发明领域本发明涉及射线照相成像的领域，并且具体地，涉及用于减小从x射线电压发生器输出的高电压的下降时间的装置和方法。
背景技术：
x射线的发射可能需要能够根据系统提供高电压（诸如超过100kV的输出电压）的电源。这样的高电压的产生和控制需要专门设备并且对x射线系统设计强加许多要求，包括与个人安全、热耗散、设备外壳设计和安装以及对其它设备的电磁干扰有关的要求。因为所实现的能量级，这些系统的用户的一个考虑涉及成像设备的高效管理，包括在成像完成之后终止辐射发射。为了更好地理解x射线照相设备的设计者所面对的能量管理和控制的挑战，考虑x射线系统如何被给电以发射辐射并且系统在成像周期期间和之后可以如何被控制可能是有益的。例如，图1的示意图示出了用于对对象12（诸如牙齿患者）进行成像的x射线装置10的部件。发生器20是可驱动的，以提供横跨x射线管30的高电压输出22。附加的低电压输出24提供对x射线管30的灯丝34的加热，灯丝34进而加热阴极32。可变自偶变压器26经由高电压升压器21连接至高电压输出端22。可以经由可变操作员控制28和/或可变电阻29来控制可变变压器26，以使得能够调整适合于对象12所需的成像的类型的高电压输出22。降压器23被连接至电源开关15，并且连接至x射线管30的灯丝34以在开关15被接通时为其提供加热电流。图像检测器40（还被称为图像接收器）从x射线管30获得由发射的x射线11所产生的图像内容。在所示出的实施例中，检测器40可以是被暂时保持在牙齿患者的口内的牙片。在替换实施例中，例如，检测器40可以是片盒或数字成像接收器（DR）。图2的示意图示出了x射线管30的部件。来自图1的发生器20的高电压输出端22横跨阳极36和阴极32电性连接。由灯丝34加热的阴极32向阳极36发射电子流35。电子流35横跨通过使x射线管30中的阳极36和阴极32间隔开而形成的间隙行进。这个高能量电子流击打通常由钨制成的靶38，但是该靶38替代地由钼、适合的合金或其它高耐熔金属制成。靶38发射能够被指向对象12的致电离辐射43。x射线管30通常被装入在阻挡发射的x射线的铅外壳42内，但是x射线管30可以形成有窗口44，窗口44允许x射线43在期望方向上从x射线管30发射。为冷却目的，x射线管30可以是充油的。使用射线照相设备的成像技术人员被训练成遵循限制患者对辐射的暴露的惯例，其中，该辐射并不比获得适合的射线照相图像所需的辐射多。能够被控制的一个因素可以是x射线管30发射x射线辐射期间的时间间隔。暴露周期可在用于成像的充足辐射由x射线源发射且在检测器处接收之后被终止。然而，采用高电压部件，可能花费一些时间来减小在x射线管30处的能量，以切断其x射线发射。如图3中所示，x射线管电压曲线图60图示了诸如本文所公开的成像装置中的x射线发射启动和终止的典型定时。使用开关15可在时间t0处接通从电压发生器20施加于x射线管30的高电压。所产生的电压的上升时间可达到充足水平，在最大水平的大约75%处，以便在时间t1处实现x射线暴露。当用开关15断开电压发生器时，对象12的暴露可以在时间t2处完成。然而，所施加的电压的下降时间可能是可感知的，使得对象12的有效辐射暴露延长超过断开时间t2至时间t3。差（t3-t2）可被示出为补偿时间t'。辐射暴露有效地发生直到时间t3，在时间t3时，所施加的电压已下降至最大电压的大约75%以下。结果，对象12可能在从时间t1至时间t3而不是如所需要的从时间t1至时间t2的间隔期间被暴露。与需要的相比，这可能是由于所延长的从最大电压电平的下降时间导致的一个长的辐射暴露持续时间。图像对比度也可能被延长的暴露不利地影响到。这个时间延迟强加各种类型的应用的约束，诸如脉冲透视和使用按快速顺序拍摄的多个图像的其它成像模式。一般而言，可将总辐照时间测量为t1与t3之间的时间间隔。时间t1表示从高电压发生器到x射线管的输出电压已实现峰值的75%并且所发射的x射线对于有效x射线成像是充足的时间。时间t3表示到x射线管的输出电压下降至峰值的75%并且所发射的x射线被有效切断的时间。地区和国际标准（诸如国际标准IEC60601-2-7）对于诊断x射线发生器中的高电压发生器的安全给出特定要求，包括辐照时间的持续时间。如以上参考图3所提到的，实际辐照时间可以是t1与t3之间的时间间隔，即使高电压发生器可以在时间t2处断开。所延长的下降时间，特别是时间t2与时间t3之间的间隔影响暴露准则和成像特性这二者。在t2与t3之间的这个间隔期间发射的x射线有时被称为“软”x射线，并且具有可能太低以致不能用于成像但是增加患者的辐射剂量的能量级。此外，它们给x射线管的热负荷添加了过剩电流，这减小管的寿命。影响图3中所示的x射线管电压60的下降时间的一个因素是从高电压发生器20延伸到x射线管30的电缆内的固有电容。这些电缆的长度可以从大约9米到大约26米（m）变动，其中实际长度取决于所使用的特定设备。电缆可以包括编织铜线信号屏蔽层或护套。由电缆导体和屏蔽层形成的电缆的固有电容与电缆长度成比例。该电容的典型值可以是大约145pF/m（皮法每米）。例如，在使用了两根26m电缆（一个用来将阳极36和阴极32中的每一个连接至电压发生器20，其中屏蔽层接地）的情况下，阳极36与地之间的电容可以是大约3770pF。同一电容存在于阴极32与地之间。因为阳极和阴极以串联方式电性连接，所以阳极与阴极之间的电缆的总等效电容可以是大约1885pF。这可能电学上相当于将大电容器布置在电路中，并且对来自发生器20的输出电压22的开关响应特性有明显影响。因此，当断开电压发生器输出时，实际输出电压随着时间的推移而衰减，如图3中所示，其中信号的可察觉“尾部”如所示的那样。x射线的有效发射在截止时间t2与在时间t3处的75%功率电平之间继续。由于该电压衰减时间，对象患者可能在补偿时间间隔t'期间被暴露于附加的辐射剂量。此外，由于额外的暴露，基于输出电压的数据或其它计算的准确度可能受到影响。用于将暴露时间准确度维持在标准要求内的一个策略可以是在暴露软件算法中提前补偿电缆电容，从而对于在自动控制下的暴露将切断时间t2有效地移到较早时间。以这种方式，软件控制的切断缩短通电时间以便实现所期望的暴露。然而，这个方法可能是不准确的并且可能在一些限制性暴露参数处危害电压信号的准确度。而且，这个方法对于使用软件控制的系统可有效地工作，这可能不是所有x射线系统的情况。一直试图减小下降时间的一个方法是使用“消弧（crow-bar）”电路。消弧电路字面上在期望的切断时间处使x射线发生器的输出短路，从而更迅速地使与x射线发生器相关联的输出电容（包括从x射线发生器到x射线管的电缆的固有电容）放电。消弧电路可以是效率低的，因为它们将存储的能量作为热浪费掉，并且可能减小一些x射线发生器电子部件的有用寿命，因为与消弧电路的操作相关联的高峰瞬变对于高电流路径中的部件而言可能是破坏性的。因此，可以看到存在对于用来更迅速地减小作为常规x射线发生器的特性的高电压下降时间的装置和方法的需要。
技术实现要素：
本公开的目的在于促进射线照相成像的技术。有利地，本公开的实施例提供了帮助缩短射线照相成像应用中的高电压的下降时间的解决方案。这些目的仅通过说明性示例来给出，并且这样的目的可以是本发明的一个或多个实施例的示范性示例。由本发明固有地实现的其它所希望的目的和优点可以被本领域的技术人员想到或者对于本领域的技术人员而言变得显而易见。根据本公开的一个方面，提供了包括电压发生器的x射线成像装置，所述电压发生器可切换成在发生器被接通时连接横跨x射线源的x射线阳极和x射线阴极的激活电压，并且可切换成在所述激活电压被断开时断开所述激活电压。所述x射线源被配置为在所述激活电压被接通时发射致电离辐射，并且配置为在所述激活电压被断开时切断所述致电离辐射的发射。放电单元电性连接至x射线源并且包括用于在所述激活电压被断开时将所述阳极电性连接至所述阴极以对所述激活电压进行放电的放电电路。根据本公开的另一方面，提供了x射线成像装置，其包括具有配置为使电压发生器接通和断开的开关的电压发生器。x射线管电性连接至所述电压发生器，并且在所述电压发生器被接通时发射致电离辐射，以及在所述电压发生器被断开时切断所述致电离辐射。电性连接至所述x射线管并且电性连接至所述开关的放电单元包括用于在所述电压发生器被断开时将所述阳极电性连接至所述阴极的放电电路。根据本公开的另一方面，提供了用于x射线成像的方法，包括激活电压发生器，包括从所述电压发生器提供横跨x射线管的高电压并且通过所述x射线管来发射致电离辐射。放电电路以与所述x射线管并联的方式电性连接至所述电压发生器，并且在所述电压发生器被断开以及所述放电电路被给电时横跨所述放电电路短路所述x射线阳极和所述x射线阴极。对本发明的这个简要描述仅意在提供根据一个或多个说明性实施例的本文所公开的主题的简要概述，并且不用作解释权利要求或者限定或限制本发明的范围的指导，本发明的范围仅由所附权利要求来限定。这个简要描述被提供来以简化的形式引入下文在详细描述中进一步描述的构思的说明性选择。这个简要描述并非意在识别所主张的主题的关键特征或必要特征，它也不意在用作在确定所要求保护的主题的范围时的帮助。所主张的主题不限于解决在背景技术中所提到的任意或所有缺点的实现。例如，以上的概要描述不意在描述其元件为不可交换的个别单独的实施例。实际上，描述为与特定实施例有关的许多元件能够连同其它描述的实施例的元件一起被使用，并且可能可与其它描述的实施例的元件交换。在不脱离本发明精神的情况下，可以在本发明的范围内做出许多改变和修改，并且本发明包括所有这样的修改。下面的附图意在既不相对于相对尺寸、角度关系、相对位置或定时关系被绘制为任何精确比例，也不相对于需要的实施方式的表示、可交换性、或替代被绘制为任何组合的关系。附图说明可能已通过参考特定实施例以本发明的特征能够被理解的方式详细描述了本发明，特定实施例中的一些被图示在附图中。然而，应当注意，附图仅图示了本发明的特定实施例并且因此将不被认为限制其范围，因为本发明的范围包含其它等同有效的实施例。附图不一定按比例绘制，重点通常被放置在举例说明本发明的特定实施例的特征上。在附图中，同样的附图标记在所有各种视图中用来指示同样的部分。因此，为了进一步理解本发明，可参考以下详细描述连同附图一起阅读，附图中：图1示出了按照现有技术的具有x射线发生器的x射线成像装置的示意图；图2示出了按照现有技术的x射线管的示意图；图3是示出了按照现有技术的成像装置中的x射线启动和终止的电压波形的曲线图；图4是示出了根据本公开的实施例的使用放电单元的x射线装置的示意图；图5是示出了根据本公开的实施例的成像装置中的x射线启动和终止的改进的电压波形的曲线图；图6是示出了根据本公开的实施例的控制和电力信号定时的定时图；以及图7至图8是示出了根据本公开的替代实施例的使用放电单元的x射线装置的示意图。具体实施方式下文是参考附图对优选实施例的详细描述，其中，在若干附图的每一个中，相同的附图标记标识结构的相同元件。在使用其的情况下，除非另外说明，否则术语“第一”、“第二”等等不一定表示任何次序、顺序或优先级关系，而只是用来更清楚地使一个元件或一组元件与其它元件或其它组元件区分开。如本文所使用的，术语“能给电的”涉及在接收到电力时并且可选地在接收到使能信号时执行所指示的功能的设备或一组部件。例如，术语“可驱动的”具有它常规的意义，涉及也许能响应于刺激（诸如响应于电信号）而实现动作的设备或部件。在本公开的上下文中，术语“操作员”、“技术人员”以及“用户”被认为是等同的，指代操作x射线成像装置的人员。在本公开的上下文中，术语“非辐照的”指代在被给电时不发射可测量或可感知数量的致电离辐射的部件。如本公开中所使用的短语“以信号通信的方式”指示电性连接，两个或更多个设备和/或部件能够通过该电性连接共享在某种类型的信号路径上行进的一个或多个信号。信号通信可以是有线的或无线的。信号可以是可以沿着第一设备和/或部件与第二设备和/或部件之间的信号路径将信息、电力、和/或能量从第一设备和/或部件传送到第二设备和/或部件的通信、电力、数据或能量信号。信号路径可以包括第一设备和/或部件与第二设备和/或部件之间的物理、电气、磁、电磁、光学、有线和/或无线连接。信号路径还可以包括第一设备和/或部件与第二设备和/或部件之间的附加设备和/或部件。图4是示出了包括以上关于图1所描述的高电压发生器20的x射线成像装置10的示意图，其中出于清楚的目的，一些元件标识在图中未显示。放电单元50可以与电压发生器20间隔开并电性连接至其，以减少可能为常规x射线管30的特性的高电压下降时间。放电单元50电性跨接于来自x射线发生器20的高电压输出22。x射线发生器20可以是可驱动的，从而通过输出22提供横跨x射线管的高电压。放电单元50可以通过导电线22a和22b电性连接至高电压输出22。放电单元50可以是非辐照的并且可以具有真空放电管54，所述真空放电管54在其电负载特性方面可能与x射线管30稍微类似。也就是说，相对于通过高电压输出22所提供的电流，真空放电管54被配置为呈现与x射线管30相同的电气特性，但不产生可测量水平的x射线或其它致电离辐射。真空放电管54可以被配置为没有用于发射辐射的靶（例如，图2的38）。放电单元50的放电管54以并联方式电性连接至x射线管30。当x射线管30在操作中是活动时，可以禁用放电单元50使得放电管54呈现横跨线22a和线22b的高阻抗并且没有可感知的电流通过那里流入放电单元50。因此，放电单元50在x射线暴露期间对x射线管30的驱动电压基本上没有影响。当被成像的对象的暴露完成时，可以通过断开电源开关15来关闭x射线管30。为了在关闭时迅速地降低x射线管30的电压，放电信号46在电源开关15被断开时被从电源开关15发送到放电单元50中的放电控制电路48。放电信号46激活向与放电管54中的阴极52相邻的灯丝55给电的放电控制电路48。作为响应，放电管54接通并经由放电管阴极52和放电管阳极56横跨放电管54中的间隙将残余高电压从x射线管30的阴极32传导到x射线管阳极36。通过放电管54，这有效地使线22a到线22b短路，并使x射线管阳极36到x射线管阴极32短路并迅速地使横跨x射线管30的高电压下降以加快下降时间及迅速切断如本文所描述的“软”x射线的发射。横跨x射线管30的高电压的放电包括通过经由将如本文所说明的电压发生器20连接到x射线管30的电缆的电容所存储的电荷而产生的电流。例如，放电信号46能够替代地由x射线装置10的操作员来提供，或者可以由装置10响应于暴露完成的测量指示（诸如使用自动暴露控制电路）来提供。有利地，放电单元50允许如本文所描述的x射线管30的重复激活和去激活，诸如用于荧光镜成像或计算层析成像。放电管54可以使用或者装入用于冷却的绝缘油。例如，它可以包括用于油冷却剂的充油隔室（未示出），其设置成类似于在x射线管30中提供的那些。放电管54可以产生光和/或热，但是被配置为避免致电离辐射的产生。放电管54可以去除诸如x射线管30的靶38的靶，或者放电管54可以使用诸如不发射x射线辐射的非难熔金属的非钨靶材料58。此外，放电管54内的任何产生的束，与可以由x射线管30所提供的相比，具有更宽的焦点。这进一步防止致电离辐射的多余产生。然而，同时，真空放电管54呈现了具有与x射线管30的阻抗和负载特性类似的阻抗和负载特性的电负载。放电管阳极56可以是固定阳极或旋转阳极。放电管阳极56的旋转帮助在放电管54内散布热。能够单独地封装及安装放电单元50，使得它可以与x射线发生器20间隔开或者它可以与x射线发生器20集成在一起。有利地，放电单元50允许x射线管30的重复驱动，诸如用于荧光镜成像或计算层析成像。图5示出了与图3中所示的电压曲线类似的电压曲线，并且与图3的电压曲线60（虚线）相比，图示了使用放电单元50的减小下降时间70。这里，指示暴露周期的有效结束的时间t3'在时间t1之后比在图3中所示的常规情况下的时间t3更快出现。高电压信号的典型下降时间从几十毫秒（如由相当于（t3-t2）的图3中的时间间隔t'所指示的）改变为几毫秒，如由相当于（t3'-t2）的图5中的减小时间间隔t''所示。图6图示了根据本公开的实施例的控制信号与电力信号之间的定时关系的定时图。驱动信号62示出用于驱动x射线暴露的电源开关15（图4）的接通/断开状态。可以在时间t0处接通开关15。作为响应，x射线产生在时间t1处开始，如电压波形70中所示。可以在时间t2处断开开关15。放电信号46可在时间t2处发送，从而使放电管54（图4）像由放电管电压64所示出的那样被给电。x射线发射像由电压波形70所示出的那样和像以上参考图5所描述的那样在时间t3'处结束。放电管54可以在时间t4处被完全放电。采用图6中所示的定时，在时间间隔t''期间的附加暴露被从如图3中作为间隔t'所示的显著地减小。应该注意，x射线管30的完全放电在每个应用中可能不是需要的。例如，在电源开关15的下一驱动之前，可能足以允许x射线管30的部分放电。这仅在暴露持续时间的小妥协情况下，能够允许对于x射线管30的更快的开关响应。图7是示出了具有如以上关于图1所描述的高电压发生器20的x射线成像装置10的示意图，其中一些元件编号出于清楚的目的在图中未显示。放电单元80根据替换实施例电性连接到其以减小可能为常规x射线管30的特性的高电压下降时间。图8更详细地图示了放电单元80的电路连接。参考图7和图8，放电单元80电性跨接于来自x射线发生器20的高电压输出22。x射线发生器20也许是可驱动的，从而通过输出22提供横跨x射线管的高电压。放电单元80可以通过导电线22a和22b电性连接至高电压输出22。放电单元80可以包括两个或更多个充油腔。在所图示的图7的实施例中，腔82a-82c以串联的方式连接。在其它实施例中，放电单元80可以包括两个或更多个并联支路并且每个支路包括两个或更多个串联连接的腔。图8图示了放电单元可以被选择性地设计成包括不止三个充油腔82a-82e。在图7和图8中所示的实施例中，腔82a-82c和腔82a-82e是填充有绝缘油的单独球体。球体可以通过使用非导电绝缘条85将它们附连到放电单元80的结构而被支承。尽管以球体的形状示出，但是腔82a-c和腔82a-e可以包括其它形状。还可以提供其它合适类型的腔和油，包括具有多个中空腔的单个油通道。球体本身（或其它形状）可以由铜、金属合金或其它导电材料制成。如图8中所示，所述多个腔82a-e中的每一个包括小间隙。当间隙响应于由放电控制48所递送的高电压脉冲而处于击穿情况时，相应的腔以本文所描述的放电电流的电导体的形式工作。当间隙不处于击穿情况时，相应腔以电介质（绝缘体）的形式工作。通过使用多个腔82a-c或腔82a-e，防止了空气击穿，因为能够在腔82a-c或腔82a-e中（更具体地，在腔中填充的油中）共享线22a与线22b之间的高电压。在x射线暴露期间，不使能放电信号46并且不向腔82a-c或腔82a-e提供高电压脉冲，因此，腔与线22a和线22b断开并且没有可感知的电流流入放电单元80。腔82a-c和腔82a-e呈现由于绝缘油而导致的横跨线22a和线22b的高阻抗。放电单元80在x射线暴露期间对x射线管30的驱动电压基本上没有影响。当被成像的对象的暴露完成时，可以通过断开电源开关15来关闭x射线管30。为了在关闭时迅速地降低x射线管30的电压，放电信号46在电源开关15被断开时，被从电源开关15发送到放电单元80中的放电控制电路48。放电信号46激活可以与串联腔82a-c和腔82a-e中的每一个进行信号通信的放电控制电路48。响应于接收到放电信号46，放电控制电路48然后将数kV的高压电击穿脉冲提供给每个充油腔82a-c或腔82a-e。由于球体的导电特性高电压击穿脉冲足以在线22a与线22b之间通过充油腔中的每一个引起瞬时传导。这进而使线22a到线22b短路，并且通过充油腔使x射线管阳极36到x射线管阴极32短路，并且迅速地使跨越x射线管30的高电压下降以加快下降时间以及快速地切断如本文所描述的“软”x射线的发射。通过充油腔82a-c和腔82a-e的高电压放电包括通过经由如本文所说明的将电压发生器20连接到x射线管30的电缆的电容所存储的电荷而产生的电流。例如，放电信号46能够替代地由x射线装置10的操作员来提供，或者可以由装置10响应于暴露完成的测量指示（诸如使用自动暴露控制电路）来提供。有利地，放电单元80允许如本文所描述的x射线管30的重复激活和去激活，诸如用于荧光镜成像或计算层析成像。可以单独地封装以及安装放电单元80，使得它可以与x射线发生器20间隔开或者可以与x射线发生器20集成在一起。充油腔82a-c和充油腔82a-e中的绝缘油可以包括任何数量类型的适合的绝缘油，包括但不限于矿物油、纳米流体油、四脂肪酸季戊四醇酯以及天然合成酯类、硅基或氟化烃类或其它适合的油。可以根据可被使用的油类型来调整被提供的击穿脉冲。与以上参考图4中所示的放电单元50的实施例所描述的定时关系类似，图7的放电单元80的实施例类似于在图6的定时图中所示的。驱动信号62示出用于驱动x射线暴露的电源开关15（图4）的接通/断开状态。可以在时间t0处接通开关15。作为响应，在时间t1处开始x射线产生，如电压波形70中所示的那样。可以在时间t2处断开开关15。如先前所描述的，可以在时间t2处发送放电信号46，从而使放电控制电路48将击穿脉冲64输出到充油腔中的每一个。x射线发射像由电压波形70所示出的那样并且像以上参考图5所描述的那样在时间t3'处结束。x射线管30可以在时间t4处被完全放电。采用图6中所示的定时，在时间间隔t''期间的附加暴露被从如图3中间隔t'所示的附加暴露中显著地减小。应该注意，x射线管30的完全放电在每个应用中可能不是需要的。例如，在电源开关15的下一驱动之前，可能足以允许x射线管30的部分放电。这仅在暴露持续时间的小妥协情况下，能允许对于x射线管30的更快的开关响应。已经详细地描述了本发明，并且可能已特别参考适合的或目前优选的实施例描述了本发明，但是应当理解，能够在本发明的精神和范围内实现变化和修改。目前公开的实施例因此在所有方面被认为是说明性的，而非限制性的。本发明的范围由所附权利要求指示，并且落入其等同物的意义和范围内的所有改变旨在被包含在其中。