原創：小(xiǎo)艾工(gōng)程師
X射線栅控技術已經存在40年以上，這項技術最早在80年代的CT上已經開(kāi)始應用。當時由于掃描架轉速很慢(màn)，圖像的采集速度也很慢(màn)，完成一(yī)層圖像的采集需要10秒以上，如果采用連續射線，這樣的輻射劑量是不可接受的，于是工(gōng)程師發明了x射線栅控技術（類似于半導體(tǐ)MOS管的栅極控制），采用栅控脈沖射線進行曝光和圖像采集。
栅控的目的就是要産生(shēng)脈沖射線。爲了獲得更好的圖像質量，當前普通放(fàng)射使用的所有x射線影像設備，包括mobile C、CBCT、DR、DRF、DSA，都在采用脈沖射線，脈沖射線可以在不增加總輻射的條件下(xià)縮短曝光時間，提高曝光時刻劑量率，能夠有效提高圖像的信噪比。
産生(shēng)脈沖射線主要有兩種方案，一(yī)種是靠脈沖高壓，另一(yī)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。其基本原理是用 逆變開(kāi)關技術來控制高壓的産生(shēng)和停止。逆變啓動，變壓器次級産生(shēng)交流高壓經（倍壓）整流濾波後産生(shēng)需要的高壓。曝光時間結束逆變開(kāi)關關斷，不再産生(shēng)變壓器次級高壓。脈沖高壓存在的主要問題是，脈沖高壓存在對終端濾波電容充電時段和高壓停止時濾波電容放(fàng)電時段，這兩個過程中(zhōng)會産生(shēng)大(dà)量的軟輻射。
栅控方式是采用帶栅極的x射線球管，陰極和陽極之間預先加載所需要的穩定的高壓，由于栅壓的控制，燈絲陰極電子不能溢出到達陽極因而不會産生(shēng)x射線。需要曝光時，栅壓打開(kāi)，陰極電子開(kāi)始高速轟擊陽極靶盤産生(shēng)x射線，栅壓關斷電子流即刻關斷。所以曝光完全由栅壓控制，速度極快而且高壓穩定。現有栅控技術采用分(fēn)離(lí)式方案，即高壓發生(shēng)器+高壓栅控電源，高壓發生(shēng)器産生(shēng)需要的高壓通過高壓電纜送至高壓栅控電源，高壓栅控電源産生(shēng)可控的栅壓一(yī)起經（四芯）高壓電纜送至x射線球管。由于栅控電源需要工(gōng)作在高壓環境，所以需要一(yī)個很大(dà)的油箱，裏面充滿變壓器油進行絕緣。栅壓的信号控制通常采用多個高壓脈沖變壓器，所以結構龐大(dà)。雖然栅壓技術實現複雜(zá)，成本很高，但帶來的輻射降低，特别是軟輻射降低非常明顯，所以GPS和日本島津在高端DSA設備上一(yī)直在使用該技術，國産DSA也開(kāi)始采用。
幾年前某GPS廠商(shāng)在發布栅控x射線影像新産品時宣稱，經FDA确認，栅控射線比脈沖高壓射線降低輻射68%以上。
北(běi)京艾立科技曆時七年，研發出擁有國家發明專利的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高壓發生(shēng)器内，方便産生(shēng)和控制栅壓，體(tǐ)積小(xiǎo)，而且成本極大(dà)降低，适合于所有脈沖x射線影像設備，可以方便實現從當前脈沖高壓射線技術到栅控射線技術的産品升級。
降低輻射68%是GPS廠家某單一(yī)栅控産品的宣傳，事實上脈沖高壓升降沿産生(shēng)的軟輻射的量也是比較容易從原理上量化和類比用來作爲參考的。
簡單計算：組合機頭要獲得平直高壓需要有濾波電容，某進口品牌2kw移動C濾波電容600pf，以所需高壓100kv計算，濾波電容充電量：
Q = 600pf * 100kv = 0.06mC = 0.06mAs
放(fàng)電過程即下(xià)降沿就是将0.06mAs的電荷基本釋放(fàng)完成。
充電即上升沿需要的時間除了跟濾波電容的大(dà)小(xiǎo)有關，還跟發生(shēng)器的功率、逆變頻(pín)率、高壓倍壓級數等有關，常用小(xiǎo)功率發生(shēng)器的上升沿時間基本在2-5ms左右。以通常10mA、上升沿2ms計算，上升沿産生(shēng)的mAs約爲：
10mA * 2ms = 0.02mAs
也就是說一(yī)個脈沖高壓産生(shēng)的邊沿軟輻射對應0.06mAs + 0.02mAs = 0.08mAs。在實際放(fàng)射應用中(zhōng)，動态圖像常爲30fps，所以每秒産生(shēng)的邊沿軟輻射爲：
30 * 0.08= 2.4mAs
常規體(tǐ)檢時一(yī)個胸片正位約爲100kv/3-4mAs，也就是說常規組合機頭2秒的動态影像産生(shēng)的脈沖高壓邊沿軟輻射mAs就相當于一(yī)張胸片的mAs。
對于普通高壓發生(shēng)器，高壓需要通過高壓電纜連接至球管，通常高壓電纜的參數約150p/m, 如果以10米高壓電纜計，電容爲1500p。30fps每秒産生(shēng)的下(xià)降沿軟輻射爲：
30 * 1500pf * 100kv = 4.5mAs
也就是說普通高壓發生(shēng)器1秒的動态影像産生(shēng)的脈沖高壓僅下(xià)降沿軟輻射mAs就相當于一(yī)張胸片的mAs。
一(yī)個手術的輻射過程短則數十秒，長則數十分(fēn)鍾，其不必要的輻射劑量是相當可觀的。而且軟輻射更容易被人體(tǐ)吸收，對人體(tǐ)傷害更大(dà)。
在現實應用中(zhōng)病人實際受到的輻射量與射線發生(shēng)裝置的總濾過、射線源與人體(tǐ)之間的距離(lí)、輻照面積都有很大(dà)關系，以上内容假定在其它條件一(yī)緻的情況下(xià)僅就與輻射劑量成正比的加載因素mAs進行讨論。另外(wài)在上升沿和下(xià)降沿的輻射過程中(zhōng)高壓的值是持續變化的，mA一(yī)定的情況下(xià)高壓降低時的輻射劑量率會變低，但人體(tǐ)對軟射線的吸收率會增加。
以下(xià)是脈沖高壓射線劑量測量波形：
以下(xià)是栅控脈沖射線劑量測量波形：
波形中(zhōng)，紅色爲IBA MagicMax劑量儀測量得到的KV波形，綠色爲劑量率波形。容易發現，脈沖高壓的劑量率波形中(zhōng)，初始階段存在劑量率的上升過程，其對應KV的上升過程。由于劑量儀的響應速度的原因，上升過程的大(dà)部分(fēn)初始階段KV值無法測量獲得。其KV的下(xià)降過程對應劑量率的下(xià)降過程，當KV下(xià)降到一(yī)定幅值時，KV值也無法測出。
栅控高壓的劑量率波形中(zhōng)，起始段和結束段是瞬間完成的，因爲高壓保持不變，僅僅是電子束的導通和關斷，所以徹底消除了上升沿和下(xià)降沿，同時由于高壓是預先加載的，在整個曝光過程中(zhōng)持續穩定存在，避免了脈沖高壓存在的頻(pín)繁啓動，PID高壓頻(pín)繁劇烈調整，所以高壓更穩定，波動更小(xiǎo)，射線質量更好。由于沒有了上升沿和下(xià)降沿的時間延遲，栅控射線的頻(pín)率可以做到很高，在實驗室射線的脈沖頻(pín)率已經可以做到1kHz以上。
3D影像在臨床上的應用越來越多，栅控技術完全消除了脈沖射線的邊沿軟輻射，因而可以獲得更好的圖像重建效果，衆所周知(zhī)軟射線的存在是CT重建過程中(zhōng)産生(shēng)僞影（如金屬僞影）的根本原因。
雙能技術是進一(yī)步減小(xiǎo)重建僞影的重要手段，栅控技術可以方便地實現更高頻(pín)率的interlace雙能，以下(xià)是120/80kv 5ms脈寬的雙能劑量波形。
嵌入式栅控脈沖技術可以應用于組合機頭、普通脈沖射線發生(shēng)器，可以用于開(kāi)發下(xià)一(yī)代移動C、CBCT、DRF、動态DR、DSA等，更多産品信息 www.ailigrid.com。
知(zhī)識所限，錯誤難免，歡迎指正，十分(fēn)感謝，liyue@ailigrid.com。
