基于冷阴极X射线源的快速成像驱动电路研究

摘要

X射线成像是重要的医学诊断和治疗技术之一。在X射线断层扫描以及对动态器官的成像中，需要X射线源提供高强度的脉冲X射线。传统的热阴极X射线源采用电子受热发射模式，无法实现电子束的快速开关，需要外加机械快门或电子快门来实现快速成像，X射线的利用率低，被诊断对象接受的X射线辐射剂量大。
　　针对热阴极电子源无法实现电子束的快速调制这一技术障碍，本文研究了基于石墨烯复合栅网碳纳米管作为场发射电子源的冷阴极X射线管，设计了脉冲高压发生电路调制场发射电子束，搭建了基于影像增强器的冷阴极X射线源快速成像系统，实现对静态物体和动态物体的快速脉冲成像。本文主要研究内容如下:
　　首先，分析研究了场发射原理和冷阴极X射线管的工作特性，以课题组设计制作的石墨烯复合栅网碳纳米管冷阴极X射线管作为发射源，分析其构成组件及其X射线发射性能。
　　然后，设计并制作了基于IGBT串联的冷阴极X射线管栅极同步驱动电路，该电路以FPGA为脉冲信号源产生1ms～1s脉宽可调的短脉冲，以光纤收发器HFBR-1521/2521实现驱动信号的同步，以IXDI414PI驱动器为基础设计隔离驱动电路，最终设计了以5只IXGH10N170串联的IGBT均压电路，该电路耐压值为6kV，可以产生脉宽1ms～1s、幅值0～6kV的高压脉冲驱动信号。
　　在此基础上，借助实验室的X射线机、影像增强器系统搭建了冷阴极X射线源快速成像系统，实现了对静态物体和动态物体的快速成像，并且通过对照实验的成像效果分析论证了驱动信号与成像效果之间的关系。此外，本文还利用传统的胶片成像来测试该冷阴极X射线源的胶片成像性能。结果表明，该冷阴极X射线源快速成像系统能够实现对静态物体和动态物体的快速成像，并且该冷阴极X射线源与传统的胶片成像系统具有良好的兼容性。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 X射线成像系统简述

1．1．1 X射线

1．1．2 X射线成像

1．2 冷阴极X射线快速成像技术

1．2．1 冷阴极X射线

1．2．2 冷阴极X射线快速成像系统

1．3 IGBT串联技术的研究现状

1．3．1 IGBT串联技术在固态开关应用中的研究

1．3．2 IGBT串联技术国内外研究现状

1．4 论文研究目标和研究内容

第二章 冷阴极X射线源

2．1 场发射原理

2．2 冷阴极X射线管结构

2．2．1 CNT场发射阴极

2．2．2 栅极

2．2．3 阳极

2．3 冷阴极X射线机

2．4 本章小结

第三章 IGBT串联均压电路

3．1 IGBT结构及特性

3．1．1 IGBT的结构

3．1．2 IGBT的特性

3．2 IGBT驱动条件

3．3 IGBT串联的不均压原因分析

3．4 IGBT串联均压电路设计

3．5 基于Saber的IGBT串联均压Buck电路仿真分析

3．6 本章小结

第四章 栅极同步驱动电路

4．1 基于光纤的同步电路

4．2 IGBT隔离驱动电路

4．3 串联谐振开关电源电路

4．3．1 MC33067谐振控制器

4．3．2 串联谐振主电路

4．4 PWM脉冲信号发生电路

4．5 栅极驱动的保护电路

4．6 驱动电路整体性能测试

4．7 本章小结

第五章 冷阴极X射线源快速成像系统

5．1 影像增强器成像系统

5．2 系统成像效果测试

5．2．1 静态成像测试

5．2．2 动态成像测试

5．3 胶片成像测试

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

致谢

参考文献

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