CN113639671B - 一种用于x射线管的角度检测装置及其使用方法 - Google Patents

一种用于x射线管的角度检测装置及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种用于X射线管的角度检测装置及其使用方法，该角度检测装置包括第一移动模块，用于带动X射线管在Y方向以及Z方向上移动，并获取X射线管在Y方向以及Z方向上的位置；油箱，用于为X射线管提供工作环境；焦点检测仪，用于检测X射线焦点；第二移动模块，用于带动焦点检测仪在X方向以及Z方向上移动，并获取焦点检测仪在X方向以及Z方向上的位置。该角度检测装置能够检测出射线束的角度偏差。

Description

一种用于X射线管的角度检测装置及其使用方法
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域。更具体地，涉及一种用于X射线管的角度检测装置及其使用方法。
背景技术
X射线管用于多种工业和医疗应用，例如医疗诊断检查、治疗放射、半导体制造和材料分析等领域。X射线是高频电磁辐射，其通过将电流施加至阴极以通过热离子发射使电子从阴极发射，电子朝着阳极加速，当电子撞击阳极时，电子可以与阳极碰撞以产生X射线，阳极上的电子碰撞的区域通常称作焦点。
电子与阳极碰撞产生的X射线，照射检测对象时，X射线的强度会发生衰减，最后被检测器接收，控制系统将辐射变化转换为图像，用于评估对象的内部结构与变化。
X射线在照射检测对象前，先穿透绝缘油层，后穿透外管套窗口，再进入空气层。由于X射线管自身制造与装配误差的存在，X射线束不能沿着油-窗口-空气层的法线透射，而是在油-窗口-空气层形成折射。当X射线从油层透射到外管套窗口时，外管套窗口材质不使X射线产生明显折射，且厚度较薄，是整个折射过程的中间介质，其对折射结果影响较小。因此，X射线束轴线与油-空气层法线形成了夹角，油-空气层两侧分别为入射角和折射角。当X射线管射线束的发射方向偏差较大时，会导致X射线管的整机验证测试环节不能顺利进行，甚至导致产品被弃用或报废。
因此，计算射线束发射角度偏差，为X射线管与外管套装配校正提供技术支撑，是突破国外技术封锁、国内发展高端医疗CT球管亟待解决的重要问题。
发明内容
针对上述问题，本发明的一个目的在于提供一种用于X射线管的角度检测装置，该角度检测装置能够检测出射线束角度偏差，为后续完成X射线管在外管套中的精准定位与安装提供支持。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
本发明提供一种用于X射线管的角度检测装置，包括：
第一移动模块，用于带动X射线管在Y方向以及Z方向上移动，并获取X射线管在Y方向以及Z方向上的位置；
油箱，用于为X射线管提供工作环境；
焦点检测仪，用于检测X射线焦点；
第二移动模块，用于带动焦点检测仪在X方向以及Z方向上移动，并获取焦点检测仪在X方向以及Z方向上的位置。
此外，优选地方案是，所述第一移动模块包括支架；以及
配置于支架上的可相对于支架沿Y方向运动的平台；
所述平台上包括有移动机构；所述移动机构包括与平台结合固定的第一固定部以及可相对于固定部沿Z方向运动的第一移动部；所述第一移动部上包括有用以固定X射线管的固定件。
此外，优选地方案是，所述支架包括平直部与竖直部，所述竖直部上包括有沿Y方向设置的滑轨；所述平台通过滑轨配置于竖直部上；所述平台上包括有用以检测X射线管在Y方向上位置的第一光栅尺位移传感器。
此外，优选地方案是，所述固定件通过装配板与第一移动部结合固定；所述装配板上包括有用以检测X射线管在Z方向上位置的第二光栅尺位移传感器。
此外，优选地方案是，所述油箱位于平台与焦点检测仪之间，所述油箱内包括有用以浸泡X射线管的油；所述检测装置还包括有用以承载油箱的承载框架。
此外，优选地方案是，所述焦点检测仪结合固定于第二移动模块上；所述焦点检测仪位于油箱的下方。
此外，优选地方案是，所述第二移动模块包括底板以及位于底板上的沿X方向设置的第一丝杆以及配置于第一丝杆上的第一丝杆螺母；所述第一丝杆螺母上配置有第一移动板；所述第一移动板上包括沿Z方向设置的第二丝杆；所述第二丝杆上配置有可沿第二丝杆的延伸方向运动的第二丝杆螺母；所述第二丝杆螺母上配置有第二移动板；所述焦点检测仪结合固定于第二移动板上。
此外，优选地方案是，所述第一移动板上包括有用以检测焦点检测仪在Z方向上的位置的第三光栅尺位移传感器；所述第二移动板上包括有用以检测焦点检测仪在X方向上的位置的第四光栅尺位移传感器。
本发明的另一个目的在于提供一种角度检测装置的使用方法，包括：将X射线管与第一移动模块固定；
启动第一移动模块将X射线管放入油箱提供的工作环境中并到达预定位置；
启动X射线管发射X射线；
启动第二移动模块带动焦点检测仪移动并检测X射线焦点，记录焦点检测仪在X方向以及Z方向上的位置；
测量焦点检测仪与油箱底面之间的直线距离。
此外，优选地方案是，所述油箱的底面上包括有透明圆板，当X射线管的发射窗口的中心与油箱的透明圆板的圆心位于同一条竖直线上，X射线管位于预定位置。
本发明的有益效果为：
本发明通过第一移动模块带动X射线管浸入油箱内并移动到合适位置，第二移动模块带动焦点检测仪移动到与X射线管的配合位置，各个构件之间相互配合完成检测和数据记录，解决了X射线管射线束发射角度测量困难的问题，且能够依据测量结果计算出射线束的发射角度偏差，为后续X射线管的定位安装与误差校正提供技术支撑。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1是本发明的整体结构示意图。
图2是本发明的第一移动模块的结构示意图。
图3是本发明的第二移动模块的结构示意图。
图4是本发明的检测X射线管射线束发射角度X方向示意图。
图5是本发明的检测X射线管射线束发射角度Z方向示意图。
图6是X射线管与外管套的装配图。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术和设备应当被视为说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
为了能够检测出射线束角度偏差。本发明提供一种用于X射线管的角度检测装置，结合图1至图6所示，具体地所述用于X射线管的角度检测装置包括：第一移动模块10，用于带动X射线管50在Y方向以及Z方向上移动，并获取X射线管50在Y方向以及Z方向上的位置；将X射线管50的位置记录为坐标；油箱20，用于为X射线管50提供工作环境；焦点检测仪30，用于检测X射线焦点；第二移动模块40，用于带动焦点检测仪30在X方向以及Z方向上移动，并获取焦点检测仪30在X方向以及Z方向上的位置。将焦点检测仪30的位置记录为坐标。为了便于描述，将X向Y向Z向定义为直角坐标系的X轴Y轴Z轴。
所述第一移动模块10和第二移动模块40的读数坐标需要标定，其标定方法如下：将X射线管固定安置在固定件123上，X射线管发射窗口51竖直向下；
从X射线管发射窗口51的中心位置引出一条铅垂线；
调节第二移动模块40，使铅垂线的延长线通过焦点检测仪30的中心，即X射线管发射窗口51的中心与焦点检测仪30的中心在同一竖直线上；
设定X射线管在Z向移动的位置坐标为z，焦点检测仪30的位置坐标为(0，z)，即X射线管Z向移动的距离与焦点检测仪30在Z向移动距离相同，标定第一移动模块的移动机构以及第二移动模块的Z向调整机构具有相同Z轴读数坐标。需要说明的是，第二丝杆；第二丝杆螺母以及第二移动板47构成第二移动模块的Z向调整机构。
参照图2所示，在一具体的实施例中，所述第一移动模块10包括支架11；以及配置于支架11上的可相对于支架11沿Y方向运动的平台12；所述平台12上包括有移动机构；所述移动机构包括与平台12结合固定的第一固定部121以及可相对于固定部沿Z方向运动的第一移动部122；所述第一移动部122上包括有用以固定X射线管的固定件123。所述移动机构结合固定于平台12的底壁上，也就是说X射线管位于平台12下方，具体地，所述第一固定部121为沿Z方向设置的丝杆，所述第一移动部122为丝杆螺母，丝杆通过支承座与平台12的底壁结合固定，在平台12的底壁上还设置有用以驱动丝杆转动的步进电机，进而带动X射线管在Z方向上往复运动。
在本实施例中，所述支架11包括平直部112与竖直部111，所述竖直部111上包括有沿Y方向设置的滑轨；所述平台12通过滑轨配置于竖直部111上；所述平台12上包括有用以检测X射线管在Y方向上位置的第一光栅尺位移传感器13。所述平台12与竖直部111相垂直，通过上述设置能够准确得到X射线管在Y方向上的位移量以及Y轴上的坐标。
进一步地，所述固定件123通过装配板124与第一移动部122结合固定；所述装配板124上包括有用以检测X射线管在Z方向上位置的第二光栅尺位移传感器125。固定件123为结合固定在装配板124上的锁紧环，该锁紧环的个数为三个，能够稳定固定住X射线管。第二光栅尺位移传感器125用于读取X射线管的在Z轴上的坐标。
在一具体的实施例中，所述油箱20位于平台12与焦点检测仪30之间，所述油箱20内包括有用以浸泡X射线管的油；所述检测装置还包括有用以承载油箱20的承载框架21。油是变压器绝缘油，用于浸泡X射线管，为X射线管提供工作环境；油箱20，用于盛放油，底部材质不透光，但底部中心有圆孔并采用透明亚克力板补上；所述承载框架21用于支撑和固定油箱20。所述焦点检测仪30结合固定于第二移动模块40上；所述焦点检测仪30位于油箱20的下方。
关于第二移动模块40的具体结构，参照图3所示，所述第二移动模块40包括底板41以及位于底板41上的沿X方向设置的第一丝杆42以及配置于第一丝杆42上的第一丝杆螺母43；所述第一丝杆螺母43上配置有第一移动板44；所述第一移动板44上包括沿Z方向设置的第二丝杆；所述第二丝杆上配置有可沿第二丝杆的延伸方向运动的第二丝杆螺母；所述第二丝杆螺母上配置有第二移动板47；所述焦点检测仪30结合固定于第二移动板47上。第一丝杆42和第二丝杆分别通过步进电机驱动，第一丝杆42通过支承座与底板41结合固定，第二丝杆通过支承座与第一移动板44结合固定；为了第一移动板44以及第二移动板47的稳定，在底板41上对称设置两个第一丝杆42，在第一移动板44上对称设置两个第二丝杆。
为了获取焦点检测仪30的位置信息，所述第一移动板44上包括有用以检测焦点检测仪30在Z方向上的位置的第三光栅尺位移传感器48；所述第二移动板47上包括有用以检测焦点检测仪30在X方向上的位置的第四光栅尺位移传感器49。第三光栅尺位移传感器48用于读取焦点检测仪30在X轴上的坐标；第四光栅尺位移传感器49用于读取焦点检测仪30在Z轴上的坐标。
参照图1、图4、图5所示，本发明还提供一种角度检测装置的使用方法，包括：将X射线管与第一移动模块10固定；启动第一移动模块10将X射线管放入油箱20提供的工作环境中并到达预定位置，具体地，所述油箱20的底面上包括有透明圆板，当X射线管的发射窗口51的中心与油箱20的透明圆板的圆心位于同一条竖直线上，X射线管位于预定位置；启动X射线管发射X射线；启动第二移动模块40带动焦点检测仪30移动并检测X射线焦点，记录焦点检测仪30在X方向以及Z方向上的位置；测量焦点检测仪30与油箱20底面之间的直线距离。
更具体地，将X射线管固定在固定件123上，并使X射线管发射窗口51向下；调节平台129高度，将X射线管浸泡在油箱20里，使X射线管发射窗口51距离油箱20底面的距离为L1，并锁定平台12；调节X射线管在Z向移动，使X射线管到达预定位置z0，此时X射线管的坐标为(x0，z0)，此时X射线管发射窗口51中心与油箱20上的圆板圆心位于同一条竖直线上；启动X射线管工作，发射X射线；通过调节第二移动模块40，移动焦点检测仪30的位置，检测X射线焦点位置，通过第三光栅尺位移传感器48与第四光栅尺位移传感器49，记录焦点检测仪30坐标(x1，z1)；测量焦点检测仪30距离油箱20底面的距离为L2。
可以理解的是，参照图6所示，X射线管50需要装配到外管套60内使用，且需要X射线管50的发射窗口51与外管套60的外窗口61同轴设置，并可以在X射线管50与外管套60之间设置校正垫片62用以调整X射线管射线束在Z向上的误差，将X射线管50在外管套60中的旋转一定角度进而能够调整X射线管射线束在X向上的误差。
进一步地，本发明还提供一种检测X射线管射线束发射角度的计算方法，包括以下步骤：
a.设X射线在油-空气界面的X向入射角为θ，折射角为γ；
b.设X射线在油-空气界面的Z向入射角为α，折射角为β；
c.X射线在油-空气界面的Z向发生折射时，根据折射角定律
d.焦点检测仪的Z向偏移量
Δz＝z1-z0＝L1·tanα+L2·tanβ
e.在入射角α<10°时或更小时，
sinα≈tanα
sinβ≈tanβ
f.解得
同理，
g.设X射线管发射窗口表面与外管套外窗口表面的间距为L3，则Z轴偏移
h.设调节Z方向的校正垫片厚度为B，则校正垫片数量
i.圆周方向校正时，X射线管在外管套中的旋转角度
检测X射线管射线束发射角度的检测过程为：标定第一移动模块的移动机构以及第二移动模块的Z向调整机构；确定X射线管焦点位置；计算射线束角度偏差tanα，tanθ；确定校正量n，θ。
综上所述，本发明通过第一移动模块带动X射线管浸入油箱内并移动到合适位置，第二移动模块带动焦点检测仪移动到与X射线管的配合位置，各个构件之间相互配合完成检测和数据记录，解决了X射线管射线束发射角度测量困难的问题，且能够依据测量结果计算出射线束发射角度偏差，为后续X射线管的定位安装与误差校正提供技术支撑。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (7)

1.一种用于X射线管的角度检测装置，其特征在于，包括：
第一移动模块，用于带动X射线管在Y方向以及Z方向上移动，并获取X射线管在Y方向以及Z方向上的位置；
油箱，用于为X射线管提供工作环境；
焦点检测仪，用于检测X射线焦点；
第二移动模块，用于带动焦点检测仪在X方向以及Z方向上移动，并获取焦点检测仪在X方向以及Z方向上的位置；
所述第一移动模块包括支架；以及配置于支架上的可相对于支架沿Y方向运动的平台；所述平台上包括有移动机构；所述移动机构包括与平台结合固定的第一固定部以及可相对于固定部沿Z方向运动的第一移动部；所述第一移动部上包括有用以固定X射线管的固定件；所述油箱位于平台与焦点检测仪之间，所述油箱内包括有用以浸泡X射线管的油，且底面上包括有透明圆板；所述检测装置还包括有用以承载油箱的承载框架；所述焦点检测仪结合固定于第二移动模块上；所述焦点检测仪位于油箱的下方。
2.根据权利要求1所述的用于X射线管的角度检测装置，其特征在于，所述支架包括平直部与竖直部，所述竖直部上包括有沿Y方向设置的滑轨；所述平台通过滑轨配置于竖直部上；所述平台上包括有用以检测X射线管在Y方向上位置的第一光栅尺位移传感器。
3.根据权利要求1所述的用于X射线管的角度检测装置，其特征在于，所述固定件通过装配板与第一移动部结合固定；所述装配板上包括有用以检测X射线管在Z方向上位置的第二光栅尺位移传感器。
4.根据权利要求1所述的用于X射线管的角度检测装置，其特征在于，所述第二移动模块包括底板以及位于底板上的沿X方向设置的第一丝杆以及配置于第一丝杆上的第一丝杆螺母；所述第一丝杆螺母上配置有第一移动板；所述第一移动板上包括沿Z方向设置的第二丝杆；所述第二丝杆上配置有可沿第二丝杆的延伸方向运动的第二丝杆螺母；所述第二丝杆螺母上配置有第二移动板；所述焦点检测仪结合固定于第二移动板上。
5.根据权利要求4所述的用于X射线管的角度检测装置，其特征在于，所述第一移动板上包括有用以检测焦点检测仪在Z方向上的位置的第三光栅尺位移传感器；所述第二移动板上包括有用以检测焦点检测仪在X方向上的位置的第四光栅尺位移传感器。
6.一种根据权利要求1-5任一项所述的用于X射线管的角度检测装置的使用方法，其特征在于，包括：
将X射线管与第一移动模块固定；
启动第一移动模块将X射线管放入油箱提供的工作环境中并到达预定位置；
启动X射线管发射X射线；
启动第二移动模块带动焦点检测仪移动并检测X射线焦点，记录焦点检测仪在X方向以及Z方向上的位置；
测量焦点检测仪与油箱底面之间的直线距离。
7.根据权利要求6所述的使用方法，其特征在于，当X射线管的发射窗口的中心与油箱的透明圆板的圆心位于同一条竖直线上，X射线管位于预定位置。
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