異步運(yùn)行焦斑抖動降低的旋轉(zhuǎn)陽極的方法和x射線輻射器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于異步運(yùn)行X射線輻射器（1）的旋轉(zhuǎn)陽極（3）的方法，其中通過定子（6）的具有第一頻率（F1）的電磁交變場向該旋轉(zhuǎn)陽極（3）施加轉(zhuǎn)矩。該方法包括如下步驟：將所述第一頻率（F1）提高（101）到第二頻率（F2），其中所述第二頻率（F2）是X射線輻射觸發(fā)頻率（F4）的整數(shù)倍，并且這樣同時改變（102）交變場的功率，使得所述旋轉(zhuǎn)陽極（3）的旋轉(zhuǎn)頻率（F3）保持不變。本發(fā)明提供了如下優(yōu)點(diǎn)，即無需在旋轉(zhuǎn)陽極上附加力就可以提高交變場的頻率。同樣，本發(fā)明提供一種用于執(zhí)行該方法的X射線輻射器裝置。
【專利說明】異步運(yùn)行焦斑抖動降低的旋轉(zhuǎn)陽極的方法和X射線輻射器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于異步運(yùn)行X射線輻射器的旋轉(zhuǎn)陽極的方法和所屬的X射線輻射器裝置，通過定子的電磁交變場向該旋轉(zhuǎn)陽極施加轉(zhuǎn)矩。
【背景技術(shù)】
[0002]在醫(yī)學(xué)X射線成像中具有旋轉(zhuǎn)陽極的X射線管用于產(chǎn)生X射線輻射。為此將盤形的旋轉(zhuǎn)陽極加速到高的旋轉(zhuǎn)頻率并且從在陰極中產(chǎn)生的電子的入射點(diǎn)，即所謂的“焦斑”處旋轉(zhuǎn)離開。在電子束下旋轉(zhuǎn)陽極運(yùn)動得越快，焦斑的可能面積負(fù)擔(dān)就越高。為了改善X射線成像的圖像質(zhì)量，給出如下可能性:提高X射線管的脈沖功率或者減小焦斑。在現(xiàn)代旋轉(zhuǎn)陽極X射線管中旋轉(zhuǎn)陽極以大約150HZ至200Hz旋轉(zhuǎn)。相應(yīng)地，需要強(qiáng)大的陽極驅(qū)動來加速數(shù)千克質(zhì)量的旋轉(zhuǎn)陽極。
[0003]圖1示出了穿過具有X射線管2和旋轉(zhuǎn)陽極3的X射線輻射器I的橫截面。在X射線管2的真空容器之外而在X射線福射器I的殼體10之內(nèi)的定子6產(chǎn)生電磁交變場。在旋轉(zhuǎn)陽極3的軸12上存在轉(zhuǎn)子5，該轉(zhuǎn)子通過定子6的交變場處于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動中。陰極4，例如具有文納爾圓柱電極(Wehneltzylinder)的熱陰極,產(chǎn)生被加速至旋轉(zhuǎn)陽極3的電子束
11。在旋轉(zhuǎn)陽極3上的入射點(diǎn)中減速電子束11并且由此產(chǎn)生X射線輻射9，其通過殼體10的射線出射窗7脫離X射線輻射器1，從而隨后例如通過光圈8成形。
[0004]通常以交流電流驅(qū)動定子6并且其消耗幾千瓦的電功率。定子6的強(qiáng)電磁交變場對電子束11的電子飛行軌跡具有干擾影響，因?yàn)橥ㄟ^交變場這樣偏轉(zhuǎn)電子，使得旋轉(zhuǎn)陽極3上的聚焦受到干擾。按照旋轉(zhuǎn)陽極驅(qū)動的交變場的頻率節(jié)拍發(fā)生焦斑的來回跳動。焦點(diǎn)位置的這種調(diào)制在借助X射線輻射產(chǎn)生的X射線圖像中可以通過圖像邊緣的抖動察覺出。該不期望的效果在專業(yè)人員中稱為“焦點(diǎn)抖動(Fokuswackeln)”。
[0005]給出至少部分地減小焦點(diǎn)抖動的多個公知的可能性。例如可以在定子和旋轉(zhuǎn)陽極的背面安裝Mu金屬屏蔽。Mu金屬是軟磁的鎳鐵合金并且具有屏蔽電磁場的特性。由于通過線圈實(shí)現(xiàn)了將電子聚焦到旋轉(zhuǎn)陽極，所以也可以通過改變電磁場來影響電子軌跡以及由此影響聚焦。然而該方法極其昂貴。
[0006]另一種可能性在于，以圖像頻率來同步定子。例如如果以30圖像/秒進(jìn)行拍攝，則定子可以以30Hz的八倍，即240Hz提供交流電流。由此驅(qū)動相位對于每次拍攝是相同的并且焦點(diǎn)抖動可以最小。然而該解決方案在X射線輻射器運(yùn)行時產(chǎn)生干擾噪聲。
[0007]在后公開的專利申請文件DE102012204841A1中給出另一種解決方案。為了 X射線輻射的產(chǎn)生給出具有X射線管的旋轉(zhuǎn)陽極X射線輻射器來產(chǎn)生X射線輻射。X射線輻射器包括在真空容器中布置的旋轉(zhuǎn)陽極，該旋轉(zhuǎn)陽極具有旋轉(zhuǎn)軸、在旋轉(zhuǎn)軸上布置的轉(zhuǎn)子和部分布置在真空容器之外的定子。定子產(chǎn)生用于驅(qū)動轉(zhuǎn)子的電磁交變場，其中定子具有至少一個用于產(chǎn)生電磁交變場的定子線圈。此外，X射線輻射器包括用于產(chǎn)生被加速至旋轉(zhuǎn)陽極的電子束的陰極，其中在陰極或電子束區(qū)域中布置至少一個用于補(bǔ)償定子線圈的電磁交變場的補(bǔ)償線圈(Gegenspule)。[0008]以可變的頻率向定子線圈供電的交流電流通常由變頻器提供。變頻器是電流轉(zhuǎn)換器，該電流轉(zhuǎn)換器由交流電壓產(chǎn)生頻率和振幅可變化的交流電壓以用于直接供應(yīng)三相電動機(jī)。規(guī)定應(yīng)該按照哪種頻率和振幅產(chǎn)生輸出交流電壓的標(biāo)準(zhǔn)，在此適應(yīng)電器的要求，例如按照其瞬時機(jī)械負(fù)載，并且依賴變頻器而變化。根據(jù)電器的類型和種類，變頻器可以以單相交流電壓以及三相交流電壓工作，并且也可由單相交流電壓產(chǎn)生三相交流電壓以用于向三相電動機(jī)供電。某些變頻器具有附加的傳感器輸入端，以便采集電器的狀態(tài)參數(shù)，諸如轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速或瞬時的角度位置。
[0009]圖2按照框圖和電壓曲線示出了變頻器18的功能原理。三相輸入電壓Ul通過整流器13整流并且利用中間電路14的電容器按照電壓保持穩(wěn)定。在中間電路的輸出端出現(xiàn)中間電路電壓U2，該中間電路電壓大約為輸入電壓Ul的1.35倍。在框圖的左下方示出了輸入電壓Ul關(guān)于時間t的對于三個相的曲線。在其旁邊示出了中間電路電壓U2的曲線。
[0010]中間電路電壓U2通過逆變器15轉(zhuǎn)換為具有時鐘周期形式的電動機(jī)電壓U3。該方法基于正弦評估的脈沖寬度調(diào)制。時鐘控制的電動機(jī)電壓U3的結(jié)構(gòu)取決于期望的輸出頻率。在框圖的右下圖示出了電動機(jī)電壓U3與時間t的依賴關(guān)系。明顯能夠識別不同的脈沖寬度。借助傅里葉分析可以示出，變頻器18的時鐘控制的電動機(jī)電壓U3在電動機(jī)16上展現(xiàn)出相同的作用，諸如有相同振幅和頻率的正弦電壓。借助控制電子器件17來控制電動機(jī)旋轉(zhuǎn)場的產(chǎn)生。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供在產(chǎn)生X射線輻射時避免焦點(diǎn)抖動的另一種方法和另一種裝置。
[0012]上述技術(shù)問題通過根據(jù)本發(fā)明的互相獨(dú)立的權(quán)利要求的方法和裝置來解決。有利的改進(jìn)方案在從屬權(quán)利要求中給出。
[0013]本發(fā)明的基本思路在于，盡管提高了電動機(jī)驅(qū)動頻率，但旋轉(zhuǎn)陽極的旋轉(zhuǎn)頻率仍保持恒定，方法是增大在轉(zhuǎn)子和定子之間的轉(zhuǎn)差率(Schlupf)。
[0014]本發(fā)明要求保護(hù)一種用于異步運(yùn)行X射線輻射器的旋轉(zhuǎn)陽極的方法，通過定子的具有第一頻率的電磁交變場向該旋轉(zhuǎn)陽極施加轉(zhuǎn)矩。在此，將交變場的頻率提高到第二頻率，其中第二頻率是X射線輻射觸發(fā)頻率的整數(shù)倍。這樣同時改變交變場的功率，使得旋轉(zhuǎn)陽極的旋轉(zhuǎn)頻率保持不變。本發(fā)明提供了如下優(yōu)點(diǎn)，即無需在旋轉(zhuǎn)陽極上附加力就可以提高交變場的頻率。
[0015]在改進(jìn)方案中，在定子上用于產(chǎn)生電磁交變場的定子電壓可以是脈沖寬度調(diào)制的。
[0016]在另一種實(shí)施方式中可以減小功率，其中改變定子電壓的脈沖寬度。
[0017]具有優(yōu)勢地，可以僅在X射線輻射觸發(fā)的情況下提高第一頻率并且同時改變交變場的功率。
[0018]此外，第一頻率可以是220Hz并且第二頻率可以是240Hz，其中旋轉(zhuǎn)陽極的旋轉(zhuǎn)頻率是200Hz。
[0019]本發(fā)明還提供一種X射線輻射器裝置。其包括用于產(chǎn)生X射線輻射的X射線管、在X射線管中布置的可旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)陽極和產(chǎn)生具有第一頻率的電磁交變場以用于驅(qū)動旋轉(zhuǎn)陽極的定子。此外，該裝置包括變頻器，該變頻器提供具有第一頻率的定子電壓以用于產(chǎn)生電磁交變場，該變頻器將第一頻率提高到第二頻率，其中第二頻率是X射線輻射觸發(fā)頻率的整數(shù)倍，并且這樣同時改變定子電壓，使得旋轉(zhuǎn)陽極的旋轉(zhuǎn)頻率保持不變。
[0020]在另一種實(shí)施方式中，定子電壓可以是脈沖寬度調(diào)制的。
[0021]在該裝置的改進(jìn)方案中，變頻器可以改變定子電壓的脈沖寬度。
[0022]在另一種構(gòu)造中，可以僅在X射線輻射觸發(fā)的情況下提高第一頻率并且改變定子電壓的調(diào)制。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)借助于附圖由下面對實(shí)施例的描述給出。附圖中:
[0024]圖1示出了按照現(xiàn)有技術(shù)穿過X射線輻射器的橫截面，
[0025]圖2示出了按照現(xiàn)有技術(shù)變頻器的框圖，
[0026]圖3示出了用于運(yùn)行旋轉(zhuǎn)陽極的方法的流程圖，
[0027]圖4示出了具有旋轉(zhuǎn)陽極的X射線管裝置的框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]圖3示出了按照本發(fā)明的用于運(yùn)行旋轉(zhuǎn)陽極的從步驟100至103的方法的流程圖。在第一步驟100中，旋轉(zhuǎn)陽極以200Hz的旋轉(zhuǎn)頻率F3旋轉(zhuǎn)，其中驅(qū)動旋轉(zhuǎn)陽極的定子的電磁交變場以220Hz的第一頻率Fl脈動。由于在旋轉(zhuǎn)陽極的轉(zhuǎn)子和定子之間的大的氣隙形成在旋轉(zhuǎn)頻率F3和第一頻率Fl之間的大的轉(zhuǎn)差率。
[0029]在第二步驟101中，以30Hz的觸發(fā)頻率F4觸發(fā)X射線輻射。在執(zhí)行步驟102的同時將交變場的頻率提高到240Hz的第二頻率F2，該第二頻率是觸發(fā)頻率F4的整數(shù)倍(F2= 8XF4)。由此避免焦點(diǎn)抖動。為了旋轉(zhuǎn)陽極不必加速到更高的旋轉(zhuǎn)頻率F3，減小交變場的功率。該交變場的功率減小例如通過改變電動機(jī)電壓U3的調(diào)制進(jìn)行。旋轉(zhuǎn)頻率F3在200Hz處保持恒定，僅提高定子的驅(qū)動頻率。異步驅(qū)動的轉(zhuǎn)差率增大。
[0030]在步驟103中，在X射線圖像拍攝結(jié)束時驅(qū)動頻率又返回到第一頻率Fl并且再次取消電動機(jī)電壓U3的改變的調(diào)制，從而再次提高功率并且減小轉(zhuǎn)差率。
[0031]替換地，可以不取決于X射線圖像拍攝永久地增加轉(zhuǎn)差率。驅(qū)動頻率總是X射線輻射觸發(fā)頻率的倍數(shù)并且比旋轉(zhuǎn)陽極的旋轉(zhuǎn)頻率高大約40Hz。
[0032]圖4示出了按照本發(fā)明的X射線輻射器裝置的框圖，其具有用于產(chǎn)生X射線輻射的X射線管2和在X射線管2中布置的可旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)陽極3。定子6產(chǎn)生具有第一頻率Fl的電磁交變場以用于借助轉(zhuǎn)子5來驅(qū)動旋轉(zhuǎn)陽極3。
[0033]變頻器18由整流的中間電路電壓U2產(chǎn)生具有第一頻率Fl的定子電壓U3以用于產(chǎn)生電磁交變場。按照本發(fā)明，在X射線圖像采集開始時變頻器18將第一頻率Fl提高到第二頻率F2，其中第二頻率F2是X射線輻射觸發(fā)頻率F4的整數(shù)倍。同時變頻器18這樣改變定子電壓U3，使得旋轉(zhuǎn)陽極的旋轉(zhuǎn)頻率F3保持不變。優(yōu)選地，這一點(diǎn)通過改變脈沖寬度調(diào)制的定子電壓U3的脈沖寬度進(jìn)行。由控制電子器件17來控制變頻器18。
[0034]附圖標(biāo)記列表
[0035]I X射線輻射器[0036]2X射線管
[0037]3旋轉(zhuǎn)陽極
[0038]4陰極
[0039]5轉(zhuǎn)子
[0040]6定子
[0041]7射線出射窗
[0042]8光圈
[0043]9X射線輻射
[0044]10殼體
[0045]11電子束
[0046]12軸
[0047]13整流器
[0048]14中間電路
[0049]15逆變器
[0050]16電動機(jī)
[0051]17控制電子器件
[0052]18變頻器
[0053]100具有旋轉(zhuǎn)頻率F3的旋轉(zhuǎn)
[0054]101觸發(fā)X射線輻射
[0055]102提高交變場的頻率
[0056]103X射線圖像拍攝的結(jié)束
[0057]Fl第一頻率
[0058]F2第二頻率
[0059]F3旋轉(zhuǎn)陽極3的旋轉(zhuǎn)頻率
[0060]F4X射線輻射觸發(fā)頻率
[0061]Ul輸入電壓
[0062]U2中間電路電壓
[0063]U3電動機(jī)電壓/定子電壓
【權(quán)利要求】
1.一種用于異步運(yùn)行X射線輻射器(I)的旋轉(zhuǎn)陽極(3)的方法，通過定子(6)的具有 第一頻率(Fl)的電磁交變場向該旋轉(zhuǎn)陽極施加轉(zhuǎn)矩，其特征在于:-將所述第一頻率(Fl)提高(101)到第二頻率(F2)，其中所述第二頻率(F2)是X射線 輻射觸發(fā)頻率(F4)的整數(shù)倍，并且-這樣同時改變(102)交變場的功率，使得所述旋轉(zhuǎn)陽極(3)的旋轉(zhuǎn)頻率(F3)保持不變。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，脈沖寬度調(diào)制在定子(6)上用于產(chǎn)生電磁 交變場的定子電壓(U3)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，減小所述功率。
4.根據(jù)權(quán)利要求2和3所述的方法，其特征在于，改變所述定子電壓(U3)的脈沖寬度。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，僅在X射線輻射觸發(fā)的情況 下提高(101)第一頻率(Fl)并且同時改變(102)交變場的功率。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述第一頻率(Fl)是220Hz 并且所述第二頻率(F2)是240Hz，其中所述旋轉(zhuǎn)陽極(3)的旋轉(zhuǎn)頻率(F3)是200Hz。
7.—種X射線輻射器裝置，具有:-用于產(chǎn)生X射線輻射(9)的X射線管(2)，-在所述X射線管(2)中布置的可旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)陽極(3)，和-定子(6)，其產(chǎn)生具有第一頻率(Fl)的電磁交變場以用于驅(qū)動所述旋轉(zhuǎn)陽極(3)，其特征在于:-變頻器(18)，-該變頻器提供具有第一頻率(Fl)的定子電壓(U3)以用于產(chǎn)生電磁交變場，-該變頻器將所述第一頻率(Fl)提高到第二頻率(F2)，其中所述第二頻率(F2)是X射 線輻射觸發(fā)頻率(F4)的整數(shù)倍，并且-這樣同時改變所述定子電壓(U3)，使得所述旋轉(zhuǎn)陽極(3)的旋轉(zhuǎn)頻率(F3)保持不變。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述定子電壓(U3)是脈沖寬度調(diào)制的。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述變頻器(18)改變所述定子電壓(U3) 的脈沖寬度。
10.根據(jù)權(quán)利要求7至9中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，僅在X射線輻射觸發(fā)的情 況下所述定子電壓(U3 )具有第二頻率(F2 )并且改變所述定子電壓(U3 )的調(diào)制。
11.根據(jù)權(quán)利要求7至10中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述第一頻率(Fl)是 220Hz并且所述第二頻率(F2)是240Hz，其中所述旋轉(zhuǎn)陽極的旋轉(zhuǎn)頻率(F3)是200Hz。
【文檔編號】H01J35/10GK103582275SQ201310330394
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年8月1日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月1日
【發(fā)明者】J.富爾斯特, A.柯納, J.沃克 申請人:西門子公司