原創：小艾工程師
X射線栅控技術已經存在(Exist)40年以(By)上，這(This)項技術最早在(Exist)80年代的(Of)CT上已經開始應用(Use)。當時(Hour)由于(At)掃描架轉速很慢，圖像的(Of)采集速度也很慢，完成一(One)層圖像的(Of)采集需要(Want)10秒以(By)上，如果采用(Use)連續射線，這(This)樣的(Of)輻射劑量是不(No)可接受的(Of)，于(At)是工程師發明了x射線栅控技術（類似于(At)半導體MOS管的(Of)栅極控制），采用(Use)栅控脈沖射線進行曝光和(And)圖像采集。
栅控的(Of)目的(Of)就是要(Want)産生(Born)脈沖射線。爲(For)了獲得更好的(Of)圖像質量，當前普通放射使用(Use)的(Of)所有x射線影像設備，包括mobile C、CBCT、DR、DRF、DSA，都在(Exist)采用(Use)脈沖射線，脈沖射線可以(By)在(Exist)不(No)增加總輻射的(Of)條件下縮短曝光時(Hour)間，提高曝光時(Hour)刻劑量率，能夠有效提高圖像的(Of)信噪比。
産生(Born)脈沖射線主要(Want)有兩種方案，一(One)種是靠脈沖高壓，另一(One)種是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(Use)。其基本原理是用(Use) 逆變開關技術來(Come)控制高壓的(Of)産生(Born)和(And)停止。逆變啓動，變壓器次級産生(Born)交流高壓經（倍壓）整流濾波後産生(Born)需要(Want)的(Of)高壓。曝光時(Hour)間結束逆變開關關斷，不(No)再産生(Born)變壓器次級高壓。脈沖高壓存在(Exist)的(Of)主要(Want)問題是，脈沖高壓存在(Exist)對終端濾波電容充電時(Hour)段和(And)高壓停止時(Hour)濾波電容放電時(Hour)段，這(This)兩個(Indivual)過程中會産生(Born)大(Big)量的(Of)軟輻射。
栅控方式是采用(Use)帶栅極的(Of)x射線球管，陰極和(And)陽極之間預先加載所需要(Want)的(Of)穩定的(Of)高壓，由于(At)栅壓的(Of)控制，燈絲陰極電子不(No)能溢出(Out)到(Arrive)達陽極因而不(No)會産生(Born)x射線。需要(Want)曝光時(Hour)，栅壓打開，陰極電子開始高速轟擊陽極靶盤産生(Born)x射線，栅壓關斷電子流即刻關斷。所以(By)曝光完全由栅壓控制，速度極快而且高壓穩定。現有栅控技術采用(Use)分離式方案，即高壓發生(Born)器+高壓栅控電源，高壓發生(Born)器産生(Born)需要(Want)的(Of)高壓通過高壓電纜送至高壓栅控電源，高壓栅控電源産生(Born)可控的(Of)栅壓一(One)起經（四芯）高壓電纜送至x射線球管。由于(At)栅控電源需要(Want)工作(Do)在(Exist)高壓環境，所以(By)需要(Want)一(One)個(Indivual)很大(Big)的(Of)油箱，裏面充滿變壓器油進行絕緣。栅壓的(Of)信号控制通常采用(Use)多個(Indivual)高壓脈沖變壓器，所以(By)結構龐大(Big)。雖然栅壓技術實現複雜，成本很高，但帶來(Come)的(Of)輻射降低，特别是軟輻射降低非常明顯，所以(By)GPS和(And)日本島津在(Exist)高端DSA設備上一(One)直在(Exist)使用(Use)該技術，國(Country)産DSA也開始采用(Use)。
幾年前某GPS廠商在(Exist)發布栅控x射線影像新産品時(Hour)宣稱，經FDA确認，栅控射線比脈沖高壓射線降低輻射68%以(By)上。
北京艾立科技曆時(Hour)七年，研發出(Out)擁有國(Country)家發明專利的(Of)嵌入式栅控組合機頭技術。嵌入式栅控組合機頭采用(Use)微型栅壓控制模塊直接集成在(Exist)高壓發生(Born)器内，方便産生(Born)和(And)控制栅壓，體積小，而且成本極大(Big)降低，适合于(At)所有脈沖x射線影像設備，可以(By)方便實現從當前脈沖高壓射線技術到(Arrive)栅控射線技術的(Of)産品升級。
降低輻射68%是GPS廠家某單一(One)栅控産品的(Of)宣傳，事實上脈沖高壓升降沿産生(Born)的(Of)軟輻射的(Of)量也是比較容易從原理上量化和(And)類比用(Use)來(Come)作(Do)爲(For)參考的(Of)。
簡單計算：組合機頭要(Want)獲得平直高壓需要(Want)有濾波電容，某進口品牌2kw移動C濾波電容600pf，以(By)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是将0.06mAs的(Of)電荷基本釋放完成。
充電即上升沿需要(Want)的(Of)時(Hour)間除了跟濾波電容的(Of)大(Big)小有關，還跟發生(Born)器的(Of)功率、逆變頻率、高壓倍壓級數等有關，常用(Use)小功率發生(Born)器的(Of)上升沿時(Hour)間基本在(Exist)2-5ms左右。以(By)通常10mA、上升沿2ms計算，上升沿産生(Born)的(Of)mAs約爲(For)：
10mA * 2ms = 0.02mAs
也就是說一(One)個(Indivual)脈沖高壓産生(Born)的(Of)邊沿軟輻射對應0.06mAs + 0.02mAs = 0.08mAs。在(Exist)實際放射應用(Use)中，動态圖像常爲(For)30fps，所以(By)每秒産生(Born)的(Of)邊沿軟輻射爲(For)：
30 * 0.08= 2.4mAs
常規體檢時(Hour)一(One)個(Indivual)胸片正位約爲(For)100kv/3-4mAs，也就是說常規組合機頭2秒的(Of)動态影像産生(Born)的(Of)脈沖高壓邊沿軟輻射mAs就相當于(At)一(One)張胸片的(Of)mAs。
對于(At)普通高壓發生(Born)器，高壓需要(Want)通過高壓電纜連接至球管，通常高壓電纜的(Of)參數約150p/m, 如果以(By)10米高壓電纜計，電容爲(For)1500p。30fps每秒産生(Born)的(Of)下降沿軟輻射爲(For)：
30 * 1500pf * 100kv = 4.5mAs
也就是說普通高壓發生(Born)器1秒的(Of)動态影像産生(Born)的(Of)脈沖高壓僅下降沿軟輻射mAs就相當于(At)一(One)張胸片的(Of)mAs。
一(One)個(Indivual)手術的(Of)輻射過程短則數十秒，長則數十分鍾，其不(No)必要(Want)的(Of)輻射劑量是相當可觀的(Of)。而且軟輻射更容易被人(People)體吸收，對人(People)體傷害更大(Big)。
在(Exist)現實應用(Use)中病人(People)實際受到(Arrive)的(Of)輻射量與射線發生(Born)裝置的(Of)總濾過、射線源與人(People)體之間的(Of)距離、輻照面積都有很大(Big)關系，以(By)上内容假定在(Exist)其它條件一(One)緻的(Of)情況下僅就與輻射劑量成正比的(Of)加載因素mAs進行讨論。另外在(Exist)上升沿和(And)下降沿的(Of)輻射過程中高壓的(Of)值是持續變化的(Of)，mA一(One)定的(Of)情況下高壓降低時(Hour)的(Of)輻射劑量率會變低，但人(People)體對軟射線的(Of)吸收率會增加。
以(By)下是脈沖高壓射線劑量測量波形：
以(By)下是栅控脈沖射線劑量測量波形：
波形中，紅色爲(For)IBA MagicMax劑量儀測量得到(Arrive)的(Of)KV波形，綠色爲(For)劑量率波形。容易發現，脈沖高壓的(Of)劑量率波形中，初始階段存在(Exist)劑量率的(Of)上升過程，其對應KV的(Of)上升過程。由于(At)劑量儀的(Of)響應速度的(Of)原因，上升過程的(Of)大(Big)部分初始階段KV值無法測量獲得。其KV的(Of)下降過程對應劑量率的(Of)下降過程，當KV下降到(Arrive)一(One)定幅值時(Hour)，KV值也無法測出(Out)。
栅控高壓的(Of)劑量率波形中，起始段和(And)結束段是瞬間完成的(Of)，因爲(For)高壓保持不(No)變，僅僅是電子束的(Of)導通和(And)關斷，所以(By)徹底消除了上升沿和(And)下降沿，同時(Hour)由于(At)高壓是預先加載的(Of)，在(Exist)整個(Indivual)曝光過程中持續穩定存在(Exist)，避免了脈沖高壓存在(Exist)的(Of)頻繁啓動，PID高壓頻繁劇烈調整，所以(By)高壓更穩定，波動更小，射線質量更好。由于(At)沒有了上升沿和(And)下降沿的(Of)時(Hour)間延遲，栅控射線的(Of)頻率可以(By)做到(Arrive)很高，在(Exist)實驗室射線的(Of)脈沖頻率已經可以(By)做到(Arrive)1kHz以(By)上。
3D影像在(Exist)臨床上的(Of)應用(Use)越來(Come)越多，栅控技術完全消除了脈沖射線的(Of)邊沿軟輻射，因而可以(By)獲得更好的(Of)圖像重建效果，衆所周知軟射線的(Of)存在(Exist)是CT重建過程中産生(Born)僞影（如金屬僞影）的(Of)根本原因。
雙能技術是進一(One)步減小重建僞影的(Of)重要(Want)手段，栅控技術可以(By)方便地實現更高頻率的(Of)interlace雙能，以(By)下是120/80kv 5ms脈寬的(Of)雙能劑量波形。
嵌入式栅控脈沖技術可以(By)應用(Use)于(At)組合機頭、普通脈沖射線發生(Born)器，可以(By)用(Use)于(At)開發下一(One)代移動C、CBCT、DRF、動态DR、DSA等，更多産品信息 www.ailigrid.com。
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