JP2012505512A - バッテリ型ｘ線撮影装置 - Google Patents

Abstract

本発明はＸ線撮影装置に関し、さらに詳しくは、低いバッテリ電圧によりコンデンサを充電させ、コンデンサの充電電圧を使用するか、またはコンデンサとシリアル接続されているバッテリの出力電圧とコンデンサの充電電圧との合計電圧をＸ線発生電源として使用するＸ線撮影装置に関する。本発明に係るＸ線撮影装置は、バッテリ電源とコンデンサ電源とをシリアル接続してＸ線撮影装置の動作電源を提供することにより、低いバッテリ電源でもＸ線撮影装置の高い動作電源を生成することができる。また、本発明に係るＸ線撮影装置は、コンデンサ部の充電電圧を感知して、コンデンサ部への充電が完了したと判断される場合に、バッテリからコンデンサ充電部に印加される電源を遮断することにより、バッテリの電源消耗を低減することができる。

Description

本発明はＸ線撮影装置に関し、さらに詳しくは、低いバッテリ電圧によりコンデンサを充電させ、コンデンサの充電電圧を使用するか、またはコンデンサとシリアル接続されているバッテリの出力電圧とコンデンサの充電電圧との合計電圧をＸ線発生電源として使用するＸ線撮影装置に関する。

Ｘ線撮影装置は、カソードとアノードとの間の熱電子の衝突によって発生するＸ線を患者や動物の身体に透過させ、患者や動物の身体を透過したＸ線をフィルムまたはデジタルイメージパネルに現像して患者や動物の健康状態を診断する装備である。Ｘ線撮影装置は、患者や動物に痛みを与えないようにしつつも、患者や動物の骨折状態や内臓の異常の有無を手軽に診断するための装置として汎用されており、最近は、使い勝手がよく、正確に患者や動物のＸ線イメージを撮影するための種々の技術が開発されている。

特に、Ｘ線撮影装置は、可搬型Ｘ線撮影装置として製作されて、場所に拘ることがなく、必要に応じてどこでもいつでも患者や動物のＸ線イメージを撮影して患者や動物の健康状態を正しく診断することができる。

図１は、常用電源を使用する従来の可搬型Ｘ線撮影装置の機能ブロック図である。

図１を参照すると、従来の可搬型Ｘ線撮影装置１は、入力された常用交流電源を直流電源に変換する交流−直流変換部２と、高速スイッチングによって変換された直流電源を２０ＫＨｚ〜３００ＫＨｚの高周波交流電源に変換する直流−交流変換部３と、変換された高周波交流電源を高圧の交流電源に昇圧させる高電圧トランス４と、昇圧された高電圧交流電源を直流電源に再び変換してＸ線チューブ６に印加する交流−直流変換部５と、を備えている。Ｘ線チューブ６は、高真空ガラス管内に設けられた負極フィラメントに電流を印加して加熱された熱電子を発生させ、タングステンなどの金属から製作された正極のアノードに加熱された熱電子を交流−直流変換部５から印加された電位差で加速衝突させてＸ線を発生させる。

センサー部７は、Ｘ線チューブ６に印加される電圧の大きさと、Ｘ線チューブ６のフィラメントに流れる電流の大きさとを感知して、電圧制御部８および電流制御部９にそれぞれ提供する。電圧制御部８は、感知された電圧の大きさに基づいて、電圧の大きさを制御するためにパルス信号を生成し、生成されたパルス信号に基づいて、直流−交流変換部３のスイッチングオン／オフ周期を調節して、直流−交流変換部３において直流電源から変換されて生成される交流電源の周波数を制御する。また、電流制御部９は、センサー部７において感知された電流の大きさに基づいて、フィラメントトランス１０から出力される電流の大きさを制御して、結果的にＸ線チューブ７に流れる電流の大きさを制御する。

図２は、バッテリを電源として使用する従来の可搬型Ｘ線撮影装置２０の機能ブロック図である。

図２を参照すると、従来の可搬型Ｘ線撮影装置２０は、多数のバッテリがシリアル接続されて高い電圧の直流電源を直流−交流変換部２２に印加するバッテリ部２１と、高速スイッチングによってバッテリ部２１から印加された直流電源を２０ＫＨｚ〜３００ＫＨｚの高周波交流電源に変換する直流−交流変換部２２と、変換された高周波交流電源を高圧の交流電源に昇圧させる高電圧トランス２３と、昇圧された高電圧交流電源を直流電源に再び変換してＸ線チューブ６に印加する交流−直流変換部５および交流−直流変換部５から印加された高電圧直流電源を用いてＸ線を発生するＸ線チューブ２５と、を備える。

センサー部２６と、電圧制御部２７と、電流制御部２８と、フィラメントトランス２９とは、図１に示すセンサー部７と、電圧制御部８と、電流制御部９およびフィラメントトランス１０と同様に動作して、Ｘ線チューブ２５に印加される直流電圧と、フィラメントに印加される電流の大きさとを制御する。

しかしながら、図１に示す常用電源を用いた従来の可搬型Ｘ線撮影装置１は、Ｘ線撮影装置１の動作電源として常用交流電源を利用する。そのため常用電源が使用可能な場所でしか使用することができず、また、長い接続線を介して常用電源が使用可能な場所から可搬型のＸ線撮影装置を使用する場所まで常用電源を導き出して可搬型のＸ線撮影装置１に常用電源を印加しなければならないという不都合がある。

図２に示すバッテリを用いた従来の可搬型Ｘ線撮影装置２０は、バッテリのみを用いて高い電圧の直流電源を生成し、このため、多数のバッテリをシリアル接続して使用する必要がある。したがって、従来のバッテリを用いた可搬型Ｘ線撮影装置は、高体積・高重量であり、ユーザが実際に可搬型Ｘ線撮影装置２０を移動させつつ使用することが不便であった。さらに、従来の可搬型Ｘ線撮影装置２０は必ず常用電源を用いてバッテリを充電しなければならないため、緊急に可搬型Ｘ線撮影装置２０を使用する必要がある場合に、自動車用充電器または太陽電池などの低電圧にて簡単に充電することが困難である。

通常、Ｘ線撮影装置は、平均電力容量は少ないのに対し、Ｘ線撮影時に用いられる瞬時の電力容量は大幅に増大するという特性を有する。本発明は、このようなＸ線撮影装置の特性を活かして、従来のＸ線撮影装置が有する問題点を克服するためになされたものであり、本発明が達成しようとする目的は、低いバッテリ電源により高い動作電源を生成することのできるＸ線撮影装置を提供することである。

本発明が達成しようとする他の目的は、動作電源として低いバッテリ電源を用いて、軽量化・低体積化・さらなる可搬化を図ることのできるＸ線撮影装置を提供することである。

本発明が達成しようとするさらに他の目的は、常用電源に加えて、自動車用充電器または太陽電池などの低い電圧でもバッテリを充電して使用することのできるＸ線撮影装置を提供することである。

上述した目的を達成するために、本発明に係るＸ線撮影装置は、バッテリの第１の大きさの直流電源を受け取って第２の大きさの直流電源を生成するコンデンサ充電部と、第２の大きさの直流電源によって充電されるコンデンサ部と、コンデンサ部の充電電源の大きさを感知してバッテリからコンデンサ充電部に印加される電源の大きさを制御する制御部と、コンデンサ部の充電電源を用いて高電圧直流電源を生成する高電圧生成部と、生成された高電圧直流電源を用いてＸ線を発生するＸ線発生部と、を備える。

好ましくは、制御部は、コンデンサ部の充電電圧の大きさを感知する感知部と、バッテリからコンデンサ充電部に印加される電源を遮断するスイッチ部と、感知されたコンデンサ部の充電電圧の大きさに応じてスイッチ部の動作をオン／オフ制御するか、またはコンデンサ充電部を介してコンデンサ部に提供される電源の大きさを制御する充電制御部と、を備える。ここで、充電制御部は、第１の臨界値以下である場合に、コンデンサ部が定電流で充電されるようにスイッチをオン制御し、コンデンサ部の充電電圧の大きさが第１の臨界値以上、第２の臨界値以下である場合に、コンデンサ部の充電電流の大きさが減少するようにスイッチをオン／オフ制御し、コンデンサ部の充電電圧の大きさが第２の臨界値以上である場合に、スイッチをオフ制御する。

本発明に係るＸ線撮影装置は、従来の可搬型Ｘ線撮影装置と比較して、下記の効果を有する。

まず、第一に、本発明に係るＸ線撮影装置は、バッテリ電源とコンデンサ電源とをシリアル接続してＸ線撮影装置の動作電源を提供することにより、低いバッテリ電源でもＸ線撮影装置の高い動作電源を生成することができる。

第二に、本発明に係るＸ線撮影装置は、低いバッテリ電源を用いることにより、軽量化および低体積化を図ることができ、ユーザは、Ｘ線撮影装置を携帯して使用することができる。

第三に、本発明に係るＸ線撮影装置は、多数のキャパシタがシリアル接続されたコンデンサ部を用いることにより、高い動作電圧が求められる場合に、キャパシタの数を増やすだけで容易に変形して製作されることができる。

第四に、本発明に係るＸ線撮影装置は、コンデンサ部の充電電圧を感知して、コンデンサ部への充電が完了したと判断される場合に、バッテリからコンデンサ充電部に印加される電源を遮断することにより、バッテリの電源消耗を低減することができる。

第五に、本発明に係るＸ線撮影装置は、低い電源のバッテリを使用することから、車両用充電器または太陽電池などの低い電圧でもバッテリを充電して使用することができる。

常用電源を使用する従来の可搬型Ｘ線撮影装置の機能ブロック図である。 バッテリを電源として使用する従来の可搬型Ｘ線撮影装置２０の機能ブロック図である。 本発明の一実施形態に係るＸ線撮影装置の機能ブロック図である。 本発明の他の実施形態に係るＸ線撮影装置の機能ブロック図である。 本発明に係る制御部の一例に対する機能ブロック図である。 本発明に係るコンデンサ部の充電電圧および充電電流の一例を示す図である。

以下、添付図面に基づき、本発明に係るＸ線撮影装置を詳述する。
図３は、本発明の一実施形態に係るＸ線撮影装置の機能ブロック図である。

図３を参照すると、本発明の一実施形態に係るＸ線撮影装置は、低電圧、例えば、２４Ｖの電源を供給するバッテリ部１１０は、出力電圧をコンデンサ充電部１３０に印加する。コンデンサ充電部１３０は、制御部１２０の制御によって、バッテリ部１１０から印加された第１の大きさの直流電源を第２の大きさの直流電源に変換してコンデンサ部１４０に提供する。コンデンサ部１４０は、コンデンサ充電部１３０からの第２の大きさの直流電源によって充電される。

以下、バッテリ部１１０からの第１の大きさの直流電源を第２の大きさの直流電源に変換するコンデンサ充電部１３０の動作を詳述する。バッテリ部１１０からの第１の大きさの直流電源は、高速スイッチングされて高周波交流電源に変換される。変換された交流電源はより高い交流電源に昇圧され、昇圧された交流電源は整流器を介して第２の大きさの直流電源に変換される。本発明に係るコンデンサ充電部１３０は、例えば、バッテリから入力された第１の大きさの直流電源を交流電源に変換する直流−交流変換器と、変換された交流電源を昇圧させる変圧器と、昇圧された交流電源を整流して第２の大きさの直流電源を生成する整流器と、を備えている。変圧器の１次コイルに印加された交流電源は、２次コイルにおいて昇圧された交流電源で誘起される。変圧器の１次コイルおよび２次コイルは互いに絶縁されている。

以下、図５に基づき、バッテリ部１１０とコンデンサ充電部１３０との間に介装されてバッテリ部１１０からコンデンサ充電部１３０に印加される電源を制御する制御部１２０の動作を詳述する。制御部１２０は、コンデンサ充電部１３０を介して充電されるコンデンサ部１４０の電圧の大きさを感知する感知部１２１と、バッテリ部１１０からコンデンサ充電部１３０に印加される電源を遮断するスイッチ部１２３と、感知されたコンデンサ部１４０の充電電圧の大きさに応じてスイッチ部１２３の動作をオン／オフ制御するか、または、コンデンサ充電部１３０を介してコンデンサ部１４０に提供される電源の大きさを制御する充電制御部１２５と、を備えている。好ましくは、充電制御部１２５は、定電流／定電圧方式によりコンデンサ部１４０が充電できるようにコンデンサ充電部１３０において生成される直流電源の大きさを制御する。以下、図６に基づき、充電制御部１２５の制御動作例を説明する。充電制御部１２５は、スイッチ部をオン制御するとともに、コンデンサ充電部１３０に印加された第１の大きさのバッテリ電源が所定の大きさの電流値ＩＴ１に変換されてコンデンサ部１４０を定電流で充電するように制御する。充電制御部１２５は、感知部１２１を介してコンデンサ部１４０の充電電圧を感知し続け、感知されたコンデンサ部１４０の充電電圧の大きさに基づいて、コンデンサ部１４０の充電電圧の大きさが第１の臨界値ＶＴ１を超えるタイミングＴ１で、コンデンサ部１４０への充電電流の大きさを減らすように制御する。充電制御部１２５は、コンデンサ部１４０への充電電流の大きさを減少させるために、スイッチのオン時間を短縮させてオフ時間を延ばしたり、またはコンデンサ充電部１３０において生成される電源の大きさを減少させる。スイッチ部１２３のオン／オフ時間を制御するために、充電制御部１２５は、スイッチ部１２３のオン／オフ時間に対応するパルス制御信号を生成し、生成されたパルス制御信号に基づいてスイッチ部１２３をオン／オフ制御する。

一方、充電制御部１２５は、感知部１２１を介して感知されたコンデンサ部１４０の充電電圧の大きさが第２の臨界値ＶＴ２に達するタイミングＴ２において、スイッチ部１２３をオフ制御してバッテリ部１１０の電源を遮断し、バッテリ部１１０の電源がコンデンサ充電部１３０に印加され続けることを防止する。好ましくは、第２の臨界値ＶＴ２はコンデンサ部１４０の目標充電電圧である。続けて、充電制御部１２５は、コンデンサ部１４０の充電電圧の大きさを感知し、コンデンサ部１４０の充電電圧の大きさが放電によってさらに第１の臨界値または第２の臨界値以下に低下する場合に、コンデンサ部１４０の充電を再開する。

充電制御部１２５の他の制御動作例を説明すると、充電制御部１２５は、感知部１２１を介してコンデンサ部１４０の充電電圧を感知し続ける。感知されたコンデンサ部１４０の充電電圧の大きさに基づいて、コンデンサ部１４０の充電電圧の大きさが第２の臨界値ＶＴ２に達するまで、スイッチ部１２３をオン制御するとともに、コンデンサ充電部１３０に印加された第１の大きさのバッテリ電源が所定の大きさの電流値ＩＴ１に変換されてコンデンサ部１４０を定電流で充電するように制御する。一方、コンデンサ部１４０の充電電圧の大きさが第２の臨界値ＶＴ２を超える場合に、スイッチ部１２３をオフにしてバッテリ部１１０の電源がコンデンサ充電部１３０に印加され続くことを防止する。充電制御部１２５は、コンデンサ部１４０の充電電圧の大きさを感知し続け、コンデンサ部１４０の充電電圧の大きさが放電によってさらに第２の臨界値以下に低下する場合に、コンデンサ部１４０の充電を再開する。

コンデンサ部１４０には高容量のキャパシターが多数互いにシリアル接続されており、コンデンサ部１４０およびバッテリ部１１０も互いにシリアル接続されているため、コンデンサ部１４０の充電電圧の大きさと、バッテリ部１１０の出力電圧の大きさは加算されて、加算された大きさの電圧が高電圧生成部１５０に提供される。

高電圧生成部１５０は、直流−交流変換部１５１、高電圧トランス１５３および交流−直流変換部１５５を備えている。直流−交流変換部１５１は、高速スイッチングによって入力された直流電源を高周波交流電源に変換し、高電圧トランス１５３は高周波交流電源を高圧の交流電源に変換して電圧の大きさを増大させ、交流−直流変換部１５５は高圧の交流電源を直流電源に再び変換してＸ線チューブ１６０に提供する。Ｘ線チューブ１６０は、高電圧生成部１５０からの直流電源を用いてＸ線を発生する。

図４は、本発明の他の実施形態に係るＸ線撮影装置の機能ブロック図である。

図４を参照すると、本発明の他の実施形態に係るＸ線撮影装置において、コンデンサ充電部２３０は、制御部２２０の制御によってバッテリ部２１０から印加された第１の大きさの直流電源を第２の大きさの直流電源に変換してコンデンサ部２４０を充電する。制御部２２０は、バッテリ部２１０とコンデンサ充電部２３０との間に介装されており、コンデンサ部２４０の充電電圧を感知してバッテリ部２１０からコンデンサ充電部２３０に印加される電源を制御する。

コンデンサ部２４０には高容量のキャパシターが互いに多数シリアル接続されており、コンデンサ部１４０の充電電圧が高電圧生成部１５０に提供される。高電圧生成部１５０は、直流−交流変換部１５１と、高電圧トランス１５３および交流−直流変換部１５５を備えており、コンデンサ部２４０から印加された直流電源を増幅して高圧の直流電源を生成する。Ｘ線チューブ１６０は、高電圧生成部１５０からの直流電源を用いてＸ線を発生する。

図４に示す本発明の他の実施形態において、高電圧生成部２５０は、コンデンサ部２４０の充電電圧のみを用いてＸ線チューブ２６０に提供される高圧の直流電源を生成するという点で、図３に示す本発明の一実施形態と相違点があり、図４のＸ線撮影装置を構成する構成要素の動作と図３のＸ線撮影装置を構成する構成要素の動作とは、互いに同様である。このため、図４に示す本発明の他の実施形態に係るＸ線撮影装置を構成する構成要素２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、２６０に関する説明は、図３に示す本発明の一実施形態に係るＸ線撮影装置を構成する構成要素１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０に基づかれる。

本発明は図示の実施形態を参考として説明されたが、これは単なる例示的なものに過ぎず、この技術分野において通常の知識を持った者であれば、これより様々な変形例および均等な他の実施形態が得られるという点が理解できるであろう。よって、本発明の真の技術的な保護範囲は、特許請求の範囲の技術的思想によって定められるべきである。

本発明に係るバッテリ型Ｘ線撮影装置は、小型化が可能であることから、携帯し易く、使い勝手がよいというメリットを有する。このため、本発明に係るバッテリ型Ｘ線撮影装置は、従来の固定型Ｘ線撮影装置または携帯用Ｘ線撮影装置に代えうるものであり、人間や動物を診断するための各種の医療分野に採用可能である。

Claims (6)

1. バッテリの第１の大きさの直流電源を受け取って第２の大きさの直流電源を生成するコンデンサ充電部と、
   前記第２の大きさの直流電源によって充電されるコンデンサ部と、
   前記コンデンサ部の充電電源の大きさを感知して前記バッテリから前記コンデンサ充電部に印加される電源の大きさを制御する制御部と、
   前記コンデンサ部の充電電源を用いて高電圧直流電源を生成する高電圧生成部と、
   前記生成された高電圧直流電源を用いてＸ線を発生するＸ線発生部と、
   を備えることを特徴とするＸ線撮影装置。
2. 前記バッテリおよび前記コンデンサ部は互いにシリアル接続されており、前記高電圧生成部は、前記シリアル接続されているバッテリおよびコンデンサ部の直流電源を受け取って高電圧直流電源を生成することを特徴とする請求項１に記載のＸ線撮影装置。
3. 前記制御部は、
   前記コンデンサ部の充電電圧の大きさを感知する感知部と、
   前記バッテリから前記コンデンサ充電部に印加される電源を遮断するスイッチ部と、
   前記感知されたコンデンサ部の充電電圧の大きさに応じて前記スイッチ部の動作をオン／オフ制御するか、または前記コンデンサ充電部を介して前記コンデンサ部に提供される電源の大きさを制御する充電制御部と、
   を備えることを特徴とする請求項１または２に記載のＸ線撮影装置。
4. 前記充電制御部は、
   第１の臨界値以下である場合に、前記コンデンサ部が定電流で充電されるように前記スイッチをオン制御し、
   前記コンデンサ部の充電電圧の大きさが前記第１の臨界値以上、第２の臨界値以下である場合に、前記コンデンサ部の充電電流の大きさが減少するように前記スイッチをオン／オフ制御し、
   前記コンデンサ部の充電電圧の大きさが第２の臨界値以上である場合に、前記スイッチをオフ制御することを特徴とする請求項３に記載のＸ線撮影装置。
5. 前記コンデンサ部は、定電圧／定電流充電方式により充電されることを特徴とする請求項４に記載のＸ線撮影装置。
6. 前記コンデンサ部は、シリアル接続された多数のキャパシタから構成されていることを特徴とする請求項３に記載のＸ線撮影装置。
   

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