Разрядный модуль для высоковольтных рентгеновских трубок

Изобретение относится к рентгенотехнике. Разрядный модуль для высоковольтной рентгеновской трубки содержит три цепи: цепь управления рентгеновским излучением и измерением, цепь для распределения напряжения между несколькими последовательными ключами, которая изолирована от предыдущей, и третью цепь короткого замыкания, которая в свою очередь содержит последовательную или управляемую пусковую цепь ключей и другую основную разрядную цепь через ключи. Технический результат - повышение надежности контроля над излучением. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Задача настоящего изобретения

Задачей настоящего изобретения является создание разрядного модуля для высоковольтных рентгеновских трубок, который снижает мягкое рентгеновское излучение, вызванное остаточным разрядом фильтрующих емкостей и высоковольтных кабелей.

В обычной рентгеновской трубке рентгеновские лучи создаются генерированием электронов посредством термоэлектронной эмиссии из вольфрамовой нити (катода). Электроны движутся с ускорением к аноду (который может быть вращающимся для снижения влияния износа) для генерирования рентгеновских лучей. Интенсивность излучения трубки управляется током накала и разницей высоковольтного потенциала между анодом и катодом.

Точное управление электропитанием, которое подается к рентгеновской трубке, важно для обеспечения точного изображения для диагностических целей и для избежания ненужного воздействия на пациента радиации рентгеновских лучей, которые не дают изображения, пригодного для использования.

"Хвост" в форме исходящей волны подаваемой энергии вырабатывает нежелательное мягкое рентгеновское излучение, которое увеличивает дозу рентгеновского излучения, полученного пациентом, и не улучшает получаемое изображение. Таким образом, желательно получить источник высокого напряжения для рентгеновской трубки, который вырабатывает по существу волны прямоугольной формы без хвоста в виде нежелательного мягкого рентгеновского излучения.

Таким образом, объем настоящего изобретения ограничен высоковольтным генерирующим оборудованием для рентгеновских трубок и, в частности, разрядными модулями высоковольтного кабеля, который соединяет источник высокого напряжения с источником рентгеновского излучения.

Предпосылки создания настоящего изобретения

В настоящее время, разрядные модули напряжения, как известно, используются вместе с кабелями, которые соединяют источник высокого напряжения с источниками рентгеновского излучения, как описано в патенте США US 5056125 A.

Хотя указанный разрядный модуль частично достигает уменьшения остаточного разряда или мягкого рентгеновского излучения, он имеет несколько недостатков. С одной стороны, так как разрядные цепи напряжения и измерение мА не являются независимыми, контроль за излучением недостаточно точен, так как он подвержен воздействию непредвиденных внешних факторов, а с другой стороны, ток разряда тиристоров или симисторов, используемый для снижения мягкого рентгеновского излучения, ограничен током входа, который способен поддерживать указанные твердотельные ключи.

Еще одной сложностью, связанной с разрядным модулем по предыдущему изобретению, является тот факт, что анод и катод разряжаются способом, независимым от земли, таким образом, разряд зависит от заземления, и разряд не произойдет при отсутствии одного из указанных соединений разряда.

Из предыдущего уровня техники известен рентгеновский аппарат, подобный тому, что описан в US 2008089482, который содержит основной ключ, разработанный для устранения остаточной энергии, накапливаемой в емкостях этого рентгеновского аппарата.

Другие документы, описывающие рентгеновский аппарат, разработанный с учетом снижения токов остаточного заряда, раскрыты в JP 2007234497, EP 0297317, US 5056125, JP 10189286. Тем не менее, ни в одной из вышеперечисленных заявок не достигнуто полного снижения тока остаточного заряда, а также ни в одной из этих заявок не удалось достичь предотвращения циркуляции тока утечки, который появляется в высоковольтных ключах, по цепи измерения.

Таким образом, задача настоящего изобретения заключается в устранении вышеупомянутых недостатков благодаря разработке разрядного модуля, который снижает мягкое рентгеновское излучение, в котором ток разряда не ограничен током входа, который могут поддерживать твердотельные ключи, а также в котором разряд анода и катода выполняется более эффективным способом, и в котором ток разряда отделен от измерения мА, в соответствии с топологией цепи, раскрытой в первом пункте формулы изобретения.

Описание изобретения

Предлагаемый разрядный модуль для высоковольтных кабелей рентгеновских трубок характеризуется тем, что он содержит три независимые цепи.

С одной стороны, имеется цепь управления и цепь измерения тока для генерирования рентгеновского излучения, и с другой стороны, имеется разрядная цепь между ключами, расположенными последовательно, и токи утечки самих ключей, при этом цепь расположена независимо от измерения мА. Под термином "независимо" подразумевается, что токи утечки, вырабатываемые в разрядной цепи, не проходят через цепь управления и измерения. Наконец, имеется третья цепь, которая является цепью короткого замыкания заряда, образованного фактической рентгеновской трубкой и высоковольтными емкостями.

Цепь короткого замыкания заряда в свою очередь подразделяется на две независимые цепи, одна из которых - цепь отключения входа твердотельных ключей (тиристоров, симисторов и т.п.), которая образована последовательным расположением последовательных конденсаторов входа с последовательными сопротивлениями, эквивалент управляемому отключению последовательных тиристоров. Вторая основная разрядная цепь, которая образует часть цепи короткого замыкания, является основной разрядной цепью, образованной последовательным соединением сопротивлений разряда и последовательности серийных тиристоров.

По причине того, что основной ток разряда проходит непосредственно через фактические тиристоры, а не через входы тиристоров или их эквивалент, ток разряда не ограничен значениями тока входа тиристоров.

По причине того, что цепь управления и измерения и разрядная цепь являются независимыми, контроль над излучением является более точным из-за отсутствия помех, вызванных токами утечки, которые в свою очередь вызваны внешними факторами.

Наконец, по причине того, что происходит многоточечное отключение, снижается остаточный выброс тока ключей.

Описание чертежей

Данное описание дополняется набором схем для того, чтобы обеспечить лучшее понимание изобретения, проиллюстрировав самые значимые детали, при этом данные схемы никоим образом не ограничивают изобретение.

На фиг.1 изображен общий вид топологии предлагаемого разрядного модуля, показывающий его основные компоненты и цепи.

На фиг.2 изображено представление различных форм волн, вырабатываемых токами различных цепей.

На фиг.3 изображены подробности топологии цепи короткого замыкания цепи заряда.

Предпочтительный вариант осуществления изобретения

Предпочтительный вариант осуществления предлагаемого изобретения описывается в сочетании с приведенными выше фигурами.

На фиг.1 показана топология снижения мягкого рентгеновского излучения, вызванного остаточным разрядом фильтрующих емкостей и высоковольтных кабелей рентгеновской трубки (H.V.).

Указанная топология содержит три независимые цепи:

- Цепь (1), которая является цепью управления и измерения тока для выработки рентгеновского излучения и по которой циркулирует ток I_Rx, при этом ток проходит через два шунта (5), через диоды, через источники питания высокого напряжения (F.A.) и через саму рентгеновскую трубку (6).

- Цепь (2), которая является цепью деления напряжения между ключами (7), по которой циркулирует ток I_LK и которая независима от цепи измерения мА, при этом циркуляция тока утечки по цепи управления и измерения не допускается.

- Цепь (3), которая является цепью короткого замыкания заряда, образованного самой рентгеновской трубкой (6) и высоковольтными емкостями (8).

Благодаря описанным ранее топологии и структуре цепи (3) короткого замыкания, разряд анода и катода выполняется более эффективным способом, путем перехода от анода к катоду, но не от анода и катода к земле, как происходит в предыдущих устройствах известного уровня техники.

На фиг.2 изображены формы волны различных токов, циркулирующих в различных цепях. Таким образом, форма верхней волны является формой высоковольтной волны, при этом видно, что она имеет слегка наклоненную сторону разряда, которая, тем не менее, явно обрезана по отношению к стороне (4), представленной пунктирной линией, которая представляет форму волны, которая представляла бы напряжение в случае, если бы разрядная цепь вырабатывала излишнее мягкое рентгеновское излучение, то есть нежелательное излучение, поскольку оно не служит для получения изображения достаточного качества, и, тем не менее, подвергает пациента воздействию нежелательного излучения.

Следующая форма волны, представленная ниже, соответствует форме волны тока I_Rx, который циркулирует в рентгеновской трубке, который представляет форму волны, равную форме высоковольтной волны, и который также стремится снизить мягкое рентгеновское излучение, представленное пунктирной линией, до практически вертикальной стороны, представленной непрерывной линией.

Следующая форма волны соответствует форме волны тока, который проходит по цепи деления напряжения между ключами (7), которая представляет волну, имеющую идеально прямоугольную форму, и которая является независимой от тока I_Rx.

Наконец, последняя изображенная форма волны соответствует форме волны цепи короткого замыкания заряда, которая представляет левую сторону, соответствующую моменту закрытия ключей, и практически вертикальную правую сторону. Чем более вертикальной является правая сторона тока разряда, тем меньше вырабатывается мягкого рентгеновского излучения.

Наконец, на фиг.3 изображена подробная конфигурация цепи (3) короткого замыкания, на которой изображены различные ветви, но которая, тем не менее, при необходимости может охватывать различные ветви для того, чтобы получить напряжение, например, 75000 В, для чего в возможном варианте осуществления может понадобиться до 80 ветвей. Указанная цепь (3) короткого замыкания содержит две цепи:

- Цепь (3.1) отключения входов (С_G, R_G) ключей, которые в данном случае изображены как тиристоры, однако они могут быть любым типом ключей, которые выполняют функцию переключения. Первый из тиристоров (S₁) отключается посредством трансформатора (9), затем разряд соответствующего конденсатора С_G проходит через вход второго тиристора S₂, через который отключается второй тиристор, так что отпирается второй тиристор S₂, разряд соответствующего конденсатора С_G проходит через вход третьего тиристора и так далее, один за другим. Таким образом, выполняется управляемое отключение связанных тиристоров, то есть последовательное. Из-за того, что происходит многоточечное отключение, снижается остаточный выброс тока ключей.

- Вторая основная разрядная цепь (3.2) образована последовательностью R_D, S₁, S₂,…, S_N. Преимущество этой конфигурации заключается в том, что ток разряда не ограничен током входа ключей.

Изначальная сущность настоящего изобретения никоим образом не изменяется при изменении материалов, контуров, форм и расположения компонентов, описание которых никоим образом не является ограничивающим, но которое является достаточным для специалиста, чтобы воспроизвести изобретение.

1. Разрядный модуль для высоковольтных кабелей рентгеновских трубок, содержащий три цепи:
- цепь управления (1) и измерения I_Rx, в которой ток циркулирует по измерительным устройствам и вырабатывает рентгеновские лучи, где цепь управления содержит два шунта (5), два диода, два источника питания высокого напряжения (F.A.) и саму рентгеновскую трубку (6), соединенные последовательно,
- цепь (2), которая является цепью деления напряжения, содержащая два набора ключей (7), соединенных с диодом,
- цепь (3), содержащая последовательно соединенные высоковольтные емкости (8), и где цепь (3) является цепью короткого замыкания заряда, образованного рентгеновской трубкой (6),
отличающийся тем, что цепь (2), по которой циркулирует ток утечки I_LK, независима от цепи управления и измерения тока.

2. Разрядный модуль для высоковольтных рентгеновских трубок по п.1, отличающийся тем, что цепь (3) короткого замыкания цепи заряда образована двумя цепями:
- первой цепью, содержащей несколько цепей (3.1) отключения с входами (C_G, R_G) каждого ключа S₁, S₂, …, S_N, где цепи отключения последовательно соединены через ключи S₁, S₂, …, S_N,
- второй цепью, которая является основной разрядной цепью (3.2), образованной последовательным соединением R_D, S₁, S₂, …, S_N.

3. Разрядный модуль для высоковольтных кабелей рентгеновских трубок по п.2, отличающийся тем, что ключи являются твердотельными ключами такими, как тиристоры, симисторы и т.п.