用于x射線系統(tǒng)中的快速千伏切換的系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]一般來(lái)說(shuō)，本文所公開(kāi)的主題涉及電壓切換系統(tǒng)，以及更具體來(lái)說(shuō)，涉及用于成像系統(tǒng)、例如診斷X射線成像系統(tǒng)中的電壓切換的方法和設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]在常規(guī)計(jì)算機(jī)控制斷層掃描(CT)X射線成像系統(tǒng)中，X射線源將錐形X射線束發(fā)射到受檢者或?qū)ο蟆⒗缁颊呋蛐欣罴?。射束?jīng)受檢者衰減之后照射到輻射探測(cè)器陣列上。在控測(cè)器陣列所接收的經(jīng)衰減射束輻射的強(qiáng)度取決于受檢者對(duì)X射線束的衰減。探測(cè)器陣列的各探測(cè)器元件產(chǎn)生指示那個(gè)特定探測(cè)器元件所接收的X射線強(qiáng)度的獨(dú)立電信號(hào)。電信號(hào)經(jīng)過(guò)量化并且傳送給數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)供分析，這一般引起圖像的呈現(xiàn)。
[0003]CT成像系統(tǒng)可包括能量鑒別(ED)、多能量(ME)和/或雙能量(DE) CT成像系統(tǒng)，其可稱作EDCT、MECT和/或DECT成像系統(tǒng)。EDCT、MECT和/或DECT成像系統(tǒng)配置成測(cè)量能量敏感投影數(shù)據(jù)?？赏ㄟ^(guò)修改X射線管的工作電壓或者利用X射線束濾波技術(shù)(例如能量敏感X射線生成技術(shù))，或者通過(guò)使用能量鑒別的探測(cè)器或者采用光子計(jì)數(shù)探測(cè)器或雙層探測(cè)器(例如能量敏感X射線探測(cè)技術(shù))的能量敏感數(shù)據(jù)獲取，使用多個(gè)所施加X(jué)射線譜來(lái)獲取能量敏感投影數(shù)據(jù)。
[0004]通過(guò)X射線生成技術(shù)，各種系統(tǒng)配置利用X射線管的工作電壓的修改，包括:(I)使用X射線管的不同工作電壓從對(duì)象的兩個(gè)依次掃描來(lái)獲取投影數(shù)據(jù)，(2)利用X射線管的工作電壓的快速切換來(lái)獲取投影數(shù)據(jù)，以獲取投影視圖的交替子集的低能量和高能量信息，或者(3)使用具有X射線管的不同工作電壓的多個(gè)成像系統(tǒng)來(lái)并發(fā)獲取能量敏感信息。
[0005]EDCT/MECT/DECT提供允許材料表征的能量鑒別能力。例如，在對(duì)象散射不存在的情況下，系統(tǒng)利用來(lái)自兩個(gè)所施加光子譜、即低能量和高能量入射X射線譜的信號(hào)。低能量和高能量入射X射線譜的特征通常在于所施加X(jué)射線束的平均能量。例如，低能量X射線譜包括具有較低能量光子的X射線光子，從而產(chǎn)生相對(duì)于高能量X射線譜的較低平均能量。來(lái)自低能量和高能量X射線譜的所探測(cè)信號(hào)、從兩個(gè)不同所施加譜(X射線生成技術(shù))或者通過(guò)相同所施加譜的區(qū)域(X射線探測(cè)技術(shù))提供充分信息，以估計(jì)被成像材料的有效原子數(shù)。X射線衰減機(jī)制(康普頓散射或光電吸收)或者兩個(gè)基本材料(通常為用于患者掃描的水和鈣)的能量敏感衰減性質(zhì)通常用來(lái)實(shí)現(xiàn)有效原子數(shù)的估計(jì)。
[0006]雙能量掃描能夠得到診斷CT圖像，其通過(guò)利用能量敏感測(cè)量來(lái)增強(qiáng)圖像中的對(duì)比度分離。為了促進(jìn)能量敏感測(cè)量的處理，所施加X(jué)射線譜在積分周期期間應(yīng)當(dāng)是恒定的。例如，獲取低能量和高能量投影數(shù)據(jù)的交織子集(與兩個(gè)獨(dú)立掃描)的這類CT系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)進(jìn)行操作以在獲取間隔期間將加速電壓保持穩(wěn)定。另外，從一個(gè)電壓電平到另一個(gè)電壓電平的變化應(yīng)當(dāng)非?？焖侔l(fā)生。不太穩(wěn)定的X射線管工作電壓和/或較慢工作電壓切換時(shí)間引起所施加X(jué)射線譜的有效平均能量(時(shí)變X射線譜的平均能量的平均數(shù))的差的減小，這降低表征不同材料中的系統(tǒng)的保真度。
[0007]因此，雖然例如通過(guò)使用高頻發(fā)生器來(lái)切換X射線管電位(電壓)可解決與常規(guī)雙能量掃描(獲取對(duì)于對(duì)象的交替掃描的能量敏感投影數(shù)據(jù))相關(guān)的問(wèn)題的一部分，這種配置不一定始終提供某些成像應(yīng)用所需的切換速度。例如，因心臟運(yùn)動(dòng)而不能通過(guò)簡(jiǎn)單地切換人胸的兩個(gè)依次掃描之間的X射線源電位，來(lái)有效地執(zhí)行心臟成像。此外，對(duì)于將X射線電位的快速切換用于投影角的子集的系統(tǒng)，X射線管電位的切換速度對(duì)于為心臟成像固定運(yùn)動(dòng)所需的快速掃描架旋轉(zhuǎn)可能不是充分的。部分因連接裝置和X射線管的電纜的電容，常常存在高頻發(fā)生器與X射線管之間的切換工作電位的響應(yīng)的延遲。
[0008]響應(yīng)時(shí)間的延遲取決于X射線管的X射線束電流，因?yàn)樯涫娏饕矌椭蜃璧K關(guān)聯(lián)系統(tǒng)電容的放電。相應(yīng)地，將發(fā)生器從第一(低)電壓或低kVp電平切換到第二(高)電壓或高kVp電平中的上升時(shí)間受到高壓發(fā)生器的功率限制，其對(duì)許多醫(yī)療應(yīng)用中的雙能量成像可能是未達(dá)最佳標(biāo)準(zhǔn)的。類似地，將高kVp切換到低kVp電平之間的下降時(shí)間因?qū)ο到y(tǒng)電容的放電的需要而一般非常緩慢，其有效地降低所施加譜的能量分離，從而引起降低材料表征靈敏度因此引起雙能量成像的有效性。因此，這些不充分切換速度常常導(dǎo)致投影數(shù)據(jù)對(duì)不一致性，從而引起重構(gòu)圖像中的條紋偽影。另外，用于行李檢查的許多工業(yè)CT系統(tǒng)利用固定陽(yáng)極管配置，其具有作為某個(gè)數(shù)量級(jí)或者比與采用旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極技術(shù)的醫(yī)療CT系統(tǒng)配合使用的X射線束電流要低許多的X射線束電流。因此，切換X射線管的工作電壓所需的時(shí)間極長(zhǎng)。
[0009]對(duì)于射線照相X射線成像系統(tǒng)，上述限制也適用。射線照相X射線系統(tǒng)獲取被成像對(duì)象的一個(gè)或多個(gè)視圖，其可作為二維投影圖像來(lái)呈現(xiàn)，或者在獲取若干更多投影數(shù)據(jù)的一些情況下，作為使用層析X射線照相組合技術(shù)所生成的三維圖像來(lái)呈現(xiàn)。例如因?qū)l(fā)生器連接到X射線管的高壓電纜的電容、X射線管電容本身、發(fā)生器的功率以及可限制切換速度的X射線束電流，與切換速度有關(guān)的上述限制適用于X射線射線照相或?qū)游鯴射線照相組合系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]某些實(shí)施例考慮用于改進(jìn)電力系統(tǒng)控制的電子系統(tǒng)，其包括:第一電感器，包括第一端子和第二端子；切換布置，包括:第一二極管，包括陰極端子和陽(yáng)極端子；第二二極管，包括陰極端子和陽(yáng)極端子；第一開(kāi)關(guān)，包括第一端子和第二端子；第二開(kāi)關(guān)，包括第一端子和第二端子；電容器，包括第一端子和第二端子；以及能量操縱電路，包括第一端子和第二端子，能量操縱電路的第一端子與第一開(kāi)關(guān)的第二端子電聯(lián)系，其中電感器、切換布置和電容器與至少一個(gè)電壓源串聯(lián)電聯(lián)系。
[0011]在一些實(shí)施例中，電感器、切換布置和電容器與至少一個(gè)電壓源串聯(lián)電聯(lián)系。在一些實(shí)施例中，第一二極管的陽(yáng)極端子與第二二極管的陽(yáng)極端子電聯(lián)系；其中第一開(kāi)關(guān)的第一端子與第一二極管的陰極端子電聯(lián)系，以及第一開(kāi)關(guān)的第二端子與第一二極管的陽(yáng)極端子電聯(lián)系，其中第二開(kāi)關(guān)的第一端子與第二二極管的陽(yáng)極端子電聯(lián)系，以及第二開(kāi)關(guān)的第二端子與第二二極管的陰極端子電聯(lián)系，并且其中能量操縱電路的第一端子與第一二極管的陽(yáng)極端子電聯(lián)系。
[0012]在一些實(shí)施例中，該系統(tǒng)還包括連接到所有開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)定時(shí)控制單元，其中開(kāi)關(guān)定時(shí)控制包括計(jì)算開(kāi)關(guān)的通和斷定時(shí)的例程，以在低到高轉(zhuǎn)變和高到低轉(zhuǎn)變之后對(duì)電容器重新建立適當(dāng)初始條件。在一些實(shí)施例中，能量操縱電路包括電阻器。在一些實(shí)施例中，能量操縱電路包括:電阻器，包括第一端子和第二端子；第二電感器，包括第一端子和第二端子；以及第三二極管，包括陰極端子和陽(yáng)極端子，其中第二電感器與電阻器串聯(lián)電聯(lián)系，第二電感器和電阻器共同與第三二極管并聯(lián)，其中能量操縱電路的第一端子與第三二極管的陰極端子電聯(lián)系。在一些實(shí)施例中，能量操縱電路包括:第三開(kāi)關(guān)，包括第一端子和第二端子；第二電感器，包括第一端子和第二端子；第三二極管，包括陰極端子和陽(yáng)極端子；以及第四二極管，包括陰極端子和陽(yáng)極端子，其中第二電感器經(jīng)由電氣結(jié)點(diǎn)與第三開(kāi)關(guān)串聯(lián)電聯(lián)系，第二電感器和第三開(kāi)關(guān)共同與第三二極管并聯(lián)，其中能量操縱電路的第一端子與第三二極管的陰極端子電聯(lián)系，并且其中第四二極管的陽(yáng)極端子與電氣結(jié)點(diǎn)電聯(lián)系。
[0013]在一些實(shí)施例中，第一開(kāi)關(guān)和第二開(kāi)關(guān)包括BJT晶體管、MOSFET IGBT、晶閘管或者任何開(kāi)關(guān)裝置，開(kāi)關(guān)裝置可由Si (硅)、SiC (碳化硅)、氮化鎵或者適合構(gòu)建開(kāi)關(guān)裝置的任何其他半導(dǎo)體材料來(lái)制作。在一些實(shí)施例中，至少一個(gè)電壓源包括圍繞環(huán)芯的多個(gè)繞組。在一些實(shí)施例中，至少一個(gè)電壓源還包括一組二極管和電容，其經(jīng)連接以形成整流器或倍增器。在一些實(shí)施例中，電子系統(tǒng)與多個(gè)基本相同的電子系統(tǒng)串聯(lián)，作為用于計(jì)算機(jī)斷層掃描的X射線發(fā)射系統(tǒng)的部分。
[0014]某些實(shí)施例考慮一種用于電力系統(tǒng)中的快速kV切換的方法，包括:斷開(kāi)第一開(kāi)關(guān)而閉合第二開(kāi)關(guān)，以產(chǎn)生第一電壓；以及斷開(kāi)第二開(kāi)關(guān)而閉合第一開(kāi)關(guān)，以產(chǎn)生第二電壓，其中第一開(kāi)關(guān)包括:第一端子，與第一二極管的陰極端子電聯(lián)系；第二端子，與第一二極管的陽(yáng)極端子和第二二極管的陽(yáng)極端子電聯(lián)系；以及其中第二開(kāi)關(guān)包括:第一端子，與第一二極管的陽(yáng)極端子、第二二極管的陽(yáng)極端子和轉(zhuǎn)變改進(jìn)電路的第一結(jié)點(diǎn)電聯(lián)系；以及第二端子，與第二二極管的陰極端子電聯(lián)系；第一和第二開(kāi)關(guān)，與電感器和電容器以及一個(gè)或多個(gè)電壓源串聯(lián)電聯(lián)系。
[0015]在一些實(shí)施例中，斷開(kāi)第一開(kāi)關(guān)而閉合第二開(kāi)關(guān)以產(chǎn)生第一電壓以及斷開(kāi)第二開(kāi)關(guān)而閉合第一開(kāi)關(guān)以產(chǎn)生第二電壓包括計(jì)算第一開(kāi)關(guān)和第二開(kāi)關(guān)的通和斷定時(shí)，以在低到高和高到低kV的每一轉(zhuǎn)變之后對(duì)電容器重新建立適當(dāng)初始條件。在一些實(shí)施例中，能量操縱電路包括電阻器。在一些實(shí)施例中，能量操縱電路包括:電阻器，包括第一端子和第二端子；第二電感器，包括第一端子和第二端子；以及第三二極管，包括陰極端子和陽(yáng)極端子，其中第二電感器與電阻器串聯(lián)電聯(lián)系，第二電感器和電阻器共同與第三二極管并聯(lián)，其中能量操縱電路的第一端子與第三二極管的陰極端子電聯(lián)系。
[0016]在一些實(shí)施例中，能量操縱電路包括:第三開(kāi)關(guān)，包括第一端子和第二端子；第二電感器，包括第一端子和第二端子；第三二極管，包括陰極端子和陽(yáng)極端子；以及第四二極管，包括陰極端子和陽(yáng)極端子，其中第二電感器經(jīng)由電氣結(jié)點(diǎn)與第三開(kāi)關(guān)串聯(lián)電聯(lián)系，第二電感器和第三開(kāi)關(guān)共同與第三二極管并聯(lián)，其中能量操縱電路的第一端子與第三二極管的陰極端子電聯(lián)系，并且其中第四二極管的陽(yáng)極端子與電氣結(jié)點(diǎn)電聯(lián)系，以及第四二極管的陰極端子與至少一個(gè)電壓源的端子電聯(lián)系。在一些實(shí)施例中，第一開(kāi)關(guān)和第二開(kāi)關(guān)包括BJT晶體管。在一些實(shí)施例中，至少一個(gè)電壓源包括圍繞環(huán)芯的多個(gè)繞組。在一些實(shí)施例中，開(kāi)關(guān)是電子系統(tǒng)的部分，電子系統(tǒng)與多個(gè)基本相同的電子系統(tǒng)串聯(lián)，作為用于計(jì)算機(jī)斷層掃描的X射線發(fā)射系統(tǒng)的部分。
[0017]設(shè)想實(shí)施例的任何組合或置換。通過(guò)以下結(jié)合附圖所考慮的詳細(xì)描述，其他目的和特征將變得顯而易見(jiàn)。但是要理解，附圖僅說(shuō)明而不是作為本發(fā)明的限制的定義來(lái)設(shè)計(jì)。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1是按照本發(fā)明的一實(shí)施例、具有內(nèi)插器電路的開(kāi)關(guān)架構(gòu)的簡(jiǎn)化框圖。
[0019]圖2是按照本發(fā)明的一實(shí)施例、具有集成內(nèi)插器電路的另一個(gè)開(kāi)關(guān)架構(gòu)的簡(jiǎn)化框圖。
[0020]圖3是示出按照本發(fā)明的一實(shí)施例、用于內(nèi)插器電路的連接布置的框圖。
[0021]圖4是示出按照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例、用于內(nèi)插器電路的連接布置的框圖。
[0022]圖5是示出按照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例、用于內(nèi)插器電路的連接布置的框圖。
[0023]圖6是示出本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例的操作的簡(jiǎn)化電路示意圖。
[0024]圖7是示出各個(gè)實(shí)施例的低到高電壓操作的波形的圖表。
[0025]圖8是示出各個(gè)實(shí)施例的高到低電壓操作的波形的圖表。
[0026]圖9是按照本發(fā)明的一實(shí)施例的內(nèi)插器電路的示意圖。
[0027]圖10是按照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的內(nèi)插器電路的示意圖。
[0028]圖11是圖9和圖10的內(nèi)插器電路的模塊的示意圖。
[0029]圖12A是可與其結(jié)合實(shí)現(xiàn)各個(gè)實(shí)施例的計(jì)算機(jī)斷層掃描(CT)成像系統(tǒng)的示圖。圖12B是圖12A的CT成