Brevet FR3073702A1 — publié le 20190517

Systèmes permettant d'améliorer le fonctionnement de générateurs de rayons X Les modes de réalisation décrits ici se rapportent à des générateurs de rayons X et, plus particulièrement, à des systèmes permettant d'améliorer l'efficacité de fonctionnement de générateurs de rayons X. Au moins un mode de réalisation divulgue un générateur de rayons X. Ledit générateur comprend un tube à rayons X et un sous- système de génération de haute tension, dans lequel une tension de décalage est introduite entre une cible du tube à rayons X et un émetteur du tube à rayons X, afin de supprimer une émission de retour non souhaitée depuis l'émetteur. D'autre part, au moins un mode de réalisation divulgue un générateur de rayons X comprenant un tube à rayons X et un sous- système de génération de haute tension comportant un réservoir haute tension (réservoir HV). Une résistance d'amortissement est placée entre une sortie du réservoir HV et le tube à rayons X, et une résistance et un inducteur sont montés en parallèle avec la résistance d'amortissement pour augmenter l'efficacité du sous-système de génération de haute tension. Enfin, au moins un mode de réalisation divulgue un générateur de rayons X comprenant un tube à rayons X et un sous-système de génération de haute tension comportant un réservoir haute tension (réservoir HV). Une tension de décalage est introduite entre une cible du tube à rayons X et un émetteur du tube à rayon-s X, une résistance d'amortissement est placée entre une sortie du réservoir HV et le tube à rayons X, et une résistance et un inducteur sont placés en parallèle avec la résistance d'amortissement pour augmenter l'efficacité totale du générateur de rayons X. L'invention sera mieux comprise à l'étude détaillée de la description ci-après de modes de réalisation, pris à titre d'exemple, et des dessins annexés, sur lesquels 2 la figure 1 représente un schéma illustrant la génération de courant entre la cible et le filament d'un tube à rayons X, en raison du champ créé par le courant Iemitter traversant l'émetteur du tube ; la figure 2 représente un circuit simulé, utilisant une diode 5 Zener pour créer le décalage entre le point central d'un transformateur et une cible de tube, conformément à au moins un mode de réalisation de la présente divulgation ; la figure 3 représente une variante du circuit simulé montré dans la figure 2, avec des diodes Zener montées en série ; 10 la figure 4 représente une résistance d'amortissement d'un circuit de générateur de rayons X ; et la figure 5 représente un circuit d'amortissement dynamique selon au moins un mode de réalisation décrit ici. Les modes de réalisation décrits ici se rapportent à des 15 systèmes destinés à améliorer la performance et l'efficacité d'un générateur de rayons X. Les générateurs de rayons X sont des systèmes bien connus qui sont utilisés pour produire des faisceaux de rayons X, en général, mais pas exclusivement, dans des environnements médicaux. Les éléments 20 centraux de ces systèmes sont un tube à rayons X, un sous-système de génération de haute tension (réservoir HV) et un dispositif de commande. Les tubes à rayons X comportent un ou plusieurs émetteurs configurés pour émettre un ou plusieurs faisceaux d'électrons, afin de 25 produire des rayons X. Le courant électrique utilisé pour chauffer ces émetteurs crée un champ entre le filament et la cible du tube à rayons X, provoquant une émission de retour d'électrons depuis le(s) émetteur(s) vers la cible. La conséquence de ce phénomène d'émission de retour est la 30 génération d'un courant rectifié superposé au courant du tube. La figure 1 est un schéma illustrant la génération de ce courant rectifié entre la cible et le filament du tube, en raison du champ créé par le courant Iemitter s'écoulant dans un émetteur de tube. 3 Une conséquence de ce courant d'émission de retour, suite à sa superposition au courant du tube, est que ladite émission pose des problèmes pour mesurer de faibles valeurs de courant de tube, notamment dans la plage de 10 mA, ce qui est dû au fait qu'un courant 5 d'émission de retour de 10 à 40 mA s'écoule vers le circuit de mesure. Cela pose un problème supplémentaire pour satisfaire aux exigences auxquelles doit répondre le générateur de rayons X en termes de précision des résultats attendus. Pour résoudre ce problème d'émission de retour, un mode de 10 réalisation est proposé ici, selon lequel l'émission de retour du/des émetteur(s) du tube à rayons X est supprimée. Dans ce mode de réalisation, une tension de décalage est introduite entre la cible du tube et l'émetteur, afin de supprimer le champ électrique non souhaité. Comme l'émetteur est constitué d'un convertisseur à résonance doté 15 d'un transformateur, pour adapter le gain et pour mesurer le courant du tube à rayons X, la source de tension est ajoutée entre le point central de ce transformateur et la cible du tube. Dans au moins un exemple non limitatif du mode de réalisation précité, la source de tension est configurée pour ajouter un décalage de 20 V entre la cible du tube et 20 le transformateur. La figure 2 montre qu'une diode Zener est utilisée pour créer le décalage entre le point central du transformateur et la cible. Comme la source de tension est placée entre la cible du tube et le point central du transformateur qui alimente le filament du tube, le courant 25 s'écoulant dans l'alimentation électrique est égal au courant du tube. Pour être moins sensible au courant du tube et pour éviter toute émission thermique, un MOSFET facultatif peut être monté en parallèle avec la diode Zener, et la diode Zener et le MOSFET sont polarisés avec une source de courant composée de Q1 et Q2. 30 La figure 3 représente un autre mode de réalisation non limitatif qui utilise des diodes Zener montées en série. Ce mode de réalisation offre les mêmes avantages que celui montré dans la figure 2, mais la tension de décalage sera plus sensible à la variation du courant du tube. 4 Dans au moins un mode de réalisation non limitatif, pour protéger la source de tension du claquage en haute tension, un condensateur luF est ajouté en parallèle avec le circuit, afin de conduire seulement des signaux haute fréquence (la fréquence typique 5 d'un claquage en haute tension dans le tube est de 60 MHz). Ce condensateur est également utilisé pour filtrer la mesure du courant de tube avec une constante de temps de 2,5 us (1 uF x 2,5 ohms = 2,5 us). Les modes de réalisation décrits ci-dessus permettront d'améliorer le contrôle de la faible valeur de courant de tube par 10 rapport aux spécifications indiquées par les clients pour les tubes à rayons X de la génération suivante, et supprimeront complètement ou substantiellement toute émission de retour produite par le ou les émetteur(s) de tubes à rayons X. Outre la suppression de l'émission de retour, il est également 15 nécessaire d'augmenter la puissance maximale disponible pour des générateurs de rayons X pour répondre aux besoins d'imagerie médicale, sans solliciter outre mesure l'alimentation électrique principale du générateur. Pour atteindre ces objectifs, il faut augmenter l'efficacité totale du sous-système de génération de haute 20 tension (réservoir HV) des générateurs de rayons X, ce qui est obtenu dans le mode de réalisation non limitatif décrit ci-dessous, en réduisant les pertes à l'intérieur du réservoir transformateur haute tension du réservoir HV. Pour protéger le réservoir HV contre l'événement d'un 25 claquage en haute tension dans le tube à rayons X, une résistance d'amortissement d'environ 1,5 kohms est placée entre la sortie du réservoir HV et le tube à rayons X. La valeur des pertes dissipées dans cette résistance, pour un courant de tube maximal de 1 300 mA, est de 2,5 kW. Toutefois, cette résistance d'amortissement provoque des 30 pertes de courant pendant toute la durée d'exposition (c'est-à-dire le temps « de marche » des rayons X), alors que l'effet souhaité de cette résistance est uniquement requis lorsque le tube subit ce que l'on appelle parfois une « pointe du tube », qui est un claquage temporaire 5 en haute tension ou un court-circuit limitant le courant de crête à l'intérieur du réservoir HV. Ce mode de réalisation a pour but d'améliorer l'efficacité du réservoir FIV en utilisant une résistance d'amortissement (fig. 4) avec 5 une valeur d'environ 1,5 kohms à la fréquence de claquage en haute tension (courant alternatif) et de zéro kohm pendant l'exposition (courant continu). Pour créer ce scénario idéal, un inducteur est monté en parallèle avec la résistance d'amortissement. A mesure que la puissance nécessaire à un tube à rayons X 10 augmente, chaque partie du sous-système de génération de rayons X doit augmenter en efficacité pour réduire les besoins en électricité de l'installation. A l'intérieur du réservoir 11V, afin de réduire les pertes dues au courant continu pendant l'exposition, la valeur de la résistance d'amortissement est réduite en utilisant une résistance avec laquelle un 15 inducteur est monté en parallèle (cf. fig. 5). Grâce à l'utilisation de ces composants de circuit, l'impédance de l'inducteur augmente avec la fréquence. Pendant l'exposition, en courant continu, le courant de tube s'écoulera du réservoir au tube, en passant par l'inducteur. Les pertes produites dans ce cas seront 20 indiquées par la valeur de courant continu de l'impédance. Lors d'un claquage en haute tension ou d'un court-circuit (pointe de tube), un courant alternatif traversera la résistance et l'inducteur, et l'impédance équivalente sera d'environ 1,5 kohms. A titre d'illustration, dans un exemple, un réservoir HV est 25 simulé par une source de tension avec un condensateur de sortie de 100 pF. Pour simuler un courant de tube de 700 mA sous 140 kV, on utilise une résistance de 0,2 Meg. Un circuit de résistance d'amortissement est simulé respectivement avec une résistance de 1,8 kohms et un inducteur de 1,3 mH, avec une résistance de 30 1,8 kohms montée en parallèle_ Avec la configuration représentée dans la figure 5, le courant à l'intérieur du réservoir 11V est limité de façon avantageuse, et les pertes pendant l'exposition sont réduites à la valeur de la résistance en courant continu de l'inducteur. 6 Le mode de réalisation proposé offre un amortissement dynamique qui aura pour effet d'améliorer l'efficacité du réservoir 11V (par exemple en réduisant les pertes de chaleur et d'énergie) pour augmenter l'efficacité totale du sous-système de génération de rayons 5 X. De ce fait, une plus grande puissance est disponible pour le tube à rayons X, comparé à l'état de la technique, sans nécessiter des branchements de fonctionnalités supplémentaires et/ou des dispositifs de stockage d'énergie supplémentaires ou de plus grande capacité pour répondre aux besoins de pointe du tube en électricité sur les sites 10 d'utilisation, par exemple des hôpitaux ou d'autres environnements médicaux. Bien qu'ils soient décrits séparément, il convient de noter que les modes de réalisation décrits ci-dessus pour supprimer l'émission de retour et augmenter la puissance de crête sont indépendants et peuvent 15 être intégrés dans des systèmes de générateurs de rayons X individuellement (c'est-à-dire l'un sans l'autre) ou conjointement (c'est-à-dire que les deux peuvent être intégrés dans le même générateur). Il convient de noter que toutes les valeurs numériques indiquées ici le sont uniquement à titre d'exemple et ne sont pas 20 destinées à être limitatives, dans la mesure où d'autres valeurs entrant dans l'esprit REVENDICATIONS1. Générateur de rayons X comprenant un tube à rayons X et un sous-système de génération de haute tension, dans lequel ledit générateur comprend une source de tension configurée pour introduire une tension de décalage entre une cible du tube à rayons X et un émetteur du tube à rayons X, afin de supprimer une émission de retour non souhaitée depuis l'émetteur. 2. Générateur de rayons X selon la revendication 1, comprenant un tube à rayons X et un sous-système de génération de haute tension comportant un réservoir haute tension (réservoir HV), dans lequel une résistance d'amortissement est placée entre une sortie du réservoir HV et le tube à rayons X, et une résistance et un inducteur sont placés en parallèle avec la résistance d'amortissement pour augmenter l'efficacité du sous-système de génération de haute tension.