原創：小艾工程師
X射線栅控技術已經存在(zài)40年以(yǐ)上(shàng)，這(zhè)項技術最早在(zài)80年代的(de)CT上(shàng)已經開始應用。當時(shí)由于(yú)掃描架轉速很慢，圖像的(de)采集速度也(yě)很慢，完成一(yī / yì ／yí)層圖像的(de)采集需要(yào / yāo)10秒以(yǐ)上(shàng)，如果采用連續射線，這(zhè)樣的(de)輻射劑量是(shì)不(bù)可接受的(de)，于(yú)是(shì)工程師發明了(le／liǎo)x射線栅控技術（類似于(yú)半導體MOS管的(de)栅極控制），采用栅控脈沖射線進行曝光和(hé / huò)圖像采集。
栅控的(de)目的(de)就(jiù)是(shì)要(yào / yāo)産生脈沖射線。爲(wéi / wèi)了(le／liǎo)獲得更好的(de)圖像質量，當前普通放射使用的(de)所有x射線影像設備，包括mobile C、CBCT、DR、DRF、DSA，都在(zài)采用脈沖射線，脈沖射線可以(yǐ)在(zài)不(bù)增加總輻射的(de)條件下縮短曝光時(shí)間，提高曝光時(shí)刻劑量率，能夠有效提高圖像的(de)信噪比。
産生脈沖射線主要(yào / yāo)有兩種方案，一(yī / yì ／yí)種是(shì)靠脈沖高壓，另一(yī / yì ／yí)種是(shì)持續高壓加栅壓控制通斷。
脈沖高壓實現方式比較簡單，目前被廣泛應用。其基本原理是(shì)用 逆變開關技術來(lái)控制高壓的(de)産生和(hé / huò)停止。逆變啓動，變壓器次級産生交流高壓經（倍壓）整流濾波後産生需要(yào / yāo)的(de)高壓。曝光時(shí)間結束逆變開關關斷，不(bù)再産生變壓器次級高壓。脈沖高壓存在(zài)的(de)主要(yào / yāo)問題是(shì)，脈沖高壓存在(zài)對終端濾波電容充電時(shí)段和(hé / huò)高壓停止時(shí)濾波電容放電時(shí)段，這(zhè)兩個(gè)過程中會産生大(dà)量的(de)軟輻射。
栅控方式是(shì)采用帶栅極的(de)x射線球管，陰極和(hé / huò)陽極之(zhī)間預先加載所需要(yào / yāo)的(de)穩定的(de)高壓，由于(yú)栅壓的(de)控制，燈絲陰極電子(zǐ)不(bù)能溢出(chū)到(dào)達陽極因而(ér)不(bù)會産生x射線。需要(yào / yāo)曝光時(shí)，栅壓打開，陰極電子(zǐ)開始高速轟擊陽極靶盤産生x射線，栅壓關斷電子(zǐ)流即刻關斷。所以(yǐ)曝光完全由栅壓控制，速度極快而(ér)且高壓穩定。現有栅控技術采用分離式方案，即高壓發生器+高壓栅控電源，高壓發生器産生需要(yào / yāo)的(de)高壓通過高壓電纜送至高壓栅控電源，高壓栅控電源産生可控的(de)栅壓一(yī / yì ／yí)起經（四芯）高壓電纜送至x射線球管。由于(yú)栅控電源需要(yào / yāo)工作在(zài)高壓環境，所以(yǐ)需要(yào / yāo)一(yī / yì ／yí)個(gè)很大(dà)的(de)油箱，裏面充滿變壓器油進行絕緣。栅壓的(de)信号控制通常采用多個(gè)高壓脈沖變壓器，所以(yǐ)結構龐大(dà)。雖然栅壓技術實現複雜，成本很高，但帶來(lái)的(de)輻射降低，特别是(shì)軟輻射降低非常明顯，所以(yǐ)GPS和(hé / huò)日本島津在(zài)高端DSA設備上(shàng)一(yī / yì ／yí)直在(zài)使用該技術，國(guó)産DSA也(yě)開始采用。
幾年前某GPS廠商在(zài)發布栅控x射線影像新産品時(shí)宣稱，經FDA确認，栅控射線比脈沖高壓射線降低輻射68%以(yǐ)上(shàng)。
北京艾立科技曆時(shí)七年，研發出(chū)擁有國(guó)家發明專利的(de)嵌入式栅控組合機頭技術。嵌入式栅控組合機頭采用微型栅壓控制模塊直接集成在(zài)高壓發生器内，方便産生和(hé / huò)控制栅壓，體積小，而(ér)且成本極大(dà)降低，适合于(yú)所有脈沖x射線影像設備，可以(yǐ)方便實現從當前脈沖高壓射線技術到(dào)栅控射線技術的(de)産品升級。
降低輻射68%是(shì)GPS廠家某單一(yī / yì ／yí)栅控産品的(de)宣傳，事實上(shàng)脈沖高壓升降沿産生的(de)軟輻射的(de)量也(yě)是(shì)比較容易從原理上(shàng)量化和(hé / huò)類比用來(lái)作爲(wéi / wèi)參考的(de)。
簡單計算：組合機頭要(yào / yāo)獲得平直高壓需要(yào / yāo)有濾波電容，某進口品牌2kw移動C濾波電容600pf，以(yǐ)所需高壓100kv計算，濾波電容充電量：
Q = 600pf * 100kv = 0.06mC = 0.06mAs
放電過程即下降沿就(jiù)是(shì)将0.06mAs的(de)電荷基本釋放完成。
充電即上(shàng)升沿需要(yào / yāo)的(de)時(shí)間除了(le／liǎo)跟濾波電容的(de)大(dà)小有關，還跟發生器的(de)功率、逆變頻率、高壓倍壓級數等有關，常用小功率發生器的(de)上(shàng)升沿時(shí)間基本在(zài)2-5ms左右。以(yǐ)通常10mA、上(shàng)升沿2ms計算，上(shàng)升沿産生的(de)mAs約爲(wéi / wèi)：
10mA * 2ms = 0.02mAs
也(yě)就(jiù)是(shì)說(shuō)一(yī / yì ／yí)個(gè)脈沖高壓産生的(de)邊沿軟輻射對應0.06mAs + 0.02mAs = 0.08mAs。在(zài)實際放射應用中，動态圖像常爲(wéi / wèi)30fps，所以(yǐ)每秒産生的(de)邊沿軟輻射爲(wéi / wèi)：
30 * 0.08= 2.4mAs
常規體檢時(shí)一(yī / yì ／yí)個(gè)胸片正位約爲(wéi / wèi)100kv/3-4mAs，也(yě)就(jiù)是(shì)說(shuō)常規組合機頭2秒的(de)動态影像産生的(de)脈沖高壓邊沿軟輻射mAs就(jiù)相當于(yú)一(yī / yì ／yí)張胸片的(de)mAs。
對于(yú)普通高壓發生器，高壓需要(yào / yāo)通過高壓電纜連接至球管，通常高壓電纜的(de)參數約150p/m, 如果以(yǐ)10米高壓電纜計，電容爲(wéi / wèi)1500p。30fps每秒産生的(de)下降沿軟輻射爲(wéi / wèi)：
30 * 1500pf * 100kv = 4.5mAs
也(yě)就(jiù)是(shì)說(shuō)普通高壓發生器1秒的(de)動态影像産生的(de)脈沖高壓僅下降沿軟輻射mAs就(jiù)相當于(yú)一(yī / yì ／yí)張胸片的(de)mAs。
一(yī / yì ／yí)個(gè)手術的(de)輻射過程短則數十秒，長則數十分鍾，其不(bù)必要(yào / yāo)的(de)輻射劑量是(shì)相當可觀的(de)。而(ér)且軟輻射更容易被人(rén)體吸收，對人(rén)體傷害更大(dà)。
在(zài)現實應用中病人(rén)實際受到(dào)的(de)輻射量與射線發生裝置的(de)總濾過、射線源與人(rén)體之(zhī)間的(de)距離、輻照面積都有很大(dà)關系，以(yǐ)上(shàng)内容假定在(zài)其它條件一(yī / yì ／yí)緻的(de)情況下僅就(jiù)與輻射劑量成正比的(de)加載因素mAs進行讨論。另外在(zài)上(shàng)升沿和(hé / huò)下降沿的(de)輻射過程中高壓的(de)值是(shì)持續變化的(de)，mA一(yī / yì ／yí)定的(de)情況下高壓降低時(shí)的(de)輻射劑量率會變低，但人(rén)體對軟射線的(de)吸收率會增加。
以(yǐ)下是(shì)脈沖高壓射線劑量測量波形：
以(yǐ)下是(shì)栅控脈沖射線劑量測量波形：
波形中，紅色爲(wéi / wèi)IBA MagicMax劑量儀測量得到(dào)的(de)KV波形，綠色爲(wéi / wèi)劑量率波形。容易發現，脈沖高壓的(de)劑量率波形中，初始階段存在(zài)劑量率的(de)上(shàng)升過程，其對應KV的(de)上(shàng)升過程。由于(yú)劑量儀的(de)響應速度的(de)原因，上(shàng)升過程的(de)大(dà)部分初始階段KV值無法測量獲得。其KV的(de)下降過程對應劑量率的(de)下降過程，當KV下降到(dào)一(yī / yì ／yí)定幅值時(shí)，KV值也(yě)無法測出(chū)。
栅控高壓的(de)劑量率波形中，起始段和(hé / huò)結束段是(shì)瞬間完成的(de)，因爲(wéi / wèi)高壓保持不(bù)變，僅僅是(shì)電子(zǐ)束的(de)導通和(hé / huò)關斷，所以(yǐ)徹底消除了(le／liǎo)上(shàng)升沿和(hé / huò)下降沿，同時(shí)由于(yú)高壓是(shì)預先加載的(de)，在(zài)整個(gè)曝光過程中持續穩定存在(zài)，避免了(le／liǎo)脈沖高壓存在(zài)的(de)頻繁啓動，PID高壓頻繁劇烈調整，所以(yǐ)高壓更穩定，波動更小，射線質量更好。由于(yú)沒有了(le／liǎo)上(shàng)升沿和(hé / huò)下降沿的(de)時(shí)間延遲，栅控射線的(de)頻率可以(yǐ)做到(dào)很高，在(zài)實驗室射線的(de)脈沖頻率已經可以(yǐ)做到(dào)1kHz以(yǐ)上(shàng)。
3D影像在(zài)臨床上(shàng)的(de)應用越來(lái)越多，栅控技術完全消除了(le／liǎo)脈沖射線的(de)邊沿軟輻射，因而(ér)可以(yǐ)獲得更好的(de)圖像重建效果，衆所周知軟射線的(de)存在(zài)是(shì)CT重建過程中産生僞影（如金屬僞影）的(de)根本原因。
雙能技術是(shì)進一(yī / yì ／yí)步減小重建僞影的(de)重要(yào / yāo)手段，栅控技術可以(yǐ)方便地(dì / de)實現更高頻率的(de)interlace雙能，以(yǐ)下是(shì)120/80kv 5ms脈寬的(de)雙能劑量波形。
嵌入式栅控脈沖技術可以(yǐ)應用于(yú)組合機頭、普通脈沖射線發生器，可以(yǐ)用于(yú)開發下一(yī / yì ／yí)代移動C、CBCT、DRF、動态DR、DSA等，更多産品信息 www.ailigrid.com。
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