專利名稱：用于電子束的磁控制的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一般來說，本發(fā)明的實(shí)施例涉及診斷成像，更具體來說，涉及用于磁控制電子束 (e-beam)的設(shè)備和方法。
背景技術(shù)：
χ射線系統(tǒng)通常包括χ射線管、檢測器以及用于χ射線管和檢測器的支承結(jié)構(gòu)。在操作中，成像臺架位于X射線管與檢測器之間，在成像臺架上定位對象。X射線管通常向?qū)ο蟀l(fā)出諸如X射線之類的輻射。輻射通常經(jīng)過成像臺架上的對象并照射到檢測器上。當(dāng)輻射通過對象時(shí)，對象的內(nèi)部結(jié)構(gòu)引起在檢測器接收的輻射的空間變化。然后，檢測器發(fā)射所接收的數(shù)據(jù)，并且系統(tǒng)將輻射變化轉(zhuǎn)換為圖像，這可用于評估對象的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員會知道，對象可包括但不限于醫(yī)療成像過程中的患者以及例如X射線掃描儀或計(jì)算機(jī)斷層掃描(CT)包裹掃描儀中的包裹中的無生命對象。χ射線管包括旋轉(zhuǎn)陽極結(jié)構(gòu)，用于分配在焦斑產(chǎn)生的熱量。陽極通常通過感應(yīng)電動機(jī)來旋轉(zhuǎn)，感應(yīng)電動機(jī)具有內(nèi)置于支承盤形陽極靶的懸軸中的鼓形轉(zhuǎn)子以及帶有圍繞X射線管的伸長頸的銅繞組的鐵定子結(jié)構(gòu)。旋轉(zhuǎn)陽極組件的轉(zhuǎn)子由定子驅(qū)動。χ射線管陰極提供電子束，電子束使用施加于陰極到陽極的真空間隙上的高電壓來加速，從而在與陽極碰撞時(shí)產(chǎn)生X射線。電子束撞擊陽極的區(qū)域往往稱作焦斑。通常，陰極包括定位在杯內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)圓柱的或扁平的燈絲，用于提供電子束以創(chuàng)建例如高功率大焦斑或者高分辨率小焦斑?？稍O(shè)計(jì)成像應(yīng)用，包括根據(jù)應(yīng)用來選擇具有特定形狀的小或大焦斑。通常，電阻發(fā)射器或燈絲定位在陰極杯內(nèi)，并且電流流經(jīng)其中，因而引起發(fā)射器溫度增加，并且在處于真空中時(shí)發(fā)射電子。發(fā)射器或燈絲的形狀影響焦斑。為了實(shí)現(xiàn)預(yù)期焦斑形狀，可考慮燈絲的形狀來設(shè)計(jì)陰極。但是，通常沒有為圖像質(zhì)量或者為焦斑熱加載優(yōu)化燈絲的形狀。由于制造和可靠性原因，常規(guī)燈絲主要成形為盤繞的或螺旋狀的鎢絲。備選設(shè)計(jì)選項(xiàng)可包括諸如盤繞D形燈絲之類的替換設(shè)計(jì)剖面。因此，當(dāng)考慮電阻材料作為發(fā)射器源時(shí)，用于從發(fā)射器形成電子束的設(shè)計(jì)選項(xiàng)的范圍可能受燈絲形狀限制。電子束(e-beam)擺動常常用于增強(qiáng)圖像質(zhì)量。通常，擺動使用靜電e-beam偏轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)。但是，更高的圖像質(zhì)量能夠通過使用磁偏轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)。經(jīng)由磁偏轉(zhuǎn)的擺動可通過確保電子束在停留于預(yù)期位置而沒有漂移的同時(shí)從一個(gè)位置通常盡快移動到下一個(gè)位置，來實(shí)現(xiàn)高圖像質(zhì)量。但是，執(zhí)行磁擺動的已知系統(tǒng)使用往往包括笨重且昂貴的高電壓部分的復(fù)雜拓?fù)?，并且沒有實(shí)現(xiàn)為增強(qiáng)圖像質(zhì)量所預(yù)期的快速穩(wěn)定的磁擺動。由于各X射線管不是一致地制造的，所以擺動可能對于不同的管有所不同。此外，對這類系統(tǒng)中的擺動的量值的調(diào)整難以控制。因此，希望開發(fā)克服上述缺點(diǎn)并且實(shí)現(xiàn)快速、穩(wěn)定并且可調(diào)的e-beam磁控制的用于磁偏轉(zhuǎn)的設(shè)備和方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例針對用于磁控制電子束(e-beam)的設(shè)備和方法。因此，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，一種用于χ射線產(chǎn)生系統(tǒng)的電子束操縱線圈的控制電路包括第一低壓源和第二低壓源。控制電路還包括第一開關(guān)裝置，第一開關(guān)裝置與第一低壓源串聯(lián)耦合，并且配置成在處于閉合位置時(shí)與第一低壓源創(chuàng)建第一電流通路；以及第二開關(guān)裝置，第二開關(guān)裝置與第二低壓源串聯(lián)耦合，并且配置成在處于閉合位置時(shí)與第二低壓源創(chuàng)建第二電流通路?？刂齐娐愤€包括電容器，電容器與電子束操縱線圈并聯(lián)耦合，并且沿第一和第二電流通路定位；以及電流源電路，電流源電路電耦合到電子束操縱線圈，并且構(gòu)造成在第一和第二電流通路中產(chǎn)生偏移電流。按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，一種用于驅(qū)動電子束操縱線圈的方法包括下列步驟 (A)閉合第一開關(guān)裝置，以便使第一極性的第一電流通過諧振電路并且通過第一能量存儲裝置沿第一電流通路流動，諧振電路包括電子束操縱線圈和諧振電容器；以及⑶在閉合第一開關(guān)裝置之后斷開第一開關(guān)裝置，從而發(fā)起諧振電路中的第一諧振循環(huán)。該方法還包括下列步驟(C)在已經(jīng)發(fā)起第一諧振循環(huán)之后閉合第二開關(guān)裝置，以便使第二極性的第二電流通過諧振電路并且通過第二能量存儲裝置沿第二電流通路流動；以及(D)控制電流源電路的開/關(guān)，以便引起第一電流的移位和第二電流的移位，使得移位的第一電流和移位的第二電流的平均值為非零的。按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，CT系統(tǒng)包括掃描架，其中具有用于接納待掃描對象的開口 ；臺架，定位在可旋轉(zhuǎn)掃描架的開口內(nèi)，并且可移動通過開口 ；以及X射線管，耦合到可旋轉(zhuǎn)掃描架，并且配置成向靶發(fā)射電子流，該靶定位成將X射線束導(dǎo)向檢測器。CT系統(tǒng)還包括安裝在X射線管上并且定位成使電子流偏轉(zhuǎn)的偏轉(zhuǎn)線圈?？刂齐娐冯婑詈系狡D(zhuǎn)線圈?？刂齐娐钒ǖ谝坏蛪涸?，定制為提供第一極性的穩(wěn)態(tài)電流；以及第二低壓源，定制為提供與第一極性相反的第二極性的穩(wěn)態(tài)電流?？刂齐娐愤€包括第一開關(guān)，第一開關(guān)耦合到第一低壓源，并且配置成在第一開關(guān)閉合時(shí)與第一低壓源創(chuàng)建第一電流通路；以及第二開關(guān)，第二開關(guān)耦合到第二低壓源，并且配置成在第二開關(guān)閉合時(shí)與第二低壓源創(chuàng)建第二電流通路。諧振電容器與偏轉(zhuǎn)線圈并聯(lián)耦合，并且沿第一和第二電流通路定位。電流移位電路電耦合到偏轉(zhuǎn)線圈，并且配置成在第一和第二電流通路中注入電流偏移?？刂破麟婑詈系娇刂齐娐罚⑶冶痪幊虨榭刂频谝婚_關(guān)和第二開關(guān)的開/關(guān)。通過以下詳細(xì)描述和附圖，使其它各種特征和優(yōu)點(diǎn)顯而易見。


附圖示出當(dāng)前考慮用于執(zhí)行本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。附圖中圖1是成像系統(tǒng)的繪畫視圖。圖2是圖1所示系統(tǒng)的示意框圖。圖3是按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例并且可與圖1所示成像系統(tǒng)配合使用的χ射線管組件的截面圖。圖4是按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例、結(jié)合理想電流源電路的諧振電路的電路圖。圖5是按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例、結(jié)合實(shí)際電流源電路的諧振電路的電路圖。
圖6是圖5的實(shí)際電流源電路的電路圖。圖7是按照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例、結(jié)合實(shí)際電流源電路的諧振電路的電路圖。圖8是圖7的實(shí)際電流源電路的電路圖。圖9是使用圖5-8的電路的負(fù)載中所形成的電流的示范圖表。圖10是圖7的諧振電路中可使用的備選實(shí)際電流源電路的電路圖。圖11是按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例、結(jié)合實(shí)際電流源電路的諧振電路的電路圖。圖12是圖11的實(shí)際電流源電路的電路圖。圖13是使用圖10-12的電路的負(fù)載中所形成的電流的示范圖表。圖14是按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例、結(jié)合雙向電流源電路的諧振電路的電路圖。圖15是圖14的雙向電流源電路的電路圖。圖16是使用圖14-15的電路的負(fù)載中所形成的電流的示范圖表。圖17是按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的諧振電路的電路圖。圖18是按照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的諧振電路的電路圖。圖19是按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例、與非侵入式包裹檢查系統(tǒng)配合使用的χ射線系統(tǒng)的繪畫視圖。圖20是按照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的諧振電路的電路圖。
具體實(shí)施例方式針對64-切片計(jì)算機(jī)斷層掃描(CT)系統(tǒng)來描述本發(fā)明的實(shí)施例的操作環(huán)境。但是，本領(lǐng)域的技術(shù)人員會理解，本發(fā)明的實(shí)施例同樣可適合與其它多切片配置配合使用。此外，將針對X射線的檢測和轉(zhuǎn)換來描述本發(fā)明的實(shí)施例。但是，本領(lǐng)域的技術(shù)人員還會理解，本發(fā)明的實(shí)施例同樣可適用于其它高頻電磁能量的檢測和轉(zhuǎn)換。本發(fā)明的實(shí)施例將針對“第三代” CT掃描儀來描述，但是同樣可適用于其它CT系統(tǒng)、外科C臂系統(tǒng)和其它X射線斷層掃描系統(tǒng)，以及諸如X射線或乳房X射線照相系統(tǒng)之類的實(shí)現(xiàn)X射線管的許多其它醫(yī)療成像系統(tǒng)。圖1是按照本發(fā)明的實(shí)施例、設(shè)計(jì)成獲取原始圖像數(shù)據(jù)以及處理該圖像數(shù)據(jù)以供顯示和/或分析的成像系統(tǒng)10的一個(gè)實(shí)施例的框圖。本領(lǐng)域的技術(shù)人員會理解，本發(fā)明的實(shí)施例可適用于諸如X射線或乳房X射線照相系統(tǒng)之類的實(shí)現(xiàn)X射線管的許多醫(yī)療成像系統(tǒng)。諸如計(jì)算機(jī)斷層掃描系統(tǒng)和數(shù)字放射線照相系統(tǒng)之類的獲取體積的三維圖像數(shù)據(jù)的其它成像系統(tǒng)也獲益于本發(fā)明的實(shí)施例。對χ射線系統(tǒng)10的以下論述只是一種這類實(shí)現(xiàn)的示例，而不是要在醫(yī)療器械方面進(jìn)行限制。參照圖1，計(jì)算機(jī)斷層掃描(CT)成像系統(tǒng)10被示為包括代表“第三代” CT掃描儀的掃描架12。掃描架12具有χ射線管組件或χ射線源組件14，它向掃描架12的相對側(cè)的檢測器組件或準(zhǔn)直儀16投射χ射線的錐形束?，F(xiàn)在參照圖2，檢測器組件16由多個(gè)檢測器 18和數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)(DAQ 20構(gòu)成。多個(gè)檢測器18感測經(jīng)過內(nèi)科病人M的所投射χ射線 22，并且DAS 20將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號以供后續(xù)處理。各檢測器18產(chǎn)生模擬電信號，該信號表示照射χ射線束以及當(dāng)它經(jīng)過患者M(jìn)時(shí)由此產(chǎn)生的衰減射束的強(qiáng)度。在獲取χ射線投影數(shù)據(jù)的掃描期間，掃描架12和其上安裝的部件繞旋轉(zhuǎn)中心沈旋轉(zhuǎn)。掃描架12的旋轉(zhuǎn)和χ射線源組件14的操作由CT系統(tǒng)10的控制機(jī)構(gòu)28來管理?？刂茩C(jī)構(gòu)觀包括x射線控制器30，它向χ射線源組件14提供電力和定時(shí)信號；以及掃描架電動機(jī)控制器32，它控制掃描架12的轉(zhuǎn)速和位置。圖像重構(gòu)器34從DAS 20接收經(jīng)過抽樣和數(shù)字化的χ射線數(shù)據(jù)，并且執(zhí)行高速重構(gòu)。重構(gòu)圖像作為輸入施加到計(jì)算機(jī)36，計(jì)算機(jī)36將圖像存儲在大容量存儲裝置38中。計(jì)算機(jī)36還具有存儲在其中的與電子束定位和磁場控制對應(yīng)的軟件，下面詳細(xì)描述。計(jì)算機(jī)36還經(jīng)由控制臺40接收來自操作員的命令和掃描參數(shù)，控制臺40具有諸如鍵盤、鼠標(biāo)、語音激活控制器或者任何其它適當(dāng)?shù)妮斎朐O(shè)備之類的某種形式的操作員接口。關(guān)聯(lián)的顯示器42允許操作員觀看來自計(jì)算機(jī)36的重構(gòu)圖像和其它數(shù)據(jù)。操作員提供的命令和參數(shù)由計(jì)算機(jī)36用于向DAS 20,χ射線控制器30和掃描架電動機(jī)控制器32提供控制信號和信息。另外，計(jì)算機(jī)36操作臺架電動機(jī)控制器44，臺架電動機(jī)控制器44控制電動臺架46以定位患者M(jìn)和掃描架12。具體來說，臺架46使患者M(jìn)移動從而整個(gè)地或部分地通過圖1的掃描架開口 48。圖3示出按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的χ射線管組件14的截面圖。χ射線管組件14 包括其中包含真空室或框架52的χ射線管50，真空室或框架52具有定位在其中的陰極組件M和靶或旋轉(zhuǎn)陽極56。陰極組件M由多個(gè)分開的元件組成，包括陰極杯(未示出)，陰極杯支承燈絲(未示出)，并且用作把從加熱燈絲發(fā)射的電子束58聚焦到靶56的表面60 的靜電透鏡。偏轉(zhuǎn)線圈62安裝在χ射線管組件14中靠近電子束58的通路的位置。按照一個(gè)實(shí)施例，偏轉(zhuǎn)線圈62卷繞成螺線管，并且定位在真空室52上方和周圍，使得所創(chuàng)建的磁場處于電子束58的通路中。偏轉(zhuǎn)線圈62產(chǎn)生作用于電子束58的磁場，使電子束58偏轉(zhuǎn)并且在一對焦斑或位置64、66之間移動。電子束58的移動方向由通過偏轉(zhuǎn)線圈62的電流的方向來確定，偏轉(zhuǎn)線圈62經(jīng)由耦合到偏轉(zhuǎn)線圈62的控制電路68來控制，這會針對圖3-4 更詳細(xì)地描述。圖4示出用于χ射線管組件的控制電路70，例如圖3的χ射線管組件14中設(shè)置的控制電路68?？刂齐娐?0包括第一低壓源或電源72和第二低壓源或電源74?？刂齐娐?70還包括一對二極管76和78以及諧振電路80，諧振電路80包括與諸如例如圖3的偏轉(zhuǎn)線圈62之類的負(fù)載84并聯(lián)的諧振電容器82。在控制電路70中還設(shè)置可閉合以形成第一電流通路88的第一開關(guān)86以及可閉合以形成第二電流通路92的第二開關(guān)90。按照一個(gè)實(shí)施例，第一和第二低壓電源72、74被構(gòu)造成提供大約RX I伏特的電壓，其中R表示控制電路和負(fù)載84的總寄生電阻，并且I表示提供給負(fù)載84的預(yù)期穩(wěn)態(tài)電流。但是，本領(lǐng)域的技術(shù)人員會知道，電壓源72、74可基于所施加電流的預(yù)期量值來選擇。按照各種實(shí)施例之一，電源72、74的量值可按照預(yù)期電流移位來獨(dú)立調(diào)整。在操作中，開關(guān)86、90選擇性地?cái)嚅_和閉合，以便在線圈84中產(chǎn)生磁場以控制電子束的偏轉(zhuǎn)。最初，第一開關(guān)86閉合而第二開關(guān)90保持?jǐn)嚅_，從而產(chǎn)生通過負(fù)載84的第一電流Ihigh。當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)86斷開時(shí)，諧振電容器82中存儲的能量開始放電。當(dāng)諧振電容器82放電時(shí)，電壓和電流下降，并且諧振在諧振電容器82與負(fù)載84之間形成。在諧振循環(huán)期間，諧振電容器82恢復(fù)一些電荷。第二開關(guān)90基于預(yù)期電壓條件而閉合，例如當(dāng)諧振電容器82兩端的電壓變?yōu)樨?fù)的時(shí)閉合。在第二開關(guān)90閉合并且諧振電容器82兩端的電壓等于電壓電源74之后，諧振循環(huán)結(jié)束，從而產(chǎn)生通過負(fù)載84的第二電流IlOT。當(dāng)?shù)诙_關(guān)88重新斷開時(shí)，諧振電容器82中存儲的能量開始放電，觸發(fā)第二諧振循環(huán)。在電壓變?yōu)檎闹螅谝婚_關(guān)86閉合，并且開/關(guān)循環(huán)重復(fù)。按照一個(gè)實(shí)施例，開/關(guān)時(shí)間固定在大約10微秒。開/關(guān)時(shí)間與諧振電容器82的值和負(fù)載84的電感相關(guān)。因此，控制電路70通過利用當(dāng)電容器與偏轉(zhuǎn)線圈并聯(lián)連接時(shí)并且當(dāng)一對開關(guān)被控制成在電壓和電流圖上的指定點(diǎn)斷開和閉合時(shí)觸發(fā)的諧振循環(huán)，使用低壓源來實(shí)現(xiàn)快速電流倒置(current inversion)。此外，控制電路70能夠以受控或最小化的電阻損耗來實(shí)現(xiàn)快速電流倒置。在電流倒置期間開/關(guān)損耗因諧振換向而是有限的，并且總傳導(dǎo)損耗是有限的，因?yàn)樵诳刂齐娐分袃H使用兩個(gè)開關(guān)。此外，在負(fù)載84中形成的電壓是非常正弦的， 從而引起低電磁干擾(EMI)。另外，線圈電流具有極少變化(例如小于1%)，這在數(shù)據(jù)收集期間產(chǎn)生非常穩(wěn)定的擺動和恒定的e-beam位置?？刂齐娐?0還包括理想電流源94，理想電流源94從點(diǎn)N 96到點(diǎn)0 98連接于負(fù)載84兩端。理想電流源94能夠在電流上引入正或負(fù)移位，因而增加或減小平均線圈(負(fù)載)電流。因此，理想電流源94的添加在操作期間將偏移IshiftW至負(fù)載電流。例如，假定第一低壓電源72經(jīng)過選擇，使得負(fù)載電流在開關(guān)86閉合時(shí)具有值Ihigh,并且第二低壓電源 74經(jīng)過選擇，使得負(fù)載電流在開關(guān)90閉合時(shí)具有值I1ot，理想電流源94將偏移電流注入電路，這在開關(guān)86閉合的時(shí)間期間將負(fù)載電流從Ihigh變?yōu)镮high+Ishift以及在開關(guān)90閉合的時(shí)間期間將負(fù)載電流從I1ot變?yōu)镮lM+Ishift。按照一個(gè)實(shí)施例，電流移位Ishift的絕對值可大于Ihigh或Ilmt的絕對值，從而在線圈84中產(chǎn)生全正或全負(fù)電流。例如，在電源72、74經(jīng)過選擇而使得Ihigh為4安培而Ilw為-4安培的一個(gè)實(shí)施例中，2安培的電流移位Ishift會分別在第一和第二電流通路88、92中產(chǎn)生6安培和-2安培電流。將理想電流源94添加到控制電路70具有多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。第一，理想電流源94可在χ 射線管的初始安裝或維護(hù)期間用于校準(zhǔn)目的。例如，理想電流源94可配置成使電流移位， 以便校正給定χ射線管中的偏移。另外，通過允許掃描參數(shù)的快速簡便調(diào)整，包含理想電流源94對整個(gè)成像系統(tǒng)添加可調(diào)整性要素。例如，只是通過改變掃描之間的電流移位量，同一 χ射線管可按照包括不同偏轉(zhuǎn)量值或聚焦變化的兩種連續(xù)掃描協(xié)議來操作。按照一個(gè)實(shí)施例，控制電路70的操作基于對諸如圖2的操作員控制臺40之類的操作員控制臺的輸入來確定?；谒鶊?zhí)行檢查的類型，加載到諸如圖2的計(jì)算機(jī)36之類的計(jì)算機(jī)的軟件確定電子束的預(yù)期焦斑位置，并且計(jì)算將電子束導(dǎo)向預(yù)期焦斑位置將要施加的磁場。諸如圖2的控制器32之類的控制器被編程為向控制電路70傳送開/關(guān)命令，以便產(chǎn)生預(yù)期磁場。現(xiàn)在參照圖5，按照一個(gè)備選實(shí)施例示出結(jié)合實(shí)際電流源電路102的控制電路 100。除了實(shí)際電流源電路102之外，控制電路100按照與電路70相似的方式來配置。因此，除了實(shí)際電流源電路102之外，控制電路100還包括一對電壓電源72和74、一對開關(guān) 86和90、一對二極管76和78以及與負(fù)載84并聯(lián)的諧振電容器82。如圖所示，實(shí)際電流源電路102從點(diǎn)N 96到點(diǎn)0 98連接于負(fù)載84兩端并且從點(diǎn)P1 104到點(diǎn)N 96連接于低壓電源72兩端。實(shí)際電流源電路102由低壓電源72供電，這會針對圖6詳細(xì)地描述。圖6中詳細(xì)示出實(shí)際電流源電路102。電路102是單向電路，因此，當(dāng)按照圖5所示方式耦合時(shí)，僅在正方向(從點(diǎn)0 98到點(diǎn)N 96)產(chǎn)生電流移位。如圖所示，電路102包括二極管106、電感器108和如與控件112并聯(lián)設(shè)置的電阻器RsenseIlO之類的電流監(jiān)測裝置?？丶?12基于通過電阻器110的電流斷開和閉合開關(guān)114。本領(lǐng)域的技術(shù)人員會知道，圖6 僅示出單向電路的許多可能實(shí)現(xiàn)其中之一。共同參照圖5和圖6，當(dāng)開關(guān)114閉合時(shí)，第一低壓電源72使電流流經(jīng)電感器108 和負(fù)載84并對電感器108充電。當(dāng)開關(guān)114斷開時(shí)，電流繼續(xù)流經(jīng)電感器108和負(fù)載84， 從而使電流流經(jīng)電阻器110和二極管106?？丶?12經(jīng)由電阻器110來監(jiān)測或感測電流，并且當(dāng)通過電感器108和電阻器110的電流下降到低于預(yù)期電流偏移而使得電阻器110兩端的電壓下降到低于閾值時(shí)，控件112發(fā)送閉合開關(guān)114的開/關(guān)命令以便對電感器108再充電。在一個(gè)實(shí)施例中，控件112使開關(guān)114閉合預(yù)定時(shí)間段，諸如例如5微秒。在那個(gè)時(shí)間段之后，開關(guān)114被斷開，并且控件112重新檢查電阻器110兩端的電壓。如果電壓沒有達(dá)到預(yù)期電平，則使開關(guān)114再次閉合預(yù)定時(shí)間段。這個(gè)過程重復(fù)進(jìn)行，直到通過電阻器110 的電流使電阻器110兩端的電壓達(dá)到預(yù)期電平。因此，控件112操作開關(guān)114，以便近似保持線圈電流的穩(wěn)態(tài)移位。備選地，控件112可配置成測量定位在AP1 104與開關(guān)114之間的可選第二電阻器116(以虛線示出)兩端的電壓，以便確定斷開開關(guān)114以及因此停止對電感器108充電的時(shí)間。包含實(shí)際電流源電路102將正電流偏移加入通過線圈84的電流。 電流偏移的預(yù)期電平或閾值可由諸如計(jì)算機(jī)36 (圖1)之類的計(jì)算機(jī)來設(shè)置，或者例如可由操作員經(jīng)由控制臺40的用戶接口來設(shè)置。圖20示出包括代替電阻器作為電流監(jiān)測裝置的電流探頭117的實(shí)際電流源電路 102的一個(gè)備選實(shí)施例。本領(lǐng)域的技術(shù)人員會知道，電流探頭117可包括任何數(shù)量的電流監(jiān)測裝置，諸如例如磁探頭或者霍耳效應(yīng)探頭。圖7示出按照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例、結(jié)合實(shí)際電流源電路120的控制電路118。 如圖所示，實(shí)際電流源電路120從點(diǎn)N 96到點(diǎn)0 98連接于負(fù)載84兩端。除了實(shí)際電流源電路120的組件之外，控制電路118包含與控制電路70相同的組件?，F(xiàn)在參照圖8，詳細(xì)示出實(shí)際電流源電路120。與實(shí)際電流源電路102相似，實(shí)際電流源電路120包括阻塞二極管122、電感器124和控件126，控件126與電阻器
并聯(lián)連接并且配置成控制開關(guān)130。實(shí)際電流源電路120還包括獨(dú)立低壓電源132。因此， 實(shí)際電流源電路120由獨(dú)立電源132供電?？丶? 按照與控件112(圖6)相似的方式操作，基于通過電阻器128的電流向開關(guān)130發(fā)送開/關(guān)命令。實(shí)際電流源電路102的操作在通過線圈84的電流中注入正移位。本領(lǐng)域的技術(shù)人員會知道，電流感測電阻器能夠由任何電流感測探頭取代。按照一個(gè)實(shí)施例，獨(dú)立電源132是具有與電源72、74的量值無關(guān)的量值的低電源。 將獨(dú)立電源132包含在電路120中將線圈電流中可注入的可能電流移位量增加到高于如以上針對圖5和圖6所述的單獨(dú)基于電源72可注入的量。因此，獨(dú)立電源132可基于設(shè)計(jì)規(guī)范來定制，以便提供任何預(yù)期的電流偏移量。圖9是按照本發(fā)明的實(shí)施例的負(fù)載84中可能的電流的示范圖表134。沒有流經(jīng)負(fù)載84的偏移電流的線圈電流在圖9中示為曲線136。如圖所示，交變線圈電流關(guān)于零對稱。 因此，曲線136的給定周期138中的平均電流近似為零。具有小于曲線136相對于零的量值的流經(jīng)負(fù)載84的正偏移電流的線圈電流在圖9中示為曲線140。如圖所示，正電流偏移具有使曲線136向上移位的效果，使得曲線140的周期138具有非零平均值。曲線140所示的電流偏移可由電路102(圖6)或電路120(圖8)產(chǎn)生。具有大于曲線136相對于零的量值的流經(jīng)負(fù)載84的正偏移電流的線圈電流在圖9中示為曲線142。如圖所示，負(fù)責(zé)曲線 142的電流偏移在任一個(gè)交變循環(huán)期間僅產(chǎn)生流經(jīng)負(fù)載84的正電流，使得最小電流和最大電流具有相同極性。曲線142所示的電流偏移可由電路120產(chǎn)生。圖10示出能夠作為實(shí)際電流源電路120(圖7和圖8)的替代電路結(jié)合到圖7的控制電路118中的實(shí)際電流源電路144。實(shí)際電流源電路144采用與電路120相似的組件來構(gòu)成，并且包括阻塞二極管146、電感器148和電阻器150，電阻器150與向開關(guān)154發(fā)送信號的控件152并聯(lián)連接。實(shí)際電流源電路144還包括獨(dú)立低壓電源156。因此，實(shí)際電流源電路144由獨(dú)立電源156供電。二極管146定位在與二極管122(圖8)相反的方向，并且獨(dú)立電源156的極性與獨(dú)立電源132(圖8)的極性相反，因?yàn)殡娐?20(圖8)中的電流 (即，從點(diǎn)N 96到點(diǎn)0 98)與電路144中的電流(即，從點(diǎn)0 98到點(diǎn)N 96)的方向相反。 因此，實(shí)際電流源電路144將負(fù)電流移位注入控制電路118(圖7)?，F(xiàn)在參照圖11，按照一個(gè)備選實(shí)施例示出結(jié)合注入負(fù)電流移位的單向?qū)嶋H電流源電路160的控制電路158?？刂齐娐?58按照與控制電路70 (圖4)相似的方式配置有諧振電容器82、負(fù)載84、電壓源72和74、二極管76和78以及開關(guān)86和90。實(shí)際電流源電路 160從點(diǎn)N 96到點(diǎn)0 98連接于負(fù)載84兩端，并且從點(diǎn)N 96到點(diǎn)P2 162連接于第二低壓電源74兩端。圖12詳細(xì)示出實(shí)際電流源電路160。與電路102(圖6)相似，實(shí)際電流源電路160 是單向電路，它包括二極管164、電感器166和電阻器168，電阻器168按照與針對電路102 所述的方式相似的方式連接到向開關(guān)172發(fā)送信號的控件170。但是，與使電流在正方向移位的電路102不同，實(shí)際電流源電路160產(chǎn)生負(fù)方向的電流偏移。因此，二極管164在與圖 6的二極管106相反的方向定位，以便允許電流從點(diǎn)0 98流到點(diǎn)N 96，并且阻塞相反方向的電流。參照圖13，示出示范圖表174，說明按照本發(fā)明的實(shí)施例的負(fù)載84中可能的電流。 沒有流經(jīng)負(fù)載的偏移電流的線圈電流示為曲線176。如圖所示，交變線圈電流關(guān)于零對稱。 具有小于曲線176相對于零的量值的流經(jīng)負(fù)載84的負(fù)偏移電流的線圈電流示為曲線178。 曲線176所示的電流偏移可由電路144(圖10)或電路160(圖12)產(chǎn)生。具有大于曲線176 相對于零的量值的流經(jīng)負(fù)載84的負(fù)偏移電流的線圈電流在曲線180上示出。如圖所示，負(fù)責(zé)曲線180的電流偏移在任一交變循環(huán)期間僅產(chǎn)生流經(jīng)負(fù)載84的負(fù)電流，使得最小電流和最大電流具有相同的極性。曲線180所示的電流偏移可由電路144產(chǎn)生。參照圖14，按照又一個(gè)實(shí)施例示出控制電路182?？刂齐娐?82包括一對電壓電源72和74、一對開關(guān)86和90、一對二極管76和78以及與負(fù)載84并聯(lián)的諧振電容器82， 與圖4相似。雙向電流源電路184也包含在控制電路182中，以便在通過負(fù)載84的電流中產(chǎn)生正和負(fù)電流移位。電流源電路184連接于點(diǎn)0 98并且在AP1 104和點(diǎn)P2 162連接于電壓電源72、74兩端。在圖15中提供雙向電流源電路184的電路圖。如圖所示，實(shí)際電流源電路184包括與第一開關(guān)188并聯(lián)的第一二極管186、與第二開關(guān)192并聯(lián)的第二二極管190、電阻器 194、電感器196和控件198，控件198連接于電阻器194兩端并且配置成控制第一和第二開關(guān)188、192的斷開和閉合。在操作中，控件198根據(jù)預(yù)期電流移位的符號來產(chǎn)生接通開關(guān) 188、192其中之一的信號。例如，對于預(yù)期正電流移位的應(yīng)用，控件198按照與針對電流控
9制電路102(圖6)所述方式相似的方式來操作開關(guān)188。另一方面，對于預(yù)期負(fù)電流移位的應(yīng)用，控件198監(jiān)測電阻器194，并且選擇性地?cái)嚅_和閉合開關(guān)192，以便保持電感器196中的預(yù)期電荷。圖16包括從諸如電路184(圖14)之類的雙向電流源電路的操作產(chǎn)生的諸如圖14 的負(fù)載84之類的負(fù)載中可能的電流的示范圖表200。沒有流經(jīng)負(fù)載的偏移電流的線圈電流在曲線202中示出。雙向電路可被控制以使線圈電流在正方向或者在負(fù)方向移位。因此， 雙向電路可被控制以產(chǎn)生小于曲線202相對于零的量值的正電流偏移，如曲線204上所示， 或者產(chǎn)生量值近似等于曲線204相對于零的幅度的正電流，使得線圈電流完全為正的，如曲線206上所示。同樣，雙向電路可被控制以產(chǎn)生小于曲線202的幅度的負(fù)電路偏移，如曲線208上所示，或者產(chǎn)生使線圈電流在負(fù)方向移位的偏移電流，使得線圈電流完全為負(fù)的， 如曲線210上所示。圖17示出按照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例、用于χ射線管組件的控制電路212?？刂齐娐?12包括電壓源214，電壓源214將電源電壓提供給第一電容器或低壓電源216以及第二電容器或低壓電源218。阻塞二極管220定位在電壓源214與第一低壓源216之間， 以便防止電流逆流到電壓源214中。控制電路212還包括第一和第二二極管222、224以及諧振電路226，諧振電路2 包括與負(fù)載230并聯(lián)定位的諧振電容器228。在控制電路212 中還設(shè)置可閉合以形成第一電流通路234的第一開關(guān)232以及可閉合以形成第二電流通路 238的第二開關(guān)236?？刂齐娐?12還包括單向?qū)嶋H電流源電路M0，它配置成注入正電流偏移，與針對圖5和圖6所述的實(shí)際電流源電路102相似。現(xiàn)在參照圖18，按照本發(fā)明的一個(gè)備選實(shí)施例示出控制電路對2?？刂齐娐穼? 包括第一電壓電源對4、阻塞二極管M6、第二電壓電源M8、電容器250、與線圈2M并聯(lián)的諧振電容器252、一對二極管256和258以及一對開關(guān)260和沈2。因此，控制電路242與圖17的控制電路212的不同之處在于，圖17的兩個(gè)串聯(lián)電容器216、218其中之一由低壓電源248取代?？刂齐娐?42還包括單向?qū)嶋H電流源電路沈4，它配置成注入正電流偏移， 與針對圖5和圖6所述的實(shí)際電流源電路102相似。雖然圖17和圖18被描述為包括注入正電流偏移的單向?qū)嶋H電流源電路，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員會知道，控制電路212和控制電路242可易于配置成包括注入負(fù)電流偏移的單向電路，與實(shí)際電流源電路120(圖7和圖8)、實(shí)際電流源電路160(圖11和圖12)或者實(shí)際電流源電路144(圖10)相似。備選地，例如，控制電路212、242可修改成包括能夠注入正和負(fù)電流偏移的雙向?qū)嶋H電流源電路，比如實(shí)際電流源電路184(圖14和圖15)。以上所述的本發(fā)明的實(shí)施例使用單個(gè)偏轉(zhuǎn)線圈和對應(yīng)控制電路使電子束在兩個(gè)焦斑之間偏轉(zhuǎn)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員易于理解，這種配置可用于使電子束相對于陽極沿預(yù)期方向在分隔了預(yù)期距離的兩個(gè)焦斑之間偏轉(zhuǎn)。例如，耦合到偏轉(zhuǎn)線圈的控制電路可配置成使電子束沿χ軸(即，在χ方向)在兩個(gè)點(diǎn)之間偏轉(zhuǎn)。按照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，χ射線管組件可包括多個(gè)偏轉(zhuǎn)線圈，各偏轉(zhuǎn)線圈具有其自己的控制電路。在這種多偏轉(zhuǎn)線圈實(shí)施例中，兩個(gè)或更多偏轉(zhuǎn)線圈及其相應(yīng)控制電路可配置成使電子束在多個(gè)方向偏轉(zhuǎn)。例如，第一偏轉(zhuǎn)線圈/控制電路組件可使電子束在第一方向(例如沿X軸)在兩個(gè)點(diǎn)之間偏轉(zhuǎn)，而第二偏轉(zhuǎn)線圈/控制電路組件可使電子束在第二方向(例如沿ζ軸)在兩個(gè)點(diǎn)之間偏轉(zhuǎn)。
本文所述的本發(fā)明的實(shí)施例還可在控制電路中用于采用聚焦線圈對電子束進(jìn)行動態(tài)磁聚焦。當(dāng)諸如例如在雙能量成像中，陰極與靶之間的加速電壓在兩個(gè)值之間迅速改變時(shí)，使用動態(tài)磁聚焦。當(dāng)加速電壓迅速改變時(shí)，電子束理想地保持聚焦在靶上，而不改變焦斑的幾何特征。為了保持焦斑的幾何特征，在兩個(gè)值、即用于低電壓的值和用于高電壓的值之間調(diào)整聚焦磁場，并且從而調(diào)整通過聚焦線圈的電流。現(xiàn)在參照圖19，包裹/行李檢查系統(tǒng)266包括可旋轉(zhuǎn)掃描架沈8，其中具有開口 270，包裹或各件行李可通過其中?？尚D(zhuǎn)掃描架268容納高頻電磁能源272以及具有與圖2所示的那些檢測器相似的檢測器的檢測器組件274。還提供傳送系統(tǒng)276，傳送系統(tǒng) 276包括由結(jié)構(gòu)280支承的傳送帶278，以便自動且連續(xù)地使包裹或各件行李282通過開口 270，以便進(jìn)行掃描。對象觀2由傳送帶278饋送而通過開口 270，然后獲取成像數(shù)據(jù)，并且傳送帶278以受控且連續(xù)的方式從開口 270移出包裹觀2。因此，郵政檢查人員、行李處理人員和其它安全人員可以非侵入式地檢查包裹282的內(nèi)含物中是否有炸藥、刀、槍支、違禁
P AjV PF[寸 ο所公開的方法和設(shè)備的一個(gè)技術(shù)貢獻(xiàn)在于，它提供用于磁控制e-beam的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的設(shè)備和方法。因此，按照一個(gè)實(shí)施例，一種用于χ射線產(chǎn)生系統(tǒng)的電子束操縱線圈的控制電路包括第一低壓源和第二低壓源?？刂齐娐愤€包括第一開關(guān)裝置，所述第一開關(guān)裝置與第一低壓源串聯(lián)耦合，并且配置成在處于閉合位置時(shí)與第一低壓源創(chuàng)建第一電流通路；以及第二開關(guān)裝置，所述第二開關(guān)裝置與第二低壓源串聯(lián)耦合，并且配置成在處于閉合位置時(shí)與第二低壓源創(chuàng)建第二電流通路?？刂齐娐愤€包括電容器，所述電容器與電子束操縱線圈并聯(lián)耦合，并且沿第一和第二電流通路定位；以及電流源電路，所述電流源電路電耦合到電子束操縱線圈，并且構(gòu)造成在第一和第二電流通路中產(chǎn)生偏移電流。按照另一個(gè)實(shí)施例，一種用于驅(qū)動電子束操縱線圈的方法包括下列步驟(A)閉合第一開關(guān)裝置，以便使第一極性的第一電流通過諧振電路并且通過第一能量存儲裝置沿第一電流通路流動，諧振電路包括電子束操縱線圈和諧振電容器；以及⑶在閉合第一開關(guān)裝置之后斷開第一開關(guān)裝置，從而發(fā)起諧振電路中的第一諧振循環(huán)。該方法還包括下列步驟(C)在已經(jīng)發(fā)起第一諧振循環(huán)之后閉合第二開關(guān)裝置，以便使第二極性的第二電流通過諧振電路并且通過第二能量存儲裝置沿第二電流通路流動；以及(D)控制電流源電路的開/關(guān)以引起第一電流的移位和第二電流的移位，使得移位的第一電流和移位的第二電流的平均值為非零的。按照又一個(gè)實(shí)施例，CT系統(tǒng)包括掃描架，其中具有用于接納待掃描對象的開口 ； 臺架，定位在可旋轉(zhuǎn)掃描架的開口內(nèi)，并且可移動通過開口 ；以及χ射線管，耦合到可旋轉(zhuǎn)掃描架，并且配置成向靶發(fā)射電子流，該靶定位成將χ射線束導(dǎo)向檢測器。CT系統(tǒng)還包括安裝在X射線管上并且定位成使電子流偏轉(zhuǎn)的偏轉(zhuǎn)線圈?？刂齐娐冯婑詈系狡D(zhuǎn)線圈?？刂齐娐钒ǘㄖ茷樘峁┑谝粯O性的穩(wěn)態(tài)電流的第一低壓源；以及定制為提供與第一極性相反的第二極性的穩(wěn)態(tài)電流的第二低壓源?？刂齐娐愤€包括第一開關(guān)，所述第一開關(guān)耦合到第一低壓源，并且配置成在第一開關(guān)閉合時(shí)與第一低壓源創(chuàng)建第一電流通路；以及第二開關(guān)，所述第二開關(guān)耦合到第二低壓源，并且配置成在第二開關(guān)閉合時(shí)與第二低壓源創(chuàng)建第二電流通路。諧振電容器與偏轉(zhuǎn)線圈并聯(lián)耦合，并且沿所述第一和第二電流通路定位。電流移位電路電耦合到偏轉(zhuǎn)線圈，并且配置成在第一和第二電流通路中注入電流偏移?？刂破麟婑詈系娇刂齐娐?，并且被編程為控制第一和第二開關(guān)的開/關(guān)。
本書面描述使用示例來公開本發(fā)明，其中包括最佳模式，并且還使本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)嵤┍景l(fā)明，包括制作和使用任何裝置或系統(tǒng)以及執(zhí)行任何結(jié)合的方法。本發(fā)明的可專利范圍由權(quán)利要求來定義，并且可包括本領(lǐng)域的技術(shù)人員想到的其它示例。如果這類其它示例具有與權(quán)利要求的文字語言完全相同的結(jié)構(gòu)要素，或者如果它們包括具有與權(quán)利要求的文字語言的非實(shí)質(zhì)差異的等效結(jié)構(gòu)要素，則它們意在落入權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于X射線產(chǎn)生系統(tǒng)的電子束操縱線圈(62)的控制電路(68)，包括 第一低壓源(72)；第二低壓源(74)；第一開關(guān)裝置(86)，所述第一開關(guān)裝置(86)與所述第一低壓源串聯(lián)耦合，并且配置成在處于閉合位置時(shí)與所述第一低壓源創(chuàng)建第一電流通路(88)；第二開關(guān)裝置(92)，所述第二開關(guān)裝置(9 與所述第二低壓源(74)串聯(lián)耦合，并且配置成在處于閉合位置時(shí)與所述第二低壓源(74)創(chuàng)建第二電流通路(90)；電容器(82)，所述電容器(82)與電子束操縱線圈(62)并聯(lián)耦合，并且沿所述第一電流通路和第二電流通路(88，90)定位；以及電流源電路(70)，所述電流源電路(70)電耦合到所述電子束操縱線圈(62)，并且構(gòu)造成在所述第一電流通路和第二電流通路(88，90)中產(chǎn)生偏移電流。
2.如權(quán)利要求1所述的控制電路(68)，其中，所述電流源電路(70)包括可配置成在所述第一電流通路和第二電流通路(88，90)中注入正電流偏移和負(fù)電流偏移其中之一的雙向電路。
3.如權(quán)利要求1所述的控制電路(68)，其中，所述電流源電路(70)包括配置成在所述第一電流通路和第二電流通路(88，90)中注入正電流偏移和負(fù)電流偏移其中之一的單向電路。
4.如權(quán)利要求3所述的控制電路(68)，其中，所述電流源電路(70)包括 第一偏移開關(guān)(114)；與所述第一偏移開關(guān)(114)串聯(lián)耦合的電感器(124)； 電耦合到所述電感器(124)的電流監(jiān)測裝置(110)；以及電耦合到所述電流監(jiān)測裝置(110)的控件(112)，所述控件(11 配置成監(jiān)測所述電流源電路(70)中的電流，并且基于所監(jiān)測電流向所述第一偏移開關(guān)(114)傳送開/關(guān)信號。
5.如權(quán)利要求4所述的控制電路(68)，其中，所述控件配置成在所監(jiān)測電流小于閾值時(shí)閉合所述第一偏移開關(guān)(114)。
6.如權(quán)利要求4所述的控制電路(68)，其中，所述控件配置成在預(yù)定時(shí)間段之后斷開所述第一偏移開關(guān)(114)。
7.如權(quán)利要求4所述的控制電路(68)，其中，所述控件配置成在所監(jiān)測電流大于閾值時(shí)斷開所述第一偏移開關(guān)(114)。
8.如權(quán)利要求4所述的控制電路(68)，其中，所述電流源電路(70)還包括配置成向所述電感器(108)充電的獨(dú)立電源(132)。
9.如權(quán)利要求4所述的控制電路(68)，其中，所述電流源電路(70)還包括第二偏移開關(guān)(192)；以及其中所述控件(198)配置成向所述第一偏移開關(guān)(188)傳送開/關(guān)信號以注入所述正電流偏移；以及向所述第二偏移開關(guān)(19 傳送開/關(guān)信號以注入所述負(fù)電流偏移。
10.如權(quán)利要求1所述的控制電路(68)，其中，所述第一低壓源和第二低壓源(72，74) 構(gòu)造成提供大約RXI伏特的電壓，其中R表示所述控制電路(68)的總寄生電阻，并且I表示提供給所述電子束操縱線圈(6 的預(yù)期穩(wěn)態(tài)電流。
全文摘要
用于電子束的磁控制的設(shè)備和方法包括具有第一低壓源(72)和第二低壓源(74)的控制電路(68)。控制電路(68)還包括第一開關(guān)裝置(86)，與第一低壓源(72)串聯(lián)耦合，并且配置成在處于閉合位置時(shí)與第一低壓源(72)創(chuàng)建第一電流通路(88)；以及第二開關(guān)裝置(92)，與第二低壓源(74)串聯(lián)耦合，并且配置成在處于閉合位置時(shí)與第二低壓源(74)創(chuàng)建第二電流通路(90)?？刂齐娐?68)還包括電容器(82)，與電子束操縱線圈(62)并聯(lián)耦合，并且沿第一和第二電流通路(88，90)定位；以及電流源電路(70)，電耦合到電子束操縱線圈(62)，并且構(gòu)造成在第一和第二電流通路(88，90)中產(chǎn)生偏移電流。
文檔編號H01J35/30GK102347189SQ201110221949
公開日2012年2月8日 申請日期2011年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月28日
發(fā)明者A·凱亞法, J·L·雷諾, M·H·托多羅維克 申請人:通用電氣公司