专利名称：紧凑型辐射发生器的制作方法
技术领域：
一般来说，本文所描述的主题涉及辐射发生器，并且更具体地说，涉及辐射发生器中使用的高电压罐组装件。
背景技术：
成像装置包括结合辐射发生器和辐射检测器的“C”臂。辐射发生器一般包括辐射源、配置成激励辐射源的高电压罐组装件以及电源电路。由于负责生成辐射源操作所需的高电压的高电压罐组装件代表辐射发生器总体尺寸的大部分，因此需要提供紧凑型高电压罐组装件。此外，高电压罐组装件包括电压整流器电路以及耦合到电压整流器的变压器组装件。电压整流器电路和变压器组装件处在辐射发生器的庞大模块之中。辐射源所需的高电压典型地使用连接部件、通过高电压罐组装件输送。但是，位于 屏蔽壳体外的高电压罐组装件与位于屏蔽壳体内的辐射源之间的连接部件笨重而昂贵。此夕卜，这种布置可能导致辐射泄漏。连接部件通常包含装在线缆内的导体。使用装在线缆内的导体使得辐射发生器宠大，与移动性不相客，而移动性正是诊断放射安装所期望的。另ー方面，当高电压罐组装件和辐射源一起装在屏蔽壳体内并且辐射源所需的高电压直接由高电压罐组装件输送时，辐射发生器仍有缺点，因为此单元的重量和体积大于包含的壳体仅含有辐射源的组装件。因此，需要提供紧凑型和高效率的设计以组装辐射发生器中使用的多种组件。
发明内容
本文解决上述缺陷、缺点和问题，这通过阅读并理解以下说明书将会理解。在一个实施例中，提供了包含封闭在屏蔽壳体中的X射线管和能够为X射线管供电的高电压罐组装件的辐射发生器。高电压罐组装件包括配置用于供给中间电压的变压器组装件以及耦合到变压器组装件的至少ー个电压整流器电路，电压整流器电路安装在屏蔽壳体内并配置用于输送高电压给X射线管。此外，电压整流器电路包括围绕X射线管放置的一系列环以提供电压的渐进増大。相应地，电压整流器电路包括使用多个连接器互相耦合的至少ー个环形第一印刷电路板和至少ー个环形第二印刷电路板。此外，第一印刷电路板和第二印刷电路板中的每ー个包含第一端子、第二端子、第三端子、第一端子与第二端子之间外部连接的ニ极管组装件以及第一端子与第三端子之间连接的电容器组装件。在另ー个实施例中，提供了用于辐射发生器的电压整流器电路。电压整流器电路包括使用多个连接器互相耦合的至少ー个环形第一印刷电路板和至少ー个环形第二印刷电路板。此外，第一印刷电路板和第二印刷电路板中的每ー个包含第一端子、第二端子、第三端子、第一端子与第二端子之间外部连接的ニ极管组装件以及第ニ端子与第三端子之间嵌入的电容器组装件。在又一个实施例中，提供了包含封闭在屏蔽壳体中的X射线管和能够为X射线管供电的高电压罐组装件的辐射发生器。高电压罐组装件包括配置用于供给中间电压的变压器组装件以及耦合到变压器组装件的至少ー个电压整流器电路。电压整流器电路安装在屏蔽壳体内并配置用于输送高电压给X射线管。此外，电压整流器电路包括围绕X射线管放置的一系列环以提供电压的渐进増大。相应地，电压整流器电路包括具有第一层和第二层的至少ー个环形印刷电路板，并且第一层和第二层中的每ー个包含第一端子、第二端子、第三端子、第一端子与第二端子之间外部连接的ニ极管组装件以及第一端子与第三端子之间连接的电容器组装件。
本文描述变化范围的系统和方法。除了发明内容中所述的方面和优点之外，通过參照附图以及參照以下具体描述，其它方面和优点将会显而易见。
图I示出福射发生器的示范实施例的示意图；图2示出图I所示的辐射发生器的详细视图；图3示出图I所示的辐射发生器的截面图的示意图；图4示出图I所示的辐射发生器的示范电路布局的示意图；图5示出电压整流器电路的基本块的示意图；图6示出电压整流器电路的示范实施例的示意图；以及图7示出电压整流器电路的另ー个示范实施例的示意图。
具体实施例方式在以下具体描述中，參照形成其一部分的附图，并且附图中通过图解说明的方式示出可实践的特定实施例。对这些实施例进行充分详细地描述，以使本领域技术人员能够实践实施例，并且要理解，可利用其它实施例，以及可进行逻辑的、机械的、电的和其它变更，而没有背离实施例的范围。因此，以下详细描述不应视为限制性的。配置成对对象成像的成像设备(例如，计算机断层摄影设备和X射线设备)包括辐射发生器、辐射检测器及数据获取系统。辐射发生器生成电磁辐射以向待扫描对象投射。电磁辐射包括X线、伽玛射线及其它高频电磁能量。入射到待扫描对象上的X射线被对象衰减。辐射检测器包含多个检测器元件，用于将衰减的X射线转换成电信号。这样形成的电信号称作投影数据。数据获取系统(DAS)对来自检测器元件的投影数据进行采样并将投影数据转换成数字信号供计算机处理。本发明涉及典型地用于例如但不限于便携式/移动X射线放射照相系统、中功率C型臂、骨密度測定系统和核医疗系统的应用中的高功率辐射发生器的设计布局和封装。图I示出辐射发生器100的一示范实施例。在图I所示的实施例中，辐射发生器100是X射线发生器并且辐射源是以常规方式电耦合到高电压罐组装件110以产生X射线的发射的X射线管105。X射线管105是常规设计并且由包含阴极120和阳极125的包壳表示。辐射发生器100进ー步包括耦合到高电压罐组装件110的电源电路(未示出)，配置成供应功率以驱动高电压罐组装件110。图2示出图I所示的辐射发生器100的详细正视图。与图I中的元件相同或对应的元件由相同的參考标号来表示，因此不需要重复描述而只讨论差异。
如图2中所示，能够为X射线管105供电的高电压罐组装件110包括配置用于供给中间电压的变压器组装件206以及耦合到变压器组装件206的至少ー个电压整流器电路204。在一个实施例中，电源电路(未示出)、变压器组装件206和电压整流器电路204跟X射线管105 —起装在屏蔽壳体202中。结合图3对此进行了说明，图3示出图I所示的辐射发生器100的详细侧视图。如图2和图3中所示，屏蔽壳体202经由支撑装置210连接到底板208并且使用外罩覆盖。注意，虽然未示出，但是辐射发生器100的屏蔽壳体202填充有冷却介质，例如绝缘油。从外部电源供应的电压经过电源电路(未示出)并且供应给变压器组装件206以生成中间电压。中间电压通过电压整流器电路204转换成高电压。高电压施加在X射线管105的阴极120与阳极125之间。这样，X射线管105由高电压驱动并发射X射线束到对象上，由此从穿过对象的X射线获得投影数据。用于在X射线管105处生成阳极电压的电压整流器电路204 (通常称作阳极倍増 器)与用于在X射线管105处生成阴极电压的电压整流器电路204(通常称作阴极倍増器)是单独的组件，它们互相独立操作。结合图4进ー步对此进行说明。电压整流器电路204包括具有低电压电位端和高电压电位端的多个串联连接的电压倍増-整流级。低电压电位端连接到变压器组装件206的次级绕组，而高电压电位端连接到X射线管105的电极120和125。图4示出包含五级电压整流器电路204的辐射发生器100的一个示范电路布局。电压整流器电路204包括围绕X射线管105两端放置的阴极倍増器402和阳极倍増器404。如图4所示，电压整流器电路204耦合到变压器组装件206。在一个实施例中，本发明更具体地描述了电压整流器电路204的一个或多个组件的放置，电压整流器电路204包括围绕辐射源放置的一系列环形印刷电路板以提供电压的渐进増大。相应地，电压整流器电路204包括使用多个连接器互相耦合的至少ー个环形第一印刷电路板和至少ー个环形第二印刷电路板。围绕辐射源(X射线管105)放置的环形电压整流器电路204使辐射发生器100紧凑且重量轻。高电压罐组装件110中的组件基于Cockcroft Walton倍增器电路图案布置。相应地，电压整流器电路204的ニ极管和电容器电耦合到围绕X射线管105放置的一系列环形印刷电路板中的ー个或多个，从而实现沿X射线管105长度的一致且对称的场分布。电组件之间的场应カ由此得以减小。图5示出包含至少ー个环形印刷电路板500的电压整流器电路204的基本块。在一个实施例中，每个环形印刷电路板500由互相等距定位的三个端子(第一端子502、第二端子504及第三端子506)分为三个区段。ニ极管组装件508安装在第一端子502与第二端子504之间，而电容器组装件510安装在第一端子502与第三端子506之间。ニ极管组装件508包括串行连接的多个ニ极管，而电容器组装件510包括印刷电路板500的至少ー部分。此外，每个环形印刷电路板500可包括多个电介质并且每个电介质可由至少ー个导电平面分隔。印刷电路板500中的传导平面可用作电极，而印刷电路板500中的电介质可用作形成电容的绝缘。此外，每个电容器组装件508可包括通过在印刷电路板500的多个层中添加电容形成的相应印刷电路板500的至少一部分。这样，如此形成的电容有助于有效包装高电压罐组装件110的多种组件。在一备选实施例中，电容器组装件510可以是市售电容器与印刷电路板500 —部分的组合。印刷电路板500在结合市售电容器使用时提供成本和空间的优化解决方案。在一个实施例中，为了利用单层并克服封装电压整流器电路204的组件的尺寸限制，ニ极管可选择为表面安装器件(SMD)。使用SMD的主要优点在于要形成电容器的每个印刷电路板500中的适当空间的可用性。每个ニ极管组装件508和电容器组装件510放置在印刷电路板500上使得它们各占据单一区段。在图5中，点502、504和506指示成120度角分隔的多个插脚。采用插脚将印刷电路板500耦合到后续印刷电路板。此外，电压整流器电路204中的每个印刷电路 板在构造上是对称的。对称设计有助于堆叠多个印刷电路板。结合图6和图7进ー步对此进行说明。电压整流器电路204可配置成起到电压倍増器电路或倍压器电路的作用。电压整流器电路204的每ー级包括两个ニ极管组装件和两个电容器组装件，例如第一级的Cl、Dl和C2、D2。在一个实施例中，电压整流器电路204配置成包括至少两个环形单层印刷电路板。相应地，在一个示范实施例中，图6示出包括十个单层环形印刷电路板(包括印刷电路板602、604、606、608及610)的五极电压整流器电路600。在包括一系列环形单层印刷电路板的电压整流器电路600中，电压整流器电路600的每ー级包括第一单层印刷电路板和第ニ单层印刷电路板。第一单层印刷电路板和第二单层印刷电路板的每ー个包括一个ニ极管组装件和ー个电容器组装件。在本文中，通过对后续环形印刷电路板执行约120度预定角度的成角度旋转，电压整流器电路600中的每个后续环形印刷电路板耦合到前面的环形电路板。相应地，在电压整流器电路600的第一级中，通过将第二环形印刷电路板604旋转约120度，将第二环形印刷电路板604耦合到第一环形印刷电路板602。类似地，第三环形印刷电路板606在耦合到第二环形印刷电路板604之前旋转约120度。此外，第四环形印刷电路板608在耦合到第三环形印刷电路板606以形成第二级之前旋转约120度。在这个实施例中，第一印刷电路板602的第一端子连接到第二印刷电路板604的第二端子，第一印刷电路板602的第三端子连接到第二印刷电路板604的第一端子，并且第一印刷电路板602的第二端子连接到第二印刷电路板604的第三端子。此外，第二印刷电路板604的第三端子连接到保持在地电位的点，并且第一印刷电路板602的第三端子连接到X射线管105。但是，技术人员会理解，电压整流器电路600的每ー级中多种端子之间的连接可改变以增强相应级的额定或可靠性，由此导致每ー级的性能增强。在另一个实施例中，如图7所不，电压整流器电路700包括一系列双层印刷电路板702、704、706、708及710，每ー个表示电压整流器电路700中的单个级。在这个实施例中，在对后续环形印刷电路板(例如，604)执行约240度的成角度旋转后，每个后续环形印刷电路板(604)耦合到前面的环形电路板(例如，602)。在另ー个实施例中，本发明公开了绝缘技术以促进辐射发生器100的尺寸减小。高电压罐组装件110采用混合绝缘方案，其中包括对折以执行辐射屏蔽的固体绝缘。固体绝缘一般包括铅和其他此类材料。在连续的印刷电路板之间插入固体绝缘层可加强一系列环形印刷电路板之间的绝缘。此外，将绝缘材料围绕X射线管105放置減少了绝缘所需的材料量并因此減少了高电压罐组装件110的整体重量。电压整流器电路204的这种组装与固体绝缘层一起浸入液体绝缘以提供两个连续高电压点之间的额外绝缘并还提高了热性能。液体绝缘典型地包括油。邻近放置的印刷电路板之间存在的区域为油循环提供了足够的空间，这有助于通过电对流现象从高电压罐组装件110散热。在又一个实施例中，本发明公开了辐射屏蔽技术以減少X射线管105中的辐射泄漏。该配置还提高了辐射发生器100的热性能。由于电压整流器电路204与X射线管105位于屏蔽壳体202内，因此电压整流器电路204的阳极线直接连接到X射线管105而不会引起任何辐射泄漏。这还提高了高电压罐组装件110的热性能，因为屏蔽壳体202没有方 便外部连接的开ロ，并且还因为辐射屏蔽技术不会阻挡液体循环。本文在本发明的多种实施例中描述了辐射发生器100的ー些优点。围绕X射线管105放置呈环形的电压整流器电路204导致沿X射线管105长度的逐级电压分布，并且由于其圆筒形状，它减少了辐射发生器100的整体体积和重量。本文多种实施例中描述的集成辐射发生器尺寸紧凑，重量轻且辐射泄漏減少，同时患者周转量更大。这在移动/便携式射线放射照相系统应用中是期望的。重量轻便于运输；福射泄漏减少免去了用于成像患者的特殊掩蔽室(screening room)的需要，由此便于在预防措施減少的非正式环境中进行辐射照射。増大的患者周转量指示更好的热性能，使得能更长时间地使用成像设备。在本发明多种实施例中，描述了用于辐射发生器的高电压罐组装件和使用高电压罐组装件的辐射发生器。但是，实例并非限制性的，而是可结合不同应用来实现。本发明的应用可延伸到其它领域，例如，医疗成像系统、エ业检验系统、安全扫描仪、粒子加速器等。本发明提供了设计电压整流器电路的广义概念，它可在类似电源系统中适用。该设计可进一歩延伸并以多种形式和规格来实现。本书面描述使用示例来公开包括最佳模式的本发明，以及还使本领域技术人员能制作和使用本发明。本发明可取得专利的范围由权利要求定义，且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果此类其它示例具有与权利要求字面语言无不同的结构要素，或者如果它们包括与权利要求字面语言无实质不同的等效结构要素，则它们规定为在权利要求的范围之内。
权利要求
1.一种福射发生器(100),包括 包含阴极(120)和阳极(125)的X射线管(105)，所述X射线管(105)封闭在屏蔽壳体(202)中； 能够为所述X射线管(105)供电的高电压罐组装件(110)，所述高电压罐组装件(110)包括 配置用于供给中间电压的变压器组装件(206)； 耦合到所述变压器组装件(206)的至少ー个电压整流器电路(204)，所述电压整流器电路(204)安装在所述屏蔽壳体(202)内并配置用于输送高电压给所述X射线管(105)； 其中所述电压整流器电路(204)包括围绕所述X射线管(105)放置的一系列环以提供电压的渐进増大，所述电压整流器电路(204)包括使用多个连接器互相耦合的至少ー个环形第一印刷电路板(602)和至少ー个环形第二印刷电路板￠04)，并且其中所述第一印刷电路板(602)和第二印刷电路板(604)中的姆ー个包括第一端子(502)、第二端子(504)、第三端子(506)、所述第一端子(502)与所述第二端子(504)之间外部连接的ニ极管组装件(508)以及所述第一端子(502)与所述第三端子(506)之间嵌入的电容器组装件(510)。
2.如权利要求I所述的辐射发生器(100)，其中，每个印刷电路板还包括多个电介质，每个电介质由至少ー个导电平面分隔。
3.如权利要求2所述的辐射发生器(100)，其中，所述ニ极管组装件(508)包括串行连接的多个ニ极管，并且所述电容器组装件(510)包括所述印刷电路板的至少一部分。
4.如权利要求I所述的辐射发生器(100)，其中，所述第一印刷电路板(602)的所述第一端子(502)连接到所述第二印刷电路板(604)的所述第二端子(504)，所述第一印刷电路板(602)的所述第三端子(506)连接到所述第二印刷电路板(604)的所述第一端子(502)，并且所述第一印刷电路板￠02)的所述第二端子(504)连接到所述第二印刷电路板(604)的所述第三端子(506)。
5.如权利要求4所述的辐射发生器(100)，其中，所述第二印刷电路板(604)的所述第三端子(506)连接到保持在地电位的点，并且所述第一印刷电路板￠02)的所述第三端子(506)连接到所述X射线管(105)。
6.如权利要求I所述的辐射发生器(100)，其中，所述高电压罐组装件(110)还包括在所述第一印刷电路板￠02)与所述第二印刷电路板(604)之间插入的第一绝缘介质。
7.如权利要求I所述的辐射发生器(100)，其中，所述高电压罐组装件(110)还包括覆盖所述第一印刷电路板(602)与所述第二印刷电路板(604)之间的至少一部分的第二绝缘介质。
8.如权利要求I所述的辐射发生器(100)，其中，所述电压整流器电路(204)配置成在电压倍増器电路或倍压器电路之一中使用。
9.一种用于辐射发生器(100)的电压整流器电路(204)，所述电压整流器电路(204)包括 使用多个连接器互相耦合的至少ー个环形第一印刷电路板(602)和至少ー个环形第ニ印刷电路板￠04)，并且其中所述第一印刷电路板(602)和第二印刷电路板(604)中的每ー个包括第一端子(502)、第二端子(504)、第三端子(506)、所述第一端子(502)与所述第ニ端子(504)之间外部连接的ニ极管组装件(508)以及所述第一端子(502)与所述第三端子(506)之间嵌入的电容器组装件(510)。
10. 一种福射发生器(100),包括 包含阴极(120)和阳极(125)的X射线管(105)，所述X射线管(105)封闭在屏蔽壳体(202)中； 能够为所述X射线管(105)供电的高电压罐组装件(110)，所述高电压罐组装件(110)包括 配置用于供给中间电压的变压器组装件(206)； 耦合到所述变压器组装件(206)的至少ー个电压整流器电路(204)，所述电压整流器电路(204)安装在所述屏蔽壳体(202)内并配置用于输送高电压给所述X射线管(105)； 其中所述电压整流器电路(204)包括围绕所述X射线管(105)放置的一系列环以提供电压的渐进増大，所述电压整流器电路(204)包括具有第一层和第二层的至少ー个环形印刷电路板，并且其中所述第一层和第二层中的每ー个包括第一端子(502)、第二端子(504)、第三端子(506)、所述第一端子(502)与所述第二端子(504)之间外部连接的ニ极管组装件(508)以及所述第一端子(502)与所述第三端子(506)之间嵌入的电容器组装件(510)。
全文摘要
本发明名称为“紧凑型辐射发生器”。在一个实施例中，提供了用于辐射发生器的电压整流器电路。电压整流器电路包括使用多个连接器互相耦合的至少一个环形第一印刷电路板和至少一个环形第二印刷电路板，并且其中第一印刷电路板和第二印刷电路板(500)中的每一个包括第一端子(502)、第二端子(504)、第三端子(506)、第一端子(502)与第二端子(504)之间外部连接的二极管组装件(508)以及第一端子(502)与第三端子(506)之间嵌入的电容器组装件(510)。
文档编号H05G1/10GK102740579SQ20121011498
公开日2012年10月17日 申请日期2012年4月12日 优先权日2011年4月15日
发明者N·库马, V·瓦迪维尔 申请人:通用电气公司