专利名称：用于确定x 射线阳极的磨损的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于确定以阳极盘构成的X射线阳极的磨损的一种方法和一种装置。
技术背景
X射线辐射具有从材料测试直至诊断和治疗的医疗使用的广泛的应用领域。为产 生X射线辐射，典型地使用称为X射线管的装置。X射线管通过阳极和阴极构成。通过将阴 极加热产生自由电子，所述自由电子通过在阳极方向上的加速电压被加速。在到达阳极时， 自由电子的能量部分地被转化为X射线辐射。X射线辐射然后通过为其设置的窗射出并且 在此对准待检查或待处理的对象。
将通常所谓的旋转阳极用作阳极，所述旋转阳极在产生射线期间旋转，以便由此 反作用于发热或者实现更好的导热。旋转阳极X射线管由于高功率要求(特别是在医疗应 用中的高功率要求)是磨损部件。在替换部件方面，具有重要意义的是，在部件的故障前已 经确定其状态，以便及时进行更换。除了真空密封和电子发射器以及阴极之外，在X射线管 中，阳极盘是主要磨损部件。由于交变热负荷导致阳极表面的粗糙，这导致辐射功率的损 失。负荷也可表现为阳极的熔融和裂纹形成。通过该缺陷使X射线剂量率降低。管最后不 可使用。
X射线管磨损进展的速度取决于X射线拍摄的类型或在此出现的负荷。因此，例如 高功率拍摄比透射运行中的X射线拍摄导致明显更快的损伤。所使用的旋转阳极的状态因 此是为保证及时替换而必须确定的重要信息。阳极状态或磨损现象在已安装的阳极盘中在 自身测量技术上不可达到，因为直接测量必须在辐射器的真空壳体内执行。
检验磨损过程的可能性在于使旋转阳极X射线管经受标准化的负荷程序，并且在 此持续测量在使用寿命期间的剂量率。但剂量降低测量非常强烈地由检查结构确定。此外， 作为所使用的旋转阳极X射线管的老化值的剂量率的事后确定不可能进行或仅可不精确 地进行。因此，存在对于用于检验X射线阳极的状态的附加的方法的需求。
在DD 268892A1中因此建议，通过磨蚀方法(例如，磨削)来确定作为老化的度量 的焦轨的区域内的裂纹深度，并且从定标曲线(Eichkurven)计算剂量下降。在该方法中将 焦轨面的裂纹图像通过入射光显微镜视觉地跟踪。该方法是昂贵的并且要求附加的设备。 值得希望的是，提供基本上仅使用对于X射线检查总之已存在的仪器设备的更低开销的方 法。发明内容
本发明要解决的技术问题是，实现X射线阳极的磨损的低开销的确定。
上述技术通过根据本发明的方法和装置来解决。
本发明利用的是，由X射线管所产生的辐射的角度相关性随着管的老化的增加而 改变。因此，从受到借助X射线阳极产生的辐射的角度相关性所影响的特征出发确定老化。 角度相关性在此涉及在阳极盘和所产生的射线之间的角度。该角度相关性也称为侧倾效应(Heel-Effekt)。因此，例如辐射的强度和能量谱取决于该角度。典型地，阳极侧的强度下 降并且规定向更高的能量的移动(辐射硬化)。该不均匀性或角度相关性取决于阳极盘的状 态。随着磨损的增加而发生粗糙，这降低了角度相关性。
根据本发明使用至少一个参数，所述参数表征了受角度相关性影响的特征。该参 数例如可以是在那里发生了明显的削弱的角度区域内的绝对强度或相对强度。在使用相对 强度时，该相对强度涉及相对均匀的辐射区域或涉及平均强度。替代地，所考虑的特征是射 线在阳极侧的硬化。例如通过确定能量谱的部分的相对强度来获得度量或定量的参数值。 为此目的可使用滤波器，所述滤波器例如滤除低能射线。将所透过的辐射的强度与总强度 相比较。该比例作为阳极盘老化的结果而改变。在后者情况中，即，使用能量谱的区域的相 对强度，可通过挡板将测量限制在阳极侧的区域上，在那里在磨损过程中辐射硬化的改变 是最明显的。
上述至少一个角度相关的参数被考虑为用于确定老化或磨损。例如，在管启动的 时该确定参考值，并且随后将其与为检验而记录的值相比较。该参数的改变然后可以通过 阳极的磨损状态来校正或表现为对于其磨损状态的度量。
阳极的老化状态的检验可以以确定的维护间隔进行，所述维护间隔例如依据运行 持续时间。在此可灵活地定义运行持续时间，并且例如一般地涉及阳极的老化(制造之后所 经历的时间)或表现为用于产生X射线的使用的时间段，其中在第二种情况下也可以考虑根 据使用类型的使用时间的权重。
下面在实施例的范围内详细描述本发明。附图中
图1示出了 X射线管，
图2示出了旋转阳极，
图3示出了根据本发明的装置，和
图4示出了根据本发明的方法的流程图。
具体实施方式
在图1中示出了 X射线管I。X射线管I以阴极2和阳极3构成。在运行中将阴 极加热，从而发射电子4。通过激励的阳极电压或加速电压Ua，将电子在阳极3的方向上加 速。在电子到达阳极3时产生X射线辐射，所述X射线辐射通过(未绘出的)视窗从包围了 阴极2和阳极3的真空壳体5发出且借助检测器6检测。在使用中在管I和检测器6之间 放置待检查的对象。X射线辐射被对象的削弱则提供了信息，由该信息可获得对象特征。
阳极3典型地是盘形旋转阳极。通过在运行中阳极的旋转，在电子束重新到达该 位置之前，通过到达的电子所产生的热可在旋转期间在阳极盘内分布。以此方式可实现高 得多的功率。此类旋转阳极的盘11的结构在图2中示出。在旋转阳极盘11的支承部分13 上安装了由发射材料制成的发射层15，从所述发射层15通过电子轰击发射了 X射线辐射 70。电子束4到达发射层15上的所谓的焦斑19内。通过旋转阳极的旋转，在焦斑19内产 生的热沿着焦点环20分布。
在图1中示出了三个通过X射线管所产生的射线71、72和73。这些射线从相同的焦点出发在不同的角度方向上发射。在用语上，将两个方向进行区分，即阴极侧和阳极侧。 在射线71的情况中称为阴极侧射线，在射线73的情况中称为阳极侧射线。即，阳极侧辐射 与另外地产生的射线相比于阳极表面形成更小的角度。所产生的X射线辐射不完全是均匀 的。这通常解释为辐射在阳极内产生并且穿过阳极内的距离然后到达真空。示例性地绘 出了阳极I内的点8，在该点8处形成了三个X射线71、72和73。由于阳极表面或阳极盘 的倾斜位置，阳极侧射线在阳极内比阴极侧射线经过了更长的距离。该更长地经过的距离 导致两个效应
1.通过吸收明显地削弱了总强度。
2.特别地，射线以更低的X射线能量被强烈地吸收，从而在阳极侧X射线辐射的能 量谱向高能量移动；在此也称为辐射硬化。
辐射的该阳极侧改变在文献中通常也称为侧倾效应。侧倾效应因此描述了目 标上的电子束的辐射的角度相关性。在与阳极表面的角度更小时，强度由于所产生的辐 射的能量吸收而下降。此外，自滤波导致所发射的辐射的角度相关的谱。该效应通常是 不希望的，从而建议了例如设计为补偿该效应的滤波器，以便实现辐射的均匀性(参考US 2010/0098209A1)。
本发明基于如下认知，即该侧倾效应可用于检验阳极老化或检验阳极磨损。由于 磨损而导致的阳极盘粗糙度的增加降低了所发射的辐射的强度。如果现在在使用寿命上在 相同的扫描参数下以检测器观测所发射的剂量，则获得了随粗糙度增加而降低的强度。最 后，可从经验值推定未来的发射器故障。
除了绝对辐射强度之外，增加的盘粗糙度也改变了所发射的辐射的谱特征。绝对 强度在X射线装置的运行期间可不使用外部辅助装置(例如，外部剂量计)仅相对不精确地 测量，而谱中的改变例如可以很好地通过相对强度以简单的可移动的滤波器测量。
由于侧倾效应，所发射的辐射的谱取决于阳极表面上的观察角度。随着阳极粗糙 度的增加，谱变化取决于阳极盘上的观察角度下降，即光滑的盘显示了在关于阳极角的相 对大的谱变化。随着粗糙度的增加，谱趋同。如果现在观测到降低的谱变化，则可因此直接 推定增加的粗糙度。最后，可从经验值推定未来的发射器故障。
在下文中根据图3描述了可如何执行根据本发明的老化和磨损确定。基本构思在 于，在侧倾效应的区域中，即在阳极侧射线束中，X射线辐射的特征绝对地改变或与作为整 体的射线特征相比改变。首先，进行阳极侧角度区域的测量。此类区域在图3中以附图标 号9标记。用于该区域的测量可借助位置分辨的检测器进行。替代地，可在射线光程内引 入挡板12，通过所述挡板12将角度区域9之外的射线挡去。对于区域9，现在或者确定X 射线能量谱的总强度或者优选地确定对于受限的能量区域的强度。谱或能量区域的限制 例如可以借助能量选择检测器6进行。替代地，引入了滤波器14，所述滤波器14将低波长 滤除。此类滤波器例如可以由铝或锌构成。第一方式在于，在区域9内测量的强度与总强 度的关并且由相对于区域9测量的强度的改变推断出阳极盘的老化状态或磨损。此外，也 可将区域9内的绝对强度用作标准。
但优选地通过在区域9内的能量谱的改变确定老化状态。在此情况中，对于区域9 对能量谱的部分区域的强度测量与区域9的部分的总强度测量相关。例如，为此执行两次 测量，一次以滤波器14执行一次不使用滤波器执行。从对于所选择的能量谱区域的X射线的相对强度推断出阳极盘的老化状态或粗糙度。为此目的，可执行测试测量并且总结出经 验值，所述经验值例如以表格形式存储以供使用。基于此类表格，可相对容易地导出关于老 化状态的说明。
在图4中以流程图的形式示出了根据本发明的老化确定的流程。在第一步骤31 中确定用于老化确定的参数(例如，对于在受侧倾效应影响的角度区域内的高能量的相对 强度)的参考值I_ref (Heel)0对于新的或未磨损的X射线管确定该参考值。在X射线管 启用之后，根据例如取决于运行持续时间的检验间隔确定对于参数的新的值I (Heel)(步 骤32)。借助于分析装置(在图3中附图标记10)，将测得的参数值I (Heel)与参考值1_ ref (Heel)进行比较(步骤33)。例如借助于将经验值编码的表格将差异与磨损状态相关 联(步骤34)。最后，在最后的步骤35中进行关于磨损状态的信息的输出。相应于该信号， 必要时可更换管或阳极盘。
所建议的方法实现了对于盘粗糙度的状态的无破坏的估计。在X射线诊断中的许 多成像系统已具有以之可测量确定的X射线剂量的检测器。为此，通常不需要另外的硬件。
对于检测器的剂量强度不足以观测随时间的改变的情况，老化确定更适合于通过 谱改变进行。在此，仅需测量相对强度而无需测量绝对强度。在X射线诊断中的许多成像 系统已具有以之可在不同角度下测量阳极的多种检测器。目前，许多系统也已具有对于谱 的可变硬化的可移动的滤波器。所述滤波器可考虑用于测量系统的取决于角度的改变。
本发明不限于实施例。另外的构造和可能性可由专业人员通过对在实施例中给 出的元件进行常规的改变而获得。
权利要求
1.一种用于确定以阳极盘(11)构成的X射线阳极(3)的磨损的方法，所述方法包括 -对于表征了通过取决于在借助所述X射线阳极(3)所产生的辐射(70，71，72，73)和阳极盘(11)之间的角度所影响的特征的参数，确定参考值(I_ref (Heel)), -在所述阳极(3)的特定的运行持续时间之后，对于参数确定一个值(I (Heel)),-将所确定的参数值(I (Heel))与所述参考值(I_ref (Heel))进行比较，和-将所述参数值(I (Heel))与参考值(I_ref (Heel))的偏差与所述阳极(3)的磨损状态相关联。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述特征涉及所产生的辐射的强度或能量谱。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述参数是对于在射线束的角度区域部分内的辐射强度的相对改变的度量或者是对于有关能量谱的改变的度量。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述参数是对于能量谱的部分区域的相对辐射强度的度量。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，将滤波器(14)引导到辐射束的区域内，以便测量能量谱的部分区域的辐射强度。
6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，使用挡板(12)，利用所述挡板(12)限制阳极侧区域上的辐射。
7.一种用于确定以阳极盘(11)构成的X射线阳极(3)的磨损的装置，所述装置包括 -检测器(6)，用于接收至少一个测量值，和 -分析装置(10)，所述分析装置被构造为 一用于从至少一个测量值中确定参数值(I (Heel))，其中所述参数(I (Heel))表征了通过取决于在借助所述X射线阳极(3)所产生的辐射和阳极盘(11)之间的角度所影响的特征， —将所确定的参数值(I (Heel))与参考值(I_ref (Heel))进行比较，和一将所述参数值(I (Heel))与所述参考值(I_ref (Heel))的偏差与所述阳极(3)的磨损状态相关联。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述特征涉及所产生的辐射的强度或能量谱。
9.根据权利要求7或8所述的装置，其特征在于，所述参数是对于在射线束的角度区域部分内的辐射强度的相对改变的度量或者是对于有关能量谱的改变的度量。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述参数是对于能量谱的部分区域的相对辐射强度的度量。
11.根据权利要求10所述的装置，所述装置具有滤波器(14)，所述滤波器(14)可被引导到辐射束的区域内，以便测量能量谱的部分区域的辐射强度。
12.根据权利要求7至11中任一项所述的装置，所述装置具有挡板(12)，利用所述挡板(12)可限制阳极侧区域上的辐射。
13.根据权利要求7至12中任一项所述的装置，所述装置具有用于将参数值与参考值的偏差与阳极(3)的磨损状态相关联的表格。
全文摘要
本发明涉及用于确定以阳极盘(11)构成的X射线阳极(3)的磨损的一种方法和一种装置。在此，对于表征了通过取决于在借助X射线阳极(3)所产生的辐射(70，71，72，73)和阳极盘(11)之间的角度所影响的特征的参数，确定参考值(I_ref(Heel))。在特定的运行持续时间之后重新对于参数确定一个值(I(Heel))。通过将所确定的参数值(I(Heel))与参考值(I_ref(Heel))进行比较且将参数值(I(Heel))与参考值(I_ref(Heel))的偏差与阳极(3)的磨损状态相关联，确定磨损。本发明允许基本上不借助于附加的设备来监测阳极(3)的老化。
文档编号H01J35/10GK103037607SQ20121036388
公开日2013年4月10日 申请日期2012年9月26日 优先权日2011年9月29日
发明者M.格拉斯拉克 申请人:西门子公司