像系统的示意框图。
[0030]图13是可与其结合实现各个实施例的X射线成像系统的示意框图。
[0031]图14是可编程和/或配置成操作例如图12A、B并且还可用来实现结合本公开的各个实施例所述的某些过程的示范计算装置。
[0032]图15是具有延长上升和下降时间的X射线管电压的时序图。
[0033]图16是对图6的简化电路示意图的变化。
[0034]图17A示出谐振电路中的高到低电压转变(“下降”)期间的电流方向。
[0035]图17B示出谐振电路中的低到高电压转变期间的电流方向。
[0036]图18A示出图16的电路图中的第一变化。
[0037]图18B示出图16的电路图中的第二变化。
[0038]图18C示出图16的电路图中的第三变化。
[0039]图19A示出在没有应用某些实施例的情况下的上升和下降电压的电流。图19B示出具有应用某些实施例的上升和下降电压的电流。
[0040]图20示出与图18B的能量操纵电路关联的示范波形。
【具体实施方式】
[0041]在示范实施例中，X射线成像系统、例如CT系统可在高与低电压之间进行切换，以发射具有与X射线管不同的平均频率的光子。具有不同密度(例如不同器官)的对象可通过探测具有不同平均频率的光子来更准确成像。探测器和X射线管应当同步，使得与探测器关联的控制逻辑配置成在低频光子被发射时接收低频光子，并且配置成在高频光子被发射时接收高频光子。然而，X射线管行为的延迟可引起电压的更长上升和下降时间。探测器可相应地在寻求探测较低频率光子时接收较高频率光子以及在寻求探测较高频率光子时接收较低频率光子。本文中统称为“非理想性”的损耗、滞后周期和泄漏电流可引起不合需要的上升和下降时间。这些效应在低电流可能特别显著。相应地，当前实施例考虑促进更有效电压上升和下降时间的电路，以改进发射和探测同步。具体来说，各个实施例考虑针对从一个电容器去除能量并且将能量返回给“电压源”或者将所去除能量耗散到电阻器中的电路。
[0042]电力系统概述
通过结合附图进行阅读，将会更好地理解以上概述以及某些实施例的以下详细描述。如本文所使用的、以单数形式所述并且具有数量词“一”或“一个”的元件或步骤应当被理解为并不排除多个所述元件或步骤的情况，除非明确说明这种排除情况。此外，提到“一个实施例”并不是要被解释为排除也结合了所述特征的附加实施例的存在。此外，除非另加相反的明确说明，否则，实施例“包括”或“具有”具有特定性质的元件或者多个元件可包括没有那种性质的附加元件。
[0043]本文中，在包括特定成像系统、例如“第三代”计算机断层扫描(CT)系统(例如64层面CT系统)的特定操作环境中描述各个实施例。本领域的技术人员应当理解，本发明的实施例同样可适用于与其他配置和系统、例如行李筛选系统配合使用。此外，实施例可适用于X射线射线照相成像系统以及X射线层析X射线照相组合成像系统。另外，将针对X射线的探测和转换来描述本发明的实施例。但是，本领域的技术人员还会理解，本发明的实施例同样可适用于其他高频电磁能量的探测和转换。另外，X射线管和探测器描述成围绕被成像对象旋转，但是也考虑探测器和X射线源保持为固定而对象被旋转的备选配置，例如用于工业无损测试目的。因此，虽然在CT系统的上下文中论述，但是各个实施例也可适用于在其他医疗和工业射线照相应用中使用的投影X射线成像。
[0044]虽然为了便于说明，本文所述的许多示例将电路结构呈现为它们适用于内插器结构，但是将会知道，这只是为了便于说明，并且能量去除的相同概念能够适用于使用能量回收结构、例如图6所示结构的任何位置。也就是说，在图6中的结构用作单个单元、用作重复N次的模块或者只用作较大电气系统的一部分的情况下，能够使用所公开概念。
[0045]各个实施例提供一种开关架构，其中包括有源谐振内插器电路，其配置成在第一电压电平与第二电压电平之间进行切换或者帮助切换。例如，各个实施例在扫描积分周期期间提供发生器所施加的低千伏(kv)电平与具有稳定电压的高kV电平之间的切换。内插器电路提供具有能量回收的谐振切换，使得产生于到高kV电平的转变的能量在返回到低kV电平时被储存，然后在从低kV转到高kV电平时再次使用并且再循环。另外，各个实施例能够提供具有可变频率和占空比的电压波形，包括恒定高或低电压电平。通过实施各个实施例，可实现第一电压电平与第二电压电平(例如高和低电压电平)之间的快速切换。实施例实现所施加X射线谱的平均能量中的改进分离，由此改进被扫描对象的材料分解和有效原子数估计。另外，各个实施例可在待切换电压极大(例如从60 kV至200 kV或以上)、对地的寄生电容也极大或者负载所需的能量较小的系统中实现，正如对于利用固定阳极X射线管技术的工业检查系统的情况。另外，由于谐振转变，所述实施例可降低电磁干扰(EMI)。
[0046]如图1所示，一个实施例中的开关架构包括有源谐振内插器电路20(以下称作内插器电路20)，其连接到电压源22(例如高压发生器)和X射线管26。可配置为有源谐振模块的内插器电路20包括(一个或多个)谐振开关组件24，其促进从电压源22所生成并且施加到X射线管26的电压的切换。例如，在操作中，具有开关组件24的内插器电路20在谐振期间提供高kV电平(例如140 kV)与低kV电平(例如80 kV)之间的切换。但是，应当注意，可提供其他高和低电压电平，并且各个实施例并不局限于特定电压电平。作为另一个示例，高kV电平的范围能够从数十kV(例如对乳房X射线照相术的~30 kV)至数百kV(例如，对工业检查应用的~450 kV)o在电压电平能量之间进行切换时，能量被再使用和再循环，其节省能量并且允许更快切换。在一些实施例中，在大约10-100微秒或以下，提供电压电平之间的切换。
[0047]图1所示的实施例包括内插器电路20，其例如按照附加配置连接到电压源22。各个实施例并不局限于这种配置和开关架构。例如，如图2所示，内插器电路20可与电压源22相集成或者形成其部分，并且在实施例中示为集成电路21。在各种实施例的有源谐振配置中，系统中的电子器件能够向X射线管26传送电力，例如以进行充电或者继续向高压操作的负载(例如真空管)提供电力。例如，在图1的实施例中，能量由电压源22以80 kV来提供，以及能量由电压源22和内插器20以140 kV提供给X射线管26。下面将更详细描述各个实施例的不同配置。
[0048]如图3至图5所示，内插器电路20可按照不同配置来连接。所选择的特定配置可基于与其结合实现电压切换的X射线系统的布置。图3示出一实施例，其中内插器电路20设置成接近并且连接到电压源22，以及经由电缆28的长度连接到X射线管26。应当注意，电缆(未示出)也设置成将内插器电路20连接到电压源22，其在这个实施例中比电缆28要短。连接内插器电路20的电缆28额定为比图4和图5所示电缆30要高的电压操作。例如，在这个实施例中，电缆28额定在较高电压电平、例如140 kV。
[0049]图4示出接近并且连接到X射线管26的内插器电路20。在这个实施例中，电缆30的长度连接内插器电路20和电压源22，使得电缆30额定为比图3所示电缆28要低的电压操作、例如80 kV。内插器电路20还可例如通过将两个组件螺栓连接，来直接耦合到X射线管26，如图5所示。但是，在图3至图5所示的全部三个实施例中，内插器电路20是连接到系统的独立单元。应当注意，电缆28或30 —般是高压电缆。
[0050]图3至图5所示的实施例具有有源配置，其能够以两种电压电平来提供能量和电力。相应地，电压源22可以是能够生成与低电平、例如80 kV对应的电压的高压发生器，以及具有电压源22的内插器20提供以高电压电平、例如140 kV操作负载(例如真空室)所需的额外能量/电力。
[0051]形成内插器电路20的模块或级80其中之一的简化示意图在图6中示出。内插器电路20进行操作以储存来自当高电压电平切换到低电压电平时进行操作的系统的能量，并且当转变到下一高电压循环时使用所储存能量。在各个实施例中，内插器电路20的切换使用由电感器和电容器而不是通过负载谐振地储存的所储存能量，来提供快速切换(例如，10-100微秒或以下)。
[0052]具体来说，包括各个实施例的工作原理的操作在图6的示意图中示出。图6所示的示意图包括串联连接的多个开关装置40a和40b。开关装置40a和40b可以是任何类型的开关。例如，开关装置40a和40b可以是金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)或者绝缘栅双极晶体管(IGBT)。如通过缓冲器60a和60b所示，开关装置40a和40b相互之间按照相反状态来操作。相应地，在把来自驱动器62 (例如逻辑时钟)的控制信号传送给开关装置40a和40b时，开关装置40a和40b其中之一处于断开状态，而开关装置40a和40b其中之一处于闭合状态。在各个实施例中，开关装置40a和40b按照公共源极/发射极配置来连接，以允许由来自驱动器62的单一控制线进行控制。
[0053]开关装置40a和40b的每个分别与二极管42a和42b (其作为闭塞二极管进行操作)并联连接。开关装置40a和40b连接在主要或系统电容器46与辅助电容器50之间。电感器52也串联连接在电容器50与二极管40b之间。应当注意，电感器52也可能称作谐振电感器。
[0054]如以下更详细描述的操作原理是使得能量从一个电容器谐振地传递给另一个电容器、例如从电容器46传递给电容器50，反过来也是一样。电压电平之间的转变的切换速度由电感器52以及电容器46和50来控制。电感器52以及电容器46和50作为谐振元件进行操作。实际上以及在一些实施例中，电容器46和50的值通过连接电缆和真空管的几何尺寸来设置，因此从一个电压电平到另一个的切换速度通过电感器52的值来确定。例如，电感器52的值越小，则高与低电压之间的切换的转变越快，反过来也是一样。在各个实施例中，装置40a和40b (在断开或闭合中)的转变速度比电压转变速度要快许多。
[0055]作为示例，当跨主要电容器46的电压(V。」为高电压电平时，开关装置40a处于断开状态，而开关装置40b处于闭合状态(尽管在一些实施例中，这个开关也可断开，并且其状态在稳态条件期间可以是不相关的)。在这个高电压状态中，当开关装置40a作为短路进行操作时，从主要电容器46到辅助电容器50的能量传递发生。从高电压到低电压状态的转变通过开关装置40a和40b的切换来实现，其中输出电压44从高电压电平降低到零电压电平。具体来说，开关装置40a从断开状态切换到闭合状态，而开关装置40b从闭合状态切换到断开状态。应当注意，开关装置40a和40b的切换基于来自驱动器62的信号并联地设置。开关装置40a和40b的切换引起谐振状态开始，以及电容器46中的能量通过电感器52传递给电容器50供储存，直到预期下一高电压状态。当预期高电压时，通过谐振电感器52从电容器50到电容器46的谐振能量传递通过断开开关装置40a而闭合开关装置40b重新开始，使得将电容器50中储存的能量传递给电容器4