CN220023159U - 操作x射线管灯丝的控制设备及其发生器和x射线成像系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及操作X射线管的灯丝。为了提供具有改善的损耗的X射线管，提供了一种用于X射线管的发生器的脉冲操作的控制设备。可以控制所述X射线管以提供多个X射线脉冲，其中，两个后续脉冲在时间上由发射暂停分开。所述发射暂停至少包括第一部分和第二部分。向所述X射线管的阴极灯丝提供灯丝电流，使得在两个后续脉冲之间的发射暂停中，在所述暂停的第一部分期间提供第一灯丝电流，并且在所述暂停的第二部分期间提供第二灯丝电流，所述第一灯丝电流低于所述第二灯丝电流。通过以这种方式操作所述灯丝，可以降低灯丝温度，从而显著减少X射线管的磨损并延长其寿命。

Description

操作X射线管灯丝的控制设备及其发生器和X射线成像系统

技术领域

本发明涉及操作X射线管的灯丝，具体地涉及用于X射线管的发生器的脉冲操作的控制设备、用于X射线管的电压供应的发生器和X射线成像系统。

背景技术

X射线成像被认为是医学成像中的一种重要成像模态。X射线管用于生成穿过对象并撞击在X射线探测器上的X射线辐射。由于各种原因，例如某些扁平X射线探测器中的限制，可能需要以脉冲方式生成X射线辐射。在这样的脉冲X射线图像采集中，使用一系列短X射线脉冲来采集X射线图像。这样的一系列脉冲被称为一次成像运行。

X射线管中的一个关键部分是阴极灯丝。灯丝需要具有特定的升高的温度，以在X射线脉冲期间达到期望的发射电流。例如在心血管X射线系统中使用的X射线管可能表现出其阴极灯丝的损耗。损耗可能是灯丝所含的钨的蒸发的结果。

发明内容

因此，可能需要提供具有增加的场寿命的特别用于脉冲操作的X射线管。

本发明的目的通过独立权利要求的主题得以解决；在从属权利要求中结合了其他实施例。应当注意，本发明的以下描述的方面也适于用于操作X射线管的发生器的控制设备、用于X射线管的电压供应的发生器、X射线成像系统以及用于操作X射线管的发生器的方法。

根据一实施例，提供了一种用于X射线管的发生器的脉冲操作的控制设备。所述控制设备包括数据输入端和控制器。所述数据输入端被配置为提供用于X射线成像运行的信号，所述X射线成像运行包括用于采集至少一幅X射线图像的多个X射线脉冲。所述控制器被配置为控制所述发生器提供灯丝电流以在所述X射线管的阴极的灯丝中生成热。所述发生器被配置为提供所述多个X射线脉冲，由此所述多个X射线脉冲中的每两个后续脉冲在时间上被发射暂停分开。所述发射暂停至少包括第一部分和第二部分。为了提供所述灯丝电流，所述控制器还被配置为控制所述发生器在所述两个后续脉冲之间的所述发射暂停中调整所述灯丝电流，从而在所述脉冲的所述第一部分期间提供至少第一灯丝电流并且在所述暂停的所述第二部分内提供第二灯丝电流。所述第一灯丝电流低于所述第二灯丝电流。

在优选实施例中，其中，所述控制器被配置为在X射线脉冲期间以操作水平提供所述灯丝电流，所述第一灯丝电流低于所述操作水平，和/或所述第二灯丝电流高于所述操作水平。据此，提供第一灯丝电流在下文中也被称为“消隐”，并且提供第二灯丝电流在下文中也被称为“提升”。

因此，实际上，在发射暂停的第一部分期间，灯丝温度从其操作值降低，并且第二灯丝电流可以被提供作为中间加热电流，以在发射暂停的第二部分期间将灯丝的温度恢复到其操作值。即，灯丝温度的操作值对应于在X射线脉冲期间发射电子束所需的温度。

通过以这种方式操作灯丝，在X射线管的脉冲操作期间，脉冲之间的灯丝温度将低于当灯丝电流连续保持在操作水平时的灯丝温度，从而显著较少了损耗，而不会干扰X射线束的质量或其他明显的影响。因此，灯丝在脉冲之间的温度较低，从而减少钨蒸发，因此减少损耗。根据示例，所述控制器被配置为控制所述发生器，使得在所述发射暂停的至少一部分期间重复地施加所述第一灯丝电流和所述第二灯丝电流，导致在X射线管的脉冲操作期间灯丝的重复冷却和加热。

在示例中，在多个X射线脉冲的每两个后续脉冲之间的每个发射暂停期间提供灯丝的冷却和加热。

在替代示例中，在发射暂停的子集期间提供灯丝的冷却和加热，例如在已经发生预定数量的暂

停之后的多个暂停中，其中没有消隐/提升激活或至少降低消隐/提升激活的程度。

根据示例，所述控制器被配置为控制所述发生器，使得所述第一部分的持续时间和所述第二部分的持续时间基于来自提升曲线的计算加权结果和来自消隐曲线的结果来确定，以检索给定脉冲暂停持续时间内的消隐时间和提升时间，同时在所述脉冲期间仍然达到所述操作灯丝温度。

例如，提升和消隐时间相加小于或等于暂停持续时间，并且在暂停结束时需要达到操作电流。

在示例中，所述控制器被配置为控制所述发生器使得所述第一部分的持续时间和所述第二部分的持续时间基于来自提升曲线的计算加权结果和来自消隐曲线的结果来确定，以检索给定脉冲暂停持续时间的最大消隐时间和最大提升时间，同时在下一个脉冲开始时仍然达到所述操作灯丝温度。

注意，在示例中，消隐和提升都被提供为最大，因为它们在每次暂停内精确地配合，同时当成像运行的下一个脉冲开始时仍然达到操作电流。它们都可以更短，但是在这种情况下，灯丝将在不是最佳的操作水平下被加热更长时间。

应注意，第一部分的长度和第二部分的长度不是独立的；精确的消隐和提升曲线被视为计算最佳切换点的基础。第一部分期间的温度降低需要通过第二部分期间的温度增加来补偿(除非发生器调节到另一电压/发射电流设定点)。消隐和提升曲线预测了在消隐和提升电流被选择为第一和第二灯丝电流的情况下消隐和提升所需的时间。

根据示例，为了以期望发射电流生成电子束以用于生成所述成像运行的所述X射线脉冲，所述控制器被配置为控制所述发生器提供与所述X射线脉冲相对应的多个电压脉冲。另外地或替代地，所述控制器被配置为重复地打开基于电场的约束设备，所述设备的每次打开对应于所述多个X射线脉冲中的一个。

根据示例，所述控制器被配置为控制所述发生器，使得在所述暂停的所述第一部分期间的电流足以提供在整个所述暂停期间保持预定最小电流作为有效电流。

根据另一方面，还提供了一种用于X射线管的脉冲电压供应的发生器。所述发生器包括根据前述示例之一的控制设备、电力输入端、电力变压器装置和电力输出端，作为发生器部件。所述电力输入端可连接到电源，所述电源被配置为提供用于操作所述X射线管的电能形式的输入；并且其中，所述电源连接到所述电力变压器装置。所述电力变压器装置被配置为将所述电力输入转换成用于所述X射线管的脉冲操作的合适的DC高压和合适的电流。所述电力输出端被配置为提供所述合适的高压和所述合适的电流。所述电力输出端可连接到所述X射线管。此外，所述控制设备被配置为控制所述发生器部件。

根据另一方面，提供了一种X射线成像系统。所述系统包括用于生成X射线辐射的X射线管、根据上述示例之一的控制设备和用于根据前述示例的用于X射线管的电压供应的发生器。所述X射线管包括阳极和阴极。所述阴极包括用于朝向所述阳极发射至少一个电子束的至少一个阴极灯丝。所述控制设备通过控制所述发生器的所述电力变压器装置来控制所述阴极灯丝的脉冲操作。

参考下文所述的实施例，本发明的这些方面和其他方面将是显而易见的并且得到阐明。

附图说明

本发明的示例性实施例将会在下文中参考以下附图进行描述：

图1示意性地示出了用于操作用于X射线管的发生器的控制设备的示例。

图2示意性地示出了用于X射线管的电压供应的发生器的示例。

图3示意性地示出了X射线成像系统的示例。

图4示出了用于操作X射线管的发生器的方法的示例的步骤。

图5示出了具有表示示例性成像运行期间的不同电流和电压曲线的曲线图。

图6a和图6b为了更好可视化而以单独的曲线图示出了图5的曲线。

图7a、图7b、图7c和图7d示出了具有提升曲线和消隐曲线作为用于确定消隐和提升时间的示例的曲线图。

图8示出了指示示例的发射电流和中间冷却电流以及估计的磨损节省的曲线图。

具体实施方式

现在将参考附图更详细地描述特定实施例。在以下描述中，即使在不同的附图中，相似的附图标记也用于相似的元件。提供了在描述中定义的项目(例如详细的构造和元件)以辅助全面理解示例实施例。同样地，不详细描述公知的功能或构造，因为它们的不必要细节会使实施例含糊不清。此外，诸如“至少一个”的表达在元件列表前面时，会修饰元件的整个列表，而不是修饰列表中的个体元件。

在热离子X射线管中，由加热的阴极发射的电子通过真空中的强电场被加速到阳极，在阳极处它们生成“韧致辐射”(在它们由X射线管产生的情况下也称为X射线)。X射线的量与在阳极和阴极之间流动的发射电流成比例。除了在特定管设计中是“固定”的阴极表面尺寸、表面条件和材料之外，发射电流是阴极和阳极之间的电压以及阴极温度的函数。阴极通常是具有高熔点的金属(例如钨)的条带或线圈，称为灯丝。当它们被加热时，灯丝的金属蒸发，并且最终灯丝在特定位置处变得如此薄以至于其断裂。这描述了热离子X射线管的一般磨损机制。

为了成像，X射线管可以以脉冲模式操作。它们不是产生恒定量的X射线，而是连续地产生高强度的短脉冲，称为成像运行。这种操作模式支持在两个成像帧之间不产生X射线的情况下可能需要复位时间的探测器。此外，对于短的强脉冲，图像的运动模糊较少。

基于程序的类型和例如在先前图像中经历的X射线保留，确定管电压、发射电流和脉冲宽度的设置。在该时间点处，通过使待机灯丝加热电流通过灯丝来将灯丝保持在待机温度。该电流可以在2和3A之间的某处。基于管电压和发射电流的期望设定点，可以例如通过使用称为静态适配表的查找表的内插来确定操作灯丝电流，在该查找表中记录了灯丝电流、管电压和所得到的发射电流之间的关系。操作灯丝电流可以在4和6A之间的某处。然后，通过内插称为提升表的表，确定将灯丝温度从待机温度“提升”到操作温度所需的“提升时间”。在运行开始的时候，使通常约8A的提升电流流过灯丝，以将其快速加热到操作温度，在此之后施加操作灯丝加热电流。如果设定点没有变化，则该电流将在运行的持续时间内保持不变。此外，通过消隐表的内插确定“空闲-消隐时间”。在运行之后，施加约1至1.5A的空闲-消隐电流，以再次快速地使灯丝温度下降到待机温度。

因为灯丝磨损(蒸发)，所以其电阻随时间变化，这意味着记录的静态适配表以及提升和消隐表随时间变得不太准确。因此，提供了适配表的自动调整，以补偿灯丝磨损，并在每次运行之后更新适配表。对于实施该方法的X射线发生器，这消除了在管的寿命期间在初始适配程序之后对于适配程序的需要。该方法连续校正从静态适配表以及提升和消隐表获得的值，以在现场的整个管寿命期间保持准确。

图1示意性地示出了用于操作X射线管的发生器的控制设备10的示例。控制设备10包括数据输入端12和控制器14。数据输入端12被配置为提供用于X射线成像运行的信号，该X射线成像运行包括用于采集至少一幅X射线图像的多个X射线脉冲。控制器14被配置为控制发生器提供灯丝电流以在X射线管的阴极的灯丝中生成热。这使得发生器在阳极与阴极之间的管电压的影响下生成具有从X射线管的阴极朝向阳极的期望发射电流的电子束，以生成具有期望性质的X射线脉冲。

控制器14被配置为控制X射线管提供多个脉冲以期望发射电流生成电子束以用于生成多个X射线脉冲，其中，多个脉冲中的两个后续脉冲在时间上被发射暂停分开。即，在脉冲期间，所提供的灯丝电流对应于正常操作电流水平，该正常操作电流水平在对应的管电压下导致从阴极朝向阳极以期望发射电流发射电子束。

发射暂停至少包括第一部分和第二部分。控制器14还被配置为控制发生器在两个后续脉冲之间的发射暂停中调整灯丝电流，所述灯丝电流在暂停的第一部分期间提供第一灯丝电流并且在暂停的第二部分期间提供第二灯丝电流。第一灯丝电流低于第二灯丝电流，并且优选地也低于操作电流水平。实际上，第一灯丝电流太低而不能将灯丝保持在发射电子束所需的温度。因此，灯丝温度在发射暂停的第一部分期间降低。

优选地，提供第二灯丝电流作为中间加热电流，以使灯丝准备好之后在随后的X射线脉冲期间发射电子束的期望发射电流。优选地，第二灯丝电流高于操作电流水平。因此，在随后的脉冲开始的时候，灯丝的温度可以恢复到发射电子束所需的其操作值。

据此，在成像运行内的后续脉冲之间实施提供第一灯丝电流和第二灯丝电流，即消隐和提升，以便节省灯丝磨损。即，首先在成像运行的后续脉冲之间将提供给X射线管的灯丝的电流减小到第一灯丝电流，从而引起灯丝冷却。在下一个脉冲之前不久，增加的提升电流用作第二灯丝电流，使得灯丝在脉冲开始的时候回到操作温度。这在整个脉冲成像运行期间重复，优选地在每两个相邻的X射线脉冲之间重复。

第一箭头指示例如从用户接口18向控制设备10供应信号。第二箭头表示例如向X射线成像装置22提供控制器14的控制命令、信号等。框架24指示将数据输入12和控制器14布置在公共结构或外壳中的选项。然而，它们也可以以单独的方式布置。

控制器14也可以被称为数据处理器。

在示例中，控制器14被配置为控制发生器在两个后续脉冲之间的脉冲暂停中调整灯丝电流，从而在暂停的另一部分内提供另一灯丝电流。在示例中，在第二灯丝电流之后提供另一灯丝电流，其中该另一灯丝电流低于第二灯丝电流。在另一选项中，该另一灯丝电流高于在暂停的第一部分期间的电流。

在未详细示出的选项中，控制器14被配置为控制发生器使得在暂停的第一部分内提供第一灯丝电流。第一灯丝电流低于第二灯丝电流。

在示例中，第一灯丝电流低至0A，例如，根本没有电流。

在脉冲之间的该部分的一部分内提供比操作电流更低的电流导致在两个脉冲之间的暂停的灯丝的温度降低，从而导致灯丝的磨损降低。由于较低的电流也导致较低的温度，因此提供冷却效果。这也被称为中间冷却器或中间冷却方案。

因此，通过减少在整个成像运行期间连续地在灯丝中提供操作电流的时间，可以减少灯丝的磨损或损耗。已经表明，电流减少2/10A可以导致大约两倍的寿命。电流增加2/10A可以导致大约一半的寿命。

换句话说，在运行之外施加待机电流，在为运行作准备时施加提升电流，在脉冲期间施加操作电流，并且在运行之后使用消隐电流。在脉冲之后施加第一灯丝电流，并且在随后的脉冲之前施加第二灯丝电流。在脉冲期间，施加操作电流，之后是第一灯丝电流，然后第二灯丝电流，并且回到用于下一个脉冲的操作电流。优选地，在成像运行的多个X射线脉冲的每两个后续脉冲之间施加第一和第二灯丝电流。然而，据此，可以设想替代方案，其中在某些发射暂停期间而不是在其他发射暂停期间例如以交替的方式施加第一和第二灯丝电流。

在示例中，在两个脉冲之间非常长的暂停中，在第一灯丝电流与第二灯丝电流之间提供近似等于待机电流的另一灯丝电流。

考虑到该方案，第二灯丝电流变为操作电流：正确的操作电流低于第二灯丝电流。第二灯丝电流之后不是第一灯丝电流或低于第一灯丝电流的电流，但是第一灯丝电流之后可以是高于第一灯丝电流的待机电流。

在这样的变型中，如果第一灯丝电流不等于用于使灯丝返回到待机温度的“消隐”电流，或者如果第二灯丝电流不等于用于将灯丝从待机温度加热到操作温度的“提升”电流，则需要使用不同的“提升”和/或“消隐”曲线用于确定暂停的第一部分和最后部分的持续时间。

在示例中，在暂停的第二或第三部分内提供第二灯丝电流。注意，暂停可以示出其他部分，即更多部分。在示例中，在第一和第二部分之间布置另一部分。

在未详细示出的另一选项中，控制器14被配置为控制发生器使得在暂停的第一部分期间和第二灯丝电流的施加导致在每个暂停期间灯丝的冷却和加热。

在示例中，控制器14被配置为控制发生器使得在暂停的第一部分内提供第一灯丝电流，并且在暂停的第二部分内提供第二灯丝电流。

在示例中，第一部分大于第二部分。

在示例中，第二部分大于第一部分。

在另一示例中，第一部分等于第二部分。

在未详细示出的另一选项中，控制器14被配置为控制发生器使得基于来自提升曲线的计算加权

结果和来自消隐曲线的结果来最大化第一部分的持续时间和第二部分的持续时间，以检索给定脉冲暂停持续时间的消隐时间和提升时间，同时在脉冲期间仍然达到操作灯丝温度。

在同样未详细示出的又一选项中，控制器14被配置为控制发生器使得根据查找表内插消隐曲线和提升曲线。

在未详细示出的选项中，基于检测到的灯丝的磨损来更新查找表。在选项中，附加地或替代地，针对检测到的灯丝的磨损来校正来自查找表的结果。

在未详细示出的另一选项中，为了以期望发射电流的生成电子束以用于生成X射线脉冲，控制器14被配置为控制发生器提供至少两个电压脉冲。替代地或另外地，控制器14被配置为打开基于电场的约束设备两次。

例如，基于电场的约束设备被提供作为栅极开关。

在示例中，脉冲是通过磁场生成的。

在未详细示出的选项中，控制器14被配置为控制发生器使得在第二灯丝电流之后，在脉冲期间提供操作灯丝电流。

在示例中，控制器14被配置为控制发生器使得刚好在生成发射电流的发射脉冲之前提供从第二灯丝电流到操作灯丝电流的转变。

在示例中，控制器14被配置为控制发生器使得在第二灯丝电流之后，在用于发射电流的电压脉冲被生成之前提供操作灯丝电流。

在示例中，控制器14被配置为控制发生器使得为多个图像提供多个脉冲序列，并且序列内的每个脉冲由脉冲暂停与先前/后续脉冲分开，其中第一灯丝电流和第二灯丝电流被连续地提供，或在非常长的暂停的情况下由待机灯丝电流中断。此外，脉冲序列之后是在提供另一成像序列之前的空闲时间，其中，至少在空间时间的一部分期间，提供空闲灯丝电流。此外，在该空闲时间开始的时候，提供第一空闲灯丝电流以使灯丝冷却到待机温度，在此之后在空闲时间的剩余时间期间提供第二空闲灯丝电流以维持待机温度(待机电流)。作为选项，第二空闲灯丝电流高于第一灯丝电流，并且被选择为使得到操作温度的加热时间尽可能短，但是在阳极和阴极之间的最高操作电压下不发生热离子发射。

在示例中，第一空闲灯丝电流被提供作为第一灯丝电流。第一空闲灯丝电流然后可以被称为第一灯丝电流，并且第二空闲灯丝电流被称为待机灯丝电流。

多个图像也被称为图像序列。

在未详细示出的选项中，控制器14被配置为控制发生器使得在提供脉冲序列之前提供加热灯丝电流。加热灯丝电流可以等于第二灯丝电流。

在示例中，加热灯丝电流近似等于第二灯丝电流。

在未详细示出的选项中，控制器14被配置为控制发生器使得在暂停的第一部分期间的电流足以提供在整个暂停期间维持预定最小电流作为有效电流。

在示例中，第一灯丝电流足以提供在整个暂停期间维持预定最小电流作为有效电流。

在示例中，脉冲序列之后是在提供另一成像序列之前的空闲时间。控制器被配置为控制发生器使得空闲灯丝电流足以提供在整个暂停期间维持预定最小电流作为有效电流。

在示例中，第一灯丝电流和空闲灯丝电流在该机制中是最低电流；所有其他电流更高。该方法是确保有足够的电流来维持X射线管内部的栅极开关电子器件。

对于没有栅极开关的管，第一灯丝电流以及空闲灯丝电流可以是0A。

在示例中，控制器14被配置为控制发生器使得第一灯丝电流和第二灯丝电流被提供有这样的参数，使得在整个暂停期间维持预定最小电流作为有效电流。参数包括第一灯丝电流和第二灯丝电流的灯丝电流值以及持续时间。

图2示意性地示出了用于X射线管的脉冲电压供应的发生器50的示例。发生器50包括根据前述示例之一的控制设备10的示例。此外，提供电力输入端52、提供电力变压器装置54和电力输出端56。电力输入端52可连接到电源，该电源被配置为提供用于操作X射线管的电能形式的输入。电力输入端52连接到电力变压器装置54。电力变压器装置54被配置为将电压输入转换成用于X射

线管的脉冲操作的合适的DC高压和合适的电流。电力输出端56被配置为提供合适的高压和合适的电功率。电力输出端56可连接到X射线管。控制设备10被配置为控制所述发生器部件，例如电力变压器装置54。

框架58指示将控制设备10、电力输入端52、电力变压器装置54和电力输出端56布置在公共结构或外壳中的选项。然而，它们也可以以单独的方式布置。第一箭头60指示信号供应。第二箭头62指示电力输出。

图3示意性地示出了X射线成像系统100的示例。X射线成像系统100包括用于生成X射线辐射的X射线管102。此外，X射线成像系统100包括根据先前示例的控制设备10的示例和根据先前示例的用于X射线的电压供应的发生器50的示例。X射线管102包括阳极和阴极(未详细示出)。阴极包括用于朝向阳极发射至少一个电子束的至少一个阴极灯丝。控制设备10通过控制发生器50的电力变压器装置54来控制阴极灯丝的操作。

作为示例，X射线管102被安装到C形臂106的一端，C形臂106在另一端处被配备有探测器108。示出了对象支撑件110。此外，显示装置112被指示为靠近对象支撑件110。C形臂和其他设备可以被安装到天花板支撑结构。在图3中的右下方前景中示出了用于主动控制X射线成像系统100的具有鼠标、键盘、平板以及控制旋钮加显示器的控制台114。连接线104指示控制台114与控制设备10和发生器50的数据连接。

在示例中，阴极包括用于朝向阳极发射电子束的两个阴极灯丝。

图4示出了用于以脉冲方式操作X射线管的发生器的方法200的示例的步骤。

在第一步骤202中，提供用于X射线成像运行的信号，该X射线成像运行包括用于采集至少一幅X射线图像的多个X射线脉冲。

在第二步骤204中，提供灯丝电流以在X射线管的阴极的灯丝中生成热，以在X射线脉冲期间达到期望发射电流。

在第三步骤206中，在阳极与阴极之间的电压的影响下从X射线管的阴极朝向阳极以期望发射电流生成电子束，以生成具有期望性质的X射线脉冲。

为了提供灯丝电流，提供以下步骤：

在第四步骤208中，提供多个脉冲以期望发射电流生成电子束以用于生成多个X射线脉冲。多个脉冲中的两个后续脉冲在时间上备发射暂停分开；其中，发射暂停至少包括第一部分和第二部分。

在第五步骤210中，在两个后续脉冲之间的发射暂停中，调整灯丝电流，从而在暂停的第二部分内提供至少第二灯丝电流。

第一部分，灯丝电流低于第二灯丝电流，并且太低而不能维持灯丝温度以达到电子束的期望发射电流。

第二灯丝电流被提供作为中间加热电流，以使灯丝准备好用于随后的X射线脉冲的电子束的期望发射电流。

在示例中，在暂停的最后部分内提供第二灯丝电流。

在示例中，一个脉冲给出一个图像。在另一示例中，为单个图像提供多于一个脉冲。然而，所提供的中间冷却方案被提供用于其中使用脉冲并且在两个连续脉冲之间提供至少一个脉冲暂停的所有变型。

在示例中，生成X射线脉冲不是为了创建图像，而是为了校准成像系统的部件或测量其性能的方面。

作为该方法的示例，第一灯丝电流太低而不能维持灯丝温度以达到电子束的期望发射电流。

图5示出了具有表示示例性成像运行期间的不同电流和电压曲线的曲线图500。左纵轴502指示管电压和发射电流；右纵轴504指示灯丝电流。横轴506指示时间。图5示出了管电压的第一曲线508和发射电流的第二曲线510(为了更好理解，这些曲线分别在图6a和图6b中示出)。第三曲线512指示中间冷却电流，并且第四曲线513(仅部分示出)指示当不使用中间冷却方案的灯丝电流。注意，在脉冲之前的第一部分中和在脉冲之后的第二部分中，灯丝电流在中间冷却电流之后。还注意，在这种情况下，也称为栅极开关的电场约束设备用于产生脉冲，并且管电压在整个运行期

间保持在恒定水平。

四个标记514指示四个X射线脉冲。在脉冲514之间提供暂停516。注意，脉冲本身具有持续时间518。四个X射线脉冲形成脉冲序列，其也被称为运行520。运行520之后是消隐时段，作为在灯丝电流返回到待机电流之前的等待或空闲时段522的第一部分。最初，即在(第一)运行的第一脉冲之前，提供起始时段524，其中提供灯丝的初始加热。在初始加热之前，可以提供待机模式。运行520和空闲时段522形成时钟速率526，在多种情况下，运行和空闲时段以一致的方式重复。

脉冲514之间的暂停516被示出为包括用于消隐时段的第一部分528和用于提升时段的第二部分530。

作为示例，使用栅极(例如，电场约束设备)生成脉冲；电压在运行期间保持恒定。

在其他示例中，以其他可能的方式生成脉冲。

为了更好可视化，图6a和图6b分别在曲线图600A和600B示出了图5的曲线图500的曲线。左纵轴602指示管电压和发射电流；右纵轴604指示灯丝电流。横轴606指示时间。图6a示出了管电压的第一曲线608和发射电流的第二曲线610，此外，在图6b中指示了中间冷却电流的第三曲线612。四个标记614指示四个X射线脉冲。注意，在曲线612开始和结束处非常短的指示时段指示待机电流，最低水平指示消隐电流，最高水平指示提升水平，并且提升水平和消隐水平之间的四个短平台水平指示操作电流。

图7a、图7b、图7c和图7d以提升曲线和消隐曲线为例，给出了可以如何获得脉冲暂停中的第一和第二时段的持续时间的图形图示。纵轴702指示灯丝电流。横轴704指示提升或消隐时间。

图7a示出了具有提升曲线706和消隐曲线708的第一曲线图700a。作为第一步骤，在曲线图中确定和识别操作电流，如虚线710所示。

图7b示出了具有提升曲线706和消隐曲线708的第二曲线图700b。作为下一步骤，两条曲线706、708被虚拟移动到操作电流710处的交点。例如，消隐曲线708向右移动，如虚线708’所示。

图7c示出了具有提升曲线706和消隐曲线708的第三曲线图700c。作为下一步骤，识别定义的脉冲暂停712(由所确定的脉冲速率和脉冲宽度给出)在何处适合在曲线之间。例如，脉冲暂停712向上移动，如虚线712’所示。

图7d示出了具有提升曲线706和消隐曲线708的第四曲线图700d。消隐时间714和提升时间716可以通过竖直地投影交点来确定，如虚线718所示。

曲线段的形状可用于计算暂停中的“磨损”。

图8示出了指示示例的发射电流和中间冷却电流的曲线图800。左纵轴802指示发射电流和磨损。右纵轴804指示灯丝电流。横轴806指示时间。第一曲线808指示发射电流，并且第二曲线810指示中间冷却电流。第三曲线812指示等效电流(从消隐和提升曲线区段获得)，第四曲线814指示操作电流，并且第五曲线816指示磨损节省。

假设灯丝电流在脉冲之间保持恒定在操作水平，建议在脉冲之间进行消隐和提升。对于“灯丝磨损”，灯丝的温度将遵循消隐和提升。即使这在电流中看起来不算太多，但这意味着节省了很多“磨损”，例如超过20％。

术语“期望性质”涉及辐射束的特性，如光谱/频谱、能量和持续时间。

在X射线系统的脉冲操作期间，用于成像的一系列若干脉冲可以被称为运行。脉冲可以具有约10ms的量级的持续时间(脉冲宽度)，并且通常使用每秒15个脉冲的脉冲速率(pps)。X射线运行可以具有约10s到几分钟的持续时间。在15pps的帧速率和10ms的脉冲宽度的情况下，仅在成像运行的15％的时间期间生成X射线。在脉冲序列期间的第一和第二灯丝电流的方案支持在15％的时间期间灯丝需要处于操作温度。建议使用如下程序，即灯丝在X射线脉冲之后立即尽可能快地冷却；而灯丝在下一个脉冲之前的正确时间被尽可能快地再次加热，以刚好及时地产生具有正确X射线设置的下一个脉冲。脉冲之间的较低温度导致钨蒸发的显著减少，从而导致管寿命显著延长。

在示例中，在暂停的第一部分内提供第一灯丝电流，并且在暂停的第二部分内提供第二灯丝电流；以及

在选项中，第一部分大于第二部分。

发射电流是灯丝的温度和阳极与阴极之间的电压的结果(函数)等。当阴极具有足够高的温度并且阳极与阴极之间的电压足够高时发射电流是阴极与阳极之间产生的电子束的性质。

为X射线管提供灯丝电流以在阴极的灯丝中生成热，以在X射线脉冲期间达到期望发射电流。

发射电流也称为阳极电流。

灯丝电流也称为阴极(加热)电流。

第一灯丝电流也可以被称为消隐电流并且在消隐时段期间被提供。

第二灯丝电流也可以被称为提升电流并且在提升时段期间被提供。

第一灯丝电流被设置为在两个脉冲之间的空闲时间内提供用于操作X射线管电子部件的最小供应，但是灯丝没有或至少没有实质性加热。在没有这种电子部件或部件以不同方式馈送的X射线管中，该电流可以是0A(完全没有电流)。期望的发射是用于生成下一个X射线脉冲的随后发射。

在示例中，提供了5-10A(例如8A的提升)。这导致灯丝的高温。

在该方法的示例中，第一灯丝电流和第二灯丝电流的施加导致灯丝在每一暂停期间的冷却和加热。

加热可以被称为提升。在示例中，电流尽可能高，尽可能短。

在示例中，当与在暂停期间被供应有恒定灯丝电流的灯丝相比时，第一灯丝电流和第二灯丝电流的施加导致灯丝在每个暂停期间的冷却和加热，该恒定灯丝电流高于第一灯丝电流，并且该恒定灯丝电流低于第二灯丝电流。

在脉冲序列中，例如四个脉冲、五个脉冲、六个脉冲、七个脉冲、八个脉冲、九个脉冲或十个脉冲或更多个脉冲，提供灯丝的交替的冷却和加热过程。

在该方法的示例中，在暂停的第一部分内提供第一灯丝电流，并且在暂停的第二部分内提供第二灯丝电流。第一部分大于第二部分。

在示例中，在暂停的至少60％的持续时间内提供第一灯丝电流。例如，在暂停的至少75％的持续时间内提供第一灯丝电流。

在示例中，消隐和提升时段基于消隐和提升曲线。根据情况，这可能导致消隐和提升时段之间的比率不同。在示例中，消隐比提升花费更长时间。在另一示例中，提升比消隐花费更长时间。

在该方法的示例中，基于来自提升曲线的计算加权结果和来自消隐曲线的结果来确定第一部分的持续时间和第二部分的持续时间，以检索给定脉冲暂停持续时间的消隐时间和提升时间。

在选项中，选择消隐和提升时间的方式是，将它们相加等于脉冲暂停、可选地以短的安全裕度减少。在消隐和提升达所选择的时段之后，灯丝的温度回到或至少接近给出下一个脉冲所需的温度，对应于维持该温度所需的操作灯丝电流。在脉冲期间，在选项中，操作灯丝电流被提供为在脉冲之后立即下降到消隐电流。

在示例中，通过自动确定第一部分和第二部分来提供X射线脉冲之间的消隐和提升。

该计算提供了从消隐切换到提升(即，从第一灯丝电流切换到第二灯丝电流)的确切时间点。

在该方法的示例中，消隐曲线和提升曲线从所提供的查找表获取；并且基于检测到的灯丝的磨损来更新查找表，或相应地校正从表中获取的值。

正确确定脉冲之间的点以从消隐切换到提升需要发生器控制器的足够处理能力。

在该方法的示例中，刚好在生成下一个X射线脉冲之前提供从第二灯丝电流到操作灯丝电流的转变。

在该方法的示例中，为图像序列提供脉冲序列，并且通过发射暂停将每个脉冲与前/后脉冲分开，在该发射暂停中连续提供第一灯丝电流和第二灯丝电流。脉冲序列之后是在提供另一成像序列之前的空闲时间。

在选项中，在空闲时间开始的时候，灯丝电流被设置为等于第一灯丝电流的消隐水平，以允许温度下降到与当灯丝被待机电流加热时(在此之后在剩余的空闲时间期间提供待机灯丝电流)的平衡温度相对应的灯丝待机温度；待机灯丝电流高于第一灯丝电流。

在示例中，为了操作X射线管阴极灯丝，提供了四个水平的灯丝电流：待机电流、提升电流、操作电流和消隐电流。当X射线管处于待机模式(准备好操作但不发射X射线)时，阴极灯丝保持

在允许快速加热到操作温度，但是当在阳极和阴极之间施加最高操作电压时不会导致热离子发射的温度。为X射线采集作好准备，首先，确定管电压和发射电流的所需设定值。根据这两个值，确定操作灯丝电流的设定点(根据灯丝磨损调整)。使用待机电流和操作电流之间的差来确定需要施加最大电流(提升电流)多长时间以使灯丝达到与操作电流下的平衡温度相对应的温度。在施加提升电流达所述时段之后，灯丝电流切换到操作电流。当前在没有调节的运行期间，灯丝电流将保持在操作水平，直到给出运行的最后一个脉冲。在该最后一个脉冲之后，灯丝电流在计算的时段内下降到消隐水平，以将灯丝冷却到与处于待机水平的灯丝电流的平衡温度相对应的温度，在此之后灯丝电流切换回待机水平。

当采集运行由两个或更多个X射线脉冲组成时，中间冷却器变得相关。它通过在脉冲之间执行消隐和提升来工作。通常，两个脉冲之间的暂停不够长，无法消隐到待机温度并提升回到操作温度，因此需要计算两个脉冲之间某处的点以在下一个脉冲开始之前何时从消隐切换到提升以回到操作温度。在脉冲期间，灯丝电流保持在操作水平，在此之后，灯丝电流再次下降到消隐水平。

如果在脉冲之间存在长的暂停，则可能发生脉冲暂停超过消隐到待机温度并再次提升回到操作温度所需的时间。在这种情况下，可以将灯丝电流从消隐电流切换到待机电流，然后及时地再次提升电流，以避免温度下降到待机温度以下。

在X射线管的示例中，消隐电流不为零，因为该电流也用于馈送管内部的电子电路。如果不需要，则在示例中，消隐电流被设置为零，即0A。

在选项中，消隐、提升和待机电流是固定值，但是它们会根据灯丝的磨损进行调整。操作电流被设置为在所使用的管电压下获得期望发射电流。

在示例中，消隐电流被视为第一灯丝电流，并且提升电流被视为第二灯丝电流。

术语“近似等于”是指电流值的最大+/-25％(例如最大+/-10％)的偏差。在示例中，提供了最大+/-5％的偏差。在另一示例中，第一空闲灯丝电流等于第一灯丝电流。

通过若干脉冲获得序列形式的若干图像也可以称为运行或图像运行。它们与称为脉冲荧光透视、电影或测试激发锁定多相的X射线技术相关联。

在该方法的示例中，在提供脉冲序列之前提供提升灯丝电流。加热灯丝电流可以等于第二灯丝电流。

在示例中，在图像序列及其预热开始之前提供待机电流。

持续时间是指第一灯丝电流的消隐时间和第二灯丝电流的提升时间。

注意，除了在运行之前和之后之外，还提供了在脉冲之间执行提升和消隐。

通过基于系统使用的现场数据执行磨损计算，与灯丝加热电流在运行期间保持恒定的情况相比，如果在脉冲之间执行消隐和提升，则可以估计每次运行的磨损减少。可以实现约35％的磨损减少。还可以预测磨损减少。这适用于使用脉冲系列并且阴极灯丝的损耗是故障模式的X射线系统。

在示例中(也参见图5)，提供例如具有7.5fps(每秒帧数)的帧速率的荧光透视成像运行。对于管电压，提供在90-100kV的范围内的值，其中电流范围为100-200mA，例如提供150-160mA的范围。作为示例，为运行提供4个脉冲。作为初始提升，对于持续150-300ms(例如250ms)的持续时间，提供5-10A之间(例如8A)的电流。对于300-500ms(例如400ms)的持续时间，确定3-8A(例如5-6A)的操作电流。此外，对于500-1000ms(例如800ms)的持续时间，提供具有1-2A(例如1.5A)的消隐电流。在脉冲之间，提供两种不同灯丝电流的消隐和提升方案。需要5-6A(例如5.4A)的操作电流。脉冲之间的暂停被设置为100-150ms(例如125ms)，具有1-5ms(例如3ms)的安全裕度。

合适的用途是X射线设备，即X射线管和X射线发生器，其中以脉冲模式而不是以连续模式生成X射线辐射。另一种合适的用途是适配表连续保持更新的X射线设备。

在固定系统的示例中，脉冲宽度(脉冲的持续时间)可以是约7ms。可以使用每秒15个脉冲(pps)的脉冲速率，但是也可以使用7.5pps，这使得脉冲之间的消隐和提升的应用更加有益。利用15pps和7ms脉冲宽度进行计算，在运行的每一秒中，只有15×7＝105ms被X射线填充～10％。脉冲的节拍为1/15～67ms。在该时间帧中，存在7ms脉冲，留下60ms给消隐和提升，以降低灯丝温度和相关

联的磨损。

消隐和提升曲线(如由消隐和提升表所表示的)不是对称的，并且可以使用四阶多项式来估计。使用X射线发生器的处理能力，可以找到虚拟灯丝加热电流，其中操作灯丝加热电流可以在可用时间(在这种情况下60ms)内沿着消隐曲线下降并沿着提升曲线爬升，以再次达到操作灯丝加热电流。在当达到该虚拟灯丝加热电流时的同时，X射线发生器应当从消隐切换到提升，并且在施加操作灯丝加热电流的脉冲期间再次回到所需温度。如果脉冲之间的暂停太长以至于虚拟灯丝加热电流等于或低于待机电流，则停止消隐，并施加待机电流，直到再次开始提升。

系统必须能够控制该算法的使用，因为如果例如使用可变脉冲速率(例如当脉冲与患者的心跳同步时)或如果设定点尚未稳定，则能够关闭该算法是有利的。

在示例中，在系统-发生器接口上，提供了完全启用或禁用发生器中的中间冷却器的通用接通/关断指令，作为在发生意外问题时完全关断中间冷却器的安全措施。

在另一示例中，每次运行将在所使用的EPX(为X射线运行是其一部分的程序优化系统的一组设置)中决定是否使用中间冷却器。例如，如果X射线脉冲与外部源同步，则关闭中间冷却器可能更好。当机构通常关闭时，该设置将被忽略。

如果发生器的指示器指示达到期望的设定点并且调整已经稳定，并且如果通用和EPX相关的中间冷却器开关都是“接通”，则中间冷却器可以启动。

在示例中，提供了一种用于控制根据以上示例之一的装置的计算机程序或程序单元，该程序或程序单元在由处理单元运行时适于执行以上方法示例之一的方法步骤。

在本发明的另一示例性实施例中，提供了一种计算机程序或计算机程序单元，其特征在于适于在适当系统上运行根据前述实施例中的一个所述方法的方法步骤。

因此，计算机程序单元可以被存储在计算机单元上或被分布在多于一个计算机单元上面，所述计算机单元也可以是本发明的实施例的部分。该计算单元可以适于执行或诱导上述方法的步骤的执行。此外，其可以适于操作上面描述的装置的部件。计算单元能够适于自动操作和/或适于执行用户的命令。计算机程序可以被加载到数据处理器的工作存储器中。因此，数据处理器可以被装备为执行本发明的方法。

本发明的各方面可以被实现在计算机程序产品中，该计算机程序产品可以是被计算机执行的存储在计算机可读存储设备上的计算机程序指令的集合。本发明的指令可以位于包括但不限于脚本、可解释程序、动态链接库(DLL)或Java类的任何可解释或可执行代码机制中。这些指令能够被提供作为完整可执行程序、部分可执行程序、作为针对现有程序的修改(例如更新)或针对现有程序的扩展(例如插件)。此外，本发明的处理的各部分可以被分布在多个计算机或处理器上。

如上所论，处理单元(例如控制器)实施控制方法。控制器能够利用软件和/或硬件以多种方式实施，以执行所需的各种功能。处理器是采用一个或多个微处理器的控制器的一个示例，所述一个或多个微处理器可以使用软件(例如，微代码)来编程以执行所需的各种功能。然而，控制器可以在采用或不采用处理器的情况下实施，并且还可以被实施为执行一些功能的专用硬件和执行其他功能的处理器(例如，一个或多个编程的微处理器和相关联的电路)的组合。

可以在本公开的各种实施例中采用的控制器部件的示例包括但不限于常规微处理器、专用集成电路(ASIC)和现场可编程门阵列(FPGA)。

本发明的该示例性实施例涵盖从最开始使用本发明的计算机程序和借助于更新将现有程序转变为使用本发明的程序的计算机程序两者。

此外，计算机程序单元可以能够提供所有必要步骤，以履行如上面描述的方法的示例性实施例的流程。

根据本发明的又一示例性实施例，提出了一种计算机可读介质，例如CD-ROM，其中，所述计算机可读介质具有被存储在其上的计算机程序单元，前述章节描述了所述计算机程序单元。计算机程序可以被存储和/或分布在适当的介质上，例如与其他硬件一起被提供或作为其他硬件的部分被提供的光学存储介质或固态介质，但是所述计算机程序也可以以其他形式分布，例如经由互联网或其他有线或无线通信系统分布。

然而，计算机程序也可以被提供在如万维网的网络上并且能够从这样的网络下载到数据处理器的工作存储器中。根据本发明的又一示例性实施例，提供一种用于令计算机程序单元可用于下载的介质，所述计算机程序单元被布置为执行根据本发明的前面描述的实施例中的一个的方法。

必须注意，参考不同主题描述了本发明的实施例。具体地，参考方法类型的权利要求描述了一些实施例，而参考设备类型的权利要求描述了其他实施例。然而，除非另有说明，本领域技术人员将从以上和以下描述中获悉，除属于一个类型的主题的特征的任何组合之外，涉及不同主题的特征之间的任何组合也被视为由本申请所公开。然而，所有特征能够组合在一起，从而提供的协同效果不仅仅是特征的简单总和。

尽管已经在附图和上述描述中详细图示并描述了本发明，但是这些图示和描述应被视为是说明或示例性的，而不是限制性的。本发明不限于所公开的实施例。本领域技术人员通过研究附图、公开内容和从属权利要求，在实践所请求保护的本发明时，能够理解并实现所公开的实施例的其他变型。

在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其他单元可以履行在权利要求中记载的若干项目的功能。尽管在互不相同的从属权利要求中记载了特定措施，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求书中的任何附图标记都不应被解释为对范围的限制。

Claims (12)

1.一种用于X射线管的发生器的脉冲操作的控制设备(10)，其特征在于，所述控制设备包括：

数据输入端(12)；以及

控制器(14)；

其中，所述数据输入端被配置为提供用于X射线成像运行的信号，所述X射线成像运行包括用于采集至少一幅X射线图像的多个X射线脉冲；

其中，所述控制器被配置为控制所述发生器提供灯丝电流以在所述X射线管的阴极的灯丝中生成热，以在X射线脉冲期间达到期望发射电流；

其中，所述发生器被配置为提供所述多个X射线脉冲，由此所述多个X射线脉冲中的每两个后续X射线脉冲在时间上被发射暂停分开，所述发射暂停至少包括第一部分和第二部分；

其中，所述控制器被配置为在所述两个后续X射线脉冲之间的所述发射暂停中调整所述灯丝电流，从而在所述暂停的所述第一部分内提供第一灯丝电流并且在所述暂停的所述第二部分内提供第二灯丝电流，所述第一灯丝电流低于所述第二灯丝电流。

2.根据权利要求1所述的控制设备，其中，所述控制器被配置为在X射线脉冲期间以操作水平提供所述灯丝电流，并且其中，所述第一灯丝电流低于所述操作水平，并且所述第二灯丝电流高于所述操作水平。

3.根据权利要求1或2所述的控制设备，其中，所述控制器被配置为控制所述发生器使得在所述多个X射线脉冲的后续脉冲之间的所述发射暂停的至少一部分期间重复地施加所述第一灯丝电流和所述第二灯丝电流结果。

4.根据权利要求1或2所述的控制设备，其中，所述控制器被配置为控制所述发生器使得所述第一部分的持续时间和所述第二部分的持续时间基于来自提升曲线的计算加权结果和来自消隐曲线的结果来确定，以检索给定脉冲暂停持续时间内的消隐时间和提升时间，同时在所述脉冲期间仍然达到操作灯丝温度。

5.根据权利要求4所述的控制设备，其中，所述控制器被配置为控制所述发生器使得根据查找表内插所述消隐曲线和所述提升曲线。

6.根据权利要求5所述的控制设备，其中，所述查找表基于检测到的所述灯丝的磨损来更新；和/或

其中，针对检测到的所述灯丝的磨损来校正来自所述查找表的结果。

7.根据权利要求1或2所述的控制设备，其中，为了以所述期望发射电流生成电子束以用于生成所述X射线脉冲，所述控制器被配置为控制所述发生器提供对应于所述X射线脉冲的多个电压脉冲。

8.根据权利要求1或2所述的控制设备，其中，所述控制器被配置为控制所述发生器使得在所述第二灯丝电流之后，在所述脉冲期间提供操作灯丝电流。

9.根据权利要求1或2所述的控制设备，其中，所述控制器被配置为控制所述发生器使得在提供脉冲序列之前提供加热灯丝电流；并且

其中，所述加热灯丝电流能够等于所述第二灯丝电流。

10.根据权利要求1或2所述的控制设备，其中，所述控制器被配置为控制所述发生器使得在所述暂停的所述第一部分期间的灯丝电流足以提供在整个所述暂停期间维持预定最小灯丝电流作为有效电流。

11.一种用于X射线管的脉冲电压供应的发生器(50)，其特征在于，所述发生器包括：

根据前述权利要求中任一项所述的控制设备(10)；

电力输入端(52)；

电力变压器装置(54)；以及

电力输出端(56)；

其中，所述电力输入端可连接到电源，所述电源被配置为提供用于操作所述X射线管的电能形式的输入；并且其中，所述电源连接到所述电力变压器装置；

其中，所述电力变压器装置被配置为将所述电力输入转换成用于所述X射线管的脉冲操作的DC高压和电流；

其中，所述电力输出端被配置为提供所述高压和所述电流；其中，所述电力输出端能连接到所述X射线管；以及

其中，所述控制设备被配置为控制所述发生器部件。

12.一种X射线成像系统(100)，其特征在于，所述X射线成像系统包括：

X射线管(102)，其用于生成X射线辐射；

根据权利要求1至10中任一项所述的控制设备(10)；以及

根据权利要求11所述的用于X射线管的电压和电流供应的发生器(50)；

其中，所述X射线管包括阳极和阴极；

其中，所述阴极包括用于朝向所述阳极发射至少一个电子束的至少一个阴极灯丝；以及

其中，所述控制设备通过控制所述发生器的所述电力变压器装置来控制所述阴极灯丝的脉冲操作。