本发明涉及一种x射线发射器，该x射线发射器具有布置在真空壳体内的阳极，其中至少阳极被可旋转地安装并且可以通过电驱动器被设置为旋转，其中阳极可以在焦点的区域中暴露于由阴极发射的电子束。本发明还涉及一种方法，该方法用于当这种x射线发射器正在操作时补偿焦点移动。
背景技术：
x射线装置，特别是诸如计算机断层摄影x射线设备的医学成像x射线装备，例如具有一个或多个x射线发射器，该x射线发射器的用于生成x射线辐射的可旋转安装的旋转阳极可以暴露于可选聚焦的电子束。电子束撞击旋转阳极材料的区域通常称为焦点。利用x射线发射器，该x射线发射器的阳极被设计为旋转阳极，一般地，这些阳极通常借助于电驱动器被设置为旋转，以便将焦点中出现的热量分布在旋转阳极的较大区域上。
已经发现，当x射线发射器被操作时，焦点的位置和范围可以变化。这引起所生成的x射线辐射的波动，这可能对所获得的x射线图像的质量产生负面影响。为了解决这个问题，de10301071a1提出了实施焦点位置的确定并且以传统方式将调节焦点的位置作为控制变量，即，使用控制变量的测量实际值与给定设置值的控制偏差来生成需要用于调节控制变量的可变控制参数的值。这种过程的缺点是控制变量(在这种情况下，即，焦点位置)中的可测量偏差首先必须可用于接下来能够发生的补偿。由于控制动力学，这样的焦点的移动不被包括，该焦点的移动取决于原始的幅度，即，不取决于补偿的焦点移动。此外，通过直接、主动的控制，有必要确定焦点的空间位置和范围，这涉及多个传感器。尽管如此，以控制电路形式实现的这些方法被设计为通过确定焦点位置来检测并在必要时补偿已知和未知来源的破坏。
技术实现要素：
本发明的目的是提供允许焦点移动的有效的补偿的装置和方法。
关于该装置，上述目的通过开头提到的类型的具有权利要求1的其他特征的x射线发射器来实现。
本发明的有利实施例形成从属权利要求的技术方案。
x射线发射器包括布置在真空壳体内部的阳极，其中至少阳极可旋转地被安装并且可以通过电驱动器被设置成旋转。在焦点的区域中，阳极可以暴露于由阴极发射的电子束。根据本发明，提供了控制单元，该控制单元激活使电子束偏转的电磁偏转单元，使得由电驱动器的电磁场引起的焦点的移动可以根据电驱动器的至少一个操作参数来被至少部分地补偿。
因此，本发明的基本概念是认识到，焦点的移动至少部分地直接由电磁场引起，当电驱动器在操作中时生成该电磁场。对位置以及某些情况下对焦点的范围的这种可测量的影响可通过电磁偏转单元的控制来补偿，该电磁偏转单元包括例如使电子束偏转的一个或多个线圈，根据针对电驱动器的至少一个操作参数而确定的值来实现。电驱动器的至少一个操作参数与焦点移动之间的关系可以在x射线发射器进入操作之前被确定和记录，并且因此可以被用作控制的基础。以这种方式，例如，在电子束的位置变化可能发生之前，可以在很大程度上补偿由电驱动器引起的对交变场的电子束的周期性影响。因此，焦点移动的补偿直接接着发生并且特别是比传统的控制更快，其中焦点的实际位置与预定设置位置的显著偏差首先必须发生并被确定。
控制意味着在此通过开环或闭环来表征，其中被输入值影响的输出值不会再经由相同的输入值对自己产生影响。
不受此影响，然而，x射线发射器的控制单元特别地可以在前馈控制的情况下集成在较高级别的控制电路中。这种控制电路需要借助于相应设计的测量设备在x射线发射器的操作期间对焦点进行主动位置检测。在较高级别控制电路中的前馈控制的情况下的控制单元的实现具有以下优点：针对由电驱动器的电磁场引起的焦点移动的部分进行直接补偿可以接着发生，并且此外可以通过控制来消除不同来源特别是未知来源的焦点移动。
在其他情况下，提供没有较高级别控制电路的简单补偿控制。此外，在这种情况下，使用电驱动器的至少一个操作参数对焦点移动的主动补偿得以促进，在x射线发射器的操作期间焦点的位置不一定必须被检测到。
电磁偏转单元包括例如一个或多个电磁偏转线圈，该一个或多个电磁偏转线圈具有或不具有铁磁芯或静电可充电的偏转板。
本发明的可能实施例中的阳极被设计为特别是静止的真空壳体内部的可旋转安装的旋转阳极。在这些实施例中，旋转阳极在操作期间相对于静止的真空壳体和阴极被设置成旋转，以便特别地将作用在阳极上的热输入分布在更大的表面上。
在其他可能的实施例中，真空壳体可旋转地安装并且可以通过电驱动器被设置成旋转。阴极和阳极不可旋转地连接到真空壳体。换句话说，x射线发射器的构造对应于旋转活塞发射器，在该旋转活塞发射器中在操作期间支撑阳极和阴极二者的真空壳体被移动成旋转或旋转运动。
优选地，电驱动器的操作参数是定子电流幅度和/或定子电流相位位置，电磁偏转单元的控制基于该参数。特别优选地，根据上述提到的多个值来实现控制。
焦点的移动可以分解为两个几何分量，即，径向分量和切向分量。这些分量对一个或多个操作参数特别是对给定的定子电流幅度和/或定子电流相位位置的依赖性，尤其可以在单个校准步骤中接着发生。确定的依赖性可以存储在与控制单元可操作连接的存储介质中，使得当x射线发射器处于操作中时，该连接可以基于控制来做出。存储介质优选为非易失性数据存储器，诸如例如rom(只读存储器)、eprom(可擦除可编程只读存储器)或闪存。
x射线发射器优选地包括测量单元，该测量单元确定电驱动器的至少一个操作参数，该测量单元将测量信号传输到控制单元。
本发明的进一步发展针对控制单元而做出，以根据x射线发射器的至少一个附加操作参数来激活电磁偏转单元。已经发现，与电驱动器的一个或多个操作参数相关联的焦点移动取决于进一步的值，特别是取决于分配给x射线发射器的操作参数。通过这种方式，可以在控制和/或前馈控制的上下文中考虑实际上可以测量的这些影响。
x射线发射器的操作参数例如是管电压。备选地或附加地，通过测量温度，特别是x射线发射器的操作温度，可以考虑与温度有关的电磁效应。
在这种上下文中，有利地提供了进一步的测量单元，其检测x射线发射器的至少一个操作参数。例如，在高电压生成器上设置测量单元，该测量单元相应地设计为确定管电压。备选地或附加地，温度传感器被结合在x射线发射器中。
关于该方法，开头提到的目的通过具有权利要求8的进一步特征的用于补偿焦点移动的方法来实现。与此相关的优点直接来自前面提到的关于根据本发明的x射线发射器的描述。
在上述x射线发射器操作时用于补偿焦点移动的方法中，提供了布置在真空壳体内部的阳极，该阳极暴露于电子束以便生成x射线辐射。为此目的，阳极至少被可旋转地安装并且通过电驱动器被设置成旋转。根据本发明，控制单元根据电驱动器的至少一个操作参数来激活电磁偏转单元，该电磁偏转单元使电子束偏转，使得由电驱动器中的电磁场引起的焦点的移动被至少部分地补偿。
焦点移动对电驱动器的操作参数的依赖性是一种可测量效果，该可测量效果可以在单次校准测量中被确定和记录。这形成了焦点移动的部分的补偿的基础，该焦点移动是由电驱动器运行时产生的电磁场引起。在这方面，偏差的确定是不必要的，也就是说，在操作期间焦点的位置的检测不是绝对必要的。因此，该方法可以在简单的补偿控制中实施。
本发明提出的方法还可以在具有焦点移动的主动检测的较高级别控制中的前馈控制的上下文中有利地被实施。用以补偿由电驱动器的电磁场引起的焦点移动的对电磁偏转单元的控制然后作为控制电路中的子系统发生，其中在操作期间焦点的实际位置被主动确定为控制变量。因此，电驱动器对焦点移动的影响可以至少部分地被预先消除，而不需要来自对此的更高级别控制的响应。在理想情况下，电驱动器对焦点移动的任何影响都被完全消除，使得发生的任何设置点偏离(由此焦点的实际位置显著地偏离设置位置)具有一个不同的来源。前馈控制形成叠加在控制电路上的控制。在这样的实施例中，电驱动器的影响至少部分地通过来自前馈控制的附加控制信号来被消除，而控制电路的其余部分的性能特别是稳定性和系统管理理想地保持不变。
控制单元优选地根据x射线发射器的至少一个附加操作参数来激活电磁偏转单元。在这些实施例中，复合控制根据多个值而发生，然而可以在x射线发射器进入操作之前的适当全面的校准测量中确定该多个值。这使得可以在控制或前馈控制的上下文中考虑进一步可测量的干扰因素，该干扰因素特别地直接或间接地影响操作期间发生的电磁场。x射线发射器的这种操作参数的示例是x射线发射器的当前的管电压或温度，特别是操作温度。
焦点移动对电驱动器的至少一个操作参数和/或对x射线发射器的至少一个操作参数的依赖性在校准步骤中被确定，并且优选地被存储在存储介质中，特别是作为离散数据结构而被存储在诸如eeprom或闪存的非易失性数据存储器中。离散数据结构被限定为其中相关参数的离散值彼此相关联的结构。例如，离散数据结构可以采取多维查找表的形式。
特别优选地，用于生成控制信号的离散数据结构被内插，该控制信号激活电磁偏转单元。因此，控制电磁偏转单元所需的临时值借助于适当的插值由存储的离散值形成。为此目的，控制单元配备有适当的计算部件，该计算部件包括例如微处理器、微控制器、集成电路等。优选地，离散数据结构的线性插值发生，在其他应用中，更高阶的插值(即，二次或更高阶的插值)发生。作为一种可能的实施方式，还提出对分析方程的结果的减少并且因此参数的减少。
优选地，在x射线成像装置中使用上文描述的x射线发射器和/或上文描述的方法以补偿焦点移动。所述x射线成像装置例如旨在用于医学成像、用于检查材料或用于检查行李。特别优选地，x射线成像装置被设计为计算机断层摄影单元或c型臂x射线设备。
上文描述的本发明的特性、特征和优点以及实现它们的方式将从下文描述的实施例中更清楚和易于理解，将参照附图更详细地解释这些实施例。
附图说明
为了进一步描述本发明，参考附图中所示的实施例。在这里，在示意图的形式中：
图1以示出截面图的示意图示出了根据第一实施例的包括旋转活塞x射线管的x射线发射器；
图2以示出截面图的示意图示出了根据第二实施例的包括旋转阳极的x射线发射器；
图3示出了根据第一实施例的电磁或静电偏转单元的控制的设计；
图4示出了根据第二实施例的电磁或静电偏转单元的控制的设计；
图5示出了利用前馈控制的对焦点移动的控制。
在所有附图中，由相同的附图标记表示保持相同的部件。
具体实施方式
图1示出了根据第一实施例的设计为旋转活塞发射器的x射线发射器1。x射线发射器1包括阴极2和可旋转安装的旋转阳极3，阴极2和阳极3不可旋转地被安装在旋转安装的真空壳体4内部。当x射线发射器1在操作中时，电驱动器的抽空真空壳体4被设置为旋转，图1中未进一步详细示出该电驱动器(将其与图2中标有8的电驱动器相比)。当x射线发射器1在操作中时，在阴极2和阳极3之间施加高电压，使得电子束e由阴极1发射，该电子束e撞击在阳极3上。以便阳极3在周缘横向区域中暴露于电子束e，旨在为此目的，电子束e被适当地聚焦和偏转。为此目的，设置偏转单元5，该偏转单元在通过示例示出的实施例中被设计为电磁偏转线圈。电子束e在所谓的焦点b的区域中撞击在阳极3的材料上。所得到的x射线辐射r经由发射窗6从x射线发射器1横向发射。
在操作期间，焦点b的位置通常受到各种干扰因素的影响。为了补偿由这些干扰因素之一引起的焦点移动，电磁偏转单元5生成相应地指向其的时变偏转场。为此目的，电磁或静电偏转单元5连接到控制单元7，该控制单元7提供根据预先确定的相关性而发生的控制信号，该相关性根据电驱动器的操作参数来表征焦点移动，在图1中没有进一步详细示出该电驱动器。这些相关性至少部分地考虑了电驱动器对焦点b的时变位置p的影响，并且以离散数据结构(例如以查找表的形式)而被存储在控制单元7的存储介质71上。控制单元71进一步包括诸如微处理器或集成电路的数字计算部件9，该数字计算部件被设计为执行控制所需的任何计算操作。计算部件72特别被设计为借助于第一阶或更高阶的插值、根据存储在离散数据结构中的值，来计算用于控制的进一步的临时值。
将要存储在数据结构中的表征焦点b的时变位置p对电驱动器8的操作参数的依赖性的值预先被存储，即，在x射线发射器1的校准期间在校准测量中确定该值，并且将该值存储在存储介质71中。
图2示出了具有阴极2和被设计为旋转阳极的阳极3的x射线发射器1的另一个实施例。在该实施例中，驱动旋转阳极的电驱动器8被明确示出。设计为旋转阳极的阳极3具有空心轴9，该空心轴9经由轴承10(特别地经由滚珠轴承)而相对于固定轴11被可旋转地安装。
所示实施例中的电驱动器8是鼠笼式马达，并且以事实上已知的方式包括定子12和转子13，该转子13不可旋转地连接到旋转阳极3。
图2所示的第二实施例中的x射线发射器1进一步包括保护壳体14，该保护壳体14围绕抽空的真空壳体4，该保护壳体包括另外的发射窗口。保护壳体14填充有例如具有绝缘油的冷却剂。
第二实施例中的偏转单元5根据电驱动器8的操作参数由控制单元7激活，在图2中没有进一步详细示出该控制单元7。被考虑的电驱动器8的操作参数优选是定子电流幅度a或定子电流相位位置ph，当确定由电驱动器8引起的焦点运动时，还可考虑负载相关的转子滑移。
图3以示意图形式示出了用于在简单补偿控制的上下文中补偿焦点移动的方法。在这种情况下，在x射线发射器1的操作期间焦点b的位置的检测并不是必需的，因为控制是完全基于电驱动器8的操作参数的存储值与具有离散数据结构形式的焦点b的位置p之间的相关性。
在x射线发射器1的操作期间，使用测量部件16测量定子电流幅度a和定子电流相位位置ph。电驱动器8的这些操作参数的电流值被提供给控制单元7。借助于第一例子中的定子电流幅度a和定子电流相位位置ph与第二例子中的焦点b的位置p之间的存储在存储介质71中的相关性，控制单元7生成用于电磁偏转单元5的控制信号st，使得由电驱动器8中的场引起的焦点位置变化被至少部分地补偿。为此目的，存储在存储介质71中的离散值经由计算部件72以线性方式或以更高阶被可选地内插。
图4示出了一个实施例，在该实施例中图3中的控制通过具有附加的另外的操作参数而被扩展，该附加的另外的操作参数在另一测量部件17的操作期间被分配给x射线发射器1并且因此被考虑。具体而言，这些另外的值是在阴极2和阳极3之间普遍存在的管电压s以及温度t。存储在存储介质71中的数据通过关于焦点b的位置p的相应依赖关系来被补充。存储在存储介质71中的数据结构采取多维查找表的形式。以这种方式，考虑了管电压s或温度相关效应在所示的补偿控制的上下文中对焦点b的位置p的影响。
图5图示了焦点b的位置p的主动控制的控制电路，其中图3或图4所示的控制被实施为前馈控制。因此，焦点b的位置p是控制变量，该控制变量被主动地确定为实际位置pist并且被提供给控制设备18的输入。从给定的目标位置psoll，借助于实际位置pist以已知的方式计算控制偏差δp。控制设备18根据该控制偏差δp来激活电磁偏转单元5，其中在前馈控制的上下文中考虑由控制装置7提供的控制信号st。以这种方式，由电驱动器8的电磁场引起的焦点移动已经被补偿，使得在理想情况下，另外的控制偏差δp具有不同的来源。
虽然已经用优选实施例更详细地说明和描述了本发明，但是本发明不受此限制。本领域技术人员可以从中推导出其他变体和组合，而不超出基本发明构思。