CN115996507B - 高压发生器及其电压控制方法、射线发生装置及成像*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高压发生器及其电压控制方法、射线发生装置及成像***，高压发生器的电压控制方法包括计算其过冲幅度；结合过冲幅度及高压发生器的电压适用范围、上升时间，规划电压过程曲线并计算实时电压；确定高压发生器的电压设定值；采样其实际输出电压信号，若实际输出电压值未达到电压设定值，则对阳极高压偏差、阴极高压偏差、电流偏差中的一种或多种进行补偿，得到补偿后的电压值；根据补偿后的电压值计算高压发生器的输出电压增幅并调节输出电压，直至重新采样的实际输出电压信号达到电压设定值，并维持此状态下的电压控制参数。本发明能够改善现有高压发生器的输出电压不稳定及过冲的问题，增强X射线成像质量，延长球管使用寿命。

Description

高压发生器及其电压控制方法、射线发生装置及成像***

技术领域

本发明涉及X射线管领域，尤其涉及一种高压发生器及其电压控制方法、射线发生装置及成像***。

背景技术

X射线的剂量影响成像质量，通过调节高压发生器的电压（kV）、电流（mA）、电流时间积（mAs），可以控制X射线的剂量；其中电压的稳定性对X射线的质量有重要的影响，电压不稳定将导致X射线频谱产生时变，产生更多的软射线，影响成像质量并对人体产生损伤。

此外，X射线管是产生X射线的关键部件，也是价格昂贵、寿命较短的消耗件。其最大管电压由管芯长度、形状、绝缘介质的种类以及管套的形式等决定，若高压发生器的输出电压超过X射线管的最大管电压值，可导致管壁放电或击穿，影响X射线管的使用寿命。

以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的发明构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，也不必然会给出技术教导；在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日之前已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

发明内容

本发明的目的是提供一种高压发生器及其电压控制方法、射线发生装置及成像***，能够解决现有控制方式的高压发生器的输出电压不稳定及过冲的问题，增强X射线成像质量，以及延长X射线球管的使用寿命。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种高压发生器电压控制方法，包括以下步骤：

计算高压发生器的过冲幅度；

结合所述过冲幅度，以及所述高压发生器的电压适用范围上限值、上升时间，规划电压过程曲线为：V(t)=K _r ×t+V(t)，其中，t为当前周期内的时刻，V(t)为当前周期内实时电压；K _r 为当前周期内电压的上升斜率，其与所述电压适用范围上限值、上升时间正相关，其与所述过冲幅度负相关；

接收对高压发生器的控制信号，所述控制信号包括电压设定值；

以高压发生器的输出电压达到所述电压设定值为目标，进行电压闭环控制，包括：采样所述高压发生器的实际输出电压信号，若所述高压发生器的实际输出电压值未达到所述电压设定值，则执行以下步骤：

根据所述电压过程曲线，计算出实时电压；

在所述实时电压的基础上，对阳极高压偏差、阴极高压偏差、电流偏差中的一种或多种进行补偿，得到补偿后的电压值；

根据补偿后的电压值，通过以下公式计算高压发生器的输出电压增幅：

，其中，△V _out (t)为高压发生器的当前输出电压的增幅电压值，e(t)为补偿后的电压值，k _p 为各调节部分的比例系数，T _i 为各调节部分的积分系数，T _d 为各调节部分的微分系数；

调整所述高压发生器的电压控制参数，使所述高压发生器的输出电压根据△V _out (t)的计算结果而增加；

重新采样所述高压发生器的实际输出电压信号，若所述高压发生器的实际输出电压值未达到所述电压设定值，则再次计算所述输出电压增幅及调节输出电压，直至重新采样的实际输出电压信号达到所述电压设定值，并维持此状态下的电压控制参数。

进一步地，承前所述的任一技术方案或多个技术方案的组合，所述电压过程曲线中为实时电压划分不同区间，并规划各自区间所对应的电压的上升斜率，包括：

，其中，V _max为电压适用范围上限值，T _rise 为上升时间，D _iff 为过冲幅度；[z₀, z₁)为第一电压区间，[z₁, z₂)为第二电压区间，[z_n, z_n+1)为第n+1电压区间；ɑ ₀、ɑ ₁…ɑ _n 为常数，其分别为n+1个区间对应的电压系数；b ₀、b ₁…b _n 为常数，其分别为n+1个区间对应的过冲系数；c ₀、c ₁…c _n 为常数，其分别为n+1个区间对应的上升时间系数；d ₀、d ₁…d _n 分别为n+1个区间对应的常数系数。

进一步地，承前所述的任一技术方案或多个技术方案的组合，V(t)在一个周期内的实时电压初始值为零，z₀为0，z_n+1大于或等于所述电压设定值；

下一电压区间对应的上升斜率小于上一电压区间对应的上升斜率。

进一步地，承前所述的任一技术方案或多个技术方案的组合，电压系数ɑ ₀、ɑ ₁…ɑ _n 、过冲系数b ₀、b ₁…b _n 、上升时间系数c ₀、c ₁…c _n 、常数系数d ₀、d ₁…d _n 通过以下方式验证其常数设计值的合理性：

高压发生器按照上述系数的常数设计值运行，并采集高压发生器的实际输出电压信号；

对所述实际输出电压拟合时间曲线；

根据公式V _out (t) = V _out (t) +△V _out (t)，按照上述系数的常数设计值得到高压发生器的输出电压设计曲线；

将所述输出电压设计曲线与拟合到的实际输出电压的时间曲线作比较；

若两曲线的贴合度高于预设的阈值，则判定其常数设计值合理，否则对电压系数ɑ ₀、ɑ ₁…ɑ _n 、过冲系数b ₀、b ₁…b _n 、上升时间系数c ₀、c ₁…c _n 、常数系数d ₀、d ₁…d _n 中的部分或全部重新设计数值。

进一步地，承前所述的任一技术方案或多个技术方案的组合，所述高压发生器的过冲幅度通过以下方式获取：

将高压发生器与射线球管连接，并按照默认参数运行所述高压发生器，其中，所述默认参数包括电压、电流和灯丝预热值；

采集运行中的高压发生器的实际输出电压的反馈值；

通过以下公式计算所述高压发生器的过冲幅度：

D _iff = (V _feedback －V _ref ) / V _ref ，其中，D _iff 为过冲幅度，V _ref 为默认电压值，V _feedback 为实际输出电压的反馈值。

进一步地，承前所述的任一技术方案或多个技术方案的组合，所述阳极高压偏差为：

，其中，e _kvfbA 为阳极高压偏差，V _kvfbA 为高压发生器的阳极高压的采样反馈值，k _pA 为阳极高压偏差调节部分的比例系数，T _iA 为阳极高压偏差调节部分的积分系数，T _dA 为阳极高压偏差调节部分的微分系数；

及/或，所述阴极高压偏差为：

，其中，e _kvfbC 为阴极高压偏差，V _kvfbC 为高压发生器的阴极高压的采样反馈值，k _pC 为阴极高压偏差调节部分的比例系数，T _iC 为阴极高压偏差调节部分的积分系数，T _dC 为阴极高压偏差调节部分的微分系数；

及/或，所述电流偏差为：

，其中，e _mAfb 为电流偏差，I _mAfb 为高压发生器的电流的采样反馈值，k _pI 为电流偏差调节部分的比例系数，T _iI 为电流偏差调节部分的积分系数，T _dI 为电流偏差调节部分的微分系数。

进一步地，承前所述的任一技术方案或多个技术方案的组合，通过以下公式计算所述补偿后的电压值：

，其中，e(t)为当前周期内实时补偿后的电压值，V(t)为当前周期内实时电压，e _kvfbA (t)为当前周期内的实时阳极高压偏差，e _kvfbC (t)为当前周期内的实时阴极高压偏差，e _mAfb (t)为当前周期内的实时电流偏差。

进一步地，承前所述的任一技术方案或多个技术方案的组合，所述控制信号包括电流设定值，在进行电压闭环控制之前还包括：

判断所述电压设定值和电流设定值是否有效，包括：若所述电压设定值在预设的电压有效范围内，且所述电流设定值在预设的电流有效范围内，则判定设定值有效，否则判定设定值无效；

若设定值有效，则进行电压闭环控制；若设定值无效，则维持此前的电压设定值和电流设定值，或者停止当前高压发生器的工作，并发出提示信号。

进一步地，承前所述的任一技术方案或多个技术方案的组合，所述高压发生器的实际输出电压为运行中的高压发生器的阳极高压的采样反馈值与阴极高压的采样反馈值之和；

重新采样的实际输出电压信号达到所述电压设定值之后，还包括：

判断高压发生器的阳极高压的采样反馈值与阴极高压的采样反馈值之间的差值是否介于预设的允许差值范围内，若是，则维持此状态下的电压控制参数，否则发出压差过大的提示信号。

根据本发明的另一方面，本发明提供了一种高压发生器电压控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

计算高压发生器的过冲幅度；

结合所述过冲幅度，以及所述高压发生器的电压适用范围上限值、上升时间，规划电压过程曲线为：V(t)=K _r ×t+V(t)，其中，t为当前周期内的时刻，V(t)为当前周期内实时电压；K _r 为当前周期内电压的上升斜率，其与所述电压适用范围上限值、上升时间正相关，其与所述过冲幅度负相关；

根据所述电压过程曲线，计算出实时电压；

在所述实时电压的基础上，对阳极高压偏差、阴极高压偏差、电流偏差中的一种或多种进行补偿，得到补偿后的电压值；

根据补偿后的电压值，通过以下公式计算高压发生器的输出电压增幅：

，其中，△V _out (t)为高压发生器的当前输出电压的增幅电压值，e(t)为补偿后的电压值，k _p 为各调节部分的比例系数，T _i 为各调节部分的积分系数，T _d 为各调节部分的微分系数；

控制所述高压发生器的输出电压根据△V _out (t)的计算结果而增加。

进一步地，承前所述的任一技术方案或多个技术方案的组合，所述高压发生器的过冲幅度通过以下方式获取：将高压发生器与射线球管连接，并按照默认参数运行所述高压发生器，其中，所述默认参数包括电压、电流和灯丝预热值；采集运行中的高压发生器的电压反馈值；通过以下公式计算所述高压发生器的过冲幅度：D _iff = (V _feedback －V _ref ) /V _ref ，其中，D _iff 为过冲幅度，V _ref 为默认电压值，V _feedback 为电压反馈值；

及/或，通过以下公式计算所述补偿后的电压值：

，其中，e(t)为当前周期内实时补偿后的电压值，V(t)为当前周期内实时电压，e _kvfbA (t)为当前周期内的实时阳极高压偏差，e _kvfbC (t)为当前周期内的实时阴极高压偏差，e _mAfb (t)为当前周期内的实时电流偏差；其中，所述阳极高压偏差为：/>

，其中，e _kvfbA 为阳极高压偏差，V _kvfbA 为高压发生器的阳极高压的采样反馈值，k _pA 为阳极高压偏差调节部分的比例系数，T _iA 为阳极高压偏差调节部分的积分系数，T _dA 为阳极高压偏差调节部分的微分系数；

所述阴极高压偏差为：

，其中，e _kvfbC 为阴极高压偏差，V _kvfbC 为高压发生器的阴极高压的采样反馈值，k _pC 为阴极高压偏差调节部分的比例系数，T _iC 为阴极高压偏差调节部分的积分系数，T _dC 为阴极高压偏差调节部分的微分系数；

所述电流偏差为：

，其中，e _mAfb 为电流偏差，I _mAfb 为高压发生器的电流的采样反馈值，k _pI 为电流偏差调节部分的比例系数，T _iI 为电流偏差调节部分的积分系数，T _dI 为电流偏差调节部分的微分系数。

进一步地，承前所述的任一技术方案或多个技术方案的组合，还包括在规划所述电压过程曲线过程中，为实时电压划分不同区间，并规划各自区间所对应的电压的上升斜率，包括：

，其中，V _max为电压适用范围上限值，T _rise 为上升时间，D _iff 为过冲幅度；[z₀, z₁)为第一电压区间，[z₁, z₂)为第二电压区间，[z_n, z_n+1)为第n+1电压区间；ɑ ₀、ɑ ₁…ɑ _n 为常数，其分别为n+1个区间对应的电压系数；b ₀、b ₁…b _n 为常数，其分别为n+1个区间对应的过冲系数；c ₀、c ₁…c _n 为常数，其分别为n+1个区间对应的上升时间系数；d ₀、d ₁…d _n 分别为n+1个区间对应的常数系数；V(t)在一个周期内的实时电压初始值为零，z₀为0，z_n+1大于或等于所述电压设定值；下一电压区间对应的上升斜率小于上一电压区间对应的上升斜率；

以及通过以下步骤验证电压系数ɑ ₀、ɑ ₁…ɑ _n 、过冲系数b ₀、b ₁…b _n 、上升时间系数c ₀、c ₁…c _n 、常数系数d ₀、d ₁…d _n 验证其常数设计值的合理性：

高压发生器按照上述系数的常数设计值运行，并采集高压发生器的实际输出电压信号；

对所述实际输出电压拟合时间曲线；

根据公式V _out (t) = V _out (t) +△V _out (t)，按照上述系数的常数设计值得到高压发生器的输出电压设计曲线；

将所述输出电压设计曲线与拟合到的实际输出电压的时间曲线作比较；

若两曲线的贴合度高于预设的阈值，则判定其常数设计值合理，否则对电压系数ɑ ₀、ɑ ₁…ɑ _n 、过冲系数b ₀、b ₁…b _n 、上升时间系数c ₀、c ₁…c _n 、常数系数d ₀、d ₁…d _n 中的部分或全部重新设计数值。

根据本发明的另一方面，本发明提供了一种高压发生器，包括顺序连接的交流供电模块、逆变模块、高压变压器、高压倍压模块，其中，所述高压倍压模块被配置为向射线球管的阴极和阳极输出电压，所述高压发生器还包括控制模块，所述控制模块利用如上所述的方法控制所述高压倍压模块的输出电压。

进一步地，承前所述的任一技术方案或多个技术方案的组合，所述控制模块被配置为控制所述交流供电模块、逆变模块和/或高压变压器的工作参数，当需要维持高压发生器的电压控制参数时，所述控制模块控制所述交流供电模块、逆变模块和/或高压变压器的当前工作参数维持不变。

根据本发明的另一方面，本发明提供了一种射线发生装置，包括高压发生器和射线球管，所述高压发生器的阳极被配置为与所述射线球管的阳极连接并为其提供高压，所述高压发生器的阴极被配置为与所述射线球管的阴极连接并为其提供高压；采用如上所述的方法控制所述高压发生器的输出电压。

根据本发明的另一方面，本发明提供了一种射线成像***，包括探测器、图像处理器及如上所述的射线发生装置。

本发明提供的技术方案带来的有益效果如下：

a. 本发明通过计算高压发生器的过冲幅度，结合过冲幅度以及高压发生器的电压适用范围上限值、上升时间，规划电压过程曲线，以高压发生器的输出电压达到曝光任务所需的电压设定值为目标，进行电压闭环控制，使高压发生器的实际输出电压值达到电压设定值，能够降低电压的过冲现象，从而降低X射线剂量过程，增强X射线成像质量，以及延长X射线球管的使用寿命；

b. 本发明在高压发生器的电压闭环控制中引入电流反馈，可将高压发生器的输出电压波动稳定在很小的范围内，从而提高曝光剂量的稳定性，减少对被拍摄者的伤害。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为高压发生器和射线球管的连接原理示意图；

图2为本发明的一个示例性实施例提供的高压发生器的原理示意图；

图3为本发明的一个示例性实施例提供的一种高压发生器电压控制方法的流程图；

图4为本发明的一个示例性实施例提供的高压发生器电压闭环控制方法的流程图；

图5为常规X射线***的管电压和剂量率的测试结果图；

图6为本发明的一个示例性实施例提供的X射线***的管电压和剂量率的测试结果图。

其中，附图标记包括：1-交流供电模块，2-逆变模块，3-高压变压器，4-高压倍压模块，5-和控制模块。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。

在本发明的一个实施例中，提供了一种高压发生器电压控制方法，用于控制X射线发生装置中的高压发生器的输出电压，通过计算高压发生器的过冲幅度，结合所述过冲幅度，以及所述高压发生器的电压适用范围上限值、上升时间，规划电压过程曲线为，以高压发生器的输出电压达到曝光任务所需的电压设定值为目标，进行电压闭环控制，使所述高压发生器的实际输出电压值为所述电压设定值，或者始终控制在预设的电压设定值范围内。能够解决现有控制方式的高压发生器的输出电压不稳定及过冲的问题，增强X射线成像质量，以及延长X射线球管的使用寿命。

在本实施例中，参见图1，所述射线发生装置包括高压发生器和射线球管，所述高压发生器的阳极被配置为与所述射线球管的阳极连接并为其提供高压，所述高压发生器的阴极被配置为与所述射线球管的阴极连接并为其提供高压，所述高压发生器的输出电压为所述高压发生器的阳极高压与阴极高压之和。

参见图2，所述高压发生器包括顺序连接的交流供电模块1、逆变模块2、高压变压器3、高压倍压模块4和控制模块5，其中，所述高压倍压模块4被配置为向射线球管的阴极和阳极输出电压，所述控制模块5被配置为控制所述交流供电模块1、逆变模块2和/或高压变压器3的工作参数。

在本实施例中，所述高压发生器电压控制方法流程如图3所示，通过以下方式获取计算高压发生器的过冲幅度：

如图1所示，将高压发生器与射线球管连接，并按照默认参数运行所述高压发生器，其中，所述默认参数包括电压、电流和灯丝预热值，所述默认参数可以根据高压发生器与射线球管的额定参数设定，也可以采用曝光任务对应的电压、电流和灯丝预热值，在实际应用中，可以基于多组所述默认参数分别获取对应的所述过冲幅度，并将不同的过冲幅度与对应的默认参数预存储在可读的介质中，针对不同曝光任务，采用不同的过冲幅度用于对高压发生器的输出电压的闭环调节；

采集运行中的高压发生器的实际输出电压的反馈值，所述高压发生器的实际输出电压为运行中的高压发生器的阳极高压的采样反馈值与阴极高压的采样反馈值之和；

通过以下公式计算所述高压发生器的过冲幅度：

D _iff = (V _feedback －V _ref ) / V _ref ，其中，D _iff 为过冲幅度，V _ref 为默认电压值，V _feedback 为实际输出电压的反馈值。

结合所述过冲幅度，以及所述高压发生器的电压适用范围上限值、上升时间，规划电压过程曲线为：V(t)=K _r ×t+V(t)，其中，t为当前周期内的时刻，V(t)为当前周期内实时电压；K _r 为当前周期内电压的上升斜率，其与所述电压适用范围上限值、上升时间正相关，其与所述过冲幅度负相关。

所述电压过程曲线中为实时电压划分不同区间，并规划各自区间所对应的电压的上升斜率，包括：

，其中，V _max为电压适用范围上限值，T _rise 为上升时间，D _iff 为过冲幅度；[z₀, z₁)为第一电压区间，[z₁, z₂)为第二电压区间，[z_n, z_n+1)为第n+1电压区间；ɑ ₀、ɑ ₁…ɑ _n 为常数，其分别为n+1个区间对应的电压系数；b ₀、b ₁…b _n 为常数，其分别为n+1个区间对应的过冲系数；c ₀、c ₁…c _n 为常数，其分别为n+1个区间对应的上升时间系数；d ₀、d ₁…d _n 分别为n+1个区间对应的常数系数。V(t)在一个周期内的实时电压初始值为零，z₀为0，z_n+1大于或等于所述电压设定值；下一电压区间对应的上升斜率小于上一电压区间对应的上升斜率，以使高压发生器的输出电压能够以较快的速度上升至电压设定值，并且越接近电压设定值越保持平稳的上升过程。/>

在本实施例中，所述电压系数ɑ ₀、ɑ ₁…ɑ _n 、过冲系数b ₀、b ₁…b _n 、上升时间系数c ₀、c ₁…c _n 、常数系数d ₀、d ₁…d _n 通过以下方式验证其常数设计值的合理性：

高压发生器按照上述系数的常数设计值运行，并采集高压发生器的实际输出电压信号；对所述实际输出电压拟合时间曲线；根据公式V _out (t) = V _out (t) +△V _out (t)，按照上述系数的常数设计值得到高压发生器的输出电压设计曲线；将所述输出电压设计曲线与拟合到的实际输出电压的时间曲线作比较；若两曲线的贴合度高于预设的阈值，则判定其常数设计值合理，否则对电压系数ɑ ₀、ɑ ₁…ɑ _n 、过冲系数b ₀、b ₁…b _n 、上升时间系数c ₀、c ₁…c _n 、常数系数d ₀、d ₁…d _n 中的部分或全部重新设计数值。

启动高压发生器，若启动高压发生器未接收到动作信号，则保持待机，无需启动工作；若接收到对高压发生器的控制信号，所述控制信号包括电压设定值和电流设定值，并判断所述电压设定值和电流设定值是否有效，若所述电压设定值在预设的电压有效范围内，且所述电流设定值在预设的电流有效范围内，则判定设定值有效，否则判定设定值无效。若设定值有效，则进行电压闭环控制；若设定值无效，则维持此前曝光任务中的电压设定值和电流设定值，或者停止当前高压发生器的工作，并发出提示信号。

高压发生器在工作中，以高压发生器的输出电压达到所述电压设定值为目标，进行电压闭环控制，采样所述高压发生器的实际输出电压信号，若所述高压发生器的实际输出电压值未达到所述电压设定值，则通过计算输出电压增幅来对高压发生器进行电压闭环控制。

输出电压增幅的计算流程如图4所示：如上述介绍先计算所述高压发生器的过冲幅度；以及结合过冲幅度，以及所述高压发生器的电压适用范围上限值、上升时间，规划电压过程曲线；根据电压过程曲线，计算出软件层面的实时电压。在所述实时电压的基础上，对阳极高压偏差、阴极高压偏差、电流偏差中的一种或多种进行补偿，得到补偿后的电压值。本发明的一个实施例中，在高压发生器的电压闭环控制中引入电压反馈以及电流反馈，可将高压发生器的输出电压波动稳定在很小的范围内，从而提高曝光剂量的稳定性，减少对被拍摄者的伤害。

即通过公式

计算所述补偿后的电压值，其中，e(t)为当前周期内实时补偿后的电压值，V(t)为当前周期内实时电压，e _kvfbA (t)为当前周期内的实时阳极高压偏差，e _kvfbC (t)为当前周期内的实时阴极高压偏差，e _mAfb (t)为当前周期内的实时电流偏差。

所述阳极高压偏差的计算公式为：

，

其中，e _kvfbA 为阳极高压偏差，V _kvfbA 为高压发生器的阳极高压的采样反馈值，k _pA 为阳极高压偏差调节部分的比例系数，T _iA 为阳极高压偏差调节部分的积分系数，T _dA 为阳极高压偏差调节部分的微分系数；

所述阴极高压偏差的计算公式为：

，其中，e _kvfbC 为阴极高压偏差，V _kvfbC 为高压发生器的阴极高压的采样反馈值，k _pC 为阴极高压偏差调节部分的比例系数，T _iC 为阴极高压偏差调节部分的积分系数，T _dC 为阴极高压偏差调节部分的微分系数；

所述电流偏差的计算公式为：

，其中，e _mAfb 为电流偏差，I _mAfb 为高压发生器的电流的采样反馈值，k _pI 为电流偏差调节部分的比例系数，T _iI 为电流偏差调节部分的积分系数，T _dI 为电流偏差调节部分的微分系数。

根据补偿后的电压值，通过以下公式计算高压发生器的输出电压增幅：

，其中，△V _out (t)为高压发生器的当前输出电压的增幅电压值，e(t)为补偿后的电压值，k _p 为各调节部分的比例系数，T _i 为各调节部分的积分系数，T _d 为各调节部分的微分系数。

调整所述高压发生器的电压控制参数，使所述高压发生器的输出电压根据△V _out (t)的计算结果而增加。本发明实施例中，对补偿后的电压值进行PID控制会使得随着时间的变化△V _out (t)的计算结果由大变小。比如，以电压设定值为110kV为例，当前高压发生器硬件输出电压为50kV，△V _out (t)的计算结果为30kV，则调整硬件参数，使其硬件输出电压为80kV，由于硬件控制精度或采样精度的局限，所以无法确保采样的实际输出电压完全等于硬件输出电压值，比如此时采样的实际输出电压为85kV，小于当前的电压设定值110kV，则再次计算△V _out (t)，此次计算结果为10kV；此时采样的实际输出电压为98kV，小于当前的电压设定值110kV，则第三次计算△V _out (t)，此次计算结果为7kV；此时采样的实际输出电压为104kV，小于当前的电压设定值110kV，则第四次计算△V _out (t)，此次计算结果为5kV；此时采样的实际输出电压为111kV，达到电压设定值。这种在启动初期以较大的电压增幅来达到快速增加的目的，而在输出终点前以较小的电压增幅来增长到达到电压设定值，可以防止电压过冲而导致剂量过激。

具体如图2所示，电压控制参数是指所述由控制模块5控制的所述交流供电模块1、逆变模块2和/或高压变压器3的工作参数，通过改变其工作参数进而实现调整所述高压发生器的输出电压；重新采样所述高压发生器的实际输出电压信号，若所述高压发生器的实际输出电压值未达到所述电压设定值，则再次计算所述输出电压增幅及调节输出电压，直至重新采样的实际输出电压信号达到所述电压设定值，并维持此状态下的电压控制参数，即控制模块控制所述交流供电模块1、逆变模块2和/或高压变压器3的当前工作参数维持不变。

判断重新采样的实际输出电压信号是否达到所述电压设定值的方式为：所述高压发生器的实际输出电压为运行中的高压发生器的阳极高压的采样反馈值与阴极高压的采样反馈值之和，若此采样反馈值之和大于或等于电压设定值，则认为实际输出电压信号达到所述电压设定值。

除了需要考虑实际输出电压信号是否达到所述电压设定值作为维持当前电压控制参数的考虑因素，还可以结合考虑高压发生器的阳极高压的采样反馈值与阴极高压的采样反馈值之间的差值是否介于预设的允许差值范围内，以电压设定值为110kV为例，若阳极高压的采样反馈值为40kV，阴极高压的采样反馈值为70kV，尽管两者之和达到110kV，但是阴阳两极电压明显失衡，则无法判定当前是合格的高压输出状态，因此，需要发出压差过大的提示信号。

在本发明的一个实施例中，提供了一种射线成像***，包括探测器、图像处理器及如上述实施例所述的X射线发生装置。图5给出了没有利用本实施例中的电压控制方法的X射线成像***的管电压和剂量率的测试结果，图6给出了基于本发明实施例提供的高压发生器电压控制方法的X射线发生装置的管电压和剂量率的测试结果，图6中管电压曲线①明显较图5中的管电压曲线①更加平稳；此外，如图5所示的启动阶段的剂量率曲线②在达到稳定水平前有一个明显的超出该稳定水平的剂量率波峰，这说明此时对应有产生一个明显的电压过冲，而如图6所示的启动阶段的剂量率曲线②是一步步增长到稳定水平，期间并未超出对应的稳定水平，因此采用本发明提供的高压发生器电压控制方法及X射线发生装置，能够有效改进射线成像***的管电压和X射线剂量的稳定性，能够显著降低高压发生器输出电压的过冲现象，从而降低X射线剂量过程。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (16)

1.一种高压发生器电压控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

计算高压发生器的过冲幅度；

结合所述过冲幅度，以及所述高压发生器的电压适用范围上限值、上升时间，规划电压过程曲线为：V(t)=K _r ×t+V(t)，其中，t为当前周期内的时刻，V(t)为当前周期内实时电压；K _r 为当前周期内电压的上升斜率，其与所述电压适用范围上限值、上升时间正相关，其与所述过冲幅度负相关；

接收对高压发生器的控制信号，所述控制信号包括电压设定值；

以高压发生器的输出电压达到所述电压设定值为目标，进行电压闭环控制，包括：采样所述高压发生器的实际输出电压信号，若所述高压发生器的实际输出电压值未达到所述电压设定值，则执行以下步骤：

根据所述电压过程曲线，计算出实时电压；

在所述实时电压的基础上，对阳极高压偏差、阴极高压偏差、电流偏差中的一种或多种进行补偿，得到补偿后的电压值；

根据补偿后的电压值，通过以下公式计算高压发生器的输出电压增幅：

，其中，△V _out (t)为高压发生器的当前输出电压的增幅电压值，e(t)为补偿后的电压值，k _p 为各调节部分的比例系数，T _i 为各调节部分的积分系数，T _d 为各调节部分的微分系数；

调整所述高压发生器的电压控制参数，使所述高压发生器的输出电压根据△V _out (t)的计算结果而增加；

重新采样所述高压发生器的实际输出电压信号，若所述高压发生器的实际输出电压值未达到所述电压设定值，则再次计算所述输出电压增幅及调节输出电压，直至重新采样的实际输出电压信号达到所述电压设定值，并维持此状态下的电压控制参数。

2.根据权利要求1所述的高压发生器电压控制方法，其特征在于，所述电压过程曲线中为实时电压划分不同区间，并规划各自区间所对应的电压的上升斜率，包括：

，其中，V _max为电压适用范围上限值，T _rise 为上升时间，D _iff 为过冲幅度；[z₀, z₁)为第一电压区间，[z₁, z₂)为第二电压区间，[z_n,z_n+1)为第n+1电压区间；ɑ ₀、ɑ ₁…ɑ _n 为常数，其分别为n+1个区间对应的电压系数；b ₀、b ₁…b _n 为常数，其分别为n+1个区间对应的过冲系数；c ₀、c ₁…c _n 为常数，其分别为n+1个区间对应的上升时间系数；d ₀、d ₁…d _n 分别为n+1个区间对应的常数系数。

3.根据权利要求2所述的高压发生器电压控制方法，其特征在于，V(t)在一个周期内的实时电压初始值为零，z₀为0，z_n+1大于或等于所述电压设定值；

下一电压区间对应的上升斜率小于上一电压区间对应的上升斜率。

4.根据权利要求2所述的高压发生器电压控制方法，其特征在于，电压系数ɑ ₀、ɑ ₁…ɑ _n 、过冲系数b ₀、b ₁…b _n 、上升时间系数c ₀、c ₁…c _n 、常数系数d ₀、d ₁…d _n 通过以下方式验证其常数设计值的合理性：

高压发生器按照上述系数的常数设计值运行，并采集高压发生器的实际输出电压信号；

对所述实际输出电压拟合时间曲线；

根据公式V _out (t) = V _out (t) +△V _out (t)，按照上述系数的常数设计值得到高压发生器的输出电压设计曲线；

将所述输出电压设计曲线与拟合到的实际输出电压的时间曲线作比较；

若两曲线的贴合度高于预设的阈值，则判定其常数设计值合理，否则对电压系数ɑ ₀、ɑ ₁…ɑ _n 、过冲系数b ₀、b ₁…b _n 、上升时间系数c ₀、c ₁…c _n 、常数系数d ₀、d ₁…d _n 中的部分或全部重新设计数值。

5.根据权利要求1所述的高压发生器电压控制方法，其特征在于，所述高压发生器的过冲幅度通过以下方式获取：

将高压发生器与射线球管连接，并按照默认参数运行所述高压发生器，其中，所述默认参数包括电压、电流和灯丝预热值；

采集运行中的高压发生器的实际输出电压的反馈值；

通过以下公式计算所述高压发生器的过冲幅度：

D _iff = (V _feedback －V _ref ) / V _ref ，其中，D _iff 为过冲幅度，V _ref 为默认电压值，V _feedback 为实际输出电压的反馈值。

6.根据权利要求1所述的高压发生器电压控制方法，其特征在于，所述阳极高压偏差为：

，其中，e _kvfbA 为阳极高压偏差，V _kvfbA 为高压发生器的阳极高压的采样反馈值，k _pA 为阳极高压偏差调节部分的比例系数，T _iA 为阳极高压偏差调节部分的积分系数，T _dA 为阳极高压偏差调节部分的微分系数；

及/或，所述阴极高压偏差为：

，其中，e _kvfbC 为阴极高压偏差，V _kvfbC 为高压发生器的阴极高压的采样反馈值，k _pC 为阴极高压偏差调节部分的比例系数，T _iC 为阴极高压偏差调节部分的积分系数，T _dC 为阴极高压偏差调节部分的微分系数；

及/或，所述电流偏差为：

，其中，e _mAfb 为电流偏差，I _mAfb 为高压发生器的电流的采样反馈值，k _pI 为电流偏差调节部分的比例系数，T _iI 为电流偏差调节部分的积分系数，T _dI 为电流偏差调节部分的微分系数。

7.根据权利要求6所述的高压发生器电压控制方法，其特征在于，通过以下公式计算所述补偿后的电压值：

，其中，e(t)为当前周期内实时补偿后的电压值，V(t)为当前周期内实时电压，e _kvfbA (t)为当前周期内的实时阳极高压偏差，e _kvfbC (t)为当前周期内的实时阴极高压偏差，e _mAfb (t)为当前周期内的实时电流偏差。

8.根据权利要求1所述的高压发生器电压控制方法，其特征在于，所述控制信号包括电流设定值，在进行电压闭环控制之前还包括：

判断所述电压设定值和电流设定值是否有效，包括：若所述电压设定值在预设的电压有效范围内，且所述电流设定值在预设的电流有效范围内，则判定设定值有效，否则判定设定值无效；

若设定值有效，则进行电压闭环控制；若设定值无效，则维持此前的电压设定值和电流设定值，或者停止当前高压发生器的工作，并发出提示信号。

9.根据权利要求1或4或5所述的高压发生器电压控制方法，其特征在于，所述高压发生器的实际输出电压为运行中的高压发生器的阳极高压的采样反馈值与阴极高压的采样反馈值之和；

重新采样的实际输出电压信号达到所述电压设定值之后，还包括：

判断高压发生器的阳极高压的采样反馈值与阴极高压的采样反馈值之间的差值是否介于预设的允许差值范围内，若是，则维持此状态下的电压控制参数，否则发出压差过大的提示信号。

10.一种高压发生器电压控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

计算高压发生器的过冲幅度；

结合所述过冲幅度，以及所述高压发生器的电压适用范围上限值、上升时间，规划电压过程曲线为：V(t)=K _r ×t+V(t)，其中，t为当前周期内的时刻，V(t)为当前周期内实时电压；K _r 为当前周期内电压的上升斜率，其与所述电压适用范围上限值、上升时间正相关，其与所述过冲幅度负相关；

根据所述电压过程曲线，计算出实时电压；

在所述实时电压的基础上，对阳极高压偏差、阴极高压偏差、电流偏差中的一种或多种进行补偿，得到补偿后的电压值；

根据补偿后的电压值，通过以下公式计算高压发生器的输出电压增幅：

，其中，△V _out (t)为高压发生器的当前输出电压的增幅电压值，e(t)为补偿后的电压值，k _p 为各调节部分的比例系数，T _i 为各调节部分的积分系数，T _d 为各调节部分的微分系数；

控制所述高压发生器的输出电压根据△V _out (t)的计算结果而增加。

11.根据权利要求10所述的高压发生器电压控制方法，其特征在于，所述高压发生器的过冲幅度通过以下方式获取：将高压发生器与射线球管连接，并按照默认参数运行所述高压发生器，其中，所述默认参数包括电压、电流和灯丝预热值；采集运行中的高压发生器的电压反馈值；通过以下公式计算所述高压发生器的过冲幅度：D _iff = (V _feedback －V _ref ) /V _ref ，其中，D _iff 为过冲幅度，V _ref 为默认电压值，V _feedback 为电压反馈值；

及/或，通过以下公式计算所述补偿后的电压值：

，其中，e(t)为当前周期内实时补偿后的电压值，V(t)为当前周期内实时电压，e _kvfbA (t)为当前周期内的实时阳极高压偏差，e _kvfbC (t)为当前周期内的实时阴极高压偏差，e _mAfb (t)为当前周期内的实时电流偏差；其中，所述阳极高压偏差为：/>

，其中，e _kvfbA 为阳极高压偏差，V _kvfbA 为高压发生器的阳极高压的采样反馈值，k _pA 为阳极高压偏差调节部分的比例系数，T _iA 为阳极高压偏差调节部分的积分系数，T _dA 为阳极高压偏差调节部分的微分系数；/>

所述阴极高压偏差为：

，其中，e _kvfbC 为阴极高压偏差，V _kvfbC 为高压发生器的阴极高压的采样反馈值，k _pC 为阴极高压偏差调节部分的比例系数，T _iC 为阴极高压偏差调节部分的积分系数，T _dC 为阴极高压偏差调节部分的微分系数；

所述电流偏差为：

，其中，e _mAfb 为电流偏差，I _mAfb 为高压发生器的电流的采样反馈值，k _pI 为电流偏差调节部分的比例系数，T _iI 为电流偏差调节部分的积分系数，T _dI 为电流偏差调节部分的微分系数。

12.根据权利要求10所述的高压发生器电压控制方法，其特征在于，还包括在规划所述电压过程曲线过程中，为实时电压划分不同区间，并规划各自区间所对应的电压的上升斜率，包括：

，其中，V _max为电压适用范围上限值，T _rise 为上升时间，D _iff 为过冲幅度；[z₀, z₁)为第一电压区间，[z₁, z₂)为第二电压区间，[z_n,z_n+1)为第n+1电压区间；ɑ ₀、ɑ ₁…ɑ _n 为常数，其分别为n+1个区间对应的电压系数；b ₀、b ₁…b _n 为常数，其分别为n+1个区间对应的过冲系数；c ₀、c ₁…c _n 为常数，其分别为n+1个区间对应的上升时间系数；d ₀、d ₁…d _n 分别为n+1个区间对应的常数系数；

以及通过以下步骤验证电压系数ɑ ₀、ɑ ₁…ɑ _n 、过冲系数b ₀、b ₁…b _n 、上升时间系数c ₀、c ₁…c _n 、常数系数d ₀、d ₁…d _n 验证其常数设计值的合理性：

高压发生器按照上述系数的常数设计值运行，并采集高压发生器的实际输出电压信号；

对所述实际输出电压拟合时间曲线；

根据公式V _out (t) = V _out (t) +△V _out (t)，按照上述系数的常数设计值得到高压发生器的输出电压设计曲线；

将所述输出电压设计曲线与拟合到的实际输出电压的时间曲线作比较；

若两曲线的贴合度高于预设的阈值，则判定其常数设计值合理，否则对电压系数ɑ ₀、ɑ ₁…ɑ _n 、过冲系数b ₀、b ₁…b _n 、上升时间系数c ₀、c ₁…c _n 、常数系数d ₀、d ₁…d _n 中的部分或全部重新设计数值。

13.一种高压发生器，包括顺序连接的交流供电模块、逆变模块、高压变压器、高压倍压模块，其中，所述高压倍压模块被配置为向射线球管的阴极和阳极输出电压，其特征在于，所述高压发生器还包括控制模块，所述控制模块利用如权利要求1至12中任一项所述的方法控制所述高压倍压模块的输出电压。

14.根据权利要求13所述的高压发生器，其特征在于，所述控制模块被配置为控制所述交流供电模块、逆变模块和/或高压变压器的工作参数，当需要维持高压发生器的电压控制参数时，所述控制模块控制所述交流供电模块、逆变模块和/或高压变压器的当前工作参数维持不变。

15.一种射线发生装置，包括高压发生器和射线球管，所述高压发生器的阳极被配置为与所述射线球管的阳极连接并为其提供高压，所述高压发生器的阴极被配置为与所述射线球管的阴极连接并为其提供高压；其特征在于，采用权利要求1至12中任一项所述的方法控制所述高压发生器的输出电压。

16.一种射线成像***，其特征在于，包括探测器、图像处理器及如权利要求15所述的射线发生装置。

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