使用負熱補償陽極移動的x射線管及補償方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及CT機上X射線管技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及在CT機的X射線管陽極使用負熱膨脹系數(shù)材料來補償陽極移動的X射線管及其補償方法。
【背景技術(shù)】
[0002]X射線成像的原理是用X射線通過人體，由于人體各組織器官對X射線衰減程度不同，X射線通過人體后來得到人體內(nèi)部不同組織器官的結(jié)構(gòu)信息。普通的X光片只使用一個特定角度的X射線衰減數(shù)據(jù)，得到的是人體三維結(jié)構(gòu)在這個方向上的二維投影圖像。CT機則同時使用多個角度的衰減數(shù)據(jù)，能夠完整地重建出人體的三維結(jié)構(gòu)。X射線管作為X光的光源，是X射線成像設(shè)備中的核心部件。光源輸出的X射線的穩(wěn)定程度，也直接影響到X射線最終成像的圖像質(zhì)量。
[0003]目前CT機上通常使用的X射線管結(jié)構(gòu)如圖1所示，其主要由燈絲、旋轉(zhuǎn)陽極10、陰極20、X射線管外殼30和定子線圈40等組成。其中，旋轉(zhuǎn)陽極10包括:陽極轉(zhuǎn)子101、軸托102、旋轉(zhuǎn)軸承103和陽極靶104。X射線管外殼30上開有射線輸出窗301。燈絲由電子發(fā)射能力比較強的材料制成，比如鎢或者六硼化鑭。旋轉(zhuǎn)陽極10由耐高溫的金屬材料制成，比如鎢鉬合金。處于工作狀態(tài)時旋轉(zhuǎn)陽極10會高速旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速可達5000r/s或更高。整個X射線管內(nèi)部處于真空狀態(tài)，外部則是充滿散熱用的硅油。在實際使用的產(chǎn)品中，X射線管和硅油循環(huán)系統(tǒng)一起封裝在一個大的金屬外殼中。
[0004]X射線管的工作原理是:在電極間加上高壓產(chǎn)生100KV左右的加速電場，這個加速電場給位于陰極的燈絲通入電流使其處于炙熱狀態(tài)，此時燈絲會發(fā)射出電子。這些電子經(jīng)過加速后，轟擊在陽極靶上。高速電子和陽極靶材料相互作用的過程會產(chǎn)生X射線。但電子能量只有很小一部分，能夠轉(zhuǎn)化成X射線，其余的能量都會轉(zhuǎn)化成陽極靶材料晶格振動的能量，這會使陽極靶的溫度變得很高，可以瞬間達到幾千攝氏度。由于電子轟擊陽極靶會放出大量的熱，因此陽極必須有很好的散熱措施。旋轉(zhuǎn)陽極的目的就是讓陽極不停地高速旋轉(zhuǎn)，電子不同時刻轟擊在陽極靶的不同位置，以此避免陽極靶表面同一點的過熱現(xiàn)象發(fā)生。
[0005]由于電子的轟擊使得陽極靶處于高溫狀態(tài)，在高溫作用下陽極靶會產(chǎn)生熱膨脹，這使得陽極靶在電子轟擊下產(chǎn)生出的X射線，其焦點不可避免地會隨著陽極靶的溫度而變化，這種現(xiàn)象稱為焦點漂移。因為X射線的接收裝置和X射線管外殼的相對位置是固定的，當焦點漂移后探測器接收到的數(shù)據(jù)和漂移前的數(shù)據(jù)就會有差別。這一差別會影響對最終得到的圖像質(zhì)量產(chǎn)生不好的影響，使圖像發(fā)生模糊或者產(chǎn)生和實際結(jié)構(gòu)不一致的條紋。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，本發(fā)明的目的在于提供使用負熱補償陽極移動的X射線管及補償方法，通過采用負熱膨脹系數(shù)來抑制陽極的熱膨脹，從而使得陽極熱膨脹造成的漂移減小，從而有效解決陽極熱膨脹造成的焦點漂移問題。
[0007]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0008]使用負熱補償陽極移動的X射線管，其包括:旋轉(zhuǎn)陽極、陰極、X射線管外殼、定子線圈。其中，所述旋轉(zhuǎn)陽極包括:陽極轉(zhuǎn)子、軸托、軸托加熱帶和旋轉(zhuǎn)軸承，所述軸托與所述X射線管外殼形成在一起，為所述陽極轉(zhuǎn)子提供轉(zhuǎn)軸，所述陽極轉(zhuǎn)子通過所述旋轉(zhuǎn)軸承連接在所述軸托的外側(cè)。
[0009]所述陽極轉(zhuǎn)子包括:陽極靶，其形成在前端；U型結(jié)構(gòu)，其與旋轉(zhuǎn)軸承兩端相銜接；以及陽極靶連接桿，其連接著陽極靶和U型結(jié)構(gòu)。
[0010]較佳地，陽極靶、U型結(jié)構(gòu)和連接著陽極靶和U型結(jié)構(gòu)的陽極靶連接桿一體成型。
[0011]旋轉(zhuǎn)陽極的軸托和軸托加熱帶使用負熱膨脹系數(shù)材料制作，所述負熱膨脹系數(shù)材料是鋯鎢酸鹽，或者是其它負熱膨脹系數(shù)材料。陽極靶連接桿使用負熱膨脹系數(shù)材料制成。
[0012]優(yōu)選地，軸托與旋轉(zhuǎn)陽極相接觸的一端設(shè)計成凸起端，所述凸起端嵌入到所述旋轉(zhuǎn)陽極中，另一端懸空；陽極靶連接桿的兩個端面設(shè)計成左、右兩個凸起端面，該左、右兩個凸起端面緊密地嵌入到與陽極靶和U型結(jié)構(gòu)相結(jié)合的部位中。
[0013]軸托的凸起端和陽極靶連接桿兩端凸起的部分設(shè)置緩沖層，所述緩沖層通過擴散注入方式實現(xiàn)材料組分的漸變，該材料組份漸變是指從正熱膨脹系數(shù)連續(xù)過度到負熱膨脹系數(shù)。
[0014]軸托加熱帶使用電阻絲材料制作，其面積和電阻值根據(jù)材料隨著溫度伸縮的特性曲線來得到。
[0015]使用負熱補償X射線管陽極移動的方法，其步驟包括:
[0016]步驟1，進行一次X射線曝光，把從探測器上得到的曝光數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)分析裝置，所述數(shù)據(jù)分析裝置根據(jù)該曝光數(shù)據(jù)計算出X射線的當前焦點位置；
[0017]步驟2，將所述當前焦點位置發(fā)送到電子控制器，理想焦點位置預先被設(shè)置保存在電子控制器上；
[0018]步驟3，計算出X射線的當前焦點位置與理想焦點位置之間的偏移量DZ，將所述當前焦點位置和所述理想焦點位置相減，得到X射線的當前焦點位置與理想焦點位置之間的偏移量DZ ；
[0019]步驟4，計算出使軸托收縮DZ距離所需的加熱電流I ;
[0020]步驟5，電子控制器將軸托加熱帶的電流調(diào)節(jié)到I，使軸托溫度達到T，此時軸托收縮量就為DZ，軸托收縮DZ就帶動陽極轉(zhuǎn)子也移動DZ距離。
[0021]在步驟4中，電子控制器根據(jù)軸托所使用的負熱膨脹材料的性能曲線，計算出收縮DZ需要的溫度T ;再根據(jù)加熱帶的性能曲線，計算出使軸托達到溫度T所需的加熱電流
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[0022]本發(fā)明的有益效果:
[0023](I)陽極靶上產(chǎn)生的熱通過傳導和輻射，使得采用負熱膨脹系數(shù)材料制作的旋轉(zhuǎn)軸托溫度升高，此時旋轉(zhuǎn)軸托發(fā)生收縮，起到抑制陽極膨脹造成的焦點漂移，從而提供更穩(wěn)定的X射線輸出。
[0024](2)本發(fā)明還可以通過在陽極靶的旋轉(zhuǎn)軸外側(cè)制作一圈加熱帶的結(jié)構(gòu)方案來進一步主動控制負熱膨脹系數(shù)材料的溫度。通過該加熱帶來加熱負熱膨脹系數(shù)材料，使其收縮，從而進一步抑制焦點漂移。
【附圖說明】
[0025]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中X射線管的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖2是根據(jù)本發(fā)明的X射線管的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0027]下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0028]本發(fā)明揭示了使用負熱補償陽極移動的X射線管，其通過采用負熱膨脹系數(shù)來抑制陽極的熱膨脹，從而使得陽極熱膨脹造成的漂移減小。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的X射線管的結(jié)構(gòu)示意圖，結(jié)合圖2來看本發(fā)明的X射線管結(jié)構(gòu)如下:
[0029]本發(fā)明的X射線管由旋轉(zhuǎn)陽極1、陰極2、X射線管外殼3、定子線圈4等組成。其中，X射線管外殼3上開有射線輸出窗31。
[0030]所述旋轉(zhuǎn)陽極I包括:陽極轉(zhuǎn)子11、軸托12、軸托加熱帶13和旋轉(zhuǎn)軸承14。軸托12與X射線管外殼3形成在一起，為陽極轉(zhuǎn)子11提供轉(zhuǎn)軸，陽極轉(zhuǎn)子11通過旋轉(zhuǎn)軸承14連接在軸托12的外側(cè)。陽極轉(zhuǎn)子11包括:形成在前端的陽極靶111，與旋轉(zhuǎn)軸承兩端銜接的U型結(jié)構(gòu)112，以及連接著陽極靶111和U型結(jié)構(gòu)112的陽極靶連接桿113三部分。優(yōu)選地，形成在前端的陽極靶111，與旋轉(zhuǎn)軸承14兩端銜接的U型結(jié)構(gòu)112，以及連接著陽極靶和U型結(jié)構(gòu)的陽極靶連接桿一體成型。
[0031]本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)陽極I的軸托12使用負熱膨脹系數(shù)材料制作，所述負熱膨脹系數(shù)材料可以是鋯鎢酸鹽，也可以是其它負熱膨脹系數(shù)材料。
[0032]在一個較佳實施例中，在旋轉(zhuǎn)陽極I的軸托12外側(cè)制作一圈軸托加熱帶13，其用來加熱負熱膨脹系數(shù)材料，使其收縮。該軸托加熱帶13的電流可以通過焦點漂移量反饋來控制。
[0033]本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，X射線管整體在外觀上不變，只是關(guān)鍵部位的制作材料和制作工藝改變，軸托12使用負熱膨脹系數(shù)材料制成。在制作過程中，陽極轉(zhuǎn)子11被分成陽極靶111、陽極靶連接桿113和與旋轉(zhuǎn)軸承兩端銜接的U型結(jié)構(gòu)112三個部分。其中，陽極靶連接桿113由與軸托12同類的負熱膨脹系數(shù)材