JP6173700B2

JP6173700B2 - Ｘ線高電圧装置及びｘ線ｃｔ装置

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Publication number: JP6173700B2
Application number: JP2013011183A
Authority: JP
Inventors: 文雄石山
Original assignee: Toshiba Medical Systems Corp
Current assignee: Canon Medical Systems Corp
Priority date: 2013-01-24
Filing date: 2013-01-24
Publication date: 2017-08-02
Anticipated expiration: 2033-01-24
Also published as: JP2014140528A

Description

本発明の実施形態は、Ｘ線高電圧装置及びＸ線ＣＴ装置に関する。

従来、Ｘ線ＣＴ（Computed Tomography）装置において、スキャン中にＸ線管電圧を低い電圧（例えば、８０ｋＶ）と高い電圧（例えば、１３５ｋＶ）とに高速で切り替え、異なったエネルギー分布を持ったＸ線ビームによる画像を解析することで、被検体の構成元素の違いを映像化して、石灰化した組織部と造影剤による血管の像とを分離しようとする試みがある。

このような異なるエネルギー分布を持ったＸ線ビームを得る方法としては、例えば、回転架台にＸ線管とＸ線検出器とを回転中心を挟んで対向配置し、回転架台の回転中に高速で管電圧を可変する方法がある。この方法による高速ＫＶスイッチングＣＴ用Ｘ線高電圧装置の一方式として、高圧発生器に交流電力を供給するインバータを間欠動作させ、三角波状の管電圧を発生させる方法が知られている。しかしながら、上述した従来技術では、Ｘ線管の特性の変化に伴って、管電圧波形が変化してしまう場合があった。

特開２０１２−１００９１３号公報

本発明が解決しようとする課題は、Ｘ線管の特性が変化しても、安定な管電圧波形を得ることができるＸ線高電圧装置及びＸ線ＣＴ装置を提供することである。

実施形態のＸ線高電圧装置は、出力電圧変化手段と、検出手段と、取得手段と、補正手段とを有する。出力電圧変化手段は、Ｘ線管に出力される電圧の電圧値を、架台の回転と同期して変化させる。検出手段は、前記出力電圧変化手段によって電圧値が変化された電圧を検出する。取得手段は、前記検出手段によって検出された電圧の電圧値を取得する。補正手段は、前記検出手段によって検出された電圧の電圧値に応じて、前記Ｘ線管におけるフィラメント電流制御を補正する。前記取得手段は、前記検出手段によって検出される電圧において、前記出力電圧変化手段によって前記電圧の電圧値が下降から上昇に転じるタイミングに同期して前記電圧の電圧値を取得する。

図１は、第１の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の構成の一例を示す図である。図２Ａは、従来技術に係るＸ線高電圧装置の構成の一例を示す図である。図２Ｂは、高速ＫＶスイッチング動作の一例を説明するための図である。図３は、Ｘ線管の経年によるエミッション特性の変化を説明するための図である。図４は、管電流の変化に伴う高速ＫＶスイッチング動作における三角波状の波形の変化を説明するための図である。図５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図である。図６は、第１の実施形態に係るＳ＆Ｈによるサンプリング処理の一例を説明するための図である。図７は、第１の実施形態に係るＸ線高電圧装置における動作タイミングを説明するためのタイミングチャートである。図８Ａは、第１の実施形態に係るＸ線高電圧装置による管電圧波形の安定化を説明するための図である。図８Ｂは、第１の実施形態に係るＸ線高電圧装置による管電圧波形の安定化を説明するための図である。

（第１の実施形態）
Ｘ線ＣＴ装置は、Ｘ線管から被検体にＸ線を照射し、被検体を透過したＸ線を検出器により検出することで、被検体内における組織形態情報を示すＸ線ＣＴ画像の再構成を行う装置である。図１を用いて、第１の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の構成について説明する。図１は、第１の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置１の構成の一例を示す図である。図１に例示するように、第１の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置１は、架台装置１０と、寝台装置２０と、コンソール装置３０とを有する。

架台装置１０は、被検体ＰにＸ線を照射し、被検体Ｐを透過したＸ線を検出してコンソール装置３０に出力する。かかる架台装置１０は、Ｘ線高電圧装置１１と、Ｘ線管１２と、Ｘ線検出器１３と、データ収集部１４と、回転フレーム１５と、架台駆動部１６と、架台寝台制御部１７とを有する。

Ｘ線高電圧装置１１は、架台寝台制御部１７による制御に従って、Ｘ線管１２に対して高電圧を供給する。Ｘ線管１２は、Ｘ線高電圧装置１１から供給される高電圧によってＸ線を発生する真空管であり、回転フレーム１５の回転に伴って、被検体Ｐに対してＸ線を照射する。すなわち、Ｘ線高電圧装置１１は、Ｘ線管１２に供給する管電圧や管電流を調整することで、被検体Ｐに対して照射されるＸ線量を調整する。

ここで、本実施形態に係るＸ線高電圧装置１１及びＸ線管１２とは、図１に示すように、Ｘ線発生装置１００として機能する。そして、本実施形態に係るＸ線発生装置１００は、架台の回転（回転フレーム１５の回転）に同期して、Ｘ線管１２に出力する電圧の電圧値を変化させる。すなわち、Ｘ線発生装置１００は、デュアルエナジー（Dual Energy）型のＸ線ＣＴ装置１に適用されるＸ線発生装置である。なお、Ｘ線発生装置１００の詳細については、後述する。

Ｘ線検出器１３は、被検体Ｐを透過したＸ線を検出する２次元アレイ型検出器（面検出器）であり、複数チャンネル分のＸ線検出素子を配してなる検出素子列が被検体Ｐの体軸方向（図１に示すＺ軸方向）に沿って複数列配列されている。具体的には、第１の実施形態におけるＸ線検出器１３は、被検体Ｐの体軸方向に沿って３２０列など多列に配列されたＸ線検出素子を有し、例えば、被検体Ｐの肺や心臓を含む範囲など、広範囲に被検体Ｐを透過したＸ線を検出することが可能である。

データ収集部１４は、Ｘ線検出器１３によって検出されたＸ線を用いて投影データを生成し、生成した投影データをコンソール装置３０の画像処理部３４に送信する。回転フレーム１５は、被検体Ｐを中心にして、高速でかつ連続的に回転する円環状のフレームであり、Ｘ線管１２及びＸ線検出器１３が対向して配置される。

架台駆動部１６は、架台寝台制御部１７による制御に従って、架台を駆動する。具体的には、架台駆動部１６は、モータの駆動によって回転フレーム１５を高速に連続回転させ、被検体Ｐを中心とした円軌道上でＸ線管１２及びＸ線検出器１３を連続回転させる。架台寝台制御部１７は、後述するスキャン制御部３６による制御に従って、Ｘ線高電圧装置１１、架台駆動部１６及び寝台駆動部２１を制御する。

寝台装置２０は、撮影対象の被検体Ｐを載置する台であり、寝台駆動部２１と、天板２２とを有する。寝台駆動部２１は、架台寝台制御部１７による制御に従って、モータの駆動によって、天板２２を被検体Ｐの体軸方向に連続して往復移動する。天板２２は、被検体Ｐを載置する板である。

コンソール装置３０は、操作者によるＸ線ＣＴ装置１の操作を受け付けるとともに、架台装置１０によって収集された投影データからＸ線ＣＴ画像を再構成する。具体的には、コンソール装置３０は、入力部３１と、表示部３２と、システム制御部３３と、画像処理部３４と、画像データ記憶部３５と、スキャン制御部３６とを有する。

入力部３１は、Ｘ線ＣＴ装置１の操作者が各種指示や各種設定の入力に用いるマウスやキーボードなどを有し、操作者から受け付けた指示や設定の情報を、システム制御部３３に転送する。例えば、入力部３１は、操作者から腫瘍の浸潤度を算出する旨の操作や、Ｘ線ＣＴ画像を再構成する際の再構成条件の入力操作等を受け付ける。表示部３２は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）などのディスプレイであり、各種情報を表示する。例えば、表示部３２は、画像データ記憶部３５によって記憶されているＸ線ＣＴ画像や、操作者から各種指示を受け付けるためのＧＵＩ（Graphical User Interface）などを表示する。

システム制御部３３は、架台装置１０、寝台装置２０及びコンソール装置３０を制御することによって、Ｘ線ＣＴ装置１全体の制御を行う。例えば、システム制御部３３は、スキャン制御部３６を制御して３次元投影データを収集させる。また、例えば、システム制御部３３は、画像処理部３４を制御して３次元投影データからＸ線ＣＴ画像を再構成させる。

画像処理部３４は、データ収集部１４から受信した３次元投影データに対して各種処理を行う。具体的には、画像処理部３４は、データ収集部１４から受信した３次元投影データに対して感度補正などの前処理を行い、前処理後の３次元投影データを逆投影処理することで、３次元Ｘ線ＣＴ画像（以下、「ボリュームデータ」と表記する場合がある）を再構成する。そして、画像処理部３４は、再構成後のボリュームデータを画像データ記憶部３５に格納する。また、画像処理部３４は、例えば、ＳＶＲ（Shaded Volume Rendering）法等により立体感のあるＸ線ＣＴ画像を生成したり、任意面の断面画像を生成したりして、生成したＸ線ＣＴ画像を画像データ記憶部３５に格納する。

画像データ記憶部３５は、画像処理部３４によって再構成されたボリュームデータやＸ線ＣＴ画像等を記憶する。スキャン制御部３６は、システム制御部３３から指示されたスキャン条件に基づき架台寝台制御部１７を制御する。

以上、第１の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置１の構成の一例について説明した。かかる構成のもと、第１の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置１は、後述するＸ線高電圧装置１１により、Ｘ線管１２の特性が変化しても、安定な管電圧波形を得ることができるように構成される。本実施形態に係るＸ線発生装置１００においては、回転フレーム１５の回転中心を挟んでＸ線検出器１３と対向配置されたＸ線管１２に供給される電圧（以下、管電圧と記載）を高速で変化させる高速ＫＶスイッチングＣＴ用Ｘ線高電圧装置が適用される。具体的には、Ｘ線発生装置１００に適用される高速ＫＶスイッチングＣＴ用Ｘ線高電圧装置は、高圧発生器に交流電力を供給するインバータを間欠動作させて、三角波状の管電圧を発生させる装置である。

ここで、従来のＸ線高電圧装置において、Ｘ線管の特性の変化に伴って、管電圧波形が変化してしまう場合について説明する。図２Ａは、従来技術に係るＸ線高電圧装置の構成の一例を示す図である。図２Ａに示すように、従来技術に係るＸ線高電圧装置は、インバータと、高電圧発生器と、フィラメント加熱回路と、フィラメントトランスとを備え、図示しないインバータ制御回路によってインバータが間欠動作して、三角波状の管電圧を発生させる。

すなわち、図２Ａに示すＸ線高電圧装置では、インバータ制御回路がインバータに対して交流電圧を発生させるタイミング信号を送信する。インバータはインバータ制御回路から受信したタイミング信号に応じて、高電圧発生器の高圧トランスに対して交流電圧を供給する。高電圧発生器は、高圧トランスにて電圧を昇圧し、整流器及びコンデンサにて整流及び平滑して、Ｘ線管に直流高電圧を供給する。

ここで、Ｘ線管のフィラメントは、フィラメントトランスを介したフィラメント加熱回路からの出力により、フィラメント電流（Ｉｆ）が流され、熱電子を放出する温度に加熱された状態となっている。かかる状態で直流高電圧が印加されることにより、Ｘ線管は、Ｘ線を放射する。このようなＸ線高電圧装置において、高速ＫＶスイッチング動作は、インバータに対してインバータ制御回路から送信されるタイミング信号によって制御される。

図２Ｂは、高速ＫＶスイッチング動作の一例を説明するための図である。図２Ｂにおける上側の図は、縦軸を管電圧（ｋＶ）、横軸を時間（ｔ）とした管電圧の時間変化グラフを示す。また、図２Ｂにおける下側の図は、上側の時間変化グラフで管電圧を発生させるためのインバータの動作サイクルを示す。図２Ｂに示すように、三角波状の管電圧を発生させる高速ＫＶスイッチング動作においては、インバータの動作時に管電圧が上昇し、インバータの停止時に管電圧が下降する。例えば、高速ＫＶスイッチング動作においては、図２Ｂに示すように、管電圧ｋＶ１と管電圧ｋＶ２との高速で切替える際に、三角波状の管電圧を発生させる。このとき、管電圧がｋＶ１までの下降時間、すなわち、インバータの停止期間は予め調整される。

このような管電圧の三角波状の波形は、Ｘ線管に流れるフィラメント電流（Ｉｆ）によって変化する。従って、フィラメント電流を一定に保つことで、管電圧の三角波状の波形が一定に保たれる。ここで、三角波上の波形において管電圧が下降する際の傾きは、Ｘ線高電圧装置の静電容量と、Ｘ線管のエミッション特性によって決定される。Ｘ線高電圧装置の静電容量は、以下の式に示すように、Ｘ線高電圧装置の出力コンデンサ容量「Ｃ₀」と、高圧ケーブル及びＸ線管内の浮遊容量「Ｃ_x」との和である。

１／（１／Ｃ₁＋１／Ｃ₂）＋Ｃ_x＝Ｃ₀＋Ｃ_x

また、Ｘ線管のエミッション特性は、管電流「Ｉｐ」とフィラメント電流「Ｉｆ」との対応を示すものである。ここで、Ｘ線管のエミッション特性は、Ｘ線管の経年変化によって変化する。図３は、Ｘ線管の経年によるエミッション特性の変化を説明するための図である。図３の（Ａ）においては、Ｘ線管の使い始めにおけるエミッション特性の変化を示す。また、図３の（Ｂ）においては、Ｘ線管を長期間使用した場合のエミッション特性の変化を示す。また、図３の（Ａ）及び図３の（Ｂ）においては、縦軸に管電流「Ｉｐ」を示し、横軸にフィラメント電流「Ｉｆ」を示す。

例えば、Ｘ線管の使い始めの場合には、Ｘ線管のフィラメントからの電子放出能が低いため、図３の（Ａ）に示すように、Ｘ線管のそもそものエミッション特性を示す初期特性と比較して、エミッション特性が右側にシフトする。その結果、フィラメント電流が一定に保たれている場合、管電流は低減する。

一方、Ｘ線管を長期間使用した場合には、Ｘ線管のフィラメントがやせてしまうため、図３の（Ｂ）に示すように、初期特性と比較して、エミッション特性が左側にシフトする。その結果、フィラメント電流が一定に保たれている場合、管電流は増加する。

このように、Ｘ線管は、使用された使用歴によって管電流が変化するため、高速ＫＶスイッチング動作における三角波状の波形が変化する。図４は、管電流の変化に伴う高速ＫＶスイッチング動作における三角波状の波形の変化を説明するための図である。図４の（Ａ）においては、管電流が低減した場合、すなわち、Ｘ線管の使い始めにおける波形の変化を示す。また、図４の（Ｂ）においては、管電流が増加した場合、すなわち、Ｘ線管が長期間使用時における波形の変化を示す。また、図４の（Ａ）及び図４（Ｂ）においては、縦軸に管電圧「ｋＶ」を示し、横軸に時間「ｔ」を示す。

例えば、Ｘ線管の使い始めに管電流が低減した場合には、図４の（Ａ）に示すように、管電圧の波形における下降時に管電圧がｋＶ２からｋＶ１まで下がりきらずに上昇に転じ、上端でｋＶ２を越えてしまう。すなわち、管電流が低減した場合には、高速ＫＶスイッチング動作における三角波状の波形は、上側にシフトすることとなる。

一方、Ｘ線管を長期間使用して管電流が増加した場合には、図４の（Ｂ）に示すように、管電圧がｋＶ１よりも下に下がって上昇に転じ、上端でｋＶ２まで達しない。すなわち、管電流が増加した場合には、高速ＫＶスイッチング動作における三角波状の波形は、下側にシフトすることとなる。

このように、従来のＸ線高電圧装置においては、Ｘ線管の特性の変化に伴って、管電圧波形が変化してしまう場合がある。そこで、本実施形態に係るＸ線高電圧装置１１は、Ｘ線管の特性が変化しても、安定な管電圧波形を得ることができるように構成される。図５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図である。

図５に示すように、Ｘ線高電圧装置１１は、インバータ制御回路１１０と、インバータ１２０と、高電圧発生器１３０と、フィラメント加熱回路１４０と、フィラメントトランス１５０と、実効値・直流変換回路（ＲＭＳ／ＤＣ）１６０と、誤差増幅器１７０と、増幅器（Ａｍｐ）１８０と、サンプルアンドホールド回路（Ｓ＆Ｈ）１９０と、基準信号設定器２００と、補正用誤差増幅器２１０とを備え、Ｘ線管１２に高電圧を供給する。

インバータ制御回路１１０は、架台寝台制御部１７から投影データ収集タイミング信号（ＶｉｅｗＴｉｍｉｎｇ）と、Ｘ線照射信号（Ｘ−ＲＡＹ）とを受付けて、インバータの動作タイミングを制御するタイミング信号をインバータ１２０に送信する。具体的には、インバータ制御回路１１０は、架台の回転と同期して投影データを収集する基準となる投影データ収集タイミングとＸ線を照射する基準となるＸ線照射信号とに基づいて、インバータの動作の開始／停止を制御するインバータ制御タイミング信号をインバータに送信する。例えば、インバータ制御回路１１０は、投影データ収集タイミング信号の１／２の周波数でインバータ制御タイミング信号を送信する。

ここで、インバータ制御回路１１０は、インバータの動作の停止は、インバータ制御タイミング信号の送信を停止することで制御するが、これは管電圧のスイッチング周波数及びスイッチング時の管電流に依存する管電圧の上昇時間に基づいて実行される。すなわち、インバータ制御回路１１０は、予め設定された時間に応じて、インバータ制御タイミング信号の送信を停止する。例えば、インバータ制御回路１１０は、図２Ｂに示すように、インバータの動作６サイクル分の時間でインバータ制御タイミング信号の送信を停止する。

インバータ１２０は、インバータ制御回路１１０の制御のもと、高電圧発生器１３０に交流電圧を供給する。例えば、インバータ１２０は、投影データ収集タイミング信号の１／２の周波数で交流電圧の供給を開始して、予め設定された時間に応じて供給を停止する。

高電圧発生器１３０は、図５に示すように、高圧トランスと、高圧整流器と、高圧コンデンサと、出力電圧検出分圧抵抗器とを有し、Ｘ線管１２に直流高電圧を供給する。高圧トランスは、インバータ１２０から供給される交流電圧を昇圧する。具体的には、高圧トランスは、交流電圧の入力側の一次コイルと、高圧整流器への出力側の二次コイルとが、コア（鉄心）に巻きつけられており、一次コイルに交流電圧が印加されることで、変動磁場が発生し、二次コイルに電圧が発生する。ここで、変圧比は、二次コイルと一次コイルの巻数に比例することから、例えば、二次コイルの巻数を一次コイルの巻数の２倍にすることで、交流電圧を２倍に昇圧させることができる。

高圧整流器は、高圧トランスによって昇圧された交流電圧を直流電圧に変換する。高圧コンデンサは、高圧整流器によって変換された直流電圧を平滑化する。出力電圧検出分圧抵抗器は、Ｘ線管１２に供給される直流高電圧を検出する。すなわち、出力電圧検出分圧抵抗器は、インバータ制御回路１１０の制御によって電圧値が変化された電圧を検出する。

フィラメント加熱回路１４０は、Ｘ線管のフィラメントを加熱するためのフィラメント電流を出力する。フィラメントトランス１５０は、フィラメント加熱回路１４０によって出力されたフィラメント電流によって励磁され、Ｘ線管１２のフィラメントから熱電子を放出させる。

実効値・直流変換回路（ＲＭＳ／ＤＣ）１６０は、ＣＴ（ＣｕｒｒｅｎｔＴｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）などで検出したフィラメント過熱回路１４０からの出力電流を直流電圧に変換する。

誤差増幅器１７０は、架台寝台制御部１７によって出力制御されたフィラメント電流設定電圧と、実効値・直流変換回路（ＲＭＳ／ＤＣ）１６０の出力とを受付けて、フィラメント加熱回路１４０を駆動させる。具体的には、誤差増幅器１７０は、フィラメント電流設定電圧が上昇するとフィラメント加熱回路１４０からの出力電流を上昇させ、ＲＭＳ／ＤＣ１６０の出力が上昇するとフィラメント加熱回路１４０からの出力電流を下降させるように動作する。すなわち、フィラメント電流設定電圧が一定である場合に、誤差増幅回路１７０は、ＲＭＳ／ＤＣ１６０の出力を受付けて、フィラメント加熱回路１４０から出力されるフィラメント電流を一定に保つためのフィードバック制御にかかる動作をする。

ここで、本実施形態に係るＸ線高電圧装置１１においては、図５に示すように、誤差増幅器１７０が後述する補正用誤差増幅器２１０の出力を受付けることにより、フィラメント加熱回路１４０から出力されるフィラメント電流を変化させる。なお、補正用誤差増幅器２１０の出力については、後述する。

増幅器（Ａｍｐ）１８０は、高電圧発生器１３０の出力電圧検出分圧抵抗器によって検出された高電圧発生器１３０の出力電圧を増幅して、サンプルアンドホールド回路（Ｓ＆Ｈ）１９０に出力する。具体的には、Ａｍｐ１８０は、スイッチング動作中の管電圧の三角波状の波形をＳ＆Ｈ１９０に出力する。

サンプルアンドホールド回路（Ｓ＆Ｈ）１９０は、高電圧発生器１３０の出力電圧検出分圧抵抗器によって検出された電圧の電圧値を取得する。具体的には、Ｓ＆Ｈ１９０は、出力電圧検出分圧抵抗器によって検出される電圧において、インバータ制御回路１１０によって電圧の電圧値が変化されるタイミングに同期して電圧の電圧値を取得する。例えば、Ｓ＆Ｈ１９０は、インバータ制御回路１１０によって電圧の電圧値が下降から上昇に転じるタイミングに同期して電圧の電圧値を取得する。以下、下降から上昇に転じるタイミングの電圧値を谷電圧と記す場合がある。

一例を挙げると、Ｓ＆Ｈ１９０は、インバータ制御回路１１０から出力されるインバータ制御タイミング信号に基づいて、Ａｍｐ１８０から出力されるスイッチング動作中の管電圧の三角波状の波形において下降から上昇に転じるタイミングの電圧値を取得する。図６は、第１の実施形態に係るＳ＆Ｈ１９０によるサンプリング処理の一例を説明するための図である。図６においては、縦軸に管電圧（ｋＶ）を示し、横軸に時間（ｔ）を示す。そして、図６においては、管電圧が８０ｋＶと１３５ｋＶとの間で三角波状の波形で推移する場合について示す。

例えば、Ｓ＆Ｈ１９０は、インバータ制御回路１１０からインバータ制御タイミング信号が出力されたタイミング、すなわち、インバータ１２０の動作開始のタイミングで管電圧の電圧値をサンプリングすることで、図６に示すように、電圧値が下降から上昇に転じるタイミングに同期して電圧値を取得する。すなわち、管電圧に変化がなければ、Ｓ＆Ｈ１９０は、８０ｋＶに相当する信号を取得することとなる。

図５に戻って、基準信号設定器２００は、電圧の電圧値の基準となる基準値を発生する。具体的には、基準信号設定器２００は、Ｓ＆Ｈ１９０によって取得される電圧値のずれを算出するための基準信号を出力する。例えば、管電圧が８０ｋＶと１３５ｋＶとの間で三角波状の波形で推移する場合に、基準信号設定器２００は、−８０ｋＶに相当する信号を発生する。すなわち、Ｓ＆Ｈ１９０によって取得されるプラスの電圧値との合算により、Ｓ＆Ｈ１９０によって取得される電圧値が８０ｋＶからずれた分の電圧値の情報を補正用誤差増幅器２１０に出力することができる。

例えば、管電流が低減して、管電圧が８０ｋＶまで下がりきらない場合には、プラスの電圧信号が補正用誤差増幅器２１０に入力され、管電流が増加して、管電圧が８０ｋＶよりも下に下がった場合には、マイナスの電圧信号が補正用誤差増幅器２１０に入力される。

補正用誤差増幅器２１０は、Ｓ＆Ｈ１９０によって検出された電圧の電圧値に応じて、Ｘ線管１２におけるフィラメント電流制御を補正する。具体的には、補正用誤差増幅器２１０は、フィラメント電流を制御するための誤差増幅器１７０に対して、谷電圧が設定よりも高い場合にフィラメント電流を上げるように補正し、谷電圧が設定よりも低い場合にフィラメント電流を下げるように補正する。

本実施形態に係るＸ線高電圧装置１１は、上述した構成によりＸ線管の特性が変化しても、安定な管電圧波形を得ることができる。ここで、Ｘ線高電圧装置１１における動作タイミングを説明する。図７は、第１の実施形態に係るＸ線高電圧装置１１における動作タイミングを説明するためのタイミングチャートである。図７においては、横方向を時間軸として、投影データ収集タイミング信号と、インバータ制御タイミング信号と、インバータの動作と、ＫＶスイッチング動作中の管電圧波形と、サンプルアンドホールド回路１９０の動作を示す。

例えば、Ｘ線高電圧装置１１は、図７に示すように、投影データ収集タイミング信号の１／２の周波数でインバータ制御タイミング信号を出力してインバータ１２０を動作させる。このとき、インバータ制御タイミング信号は、管電圧の上昇時間に基づいて予め設定された期間出力される。

インバータの動作は、インバータ制御タイミング信号の立ち上がり時から開始され、インバータ制御タイミング信号の停止に伴って、停止される。ここで、管電圧の波形は、インバータが動作している間上昇し、インバータが停止すると下降に転じる。すなわち、管電圧の波形は、インバータの動作の開始と停止に応じて上昇と下降を繰り返すことで、三角波状の波形となる。そして、Ｓ＆Ｈ１９０は、インバータ制御タイミング信号の立ち上がり時、すなわち、インバータ動作の開始時に、管電圧の電圧値をサンプリングする。

そして、Ｘ線高電圧装置１１は、図５に示す構成を備え、図７に示すように、管電圧の電圧値をサンプリングすることで、Ｘ線管の特性が変化しても、安定な管電圧波形を得ることができる。以下、図８Ａ及び図８Ｂを用いて、Ｘ線高電圧装置１１による管電圧波形の安定化について説明する。図８Ａ及び図８Ｂは、第１の実施形態に係るＸ線高電圧装置１１による管電圧波形の安定化を説明するための図である。図８Ａにおいては、Ｘ線管１２の使い始めの時点での管電圧波形の安定化を示す。また、図８Ｂにおいては、Ｘ線管１２を長期間使用した時点での管電圧波形の安定化を示す。

ここで、図８Ａ及び図８Ｂにおいては、動作を分かりやすくするために、フィラメント電流の補正がない場合にＫＶスイッチング動作中の管電圧波形が所定の管電圧波形からずれている状態から、補正動作によって所定の管電圧波形に移行する様子を示す。

例えば、図８Ａに示すように、Ｘ線管１２の使い始めに熱電子の放出が減少する方向にＸ線管１２のエミッション特性が変化した場合、管電流が所定の値よりも下がるため、インバータ１２０の停止中に管電圧が下降しにくくなり、谷電圧が上側にシフトする。かかる場合、Ｓ＆Ｈ１９０の出力電圧が上がり、補正用誤差増幅器２１０の出力電圧が下がる。その結果、図８Ａに示すように、フィラメント電流を制御するための誤差増幅器１７０の出力電圧が上がり、フィラメント電流は増加する。これにより、インバータ１２０の停止中における管電圧の下降が速まり、谷電圧が徐々に下がりＫＶスイッチング波形は所定の管電圧の間で変化するように制御される。

また、例えば、図８Ｂに示すように、Ｘ線管１２を長期間使用して熱電子の放出が増加する方向にエミッション特性が変化した場合、管電流が所定の値よりも上がるため、インバータ１２０の停止中に管電圧が下降しやすくなり、谷電圧が下側にシフトする。かかる場合、Ｓ＆Ｈ１９０の出力電圧が下がり、補正用誤差増幅器２１０の出力電圧が上がる。その結果、図８Ｂに示すように、フィラメント電流を制御するための誤差増幅器１７０の出力電圧が下がり、フィラメント電流は減少する。これにより、インバータ１２０の停止中における管電圧の下降が緩やかになり、谷電圧が徐々に上がりＫＶスイッチング波形は所定の管電圧の間で変化するように制御される。

なお、図８Ａ及び図８Ｂにおいては、管電圧波形からずれている状態から、補正動作によって所定の管電圧波形に移行する様子を示しているが、実際には、Ｘ線管１２のエミッション特性の変化はゆっくりと生じるため、管電圧波形は図示するほどずれることなく、その前に補正されることとなる。また、図５に示すように、コンデンサと抵抗器を用いることによって、補正用誤差増幅器２１０の応答を遅く設定することによって、ＲＭＳ／ＤＣ１６０によるフィードバック制御と安定的に共存させることができる。

上述したように、第１の実施形態によれば、インバータ制御回路１１０は、Ｘ線管１２に出力される電圧の電圧値を、架台の回転と同期して変化させる。高電圧発生器１３０の出力電圧検出分圧抵抗器は、インバータ制御回路１１０によって電圧値が変化された電圧を検出する。Ｓ＆Ｈ１９０は、出力電圧検出分圧抵抗器によって検出された電圧の電圧値を取得する。補正用誤差増幅器２１０は、Ｓ＆Ｈ１９０によって取得された電圧の電圧値に応じて、Ｘ線管１２におけるフィラメント電流制御を補正する。従って、第１の実施形態に係るＸ線高電圧装置１１は、Ｘ線管１２の特性が経時変化しても、安定な管電圧波形を得ることを可能にする。

また、第１の実施形態によれば、Ｓ＆Ｈ１９０は、出力電圧検出分圧抵抗器によって検出される電圧において、インバータ制御回路１１０によって電圧の電圧値が変化されるタイミングに同期して電圧の電圧値を取得する。従って、第１の実施形態に係るＸ線高電圧装置１１は、管電圧波形における同一箇所で正確に管電圧の電圧値を取得することを可能にする。

また、第１の実施形態によれば、Ｓ＆Ｈ１９０は、出力電圧検出分圧抵抗器によって電圧の電圧値が下降から上昇に転じるタイミングに同期して電圧の電圧値を取得する。従って、第１の実施形態に係るＸ線高電圧装置１１は、管電圧の変化を容易に検出することを可能にする。

また、第１の実施形態によれば、基準信号設定器２００は、電圧の電圧値の基準となる基準値を発生する。補正用誤差増幅器２１０は、Ｓ＆Ｈ１９０よって取得された電圧の電圧値と、基準信号設定器２００によって発生された基準値との差分を算出し、基準値に対して電圧の電圧値が高い場合にフィラメント電流を大きくし、基準値に対して電圧の電圧値が低い場合にフィラメント電流を小さくする。従って、第１の実施形態に係るＸ線高電圧装置１１は、管電圧波形の変化をより正確に補正することを可能にする。

（第２の実施形態）
さて、これまで第１の実施形態について説明したが、上述した第１の実施形態以外にも、種々の異なる形態にて実施されてよいものである。

上述した第１の実施形態では、谷電圧をサンプリングして、フィラメント電流を補正する場合について説明した。しかしながら、実施形態はこれに限定されるものではなく、例えば、管電圧が上昇から下降に転じる時点の電圧をサンプリングして、フィラメント電流を補正する場合であってもよい。

かかる場合には、Ｓ＆Ｈ１９０は、インバータ制御タイミング信号の出力が停止された時点の電圧をサンプリングする。また、基準信号設定器２００は、高い電圧として設定された電圧値を基準信号として出力する。

また、例えば、管電圧の上昇時の電圧をサンプリングして、フィラメント電流を補正する場合であってもよい。かかる場合には、例えば、Ｓ＆Ｈ１９０は、インバータ制御タイミング信号が出力されるサイクル数に基づいて、電圧値をサンプリングする。一例を挙げると、Ｓ＆Ｈ１９０は、図２Ｂに示すインバータ動作のサイクル数において、４サイクル目の立ち上がり時点で電圧値をサンプリングする。基準信号設定器２００は、４サイクル目の立ち上がり時点で達する電圧値を基準信号として出力する。

以上説明したとおり、第１及び第２の実施形態によれば、Ｘ線管の特性が変化しても、安定な管電圧波形を得ることができる。

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。

１Ｘ線ＣＴ装置
１１Ｘ線高電圧装置
１２Ｘ線管
１３Ｘ線検出器
１００Ｘ線発生装置
１１０インバータ制御回路
１２０インバータ
１３０高電圧発生器
１４０フィラメント加熱回路
１５０フィラメントトランス
１６０ＲＭＳ／ＤＣ
１７０誤差増幅器
１８０増幅器
１９０サンプルアンドホールド回路（Ｓ＆Ｈ）
２００基準信号設定器
２１０補正用誤差増幅器

Claims

Ｘ線管に出力される電圧の電圧値を、架台の回転と同期して変化させる出力電圧変化手段と、
前記出力電圧変化手段によって電圧値が変化された電圧を検出する検出手段と、
前記検出手段によって検出された電圧の電圧値を取得する取得手段と、
前記取得手段によって取得された電圧の電圧値に応じて、前記Ｘ線管におけるフィラメント電流制御を補正する補正手段と、
を備え、
前記取得手段は、前記検出手段によって検出される電圧において、前記出力電圧変化手段によって前記電圧の電圧値が下降から上昇に転じるタイミングに同期して前記電圧の電圧値を取得することを特徴とするＸ線高電圧装置。
前記電圧の電圧値の基準となる基準値を発生する基準値発生手段をさらに備え、
前記補正手段は、前記取得手段によって取得された前記電圧の電圧値と、前記基準値発生手段によって発生された基準値との差分を算出し、前記基準値に対して前記電圧の電圧値が高い場合にフィラメント電流を大きくし、前記基準値に対して前記電圧の電圧値が低い場合に前記フィラメント電流を小さくすることを特徴とする請求項１に記載のＸ線高電圧装置。
Ｘ線管に出力される電圧の電圧値を、架台の回転と同期して変化させる出力電圧変化手段と、
前記出力電圧変化手段によって電圧値が変化された電圧を検出する検出手段と、
前記検出手段によって検出された電圧の電圧値を取得する取得手段と、
前記取得手段によって取得された電圧の電圧値に応じて、前記Ｘ線管におけるフィラメント電流制御を補正する補正手段と、
を有し、
前記取得手段は、前記検出手段によって検出される電圧において、前記出力電圧変化手段によって前記電圧の電圧値が下降から上昇に転じるタイミングに同期して前記電圧の電圧値を取得するＸ線高電圧装置を備えたことを特徴とするＸ線ＣＴ装置。