专利名称：具有可调整的焦点轨迹的x射线管的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有可转动阳极的X射线管、一种X射线成像系统以及一种调整具有可转动阳极的X射线管的焦点轨迹的方法。
背景技术：
X射线管的转动阳极由难熔材料制成，其必须符合横向和径向运动的严格规范。这种横向和径向运动是由阳极系统偏离(rim out)规范控制。焦点轨迹偏离必须加以控制以确保成像稳定性、成像质量、有限机械振动、管寿命等。US7，184，520B1显示具有螺母的阳极板，所述螺母设有将接收在锥形凹部内的锥形轮廓，从而使阳极对中。但已表明制成的阳极有时呈现超出公差范围的偏离变化，所述公差范围例如由于精度要求提高而不断减小。
发明内容
因此可能需要改善具有旋转阳极的X射线管的精确性以及可转动阳极的偏离特性。根据本发明一个示例性实施例，提供一种X射线管，所述X射线管具有外壳体、阴极和阳极组件，所述阳极组件包括设置有形成焦点轨迹的环形靶的可转动盘体。所述焦点轨迹围绕对称轴线转动地对称。设置有用于支承所述盘体的转子轴杆，所述转子轴杆围绕主转动轴线被可转动地支承。转子轴杆设置有用于支承所述盘体的安装表面，所述盘体设置有将安装到所述安装表面的邻接表面。校正装置被布置在所述安装表面和所述邻接表面之间，使得所述焦点轨迹相对于所述主转动轴线的偏离可调整。校正装置提供优点为在于，阳极盘体制成后，可以调整焦点轨迹相对于转动轴线的偏离。例如，厂商所提供盘体具有一定偏离容许度，焦点轨迹的偏离的最终调整可被布置在将可转动盘体组件安装到转子轴杆之前进行。此外，也可提供具有更大公差范围的一种可转动盘体，其可用于具有不同公差要求的不同类型X射线管。这具有优点在于，便于可转动盘体的制造，从而产生经济效益。通过提供用于不同类型的X射线管的一种可转动盘体，也便于处理和存储。对焦点轨迹偏离具有精度要求的X射线管，在使用其焦点轨迹偏离具有相当大范围公差的盘体的情况下， 校正装置提供精度要求。在一个示例性实施例中，焦点轨迹为圆柱形对称。例如，构成环形靶的焦点轨迹被施加到布置为将热量从环形靶消散的基体材料上。在一个示例性实施例中，焦点轨迹为η阶转动对称，所述η阶转动对称也可定义为 η阶离散转动对称。例如，弯曲环形靶可能是这种情况，弯曲环形靶具有一定幅度使得由于目标宽度仍可提供直线的环形靶线。换言之，来自阴极并且相对于转动轴线以同一位置击中阳极的电子束在转动过程中在环形靶中间以及在环形靶的任一侧部部分击中环形靶，环形靶的侧部部分可例如提供环形靶的改进散热。在一个示例性实施例中，盘体由基底材料制成。所述基底材料选择为可优化机械性能以及散热性。在一个示例性实施例中，基底材料为碳纤维增强碳(CFC)复合物。这种基底材料提供耐高温、高强度、导热性能良好、以及热容量等有利性能。CFC复合材料转动阳极的概念创造了定制基体使得基底材料的机械强度最大的机会，这对受到因阳极转动以及机架转动导致的大的机械应力的X射线装置中的转动阳极提供了优点。例如为优化环向(即切向)和径向的机械性能，CFC可以被极性构造地编织，以提供形成转动对称性的真正径向和周向纤维。但是，可通过提供如本发明所述校正装置来克服表面条件和无法在这种基底上进行定位加工的能力的缺点。CFC阳极具有改善的特性，例如用于未来高端、高功率、高转速、以及大功率密度的 CT系统的用途。随着能量需求增加以及焦斑尺寸减小，CFC阳极提供可应对机械和热机械应力，以及可经受和应对高端CT系统热负荷的优点。在一个示例性实施例中，校正装置布置成使得对称轴线与主转动轴线之间偏离被至少部分地补偿。这提供将焦点轨迹的偏离调整为指定的公差范围的可能性。在一个示例性实施例中，校正装置补偿对称轴线相对于主转动轴线的径向偏移。这提供优点在于，阳极盘体的对中根据可转动盘体上焦点轨迹的实际位置被布置。换言之，对中相对于焦点轨迹而非相对于盘体本身的邻接表面被布置。在一个示例性实施例中，校正装置补偿对称轴线相对于主转动轴线的倾斜。由此可使盘体的所谓摆动最小甚至消除，所述摆动不仅导致焦点轨迹偏离且导致有害的振动，这些对转子轴杆的轴承意味着不必要的负担。在一个示例性实施例中，安装表面垂直于主转动轴线，校正装置补偿邻接表面相对于对称轴线的垂线的倾斜。由于对转子轴杆的要求与阳极盘体不同，即难熔特性略低，例如，转子轴杆可由具有适于进行精密加工的机械性能的材料制成。因此，安装表面可以具有非常高的精度。校正装置因而被设置用于抵消邻接表面的不精确性。简言之，校正装置使邻接表面和安装表面的垂线分别相对于主转动轴线对准。在一个示例性实施例中，校正装置包括具有变化厚度的至少一个校正垫片，所述垫片提供相对彼此倾斜的两个外支承面。这提供优点在于，校正垫片可设有不同倾斜度的两个外支承面，使得可选择正确的倾斜值以将焦点轨迹的偏离调整为所需值。校正垫片可以适于高精度加工的材料提供， 由于要求符合高精度的校正垫片是相当小的零件，也提供了成本降低。在一个示例性实施例中，提供两个校正垫片，其中至少一个具有变化厚度。因此可相对于转动轴线对焦点轨迹的位置提供校正或调整。例如，倾斜可由一个校正垫片提供，而在转动轴线方向调整可由第二校正垫片提供，所述第二校正垫片具有平行但厚度不同的支承面。提供两个校正垫片还具有可由具有相同倾斜值的两个校正垫片提供不同倾斜值的优点。在一个示例性实施例中，校正装置具有偏移中心。由此也可相对于主转动轴线调整对称轴线的径向偏移。在一个示例性实施例中，校正装置包括可附连到邻接表面的可精确加工的衬套，所述衬套设有与安装表面邻接的配装表面。安装表面和邻接表面之间的接触可使将运动力从轴杆传递到盘体，并具稳定性， 即将盘体固定并传递重量载荷。配装表面将力和载荷经由衬套传递到盘体以及从盘体传递。例如在将衬套固定到盘体之前，衬套提供配装表面。因此，配装表面可以高精度提{共。在另一实例中，将衬套附连到盘体，其后提供配装表面。因此，因衬套安装到盘体操作中的任何不准确或公差可在衬套本身上设置配装表面的过程中被消除。在一个示例性实施例中，衬套外侧为六边形，用于在衬套插入盘体中形成的六边形凹部时传递转动力。由此可能将转动运动从轴杆传递到盘体，无须例如夹紧盘体。这种形式的转动力传递特别适于以非常高速度转动的可转动盘体。在一个示例性实施例中，至少一个校正垫片设在衬套配装表面和轴杆安装表面之间。这提供优点在于，衬套可附连到盘体，由此产生的否则可能导致焦点轨迹偏离的任何不准确可由至少一个校正垫片补偿。如上所述，校正垫片可由合适材料制成，所述材料可加工成或以其它方式布置成准确度要求所需的精度等级。在一个示例性实施例中，盘体的凹部为通孔，轴杆设有延伸通过衬套的螺纹端，其中螺母拧到螺纹端，使得阳极的邻接表面受压紧贴衬套的对应表面。由此提供衬套配装表面与轴杆安装表面的接触。因此，可能分别经由六边形衬套和凹部传递转动运动，拧到轴杆端部的所述螺母提供经受例如在机架转动过程中出现的力所需的盘体牢固保持。在一个示例性实施例中，校正装置由难熔金属制成。例如，校正装置由铌制成。在一个示例性实施例中，垫片由铌制成。这提供在接合处提供延展性的优点。在另一实施例中，其它特定类型的难熔金属也可用于在接合处提供延展性。在一个示例性实施例中，铌垫片提供为易延展垫圈。由此可能对组件(即阳极)施加弹性力，而不对盘体材料施加巨大应力。例如，这适用于盘体所使用的CFC。根据一个示例性实施例，因为铌和钼(TZM中主要元素)可相互扩散，在轴杆由 TZM(钼合金)制成的情况下，提供可扩散到轴杆的铌垫片。此外，校正装置中的铌和盘体中的碳(CFC)可产生NbC (碳化铌)，这最终通过铌垫圈将TZM转子轴杆结合到CFC靶。例如在处理和运行温度下发生结合过程。这些结合将确保接触良好，在接合界面处不会滑脱。在一个示例性实施例中，考虑螺栓连接中的不同热膨胀选择垫片材料。随着应用中温度的升高，例如CFC比TZM轴杆/螺母膨胀更大，易延展垫片将顺应应力并与总的系统热膨胀更好地配合。在一个示例性实施例中，消除焦点轨迹的偏离。根据本发明另一方面，提供X射线成像系统，它包括具有X射线辐射源以产生X射线辐射的X射线图像采集装置。此外，提供X射线图像探测模块。数据处理单元与探测模块和辐射源连接。提供显示装置和界面单元。此外，X射线辐射源包括根据前述任一示例性实施例的X射线管。因此，提供X射线成像系统，其具有符合非常高精度偏离规范的焦点轨迹的特性， 以确保在应用过程中焦斑处于相同位置，以提供所要求的高质量X射线成像。根据一个示例性实施例，在X射线辐射源与X射线图像探测模块之间设置接收对象的装置。例如，所述装置可设置为台架以检查病人。根据另一示例性实施例，所述设置为用于如乳腺癌检查等的胸部X射线系统立
^K ο根据另一示例性实施例，所述装置为用于接收行李等物品的装置，例如用于安全检查或其它工业应用。当然，在数据被传递和/或存储到其它位置的情况下，可提供无显示装置和界面单元的系统。根据另一方面，X射线装置设有X射线辐射源，其中X射线辐射源包括如前述任一示例性实施例的X射线管。例如，这可用于在工业生产过程中施加X射线，其中对象受辐射但不成像，因此没有探测器模块等。根据另一方面，提供用于调整如前述任一实施例X射线管的焦点轨迹的方法，其包括以下步骤首先确定焦点轨迹相对于转动轴线偏离的幅度，然后检测X射线管的焦点轨迹的偏离的实际值。此外，比较实际值与所确定值，校正装置由此将焦点轨迹的偏离调整到所确定值。在一个示例性实施例中，为调整校正装置，在将插入阳极盘体的衬套中设置孔。钻孔提供了对称轴线与转动轴线的对准。在一个示例性实施例中，在安装表面垂直于主转动轴线的情况下，调整步骤包括确定至少一个校正垫片的外支承面的变化厚度和倾斜度，并且可转动地调整所述至少一个校正垫片以补偿邻接表面相对于对称轴线的垂线的倾斜。焦点轨迹的偏离的幅度可包含阈值。在另一示例性实施例中，幅度可包括为焦点轨迹的偏离设定范围。
通过以下所述示例性实施例描述并参考附图，本发明的这些和其它方面将是明显的。图1示意性显示具有X射线管的X射线成像系统，所述X射线管具有可转动阳极；图2以剖视图示意性显示阳极组件；图3以透视分解视图显示阳极组件；图4以分解剖视图显示图2阳极组件；图5以透视剖视图显示安装状态下的图2阳极组件；图6以剖视图显示图4中的阳极组件；图7以显示阳极组件的顶视图；以及图8示意性显示用于调整X射线管的焦点轨迹的方法的流程图。
具体实施方式
图1示意性显示具有X射线图像采集装置的X射线成像系统10，所述X射线图像采集装置设有X射线辐射源12以产生X射线辐射。提供床台14以接收待检查对象。此外， X射线图像探测模块16位于与X射线辐射源12相对之处，即在辐射过程中对象位于X射线辐射源12和探测模块16之间。所述探测模块将数据发送到与探测模块16和辐射源12均连接的数据处理单元或计算单元18。计算单元18位于床台14下方以节省检查室内空间。 当然它也可以设在如不同的房间或实验室等不同地点。此外，显示装置20布置在床台14附近，以向操作X射线成像系统的人员显示信息，所述人员可为临床医师。显示装置20优选地可移动地安装以允许根据检查情况进行个体调整。此外，界面单元(interface unit) 22 布置为由使用者输入信息。图像探测模块16基本上通过使对象暴露于X射线辐射而产生图像，其中所述图像在数据处理单元18中被进一步处理。应注意，所示实例为所谓C型X 射线图像采集装置。X射线图像采集装置包括C型臂，其中图像探测模块16布置在C臂的一端，而X射线辐射源12位于C臂的另一端。C臂可移动地安装，并且可围绕位于床台14 上的所关心对象旋转。换言之，可能以不同视角方向获得图像。应注意，显示床台14被显示用于说明性的目的，例如用于检查病人。在另一实施例(未示出)中，X射线成像系统设有接收对象的装置，其中所述装置布置在X射线辐射源与X射线图像探测模块之间。例如，所述装置可为用于如乳腺癌检查等的胸部X射线系统的立架。根据另一示例性实施例(未示出)，所述装置布置为接收如行李等物品，例如用于安全检查或其它工业应用。当然，在数据被传递和/或存储在其它位置的情况下，可以提供无显示装置和界面单元的系统。图1中X射线辐射源12包括X射线管24，X射线管M具有阳极组件26 (在图2 中示意显示)以及外壳体和阴极(在图2中均未示出)。阳极组件沈将在下文更详细描述。阳极组件沈包括设有环形靶30的可转动盘体观，所述环形靶30形成焦点轨迹。 所述焦点轨迹30绕对称轴线32旋转地对称。提供转子轴杆34以支承盘体观。轴杆34围绕主转动轴线36被可转动地支承。轴杆34设有安装表面38以支承盘体观。盘体观设有将安装到轴杆的安装表面38的邻接表面40。安装表面38与邻接表面的接触可使重量载荷从盘体传递以及使得转动力从轴杆传递到盘体。 为给X射线管M提供高质量成像特性，校正装置42布置在安装表面40和邻接表面38之间，使得焦点轨迹30相对于转动轴线36的偏离能够被调整。图3中显示另一示例性实施例，其中安装表面38垂直于主转动轴线36，且其中校正装置42补偿邻接表面40相对于对称轴线32垂线的倾斜。校正装置包括具有变化厚度的至少一个校正垫片，以提供相对彼此倾斜的两个外支承面。在另一示例性实施例中，也提供具有变化厚度的另一校正垫片44 (见虚线)。因此通过围绕转动轴线36相对彼此转动垫片43和44即可实现不同倾斜值。校正装置42还包括将附连到邻接表面40的可精密加工衬套46。衬套46外侧为六边形，用于传递转动。如图4至图6可见，衬套46插入设在盘体28中的六边形凹部48 内。盘体28中的凹部48为通孔，轴杆34设有延伸通过图4和图5所示安装状态下的衬套 46的螺纹端50。螺母52拧在螺纹端上，使得盘体观附连并固定地保持到轴杆34上。
衬套46设有通孔M以使轴杆34的螺纹端50延伸通过衬套46。此外，衬套46也设有在安装状态下与轴杆；34的安装表面38邻接的配装表面56。例如，在将衬套46固定到盘体28之前，衬套设有配装表面56。当螺母52拧到螺纹端50上时，阳极的邻接表面40紧贴衬套46的外侧处的对应表面58，由此提供衬套46配装表面56与轴杆34的安装表面38的接触。为牢固保持，在螺母52与盘体28和衬套46之间分别设置附加垫片60。为调整焦点轨迹的偏离，校正垫片43设有倾斜表面，使得对称轴线32与主转动轴线36之间的偏离可被至少部分地补偿。在所示实例中，由校正装置42提供调整，使得焦点轨迹30的偏离被消除。换言之，(经校正的)对称轴线32和主转动轴线36具有相同位置， 因而以同一直线表示。为补偿对称轴线32相对于主转动轴线36的径向偏移62 (X)，校正装置具有偏移中心(见图7)。为使转动轴线36与对称轴线32对准，衬套46设有孔，以在确定盘体观上的焦点轨迹30偏离之后获得通孔M和配装表面56。换言之，在衬套46已插入盘体28之后提供通孔M和配装表面56。例如，图2至图7所示盘体观由如碳纤维增强碳(CFC)复合材料等基底材料制成。 该材料创造了使盘体观基体定制为使基底材料机械强度最大的机会。由于高质量成像应用，该阳极组件必须保持严格偏离规范，以确保焦斑即焦点轨迹30处于同一位置。CFC阳极具有改善的特性，例如用于未来高端、高功率、高转速以及大功率密度的 CT系统。随着能量需求增加以及焦斑尺寸减小，CFC阳极提供可应对机械和热机械应力，以及经受和应对高端CT系统的热负荷的优点。例如，为优化环向(或切向)和径向机械性能，CFC可以极性构造被编织，以提供产生转动对称的真正径向和周向纤维。由于高质量成像应用，该阳极组件必须保持严格偏离规范，以确保焦斑即焦点轨迹30位于同一位置。但是，表面条件和无法在这种基底上进行精密加工提供的缺点可以通过提供校正装置被克服，该校正装置将布置在安装表面和邻接表面之间使得焦点轨迹相对于转动轴线的偏离可调整。在所示示例性实施例中，校正装置是由难熔金属制成。例如，校正装置可由铌制成。例如，所使用的垫片43由铌制成，以提供接合处的延展性。根据未示出的示例性实施例，其它特定类型的难熔金属也可用于提供接合处的延展性。为对组件即阳极施加弹性力而无须对盘体材料施加巨大应力，提供铌垫片43作为易延展垫圈。例如，这适用于CFC用于盘体的情况。铌垫片43扩散到TZM(钼合金)转子轴杆，并在处理和运行温度下产生碳化铌与 CFC基底的结合，这些结合将确保接合界面处良好接触且无滑动。随着应用时温度的升高，例如，CFC将比TZM轴杆/螺母膨胀更多，于是易延展垫片将顺应压力，并且更好地与总的系统热膨胀匹配。在图8中，以流程图示意性显示根据本发明调整X射线管的焦点轨迹的方法。所述方法包括确定焦点轨迹30相对于转动轴线36偏离的幅度的步骤112。例如，所述幅度可为所期望或要求的阈值或范围。在下一步骤114中，进行焦点轨迹30的偏离的实际值的检测。例如，这可通过测试或分析该阳极28和焦点轨迹30的几何状况而实现。下一步骤116包括将实际值与所确定的值进行比较。在下一步骤118中，调整校正装置49，从而调整焦点轨迹30的偏离。尽管本发明已通过附图和前面详述加以说明和描述，这些说明和描述应视为描述性或示例性而非限制性的，本发明不限于所公开的实施例。
权利要求
1.一种X射线管(M)，所述X射线管04)具有外壳体、阴极和阳极组件(沈)，所述阳极组件06)包括设置有环形靶的可转动盘体( )，所述环形靶形成焦点轨迹(30)，所述焦点轨迹围绕对称轴线(3 转动地对称；以及用于支承所述盘体08)的转子轴杆(34)，所述转子轴杆围绕主转动轴线(36)被可转动地支承；其中，所述转子轴杆(34)设置有用于支承所述盘体08)的安装表面(38)； 所述盘体08)设置有将安装到所述安装表面(38)的邻接表面GO)； 校正装置0 被布置在所述安装表面(38)和所述邻接表面GO)之间，使得所述焦点轨迹(30)相对于所述主转动轴线(36)的偏离可调整。
2.如权利要求1所述的X射线管，其特征在于，所述盘体08)由复合材料制成。
3.如权利要求2所述的X射线管，其特征在于，所述盘体08)由碳纤维增强碳复合材料制成。
4.如前述任一权利要求所述的X射线管，其特征在于，所述校正装置G2)被布置成使得所述对称轴线(32)与所述主转动轴线(36)之间的偏差被至少部分地补偿。
5.如前述任一权利要求所述的X射线管，其特征在于，所述校正装置G2)补偿所述对称轴线(32)相对于所述主转动轴线(36)的径向偏移(X)。
6.如前述任一权利要求所述的X射线管，其特征在于，所述校正装置G2)补偿所述对称轴线(32)相对于所述主转动轴线(36)的倾斜。
7.如前述任一权利要求所述的X射线管，其特征在于，所述安装表面(38)垂直于所述主转动轴线(36)，所述校正装置02)补偿所述邻接表面GO)相对于所述对称轴线(32)的垂线的倾斜。
8.如前述任一权利要求所述的X射线管，其特征在于，所述校正装置G2)包括具有变化厚度的至少一个校正垫片(43)，提供相对彼此倾斜的两个外支承面。
9.如权利要求8所述的X射线管，其特征在于，设置两个校正垫片03，44)，其中至少一个校正垫片具有变化厚度。
10.如前述任一权利要求所述的X射线管，其特征在于，所述校正装置G2)具有偏移中心。
11.如前述任一权利要求所述的X射线管，其特征在于，所述校正装置G2)包括被附连到所述邻接表面GO)的可精密加工衬套(46)，所述衬套06)设置有与所述安装表面(38) 邻接的配装表面(56)。
12.如前述任一权利要求所述的X射线管，其特征在于，所述校正装置G2)由铌制成。
13.如前述任一权利要求所述的X射线管，其特征在于，所述焦点轨迹(30)的偏离被消除。
14.一种X射线成像系统(10)，包括X射线图像采集装置，所述X射线图像采集装置具有产生X射线辐射的X射线辐射源(12)； X射线图像探测模块(16)；与所述探测模块(16)和所述辐射源(1 连接的数据处理单元(18)；显示装置00)；以及界面单元02)；其中，所述X射线辐射源(12)包括如前述任一权利要求所述的X射线管04)。
15. 一种调整如权利要求1至13任一所述X射线管04)的焦点轨迹(30)的偏离的方法，包括如下步骤确定所述焦点轨迹(30)相对于所述主转动轴线(36)偏离的幅度的步骤(112)； 检测所述焦点轨迹(30)的偏离的实际值的步骤(114)； 比较所述实际值与所确定的值的步骤(116)；以及调整所述校正装置0 从而调整所述焦点轨迹(30)的偏离的步骤(118)。
全文摘要
本发明涉及一种具有可转动阳极的X射线管、X射线成像系统，以及用于调整具有可转动阳极的X射线管的焦点轨迹的方法。为提高具有旋转阳极的X射线管的准确性并改善可转动阳极的偏离特性，提供一种X射线管，所述X射线管具有外壳体、阴极和阳极组件，所述阳极组件包括设置有形成焦点轨迹的环形靶的可转动盘体，所述焦点轨迹围绕对称轴线转动地对称；以及用于支承所述盘体的转子轴杆，所述转子轴杆围绕主转动轴线被可转动地支承。转子轴杆设置有用于支承所述盘体的安装表面，所述盘体设置有将安装到所述安装表面的邻接表面。根据本发明，校正装置被布置在所述安装表面和所述邻接表面之间，使得所述焦点轨迹相对于所述主转动轴线的偏离可调整。
文档编号H01J35/10GK102473573SQ201080029312
公开日2012年5月23日 申请日期2010年6月28日 优先权日2009年6月29日
发明者G·J·卡尔松, K·克拉夫特, M·马斯卡, P·徐 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司