次式のように、推定消費エネルギーＷｈestが供給可能最大エネルギーＷｈmax以下であるかを判定し、肯定されるときに、設定されたスキャン条件に従うスキャンが可能であると判定する。
【００４８】
【数３】
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【００４９】
Ｘ線管熱特性条件可否判定部３５は、Ｘ線管１１の熱特性面での条件に基づいて、設定されたスキャン条件に従うスキャンが可能か否かを判定する。例えば、Ｘ線管１１の陽極の熱容量、冷却率等のファクタ（factor）に基づく所定のアルゴリズムにより、陽極にて達する温度が許容できるか否かを判定し、肯定されるときに、設定されたスキャン条件に従うスキャンが可能であると判定する。
【００５０】
スキャン制御部３６は、エネルギー条件可否判定部３４およびＸ線管熱特性条件可否判定部３５のいずれにおいてもスキャン可能と判定されたときに、設定されたスキャン条件でスキャンするよう走査ガントリ１０の各部を制御する。
【００５１】
これより、本実施形態のＸ線ＣＴ装置１００における処理の流れについて説明する。
【００５２】
図３は、本実施形態のＸ線ＣＴ装置１００における処理のフローチャート（flowchart）である。
【００５３】
ステップ（step）Ｓ１では、スキャン条件設定部３１により、例えば、操作者からの入力情報に基づいて、スキャン条件を設定する。ここでは、例えば、Ｘ線管１１の管電圧Ｖtube＝１２０〔ｋＶ〕、Ｘ線管１１の管電流Ｉtube＝１０００〔ｍＡ(milliampere)〕、エネルギー変換効率Ｐｆ＝０．８５、Ｘ線曝射時間Ｔ＝１７．４〔ｓ(second)〕とする。
【００５４】
ステップＳ２では、推定消費エネルギー導出部３２が、数式１に従って推定消費エネルギーＷｈestを導出する。
【００５５】
【数４】
2009178375.tif 000006
【００５６】
ステップＳ３では、供給可能最大エネルギー導出部３３が、電気エネルギー制御部２６にて特定されたキャパシタ部２３の電圧Ｖｃの情報を受け取って、数式２に従って供給可能最大エネルギーＷｈmaxを導出する。ここでは、例えば、許容最大電流ｉmax＝１００〔Ａ〕、Ｖｃ（ｔｓ）＝７００〔Ｖ〕、キャパシタ部２３の容量Ｃ＝１０〔Ｆ〕とする。
【００５７】
【数５】
2009178375.tif 000007
【００５８】
ステップＳ４では、エネルギー条件可否判定部３４が、数式３に示すように、推定消費エネルギーＷｈestが供給可能最大エネルギーＷｈmax以下であるかを判定する。この判定において肯定されるときには、設定されたスキャン条件に従うスキャンが可能であると判定してステップＳ５に進む。一方、この判定において否定されるときには、ステップＳ１に戻って、スキャン条件の設定をやり直す。このとき、スキャン条件設定部３１は、このエネルギー面での条件を満たす範囲内で、前回設定されたスキャン条件に近いスキャン条件候補を所定のアルゴリズムにて導出し、操作者に提示するようにしてもよい。
【００５９】
ここでは、次式の通り、推定消費エネルギーＷｈestが供給可能最大エネルギーＷｈmax以下であるから、スキャン可能と判定する。
【００６０】
【数６】
2009178375.tif 000008
【００６１】
なお、仮に、キャパシタ部２３が存在しない従来の形態では、Ｘ線管１１に供給可能なエネルギーは、電流調整回路２２によってスキャン中に供給される電気エネルギーＥｃ１のみとなる。この場合、上記の例で設定されたスキャン条件でスキャンを可能にするためには、許容最大電流Ｉmax＝１００〔Ａ〕では足りず、次式の通り、許容最大電流Ｉmax＝２０２〔Ａ〕以上必要となる（ただし、ここでは、キャパシタ部２３に代わる小容量のキャパシタは存在し、電圧７００〔Ｖ〕で供給可能であるものとする）。このように、キャパシタ部２３が存在しない場合には、短期間に必要となる比較的大きな系統電流を保障するため、設備電源に大きな負担を掛けることとなる。
【００６２】
【数７】
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【００６３】
ステップＳ５では、Ｘ線管熱特性条件可否判定部３５が、Ｘ線管１１の熱特性面での条件に基づいて、設定されたスキャン条件に従うスキャンが可能か否かを判定する。この判定において肯定されるときには、ステップＳ６に進む。一方、この判定において否定されるときには、ステップＳ１に戻って、スキャン条件の設定をやり直す。このとき、スキャン条件設定部３１は、このＸ線管１１の熱特性面での条件を満たす範囲内で、前回設定されたスキャン条件に近いスキャン条件候補を所定のアルゴリズムにて導出し、操作者に提示するようにしてもよい。
【００６４】
ステップＳ６では、スキャン制御部３６が、設定されたスキャン条件を実行すべきスキャン条件として最終確定する。
【００６５】
ステップＳ７では、スキャン制御部３６が、操作者の実行指令を受けると、ステップＳ６で確定したスキャン条件に従ってスキャンを実行し、被検体の複数ビューの投影データを収集するよう各部を制御する。なお、Ｘ線ＣＴ装置におけるこの後の一般的な処理として、収集された投影データに基づき画像データを画像再構成し、モニタ等に出力する処理が考えられるが、周知のためここでは説明を省略する。
【００６６】
以上の本実施形態によれば、Ｘ線管１１への電気エネルギーの供給にキャパシタで構成されるキャパシタ部２３を利用するので、二次電池のような寿命等による蓄電機能の低下が少なく、蓄電不良による事故を防ぐことができる。また、蓄積されている電気エネルギーに基づいて、設定したスキャン条件によるスキャンが可能であるか否かを判定するので、仮に何らかの影響でキャパシタ部２３に充分な蓄電がされなかった場合であっても、スキャンの途中でエネルギー切れとなり装置が停止したり制御を失ったりすることがない。さらに、電気エネルギー制御部２６が、電源５０から供給される系統電流を予め設定した許容最大電流ｉmax以下に保持しつつ、キャパシタ部２３の電圧が設定電圧に近づくよう電流調整回路２２を制御するので、装置の最大定格を決める系統電流を常に所定値以下に抑えながら、Ｘ線管１１による負荷が小さいときには電気エネルギーをキャパシタ部２３に蓄積し、Ｘ線管１１による負荷が大きいときにはキャパシタ部２３に蓄積された電気エネルギーをＸ線管１１へ供給することできる。これにより、信頼性が高く、電源設備に対する負担を軽減することが可能となる。
【００６７】
また、本実施形態によれば、蓄電にキャパシタを用いているので、二次電池のように頻繁な電池交換は不要であり、液漏れの心配もなく、メンテナンス性がよい。
【００６８】
また、本実施形態によれば、電流調整回路２２とキャパシタ部２３とは有線接続されているため、電磁接続に用いるコイル等が不要であり、装置全体の構成が複雑化しない。また、電磁誘導等による非接触での充電と比して、充電の時間効率がよい。
【００６９】
また、本実施形態によれば、キャパシタ部２３が、回転体１５ではなく走査ガントリ１０の筐体側に設けられているので、装置全体の大幅な設計変更や回転体の強度を保つために必要な部材コストの増大もない。また、インバータ２４を高電圧発生回路２５と切り離し、走査ガントリ１０の筐体部に設置することもでき、回転体１５の軽量化を図ることも可能である。また、キャパシタ部２３が占める容積をほとんど気にせずに設計することができ、キャパシタ部２３の容量を略自由に選択できる。
【００７０】
また、本実施形態によれば、設定されたスキャン条件毎にスキャンが可能か否かを判定するので、近年のスキャン条件の多様化にも対応できる。つまり、従来にはなかったような、Ｘ線管の管電圧、管電流、Ｘ線曝射時間等が複雑に組み合わされたスキャン条件であっても、Ｘ線管への電気エネルギーの供給が追いつくかどうかを判定した上でスキャンを行うことができる。
【００７１】
なお、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限り、種々の変更が可能である。
【００７２】
例えば、上記の実施形態では、各導出部および各判定部は操作コンソール３０に含まれているが、他の実施形態として、図４に示すように、推定消費エネルギー導出部３２、供給可能最大エネルギー導出部３３およびエネルギー条件可否判定部３４を電気エネルギー供給部２０に組み入れ、操作コンソール３０と電気エネルギー供給部２０との間で通信を行って、各種の導出および判定を順次実行してもよい。このようにすれば、操作コンソール３０の設計を大幅に変更することなく、走査ガントリ１０側の後付けによる変更だけで本発明の効果を得ることができる。
【００７３】
また例えば、上記の実施形態では、電気エネルギー供給部２０の細部構成については言及していないが、キャパシタ部２３と他の構成要素とを一体化し、それを走査ガントリ１０に取付け可能なキャパシタユニットとして構成するようにしてもよい。例えば、キャパシタ部２３と電気エネルギー制御部２６とを一体化したり、キャパシタ部２３と電流調整回路２２と電気エネルギー制御部２６とを一体化（図１において２７で表記）したりしてもよい。あるいは、キャパシタ部２３と推定消費エネルギー導出部３２と供給可能最大エネルギー導出部３３とエネルギー条件可否判定部３４とを一体化したり、キャパシタ部２３と電流調整回路２２と電気エネルギー制御部２６と推定消費エネルギー導出部３２と供給可能最大エネルギー導出部３３とエネルギー条件可否判定部３４とを一体化（図４において２８で表記）したりしてもよい。このようにすれば、既存のＸ線ＣＴ装置に対しても、その構成に応じたキャパシタユニットを走査ガントリ１０に取り付けることで、現存の施設の電源に対する負荷を軽減したり、当該電源の容量を変えずにＸ線出力の上限を引き上げたり、あるいはスキャン可否判定を行って信頼性を高めたりすることができる。
【００７４】
ところで、産業機器関連の規格である、ＮＥＣ（National Electric
Code）規格やＩＥＣ（International Electrotechnical Commission）規格では、キャパシタの放電に関する要求がある。
【００７５】
ＮＥＣ規格では、キャパシタを電源から切り離した後、６００〔Ｖ〕以上の系では、５〔分〕以内に５０〔Ｖ〕以下、６００〔Ｖ〕未満の系では、１〔分〕以内に５０〔Ｖ〕以下まで放電することが要求されている。また、ＩＥＣ６０６０１−１規格では、電源遮断後に、アクセス（access）可能な導体の残留電荷による電圧は６０〔Ｖ〕以上あってはならない、電圧が６０〔Ｖ〕を超える場合には、残留電荷は４５〔μＣ（micro-coulomb）〕を超えてはならないことになっている。つまり、これらの規格を満たすには、総合的に考えて、キャパシタの電圧を１〔分〕以内に５０〔Ｖ〕以下まで下げればよいことになる。
【００７６】
しかし、本実施形態での例のように、キャパシタが数〔Ｆ〕以上の容量を有する場合、キャパシタに蓄積されるエネルギーは非常に大きい。そのため、従来のように、キャパシタの端子間を抵抗を介して導通させ、キャパシタ部２３に蓄積されたエネルギーを熱に変換する放電方法では、熱容量を考えると抵抗が巨大化してしまい実現が難しい。また、この方法では、せっかく時間を掛けて充電した電荷を電源遮断時に毎回捨てることにもなり、エネルギーの利用効率が悪くなる。
【００７７】
そこで、ここでは、上記の規格を満たしながらキャパシタに蓄積されたエネルギーの効率的な利用を可能にする手法を提案する。
【００７８】
図５は、その手法を適用した電気エネルギー供給部２０′の主要部の一例を示す図である。電源５０には電源遮断用スイッチ（switch）Ｋmainを介して整流回路ＤＢが接続されている。整流回路ＤＢの出力端子間には、突入電流防止用の抵抗ＲssとキャパシタＣa，Ｃbの直列回路とによるＲＣ回路が接続されており、抵抗ＲssにはスイッチＫssが並列に接続されている。キャパシタＣa，Ｃbの直列回路の両端には、抵抗Ｒ1とスイッチング素子Ｑ1との直列回路が接続されている。また、キャパシタＣa，Ｃbの直列回路のＣa側の端子には電流制御回路Ｉの入力端子が接続されている。電流制御回路Ｉは、制御信号Ｉstartがオン（on）電位である間だけ、キャパシタ部Ｃsの端子間電圧に基づいて流す電流を制御する。電流制御回路Ｉの出力端子とキャパシタＣa，Ｃbの直列回路のＣb側の端子との間には、大容量のキャパシタ部Ｃsが接続されている。また、キャパシタ部Ｃsの両端子間には、キャパシタＣc，Ｃdの直列回路が接続されている。そして、キャパシタＣc，Ｃdの直列回路の両端子は、高電圧発生回路に交流電圧パルスを供給するインバータ２４の入力端子が接続されている。
【００７９】
キャパシタ部Ｃsは、図５に示すように、複数のスイッチＫ1，Ｋ2，…，Ｋn，Ｋn+1と、複数のキャパシタモジュールＣ1，Ｃ2，…，Ｃnとが入れ子状に直列に接続された構成である。キャパシタモジュールの数ｎは、個々のキャパシタモジュールに掛かる電圧が５０〔Ｖ〕以下となるように調整する。
【００８０】
図６は、電気エネルギー供給部２０′における各素子の動作状況や所定位置での電位の時間変化を示したタイムチャート（time-chart）である。
【００８１】
スイッチＫssは、電源遮断用スイッチＫmianがオンになってから所定時間Ｔss後にオンになり、電源遮断用スイッチＫmianがオフ（off）になると略同時にオフになるよう制御される。
【００８２】
スイッチング素子Ｑ1は、電源遮断用スイッチＫmainがオフしてから所定時間オンになるよう制御される。
【００８３】
また、スイッチＫ1，Ｋ2，…，Ｋn+1は、電源遮断用スイッチＫmianがオンになってから所定時間Ｔss＋Ｔc後に同時にオンになり、電源遮断用スイッチＫmianがオフになると略同時にオフになるよう制御される。
【００８４】
制御信号Ｉstartは、電源遮断用スイッチＫmainがオンしてから所定時間Ｔss＋Ｔc後にオン電位となり、電流制御回路Ｉがキャパシタ部Ｃsへの充電電流の制御を開始する。一方、制御信号Ｉstartは、電源遮断用スイッチＫmainがオフすると略同時にオフ電位となり、電流制御回路Ｉによる上記充電電流の制御を停止させる。
【００８５】
なお、一般的に、キャパシタＣａ，Ｃｂ，Ｃｃ，ＣｄおよびキャパシタモジュールＣ1，Ｃ2，…，Ｃnの各々には、電圧を適切に分圧するための比較的抵抗値の高い抵抗が並列に接続されるが、説明の簡略化のためここでは省略している。
【００８６】
また、突入電流防止用の抵抗Ｒssは、ＤＣ電位部に挿入されているが、ＡＣ電位部に挿入してもよい。
【００８７】
電源遮断用スイッチＫmain、スイッチＫssおよびキャパシタ部ＣsのスイッチＫ1，Ｋ2，…，Ｋn，Ｋn+1としては、例えば、マグネットコンタクタ（magnet contactor；電磁接触器）を用いることができる。また、複数のキャパシタモジュールＣ1，Ｃ2，…，Ｃnとしては、例えば、電気二重層キャパシタや高分子キャパシタ等を用いることができる。
【００８８】
このように構成された電気エネルギー供給部２０′の動作について説明する。
【００８９】
まず、電源遮断用スイッチＫmainがオンになると、キャパシタＣa，Ｃbの直列回路におけるＣa側の端子の電位HVDC1は、突入電流防止用の抵抗ＲssとキャパシタＣa，Ｃbとの時定数によって決まるカーブで上昇し、所定電圧Ｖdc1で一定となる。その後、電源遮断用スイッチＫmainがオンしてから所定時間Ｔss後にスイッチＫssがオンし、系統電流が抵抗Ｒssをパス（pass）して流れるようになる。電源遮断用スイッチＫmainがオンしてから所定時間Ｔss＋Ｔc後には、スイッチＫ1，Ｋ2，…，Ｋn，Ｋn+1が全て同時にオンするとともに、制御信号Ｉstartがオン電位となり、電流制御回路Ｉがキャパシタ部Ｃsへの充電を開始する。これにより、キャパシタ部Ｃsの正端子の電位HVDC2は、徐々に上昇し、所定電圧Ｖdc2で一定となる。
【００９０】
次に、電源遮断用スイッチＫmainをオフして電源５０からの入力を遮断すると、制御信号Ｉstartがオフ電位となり、スイッチング素子Ｑ1がオンし、キャパシタ部Ｃsの各スイッチＫ1，Ｋ2，…，Ｋn+1がオフになる。これにより、キャパシタＣａ，Ｃｂ，Ｃｃ，Ｃｄに蓄積された電荷は、抵抗Ｒ1およびスイッチング素子Ｑ1を通って放電され、電源遮断用スイッチＫmainがオフしてから時間Ｔoff後には電位HVDC１は５０〔Ｖ〕以下になる。また、これに並行して、電流制御回路Ｉによる充電制御は停止し、各キャパシタモジュールは端子間電圧を５０〔Ｖ〕以下で維持したままそれぞれ切り離され、電源遮断用スイッチＫmainがオフしてから時間Ｔoff後には電位HVDC2も５０〔Ｖ〕以下になる。つまり、系上のどの二点間においても５０〔Ｖ〕を超えるところがなく、規格の要求を満たすことになる。また、キャパシタモジュール毎の交換も安全に行える。
【００９１】
さらに、電源遮断用スイッチＫmainをオンして電源を再投入すると、各キャパシタモジュールには電源遮断前の電荷がそのまま捨てられずに蓄積されているので、キャパシタ部Ｃsの再充電に掛かる時間を短縮することができる。
【００９２】
このような構成および制御は、上述したキャパシタユニット化と合わせて適用することもできる。
また、このような構成および制御は、本実施形態のようなＸ線ＣＴ装置に限定されず、大容量のキャパシタを搭載するあらゆる機器に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】本発明の一実施形態によるＸ線ＣＴ装置の構成を示すブロック図である。
【図２】推定消費エネルギーと供給可能最大エネルギーとの関係を表す概念図である。
【図３】本発明の一実施形態によるＸ線ＣＴ装置における処理のフローチャートである。
【図４】本発明の他の実施形態によるＸ線ＣＴ装置の構成を示すブロック図である。
【図５】規格に準拠するための手法を適用した電気エネルギー供給部の主要部を示す図である。
【図６】規格に準拠するための手法を適用した電気エネルギー供給部の主要部における各素子の動作状況や電位の時間変化を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【００９４】
１０  走査ガントリ
１１  Ｘ線管
１２  Ｘ線検出器
１５  回転体
２０  電気エネルギー供給部
２０′  電気エネルギー供給部
２１  整流回路
２２  電流調整回路
２３  キャパシタ部
２４  インバータ
２５  高電圧発生回路
２６  電気エネルギー制御部
２７，２８  キャパシタユニット
３０  操作コンソール
３１  スキャン条件設定部
３２  推定消費エネルギー導出部
３３  供給可能最大エネルギー導出部
３４  エネルギー条件可否判定部
３５  Ｘ線管熱特性条件可否判定部
３６  スキャン制御部
３８  スキャン可否判定部
３８′  スキャン可否判定部
５０  電源
１００  Ｘ線ＣＴ装置
【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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