CN103356204A - 旋转阳极x射线辐射器和x射线系统 - Google Patents

旋转阳极x射线辐射器和x射线系统 Download PDF

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Abstract

为了尤其无干扰地产生X射线,采用一种具有用于产生X射线(9)的X射线管(2)的旋转阳极X射线辐射器(1),包括设在真空容器内可旋转的旋转阳极(3),旋转阳极(3)有旋转轴、安装在旋转轴上的转子(5)和定子(6),所述定子(6)至少部分设在真空容器外部,其中,所述定子(6)产生用于驱动转子(5)的交变电磁场,以及其中,所述定子(6)具有至少一个定子线圈(6.1、6.2、6.3)用于产生交变电磁场,以及包括阴极(4)用于产生可以朝旋转阳极(3)加速的电子束,其中,在阴极(4)、焦点和/或电子束的区域内布设至少一个反向线圈(11.1、11.2、11.3),用于补偿所述至少一个定子线圈(6.1、6.2、6.3)的交变电磁场。

Description

旋转阳极X射线辐射器和X射线系统
技术领域
本发明涉及一种具有用于产生X射线的X射线管的旋转阳极X射线辐射器,以及一种X射线系统。
背景技术
在医学X射线成像时,尤其使用具有旋转阳极的X射线辐射器产生X射线。大多圆盘形的旋转阳极被加速到高的旋转频率以及在阴极中产生的电子的焦点(Brennfleck)下方转过。在这里,旋转阳极在电子束下方运动越迅速,焦点可能的表面负荷越大。为了能提高图像质量,有一个可能性是提高脉冲功率,和有另一个可能性是减小焦点。在当代的旋转阳极X射线辐射器中,旋转阳极以约150Hz至200Hz旋转。相应地需要强力驱动,以便能加速大质量(数公斤重)的旋转阳极。
图1表示已知的旋转阳极的X射线辐射器1,包括具有旋转阳极3的X射线管2。在X射线管2真空容器外部(但在旋转阳极的X射线辐射器1外壳内部)的定子6产生交变电磁场。转子5处于旋转阳极3的旋转轴上,定子6使之旋转运动。阴极4,例如有文纳尔电极的热阴极,产生向旋转阳极加速的电子束。由此在明中点上产生X射线9,X射线9可通过射线出口窗7离开旋转阳极的X射线辐射器1,接着例如通过光阑8聚束成形。
定子6一般用交流电工作和需要达数千瓦的电功率。但定子6强的交变电磁场对于电子的轨迹干扰极大。电子在交变场作用下偏转,从而干扰在旋转阳极上聚焦。这导致焦点以驱动器的频率跳跃。在借助X射线产生的X射线图像中,焦点位置的这种变更由于图像边缘的晃动被放得很大并能看到。这种干扰效应称为“聚焦摇摆”。
按目前的技术水平有一些至少部分减少聚焦摇摆的可能性。例如可以在定子与旋转阳极背侧之间安装软磁合金屏蔽。软磁合金有抑制电磁场的性质。因为电子在旋转阳极上的聚焦不是通过静电而是通过有源元件如线圈实现的,所以存在可能性,通过改变聚焦的电磁场影响电子轨迹。当然这种方法成本很高。此外,定子驱动器还能与图像频率同步化。若例如以30fps进行照相,则定子驱动器可以用8乘30Hz,亦即240Hz驱动。因此驱动器相位与每张照片相同,以及可以将聚焦摇摆减少到最低程度。当然,在旋转阳极的X射线辐射器噪声发展时,这种方法产生其他干扰效应。所有已知的方法仅能部分减少聚焦摇摆。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是,提供一种旋转阳极X射线辐射器,它能进一步减小X射线管的聚焦摇摆。此外,本发明所要解决的技术问题是,提供一种具有旋转阳极X射线辐射器的X射线系统。
上述技术问题按照本发明通过一种具有产生X射线的X射线管的旋转阳极X射线辐射器,以及一种X射线系统得以解决。
通过按照本发明的旋转阳极X射线辐射器,能够实现主动和以简单而便宜的方式明显减少或几乎彻底消除聚焦摇摆,这种旋转阳极X射线辐射器具有产生X射线的X射线管,包括设在真空容器内可旋转的旋转阳极,旋转阳极有旋转轴、安装在旋转轴上的转子和定子,定子至少部分设在真空容器外部,其中,定子产生用于驱动转子的交变电磁场,以及其中,定子有至少一个定子线圈用于产生交变电磁场,以及包括阴极用于产生可以朝旋转阳极加速的电子束,其中,在阴极、焦点和/或电子束的区域内设至少一个反向线圈,用于补偿所述至少一个定子线圈的交变电磁场。这只须一个或多个相对于一个或多个定子线圈反向定位或相应地接线的线圈。反向线圈通过其补偿杂散场,保证减小或消除定子线圈的交变电磁场,从而不再发生电子束偏转。由此可以显著改善X射线图像的图像质量。有利的是,反向线圈非常靠近阴极或焦点定位,以补偿在最有助于聚焦摇摆的区域内的交变电磁场。
在多个定子线圈的情况下合理的是,同样设置多个反向线圈,例如为每个定子线圈设置一个反向线圈。按本发明的一种扩展设计,所述至少一个反向线圈与所述至少一个有相反电流方向的定子线圈串联。以此方式,只要适当选择反向线圈尺寸和位置,便能自动产生对定子线圈交变电磁场补偿的反向杂散场。
按本发明的另一项扩展设计,所述至少一个反向线圈设置为可以沿X射线管的纵轴线机械移动。通过这种配置在需要时可以改变和调整反向线圈补偿杂散场的位置和强度,以获得对定子交变场恰当的补偿。上述移动可借助能自动或手动控制的小型驱动器实施。
按本发明的另一项扩展设计,所述至少一个反向线圈具有匝间抽头,它们为了改变补偿杂散场的强度可以连接。在这里也可以在需要时通过相应地连接所述匝间抽头或取消连接,调整补偿杂散场的强度。为了多级调整补偿杂散场的强度,可以提供多种连接可能性。
有利地将电子或机械的电位计-电压控制器在所述至少一个反向线圈上设置为,可以连续改变电流强度。若反向线圈与有相反电流方向的定子线圈串联,则通过设置电位计可以引导定子线圈电流改变的部分流过反向线圈,并因而可以附加地调整补偿杂散场的强度。
为了有利于简便地影响反向线圈的补偿杂散场的强度和形状,在所述至少一个反向线圈上设至少一个附加的铁磁性磁轭,尤其铁轭。通过这种铁轭增大反向线圈的磁通量密度。为了不会诱发不希望的涡流,铁轭可以设计为多块绝缘铁板的形式。
按本发明的另一项设计,旋转阳极X射线辐射器有至少一个测量磁场的传感器,尤其霍耳传感器。霍耳传感器利用霍耳效应测量磁场。霍耳效应出现在处于磁场内流过电流的电导体内,此时构成一个与电流方向和与磁场垂直的电场,它补偿作用在电子上的洛伦兹力。一个或多个霍耳传感器可例如尽可能靠近焦点和阴极地设置,但应设置在X射线管外部。
按本发明的另一项设计,旋转阳极X射线辐射器包括调控设备,它有至少一个霍耳传感器,用于连续测量所述至少一个定子线圈的交变电磁场,并据此控制所述至少一个反向线圈,以补偿所述至少一个定子线圈的交变电磁场。霍耳传感器可例如测量相应地造成的磁场并将信息传给调控设备,然后调控设备基于此信息控制对补偿杂散场的调整,以进一步减小造成的磁场。所述控制可包含前面已列举的那些调整补偿杂散场的可能性,亦即例如连接匝间抽头或拆除其连接,或机械移动反向线圈,或通过电位计改变反向线圈电流。
所述旋转阳极X射线辐射器可以使用于对图像质量有高要求的不同X射线系统中,尤其计算机X射线断层造影系统或C臂-X射线系统,用于放射照像术(Radiographie)、血管造影术(Angiographie)或心电造影术(Kardangiographie)。
附图说明
下面借助附图示意表示的实施例,详细说明本发明以及按照从属权利要求所述特征的其他有利的扩展设计,但本发明并不由此而受这些实施例的限制。其中:
图1表示已知的旋转阳极X射线辐射器;
图2表示按本发明的旋转阳极X射线辐射器一种可能的电路图;以及
图3表示按本发明包括多个反向线圈的旋转阳极X射线辐射器的局部视图。
具体实施方式
如已说明的那样,图1表示已知的旋转阳极X射线辐射器,它包括安装在真空管外壳内的X射线管2,其中,旋转阳极3借助转子5和定子6旋转。阴极4,例如热丝,例如借助热电子发射产生电子,然后电子以电子束的形式朝正在转动的旋转阳极3加速,并在那里在命中点造成焦点。由此产生X射线9并通过射线出口窗7射出,接着X射线9可通过光阑8成形。为了驱动,旋转阳极X射线辐射器1可以有高压馈电装置10。X射线管2例如安装在辐射器外壳内部的油中。定子6通常有一个或多个定子线圈,它们产生交变电磁场,促使转子5运动。然而所述交变电磁场有对阴极的电子束造成负面影响的缺点,因为它产生所谓的聚焦摇摆。
为了主动减小聚焦摇摆,为每个定子线圈设置至少一个反向线圈。通过各自的反向线圈产生补偿杂散场,它在任何时刻补偿各自定子线圈的交变电磁场。反向线圈优选地与各自有相反电流方向的定子线圈串联。此外反向线圈定位为尽可能靠近阴极或焦点或电子束,以便在这些区域内有目的地补偿定子线圈的干扰交变场。由此将通过(一个或多个)定子线圈的交变场对电子束的干扰影响所造成的聚焦摇摆减到最低程度。
图3表示按本发明的X射线管2,它有三个定子线圈和三个与之反向的线圈。第一定子线圈6.1与设在阴极附近、电流方向相反的第一反向线圈11.1串联,同样,第二定子线圈6.2(用虚线表示)与第二反向线圈11.2以及第三定子线圈6.3与第三反向线圈11.3串联。反向线圈在X射线管2外壳的外部设置为,使反向线圈不仅尽可能处于靠近阴极或焦点,而且使它们达到在焦点和电子束的区域内尽可能有效地补偿各对应配设的定子线圈的交变场。此外在图2中示出了定子线圈与反向线圈一种可能的电连接线路图。在这里,所述连接与星形连接电路的原理相应,星形连接电路有三相交变电流(第一相R,第二相S,第三相T)和中极(MP)。反向线圈也可以独立于定子线圈工作,为此必须以与所示出的方式不同的方式实现同步化。
此外,图3还示出了霍耳传感器12,它在X射线管外壳的外部安装在阴极4或焦点的区域内,以及可以测量在该区域内的磁场强度。此外还表示了调控设备13,它适用于调整通过反向线圈产生的补偿杂散场。这种调整可例如这样进行,亦即通过一个或多个霍耳传感器12定期或连续测量电子束区域内磁场的磁场强度。然后将这些信息使用于自动控制反向线圈,增强或减弱补偿杂散场或改变其位置。所述这些应长久实施,直至完全补偿或至少减小聚焦摇摆。例如可以规定,只要旋转阳极X射线辐射器处于工作状态,就实施连续的调整。
改变补偿杂散场的强度或其位置可以通过不同的方式实施。例如可以沿X射线管纵轴线方向实行反向线圈的机械移动。为此可例如采用驱动器和/或滑轨。此外,反向线圈可以在任何位置有可能的匝间抽头,匝间抽头可以连接或拆除。由此也可以改变磁场强度。此外还可以通过一块或多块彼此绝缘的铁板影响补偿杂散场的形状和强度。流过反向线圈以及影响其磁场强度的电流,也可以通过电子或机械的电位计-电压控制器改变,由此在需要时引导部分定子电流流过反向线圈。所述电位计是电阻元件,它们的电阻值可以例如通过转动或移动机械地改变,以及它们可以用作能连续调整的分压器。
定子线圈和反向线圈在图3中所表示的配置,例如适用于一种包括三相驱动器的旋转阳极X射线辐射器,三相驱动器具有在100Hz与300Hz之间的驱动频率。然而一般也可以为单相或多相驱动器设置反向线圈。按本发明的旋转阳极X射线辐射器可使用于对图像质量有高要求的X射线系统,例如使用于计算机X射线断层造影系统或使用于血管造影术(Angiographie)、心电造影术(Kardiologie)和放射照像术(Radiographie)的X射线系统。
本发明可以简略总结如下:为了尤其无干扰地产生X射线,采用一种具有产生X射线的X射线管的旋转阳极X射线辐射器,它包括设在真空容器内可旋转的旋转阳极,旋转阳极有旋转轴、安装在旋转轴上的转子和定子,定子至少部分设在真空容器外部,其中,定子产生用于驱动转子的交变电磁场,以及其中,定子有至少一个定子线圈用于产生交变电磁场,以及包括阴极用于产生可以朝旋转阳极加速的电子束,其中,在阴极和/或电子束区域内设至少一个反向线圈,用于补偿所述至少一个定子线圈的交变电磁场。

Claims (9)

1.一种具有用于产生X射线(9)的X射线管(2)的旋转阳极X射线辐射器(1),包括设在真空容器内可旋转的旋转阳极(3),旋转阳极(3)有旋转轴、安装在旋转轴上的转子(5)和定子(6),所述定子(6)至少部分设在真空容器外部,其中,所述定子(6)产生用于驱动转子(5)的交变电磁场,以及其中,所述定子(6)具有至少一个定子线圈(6.1、6.2、6.3)用于产生交变电磁场,以及包括阴极(4)用于产生可以朝旋转阳极(3)加速的电子束,其中,在阴极(4)、焦点和/或电子束的区域内布设至少一个反向线圈(11.1、11.2、11.3),用于补偿所述至少一个定子线圈(6.1、6.2、6.3)的交变电磁场。
2.按照权利要求1所述的旋转阳极X射线辐射器,其中,所述至少一个反向线圈(11.1、11.2、11.3)与所述至少一个具有相反电流方向的定子线圈(6.1、6.2、6.3)串联。
3.按照前列诸权利要求中任一项所述的旋转阳极X射线辐射器,其中,所述至少一个反向线圈(11.1、11.2、11.3)设置为可以沿X射线管(2)的纵轴线移动。
4.按照前列诸权利要求中任一项所述的旋转阳极X射线辐射器,其中,所述至少一个反向线圈(11.1、11.2、11.3)具有匝间抽头,为了改变补偿杂散场的强度可以连接这些匝间抽头。
5.按照前列诸权利要求中任一项所述的旋转阳极X射线辐射器,其中,将电子或机械的电位计-电压控制器在所述至少一个反向线圈(11.1、11.2、11.3)上设置为,可以连续改变电流强度。
6.按照前列诸权利要求中任一项所述的接线夹,其特征为,在所述至少一个反向线圈(11.1、11.2、11.3)上设置至少一个附加的铁磁性磁轭,尤其铁轭。
7.按照前列诸权利要求中任一项所述的旋转阳极X射线辐射器,具有至少一个测量磁场的传感器,尤其霍耳传感器(12)。
8.按照权利要求7所述的旋转阳极X射线辐射器,具有调控设备(13),该调控设备具有至少一个霍耳传感器(12),用于尤其连续测量所述至少一个定子线圈(6.1、6.2、6.3)的交变电磁场,并据此控制所述至少一个反向线圈(11.1、11.2、11.3),以补偿所述至少一个定子线圈(6.1、6.2、6.3)的交变电磁场。
9.一种X射线系统,尤其计算机X射线断层造影系统或C臂-X射线系统,具有按照权利要求1至8中任一项所述的旋转阳极X射线辐射器(1)。
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Address before: Erlangen

Patentee before: Siemens Healthineers AG

Country or region before: Germany