はじめに ｜新しい技術、新しい機会
CMOS（相補型金属酸化膜半導体）検出器の急速な進歩は、X線ベースの画像診断に新たな可能性を開く。画像処理ソフトウェアは、検出器から送られてくる信号に隠された膨大な量の情報を抽出できるようになった。一般的なX線撮影用のシステムは、COPD（慢性閉塞性肺疾患）の検出など、特定のタスクに最適化することができ、その結果得られる3D画像の品質は、ほんの数年前のCTスキャナーの画像と同等です。このようなシステムのコストは、CTスキャナーの数分の一である。
検出器とソフトウェアができることを最大限に引き出すためには、X線発生装置はシステムと完全に統合されている必要があります。イメージング・チェーンの他の部分と双方向通信を行い、X線管に電力を供給し、制御し、保護する必要があります。このような課題に対応するためには、新しいパワーエレクトロニクス技術を使用する必要があり、このような複雑な製品の開発には新しいアプローチが必要です。
課題 ｜明日のX線発生装置の開発
新世代のCMOS検出器により、高フレームレートでの透視が可能になった：30フレーム/秒（FPS）が新しい装置の標準であり、60FPSが間もなく登場し、90FPSも視野に入っている。連続X線撮影、断層撮影、CINE撮影などの他の撮影技術もこれに追随している。このようなハイレート撮影には、同期したX線パルスが必要であり、これはX線管の高電圧を素早くオン・オフしなければならないことを意味する。高電圧の立ち上がりと立ち下がりの時間を短くすることが極めて重要です。その理由は2つあり、（1）画像に寄与しない患者への低線量放射線を最小限に抑えるため、（2）CMOS検出器を適切にリセットするための十分な時間を確保するためです。
高速パルシングに加えて、波形の頂点でオーバーシュートやリンギングを起こさずに最大設定電圧を達成することが望ましい。また、高品質の画像を得るために重要な、高いパルス間再現性を達成することも重要です。どの発電機もさまざまなX線管で動作する必要があり、X線管は非常に非線形な負荷です。様々な患者の解剖学的構造に対応し、幅広い動作条件に対して同じ電源品質が要求されます。
電圧と電流出力のさまざまな組み合わせに対してフィードバック・ループのパラメーターを最適化することは不可能であり、そのような解決策はシステム全体の性能に限界を設ける妥協となる。
オンザフライで適応可能な制御システムは、高性能なX線撮影システムの障害を取り除くアプローチである。
ソリューション ｜"フルデジタル "が救う
この課題に対応するため、アドバンスト・ハイ・ボルテージはX線発生装置用の完全デジタル制御高圧電源を開発しました。この制御システムは、最新世代のDSP（デジタルシグナルプロセッサ）に基づいています。これにより、校正された各動作点（システムやX線管によって14～30設定）に対するフィードバックループ補正の最適化や、その他の設定に対するパラメータの補間などの可能性が広がります。
パワーエレクトロニクス回路用に最適化されたシミュレーション・ソフトウェアと長年の実務経験を組み合わせて、ループ補償パラメータの開始セットを決定する。しかし、シミュレーションではここまでしかできません。我々の場合の「プリン」は、必要なインターフェースをすべて備えた制御ボードと、X線管が接続された高圧電源段の役割を果たすHIL404リアルタイム・シミュレーション・デバイスである。制御ボードはシステム入力を処理し、PWM MOSFET駆動信号とフィラメント電流基準を生成し、HILデバイスに送信する。HIL404は、非線形X線管を搭載した高電圧パワー・ステージをエミュレートし、PWM入力とフィラメント・リファレンス入力に対応する電圧と電流のフィードバックを送信します。基本動作に加えて、重大な故障もHILによって返される。
すべての重要な機能はHIL SCADAの仮想コントロールパネルで利用可能で、オシロスコープビューは高圧インバータの動作に重要な洞察を与えます。高電圧とフィラメントの制御には直接アクセスでき、故障も簡単にエミュレートできます。
ソフトウェアとファームウェア開発の観点から、制御ボードはHILデバイスを、選択したX線管が装填された高電圧発生器と見なす。
HILのメリット｜HILは時間とコストを節約する
HILに基づくX線発生装置開発の最も価値ある利点は、次のように要約できる：
- の同時作業：
- デジタル制御アルゴリズム、
- 発電機のファームウェア開発、
- ソフトウェアおよびGUI開発、
- ハードウェア・インターフェースとパワートレイン開発；
- ジェネレーターの開発とシステム・インテグレーションの大部分は、実際のX線管を使用せずに行うことができるため、鉛ルームや放射線防護などの必要がない。作業は、システム全体が机の上に収まるオフィス環境で行うことができる；
- 追加X線管の統合が容易で、ほとんどの作業は管の仕様に基づいて行うことができる；
- コラボレーションの強化：開発タスクを異なる場所にいるチーム間で分散できる；
- 顧客の早期参画：顧客の開発者は、発電機開発チームと並行してシステム統合に取り組むことができる；
- 生産とカスタマーサービスに関する問題のトラブルシューティングは、リモートで行うことができます；
- お客様のセットアップを素早く複製し、システム導入時に役立てることができます。
HILをエンジニアリングプロセスに統合することで、将来のハイエンドX線発生装置の開発が可能になる。この新しいアプローチは、市場投入までの時間を短縮し、ジェネレーターメーカーとシステムインテグレーター間のコラボレーションを改善します。最終的な結果は、高レベルの画像診断機能を備えたシステムであり、放射線科医に患者の質の高いケアのためのツールを提供します。
クレジット
テキスト ｜ボリス・サジック
ビジュアル｜ボリス・サジック
編集 ｜デボラ・サント
