CN113661787A - 有源上升和下降时间的补偿算法 - Google Patents

Abstract

提供一种用于补偿脉冲X射线系统的设置的方法。针对要提供的X射线脉冲选择电流、电压和预期脉冲宽度设置。然后，根据存储的在预定温度处的一个或多个标准化值，考虑到X射线罐的电子电路的环境温度，对针对设定电压和管电流的所选择的脉冲宽度设置进行补偿。在校准步骤中根据实际的或有效的脉冲宽度及其与预期宽度的差来获得标准化值，利用提供给所述源的脉冲电压和电流的电路的温度使所述值标准化。

Description

有源上升和下降时间的补偿算法

技术领域

本发明涉及放射诊断领域。更具体地，本发明涉及生成X射线脉冲、激活和校准X射线系统的方法、软件产品和系统，并且涉及相关的经校准的X射线系统。

背景技术

在X射线机中，能够生成几种不同的X射线图案。根据应用、外科医生、外科手术的类型和/或X射线机中使用的部件，某些X射线图案比其他图案更具优势。一种可能的X射线图案是脉冲图案，其中，以预定的占空比生成X射线。

根据国际规则，所应用的X射线参数应当在限定的准确度内报告给用户。具体而言，对于许多应用(包括医学和外科手术应用)，对于用户可选择的任何设置，预期平均管电流在实际施加到管的电流的20％以内应当是精确的。对于连续X射线模式，平均管电流仅取决于管电流的量。然而，对于脉冲X射线模式，平均电流是峰值管电流与脉冲宽度的组合，作为实际应用该峰值管电流的周期时间(占空比)的函数。

由于布线和电路的原因，当施加电压设置(例如方波)脉冲为X射线管阳极供电时，电缆和电路容量会导致增加的脉冲上升时间。另一方面，当在脉冲结束时去除电压以终止X射线曝光时，电缆和电路电容电流的放电导致所施加的千伏电压以一定的延迟衰减，而不是瞬间下降。

当间隔很长时，如超过20毫秒(ms)，减慢的上升时间和延伸的衰减时间导致曝光间隔中一个或几个百分比量级的误差。然而，对于短持续时间的X射线曝光，如低于20毫秒，上升和衰减时间代表曝光间隔的相当一部分百分比。

US4454606A提供了一种用于补偿上升和衰减时间的自动曝光控制。然而，补偿不能考虑例如由于使用引起的X射线生成器中的变化，并且通常为了补偿此类变化需要对设备进行耗时的重新校准。

此外，更难以预测此类不准确度，并且可能需要对超出最佳设置值范围的X射线系统的设置进行补偿以实现改进的准确度。

发明内容

本发明的实施例的目的是提供一种激活X射线系统的方法、一种校准X射线系统的方法、校准和/或激活X射线系统的软件实施的方法、以及一种X射线系统，其中针对在X射线源电子电路(例如在X射线管周围的油)中的温度变化使所述脉冲标准化并补偿所述脉冲。

在第一方面中，本发明提供一种借助于包括X射线罐的X射线系统来提供或生成X射线脉冲的方法，所述X射线罐包含X射线源或管，方法包括：

-为要提供的X射线脉冲选择电流、电压和预期脉冲宽度设置，

-考虑到X射线罐的内部温度，根据所存储的预定温度处的标准化值，针对设定电压和管电流来补偿所选择的脉冲宽度设置。

X射线系统可以包括X射线生成器，并且可以通过在X射线生成器中引入补偿后的X射线脉冲宽度来完成所述补偿。

本发明的实施例的优点在于，可以通过使用考虑到温度的预测模型来补偿由温度对系统的电子器件、特别是X射线罐的电子器件的影响所引起的脉冲宽度的偏差。脉冲宽度校正提高了X射线的剂量，以及通过X射线管的平均电流准确度，这使得更容易满足国际标准，并允许进一步减少最小可用脉冲宽度。

换言之，对于所选择的(预期)脉冲宽度，例如在使用X射线系统生成X射线脉冲时要使用的实际脉冲宽度值可以根据所存储的标准化值中的相应的一个而导出，例如匹配针对管电压和电流的当前设置的针对管电压和电流所确定的标准化值。在本中，“标准化值”应当理解为标准化为预定温度的预期X射线脉冲宽度与实际的X射线脉冲宽度之间的偏差或delta值。尽管在预定温度(或参考温度)下确定标准化值，但是在确定针对要设置的实际的X射线脉冲宽度的任何所需补偿时，可以考虑当前温度，具体地考虑X射线罐的内部温度。例如，如本文进一步描述的，可以涉及脉冲宽度偏差的预定温度依赖关系。

在本发明的一些实施例中，所述方法还包括通过插值根据所存储的对应于用于电流的第一设置和用于电压的第一设置的标准化值和所存储的对应于用于电流的其他设置和用于电压的其他设置的其他标准化值来计算标准化值，其他设置中的至少一个不同于第一设置值，其中，所选择的电流和电压值在至少一个不同的电流的第一设置与其他设置和/或在电压的第一设置与其他设置之间。

本发明的实施例的优点在于，在校准期间未使用的电压和/或电流的设置仍然能够通过使用存储了运行时间的值的插值获得标准化值来补偿，因此允许存储少量的值，例如，允许使用小的LUT。

在第二方面中，本发明提供一种校准包括X射线罐的X射线系统的方法，其中，X射线罐包括X射线源，方法包括：

-将用于所选择的电流、所选择的电压和预期脉冲宽度的设置应用于X射线源，从而为X射线源生成实际电压和电流信号，以产生至少一个X射线脉冲，由此产生具有实际脉冲宽度的至少一个X射线脉冲，

-测量应用于X射线源的实际电压信号并基于测量出的实际电压信号来确定实际脉冲宽度，

-获得实际脉冲宽度与预期脉冲宽度之间的差，

-将在X射线罐的实际内部温度处获得的这种差标准化为针对X射线罐的预定内部温度的标准化差，所述内部温度是用于电子电路(例如，包括电容器)的环境温度，因而，考虑到将X射线罐的内部温度作为例如电容器的环境温度，从在预定温度处的这种差获得标准化值，并且

-将来自所述差的所述标准化值存储为所选择的电流和所选择的电压的设置的函数。

例如，X射线系统可以包括X射线生成器，并且应用设置可以包括在X射线生成器中应用所述设置。

所存储的标准化值能够在本发明的第一方面的方法中使用。本发明的实施例的优点是能够提供一种预测模型，用于补偿针对高压电力供应X射线系统(例如包括X射线源的X射线罐)的所有所需电压(kV)和管电流设置的温度导致的脉冲宽度的偏差。标准化值优选存储在LUT中。实际脉冲宽度能够被确定为实际电压信号超过预定阈值的时刻与实际电压信号下降到预定阈值以下的时刻之间的时间间隔。

在本发明的一些实施例中，所述方法还包括在从所述差获得标准化值之前测量X射线罐的内部温度(即，针对X射线罐的电子电路的环境温度)。

本发明的实施例的优点在于，能够利用简单的温度传感器针对不同的设置获得温度的变化，所述温度的变化能够通过温度与罐中的电路的电特性变化之间的预定关系标准化为预定温度。

在本发明的一些实施例中，所述方法还包括根据所确定的实际脉冲宽度与预期脉冲宽度之间的差来获得至少一个X射线脉冲的上升和下降时间偏差。根据在预定温度处的所述差获得标准化值还包括通过使用X射线罐的电容变化与内部罐温度之间的预定关系来获得在预定温度处的上升和下降时间偏差的标准化值。

本发明的实施例的优点在于，通过计算作为X射线罐和其中的电路(例如高压转换器、布线等)的内部温度的函数的电特性的变化，能够补偿任何可再现的上升和下降时间偏差，从而提高施加到X射线源的平均电流的准确度。另一个优点是能够更容易地满足电流准确度的国际监管要求。另一个优点是能够以高准确度使用更小的脉冲宽度。

在本发明的一些实施例中，存储来自实际脉冲宽度与预期脉冲宽度之间的差的标准化值包括将上升和下降时间偏差的标准化值存储为所选择的电流和所选择的电压的函数。

本发明的实施例的优点在于能够存储上升和下降偏差的标准化值，而无需存储脉冲宽度或其差。

在本发明的一些实施例中，对于至少不同的所选择的电流和/或电压的设置重复所述方法，从而将来自所述差的其他标准化值存储为不同的所选择的电流和所选择的电压的函数。

本发明的实施例的优点在于能够获得用于构建预测模型的值的列表。

在具体实施例中，所述方法包括通过插值根据所选择的电流和/或电压的设置与不同的所选择的电流和/或电压的设置之间的电流和/或电压来计算至少一个标准化值。

本发明的实施例的优点在于，在校准期间未使用的电压和/或电流的设置仍然能够通过使用在校准期间存储的值的插值获得标准化值来补偿，无需提供计算运行时间，从而节省X射线系统利用期间的处理时间。

在第三方面中，本发明提供一种软件产品或程序，包括用于控制X射线系统的指令，用于根据本发明第一方面的方法提供X射线脉冲，还适于接收所需的脉冲宽度设置，还适于接收通过本发明的第二方面的方法获得的标准化值。

软件产品或程序可以包括数据存储器。

本发明的实施例的优点在于，能够例如在用于X射线系统的控制单元中和/或在X射线系统的X射线生成器中提供软件，这能够提高系统的性能。它通过提高在比单独X射线系统的最佳范围更宽的设置范围内的脉冲宽度的准确度，能够使用具有更小宽度的脉冲，因而增加电压、电流设置和允许的脉冲宽度的可用范围。X射线系统的另一个优点是，能够以较低的功率提供X射线生成，这反过来又增加了X射线源的使用寿命。其他优点是能够容易地满足准确度的国际监管要求。

在本发明的第四方面的实施例中，软件产品适于校准由X射线系统提供的X射线脉冲的脉冲宽度，软件产品适于接收脉冲宽度测量值，可选地还适于接收温度测量值。当在X射线系统中实施时，软件产品适于(例如包括指令)执行本发明第二方面的校准方法。

本发明的实施例的优点在于，能够提供例如包括在用于X射线系统的控制单元中的软件产品，其能够建立用于补偿由X射线系统(或其X射线罐)的温度引起的脉冲宽度的偏差的预测模型。

在第五方面中，本发明提供一种用于X射线系统的数据存储器，其包括通过本发明第二方面的方法获得的标准化值。本发明的实施例的优点在于，数据存储器能够用于校准不同的X射线系统，所述X射线系统包括在X射线罐中具有与温度类似或相同的行为的电子电路。数据存储器可以包括在控制单元中，或者包括在第三方面的软件产品中。

在第六方面中，本发明提供一种X射线系统。X射线系统包括X射线罐，所述X射线罐包括X射线管，还包括可由本发明第三方面的软件产品控制的控制单元(例如集成在包括在X射线系统中的X射线生成器单元中)。还可以包括在本发明的第三方面或第五方面的软件产品中的数据存储。

在本发明的一些实施例中，X射线系统还包括温度传感器，其用于感测X射线罐的至少一部分的温度，例如内部温度、例如罐中电路的环境温度、例如围绕所述电路的流体的温度。

在本发明的一些实施例中，X射线系统还包括第五方面的数据存储器，其可选地是可重新编程的数据存储器。在这种情况下，例如，控制单元被配置为从数据存储器接收至少一个标准化值。

本发明的实施例的优点在于，X射线系统包括先前获得的用于校正脉冲宽度的标准化值，并且可选地能够校准自身并更新标准化值，以在需要时补偿脉冲宽度。

能够提供包括本发明的X射线系统的模块化设备，模块化设备适用于移动手术应用。本发明的实施例的优点在于，即使在低脉冲能量下，也能够获得具有大范围的可用脉冲宽度和高准确度和有效脉冲的X射线系统，还允许减少所使用的峰值能量，因此设备能够使用更紧凑的电源，同时实现相同的平均功率，例如不降低平均功率。

在所附独立和从属权利要求中阐述了本发明的具体的和优选的方面。来自从属权利要求的特征可以与独立权利要求的特征以及与其他从属权利要求的特征适当地组合，而不仅仅是如权利要求中明确阐述的那样。

参考下文描述的实施例，本发明的这些和其他方面将变得显而易见并被阐明。

附图说明

图1示出了具有预期形状的X射线脉冲、生成用于生成形成X射线脉冲的光子的电荷束的实际电压，以及所生成的X射线脉冲的实际形状；

图2示意性示出了根据本发明的一些实施例的X射线系统；

图3示出了生成包括补偿所选择的用于X射线生成的设置的脉冲X射线的方法；

图4示出了X射线系统的电容变化与其环境温度之间的范例性关系图；

图5示出了根据本发明实施例的校准方法，包括虚线中的可选步骤；

图6示意性示出了根据本发明一些实施例的X射线系统。

附图仅是示意性的并且是非限制性的。在附图中，为了说明的目的，一些元件的尺寸可能被夸大并且未按比例绘制。

权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制范围。

在不同的附图中，相同的附图标记指代相同或类似的元件。

具体实施方式

将相对于具体实施例并参考某些附图对本发明进行描述，但本发明并非受其限制，而是仅受权利要求的限制。尺寸和相对尺寸不对应于本发明实践的实际简化。

此外，说明书和权利要求中的术语第一、第二等用于区分类似的元件，并不一定用于在时间上、空间上、按等级或以任何其他方式描述顺序。应当理解，如此使用的术语在适当的情况下是可互换的，并且本文描述的本发明的实施例能够以不同于本文中描述或图示的其他顺序进行操作。

此外，说明书和权利要求中的上、下等术语仅用于描述目的，并非用于描述相对位置。应当理解，如此使用的术语在适当的情况下是可互换的，并且本文中描述的本发明的实施例能够以不同于本文中描述或图示的其他方向进行操作。

应当注意，在权利要求中使用的术语“包括”不应被解释为仅限于其后列出的手段；它不排除其他元件或步骤。因此，其被解释为指定所提及的所述特征、整体、步骤或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整体、步骤或部件或其组合的存在或增加。因此，术语“包括”涵盖仅存在所述特征的情况以及存在这些特征及一个或多个其他特征的情况。因此，表述“包括手段A和B的设备”的范围不应被解释为仅限于仅由部件A和B组成的设备。这意味着就本发明而言，设备的唯一相关部件是A和B。

在整个说明书中对“一个实施例”或“实施例”的引用意味着结合实施例描述的具体特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，在整个说明书中各处出现的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”不一定必须都指代相同的实施例，而是可以指代相同的实施例。此外，在一个或多个实施例中，具体特征、结构或特性可以以任何合适的方式组合，如本领域普通技术人员从本公开内容中显而易见的。

类似地，应当理解，在对本发明的范例性实施例的描述中，有时将本发明的各种特征组合在单个实施例、图形或对其的描述中，以简化公开内容并帮助理解一个或多个不同的创造性方面。但是，这种公开的方法不应被解释为反映要求保护的发明需要比在每个权利要求中明确叙述的特征更多的特征的意图。相反，如以下权利要求所反映的，创造性方面在于少于单个前述公开的实施例的所有特征。因此，详细说明书之后的权利要求特此明确并入该详细说明书中，每个权利要求独立作为本发明的单独实施例。

此外，虽然本文描述的一些实施例包括一些不包括在其他实施例中的其他特征，但是不同实施例的特征的组合意味着在本发明的范围内，并且形成不同的实施例，如本领域技术人员将理解的。例如，在下文的权利要求中，能够以任何组合使用任何要求保护的实施例。

在本文所提供的说明书中，阐述了许多具体细节。但是，应当理解，可以在没有这些具体细节的情况下实践本发明的实施例。在其他情况下，为了不混淆对本说明书的理解，没有详细示出众所周知的方法、结构和技术。

X射线系统，包括用于医疗应用的系统，通常包括X射线生成器和X射线罐，其包括X射线源。X射线源，在本技术领域中也被称为X射线管，通常产生由来自阴极的电子束与目标阳极的相互作用生成的高能量的X射线光子。

通常通过在阴极和阳极之间施加电压来提供电子束。在脉冲模式下，电压以脉冲形式施加，其中间断施加预定电压。具体而言，针对用于脉冲持续时间的时间间隔施加恒定电压，并且在脉冲之间，电压不足以产生X射线发射；理想情况下，不施加电压(或零电压)。具有所需或预期脉冲宽度的具体脉冲参数是根据应用要求来选择的，例如程序的类型、要辐照的区域、患者体重等。

预期脉冲可以是理想的脉冲波，例如方波，其中电压瞬间达到预定值，也瞬间下降。然而，在实际情况下，不能通过简单地在X射线系统或其X射线生成器上应用合适的设置来获得完美的脉冲波。实际施加到电源上的电压花费一段时间才能达到其预期值，并在脉冲关闭后达到最低值。因此，有效或实际脉冲宽度可能小于预期脉冲宽度。

图1示出了具有预期X射线脉冲CTRL-X的顶部曲线10。预期形状由具有预期脉冲宽度T_IW的电流、电压和宽度设置来确定。例如通过在X射线生成器中引入设置将所述设置应用于系统。

中间曲线20示出了通过源或管的实际电压(kVact)随时间的变化，其生成电荷束(通常为电子束)以生成形成X射线脉冲的光子。实际电压kVact包括上升边缘和下降边缘21、22。由于主要来自为电源供电的电路的电路电子器件、寄生电容和电阻等而出现这些边缘。当电压增加或减少时，并非所有发射的光子都能够被认为是有效的。必须在考虑这些边缘的情况下计算所生成的X射线的实际参数，尤其是宽度。根据定义，当电压等于或大于设定电压的预定百分比时，X射线被认为是有效X射线。换言之，实际脉冲的有效宽度(或简称实际脉冲宽度)是从电压上升超过预定阈值(通常为峰值的75％)的时刻开始测量，直到电压下降到相同阈值的那一刻为止。

实际有效的X射线脉冲Xact示出在图1的底部曲线30中。由于上升边缘21，Xact在用于预期X射线脉冲CTRL-X的控制信号已经被引入之后开始，并且仅当实际电压kVact超过设定电压kVset的阈值的75％时，在“上升时间(T_RISE)”已经过去之后才被认为是有效X射线。类似地，由于下降边缘22，脉冲Xact仅在CTRL-X关闭后，在“下降时间(T_FALL)”经过之后，特别是当实际电压kVact下降到低于电压设定kVset的阈值的75％时才被认为关闭。实际脉冲宽度T_EffPW是从Xact开始和Xact结束的那一刻开始测量的。因此，实际X射线脉冲，特别是其宽度T_EffPW受电压的上升时间(T_RISE)和下降时间(T_FALL)影响。应当注意，补偿下降时间很困难，因为先前并不知道电压下降到阈值以下将花费多长时间，并且会发生变化，如图1中所示。

此外，当使用非常短例如毫秒数量级的脉冲宽度时，不准确度会增加，因为在这种情况下，与预想设置下的实际X射线脉冲相比，固定量的上升和下降时间的相对影响最大。对于非常低的电压(kV)和电流(mA)条件，不准确度会增加。相信这是由于高压电源及其电路的速度降低所引起的。具体是由于电容的放电指数曲线引起的。在较高电压处，电容器的放电阶段的初始部分比在较低电压下更快。例如，在100kV下从100％到75％是100kV到75kV，而对于40kV是从40kV到30kV，因此放电速度是不同的。

此外，已经观察到X射线罐的温度波动会导致不准确度的增加。不希望受理论束缚，这种增加被认为是由于(通常存在于罐中的)向电源提供脉冲电压和电流的电路的温度变化引起的阻抗(例如电容)参数中的变化导致的。

本发明提供一种预测模型，其允许甚至针对非常短的脉冲、低电压和电流，以及在一些实施例中针对不同的温度补偿上升和下降时间。具体地，本发明允许将电子电路的温度考虑在内，例如针对温度的变化，甚至在生成X射线脉冲之前，将用于脉冲宽度的X射线生成器的设置校正为电压和电流的函数。在一些实施例中，预测模型能够预测从X射线生成器中电路的电特性随温度的变化获得的上升和下降时间的表现。

在第一方面中，本发明提供一种利用预先校准的X射线系统生成或提供X射线脉冲的方法。图2示意性示出了根据本发明一些实施例的这种X射线系统200，其包括X射线罐201和X射线生成器202。罐201包括被流体206(例如冷却流体)包围的X射线源203和电路204、205(包括变压器、电容器等)。用于校正脉冲宽度的至少一个标准化值存储在诸如内存、软件数据库、查找表(LUT)、矩阵公式等的数据存储器207中。

标准化值是预定温度或参考温度处的用于具体管电流和电压(kV)设置的预期脉冲宽度与有效或实际脉冲宽度之间的偏差。在本申请的上下文中，这些偏差值被称为相对于预定温度或参考温度被“标准化”。在确定标准化值时，可以控制温度或测量温度。

通过根据标准化值对实际脉冲宽度实施补偿，可以考虑电特性随温度的预期变化或校正因子。电特性可以包括电路的阻抗(例如电容)，其具有依赖于温度的期望的或已知的变化。在校准期间，可以根据实际的和预期脉冲宽度的差的测量值来计算标准化值，然后将其存储。备选地或额外地，可以根据先前存储的标准化值插入标准化值，例如当对于管电流和电压的特定组合没有匹配的已存储的标准化值可用时。

在图3中示出了利用X射线系统生成X射线的过程流程，包括维修程序。首先，选择101电压、电流和脉冲宽度设置。例如，选择具有预期宽度T_IW的预期脉冲(CTRL-X)，并将其引入X射线生成器202中。可以在用于检查设置的数据库中定义这些设置，连同用于X射线源的电压和电流设置。这些设置通常取决于检查的类型、患者的厚度或正在研究的患者身体部位、图像区域中的结构等，并且它们通常在数据库中预先定义。例如，用户能够选择应用的类型(兽医、人类、要辐照的身体部位、骨骼或血管设置等)和/或辐射剂量等。用于电压、电流和脉冲宽度的实际脉冲设置由系统基于用户的选择在内部应用。

所述方法包括访问102至少与脉冲宽度相关、标准化为预定温度的存储值(存储值被简称为“标准化值”)。

已经在校准期间利用所选择的电压、电流和脉冲宽度的设置获得了标准化值，并且将其链接到电压和电流的这些设置的值。能够在由制造商(例如作为系统制造的一部分)、或者由服务工程师、或者一旦系统被提供给用户则由最终用户完成的在先校准程序期间获得标准化值。所获得的标准化值存储在数据存储器207中作为参考，以在生成X射线的方法期间访问。参考本发明的第二方面的实施例更详细地解释所述校准。

能够针对一个或多个电流和/或电压设置获得用于校正脉冲宽度的标准化值。当为了生成X射线而选择的电流和电压设置与已经在数据存储器207中存储了一个标准化值的电流和电压设置一致时，选择该标准化值。

在一些实施例中，当为了生成X射线而选择的电流和电压设置与已经存储在数据存储器中的电流和电压设置的值不一致时，插入106标准化值。因此，用于已选择的设置的标准化值是通过插入用于最接近的较高设置和最接近的较低设置的标准化值来计算的。例如，已选择的电压和电流设置可以不对应于用于获得标准化值的任何值。在这种情况下，选择两个标准化值，即对应于在其间已选择的电压设置下降的电压设置和最接近的电流设置的值。用于已选择的电流和电压设置的标准化值是通过插入两个已选择的电压设置的标准化值来计算的。如果需要基于最接近的较高和较低电流设置或电压和电流设置的组合插入标准化值，则将应用类似的程序。在一些实施例中，选择电压/电流曲线，并且基于所选择的电压(与其相关的电流)来计算插入的值。

在一些实施例中，能够使用线性插值。然而，在本发明的实施例中能够使用其他类型的插值，例如，在使用用于具体电压/电流曲线的几个电压设置的情况下。应当注意，如果在X射线的应用其间执行插值，则需要存储少量的标准化值，从而减小数据存储器207的大小。然而，也能够在校准其间进行插值，从而以更大的数据存储器207为代价减少运行时间计算。

在将脉冲提供给X射线源之前，能够使用至少一个标准化值来校正或补偿103脉冲的宽度(例如CRTL-X脉冲的宽度)。因此，在应用期间，能够通过向源应用104已补偿的设置(例如为了实际上实现预期脉冲宽度在用于所选择的电压和电流设置的温度下的脉冲宽度校正)，在使用所存储的用于预定温度的标准化值提供电压脉冲之前，更新X射线设置(例如脉冲宽度)。更新能够利用例如在X射线生成器内部或外部的已编程控制单元208完成。单元208可以包括数据存储器207；但是，更新也能够利用例如在包括数据存储器207的X射线生成器中的包括指令来控制和调整参数的算法来完成。

为了正确考虑温度对罐的电子特性的影响，具体地，温度对高压电容器和/或平滑电容器的电特性的影响，能够使用以下信息：

-罐中电路的一个或多个电特性随温度的预期变化，以及

-电子电路的温度。

该温度能够由加热和/或冷却子系统210(在图2中示出)来控制，其控制电路204、205的温度(例如其环境的温度、例如与电路接触的诸如变压器油的流体206的温度)，因此实际温度是与脉冲宽度相关的值被标准化时的预定温度。在这种情况下，该值能够用作标准化值以在施加脉冲之前直接校正或补偿103脉冲的设置(例如宽度)。标准化值例如可以是校准获得的实际脉冲宽度与测量出的脉冲宽度之间的差，并被标准化到预定温度，因此能够直接应用于当X射线罐设置在预定温度时的脉冲宽度设置，无需进行计算来获得标准化值。

备选地或额外地，能够测量105电路的温度。例如，温度传感器209(在图2中示出)能够在施加脉冲之前测量105X射线罐的温度，因此在补偿104设置时能够将电特性考虑在内。能够通过测量罐中的高压转换器204和/或高压(HV)和平滑电容器205周围的环境温度，例如测量周围流体206(例如变压器油)的温度来测量105罐的温度。

在测量温度的实施例中，电特性(考虑电源的电容器、电缆等)和温度的预期变化是已知的，因此电特性(例如阻抗、电容)的校正因子能够用于考虑由电路引起的上升和下降时间，同时考虑到电路在温度变化时的行为不同。

需要强调的是，电特性与温度之间的关系能够用于在校准期间(如将在第二方面中看到的)、以及在温度测量的应用期间的标准化，以有效地将脉冲宽度校正从标准化转换为实际温度。

图4示出了以百分比变化(因此，电容校正因子)测量的X射线的电容变化与以摄氏度为单位的环境温度之间的范例性关系400的曲线图。能够在理论上或经验上完成提供这种关系。换言之，电特性与温度的相关性能够从电路部件制造商的说明书中得知，它能够从X射线生成器中的电容器和元件的类型中获得、从数据表中获得、等等；或者能够测量处理；或者两者兼而有之，以进行微调。在应用期间，获得与电路(例如罐)的温度相关的电容变化，对与脉冲宽度相关的值进行“去-标准化”，由此能够补偿103脉冲宽度。

最后，能够将已补偿的设置应用104于源，从而获得具有校正后的脉冲宽度的X射线脉冲(例如，一串X射线脉冲，从而提供脉冲X射线生成)，所述校正后的脉冲宽度比如果简单使用设置将获得的有效脉冲宽度更接近对应于预期宽度。例如，校正后的脉冲宽度可以匹配预期宽度。

此外，能够通过测量温度运行时间并更新标准化值来更新下降时间，由于X射线源和/或X射线罐的劣化，所述标准化值在长时间后可以变化。这减少了重新校准的需要和对服务工程师的需求。方法类似于所描述的方法，但没有引入定义电压和电流设置。

在第二方面中，本发明提供一种基于预测模型的校准方法，用于补偿脉冲上升和下降边缘21、22(在图1中示出)的上升和下降时间。方法包括提供至少一个具有预定电流和电压设置的脉冲(例如一串脉冲)，以获得具有预想宽度的脉冲、测量实际脉冲宽度、获得预想脉冲宽度与实际脉冲宽度之间的差、并且对预定温度处的值进行标准化。标准化能够通过将电路的温度设置为已知值(例如预定的标准化的值)，或者通过(例如利用传感器)测量所述温度、然后对预定温度处的值进行标准化来完成。从温度和宽度的差，能够考虑温度对由电路引起的上升和下降时间的影响。从测量值获得的标准化值存储在数据存储器207中，例如存储在LUT中。这能够针对电压的、电流的或电压和电流的组合的多个值进行重复，从而获得对应于电流和电压的不同设置的标准化值。原则上，这些设置对于很宽的脉冲宽度范围是有效的。

图5示出了这种校准程序的范例。首先，在X射线系统中(例如经由用户接口或数据库，例如在X射线生成器202中)选择并引入501设置，以提供具有预定义形状CTRL-X的，具体地具有预定的预想脉冲宽度T_IW的脉冲。这些设置可能包括电压、电流和预期脉冲宽度。

将设置应用502到源203，源203被激活并且提供至少一个脉冲。随后，测量503施加到X射线源的实际电压信号。测量能够利用用于测量电压的子系统来完成，例如控制单元208中的电子电路，或者例如在X射线生成器202中，等等。

基于该测量，确定504实际脉冲宽度。实际脉冲宽度能够被确定504为实际电压信号超过预定阈值的时刻与实际电压信号下降到低于预定阈值的时刻之间的时间间隔。

换言之，能够将电压信号的上升时间T_RISE和下降时间T_FALL考虑在内，因此将电压超过预定阈值(按照惯例，设置中固定的电压的75％)与电压下降到该预定阈值以下的时刻之间的时间间隔考虑在内来确定504实际X射线脉冲的有效宽度(“实际脉冲宽度”)。

然后获得505预期脉冲宽度(T_IW)与实际脉冲宽度(T_effPW)之间的差。

此外，考虑506电路的温度。这可以通过获得电路的温度来完成，可以包括在将设置应用502于源之前将温度设置为预定值，或者可以包括在将设置应用502于源并生成脉冲的同时测量电路的温度。

设置温度可以包括使用加热器或冷却器加热或冷却电路的温度，例如电子期间周围的流体(例如罐中的油)的温度，如前面所解释的。测量温度可以包括(这在前面也解释过)例如通过感测罐的流体的温度、例如利用包括感测探针的温度传感器209来测量电子器件的环境温度，例如转换器的环境温度、例如HV和平滑电容器的温度。

然后，实际宽度与预想宽度之间的差可以标准化507为预定温度，例如由用户设置的电路的温度，或者通常在变压器中发现的温度，例如室温(例如在20℃和40℃之间，如25℃)。

不仅能够补偿上升和下降时间，还能够补偿上升和下降边缘中的电特性随温度变化的影响。具体地，上升和下降时间取决于X射线罐的具体电路(包括变压器、电容器、电缆)的电特性(例如阻抗，例如电容)，而电特性反过来又取决于温度。因此，如之前已解释的，诸如阻抗的电特性的变化能够通过测量或从电路制造商的说明书获得508。然后能够考虑到X射线罐的温度和先前获得508的电特征的变化，从实际脉冲宽度和预期脉冲宽度的测量中获得509标准化值。

例如，HV和平滑电容器的电容随温度的变化能够获得508或是已知的，如图4中所示。从百分比的电容随温度的变化获得509随温度变化的上升和下降时间。测量出的温度在曲线400中示出了标称电容的变化。标准化值是通过计算针对预定温度的这种变化而获得的。

所获得的标准化值与获得该标准化值处的电流和电压设置一起存储510在例如数据存储器207中。

能够针对多个设置重复所述循环。总体上，能够例如针对不同的设置(如高电流和低电流)不同地选择电流设置和电压设置。

例如，能够针对少数电压设置提供标准化值，将其与电流设置的预定值相链接，并且能够针对相同的少数电压设置重复相同的循环，将其与预定的但不同的电流设置相链接。这意味着只能针对少数电压和电流设置提供校准，因此未被选择用于校准的电压或电流设置的值没有被分配给它们的标准化值。

在本发明的一些实施例中，仍然能够从已选择设置的标准化值插入511与未被选择用于校准的电压或电流设置的值相对应的那些标准化值，以类似于参考第一方面的实施例所执行的插入的方式，例如从利用高于或低于未选择的设置，但最接近于未选择的设置的电压值获得的值插入标准化值。当在校准期间执行这种插入时，需要更大的数据存储器207，但是在X射线系统的利用期间节省了处理时间。

无论如何，能够在校准期间完成插入，并且如果需要，如果已选择设置不在用于获得标准化值或在校准期间插入的标准化值的那些设置之间，也能够在运行期间完成插入。

在下文中，提供用于校准和后续应用流程的范例性程序步骤：

用于校准的范例性步骤：

获得电压、电流和预期脉冲宽度设置

发射脉冲

测量脉冲的实际(有效)宽度

测量罐的内部电路的环境温度

通过以下方式比较有效脉冲宽度和预期脉冲宽度之间的偏差：

从测量出的温度计算高压转换器中的电容器电容的预期变化，并且使用实际电容(标准化)针对所定义的温度获得脉冲的上升时间和下降时间偏差

将上升时间和下降时间偏差和温度存储在用于所选择的电压和电流设置的LUT中。

用于申请流程的范例性步骤：

考虑标准化补偿，引入电压和电流设置以及预期脉冲宽度的宽度

测量温度

根据温度来获得与预定温度处的电容相比的电容的预期变化

根据电压和电流设置以及所述电容的预期变化来获得对能够预期的上升和下降时间所需的补偿

应用电压和电流设置以及宽度(包括非标准化补偿)，以发射校正后的脉冲

下表I示出了在测量罐的温度的具体校准方法中，设置的范例性值和所获得的用于多个校准设置的标准化值。电压、电流和预期脉冲宽度，以及预定温度Tp是由用户设置的值，而有效脉冲宽度和温度是测量出来的，然后，脉冲宽度(Delta)和标准化值NV之间的差是计算出来的。

表I.校准文件。

对于表I，使用具有不同电流设置的两条曲线(A和B)。对于每条曲线，预期脉冲宽度为10ms，但实际脉冲的有效宽度(从测量出的实际电压中获得)对于每个设置是不同的。差(Delta)从预期脉冲宽度与有效脉冲宽度之间的差得出：

Delta D＝T_IW-T_EFFPW

针对每个设置测量温度，并且，使用图4的关系通过标准化到Tp＝25℃从delta获得Delta的标准化值：

标准化值NV＝D(1+(0.005(T-Tp))

在这种情况下，关系是线性的，但在其他情况下，能够根据电路部件使用不同的因素来计算NV。

下面的表II示出了针对曲线A和B中的每一个，使用表I的标准化值，示出在“CTRL-X已编程APW”列中的脉冲宽度的范例性校正。应当注意，每个电压设置链接到曲线A中的电流设置值和曲线B中的不同的电流设置值。在表II的情况下，已选择的电压设置的数量大于用于校准的电压设置，因此使用插值来获得中间值(插入的NV)。

在这种情况下，使用线性插值。还测量温度(Tm)，标准化值的预定温度Tp与校准中的相同。线性插值是基于电压设置的值完成的，但对每个电流设置(每条曲线A、B)完成不同的线性插值。曲线之间的线性插值中的差取决于电流(或曲线形状)的差异。测量出的温度Tm导致百分比发生变化。针对曲线A的每个设置和曲线B的每个设置选择不同的预期脉冲宽度。

表II基于已存储的标准化值的校正

已选择电压V的范围在41和50之间。因此，对于每条曲线(每个不同的mA设置)，插入的标准化值是从针对40kV和80kV的设置获得的标准化值中分别插入的，对于曲线A是-5.4和-2.2，对于曲线B是-1和0(见表I)。

在每种情况下，线性插值是：

对于曲线A，插值NVIntNV＝-5.4+(V–40kV)(-2.2-(-5.4))/(80kV-40kV)，

对于曲线B，插值NV IntNV＝-1.0+(V–40kV)/(80kV-40kV)，

在曲线A的情况下，电路(例如罐)的实际温度是恒定的，等于40℃。在曲线B的情况下，电路温度的测量值存在变化。用于标准化的预定温度Tp(在这种情况下为25℃)再次用于获得实际Delta校正Dc，其应当被应用为：

Dc＝IntNV(1-(0.005(Tm-Tp))

最后，delta校正用于获得用户需要针对预期脉冲宽度TIW编程的实际脉冲宽度(APW)：

CTRL-X已编程APW＝T_IW+Dc

因此，很明显，第二方面的校准方法能够用于提供在本发明第一方面的提供X射线脉冲的方法中使用的标准化值。

在第三方面中，本发明提供一种软件产品，例如计算机程序产品，或包括这种程序的数据载体，使得当链接到X射线系统时，所述软件产品允许根据本发明的第一方面的方法提供X射线脉冲。

软件产品可以适于接收所需的脉冲宽度设置，还适于接收通过本发明第二方面的校准方法获得的标准化值。

包括这种软件产品的X射线系统(例如在控制单元208中，或在X射线生成器202中)能够提高系统的性能，使得能够使用小宽度的脉冲，从而增加可用范围。控制单元还允许以较低功率生成X射线，这反过来又增加X射线源的使用寿命。而且，由于对于相同的电压和电流设置，减小了预期脉冲与获得的脉冲之间的差异，能够更容易满足精确度的国际法规要求。这也有助于增加较低范围内脉冲宽度的可用范围，例如准确地提供小的宽度(非常短的脉冲)。

在本发明的第四方面中，提供一种用于校准X射线系统的软件产品。软件产品可以适于接收脉冲宽度测量值，它可以可选地适于接收温度测量值，并且它可以包括指令，当在X射线系统中实施时，所述指令用于执行本发明第二方面的实施例的校准方法。这种软件产品能够建立用于补偿包括罐的温度变化在内的脉冲宽度的偏差的预测模型，从而在软件在X射线系统中实施时提供已补偿脉冲宽度的X射线系统。

根据本发明实施例的软件产品可以包括本发明的第三和第四方面，从而允许校准X射线系统并提供具有校准期间获得的校正后的脉冲宽度的脉冲X射线。

在第五方面中，本发明提供一种数据存储器，其包括通过本发明第二方面的方法获得的标准化值。这种数据存储器可以链接到控制单元，例如包括根据本发明的第三和/或第四方面的实施例的软件产品的一个单元。在一些实施例中，数据存储器以软件实施。例如，它可以作为本发明的第三和/或第四方面的软件产品的一部分来实施。

这种数据存储器可以是可重新编程的，并且能够包括更新后的标准化值，例如通过插值或者通过根据本发明第二方面的实施例的校准方法。

在第六方面中，本发明提供一种X射线系统，其适于根据第一方面的实施例生成具有有效宽度的脉冲、针对电压或电流设置的不同值并且独立于温度进行了补偿、和/或者用于执行参考第二方面实施例描述的校准。例如，X射线系统可以包括根据本发明第三和/或第四方面的实施例的软件产品或程序产品。

通过X射线系统提供的电压范围可以在35kV和150kV之间，例如在40kV和120kV之间。传统的X射线系统有一个与有效脉冲非常一致的最佳设置，例如通常在70kV和80kV之间。对于更高和更低的kV设置，预期和有效的脉冲宽度之间的偏差增加。本发明提供了针对更宽范围的电压和电流设置，甚至是针对很低的电流和/或电压值的脉冲宽度的有效校正，这允许优化剂量，减少浪费的功率。由于脉冲宽度更准确，因此能够获得符合电流和电压准确度的规定的具有更高准确度的平均电流，并且反过来又能够实现更小的脉冲宽度。

回到图2，示出了这种X射线系统200的示意性实施例，其包括X射线生成器202和包含在罐201中的X射线源203。在该图的具体范例中，X射线系统200包括被流体206包围的高压转换器204及HV和平滑电容器205。例如，至少转换器204和平滑电容器205可以被油(例如变压器油)包围在例如在罐201中，罐201还可以包括源203。包括控制单元208，其可以包括根据本发明第三方面的实施例的软件程序。控制单元208可以如图所示在外部，或在内部，例如作为X射线生成器202的组成部分。数据存储器207可以包括用于根据第一方面的实施例调整脉冲宽度的标准化值。方面。数据存储器207可以可选地是控制单元208的一部分。数据存储器可以是可重新编程的，用于通过从实际脉冲对其进行测量或者通过从已知值对其进行插值来提供附加的标准化值。

X射线系统可以适于将用于提供脉冲的电路(例如高压转换器，和/或HV和平滑电容器)或其部分的温度考虑在内。在一些实施例中，温度能够由温度传感器209来测量，所述温度传感器209包括测量作为温度的函数的参数的任何传感器。例如，温度传感器可以包括测量由于温度变化引起的导体电阻变化的元件。在本发明的一些实施例中，测量罐中电路的环境温度。例如，能够测量HV和平滑电容器205的温度。例如，能够测量高压转换器204的电路或转换器204和平滑电容器205两者的电路周围的环境的温度，可选地包括布线等。在一些实施例中，至少部分电路周围的环境是流体206，例如油(例如变压器油，通常用于冷却，但本发明不限于冷却功能)。流体的温度是环境温度的重要指示器，尤其是在该流体206围绕HV和平滑电容器205的地方，因为这些电容器在电压脉冲及其边缘21、22的形状中起主要作用。因此，在本发明的实施例中，例如使用一个或多个NTC热敏电阻、热电偶等测量例如在平滑电容器的紧邻环境中的流体温度。

在一些实施例中，流体能够循环，以便在罐中提供均匀分布的温度。例如，可能包括油泵。可以实施冷却，例如被动冷却。

在备选实施例中，为了考虑电路的温度，系统200包括用于设置流体的温度206的加热和/或冷却温度子系统210，例如加热器和/或吸热器。在这种情况下，温度传感器209仍然能够可选地存在。可以由X射线系统，例如由其控制单元208，例如在校准期间和/或在X射线系统的使用期间致动子系统210。

X射线系统可以包括用于测量在校准期间提供的实际脉冲的有效宽度的子系统211。例如，子系统211可以包括控制单元208中和/或X射线生成器中的电子电路。能够测量X射线罐中的实际电压水平，并且能够处理测量值(例如在系统控制器、控制单元等中)，以便确定信号水平。

X射线系统200可以包括在一个整体中，至少将罐201，可选地也将X射线生成器202集成在单个块中，所述单个块能够是例如用于移动手术应用的CR单元、乳房X射线照相单元、移动X设想设备的一部分，本发明不限于这些应用。

图6示出了组件600，其可以是固定的或可移动的，包括例如在可旋转断层摄影设置中的包含源203的X射线罐201和远离源203布置的探测器601。包括X射线生成器202，所述X射线生成器202例如包括用于执行本发明第一和第二方面的方法的数据存储和可执行指令。

Claims (14)

1.一种通过包括X射线罐的X射线系统提供X射线脉冲的方法，所述X射线罐包括X射线源，所述方法包括：

针对要提供的所述X射线脉冲选择(101)电流、电压和预期脉冲宽度设置，

考虑到所述X射线罐的内部温度，根据所存储的预定温度处的标准化值，针对所选择的电压和管电流补偿(103)所选择的脉冲宽度设置。

2.根据前述权利要求所述的方法，还包括通过插值根据所存储的对应于针对电流的第一设置和针对电压的第一设置的标准化值以及所存储的对应于针对电流的其他设置和针对电压的其他设置的其他标准化值来计算(106)标准化值，所述其他设置中的至少一个不同于所述第一设置的值，其中，所选择的电流和电压值在所述至少一个不同的电流的第一设置和其他设置和/或电压的第一设置和其他设置之间。

3.一种校准包括X射线罐的X射线系统的方法，其中，所述X射线罐包括X射线源，所述方法包括：

对所述X射线源应用(502)针对所选择的电流、所选择的电压和预期脉冲宽度的设置，因而生成用于所述X射线源的实际电压和电流信号，以产生至少一个X射线脉冲，因而产生的至少一个X射线脉冲具有实际脉冲宽度，

测量(503)应用到所述X射线源的所述实际电压信号，

基于测量出的实际电压信号来确定(504)所述实际脉冲宽度，

获得(505)所述实际脉冲宽度与所述预期脉冲宽度之间的差，

考虑(506)所述X射线罐的内部温度，根据在预定温度处的所述差来获得(507)标准化值，所述内部温度是针对所述X射线罐的电子电路的环境温度，并且

将来自所述差的所述标准化值存储(510)为所选择的电流和所选择的电压的设置的函数。

4.根据权利要求3所述的方法，还包括在根据所述差获得标准化值之前测量所述X射线罐的内部温度，所述X射线罐的内部温度是针对所述X射线罐的所述电子电路的所述环境温度。

5.根据权利要求3或4所述的方法，还包括根据所确定的实际脉冲宽度与所述预期脉冲宽度之间的所述差来获得(509)所述至少一个X射线脉冲的上升和下降时间偏差，其中，根据在预定温度处的所述差来获得标准化值还包括通过使用所述X射线罐的电容变化与内部罐温度之间的预定关系来获得(508)在所述预定温度处的所述上升和下降时间偏差的标准化值，所述内部罐温度是针对所述电子电路的所述环境温度。

6.根据权利要求3至5中的任一项所述的方法，其中，存储来自所述实际脉冲宽度与所述预期脉冲宽度之间的所述差的所述标准化值包括：

将所述上升和下降时间偏差的所述标准化值存储(510)为所选择的电流和所选择的电压的函数。

7.根据权利要求3至6中的任一项所述的方法，还包括针对至少一个不同的所选择的电流和/或电压的设置重复所述方法，从而将来自所述差的其他标准化值存储(510)为所述不同的所选择的电流和所选择的电压的函数。

8.根据权利要求7所述的方法，还包括通过插值计算(511)来自所选择的电流和/或电压的设置与不同的所选择的电流和/或电压的设置之间的电流和/或电压的至少一个标准化值。

9.一种包括指令的计算机程序产品，当由计算机执行所述程序时，所述指令使所述计算机控制X射线系统根据权利要求1或2中的任一项所述的方法提供X射线脉冲。

10.一种包括指令的计算机程序产品，当由计算机执行所述程序时，所述指令使所述计算机根据权利要求3至8中的任一项所述的方法控制X射线系统的校准。

11.一种用于X射线系统的数据存储器(207)，其包括通过根据权利要求3至8中的任一项所述的方法获得的标准化值。

12.一种包括X射线罐(201)的X射线系统(200)，所述X射线罐(201)包括X射线源(203)，所述X射线系统(200)还包括能由根据权利要求9或10中的任一项所述的软件产品控制的控制单元(208)。

13.根据权利要求12所述的X射线系统，还包括用于感测所述X射线罐的至少一部分的所述温度的温度传感器(209)。

14.根据权利要求12或13中的任一项所述的X射线系统，还包括根据权利要求11所述的数据存储器(207)，其中，所述控制单元(208)被配置为接收所述标准化值中的至少一个。

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