CN108693394B - X射线球管的管电流计算方法和设备 - Google Patents

X射线球管的管电流计算方法和设备 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种X射线球管的管电流计算方法和设备。根据一实施方式，X射线球管的管电流计算方法用于一管电流采样电路，并且包括：获取流过所述管电流采样电路中的管电流采样电阻的电流ImA；获取流过所述管电流采样电路中的补偿电容的电流Icomp；获取流过所述管电流采样电路中的高压线缆寄生电容的电流Irc；根据电流ImA、Icomp以及Irc计算所述X射线球管的管电流Itube。本发明能够精确计算X射线球管的管电流。

Description

X射线球管的管电流计算方法和设备
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，特别是一种X射线球管的管电流计算方法和设备。
背景技术
X射线是由高速电子撞击阳极靶面产生的，用于加速电子的高压被称为管电压，单位时间内受到加速的电子数量被称为管电流。管电压和管电流都会影响所产生X射线的剂量率。所以在X射线释放过程中，需要同时对这两个变量进行检测和控制。
为了确保影像的质量，不但要实现剂量率的控制，还要保证X射线剂量与预设目标相同，因此要控制管电流时间积进行控制，尤其在短时间脉冲曝光的应用中对其控制精度要求很高。
高压线缆是一种被应用于高压传输的特殊线缆，在高频高压的工作环境中，不但呈现出传导电阻特性，而且高压导体和线缆屏蔽层之间的寄生电容效应也会对高压传输造成影响。
发明内容
有鉴于此，本发明正是针对由于高压线缆寄生电容效应所引发的无法精确管电流时间积的现象，提出新的修正方案。本发明一方面提出一种X射线球管的管电流计算方法，另一方面提出一种X射线球管的管电流计算设备。
根据一实施方式，X射线球管的管电流计算方法用于一管电流采样电路，包括：获取流过所述管电流采样电路中的管电流采样电阻的电流ImA；获取流过所述管电流采样电路中的补偿电容的电流Icomp；获取流过所述管电流采样电路中的高压线缆寄生电容的电流Irc；以及根据电流ImA、Icomp以及Irc计算所述X射线球管的管电流Itube。
其中，所述方法还可以包括利用如下公式，以积分方式计算所述X射线球管的管电流时间积：
∫Itube(t)dt＝∫ImA(t)dt+∫Icomp(t)dt-∫Irc(t)dt
其中，∫Itube(t)dt表示管电流时间积，∫ImA(t)dt表示管电流采样电阻的电流时间积，∫Icomp(t)dt表示补偿电容的电流时间积，∫Irc(t)dt表示高压线缆寄生电容的电流时间积。
其中，获取流过所述管电流采样电路中的管电流采样电阻的电流ImA可以包括如下步骤：采集所述管电流采样电路中的管电流采样电阻两端的电压值US；获取所述管电流采样电路中的管电流采样电阻的阻值Rs；以及根据所述管电流采样电阻两端的电压值US和所述管电流采样电阻的阻值Rs计算流过所述管电流采样电阻的电流时间积∫ImA(t)dt。
其中，可以通过如下公式计算流过所述管电流采样电阻的电流时间积∫ImA(t)dt：
∫ImA(t)dt＝∫Us(t)/Rsdt。
其中，所述方法还可以包括：获取所述补偿电容的电容值Ccomp；以及根据所述补偿电容的电容值Ccomp和所述管电流采样电阻两端的电压值US计算流过所述补偿电容的电流时间积∫Icomp(t)dt。
其中，可以通过如下公式计算流过所述补偿电容的电流时间积∫Icomp(t)dt：
∫Icomp(t)dt＝∫Ccomp*Us(t)。
其中，所述方法还可以包括：根据所述高压线缆的长度值计算所述高压线缆寄生电容的电容值Crc。
其中，所述方法还可以包括：采集所述X射线球管的管电压值UKV；以及根据所述管电压值UKV和高压线缆寄生电容的电容值Crc计算经过所述高压线缆寄生电容的电流时间积∫Irc(t)dt。
其中，可以通过如下公式计算经过所述高压线缆寄生电容的电流时间积∫Irc(t)dt：
∫Irc(t)dt＝∫Crc*UkV(t)。
根据另一实施方式，X射线球管的管电流计算设备，用于一管电流采样电路，包括：一获取装置，用于获取流过所述管电流采样电路中的管电流采样电阻的电流ImA、流过所述管电流采样电路中的补偿电容的电流Icomp以及流过所述管电流采样电路中的高压线缆寄生电容的电流Irc；以及一计算装置，用于根据电流ImA、Icomp以及Irc计算所述X射线球管的管电流Itube。
其中，所述计算装置可以利用如下公式，以积分方式计算所述X射线球管的管电流时间积：
∫Itube(t)dt＝∫ImA(t)dt+∫Icomp(t)dt-∫Irc(t)dt
其中，∫Itube(t)dt表示管电流时间积，∫ImA(t)dt表示管电流采样电阻的电流时间积，∫Icomp(t)dt表示补偿电容的电流时间积，∫Irc(t)dt表示高压线缆寄生电容的电流时间积。
其中，所述获取装置可以采集所述管电流采样电路中的管电流采样电阻两端的电压值US并且获取所述管电流采样电路中的管电流采样电阻的阻值Rs，所述计算装置可以根据所述管电流采样电阻两端的电压值US和所述管电流采样电阻的阻值Rs计算流过所述管电流采样电阻的电流时间积∫ImA(t)dt。
其中，所述计算装置可以通过如下公式计算流过所述管电流采样电阻的电流时间积∫ImA(t)dt：
∫ImA(t)dt＝∫Us(t)/Rsdt。
其中，所述获取装置可以获取所述补偿电容的电容值Ccomp，并且所述计算装置可以根据所述补偿电容的电容值Ccomp和所述管电流采样电阻两端的电压值US计算流过所述补偿电容的电流时间积∫Icomp(t)dt。
其中，所述计算装置可以通过如下公式计算流过所述补偿电容的电流时间积∫Icomp(t)dt：
∫Icomp(t)dt＝∫Ccomp*Us(t)。
其中，所述计算装置可以根据所述高压线缆的长度值计算所述高压线缆寄生电容的电容值Crc。
其中，所述获取装置可以采集所述X射线球管的管电压值UKV，并且所述计算装置可以根据所述管电压值UKV和高压线缆寄生电容的电容值Crc计算经过所述高压线缆寄生电容的电流时间积∫Irc(t)dt。
其中，所述计算装置可以通过如下公式计算经过所述高压线缆寄生电容的电流时间积∫Irc(t)dt：
∫Irc(t)dt＝∫Crc*UkV(t)。
应用本发明提出的X射线球管的管电流计算方法和设备能够精确计算X射线球管的管电流，通过有效提高X射线剂量释放的准确性，改善短时曝光存在的剂量不足的问题。此外，本发明对应不同管电压条件的曝光以及不同长度的高压线缆都能够有效实现管电流时间积的修正。
附图说明
下面将通过参照附图详细描述本发明的实施例，使本领域的普通技术人员更清楚本发明的上述及其他特征和优点，附图中：
图1为根据本发明一实施方式的X射线发生装置的高压整流传输系统电流环路分析电路示意图。
图2为根据本发明一实施方式的X射线发生装置的高压整流传输系统补偿电容分析电路示意图。
图3为根据本发明一实施方式的X射线球管的管电流计算方法的示意性流程图。
图4为根据本发明一实施方式的X射线球管的管电流计算设备的示意性框图。
其中，附图标记如下：
100 电流环路分析电路
200 补偿电容分析电路
101 X射线球管
Cs 滤波电容
Crc 高压线缆寄生电容
ImA、Irc、Icomp、Itube 电流
Rs 采样电阻
US、UkV 电压
300 X射线球管的管电流计算方法
S310-S340 步骤
400 X射线球管的管电流计算设备
410 获取装置
420 计算装置
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式，在各图中相同的标号表示相同的部分。
在本文中，“示意性”表示“充当实例、例子或说明”，不应将在本文中被描述为“示意性”的任何图示、实施方式解释为一种更优选的或更具优点的技术方案。
为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。
在本文中，“一”、“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。在本文中，“第一”、“第二”等仅用于彼此的区分，而非表示它们的重要程度及顺序、以及互为存在的前提等。
为说明本发明的原理，首先参见图1。图1为根据本发明一实施方式的X射线发生装置的高压整流传输系统电流环路分析电路示意图。需要说明的是，在本领域的现有技术中，通常并不考虑高压线缆的影响，通过测量采样电阻上的电压值，进而基于采样电阻的阻值及其上的电压值计算得到X射线球管的管电流值。然而，如前所述，高压导体和线缆屏蔽层之间的寄生电容效应会对高压和电流的传输造成影响。
具体地，在X射线发生装置中，X射线球管正极和负极分别通过高压线缆与高压发生器连接，由于高压线缆并不是理想的纯阻性导体，在高频高压的工作条件下，其金属导体部分与线缆金属屏蔽层之间存在寄生电容。实践中，出于安全和电磁屏蔽的考虑，高压线缆的屏蔽层会进行接地而短接，因此可以得到如图1所示的电流环路分析电路。其中，Cs为滤波电容，Rs为电流采样电阻，Us为电流采样电阻Rs上的电压，ImA为流过电流采样电阻Rs的电流，Crc为高压线缆寄生电容(对地等效电容)，Irc为流过等效电容的电流，Itube为真实管电流，Ukv为真实管电压，X射线球管以标号101进行图示说明。
接下来参见图2，图2为根据本发明一实施方式的X射线发生装置的高压整流传输系统补偿电容分析电路示意图。在如图2所示的电路中，通过在采样电阻Rs上并联补偿电容Ccomp，利用硬件电路来减小寄生电容充电电流的影响。其中，Icomp为流过补偿电容Ccomp的电流，根据电流环路定律：ImA＝Irc+Itube-Icomp，所以其可以在一定程度上对高压线缆寄生电容上的充电电流进行补偿，但是由于充电电流的大小和高压线缆的材质、长度以及管电压有关，所以这种补偿方法的效果十分有限。因此，为进一步提升测量精度，本发明提出针对X射线球管的管电流时间积进行修正的技术方案。
下面参见图3，图3为根据本发明一实施方式的X射线球管的管电流计算方法的示意性流程图。在图3所示的实施方式中，X射线球管的管电流计算方法300用于一管电流采样电路，并且方法300包括：
步骤S310：获取流过管电流采样电阻的电流ImA；
步骤S320：获取流过补偿电容的电流Icomp；
步骤S330：获取流过高压线缆寄生电容的电流Irc；以及
步骤S340：根据电流ImA、Icomp以及Irc计算管电流Itube。
具体地，结合参见图2所示的管电流采样电路(补偿电容分析电路)。管电流采样电路包括电流采样电阻Rs、补偿电容Ccomp、高压线缆寄生电容Crc以及球管。根据方法300，分别获取流过管电流采样电路中的管电流采样电阻Rs和补偿电容Ccomp的电流ImA和Icomp(步骤S310-步骤S320)，并且获取流过管电流采样电路中的高压线缆寄生电容Crc所消耗的电流Irc(步骤S330)。根据所获得的三个电流值ImA、Icomp以及Irc计算X射线球管的管电流Itube(步骤S340)。
在实施方式中，可以利用如下公式，以积分方式计算所述X射线球管的管电流时间积：
∫Itube(t)dt＝∫ImA(t)dt+∫Icomp(t)dt-∫Irc(t)dt。
其中，∫Itube(t)dt表示管电流时间积，∫ImA(t)dt表示管电流采样电阻的电流时间积，∫Icomp(t)dt表示补偿电容的电流时间积，∫Irc(t)dt表示高压线缆寄生电容的电流时间积。
下面分别以示例性方式介绍实践中可以如何获得上述公式中的各参数：
在实施方式中，可以通过如下方式获取流过管电流采样电阻的电流ImA：采集管电流采样电阻两端的电压值US；获取管电流采样电阻的阻值Rs；以及根据管电流采样电阻两端的电压值US和管电流采样电阻的阻值Rs计算流过管电流采样电阻的电流时间积∫ImA(t)dt。进一步地，可以通过如下公式计算流过所述管电流采样电阻的电流时间积∫ImA(t)dt：
∫ImA(t)dt＝∫Us(t)/Rsdt。
在实施方式中，可以通过如下方式获取流过所述补偿电容的电流Icomp：获取补偿电容的电容值Ccomp；以及根据补偿电容的电容值Ccomp和管电流采样电阻两端的电压值US计算流过补偿电容的电流时间积∫Icomp(t)dt。进一步地，可以通过如下公式计算流过补偿电容的电流时间积∫Icomp(t)dt：
∫Icomp(t)dt＝∫Ccomp*Us(t)。
在实施方式中，可以根据高压线缆的长度值计算高压线缆寄生电容的电容值Crc。具体地，可以根据高压线缆的产品手册等资料查询到该线缆单位长度对应的寄生电容值，根据所用线缆长度可以计算出该高压线缆的理论寄生电容数值Crc。在此基础上，可以采集管电压值UKV，从而能够根据管电压值UKV和高压线缆寄生电容的电容值Crc计算经过高压线缆寄生电容的电流时间积∫Irc(t)dt。进一步地，可以通过如下公式计算经过高压线缆寄生电容的电流时间积∫Irc(t)dt：
∫Irc(t)dt＝∫Crc*UkV(t)。
接下来参见图4，图4为根据本发明一实施方式的X射线球管的管电流计算设备的示意性框图。在如图4所示的实施方式中，X射线球管的管电流计算设备400用于一管电流采样电路。设备400包括获取装置410和计算装置420。实践中，设备400可以分别包括多个获取装置(如两个或更多个)以分别获取不同参数，也可以只包括一个具有获取功能的装置(如模/数采集芯片)，利用该装置来分别获取多个不同参数，本发明在此方面不受限。下面以设备400包括一个获取装置410为例进行举例说明。
如图4所示，获取装置410用于获取流过管电流采样电路中的管电流采样电阻的电流ImA、流过管电流采样电路中的补偿电容的电流Icomp以及流过管电流采样电路中的高压线缆寄生电容的电流Irc，计算装置420用于根据电流ImA、Icomp以及Irc计算X射线球管的管电流Itube。
在实施方式中，计算装置420可以利用如下公式，以积分方式计算X射线球管的管电流时间积：
∫Itube(t)dt＝∫ImA(t)dt+∫Icomp(t)dt-∫Irc(t)dt
其中，∫Itube(t)dt表示管电流时间积，∫ImA(t)dt表示管电流采样电阻的电流时间积，∫Icomp(t)dt表示补偿电容的电流时间积，∫Irc(t)dt表示高压线缆寄生电容的电流时间积。
在实施方式中，获取装置410采集管电流采样电路中的管电流采样电阻两端的电压值US并且获取管电流采样电路中的管电流采样电阻的阻值Rs，计算装置420根据管电流采样电阻两端的电压值US和管电流采样电阻的阻值Rs计算流过管电流采样电阻的电流时间积∫ImA(t)dt。
在实施方式中，计算装置420可以通过如下公式计算流过管电流采样电阻的电流时间积∫ImA(t)dt：
∫ImA(t)dt＝∫Us(t)/Rsdt。
在实施方式中，获取装置420获取补偿电容的电容值Ccomp，并且计算装置420根据补偿电容的电容值Ccomp和管电流采样电阻两端的电压值US计算流过补偿电容的电流时间积∫Icomp(t)dt。
在实施方式中，计算装置420可以通过如下公式计算流过补偿电容的电流时间积∫Icomp(t)dt：
∫Icomp(t)dt＝∫Ccomp*Us(t)。
在实施方式中，计算装置420可以根据高压线缆的长度值计算高压线缆寄生电容的电容值Crc。
在实施方式中，获取装置410采集X射线球管的管电压值UKV，并且计算装置420根据管电压值UKV和高压线缆寄生电容的电容值Crc计算经过高压线缆寄生电容的电流时间积∫Irc(t)dt。进一步地，计算装置420可以通过如下公式计算经过高压线缆寄生电容的电流时间积∫Irc(t)dt：
∫Irc(t)dt＝∫Crc*UkV(t)。
本发明提供一种X射线球管的管电流计算方法和设备。根据一实施方式，X射线球管的管电流计算方法用于一管电流采样电路，并且包括：获取流过所述管电流采样电路中的管电流采样电阻的电流ImA；获取流过所述管电流采样电路中的补偿电容的电流Icomp；获取流过所述管电流采样电路中的高压线缆寄生电容的电流Irc；根据电流ImA、Icomp以及Irc计算所述X射线球管的管电流Itube。应用本发明提出的X射线球管的管电流计算方法和设备能够精确计算X射线球管的管电流，通过有效提高X射线剂量释放的准确性，改善短时曝光存在的剂量不足的问题。此外，本发明对应不同管电压条件的曝光以及不同长度的高压线缆都能够有效实现管电流时间积的修正。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种X射线球管的管电流计算方法，用于一管电流采样电路，包括：
获取流过所述管电流采样电路中的管电流采样电阻的电流ImA；
获取流过所述管电流采样电路中的补偿电容的电流Icomp；
获取流过所述管电流采样电路中的高压线缆寄生电容的电流Irc；以及
根据电流ImA、Icomp以及Irc计算所述X射线球管的管电流Itube，包括以积分方式计算所述X射线球管的管电流时间积：
∫Itube(t)dt＝∫ImA(t)dt+∫Icomp(t)dt-∫Irc(t)dt
其中，∫Itube(t)dt表示管电流时间积，∫ImA(t)dt表示管电流采样电阻的电流时间积，∫Icomp(t)dt表示补偿电容的电流时间积，∫Irc(t)dt表示高压线缆寄生电容的电流时间积。
2.如权利要求1所述的X射线球管的管电流计算方法，其中，获取流过所述管电流采样电路中的管电流采样电阻的电流ImA包括如下步骤：
采集所述管电流采样电路中的管电流采样电阻两端的电压值Us；
获取所述管电流采样电路中的管电流采样电阻的阻值Rs；以及
根据所述管电流采样电阻两端的电压值Us和所述管电流采样电阻的阻值Rs计算流过所述管电流采样电阻的电流时间积∫ImA(t)dt。
3.如权利要求2所述的X射线球管的管电流计算方法，其中，通过如下公式计算流过所述管电流采样电阻的电流时间积∫ImA(t)dt：
Figure FDA0002451196120000011
4.如权利要求2所述的X射线球管的管电流计算方法，还包括：
获取所述补偿电容的电容值Ccomp；以及
根据所述补偿电容的电容值Ccomp和所述管电流采样电阻两端的电压值Us计算流过所述补偿电容的电流时间积∫Icomp(t)dt。
5.如权利要求4所述的X射线球管的管电流计算方法，其中，通过如下公式计算流过所述补偿电容的电流时间积∫Icomp(t)dt：
∫Icomp(t)dt＝∫Ccomp*Us(t)。
6.如权利要求1所述的X射线球管的管电流计算方法，还包括：
根据所述高压线缆的长度值计算所述高压线缆寄生电容的电容值Crc。
7.如权利要求6所述的X射线球管的管电流计算方法，还包括：
采集所述X射线球管的管电压值UKV；以及
根据所述管电压值UKV和高压线缆寄生电容的电容值Crc计算经过所述高压线缆寄生电容的电流时间积∫Irc(t)dt。
8.如权利要求7所述的X射线球管的管电流计算方法，其中，通过如下公式计算经过所述高压线缆寄生电容的电流时间积∫Irc(t)dt：
∫Irc(t)dt＝∫Crc*UkV(t)。
9.一种X射线球管的管电流计算设备，用于一管电流采样电路，包括：
一获取装置，用于获取流过所述管电流采样电路中的管电流采样电阻的电流ImA、流过所述管电流采样电路中的补偿电容的电流Icomp以及流过所述管电流采样电路中的高压线缆寄生电容的电流Irc；以及
一计算装置，用于根据电流ImA、Icomp以及Irc计算所述X射线球管的管电流Itube，所述计算装置利用如下公式，以积分方式计算所述X射线球管的管电流时间积：
∫Itube(t)dt＝∫ImA(t)dt+∫Icomp(t)dt-∫Irc(t)dt
其中，∫Itube(t)dt表示管电流时间积，∫ImA(t)dt表示管电流采样电阻的电流时间积，∫Icomp(t)dt表示补偿电容的电流时间积，∫Irc(t)dt表示高压线缆寄生电容的电流时间积。
10.如权利要求9所述的X射线球管的管电流计算设备，其中，所述获取装置采集所述管电流采样电路中的管电流采样电阻两端的电压值Us并且获取所述管电流采样电路中的管电流采样电阻的阻值Rs，所述计算装置用于根据所述管电流采样电阻两端的电压值Us和所述管电流采样电阻的阻值Rs计算流过所述管电流采样电阻的电流时间积∫ImA(t)dt。
11.如权利要求10所述的X射线球管的管电流计算设备，其中，所述计算装置通过如下公式计算流过所述管电流采样电阻的电流时间积∫ImA(t)dt：
Figure FDA0002451196120000021
12.如权利要求10所述的X射线球管的管电流计算设备，其中，所述获取装置获取所述补偿电容的电容值Ccomp，并且所述计算装置根据所述补偿电容的电容值Ccomp和所述管电流采样电阻两端的电压值Us计算流过所述补偿电容的电流时间积∫Icomp(t)dt。
13.如权利要求12所述的X射线球管的管电流计算设备，其中，所述计算装置通过如下公式计算流过所述补偿电容的电流时间积∫Icomp(t)dt：
∫Icomp(t)dt＝∫Ccomp*Us(t)。
14.如权利要求9所述的X射线球管的管电流计算设备，其中，所述计算装置根据所述高压线缆的长度值计算所述高压线缆寄生电容的电容值Crc。
15.如权利要求14所述的X射线球管的管电流计算设备，其中，所述获取装置采集所述X射线球管的管电压值UKV，并且所述计算装置根据所述管电压值UKV和高压线缆寄生电容的电容值Crc计算经过所述高压线缆寄生电容的电流时间积∫Irc(t)dt。
16.如权利要求15所述的X射线球管的管电流计算设备，其中，所述计算装置通过如下公式计算经过所述高压线缆寄生电容的电流时间积∫Irc(t)dt：
∫Irc(t)dt＝∫Crc*UkV(t)。
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