CN117529792A - 用于运动补偿式断层合成成像系统的模块化x射线源和x射线源管更换的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模块化X射线源以及用于更换此类X射线源的方法。所述源在可消耗模块化封围件内，其中整个组件在维护期间被替换掉。所述封围件覆盖X射线管，高电压电路板6和冷却绝缘油被布置在所述模块封围件内。封围件结构包括X射线窗口、连接器接合对准引导件和电连接器。所述模块化X射线源用于其中利用多个脉冲X射线源的多个源断层合成成像系统中。所述可消耗模块化封围件内的X射线管组件的轻松更换导致更低的维护成本和总体可靠的X射线成像机。模块化源有潜力增加本领域中的机器产量并且创建针对可更换模块化X射线源的新标准。

Description

用于运动补偿式断层合成成像系统的模块化X射线源和X射线 源管更换的方法

本发明要求以下申请的优先权：于2021年4月30日提交的临时申请序列号63182426；于2021年7月28日提交的临时申请序列号63226508；于2021年4月2日提交的临时申请序列号63170288、于2021年4月16日提交的临时申请序列号63175952、于2021年5月27日提交的临时申请序列号63194071；于2021年5月14日提交的临时申请序列号63188919；于2021年7月23日提交的临时申请序列号63225194；于2021年6月11日提交的临时申请序列号63209498；于2021年6月25日提交的临时申请序列号63214913；于2021年7月12日提交的临时申请序列号63220924；于2021年7月16日提交的临时申请序列号63222847；于2021年7月22日提交的临时申请序列号63224521；以及于2021年1月24日提交的美国申请序列17149133，该美国申请继而要求于2020年1月29日提交的临时序列62967325的优先权，上述申请的内容以引用方式并入。

技术领域

本申请整体涉及X射线生成装备，并且更特别地涉及一种小型、轻量和节能的X射线源模块。

背景技术

X射线源在医疗、工业、安防以及其他科学和技术领域中具有广泛的应用。在大多数情况下，在一台X射线成像机中存在一个X射线源。然而，在一些情况下，在具有特定快速成像应用的单个机器中需要多个X射线源。多源X射线断层合成成像系统越来越受欢迎，因为其可以高速和低剂量率来创建3D图像。因为其使用多个运动中的脉冲X射线源，所以有必要使X射线源模块化来进行轻松更换。X射线源管组件完全在场外预制。现场安装仅涉及公用设施的基本连接。

当在一台机器中使用更多X射线源时，会出现更多的可靠性问题。如果多个其他X射线源当中的一个X射线源发生故障，则机器总体将失灵。

存在用于解决这种问题的两种方式。一种方式是，通过增强每一个X射线源部件的可靠性来增加X射线源本身的可靠性，使得机器可变得总体更可靠。另一种方式是创建新工艺，使得机器部件的更换是容易的并且成本低，从而不需要特殊的人员训练。

然而，无论技术如何进步，一些关键部件都是可消耗的并且已知总是具有有限的使用寿命。例如，没有人期望标准灯泡会永远使用下去。如今，在大多数情况下，每一个具有普通技能的成年人都能够更换标准灯泡。

类似地，X射线源的X射线管是X射线机内消耗最大的部件。其具有有限的使用寿命。然而，在现有技术中，在技术上难以更换便携式和单块式类型的X射线源中的X射线管。由于可能存在绝缘油污染，通常需要特殊的工具，并且在一些情况下甚至需要清洁室。X射线管是高电压装置的一种类型。在利用它们进行工作之前对操作者释放静电是行业惯例。然而，X射线管不可放电。存在三个一般原因。首先，不存在X射线管内用于释放额外电荷的安全机制。第二，不存在易于在X射线管外做到这一点的方式。相当大量的绝缘油(10cm至20cm)通常覆盖X射线管表面。一些杂散静电无法穿过该油层。此外，一些金属部件可能存在于封围件结构上。如果它们在分离过程期间被意外地触摸，则它们可能形成附加的电容并且导致对操作者的静电放电。即使任何额外的电荷都被释放，其也会像针刺那样或更轻微，这在人没有察觉的情况下可忽略不计。第三，即使x射线管内不生成额外的电荷，操作人员也必须佩戴导电橡胶手套。如果手套由合成材料制成，则它们的电导率会非常低。由于小间隙，X射线管封围件结构与X射线管窗口之间的电容非常高。因此，如果手套在分离过程期间被意外地触摸，则它们将变成为至高电压部分的导电路径。在没有外部接地装备的情况下，静电电荷可能引起不期望的事件。在现有技术中存在用于X射线成像系统中的两种不同的X射线源。一种X射线源是便携式类型源，另一种X射线源是单块式类型源。

此外，在现有技术中更换管需要特殊的人员训练。即使技术人员大致理解X射线管的详细知识，也仍需要针对特定品牌的X射线源的特殊训练。技术困难和特殊训练要求可显著和快速地增加成本变化。

发明内容

模块化X射线源以及用于更换此类X射线源的方法，其中可消耗X射线管、高电压电路和冷却绝缘油被布置在预先设计的模块封围件结构内。在模块封围件结构上存在X射线管窗口、对准引导件和电连接器。封围件通常由低成本挤压铝制成并且在两端处被焊接。模块化X射线源对于其中利用X射线源且需要易于更换X射线管、较低的维护成本、可靠的X射线成像系统启动和运行时间的运动补偿式多个脉冲源断层合成成像系统特别有用。

模块化X射线源具有许多优点。一个优点是，由于带有X射线管组件的模块化封围件，可非常容易地以非常低的成本来更换X射线管组件的整个封围件而无需特殊的人员训练，因为技术困难和特殊训练要求可显著和快速地增加成本变化。另一个优点是，在遵循非常少的机械和电气步骤的情况下，在维修过程期间只花费非常短的时间来进行更换。系统启用新X射线标准，因此技术人员不必熟悉不同种类的X射线源。本发明具有许多优点。模块化系统具有X射线管、高电压电路、绝缘和冷却油等，它们全都被内置在封围件内。对于用户而言只需处理电连接器和对准引导件，这可使X射线源维修像更换标准灯泡那样轻松。模块化X射线源的设计适用于大产量生产。运动补偿式多个脉冲X射线源断层合成成像系统旨在实现世界范围的低成本快速3D成像，因此X射线源产量可非常大。当产量增大时，X射线源的成本可甚至低得多。更低的成本可继而生成甚至更高的产量。然后更低价格到更高产量的循环是生成良好结果的良性循环。

附图说明

图1例示了模块化X射线源的可更换X射线管组件。

图2例示了模块化X射线源的可更换X射线管组件内的细节。

图3例示了运动补偿式多个脉冲X射线源断层合成成像系统，其中多个脉冲X射线源用于单个机器中。

图4例示了模块化X射线源的解释性电气图。

图5示出了作为现有技术之一的常规低功率便携式X射线源。

图6示出了作为现有技术之一的常规单块式X射线源。

具体实施方式

将参考附图通过示例来详细描述本发明。在整个本说明书中，示出的优选实施例和示例应视为范例而非对本发明的限制。如本文所用，“本发明”是指本文所述的本发明的实施例中的任何一个实施例以及任何等同物。此外，在整个文档中对“本发明”的各种特征的引用并不意味着所有要求保护的实施例或方法必须包括所引用的特征。

现在将在下文中参考示出示例性实施例的附图来更全面地描述本发明。现在参考附图来描述各种实施例，其中诸如附图标记自始至终用于指代诸如要素。在以下描述中，出于解释的目的，阐述了许多具体细节以提供对一个或多个实施例的透彻理解。然而，可显而易见的是，可在没有这些特定细节的情况下实践此类实施例。在其他情况下，以框图形式示出了众所周知的结构和装置以便于描述一个或多个实施例。

因此，例如，本领域普通技术人员将认识到，图表、示意图、图示等表示展示体现本发明的系统和方法的概念性视图或过程。图中所示的各种要素的功能可通过使用专用硬件以及能够执行相关软件的硬件来提供。相似地，图中所示的任何开关都只是概念性的。它们的功能可以通过程序逻辑的操作、通过专用逻辑、通过程序控制和专用逻辑的交互、或者甚至以手动方式来执行，特定技术可由实现本发明的实体选择。本领域普通技术人员还理解，本文所述的示例性硬件、软件、过程、方法和/或操作系统是出于例示性目的，并且因此不旨在限制于任何特定的指定制造商。

图3示出了用于执行高效和超快的3D放射摄影的一种新类型的X射线成像系统。其被称为运动补偿式多个脉冲X射线源断层合成成像系统11。存在安装在运动中的结构上的多个脉冲X射线源以形成源阵列。每个脉冲X射线源都包括X射线管组件1主体和外部电子器件。多个X射线源成分组在预定义弧形轨道上以恒定速度相对于物体同时移动。每个单独的X射线源还可以围绕其静态位置以小距离快速地移动。当X射线源具有等于组速度的速度但具有相反的移动方向时，通过外部暴露控制单元来激活X射线源和X射线平板检测器，使得源暂时保持静止。这导致对于每个X射线源而言大大减小的源行进距离。3D扫描可在短得多的时间内覆盖宽得多的扫掠角度，并且也可实时进行图像分析。此类型的X射线机比其他类型的X射线图像机利用多得多的X射线源，以便实现高得多的扫描速度。因为使用了多个源，所以有必要确保每一个X射线管都正常工作，使得整台机器在运行。

多个X射线源安装在旋转机架上。每个X射线源朝物体发射脉冲X射线束4。框架结构包括多个源框架区段。每个源框架区段都具有多个脉冲X射线管源。多个源区段保持器用于将单独的源区段保持在呈一定弧形形状的预定位置处。总体源组由被设计成沿弧形的方向移动的总体结构来保持。带有预定义曲率的弧形导轨被设置为用于支持总体结构的运动的引导件和轨道。源激活控制器连接到X射线平板检测器和源的每个X射线管以单独地触发每个X射线管。

X射线平板检测器被配置为：响应于从X射线源发射的X射线电磁辐射来生成图像数据。尽管本文公开的本发明的示例性实施例是相对于X射线平板检测器来描述的，但应理解，在不脱离本发明的范围的情况下，检测器也可以为本领域中已知的任何其他类型的检测器。

图4例示了带有各种要素的示例性X射线源图。从标准110V AC或220AC电源的输入开始，用户可更换模块化单元包括X射线源，该X射线源带有主整流器9、逆变器10、高电压电路板6和X射线管5等。X射线管5和高电压电路板6可通过单个制成单元来组装，该单个制成单元在密封的封围件内具有若干连接的部件以形成X射线管组件1主体，使得其是可消耗的以在有需要的情况下在现场进行更换。封围件可在其外部具有一些安装孔以易于安装。带有对准引导件2的电连接器3的此组件位于封围件的外部，以便在更换过程期间易于接近。封围件上的窗口为在前表面上带有保护层的X射线窗口8。对于运动补偿式X射线断层合成成像系统，多个类似的模块被内置到一个完整的系统中。这种模块设计旨在解决模块化X射线源系统的现有技术的当前缺陷。当前，市场上存在可商购获得的若干模块，但与本发明相比，它们都相对较昂贵。它们中的大多数都是“模块化”的，因为它们相对较便携。

本发明存在若干关键优点。第一个优点是在技术上非常易于更换本发明的模块中的X射线管组件1。第二个优点是不需要特殊工具。仅使用一些对准引导件就足够了。第三个优点是不需要特殊的人员训练。第四个优点是，因为所有部件都制成在封围件内，所以所有的绝缘污染问题都得以解决。

X射线管5安装到X射线管组件1的内部前侧。在模块内存在高电压电路板6和绝缘油。X射线管、高电压电路板6和绝缘油被置于封围件内。封围件可由铝合金或类似材料制成。其可被冲压或模制成挤压形状或类似形状。封围件具有X射线窗口8、对准引导件2和电连接器3。X射线窗口8允许来自X射线管5的辐射穿出至患者或扫描物体。电连接器3用于连接高电压电路板6以及X射线管5的细丝。对准引导件2用于确保电连接器3完全就位并且X射线管组件1与准直器、X射线检测器等对准。

高电压电路板6驱动X射线管5生成X射线束4，该X射线束从X射线管窗口8发射。电连接器3为电流从外部主整流器9和逆变器10到高电压电路6和X射线管5的流动提供低电阻路径。存在前覆盖件和作为后封围件的一部分的后覆盖件。主整流器9和逆变器10为电子控制板，在其上可组装部件，诸如半导体芯片和二极管、线圈和电容器等。

DC高电压用于运动补偿式多源X射线断层合成成像系统中。可利用带有多个各种变压比的电压倍增器电路加上整流器来实现这些高电压，根据应用要求其带有空气或真空间隙。工作电流随范围为从数十微秒到数十毫秒的切换时间而变化。当X射线管使用寿命足够短时，大多数系统都会出现问题。除此之外，其他机器部件由于众多的故障原因及其后果也需要进行更换。如果在X射线管5更换之前没有出现问题，则在10年之后X射线源寿命将为其原始预期使用寿命的仅约1/3。X射线机内的许多其他部件(诸如机械部件、接线和绝缘油)也会导致故障问题。然而，它们的贡献小于X射线管5的贡献。

AC电压来自标准110V AC或220AC电源。AC高电压经由隔离装置(诸如变压器)供应给X射线管的阴极侧。其对于利用多个脉冲X射线源且需要易于更换X射线管组件1、较低的维护成本、可靠的X射线成像系统启动和运行时间的运动补偿式断层合成成像系统特别有用。对于低成本模块化X射线源模块封围件结构，在模块封围件的一端处设置X射线管窗口8。X射线管窗口8提供从内部模块封围件到外界的X射线路径。在电连接器3的同一端处设置一个或多个对准引导件2。

阴极控制器与控制单元通信以控制待施加到作为电子发射器的细丝的保持电压。当其被加热时，增加的能量使电子能够通过热电子发射从细丝被释放。电子发射器可操作地连接到阴极控制器和电源，使得电子发射器可以可控制的水平发射电子。

高电压发电机通过触发脉冲和宽度控制信号在输出端中产生高电压脉冲。这些高电压脉冲可被施加到X射线管，并且在X射线管5的端部处产生X射线作为输出X射线束4以用于医学成像和其他应用中。X射线管5安装到模块壳封围件并且位于封围件内。这种便携式并且小型的X射线管组件1具有许多优点，诸如非常易于维护并且可靠，就像灯泡那样可更换。

电控制件可以为任何种类的电装置或任何电路，只要其能够控制高电压来到X射线管5即可。然而，在一个实施例中，电控制件为低电压部件并且主要地位于X射线管组件1的外部。控制电路的低电压部件通常是稳定的并且使用寿命长得多。可利用适当的包装将预制X射线管组件1模块单独地运送到X射线成像系统公司的场所，以建立新X射线源或维修旧X射线源。通常，X射线管5已经安装在机身上。接下来，为了安全起见，在带有旧X射线管的组件附近设置绝缘支架。在绝缘支架上，可从X射线机移除旧X射线管模块封围件。之后，用户可将X射线管组件1从X射线机中拔出。要放回新X射线管组件1，用户只需使用对准引导件2将电连接器3在模块封围件上对准。在新X射线管组件1完全就位之后，则可接通电源开关。

最常见的是，标准的更小X射线管5用于多源断层合成成像系统。换句话讲，标准的更小X射线管5用于医疗和安防应用来以最低剂量率生成更好的分辨率。有时，在临床领域中传统上已优选大直径X射线管5。然而，对于本发明，对X射线管5的形状没有限制。通常，小直径X射线管5用于针对小面积目标的医疗和安防应用中，而更大直径X射线管5用于工业应用中。X射线管5在大多数情况下在油绝缘室中工作。

带有多个触点的电连接器3布置在X射线管组件1封围件的一端上。连接器允许与电子装置的电连接。窗口朝X射线管组件1封围件的另一端布置。对准引导件2布置在X射线管封围件的一侧。对准引导件2用于将X射线管组件1封围件与X射线机中的保持装置对准。保持装置可以为用于保持和更换X射线管组件1和/或X射线源主体的设备。X射线管组件1封围件也具有在封围件内部的X射线管5室。在一个实施例中，X射线管5室包含一个或多于一个可消耗X射线管5。在另一实施例中，X射线管5室包含一个或多于一个非可消耗X射线管5。在一些实施例中，X射线管5室包含可消耗和非可消耗X射线管5的组合。

将高电压施加到绝缘电极和热阴极细丝。在一些系统中，控制栅极控制从细丝发射的电子束。当线材被充分加热时，在线材与反射器之间发生放电，形成带电气体云。当带电气体云膨胀到真空空间中时形成电子流，根据高电压电源的极性，该电子流可撞击第二阳极。当受到电子流撞击时，阳极在源模块侧面发射X射线。

电控制件基于从控制计算机接收到的控制信号来控制针对X射线管5和高电压电路的供电量。控制计算机可根据成像算法来计算待成像物体中的X射线束4等中心位置，并且随后控制电控制件以利用通过X射线管5和高电压电路的受控的高电压水平和电流来实现期望的X射线输出。可通过调整和控制能量密度和能量注量来调整和控制高电压电路中的电压水平和电流。

X射线管5通常为柱形。为了优化效率，其已被切割成所需的长度。X射线管屏蔽包封为包围X射线管的保护层，并且可由合适的材料(诸如重金属或陶瓷)制成。尽管包封的确切成分对于管的操作而言并不重要，但是厚包封可帮助吸收更多来自电子的辐射，因为电子在穿过包封时损失能量。

在一些实施例中，微控制器控制可包括X射线管5的X射线束4发生器。微控制器被配置为：控制X射线束发生器的定时和发动以产生用于暴露物体(诸如患者)的X射线束4。控制参数(例如，电压、电流、角度、X射线管电势、帧率、窗口形状、窗口厚度、源到表面距离、X射线束4的持续时间、能量、对比度水平等)可通过经由输入/输出电路从操作者控制台接收到的输入来选择、修改或控制。微控制器也可被配置为：经由通信电路与其他成像系统部件通信。

现有技术中的大多数设计的封围件使用厚壁不锈钢来制造非常坚固的高成本封围件。两个定位螺纹孔被置于底部部件的中间。定位螺纹孔用于当在封围件内部安装X射线管5时准确地定位该X射线管。存在若干对准引脚。三个对准引脚在封围件的三个不同部件中。一个引脚在一个侧板中，另一个引脚在相对侧板中，并且第三个对准引脚在底板中。这确保了当X射线管5组装到封围件中时正确的X射线窗口8对准。横杆可用于支撑X射线管5。横杆具有用于具有改善的抓握的特殊特征。

图1表明，在X射线管组件1的封围件外部，存在仅多引脚电连接器和连接器引导件以易于连接器引脚接合对准。使用这种X射线管组件1，用户所需要做的就是将更旧的X射线管组件拔出并且装回新的X射线管组件，就像更换高级灯泡集那样。对于带有不同功率的X射线管5，X射线管组件1的尺寸可不同。一般而言，更高功率X射线管5将具有比更低功率X射线管5的尺寸更大的尺寸。因此，对于更高功率x射线管5，封围件的尺寸也将更大。

X射线管组件1封围件包含X射线管5。冷却绝缘物将X射线管组件1封围件的内部与外部环境绝缘。绝缘和冷却液通常为油。X射线管组件1封围件包括顶板、底板、前板、背板、上部模块框架、下部模块框架、左端盖、右端盖、左端壁、右端壁、x射线窗口8、对准引导件2、电连接器3、对准孔、螺纹柱、螺纹孔、螺母、螺母安装柱、螺母连接器。X射线管组件1封围件具有封围件主体。模块覆盖件包括在顶表面上的切口，使得X射线窗口8在X射线管组件1封围件外部是可见的。

封围件由低成本挤压铝制成。端部凸缘焊接到主封围件主体以避免流体泄漏。连接器以使其在端部凸缘上具有良好的电接触和良好的流体密封的方式来制造。连接器通常具有用于驱动高电压电力供应的电源连接器和X射线控制连接器，通常为一个电源连接器集，但其可具有多个集。这些引脚被内置到封围件内部的匹配连接器中。封围件主要地填充有用于绝缘和冷却两者的标准X射线管绝缘油。封围件也具有内部电子屏蔽结构和高电压驱动器电路。然而，其仍可改善此系统的可靠性，因为存在用于查明X射线管5发生了什么情况的内置诊断部件。此外，其有利于系统的长期使用，因为使用寿命统计数据是以电子方式来跟踪的。因此，对于更换过程，其大部分不需要特殊的训练。如果需要，则更换过程中的大多数仅是任何人都可完成而无需特殊训练的即插即用活动。

存在与现有技术单块式类型和便携式类型模块化X射线源的三个主要区别。首先，可消耗部件(诸如X射线管5、高电压电路板6和绝缘油)都布置在预先设计的封围件内部。所有其他部件都在封围件外部。第二，在封围件的背面存在对准引导件2，以有助于对替换X射线管组件1进行定位。封围件上的对准引导件2和电连接器3提供了对X射线管组件1的轻松和快速的更换。第三，其他电部件以可移除PCB板的形式被模块化。

模块化X射线源可插入到运动补偿式多个脉冲X射线源断层合成成像系统11中来更换传统的单块式类型的X射线源。模块化X射线源在模块封围件结构内部包含X射线管5、高电压电路板6、绝缘和冷却油。X射线管5具有以下特征：X射线管5的壳体应相对于环境密封，因为X射线管5能够形成X射线。在X射线管5的一端是用于X射线发射的窗口。在X射线管5的另一端是用于电连接的连接器。一个或多个支撑结构应安装在X射线管壳体内部。其应具有从X射线管引脚穿过壳体延伸到X射线管外部的电导体。此外，还应存在安装在X射线管壳体的内部的镇流器。控制面板或任何其他装备可安装在X射线管组件1封围件的外部。应存在安装在X射线管组件1封围件上的引导柱，使得其可轻松地定位以进行对准。

预先设计的易于组装且具有成本效益的标准化多源模块化X射线源组件。系统具有更长的使用寿命、更高的可靠性和更低的成本。在封围件内部存在高电压电连接器，用于连接到封围件内部的高电压电路板6。(a).在组装时，用户首先将封围件的两端组装起来并且焊接成一体。高电压线缆或汇流条穿过封围件上在每一端的两个孔，并且连接到X射线管5和高电压电路板6。为此，可分离在封围件的每一端的高电压连接器。(b).在封围件的侧面，存在连接到高电压电路以及电连接器3的对准引导件2。其也用于对准和高电压DC调整。(c).然后X射线管5和相关部件将安装在封围件内部。通常为每个源都设置对准工具，因此用户在安装最终组件之前可轻松和有效地进行调整和对准。

在一个实施例中，图2示出了X射线管组件1以其可易于更换的方式来设计。X射线管5位于带有保持器支撑件的坚固的封围件内部。封围件具有X射线窗口8。包括X射线管5的高电压生成部件的电路板也位于封围件内部。X射线管5被高电压油包围。油也提供冷却能力。封围件通常由低成本挤压铝制成，并且焊接在一起以在两端处密封。

保持器支撑件以保持器支撑件沿支撑臂的纵向轴线相对于支撑臂可移动的方式安装到支撑臂。保持器具有附接到其的X射线管5。X射线管5通过适当的凸缘、螺纹件或其他适当的固定装置安装在保持器中，使得X射线管5可沿保持器的纵向轴线移动。X射线管5经由线缆连接到电源。高电压电路经由线缆连接到电源。因此，模块化X射线源包括以下主要部件：1)低电压电源和控制件；2)高电压电路板6；3)X射线管组件1；4)用于X射线管组件1的封围件。模块化X射线源可制造成适配不同的多个源成像系统，因为部件是在场外预制的。当所有部件一起到达现场时可节省时间和金钱。

封围件包含用于操作的高电压电路板6和X射线管5。X射线管5在其两端具有电极，也称为阴极和阳极。电极是比电极大的电极。电极和布置成在封围件内部的空间内以一定的距离面对彼此。高电压电路板6向电极提供高电压并且形成X射线发射。高电压可达数十千伏特。电连接器位于封围件的端部处。对于连接器接触需要对准引导件。绝缘涂层在连接器引导件发挥其作用之后覆盖该连接器引导件。

本系统是模块化的和用户可更换的，因为封围件内部的整个X射线管组件就像灯泡那样可被替换掉。X射线管与高电压电路以及冷却绝缘油与X射线管对准都布置在预先设计的模块封围件结构内部。在模块封围件结构上存在X射线窗口8、对准引导件和电连接器3。封围件通常由低成本挤压铝制成并且在两端处被焊接。在模块封围件结构上存在X射线窗口8、对准引导件2和电连接器3。封围件通常由低成本挤压铝制成并且在两端处被焊接。X射线管5和冷却绝缘油被置于封围件结构内部。X射线管5和冷却绝缘油被置于封围件结构内部，并且为了维护的目的来更换整个组件。模块化X射线模块对于其中利用多个脉冲X射线源的运动补偿式多个源断层合成成像系统11特别有用，因为其实现了易于更换X射线管组件1、较低的维护成本、需要快速和持久的操作时间的可靠X射线成像系统。

模块化用户可更换X射线模块使得能够轻松更换/维护。一种示例性维护过程包括以下：步骤A.切断电源；步骤B.对锁定封围件的安全闩锁进行解锁；步骤C.沿封围件的连接器引导件拉动X射线管组件1；步骤D.沿封围件的连接器引导件插入新X射线管组件1；步骤E.封锁锁定杆的两端以保持安全锁定就位。然后X射线管组件1就准备好运行。安装非常简单。

更换整个X射线组件1耗时约一分钟，因此可大幅降低维护成本。此外，当真实更换作业发生时，此过程不需要来自技术人员的特殊技能。将新X射线组件1封围件连同连接器引导件推动并且锁定安全闩锁。安全闩锁可将两个封围件侧面锁定在一起。带有窗口的对准引导件2将有助于引导新封围件的正确定位。一旦连接器引导件被推过封围件侧面，此引导件就将被隐藏。

图5示出了现有技术中另一种类型的常规紧凑型便携式整体X射线源7。X射线窗口8在前面。低电压电控制件、高电压发电机和X射线管5都被内置在甚至更小尺寸的封围件内部。微控制器也被内置在封围件中。微控制器控制电压、暴露时间和其他设定。通常，其也可由电池供电。

图6示出了现有技术中一体式整体X射线源7的类型，其通常被称为单块式。X射线窗口8在主体的中间。在单块式主体中，高电压发电机、低电压电控制件和X射线管也都被内置在较小的坚固的封围件内部。存在电源连接器。也存在用于联接到外部装置或PC以发送或接收命令的连接器。单块式类型整体X射线源7可具有比紧凑型便携式整体X射线源7更高的功率。

在不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，本发明的各种修改和更改对于本领域技术人员来说将是显而易见的。应注意，下面任何方法权利要求中叙述的步骤不一定需要按照它们所叙述的次序来执行。本领域普通技术人员将根据步骤所叙述的次序来认识执行步骤方面的变化。此外，对特征、步骤或部件的提及或讨论的缺乏为权利要求提供了基础，在该权利要求中通过附带条件或类似的权利要求语言排除了不存在的特征或部件。

虽然上面已经描述了本发明的各种实施例，但是应当理解，它们仅仅是作为实例而非限制来呈现的。各种图可以描绘针对本发明的示例性架构或其他配置，这样做是为了帮助理解可以包括在本发明中的特征和功能性。本发明不限于所展示的示例架构或配置，而是可以使用各种替代架构和配置来实现期望特征。事实上，对于本领域技术人员来说显而易见的是如何可以实现替代性功能、逻辑或物理分区和配置来实现本发明的期望特征。此外，除了本文描绘的那些之外的许多不同的组成模块名称可以应用于各个分区。此外，对于流程图、操作描述和方法权利要求，本文呈现步骤的次序不应强制实现各种实施例以按相同的次序执行所叙述的功能性，除非上下文另有指示。

除非另有明确说明，否则本文件中使用的术语和表述及其变化形式应解释为开放式的而不是限制性的。作为前述内容的示例：术语“包括”应解读为意指“包括但不限于”或诸如此类的含义；术语“示例”用于提供论述中的项目的示例性实例，而不是其详尽的或限制性的列表；术语“一(a)”或“一(an)”应解读为意指“至少一个”、“一个或多个”或诸如此类的含义；并且形容词诸如“常规的”、“传统的”、“正常的”、“标准的”、“已知的”以及类似含义的术语不应解释为将所描述的项目限制于给定时间段或限制于截至给定时间可用的项目，相反，应将它们解读为涵盖现在或在将来任何时间可用或已知的常规的、传统的、正常的或标准的技术。因此，在本文档提及对于本领域普通技术人员来说显而易见或已知的技术的情况下，此类技术涵盖本领域技术人员现在或将来任何时间显而易见或已知的那些技术。

在一些情况下，宽泛词和短语(诸如“一个/种或多个/种”、“至少”、“但不限于”或其他诸如此类的短语)的存在不应理解为意味着在可能不存在此类宽泛短语的情况下打算或需要使用较窄的情况。对术语“模块”的使用并非暗示作为模块的一部分进行描述或要求保护的部件或功能性全都被配置在共同封装物中。实际上，模块的任何或所有各种部件，无论是控制逻辑还是其他部件，可以组合在单个封装物中或单独地维护，并且可以进一步跨多个位置分布。

提供对所公开的实施例的前述描述使得本领域的任何技术人员都能够制造或使用本发明。对这些实施例的各种修改对于本领域技术人员而言将是显而易见的，并且本文定义的一般原理可在不脱离本发明的精神或范围的情况下应用于其它实施例。因此，本发明不旨在限制于本文所示的实施例，而是应被赋予与本文所公开的原理和新颖特征相一致的最全面的范围。

Claims (18)

1.一种用于运动补偿式多个脉冲X射线源断层合成成像系统的X射线源的模块化X射线管组件，其包括：

在封围件上的一个或多个多引脚连接器，所述一个或多个多引脚连接器用于驱动高电压电路、用于控制细丝、用于得到高电压反馈以及用于测量温度；

一个或多个连接器接合对准引导件；以及

一个或多个模块化和用户可更换模块，每个所述模块化和用户可更换模块耦接到所述多引脚连接器并且包括：

定位在所述封围件上的X射线窗口；

X射线管，所述X射线管在所述封围件内并且面向所述X射线窗口；

在所述封围件内的一个或多个高电压生成电路板；以及

连接器，所述连接器适于耦接到所述多引脚连接器。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述封围件在带有多个脉冲X射线源的多源断层合成成像系统中是可更换的。

3.根据权利要求1所述的设备，其中所述封围件为金属并且焊接在一起以在两端处密封。

4.根据权利要求1所述的设备，其中所述X射线管被高电压油包围，并且其中所述油对所述X射线管进行冷却。

5.根据权利要求1所述的设备，其中所述X射线窗口焊接在所述封围件的一端上，并且对准引导件在所述封围件的另一端上。

6.根据权利要求1所述的设备，其包括：在所述封围件的一端上的电连接器。

7.根据权利要求1所述的设备，其包括：冷却绝缘油，所述冷却绝缘油通过在所述封围件的端部处的填充孔注射到所述封围件中，以填充所述X射线管与所述X射线管窗口之间的空间，其中所述X射线管在之后安装。

8.根据权利要求1所述的设备，其包括：安装到支撑臂的保持器支撑件，其中所述保持器支撑件沿所述支撑臂的纵向轴线相对于所述支撑臂可移动。

9.根据权利要求8所述的设备，其中所述X射线管安装在所述保持器中，并且其中所述X射线管沿保持器的纵向轴线可移动。

10.一种更换用于多个脉冲源断层合成成像系统的模块化X射线源的方法，其中所述模块化X射线源在用户可更换的封围件内，所述源包括：定位在所述封围件上的X射线窗口；X射线管，所述X射线管在所述封围件内并且面向所述X射线窗口；在所述封围件内的一个或多个高电压生成电路板；以及连接器，所述连接器适于耦接到多引脚连接器，所述方法包括：

断开X射线源电源；

解锁一个或多个安全闩锁；

拉动包括模块化X射线管组件的所述封围件以进行分离；以及

沿连接器引导件推动带有新X射线管组件的新封围件并且锁定所述安全闩锁。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述X射线源在带有多个脉冲X射线源的多源断层合成成像系统中是用户可更换的。

12.根据权利要求10所述的方法，其中所述封围件为金属，所述方法包括：在两端处焊接并且密封所述封围件。

13.根据权利要求10所述的方法，其中所述X射线管被高电压油包围，并且其中所述油对所述X射线管进行冷却。

14.根据权利要求10所述的方法，其中所述X射线窗口焊接在所述封围件的一端上，并且对准引导件在所述封围件的另一端上。

15.根据权利要求10所述的方法，其包括：将电连接器连接在所述封围件的一端上。

16.根据权利要求10所述的方法，其包括：将冷却绝缘油通过在所述封围件的一端处的填充孔注射到所述封围件中，并且将所述油排放到所述X射线管与X射线管窗口之间的空间中，并且在之后安装X射线管。

17.根据权利要求10所述的方法，其包括：将保持器支撑件安装到支撑臂，其中所述保持器支撑件沿所述支撑臂的纵向轴线相对于所述支撑臂可移动。

18.根据权利要求17所述的方法，其中所述X射线管安装在保持器中，并且其中所述X射线管沿所述保持器的纵向轴线可移动。