緊湊型輻射發生器的製作方法

2023-05-24 08:40:51

專利名稱：緊湊型輻射發生器的製作方法
技術領域：
一般來說，本文所描述的主題涉及輻射發生器，並且更具體地說，涉及輻射發生器中使用的高電壓罐組裝件。
背景技術：
成像裝置包括結合輻射發生器和輻射檢測器的「C」臂。輻射發生器一般包括輻射源、配置成激勵輻射源的高電壓罐組裝件以及電源電路。由於負責生成輻射源操作所需的高電壓的高電壓罐組裝件代表輻射發生器總體尺寸的大部分，因此需要提供緊湊型高電壓罐組裝件。此外，高電壓罐組裝件包括電壓整流器電路以及耦合到電壓整流器的變壓器組裝件。電壓整流器電路和變壓器組裝件處在輻射發生器的龐大模塊之中。輻射源所需的高電壓典型地使用連接部件、通過高電壓罐組裝件輸送。但是，位於 屏蔽殼體外的高電壓罐組裝件與位於屏蔽殼體內的輻射源之間的連接部件笨重而昂貴。此夕卜，這種布置可能導致輻射洩漏。連接部件通常包含裝在線纜內的導體。使用裝在線纜內的導體使得輻射發生器寵大，與移動性不相客，而移動性正是診斷放射安裝所期望的。另ー方面，當高電壓罐組裝件和輻射源一起裝在屏蔽殼體內並且輻射源所需的高電壓直接由高電壓罐組裝件輸送時，輻射發生器仍有缺點，因為此單元的重量和體積大於包含的殼體僅含有輻射源的組裝件。因此，需要提供緊湊型和高效率的設計以組裝輻射發生器中使用的多種組件。

發明內容
本文解決上述缺陷、缺點和問題，這通過閱讀並理解以下說明書將會理解。在一個實施例中，提供了包含封閉在屏蔽殼體中的X射線管和能夠為X射線管供電的高電壓罐組裝件的輻射發生器。高電壓罐組裝件包括配置用於供給中間電壓的變壓器組裝件以及耦合到變壓器組裝件的至少ー個電壓整流器電路，電壓整流器電路安裝在屏蔽殼體內並配置用於輸送高電壓給X射線管。此外，電壓整流器電路包括圍繞X射線管放置的一系列環以提供電壓的漸進増大。相應地，電壓整流器電路包括使用多個連接器互相耦合的至少ー個環形第一印刷電路板和至少ー個環形第二印刷電路板。此外，第一印刷電路板和第二印刷電路板中的每ー個包含第一端子、第二端子、第三端子、第一端子與第二端子之間外部連接的ニ極管組裝件以及第一端子與第三端子之間連接的電容器組裝件。在另ー個實施例中，提供了用於輻射發生器的電壓整流器電路。電壓整流器電路包括使用多個連接器互相耦合的至少ー個環形第一印刷電路板和至少ー個環形第二印刷電路板。此外，第一印刷電路板和第二印刷電路板中的每ー個包含第一端子、第二端子、第三端子、第一端子與第二端子之間外部連接的ニ極管組裝件以及第ニ端子與第三端子之間嵌入的電容器組裝件。在又一個實施例中，提供了包含封閉在屏蔽殼體中的X射線管和能夠為X射線管供電的高電壓罐組裝件的輻射發生器。高電壓罐組裝件包括配置用於供給中間電壓的變壓器組裝件以及耦合到變壓器組裝件的至少ー個電壓整流器電路。電壓整流器電路安裝在屏蔽殼體內並配置用於輸送高電壓給X射線管。此外，電壓整流器電路包括圍繞X射線管放置的一系列環以提供電壓的漸進増大。相應地，電壓整流器電路包括具有第一層和第二層的至少ー個環形印刷電路板，並且第一層和第二層中的每ー個包含第一端子、第二端子、第三端子、第一端子與第二端子之間外部連接的ニ極管組裝件以及第一端子與第三端子之間連接的電容器組裝件。
本文描述變化範圍的系統和方法。除了發明內容中所述的方面和優點之外，通過參照附圖以及參照以下具體描述，其它方面和優點將會顯而易見。


圖I示出福射發生器的示範實施例的示意圖；圖2示出圖I所示的輻射發生器的詳細視圖；圖3示出圖I所示的輻射發生器的截面圖的示意圖；圖4示出圖I所示的輻射發生器的示範電路布局的示意圖；圖5示出電壓整流器電路的基本塊的示意圖；圖6示出電壓整流器電路的示範實施例的示意圖；以及圖7示出電壓整流器電路的另ー個示範實施例的示意圖。
具體實施例方式在以下具體描述中，參照形成其一部分的附圖，並且附圖中通過圖解說明的方式示出可實踐的特定實施例。對這些實施例進行充分詳細地描述，以使本領域技術人員能夠實踐實施例，並且要理解，可利用其它實施例，以及可進行邏輯的、機械的、電的和其它變更，而沒有背離實施例的範圍。因此，以下詳細描述不應視為限制性的。配置成對對象成像的成像設備(例如，計算機斷層攝影設備和X射線設備)包括輻射發生器、輻射檢測器及數據獲取系統。輻射發生器生成電磁輻射以向待掃描對象投射。電磁輻射包括X線、伽瑪射線及其它高頻電磁能量。入射到待掃描對象上的X射線被對象衰減。輻射檢測器包含多個檢測器元件，用於將衰減的X射線轉換成電信號。這樣形成的電信號稱作投影數據。數據獲取系統(DAS)對來自檢測器元件的投影數據進行採樣並將投影數據轉換成數位訊號供計算機處理。本發明涉及典型地用於例如但不限於可攜式/移動X射線放射照相系統、中功率C型臂、骨密度測定系統和核醫療系統的應用中的高功率輻射發生器的設計布局和封裝。圖I示出輻射發生器100的一示範實施例。在圖I所示的實施例中，輻射發生器100是X射線發生器並且輻射源是以常規方式電耦合到高電壓罐組裝件110以產生X射線的發射的X射線管105。X射線管105是常規設計並且由包含陰極120和陽極125的包殼表示。輻射發生器100進ー步包括耦合到高電壓罐組裝件110的電源電路(未示出)，配置成供應功率以驅動高電壓罐組裝件110。圖2示出圖I所示的輻射發生器100的詳細正視圖。與圖I中的元件相同或對應的元件由相同的參考標號來表示，因此不需要重複描述而只討論差異。
如圖2中所示，能夠為X射線管105供電的高電壓罐組裝件110包括配置用於供給中間電壓的變壓器組裝件206以及耦合到變壓器組裝件206的至少ー個電壓整流器電路204。在一個實施例中，電源電路(未示出)、變壓器組裝件206和電壓整流器電路204跟X射線管105 —起裝在屏蔽殼體202中。結合圖3對此進行了說明，圖3示出圖I所示的輻射發生器100的詳細側視圖。如圖2和圖3中所示，屏蔽殼體202經由支撐裝置210連接到底板208並且使用外罩覆蓋。注意，雖然未示出，但是輻射發生器100的屏蔽殼體202填充有冷卻介質，例如絕緣油。從外部電源供應的電壓經過電源電路(未示出)並且供應給變壓器組裝件206以生成中間電壓。中間電壓通過電壓整流器電路204轉換成高電壓。高電壓施加在X射線管105的陰極120與陽極125之間。這樣，X射線管105由高電壓驅動並發射X射線束到對象上，由此從穿過對象的X射線獲得投影數據。用於在X射線管105處生成陽極電壓的電壓整流器電路204 (通常稱作陽極倍増 器)與用於在X射線管105處生成陰極電壓的電壓整流器電路204(通常稱作陰極倍増器)是單獨的組件，它們互相獨立操作。結合圖4進ー步對此進行說明。電壓整流器電路204包括具有低電壓電位端和高電壓電位端的多個串聯連接的電壓倍増-整流級。低電壓電位端連接到變壓器組裝件206的次級繞組，而高電壓電位端連接到X射線管105的電極120和125。圖4示出包含五級電壓整流器電路204的輻射發生器100的一個示範電路布局。電壓整流器電路204包括圍繞X射線管105兩端放置的陰極倍増器402和陽極倍増器404。如圖4所示，電壓整流器電路204耦合到變壓器組裝件206。在一個實施例中，本發明更具體地描述了電壓整流器電路204的一個或多個組件的放置，電壓整流器電路204包括圍繞輻射源放置的一系列環形印刷電路板以提供電壓的漸進増大。相應地，電壓整流器電路204包括使用多個連接器互相耦合的至少ー個環形第一印刷電路板和至少ー個環形第二印刷電路板。圍繞輻射源(X射線管105)放置的環形電壓整流器電路204使輻射發生器100緊湊且重量輕。高電壓罐組裝件110中的組件基於Cockcroft Walton倍增器電路圖案布置。相應地，電壓整流器電路204的ニ極管和電容器電耦合到圍繞X射線管105放置的一系列環形印刷電路板中的ー個或多個，從而實現沿X射線管105長度的一致且對稱的場分布。電組件之間的場應カ由此得以減小。圖5示出包含至少ー個環形印刷電路板500的電壓整流器電路204的基本塊。在一個實施例中，每個環形印刷電路板500由互相等距定位的三個端子(第一端子502、第二端子504及第三端子506)分為三個區段。ニ極管組裝件508安裝在第一端子502與第二端子504之間，而電容器組裝件510安裝在第一端子502與第三端子506之間。ニ極管組裝件508包括串行連接的多個ニ極管，而電容器組裝件510包括印刷電路板500的至少ー部分。此外，每個環形印刷電路板500可包括多個電介質並且每個電介質可由至少ー個導電平面分隔。印刷電路板500中的傳導平面可用作電極，而印刷電路板500中的電介質可用作形成電容的絕緣。此外，每個電容器組裝件508可包括通過在印刷電路板500的多個層中添加電容形成的相應印刷電路板500的至少一部分。這樣，如此形成的電容有助於有效包裝高電壓罐組裝件110的多種組件。在一備選實施例中，電容器組裝件510可以是市售電容器與印刷電路板500 —部分的組合。印刷電路板500在結合市售電容器使用時提供成本和空間的優化解決方案。在一個實施例中，為了利用單層並克服封裝電壓整流器電路204的組件的尺寸限制，ニ極管可選擇為表面安裝器件(SMD)。使用SMD的主要優點在於要形成電容器的每個印刷電路板500中的適當空間的可用性。每個ニ極管組裝件508和電容器組裝件510放置在印刷電路板500上使得它們各佔據單一區段。在圖5中，點502、504和506指示成120度角分隔的多個插腳。採用插腳將印刷電路板500耦合到後續印刷電路板。此外，電壓整流器電路204中的每個印刷電路 板在構造上是對稱的。對稱設計有助於堆疊多個印刷電路板。結合圖6和圖7進ー步對此進行說明。電壓整流器電路204可配置成起到電壓倍増器電路或倍壓器電路的作用。電壓整流器電路204的每ー級包括兩個ニ極管組裝件和兩個電容器組裝件，例如第一級的Cl、Dl和C2、D2。在一個實施例中，電壓整流器電路204配置成包括至少兩個環形單層印刷電路板。相應地，在一個示範實施例中，圖6示出包括十個單層環形印刷電路板(包括印刷電路板602、604、606、608及610)的五極電壓整流器電路600。在包括一系列環形單層印刷電路板的電壓整流器電路600中，電壓整流器電路600的每ー級包括第一單層印刷電路板和第ニ單層印刷電路板。第一單層印刷電路板和第二單層印刷電路板的每ー個包括一個ニ極管組裝件和ー個電容器組裝件。在本文中，通過對後續環形印刷電路板執行約120度預定角度的成角度旋轉，電壓整流器電路600中的每個後續環形印刷電路板耦合到前面的環形電路板。相應地，在電壓整流器電路600的第一級中，通過將第二環形印刷電路板604旋轉約120度，將第二環形印刷電路板604耦合到第一環形印刷電路板602。類似地，第三環形印刷電路板606在耦合到第二環形印刷電路板604之前旋轉約120度。此外，第四環形印刷電路板608在耦合到第三環形印刷電路板606以形成第二級之前旋轉約120度。在這個實施例中，第一印刷電路板602的第一端子連接到第二印刷電路板604的第二端子，第一印刷電路板602的第三端子連接到第二印刷電路板604的第一端子，並且第一印刷電路板602的第二端子連接到第二印刷電路板604的第三端子。此外，第二印刷電路板604的第三端子連接到保持在地電位的點，並且第一印刷電路板602的第三端子連接到X射線管105。但是，技術人員會理解，電壓整流器電路600的每ー級中多種端子之間的連接可改變以增強相應級的額定或可靠性，由此導致每ー級的性能增強。在另一個實施例中，如圖7所不，電壓整流器電路700包括一系列雙層印刷電路板702、704、706、708及710，每ー個表示電壓整流器電路700中的單個級。在這個實施例中，在對後續環形印刷電路板(例如，604)執行約240度的成角度旋轉後，每個後續環形印刷電路板(604)耦合到前面的環形電路板(例如，602)。在另ー個實施例中，本發明公開了絕緣技術以促進輻射發生器100的尺寸減小。高電壓罐組裝件110採用混合絕緣方案，其中包括對摺以執行輻射屏蔽的固體絕緣。固體絕緣一般包括鉛和其他此類材料。在連續的印刷電路板之間插入固體絕緣層可加強一系列環形印刷電路板之間的絕緣。此外，將絕緣材料圍繞X射線管105放置減少了絕緣所需的材料量並因此減少了高電壓罐組裝件110的整體重量。電壓整流器電路204的這種組裝與固體絕緣層一起浸入液體絕緣以提供兩個連續高電壓點之間的額外絕緣並還提高了熱性能。液體絕緣典型地包括油。鄰近放置的印刷電路板之間存在的區域為油循環提供了足夠的空間，這有助於通過電對流現象從高電壓罐組裝件110散熱。在又一個實施例中，本發明公開了輻射屏蔽技術以減少X射線管105中的輻射洩漏。該配置還提高了輻射發生器100的熱性能。由於電壓整流器電路204與X射線管105位於屏蔽殼體202內，因此電壓整流器電路204的陽極線直接連接到X射線管105而不會引起任何輻射洩漏。這還提高了高電壓罐組裝件110的熱性能，因為屏蔽殼體202沒有方 便外部連接的開ロ，並且還因為輻射屏蔽技術不會阻擋液體循環。本文在本發明的多種實施例中描述了輻射發生器100的ー些優點。圍繞X射線管105放置呈環形的電壓整流器電路204導致沿X射線管105長度的逐級電壓分布，並且由於其圓筒形狀，它減少了輻射發生器100的整體體積和重量。本文多種實施例中描述的集成輻射發生器尺寸緊湊，重量輕且輻射洩漏減少，同時患者周轉量更大。這在移動/可攜式射線放射照相系統應用中是期望的。重量輕便於運輸；福射洩漏減少免去了用於成像患者的特殊掩蔽室(screening room)的需要，由此便於在預防措施減少的非正式環境中進行輻射照射。増大的患者周轉量指示更好的熱性能，使得能更長時間地使用成像設備。在本發明多種實施例中，描述了用於輻射發生器的高電壓罐組裝件和使用高電壓罐組裝件的輻射發生器。但是，實例並非限制性的，而是可結合不同應用來實現。本發明的應用可延伸到其它領域，例如，醫療成像系統、エ業檢驗系統、安全掃描儀、粒子加速器等。本發明提供了設計電壓整流器電路的廣義概念，它可在類似電源系統中適用。該設計可進一歩延伸並以多種形式和規格來實現。本書面描述使用示例來公開包括最佳模式的本發明，以及還使本領域技術人員能製作和使用本發明。本發明可取得專利的範圍由權利要求定義，且可包括本領域技術人員想到的其它示例。如果此類其它示例具有與權利要求字面語言無不同的結構要素，或者如果它們包括與權利要求字面語言無實質不同的等效結構要素，則它們規定為在權利要求的範圍之內。
權利要求
1.一種福射發生器(100),包括 包含陰極(120)和陽極(125)的X射線管(105)，所述X射線管(105)封閉在屏蔽殼體(202)中； 能夠為所述X射線管(105)供電的高電壓罐組裝件(110)，所述高電壓罐組裝件(110)包括 配置用於供給中間電壓的變壓器組裝件(206)； 耦合到所述變壓器組裝件(206)的至少ー個電壓整流器電路(204)，所述電壓整流器電路(204)安裝在所述屏蔽殼體(202)內並配置用於輸送高電壓給所述X射線管(105)； 其中所述電壓整流器電路(204)包括圍繞所述X射線管(105)放置的一系列環以提供電壓的漸進増大，所述電壓整流器電路(204)包括使用多個連接器互相耦合的至少ー個環形第一印刷電路板(602)和至少ー個環形第二印刷電路板￠04)，並且其中所述第一印刷電路板(602)和第二印刷電路板(604)中的姆ー個包括第一端子(502)、第二端子(504)、第三端子(506)、所述第一端子(502)與所述第二端子(504)之間外部連接的ニ極管組裝件(508)以及所述第一端子(502)與所述第三端子(506)之間嵌入的電容器組裝件(510)。
2.如權利要求I所述的輻射發生器(100)，其中，每個印刷電路板還包括多個電介質，每個電介質由至少ー個導電平面分隔。
3.如權利要求2所述的輻射發生器(100)，其中，所述ニ極管組裝件(508)包括串行連接的多個ニ極管，並且所述電容器組裝件(510)包括所述印刷電路板的至少一部分。
4.如權利要求I所述的輻射發生器(100)，其中，所述第一印刷電路板(602)的所述第一端子(502)連接到所述第二印刷電路板(604)的所述第二端子(504)，所述第一印刷電路板(602)的所述第三端子(506)連接到所述第二印刷電路板(604)的所述第一端子(502)，並且所述第一印刷電路板￠02)的所述第二端子(504)連接到所述第二印刷電路板(604)的所述第三端子(506)。
5.如權利要求4所述的輻射發生器(100)，其中，所述第二印刷電路板(604)的所述第三端子(506)連接到保持在地電位的點，並且所述第一印刷電路板￠02)的所述第三端子(506)連接到所述X射線管(105)。
6.如權利要求I所述的輻射發生器(100)，其中，所述高電壓罐組裝件(110)還包括在所述第一印刷電路板￠02)與所述第二印刷電路板(604)之間插入的第一絕緣介質。
7.如權利要求I所述的輻射發生器(100)，其中，所述高電壓罐組裝件(110)還包括覆蓋所述第一印刷電路板(602)與所述第二印刷電路板(604)之間的至少一部分的第二絕緣介質。
8.如權利要求I所述的輻射發生器(100)，其中，所述電壓整流器電路(204)配置成在電壓倍増器電路或倍壓器電路之一中使用。
9.一種用於輻射發生器(100)的電壓整流器電路(204)，所述電壓整流器電路(204)包括 使用多個連接器互相耦合的至少ー個環形第一印刷電路板(602)和至少ー個環形第ニ印刷電路板￠04)，並且其中所述第一印刷電路板(602)和第二印刷電路板(604)中的每ー個包括第一端子(502)、第二端子(504)、第三端子(506)、所述第一端子(502)與所述第ニ端子(504)之間外部連接的ニ極管組裝件(508)以及所述第一端子(502)與所述第三端子(506)之間嵌入的電容器組裝件(510)。
10. 一種福射發生器(100),包括 包含陰極(120)和陽極(125)的X射線管(105)，所述X射線管(105)封閉在屏蔽殼體(202)中； 能夠為所述X射線管(105)供電的高電壓罐組裝件(110)，所述高電壓罐組裝件(110)包括 配置用於供給中間電壓的變壓器組裝件(206)； 耦合到所述變壓器組裝件(206)的至少ー個電壓整流器電路(204)，所述電壓整流器電路(204)安裝在所述屏蔽殼體(202)內並配置用於輸送高電壓給所述X射線管(105)； 其中所述電壓整流器電路(204)包括圍繞所述X射線管(105)放置的一系列環以提供電壓的漸進増大，所述電壓整流器電路(204)包括具有第一層和第二層的至少ー個環形印刷電路板，並且其中所述第一層和第二層中的每ー個包括第一端子(502)、第二端子(504)、第三端子(506)、所述第一端子(502)與所述第二端子(504)之間外部連接的ニ極管組裝件(508)以及所述第一端子(502)與所述第三端子(506)之間嵌入的電容器組裝件(510)。
全文摘要
本發明名稱為「緊湊型輻射發生器」。在一個實施例中，提供了用於輻射發生器的電壓整流器電路。電壓整流器電路包括使用多個連接器互相耦合的至少一個環形第一印刷電路板和至少一個環形第二印刷電路板，並且其中第一印刷電路板和第二印刷電路板(500)中的每一個包括第一端子(502)、第二端子(504)、第三端子(506)、第一端子(502)與第二端子(504)之間外部連接的二極體組裝件(508)以及第一端子(502)與第三端子(506)之間嵌入的電容器組裝件(510)。
文檔編號H05G1/10GK102740579SQ20121011498
公開日2012年10月17日 申請日期2012年4月12日 優先權日2011年4月15日
發明者N·庫馬, V·瓦迪維爾 申請人:通用電氣公司