[發明專利]用于X射線管的供電單元

有效

• 申請號: 201180059809.6
• 申請日: 2011-12-05
• 公開（公告）號: CN103262659A
• 公開（公告）日: 2013-08-21
• 發明（設計）人: P·呂爾肯斯
• 申請（專利權）人: 皇家飛利浦電子股份有限公司
• 主分類號: H05G1/58
• 分類號: H05G1/58;H05G1/22
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 王英;劉炳勝

技術領域

本發明涉及用于生成供應X射線源（例如X射線管）的高輸出電壓的供電單元，并且具體應用于計算機斷層攝影（CT）應用，其中，所述輸出電壓包括至少兩個不同的高輸出電壓水平。此外，本發明涉及一種X射線成像系統，包括X射線源、探測器和適于提供至少兩個不同的高輸出電壓水平的供電單元。另外，本發明涉及一種用于生成不同的高輸出電壓水平的方法。

背景技術

由X射線管提供的X射線的光譜組成取決于電子束的加速電壓。X射線量子的能量隨著加速電壓而增大。由于活體中所有不同種類的組織具有不同的吸收性質，這依賴于撞擊在相關組織上的X射線的能量，該效應可以被用于區分不同的組織成分，并且因此允許對各種病理情況更具體的診斷，例如腫瘤、腎結石，或血管中的斑塊沉積。

在計算機斷層攝影系統中，成像裝置繞感興趣的人體旋轉，同時在小角位移之后拍攝新的圖片幀。每幀均在預定義的時間窗口內拍攝，所述時間窗口主要取決于探測器的分辨率和旋轉速度。受機械約束和電子復雜性的影響，個體檢查期間所有的時間窗口均具有相同的持續時間。如果幾個幀是在不同的能量水平拍攝的，則除了3D圖片的一般結果之外還可以檢查組織的類型。例如，可以每隔一幀在不同的能量水平拍攝。

為了達到光譜與最佳圖像重建之間的最佳分離，X射線管的供給電壓在各自幀的暴露時間期間應保持恒定。如果不同的能量水平緊跟在彼此之后不久，例如每隔一幀，還需要保持不同電壓水平之間的過渡盡可能地短，或者在檢查活人的情況中，用于防止過渡期間來自所述X射線管的輻射。中間水平的輻射使圖像品質下降，并且將未使用的輻射劑量施加到患者上，并且一般對于獲得高品質圖像是沒有用的。

CT系統的效率敏感度在較高電子束能量要高得多，并且反之亦然。因此，通過充分加熱，陰極的發射電流必須被選擇為足夠高，在給定時間范圍（例如100μs）內以足夠的信噪比對低能量圖像幀取樣。結果是由于在較高電壓的高敏感度，在較高加速電壓拍攝的圖像容易過曝。為了避免這種情況，必須通過減少發熱再次減小發射電流。該過程需要幾十到幾百毫秒，這對于逐幀切換能量水平而言顯然太慢。因此，這通常是通過縮短在較高電壓的暴露時間來實現的。盡管在低電壓下的暴露在整個時間窗口上延續，但是高電壓水平的暴露僅覆蓋時間窗口的部分，這是通過在幾個毫秒內用柵極開啟和關閉X射線管來完成的。

另一個要求是，由于幾何原因，工作脈沖，即具有X射線輻射和探測器的暴露的周期，必須出現在暴露時間窗口的中部。

又一要求是實現對高電壓到低電壓幀捕獲的序列的最大選擇自由度，即，在一個電壓若干幀配準的任何組合可以接著是在某個其他電壓任意其他數目的配準，例如，在兩個電壓水平V_n和V_m的幀捕獲的比率等于n：m的比率，其中n和m為整數。

額外的要求是，例如，當CT機架的旋轉速度降低時，可以將用于捕獲單個圖像幀的預定時間窗口從最小值，例如100μs，調節至較長的值，例如500μs。

還有的要求是，用于實現雙光譜或多光譜X射線束的器件體積小、質量輕且效率高。

以雙能量檢查覆蓋使用范圍的相當簡單的方法是：首先在一個方向以一個能量水平進行螺旋掃描，并且然后以另一能量水平返回相同路徑。該方法被稱作“背靠背掃描（back-to-back-scanning）”。顯而易見，這些在不同方向的兩次掃描之間存在相當大的時間延遲，如果感興趣人體或器官的位置在這些兩次掃描步驟之間已有改變，該時間延遲可能導致錯誤配準。

已知在每個完整周期施加不同的能量水平，該方法被稱作“交替掃描”。如果感興趣的器官正快速移動，例如在心臟的情況下，用這種掃描方法仍可能存在錯誤配準。

還已知通過調制高電壓生成器，控制用于改變X射線管的加速電壓的高電壓供應，其可以在一ms量級的時間常數下完成。與之相反，在高旋轉速率時相繼的幀之間的時間差可能小至100μs，其不能由目前的生成器概念產生。

WO2010/015960A1示出了一種X射線系統，包括輻射源、高電壓生成器以及生成具有非零幅值的調制電壓波的調制波生成器，所述調制波生成器與源電壓相組合，并且在至少兩個不同電壓之間調制所述源電壓。