原创：小艾工程师
X射线栅控技术已经存在40年以上，这项技术最早在80年代的CT上已经开始应用。当时由于扫描架转速很慢，图像的采集速度也很慢，完成一层图像的采集需要10秒以上，如果采用连续射线，这样的辐射剂量是不可接受的，于是工程师发明了x射线栅控技术（类似于半导体MOS管的栅极控制），采用栅控脉冲射线进行曝光和图像采集。
栅控的目的就是要产生脉冲射线。为了获得更好的图像质量，当前普通放射使用的所有x射线影像设备，包括mobile C、CBCT、DR、DRF、DSA，都在采用脉冲射线，脉冲射线可以在不增加总辐射的条件下缩短曝光时间，提高曝光时刻剂量率，能够有效提高图像的信噪比。
产生脉冲射线主要有两种方案，一种是靠脉冲高压，另一种是持续高压加栅压控制通断。
脉冲高压实现方式比较简单，目前被广泛应用。其基本原理是用 逆变开关技术来控制高压的产生和停止。逆变启动，变压器次级产生交流高压经（倍压）整流滤波后产生需要的高压。曝光时间结束逆变开关关断，不再产生变压器次级高压。脉冲高压存在的主要问题是，脉冲高压存在对终端滤波电容充电时段和高压停止时滤波电容放电时段，这两个过程中会产生大量的软辐射。
栅控方式是采用带栅极的x射线球管，阴极和阳极之间预先加载所需要的稳定的高压，由于栅压的控制，灯丝阴极电子不能溢出到达阳极因而不会产生x射线。需要曝光时，栅压打开，阴极电子开始高速轰击阳极靶盘产生x射线，栅压关断电子流即刻关断。所以曝光完全由栅压控制，速度极快而且高压稳定。现有栅控技术采用分离式方案，即高压发生器+高压栅控电源，高压发生器产生需要的高压通过高压电缆送至高压栅控电源，高压栅控电源产生可控的栅压一起经（四芯）高压电缆送至x射线球管。由于栅控电源需要工作在高压环境，所以需要一个很大的油箱，里面充满变压器油进行绝缘。栅压的信号控制通常采用多个高压脉冲变压器，所以结构庞大。虽然栅压技术实现复杂，成本很高，但带来的辐射降低，特别是软辐射降低非常明显，所以GPS和日本岛津在高端DSA设备上一直在使用该技术，国产DSA也开始采用。
几年前某GPS厂商在发布栅控x射线影像新产品时宣称，经FDA确认，栅控射线比脉冲高压射线降低辐射68%以上。
北京艾立科技历时七年，研发出拥有国家发明专利的嵌入式栅控组合机头技术。嵌入式栅控组合机头采用微型栅压控制模块直接集成在高压发生器内，方便产生和控制栅压，体积小，而且成本极大降低，适合于所有脉冲x射线影像设备，可以方便实现从当前脉冲高压射线技术到栅控射线技术的产品升级。
降低辐射68%是GPS厂家某单一栅控产品的宣传，事实上脉冲高压升降沿产生的软辐射的量也是比较容易从原理上量化和类比用来作为参考的。
简单计算：组合机头要获得平直高压需要有滤波电容，某进口品牌2kw移动C滤波电容600pf，以所需高压100kv计算，滤波电容充电量：
Q = 600pf * 100kv = 0.06mC = 0.06mAs
放电过程即下降沿就是将0.06mAs的电荷基本释放完成。
充电即上升沿需要的时间除了跟滤波电容的大小有关，还跟发生器的功率、逆变频率、高压倍压级数等有关，常用小功率发生器的上升沿时间基本在2-5ms左右。以通常10mA、上升沿2ms计算，上升沿产生的mAs约为：
10mA * 2ms = 0.02mAs
也就是说一个脉冲高压产生的边沿软辐射对应0.06mAs + 0.02mAs = 0.08mAs。在实际放射应用中，动态图像常为30fps，所以每秒产生的边沿软辐射为：
30 * 0.08= 2.4mAs
常规体检时一个胸片正位约为100kv/3-4mAs，也就是说常规组合机头2秒的动态影像产生的脉冲高压边沿软辐射mAs就相当于一张胸片的mAs。
对于普通高压发生器，高压需要通过高压电缆连接至球管，通常高压电缆的参数约150p/m, 如果以10米高压电缆计，电容为1500p。30fps每秒产生的下降沿软辐射为：
30 * 1500pf * 100kv = 4.5mAs
也就是说普通高压发生器1秒的动态影像产生的脉冲高压仅下降沿软辐射mAs就相当于一张胸片的mAs。
一个手术的辐射过程短则数十秒，长则数十分钟，其不必要的辐射剂量是相当可观的。而且软辐射更容易被人体吸收，对人体伤害更大。
在现实应用中病人实际受到的辐射量与射线发生装置的总滤过、射线源与人体之间的距离、辐照面积都有很大关系，以上内容假定在其它条件一致的情况下仅就与辐射剂量成正比的加载因素mAs进行讨论。另外在上升沿和下降沿的辐射过程中高压的值是持续变化的，mA一定的情况下高压降低时的辐射剂量率会变低，但人体对软射线的吸收率会增加。
以下是脉冲高压射线剂量测量波形：
以下是栅控脉冲射线剂量测量波形：
波形中，红色为IBA MagicMax剂量仪测量得到的KV波形，绿色为剂量率波形。容易发现，脉冲高压的剂量率波形中，初始阶段存在剂量率的上升过程，其对应KV的上升过程。由于剂量仪的响应速度的原因，上升过程的大部分初始阶段KV值无法测量获得。其KV的下降过程对应剂量率的下降过程，当KV下降到一定幅值时，KV值也无法测出。
栅控高压的剂量率波形中，起始段和结束段是瞬间完成的，因为高压保持不变，仅仅是电子束的导通和关断，所以彻底消除了上升沿和下降沿，同时由于高压是预先加载的，在整个曝光过程中持续稳定存在，避免了脉冲高压存在的频繁启动，PID高压频繁剧烈调整，所以高压更稳定，波动更小，射线质量更好。由于没有了上升沿和下降沿的时间延迟，栅控射线的频率可以做到很高，在实验室射线的脉冲频率已经可以做到1kHz以上。
3D影像在临床上的应用越来越多，栅控技术完全消除了脉冲射线的边沿软辐射，因而可以获得更好的图像重建效果，众所周知软射线的存在是CT重建过程中产生伪影（如金属伪影）的根本原因。
双能技术是进一步减小重建伪影的重要手段，栅控技术可以方便地实现更高频率的interlace双能，以下是120/80kv 5ms脉宽的双能剂量波形。
嵌入式栅控脉冲技术可以应用于组合机头、普通脉冲射线发生器，可以用于开发下一代移动C、CBCT、DRF、动态DR、DSA等，更多产品信息 www.ailigrid.com。
知识所限，错误难免，欢迎指正，十分感谢，liyue@ailigrid.com。
