專利名稱：活性劑量減少的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在X射線成像期間用于減少X射線活性劑量的裝置和方法。更具體地，本發(fā)明涉及用于從至少某些X射線成像系統(tǒng)組件減少過量存儲(chǔ)的能量的裝置和方法，例如存儲(chǔ)的電容性能量，以從成像系統(tǒng)減少X射線劑量。
背景技術(shù)：
在X射線成像期間，通過電子的形成產(chǎn)生X射線，該過程是通過從通常是鎢絲的陰極進(jìn)行熱電子發(fā)射，并且在X射線管中的這些電子加速到達(dá)陽極，引起X射線的發(fā)射。從X射線管發(fā)射的X射線的強(qiáng)度由鎢絲的電流和陽極與陰極之間所選的電壓差來控制。所選的電壓差通常為好幾萬千伏(kV)。
現(xiàn)有技術(shù)已知的X射線成像有不同的類型。一種X射線成像的類型通常是指射線照相成像，一般需要從X射線管發(fā)射高發(fā)射劑量并打算用于膠片成像。射線照相成像在照射時(shí)間的短期需要大量X射線輻射。X射線成像的另一種類型通常是指熒光透視成像，一般需要從X射線管發(fā)射低發(fā)射劑量，但照射時(shí)間的間期長。因此，熒光透視成像一般打算用于人體的“現(xiàn)場”電子監(jiān)視。這已經(jīng)做到了，例如，在醫(yī)學(xué)治療期間當(dāng)醫(yī)生將物體導(dǎo)入到人體，并且需要人體和該物體的連續(xù)圖像以在該過程中將物體放入人體的適當(dāng)位置時(shí)。
還使用了幾個(gè)熒光透視成像的子方法。這些在某種情況下可以指連續(xù)(或CW)的熒光透視法，其要求X射線源在長時(shí)間內(nèi)保持開啟以提供人體的“現(xiàn)場”電子監(jiān)視。
隨著成像技術(shù)的改進(jìn)，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)可檢測到X射線的短熒光透視脈沖并在監(jiān)視器上電子地保留，接著由下一個(gè)短熒光透視脈沖的后續(xù)新圖像所替代。熒光透視成像的該子方法，有時(shí)是指脈沖熒光透視法，其具有從每秒幾個(gè)脈沖到每秒30個(gè)脈沖的不同的脈沖?？梢岳斫?，脈沖熒光透視法在該速率下，在人體電子監(jiān)視期間脈沖的間歇特性不是瞬時(shí)顯現(xiàn)的，或者不能引起對圖像的嚴(yán)重退化。
在熒光透視成像中，不考慮所用的特定方法和是否為連續(xù)的或脈沖的，從X射線管的發(fā)射和對應(yīng)到管子的功率水平是低的。這就需要流過高壓電路到達(dá)X射線管的電流也是低的。在這些種狀態(tài)下，當(dāng)電源，也可指發(fā)電機(jī)，在X射線照射終止時(shí)停止生成所選擇的電壓，則無論脈沖熒光透視法，連續(xù)熒光透視法還是射線成像，都會(huì)在成像系統(tǒng)的組件中留下大量的電荷容量。例如，系統(tǒng)可具有從發(fā)電機(jī)延伸到X射線管陰極的陰極電纜和從發(fā)電機(jī)延伸到X射線管陽極的陽極電纜。這些電纜組的長度一般50英尺以上到100英尺長。另外，可攜帶電流以及更重要的電壓以產(chǎn)生X射線的足夠的電容量的電纜組可在電纜組的芯和屏蔽層之間具有相對大的電容量，例如按每英尺約50皮法(pF)的數(shù)量級。對于50英尺到100英尺長的電纜，電纜組的電容量在每條電纜約2500皮法到5000皮法之間。使用該電容量和使用充電電容簡單的能量公式可估計(jì)出屏蔽電纜的電容量，在50英尺的電纜中存儲(chǔ)的能量可估計(jì)為E＝1/2CV2＝1/2(2500×10-12)×625002＝4.9焦耳此時(shí)電纜是50英尺而在終止點(diǎn)的電壓是62.5kV。存儲(chǔ)的電容能量將兩倍于如果使用100英尺電纜的能量并且在陽極電纜中存儲(chǔ)有相等的能量。
因?yàn)樵跓晒馔敢暢上裰蠿射線管通常被設(shè)置到用于最小限度的X射線產(chǎn)生量的低發(fā)射水平，X射線管既不會(huì)很快將高壓電纜的電容能量放電，也不會(huì)很快將X射線系統(tǒng)的其它組件放電。接著熒光透視脈沖將展現(xiàn)可延長入下一個(gè)脈沖的X射線的“余輝”。例如此可在圖1A的陰影區(qū)域2示出，其示出了在傳統(tǒng)X射線成像系統(tǒng)中陽極電纜和陰極電纜之間的電勢差。為了完備性，圖1B和1C分別示出提供的陽極電纜和地，以及陰極電纜和地之間的電壓差。
X射線的“余輝”因?yàn)閹讉€(gè)原因是有害的。例如，X射線的“余輝”表示對患者額外的放射吸收劑量，同時(shí)增加了對患者鄰近的其它人的X射線散射，包括醫(yī)生和護(hù)士。另外，X射線的“余輝”還在X射線成像期間是有害的，因?yàn)樗ǔＲ馃o用的額外檢測輻射，或因?yàn)槠渲饾u縮小的波形特性可具有有害的成像值。這種效果導(dǎo)致增加照射時(shí)間從而增加所顯示圖像的移動(dòng)贗象。
在過去已經(jīng)使用的幾個(gè)方法和裝置都是為了消除或減少脈沖熒光透視波形“余輝”的作用。一種這樣的方法是使用具有例如柵極(也被稱作陰極杯)的第三元件的X射線管。通過在適當(dāng)時(shí)間激發(fā)柵極來用柵極以關(guān)閉在高速的X射線。然而，柵極類型的管子在較高功率水平和較高電壓時(shí)限制了射線照相的能力，以此限制了柵極類型X射線管，以使其比無柵極類型的管子有較低的電壓。柵極類型X射線管另一個(gè)不足在于特定的管理機(jī)構(gòu)要求將機(jī)械“擋板”加在X射線管口以防止如果柵偏壓不起作用時(shí)將連續(xù)X射線暴露給患者和醫(yī)護(hù)人員。另外，柵極類型X射線管的使用增加了整個(gè)X射線成像系統(tǒng)的操作成本，因?yàn)闁艠O類型管需要許多系統(tǒng)不能提供的第三條控制線，并且柵極類型X射線管的置換成本比無柵極類型的管子高很多。
已經(jīng)考慮了其它用于消除這種“余輝”效果的方法。例如，Beland的美國專利No.5,056,125公開了一種系統(tǒng)，它具有一系列串聯(lián)的三端雙向可控硅開關(guān)元件并包括放電電阻和鎮(zhèn)流電容。三端雙向可控硅開關(guān)元件與從陽極高壓電纜到地，以及從陰極高壓電纜到地連接在一起。除了第一連接和第二連接用于支持或傳導(dǎo)電流，三端雙向可控硅開關(guān)還具有第三連接，叫門(gate)，用于觸發(fā)開關(guān)。在串聯(lián)三端雙向可控硅開關(guān)中的門位于裝置的高壓部分并且由觸發(fā)信號激發(fā)三端雙向可控硅開關(guān)，該觸發(fā)信號由裝置的低壓部分產(chǎn)生。雖然Beland裝置相對運(yùn)行良好，但它的不足在于需要時(shí)間延遲用于每個(gè)開關(guān)以激發(fā)在串聯(lián)開關(guān)內(nèi)的門。另外，對于要承受在電纜組與地之間電壓差的多個(gè)開關(guān)，要增加電路來與每個(gè)開關(guān)的三個(gè)連接點(diǎn)連接。另外，Beland要求應(yīng)有開關(guān)可以抑制來自陽極電纜和陰極電纜兩者的功率，這需要大量開關(guān)并且還需要將從低電壓部分發(fā)出的放電觸發(fā)信號發(fā)送到陽極電纜和陰極電纜所連接的開關(guān)。
給電纜組放電的另一個(gè)裝置是Sammon的美國專利No.5,077,770公開的。Sammon的裝置利用氙管，或類似的高壓閃光管，或具有可電離材料的另一個(gè)類型的裝置。Sammon公開了一個(gè)氙管在陽極電纜和地之間連接以承受在陽極電纜和地之間的電壓，而另一個(gè)氙管在陰極電纜和地之間連接以承受在陰極電纜和地之間的電壓。Sammon公開了一種電壓反饋線圈同時(shí)觸發(fā)每個(gè)氙管，以電離氙管中的氣體使氙管變?yōu)閷?dǎo)電狀態(tài)。雖然Sammon的裝置相對較快，但它的缺點(diǎn)在于需要很昂貴的兩個(gè)氙管周期地更換，并且隨著時(shí)間和使用其體現(xiàn)出改變的特性。還有，需要相對大的電壓以電離氙管中的氣體，增加了運(yùn)行的整個(gè)成本和熱產(chǎn)生率。

發(fā)明內(nèi)容
據(jù)此，本發(fā)明的目的是至少部分克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)。另外，本發(fā)明的目的是提供在X射線成像期間減少X射線活性劑量的改進(jìn)類型的裝置和方法。
據(jù)此，在其方面之一中，本發(fā)明屬于一種X射線成像系統(tǒng)，包括X射線管，當(dāng)對其施加預(yù)選電壓時(shí)產(chǎn)生用于X射線成像的X射線；電源，用于以預(yù)選電壓給X射線管提供電能；電纜組，包括用于可操作地將電源與X射線管連接的陽極電纜和陰極電纜；多個(gè)電子單元，每個(gè)單元具有防止由于電流的流動(dòng)而達(dá)到閾值電壓的第一狀態(tài)和允許電流流過的第二狀態(tài)，所述單元可操作性地與X射線成像的至少一個(gè)部件連接，所述部件選自X射線管，電源和電纜組，以使在第一狀態(tài)時(shí)所述多個(gè)單元防止電流流到地，并且在第一狀態(tài)時(shí)允許電流流過至少一個(gè)部件，在第二狀態(tài)時(shí)允許電流流過至少一個(gè)部件；過壓電路，引起多個(gè)電子單元的至少第一單元超過閾值電壓并使該單元從第一狀態(tài)變到第二狀態(tài)；以及其中在電源以預(yù)選電壓給X射線管提供電能時(shí)，處于第一狀態(tài)的單元防止電流流過至少一個(gè)部件，以及，在電源以預(yù)選電壓給X射線管提供電能終止時(shí)，過壓電路引起多個(gè)單元的至少第一單元從第一狀態(tài)變到第二狀態(tài)，同時(shí)引起后續(xù)單元從第一狀態(tài)變到第二狀態(tài)，以允許電流流過至少一個(gè)部件，以此減少X射線管產(chǎn)生的X射線。
在進(jìn)一步的方面，本發(fā)明屬于一種從X射線成像系統(tǒng)中減少X射線劑量的裝置，所述裝置包括多個(gè)電子單元，每個(gè)單元具有防止由于電流的流動(dòng)而到達(dá)閾值電壓的第一狀態(tài)和允許電流流過的第二狀態(tài)，所述多個(gè)電子單元可操作性地與X射線成像的至少一個(gè)部件連接，以使在多個(gè)單元的每個(gè)在第一狀態(tài)時(shí)，加在多個(gè)單元兩端之間的電壓差不足以越過多個(gè)單元的任意一個(gè)的閾值電壓；電壓脈沖源用于產(chǎn)生足夠幅度的電壓脈沖以引起至少多個(gè)電子單元的第一單元超過閾值電壓；其中基本與X射線照射終止同時(shí)，電壓脈沖源引起至少多個(gè)單元的第一單元超過閾值電壓，使第一單元從第一狀態(tài)變到第二狀態(tài)；以及其中第一單元從第一狀態(tài)變到第二狀態(tài)引起多個(gè)單元從第一狀態(tài)變到第二狀態(tài)，以允許在成像系統(tǒng)的至少一個(gè)部件中的存儲(chǔ)能量釋放到地，以此減少成像系統(tǒng)的X射線劑量。
還在進(jìn)一步的方面，本發(fā)明屬于一種在X射線成像期間減少X射線活性劑量的方法，所述方法包括通過電纜組施加預(yù)選電壓，所述電纜組包括可操作地將電源與X射線管連接的陽極電纜和陰極電纜，所述預(yù)選電壓足以引起X射線管產(chǎn)生用于X射線成像的X射線；在預(yù)選電壓終止時(shí)，過壓的多個(gè)單元的第一單元可操作地將電纜組的至少一個(gè)或X射線管連接到地，所述多個(gè)單元中的每個(gè)單元具防止由于電流的流動(dòng)而達(dá)到閾值電壓的第一狀態(tài)和允許電流流過的第二狀態(tài)；其中過壓多個(gè)單元的第一單元引起余下的多個(gè)單元的每個(gè)單元變成過壓，以此存儲(chǔ)于X射線管中、陽極電纜、陰極電纜中至少一個(gè)的能量被釋放至地，從而在預(yù)選電壓終止時(shí)減少由X射線管產(chǎn)生的X射線。
據(jù)此，在本發(fā)明的一個(gè)方面，多個(gè)單元，每個(gè)單元具有防止電流流過的第一狀態(tài)和第二狀態(tài)，其中它們高度導(dǎo)通，可操作地放在地與成像系統(tǒng)的至少一個(gè)部件之間，以在X射線照射的終止幫助從X射線系統(tǒng)的部件到地釋放存儲(chǔ)的電容能量。這些單元可以從第一狀態(tài)到第二狀態(tài)變化或移動(dòng)?？稍趩蝹€(gè)單元實(shí)施過壓，它通過施加電壓脈沖以逼迫單元從第一狀態(tài)到第二狀態(tài)。接著該電壓脈沖將施加到后續(xù)單元直到所有單元完成第一狀態(tài)到第二狀態(tài)的移動(dòng)，以此允許到地電流的導(dǎo)通并釋放在X射線系統(tǒng)中存儲(chǔ)的能量。通過開始在單個(gè)單元施加電壓脈沖，電壓脈沖可具有低電壓，增加了功效和安全性并降低了系統(tǒng)的成本。
應(yīng)該理解單元從第一狀態(tài)到第二狀態(tài)移動(dòng)時(shí)，加在保持第一狀態(tài)的單元的電壓簡單升高，因?yàn)閱卧^小的數(shù)量必須承受成像系統(tǒng)選擇的電壓。因此，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是一旦在第一狀態(tài)的單元數(shù)量降低，就使加在保持第一狀態(tài)的單元的電壓超過用于過壓單元的閾值電壓，所有余下的單元將從第一狀態(tài)變到第二狀態(tài)。這可提供潛在地快速連鎖效應(yīng)，從過壓初始單元或多個(gè)單元直到所有單元已經(jīng)過壓和變成導(dǎo)通。據(jù)此，這可導(dǎo)致從系統(tǒng)快速耗散存儲(chǔ)的電子電容能量。另外，因?yàn)檠b置被設(shè)計(jì)為過壓，所以它們不會(huì)被破壞，由于較小數(shù)量的單元保持在第一低導(dǎo)通狀態(tài)并且承受同樣電壓，這提高了系統(tǒng)的可恢復(fù)性。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，在進(jìn)一步的實(shí)施例中，如果流過單元的電流低于閾值電流，那么單元可以從高導(dǎo)通的第二狀態(tài)返回到低導(dǎo)通的第一狀態(tài)。這樣，一旦從X射線成像系統(tǒng)的能量已經(jīng)被消散，并且流過單元的最終電流低于閾值電流，那么所有單元從第二狀態(tài)返回到低第一狀態(tài)，將單元自動(dòng)復(fù)位，用于X射線成像系統(tǒng)的X射線的下一個(gè)發(fā)射。這樣，本發(fā)明的一個(gè)潛在優(yōu)點(diǎn)是一旦單元移動(dòng)到第二狀態(tài)它可以自我熄滅和自我調(diào)節(jié)，它們可以處于第二狀態(tài)直到成像系統(tǒng)的部件存在的能量可以在單元中引起超過閾值電流的電流。一旦成像系統(tǒng)的部件存儲(chǔ)的能量消散到通過單元的電流低于閾值電流的點(diǎn)，單元改變狀態(tài)從第二狀態(tài)回到第一狀態(tài)以準(zhǔn)備下一個(gè)X射線成像。這個(gè)變化是自動(dòng)完成的并很少控制。
本發(fā)明進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)在于，因?yàn)橛捎趩卧械墓虘B(tài)部件的固有特性，從第二狀態(tài)返回到低第一狀態(tài)的轉(zhuǎn)變基本上是自動(dòng)執(zhí)行的，所以控制電路被簡化并且控制的可靠性增加。另外，控制電路的簡化降低了所有的費(fèi)用和裝置的體積。
另外，應(yīng)該理解低強(qiáng)度的X射線不足以進(jìn)入被成像的患者體內(nèi)。這樣，即使加在X射線管的電壓適度地降低可使對患者和醫(yī)護(hù)人員的X射線劑量足夠的降低。另外，多數(shù)X射線管具有附連的濾光器組件，以使適度低能量(kV)的X射線不足以穿透X射線管前的濾光器組件。盡管X射線的發(fā)射量是多個(gè)變量的函數(shù)，但是其特別是加在X射線管兩端電壓差的2.3次冪的函數(shù)。這樣，降低加在管兩端電壓差可在X射線管的發(fā)射量上起主要作用。
因此，應(yīng)該理解如果釋放能量足夠快，那么能量可通過只連接到X射線成像系統(tǒng)一個(gè)部件的單個(gè)裝置來釋放。例如，裝置可以連接到X射線系統(tǒng)的陽極側(cè)或陰極側(cè)，但無需兩個(gè)都連接。這樣明顯地降低了系統(tǒng)的總體費(fèi)用，通過要求單個(gè)裝置只將陽極側(cè)連接到地或?qū)㈥帢O側(cè)連接到地，但不是兩個(gè)都連接。系統(tǒng)設(shè)置為只從X射線成像系統(tǒng)部分的一側(cè)釋放能量，因?yàn)槟芰肯⒌乃俣冗€因?yàn)橐环N理解，就是X射線管兩端電壓差在X射線產(chǎn)生中起到重要作用。
據(jù)此，在進(jìn)一步的方面，本發(fā)明提供了一種X射線成像系統(tǒng)，具有陽極側(cè)，其具有相對于地的正向電壓，并具有陰極側(cè)，其具有相對于地的負(fù)向電壓，所述系統(tǒng)包括X射線管，該X射線管具有與陽極側(cè)連接的陽極和與陰極側(cè)連接的陰極，當(dāng)電壓差施加在陽極和陰極兩端時(shí)，用于在X射線能量頻譜內(nèi)利用最高峰的能量水平產(chǎn)生X射線，當(dāng)預(yù)選電壓施加在陽極和陰極兩端時(shí)，在X射線照射期間，所述X射線管在診斷能量范圍內(nèi)X射線；與X射線管關(guān)聯(lián)的X射線濾光器濾除由X射線管產(chǎn)生的低于診斷能量范圍的X射線。電源在X射線照射期間以預(yù)選電壓給X射線管提供電能，以產(chǎn)生在診斷能量范圍內(nèi)的X射線；而活性劑量減少裝置通過在X射線照射終止時(shí)允許電流流過陰極側(cè)或陽極側(cè)的一個(gè)，而且只一個(gè)來促進(jìn)施加在陽極和陰極兩端的電壓差的減少，使得施加在陽極和陰極兩端的電壓差減少，引起最高峰的能量水平低于診斷能量范圍；其中在X射線照射終止時(shí)，活性劑量減少裝置允許電流流過陰極側(cè)或陽極側(cè)的一個(gè)，而且只一個(gè)來降低在陽極和陰極兩端的電壓差，以使X射線管產(chǎn)生X射線的最高峰的能量水平低于診斷能量范圍并基本上由X射線濾光器濾除。
據(jù)此，在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，只有將電源與X射線管的陰極相連的陰極電纜具有用于消散與其連接的電纜中存儲(chǔ)的能量的裝置，以減少對患者和在患者附近人員的X射線活性劑量。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這種設(shè)置可足夠快地通過陰極電纜將能量釋放到X射線管上電壓降低的程度，從而使由存儲(chǔ)電能產(chǎn)生的X射線的相當(dāng)部分由X射線管的濾光系統(tǒng)濾除，以此降低對患者的X射線活性劑量。
在一個(gè)實(shí)施例中，還發(fā)現(xiàn)只將陰極側(cè)連接到地的好處的幾個(gè)原因。例如，在典型的放射成像和熒光透視成像使用的X射線管通常包括在陰極杯中的細(xì)絲或有時(shí)叫做維納爾電極(Wehnelt electrode)。陰極杯或維納爾電極的一個(gè)目的是該電極可聚焦以在X射線管陽極方向形成窄的光束。不像普通的電子裝置，例如陰極射線管，X射線管不能利用磁聚焦并因此陰極杯是X射線管優(yōu)選的聚焦電子的方式。還已知X射線束投影的焦點(diǎn)的尺寸決定了圖像的分辨率，它是在圖像記錄中減少半影效應(yīng)實(shí)現(xiàn)的。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)，可使用0.3到0.6mm的焦點(diǎn)。這樣，聚焦光束在確定圖像分辨率中是十分重要的。
在熒光透視的情況下，保持細(xì)絲比在放射照相中低的功率水平。這樣，在熒光透視的情況下的細(xì)絲通常不會(huì)被電子限制，這對于較高的大于100mA的X射線管電流會(huì)發(fā)生。這還叫做“空間電荷限制”。
由于空間電荷“云”很大程度受陰極電壓的影響，并且因?yàn)榭臻g電荷“云”通常形成確定X射線管動(dòng)態(tài)焦點(diǎn)尺寸的電子束，因而優(yōu)選的是將空間電荷云盡可能快地變?yōu)榈碗妷海允乖赬射線管陽極上的剩余電荷不能選擇其尺寸。如果陰極處于某電勢而不完全放電，當(dāng)施加下一個(gè)X射線脈沖時(shí)，初始的電流將引起不希望的“焦點(diǎn)增長”。這樣，如果只有X射線成像系統(tǒng)的一側(cè)放電，那么通常優(yōu)選的是陰極側(cè)而不是陽極側(cè)。
優(yōu)選的熄滅陰極側(cè)而不熄滅陽極的另一個(gè)應(yīng)用是提供陰極聚焦偏壓的能力。這優(yōu)選的用于放大倍率的應(yīng)用，其中正常投影光束是矩形投影。對于這種類型的應(yīng)用，用100到150vdc偏壓陰極以形成同側(cè)光束，這樣在光束寬度上減少了半影效應(yīng)。ADR裝置允許裝配小的偏壓源。
在另一個(gè)實(shí)施例中，ADR裝置的應(yīng)用熄滅陰極到地，允許ADR裝置與三焦點(diǎn)X射線管接合。可將附加的燈絲變壓器加在ADR裝置上以在熒光照相術(shù)中提供微小聚焦點(diǎn)。這是熄滅陰極到地的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)橄珀枠O通常不能做到這一點(diǎn)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，本發(fā)明進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)是容易監(jiān)測裝置的活動(dòng)。具體地，本發(fā)明的裝置和方法導(dǎo)致其自身通過具有檢測裝置而簡化監(jiān)測，其檢測流過單元的電流的存在。如果在不正確的時(shí)間檢測到電流，可發(fā)出出錯(cuò)信號指示在X射線成像系統(tǒng)和/或活性劑量減少裝置中發(fā)生了錯(cuò)誤。出錯(cuò)信號的產(chǎn)生將引起電源對X射線成像系統(tǒng)停止供電。在優(yōu)選實(shí)施例中，如果錯(cuò)誤只位于活性劑量減少裝置中，那么活性劑量減少裝置可以從系統(tǒng)脫離以使成像系統(tǒng)依然可以使用，只是沒有活性劑量減少裝置的好處。
本發(fā)明進(jìn)一步方面將通過閱讀下面所示出的本發(fā)明和本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的附圖簡述和優(yōu)選實(shí)施例詳述變得更加明確。


在圖中示出了
具體實(shí)施例方式圖1A，1B和1C是根據(jù)在前技術(shù)的裝置，沒有活性劑量減少的情況下，分別示出陽極到陰極，陽極到地以及陰極到地的電壓與時(shí)間的關(guān)系；圖2是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的本發(fā)明的示意圖；圖3示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的活性劑量減少裝置的示意圖；圖4A，4B，4C和4D分別示出在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的活性劑量減少裝置的正常運(yùn)行期間，與時(shí)間相關(guān)的陽極到陰極電壓，陽極到地電壓，陰極到地電壓以及放電命令；圖5A和5B分別示出在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的ADR電路和ADR裝置的正常運(yùn)行期間，陰極電壓與時(shí)間以及電流與時(shí)間的關(guān)系；圖5C和5D分別示出在ADR裝置的異常運(yùn)行操作期間，當(dāng)高電壓短路發(fā)生時(shí)，陰極電壓和ADR電流；圖5E和5F分別示出在ADR的異常運(yùn)行操作期間，當(dāng)在ADR不能給電纜放電時(shí)，陰極電壓和ADR電流與時(shí)間的關(guān)系；圖6示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，ADR裝置用來檢測錯(cuò)誤的流程圖；圖7A和7B分別示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，當(dāng)沒有電纜放電發(fā)生時(shí)，放電命令總電壓、陽極電壓、陰極電壓與時(shí)間的關(guān)系，每一分界線表示1毫秒(圖7A)和10毫秒(圖7B)；
圖8A和8B分別示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，當(dāng)沒有電纜放電發(fā)生時(shí)，放電命令總電壓、陽極電壓和陰極電壓與時(shí)間的關(guān)系，每個(gè)分界線表示1毫秒(圖8A)和10毫秒(圖8B)；圖9A，9B和9C是用于根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的活性劑量減少裝置的活性劑量減少電路更詳細(xì)的示意圖；圖10示出根據(jù)進(jìn)一步實(shí)施例的本發(fā)明的示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例及其優(yōu)點(diǎn)應(yīng)參照所給附圖理解。在所給的圖形中，相同的數(shù)字用于表示附圖中相同的和相應(yīng)部件。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，圖2描述了一種成像系統(tǒng)，通常由標(biāo)號10表示，此成像系統(tǒng)包括通常由標(biāo)號40表示的活性劑量減少裝置。如圖2所示，成像系統(tǒng)10包括電源12，例如發(fā)電機(jī)，此電源用于以預(yù)選電壓Vp給通常由標(biāo)號14表示的X射線管供電。電源12通過與X射線管14的陽極16相連的陽極高壓電纜20和與X射線管14的陰極18相連的高壓陰極電纜30給X射線管14供電。因此，陽極高壓電纜20和陰極高壓電纜30代表共同將X射線管14的陽極16和陰極18與電源12相應(yīng)的陽極輸出和陰極輸出端相連的電纜組。
在優(yōu)選實(shí)施例中，X射線管14還包括如圖2所示的濾光器15。濾光器15通常是置于X射線管14之前及X射線管14與患者之間的輻射吸收濾光器。在優(yōu)選實(shí)施例中，X射線管14通常還包括控制X射線區(qū)域大小的準(zhǔn)直器(未示出)。輻射吸收濾光器15通常置于準(zhǔn)直器(未示出)之前或其中一部分。
陽極電纜20和陰極電纜30通常分別包括兩根導(dǎo)線，其中一根接地用于屏蔽。雖然可使用電纜20，30中任何一個(gè)類型，但是在優(yōu)選實(shí)施例中，電纜包括由Progency公司制造的EUREKA(商標(biāo))Pro-Flex高壓電纜。眾所周知，電纜可能有數(shù)萬伏電壓并因此通常被屏蔽。
而且，包括X射線管14和發(fā)電機(jī)12的整個(gè)系統(tǒng)10通常與公共地8連接。這樣，陽極20將相對于公共地8有正電壓，陰極30將相對于公共地8有負(fù)電壓。成像系統(tǒng)10可能因此看作有通常由標(biāo)號26表示的相對于公共地8有正電壓的陽極側(cè)和通常由標(biāo)號38表示的相對于公共地8有負(fù)電壓的陰極側(cè)。這樣，施加于X射線管14的預(yù)選電壓Vp實(shí)際上將是由陽極電壓電纜20施加于陽極16的正電壓和由陰極電纜30施加于陰極18的負(fù)電壓的疊加電壓差。典型的，X射線管14將有50至80千伏的電壓差。這將由相對于公共地8有25至40kV的正電壓的陽極電纜20和與陰極18有-25至40kV負(fù)電壓的陰極電纜30完成。
在操作過程中，電源12以預(yù)選電壓Vp為X射線管14供電。當(dāng)通過電纜組20，30由發(fā)電機(jī)12至X射線管14的陽極16和陰極18的預(yù)選電壓Vp施加于其上時(shí)，X射線管14從而產(chǎn)生用于X射線成像的X射線。在特定X射線照射結(jié)束時(shí)，電源12將停止向X射線管供應(yīng)預(yù)選電壓Vp。當(dāng)施加預(yù)選電壓Vp時(shí)，陽極電纜20和陰極電纜30都有通常由標(biāo)號22，32表示的電容，分別對應(yīng)于公共地8。電容22，32表示包括電纜組20，30和其他組件，例如X射線管14和電源12的全部成像系統(tǒng)10儲(chǔ)藏的電能。在電源12停止供應(yīng)預(yù)選電壓Vp后，因?yàn)榘娫?2，電纜組20，30和X射線管14的整個(gè)成像系統(tǒng)10中儲(chǔ)藏的電能，X射線管14可能仍然產(chǎn)生一些X射線，直至電容能量22，32釋放完畢。
為了促進(jìn)儲(chǔ)存的電容能量釋放，系統(tǒng)10優(yōu)選地包括活性劑量降低(ADR)裝置40以允許從成像系統(tǒng)10的至少一個(gè)部件至地8的電流流過，從而在電源12停止以預(yù)選電壓Vp向X射線管14供電時(shí)減少X射線管14產(chǎn)生的X射線。該ADR裝置40通常響應(yīng)指示X射線照射結(jié)束的控制信號CS而觸發(fā)。這樣，在X射線照射結(jié)束時(shí)及在電源12終止向X射線管14供電后，該ADR裝置40將允許電流從X射線系統(tǒng)10的至少一個(gè)部件流至地8。
眾所周知，控制信號CS通常在每劑量的X射線照射劑量終止后施加。例如，在熒光透視成像過程中，控制信號CS可能每數(shù)秒發(fā)出一次直至每秒發(fā)出30個(gè)脈沖，這依熒光透視法的脈沖速率而定。類似的，在另一種X射線成像中，控制信號CS將在照射終止時(shí)發(fā)出，例如當(dāng)電源12終止以預(yù)選電壓Vp向X射線管14供電時(shí)，并且希望釋放掉成像系統(tǒng)10中所儲(chǔ)存的能量。
如圖2所示，ADR減少裝置40只需與成像系統(tǒng)10中至少一個(gè)部件相連，例如陽極高壓電纜20，陰極高壓電纜30，X射線管14，電源12，或成像系統(tǒng)10的另一部件。換言之，ADR裝置40不必與成像系統(tǒng)10的陽極側(cè)26及陰極側(cè)38相連。更確切的，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)通過釋放成像系統(tǒng)10陽極側(cè)26或陰極側(cè)38中儲(chǔ)存的能量，X射線管14的陽極16和陰極18之間的電壓將顯著降低，導(dǎo)致X射線管14的輻射水平降低，從而降低作用在患者和操作人員上的X射線活性劑量。
更具體的，眾所周知，因?yàn)閄射線管14的X射線輻射是陽極16與陰極18間電壓差函數(shù)，沒有必要消除X射線管14的陽極側(cè)26和陰極側(cè)38上的電流，而是應(yīng)通過以足夠快的速度釋放陽極側(cè)26或陰極側(cè)38上儲(chǔ)存的能量，從而由于X射線管14兩端的電壓差下降，使X射線管14的X射線輻射降低。而且，已知雖然X射線輻射是多個(gè)變量的函數(shù)，但從X射線管14的X射線輻射主要是加在X射線管兩端電壓差的2.3次冪的函數(shù)。因此，降低施加于X射線管14的總電壓，不管這是由于陽極16與地8和/或陰極18與地8之間的電壓降低，都將導(dǎo)致陽極16與陰極18之間電壓差的適當(dāng)下降，從而使X射線輻射降低。
還應(yīng)注意到，X射線管14的X射線輻射的適當(dāng)下降足以減低患者承受的X射線劑量。這部分是由于降低至一定輻射水平之下的X射線不足以進(jìn)入患者體內(nèi)，也不會(huì)大量的散射到患者附近的其他人身上。因此，當(dāng)成像系統(tǒng)10的陰極側(cè)38和陽極側(cè)26上連有ADR裝置40時(shí)，不必釋放來自陽極側(cè)26和陰極側(cè)38的電容性能量22，23。較合理的，單個(gè)ADR裝置40可以設(shè)置在陰極側(cè)38成像系統(tǒng)10的部件之一與地8之間或陽極側(cè)26的成像系統(tǒng)10的部件之一與地8之間上。
如圖2所示，在優(yōu)選實(shí)施例中，成像系統(tǒng)10可能包括單個(gè)ADR裝置40，該裝置通過有效地將陰極電纜30與地8連接起來，實(shí)現(xiàn)陰極側(cè)38與地的連接。不過，如果需要，第二個(gè)ADR裝置40也可用來將系統(tǒng)10在陽極側(cè)26的部件與地有效地連接起來。
根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例，圖3描述了ADR裝置40。如圖3所示，在一個(gè)實(shí)施例中，ADR裝置40包括若干電單元，它們?nèi)w用標(biāo)號100表示。為了方便起見，這些電單元100可以單獨(dú)標(biāo)記，如第一單元101，第二單元102，直到第n個(gè)單元標(biāo)為100n。
每個(gè)電單元100一般有第一狀態(tài)，此狀態(tài)防止由于電流的流動(dòng)而達(dá)到閾值電壓Vt，以及第二狀態(tài)，此狀態(tài)允許電流通過。如圖3所示，多個(gè)單元100將X射線成像系統(tǒng)10的至少一個(gè)部件與地8有效地連接起來。如圖3所示，多個(gè)電子單元100可以通過陰極電纜接頭90有效地連接陰極電纜30與地8。然而，應(yīng)該理解ADR裝置40可以將成像系統(tǒng)10的其他任何部件，包括陽極16，陰極18，陽極電纜20，陰極電纜30或電源12，與地8連接起來。
電子單元100的數(shù)量以及在成像系統(tǒng)10的至少一個(gè)部件與地8之間的設(shè)置應(yīng)優(yōu)選如下，當(dāng)多個(gè)單元100的每一個(gè)單元都處于第一狀態(tài)時(shí)，成像系統(tǒng)10的至少一個(gè)部件與地8之間的電壓差不足以超過多個(gè)單元100中任何一個(gè)單元100的閾值電壓Vt。換言之，加在X射線成像系統(tǒng)10的至少一個(gè)部件與地8之間的電壓將由多個(gè)電子單元100承擔(dān)，并且不會(huì)超過任何一個(gè)電子單元100的閾值電壓Vt，或者至少不會(huì)允許電流從成像系統(tǒng)10的至少一個(gè)部件流向地8。
只要能有效將成像系統(tǒng)10的至少一個(gè)部件與地8連接起來，多個(gè)單元100可以按各種方式和數(shù)量n來設(shè)置。在優(yōu)選實(shí)施例中，多個(gè)單元100從成像系統(tǒng)10的至少一個(gè)部件和地8串聯(lián)布置。進(jìn)一步地，在優(yōu)選實(shí)施例中，每一個(gè)單元100的閾值電壓大約為1kV。在陰極電纜30與地8之間電壓差最高可達(dá)75kV的情況下，至少需要串聯(lián)75個(gè)單元100以承受此電壓差。在通過審核的情況中，將至少需要充足的單元100以保證即使在出現(xiàn)潛在的125％最大電壓時(shí)，也就是大約100kV時(shí)仍沒有一個(gè)單元100會(huì)從第一狀態(tài)轉(zhuǎn)換至第二狀態(tài)。在此情況中，將至少需要100個(gè)單元100。
仍如圖3所示，ADR裝置40最好包括過壓電路，一般以標(biāo)號145標(biāo)示在圖3中，用于產(chǎn)生足夠大的電壓以使多個(gè)單元100的至少第一單元，通常以標(biāo)號101標(biāo)示在圖3中，超過閾值電壓Vt。過壓電路145可以是能夠提供足夠大的電壓以使第一單元101超過閾值電壓Vt的任何類型的電子設(shè)備。過電壓電路最好包括電壓脈沖源，一般以標(biāo)號150標(biāo)示在圖3中，它產(chǎn)生足夠持續(xù)時(shí)間和電壓值的電壓脈沖，從而使至少第一單元100過壓。
眾所周知，由電壓脈沖源150產(chǎn)生的電壓脈沖將與由預(yù)先選定的電壓Vt產(chǎn)生的加在相應(yīng)的單元100兩端的電壓相疊加。因此，電壓脈沖源150產(chǎn)生的電壓脈沖不必與閾值電壓Vt相等，但由電壓脈沖源150產(chǎn)生的電壓脈沖當(dāng)與由預(yù)選電壓Vp而導(dǎo)致的第一單元101兩端的電壓相加時(shí)，至少足以超過閾值電壓Vt。謹(jǐn)慎起見，在優(yōu)選實(shí)施例中，由電壓脈沖源150產(chǎn)生的電壓脈沖超過第一單元101的閾值電壓Vt的50％至200％，優(yōu)選為100％。例如，在優(yōu)選實(shí)施例中，第一單元101的閾值電壓Vt大約為1kV，而電壓脈沖源產(chǎn)生的電壓脈沖大約為2kV。另外，最好電壓脈沖源150可以維持電壓脈沖Vpl一段時(shí)間，至少足夠使所有單元100從第一狀態(tài)轉(zhuǎn)換至第二狀態(tài)。例如，在優(yōu)選實(shí)施例中，單元100將在大約20毫秒的時(shí)間內(nèi)全部從第一狀態(tài)轉(zhuǎn)換至第二狀態(tài)，而電壓脈沖源150將產(chǎn)生持續(xù)至少60到100毫秒的電壓脈沖。
一旦第一單元101從第一狀態(tài)轉(zhuǎn)換至第二狀態(tài)時(shí)，第一單元101將導(dǎo)通，從而使成像系統(tǒng)10存儲(chǔ)的能量施加于保持在第一狀態(tài)的單元102至100n。而且，一旦第一單元從第一狀態(tài)轉(zhuǎn)換至第二狀態(tài)，電壓脈沖開始施加于第二單元102。第一單元101兩端由于預(yù)選電壓Vp而產(chǎn)生的電勢與電壓脈沖發(fā)生器150產(chǎn)生的電壓脈沖結(jié)合，將導(dǎo)致第二單元102也從第一狀態(tài)轉(zhuǎn)換至第二狀態(tài)。類似地，后續(xù)單元100接著從第一狀態(tài)到第二狀態(tài)。這樣，第一單元101從第一狀態(tài)至第二狀態(tài)的轉(zhuǎn)換將通過電壓脈沖Vpl和由預(yù)選電壓Vp導(dǎo)致的在相應(yīng)的單元100兩端的電勢的組合施加而導(dǎo)致連鎖效應(yīng)。
隨著處于第一狀態(tài)的單元100數(shù)量的減少，其余保持第二狀態(tài)的單元100兩端的電壓將升高。一旦保持第一狀態(tài)的單元數(shù)量有充足的減少，那么預(yù)選電壓Vp對保持在第一狀態(tài)的單元100兩端產(chǎn)生的電勢將升高直至超過保持在第一狀態(tài)的單元的閾值電壓Vt，進(jìn)而導(dǎo)致其余的單元100從第一狀態(tài)轉(zhuǎn)換至第二狀態(tài)，允許電流從成像系統(tǒng)10的至少一個(gè)部件流過單元100至地8。這樣，允許電流從成像系統(tǒng)10的至少一個(gè)部件流至地8，將減少成像系統(tǒng)10中儲(chǔ)存的電容能量并減少由X射線管14產(chǎn)生的X射線。
一旦X射線成像系統(tǒng)10中存儲(chǔ)的充足的能量釋放后，通過多個(gè)單元的電流將降低至小于閾值電流It。一旦通過多個(gè)單元的電流降至閾值電流It以下，那么多個(gè)單元100可以從高度導(dǎo)通的第二狀態(tài)轉(zhuǎn)換至第一狀態(tài)。這樣，一旦足夠的能量從成像系統(tǒng)10釋放，那么繼續(xù)通過多個(gè)單元100的電流將降至閾值電流It以下，從而導(dǎo)致多個(gè)單元100從高度導(dǎo)通的第二狀態(tài)轉(zhuǎn)換至不是高度導(dǎo)通的第一狀態(tài)，其中只要電壓保持在閾值電壓Vt以下即可。于是，多個(gè)單元100將被重置，從而使多個(gè)單元100可以再次防止電流從至少一個(gè)部件流至地8。這將允許電源12再次以預(yù)選電壓Vp給X射線管14供電，以產(chǎn)生用于后續(xù)成像的X射線。于是，單元100可以充分地從允許電流流通的第二狀態(tài)轉(zhuǎn)換回阻止電流流通的第一狀態(tài)。
如圖3所示，多個(gè)單元100優(yōu)選的被設(shè)置為串聯(lián)于陰極電纜30和地8之間?？梢岳斫?，多個(gè)單元100也可能設(shè)置為串聯(lián)在陽極電纜20和地8之間。由于上面詳細(xì)敘述的原因，應(yīng)該理解，單個(gè)ADR裝置40可以設(shè)置在陽極電纜20和地8之間，或者陰極電纜30和地8之間，但是它們不必要同時(shí)設(shè)置在陽極電纜20和地8之間以及陰極電纜30和地8之間。
如圖3和圖2所示，電壓脈沖可以由電壓脈沖源150響應(yīng)控制信號CS而產(chǎn)生?？刂菩盘朇S可由成像系統(tǒng)10以及通常由電源12產(chǎn)生，但不一定來自電源12?？刂菩盘朇S指示最近的X射線照射劑量已經(jīng)終止和電源12已經(jīng)終止以預(yù)選電壓Vp給X射線管14供電。
圖9A示出根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例的兩個(gè)單元100的電示意圖。方便起見，圖9A所示的單元100標(biāo)為100m和100m-1并且它們是多個(gè)單元100的兩個(gè)典型的單元100。多個(gè)單元100的所有單元100可具有同樣的結(jié)構(gòu)，除了第一單元101，其具有如圖9B所示的不同結(jié)構(gòu)。
如圖9A所示，單元100可包括幾個(gè)電過壓器件910。電過壓器件910優(yōu)選地為兩個(gè)中斷器件并且可能包括硅控整流器。在優(yōu)選實(shí)施例中，過壓器件910是通常用標(biāo)記Sm表示的Sidac器件。Sidac器件Sm通常為具有比標(biāo)準(zhǔn)雙端交流開關(guān)元件更高的功率處理能力的硅雙向電壓觸發(fā)器件。當(dāng)施加超過Sidac擊穿電壓Vo的電壓時(shí)，Sidac通過負(fù)阻抗區(qū)變?yōu)榈蛯?dǎo)通狀態(tài)電壓。導(dǎo)通持續(xù)直至電流中斷或降至器件的最小維持電流值以下。Sidac可包括特征玻璃鈍化連接以保證粗糙和可靠的裝置能夠承受惡劣的工作環(huán)境。在本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中使用的一個(gè)Sidac器件由位于美國的Treccor公司制造。
因此，在優(yōu)選實(shí)施例中，過壓器件910具有與上述有關(guān)電單元100的相似特征。例如，Sidac Sm具有第一狀態(tài)，在該狀態(tài)下它們基本不導(dǎo)通，直到達(dá)到Sidac擊穿電壓Vo，當(dāng)被超過擊穿電壓Vo過壓時(shí)，將電轉(zhuǎn)換為第二狀態(tài)，此時(shí)它們高度導(dǎo)通?？梢岳斫?，每個(gè)單元都有至少一個(gè)、很可能兩個(gè)或更多的過壓器件910，使得單元100中過壓器件910的擊穿電壓Vo的合成擊穿電壓將等于單元的閾值電壓Vt。例如，圖9A所示的典型單元100m具有4個(gè)過壓器件910，這樣圖9A中單元100m的閾值電壓Vt將等于四個(gè)Sidac，即SmA、SmB、SmC以及SmD的擊穿電壓Vo之和。在優(yōu)選實(shí)施例中，過壓器件910是由Treccor公司生產(chǎn)的零件號為K2500E70的Sidac，每個(gè)過壓器件910的擊穿電壓約為250伏。在這種情況下，具有四個(gè)Sidac Sn的單元100的閾值電壓Vt約為250伏的四倍，也就是大約1000V。
仍如圖9A所示，單元100可包括二極管Dm，它被設(shè)計(jì)用以保證單元100m不會(huì)產(chǎn)生反向電壓。在這種情況下，因?yàn)閳D9A中所示的多個(gè)單元100連接在成像系統(tǒng)10的陰極側(cè)38上，所以ADR裝置40將是一個(gè)負(fù)電勢系統(tǒng)。在這種情況下，二極管Dm將防止單元100m變?yōu)檎妱荨？梢岳斫猓绻鸄DR裝置40連接于陽極側(cè)26上，單元100在陽極側(cè)26的相應(yīng)二極管(未示出)將防止單元100變?yōu)樨?fù)電勢。
圖9A中所示的單元100m還包有電容Cm，它被設(shè)計(jì)用于保持由預(yù)選電壓Vp產(chǎn)生的單元100兩端的電勢差。因此，每個(gè)單元100中的電容C都是設(shè)計(jì)用以保持由預(yù)選電壓Vp產(chǎn)生的相應(yīng)單元100m兩端的電勢差。這樣，隨著單元100相繼從第一狀態(tài)轉(zhuǎn)換到第二狀態(tài)，每個(gè)其它單元100中的電容Cm將基本保持由預(yù)選電壓Vp產(chǎn)生的相應(yīng)單元100兩端的電勢差。這有利于連鎖效應(yīng)，由此，過壓電路145使第一單元從第一狀態(tài)轉(zhuǎn)換至第二狀態(tài)將導(dǎo)致其它單元100中的每個(gè)單元相繼地從第一狀態(tài)轉(zhuǎn)換至第二狀態(tài)。因此，電容Cm不僅保持由預(yù)定電壓產(chǎn)生的加在單元100m兩端的電勢差，還促使增加處于第一狀態(tài)下的單元兩端的電壓以便于產(chǎn)生連鎖效應(yīng)，用電學(xué)方法使剩余的單元100從第一狀態(tài)轉(zhuǎn)換至第二狀態(tài)。在優(yōu)選實(shí)施例中，電容C存在于每一個(gè)單元100中，這樣可以讓電壓脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的電壓脈沖Vpl更小和持續(xù)時(shí)間更短。
還應(yīng)注意到單元包括大約10千歐的電阻Rm，將電容Cm與過壓器件910隔開。相似的，另一個(gè)電阻Rm-1也把單元100m-1中的電容Cm-1與過壓器件910隔開。可以理解，電阻Rm-1將被后面串聯(lián)的單元100m-1共享。單元100m還有電阻網(wǎng)絡(luò)組，以標(biāo)號RNmA、RNmB、RNmC和RNmD標(biāo)示?？梢岳斫?，當(dāng)電壓脈沖Vpl作用在任何特定單元100m上時(shí)，電阻Rm和電阻組RNm-1A到RNm-4D組成分壓器，這樣幾乎所有電壓加在電阻組RNmA到RNmD上，因此也就是加在過壓器件SmA到SmD上。應(yīng)該意識到，因?yàn)檫^壓器件910和前面的單元100m-1已經(jīng)轉(zhuǎn)換到第二狀態(tài)并因而變得高度導(dǎo)通，所以加在過壓器件910兩端的電壓將疊加起來。因此，單元100m中過壓器件910兩端的電壓是各電壓的總和，也就是電容Cm兩端電壓加上電容Cm-1兩端電壓乘以Rm-1乘以電容常數(shù)CM-1再加上其他前面的單元一直加到還沒有完全放電的第一單元101中的所有電容。這樣，多個(gè)單元100中后面單元100兩端的電壓將隨著更多的單元100轉(zhuǎn)換到第二狀態(tài)而累積得更大，直到這一過程導(dǎo)致在第一狀態(tài)下的單元100轉(zhuǎn)換至第二狀態(tài)，這是由于預(yù)定電壓Vp產(chǎn)生的電勢差超過保持在第一狀態(tài)下的單元的閾值電壓Vt，該電勢差超過任何情況下的閾值電壓Vt。
圖9B示出根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施例包括電壓脈沖源150的過壓電路145的示意圖。圖9B還示出多個(gè)單元100的第一單元101和第二單元102。如上所述，在優(yōu)選的實(shí)施例中，除了第一單元101之外，所有單元100基本上相同。如圖9B所示，第一單元101，雖然具有與其它單元100類似的結(jié)構(gòu)，但它與過壓電路145連接。響應(yīng)命令信號Cs，過壓電路145產(chǎn)生電壓有效地引起在第一單元101中的過壓器件S409，S410，S411和S412從第一狀態(tài)變到第二狀態(tài)。在優(yōu)選的實(shí)施例中，過壓電路145包括變換器T1，它具有12比1的比率，并可將150伏電壓轉(zhuǎn)換到約1800伏。接著將來自變換器T1的電壓施加通過二極管D101至D109以及電阻R104至R109到電阻網(wǎng)絡(luò)RN101A至RN101D的底層。電阻網(wǎng)絡(luò)RN101A至RN101D與電阻R101形成分壓器。因?yàn)殡娮鑂101是10千歐姆與220千歐姆的電阻RN101A至RN101D比較，當(dāng)電壓脈沖源150產(chǎn)生電壓脈沖時(shí)，幾乎所有的電壓將加在電阻網(wǎng)絡(luò)RN101A至RN101D的兩端，并因此跨在Sidac S409，S410，S411和S412的兩端。還應(yīng)注意到電容C103也在同樣的方向被充電，在從電壓脈沖源104發(fā)出脈沖時(shí)，這樣這些電壓疊加加在Sidac S409，S410，S411和S412的兩端。這樣，Sidac S409，S410，S411和S412將超越其擊穿電壓Vo并從第一狀態(tài)變換到第二狀態(tài)。
一旦Sidac S409至S412從第一狀態(tài)變換到第二狀態(tài)，它們將允許電流流過并主要扮演短路電路。這樣，來自過壓電路145的電壓脈沖接著加在第二單元102的兩端。具體地，現(xiàn)在看到的過壓脈沖加在由電阻R102和電阻網(wǎng)絡(luò)RN102A，RN102B，RN102C，RN102D組成的電阻分壓器上，該電壓將超過在第二單元102中的Sidac S405至S408的擊穿電壓Vo。這將對保持在第一狀態(tài)的單元100引起連鎖反應(yīng)，如上對于單元100m和單元100m-1所述。
通過多個(gè)單元100的電流優(yōu)選通過如圖9B，圖3和圖9C所示的電流檢測裝置130，而且在下文將更全面地描述。
圖4A，4B和4C分別示出在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的活性劑量減少裝置40的正常運(yùn)行期間，與時(shí)間相關(guān)的陽極到陰極電壓，陽極到地電壓，陰極到地電壓，其中活性劑量減少裝置40連接在例如如圖2所示的陰極側(cè)38與地8之間。圖4D示出從成像系統(tǒng)10并且通常是電源12發(fā)出的放電命令Cs，以啟動(dòng)活性劑量減少裝置40，特別是過壓電路145，其在優(yōu)選實(shí)施例中是電壓脈沖源150，以啟動(dòng)第一單元101的過壓。
放電命令Cs之前，在陽極和陰極上的電壓是正和負(fù)Vp/2，表示加在X射線管14的電壓差為Vp。如圖4C所示，一旦ADR裝置40接到放電命令Cs，相對地8為負(fù)Vp/2的陰極18的電壓開始快速下降。這將導(dǎo)致例如，一旦多個(gè)單元100從第一狀態(tài)改變到第二狀態(tài)，主要引起導(dǎo)通通道以允許電流從陰極側(cè)38流到地8。應(yīng)該注意相對地8的陽極側(cè)26電壓將以與上述圖1B所示的衰減率類似的正常曲線衰減。這種情況是因?yàn)樵谠摼唧w的實(shí)施例中，ADR裝置40只連接在陰極側(cè)38與地8之間而不是陽極側(cè)26與地8之間。應(yīng)該注意即使電壓只是由單個(gè)ADR裝置40從陰極側(cè)38放電，陽極與陰極之間產(chǎn)生的電壓差，如圖4A所示，也會(huì)在照射終止后很快經(jīng)歷顯著下降，也就是距放電命令Cs0.2到0.5mS，示出陰極側(cè)38被放電。
該時(shí)間階段以后，注意到圖4A所示的曲線回到了圖1A所示的正常衰減圖形。然而，這發(fā)生在陽極側(cè)26與陰極側(cè)38之間的電壓差充分下降以后，對應(yīng)X射線管14的陽極16和陰極18之間的電壓下降。如果這樣，即使在0.5mS以后有相當(dāng)穩(wěn)定的延遲曲線，并直到陽極與地的電壓下降到基本為0，因?yàn)樵摃r(shí)間階段時(shí)陽極側(cè)26與陰極側(cè)38之間的電壓差已經(jīng)充分下降，所以對患者的有效活性劑量，以及對鄰近患者的其它人的X射線散射已經(jīng)大大減少。這至少是因?yàn)閄射線的產(chǎn)生是根據(jù)陽極14和陰極18之間的電壓差的2.3次冪，而因此在電壓差的任何快速下降將使X射線管14產(chǎn)生的X射線劑量顯著下降。
此外，許多X射線管14在寬的能量頻譜內(nèi)產(chǎn)生X射線，該X射線在能量頻譜內(nèi)具有至少最高峰的能量水平。例如X射線管14產(chǎn)生用于診斷的X射線范圍可以是10到120keV范圍的任何位置。還有，在X射線管14中使用的材料由于其現(xiàn)有技術(shù)公知的原子結(jié)構(gòu)而均具有特性頻譜。例如，當(dāng)在X射線管14中使用鎢時(shí)，其具有其自身特殊的X射線頻譜，即在55和80kVp之間具有兩個(gè)特征最高峰。一般來說，射線成像中診斷能量的范圍將約在45和150kVp之間。在熒光透視法中，診斷范圍約在50和125kV之間。應(yīng)該理解，具有低于該診斷能量范圍的能量水平的X射線通常無助于X射線圖像的形成，因此通常是無用的。
另外，應(yīng)該理解X射線的患者吸收是進(jìn)入患者的輻射的測量，但是作為光子能量不離開患者，這有助于檢測器(未示出)形成X射線圖像。該被吸收的X射線劑量是累積的并且可使患者處于危險(xiǎn)。另外，操作者由于患者的X射線散射也可處于危險(xiǎn)。
為了對患者減少不需要的劑量，使用X射線散射濾光器，例如濾光器15可如上所述和如圖2所示放在X射線管14的前面。通常，濾光器15可以是任何類型的濾光器，其可濾掉一些或大多數(shù)X射線，這些X射線無助于X射線成像和/或在用于特定成像系統(tǒng)10和成像模式的有用的X射線能量水平的診斷能量范圍之外。
在某些實(shí)施例中，濾光器15包括置于準(zhǔn)直器(未示出)內(nèi)或剛好置于準(zhǔn)直器(未示出)外的鋁和/或銅。濾光器15的使用減少了一些或大多數(shù)診斷能量范圍之外的輻射，有時(shí)還叫做“軟輻射”。然而，在X射線管14的kVp降低時(shí)，濾光器往往最為有效。通常低于50kVp，濾光器阻止或至少幫助降低低能量X射線的發(fā)射。由于典型的熒光透視法是在80kVp到125kVp，所以在熒光透視法中使用的X射線系統(tǒng)10的診斷能量范圍通常在70kVp以上到120kVp。這樣，能夠?qū)⒌湍芰可渚€的輻射減少到例如低于50kVp以下的濾光器15將有益于減少患者吸收、室內(nèi)散射，并且還消除其它無論如何不能有效地產(chǎn)生圖像的X射線的能量。進(jìn)而，應(yīng)該理解通過使X射線管14產(chǎn)生的X射線能量水平相對快速地降低，患者不需要的X射線劑量也會(huì)相應(yīng)地顯著降低，因?yàn)闉V光器15將阻止或減少在診斷能量范圍以下的低能量X射線的輻射，即使系統(tǒng)10依然存儲(chǔ)仍然使X射線管14產(chǎn)生X射線的能量。這樣，應(yīng)該理解，使X射線管14的陽極16和陰極18之間的電壓差相對快速降低，使得X射線管14產(chǎn)生X射線具有低能量范圍，這將降低患者不需要的X射線劑量，并且比將X射線管產(chǎn)生X射線的連續(xù)降低至50kVp以下更有利。由于X射線管產(chǎn)生的X射線將具有能量頻譜，優(yōu)選地X射線管中的至少一個(gè)峰值能量水平在X射線照射結(jié)束之后相對快速地低于系統(tǒng)10的診斷能量范圍并在濾光器15的濾光范圍內(nèi)。如上述圖4A，4B和4C指出的，使陽極16和陰極18之間的電壓差起初例如圖4A，4B和4C所示快速降低0.2到0.5ms，這對降低患者劑量有顯著效果。即使在一側(cè)，例如陽極側(cè)26衰減慢于陰極側(cè)38的情況下也是如此，因?yàn)榛钚詣┝繙p少裝置40只連接在陰極側(cè)38。換句話說，通過降低X射線管14的陽極16和陰極18之間的電壓差，使X射線管14產(chǎn)生的X射線的峰值能量水平顯著和快速地降低至診斷能量范圍之下，并且優(yōu)選地在濾光器15的濾光能力內(nèi)，將顯著降低患者劑量。
據(jù)此，通過在X射線系統(tǒng)10的至少一側(cè)26，38放電，最終產(chǎn)生的X射線相當(dāng)?shù)?，例如降低由X射線管14發(fā)射的X射線量，而且，X射線管14的濾光器15可更好地濾除較低能量的X射線，降低對患者的X射線劑量，即使系統(tǒng)10其它側(cè)38，22不使用ADR裝置40放電。然而，可以理解可連接ADR裝置40以使成像系統(tǒng)10的陽極側(cè)26和陰極側(cè)38都放電。在這種情況下，在圖4B所示的陽極與地的曲線將類似于在圖4C所示的陰極與地的曲線。圖4A所示的陽極與陰極的最終電壓將是很直的線，帶有從預(yù)選電壓Vp很少或沒有直接的延遲。
圖8A和8B是一組波形圖，每個(gè)波形示了放電命令(由曲線801指示)，X射線管14的陽極16和陰極18之間的總的kV電壓差(由曲線802指示)，陽極kVs到地8(由曲線803指示)和陰極kVs到地8(由曲線804指示)。圖8A以每個(gè)分界線1毫秒示出波形圖(代表閉合)，對于圖8B，以每個(gè)分界線10毫秒，圖8A和8B分別示出使用如上所述的根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的ADR裝置40的實(shí)驗(yàn)輸出，其中單個(gè)ADR裝置40只在陰極側(cè)38與地8之間。
如圖8A所示，一旦ADR裝置40接到放電命令Cs，則陰極曲線804快速下降。相反，陽極曲線803示出與現(xiàn)有技術(shù)裝置一致的很低衰減率，這在預(yù)料之中，因?yàn)樵谠搶?shí)施例中沒有ADR裝置40與陽極側(cè)26相連。然而，一旦接收了放電命令Cs(和曲線801)，那么導(dǎo)致的總電壓差顯示顯著下降，表示陰極到地的電壓下降(曲線804)，即使陽極到地的電壓(曲線803)依然較高。
應(yīng)該理解，曲線802，803和804是分別與圖4A，4B和4C所示曲線一致的經(jīng)驗(yàn)結(jié)果。圖8A和8B還示出怎樣只給成像系統(tǒng)10的一側(cè)放電，在該優(yōu)選實(shí)施例中為陰極側(cè)38，使用單個(gè)ADR裝置40足以降低加在陽極16和陰極18以及X射線管14的電壓差，以降低對患者的X射線劑量，即使陽極側(cè)26沒有放電。如上所述，除了ADR裝置40與陰極側(cè)38相連，ADR裝置40還可與陽極側(cè)26相連，在這種情況下陽極曲線803與陰極曲線804可基本上是互換的。還應(yīng)該理解裝置10可包括兩個(gè)ADR裝置40，一個(gè)連接陽極側(cè)26到地8，另一個(gè)連接陰極側(cè)38到地8。在該實(shí)施例中，陽極和陰極曲線都具有由曲線804示出的形狀。陽極和陰極之間的總電壓差，由曲線802示出，可能會(huì)不一致，特別是在圖8A的T點(diǎn)后。
通過比較，圖7A和7B示出一組波形圖，均表述關(guān)于時(shí)間的放電命令(曲線701)，陽極和陰極之間的總的kV差(曲線702)，陽極到地的電壓(曲線703)和陰極到地的電壓(曲線704)。圖7A以每個(gè)分界線表示1毫秒示出波形圖，圖7B以每個(gè)分界線表示10毫秒示出波形圖。圖7A和7B示出該實(shí)施例，其中圖2所示相同系統(tǒng)具有放電命令701，但沒有ADR裝置40運(yùn)行。換句話說，圖7A和7B示出現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)，或圖2所示系統(tǒng)，其中ADR裝置40沒有適當(dāng)?shù)剡\(yùn)行。應(yīng)該理解圖2所示系統(tǒng)可選擇地沒有ADR裝置40運(yùn)行，例如如果ADR裝置40出故障。這種情況下，系統(tǒng)10的放電特性類似于現(xiàn)有技術(shù)裝置，這也在圖7A和7B中示出。為了檢測ADR裝置40出的潛在故障，ADR裝置40包括ADR電流檢測裝置，通常在圖3中以標(biāo)號130示出。
如圖3所示，ADR檢測裝置130檢測流過多個(gè)單元100的電流I的存在。如果電流I在錯(cuò)誤的時(shí)間存在，則ADR檢測裝置130將產(chǎn)生出錯(cuò)信號Fs，其可以由成像系統(tǒng)10中的任何部件接收，但優(yōu)選地由電源12接收。出錯(cuò)信號Fs的收到指示ADR裝置40沒有運(yùn)行而成像將臨時(shí)中止。選擇性地，成像系統(tǒng)10的操作員可繼續(xù)使用成像系統(tǒng)10，但沒有ADR裝置40。這種情況下，成像裝置10的電壓特性將不再如圖8A和8B所示出現(xiàn)，而是如圖7A和7B示出。系統(tǒng)10依然運(yùn)行，但由于存儲(chǔ)在成像裝置10的能量釋放的較慢，使得X射線劑量對應(yīng)地升高。
根據(jù)本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，圖6示出出錯(cuò)檢測方框圖，通常由標(biāo)號600示出。如圖6所示，ADR電流檢測裝置130在步驟610檢測電流的存在。應(yīng)該理解步驟610無需檢測電流I的幅度，只是檢測電流是否存在。為了表明電流I的存在可使用100mA的閾值，然而，可選擇性地使用任何其它閾值。
響應(yīng)于步驟620發(fā)出的放電控制信號Cs，放電周期被示為起始于步驟630，持續(xù)4到5毫秒的周期。在步驟670中，如果在放電周期之前存在ADR電流I，則其指示單元100已經(jīng)不正確地從第一狀態(tài)到第二狀態(tài)，該狀態(tài)在放電周期已經(jīng)開始之前就允許電流流過。在步驟670中的指示“是”將導(dǎo)致在步驟680通過OR函數(shù)發(fā)出信號以停止發(fā)電機(jī)，也就是在步驟690中停止電源12。
在放電周期期間，由步驟640所示，應(yīng)存在電流。然而，在放電周期期間，步驟640中沒有電流存在的指示將導(dǎo)致在步驟680通過OR函數(shù)發(fā)出信號以停止電源12。應(yīng)該理解，通過生成直接或間接發(fā)送至電源12的出錯(cuò)信號Fs，電源12在步驟690中將停止。據(jù)此，如圖6的方框圖所示，如果在放電周期開始之前存在ADR電流I(步驟670)，或，如果在放電周期期間不存在ADR電流I(步驟640)，那么將產(chǎn)生出錯(cuò)信號Fs。
圖5A和5B示出情況1，ADR裝置40的正常操作。具體地，圖5A示出陰極電壓相當(dāng)快速的下降和幾乎同時(shí)存在ADR電流I。這與ADR裝置40的正常操作相一致。
圖5C和5D示出情況2，ADR裝置的異常操作，其中在錯(cuò)誤的時(shí)間有ADR電流，由標(biāo)號502標(biāo)明。這與步驟670的“是”一致。如圖5D所示，ADR電流I在放電周期之前將相當(dāng)明顯，因?yàn)殡娫?2供電，接著將開始降低，這時(shí)圖5C所示的陰極電壓也降低。
圖5A，5E和5F示出情況3，ADR裝置的異常操作，其中ADR裝置沒有給成像系統(tǒng)10的至少一個(gè)部件放電，在這種情況是陰極電纜30。由標(biāo)號505和虛線標(biāo)明，也就是當(dāng)放電周期開始時(shí)，在正確時(shí)間沒有電流。這與步驟640所示在放電周期期間無電流存在的情況一致。
據(jù)此，圖5C和5D示出情況2，ADR裝置的異常操作，當(dāng)在放電周期之前有ADR電流I時(shí)，對應(yīng)于步驟670的“否”，而圖5E和5F示出情況3，ADR裝置的異常操作，在放電周期期間ADR裝置沒有給電纜放電時(shí)，對應(yīng)于步驟640的“否”。圖5A和5B示出情況1，ADR裝置40的正常操作。
圖9C示出ADR電流檢測裝置130的優(yōu)選實(shí)施例。如圖9C所示，來自多個(gè)單元100的電流I將流過電阻R129。優(yōu)選地電阻R129具有4歐姆的阻值。接著電流I流到地8。電流I的存在將由二極管117，電阻R134，R129和晶體管Q3的組合檢測，該晶體管Q3產(chǎn)生電流存在信號CPS，該信號由出錯(cuò)檢測電路960跨過電阻R136和C136接收。出錯(cuò)檢測電路960優(yōu)選地還接收放電控制信號Cs，以確定何時(shí)放電周期啟動(dòng)。出錯(cuò)檢測電路960實(shí)現(xiàn)如圖6所示的出錯(cuò)檢測方框圖600，上述更詳細(xì)地討論了。還應(yīng)該理解出錯(cuò)檢測電路960為了實(shí)現(xiàn)出錯(cuò)檢測方框圖600可以由硬件和/或軟件的任意組合實(shí)現(xiàn)。應(yīng)該理解ADR電流I無需是來自所有單元100的所有電流，但應(yīng)是來自多個(gè)單元100的至少一個(gè)單元100的電流。換句話說，ADR電流I只需是從成像系統(tǒng)10的至少一個(gè)部件到地8流過多個(gè)單元100的電流的一部分。這種情況至少因?yàn)槌鲥e(cuò)檢測電路960優(yōu)選地只檢測ADR電流I的存在而不是ADR電流I的值。
圖10示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的替換實(shí)施例，其中活性劑量減少裝置40不是連接成像系統(tǒng)10的一個(gè)部件到地8，而是可操作性地連接成像系統(tǒng)10的一個(gè)部件的陽極側(cè)26到成像系統(tǒng)10的一個(gè)和/或另一個(gè)部件的陰極側(cè)38。例如，如圖10所示，活性劑量減少裝置40連接陽極高電壓電纜20到陰極高電壓電纜30。在此方法中，接收到控制信號Cs時(shí)，活性劑量減少裝置40中的單元100開始從第一狀態(tài)到第二狀態(tài)，以此允許電流從成像系統(tǒng)10的至少一個(gè)部件流過。然而，電流不是從成像系統(tǒng)10的部件流到地8，電流而是將從陽極側(cè)26流到陰極側(cè)38。應(yīng)該理解活性劑量減少裝置40還可以連接陰極側(cè)38的任何部件到陽極側(cè)26的任何部件。
如上所述，活性劑量減少裝置40無需給系統(tǒng)10的所有儲(chǔ)能22，32放電。更正確的，足夠的能量可使加在X射線管14的陽極16和陰極18的電壓差不足以產(chǎn)生顯著的X射線，或者更優(yōu)選地，不足以產(chǎn)生具有在X射線管14上任意濾光器15之上的峰值能量水平的X射線。
應(yīng)該理解在圖10所示的活性劑量減少裝置40可以是為本目的所使用的任何類型的活性劑量減少裝置40。在優(yōu)選實(shí)施例中，活性劑量減少裝置40包括將系統(tǒng)10的陽極側(cè)26連接到陰極側(cè)38的多個(gè)單元。在該優(yōu)選實(shí)施例中，過壓電路145優(yōu)選地引起第一單元101從第一狀態(tài)改變到第二狀態(tài)，并且因此通過上述連鎖效應(yīng)使后面的單元100從第一狀態(tài)改變至第二狀態(tài)。主要差別是第一單元不與地8連接，但可以是第一單元與最近的陽極側(cè)26或陰極側(cè)38串聯(lián)或在任意位置與單元100串聯(lián)。過壓電路145優(yōu)選地引起電壓脈沖，其從預(yù)定Vp增加相應(yīng)單元100上的相應(yīng)現(xiàn)有電壓。在優(yōu)選實(shí)施例中，一個(gè)在陽極側(cè)26而一個(gè)在陰極側(cè)38的兩個(gè)過壓電路145可一起工作，形成極性相反的電壓脈沖，以從多個(gè)單元100的陽極側(cè)26和陰極側(cè)38引發(fā)連鎖效應(yīng)。
如上所述，在圖10所示的活性劑量減少裝置40還可包括ADR電流檢測裝置130，用于檢測流過多個(gè)單元100的至少一個(gè)的電流I的存在。接著電流存在或沒有將產(chǎn)生如上所述的出錯(cuò)信號FS。電流I可以是流過任何一個(gè)或所有單元100的電流。
應(yīng)該理解X射線成像系統(tǒng)的活性劑量減少裝置和方法可用于任何類型的X射線成像系統(tǒng)。具體地，雖然已經(jīng)描述了對應(yīng)用于人體上的成像系統(tǒng)的X射線成像系統(tǒng)，應(yīng)該理解X射線成像系統(tǒng)可用于動(dòng)物成像，例如在獸醫(yī)科學(xué)中。另外，還應(yīng)該理解，可以使用本發(fā)明的裝置和方法的X射線成像系統(tǒng)還可包括用于沒生命物體成像的X射線成像系統(tǒng)，例如建筑結(jié)構(gòu)，復(fù)合材料和X射線成像有用的其它類型的目標(biāo)。
另外，雖然針對診斷過程描述X射線成像，但是應(yīng)該理解X射線成像不限于診斷過程。更正確的，本發(fā)明可用于其它處理包括對患者的治療，例如無創(chuàng)手術(shù)和其它類型的治療。
應(yīng)該理解雖然針對包括具有Sidac S的單元100的活性劑量減少裝置40限定了本發(fā)明，但是本發(fā)明不限于這種類型的裝置40。更正確的，可使用具有這些特征的其它類型的活性劑量減少裝置40，并且可用于僅從陽極側(cè)26，更優(yōu)選地僅從陰極側(cè)38釋放能量。
應(yīng)該理解雖然本發(fā)明的各個(gè)特征已經(jīng)對應(yīng)本發(fā)明的一個(gè)或另一個(gè)實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是當(dāng)本發(fā)明的各個(gè)特征和實(shí)施例可結(jié)合如在此所述和示出的本發(fā)明其它特征和實(shí)施例的組合使用。
雖然本公開已經(jīng)描述和示出了本發(fā)明特定優(yōu)選的實(shí)施例，應(yīng)該理解本發(fā)明不限于這些具體的實(shí)施例。更正確的，本發(fā)明包括所有實(shí)施例，它們是在此所述和示出的特定實(shí)施例和特征的功能的，電的或機(jī)械的等效物。
權(quán)利要求
1.一種X射線成像系統(tǒng)，包括X射線管，當(dāng)對其施加預(yù)選電壓時(shí)產(chǎn)生用于X射線成像的X射線；電源，用于以預(yù)選電壓給X射線管提供電能；電纜組，包括用于可操作地將電源與X射線管連接的陽極電纜和陰極電纜；多個(gè)電子單元，每個(gè)單元具有防止由于電流的流動(dòng)而達(dá)到閾值電壓的第一狀態(tài)和允許電流流過的第二狀態(tài)，所述單元可操作性地與X射線成像系統(tǒng)的至少一個(gè)部件連接，所述部件選自X射線管，電源和電纜組構(gòu)成的組，以使在第一狀態(tài)時(shí)所述多個(gè)單元防止電流流到地，并且在第一狀態(tài)時(shí)允許電流流過至少一個(gè)部件，在第二狀態(tài)時(shí)允許電流流過至少一個(gè)部件；過壓電路，引起多個(gè)電子單元的至少第一單元超過閾值電壓并從第一狀態(tài)變到第二狀態(tài)；以及其中在電源以預(yù)選電壓給X射線管提供電能時(shí)，處于第一狀態(tài)的單元防止電流流過至少一個(gè)部件，以及，在電源以預(yù)選電壓給X射線管提供電能終止時(shí)，過壓電路引起多個(gè)單元的至少第一單元從第一狀態(tài)變到第二狀態(tài)，這引起后續(xù)單元從第一狀態(tài)變到第二狀態(tài)，以允許電流流過至少一個(gè)部件，以此減少X射線管產(chǎn)生的X射線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的所述X射線成像系統(tǒng)，一旦通過多個(gè)單元的電流降低到閾值電流以下，則在多個(gè)單元的每個(gè)單元就從第二狀態(tài)改變到第一狀態(tài)；以及其中在X射線成像系統(tǒng)中存儲(chǔ)的足夠能量釋放后，通過多個(gè)單元的電流降低到閾值電流以下，以引起多個(gè)單元從第二狀態(tài)改變到第一狀態(tài)，使得多個(gè)單元防止電流從至少一個(gè)部件流到地。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的所述X射線成像系統(tǒng)，其中X射線系統(tǒng)的至少一個(gè)部件只是電纜組；以及其中所述多個(gè)單元通過可操作地將陽極電纜連接到地，或?qū)㈥帢O電纜連接到地，或?qū)㈥枠O電纜連接到地并將陰極電纜連接到地，可操作地將電纜組連接到地。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的所述X射線成像系統(tǒng)，其中所述多個(gè)單元是串聯(lián)排列在陽極電纜和地或陰極電纜和地之間，但不是既在陽極電纜到地又在陰極電纜到地之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的所述X射線成像系統(tǒng)，其中第一單元從第一狀態(tài)變?yōu)榈诙顟B(tài)引起將多個(gè)單元的每個(gè)單元相繼變到第二狀態(tài)的連鎖效應(yīng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的所述X射線成像系統(tǒng)，其中過壓電路引起至少第一單元超過閾值電壓并從第一狀態(tài)變到第二狀態(tài)以響應(yīng)來自電源的指示預(yù)選電壓終止的命令信號。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的所述X射線成像系統(tǒng)，其中用于每個(gè)單元的閾值電壓大約相等。
8.根據(jù)權(quán)利要求2的所述X射線成像系統(tǒng)，其中用于每個(gè)單元的閾值電壓大約相等并且用于每個(gè)單元的閾值電流大約相等。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的所述X射線成像系統(tǒng)，其中當(dāng)單元在第一狀態(tài)時(shí)，預(yù)選電壓在相應(yīng)的單元兩端形成電壓，并且，選擇多個(gè)單元中單元數(shù)量和單元閾值電壓，以使多個(gè)單元中每個(gè)單元的閾值電壓超過在相應(yīng)的單元兩端由預(yù)選電壓形成的電壓；以及其中過壓電路包括用于給第一單元選擇性地提供電壓脈沖的電壓脈沖源，該電壓脈沖與預(yù)選電壓在第一單元兩端形成的電壓相加，電壓脈沖具有足夠幅度，在第一單元兩端的電壓和超過第一單元的閾值電壓，導(dǎo)致第一單元從第一狀態(tài)移動(dòng)到第二狀態(tài)，以此允許電流流過第一單元。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的所述X射線成像系統(tǒng)，其中在第一單元從第一狀態(tài)移動(dòng)到第二狀態(tài)后，在相應(yīng)的單元兩端由預(yù)選電壓形成的電壓升高；以及其中電壓脈沖具有足夠幅度，緊鄰第一單元的單元的電壓和超過它的閾值電壓，導(dǎo)致緊鄰第一單元的單元從第一狀態(tài)移動(dòng)到第二狀態(tài)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的所述X射線成像系統(tǒng)，其中在多個(gè)單元的每個(gè)單元從第一狀態(tài)移動(dòng)到第二狀態(tài)移動(dòng)時(shí)，在保持第一狀態(tài)的相應(yīng)單元兩端由預(yù)選電壓形成的電壓升高，直到在第一狀態(tài)的相應(yīng)單元兩端由預(yù)選電壓形成的電壓超過保持第一狀態(tài)的單元的閾值電壓，并且允許電流從至少一個(gè)部件流過第二狀態(tài)的單元到達(dá)地。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的所述X射線成像系統(tǒng)，進(jìn)一步包括用于檢測X射線減少電流存在的出錯(cuò)電流檢測裝置，該X射線減少電流來自至少一個(gè)部件并通過多個(gè)單元的至少一個(gè)單元；其中如果在命令信號發(fā)出之前X射線減少電流存在，或在命令信號發(fā)出之后X射線減少電流不存在，那么出錯(cuò)電流檢測裝置發(fā)出出錯(cuò)信號以停止電源對X射線管的供電。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的所述X射線成像系統(tǒng)，其中多個(gè)單元的每個(gè)單元包括至少一個(gè)過壓器件，所述過壓器件具有基本不導(dǎo)通的第一狀態(tài)和高度導(dǎo)通的第二狀態(tài)，其中當(dāng)被過壓超出預(yù)定閾值電壓時(shí)，過壓器件電子地從第一狀態(tài)改變到第二狀態(tài)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的所述X射線成像系統(tǒng)，其中每個(gè)過壓器件只具有兩個(gè)終端而其中每個(gè)單元包括一個(gè)或更多的過壓器件。
15.根據(jù)權(quán)利要求13的所述X射線成像系統(tǒng)，其中兩終端過壓器件包括硅控整流器。
16.一種從X射線成像系統(tǒng)中減少X射線劑量的裝置，所述裝置包括多個(gè)電子單元，每個(gè)單元具有防止由于電流的流動(dòng)達(dá)到閾值電壓的第一狀態(tài)和允許電流流過的第二狀態(tài)，所述多個(gè)電子單元可操作性地與X射線成像系統(tǒng)的至少一個(gè)部件連接，以使當(dāng)多個(gè)單元的每個(gè)在第一狀態(tài)時(shí)，加在多個(gè)單元兩端之間的電壓差不足以超過多個(gè)單元的任意一個(gè)單元的閾值電壓；電壓脈沖源，用于產(chǎn)生足夠幅度的電壓脈沖以引起多個(gè)電子單元的至少第一單元超過閾值電壓；其中基本與X射線照射終止同時(shí)，電壓脈沖源引起多個(gè)單元的第一單元超過閾值電壓，使第一單元從第一狀態(tài)變到第二狀態(tài)；以及其中第一單元從第一狀態(tài)變到第二狀態(tài)引起多個(gè)單元從第一狀態(tài)變到第二狀態(tài)，允許在成像系統(tǒng)的至少一個(gè)部件中的存儲(chǔ)能量釋放到地，以減少成像系統(tǒng)的X射線劑量。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的所述從成像系統(tǒng)中減少X射線劑量的裝置，其中第一單元從第一狀態(tài)變?yōu)榈诙顟B(tài)引起將多個(gè)單元的每個(gè)單元相繼變到第二狀態(tài)的連鎖效應(yīng)。
18.根據(jù)權(quán)利要求16的所述從成像系統(tǒng)中減少X射線劑量的裝置，其中一旦通過多個(gè)單元的電流降低到閾值電流以下，多個(gè)單元中的每個(gè)單元就從第二狀態(tài)改變到第一狀態(tài)；以及其中在X射線成像系統(tǒng)中存儲(chǔ)的足夠能量釋放后，通過多個(gè)單元的電流降低到閾值電流以下以引起多個(gè)單元從第二狀態(tài)到第一狀態(tài)，使得多個(gè)單元防止電流從至少一個(gè)部件流到地。
19.根據(jù)權(quán)利要求16的所述從成像系統(tǒng)中減少X射線劑量的裝置，其中X射線系統(tǒng)具有陽極側(cè)，其具有相對于地的正電壓，并具有陰極側(cè)，其具有相對于地的負(fù)電壓；以及其中所述多個(gè)單元可操作地只將陰極側(cè)與地連接或?qū)㈥枠O側(cè)與地連接，或?qū)㈥帢O側(cè)與陽極側(cè)連接。
20.根據(jù)權(quán)利要求1的所述X射線成像系統(tǒng)，其中X射線系統(tǒng)具有陽極側(cè)，其具有相對于地的正電壓，并具有陰極側(cè)，其具有相對于地的負(fù)電壓；以及其中所述多個(gè)單元可操作地只將陰極側(cè)與地連接或?qū)㈥枠O側(cè)與地連接，或?qū)㈥帢O側(cè)與陽極側(cè)連接。
21.根據(jù)權(quán)利要求1的所述X射線成像系統(tǒng)，其中多個(gè)單元可操作地將X射線成像系統(tǒng)的至少一個(gè)部件的陽極側(cè)與X射線成像系統(tǒng)的至少一個(gè)部件的陰極側(cè)連接；以及其中在電源以預(yù)選電壓給X射線管供電的同時(shí)，在第一狀態(tài)的單元防止電流從至少一個(gè)部件的陰極側(cè)流到至少一個(gè)部件的陽極側(cè)，而且，在電源以預(yù)選電壓給X射線管供電終止時(shí)，過壓電路引起多個(gè)單元的至少第一單元從第一狀態(tài)變到第二狀態(tài)，這引起后續(xù)單元從第一狀態(tài)變到第二狀態(tài)，以允許電流從至少一個(gè)部件的陰極側(cè)流到至少一個(gè)部件的陽極側(cè)，以此減少由X射線管產(chǎn)生的X射線。
22.一種在X射線成像期間減少X射線活性劑量的方法，所述方法包括通過電纜組施加預(yù)選電壓，所述電纜組包括可操作地將電源與X射線管連接的陽極電纜和陰極電纜，所述預(yù)選電壓足以引起X射線管產(chǎn)生用于X射線成像的X射線；在預(yù)選電壓終止時(shí)，過壓多個(gè)單元的第一單元，可操作地將電纜組的至少一個(gè)或X射線管連接到地，在所述多個(gè)單元中的每個(gè)單元具有防止由于電流的流動(dòng)而過壓的第一狀態(tài)和允許電流流過的第二狀態(tài)；其中過壓多個(gè)單元的第一單元引起余下的多個(gè)單元的每個(gè)單元變成過壓，以此存儲(chǔ)于X射線管、陽極電纜和陰極電纜的至少一個(gè)中的能量被釋放至地，從而在預(yù)選電壓終止時(shí)降低X射線管產(chǎn)生的X射線。
全文摘要
活性劑量輻射裝置和方法減少在X射線照射終止以后由X射線管產(chǎn)生的X射線的劑量。X射線系統(tǒng)的一個(gè)部件與裝置連接，該裝置具有多個(gè)電子單元，并可過壓，從很少導(dǎo)通的第一狀態(tài)到高導(dǎo)通的第二狀態(tài)。電壓脈沖發(fā)生器在X射線照射終止時(shí)過壓多個(gè)單元的第一單元。過壓第一單元引起連鎖效應(yīng)，其最終過壓所有單元并改變單元的狀態(tài)，從很少導(dǎo)通的第一狀態(tài)改變到高導(dǎo)通的第二狀態(tài)。在高導(dǎo)通的第二狀態(tài)中，單元導(dǎo)通電流從X射線系統(tǒng)的至少一個(gè)部件到地，以此在X射線照射完成以后減少由X射線管產(chǎn)生的X射線并減少成像系統(tǒng)的X射線的劑量。一旦流過單元的電流降低到閾值電流水平，多個(gè)單元自動(dòng)回復(fù)到第一狀態(tài)。多個(gè)單元只與X射線成像裝置的陽極側(cè)26或陰極側(cè)38連接，以只從一側(cè)到地釋放能量，其導(dǎo)致加在X射線管兩端的電壓充分下降，以防止入射到患者的X射線的活性劑量產(chǎn)生。
文檔編號G01R19/00GK101019471SQ200580027291
公開日2007年8月15日 申請日期2005年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月20日
發(fā)明者詹姆斯·艾倫·坎寧安, 彼得·弗朗西斯·奈伊史密斯 申請人:加拿大通信與動(dòng)力工業(yè)公司