CN116092900B - 阳极转动控制方法、x射线管及其控制方法、成像系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种阳极转动控制方法、X射线管及其控制方法、成像系统，阳极转动控制方法包括预先获取旋转阳极的衰减系数并存储；在每一次X射线管曝光结束后，记录旋转阳极的减速信息；接收到曝光任务后查询历史记录，如果上一次曝光结束后旋转阳极为自然衰减，若目标曝光功率值大于最大恒定散热功率值，则驱动阳极加速至其额定转速；否则将阳极的当前转速与其最低允许转速作比较，阳极的当前转速根据衰减系数确定：若阳极的当前转速小于预设的最低允许转速，则驱动阳极加速至其最低允许转速；若阳极的当前转速大于或等于最低允许转速，则保持其当前转速。本发明能够减少阳极加速的完成时间，减少定子线圈发热，以及提升曝光效率。

Description

阳极转动控制方法、X射线管及其控制方法、成像系统

技术领域

本发明涉及X射线管领域，尤其涉及一种阳极转动控制方法、X射线管及其控制方法、成像系统。

背景技术

X射线管是一种产生医学、检测和科学领域实用X射线的低成本高效的装置。X射线管有两个电极：一个是用于发射电子的灯丝，作为阴极；另一个是用于接受电子轰击的靶，作为阳极。当阴极灯丝被加热到一定高温时，会有大量电子产生，此时在阴阳两极高压的加速下大量电子高速轰击阳极靶面，电子的部分动能转变为辐射能，以X射线的形式释放，其中只有不到1％的能量产生有用的X射线，其余的99％的能量被转化为热量，从而导致阳极靶面局部温度迅速升高。

目前占主导地位的两种射线管是：主要用于医学用途（从25kV到150kV）的旋转阳极X射线管，以及用于检测行业（从25kV到400kV以上，某些应用范围可达百万伏）的固定阳极X射线管。在固定阳极X射线管中，由于热量集中在焦点上，阳极极易局部过热而熔化。而在旋转阳极X射线管中，由于阳极不断旋转，使热量分布在一个环形面积上，大大增加了散热面积，显著降低了阳极温度，从而在相同温度下大大提升X射线管的功率。

现有旋转阳极的工作过程为：启动曝光前，旋转阳极先启动加速至额定速度，然后只需要很小的驱动电压就可以克服旋转阻力而维持正常旋转（旋转阳极处于真空环境下，其旋转阻力主要为很小的轴承摩擦力）；曝光结束后，旋转阳极制动。旋转阳极在启动加速、制动减速过程中，为减少加减速时间，获得最大的转矩，其加减速过程中的定子电压会高于维持正常旋转时的电压，因此会增大励磁电流在定子电阻上的损耗，造成定子线圈发热。为保护定子线圈，一般会限定一分钟内最多能加速启动的次数，从而导致曝光的效率较低。

以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的发明构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，也不必然会给出技术教导；在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日之前已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

发明内容

本发明的目的是提供一种阳极转动控制方法、X射线管及其控制方法、成像系统，改变旋转阳极启动加速至额定转速的传统方式，减少定子线圈发热，以及提升曝光效率。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种X射线管旋转阳极启动加速控制方法，包括以下步骤：

预先获取旋转阳极的衰减系数，并将其存储在可读介质内；

在每一次X射线管曝光结束后，记录其旋转阳极的减速信息，包括减速类型、停止旋转阳极的定子驱动的起始时刻；

在接收到曝光任务后，通过以下步骤控制旋转阳极加速：

查询历史记录，确定上一次曝光结束后旋转阳极的减速类型是否为非制动的自然衰减，若是，则执行以下步骤：

获取此次曝光任务中X射线管的目标曝光功率值，并将其与X射线管的最大恒定散热功率值作比较，若所述目标曝光功率值大于所述最大恒定散热功率值，则驱动所述旋转阳极加速至所述旋转阳极的额定转速；否则将所述旋转阳极的当前转速与预设的阳极最低允许转速作比较：

若所述旋转阳极的当前转速小于预设的阳极最低允许转速，则驱动所述旋转阳极加速至所述阳极最低允许转速；

若所述旋转阳极的当前转速大于或等于预设的阳极最低允许转速，则保持所述旋转阳极的当前转速，其中，所述旋转阳极的当前转速根据预存储的所述衰减系数计算或估算得到。

进一步地，承前所述的任一技术方案或多个技术方案的组合，所述衰减系数通过以下公式计算得到：

a=(f ₂ -f ₁ )/(t ₂ -t ₁ )，其中，a为自然衰减系数，f ₁ 为旋转阳极在被选时刻t ₁ 的转速，f ₂ 为旋转阳极在被选时刻t ₂ 的转速，且所述被选时刻t ₁ 、t ₂ 介于一次非制动的自然衰减中停止旋转阳极的定子驱动的起始时刻起、至自然衰减到预设的阳极最低允许转速的终点时刻的时间段；

或者，a=(f _end - f _ori )/(t _end - t _ori )，其中，a为自然衰减系数，t _ori 为一次非制动的自然衰减中停止旋转阳极的定子驱动的起始时刻，f _ori 为旋转阳极在t _ori 时刻的转速，t _end 为自然衰减到预设的阳极最低允许转速的终点时刻，f _end 为旋转阳极在t _end 时刻的转速。

进一步地，承前所述的任一技术方案或多个技术方案的组合，查询历史记录，若确定上一次曝光结束后旋转阳极的减速类型为制动的非自然衰减，则执行以下步骤：

获取此次曝光任务中X射线管的目标曝光功率值，并将其与X射线管的最大恒定散热功率值作比较，若所述目标曝光功率值大于所述最大恒定散热功率值，则驱动所述旋转阳极加速至所述旋转阳极的额定转速；否则驱动所述旋转阳极加速至所述阳极最低允许转速。

进一步地，承前所述的任一技术方案或多个技术方案的组合，所述阳极最低允许转速为通过阳极在真空环境转动测试得到的克服轴承摩擦力所需的转速临界值。

进一步地，承前所述的任一技术方案或多个技术方案的组合，所述最大恒定散热功率值和/或额定转速为所述旋转阳极的标定参数。

进一步地，承前所述的任一技术方案或多个技术方案的组合，所述旋转阳极的当前转速通过以下公式计算得到：

f _cur = a×(t _cur - t _ori ) +f _ori ，其中，a为自然衰减系数，t _ori 为上一次非制动的自然衰减中停止旋转阳极的定子驱动的起始时刻，f _ori 为旋转阳极在t _ori 时刻的转速，t _cur 为自然衰减到当前的时刻，f _cur 为旋转阳极在t _cur 时刻的当前转速。

进一步地，承前所述的任一技术方案或多个技术方案的组合，在旋转阳极完成启动加速并按照所述曝光任务中的曝光参数完成曝光后，停止旋转阳极的定子驱动，若距离下一次曝光的间隔时长小于预设的时长阈值，则按照非制动的自然衰减类型使所述旋转阳极减速；若距离下一次曝光的间隔时长达到预设的时长阈值，则按照制动的非自然衰减类型使所述旋转阳极减速。

进一步地，承前所述的任一技术方案或多个技术方案的组合，遵循恒压频比控制原则，通过控制驱动所述旋转阳极旋转的电动机的端电压来控制所述旋转阳极的转速。

根据本发明的另一方面，本发明提供了一种X射线管旋转阳极启动加速控制方法，包括以下步骤：

在每一次X射线管曝光结束后，记录其旋转阳极的减速信息，包括减速类型、停止旋转阳极的定子驱动的起始时刻；具体地，在旋转阳极完成启动加速并按照所述曝光任务中的曝光参数完成曝光后，停止旋转阳极的定子驱动，若距离下一次曝光的间隔时长小于预设的时长阈值，则按照非制动的自然衰减类型使所述旋转阳极减速；若距离下一次曝光的间隔时长达到预设的时长阈值，则按照制动的非自然衰减类型使所述旋转阳极减速。

在接收到曝光任务后，通过以下步骤控制旋转阳极加速：

查询历史记录，确定上一次曝光结束后旋转阳极的减速类型是否为制动的非自然衰减，若是，则执行以下步骤：

获取此次曝光任务中X射线管的目标曝光功率值，并将其与X射线管的最大恒定散热功率值作比较，若所述目标曝光功率值大于所述最大恒定散热功率值，则驱动所述旋转阳极加速至所述旋转阳极的额定转速，最大恒定散热功率值和额定转速均为所述旋转阳极的标定参数；否则驱动所述旋转阳极加速至所述阳极最低允许转速，所述阳极最低允许转速为通过阳极在真空环境转动测试得到的克服轴承摩擦力所需的转速临界值。具体地，遵循恒压频比控制原则，通过控制驱动所述旋转阳极旋转的电动机的端电压来控制所述旋转阳极的转速。

进一步地，承前所述的任一技术方案或多个技术方案的组合，还包括预先获取旋转阳极的衰减系数，并将其存储在可读介质内；

若查询历史记录，确定上一次曝光结束后旋转阳极的减速类型为非制动的自然衰减，则执行以下步骤：

获取此次曝光任务中X射线管的目标曝光功率值，并将其与X射线管的最大恒定散热功率值作比较，若所述目标曝光功率值大于所述最大恒定散热功率值，则驱动所述旋转阳极加速至所述旋转阳极的额定转速；

否则将所述旋转阳极的当前转速与预设的阳极最低允许转速作比较：

若所述旋转阳极的当前转速小于预设的阳极最低允许转速，则驱动所述旋转阳极加速至所述阳极最低允许转速；

若所述旋转阳极的当前转速大于或等于预设的阳极最低允许转速，则保持所述旋转阳极的当前转速，其中，所述旋转阳极的当前转速根据预存储的所述衰减系数计算或估算得到。

进一步地，承前所述的任一技术方案或多个技术方案的组合，所述衰减系数通过以下公式计算得到：

a=(f _end - f _ori )/(t _end - t _ori )，其中，a为自然衰减系数，t _ori 为一次非制动的自然衰减中停止旋转阳极的定子驱动的起始时刻，f _ori 为旋转阳极在t _ori 时刻的转速，t _end 为自然衰减到预设的阳极最低允许转速的终点时刻，f _end 为旋转阳极在t _end 时刻的转速；

或者，a=(f ₂ -f ₁ )/(t ₂ -t ₁ )，其中，a为自然衰减系数，f ₁ 为旋转阳极在被选时刻t ₁ 的转速，f ₂ 为旋转阳极在被选时刻t ₂ 的转速，且所述被选时刻t ₁ 、t ₂ 介于一次非制动的自然衰减中停止旋转阳极的定子驱动的起始时刻起、至自然衰减到预设的阳极最低允许转速的终点时刻的时间段。

所述旋转阳极的当前转速通过以下公式计算得到：

f _cur = a×(t _cur - t _ori ) +f _ori ，其中，a为自然衰减系数，t _ori 为上一次非制动的自然衰减中停止旋转阳极的定子驱动的起始时刻，f _ori 为旋转阳极在t _ori 时刻的转速，t _cur 为自然衰减到当前的时刻，f _cur 为旋转阳极在t _cur 时刻的当前转速。

根据本发明的另一方面，本发明提供了一种X射线管控制方法，包括以下步骤：

接收曝光任务，所述曝光任务包括当前时刻和曝光时长；

利用如上所述的X射线管旋转阳极启动加速控制方法完成阳极的启动加速；

自所述当前时刻起，经历曝光时长后，停止旋转阳极的定子驱动，并选择非制动的自然衰减类型或制动的非自然衰减类型使所述旋转阳极减速，且记录停止旋转阳极的定子驱动的起始时刻及所选择的减速类型。

根据本发明的另一方面，本发明提供了一种X射线管，包括管壁、相对设置的阴极部和旋转阳极，其中，所述阴极部配置有设置在所述管壁内的用于发射电子的灯丝；所述旋转阳极配置有设置在所述管壁内的阳极靶面、转子及设置在所述管壁外的定子，所述阳极靶面与所述转子同轴设置；

所述X射线管还包括控制器，其存储有旋转阳极的衰减系数；所述控制器被配置为执行以下步骤：

在每一次X射线管曝光结束后，记录其旋转阳极的减速信息，包括减速类型、停止旋转阳极的定子驱动的起始时刻；

接收新的曝光任务，包括当前时刻和曝光时长；

查询历史记录，确定上一次曝光结束后旋转阳极的减速类型；

根据减速类型的区别，按照相应不同的策略对所述旋转阳极进行启动加速；

自所述当前时刻起，经历曝光时长后，停止旋转阳极的定子驱动，并选择非制动的自然衰减类型或制动的非自然衰减类型使所述旋转阳极减速，且记录停止旋转阳极的定子驱动的起始时刻及所选择的减速类型。

进一步地，承前所述的任一技术方案或多个技术方案的组合，所述根据减速类型的区别，按照相应不同的策略对所述旋转阳极进行启动加速包括：

利用所述的X射线管旋转阳极启动加速控制方法完成阳极的启动加速。

根据本发明的另一方面，本发明提供了一种X射线成像系统，包括探测器、图像处理器、高压发生器及如上所述的X射线管。

本发明提供的技术方案带来的有益效果如下：

本发明根据上次曝光后旋转阳极减速的类型及此次需要曝光的功率，选择不同的加速方式，该方法可以减少旋转阳极完成加速启动的时间，减少旋转阳极的定子线圈发热，延长旋转阳极轴承寿命，以及提升曝光效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为旋转阳极X射线管的结构示意图；

图2为本发明的一个示例性实施例提供的X射线管旋转阳极启动加速控制方法的流程图；

图3为本发明的一个示例性实施例提供的在自然衰减模式下X射线管旋转阳极的转速随时间变化关系的示意图；

图4为本发明的一个示例性实施例提供的上次曝光后为自然衰减的X射线管旋转阳极启动加速控制方法的流程图示意图；

图5为与图4的其中一流程分支对应的电压控制过程的示意图；

图6为本发明的一个示例性实施例提供的上次曝光后为制动减速的X射线管旋转阳极启动加速控制方法的流程图示意图；

图7(a)为与图6的其中一流程分支对应的电压控制示意图；

图7(b)为与图6的其中另一流程分支对应的电压控制示意图；

图8为本发明的一个示例性实施例提供的X射线管旋转阳极在完成四次曝光任务下的加速过程示意图。

其中，附图标记包括：11-转子，12-定子，13-阳极靶面，20-管壁，31-灯丝。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及其任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。

本发明提供了一种X射线管旋转阳极启动加速控制方法，根据上次曝光结束后旋转阳极减速的类型及停止旋转阳极的定子驱动的时刻，确定旋转阳极当前的转速以作为加速起点；根据此次需要曝光的功率的实际情况，选择相应的加速终点，与传统的曝光后制动减速至零，启动时以超高压驱动旋转阳极加速至额定转速的方式相比，该方法可以减少旋转阳极完成加速启动的时间，减少旋转阳极的定子线圈发热，延长旋转阳极轴承寿命，以及提升曝光效率。

图1为本实施例中的所述旋转阳极X射线管的结构示意图，包括管壁20、相对设置的阴极部和旋转阳极，以及控制器（即变频器，图中未显示），通过预设在所述控制器中的程序对所述X射线管的旋转阳极的启动加速进行控制。其中，所述阴极部配置有设置在所述管壁内的用于发射电子的灯丝31；所述旋转阳极配置有设置在所述管壁20内的阳极靶面13、转子11及设置在所述管壁20外的定子12，所述阳极靶面13与所述转子11同轴设置；所述发射电子的灯丝31始终与所述阳极靶面13相对。旋转阳极为异步电机，定子线圈绕组套在所述管壁20外。在定子线圈中通上一定的电流，则会产生相应的磁场，在磁场耦合的作用下，所述转子11带动所述阳极靶13旋转。正常情况下，异步电机的转子11转速总是略低于定子旋转磁场的转速，而实际应用中一般通过改变定子12的磁场旋转频率来改变转子11的转速，即变频调速。

变频调速系统一般要求在变频是保持电机气隙磁通量最大值Φ_m不变，这样可以在允许的电流下获得最大的转矩，使电机具有良好的调速性能。交流电机每相定子感应电动势的计算公式为：

E _g = 4.44fN _s KN _s Φ _m = CfΦ _m

其中，C=4.44N _s KN _s 是由电机的结构决定的常数，N _s 为定子每相绕组匝数，KN _s 为定子基波绕组系数，f为定子的频率。从式中可见，在改变频率f时要保持气隙磁通量Φ _m 不变，就需要同时改变E _g ，使E _g 随f变化并保持E _g /f为固定常数。因为E _g 不能直接检测和控制，在忽略定子绕组电阻时E _g 近似等于电机端电压U _s 。而U _s 和f都可以方便地通过变频器控制。因此异步电机变频调速徐通常采用U _s /f=常数的控制，也称为恒压频比控制。因此，本实施例通过控制电机端电压实现控制旋转样子转速的目的。

在本实施例中，参见图2，提出了一种X射线管旋转阳极启动加速控制方法，其按照上一次曝光结束后的减速类型的不同，可以分解为图4所示的对应自然衰减的控制流程以及图6所示的对应制动减速的控制流程。

预先获取旋转阳极的衰减系数，并将其存储在可读介质内，所述可读介质优选非易失存储芯片。在本实施例中，所述衰减系数为自然衰减系数，体现了在非制动的自然减速过程中，旋转阳极转速随时间变化的关系。参见图3，所述衰减系数通过以下公式计算得到：

a=(f _end - f _ori )/(t _end - t _ori )，其中，a为自然衰减系数，t _ori 为一次非制动的自然衰减中停止旋转阳极的定子驱动的起始时刻，f _ori 为旋转阳极在t _ori 时刻的转速，即旋转阳极的额定转速，其为旋转阳极的标定参数，t _end 为自然衰减到预设的阳极最低允许转速的终点时刻，f _end 为旋转阳极在t _end 时刻的转速；

或者，a=(f ₂ -f ₁ )/(t ₂ -t ₁ )，其中，a为自然衰减系数，f ₁ 为旋转阳极在被选时刻t ₁ 的转速，f ₂ 为旋转阳极在被选时刻t ₂ 的转速，且所述被选时刻t ₁ 、t ₂ 介于一次非制动的自然衰减中停止旋转阳极的定子驱动的起始时刻（t _ori 时刻）起、至自然衰减到预设的阳极最低允许转速的终点时刻（t _end 时刻）的时间段，如图3所示，而当时间超过达到阳极最低允许转速的终点t _end 时刻后，会呈现不同的斜率，本实施例中自然衰减系数限定为图3中t _ori 时刻至t _end 时刻之间的斜率。

本实施例中的所述旋转阳极的当前转速可以通过以下公式计算得到：

f _cur = a×(t _cur - t _ori ) +f _ori ，其中，a为自然衰减系数，t _ori 为上一次非制动的自然衰减中停止旋转阳极的定子驱动的起始时刻，f _ori 为旋转阳极在t _ori 时刻的转速，即旋转阳极的额定转速，t _cur 为自然衰减到当前的时刻，f _cur 为旋转阳极在t _cur 时刻的当前转速。

在每一次X射线管曝光结束后，记录其旋转阳极的减速信息，包括减速类型、停止旋转阳极的定子驱动的起始时刻，其中旋转阳极的减速类型包括非制动的自然衰减和制动的非自然衰减两种情况，针对自然衰减和制动减速两种情况相应地采取不同的加速方案。

参见图4，在接收到曝光任务后，查询历史记录，确定上一次曝光结束后旋转阳极的减速类型是否为非制动的自然衰减，若是，则执行以下步骤：

获取此次曝光任务中X射线管的目标曝光功率值，并将其与X射线管的最大恒定散热功率值作比较，所述最大恒定散热功率值为所述旋转阳极的标定参数，所述最大恒定散热功率值为阳极不存在散热隐患的工作功率值，即若X射线球管以小于所述最大恒定散热功率值的曝光功率进行工作，即使阳极仅维持在阳极最低允许转速，也能够满足所述旋转阳极的散热需求；

若所述目标曝光功率值大于所述最大恒定散热功率值（P>Ps），则驱动所述旋转阳极加速至所述旋转阳极的额定转速，参见图8中两个P>P_s点对应的所述旋转阳极的加速过程，其中P为所述目标曝光功率值，P_s为所述最大恒定散热功率值，f _n 为所述旋转阳极的额定转速，其为旋转阳极的标定参数；参见图5，驱动所述旋转阳极加速至所述旋转阳极的额定转速，开始加速时输出的定子电压U _cur 可采用以下方法确定：输出定子电压U _cur 与定子频率f _cur 之间的关系为U(f )=[(U _n -U ₀ ) /f _n ]*f+U ₀ ；因此，U _cur = [(U _n -U ₀ ) /f _n ]*f _cur +U ₀ ，其中，f _cur 为当前转子的转速，也作为开始加速时定子的输出频率，U ₀ 为补偿定子压降给定的起始驱动电压，根据对应的球管参数确定其设定值，U _n 为所述旋转阳极的额定定子电压；

若所述目标曝光功率值小于等于所述最大恒定散热功率值（P<=Ps），则将所述旋转阳极的当前转速与预设的阳极最低允许转速作比较：

若所述旋转阳极的当前转速小于预设的阳极最低允许转速（f _cur <f _min ），则驱动所述旋转阳极加速至所述阳极最低允许转速，参见图8中的右起第一个P<=P_s点对应的所述旋转阳极的加速过程，其中P为所述目标曝光功率值，P_s为所述最大恒定散热功率值，f _n 为所述旋转阳极的额定转速，f _min 为所述阳极最低允许转速，其为通过阳极在真空环境转动测试得到的克服轴承摩擦力所需的转速临界值；

若所述旋转阳极的当前转速大于或等于预设的阳极最低允许转速（f _cur >=f _min ），则保持所述旋转阳极的当前转速，参见图8中的右起第二个P<=P_s点对应的所述旋转阳极的加速过程，其中，所述旋转阳极的当前转速如上文所述根据预存储的所述衰减系数、上一次曝光结束后停止定子驱动的时刻、旋转阳极的额定转速、当前时刻来计算得到，不再赘述。

参见图6，在接收到曝光任务后，查询历史记录，若确定上一次曝光结束后旋转阳极的减速类型为制动的非自然衰减，则执行以下步骤：

获取此次曝光任务中X射线管的目标曝光功率值，并将其与X射线管的最大恒定散热功率值作比较，若所述目标曝光功率值大于所述最大恒定散热功率值（P>Ps），则驱动所述旋转阳极由转速零加速至所述旋转阳极的额定转速，参见图8中左数第一个P>Ps点对应的所述旋转阳极的加速过程，图7(b)为对应的电压控制过程，即由U₀恒压频比上升至额定电压U_n；否则驱动所述旋转阳极加速至所述阳极最低允许转速，参见图8中右起第一个P<=Ps点对应的所述旋转阳极的加速过程，图7(a)为对应的电压控制过程，即由U₀恒压频比上升至阳极最低允许转速U₁。即如果上次曝光后采取制动减速，则获取当前曝光任务中X射线管的目标曝光功率值，根据目标曝光功率值选择由速度0加速至所述阳极最低允许转速f _min 或者是所述阳极额定转速f _n ，加速过程如图7(a)和图7(b)所示，其中U₀为补偿定子压降给定的起始驱动电压，根据对应的球管参数确定其设定值。需要说明的是，如果上次曝光后采取制动减速，则所述旋转阳极会在很短时间内降速至停止，因此当前转速小于所述阳极最低允许转速，可以将其忽略，以0速度计。即不同的目标曝光功率值在不同转速下加速过程如图8所示，若上次曝光后为非制动的自然减速，则可能对应图8中的任意一个点的加速过程；若上次曝光后为制动减速，则出现当前转速小于最小允许转速的情况下（图8中左数第一个和第四个点）的启动加速过程。

在本发明的一个实施例中，提供了一种X射线管控制方法，包括以下步骤：

接收曝光任务，所述曝光任务包括当前时刻和曝光时长；

利用所述的X射线管旋转阳极启动加速控制方法完成阳极的启动加速；

自所述当前时刻起，经历曝光时长后，停止旋转阳极的定子驱动，并选择非制动的自然衰减类型或制动的非自然衰减类型使所述旋转阳极减速，若距离下一次曝光的间隔时长小于预设的时长阈值，则按照非制动的自然衰减类型使所述旋转阳极减速；若距离下一次曝光的间隔时长达到预设的时长阈值，则按照制动的非自然衰减类型使所述旋转阳极减速；且记录停止旋转阳极的定子驱动的起始时刻及所选择的减速类型。

对于高速球管来说，为迅速越过临界状态（即转速降低至小于阳极最低允许转速f _min ），对旋转阳极作制动，对于低速球管来说，可以根据实际应用选择曝光结束后制动或者曝光结束后自然衰减两种减速方式，具体为：如果曝光过程比较频繁则可以采用自然衰减的方式，以免频繁加减速，减少旋转阳极的定子线圈发热和等待曝光的时间，提升曝光效率；如果曝光间隔较长则可以选择曝光结束后制动，以减少旋转阳极转子轴承的磨损，延长旋转阳极轴承寿命。

对于图8，其反映了X射线球管的四次曝光任务中的阳极旋转速度控制过程：

第一次的目标曝光功率值超过最大恒定散热功率值，并且上一次曝光结束后采取制动的减速方式，或者已自然衰减至当前速度小于阳极最低允许转速f _min ，因此，控制旋转阳极由当前速度（有可能是0转速）恒压频比地加速至额定转速f _n ，在完成曝光后选择自然衰减减速；

第二次的目标曝光功率值超过最大恒定散热功率值，并且查询记录得到上一次曝光结束后采取自然衰减的减速方式，根据预存的衰减系数算出当前的转速，然后通过控制电压的方式控制旋转阳极由当前速度恒压频比地加速至额定转速f _n ，在完成曝光后选择自然衰减减速；

第三次的目标曝光功率值未超过最大恒定散热功率值，并且查询记录得到上一次曝光结束后采取自然衰减的减速方式，根据预存的衰减系数算出当前的转速，然后通过控制电压的方式控制旋转阳极维持当前的转速；

第四次的目标曝光功率值未超过最大恒定散热功率值，并且上一次曝光结束后采取制动的减速方式，或者已自然衰减至当前速度小于阳极最低允许转速f _min ，则控制旋转阳极由当前速度（有可能是0转速）恒压频比地加速至阳极最低允许转速f _min 。

在本发明的一个实施例中，提供了一种X射线成像系统，包括探测器、图像处理器、高压发生器及X射线管，其中，所述X射线管通过上述实施例所述的X射线管控制方法进行控制，并通过所述的X射线管旋转阳极启动加速控制方法完成阳极的启动加速。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种X射线管旋转阳极启动加速控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

预先获取旋转阳极的衰减系数，并将其存储在可读介质内；

在每一次X射线管曝光结束后，记录其旋转阳极的减速信息，包括减速类型、停止旋转阳极的定子驱动的起始时刻；

在接收到曝光任务后，通过以下步骤控制旋转阳极加速：

查询历史记录，确定上一次曝光结束后旋转阳极的减速类型是否为非制动的自然衰减，若是，则执行以下步骤：

获取此次曝光任务中X射线管的目标曝光功率值，并将其与X射线管的最大恒定散热功率值作比较，若所述目标曝光功率值大于所述最大恒定散热功率值，则驱动所述旋转阳极加速至所述旋转阳极的额定转速；否则将所述旋转阳极的当前转速与预设的阳极最低允许转速作比较：

若所述旋转阳极的当前转速小于预设的阳极最低允许转速，则驱动所述旋转阳极加速至所述阳极最低允许转速；

若所述旋转阳极的当前转速大于或等于预设的阳极最低允许转速，则保持所述旋转阳极的当前转速，其中，所述旋转阳极的当前转速根据预存储的所述衰减系数计算或估算得到；

查询历史记录，若确定上一次曝光结束后旋转阳极的减速类型为制动的非自然衰减，则执行以下步骤：获取此次曝光任务中X射线管的目标曝光功率值，并将其与X射线管的最大恒定散热功率值作比较，若所述目标曝光功率值大于所述最大恒定散热功率值，则驱动所述旋转阳极加速至所述旋转阳极的额定转速；否则驱动所述旋转阳极加速至所述阳极最低允许转速。

2.根据权利要求1所述的X射线管旋转阳极启动加速控制方法，其特征在于，所述衰减系数通过以下公式计算得到：

a=(f ₂ -f ₁ )/(t ₂ -t ₁ )，其中，a为自然衰减系数，f ₁ 为旋转阳极在被选时刻t ₁ 的转速，f ₂ 为旋转阳极在被选时刻t ₂ 的转速，且所述被选时刻t ₁ 、t ₂ 介于一次非制动的自然衰减中停止旋转阳极的定子驱动的起始时刻起、至自然衰减到预设的阳极最低允许转速的终点时刻的时间段；

或者，a=(f _end - f _ori )/(t _end - t _ori )，其中，a为自然衰减系数，t _ori 为一次非制动的自然衰减中停止旋转阳极的定子驱动的起始时刻，f _ori 为旋转阳极在t _ori 时刻的转速，t _end 为自然衰减到预设的阳极最低允许转速的终点时刻，f _end 为旋转阳极在t _end 时刻的转速。

3.根据权利要求1所述的X射线管旋转阳极启动加速控制方法，其特征在于，所述阳极最低允许转速为通过阳极在真空环境转动测试得到的克服轴承摩擦力所需的转速临界值。

4.根据权利要求1所述的X射线管旋转阳极启动加速控制方法，其特征在于，所述最大恒定散热功率值和/或额定转速为所述旋转阳极的标定参数。

5.根据权利要求1所述的X射线管旋转阳极启动加速控制方法，其特征在于，所述旋转阳极的当前转速通过以下公式计算得到：

f _cur = a×(t _cur - t _ori ) + f _ori ，其中，a为自然衰减系数，t _ori 为上一次非制动的自然衰减中停止旋转阳极的定子驱动的起始时刻，f _ori 为旋转阳极在t _ori 时刻的转速，t _cur 为自然衰减到当前的时刻，f _cur 为旋转阳极在t _cur 时刻的当前转速。

6.根据权利要求1所述的X射线管旋转阳极启动加速控制方法，其特征在于，在旋转阳极完成启动加速并按照所述曝光任务中的曝光参数完成曝光后，停止旋转阳极的定子驱动，若距离下一次曝光的间隔时长小于预设的时长阈值，则按照非制动的自然衰减类型使所述旋转阳极减速；若距离下一次曝光的间隔时长达到预设的时长阈值，则按照制动的非自然衰减类型使所述旋转阳极减速。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的X射线管旋转阳极启动加速控制方法，其特征在于，遵循恒压频比控制原则，通过控制驱动所述旋转阳极旋转的电动机的端电压来控制所述旋转阳极的转速。

8.一种X射线管控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

接收曝光任务，所述曝光任务包括当前时刻和曝光时长；

利用如权利要求1至7中任一项所述的X射线管旋转阳极启动加速控制方法完成阳极的启动加速；

自所述当前时刻起，经历曝光时长后，停止旋转阳极的定子驱动，并选择非制动的自然衰减类型或制动的非自然衰减类型使所述旋转阳极减速，且记录停止旋转阳极的定子驱动的起始时刻及所选择的减速类型。

9.一种X射线管，其特征在于，包括管壁、相对设置的阴极部和旋转阳极，其中，所述阴极部配置有设置在所述管壁内的用于发射电子的灯丝；所述旋转阳极配置有设置在所述管壁内的阳极靶面、转子及设置在所述管壁外的定子，所述阳极靶面与所述转子同轴设置；

所述X射线管还包括控制器，其存储有旋转阳极的衰减系数；所述控制器被配置为执行以下步骤：

在每一次X射线管曝光结束后，记录其旋转阳极的减速信息，包括减速类型、停止旋转阳极的定子驱动的起始时刻；

接收新的曝光任务，包括当前时刻和曝光时长；

查询历史记录，确定上一次曝光结束后旋转阳极的减速类型；

根据减速类型的区别，按照如权利要求1至7中任一项所述的X射线管旋转阳极启动加速控制方法完成所述旋转阳极的启动加速；

自所述当前时刻起，经历曝光时长后，停止旋转阳极的定子驱动，并选择非制动的自然衰减类型或制动的非自然衰减类型使所述旋转阳极减速，且记录停止旋转阳极的定子驱动的起始时刻及所选择的减速类型。

10.一种X射线成像系统，其特征在于，包括探测器、图像处理器、高压发生器及如权利要求9所述的X射线管。

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