[發明專利]異步運行焦斑抖動降低的旋轉陽極的方法和X射線輻射器

有效

• 申請號: 201310330394.2
• 申請日: 2013-08-01
• 公開（公告）號: CN103582275A
• 公開（公告）日: 2014-02-12
• 發明（設計）人: J.富爾斯特;A.柯納;J.沃克
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 主分類號: H05G1/08
• 分類號: H05G1/08;H01J35/10;H01J35/30
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 謝強

技術領域

本發明涉及一種用于異步運行X射線輻射器的旋轉陽極的方法和所屬的X射線輻射器裝置，通過定子的電磁交變場向該旋轉陽極施加轉矩。

背景技術

在醫學X射線成像中具有旋轉陽極的X射線管用于產生X射線輻射。為此將盤形的旋轉陽極加速到高的旋轉頻率并且從在陰極中產生的電子的入射點，即所謂的“焦斑”處旋轉離開。在電子束下旋轉陽極運動得越快，焦斑的可能面積負擔就越高。為了改善X射線成像的圖像質量，給出如下可能性：提高X射線管的脈沖功率或者減小焦斑。在現代旋轉陽極X射線管中旋轉陽極以大約150Hz至200Hz旋轉。相應地，需要強大的陽極驅動來加速數千克質量的旋轉陽極。

圖1示出了穿過具有X射線管2和旋轉陽極3的X射線輻射器1的橫截面。在X射線管2的真空容器之外而在X射線輻射器1的殼體10之內的定子6產生電磁交變場。在旋轉陽極3的軸12上存在轉子5，該轉子通過定子6的交變場處于旋轉運動中。陰極4，例如具有文納爾圓柱電極（Wehneltzylinder）的熱陰極，產生被加速至旋轉陽極3的電子束11。在旋轉陽極3上的入射點中減速電子束11并且由此產生X射線輻射9，其通過殼體10的射線出射窗7脫離X射線輻射器1，從而隨后例如通過光圈8成形。

通常以交流電流驅動定子6并且其消耗幾千瓦的電功率。定子6的強電磁交變場對電子束11的電子飛行軌跡具有干擾影響，因為通過交變場這樣偏轉電子，使得旋轉陽極3上的聚焦受到干擾。按照旋轉陽極驅動的交變場的頻率節拍發生焦斑的來回跳動。焦點位置的這種調制在借助X射線輻射產生的X射線圖像中可以通過圖像邊緣的抖動察覺出。該不期望的效果在專業人員中稱為“焦點抖動（Fokuswackeln）”。

給出至少部分地減小焦點抖動的多個公知的可能性。例如可以在定子和旋轉陽極的背面安裝Mu金屬屏蔽。Mu金屬是軟磁的鎳鐵合金并且具有屏蔽電磁場的特性。由于通過線圈實現了將電子聚焦到旋轉陽極，所以也可以通過改變電磁場來影響電子軌跡以及由此影響聚焦。然而該方法極其昂貴。

另一種可能性在于，以圖像頻率來同步定子。例如如果以30圖像/秒進行拍攝，則定子可以以30Hz的八倍，即240Hz提供交流電流。由此驅動相位對于每次拍攝是相同的并且焦點抖動可以最小。然而該解決方案在X射線輻射器運行時產生干擾噪聲。

在后公開的專利申請文件DE102012204841A1中給出另一種解決方案。為了X射線輻射的產生給出具有X射線管的旋轉陽極X射線輻射器來產生X射線輻射。X射線輻射器包括在真空容器中布置的旋轉陽極，該旋轉陽極具有旋轉軸、在旋轉軸上布置的轉子和部分布置在真空容器之外的定子。定子產生用于驅動轉子的電磁交變場，其中定子具有至少一個用于產生電磁交變場的定子線圈。此外，X射線輻射器包括用于產生被加速至旋轉陽極的電子束的陰極，其中在陰極或電子束區域中布置至少一個用于補償定子線圈的電磁交變場的補償線圈（Gegenspule）。

以可變的頻率向定子線圈供電的交流電流通常由變頻器提供。變頻器是電流轉換器，該電流轉換器由交流電壓產生頻率和振幅可變化的交流電壓以用于直接供應三相電動機。規定應該按照哪種頻率和振幅產生輸出交流電壓的標準，在此適應電器的要求，例如按照其瞬時機械負載，并且依賴變頻器而變化。根據電器的類型和種類，變頻器可以以單相交流電壓以及三相交流電壓工作，并且也可由單相交流電壓產生三相交流電壓以用于向三相電動機供電。某些變頻器具有附加的傳感器輸入端，以便采集電器的狀態參數，諸如轉子的轉速或瞬時的角度位置。

圖2按照框圖和電壓曲線示出了變頻器18的功能原理。三相輸入電壓U1通過整流器13整流并且利用中間電路14的電容器按照電壓保持穩定。在中間電路的輸出端出現中間電路電壓U2，該中間電路電壓大約為輸入電壓U1的1.35倍。在框圖的左下方示出了輸入電壓U1關于時間t的對于三個相的曲線。在其旁邊示出了中間電路電壓U2的曲線。

中間電路電壓U2通過逆變器15轉換為具有時鐘周期形式的電動機電壓U3。該方法基于正弦評估的脈沖寬度調制。時鐘控制的電動機電壓U3的結構取決于期望的輸出頻率。在框圖的右下圖示出了電動機電壓U3與時間t的依賴關系。明顯能夠識別不同的脈沖寬度。借助傅里葉分析可以示出，變頻器18的時鐘控制的電動機電壓U3在電動機16上展現出相同的作用，諸如有相同振幅和頻率的正弦電壓。借助控制電子器件17來控制電動機旋轉場的產生。

發明內容

本發明要解決的技術問題是，提供在產生X射線輻射時避免焦點抖動的另一種方法和另一種裝置。