摘 要： 针对带微通道板（MCP）的双近贴聚焦X射线像增强器普遍存在动态范围小、使用寿命短等缺点，对其电源系统进行研究并改进，从而使X射线像增强器能够更好地满足X射线检测和医学成像系统的应用要求。这种电源可以使像增强器始终产生对比度良好的高分辨率图像; 同时还可以延长像增强器的使用寿命。
关键词： X射线成像 像增强器 选通电源 FPGA PWM
X射线像增强器是带微通道板（MCP）的双近贴聚焦X 射线像增强器，一般由光电阴极、MCP和荧光屏三部分组成，如图1所示。由于MCP的引入，使得它具有很多优良的性能：体积小、结构简单、图像空间分辨率高且畸变小、增益高、可结合性强、电磁干扰低和快门比高等。由于这些性能,使其在各个领域得到了广泛应用。
目前的X射线像增强器普遍采用直流供电。为了增大动态范围和防止过高的电流损坏像增强器件,在电路中设置了自动亮度控制(ABC)电路和亮源保护(BSP) 电路,但是这两种电路功能的实现是以牺牲成像质量为代价的，得到的图像模糊、对比度低，看不清亮光后面模糊背景中的物体。另外，自动增益控制电路对较强的点光源或线光源起不到自动保护的作用，微通道板内部细管会因长时间处于电子饱和状态而灼伤，出现点状或条状黑斑，从而减短使用寿命[1]。本文针对带微通道板（MCP）的双近贴聚焦X射线像增强器普遍存在动态范围小、抗疲劳能力差、不能在强光下工作等缺点，对其高压电源系统进行改进。从而使X射线像增强器能够更好地满足X射线检测和医学成像系统的应用要求。
1 X射线选通增强实现途径
如果在X射线像增强器选通电极上不加直流高压，而代之以可以自动高速接通和切断的连续矩形脉冲高压，则仅在脉冲持续期间才有光电子通过而轰击荧光屏，这样就构成了一个选通快门。矩形脉冲的宽度就是曝光时间，其大小控制着像增强器的工作时间。经过这样改进的自动脉冲门控电源的作用机理就是电源感知进入像增强器的光量，根据输入光强度的变化自动高速接通和切断，而且电源的接通和切断控制是通过调节周期固定的脉冲的占空比实现的[2]。荧光屏上的微电流的变化反映了输出图像亮度的变化，一般取荧光屏上的微电流作为反馈信号。当在弱光下工作时，像增强器工作在直流供电状态；当在强光下工作时，像增强器工作在选通状态。当荧光屏上输出图像亮度增大时，荧光屏反馈电流增大，通过调节门脉冲信号的占空比，使像增强器工作时间缩短，保持荧光屏上的输出图像亮度不变；反之亦然。由于像增强器处于接通状态时，各个电极上都加上合适的电压值，不会影响系统的分辨率[1]。
对于双近贴像增强器来说，选通方式有如下几种[3]:
(1)阴极选通：快门脉冲加于阴极与MCP输入面之间。这种方案所需脉冲电压幅度低(100伏～300伏)，但要承受较大容性负载。如果电压幅度不够或脉冲上升沿和下降沿速度慢，就会产生离焦，影响像质。另一方面,因MCP对透过阴极的光有强吸收作用，所以快门比（定义为像管打开时从荧光屏来的光亮相对于像管关闭时透过的光亮的比值）可以很容易达到106。目前此方案属最常用的选通方案。
(2)MCP选通：快门电压直接加到MCP两面。这种方案要承受更大的容性负载(100pF),而且所需脉冲电压幅度要求较高(1 000V左右)。虽然电压与聚焦无关，但直接影响增益，且因增益随电压变化很灵敏，故脉冲由边沿向中心传播的过程中不均匀性也会放大，从而产生“空心效应”，使选通速度受到限制。所得到的快门比为104，此方案比方案(1)差得多。
(3)荧光屏选通：快门脉冲加到MCP输出极与荧光屏之间。极间电容较小，但电压幅度要几千伏，因所需脉冲能量很高，这种方式通常不采用。
这里采用加在光电阴极和MCP 间的电压是脉冲电压,如图2所示，它的频率和脉宽随进入像增强器的光强变化而变化,在光照强时频率较低、脉宽较窄;光照弱时正好相反,这样就在不改变像增强器供电的情况下,实现了ABC和BSP控制,从而实现了不降低分辨率而提高动态范围的目的,使像增强器在不同输入光强度下都能有效工作,所以在像增强器荧光屏上总是输出均匀一致的图像。
采用这种自动脉冲门控电源给像增强器阴极供电可以减小强光下到达MCP 的电子流, 防止因电流饱和而生成的冲蚀图像,从而有助于降低强光产生的光晕或图像模糊效应，使像增强器在强光照射下仍能产生对比度良好的高分辨率图像。因此该方法可以大幅度地提高像增强器的动态范围，实现X射线的自适应增强。另外，由于是间歇式供电，还可以延长像增强器的使用寿命。
2 电源控制电路设计
和传统的X射线像增强器使用的直流电源一样，MCP和荧光屏上所加的高电压都是通过对低直流电压产生振荡再倍压整流后产生的，如图3上半部分所示。选通电源设计的关键在于如何产生脉宽随输入光强变化而变化的脉冲电压信号加在阴极上，如图3下半部分所示的阴极脉冲发生器。以下重点介绍此部分电路的设计。
