專利名稱：用于確定x 射線陽極的磨損的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于確定以陽極盤構(gòu)成的X射線陽極的磨損的一種方法和一種裝置。
技術(shù)背景
X射線輻射具有從材料測試直至診斷和治療的醫(yī)療使用的廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。為產(chǎn) 生X射線輻射，典型地使用稱為X射線管的裝置。X射線管通過陽極和陰極構(gòu)成。通過將陰 極加熱產(chǎn)生自由電子，所述自由電子通過在陽極方向上的加速電壓被加速。在到達陽極時， 自由電子的能量部分地被轉(zhuǎn)化為X射線輻射。X射線輻射然后通過為其設(shè)置的窗射出并且 在此對準(zhǔn)待檢查或待處理的對象。
將通常所謂的旋轉(zhuǎn)陽極用作陽極，所述旋轉(zhuǎn)陽極在產(chǎn)生射線期間旋轉(zhuǎn)，以便由此 反作用于發(fā)熱或者實現(xiàn)更好的導(dǎo)熱。旋轉(zhuǎn)陽極X射線管由于高功率要求(特別是在醫(yī)療應(yīng) 用中的高功率要求)是磨損部件。在替換部件方面，具有重要意義的是，在部件的故障前已 經(jīng)確定其狀態(tài)，以便及時進行更換。除了真空密封和電子發(fā)射器以及陰極之外，在X射線管 中，陽極盤是主要磨損部件。由于交變熱負(fù)荷導(dǎo)致陽極表面的粗糙，這導(dǎo)致輻射功率的損 失。負(fù)荷也可表現(xiàn)為陽極的熔融和裂紋形成。通過該缺陷使X射線劑量率降低。管最后不 可使用。
X射線管磨損進展的速度取決于X射線拍攝的類型或在此出現(xiàn)的負(fù)荷。因此，例如 高功率拍攝比透射運行中的X射線拍攝導(dǎo)致明顯更快的損傷。所使用的旋轉(zhuǎn)陽極的狀態(tài)因 此是為保證及時替換而必須確定的重要信息。陽極狀態(tài)或磨損現(xiàn)象在已安裝的陽極盤中在 自身測量技術(shù)上不可達到，因為直接測量必須在輻射器的真空殼體內(nèi)執(zhí)行。
檢驗?zāi)p過程的可能性在于使旋轉(zhuǎn)陽極X射線管經(jīng)受標(biāo)準(zhǔn)化的負(fù)荷程序，并且在 此持續(xù)測量在使用壽命期間的劑量率。但劑量降低測量非常強烈地由檢查結(jié)構(gòu)確定。此外， 作為所使用的旋轉(zhuǎn)陽極X射線管的老化值的劑量率的事后確定不可能進行或僅可不精確 地進行。因此，存在對于用于檢驗X射線陽極的狀態(tài)的附加的方法的需求。
在DD 268892A1中因此建議，通過磨蝕方法(例如，磨削)來確定作為老化的度量 的焦軌的區(qū)域內(nèi)的裂紋深度，并且從定標(biāo)曲線(Eichkurven)計算劑量下降。在該方法中將 焦軌面的裂紋圖像通過入射光顯微鏡視覺地跟蹤。該方法是昂貴的并且要求附加的設(shè)備。 值得希望的是，提供基本上僅使用對于X射線檢查總之已存在的儀器設(shè)備的更低開銷的方 法。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，實現(xiàn)X射線陽極的磨損的低開銷的確定。
上述技術(shù)通過根據(jù)本發(fā)明的方法和裝置來解決。
本發(fā)明利用的是，由X射線管所產(chǎn)生的輻射的角度相關(guān)性隨著管的老化的增加而 改變。因此，從受到借助X射線陽極產(chǎn)生的輻射的角度相關(guān)性所影響的特征出發(fā)確定老化。 角度相關(guān)性在此涉及在陽極盤和所產(chǎn)生的射線之間的角度。該角度相關(guān)性也稱為側(cè)傾效應(yīng)(Heel-Effekt)。因此，例如輻射的強度和能量譜取決于該角度。典型地，陽極側(cè)的強度下 降并且規(guī)定向更高的能量的移動(輻射硬化)。該不均勻性或角度相關(guān)性取決于陽極盤的狀 態(tài)。隨著磨損的增加而發(fā)生粗糙，這降低了角度相關(guān)性。
根據(jù)本發(fā)明使用至少一個參數(shù)，所述參數(shù)表征了受角度相關(guān)性影響的特征。該參 數(shù)例如可以是在那里發(fā)生了明顯的削弱的角度區(qū)域內(nèi)的絕對強度或相對強度。在使用相對 強度時，該相對強度涉及相對均勻的輻射區(qū)域或涉及平均強度。替代地，所考慮的特征是射 線在陽極側(cè)的硬化。例如通過確定能量譜的部分的相對強度來獲得度量或定量的參數(shù)值。 為此目的可使用濾波器，所述濾波器例如濾除低能射線。將所透過的輻射的強度與總強度 相比較。該比例作為陽極盤老化的結(jié)果而改變。在后者情況中，即，使用能量譜的區(qū)域的相 對強度，可通過擋板將測量限制在陽極側(cè)的區(qū)域上，在那里在磨損過程中輻射硬化的改變 是最明顯的。
上述至少一個角度相關(guān)的參數(shù)被考慮為用于確定老化或磨損。例如，在管啟動的 時該確定參考值，并且隨后將其與為檢驗而記錄的值相比較。該參數(shù)的改變?nèi)缓罂梢酝ㄟ^ 陽極的磨損狀態(tài)來校正或表現(xiàn)為對于其磨損狀態(tài)的度量。
陽極的老化狀態(tài)的檢驗可以以確定的維護間隔進行，所述維護間隔例如依據(jù)運行 持續(xù)時間。在此可靈活地定義運行持續(xù)時間，并且例如一般地涉及陽極的老化(制造之后所 經(jīng)歷的時間)或表現(xiàn)為用于產(chǎn)生X射線的使用的時間段，其中在第二種情況下也可以考慮根 據(jù)使用類型的使用時間的權(quán)重。


下面在實施例的范圍內(nèi)詳細(xì)描述本發(fā)明。附圖中
圖1示出了 X射線管，
圖2示出了旋轉(zhuǎn)陽極，
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的裝置，和
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的方法的流程圖。
具體實施方式
在圖1中示出了 X射線管I。X射線管I以陰極2和陽極3構(gòu)成。在運行中將陰 極加熱，從而發(fā)射電子4。通過激勵的陽極電壓或加速電壓Ua，將電子在陽極3的方向上加 速。在電子到達陽極3時產(chǎn)生X射線輻射，所述X射線輻射通過(未繪出的)視窗從包圍了 陰極2和陽極3的真空殼體5發(fā)出且借助檢測器6檢測。在使用中在管I和檢測器6之間 放置待檢查的對象。X射線輻射被對象的削弱則提供了信息，由該信息可獲得對象特征。
陽極3典型地是盤形旋轉(zhuǎn)陽極。通過在運行中陽極的旋轉(zhuǎn)，在電子束重新到達該 位置之前，通過到達的電子所產(chǎn)生的熱可在旋轉(zhuǎn)期間在陽極盤內(nèi)分布。以此方式可實現(xiàn)高 得多的功率。此類旋轉(zhuǎn)陽極的盤11的結(jié)構(gòu)在圖2中示出。在旋轉(zhuǎn)陽極盤11的支承部分13 上安裝了由發(fā)射材料制成的發(fā)射層15，從所述發(fā)射層15通過電子轟擊發(fā)射了 X射線輻射 70。電子束4到達發(fā)射層15上的所謂的焦斑19內(nèi)。通過旋轉(zhuǎn)陽極的旋轉(zhuǎn)，在焦斑19內(nèi)產(chǎn) 生的熱沿著焦點環(huán)20分布。
在圖1中示出了三個通過X射線管所產(chǎn)生的射線71、72和73。這些射線從相同的焦點出發(fā)在不同的角度方向上發(fā)射。在用語上，將兩個方向進行區(qū)分，即陰極側(cè)和陽極側(cè)。 在射線71的情況中稱為陰極側(cè)射線，在射線73的情況中稱為陽極側(cè)射線。即，陽極側(cè)輻射 與另外地產(chǎn)生的射線相比于陽極表面形成更小的角度。所產(chǎn)生的X射線輻射不完全是均勻 的。這通常解釋為輻射在陽極內(nèi)產(chǎn)生并且穿過陽極內(nèi)的距離然后到達真空。示例性地繪 出了陽極I內(nèi)的點8，在該點8處形成了三個X射線71、72和73。由于陽極表面或陽極盤 的傾斜位置，陽極側(cè)射線在陽極內(nèi)比陰極側(cè)射線經(jīng)過了更長的距離。該更長地經(jīng)過的距離 導(dǎo)致兩個效應(yīng)
1.通過吸收明顯地削弱了總強度。
2.特別地，射線以更低的X射線能量被強烈地吸收，從而在陽極側(cè)X射線輻射的能 量譜向高能量移動；在此也稱為輻射硬化。
輻射的該陽極側(cè)改變在文獻中通常也稱為側(cè)傾效應(yīng)。側(cè)傾效應(yīng)因此描述了目 標(biāo)上的電子束的輻射的角度相關(guān)性。在與陽極表面的角度更小時，強度由于所產(chǎn)生的輻 射的能量吸收而下降。此外，自濾波導(dǎo)致所發(fā)射的輻射的角度相關(guān)的譜。該效應(yīng)通常是 不希望的，從而建議了例如設(shè)計為補償該效應(yīng)的濾波器，以便實現(xiàn)輻射的均勻性(參考US 2010/0098209A1)。
本發(fā)明基于如下認(rèn)知，即該側(cè)傾效應(yīng)可用于檢驗陽極老化或檢驗陽極磨損。由于 磨損而導(dǎo)致的陽極盤粗糙度的增加降低了所發(fā)射的輻射的強度。如果現(xiàn)在在使用壽命上在 相同的掃描參數(shù)下以檢測器觀測所發(fā)射的劑量，則獲得了隨粗糙度增加而降低的強度。最 后，可從經(jīng)驗值推定未來的發(fā)射器故障。
除了絕對輻射強度之外，增加的盤粗糙度也改變了所發(fā)射的輻射的譜特征。絕對 強度在X射線裝置的運行期間可不使用外部輔助裝置(例如，外部劑量計)僅相對不精確地 測量，而譜中的改變例如可以很好地通過相對強度以簡單的可移動的濾波器測量。
由于側(cè)傾效應(yīng)，所發(fā)射的輻射的譜取決于陽極表面上的觀察角度。隨著陽極粗糙 度的增加，譜變化取決于陽極盤上的觀察角度下降，即光滑的盤顯示了在關(guān)于陽極角的相 對大的譜變化。隨著粗糙度的增加，譜趨同。如果現(xiàn)在觀測到降低的譜變化，則可因此直接 推定增加的粗糙度。最后，可從經(jīng)驗值推定未來的發(fā)射器故障。
在下文中根據(jù)圖3描述了可如何執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的老化和磨損確定?；緲?gòu)思在 于，在側(cè)傾效應(yīng)的區(qū)域中，即在陽極側(cè)射線束中，X射線輻射的特征絕對地改變或與作為整 體的射線特征相比改變。首先，進行陽極側(cè)角度區(qū)域的測量。此類區(qū)域在圖3中以附圖標(biāo) 號9標(biāo)記。用于該區(qū)域的測量可借助位置分辨的檢測器進行。替代地，可在射線光程內(nèi)引 入擋板12，通過所述擋板12將角度區(qū)域9之外的射線擋去。對于區(qū)域9，現(xiàn)在或者確定X 射線能量譜的總強度或者優(yōu)選地確定對于受限的能量區(qū)域的強度。譜或能量區(qū)域的限制 例如可以借助能量選擇檢測器6進行。替代地，引入了濾波器14，所述濾波器14將低波長 濾除。此類濾波器例如可以由鋁或鋅構(gòu)成。第一方式在于，在區(qū)域9內(nèi)測量的強度與總強 度的關(guān)并且由相對于區(qū)域9測量的強度的改變推斷出陽極盤的老化狀態(tài)或磨損。此外，也 可將區(qū)域9內(nèi)的絕對強度用作標(biāo)準(zhǔn)。
但優(yōu)選地通過在區(qū)域9內(nèi)的能量譜的改變確定老化狀態(tài)。在此情況中，對于區(qū)域9 對能量譜的部分區(qū)域的強度測量與區(qū)域9的部分的總強度測量相關(guān)。例如，為此執(zhí)行兩次 測量，一次以濾波器14執(zhí)行一次不使用濾波器執(zhí)行。從對于所選擇的能量譜區(qū)域的X射線的相對強度推斷出陽極盤的老化狀態(tài)或粗糙度。為此目的，可執(zhí)行測試測量并且總結(jié)出經(jīng) 驗值，所述經(jīng)驗值例如以表格形式存儲以供使用。基于此類表格，可相對容易地導(dǎo)出關(guān)于老 化狀態(tài)的說明。
在圖4中以流程圖的形式示出了根據(jù)本發(fā)明的老化確定的流程。在第一步驟31 中確定用于老化確定的參數(shù)(例如，對于在受側(cè)傾效應(yīng)影響的角度區(qū)域內(nèi)的高能量的相對 強度)的參考值I_ref (Heel)0對于新的或未磨損的X射線管確定該參考值。在X射線管 啟用之后，根據(jù)例如取決于運行持續(xù)時間的檢驗間隔確定對于參數(shù)的新的值I (Heel)(步 驟32)。借助于分析裝置(在圖3中附圖標(biāo)記10)，將測得的參數(shù)值I (Heel)與參考值1_ ref (Heel)進行比較(步驟33)。例如借助于將經(jīng)驗值編碼的表格將差異與磨損狀態(tài)相關(guān) 聯(lián)(步驟34)。最后，在最后的步驟35中進行關(guān)于磨損狀態(tài)的信息的輸出。相應(yīng)于該信號， 必要時可更換管或陽極盤。
所建議的方法實現(xiàn)了對于盤粗糙度的狀態(tài)的無破壞的估計。在X射線診斷中的許 多成像系統(tǒng)已具有以之可測量確定的X射線劑量的檢測器。為此，通常不需要另外的硬件。
對于檢測器的劑量強度不足以觀測隨時間的改變的情況，老化確定更適合于通過 譜改變進行。在此，僅需測量相對強度而無需測量絕對強度。在X射線診斷中的許多成像 系統(tǒng)已具有以之可在不同角度下測量陽極的多種檢測器。目前，許多系統(tǒng)也已具有對于譜 的可變硬化的可移動的濾波器。所述濾波器可考慮用于測量系統(tǒng)的取決于角度的改變。
本發(fā)明不限于實施例。另外的構(gòu)造和可能性可由專業(yè)人員通過對在實施例中給 出的元件進行常規(guī)的改變而獲得。
權(quán)利要求
1.一種用于確定以陽極盤(11)構(gòu)成的X射線陽極(3)的磨損的方法，所述方法包括 -對于表征了通過取決于在借助所述X射線陽極(3)所產(chǎn)生的輻射(70，71，72，73)和陽極盤(11)之間的角度所影響的特征的參數(shù)，確定參考值(I_ref (Heel)), -在所述陽極(3)的特定的運行持續(xù)時間之后，對于參數(shù)確定一個值(I (Heel)),-將所確定的參數(shù)值(I (Heel))與所述參考值(I_ref (Heel))進行比較，和-將所述參數(shù)值(I (Heel))與參考值(I_ref (Heel))的偏差與所述陽極(3)的磨損狀態(tài)相關(guān)聯(lián)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述特征涉及所產(chǎn)生的輻射的強度或能量譜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述參數(shù)是對于在射線束的角度區(qū)域部分內(nèi)的輻射強度的相對改變的度量或者是對于有關(guān)能量譜的改變的度量。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述參數(shù)是對于能量譜的部分區(qū)域的相對輻射強度的度量。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，將濾波器(14)引導(dǎo)到輻射束的區(qū)域內(nèi)，以便測量能量譜的部分區(qū)域的輻射強度。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，使用擋板(12)，利用所述擋板(12)限制陽極側(cè)區(qū)域上的輻射。
7.一種用于確定以陽極盤(11)構(gòu)成的X射線陽極(3)的磨損的裝置，所述裝置包括 -檢測器(6)，用于接收至少一個測量值，和 -分析裝置(10)，所述分析裝置被構(gòu)造為 一用于從至少一個測量值中確定參數(shù)值(I (Heel))，其中所述參數(shù)(I (Heel))表征了通過取決于在借助所述X射線陽極(3)所產(chǎn)生的輻射和陽極盤(11)之間的角度所影響的特征， —將所確定的參數(shù)值(I (Heel))與參考值(I_ref (Heel))進行比較，和一將所述參數(shù)值(I (Heel))與所述參考值(I_ref (Heel))的偏差與所述陽極(3)的磨損狀態(tài)相關(guān)聯(lián)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述特征涉及所產(chǎn)生的輻射的強度或能量譜。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的裝置，其特征在于，所述參數(shù)是對于在射線束的角度區(qū)域部分內(nèi)的輻射強度的相對改變的度量或者是對于有關(guān)能量譜的改變的度量。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，所述參數(shù)是對于能量譜的部分區(qū)域的相對輻射強度的度量。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，所述裝置具有濾波器(14)，所述濾波器(14)可被引導(dǎo)到輻射束的區(qū)域內(nèi)，以便測量能量譜的部分區(qū)域的輻射強度。
12.根據(jù)權(quán)利要求7至11中任一項所述的裝置，所述裝置具有擋板(12)，利用所述擋板(12)可限制陽極側(cè)區(qū)域上的輻射。
13.根據(jù)權(quán)利要求7至12中任一項所述的裝置，所述裝置具有用于將參數(shù)值與參考值的偏差與陽極(3)的磨損狀態(tài)相關(guān)聯(lián)的表格。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于確定以陽極盤(11)構(gòu)成的X射線陽極(3)的磨損的一種方法和一種裝置。在此，對于表征了通過取決于在借助X射線陽極(3)所產(chǎn)生的輻射(70，71，72，73)和陽極盤(11)之間的角度所影響的特征的參數(shù)，確定參考值(I_ref(Heel))。在特定的運行持續(xù)時間之后重新對于參數(shù)確定一個值(I(Heel))。通過將所確定的參數(shù)值(I(Heel))與參考值(I_ref(Heel))進行比較且將參數(shù)值(I(Heel))與參考值(I_ref(Heel))的偏差與陽極(3)的磨損狀態(tài)相關(guān)聯(lián)，確定磨損。本發(fā)明允許基本上不借助于附加的設(shè)備來監(jiān)測陽極(3)的老化。
文檔編號H01J35/10GK103037607SQ20121036388
公開日2013年4月10日 申請日期2012年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月29日
發(fā)明者M.格拉斯拉克 申請人:西門子公司