京都府中小企業技術センター技報№39（2011）

間欠Ｘ線パルスを用いた歯科用Ｘ線断層投影装置の開発
井尻堀［要和夫＊１将季＊２

平地克也＊３

伊藤和男＊４小笹圭司＊４旨］

歯科用断層投影装置の患者に対する被曝線量を低減するため、間欠Ｘ線パルス照射による断層投影機能を有し、軽量化、省電力化を併せて実現できる装置の実用化を目指し、主要な構成要素となるシステ
ム部の試作開発を行った。その結果、Ｘ線断層画像の良好な投影結果を得ることができ、断層投影時の患者に対する被曝線量と消費電力を１／３程度に低減できる試作装置を完成することができた。

２

１ はじめに研究開発の主要な課題の実現

朝日レントゲン工業株式会社が現在保有してい装置開発の主要な技術的要素は、間欠照射するる多関節ロボットの構造を持つ歯科用Ｘ線断層投Ｘ線源と、Ｘ線画像を 投影するフラット パネル

影装置は、撮影に要する時間中Ｘ線を連続照射しディテクター（ＦＰＤ）から成る断層投影部を構ているが、今日、より安全で人に優しいＸ線断層成する図１に示した間欠Ｘ線発生用高電圧パルス投影装置の開発が求められており、患者の被曝線発生ユニットとＦＰＤの投影同期をとり、断層投量の低減とともに、装置の低コスト化と省電力化影を可能とする投影部を実現するとともに、間欠が求められている。

パルスＸ線を発生させる高電圧電源部の省電力化、本研究は、歯科用断層投影装置の患者に対する軽量化と効果的なＥＭＣ対策を実現することにあ被曝線量を低減することを主要な技術課題として、る。図２に従来装置のＸ線発生用高電圧電源ユ間欠Ｘ線パルス照射による断層投影機能を有し、ニットの構成を参考として示す。

軽量化、省電力化を併せて実現できる装置の実用試作開発した装置では、ＦＰＤの投影・データ化を目指した試作・開発を平成21－2
2年度の２ヵ伝送のタ イミング（１透過画像の投影時間：約年のＪＳＴ地域ニーズ即応型研究として実施した

10ms、データ伝送時間：約20ms）の投影時に同期ものである。

してインバータ回路と、高電圧スイッチ回路を間欠駆動してＸ線管球に高電圧パルスを印加し、ＦＰＤのデータ伝送時には停止させることによって、患者への被曝線量の総量と停止時に軟Ｘ線発生の中丹技術支援室

＊２

応用技術課

＊３

国立舞鶴工業高等専門学校＊４

朝日レントゲン工業株式会社

原因となるスイッチからＸ線管球のプレート間に

＊１

副主査

残留する電荷を低減するとともに、投影に供しな副主査
教授

い不要な電力消費を停止させ省電力化を図るようにした。

－40－

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図２ 現有のＸ線発生用高電圧パルス発生装置の構成

図１ 間欠Ｘ線発生用高電圧パルス発生装置の構成

図３ 開発したシステム部の試作内容の全景

試作開発した間欠Ｘ線パルスを生成するシステ
ムを用いた断層投影の性能評価試験時の全景を図

図４ システム制御ユニット３に示す。図３の上部中央に配置した疑似被写体
は、人の頭部ファントムである。

－41－

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試作システムは、次の４つの回路ユニットで構

コッククロフト昇電圧回路、 高電圧パルスス成した。投影時のシステム制御には、図４の既存イッチ回路投影機構の制御ユニットを用い、Ｘ線パルス照射

性能評価試験では、頭部ファントムを360度回転とＦＰＤの投影の同期を良好に制御することがでさせてＦＰＤ255枚の透過断層像を投影し、既存のきた。

三次元断層画像を再合成するシステムソフトで図４つの構成ユニットは次のとおりである。
ＰＦＣ回路、 間欠駆動型インバータ回路、５に示す断層画像を生成した。投影時にＸ線管球に印加した電圧・電流波形を図６に示す。

図５ 間欠パルスＸ線源を用いて頭部ファントムを投影した断層投影画像

・上図：管電圧のモニタ－波形
コッククロフトの中点（GND）とプラス出力端の電圧波形を1／10000 のアッテネータを介して測定した。（2V/Div）波頭値は、約38kVに相当する。
・下図：管電流のモニタ－波形
コッククロフトの中点（GND）に帰還してくる電流波形をシ ャント 抵抗を 介して測定した。
図６高電圧スイッチング波形（2V/Div）－42－

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図７ ＰＦＣ回路ユニット

図８コッククロフト回路ユニット

これらの断層投影の試験結果によって本研究のＣ回路ユニットを示す。

主要な開発課題を概ね実現したことを確認できた。

３．２

３ 試作システムを構成する個別ユニットの動作

コッククロフト回路ユニット

本回路ユニットは、パルストランスとコッククロフト回路との２段昇電圧方法を採用した回路構システムを構成する４つの試作回路ユニットは、成とした。図８に、ハネカム巻線のパルストラン概ね目標とした機能を実現することができた。

スを装着したコッククロフト昇電圧回路ユニット

３．１ ＰＦＣ回路ユニットを示す。

ＰＦＣ回路は、駆動周波数を60kHzとし、安定した電圧可変制御機能を実現した。 図７に、ＰＦ－43－

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図９間欠駆動型インバータユニット

３．３ 間欠駆動型インバータユニット
図９に示した間欠駆動型インバータユニットは、当初に試作した共振型インバータ回路ユニットを改造して作成したもので、ＦＰＤの投影時・データ伝送に同期して間欠に駆動できるようにした。

３．４ 高電圧パルススイッチ回路ユニット
高電圧パルススイッチは、半導体の多段接続により構成し油中で動作させるようにした。スイッチ回路の出力端にＸ線管球の等価抵抗（10ＭΩ負図10－１ 44kVのスイッチング波形（中点（GND）・パルススイッチ出力端間の波形（1000：１の高電圧プローブを使用）

図10－２ 立ち上がり波形立ち上がり時間：17.
6μs

図10－３ たち下がり波形
たち下がり時間：704μs

図10 高電圧パルススイッチ開閉時のスイッチング波形－44－

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荷）を接続した状態でコッククロフト出力電圧（±影時の患者に対する被曝線量と消費電力を１／３の両極端電圧：88kV）を印加し、スイッチ回路を程度に低減できる試作装置を完成させるに至った。

30msの周期で動作させたときのスイッチ出力端システムを構成する上の４つの試作回路ユニッと中点（GND）間の電圧波形（波高値：44kV）を

トは、実用化に向けパワースイッチング回路系の

図10－１に示す。図10の波形の中点（GND）以下

高電圧・電流の過大な過渡応答を抑制し安定な動の電圧波形は、スイッチ回路が開放状態時にＸ線作を確定するための改良を進める必要があり、さ管球の等価抵抗（10ＭΩ負荷）と高電圧プローブらにシステムをアセンブルする上での小型・軽量の内部抵抗（100ＭΩ）で分圧された負電極端の電化を進めていく必要がある。

圧である。図10－２，３にスイッチング時の立ち上がり、たち下がり波形を示す。

開発したシステムを既存のＸ線断層投影装置に組み込んだ装置は、より安全で人に優しい次世代の医用装置の主流となる製品の一つであり、朝日４ まとめレントゲン工業㈱においても早期に実用化を図っ

本研究では、研究目的に提示した「間欠Ｘ線パていくことが求められている。

ルスを用いた歯科用Ｘ線断層投影装置」の主要な当該企業では、”間欠Ｘ線パルスを生成する高電構成要素となるシステム部の原型装置を試作・開圧パルス制御システム技術”を保有することがで発した。試作システムを用いたＸ線画像の投影でき、本試作・開発研究の取り組みが次世代の製品

は、“ＦＰＤの投影・データ伝送”に同期した間欠展開の技術的素地を形成していく機会とすることＸ線パルスを発生させ頭部ファントムのＸ線断層ができた。

画像の良好な投影結果を得ることができ、断層投－45－