热发生器组件、X射线成像系统及防X射线设备过热的方法.pdf

本发明提供了一种热发生器组件、X射线成像系统以及防止X射线设备过热的方法，其中该热发生器组件使X射线管(20)和给X射线管(20)供给电力的高电压发生器(10)的散热量最优化。对在扫描过程中获得的X射线管(20)和高电压发生器(10)温度进行估算。如果该温度超过可允许温度，则显示不能扫描的提示。如果最优化过程被设计，则利用二分检索法对控制参数例如管电流或管电压进行最优化，使该温度降到低于可允许温度。X射线管(20)或高电压发生器仅仅在保持在可允许温度或以下操作就不会过热。则能够防止X射线管(20)或高电压发生器(10)损耗。最终，能够保证扫描的高可靠性。

1、  一种热发生器组件，包括：
散发热量的多个散热器(20)；
给所述散热器(20)供给电力的电压发生器(10)；
估算所述的散热器(20)和所述的电压发生器(10)散热量的估算装置(60)；和
基于散热量的估算值执行最优化过程的控制处理装置(60)，以防止所述的散热器(20)和所述的电压发生器(10)过热。

2、  依照权利要求1的热发生器组件，当估算值超过可允许的过热值范围时，所述的控制处理装置(60)对控制所述电力的控制参数进行最优化，使所述的散热器(20)和所述的电压发生器(10)的散热量降到可允许的范围内。

3、  一种X射线成像系统，包括：
产生X射线束的X射线管(20)；
高电压发生器(10)，其给所述X射线管(20)提供产生所述X射线束所需的电力；
探测所述X射线束的X射线探测器(24)；
控制所述X射线管(20)和所述X射线探测器(24)的数据获取装置(26)，以获取关于在相对放置的X射线管和X射线探测器之间的物体的投影数据；
估算装置(60)，用于在所述获取过程中估算所述X射线管(20)和所述高电压发生器(10)的散热量；以及
控制处理装置(60)，在所述获取过程中基于散热量的估算值使用于控制所述X射线管(20)和所述高电压发生器(10)的控制参数最优化，以防止所述X射线管(20)和所述高电压发生器(10)过热。

4、  依照权利要求3的X射线成像系统，所述X射线成像系统是X射线CT系统。

5、  依照权利要求3或4的X射线成像系统，其中当散热量超过所述过热值的可允许范围时，所述的控制处理装置(60)预先不进行所述获取过程。

6、  依照权利要求3或4的X射线成像系统，其中，当散热量超过所述过热值的可允许范围时，所述的控制处理装置(60)在所述获取过程步骤之前的步骤中进行所述最优化过程。

7、  依照权利要求6的X射线成像系统，其中，当所述估算值采用所述控制参数的函数表示时，在所述最优化过程中采用该函数的所述反函数或二分检索法来计算控制参数，使估算值符合可允许范围的上限值。

8、  依照权利要求7的X射线成像系统，其中所述控制参数是所述高电压发生器(10)供给所述X射线管(20)的管电流或者管电压的至少其中之一。

9、  依照权利要求7的X射线成像系统，其中所述的控制参数是冷却时间，该冷却时间期间没有流过间歇供给的管电流。

10、  一种防止X射线设备过热的方法，包括以下步骤：
控制X射线管(20)和X射线探测器(24)，以获得关于在相对设置的X射线管(20)和X射线探测器(24)之间的物体的投影数据；
在所述的获取过程中，估算所述X射线管(20)和高电压发生器(10)的散热量，其中高电压发生器(10)给X射线管(20)供给电力；和
在所述的获取过程中，基于散热量的估算值使用来控制所述X射线管(20)和所述高电压发生器(10)的控制参数最优化，以防止所述X射线管(20)和所述高电压发生器(10)过热。

热发生器组件、X射线成像系统及防X射线设备过热的方法
技术领域
本发明涉及一种热发生器组件、X射线成像系统以及防止X射线设备过热的方法，该热发生器组件包括散热器如X射线管和给X射线管提供电力的高电压发生器。
背景技术
最近几年，包括X射线计算机层析的X射线成像(CT)系统使用了高能量X射线管系统。因此，大量曝光被用来制作高质量图像，或者进行连续X射线辐射，以从较宽的射线照相(radiographic)范围内获得图像信息。
另一方面，由于越来越多的X射线管产生更高的能量，从X射线管散失的热量也随之增加。伴随着散热的产生，X射线管可能过热并且损坏。为避免损坏，在进行X射线照相之前，估算从用于射线照相的X射线管散失的热量。如果散热量超过允许的范围，就停止射线照相，或者再观察射线照相的情况。(例如参见专利文件1)
[专利文件1]日本未审查专利申请公开号No.2001-231775(第2页-第3页，图6和图7)
然而，根据前述的背景技术，并没有估算供给X射线管电力的高电压发生器的散热量。所以，基于散热量的信息不能再观察射线照相的情况。换句话说，每次重复高能量射线照相时，高电压发生器过热以至被损坏或者其可靠性恶化。
特别的，最近几年由X射线管产生的能量急剧地增加。给X射线管供电的高电压发生器引起的负载也增加。这些增加成为导致X射线高电压发生器过热和最终损坏或可靠性恶化的因素。
因此，如何实现热发生器组件、X射线成像系统以及防止X射线设备过热的方法是很重要的，其中热发生器组件使产生于X射线管和给X射线管供电的高电压发生器的散热量最优化。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种最优化散热量的热发生器组件、X射线成像系统以及一种防止X射线设备过热的方法，其中散热产生于X射线管和给X射线管供电的高电压发生器。
为解决上述问题并实现所述目的，依照本发明第一个方面，提供一种热发生器组件，其包括：多个散热的散热器；给散热器供电的电压发生器；估算散热器和电压发生器的散热量的估算装置；基于散热量的估算值进行最优化过程以防止散热器和电压发生器过热的控制处理单元。
依照本发明第一个方面，多个散热器散热，电压发生器给散热器供给电力。估算装置估算散热器和电压发生器的散热量。基于散热量的估算值，控制处理单元进行最优化过程，以防止散热器和电压发生器过热。即使散热器和电压发生器之一过热，估算散热量，且基于散热量的估算值来防止过热。最终，避免了散热器和电压发生器的损耗，保证了高可靠性的操作。
此外，依照本发明第二个方面，提供一种热发生组件，在该组件中，当估算值超过过热值的可允许范围时，控制处理单元对用来控制电力的控制参数进行最优化，使得如果估算值超过过热的可允许范围，则散热器和电压发生器散热量的估计值降到可允许范围内。
依照木发明第二个方面，即使散热器和电压发生器之一过热，由于估算了散热量，因此预先对控制参数进行最优化。最终防止过热。
依照本发明第三个方而，提供一种X射线成像系统，包括：产生X射线束的X射线管；高电压发生器，其给X射线管提供产生X射线束所必需的电力；检测X射线束的X射线探测器；控制X射线管和X射线探测器的数据获取单元，以获取关于在相对放置的X射线管和X射线探测器之间的物体的投影数据；用于估算在获取过程中X射线管和高电压发生器的散热量的估算装置；以及在获取过程中基于散热量的估算值使用来控制X射线管和高电压发生器的控制参数最优化的控制处理单元，以防止X射线管和高电压发生器过热。
依照本发明第三个方面，X射线管产生X射线束，且高电压发生器给X射线管供给产生X射线束所需要的电力。X射线探测器检测X射线束。数据获取单元获取来自于X射线管和X射线探测器的关于在相对放置的X射线管和X射线探测器之间的物体的投影数据。估算装置在获取过程中估算X射线管和高电压发生器的散热量。控制处理单元在获取过程中基于散热量的估算值使用来控制X射线管和高电压发生器的控制参数最优化，以防止X射线管和高电压发生器过热。从而，即使散热器和电压发生器之一过热，由于估算了散热量，预先对控制参数进行最优化，以防止过热。最终，避免了散热器和电压发生器的损耗，保证了高度可靠地操作。
此外，依照本发明第四方面的X射线成像系统是X射线CT系统。
依照本发明第四个方面，通过基于投影数据而进行的图像重建以产生层析成像的图像。
在依照本发明第五个方面的X射线成像系统采用控制处理单元中，当估算值超过允许的过热值范围，控制处理单元使X射线成像系统丧失获取的能力。
依照本发明第五个方面，当估算值超过过热值的可允许范围时，为了防止X射线管和高电压发生器的恶化或损坏，不再进行数据获取过程。
依照本发明第六个方面，X射线成像系统采用控制处理单元，其目的是当散热量超过过热值的可允许范围时，在获取过程步骤的前一步骤进行最优化过程。
依照本发明第六个方面，在获取过程之前获得最优化的控制参数。
在依照本发明第七个方面的X射线成像系统中，当通过控制参数函数表达估算值时，在最优化过程中使用该函数的反函数或者二分检索法来计算使估算值符合可允许范围的上限的控制参数。
依照本发明第七个方面，能快捷和简单的算出控制参数的最优值。
在依照本发明第八个方面的X射线成像系统中，控制参数是高电压发生器给X射线管供给的管电流和管电压的至少其中之一。
依照本发明第八个方面，随着管电流或者管电压的升高或降低来控制X射线管的散热量。
在依照本发明第九个方面的X射线成像系统中，控制参数是冷却时间，在该冷却时间期间，没有流过间歇供给的管电流。
依照本发明第九个方面，通过控制冷却时间长度来控制X射线管和高电压发生器的散热量。
在依照本发明第十个方面的X射线成像系统中，控制参数是从获取过程开始到获取过程结束所经过的扫描时间。
依照本发明第十个方面，通过控制扫描时间长度来控制X射线管和高电压发生器的散热量。
依照本发明第十一个方面的X射线成像系统，进一步包括显示有关获取过程信息的显示装置。
依照本发明第十一个方面，显示装置能够使操作员识别有关获取过程的信息。
在依照本发明第十二方面的X射线成像系统中，当不能够进行获取时，不能获取的信息显示在显示装置上。
依照本发明第十二方面，操作员能够识别X射线成像系统不能够获取的状态。
在依照本发明第十三方面的X射线成像系统中，进行了最优化控制参数的值显示在显示装置上。
依照本发明第十三方面，操作员检查最优参数的正确性。
依照第十四方面的X射线成像系统，进一步包括用来输入有关获取信息的操作装置。
依照第十四方面，操作装置用来输入有关获取过程的信息。操作员能够确定各种设置。
在依照本发明第十五方面的X射线成像系统中，操作装置包括用来选择用于最优化过程的控制参数的选择装置。
依照本发明第十五方面，包括在操作装置中的选择装置用来选择用于最优化过程的控制参数。操作员的最好的控制参数可以用于最优化过程。
在依照本发明第十六方面的X射线成像系统中，估算装置估算数据获取单元的散热量。
依照本发明第十六方面，数据获取单元的散热量是预先被识别的。
在依照本发明第十七方面的X射线成像系统中，基于散热量的估算值控制处理单元进行最优化过程，以防止数据获取单元过热。
依照本发明第十七方面，确定数据获取单元的散热量，使过热不会发生。
在依照本发明第十八方面的X射线成像系统中，估算装置和控制处理单元采用温度作为显示散热量的物理量。
依照本发明第十八方面，由散热量导致的温度升高被用来作为核实过热和进行最优化过程的指标。
依照本发明第十九方面的防止X射线设备过热的方法包括以下步骤：控制X射线管和X射线探测器，以获取关于在相对放置的X射线管和X射线探测器之间的物体的投影数据；在获取过程中估算X射线管和高电压发生器的散热量，其中高电压发生器给X射线管供给电力；基于获取过程中散热量的估算值，对用于控制X射线管和高电压发生器的控制参数进行最优化，以防止X射线管和高电压发生器过热。
依照本发明第十九方面，即使X射线管和高电压发生器的任何一个过热，因为散热量被估算，因此控制参数可预先被最优化，达到防止过热的目的。最终，防止了X射线管和高电压发生器损耗，保证射线照相的高度可靠性。
如上所述，依照本发明，即使散热器例如X射线管和电压发生器例如高电压发生器的其中之一过热，由于估算散热器和电压发生器的散热量，就能预先对控制参数进行最优化，则避免了散热器和电压发生器过热。最终，避免了X射线管和高电压发生器损耗，保证射线照相的高度可靠性。
通过以下对附图中所示的本发明实施例的描述，本发明的其它目的和优点将变得显而易见。
附图说明
图1是示出X射线成像系统整体结构的结构图。
图2是描述由实施例中的控制处理单元执行的操作的流程图。
图3是描述实施例中的最优化装置执行的操作的流程图。
图4是示出实施例中关于二分检索法执行的指示操作的图形。
图5显示出X射线管需要的冷却时间。
具体实施方式
参照附图，将在下面描述关于本发明X射线成像系统的最优模式。
首先，描述X射线CT系统的整体结构，它是关于本发明实施例的X射线成像系统的实例。图1是示出X射线CT系统的结构图。如图1所示，X射线CT系统包括扫描仪构台2、操作员控制台6和高电压发生器10。
扫描仪构台2包括X射线管20。X射线管20作为散热器。没有示出的从X射线管20辐射出的X射线通过例如准直仪重组成圆锥形X射线束，且随后射到X射线探测器24上。
高电压发生器10是给X射线管20提供高电压的电压发生器。在这里，高电压发生器10给X射线管20提供电压，其电压范围一般是12kV至140kV，且产生8至9HU(热量单位)。
X射线探测器24包括在圆锥形X射线束传播方向上二维排列的多个X射线探测元件。换句话说，X射线探测器24是具有以阵列形式排列的多个X射线检测元件的多通道探测器。
X射线探测器24具有整体上弯成象柱状凹面的X射线入射面。X射线探测器24由例如闪烁器和光电二极管组合而成。可选择的，X射线探测器24可以包括利用碲化镉(CdTe)的半导体X射线探测元件或利用氙气的电离箱型X射线探测元件。X射线管20、准直仪和X射线探测器24组成X光照射/探测组件。
数据获取单元26与X射线探测器24相连。数据获取单元26从构成X射线探测器24的每一个X射线探测元件获取探测数据。X射线控制器28控制X射线管20的X光照射。未示出X射线管20与X射线控制器28的连接和X射线控制器28与高电压发生器10的连接。
前述的从X射线管开始到X射线控制器28结束的元件均结合在扫描仪构台2中的旋转单元34中。物体或模型(phantom)平置在位于旋转单元34中央的孔29中的托架上。当旋转控制器36控制旋转单元34时，旋转单元34旋转，且X射线管20发射X射线。X射线探测器24探测由物体或模型传输的X射线作为投影数据的每一幅图。省略了对旋转单元34和旋转控制器36之间的连接关系的描述。
操作员控制台6包括控制处理单元60。控制处理单元60由例如计算机组成。控制接口62连接控制处理单元60。此外，扫描仪构台2连接控制接口62。控制处理单元60通过控制接口62控制扫描仪构台2。
数据获取单元26、X射线控制器28和旋转控制器36结合在扫描仪构台2中，并且通过控制接口62对它们进行控制。省略对这些元件与控制接口62之间的连接的描述。
显示装置68和操作装置70连接控制处理单元60。由控制处理单元60提供的层析成像的图像和其它信息显示在显示器68上。操作员操作操作装置70以便输入扫描参数、各种指令、或其它任何传送至控制处理单元60的信息。操作员采用显示器68和操作装置70交互操作X射线CT系统。顺便提一下，扫描仪构台2和操作员控制台6给物体或者模型拍射线照片，以生成层析成像的图像。
在这里，控制处理单元60从操作员输入的扫描参数生成控制参数，这些控制参数用来控制扫描仪构台2和高电压发生器10。通过控制接口62将控制参数传输至集成在扫描仪构台2中的各个组件，由此执行射线照相，即执行扫描。控制处理单元60包括估算装置以及最优化装置，估算装置通过生成的控制参数推断X射线管20和高电压发生器10的过热，最优化装置使这些控制参数最优化。
控制处理单元60连接数据获取缓冲器64。数据获取缓冲器64连接集成在扫描仪构台2中的数据获取单元26。数据获取单元26获取的投影数据被传输到控制处理单元60中。
控制处理单元60用传输的X射线信号来重建图像，X射线信号是通过数据获取缓冲器64接收的投影数据。储存器66连接控制处理单元60。保存在数据缓冲器64中的投影数据、重建的层析成像的图像以及实现X射线CT系统特征的程序储存在储存装置66中。
接下来，描述控制处理单元60中的执行操作。图2是描述本发明控制处理单元中执行的操作的流程图。首先，操作员利用操作装置70确定扫描参数(步骤S201)。作为扫描参数，扫描范围、限幅(slicing)次数、限幅(slice)厚度、扫描方式和图像重建的矩阵尺度被确定。
其后，控制处理单元60基于确定的扫描参数计算控制参数(步骤S202)。在这时，对控制参数和其它参数进行计算，控制参数尤其指管电压、管电流、扫描时间、管冷却时间、照射次数，基于这些控制参数来控制扫描仪结构。
其后，控制处理单元60基于控制参数估算X射线管20和高电压发生器10的温度T(步骤S203至步骤S205)。在这里，基于管电压、管电流和曝光时间之类的控制参数来估算例如是X射线管20的旋转阳极的温度。温度设定成以下表示的函数。
T＝f(管电流，管电压，扫描时间等)
同时，作为管电流和管电压的电源的高电压发生器10的温度T’估算成函数g。
T’＝g(管电流，管电压，扫描时间等)
顺便提一下，高电压发生器10的温度函数g不同于X射线管20的温度函数f。因此，不仅对过去已经推断过的X射线管20的散热而且对高电压发生器10的散热进行推断。
其后，控制处理单元60将在步骤S203与步骤S205估算的X射线管20的温度以及高电压发生器10的温度与不会引起过热的可允许温度作比较(步骤S204至步骤S206)。预先将这些可允许温度输入到控制处理单元60中并把其作为X射线管20和高电压发生器10各自的固有特性。当超过这些温度时，发生错误或故障。
其后，控制处理单元60核实在步骤S204和S206中被比较的温度是否等于或小于可允许温度(S207)。如果这两个温度均等于或小于可允许温度(步骤S207中的“是”)，控制转到步骤S212，且执行扫描。
如果这两个温度都不等于或小于可允许温度(步骤S207中的“否”)，则其中之一的温度就超过可允许温度。则不能扫描的提示就显示在显示器68上(步骤S208)。然后操作员就用包含在控制处理单元60中的最优化装置核实任何一个控制参数是否应该被最优化(步骤S209)。如果没有任何一个控制参数被最优化(步骤S209中的否)，那么控制转到步骤S201。重新确定扫描参数。
此外，如果控制参数被最优化(步骤S209中的“是”)，控制处理单元60采用最优化装置执行最优化过程(步骤S210)。在最优化过程中，控制参数值被改变，或者设定为导致X射线管和高电压发生器温度等于或小于可允许温度的最大值。结果显示在显示器68上。将在以后详述最优化过程。
其后，操作员核实最优化后的控制参数值是否正确(步骤S211)。如果参数值不正确(步骤S211中的“否”)，控制转到步骤S209。核实是否重新开始最优化过程。如果控制参数值是正确的，执行扫描以获取投影数据(步骤S212)。然后程序终止。
将结合图3的流程图描述步骤S210的最优化过程。图3是描述在最优化过程中被执行的操作的流程图。顺便提一下，最优化过程是基于二分检索法进行的。首先，操作员利用操作装置70从控制参数中选择用于最优化过程的最优化参数P(步骤S301)。例如管电流被选择作为最优化参数P。在最优化参数P可变范围之内的最大值是maxP，且它的最小值是minP。将值maxP赋予变量PH，且将值minP赋予变量PL(步骤S302)。这里，当始终包含最优值时，在变量PH和PL之间的变量域顺序减少。最后，变量PH和PL近似为该最优值。当采用管电流作为最优化过程的最优化参数，值maxP表示高电压发生器10供给的最大管电流，且值minP表示为高电压发生器10供给的最小管电流。
其后，最优化装置将变量PH和PL的中间值(PH+PL)/2赋予变量PM(步骤S303)。运用图2中描述的步骤S203和步骤S205使用的函数f和g，采用中间值PM估算X射线管20和高电压发生器10的温度T(步骤S304)。
其后，最优化装置核实估算的两个温度T是否低于可允许温度T0(步骤S305)，温度T0是可允许范围的上限。如果温度超过可允许温度(步骤S305中的“是”)，将变量PM作为新的最大值赋予变量PH(步骤S307)。如果温度没有超过可允许温度(步骤S305中的“否”)，将变量PM作为新的最小值赋予变量PL(步骤S306)。
其后，最优化装置将PH-PL赋予变量PM和PL之差ΔP(步骤S308)。然后最优化装置确定差ΔP是否超过分辨度(resolution)R的给定值(步骤S309)，分辨度R是最小可能改变的。如果采用管电流作为最优化参数，分辨度R定义为高电压发生器10供给的管电流设定值的最小范围或者定义为X射线的能量分辨率。如果差ΔP超过分辨度R(步骤S309中的“是”)，控制转到步骤S303。然后执行从步骤S303到步骤S308的程序。重复执行上述过程，直到差ΔP变得等于或小于分辨度R为止。
图4示出了表示重复从步骤S303到步骤S308的过程以计算最优值的过程的图形。参照图4，计算最优化参数P的最优值的过程包括过程1至5。首先，执行初始化，并且利用PM值估算的温度T高于可允许温度T0。因此，过程2，PM值作为新的PH值，且执行相同的过程。每次重复步骤S303至步骤S308的过程，变量PM和变量PL之差ΔP就被二等分。最优值存在的域就逐渐变窄。
反过来参考图3，如果差ΔP没有超过分辨度R的设定值(步骤S309中的“否”)，重复从步骤S303到步骤S308的过程没有意义，以使得差ΔP变小。因此最优化装置采用变量PH或PL作为最优化参数值P(步骤S310)。最优化参数值P显示在显示器68上(步骤S311)。控制转到图2中的步骤211。
如上所述，依照本实施例，对在扫描过程中X射线管20和高电压发生器10获得的温度进行估算。如果温度超过可允许温度，这意味着温度可能导致过热。在这种情况下，显示不能扫描的提示。此外，当选择最优化装置时，依照二分检索法对作为最优化参数的管电流或管电压进行最优化，并且设置到使温度降低至可允许温度以下的值。因此，仅仅通过操作其温度使其保持在可允许温度以下，则X射线管和高电压发生器就不会过热。防止了X射线管20或高电压发生器10损耗。最终，可以保证扫描的高可靠性。
依照本实施例，控制X射线管20和高电压发生器10的温度。同样的，还可以采用控制积聚的热量或其它有关散热的物理量。
依照本实施例，X射线管的管电流被最优化。同样的，管电压也可以作为最优化参数被采用。此外，X射线管所需要的冷却时间也可以作为最优化参数被采用。冷却时间涉及如图5所示的没有管电流流过的时间。如图5(A)所示当管电流流入X射线管20或没有流入X射线管20时，如图5(B)所示X射线管20的温度升高或降低。当将冷却时间设定为很长时间时，X射线管20就会冷却，使得X射线管20的温度将会保持可允许温度或更低的温度。
冷却时间越长，温度越低。因此，图3的流程图描述的步骤S306和步骤S307就被转换。
依照本实施例，采用二分检索法进行最优化过程。可选择的，最优化参数值可以确定或者直接根据函数f或g的反函数来计算。另外，第一次检索可以采用高序检索。
依照本实施例，为了最优化过程，估算X射线管20和高电压发生器10的温度。同样的，为最优化过程，估算数据获取系统(DAS)的温度，其中DAS包括作为散热器的数据获取单元26。
只要不脱离本发明的精神和范围可以对本发明的实施例做各种变换。应当可以理解本发明不局限于如附带的权利要求所限定的说明书中描述的实施例。