專利名稱：用于確定x 射線陽極的磨損的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于確定以陽極盤構成的X射線陽極的磨損的一種方法和一種裝置。
技術背景
X射線輻射具有從材料測試直至診斷和治療的醫療使用的廣泛的應用領域。為產 生X射線輻射，典型地使用稱為X射線管的裝置。X射線管通過陽極和陰極構成。通過將陰 極加熱產生自由電子，所述自由電子通過在陽極方向上的加速電壓被加速。在到達陽極時， 自由電子的能量部分地被轉化為X射線輻射。X射線輻射然后通過為其設置的窗射出并且 在此對準待檢查或待處理的對象。
將通常所謂的旋轉陽極用作陽極，所述旋轉陽極在產生射線期間旋轉，以便由此 反作用于發熱或者實現更好的導熱。旋轉陽極X射線管由于高功率要求(特別是在醫療應 用中的高功率要求)是磨損部件。在替換部件方面，具有重要意義的是，在部件的故障前已 經確定其狀態，以便及時進行更換。除了真空密封和電子發射器以及陰極之外，在X射線管 中，陽極盤是主要磨損部件。由于交變熱負荷導致陽極表面的粗糙，這導致輻射功率的損 失。負荷也可表現為陽極的熔融和裂紋形成。通過該缺陷使X射線劑量率降低。管最后不 可使用。
X射線管磨損進展的速度取決于X射線拍攝的類型或在此出現的負荷。因此，例如 高功率拍攝比透射運行中的X射線拍攝導致明顯更快的損傷。所使用的旋轉陽極的狀態因 此是為保證及時替換而必須確定的重要信息。陽極狀態或磨損現象在已安裝的陽極盤中在 自身測量技術上不可達到，因為直接測量必須在輻射器的真空殼體內執行。
檢驗磨損過程的可能性在于使旋轉陽極X射線管經受標準化的負荷程序，并且在 此持續測量在使用壽命期間的劑量率。但劑量降低測量非常強烈地由檢查結構確定。此外， 作為所使用的旋轉陽極X射線管的老化值的劑量率的事后確定不可能進行或僅可不精確 地進行。因此，存在對于用于檢驗X射線陽極的狀態的附加的方法的需求。
在DD 268892A1中因此建議，通過磨蝕方法(例如，磨削)來確定作為老化的度量 的焦軌的區域內的裂紋深度，并且從定標曲線(Eichkurven)計算劑量下降。在該方法中將 焦軌面的裂紋圖像通過入射光顯微鏡視覺地跟蹤。該方法是昂貴的并且要求附加的設備。 值得希望的是，提供基本上僅使用對于X射線檢查總之已存在的儀器設備的更低開銷的方 法。發明內容
本發明要解決的技術問題是，實現X射線陽極的磨損的低開銷的確定。
上述技術通過根據本發明的方法和裝置來解決。
本發明利用的是，由X射線管所產生的輻射的角度相關性隨著管的老化的增加而 改變。因此，從受到借助X射線陽極產生的輻射的角度相關性所影響的特征出發確定老化。 角度相關性在此涉及在陽極盤和所產生的射線之間的角度。該角度相關性也稱為側傾效應(Heel-Effekt)。因此，例如輻射的強度和能量譜取決于該角度。典型地，陽極側的強度下 降并且規定向更高的能量的移動(輻射硬化)。該不均勻性或角度相關性取決于陽極盤的狀 態。隨著磨損的增加而發生粗糙，這降低了角度相關性。
根據本發明使用至少一個參數，所述參數表征了受角度相關性影響的特征。該參 數例如可以是在那里發生了明顯的削弱的角度區域內的絕對強度或相對強度。在使用相對 強度時，該相對強度涉及相對均勻的輻射區域或涉及平均強度。替代地，所考慮的特征是射 線在陽極側的硬化。例如通過確定能量譜的部分的相對強度來獲得度量或定量的參數值。 為此目的可使用濾波器，所述濾波器例如濾除低能射線。將所透過的輻射的強度與總強度 相比較。該比例作為陽極盤老化的結果而改變。在后者情況中，即，使用能量譜的區域的相 對強度，可通過擋板將測量限制在陽極側的區域上，在那里在磨損過程中輻射硬化的改變 是最明顯的。
上述至少一個角度相關的參數被考慮為用于確定老化或磨損。例如，在管啟動的 時該確定參考值，并且隨后將其與為檢驗而記錄的值相比較。該參數的改變然后可以通過 陽極的磨損狀態來校正或表現為對于其磨損狀態的度量。
陽極的老化狀態的檢驗可以以確定的維護間隔進行，所述維護間隔例如依據運行 持續時間。在此可靈活地定義運行持續時間，并且例如一般地涉及陽極的老化(制造之后所 經歷的時間)或表現為用于產生X射線的使用的時間段，其中在第二種情況下也可以考慮根 據使用類型的使用時間的權重。


下面在實施例的范圍內詳細描述本發明。附圖中
圖1示出了 X射線管，
圖2示出了旋轉陽極，
圖3示出了根據本發明的裝置，和
圖4示出了根據本發明的方法的流程圖。
具體實施方式
在圖1中示出了 X射線管I。X射線管I以陰極2和陽極3構成。在運行中將陰 極加熱，從而發射電子4。通過激勵的陽極電壓或加速電壓Ua，將電子在陽極3的方向上加 速。在電子到達陽極3時產生X射線輻射，所述X射線輻射通過(未繪出的)視窗從包圍了 陰極2和陽極3的真空殼體5發出且借助檢測器6檢測。在使用中在管I和檢測器6之間 放置待檢查的對象。X射線輻射被對象的削弱則提供了信息，由該信息可獲得對象特征。
陽極3典型地是盤形旋轉陽極。通過在運行中陽極的旋轉，在電子束重新到達該 位置之前，通過到達的電子所產生的熱可在旋轉期間在陽極盤內分布。以此方式可實現高 得多的功率。此類旋轉陽極的盤11的結構在圖2中示出。在旋轉陽極盤11的支承部分13 上安裝了由發射材料制成的發射層15，從所述發射層15通過電子轟擊發射了 X射線輻射 70。電子束4到達發射層15上的所謂的焦斑19內。通過旋轉陽極的旋轉，在焦斑19內產 生的熱沿著焦點環20分布。
在圖1中示出了三個通過X射線管所產生的射線71、72和73。這些射線從相同的焦點出發在不同的角度方向上發射。在用語上，將兩個方向進行區分，即陰極側和陽極側。 在射線71的情況中稱為陰極側射線，在射線73的情況中稱為陽極側射線。即，陽極側輻射 與另外地產生的射線相比于陽極表面形成更小的角度。所產生的X射線輻射不完全是均勻 的。這通常解釋為輻射在陽極內產生并且穿過陽極內的距離然后到達真空。示例性地繪 出了陽極I內的點8，在該點8處形成了三個X射線71、72和73。由于陽極表面或陽極盤 的傾斜位置，陽極側射線在陽極內比陰極側射線經過了更長的距離。該更長地經過的距離 導致兩個效應
1.通過吸收明顯地削弱了總強度。
2.特別地，射線以更低的X射線能量被強烈地吸收，從而在陽極側X射線輻射的能 量譜向高能量移動；在此也稱為輻射硬化。
輻射的該陽極側改變在文獻中通常也稱為側傾效應。側傾效應因此描述了目 標上的電子束的輻射的角度相關性。在與陽極表面的角度更小時，強度由于所產生的輻 射的能量吸收而下降。此外，自濾波導致所發射的輻射的角度相關的譜。該效應通常是 不希望的，從而建議了例如設計為補償該效應的濾波器，以便實現輻射的均勻性(參考US 2010/0098209A1)。
本發明基于如下認知，即該側傾效應可用于檢驗陽極老化或檢驗陽極磨損。由于 磨損而導致的陽極盤粗糙度的增加降低了所發射的輻射的強度。如果現在在使用壽命上在 相同的掃描參數下以檢測器觀測所發射的劑量，則獲得了隨粗糙度增加而降低的強度。最 后，可從經驗值推定未來的發射器故障。
除了絕對輻射強度之外，增加的盤粗糙度也改變了所發射的輻射的譜特征。絕對 強度在X射線裝置的運行期間可不使用外部輔助裝置(例如，外部劑量計)僅相對不精確地 測量，而譜中的改變例如可以很好地通過相對強度以簡單的可移動的濾波器測量。
由于側傾效應，所發射的輻射的譜取決于陽極表面上的觀察角度。隨著陽極粗糙 度的增加，譜變化取決于陽極盤上的觀察角度下降，即光滑的盤顯示了在關于陽極角的相 對大的譜變化。隨著粗糙度的增加，譜趨同。如果現在觀測到降低的譜變化，則可因此直接 推定增加的粗糙度。最后，可從經驗值推定未來的發射器故障。
在下文中根據圖3描述了可如何執行根據本發明的老化和磨損確定。基本構思在 于，在側傾效應的區域中，即在陽極側射線束中，X射線輻射的特征絕對地改變或與作為整 體的射線特征相比改變。首先，進行陽極側角度區域的測量。此類區域在圖3中以附圖標 號9標記。用于該區域的測量可借助位置分辨的檢測器進行。替代地，可在射線光程內引 入擋板12，通過所述擋板12將角度區域9之外的射線擋去。對于區域9，現在或者確定X 射線能量譜的總強度或者優選地確定對于受限的能量區域的強度。譜或能量區域的限制 例如可以借助能量選擇檢測器6進行。替代地，引入了濾波器14，所述濾波器14將低波長 濾除。此類濾波器例如可以由鋁或鋅構成。第一方式在于，在區域9內測量的強度與總強 度的關并且由相對于區域9測量的強度的改變推斷出陽極盤的老化狀態或磨損。此外，也 可將區域9內的絕對強度用作標準。
但優選地通過在區域9內的能量譜的改變確定老化狀態。在此情況中，對于區域9 對能量譜的部分區域的強度測量與區域9的部分的總強度測量相關。例如，為此執行兩次 測量，一次以濾波器14執行一次不使用濾波器執行。從對于所選擇的能量譜區域的X射線的相對強度推斷出陽極盤的老化狀態或粗糙度。為此目的，可執行測試測量并且總結出經 驗值，所述經驗值例如以表格形式存儲以供使用。基于此類表格，可相對容易地導出關于老 化狀態的說明。
在圖4中以流程圖的形式示出了根據本發明的老化確定的流程。在第一步驟31 中確定用于老化確定的參數(例如，對于在受側傾效應影響的角度區域內的高能量的相對 強度)的參考值I_ref (Heel)0對于新的或未磨損的X射線管確定該參考值。在X射線管 啟用之后，根據例如取決于運行持續時間的檢驗間隔確定對于參數的新的值I (Heel)(步 驟32)。借助于分析裝置(在圖3中附圖標記10)，將測得的參數值I (Heel)與參考值1_ ref (Heel)進行比較(步驟33)。例如借助于將經驗值編碼的表格將差異與磨損狀態相關 聯(步驟34)。最后，在最后的步驟35中進行關于磨損狀態的信息的輸出。相應于該信號， 必要時可更換管或陽極盤。
所建議的方法實現了對于盤粗糙度的狀態的無破壞的估計。在X射線診斷中的許 多成像系統已具有以之可測量確定的X射線劑量的檢測器。為此，通常不需要另外的硬件。
對于檢測器的劑量強度不足以觀測隨時間的改變的情況，老化確定更適合于通過 譜改變進行。在此，僅需測量相對強度而無需測量絕對強度。在X射線診斷中的許多成像 系統已具有以之可在不同角度下測量陽極的多種檢測器。目前，許多系統也已具有對于譜 的可變硬化的可移動的濾波器。所述濾波器可考慮用于測量系統的取決于角度的改變。
本發明不限于實施例。另外的構造和可能性可由專業人員通過對在實施例中給 出的元件進行常規的改變而獲得。
權利要求
1.一種用于確定以陽極盤(11)構成的X射線陽極(3)的磨損的方法，所述方法包括 -對于表征了通過取決于在借助所述X射線陽極(3)所產生的輻射(70，71，72，73)和陽極盤(11)之間的角度所影響的特征的參數，確定參考值(I_ref (Heel)), -在所述陽極(3)的特定的運行持續時間之后，對于參數確定一個值(I (Heel)),-將所確定的參數值(I (Heel))與所述參考值(I_ref (Heel))進行比較，和-將所述參數值(I (Heel))與參考值(I_ref (Heel))的偏差與所述陽極(3)的磨損狀態相關聯。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述特征涉及所產生的輻射的強度或能量譜。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述參數是對于在射線束的角度區域部分內的輻射強度的相對改變的度量或者是對于有關能量譜的改變的度量。
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述參數是對于能量譜的部分區域的相對輻射強度的度量。
5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，將濾波器(14)引導到輻射束的區域內，以便測量能量譜的部分區域的輻射強度。
6.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，使用擋板(12)，利用所述擋板(12)限制陽極側區域上的輻射。
7.一種用于確定以陽極盤(11)構成的X射線陽極(3)的磨損的裝置，所述裝置包括 -檢測器(6)，用于接收至少一個測量值，和 -分析裝置(10)，所述分析裝置被構造為 一用于從至少一個測量值中確定參數值(I (Heel))，其中所述參數(I (Heel))表征了通過取決于在借助所述X射線陽極(3)所產生的輻射和陽極盤(11)之間的角度所影響的特征， —將所確定的參數值(I (Heel))與參考值(I_ref (Heel))進行比較，和一將所述參數值(I (Heel))與所述參考值(I_ref (Heel))的偏差與所述陽極(3)的磨損狀態相關聯。
8.根據權利要求7所述的裝置，其特征在于，所述特征涉及所產生的輻射的強度或能量譜。
9.根據權利要求7或8所述的裝置，其特征在于，所述參數是對于在射線束的角度區域部分內的輻射強度的相對改變的度量或者是對于有關能量譜的改變的度量。
10.根據權利要求9所述的裝置，其特征在于，所述參數是對于能量譜的部分區域的相對輻射強度的度量。
11.根據權利要求10所述的裝置，所述裝置具有濾波器(14)，所述濾波器(14)可被引導到輻射束的區域內，以便測量能量譜的部分區域的輻射強度。
12.根據權利要求7至11中任一項所述的裝置，所述裝置具有擋板(12)，利用所述擋板(12)可限制陽極側區域上的輻射。
13.根據權利要求7至12中任一項所述的裝置，所述裝置具有用于將參數值與參考值的偏差與陽極(3)的磨損狀態相關聯的表格。
全文摘要
本發明涉及用于確定以陽極盤(11)構成的X射線陽極(3)的磨損的一種方法和一種裝置。在此，對于表征了通過取決于在借助X射線陽極(3)所產生的輻射(70，71，72，73)和陽極盤(11)之間的角度所影響的特征的參數，確定參考值(I_ref(Heel))。在特定的運行持續時間之后重新對于參數確定一個值(I(Heel))。通過將所確定的參數值(I(Heel))與參考值(I_ref(Heel))進行比較且將參數值(I(Heel))與參考值(I_ref(Heel))的偏差與陽極(3)的磨損狀態相關聯，確定磨損。本發明允許基本上不借助于附加的設備來監測陽極(3)的老化。
文檔編號H01J35/10GK103037607SQ20121036388
公開日2013年4月10日 申請日期2012年9月26日 優先權日2011年9月29日
發明者M.格拉斯拉克 申請人:西門子公司