专利名称：活性剂量减少的装置和方法
技术领域：
本发明涉及在X射线成像期间用于减少X射线活性剂量的装置和方法。更具体地，本发明涉及用于从至少某些X射线成像系统组件减少过量存储的能量的装置和方法，例如存储的电容性能量，以从成像系统减少X射线剂量。
背景技术：
在X射线成像期间，通过电子的形成产生X射线，该过程是通过从通常是钨丝的阴极进行热电子发射，并且在X射线管中的这些电子加速到达阳极，引起X射线的发射。从X射线管发射的X射线的强度由钨丝的电流和阳极与阴极之间所选的电压差来控制。所选的电压差通常为好几万千伏(kV)。
现有技术已知的X射线成像有不同的类型。一种X射线成像的类型通常是指射线照相成像，一般需要从X射线管发射高发射剂量并打算用于胶片成像。射线照相成像在照射时间的短期需要大量X射线辐射。X射线成像的另一种类型通常是指荧光透视成像，一般需要从X射线管发射低发射剂量，但照射时间的间期长。因此，荧光透视成像一般打算用于人体的“现场”电子监视。这已经做到了，例如，在医学治疗期间当医生将物体导入到人体，并且需要人体和该物体的连续图像以在该过程中将物体放入人体的适当位置时。
还使用了几个荧光透视成像的子方法。这些在某种情况下可以指连续(或CW)的荧光透视法，其要求X射线源在长时间内保持开启以提供人体的“现场”电子监视。
随着成像技术的改进，已经发现可检测到X射线的短荧光透视脉冲并在监视器上电子地保留，接着由下一个短荧光透视脉冲的后续新图像所替代。荧光透视成像的该子方法，有时是指脉冲荧光透视法，其具有从每秒几个脉冲到每秒30个脉冲的不同的脉冲。可以理解，脉冲荧光透视法在该速率下，在人体电子监视期间脉冲的间歇特性不是瞬时显现的，或者不能引起对图像的严重退化。
在荧光透视成像中，不考虑所用的特定方法和是否为连续的或脉冲的，从X射线管的发射和对应到管子的功率水平是低的。这就需要流过高压电路到达X射线管的电流也是低的。在这些种状态下，当电源，也可指发电机，在X射线照射终止时停止生成所选择的电压，则无论脉冲荧光透视法，连续荧光透视法还是射线成像，都会在成像系统的组件中留下大量的电荷容量。例如，系统可具有从发电机延伸到X射线管阴极的阴极电缆和从发电机延伸到X射线管阳极的阳极电缆。这些电缆组的长度一般50英尺以上到100英尺长。另外，可携带电流以及更重要的电压以产生X射线的足够的电容量的电缆组可在电缆组的芯和屏蔽层之间具有相对大的电容量，例如按每英尺约50皮法(pF)的数量级。对于50英尺到100英尺长的电缆，电缆组的电容量在每条电缆约2500皮法到5000皮法之间。使用该电容量和使用充电电容简单的能量公式可估计出屏蔽电缆的电容量，在50英尺的电缆中存储的能量可估计为E＝1/2CV2＝1/2(2500×10-12)×625002＝4.9焦耳此时电缆是50英尺而在终止点的电压是62.5kV。存储的电容能量将两倍于如果使用100英尺电缆的能量并且在阳极电缆中存储有相等的能量。
因为在荧光透视成像中X射线管通常被设置到用于最小限度的X射线产生量的低发射水平，X射线管既不会很快将高压电缆的电容能量放电，也不会很快将X射线系统的其它组件放电。接着荧光透视脉冲将展现可延长入下一个脉冲的X射线的“余辉”。例如此可在图1A的阴影区域2示出，其示出了在传统X射线成像系统中阳极电缆和阴极电缆之间的电势差。为了完备性，图1B和1C分别示出提供的阳极电缆和地，以及阴极电缆和地之间的电压差。
X射线的“余辉”因为几个原因是有害的。例如，X射线的“余辉”表示对患者额外的放射吸收剂量，同时增加了对患者邻近的其它人的X射线散射，包括医生和护士。另外，X射线的“余辉”还在X射线成像期间是有害的，因为它通常引起无用的额外检测辐射，或因为其逐渐缩小的波形特性可具有有害的成像值。这种效果导致增加照射时间从而增加所显示图像的移动赝象。
在过去已经使用的几个方法和装置都是为了消除或减少脉冲荧光透视波形“余辉”的作用。一种这样的方法是使用具有例如栅极(也被称作阴极杯)的第三元件的X射线管。通过在适当时间激发栅极来用栅极以关闭在高速的X射线。然而，栅极类型的管子在较高功率水平和较高电压时限制了射线照相的能力，以此限制了栅极类型X射线管，以使其比无栅极类型的管子有较低的电压。栅极类型X射线管另一个不足在于特定的管理机构要求将机械“挡板”加在X射线管口以防止如果栅偏压不起作用时将连续X射线暴露给患者和医护人员。另外，栅极类型X射线管的使用增加了整个X射线成像系统的操作成本，因为栅极类型管需要许多系统不能提供的第三条控制线，并且栅极类型X射线管的置换成本比无栅极类型的管子高很多。
已经考虑了其它用于消除这种“余辉”效果的方法。例如，Beland的美国专利No.5,056,125公开了一种系统，它具有一系列串联的三端双向可控硅开关元件并包括放电电阻和镇流电容。三端双向可控硅开关元件与从阳极高压电缆到地，以及从阴极高压电缆到地连接在一起。除了第一连接和第二连接用于支持或传导电流，三端双向可控硅开关还具有第三连接，叫门(gate)，用于触发开关。在串联三端双向可控硅开关中的门位于装置的高压部分并且由触发信号激发三端双向可控硅开关，该触发信号由装置的低压部分产生。虽然Beland装置相对运行良好，但它的不足在于需要时间延迟用于每个开关以激发在串联开关内的门。另外，对于要承受在电缆组与地之间电压差的多个开关，要增加电路来与每个开关的三个连接点连接。另外，Beland要求应有开关可以抑制来自阳极电缆和阴极电缆两者的功率，这需要大量开关并且还需要将从低电压部分发出的放电触发信号发送到阳极电缆和阴极电缆所连接的开关。
给电缆组放电的另一个装置是Sammon的美国专利No.5,077,770公开的。Sammon的装置利用氙管，或类似的高压闪光管，或具有可电离材料的另一个类型的装置。Sammon公开了一个氙管在阳极电缆和地之间连接以承受在阳极电缆和地之间的电压，而另一个氙管在阴极电缆和地之间连接以承受在阴极电缆和地之间的电压。Sammon公开了一种电压反馈线圈同时触发每个氙管，以电离氙管中的气体使氙管变为导电状态。虽然Sammon的装置相对较快，但它的缺点在于需要很昂贵的两个氙管周期地更换，并且随着时间和使用其体现出改变的特性。还有，需要相对大的电压以电离氙管中的气体，增加了运行的整个成本和热产生率。
发明内容
据此，本发明的目的是至少部分克服现有技术的缺点。另外，本发明的目的是提供在X射线成像期间减少X射线活性剂量的改进类型的装置和方法。
据此，在其方面之一中，本发明属于一种X射线成像系统，包括X射线管，当对其施加预选电压时产生用于X射线成像的X射线；电源，用于以预选电压给X射线管提供电能；电缆组，包括用于可操作地将电源与X射线管连接的阳极电缆和阴极电缆；多个电子单元，每个单元具有防止由于电流的流动而达到阈值电压的第一状态和允许电流流过的第二状态，所述单元可操作性地与X射线成像的至少一个部件连接，所述部件选自X射线管，电源和电缆组，以使在第一状态时所述多个单元防止电流流到地，并且在第一状态时允许电流流过至少一个部件，在第二状态时允许电流流过至少一个部件；过压电路，引起多个电子单元的至少第一单元超过阈值电压并使该单元从第一状态变到第二状态；以及其中在电源以预选电压给X射线管提供电能时，处于第一状态的单元防止电流流过至少一个部件，以及，在电源以预选电压给X射线管提供电能终止时，过压电路引起多个单元的至少第一单元从第一状态变到第二状态，同时引起后续单元从第一状态变到第二状态，以允许电流流过至少一个部件，以此减少X射线管产生的X射线。
在进一步的方面，本发明属于一种从X射线成像系统中减少X射线剂量的装置，所述装置包括多个电子单元，每个单元具有防止由于电流的流动而到达阈值电压的第一状态和允许电流流过的第二状态，所述多个电子单元可操作性地与X射线成像的至少一个部件连接，以使在多个单元的每个在第一状态时，加在多个单元两端之间的电压差不足以越过多个单元的任意一个的阈值电压；电压脉冲源用于产生足够幅度的电压脉冲以引起至少多个电子单元的第一单元超过阈值电压；其中基本与X射线照射终止同时，电压脉冲源引起至少多个单元的第一单元超过阈值电压，使第一单元从第一状态变到第二状态；以及其中第一单元从第一状态变到第二状态引起多个单元从第一状态变到第二状态，以允许在成像系统的至少一个部件中的存储能量释放到地，以此减少成像系统的X射线剂量。
还在进一步的方面，本发明属于一种在X射线成像期间减少X射线活性剂量的方法，所述方法包括通过电缆组施加预选电压，所述电缆组包括可操作地将电源与X射线管连接的阳极电缆和阴极电缆，所述预选电压足以引起X射线管产生用于X射线成像的X射线；在预选电压终止时，过压的多个单元的第一单元可操作地将电缆组的至少一个或X射线管连接到地，所述多个单元中的每个单元具防止由于电流的流动而达到阈值电压的第一状态和允许电流流过的第二状态；其中过压多个单元的第一单元引起余下的多个单元的每个单元变成过压，以此存储于X射线管中、阳极电缆、阴极电缆中至少一个的能量被释放至地，从而在预选电压终止时减少由X射线管产生的X射线。
据此，在本发明的一个方面，多个单元，每个单元具有防止电流流过的第一状态和第二状态，其中它们高度导通，可操作地放在地与成像系统的至少一个部件之间，以在X射线照射的终止帮助从X射线系统的部件到地释放存储的电容能量。这些单元可以从第一状态到第二状态变化或移动。可在单个单元实施过压，它通过施加电压脉冲以逼迫单元从第一状态到第二状态。接着该电压脉冲将施加到后续单元直到所有单元完成第一状态到第二状态的移动，以此允许到地电流的导通并释放在X射线系统中存储的能量。通过开始在单个单元施加电压脉冲，电压脉冲可具有低电压，增加了功效和安全性并降低了系统的成本。
应该理解单元从第一状态到第二状态移动时，加在保持第一状态的单元的电压简单升高，因为单元较小的数量必须承受成像系统选择的电压。因此，本发明的优点是一旦在第一状态的单元数量降低，就使加在保持第一状态的单元的电压超过用于过压单元的阈值电压，所有余下的单元将从第一状态变到第二状态。这可提供潜在地快速连锁效应，从过压初始单元或多个单元直到所有单元已经过压和变成导通。据此，这可导致从系统快速耗散存储的电子电容能量。另外，因为装置被设计为过压，所以它们不会被破坏，由于较小数量的单元保持在第一低导通状态并且承受同样电压，这提高了系统的可恢复性。
本发明的另一个优点是，在进一步的实施例中，如果流过单元的电流低于阈值电流，那么单元可以从高导通的第二状态返回到低导通的第一状态。这样，一旦从X射线成像系统的能量已经被消散，并且流过单元的最终电流低于阈值电流，那么所有单元从第二状态返回到低第一状态，将单元自动复位，用于X射线成像系统的X射线的下一个发射。这样，本发明的一个潜在优点是一旦单元移动到第二状态它可以自我熄灭和自我调节，它们可以处于第二状态直到成像系统的部件存在的能量可以在单元中引起超过阈值电流的电流。一旦成像系统的部件存储的能量消散到通过单元的电流低于阈值电流的点，单元改变状态从第二状态回到第一状态以准备下一个X射线成像。这个变化是自动完成的并很少控制。
本发明进一步的优点在于，因为由于单元中的固态部件的固有特性，从第二状态返回到低第一状态的转变基本上是自动执行的，所以控制电路被简化并且控制的可靠性增加。另外，控制电路的简化降低了所有的费用和装置的体积。
另外，应该理解低强度的X射线不足以进入被成像的患者体内。这样，即使加在X射线管的电压适度地降低可使对患者和医护人员的X射线剂量足够的降低。另外，多数X射线管具有附连的滤光器组件，以使适度低能量(kV)的X射线不足以穿透X射线管前的滤光器组件。尽管X射线的发射量是多个变量的函数，但是其特别是加在X射线管两端电压差的2.3次幂的函数。这样，降低加在管两端电压差可在X射线管的发射量上起主要作用。
因此，应该理解如果释放能量足够快，那么能量可通过只连接到X射线成像系统一个部件的单个装置来释放。例如，装置可以连接到X射线系统的阳极侧或阴极侧，但无需两个都连接。这样明显地降低了系统的总体费用，通过要求单个装置只将阳极侧连接到地或将阴极侧连接到地，但不是两个都连接。系统设置为只从X射线成像系统部分的一侧释放能量，因为能量消散的速度还因为一种理解，就是X射线管两端电压差在X射线产生中起到重要作用。
据此，在进一步的方面，本发明提供了一种X射线成像系统，具有阳极侧，其具有相对于地的正向电压，并具有阴极侧，其具有相对于地的负向电压，所述系统包括X射线管，该X射线管具有与阳极侧连接的阳极和与阴极侧连接的阴极，当电压差施加在阳极和阴极两端时，用于在X射线能量频谱内利用最高峰的能量水平产生X射线，当预选电压施加在阳极和阴极两端时，在X射线照射期间，所述X射线管在诊断能量范围内X射线；与X射线管关联的X射线滤光器滤除由X射线管产生的低于诊断能量范围的X射线。电源在X射线照射期间以预选电压给X射线管提供电能，以产生在诊断能量范围内的X射线；而活性剂量减少装置通过在X射线照射终止时允许电流流过阴极侧或阳极侧的一个，而且只一个来促进施加在阳极和阴极两端的电压差的减少，使得施加在阳极和阴极两端的电压差减少，引起最高峰的能量水平低于诊断能量范围；其中在X射线照射终止时，活性剂量减少装置允许电流流过阴极侧或阳极侧的一个，而且只一个来降低在阳极和阴极两端的电压差，以使X射线管产生X射线的最高峰的能量水平低于诊断能量范围并基本上由X射线滤光器滤除。
据此，在一个优选实施例中，只有将电源与X射线管的阴极相连的阴极电缆具有用于消散与其连接的电缆中存储的能量的装置，以减少对患者和在患者附近人员的X射线活性剂量。已经发现这种设置可足够快地通过阴极电缆将能量释放到X射线管上电压降低的程度，从而使由存储电能产生的X射线的相当部分由X射线管的滤光系统滤除，以此降低对患者的X射线活性剂量。
在一个实施例中，还发现只将阴极侧连接到地的好处的几个原因。例如，在典型的放射成像和荧光透视成像使用的X射线管通常包括在阴极杯中的细丝或有时叫做维纳尔电极(Wehnelt electrode)。阴极杯或维纳尔电极的一个目的是该电极可聚焦以在X射线管阳极方向形成窄的光束。不像普通的电子装置，例如阴极射线管，X射线管不能利用磁聚焦并因此阴极杯是X射线管优选的聚焦电子的方式。还已知X射线束投影的焦点的尺寸决定了图像的分辨率，它是在图像记录中减少半影效应实现的。为了实现这个，可使用0.3到0.6mm的焦点。这样，聚焦光束在确定图像分辨率中是十分重要的。
在荧光透视的情况下，保持细丝比在放射照相中低的功率水平。这样，在荧光透视的情况下的细丝通常不会被电子限制，这对于较高的大于100mA的X射线管电流会发生。这还叫做“空间电荷限制”。
由于空间电荷“云”很大程度受阴极电压的影响，并且因为空间电荷“云”通常形成确定X射线管动态焦点尺寸的电子束，因而优选的是将空间电荷云尽可能快地变为低电压，以使在X射线管阳极上的剩余电荷不能选择其尺寸。如果阴极处于某电势而不完全放电，当施加下一个X射线脉冲时，初始的电流将引起不希望的“焦点增长”。这样，如果只有X射线成像系统的一侧放电，那么通常优选的是阴极侧而不是阳极侧。
优选的熄灭阴极侧而不熄灭阳极的另一个应用是提供阴极聚焦偏压的能力。这优选的用于放大倍率的应用，其中正常投影光束是矩形投影。对于这种类型的应用，用100到150vdc偏压阴极以形成同侧光束，这样在光束宽度上减少了半影效应。ADR装置允许装配小的偏压源。
在另一个实施例中，ADR装置的应用熄灭阴极到地，允许ADR装置与三焦点X射线管接合。可将附加的灯丝变压器加在ADR装置上以在荧光照相术中提供微小聚焦点。这是熄灭阴极到地的优点，因为熄灭阳极通常不能做到这一点。
根据本发明的一个实施例，本发明进一步的优点是容易监测装置的活动。具体地，本发明的装置和方法导致其自身通过具有检测装置而简化监测，其检测流过单元的电流的存在。如果在不正确的时间检测到电流，可发出出错信号指示在X射线成像系统和/或活性剂量减少装置中发生了错误。出错信号的产生将引起电源对X射线成像系统停止供电。在优选实施例中，如果错误只位于活性剂量减少装置中，那么活性剂量减少装置可以从系统脱离以使成像系统依然可以使用，只是没有活性剂量减少装置的好处。
本发明进一步方面将通过阅读下面所示出的本发明和本发明优选实施例的附图简述和优选实施例详述变得更加明确。
在图中示出了
具体实施例方式图1A，1B和1C是根据在前技术的装置，没有活性剂量减少的情况下，分别示出阳极到阴极，阳极到地以及阴极到地的电压与时间的关系；图2是根据一个实施例的本发明的示意图；图3示出根据本发明实施例的活性剂量减少装置的示意图；图4A，4B，4C和4D分别示出在根据本发明实施例的活性剂量减少装置的正常运行期间，与时间相关的阳极到阴极电压，阳极到地电压，阴极到地电压以及放电命令；图5A和5B分别示出在根据本发明实施例的ADR电路和ADR装置的正常运行期间，阴极电压与时间以及电流与时间的关系；图5C和5D分别示出在ADR装置的异常运行操作期间，当高电压短路发生时，阴极电压和ADR电流；图5E和5F分别示出在ADR的异常运行操作期间，当在ADR不能给电缆放电时，阴极电压和ADR电流与时间的关系；图6示出根据本发明实施例，ADR装置用来检测错误的流程图；图7A和7B分别示出根据本发明实施例，当没有电缆放电发生时，放电命令总电压、阳极电压、阴极电压与时间的关系，每一分界线表示1毫秒(图7A)和10毫秒(图7B)；
图8A和8B分别示出根据本发明实施例，当没有电缆放电发生时，放电命令总电压、阳极电压和阴极电压与时间的关系，每个分界线表示1毫秒(图8A)和10毫秒(图8B)；图9A，9B和9C是用于根据本发明实施例的活性剂量减少装置的活性剂量减少电路更详细的示意图；图10示出根据进一步实施例的本发明的示意图。
具体实施例方式
本发明的优选实施例及其优点应参照所给附图理解。在所给的图形中，相同的数字用于表示附图中相同的和相应部件。
根据本发明的一个实施例，图2描述了一种成像系统，通常由标号10表示，此成像系统包括通常由标号40表示的活性剂量减少装置。如图2所示，成像系统10包括电源12，例如发电机，此电源用于以预选电压Vp给通常由标号14表示的X射线管供电。电源12通过与X射线管14的阳极16相连的阳极高压电缆20和与X射线管14的阴极18相连的高压阴极电缆30给X射线管14供电。因此，阳极高压电缆20和阴极高压电缆30代表共同将X射线管14的阳极16和阴极18与电源12相应的阳极输出和阴极输出端相连的电缆组。
在优选实施例中，X射线管14还包括如图2所示的滤光器15。滤光器15通常是置于X射线管14之前及X射线管14与患者之间的辐射吸收滤光器。在优选实施例中，X射线管14通常还包括控制X射线区域大小的准直器(未示出)。辐射吸收滤光器15通常置于准直器(未示出)之前或其中一部分。
阳极电缆20和阴极电缆30通常分别包括两根导线，其中一根接地用于屏蔽。虽然可使用电缆20，30中任何一个类型，但是在优选实施例中，电缆包括由Progency公司制造的EUREKA(商标)Pro-Flex高压电缆。众所周知，电缆可能有数万伏电压并因此通常被屏蔽。
而且，包括X射线管14和发电机12的整个系统10通常与公共地8连接。这样，阳极20将相对于公共地8有正电压，阴极30将相对于公共地8有负电压。成像系统10可能因此看作有通常由标号26表示的相对于公共地8有正电压的阳极侧和通常由标号38表示的相对于公共地8有负电压的阴极侧。这样，施加于X射线管14的预选电压Vp实际上将是由阳极电压电缆20施加于阳极16的正电压和由阴极电缆30施加于阴极18的负电压的叠加电压差。典型的，X射线管14将有50至80千伏的电压差。这将由相对于公共地8有25至40kV的正电压的阳极电缆20和与阴极18有-25至40kV负电压的阴极电缆30完成。
在操作过程中，电源12以预选电压Vp为X射线管14供电。当通过电缆组20，30由发电机12至X射线管14的阳极16和阴极18的预选电压Vp施加于其上时，X射线管14从而产生用于X射线成像的X射线。在特定X射线照射结束时，电源12将停止向X射线管供应预选电压Vp。当施加预选电压Vp时，阳极电缆20和阴极电缆30都有通常由标号22，32表示的电容，分别对应于公共地8。电容22，32表示包括电缆组20，30和其他组件，例如X射线管14和电源12的全部成像系统10储藏的电能。在电源12停止供应预选电压Vp后，因为包括电源12，电缆组20，30和X射线管14的整个成像系统10中储藏的电能，X射线管14可能仍然产生一些X射线，直至电容能量22，32释放完毕。
为了促进储存的电容能量释放，系统10优选地包括活性剂量降低(ADR)装置40以允许从成像系统10的至少一个部件至地8的电流流过，从而在电源12停止以预选电压Vp向X射线管14供电时减少X射线管14产生的X射线。该ADR装置40通常响应指示X射线照射结束的控制信号CS而触发。这样，在X射线照射结束时及在电源12终止向X射线管14供电后，该ADR装置40将允许电流从X射线系统10的至少一个部件流至地8。
众所周知，控制信号CS通常在每剂量的X射线照射剂量终止后施加。例如，在荧光透视成像过程中，控制信号CS可能每数秒发出一次直至每秒发出30个脉冲，这依荧光透视法的脉冲速率而定。类似的，在另一种X射线成像中，控制信号CS将在照射终止时发出，例如当电源12终止以预选电压Vp向X射线管14供电时，并且希望释放掉成像系统10中所储存的能量。
如图2所示，ADR减少装置40只需与成像系统10中至少一个部件相连，例如阳极高压电缆20，阴极高压电缆30，X射线管14，电源12，或成像系统10的另一部件。换言之，ADR装置40不必与成像系统10的阳极侧26及阴极侧38相连。更确切的，已经发现通过释放成像系统10阳极侧26或阴极侧38中储存的能量，X射线管14的阳极16和阴极18之间的电压将显著降低，导致X射线管14的辐射水平降低，从而降低作用在患者和操作人员上的X射线活性剂量。
更具体的，众所周知，因为X射线管14的X射线辐射是阳极16与阴极18间电压差函数，没有必要消除X射线管14的阳极侧26和阴极侧38上的电流，而是应通过以足够快的速度释放阳极侧26或阴极侧38上储存的能量，从而由于X射线管14两端的电压差下降，使X射线管14的X射线辐射降低。而且，已知虽然X射线辐射是多个变量的函数，但从X射线管14的X射线辐射主要是加在X射线管两端电压差的2.3次幂的函数。因此，降低施加于X射线管14的总电压，不管这是由于阳极16与地8和/或阴极18与地8之间的电压降低，都将导致阳极16与阴极18之间电压差的适当下降，从而使X射线辐射降低。
还应注意到，X射线管14的X射线辐射的适当下降足以减低患者承受的X射线剂量。这部分是由于降低至一定辐射水平之下的X射线不足以进入患者体内，也不会大量的散射到患者附近的其他人身上。因此，当成像系统10的阴极侧38和阳极侧26上连有ADR装置40时，不必释放来自阳极侧26和阴极侧38的电容性能量22，23。较合理的，单个ADR装置40可以设置在阴极侧38成像系统10的部件之一与地8之间或阳极侧26的成像系统10的部件之一与地8之间上。
如图2所示，在优选实施例中，成像系统10可能包括单个ADR装置40，该装置通过有效地将阴极电缆30与地8连接起来，实现阴极侧38与地的连接。不过，如果需要，第二个ADR装置40也可用来将系统10在阳极侧26的部件与地有效地连接起来。
根据优选实施例，图3描述了ADR装置40。如图3所示，在一个实施例中，ADR装置40包括若干电单元，它们全体用标号100表示。为了方便起见，这些电单元100可以单独标记，如第一单元101，第二单元102，直到第n个单元标为100n。
每个电单元100一般有第一状态，此状态防止由于电流的流动而达到阈值电压Vt，以及第二状态，此状态允许电流通过。如图3所示，多个单元100将X射线成像系统10的至少一个部件与地8有效地连接起来。如图3所示，多个电子单元100可以通过阴极电缆接头90有效地连接阴极电缆30与地8。然而，应该理解ADR装置40可以将成像系统10的其他任何部件，包括阳极16，阴极18，阳极电缆20，阴极电缆30或电源12，与地8连接起来。
电子单元100的数量以及在成像系统10的至少一个部件与地8之间的设置应优选如下，当多个单元100的每一个单元都处于第一状态时，成像系统10的至少一个部件与地8之间的电压差不足以超过多个单元100中任何一个单元100的阈值电压Vt。换言之，加在X射线成像系统10的至少一个部件与地8之间的电压将由多个电子单元100承担，并且不会超过任何一个电子单元100的阈值电压Vt，或者至少不会允许电流从成像系统10的至少一个部件流向地8。
只要能有效将成像系统10的至少一个部件与地8连接起来，多个单元100可以按各种方式和数量n来设置。在优选实施例中，多个单元100从成像系统10的至少一个部件和地8串联布置。进一步地，在优选实施例中，每一个单元100的阈值电压大约为1kV。在阴极电缆30与地8之间电压差最高可达75kV的情况下，至少需要串联75个单元100以承受此电压差。在通过审核的情况中，将至少需要充足的单元100以保证即使在出现潜在的125％最大电压时，也就是大约100kV时仍没有一个单元100会从第一状态转换至第二状态。在此情况中，将至少需要100个单元100。
仍如图3所示，ADR装置40最好包括过压电路，一般以标号145标示在图3中，用于产生足够大的电压以使多个单元100的至少第一单元，通常以标号101标示在图3中，超过阈值电压Vt。过压电路145可以是能够提供足够大的电压以使第一单元101超过阈值电压Vt的任何类型的电子设备。过电压电路最好包括电压脉冲源，一般以标号150标示在图3中，它产生足够持续时间和电压值的电压脉冲，从而使至少第一单元100过压。
众所周知，由电压脉冲源150产生的电压脉冲将与由预先选定的电压Vt产生的加在相应的单元100两端的电压相叠加。因此，电压脉冲源150产生的电压脉冲不必与阈值电压Vt相等，但由电压脉冲源150产生的电压脉冲当与由预选电压Vp而导致的第一单元101两端的电压相加时，至少足以超过阈值电压Vt。谨慎起见，在优选实施例中，由电压脉冲源150产生的电压脉冲超过第一单元101的阈值电压Vt的50％至200％，优选为100％。例如，在优选实施例中，第一单元101的阈值电压Vt大约为1kV，而电压脉冲源产生的电压脉冲大约为2kV。另外，最好电压脉冲源150可以维持电压脉冲Vpl一段时间，至少足够使所有单元100从第一状态转换至第二状态。例如，在优选实施例中，单元100将在大约20毫秒的时间内全部从第一状态转换至第二状态，而电压脉冲源150将产生持续至少60到100毫秒的电压脉冲。
一旦第一单元101从第一状态转换至第二状态时，第一单元101将导通，从而使成像系统10存储的能量施加于保持在第一状态的单元102至100n。而且，一旦第一单元从第一状态转换至第二状态，电压脉冲开始施加于第二单元102。第一单元101两端由于预选电压Vp而产生的电势与电压脉冲发生器150产生的电压脉冲结合，将导致第二单元102也从第一状态转换至第二状态。类似地，后续单元100接着从第一状态到第二状态。这样，第一单元101从第一状态至第二状态的转换将通过电压脉冲Vpl和由预选电压Vp导致的在相应的单元100两端的电势的组合施加而导致连锁效应。
随着处于第一状态的单元100数量的减少，其余保持第二状态的单元100两端的电压将升高。一旦保持第一状态的单元数量有充足的减少，那么预选电压Vp对保持在第一状态的单元100两端产生的电势将升高直至超过保持在第一状态的单元的阈值电压Vt，进而导致其余的单元100从第一状态转换至第二状态，允许电流从成像系统10的至少一个部件流过单元100至地8。这样，允许电流从成像系统10的至少一个部件流至地8，将减少成像系统10中储存的电容能量并减少由X射线管14产生的X射线。
一旦X射线成像系统10中存储的充足的能量释放后，通过多个单元的电流将降低至小于阈值电流It。一旦通过多个单元的电流降至阈值电流It以下，那么多个单元100可以从高度导通的第二状态转换至第一状态。这样，一旦足够的能量从成像系统10释放，那么继续通过多个单元100的电流将降至阈值电流It以下，从而导致多个单元100从高度导通的第二状态转换至不是高度导通的第一状态，其中只要电压保持在阈值电压Vt以下即可。于是，多个单元100将被重置，从而使多个单元100可以再次防止电流从至少一个部件流至地8。这将允许电源12再次以预选电压Vp给X射线管14供电，以产生用于后续成像的X射线。于是，单元100可以充分地从允许电流流通的第二状态转换回阻止电流流通的第一状态。
如图3所示，多个单元100优选的被设置为串联于阴极电缆30和地8之间。可以理解，多个单元100也可能设置为串联在阳极电缆20和地8之间。由于上面详细叙述的原因，应该理解，单个ADR装置40可以设置在阳极电缆20和地8之间，或者阴极电缆30和地8之间，但是它们不必要同时设置在阳极电缆20和地8之间以及阴极电缆30和地8之间。
如图3和图2所示，电压脉冲可以由电压脉冲源150响应控制信号CS而产生。控制信号CS可由成像系统10以及通常由电源12产生，但不一定来自电源12。控制信号CS指示最近的X射线照射剂量已经终止和电源12已经终止以预选电压Vp给X射线管14供电。
图9A示出根据优选实施例的两个单元100的电示意图。方便起见，图9A所示的单元100标为100m和100m-1并且它们是多个单元100的两个典型的单元100。多个单元100的所有单元100可具有同样的结构，除了第一单元101，其具有如图9B所示的不同结构。
如图9A所示，单元100可包括几个电过压器件910。电过压器件910优选地为两个中断器件并且可能包括硅控整流器。在优选实施例中，过压器件910是通常用标记Sm表示的Sidac器件。Sidac器件Sm通常为具有比标准双端交流开关元件更高的功率处理能力的硅双向电压触发器件。当施加超过Sidac击穿电压Vo的电压时，Sidac通过负阻抗区变为低导通状态电压。导通持续直至电流中断或降至器件的最小维持电流值以下。Sidac可包括特征玻璃钝化连接以保证粗糙和可靠的装置能够承受恶劣的工作环境。在本发明优选实施例中使用的一个Sidac器件由位于美国的Treccor公司制造。
因此，在优选实施例中，过压器件910具有与上述有关电单元100的相似特征。例如，Sidac Sm具有第一状态，在该状态下它们基本不导通，直到达到Sidac击穿电压Vo，当被超过击穿电压Vo过压时，将电转换为第二状态，此时它们高度导通。可以理解，每个单元都有至少一个、很可能两个或更多的过压器件910，使得单元100中过压器件910的击穿电压Vo的合成击穿电压将等于单元的阈值电压Vt。例如，图9A所示的典型单元100m具有4个过压器件910，这样图9A中单元100m的阈值电压Vt将等于四个Sidac，即SmA、SmB、SmC以及SmD的击穿电压Vo之和。在优选实施例中，过压器件910是由Treccor公司生产的零件号为K2500E70的Sidac，每个过压器件910的击穿电压约为250伏。在这种情况下，具有四个Sidac Sn的单元100的阈值电压Vt约为250伏的四倍，也就是大约1000V。
仍如图9A所示，单元100可包括二极管Dm，它被设计用以保证单元100m不会产生反向电压。在这种情况下，因为图9A中所示的多个单元100连接在成像系统10的阴极侧38上，所以ADR装置40将是一个负电势系统。在这种情况下，二极管Dm将防止单元100m变为正电势。可以理解，如果ADR装置40连接于阳极侧26上，单元100在阳极侧26的相应二极管(未示出)将防止单元100变为负电势。
图9A中所示的单元100m还包有电容Cm，它被设计用于保持由预选电压Vp产生的单元100两端的电势差。因此，每个单元100中的电容C都是设计用以保持由预选电压Vp产生的相应单元100m两端的电势差。这样，随着单元100相继从第一状态转换到第二状态，每个其它单元100中的电容Cm将基本保持由预选电压Vp产生的相应单元100两端的电势差。这有利于连锁效应，由此，过压电路145使第一单元从第一状态转换至第二状态将导致其它单元100中的每个单元相继地从第一状态转换至第二状态。因此，电容Cm不仅保持由预定电压产生的加在单元100m两端的电势差，还促使增加处于第一状态下的单元两端的电压以便于产生连锁效应，用电学方法使剩余的单元100从第一状态转换至第二状态。在优选实施例中，电容C存在于每一个单元100中，这样可以让电压脉冲发生器产生的电压脉冲Vpl更小和持续时间更短。
还应注意到单元包括大约10千欧的电阻Rm，将电容Cm与过压器件910隔开。相似的，另一个电阻Rm-1也把单元100m-1中的电容Cm-1与过压器件910隔开。可以理解，电阻Rm-1将被后面串联的单元100m-1共享。单元100m还有电阻网络组，以标号RNmA、RNmB、RNmC和RNmD标示。可以理解，当电压脉冲Vpl作用在任何特定单元100m上时，电阻Rm和电阻组RNm-1A到RNm-4D组成分压器，这样几乎所有电压加在电阻组RNmA到RNmD上，因此也就是加在过压器件SmA到SmD上。应该意识到，因为过压器件910和前面的单元100m-1已经转换到第二状态并因而变得高度导通，所以加在过压器件910两端的电压将叠加起来。因此，单元100m中过压器件910两端的电压是各电压的总和，也就是电容Cm两端电压加上电容Cm-1两端电压乘以Rm-1乘以电容常数CM-1再加上其他前面的单元一直加到还没有完全放电的第一单元101中的所有电容。这样，多个单元100中后面单元100两端的电压将随着更多的单元100转换到第二状态而累积得更大，直到这一过程导致在第一状态下的单元100转换至第二状态，这是由于预定电压Vp产生的电势差超过保持在第一状态下的单元的阈值电压Vt，该电势差超过任何情况下的阈值电压Vt。
图9B示出根据优选的实施例包括电压脉冲源150的过压电路145的示意图。图9B还示出多个单元100的第一单元101和第二单元102。如上所述，在优选的实施例中，除了第一单元101之外，所有单元100基本上相同。如图9B所示，第一单元101，虽然具有与其它单元100类似的结构，但它与过压电路145连接。响应命令信号Cs，过压电路145产生电压有效地引起在第一单元101中的过压器件S409，S410，S411和S412从第一状态变到第二状态。在优选的实施例中，过压电路145包括变换器T1，它具有12比1的比率，并可将150伏电压转换到约1800伏。接着将来自变换器T1的电压施加通过二极管D101至D109以及电阻R104至R109到电阻网络RN101A至RN101D的底层。电阻网络RN101A至RN101D与电阻R101形成分压器。因为电阻R101是10千欧姆与220千欧姆的电阻RN101A至RN101D比较，当电压脉冲源150产生电压脉冲时，几乎所有的电压将加在电阻网络RN101A至RN101D的两端，并因此跨在Sidac S409，S410，S411和S412的两端。还应注意到电容C103也在同样的方向被充电，在从电压脉冲源104发出脉冲时，这样这些电压叠加加在Sidac S409，S410，S411和S412的两端。这样，Sidac S409，S410，S411和S412将超越其击穿电压Vo并从第一状态变换到第二状态。
一旦Sidac S409至S412从第一状态变换到第二状态，它们将允许电流流过并主要扮演短路电路。这样，来自过压电路145的电压脉冲接着加在第二单元102的两端。具体地，现在看到的过压脉冲加在由电阻R102和电阻网络RN102A，RN102B，RN102C，RN102D组成的电阻分压器上，该电压将超过在第二单元102中的Sidac S405至S408的击穿电压Vo。这将对保持在第一状态的单元100引起连锁反应，如上对于单元100m和单元100m-1所述。
通过多个单元100的电流优选通过如图9B，图3和图9C所示的电流检测装置130，而且在下文将更全面地描述。
图4A，4B和4C分别示出在根据本发明实施例的活性剂量减少装置40的正常运行期间，与时间相关的阳极到阴极电压，阳极到地电压，阴极到地电压，其中活性剂量减少装置40连接在例如如图2所示的阴极侧38与地8之间。图4D示出从成像系统10并且通常是电源12发出的放电命令Cs，以启动活性剂量减少装置40，特别是过压电路145，其在优选实施例中是电压脉冲源150，以启动第一单元101的过压。
放电命令Cs之前，在阳极和阴极上的电压是正和负Vp/2，表示加在X射线管14的电压差为Vp。如图4C所示，一旦ADR装置40接到放电命令Cs，相对地8为负Vp/2的阴极18的电压开始快速下降。这将导致例如，一旦多个单元100从第一状态改变到第二状态，主要引起导通通道以允许电流从阴极侧38流到地8。应该注意相对地8的阳极侧26电压将以与上述图1B所示的衰减率类似的正常曲线衰减。这种情况是因为在该具体的实施例中，ADR装置40只连接在阴极侧38与地8之间而不是阳极侧26与地8之间。应该注意即使电压只是由单个ADR装置40从阴极侧38放电，阳极与阴极之间产生的电压差，如图4A所示，也会在照射终止后很快经历显著下降，也就是距放电命令Cs0.2到0.5mS，示出阴极侧38被放电。
该时间阶段以后，注意到图4A所示的曲线回到了图1A所示的正常衰减图形。然而，这发生在阳极侧26与阴极侧38之间的电压差充分下降以后，对应X射线管14的阳极16和阴极18之间的电压下降。如果这样，即使在0.5mS以后有相当稳定的延迟曲线，并直到阳极与地的电压下降到基本为0，因为该时间阶段时阳极侧26与阴极侧38之间的电压差已经充分下降，所以对患者的有效活性剂量，以及对邻近患者的其它人的X射线散射已经大大减少。这至少是因为X射线的产生是根据阳极14和阴极18之间的电压差的2.3次幂，而因此在电压差的任何快速下降将使X射线管14产生的X射线剂量显著下降。
此外，许多X射线管14在宽的能量频谱内产生X射线，该X射线在能量频谱内具有至少最高峰的能量水平。例如X射线管14产生用于诊断的X射线范围可以是10到120keV范围的任何位置。还有，在X射线管14中使用的材料由于其现有技术公知的原子结构而均具有特性频谱。例如，当在X射线管14中使用钨时，其具有其自身特殊的X射线频谱，即在55和80kVp之间具有两个特征最高峰。一般来说，射线成像中诊断能量的范围将约在45和150kVp之间。在荧光透视法中，诊断范围约在50和125kV之间。应该理解，具有低于该诊断能量范围的能量水平的X射线通常无助于X射线图像的形成，因此通常是无用的。
另外，应该理解X射线的患者吸收是进入患者的辐射的测量，但是作为光子能量不离开患者，这有助于检测器(未示出)形成X射线图像。该被吸收的X射线剂量是累积的并且可使患者处于危险。另外，操作者由于患者的X射线散射也可处于危险。
为了对患者减少不需要的剂量，使用X射线散射滤光器，例如滤光器15可如上所述和如图2所示放在X射线管14的前面。通常，滤光器15可以是任何类型的滤光器，其可滤掉一些或大多数X射线，这些X射线无助于X射线成像和/或在用于特定成像系统10和成像模式的有用的X射线能量水平的诊断能量范围之外。
在某些实施例中，滤光器15包括置于准直器(未示出)内或刚好置于准直器(未示出)外的铝和/或铜。滤光器15的使用减少了一些或大多数诊断能量范围之外的辐射，有时还叫做“软辐射”。然而，在X射线管14的kVp降低时，滤光器往往最为有效。通常低于50kVp，滤光器阻止或至少帮助降低低能量X射线的发射。由于典型的荧光透视法是在80kVp到125kVp，所以在荧光透视法中使用的X射线系统10的诊断能量范围通常在70kVp以上到120kVp。这样，能够将低能量射线的辐射减少到例如低于50kVp以下的滤光器15将有益于减少患者吸收、室内散射，并且还消除其它无论如何不能有效地产生图像的X射线的能量。进而，应该理解通过使X射线管14产生的X射线能量水平相对快速地降低，患者不需要的X射线剂量也会相应地显著降低，因为滤光器15将阻止或减少在诊断能量范围以下的低能量X射线的辐射，即使系统10依然存储仍然使X射线管14产生X射线的能量。这样，应该理解，使X射线管14的阳极16和阴极18之间的电压差相对快速降低，使得X射线管14产生X射线具有低能量范围，这将降低患者不需要的X射线剂量，并且比将X射线管产生X射线的连续降低至50kVp以下更有利。由于X射线管产生的X射线将具有能量频谱，优选地X射线管中的至少一个峰值能量水平在X射线照射结束之后相对快速地低于系统10的诊断能量范围并在滤光器15的滤光范围内。如上述图4A，4B和4C指出的，使阳极16和阴极18之间的电压差起初例如图4A，4B和4C所示快速降低0.2到0.5ms，这对降低患者剂量有显著效果。即使在一侧，例如阳极侧26衰减慢于阴极侧38的情况下也是如此，因为活性剂量减少装置40只连接在阴极侧38。换句话说，通过降低X射线管14的阳极16和阴极18之间的电压差，使X射线管14产生的X射线的峰值能量水平显著和快速地降低至诊断能量范围之下，并且优选地在滤光器15的滤光能力内，将显著降低患者剂量。
据此，通过在X射线系统10的至少一侧26，38放电，最终产生的X射线相当低，例如降低由X射线管14发射的X射线量，而且，X射线管14的滤光器15可更好地滤除较低能量的X射线，降低对患者的X射线剂量，即使系统10其它侧38，22不使用ADR装置40放电。然而，可以理解可连接ADR装置40以使成像系统10的阳极侧26和阴极侧38都放电。在这种情况下，在图4B所示的阳极与地的曲线将类似于在图4C所示的阴极与地的曲线。图4A所示的阳极与阴极的最终电压将是很直的线，带有从预选电压Vp很少或没有直接的延迟。
图8A和8B是一组波形图，每个波形示了放电命令(由曲线801指示)，X射线管14的阳极16和阴极18之间的总的kV电压差(由曲线802指示)，阳极kVs到地8(由曲线803指示)和阴极kVs到地8(由曲线804指示)。图8A以每个分界线1毫秒示出波形图(代表闭合)，对于图8B，以每个分界线10毫秒，图8A和8B分别示出使用如上所述的根据本发明优选实施例的ADR装置40的实验输出，其中单个ADR装置40只在阴极侧38与地8之间。
如图8A所示，一旦ADR装置40接到放电命令Cs，则阴极曲线804快速下降。相反，阳极曲线803示出与现有技术装置一致的很低衰减率，这在预料之中，因为在该实施例中没有ADR装置40与阳极侧26相连。然而，一旦接收了放电命令Cs(和曲线801)，那么导致的总电压差显示显著下降，表示阴极到地的电压下降(曲线804)，即使阳极到地的电压(曲线803)依然较高。
应该理解，曲线802，803和804是分别与图4A，4B和4C所示曲线一致的经验结果。图8A和8B还示出怎样只给成像系统10的一侧放电，在该优选实施例中为阴极侧38，使用单个ADR装置40足以降低加在阳极16和阴极18以及X射线管14的电压差，以降低对患者的X射线剂量，即使阳极侧26没有放电。如上所述，除了ADR装置40与阴极侧38相连，ADR装置40还可与阳极侧26相连，在这种情况下阳极曲线803与阴极曲线804可基本上是互换的。还应该理解装置10可包括两个ADR装置40，一个连接阳极侧26到地8，另一个连接阴极侧38到地8。在该实施例中，阳极和阴极曲线都具有由曲线804示出的形状。阳极和阴极之间的总电压差，由曲线802示出，可能会不一致，特别是在图8A的T点后。
通过比较，图7A和7B示出一组波形图，均表述关于时间的放电命令(曲线701)，阳极和阴极之间的总的kV差(曲线702)，阳极到地的电压(曲线703)和阴极到地的电压(曲线704)。图7A以每个分界线表示1毫秒示出波形图，图7B以每个分界线表示10毫秒示出波形图。图7A和7B示出该实施例，其中图2所示相同系统具有放电命令701，但没有ADR装置40运行。换句话说，图7A和7B示出现有技术系统，或图2所示系统，其中ADR装置40没有适当地运行。应该理解图2所示系统可选择地没有ADR装置40运行，例如如果ADR装置40出故障。这种情况下，系统10的放电特性类似于现有技术装置，这也在图7A和7B中示出。为了检测ADR装置40出的潜在故障，ADR装置40包括ADR电流检测装置，通常在图3中以标号130示出。
如图3所示，ADR检测装置130检测流过多个单元100的电流I的存在。如果电流I在错误的时间存在，则ADR检测装置130将产生出错信号Fs，其可以由成像系统10中的任何部件接收，但优选地由电源12接收。出错信号Fs的收到指示ADR装置40没有运行而成像将临时中止。选择性地，成像系统10的操作员可继续使用成像系统10，但没有ADR装置40。这种情况下，成像装置10的电压特性将不再如图8A和8B所示出现，而是如图7A和7B示出。系统10依然运行，但由于存储在成像装置10的能量释放的较慢，使得X射线剂量对应地升高。
根据本发明一个优选实施例，图6示出出错检测方框图，通常由标号600示出。如图6所示，ADR电流检测装置130在步骤610检测电流的存在。应该理解步骤610无需检测电流I的幅度，只是检测电流是否存在。为了表明电流I的存在可使用100mA的阈值，然而，可选择性地使用任何其它阈值。
响应于步骤620发出的放电控制信号Cs，放电周期被示为起始于步骤630，持续4到5毫秒的周期。在步骤670中，如果在放电周期之前存在ADR电流I，则其指示单元100已经不正确地从第一状态到第二状态，该状态在放电周期已经开始之前就允许电流流过。在步骤670中的指示“是”将导致在步骤680通过OR函数发出信号以停止发电机，也就是在步骤690中停止电源12。
在放电周期期间，由步骤640所示，应存在电流。然而，在放电周期期间，步骤640中没有电流存在的指示将导致在步骤680通过OR函数发出信号以停止电源12。应该理解，通过生成直接或间接发送至电源12的出错信号Fs，电源12在步骤690中将停止。据此，如图6的方框图所示，如果在放电周期开始之前存在ADR电流I(步骤670)，或，如果在放电周期期间不存在ADR电流I(步骤640)，那么将产生出错信号Fs。
图5A和5B示出情况1，ADR装置40的正常操作。具体地，图5A示出阴极电压相当快速的下降和几乎同时存在ADR电流I。这与ADR装置40的正常操作相一致。
图5C和5D示出情况2，ADR装置的异常操作，其中在错误的时间有ADR电流，由标号502标明。这与步骤670的“是”一致。如图5D所示，ADR电流I在放电周期之前将相当明显，因为电源12供电，接着将开始降低，这时图5C所示的阴极电压也降低。
图5A，5E和5F示出情况3，ADR装置的异常操作，其中ADR装置没有给成像系统10的至少一个部件放电，在这种情况是阴极电缆30。由标号505和虚线标明，也就是当放电周期开始时，在正确时间没有电流。这与步骤640所示在放电周期期间无电流存在的情况一致。
据此，图5C和5D示出情况2，ADR装置的异常操作，当在放电周期之前有ADR电流I时，对应于步骤670的“否”，而图5E和5F示出情况3，ADR装置的异常操作，在放电周期期间ADR装置没有给电缆放电时，对应于步骤640的“否”。图5A和5B示出情况1，ADR装置40的正常操作。
图9C示出ADR电流检测装置130的优选实施例。如图9C所示，来自多个单元100的电流I将流过电阻R129。优选地电阻R129具有4欧姆的阻值。接着电流I流到地8。电流I的存在将由二极管117，电阻R134，R129和晶体管Q3的组合检测，该晶体管Q3产生电流存在信号CPS，该信号由出错检测电路960跨过电阻R136和C136接收。出错检测电路960优选地还接收放电控制信号Cs，以确定何时放电周期启动。出错检测电路960实现如图6所示的出错检测方框图600，上述更详细地讨论了。还应该理解出错检测电路960为了实现出错检测方框图600可以由硬件和/或软件的任意组合实现。应该理解ADR电流I无需是来自所有单元100的所有电流，但应是来自多个单元100的至少一个单元100的电流。换句话说，ADR电流I只需是从成像系统10的至少一个部件到地8流过多个单元100的电流的一部分。这种情况至少因为出错检测电路960优选地只检测ADR电流I的存在而不是ADR电流I的值。
图10示出根据本发明一个优选实施例的替换实施例，其中活性剂量减少装置40不是连接成像系统10的一个部件到地8，而是可操作性地连接成像系统10的一个部件的阳极侧26到成像系统10的一个和/或另一个部件的阴极侧38。例如，如图10所示，活性剂量减少装置40连接阳极高电压电缆20到阴极高电压电缆30。在此方法中，接收到控制信号Cs时，活性剂量减少装置40中的单元100开始从第一状态到第二状态，以此允许电流从成像系统10的至少一个部件流过。然而，电流不是从成像系统10的部件流到地8，电流而是将从阳极侧26流到阴极侧38。应该理解活性剂量减少装置40还可以连接阴极侧38的任何部件到阳极侧26的任何部件。
如上所述，活性剂量减少装置40无需给系统10的所有储能22，32放电。更正确的，足够的能量可使加在X射线管14的阳极16和阴极18的电压差不足以产生显著的X射线，或者更优选地，不足以产生具有在X射线管14上任意滤光器15之上的峰值能量水平的X射线。
应该理解在图10所示的活性剂量减少装置40可以是为本目的所使用的任何类型的活性剂量减少装置40。在优选实施例中，活性剂量减少装置40包括将系统10的阳极侧26连接到阴极侧38的多个单元。在该优选实施例中，过压电路145优选地引起第一单元101从第一状态改变到第二状态，并且因此通过上述连锁效应使后面的单元100从第一状态改变至第二状态。主要差别是第一单元不与地8连接，但可以是第一单元与最近的阳极侧26或阴极侧38串联或在任意位置与单元100串联。过压电路145优选地引起电压脉冲，其从预定Vp增加相应单元100上的相应现有电压。在优选实施例中，一个在阳极侧26而一个在阴极侧38的两个过压电路145可一起工作，形成极性相反的电压脉冲，以从多个单元100的阳极侧26和阴极侧38引发连锁效应。
如上所述，在图10所示的活性剂量减少装置40还可包括ADR电流检测装置130，用于检测流过多个单元100的至少一个的电流I的存在。接着电流存在或没有将产生如上所述的出错信号FS。电流I可以是流过任何一个或所有单元100的电流。
应该理解X射线成像系统的活性剂量减少装置和方法可用于任何类型的X射线成像系统。具体地，虽然已经描述了对应用于人体上的成像系统的X射线成像系统，应该理解X射线成像系统可用于动物成像，例如在兽医科学中。另外，还应该理解，可以使用本发明的装置和方法的X射线成像系统还可包括用于没生命物体成像的X射线成像系统，例如建筑结构，复合材料和X射线成像有用的其它类型的目标。
另外，虽然针对诊断过程描述X射线成像，但是应该理解X射线成像不限于诊断过程。更正确的，本发明可用于其它处理包括对患者的治疗，例如无创手术和其它类型的治疗。
应该理解虽然针对包括具有Sidac S的单元100的活性剂量减少装置40限定了本发明，但是本发明不限于这种类型的装置40。更正确的，可使用具有这些特征的其它类型的活性剂量减少装置40，并且可用于仅从阳极侧26，更优选地仅从阴极侧38释放能量。
应该理解虽然本发明的各个特征已经对应本发明的一个或另一个实施例进行了描述，但是当本发明的各个特征和实施例可结合如在此所述和示出的本发明其它特征和实施例的组合使用。
虽然本公开已经描述和示出了本发明特定优选的实施例，应该理解本发明不限于这些具体的实施例。更正确的，本发明包括所有实施例，它们是在此所述和示出的特定实施例和特征的功能的，电的或机械的等效物。
权利要求
1.一种X射线成像系统，包括X射线管，当对其施加预选电压时产生用于X射线成像的X射线；电源，用于以预选电压给X射线管提供电能；电缆组，包括用于可操作地将电源与X射线管连接的阳极电缆和阴极电缆；多个电子单元，每个单元具有防止由于电流的流动而达到阈值电压的第一状态和允许电流流过的第二状态，所述单元可操作性地与X射线成像系统的至少一个部件连接，所述部件选自X射线管，电源和电缆组构成的组，以使在第一状态时所述多个单元防止电流流到地，并且在第一状态时允许电流流过至少一个部件，在第二状态时允许电流流过至少一个部件；过压电路，引起多个电子单元的至少第一单元超过阈值电压并从第一状态变到第二状态；以及其中在电源以预选电压给X射线管提供电能时，处于第一状态的单元防止电流流过至少一个部件，以及，在电源以预选电压给X射线管提供电能终止时，过压电路引起多个单元的至少第一单元从第一状态变到第二状态，这引起后续单元从第一状态变到第二状态，以允许电流流过至少一个部件，以此减少X射线管产生的X射线。
2.根据权利要求1的所述X射线成像系统，一旦通过多个单元的电流降低到阈值电流以下，则在多个单元的每个单元就从第二状态改变到第一状态；以及其中在X射线成像系统中存储的足够能量释放后，通过多个单元的电流降低到阈值电流以下，以引起多个单元从第二状态改变到第一状态，使得多个单元防止电流从至少一个部件流到地。
3.根据权利要求1的所述X射线成像系统，其中X射线系统的至少一个部件只是电缆组；以及其中所述多个单元通过可操作地将阳极电缆连接到地，或将阴极电缆连接到地，或将阳极电缆连接到地并将阴极电缆连接到地，可操作地将电缆组连接到地。
4.根据权利要求3的所述X射线成像系统，其中所述多个单元是串联排列在阳极电缆和地或阴极电缆和地之间，但不是既在阳极电缆到地又在阴极电缆到地之间。
5.根据权利要求1的所述X射线成像系统，其中第一单元从第一状态变为第二状态引起将多个单元的每个单元相继变到第二状态的连锁效应。
6.根据权利要求1的所述X射线成像系统，其中过压电路引起至少第一单元超过阈值电压并从第一状态变到第二状态以响应来自电源的指示预选电压终止的命令信号。
7.根据权利要求1的所述X射线成像系统，其中用于每个单元的阈值电压大约相等。
8.根据权利要求2的所述X射线成像系统，其中用于每个单元的阈值电压大约相等并且用于每个单元的阈值电流大约相等。
9.根据权利要求1的所述X射线成像系统，其中当单元在第一状态时，预选电压在相应的单元两端形成电压，并且，选择多个单元中单元数量和单元阈值电压，以使多个单元中每个单元的阈值电压超过在相应的单元两端由预选电压形成的电压；以及其中过压电路包括用于给第一单元选择性地提供电压脉冲的电压脉冲源，该电压脉冲与预选电压在第一单元两端形成的电压相加，电压脉冲具有足够幅度，在第一单元两端的电压和超过第一单元的阈值电压，导致第一单元从第一状态移动到第二状态，以此允许电流流过第一单元。
10.根据权利要求9的所述X射线成像系统，其中在第一单元从第一状态移动到第二状态后，在相应的单元两端由预选电压形成的电压升高；以及其中电压脉冲具有足够幅度，紧邻第一单元的单元的电压和超过它的阈值电压，导致紧邻第一单元的单元从第一状态移动到第二状态。
11.根据权利要求10的所述X射线成像系统，其中在多个单元的每个单元从第一状态移动到第二状态移动时，在保持第一状态的相应单元两端由预选电压形成的电压升高，直到在第一状态的相应单元两端由预选电压形成的电压超过保持第一状态的单元的阈值电压，并且允许电流从至少一个部件流过第二状态的单元到达地。
12.根据权利要求1的所述X射线成像系统，进一步包括用于检测X射线减少电流存在的出错电流检测装置，该X射线减少电流来自至少一个部件并通过多个单元的至少一个单元；其中如果在命令信号发出之前X射线减少电流存在，或在命令信号发出之后X射线减少电流不存在，那么出错电流检测装置发出出错信号以停止电源对X射线管的供电。
13.根据权利要求1的所述X射线成像系统，其中多个单元的每个单元包括至少一个过压器件，所述过压器件具有基本不导通的第一状态和高度导通的第二状态，其中当被过压超出预定阈值电压时，过压器件电子地从第一状态改变到第二状态。
14.根据权利要求13的所述X射线成像系统，其中每个过压器件只具有两个终端而其中每个单元包括一个或更多的过压器件。
15.根据权利要求13的所述X射线成像系统，其中两终端过压器件包括硅控整流器。
16.一种从X射线成像系统中减少X射线剂量的装置，所述装置包括多个电子单元，每个单元具有防止由于电流的流动达到阈值电压的第一状态和允许电流流过的第二状态，所述多个电子单元可操作性地与X射线成像系统的至少一个部件连接，以使当多个单元的每个在第一状态时，加在多个单元两端之间的电压差不足以超过多个单元的任意一个单元的阈值电压；电压脉冲源，用于产生足够幅度的电压脉冲以引起多个电子单元的至少第一单元超过阈值电压；其中基本与X射线照射终止同时，电压脉冲源引起多个单元的第一单元超过阈值电压，使第一单元从第一状态变到第二状态；以及其中第一单元从第一状态变到第二状态引起多个单元从第一状态变到第二状态，允许在成像系统的至少一个部件中的存储能量释放到地，以减少成像系统的X射线剂量。
17.根据权利要求16的所述从成像系统中减少X射线剂量的装置，其中第一单元从第一状态变为第二状态引起将多个单元的每个单元相继变到第二状态的连锁效应。
18.根据权利要求16的所述从成像系统中减少X射线剂量的装置，其中一旦通过多个单元的电流降低到阈值电流以下，多个单元中的每个单元就从第二状态改变到第一状态；以及其中在X射线成像系统中存储的足够能量释放后，通过多个单元的电流降低到阈值电流以下以引起多个单元从第二状态到第一状态，使得多个单元防止电流从至少一个部件流到地。
19.根据权利要求16的所述从成像系统中减少X射线剂量的装置，其中X射线系统具有阳极侧，其具有相对于地的正电压，并具有阴极侧，其具有相对于地的负电压；以及其中所述多个单元可操作地只将阴极侧与地连接或将阳极侧与地连接，或将阴极侧与阳极侧连接。
20.根据权利要求1的所述X射线成像系统，其中X射线系统具有阳极侧，其具有相对于地的正电压，并具有阴极侧，其具有相对于地的负电压；以及其中所述多个单元可操作地只将阴极侧与地连接或将阳极侧与地连接，或将阴极侧与阳极侧连接。
21.根据权利要求1的所述X射线成像系统，其中多个单元可操作地将X射线成像系统的至少一个部件的阳极侧与X射线成像系统的至少一个部件的阴极侧连接；以及其中在电源以预选电压给X射线管供电的同时，在第一状态的单元防止电流从至少一个部件的阴极侧流到至少一个部件的阳极侧，而且，在电源以预选电压给X射线管供电终止时，过压电路引起多个单元的至少第一单元从第一状态变到第二状态，这引起后续单元从第一状态变到第二状态，以允许电流从至少一个部件的阴极侧流到至少一个部件的阳极侧，以此减少由X射线管产生的X射线。
22.一种在X射线成像期间减少X射线活性剂量的方法，所述方法包括通过电缆组施加预选电压，所述电缆组包括可操作地将电源与X射线管连接的阳极电缆和阴极电缆，所述预选电压足以引起X射线管产生用于X射线成像的X射线；在预选电压终止时，过压多个单元的第一单元，可操作地将电缆组的至少一个或X射线管连接到地，在所述多个单元中的每个单元具有防止由于电流的流动而过压的第一状态和允许电流流过的第二状态；其中过压多个单元的第一单元引起余下的多个单元的每个单元变成过压，以此存储于X射线管、阳极电缆和阴极电缆的至少一个中的能量被释放至地，从而在预选电压终止时降低X射线管产生的X射线。
全文摘要
活性剂量辐射装置和方法减少在X射线照射终止以后由X射线管产生的X射线的剂量。X射线系统的一个部件与装置连接，该装置具有多个电子单元，并可过压，从很少导通的第一状态到高导通的第二状态。电压脉冲发生器在X射线照射终止时过压多个单元的第一单元。过压第一单元引起连锁效应，其最终过压所有单元并改变单元的状态，从很少导通的第一状态改变到高导通的第二状态。在高导通的第二状态中，单元导通电流从X射线系统的至少一个部件到地，以此在X射线照射完成以后减少由X射线管产生的X射线并减少成像系统的X射线的剂量。一旦流过单元的电流降低到阈值电流水平，多个单元自动回复到第一状态。多个单元只与X射线成像装置的阳极侧26或阴极侧38连接，以只从一侧到地释放能量，其导致加在X射线管两端的电压充分下降，以防止入射到患者的X射线的活性剂量产生。
文档编号G01R19/00GK101019471SQ200580027291
公开日2007年8月15日 申请日期2005年7月5日 优先权日2004年7月20日
发明者詹姆斯·艾伦·坎宁安, 彼得·弗朗西斯·奈伊史密斯 申请人:加拿大通信与动力工业公司