一种球管的保护方法及装置与流程

本发明属于医疗器械领域，尤其涉及一种球管的保护方法及装置。

背景技术：

在医疗影像设备中，球管作为一个最为重要的部件之一，其可靠性和稳定性至关重要。电子轰击靶面产生热量，如果靶面一直工作在高热容量的情况下，会严重缩短球管的使用寿命。

目前，对于球管的保护是对管套温度保护，但是，在高剂量和高频率曝光下，靶面热容量上升的速度远远高于靶面到组件中热传导的速度，容易出现靶面热容量超过了球管热容量的极限值，而此时管套温度仍然没有达到温度报警的阈值，因此导致靶面融化变形，从而缩短球管的使用寿命。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于提供一种球管的保护方法及装置，旨在解决现有问题中无法对球管靶面的热容量进行检测，容易导致靶面融化变形而缩短球管的使用寿命的问题。

本发明是这样实现的，一种球管的保护方法，包括：

实时获取球管靶面的热容量值；

判断所述球管靶面的热容量值是否达到预置额定值，若达到，则停止对球管靶面的曝光；

若未达到，则继续对球管靶面进行曝光。

进一步地，所述停止对球管靶面的曝光之后，还包括：

判断当前球管靶面的热容量值和当前曝光所述球管靶面增加的热容量值之 和是否小于所述预置额定值；

若是，则开启对球管靶面的曝光，若否，则继续停止曝光。

进一步地，所述判断当前球管靶面的热容量值和当前曝光所述球管靶面增加的热容量值之和是否小于所述预置额定值包括：

实时获取球管靶面的热容量值，及球管靶面的热容量值对应的时间值；

计算当前曝光所述球管靶面增加的热容量值；

计算当前球管靶面的热容量对应的时间值和停止曝光的时间值之间的时间差，获取所述时间差内所述球管靶面的热容量变化量；

判断所述当前球管靶面增加的热容量值是否小于所述热容量变化量；。

进一步地，所述球管靶面热容量的计算曲线公式为E_f(t)表示所述球管靶面热容量，P_appl表示球管工作期间恒定施加的功率，u表示变量；

则所述实时获取球管靶面的热容量值包括：

根据所述计算曲线公式提取球管靶面热容量的特征方程式；

实时根据当前时刻的时间值和所述特征方程式进行计算，得到球管靶面的初始热容量值；

对所述初始热容量值进行平滑滤波处理，得到所述球管靶面的热容量值。

本发明还提供了一种球管的保护装置，包括：

获取单元，用于实时获取球管靶面的热容量值；

保护单元，用于判断所述球管靶面的热容量值是否达到预置额定值，若达到，则停止对球管靶面的曝光，若未达到，则继续对球管靶面进行曝光。

进一步地，所述保护单元包括：

信息判断模块，用于判断当前球管靶面的热容量值和当前曝光所述球管靶面增加的热容量值之和是否小于所述预置额定值；

处理执行模块，用于若是，则开启对球管靶面的曝光，若否，则继续停止曝光。

进一步地，所述信息判断模块包括：

信息获取子模块，用于实时获取球管靶面的热容量值，及球管靶面的热容量值对应的时间值；

信息计算子模块，用于计算当前曝光所述球管靶面增加的热容量值，计算当前球管靶面的热容量对应的时间值和停止曝光的时间值之间的时间差，获取所述时间差内所述球管靶面的热容量变化量；

信息判断子模块，用于判断所述当前球管靶面增加的热容量值是否小于所述热容量变化量。

进一步地，所述球管靶面热容量的计算曲线公式为E_f(t)表示所述球管靶面热容量，P_appl表示球管工作期间恒定施加的功率，u表示变量；

则所述获取单元具体用于：

根据所述计算曲线公式提取球管靶面热容量的特征方程式；

实时根据当前时刻的时间值和所述特征方程式进行计算，得到球管靶面的初始热容量值；

对所述初始热容量值进行平滑滤波处理，得到所述球管靶面的热容量值。

本发明与现有技术相比，有益效果在于：本发明实施例通过实时检测球管靶面的热容量值，并判断该热容量值是否达到预置额定值，若达到，则停止对球管靶面进行曝光以保护球管及靶面，若未达到，则可以继续曝光并实时获取该球管靶面的热容量值。本发明实施例能够实时检测球管靶面的热容量值，同时设定额定值，根据该热容量值采取如停止曝光或继续曝光的措施，解决了现有技术中无法对球管靶面的热容量进行检测的问题，避免了球管靶面融化变形，提高球管的使用寿命。

附图说明

图1是本发明第一实施例提供的一种球管的保护方法的流程图；

图2是本发明第一实施例提供的球管靶面热容量的计算曲线公式的反函数的示意图；

图3是本发明第二实施例提供的一种球管的保护方法的流程图；

图4是本发明第三实施例提供的一种球管的保护装置的结构示意图；

图5是本发明第三实施例提供的保护单元的结构示意图；

图6是本发明第三实施例提供的信息判断模块的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1示出了本发明提供的第一实施例，一种球管靶面的保护方法，包括：

S101，实时获取球管靶面的热容量值。

在本步骤中，为了能够保证对球管靶面的监控和保障球管靶面的安全，保护装置实时获取球管靶面的热容量值。

S102，判断所述球管靶面的热容量值是否达到预置额定值，若达到，则停止对球管靶面的曝光。

在具体应用中，球管靶面的热容量上升的速度会远远高于靶面到组件之间热传导的速度，因此可能会出现球管靶面的热容量已经远超球管热容量的极限值，但是球管管套温度依旧没有达到温度报警的阈值，因此，为了能够更好的保护球管靶面和管套，在本步骤中，设置球管靶面的极限热容量值，即预置额定值，保护装置根据获取的热容量值判断当前球管靶面的热容量值是否达到预置额定值，若达到停止对球管靶面的曝光，以降低球管靶面的热容量。

S103，若未达到，则继续对球管靶面进行曝光。

在本步骤中，保护装置若判断当前球管靶面的热容量值为达到预置额定值，则继续对球管靶面进行曝光，使球管继续正常工作。

本申请的发明人在实施本发明的过程中发现，现有技术中还没有关于球管靶面保护的硬件电路，也没有软件算法能够实时在线检测球管靶面的热容量，因此在步骤S101中，本申请发明人通过多次数据测试分析、算法仿真验证，提出了一种能实时检测球管靶面的热容量值的算法，该算法不需要在球管靶面上增加额外的硬件电路来对球管靶面产生的热容量进行检测。步骤S101中在不改变球管结构，不增加额外的硬件电路，保护装置采用单纯的软件算法来实时计算球管靶面的热容量，可以得到球管靶面任一时刻的热容量值。

在步骤S101中用来实时获取球管靶面热容量的软件算法，包含计算球管靶面在曝光情况下热容量增加曲线和非曝光情况下靶面热容量的冷却曲线，再根据这两条曲线合成计算得出当前球管的热容量值。具体的计算方法介绍如下：

每次曝光过程中，基本上99％以上的功率都转化为球管靶面的热容量，不足1％的功率产生x射线，在计算误差允许的范围内，本实施例做合理的近似处理，认为曝光过程中的功率全部转化为球管靶面的热容量；

球管热容量曲线的测试计算方法如下：将球管放在热烘箱中，用热烘箱将球管的温度加热到球管的最大允许温度，并将此温度维持2个小时左右，保证热量均匀分布到球管内部。然后将球管放入进行热隔离的水箱中，每间隔10分钟记录一下球管表面的温度值，用热传感器测量出初始的水温和记录实时水温值。

使用以下的公式来计算当前球管的热容量：

E(T)＝C(T-T_a)；------(1)

其中，T_a表示通过测温仪量测得到的环境温度，T表示球管实时温度，本本实施例中可以从需要实时检测的球管的说明书上确定(T-T_a)的最大值。

变量C的公式如下所示：

其中，m_w、c_w、T_w表示水箱中水的质量、水的比热容和水的初始温度，T_m表示球管的初始温度，T_f表示球管和水的最终温度。

球管冷却速率计算公式如下：

其中，T_a表示环境变量温度，T表示球管实时温度，h_eff表示当前热传导效率，A表示球管的表面积。

计算冷却过程中温度对时间的依赖关系，加入初始化温度t＝0时为T_i，在最终的温度t＝∞时为T_a，可以推导出如下公式：

球管热容量的冷却曲线时间特性，如下公式所示：

E(t)＝C(T_i-T_a)exp(-ut)＝(E_i-E_a)exp(-ut)；------(5)

其中，E_i表示球管的初始化热容量，E_a则表示球管周围的温度的热容量。

在计算球管热容量的加热曲线时间特性中，本本实施例考虑了热损失，其推导公式如下：

其中P_appl表示球管工作期间恒定施加的功率，P_dlss表示球管在工作期间的热损失。

综合以上公式(1)、(2)、(3)、(4)、(5)、(6)，得出以下公式：

考虑到球管在初始化的时间与周围环境温度平衡，并且在t时间内施加恒定功率后达到其内部的能量值E_f，可以有如下等式：

整合上述公式(1)至(8)得到最终热容量的计算曲线公式：

在上述公式(9)中，得到了时间和热容量的一个计算关系方程，在实际应 用中，可以根据需要获取球管靶面热容量的时间值T来计算出当前球管靶面的热容量值E_f(t)，譬如在实际应用中需要每秒钟计算一次热容量，而在时间T＝0有个初始温度E_f(t)₀，当时间为T＝1秒的时候，可以计算出一个热容量E_f(t)₁，依次类推。同时，为了防止球管的差异性，对球管的计算曲线公式对应进行大样本测试，通过大样本测试的数据分析和仿真，在误差允许的范围内，通过工程化的方法，本实施例中计算出如图2所示的热容量和时间的曲线方程。

通过上述实施例提供的保护方法，能够实时获取球管靶面的热容量值，并根据该热容量值进行判断，根据判断结果采取对应的措施，如停止对球管靶面的曝光或者而继续对球管靶面进行曝光。本实施例提供的保护方法不需要改变球管的结构，也不需要额外增加检测硬件就能检测球管靶面的热容量值，成本低廉，可靠性高。

如3示出了本发明提供的第二实施例，一种球管靶面的保护方法，包括：

S301，接收球管靶面热容量的计算曲线公式。

本步骤中，保护装置接收球管靶面热容量的计算曲线公式，该公式为 其中E_f(t)表示球管靶面热容量，P_appl表示球管工作期间恒定施加的功率，u表示变量。具体地，在实际应用中，保护装置接收输入的球管靶面热容量的计算曲线公式，并将该计算曲线公式保存至预置的存储位置，以便在后续使用时可以随时调用。

S302，根据所述计算曲线公式提取球管靶面热容量的特征方程式。

在本步骤中，得到球管靶面热容量的计算曲线公式后，保护装置提取出计算曲线公式的特征方程式，在计算误差范围内对该特征方程式进行简化处理，得到最终用于计算球管靶面热容量的特征方程式。

S303，实时根据当前时刻的时间值和所述特征方程式进行计算，得到球管靶面的初始热容量值。

在本步骤中，保护装置根据当前时刻的时间值和球管靶面的计算曲线公式进行计算，得到球管靶面的初始热容量值，具体地，当用户触发检测操作时， 保护装置即实时根据该特征方程式

S304，对所述初始热容量值进行平滑滤波处理，得到所述球管靶面的热容量值。

S305，判断所述球管靶面的热容量值是否达到预置额定值，若达到，则停止对球管靶面的曝光，若未达到，则继续对球管靶面进行曝光。

S306，实时获取球管靶面的热容量值，及球管靶面的热容量值对应的时间值；

S307，计算当前曝光所述球管靶面增加的热容量值；

S308，计算当前球管靶面的热容量对应的时间值和停止曝光的时间值之间的时间差，获取所述时间差内所述球管靶面的热容量变化量；

S309，判断所述当前球管靶面增加的热容量值是否小于所述热容量变化量；

S310，若是，则开启对球管靶面的曝光，若否，则继续停止曝光。

根据球管的特性特征和经验值，本实施例推导出球管热容量的计算曲线公式，可以用来实现球管恒定温度的热容量曲线计算，其算法如下：

热容量增加的算法：

其中kv表示当前x射线曝光的kV值，mA表示当前x射线曝光的管电流，second表示当前x射线曝光的时间长度。

热容量冷却的算法：

假设当前的热容量为Q1，计算出ΔT时间段内减少的热容量：

根据图2中的第二条曲线，可以计算出当前热容量Q1所对应的时间T1。

根据图2中的第一条曲线，可以计算出(T1+ΔT)时间点后的热容量值为Q2，就可以得出ΔT时间段内减少的热容量ΔQ＝Q1-Q2；

代码实现如下：

实时计算球管热容量：

本发明提供的上述实施例不需要增加任何硬件电路，成本低廉，可靠性高，用时本发明提供的上述实施例可以实时在线检测球管靶面的热容量，每秒钟更新一次球管靶面热容量数据，能够满足实时计算的要求。

本发明还提供了如图4所示的一种球管的保护装置，包括：

获取单元401，用于实时获取球管靶面的热容量值；

保护单元402，用于判断所述球管靶面的热容量值是否达到预置额定值，若达到，则停止对球管靶面的曝光，若未达到，则继续对球管靶面进行曝光。

进一步，如图5所示，保护单元402包括：

信息判断模块4021，用于判断当前球管靶面的热容量值和当前曝光所述球管靶面增加的热容量值之和是否小于所述预置额定值；

处理执行模块4022，用于若是，则开启对球管靶面的曝光，若否，则继续停止曝光。

进一步地，如图6所示，信息判断模块4021包括：

信息获取子模块40211，用于实时获取球管靶面的热容量值，及球管靶面的热容量值对应的时间值；

信息计算子模块40212，用于计算当前曝光所述球管靶面增加的热容量值，及计算当前球管靶面的热容量对应的时间值和停止曝光的时间值之间的时间差，获取所述时间差内所述球管靶面的热容量变化量；

信息判断子模块40213，用于判断所述当前球管靶面增加的热容量值是否小于所述热容量变化量。

具体地，所述球管靶面热容量的计算曲线公式为E_f(t)表示所述球管靶面热容量，P_appl表示球管工作期间恒定施加的功率，u表示变量；

则获取单元401具体用于：

根据所述计算曲线公式提取球管靶面热容量的特征方程式；

实时根据当前时刻的时间值和所述特征方程式进行计算，得到球管靶面的初始热容量值；

对所述初始热容量值进行平滑滤波处理，得到所述球管靶面的热容量值。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。