X射线源中的电子束操控系统和方法
专利名称：X射线源中的电子束操控系统和方法
X射线源中的电子束操控系统和方法背景技术
在无创成像系统中，X射线管在多种X射线系统和计算机断层摄影(CT)系统中用 作X射线辐射源。辐射在检查或成像序列期间响应控制信号而发射。通常，X射线管包括 阴极和阳极。阴极内的发射器可响应经由热离子效应从所施加电流产生的热量和/或从所 施加电压产生的电场而向发射器前面的适当成形的金属板发射电子流。阳极可包括由电子 流碰撞的靶。靶可由于电子束的碰撞而产生X射线辐射和热量。
在这类成像系统中，福射经过感兴趣受检者、例如患者、包裹或制造广品，并且福 射的一部分碰撞其中收集图像数据的数字探测器或照相底板。在一些X射线系统中，照相 底板则经过显影以产生图像，图像可由质量控制技术人员、安全人员、放射科医生或主治医 生用于进行诊断。在数字X射线系统中，光电探测器产生表示碰撞到探测器表面的分立元 件的辐射的量或强度的信号。然后可处理信号，以便生成可显示供审查的图像。在CT系统 中，包括一系列探测器元件的探测器阵列当台架围绕患者旋转时通过多种位置产生相似信 号。在某些配置中，一系列这些信号可用于生成体积图像。一般来说，体积图像的质量取决 于X射线源和X射线探测器在台架上旋转时快速生成数据的能力。
在诸如用于肿瘤辐射治疗的系统之类的其它系统中，X射线源可用于将电离辐射 定向到目标组织。在一些辐射治疗配置中，源还可包括X射线管。用于进行辐射治疗的X 射线管还可包括热离子发射器以及生成X射线的靶阳极，如上所述。这类X射线管或源还 包括将发射的X射线聚焦或限制到预期尺寸或形状的射束中的一个或多个准直特征。X射 线源可绕目标组织位移(例如，绕其旋转)，同时将X射线束的焦点保持在感兴趣组织上，这 允许基本上恒定X射线通量被提供给目标组织，同时使对无关组织的X射线曝光为最小。发明内容
在一个实施例中，提供具有控制电路的控制器。控制电路包括适合接收X射线发 生系统的电子束操控(manipulation)线圈的接口。该电路还包括第一开关装置，其耦合 到第一电压源并配置成创建朝电子束操控线圈的具有第一电压源的第一电流通路；第二开 关装置，其耦合到第二电压源并配置成创建朝电子束操控线圈的具有第二电压源的第二电 流通路；以及第三开关装置，其耦合到接口的第一侧并配置成当第三开关装置处于闭合位 置时允许经由第一电流通路和第二电流通路的、到接口的电导(conductance)。第二开关装 置和第三开关装置配置成当处于相应断开位置时创建具有第二电压源的第三电流通路，并 且第三电路通路相对第二电路通路具有相反极性。
在另一个实施例中，提供一种X射线系统，其包括具有配置成发射电子束的阴极 组装件以及配置成接收电子束的阳极组装件的X射线源。阳极适合响应接收的电子束而生 成X射线，并且阴极组装件和阳极组装件设置在一外壳之内。源还包括多个电磁线圈，其 设置在外壳周围并且配置成通过改变由多个线圈所生成的双极或四极磁场来操控电子束； 以及多个控制电路，其耦合到多个电磁线圈。各控制电路耦合到多个电磁线圈之一，以便独 立地控制各线圈。各控制电路包括第一电压源和第二电压源。控制电路配置成使得第一电压源用于将通过各线圈的电流保持在预期范围之内以保持双极和四极磁场，并且第二电压 源用于增加或降低通过线圈的电流以改变双极或四极磁场。
在进一步的实施例中，提供一种驱动电子束操控线圈的方法。该方法包括下列步 骤闭合第一开关装置，以便使第一极性的第一电流沿第一电流通路从第一电压源朝电子 束操控线圈流动；闭合第二开关装置，以便允许第一电流流动到电子束操控线圈；在闭合 第一开关装置和第二开关装置之后断开第一开关装置，以便停止第一电流流动到电子束操 控线圈，并且形成配置成降低经过电子束操控线圈的电流的幅度的电流耗散回路；以及断 开第二开关装置和第三开关装置，以便使第二极性的第二电流沿第二电流通路从第二电压 源流动到电子束操控线圈。
通过参照附图阅读以下详细描述，将会更好地理解本发明的实施例的这些及其它 特征和方面，附图中，相似符号在附图中通篇表示相似部件，附图包括图1是示出使用能够从多个透射方位(perspective)和/或以多个能量来发射X射线 的X射线源的系统的一实施例的框图；图2是示出使用能够从多个透射方位和/或以多个能量来发射X射线的X射线源的X 射线成像系统的一实施例的框图；图3是配置成从多个透射方位发射X射线的X射线管的一实施例的示意图；图4是配置成以多种能量发射X射线的X射线管的一实施例的示意图；图5是设置在X射线管的外壳周围的电子束操控线圈的布置的一实施例的示意图；图6是由束操控线圈所操控的电子束处于第二能量的图5的布置的实施例的示意图； 图7是沿图5所示实施例的一部分的线条7-7所截取的端视图；图8是沿图5所示实施例的一部分的线条8-8所截取的端视图；图9是示出用于驱动电子束操控线圈的控制电路的一实施例的电路图；图10是示出作为时间函数的通过电子束操控线圈的电流分布的一实施例的绘图以及 与通过电子束操控线圈的平均电流的保持对应的绘图的一部分的展开图；图11是按照使第一电流经过电子束操控线圈的配置的、图9的控制电路的一实施例的 示意图；图12是示出作为时间函数的通过电子束操控线圈的电流分布的一实施例的绘图以及 与通过电子束操控线圈的平均电流的保持对应的绘图的一部分的展开图；图13是按照使形成电流耗散回路以使通过电子束操控线圈的电流缓慢耗散的配置 的、图9的控制电路的一实施例的示意图；图14是示出作为时间函数的通过电子束操控线圈的电流分布的一实施例并且涉及从 全局平均最大电流到全局平均最小电流的转变的绘图；图15是按照使第二电流经过电子束操控线圈的配置的、图9的控制电路的一实施例的 示意图；图16是示出作为时间函数的通过电子束操控线圈的电流分布的一实施例并且涉及从 全局平均最小电流到全局平均最大电流的转变的绘图；图17是按照使第三电流经过电子束操控线圈的配置的、图9的控制电路的一实施例的示意图；图18是控制逻辑装置的一实施例的示意图，该装置配置成控制图9的控制电路中的开 关装置的操作；图19是图9的控制电路的操作期间的控制逻辑信号的绘图的一实施例的图示；图20是示出作为时间函数的通过电子束操控线圈的电流分布的一实施例的绘图，该 分布具有全局平均最小电流与全局平均最大电流的值之间的多个电流电平；图21是示出用于驱动电子束操控线圈的控制电路的另一个实施例的电路图；图22是示出用于驱动电子束操控线圈的控制电路的另一个实施例的电路图；图23是示出图21的电路的一备选实施例的电路图；以及 图24是示出图22的电路的一备选实施例的电路图。
具体实施方式
在诸如计算机断层摄影(CT)、X射线荧光透视和/或投影成像、X射线辐射治疗等 的成像和治疗模态中，使用X射线产生源所执行的检查/治疗过程的质量可至少取决于X 射线源按照受控方式来产生X射线的能力。在某些X射线源中，碰撞到靶阳极以产生X射 线的电子束可使用施加在X射线源周围的四极磁场来聚焦。这种聚焦可实现可变能量X射 线发射的聚焦，这能够用于对不同类型的组织进行成像并且用于提供变化的能量等级(例 如，在辐射治疗过程中)。此外，使用双极磁场来操纵(Steer)电子束可允许X射线源从阳 极上的基本上恒定或变化位置发射X射线，例如以便生成立体和/或体积图像。在期望从 阳极上的变化位置发射X射线和/或以不同能量聚焦电子束的配置中，位置变化之间的时 间延迟或者焦点保持可至少部分取决于操纵和/或聚焦电子束以改变其幅度(例如，取向) 并且与电子束进行交互的磁场的能力。
为了产生和改变这些磁场，电流通常经由控制电路经过电子束操控线圈。控制电 路改变流经线圈的电流，这又影响由各线圈所产生的磁场。不幸的是，一些控制电路遭受电 流之间的缓慢转变，这能够引起磁场幅度变化的滞后并且因此引起聚焦强度和/或定向操 纵能力的滞后。此外，典型控制电路可控制串联的多个电子束操控线圈，这不允许各线圈被 单独寻址。这些缺点可引起非最佳电子束操纵，这能够影响X射线发射并且因而影响辐射 治疗或生成图像的质量。
本文所述方式提供用于快速改变通过电子束操控线圈的电流幅度的实施例。例 如，按照某些当前实施例，提供一种控制电路，其中包括较低电压源(例如，I至20伏(V)) 和较高电压源(例如，100至300 V)。控制电路包括使用低电压源来保持通过线圈的平均电 流的多种特征以及用于使用高电压源在电流电平之间快速切换的多种特征。另外，某些公 开的实施例提供用于调节控制电路的操作的控制逻辑。控制逻辑可包括用于调节控制电路 的基本操作频率的特征，其中通过电子束操控线圈的电流从较低电流电平改变成较高电流 电平以及从高电流电平到低电流电平。另外，控制逻辑包括用于调节通过电子束操控线圈 的电流保持的特征。相应地，当前实施例可提供优于典型方式的某些技术优点，其中包括对 各电子束操控线圈的更大控制、更快的切换时间、可靠的X射线发射以及更少的成像伪影。
本文所述方式可在上述上下文中使用，这能够包括无创成像、手术导航、辐射治疗 等。相应地，图1和图2提供可包括按照当前方式的控制电路和控制逻辑的系统的非限制性示例。具体来说，图1是示出将X射线辐射源12用于执行质量控制、安全、医疗成像、手 术和/或治疗过程的一般系统10的框图。X射线辐射源12可包括一个或多个X射线管，一 个或多个X射线管各具有用于按照上述受控方式从一个以上透射方位产生X射线辐射和/ 或产生一个以上能量的X射线辐射的特征。因此，X射线源12产生被定向到感兴趣受检者16的一个或多个X射线辐射流14。感兴趣受检者可以是包裹、行李、制造产品、感兴趣组织 和/或患者。将X射线14定向到感兴趣受检者16，其中X射线辐射经衰减以产生衰减的X 射线束18。衰减的X射线束18由反馈生成系统20来捕获，以便产生表示可用于执行过程 的图像或者其它信息的信号。此外，在反馈生成系统20所产生的数据可包括从来自源12 的各X射线管的多种位置和/或能量的接收X射线所产生的数据。
系统控制器22命令系统10的操作，以便运行检查、治疗和/或校准协议，并且处 理反馈。针对X射线源12，系统控制器22提供X射线检查序列的功率、焦斑位置、焦斑大 小、控制信号等。例如，系统控制器22可提供由X射线源12的X射线发射的焦斑大小和/ 或位置。另外，在一些实施例中，反馈生成系统20耦合到系统控制器22，系统控制器22命 令反馈的采集。下面将更详细地论述，系统控制器22还可控制用于移动系统10的组件和/ 或受检者16的定位系统24的操作。系统控制器22可包括信号处理电路及关联存储器电 路。在这类实施例中，存储器电路可存储由系统控制器22运行以操作包括X射线源12的 一个或多个特征的系统10并且处理由生成系统20所采集的反馈的程序、例程和/或编码 算法。在一个实施例中，系统控制器22可实现为诸如通用或专用计算机系统之类的基于处 理器的系统的全部或部分。
源12可由系统控制器22中包含或者连接到系统控制器22的X射线源控制器26 来控制。X射线控制器26配置成向源12提供功率和定时信号。在一些实施例中，X射线源 控制器26可配置成有选择地激活源12，使得系统10内不同位置处的管或发射器可彼此同 步或者彼此无关地来操作。此外，按照本公开的一个方面，X射线源控制器26可包括多个 控制电路，其中各控制电路连接到相应电子束操控线圈，以便激励系统10中的X射线管附 近的线圈。激励线圈的控制电路可使各管从多个透射方位和/或多个能量使用双极或四极 磁场来发射X射线辐射。下面将详细论述，某些实施例可使用双极磁场来改变发射X射线 的透射方位，而其它实施例可使用四极磁场来控制变化能量的电子束的焦斑大小(例如， 以便改变发射的X射线的能量)。
如上所述，由X射线源控制器26控制的X射线源12由定位系统24定位在感兴趣 受检者16周围。如图所示，定位系统24还连接到反馈生成系统20。但是，在其它实施例 中，定位系统24可以不连接到反馈生成系统20。定位系统24可使X射线源12和反馈生成 系统20的任一个或两者位移，以便允许源12从多种位置对感兴趣受检者16进行成像或治 疗。作为一个示例，在辐射治疗过程中，定位系统24可基本上连续地使X射线源12绕可以 是感兴趣组织的感兴趣受检者16位移，同时改变发射到感兴趣组织的X射线辐射14的能 量。此外，X射线辐射14的聚焦区可使用四极和/或双极磁场来保持。这样，感兴趣组织提 供有基本上连续的X射线辐射通量，同时使对无关组织的X射线暴露为最小。此外，虽然一 些系统可以不产生患者的诊断图像，但是反馈生成系统20可生成与诸如手术工具之类的X 射线源12或其它特征相对于感兴趣组织的位置相关的数据，例如图像和/或图。这种数据 可使临床医生或其它健康护理提供者能够确保X射线辐射14和/或手术工具相对感兴趣组织适当地定位。反馈生成系统20可包括诸如二极管阵列之类的探测器或者监测源12和 /或手术工具相对于感兴趣受检者16的位置的系统。实际上，在某些实施例中，反馈生成系 统20可包括还直接或间接地向定位系统24提供反馈的探测器和位置监测特征。
为了向没有与反馈生成系统20直接连接或关联的系统10的特征提供反馈，反馈 生成系统20向反馈采集和处理系统28提供数据信号。反馈采集和处理系统28可包括用于 从反馈生成系统20接收反馈的电路以及用于操控所接收数据的处理电路。例如，处理电路 可包括信号转换器(例如，A/D转换器)、装置驱动程序、处理芯片、存储器等。在一些实施 例中，反馈采集和处理系统28将从反馈生成系统20所接收的模块信号转换为能够由系统 控制器22的一个或多个处理电路(例如，基于计算机的处理器)进一步处理的数字信号。
系统10的一个实施例如图2所示，图2是诸如CT或其它射线照相成像系统之类 的X射线成像系统30的实施例的框图。系统30包括用于采集和处理投影数据的成像系统 控制器32。成像系统控制器32还包括或者操作地连接到按如上所述进行操作的X射线源 控制器26。如上所述，X射线源控制器26还可操作地连接到设置在源12的X射线管附近 的多个磁性线圈。此外，控制器26包括多个控制电路，控制电路各向磁性线圈提供一系列 电压脉冲，以便操纵或聚焦X射线管中产生的电子束，这允许X射线以多种能量生成或者在 X射线管的靶阳极上的变化聚焦区中生成。
一般来说，系统30将患者34定位成使得由源12所产生的X射线束14被患者 34 (例如，多种感兴趣解剖)衰减，以便产生衰减的X射线18，衰减的X射线18可由照相底 板或数字探测器36来接收。在某些实施例中，患者34可按照这种方式使用与可控地连接 到成像系统控制器32的C型臂或台架38相结合的患者台来定位。一般来说，成像系统控 制器32可将诸如来自源12的发射之类的某些成像序列参数与源12和探测器36围绕台架 的旋转速率同步。
如上所述，向诸如所示数据采集系统(DAS)40之类的处理特征提供当接收到衰减 的X射线18时在探测器36生成的数据。DAS 40 一般将从探测器36所接收的数据转换为 能够在成像系统控制器32 (或其它基于计算机的处理器)处进行处理的信号。作为举例， 探测器36可在接收到衰减的X射线18时生成模拟数据信号，并且DAS 40可将模拟数据信 号转换成数字数据信号供在成像系统控制器32处进行处理。数据可用于生成患者34体内 的多种解剖的一个或多个体积成像。
所产生体积图像的质量可至少部分取决于X射线源12按照受控方式发射X射线 的能力。例如，X射线源12在来自不同透射方位或者以不同能量的发射X射线之间快速 (例如，按毫秒或微秒时标)改变的能力可实现如下体积图像的形成其具有比这种功能性 不存在时产生的图像更少的伪影和更高的分辨率。例如，第一图像可使用第一能量的X射 线来生成，并且第二图像可使用第二能量的X射线来生成。以不同能量所收集的第一图像 和第二图像可进一步处理，例如以便得到软组织信息、骨组织信息等。在某些实施例中，例 如当源12围绕患者旋转时，可期望尽可能快地以第一能量和第二能量来捕获X射线衰减数 据，以便提供两个所产生图像或衰减数据集合之间的更准确比较。实际上，按照当前实施例 的成像系统控制器32和X射线源控制器22可配置成生成彼此在大约I至大约1000微秒 之内的X射线的多个集合(例如，来自不同透射方位或以不同能量)。实际上，当前实施例 可实现彼此在大约I至大约750微秒、大约I至大约500微秒、大约10至大约250微秒、大约10至100微秒或者大约20至大约50微秒之内的以多个能量的X射线发射。
有鉴于以上所述，图3示出包括配置成使用双极磁场从多个透射方位来提供X射 线发射的特征的X射线管50的实施例。具体来说，图3示出X射线管50从第一透射方位 发射X射线辐射，其中具有从第二透射方位发射X射线辐射的能力。如上所述，当前实施例 可适用于配置成改变电子束的大小(例如，直径)的四极磁场的上下文，这针对图4-8来描 述。现在参照图3，X射线管50包括阳极组装件52和阴极组装件54。由限定与环境相比 较低压力(例如，真空)的区域的导电或非导电壳体56中的阳极组装件和阴极组装件来支 承X射线管50。例如，壳体56可包括玻璃、陶瓷或不锈钢或者其它适当材料。
阳极组装件52—般包括用于在操作期间引起阳极60的旋转的旋转特征58。旋 转特征58可包括用于驱动旋转的转子和定子62以及支承旋转中的阳极60的轴承64。轴 承64可以是滚珠轴承、螺旋橡胶轴承或类似轴承。一般来说，轴承64包括固定部分66以 及阳极60与其附连的旋转部分68。
阳极60的前部形成为靶盘，其上形成了靶或焦曲面70。按照本公开的一个方面， 焦曲面70由电子束72在离阳极60的中心区域74的变化距离处撞击。在图3所示的实施 例中，焦曲面70可被认为在第一位置76被撞击，同时当改变双极磁场时在第二位置78被 撞击，下面进行论述。
阳极60可由任何金属或合成物来制造，例如钨、钥、铜或者在用电子轰击时有助 于韧致辐射(即，减速辐射)的任何材料。阳极的表面材料通常选择成具有较高耐火率，以 便耐受由电子碰撞阳极60所生成的热量。阴极组装件54和阳极60之间的空间可排空，以 便使与其它原子的电子碰撞为最小以及使阴极与阳极之间的电位为最大。此外，这种排空 可有利地允许磁通量与电子束72快速交互(即，操纵或聚焦)。在一些X射线管中，超过 20 kV的电压在阴极组装件54与阳极60之间创建，从而使阴极组装件54发射的电子变成 吸引到阳极60。
控制信号经由引线81从诸如X射线控制器26之类的控制器84传送给阴极82。 控制信号使阴极82的热离子灯丝发热，这产生电子束72。射束72在第一位置76撞击焦 曲面70，这引起X射线辐射86的第一集合的生成，X射线辐射86的第一集合转向离开X射 线管50的X射线孔径88。X射线辐射86的第一集合可被认为具有相应第一方向或者在其 它上下文中具有相应第一能量，下面详细论述。X射线辐射86的第一集合的方向、取向和/ 或能量可受到电子束72碰撞焦曲面70的角度、放置、聚焦直径和/或能量影响。
这些参数的部分或全部可由壳体56内、在X射线管50外部产生的磁场90来影响 和/或控制。例如，设置在X射线管壳体56外部的第一磁体和第二磁体92、94可产生双极 磁场90。在所不实施例中，第一磁体和第二磁体92、94各连接到相应控制器96、98。控制 器96、98各向第一磁体和第二磁体92、94提供电流，并且可包括或者作为以上在图1和图2 所述的系统控制器22或X射线控制器26的一部分。当电流经过第一磁体和第二磁体92、 94时,产生相应第一磁场和第二磁场10、102。第一磁场和第二磁场100、102均有助于壳体 56内的双极磁场90。
因此，可形成图1和图2的X射线束18的全部或者一部分的X射线辐射86的第 一集合离开管50，并且一般在检查和/或治疗过程期间从第一透射方位定向到感兴趣受检 者。如上所述，切换跨过管50施加的外部生成磁场90的幅度(例如，强度、取向)可改变从X射线管50发射X射线的方向或聚焦强度。图4示出阴极组装件54配置成以变化能量 产生电子束110的X射线管50的实施例。第一能量的电子束具有直径112。电子束110的 直径112可至少部分确定采用电子束110来轰击的阳极60的聚焦区114。当电子束110的 直径112改变时，靶阳极114上的聚焦区114可发生变化。但是，在一些实施例中，可期望 保持电子束110的直径。相应地，X射线管50的所示实施例包括用于保持电子束110的直 径112的特征，以便保持阳极60上的聚焦区114。
具体来说，图4所示的X射线管50的实施例包括与图3的X射线管50相同的管 特征。但是，管50由第一磁体和第二磁体118、120包围，第一磁体和第二磁体118、120构 成配置成产生四极磁场122的多个磁体(例如，四个或更多磁体)的一部分。四极磁场122 可用于改变电子束110的直径112或者当电子束110的能量发生变化时使电子束110的直 径112保持为基本上恒定。第一磁体和第二磁体118、120各连接到控制器122、124，控制器 122、124实现相应磁场126、128的产生。针对图5_8来描述四极磁场122的操作。
具体来说，图5示出具有围绕壳体56以角布置所设置的第一多个磁体142和第二 多个磁体144的磁体布置140的一个实施例。相应地，在一些实施例中，第一多个磁体和/ 或第二多个磁体142、144可围绕壳体56以整圆或部分圆设置。在所示实施例中，第一多个 磁体和第二多个磁体142、144围绕壳体56同心地设置。这种布置可促进电子束110的直 径112的操控。按照某些当前实施例，每个磁体可连接到控制电路，这允许独立控制各磁体 的各电磁线圈。这种配置可以是预期的，以便允许制造容差、例如磁性不均匀性和极性失 调。作为举例，第一磁体118包含在第一多个磁体142中，并且包括操作地连接到第一控制 器122的第一磁性线圈146，如下面更详细论述，第一控制器122至少包括控制电路以及控 制该控制电路的操作的控制逻辑。同样，第二磁体120示为第二多个磁体144之一，并且具 有操作地连接到第二控制器124的第二磁性线圈148。如以上针对图4所述，由第一多多个 磁体和第二多个磁体142、144生成的四极磁场(或多个磁场)进行操作以调整电子束110 的直径112。
图5中，电子束110示为以第一能量来发射，这产生第一直径150。当电子束遇到 由第一多个磁体142所生成的四极磁场时，在第一方向中压缩射束110。也就是说，沿例如 X或z轴来压缩电子束110，其中射束110的y轴沿外壳56。在第一方向中压缩电子束110 的程度至少取决于电子束110的第一能量、电子束110的强度和四极场的强度。类似地，当 第二多个磁体144的四极场作用于射束110时，在第二方向中将电子束110压缩到预期直 径 112。
图6中，以第二能量来发射电子束110。在所示实施例中，电子束110的第二能量 大于电子束110的第一能量，这产生第二直径162。由于第二能量大于第一能量,所以第二 直径162不同于第一直径150。相应地，为了补偿能量变化以便以第二能量来生成预期直径 112，改变由第一多个磁体和第二多个磁体142、144所生成的四极磁场。按照当前实施例， 四极场的幅度使用连接到各磁性线圈的各控制电路来改变。相应地，由第一多个磁体142 通过使用其相应控制电路改变提供给每个线圈的电流在第一方向中来压缩第二直径162。 例如，为了提供更大的力以压缩更高能量电子束，更高电流可经过每个磁性线圈。然后在第 二方向中来压缩电子束110，以便以第二能量来生成预期直径112。
应当注意，虽然在其能量增加时增加磁场强度以压缩电子束110的上下文中描述当前实施例，但是用于产生电子束的预期直径的磁场强度还可取决于电子束的强度以及电 子束沿其在发射器与靶阳极之间传播的距离。因此，在某些实施例中，例如对于某些调焦距 离和某些电子束强度，适合于以较高能量来压缩电子束的磁场可小于适合于以较低能量来 压缩相同电子束的磁场。这种电子束操控可允许以基本上恒定焦点大小向感兴趣受检者提 供变化能量的X射线，例如以便允许产生具有变化对比度和/或衰减的图像。此外，应当注 意，虽然当前在各仅在一个方向中来压缩电子束110的上下文中论述围绕管50的第一多个 磁体142和第二多个磁体144，但是在一些实施例中，可采用任意多个磁体142、144从两个 方向压缩电子束110。
电子束110的定向压缩可参照图7和图8来进一步理解，图7和图8是分别来自 图5的7-7和8-8的端视图。现在参照图7，来自图5和图6的第一多个磁体142的实施例 示为被激励以生成第一四极场。如上所述，由第一多个磁体142所生成的第一四极场适合 在第一方向(例如，X方向)中来压缩电子束110。如上所述，第一多个磁体142包括包围 布置 140 的中心部分 184 的线圈 170、172、174、176、178、180 和 182。各线圈 146,170-182 在操作地耦合到相应控制器122、184、186、188、190、192和194。各控制器122、184-194包 括操作地耦合到控制逻辑装置的至少一个相应控制电路。
例如，第一线圈146示为耦合到控制器122，控制器122包括用于向线圈146提供 电流和电压脉冲以生成预期磁场的控制电路198。控制电路198 (例如，开关装置)内的某 些特征的操作由控制逻辑200来控制。控制逻辑200产生一系列逻辑输出，以便调整控制 电路198的操作以及因而调整由线圈146所生成的磁场的幅度。应当注意，虽然控制器122 示为具有到第一线圈146的单个连接，但是控制器122的控制电路198可具有耦合到线圈 146的两端的接口。下面针对图11、图13、图15和图17来论述这种配置。
图8中，第二多个磁体144示为生成第二四极场，以便在第二方向(例如，z方向) 中来压缩电子束110。如图所示，多个包括第二线圈148以及线圈210、212、214、216、218、 220和222。如以上针对第一多个磁体142所述，各线圈操作地耦合到相应控制器，各控制 器包括操作地耦合到控制逻辑装置的至少一个控制电路。如上所述，各控制器一般配置成 激励线圈以生成磁场。按照当前实施例，控制电路可适合改变通过线圈的电流，以便改变每 个所生成的磁场。
图9是适合接收电子束操控线圈的控制电路240的一个实施例的电路图。例如， 控制电路240可以是图7的控制电路198或者用于驱动通过电子束操控线圈的电流的任何 控制电路。在一般意义上，控制电路240适合使用第一电压源242来保持通过电子束操控 线圈的电流。控制电路240还适合使用第二电压源244来对流经线圈的电流进行调整，例 如以便引起由线圈所产生的磁场的变化(例如，改变其幅度)。
控制电路240包括电耦合到电子束操控线圈的接口 246，并且还包括设置在电压 源242、244与接口 246之间用于操控通过线圈的电流的一系列开关装置。具体来说，控制 电路240包括耦合到并且处于第一电压源242电下游的第一开关装置248。在一般意义上， 第一开关装置248在处于闭合位置时形成使第一电流朝接口 246流动的第一电流通路。第 一二极管250设置在第一开关装置248电下游，以便防止电路240的操作期间的电流回流。 具体来说，第一二极管250防止能够损坏控制电路240的、从第二电压源244到第一电压源 242的电流流动。
类似地，第二开关装置252耦合到并且设置在第二电压源244电下游。与第一开 关装置248相似，第二开关装置252在处于闭合位置时形成使第二电流能够朝接口 246流 动的第二电流通路。下面将更详细地论述，第二二极管254设置成与第二开关装置252并 联，以便允许沿与第二电流相比具有相反极性的电流通路的单向电流流动。
电路240还包括在接口 246的相对侧上并联提供的第三开关装置和第四开关装置 256、258。具体来说，第三开关装置256设置在接口 246的第一侧260上，并且第四开关装 置258设置在接口 246的第二侧262上。第三开关装置256当处于闭合位置时实现通过第 一开关248 (当处于闭合位置)从第一电压源242并且到接口 246的电导。另外，第三开关 装置256当处于闭合位置时实现通过第二开关装置252 (当处于闭合位置)从第二电压源 244并且到接口 246的电导。在一些实施例中，控制第一开关装置248和第二开关装置252 的定时是使得在一个开关装置处于闭合位置时，另一个开关装置不处于闭合位置。但是，在 其它实施例中可能不存在这种配置。
如下面参照电路240的操作更详细论述，电路240还包括第三二极管264，以便实 现从第二电压源244到接口 246的单向电流流动。电路240还包括第四二极管266，第四二 极管266例如在电流降低过程期间实现从接口 246并且到第二电压源244的单向流动。
图10示出作为时间函数的流经电子束操控线圈的电流的分布280的实施例。分 布280包括表示为I1的低电流电平以及表示为I2的高电流电平。在该分布中，电流开始 于I2，并且使用电流保持过程来保持在全局平均最大电流，其中如下面所述，第一开关装置 248在断开与闭合位置之间振荡。这使流经电子束操控线圈的电流能够比在第一开关装置 248保持在闭合位置时原本得到的要低。然后，电流使用电流降低过程来降低到全局平均最 小电流I1并且使用电流增加过程来返回到12。如下面详细论述，电流降低和增加过程使用 第二、第三开关装置和第四开关装置252、256、258来执行。下面针对图11-17并且参照分 布280来论述控制电路240的操作。
框284的展开视图282也如图10所示。具体来说，展开视图突出显示由第一开关 装置248所执行的电流保持过程期间的电流分布。如箭头286所示，电流保持过程包括流 经电子束操控线圈的电流以第一速率增加的周期。这个周期期间的控制电路240的配置如 图11所示。
具体来说，图11示出控制电路-线圈布置288，其中具有处于相应闭合位置的第一 开关装置248、第三开关装置256和第四开关装置258。如上所述，第一开关装置248在其 闭合位置创建第一电流通路290，第一电流通路290使第一电流292朝耦合到接口 246的电 子束操控线圈流动。第三开关装置和第四开关装置256、258的闭合位置使第一电流292流 动到电子束操控线圈294。因此，在第一电压源242与电子束操控线圈294之间实现电导， 从而形成第一电流回路。在所示实施例中，第一电流回路示为表示第一电流292的箭头。 但是，应当注意，与预期值相比，进入电子束操控线圈的电流因电子束操控线圈294的寄生 电阻、以及其它损耗机制(包括但不限于跨过开关装置的电压降)而可降低。因此，第一电 压源242可以使得电压至少为RX I，这是通过线圈294的预期电流I和线圈294的寄生电 阻R的乘积。按照某些实施例，第一电压源的电压可在大约I与20 V之间，例如在大约5 与20 V之间或者大约8与18 V之间。实际上，由图10中的箭头286所表示的电流在电流 保持周期期间上升的速率取决于第一电压源242的电压。例如，在一个实施例中，更高电压引起电流的更快增加，并且更低电压引起电流的更慢增加。实际上，如下面针对图14-17所 述，利用相对第二电压源244的这种关系，以便快速改变通过线圈294的电流。
现在参照图12，展开视图282示出在电流保持过程期间的电流降低的周期，示为 箭头300。这个周期期间的电路240的配置如图13所示。具体来说，图13示出处于其断开 位置的第一开关装置248。相应地，没有电流能够从第一电压源242流动到线圈294。另外， 第二开关装置252处于断开位置244，从而防止经由第二开关装置252从第二电压源244到 线圈294的传导。不是在处于其闭合位置时允许从电压源242、244到线圈294的电导，在 图13所示的配置中，第三开关装置和第四开关装置256、258形成电流耗散回路302，由此允 许电流流经线圈294而无需遇到电源。相应地，至少因线圈294以及第三开关装置和第四 开关装置256、258的寄生电阻，流经线圈的电流随时间而降低，并且引起以第二速率的电 流降低，这由图12的箭头300示出。在一些实施例中，第二速率可至少取决于这些寄生电 阻的幅度。
移动到图14所示的电流分布280，分布280示出在框284的电流保持周期之后在 时帧312之内从平均全局最大电流I2到平均全局最小电流I1的降低310。参照图14可以 理解，降低310处于使从I2到I1的降低比使用图13所示的电流耗散回路302原本得到的 要快许多地发生。与降低310对应的电路240的配置如图15所示。
具体来说，图15示出处于其相应断开位置的全部有源开关装置、即装置248、252、 256和258。由于第二、第三和第四二极管254、264和266的定位，仅按照使第二电流320 经由第二电流通路322从第二电压源244流动到线圈294的方式来实现电导。在第二电流 通路322中，第二电流320通过线圈294从第二电压源244的阳极并且流动到第二电压源 244的阴极，这使流经线圈294的电流开始反转极性。这个反转表示为图14中的电流降低 310。实际上，降低310的速率至少取决于由第二电压源244放置于电路240上的电位的幅 度，这与第二电压源244的电压直接相关。这样，第二电压源244的电压能够影响降低310 的速率(图14)。相应地，在可期望尽可能快地降低电流电平的实施例中，可期望在第二电 压源244具有最高可能的电压。按照诸如电子束操控线圈298具有较小电感的实施例之类 的某些实施例，第二电压源244的电压可以在大约50与200 V之间，例如在大约100与175 V之间或者在大约120与160 V之间。备选地，在电子束操控线圈298具有较大电感的实施 例中，第二电压源244的电压可以在大约200与500 V之间，例如在大约250与450 V、275 与400 V之间或者在大约300与375 V之间。
实际上，多个因素可影响电流从I2降低到I1的速率，这还能够影响什么电压对于 第二电压源244可以是合乎需要的。例如，线圈294和二极管254、264、266的寄生电阻可 影响在第二电压源244的速率和/或预期电压。实际上，图15所示配置的总寄生电阻可与 将通过线圈294的电流从I2改变成I1的总时间相关联。例如，在一个实施例中，图15所示 配置的寄生电阻可经由下式与电流320在其从第二电压源244传到线圈294时遇到的电压 降相关联其中，Atlpall是时帧312，L是线圈294的电感，Ih是第二电流，VAveMge是图15中的配置的平均电压，以及AFall是当通过线圈294的电流从I2切换到I1时的配置中的电压的变化。在一个实施例中，VA_age使用等式(2)来计算
权利要求
1.一种控制器，包括 控制电路，包括 接口(246)，其适合接收X射线发生系统的电子束操控线圈(294)； 第一开关装置(248)，其耦合到第一电压源(242)，并且配置成创建朝所述电子束操控线圈(294)的、具有所述第一电压源(242)的第一电流通路(290)； 第二开关装置(252)，其耦合到第二电压源(244)，并且配置成创建朝所述电子束操控线圈(294)的、具有所述第二电压源(244)的第二电流通路(340);以及 第三开关装置(256)，其耦合到所述接口(246)的第一侧，并且配置成当所述第三开关装置(256)处于闭合位置时允许经由所述第一电流通路(290)和所述第二电流通路(340)的、到所述接口(246)的电导，其中所述第二(252)开关装置和第三开关装置(256)配置成当处于相应断开位置时创建具有所述第二电压源(244)的第三电流通路(322)，所述第三电流通路(322)相对所述第二电流通路(340)具有相反极性。
2.如权利要求1所述的控制器，其中，所述控制电路(240)包括与所述第三开关装置(256)并联的、耦合到所述接口的第二侧的第四开关装置(258)。
3.如权利要求2所述的控制器，其中，当所述第一开关装置(248)、所述第三开关装置(256)和所述第四开关装置(258)处于相应闭合位置并且所述第二开关装置(252)处于断开位置时，在所述第一电压源(242)与所述电子束操控线圈(294)之间创建第一电流回路(292)。
4.如权利要求3所述的控制器，其中，所述第一开关装置(248)适合使用占空比将通过所述电子束操控线圈(294)的电流保持在预期范围之内，所述占空比包括所述第一开关装置(248)处于所述闭合位置的周期以及所述第一开关装置(248)处于断开位置的周期。
5.如权利要求4所述的控制器，其中，所述第三(256)开关装置和第四开关装置(258)在整个所述占空比中处于相应闭合位置。
6.如权利要求3所述的控制器，其中，所述第一电流回路(292)以第一速率将所述电子束操控线圈(294)中的电流增加到第一最大电流，所述第一速率和所述第一最大电流至少部分取决于所述第一电压源(242)的电压，所述占空比是可变的，以便在多个电流电平上将通过所述电子束操控线圈(294)的所述电流调整到所述第一最大电流，并且其中通过所述电子束操控线圈(294)的所述电流至少取决于其中所述第一开关装置(248)闭合的所述占空比的周期的持续时间相对其中所述第一开关装置(248)处于断开的所述占空比的周期的持续时间。
7.如权利要求6所述的控制器，其中，当所述第二开关装置(252)、所述第三开关装置(256)和所述第四开关装置(258)处于相应闭合位置并且所述第一开关装置(248)处于断开位置时，在所述第二电压源(244)与所述电子束操控线圈(294)之间创建第二电流回路(342)。
8.如权利要求7所述的控制器，其中，所述第二电流回路(342)以第二速率将所述电子束操控线圈(294)中的所述电流增加到所述第一最大电流，并且所述第二速率至少部分取决于所述第二电压源(244)的电压，以及所述第二电压源(244)的电压大于所述第一电压源(242)的电压。
9.如权利要求7所述的控制器，其中，当所述第一(248)开关装置和第二开关装置(252)处于相应断开位置并且所述第三(256)开关装置和第四开关装置(258)处于相应闭合位置时，分别在所述第三开关装置(256)与所述电子束操控线圈(294)以及所述第四开关装置(258)与所述电子束操控线圈之间创建第三电流回路和第四电流回路(302)。
10.如权利要求9所述的控制器，其中，所述第三电流回路和第四电流回路(302)没有包括电压源，使得通过所述电子束操控线圈(294)的所述电流以第三速率降低。
11.一种驱动电子束操控线圈的方法，包括下列步骤 闭合第一开关装置(248)，以便使第一极性的第一电流沿第一电流通路(290)从第一电压源(242)流向所述电子束操控线圈(294)； 闭合第二开关装置(256)，以便允许所述第一电流流动到所述电子束操控线圈(294)； 在闭合所述第一(248)开关装置和第二开关装置(256)之后断开所述第一开关装置(248)，以便停止所述第一电流流动到所述电子束操控线圈(294)，并且形成配置成降低通过所述电子束操控线圈(294)的电流的幅度的电流耗散回路(302);以及断开所述第二开关装置(256)和第三开关装置(258)，以便使第二极性的第二电流沿第二电流通路(320)从第二电压源(244)流动到所述电子束操控线圈(294)。
12.如权利要求11所述的方法，包括重复执行如下步骤闭合所述第一开关装置(248)并且断开所述第一开关装置(248)，以便将通过所述电子束操控线圈(294)的所述电流保持在低于从所述第一电压源(242)可得到的最大电流的平均幅度。
13.如权利要求11所述的方法，包括下列步骤闭合第四开关装置(252)以及所述第二(256)开关装置和第三开关装置(258)，以便使第三极性的第三电流沿第三电流通路(342)从所述第二电压源(244)流动到所述电子束操控线圈(294)，其中所述第一电流和第三电流增加通过所述电子束操控线圈(294)的所述电流，并且所述第二电流降低通过所述电子束操控线圈(294)的所述电流。
14.如权利要求13所述的方法，包括执行下列步骤断开所述第二开关装置(256)，以便以比在允许通过所述电子束操控线圈(294)的所述电流经由所述电流耗散回路(302)耗散时取得的要短的时间量、从通过所述电子束操控线圈(294)的平均全局最大电流转变到平均全局最小电流。
15.如权利要求13所述的方法，包括执行下列步骤闭合所述第四开关装置(252)，以便以比在通过所述电子束操控线圈(294)的所述电流经由所述第一电流来增加时取得的要短的时间量、从通过所述电子束操控线圈(294)的平均全局最小电流转变到平均全局最大电流。
全文摘要
本发明名称为“X射线源中的电子束操控系统和方法”。本文公开的实施例涉及X射线的受控发生，以及更具体来说，涉及用于使用一个或多个电子束操控线圈来产生X射线的电子束的控制。例如，提供用于驱动电子束操控线圈的装置和方法以及使用这些装置的系统。系统一般配置成使用第一电压源(242)来保持通过电子束操控线圈(294)的第一电流，并且使用第二电压源(244)将第一电流切换到第二电流。
文档编号A61B6/00GK103037608SQ20121031418
公开日2013年4月10日 申请日期2012年8月30日 优先权日2011年8月31日
发明者A.蔡亚发 申请人:通用电气公司
X射线源中的电子束操控系统和方法背景技术
在无创成像系统中，X射线管在多种X射线系统和计算机断层摄影(CT)系统中用 作X射线辐射源。辐射在检查或成像序列期间响应控制信号而发射。通常，X射线管包括 阴极和阳极。阴极内的发射器可响应经由热离子效应从所施加电流产生的热量和/或从所 施加电压产生的电场而向发射器前面的适当成形的金属板发射电子流。阳极可包括由电子 流碰撞的靶。靶可由于电子束的碰撞而产生X射线辐射和热量。
在这类成像系统中，福射经过感兴趣受检者、例如患者、包裹或制造广品，并且福 射的一部分碰撞其中收集图像数据的数字探测器或照相底板。在一些X射线系统中，照相 底板则经过显影以产生图像，图像可由质量控制技术人员、安全人员、放射科医生或主治医 生用于进行诊断。在数字X射线系统中，光电探测器产生表示碰撞到探测器表面的分立元 件的辐射的量或强度的信号。然后可处理信号，以便生成可显示供审查的图像。在CT系统 中，包括一系列探测器元件的探测器阵列当台架围绕患者旋转时通过多种位置产生相似信 号。在某些配置中，一系列这些信号可用于生成体积图像。一般来说，体积图像的质量取决 于X射线源和X射线探测器在台架上旋转时快速生成数据的能力。
在诸如用于肿瘤辐射治疗的系统之类的其它系统中，X射线源可用于将电离辐射 定向到目标组织。在一些辐射治疗配置中，源还可包括X射线管。用于进行辐射治疗的X 射线管还可包括热离子发射器以及生成X射线的靶阳极，如上所述。这类X射线管或源还 包括将发射的X射线聚焦或限制到预期尺寸或形状的射束中的一个或多个准直特征。X射 线源可绕目标组织位移(例如，绕其旋转)，同时将X射线束的焦点保持在感兴趣组织上，这 允许基本上恒定X射线通量被提供给目标组织，同时使对无关组织的X射线曝光为最小。发明内容
在一个实施例中，提供具有控制电路的控制器。控制电路包括适合接收X射线发 生系统的电子束操控(manipulation)线圈的接口。该电路还包括第一开关装置，其耦合 到第一电压源并配置成创建朝电子束操控线圈的具有第一电压源的第一电流通路；第二开 关装置，其耦合到第二电压源并配置成创建朝电子束操控线圈的具有第二电压源的第二电 流通路；以及第三开关装置，其耦合到接口的第一侧并配置成当第三开关装置处于闭合位 置时允许经由第一电流通路和第二电流通路的、到接口的电导(conductance)。第二开关装 置和第三开关装置配置成当处于相应断开位置时创建具有第二电压源的第三电流通路，并 且第三电路通路相对第二电路通路具有相反极性。
在另一个实施例中，提供一种X射线系统，其包括具有配置成发射电子束的阴极 组装件以及配置成接收电子束的阳极组装件的X射线源。阳极适合响应接收的电子束而生 成X射线，并且阴极组装件和阳极组装件设置在一外壳之内。源还包括多个电磁线圈，其 设置在外壳周围并且配置成通过改变由多个线圈所生成的双极或四极磁场来操控电子束； 以及多个控制电路，其耦合到多个电磁线圈。各控制电路耦合到多个电磁线圈之一，以便独 立地控制各线圈。各控制电路包括第一电压源和第二电压源。控制电路配置成使得第一电压源用于将通过各线圈的电流保持在预期范围之内以保持双极和四极磁场，并且第二电压 源用于增加或降低通过线圈的电流以改变双极或四极磁场。
在进一步的实施例中，提供一种驱动电子束操控线圈的方法。该方法包括下列步 骤闭合第一开关装置，以便使第一极性的第一电流沿第一电流通路从第一电压源朝电子 束操控线圈流动；闭合第二开关装置，以便允许第一电流流动到电子束操控线圈；在闭合 第一开关装置和第二开关装置之后断开第一开关装置，以便停止第一电流流动到电子束操 控线圈，并且形成配置成降低经过电子束操控线圈的电流的幅度的电流耗散回路；以及断 开第二开关装置和第三开关装置，以便使第二极性的第二电流沿第二电流通路从第二电压 源流动到电子束操控线圈。
通过参照附图阅读以下详细描述，将会更好地理解本发明的实施例的这些及其它 特征和方面，附图中，相似符号在附图中通篇表示相似部件，附图包括图1是示出使用能够从多个透射方位(perspective)和/或以多个能量来发射X射线 的X射线源的系统的一实施例的框图；图2是示出使用能够从多个透射方位和/或以多个能量来发射X射线的X射线源的X 射线成像系统的一实施例的框图；图3是配置成从多个透射方位发射X射线的X射线管的一实施例的示意图；图4是配置成以多种能量发射X射线的X射线管的一实施例的示意图；图5是设置在X射线管的外壳周围的电子束操控线圈的布置的一实施例的示意图；图6是由束操控线圈所操控的电子束处于第二能量的图5的布置的实施例的示意图； 图7是沿图5所示实施例的一部分的线条7-7所截取的端视图；图8是沿图5所示实施例的一部分的线条8-8所截取的端视图；图9是示出用于驱动电子束操控线圈的控制电路的一实施例的电路图；图10是示出作为时间函数的通过电子束操控线圈的电流分布的一实施例的绘图以及 与通过电子束操控线圈的平均电流的保持对应的绘图的一部分的展开图；图11是按照使第一电流经过电子束操控线圈的配置的、图9的控制电路的一实施例的 示意图；图12是示出作为时间函数的通过电子束操控线圈的电流分布的一实施例的绘图以及 与通过电子束操控线圈的平均电流的保持对应的绘图的一部分的展开图；图13是按照使形成电流耗散回路以使通过电子束操控线圈的电流缓慢耗散的配置 的、图9的控制电路的一实施例的示意图；图14是示出作为时间函数的通过电子束操控线圈的电流分布的一实施例并且涉及从 全局平均最大电流到全局平均最小电流的转变的绘图；图15是按照使第二电流经过电子束操控线圈的配置的、图9的控制电路的一实施例的 示意图；图16是示出作为时间函数的通过电子束操控线圈的电流分布的一实施例并且涉及从 全局平均最小电流到全局平均最大电流的转变的绘图；图17是按照使第三电流经过电子束操控线圈的配置的、图9的控制电路的一实施例的示意图；图18是控制逻辑装置的一实施例的示意图，该装置配置成控制图9的控制电路中的开 关装置的操作；图19是图9的控制电路的操作期间的控制逻辑信号的绘图的一实施例的图示；图20是示出作为时间函数的通过电子束操控线圈的电流分布的一实施例的绘图，该 分布具有全局平均最小电流与全局平均最大电流的值之间的多个电流电平；图21是示出用于驱动电子束操控线圈的控制电路的另一个实施例的电路图；图22是示出用于驱动电子束操控线圈的控制电路的另一个实施例的电路图；图23是示出图21的电路的一备选实施例的电路图；以及 图24是示出图22的电路的一备选实施例的电路图。
具体实施方式
在诸如计算机断层摄影(CT)、X射线荧光透视和/或投影成像、X射线辐射治疗等 的成像和治疗模态中，使用X射线产生源所执行的检查/治疗过程的质量可至少取决于X 射线源按照受控方式来产生X射线的能力。在某些X射线源中，碰撞到靶阳极以产生X射 线的电子束可使用施加在X射线源周围的四极磁场来聚焦。这种聚焦可实现可变能量X射 线发射的聚焦，这能够用于对不同类型的组织进行成像并且用于提供变化的能量等级(例 如，在辐射治疗过程中)。此外，使用双极磁场来操纵(Steer)电子束可允许X射线源从阳 极上的基本上恒定或变化位置发射X射线，例如以便生成立体和/或体积图像。在期望从 阳极上的变化位置发射X射线和/或以不同能量聚焦电子束的配置中，位置变化之间的时 间延迟或者焦点保持可至少部分取决于操纵和/或聚焦电子束以改变其幅度(例如，取向) 并且与电子束进行交互的磁场的能力。
为了产生和改变这些磁场，电流通常经由控制电路经过电子束操控线圈。控制电 路改变流经线圈的电流，这又影响由各线圈所产生的磁场。不幸的是，一些控制电路遭受电 流之间的缓慢转变，这能够引起磁场幅度变化的滞后并且因此引起聚焦强度和/或定向操 纵能力的滞后。此外，典型控制电路可控制串联的多个电子束操控线圈，这不允许各线圈被 单独寻址。这些缺点可引起非最佳电子束操纵，这能够影响X射线发射并且因而影响辐射 治疗或生成图像的质量。
本文所述方式提供用于快速改变通过电子束操控线圈的电流幅度的实施例。例 如，按照某些当前实施例，提供一种控制电路，其中包括较低电压源(例如，I至20伏(V)) 和较高电压源(例如，100至300 V)。控制电路包括使用低电压源来保持通过线圈的平均电 流的多种特征以及用于使用高电压源在电流电平之间快速切换的多种特征。另外，某些公 开的实施例提供用于调节控制电路的操作的控制逻辑。控制逻辑可包括用于调节控制电路 的基本操作频率的特征，其中通过电子束操控线圈的电流从较低电流电平改变成较高电流 电平以及从高电流电平到低电流电平。另外，控制逻辑包括用于调节通过电子束操控线圈 的电流保持的特征。相应地，当前实施例可提供优于典型方式的某些技术优点，其中包括对 各电子束操控线圈的更大控制、更快的切换时间、可靠的X射线发射以及更少的成像伪影。
本文所述方式可在上述上下文中使用，这能够包括无创成像、手术导航、辐射治疗 等。相应地，图1和图2提供可包括按照当前方式的控制电路和控制逻辑的系统的非限制性示例。具体来说，图1是示出将X射线辐射源12用于执行质量控制、安全、医疗成像、手 术和/或治疗过程的一般系统10的框图。X射线辐射源12可包括一个或多个X射线管，一 个或多个X射线管各具有用于按照上述受控方式从一个以上透射方位产生X射线辐射和/ 或产生一个以上能量的X射线辐射的特征。因此，X射线源12产生被定向到感兴趣受检者16的一个或多个X射线辐射流14。感兴趣受检者可以是包裹、行李、制造产品、感兴趣组织 和/或患者。将X射线14定向到感兴趣受检者16，其中X射线辐射经衰减以产生衰减的X 射线束18。衰减的X射线束18由反馈生成系统20来捕获，以便产生表示可用于执行过程 的图像或者其它信息的信号。此外，在反馈生成系统20所产生的数据可包括从来自源12 的各X射线管的多种位置和/或能量的接收X射线所产生的数据。
系统控制器22命令系统10的操作，以便运行检查、治疗和/或校准协议，并且处 理反馈。针对X射线源12，系统控制器22提供X射线检查序列的功率、焦斑位置、焦斑大 小、控制信号等。例如，系统控制器22可提供由X射线源12的X射线发射的焦斑大小和/ 或位置。另外，在一些实施例中，反馈生成系统20耦合到系统控制器22，系统控制器22命 令反馈的采集。下面将更详细地论述，系统控制器22还可控制用于移动系统10的组件和/ 或受检者16的定位系统24的操作。系统控制器22可包括信号处理电路及关联存储器电 路。在这类实施例中，存储器电路可存储由系统控制器22运行以操作包括X射线源12的 一个或多个特征的系统10并且处理由生成系统20所采集的反馈的程序、例程和/或编码 算法。在一个实施例中，系统控制器22可实现为诸如通用或专用计算机系统之类的基于处 理器的系统的全部或部分。
源12可由系统控制器22中包含或者连接到系统控制器22的X射线源控制器26 来控制。X射线控制器26配置成向源12提供功率和定时信号。在一些实施例中，X射线源 控制器26可配置成有选择地激活源12，使得系统10内不同位置处的管或发射器可彼此同 步或者彼此无关地来操作。此外，按照本公开的一个方面，X射线源控制器26可包括多个 控制电路，其中各控制电路连接到相应电子束操控线圈，以便激励系统10中的X射线管附 近的线圈。激励线圈的控制电路可使各管从多个透射方位和/或多个能量使用双极或四极 磁场来发射X射线辐射。下面将详细论述，某些实施例可使用双极磁场来改变发射X射线 的透射方位，而其它实施例可使用四极磁场来控制变化能量的电子束的焦斑大小(例如， 以便改变发射的X射线的能量)。
如上所述，由X射线源控制器26控制的X射线源12由定位系统24定位在感兴趣 受检者16周围。如图所示，定位系统24还连接到反馈生成系统20。但是，在其它实施例 中，定位系统24可以不连接到反馈生成系统20。定位系统24可使X射线源12和反馈生成 系统20的任一个或两者位移，以便允许源12从多种位置对感兴趣受检者16进行成像或治 疗。作为一个示例，在辐射治疗过程中，定位系统24可基本上连续地使X射线源12绕可以 是感兴趣组织的感兴趣受检者16位移，同时改变发射到感兴趣组织的X射线辐射14的能 量。此外，X射线辐射14的聚焦区可使用四极和/或双极磁场来保持。这样，感兴趣组织提 供有基本上连续的X射线辐射通量，同时使对无关组织的X射线暴露为最小。此外，虽然一 些系统可以不产生患者的诊断图像，但是反馈生成系统20可生成与诸如手术工具之类的X 射线源12或其它特征相对于感兴趣组织的位置相关的数据，例如图像和/或图。这种数据 可使临床医生或其它健康护理提供者能够确保X射线辐射14和/或手术工具相对感兴趣组织适当地定位。反馈生成系统20可包括诸如二极管阵列之类的探测器或者监测源12和 /或手术工具相对于感兴趣受检者16的位置的系统。实际上，在某些实施例中，反馈生成系 统20可包括还直接或间接地向定位系统24提供反馈的探测器和位置监测特征。
为了向没有与反馈生成系统20直接连接或关联的系统10的特征提供反馈，反馈 生成系统20向反馈采集和处理系统28提供数据信号。反馈采集和处理系统28可包括用于 从反馈生成系统20接收反馈的电路以及用于操控所接收数据的处理电路。例如，处理电路 可包括信号转换器(例如，A/D转换器)、装置驱动程序、处理芯片、存储器等。在一些实施 例中，反馈采集和处理系统28将从反馈生成系统20所接收的模块信号转换为能够由系统 控制器22的一个或多个处理电路(例如，基于计算机的处理器)进一步处理的数字信号。
系统10的一个实施例如图2所示，图2是诸如CT或其它射线照相成像系统之类 的X射线成像系统30的实施例的框图。系统30包括用于采集和处理投影数据的成像系统 控制器32。成像系统控制器32还包括或者操作地连接到按如上所述进行操作的X射线源 控制器26。如上所述，X射线源控制器26还可操作地连接到设置在源12的X射线管附近 的多个磁性线圈。此外，控制器26包括多个控制电路，控制电路各向磁性线圈提供一系列 电压脉冲，以便操纵或聚焦X射线管中产生的电子束，这允许X射线以多种能量生成或者在 X射线管的靶阳极上的变化聚焦区中生成。
一般来说，系统30将患者34定位成使得由源12所产生的X射线束14被患者 34 (例如，多种感兴趣解剖)衰减，以便产生衰减的X射线18，衰减的X射线18可由照相底 板或数字探测器36来接收。在某些实施例中，患者34可按照这种方式使用与可控地连接 到成像系统控制器32的C型臂或台架38相结合的患者台来定位。一般来说，成像系统控 制器32可将诸如来自源12的发射之类的某些成像序列参数与源12和探测器36围绕台架 的旋转速率同步。
如上所述，向诸如所示数据采集系统(DAS)40之类的处理特征提供当接收到衰减 的X射线18时在探测器36生成的数据。DAS 40 一般将从探测器36所接收的数据转换为 能够在成像系统控制器32 (或其它基于计算机的处理器)处进行处理的信号。作为举例， 探测器36可在接收到衰减的X射线18时生成模拟数据信号，并且DAS 40可将模拟数据信 号转换成数字数据信号供在成像系统控制器32处进行处理。数据可用于生成患者34体内 的多种解剖的一个或多个体积成像。
所产生体积图像的质量可至少部分取决于X射线源12按照受控方式发射X射线 的能力。例如，X射线源12在来自不同透射方位或者以不同能量的发射X射线之间快速 (例如，按毫秒或微秒时标)改变的能力可实现如下体积图像的形成其具有比这种功能性 不存在时产生的图像更少的伪影和更高的分辨率。例如，第一图像可使用第一能量的X射 线来生成，并且第二图像可使用第二能量的X射线来生成。以不同能量所收集的第一图像 和第二图像可进一步处理，例如以便得到软组织信息、骨组织信息等。在某些实施例中，例 如当源12围绕患者旋转时，可期望尽可能快地以第一能量和第二能量来捕获X射线衰减数 据，以便提供两个所产生图像或衰减数据集合之间的更准确比较。实际上，按照当前实施例 的成像系统控制器32和X射线源控制器22可配置成生成彼此在大约I至大约1000微秒 之内的X射线的多个集合(例如，来自不同透射方位或以不同能量)。实际上，当前实施例 可实现彼此在大约I至大约750微秒、大约I至大约500微秒、大约10至大约250微秒、大约10至100微秒或者大约20至大约50微秒之内的以多个能量的X射线发射。
有鉴于以上所述，图3示出包括配置成使用双极磁场从多个透射方位来提供X射 线发射的特征的X射线管50的实施例。具体来说，图3示出X射线管50从第一透射方位 发射X射线辐射，其中具有从第二透射方位发射X射线辐射的能力。如上所述，当前实施例 可适用于配置成改变电子束的大小(例如，直径)的四极磁场的上下文，这针对图4-8来描 述。现在参照图3，X射线管50包括阳极组装件52和阴极组装件54。由限定与环境相比 较低压力(例如，真空)的区域的导电或非导电壳体56中的阳极组装件和阴极组装件来支 承X射线管50。例如，壳体56可包括玻璃、陶瓷或不锈钢或者其它适当材料。
阳极组装件52—般包括用于在操作期间引起阳极60的旋转的旋转特征58。旋 转特征58可包括用于驱动旋转的转子和定子62以及支承旋转中的阳极60的轴承64。轴 承64可以是滚珠轴承、螺旋橡胶轴承或类似轴承。一般来说，轴承64包括固定部分66以 及阳极60与其附连的旋转部分68。
阳极60的前部形成为靶盘，其上形成了靶或焦曲面70。按照本公开的一个方面， 焦曲面70由电子束72在离阳极60的中心区域74的变化距离处撞击。在图3所示的实施 例中，焦曲面70可被认为在第一位置76被撞击，同时当改变双极磁场时在第二位置78被 撞击，下面进行论述。
阳极60可由任何金属或合成物来制造，例如钨、钥、铜或者在用电子轰击时有助 于韧致辐射(即，减速辐射)的任何材料。阳极的表面材料通常选择成具有较高耐火率，以 便耐受由电子碰撞阳极60所生成的热量。阴极组装件54和阳极60之间的空间可排空，以 便使与其它原子的电子碰撞为最小以及使阴极与阳极之间的电位为最大。此外，这种排空 可有利地允许磁通量与电子束72快速交互(即，操纵或聚焦)。在一些X射线管中，超过 20 kV的电压在阴极组装件54与阳极60之间创建，从而使阴极组装件54发射的电子变成 吸引到阳极60。
控制信号经由引线81从诸如X射线控制器26之类的控制器84传送给阴极82。 控制信号使阴极82的热离子灯丝发热，这产生电子束72。射束72在第一位置76撞击焦 曲面70，这引起X射线辐射86的第一集合的生成，X射线辐射86的第一集合转向离开X射 线管50的X射线孔径88。X射线辐射86的第一集合可被认为具有相应第一方向或者在其 它上下文中具有相应第一能量，下面详细论述。X射线辐射86的第一集合的方向、取向和/ 或能量可受到电子束72碰撞焦曲面70的角度、放置、聚焦直径和/或能量影响。
这些参数的部分或全部可由壳体56内、在X射线管50外部产生的磁场90来影响 和/或控制。例如，设置在X射线管壳体56外部的第一磁体和第二磁体92、94可产生双极 磁场90。在所不实施例中，第一磁体和第二磁体92、94各连接到相应控制器96、98。控制 器96、98各向第一磁体和第二磁体92、94提供电流，并且可包括或者作为以上在图1和图2 所述的系统控制器22或X射线控制器26的一部分。当电流经过第一磁体和第二磁体92、 94时,产生相应第一磁场和第二磁场10、102。第一磁场和第二磁场100、102均有助于壳体 56内的双极磁场90。
因此，可形成图1和图2的X射线束18的全部或者一部分的X射线辐射86的第 一集合离开管50，并且一般在检查和/或治疗过程期间从第一透射方位定向到感兴趣受检 者。如上所述，切换跨过管50施加的外部生成磁场90的幅度(例如，强度、取向)可改变从X射线管50发射X射线的方向或聚焦强度。图4示出阴极组装件54配置成以变化能量 产生电子束110的X射线管50的实施例。第一能量的电子束具有直径112。电子束110的 直径112可至少部分确定采用电子束110来轰击的阳极60的聚焦区114。当电子束110的 直径112改变时，靶阳极114上的聚焦区114可发生变化。但是，在一些实施例中，可期望 保持电子束110的直径。相应地，X射线管50的所示实施例包括用于保持电子束110的直 径112的特征，以便保持阳极60上的聚焦区114。
具体来说，图4所示的X射线管50的实施例包括与图3的X射线管50相同的管 特征。但是，管50由第一磁体和第二磁体118、120包围，第一磁体和第二磁体118、120构 成配置成产生四极磁场122的多个磁体(例如，四个或更多磁体)的一部分。四极磁场122 可用于改变电子束110的直径112或者当电子束110的能量发生变化时使电子束110的直 径112保持为基本上恒定。第一磁体和第二磁体118、120各连接到控制器122、124，控制器 122、124实现相应磁场126、128的产生。针对图5_8来描述四极磁场122的操作。
具体来说，图5示出具有围绕壳体56以角布置所设置的第一多个磁体142和第二 多个磁体144的磁体布置140的一个实施例。相应地，在一些实施例中，第一多个磁体和/ 或第二多个磁体142、144可围绕壳体56以整圆或部分圆设置。在所示实施例中，第一多个 磁体和第二多个磁体142、144围绕壳体56同心地设置。这种布置可促进电子束110的直 径112的操控。按照某些当前实施例，每个磁体可连接到控制电路，这允许独立控制各磁体 的各电磁线圈。这种配置可以是预期的，以便允许制造容差、例如磁性不均匀性和极性失 调。作为举例，第一磁体118包含在第一多个磁体142中，并且包括操作地连接到第一控制 器122的第一磁性线圈146，如下面更详细论述，第一控制器122至少包括控制电路以及控 制该控制电路的操作的控制逻辑。同样，第二磁体120示为第二多个磁体144之一，并且具 有操作地连接到第二控制器124的第二磁性线圈148。如以上针对图4所述，由第一多多个 磁体和第二多个磁体142、144生成的四极磁场(或多个磁场)进行操作以调整电子束110 的直径112。
图5中，电子束110示为以第一能量来发射，这产生第一直径150。当电子束遇到 由第一多个磁体142所生成的四极磁场时，在第一方向中压缩射束110。也就是说，沿例如 X或z轴来压缩电子束110，其中射束110的y轴沿外壳56。在第一方向中压缩电子束110 的程度至少取决于电子束110的第一能量、电子束110的强度和四极场的强度。类似地，当 第二多个磁体144的四极场作用于射束110时，在第二方向中将电子束110压缩到预期直 径 112。
图6中，以第二能量来发射电子束110。在所示实施例中，电子束110的第二能量 大于电子束110的第一能量，这产生第二直径162。由于第二能量大于第一能量,所以第二 直径162不同于第一直径150。相应地，为了补偿能量变化以便以第二能量来生成预期直径 112，改变由第一多个磁体和第二多个磁体142、144所生成的四极磁场。按照当前实施例， 四极场的幅度使用连接到各磁性线圈的各控制电路来改变。相应地，由第一多个磁体142 通过使用其相应控制电路改变提供给每个线圈的电流在第一方向中来压缩第二直径162。 例如，为了提供更大的力以压缩更高能量电子束，更高电流可经过每个磁性线圈。然后在第 二方向中来压缩电子束110，以便以第二能量来生成预期直径112。
应当注意，虽然在其能量增加时增加磁场强度以压缩电子束110的上下文中描述当前实施例，但是用于产生电子束的预期直径的磁场强度还可取决于电子束的强度以及电 子束沿其在发射器与靶阳极之间传播的距离。因此，在某些实施例中，例如对于某些调焦距 离和某些电子束强度，适合于以较高能量来压缩电子束的磁场可小于适合于以较低能量来 压缩相同电子束的磁场。这种电子束操控可允许以基本上恒定焦点大小向感兴趣受检者提 供变化能量的X射线，例如以便允许产生具有变化对比度和/或衰减的图像。此外，应当注 意，虽然当前在各仅在一个方向中来压缩电子束110的上下文中论述围绕管50的第一多个 磁体142和第二多个磁体144，但是在一些实施例中，可采用任意多个磁体142、144从两个 方向压缩电子束110。
电子束110的定向压缩可参照图7和图8来进一步理解，图7和图8是分别来自 图5的7-7和8-8的端视图。现在参照图7，来自图5和图6的第一多个磁体142的实施例 示为被激励以生成第一四极场。如上所述，由第一多个磁体142所生成的第一四极场适合 在第一方向(例如，X方向)中来压缩电子束110。如上所述，第一多个磁体142包括包围 布置 140 的中心部分 184 的线圈 170、172、174、176、178、180 和 182。各线圈 146,170-182 在操作地耦合到相应控制器122、184、186、188、190、192和194。各控制器122、184-194包 括操作地耦合到控制逻辑装置的至少一个相应控制电路。
例如，第一线圈146示为耦合到控制器122，控制器122包括用于向线圈146提供 电流和电压脉冲以生成预期磁场的控制电路198。控制电路198 (例如，开关装置)内的某 些特征的操作由控制逻辑200来控制。控制逻辑200产生一系列逻辑输出，以便调整控制 电路198的操作以及因而调整由线圈146所生成的磁场的幅度。应当注意，虽然控制器122 示为具有到第一线圈146的单个连接，但是控制器122的控制电路198可具有耦合到线圈 146的两端的接口。下面针对图11、图13、图15和图17来论述这种配置。
图8中，第二多个磁体144示为生成第二四极场，以便在第二方向(例如，z方向) 中来压缩电子束110。如图所示，多个包括第二线圈148以及线圈210、212、214、216、218、 220和222。如以上针对第一多个磁体142所述，各线圈操作地耦合到相应控制器，各控制 器包括操作地耦合到控制逻辑装置的至少一个控制电路。如上所述，各控制器一般配置成 激励线圈以生成磁场。按照当前实施例，控制电路可适合改变通过线圈的电流，以便改变每 个所生成的磁场。
图9是适合接收电子束操控线圈的控制电路240的一个实施例的电路图。例如， 控制电路240可以是图7的控制电路198或者用于驱动通过电子束操控线圈的电流的任何 控制电路。在一般意义上，控制电路240适合使用第一电压源242来保持通过电子束操控 线圈的电流。控制电路240还适合使用第二电压源244来对流经线圈的电流进行调整，例 如以便引起由线圈所产生的磁场的变化(例如，改变其幅度)。
控制电路240包括电耦合到电子束操控线圈的接口 246，并且还包括设置在电压 源242、244与接口 246之间用于操控通过线圈的电流的一系列开关装置。具体来说，控制 电路240包括耦合到并且处于第一电压源242电下游的第一开关装置248。在一般意义上， 第一开关装置248在处于闭合位置时形成使第一电流朝接口 246流动的第一电流通路。第 一二极管250设置在第一开关装置248电下游，以便防止电路240的操作期间的电流回流。 具体来说，第一二极管250防止能够损坏控制电路240的、从第二电压源244到第一电压源 242的电流流动。
类似地，第二开关装置252耦合到并且设置在第二电压源244电下游。与第一开 关装置248相似，第二开关装置252在处于闭合位置时形成使第二电流能够朝接口 246流 动的第二电流通路。下面将更详细地论述，第二二极管254设置成与第二开关装置252并 联，以便允许沿与第二电流相比具有相反极性的电流通路的单向电流流动。
电路240还包括在接口 246的相对侧上并联提供的第三开关装置和第四开关装置 256、258。具体来说，第三开关装置256设置在接口 246的第一侧260上，并且第四开关装 置258设置在接口 246的第二侧262上。第三开关装置256当处于闭合位置时实现通过第 一开关248 (当处于闭合位置)从第一电压源242并且到接口 246的电导。另外，第三开关 装置256当处于闭合位置时实现通过第二开关装置252 (当处于闭合位置)从第二电压源 244并且到接口 246的电导。在一些实施例中，控制第一开关装置248和第二开关装置252 的定时是使得在一个开关装置处于闭合位置时，另一个开关装置不处于闭合位置。但是，在 其它实施例中可能不存在这种配置。
如下面参照电路240的操作更详细论述，电路240还包括第三二极管264，以便实 现从第二电压源244到接口 246的单向电流流动。电路240还包括第四二极管266，第四二 极管266例如在电流降低过程期间实现从接口 246并且到第二电压源244的单向流动。
图10示出作为时间函数的流经电子束操控线圈的电流的分布280的实施例。分 布280包括表示为I1的低电流电平以及表示为I2的高电流电平。在该分布中，电流开始 于I2，并且使用电流保持过程来保持在全局平均最大电流，其中如下面所述，第一开关装置 248在断开与闭合位置之间振荡。这使流经电子束操控线圈的电流能够比在第一开关装置 248保持在闭合位置时原本得到的要低。然后，电流使用电流降低过程来降低到全局平均最 小电流I1并且使用电流增加过程来返回到12。如下面详细论述，电流降低和增加过程使用 第二、第三开关装置和第四开关装置252、256、258来执行。下面针对图11-17并且参照分 布280来论述控制电路240的操作。
框284的展开视图282也如图10所示。具体来说，展开视图突出显示由第一开关 装置248所执行的电流保持过程期间的电流分布。如箭头286所示，电流保持过程包括流 经电子束操控线圈的电流以第一速率增加的周期。这个周期期间的控制电路240的配置如 图11所示。
具体来说，图11示出控制电路-线圈布置288，其中具有处于相应闭合位置的第一 开关装置248、第三开关装置256和第四开关装置258。如上所述，第一开关装置248在其 闭合位置创建第一电流通路290，第一电流通路290使第一电流292朝耦合到接口 246的电 子束操控线圈流动。第三开关装置和第四开关装置256、258的闭合位置使第一电流292流 动到电子束操控线圈294。因此，在第一电压源242与电子束操控线圈294之间实现电导， 从而形成第一电流回路。在所示实施例中，第一电流回路示为表示第一电流292的箭头。 但是，应当注意，与预期值相比，进入电子束操控线圈的电流因电子束操控线圈294的寄生 电阻、以及其它损耗机制(包括但不限于跨过开关装置的电压降)而可降低。因此，第一电 压源242可以使得电压至少为RX I，这是通过线圈294的预期电流I和线圈294的寄生电 阻R的乘积。按照某些实施例，第一电压源的电压可在大约I与20 V之间，例如在大约5 与20 V之间或者大约8与18 V之间。实际上，由图10中的箭头286所表示的电流在电流 保持周期期间上升的速率取决于第一电压源242的电压。例如，在一个实施例中，更高电压引起电流的更快增加，并且更低电压引起电流的更慢增加。实际上，如下面针对图14-17所 述，利用相对第二电压源244的这种关系，以便快速改变通过线圈294的电流。
现在参照图12，展开视图282示出在电流保持过程期间的电流降低的周期，示为 箭头300。这个周期期间的电路240的配置如图13所示。具体来说，图13示出处于其断开 位置的第一开关装置248。相应地，没有电流能够从第一电压源242流动到线圈294。另外， 第二开关装置252处于断开位置244，从而防止经由第二开关装置252从第二电压源244到 线圈294的传导。不是在处于其闭合位置时允许从电压源242、244到线圈294的电导，在 图13所示的配置中，第三开关装置和第四开关装置256、258形成电流耗散回路302，由此允 许电流流经线圈294而无需遇到电源。相应地，至少因线圈294以及第三开关装置和第四 开关装置256、258的寄生电阻，流经线圈的电流随时间而降低，并且引起以第二速率的电 流降低，这由图12的箭头300示出。在一些实施例中，第二速率可至少取决于这些寄生电 阻的幅度。
移动到图14所示的电流分布280，分布280示出在框284的电流保持周期之后在 时帧312之内从平均全局最大电流I2到平均全局最小电流I1的降低310。参照图14可以 理解，降低310处于使从I2到I1的降低比使用图13所示的电流耗散回路302原本得到的 要快许多地发生。与降低310对应的电路240的配置如图15所示。
具体来说，图15示出处于其相应断开位置的全部有源开关装置、即装置248、252、 256和258。由于第二、第三和第四二极管254、264和266的定位，仅按照使第二电流320 经由第二电流通路322从第二电压源244流动到线圈294的方式来实现电导。在第二电流 通路322中，第二电流320通过线圈294从第二电压源244的阳极并且流动到第二电压源 244的阴极，这使流经线圈294的电流开始反转极性。这个反转表示为图14中的电流降低 310。实际上，降低310的速率至少取决于由第二电压源244放置于电路240上的电位的幅 度，这与第二电压源244的电压直接相关。这样，第二电压源244的电压能够影响降低310 的速率(图14)。相应地，在可期望尽可能快地降低电流电平的实施例中，可期望在第二电 压源244具有最高可能的电压。按照诸如电子束操控线圈298具有较小电感的实施例之类 的某些实施例，第二电压源244的电压可以在大约50与200 V之间，例如在大约100与175 V之间或者在大约120与160 V之间。备选地，在电子束操控线圈298具有较大电感的实施 例中，第二电压源244的电压可以在大约200与500 V之间，例如在大约250与450 V、275 与400 V之间或者在大约300与375 V之间。
实际上，多个因素可影响电流从I2降低到I1的速率，这还能够影响什么电压对于 第二电压源244可以是合乎需要的。例如，线圈294和二极管254、264、266的寄生电阻可 影响在第二电压源244的速率和/或预期电压。实际上，图15所示配置的总寄生电阻可与 将通过线圈294的电流从I2改变成I1的总时间相关联。例如，在一个实施例中，图15所示 配置的寄生电阻可经由下式与电流320在其从第二电压源244传到线圈294时遇到的电压 降相关联其中，Atlpall是时帧312，L是线圈294的电感，Ih是第二电流，VAveMge是图15中的配置的平均电压，以及AFall是当通过线圈294的电流从I2切换到I1时的配置中的电压的变化。在一个实施例中，VA_age使用等式(2)来计算
权利要求
1.一种控制器，包括 控制电路，包括 接口(246)，其适合接收X射线发生系统的电子束操控线圈(294)； 第一开关装置(248)，其耦合到第一电压源(242)，并且配置成创建朝所述电子束操控线圈(294)的、具有所述第一电压源(242)的第一电流通路(290)； 第二开关装置(252)，其耦合到第二电压源(244)，并且配置成创建朝所述电子束操控线圈(294)的、具有所述第二电压源(244)的第二电流通路(340);以及 第三开关装置(256)，其耦合到所述接口(246)的第一侧，并且配置成当所述第三开关装置(256)处于闭合位置时允许经由所述第一电流通路(290)和所述第二电流通路(340)的、到所述接口(246)的电导，其中所述第二(252)开关装置和第三开关装置(256)配置成当处于相应断开位置时创建具有所述第二电压源(244)的第三电流通路(322)，所述第三电流通路(322)相对所述第二电流通路(340)具有相反极性。
2.如权利要求1所述的控制器，其中，所述控制电路(240)包括与所述第三开关装置(256)并联的、耦合到所述接口的第二侧的第四开关装置(258)。
3.如权利要求2所述的控制器，其中，当所述第一开关装置(248)、所述第三开关装置(256)和所述第四开关装置(258)处于相应闭合位置并且所述第二开关装置(252)处于断开位置时，在所述第一电压源(242)与所述电子束操控线圈(294)之间创建第一电流回路(292)。
4.如权利要求3所述的控制器，其中，所述第一开关装置(248)适合使用占空比将通过所述电子束操控线圈(294)的电流保持在预期范围之内，所述占空比包括所述第一开关装置(248)处于所述闭合位置的周期以及所述第一开关装置(248)处于断开位置的周期。
5.如权利要求4所述的控制器，其中，所述第三(256)开关装置和第四开关装置(258)在整个所述占空比中处于相应闭合位置。
6.如权利要求3所述的控制器，其中，所述第一电流回路(292)以第一速率将所述电子束操控线圈(294)中的电流增加到第一最大电流，所述第一速率和所述第一最大电流至少部分取决于所述第一电压源(242)的电压，所述占空比是可变的，以便在多个电流电平上将通过所述电子束操控线圈(294)的所述电流调整到所述第一最大电流，并且其中通过所述电子束操控线圈(294)的所述电流至少取决于其中所述第一开关装置(248)闭合的所述占空比的周期的持续时间相对其中所述第一开关装置(248)处于断开的所述占空比的周期的持续时间。
7.如权利要求6所述的控制器，其中，当所述第二开关装置(252)、所述第三开关装置(256)和所述第四开关装置(258)处于相应闭合位置并且所述第一开关装置(248)处于断开位置时，在所述第二电压源(244)与所述电子束操控线圈(294)之间创建第二电流回路(342)。
8.如权利要求7所述的控制器，其中，所述第二电流回路(342)以第二速率将所述电子束操控线圈(294)中的所述电流增加到所述第一最大电流，并且所述第二速率至少部分取决于所述第二电压源(244)的电压，以及所述第二电压源(244)的电压大于所述第一电压源(242)的电压。
9.如权利要求7所述的控制器，其中，当所述第一(248)开关装置和第二开关装置(252)处于相应断开位置并且所述第三(256)开关装置和第四开关装置(258)处于相应闭合位置时，分别在所述第三开关装置(256)与所述电子束操控线圈(294)以及所述第四开关装置(258)与所述电子束操控线圈之间创建第三电流回路和第四电流回路(302)。
10.如权利要求9所述的控制器，其中，所述第三电流回路和第四电流回路(302)没有包括电压源，使得通过所述电子束操控线圈(294)的所述电流以第三速率降低。
11.一种驱动电子束操控线圈的方法，包括下列步骤 闭合第一开关装置(248)，以便使第一极性的第一电流沿第一电流通路(290)从第一电压源(242)流向所述电子束操控线圈(294)； 闭合第二开关装置(256)，以便允许所述第一电流流动到所述电子束操控线圈(294)； 在闭合所述第一(248)开关装置和第二开关装置(256)之后断开所述第一开关装置(248)，以便停止所述第一电流流动到所述电子束操控线圈(294)，并且形成配置成降低通过所述电子束操控线圈(294)的电流的幅度的电流耗散回路(302);以及断开所述第二开关装置(256)和第三开关装置(258)，以便使第二极性的第二电流沿第二电流通路(320)从第二电压源(244)流动到所述电子束操控线圈(294)。
12.如权利要求11所述的方法，包括重复执行如下步骤闭合所述第一开关装置(248)并且断开所述第一开关装置(248)，以便将通过所述电子束操控线圈(294)的所述电流保持在低于从所述第一电压源(242)可得到的最大电流的平均幅度。
13.如权利要求11所述的方法，包括下列步骤闭合第四开关装置(252)以及所述第二(256)开关装置和第三开关装置(258)，以便使第三极性的第三电流沿第三电流通路(342)从所述第二电压源(244)流动到所述电子束操控线圈(294)，其中所述第一电流和第三电流增加通过所述电子束操控线圈(294)的所述电流，并且所述第二电流降低通过所述电子束操控线圈(294)的所述电流。
14.如权利要求13所述的方法，包括执行下列步骤断开所述第二开关装置(256)，以便以比在允许通过所述电子束操控线圈(294)的所述电流经由所述电流耗散回路(302)耗散时取得的要短的时间量、从通过所述电子束操控线圈(294)的平均全局最大电流转变到平均全局最小电流。
15.如权利要求13所述的方法，包括执行下列步骤闭合所述第四开关装置(252)，以便以比在通过所述电子束操控线圈(294)的所述电流经由所述第一电流来增加时取得的要短的时间量、从通过所述电子束操控线圈(294)的平均全局最小电流转变到平均全局最大电流。
全文摘要
本发明名称为“X射线源中的电子束操控系统和方法”。本文公开的实施例涉及X射线的受控发生，以及更具体来说，涉及用于使用一个或多个电子束操控线圈来产生X射线的电子束的控制。例如，提供用于驱动电子束操控线圈的装置和方法以及使用这些装置的系统。系统一般配置成使用第一电压源(242)来保持通过电子束操控线圈(294)的第一电流，并且使用第二电压源(244)将第一电流切换到第二电流。
文档编号A61B6/00GK103037608SQ20121031418
公开日2013年4月10日 申请日期2012年8月30日 优先权日2011年8月31日
发明者A.蔡亚发 申请人:通用电气公司
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