一种X射线成像电压的控制方法、装置和X射线成像系统与流程

一种x射线成像电压的控制方法、装置和x射线成像系统
技术领域
1.本发明涉及x射线成像技术领域，特别涉及一种x射线成像电压的控制方法、装置和x射线成像系统。


背景技术：

2.x射线透视系统在采用脉冲透视过程中，为了降低患者和医务工作者的软射线受辐射剂量，通常采用栅极grid控制管电流开关运行的工作方式。如图1所示，在栅极grid打开状态(on)，阴极电子被束缚在阴极表面，无法形成管电流ma，等效为球管空载；在栅极关闭状态(off)，阴极电子可加速轰击到阳极，形成管电流，等效为球管带载。因此，栅极grid打开与否，决定了高压发生器(高压发生器也可以称为高压电源)的负载状态。
3.另一方面，为了维持透视过程中的图像亮度一致，通常采用自动亮度控制(auto brightness control，abs)的方法调节每帧的加载参数。由于被扫描对象不同位置和角度对射线的衰减能力不同，需要实时调节加载参数。
4.然而，目前常用的管电流脉冲模式的透视系统在加载完上一帧的目标管电压之后只是简单地关闭高压发生器的功率器件，由电路中等效的负载电阻进行自由放电，在当前帧加载开始时才开始调节实际管电压至目标管电压，这样导致实际管电压不能及时调节至目标管电压，降低了成像的质量。


技术实现要素：

5.本发明提供了一种x射线成像电压的控制方法、装置和x射线成像系统，以解决x射线成像时实际管电压不能及时调节至目标管电压的技术问题。
6.为解决上述技术问题，本发明提供了一种x射线成像电压的控制方法，包括以下步骤：
7.在当前帧成像开始前，获取当前帧成像所需的目标管电压；所述目标管电压为当前帧成像时x射线管的实际管电压需要达到的电压值；
8.设定高压发生器在帧间时段处于可调状态；所述帧间时段为在上一帧成像结束时刻到当前帧成像开始时刻的时段，或者为所述高压发生器刚启动时刻到当前帧成像开始时刻的时段；
9.在所述帧间时段内，根据获取到的所述目标管电压，调节所述高压发生器的输出电压匹配至所述目标管电压，以使当前帧开始成像前所述高压发生器向所述x射线管提供与所述目标管电压匹配的电压。
10.可选的，所述调节所述高压发生器的输出电压匹配至所述目标管电压的步骤，具体包括以下步骤：
11.获取上一帧成像所需的目标管电压；
12.判断当前帧成像所需的目标管电压与上一帧成像所需的目标管电压之间的大小关系；
13.如果当前帧成像所需的目标管电压等于上一帧成像所需的目标管电压，则控制所述高压发生器的实际输出值保持匹配上一帧成像所需的目标管电压。
14.可选的，所述判断当前帧成像所需的目标管电压与上一帧成像所需的目标管电压之间的大小关系的步骤之后，还包括以下步骤：
15.如果当前帧成像所需的目标管电压大于或小于上一帧成像所需的目标管电压，则调节所述高压发生器的实际输出值匹配当前帧成像所需的目标管电压。
16.可选的，所述如果当前帧成像所需的目标管电压大于或小于上一帧成像所需的目标管电压，则调节所述高压发生器的实际输出值匹配当前帧成像所需的目标管电压的步骤，具体包括以下步骤：
17.如果当前帧成像所需的目标管电压小于上一帧成像所需的目标管电压，则控制所述x射线管的栅极进行放电，以使所述高压发生器的实际输出值下降至匹配当前帧成像所需的目标管电压。
18.可选的，所述如果当前帧成像所需的目标管电压大于或小于上一帧成像所需的目标管电压，则调节所述高压发生器的实际输出值匹配当前帧成像所需的目标管电压的步骤，具体包括以下步骤：
19.如果当前帧成像所需的目标管电压小于上一帧成像所需的目标管电压，则控制所述高压发生器内部的负载进行放电，以使所述高压发生器的实际输出值下降至匹配当前帧成像所需的目标管电压。
20.可选的，所述高压发生器在控制所述x射线管内部的栅极进行放电或控制所述高压发生器内部的负载进行放电的同时，还包括以下步骤：关闭所述高压发生器的功率器件。
21.可选的，所述则调节所述高压发生器的实际输出值匹配当前帧成像所需的目标管电压的步骤，具体包括以下步骤：
22.从获取当前帧成像所需的目标管电压的时刻开始，对所述高压发生器的实际输出值进行调节，以使所述高压发生器的实际输出值在当前帧成像开始时刻之前匹配当前帧成像所需的目标管电压。
23.可选的，所述以使所述高压发生器的实际输出值在当前帧成像开始时刻之前匹配当前帧成像所需的目标管电压的步骤，具体包括以下步骤：
24.以使所述高压发生器的实际输出值在当前帧成像开始时刻之前被调至等于当前帧成像所需的目标管电压。
25.本发明还提供了一种x射线成像电压的控制装置，包括以下模块：
26.获取模块，用于在当前帧成像开始前，获取当前帧成像所需的目标管电压；所述目标管电压为当前帧成像时x射线管的实际管电压需要达到的电压值；
27.设定模块，用于设定高压发生器在帧间时段处于可调状态；所述帧间时段为在上一帧成像结束时刻到当前帧成像开始时刻的时段，或者为所述高压发生器刚启动时刻到当前帧成像开始时刻的时段；
28.调节模块，用于在所述帧间时段内，根据获取到的所述目标管电压，调节所述高压发生器的输出电压匹配至所述目标管电压，以使当前帧开始成像前所述高压发生器向所述x射线管提供与所述目标管电压匹配的电压。
29.本发明还提供了一种x射线成像系统，包括高压发生器和x射线管，所述高压发生
器的输出端连接所述x射线管的输入端，所述高压发生器用于给所述x射线管供电；所述高压发生器用于执行上述任一项所述的一种x射线成像电压的控制方法。
30.本发明提供的一种x射线成像电压的控制方法、装置和x射线成像系统，在帧间时段内把高压发生器的输出电压匹配至当前帧成像所需的目标管电压，这样在加载当前帧时，高压发生器向x射线管提供的实际管电压已经等于或接近目标管电压，提高了成像的质量。
附图说明
31.图1是现有技术中当前帧目标管电压等于上一帧目标管电压时x射线成像电压的控制方法的信号示意图。
32.图2是现有技术中当前帧目标管电压高于上一帧目标管电压时x射线成像电压的控制方法的信号示意图。
33.图3是现有技术中当前帧目标管电压低于上一帧目标管电压时x射线成像电压的控制方法的信号示意图。
34.图4是本发明一实施例提供的一种x射线成像电压的控制方法的流程图。
35.图5是本发明一实施例提供的保持高压发生器处于可调状态的信号示意图。
36.图6是本发明一实施例提供的当前帧目标管电压等于上一帧目标管电压时x射线成像电压的控制方法的信号示意图。
37.图7是本发明一实施例提供的当前帧目标管电压高于上一帧目标管电压时x射线成像电压的控制方法的信号示意图。
38.图8是本发明一实施例提供的当前帧目标管电压低于上一帧目标管电压时x射线成像电压的控制方法的信号示意图。
39.图9是本发明一实施例提供的当前帧目标管电压低于上一帧目标管电压时x射线成像电压的控制方法的信号示意图。
40.图10是本发明一实施例提供的当前帧目标管电压低于上一帧目标管电压时x射线成像电压的控制方法的信号示意图。
具体实施方式
41.为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图对本发明提出的一种x射线成像电压的控制方法、装置和x射线成像系统作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
42.对于管电压而言，相邻两帧图像对应的两个管电压对比可相等、升高或降低，这三种情况下的x射线成像电压的控制方法通常如下：
43.第一种情况、当前帧目标管电压等于上一帧目标管电压；其中，管电压包括目标管电压和实际管电压；目标管电压是目标输出值；实际管电压是高压发生器的实际输出值，即球管的实际管电压；当前帧目标管电压表示当前帧成像所需的目标管电压，上一帧目标管电压表示上一帧成像所需的目标管电压，当前帧目标管电压和上一帧目标管电压相邻：
44.参考图1所示，高压发生器在t1时刻完成了上一帧目标管电压kv_set(上一帧目标
管电压kv_set是指上一帧成像所需的目标管电压)的加载，t1时刻切换栅极grid的电压以打开栅极grid，从而关断管电流ma，同时关闭高压发生器的功率器件，此时高压发生器的输出电压持续下降；t2时刻关闭栅极grid开始当前帧目标管电压kv_set(当前帧目标管电压kv_set指当前帧成像所需的目标管电压)的加载，此时高压发生器的输出电压低于当前帧目标管电压kv_set，需补偿栅极grid打开期损失的能量；直至t3时刻高压发生器的输出电压才调节至当前帧目标管电压kv_set；如果不考虑线缆电阻，高压发生器的输出电压可认为等于x射线管两端的电压，从而使实际管电压kv在t3时刻调节至当前帧目标管电压kv_set。
45.第二种情况、当前帧目标管电压高于上一帧目标管电压：
46.参考图2所示，高压发生器在t1时刻完成了上一帧目标管电压kv_1(上一帧目标管电压kv_1是指上一帧成像所需的目标管电压)的加载，t1时刻打开栅极grid从而关断管电流ma，同时关闭高压发生器的功率器件，此时高压发发生器的输出电压持续下降进而使实际管电压kv持续下降；t3时刻根据abs算法计算出当前帧目标管电压kv_2(当前帧目标管电压kv_2指当前帧成像所需的目标管电压)高于上一帧目标管电压kv_1；高压发生器在t2时刻关闭栅极grid开始当前帧目标管电压kv_2的加载，此时需要持续补充能量提高高压发生器的输出电压，直至t4时刻高压发生器的输出电压调节至当前帧目标管电压kv_2，进而使实际管电压kv调节至当前帧目标管电压kv_2。
47.第三种情况、当前帧目标管电压低于上一帧目标管电压：
48.参考图3所示，高压发生器在t1时刻打开栅极grid从而关断管电流ma，同时关闭高压发生器的功率器件，此时高压发生器的输出电压和实际管电压kv持续下降；t3计算出当前帧目标管电压kv_2低于上一帧目标管电压kv_1；t2时刻关闭栅极开始当前帧目标管电压kv_2的加载，此时管电压仍需持续下降，直至t4时刻高压发生器的输出电压才调节至当前帧目标管电压kv_2，进而使实际管电压kv调节至当前帧目标管电压kv_2。
49.然后，目前在上述三种情况下的x射线成像电压的控制方法中，高压发生器在加载完上一帧的目标管电压之后只是简单地关闭高压发生器的功率器件，由电路中等效的负载电阻进行自由放电，在当前帧加载开始时才开始调节高压发生器的输出电压进而使实际管电压调至目标管电压，这样导致实际管电压不能及时调节至目标管电压，降低了成像的质量。
50.参考图4所示，本实施例提供了一种x射线成像电压的控制方法，包括以下步骤：
51.s1、在当前帧成像开始前，获取当前帧成像所需的目标管电压；所述目标管电压为当前帧成像时x射线管的实际管电压需要达到的电压值。
52.高压发生器在加载当前帧之前，可以根据abs算法计算当前帧所需的目标管电压。x射线管也可以称为球管。
53.s2、设定高压发生器在帧间时段处于可调状态；所述帧间时段为在上一帧成像结束时刻到当前帧成像开始时刻的时段，或者为所述高压发生器刚启动时刻到当前帧成像开始时刻的时段。
54.如果当前帧不是第一帧，所述帧间时段为在上一帧成像结束时刻到当前帧成像开始时刻的时段，参考图6所示，t1-t2这段时间是帧间时间段。如果当前帧是第一帧，所述帧间时段为所述高压发生器刚启动时刻到当前帧成像开始时刻的时段。高压发生器的输出电
压直接连接至x射线管的两端，从而给x射线管提供电压。参考图5所示，高压发生器的控制器信号ctrl_en始终维持有效表示高压发生器处于可调状态，高压发生器的控制器信号ct rl_en是指用于控制高压发生器的实际输出值的信号。
55.s3、在所述帧间时段内，根据获取到的所述目标管电压，调节所述高压发生器的输出电压匹配至所述目标管电压，以使当前帧开始成像前所述高压发生器向所述x射线管提供与所述目标管电压匹配的电压。
56.目标管电压是目标输出值，实际管电压是高压发生器的实际输出值；目标管电压的设定可以通过设定值kv_set来设定，根据设定值kv_set在设定目标管电压的时候，作为设定值的kv_set既可以是一个等于目标管电压的数值，也可以是一个和目标管电压输出数值成比例的设定值；当成比例设定的时，若kv_set设定为1，设定值和目标管电压的对应关系为1：1000，则根据设定设定值kv_set＝1能够知道，目标管电压设定为了1kv。在下述的实施例参数中，以设定值kv_set的设定数值等于目标管电压的情况为例进行说明。
57.高压发生器包括功率器件，通过调节功率器件可以使高压发生器的输出值保持不变、升高或者降低。所述高压发生器可以通过调节电压设定值(电压设定值也可以称为电压加载参数)来调节高压发生器的输出，电压设定值可以设置为与实际高压发生器输出电压的大小相等，也可以设置为与高压发生器实际输出电压成比例对应的值。所述与所述目标管电压匹配的电压，是指基于所述目标管电压设定的一个范围，可以等于所述目标管电压或者接近所述目标管电压。在其中一个实施方式中，若所述目标管电压为m，所述与所述目标管电压匹配的电压可以是(0.9m，1.1m)。
58.本实施例提供的一种x射线成像电压的控制方法，在帧间时段内把高压发生器的输出电压匹配至当前帧成像所需的目标管电压，这样在加载当前帧时，高压发生器向x射线管提供的实际管电压已经等于或接近目标管电压，提高了成像的质量。
59.可选的，参考图6所示，所述调节所述高压发生器的输出电压匹配至所述目标管电压对应的预设区间内的步骤，具体包括以下步骤：
60.获取上一帧成像所需的目标管电压；
61.判断当前帧成像所需的目标管电压与上一帧成像所需的目标管电压之间的大小关系；
62.如果当前帧成像所需的目标管电压等于上一帧成像所需的目标管电压，则控制所述高压发生器的实际输出值保持匹配上一帧成像所需的目标管电压。
63.本实施例的原理可以结合图6为例进行解释说明，当前帧目标管电压kv_set等于上一帧目标管电压kv_set，高压发生器在t1时刻完成上一帧目标管电压kv_set的加载，t1时刻通过对栅极电压的切换以打开栅极grid，从而关闭管电流ma，此时高压发生器通过功率器件持续输出电压来补偿当前电路中等效负载阻抗的消耗，以保持高压发生器的输出电压不变，进而使实际管电压kv不变。t2时刻开始当前帧成像(开始当前帧成像表示开始对当前帧加载)，此时高压发向x射线管提供的电压等于当前帧目标管电压kv_set，x射线管此时即可以当前帧目标管电压kv_set进行工作。
64.可选的，参考图7和图8所示，所述判断当前帧成像所需的目标管电压与上一帧成像所需的目标管电压之间的大小关系的步骤之后，还包括以下步骤：
65.如果当前帧成像所需的目标管电压大于或小于上一帧成像所需的目标管电压，则
调节所述高压发生器的实际输出值匹配当前帧成像所需的目标管电压。
66.本实施例的原理可以结合图7为例进行解释说明，高压发生器在t1时刻完成上一帧目标管电压的加载，此时通过对栅极电压的切换以打开栅极grid，从而关闭管电流ma。t1-t3期间高压发生器可以维持上一帧管电压设定值kv_1输出，即维持上一帧目标管电压kv_1输出。在t3时刻计算出当前帧目标管电压提高至kv_2，此时高压发生器继续控制功率器件为输出状态，高压发生器在t4时刻将其输出电压调节至等于当前帧目标管电压kv_2，以使高压发生器向x射线管提供的电压等于当前帧目标管电压kv_2。x射线管在当前帧成像起始时刻t2即可以当前帧目标管电压kv_2进行工作。
67.可选的，参考图8所示，所述如果当前帧成像所需的目标管电压大于或小于上一帧成像所需的目标管电压，则调节所述高压发生器的实际输出值匹配当前帧成像所需的目标管电压的步骤，具体包括以下步骤：
68.如果当前帧成像所需的目标管电压小于上一帧成像所需的目标管电压，则控制所述x射线管的栅极进行放电，以使所述高压发生器的实际输出值下降至匹配当前帧成像所需的目标管电压。
69.本实施例的原理可以结合图1和图8为例进行解释说明，x射线透视系统在采用脉冲透视过程中，为了降低患者和医务工作者的软射线受辐射剂量，通常采用栅极grid控制管电流开关运行的工作方式。参考图1所示，在栅极(grid)打开状态(on)，阴极电子被束缚在阴极表面，无法形成管电流ma，等效为球管空载；在栅极关闭状态(off)，阴极电子可加速轰击到阳极，形成管电流，等效为球管带载。因此，栅极grid打开与否，决定了高压发生器的负载状态。参考图8所示，高压发生器在t1时刻完成上一帧目标管电压的加载，此时切换栅极grid的电压以打开栅极grid，从而关闭管电流ma。t1-t3期间高压发生器维持输出等于上一帧目标管电压kv_1。在t3时刻计算出当前帧目标管电压降至kv_2，高压发生器在t3-t4时段短暂关闭栅极grid进行放电，在栅极grid处于关闭状态(off)时，阴极电子可加速轰击到阳极，形成管电流，管电流ma为高电平，等效为球管带载，从而降低高压发生器的实际输出值。高压发生器在t4时刻将其输出电压降至等于当前帧目标管电压降kv_2，以使高压发生器向x射线管提供的电压等于当前帧目标管电压kv_2。t4-t2时段可以通过高压发生器的功率器件保持高压发生器的输出电压不变，从而使实际管电压kv不变，在当前帧成像起始时刻t2即可以当前帧目标管电压kv_2进行工作。
70.进一步的，当判断从上一帧目标管电压下降至当前帧目标管电压所需要的时间大于所述帧间时段的时间时，这样就有可能导致无法在当前帧成像之前，让高压发生器提供给x射线管的电压等于当前帧目标管电压，因此，可以采用控制栅极进行放电的方法来加速高压发生器提供给x射线管目标管的电压下降至当前帧目标管电压。
71.可选的，参考图9所示，所述如果当前帧成像所需的目标管电压大于或小于上一帧成像所需的目标管电压，则调节所述高压发生器的输出电压匹配等于当前帧成像所需的目标管电压的步骤，具体包括以下步骤：
72.如果当前帧成像所需的目标管电压小于上一帧成像所需的目标管电压，则控制所述高压发生器内部的负载进行放电，以使所述高压发生器的实际输出值下降至匹配当前帧成像所需的目标管电压。
73.对于当前帧目标管电压低于上一帧目标管电压的情况，调节实际管电压下降的方
式除改变栅极开关状态外，也可由高压发生器内部的放电负载实现。本实施例的原理可以结合图9为例进行解释说明，高压发生器可以在t3时刻闭合高压开关hv_switch，通过其内部负载放电，t4时刻其输出电压降至当前帧目标管电压kv_2后再断开高压开关hv_switch，t4时刻之后继续维持当前帧目标管电压kv_2输出至当前帧的加载，以使x射线管在当前帧成像起始时刻t2即可以当前帧目标管电压kv_2进行工作。
74.可选的，所述高压发生器在控制所述x射线管内部的栅极进行放电或控制所述高压发生器内部的负载进行放电的同时，还包括以下步骤：关闭所述高压发生器的功率器件。关闭所述高压发生器的功率器件，可以加快高压发生器的实际输出值的下降速度。
75.可选的，参考图10所示，在实际使用所述x射线成像电压的控制方法时，在当前帧开始加载的时刻，所述高压发生器的实际输出值可以不等于当前帧成像所需的目标管电压，而是接近当前帧成像所需的目标管电压。高压发生器的实际输出值可以按照线性或非线性的方式从上一帧目标管电压调至当前帧目标管电压。本实施例的原理可以结合图10为例进行解释说明，在t3-t4时段短暂关闭栅极降低实高压发射器的输出电压，t4时刻高压发射器的输出电压可以将至当前帧目标管电压kv_2以下但是接近当前帧目标管电压kv_2，t2时刻开始当前帧的加载，在t2时刻之后的短暂时段内高压发射器的输出电压上升至目标管电压kv_2，从而使实际管电压kv上升至当前帧目标管电压kv_2。
76.可选的，参考图7-图9所示，所述则调节所述高压发生器的实际输出值匹配当前帧成像所需的目标管电压的步骤，具体包括以下步骤：
77.从获取当前帧成像所需的目标管电压的时刻开始，对所述高压发生器的实际输出值进行调节，以使所述高压发生器的实际输出值在当前帧成像开始时刻之前匹配当前帧成像所需的目标管电压。
78.本实施例的原理可以结合图7-图9为例进行解释说明，高压发生器在t3时刻获取当前帧成像所需的目标管电压，从t3时刻即对所述高压发生器的实际输出值进行调节，这样可以提供充足的时间使高压发生器的实际输出值以当前帧成像所需的目标管电压为目标进行调节。
79.可选的，参考图7-图9所示，所述以使所述高压发生器的实际输出值在当前帧成像开始时刻之前匹配当前帧成像所需的目标管电压的步骤，具体包括以下步骤：以使所述高压发生器的实际输出值在当前帧成像开始时刻之前被调至等于当前帧成像所需的目标管电压。本实施例的原理可以结合图7-图9为例进行解释说明，在当前帧成像开始时刻t2之前，调节高压发生器的实际输出值等于当前帧成像所需的目标管电压，这样可以使x射线管在当前帧成像起始时刻t2即可以当前帧目标管电压kv_2进行工作。
80.基于与上述一种x射线成像电压的控制方法相同的技术构思，本实施例还提供了一种x射线成像电压的控制装置，包括以下模块：
81.获取模块，用于在当前帧成像开始前，获取当前帧成像所需的目标管电压；所述目标管电压为当前帧成像时x射线管的实际管电压需要达到的电压值；
82.设定模块，用于设定高压发生器在帧间时段处于可调状态；所述帧间时段为在上一帧成像结束时刻到当前帧成像开始时刻的时段，或者为所述高压发生器刚启动时刻到当前帧成像开始时刻的时段；
83.调节模块，用于在所述帧间时段内，根据获取到的所述目标管电压，调节所述高压
发生器的输出电压匹配至所述目标管电压，以使当前帧开始成像前所述高压发生器向所述x射线管提供与所述目标管电压匹配的电压。
84.本实施例提供的一种x射线成像电压的控制装置，在帧间时段内把高压发生器的输出电压匹配至当前帧成像所需的目标管电压，这样在加载当前帧时，高压发生器向x射线管提供的实际管电压已经等于或接近当前帧目标管电压，提高了成像的质量。
85.基于与上述一种x射线成像电压的控制方法相同的技术构思，本实施例还提供了一种x射线成像系统，包括高压发生器和x射线管，所述高压发生器的输出端连接所述x射线管的输入端，所述高压发生器用于给所述x射线管供电；所述高压发生器用于执行上述任一项所述的一种x射线成像电压的控制方法。
86.本实施例提供的一种x射线成像系统，在帧间时段内把高压发生器的输出电压匹配至当前帧成像所需的目标管电压，这样在加载当前帧时，高压发生器向x射线管提供的实际管电压已经等于或接近目标管电压，提高了成像的质量。
87.综上所述，本发明提供的一种x射线成像电压的控制方法、装置和x射线成像系统，在帧间时段内把高压发生器的输出电压匹配至当前帧成像所需的目标管电压，这样在加载当前帧时，高压发生器向x射线管提供的实际管电压已经等于或接近目标管电压，提高了成像的质量。
88.上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于本发明的保护范围。