(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)实用新型专利
(10)授权公告号 CN 211630478 U(45)授权公告日 2020.10.02
(21)申请号 202020677393.0(22)申请日 2020.04.28
(73)专利权人 北京忆奥电子技术有限公司
地址 101109 北京市通州区马头村西4号1
幢2层2393(72)发明人 李扬 伊薇霖
(74)专利代理机构 天津睿禾唯晟专利代理事务
所(普通合伙) 12235
代理人 李春荣(51)Int.Cl.
H05G 1/08(2006.01)H05G 1/30(2006.01)
权利要求书1页 说明书4页 附图1页
(54)实用新型名称
一种高集成度的一体化X射线源(57)摘要
本实用新型提供一种高集成度的一体化X射线源，所述一体化X射线源包括电路板、高压发生器和X射线管；所述电路板采用多种高集成度控制芯片以及高性能控制MCU，霍尔电流传感技术，以及大功率高频高效率逆变技术，将功率逆变电路、逆变控制电路、反馈电路、通讯控制单元、故障检测电路、灯丝驱动电路等完全集成；所述高压发生器、X射线球管与所述电路板电连接，共同组成为一个现代化的一体X射线源；本装置接线简洁，线缆故障率低，占用体积小，同时大大提高了系统的易用性和工作效率。
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权 利 要 求 书
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1.一种高集成度的一体化X射线源，其特征在于，所述一体化X射线源包括电路板、高压发生器和X射线管；其中，所述电路板的Ⅰ端与外部电源电连接，用于供电；所述电路板的Ⅱ端与外部通讯设备信号连接，用于通讯；所述电路板的Ⅲ端与所述高压发生器的Ⅰ端电连接；所述电路板的Ⅳ端与所述高压发生器的Ⅱ端电连接；所述电路板的Ⅴ端与所述高压发生器的Ⅲ端电连接；所述高压发生器的Ⅳ端与所述X射线管的Ⅰ端电连接；所述高压发生器的Ⅴ端与所述X射线管的Ⅱ端电连接；所述高压发生器的Ⅵ端与所述X射线管的Ⅲ端电连接；所述高压发生器的Ⅶ端与所述X射线管的Ⅳ端电连接；所述高压发生器的Ⅷ端与所述X射线管的Ⅴ端电连接；所述高压发生器的Ⅸ端与所述X射线管的Ⅵ端电连接。
2.如权利要求1所述的一体化X射线源，其特征在于，所述电路板包括AC/DC强电模块、DC/DC弱电模块、通讯及同步信号单元、MCU控制模块、故障检测及硬件保护电路、DA模块、AD模块、灯丝驱动电路、高频逆变电路、逆变控制单元和电压/电流反馈电路；其中，所述AC/DC强电模块的输入端通过所述电路板的Ⅰ端，与外部电源电连接，用于供电；所述AC/DC强电模块的输出端分别与所述DC/DC弱电模块、所述灯丝驱动电路、所述高频逆变电路电连接；所述通讯及同步信号单元与所述MCU控制模块双向信号通信连接；所述MCU控制模块与所述故障检测及硬件保护电路双向信号通信连接；所述MCU控制模块通过所述DA模块，向所述灯丝驱动电路和高频逆变电路输出控制信号；所述灯丝驱动电路通过所述AD模块，向所述MCU控制模块输入电信号；所述逆变控制单元接收所述MCU控制模块的控制信号，同时将逆变控制信号输入所述高频逆变电路；所述电压/电流反馈电路通过所述AD模块向所述MCU控制模块输入反馈电信号，同时将反馈电信号输入所述故障检测及硬件保护电路；所述灯丝驱动电路和高频逆变电路分别通过所述电路板的Ⅲ端、Ⅳ端，向所述高压发生器输出电信号；所述电压/电流反馈电路通过所述电路板的Ⅴ端，接收所述高压发生器的电信号。
3.如权利要求1所述的一体化X射线源，其特征在于，所述高压发生器包括灯丝变压器、高压变压器和管电压管电流取样电路；其中，所述灯丝变压器接收所述高压发生器Ⅰ端输入的电信号，同时向所述高压发生器的Ⅳ端和Ⅴ端输出电信号；所述高压变压器接收所述高压发生器Ⅱ端输入的电信号，同时向所述高压发生器的Ⅵ端和Ⅶ端输出电信号；所述管电压管电流取样电路接收所述高压发生器Ⅷ端和Ⅸ端输入的电信号，同时向所述高压发生器的Ⅲ端输出电信号。
4.如权利要求1所述的一体化X射线源，其特征在于，所述X射线管包括阴极和阳极；其中，所述阴极接收所述X射线管Ⅰ端、Ⅱ端、Ⅲ端输入的电信号，同时向所述X射线管的Ⅵ端输出电信号；所述阳极接收所述X射线管Ⅳ端输入的电信号，同时向所述X射线管的Ⅴ端输出电信号。
5.如权利要求2所述的一体化X射线源，其特征在于，所述电路板采用柔性电路板走线，连接线位于电路板的内部。
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说 明 书
一种高集成度的一体化X射线源
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技术领域
[0001]本实用新型涉及医疗设备领域，具体地说，涉及一种高集成度的一体化X射线源。背景技术
[0002]随现有医疗应用的X射线源的逆变器、灯丝板、旋转阳极驱动板、高压发生器(高压油箱)、X射线球管大多是分体式设计，或者分为部分集成，而部分集成一般方案为逆变器、灯丝板、旋转阳极驱动集成，高压发生器和球管集成(俗称组合机头或者MONOBLOCK)，即此种集成大致分为逆变部分和组合机头部分，其代表公司为IMD(北京)医疗器械有限公司，南宁市跃龙科技有限公司等，分体式X射线源一般为多公司配合形式，例如瓦里安医疗系统公司(Varian MedicalSystems)，Spellman等，而分体或者部分集成的方案在实际应用中存在诸多问题。
[0003]分体式方案的问题包括以下几个方面：1)高压油箱和X射线球管之间需要专用高压线缆，由于X射线高压可达到125KV甚至是150KV，故高压线缆会比较粗笨，使用便捷性大大折扣；2)在某些X光机例如C型臂的应用中，高压线缆会随臂的运动而运动，且部分高压线是外露可碰触的，虽然高压线缆制作工艺精良，但依然可能有保护套意外破损的风险；3)高压线缆存在分布电容，在X射线源曝光开始和结束时，高压的上升和下降沿会变得比较缓慢，在这种缓慢的边沿中，由于电压较低，会对患者产生不必要的软射线辐射，而此种情况在脉冲曝光时更为明显；4)随着长时间的应用，高压电缆接头部分容易出现高压硅脂或者接口密封不良导致的高压放电故障；5)逆变器、高压发生器占用体积较为庞大，不利于产品小型化。
[0004]部分集成式方案(组合机头或MONOBLOCK)，其高压发生器与X射线管集成，虽然此种方案解决了高压线问题，但依然存在以下问题：1)逆变器、灯丝驱动板、旋转阳极驱动板与组合机头之间接线依然较为复杂；2)大多数应用中，由于接线长度较长(数米或十几米)，其逆变线缆存在趋肤效应问题，故其功率逆变线缆较粗；3)由于趋肤效应以及其逆变线缆较长，了其逆变频率很难进一步提高；4)由于你变线缆较长，功率较大(最大功率可达几十千瓦)，实际应用中容易对其他电路产生电磁干扰；5)逆变器等占用体积较大，不利于产品小型化。
实用新型内容
[0005]为了解决上述现有技术的不足之处，本实用新型的目的在于提供一种高集成度的一体化X射线源，以克服现有技术中的缺陷。[0006]为了实现上述目的，本实用新型提供了一种高集成度的一体化X射线源，所述一体化X射线源包括电路板、高压发生器和X射线管；所述电路板的Ⅰ端与外部电源电连接，用于供电；所述电路板的Ⅱ端与外部通讯设备信号连接，用于通讯；所述电路板的Ⅲ端与所述高压发生器的Ⅰ端电连接；所述电路板的Ⅳ端与所述高压发生器的Ⅱ端电连接；所述电路板的Ⅴ端与所述高压发生器的Ⅲ端电连接；所述高压发生器的Ⅳ端与所述X射线管的Ⅰ端电连
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说 明 书
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接；所述高压发生器的Ⅴ端与所述X射线管的Ⅱ端电连接；所述高压发生器的Ⅵ端与所述X射线管的Ⅲ端电连接；所述高压发生器的Ⅶ端与所述X射线管的Ⅳ端电连接；所述高压发生器的Ⅷ端与所述X射线管的Ⅴ端电连接；所述高压发生器的Ⅸ端与所述X射线管的Ⅵ端电连接。
[0007]优选的，所述电路板包括AC/DC强电模块、DC/DC弱电模块、通讯及同步信号单元、MCU控制模块、故障检测及硬件保护电路、DA模块、AD模块、灯丝驱动电路、高频逆变电路、逆变控制单元和电压/电流反馈电路；所述AC/DC强电模块的输入端通过所述电路板的Ⅰ端，与外部电源电连接，用于供电；所述AC/DC强电模块的输出端分别与所述DC/DC弱电模块、所述灯丝驱动电路、所述高频逆变电路电连接；所述通讯及同步信号单元与所述MCU控制模块双向信号通信连接；所述MCU控制模块与所述故障检测及硬件保护电路双向信号通信连接；所述MCU控制模块通过所述DA模块，向所述灯丝驱动电路和高频逆变电路输出控制信号；所述灯丝驱动电路通过所述AD模块，向所述MCU控制模块输入电信号；所述逆变控制单元接收所述MCU控制模块的控制信号，同时将逆变控制信号输入所述高频逆变电路；所述电压/电流反馈电路通过所述AD模块向所述MCU控制模块输入反馈电信号，同时将反馈电信号输入所述故障检测及硬件保护电路；所述灯丝驱动电路和高频逆变电路分别通过所述电路板的Ⅲ端、Ⅳ端，向所述高压发生器输出电信号；所述电压/电流反馈电路通过所述电路板的Ⅴ端，接收所述高压发生器的电信号。[0008]优选的，所述高压发生器包括灯丝变压器、高压变压器和管电压管电流取样电路；所述灯丝变压器接收所述高压发生器Ⅰ端输入的电信号，同时向所述高压发生器的Ⅳ端和Ⅴ端输出电信号；所述高压变压器接收所述高压发生器Ⅱ端输入的电信号，同时向所述高压发生器的Ⅵ端和Ⅶ端输出电信号；所述管电压管电流取样电路接收所述高压发生器Ⅷ端和Ⅸ端输入的电信号，同时向所述高压发生器的Ⅲ端输出电信号。[0009]优选的，所述X射线管包括阴极和阳极；所述阴极接收所述X射线管Ⅰ端、Ⅱ端、Ⅲ端输入的电信号，同时向所述X射线管的Ⅵ端输出电信号；所述阳极接收所述X射线管Ⅳ端输入的电信号，同时向所述X射线管的Ⅴ端输出电信号。[0010]优选的，所述电路板采用柔性电路板走线，连接线位于电路板的内部。[0011]同现有技术相比，本实用新型的有益效果体现在：[0012]1)本实用新型将功率逆变部分、高压发生器、X射线源全部集成，在结构上为一个整体，各部件之间紧密组合，连接线在内部，甚至是电路板走线或者柔性电路板走线，从而使用便捷，减少故障率发生；
[0013]2)本实用新型提高了逆变频率，缩小了变压器的体积；[0014]3)本实用新型采用现代化高集成度芯片、控制芯片以及更小尺寸体积元器件；[0015]4)本实用新型采用数字通讯控制方法，替代了传统的模拟及电平控制方法。附图说明
[0016]图1为本实用新型的一种高集成度的一体化X射线源的结构示意图；[0017]图2为本实用新型的内部结构示意图。
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说 明 书
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具体实施方式
[0018]为了能够进一步了解本实用新型的结构、特征及其他目的，现结合所附较佳实施例附以附图详细说明如下，本附图所说明的实施例仅用于说明本实用新型的技术方案，并非限定本实用新型。[0019]首先，如图1所示，图1为本实用新型的一种高集成度的一体化X射线源的结构示意图；所述一体化X射线源包括电路板、高压发生器和X射线管；所述电路板的Ⅰ端与外部电源电连接，用于供电；所述电路板的Ⅱ端与外部通讯设备信号连接，用于通讯；所述电路板的Ⅲ端与所述高压发生器的Ⅰ端电连接；所述电路板的Ⅳ端与所述高压发生器的Ⅱ端电连接；所述电路板的Ⅴ端与所述高压发生器的Ⅲ端电连接；所述高压发生器的Ⅳ端与所述X射线管的Ⅰ端电连接；所述高压发生器的Ⅴ端与所述X射线管的Ⅱ端电连接；所述高压发生器的Ⅵ端与所述X射线管的Ⅲ端电连接；所述高压发生器的Ⅶ端与所述X射线管的Ⅳ端电连接；所述高压发生器的Ⅷ端与所述X射线管的Ⅴ端电连接；所述高压发生器的Ⅸ端与所述X射线管的Ⅵ端电连接。[0020]进一步地，如图2所示，图2为本实用新型的内部结构示意图：[0021]所述电路板包括AC/DC强电模块、DC/DC弱电模块、通讯及同步信号单元、MCU控制模块、故障检测及硬件保护电路、DA模块、AD模块、灯丝驱动电路、高频逆变电路、逆变控制单元和电压/电流反馈电路；所述AC/DC强电模块的输入端通过所述电路板的Ⅰ端，与外部电源电连接，用于供电；所述AC/DC强电模块的输出端分别与所述DC/DC弱电模块、所述灯丝驱动电路、所述高频逆变电路电连接；所述通讯及同步信号单元与所述MCU控制模块双向信号通信连接；所述MCU控制模块与所述故障检测及硬件保护电路双向信号通信连接；所述MCU控制模块通过所述DA模块，向所述灯丝驱动电路和高频逆变电路输出控制信号；所述灯丝驱动电路通过所述AD模块，向所述MCU控制模块输入电信号；所述逆变控制单元接收所述MCU控制模块的控制信号，同时将逆变控制信号输入所述高频逆变电路；所述电压/电流反馈电路通过所述AD模块向所述MCU控制模块输入反馈电信号，同时将反馈电信号输入所述故障检测及硬件保护电路；所述灯丝驱动电路和高频逆变电路分别通过所述电路板的Ⅲ端、Ⅳ端，向所述高压发生器输出电信号；所述电压/电流反馈电路通过所述电路板的Ⅴ端，接收所述高压发生器的电信号。
[0022]所述高压发生器包括灯丝变压器、高压变压器和管电压管电流取样电路；所述灯丝变压器接收所述高压发生器Ⅰ端输入的电信号，同时向所述高压发生器的Ⅳ端和Ⅴ端输出电信号；所述高压变压器接收所述高压发生器Ⅱ端输入的电信号，同时向所述高压发生器的Ⅵ端和Ⅶ端输出电信号；所述管电压管电流取样电路接收所述高压发生器Ⅷ端和Ⅸ端输入的电信号，同时向所述高压发生器的Ⅲ端输出电信号。[0023]所述X射线管包括阴极和阳极；所述阴极接收所述X射线管Ⅰ端、Ⅱ端、Ⅲ端输入的电信号，同时向所述X射线管的Ⅵ端输出电信号；所述阳极接收所述X射线管Ⅳ端输入的电信号，同时向所述X射线管的Ⅴ端输出电信号。[0024]工作原理：本发明结合现代最新电子技术及工艺，采用多种高集成度控制芯片以及高性能控制MCU，霍尔电流传感技术，以及大功率高频高效率逆变技术，将功率逆变电路、逆变控制电路、反馈电路、通讯控制单元、故障检测电路、灯丝驱动电路、高压发生器、X射线球管等完全集成而发明设计成为一个全新的现代化一体X射线源。
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此一体化X射线源具有很多特点：第一，接线简洁，最小系统接线仅需要供电接线、
通讯接线，接线简洁，增加了系统易用性，且降低了线缆故障率；第二，由于供电线缆属于低频或者直流供电，避免了趋肤效应问题；第三，由于功率逆变走线与高压发生器集成，无外部走线，且由金属屏蔽，大大减小了对其他电路的干扰；第四，由于功率逆变与高压发生器集成，可以采用更高的逆变频率，可缩小变压器体积，而使整个体积与传统组合机头相同；第五，本装置采用高效率逆变技术，使系统效率提高；第六，由于采用了高频高效率逆变技术、高集成度芯片、高器件密度设计以及霍尔电流传感技术等先进电子技术及先进制造工艺，使得逆变部分所占用体积最小化，而不影响整个X射线源的热容量及体积。[0026]最后，本实用新型的一种高集成度的一体化X射线源，其具体的技术特点如下：[0027]1)本实用新型具有极高的集成度和体积优势，节省原有逆变器、灯丝板等空间；[0028]2)接线数量较传统方式减少50％以上，安装使用方便，并减少由于线缆带来的故障；
[0029]3)可实现计算机通讯直接控制，进一步缩小整机设备体积，例如C臂一体机，节省宝贵的手术室空间。
[0030]需要声明的是，上述实用新型内容及具体实施方式意在证明本实用新型所提供技术方案的实际应用，不应解释为对本实用新型保护范围的限定。本领域技术人员在本实用新型的精神和原理内，当可作各种修改、等同替换或改进。本实用新型的保护范围以所附权利要求书为准。
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说 明 书 附 图
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