компенсация колебаний анода в рентгеновских трубках с вращающимся анодом

Формула изобретения

1. Система для измерения и компенсации повторяющегося отклонения ( z) реального положения от желаемого положения фокального пятна пучка (FS) электронов, причем указанный пучок (ЕВ) электронов излучается электронным эмиттером катода рентгеновской трубки (С) в области мишени (AT) вращающегося анодного диска рентгеновской трубки (RA), причем указанная система включает в себя датчик (WS) положения, адаптированный для определения повторяющегося отклонения, по меньшей мере, за один его период, элемент отклонения пучка (BD) с интегрированным устройством управления, адаптированный для отклонения указанного пучка (ЕВ) электронов на основании результатов измерения, полученных с датчика (WS) положения, таким образом, что путь фокального пятна пучка электронов описывает определенную траекторию, причем указанная система адаптирована для измерения и компенсации периодического колебания угла наклона вращающегося анодного диска (RA) рентгеновской трубки относительно идеальной плоскости вращения, которая ориентирована по нормали к вращающемуся валу (S), на котором вращающийся анодный диск (RA) закреплен под наклоном в связи с погрешностью в процессе производства, причем указанный датчик (WS) положения адаптирован для определения отклонений указанного угла наклона во времени.

2. Система по п.1,

в которой указанный датчик (WS) положения включает в себя средство определения положения для определения амплитуды отклонения ( z), на которую положение фокального пятна (FS) отклоняется в направлении оси вращения (z) вращающегося вала (S) вращающегося анодного диска.

3. Система по п.2,

в которой указанный датчик (WS) положения используется как емкостный или оптический датчик, который обеспечивает информацию для определения амплитуды отклонения ( z) фокального пятна (FS).

4. Система по п.2,

в которой указанный датчик (WS) положения используется как датчик тока для измерения числа рассеянных электронов, пролетающих через щелевую диафрагму указанного датчика, причем из этого числа затем определена амплитуда отклонения ( z) фокального пятна (FS).

5. Система по п.2,

в которой указанный датчик положения (WS) сконфигурирован таким образом, чтобы получать указанную амплитуду отклонения ( z) с помощью сравнения каждого рентгеновского изображения, генерируемого системой рентгеновского излучения, к которой принадлежит указанная рентгеновская трубка (XT), по меньшей мере, с одним изображением с неподвижно закрепленной камеры, из чего может быть взята амплитуда отклонения ( z) фокального пятна (FS).

6. Система по любому из пп.1-5,

в которой интегральное устройство управления элемента (BD) отклонения пучка сконфигурировано таким образом, чтобы направлять указанный пучок (ЕВ) электронов таким образом, чтобы фокальное пятно (FS) электронного пучка в области мишени на генерирующей рентгеновское излучение поверхности вращающегося анодного диска (RA) оставалось в рамках плоскости (Р_схв ) центрального веерного пучка рентгеновского излучения (СХВ), где указанная плоскость задается плоскостью, которая лежит по существу на нормали к оси вращения вращающегося вала (S), и в которой лежит среднее во времени положение фокального пятна (FS).

7. Рентгеновская трубка (XT) с вращающимся анодом, содержащая систему по любому из пп.1-6.

8. Способ измерения и компенсации повторяющегося отклонения ( z) реального положения от желаемого положения фокального пятна (FS) пучка электронов, причем указанный пучок (ЕВ) электронов излучается электронным эмиттером катода (С) рентгеновской трубки в область мишени (AT) вращающегося анодного диска (RA) рентгеновской трубки, причем указанный способ содержит этапы определения повторяющегося отклонения в течение по меньшей мере одного его периода и отклонения указанного пучка (ЕВ) электронов на основании результатов измерений, полученных на этапе измерений, таким образом, что путь фокального пятна пучка электронов описывает определенную траекторию,

адаптированный для измерения и компенсации периодического колебания угла наклона вращающегося анодного диска (RA) рентгеновской трубки относительно идеальной оси вращения, которая ориентирована по нормали ко вращающемуся валу (S), на котором вращающийся анодный диск (RA) закреплен под наклоном в связи с погрешностью в процессе производства, при этом указанный этап определения адаптирован для определения отклонений указанного угла наклона во времени.

9. Способ по п.8,

в котором указанный пучок (ЕВ) электронов регулируется таким образом, чтобы фокальное пятно (FS) электронного пучка в области мишени на генерирующей рентгеновское излучение поверхности вращающегося анодного диска (RA) оставалось в рамках плоскости (Р_схв) центрального веерного пучка рентгеновского излучения (СХВ), при этом указанная плоскость задается плоскостью, которая лежит по существу на нормали к оси вращения вращающегося вала (S), и в которой лежит среднее во времени положение фокального пятна (FS).

10. Способ по п.9,

в котором указанный пучок (ЕВ) электронов регулируется так, что путь фокального пятна пучка электронов описывает эллиптическую траекторию.

11.Способ по п.9,

в котором указанный пучок (ЕВ) электронов регулируется таким образом, что путь фокального пятна пучка электронов описывает определенную траекторию таким образом, чтобы компенсировать вибрации установки и эффекты, связанные с изгибом анодного диска, помимо компенсации периодического колебания угла наклона вращающегося анодного диска.

12. Способ по любому из пп.8-11,

в котором указанный этап измерения используется в процессе производства системы для осуществления указанного способа и, оптимально, повторяется в процессе работы, чтобы сделать возможной повторную калибровку указанной системы.

13. Устройство обработки данных, содержащее компьютерный программный продукт для осуществления способа по любому из пп.8-12 при запуске средства обработки данных системы по любому из пп.1-6.

Описание изобретения к патенту

Область техники, к которой относится изобретение

Данное изобретение относится к рентгеновским трубкам с вращающимся анодом для генерации веерного пучка рентгеновских лучей. Более конкретно, изобретение занимается системой и способом компенсации связанных с системой отклонений положения фокального пятна в области мишени вращающегося анода и, в частности, компенсации колебаний анода в указанной выше рентгеновской трубке, которое происходит в виде периодически колеблющегося угла наклона плоскости вращения анодного диска относительно идеальной плоскости вращения, которая ориентирована нормально по отношению к оси вращения вращающегося вала, на который установлен под наклоном анодный диск, в связи с погрешностью в процессе ее производства. С этой целью пучок электронов, генерируемый термоионным или каким-либо другим электронным эмиттером катода трубки, и, таким образом, положение фокального пятна в площади мишени поверхности анодного диска, генерирующей рентгеновское излучение (анодная мишень), регулируются таким образом, чтобы фокальное пятно всегда оставалось в плоскости центрального веерного пучка рентгеновского излучения.

Уровень техники изобретения

Традиционные рентгеновские трубки, работающие с большой мощностью, обычно включают в себя вакуумную камеру (баллон трубки), которая удерживает катодную нить, через которую пропускается ток нагрева или нити. Потенциал высокого напряжения, обычно порядка между 40 кВ и 160 кВ, прикладывается между излучающим электроны катодом и анодом трубки. Этот потенциал напряжения заставляет излучаемые катодом электроны ускоряться в направлении анода. Пучок излучаемых электронов затем сталкивается на малой площади поверхности (фокальном пятне) с поверхностью анода с существенной кинетической энергией для генерации рентгеновских лучей, состоящих из фотонов большой энергии, которые затем могут быть использованы, например, в медицинской рентгенографии или для анализа материалов.

Рентгеновские трубки с вращающимся анодом были впервые собраны в 1930-х. По сравнению со стационарными анодами вращающийся анод предоставляет преимущество, которое заключается в том, что он может распределять тепловую энергию, которая накапливается в области фокального пятна анодной мишени вдоль большей поверхности фокального кольца (также называемого «фокальной дорожкой»). Это позволяет увеличить мощность на короткие периоды работы. Тем не менее, так как анодный диск теперь вращается в вакууме, передача тепловой энергии из баллона трубки не так эффективна, как жидкое охлаждение, используемое в стационарных анодах. Вращающиеся аноды, таким образом, сконструированы с большой тепловой емкостью под фокальным пятном и хорошим обменом за счет излучения между анодным диском и баллоном трубки. Необходим минимальный диаметр анодного диска, который составляет между 80 и 240 мм, который вызывает небольшое колебание вплоть до примерно 0,05 мм. Это существенно относительно размера оптического фокального пятна, который составляет до 0,15 мм (на представленном виде, как видно из детектора рентгеновского излучения системы рентгеновского излучения, которая включает в себя указанную рентгеновскую трубку).

Сущность изобретения

В традиционных рентгеновских трубках с вращающимся анодом, которые сегодня доступны на рынке, вращающийся анод никогда не устанавливается прямо на вал анода в связи с технологическими отклонениями и погрешностями в процессе производства. По этой причине обычно присутствует определенный эффект колебания, который приводит к периодической смене положения фокального пятна на анодной мишени. В результате этого фокальное пятно может быть размытым. Таким образом, целью данного изобретения является преодоление этой проблемы.

Ввиду такой цели, первый вариант осуществления данной заявки относится к системе для измерения и компенсации повторяющегося отклонения фактического положения от желаемого положения фокального пятна пучка электронов, причем указанный пучок электронов излучается электронным эмиттером катода рентгеновской трубки в область мишени вращающегося анодного диска рентгеновской трубки, где указанная система включает в себя датчик положения для определения повторяющегося отклонения, по меньшей мере, за один его период, элемент отклонения пучка с интегрированным устройством управления для отклонения указанного пучка электронов на основании результатов измерений, полученных от датчика положения.

В соответствии с предпочтительным аспектом этого варианта осуществления указанная система может, в частности, быть адаптирована для измерения и компенсации периодического колебания угла наклона вращающегося анодного диска рентгеновской трубки относительно идеальной плоскости вращения, которая ориентирована по нормали к вращающемуся валу, на котором вращающийся анодный диск закреплен под наклоном в связи с погрешностью в процессе производства, где указанный датчик положения адаптирован для определения отклонений указанного угла наклона во времени.

В соответствии с предлагаемым изобретением, в частности, может быть предусмотрено, чтобы указанный датчик положения включал в себя средства определения положения для определения амплитуды отклонения, с которой положение фокального пятна отклоняется в направлении оси вращения вращающегося вала вращающегося анодного диска. В связи с этим указанный датчик положения может быть использован как емкостный или оптический датчик, который обеспечивает получение информации для определения амплитуды отклонения фокального пятна. В качестве альтернативы указанный датчик может также быть использован как датчик тока для измерения числа рассеянных электронов, пролетающих через щелевую диафрагму указанного датчика, причем из этого номера затем определяется амплитуда отклонения фокального пятна. В соответствии с третьей альтернативой, указанный датчик положения может быть сконфигурирован таким образом, чтобы получать указанную амплитуду отклонения с помощью сравнения каждого рентгеновского изображения, генерируемого системой рентгеновского излучения, к которой принадлежит указанная рентгеновская трубка, по меньшей мере, с одним изображением с неподвижно закрепленной камеры, из чего может быть определена амплитуда отклонения фокального пятна.

Интегральное устройство управления элемента отклонения пучка может быть, предпочтительно, сконфигурировано таким образом, чтобы направлять указанный поток электронов таким образом, чтобы фокальное пятно электронного пучка в области мишени на генерирующей рентгеновское излучение поверхности вращающегося анодного диска оставалось в рамках плоскости центрального веерного пучка рентгеновского излучения, где указанная плоскость задается плоскостью, которая направлена практически по нормали к оси вращения вращающегося вала, в которой находится среднее во времени положение фокального пятна.

Например, интегральное устройство управления элемента отклонения пучка может быть сконфигурировано таким образом, чтобы направлять указанный пучок электронов таким образом, чтобы путь фокального пятна пучка электронов описывал эллиптическую траекторию. В соответствии с альтернативой указанное устройство управления может быть сконфигурировано таким образом, чтобы направлять указанный пучок электронов таким образом, чтобы путь фокального пятна пучка электронов описывал определенную траекторию, таким образом, чтобы компенсировать вибрацию установки и эффекты, связанные с изгибом анодного диска, помимо компенсации периодического колебания угла наклона вращающегося анодного диска.

Таким же путем компенсации составляющих положения фокального пятна, которые направлены практически перпендикулярно к поверхности анодного диска (и, таким образом, практически параллельно оси симметрии z вращающегося вала анода), также те составляющие нарушений положения фокального пятна могут быть скомпенсированы, которые направлены по касательной (т.е. ориентированы в азимутальных направлениях) к анодному диску, путем измерения этих составляющих и отклонения пучка электронов в соответствующем тангенциальном направлении.

Второй примерный вариант осуществления данной заявки направлен на рентгеновскую трубку с вращающимся анодом, которая включает в себя систему, такую как описанная выше со ссылкой на указанный первый примерный вариант осуществления.

Третий примерный вариант осуществления данной заявки относится к способу измерения и компенсации повторяющегося отклонения реального положения от желаемого положения фокального пятна пучка электронов, причем указанный пучок электронов излучается электронным эмиттером катода рентгеновской трубки в область мишени вращающегося анодного диска рентгеновской трубки, где указанный способ включает в себя этапы определения повторяющегося отклонения за последний его период и отклонения указанного пучка электронов на основании результатов измерений, полученных на этапе измерений.

В соответствии с предпочтительным аспектом этого варианта осуществления указанный способ может быть адаптирован для измерения и компенсации периодического колебания угла наклона вращающегося анодного диска рентгеновской трубки относительно идеальной оси вращения, которая ориентирована по нормали ко вращающемуся валу, на котором вращающийся анодный диск закреплен под наклоном в связи с погрешностью в процессе производства, где указанный датчик положения адаптирован для определения отклонений указанного угла наклона во времени.

Предпочтительно, указанный пучок электронов может быть отклонен таким образом, чтобы фокальное пятно электронного пучка в области мишени на генерирующей рентгеновское излучение поверхности вращающегося анодного диска оставалось в рамках плоскости центрального веерного пучка рентгеновского излучения, где указанная плоскость задается плоскостью, которая направлена практически по нормали к оси вращения вращающегося вала, в которой находится среднее во времени положение фокального пятна.

Пучок электронов, таким образом, может быть направлен так, чтобы путь фокального пятна пучка электронов описывал эллиптическую траекторию. Как вариант, указанный пучок электронов может быть направлен таким образом, чтобы путь фокального пятна пучка электронов описывал определенную траекторию таким образом, чтобы компенсировать вибрацию установки и эффекты, связанные с изгибом анодного диска, помимо компенсации периодического колебания угла наклона вращающегося анодного диска.

В соответствии с данным изобретением может быть также обеспечено, чтобы указанный этап измерения использовался в процессе производства системы для осуществления указанного способа и, как вариант, повторялся в процессе работы, чтобы сделать возможной калибровку указанной системы. В указанном этапе измерения амплитуда, на которую отклоняется положение фокального пятна в направлении оси вращения вращающегося вала анода, может, таким образом, быть определена с помощью измерения положения фокального пятна для определенной фазы анода для различных температурных условий, которые могут влиять на эффект колебания.

Наконец, четвертый примерный вариант осуществления данной заявки относится к продукту программного обеспечения для использования способа, как описано со ссылкой на указанный третий примерный вариант осуществления при запуске устройства обработки данных системы, как описано со ссылкой на указанный первый примерный вариант осуществления.

Краткое описание чертежей

Эти и другие преимущественные аспекты изобретения будут разъяснены с помощью примеров с учетом вариантов осуществления, описанных здесь и далее, и со ссылкой на приложенные чертежи. Где:

Фиг.1а изображает традиционную конфигурацию компоновки мобильной вращающейся рентгеновской сканирующей системы на основе С-дуги для использования в томографической рентгенографии, как известно из известной области техники.

Фиг.1b изображает схематический вид в поперечном сечении традиционной рентгеновской трубки с вращающимся анодом, известной в известной области техники, которая может быть использована как источник рентгеновского излучения во вращающейся рентгеновской сканирующей системе на основе С-дуги с Фиг. 1а.

Фиг.2а в качестве примера изображает две фазы вращения (положения колебания) вращающегося анода традиционной рентгеновской трубки, закрепленного под углом на его валу анода в схематическом виде в поперечном сечении, причем указанные фазы сдвинуты на угол наклона в 180° друг относительно друга и характеризуются различными углами наклона вращающегося анодного диска относительно плоскости вращения вращающегося анода, что иллюстрирует то, что положение фокального пятна пучка электронов, сталкивающегося в конусообразно наклоненной области мишени с излучающей рентгеновское излучение поверхностью анодного диска, постоянно изменяется с фазой вращения в связи с указанным эффектом колебания.

Фиг.2b изображает схематический вид в поперечном сечении закрепленного под углом вращающегося анода с Фиг.2а, изображенного в первой фазе вращения, где анодный диск наклонен влево относительно оси вращения вращающегося анода таким образом, что положение фокального пятна пучка электронов, сталкивающегося в области мишени с излучающей рентгеновское излучение поверхностью анодного диска, лежит в плоскости центрального веерного пучка рентгеновского излучения.

Фиг.2с изображает схематический вид в поперечном сечении закрепленного под углом вращающегося анода с Фиг.2а, изображенного во второй фазе вращения, полученной после половины оборота вращающегося анодного диска вокруг оси вращения его вращающегося вала или нечетного числа таких вращений, что изображает, что анодный диск наклонен вправо относительно оси вращения вращающегося анода таким образом, что положение фокального пятна пучка электронов, сталкивающегося в области мишени с излучающей рентгеновское излучение поверхностью анодного диска, уже не лежит в плоскости центрального веерного пучка рентгеновского излучения.

Фиг.3а изображает систему для измерения и компенсации периодического колебания угла наклона анодного диска относительно его оси вращения, в качестве примера проиллюстрированную для двух указанных выше фаз вращения закрепленного под углом вращающегося анода традиционной рентгеновской трубки, как изображено на Фиг.2а.

Фиг.3b изображает схематический вид в поперченном сечении закрепленного под углом вращающегося анода с Фиг. 3а, изображенного в первой фазе вращения, где анодный диск наклонен влево относительно оси вращения вращающегося анода таким образом, что положение фокального пятна пучка электронов, сталкивающегося в области мишени с излучающей рентгеновское излучение поверхностью анодного диска, лежит в плоскости центрального веерного пучка рентгеновского излучения.

Фиг.3с изображает схематический вид в поперечном сечении закрепленного под углом вращающегося анода с Фиг.3а, изображенного во второй фазе вращения, полученной после половины оборота вращающегося анодного диска вокруг оси вращения его вращающегося вала или нечетного числа таких вращений, что изображает, что анодный диск наклонен вправо относительно оси вращения вращающегося анода таким образом, что пучок электронов нужно отклонить влево в соответствии с полученным выходным сигналом датчика положения, чтобы сделать так, чтобы положение фокального пятна пучка электронов, сталкивающегося в области мишени с излучающей рентгеновское излучение поверхностью анодного диска, лежало в плоскости центрального веерного пучка рентгеновского излучения.

Подробное описание данного изобретения

Далее проблемы, которые необходимо решить, также как и предпочтительные варианты осуществления, будут разъяснены более подробно и со ссылкой на приложенные чертежи.

На Фиг.1а изображена традиционная конфигурация компоновки мобильной вращающейся рентгеновской сканирующей системы на основе С-дуги для использования в томографической рентгенографии, как известно из соответствующей известной области техники (например, многое раскрыто в US 2002/0168053 А1). Отображенная система CT включает в себя источник рентгеновского излучения SO и датчик рентгеновского излучения D, расположенный на противоположных концах С-дуги СА, которая крепится за шейку таким образом, чтобы она могла вращаться вдоль горизонтальной пропеллерной оси PA и горизонтальной оси C-дуги САА, перпендикулярной указанной пропеллерной оси, с помощью крепления С-дуги М, таким образом, позволяя указанному источнику рентгеновского излучения и датчику рентгеновского излучения поворачиваться на углы вращения ( ₁ и ₂, соответственно) вокруг y- и/или z-оси неподвижной трехмерной декартовой системы координат, образованной ортогональными осями координат x, y и z, где ось x имеет направление оси С-дуги САА, ось y является вертикальной осью, направленной по нормали к плоскости стола для пациента (z-x-плоскость), а ось z имеет направление пропеллерной оси PA. Ось С-дуги САА, которая указывает в направлении, направленном по нормали к плоскости чертежа (y-z-плоскость), таким образом, проходит через изоцентр IC структуры C-дуги. Прямая соединительная линия между положением фокального пятна источника рентгеновского излучения SO и центральным положением датчика рентгеновского излучения D пересекает пропеллерную ось PA и ось С-дуги САА в координатах изоцентра IC. С-дуга СА крепится за шейку с помощью L-захвата LA таким образом чтобы она могла вращаться вокруг оси L-захвата LAA, которая имеет направление оси y и пересекает пропеллерную ось PA и ось С-дуги САА в координатах изоцентра IC. Элемент управления CU предоставляется для непрерывного контроля работы, по меньшей мере, двух двигателей, которые используются для перемещения источника рентгеновского излучения SO и датчика рентгеновского излучения D вдоль специальной траектории вокруг интересующего объекта, который расположен в области изоцентра IC внутри сферической области (зоне осмотра), закрытой С-дугой CA при вращении вокруг оси L-захвата LAA или пропеллерной оси PA. Из Фиг.1а можно легко понять, что С-дуга СА с датчиком рентгеновского излучения D и источником рентгеновского излучения SO может вращаться вокруг оси С-дуги САА, при том, что в то же время крепление С-дуги M вращается вокруг пропеллерной оси PA, и получается проекционное изображение объекта, интересного с точки зрения изучения.

Схематичный вид в поперечном сечении традиционной рентгеновской трубки с вращающимся анодом, известной из известного уровня техники, изображен на Фиг.1b. Рентгеновская трубка включает в себя стационарный катод С и вращающуюся анодную мишень AT, неподвижно соединенную с вращающимся валом S, внутри вакуумной камеры CH, представленной в виде стеклянной или металлической колбы. При воздействии пучком электронов EB достаточной энергии, сталкивающихся в области фокальной дорожки с наклоненной поверхностью анодной мишени, причем указанные электроны выделяются из материала анодной мишени в связи с высоким напряжением, приложенным между катодом и указанным анодом, вращающейся анодной мишенью AT генерируется конусообразный пучок рентгеновского излучения XB, и он излучается через отверстие W корпуса CS, который включает в себя вакуумную камеру.

Как уже объяснялось выше, вращающийся анод никогда не устанавливается прямо на вал анода из-за технологических отклонений и погрешности в процессе производства. Таким образом, определенный эффект колебаний обычно проявляется, что приводит к периодическому изменению положения фокального пятна на анодной мишени, таким образом, что фокальное пятно может быть размытым. Фиг.2а в качестве примера изображает две отдельные фазы вращения вращающегося анода RA традиционной рентгеновской трубки, закрепленного под углом на его валу анода S в схематическом виде в поперечном сечении. Как отображено на этом чертеже, эти фазы вращения, которые сдвинуты на угол наклона в 180° друг относительно друга, характеризуются различными углами наклона вращающегося анодного диска RA относительно плоскости вращения вращающегося анода. Фиг.2а, таким образом, иллюстрирует то, что положение фокального пятна FS пучка электронов EB, сталкивающегося в конусообразно наклоненной области мишени с излучающей рентгеновское излучение поверхностью анодного диска, постоянно изменяется с фазой вращения в связи с указанным эффектом колебания. В случае, когда радиальный размер фокального пятна FS мал, абсолютное значение амплитуды колебаний составляет, по меньшей мере, значительную его часть (особенно при большом анодном диске), а длительность воздействия находится в интервале периода вращения анода или больше. Как следствие, фокальное пятно FS размыто таким образом, что либо страдает качество получаемого изображения, либо номинальная мощность и оптический размер пучка электронов (который означает диаметр фокального пятна FS) должны уменьшиться соответственно, чтобы позволить размеру среднего за время фокального пятна FS остаться в рамках предусмотренной конструкции.

На Фиг.2b схематический вид в поперечном сечении установленного под углом вращающегося анода RA с Фиг. 2а изображен в первой фазе вращения (также называемой «первым состоянием колебания») при угле вращения (с [0°; 360°]), где анодный диск наклонен влево относительно оси вращения вращающегося анода RA таким образом, что положение фокального пятна FS пучка электронов EB, сталкивающегося в области мишени AT с излучающей рентгеновское излучение поверхностью анодного диска, лежит в плоскости P_CXB центрального веерного пучка рентгеновского излучения CXB, причем последняя задается плоскостью, которая направлена практически по нормали к оси вращения вращающегося вала анода S, в которой среднее по времени положение фокального пятна FS находится. В идеале, P _CXB может быть описана нормалью Гессе с z=0 плоскости вращения анодного диска. Для сравнения, Фиг.2с изображает схематический вид в поперечном сечении закрепленного под углом вращающегося анода RA с Фиг.2а, изображенного во второй фазе вращения («втором состоянии колебания») при угле вращения +(2k+1) 180° (c ), то есть, полученной после половины оборота вращающегося анодного диска RA вокруг оси вращения его вращающегося вала S или нечетного числа таких вращений. На этой фигуре анодный диск RA наклонен вправо относительно оси вращения вращающегося анода таким образом, что положение фокального пятна FS пучка электронов EB, сталкивающегося в области мишени AT с излучающей рентгеновское излучение поверхностью анодного диска, уже не лежит в плоскости P_CXB центрального веерного пучка рентгеновского излучения CBX.

Если вращающийся анодный диск RA вращается на 180° в направлениях + или - от ситуации, изображенной на Фиг.2b к ситуации, изображенной на Фиг.2с, положение фокального пятна FS излучающей рентгеновское излучение поверхности анодной мишени AT отклоняется на амплитуду отклонения z в -z-направлении, где z описывает направление оси вращения анодного вала. И наоборот, если анодный диск RA вращается на 180° в направлениях + или - от ситуации, изображенной на Фиг.2с, к ситуации, изображенной на Фиг.2b, положение фокального пятна FS излучающей рентгеновское излучение поверхности анодной мишени AT отклоняется на амплитуду отклонения z в +z-направлении. Это происходит потому, что вращающийся анод закреплен под углом к плоскости вращения анодного диска (последняя ориентирована в направлении, нормальном оси вращения я вращающегося вала анода S), и пучок электронов EB обычно параллелен этой оси вращения.

Отклонение амплитуды z может, таким образом, меняться между 30 мкм (в случае новой трубки) и несколькими сотнями микрометров (в случае использованной трубки). Если z достигает существенной доли спроецированного диаметра фокального пятна l, в перспективе в направлении z, как при рассмотрении с точки наблюдения, которая расположена на плоскости P_CXB центрального потока рентгеновского излучения CXB с правой стороны анодного диска RA, изображенного на Фиг.2а, и если длительность импульса рентгеновского излучения составляет порядка половины периода вращения анода или больше, рентгеновское изображение размыто. Чтобы избежать этого эффекта размытия, размер фокального пятна должен быть уменьшен, что приводит к уменьшению номинальной мощности.

В соответствии с данным изобретением указанный эффект колебания компенсируется радиальным отклонением пучка электронов EB, генерируемого термоионным или каким-либо другим электронным эмиттером катода трубки С, до столкновения с областью мишени AT вращающегося анодного диска. С этой целью указанный пучок электронов EB направляется таким образом, что положение его фокального пятна FS, который расположен на генерирующей рентгеновское излучение (обычно конусообразно наклоненной) поверхности анодной мишени AT, остается внутри плоскости P_CXB центрального веерного пучка рентгеновского излучения CBX. Это обычно приводит к эллиптической форме траектории дорожки фокального пятна. Тем не менее пучок электронов EB может быть также направлен таким образом, что он следует любой другой траектории фокальной дорожки таким образом, чтобы компенсировать любые другие отклонения помимо эффекта периодического колебания, вызванного постоянным изменением угла наклона установленного под углом вращающегося анодного диска RA.

Как изображено на Фиг.3а, данное изобретение, таким образом, предоставляет систему для измерения и компенсации периодического колебания угла наклона анодного диска относительно его оси вращения (последняя ориентирована по нормали к оси вращения вращающегося вала S), которая в качестве примера проиллюстрирована для двух указанных выше фаз вращения установленного под углом вращающегося анода традиционной рентгеновской трубки, как изображено на Фиг.2а. Указанное измерение, которое может быть осуществлено датчиком положения WS в процессе работы и (как вариант) повторено в процессе работы рентгеновской трубки XT, может, таким образом, быть реализовано с помощью измерения положения фокального пятна для определенной фазы анода для различных температурных условий, которые могут влиять на эффект колебания (например, через изгиб анодного диска). На основании этого измерения информация управления, которая получается из результатов измерения указанного датчика положения WS, подается на интегрированный элемент отклонения пучка BD от указанной рентгеновской трубки XT, где указанный элемент отклонения пучка используется, чтобы соответствующим образом направить пучок электронов EB, излучаемый термоионным или каким-либо другим электронным эмиттером катода трубки. В процессе работы указанное измерение может быть повторено для того, чтобы повторно калибровать систему. Помимо описанного выше эффекта колебания другие отклонения, связанные с системой (такие как, например, вибрация установки или изгиб анодного диска), могут быть также, по меньшей мере, частично скомпенсированы при использовании заявленной системы и способа.

Для изображения заявленного способа Фиг.3b изображает схематический вид в поперечном сечении установленного под углом вращающегося анода RA с Фиг.3а при изображении в указанной выше первой фазе вращения, где анодный диск наклонен влево относительно оси вращения вращающегося анода RA таким образом, что положение фокального пятна FS пучка электронов EB, сталкивающегося в области мишени AT с излучающей рентгеновское излучение поверхностью анодного диска, лежит в плоскости P_CXB центрального веерного пучка рентгеновского излучения CXB. Как можно увидеть из фигуры, амплитуда отклонения z положения фокально пятна FS в этом идеальном случае равна нулю.

Для сравнения, Фиг.3с изображает схематический вид в поперечном сечении установленного под углом вращающегося анода RA с Фиг.3а при изображении в указанной выше второй фазе вращения, получаемой после половины оборота вращающегося анодного диска вокруг оси вращения его вращающегося вала S или нечетного числа таких оборотов. Фиг.3с, таким образом, изображает, что анодный диск наклонен вправо относительно оси вращения вращающегося анода RA таким образом, что пучок электронов EB, излучаемый термоионным или каким-либо другим электронным эмиттером катода трубки, должен быть отклонен влево в соответствии с полеченным сигналом указанного датчика положения WS, чтобы заставить положение фокального пятна FS пучка электронов EB, сталкивающегося в области мишени AT с излучающей рентгеновское излучение поверхностью анодного диска, лежать в плоскости P_CXB центрального веерного пучка рентгеновского излучения CBX.

Предлагаемая система и способ ведут, таким образом, к улучшенной нагрузке и точности положения фокального пятна, также как и к улучшенному качеству изображения. С другой стороны, следует отметить, что описанные выше работы по компенсации точны только в центральном веерном пучке рентгеновского излучения CXB. Тем не менее фокальное пятно FS устанавливается для этого направления, и наиболее важной областью рентгеновского изображения обычно является его центр.

Применение данного изобретения

Изобретение может быть, в частности, применено в рентгеновских трубках с вращающимся анодом для использования в медицине, связанной с рентгеновским излучением, и отличной от медицинской областях применения, где необходимо генерировать рентгеновские изображения с улучшенным качеством изображений, также как с улучшенной нагрузкой. Изобретение может также быть преимущественно применено в тех рентгеновских трубках указанного выше типа, где смазывание фокального пятна, которое в последствии может привести к существенному ухудшению качества получаемого изображения, вызвано эффектами колебания анода и другими типами механических отклонений, такими как, например, вибрация установки и изгиб анодного диска.

При том, что данное изобретение было подробно проиллюстрировано и описано на чертежах и приведенном выше описании, такое иллюстрирование и описание следует понимать как иллюстрирующие или примерные, а не как ограничивающие, что означает, что изобретение не ограничено раскрытыми вариантами осуществления. Другие вариации раскрытых вариантов осуществления могут быть поняты и реализованы специалистами в данной области техники на практике для заявленного изобретения из изучения чертежей, раскрытия и приложенной формулы изобретения. В формуле изобретения слово «включающий» не исключает других элементов или этапов, а использование единственного числа не исключает множественности. Более того, следует отметить, что любые ссылочные символы в формуле изобретения не должны толковаться как ограничивающие объем изобретения.

Список ссылочных обозначений

AB Тело анода

AT Анодная мишень

B Шариковый подшипник

BD Элемент отклонения пучка

C Излучающий электроны катод в виде нити

CA C-дуга

CAA Горизонтальная ось С-дуги, перпендикулярная пропеллерной оси PA

CH Вакуумная камера

CS Корпус рентгеновской трубки (баллон трубки)

CoS Система охлаждения

CU Элемент управления

CXB Центральный веерный пучок рентгеновского излучения CXB

D Датчик рентгеновского излучения

EB Пучок электронов

FS Фокальное пятно (также обозначает его положение)

HVG Генератор высокого напряжения

IC Изоцентр

LA L-захват

LAA Ось L-захвата

LSH Свинцовая защита

M Крепление С-дуги

MF Механическое крепление

O Масло

OC Масляный ввод

P Вывод высокого напряжения

PA Горизонтальная пропеллерная ось

P_CXB Плоскость центрального веерного пучка рентгеновского излучения CXB

PT Стол для пациента

RA Вращающийся анод (здесь также называемый анодным диском), который включает в себя указанное тело анода AB и анодную мишень AT

RO Ротор

S Вращающийся вал

SO Источник рентгеновского излучения

ST Статор

VC Вакуум

W Отверстие

WS Датчик положения

XB Пучок рентгеновского излучения

XT Рентгеновская трубка

h Выступающая высота вала S над плоскостью P_CXB

l Спроецированный диаметр фокального пятна FS, в перспективе в направлении z, как при рассмотрении с точки наблюдения, которая расположена на плоскости P_CXB центрального потока рентгеновского излучения CXB с правой стороны анодного диска RA, изображенного на Фиг. 2а и 3а.

z Ось вращения (=ось симметрии вращающегося анода RA)

z Повторяющееся отклонение (амплитуда отклонения) положения фокального пятна FS в направлении ±z в связи с эффектом колебания вращающегося анодного диска RA

± Угол вращения (положительный или отрицательный) вращающегося анодного диска RA

Заданная фаза вращения (с [0°; 360°[)

₁ Угол вращения вокруг оси y неподвижной трехмерной декартовой системы координат, образованной ортогональными осями координат x, y и z

₂ Угол вращения вокруг оси z неподвижной трехмерной декартовой системы координат

x Ось x неподвижной декартовой системы координат, указывающая направление оси С-дуги САА

y Ось y неподвижной декартовой системы координат, указывающая направление оси L-захвата LAA

z Ось z неподвижной декартовой системы координат, указывающая направление пропеллерной оси PA.