CN102468100A

CN102468100A - X射线管的主动热控制

Info

Publication number: CN102468100A
Application number: CN2011100427535A
Authority: CN
Inventors: R·K·霍克史密斯; M·赫伯特; I·S·亨特; D·贝特曼
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2010-10-29
Filing date: 2011-02-15
Publication date: 2012-05-23
Anticipated expiration: 2031-02-15
Also published as: CN102468100B; US20120106709A1; US8503615B2

Abstract

本实施例涉及X射线管、例如在CT成像中使用的X射线管的主动热控制。在一个实施例中，提供用于X射线管(64)的热控制的系统(60)。该系统(60)包括X射线管(64)，其具有电子束靶(16)、旋转式支撑靶(16)的旋转轴承(90)和冷却剂流道(88)，该冷却剂流道(88)的至少一部分设置在该旋转轴承(90)中央，并且该冷却剂流道(88)配置成接收冷却剂。该系统(60)还包括耦合于冷却剂流道(88)并且配置成使冷却剂通过冷却剂流道(88)循环的冷却剂循环系统(66)，和耦合于该冷却剂循环系统(66)和旋转轴承(90)的控制电路(62)，该控制电路(62)配置成通过调整经由冷却剂从X射线管(64)的热量提取并且通过调整旋转轴承(90)的转速来控制X射线管(64)的部件之间的热流。

Description

X射线管的主动热控制

技术领域

本文公开的主旨涉及在医疗成像中使用的X射线管，特别地，涉及X射线管的热控制。

背景技术

在非侵入成像系统中，X射线管作为X射线辐射的源在荧光透视、投影X射线、断层X射线照相组合技术和计算机断层摄影(CT)系统中使用。典型地，该X射线管包括阴极和靶。在该阴极内的热离子丝极响应于由施加的电流产生的热而朝靶发射电子流，最终电子撞击靶。一旦用电子流轰击靶，它产生X射线辐射和热。

X射线辐射穿过感兴趣受检者，例如病人，并且辐射的一部分撞击检测器或照相底片，图像数据收集在其中。一般，有差异地吸收或减弱通过感兴趣受检者的X射线光子流的组织在所得的图像上产生对比。在一些X射线系统中，照相底片然后显影以产生可由放射科医师或主治医师使用用于诊断目的的图像。在数字X射线系统中，数字检测器产生代表撞击检测器表面的离散像素区的接收的X射线辐射的信号。该信号然后可处理以产生可显示以供回顾的图像。在CT系统中，当扫描架围绕患者移位时包括一系列检测器元件的检测器阵列通过各个位置产生相似的信号。

X射线管具有在大量检查序列期间的使用寿命，并且当在医疗护理设施中需要时必须一般对于检查序列是可用的，因为例如由于紧急情况检查序列可能或可能没有安排。当X射线管不在使用时，X射线管可在成像序列之间冷却，因为没有电子正由热离子元件发射(即，大体上没有热正在产生)。该冷却可导致靶材料跌至它的韧脆转变温度以下，这可以导致靶的断裂或减少的使用寿命。使X射线管变暖的现有的技术常常是不可靠和低效的，因为典型的热转变过程可需要一个小时并且可以超过或未达到期望的靶温度，导致靶材料的不稳定。在这样的情况下，图像序列可能被延迟，或在使靶适当变暖之前执行成像序列的情况下，靶可能破裂。因此，存在对X射线管中改进的热控制的需要。

发明内容

在一个实施例中，提供用于X射线管的热控制的系统。该系统包括X射线管，其具有电子束靶、旋转式支撑靶的旋转轴承和冷却剂流道，该冷却剂流道的至少一部分设置在旋转轴承中央，并且该冷却剂流道配置成接收冷却剂。该系统还包括耦合于该冷却剂流道并且配置成使冷却剂通过冷却剂流道循环的冷却剂循环系统和耦合于该冷却剂循环系统和旋转轴承的控制电路，该控制电路配置成通过调整通过冷却剂从X射线管提取热量并且通过调整旋转轴承的旋转速率来控制X射线管的部件之间的热流。

在另一个实施例中，提供成像系统。该系统包括用于X射线管的热控制的系统，其具有X射线管，该X射线管具有电子束靶、旋转式支撑靶的旋转轴承和冷却剂流道，该冷却剂流道的至少一部分设置在旋转轴承中央，并且该冷却剂流道配置成接收冷却剂。该热控制系统还包括耦合于冷却剂流道并且配置成使冷却剂通过冷却剂流道循环的冷却剂循环系统。该成像系统进一步包括配置成接收来自X射线管的、传输通过感兴趣受检者的辐射的数字检测器、配置成控制来自该检测器的图像数据的采集的图像采集电路；和耦合于冷却剂循环系统和旋转轴承的控制电路，该控制电路配置成通过调整通过冷却剂从X射线管提取热量并且通过调整旋转轴承的旋转速率来控制X射线管的部件之间的热流。

在另外的实施例中，提供用于X射线管的热控制的方法。该方法一般包括使旋转式支撑电子束靶的旋转轴承以旋转速率旋转以生成热，调整经由通过X射线管循环的冷却剂从电子束靶、旋转轴承或二者提取热量，和监测指示X射线管内的温度的参数。

附图说明

当下列详细说明参照附图(其中相似的符号在整个附图中代表相似的部件)阅读时，本方式的这些和其他的特征、方面和优势将变得更好理解，其中：

图1是根据本公开的实施例的采用CT成像系统(其中X射线源的温度被主动控制)的形式的成像系统的实施例的系统级视图；

图2是根据本公开的实施例的用于主动控制X射线管的温度的热控制系统的实施例的示意图示；

图3是根据本公开的实施例的在热控制系统操作期间在图2的X射线管的部件之间热传递的示意图示；

图4是根据本公开的实施例图示用于准备X射线管以供成像的方法的实施例的过程流程图；以及

图5是根据本公开的实施例图示用于在成像例程期间和之间维持X射线管内的部件的温度的方法的实施例的过程流程图。

具体实施方式

本方式针对用于控制X射线管内的各种部件的温度的系统和方法。例如，在其中靶可旋转地连接到螺旋槽轴承的X射线管的实施例中，使靶以这样的速率旋转并且控制其他过程变量以便控制通过冷却剂(其循环通过X射线管)从靶收回的热能的量是可能的。热能收回的该控制可由于从螺旋槽轴承产生的热能是可能的，螺旋槽轴承可包括设置在固定轴的至少一部分和靶连接到的旋转元件之间的液态金属润滑剂。液态金属润滑剂可在旋转期间生成热能。一般意义上，当靶的转速增加时，由螺旋槽轴承产生的热能的量增加。

除通过螺旋槽轴承的转速控制的X射线管的热控制之外，本方式还针对通过控制系统的热控制，该控制系统包括螺旋槽轴承连接到的马达、热交换器(HX)、冷却剂泵和控制流过X射线管的部分的冷却剂的量的阀中的任何一个或组合。该控制系统可控制整个X射线成像系统，或可以是连接到X射线成像系统的主控制系统的独立控制系统。该热控制系统可利用反馈和/模拟机制以确定哪些操作参数可被操纵以控制管内各种部件的温度，例如螺旋槽轴承转速、冷却剂流速、冷却剂温度等等。例如，热控制系统可利用温度模型以预测各种X射线管部件在真空中的实际温度，并且响应于模拟的温度来调节操作参数。在相关的实施例中，热控制系统可利用代替模拟温度或除模拟温度之外的X射线管部件的实际温度读数。在一些实施例中，控制系统可控制X射线管的部件之间的热能的流动。

热控制系统可在任何的X射线管中利用，例如在荧光透视成像系统、CT成像系统等等中利用的X射线管等。图1图示用于采集和处理图像数据的这样的成像系统10，并且是根据本方式的热控制可在其中利用的一个实施例。在图示的实施例中，系统10是设计成采集X射线图像数据、基于该数据重建断层摄影图像并且处理图像数据用于显示和分析的计算机断层摄影(CT)系统。虽然成像系统10在医疗成像环境中论述，本文论述的技术和配置可应用在其他非侵入成像环境中，例如行李或包装筛选或制造部件的工业无损评估等。

在图1中图示的实施例中，CT成像系统10包括X射线源12，其可根据本实施例而被热控制，并且在下文关于图2和3进一步详细描述。如在下文详细论述的，源12可包括一个或多个X射线管。例如，源12可包括如在下文关于图2更详细描述的具有阴极组件14和靶16的X射线管。该阴极组件14使电子流18(即，电子束)朝靶16加速。根据本实施例，靶16可旋转地耦合于螺旋槽轴承。如在下文详细论述的，该螺旋槽轴承有利地用液态金属润滑。

在操作期间，靶16旋转，其允许电子流18撞击靶16的不同部分以防止靶16的变形和过热。电子流18在靶16上的撞击使靶16的材料发射X射线束20。除了X射线束20之外，大量的热能在靶16的电子轰击期间产生，其加热靶的表面。靶16以及进而来说源12的温度可由热控制系统控制，如在下文进一步详细描述的。一般意义上，热控制系统调整通过源12的一个或多个部分的冷却剂的流动。结合液态金属润滑的螺旋槽轴承(其可当旋转时生成热)，热控制系统可实现源12在使用之间(即，在成像照射之间)的热维持。

源12可放置在靠近于用于限定一个或多个X射线束20(其传递进入受检者24或对象所在的区域)的尺寸和形状的准直仪22。X射线束的某部分由受检者24吸收或衰减并且所得的X射线26撞击由多个检测器元件形成的检测器阵列28。当射束照在检测器28上时，每个检测器元件产生代表在检测器元件位置处入射的X射线束强度的电信号。采集并且处理电信号以生成一个或多个扫描数据集。

系统控制器30用命令控制成像系统10的操作以执行检查和/或校准规程以及处理采集的数据。关于X射线源12，系统控制器30为X射线检查序列提供电力、焦斑位点、靶16的转速、控制信号等等。在一些实施例中，系统控制器30可包括用于控制X射线源12内的部件的一个或多个的温度的热控制系统，如下文论述的。接收来自源12的X射线26的一部分的检测器28耦合于系统控制器30，其用命令控制对检测器28产生的信号的采集。

系统控制器30可通过马达控制器36控制线性定位子系统32和旋转子系统34的移动。在其中成像系统10包括源12和/或检测器22的旋转的实施例中，该旋转子系统34可使源12、准直仪22和检测器28绕受检者24旋转。应该注意到该旋转子系统34可包括扫描架，其具有固定部件(定子)和旋转部件(转子)。该线性定位子系统32可使受检者24或更具体地使支撑受检者24的患者台能够线性移位。从而，患者台可在扫描架内或在成像体积(例如，位于源12和检测器28之间的体积)内线性移动并且实现对来自受检者24的特定区域数据的采集，从而产生与那些特定区域关联的图像。另外，线性定位子系统32可使准直仪22的一个或多个部件移位以调节X射线束20的形状和/或方向。在其中源12和检测器28配置成沿着z轴(即，与受检者24的主长度关联的轴)提供延长的或足够的覆盖范围和/或不要求受检者线性运动的实施例中，线性定位子系统34可不存在。

系统控制器30可包括信号处理电路和关联的存储器电路。在这样的实施例中，存储器电路可存储由系统控制器30执行以操作成像系统10(其包括X射线源12和关联的热控制系统)并且处理由检测器28采集的数据的程序、例程和编码算法。在一个实施例中，系统控制器30可作为例如通用或专用计算机系统等基于处理器的系统的全部或部分实现。

源12可由包含在系统控制器30内的X射线控制器38控制。该X射线控制器38可配置成向源12提供电力和定时信号。另外，在一些实施例中，X射线控制器38可配置成选择性地激活源12使得在系统10内不同位置的管或发射体可互相同步或互相独立操作。根据本文描述的方式，X射线控制器38可调制包含在阴极组件14内的热离子发射体的激活和操作以及调制靶16的转速以热调整该源12，如下文论述的。另外，X射线控制器38和/或系统控制器30可调节通过源12的部分的冷却剂流动以调制热能从X射线源12的移除。例如，X射线控制器38和/或系统控制器30可配置成执行用于模拟源12的部分(例如，靶16)的温度和用于对转速、热离子发射、冷却剂流动等等进行调节的代码。

系统控制器30可包括数据采集系统(DAS)40。该DAS 40接收由检测器28的读出电子仪器收集的数据，例如从检测器28采样的模拟信号。该DAS 40然后可将数据转换成数字信号用于由例如计算机42等基于处理器的系统后续处理。在其他实施例中，检测器28可将采样的模拟信号在传输到数据采集系统40之前转换成数字信号。计算机42可包括或与一个或多个适合的存储器装置46通信，其可以存储由计算机42处理的数据、将由计算机42处理的数据或将由计算机42执行的例程和/或算法。计算机42可适用于例如响应于由操作员通过操作员工作站48提供的命令和扫描参数来控制由系统控制器30实现的特征(即，扫描操作、数据采集和热调整)。操作员可从工作站48输入各种成像例程和其他例程，例如X射线源12变暖例程和温度维持例程。

系统10可还包括耦合于操作员工作站48的显示器50，其允许操作员查看相关的系统数据、成像参数、原始成像数据、重建数据等等。另外，系统10可包括耦合于操作员工作站48并且配置成打印任何期望的测量结果的打印机52。该显示器50和打印机52还可直接或通过操作员工作站48连接到计算机42。此外，操作员工作站48可包括或耦合于图片存档和通信系统(PACS)54。PACS 54可耦合于远程系统56、放射科信息系统(RIS)、医院信息系统(HIS)或内部或外部网络，使得在不同地点的其他人可以实现对图像数据的访问。

如上文指出的，本实施例针对X射线源12的主动热控制。根据本文公开的实施例的一个方面，主动热控制可使用控制电路执行，控制电路连接到可影响源12的温度的系统10的一个或多个部件。控制电路和关联的部件可一起形成热控制系统，其的实施例在图2中描绘。具体地，图2图示具有连接到X射线源12的各种部件的控制电路62的热控制系统60，所述X射线源12的各种部件在描绘的实施例中是X射线管64并且在下文论述。一般意义上，控制电路62配置成调整X射线管64的部件之间的热能传递。控制电路62还连接到旋转子系统34，其可以是如上文描述的扫描架。

控制电路62在图示的实施例中连接到冷却剂循环系统66，其配置成使冷却剂循环通过X射线管64和/或围绕X射线管64循环。冷却剂循环系统66的部件包括具有冷却剂泵70(例如，变速或单速泵)和热交换风扇72的热交换器68，和用于控制冷却剂流动的装置，例如流量控制阀74(例如，节流阀)。热交换器68利用冷却剂泵70推动通过一个或多个路径(其可经过和/或围绕X射线管64)的冷却剂的量(例如，可变量或大体上连续量)。另外，热交换器68使用热交换风扇72控制来自冷却剂的排热量(即，冷却剂的温度)。如此，冷却剂的质量流速和冷却剂温度都可由控制电路62控制。即，控制电路62可发送控制信号给热交换风扇72和/或给冷却剂泵70以分别控制来自冷却剂的排热量和冷却剂的流速。同样，流量控制阀74可由控制电路62控制以调节流过和/或围绕X射线管64的各种部件(包括通过管的中央轴)流动的冷却剂的量。例如，控制电路62可发送调节流量控制阀74的位置的控制信号以可控地使冷却剂流量的部分从主冷却剂路径76转向次冷却剂路径78，其可导致冷却剂流量的部分从X射线管64的一个区域转向另一个。此外，应该注意到流量控制阀74或被利用的用于控制通过和/或围绕X射线管64的部件的冷却剂的流量的其他特征可放置在围绕X射线管控制体积80(其包围X射线管64)的任何点，例如在来自X射线管控制体积80的冷却剂出口处。

X射线管控制体积80一般限定冷却剂可在其中流动的以影响X射线管64的一个或多个部件的温度的区域。X射线管控制体积80可包括X射线管64和包含在其中的部件，以及流动路径、导管、冷却套管(cooling jacket)等，其可为了热调整而经历冷却剂流动和冷却剂温度的不同水平。视为X射线管控制体积80的一部分的X射线管64的部件(即可影响X射线管64的一个或多个部件的温度的部件)包括马达82，和固定轴86(套筒84围绕其旋转并且其还包括冷却剂流动路径88)，马达82控制套筒84的旋转，靶16附连到套筒84以旋转。在图示的实施例中，冷却剂流动路径88大致上沿着固定轴86的纵向中心开口伸展，并且允许冷却剂移除来自固定轴86的热能，并且因此移除来自部件的热能，这些部件与固定轴86直接连接和/或热连通。根据本实施例，通过控制冷却剂的质量流速和/或温度，X射线管64以及从而该靶16被冷却的速率可比其中没有这样的热控制系统的实施例要快。这样的更快冷却可允许更高的峰值功率扫描，其可减少在快的扫描架速度时产生的图像噪声。

根据某些实施例，由旋转套筒84和固定轴86形成的轴承可以是螺旋槽轴承(SGB)90，其用液态金属材料润滑，即，例如镓(Ga)和/或Ga合金等在室温下是液态金属的材料。实际上，轴承90的一些实施例可符合在提交于2009年3月25日题为“Interface for liquid metalbearing and method of making same(液态金属轴承的界面和制造其的方法)”的美国专利申请序列号12/410518中描述的那些，其的全部公开通过引用全文结合于此。为了本论述的目的，SGB 90可也称为套筒84和固定轴86之间的界面，其是包含液态金属材料的区域和其中剪力施加到液态金属材料的区域。有利地，在SGB 90旋转期间，液态金属材料产生加热SGB 90的热能。这样的加热可使热能传递到最接近的X射线管部件和/或减少通过流过X射线管控制体积80的冷却剂从X射线管部件收回的热能的量。相反地，本实施例还实现液态金属材料的增强冷却，其可增加SGB 90的承载能力。在这样的实施例中，SGB 90可由于它在增加的离心力下大致上保持稳定的能力而支持旋转子系统34的增加的转速。在其中旋转子系统34包括扫描架的实施例中，本方式可实现扫描架的转速增加约5％和约20％之间(例如，约5％和15％之间)。

另外，在一些实施例中，X射线管控制体积80可包括X射线管64的热离子发射体14，控制电路62可直接或间接连接到热离子发射体14。在这样的配置中，控制电路62可控制由热离子发射体14产生的电子束18的通量，这使得控制电路62能够控制对靶16加热的速率。然而，应该注意到电子束18的通量可基于除期望的加热速率之外或代替期望的加热速率的给定的成像序列的参数来确定。如此，可存在适合于给定的成像序列的电子束18的通量可也对应于期望的加热速率的情况。这可允许控制电路62至少部分控制靶16和最接近靶16的X射线管部件的实际温度。X射线管部件之间的热传递在下文关于图3进一步描述。

在操作中，控制电路62可例如响应于从X射线管控制体积80接收的反馈92来控制上文提到的部件中的任何一个或组合以控制X射线管64的温度。该反馈92可包括各种温度，例如X射线管64内的一个或多个模拟和/或测量的参数。作为示例，模拟和/或测量参数可包括例如靶16的温度、SGB 90的温度和/或转子84的温度等。该反馈92可是模拟的(例如，时间序列模型、有限差分模型)或可以是测量的反馈，或组合。控制电路62还可响应于其他因素控制热控制系统60的部件中的一个或多个的操作。这些因素可包括旋转子系统34的转速(例如，扫描架速度)、SGB 90上的离心力、SGB 90的转速以及X射线管64的操作模式，例如当X射线管64变暖、冷却、执行成像例程和/或在成像例程之间时等。这样的用于控制X射线管64内的部件的温度的方法在下文关于图4和5进一步详细描述。在一些实施例中，控制电路62可包括可编程逻辑控制器(PLC)，其利用一个或多个算法执行热调整过程，例如比例积分微分(PID)或比例积分(PI)算法等。

如上文指出的，本实施例针对发热和热收回特征的利用以主动调整X射线管64内的各种部件的温度和各种部件之间的热能传递。具体地，图2的热控制系统60不仅可如上文描述的控制由冷却剂收回的热能的量，还可控制X射线管64的部件之间的热能传递的量和方向。图3示意地图示在操作期间X射线管64的各种部件之间的热能传递。

一般意义上，热能可由电子束18在靶16上的轰击和通过SGB 90的旋转来施加到X射线管64的部件。如上文指出的，电子束18在靶16上的轰击导致X射线和热能的产生，并且SGB 90的旋转在液态金属润滑剂材料上形成剪力，这也产生热能。作为示例，在大约50W至大约1000W范围内来自SGB90的热能产生可是可能的，其取决于SGB90的转速和旋转子系统34的速度，其由双向箭头100的一个方向图示。从靶16用电子束18轰击而产生的热能可一般传导通过靶16并且朝套筒84传导，如由双向箭头100的另一个方向代表的。传递给套筒84的在靶16产生的热能可进一步传递通过SGB 90到固定轴86，如由箭头102代表的。

为了将热能从上文提到的部件移除，冷却剂流过在固定轴86中央的冷却剂流动路径88，并且充当散热件以将热能从固定轴86和它附近的部件移除，如由箭头104代表的。根据本方式，SGB90可用作热选通门(thermal gate)，其控制从套筒84传递到冷却剂流动路径88的热能的量。例如，通过改变SGB90的转速，由SGB90产生的热能可变化，其允许冷却剂对靶16、套筒84和固定轴86的冷却效果(即从其中收回的热能)至少部分被调整。即，SGB90可形成过剩热能，这在靶16可开始冷却之前必须被移除。这些方式与冷却剂的质量流量和温度控制结合可以是可取的以维持靶16的温度高于韧脆转变温度(DBTT)使得靶16在操作期间是稳定的(即，不断裂)。

在当靶16处于低于套筒84的温度时的时段期间，例如在一天的开始或在执行成像例程之前，由SGB90旋转产生的热能可朝靶16传导，如由双向箭头100代表的。例如，控制电路62可直接或间接提供控制信号给马达82以控制SGB90的转速。SGB90然后可产生热能，其可通过套筒84传递到靶16。当然，在这些情况下，冷却剂的冷却水平可通过调节在热交换器66(图2)处从冷却剂排出的热量和/或调节冷却剂质量流速来调节。流速的控制可进而包括控制冷却剂循环泵70的输出或控制流量控制阀74或两者均可。

如上文指出的，这些控制例程可由控制电路62在成像例程之前、期间和/或之后执行。热调整X射线管64和它的部件(例如，靶16)的温度的方法的示例在下文提供。具体地，图4图示用于在执行成像例程之前使靶变热的方法，并且图5图示用于在成像例程期间和之间维持X射线管64的温度的方法。

如上文指出的，在一天的开始或在执行成像例程之前，在X射线管64内的靶16的温度可低于合适的操作温度。例如，靶16可处于或稍稍高于室温，其可低于靶16的靶材的韧脆转变温度(DBTT)。X射线管64在这样的温度的利用可损伤靶16。因此，执行变热例程以使靶16达到合适的操作温度和/或维持靶16的温度在合适的操作温度可是可取的。图4图示用于在使用前获得X射线管的合适操作温度的这样的方法110的实施例的过程流程图，而图5图示用于在使用期间和之间维持合适的操作温度的方法的实施例的过程流程图。

方法110可由热控制系统60执行，其可由控制电路62控制(即，方法110或其的部分可通过软件实现)。实际上，控制电路62可自动执行方法110的动作，或某些步骤可由用户启动。方法110一般以检测和/或模拟各种参数开始(框112)，将其反馈提供给控制电路62。如上文论述的，反馈可确定例如SGB 90转速、电子束18通量、冷却剂流速和温度等各种操作参数。由框112代表的动作可包括检测和/或模拟例如靶16、套筒84、固定轴86和SGB90等在X射线管64内的部件的各种温度。另外，如上文关于图2和3论述的，其他参数可直接测量，例如冷却剂温度和/或冷却剂流速等。

应该注意到在例如系统10等X射线成像系统的停机时间(例如，在夜里)期间，SGB 90可维持相对恒定的转速。即，SGB 90可在方法110的动作之前以大致上恒定的速率旋转。然而，在其他情况下，例如在维护期间等，SGB 90可不旋转。考虑到这点，一旦期望的参数已经被检测和/或模拟，控制电路62可调节一个或多个操作参数114。例如，在图4的图示实施例中，控制电路62可发送控制信号给马达82以设置和/或调节SGB 90的转速(框116)。如上文指出的，SGB 90的转速可确定由经受剪力的液态金属材料产生的热能的量。

除SGB 90的旋转开始外，控制电路62可发送控制信号以设置和/或调节冷却剂循环系统66的操作参数(框118)。控制电路62可通过发送控制信号给冷却剂泵70和热交换风扇72以分别调节冷却剂质量流速和冷却剂排热并且发送控制信号给流量控制阀74以调节通过X射线管64的各种部分的冷却剂质量流速，从而来调节冷却剂循环系统66(框118)。作为示例，流量控制阀74的位置可确定流过在固定轴86的中央的冷却剂流动路径88的冷却剂的量和围绕X射线管64的外部周边循环的冷却剂的量。控制电路62可调节X射线管64的部件和冷却剂循环系统66的部件中的任何一个或其组合以达到合适的操作温度。此外，在冷却剂循环系统66在方法100执行前以大致上恒定的速率和/或冷却剂的温度来流动冷却剂的情况下，控制电路62可发送控制信号使冷却剂循环系统66调节它的目前参数。在其他情况下，冷却剂循环系统66可没有流动冷却剂，在该情况下控制信号可使系统66启动冷却剂的流动和排热。

除执行由框116和118代表的动作外，控制电路62还可发送控制信号给一个或多个电极，其控制由热离子发射体14的电子束发射以发起电子束(框120)。在一个可能的实现中，电子束18的通量可低于对于成像所利用的通量，直到靶16达到合适的成像温度为止。应该注意到电子束发射(框120)可与SGB 90的旋转(框116)大致上同时或在其之后执行。

在这点上，尽管调节SGB 90的转速(框116)的概念呈现为在设置或调节冷却剂循环系统66(框118)的概念之前论述，应该注意到图示的操作参数114的调节可采用任何顺序执行，并且不限于图示的特定顺序。然而，应该注意到在电子束18启动(框120)之前使SGB90旋转(框116)可以是可取的，以便避免损伤靶16。

为了确保由控制电路62控制的部件处于合适的操作水平，控制电路62可连续和/或间歇地检测和/或模拟各种参数(框122)，例如温度等。作为示例，控制电路62可具有对于给定操作参数集(即，冷却剂流速和温度、SGB转速、电子束通量等)的模拟的温度数据。在时间序列模型中，控制电路62可在给定时间维持和/或调节操作参数直到模型提示该靶16已经达到合适的操作温度为止。另外或备选地，控制电路62可具有来自X射线管64的其他部件的检测的温度数据，其指示靶16的温度(例如，按比例)，或可测量靶16的实际温度。

一旦控制电路62已经模拟和/或确定靶16的温度，控制电路62可执行关于靶16是否已经达到合适的操作温度的查询(查询124)。在其中靶16没有达到合适的操作温度的实施例中，方法110可循环返回到调节操作参数114的步骤直到靶16已经达到合适的温度为止。在其他实施例中，方法110可简单地继续根据框122进行监测。在其中靶16实际上已经达到适合成像的温度的实施例中，控制电路62可发送控制信号给热控制系统60的各种部件以维持靶16的温度(框126)。

由框126代表的动作可包括发送控制信号给控制热离子发射体14的电极以停止电子束发射，以及发送控制信号给SGB 90以维持、增加或减小它的转速。另外或备选地，控制电路62可发送控制信号给冷却剂循环系统66。作为示例，控制电路62可重新调节流量控制阀74的位置以对X射线管64的各种部分调节冷却剂质量流速、调节热交换风扇72的速度以调节冷却剂的排热，和/或调节冷却剂泵70的功率以调节总冷却剂质量流速。靶16由热控制系统66的温度维持在下文进一步详细描述。

图5图示用于在X射线成像例程之间和期间进行温度维持的方法130的实施例的过程流程图。如上文指出的，在方法130内的动作可由控制电路62自动执行和/或可由用户启动。为了开始方法130，检测和/或模拟各种参数(框132)，其的反馈采用与上文关于图4论述的相似的方式提供给控制电路62。由框132代表的动作可包括检测和/或模拟在X射线管64内的部件的各种温度，例如靶16、套筒84、固定轴86和SGB90等。另外，其他参数可直接测量，例如冷却剂温度和/或冷却剂流速。因为当方法130正在执行时成像系统(例如，图1的成像系统10)可处于使用中或在使用之间，还可测量扫描架(例如，旋转子系统34)的转速。考虑扫描架的转速使得可提供电子束18的合适通量并且从而提供X射线束20(图1)的通量可以是可取的。因此，当正在执行成像时电子束18可以或可以不作为热控制系统60的一部分而被利用。

如上文论述的，提供给控制电路62的反馈可确定各种操作参数的控制(框134)。各种操作参数根据框134的控制一般包括但不限于设置SGB90的转速(框136)、设置热交换器泵70的输出(框138)、设置热交换器风扇72的速度(框140)和/或设置流量控制阀74的位置(框142)。应该注意到这些操作参数的任何一个或组合可采用任何顺序被调节，并且不必须采用在图5的过程流程图中阐述的顺序。

一旦热控制系统60的部件中的至少一个已经调节或如果不需要调节，控制电路62然后可执行关于是否要执行照射的确定(查询144)。在其中照射实际上要执行的实施例中，可实施照射(框146)。作为示例，控制电路62(或图1的X射线控制器)可提供控制信号给热离子发射体14的电极以启动电子束18的发射。

在照射已经实施后，控制电路62然后可再次检测和/或模拟一个或多个参数(例如，X射线管64的部件的温度)(框148)。作为X射线管64的一个或多个部件的温度在成像后可如何检测和/或模拟的示例，控制电路62可考虑电子束18的通量，即成像例程被执行的功率、成像例程的持续时间和热控制系统60的设定值。备选地或另外地，控制电路62可从X射线管64的一个或多个部件接收温度数据(靶16的温度可由此来推断)、可从靶16接收温度数据或这些的组合。

在其中没有照射要执行的实施例中，方法130将直接进入到连续和/或间歇地检测/模拟各种参数(例如，温度)(框148)的步骤。应该注意到不管是否执行照射，由框148代表的动作可执行以确定X射线管部件的一个或多个参数。基于从由框148代表的动作引起的检测和/或模拟，控制电路62然后可确定模拟和/或检测的参数是否在合适的范围内(查询150)。在其中检测和/或模拟的参数处于合适的范围内的实施例中，方法130可继续操作而大致上没有改变操作参数(框152)。然而，在其中检测和/或模拟的参数中的至少一个不处于合适的范围内的实施例中，方法可循环返回到控制各种操作参数(框134)的步骤。

该书面说明使用示例以公开本发明，其包括最佳模式，并且还使本领域内技术人员能够实践本发明，包括制作和使用任何装置或系统和执行任何包含的方法。本发明的专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域内技术人员想到的其他示例。这样的其他示例如果它们具有不与权利要求的书面语言不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的书面语言无实质区别的等同结构元件则规定在权利要求的范围内。

部件列表

Claims

1.一种用于X射线管(64)的热控制的系统(60)，其包括：

X射线管(64)，其具有电子束靶(16)、旋转式支撑所述靶(16)的旋转轴承(90)和冷却剂流道(88)，所述冷却剂流道(88)的至少一部分设置在所述旋转轴承(90)中央，并且所述冷却剂流道(88)配置成接收冷却剂；

耦合于所述冷却剂流道(88)并且配置成使所述冷却剂通过所述冷却剂流道(88)循环的冷却剂循环系统(66)；以及

耦合于所述冷却剂循环系统(66)和所述旋转轴承(90)的控制电路(62)，所述控制电路(62)配置成通过调整经由所述冷却剂从所述X射线管(64)的热量提取并且通过调整所述旋转轴承(90)的转速来控制所述X射线管(64)的部件之间的热流。

2.如权利要求1所述的系统(60)，其中所述X射线管(64)的部件包括所述电子束靶(16)和旋转式支撑所述靶(16)的所述旋转轴承(90)。

3.如权利要求2所述的系统(60)，其中所述控制电路(62)配置成响应于关于所述X射线管(64)内的部件的温度的模拟和/或测量的参数(92)而在所述X射线管(64)的操作的至少一个阶段期间调整冷却剂流量和所述旋转轴承(90)的转速以使得热量从所述旋转轴承(90)流到所述靶(16)。

4.如权利要求3所述的系统(60)，其中所述控制电路(62)配置成调整冷却剂流量和所述旋转轴承(90)的转速以使热量从所述旋转轴承(90)流到所述靶(16)至少直到所述靶(16)从脆性相转变到韧性相为止。

5.如权利要求3所述的系统(60)，其中所述控制电路(62)配置成在所述X射线管(64)的操作的至少第二阶段期间调整冷却剂流量和所述旋转轴承(90)的转速以使热量从所述靶(16)流到所述旋转轴承(90)。

6.如权利要求1所述的系统(60)，其中所述冷却剂循环系统(66)包括变速泵(70)，并且所述变速泵(70)配置成响应于来自所述控制电路(62)的控制信号控制所述冷却剂的流速。

7.如权利要求1所述的系统(60)，其中所述冷却剂循环系统(66)包括热交换风扇(72)，并且所述热交换风扇(72)配置成响应于来自所述控制电路(62)的控制信号改变从所述冷却剂的排热。

8.如权利要求1所述的系统(60)，其中所述冷却剂循环系统(66)包括流量控制阀(74)，并且所述流量控制阀(74)配置成响应于来自所述控制电路(62)的控制信号改变冷却剂通过所述X射线管(64)的不同部分的流速。

9.如权利要求1所述的系统(60)，其中所述控制电路(62)配置成基于其中设置有所述X射线管(64)的扫描架(34)的转速来控制所述旋转轴承(90)的转速。

10.如权利要求9所述的系统(60)，其中所述控制电路(62)配置成基于所述扫描架(34)的转速调整经由所述冷却剂从所述X射线管(64)的热量提取。